図面 (/)

技術 濃度センサ

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 善積順一
出願日 2019年2月22日 (2年0ヶ月経過) 出願番号 2019-029960
公開日 2020年8月31日 (5ヶ月経過) 公開番号 2020-134372
状態 未査定
技術分野 電気的手段による材料の調査、分析
主要キーワード 両端支持構造 レジスタンス成分 内側パイプ 外側パイプ 濃度測定精度 励起レベル 静電容量成分 測定段階
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年8月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

本発明は、流体の濃度を検出する濃度静電容量を測定することで液中アルコール濃度を検出するセンサに関し、周囲温度の変化に対して濃度測定精度を向上させることを目的とする。

解決手段

本開示における濃度センサは、筒と導線回路処理部と備え、回路処理部は、基準発振器と第1の分周器位相比較器ローパスフィルタ電圧制御発振器と第2の分周器と検波器と第1の出力ポートと第2の出力ポートとを備え、電圧制御発振器は、可変容量ダイオード発振器と増幅器とを備え、第1の出力ポートは検波器を介して電圧制御発振器に接続され、第2の出力ポートはローパスフィルタの後段に接続され、筒と導線とは共同して共振器を構成しており、共振器は、可変容量ダイオードのカソードと発振器の間に接続されている。

概要

背景

流体の濃度を検出する濃度センサは、流体の流路を構成する導電性外側パイプと、流路内に配置される導電性の内側パイプとで構成されている。濃度センサは、外側パイプと内側パイプとで形成され静電容量を検出し、静電容量に応じた信号を濃度情報として出力する。

なお、この出願の開示に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。

概要

本発明は、流体の濃度を検出する濃度静電容量を測定することで液中アルコール濃度を検出するセンサに関し、周囲温度の変化に対して濃度測定精度を向上させることを目的とする。本開示における濃度センサは、筒と導線回路処理部と備え、回路処理部は、基準発振器と第1の分周器位相比較器ローパスフィルタ電圧制御発振器と第2の分周器と検波器と第1の出力ポートと第2の出力ポートとを備え、電圧制御発振器は、可変容量ダイオード発振器と増幅器とを備え、第1の出力ポートは検波器を介して電圧制御発振器に接続され、第2の出力ポートはローパスフィルタの後段に接続され、筒と導線とは共同して共振器を構成しており、共振器は、可変容量ダイオードのカソードと発振器の間に接続されている。

目的

そこで、本開示はこのような問題を解決し、濃度センサにおける検出精度を高めることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

内部が流体流路を構成する筒と、前記流路の内部に配置される導線と、前記導線の一端が接続される回路処理部と、備え、前記回路処理部は、基準発振器と、前記基準発振器の後段に接続された第1の分周器と、前記第1の分周器の後段に接続された位相比較器と、前記位相比較器の後段に接続されたローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの後段に接続された電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器から前記位相比較器への帰還ループに配置された第2の分周器と、前記電圧制御発振器の後段に接続された検波器と、前記検波器の後段に接続された第1の出力ポートと、前記ローパスフィルタと前記電圧制御発振器との間に接続された第2の出力ポートと、を備え、前記電圧制御発振器は、アノード接地されて、カソードが前記ローパスフィルタの後段に接続された可変容量ダイオードと、前記ローパスフィルタの後段に接続された発振器と、前記発振器の後段に接続された増幅器と、を備え、前記筒と前記導線とは、共同して共振器を構成しており、前記共振器は、前記可変容量ダイオードのカソードと前記発振器の間に接続されている、濃度センサ

請求項2

前記導線の他端が、前記筒に接続されている、請求項1に記載の濃度センサ。

請求項3

前記導線の他端が開放端である、請求項1に記載の濃度センサ。

技術分野

0001

本開示は、濃度センサに関する。

背景技術

0002

流体の濃度を検出する濃度センサは、流体の流路を構成する導電性外側パイプと、流路内に配置される導電性の内側パイプとで構成されている。濃度センサは、外側パイプと内側パイプとで形成され静電容量を検出し、静電容量に応じた信号を濃度情報として出力する。

0003

なお、この出願の開示に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。

先行技術

0004

特表2009−505074号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、検出対象となる流体は、少なからず導電性を有している。流体における導電性は、静電容量の検出におけるレジスタンス成分として検出結果に含まれる。このレジスタンス成分は、濃度検出における誤差要因となり、検出精度劣化させてしまうという問題があった。

0006

そこで、本開示はこのような問題を解決し、濃度センサにおける検出精度を高めることを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本開示の一態様における濃度センサは、筒と導線回路処理部と備え、回路処理部は、基準発振器と第1の分周器位相比較器ローパスフィルタ電圧制御発振器と第2の分周器と検波器と第1の出力ポートと第2の出力ポートとを備え、電圧制御発振器は、可変容量ダイオード発振器と増幅器とを備え、第1の出力ポートは検波器を介して電圧制御発振器に接続され、第2の出力ポートはローパスフィルタの後段に接続され、筒と導線とは共同して共振器を構成しており、共振器は、可変容量ダイオードのカソードと発振器の間に接続されている。

発明の効果

0008

この構成により、濃度センサの検出精度を高めることができる。

図面の簡単な説明

0009

図1は、本開示の濃度センサを模式的に示した構成図である。
図2は、本開示の濃度センサの等価回路図である。
図3は、共振器の変形例を模式的に示した断面図である。

実施例

0010

以下では、本開示の実施の形態に係る濃度センサについて、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形
態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

0011

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。

0012

図1は、濃度センサ100を模式的に示した構成図である。濃度センサ100は、共振器10と回路処理部20とを有している。共振器10は、筒11と、筒11の内部に配置された導線12とによるTEMモード導波路構成である。筒11は、側面に貫通孔13が配置されている。導線12の一端側は、貫通孔13を介して筒11の外側に導出される。なお、貫通孔13には、絶縁体14が設けられている。導線12は絶縁体14を介して筒11に固定されている。

0013

筒11は、鉄やステンレスなどの導体で構成されている。筒11、は流体Xの濃度を測定する際には接地される。筒11の内周部分は、検査対象となる流体Xの流路15となる。検査対象となる流体Xは、ガソリンなどの液体二酸化炭素などの気体である。

0014

導線12は、銅やアルミニウム等の導体で構成されている。導線12は、筒11の延伸方向に延びる延伸部12Aと、貫通孔13を経て外部に導出される引き出し部12Bを有している。

0015

共振器10のインダクタンス成分は、導線12のインダクタンス成分により構成される。共振回路キャパシタンス成分は、導線12と筒11とが対向することで生じる静電容量成分により構成される。つまり、共振器10は、延伸部12Aの長さと流体Xの誘電率により共振周波数が決まる。流体Xの誘電率は流体Xの濃度に応じて変化する。したがって、濃度センサ100は、共振器10の共振周波数を検出することにより、流体Xの濃度情報を含む信号を出力することができる。

0016

回路処理部20は、2つの出力ポート21,22を有している。図2は、濃度センサ100の等価回路を示す。

0017

回路処理部20は、基準発振器23と分周器24と位相比較器25とローパスフィルタ26と電圧制御発振器27と分周器28と、検波器29を備えている。出力ポート21は、検波器29の後段に接続されている。出力ポート22はローパスフィルタ26と電圧制御発振器27の間に接続される。コイル36はチョークコイルコンデンサ37はバイパスコンデンサである。基準発振器23は、例えば水晶発振器を用いることができる。分周器24は基準発振器23の後段に配置されている。位相比較器は25分周器24の後段に配置されている。ローパスフィルタ26は位相比較器25の後段に接続されている。電圧制御発振器27はローパスフィルタ26の後段に接続されている。分周器28は電圧制御発振器27から位相比較器25への帰還ループ30に配置されている。検波器29は電圧制御発振器27の後段に接続されている。

0018

電圧制御発振器27は、可変容量ダイオード31と発振器32と増幅器33を備えている。可変容量ダイオード31は、カソードがローパスフィルタ26の後段に接続されており、アノードが接地されている。発振器32はローパスフィルタ26の後段に接続されている。増幅器33は発振器32の後段に接続されている。なお、可変容量ダイオード31のカソードと発振器32との間には共振器10が接続されている。また、コンデンサ34は、DCカット用のコンデンサである。コンデンサ35は、カップリング用のコンデンサ
である。

0019

回路処理部20において、基準発振器23と分周器24と位相比較器25とローパスフィルタ26と電圧制御発振器27と分周器28とでフェーズロックループ(以下、PLLと記す。)が構成されている。この結果、出力ポート21,22からは、共振器10の共振周波数の変化に応じた信号が出力される。出力ポート21からは、流体Xの導電率情報を含む信号が出力される。出力ポート22からは、流体Xの誘電率の情報を含む信号出力される。

0020

PLLは、共振器10の共振周波数の変化に伴い、一定の周波数ロックさせる作用が働く。例えば、流体Xの誘電率が小さくなり共振器10の共振周波数が上がった場合、PLLは、その周波数を下げるように電圧制御発振器27への制御電圧を調整する。具体的には、可変容量ダイオード31は、アノードが接地されている。この可変容量ダイオード31の容量を大きくするように制御電圧を調整することで共振器10の共振周波数を下げることができる。この制御電圧の変化が出力ポート22の出力信号に反映される。つまり、出力ポート22の出力信号には、流体Xの誘電率の情報が含まれる。

0021

また、電圧制御発振器27の出力信号は、発振器32並びに増幅器33と共振器10の励起レベルにより決まる。例えば、流体Xの導電率が大きくなった場合、共振器10のQ値が下がる。共振器10のQ値が下がることで、共振器10の励起レベルが小さくなり、電圧制御発振器27の出力信号は下がる。この結果、検波器29の出力信号の電圧は下がる。検波器29は、電圧制御発振器27の出力信号を直流電圧信号に変換する。つまり、検波器の後段に接続された出力ポート21の出力信号には、流体Xの導電率の情報が含まれる。

0022

以上のように、濃度センサ100は、流体Xの濃度変化に応じて、流体Xの誘電率に関する情報と導電率に関する情報が出力される。したがって、流体の濃度検出においてレジスタンス成分を除去することができるようになるため、濃度センサにおける検出精度を高めることができる。

0023

なお、共振器10は、導線12の先端が開放端である。この場合、共振器がλ/2型の共振器となるのでQ値が高くなる。この結果、濃度センサの検出精度が高められる。また、導線が片端支持構造であるため、筒に対する導線の取り付けが容易となる。

0024

共振器10の変形例を図3に示す。共振器40は、導線42の先端(図中における延伸部12Aの右端部分)が接続部41Cで筒41に接続されている。筒41は測定段階で接地されるため、共振器40は、λ/4型の共振器となる。導線42は、延伸部41Aの両端が支持部42Bと接続部42Cで筒41に支持された両端支持構造となる。この構造によれば、導線42は、流体の流れや外部振動等の外的影響を抑制できる。さらに、共振器40は共振器10より小型となる。

0025

本開示の濃度センサは、特に自動車などの内燃機関用途において有効となる。

0026

10,40共振器
11,41 筒
12,42導線
15流路
20回路処理部
23基準発振器
24,28分周器
25位相比較器
26ローパスフィルタ
27電圧制御発振器、
29検波器
30帰還ループ
31可変容量ダイオード
32発振器
33増幅器
21,22出力ポート
X 流体

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ