JP2014029315A - インピーダンス型の水分検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダミー電極を設けなくても十分な精度で着霜の状態などを検出することができ、構成が簡単な静電容量型の水分検出装置を提供すること。
【解決手段】周囲環境の水分の割合または状態に応じた静電容量の変化を検出する静電容量型の水分検出装置であって、互いに対向するように配置された第１の電極および第２の電極を有し、第１の電極と第２の電極との間の水分の割合または状態に応じて静電容量が変化する静電容量センサと、静電容量センサに交流信号を印加する駆動部と、静電容量センサからの出力電圧の大きさに応じて２値化を行ってオンまたはオフの検出信号を出力する判定部とを有する。静電容量センサは、例えば駆動部の出力と判定部の入力との間に接続され、判定部は、静電容量センサからの出力電圧の大きさと予め設定されたしきい値とを比較することによって２値化を行う。
【選択図】 図６

Description

本発明は、周囲環境の水分の割合または状態に応じた静電容量の変化を検出して検出信号を出力する静電容量型の水分検出装置に関する。本願発明の水分検出装置は、冷却器の着霜状態などを検出する着霜センサ、土の乾燥状態に応じて散水の要否を検出する散水センサ、または液面センサなどとして利用可能である。

従来より、冷蔵庫または冷凍庫などの冷凍冷蔵装置において、水分が冷却され霜となって冷却器に付着するという問題があり、この問題を解消するための除霜方法が種々提案されている。

例えば、タイマーを用い、適当な時間間隔でヒータを駆動し、冷却器などを加熱して除霜を行う。しかし、この場合には、除霜を確実に行うためにはヒータを過剰に駆動することとなり、無駄な電力消費が行われてしまうという問題がある。

そのため、冷却器に霜が発生したか否かをセンサによって検知し、霜が発生したときにヒータをオンして除霜することが提案されている。

例えば、金属棒からなる電界センサを冷却器に対向して設置し、着霜によるキャパシタンスの変化を検出することが提案されている（特許文献１）。特許文献１によると、電界センサに交流信号を印加して電波を放射する。電界センサによる電波放射範囲内において着霜があるとキャパシタンスが変化するので、キャパシタンスの変化を検出することにより着霜状態が検出される。

特開２０１０−９１１７１号

しかし、特許文献１に開示された検出方法による場合には、電界センサによる電波の放射が周辺をも含めた開放された広い領域に及び、電波放射範囲が広い。そのため、種々の要因が検出精度に影響し、検出精度を高くするのが難しいという問題がある。

そのため、特許文献１の方法では、電界センサの電極と同じ環境となるようにダミー電極を設置し、ダミー電極の出力によって環境変化による電界センサの出力変動を補正することが行われる。そのため、ダミー電極およびその制御のための回路などが必要であり、全体の構成が複雑化するという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、ダミー電極を設けなくても十分な精度で着霜の状態などを検出することができ、構成が簡単な静電容量型の水分検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る一実施形態の装置は、周囲環境の水分の割合または状態に応じた静電容量の変化を検出して検出信号を出力する静電容量型の水分検出装置であって、互いに対向するように配置された第１の電極および第２の電極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の水分の割合または状態に応じて静電容量が変化する静電容量センサと、前記静電容量センサに交流信号を印加する駆動部と、前記静電容量センサからの出力電圧の大きさに応じて２値化を行ってオンまたはオフの検出信号を出力する判定部と、を有する。

前記静電容量センサは、前記駆動部の出力と前記判定部の入力との間に接続してもよく、または前記駆動部の出力とグランドラインとの間に接続してもよい。

前記判定部は、前記静電容量センサからの出力電圧と予め設定されたしきい値とを比較することによって前記２値化を行うようにしてもよい。

本発明によると、ダミー電極を設けなくても十分な精度で着霜状態などを検出することができ、構成が簡単な着霜状態検出装置および静電容量型検出装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る着霜状態検出装置の構成を示す図である。 第１の実施形態に用いられる着霜センサの外形を示す正面図である。 着霜状態検出装置の具体的な回路の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る着霜状態検出装置の回路の例を示す図である。 第３の実施形態に係る静電容量型検出装置の外形を示す図である。 第３の実施形態に係る静電容量型検出装置の回路の例を示す図である。 地面の水分を検出する水分センサの例を示す図である。 静電容量型検出装置を液面センサとして用いた場合の設置例を示す図である。 水分センサの他の例を示す図である。 第４の実施形態に係る着霜状態検出装置の構成を示す図である。 第４の実施形態に用いられる着霜センサの外形を示す正面図である。 第４の実施形態の着霜センサと冷却パイプの一部を拡大して示す図である。 第４の実施形態の着霜状態検出装置の具体的な回路の一例を示す図である。 ＮＯＴ回路を実現する回路の例を示す図である。 着霜状態検出装置の各部の波形の例を示す図である。 着霜状態の検出の様子を示す図である。 修正部の動作の様子を示す図である。 水分の状態と冷凍機の運転状態との関係の例を示す図である。 冷凍機の運転状態の変化を説明するための図である。

〔第１の実施形態〕
まず、本発明の静電容量型の水分検出装置を着霜状態検出装置として実施した第１の実施形態について説明する。

図１において、着霜状態検出装置１は、駆動部１１、判定部１２、および着霜センサ１３などからなる。図２には着霜センサ１３の外形が示されている。

これら図１および図２において、駆動部１１は、着霜センサ１３に交流信号を印加する回路である。交流信号として、正弦波、矩形波、三角波などが用いられる。交流信号の周波数として、長波帯または中波帯の周波数が好適に用いられる。例えば、５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度、例えば、５７ｋＨｚ、４００ｋＨｚ、またはこれらの近辺の周波数、その他の周波数が用いられる。

判定部１２は、着霜センサ１３の出力電圧Ｓ１の大きさに応じて２値化を行って着霜状態であるか否かを示す検出信号Ｓ２を出力する。

すなわち、判定部１２は、冷却器ＲＰの着霜によって後述する着霜センサ１３の第１のパターン電極２２と第２のパターン電極２３との間における抵抗値が増大しかつ静電容量が減少し、これによって交流信号に基づく出力電圧Ｓ１がしきい値よりも大きくなったときに、着霜状態であることを示す検出信号Ｓ２を出力する。

着霜センサ１３は、基板２１の表面において互いに対向するようにパターン形成された第１のパターン電極２２および第２のパターン電極２３を有する。着霜センサ１３は、冷却器ＲＰの表面に取り付けられる。

基板２１は、ガラスエポキシ樹脂またはセラミックなどからなる板状のものである。基板２１の一方の表面に、銅などの金属材料によって第１のパターン電極２２および第２のパターン電極２３が形成される。なお、基板２１として、フィルム状の絶縁体の表面に銅箔などによるパターンを形成したフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を用いることも可能である。

図２に示されるように、第１のパターン電極２２および第２のパターン電極２３は、いずれもくし状であって、それぞれのくし歯ＨＡが互いに対向するようにパターン形成されている。

図２に示す実施形態では、第１のパターン電極２２および第２のパターン電極２３は、いずれも、３つのくし歯ＨＡを有し、一方のくし歯ＨＡの間に他方のくし歯ＨＡが入り込んだ状態となっている。これにより、第１のパターン電極２２のくし歯ＨＡと第２のパターン電極２３のくし歯ＨＡとの間に間隙（ギャップ）ＧＰが形成される。

着霜センサ１３の寸法の一例をあげると、基板２１は、例えば一辺が数ミリメートルないし数センチメートルの矩形である。例えば、縦１センチメートル程度、横２センチメートル程度である。矩形でなく、円形、楕円形、多角形などでもよい。第１のパターン電極２２のくし歯ＨＡと第２のパターン電極２３のくし歯ＨＡとの間隙ＧＰ、例えば、数十マイクロメ−トルないし数百マイクロメ−トル程度である。

着霜センサ１３において、第１のパターン電極２２と第２のパターン電極２３との間の抵抗値Ｒｓは、初期値は数十ＭΩ以上であるが、水滴が付着すると数十ｋΩ程度に低下する。付着した水滴が凍結して氷または霜などになると、数百ｋΩ程度に上昇する。

また、第１のパターン電極２２と第２のパターン電極２３との間の静電容量Ｃｓは、初期値は十ｐＦないし数十ｐＦであり、水滴が付着するとその８０倍程度に増加する。付着した水滴が凍結して氷または霜などになると、静電容量Ｃｓは水の場合の２０分の１程度に低下する。

このように、着霜センサ１３において、表面に水滴が付着している場合とそれが凍結した場合とで、抵抗値Ｒｓおよび静電容量Ｃｓが大きく変化する。水滴が凍結した場合に、抵抗値Ｒｓが増大し静電容量Ｃｓが減少するので、交流信号に対するインピーダンスＺｓ（＝Ｒｓ＋１／ｊωＣｓ）は大きく増大する。

なお、くし歯ＨＡの個数、形状、長さ、くし歯ＨＡ間の間隙ＧＰの大きさなどは、種々のものを選択することができる。くし歯ＨＡの個数および長さを大きくすれば、抵抗値Ｒｓは低下し、静電容量Ｃｓは増大する。くし歯ＨＡ間の間隙ＧＰを小さくすれば、抵抗値Ｒｓは低下し、静電容量Ｃｓは増大する。

本実施形態においては、このような水滴の凍結による着霜センサ１３のインピーダンスＺｓの変化を利用して着霜状態の有無を検出する。

図１に示すように、着霜センサ１３は、冷却器ＲＰに接近しまたは接触した状態で取り付けられる。例えば、ネジなどを用い、冷却器ＲＰに直接にまたはスペーサを介してネジ止めする。または、接着剤などを用い、冷却器ＲＰの冷却パイプに直接に貼り付ける。または、両面粘着テープを用いて冷却器ＲＰの表面に貼り付ける。

これによって、冷却器ＲＰの着霜状態または凍結状態に応じて、着霜センサ１３における第１のパターン電極２２と第２のパターン電極２３との間の大気の状態および大気に含まれるの水分の状態が変化し、インピーダンスＺｓが変化する。

なお、着霜センサ１３は、冷却器ＲＰに接近して取り付けられるので、大気環境の中に設置されることとなる。つまり、本実施形態においては、着霜センサ１３は、冷却器ＲＰによる冷却効果によって大気中の水分が凍結して霜状に変化したかどうかを検出するのであり、特定の容器などに収納された水が凍結したかどうかを検出するのではない。

したがって、着霜センサ１３は、冷却器ＲＰの表面の温度に近い温度となるように取り付ければよい。着霜センサ１３が冷却器ＲＰの表面の温度と同程度となることにより、冷却器ＲＰの近辺における大気中の水蒸気が水滴となって着霜センサ１３の間隙ＧＰに付着し、温度が氷点下以下に低下することによってその水滴が凍結して霜状となる。

次に、駆動部１１および判定部１２の具体的な回路の例について説明する。

図３において、駆動部１１は、ＮＯＴ（ノット）回路Ｑ１，Ｑ２、抵抗Ｒ１，Ｒ２、およびコンデンサＣ１などからなる。ＮＯＴ回路Ｑ１，Ｑ２、抵抗Ｒ１、およびコンデンサＣ１によって、交流信号を発生する信号発生部ＧＳが構成される。信号発生部ＧＳの出力側に、直列に抵抗Ｒ２が接続された状態である。

抵抗Ｒ２と着霜センサ１３のインピーダンスＺｓとによって、周波数選択性のある分圧回路が構成される。抵抗Ｒ２の値は、駆動部１１の出力する交流信号の周波数に対し、着霜による出力電圧Ｓ１の変化が大きくなるように設定される。したがって、抵抗Ｒ２の抵抗値は、着霜センサ１３のインピーダンスＺｓに応じて設定される。例えば、数十ｋΩないし数百ｋΩ程度、例えば１００ｋΩ程度に設定される。

判定部１２は、ＮＯＴ回路（２値化回路）Ｑ３、ＮＯＴ回路Ｑ４〜Ｑ５、抵抗Ｒ３〜Ｒ８、コンデンサＣ２，Ｃ３、ダイオードＤ１、発光ダイオードＬＥＤａ，ＬＥＤｂなどからなる。互いに直列に接続された抵抗Ｒ３およびコンデンサＣ２によって、入力インタフェ−ス部ＩＦが構成される。ＮＯＴ回路Ｑ３、抵抗Ｒ４〜Ｒ６、コンデンサＣ３、ダイオードＤ１などによって、２値化部ＫＤが構成される。２値化部ＫＤは、入力インタフェ−ス部ＩＦの出力側に接続されている。

２値化部ＫＤは、入力される出力電圧Ｓ１の大きさがしきい値ｔｈを越えた場合に、その出力がローレベル（Ｌ）になる。入力される出力電圧Ｓ１がしきい値ｔｈを越えない場合には、その出力はハイレベル（Ｈ）を維持する。しきい値ｔｈの大きさは、抵抗Ｒ４、Ｒ５の抵抗値によって調整される。つまり、抵抗Ｒ４、Ｒ５の抵抗値を種々選定することにより、電源電圧が２つの抵抗Ｒ４、Ｒ５によって種々の電圧に分圧され、種々のしきい値ｔｈが設定される。

なお、出力電圧Ｓ１の大きさと出力のＬ，Ｈ（またはオン、オフ）との関係はこの逆であってもよい。

また、ＮＯＴ回路Ｑ４，Ｑ５、抵抗Ｒ７，Ｒ８、発光ダイオードＬＥＤａ，ｂなどによって、表示出力部ＨＳが構成される。着霜状態であることが検出されたときに、発光ダイオードＬＥＤａが点灯し、着霜状態でないときには発光ダイオードＬＥＤｂが点灯する。

判定部１２からは、着霜状態であることを示す検出信号Ｓ２ａおよび着霜状態でないことを示す検出信号Ｓ２ｂが、それぞれ出力される。

着霜状態検出装置１の判定部１２は、着霜センサ１３の出力電圧Ｓ１に対して、デジタル的な処理を行って２値化を行う。

なお、着霜状態検出装置１には電源回路なども設けられているが、図示は省略した。外部から電源を供給することも可能である。

駆動部１１の出力側に、着霜センサ１３の一方の端子Ｔａが絶縁電線ＤＳａによって接続される。着霜センサ１３の他方の端子Ｔｂは、着霜状態検出装置１におけるグランドラインＧＬに絶縁電線ＤＳｂによって接続される。

なお、図１においては、駆動部１１および判定部１２と着霜センサ１３とが分離されているように示したが、これらを一体化した構造としてもよい。つまり、着霜センサ１３と一体的に駆動部１１および判定部１２を組み込んでもよい。その場合に、例えば、基板２１を両面基板または多層基板とし、パターン電極が設けられた面以外の面を用いて駆動部１１および判定部１２を設ければよい。駆動部１１および判定部１２のための電子部品は、例えばモールドで覆い、検出信号Ｓ２ａ，ｂの出力および電源回路（電源装置）への接続のためのコネクタを設けておけばよい。

次に、着霜状態検出装置１の動作について説明する。

着霜センサ１３のインピーダンスＺｓは、着霜状態によって変化する。着霜センサ１３には、駆動部１１による交流信号が印加され、着霜センサ１３のインピーダンスＺｓに応じて、着霜センサ１３の出力電圧Ｓ１が変化する。出力電圧Ｓ１の大きさがしきい値ｔｈを越えると、着霜状態であることを示す検出信号Ｓ２ａが出力される。

検出信号Ｓ２ａに基づいて、図示しない除霜ヒータをオンして電流を流し、除霜動作を行わせることができる。除霜ヒータのオンによって冷却器ＲＰの霜が溶解して水滴になると、着霜センサ１３のインピーダンスＺｓが低下し、これによって出力電圧Ｓ１が低下する。出力電圧Ｓ１の大きさがしきい値以下になると、着霜状態でないことを示す検出信号Ｓ２ｂが出力される。

このように、検出信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂに基づいて、図示しない除霜ヒータのオンオフを制御することにより、冷却器ＲＰの除霜を的確に、効率よく行うことができる。

なお、着霜状態であることを検出するしきい値ｔｈと着霜状態でないことを検出するしきい値ｔｈ値とは、同じ値であってもよく、また互いに異なる値であってもよい。しきい値ｔｈを互いに異なる値とする場合には、検出にヒステリシスをもたせることができる。また、除霜のための除霜ヒータなどの制御方法については、上に述べた特許文献１などを参照することができる。

本実施形態において、着霜センサ１３は、基板２１上に第１のパターン電極２２および第２のパターン電極２３を対向させた構成であり、インピーダンスＺｓが実現される空間が閉空間であるので、周囲の物体の有無や移動、空気の流れ、周囲の温度など、環境による要因の影響を受け難く、検出精度を高くすることができる。そのため、ダミー電極などを用いて環境変化による出力変動を補正する必要がなく、構成が簡単であって動作が確実である。

このように、本実施形態の着霜状態検出装置１によると、ダミー電極を設けなくても十分な精度で着霜状態を検出することができ、構成が簡単である。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の静電容量型の水分検出装置を他の形態の着霜状態検出装置として実施した第２の実施形態について説明する。

図４には、第２の実施形態の着霜状態検出装置１Ｂの具体的な回路例が示されている。

図４において、着霜状態検出装置１Ｂは、駆動部１１Ｂ、判定部１２Ｂ、および着霜センサ１３などからなる。

なお、第２の実施形態の着霜状態検出装置１Ｂにおいて、全体的な構成、着霜センサ１３の外形などは、図１および図２に示す第１の実施形態の着霜状態検出装置１と同様である。また、駆動部１１Ｂおよび着霜センサ１３は、図３に示す駆動部１１および着霜センサ１３と同様である。同様な部分については、その説明を省略しまたは簡略化する。

判定部１２Ｂは、ＮＯＴ回路Ｑ１１〜Ｑ１４、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４、コンデンサＣ２，Ｃ１１、ダイオードＤ２、および発光ダイオードＬＥＤａなどからなる。

ＮＯＴ回路Ｑ１１，Ｑ１２、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３、コンデンサＣ１１、およびダイオードＤ２などによって、２値化部ＫＤＢが構成される。また、ＮＯＴ回路Ｑ１３，Ｑ１４、抵抗Ｒ１４、発光ダイオードＬＥＤａなどによって、表示出力部ＨＳＢが構成される。着霜状態であることが検出されたときに、発光ダイオードＬＥＤａが点灯する。判定部１２Ｂからは、着霜状態であることを示す検出信号Ｓ２ａおよび着霜状態でないことを示す検出信号Ｓ２ｂがそれぞれ出力される。

着霜状態検出装置１Ｂの判定部１２Ｂは、着霜センサ１３の出力電圧Ｓ１に対して、アナログ的な処理を行って２値化を行う。
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の静電容量型の水分検出装置を、水分を検出するための一般的な検出装置として実施した、第３の実施形態について説明する。

図５には第３の実施形態の検出装置１Ｃの外形が、図６には検出装置１Ｃの具体的な回路例が、それぞれ示されている。図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、検出装置１Ｃの正面図、左側面図、背面図である。

図５に示すように、検出装置１Ｃは、その全体がほぼ直方体形状に一体化された構造である。

図６に示すように、検出装置１Ｃは、駆動部１１Ｃ、判定部１２Ｃ、および水分センサ（静電容量センサ）１３Ｃなどからなる。駆動部１１Ｃおよび判定部１２Ｃの回路は、図３に示す駆動部１１および判定部１２と同様であり、同じ機能を有する部品には同じ符号を附してある。

すなわち、検出装置１Ｃは、多層基板である長方形状の基板２１Ｃの一方の表面に、水分センサ１３Ｃのための第１のパターン電極２２Ｃおよび第２のパターン電極２３Ｃが形成され、それらの２つの端子Ｔａ，Ｔｂが互いに接近して設けられる。

基板２１Ｃの他方の表面に、駆動部１１Ｃおよび判定部１２Ｃのための電子部品が取り付けられ、パターン配線への半田付けなどによって各回路が形成される。駆動部１１Ｃおよび判定部１２Ｃの電子部品などはモールドＭＤで覆われ、モールドＭＤの一部において発光ダイオードＬＥＤａ，ｂが外部から視認可能である。また、基板２１ＣのモールドＭＤで覆われていない部分には、検出信号Ｓ２ａ，ｂの出力および電源回路への接続のためのコネクタＣＮ１が取り付けられている。

基板２１Ｃ上には、駆動部１１Ｃの出力端子Ｔ１１および判定部１２Ｃの入力端子Ｔ１２が設けられ、これらの端子Ｔ１１，Ｔ１２と水分センサ１３Ｃの端子Ｔａ，Ｔｂとが、モールドＭＤの内部において配線接続されている。これによって、水分センサ１３Ｃは、図６で示すように駆動部１１Ｃの出力端子Ｔ１１および判定部１２Ｃの入力端子Ｔ１２に対して直列に接続されている。

なお、２つの端子Ｔ１１，Ｔ１２と水分センサ１３Ｃの一方の端子Ｔａとを電線で互いに接続し、水分センサ１３Ｃの他方の端子Ｔｂを基板２１Ｃに設けられたグランドライン（グランド端子）ＧＬに接続することも可能である。この場合には、水分センサ１３Ｃは、駆動部１１Ｃの出力端子Ｔ１１および判定部１２Ｃの入力端子Ｔ１２に対して並列に接続されることとなる。

このように、検出装置１Ｃは、基板２１ＣをモールドＭＤで覆う前の状態では、水分センサ１３Ｃを駆動部１１Ｃの出力端子Ｔ１１および判定部１２Ｃの入力端子Ｔ１２に対して、直列および並列のいずれかに選択して接続できるようになっている。

判定部１２Ｃにおける２値化のためのしきい値ｔｈの大きさは、抵抗Ｒ４、Ｒ５の抵抗値を選定することによって調整可能となっている。その調整を容易とするために、これら抵抗Ｒ４、Ｒ５のいずれか一方または両方に、可変抵抗器を用いてもよい。

次に、検出装置１Ｃの動作について説明する。

水分センサ１３ＣのインピーダンスＺｓ（抵抗値Ｒｓおよび静電容量Ｃｓ）は、周囲環境の水分の割合または状態に応じて変化する。例えば検出装置１Ｃを着霜状態の検出に用いた場合には、インピーダンスＺｓは着霜状態によって変化する。着霜状態でないときは、水分センサ１３ＣのインピーダンスＺｓが低く、駆動部１１Ｃからの交流信号Ｓ１ａは余り減衰することなく出力電圧Ｓ１ｂとなり、判定部１２Ｃに入力される。着霜状態になると、水分センサ１３ＣのインピーダンスＺｓが高くなり、駆動部１１Ｃからの交流信号Ｓ１ａは大きく減衰して出力電圧Ｓ１ｂとなり、判定部１２Ｃへの入力は低減する。判定部１２Ｃに入力される信号（出力電圧Ｓ１ｂ）の変動をしきい値ｔｈによって検出し、これによって着霜状態の有無を検出する。

つまり、出力電圧Ｓ１の大きさがしきい値ｔｈ以下である場合に、着霜状態であることを示す検出信号Ｓ２ａが出力される。

このように、本実施形態の検出装置１Ｃによると、ダミー電極を設けなくても十分な精度で着霜状態などを検出することができ、構成が簡単である。
〔静電容量型の水分検出装置の他の実施形態〕
上に述べた検出装置１Ｃは、着霜状態の検出のみでなく、周囲環境の水分の割合または状態を検出するための静電容量型の水分検出装置として動作することが可能である。

すなわち、検出装置１Ｃは、しきい値ｔｈを種々に設定することによって、例えば、散水センサ、漏液センサ、凍結センサ、液面センサ、または製氷センサなどとして用いることが可能である。
〔散水センサ〕
検出装置１Ｃを散水センサとして用いる場合は、検出装置１Ｃを畑などの地中に埋める。水分センサ１３Ｃは、土と接触しており、土中の水分の量に応じて水分センサ１３ＣのインピーダンスＺｓ（特に静電容量Ｃｓ）が変化する。

すなわち、土の比誘電率εは、例えば、乾燥しているときは４程度であり、水分が１％、２％、５％のときにはそれぞれ７６、８７、９４程度となり、水分による土の比誘電率εの変化が大きい。したがって、土の乾燥状態を検出装置１Ｃで検出することができ、乾燥状態となったときに、例えば散水装置が作動して散水を行うようにすればよい。

また、検出装置１Ｃを散水センサとして用いる場合に、検出装置１Ｃを地中に埋めるのでなく、それに代えて、専用の水分センサ（静電容量センサ）３０を地中に埋めるようにしてもよい。

すなわち、図７に示すように、２本の電極棒３１，３２を、互いに平行な状態で適当な間隔をあけて地面ＺＭに打ち込み、その一部または全部を土中に埋める。２本の電極棒３１，３２を水分センサ３０とする。先に述べた水分センサ１３Ｃの端子Ｔａ，Ｔｂに代えて、この電極棒３１，３２の端子Ｔａ，Ｔｂを、検出装置１Ｃの端子Ｔ１１，Ｔ１２にそれぞれ接続する。この場合には、水分センサ３０が直列に接続されることになる。

または、検出装置１Ｃの端子Ｔ１１，Ｔ１２を互いに接続した状態で、それらの端子Ｔ１１，Ｔ１２と水分センサ３０の一方の端子Ｔａとを接続し、水分センサ３０の他方の端子ＴｂをグランドラインＧＬに接続する。この場合には、水分センサ３０が並列に接続されることになる。

この場合に、不要な電圧の直流分をカットするために、水分センサ３０をキャパシター（コンデンサ）を介して検出装置１Ｃに接続してもよい。つまり、この場合には、端子Ｔａ，Ｔｂと端子Ｔ１１，Ｔ１２またはグランドラインＧＬとの間に、キャパシターを挿入する。

なお、電極棒３１，３２として、銅、アルミニウム合金、または鉄などの金属材料、その他の導電性材料からなる棒状のものを用いればよい。なお、電極棒３１，３２を地面ＺＭに打ち込むようにした場合はその設置が容易であるが、これに代えて、電極棒３１，３２を地面ＺＭを掘って土中に埋めるようにしてもよい。その場合に、電極棒３１，３２を鉛直姿勢、水平姿勢、斜め姿勢などとしてもよい。

このような水分センサ３０を用いた場合には、地面ＺＭ中の水分の量によって、電極棒３１，３２の間の静電容量Ｃｓが変化する。この静電容量Ｃｓの変化をしきい値ｔｈによって検出することにより、土の乾燥状態を検出することができる。
〔漏水センサ〕
検出装置１Ｃを漏水センサとして用いる場合は、検出装置１Ｃを建物の床面などに取り付ける。漏水がないときには、水分センサ１３Ｃの周辺は空気または床面の材質（例えばプラスチック）であり、比誘電率εは小さく、静電容量Ｃｓは例えば０．１ｐＦ程度である。漏水によって水分センサ１３Ｃが水で濡れると、比誘電率εが８０程度になり、静電容量Ｃｓは例えば数ｐＦ程度と大きくなるので、この変化をしきい値ｔｈによって検出する。
〔凍結センサ〕
検出装置１Ｃを凍結センサとして用いる場合は、検出装置１Ｃを高速道路などの路面に配置する。つまり、検出装置１Ｃの水分センサ１３Ｃの表面が路面と同じ状態となるように配置する。水分センサ１３Ｃの表面の水分が凍結すると、これによって静電容量Ｃｓが２０分の１程度に低下するので、この変化をしきい値ｔｈによって検出する。表面がシャーベット状に凍結した場合も検出可能である。
〔液面センサ〕
検出装置１Ｃを液面センサとして用いる場合は、図８に示すように、検出装置１Ｃを、液体ＬＱを収容するプラスチック製の容器ＹＫ１などの外周面に取り付ける。容器ＹＫ１は厚さが十分に薄いため、容器ＹＫ１内の液面ＨＭが検出装置１Ｃの位置まで達すると、静電容量Ｃｓが増大するように変化し、この変化をしきい値ｔｈによって検出する。

また、検出装置１Ｃを液面センサとして用いる場合に、図９に示すように、水分センサ１３Ｃに代えて、専用の水分センサ（静電容量センサ）３０Ｂ，３０Ｃを用いてもよい。

すなわち、図９（Ａ）に示すように、容器ＹＫ２の外周面に、２本の電線３１Ｂ，３２Ｂを互いに平行な状態で適当な間隔をあけて巻き付けて、これらを水分センサ３０Ｂとする。電線３１Ｂ，３２Ｂの端子Ｔａ，Ｔｂを、検出装置１Ｃの端子Ｔ１１，Ｔ１２またはグランドラインＧＬにそれぞれ接続する。電線３１Ｂ，３２Ｂは、単線または撚り線のいずれでもよく、断面は円形状または平板状（つまり帯状）などであってもよい。電線３１Ｂ，３２Ｂは絶縁電線とするのが好ましい。

容器ＹＫ２内の液面ＨＭが水分センサ３０Ｂの位置まで達すると、静電容量Ｃｓが増大するように変化するので、この変化を検出する。

また、図９（Ｂ）に示すように、容器ＹＫ３の外周面に、内部の液体ＬＱを挟んで互いに対向する２本の電線３１Ｃ，３２Ｃを半周分巻き付けて、これらを水分センサ３０Ｃとする。容器ＹＫ３内の液面ＨＭが水分センサ３０Ｃの位置まで達すると、静電容量Ｃｓが増大するように変化するので、この変化を検出する。

また、検出装置１Ｃをこれら種々のセンサとして用いる場合に、比誘電率εまたは静電容量Ｃｓの変化量がゼロに近づいたときに、それぞれの環境状態が変化したことを検出するようにしてもよい。つまり、比誘電率εまたは静電容量Ｃｓが変化してその変化量が十分に小さくなったときに、環境状態が変化したと判断する。例えば、乾燥状態になったと判断し、または製氷が完了したと判断し、または凍結したと判断し、または液面が所定の位置に達したと判断する。
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の静電容量型の水分検出装置をさらに他の形態の着霜状態検出装置として実施した第４の実施形態について説明する。

図１０には第４の実施形態の着霜状態検出装置１Ｄの構成が示され、図１１には着霜状態検出装置１Ｄに用いられる着霜センサ１３Ｄの外形が示され、図１２には図１０の一部が拡大して示されている。また、図１３には着霜状態検出装置１Ｄの具体的な回路の一例が示され、図１４にはＮＯＴ回路を実現する回路の例が示されている。また、図１５には着霜状態検出装置１Ｄの各部の波形の例が示されている。

図１０において、着霜状態検出装置１Ｄは、水分センサ１３Ｄの表面を除いてモールドで覆われ、全体がほぼ直方体形状に一体化された構造である。

着霜状態検出装置１Ｄは、図示しないバンドまたは熱収縮チューブなどによって、冷凍機ＲＫに設けられた冷却パイプＲＫＰに取り付けられている。着霜状態検出装置１Ｄは、冷凍機ＲＫの制御部ＲＫＣと電線によって接続され、これによって制御部ＲＫＣから電源の供給を受け、また制御部ＲＫＣの制御入力端子ＴＳに対して制御のための検出信号Ｓ２ａを出力する。

図１３に示すように、着霜状態検出装置１Ｄは、駆動部１１Ｄ、判定部１２Ｄ、および水分センサ（静電容量センサ）１３Ｄなどからなる。判定部１２Ｄには、入力インタフェ−ス部ＩＦ、２値化部ＫＤＤ、および修正部ＳＹＤが設けられる。

なお、第４の実施形態の着霜状態検出装置１Ｄにおいて、その構成および機能については、上に述べた第１および第２の実施形態の着霜状態検出装置１、１Ｂ、および第３の実施形態の検出装置１Ｃと同様の部分が存在する。同様な部分については、ここでの説明を省略しまたは簡略化することがある。また、同様な部分について、以下にさらに詳しい説明が加えられており、以下の説明は着霜状態検出装置１、１Ｂおよび検出装置１Ｃと同様の部分にも適用される。

図１０〜図１２に示されるように、水分センサ１３Ｄは、基板２１Ｄの表面にパターン形成された第１の電極２２Ｄａ，ｂ、および第２の電極２３Ｄ、およびグランド電極２４ａ，ｂを有する。

つまり、これらの電極２２Ｄａ，ｂ、２３Ｄ、２４ａ，ｂは、いずれも長方形状にパターン形成され、互いの間に間隙ＧＰ，ＧＰＧが設けられるように配置されている。第２の電極２３Ｄは、基板２１Ｄの中央部に配置されている。第１の電極２２Ｄａ，ｂは、第２の電極２３Ｄの両側において第２の電極２３Ｄとの間に間隙ＧＰを設けた状態で、かつ互いに近い側の辺部間の距離が冷却パイプＲＫＰの外径よりも小さくなるように配置される。

水分センサ１３Ｄの寸法の一例をあげると、基板２１Ｄは、例えば縦が２０〜３０ミリメートル程度、横が１０〜１５ミリメートル程度の矩形である。第２の電極２３Ｄの幅は、例えば数ミリメートル、より具体的には例えば３ミリメートル程度である。第１の電極２２Ｄａ，ｂの幅は、それぞれ、例えば数ミリメートル、より具体的には例えば２〜３ミリメートル程度である。グランド電極２４ａ，ｂの幅は、それぞれ、例えば数ミリメートル、より具体的には例えば２〜３ミリメートル程度である。

また、第２の電極２３Ｄと第１の電極２２Ｄａ，ｂとの間の２つの間隙ＧＰは、それぞれ、例えば１０分の１ないし１０分の数ミリメートル、より具体的には例えば０．１ミリメートル程度である。電極２２Ｄａ，ｂとグランド電極２４ａ，ｂとの間の２つの間隙ＧＰＧは、それぞれ、例えば１ないし数ミリメートル、より具体的には例えば１ミリメートル程度である。

水分センサ１３Ｄは、第２の電極２３Ｄの一部、第１の電極２２Ｄａ，ｂの一部、間隙ＧＰ、および冷却パイプＲＫＰの外周面にわたって水分が付着することが可能なように、冷却パイプＲＫＰに取り付けられる。

具体的には、図１０〜図１２に示すように、第２の電極２３Ｄの幅方向の中央部が冷却パイプＲＫＰの表面に接触した状態で固定される。

冷凍機ＲＫの運転によって冷却パイプＲＫＰが冷却されると、図１２に示すように、冷却パイプＲＫＰの表面に水分（水滴）ＭＺが付着する。水分ＭＺは間隙ＧＰに入り込み、第１の電極２２Ｄａと第２の電極２３Ｄとの間のインピーダンスＺｓを低下させる。

また、冷凍機ＲＫの運転を最初に開始した時点では、冷却パイプＲＫＰの表面には水分ＭＺが付着しておらず、乾燥状態となっている可能性が高い。

このように、水分センサ１３ＤのインピーダンスＺｓは、間隙ＧＰ，ＧＰＧにおける水分ＭＺの状態、つまり、水滴状態（結露状態）であるか、着霜状態であるか、または乾燥状態であるかによって変化する。また、これらが混合した状態である場合のその割合、水分ＭＺの量などによっても変化する。なお、着霜状態は、凍結状態または部分的な凍結状態であるといえる。

なお、水滴状態、凍結状態、および乾燥状態における比誘電率εは、それぞれ、８０、４．２、１程度である。

冷凍機ＲＫの制御部ＲＫＣは、着霜状態検出装置１Ｄからの検出信号Ｓ２ａに基づいて、冷却装置のオンオフ、つまり冷却装置の運転または停止が制御される。水分センサ１３Ｄによって水滴状態が検出されると、検出信号Ｓ２ａはオフつまりＬとなり、このときには冷却装置が運転される。また、水分センサ１３Ｄによって着霜状態が検出されると、検出信号Ｓ２ａがオンつまりＨとなり、このときには冷却装置が停止される。

冷凍機ＲＫは、初期の乾燥状態においても起動（運転）する必要があるので、乾燥状態においては検出信号Ｓ２ａがオフつまりＬとなる。乾燥状態であることを検出して検出信号Ｓ２ａを強制的にオフするために、本実施形態の着霜状態検出装置１Ｄには修正部ＳＹＤが設けられている。詳細は後で説明する。

図１３に示されるように、着霜状態検出装置１Ｄには、検出信号Ｓ２ａ，ｂの出力、電源回路のプラス側（ＶＤＤ）およびマイナス側（グランドラインＧＬ）への接続のためのコネクタＣＮ１Ｄが取り付けられている。グランドラインＧＬは、検出信号Ｓ２ａ，ｂに対するグランドラインでもある。

着霜状態検出装置１Ｄでは、電源回路として単電源が用いられる。しかし、正電源（＋ＶＤＤ）と負電源（−ＶＤＤ）との２系統からなる両電源を用いることも可能である。その場合には、着霜状態検出装置１Ｄのプラス側（ＶＤＤ）を電源回路の正電源（＋ＶＤＤ）に接続し、着霜状態検出装置１ＤのグランドラインＧＬを、電源回路の電圧に応じて、電源回路のグランドラインＧＬまたは負電源（−ＶＤＤ）に接続すればよい。

さて、駆動部１１Ｄについて、その構成および機能は、上に述べた駆動部１１と同じである。駆動部１１Ｄに形成される信号発生部ＧＳＤは、上に述べた信号発生部ＧＳと同じである。信号発生部ＧＳＤの出力側には、抵抗Ｒ２が直列に接続される。

信号発生部ＧＳＤの出力電圧Ｓ０は、図１５（Ａ）に示すように、グランドラインＧＬの電位である０ボルトとプラス側に印加される電圧ＶＤＤとの間でオンオフする矩形波である。

駆動部１１Ｄの出力電圧Ｓ１は、電圧Ｓ０が抵抗Ｒ２と水分センサ１３ＤのインピーダンスＺｓとによって分圧され、図１５（Ｂ）に示すように、出力電圧Ｓ０よりも低下する。

すなわち、水分センサ１３Ｄに水が水滴状態で付着しているときは、インピーダンスが低くなるため電圧の低下分が大きく、出力電圧Ｓ１は破線で示すように比較的低い電圧となる。

水分センサ１３Ｄに付着した水が凍結して着霜状態となったときは、インピーダンスＺｓが高くなるため電圧の低下分は少なくなり、出力電圧Ｓ１は一点鎖線で示すように比較的高い電圧となる。

水分センサ１３Ｄに水滴も霜も付着していないとき、つまり水分センサ１３Ｄの周辺が空気のみの乾燥状態のときは、インピーダンスＺｓが最大であるため電圧の低下分はほとんどなく、出力電圧Ｓ１は実線で示すように最も高い電圧となる。

なお、出力電圧Ｓ１の高さ（大きさ）は、乾燥状態、着霜状態、水滴状態、および水分の量などに応じて種々の値をとる。

したがって、水滴状態と着霜状態とは、図１５（Ｂ）に示すしきい値ｔｈ１によって判別することができる。なお、後述するように、しきい値ｔｈ１として、２つのしきい値ｔｈ１ａ，ｔｈ１ｂが設定可能となっており、状態の変化の方向によってしきい値ｔｈ１ａまたはｔｈ１ｂのいずれかが選択的に用いられるようになっている。これにより、２値化に際してヒステリシスが付与されることとなる。

なお、着霜状態検出装置１Ｄにおいては、これらしきい値ｔｈ１，ｔｈ１ａ，ｔｈ１ｂが、次に説明する電圧Ｓ１ｃに対して設定されるが、２値化における意味としては同じことである。

また、着霜状態と乾燥状態とは、図１５（Ｂ）に示すしきい値ｔｈ２によって判別することができる。

なお、着霜状態検出装置１Ｄにおいては、しきい値ｔｈ２が、出力電圧Ｓ１を分圧した電圧に対して設定されるが、２値化における意味としては同じことである。

駆動部１１Ｄの出力電圧Ｓ１、つまり水分センサ１３Ｄの出力電圧Ｓ１は、抵抗Ｒ３およびコンデンサＣ２によって構成される入力インタフェ−ス部ＩＦを介して２値化部ＫＤＤに入力される。入力インタフェ−ス部ＩＦの出力側の電圧Ｓ１ｃは、コンデンサＣ２によって直流分がカットされるため、図１５（Ｃ）に示すように、基準電圧（バイアス電圧）Ｖａを中心として上下に振れる正負信号となる。

つまり、２値化部ＫＤＤに実際に入力される電圧Ｓ１ｃは、その最大振幅が水分センサ１３Ｄの出力電圧Ｓ１よりも小さく、かつ基準電圧（バイアス電圧）Ｖａを０ボルトとしたときの正方向または負方向の最大値がその２分の１である。

図１６には、２値化部ＫＤＤにおいて、入力インタフェ−ス部ＩＦからの出力電圧Ｓ１ｃに基づいて２値化を行い、検出信号Ｓ２ａを出力する様子が示されている。特に、図１６（Ｂ）には、検出信号Ｓ２ａがＬからＨに移り変わる際の様子が、図１６（Ｃ）には、検出信号Ｓ２ａがＨからＬに移り変わる際の様子が、それぞれ示されている。

図１６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）において、しきい値ＴＨは、２値化部ＫＤＤの論理回路における論理判定のためのしきい値である。つまり、出力電圧Ｓ１ｃがしきい値ＴＨ以下である場合には入力はＬとして処理され、検出信号Ｓ２ａはオフとなる。出力電圧Ｓ１ｃがしきい値ＴＨを越えた場合には入力はＨとして処理され、検出信号Ｓ２ａがオンとなる。

また、出力電圧Ｓ１ｃにおける基準電圧（バイアス電圧）Ｖａは、しきい値ＴＨよりも低い値であって水滴状態と着霜状態とが判別できるような適切な値に設定されている。

しきい値ＴＨと基準電圧（バイアス電圧）Ｖａとの差（ＴＨ−Ｖａ）が、出力電圧Ｓ１ｃを比較して２値化を行うためのしきい値ｔｈ１である。つまり、差（ＴＨ−Ｖａ）は、本発明における「しきい値」および「第１のしきい値」の例である。

なお、しきい値ＴＨは、水分センサ１３Ｄからの出力電圧Ｓ１を２値化するたのしきい値である点において、本発明における「しきい値」および「第１のしきい値」の例である。しかし、しきい値ＴＨそれ自体は、しきい値ｔｈ２の大きさとの関係において、本発明における「第１のしきい値」と直接的には対応しない。

バイアス電圧Ｖａを適切に設定することによって、しきい値ｔｈ１を適切な値に設定することができる。

したがって、図１６（Ａ）の左側に示すように、水分センサ１３Ｄにより着霜状態が検出された場合、つまり出力電圧Ｓ１ｃがしきい値ｔｈ１よりも高いときは、出力電圧Ｓ１ｃの一部がしきい値ＴＨを越えるので２値化部ＫＤＤにおける入力がＨとなり、検出信号Ｓ２ａがオンとなる。

また、図１６（Ａ）の右側に示すように、水分センサ１３Ｄにより水滴状態が検出された場合、つまり出力電圧Ｓ１ｃがしきい値ｔｈ１よりも低いときは、出力電圧Ｓ１ｃはしきい値ＴＨを越えないので入力がＬとなり、検出信号Ｓ２ａがオフとなる。

なお、２値化部ＫＤＤにおいて、検出信号Ｓ２ａがオンとなったときに、しばらくはその状態が維持されるように、コンデンサＣ３による適当な時定数の積分回路が設けられている。したがって、本実施形態においては、２値化に際して出力電圧Ｓ１ｃの最大値に着目すればよい。

また、図１６（Ｂ）に示すように、検出信号Ｓ２ａがオフのとき、つまり水分センサ１３Ｄが水滴状態を検出しているときは、バイアス電圧Ｖａとして比較的低い電圧Ｖａａが設定される。これによって、しきい値ＴＨとバイアス電圧Ｖａａとの差（ＴＨ−Ｖａａ）が比較的大きくなり、比較的大きいしきい値ｔｈ１ａが設定される。

入力インタフェ−ス部ＩＦからの出力電圧Ｓ１ｃがしきい値ｔｈ１ａを越えたとき、水滴状態から着霜状態に移行したことが検出され、検出信号Ｓ２ａが出力される。

また、図１６（Ｂ）に示すように、検出信号Ｓ２ａがオンのとき、つまり水分センサ１３Ｄが着霜状態を検出しているときは、バイアス電圧Ｖａとして比較的高い電圧Ｖａｂが設定される。これによって、しきい値ＴＨとバイアス電圧Ｖａｂとの差（ＴＨ−Ｖａｂ）が比較的小さくなり、比較的小さいしきい値ｔｈ１ｂが設定される。

入力インタフェ−ス部ＩＦからの出力電圧Ｓ１ｃがしきい値ｔｈ１ｂ以下となったとき、着霜状態から水滴状態に移行したことが検出され、検出信号Ｓ２ａがオフとなる。

図１７には、修正部ＳＹＤにおいて、水分センサ１３Ｄの出力電圧Ｓ１に応じて乾燥状態であることを判別し、乾燥状態であるときには検出信号Ｓ２ａをオフにする様子が示されている。なお、本実施形態の修正部ＳＹＤはＮＯＴ回路Ｑ６から構成される。

図１７において、修正部ＳＹＤに入力される電圧Ｓ１ｄは、水分センサ１３Ｄからの出力電圧Ｓ１を後述する抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２によって分圧した電圧である。

しきい値ＴＨ２は、修正部ＳＹＤの論理回路における論理判定のためのしきい値である。つまり、電圧Ｓ１ｄがしきい値ＴＨ２以下である場合には、入力がＬとして処理され、修正部ＳＹＤの出力はＨに維持される。電圧Ｓ１ｄがしきい値ＴＨ２を越えた場合には、入力がＨとして処理され、修正部ＳＹＤの出力はＬとなる。修正部ＳＹＤの出力がＬになると、入力インタフェ−ス部ＩＦの出力電圧Ｓ１ｃがほぼ０ボルトとなる。

ここで、しきい値ＴＨ２は、乾燥状態と着霜状態とを判別するためのしきい値ｔｈ２として用いられる。この意味において、しきい値ＴＨ２は、本発明における「第２のしきい値」の例である。しかし、しきい値ＴＨ２それ自体は、しきい値ｔｈ１の大きさとの関係において、本発明における「第２のしきい値」と直接的には対応しない。

したがって、図１７の左側に示すように、水分センサ１３Ｄにより乾燥状態が検出された場合、つまり電圧Ｓ１ｄがしきい値ＴＨ２よりも高いときは、電圧Ｓ１ｄの一部がしきい値ＴＨ２を越えるので、修正部ＳＹＤの出力はＬとなる。これによって、電圧Ｓ１ｃはほぼ０ボルトとなり、いずれのしきい値ｔｈ１ａ，ｂよりも小さくなって、検出信号Ｓ２ａは強制的にオフとされる。

また、図１７の右側に示すように、水分センサ１３Ｄにより着霜状態が検出された場合、つまり電圧Ｓ１ｄがしきい値ＴＨ２よりも低いときは、電圧Ｓ１ｄはしきい値ＴＨ２を越えないので、修正部ＳＹＤの出力はＨとなる。そうすると、修正部ＳＹＤは電圧Ｓ１ｃに影響を与えることがなく、２値化部ＫＤＤにおいて電圧Ｓ１ｃに応じた判別が行われる。

２値化部ＫＤＤは、入力される電圧Ｓ１ｃをしきい値ｔｈ１と比較して２値化を行い、検出信号を出力する。

つまり、２値化部ＫＤＤは、入力インタフェ−ス部ＩＦからの出力電圧Ｓ１ｃがしきい値ｔｈ１以上であるときに、第１の電極２２Ｄａ，ｂと第２の電極２３Ｄとの間の水分が凍結して霜状に変化したことを意味する着霜状態検出信号を、検出信号Ｓ２ａとして出力する。

また、水分センサ１３Ｄからの出力電圧Ｓ１がしきい値ｔｈ２以上であるときには、第１の電極２２Ｄａ，ｂと第２の電極２３Ｄとの間には水分がなく乾燥状態であることを示すために、検出信号Ｓ２ａを出力しないようになっている。つまり、乾燥状態の場合に検出信号Ｓ２ａを強制的にオフするようになっており、そのような修正のために修正部ＳＹＤが設けられている。

つまり、修正部ＳＹＤは、水分センサ１３Ｄからの出力電圧Ｓ１がしきい値ｔｈ２以上であるときに、入力インタフェ−ス部ＩＦからの出力電圧Ｓ１ｃをしきい値ｔｈ１以下に低下させ、これによって検出信号Ｓ２ａが出力されないように修正する。

なお、しきい値ｔｈ２は、しきい値ｔｈ１よりも大きく、つまり、ｔｈ２＞ｔｈ１である。

以下において、判定部１２Ｄの構成および動作について、図１３〜図１８を参照してさらに詳しく説明する。

図１３において、２値化部ＫＤＤは、ＮＯＴ回路Ｑ３〜Ｑ５、抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ１０、コンデンサＣ３、ダイオードＤ１などによって構成される。２値化部ＫＤＤは、入力インタフェ−ス部ＩＦの出力側に接続されている。

また、修正部ＳＹＤは、ＮＯＴ回路Ｑ６、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３、コンデンサＣ４、ダイオードＤ２などによって構成される。２値化部ＫＤＤは、入力インタフェ−ス部ＩＦと並列的に接続されていると見ることもできる。

なお、ＮＯＴ回路Ｑ１〜Ｑ６は、いずれもＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）のＮＯＴ回路素子からなっている。

つまり、図１４に示すように、ＮＯＴ回路Ｑ１〜Ｑ６は、いずれも、ｐチャネルとｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを相補形に配置したゲート構造の論理反転回路素子からなる。入力ゲートＩＮがＬ（ローレベル）のときに出力がＨ（ハイレベル）となり、入力ゲートＩＮがＨのときに出力ＯＵＴがＬとなる。第２の実施形態に用いたＮＯＴ回路Ｑ１１〜Ｑ１４もこれと同じである。

このようなＮＯＴ回路素子として、例えば、型番が１４０６８Ｂである市販の集積回路素子を用いることが可能である。型番が１４０６８Ｂの集積回路素子は、６個のＮＯＴ回路素子が１つのパッケ−ジに収められたものであり、着霜状態検出装置１Ｄに必要なＮＯＴ回路Ｑ１〜Ｑ６の全部を１個の集積回路素子により提供することも可能である。

このようなＮＯＴ回路Ｑ３において、論理反転におけるしきい値ＴＨは、電源の電圧ＶＤＤの２分の１近辺にある。つまり、入力ゲートＩＮの電圧がＶＤＤ／２を越えると出力がＬとなり、入力ゲートＩＮの電圧がＶＤＤ／２以下となると出力がＨとなる。

そこで、ＮＯＴ回路Ｑ３の入力ゲートＩＮにバイアス電圧Ｖａを印加しておくと、入力インタフェ−ス部ＩＦからの出力電圧Ｓ１ｃがこれらしきい値ＴＨとバイアス電圧Ｖａとの差（ＴＨ−Ｖａ）を越えたときに出力がＬとなり、出力電圧Ｓ１ｃが差（ＴＨ−Ｖａ）以下となったときに出力がＨとなる。つまり、差（ＴＨ−Ｖａ）がしきい値ｔｈ１となる。

したがって、バイアス電圧Ｖａの値を変更することにより、しきい値ｔｈ１を変更することができる。つまり、バイアス電圧Ｖａをしきい値ＴＨよりも低い電圧としたときに（Ｖａ＜ＴＨ）、バイアス電圧Ｖａを小さくすると差（ＴＨ−Ｖａ）が大きくなってしきい値ｔｈ１が高くなり、バイアス電圧Ｖａを大きくすると差（ＴＨ−Ｖａ）が小さくなってしきい値ｔｈ１が低くなる。

本実施形態においては、ＮＯＴ回路Ｑ３の出力がＨのときには、バイアス電圧Ｖａを比較的小さい電圧Ｖａａとし、出力がＨからＬに切り替わるためのしきい値ｔｈ１ａを高く設定し、ＮＯＴ回路Ｑ３の出力がＬのときには、バイアス電圧Ｖａを電圧Ｖａａよりも大きい電圧Ｖａｂ（Ｖａｂ＞Ｖａａ）とし、出力がＨからＬに切り替わるためのしきい値ｔｈ１ｂを低く設定する。つまり、ｔｈ１ａ＞ｔｈ１ｂである（図１５、図１８参照）。

このように、ＨからＬに切り替わるためのしきい値ｔｈ１ａと、ＬからＨに切り替わるためのしきい値ｔｈ１ｂとの、２つのしきい値ｔｈ１ａ，ｂが設定される。

図１３に示す２値化部ＫＤＤにおいて、２つのしきい値ｔｈ１ａ，ｂを設定するために、ＮＯＴ回路Ｑ４の出力側からＮＯＴ回路Ｑ３の入力側へ、抵抗Ｒ１０によってポジティブのフィードバックがかけられている。抵抗Ｒ１０は、ＮＯＴ回路Ｑ３による２値化に際して、出力状態に応じてバイアス電圧Ｖａを変化させてしきい値ｔｈ１にヒステリシスを付与するためのフィードバック抵抗である。

すなわち、ＮＯＴ回路Ｑ４の出力電圧は、２つの抵抗Ｒ１０、Ｒ５によって分圧され、これがＮＯＴ回路Ｑ３の入力側に加算される。ＮＯＴ回路Ｑ３の入力側には、抵抗Ｒ４を介して電源の電圧ＶＤＤが印加されており、２つの抵抗Ｒ４、Ｒ５によって分圧された電圧と抵抗Ｒ１０によってフィードバックされた電圧との和が、ＮＯＴ回路Ｑ３のバイアス電圧Ｖａとなる。

ＮＯＴ回路Ｑ４の出力がＨのときは、ＮＯＴ回路Ｑ３の入力側に比較的高いバイアス電圧Ｖａｂが与えられ、ＮＯＴ回路Ｑ４の出力がＬのときは、ＮＯＴ回路Ｑ３の入力側に比較的低いバイアス電圧Ｖａａが与えられる。

したがって、例えば、ＮＯＴ回路Ｑ３の出力がＨであるとき、つまりＮＯＴ回路Ｑ４の出力がＬであり、検出信号Ｓ２ａが出力されていないとき（着霜状態でないとき）には、ＮＯＴ回路Ｑ３に入力される入力インタフェ−ス部ＩＦからの出力電圧Ｓ１ｃは、しきい値ｔｈ１ａよりも低い状態であり、出力電圧Ｓ１ｃがしきい値ｔｈ１ａを越えることによってＮＯＴ回路Ｑ３の出力がＨからＬに切り替わる。このとき、バイアス電圧Ｖａが高くなってバイアス電圧Ｖａｂとなり、しきい値ｔｈ１が低くなってしきい値ｔｈ１ｂとなる。

そして、ＮＯＴ回路Ｑ３の出力がＬであるとき、つまりＮＯＴ回路Ｑ４の出力がＨであり、検出信号Ｓ２ａが出力されているとき（着霜状態であるとき）には、ＮＯＴ回路Ｑ３に入力される入力インタフェ−ス部ＩＦからの出力電圧Ｓ１ｃは、しきい値ｔｈ１ｂよりも高い状態であり、出力電圧Ｓ１ｃがしきい値ｔｈ１ｂ以下となることによってＮＯＴ回路Ｑ３の出力がＬからＨに切り替わる。このとき、バイアス電圧Ｖａが低くなってバイアス電圧Ｖａａとなり、しきい値ｔｈ１が高くなってしきい値ｔｈ１ａとなる。

なお、上にも述べたように、ＮＯＴ回路Ｑ３の出力側つまりＮＯＴ回路Ｑ４の入力側には、グランドラインＧＬとの間に積分用のコンデンサＣ３が接続され、ＮＯＴ回路Ｑ４に入力される電荷を蓄積して短時間の急激な電圧変化が生じないようになっている。コンデンサＣ３の容量は、例えば０．００１μＦ〜０．１μＦ程度、具体的には例えば０．０１μＦ程度である。コンデンサＣ３は、本発明における「第２の容量素子」の例である。

次に、修正部ＳＹＤの動作について説明する。

修正部ＳＹＤにおいて、上に述べたように、水分センサ１３Ｄからの出力電圧Ｓ１が、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２によって分圧され、電圧Ｓ１ｄとしてＮＯＴ回路Ｑ６に入力されている。抵抗Ｒ１１、Ｒ１２は、電圧Ｓ１ｄがしきい値ＴＨ２よりも大きいときに、つまり電圧Ｓ１がしきい値ｔｈ２よりも大きいときに、ＮＯＴ回路Ｑ６の出力をＬにするように、その値が設定されている。

ＮＯＴ回路Ｑ６の出力がＬになると、ＮＯＴ回路Ｑ３の入力側の電位が抵抗Ｒ１３およびダイオードＤ２を介してグランドラインＧＬに接続されることとなり、ＮＯＴ回路Ｑ３の入力側の電位が低下してしきい値ｔｈ１ｂ以下となる。その結果、ＮＯＴ回路Ｑ３の出力はＨとなり、ＮＯＴ回路Ｑ４の出力はＬとなる。

なお、コンデンサＣ４は、ＮＯＴ回路Ｑ３の入力側における位相を調整し、また電位の急激な変化を抑制して動作を安定化する。

このようにして、修正部ＳＹＤは、水分センサ１３Ｄからの出力電圧Ｓ１がしきい値ｔｈ２以上であるときに、入力インタフェ−ス部ＩＦからの出力電圧Ｓ１ｃをしきい値ｔｈ１ｂ以下に低下させ、これによって検出信号Ｓ２ａが出力されないように、つまり検出信号Ｓ２ａをオフするように修正する。

図１８において、時刻ｔ１において冷凍機ＲＫの電源をオンにする。時刻ｔ１においては、冷却パイプＲＫＰの周辺は乾燥状態であり、水分センサ１３Ｄは乾燥状態を検出し、しきい値ｔｈ２よりも高い電圧Ｓ１を出力する。このとき、修正部ＳＹＤの出力はＬとなり、２値化部ＫＤＤに入力される電圧Ｓ１ｃは０ボルトとなり、検出信号Ｓ２ａは強制的にオフとされる。したがって、冷凍機ＲＫの冷却装置の運転が開始され、冷却パイプＲＫＰが冷却される。

このとき、ＮＯＴ回路Ｑ３の入力側がＬであるため、比較的低いバイアス電圧Ｖａａが設定され、これによって比較的高いしきい値ｔｈ１ａが設定される。

なお、冷凍機ＲＫの運転によって結露が生じるので、時刻ｔ２において水分センサ１３Ｄの出力電圧Ｓ１がしきい値ｔｈ２よりも低下し、ＮＯＴ回路Ｑ６の出力がＨになる。しかし、このときには、結露によって出力電圧Ｓ１は急激に低下するので、またコンデンサＣ３、Ｃ４による積分効果があるので、ＮＯＴ回路Ｑ４の出力はＨにはならない。

そして、結露した水滴が凍結していくことによって、電圧Ｓ１ｃが徐々に大きくなっていき、時刻ｔ３においてしきい値ｔｈ１ａを越えると、着霜状態であることが検出され、検出信号Ｓ２ａがオンになる。

検出信号Ｓ２ａがオンになると、冷凍機ＲＫの冷却装置の運転が停止され、冷却パイプＲＫＰの温度が上昇していく。

このとき、ＮＯＴ回路Ｑ３の入力側がＨであるため、比較的高いバイアス電圧Ｖａｂが設定され、これによって比較的低いしきい値ｔｈ１ｂが設定される。

温度の上昇にともなって、霜が融けて水滴状態に戻っていくと、電圧Ｓ１ｃが徐々に小さくなっていき、時刻ｔ４においてしきい値ｔｈ１ｂ以下になると、水滴状態であることが検出され、検出信号Ｓ２ａがオフになる。これによって、冷凍機ＲＫの冷却装置の運転が再度開始されることとなる。

すなわち、図１９に示すように、本実施形態の冷凍機ＲＫでは、乾燥状態から起動され、水滴状態を経て着霜状態となったときに運転が停止され、水滴状態となったときに運転が再開されるといったサイクルが繰り返される。

このように、本実施形態の着霜状態検出装置１Ｄによって、冷凍機ＲＫにおける着霜状態が検出され、また着霜状態から水滴状態に移行したことが検出され、それにともなって冷却装置の運転と停止が適切に切り替えられる。

しかも、水滴状態から着霜状態への移行時と、着霜状態から水滴状態への移行時とで、検出のためのしきい値ｔｈが異なる値とされているため、冷却装置の運転と停止との切り替えがより適切に行われる。

また、冷凍機ＲＫを初期に起動（運転）する際に、乾燥状態であっても検出信号Ｓ２ａが強制的にオフとされ、冷却装置の起動が円滑に行われる。

本実施形態の着霜状態検出装置１Ｄは、ＮＯＴ回路Ｑ１〜Ｑ６を備えた１個の集積回路素子、少数の抵抗およびキャパシタなどの電子部品によって構成可能であり、それら電子部品を水分センサ１３Ｄを構成する基板２１Ｄに実装することによって製作することができる。したがって、着霜状態検出装置１Ｄを、小型かつ軽量とすることができ、安価に製作でき、冷凍機ＲＫへの取り付けも容易である。しかも、冷凍機ＲＫの制御部ＲＫＣとは３本の電線を接続することでよく、取り付けおよびメンテナンスも容易である。

このように、本実施形態によると、従来のようなダミー電極を設けなくても十分な精度で着霜状態などを検出することができ、構成が簡単な着霜状態検出装置１Ｄを提供することができる。

上に述べた実施形態の冷凍機ＲＫでは、着霜状態検出装置１Ｄの検出信号Ｓ２ａに応じて冷却装置をオンオフしたが、冷却装置を駆動するインバータモータの回転速度を制御し、冷却能力を増大させまたは低下させるようにしてもよい。

また、着霜状態検出装置１Ｄの検出信号Ｓ２ａによって冷却装置を制御するのではなく、例えば除霜のための除霜ヒータなどを設け、着霜状態が検出されたときに除霜ヒータをオンするように制御してもよい。

また、着霜状態検出装置１Ｄにおいて、検出信号Ｓ２ａのオンオフを表示するために、発光ダイオードなどの表示出力部を設けてもよい。

なお、上に述べたように、判定部１２Ｄにおいて、水分センサ１３Ｄからの出力電圧Ｓ１の大きさに応じて２値化を行って検出信号を出力するに際し、出力電圧Ｓ１に関連した種々の電圧Ｓ１ｃ，Ｓ１ｄ、および種々のしきい値ｔｈ１、ｔｈ１ａ，ｔｈ１ｂ、ＴＨ、ＴＨ２が用いられる。これらは、本発明における「静電容量センサからの出力電圧」、または「しきい値」「第１のしきい値」「第２のしきい値」の例である。しかし、回路および素子などに応じて、上に述べた例以外の電圧またはしきい値を用いることとしてもよい。

また、上に述べたＮＯＴ回路Ｑ３は、本発明における「第１のＮＯＴ回路」の例である。また、ＮＯＴ回路Ｑ６は、本発明における「第２のＮＯＴ回路」の例である。

上に述べた種々の実施形態において、着霜センサ１３，１３Ｂまたは水分センサ１３Ｃ，１３Ｄは、冷却器ＲＰ、冷却パイプＲＫＰ、その他のパイプ、冷却用フィン、冷蔵庫などの壁面、その他の箇所に取り付けることが可能である。

上に述べたＮＯＴ回路Ｑ３に代えて、コンパレータ（比較回路）を用いてもよい。その場合に、判定部１２，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄに入力される電圧Ｓ１，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃと、抵抗Ｒ４，Ｒ５などによって設定されるしきい値ｔｈ、ｔｈ１、ｔｈ１ａ、ｔｈ１ｂなどとを比較するようにすればよい。電圧Ｓ１，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃは交流信号であるので、しきい値ｔｈを越えた直流の電圧成分（脈流）がコンパレータの出力側に現れることとなる。これを平滑して２値化してもよい。。交流信号の電圧Ｓ１，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃの大きさに応じた２値化信号を得るために、その他の種々の検出方式または検波方式を用いてもよい。

その他、入力インタフェ−ス部ＩＦ，ＩＦＢ、２値化部ＫＤ，ＫＤＢ，ＫＤＣ，ＫＤＤ、表示出力部ＨＳ，ＨＳＢ、ＨＳＣ、駆動部１１，１１Ｃ，１１Ｄ、判定部１２，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ、着霜センサ１３、水分センサ１３Ｃ，１３Ｄ，３０，３０Ｂ，３０Ｃ、着霜状態検出装置１，１Ｂ，１Ｄ、または検出装置１Ｃの各部または全体の構成、構造、回路、形状、寸法、個数、材質、配置、周波数、波形などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。

１，１Ｂ，１Ｄ 着霜状態検出装置（静電容量型の水分検出装置）
１Ｃ 検出装置（静電容量型の水分検出装置）
１１，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ 駆動部
１２，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ 判定部
１３ 着霜センサ（静電容量センサ）
１３Ｃ，１３Ｄ 水分センサ（静電容量センサ）
２１，２１Ｃ，２１Ｄ 基板
２２，２２Ｃ 第１のパターン電極（第１の電極）
２２Ｄａ，ｂ 第１の電極
２３，２３Ｃ 第２のパターン電極（第２の電極）
２３Ｄ 第２の電極
３０，３０Ｂ，３０Ｃ 水分センサ（静電容量センサ）
３１，３２ 電極棒（第１の電極、第２の電極）
３１Ｂ，３２Ｂ 電線（第１の電極、第２の電極）
３１Ｃ，３２Ｃ 電線（第１の電極、第２の電極）
Ｒｓ 抵抗値
Ｃｓ 静電容量
Ｚｓ インピーダンス
Ｓ１ 出力電圧
Ｓ１ｃ 出力電圧
Ｓ２，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ 検出信号
ｔｈ しきい値
ｔｈ１，ｔｈ１ａ，ｔｈ１ｂ しきい値（第１のしきい値）
ｔｈ２ しきい値（第２のしきい値）
Ｒ２ 抵抗（抵抗素子）
Ｒ３ 抵抗（第２の抵抗素子）
Ｒ１０ 抵抗（フィードバック抵抗）
Ｃ２ コンデンサ（容量素子）
Ｃ３ コンデンサ（第２の容量素子）
Ｄ２ ダイオード
Ｑ３ ＮＯＴ回路（第１のＮＯＴ回路）
Ｑ４ ＮＯＴ回路（第２のＮＯＴ回路）
Ｑ６ ＮＯＴ回路（修正部）
ＧＳ 信号発生部
ＩＦ，ＩＦＢ 入力インタフェ−ス部
ＫＤ，ＫＤＢ，ＫＤＣ，ＫＤＤ ２値化部
ＳＹＤ 修正部
ＨＡ くし歯
ＲＫ 冷凍機
ＲＰ 冷却器
ＲＫＰ 冷却パイプ

本発明に係る一実施形態の装置は、周囲環境の水分の割合または状態に応じた静電容量の変化を検出して検出信号を出力する静電容量型の水分検出装置であって、互いに対向するように配置された第１の電極および第２の電極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の水分の割合または状態に応じて静電容量が変化する静電容量センサと、前記静電容量センサに交流信号を印加する駆動部と、前記静電容量センサからの出力電圧の大きさに応じて２値化を行って着霜状態であるか否かを示す検出信号を出力する判定部と、を有し、前記判定部には、前記静電容量センサの前記出力電圧に応じて乾燥状態であるか否かを判別し、乾燥状態であるときには前記検出信号を出力しないようにするための修正部が設けられている。

本発明によると、ダミー電極を設けなくても十分な精度で着霜状態などを検出することができ、構成が簡単な静電容量型の水分検出装置を提供することができる。しかも、修正部によって、乾燥状態であるときには検出信号を出力しないようになっているので、例えば検出信号を用いて冷凍機の冷却装置の運転停止を制御する場合に、初期の乾燥状態においても運転を容易に開始することができる。

本発明に係る一実施形態の装置は、周囲環境の水分の割合または状態に応じた静電容量の変化を検出して検出信号を出力する静電容量型の水分検出装置であって、互いに対向するように配置された第１の電極および第２の電極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の水分の割合または状態に応じて静電容量および抵抗値が変化する静電容量センサと、前記静電容量センサに交流信号を印加する駆動部と、前記交流信号に基づく前記静電容量センサからの出力電圧の大きさに応じて２値化を行い、着霜によって前記静電容量センサの抵抗値が増大しかつ静電容量が減少し、これによって前記出力電圧がしきい値を越えたときに、着霜状態であることを示す検出信号を出力する判定部と、を有し、前記判定部には、前記静電容量センサの前記出力電圧に応じて乾燥状態であるか否かを判別し、乾燥状態であるときには前記検出信号を出力しないようにするための修正部が設けられている。

本発明は、周囲環境の水分の割合または状態に応じた静電容量および抵抗値の変化を検出して検出信号を出力するインピーダンス型の水分検出装置に関する。本願発明の水分検出装置は、冷却器の着霜状態などを検出する着霜センサ、土の乾燥状態に応じて散水の要否を検出する散水センサ、または液面センサなどとして利用可能である。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、ダミー電極を設けなくても十分な精度で着霜の状態などを検出することができ、構成が簡単なインピーダンス型の水分検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る一実施形態の装置は、周囲環境の水分の割合または状態に応じた静電容量および抵抗値の変化を検出して検出信号を出力するインピーダンス型の水分検出装置であって、互いに対向するように配置された第１の電極および第２の電極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の水分の割合または状態に応じて静電容量および抵抗値が変化するインピーダンスセンサと、前記インピーダンスセンサに交流信号を印加する駆動部と、前記交流信号に基づく前記インピーダンスセンサからの出力電圧の大きさに応じて２値化を行い、着霜によって前記インピーダンスセンサの水滴付着時の水滴状態に対する抵抗値が増大しかつ静電容量が減少し、これによって前記出力電圧がしきい値を越えたときに、着霜状態であることを示す検出信号を出力する判定部と、を有し、前記判定部には、前記インピーダンスセンサの前記出力電圧に応じて乾燥状態であるか否かを判別し、乾燥状態であるときには前記検出信号を出力しないようにするための修正部が設けられている。

前記インピーダンスセンサは、前記駆動部の出力と前記判定部の入力との間に接続してもよく、または前記駆動部の出力とグランドラインとの間に接続してもよい。

前記判定部は、前記インピーダンスセンサからの出力電圧と予め設定されたしきい値とを比較することによって前記２値化を行うようにしてもよい。

本発明によると、ダミー電極を設けなくても十分な精度で着霜状態などを検出することができ、構成が簡単なインピーダンス型の水分検出装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る着霜状態検出装置の構成を示す図である。 第１の実施形態に用いられる着霜センサの外形を示す正面図である。 着霜状態検出装置の具体的な回路の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る着霜状態検出装置の回路の例を示す図である。 第３の実施形態に係るインピーダンス型検出装置の外形を示す図である。 第３の実施形態に係るインピーダンス型検出装置の回路の例を示す図である。 地面の水分を検出する水分センサの例を示す図である。 インピーダンス型検出装置を液面センサとして用いた場合の設置例を示す図である。 水分センサの他の例を示す図である。 第４の実施形態に係る着霜状態検出装置の構成を示す図である。 第４の実施形態に用いられる着霜センサの外形を示す正面図である。 第４の実施形態の着霜センサと冷却パイプの一部を拡大して示す図である。 第４の実施形態の着霜状態検出装置の具体的な回路の一例を示す図である。 ＮＯＴ回路を実現する回路の例を示す図である。 着霜状態検出装置の各部の波形の例を示す図である。 着霜状態の検出の様子を示す図である。 修正部の動作の様子を示す図である。 水分の状態と冷凍機の運転状態との関係の例を示す図である。 冷凍機の運転状態の変化を説明するための図である。

〔第１の実施形態〕
まず、本発明のインピーダンス型の水分検出装置を着霜状態検出装置として実施した第１の実施形態について説明する。

このように、本実施形態の着霜状態検出装置１によると、ダミー電極を設けなくても十分な精度で着霜状態を検出することができ、構成が簡単である。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明のインピーダンス型の水分検出装置を他の形態の着霜状態検出装置として実施した第２の実施形態について説明する。

着霜状態検出装置１Ｂの判定部１２Ｂは、着霜センサ１３の出力電圧Ｓ１に対して、アナログ的な処理を行って２値化を行う。
〔第３の実施形態〕
次に、本発明のインピーダンス型の水分検出装置を、水分を検出するための一般的な検出装置として実施した、第３の実施形態について説明する。

図６に示すように、検出装置１Ｃは、駆動部１１Ｃ、判定部１２Ｃ、および水分センサ（インピーダンスセンサ）１３Ｃなどからなる。駆動部１１Ｃおよび判定部１２Ｃの回路は、図３に示す駆動部１１および判定部１２と同様であり、同じ機能を有する部品には同じ符号を附してある。

このように、本実施形態の検出装置１Ｃによると、ダミー電極を設けなくても十分な精度で着霜状態などを検出することができ、構成が簡単である。
〔インピーダンス型の水分検出装置の他の実施形態〕
上に述べた検出装置１Ｃは、着霜状態の検出のみでなく、周囲環境の水分の割合または状態を検出するためのインピーダンス型の水分検出装置として動作することが可能である。

また、検出装置１Ｃを散水センサとして用いる場合に、検出装置１Ｃを地中に埋めるのでなく、それに代えて、専用の水分センサ（インピーダンスセンサ）３０を地中に埋めるようにしてもよい。

また、検出装置１Ｃを液面センサとして用いる場合に、図９に示すように、水分センサ１３Ｃに代えて、専用の水分センサ（インピーダンスセンサ）３０Ｂ，３０Ｃを用いてもよい。

また、検出装置１Ｃをこれら種々のセンサとして用いる場合に、比誘電率εまたは静電容量Ｃｓの変化量がゼロに近づいたときに、それぞれの環境状態が変化したことを検出するようにしてもよい。つまり、比誘電率εまたは静電容量Ｃｓが変化してその変化量が十分に小さくなったときに、環境状態が変化したと判断する。例えば、乾燥状態になったと判断し、または製氷が完了したと判断し、または凍結したと判断し、または液面が所定の位置に達したと判断する。
〔第４の実施形態〕
次に、本発明のインピーダンス型の水分検出装置をさらに他の形態の着霜状態検出装置として実施した第４の実施形態について説明する。

図１３に示すように、着霜状態検出装置１Ｄは、駆動部１１Ｄ、判定部１２Ｄ、および水分センサ（インピーダンスセンサ）１３Ｄなどからなる。判定部１２Ｄには、入力インタフェ−ス部ＩＦ、２値化部ＫＤＤ、および修正部ＳＹＤが設けられる。

なお、上に述べたように、判定部１２Ｄにおいて、水分センサ１３Ｄからの出力電圧Ｓ１の大きさに応じて２値化を行って検出信号を出力するに際し、出力電圧Ｓ１に関連した種々の電圧Ｓ１ｃ，Ｓ１ｄ、および種々のしきい値ｔｈ１、ｔｈ１ａ，ｔｈ１ｂ、ＴＨ、ＴＨ２が用いられる。これらは、本発明における「インピーダンスセンサからの出力電圧」、または「しきい値」「第１のしきい値」「第２のしきい値」の例である。しかし、回路および素子などに応じて、上に述べた例以外の電圧またはしきい値を用いることとしてもよい。

１，１Ｂ，１Ｄ 着霜状態検出装置（インピーダンス型の水分検出装置）
１Ｃ 検出装置（インピーダンス型の水分検出装置）
１１，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ 駆動部
１２，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ 判定部
１３ 着霜センサ（インピーダンスセンサ）
１３Ｃ，１３Ｄ 水分センサ（インピーダンスセンサ）
２１，２１Ｃ，２１Ｄ 基板
２２，２２Ｃ 第１のパターン電極（第１の電極）
２２Ｄａ，ｂ 第１の電極
２３，２３Ｃ 第２のパターン電極（第２の電極）
２３Ｄ 第２の電極
３０，３０Ｂ，３０Ｃ 水分センサ（インピーダンスセンサ）
３１，３２ 電極棒（第１の電極、第２の電極）
３１Ｂ，３２Ｂ 電線（第１の電極、第２の電極）
３１Ｃ，３２Ｃ 電線（第１の電極、第２の電極）
Ｒｓ 抵抗値
Ｃｓ 静電容量
Ｚｓ インピーダンス
Ｓ１ 出力電圧
Ｓ１ｃ 出力電圧
Ｓ２，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ 検出信号
ｔｈ しきい値
ｔｈ１，ｔｈ１ａ，ｔｈ１ｂ しきい値（第１のしきい値）
ｔｈ２ しきい値（第２のしきい値）
Ｒ２ 抵抗（抵抗素子）
Ｒ３ 抵抗（第２の抵抗素子）
Ｒ１０ 抵抗（フィードバック抵抗）
Ｃ２ コンデンサ（容量素子）
Ｃ３ コンデンサ（第２の容量素子）
Ｄ２ ダイオード
Ｑ３ ＮＯＴ回路（第１のＮＯＴ回路）
Ｑ４ ＮＯＴ回路（第２のＮＯＴ回路）
Ｑ６ ＮＯＴ回路（修正部）
ＧＳ 信号発生部
ＩＦ，ＩＦＢ 入力インタフェ−ス部
ＫＤ，ＫＤＢ，ＫＤＣ，ＫＤＤ ２値化部
ＳＹＤ 修正部
ＨＡ くし歯
ＲＫ 冷凍機
ＲＰ 冷却器
ＲＫＰ 冷却パイプ

本発明に係る一実施形態の装置は、周囲環境の水分の割合または状態に応じた静電容量および抵抗値の変化を検出して検出信号を出力するインピーダンス型の水分検出装置であって、互いに対向するように配置された第１の電極および第２の電極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の水分の割合または状態に応じて静電容量および抵抗値が変化するインピーダンスセンサと、前記インピーダンスセンサに交流信号を印加する駆動部と、前記交流信号に基づく前記インピーダンスセンサからの出力電圧の大きさに応じて２値化を行い、着霜によって前記インピーダンスセンサの水滴付着時に対する抵抗値が増大しかつ静電容量が減少し、これによって前記出力電圧がしきい値を越えたときに、着霜状態であることを示す検出信号を出力する判定部と、を有し、前記判定部には、前記インピーダンスセンサの出力側に接続される、互いに直列に接続された第２の抵抗素子および容量素子からなる入力インタフェ−ス部と、前記入力インタフェ−ス部の出力側に接続され、前記入力インタフェ−ス部からの出力電圧が第１のしきい値以上であるときに、前記第１の電極と前記第２の電極との間の水分が凍結して霜状に変化したことを意味する着霜状態検出信号を前記検出信号として出力する２値化部と、前記インピーダンスセンサからの出力電圧が前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値以上であるときに、前記入力インタフェ−ス部からの出力電圧を前記第１のしきい値以下に低下させ、これにより乾燥状態であるときには前記検出信号を出力しないようにするための修正部とが設けられている。

Claims (16)

1. 周囲環境の水分の割合または状態に応じた静電容量の変化を検出して検出信号を出力する静電容量型の水分検出装置であって、
   互いに対向するように配置された第１の電極および第２の電極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の水分の割合または状態に応じて静電容量が変化する静電容量センサと、
   前記静電容量センサに交流信号を印加する駆動部と、
   前記静電容量センサからの出力電圧の大きさに応じて２値化を行ってオンまたはオフの検出信号を出力する判定部と、
   を有することを特徴とする静電容量型の水分検出装置。
2. 前記静電容量センサは、前記駆動部の出力とグランドラインとの間に接続され、
   前記判定部は、前記静電容量センサからの出力電圧と予め設定されたしきい値とを比較することによって前記２値化を行う、
   請求項１記載の静電容量型の水分検出装置。
3. 前記判定部は、
   前記静電容量センサからの出力電圧が第１のしきい値以上であるときに、前記第１の電極と前記第２の電極との間の水分が凍結して霜状に変化したことを意味する着霜状態検出信号を前記検出信号として出力するものであり、かつ、
   前記静電容量センサからの出力電圧が前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値以上であるときには、前記第１の電極と前記第２の電極との間には水分がなく乾燥していることを示すために、前記着霜状態検出信号を出力しないようになっている、
   請求項２記載の静電容量型の水分検出装置。
4. 前記静電容量センサは、前記駆動部の出力と前記判定部の入力との間に接続され、
   前記判定部は、前記静電容量センサからの出力電圧と予め設定されたしきい値とを比較することによって前記２値化を行う、
   請求項１記載の静電容量型の水分検出装置。
5. 前記判定部は、
   前記静電容量センサからの出力電圧が第１のしきい値以下であるときに、前記第１の電極と前記第２の電極との間の水分が凍結して霜状に変化したことを意味する着霜状態検出信号を前記検出信号として出力するものであり、かつ、
   前記静電容量センサからの出力電圧が前記第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値以下であるときには、前記第１の電極と前記第２の電極との間には水分がなく乾燥していることを示すために、前記着霜状態検出信号を出力しないようになっている、
   請求項４記載の静電容量型の水分検出装置。
6. 前記駆動部は、
   前記交流信号を発生する信号発生部と、
   前記信号発生部の出力側に接続された抵抗素子と、
   を有する請求項２記載の静電容量型の水分検出装置。
7. 前記判定部は、
   前記静電容量センサの出力側に接続される、互いに直列に接続された第２の抵抗素子および容量素子からなる入力インタフェ−ス部と、
   前記入力インタフェ−ス部の出力側に接続され、前記入力インタフェ−ス部からの出力電圧が第１のしきい値以上であるときに、前記第１の電極と前記第２の電極との間の水分が凍結して霜状に変化したことを意味する着霜状態検出信号を前記検出信号として出力する２値化部と、
   前記静電容量センサからの出力電圧が前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値以上であるときに、前記入力インタフェ−ス部からの出力電圧を前記第１のしきい値以下に低下させる修正部と、を有する、
   請求項６記載の静電容量型の水分検出装置。
8. 前記２値化部は、
   前記入力インタフェ−ス部からの出力電圧が入力され、前記第１のしきい値によって前記２値化を行うＣＭＯＳの第１のＮＯＴ回路と、
   前記第１のＮＯＴ回路の出力側に接続された積分用の第２の容量素子と、
   前記第２の容量素子の端子電圧が入力され、入力された電圧を反転して前記検出信号を出力するＣＭＯＳの第２のＮＯＴ回路と、
   前記第２のＮＯＴ回路の出力側と前記第１のＮＯＴ回路の入力側との間に接続され、前記２値化に際してヒステリシスを付与するためのフィードバック抵抗と、
   を有する請求項７記載の静電容量型の水分検出装置。
9. 前記修正部は、
   前記静電容量センサからの出力電圧が入力され、入力された電圧が前記第２のしきい値以上であるときに出力がＬとなるＣＭＯＳの第２のＮＯＴ回路と、
   前記第２のＮＯＴ回路の出力側と前記第１のＮＯＴ回路の入力側との間に逆方向となるように接続されたダイオードと、
   を有する請求項８記載の静電容量型の水分検出装置。
10. 前記静電容量センサは、
    前記第１の電極および前記第２の電極が基板の表面にパターン形成され、前記第２の電極が冷却パイプの外周面に接した状態で取り付けられるものであり、
    前記冷却パイプによる冷却効果によって大気中の水分が凍結して霜状に変化したか否かの着霜状態を検出するものである、
    請求項１記載の静電容量型の水分検出装置。
11. 前記第２の電極は、前記基板の表面に長方形状にパターン形成され、
    前記第１の電極は、前記第２の電極の両側において前記第２の電極との間に間隙を設けた状態で、かつ互いに近い側の辺部間の距離が前記冷却パイプの外径よりも小さくなるように、前記基板の表面に長方形状にパターン形成され、
    前記静電容量センサは、前記第２の電極の一部、前記前記第１の電極の一部、前記間隙、および前記冷却パイプの外周面にわたって水分が付着することが可能なように、前記冷却パイプに取り付けられるものである、
    請求項１０記載の静電容量型の水分検出装置。
12. 前記駆動部の出力端子および前記判定部の入力端子が基板上に設けられ、
    前記第１の電極および前記第２の電極にそれぞれ接続された２つの端子が互いに接近して前記基板上に設けられ、
    前記出力端子、前記入力端子、および前記２つの端子が、前記基板上において配線接続されることによって、前記静電容量センサを前記駆動部の出力端子および前記判定部の入力端子に対して直列または並列のいずれかに選択して接続可能となっている、
    請求項１記載の静電容量型の水分検出装置。
13. 前記第１の電極および前記第２の電極は、互いに平行な状態で適当な間隔をあけて土中に埋められた２本の電極棒であり、
    前記静電容量センサは、前記土中における水分の状態を検出する、
    請求項２または４記載の静電容量型の水分検出装置。
14. 前記第１の電極および前記第２の電極は、互いに平行な状態で適当な間隔をあけて容器の外周面に巻き付けられており、
    前記静電容量センサは、前記容器内の液体の液位を検出する、
    請求項２または４記載の静電容量型の水分検出装置。
15. 前記第１の電極および前記第２の電極は、容器内に収容される液体を挟んで互いに対向する状態で当該容器の外周面に半周分巻き付けられており、
    前記静電容量センサは、前記容器内の液体の液位を検出する、
    請求項２または４記載の静電容量型の水分検出装置。
16. 請求項１ないし４のいずれかに記載の静電容量型の水分検出装置を備えた冷凍機。

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