JP2012103022A - 計測センサー、静電容量センサー、計測システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する第1電極41,第2電極42と、第1電極41,第2電極42の間の容量または該容量に基づいた物理量を計測し、計測結果を無線で外部に送信する無線タグと、第1電極41,第2電極42に係る無線タグ側の一端に設けられ、第1電極41,第2電極42を牽引するシールド線6と、を有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
一対の電極に屈曲部分が生じにくくなると、一対の電極のインダクタンスと一対の電極間の容量とによって異常発振を生じやすくなり、測定される容量が変動しやすくなる。しかし、この構成によれば、上述の異常発振を抑制する回路が設けられているため、測定される容量が安定し、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
この構成によれば、一対の電極の面積に応じた抑制回路を設けることが可能となる。したがって、確実に異常発振を抑制する抑制回路とすることが可能となり、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
この構成によれば、シールド線は、外部磁場や電場の影響を受けず容量変化を起こさないため、容量変化を生じる一対の電極は、終端が明確な構造となる。そのため、センサーとして有効に機能する部分を予め規定しやすくなる。したがって、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
この構成によれば、構成を簡略化することができる。
まず第1に、本発明においては、前記無線タグは、前記測定対象物の比誘電率を記憶する記憶部を有し、前記容量と前記比誘電率とに基づき、前記一対の電極全体に対する、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の割合を、前記計測結果として算出することが望ましい。
この構成によれば、記憶部に記憶させる測定対象物の比誘電率を変更することにより、種々の測定対象物に適応可能な計測センサーとすることができる。
発振回路における周波数(発振周波数)は、一対の電極間の容量に応じて変動するため、発振周波数を測定することにより、発振回路の式を用いて良好に一対の電極が測定対象物と接触している部分の長さを算出することが可能となる。
この構成によれば、検出する電流値と印加する交流電圧の電圧値とを用い、一対の電極間のリアクタンスを求めることができ、該リアクタンスの値から良好に一対の電極が測定対象物と接触している部分の長さを算出することが可能となる。
この構成によれば、測定に用いる交流と無線通信に用いる電波とが干渉することなく、良好に測定と通信とを両立することが可能となる。
この構成によれば、一対の電極間の容量を算出し、算出された結果を基に電極全体に対する測定対象物が接触している部分の割合を連続的に求めることができる。また、牽引手段による牽引力で一対の電極に張力を加えることができるため、付設箇所において、屈曲自在に設けられた一対の電極に、うねりや撓みなどの容量の変動要因となる屈曲部分が生じにくくなる。したがって、一対の電極間の容量が安定し、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる静電容量センサーとすることができる。
一対の電極に屈曲部分が生じにくくなると、一対の電極のインダクタンスと一対の電極間の容量とによって異常発振を生じやすくなり、測定される容量が変動しやすくなる。しかし、この構成によれば、上述の異常発振を抑制する回路が設けられているため、測定される容量が安定し、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
この構成によれば、シールド線は、外部磁場や電場の影響を受けず容量変化を起こさないため、容量変化を生じる一対の電極は、終端が明確な構造となる。そのため、センサーとして有効に機能する部分を予め規定しやすくなる。したがって、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。また、抑制回路が一対の電極の終端に配置されることとなるため、一対の電極の面積に応じた抑制回路を設けることが可能となる。したがって、確実に異常発振を抑制する抑制回路とすることが可能となり、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
この構成によれば、構成を簡略化することができる。
この構成によれば、上述の計測センサーを有するために精度良く信頼性が高い測定を行うことができ、且つ、測定結果を無線で通信するため、測定箇所に対する取り付けが簡便であり、取り回しが容易となる。そのため、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる、計測システムとすることができる。
以下、図1〜図10を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る計測センサー、静電容量センサー、計測システムについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
a×x+b×(1−x)=c …(1)
図7は、第1の課題に対するシールド線6の機能について説明する説明図である。無線ユニット5を鉄筋91bに繋止する際、センサー部4が符号4Aで示すようなたるんだ状態とならないように、シールド線6をしならせセンサー部4を張った状態(符号4B)とする。このように無線ユニット5を付設すると、しならせたシールド線6の復元力Fによりセンサー部4を先端側からシールド線6側に牽引し、センサー部4が弛み無く張られた状態とすることができる。すなわちシールド線6は、センサー部4を弛み無く張った状態とするための牽引手段として用いられる。
図9は、第2の課題を説明するグラフである。本実施形態の計測センサー2では、センサー部4を構成する第1電極、第2電極の間の静電容量をRC発振回路のC成分とみなし、発振させてRC発振のパルス数をカウントし、容量の計測を行う回路構成となっている。図9(a)には、良好な測定が可能なRC発振のパルスを示す。パルス数は、応答が所定値(図中、符号Tで示す)以上となるときのピーク値をカウントする。
第1の変形例では、制御部516は、第1の周波数を60kHzとし、この正弦波の交流電圧を第1電極41と第2電極42との間に印加して、電極間に生じる電流を計測する。そして制御部516は、電流値と電圧値とから、第1電極41と第2電極42との間のリアクタンスを求め、コンデンサーのインピーダンスを示すXc=1/(2πfc)の関係式から電極間の容量cを算出する。
c1=ε1×x×w/d …(2)
c2=ε2×(h−x)×w/d …(3)
(w:第1電極41,第2電極42の幅、d:電極間の距離、h:第1電極41,第2電極42の全長)
第2の変形例では、RFIDタグ51が、第1電極41と第2電極42との間の容量に対して直列に接続され、発振回路を形成する抵抗を有し、制御部516は、この発振回路における周波数を測定し、測定される周波数と発振回路が有する抵抗の抵抗値とから容量を算出する。
図11〜図15は、本発明の第2実施形態に係る計測センサーの説明図である。本実施形態の計測センサーは、第1実施形態の計測センサーと一部共通し、無線ユニット5の封止構造が異なっている。したがって、以下の説明においては、第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
Claims (14)
- 屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する一対の電極と、
前記一対の電極間の容量または該容量に基づいた物理量を計測し、計測結果を無線で外部に送信する無線タグと、
前記一対の電極に係る前記無線タグ側の一端に設けられ、前記一対の電極を牽引する牽引手段と、を有することを特徴とする計測センサー。 - 前記一対の電極のインダクタンスと、前記一対の電極間に形成されるコンデンサーと、により生じる異常発振を抑制する抑制回路を有することを特徴とする請求項1に記載の計測センサー。
- 前記一対の電極に係る前記無線タグ側の端部に、前記抑制回路が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の計測センサー。
- 前記一対の電極と、前記無線タグとがシールド線を介して接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の計測センサー。
- 前記シールド線を屈曲させたときの復元力を、前記牽引手段の牽引力とすることで、前記シールド線が前記牽引手段を兼ねることを特徴とする請求項4に記載の計測センサー。
- 前記無線タグは、前記測定対象物の比誘電率を記憶する記憶部を有し、
前記容量と前記比誘電率とに基づき、前記一対の電極全体に対する、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の割合を、前記計測結果として算出することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の計測センサー。 - 前記一対の電極の間に接続され、前記一対の電極とともに発振回路を形成する抵抗を有し、
前記無線タグは、前記発振回路における周波数を測定し、
前記周波数と前記抵抗の抵抗値とに基づき、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の長さを、前記計測結果として算出することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の計測センサー。 - 前記無線タグは、前記一対の電極に交流電圧を印加して、前記一対の電極の間に流れる電流値を検出し、
前記電流値と前記交流電圧の電圧値とに基づき、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の長さを、前記計測結果として算出することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の計測センサー。 - 前記交流電圧の周波数は、前記無線に用いる搬送波の周波数と異なることを特徴とする請求項8に記載の計測センサー。
- 屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する一対の電極と、
前記一対の電極の端部に設けられ前記一対の電極を牽引する牽引手段と、を有することを特徴とする静電容量センサー。 - 前記一対の電極のインダクタンスと、前記一対の電極間に形成されるコンデンサーと、により生じる異常発振を抑制する抑制回路を有することを特徴とする請求項10に記載の静電容量センサー。
- 前記一対の電極と接続するシールド線を有し、前記一対の電極と前記シールド線との接続箇所に、前記抑制回路が設けられていることを特徴とする請求項11に記載の静電容量センサー。
- 前記シールド線を屈曲させたときの復元力を、前記牽引手段の牽引力とすることで、前記シールド線が前記牽引手段を兼ねることを特徴とする請求項12に記載の静電容量センサー。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載の計測センサーと、前記計測センサーから発信される計測結果を受信する記録装置と、の間で通信を行う計測システムであって、
前記計測センサーは、前記一対の電極との間の容量を計測するとともに、計測結果を前記無線タグから前記記録装置に送信し、
前記記録装置は、前記計測センサーから送信される前記計測結果を受信する受信部と、
前記計測結果に基づいて、前記一対の電極の全長に対する、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の割合を算出する算出部と、を有することを特徴とする計測システム。
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