JP2020058019A - Measurement method, transmission line diagnostic device, detection device, and linear sensor device - Google Patents

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肇 寺山
Hajime Terayama
肇 寺山
波木井 勇次
Yuji Hakii
勇次 波木井
加藤 孝弘
Takahiro Kato
孝弘 加藤
直之 白石
Naoyuki Shiraishi
直之 白石
晃祐 海野
Kosuke Unno
晃祐 海野
田中 信吾
Shingo Tanaka
信吾 田中
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

To provide a measurement method enabling a change in a transmission line to be easily detected with simple configuration.SOLUTION: A measurement system 1 comprises: a communication instrument A; a communication instrument B; a pair of differential transmission lines 10 including two transmission lines; a combiner 5; and a measuring instrument C. The communication instrument A and the communication instrument B transmit and receive a positive signal and a negative signal having polarities reverse to each other via the differential transmission lines 10. The combiner 5 combines the positive signal and the negative signal exchanged between the communication instruments A and B as they are (non-inverted) to generate an in-phase signal. The measuring instrument C measures the in-phase signal output from the combiner 5.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、計測方法、伝送線路診断装置、検出装置、及び線状センサ装置に関する。   The present invention relates to a measurement method, a transmission line diagnosis device, a detection device, and a linear sensor device.

一対の信号線に互いに逆相の信号を伝送する差動伝送路における伝送線路の計測は、一方の信号はそのまま、他方の信号は反転して合成した合成信号(差動信号)を計測することにより行う。図23は、差動信号を検出する計測システム100の構成を示す図である。通信機A,B間を接続する一対の信号線(差動伝送ケーブル)110には、互いに逆相の信号が伝送されている。通信機Aにおいて取り出された信号のうち、一方の信号はそのまま、他方の信号は反転して、合成器101によって合成される。合成された信号(差動信号)は、計測器Cに入力されて計測される。図24は、差動信号の波形例を示す図である。ドライバDに入力された入力信号I1は、ポジティブ信号及びネガティブ信号として差動伝送ケーブル110を伝送し、レシーバRにて合成され、出力信号OD1として出力される。正常時においては、図24(a)に示すように、出力信号OD1は入力信号I1と同じ波形となる。一方、伝送線路に異常が発生した場合、図24(b)に示すように、
出力信号OD2は、入力信号I1と波形が異なる。
Measurement of a transmission line in a differential transmission line that transmits signals of opposite phases to a pair of signal lines is to measure a combined signal (differential signal) obtained by inverting and combining one of the signals with the other signal. Performed by FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration of a measurement system 100 that detects a differential signal. Signals having phases opposite to each other are transmitted to a pair of signal lines (differential transmission cables) 110 connecting between the communication devices A and B. One of the signals taken out by the communication device A is inverted, and the other signal is inverted and synthesized by the synthesizer 101. The combined signal (differential signal) is input to the measuring device C and measured. FIG. 24 is a diagram illustrating a waveform example of a differential signal. The input signal I1 input to the driver D is transmitted through the differential transmission cable 110 as a positive signal and a negative signal, is synthesized by the receiver R, and is output as an output signal OD1. In a normal state, the output signal OD1 has the same waveform as the input signal I1, as shown in FIG. On the other hand, when an abnormality occurs in the transmission line, as shown in FIG.
The output signal OD2 has a different waveform from the input signal I1.

差動信号を計測して伝送線路の変化を計測する場合には、合成信号の変化が伝送線路の変化に対して極めて微量となり検知が難しい。このため、例えば特許文献1に示すように、様々な手法を組み合わせる工夫が提案されている。尚、特許文献2〜4はケーブル診断に関する技術を開示し、特許文献5〜8は液面センサに関する技術を開示し、特許文献9〜11は変位センサに関する技術を開示する。また、特許文献12〜15は圧力センサに関する技術を開示し、特許文献16〜18は加速度センサに関する技術を開示し、非特許文献1〜2は光ファイバセンサに関する技術を開示する。   When measuring the change in the transmission line by measuring the differential signal, the change in the composite signal is extremely small with respect to the change in the transmission line, and it is difficult to detect the change. For this reason, for example, as shown in Patent Literature 1, a device combining various methods has been proposed. Patent Documents 2 to 4 disclose techniques relating to cable diagnosis, Patent Documents 5 to 8 disclose techniques relating to a liquid level sensor, and Patent Documents 9 to 11 disclose techniques relating to a displacement sensor. Patent Documents 12 to 15 disclose technologies relating to a pressure sensor, Patent Documents 16 to 18 disclose technologies relating to an acceleration sensor, and Non-Patent Documents 1 and 2 disclose technologies relating to an optical fiber sensor.

特開2017−92621号公報JP-A-2017-92621 特開2013−185864号公報JP 2013-185864 A 特開2003−244034号公報JP-A-2003-244034 特開2010−276586号公報JP 2010-276586 A 特開2015−4561号公報JP-A-2015-4561 特開2007−240472号公報JP 2007-240472 A 特開2013−108958号公報JP 2013-108958 A 特開2012−225788号公報JP 2012-225788 A 特開2016−1123号公報JP 2016-1123 A 特開2001−201363号公報JP 2001-201363 A 特開2011−137748号公報JP 2011-137748 A 特開2011−137746号公報JP 2011-137746 A 特開2017−133841号公報JP 2017-133841 A 特開2013−104797号公報JP 2013-104797 A 特開2014−182031号公報JP 2014-182031 A 特開2017−67500号公報JP 2017-67500A 特開2013−160559号公報JP 2013-160559 A 特開2011−185828号公報JP 2011-185828 A

今井道男ほか、“光ファイバセンサを用いた構造モニタリング”、電子情報通信学会総合大会2019、BI-8-1、pp.SS-79-80、Mar. 19-22、2019Michio Imai et al., “Structural Monitoring Using Optical Fiber Sensors”, IEICE General Conference 2019, BI-8-1, pp.SS-79-80, Mar. 19-22, 2019 水口周ほか、“航空宇宙複合材構造のライフサイクルモニタリング”、電子情報通信学会総合大会2019、BI-8-2、pp.SS-81、Mar. 19-22、2019Shu Mizuguchi et al., “Life Cycle Monitoring of Aerospace Composite Structure”, IEICE General Conference 2019, BI-8-2, pp.SS-81, Mar. 19-22, 2019

特許文献1に開示された技術によれば、伝送線路の変化を検出するための計測システムが複雑化してしまう。   According to the technique disclosed in Patent Literature 1, a measurement system for detecting a change in a transmission line becomes complicated.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、単純な構成で伝送線路の変化を容易に検知できる計測方法及び伝送線路診断装置を提供することにある。また他の目的は、コンパクトかつ高精度な液面レベル等の検出装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a measurement method and a transmission line diagnostic device that can easily detect a change in a transmission line with a simple configuration. It is another object of the present invention to provide a compact and highly accurate liquid level detection device.

前述した目的を達成するために、本発明に係る計測方法、伝送線路診断装置、検出装置、及び線状センサ装置は、下記(1)〜(16)を特徴としている。
(1) 第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路において、前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を合成して、同相信号を生成し、
生成された前記同相信号を計測する、
ことを特徴とする計測方法。
(2) 生成された前記同相信号を増幅し、
増幅された前記同相信号を計測する、
ことを特徴とする上記(1)に記載の計測方法。
(3) 生成された前記同相信号を、目的とする周波数帯域よりも高い周波数帯の信号を減衰させた後に計測する、
ことを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の計測方法。
(4) 前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を方向性結合器によって取り出して、合成する、
ことを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の計測方法。
(5) 第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路が取り付けられる取付部と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路に前記第一信号及び前記第一信号を送信する第一通信部と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路から前記第一信号及び前記第二信号を受信する第二通信部と、
前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、合成して同相信号を生成する信号合成器と、
生成された前記同相信号を検出する検出器と、
検出された前記同相信号の大きさが閾値以上の場合にエラーと判定する判定部と、
を備えることを特徴とする診断装置。
(6) 前記信号合成器で生成された前記同相信号を増幅する増幅器を備え、
前記検出器は、前記増幅器で増幅された前記同相信号を検出する、
ことを特徴とする上記(5)に記載の診断装置。
(7) 前記判定部は、前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、メモリに格納されている正常特性のデータと比較することにより、前記エラーか否かを判断する、
ことを特徴とする上記(5)又は(6)に記載の診断装置。
(8) 第一信号が入力される第一線路と、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二線路と、
前記第一線路を通過した前記第一信号と、前記第二線路を通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から液面レベルを算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
(9) 生成された前記同相信号を増幅する増幅部と、を備え、
前記検出部は、増幅された前記同相信号の電圧を検出する、
ことを特徴とする上記(8)に記載の検出装置。
(10) 前記算出部は、前記液面レベルと前記電圧との対応を示すテーブルを参照して、前記液面レベルを算出する、
ことを特徴とする上記(8)又は(9)に記載の検出装置。
(11) 前記第一線路は、第一オープンスタブを有し、
前記第二線路は、第二オープンスタブを有し、
前記合成部は、前記第一オープンスタブを通過した前記第一信号と、前記第二オープンスタブを通過した前記第二信号と、を合成して前記同相信号を合成する、
ことを特徴とする上記(8)〜(10)のいずれか一に記載の検出装置。
(12) 第一信号が入力される第一センサと、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二センサと、
前記第一センサを通過した前記第一信号と、前記第二センサを通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から変位レベル又は圧力を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
(13) 前記第一センサ及び前記第二センサの少なくともいずれか一方は、ループコイルを含み、
前記算出部は、前記ループコイルと被測定物との距離を前記変位レベルとして算出する、
ことを特徴とする請求項12に記載の検出装置。
(14) 前記第一センサ及び前記第二センサのそれぞれは、互いに離間して配置された一対の極板を含み、
前記算出部は、加圧によって変化する前記前記一対の極板間の距離を前記圧力として算出する、
ことを特徴とする請求項12に記載の検出装置。
(15) 可動電極と、
前記可動電極から離間して配置され、前記可動電極を挟んで対向する第一及び第二固定電極と、
前記可動電極と前記第一固定電極との間を通過した第一信号と、前記可動電極と前記第二固定電極との間を通過した第二信号と、が合成された同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から加速度を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
(16) 二つの通信機と、
前記二つの通信機間に配置される、線長の等しい第一及び第二伝送路と、
前記第一伝送路を通過した第一信号と、前記第二伝送路を通過した第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成器と、
生成された前記同相信号を計測する計測器と、
を備えることを特徴とする線状センサ装置。
In order to achieve the above-mentioned object, a measurement method, a transmission line diagnosis device, a detection device, and a linear sensor device according to the present invention are characterized by the following (1) to (16).
(1) A pair of differential transmission lines including a first transmission line transmitting a first signal and a second transmission line transmitting a second signal having a phase opposite to that of the first signal are transmitted through the first transmission line. The first signal and the second signal transmitted through the second transmission line are combined to generate an in-phase signal,
Measuring the generated in-phase signal,
A measuring method characterized in that:
(2) amplifying the generated in-phase signal;
Measuring the amplified in-phase signal;
The measurement method according to the above (1), characterized in that:
(3) measuring the generated in-phase signal after attenuating a signal in a frequency band higher than a target frequency band,
The measuring method according to the above (1) or (2), wherein
(4) The first signal transmitted through the first transmission line and the second signal transmitted through the second transmission line are taken out by a directional coupler and combined.
The measuring method according to any one of the above (1) to (3), wherein
(5) a mounting portion to which a pair of differential transmission lines including a first transmission line transmitting the first signal and a second transmission line transmitting the second signal having a phase opposite to the first signal is mounted;
Via the mounting portion, a first communication unit that transmits the first signal and the first signal to the differential transmission path,
Through the mounting portion, a second communication unit that receives the first signal and the second signal from the differential transmission path,
A signal synthesizer that extracts the first signal and the second signal received by the second communication unit and combines them to generate an in-phase signal,
A detector for detecting the generated in-phase signal;
A determining unit that determines that an error has occurred when the detected magnitude of the in-phase signal is equal to or greater than a threshold,
A diagnostic device comprising:
(6) an amplifier for amplifying the in-phase signal generated by the signal synthesizer;
The detector detects the in-phase signal amplified by the amplifier,
The diagnostic device according to the above (5), wherein:
(7) The determining unit extracts the first signal and the second signal received by the second communication unit, and compares the first signal and the second signal with data of normal characteristics stored in a memory to determine whether the error has occurred. to decide,
The diagnostic device according to the above (5) or (6), wherein
(8) a first line to which a first signal is input;
A second line to which a second signal having a phase opposite to that of the first signal is input;
A combining unit that combines the first signal that has passed through the first line and the second signal that has passed through the second line to generate an in-phase signal,
A detection unit that detects a voltage of the generated common-mode signal,
A calculating unit for calculating a liquid level from the detected voltage,
A detection device comprising:
(9) an amplification unit that amplifies the generated in-phase signal,
The detection unit detects a voltage of the amplified in-phase signal,
The detection device according to the above (8), wherein:
(10) The calculating unit calculates the liquid level with reference to a table indicating a correspondence between the liquid level and the voltage.
The detection device according to the above (8) or (9), wherein
(11) The first line has a first open stub,
The second line has a second open stub,
The combining unit, the first signal that has passed through the first open stub, and the second signal that has passed through the second open stub, and combines the in-phase signal,
The detection device according to any one of the above (8) to (10), wherein
(12) a first sensor to which a first signal is input;
A second sensor to which a second signal having a phase opposite to the first signal is input,
A combining unit that combines the first signal that has passed through the first sensor and the second signal that has passed through the second sensor to generate an in-phase signal,
A detection unit that detects a voltage of the generated common-mode signal,
A calculating unit that calculates a displacement level or a pressure from the detected voltage,
A detection device comprising:
(13) At least one of the first sensor and the second sensor includes a loop coil,
The calculation unit calculates a distance between the loop coil and the measured object as the displacement level,
The detection device according to claim 12, wherein:
(14) Each of the first sensor and the second sensor includes a pair of electrode plates spaced apart from each other,
The calculation unit calculates a distance between the pair of electrode plates that changes due to pressure as the pressure,
The detection device according to claim 12, wherein:
(15) a movable electrode;
First and second fixed electrodes that are arranged apart from the movable electrode and face each other across the movable electrode,
The first signal that has passed between the movable electrode and the first fixed electrode, and the second signal that has passed between the movable electrode and the second fixed electrode, the voltage of the in-phase signal synthesized A detecting unit for detecting,
A calculating unit for calculating an acceleration from the detected voltage,
A detection device comprising:
(16) Two communication devices,
The first and second transmission lines having the same line length are arranged between the two communication devices,
A first signal that has passed through the first transmission path, and a second signal that has passed through the second transmission path, and a combiner that generates an in-phase signal by combining them.
A measuring instrument for measuring the generated in-phase signal,
A linear sensor device comprising:

上記(1)の構成の計測方法によれば、第一信号と第二信号とを反転させることなく合成した同相信号は、第一信号と、反転させた第二信号と、を合成した差動信号よりも、一対の伝送線路間における振幅や位相のずれを大きく捉えることができるため、伝送線路の変化を容易に検知でき、計測システムを単純化できる。   According to the measurement method of the above configuration (1), the in-phase signal synthesized without inverting the first signal and the second signal is a difference obtained by synthesizing the first signal and the inverted second signal. Since a difference in amplitude or phase between a pair of transmission lines can be grasped larger than a dynamic signal, a change in the transmission line can be easily detected, and the measurement system can be simplified.

上記(2)の構成の計測方法によれば、同相信号を増幅することにより、伝送線路の微細な変化を容易に検出できる。   According to the measuring method having the configuration (2), a minute change in the transmission line can be easily detected by amplifying the in-phase signal.

上記(3)の構成の計測方法によれば、不要な周波数帯域に重畳するノイズを除去できるため、より高感度で安定した検波出力を得ることができる。   According to the measuring method of the above configuration (3), noise superimposed on unnecessary frequency bands can be removed, so that a more sensitive and stable detection output can be obtained.

上記(4)の構成の計測方法によれば、差動伝送路を流れる元信号を分離して取り出す際に、元信号の損失を最小限に抑えることができる。また、方向性結合器の配置箇所(信号分離位置)を基準に前後の何処で異常が発生しているのかを区別できるため、差動伝送システムのセンサーとして機能向上が図れる。   According to the measuring method having the configuration (4), when separating and extracting the original signal flowing through the differential transmission line, the loss of the original signal can be minimized. In addition, since it is possible to distinguish where the abnormality has occurred before and after based on the location (signal separation position) of the directional coupler, the function of the sensor of the differential transmission system can be improved.

上記(5)の構成の診断装置によれば、第一信号と第二信号とを反転させることなく合成した同相信号は、第一信号と、反転させた第二信号と、を合成した差動信号よりも、一対の伝送線路間における振幅や位相のずれを大きく捉えることができるため、伝送線路の変化を容易に検知でき、微細なエラーを検出できる。また、第一信号及び第二信号として診断信号を用いる方法に限らず、実際の通信信号を用いた診断ができるため、汎用性が高い。通信信号を用いた診断を行う場合、診断対象の差動伝送路(ケーブル等)を用いる通信系をそのまま利用できるため、別途、診断信号を入出力する診断用システムを構築する必要がなく、診断システムの簡素化が可能となる。   According to the diagnostic apparatus having the configuration of the above (5), the in-phase signal synthesized without inverting the first signal and the second signal is a difference obtained by synthesizing the first signal and the inverted second signal. Since a difference between the amplitude and the phase between the pair of transmission lines can be grasped larger than a dynamic signal, a change in the transmission line can be easily detected, and a minute error can be detected. Further, the present invention is not limited to a method using a diagnostic signal as the first signal and the second signal, and can be diagnosed using an actual communication signal, so that the versatility is high. When performing a diagnosis using a communication signal, a communication system using a differential transmission line (cable or the like) to be diagnosed can be used as it is, so that there is no need to separately construct a diagnostic system for inputting and outputting a diagnosis signal. The system can be simplified.

上記(6)の構成の診断装置によれば、同相信号を増幅することにより、伝送線路の微細な変化を容易に検出できる。   According to the diagnostic device having the above configuration (6), a minute change in the transmission line can be easily detected by amplifying the in-phase signal.

上記(7)の構成の診断装置によれば、第一伝送線路と第二伝送線路とで同程度のエラーが生じ、第一信号と第二信号とで位相差が生じない場合であっても、第一信号及び第二信号のデータと正常特性のデータとに差異がある場合にはエラーとして検出できるため、
高精度な診断が可能となる。
According to the diagnostic device having the configuration of the above (7), even when a similar error occurs in the first transmission line and the second transmission line and no phase difference occurs between the first signal and the second signal. If there is a difference between the data of the first signal and the second signal and the data of the normal characteristic, it can be detected as an error,
High-precision diagnosis is possible.

上記(8)の構成の検出装置によれば、第一線路を液面レベル検出用として測定対象のタンク内等に設置し、第二線路を補正用のリファレンスとすることで、液面レベルに応じた差分が同相信号のレベルとして現れる。すなわち、第一信号及び第二信号の振幅変化ではなく、位相変化を検出できるため、高精度での液面レベル検出が可能となる。また、従来の容量検出方式のセンサではないため、直線のパターンで足り、センシング部の基板に容量を持たせるための櫛歯型パターンが不要となるため、センサ形状をスリム化できる。   According to the detection device having the configuration (8), the first line is installed in a tank to be measured or the like for liquid level detection, and the second line is used as a reference for correction, so that the liquid level can be reduced. The corresponding difference appears as the level of the in-phase signal. That is, since a phase change, not an amplitude change, of the first signal and the second signal can be detected, the liquid level can be detected with high accuracy. Further, since the sensor is not a conventional capacitance detection type sensor, a linear pattern is sufficient, and a comb-shaped pattern for providing a capacitance to the substrate of the sensing unit is not required, so that the sensor shape can be made slim.

上記(9)の構成の検出装置によれば、同相信号を増幅することにより、液面レベルの微細な変化を容易に検出できる。   According to the detection device having the above configuration (9), a minute change in the liquid level can be easily detected by amplifying the in-phase signal.

上記(10)の構成の検出装置によれば、予め用意したテーブルを参照することにより、液面レベルを容易に算出できる。
上記(11)の構成の検出装置によれば、オープンスタブのみで液面レベルを検出でき、エレメントのスリム化が可能となる。
上記(12)〜(15)の検出装置によれば、第一信号と第二信号とを反転させることなく合成した同相信号を用いることで、高精度に変位、圧力、加速度を検出できる。
上記(16)の線状センサ装置によれば、光ファイバセンサの欠点(変換損失が大きく、エネルギー効率が低い)を補う線状センサを実現できる。
According to the detection device having the above configuration (10), the liquid level can be easily calculated by referring to the table prepared in advance.
According to the detection device having the configuration (11), the liquid level can be detected only by the open stub, and the element can be made slim.
According to the detection devices of (12) to (15), the displacement, pressure, and acceleration can be detected with high accuracy by using the in-phase signal synthesized without inverting the first signal and the second signal.
According to the linear sensor device of the above (16), it is possible to realize a linear sensor that compensates for the drawbacks of the optical fiber sensor (large conversion loss and low energy efficiency).

本発明によれば、単純な構成で伝送線路の変化を容易に検知できる計測方法及び伝送線路診断装置を提供できる。また、コンパクトかつ高精度な検出装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a measurement method and a transmission line diagnostic device that can easily detect a change in a transmission line with a simple configuration. Further, a compact and highly accurate detection device can be provided.

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。   The present invention has been briefly described above. Further, details of the present invention will be further clarified by reading through embodiments for carrying out the invention described below (hereinafter, referred to as “embodiments”) with reference to the accompanying drawings. .

図1は、第一実施形態における同相信号を検出する計測システムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a measurement system that detects an in-phase signal according to the first embodiment. 図2は、位相ズレに対する、差動信号と合成信号との差を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a difference between a differential signal and a combined signal with respect to a phase shift. 図3は、同相信号の波形例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a waveform example of the in-phase signal. 図4は、第二実施形態における同相信号を検出する計測システムの構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a measurement system that detects an in-phase signal according to the second embodiment. 図5は、増幅の有無による同相信号レベルの違いを示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a difference in the in-phase signal level depending on the presence or absence of amplification. 図6は、第三実施形態における同相信号を検出する計測システムの構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a measurement system that detects an in-phase signal according to the third embodiment. 図7は、不要帯域を除去する前後のコモン波形例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing examples of common waveforms before and after removing unnecessary bands. 図8は、第四実施形態におけるハイ・インピーダンスによる信号取り出しの概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram of signal extraction using high impedance in the fourth embodiment. 図9は、第四実施形態における方向性結合器による信号取り出しの概念図である。FIG. 9 is a conceptual diagram of signal extraction by the directional coupler according to the fourth embodiment. 図10は、第四実施形態における分配合成器による信号取り出しの概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram of signal extraction by the distributor / synthesizer in the fourth embodiment. 図11は、第五実施形態のケーブル診断装置の構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the cable diagnostic device according to the fifth embodiment. 図12は、第五実施形態の変形例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a modification of the fifth embodiment. 図13は、第五実施形態の変形例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a modification of the fifth embodiment. 図14は、第六実施形態のケーブル診断装置を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a cable diagnostic device according to a sixth embodiment. 図15は、第六実施形態のケーブル診断装置におけるケーブル不良診断の流れを示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a flow of cable failure diagnosis in the cable diagnostic device of the sixth embodiment. 図16は、第六実施形態の変形例を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a modification of the sixth embodiment. 図17は、第六実施形態の変形例を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a modification of the sixth embodiment. 図18は、第七実施形態の液面レベル検出装置の構成を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a liquid level detection device according to the seventh embodiment. 図19は、第七実施形態の液面レベル検出装置におけるセンサ部のシミュレーション用モデルを示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating a simulation model of a sensor unit in the liquid level detection device according to the seventh embodiment. 図20は、図19に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a simulation result using the model shown in FIG. 図21は、第七実施形態の変形例を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating a modification of the seventh embodiment. 図22は、第七実施形態の変形例を示す図である。FIG. 22 is a diagram illustrating a modification of the seventh embodiment. 図23は、差動信号を検出する計測システムの構成を示す図である。FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration of a measurement system that detects a differential signal. 図24は、差動信号の波形例を示す図である。FIG. 24 is a diagram illustrating a waveform example of a differential signal. 図25は、第八実施形態の液面レベル検出装置におけるセンサ部のシミュレーション用モデルを示す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating a simulation model of a sensor unit in the liquid level detection device according to the eighth embodiment. 図26は、第八実施形態の液面レベル検出装置の測定原理を示す図である。FIG. 26 is a diagram illustrating the measurement principle of the liquid level detection device according to the eighth embodiment. 図27は、図25に示したモデルを用いたシミュレーションによる液面レベル変化に対する周波数特性結果を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing a frequency characteristic result with respect to a liquid level change by a simulation using the model shown in FIG. 図28は、図25に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing a simulation result using the model shown in FIG. 図29は、第八実施形態の変形例を示す図である。FIG. 29 is a diagram illustrating a modification of the eighth embodiment. 図30は、第八実施形態の変形例を示す図である。FIG. 30 is a diagram illustrating a modification of the eighth embodiment. 図31は、第九実施形態の変位検出装置の構成を示す図である。FIG. 31 is a diagram illustrating the configuration of the displacement detection device according to the ninth embodiment. 図32は、第九実施形態の変位検出装置におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図である。FIG. 32 is a diagram illustrating a simulation model of a sensor unit in the displacement detection device according to the ninth embodiment. 図33は、第九実施形態の変位検出装置の測定原理を説明するための図である。FIG. 33 is a diagram for explaining the measurement principle of the displacement detection device according to the ninth embodiment. 図34は、図33に示した金属ブロックの距離変化に伴う周波数特性変化を示す図である。FIG. 34 is a diagram illustrating a change in frequency characteristic according to a change in the distance of the metal block illustrated in FIG. 33. 図35は、図32に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図である。FIG. 35 is a diagram showing a simulation result using the model shown in FIG. 図36は、第九実施形態の変形例を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing a modification of the ninth embodiment. 図37は、第十実施形態の圧力検出装置の構成を示す図である。FIG. 37 is a diagram illustrating the configuration of the pressure detection device according to the tenth embodiment. 図38は、第十実施形態の圧力検出装置におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図である。FIG. 38 is a diagram illustrating a simulation model of a sensor unit in the pressure detection device according to the tenth embodiment. 図39は、図38に示した極板間隔変化(圧力変化)に伴う周波数特性変化を示す図である。FIG. 39 is a diagram showing a change in frequency characteristics due to a change in the electrode plate interval (pressure change) shown in FIG. 図40は、第十実施形態の圧力検出装置におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図である。FIG. 40 is a diagram illustrating a simulation model of the sensor unit in the pressure detection device according to the tenth embodiment. 図41は、図38、図40に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図である。FIG. 41 is a diagram illustrating a simulation result using the models illustrated in FIGS. 38 and 40. 図42は、第十実施形態の変形例を示す図である。FIG. 42 is a diagram illustrating a modification of the tenth embodiment. 図43は、第十実施形態の変形例を示す図である。FIG. 43 is a diagram showing a modification of the tenth embodiment. 図44は、第十一実施形態の加速度検出装置の構成を示す図である。FIG. 44 is a diagram illustrating the configuration of the acceleration detection device according to the eleventh embodiment. 図45は、第十一実施形態の加速度検出装置におけるセンサ部の構成を示す図である。FIG. 45 is a diagram illustrating a configuration of a sensor unit in the acceleration detection device according to the eleventh embodiment. 図46は、図45に示したセンサ部のシミュレーションモデルを示す図である。FIG. 46 is a diagram showing a simulation model of the sensor unit shown in FIG. 図47は、図46に示したモデルを用いたシミュレーション結果(周波数特性変化)を示す図である。FIG. 47 is a diagram showing a simulation result (frequency characteristic change) using the model shown in FIG. 図48は、図46に示したモデルを用いたシミュレーション結果(出力電圧変化)を示す図である。FIG. 48 is a diagram showing a simulation result (output voltage change) using the model shown in FIG. 図49は、第十一実施形態の変形例を示す図である。FIG. 49 is a diagram illustrating a modification of the eleventh embodiment. 図50は、第十一実施形態の変形例を示す図である。FIG. 50 is a diagram illustrating a modification of the eleventh embodiment. 図51は、光ファイバセンサのイメージ図である。FIG. 51 is an image diagram of the optical fiber sensor. 図52は、第十二実施形態の線状センサの配策例を示す図である。FIG. 52 is a diagram illustrating a layout example of the linear sensor according to the twelfth embodiment.

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。   Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第一実施形態:計測方法)
図1は、第一実施形態における同相信号を検出する計測システム1の構成を示す図である。計測システム1は、通信機Aと、通信機Bと、二本の伝送線路を含む一対の差動伝送路10と、合成器5と、計測器Cと、を備える。通信機A及び通信機Bは、差動伝送路10を介して、互いに極性が逆であるポジティブ信号(第一信号)及びネガティブ信号(第二信号)を送受信する。合成器5は、通信機Aと通信機Bとの間でやり取りされるポジティブ信号及びネガティブ信号を、どちらもそのまま(非反転)で合成して、同相信号を生成する。計測器Cは、合成器5から出力される同相信号を計測する。差動伝送路10のポジティブ信号を伝送する線路又はネガティブ信号を伝送する線路に、物理的形状の変化や材質の変化といった変化が起きると、変化が生じた箇所(異常箇所)で伝送信号に対する伝送特性が変化する。線路の異常箇所を通過したポジティブ信号とネガティブ信号とは、
振幅や位相にも差が生じる。通信機Aと通信機Bとの間の二本の伝送線路を伝送されるポジティブ信号及びネガティブ信号の間に振幅差、位相差が現れた場合、同相信号を計測器Cで計測することによって、伝送線路に生じたわずかな変化を捉えることができる。
(First embodiment: measurement method)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a measurement system 1 that detects an in-phase signal according to the first embodiment. The measurement system 1 includes a communication device A, a communication device B, a pair of differential transmission lines 10 including two transmission lines, a synthesizer 5, and a measuring device C. The communication device A and the communication device B transmit and receive, via the differential transmission line 10, a positive signal (first signal) and a negative signal (second signal) having opposite polarities to each other. The combiner 5 combines the positive signal and the negative signal exchanged between the communication device A and the communication device B in a non-inverted state to generate an in-phase signal. The measuring device C measures the in-phase signal output from the synthesizer 5. When a change, such as a change in physical shape or a change in material, occurs in a line for transmitting a positive signal or a line for transmitting a negative signal in the differential transmission line 10, the transmission for the transmission signal is performed at a place where the change occurs (an abnormal place). The characteristics change. Positive and negative signals that have passed through an abnormal part of the track are
Differences also occur in amplitude and phase. When an amplitude difference and a phase difference appear between a positive signal and a negative signal transmitted through two transmission lines between the communication device A and the communication device B, the in-phase signal is measured by the measuring device C. , A slight change in the transmission line can be detected.

図2は、位相ズレに対する、差動信号と合成信号との差を示す図である。関数F1は、
振幅ズレによる差動信号の変化を示し、図23に示した合成器101から出力される差動信号の測定結果に相当する。この差動信号は、差動伝送ケーブル110で伝送されるポジティブ信号及びネガティブ信号を、一方を反転して合成した信号である。関数F2は、位相ズレによる同相信号の変化を示し、図1の合成器5から出力される同相信号の測定結果に相当する。図2によれば、関数F2の方が、関数F1よりも傾き(振幅の変化)が大きいことから、同相信号では差動信号に比べて、わずかな変化を捉えるのに向いていることがわかる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a difference between a differential signal and a combined signal with respect to a phase shift. The function F1 is
23 shows a change in a differential signal due to an amplitude shift, and corresponds to a measurement result of a differential signal output from the combiner 101 shown in FIG. This differential signal is a signal obtained by inverting one of the positive signal and the negative signal transmitted by the differential transmission cable 110 and combining them. The function F2 indicates a change in the in-phase signal due to the phase shift, and corresponds to a measurement result of the in-phase signal output from the combiner 5 in FIG. According to FIG. 2, since the slope (change in amplitude) of the function F2 is larger than that of the function F1, the in-phase signal is more suitable for capturing a slight change than the differential signal. Recognize.

図3は、同相信号の波形例を示す図である。図3(a)は、正常時、すなわち、差動伝送路10に異常が発生していない場合における同相信号の波形(コモン波形)例を示す。
ドライバDに入力されが入力信号I1は、ポジティブ信号及びネガティブ信号として差動伝送路10を伝送された後、コンバイナーCBで合算され、出力信号OC1(同相信号)として出力される。正常時には、ポジティブ信号とネガティブ信号との間には極性が逆である以外は差がないので、両信号を合算すると相互に打ち消し合い、何も残らない。図3
(b)は、差動伝送路10のネガティブ信号を伝送する線路に異常が発生した場合における同相信号の波形例を示す。ドライバDに入力された入力信号I1は、ポジティブ信号及びネガティブ信号として差動伝送路10を伝送された後、コンバイナーCBで合算され、
出力信号OC2(同相信号)として出力される。ポジティブ信号とネガティブ信号との間に差(違い)がある場合、両信号を合算すると、打ち消しきれない同相成分(コモン信号)が残る。出力信号OC2は、振幅差によって生じたコモン波形OC21、位相差によって生じたコモン波形OC22、及び、立上り時間差によって生じたコモン波形OC23が合算されたものである。
FIG. 3 is a diagram illustrating a waveform example of the in-phase signal. FIG. 3A shows an example of a waveform (common waveform) of the in-phase signal in a normal state, that is, when no abnormality occurs in the differential transmission line 10.
The input signal I1 input to the driver D is transmitted through the differential transmission line 10 as a positive signal and a negative signal, is added up by the combiner CB, and is output as an output signal OC1 (in-phase signal). Under normal conditions, there is no difference between the positive signal and the negative signal except that the polarities are opposite, so that when the two signals are added together, they cancel each other out and nothing remains. FIG.
(B) shows an example of the waveform of the in-phase signal when an abnormality occurs in the line for transmitting the negative signal of the differential transmission line 10. The input signal I1 input to the driver D is transmitted through the differential transmission line 10 as a positive signal and a negative signal, and then added by the combiner CB.
It is output as an output signal OC2 (in-phase signal). When there is a difference (difference) between the positive signal and the negative signal, when the two signals are added, an in-phase component (common signal) that cannot be canceled remains. The output signal OC2 is a sum of the common waveform OC21 generated by the amplitude difference, the common waveform OC22 generated by the phase difference, and the common waveform OC23 generated by the rise time difference.

コモン信号の量(振幅の高さや時間的長さ等)は、ポジティブ信号とネガティブ信号との差異に依存(比例)する。つまり、コモン信号変化量と伝送線路変化量とは、比例関係にあるため、コモン信号の正常状態からの増加を観測することで伝送線路の変化を観測可能となる。例えば、正常時のコモン信号量をマハラノビスタグチシステムの単位空間に割り当て、コモン信号量の変化(増加)を信号空間として判別に掛けることで、変化の度合いを観測できる。その変化の推移を観測することで、将来の劣化進行度合いを予測可能となる。劣化信号度合いを予測することで、次のように、通信ネットワークシステムやそれを利用するサービス及び機能の信頼性を向上できる。通信ネットワークにつながる機器や、通信ネットワークを構成する伝送路に異常や不具合が発生した場合、通信ネットワークを利用して成り立つ上位のサービスや機能が喪失することとなる。そこで、本実施形態の計測システム1により、通信ネットワークに係る機器や伝送路の微細な兆候を診断・抽出し、その兆候が将来的にどの程度の期間を経てどのような不具合に繋がるかを予測する。
このように劣化進行度合いを予測することにより、未然に不具合への対策を行うことが可能となり、結果として、通信ネットワークシステムや、それを利用するサービス及び機能の信頼性を向上できる。
The amount of the common signal (height of amplitude, time length, etc.) depends on (is proportional to) the difference between the positive signal and the negative signal. That is, since the amount of change in the common signal and the amount of change in the transmission line are in a proportional relationship, the change in the transmission line can be observed by observing an increase in the common signal from the normal state. For example, the degree of change can be observed by allocating a common signal amount in a normal state to the unit space of the Mahalanobis Taguchi system and subjecting a change (increase) in the common signal amount to a signal space for discrimination. By observing the transition of the change, it is possible to predict the degree of deterioration progress in the future. By predicting the degree of the degraded signal, the reliability of the communication network system and the services and functions using the same can be improved as follows. When an abnormality or a failure occurs in a device connected to the communication network or a transmission path configuring the communication network, a higher-order service or function that is established using the communication network is lost. Therefore, the measurement system 1 of the present embodiment diagnoses and extracts minute signs of devices and transmission lines related to the communication network, and predicts how long the signs will lead to what problems in the future. I do.
By estimating the degree of progress of deterioration in this way, it is possible to take measures against problems beforehand, and as a result, it is possible to improve the reliability of the communication network system and the services and functions using it.

以上説明したように、本実施形態の計測システム1によれば、計測信号として同相信号を用いることで、計測システムを複雑化させることなく、伝送線路に生じたわずかな変化を容易かつ高精度に検知できる。また、本実施形態の計測システム1を用いて伝送線路の劣化進行度合いを予測する事により、通信ネットワークシステム等の信頼性を向上できる。   As described above, according to the measurement system 1 of the present embodiment, by using the in-phase signal as the measurement signal, it is possible to easily and accurately remove a slight change occurring in the transmission line without complicating the measurement system. Can be detected. Further, the reliability of the communication network system and the like can be improved by predicting the degree of progress of the deterioration of the transmission line using the measurement system 1 of the present embodiment.

(第二実施形態:計測方法)
図4は、第二実施形態における同相信号を検出する計測システム11の構成を示す図である。計測システム11は、通信基板12と、通信チップ13aを含む通信基板13と、
電力加算器15と、低雑音アンプ17と、検波器18と、監視装置19と、二本の伝送線路を含む一対の差動ケーブル20と、を備える。差動ケーブル20は、通信基板12と通信基板13との間に接続される。通信基板12と通信基板13とは、差動ケーブル20を介して、互いに極性が逆であるポジティブ信号及びネガティブ信号を送受信する。電力加算器15は、通信基板12と通信チップ13aとの間でやり取りされるポジティブ信号及びネガティブ信号を、どちらもそのまま(非反転)で合成して、同相信号を生成する。低雑音アンプ17は、電力加算器15で生成された同相信号を増幅する。検波器18は、高周波信号である同相信号の振幅レベルをアナログ値に変換して検波電圧として出力する。
監視装置19は、検波器18から出力される検波電圧(検波出力)を観測する。差動ケーブル20に異常が発生し、差動ケーブル20を伝送されるポジティブ信号及びネガティブ信号の間に振幅差、位相差が現れた場合、検波器18からの検波出力を監視装置19で観測することによって、伝送線路に生じたわずかな変化を捉えることができる。同相信号が低雑音アンプ17によって増幅されているため、伝送線路に生じたわずかな変化を高感度で捉えることができる。低雑音アンプ17によって、同相信号を例えば30dBほど増幅することで、一般的な広帯域検波器によって容易に変化を確認することが可能となる。
(Second embodiment: measurement method)
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a measurement system 11 that detects an in-phase signal according to the second embodiment. The measurement system 11 includes a communication board 12, a communication board 13 including a communication chip 13a,
It includes a power adder 15, a low noise amplifier 17, a detector 18, a monitoring device 19, and a pair of differential cables 20 including two transmission lines. The differential cable 20 is connected between the communication board 12 and the communication board 13. The communication board 12 and the communication board 13 transmit and receive, via the differential cable 20, a positive signal and a negative signal whose polarities are opposite to each other. The power adder 15 combines the positive signal and the negative signal exchanged between the communication board 12 and the communication chip 13a in a non-inverted state to generate an in-phase signal. The low noise amplifier 17 amplifies the in-phase signal generated by the power adder 15. The detector 18 converts the amplitude level of the in-phase signal, which is a high-frequency signal, into an analog value and outputs the analog value as a detection voltage.
The monitoring device 19 observes a detection voltage (detection output) output from the detector 18. When an abnormality occurs in the differential cable 20 and an amplitude difference and a phase difference appear between the positive signal and the negative signal transmitted through the differential cable 20, the detection output from the detector 18 is observed by the monitoring device 19. As a result, a slight change in the transmission line can be detected. Since the in-phase signal is amplified by the low-noise amplifier 17, a slight change in the transmission line can be detected with high sensitivity. By amplifying the in-phase signal by, for example, about 30 dB by the low-noise amplifier 17, it is possible to easily confirm the change with a general wideband detector.

図5は、増幅の有無による同相信号レベルの違いを示す図である。図5に示したグラフは、差動ケーブル20の初期状態における同相信号の波形(コモン波形)W1と、差動ケーブル20に異常が発生している場合(異常状態)の素(非増幅)のコモン波形W2と、
差動ケーブル20に異常が発生している場合(異常状態)の増幅されたコモン波形W3と、を示す。増幅を行わない場合、初期状態と異常状態とでコモン波形W1、W2の最大値の差は数十mV程度である。一方、増幅を行った場合、初期状態と異常状態とでコモン波形W1、W3の最大値の差は数百mVまで強調されている。このように、伝送線路の変化をセンシングする能力が増したことが、図5から容易に見て取れる。
FIG. 5 is a diagram illustrating a difference in the in-phase signal level depending on the presence or absence of amplification. The graph shown in FIG. 5 shows the waveform (common waveform) W1 of the in-phase signal in the initial state of the differential cable 20 and the element (non-amplified) when an abnormality occurs in the differential cable 20 (abnormal state). And a common waveform W2 of
5 shows an amplified common waveform W3 when an abnormality occurs in the differential cable 20 (abnormal state). When amplification is not performed, the difference between the maximum values of the common waveforms W1 and W2 between the initial state and the abnormal state is about several tens mV. On the other hand, when amplification is performed, the difference between the maximum values of the common waveforms W1 and W3 between the initial state and the abnormal state is emphasized to several hundred mV. Thus, it can be easily seen from FIG. 5 that the ability to sense the change of the transmission line has been increased.

本実施形態では、増幅された信号は、検波器18によって実効値検波を経て電圧に変換される。この検波電圧がセンサ出力とされる。本実施形態では、検波器18が実効値検波を行うが、他の検波方式を適用してもよい。検波方式の例として、対数(Log)検波や直線(リニア)検波の他、平均値や尖頭値、ダイオードの包絡線を用いた方式、ICによって計算にて実効値を求める方式等が挙げられる。Log検波は、微弱信号の検出に向いており、高周波信号レベル(dBm)に対応した電圧出力が得られる。また、Log検波は、対応レンジが広いが、分解能(精度)が低くなる。一方、リニア検波は、微弱な信号の検出には向かないものの、入力と出力に比例関係が得られる。また、リニア検波は、対応レンジは狭いが、分解能(精度)は高い。本実施形態における同相信号の増幅は、いずれの検波方式に対しても有効である。   In the present embodiment, the amplified signal is converted into a voltage by the detector 18 through effective value detection. This detection voltage is used as the sensor output. In the present embodiment, the detector 18 performs the effective value detection, but another detection method may be applied. Examples of the detection method include logarithmic (Log) detection, linear (linear) detection, a method using an average value, a peak value, an envelope of a diode, and a method of calculating an effective value by calculation using an IC. . Log detection is suitable for detecting a weak signal, and a voltage output corresponding to a high-frequency signal level (dBm) is obtained. Log detection has a wide range but a low resolution (accuracy). On the other hand, although linear detection is not suitable for detecting weak signals, a linear relationship is obtained between input and output. The linear detection has a narrow range but a high resolution (accuracy). The amplification of the in-phase signal in the present embodiment is effective for any detection method.

以上説明したように、本実施形態の計測システム11によれば、第一実施形態の効果に加え、同相信号を増幅することにより、センサとしての感度を向上できる。   As described above, according to the measurement system 11 of the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the sensitivity as a sensor can be improved by amplifying the in-phase signal.

(第三実施形態:計測方法)
図6は、第三実施形態における同相信号を検出する計測システム21の構成を示す図である。図6の計測システム21は、図4に示した第二実施形態の計測システム11に、フィルタ16を追加したものである。以下、第二実施形態と異なる構成を中心に説明する。
フィルタ16は、目的とする周波数帯域よりも高い周波数帯(不要帯域)の信号を減衰させるものである。フィルタ16は、電力加算器15と低雑音アンプ17との間に配置される。
(Third embodiment: measurement method)
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a measurement system 21 that detects an in-phase signal according to the third embodiment. 6 is obtained by adding a filter 16 to the measurement system 11 of the second embodiment shown in FIG. Hereinafter, the configuration different from the second embodiment will be mainly described.
The filter 16 attenuates a signal in a frequency band (unnecessary band) higher than a target frequency band. The filter 16 is arranged between the power adder 15 and the low noise amplifier 17.

図7は、不要帯域を除去する前後のコモン波形例を示す図である。差動ディジタル伝送の同相信号を計測信号として用いる場合、検波器18が有する広い帯域内に入るノイズの影響によって検波レベルが変化し、ケーブルに変化がないにもかかわらず変化ありと誤診してしまう可能性がある。そこで、情報伝送に必要となる帯域以外をフィルタ16でカットする。図7(a)は、フィルタ16を掛けない場合のコモン波形である。図7(b)は、フィルタ16で、例えば80MHz以上の周波数帯を減衰させた場合のコモン波形である。80MHz以下にしか有効なコモン波形が現れない場合、80MHz以上の周波数帯をフィルタ16で減衰させることで、不要な帯域に重畳するノイズを除去でき、伝送線路の変化によって発生する同相信号だけを用いた診断が可能となる。   FIG. 7 is a diagram showing examples of common waveforms before and after removing unnecessary bands. When the in-phase signal of the differential digital transmission is used as a measurement signal, the detection level changes due to the influence of noise entering the wide band of the detector 18 and it is erroneously diagnosed that there is a change even though there is no change in the cable. May be lost. Therefore, the band other than the band necessary for information transmission is cut by the filter 16. FIG. 7A shows a common waveform when the filter 16 is not applied. FIG. 7B shows a common waveform when the filter 16 attenuates a frequency band of, for example, 80 MHz or more. When an effective common waveform appears only at 80 MHz or less, the noise superimposed on an unnecessary band can be removed by attenuating the frequency band of 80 MHz or more with the filter 16, and only the in-phase signal generated by a change in the transmission line can be removed. The used diagnosis can be performed.

表1は、フィルタ16の有無による検波出力電圧値の違いを示す。

Figure 2020058019

表1において、検波出力の幅は、初期伝送路における検波出力電圧値と変化後の伝送路における検波出力電圧値との差である。初期伝送路において、フィルタ16が無しの場合と有りの場合とで検波出力電圧値に差が見られるのは、本来伝送線路が変化しなければ現れないコモン波形以外に、ノイズが含まれてしまっているためである。変化後の伝送路において、フィルタ16が無しの場合と有りの場合とで検波出力電圧値に差が見られるのは、伝送路の変化によって増加するコモン信号の周波数帯域に、ノイズの周波数帯域が重なっていることと、伝送路の変化によるコモン波形の変化の度合いがノイズよりも大きいことによる。フィルタ16無しの場合における検波出力の幅1.0Vが、フィルタ16有りの場合における検波出力の幅1.5Vよりも小さいことから、ノイズを除去しない場合は、伝送路の変化がノイズに埋もれてしまい、センサとしての感度が低下していることが分かる。逆に言えば、フィルタ16によって不要帯域(ノイズ帯域)を除去することが、コモン波形を検波してセンサ出力を得る機能の感度を高めているといえる。 Table 1 shows the difference in the detection output voltage value depending on the presence or absence of the filter 16.
Figure 2020058019

In Table 1, the width of the detection output is the difference between the detection output voltage value on the initial transmission line and the detection output voltage value on the changed transmission line. The difference in the detection output voltage between the case where the filter 16 is not provided and the case where the filter 16 is provided in the initial transmission line is due to the fact that noise is included in addition to the common waveform which does not appear unless the transmission line changes. Because it is. The difference in the detection output voltage between the case where the filter 16 is absent and the case where the filter 16 is present in the transmission line after the change is that the frequency band of the noise increases in the frequency band of the common signal which increases due to the change of the transmission line. This is due to the overlap and the fact that the degree of change of the common waveform due to the change of the transmission path is greater than noise. Since the width of the detection output 1.0 V without the filter 16 is smaller than the width of the detection output 1.5 V with the filter 16, when the noise is not removed, the change in the transmission path is buried in the noise. That is, it can be seen that the sensitivity as a sensor is reduced. Conversely, it can be said that the removal of the unnecessary band (noise band) by the filter 16 enhances the sensitivity of the function of detecting the common waveform and obtaining the sensor output.

以上説明したように、本実施形態の計測システム21によれば、第一及び第二実施形態の効果に加え、目的とする周波数帯域よりも高い周波数帯(不要帯域)の信号を除外することで、より高感度で安定した検波出力を得ることができる。   As described above, according to the measurement system 21 of the present embodiment, in addition to the effects of the first and second embodiments, a signal in a frequency band (unnecessary band) higher than a target frequency band is excluded. Thus, a stable detection output with higher sensitivity can be obtained.

(第四実施形態:計測方法)
本実施形態では、第一実施形態から第三実施形態で説明した計測システム1,11,21において、送信先で受信されるべきポジティブ信号及びネガティブ信号(元信号)から、同相信号を取り出す方法について説明する。同相信号を利用するにあたり、元信号への影響を最小限にしながら、同相信号をできるだけ大きな信号レベルで取り出すことが重要である。情報系伝送線路には伝送規格が関わり、通信機器の間でやり取りされる元信号を不用意に減衰させたり歪ませることは許されないからである。元信号を等価分配して合成する方法では、元信号の信号レベルが半減されてしまい、通信規格で定める最低受信レベルを得られない場合がある。そこで、分岐による元信号レベルの低下を最小限に抑える信号取り出し方法として、発明者らは、A)ハイ・インピーダンス、B)方向性結合器、C)カプラー、ディバイダ、コンバイナ(分配合成器)を用いる方法を考案した。以下では、図4において、差動ケーブル20から通信チップ13aへの主伝送線路を伝送される元信号(差動信号ポジティブ及び差動信号ネガティブ)から、電力加算器15への分配信号
(分配出力)を取り出す場合の例を説明する。
(Fourth embodiment: measurement method)
In the present embodiment, a method of extracting an in-phase signal from a positive signal and a negative signal (original signal) to be received at a transmission destination in the measurement systems 1, 11, 21 described in the first to third embodiments. Will be described. In using the in-phase signal, it is important to extract the in-phase signal at a signal level as large as possible while minimizing the influence on the original signal. This is because a transmission standard is involved in an information transmission line, and it is not allowed to inadvertently attenuate or distort an original signal exchanged between communication devices. In the method of equivalently distributing and combining the original signals, the signal level of the original signals may be halved, and the minimum reception level defined by the communication standard may not be obtained. Therefore, as a signal extraction method for minimizing the reduction of the original signal level due to branching, the present inventors have proposed A) high impedance, B) directional coupler, C) coupler, divider, combiner (distribution combiner). The method used was devised. In the following, in FIG. 4, a distribution signal (distribution output) to the power adder 15 from an original signal (differential signal positive and differential signal negative) transmitted on the main transmission line from the differential cable 20 to the communication chip 13a. ) Will be described.

<A)ハイ・インピーダンスによる信号取り出し方法>
図8は、ハイ・インピーダンスによる信号取り出しの概念図である。図8に示す方法は、伝送線路の元信号の信号波形に影響を与えないように、高い抵抗値(差動伝送路から見てオープンと同等とみなせる抵抗量)で線路を分岐し、分配信号を取り出すものである。
この方法によれば、非常に簡易で安価に分配信号を取り出せる。反面、抵抗値で分配するので、その抵抗比に合わせて主伝送線路の信号が減衰してしまうこと、また、抵抗そのもので信号が損失してしまうことがデメリットとなる。
<A) Signal extraction method using high impedance>
FIG. 8 is a conceptual diagram of signal extraction by high impedance. In the method shown in FIG. 8, the line is branched with a high resistance value (a resistance amount that can be regarded as equivalent to open when viewed from the differential transmission line) so as not to affect the signal waveform of the original signal of the transmission line, and the distribution signal is divided. Is taken out.
According to this method, the distribution signal can be taken out very simply and inexpensively. On the other hand, since the signal is distributed by the resistance value, there are disadvantages in that the signal of the main transmission line is attenuated in accordance with the resistance ratio, and the signal is lost by the resistance itself.

<B)方向性結合器による信号取り出し方法>
図9は、方向性結合器による信号取り出しの概念図である。方向性結合器は、進行波と反射波とをそれぞれ別々に取り出すことが可能であり、例えばフェライトコア・トランスを用いて実現される。また、方向性結合器は、負荷に対する送信電力と反射電力との比から定在波比(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)を求めることに用いられる。ここでは、通信基板12及び通信基板13間で行われる双方向通信における「通信基板12→通信基板13」の信号と「通信基板13→通信基板12」の信号とを、進行波出力と反射波出力とに分離して取り出すことに用いている。方向性結合器を用いることにより、元信号の損失を最小限に抑えることができる。元信号の損失は、基本的にはフェライトコアの損失分しか発生しない。また、入出力端と結合出力端との間のアイソレーションが十分に(例えば電力比で20dB)取れることから、元信号への影響も小さくできる。
<B) Signal extraction method using directional coupler>
FIG. 9 is a conceptual diagram of signal extraction by a directional coupler. The directional coupler is capable of separately extracting the traveling wave and the reflected wave, and is realized using, for example, a ferrite core transformer. Further, the directional coupler is used to obtain a standing wave ratio (VSWR: Voltage Standing Wave Ratio) from a ratio between the transmission power and the reflected power with respect to the load. Here, the signal of “communication board 12 → communication board 13” and the signal of “communication board 13 → communication board 12” in the two-way communication performed between the communication board 12 and the communication board 13 are defined as traveling wave output and reflected wave. It is used to separate output and output. By using the directional coupler, the loss of the original signal can be minimized. The loss of the original signal basically occurs only for the loss of the ferrite core. Further, since sufficient isolation (for example, 20 dB in power ratio) between the input / output terminal and the coupling output terminal can be obtained, the influence on the original signal can be reduced.

<C)分配合成器による信号取り出し方法>
図10は、分配合成器による信号取り出しの概念図であり、図10(a)は抵抗分配型、図10(b)はトランス分配型、図10(c)はトランス及び抵抗ハイブリッド型、図10(d)はウィルキンソン型の実現例を示す。カプラー、ディバイダ、コンバイナなどの分配合成器は、その名の通り、信号電力を分けたり足したりすることに用いられる。これらは主に信号電力を1対1や1対10など、比較的近い割合で分配することが目的であるため、元信号のレベルを大きく低下させてしまう。図10(a)の抵抗分配型は、抵抗値でインピーダンス整合して分配している。この場合、抵抗値の比が分配比となる。抵抗分配型のメリットとして、非常に簡易な構造であり、かつ、直流から高周波まで広帯域であることが挙げられる。反面、抵抗自体で信号が損失してしまうため、分配後の総電力量が分配前よりも減ってしまうことがデメリットとなる。また、元信号と分離(分配)先との間でアイソレーションがほとんど取れないので、負荷の変動による信号の逆流や流れ込みが発生し、特性が安定しない。図10(b)のトランス分配型は、図10(a)の抵抗の代わりにトランスを用いている。トランス分配型のメリットとして、簡易な構成であり、かつ、抵抗分配のような損失が少ないことが挙げられる。反面、広帯域ではなく、抵抗分配型と同様にアイソレーションが取り難いため、特性が安定しないことがデメリットとなる。図10(c)のハイブリッド型は、抵抗分配型とトランス型とを混合した構造であり、メリットとして、広帯域、低損失、高アイソレーションが挙げられる。反面、部品点数が増えることによる構成の複雑化とコストアップがデメリットとなる。図10(d)のウィルキンソン型は、マイクロ波伝送線路のパターンを用いて、構造で分岐を実現したものである。メリットとして、バランス用の抵抗以外に部品が無く、低損失であることが挙げられる。反面、マイクロストリップ線路の幅や長さに依存した性能となるため、特定の周波数帯域に特化した狭帯域型であること、及び、周波数によっては線路長が長くなるので測定系が大型化することがデメリットとなる。
<C) Signal extraction method using distribution combiner>
FIGS. 10A and 10B are conceptual diagrams of signal extraction by the divider / combiner. FIG. 10A is a resistance distribution type, FIG. 10B is a transformer distribution type, FIG. 10C is a transformer and resistance hybrid type, and FIG. (D) shows an implementation example of the Wilkinson type. As the name implies, a divider / combiner, such as a coupler, a divider, or a combiner, is used to divide or add signal power. These are mainly for the purpose of distributing the signal power at a relatively close ratio, such as 1: 1 or 1:10, so that the level of the original signal is greatly reduced. In the resistance distribution type shown in FIG. 10A, distribution is performed by impedance matching with a resistance value. In this case, the ratio of the resistance values is the distribution ratio. Advantages of the resistance distribution type include a very simple structure and a wide band from DC to high frequency. On the other hand, since the signal is lost due to the resistance itself, there is a disadvantage that the total power amount after distribution is smaller than that before distribution. Further, since almost no isolation can be obtained between the original signal and the separation (distribution) destination, a reverse flow or inflow of the signal occurs due to a change in load, and the characteristics are not stable. The transformer distribution type shown in FIG. 10B uses a transformer instead of the resistor shown in FIG. Advantages of the transformer distribution type include a simple configuration and a small loss such as resistance distribution. On the other hand, since it is not a wide band and it is difficult to obtain isolation as in the case of the resistance distribution type, the disadvantage is that the characteristics are not stable. The hybrid type shown in FIG. 10C has a structure in which the resistance distribution type and the transformer type are mixed, and the merits include a wide band, low loss, and high isolation. On the other hand, there are disadvantages in that the number of parts increases and the configuration becomes complicated and the cost increases. The Wilkinson type shown in FIG. 10D realizes branching by a structure using a pattern of a microwave transmission line. As an advantage, there is no component other than the resistance for balance and low loss can be cited. On the other hand, because the performance depends on the width and length of the microstrip line, it is a narrow band type specialized for a specific frequency band, and the line length becomes longer depending on the frequency, so the measurement system becomes larger. This has disadvantages.

元信号への影響を最小限に抑える信号取り出し方法としては、B)の方向性結合器を用いることが望ましい。この方法を用いることで、「通信基板12→通信基板13」の信号と「通信基板13→通信基板12」の信号とを、それぞれ個別に取り出すことができるため、本来の目的以外にもメリットが得られる。それは、送信機側の伝送路に含まれる異常なのか、受信機側の機器故障によるインピーダンス不整合に起因する反射なのか、受信機側から送信される信号の異常なのか、などを切り分けることにも利用できるというメリットである。つまり、方向性結合器を用いた信号取り出しでは、方向性結合器の配置箇所(信号分離位置)を中心に前後の何処で異常が発生しているのかを区別できる。また、差動伝送路の両端につながる通信機に本機能が搭載されることで、どちらの機器の異常なのか、伝送路の異常なのか、の切り分けが可能となる。したがって、差動伝送システムのセンサとしての機能向上が図れる。   As a signal extraction method for minimizing the influence on the original signal, it is desirable to use the directional coupler of B). By using this method, the signal of “communication board 12 → communication board 13” and the signal of “communication board 13 → communication board 12” can be individually taken out, which has advantages other than the original purpose. can get. That is, whether it is an abnormality included in the transmission line on the transmitter side, reflection due to impedance mismatch due to equipment failure on the receiver side, or abnormality of the signal transmitted from the receiver side, etc. The advantage is that it can also be used. That is, in the signal extraction using the directional coupler, it is possible to distinguish where the abnormality has occurred before and after the location of the directional coupler (signal separation position). In addition, by installing this function in a communication device connected to both ends of the differential transmission path, it becomes possible to determine which device is abnormal or the transmission line is abnormal. Therefore, the function as a sensor of the differential transmission system can be improved.

以上説明したように、本実施形態の方向性結合器を用いた信号取り出し方法を、第一実施形態から第三実施形態の各測定システムに適用することにより、第一実施形態から第三実施形態の各効果に加え、以下の効果が得られる。すなわち、差動伝送路を流れる元信号を分離して取り出す際に、元信号の損失を最小限に抑えることができる。また、方向性結合器の配置箇所(信号分離位置)を基準に前後の何処で異常が発生しているのかを区別できるため、差動伝送システムのセンサとして機能向上が図れる。   As described above, by applying the signal extraction method using the directional coupler of the present embodiment to each measurement system of the first to third embodiments, the first embodiment to the third embodiment In addition to the effects described above, the following effects can be obtained. That is, when the original signal flowing through the differential transmission path is separated and taken out, the loss of the original signal can be minimized. In addition, since it is possible to distinguish where the abnormality has occurred before and after based on the arrangement location (signal separation position) of the directional coupler, the function as a sensor of the differential transmission system can be improved.

(第五実施形態:伝送線路診断装置)
第五実施形態では、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用したケーブル診断装置について説明する。ケーブル診断装置は、ツイストペア線等の、二本の伝送線路を含む一対の差動伝送ケーブルの不良を診断するものである。
(Fifth Embodiment: Transmission Line Diagnosis Device)
In the fifth embodiment, a cable diagnostic device to which the measurement system described in the first to fourth embodiments is applied will be described. The cable diagnostic device diagnoses a failure of a pair of differential transmission cables including two transmission lines, such as a twisted pair line.

図11は、第五実施形態のケーブル診断装置50の構成を示す図である。図11に示すケーブル診断装置50は、基板51と、通信チップ52と、コネクタ53と、基板54と、コネクタ55と、通信チップ56と、ディバイダ57と、アンプ58と、ディテクタ59と、LED60と、を備える。通信チップ52及びコネクタ53は、基板51上に設けられる。コネクタ55、通信チップ56、ディバイダ57、アンプ58、ディテクタ59、及びLED60は、基板54上に設けられる。コネクタ53とコネクタ55との間に、
検査対象となるケーブル70が接続される。すなわち、コネクタ53及びコネクタ55は、検査対象となるケーブル70を取り付けるための取付部である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the cable diagnostic device 50 according to the fifth embodiment. The cable diagnostic device 50 shown in FIG. 11 includes a board 51, a communication chip 52, a connector 53, a board 54, a connector 55, a communication chip 56, a divider 57, an amplifier 58, a detector 59, and an LED 60. , Is provided. The communication chip 52 and the connector 53 are provided on the substrate 51. The connector 55, the communication chip 56, the divider 57, the amplifier 58, the detector 59, and the LED 60 are provided on the substrate 54. Between the connector 53 and the connector 55,
The cable 70 to be inspected is connected. That is, the connector 53 and the connector 55 are attachment portions for attaching the cable 70 to be inspected.

通信チップ52及び通信チップ56は、コネクタ53,55及びケーブル70を介して、互いに極性が逆であるポジティブ信号及びネガティブ信号を送受信する。ディバイダ57は、通信チップ52と通信チップ56との間でやり取りされるポジティブ信号及びネガティブ信号を、どちらもそのまま(非反転)で合成して、同相信号を生成する。アンプ58は、ディバイダ57で生成された同相信号を増幅する。ディテクタ59は、アンプ58で増幅された同相信号を計測し、計測値が一定値以上の大きさの場合にケーブル不良と判断してLED60を点灯させる。LED60は、ケーブル不良と判断された場合に点灯する。ケーブル70のポジティブ信号を伝送する線路又はネガティブ信号を伝送する線路に、物理的形状の変化や材質の変化といった変化が起きると、変化が生じた箇所(異常箇所)で伝送信号に対する伝送特性が変化する。線路の異常箇所を通過したポジティブ信号とネガティブ信号とは、振幅や位相にも差が生じる。通信チップ52と通信チップ56との間の二本の伝送線路を伝送されるポジティブ信号及びネガティブ信号の間に振幅差、位相差が現れた場合、増幅された同相信号をディテクタ59で計測することによって、伝送線路に生じたわずかな変化を捉えることができる。さらに、変化が一定以上である場合にLED60を点灯することができる。   The communication chip 52 and the communication chip 56 transmit and receive, via the connectors 53 and 55 and the cable 70, a positive signal and a negative signal whose polarities are opposite to each other. The divider 57 combines the positive signal and the negative signal exchanged between the communication chip 52 and the communication chip 56 as they are (non-inverted) to generate an in-phase signal. The amplifier 58 amplifies the in-phase signal generated by the divider 57. The detector 59 measures the in-phase signal amplified by the amplifier 58, and determines that the cable is defective, and turns on the LED 60 when the measured value is larger than a certain value. The LED 60 is turned on when it is determined that the cable is defective. When a change such as a change in the physical shape or a change in the material of the line for transmitting the positive signal or the line for transmitting the negative signal of the cable 70 occurs, the transmission characteristic with respect to the transmission signal changes at the place where the change occurs (abnormal place). I do. A difference occurs in the amplitude and phase between the positive signal and the negative signal passing through the abnormal part of the line. When an amplitude difference and a phase difference appear between a positive signal and a negative signal transmitted through two transmission lines between the communication chip 52 and the communication chip 56, the amplified in-phase signal is measured by the detector 59. As a result, a slight change in the transmission line can be detected. Further, when the change is equal to or more than a certain value, the LED 60 can be turned on.

本実施形態のケーブル診断装置によれば、ポジティブ信号とネガティブ信号とを反転させることなく合成した同相信号は、ポジティブ信号と、反転させたネガティブ信号と、を合成した差動信号よりも、一対の伝送線路間における振幅や位相のずれを大きく捉えることができる。このため、伝送線路の変化を容易に検知でき、微細なエラーを検出できる。
また、本実施形態のケーブル診断装置は、ポジティブ信号及びネガティブ信号として診断信号を用いる方法に限らず、実際の通信信号を用いた診断ができるため、汎用性が高い。
通信信号を用いた診断を行う場合、診断対象の差動伝送路(ケーブル等)を用いる通信系をそのまま利用できるため、別途、診断信号を入出力する診断用システムを構築する必要がなく、診断システムの簡素化が可能となる。
According to the cable diagnostic apparatus of the present embodiment, the in-phase signal synthesized without inverting the positive signal and the negative signal is one pair more than the differential signal obtained by synthesizing the positive signal and the inverted negative signal. , A large shift in the amplitude and phase between the transmission lines. Therefore, a change in the transmission line can be easily detected, and a minute error can be detected.
Further, the cable diagnostic device of the present embodiment is not limited to a method using a diagnostic signal as a positive signal and a negative signal, and can perform a diagnosis using an actual communication signal, so that it has high versatility.
When performing a diagnosis using a communication signal, a communication system using a differential transmission line (cable or the like) to be diagnosed can be used as it is, so that there is no need to separately construct a diagnostic system for inputting and outputting a diagnosis signal. The system can be simplified.

第五実施形態では、一方の基板54のみに診断部であるディバイダ57、アンプ58、
ディテクタ59及びLED60を設けたが、図12に示すケーブル診断装置50Aのように、他方の基板51にも診断部を設けてよい。診断対象となるケーブル70のエラー分自体、伝送されるにつれて減衰するため、検出部(元信号からの信号取り出し位置)がエラー発生位置に近いほど、感度よく診断できる。そこで、双方の基板51,54に診断部を設けることにより、診断精度が向上する。
In the fifth embodiment, the divider 57, the amplifier 58,
Although the detector 59 and the LED 60 are provided, a diagnostic unit may be provided on the other substrate 51 as in the cable diagnostic device 50A shown in FIG. Since the error itself of the cable 70 to be diagnosed attenuates as it is transmitted, the more the detection unit (signal extraction position from the original signal) is closer to the error occurrence position, the more sensitive the diagnosis. Therefore, by providing a diagnostic unit on both substrates 51 and 54, the diagnostic accuracy is improved.

また、第五実施形態では、診断対象のケーブル70としてツイストペア線を用いたが、
診断対象はこれに限定されない。例えば、図13に示すように、差動線路の基板71といった、差動伝送に関わる種々の伝送線路を診断対象とすることができる。
In the fifth embodiment, a twisted pair wire is used as the cable 70 to be diagnosed.
The diagnosis target is not limited to this. For example, as shown in FIG. 13, various transmission lines related to differential transmission, such as a differential line substrate 71, can be diagnosed.

(第六実施形態:伝送線路診断装置)
図11に示した第五実施形態のケーブル診断装置50において、ツイストペア線の出荷検査を行う際、通常、ツイスト線のいずれかが不良(エラー)を起こしている可能性が高く、両方のツイスト線に不良が生じていたとしても、不良の程度がまったく同程度となる可能性は低い。しかし、二本の伝送線路で発生したエラー分が偶然にも同程度となり、位相差が生じない場合、診断を誤る可能性がある。この場合であっても、エラーを検出できるケーブル診断装置について、第六実施形態で説明する。
(Sixth embodiment: transmission line diagnostic device)
In the cable diagnostic device 50 of the fifth embodiment shown in FIG. 11, when inspecting the shipment of twisted pair wires, it is usually highly likely that one of the twisted wires is defective (error), and both twisted wires are defective. It is unlikely that the degree of the defect will be exactly the same even if the defect has occurred. However, if the errors generated in the two transmission lines are coincidentally the same, and there is no phase difference, the diagnosis may be erroneous. Even in this case, a cable diagnostic device capable of detecting an error will be described in a sixth embodiment.

図14は、第六実施形態のケーブル診断装置80を示す図である。本実施形態のケーブル診断装置80と図11のケーブル診断装置50とで、同様の機能を実行する構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。ケーブル診断装置80は、基板54に設けられた、コモンモード検出部81と、振幅変化検出部82と、を備える。コモンモード検出部81は、ディバイダ57と、アンプ58と、ディテクタ59と、を含む。振幅変化検出部82は、メモリ83と、判定部CPU84と、を含む。メモリ83は、正常特性のケーブルのデータを事前に格納している。判定部CPU84は、通信している信号の振幅レベルそのものを検出して監視を行う。すなわち、判定部CPU84は、ケーブル70を伝送されたポジティブ信号及びネガティブ信号を、一方を反転させて合成した差動信号の振幅変化レベルを検出し、メモリ83に格納されている正常特性のケーブルのデータと比較する。そして、判定部CPU84は、両者にしきい値(振幅変化用しきい値)以上の差異がある場合、エラーと判定する。LED85は、コモンモード検出部81のディテクタ59及び振幅変化検出部82の判定部CPU84のいずれかでエラーと判定された場合に、点灯する。   FIG. 14 is a diagram illustrating a cable diagnostic device 80 according to the sixth embodiment. In the cable diagnostic device 80 of the present embodiment and the cable diagnostic device 50 of FIG. 11, the same reference numerals are given to the components that perform the same functions, and the duplicate description will be omitted. The cable diagnostic device 80 includes a common mode detection unit 81 and an amplitude change detection unit 82 provided on the board 54. The common mode detection section 81 includes a divider 57, an amplifier 58, and a detector 59. The amplitude change detection unit 82 includes a memory 83 and a determination unit CPU 84. The memory 83 stores data of cables having normal characteristics in advance. The determination unit CPU 84 detects and monitors the amplitude level itself of the signal being communicated. That is, the determination unit CPU 84 detects the amplitude change level of the differential signal obtained by inverting one of the positive signal and the negative signal transmitted through the cable 70 and synthesizing the inverted signal, and detects the level of the normal characteristic cable stored in the memory 83. Compare with data. If there is a difference between the two values that is equal to or greater than the threshold value (the threshold value for amplitude change), the determination unit CPU 84 determines that an error has occurred. The LED 85 is turned on when one of the detector 59 of the common mode detection unit 81 and the determination unit CPU 84 of the amplitude change detection unit 82 determines an error.

図15は、第六実施形態のケーブル診断装置80におけるケーブル不良診断の流れを示す図である。検査対象のケーブルがケーブル診断装置80に取り付けられ、ケーブル診断が開始されると、コモンモード検出部81及び振幅変化検出部82は、それぞれ、ポジティブ信号及びネガティブ信号(通信信号)を取り出し(ステップS1)、以下の処理に移行する。コモンモード検出部81は、ディテクタ59が検出した同相信号のレベルを判定し(ステップS2)、同相信号のレベルが同相信号用しきい値以下か否かを判定する(ステップS3)。ステップS3において、コモンモード検出部81は、同相信号のレベルが、同相信号用しきい値以下でない場合は「不良」と判定してLED85を点灯し(ステップS4)、同相信号用しきい値以下の場合は正常品と判定して検査を終了する。一方、振幅変化検出部82は、差動信号の振幅変化を判定し(ステップS5)、差動信号の振幅変化が振幅変化用しきい値以下か否かを判定する(ステップS6)。ステップS6において、振幅変化検出部82は、差動信号の振幅変化が、振幅変化用しきい値以下でない場合は「不良」と判定してLED85を点灯し(ステップS7)、振幅変化用しきい値以下の場合は正常品と判定して検査を終了する。同相信号用しきい値及び振幅変化用しきい値は、
検査対象ごとに診断の都度決定される。
FIG. 15 is a diagram showing a flow of cable failure diagnosis in the cable diagnostic device 80 of the sixth embodiment. When the cable to be inspected is attached to the cable diagnosis device 80 and the cable diagnosis is started, the common mode detection unit 81 and the amplitude change detection unit 82 take out a positive signal and a negative signal (communication signal), respectively (step S1). ), And proceeds to the following processing. The common mode detector 81 determines the level of the in-phase signal detected by the detector 59 (step S2), and determines whether the level of the in-phase signal is equal to or less than the in-phase signal threshold (step S3). In step S3, if the level of the in-phase signal is not equal to or less than the in-phase signal threshold, the common mode detection unit 81 determines that the signal is “defective” and turns on the LED 85 (step S4). If the value is equal to or smaller than the threshold value, it is determined that the product is normal and the inspection is terminated. On the other hand, the amplitude change detection unit 82 determines the amplitude change of the differential signal (step S5), and determines whether the amplitude change of the differential signal is equal to or less than the amplitude change threshold (step S6). In step S6, if the amplitude change of the differential signal is not less than the amplitude change threshold value, the amplitude change detection unit 82 determines that the signal is "defective" and turns on the LED 85 (step S7), and the amplitude change threshold value. If the value is equal to or less than the value, it is determined to be normal and the inspection is terminated. The in-phase signal threshold and amplitude change threshold are
It is determined each time a diagnosis is made for each test object.

本実施形態のケーブル診断装置80によれば、コモンモード検出部81及び振幅変化検出部82の二つの検出部を設け、ケーブルが不良か否かの判断を並列で行うことにより、
第五実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。すなわち、差動伝送路を構成する二本の伝送線路に、同時に同程度の不良が発生している場合であっても、正常特性のデータとの比較によりエラーとして検出できる。したがって、診断の高精度化が可能となる。
According to the cable diagnostic device 80 of the present embodiment, the two detection units, the common mode detection unit 81 and the amplitude change detection unit 82, are provided, and the determination as to whether the cable is defective is performed in parallel.
The following effects are obtained in addition to the effects of the fifth embodiment. That is, even when two transmission lines constituting the differential transmission line have the same level of failure at the same time, an error can be detected as an error by comparing the data with normal characteristic data. Therefore, the accuracy of diagnosis can be improved.

第六実施形態では、一方の基板54のみに診断部であるコモンモード検出部81、振幅変化検出部82及びLED85を設けたが、図16に示すように、他方の基板51にも診断部を設けてよい。診断対象となるケーブル70のエラー分自体、伝送されるにつれて減衰するため、検出部(元信号からの信号取り出し位置)がエラー発生位置に近いほど、感度よく診断できる。そこで、双方の基板51,54に診断部を設けることにより、診断精度が向上する。   In the sixth embodiment, the common mode detection unit 81, the amplitude change detection unit 82, and the LED 85, which are diagnostic units, are provided only on one of the substrates 54. However, as shown in FIG. May be provided. Since the error itself of the cable 70 to be diagnosed attenuates as it is transmitted, the more the detection unit (signal extraction position from the original signal) is closer to the error occurrence position, the more sensitive the diagnosis. Therefore, by providing a diagnostic unit on both substrates 51 and 54, the diagnostic accuracy is improved.

また、第六実施形態では、診断対象のケーブル70としてツイストペア線を用いたが、
診断対象はこれに限定されない。例えば、図17に示すように、差動線路の基板71といった、差動伝送に関わる種々の伝送線路を診断対象とすることができる。
In the sixth embodiment, a twisted pair wire is used as the cable 70 to be diagnosed.
The diagnosis target is not limited to this. For example, as shown in FIG. 17, various transmission lines related to differential transmission, such as a differential line board 71, can be diagnosed.

(第七実施形態:液面レベル検出装置)
第七実施形態では、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用した液面レベル検出装置について説明する。
(Seventh embodiment: liquid level detection device)
In the seventh embodiment, a liquid level detection device to which the measurement system described in the first to fourth embodiments is applied will be described.

図18は、第七実施形態の液面レベル検出装置90の構成を示す図である。図18に示す液面レベル検出装置90は、センサ部と判定部91とで構成される。センサ部は、直線路を折り返した形のパターンPA1、PA2(第一線路、第二線路)がそれぞれ設けられた同形状の二つの基板SU1、SU2を備える。基板SU1は、液面レベルを検出するための基板として扱う(以下、液面レベル検出基板SU1とも称する。)。基板SU2は、
補正用のリファレンス基板として扱う(以下、リファレンス基板SU2とも称する。)。
判定部91は、発振器92と、バラン93と、ディバイダ94、アンプ95及びディテクタ96を含むコモンモード検出部97と、CPU98と、ディスプレイ99と、を備える。基板SU1は、測定対象のタンクT内に設置され、基板SU2は、タンクTの外部(近傍)に設置される。
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a liquid level detection device 90 according to the seventh embodiment. The liquid level detection device 90 shown in FIG. 18 includes a sensor unit and a determination unit 91. The sensor unit includes two substrates SU1 and SU2 having the same shape and provided with patterns PA1 and PA2 (first line and second line), respectively, in which a straight path is folded. The substrate SU1 is handled as a substrate for detecting a liquid level (hereinafter, also referred to as a liquid level detection substrate SU1). The substrate SU2 is
Treated as a reference board for correction (hereinafter, also referred to as reference board SU2).
The determination section 91 includes an oscillator 92, a balun 93, a common mode detection section 97 including a divider 94, an amplifier 95, and a detector 96, a CPU 98, and a display 99. The substrate SU1 is installed in the tank T to be measured, and the substrate SU2 is installed outside (near) the tank T.

発振器92は、診断用の信号を生成する。バラン93は、発振器92の出力から差動信号、すなわち、互いに極性が逆であるポジティブ信号及びネガティブ信号を形成する。バラン93から出力されたポジティブ信号及びネガティブ信号は、液面レベル検出基板SU1及びリファレンス基板SU2に入力される。ポジティブ信号は、リファレンス基板SU2において、port1からパターンPA2に入力され、port3から出力されて、ディバイダ94に入力される。ネガティブ信号は、液面レベル検出基板SU1において、port2からパターンPA1に入力され、port4から出力されて、ディバイダ94に入力される。ディバイダ94は、基板SU1及びSU2を通過したポジティブ信号及びネガティブ信号を、どちらもそのまま(非反転)で合成して、同相信号(コモンモード信号)を生成する。この同相信号のレベルが、後述するように、タンクT内の液面レベルに相当する。アンプ95は、ディバイダ94で生成された同相信号を増幅する。同相信号を増幅することにより、液面レベルの微細な変化を容易に検出できる。ディテクタ96は、アンプ95で増幅された同相信号を計測する。CPU98は、同相信号の計測結果から液面レベルを算出する。ディスプレイ99は、算出された液面レベルを表示する。   The oscillator 92 generates a signal for diagnosis. The balun 93 forms a differential signal from the output of the oscillator 92, that is, a positive signal and a negative signal whose polarities are opposite to each other. The positive signal and the negative signal output from the balun 93 are input to the liquid level detection substrate SU1 and the reference substrate SU2. The positive signal is input from the port 1 to the pattern PA2 on the reference substrate SU2, output from the port 3 and input to the divider 94. The negative signal is input from the port 2 to the pattern PA 1, output from the port 4, and input to the divider 94 on the liquid level detection substrate SU 1. The divider 94 combines the positive signal and the negative signal that have passed through the substrates SU1 and SU2 as they are (non-inverted) to generate an in-phase signal (common mode signal). The level of the in-phase signal corresponds to the liquid level in the tank T as described later. The amplifier 95 amplifies the in-phase signal generated by the divider 94. By amplifying the in-phase signal, a minute change in the liquid level can be easily detected. Detector 96 measures the in-phase signal amplified by amplifier 95. The CPU 98 calculates the liquid level from the measurement result of the in-phase signal. The display 99 displays the calculated liquid level.

図19は、センサ部のシミュレーション用モデルを示す図である。図19に示す、リファレンス基板SU2と液面レベル検出基板SU1の3次元電磁界シミュレーションモデルを作成し、液面レベルを変化させた場合の伝送特性を解析した。センサ部は、1mm幅のCuパターンを有するfr4基板である。測定対象の液体として、ガソリンを想定した誘電率3の液体を設定した。このシミュレーション用モデルを用いた電磁界解析で得られた伝送特性を、コモンモード検出部97のみを取り出した回路シミュレータモデルのセンサ特性に取り込み、液面変化に対するコモンモード電圧変化を解析した。検出用の信号は、
100MHzでVp−p100mVの差動の正弦波を用いた。シミュレーション結果を図20に示す。
FIG. 19 is a diagram illustrating a simulation model of the sensor unit. A three-dimensional electromagnetic field simulation model of the reference substrate SU2 and the liquid level detection substrate SU1 shown in FIG. 19 was created, and the transmission characteristics when the liquid level was changed were analyzed. The sensor unit is a fr4 substrate having a Cu pattern of 1 mm width. A liquid having a dielectric constant of 3 assuming gasoline was set as the liquid to be measured. The transmission characteristics obtained by the electromagnetic field analysis using the simulation model were taken into the sensor characteristics of a circuit simulator model in which only the common mode detection unit 97 was taken out, and the common mode voltage change with respect to the liquid level change was analyzed. The signal for detection is
A differential sine wave of Vp-p100mV at 100 MHz was used. FIG. 20 shows the simulation result.

図20は、図19に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図である。図20は、液面レベルを0,20,40,60,80,100mmと変化させた際のコモンモード電圧の変化を示している。図20から、液面レベルの変化に伴い、コモンモード電圧がリニアに変化している結果が確認できる。このシミュレーション結果を予めテーブルとして保存しておけば、CPU98は、テーブルを参照することで、ディテクタ96の計測結果から、液面レベルを容易に算出できる。   FIG. 20 is a diagram showing a simulation result using the model shown in FIG. FIG. 20 shows a change in the common mode voltage when the liquid level is changed to 0, 20, 40, 60, 80, and 100 mm. From FIG. 20, it can be confirmed that the common mode voltage changes linearly with the change in the liquid level. If this simulation result is stored in advance as a table, the CPU 98 can easily calculate the liquid level from the measurement result of the detector 96 by referring to the table.

本実施形態の液面レベル検出装置90によれば、基板SU1を液面レベル検出用として測定対象のタンクT内に設置し、基板SU2を補正用のリファレンスとすることで、タンクT内の液面レベルに応じた差分が同相信号のレベルとして現れる。すなわち、ポジティブ信号及びネガティブ信号の振幅変化ではなく、位相変化を検出できるため、高精度での液面レベル検出が可能となる。また、従来の容量検出方式のセンサではないため、直線のパターンで足り、センサ部の基板に容量を持たせるための櫛歯型パターンが不要となるため、センサ形状をスリム化できる。   According to the liquid level detection device 90 of the present embodiment, the substrate SU1 is set in the tank T to be measured for detecting the liquid level, and the substrate SU2 is used as a reference for correction. The difference according to the plane level appears as the level of the in-phase signal. That is, since a phase change, not an amplitude change of the positive signal and the negative signal, can be detected, the liquid level can be detected with high accuracy. Further, since the sensor is not a conventional capacitance detection type sensor, a linear pattern is sufficient, and a comb-shaped pattern for providing a capacitance to the substrate of the sensor unit is not required, so that the sensor shape can be made slim.

第七実施形態では、センサ部として、直線路を折り返したパターンPA1,PA2を有する基板SU1,SU2を使用したが、図21(a)に示すツイストペア線や、図21(b)に示すストリップラインを使用してもよい。または、フラット線、FPC等、信号伝送できる媒体であれば、センサ部として適用できる。   In the seventh embodiment, the substrates SU1 and SU2 having the patterns PA1 and PA2 obtained by folding the straight path are used as the sensor unit. However, the twisted pair lines shown in FIG. 21A and the strip lines shown in FIG. 21B are used. May be used. Alternatively, any medium that can transmit signals, such as a flat line or an FPC, can be used as the sensor unit.

第七実施形態では、液面レベル検出基板及びリファレンス基板として、同じ形状の基板SU1,SU2を使用したが、リファレンス基板は、液面レベル検出基板と同じ速度、同じ時間で信号伝送できるものであればよい。よって、同じライン形状でなくとも、図22
(a)に示す高誘電率基板や、図22(b)に示すミアンダラインを適用して、液面レベル検出基板のパターンと電気長が等長となるように設計することで、リファレンス基板を小型化できる。
In the seventh embodiment, the substrates SU1 and SU2 having the same shape are used as the liquid level detection substrate and the reference substrate. However, the reference substrate may be one that can transmit signals at the same speed and the same time as the liquid level detection substrate. I just need. Therefore, even if they are not the same line shape, FIG.
By applying a high-permittivity substrate shown in (a) or a meander line shown in FIG. 22 (b) so that the pattern and the electrical length of the liquid level detection substrate are equal to each other, the reference substrate can be used. Can be downsized.

(第八実施形態:液面レベル検出装置)
図18に示した第七実施形態の液面レベル検出装置90は、センサ部の線路のうちU字状の往復経路部分が、液面レベルの検出に用いられる(液内に配置される)ため、短手方向の幅(横幅)が往復線路分必要でありスペースをとる。また、第七実施形態の液面レベル検出装置90は、液面レベル検出対象の溶液が変更されて、例えば誘電率等が低くなると、リファレンスとの変化が小さくなり、コモン(同相信号)出力値が減少し検出が困難になったとしても、調整が困難な場合がある。第八実施形態では、これらを解消でし得る液面レベル検出装置について説明する。
(Eighth embodiment: liquid level detection device)
In the liquid level detection device 90 of the seventh embodiment shown in FIG. 18, the U-shaped reciprocating path portion of the line of the sensor unit is used for detecting the liquid level (disposed in the liquid). In addition, the width (width) in the short direction is required for the round-trip line, which takes up space. Further, in the liquid level detection device 90 of the seventh embodiment, when the solution to be detected is changed, for example, the dielectric constant is lowered, the change from the reference becomes small, and the common (in-phase signal) output Even if the value decreases and detection becomes difficult, adjustment may be difficult. In the eighth embodiment, a description will be given of a liquid level detecting device capable of solving these problems.

第八実施形態の液面レベル検出装置90は、図18に示す第七実施形態の液面レベル検出装置90において、基板SU1、SU2に代えて、同形状の二つの基板SU1A、SU2Aを備える。基板SU1A、SU2Aは、図25に示すように、基板SU1、SU2において、センサ部のパターンPA1、PA2をパターンPA1A、PA2Aにそれぞれ変更したものである。第八実施形態の液面レベル検出装置90のその他の構成は前述の通りであるため、重複する説明を省略する。   The liquid level detecting device 90 of the eighth embodiment is different from the liquid level detecting device 90 of the seventh embodiment shown in FIG. 18 in that two substrates SU1A and SU2A having the same shape are provided instead of the substrates SU1 and SU2. As shown in FIG. 25, the substrates SU1A and SU2A are obtained by changing the patterns PA1 and PA2 of the sensor unit to the patterns PA1A and PA2A in the substrates SU1 and SU2, respectively. Other configurations of the liquid level detection device 90 of the eighth embodiment are the same as those described above, and thus redundant description will be omitted.

図25は、第八実施形態の液面レベル検出装置におけるセンサ部のシミュレーション用モデルを示す図である。本実施形態のパターンPA1A、PA2Aは、基板SUA1、SUA2上部の入出力通過ラインL1(port1からport3へのライン)、L2(port2からport4へのライン)に、オープンスタブST1、ST2をそれぞれ設けた形状を有する。本実施形態では、入出力通過ラインL1、L2は、液面レベルのセンシングには使用せず、オープンスタブST1、ST2を用いて液面レベルの検出を行う。   FIG. 25 is a diagram illustrating a simulation model of a sensor unit in the liquid level detection device according to the eighth embodiment. In the patterns PA1A and PA2A of the present embodiment, open stubs ST1 and ST2 are provided on the input / output passing lines L1 (lines from port1 to port3) and L2 (lines from port2 to port4) on the substrates SUA1 and SUA2, respectively. It has a shape. In the present embodiment, the input / output passing lines L1 and L2 are not used for sensing the liquid level, but detect the liquid level using the open stubs ST1 and ST2.

図26は、第八実施形態の液面レベル検出装置の測定原理を示す図であり、オープンスタブST1、ST2での周波数特性変化を示すものである。高周波信号は、オープンスタブを含むラインに伝送されると、スタブ長がλ/4にあたる波長λの周波数において電気的にショートの振る舞いをするという特徴がある(図26(a))。この時、信号は、スタブ方向に流れ込むイメージとなり、入力信号の通過特性(S21パラメータ)が悪化して、図26に示すように谷の特性を示す。ここでスタブ部分が液面レベル検出対象の溶液に浸された場合、溶液に浸された長さに応じてスタブ長が電気的に長くなった状態となるため、通過特性が悪化する周波数が低周波側に移動する(図26(b))。すなわち、ある特定周波数で検出を行う際における通過特性の変化は、信号レベルの変化、位相変化が発生していることと同義であるため、このときのコモンモード(同相信号)電圧変化で液面レベルの検出が可能となる。   FIG. 26 is a diagram illustrating a measurement principle of the liquid level detecting device according to the eighth embodiment, and illustrates a change in frequency characteristics in the open stubs ST1 and ST2. When a high-frequency signal is transmitted to a line including an open stub, the high-frequency signal is characterized in that it behaves electrically short at a frequency of a wavelength λ whose stub length is λ / 4 (FIG. 26A). At this time, the signal becomes an image flowing in the stub direction, the transmission characteristic (S21 parameter) of the input signal deteriorates, and a valley characteristic is exhibited as shown in FIG. Here, when the stub portion is immersed in the solution for liquid level detection, the stub length becomes electrically long according to the length of the immersion in the solution, so that the frequency at which the transmission characteristics deteriorate is low. It moves to the frequency side (FIG. 26 (b)). That is, a change in the pass characteristic when detecting at a certain specific frequency is synonymous with a change in the signal level and a change in the phase. The surface level can be detected.

図27は、図25に示したモデルを用いたシミュレーションによる液面レベル変化に対する周波数特性結果を示す図であり、液面レベルを1〜100mmの範囲で変化させたときの通過特性結果を示す。図27から、液面レベルが上昇するにつれ、周波数特性が低周波側に移動している様子がわかる。   FIG. 27 is a diagram showing a frequency characteristic result with respect to a liquid level change by a simulation using the model shown in FIG. 25, and shows a pass characteristic result when the liquid level is changed in a range of 1 to 100 mm. From FIG. 27, it can be seen that the frequency characteristic shifts to the lower frequency side as the liquid level increases.

図28は、図25に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図であり、図27の結果を示したセンサ特性をコモンモード検出回路に挿入し、液面レベルに対するコモンモード電圧値をグラフにした結果である。図28から、液面レベルが上昇するにつれて電圧値がリニアに上昇しており、電圧値から液面レベルを検出可能であることがわかる。本実施形態の液面レベル検出装置90は、センシングする周波数を変化させると、感度を変化できるという特徴を有する。図28は、100MHzの信号を入力した場合の検出結果であるが、図27に示す結果より、100MHz以上で周波数特性の変化が大きくなっているため、検出感度の向上が想定される。よって、液面レベル検出対象の溶液が誘電率の異なるもの等に変更された場合であっても、感度調整を行うことができる。   FIG. 28 is a diagram showing a simulation result using the model shown in FIG. 25. The sensor characteristics showing the result of FIG. 27 are inserted into a common mode detection circuit, and the common mode voltage value with respect to the liquid level is plotted in a graph. This is the result. From FIG. 28, it can be seen that the voltage value increases linearly as the liquid level increases, and the liquid level can be detected from the voltage value. The liquid level detection device 90 of the present embodiment has a feature that the sensitivity can be changed by changing the frequency to be sensed. FIG. 28 shows the detection result when a 100 MHz signal is input. From the result shown in FIG. 27, since the change in the frequency characteristic becomes large at 100 MHz or higher, an improvement in the detection sensitivity is assumed. Therefore, sensitivity adjustment can be performed even when the solution whose liquid level is to be detected is changed to one having a different dielectric constant.

本実施形態の液面レベル検出装置90は、入出力ラインL1、L2設けたオープンスタブST1、ST2を用いて、液面の位置変化に応じた信号の差を同相信号として生成し、液面位置を検知する。この構成により、第七実施形態の効果に加え、コンパクト且つ高精度な液面レベル測定が可能となる。すなわち、オープンスタブST1、ST2(一本の線路)のみで液面レベルの検出ができるため、センサエレメントのスリム化が可能となる。よって、熱量計等の液面レベルを検出することが可能となる。また、誘電率の低い溶液等、リファレンスとの変化が小さく同相信号の検出が困難となる液面レベル検出対象に対して、検出用の周波数を調整することで、センサの感度を向上でき、センサレベルの検出が可能となる。   The liquid level detection device 90 of the present embodiment generates a signal difference corresponding to a change in the liquid surface position as an in-phase signal using the open stubs ST1 and ST2 provided on the input / output lines L1 and L2, Detect position. With this configuration, in addition to the effects of the seventh embodiment, compact and highly accurate liquid level measurement can be performed. That is, since the liquid level can be detected only by the open stubs ST1 and ST2 (one line), the sensor element can be made slim. Therefore, it is possible to detect the liquid level of a calorimeter or the like. In addition, the sensitivity of the sensor can be improved by adjusting the frequency for detection for a liquid level detection target such as a solution having a low dielectric constant, which has a small change from the reference and makes it difficult to detect an in-phase signal, The sensor level can be detected.

第八実施形態では、センサ部として、直線路にオープンスタブST1、ST2を含むパターンPA2A、PA1Aを有する基板SU1A、SU2Aを使用したが、図29(a)に示すシングル線や、図29(b)に示すストリップラインを使用してもよい。または、ツイストペア線、フラット線、FPC等、信号伝送できる媒体であれば、センサ部として適用できる。   In the eighth embodiment, the substrates SU1A and SU2A having the patterns PA2A and PA1A including the open stubs ST1 and ST2 on a straight path are used as the sensor unit, but the single line shown in FIG. 29A or the single line shown in FIG. ) May be used. Alternatively, any medium that can transmit signals, such as a twisted pair wire, a flat wire, and an FPC, can be used as the sensor unit.

第八実施形態では、液面レベル検出基板及びリファレンス基板として、同じ形状の基板SU1A、SU2Aを使用したが、リファレンス基板は、液面レベル検出基板と同じ速度、同じ時間で信号伝送できるものであればよい。よって、同じライン形状でなくとも、図30(a)に示す高誘電率基板や図30(b)に示すミアンダラインを適用して、液面レベル検出基板のパターンと電気長が等長となるように設計することで、リファレンス基板を小型化できる。   In the eighth embodiment, the substrates SU1A and SU2A having the same shape are used as the liquid level detection substrate and the reference substrate. However, the reference substrate may be one that can transmit signals at the same speed and the same time as the liquid level detection substrate. I just need. Therefore, even if the line shape is not the same, the pattern and the electrical length of the liquid level detection substrate are equal to each other by applying the high dielectric substrate shown in FIG. 30A or the meander line shown in FIG. With such a design, the size of the reference substrate can be reduced.

(第九実施形態:変位検出装置)
位置検出を行う変位センサとして、例えば、被測定物の金属板に生じる渦電流による誘導電圧を受信コイルで検出し、誘導電圧とメモリに格納されている情報との比較を通じて位置情報を出力するものがある(特許文献9参照)。この変位センサにおいては、温度変化等周囲環境変化による測定値のバラつきが想定され、測定精度に課題がある。また、この変位センサにおいては、測定対象のサイズ、センサ距離等によっては測定感度が変化すると思われるが、感度調整が困難である。第九実施形態では、これらの課題を解消し得る非接触変位検出装置について説明する。第九実施形態の非接触変位検出装置は、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用した変位検出装置である。
(Ninth embodiment: displacement detection device)
As a displacement sensor that performs position detection, for example, a sensor that detects an induced voltage due to an eddy current generated in a metal plate of an object to be measured by a receiving coil and outputs position information through a comparison between the induced voltage and information stored in a memory. (See Patent Document 9). In this displacement sensor, variations in measured values due to changes in the surrounding environment such as temperature changes are assumed, and there is a problem in measurement accuracy. Further, in this displacement sensor, the measurement sensitivity may vary depending on the size of the measurement target, the sensor distance, and the like, but it is difficult to adjust the sensitivity. In the ninth embodiment, a non-contact displacement detection device that can solve these problems will be described. The non-contact displacement detection device according to the ninth embodiment is a displacement detection device to which the measurement system described in the first to fourth embodiments is applied.

図31は、第九実施形態の変位検出装置200の構成を示す図である。図31の変位検出装置200は、図18の液面レベル検出装置90におけるセンサ部を変更したものである。図31の変位検出装置200と図18の液面レベル検出装置90とで、同様の機能を実行する構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。図31に示す変位検出装置200は、センサ部と判定部91とで構成される。図31のセンサ部は、基板で形成した1巻き半のループコイル203を適用した、リファレンスセンサ201、変位センサ202を有する。CPU98は、同相信号の計測結果から変位レベルを算出し、算出された変位レベルがディスプレイ99に表示される。すなわち、第九実施形態では、被測定物(DUT)である金属ブロックが変位センサ202に近接した際の位置変化に応じた信号の差を同相信号として生成し、非接触で位置を検知することができる。   FIG. 31 is a diagram illustrating the configuration of the displacement detection device 200 according to the ninth embodiment. The displacement detection device 200 of FIG. 31 is obtained by changing the sensor unit in the liquid level detection device 90 of FIG. The same reference numerals are given to the components that perform the same functions in the displacement detection device 200 in FIG. 31 and the liquid level detection device 90 in FIG. 18, and overlapping descriptions will be omitted. The displacement detection device 200 illustrated in FIG. 31 includes a sensor unit and a determination unit 91. The sensor unit in FIG. 31 includes a reference sensor 201 and a displacement sensor 202 to which a one and a half loop coil 203 formed of a substrate is applied. The CPU 98 calculates the displacement level from the measurement result of the in-phase signal, and the calculated displacement level is displayed on the display 99. That is, in the ninth embodiment, a signal difference according to a position change when a metal block as a device under test (DUT) approaches the displacement sensor 202 is generated as an in-phase signal, and the position is detected without contact. be able to.

図32は、第九実施形態の変位検出装置200におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図であり、図33は、第九実施形態の変位検出装置の測定原理を説明するための図である。図32(a)に示すように、センサモデルとして、1巻き半のループコイル203を用いる。変位センサ202に、放射が発生する周波数にて金属ブロック204を近接して置き、変位センサ202と金属ブロック204との距離Dを変化させた場合の周波数特性(S21特性)を解析する。シミュレーションモデルとして、図33に示すように、同形状のセンサを用意し、一方をリファレンスセンサ201、他方を変位センサ202として用いる。リファレンスセンサ201に対して、変位センサ202と金属ブロック204との距離Dに応じてコイル特性の差が生じる。変位検出装置200は、この差を同相信号として生成して検出する。金属ブロック204が変位センサ202に近接するにしたがい、コイル(1巻き半のループコイル203)からの発生磁界が鎖交し、金属ブロック204にて渦電流が発生する。この発生磁界がコイルインダクタンス特性に影響する。   FIG. 32 is a diagram illustrating a simulation model of the sensor unit in the displacement detection device 200 according to the ninth embodiment. FIG. 33 is a diagram illustrating the measurement principle of the displacement detection device according to the ninth embodiment. As shown in FIG. 32A, a one and a half loop coil 203 is used as a sensor model. The frequency characteristic (S21 characteristic) when the metal block 204 is placed close to the displacement sensor 202 at the frequency at which radiation is generated and the distance D between the displacement sensor 202 and the metal block 204 is changed is analyzed. As shown in FIG. 33, a sensor having the same shape is prepared as a simulation model, and one of the sensors is used as a reference sensor 201 and the other is used as a displacement sensor 202. With respect to the reference sensor 201, a difference in coil characteristics occurs according to the distance D between the displacement sensor 202 and the metal block 204. The displacement detection device 200 generates and detects this difference as an in-phase signal. As the metal block 204 approaches the displacement sensor 202, the magnetic field generated from the coil (the one-and-a-half loop coil 203) interlinks, and an eddy current is generated in the metal block 204. This generated magnetic field affects the coil inductance characteristics.

図34は、図33に示した金属ブロック204の距離変化に伴う周波数特性(S21特性)変化を示す図である。図34によれば、金属ブロック204が変位センサ202に近接するに伴い、S21特性が改善している傾向がみられる。これは、コイルのインダクタンス変化によりインピーダンスがマッチングする方向に変化しているためと考えられる。図34によれば、S21特性は、変位センサ202と金属ブロック204との距離Dに応じてリニアに変化しており、位置検出ができることが示されている。   FIG. 34 is a diagram illustrating a change in frequency characteristics (S21 characteristics) according to a change in the distance of the metal block 204 illustrated in FIG. 33. According to FIG. 34, there is a tendency that the S21 characteristic is improved as the metal block 204 approaches the displacement sensor 202. It is considered that this is because the impedance has changed in the matching direction due to the change in the inductance of the coil. According to FIG. 34, the S21 characteristic linearly changes in accordance with the distance D between the displacement sensor 202 and the metal block 204, indicating that the position can be detected.

図35は、図32に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図であり、図31に示すセンサ部(リファレンスセンサ201、変位センサ202)に図34に示した電磁界解析結果を取り込んでシミュレーションを行った結果を示す。検出用の信号は900MHzでVp−p100mVの差動の正弦波を用いた。検出周波数を900MHzにしたのは、図34の結果において、距離Dの変化に対する周波数特性の差がリニアに変化しているためである。図35に示すように、距離Dを10mmずつ近接させた際のコモンモード電圧は、リニアに増加している。距離Dが0の時に電圧が生じているのは、金属ブロック204が置かれていないリファレンスセンサ201と比較して、金属ブロック204の有無による変化の電圧が生じるためである。   FIG. 35 is a diagram showing a simulation result using the model shown in FIG. 32. The simulation is performed by incorporating the electromagnetic field analysis results shown in FIG. 34 into the sensor units (the reference sensor 201 and the displacement sensor 202) shown in FIG. The result of performing is shown. As a detection signal, a differential sine wave of 900 MHz and Vp-p of 100 mV was used. The detection frequency is set to 900 MHz because the difference in the frequency characteristic with respect to the change in the distance D linearly changes in the result of FIG. As shown in FIG. 35, the common mode voltage when the distance D is made closer by 10 mm increases linearly. The voltage is generated when the distance D is 0 because a voltage that changes depending on the presence or absence of the metal block 204 is generated as compared to the reference sensor 201 where the metal block 204 is not placed.

本実施形態の変位検出装置200によれば、リファレンスとの比較によって変位を検出するため、外部環境等誤差要因の影響を低減し、精度の良い測定が可能となる。また、検出周波数を調整することで、センサ形状を変更せずともセンサの感度調整が可能となる。さらに、非接触で物体の検知が可能となるため、人感センサ、ペットセンサ等、幅広い応用が可能となる。   According to the displacement detection device 200 of the present embodiment, since the displacement is detected by comparing with the reference, the influence of error factors such as the external environment is reduced, and accurate measurement can be performed. Further, by adjusting the detection frequency, the sensitivity of the sensor can be adjusted without changing the sensor shape. Furthermore, since an object can be detected without contact, a wide range of applications such as a human sensor and a pet sensor can be performed.

第九実施形態では、センサ部として、1巻き半のループコイル203を用いたが、基板によるコイル以外に、図36(a)に示すようにソレノイドコイルを適用してもよい。ソレノイドコイルを用いることで、中心軸方向に感度の高い変位センサを実現できる。また、図36(b)に示すように、リファレンスセンサ201を、コンデンサ等のチップ部品に置き換えることで、センサのスリム化が可能となる。   In the ninth embodiment, a one-and-a-half-turn loop coil 203 is used as the sensor unit. However, a solenoid coil may be applied as shown in FIG. By using a solenoid coil, a displacement sensor having high sensitivity in the central axis direction can be realized. Further, as shown in FIG. 36B, by replacing the reference sensor 201 with a chip component such as a capacitor, the sensor can be made slim.

(第十実施形態:圧力検出装置)
圧力を検出する圧力センサとして、例えば、ダイヤフラムに固定され、そのたわみに応じて応力が発生する圧電振動子と励振電極を含む圧力センサがある(特許文献12参照)。この圧力センサは、ダイヤフラムに加わった応力により、圧電振動子の発振周波数が変化するため、この周波数の値に応じて圧力値を導出する。この圧力センサは、圧電振動子を用い、電極で挟み込むという複雑な構造をしており、使用環境による影響や使用時間による劣化等を考慮すると、感度を保ちつつ妥当な結果を得ることが困難と想定される。また、この圧力センサは、圧力を検知する対象の変化や環境の要因等のバラつき容易にに対する感度の調整が難しい。第十実施形態では、これらの課題を解消し得る圧力検出装置について説明する。第十実施形態の圧力検出装置は、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用した圧力検出装置である。
(Tenth embodiment: pressure detector)
As a pressure sensor that detects pressure, for example, there is a pressure sensor that includes a piezoelectric vibrator that is fixed to a diaphragm and generates a stress according to the deflection thereof and an excitation electrode (see Patent Document 12). In this pressure sensor, the oscillation frequency of the piezoelectric vibrator changes due to the stress applied to the diaphragm. Therefore, the pressure sensor derives a pressure value according to the value of this frequency. This pressure sensor has a complicated structure that uses a piezoelectric vibrator and is sandwiched between electrodes.It is difficult to obtain a reasonable result while maintaining sensitivity in consideration of the influence of the use environment and deterioration due to use time. is assumed. In addition, it is difficult to adjust the sensitivity of the pressure sensor to variations in the target of pressure detection, environmental factors and the like easily. In the tenth embodiment, a pressure detection device that can solve these problems will be described. The pressure detection device according to the tenth embodiment is a pressure detection device to which the measurement system described in the first to fourth embodiments is applied.

図37は、第十実施形態の圧力検出装置210の構成を示す図である。図37の圧力検出装置210は、図18の液面レベル検出装置90におけるセンサ部を変更したものである。図37の圧力検出装置210と図18の液面レベル検出装置90とで、同様の機能を実行する構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。図37に示す圧力検出装置210は、センサ部と判定部91とで構成される。図37のセンサ部は、リファレンスセンサ211、圧力センサ212を有する。CPU98は、同相信号の計測結果から圧力、応力等のレベルを算出し、算出されたレベルがディスプレイ99に表示される。すなわち、第十実施形態では、圧力センサへの加圧変化に応じた信号の差を同相信号として生成し、圧力変化を検知することができる。   FIG. 37 is a diagram illustrating a configuration of the pressure detection device 210 according to the tenth embodiment. The pressure detection device 210 in FIG. 37 is obtained by changing the sensor unit in the liquid level detection device 90 in FIG. Components that perform the same functions in the pressure detecting device 210 in FIG. 37 and the liquid level detecting device 90 in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The pressure detection device 210 illustrated in FIG. 37 includes a sensor unit and a determination unit 91. 37 has a reference sensor 211 and a pressure sensor 212. The CPU 98 calculates levels such as pressure and stress from the measurement result of the in-phase signal, and the calculated levels are displayed on the display 99. That is, in the tenth embodiment, it is possible to detect a pressure change by generating a difference between signals according to a change in pressure applied to the pressure sensor as an in-phase signal.

図38は、第十実施形態の圧力検出装置210におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図であり、加圧による変化パラメータも示す。センサ形状の一例として、ここでは、直径20mmの極板を1mmの間隔で対向させダイヤフラムで覆われたセンサ213の例を説明する。シミュレーションでは、このセンサ213に圧力が加わることで極板間隔が0.1mmずつ狭まる場合の周波数特性(S21特性)を解析する。   FIG. 38 is a diagram illustrating a simulation model of a sensor unit in the pressure detection device 210 according to the tenth embodiment, and also illustrates a change parameter due to pressurization. Here, as an example of the sensor shape, an example of a sensor 213 covered with a diaphragm with electrode plates having a diameter of 20 mm facing each other at an interval of 1 mm will be described. In the simulation, a frequency characteristic (S21 characteristic) in a case where a gap between the electrode plates is reduced by 0.1 mm by applying pressure to the sensor 213 is analyzed.

図39は、図38に示した極板間隔変化(圧力変化)に伴う周波数特性変化を示す図である。極板間が近接するほど容量が増加するため、通過する信号のカットオフ周波数が低周波側に移動し、S21の周波数特性が変化する。図39によれば、0.1mm近接するにしたがって、周波数的に等間隔で低周波にシフトしていることがわかる。   FIG. 39 is a diagram showing a change in frequency characteristics due to a change in the electrode plate interval (pressure change) shown in FIG. Since the capacitance increases as the distance between the electrode plates decreases, the cutoff frequency of the passing signal moves to the lower frequency side, and the frequency characteristic of S21 changes. According to FIG. 39, as the distance approaches 0.1 mm, the frequency shifts to a lower frequency at equal intervals in frequency.

図40は、第十実施形態の圧力検出装置210におけるセンサ部のシミュレーションモデルを示す図であり、同形状のセンサを用意し、一方をリファレンスセンサ211、他方を圧力センサ212として用いる。リファレンスセンサ211に対し、圧力センサ212において圧力により極板間隔が変化しこの変化に伴い容量が変化することで、図39に示した通過特性の差が生じる。圧力検出装置210は、この差を同相信号として生成して検出する。   FIG. 40 is a diagram illustrating a simulation model of a sensor unit in the pressure detection device 210 according to the tenth embodiment. A sensor having the same shape is prepared, and one is used as a reference sensor 211 and the other is used as a pressure sensor 212. As compared with the reference sensor 211, the pressure sensor 212 changes the electrode plate interval due to the pressure, and the capacitance changes in accordance with the change, so that the difference in the passage characteristics shown in FIG. 39 occurs. The pressure detector 210 generates and detects this difference as an in-phase signal.

図41は、図38、図40に示したモデルを用いたシミュレーション結果を示す図であり、図37に示すセンサ部(リファレンスセンサ211、圧力センサ212)に図39に示した電磁界解析で得られたS21特性を取り込んでシミュレーションを行った結果を示す。このシミュレーションにおいて、圧力変化に見立てたセンサの極板間隔変化に対するコモンモード電圧変化を解析した。検出用の信号は、100MHzでVp−p100mVの差動の正弦波を用いた。検出周波数を100MHzにしたのは、図39の結果において、極板間隔変化に対する周波数特性の差が明確に見えていたためである。図41に示すように、極板間隔を0.1mmずつ近接させた際のコモンモード電圧は、リニアに増加している。   FIG. 41 is a diagram illustrating a simulation result using the models illustrated in FIGS. 38 and 40. The sensor unit (the reference sensor 211 and the pressure sensor 212) illustrated in FIG. 37 is obtained by the electromagnetic field analysis illustrated in FIG. A result obtained by simulating the obtained S21 characteristic is shown. In this simulation, the change in the common mode voltage with respect to the change in the electrode plate interval of the sensor, which was regarded as the pressure change, was analyzed. As a signal for detection, a differential sine wave of 100 mV at 100 MHz was used. The detection frequency was set to 100 MHz because the difference in the frequency characteristic with respect to the change in the electrode plate interval was clearly visible in the result of FIG. As shown in FIG. 41, the common mode voltage when the electrode plate interval is approached by 0.1 mm increases linearly.

本実施形態の圧力検出装置210によれば、コモンモード検出方式により、高感度なセンシングが可能となる。また、リファレンスとの比較によって圧力を検出するため、外部環境等誤差要因の影響を低減し、精度の良い測定が可能となる。さらに、検出周波数を調整することで、センサ形状を変更せずともセンサの感度調整が可能となる。このため、タイヤやバッテリーパック内の圧力変化、シートベルトにかかる応力変化を検知することが可能となる。   According to the pressure detection device 210 of the present embodiment, highly sensitive sensing can be performed by the common mode detection method. Further, since the pressure is detected by comparison with the reference, the influence of error factors such as the external environment is reduced, and accurate measurement can be performed. Further, by adjusting the detection frequency, the sensitivity of the sensor can be adjusted without changing the sensor shape. Therefore, it is possible to detect a change in pressure in the tire or the battery pack and a change in stress applied to the seat belt.

第十実施形態では、センサ部として、リファレンスセンサ211、圧力センサ212にそれぞれセンサ213を用いたが、両者を一体化してもよい。図42に示すように、圧力センサの直下にリファレンスセンサ設置し、両者を一体化することで、センサのスリム化が可能となる。また、図43に示すように、リファレンスセンサ211を、コンデンサ等のチップ部品に置き換えることで、センサのスリム化が可能となる。   In the tenth embodiment, the sensors 213 are used for the reference sensor 211 and the pressure sensor 212 as the sensor units, but both may be integrated. As shown in FIG. 42, by installing a reference sensor immediately below the pressure sensor and integrating them, it is possible to make the sensor slim. Also, as shown in FIG. 43, by replacing the reference sensor 211 with a chip component such as a capacitor, the sensor can be made slimmer.

(第十一実施形態:加速度検出装置)
加速度を検出する加速度センサとして、例えば、可動電極と固定電極との間の静電容量の変化に基づいて加速度を計測する静電容量型の加速度センサがある(特許文献16参照)。この加速度センサは、複数のオペアンプ、抵抗、コンデンサを含む電荷・電圧変換回路が、固定電極と可動電極との間に蓄積される電荷を電圧信号に変換して出力する。この加速度センサは、固定電極と可動電極との間の電位変動差を捉える方式だが、容量を検出する二つのオペアンプ出力の差を次段のオペアンプで検出するという誤差が生じやすい構成である。また、この構成は、リアルタイムなセンシングや感度において懸念がある。さらに、この加速度センサは、検出システムを作製した後、センシングの感度調整ができない。第十一実施形態では、これらの課題を解消し得る加速度検出装置について説明する。第十実施形態の加速度検出装置は、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用した加速度検出装置である。
(Eleventh embodiment: acceleration detection device)
As an acceleration sensor that detects acceleration, for example, there is a capacitance type acceleration sensor that measures acceleration based on a change in capacitance between a movable electrode and a fixed electrode (see Patent Document 16). In this acceleration sensor, a charge / voltage conversion circuit including a plurality of operational amplifiers, resistors, and capacitors converts charges accumulated between a fixed electrode and a movable electrode into a voltage signal and outputs the voltage signal. This acceleration sensor captures a potential variation difference between a fixed electrode and a movable electrode. However, the acceleration sensor is apt to cause an error that a difference between outputs of two operational amplifiers for detecting capacitance is detected by a next operational amplifier. In addition, this configuration is concerned with real-time sensing and sensitivity. In addition, the sensitivity of this acceleration sensor cannot be adjusted after the detection system is manufactured. In the eleventh embodiment, an acceleration detection device that can solve these problems will be described. The acceleration detection device according to the tenth embodiment is an acceleration detection device to which the measurement system described in the first to fourth embodiments is applied.

図44は、第十一実施形態の加速度検出装置220の構成を示す図である。図45は、第十一実施形態の加速度検出装置220におけるセンサ部221の構成を示す図である。図44に示す加速度検出装置220は、図18の液面レベル検出装置90におけるセンサ部と判定部91の一部とを変更したものである。図44の加速度検出装置220と図18の液面レベル検出装置90とで、同様の機能を実行する構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。図44に示す加速度検出装置220は、センサ部221と判定部91Aとで構成される。判定部91Aは、図18に示す判定部91においてディバイダ94を除いたものである。   FIG. 44 is a diagram illustrating a configuration of the acceleration detection device 220 according to the eleventh embodiment. FIG. 45 is a diagram illustrating a configuration of the sensor unit 221 in the acceleration detection device 220 according to the eleventh embodiment. The acceleration detection device 220 shown in FIG. 44 is obtained by changing the sensor unit and a part of the determination unit 91 in the liquid level detection device 90 of FIG. Components having the same functions performed by the acceleration detecting device 220 in FIG. 44 and the liquid level detecting device 90 in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The acceleration detection device 220 illustrated in FIG. 44 includes a sensor unit 221 and a determination unit 91A. The determining unit 91A is obtained by removing the divider 94 from the determining unit 91 shown in FIG.

センサ部221は、一軸加速度センサであり、図45に示すように、可動電極222と、一対の固定電極223と、支持体224と、四つのばね225と、を備える。可動電極222は、箱形状を有し、支持体224の中央に配置される。一対の固定電極223は、それぞれ、箱状を有し、可動電極222の両端に、可動電極222と一定間隔離間させて配置される。支持体224は、底板224Aと、底板224Aの両端に立設された一対の側板224Bと、を有し、鉛直面に沿う断面視でU字形状を有する。各側板224Bには、各固定電極223が固定され、固定電極223の下方において、一端が側板224Bに固定され他端が可動電極222に接続された二つのばね225が弾設される。すなわち、可動電極222は、支持体224に固定されたばね225によって支持される。加速と共に可動電極222が移動すると、その際の電極間(固定電極223と可動電極222との間)の静電容量変化が移動量に換算され、さらに、ばね定数と可動電極の質量により加速度が算出される。   The sensor unit 221 is a uniaxial acceleration sensor, and includes a movable electrode 222, a pair of fixed electrodes 223, a support 224, and four springs 225, as shown in FIG. The movable electrode 222 has a box shape and is arranged at the center of the support 224. Each of the pair of fixed electrodes 223 has a box shape, and is disposed at both ends of the movable electrode 222 so as to be separated from the movable electrode 222 by a predetermined distance. The support 224 has a bottom plate 224A and a pair of side plates 224B provided upright at both ends of the bottom plate 224A, and has a U-shape in a cross-sectional view along a vertical plane. Each fixed electrode 223 is fixed to each side plate 224B, and two springs 225 having one end fixed to the side plate 224B and the other end connected to the movable electrode 222 are elastically provided below the fixed electrode 223. That is, the movable electrode 222 is supported by the spring 225 fixed to the support 224. When the movable electrode 222 moves along with the acceleration, a change in capacitance between the electrodes (between the fixed electrode 223 and the movable electrode 222) at that time is converted into a movement amount, and the acceleration is further reduced by the spring constant and the mass of the movable electrode. Is calculated.

図44に示す加速度検出装置220において、発振器92で生成された診断用の信号から、バラン93で差動信号(ポジティブ信号及びネガティブ信号)が生成され、一対の固定電極223にそれぞれ入力される。その後、電極間の容量に応じて通過した信号が可動電極222を通って合成されて、すなわち、可動電極222の振動変化に応じた信号の差が同相信号として生成されて、アンプ95に入力される。アンプ95は、同相信号を増幅、すなわち、電極間の容量に応じて通過した両信号の振幅、位相差から生じる差分の信号を増幅する。ディテクタ96は、アンプ95で増幅された同相信号を計測し、解析用の信号として出力する。CPU98は、同相信号の計測結果から加速度を算出する。ディスプレイ99は、算出された加速度を表示する。   In the acceleration detection device 220 shown in FIG. 44, a differential signal (positive signal and negative signal) is generated by the balun 93 from the diagnostic signal generated by the oscillator 92, and is input to the pair of fixed electrodes 223, respectively. Thereafter, the signal passed according to the capacitance between the electrodes is combined through the movable electrode 222, that is, a signal difference corresponding to a change in vibration of the movable electrode 222 is generated as an in-phase signal, and is input to the amplifier 95. Is done. The amplifier 95 amplifies the in-phase signal, that is, amplifies the difference signal generated from the amplitude and phase difference between the two signals passed according to the capacitance between the electrodes. The detector 96 measures the in-phase signal amplified by the amplifier 95 and outputs the signal as an analysis signal. The CPU 98 calculates the acceleration from the measurement result of the in-phase signal. The display 99 displays the calculated acceleration.

図46は、図45に示したセンサ部221のシミュレーションモデルを示す図である。このモデルでは、中央の可動電極222に対し、一対の固定電極223が1mmずつ間隔をあけた状態で設置されている。図44に示したバラン93からの差動信号をport1、port2への入力とし、通過後の可動電極222からの信号がport3より出力される。すなわち、バラン93から出力されたポジティブ信号及びネガティブ信号は、port1、port2から一対の固定電極223にそれぞれ入力される。そして、電極間を通過したポジティブ信号及びネガティブ信号がどちらもそのまま(非反転)で合成されて生成された同相信号(コモンモード信号)が、port3より出力される。このモデルにおいて、可動電極222に加速に伴い0.1mmずつport1側に移動したという状況での周波数特性を解析する。   FIG. 46 is a diagram showing a simulation model of the sensor unit 221 shown in FIG. In this model, a pair of fixed electrodes 223 are installed at a distance of 1 mm from the center movable electrode 222. The differential signal from the balun 93 shown in FIG. 44 is input to port 1 and port 2, and the signal from the movable electrode 222 after passing is output from port 3. That is, the positive signal and the negative signal output from the balun 93 are input to the pair of fixed electrodes 223 from port1 and port2, respectively. Then, an in-phase signal (common mode signal) generated by synthesizing both the positive signal and the negative signal that have passed between the electrodes as they are (non-inverted) is output from port3. In this model, the frequency characteristics in a situation where the movable electrode 222 is moved to the port 1 side by 0.1 mm at the time of acceleration are analyzed.

図47は、図46に示したモデルを用いたシミュレーション結果(周波数特性変化)を示す図である。図47は、可動電極222がport1側に0.1mmと0.4mm移動したときの特性をピックアップして示している。傾向として、可動電極222(極板)の移動により、一方の固定電極223と近接するほど容量が増加するため、通過する信号のカットオフ周波数が低周波側に移動する。このとき、逆サイドの固定電極223と可動電極222との間隔は拡大するため、通過する信号のカットオフ周波数が高周波側に移動する。よって、port3に現れる合成された信号は、極板の移動距離が大きいほど大きい信号が出力されることが想定される。図47においてwは可動電極222(極板)の移動距離を表し、例えばw01は極板が0.1mm移動したことを示す。図47の右側に拡大された帯域で見ると、周波数特性が等間隔で変化している様子がわかる。0.1mm移動と0.4mm移動での、S31パラメータ(w01_s31)とS32パラメータ(w04_S32)との差をみると、0.4mmの場合は0.1mmの場合の3倍程度の差が生じていることがわかる。   FIG. 47 is a diagram showing a simulation result (frequency characteristic change) using the model shown in FIG. FIG. 47 shows characteristics picked up when the movable electrode 222 moves to the port 1 side by 0.1 mm and 0.4 mm. There is a tendency that the capacitance increases as the movable electrode 222 (electrode plate) moves closer to the one fixed electrode 223, so that the cutoff frequency of the passing signal moves to the lower frequency side. At this time, since the interval between the fixed electrode 223 and the movable electrode 222 on the opposite side increases, the cutoff frequency of the passing signal moves to the high frequency side. Therefore, it is assumed that the larger the moving distance of the electrode plate is, the larger the output of the combined signal appearing in port 3 is. In FIG. 47, w represents the moving distance of the movable electrode 222 (electrode), for example, w01 indicates that the electrode has moved by 0.1 mm. Looking at the band expanded to the right in FIG. 47, it can be seen that the frequency characteristics change at equal intervals. Looking at the difference between the S31 parameter (w01_s31) and the S32 parameter (w04_S32) between the movement of 0.1 mm and the movement of 0.4 mm, the difference of about 0.4 mm is about three times larger than the case of 0.1 mm. You can see that there is.

図48は、図46に示したモデルを用いたシミュレーション結果(出力電圧変化)を示す図である。検出用の信号は、1GHzでVp−p100mVの差動の正弦波を用いた。検出周波数を1GHzにしたのは、図47の結果において、極板間隔変化に対する周波数特性の差が傾向として明確に見えていたためである。   FIG. 48 is a diagram showing a simulation result (output voltage change) using the model shown in FIG. As a signal for detection, a differential sine wave of Vp-p100mV at 1 GHz was used. The detection frequency was set to 1 GHz because, in the results of FIG. 47, the difference in the frequency characteristics with respect to the change in the electrode plate interval was clearly seen as a tendency.

本実施形態の加速度検出装置220によれば、高周波信号をそのまま極板に長し、振幅変化のみならず位相変化の差を同時にとりコモンモード電圧として出力するため、高精度な測定ができ、計測系がシンプルとなる。また、加速度検出装置220は、図47のシミュレーション結果に示すように、可動電極222(極板)の移動に対し、周波数によりさまざまな感度を示すため、バイアス電圧による共振を生成せずとも、適用する検出周波数の調整により、感度の良い周波数や多周波での測定が可能となる。   According to the acceleration detecting device 220 of the present embodiment, since the high-frequency signal is directly applied to the electrode plate and the difference of the phase change as well as the amplitude change is simultaneously taken and output as the common mode voltage, high-accuracy measurement can be performed. The system becomes simple. Further, as shown in the simulation result of FIG. 47, the acceleration detection device 220 exhibits various sensitivities depending on the frequency with respect to the movement of the movable electrode 222 (electrode plate). By adjusting the detection frequency to be performed, it is possible to perform measurement at a frequency with good sensitivity or at multiple frequencies.

第十一実施形態では、センサ部221が一軸加速度センサである例を示したが、図49に示すように、一対の固定電極223の配列方向に直交する方向に、可動電極222を挟んでもう一対の固定電極223Aを設けることで、二軸対応の加速度センサ(加速度検出装置220A)とすることができる。また、図50に示すように、可動電極222へ信号を入力し、一対の固定電極223からの各信号をディバイダ94Cで合成することでコモンモード信号として、両信号の差を取り出す方式の加速度検出装置220Bとすることも可能である。図49、図50に示すように、センサ部91B、91Cにおいてディバイダ94A〜94Cで波形を合成することで、信号差分導出の精度向上が期待できる。   In the eleventh embodiment, the example in which the sensor unit 221 is a uniaxial acceleration sensor has been described. However, as shown in FIG. 49, the movable electrode 222 is interposed in a direction orthogonal to the arrangement direction of the pair of fixed electrodes 223. By providing the pair of fixed electrodes 223A, a two-axis compatible acceleration sensor (acceleration detecting device 220A) can be obtained. Also, as shown in FIG. 50, a signal is input to the movable electrode 222, and the signals from the pair of fixed electrodes 223 are combined by the divider 94C to obtain a difference between the two signals as a common mode signal. The device 220B can also be used. As shown in FIGS. 49 and 50, by synthesizing the waveforms in the sensor units 91B and 91C with the dividers 94A to 94C, it is expected that the accuracy in deriving the signal difference is improved.

(第十二実施形態:線状センサ装置)
建築分野や航空機材料分野において、光ファイバセンサを用いて、劣化診断を行うことが提案されている。図50に示すように、光ファイバセンサ120は、光ファイバ121の両端に、電気信号を光信号に変換するE/O変換部122と、光信号を電気信号に変換するO/E変換部123とを、それぞれ設けたものである。光ファイバセンサは、小型軽量で長寿命、センサ部に給電不要等の特長を持つ。特に、光ファイバそのものがセンサとして機能する分布型光ファイバセンサは、光ファイバ全長に沿って位置的に連続するひずみ分布を得られる。光ファイバ内で生じる散乱光にはいくつかの種類があり、そのうちブリルアン散乱光は入射光により発生・伝播する音響波による散乱現象で、入射した光はドップラーシフトを受け音響波の振動数に応じて波長がシフトする。この散乱は光ファイバ内のいたるところで発生し、散乱光の波長が発生位置のひずみに依存する。光ファイバに沿ってすべての位置でひずみ情報を得られる。光ファイバの片端からの入射光による「自然ブリルアン散乱光」を用いたセンシング技術は、これまでに建築分野において多くの適用が試みられている。一方、光ファイバの両端からふたつの光を対向させることによる「誘導ブリルアン散乱光」を用いたセンシング技術の開発も盛んで、その強い光強度によって高い空間分解能などの特長を有する。
(Twelfth embodiment: linear sensor device)
In the field of construction and the field of aircraft materials, it has been proposed to perform deterioration diagnosis using an optical fiber sensor. As shown in FIG. 50, the optical fiber sensor 120 includes, at both ends of an optical fiber 121, an E / O converter 122 that converts an electric signal into an optical signal and an O / E converter 123 that converts an optical signal into an electric signal. Are provided respectively. The optical fiber sensor has features such as small size, light weight, long life, and no power supply to the sensor. In particular, a distributed optical fiber sensor in which the optical fiber itself functions as a sensor can obtain a strain distribution that is positionally continuous along the entire length of the optical fiber. There are several types of scattered light generated in an optical fiber, of which Brillouin scattered light is a scattering phenomenon caused by acoustic waves generated and propagated by incident light, and the incident light undergoes a Doppler shift and varies according to the frequency of the acoustic wave. The wavelength shifts. This scattering occurs everywhere in the optical fiber, and the wavelength of the scattered light depends on the distortion of the generating position. Strain information can be obtained at all positions along the optical fiber. Many applications of the sensing technology using “natural Brillouin scattered light” due to incident light from one end of an optical fiber have been attempted in the field of architecture. On the other hand, sensing technology using “stimulated Brillouin scattered light” by making two lights face each other from both ends of an optical fiber is also actively developed, and its strong light intensity has features such as high spatial resolution.

しかしながら、光ファイバセンサでは、電気信号を光信号に変換(E/O変換)し、再度光信号を電気信号に変換(O/E変換)するため、信号の損失が大きい。このため、エネルギー変換効率が低い。また、O/E変換用のデバイスが高価でコストダウンが難しい。一方、光ファイバセンサは、劣化診断を点でなく線で行える線状センサという機能的メリットがある。そこで、光ファイバセンサの欠点を補う線状センサ技術が必要とされてきた。   However, in the optical fiber sensor, an electric signal is converted into an optical signal (E / O conversion), and the optical signal is converted again into an electric signal (O / E conversion). Therefore, the energy conversion efficiency is low. In addition, O / E conversion devices are expensive and cost reduction is difficult. On the other hand, the optical fiber sensor has a functional merit of a linear sensor that can perform deterioration diagnosis not by dots but by lines. Thus, there has been a need for a linear sensor technology that compensates for the disadvantages of optical fiber sensors.

第十二実施形態では、光ファイバセンサの欠点を補う線状センサについて説明する。第十二実施形態の線状センサ装置は、第一から第四実施形態で説明した測定システムを応用したものである。すなわち、図1に示す計測システム1において、通信機A,B間の伝送線路(差動伝送路10)を線状センサとすることにより、異常のあった箇所を点で捉えることが可能となる。   In the twelfth embodiment, a linear sensor that compensates for the disadvantage of the optical fiber sensor will be described. The linear sensor device of the twelfth embodiment is an application of the measurement system described in the first to fourth embodiments. That is, in the measurement system 1 shown in FIG. 1, by using a linear sensor for the transmission line between the communication devices A and B (the differential transmission line 10), it is possible to capture a point where an abnormality has occurred by a point. .

図52は、第十二実施形態の線状センサの配策例を示す図であり、二次元に分布する線状センサとしての配策例を示す。図52(a)に示す線状センサ10Aは、線長の等しい二本の線10A−1、10A−2を平行に配策したものである。この配策の仕方は、二本の線間が狭くても差が予想される場合に適する。図52(b)に示す線状センサ10Bは、線長の等しい二本の線10B−1、10B−2を平行に、互いを補完するように配策したものである。この配策の仕方によれば、二本の線間を広くでき、差が捉えやすくなる。また、図52(c)の場合と異なり、二本ともセンサとして利用できる。図52(c)に示す線状センサ10Cは、線長の等しい二本の線10C−1、10C−2のうち、一方の線10C−1を測定用、他方の線10C−2を基準用とする。この配策の仕方によれば、線間の差が最大となり、精密測定に適する。   FIG. 52 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the linear sensors according to the twelfth embodiment, and illustrates an example of the arrangement as the linear sensors distributed two-dimensionally. The linear sensor 10A shown in FIG. 52A has two lines 10A-1 and 10A-2 having the same line length arranged in parallel. This arrangement is suitable when a difference is expected even if the distance between the two lines is narrow. The linear sensor 10B shown in FIG. 52 (b) is configured such that two lines 10B-1 and 10B-2 having the same line length are arranged in parallel to complement each other. According to this arrangement, the distance between the two lines can be increased, and the difference can be easily recognized. Also, unlike the case of FIG. 52 (c), both can be used as sensors. The linear sensor 10C shown in FIG. 52C has one line 10C-1 of two lines 10C-1 and 10C-2 having the same line length for measurement, and the other line 10C-2 for reference. And According to this arrangement, the difference between the lines is maximized, which is suitable for precision measurement.

本実施形態によれば、第一から第四実施形態で説明した測定システムにおいて差動伝送路10を線状センサ10A〜10Cとすることで、光ファイバを用いず、電気信号のみで構成できる線状センサ装置が構築できる。この線状センサによれば、光ファイバよりも伝送路そのものの損失は大きいものの、E/O、O/E変換時の損失低減により、エネルギー利用効率が高い。したがって、長距離用途では光ファイバが、短距離用途では本実施形態の線状センサが優れると考えられる。コスト比較も同様と推測される。   According to the present embodiment, in the measurement system described in the first to fourth embodiments, the differential transmission path 10 is configured as the linear sensors 10A to 10C, so that a line that can be constituted only by an electric signal without using an optical fiber. A shape sensor device can be constructed. According to this linear sensor, although the loss of the transmission line itself is larger than that of the optical fiber, the energy utilization efficiency is high due to the loss reduction during E / O and O / E conversion. Therefore, it is considered that the optical fiber is excellent for long-distance use, and the linear sensor of the present embodiment is excellent for short-distance use. It is assumed that the cost comparison is the same.

ここで、上述した本発明の実施形態に係る計測方法、伝送線路診断装置、検出装置、及び線状センサ装置の特徴をそれぞれ以下[1]〜[16]に簡潔に纏めて列記する。
[1] 第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路(10)において、前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を合成して、同相信号を生成し(合成器5)、
生成された前記同相信号を計測する(計測器C)、
ことを特徴とする計測方法。
[2] 生成された前記同相信号を増幅し(低雑音アンプ17)、
増幅された前記同相信号を計測する、
ことを特徴とする上記[1]に記載の計測方法。
[3] 生成された前記同相信号を、目的とする周波数帯域よりも高い周波数帯の信号を減衰させ(フィルタ16)た後に計測する、
ことを特徴とする上記[1]又は[2]に記載の計測方法。
[4] 前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を方向性結合器によって取り出して、合成する、
ことを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかに記載の計測方法。
[5] 第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路(ケーブル70)が取り付けられる取付部(コネクタ53、55)と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路に前記第一信号及び前記第一信号を送信する第一通信部(通信チップ52)と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路から前記第一信号及び前記第二信号を受信する第二通信部(通信チップ53)と、
前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、合成して同相信号を生成する信号合成器(ディバイダ57)と、
生成された前記同相信号を検出する検出器(ディテクタ59)と、
検出された前記同相信号の大きさが閾値以上の場合にエラーと判定する判定部(ディテクタ59)と、
を備えることを特徴とする診断装置。
[6] 前記信号合成器で生成された前記同相信号を増幅する増幅器(アンプ58)を備え、
前記検出器は、前記増幅器で増幅された前記同相信号を検出する、
ことを特徴とする上記[5]に記載の診断装置。
[7] 前記判定部は、前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、メモリに格納されている正常特性のデータと比較することにより、前記エラーか否かを判断する、
ことを特徴とする上記[5]又は[6]に記載の診断装置。
[8] 第一信号が入力される第一線路(パターンPA1)と、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二線路(パターンPA2)と、
前記第一線路を通過した前記第一信号と、前記第二線路を通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部(ディバイダ94)と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部(ディテクタ96)と、
検出された前記電圧から液面レベルを算出する算出部(CPU98)と、
を備えることを特徴とする検出装置(液面レベル検出装置90)。
[9] 生成された前記同相信号を増幅する増幅部(アンプ95)と、を備え、
前記検出部は、増幅された前記同相信号の電圧を検出する、
ことを特徴とする上記[8]に記載の検出装置。
[10] 前記算出部は、前記液面レベルと前記電圧との対応を示すテーブルを参照して、前記液面レベルを算出する、
ことを特徴とする上記[8]又は[9]に記載の検出装置。
[11] 前記第一線路は、第一オープンスタブ(ST1)を有し、
前記第二線路は、第二オープンスタブ(ST2)を有し、
前記合成部は、前記第一オープンスタブを通過した前記第一信号と、前記第二オープンスタブを通過した前記第二信号と、を合成して前記同相信号を合成する、
ことを特徴とする上記[8]〜[10]のいずれか一に記載の検出装置。
[12] 第一信号が入力される第一センサ(リファレンスセンサ201、211)と、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二センサ(変位センサ202、圧力センサ212)と、
前記第一センサを通過した前記第一信号と、前記第二センサを通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部(ディバイダ94)と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部(ディテクタ96)と、
検出された前記電圧から変位レベル又は圧力を算出する算出部(CPU98)と、
を備えることを特徴とする検出装置(変位検出装置200、圧力検出装置210)。
[13] 前記第一センサ及び前記第二センサの少なくともいずれか一方は、ループコイル(203)を含み、
前記算出部は、前記ループコイルと被測定物との距離を前記変位レベルとして算出する、
ことを特徴とする上記[12]に記載の検出装置(変位検出装置200)。
[14] 前記第一センサ及び前記第二センサのそれぞれは、互いに離間して配置された一対の極板を含み、
前記算出部は、加圧によって変化する前記前記一対の極板間の距離を前記圧力として算出する、
ことを特徴とする上記[12]に記載の検出装置(圧力検出装置210)。
[15] 可動電極(222)と、
前記可動電極から離間して配置され、前記可動電極を挟んで対向する第一及び第二固定電極(223)と、
前記可動電極と前記第一固定電極との間を通過した第一信号と、前記可動電極と前記第二固定電極との間を通過した第二信号と、が合成された同相信号の電圧を検出する検出部(ディテクタ96)と、
検出された前記電圧から加速度を算出する算出部(CPU98)と、
を備えることを特徴とする検出装置(加速度検出装置220)。
[16] 二つの通信機(A、B)と、
前記二つの通信機間に配置される、線長の等しい第一及び第二伝送路(10A、10B、10C)と、
前記第一伝送路を通過した第一信号と、前記第二伝送路を通過した第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成器(5)と、
生成された前記同相信号を計測する計測器(C)と、
を備えることを特徴とする線状センサ装置。
Here, the features of the measurement method, the transmission line diagnosis device, the detection device, and the linear sensor device according to the above-described embodiment of the present invention will be briefly summarized and listed below in [1] to [16].
[1] In a pair of differential transmission lines (10) including a first transmission line transmitting a first signal and a second transmission line transmitting a second signal having a phase opposite to the first signal, the first transmission line And the second signal transmitted through the second transmission line are combined to generate an in-phase signal (combiner 5),
Measuring the generated in-phase signal (measuring device C);
A measuring method characterized in that:
[2] amplifying the generated in-phase signal (low noise amplifier 17);
Measuring the amplified in-phase signal;
The measurement method according to the above [1], wherein:
[3] measuring the generated in-phase signal after attenuating a signal in a frequency band higher than a target frequency band (filter 16),
The measuring method according to the above [1] or [2], wherein:
[4] The first signal transmitted through the first transmission line and the second signal transmitted through the second transmission line are extracted by a directional coupler and combined.
The measuring method according to any one of the above [1] to [3], wherein:
[5] A mounting part (a cable 70) to which a pair of differential transmission lines (cable 70) including a first transmission line for transmitting a first signal and a second transmission line for transmitting a second signal having a phase opposite to the first signal is mounted. Connectors 53, 55);
A first communication unit (communication chip 52) that transmits the first signal and the first signal to the differential transmission path via the attachment unit;
A second communication unit (communication chip 53) that receives the first signal and the second signal from the differential transmission path via the attachment unit;
A signal combiner (divider 57) that extracts and combines the first signal and the second signal received by the second communication unit to generate an in-phase signal;
A detector (detector 59) for detecting the generated in-phase signal;
A determination unit (detector 59) that determines that an error has occurred when the detected magnitude of the in-phase signal is equal to or greater than a threshold value;
A diagnostic device comprising:
[6] An amplifier (amplifier 58) for amplifying the in-phase signal generated by the signal synthesizer,
The detector detects the in-phase signal amplified by the amplifier,
The diagnostic device according to the above [5], wherein:
[7] The determination unit extracts the first signal and the second signal received by the second communication unit, and compares the first signal and the second signal with data of normal characteristics stored in a memory to determine whether the error has occurred. to decide,
The diagnostic device according to the above [5] or [6], wherein:
[8] a first line (pattern PA1) to which a first signal is input;
A second line (pattern PA2) to which a second signal having a phase opposite to the first signal is input;
A combining unit (divider 94) that combines the first signal passing through the first line and the second signal passing through the second line to generate an in-phase signal;
A detection unit (detector 96) for detecting the voltage of the generated in-phase signal;
A calculating unit (CPU 98) for calculating a liquid level from the detected voltage;
(Liquid level detector 90).
[9] an amplifying unit (amplifier 95) for amplifying the generated in-phase signal,
The detection unit detects a voltage of the amplified in-phase signal,
The detection device according to the above [8], wherein:
[10] The calculation unit calculates the liquid level with reference to a table indicating a correspondence between the liquid level and the voltage.
The detection device according to the above [8] or [9], wherein:
[11] The first line has a first open stub (ST1),
The second line has a second open stub (ST2),
The combining unit, the first signal that has passed through the first open stub, and the second signal that has passed through the second open stub, and combines the in-phase signal,
The detection device according to any one of [8] to [10], wherein:
[12] a first sensor (reference sensors 201 and 211) to which the first signal is input;
A second sensor (displacement sensor 202, pressure sensor 212) to which a second signal having a phase opposite to the first signal is input;
A combining unit (divider 94) that combines the first signal that has passed through the first sensor and the second signal that has passed through the second sensor to generate an in-phase signal;
A detection unit (detector 96) for detecting the voltage of the generated in-phase signal;
A calculating unit (CPU 98) for calculating a displacement level or pressure from the detected voltage;
(Displacement detection device 200, pressure detection device 210).
[13] At least one of the first sensor and the second sensor includes a loop coil (203),
The calculation unit calculates a distance between the loop coil and the measured object as the displacement level,
The detection device (displacement detection device 200) according to the above [12], wherein:
[14] Each of the first sensor and the second sensor includes a pair of electrode plates spaced apart from each other,
The calculation unit calculates a distance between the pair of electrode plates that changes due to pressure as the pressure,
The detection device (pressure detection device 210) according to the above [12], wherein:
[15] a movable electrode (222);
First and second fixed electrodes (223) that are arranged apart from the movable electrode and face each other across the movable electrode;
The first signal that has passed between the movable electrode and the first fixed electrode, and the second signal that has passed between the movable electrode and the second fixed electrode, the voltage of the in-phase signal synthesized A detection unit (detector 96) for detecting;
A calculating unit (CPU 98) for calculating an acceleration from the detected voltage;
A detection device (acceleration detection device 220), comprising:
[16] Two communication devices (A, B),
First and second transmission lines (10A, 10B, 10C) having the same line length, disposed between the two communication devices;
A combiner (5) that combines the first signal that has passed through the first transmission path and the second signal that has passed through the second transmission path to generate an in-phase signal;
A measuring instrument (C) for measuring the generated in-phase signal,
A linear sensor device comprising:

1 計測システム
5 合成器
10 差動伝送路
10A〜10C 線状センサ
11 計測システム
12 通信基板
13 通信基板
13a 通信チップ
15 電力加算器
16 フィルタ
17 低雑音アンプ
18 検波器
19 監視装置
20 差動ケーブル
21 計測システム
50 ケーブル診断装置
50A ケーブル診断装置
51 基板
52 通信チップ
53 通信チップ
53 コネクタ
54 基板
55 コネクタ
56 通信チップ
57 ディバイダ
58 アンプ
59 ディテクタ
60 LED
70 ケーブル
71 基板
80 ケーブル診断装置
81 コモンモード検出部
82 振幅変化検出部
83 メモリ
84 判定部CPU
85 LED
90 液面レベル検出装置
91 判定部
92 発振器
93 バラン
94 ディバイダ
95 アンプ
96 ディテクタ
97 コモンモード検出部
98 CPU
99 ディスプレイ
100 計測システム
101 合成器
110 差動伝送ケーブル
110 信号線(差動伝送ケーブル)
200 変位検出装置
201、211 リファレンスセンサ
202 変位センサ
212 圧力センサ
220 加速度検出装置
222 可動電極
223、223A 固定電極
A 通信機
B 通信機
C 計測器
CB コンバイナー
D ドライバ
R レシーバ
ST1、ST2 オープンスタブ
SU1、SU1A 液面レベル検出基板
SU2、SU2A リファレンス基板
T タンク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement system 5 Synthesizer 10 Differential transmission path 10A-10C Linear sensor 11 Measurement system 12 Communication board 13 Communication board 13a Communication chip 15 Power adder 16 Filter 17 Low noise amplifier 18 Detector 19 Monitoring device 20 Differential cable 21 Measurement system 50 Cable diagnostic device 50A Cable diagnostic device 51 Board 52 Communication chip 53 Communication chip 53 Connector 54 Board 55 Connector 56 Communication chip 57 Divider 58 Amplifier 59 Detector 60 LED
70 Cable 71 Board 80 Cable Diagnostic Device 81 Common Mode Detector 82 Amplitude Change Detector 83 Memory 84 Judgment Unit CPU
85 LED
90 Liquid Level Detection Device 91 Judgment Unit 92 Oscillator 93 Balun 94 Divider 95 Amplifier 96 Detector 97 Common Mode Detection Unit 98 CPU
99 display 100 measurement system 101 synthesizer 110 differential transmission cable 110 signal line (differential transmission cable)
200 Displacement detection device 201, 211 Reference sensor 202 Displacement sensor 212 Pressure sensor 220 Acceleration detection device 222 Movable electrode 223, 223A Fixed electrode A Communication device B Communication device C Measurement device CB Combiner D Driver R Receiver ST1, ST2 Open stub SU1, SU1A Liquid level detection board SU2, SU2A Reference board T tank

Claims (16)

第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路において、前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を合成して、同相信号を生成し、
生成された前記同相信号を計測する、
ことを特徴とする計測方法。
In a pair of differential transmission lines consisting of a first transmission line transmitting a first signal and a second transmission line transmitting a second signal having a phase opposite to the first signal, the second transmission line transmitted through the first transmission line One signal and the second signal transmitted through the second transmission line are combined to generate an in-phase signal,
Measuring the generated in-phase signal,
A measuring method characterized in that:
生成された前記同相信号を増幅し、
増幅された前記同相信号を計測する、
ことを特徴とする請求項1に記載の計測方法。
Amplifying the generated in-phase signal,
Measuring the amplified in-phase signal;
The method according to claim 1, wherein:
生成された前記同相信号を、目的とする周波数帯域よりも高い周波数帯の信号を減衰させた後に計測する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の計測方法。
The generated in-phase signal is measured after attenuating a signal in a frequency band higher than a target frequency band,
The measurement method according to claim 1 or 2, wherein:
前記第一伝送線路を伝送された前記第一信号と、前記第二伝送線路を伝送された前記第二信号と、を方向性結合器によって取り出して、合成する、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の計測方法。
The first signal transmitted through the first transmission line and the second signal transmitted through the second transmission line are extracted by a directional coupler, and are combined.
The measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein:
第一信号を伝送する第一伝送線路および前記第一信号と逆相の第二信号を伝送する第二伝送線路からなる一対の差動伝送路が取り付けられる取付部と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路に前記第一信号及び前記第一信号を送信する第一通信部と、
前記取付部を介して、前記差動伝送路から前記第一信号及び前記第二信号を受信する第二通信部と、
前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、合成して同相信号を生成する信号合成器と、
生成された前記同相信号を検出する検出器と、
検出された前記同相信号の大きさが閾値以上の場合にエラーと判定する判定部と、
を備えることを特徴とする診断装置。
Attachment part to which a pair of differential transmission lines consisting of a first transmission line transmitting a first signal and a second transmission line transmitting a second signal having a phase opposite to the first signal is attached,
Via the mounting portion, a first communication unit that transmits the first signal and the first signal to the differential transmission path,
Through the mounting portion, a second communication unit that receives the first signal and the second signal from the differential transmission path,
A signal synthesizer that extracts the first signal and the second signal received by the second communication unit and combines them to generate an in-phase signal,
A detector for detecting the generated in-phase signal;
A determining unit that determines that an error has occurred when the detected magnitude of the in-phase signal is equal to or greater than a threshold,
A diagnostic device comprising:
前記信号合成器で生成された前記同相信号を増幅する増幅器を備え、
前記検出器は、前記増幅器で増幅された前記同相信号を検出する、
ことを特徴とする請求項5に記載の診断装置。
An amplifier that amplifies the in-phase signal generated by the signal synthesizer,
The detector detects the in-phase signal amplified by the amplifier,
The diagnostic device according to claim 5, wherein:
前記判定部は、前記第二通信部が受信する前記第一信号及び前記第二信号を取り出し、
メモリに格納されている正常特性のデータと比較することにより、前記エラーか否かを判断する、
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の診断装置。
The determination unit extracts the first signal and the second signal received by the second communication unit,
By comparing with the data of the normal characteristics stored in the memory, it is determined whether or not the error,
The diagnostic device according to claim 5, wherein:
第一信号が入力される第一線路と、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二線路と、
前記第一線路を通過した前記第一信号と、前記第二線路を通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から液面レベルを算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
A first line to which a first signal is input;
A second line to which a second signal having a phase opposite to that of the first signal is input;
A combining unit that combines the first signal that has passed through the first line and the second signal that has passed through the second line to generate an in-phase signal,
A detection unit that detects a voltage of the generated common-mode signal,
A calculating unit for calculating a liquid level from the detected voltage,
A detection device comprising:
生成された前記同相信号を増幅する増幅部と、を備え、
前記検出部は、増幅された前記同相信号の電圧を検出する、
ことを特徴とする請求項8に記載の検出装置。
An amplification unit that amplifies the generated in-phase signal,
The detection unit detects a voltage of the amplified in-phase signal,
The detection device according to claim 8, wherein:
前記算出部は、前記液面レベルと前記電圧との対応を示すテーブルを参照して、前記液面レベルを算出する、
ことを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の検出装置。
The calculation unit refers to a table indicating a correspondence between the liquid level and the voltage, and calculates the liquid level.
The detection device according to claim 8 or 9, wherein:
前記第一線路は、第一オープンスタブを有し、
前記第二線路は、第二オープンスタブを有し、
前記合成部は、前記第一オープンスタブを通過した前記第一信号と、前記第二オープンスタブを通過した前記第二信号と、を合成して前記同相信号を合成する、
ことを特徴とする請求項8〜10のいずれか一項に記載の検出装置。
The first line has a first open stub,
The second line has a second open stub,
The combining unit, the first signal that has passed through the first open stub, and the second signal that has passed through the second open stub, and combines the in-phase signal,
The detection device according to claim 8, wherein:
第一信号が入力される第一センサと、
前記第一信号と逆相の第二信号が入力される第二センサと、
前記第一センサを通過した前記第一信号と、前記第二センサを通過した前記第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成部と、
生成された前記同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から変位レベル又は圧力を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
A first sensor to which a first signal is input,
A second sensor to which a second signal having a phase opposite to the first signal is input,
A combining unit that combines the first signal that has passed through the first sensor and the second signal that has passed through the second sensor to generate an in-phase signal,
A detection unit that detects a voltage of the generated common-mode signal,
A calculating unit that calculates a displacement level or a pressure from the detected voltage,
A detection device comprising:
前記第一センサ及び前記第二センサの少なくともいずれか一方は、ループコイルを含み、
前記算出部は、前記ループコイルと被測定物との距離を前記変位レベルとして算出する、
ことを特徴とする請求項12に記載の検出装置。
At least one of the first sensor and the second sensor includes a loop coil,
The calculation unit calculates a distance between the loop coil and the measured object as the displacement level,
The detection device according to claim 12, wherein:
前記第一センサ及び前記第二センサのそれぞれは、互いに離間して配置された一対の極板を含み、
前記算出部は、加圧によって変化する前記前記一対の極板間の距離を前記圧力として算出する、
ことを特徴とする請求項12に記載の検出装置。
Each of the first sensor and the second sensor includes a pair of electrode plates spaced apart from each other,
The calculation unit calculates a distance between the pair of electrode plates that changes due to pressure as the pressure,
The detection device according to claim 12, wherein:
可動電極と、
前記可動電極から離間して配置され、前記可動電極を挟んで対向する第一及び第二固定電極と、
前記可動電極と前記第一固定電極との間を通過した第一信号と、前記可動電極と前記第二固定電極との間を通過した第二信号と、が合成された同相信号の電圧を検出する検出部と、
検出された前記電圧から加速度を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
A movable electrode;
First and second fixed electrodes that are arranged apart from the movable electrode and face each other across the movable electrode,
The first signal that has passed between the movable electrode and the first fixed electrode, and the second signal that has passed between the movable electrode and the second fixed electrode, the voltage of the in-phase signal synthesized A detecting unit for detecting,
A calculating unit for calculating an acceleration from the detected voltage,
A detection device comprising:
二つの通信機と、
前記二つの通信機間に配置される、線長の等しい第一及び第二伝送路と、
前記第一伝送路を通過した第一信号と、前記第二伝送路を通過した第二信号と、を合成して同相信号を生成する合成器と、
生成された前記同相信号を計測する計測器と、
を備えることを特徴とする線状センサ装置。
Two communicators,
The first and second transmission lines having the same line length are arranged between the two communication devices,
A first signal that has passed through the first transmission path, and a second signal that has passed through the second transmission path, and a combiner that generates an in-phase signal by combining them.
A measuring instrument for measuring the generated in-phase signal,
A linear sensor device comprising:
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