JP2000121589A - 流体の誘電率検知装置及びその検知方法 - Google Patents
流体の誘電率検知装置及びその検知方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 この発明によれば、構造が簡単で高精度な流
体の誘電率検知装置及び方法を得る。 【解決手段】 この発明に係わる誘電率検知装置は、長
筒状に巻かれた導体よりなる第１の電極と、該コイルの
面から一定の距離を隔てて備えられた弟２の電極と、弟
１の電極と第２の電極の間に被測定流体を導入するため
のチャンバによって構成される伝送路を備え、パルス電
圧波が該伝送路を伝搬する速度に基づいて流体の誘電率
を検出する様にしたものである。
体の誘電率検知装置及び方法を得る。 【解決手段】 この発明に係わる誘電率検知装置は、長
筒状に巻かれた導体よりなる第１の電極と、該コイルの
面から一定の距離を隔てて備えられた弟２の電極と、弟
１の電極と第２の電極の間に被測定流体を導入するため
のチャンバによって構成される伝送路を備え、パルス電
圧波が該伝送路を伝搬する速度に基づいて流体の誘電率
を検出する様にしたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、流体の誘電率を
検知する事によって、流体の性状を判別するための誘電
率検知装置及びその検知方法に関し、特に、自動車等の
エンジンに用いられるアルコール混合燃料においてその
アルコール含有率を測定する装置及び方法に関するもの
である。
検知する事によって、流体の性状を判別するための誘電
率検知装置及びその検知方法に関し、特に、自動車等の
エンジンに用いられるアルコール混合燃料においてその
アルコール含有率を測定する装置及び方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、代替燃料の利用促進を計るため、
ガソリンにメタノールあるいはエタノール等のアルコー
ルとガソリンとを混合した燃料の使用を可能とする自動
車が導入されつつある。アルコール混合燃料を使用した
エンジンを制御する場合は、ガソリンのみを使用したエ
ンジンを制御する場合と異なり、排気ガスを良好に浄化
するためあるいは十分なエンジン能力を引き出すために
エンジンの空燃比あるいは点火時期等を燃料中のアルコ
ールの濃度に応じて変化させる必要がある。ここでアル
コール混合燃料の誘電率は、アルコールの濃度によって
変化するので、その誘電率を測定することによって、ア
ルコールの濃度を知ることができる。この目的のため従
来では例えば、USP5,255,656号公報にて開示された誘電
率検知装置が提案されている。
ガソリンにメタノールあるいはエタノール等のアルコー
ルとガソリンとを混合した燃料の使用を可能とする自動
車が導入されつつある。アルコール混合燃料を使用した
エンジンを制御する場合は、ガソリンのみを使用したエ
ンジンを制御する場合と異なり、排気ガスを良好に浄化
するためあるいは十分なエンジン能力を引き出すために
エンジンの空燃比あるいは点火時期等を燃料中のアルコ
ールの濃度に応じて変化させる必要がある。ここでアル
コール混合燃料の誘電率は、アルコールの濃度によって
変化するので、その誘電率を測定することによって、ア
ルコールの濃度を知ることができる。この目的のため従
来では例えば、USP5,255,656号公報にて開示された誘電
率検知装置が提案されている。
【０００３】この装置を図８、図９、図１０に基づいて
説明する。図８は従来装置を示す平面一部断面図、図９
は従来装置を示す側面断面図、図１０は従来装置を示す
ブロック図である。図８において、３０１は燃料の導入
される入口管、３０２は燃料を排出する出口管、３０３
はセンサ部、３０４はセンサ回路室（一部略）であり、
センサ部３０３からの信号を処理するセンサ回路４００
が内蔵されている。図９において、３０５は樹脂で成形
されたセンサ部３０３の外壁で、外壁３０５の内面の全
面には、銅とニッケルの２層のメッキによる電極３０６
が設けられている。３０７は燃料の満たされるチャン
バ、３０８はチャンバ３０７内に、外壁３０５の内面と
同軸に設置されたインダクタンスＬ０を持った円筒コイ
ルである。この円筒コイル３０８は電極として作用する
もので、コイル線間に形成される浮遊容量および電極３
０８と電極３０６との間に形成される容量とを合わせた
容量Ｃ０のコンデンサを有している。
説明する。図８は従来装置を示す平面一部断面図、図９
は従来装置を示す側面断面図、図１０は従来装置を示す
ブロック図である。図８において、３０１は燃料の導入
される入口管、３０２は燃料を排出する出口管、３０３
はセンサ部、３０４はセンサ回路室（一部略）であり、
センサ部３０３からの信号を処理するセンサ回路４００
が内蔵されている。図９において、３０５は樹脂で成形
されたセンサ部３０３の外壁で、外壁３０５の内面の全
面には、銅とニッケルの２層のメッキによる電極３０６
が設けられている。３０７は燃料の満たされるチャン
バ、３０８はチャンバ３０７内に、外壁３０５の内面と
同軸に設置されたインダクタンスＬ０を持った円筒コイ
ルである。この円筒コイル３０８は電極として作用する
もので、コイル線間に形成される浮遊容量および電極３
０８と電極３０６との間に形成される容量とを合わせた
容量Ｃ０のコンデンサを有している。
【０００４】図１０において、電極３０６は電気的にセ
ンサ回路４００のグランドに接続されている。円筒コイ
ル３０８の両端はＣＭＯＳインバータを用いて構成され
た共振回路４０１に接続されており、共振回路４０１の
出力は出力回路４０２に接続されている。４０３はセン
サ回路全体に安定化された定電圧を供給する電源回路、
４０４は温度補償を行うためのサーミスタを備えた温度
測定回路である。
ンサ回路４００のグランドに接続されている。円筒コイ
ル３０８の両端はＣＭＯＳインバータを用いて構成され
た共振回路４０１に接続されており、共振回路４０１の
出力は出力回路４０２に接続されている。４０３はセン
サ回路全体に安定化された定電圧を供給する電源回路、
４０４は温度補償を行うためのサーミスタを備えた温度
測定回路である。
【０００５】次に、動作について説明する。円筒コイル
３０８のインダクタンスＬ０と浮遊容量Ｃ０は、（１）
式に示す共振周波数Ｆｒで共振する並列共振回路を形成
している。
３０８のインダクタンスＬ０と浮遊容量Ｃ０は、（１）
式に示す共振周波数Ｆｒで共振する並列共振回路を形成
している。
【０００６】
【数１】
【０００７】共振回路４０１は、この共振周波数Ｆｒに
おいて正帰還がかかる様に構成されているので、共振周
波数での発振が持続する。この共振周波数は、出力回路
４０２で分周されて、図示しないエンジンの制御装置に
伝送される。チャンバ７内に燃料が満たされると、その
誘電率によって浮遊容量Ｃ０が変化し、（１）式に従っ
て共振周波数が変化する。したがって、この共振周波数
を検知すれば燃料の誘電率を求める事ができる。メタノ
ール混合燃料において、ガソリンの誘電率は約２に対し
メタノールの誘電率は約３２であるのでメタノールの濃
度変化は燃料の誘電率変化に大きく寄与する。従って、
燃料の誘電率が判ればアルコールの混合比を求める事が
出来、適切なエンジン制御を行うことが出来る。
おいて正帰還がかかる様に構成されているので、共振周
波数での発振が持続する。この共振周波数は、出力回路
４０２で分周されて、図示しないエンジンの制御装置に
伝送される。チャンバ７内に燃料が満たされると、その
誘電率によって浮遊容量Ｃ０が変化し、（１）式に従っ
て共振周波数が変化する。したがって、この共振周波数
を検知すれば燃料の誘電率を求める事ができる。メタノ
ール混合燃料において、ガソリンの誘電率は約２に対し
メタノールの誘電率は約３２であるのでメタノールの濃
度変化は燃料の誘電率変化に大きく寄与する。従って、
燃料の誘電率が判ればアルコールの混合比を求める事が
出来、適切なエンジン制御を行うことが出来る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の誘
電率検知装置は、以上のように構成されているので、次
の様な課題があった。自動車のエンジン制御用としての
搭載性を考慮すると、センサ部３はあまり大きくする事
ができないため、形成される浮遊容量Ｃ０の大きさもお
のずと制限される。前記従来例に記載された値では円筒
コイル３０８の浮遊容量Ｃ０は２６ｐＦしかない。これ
に対して、センサ回路４００の入力部は無視できない大
きさの浮遊容量を持っている。例えば、円筒コイル３０
８の端子の電圧を何らかのＩＣに入力するものとする
と、ＩＣ１個につき数ｐＦの入力容量が存在する。ま
た、回路基板上に配線を行ったとすると、その配線だけ
でも数ｐＦの容量になる場合がある。これら、センサ回
路４００の入力部の浮遊容量は、回路的には円筒コイル
３０８の浮遊容量Ｃ０と並列に入るので、浮遊容量Ｃ０
を変化させセンサの共振周波数Ｆｒを変化させる。更に
これらの浮遊容量は、制御された安定なものではなく、
周囲温度や耐久劣化によって変動しやすいものであるか
ら、センサ出力の誤差要因となるという課題があった。
電率検知装置は、以上のように構成されているので、次
の様な課題があった。自動車のエンジン制御用としての
搭載性を考慮すると、センサ部３はあまり大きくする事
ができないため、形成される浮遊容量Ｃ０の大きさもお
のずと制限される。前記従来例に記載された値では円筒
コイル３０８の浮遊容量Ｃ０は２６ｐＦしかない。これ
に対して、センサ回路４００の入力部は無視できない大
きさの浮遊容量を持っている。例えば、円筒コイル３０
８の端子の電圧を何らかのＩＣに入力するものとする
と、ＩＣ１個につき数ｐＦの入力容量が存在する。ま
た、回路基板上に配線を行ったとすると、その配線だけ
でも数ｐＦの容量になる場合がある。これら、センサ回
路４００の入力部の浮遊容量は、回路的には円筒コイル
３０８の浮遊容量Ｃ０と並列に入るので、浮遊容量Ｃ０
を変化させセンサの共振周波数Ｆｒを変化させる。更に
これらの浮遊容量は、制御された安定なものではなく、
周囲温度や耐久劣化によって変動しやすいものであるか
ら、センサ出力の誤差要因となるという課題があった。
【０００９】また、円筒コイル３０８を回路素子として
のインダクタ、つまり素子を流れる電流の時間微分に比
例した電圧を素子の両端子間に発生する回路素子として
利用するためには、円筒コイル３０８の両側の端子をセ
ンサ回路４００に接続する必要があるので端子数が多く
なるという課題があった。
のインダクタ、つまり素子を流れる電流の時間微分に比
例した電圧を素子の両端子間に発生する回路素子として
利用するためには、円筒コイル３０８の両側の端子をセ
ンサ回路４００に接続する必要があるので端子数が多く
なるという課題があった。
【００１０】また、共振回路を構成するためには、最低
数点の電子部品を必要とするため、回路規模が大きくな
るという課題があった。
数点の電子部品を必要とするため、回路規模が大きくな
るという課題があった。
【００１１】この発明は、上記の課題を解消するために
なされたもので、簡単な構造で、精度の高い流体の誘電
率検知装置を得ることを目的としている。
なされたもので、簡単な構造で、精度の高い流体の誘電
率検知装置を得ることを目的としている。
【００１２】また、この発明は、信号の再反射を引き起
こすことなく誘電率を精度良く検知できる流体の誘電率
検知装置を得ることを目的としている。
こすことなく誘電率を精度良く検知できる流体の誘電率
検知装置を得ることを目的としている。
【００１３】また、この発明は、外乱に強い流体の誘電
率検知装置を得ることを目的としている。
率検知装置を得ることを目的としている。
【００１４】また、この発明は、環境変化に強い流体の
誘電率検知装置を得ることを目的としている。
誘電率検知装置を得ることを目的としている。
【００１５】また、この発明は、短時間で誘電率を検知
できる流体の誘電率検知装置を得ることを目的としてい
る。
できる流体の誘電率検知装置を得ることを目的としてい
る。
【００１６】また、この発明は、簡単で精度の高い流体
の誘電率検知方法を得ることを目的としている。
の誘電率検知方法を得ることを目的としている。
【００１７】また、この発明は、信号の再反射を引き起
こすことなく精度良く誘電率を検知できる流体の誘電率
検知方法を得ることを目的としている。
こすことなく精度良く誘電率を検知できる流体の誘電率
検知方法を得ることを目的としている。
【００１８】また、この発明は、環境変化に強い流体の
誘電率検知方法を得ることを目的としている。
誘電率検知方法を得ることを目的としている。
【００１９】また、この発明は、短時間で誘電率を検知
できる流体の誘電率検知方法を得ることを目的としてい
る。
できる流体の誘電率検知方法を得ることを目的としてい
る。
【００２０】
【課題を解決するための手段】この発明に係る流体の誘
電率検知装置は、長筒状に巻回された導体よりなる第１
の電極と、この第１の電極の長筒面から所定の距離を隔
てて長筒面の内側あるいは内側に備えられた第２の電極
と、第１の電極と第２の電極との間に被測定流体を導入
するための導入部と、第１の電極と第２の電極と導入部
とによって構成される伝送路にパルス信号を印加するパ
ルス信号発生手段と、伝送路を伝搬した後のパルス信号
を検知するパルス信号検知手段と、パルス信号が発生し
てから検知されるまでの時間に基づいて被測定流体の誘
電率を検知する誘電率検知手段とを備えたものである。
電率検知装置は、長筒状に巻回された導体よりなる第１
の電極と、この第１の電極の長筒面から所定の距離を隔
てて長筒面の内側あるいは内側に備えられた第２の電極
と、第１の電極と第２の電極との間に被測定流体を導入
するための導入部と、第１の電極と第２の電極と導入部
とによって構成される伝送路にパルス信号を印加するパ
ルス信号発生手段と、伝送路を伝搬した後のパルス信号
を検知するパルス信号検知手段と、パルス信号が発生し
てから検知されるまでの時間に基づいて被測定流体の誘
電率を検知する誘電率検知手段とを備えたものである。
【００２１】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、第１の電極は、長筒長さ／長筒直径が４乃至５以
上の長筒状に形成されているものである。
置は、第１の電極は、長筒長さ／長筒直径が４乃至５以
上の長筒状に形成されているものである。
【００２２】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、伝送路側から見たパルス信号検知手段側の入力イ
ンピーダンスを伝送路の特性インピーダンスの半分乃至
２倍までの範囲にしたものである。
置は、伝送路側から見たパルス信号検知手段側の入力イ
ンピーダンスを伝送路の特性インピーダンスの半分乃至
２倍までの範囲にしたものである。
【００２３】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、第１の電極は、第１の電極と第２の電極との間に
所定厚さの絶縁コートを備え、該絶縁コートはパルス信
号検知手段側でパルス信号の反射が実質的に起こらない
程度に厚くされているものである。
置は、第１の電極は、第１の電極と第２の電極との間に
所定厚さの絶縁コートを備え、該絶縁コートはパルス信
号検知手段側でパルス信号の反射が実質的に起こらない
程度に厚くされているものである。
【００２４】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、パルス信号発生手段あるいはパルス信号検知手段
のうち少なくとも一方にフィルタ手段を備えたものであ
る。
置は、パルス信号発生手段あるいはパルス信号検知手段
のうち少なくとも一方にフィルタ手段を備えたものであ
る。
【００２５】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、フィルタ手段は、２次フィルタあるいは高次フィ
ルタにより構成されているものである。
置は、フィルタ手段は、２次フィルタあるいは高次フィ
ルタにより構成されているものである。
【００２６】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、パルス信号が伝送路を伝搬するのに要する時間
は、パルス信号発生手段が指令信号を受けてから応答す
るまでの伝搬遅延時間の変動による影響、あるいはパル
ス検知手段が伝送路を伝搬した後のパルス信号を受けて
から応答するまでの伝搬遅延時間の変動による影響を実
質的に受けない程度に大きく設定されているものであ
る。
置は、パルス信号が伝送路を伝搬するのに要する時間
は、パルス信号発生手段が指令信号を受けてから応答す
るまでの伝搬遅延時間の変動による影響、あるいはパル
ス検知手段が伝送路を伝搬した後のパルス信号を受けて
から応答するまでの伝搬遅延時間の変動による影響を実
質的に受けない程度に大きく設定されているものであ
る。
【００２７】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、第１の電極あるいは第２の電極のうち少なくとも
一方に、磁性材料からなるコアあるいはヨークを備えた
ものである。
置は、第１の電極あるいは第２の電極のうち少なくとも
一方に、磁性材料からなるコアあるいはヨークを備えた
ものである。
【００２８】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、コアあるいはヨークが有する透磁率の温度特性
は、被測定流体が有する誘電率の温度特性の逆の温度特
性を有するものである。
置は、コアあるいはヨークが有する透磁率の温度特性
は、被測定流体が有する誘電率の温度特性の逆の温度特
性を有するものである。
【００２９】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、第２の電極は保護部材を有するものである。
置は、第２の電極は保護部材を有するものである。
【００３０】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、第１の電極は一端がパルス信号発生手段に接続さ
れていると共に他端が開放されているあるいは他端が定
電圧部に接続されているものであって、誘電率検知手段
はパルス信号発生手段で発生したパルス信号が第１の電
極の一端から入力されてから他端で反射して戻ってくる
までの時間に基づいて被測定流体の誘電率を検知するも
のである。
置は、第１の電極は一端がパルス信号発生手段に接続さ
れていると共に他端が開放されているあるいは他端が定
電圧部に接続されているものであって、誘電率検知手段
はパルス信号発生手段で発生したパルス信号が第１の電
極の一端から入力されてから他端で反射して戻ってくる
までの時間に基づいて被測定流体の誘電率を検知するも
のである。
【００３１】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、パルス信号発生手段及びパルス信号検知手段を１
個のシュミットインバータで構成したものである。
置は、パルス信号発生手段及びパルス信号検知手段を１
個のシュミットインバータで構成したものである。
【００３２】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、第１の電極は一端がパルス信号発生手段に接続さ
れていると共に他端がパルス信号検知手段に接続されて
いるものであって、誘電率検知手段はパルス信号発生手
段で発生したパルス信号が第１の電極の一端から入力さ
れてから他端に到達するまでの時間に基づいて被測定流
体の誘電率を検知するものである。
置は、第１の電極は一端がパルス信号発生手段に接続さ
れていると共に他端がパルス信号検知手段に接続されて
いるものであって、誘電率検知手段はパルス信号発生手
段で発生したパルス信号が第１の電極の一端から入力さ
れてから他端に到達するまでの時間に基づいて被測定流
体の誘電率を検知するものである。
【００３３】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置は、パルス信号発生手段及びパルス信号検知手段を１
個のインバータで構成したものである。
置は、パルス信号発生手段及びパルス信号検知手段を１
個のインバータで構成したものである。
【００３４】また、この発明に係る流体の誘電率検知方
法は、長筒状に巻回された導体よりなる第１の電極と、
この第１の電極の長筒面から所定の距離を隔てて備えら
れた第２の電極とを備え、第１の電極と第２の電極と両
電極間に導入される被測定流体により分布定数回路でな
る信号の伝送路が形成され、被測定流体はその誘電率に
よって分布定数回路の定数に影響を与え、これにより伝
送路を伝搬する信号の伝搬速度が変化することに基づい
て被測定流体の誘電率を検知するものである。
法は、長筒状に巻回された導体よりなる第１の電極と、
この第１の電極の長筒面から所定の距離を隔てて備えら
れた第２の電極とを備え、第１の電極と第２の電極と両
電極間に導入される被測定流体により分布定数回路でな
る信号の伝送路が形成され、被測定流体はその誘電率に
よって分布定数回路の定数に影響を与え、これにより伝
送路を伝搬する信号の伝搬速度が変化することに基づい
て被測定流体の誘電率を検知するものである。
【００３５】また、この発明に係る流体の誘電率検知方
法は、伝送路を伝搬した後の信号を検知する検知手段を
備え、伝送路の特性インピーダンスと検知手段の入力イ
ンピーダンスとの差は、信号が検知手段の入力部で実質
的に反射しない程度に調整されているものである。
法は、伝送路を伝搬した後の信号を検知する検知手段を
備え、伝送路の特性インピーダンスと検知手段の入力イ
ンピーダンスとの差は、信号が検知手段の入力部で実質
的に反射しない程度に調整されているものである。
【００３６】また、この発明に係る流体の誘電率検知方
法は、第１の電極と第２の電極の間に導入される被測定
流体の流路幅を制限する流路幅制限手段を有し、この流
路幅制限手段は被測定流体の誘電率の変化による伝送路
の特性インピーダンスの変化を制限するものである。
法は、第１の電極と第２の電極の間に導入される被測定
流体の流路幅を制限する流路幅制限手段を有し、この流
路幅制限手段は被測定流体の誘電率の変化による伝送路
の特性インピーダンスの変化を制限するものである。
【００３７】また、この発明に係る流体の誘電率検知方
法は、パルス信号が伝送路を伝搬するのに要する時間
は、パルス信号発生手段が指令信号を受けてから応答す
るまでの伝搬遅延時間の変化による影響、あるいはパル
ス検知手段が伝送路を伝搬した後のパルス信号を受けて
から応答するまでの伝搬遅延時間の変化による影響を実
質的に受けない程度に大きく設定されているものであ
る。
法は、パルス信号が伝送路を伝搬するのに要する時間
は、パルス信号発生手段が指令信号を受けてから応答す
るまでの伝搬遅延時間の変化による影響、あるいはパル
ス検知手段が伝送路を伝搬した後のパルス信号を受けて
から応答するまでの伝搬遅延時間の変化による影響を実
質的に受けない程度に大きく設定されているものであ
る。
【００３８】また、この発明に係る流体の誘電率検知方
法は、伝送路を伝搬する信号の伝搬速度は、信号が第１
の電極の一端から入力されてから第１の電極の他端で反
射して戻ってくるまでの時間に基づいて演算されるもの
である。
法は、伝送路を伝搬する信号の伝搬速度は、信号が第１
の電極の一端から入力されてから第１の電極の他端で反
射して戻ってくるまでの時間に基づいて演算されるもの
である。
【００３９】また、この発明に係る流体の誘電率検知方
法は、伝送路を伝搬する信号の伝搬速度は、信号が第１
の電極の一端から入力されてから第１の電極の他端に到
達するまでの時間に基づいて演算されるものである。
法は、伝送路を伝搬する信号の伝搬速度は、信号が第１
の電極の一端から入力されてから第１の電極の他端に到
達するまでの時間に基づいて演算されるものである。
【００４０】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１による流体の誘電率検知装置の模式図であ
る。図１において、８は絶縁性のボビン９上に長筒状に
巻回された第１の電極で、コイルの全長Ｘ0＝32.5mm、
外径5.9mmの細長い円筒コイル状に巻かれたエナメル銅
線よりなるものである。１０は第１の電極を覆う絶縁コ
ート、６は第１の電極８の長筒面から一定の距離を隔て
た同心軸上に備えられた第２の電極であり、同時に、構
造的には、金属製のハウジングである。第２の電極６
は、センサ回路１００のグランドに接地されている。７
は第１の電極８と第２の電極６に囲まれた被測定流体が
満たされるチャンバであり、第１の電極８と第２の電極
６の間に被測定流体を導入する導入部としての働きを持
つ。これら、第１の電極８、第２の電極６、チャンバ７
は、パルス信号としての電圧波が伝搬する伝送路２０を
形成している。
実施の形態１による流体の誘電率検知装置の模式図であ
る。図１において、８は絶縁性のボビン９上に長筒状に
巻回された第１の電極で、コイルの全長Ｘ0＝32.5mm、
外径5.9mmの細長い円筒コイル状に巻かれたエナメル銅
線よりなるものである。１０は第１の電極を覆う絶縁コ
ート、６は第１の電極８の長筒面から一定の距離を隔て
た同心軸上に備えられた第２の電極であり、同時に、構
造的には、金属製のハウジングである。第２の電極６
は、センサ回路１００のグランドに接地されている。７
は第１の電極８と第２の電極６に囲まれた被測定流体が
満たされるチャンバであり、第１の電極８と第２の電極
６の間に被測定流体を導入する導入部としての働きを持
つ。これら、第１の電極８、第２の電極６、チャンバ７
は、パルス信号としての電圧波が伝搬する伝送路２０を
形成している。
【００４１】Ａ点は、第１の電極８のパルス信号の入力
端であり、センサ回路１００に備えられた発振回路２０
１に接続されている。Ｂ点は、第１の電極８の終端であ
り、電気的には開放されている。このため、第１の電極
８はコイル形状では有るが、従来例の様にインダクタと
しては機能し得ず、伝送路を構成する１方の電極として
のみ機能する。発振回路２０１は、シュミットインバー
タ２０２と、１ｋΩの負荷抵抗２０３で構成されてい
る。シュミットインバータ２０２の出力端子はパルス発
生手段として、入力端子は伝送路を伝搬した後の電圧波
を検知するパルス信号検知手段として働く。シュミット
インバータ２０２の出力は、出力回路１０２にも接続さ
れている。１０３はセンサ回路全体に安定化された５Ｖ
の定電圧を供給する電源回路、１０４は流体温度に対す
る温度補償を行うためのサーミスタを備えた温度測定回
路である。
端であり、センサ回路１００に備えられた発振回路２０
１に接続されている。Ｂ点は、第１の電極８の終端であ
り、電気的には開放されている。このため、第１の電極
８はコイル形状では有るが、従来例の様にインダクタと
しては機能し得ず、伝送路を構成する１方の電極として
のみ機能する。発振回路２０１は、シュミットインバー
タ２０２と、１ｋΩの負荷抵抗２０３で構成されてい
る。シュミットインバータ２０２の出力端子はパルス発
生手段として、入力端子は伝送路を伝搬した後の電圧波
を検知するパルス信号検知手段として働く。シュミット
インバータ２０２の出力は、出力回路１０２にも接続さ
れている。１０３はセンサ回路全体に安定化された５Ｖ
の定電圧を供給する電源回路、１０４は流体温度に対す
る温度補償を行うためのサーミスタを備えた温度測定回
路である。
【００４２】次に実施の形態１の動作原理について簡単
に説明する。上述したように従来例に示した装置はＬＣ
並列共振回路を構成するもので、燃料の誘電率により共
振回路のキャパシタンスの値が変化し、これにより変化
する共振周波数に基づいて燃料の誘電率を検知しようと
するものである。これに対し図１に示した装置は従来装
置のように共振現象を利用するものではなく、インダク
タンスやキャパシタンスが一定の線密度で分布した分布
定数回路を形成し、これを伝送路として利用するもので
ある。即ち、分布定数回路からなる伝送路を信号の伝搬
経路として利用した場合、該信号が伝送路を伝搬する伝
搬速度は、分布定数回路の定数に影響される。図２は図
１の伝送路２０を模式化して示したもので、インダクタ
ンスとキャパシタンスとが一定の線密度で分布した分布
定数回路を形成している。
に説明する。上述したように従来例に示した装置はＬＣ
並列共振回路を構成するもので、燃料の誘電率により共
振回路のキャパシタンスの値が変化し、これにより変化
する共振周波数に基づいて燃料の誘電率を検知しようと
するものである。これに対し図１に示した装置は従来装
置のように共振現象を利用するものではなく、インダク
タンスやキャパシタンスが一定の線密度で分布した分布
定数回路を形成し、これを伝送路として利用するもので
ある。即ち、分布定数回路からなる伝送路を信号の伝搬
経路として利用した場合、該信号が伝送路を伝搬する伝
搬速度は、分布定数回路の定数に影響される。図２は図
１の伝送路２０を模式化して示したもので、インダクタ
ンスとキャパシタンスとが一定の線密度で分布した分布
定数回路を形成している。
【００４３】図２における分布定数回路のインダクタン
スは第１の電極８で決まる値であり既知の値である。分
布定数回路のキャパシタンスは第１の電極８と第２の電
極６との間に配分されるキャパシタンスであり、このキ
ャパシタンスは第１の電極及び第２の電極６を電極とす
るコンデンサとして形成される。ここで、該コンデンサ
の両電極間には被測定流体としてのアルコール混合燃料
が導入されており、このアルコール混合燃料は該コンデ
ンサに対して誘電体として作用する。ここで、コンデン
サのキャパシタンスと誘電率との関係は次の（２）式で
広く知られている。
スは第１の電極８で決まる値であり既知の値である。分
布定数回路のキャパシタンスは第１の電極８と第２の電
極６との間に配分されるキャパシタンスであり、このキ
ャパシタンスは第１の電極及び第２の電極６を電極とす
るコンデンサとして形成される。ここで、該コンデンサ
の両電極間には被測定流体としてのアルコール混合燃料
が導入されており、このアルコール混合燃料は該コンデ
ンサに対して誘電体として作用する。ここで、コンデン
サのキャパシタンスと誘電率との関係は次の（２）式で
広く知られている。
【００４４】
【数２】
【００４５】上記（２）式において、Ｃはキャパシタン
ス、εは誘電率、Ｓは電極面積、ｌは電極間の距離であ
る。なお、電極面積Ｓ、電極間の距離ｌは固定であるか
らキャパシタンスの値を変化させるのは、専ら被測定流
体の誘電率による。従って被測定流体の誘電率εが変化
すれば伝送路２０における分布定数回路の定数が変化
し、伝送路２０を伝搬する信号の伝搬速度も変化する。
よって、伝送路２０における信号の伝搬速度を検知すれ
ば、被測定流体の誘電率εを知ることができる。なお、
被測定流体としてのアルコール混合燃料はガソリンに比
しアルコールの誘電率が非常に大きいので、アルコール
濃度の変化がアルコール混合燃料の誘電率の変化として
顕著に表れる。このためアルコール混合燃料の誘電率が
判ればアルコールの濃度も判り、この情報をエンジン制
御に用いることができる。
ス、εは誘電率、Ｓは電極面積、ｌは電極間の距離であ
る。なお、電極面積Ｓ、電極間の距離ｌは固定であるか
らキャパシタンスの値を変化させるのは、専ら被測定流
体の誘電率による。従って被測定流体の誘電率εが変化
すれば伝送路２０における分布定数回路の定数が変化
し、伝送路２０を伝搬する信号の伝搬速度も変化する。
よって、伝送路２０における信号の伝搬速度を検知すれ
ば、被測定流体の誘電率εを知ることができる。なお、
被測定流体としてのアルコール混合燃料はガソリンに比
しアルコールの誘電率が非常に大きいので、アルコール
濃度の変化がアルコール混合燃料の誘電率の変化として
顕著に表れる。このためアルコール混合燃料の誘電率が
判ればアルコールの濃度も判り、この情報をエンジン制
御に用いることができる。
【００４６】さて次に実施の形態１について更に詳述す
る。図２において第１の電極８は、Ｘ軸方向を向いた細
長い円筒コイル状に巻かれているので、伝送路２０に
は、Ｘ軸方向にインダクタンスが分布している。同時
に、第１の電極８と第２の電極６は、被測定流体を挟ん
で対向しているので、伝送路２０には、Ｘ軸方向に、被
測定流体の誘電率に応じたキャパシタンスが分布してい
る。ここで重要なのは第１の電極８は長筒状に巻回され
ているという点である。もしもこの第１の電極８のアス
ペクト比（長さ）／（直径）が小さければ、伝送路２０
は分布定数回路を構成し得ず、従来例と同様に、集中定
数のインダクタンスＬ０とキャパシタンスＣ０を並列に
接続した等価回路で表される回路になってしまう。しか
も第１の電極８の終端は開放されているため、インダク
タンスは働かず単なるキャパシタになってしまい、所望
の動作をさせることができない。しかしながら第１の電
極を長筒状にすることにより、図２の等価回路で示すよ
うにインダクタンスやキャパシタンスが一定の線密度で
分布した分布定数回路を構成することができる。なお、
我々の実験によれば、望ましいアスペクト比は４〜５以
上である。即ち図２に示す等価回路は、パルス信号に時
間遅れを与えるための電子部品、即ち、ディレイライン
の等価回路と等しい伝送路のものであり、一定の伝搬速
度で波動を伝搬させるものである。
る。図２において第１の電極８は、Ｘ軸方向を向いた細
長い円筒コイル状に巻かれているので、伝送路２０に
は、Ｘ軸方向にインダクタンスが分布している。同時
に、第１の電極８と第２の電極６は、被測定流体を挟ん
で対向しているので、伝送路２０には、Ｘ軸方向に、被
測定流体の誘電率に応じたキャパシタンスが分布してい
る。ここで重要なのは第１の電極８は長筒状に巻回され
ているという点である。もしもこの第１の電極８のアス
ペクト比（長さ）／（直径）が小さければ、伝送路２０
は分布定数回路を構成し得ず、従来例と同様に、集中定
数のインダクタンスＬ０とキャパシタンスＣ０を並列に
接続した等価回路で表される回路になってしまう。しか
も第１の電極８の終端は開放されているため、インダク
タンスは働かず単なるキャパシタになってしまい、所望
の動作をさせることができない。しかしながら第１の電
極を長筒状にすることにより、図２の等価回路で示すよ
うにインダクタンスやキャパシタンスが一定の線密度で
分布した分布定数回路を構成することができる。なお、
我々の実験によれば、望ましいアスペクト比は４〜５以
上である。即ち図２に示す等価回路は、パルス信号に時
間遅れを与えるための電子部品、即ち、ディレイライン
の等価回路と等しい伝送路のものであり、一定の伝搬速
度で波動を伝搬させるものである。
【００４７】次に分布定数回路の諸値について述べる。
簡単のために、第１の電極８の電気抵抗は０、円筒形状
は分布定数回路を形成するのに十分な長さを有している
とし、Ｘ軸方向の単位長さ当りのインダクタンス線密度
をρ[H/m]、キャパシタンス線密度をσ[F/m]、単位長さ
に蓄えられる電荷の線密度をｑ[C/m]、電流をＩ[A]、電
圧をＶ[V]、位置をｘ[m]、時間をｔ[Sec]とすると、連
続の式より、（３）式を得る。
簡単のために、第１の電極８の電気抵抗は０、円筒形状
は分布定数回路を形成するのに十分な長さを有している
とし、Ｘ軸方向の単位長さ当りのインダクタンス線密度
をρ[H/m]、キャパシタンス線密度をσ[F/m]、単位長さ
に蓄えられる電荷の線密度をｑ[C/m]、電流をＩ[A]、電
圧をＶ[V]、位置をｘ[m]、時間をｔ[Sec]とすると、連
続の式より、（３）式を得る。
【００４８】
【数３】
【００４９】またキャパシタンスの式より、（４）式を
得る。
得る。
【００５０】
【数４】
【００５１】またインダクタンスの式より、（５）式を
得る。
得る。
【００５２】
【数５】
【００５３】（３）乃至（５）式を整理し、ｑ、Ｉを消
去すると、次の（６）式になる。
去すると、次の（６）式になる。
【００５４】
【数６】
【００５５】（６）式は電圧波に関する波動方程式であ
るから、この伝送路では、（７）式に示す伝搬速度Ｕで
電圧波が伝搬する事が判る。
るから、この伝送路では、（７）式に示す伝搬速度Ｕで
電圧波が伝搬する事が判る。
【００５６】
【数７】
【００５７】この伝送路全体のインダクタンスをＬ0、
キャパシタンスをＣ0とすると、Ｌ0＝ρ・Ｘ0、Ｃ0＝σ・
Ｘ0であるから、パルス波が伝送路を通過するのに要す
る時間Ｔｐは（８）式のようになる。
キャパシタンスをＣ0とすると、Ｌ0＝ρ・Ｘ0、Ｃ0＝σ・
Ｘ0であるから、パルス波が伝送路を通過するのに要す
る時間Ｔｐは（８）式のようになる。
【００５８】
【数８】
【００５９】また、この伝送路の特性インピーダンスＺ
0は、（９）式で表される。
0は、（９）式で表される。
【００６０】
【数９】
【００６１】この実施例のチャンバ７にエタノールを満
たした場合の実測値は次の通りであった。
たした場合の実測値は次の通りであった。
【００６２】
【数１０】
【００６３】この値を用いて（７）乃至（９）式を計算
すると次のようになる。
すると次のようになる。
【００６４】
【数１１】
【００６５】次に、図３を用いて実施の形態１の動作に
ついて説明する。図３は、伝送路２０における電圧波の
伝搬の様子を示すグラフである。この実施例による誘電
率検知装置は、次のような順序で動作する。時間ｔ＝０
において、Ａ点の電圧がシュミットインバータ２０２の
下側のスレッシュホールド電圧を下回ったとすると、シ
ュミットインバータの伝搬遅延時間Ｔｄ：約３．５nSec
後にシュミットインバータ２０２の出力が０Ｖから電源
電圧である５Ｖに立上がる。ここでシュミットインバー
タ２０２はパルス電圧発生手段を構成している。
ついて説明する。図３は、伝送路２０における電圧波の
伝搬の様子を示すグラフである。この実施例による誘電
率検知装置は、次のような順序で動作する。時間ｔ＝０
において、Ａ点の電圧がシュミットインバータ２０２の
下側のスレッシュホールド電圧を下回ったとすると、シ
ュミットインバータの伝搬遅延時間Ｔｄ：約３．５nSec
後にシュミットインバータ２０２の出力が０Ｖから電源
電圧である５Ｖに立上がる。ここでシュミットインバー
タ２０２はパルス電圧発生手段を構成している。
【００６６】上記にて計算したように伝送路２０の特性
インピーダンスＺ０は約1KΩなので、Ａ点の電圧は、１
ｋΩの負荷抵抗２０３と伝送路２０の特性インピーダン
スＺ０で分圧されて約２．５Ｖとなり、後述において、
反射波がＡ点に戻ってくるまでその値を保持する。ま
た、伝送路２０に流入する電流は、Ａ点の電圧を特性イ
ンピーダンスで割った値、約２．５mAとなる。この時、
シュミットインバータ２０２の入力は、上側のスレッシ
ュホールド電圧を越えないので出力は５Ｖを保持する。
インピーダンスＺ０は約1KΩなので、Ａ点の電圧は、１
ｋΩの負荷抵抗２０３と伝送路２０の特性インピーダン
スＺ０で分圧されて約２．５Ｖとなり、後述において、
反射波がＡ点に戻ってくるまでその値を保持する。ま
た、伝送路２０に流入する電流は、Ａ点の電圧を特性イ
ンピーダンスで割った値、約２．５mAとなる。この時、
シュミットインバータ２０２の入力は、上側のスレッシ
ュホールド電圧を越えないので出力は５Ｖを保持する。
【００６７】その立上がり２．５Vのパルス信号として
のステップ電圧波は、図３（ａ）に示す如く、入射電圧
波となってＵ=１１９０km/Secのスピードで図のＡ点か
らＢ点の方向へと伝搬して行く。この時、ステップ電圧
波の先頭より図の右側は一様に２．５Ｖ、左側は０Ｖと
なっている。ステップ電圧波は、理想的には９０度の角
形を保ったまま伝搬するが、実際のステップ電圧波の先
頭は、図示の様に、伝搬に従って鈍ってくる。
のステップ電圧波は、図３（ａ）に示す如く、入射電圧
波となってＵ=１１９０km/Secのスピードで図のＡ点か
らＢ点の方向へと伝搬して行く。この時、ステップ電圧
波の先頭より図の右側は一様に２．５Ｖ、左側は０Ｖと
なっている。ステップ電圧波は、理想的には９０度の角
形を保ったまま伝搬するが、実際のステップ電圧波の先
頭は、図示の様に、伝搬に従って鈍ってくる。
【００６８】ステップ電圧波の先頭は、ステップ電圧発
生から時間Ｔｐ後の時間ｔ１（＝Ｔｄ＋Ｔｐ＝３．５＋
２７＝３０．５nSec）に終端Ｂ点に達する。ここで電圧
波は、伝送路の特性インピーダンスがほぼ同様の値であ
れば伝搬を継続すると共に、伝送路の特性インピーダン
スがある位置で大きく異なればそこで反射するという特
性を持っている。ここでＢ点は開放端なのでインピーダ
ンスとしては無限大に相当するので、Ｂ点にて電圧２．
５Ｖの反射波が発生して、図３（ｂ）に示す如く、Ｂ点
から図の右方向へと伝搬して行く。したがって、反射波
と入射波の重なった所、つまり反射波の先頭より左側で
は、電圧が一様に５Ｖ、右側では一様に２．５Ｖとな
る。電圧波の先頭はさらに鈍ってくる。
生から時間Ｔｐ後の時間ｔ１（＝Ｔｄ＋Ｔｐ＝３．５＋
２７＝３０．５nSec）に終端Ｂ点に達する。ここで電圧
波は、伝送路の特性インピーダンスがほぼ同様の値であ
れば伝搬を継続すると共に、伝送路の特性インピーダン
スがある位置で大きく異なればそこで反射するという特
性を持っている。ここでＢ点は開放端なのでインピーダ
ンスとしては無限大に相当するので、Ｂ点にて電圧２．
５Ｖの反射波が発生して、図３（ｂ）に示す如く、Ｂ点
から図の右方向へと伝搬して行く。したがって、反射波
と入射波の重なった所、つまり反射波の先頭より左側で
は、電圧が一様に５Ｖ、右側では一様に２．５Ｖとな
る。電圧波の先頭はさらに鈍ってくる。
【００６９】反射波の先頭は、時間ｔ２（＝Ｔｄ＋２Ｔ
ｐ＝３．５＋２×２７＝５７．５nSec）にＡ点に到達す
る。すると、Ａ点の電圧が５Ｖとなりシュミットインバ
ータ２０２の上側のスレッシュホールド電圧を超えるの
で、シュミットインバータの伝搬遅延時間Ｔｄだけ遅れ
て時間ｔ３（＝２Ｔｄ＋２Ｔｐ＝２×３．５＋２×２７
＝61nSec）にシュミットインバータ２０２の出力が５Ｖ
から０Ｖに立下がり、電圧波の入射が終る。ここでシュ
ミットインバータ２０２は、パルス信号検知手段を構成
している。シュミットインバータ２０２はこの時点まで
の、Ｔｄ＋２Ｔｐ＝ ５７．５nSecの間、Ａ点からは左
方向に進行する電圧２．５Vの入射波を出し続けた事に
なる。
ｐ＝３．５＋２×２７＝５７．５nSec）にＡ点に到達す
る。すると、Ａ点の電圧が５Ｖとなりシュミットインバ
ータ２０２の上側のスレッシュホールド電圧を超えるの
で、シュミットインバータの伝搬遅延時間Ｔｄだけ遅れ
て時間ｔ３（＝２Ｔｄ＋２Ｔｐ＝２×３．５＋２×２７
＝61nSec）にシュミットインバータ２０２の出力が５Ｖ
から０Ｖに立下がり、電圧波の入射が終る。ここでシュ
ミットインバータ２０２は、パルス信号検知手段を構成
している。シュミットインバータ２０２はこの時点まで
の、Ｔｄ＋２Ｔｐ＝ ５７．５nSecの間、Ａ点からは左
方向に進行する電圧２．５Vの入射波を出し続けた事に
なる。
【００７０】なお、反射波から見た負荷抵抗２０３は、
伝送路２０の特性インピーダンスＺ０の１０８０Ωに対
して１ＫΩの抵抗を選定し、両者のインピーダンスマッ
チングがほぼ取れているため、Ａ点に到達した反射波が
Ａ点で再反射をおこすことはほとんど発生しない。
伝送路２０の特性インピーダンスＺ０の１０８０Ωに対
して１ＫΩの抵抗を選定し、両者のインピーダンスマッ
チングがほぼ取れているため、Ａ点に到達した反射波が
Ａ点で再反射をおこすことはほとんど発生しない。
【００７１】シュミットインバータ２０２の出力が５Ｖ
から０Ｖに変化しステップ電圧波を終了させると、この
入射波の終端は図３（ｃ）に示す如く左方向へと伝搬し
て行く。この時、入射波の終端より左側は一様に５Ｖ、
右側は反射波のみの電圧となるので２．５Ｖとなる。ス
テップ電圧波の先頭と同じく、終端も伝搬に従ってその
先頭が鈍ってくる。
から０Ｖに変化しステップ電圧波を終了させると、この
入射波の終端は図３（ｃ）に示す如く左方向へと伝搬し
て行く。この時、入射波の終端より左側は一様に５Ｖ、
右側は反射波のみの電圧となるので２．５Ｖとなる。ス
テップ電圧波の先頭と同じく、終端も伝搬に従ってその
先頭が鈍ってくる。
【００７２】入力波の終端は、Ｂ点で反射した後、図３
（ｄ）に示す如く右方向に伝搬していく。時間ｔ４（＝
２Ｔｄ＋４Ｔｐ＝２×３．５＋４×２７＝１１５Ns）に
おいて、入力波の終端がＢ点で反射してＡ点に帰ってく
ると、Ａ点を含め伝送路全体の電圧は一様に０Ｖにな
る。Ａ点の電圧が０Ｖになるとシュミットインバータ２
０２の下側のスレッシュホールド電圧を下回るので、シ
ュミットインバータの伝搬遅延時間Ｔｄ（３．５nSec）
後にシュミットインバータ２０２の出力が０Ｖから５Ｖ
に変化し、以後は上述した動作を繰り返す。なお、アル
コール混合燃料のアルコール濃度が高く誘電率が大きい
場合は、（８）式から求められるようにキャパシタンス
Ｃ０が大きくなるためパルス信号が伝送路２０を伝搬す
る時間Ｔｐが長くなる傾向になることが判る。
（ｄ）に示す如く右方向に伝搬していく。時間ｔ４（＝
２Ｔｄ＋４Ｔｐ＝２×３．５＋４×２７＝１１５Ns）に
おいて、入力波の終端がＢ点で反射してＡ点に帰ってく
ると、Ａ点を含め伝送路全体の電圧は一様に０Ｖにな
る。Ａ点の電圧が０Ｖになるとシュミットインバータ２
０２の下側のスレッシュホールド電圧を下回るので、シ
ュミットインバータの伝搬遅延時間Ｔｄ（３．５nSec）
後にシュミットインバータ２０２の出力が０Ｖから５Ｖ
に変化し、以後は上述した動作を繰り返す。なお、アル
コール混合燃料のアルコール濃度が高く誘電率が大きい
場合は、（８）式から求められるようにキャパシタンス
Ｃ０が大きくなるためパルス信号が伝送路２０を伝搬す
る時間Ｔｐが長くなる傾向になることが判る。
【００７３】こうして実施の形態１では、下記周期Ｔが
繰返されるとともにその発振周波数Ｆは以下の通りにな
る。
繰返されるとともにその発振周波数Ｆは以下の通りにな
る。
【００７４】
【数１２】
【００７５】ここで上記発振周波数Ｆは、信号が分布定
数回路を伝搬する伝搬速度に関連した値である。上述し
たように実施の形態１は分布定数回路であるから、上記
発振周波数Ｆは従来装置のような共振周波数を示すもの
ではない。特に、共振現象においては信号の遅れが存在
しないことが条件であるが、実施の形態１の場合は（１
０）式に示すように２Ｔｄの遅れが存在しており明らか
に共振現象ではないことが示されている。この２Ｔｄの
遅れはシュミットインバータ２０２の伝搬遅延時間に起
因するものであって、シュミットインバータ２０２は実
施の形態１において共振防止手段をも構成している。
数回路を伝搬する伝搬速度に関連した値である。上述し
たように実施の形態１は分布定数回路であるから、上記
発振周波数Ｆは従来装置のような共振周波数を示すもの
ではない。特に、共振現象においては信号の遅れが存在
しないことが条件であるが、実施の形態１の場合は（１
０）式に示すように２Ｔｄの遅れが存在しており明らか
に共振現象ではないことが示されている。この２Ｔｄの
遅れはシュミットインバータ２０２の伝搬遅延時間に起
因するものであって、シュミットインバータ２０２は実
施の形態１において共振防止手段をも構成している。
【００７６】図４は、実施の形態１による流体の誘電率
検知装置の伝送路の入力端であるＡ点の電圧の実測波形
である。上記計算よりやや低い、8.2MHzの周波数で発振
していること、波形の鈍りがやや大きいことを除けば、
ほぼ上記の説明を裏付ける波形を示している。チャンバ
７内に燃料が満たされると、インダクタンス線密度ρは
ほとんど変化しないが、アルコール混合燃料の誘電率に
よって、キャパシタンス線密度σは変化する。すると、
（１０）式に従って発振周波数Ｆが変化する。したがっ
て、この発振周波数を検出すればこの伝送路の電圧波伝
搬速度、燃料の誘電率、ひいてはアルコールの混合比を
求めることが出来、適切なエンジン制御を行うことが出
来る。
検知装置の伝送路の入力端であるＡ点の電圧の実測波形
である。上記計算よりやや低い、8.2MHzの周波数で発振
していること、波形の鈍りがやや大きいことを除けば、
ほぼ上記の説明を裏付ける波形を示している。チャンバ
７内に燃料が満たされると、インダクタンス線密度ρは
ほとんど変化しないが、アルコール混合燃料の誘電率に
よって、キャパシタンス線密度σは変化する。すると、
（１０）式に従って発振周波数Ｆが変化する。したがっ
て、この発振周波数を検出すればこの伝送路の電圧波伝
搬速度、燃料の誘電率、ひいてはアルコールの混合比を
求めることが出来、適切なエンジン制御を行うことが出
来る。
【００７７】即ち図１において、発振回路２０１で検知
した発振周波数Ｆは、出力回路１０２に送出され、出力
回路１０２において所定の比率で分周される。また、出
力回路１０２には発振周波数Ｆと共に温度測定回路１０
４からの被測定流体の温度情報が与えられている。アル
コール混合燃料におけるアルコール濃度と発振周波数と
の関係は常に一定となっているわけではなく温度依存性
を有している。そこで出力回路１０２では発振周波数Ｆ
を分周すると共に被測定流体の温度に基づいて、出力周
波数を補正してマイクロコンピュータなどで構成される
図示しないエンジン制御手段に出力する。エンジン制御
手段は、出力回路１０２から得た分周した発振周波数
と、予め実験的に得られているアルコール濃度に応じた
周波数とを比較して、検知されたアルコール混合燃料の
アルコール濃度あるいは誘電率等の所望される情報を演
算し、空燃比制御あるいは点火時期制御等に適用する。
した発振周波数Ｆは、出力回路１０２に送出され、出力
回路１０２において所定の比率で分周される。また、出
力回路１０２には発振周波数Ｆと共に温度測定回路１０
４からの被測定流体の温度情報が与えられている。アル
コール混合燃料におけるアルコール濃度と発振周波数と
の関係は常に一定となっているわけではなく温度依存性
を有している。そこで出力回路１０２では発振周波数Ｆ
を分周すると共に被測定流体の温度に基づいて、出力周
波数を補正してマイクロコンピュータなどで構成される
図示しないエンジン制御手段に出力する。エンジン制御
手段は、出力回路１０２から得た分周した発振周波数
と、予め実験的に得られているアルコール濃度に応じた
周波数とを比較して、検知されたアルコール混合燃料の
アルコール濃度あるいは誘電率等の所望される情報を演
算し、空燃比制御あるいは点火時期制御等に適用する。
【００７８】なお、上記実施の形態１では出力回路１０
２は被測定流体の温度で補正した発振周波数の情報を出
力するようにしたが、この発振周波数に基づいて誘電率
を演算する回路あるいはアルコール濃度を演算する回路
まで内包しても良い。
２は被測定流体の温度で補正した発振周波数の情報を出
力するようにしたが、この発振周波数に基づいて誘電率
を演算する回路あるいはアルコール濃度を演算する回路
まで内包しても良い。
【００７９】実施の形態２．実施の形態１では伝送路２
０を伝搬した後のパルス信号がパルス検知回路に入射す
る際に再反射を生じさせないために伝送路２０の特性イ
ンピーダンスＺ０にマッチングするよう負荷抵抗２０３
の値を選定した。この負荷抵抗の値は、伝送路２０の特
性インピーダンスに対し倍半分も狂わないようにしてお
くことが望ましい。しかしながら（９）式の通り、伝送
路２０の特性インピーダンスＺ０は、キャパシタンス線
密度σ、つまり、チャンバ７内の被測定流体の誘電率に
よって変化するのであるから、特性インピーダンスＺ０
と負荷抵抗２０３のインピーダンスマッチングを常に完
全に取る事は原理的に不可能である。しかし、被測定流
体の誘電率が計測範囲内で変化しても、伝送路２０の特
性インピーダンスＺ０が負荷抵抗２０３と倍半分も狂わ
ない様に設定することができれば、大きな影響は現れな
い。
０を伝搬した後のパルス信号がパルス検知回路に入射す
る際に再反射を生じさせないために伝送路２０の特性イ
ンピーダンスＺ０にマッチングするよう負荷抵抗２０３
の値を選定した。この負荷抵抗の値は、伝送路２０の特
性インピーダンスに対し倍半分も狂わないようにしてお
くことが望ましい。しかしながら（９）式の通り、伝送
路２０の特性インピーダンスＺ０は、キャパシタンス線
密度σ、つまり、チャンバ７内の被測定流体の誘電率に
よって変化するのであるから、特性インピーダンスＺ０
と負荷抵抗２０３のインピーダンスマッチングを常に完
全に取る事は原理的に不可能である。しかし、被測定流
体の誘電率が計測範囲内で変化しても、伝送路２０の特
性インピーダンスＺ０が負荷抵抗２０３と倍半分も狂わ
ない様に設定することができれば、大きな影響は現れな
い。
【００８０】実施の形態２では、被測定流体の流路幅を
制限する流路幅制限手段としての絶縁コート１０の厚さ
を厚くして、第１の電極８と第２の電極６との間を流れ
る被測定流体の流路が狭くなるように制限する。このと
き両電極間には絶縁コート１０及び被測定流体が誘電体
として作用する。この場合、両電極間に存在するキャパ
シタンスは、絶縁コート１０を誘電体とするキャパシタ
ンス１と被測定流体を誘電体とするキャパシタンス２の
直列回路と考えることができ、そのキャパシタンスは
（１１）式のようになる。
制限する流路幅制限手段としての絶縁コート１０の厚さ
を厚くして、第１の電極８と第２の電極６との間を流れ
る被測定流体の流路が狭くなるように制限する。このと
き両電極間には絶縁コート１０及び被測定流体が誘電体
として作用する。この場合、両電極間に存在するキャパ
シタンスは、絶縁コート１０を誘電体とするキャパシタ
ンス１と被測定流体を誘電体とするキャパシタンス２の
直列回路と考えることができ、そのキャパシタンスは
（１１）式のようになる。
【００８１】
【数１３】
【００８２】ここで右辺第１項は絶縁コート１０を誘電
体とするキャパシタンス１に関するものであり、右辺第
２項は被測定流体を誘電体とするキャパシタンス２に関
するものである。上記（１１）式においてキャパシタン
ス２は固定の値である。仮に絶縁コート１０の厚さが両
電極間のほとんどを占めてしまう場合は、被測定流体の
誘電率の変化により右辺第１項のキャパシタンス１の値
が大きく変わっても、両電極間のキャパシタンス値には
ほとんど影響がない。従って、絶縁コート１０の厚さを
厚くすることにより、被測定流体の誘電率変化に対する
両電極間に分布するキャパシタンスの変化を抑制するこ
とができ、ひいてはキャパシタンス線密度σの変化、特
性インピーダンスＺ０の変化を抑制することができる。
よって、被測定流体の流路幅を制限することにより、特
性インピーダンスの変化幅を狭めることが出来、伝送路
２０を伝搬した後のパルス信号がパルス検知手段にて再
反射することを抑制することができる。
体とするキャパシタンス１に関するものであり、右辺第
２項は被測定流体を誘電体とするキャパシタンス２に関
するものである。上記（１１）式においてキャパシタン
ス２は固定の値である。仮に絶縁コート１０の厚さが両
電極間のほとんどを占めてしまう場合は、被測定流体の
誘電率の変化により右辺第１項のキャパシタンス１の値
が大きく変わっても、両電極間のキャパシタンス値には
ほとんど影響がない。従って、絶縁コート１０の厚さを
厚くすることにより、被測定流体の誘電率変化に対する
両電極間に分布するキャパシタンスの変化を抑制するこ
とができ、ひいてはキャパシタンス線密度σの変化、特
性インピーダンスＺ０の変化を抑制することができる。
よって、被測定流体の流路幅を制限することにより、特
性インピーダンスの変化幅を狭めることが出来、伝送路
２０を伝搬した後のパルス信号がパルス検知手段にて再
反射することを抑制することができる。
【００８３】なお、実施の形態２では絶縁コート１０の
厚さを変えることにより被測定流体の流路幅を制限した
が、これに限らず、要は両電極間距離に対する被測定流
体の流路幅を制限するものであればよい。
厚さを変えることにより被測定流体の流路幅を制限した
が、これに限らず、要は両電極間距離に対する被測定流
体の流路幅を制限するものであればよい。
【００８４】実施の形態３．図５は、実施の形態３によ
る流体の誘電率検知装置の発振回路の回路図である。実
施の形態１による誘電率検知装置は、図４に示す実測波
形の如く、通常は正常に動作するが、大きな電気的ノイ
ズが加わると、上記の基本周波数より高い、別の周波数
で準安定して発振する場合が発生した。これは、シュミ
ットインバータの出力電圧波形がステップ状であるため
に、非常に高周波数の成分を含み、これが伝送路２０の
中で、望ましくない定在波を形成する場合があるためで
ある。
る流体の誘電率検知装置の発振回路の回路図である。実
施の形態１による誘電率検知装置は、図４に示す実測波
形の如く、通常は正常に動作するが、大きな電気的ノイ
ズが加わると、上記の基本周波数より高い、別の周波数
で準安定して発振する場合が発生した。これは、シュミ
ットインバータの出力電圧波形がステップ状であるため
に、非常に高周波数の成分を含み、これが伝送路２０の
中で、望ましくない定在波を形成する場合があるためで
ある。
【００８５】これは特に本発明の誘電率検知装置及び方
法で問題となる。即ち、実施の形態１で説明したよう
に、誘電率の検知はパルス信号が立ち上がってから立ち
下がるまでの伝搬を検知することによりなされている。
従ってパルス信号の発生中にノイズが発生しパルス信号
を立ち下げてしまうと、当該パルス信号は非常に短いも
のと誤認されてしまい誘電率の検知に誤差が生じてしま
う恐れがある。
法で問題となる。即ち、実施の形態１で説明したよう
に、誘電率の検知はパルス信号が立ち上がってから立ち
下がるまでの伝搬を検知することによりなされている。
従ってパルス信号の発生中にノイズが発生しパルス信号
を立ち下げてしまうと、当該パルス信号は非常に短いも
のと誤認されてしまい誘電率の検知に誤差が生じてしま
う恐れがある。
【００８６】そこで実施の形態３では図５に示すよう
に、発振回路にフィルタを付加する事により高周波成分
を吸収する様にしている。図５ではシュミットインバー
タ２０２の出力側を多段にしている。図示では２次フィ
ルタを構成している。実施の形態３においてシュミット
インバータ２０２の入力側あるいは出力側に付加される
フィルタを２次以上の高次フィルタにすると、特に効果
的に基本周波数以外の周波数での発振を防止する事が出
来る。また高次フィルタであればパルス信号の立ち下が
りあるいは立ち上がりを必要以上になまらせてしまうこ
とがないので、高精度に誘電率を検知することができ
る。
に、発振回路にフィルタを付加する事により高周波成分
を吸収する様にしている。図５ではシュミットインバー
タ２０２の出力側を多段にしている。図示では２次フィ
ルタを構成している。実施の形態３においてシュミット
インバータ２０２の入力側あるいは出力側に付加される
フィルタを２次以上の高次フィルタにすると、特に効果
的に基本周波数以外の周波数での発振を防止する事が出
来る。また高次フィルタであればパルス信号の立ち下が
りあるいは立ち上がりを必要以上になまらせてしまうこ
とがないので、高精度に誘電率を検知することができ
る。
【００８７】実施の形態４．（９）、（１０）式に示す
とおり、シュミットインバータ２０２の伝搬遅延時間Ｔ
ｄは、発振周波数Ｆに影響を与える。しかし、Ｔｄには
温度変化や耐久変化に対する安定性が期待できないの
で、発振周波数Ｆを変動させる要因となる。そこで、Ｔ
ｄの不安定な変動の影響を小さくするためには、伝送路
のインダクタンス線密度ρやキャパシタンス線密度σを
大きくしてパルス信号が伝送路を通過するのに要する時
間Ｔｐをできるだけ長くする事が効果的である。この時
間Ｔｐを大きくする一手法として磁性材料を用いること
ができる。
とおり、シュミットインバータ２０２の伝搬遅延時間Ｔ
ｄは、発振周波数Ｆに影響を与える。しかし、Ｔｄには
温度変化や耐久変化に対する安定性が期待できないの
で、発振周波数Ｆを変動させる要因となる。そこで、Ｔ
ｄの不安定な変動の影響を小さくするためには、伝送路
のインダクタンス線密度ρやキャパシタンス線密度σを
大きくしてパルス信号が伝送路を通過するのに要する時
間Ｔｐをできるだけ長くする事が効果的である。この時
間Ｔｐを大きくする一手法として磁性材料を用いること
ができる。
【００８８】図６は、実施の形態４による誘電率検知装
置の伝送路２０を示す模式図である。図に於いて、３１
はボビン９の中に備えられた軟磁性材料よりなるコア、
３２は第１の電極８の外側に備えられた、やはり軟磁性
材料よりなるヨークである。これら、コアやヨークを備
える事によって、伝送路２０のインダクタンス線密度ρ
を大きくし、Ｔｐを長くする事ができる。
置の伝送路２０を示す模式図である。図に於いて、３１
はボビン９の中に備えられた軟磁性材料よりなるコア、
３２は第１の電極８の外側に備えられた、やはり軟磁性
材料よりなるヨークである。これら、コアやヨークを備
える事によって、伝送路２０のインダクタンス線密度ρ
を大きくし、Ｔｐを長くする事ができる。
【００８９】また、通常、流体の誘電率は温度特性を持
つので、透磁率の温度特性が、被測定流体の誘電率の温
度特性と逆の特性を持ったコアやヨークを用いれば、温
度変化の影響をキャンセルする事ができる。
つので、透磁率の温度特性が、被測定流体の誘電率の温
度特性と逆の特性を持ったコアやヨークを用いれば、温
度変化の影響をキャンセルする事ができる。
【００９０】実施の形態５．実施の形態１乃至４による
誘電率検知装置では、伝送路の終端での電圧波の反射を
利用する事により、電圧波が伝送路を往復する時間を測
定した。これはパルス信号が伝送路を往復することにな
るので、伝搬に要する時間をシュミットインバータ２０
２の伝達遅延時間Ｔｄよりも非常に大きく設定でき、誘
電率の検知精度を向上させる上で非常に有用である。
誘電率検知装置では、伝送路の終端での電圧波の反射を
利用する事により、電圧波が伝送路を往復する時間を測
定した。これはパルス信号が伝送路を往復することにな
るので、伝搬に要する時間をシュミットインバータ２０
２の伝達遅延時間Ｔｄよりも非常に大きく設定でき、誘
電率の検知精度を向上させる上で非常に有用である。
【００９１】しかしながら第１の電極６のコイル長さＸ
０が十分に長い、あるいは実施の形態４によりヨークあ
るいはコアを付加する等のように十分な検知精度を有し
ている場合は、パルス信号を反射させずに伝送路を片道
だけ伝搬する時間を求めるようにしても良い。図７は、
実施の形態５による誘電率検知装置の発振回路の回路図
である。図５に示す、実施の形態２の回路に類似してい
るが、パルス信号検知手段であるシュミットインバータ
２０２の入力端子に入力する電圧を、伝送路２０の入力
端Ａ点でなく、終端Ｂ点からとっている点が異なる。
０が十分に長い、あるいは実施の形態４によりヨークあ
るいはコアを付加する等のように十分な検知精度を有し
ている場合は、パルス信号を反射させずに伝送路を片道
だけ伝搬する時間を求めるようにしても良い。図７は、
実施の形態５による誘電率検知装置の発振回路の回路図
である。図５に示す、実施の形態２の回路に類似してい
るが、パルス信号検知手段であるシュミットインバータ
２０２の入力端子に入力する電圧を、伝送路２０の入力
端Ａ点でなく、終端Ｂ点からとっている点が異なる。
【００９２】シュミットインバータ２０２の出力が０Ｖ
から５Ｖに立上がると、そのパルス信号である電圧波
は、Ａ点からＢ点へと伝搬し、シュミットインバータ２
０２の入力端子の電圧をスレッシュホールド電圧以上に
する。するとシュミットインバータの出力が立ち下が
る。すると電圧波が５Ｖから０Ｖとなり、Ａ点からＢ点
へと伝搬し、シュミットインバータ２０２の入力端子の
電圧をスレッシュホールド電圧以下にするのでシュミッ
トインバータの出力が０Ｖから５Ｖに立上がる。この繰
返し周波数を計測することにより、電圧波の伝搬速度を
求める事ができ、上述の実施の形態と同様に被測定流体
の誘電率を検知することができる。
から５Ｖに立上がると、そのパルス信号である電圧波
は、Ａ点からＢ点へと伝搬し、シュミットインバータ２
０２の入力端子の電圧をスレッシュホールド電圧以上に
する。するとシュミットインバータの出力が立ち下が
る。すると電圧波が５Ｖから０Ｖとなり、Ａ点からＢ点
へと伝搬し、シュミットインバータ２０２の入力端子の
電圧をスレッシュホールド電圧以下にするのでシュミッ
トインバータの出力が０Ｖから５Ｖに立上がる。この繰
返し周波数を計測することにより、電圧波の伝搬速度を
求める事ができ、上述の実施の形態と同様に被測定流体
の誘電率を検知することができる。
【００９３】実施の形態５によれば、パルス信号は伝送
路２０を片道しか伝搬しないが被測定流体の誘電率を、
往復を伝搬させる場合と同様に検知することができる。
路２０を片道しか伝搬しないが被測定流体の誘電率を、
往復を伝搬させる場合と同様に検知することができる。
【００９４】なお、実施の形態5においては、シュミッ
トインバータに代えて、通常のインバータを用いること
もできる。即ち上述の実施の形態においては、伝送路２
０を伝搬した後のパルス信号を再反射させることなくパ
ルス信号検知手段に入力しようとすれば、まず伝送路２
０と負荷抵抗２０３のインピーダンスマッチングを取る
必要がある。また、パルス信号の検知は伝送路２０と負
荷抵抗２０３の接続点（Ａ点）から取り出している。こ
のためインバータがパルス信号を発生してから第１の電
極のＢ点で反射波が戻ってくるまでの間におけるＡ点の
電圧は電源電圧の半分（２．５Ｖ）になっている。上述
の実施の形態においてはこの期間中にインバータの出力
が変化しては困るので、２．５Ｖであっても上側のスレ
ッシュホールド電圧を超えない例えばシュミットインバ
ータ等が必要となる。これに対し実施の形態5において
は伝送路２０を片道だけ伝搬させるので、インバータの
出力端子を伝送路２０のＡ点に接続すると共に入力端子
を伝送路２０のＢ点に接続することができる。従って、
上側あるいは下側のスレッシュホールド電圧が、電源電
圧５Ｖに対して２．５Ｖ近傍となる通常のインバータを
用いることができる。なお、通常のインバータはシュミ
ットインバータに比して伝搬遅延時間が短いので、更に
素早く被測定流体の誘電率を検知することができる。
トインバータに代えて、通常のインバータを用いること
もできる。即ち上述の実施の形態においては、伝送路２
０を伝搬した後のパルス信号を再反射させることなくパ
ルス信号検知手段に入力しようとすれば、まず伝送路２
０と負荷抵抗２０３のインピーダンスマッチングを取る
必要がある。また、パルス信号の検知は伝送路２０と負
荷抵抗２０３の接続点（Ａ点）から取り出している。こ
のためインバータがパルス信号を発生してから第１の電
極のＢ点で反射波が戻ってくるまでの間におけるＡ点の
電圧は電源電圧の半分（２．５Ｖ）になっている。上述
の実施の形態においてはこの期間中にインバータの出力
が変化しては困るので、２．５Ｖであっても上側のスレ
ッシュホールド電圧を超えない例えばシュミットインバ
ータ等が必要となる。これに対し実施の形態5において
は伝送路２０を片道だけ伝搬させるので、インバータの
出力端子を伝送路２０のＡ点に接続すると共に入力端子
を伝送路２０のＢ点に接続することができる。従って、
上側あるいは下側のスレッシュホールド電圧が、電源電
圧５Ｖに対して２．５Ｖ近傍となる通常のインバータを
用いることができる。なお、通常のインバータはシュミ
ットインバータに比して伝搬遅延時間が短いので、更に
素早く被測定流体の誘電率を検知することができる。
【００９５】また、上述の実施の形態では、第２の電極
を保護部材で覆わなかったが、電気絶縁性、腐食に対す
る保護が必要な場合は、保護部材で覆っても良い。
を保護部材で覆わなかったが、電気絶縁性、腐食に対す
る保護が必要な場合は、保護部材で覆っても良い。
【００９６】また、上述の実施の形態では伝送路を往復
させる場合には第１の電極８のＢ点を開放端子とした
が、電源端子あるいはグランド等の定電圧部に接続して
もよく、要は伝送路２０の特性インピーダンスとＢ点の
インピーダンスが信号の反射を引き起こす程度に異なっ
ていればよい。
させる場合には第１の電極８のＢ点を開放端子とした
が、電源端子あるいはグランド等の定電圧部に接続して
もよく、要は伝送路２０の特性インピーダンスとＢ点の
インピーダンスが信号の反射を引き起こす程度に異なっ
ていればよい。
【００９７】
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る流体の誘電
率検知装置によれば、長筒状に巻回された導体よりなる
第１の電極と、この第１の電極の長筒面から所定の距離
を隔てて長筒面の内側あるいは内側に備えられた第２の
電極と、第１の電極と第２の電極との間に被測定流体を
導入するための導入部と、第１の電極と第２の電極と導
入部とによって構成される伝送路にパルス信号を印加す
るパルス信号発生手段と、伝送路を伝搬した後のパルス
信号を検知するパルス信号検知手段と、パルス信号が発
生してから検知されるまでの時間に基づいて被測定流体
の誘電率を検知する誘電率検知手段とを備えたので、簡
単な構造で精度の高い流体の誘電率検知装置を得ること
ができる。
率検知装置によれば、長筒状に巻回された導体よりなる
第１の電極と、この第１の電極の長筒面から所定の距離
を隔てて長筒面の内側あるいは内側に備えられた第２の
電極と、第１の電極と第２の電極との間に被測定流体を
導入するための導入部と、第１の電極と第２の電極と導
入部とによって構成される伝送路にパルス信号を印加す
るパルス信号発生手段と、伝送路を伝搬した後のパルス
信号を検知するパルス信号検知手段と、パルス信号が発
生してから検知されるまでの時間に基づいて被測定流体
の誘電率を検知する誘電率検知手段とを備えたので、簡
単な構造で精度の高い流体の誘電率検知装置を得ること
ができる。
【００９８】また、この発明に係る流体の検知装置によ
れば、信号の再反射を引き起こすことなく誘電率を精度
良く検知できる流体の誘電率検知装置を得ることができ
る。
れば、信号の再反射を引き起こすことなく誘電率を精度
良く検知できる流体の誘電率検知装置を得ることができ
る。
【００９９】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置によれば、外乱に強い流体の誘電率検知装置を得るこ
とができる。
置によれば、外乱に強い流体の誘電率検知装置を得るこ
とができる。
【０１００】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置によれば、環境変化に強い流体の誘電率検知装置を得
ることができる。
置によれば、環境変化に強い流体の誘電率検知装置を得
ることができる。
【０１０１】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置によれば、短時間で誘電率を検知できる流体の誘電率
検知装置を得ることができる。
置によれば、短時間で誘電率を検知できる流体の誘電率
検知装置を得ることができる。
【０１０２】また、この発明に係る流体の誘電率検知方
法によれば、簡単で精度の高い流体の誘電率検知方法を
得ることができる。
法によれば、簡単で精度の高い流体の誘電率検知方法を
得ることができる。
【０１０３】また、この発明に係る流体の誘電率検知方
法によれば、信号の再反射を引き起こすことなく精度良
く誘電率を検知できる流体の誘電率検知方法を得ること
ができる。
法によれば、信号の再反射を引き起こすことなく精度良
く誘電率を検知できる流体の誘電率検知方法を得ること
ができる。
【０１０４】また、この発明に係る流体の誘電率検知方
法によれば、環境変化に強い流体の誘電率検知方法を得
ることができる。
法によれば、環境変化に強い流体の誘電率検知方法を得
ることができる。
【０１０５】また、この発明に係る流体の誘電率検知装
置によれば、短時間で誘電率を検知できる流体の誘電率
検知方法を得ることができる。
置によれば、短時間で誘電率を検知できる流体の誘電率
検知方法を得ることができる。
【図１】 この発明の実施の形態１による誘電率検知装
置のブロック図である。
置のブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による誘電率検知装
置の伝送路の等価回路を示す回路図である。
置の伝送路の等価回路を示す回路図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による誘電率検知装
置の伝送路における電圧波の伝搬の様子を示すグラフで
ある。
置の伝送路における電圧波の伝搬の様子を示すグラフで
ある。
【図４】 この発明の実施の形態１による誘電率検知装
置の伝送路の入力点の電圧の実測波形である。
置の伝送路の入力点の電圧の実測波形である。
【図５】 この発明の実施の形態３による誘電率検知装
置の発振回路の回路図である。
置の発振回路の回路図である。
【図６】 この発明の実施の形態４による誘電率検知装
置の伝送路を示すブロック図である。
置の伝送路を示すブロック図である。
【図７】 この発明の実施の形態５による誘電率検知装
置の発振回路の回路図である。
置の発振回路の回路図である。
【図８】 従来の誘電率検知装置を示す平面一部断面図
である。
である。
【図９】 従来の誘電率検知装置を示す側面断面図であ
る。
る。
【図１０】 従来の誘電率検知装置の回路を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
６ 第２の電極、 ７ チャンバ、 ８ 第１の電極、
９ ボビン、１０ 絶縁コート、 ２０ 伝送路、
３１ コア、 ３２ ヨーク、１００ センサ回路、
１０２ 出力回路、 １０３ 電源回路、１０４ 温度
測定回路、 ２０１ 発振回路、２０２ シュミットイ
ンバータ、 ２０３ 負荷抵抗、 ２０４ 抵抗、２０
５ 抵抗、 ２０６ コンデンサ、 ２０７ コンデン
サ、２０８ 抵抗、 ２０９ コンデンサ、 ３０１
入口管、 ３０２ 出口管、３０３ センサ部、 ３０
４ センサ回路室、 ３０５ 外壁、３０６ 電極、
３０７ チャンバ、 ３０８ 円筒コイル、４００ セ
ンサ回路、 ４０１ 共振回路、 ４０２ 出力回路、
４０３ 電源回路、 ４０４ 温度測定回路
９ ボビン、１０ 絶縁コート、 ２０ 伝送路、
３１ コア、 ３２ ヨーク、１００ センサ回路、
１０２ 出力回路、 １０３ 電源回路、１０４ 温度
測定回路、 ２０１ 発振回路、２０２ シュミットイ
ンバータ、 ２０３ 負荷抵抗、 ２０４ 抵抗、２０
５ 抵抗、 ２０６ コンデンサ、 ２０７ コンデン
サ、２０８ 抵抗、 ２０９ コンデンサ、 ３０１
入口管、 ３０２ 出口管、３０３ センサ部、 ３０
４ センサ回路室、 ３０５ 外壁、３０６ 電極、
３０７ チャンバ、 ３０８ 円筒コイル、４００ セ
ンサ回路、 ４０１ 共振回路、 ４０２ 出力回路、
４０３ 電源回路、 ４０４ 温度測定回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長野 進 兵庫県神戸市兵庫区浜山通６丁目１番２号 三菱電機コントロールソフトウエア株式 会社内 Ｆターム(参考） 2G060 AA06 AC04 AE17 AF04 AF06 AF10 AG03 AG11 BA09 FA01 HC02 HC08 HE03 HE10 JA06 KA02 KA06
Claims (20)
- 【請求項１】 長筒状に巻回された導体よりなる第１の
電極と、この第１の電極の長筒面から所定の距離を隔て
て前記長筒面の内側あるいは内側に備えられた第２の電
極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に被測定
流体を導入するための導入部と、前記第１の電極と前記
第２の電極と前記導入部とによって構成される伝送路に
パルス信号を印加するパルス信号発生手段と、前記伝送
路を伝搬した後の前記パルス信号を検知するパルス信号
検知手段と、前記パルス信号が発生してから検知される
までの時間に基づいて前記被測定流体の誘電率を検知す
る誘電率検知手段とを備えたことを特徴とする流体の誘
電率検知装置。 - 【請求項２】 第１の電極は、長筒長さ／長筒直径が４
乃至５以上の長筒状に形成されていることを特徴とする
請求項１記載の流体の誘電率検知装置。 - 【請求項３】 伝送路側から見たパルス信号検知手段側
の入力インピーダンスを前記伝送路の特性インピーダン
スの半分乃至２倍までの範囲にしたことを特徴とする請
求項１記載の流体の誘電率検知装置。 - 【請求項４】 第１の電極は、第１の電極と第２の電極
との間に所定厚さの絶縁コートを備え、該絶縁コートは
パルス信号検知手段側でパルス信号の反射が実質的に起
こらない程度に厚くされていることを特徴とする請求項
１記載の流体の誘電率検知装置。 - 【請求項５】 パルス信号発生手段あるいはパルス信号
検知手段のうち少なくとも一方にフィルタ手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の流体の誘電率検知装
置。 - 【請求項６】 フィルタ手段は、２次フィルタあるいは
高次フィルタにより構成されていることを特徴とする請
求項５記載の流体の誘電率検知装置。 - 【請求項７】 パルス信号が伝送路を伝搬するのに要す
る時間は、パルス信号発生手段が指令信号を受けてから
応答するまでの伝搬遅延時間の変動による影響、あるい
はパルス検知手段が前記伝送路を伝搬した後のパルス信
号を受けてから応答するまでの伝搬遅延時間の変動によ
る影響を実質的に受けない程度に大きく設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の流体の誘電率検知装
置。 - 【請求項８】 第１の電極あるいは第２の電極のうち少
なくとも一方に、磁性材料からなるコアあるいはヨーク
を備えたことを特徴とする請求項７記載の流体の誘電率
検知装置。 - 【請求項９】 コアあるいはヨークが有する透磁率の温
度特性は、被測定流体が有する誘電率の温度特性の逆の
温度特性を有することを特徴とする請求項８記載の流体
の誘電率検知装置。 - 【請求項１０】 第２の電極は保護部材を有することを
特徴とする請求項１記載の流体の誘電率検知装置。 - 【請求項１１】 第１の電極は一端がパルス信号発生手
段に接続されていると共に他端が開放されているあるい
は他端が定電圧部に接続されているものであって、誘電
率検知手段は前記パルス信号発生手段で発生したパルス
信号が前記第１の電極の一端から入力されてから前記他
端で反射して戻ってくるまでの時間に基づいて被測定流
体の誘電率を検知することを特徴とする請求項１記載の
流体の誘電率検知装置。 - 【請求項１２】 パルス信号発生手段及びパルス信号検
知手段を１個のシュミットインバータで構成したことを
特徴とする請求項１記載の流体の誘電率検知装置。 - 【請求項１３】 第１の電極は一端がパルス信号発生手
段に接続されていると共に他端がパルス信号検知手段に
接続されているものであって、誘電率検知手段は前記パ
ルス信号発生手段で発生したパルス信号が前記第１の電
極の一端から入力されてから前記他端に到達するまでの
時間に基づいて被測定流体の誘電率を検知することを特
徴とする請求項１記載の流体の誘電率検知装置。 - 【請求項１４】 パルス信号発生手段及びパルス信号検
知手段を１個のインバータで構成したことを特徴とする
請求項３記載の流体の誘電率検知装置。 - 【請求項１５】 長筒状に巻回された導体よりなる第１
の電極と、この第１の電極の長筒面から所定の距離を隔
てて備えられた第２の電極とを備え、前記第１の電極と
前記第２の電極と前記両電極間に導入される被測定流体
により分布定数回路でなる信号の伝送路が形成され、前
記被測定流体はその誘電率によって前記分布定数回路の
定数に影響を与え、これにより前記伝送路を伝搬する信
号の伝搬速度が変化することに基づいて前記被測定流体
の誘電率を検知することを特徴とする流体の誘電率検知
方法。 - 【請求項１６】 伝送路を伝搬した後の信号を検知する
検知手段を備え、前記伝送路の特性インピーダンスと前
記検知手段の入力インピーダンスとの差は、前記信号が
前記検知手段の入力部で実質的に反射しない程度に調整
されていることを特徴とする請求項１５記載の流体の誘
電率検知方法。 - 【請求項１７】 第１の電極と第２の電極の間に導入さ
れる被測定流体の流路幅を制限する流路幅制限手段を有
し、この流路幅制限手段は前記被測定流体の誘電率の変
化による前記伝送路の特性インピーダンスの変化を制限
することを特徴とする請求項１５記載の流体の誘電率検
知方法。 - 【請求項１８】 パルス信号が伝送路を伝搬するのに要
する時間は、パルス信号発生手段が指令信号を受けてか
ら応答するまでの伝搬遅延時間の変化による影響、ある
いはパルス検知手段が前記伝送路を伝搬した後のパルス
信号を受けてから応答するまでの伝搬遅延時間の変化に
よる影響を実質的に受けない程度に大きく設定されてい
ることを特徴とする請求項１５記載の流体の誘電率検知
方法。 - 【請求項１９】 伝送路を伝搬する信号の伝搬速度は、
前記信号が第１の電極の一端から入力されてから前記第
１の電極の他端で反射して戻ってくるまでの時間に基づ
いて演算されるものであることを特徴とする請求項１５
記載の流体の誘電率検知方法。 - 【請求項２０】 伝送路を伝搬する信号の伝搬速度は、
前記信号が第１の電極の一端から入力されてから前記第
１の電極の他端に到達するまでの時間に基づいて演算さ
れるものであることを特徴とする請求項１５記載の流体
の誘電率検知方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10298448A JP2000121589A (ja) | 1998-10-20 | 1998-10-20 | 流体の誘電率検知装置及びその検知方法 |
| US09/271,429 US6320393B1 (en) | 1998-10-20 | 1999-03-18 | Fluid dielectric constant sensing device and method employing the same |
| DE19917618A DE19917618B4 (de) | 1998-10-20 | 1999-04-19 | Meßgerät für die Dielektrizitätskonstante einer Flüssigkeit und zugehöriges Verfahren |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10298448A JP2000121589A (ja) | 1998-10-20 | 1998-10-20 | 流体の誘電率検知装置及びその検知方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000121589A true JP2000121589A (ja) | 2000-04-28 |
Family
ID=17859850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10298448A Pending JP2000121589A (ja) | 1998-10-20 | 1998-10-20 | 流体の誘電率検知装置及びその検知方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6320393B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000121589A (ja) |
| DE (1) | DE19917618B4 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113227773A (zh) * | 2018-12-19 | 2021-08-06 | 斯派克特罗姆公司 | 用于使用导引电磁场确定不均匀样本的区域阻抗特性的方法 |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE60124714T2 (de) * | 2001-03-06 | 2007-08-02 | Solianis Holding Ag | Vorrichtung zur bestimmung der glukosekonzentration in körperflüssigkeit |
| US7315767B2 (en) * | 2001-03-06 | 2008-01-01 | Solianis Holding Ag | Impedance spectroscopy based systems and methods |
| DE10202002A1 (de) * | 2002-01-17 | 2003-08-07 | Testo Gmbh & Co Kg | Messanordnung und Sensoranordnung zur Bestimmung einer Eigenschaft eines Fluides sowie Verfahren zu ihrem Betrieb |
| WO2004021877A1 (en) * | 2002-09-04 | 2004-03-18 | Pendragon Medical Ltd. | Method and device for measuring glucose |
| WO2004023125A2 (en) * | 2002-09-05 | 2004-03-18 | Pendragon Medical Ltd. | Impedance spectroscopy based systems and methods |
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| DE102006052637B4 (de) * | 2006-11-08 | 2009-02-26 | Technische Universität Darmstadt | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung zumindest eines Parameters eines Mediums |
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| US8412477B2 (en) | 2009-12-08 | 2013-04-02 | Zentrum Mikroelektronik Dresden Ag | Method and arrangement for digital measuring a capacitive sensor |
| EP2547987A4 (en) * | 2010-03-14 | 2014-05-14 | Titan Logix Corp | SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING AND DOSING A DEFROSTING LIQUID FROM A TANK WITH A REFRACTOMETER MODULE |
| US8820144B2 (en) * | 2010-06-06 | 2014-09-02 | International Environmental Technologies, Inc. | Apparatus and method for fluid monitoring |
| CA2924724C (en) | 2013-09-18 | 2022-09-20 | Advantec Sensing As | Apparatus and method for characterization of fluids or powders by electrical permittivity |
| JP2017528717A (ja) | 2014-09-15 | 2017-09-28 | ボーンズ・インコーポレーテッドＢｏｕｒｎｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 可変の位相混合法を使用する伝導性液体の性質の測定 |
| CN105588873B (zh) * | 2016-03-18 | 2019-04-19 | 中国计量学院 | 一种外穿过式低频电磁检测装置 |
| KR102552023B1 (ko) * | 2018-08-28 | 2023-07-05 | 현대자동차 주식회사 | 자동차용 rf 센서를 이용한 연료 성분 분석 방법 |
| KR102552022B1 (ko) * | 2018-09-21 | 2023-07-05 | 현대자동차 주식회사 | 자동차용 rf 센서 장치 및 이를 이용한 연료 성분 분석 방법 |
| DE102019124825B4 (de) * | 2019-09-16 | 2024-03-07 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Messgerät zur Bestimmung eines Dielelektrizitätswertes |
| DE102020121151A1 (de) | 2020-08-11 | 2022-02-17 | Endress+Hauser SE+Co. KG | Temperaturkompensiertes Dielektrizitätswert-Messgerät |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5550478A (en) * | 1991-03-12 | 1996-08-27 | Chrysler Corporation | Housing for flexible fuel sensor |
| US5255656A (en) | 1991-06-27 | 1993-10-26 | Borg-Warner Automotive, Inc. | Alcohol concentration sensor for automotive fuels |
| JP3248832B2 (ja) * | 1995-08-31 | 2002-01-21 | 三菱電機株式会社 | センサ回路 |
-
1998
- 1998-10-20 JP JP10298448A patent/JP2000121589A/ja active Pending
-
1999
- 1999-03-18 US US09/271,429 patent/US6320393B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-04-19 DE DE19917618A patent/DE19917618B4/de not_active Revoked
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113227773A (zh) * | 2018-12-19 | 2021-08-06 | 斯派克特罗姆公司 | 用于使用导引电磁场确定不均匀样本的区域阻抗特性的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19917618B4 (de) | 2004-04-29 |
| US6320393B1 (en) | 2001-11-20 |
| DE19917618A1 (de) | 2000-05-04 |
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