(57)【要約】【課題】静電容量の変化によって液体の存在を検出する精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる液体検出装置を提供する。【解決手段】第１電極１１と第２電極１２との間の静電容量を測定するための第１センサ部１０と、第３電極２１と第４電極２２との間の静電容量を測定するための第２センサ部２０と、第１センサ部１０及び第２センサ部２０に駆動信号を印加するとともに第１センサ部１０及び第２センサ部２０からの出力信号を処理する制御部３０と、を備え、第１センサ部１０が第１センシング領域Ｒ１に配置され、第１センシング領域Ｒ１の測定を行うとともに、第２センシング領域Ｒ２に第２センサ部２０が配置され、第２センシング領域Ｒ２の測定を行うときには、制御部３０は、第１基準信号として第１センサ部１０からの出力信号を用い、前記第１基準信号に基づき第２センサ部２０からの出力信号を処理する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極との間の静電容量を測定するための第１センサ部と、第３電極と第４電極との間の静電容量を測定するための第２センサ部と、前記第１センサ部と前記第２センサ部とに接続され、前記第１センサ部及び前記第２センサ部に駆動信号を印加するとともに前記第１センサ部及び前記第２センサ部からの出力信号を処理する制御部と、を備えた液体検出装置であって、
前記第１センサ部が第１センシング領域に配置され、前記第１センシング領域の測定を行い、
前記第１センシング領域とは異なる測定対象エリアである第２センシング領域に前記第２センサ部が配置され、前記第２センシング領域の測定を行うときには、前記制御部は、第１基準信号として前記第１センサ部からの出力信号を用い、前記第１基準信号に基づき前記第２センサ部からの出力信号を処理することを特徴とする液体検出装置。
【請求項２】
前記第１センシング領域の測定を行うときには、前記制御部は、第２基準信号として前記第２センサ部からの出力信号を用い、前記第２基準信号に基づき前記第１センサ部からの出力信号を処理することを特徴とする請求項１に記載の液体検出装置
【請求項３】
前記制御部は、出力信号を処理する出力信号処理手段を有し、前記出力信号処理手段はオフセット信号を付加可能であり、
前記出力信号処理手段は、前記第２センシング領域の測定を行うときには、前記第２センサ部からの出力信号と前記第１基準信号との差分信号、又は前記第２センサ部からの出力信号と前記第１基準信号との差分に前記オフセット信号が付加された差分信号を処理することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体検出装置。
【請求項４】
前記出力信号処理手段は、前記第１センシング領域の測定を行うときには、前記第１センサ部からの出力信号と前記第２基準信号との差分信号、又は前記第１センサ部からの出力信号と前記第２基準信号との差分に前記オフセット信号が付加された差分信号を処理することを特徴とする請求項３に記載の液体検出装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１センサ部に正位相の駆動信号を印加するとともに前記第２センサ部に逆位相の駆動信号を印加して、前記第１センサ部及び前記第２センサ部からの出力信号を加算する差分信号処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液体検出装置。
【請求項６】
前記第１センシング領域が水槽であって、前記前記第１センシング領域の測定は前記水槽の水位を検出する測定であり、前記第２センシング領域が前記水槽に接続された排水管であって、前記第２センシング領域の測定は前記排水管の乾燥状態を検出する測定であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の液体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化によって液体の存在を検出する液体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、槽内の水位を検出する水位センサが使用されている。水位センサに適用される測定方式には、機械式のフロートを用いたタイプや圧力センサによって水圧を測定するタイプ等が知られているが、浮遊物によって測定が阻害されやすい等、信頼性や構造の複雑さに問題があった。これらの方式に比較して、一対の測定用電極の間の静電容量を測定する水位センサは、簡単な構造で信頼性に優れた方式である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、大気の誘電率と、測定対象物である液体の誘電率と、を参照用電極によって取得して、これらの情報と測定用電極間の静電容量とに基づいて測定を行う水位センサが開示されている。
【０００４】
図１３は、特許文献１の水位センサ１００を用いて水位測定を行っている状態を示す説明図である。特許文献１の水位センサ１００は、図１３に示すように、例えば水槽に、一対の測定用電極１１１、１１２が水位を測定するために配置され、θ０を基準にした水位ｈを測定する。水位センサ１００は、図１３に示すように、一対の測定用電極１１１、１１２に対して、一対の上部参照用電極１２１、１２２及び一対の下部参照用電極１３１、１３２が設置されているので、十分な精度をもった水位測定を行うことができる。
【０００５】
静電容量を測定するセンサは、静電容量の変化によって液体の存在を検出できるので、水槽に接続された排水管に設置することによって、水槽内の水が排水されている状態を検知することもできる。例えば、乾燥機能付きの洗濯機では、洗濯槽内の水位を検出する水位センサと、乾燥状態を検出する水滴検出センサと、が別々に配置されている。このような乾燥状態を検出する水滴検出センサとして、水流が途絶えて排水管の内面が乾燥したことを静電容量の変化によって検出する液体検出装置が提案された。
【０００６】
水滴検出センサとして乾燥状態を検出する液体検出装置は、一対の測定用電極の間に水滴が存在しない状態と、一対の測定用電極の間に水滴が存在する状態との静電容量の変化を検出するため、この状態間での僅かな容量変化を検出できる測定精度が必要である。このため、測定用電極の他に参照用電極を用いて、測定精度を向上させる必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３１１５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、水位センサと水滴検出センサとは、別々の目的で装置内の異なる位置に測定用電極が配置され、それぞれに測定用電極の他に参照用電極を用意する必要があった。このため、水位センサ及び水滴検出センサの２つの機能を実現する液体検出装置は、複雑な検出構造になってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決して、第１センシング領域と第２センシング領域とを測定対象エリアとして、それぞれに測定用電極を有する液体検出装置であって、静電容量の変化によって液体の存在を検出する精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる液体検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１電極と第２電極との間の静電容量を測定するための第１センサ部と、第３電極と第４電極との間の静電容量を測定するための第２センサ部と、前記第１センサ部と前記第２センサ部とに接続され、前記第１センサ部及び前記第２センサ部に駆動信号を印加するとともに前記第１センサ部及び前記第２センサ部からの出力信号を処理する制御部と、を備えた液体検出装置であって、前記第１センサ部が第１センシング領域に配置され、前記第１センシング領域の測定を行い、前記第１センシング領域とは異なる測定対象エリアである第２センシング領域に前記第２センサ部が配置され、前記第２センシング領域の測定を行うときには、前記制御部は、第１基準信号として前記第１センサ部からの出力信号を用い、前記第１基準信号に基づき前記第２センサ部からの出力信号を処理することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、第２センシング領域の測定を行うときには、第１センサ部からの出力信号を第１基準信号として用い、第１基準信号に基づき、第２センシング領域に配置された第２センサ部からの出力信号を処理する。こうすれば、第１センシング領域を測定する第１センサ部が第２センサ部の参照用電極を兼用できるので、参照用電極を別に設ける必要がない。したがって、液体の検出精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の液体検出装置において、前記第１センシング領域の測定を行うときには、前記制御部は、第２基準信号として前記第２センサ部からの出力信号を用い、前記第２基準信号に基づき前記第１センサ部からの出力信号を処理することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、第１センシング領域の測定を行うときには、第２センサ部からの出力信号を第２基準信号として用い、第２基準信号に基づき、第１センサ部からの出力信号を処理する。こうすれば、第２センシング領域を測定する第２センサ部が第１センサ部の参照用電極を兼用できるので、参照用電極を別に設ける必要がない。したがって、液体の検出精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる。
【００１４】
本発明の液体検出装置において、前記制御部は、出力信号を処理する出力信号処理手段を有し、前記出力信号処理手段はオフセット信号を付加可能であり、前記出力信号処理手段は、前記第２センシング領域の測定を行うときには、前記第２センサ部からの出力信号と前記第１基準信号との差分信号、又は前記第２センサ部からの出力信号と前記第１基準信号との差分に前記オフセット信号が付加された差分信号を処理することを特徴とする。
【００１５】
制御部で処理する第１センサ部からの出力信号は、第１センサ部の静電容量に対応する信号であり、この静電容量を第１静電容量とする。制御部で処理する第２センサ部からの出力信号は、第２センサ部の静電容量に対応する信号であり、この静電容量を第２静電容量とする。第１静電容量は第１センサ部までの配線による静電容量を含み、第２静電容量は第２センサ部までの配線による静電容量も含んでいる。しかし、制御部において差分信号を処理することにより、配線による静電容量増加分を無視することができる。よって、検出のダイナミックレンジを広げられるか、又は分解能を上げることができ、高精度な検出を行なうことができる。
【００１６】
本発明の液体検出装置において、前記出力信号処理手段は、前記第１センシング領域の測定を行うときには、前記第１センサ部からの出力信号と前記第２基準信号との差分信号、又は前記第１センサ部からの出力信号と前記第２基準信号との差分に前記オフセット信号が付加された差分信号を処理することを特徴とする。
【００１７】
制御部で処理する第１センサ部からの出力信号は、第１センサ部の静電容量に対応する信号であり、この静電容量を第１静電容量とする。制御部で処理する第２センサ部からの出力信号は、第２センサ部の静電容量に対応する信号であり、この静電容量を第２静電容量とする。第１静電容量は第１センサ部までの配線による静電容量を含み、第２静電容量は第２センサ部までの配線による静電容量も含んでいる。しかし、制御部において差分信号を処理することにより、配線による静電容量増加分を無視することができる。よって、検出のダイナミックレンジを広げられるか、又は分解能を上げることができ、高精度な検出を行なうことができる。
【００１８】
本発明の液体検出装置において、前記制御部は、前記第１センサ部に正位相の駆動信号を印加するとともに前記第２センサ部に逆位相の駆動信号を印加して、前記第１センサ部及び前記第２センサ部からの出力信号を加算する差分信号処理を行うことを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、差分信号を検出するようにしているので、第１静電容量の変化分が小さい場合であっても、第１静電容量の小さな変化分だけを検出できる。すなわち、第１センサ部の参照用電極を別に設けなくても、第１静電容量の変化分だけを検出することができるので、液体の検出精度を、参照用電極が別に設けられた場合と同程度にできる。同様に、第２センサ部の参照用電極を別に設けなくても、第２静電容量の変化分だけを検出することができるので、液体の検出精度を、参照用電極が別に設けられた場合と同程度にできる。
【００２０】
本発明の液体検出装置において、前記第１センシング領域が水槽であって、前記前記第１センシング領域の測定は前記水槽の水位を検出する測定であり、前記第２センシング領域が前記水槽に接続された排水管であって、前記第２センシング領域の測定は前記排水管の乾燥状態を検出する測定であることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、水位を検出する測定と排水管の乾燥状態を検出する測定とを行う静電容量検出装置において、精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１センサ部が配置された第１センシング領域が非測定期間であるときには、第１センサ部からの出力信号を第１基準信号として用い、第１基準信号に基づき、第２センシング領域に配置された第２センサ部からの出力信号を処理するので、参照用電極を別に設ける必要がない。したがって、液体の検出精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる液体検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態の液体検出装置を示すブロック図である。
【図２】静電容量センサの原理を示す説明図である。
【図３】第１実施形態の液体検出装置を水槽と排水管に配置した説明図である。
【図４】駆動信号と、出力信号の波形と、差分信号と、を表わした模式図である。
【図５】駆動信号と、出力信号の波形と、差分信号と、を表わした模式図である。
【図６】駆動信号と、出力信号の波形と、差分信号と、を表わした模式図である。
【図７】第２実施形態の液体検出装置を示すブロック図である。
【図８】駆動信号と、出力信号の波形と、差分信号と、を表わした模式図である。
【図９】駆動信号と、出力信号の波形と、差分信号と、を表わした模式図である。
【図１０】駆動信号と、出力信号の波形と、差分信号と、を表わした模式図である。
【図１１】出力値を示す模式図である。
【図１２】液体検出装置を配置した変形例を示す説明図である。
【図１３】従来の水位センサを用いて水位測定を行っている状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１実施形態］
以下に第１実施形態における液体検出装置１について説明する。
【００２５】
図１は、第１実施形態の液体検出装置１を示すブロック図である。図２は、静電容量センサの原理を示す説明図である。図３は、第１実施形態の液体検出装置１を水槽５１と排水管５２に配置した説明図である。
【００２６】
図１に示すように、液体検出装置１は、第１センシング領域Ｒ１の液体を検出するための第１センサ部１０と、第２センシング領域Ｒ２の液体を検出するための第２センサ部２０と、制御部３０と、を備えている。制御部３０は、第１センサ部１０と第２センサ部２０とに接続され、第１センサ部１０及び第２センサ部２０に駆動信号ＤＳを印加するとともに第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１及び第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２を処理する。制御部３０で処理する第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１は、第１センサ部１０の静電容量に対応する信号であり、この静電容量を第１静電容量Ｃ１とする。制御部３０で処理する第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２は、第２センサ部２０の静電容量に対応する信号であり、この静電容量を第２静電容量Ｃ２とする。
【００２７】
第１センサ部１０は、第１電極１１と第２電極１２とが電気的に絶縁された状態で配置されており、第１電極１１と第２電極１２との間に所定の第１静電容量Ｃ１が生じている。第１センシング領域Ｒ１に液体が存在すると、液体の誘電率が、液体が存在していないときの空間の誘電率とは異なる。このため、第１センシング領域Ｒ１に存在する液体によって、第１電極１１と第２電極１２との間に形成されている第１静電容量Ｃ１が変化する。原理上は、図２に示すように、２つの電極（Ｅ１、Ｅ２）間の静電容量Ｃを測定する容量測定回路ＣＣと、測定された容量値を出力の形式（電圧、電流、又は周波数の信号に対するアナログ出力やデジタル出力の形式）に変換する信号変換回路ＳＣと、を介して出力を得ることができる。この原理に基づき、図１に示す制御部３０によって、第１静電容量Ｃ１が測定され、第１センシング領域Ｒ１の液体を検出することが可能である。
【００２８】
第２センサ部２０は、第３電極２１と第４電極２２とが電気的に絶縁された状態で配置されており、第３電極２１と第４電極２２との間に所定の第２静電容量Ｃ２が生じている。第２センシング領域Ｒ２に液体が存在すると、液体の誘電率が、液体が存在していないときの空間の誘電率とは異なる。このため、第２センシング領域Ｒ２に存在する液体によって、第３電極２１と第４電極２２との間に形成されている第２静電容量Ｃ２が変化する。図１に示す制御部３０によって、第２静電容量Ｃ２が測定され、第２センシング領域Ｒ２の液体を検出することが可能である。
【００２９】
制御部３０は、図２の容量測定回路ＣＣと信号変換回路ＳＣとに相当する機能を有している。制御部３０は、駆動信号発生部３１と、出力信号処理部３５と、を有した集積回路（ＩＣ）によって構成されている。集積回路は、メモリに記録されているプログラムに基づくコントロール回路からの指令によって、駆動信号発生部３１や出力信号処理部３５等を動作させている。図１に示すように、駆動信号発生部３１は、第１センサ部１０の第１電極１１と、第２センサ部２０の第３電極２１と、に接続されており、駆動信号発生手段３２によって駆動信号ＤＳを印加している。出力信号処理部３５は、出力信号処理手段３６を有し、第１センサ部１０の第２電極１２と、第２センサ部２０の第４電極２２と、に接続されている。出力信号処理手段３６に、第２電極１２から第１センサ部１０の出力信号Ｓ１が入力され、第４電極２２から第２センサ部２０の出力信号Ｓ２が入力される。出力信号処理手段３６は、出力信号Ｓ１及び出力信号Ｓ２を所望の出力形式に変換してから出力する。
【００３０】
液体検出装置１は、第１センシング領域Ｒ１と第２センシング領域Ｒ２とを有する測定対象エリアに配置される。図３に示すように、第１センシング領域Ｒ１が水槽５１（例えば、洗濯槽）である場合、水槽５１の側面に配置された第１センサ部１０によって水槽５１内に存在する水の量を水位（水面の高さ）として検出することができる。水槽５１がガラスや合成樹脂などの絶縁性材料であれば、第１センサ部１０を水槽５１の外壁に配置することができる。第２センシング領域Ｒ２が排水管５２（例えば、乾燥機の排水管）である場合、排水管５２に水が存在するか否かを検出することができる。このため、図３に示すように、第２センサ部２０が排水管５２に配置される。第１センサ部１０の第１電極１１及び第２電極１２は、それぞれ第１配線１１ａ及び第２配線１２ａによって、制御部３０に接続されている。第２センサ部２０の第３電極２１及び第４電極２２は、それぞれ第３配線２１ａ及び第４配線２２ａによって、制御部３０に接続されている。
【００３１】
はじめに、第１センシング領域Ｒ１である水槽５１に液体が存在しないとする。第２センシング領域Ｒ２の上流側から排水管５２を通る排水が流れてくるとき、排水管５２に水が存在する状態になる。このとき、第２センサ部２０は、水の誘電率が空気の誘電率より大きいため、液体が存在しないとき（初期）の第２静電容量Ｃ２（０）よりも大きな第２静電容量Ｃ２である。すなわち、Ｃ２＝ΔＣ２＋Ｃ２（０）である。ここで、ΔＣ２は静電容量の増加分である。
【００３２】
第１センシング領域Ｒ１である水槽５１は、排水完了時に水位をゼロであるとする。また、第１センシング領域Ｒ１に液体が存在しないとき（水槽５１の水位がゼロ）を、第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）とする。
【００３３】
本実施形態では、第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）と、第２センサ部２０の初期の第２静電容量Ｃ２（０）と、を等しくするように電極形状や電極間隔が設定されている。第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１と、第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２と、が制御部３０の出力信号処理部３５で信号処理される。このとき、制御部３０において、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１を第１基準信号として用い、第１基準信号に基づき、第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２を処理する。すなわち、出力信号Ｓ２から第１基準信号とする出力信号Ｓ１を差し引く処理を行い、出力Ｘ２を得る。Ｘ２＝Ｓ２−Ｓ１＝Ｂ２｛Ｃ２−Ｃ１）｝である。Ｂ２は、例えば、容量測定回路における容量と電圧の変換係数（定数）である。
【００３４】
水槽５１に液体が存在せず、第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）であるときには、Ｘ２＝Ｂ２｛Ｃ２−Ｃ１（０）｝＝Ｂ２｛ΔＣ２＋Ｃ２（０）−Ｃ１（０）｝＝Ｂ２×ΔＣ２となるので、Ｘ２が安定してゼロに復帰するまで、排水管５２に水が残っていることを検出できる。こうすれば、ΔＣ２に比べてＣ２（０）が大きい場合であっても、大きな値のＣ２（０）をキャンセルして小さなΔＣ２の変化だけを検出できる。すなわち、第２センサ部２０の参照用電極を別に設けなくても、Ｃ２（０）をキャンセルしてΔＣ２の変化だけを検出することができるので、液体の検出精度を、参照用電極が別に設けられた場合と同程度に維持することができる。
【００３５】
一方、第２センシング領域Ｒ２の上流側から排水管５２を通る排水が流れていないときには、第２センシング領域Ｒ２に水が存在しない状態になる。このため、第２センサ部２０は、液体が存在しないときの第２静電容量Ｃ２（０）である。
【００３６】
第１センシング領域Ｒ１である水槽５１は、貯水前には水位がゼロであり、第１センサ部１０の第１静電容量Ｃ１は、液体が存在しないときの第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）である。排水弁５３を閉じた状態で水槽５１の貯水が開始されると、第１センサ部１０は、水の誘電率が空気の誘電率より大きいため第１静電容量Ｃ１が増加し始める。すなわち、水位をＬとすれば、Ｌ＝Ａ｛Ｃ１−Ｃ１（０）｝で検出できる。Ａは比例係数であり、第１センサ部１０と水槽５１により決まる定数である。
【００３７】
本実施形態では、第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）と、第２センサ部２０の初期の第２静電容量Ｃ２（０）と、を等しくするように電極形状や電極間隔が設定されている。第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１と、第２センサ部からの出力信号Ｓ２と、が制御部３０の出力信号処理部３５で信号処理される。このとき、制御部３０において、第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２を第２基準信号として用い、第２基準信号に基づき、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１を処理する。すなわち、出力信号Ｓ１から第２基準信号とする出力信号Ｓ２を差し引く処理を行い、出力Ｘ１を得る。Ｘ１＝Ｓ１−Ｓ２＝Ｂ１｛Ｃ１−Ｃ２（０）｝である。Ｂ１は、例えば、容量測定回路における容量と電圧の変換係数（定数）である。
【００３８】
このとき、水位Ｌは、Ｌ＝Ａ｛Ｃ１−Ｃ１（０）｝＝Ａ｛Ｘ１／Ｂ１＋Ｃ２（０）−Ｃ１（０）｝＝Ａ／Ｂ１×Ｘ１で検出できる。ＡとＢ１とは定数であり、例えばＸ１が電圧出力であれば、水位を電圧の値で読み取ることができる。こうすれば、Ｃ１（０）に対してＣ１の変化分が小さい場合であっても、大きな値のＣ１（０）をキャンセルして小さな変化分だけを検出できる。すなわち、第１センサ部１０の参照用電極を別に設けなくても、Ｃ１（０）をキャンセルしてＣ１の変化分だけを検出することができるので、液体の検出精度を、参照用電極が別に設けられた場合と同程度に維持することができる。
【００３９】
なお、第１センシング領域Ｒ１である水槽５１又は第２センシング領域Ｒ２である排水管５２のいずれか一方を測定するタイミングでは、他方には液体が存在しない状態を仮定した。本実施形態は、このような関係になる液体検出装置に適用される。
【００４０】
以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。
【００４１】
液体検出装置１は、第１センシング領域Ｒ１と第２センシング領域Ｒ２とを有する測定対象エリアに配置され、第２センシング領域Ｒ２の測定を行うときには、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１を第１基準信号として用いる。そして、第１基準信号に基づき、第２センシング領域Ｒ２に配置された第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２を処理する。こうすれば、第１センシング領域Ｒ１を測定する第１センサ部１０が第２センサ部２０の参照用電極を兼用しているので、参照用電極を別に設ける必要がない。したがって、液体の検出精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる。
【００４２】
また、第１センシング領域Ｒ１の測定を行うときには、第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２を第２基準信号として用い、第２基準信号に基づき、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１を処理する。こうすれば、第２センシング領域Ｒ２を測定する第２センサ部２０が第１センサ部１０の参照用電極を兼用しているので、参照用電極を別に設ける必要がない。したがって、液体の検出精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる。
【００４３】
なお、第１センシング領域Ｒ１が排水管５２であり、第２センシング領域Ｒ２が水槽５１である場合、第１センサ部１０は排水管５２の乾燥状態を検出し、第２センサ部２０は水槽５１の水位を検出する。この場合であっても、上述したように、液体の検出精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる。
【００４４】
上記の説明は、容量測定回路によって、第１センサ部１０の第１静電容量Ｃ１と、第２センサ部２０の第２静電容量Ｃ２と、を測定した後に、基準信号となる容量を差し引くものとしたが、容量測定回路において差分容量だけを出力させる構成であってもよい。具体的には、以下に説明する差分信号処理を用いることが好適である。
【００４５】
＜差分信号処理＞
差分信号処理について、図４〜図６を参照して説明する。
【００４６】
図４は、駆動信号発生手段３２から印加する駆動信号ＤＳの電圧波形と、このときの出力信号Ｓ１の波形及び出力信号Ｓ２の波形と、出力信号Ｓ１から出力信号Ｓ２を差し引いた差分信号ΔＳ１と、を表わした模式図である。駆動信号ＤＳとして矩形の電圧波形が印加され、出力信号処理部３５の出力信号処理手段３６が電流信号回路であれば、出力信号Ｓ１及び出力信号Ｓ２は、それぞれの電極間の容量と出力信号処理手段３６から見た入力抵抗とに依存した微分波形である。入力抵抗が等しく、Ｃ１及びＣ２が初期のＣ１（０）、Ｃ２（０）であるときには、差分信号ΔＳ１はゼロである。
【００４７】
図５は、駆動信号ＤＳの電圧波形と、第１センサ部１０の第１静電容量Ｃ１が徐々に増加しているときの出力信号Ｓ１の波形及び出力信号Ｓ２の波形と、出力信号Ｓ１から出力信号Ｓ２を差し引いた差分信号ΔＳ１と、を表わした模式図である。Ｃ１が初期のＣ１（０）から徐々に増加していくので、出力信号Ｓ１が増加し、一方、Ｃ２が初期のＣ２（０）から値の変化は無いので、差分信号ΔＳ１はゼロから徐々に増加している。この差分信号ΔＳ１は、所定の出力形式に変換されて出力信号処理手段３６から出力される。
【００４８】
図６は、駆動信号ＤＳの電圧波形と、第２センサ部２０の第２静電容量Ｃ２が徐々に増加してからＣ２（０）に復帰しているときの出力信号Ｓ１の波形及び出力信号Ｓ２の波形と、出力信号Ｓ２から出力信号Ｓ１を差し引いた差分信号ΔＳ２と、を表わした模式図である。Ｃ２が初期のＣ２（０）から徐々に増加していく間は、出力信号Ｓ２が増加し、Ｃ２がＣ２（０）に復帰したときに出力信号Ｓ２が初期の大きさに戻るので、差分信号ΔＳ２はゼロから徐々に増加した後にゼロに復帰している。
【００４９】
以上の説明は、第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）と、第２センサ部２０の初期の第２静電容量Ｃ２（０）と、を等しくするように設定された状態を前提にしている。より正確には、制御部３０で処理する第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１及び第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２は、図３に示すような第１配線１１ａ、第２配線１２ａ、第３配線２１ａ、及び第４配線２２ａにおける浮遊容量（配線容量）が含まれたものである。また、第１電極１１、第２電極１２、第３電極２１、及び、第４電極２２にシールドを設けることができる。ここで、シールドは、第１電極１１と第２電極１２との間の静電容量は測定可能とし、且つ、外部の浮遊容量変化を生じないように絶縁材を介して金属等の導電材料で覆ったものである。シールドを設けることによってシールドと電極とのを生じているが、この静電容量増加分は変化しない容量であるので、このシールド容量や配線容量も含めた初期状態を設定すればよい。第１静電容量Ｃ１は第１センサ部１０までの第１配線１１ａ、第２配線１２ａによる静電容量を含み、第２静電容量Ｃ２は第２センサ部２０までの第３配線２１ａ、第４配線２２ａによる静電容量も含んでいる。しかし、制御部３０において差分信号を処理することにより、この静電容量増加分は相殺され、その影響を無視することができる。よって、検出のダイナミックレンジを広げられるか、又は分解能を上げることができ、高精度な検出を行なうことができる。
【００５０】
さらに、浮遊容量等の影響で、第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）と、第２センサ部２０の初期の第２静電容量Ｃ２（０）と、が等しくできなかったときは、制御部３０において、オフセット容量を付加して調整してもよい。例えば、制御部３０の出力信号処理手段３６に可変コンデンサを配置してオフセット容量を付加すればよい。このオフセット容量によってオフセット信号が付加可能であり、出力信号処理手段３６はオフセット信号が付加されて出力信号を処理することも可能である。
【００５１】
第２センシング領域の測定を行うときには、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１を第１基準信号として用い、第１基準信号とオフセット信号とに基づき、第２センシング領域Ｒ２に配置された第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２を処理する。出力信号処理部３５の出力信号処理手段３６は、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１と第２センシング領域Ｒ２に配置された第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２との差分に、オフセット信号が付加された差分信号を処理する。
【００５２】
また、第１センシング領域の測定を行うときには、第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２を第２基準信号として用い、第２基準信号とオフセット信号とに基づき、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１を処理する。出力信号処理部３５の出力信号処理手段３６は、第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２と第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１との差分に、オフセット信号が付加された差分信号を処理する。
【００５３】
こうすれば、制御部３０においてオフセット容量を含めて差分信号を処理することができる。この構成によれば、第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）と、第２センサ部２０の初期の第２静電容量Ｃ２（０）との差をオフセット容量で調整して、差分信号を検出するようにしているので、小さな変化分だけを検出することができる。よって、検出のダイナミックレンジを広げられるか、又は分解能を上げることができ、高精度な検出を行なうことができる。
【００５４】
［第２実施形態］
以下に第２実施形態における液体検出装置２について、図７〜図１２を用いて説明する。
【００５５】
図７は、第２実施形態の液体検出装置２を示すブロック図である。図８は、液体検出装置２の出力を説明する模式図である。なお、第１実施形態と同じ構成である場合は、同じ符号を付している。
【００５６】
図７に示すように、液体検出装置２は、第１センシング領域Ｒ１の液体を検出するための第１センサ部１０と、第２センシング領域Ｒ２の液体を検出するための第２センサ部２０と、制御部４０と、を備えている。制御部４０は、第１センサ部１０と第２センサ部２０とに接続され、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１及び第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２を処理する。
【００５７】
第１センサ部１０は、第１電極１１と第２電極１２とが電気的に絶縁された状態で配置されており、第１電極１１と第２電極１２との間に所定の第１静電容量Ｃ１が生じている。第１センシング領域Ｒ１に液体が存在すると、液体の誘電率が、液体が存在していないときの空間の誘電率とは異なる。このため、第１センシング領域Ｒ１に存在する液体によって、第１電極１１と第２電極１２との間に形成されている第１静電容量Ｃ１が変化する。図７に示す制御部４０によって、第１静電容量Ｃ１が測定され、第１センシング領域Ｒ１の液体を検出することが可能である。
【００５８】
第２センサ部２０は、第３電極２１と第４電極２２とが電気的に絶縁された状態で配置されており、第３電極２１と第４電極２２との間に所定の第２静電容量Ｃ２が生じている。第２センシング領域Ｒ２に液体が存在すると、液体の誘電率が、液体が存在していないときの空間の誘電率とは異なる。このため、第２センシング領域Ｒ２に存在する液体によって、第３電極２１と第４電極２２との間に形成されている第２静電容量Ｃ２が変化する。図７に示す制御部４０によって、第２静電容量Ｃ２が測定され、第２センシング領域Ｒ２の液体を検出することが可能である。
【００５９】
制御部４０は、駆動信号発生部４１と、出力信号処理部４５と、を有した集積回路（ＩＣ）によって構成されている。集積回路は、メモリに記録されているプログラムに基づくコントロール回路からの指令によって、駆動信号発生部４１や出力信号処理部４５等を動作させている。図７に示すように、駆動信号発生部４１は、駆動信号発生手段４２によって第１センサ部１０の第１電極１１に駆動信号ＤＳ１を印加している。また、駆動信号発生部４１は、反転手段４３を介して、第２センサ部２０の第３電極２１に駆動信号ＤＳ２を印加している。反転手段４３は、例えば、矩形パルスの電圧波形が入力した時、矩形パルスの立上り及び立下りが入れ替わった電圧波形を出力する回路である。出力信号処理部４５は、出力信号処理手段４６を有し、第１センサ部１０の第２電極１２と、第２センサ部２０の第４電極２２と、に接続されている。出力信号処理手段４６に、第２電極１２から第１センサ部１０の出力信号Ｓ１が入力される。また、第４電極２２から第２センサ部２０の出力信号Ｓ２が入力される。出力信号処理手段４６は、出力信号Ｓ１及び出力信号Ｓ２を所望の出力形式に変換して出力する。
【００６０】
液体検出装置２は、第１センシング領域Ｒ１と第２センシング領域Ｒ２とを有する測定対象エリアに配置される。図８に示すように、第１センシング領域Ｒ１が水槽５１であり、第２センシング領域Ｒ２が水槽５１に接続された排水管５２である場合、第１センシング領域Ｒ１である水槽５１の側面に配置された第１センサ部１０によって水槽５１内に存在する水の量を水位（水面の高さ）として検出することができる。水槽５１がガラスや合成樹脂などの絶縁性材料であれば、第１センサ部１０を水槽５１の外壁に配置することができる。第２センサ部２０は、水槽５１からの排水弁５３より下流側の排水管５２に配置され、第２センシング領域Ｒ２（排水弁５３より下流側）に水が存在するか否かを検出することができる。第１センサ部１０の第１電極１１及び第２電極１２は、それぞれ第１配線１１ａ及び第２配線１２ａによって、制御部４０に接続されている。第２センサ部２０の第３電極２１及び第４電極２２は、それぞれ第３配線２１ａ及び第４配線２２ａによって、制御部４０に接続されている。
【００６１】
第１センシング領域Ｒ１である水槽５１は、排水完了時に水位をゼロであるとする。また、第１センシング領域Ｒ１に液体が存在しないとき（水槽５１の水位がゼロ）の第１センサ部１０の静電容量を、第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）とする。貯水が開始されると、第１センサ部１０では、水の誘電率が空気の誘電率より大きいため第１静電容量Ｃ１が増加し始める。
【００６２】
一方、第１センシング領域Ｒ１である水槽５１への貯水時には、排水弁５３を閉じた状態である。このとき、第２センシング領域Ｒ２である排水管５２の排水弁５３より下流側に水が存在しない状態になる。このため、このときの第２センサ部２０の静電容量は、液体が存在しないときの第２静電容量Ｃ２（０）である。
【００６３】
第１センシング領域Ｒ１である水槽５１からの排水時には、排水弁５３を開けた状態である。排水中は、第２センシング領域Ｒ２である排水管５２の排水弁５３より下流側に水が存在する状態になる。このときの第２センサ部２０の静電容量は、水の誘電率が空気の誘電率より大きいため、液体が存在しないとき（初期）の第２静電容量Ｃ２（０）よりも大きな第２静電容量Ｃ２である。すなわち、Ｃ２＝ΔＣ２＋Ｃ２（０）である。ここで、ΔＣ２は静電容量の増加分である。
【００６４】
本実施形態では、駆動信号発生部４１は、反転手段４３を介して、第２センサ部２０の第３電極２１に駆動信号ＤＳ２を印加している。これにより、駆動信号発生手段４２から第１センサ部１０に正位相の駆動信号ＤＳ１が印加され、第２センサ部２０に逆位相の駆動信号ＤＳ２が印加される。このため、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１に対して第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２も正負が反転したものになっている。したがって、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１と第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２とを加算することによって、差分信号ΔＳが得られる。以下、このときの差分信号処理について説明する。
【００６５】
図９は、駆動信号発生手段４２から印加する駆動信号ＤＳ１の電圧波形と、反転手段４３を介した駆動信号ＤＳ２の電圧波形と、このときの出力信号Ｓ１の波形と、出力信号Ｓ２の波形と、出力信号Ｓ１と出力信号Ｓ２とを加算した差分信号ΔＳと、を表わした模式図である。駆動信号ＤＳ１、ＤＳ２として矩形の電圧波形が印加され、出力信号処理部４５の出力信号処理手段４６が電流信号回路であれば、出力信号Ｓ１及び出力信号Ｓ２は、それぞれの電極間の容量と出力信号処理手段４６から見た入力抵抗とに依存した微分波形である。入力抵抗が等しく、Ｃ１及びＣ２がそれぞれ初期のＣ１（０）及びＣ２（０）であるときには、差分信号ΔＳはゼロである。
【００６６】
図１０は、駆動信号ＤＳ１、ＤＳ２の電圧波形と、第１センサ部１０の第１静電容量Ｃ１が徐々に増加しているときの出力信号Ｓ１の波形と、出力信号Ｓ２の波形と、出力信号Ｓ１と出力信号Ｓ２とを加算した差分信号ΔＳと、を表わした模式図である。Ｃ１が初期のＣ１（０）から徐々に増加していくので、出力信号Ｓ１が増加し、一方、Ｃ２（０）が変化しないので、差分信号ΔＳはゼロから徐々に増加している。
【００６７】
図１１は、駆動信号ＤＳ１、ＤＳ２の電圧波形と、第１センサ部１０の第１静電容量Ｃ１がＣ１（０）まで減少していくときの出力信号Ｓ１の波形と、第２センサ部２０の第２静電容量Ｃ２が徐々に増加してからＣ２（０）に復帰していくときの出力信号Ｓ２の波形と、出力信号Ｓ１と出力信号Ｓ２とを加算した差分信号ΔＳと、を表わした模式図である。
【００６８】
この差分信号ΔＳは、所定の出力形式に変換されて出力信号処理手段４６から出力される。図１２は、差分信号ΔＳを出力値Ｘに変換したときの模式図である。図８に示す水槽５１に時間Ｔ１から貯水を開始し、時間Ｔ２まで満水状態を保持する。時間Ｔ２で排水弁５３を開けて排水管５２に排水が流れた後、時間Ｔ３で水槽５１と排水管５２に水が存在しない初期状態に復帰しているとする。初期出力値Ｘ０の初期状態に対し、時間Ｔ１から図１０のように出力信号Ｓ１が徐々に増加し始めて出力値Ｘが増加している。時間Ｔ２から図１１のように、出力信号Ｓ１が減少し、一方、出力信号Ｓ２がいったん増加した後に初期状態に戻るときは、出力値Ｘが初期出力値Ｘ０より小さくなってから（初期出力値Ｘ０をゼロとすれば、負の値になってから）初期出力値Ｘ０と同じ出力に収束する。本実施形態では、出力値Ｘが初期出力値Ｘ０より大きいときが第１センシング領域Ｒ１を測定する期間であり、出力値Ｘが初期出力値Ｘ０より小さいときが第２センシング領域Ｒ２を測定する期間に相当する。
【００６９】
以上の説明は、第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）と、第２センサ部２０の初期の第２静電容量Ｃ２（０）と、を等しくするように設定された状態を前提にしている。より正確には、制御部４０で処理する第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１及び第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２は、図８に示すような第１配線１１ａ、第２配線１２ａ、第３配線２１ａ、及び第４配線２２ａにおける浮遊容量（配線容量）が含まれたものである。また、第１電極１１、第２電極１２、第３電極２１、及び、第４電極２２にシールドを設けることができる。シールドは、第１電極１１と第２電極１２との間の静電容量は測定可能で、且つ、外部の浮遊容量変化を生じないように絶縁材を介して金属等の導電材料で覆ったものである。シールドを設けることによってシールドと電極との静電容量を生じているが、この静電容量増加分は変化しない容量であるので、このシールド容量や配線容量も含めた初期状態を設定すればよい。
【００７０】
出力信号処理手段４６は、出力信号Ｓ１と出力信号Ｓ２との差分信号ΔＳを検出するようにしているので、Ｃ１（０）に対してＣ１の変化分が小さい場合であっても、大きな値のＣ１（０）をキャンセルして小さな変化分だけを検出できる。すなわち、第１センサ部１０の参照用電極を別に設けなくても、Ｃ１（０）をキャンセルしてＣ１の変化分だけを検出することができるので、液体の検出精度を、参照用電極が別に設けられた場合と同程度に維持することができる。同様に、第２センサ部２０の参照用電極を別に設けなくても、Ｃ２（０）をキャンセルしてＣ２の変化分だけを検出することができるので、液体の検出精度を、参照用電極が別に設けられた場合と同程度に維持することができる。
【００７１】
さらに、浮遊容量等の影響で、第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）と、第２センサ部２０の初期の第２静電容量Ｃ２（０）と、が等しくできなかったときは、制御部４０の出力信号処理手段４６において、オフセット容量を付加して調整してもよい。例えば、出力信号処理手段４６に可変コンデンサを配置してオフセット容量を付加すればよい。このオフセット容量によってオフセット信号が付加可能であり、出力信号処理手段４６はオフセット信号が付加されて出力信号を処理することも可能である。
【００７２】
こうすれば、制御部４０においてオフセット容量を含めて差分信号を処理することができる。この構成によれば、第１センサ部１０の初期の第１静電容量Ｃ１（０）と、第２センサ部２０の初期の第２静電容量Ｃ２（０）との差をオフセット容量で調整して、差分信号を検出するようにしているので、小さな変化分だけを検出することができる。よって、検出のダイナミックレンジを広げられるか、又は分解能を上げることができ、高精度な検出を行なうことができる。
【００７３】
なお、第１センシング領域Ｒ１である水槽５１が貯水されていた状態から、排水を開始して第２センシング領域Ｒ２である排水管５２の水が流れ出るまでの期間を連続して監視する場合は、第１静電容量Ｃ１、第２静電容量Ｃ２が両方とも変化している過渡期間を生じる。こういう場合には、過渡期間をブランキング期間とすればよい。また、例えば、もし排水途中の水位を確認したいという場合には、排水弁５３を閉じて出力値Ｘが安定するのを観察して安定したときの出力値Ｘを水位測定データとすればよい。一方、出力値Ｘは排水中変動し続け、水位がゼロに対応するＣ１＝Ｃ１（０）に安定してから排水管５２が乾燥するので、第２センシング領域Ｒ２は、この状態にあるときのみ測定すればよい。
【００７４】
以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。
【００７５】
液体検出装置１は、第１センシング領域Ｒ１と第２センシング領域Ｒ２とを有する測定対象エリアに配置され、第２センシング領域の測定を行うときには、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１を第１基準信号として用いる。そして、第１基準信号に基づき、第２センシング領域Ｒ２に配置された第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２を処理する。こうすれば、第１センシング領域Ｒ１を測定する第１センサ部１０が第２センサ部２０の参照用電極を兼用しているので、参照用電極を別に設ける必要がない。したがって、液体の検出精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる。
【００７６】
また、第１センシング領域の測定を行うときには、第２センサ部２０からの出力信号Ｓ２を第２基準信号として用い、第２基準信号に基づき、第１センサ部１０からの出力信号Ｓ１を処理する。こうすれば、第２センシング領域Ｒ２を測定する第２センサ部２０が第１センサ部１０の参照用電極を兼用しているので、参照用電極を別に設ける必要がない。したがって、液体の検出精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる。
【００７７】
なお、第１センシング領域Ｒ１が排水管５２であり、第２センシング領域Ｒ２が水槽５１である場合、第１センサ部１０は排水管５２の乾燥状態を検出し、第２センサ部２０は水槽５１の水位を検出する。この場合であっても、上述したように、液体の検出精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる。
【００７８】
以上のように、本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係る液体検出装置を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。
【００７９】
（１）第１実施形態又は第２実施形態において、第１センサ部１０が接液するように配置されていてもよい。この場合、第１電極１１と第２電極１２とが電気的に絶縁された状態を保持するように、第１電極１１及び第２電極１２をそれぞれ絶縁被覆しておけばよい。同様に、第２センサ部２０が接液するように配置されていてもよい。この場合、第３電極２１と第４電極２２とが電気的に絶縁された状態を保持するように、第３電極２１及び第４電極２２をそれぞれ絶縁被覆しておけばよい。なお、これらの場合には、第１電極１１、第２電極１２、第３電極２１及び第４電極２２に接続される配線についても、必要に応じて絶縁被覆される。こうすれば、例えば、金属製容器や金属製配管のように導電性の材料で覆われている測定対象エリアであっても、液体検出が可能である。
【００８０】
（２）本実施形態において、第１電極１１、第２電極１２、第３電極２１及び第４電極２２は、平板状に限定されず、種々の形状が可能である。例えば、第３電極２１と第４電極とを櫛歯状に並べて、電極間隔を狭めるとともに対向する実効電極幅を大きくして、初期容量を大きくすれば、同じ容量値を得るために必要な電極面積を小さくできるので、第２センサ部２０を小型化できる。また、第１電極１１と第２電極１２とを、平行平板となるように配置して、平行平板電極間の液体を検出するようにしてもよい。
【００８１】
（３）本実施形態において、第１センサ部１０又は第２センサ部２０のいずれか一方が液体検出装置であって、他方は液体検出以外の静電容量センサを組み合わせたものであってもよい。例えば、乾燥機の扉が閉まっていることを確認するための静電容量センサを、扉が閉まっていないときに静電容量が増加するように配置すれば、扉が閉まっているときに排水管の乾燥状態を検出する液体検出装置と、扉が開いているときの誤操作を防止する装置において、液体の検出精度をある程度維持しつつ、検出構造の単純化を図ることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１、２  液体検出装置
１０    第１センサ部
１１    第１電極
１１ａ  第１配線
１２    第２電極
１２ａ  第２配線
２０    第２センサ部
２１    第３電極
２１ａ  第３配線
２２    第４電極
２２ａ  第４配線
３０、４０  制御部
３１、４１  駆動信号発生部
３２、４２  駆動信号発生手段
３５、４５  出力信号処理部
３６、４６  出力信号処理手段
４３    反転手段
５１    水槽
５２    排水管
５３    排水弁
Ｒ１    第１センシング領域
Ｒ２    第２センシング領域
【図１】
2014139515.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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