JP5914607B2 - 所定範囲内抵抗値検出回路 - Google Patents

Description

本発明は、 所定範囲内抵抗値検出回路に関する。

ある物質の抵抗値が、所定の範囲内にあるか否かを検出したい場合に、そのような検出を簡易に行うための検出回路（以下、「所定範囲内抵抗値検出回路」と言う。）は存在しない。

関連技術として、特許文献１には、水中集魚灯５０の一対の電極４０ａおよび４０ｂが海水（すなわち、液体の状態の物質）に浸漬され、電極４０ａおよび４０ｂ間の海水の抵抗値が所定の抵抗値になったときのみ、集魚灯５０に内蔵された電池および電気二重層コンデンサ３からの電力により発光ダイオードＬを点灯させる技術が開示されている。

特開平０８−０８４４３４号公報

しかしながら、特許文献１において、海水の抵抗値は海水の塩分濃度に応じて異なるので、電極４０ａおよび４０ｂ間の抵抗値が所定の抵抗値になったことを検出するだけでは、不十分であり、電極４０ａおよび４０ｂ間の抵抗値が所定の範囲内にあるか否かを検出する必要があるが、特許文献１は電極４０ａおよび４０ｂ間の抵抗値が所定の範囲内にあるか否かを検出する所定範囲内抵抗値検出回路を開示していない。

また、ある物質の抵抗値が、所定の抵抗値の範囲内にあるか否かを判定する場合、誤判定することが許されない用途や、短時間内に判定しなければならない用途においては、高い精度で、且つ、短時間内に当該ある物質の抵抗値の範囲を判定する必要がある。

本発明の目的は、上述した問題点を解決した所定範囲内抵抗値検出回路を提供することにある。

本発明の第１の回路は、
第１の端子および第２の端子を含み、該第１の端子と該第２の端子との間に検出対象物質が存在する場合に、該検出対象物質の抵抗と第１のコンデンサとの直列接続からなる第１の積分回路と、
第２の抵抗と第２のコンデンサとの直列接続からなる第２の積分回路と、
第３の抵抗と第３のコンデンサとの直列接続からなる第３の積分回路と、
前記第１乃至第３の積分回路に入力電圧として直流電圧を供給するための電源と、
前記電源から前記第１乃至第３の積分回路に前記直流電圧を供給する導通状態と、前記電源から前記第１乃至第３の積分回路に前記直流電圧を供給しない非導通状態とを有するスイッチと、
前記スイッチが前記非導通状態から前記導通状態にされた後、前記第２の積分回路の出力電圧が所定電圧になった時点から、前記第３の積分回路の出力電圧が前記所定電圧になった時点までの間に、前記第１の積分回路の出力電圧が前記所定電圧になった場合に、所定の信号を出力する判定回路と
を備え、
前記第２の抵抗の抵抗値をＲ２、前記第３の抵抗の抵抗値をＲ３、前記第１のコンデンサの容量値をＣ１、前記第２のコンデンサの容量値をＣ２、および、前記第３のコンデンサの容量値をＣ３とした場合に、Ｒａ＝（Ｒ２×Ｃ２）／Ｃ１、および、Ｒｂ＝（Ｒ３×Ｃ３）／Ｃ１の両式を満足するよう前記第２の抵抗の抵抗値、前記第３の抵抗の抵抗値、前記第１のコンデンサの容量値、前記第２のコンデンサの容量値および前記第３のコンデンサの容量値を選定することにより、前記検出対象物質の抵抗値がＲａからＲｂまでの範囲内にあるか否かを検出する。

また、本発明の第２の回路は、
第１の端子および第２の端子を含み、該第１の端子と該第２の端子との間に検出対象物質が存在する場合に、該検出対象物質の抵抗と第１のコンデンサとの直列接続からなる第１の積分回路と、
前記第１の積分回路の出力電圧が入力電圧として供給される第２の抵抗と第２のコンデンサとの直列接続からなる第２の積分回路と、
前記第１の積分回路の出力電圧が入力電圧として供給される第３の抵抗と第３のコンデンサとの直列接続からなる第３の積分回路と、
前記第１の積分回路に入力電圧として直流電圧を供給するための電源と、
前記第２の積分回路の出力電圧が所定電圧になった時点から、前記第３の積分回路の出力電圧が前記所定電圧になった時点までの間に、前記第１の積分回路の出力電圧が前記所定電圧になった場合に、所定の信号を出力する判定回路とを備える。

本発明には、ある検出対象物質の抵抗の抵抗値が所定の範囲内にあるか否かを簡易な回路によって短時間で検出することができるという効果がある。

本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における各部の出力信号の波形を示す図である。 本発明の各実施形態における判定回路１４の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態を示すブロック図である。

図１を参照すると、本実施形態は、所定範囲抵抗値検出回路１から構成され、所定範囲抵抗値検出回路１は、第１の積分回路７と、第２の積分回路１０と、第３の積分回路１３と、判定回路１４と、スイッチ１５と、第１〜３の積分回路７、１０および１３への入力電圧として直流電圧を供給する電源２とを含む。

第１の積分回路７は、第１の端子４と第２の端子５との間に存在する検出対象物質の抵抗３とコンデンサ６との直列接続からなる回路である。第１の積分回路７の出力電圧Ｖａは出力信号線Ａを介して判定回路１４に供給される。

第２の積分回路１０は、抵抗器８とコンデンサ９との直列接続からなる回路である。第２の積分回路１０の出力電圧Ｖｂは出力信号線Ｂを介して判定回路１４に供給される。

第３の積分回路１３は、抵抗器１１とコンデンサ１２との直列接続からなる回路である。

第３の積分回路１３の出力電圧Ｖｃは出力信号線Ｃを介して判定回路１４に供給される。

スイッチ１５は接続状態および非接続状態を有し、スイッチ１５が接続状態である場合には、第１、第２および第３の積分回路７、１０および１３に電源２から直流電圧が供給され、一方、スイッチ１５が非接続状態である場合には、第１、第２および第３の積分回路７、１０および１３に電源２から直流電圧が供給されない。

判定回路１４は、検出対象物質の抵抗３の抵抗値が所定の範囲内にあるか否かの判定を行い、その判定結果を出力信号線Ｆに出力する。

ここで、抵抗器８の抵抗値をＲ２、抵抗器１１の抵抗値をＲ３、コンデンサ６の容量値をＣ１、コンデンサ９の容量値をＣ２、および、コンデンサ１２の容量値をＣ３とする。

その場合、検出対象物質の抵抗３の抵抗値が第１の抵抗値Ｒａから第２の抵抗値Ｒｂまでの範囲内に含まれる否かを検出するために、Ｒａ＝（Ｒ２×Ｃ２）／Ｃ１、およびＲｂ＝（Ｒ３×Ｃ３）／Ｃ１の両式を満足するように、抵抗値Ｒ２およびＲ３、並びに、容量値Ｃ１、Ｃ２およびＣ３が決定される。

以下では、検出対象物質の抵抗３の抵抗値が５０Ω（Ｒａ）から１５０Ω（Ｒｂ）までの範囲内に含まれる否かを検出するために、Ｒａ＝（Ｒ２×Ｃ２）／Ｃ１、およびＲｂ＝（Ｒ３×Ｃ３）／Ｃ１の両式を満足するように、抵抗値Ｒ２およびＲ３がそれぞれ０．５ＭΩおよび１．５ＭΩであり、容量値Ｃ１、Ｃ２およびＣ３がそれぞれ０．０１Ｆ、１μＦおよび１μＦである場合を例に説明する。

なお、検出対象物質の抵抗は、抵抗値Ｒ１の抵抗器と直列接続され、その直列接続された合成抵抗値を有する抵抗が検出対象物質の抵抗３となるようにしてもよい。一例として、抵抗値Ｒ１の抵抗器が検出対象物質の抵抗３に直列接続された場合、Ｒａ＝（（Ｒ２×Ｃ２）／Ｃ１）−Ｒ１、およびＲｂ＝（（Ｒ３×Ｃ３）／Ｃ１）−Ｒ１の両式を満足するように、抵抗値Ｒ１、Ｒ２およびＲ３、並びに、容量値Ｃ１、Ｃ２およびＣ３を決定するようにすればよい。

次に、本実施形態の動作について説明する。

図２は、本実施形態における各部の出力信号の波形を示す図である。

図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、第１の積分回路７の出力電圧Ｖａ、第２の積分回路１０の出力電圧Ｖｂ、第３の積分回路１３の出力電圧Ｖｃを示す。

今、時刻ｔ０の時点で、スイッチ１５が非導通状態から導通状態にされたとする。

その結果、第１、第２および第３の積分回路７、１０および１３の出力電圧は、各積分回路の時定数τに応じてそれぞれ上昇し始める。

判定回路１４は、各積分回路の出力電圧を監視し、第２の積分回路１０の出力電圧Ｖｂが所定の電圧Ｖｓになった時点ｔ２から、第３の積分回路１３の出力電圧Ｖｃが所定の電圧Ｖｓになった時点ｔ３までの間に、第１の積分回路７の出力電圧Ｖａが所定の電圧Ｖｓになった場合には、検出対象物質の抵抗の抵抗値が５０Ω（Ｒａ）から１５０Ω（Ｒｂ）までの範囲内に含まれると判断し、所定の信号を出力する。

具体的には、電源２が供給する電圧が５Ｖ、所定の電圧Ｖｓが３．１６Ｖ、検出対象物質の抵抗３の抵抗値が１００Ωであるとすると、第１の積分回路７は約１秒後（ｔ１＝−（１００Ω×０．０１Ｆ×ｌｏｇ_ｅ（１−（３．１６ｖ／５ｖ））：ｅは自然対数の底。）に、第２の積分回路１０は約０．５秒後（ｔ２＝−（０．５ＭΩ×１μＦ×ｌｏｇ_ｅ（１−（３．１６ｖ／５ｖ）））に、第３の積分回路１３は約１．５秒後（ｔ３＝−（１．５ＭΩ×１μＦ×ｌｏｇ_ｅ（１−（３．１６ｖ／５ｖ）））に、それぞれ出力電圧が３．１６Ｖになる（図２（ａ）〜（ｃ）参照）。この結果、判定回路１４は、検出対象物質の抵抗３の抵抗値が、所定の範囲内（５０Ω〜１５０Ω）にあると判断する。

一方、検出対象物質の抵抗値が２００Ωの場合には、第３の積分回路１３が３．１６Ｖになる約１．５秒後以降の約２．０秒後に第１の積分回路７が３．１６Ｖになるため、判定回路１４は、検出対象物質の抵抗３の抵抗値が、所定の範囲内（５０Ω〜１５０Ω）に無いと判断する。

ここで、判定回路１４の一例を、図３に示す。

図３を参照すると、判定回路１４は、論理反転回路１６と、第１の論理積回路１７と、第２の論理積回路１８とから構成される。

第３の積分回路１３からの出力電圧Ｖｃを供給する出力信号線Ｃは、論理反転回路１６の入力端子に接続され、反転回路１６の出力は出力信号線Ｄを介して第１の論理積回路１７の一方の入力端子に供給される。

第２の積分回路１０からの出力電圧Ｖｂを供給する出力信号線Ｂは、第１の論理積回路１７の他方の入力端子に接続され、第１の論理積回路１７の出力は出力信号線Ｅを介して第２の論理積回路１８の一方の入力端子に接続される。

第１の積分回路７からの出力電圧Ｖａを供給する出力信号線Ａは、第２の論理積回路１８の他方の入力端子に接続され、第２の論理積回路１８の出力は出力信号線Ｆに供給される。

論理反転回路１６、第１の論理積回路１７および第２の論理積回路１８の各入力端子に入力される電圧が３．１６Ｖ以上の場合には、当該入力端子に論理「１」が入力され、３．１６Ｖ未満の場合には、当該入力端子に論理「０」が入力されたこととするよう、各回路の閾電圧値が設定されているものとする。

検出対象物質の抵抗３の抵抗値が１００Ωである場合の各回路の出力について簡単に説明する。

図２（ｄ）を参照すると、論理反転回路１６の出力は、時刻ｔ０で、第３の積分回路１３の出力電圧Ｖｃが３．１６Ｖ未満であるため、論理「１」であり、第３の積分回路１３の出力電圧Ｖｃが３．１６Ｖ以上になる約１．５秒後（時刻ｔ３）に論路「０」となる。

図２（ｅ）を参照すると、第１の論理積回路１７の出力は、第２の積分回路１０の出力電圧Ｖｂが３．１６Ｖ未満である約０．５秒後（時刻ｔ２）まで、論理「０」であり、それ以降、時刻ｔ３まで、論理「１」である。

図２（ｆ）を参照すると、第２の論理積回路１８の出力は、第１の積分回路７の出力電圧Ｖｂが３．１６Ｖ未満である約１秒後（時刻ｔ１）までは、論理「０」であり、それ以降、時刻ｔ３まで、論理「１」である。

なお、判定回路１４は、図３に示す構成に限定されものではない。

以上、本実施形態には、ある検出対象物質の抵抗の抵抗値が所定の範囲内にあるか否かを簡易な回路によって短時間で検出することができるという効果がある。

その理由は、単純な構成の３つの積分回路の出力電圧が所定の電圧に達する時刻を比較するだけで、検出対象物質の抵抗の抵抗値が所定の範囲内にあるか否かを判断できるからである。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本実施形態を示すブロック図である。

第２の実施形態の所定範囲抵抗値検出回路２０の構成は、第１の実施形態の所定範囲抵抗値検出回路１におけるスイッチ１５を削除すると共に、第１の積分回路７の第２の端子５の出力電圧が、第２の積分回路１０および第３の積分回路１３の入力電圧として供給されるように接続される点が、第１の実施形態の構成と異なる。

本実施形態の動作については、第１の実施形態とほぼ同じであるので、本実施形態での説明は省略する。

以上、本実施形態には、第１の実施形態と同様に、ある検出対象物質の抵抗の抵抗値が所定の範囲内にあるか否かを簡易な回路によって短時間で検出することができるという効果がある。

その理由は、単純な構成の３つの積分回路の出力電圧が所定の電圧に達する時刻を比較するだけで、検出対象物質の抵抗の抵抗値が所定の範囲内にあるか否かを判断できるからである。

１ 所定範囲抵抗値検出回路
２ 電源
３ 検出対象物質の抵抗
４ 第１の端子
５ 第２の端子
６ コンデンサ
７ 第１の積分回路
８ 抵抗器
９ コンデンサ
１０ 第２の積分回路
１１ 抵抗器
１２ コンデンサ
１３ 第３の積分回路
１４ 判定回路
１５ スイッチ
１６ 論理反転回路
１７ 第１の論理積回路
１８ 第２の論理積回路
２０ 所定範囲抵抗値検出回路

Claims (4)

1. 第１の端子および第２の端子を含み、該第１の端子と該第２の端子との間に検出対象物質が存在する場合に、該検出対象物質の抵抗と第１のコンデンサとの直列接続からなる第１の積分回路と、
   第２の抵抗と第２のコンデンサとの直列接続からなる第２の積分回路と、
   第３の抵抗と第３のコンデンサとの直列接続からなる第３の積分回路と、
   前記第１乃至第３の積分回路に入力電圧として直流電圧を供給するための電源と、
   前記電源から前記第１乃至第３の積分回路に前記直流電圧を供給する導通状態と、前記電源から前記第１乃至第３の積分回路に前記直流電圧を供給しない非導通状態とを有するスイッチと、
   前記スイッチが前記非導通状態から前記導通状態にされた後、前記第２の積分回路の出力電圧が所定電圧になった時点から、前記第３の積分回路の出力電圧が前記所定電圧になった時点までの間に、前記第１の積分回路の出力電圧が前記所定電圧になった場合に、前記検出対象物質の抵抗の抵抗値が所定の範囲内に含まれることを表す所定の信号を出力する判定回路と
   を備えたことを特徴とする所定範囲内抵抗値検出回路。
2. 第１の端子および第２の端子を含み、該第１の端子と該第２の端子との間に検出対象物質が存在する場合に、該検出対象物質の抵抗と第１のコンデンサとの直列接続からなる第１の積分回路と、
   前記第１の積分回路の出力電圧が入力電圧として供給される第２の抵抗と第２のコンデンサとの直列接続からなる第２の積分回路と、
   前記第１の積分回路の出力電圧が入力電圧として供給される第３の抵抗と第３のコンデンサとの直列接続からなる第３の積分回路と、
   前記第１の積分回路に入力電圧として直流電圧を供給するための電源と、
   前記第２の積分回路の出力電圧が所定電圧になった時点から、前記第３の積分回路の出力電圧が前記所定電圧になった時点までの間に、前記第１の積分回路の出力電圧が前記所定電圧になった場合に、前記検出対象物質の抵抗の抵抗値が所定の範囲内に含まれることを表す所定の信号を出力する判定回路と
   を備えたことを特徴とする所定範囲内抵抗値検出回路。
3. 前記第２の抵抗の抵抗値をＲ２、前記第３の抵抗の抵抗値をＲ３、前記第１のコンデンサの容量値をＣ１、前記第２のコンデンサの容量値をＣ２、および、前記第３のコンデンサの容量値をＣ３とした場合に、前記第２の抵抗の抵抗値、前記第３の抵抗の抵抗値、前記第１のコンデンサの容量値、前記第２のコンデンサの容量値および前記第３のコンデンサの容量値は、Ｒａ＝（Ｒ２×Ｃ２）／Ｃ１、および、Ｒｂ＝（Ｒ３×Ｃ３）／Ｃ１の両式を満足するよう決定されており、
   前記判定回路は、前記検出対象物質の抵抗値がＲａからＲｂまでの範囲内にあるか否かを検出し、検出結果が該範囲内である場合に、前記所定の信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の所定範囲内抵抗値検出回路。
4. 前記第１の積分回路は、前記検出対象物質の抵抗と第１の抵抗と前記第１のコンデンサとの直列接続からなり、
   前記第１の抵抗の抵抗値をＲ１、前記第２の抵抗の抵抗値をＲ２、前記第３の抵抗の抵抗値をＲ３、前記第１のコンデンサの容量値をＣ１、前記第２のコンデンサの容量値をＣ２、および、前記第３のコンデンサの容量値をＣ３とした場合に、前記第１の抵抗の抵抗値、前記第２の抵抗の抵抗値、前記第３の抵抗の抵抗値、前記第１のコンデンサの容量値、前記第２のコンデンサの容量値および前記第３のコンデンサの容量値は、Ｒａ＝（（Ｒ２×Ｃ２）／Ｃ１）−Ｒ１、および、Ｒｂ＝（（Ｒ３×Ｃ３）／Ｃ１）−Ｒ１の両式を満足するよう決定されており、
   前記判定回路は、前記検出対象物質の抵抗値がＲａからＲｂまでの範囲内にあるか否かを検出し、検出結果が該範囲内である場合に、前記所定の信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の所定範囲内抵抗値検出回路。

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