CN110967044A

CN110967044A - 测量方法、传输线路诊断装置、检测装置以及线状传感器装置

Info

Publication number: CN110967044A
Application number: CN201910935950.6A
Authority: CN
Inventors: 寺山肇; 波木井勇次; 加藤孝弘; 白石直之; 海野晃祐; 田中信吾
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2020-04-07
Also published as: US20200103456A1; DE102019214698A1

Abstract

提供一种能够以简单的结构容易地检测到传输线路的变化的测量方法。测量系统(1)具有：通信机(A)、通信机(B)、包含两条传输线路的一对差动传输路径(10)、合成器(5)和测量器(C)。通信机(A)和通信机(B)经由差动传输路径(10)而收发彼此极性相反的正信号和负信号。合成器(5)将在通信机(A)与通信机(B)之间进行交换的正信号和负信号以均保持不变(非反转)的方式进行合成，以生成同相信号。测量器(C)对从合成器(5)输出的同相信号进行测量。

Description

测量方法、传输线路诊断装置、检测装置以及线状传感器装置

技术领域

本发明涉及测量方法、传输线路诊断装置、检测装置以及线状传感器装置。

背景技术

在向一对信号线传输互为反相的信号的差动传输路径中的传输线路的测量通过测量将一个信号保持不变并将另一个信号反转而合成的合成信号(差动信号)来进行。图23是示出检测差动信号的测量系统100的结构的图。向对通信机A、B之间进行连接的一对信号线(差动传输缆线)110传输互为反相的信号。将在通信机A中提取的信号中的一个信号保持不变，另一个信号反转，然后利用合成器101进行合成。合成后的信号(差动信号)被输入到测量器C中进行测量。图24是示出差动信号的波形例的图。输入到驱动器D中的输入信号I1作为正信号和负信号而在差动传输缆线110中传输，并且由接收器R合成，作为输出信号OD1输出。正常时，如图24(a)所示，输出信号OD1成为与输入信号I1相同的波形。另一方面，在传输线路发生了异常的情况下，如图24(b)所示，输出信号OD2的波形与输入信号I1不同。

在通过测量差动信号来测量传输线路的变化时，相对于传输线路的变化而言，合成信号的变化极其微量，难以检测到。因此，例如专利文献1所示，提出了对各种方法进行组合的改进方案。而且，专利文献2～4公开与缆线诊断有关的技术，专利文献5～8公开与液面传感器有关的技术，专利文献9～11公开与位移传感器有关的技术。另外，专利文献12～15公开与压力传感器有关的技术，专利文献16～18公开与加速度传感器有关的技术，非专利文献1～2公开与光纤传感器有关的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2017-92621号公报

专利文献2：特开2013-185864号公报

专利文献3：特开2003-244034号公报

专利文献4：特开2010-276586号公报

专利文献5：特开2015-4561号公报

专利文献6：特开2007-240472号公报

专利文献7：特开2013-108958号公报

专利文献8：特开2012-225788号公报

专利文献9：特开2016-1123号公报

专利文献10：特开2001-201363号公报

专利文献11：特开2011-137748号公报

专利文献12：特开2011-137746号公报

专利文献13：特开2017-133841号公报

专利文献14：特开2013-104797号公报

专利文献15：特开2014-182031号公报

专利文献16：特开2017-67500号公报

专利文献17：特开2013-160559号公报

专利文献18：特开2011-185828号公报

非专利文献

非专利文献1：今井道男等，“使用光纤传感器的结构监控”，电子信息通信学会综合大会2019，BI-8-1，pp.SS-79-80，Mar.19-22，2019

非专利文献2：水口周等，“航空宇宙复合材构造的生命周期监控”，电子信息通信学会综合大会2019，BI-8-2，pp.SS-81，Mar.19-22，2019

发明内容

发明欲解决的技术问题

根据专利文献1中公开的技术，用于检测传输线路的变化的测量系统变得复杂。

本发明的一个方面是鉴于上述情况完成的，其目的在于提供一种能够以简单的结构容易地检测传输线路变化的测量方法以及传输线路诊断装置。另一个目的在于提供一种小型且高精度的液位等的检测装置。

用于解决问题的技术手段

为了达成上述目的，本发明的一个方面涉及的测量方法、传输线路诊断装置、检测装置以及线状传感器装置以下述(1)～(16)为特征。

(1)一种测量方法，其特征在于，在包含传输第一信号的第一传输线路以及传输与所述第一信号反相的第二信号的第二传输线路在内的一对差动传输路径中，对在所述第一传输线路中传输的所述第一信号和在所述第二传输线路中传输的所述第二信号进行合成，生成同相信号，并对已生成的所述同相信号进行测量。

(2)根据上述(1)所述的测量方法，其特征在于，

对已生成的所述同相信号进行放大，

并对放大后的所述同相信号进行测量。

(3)根据上述(1)或(2)所述的测量方法，其特征在于，

在使比目标频带宽高的频带的信号衰减后，对已生成的所述同相信号进行测量。

(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的测量方法，其特征在于，

利用定向耦合器提取在所述第一传输线路中传输的所述第一信号和在所述第二传输线路中传输的所述第二信号并进行合成。

(5)一种诊断装置，其特征在于，具有：

安装部，安装一对差动传输路径，所述一对差动传输路径包括传输第一信号的第一传输线路以及传输与所述第一信号反相的第二信号的第二传输线路；

第一通信部，经由所述安装部而向所述差动传输路径发送所述第一信号和所述第二信号；

第二通信部，经由所述安装部而从所述差动传输路径接收所述第一信号和所述第二信号；

信号合成器，将所述第二通信部所接收的所述第一信号和所述第二信号提取并合成，生成同相信号；

检测器，对已生成的所述同相信号进行检测；以及

判定部，在检测到的所述同相信号的大小为阈值以上的情况下判定为错误。

(6)根据上述(5)所述的诊断装置，其特征在于，

所述诊断装置具有放大器，所述放大器对由所述信号合成器生成的所述同相信号进行放大，

所述检测器对由所述放大器放大后的所述同相信号进行检测。

(7)根据上述(5)或(6)所述的诊断装置，其特征在于，

所述判定部将所述第二通信部所接收的所述第一信号和所述第二信号提取，

通过与存储器中存储的正常特性的数据比较，来判定是否为所述错误。

(8)一种检测装置，其特征在于，具有：

第一线路，输入第一信号；

第二线路，输入与所述第一信号反相的第二信号；

合成部，对通过所述第一线路的所述第一信号和通过所述第二线路的所述第二信号进行合成，生成同相信号；

检测部，对已生成的所述同相信号的电压进行检测；以及

计算部，根据检测到的所述电压计算液位。

(9)根据上述(8)所述的检测装置，其特征在于，

所述检测装置具有放大器，所述放大器对已生成的所述同相信号进行放大，

所述检测部对放大后的所述同相信号的电压进行检测。

(10)根据上述(8)或(9)所述的检测装置，其特征在于，

所述计算部参照表示所述液位与所述电压的对应关系的表格来计算所述液位。

(11)根据上述(8)～(10)中任一项所述的检测装置，其特征在于，

所述第一线路具有第一开路短截线，

所述第二线路具有第二开路短截线，

所述合成部对通过所述第一开路短截线的所述第一信号和通过所述第二开路短截线的所述第二信号进行合成，生成所述同相信号。

(12)一种检测装置，其特征在于，具有：

第一传感器，输入第一信号；

第二传感器，输入与所述第一信号反相的第二信号；

合成部，对通过所述第一传感器的所述第一信号和通过所述第二传感器的所述第二信号进行合成，生成同相信号；

检测部，对已生成的所述同相信号的电压进行检测；以及

计算部，根据检测到的所述电压计算位移等级或压力。

(13)根据权利要求12所述的检测装置，其特征在于，

所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一方包含环形线圈，

所述计算部计算所述环形线圈与被测定物的距离作为所述位移等级。

(14)根据权利要求12所述的检测装置，其特征在于，

所述第一传感器和所述第二传感器分别包含彼此间隔地配置的一对极板，

所述计算部计算由于加压而改变的所述所述一对极板间的距离作为所述压力。

(15)一种检测装置，其特征在于，具有：

可动电极；

第一和第二固定电极，与所述可动电极间隔地配置，并且隔着所述可动电极而对置；

检测部，对将第一信号和第二信号合成的同相信号的电压进行检测，所述第一信号在所述可动电极与所述第一固定电极之间通过，第二信号在所述可动电极与所述第二固定电极之间通过；以及

计算部，根据检测到的所述电压计算加速度。

(16)一种线状传感器装置，其特征在于，具有：

两个通信机；

第一和第二传输路径，被配置在所述两个通信机之间，并且线长相等；

合成器，将通过所述第一传输路径的第一信号和通过所述第二传输路径的第二信号合成，生成同相信号；以及

测量器，对已生成的所述同相信号进行测量。

根据上述(1)的结构的测量方法，与将第一信号和反转后的第二信号合成后的差动信号相比，将第一信号和第二信号在不反转的情况下合成的同相信号能够将一对传输线路间的振幅或相位的偏移放大地捕捉，因此能够容易检测到传输线路的变化，能够简化测量系统。

根据上述(2)的结构的测量方法，通过对同相信号进行放大，从而能够容易地检测传输线路的微小变化。

根据上述(3)的结构的测量方法，能够除去叠加在不需要的频带中的噪声，因此能够以更高灵敏度得到稳定的检波输出。

根据上述(4)的结构的测量方法，在将差动传输路径中传输的原始信号分离而提取时，能够将原始信号的损耗抑制到最小限度。另外，能够以定向耦合器的配置部位(信号分离位置)为基准区分在前后的何处发生了异常，提高了作为差动传输系统的传感器的功能。

根据上述(5)的结构的诊断装置，与将第一信号和反转后的第二信号合成后的差动信号相比，使第一信号和第二信号在不反转的情况下合成的同相信号能够将一对传输线路间的振幅或相位的偏移放大地捕捉，能够容易地检测到传输线路的变化，能够检测微小的错误。另外，不限于使用诊断信号作为第一信号和第二信号的方法，能够使用实际的通信信号进行诊断，因此通用性高。在使用通信信号进行诊断的情况下，能够直接利用使用诊断对象的差动传输路径(缆线等)的通信系统，因此不需要另外构筑对诊断信号进行输入输出的诊断用系统，能够简化诊断系统。

根据上述(6)的结构的诊断装置，通过放大同相信号，能够容易地检测传输线路的微小的变化。

根据上述(7)的结构的诊断装置，即使在第一传输线路和第二传输线路中发生相同程度的错误而在第一信号和第二信号中不产生相位差的情况下，当第一信号和第二信号的数据与正常特性的数据之间存在差异时能够检测为错误，因此能够进行高精度的诊断。

根据上述(8)的结构的检测装置，将第一线路用作液位检测用而设置在测定对象的罐内等，并以第二线路作为修正用的基准，从而与液位对应的差分表现为同相信号的电平。即，由于不是第一信号和第二信号的振幅变化，而是能够检测相位变化，因此能够以高精度检测液位。另外，由于不是现有的电容检测方式的传感器，因此直线的图案即可，不需要使传感器部的基板具有电容的梳齿型图案，所以能够使传感器形状细长化。

根据上述(9)的结构的检测装置，通过放大同相信号，能够容易地检测液位的微小变化。

根据上述(10)的结构的检测装置，通过参照预先准备的表格，能够容易地计算液位。

根据上述(11)的结构的检测装置，能够仅以开路短截线来检测液位，能够使元件细长化。

根据上述(12)～(15)的检测装置，通过使用将第一信号和第二信号在不反转的情况下合成的同相信号，能够高精度地检测位移、压力、加速度。

根据上述(16)的线状传感器装置，能够实现对光纤传感器的缺陷(转换损耗大、能量效率低)进行弥补的线状传感器。

发明效果

根据本发明的一个方面，能够提供一种能够以简单的结构容易地检测到传输线路变化的测量方法以及传输线路诊断装置。另外，能够提供小型且高精度的检测装置。

以上，针对本发明的一个方面进行了简要说明。更一步地，通过参照附图并通读以下说明的具体实施方式(以下，称为“实施方式”)，本发明的一个方面的细节将更加明确。

附图说明

图1是示出第一实施方式中的检测同相信号的测量系统的结构的图。

图2是示出差动信号和合成信号相对于相位偏移的差的图。

图3是示出同相信号的波形例的图。

图4是第二实施方式中的检测同相信号的测量系统的结构的图。

图5是示出有无放大所引起的同相信号电平的不同的图。

图6是示出第三实施方式中的检测同相信号的测量系统的结构的图。

图7是示出除去无用频带之前和之后的公共波形例的图。

图8是第四实施方式中的基于高阻抗的信号提取的概念图。

图9是第四实施方式中的基于定向耦合器的信号提取的概念图。

图10是第四实施方式中的基于分配合成器的信号提取的概念图。

图11是示出第五实施方式的缆线诊断装置的结构的图。

图12是示出第五实施方式的变形例的图。

图13是示出第五实施方式的变形例的图。

图14是示出第六实施方式的缆线诊断装置的图。

图15是示出第六实施方式的缆线诊断装置中的缆线不良诊断流程的图。

图16是示出第六实施方式的变形例的图。

图17是示出第六实施方式的变形例的图。

图18是示出第七实施方式的液位检测装置的结构的图。

图19是示出第七实施方式的液位检测装置中的传感器部的仿真模型的图。

图20是示出使用了图19所示模型的模拟结果的图。

图21是示出第七实施方式的变形例的图。

图22是示出第七实施方式的变形例的图。

图23是示出检测差动信号的测量系统结构的图。

图24是示出差动信号的波形例的图。

图25是示出第八实施方式的液位检测装置中的传感器部的模拟用模型的图。

图26是示出第八实施方式的液位检测装置的测定原理的图。

图27是示出针对基于使用图25所示模型的模拟而进行的液位变化的频率特性结果的图。

图28是示出使用图25所示模型的模拟结果的图。

图29是示出第八实施方式的变形例的图。

图30是示出第八实施方式的变形例的图。

图31是示出第九实施方式的位移检测装置结构的图。

图32是示出第九实施方式的位移检测装置中的传感器部的仿真模型的图。

图33是用于说明第九实施方式的位移检测装置的测定原理的图。

图34是示出伴随图33所示金属块的距离变化所产生的频率特性变化的图。

图35是示出使用图32所示模型的模拟结果的图。

图36是示出第九实施方式的变形例的图。

图37是示出第十实施方式的压力检测装置结构的图。

图38是示出第十实施方式的压力检测装置中的传感器部的仿真模型的图。

图39是示出伴随图38所示极板间隔变化(压力变化)而产生的频率特性变化的图。

图40是示出第十实施方式的压力检测装置中的传感器部的仿真模型的图。

图41是示出使用图38、图40所示模型的模拟结果的图。

图42是示出第十实施方式的变形例的图。

图43是示出第十实施方式的变形例的图。

图44是示出第十一实施方式的加速度检测装置结构的图。

图45是示出第十一实施方式的加速度检测装置中的传感器部结构的图。

图46是示出图45所示传感器部的仿真模型的图。

图47是示出使用图46所示模型的模拟结果(频率特性变化)的图。

图48是示出使用图46所示模型的模拟结果(输出电压变化)的图。

图49是示出第十一实施方式的变形例的图。

图50是示出第十一实施方式的变形例的图。

图51是光纤传感器的示意图。

图52是示出第十二实施方式的线状传感器的布线例的图。

符号说明

1 测量系统

5 合成器

10 差动传输路径

10A～10C 线状传感器

11 测量系统

12 通信基板

13 通信基板

13a 通信芯片

15 功率加法器

16 滤波器

17 低噪声放大器

18 检波器

19 监视装置

20 差动缆线

21 测量系统

50 缆线诊断装置

50A 缆线诊断装置

51 基板

52 通信芯片

53 通信芯片

53 连接器

54 基板

55 连接器

56 通信芯片

57 分频器

58 放大器

59 检测器

60 LED

70 缆线

71 基板

80 缆线诊断装置

81 共模检测部

82 振幅变化检测部

83 存储器

84 判定部CPU

85 LED

90 液位检测装置

91 判定部

92 振荡器

93 巴伦

94 分频器

95 放大器

96 检测器

97 共模检测部

98 CPU

99 显示器

100 测量系统

101 合成器

110 差动传输缆线

110 信号线(差动传输缆线)

200 位移检测装置

201、211 基准传感器

202 位移传感器

212 压力传感器

220 加速度检测装置

222 可动电极

223、223A 固定电极

A 通信机

B 通信机

C 测量器

CB 合波器

D 驱动器

R 接收器

ST1、ST2 开路短截线

SU1、SU1A 液位检测基板

SU2、SU2A 基准基板

T 罐

具体实施方式

针对与本发明的一个方面相关的具体实施方式，参照各图进行以下说明。

(第一实施方式：测量方法)

图1是示出检测第一实施方式中的同相信号的测量系统1结构的图。测量系统1具有：通信机A、通信机B、包括两条传输线路的一对差动传输路径10、合成器5以及测量器C。通信机A和通信机B经由差动传输路径10而收发彼此极性相反的正信号(第一信号)和负信号(第二信号)。合成器5将在通信机A与通信机B之间被交换的正信号和负信号以均保持不变(非反转)的方式进行合成，生成同相信号。测量器C对从合成器5输出的同相信号进行测量。在差动传输路径10的传输正信号的线路或传输负信号的线路上，如果发生物理形状的变化、材质的变化这样的变化，则在发生了变化的部位(异常部位)对传输信号的传输特性改变。通过线路的异常部位后的正信号和负信号在振幅、相位方面也产生差异。对于通信机A与通信机B之间的两条传输线路，在被传输的正信号和负信号之间出现了振幅差、相位差的情况下，利用测量器C对同相信号进行测量，从而能够捕捉在传输线路发生的微小的变化。

图2是示出差动信号和合成信号相对于相位偏移的差的图。函数F1表示由振幅偏移引起的差动信号的变化，相当于从图23所示合成器101输出的差动信号的测定结果。该差动信号是将利用差动传输缆线110传输的正信号和负信号中的一方反转而合成的信号。函数F2示出由相位偏移引起的同相信号的变化，相当于从图1的合成器5输出的同相信号的测定结果。根据图2可知，函数F2由于倾斜度(振幅的变化)比函数F1大，因此，在同相信号中，与差动信号相比，适合捕捉微小的变化。

图3是示出同相信号的波形例的图。图3(a)是示出正常时即差动传输路径10未发生异常的情况下同相信号的波形(公共波形)例。输入到驱动器D的输入信号I1在作为正信号和负信号在差动传输路径10中传输后，用合波器CB进行合计，并且作为输出信号OC1(同相信号)而输出。在正常时，由于在正信号与负信号之间除了极性相反之外没有其他差异，因此如果将两信号合计，则互相抵消，什么也不剩。图3(b)示出在差动传输路径10的传输负信号的线路发生异常的情况下的同相信号的波形例。输入到驱动器D的输入信号I1在作为正信号和负信号而在差动传输路径10中传输后，用合波器CB合计，并且作为输出信号OC2(同相信号)而输出。在正信号与负信号之间存在差异(不同)的情况下，如果将两信号合计，则未完全抵消的同相成分(公共信号)保留。输出信号OC2将由于振幅差而产生的公共波形OC21、由于相位差而产生的公共波形OC22以及由于上升时间差而产生的公共波形OC23合计而得到的。

公共信号的量(振幅的高度、时间长度等)依赖(成比例)于正信号与负信号的差。也就是说，公共信号变化量和传输线路变化量存在比例关系，因此，能够通过观测公共信号的从正常状态的增加来观测传输线路的变化。例如，通过将正常时的公共信号量分配给马田系统(Maharanobis-Taguchi system)的单位空间，并将公共信号量的变化(增加)作为信号空间而辨别地相乘，从而能够观察变化的程度。通过观测该变化的推移，从而能够预测将来的劣化进展程度。通过预测劣化信号程度，从而如下所述，能够提高通信网络系统、利用该通信网络系统的服务和功能的可靠性。在与通信网络连接的设备、构成通信网络的传输路径发生异常或故障的情况下，以利用通信网络为前提的上位服务和功能将会丧失。因此，利用本实施方式的测量系统1，对通信网络涉及的设备、传输路径的微细的征兆进行诊断/提取，预测其征兆将来经过何种程度的期间会导致怎样的故障。通过这样预测劣化进展程度，能够事先采取针对故障的对策，其结果，能够提高通信网络系统以及利用该系统的服务和功能的可靠性。

如上所述，根据本实施方式的测量系统1，通过使用同相信号作为测量信号，从而能够在不使测量系统复杂化的情况下，容易且高精度地检测到传输线路中发生的微小的变化。另外，通过使用本实施方式的测量系统1来预测传输线路的劣化进展程度，能够提高通信网络系统等的可靠性。

(第二实施方式：测量方法)

图4是示出第二实施方式中的检测同相信号的测量系统11结构的图。测量系统11具有：通信基板12、包含通信芯片13a的通信基板13、功率加法器15、低噪声放大器17、检波器18、监视装置19以及包含两条传输线路的一对差动缆线20。差动缆线20被连接在通信基板12与通信基板13之间。通信基板12和通信基板13经由差动缆线20来收发彼此极性相反的正信号和负信号。功率加法器15将在通信基板12与通信芯片13a之间交换的正信号和负信号以都保持不变(非反转)的方式进行合成，生成同相信号。低噪声放大器17对在功率加法器15生成的同相信号进行放大。检波器18は、将作为高频信号的同相信号的振幅电平转换为模拟值，并作为检波电压而输出。监视装置19对从检波器18输出的检波电压(检波输出)进行观测。在差动缆线20发生异常、在差动缆线20中传输的正信号和负信号之间发现振幅差、相位差的情况下，用监视装置19对来自检波器18的检波输出进行观测，从而能够捕捉在传输线路中发生的微小的变化。同相信号被低噪声放大器17放大，因此，能够高灵敏度地捕捉在传输线路发生的微小的变化。利用低噪声放大器17，将同相信号放大到例如30dB程度，从而能够用一般的宽频带检波器容易地确认变化。

图5是示出基于有无放大而导致的同相信号电平的不同的图。图5示出的图表示出差动缆线20的初始状态下的同相信号的波形(公共波形)W1、在差动缆线20发生异常的情况下(异常状态)的原始(非放大)的公共波形W2以及在差动缆线20发生异常的情况下(异常状态)的放大后的公共波形W3。在不进行放大的情况下，在初始状态和异常状态下，公共波形W1、W2的最大值的差为数十mV左右。另一方面，在进行了放大的情况下，在初始状态和异常状态下，公共波形W1、W3的最大值的差被强调至数百mV。这样，从图5能够容易地发现对传输线路的变化进行传感检测的能力增加。

在本实施方式中，放大后的信号通过检波器18经由实效值检波而被转换为电压。该检波电压被作为传感器输出。在本实施方式中，虽然检波器18进行实效值检波，但是也可以应用其他检波方式。作为检波方式的例子，除了对数(Log)检波、直线(线性)检波之外，也可以列举：使用了平均值、峰值、二极管的包络线的方式、利用IC进行计算求出实效值的方式等。Log检波适合微弱信号的检测，得到与高频信号电平(dBm)对应的电压输出。另外，对于Log检波，对应范围宽，但是分辨率(精度)变低。另一方面，对于线性检波，虽然不适合微弱信号的检测，但是输入与输出得到比例关系。另外，对于线性检波，对应范围窄，但分辨率(精度)高。本实施方式中的同相信号的放大对任何检波方式都有效。

如上所述，根据本实施方式的测量系统11，除了第一实施方式的效果之外，通过将同相信号放大，能够提高作为传感器的灵敏度。

(第三实施方式：测量方法)

图6是示出第三实施方式中的检测同相信号的测量系统21结构的图。图6的测量系统21是在图4所示的第二实施方式的测量系统11中追加了滤波器16。以下，主要说明与第二实施方式不同的结构。滤波器16使比目标频带宽高的频带(无用频带)的信号衰减。滤波器16被配置在功率加法器15与低噪声放大器17之间。

图7是示出除去无用频带之前和之后的公共波形例的图。在将差动数字传输的同相信号用作测量信号的情况下，检波电平有可能因进入到检波器18所具有的宽频带内的噪声的影响而变化，尽管缆线没有变化也会误诊为有变化。因此，用滤波器16将信息传输所必须的频带以外去掉。图7(a)是为使用滤波器16的情况下的公共波形。图7(b)是用滤波器16使例如80MHz以上的频带衰减的情况下的公共波形。在只发现80MHz以下的有效公共波形的情况下，通过用滤波器16使80MHz以上的频带衰减，从而能够除去叠加在不需要的频带上的噪声，能够进行仅使用因传输线路的变化而产生的同相信号的诊断。

表1示出有无滤波器16造成的检波输出电压值的不同。

[表1]

在表1中，检波输出的宽度是初始传输路径中的检波输出电压值与变化后的传输路径中的检波输出电压值之差。在初始传输路径中，在无滤波器16的情况下和有滤波器16的情况下发现检波输出电压值存在差异是由于除了本来传输线路必须变化的公共波形以外，也包含噪声。在变化后的传输路径中，无滤波器16的情况下和有滤波器16的情况下发现检波输出电压值存在差异是由于在因传输路径的变化而增加的公共信号的频带宽上叠加有噪声频带、因传输路径的变化而导致的公共波形的变化的程度比噪声大。可知在没有滤波器16的情况下的检波输出的宽度1.0V比在有滤波器16的情况下的检波输出的宽度1.5V小，因此，未除去噪声的情况导致传输路径的变化被噪声埋没，作为传感器的灵敏度下降。反过来可以说，用滤波器16除去无用频带(噪声频带)是对公共波形进行检波，提高了得到传感器输出的功能的灵敏度。

如上所述，根据本实施方式的测量系统21，除了第一和第二实施方式的效果之外，通过除去比目标频带宽高的频带(无用频带)的信号，能够以更高灵敏度得到稳定的检波输出。

(第四实施方式：测量方法)

在本实施方式中，针对在第一实施方式至第三实施方式中说明的测量系统1、11、21中从应该在发送目的地接收的正信号和负信号(原始信号)提取同相信号的方法进行说明。当使用同相信号时，重要的是使对原始信号的影响为最小限度，同时以尽可能大的信号电平提取同相信号。这是因为，信息系统传输线路涉及到传输标准，不允许意外地使在通信设备之间交换的原信号衰减或失真。在将原始信号等价分配而合成的方法中，导致原始信号的信号电平被减半，有时无法得到由通信标准规定的最低接收电平。因此，作为将由分支引起的原始信号电平下降抑制到最小限度的信号提取方法，发明人设计了使用A)高阻抗、B)定向耦合器、C)耦合器、分频器、合波器(分配合成器)的方法。以下，在图4中，对从在由差动缆线20向通信芯片13a的主传输线路中传输的原始信号(差动信号正和差动信号负)中提取向功率加法器15的分配信号(分配输出)的情况下的例子进行说明。

＜A)基于高阻抗的信号提取方法＞

图8是基于高阻抗的信号提取的概念图。图8示出的方法为了不影响传输线路的原始信号的信号波形，而用高电阻值(从差动传送路径观察可视为与开路同等的电阻量)将线路分支，并且将分配信号提取。根据该方法，非常简单且廉价地提取分配信号。不过，由于以电阻值进行分配，因此存在导致主传输线路的信号与该电阻比一致地衰减以及由于电阻本身而导致信号损耗这样的缺点。

＜B)基于定向耦合器的信号提取方法＞

图9是基于定向耦合器的信号提取的概念图。定向耦合器能够分别单独地提取行波和反射波，例如使用铁氧体芯/变压器来实现。另外，定向耦合器在需要根据针对负载的发送功率与反射功率之比来求出驻波比(VSWR：VoltageStandingWaveRatio)时使用。此处，在将通信基板12和通信基板13之间进行的双向通信中的“通信基板12→通信基板13”的信号和“通信基板13→通信基板12”的信号分离为行波输出和反射波输出而提取时使用。通过使用定向耦合器，能够将原始信号的损耗抑制为最小限度。原始信号的损耗基本上只发生铁氧体芯的损耗量。另外，能够充分地(例如功率比为20dB)获得输入输出端与耦合输出端之间的隔离，因此，也能够减小对原始信号的影响。

＜C)基于分配合成器的信号提取方法＞

图10是基于分配合成器的信号提取的概念图，图10(a)表示电阻分配型的实现例，图10(b)表示变压器分配型的实现例，图10(c)表示变压器和电阻混合型的实现例、图10(d)表示威尔金森型的实现例。耦合器、分频器、合波器等分配合成器如其名称那样在将信号功率分配或合并时使用。它们为了将信号功率以1对1、1对10等比较接近的比例进行分配，因此导致原始信号的电平大幅下降。图10(a)的电阻分配型利用电阻值进行电阻匹配并分配。这种情况下，电阻值之比成为分配比。作为电阻分配型的优点，可以列举：是非常简单的结构，并且是从直流到高频的宽频带。另一方面，由于信号因电阻本身而损耗，因此，成为导致分配后的总电能与分配前相比减少的缺点。另外，在原始信号与分离(分配)目的地之间几乎无法取得隔离，所以产生由负载的变动引起的信号的逆流、流入，特性不稳定。图10(b)的变压器分配型中代替图10(a)的电阻而使用变压器。作为变压器分配型的优点，可以列举：是简单的结构，并且电阻分配这样的损耗少。另一方面，由于不是宽频带，与电阻分配型同样地难以取得隔离，因此特性不稳定成为缺点。图10(c)的混合型是将电阻分配型和变压器型混合后的结构，作为优点，可以列举：宽频带、低损耗、高隔离。另一方面，零部件个数增加造成的结构复杂化和成本增加成为缺点。

图10(d)的威尔金森型是使用微波传输线路的图案，以结构实现分支后的类型。作为优点，可以列举：除了平衡用的电阻以外没有其他零部件，低损耗。另一方面，由于性能取决于微带线路的宽度、长度，因此专用于特定的频带宽的窄频带型以及由于线路长度根据频率而变长所以测定系统大型化成为缺点。

作为将对原始信号的影响抑制为最小限度的信号提取方法，优选使用B)的定向耦合器。通过使用该方法，能够将“通信基板12→通信基板13”的信号和“通信基板13→通信基板12”的信号分别单独地提取，因此除了本来的目的以外，还具有其他优点。这是指如下的优点：也能够用于将发送机侧的传输路径中包含的异常、由于接收机侧的设备故障而引起的阻抗不匹配所导致的反射或者从接收机侧发送的信号的异常等分开。也就是说，在使用了定向耦合器的信号提取中，能够以定向耦合器的配置部位(信号分离位置)为中心地区分在前后的何处发生异常。另外，通过在与差动传输路径的两端连接的通信机搭载本功能，能够区分是哪个设备的异常还是传输路径的异常。因此，可以改善作为差动传输系统的传感器的功能。

如上所述，将使用了本实施方式的定向耦合器的信号提取方法应用与第一实施方式至第三实施方式的各测定系统，从而除了第一实施方式至第三实施方式的各效果以外，得到以下的效果。即，在将在差动传输路径中流过的原始信号分离并提取时，能够将原始信号的损耗抑制为最小限度。另外，由于能够以定向耦合器的配置部位(信号分离位置)为基准区分在前后的何处发生异常，因此可以改善作为差动传输系统的传感器的功能。

(第五实施方式：传输线路诊断装置)

在第五实施方式中，针对应用了第一至第四实施方式中说明的测定系统的缆线诊断装置进行说明。缆线诊断装置是对双绞线等包含两条传输线路的一对差动传输缆线的不良进行诊断的装置。

图11是示出第五实施方式的缆线诊断装置50结构的图。图11示出的缆线诊断装置50具有：基板51、通信芯片52、连接器53、基板54、连接器55、通信芯片56、分频器57、放大器58、检测器59以及LED 60。通信芯片52和连接器53被设置在基板51上。连接器55、通信芯片56、分频器57、放大器58、检测器59以及LED 60被设置在基板54上。成为检查对象的缆线70连接在连接器53与连接器55之间。即，连接器53和连接器55是用于安装作为检查对象的缆线70的安装部。

通信芯片52和通信芯片56经由连接器53、55和缆线70而收发彼此极性相反的正信号和负信号。分频器57将在通信芯片52与通信芯片56之间被交换的正信号和负信号以都保持不变(非反转)的方式进行合成，生成同相信号。放大器58对由分频器57生成后的同相信号进行放大。检测器59对由放大器58放大后的同相信号进行测量，并且在测量值为一定值以上的大小时判定为缆线不良，使LED 60点亮。LED 60在判定为缆线不良时点亮。缆线70的传输正信号的线路或者传输负信号的线路中，如果发生物理形状的变化、材质的变化这样的变化，则在发生了变化的部位(异常部位)，相对于传输信号的传输特性改变。对于通过线路的异常部位后的正信号和负信号，振幅、相位也产生差异。在通信芯片52与通信芯片56之间的两条传输线路中传输的正信号和负信号之间出现振幅差、相位差的情况下，通过用检测器59对放大后的同相信号进行测量，从而能够捕捉传输线路中产生的微小的变化。进一步地，能够在变化为一定以上的情况下将LED 60点亮。

参照图5对在检测到的上述同相信号的大小为一定值(阈值)以上时判断为缆线不良(错误)的状况进行说明。关于判断为错误的阈值，例如在同相信号时，可以在表示异常状态的放大后的公共波形W3的最大振幅值与表示初始状态并且将公共波形W1放大后的公共波形的最大振幅值之间的范围内适当设定。更简单地说，阈值也可以在表示初始状态的公共波形W1的最大振幅值(电压值)以上并且表示异常状态的公共波形W3的最大振幅值(电压值)以下的范围内进行设定，具有超过如上所设定的该阈值的振幅值的波形判定为错误。

根据本实施方式的缆线诊断装置，在不使正信号和负信号反转的情况下合成的同相信号与将正信号和反转后的负信号合成后的差动信号相比，能够灵敏地捕捉一对传输线路间的振幅、相位的偏移。因此，能够容易地检测到传输线路的变化，能够检测微小的错误。另外，本实施方式的缆线诊断装置不限于使用诊断信号作为正信号和负信号的方法，可以是使用了实际的通信信号的诊断，因此通用性高。在使用通信信号进行诊断的情况下，能够直接利用使用诊断对象的差动传输路径(缆线等)的通信系统，因此不需要另外构建输入输出诊断信号的诊断用系统，能够简化诊断系统。

在第五实施方式中，虽然仅在一个基板54设置作为诊断部的分频器57、放大器58、检测器59和LED 60，但是也可以如图12所示的缆线诊断装置50A那样，在另一个基板51也设置诊断部。由于作为诊断对象的缆线70的错误量本身随着传输而衰减，因此检测部(从原始信号中提取信号的位置)越靠近错误发生位置，诊断的灵敏度越高。因此，通过在基板51、54双方设置诊断部，可提高诊断精度。

另外，在第五实施方式中，虽然使用双绞线作为诊断对象的缆线70，但诊断对象不限于此。例如，如图13所示，能够将差动线路的基板71这样的与差动传输相关的各种传输线路作为诊断对象。

(第六实施方式：传输线路诊断装置)

在图11所示的第五实施方式的缆线诊断装置50中，在进行双绞线的输出检查时，一般情况下，绞合线中的某一条发生不良(错误)的可能性高，即使两条绞合线都发生了不良，不良程度完全相同的可能性也很低。但是，在两条传输线路中发生的错误量偶然地成为相同程度从而不产生相位差的情况下，有可能发生诊断错误。通过第六实施方式来对即使在这种情况下也能够检测错误的缆线诊断装置进行说明。

图14是示出第六实施方式的缆线诊断装置80的图。在本实施方式的缆线诊断装置80和图11的缆线诊断装置50中，对执行同样功能的结构标注相同符号，并且省略重复说明。缆线诊断装置80具有：设置在基板54的共模检测部81和振幅变化检测部82。共模检测部81包括：分频器57、放大器58和检测器59。振幅变化检测部82包括：存储器83和判定部CPU 84。存储器83预先存储有正常特性缆线的数据。判定部CPU 84对正在通信的信号的振幅电平自身进行检测并监视。即，判定部CPU 84对使缆线70中传输后的正信号和负信号的一方反转而合成的差动信号的振幅变化电平进行检测，并且与存储器83中存储有的正常特性的缆线的数据进行比较。而且，判定部CPU 84在两者存在阈值(振幅变化用阈值)以上的差的情况下，判定为错误。当共模检测部81的检测器59和振幅变化检测部82的判定部CPU 84中之一被判定为错误时，LED 85点亮。

图15是示出第六实施方式的缆线诊断装置80中的缆线不良诊断流程的图。检查对象的缆线被安装于缆线诊断装置80，一旦开始缆线诊断，共模检测部81和振幅变化检测部82分别提取正信号和负信号(通信信号)(步骤S1)，进入以下处理。共模检测部81对由检测器59检测到的同相信号的电平进行判定(步骤S2)，判定同相信号的电平是否为同相信号用阈值以下(步骤S3)。在步骤S3中，共模检测部81将同相信号的电平不是同相信号用阈值以下的情况判定为“不良”，并将LED 85点亮(步骤S4)，将为同相信号用阈值以下的情况判定为正常品，并结束检查。另一方面，振幅变化检测部82对差动信号的振幅变化进行判定(步骤S5)，并且判定差动信号的振幅变化是否为振幅变化用阈值以下(步骤S6)。在步骤S6中，振幅变化检测部82将差动信号的振幅变化不是振幅变化用阈值以下的情况判定为“不良”，并且将LED 85点亮(步骤S7)，将振幅变化用阈值以下的情况判定为正常品，并结束检查。同相信号用阈值以及振幅变化用阈值针对每个检查对象而且在每次诊断时进行确定。

根据本实施方式的缆线诊断装置80，设置共模检测部81和振幅变化检测部82这两个检测部，并且并行地进行缆线是否不良的判断，从而除了第五实施方式的效果以外，还能得到以下效果。即，在构成差动传输路径的两条传输线路中，即使在同时发生相同程度的不良的情况下，也能够通过与正常特性的数据的比较来检测为错误。因此，能够使诊断高精度化。

在第六实施方式中，虽然仅在一个基板54设置了作为诊断部的共模检测部81、振幅变化检测部82和LED 85，但是如图16所示，也可以在另一个基板51也设置诊断部。由于作为诊断对象的缆线70的错误量本身随着传输而衰减，因此检测部(从原始信号的信号提取位置)越靠近错误发生位置，诊断的灵敏度越高。因此，通过在基板51、54双方设置诊断部，诊断精度提高。

另外，在第六实施方式中，虽然使用双绞线作为诊断对象的缆线70，但是诊断对象不限于此。例如，如图17所示，能够将差动线路的基板71这样的与差动传输有关的各种传输线路作为诊断对象。

(第七实施方式：液位检测装置)

在第七实施方式中，针对应用了第一至第四实施方式中说明的测定系统的液位检测装置进行说明。

图18是示出第七实施方式的液位检测装置90结构的图。图18所示的液位检测装置90由传感器部和判定部91构成。传感器部具有相同形状的2个基板SU1、SU2，这2个基板SU1、SU2将直线路径折返而形成的形状的图案PA1、PA2(第一线路、第二线路)分别设置。基板SU1作为用于检测液位的基板来发挥功能(以下，也称为液位检测基板SU1)。基板SU2作为修正用的基准基板来发挥功能(以下，也称为基准基板SU2)。判定部91具有：振荡器92、巴伦(平衡-不平衡变换器)93、包括分频器94、放大器95和检测器96在内的共模检测部97、CPU 98以及显示器99。基板SU1被设置在测定对象的罐T内，基板SU2被设置在罐T的外部(附近)。

振荡器92生成诊断用的信号。巴伦93根据振荡器92的输出而形成差动信号即彼此极性相反的正信号和负信号。从巴伦93输出的正信号和负信号被输入到液位检测基板SU1和基准基板SU2。正信号在基准基板SU2中从port1被输入到图案PA2，并从port3输出，然后被输入到分频器94。负信号在液位检测基板SU1中从port2被输入到图案PA1，并且从port4输出，然后被输入到分频器94。分频器94将通过基板SU1和SU2后的正信号和负信号以都保持不变(非反转)的方式进行合成，生成同相信号(共模信号)。如后所述，该同相信号的电平相当于罐T内的液位。放大器95对由分频器94生成的同相信号进行放大。通过放大同相信号，从而能够容易地检测液位的微小的变化。检测器96对由放大器95放大后的同相信号进行测量。CPU 98根据同相信号的测量结果来计算液位。显示器99显示已计算出的液位。

图19是示出传感器部的仿真模型的图。创建图19中示出的、基准基板SU2与液位检测基板SU1的三维电磁场仿真模型，对使液位变化的情况下的传输特性进行解析。传感器部是具有1mm宽的Cu图案的fr4基板。作为测定对象的液体，设定为以汽油为前提的介电常数为3的液体。将通过使用该仿真模型的电磁场解析而得到的传输特性纳入到仅提取了共模检测部97的电路仿真器模型的传感器特性中，解析将相对于液面变化的共模电压变化。检测用的信号以100MHz使用了Vp-p100mV的差动的正弦波。将模拟结果示于图20。

图20是示出使用了图19所示模型的模拟结果的图。图20示出使液位变化为0、20、40、60、80、100mm时的共模电压的变化。根据图20，能够确认共模电压随着液位的变化而线性变化的结果。如果将该模拟结果预先保存为表格，则CPU 98能够参照表格，根据检测器96的测量结果容易地计算液位。

根据本实施方式的液位检测装置90，将基板SU1作为液位检测用而设置在测定对象的罐T内，将基板SU2作为修正用的基准，从而与罐T内的液位对应的差分被表现为同相信号的电平。即，由于能够检测相位变化而不是正信号和负信号的振幅变化，因此能够以高精度进行液位检测。另外，由于不是传统的电容检测方式的传感器，因此直线的图案即足够，不需要使传感器部的基板具有电容的梳齿型图案，所以能够使传感器形状细长化。

在第七实施方式中，作为传感器部，虽然使用了具有将直线路径折回而成的图案PA1、PA2的基板SU1、SU2，但是也可以使用图21(a)所示的双绞线、图21(b)所示的带状线。或者，只要是扁平线、FPC等能够传输信号的介质，就能够作为传感器部而应用。

在第七实施方式中，作为液位检测基板和基准基板，虽然使用了相同形状的基板SU1、SU2，但是基准基板只要能够以与液位检测基板相同速度、相同时间进行信号传输即可。因此，即使不是相同的线形状，也能够应用图22(a)所示的高介电常数基板、图22(b)所示的曲折线，设计为电气长度与液位检测基板的图案等长，由此能够使基准基板小型化。

(第八实施方式：液位检测装置)

在图18所示的第七实施方式的液位检测装置90中，传感器部的线路中的U字状的往复线路部分被用于液位的检测(配置在液内)，因此，短边方向的宽度(横向宽度)需要往复线路相应量，占用空间。另外，在第七实施方式的液位检测装置90中，在改变液位检测对象的溶液而使例如介电常数等变低时，与基准的变化变小，即使公共(同相信号)输出值减少而难以检测，也存在难以调整的情况。在第八实施方式中，对能够消除这些缺点的液位检测装置进行说明。

第八实施方式的液位检测装置90在图18所示的第七实施方式的液位检测装置90中代替基板SU1、SU2而具有相同形状的两个基板SU1A、SU2A。基板SU1A、SU2A如图25所示，在基板SU1、SU2中，将传感器部的图案PA1、PA2分别改变为图案PA1A、PA2A。第八实施方式的液位检测装置90的其他结构如前所述，因此省略重复说明。

图25是示出第八实施方式的液位检测装置中的传感器部的仿真模型的图。本实施方式的图案PA1A、PA2A是在基板SUA1、SUA2上部的输入输出通过线L1(从port2通往port4的线)、L2(从port1通往port3的线)上具有分别设置了开路短截线ST1、ST2的形状。在本实施方式中，在液位的传感检测中不使用输入输出通过线L1、L2，而是使用开路短截线ST1、ST2进行液位的检测。

图26是示出第八实施方式的液位检测装置的测定原理的图，示出开路短截线ST1、ST2中的频率特性变化。高频信号的特征是，在传输到包含开路短截线的线时，在短截线长度为λ/4时的波长λ的频率下，进行电短路的行为(图26(a))。此时，信号沿短截线方向传输，输入信号的通过特性(S21参数)恶化，如图26所示地表示波谷的特性。此处，在短截线部分被浸入到液位检测对象的溶液的情况下，成为短截线长度根据浸入到溶液中的长度而电气地变长的状态，因此，通过特性恶化的频率向低频侧移动(图26(b))。即，在以某个特定频率进行检测时，通过特性的变化与发生信号电平的变化、相位变化是同义的，因此，能够通过此时的共模(同相信号)电压变化来检测液位。

图27是示出针对基于使用图25所示模型的模拟的液位变化而得到的频率特性结果的图，示出使液位在1～100mm的范围内变化时的通过特性结果。根据图27可知，随着液位上升，频率特性向低频侧移动。

图28是示出使用图25所示模型的模拟结果的图，将示出图27的结果的传感器特性插入到共模检测电路中，并且是将相对于液位的共模电压值制成图表的结果。根据图28可知，随着液位上升，电压值线性上升，能够根据电压值来检测液位。本实施方式的液位检测装置90具有如果使进行传感检测的频率变化则能够改变灵敏度的特性。图28是输入了100MHz的信号的情况下的检测结果，但是根据图27所示的结果，在100MHz以上，频率特性的变化变大，因此，假想检测灵敏度提高。因此，即使在液位检测对象的溶液变更为介电常数不同等的情况下，也能够进行灵敏度调整。

本实施方式的液位检测装置90使用设置了输入输出线L1、L2的开路短截线ST1、ST2，生成与液面的位置变化对应的信号的差作为同相信号，检测液面位置。根据该结构，除了第七实施方式的效果之外，能够进行紧凑且高精度的液位测定。即，能够以开路短截线ST1、ST2(一根线路)来检测液位，因此能够进行传感器元件的细长化。因此，能够对热量计等的液位进行检测。另外，对介电常数低的溶液等与基准的变化小、难以检测同相信号的液位检测对象，通过调整检测用的频率，能够提高传感器的灵敏度，能够检测传感器电平。

在第八实施方式中，作为传感器部，虽然使用了具有在直线路径中包含开路短截线ST1、ST2的图案PA2A、PA1A的基板SU1A、SU2A，但是也可以使用图29(a)所示的单线、图29(b)所示的带状线。或者，只要是双绞线、扁平线、FPC等能够进行信号传输的介质，能够作为传感器部而应用。

在第八实施方式中，作为液位检测基板和基准基板，虽然使用了相同形状的基板SU1A、SU2A，但是基准基板只要能够以与液位检测基板相同速度、相同时间进行信号传输即可。因此，即使不是相同的线形状，也可以应用图30(a)所示的高介电常数基板、图30(b)所示的曲折线，设置为电气长度与液位检测基板的图案等长，从而能够将基准基板小型化。

(第九实施方式：位移检测装置)

作为进行位置检测的位移传感器，例如，有时利用接收线圈对被测定物的金属板中产生的涡电流引起的感应电压进行检测，通过感应电压与存储器中存储的信息的比较来输出位置信息(参照专利文献9)。在该位移传感器中，假定由于温度变化等周围环境变化而产生的测定值的偏差，测定精度有问题。另外，在该位移传感器中，虽然由于测定对象的尺寸、传感器距离等，而使测定灵敏度发生变化，但是难以进行灵敏度调整。在第九实施方式中，针对能够消除这些课题的非接触位移检测装置进行说明。第九实施方式的非接触位移检测装置是应用了在第一至第四实施方式中说明的测定系统的位移检测装置。

图31是示出第九实施方式的位移检测装置200结构的图。图31的位移检测装置200是改变了图18的液位检测装置90中的传感器部后的装置。在图31的位移检测装置200与图18的液位检测装置90中，对执行相同功能的结构标注相同的符号，并省略重复说明。图31所示的位移检测装置200由传感器部和判定部91构成。图31的传感器部具有应用了在基板上形成的1圈半的环形线圈203的基准传感器201、位移传感器202。CPU 98根据同相信号的测量结果计算位移等级，并将计算的位移等级显示在显示器99。即，在第九实施方式中，能够将被测定物(DUT)即金属块靠近位移传感器202时的位置变化所对应的信号的差作为同相信号而生成，并且以非接触检测位置。

图32是示出第九实施方式的位移检测装置200中的传感器部的仿真模型的图，图33是用于说明第九实施方式的位移检测装置的测定原理的图。如图32(a)所示，作为传感器模型，使用1圈半的环形线圈203。对于位移传感器202，以产生放射的频率将金属块204靠近地放置，对改变位移传感器202与金属块204间的距离D时的频率特性(S21特性)进行解析。作为仿真模型，如图33所示，准备相同形状的传感器，一个用作基准传感器201，另一个用作位移传感器202。相对于基准传感器201，与位移传感器202和金属块204的距离D对应地，产生线圈特性的差异。位移检测装置200将该差异作为同相信号而生成以进行检测。随着金属块204接近位移传感器202，来自线圈(1圈半的环形线圈203)的产生磁场交链，在金属块204中产生涡电流。该产生磁场影响线圈电感特性。

图34是示出伴随着图33所示金属块204的距离变化而产生的频率特性(S21特性)变化的图。根据图34，伴随着金属块204接近位移传感器202，发现S21特性改善的倾向。可以认为这是由于线圈的电感变化，而使阻抗在匹配方向上发生变化。根据图34，示出S21特性根据位移传感器202与金属块204的距离D而线性变化，能够进行位置检测。

图35是示出使用了图32所示模型的模拟结果的图，示出在图31所示传感器部(基准传感器201、位移传感器202)中收入有图34所示的电磁场解析结果而进行模拟的结果。检测用的信号在900MHz下使用Vp-p100mV的差动的正弦波。将检测频率设定为900MHz是因为，在图34的结果中，相对于距离D变化的频率特性的差线性变化。如图35所示，在距离D逐次接近10mm时共模电压线性增加。在距离D为0时产生电压是因为与未设置金属块204的基准传感器201相比，有无金属块204导致电压产生变化。

根据本实施方式的位移检测装置200，通过与基准的比较而对位移进行检测，因此能够降低外部环境等重要误差因素的影响，能够进行高精度的测定。另外，通过调整检测频率，即使不改变传感器形状，也能够进行传感器的灵敏度调整。进一步地，由于能够以非接触方式进行物体的检测，因此能够广泛应用于人类传感器、宠物传感器等。

在第九实施方式中，作为传感器部，虽然使用了1圈半的环形线圈203，但是除了基于基板的线圈以外，也可以如图36(a)所示地应用螺线管线圈。通过使用螺线管线圈，能够实现在中心轴方向灵敏度高的位移传感器。另外，通过如图36(b)所示地将基准传感器201更换为电容器等芯片零部件，能够进行传感器的细长化。

(第十实施方式：压力检测装置)

作为检测压力的压力传感器，例如存在如下的压力传感器，包含被固定在隔膜并且根据其偏转而产生应力的压电振动器和激励电极(参照专利文献12)。该压力传感器中，利用施加于隔膜的应力，而使压电振动器的振荡频率，因此与该频率的值对应地导出压力值。该压力传感器使用压电振动器，并且采用由电极夹持这样的复杂的构造，考虑到使用环境的影响以及由使用时间引起的劣化等，可以想象到其难以在保持灵敏度的同时得到妥当的结果。另外，这种压力传感器对对检测压力的对象的变化、环境因素等变化因素的灵敏度调整是困难的。在第十实施方式中，针对能够解决这些课题的压力检测装置进行说明。第十实施方式的压力检测装置是应用了第一至第四实施方式中说明的测定系统的压力检测装置。

图37是示出第十实施方式的压力检测装置210结构的图。图37的压力检测装置210改变了图18的液位检测装置90中的传感器部。在图37的压力检测装置210与图18の液位检测装置90中，对执行相同功能的结构标注相同的符号，并省略重复说明。图37所示的压力检测装置210由传感器部和判定部91构成。图37的传感器部具有基准传感器211、压力传感器212。CPU 98根据同相信号的测量结果计算压力、应力等的电平，并且计算的电平被显示在显示器99。即，在第十实施方式中，将与向压力传感器的加压变化对应的信号的差作为同相信号而生成，并且能够检测压力变化。

图38是示出第十实施方式的压力检测装置210中的传感器部的仿真模型的图，也示出基于加压而引起的变化参数。作为传感器形状的一例，此处，对使直径20mm的极板以1mm的间隔对置并且用隔膜覆盖后的传感器213的例子进行说明。在模拟中，通过对该传感器213施加压力，对极板间隔逐次变窄0.1mm的情况下的频率特性(S21特性)进行解析。

图39是示出伴随着图38所示极板间隔变化(压力变化)的频率特性变化的图。由于极板间越接近，电容越增加，因此，通过的信号的截止频率向低频侧移动，S21的频率特性变化。根据图39可知，随着接近0.1mm，频率上以等间隔向低频移动。

图40是示出第十实施方式的压力检测装置210中的传感器部的仿真模型的图，准备相同形状的传感器，一个用作基准传感器211，另一方用作压力传感器212。相对于基准传感器211，在压力传感器212中，压力使极板间隔变化，电容随着该变化而变化，从而产生图39所示的通过特性的差异。压力检测装置210将该差异作为同相信号而生成并且进行检测。

图41是示出使用了图38、图40所示模型的模拟结果的图，示出在图37所示的传感器部(基准传感器211、压力传感器212)中收入有由图39所示的电磁场解析得到的S21特性并进行模拟的结果。在该模拟中，对相对于当作压力变化的传感器的极板间隔变化的共模电压变化进行解析。检测用的信号在100MHz下使用Vp-p100mV的差动的正弦波。将检测频率设定为100MHz是因为，在图39的结果中，明确发现了相对于极板间隔变化的频率特性的差异。如图41所示，使极板间隔每次接近0.1mm时的共模电压线性地增加。

根据本实施方式的压力检测装置210，利用共模检测方式，能够进行高灵敏度的传感检测。另外，由于利用与基准的比较来检测压力，因此能够降低外部环境等重要误差因素的影响，进行高精度的测定。进一步地，通过调整检测频率，即使不改变传感器形状，也能够进行传感器的灵敏度调整。因此，能够检测轮胎、电池组内的压力变化、施加到座椅安全带的应力变化。

在第十实施方式中，作为传感器部，虽然在基准传感器211、压力传感器212中分别使用了传感器213，但是也可以将两者一体化。如图42所示，通过在压力传感器的正下方设置基准传感器，将两者一体化，能够进行传感器的细长化。另外，如图43所示，通过将基准传感器211更换为电容器等芯片零部件，能够进行传感器的细长化。

(第十一实施方式：加速度检测装置)

作为检测加速度的加速度传感器，例如存在一种静电电容型的加速度传感器，根据可动电极与固定电极之间的静电电容的变化，测量加速度(参照专利文献16)。该加速度传感器中，包含多个运算放大器、电阻、电容器的电荷·电压转换电路将蓄积在固定电极与可动电极之间的电荷转换为电压信号而输出。该加速度传感器是捕捉固定电极与可动电极之间的电位变动差的方式，是容易产生利用下一级的运算放大器对检测电容的两个运算放大器输出的差进行检测这样的误差的结构。另外，该结构在实时的传感检测、灵敏度尚有不足。进一步地，该加速度传感器在制作检测系统后，无法进行传感检测的灵敏度调整。在第十一实施方式中，针对能够消除这些问题的加速度检测装置进行说明。第十一实施方式的加速度检测装置是应用了第一至第四实施方式中说明的测定系统的加速度检测装置。

图44是示出第十一实施方式的加速度检测装置220结构的图。图45是示出第十一实施方式的加速度检测装置220中的传感器部221结构的图。图44所示的加速度检测装置220对图18的液位检测装置90中的传感器部和判定部91的一部分进行了变更。在图44的加速度检测装置220和图18的液位检测装置90中，对执行相同功能的结构标注相同的符号，并省略重复说明。图44所示的加速度检测装置220由传感器部221和判定部91A构成。判定部91A是在图18所示的判定部91中去掉了分频器94。

传感器部221是单轴加速度传感器，如图45所示，具有：可动电极222、一对固定电极223、支承体224和四个弹簧225。可动电极222具有箱形状，并且配置在支承体224的中央。一对固定电极223分别具有箱状，并且在可动电极222的两端与可动电极222隔开一定间隔地配置。支承体224具有：底板224A；在底板224A的两端竖立设置的一对侧板224B，并且在沿着竖直面的截面观察时具有U字形状。各固定电极223被固定在各侧板224B上，并且在固定电极223的下方，弹性设置有一端被固定在侧板224B、另一端与可动电极222连接的两个弹簧225。即，可动电极222被固定于支承体224的弹簧225支承。如果可动电极222在加速的同时进行移动，则此时的电极间(固定电极223与可动电极222之间)的静电电容变化被换算为移动量，进一步地根据弹簧系数和可动电极的质量来计算加速度。

在图44所示的加速度检测装置220中，根据由振荡器92生成的诊断用的信号而利用巴伦93生成差动信号(正信号和负信号)，并且分别输入到一对固定电极223。然后，根据电极间的电容，而使通过后的信号通过可动电极222并进行合成，即，与可动电极222的振动变化对应的信号的差作为同相信号而生成，以输入到放大器95。放大器95对同相信号进行放大，即，对与电极间的电容对应地通过后的两信号的振幅、由相位差产生的差分的信号进行放大。检测器96对由放大器95放大后的同相信号进行测量，并且作为解析用的信号而输出。CPU98根据同相信号的测量结果计算加速度。显示器99显示计算出的加速度。

图46是示出图45所示的传感器部221的仿真模型的图。在该模型中，相对于中央的可动电极222，一对固定电极223以每次隔开1mm间隔的状态被设置。将来自图44所示的巴伦93的差动信号作为向port1、port2的输入，并且来自通过后的可动电极222的信号被从port3输出。即，从巴伦93输出后的正信号和负信号被从port1、port2分别输入到一对固定电极223。而且，已通过电极间的正信号和负信号以都保持不变(非反转)的方式进行合成而生成的同相信号(共模信号)从port3被输出。在该模型中，对在可动电极222上伴随着加速而向port1侧逐次移动0.1mm这样的状况下的频率特性进行解析。

图47是示出使用了图46所示模型的模拟结果(频率特性变化)的图。图47选择可动电极222向port1侧移动了0.1mm和0.4mm时的特性而示出。作为倾向，由于可动电极222(极板)的移动，与一个固定电极223越接近，则电容越增加，因此所通过的信号的截止频率向低频侧移动。此时，由于相反侧的固定电极223与可动电极222的间隔扩大，因此所通过的信号的截止频率向高频侧移动。因此，假设在port3出现的合成后的信号中，极板的移动距离越大则输出越大的信号。在图47中，w表示可动电极222(极板)的移动距离，例如w01表示极板移动了0.1mm。从图47的右侧放大后的频带来看，可知频率特性以等间隔变化。当观察0.1mm移动和0.4mm移动中的S31参数(w01_s31)与S32参数(w04_S32)之差时，可知在0.4mm的情况下，产生0.1mm的情况下的3倍左右的差。

图48是示出使用了图46所示模型的模拟结果(输出电压变化)的图。检测用的信号在1GHz下使用了Vp-p100mV的差动的正弦波。将检测频率设定为1GHz是因为，在图47的结果中，相对于极板间隔变化的频率特性的差异显示出了明显的趋势。

根据本实施方式的加速度检测装置220，由于将高频信号直接延长为极板，不仅是振幅变化，还同时取得相位变化的差，并且作为共模电压而输出，因此能够进行高精度的测定，测量系统变得简单。另外，加速度检测装置220如图47的模拟结果所示，相对于可动电极222(极板)的移动，利用频率来显示各种各样的灵敏度，因此即使不生成基于偏置电压的谐振，通过调整所应用的检测频率，也能够进行灵敏度良好的频率、多频下的测量。

在第十一实施方式中，虽然示出了传感器部221为单轴加速度传感器的例子，但是如图49所示，通过在与一对固定电极223的排列方向正交的方向隔着可动电极222设置又一对固定电极223A，从而能够设为双轴对应的加速度传感器(加速度检测装置220A)。另外，如图50所示，通过向可动电极222输入信号，并且利用分频器94C对来自一对固定电极223的各信号进行合成，从而作为共模信号，也能够设为将两信号之差提取的方式的加速度检测装置220B。如图49、图50所示，在传感器部91B、91C中，通过利用分频器94A～94C来合成波形，从而能够期待提高信号差分导出的精度。

(第十二实施方式：线状传感器装置)

在建筑领域、航空材料领域，提出了使用光纤传感器进行劣化诊断。如图51所示，光纤传感器120在光纤121的两端分别设置有将电信号转换为光信号的E/O转换部122、将光信号转换为电信号的O/E转换部123。光纤传感器具有小型轻量且寿命长、不需要向传感器部供电等特长。特别是，光纤本身作为传感器发挥功能的分布型光纤传感器能够得到沿着光纤全长在位置上连续的应变分布。在光纤内产生的散射光有几种，其中，布里渊散射光由于由入射光产生、传播的声波引起的散射现象，入射后的光受到多普勒频移，波长根据声波的振动数而偏移。该散射在光纤内的各处产生，散射光的波长依赖于产生位置的应变。沿着光纤在所有的位置得到应变信息。使用了基于来自光纤的一端的入射光而产生的“自然布里渊散射光”的传感检测技术迄今为止在建筑领域中正在尝试较多的应用。另一方面，使用通过使两个光从光纤的两端对置而产生的“感应布里渊散射光”的传感检测技术的开发也盛行，由于其强的光强度，而具有高的空间分辨率等特长。

但是，在光纤传感器中，将电信号转换为光信号(E/O转换)，并再次将光信号转换为电信号(O/E转换)，因此信号的损耗大。因此，能量转换效率低。另外，O/E转换用的器件昂贵，难以降低成本。另一方面，光纤传感器具有不以点的方式进行劣化诊断而以线的方式进行的线状传感器这样的功能上的优点。因此，需要一种能够弥补光纤传感器的缺陷的线状传感器技术。

在第十二实施方式中，对弥补光纤传感器的缺陷的线状传感器进行说明。第十二实施方式的线状传感器装置应用了在第一至第四实施方式中说明的测定系统。即，在图1所示的测量系统1中，通过将通信机A、B之间的传输线路(差动传输路径10)设定为线状传感器，能够以点的方式捕捉存在异常的部位。

图52是示出第十二实施方式的线状传感器的布线例的图，示出作为进行二维分布的线状传感器的布线例。图52(a)所示的线状传感器10A将线长相等的两条线10A-1、10A-2平行地布线。该布线方法适合于即使两条线间窄也能预想差异的情况。图52(b)所示的线状传感器10B以使线长相等的两条线10B-1、10B-2平行地并且补充的方式布线。根据该布线的方法，能够扩大两条线间，容易捕捉差。另外，与图52(c)的情况不同，两根都能够作为传感器而利用。图52(c)所示的线状传感器10C将线长相等的两条线10C-1、10C-2中的一个10C-1作为测定用，将另一个线10C-2作为基准用。根据该布线的方法，线间的差变得最大，适合精密测定。

根据本实施方式，在第一至第四实施方式说明的测定系统中，通过将差动传输路径10作为线状传感器10A～10C，从而能够构筑不使用光纤而可以仅由电信号构成的线状传感器装置。根据该线状传感器，虽然与光纤相比，传输路径本身的损耗大，但是E/O、O/E转换时的损耗降低，因此能量利用率高。因此，可以认为，在长距离用途中，光纤优异，在短距离用途中，本实施方式的线状传感器优异。可以推测成本比较也是同样的。

此处，将与上述的本发明的一个方面相关的实施方式涉及的测量方法、传输线路诊断装置、检测装置以及线状传感器装置的特征分别简要地总结于以下[1]～[16]。

[1]一种测量方法，其特征在于，

在包含传输第一信号的第一传输线路以及传输与所述第一信号反相的第二信号的第二传输线路在内的一对差动传输路径(10)中，对在所述第一传输线路中传输的所述第一信号和在所述第二传输线路中传输的所述第二信号进行合成而生成同相信号(合成器5)，

并对所生成的所述同相信号进行测量(测量器C)。

[2]根据上述[1]所述的测量方法，其特征在于，

对已生成的所述同相信号进行放大(低噪声放大器17)，

并对放大后的所述同相信号进行测量。

[3]根据上述[1]或[2]所述的测量方法，其特征在于，

在使比目标频带宽高的频带的信号衰减(滤波器16)后，对已生成的所述同相信号进行测量。

[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的测量方法，其特征在于，

[5]一种诊断装置，其特征在于，具有：

安装部(连接器53、55)，安装一对差动传输路径(缆线70)，所述一对差动传输路径(缆线70)包括传输第一信号的第一传输线路以及传输与所述第一信号反相的第二信号的第二传输线路；

第一通信部(通信芯片52)，经由所述安装部而向所述差动传输路径发送所述第一信号和所述第二信号；

第二通信部(通信芯片53)，经由所述安装部而从所述差动传输路径接收所述第一信号和所述第二信号；

信号合成器(分频器57)，将所述第二通信部接收的所述第一信号和所述第二信号提取并合成，生成同相信号；

检测器(检测器59)，对所生成的所述同相信号进行检测；以及判定部(检测器59)，在检测到的所述同相信号的大小为阈值以上的情况下判定为错误。

[6]根据上述[5]所述的诊断装置，其特征在于，

所述诊断装置具有放大器(放大器58)，所述放大器对由所述信号合成器生成的所述同相信号进行放大，

[7]根据上述[5]或[6]所述的诊断装置，其特征在于，

所述判定部将所述第二通信部接收的所述第一信号和所述第二信号提取，并且通过与存储器中存储的正常特性的数据比较，来判断是否为所述错误。

[8]一种检测装置(液位检测装置90)，其特征在于，具有：

第一线路(图案PA1)，输入第一信号；

第二线路(图案PA2)，输入与所述第一信号反相的第二信号；

合成部(分频器94)，对通过所述第一线路的所述第一信号和通过所述第二线路的所述第二信号进行合成以生成同相信号；

检测部(检测器96)，对已生成的所述同相信号的电压进行检测；以及

计算部(CPU 98)，根据检测到的所述电压计算液位。

[9]根据上述[8]所述的检测装置，其特征在于，

所述检测装置具有放大部(放大器95)，对已生成的所述同相信号进行放大，

所述检测部对放大后的所述同相信号的电压进行检测。

[10]根据上述[8]或[9]所述的检测装置，其特征在于，

[11]根据上述[8]～[10]中任一项所述的检测装置，其特征在于，

所述第一线路具有第一开路短截线(ST1)，

所述第二线路具有第二开路短截线(ST2)，

[12]一种检测装置(位移检测装置200、压力检测装置210)，其特征在于，具有：

第一传感器(基准传感器201、211)，输入第一信号；

第二传感器(位移传感器202、压力传感器212)，输入与所述第一信号反相的第二信号；

合成部(分频器94)，对通过所述第一传感器的所述第一信号和通过所述第二传感器的所述第二信号进行合成，生成同相信号；

计算部(CPU 98)，根据检测到的所述电压计算位移等级或压力。

[13]根据上述[12]所述的检测装置(位移检测装置200)，其特征在于，

所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一方包含环形线圈(203)，

[14]根据上述[12]所述的检测装置(压力检测装置210)，其特征在于，

所述计算部计算由于加压而改变的所述一对极板间的距离作为所述压力。

[15]一种检测装置(加速度检测装置220)，其特征在于，具有：

可动电极(222)；

第一和第二固定电极(223)，与所述可动电极间隔地配置，并且隔着所述可动电极而对置；

检测部(检测器96)，对将第一信号和第二信号合成后的同相信号的电压进行检测，所述第一信号在所述可动电极与所述第一固定电极之间通过，所述第二信号在所述可动电极与所述第二固定电极之间通过；以及

计算部(CPU 98)，根据检测到的所述电压计算加速度。

[16]一种线状传感器装置，其特征在于，具有：

两个通信机(A、B)；

第一和第二传输路径(10A、10B、10C)，被配置在所述两个通信机之间，并且线长相等；

合成器(5)，将通过所述第一传输路径的第一信号和通过所述第二传输路径的第二信号合成，生成同相信号；以及

测量器(C)，对已生成的所述同相信号进行测量。

Claims

1.一种测量方法，其特征在于，

在包含传输第一信号的第一传输线路以及传输与所述第一信号反相的第二信号的第二传输线路在内的一对差动传输路径中，对在所述第一传输线路中传输的所述第一信号和在所述第二传输线路中传输的所述第二信号进行合成，生成同相信号，并对已生成的所述同相信号进行测量。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，

对已生成的所述同相信号进行放大，

并对放大后的所述同相信号进行测量。

3.根据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于，

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的测量方法，其特征在于，

5.一种诊断装置，其特征在于，具有：

安装部，其安装一对差动传输路径，所述一对差动传输路径包括传输第一信号的第一传输线路以及传输与所述第一信号反相的第二信号的第二传输线路；

第一通信部，其经由所述安装部而向所述差动传输路径发送所述第一信号和所述第二信号；

第二通信部，其经由所述安装部而从所述差动传输路径接收所述第一信号和所述第二信号；

信号合成器，其将所述第二通信部所接收的所述第一信号和所述第二信号提取并合成，生成同相信号；

检测器，其对已生成的所述同相信号进行检测；以及

判定部，其在检测到的所述同相信号的大小为阈值以上的情况下判定为错误。

6.根据权利要求5所述的诊断装置，其特征在于，

7.根据权利要求5或6所述的诊断装置，其特征在于，

所述判定部将所述第二通信部所接收的所述第一信号和所述第二信号提取，并通过与存储器中存储的正常特性的数据比较，来判定是否为所述错误。

8.一种检测装置，其特征在于，具有：

第一线路，其被输入第一信号；

第二线路，其被输入与所述第一信号反相的第二信号；

合成部，其对通过所述第一线路的所述第一信号和通过所述第二线路的所述第二信号进行合成，生成同相信号；

检测部，其对已生成的所述同相信号的电压进行检测；以及

计算部，其根据检测到的所述电压来计算液位。

9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，

所述检测部对放大后的所述同相信号的电压进行检测。

10.根据权利要求8或9所述的检测装置，其特征在于，

11.根据权利要求8～10中任一项所述的检测装置，其特征在于，

所述第一线路具有第一开路短截线，

所述第二线路具有第二开路短截线，

12.一种检测装置，其特征在于，具有：

第一传感器，其被输入第一信号；

第二传感器，其被输入与所述第一信号反相的第二信号；

合成部，其对通过所述第一传感器的所述第一信号和通过所述第二传感器的所述第二信号进行合成，生成同相信号；

检测部，其对已生成的所述同相信号的电压进行检测；以及

计算部，其根据检测到的所述电压来计算位移等级或压力。

13.根据权利要求12所述的检测装置，其特征在于，

所述计算部计算所述环形线圈与被测定物的距离来作为所述位移等级。

14.根据权利要求12所述的检测装置，其特征在于，

所述计算部计算由于加压而改变的所述一对极板间的距离来作为所述压力。

15.一种检测装置，其特征在于，具有：

可动电极；

第一和第二固定电极，其与所述可动电极间隔地配置，并且隔着所述可动电极而对置；

检测部，其对将第一信号和第二信号合成的同相信号的电压进行检测，所述第一信号在所述可动电极与所述第一固定电极之间通过，第二信号在所述可动电极与所述第二固定电极之间通过；以及

计算部，其根据检测到的所述电压来计算加速度。

16.一种线状传感器装置，其特征在于，具有：

两个通信机；

第一和第二传输路径，其被配置在所述两个通信机之间，并且线长相等；

合成器，其将通过所述第一传输路径的第一信号和通过所述第二传输路径的第二信号合成，生成同相信号；以及

测量器，其对已生成的所述同相信号进行测量。