CN1103442C

CN1103442C - 检测装置和检测方法

Info

Publication number: CN1103442C
Application number: CN95119994A
Authority: CN
Inventors: 笠井英治; 加藤晓纪; 稻上三佐子
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 2003-03-19
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: CN1139210A; US6107924A; JPH0943007A; TW287267B

Abstract

本发明的目的在于提供这样一种检测装置，其测量精度高，即使对金属以外的物质也能检测，并且不管容器是否透明均能检测，而且还能检测出物质的种类。该检测装置通过传输线路(4)把高频信号从振荡部(2)传送到敏感元件部(1)内，敏感元件部(1)的阻抗根据有无被测物质而变化，随着该阻抗的变化而产生的反射信号被反射波敏感元件部(3)检测出来，根据有无该反射信号及其大小，即可检测出有无物体等情况。

Description

检测装置和检测方法

本发明涉及对物质和液体、粉体、人体等的有无，或物质和液体、粉体等的种类进行检测的高频检测装置、检测方法和敏感元件(传感器)。

过去，对物质和液体的有无或种类进行检测的检测装置，采用使物质通电，观察其电压降的通电法、与物体接触的感应法、或者采用接近开关和光电式、超声波式开关。并且，过去检查有无人体的检测设备，采用测量重量的重量敏感元件、接近人体时静电容量发生变化的静电容量敏感元件，检测人体使光进行反射、遮射用的光敏感元件、以及其他红外线敏感元件和超声波敏感元件等。

过去检测液体含盐量的方法是，把电极放入液体内，进行通电，观察其电压降的通电法、与液体接触的感应法、或者用超声波照射，观察反射板的反射程度的方法。

利用上述原有方法和装置存在的问题是：无法以非接触方式精密地检测出非透明小型容器内的物质和液体。尤其通电法和感应法必须接触被测物，并且，应当能透过光。再者，用超声波不能测量小的容器。另外用通电法，光和超声波法时检测不出物体种类。

再者，虽然有利用高频的接近敏感元件，但它把高导磁率的金属作为靶子。这种接近敏感元件采用的方式基本上是用高频振荡线圈本身作为敏感元件的自激振荡方式，当金属接近敏感元件时，线圈的阻抗发生变化，时而停止振荡，时而开始振荡。但是，存在的问题是这种方式不能检测低导磁率的材料。

本发明正是为了解决上述问题，其目的在于提供这样一种检测装置和检测方法，即无论是金属，还是液体、粉体等物质，不管是透明、不透明都能检测，并且可以检测出物质的种类。

另外，上述原有敏感元件存在的问题是：不能稳定地把静止的人体和物品等区别开来。重量敏感元件在放上重物时会产生误动作，光敏元件遇到遮光物体时无论是什么物质，都会被误认为是有被测物质。另外，超声波敏感元件遇到反射物质时，无论是什么物质都会被误认为是有被测物质。再者，红外线敏感元件是把人体的动作判断成有人体，所以对静止的人体没有反应。

常用的敏感元件有装在椅子上的静电容量敏感元件，但其存在的问题是易受周围的影响，当人的脚离开地板时，会发生误动作。并且，对脚不能接触到地板的孩子也没有反应。

本发明的目的在于解决上述问题，提供出能解决原有的各种敏感元件的问题，能把静止的人体与人体以外的物体区别开来，而且检测精度高的人体敏感元件、能检测人体以外的物体的物体敏感元件以及物体检测方法。

再者，上述的原有液体浓度检测方法所存在的问题是：必须把电极和反射板放入测量液体内，不能以非接触方式进行检测。因此，必须在测量之前把电极和反射板清洗干净。连续测量时，行程多，时间长。并且，盐对电极和反射板有腐蚀作用。另外，采用超声波的方法时，存在的问题是：若容器直径达不到5厘米以上，就不能测量。

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能以非接触方式进行测量的、不必担心电极等被腐蚀的、测量时间短、操作简单的液体浓度检测装置和液体浓度检测方法。

本发明权利要求1的检测装置，包括发生高频信号的振荡部、从该振荡部接收高频信号的谐振电路、以及测量与该敏感元件部阻抗变化相对应的信号的检测部。上述敏感元件部和上述检测部仅由无源元件构成，不包括有源元件。

在该检测装置中，来自振荡部的高频信号被送入敏感元件部内。在敏感元件部内，当不存在被测物质时，若把阻抗调到匹配状态，那么，当出现应被测物质时，敏感元件部的阻抗就会变化，阻抗不能匹配，与该阻抗变化相对应的信号，例如反射信号就被输出。但是，当不存在被测物质时，阻抗达到匹配状态，不能输出信号。在检测部通过对该信号的有无和大小进行检测，即可知道有无物质及其种类。该检测装置也能检测非磁性物质，检测部和敏感元件部全部采用无源元件，所以减小了一部分功耗，缩小了体积。

再者，权利要求4的检测装置包括：发生高频信号的振荡部、包含谐振电路(谐振电路从振荡部接收高频信号)的敏感元件检测部、输出与该敏感元件部的阻抗变化相对应的信号的检测部。把上述高频信号的频率设定得高一些，以保证能根据在上述敏感元件部附近有无非磁性的预定物质或物体，使上述检测部的输出产生差异。可设定的频率范围为10MHZ-300MHZ。

若使用本检测装置，则在敏感元件附近存在非磁性物质，例如流体、粉体、固体的情况下，与不存在时相比，敏感元件部的阻抗发生变化，从检测部输出的信号不同于不存在任何物质时。

再者，权利要求6的检测装置包括：

发生高频信号的振荡部；

包含谐振电路的敏感元件部，其谐振电路的线圈安装位置保证能接收来自上述振荡部的高频信号，同时能受到附近物质或物体导磁率的影响；

检测部，它能检测出上述谐振电路受该敏感元件部的外部附近物质或物体的导磁率影响而发生的变化，输出与该变化相对应的信号。

该检测装置也可以识别流体、粉体、固体。

另外，权利要求7的检测装置包括：

发生高频信号的振荡部；

包含调振电路并设定谐振频率的敏感元件部，它把谐振频率设定在能使上述振荡部的信号频率位于谐振特性曲线的陡坡位置上；

检测部，它输出与上述敏感元件部外边附近状态相对应的信号。

该检测装置把振荡频率调整到敏感元件部的谐振特性曲线陡坡的位置上。因此，当物质接近敏感元件部时，敏感元件部频率特性稍有一点变化，信号输出就有很大变化，所以检测精度高。

再者，权利要求8的检测装置包括：

发出高频信号的振荡部；

敏感元件部，它包括接收来自振荡部的高频信号的谐振电路，当外部附近状况处于标准状态时，产生谐振，阻抗的虚数值被设定到零附近；

检测部，它输出与敏感元件部阻抗虚数值的增大相对应的信号。

该检测装置，当物质接近敏感元件部谐振电路附近时，敏感元件部的阻抗虚数部就增大，检测部的信号输出增大，由于不仅阻抗的实数部变化而且虚数部也变化，所以，可以看出，外部状态发生变化。

再者，权利要求9的检测装置包括：

发生高频信号的振荡部；

包含谐振电路的敏感元件部，其谐振电路接收来自振荡部的高频信号；

检测部，它检测出根据其外部附近的状况而进行反射的反射波，并输出与反射波相对应的信号。

若采用该检测装置，则由于能输出与来自敏感元件部的反射波相对应的信号，所以，输出处理很简单。

再者，权利要求12的检测装置包括：

发出高频信号的振荡部：

包含谐振电路的敏感元件部，其谐振电路接收来自该振荡部的信号；

检测部，它连接到上述振荡部和上述敏感元件部，把来自上述振荡部的入射波和来自上述敏感元件部的反射波分离开来，分别输出与其相对应的信号；

再者，权利要求13的检测装置包括：

发生高频信号的振荡部；

处理部，它连接到该检测部的2个输出端上，其输出信号对应于来自上述振荡部的入射波和来自上述敏感元件部的反射波之比。

这些检测装置，由于把进入敏感元件部的入射波和来自敏感元件部的反射波分离开来，进行输出，所以，可取其比，即使振荡部的高频信号发生变化，也能使输出稳定，保证高精度检测。

再者，权利要求14的检测装置包括：

发生高频信号的振荡部；

包含谐振电路的敏感元件部，其谐振电路接收来自该振荡部的高频信号；

检测部，它输出与该敏感元件部外部附近状况相对应的信号；

电阻哀减器，它设置在该检测部和上述振荡部之间。

该检测装置，由于利用哀减器来控制高频信号从振荡部进入敏感元件部，或者控制反射信号从敏感元件部进入振荡部，所以振荡部能稳定地进行输出。

再者，权利要求16的检测装置包括：

发生高频信号的振荡部；

自动增益控制电路，它设置在该检测部和上述振荡部之间。

该检测装置利用自动增益控制电路来控制来自振荡部的高频信号使其达到一定电平，并送入到敏感元件部内。

再者，权利要求17的检测方法，把由振荡部发生的高频信号供给到包含谐振电路的敏感元件部内，检测出包含反射波的信号，该反射波是在敏感元件部内根据外部状态进行反射的，利用该信号来检测外部状态以及有无物质或物体。

再者，权利要求18的检测方法，把由振荡部发生的高频信号供给到包含谐振电路的敏感元件部内，检测出随外部状态而变化的敏感元件部的电压或电流，利用该电压或电流来检测物体。

再者，权利要求19的检测装置包括：

发生高频信号的振荡部；

包含谐振电路的敏感元件部，该谐振电路接收来自该振荡部的高频信号；

检测部，它输出与该敏感文件部的外部附近的状态相对应的信号；

判断装置，它能辨别出该检测部的输出信号，能判断出有无规定的液体。

该检测装置不需要液面检测用的浮标。

并且，即使有气泡也不会误动作。另外，还可以检查密闭容器内的液面。再者，权利要求20的界面检查装置包括：

发生高频信号的振荡部；

包含谐振电路的敏感元件部，其谐振电路接收来自该振荡部的高频信号。

检测部，它能检测出根据该敏感元件部外部附近状态而反射出来的反射波，能输出与反射波相对应的信号；

界面检测部，它能根据该检测部的输出信号而检测出来自上述敏感元件部的反射信号的变化点，从而检查出物质的界面。利用该界面检测装置，可以检测出液体和液体、液体和气体、气体和粉体等的界面。

再者，权利要求21的粉体检测装置包括；

发生高频信号的振荡部；

检测部，它能检测出根据该敏感元件部的外部附近状态而反射出来的反射波，并输出与该反射波相对应的信号；

粉体有无判断部，它能辨别出该检测部的输出信号的电平，判断出有无粉体。若利用该粉体检测装置，则可检测出小麦粉、脱脂奶粉、咖啡粉、可可粉和上等白糖粉等。

再者，权利要求22的湿度检测装置包括：

发生高频信号的振荡部；

检测部，它能检测出放置在该敏感元件部附近的收水性粉体和敏感元件部的反射波，并输出与该反射波相对应的信号。

处理装置，它能把该检测部的输出信号变换成湿度。

再者，权利要求23的液体浓度检测装置包括：

发生高频信号的振荡部；

检测部，它能检测出根据该敏感元件部外部附近状态而反射出来的反射波，并输出与该反射波相对应的信号；

处理装置，它能把该检测部的输出信号变换成溶质浓度；

显示装置，它能显示该处理装置的输出信号。

该液体浓度检测装置，把敏感元件部设置在装有液体的容器附近，把高频信号从振荡部通过传输部送入到敏感元件部内。与液体浓度相关的反射信号从敏感元件部返回到传输部，由检测部将其检测出来。该检测信号在信号变换器内变换成溶质浓度，显示在显示部上。

再者，权利要求25的液体浓度检测方法是：把来自振荡部的高频信号加到包含谐振电路的敏感元件部内，由连接在上述敏感元件部上的检测部来检测出与被测液体浓度相对应的信号，由处理部把该信号变换成溶质浓度，由显示部显示出变换后的数值。

再者，权利要求26的温度检测装置包括：

发生高频信号的振荡部；

检测部，它能检测出放置在该敏感元件部附近的温度依赖性水溶液和从上述敏感元件部反射出来的反射波，并输出与该反射波相对应的信号；

处理部，它能把与该检测部的上述水溶液浓度相对应的输出信号变换成温度；

显示装置，它把该处理装置的输出信号显示出来。

再者，权利要求27的物体敏感元件包括：

能发生不同频率的高频信号的振荡部；

检测部，它输出与该敏感元件部外部附近状态相对应的信号；

控制部，它能根据该检测部的输出信号和上述振荡部发生的振荡频率来检测物体。

利用该物体敏感元件把高频信号从振荡部传送到敏感元件部。并且，振荡部的振荡频率在规定范围内可自动变化和扫描。传送到敏感元件部内的高频信号，根据敏感元件的外部状态产生出相应的反射波。由检测部检测出该反射波，并将其输出。导磁率随外部状态的不同(例如空气、物体、人体等)而变化，阻抗随该导磁率的不同而异，所以，反射波的大小随频率不同而异。在敏感元件部附近没有任何东西时或者有物品等时，如图29所示，在某一定频率时反射波急剧减小。即Q值增大。但是在有人体的情况下，具有谐振特性时Q值低，反射波始终保持在基准值以上。所以，根据频率扫描范围内的反射波的大小，可以检测出物品和人体。

再者，权利要求31的人体或物体的敏感元件包括：

可发生不同频率的高频信号的振荡部；

包含谐振电路的敏感元件部，其谐振电路具有与人体检测部的大小相适应的线圈。

检测部，它能输出与该敏感元件部外部附近状况相对应的信号；

控制部，它可以根据该检测部的输出信号和由上述振荡部发生的振荡频率，来识别出人体和其他物体，达到检测目的。

再者，权利要求35的物体检测方法是：由振荡部产生高频信号，然后一边改变该高频信号的频率，一边向包含谐振电路的敏感元件部传送，测量出与各振荡频率，相对应的反射功率，根据该频率和反射功率的关系来检测物品或人体等。

再者，权利要求36的检测装置包括：

发生高频信号的振荡部；

包含谐振电路的敏感元件部，其谐振电路的线圈位置能保证接收来自该振荡部的高频信号，同时能受到附近的物质或物体导磁率的影响；

检测部，它能检测出上述谐振电路因受到敏感元件外部附近的物质和物体的导磁率影响而发生的变化，并输出与该变化相对应的信号。

在上述检测装置中，上述敏感元件部通过电缆与上述振荡部和上述检测部相连接，把敏感元件部与上述振荡部和上述检测部分离开，使其作为独立的构成部分。

由于只有敏感元件部是独立的部分，所以，能减小敏感元件部的体积，使其可以放置在任何地方，特别是可放在很小的地方。

附图的简单说明

图1是表示本发明的一实施例物体检测装置结构的电路图。

图2是该实施例物体检测装置的敏感元件部的电路图。

图3是表示该敏感元件部所使用的绕制在环状磁心上的检测线圈的图。

图4是对另一个实施例进行说明的方框图。

图5是表示敏感元件部反射特性的图。

图6是无盖子容器内的液面检测的说明图。

图7是带盖子容器内的液面检测的说明图。

图8是非透明容器内的液面检测的说明图。

图9是带标签容器内的液面检测的说明图。

图10是水性溶液和油性溶液的平整液体界面检测的说明图。

图11是在水性溶液和油性溶液之间有混合区时的液体界面检测的说明图。

图12是液体和固态物的平整液体界面检测的说明图。

图13是液体和固态物的不规则液体界面检测的说明图。

图14是有气泡的液体界面检测的说明图。

图15是对敏感元件部和被测物之间的距离进行检测时的说明图。

图16是表示本发明另一实施例的液体浓度检测装置结构的电路图。

图17是用该液体浓度检测装置测量出的盐水浓度和检测电压的关系图。

图18是本发明的另一实施例液体浓度检测装置的电路图。

图19是表示在温度4℃、25℃、50℃时敏感元件相对于容器的位置和检测电压的测量结果的图。

图20是表示本发明的另一个实施例液体浓度检测装置的电路图。

图21是表示本发明的另一个实施例液体浓度检测装置的电路图。

图22是表示本发明另一个实施例的人体敏感元件结构的电路图。

图23是该人体敏感元件中的检测线圈的说明图。

图24是该人体敏感元件的另一种检测线圈的结构图。

图25是绕制在纵断面为E形的磁心上的检测线圈结构图。

图26是把人体传感器安装到坐席的座子的示意图。

图27是把人体传感器安装到座垫内的示意图。

图28是表示本发明的另一实施例人体敏感元件的电路图。

图29是表示在该实施例人体敏感元件中分别在空席、就座(儿童)、就座(大人)、物品的不同情况下来自振荡部的信号的频率和反射波的关系的图。

图30是对该实施例人体敏感元件的人体就座检测动作进行说明的频率—反射波特性图。

图31是对该实施例人体敏感元件的就座检测动作进行说明的流程图。

图32是本发明的另一实施例人体敏感元件的电路图。

图33是表示本发明另一实施例粉体检测装置结构的电路图。

图34是利用该实施例粉体检测装置对小麦粉进行检测的说明图。

图35是表示利用该实施例粉体检测装置对容器中的上等白糖进行检测时敏感元件位置与输出电压的关系的图。

图36是表示利用该实施例粉体检测装置对容器中的可可粉进行检测时敏感元件位置与输出电压的关系的图。

图37是表示利用该实施例粉体检测装置对容器中的咖啡粉进行检测时敏感元件位置与输出电压的关系的图。

图38是表示利用该实施例粉体检测装置对容器中的脱脂奶粉进行检测时敏感元件位置与输出电压的关系的图。

图39是敏感元件沿细管进行上下移动的机构的侧面图。

图40是从一个方向观看该机构上的敏感元件部的放大侧面图。

图41是从另一个方向观看该机构上的敏感元件部的放大侧面图。

图42是从上部观看该机构上的敏感元件部的放大顶视图。

符号说明：1是敏感元件部；2是振荡部；3是反射波敏感元件部；4是传输线路。

实施例

以下通过实施例来进一步详细说明本发明。

图1是表示本发明的一个实施例的物体检测装置的结构电路图。该物体检测装置包括：敏感元件部1、通过传输线路4向该敏感元件部1传送高频信号的振荡部2，检测反射信号的反射波敏感元件部3(该反射信号是送入敏感元件部1内的高频信号在敏感元件部1内后射而回到振荡部2内的)。作为检测部一例的反射波敏感元件3和敏感元件部1仅仅包含无源元件，未包含有源元件。

敏感元件部1的结构部分包括：检测线圈11，与该检测线圈11构成串联谐振电路的谐振用电容器12、初级与输入侧的谐振电路相连接，次级与高频输入端子14和接地GND相连接的实数用变压器13(参见图2)。不过，谐振电路也可采用并联谐振电路。

振荡部2，在这里采用了由晶体振子构成的振荡电路。但是，振荡电路本身也可以采用其他常用(一般)的高频振荡电路，例如，LC(电感、电容)振荡器和PLL(锁相环)。振荡部2的输出频率，在此采用了40.68MHz。但是，10MHz-300MHz适用于检测非磁性体并且能减小装置的体积。再者，反射波敏感元件部3，包含方向性耦合器，把来自敏感元件部1的反射波作为功率检测出来，变换成电压。也就是说，这是与传输线路4相连接的电容器31、与该电容器的一端相连接的电阻32和线圈33的并联电路。线圈33与传输线路4进行M耦合，并联电路的另一端与二极管34的阳极相连接，二极管34的阴极通过电容器35接地GND。与此同时，从阴极输出模拟输出信号，即变换成电压的反射波。这里所用的反射波敏感元件采用了CM耦合，但是，也可以采用MM耦合方法等其他敏感元件。

本实施例物体检测装置，通过传输线路4把高频信号从振荡部2传送到敏感元件部1内。例如，谐振电路的谐振频率被设定为与振荡部2的频率相同，当设有被测物体(或物质)，周围是空气时，假定敏感元件部1的阻抗(这里，虚数部为零，仅有实数部的50Ω)和传输线路4的阻抗达到匹配状态，那么，送来的高频信号的反射几乎是0，来自反射波敏感元件3的输出为0，所以，检测的结果是没有物体。

如果有物体，那么，由于空气和该物体的导磁率不同，所以，敏感元件部1受到磁性影响，使阻抗发生变化。当敏感元件部1的阻抗明显地偏离匹配阻抗时，反射信号也就增大，由反射敏感元件部3检测出该反射信号，并输出反射波，即与阻抗变化相对应的模拟信号。所以，能检测出物体的存在，由此可以知道是否有物体。为了检查是否有物质和物体，由检测部来检测反射波，只要能检测出物质和物体的导磁率差别即可。并且，也可以在敏感元件部1谐振时把谐振电路阻抗的虚数部的数值设定到零附近；在检测物质和物体时从检测部输出与阻抗虚数值的增大相对应的模拟信号。

但是，在辨别导磁率低的物质和液体时，若按上述实施例那样采用反射波，则反射波的变化量非常小，如图5的a所示，若从反射波的最低点进行测量，则输出电压随反射波的变化而变化的量变得很小。所以，若从图5的倾斜率最高的80％以内的反射位置(例如b的位置)开始测量，则输出电压随反射波的变化而变化的量将增大，敏感元件的灵敏度将提高。在此情况下，使振荡部2的振荡频率偏离敏感元件部1的谐振频率，将其设定到谐振特性曲线陡坡点的频率上。

另外，敏感元件部1的检测线圈11不是空心线圈，而是如图3所示绕制在把环形磁心15的一部分15a切掉而形成的C型铁心上。这样可使磁通集中，可以减小漏磁场和提高灵敏度。通过改变该切断部位的形状和大小，可使其适应各种物质和液体的检测。

再者，上述实施例表示，检测出反射功率，根据其大小来断判是否有物质以及物质的种类等。其他的实施例如图4所示，在敏感元件部1和振荡部2之间的传输线路4上，用检测部3来检测出反射波的相位、电压和电流值中的任意一个以上的值，可以获得处理方法与换算成反射功率时相同的信号。另外，把振荡部2和检测部3设置在同一基板上，用电缆与敏感元件部1和检测部3相连接，把敏感元件部1从振荡部2和检测部3中分离出来，使其成为独立的结构件。所以，敏感元件部1，更便于安装到各种不同的位置上，更换时也很简便。

下面说明实施例检测装置的应用示例。图6-图14的左边和右边的图分别表示检测装置简图、敏感元件位置和图1的反射波敏感元件3的输出信号的关系，相互的对应位置用双点虚线进行连接。在检查是否有液体的情况下，可以把双点虚线和右侧曲线的交点上的电压值作为界面识别用的阈值。并且，该阈值设定在界面识别装置内，该界面识别装置设置在接收图1的反射波敏感元件3的输出的处理装置或处理部(图中未示出)内。在检测界面时，利用CPU(中央处理机)等对反射波敏感元件3的输出进行取样读取，检测出该输出变化大的位置(点)即可。

以下说明各个示例。另外，图6-图13的液体、油、固态物分别是水、橄榄油、橡皮擦；图14的液体、气泡分别是液体清洗剂及其气泡。图6是说明无盖子容器内的液面检测图，若使敏感元件部1沿容器5的外侧部从上向下移动，则通过放大器6从反射波敏感元件3输出的输出电压，如图6右侧的特性曲线所示。输出电压急剧变化的点就是空气和液体的界面，即液面。用盖子7密闭的容器5如果是不透明的，那么，其中的液体完全看不见，所以不能通过肉眼观察来了解液面。但是，如图7所示，利用与图6相同的方法，可以检测出液面。

再者，和图7时完全一样，如果容器不透明，如图8所示，使敏感元件部1沿容器5的外侧面自上而下移动，即可检测出放大器6的输出电压急剧变化的位置，这一位置就是液面。

图9是带标签的容器内的液面检测说明图。当把标签8贴在容器5的侧壁上时，液面就被标签8遮盖起来，不能再用肉眼观察。但是，如图所示，如果使敏感元件部1沿标签8自上而下移动，那么，放大器6的输出将如图9的右部所示，这样即可检测出液面是在曲线的中央附近输出急剧变化的位置上。

图10是检测水性溶液和油性溶液界面时的说明图。这里表示界面是平整的。如果一边使敏感元件部1从容器5的上部向下部移动，一边测量放大器6的输出电压，那么，可以获得图10右部的特性曲线，曲线上部输出电压急剧变化的位置是空气层和油性溶液的界面；曲线下部输出电压急剧变化的位置是油性溶液和水性溶液的界面。再者，如图11所示，如果在油性溶液和水性溶液之间具有二者的混合区，那么输出电压曲线的拐点就有3个，它们分别表示空气层和油性溶液、油性溶液和混合区、混合区和水性溶液的界面。根据输出电压特性，即可检测出这些界面位置。

图13、图14是液体和固态物的界面检测说明图。图12表示液体界面是平整的；图13表示液体界面是不规则的。这两种界面的检测方法也是通过放大器6从反射波敏感元件3输出特性电压，根据该输出电压的特性曲线拐点即可检测出界面。

图14是有气泡时的液面检测说明图。和上述方法一样，也是使敏感元件部1自上而下移动，这样以来，其输出电压就如图的右部所示，出现2个拐点，所以，其对应的位置分别是空气层和气泡区、气泡区和液体的界面。

图15是检测敏感元件部和被测物之间的距离时的说明图。如图15(b)所示，如果使被测物试样9从远处逐渐向敏感元件部1靠近，那么放大器6的输出电压就如图15(a)所示逐渐上升。预先对该距离与输出电压的关系加以校正，即可检测出敏感元件部1和被测物试样9之间的距离。

从图6到图14的各个例子中说明的敏感元件部1上下移动的具体机构例子，将在以后参照图34…图42进行说明。

图16是表示本发明其他实施例的液体浓度检测装置结构的电路图。该液体浓度检测装置包括：敏感元件部1、通过传输线路4把高频信号传送到该敏感元件部1内的振荡部2、对传送到敏感元件部1内的高频信号在敏感元件部1内反射后回到振荡部2所形成的反射信号进行检测的反射波敏感元件部3、把检测到的反射信号变换成浓度信号的信号变换器50、显示浓度值的显示器60。

敏感元件部1已由图2、图3进行了说明。

振荡部2、反射波敏感元件部3与图1所示的内容相同。

作为处理装置示例的信号变换器50，内部装有A/D(模/数)变换器51、CPU(中央处理机)52，它接收来自反射波敏感元件3的模拟输出信号，将其变换成浓度信号(例如用％表示)，以数字方式进行输出。

在利用该实施例液体浓度检测装置来测量盐水浓度时，把敏感元件部1放置到内装盐水101的容器102的旁边。

该液体浓度检测装置，通过传输线路4把高频信号从振荡部2传送到敏感元件部1内。现在，进行设定，使谐振电路的谐振频率与振荡部2的频率相一致，当没有被测物质，周围是空气时，如果把敏感元件部1的阻抗和传输线路4的阻抗调到匹配状态，那么送来的高频信号的反射几乎是0，来自反射波敏感元件3的输出变成0。但是，在图16的情况下由于容器102内装有盐水101，所以导磁率随盐水浓度不同而变化，使敏感元件部1的阻抗偏离匹配阻抗，产生反射信号。由于该反射信号的电平与盐水浓度有关，所以可利用信号变换器50来把该反射信号变换成相应的浓度信号，显示在显示器60上。

图17表示利用该液体浓度检测装置来测量出的盐水浓度和检测电压的关系。预先把这种特性关系存储到信号变换器50内，按上述方法即可根据检测电压来计算出盐水浓度(Log％)。

图18是表示本发明其他实施例液体浓度检测装置的电路图。该实施例液体浓度检测装置是在图16所示的电路结构上增加了温度敏感元件70，把温度敏感元件70所检测出的盐水温度信号加到信号变换器50上，对浓度信号进行温度补偿。盐水的导磁率有温度依赖性，温度不同会造成测量误差，所以，通过温度补偿可消除浓度测量误差，提高浓度检测精度。图19表示在温度4℃、25℃、50℃时敏感元件相对于容器的位置和检测电压的关系。

图20是本发明另一实施例液体浓度检测装置的电路图。该实施例液体浓度检测装置是在图16所示的电路结构上增加了检波电路80、负返馈电路90。检波电路80由电容器81、二极管82、电容器83和线圈84构成，电容器81的一端与敏感元件部1的端子14相连接，另一端与二极管82的阳极相连接。另外，二极管82的阴极通过电容器83接地，同时与线圈84的一端相连接。负返馈电路90由电容器91、电容器92、电阻93、晶体管94和线圈95构成。电容器91、电阻93、电容器92互相串联，并连接在振荡部2和反射波敏感元件部3之间。在电阻93的两端连接晶体管94的集电极和基极，晶体管94的基极与线圈84的另一端相连接。另外，晶体管94的集电极和电源之间连接一个线圈95。

像盐水浓度检测那样，在处理微弱信号时，检测器的稳定度很重要。并且，由于所用零件的温度特性对检测器的精度产生影响，所以必须使检测器保持稳定。因此，利用检波电路80把输出信号取出进行检波，利用负返馈电路90进行返馈，使输出信号达到稳定。检波电路80把传送到敏感元件部1内的高频功率变换成直流信号。负返馈电路90接收来自检波电路80的信号，如果信号电平高，就降低放大率；如果信号电平低，就提高放大率，以此使传送到敏感元件部1内的功率保持一定。也可用AGC(自动增益调整)电路来代替负返馈电路90。另外，也可用FET(场效应晶体管)或PIN结二极管来代替晶体管94。

图21是本发明的另一实施例液体浓度检测装置的电路图。该实施例液体浓度检测装置是在图16的结构上增加了温度敏感元件70，检波电路80、负返馈电路90。通过温度补偿和负返馈进一步使输出信号更加稳定。

利用上述溶液浓度和温度的关系，也可测量温度。也就是说，利用浓度随温度变化的水溶液，把浓度和温度的关系记录在表内，用上述装置来测量浓度，参照上述关系表，把浓度换算成温度，把温度显示出来，这样即可测量出温度。

图22是表示本发明的另一实施例的人体敏感元件结构的电路图。该人体敏感元件的结构部分包括：

敏感元件部1；

通过传输线路4把高频信号传送到敏感元件部1内的振荡部2；

检测反射信号的反射波敏感元件部3，该反射信号是传送到敏感元件部1内的高频信号在敏感元件部1内反射后回到振荡部2的；

把被检测出的反射信号取出来再进行信号处理的控制部50。

该人体敏感元件的基本结构与上述各实施例装置相比，没有差别。

敏感元件部1，在这里是由检测线圈11、与该检测线圈11共同形成串联谐振电路的谐振用电容器12、初级与输入侧谐振电路相连接，次级与高频输入端子14和地GND相连接的实数用变压器13构成。但是，谐振电路也可采用并联谐振电路。

检测用线圈11，如图23所示，采用园形空心线圈，它是根据人体的被测部(这里是指臀部)的大小而制成的直径200mm的单圈线圈。线圈11以外的敏感元件部1、振荡部2、反射敏感元件部3和控制部50全部装入电路机壳40内。并且，检测用的线圈11，如图24所示，包括直径200mm的线圈11a和直径100mm的线圈11b共两个，根据用途，也可以选用11a和11b中的某一个，也可以把两个并联起来一起使用。

再者，如图25所示，也可以把检测用线圈11绕制在纵断面为E形的磁心18上，使其仅在与线圈11的面相垂直的一个方向上产生磁场。并且，也可以根据被检测的对象，适当改变线圈的匝数和直径。

另外，检测用线圈11的导线，采用高频信号良导体的Au(金)、Ag(银)、Cu(铜)、Al(铝)等。用良导体制作线圈11，可以提高灵敏度，减小高频功率损耗。

振荡部2，在这里采用了LC(电感、电容)谐振型振荡电路。但是，振荡电路本身也可采用其他常用(已知)的高频振荡电路，例如晶体振荡器和锁相环(PLL)。另外，在振荡部2内包含可变电容器41，通过对该可变电容器41的容量进行自动调整，即可在30MHz-50MHz范围内对从振荡部2输出的高频信号频率进行扫描。振荡部2本身也可包括扫描机构，也可根据控制部50的指令来调整容量进行扫描。

再者，反射波敏感元件部3与图1、图16等所表示的结构相同。

控制部50备有A/D变换器51和CPU52，把来自反射波敏感元件部3的模拟信号变换成数字信号，根据反射波电平和频率进行逻辑处理，对空席、物品和人体就座等不同情况进行判断检测处理。

上述实施例人体敏感元件，如图26所示，可以安装到座席(轿车、火车、剧场等)61的座子内部。如图27所示，可以安装到座垫内部。对座席来说，也可以安装到椅子靠背的内部。

在该实施例人体敏感元件中，由振荡部2发生高频信号，通过传输线路4传送到敏感元件部1内。振荡部2的高频信号如上所述，可以在30MHz-50MHz范围内进行扫描。传送到敏感元件部1内的高频信号在敏感元件部1内进行反射。在敏感元件部1内，位于检测线圈11边的物体不同，物体的导磁率也不一样，因此，敏感元件部1的阻抗不同，根据线圈11旁边，即外部状况不同，产生的反射波电平也不一样。用反射波敏感元件部3把这种反射波检测出来，用控制部50根据该反射波电平和频率来判断检测空席、物品、人体等不同情况。

图28是本发明的另一实施例人体敏感元件的电路图。该实施例的人体敏感元件中，敏感元件部1和反射波敏感元件部3与图22所示的结构相同。振荡部2采用PLL振荡器49，这一点与图22的结构不同。振荡部2根据来自控制部50的CPU 52的指令来改变高频振荡频率。

如图26、图27所示，把上述实施例人体敏感元件安装到座席61或座垫62内的状态下，如果使振荡部2进行振荡，那么，空席时，儿童就座时，大人就座时以及放置物品时，反射波的特性分别如图29的a，b，c，d所示。由此可见，在空席和放置物品(a，d)的情况下，对某一频率来说，反射波非常小，Q值很大。在人就座(b，c)的情况下，对某一频率来说，反射波较小，其变化程度很小，Q值小。反射波频率特性的这种差异是由于空席(空气)、物品、人体等的导磁率不同而产生的。

所以，如图30所示，从反射波敏感元件部3检测出来的反射波电平，与基准值SR相比，如果在整个频率范围内都是很大的，那么就表示人已就座；相反，如果出现比基准值SR低的反射波频率的话，就表示空席或放置了物品。利用控制部50的CPU 52，可以辨别出是人体、空席、还是物品。利用图22的人体敏感元件也可以进行这样的辨别。

下面根据图31所示的流程图来说明图28的实施例人体敏感元件中的检测处理动作。

首先用CPU 52来把频率设定计数器调整到0(ST1步)。然后把频率设定计数器的计数值设定到振荡部2的PLL振荡器49内(ST2步)。

在此状态下的振荡部2，按照与设定值相对应的频率，振荡出高频信号。该高频信号通过传输线路4传送到敏感元件部1内。然后由反射波敏感元件3来检测出与外部状况相对应的反射信号。CPU 52对通过A/D变换部51进行变换后的反射波A/D值进行读取(ST3步)。

然后，对读取到的反射波的A/D值是否超过了规定值(75)进行判断(ST4步)。当反射波超过规定值时，对频率设定计数器+1(ST5)，而后判断频率设定计数器的计数值是否已达到16(ST6步)。当初，记数值未达到16，所以，返回到ST2步，把仅增加了1的频率设定计数器的计数值设定到PLL振荡器49内，按照与该新计数值相对应的频率使振荡部2进行振荡。然后，和上次一样，反复进行ST2…ST6步的处理。

在频率设定计数器的计数值达到16之前，若反射波的A/D值小于规定值(75)，则ST4步的判断结果为NO(否)。这时，如图30所示，反射波电平在某一频率时小于基准值SR。这时Q值大，是空席，或者是物品，所以判断为无人体(ST7步)。另外，当频率设定计数器的计数值达到16时，一次的频率变化的扫描就结果。即使这时候，仍没有小于规定值的反射波A/D值的话，则如图30所示在整个扫描频率范围内，反射波电平大于规定值SR。因此，在ST6步，当频率设定计数器的计数值达到16时，用YES(是)来判断为有人(ST8步)。

图32是表示本发明的另一实施例的人体敏感元件电路图。

该实施例人体敏感元件是在图22所示的振荡部2和反射波敏感元件部3之间设置了衰减器10。衰减器10采用了由电阻104、105、106构成的兀形电路。但也可采用其他形式的电路。

当敏感元件部1的阻抗由于被测物的影响而增大时，反射波敏感元件3的信号就增大。这时，振荡部2的负荷阻抗和敏感元件部1的输入阻抗不匹配，所以，振荡部2工作不稳定。为了防止这种工作不稳定的现象，在振荡部2的输出端设置衰减器10，使振荡部2的部分输出随时消耗在电阻上(最好是50％左右)，即使在阻抗变化大，不能匹配时，仍可使振荡部2的负载阻抗在一定程度上达到稳定，从而使振荡部2能稳定地工作。衰减器10也可设置在图1、图16、图18、图20、图21、图22、图28的电路内。

另外，在上述实施例中，用反射波敏感元件3来检测反射波电平，但是，也可以测量驻波比(SWR)。此例以后叙述。

再者，作为另外的实施例，也可以通过传输线路把振荡部产生的高频信号传送到敏感元件部内，用检测部来检测相对于来自传输线路的高频信号的相位偏差。

再者，作为另一个实施例，也可以由振荡部产生高频信号，通过传输线路把该高频信号传送到包含谐振电路的敏感元件部内，根据空席、物品、人体等外部状况，检测出敏感元件部的电压或电流，根据该电压或电流来检测物体。

在上述实施例中，对识别和检测空席、物品、人体所用的人体敏感元件进行了说明。但是，本发明也可广泛用于检测物品以外的各种东西，作为物体检测用的敏感元件。

图33是表示本发明另一实施例粉体检测装置的图。该实施例粉体检测装置由发生高频信号的振荡部2、敏感元件部1，传输线路4，入射波/反射波敏感元件3a，信号处理部50a构成。敏感元件部1和振荡部2，与图1所示的有关部分相同。不过，在图1中，反射波敏感元件3对来自敏感元件部1的反射波进行检测，而该实施例的入射波/反射波敏感元件3a也对通过传输线路4传送到敏感元件部1内的入射波电平进行检测。

入射波/反射波敏感元件3a，把电容器31的一端连接到传输线路4上；把该电容器31的另一端通过电容器31a连接到地GND，同时连拉到耦合线圈33a的中点上。电阻32a并联到耦合线圈33a上，二极管34的阳极连接到该并联电路的一端上，二极管34的阴极通过电容器35连接地GND。二极管34a的阳极连接到上述耦合线圈33a的并联电路的另一端，该二极管34a的阴极通过电容器35a连接地GND。反射波信号、入射波信号分别通过二极管34、34a进行输出。输出的入射波和反射波的信号，其驻波比(SWR)由信号处理部50a求出。根据该驻波比，判断出敏感元件部1旁边是否有粉体。也就是说，如果在没有粉体时的敏感元件部1的阻抗和传输线路4的阻抗是匹配的，那么，有粉体时，由于其导磁率变化而使敏感元件部1的阻抗产生变化，破坏了匹配状态，传输线路4所传送来的高频信号产生反射。该实施例的装置，由于取反射波和入射波之比，所以可以不考虑振荡部2的输出变动等，能够稳定地进行检测。另外，求反射波和入射波之比的信号处理部50a，也可按照图16所示由A/D变换器和CPU构成，也可以采用这样的模拟运算电路，即在输入端接收反射波和入射波的信号，输出与其比值相对应的输出信号。

图34是利用上述实施例粉体检测装置，对小麦粉进行检测时的说明图。当敏感元件部1的检测线圈11在装有小麦粉的容器110旁边进行上下移动时，有小麦粉的区域，检测电压(比)就增大；空气区域，电压减小。所以，若设定出一个阈值V_TH，则可把超过阈值V_TH的输出区域判定为有小麦粉的区域。

图35、图36、图37、图38分别表示利用图33的实施例装置，在容器100中装入上等白糖、可可粉、咖啡粉、脱脂粉粉，像图34那样使检测线圈11进行上下移动时，敏感元件位置和输出电压的关系。虽然各种粉体区和空气区的界面输出电压高低是不同的，但是每种输出电压特性曲线上都有一个拐点(台阶)。如果把阈值设定在界面输出附近，那么，可以检测出容器内的粉体高度(表面位置)。并且，由于各个界面值都是不同的，所以，根据测出的界面值特性，可以判断出容器内有什么样的粉体。

另外，图33中所示的实施例对粉体检测装置进行了说明。但是，取入射波和反射波之比的这种方式的电路装置，不仅适用于粉体的检测，也可适用于液体和其他物质的检测。

也可以利用吸水性的粉体来测量湿度。也就是说，预先测量出湿度和反射波输出的关系，将其记录到表内，用上述装置来测量反射波的输出，参照表将其变换成湿度，显示出来，这样就变成了湿度测量装置。

再者，图34所示的敏感元件部1的检测线圈11和图6……、图14所示的敏感元件部1在容器旁边上下移动时所用的移动机构可以采用图39、……图42所示的结构。其中，图39是敏感元件120沿细管(容器)110进行上下移动的机构的侧面图，图40是从一个方向观看敏感元件120时的放大侧面图，图41是从另一个方向观看敏感元件120时的放大侧面图，图42是从上面观看敏感元件120时的放大顶视图。

在图39-图42中，利用支承构件130来支承敏感元件120并使其能上下移动。支承构件130固定在皮带125上，皮带125挂在皮带轮122和皮带轮124之间，皮带轮122安装在脉冲马达121的旋转轴上；皮带轮124通过轴承安装在轴123上并且可以旋转。与此同时，支承构件130借助于立装的导向轴125沿细管110进行移动。敏感元件120的移动机构，除了上述皮带和皮带轮的组合外，还有丝杠和螺母的组合以及线性脉冲马达等。并且还在规定的位置上安装对敏感元件120的上限位置进行检测的上限检测器120a和对下限位置进行检测的下限检测器120b。

敏感元件120由图33所示的检测装置的敏感元件部1和光敏元件131构成。光敏元件131，其投光、受光部132分别面对面地安装在细管110的两侧，同时利用光纤134，与内装发光元件和受光元件的光敏元件主体133相连接。不过，该光敏元件131与本发明没有直接关系。涉及本发明的检测线圈11安装在稍低于光敏元件131的投光、受光部132的位置上，并使检测线圈11接近细管110的园面。

滚轮126a、126b、126c分别从三个方向来接触细管110，以此，使敏感元件120的安装位置，离开细管110一定距离。滚轮126a、126b都是分别由上下并排的2个滚轮组成。当接通脉冲马达121的电源时，敏感元件120的支承构件130沿导向轴125向上或向下移动。敏感元件120也和支承构件130一起进行移动。但是，利用滚轮126a、126b、126c能使光敏元件131的投光、受光部132和敏感元件部1的检测线圈11在接近细管110而又与其保持一定距离的状态下，沿着细管110，稳定地进行移动。

若利用本发明，则可获得以下效果：由于利用随敏感元件旁边导磁率的变化而变化的输出信号来检测物质、物体、人体等，所以，能够检测出用光敏元件无法检测的非透明容器和被沾污容器内的物质。并且，即使容器上贴有标签，也能够进行检测。过去用光敏元件、通电法、超声波敏感元件无法检测的物质，现在通过测量物质导磁率的差别，可以检测出是什么物质。并且可以用非接触方式进行检测。用过去的光敏元件、通电法、超声波、感应法、接近敏感元件无法检测的不同物质的界面等，现在也可以检测，并且不需要反射板和对向电极。在检测液面时不需要浮标。在检测液面时，即使有气泡也不会出现误动作。即使密闭的容器内的物质和液体也可以进行检测。可以作为金属以外的物质的接近敏感元件来使用。可以测量与物质和液体之间的距离。尽管已具有上述各种效果，但并非一定同时具有全部效果。而是根据检测对象不同，分别具有其中的几种效果。

若利用涉及权利要求1的发明，则可以检测非磁性材料和非金属材料，由于敏感元件部和检测部仅由无源元件构成，所以，可以局部减小功耗，减小装置的体积，再者，若利用涉及权利要求2的发明，则由于把线圈绕制在环形磁心上，所以，磁心尖端间的空气中的磁通密度较高对物质和物体的检测灵敏度较高。若利用涉及权利要求3的发明，则由于使用了向谐振电路供电的变压器，所以，可以把敏感元件部的阻抗的虚数部设定为零，把实数部设定为规定值。若利用涉及权利要求4的发明，则由于把高频信号的频率设定在适当的范围内，能根据敏感元件部的旁边是否有预定的非磁性物质或物体，使检测部的输出产生差异，所以，可以识别出非磁性物体。

再者，若利用涉及权利要求6的发明，则由于能检测出导磁率不同对线圈的影响，所以，能够识别流体、粉体、固体。若利用涉及权利要求7的发明，则由于把振荡部的信号频率设定到敏感元件部的谐振特性曲线的陡坡位置上，所以，灵敏度高，精度高。再者，若利用涉及权利要求8的发明，则由于当物质接近谐振电路时，敏感元件部的阻抗的虚数部就增大，所以，可以获得大的变化量。再者，若利用涉及权利要求9，权利要求17的发明，则由于能输出与来自敏感元件部的反射波相对应的信号，所以，输出处理简便易行。

再者，若利用涉及权利要求12的发明，则由于对入射波和反射波分别进行输出，所以，可以更自由地利用输出，可用于提高物质和物体的检测精度。若利用涉及权利要求13的发明，则由于是取入射波和反射波之比，所以，即使振荡部的高频信号发生变化，也能使输出稳定，保证检测精度良好。再者，若利用涉及权利要求14的发明，则由于高频信号从振荡部传送到敏感元件部，或者反射信号从敏感元件部传送到振荡部，均由衰减器进行控制，所以振荡部的输出能保持稳定。即使接近了金属，反射波的输出增大，也能由衰减器来消耗反射功率，不会使振荡器停止输出。再者，若利用涉及权利要求16的发明，则由于在振荡部和敏感元件部之间设置了自动增益控制电路，所以，高频信号可以稳定地向敏感元件部供应。

再者，若利用涉及权利要求19、权利要求23、权利要求28的发明，则可以分别以非接触方式来检测有无液体，盐分等溶液的溶质浓度、有无物体、敏感元件部不会出现被腐蚀问题。即使密闭的容器内的液体也能进行检测。若利用涉及权利要求24的发明，则可以校正温度所造成的测量误差。测量时间短。即使非透明容器内的液体也能进行检测。再者，若利用涉及权利要求20的发明，则即使对非透明的容器，也能检测出其中的液体和液体、液体和气体、气体和粉体等的界面。再者，若利用涉及权利要求21，权利要求22，权利要求26的发明，则很容易分别检测出粉体、湿度、温度。

再者，若利用涉及权利要求27、权利要求31、权利要求35的发明，则由于通过改变振荡器频率检测物体，所以能够识别出静止人体和物品。并且，在对人体进行检测时不必接触人体。不受衣类的影响，不受体重的影响。也能检测儿童。对电磁场抗扰性的适应能力强。分辨能力高。可产生各种效果。

Claims

1.一种检测装置，其特征在于包括：

输出高频信号的振荡部；

包含谐振电路的敏感元件，该谐振电路通过与上述振荡部电气连接的传输线路接收来自上述振荡部的上述高频信号；以及

检测提供给上述的敏感元件的上述高频信号在上述的敏感元件内反射而返回到上述振荡部侧的反射信号的反射波敏感元件部，上述反射信号是与上述敏感元件部的阻抗变化对应的模拟信号；

上述敏感元件部和上述反射波敏感元件部仅由无源元件构成，其中不包含有源元件。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，上述敏感元件部的谐振电路包含绕制在环形磁心上的线圈。

3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，上述敏感元件部包括：

由用于检测敏感元件旁边的状况的检测线圈、和与该检测线圈串联或并联的电容器构成的谐振电路；以及

把电功率供给到该谐振电路内的变压器。

4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

上述反射波敏感元件部与上述振荡部和上述敏感元件部相连接，把来自上述振荡部的入射波和来自上述敏感元件部的反射波分离开，分别输出与入射波和反射波相对应的信号；且

还包括提供输出信号的处理部，其输出信号对应于来自上述振荡部的入射波和来自上述敏感元件部的反射波之比。

5.一种检测方法，包括以下步骤：

由振荡部产生高频信号；

把振荡部所产生的高频信号供给到包含谐振电路的敏感元件部内；

检测出上述高频信号在上述敏感元件部内反射而返回到上述振荡部侧的反射信号，该反射信号是与敏感元件的阻抗变化相对应的模拟信号；以及

根据该模拟信号检测出外部状况，即是否有物质或物体。