JP2013088222A - 補正装置、無線センサータグ、データ収集システム及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】精度の高い水位計測ができる補正装置、無線センサータグ、データ収集システム及びプログラム等を提供すること。
【解決手段】補正装置１００は、環境の測定温度情報を取得する温度情報取得部１２０と、静電容量センサーケーブルＳＣＢの静電容量値の温度による変化の補正処理に使用される補正係数を記憶する記憶部１３０と、測定温度情報と補正係数とに基づいて、静電容量センサーケーブルＳＣＢの計測された静電容量値についての補正処理を行う補正処理部１１０とを含む。記憶部１３０は、静電容量センサーケーブルＳＣＢの長さに応じて値が異なる補正係数を記憶する。
【選択図】図１

Description

本発明は、補正装置、無線センサータグ、データ収集システム及びプログラム等に関する。

静電容量を計測し、計測された容量値から水位（液面の高さ）を求める手法として、例えば特許文献１には２本の電極間の静電容量を計測して水位を求める手法が開示されている。

しかしながらこの手法では、計測装置の個体差や温度による誤差を補正することができないため、精度の高い水位計測が難しいなどの課題がある。

特開２００７−１２１２２５号公報

本発明の幾つかの態様によれば、精度の高い水位計測ができる補正装置、無線センサータグ、データ収集システム及びプログラム等を提供できる。

本発明の一態様は、環境の測定温度情報を取得する温度情報取得部と、静電容量センサーケーブルの静電容量値の温度による変化の補正処理に使用される補正係数を記憶する記憶部と、前記測定温度情報と前記補正係数とに基づいて、前記静電容量センサーケーブルの計測された静電容量値についての前記補正処理を行う補正処理部とを含み、前記記憶部は、前記静電容量センサーケーブルの長さに応じて値が異なる前記補正係数を記憶する補正装置に関係する。

本発明の一態様によれば、測定温度情報と静電容量センサーケーブルの長さに応じて値が異なる補正係数とに基づいて、補正処理部が計測された静電容量値についての補正処理を行うことができる。こうすることで、温度変化による静電容量センサーケーブルの伸び縮みなどによってセンサーケーブルの容量値が変化しても、それを補正することができる。その結果、補正装置を例えば水位計測などに適用することで、精度の高い水位計測などが可能になる。

また本発明の一態様では、前記補正処理部は、前記測定温度情報により表される測定温度の２次関数で表される補正関数により、前記補正処理を行ってもよい。

このようにすれば、記憶部は２次関数を決定する３つの係数を補正係数として記憶し、補正処理部は３つの係数により決定される補正関数に基づいて補正処理を行うことができる。

また本発明の一態様では、前記補正処理部は、前記静電容量センサーケーブルの静電容量値を計測する容量値計測回路から出力される容量値計測情報を補正することで、前記補正処理を行ってもよい。

このようにすれば、容量値計測回路が静電容量センサーケーブルの静電容量値を計測し、補正処理部が容量値計測回路から出力される容量値計測情報を補正することができる。

また本発明の一態様では、前記容量値計測回路は、前記静電容量センサーケーブルの静電容量値に応じて変化する発振信号の周期を計測し、計測された前記発振信号の周期に基づいてカウント値を出力する抵抗周波数変換回路であり、前記抵抗周波数変換回路が出力する前記容量値計測情報は、前記静電容量センサーケーブルの静電容量値に対応する前記カウント値であってもよい。

このようにすれば、抵抗周波数変換回路が静電容量センサーケーブルの静電容量値に対応するカウント値を出力し、補正処理部が抵抗周波数変換回路から出力されるカウント値を補正することができる。

また本発明の一態様では、前記記憶部は、前記抵抗周波数変換回路が有する回路素子の温度変化による前記カウント値の変化を補正する第２の補正係数を記憶し、前記補正処理部は、前記測定温度情報と前記補正係数及び前記第２の補正係数とに基づいて前記補正処理を行ってもよい。

このようにすれば、補正処理部が抵抗周波数変換回路が有する回路素子の温度変化によるカウント値の変化を補正することができるから、静電容量センサーケーブルの容量値を精度良く計測することができる。

また本発明の一態様では、前記記憶部は、前記容量値計測回路の個体差及び非線形性に基づく第３の補正係数を記憶し、前記補正処理部は、前記補正係数、前記第２の補正係数及び前記第３の補正係数に基づいて前記補正処理を行ってもよい。

このようにすれば、補正処理部は、容量値計測回路の個体差及び非線形性を補正することができるから、静電容量センサーケーブルの容量値を精度良く計測することができる。

また本発明の一態様では、前記容量値計測回路は、前記静電容量センサーケーブルの静電容量値を計測し、計測された前記静電容量値に基づいて、水位を計測してもよい。

このようにすれば、補正処理部が容量値計測回路から出力される容量値計測情報を補正することで、水位を精度良く計測することができる。

また本発明の一態様では、前記温度情報取得部は、前記静電容量センサーケーブルに取り付けられた温度測定素子から前記測定温度情報を取得してもよい。

このようにすれば、補正処理部は、温度情報取得部により取得された測定温度情報に基づいて補正処理を行うことができるから、静電容量センサーケーブルの容量値の温度による変化を補正することができる。その結果、水位を精度良く計測することができる。

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の補正装置と、前記容量値計測回路と、前記静電容量センサーケーブルとを含む無線センサータグに関係する。

本発明の他の態様によれば、計測された水位情報を離れた場所へ無線送信することなどができる。

本発明の他の態様は、上記に記載の無線センサータグと、前記無線センサータグとの間で無線通信を行うホスト装置とを含むデータ収集システムに関係する。

本発明の他の態様によれば、ホスト装置と無線センサータグとの間で無線通信することで、離れた場所の水位情報を精度良く効率的に収集することなどが可能になる。

本発明の他の態様は、環境の測定温度情報を取得する温度情報取得部と、静電容量センサーケーブルの静電容量値の温度による変化の補正処理に使用される補正係数を記憶する記憶部と、前記測定温度情報と前記補正係数とに基づいて、前記静電容量センサーケーブルの計測された静電容量値についての前記補正処理を行う補正処理部として、コンピューターを機能させるプログラムに関係する。

本発明の他の態様によれば、例えばマイクロコンピューターなどを用いて、計測された静電容量値についての補正処理を行うことができる。こうすることで、温度変化による静電容量センサーケーブルの伸び縮みなどによってセンサーケーブルの容量値が変化してもそれを補正することができるから、精度の高い水位計測などが可能になる。

補正装置及び無線センサータグの基本的な構成例。 抵抗周波数変換回路とローパスフィルターの構成例、及び静電容量センサーケーブルの等価回路。 図３（Ａ）は、抵抗周波数変換回路２００の信号波形の一例。図３（Ｂ）は、カウント値を説明する図。 第１の補正係数及び第２の補正係数に基づく補正処理の一例。 第３の補正係数に基づく補正処理の一例。 データ収集システムの基本的な構成例。 ホスト装置の基本的な構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．補正装置及び無線センサータグ
図１に本実施形態の補正装置１００及び無線センサータグ３００の基本的な構成例を示す。本実施形態の補正装置１００は、補正処理部１１０、温度情報取得部１２０及び記憶部１３０を含む。無線センサータグ３００は、補正装置１００、容量値計測回路２００、静電容量センサーケーブルＳＣＢを含む。また、無線センサータグ３００は、無線通信部２１０、制御部２２０、電源部２３０、温度測定素子ＴＳ１、ＴＳ２、ローパスフィルターＬＰＦ及びアンテナＡＮＴをさらに含んでもよい。なお、本実施形態の補正装置１００及び無線センサータグ３００は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

補正処理部１１０は、温度情報取得部１２０により取得された測定温度情報と記憶部１３０に記憶された補正係数とに基づいて、静電容量センサーケーブルＳＣＢの計測された静電容量値についての補正処理を行う。具体的には、補正処理部１１０は、静電容量センサーケーブルＳＣＢの静電容量値を計測する容量値計測回路２００から出力される容量値計測情報を補正することで補正処理を行う。より具体的には、補正処理部１１０は、静電容量センサーケーブルＳＣＢの静電容量値の温度による変化の補正処理に使用される第１の補正係数（広義には補正係数）と、容量値計測回路２００が有する回路素子（トランジスターなど）の温度変化によるカウント値の変化の補正処理に使用される第２の補正係数と、容量値計測回路２００の個体差及び非線形性に基づく第３の補正係数とに基づいて補正処理を行う。例えば第１の補正係数に基づく補正処理では、測定温度情報により表される測定温度の２次関数で表される補正関数により補正処理を行う。なお、補正処理の詳細については後述する。補正処理部１１０は、ＡＳＩＣのロジック回路などにより実現することができる。或いは、プログラムにより制御されるマイクロコンピューター（マイコン）等によって、上記の補正処理を行ってもよい。

このプログラムは、マイクロコンピューター（広義にはコンピューター）を、環境の測定温度情報を取得する温度情報取得部１２０と、静電容量センサーケーブルＳＣＢの静電容量値の温度による変化の補正処理に使用される補正係数を記憶する記憶部１３０と、測定温度情報と補正係数とに基づいて、静電容量センサーケーブルＳＣＢの計測された静電容量値についての補正処理を行う補正処理部１１０として機能させる。このプログラムは、マイクロコンピューターの記憶装置に記憶され、プログラムに書かれた命令（命令コード）がＣＰＵにより順次読み出されて実行される。このプログラムは、例えば環境の測定温度情報を取得する処理や、補正係数を記憶部から読み出す処理や、上記補正処理における補正関数（２次関数など）に基づく演算処理などを行う命令を含む。

記憶部１３０は、静電容量センサーケーブルＳＣＢの温度による静電容量値の変化の補正処理に使用される補正係数（第１の補正係数）を記憶する。具体的には、静電容量センサーケーブルＳＣＢの長さに応じて値が異なる補正係数を記憶する。また記憶部１３０は、抵抗周波数変換回路（広義には容量値計測回路２００）が有する回路素子の温度変化によるカウント値の変化の補正処理に使用される第２の補正係数をさらに記憶する。また記憶部１３０は、容量値計測回路２００の個体差及び非線形性に基づく第３の補正係数をさらに記憶する。記憶部１３０は、例えばフラッシュメモリーなどの不揮発性記憶装置により実現することができる。なお、図１の構成例では記憶部１３０が補正装置１００に設けられているが、補正装置１００の外部であって無線センサータグ３００の内部に設けられてもよい。

温度情報取得部１２０は、環境の測定温度情報を取得する。ここで環境とは、例えば静電容量センサーケーブルＳＣＢによる容量測定の対象である媒体（水又は液体など）の温度環境である。具体的には、静電容量センサーケーブルＳＣＢに取り付けられた温度測定素子ＴＳ１から測定温度情報としてセンサーケーブルＳＣＢの周囲の媒体の温度を取得する。また温度情報取得部１２０は、容量値計測回路２００に設けられた温度測定素子ＴＳ２から測定温度情報としてトランジスターなど回路素子の温度をさらに取得してもよい。温度情報取得部１２０は、ＣＭＯＳトランジスターを用いたアナログ回路及びデジタル回路などにより実現することができる。

温度測定素子ＴＳ１、ＴＳ２は、例えばサーミスターなどの温度センサーである。ＴＳ１はセンサーケーブルＳＣＢに取り付けられて、センサーケーブルＳＣＢの温度、又はセンサーケーブルＳＣＢの周囲の水温（液温）を測定する。またＴＳ２は容量値計測回路２００に設けられて、容量値計測回路２００の回路素子の温度を測定する。回路素子は例えばトランジスターである。

容量値計測回路２００は、静電容量センサーケーブルＳＣＢの静電容量値を計測して、容量値計測情報を出力する。具体的には、容量値計測回路２００は例えば静電容量センサーケーブルＳＣＢの静電容量値に応じて変化する発振信号の周期を計測し、計測された発振信号の周期に基づいてカウント値を出力する抵抗周波数変換回路である。抵抗周波数変換回路が出力する容量値計測情報は、静電容量センサーケーブルＳＣＢの静電容量値に対応するカウント値である。容量値計測回路２００は、静電容量センサーケーブルＳＣＢの静電容量値を計測し、計測された前記静電容量値に基づいて、水位（液面の高さ）を計測する。なお、抵抗周波数変換回路の構成及び容量計測の手法については後述する。

ローパスフィルターＬＰＦは、センサーケーブルＳＣＢの一端と容量値計測回路２００との間に設けられる。こうすることで、センサーケーブルＳＣＢが有する寄生インダクタンスによって生じる寄生発振を抑えることができる。

静電容量センサーケーブルＳＣＢは、例えば絶縁体を挟んで平行する２本の導体（導線）から成るケーブルであって、その一端はローパスフィルターＬＰＦを介して容量値計測回路２００に接続され、他端は何処にも接続されない、即ち開放端である。図１に示すように、静電容量センサーケーブルＳＣＢの開放端は、水（液体）の入った容器の底面に配置される。静電容量センサーケーブルＳＣＢの開放端は、水（液体）等によりショートしないように、防水封止されている。このようにすれば、センサーケーブルＳＣＢの容量値は、水位（液面の高さ）によって変化する。例えば、水の比誘電率は８０であり、空気の誘電率は１であるから、水位の上昇と共にセンサーケーブルＳＣＢの容量値は増加する。この容量値の変化を測定することで、水位を計測することができる。

実際には、水温（液温）が変化するとセンサーケーブルＳＣＢの伸び縮みなどによってセンサーケーブルＳＣＢの容量値が変化する。また、容量値計測回路２００の回路特性も温度によって変化し、その結果カウント値が変化する。従って正確に水位を計測するためには、センサーケーブルＳＣＢの温度と容量値計測回路２００の温度とを測定し、測定された温度に基づいて補正を行う必要がある。さらに容量値計測回路２００の個体差、及びセンサーケーブルＳＣＢの容量値と水位との関係の非線形性による補正を行う必要がある。

本実施形態の補正装置１００によれば、温度情報取得部１２０がセンサーケーブルＳＣＢに設けられた温度測定素子ＴＳ１から測定温度情報を取得し、取得された測定温度情報と第１の補正係数（広義には補正係数）とに基づいて、補正処理部１１０がセンサーケーブルＳＣＢの容量値の温度による変化を補正することができる。第１の補正係数は、センサーケーブルＳＣＢの長さに応じて値が異なる。

また、本実施形態の補正装置１００によれば、温度情報取得部１２０が容量値計測回路２００に設けられた温度測定素子ＴＳ２から測定温度情報をさらに取得し、取得された測定温度情報と第２の補正係数とに基づいて、補正処理部１１０が容量値計測回路２００の温度によるカウント値の変化を補正することができる。

さらに本実施形態の補正装置１００によれば、第３の補正係数に基づいて、補正処理部１１０が容量値計測回路２００の個体差、及びセンサーケーブルＳＣＢの容量値と水位との関係の非線形性による補正を行うことができる。

このように本実施形態の補正装置１００によれば、温度測定素子ＴＳ１、ＴＳ２により測定された温度情報と第１、第２、第３の補正係数とに基づいて、容量値計測回路２００から出力されるカウント値を補正することができるから、水位（液面の高さ）を精度良く計測することができる。

なお、計測の対象となるものは水又は液体に限定されず、多様な混合物を含む液体であってもよい。混合物を含む液体であっても、比誘電率が空気と異なるものであればセンサーケーブルＳＣＢの静電容量が変化するから、その液面までの高さを精度良く計測することができる。

無線通信部２１０は、アンテナＡＮＴを介してホスト装置（図示せず）からのコマンド等を受信し、受信したコマンド等に基づいて、補正処理部１１０から出力された水位（水位情報）をホスト装置に送信する。無線通信部２１０は、低ノイズアンプ、フィルター回路、復調回路、ＰＬＬ回路、変調回路、パワーアンプなどのアナログ回路により実現される。

制御部２２０は、容量値計測回路２００の容量測定処理、補正装置１００の補正処理、無線通信部２１０の送受信処理などを制御する。制御部２２０は、ＡＳＩＣのロジック回路やマイクロコンピューター（マイコン）等により実現することができる。

電源部２３０は、電池（乾電池、バッテリー）や電源回路などを含み、無線センサータグ３００の各部分に必要な電源を供給する。

２．容量値計測回路
図２に、本実施形態の抵抗周波数変換回路２００（広義には容量値計測回路）とローパスフィルターＬＰＦの構成例、及び静電容量センサーケーブルＳＣＢの等価回路を示す。

抵抗周波数変換回路２００は、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｐ型トランジスターＴＰ、Ｎ型トランジスターＴＮ、シュミットトリガー入力のバッファーＢＵＦ、遅延回路ＤＬ１、ＤＬ２、ＡＮＤゲートＡＮＤ１、ＡＮＤ２、ＮＯＲゲートＮＯＲ１、ＮＯＲ２、ＮＯＲ３、インバーターＩＮＶ１、ＩＮＶ２及びカウンターＣＮＴを含む。

静電容量センサーケーブルＳＣＢの等価回路は、可変容量ＣＡ、ＣＢ及びインダクタンスＬＡ、ＬＢを含む。可変容量ＣＡ、ＣＢの容量値は、水位（液面の高さ）に対応してそれぞれ変化する。インダクタンスＬＡ、ＬＢは、センサーケーブルＳＣＢの２本の導体がそれぞれ有する寄生インダクタンスである。

ローパスフィルターＬＰＦは、抵抗素子Ｒ３及びキャパシターＣ１を含む。センサーケーブルＳＣＢは寄生インダクタンスＬＡ、ＬＢを含み、また他端が開放端になっているために、高い周波数の寄生発振が生じる場合がある。ローパスフィルターＬＰＦは、この寄生発振を抑えるためのものである。

なお、本実施形態の抵抗周波数変換回路２００及びローパスフィルターＬＰＦの構成例、並びに静電容量センサーケーブルＳＣＢの等価回路は図２に示すものに限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

抵抗周波数変換回路２００は、容量性センサー（ここではセンサーケーブルＳＣＢ）を検出ノードＮＳと第１の電源ノードＶＳＳ（低電位側電源ノード）との間に設けることによりＲＣ発振回路を構成する。このＲＣ発振回路の発振周波数は、容量性センサーの容量値が大きいほど低くなるから、発振周波数又は発振周期を計測することで容量性センサーの容量値を計測することができる。

カウンターＣＮＴは、ＲＣ発振回路の発振信号と基準クロック信号ＣＬＫとをカウントして、カウント値Ｎｃｎｔを出力する。上述したように、補正装置１００がこのカウント値Ｎｃｎｔを補正することで、正確な水位（液面の高さ）が計測される。カウンターＣＮＴは、ＣＭＯＳロジック回路などにより構成することができる。

イネーブル信号ＥＮＢＬ１、ＥＮＢＬ２は、抵抗周波数変換回路２００の発振動作を制御する信号であって、ＥＮＢＬ１、ＥＮＢＬ２が共にＨレベル（高電位レベル）である場合にＲＣ発振が生じる。

図３（Ａ）に、抵抗周波数変換回路２００の信号波形の一例を示す。図３（Ａ）には、検出ノードＮＳの電圧Ｖ（ＮＳ）、Ｐ型トランジスターＴＰのゲート電圧Ｖ（ＮＰ）、Ｎ型トランジスターＴＮのゲート電圧Ｖ（ＮＮ）の各波形を示す。

図２及び図３（Ａ）に従って、抵抗周波数変換回路２００の動作を説明する。初期状態ではイネーブル信号ＥＮＢＬ１、ＥＮＢＬ２が共にＬレベル（低電位レベル、ＶＳＳレベル）に設定されている。この場合には、ノードＮＡ１はＬレベルに、ノードＮＰはＨレベルに設定されるから、Ｐ型トランジスターＴＰはオフ状態になる。また、ノードＮＲ２はＨレベルに、ノードＮＲ３はＬレベルに、ノードＮＮはＨレベルに設定されるから、Ｎ型トランジスターＴＮはオン状態になる。その結果、キャパシターＣ１、可変容量ＣＡ、ＣＢの電荷はＴＮを介して放電され、図３（Ａ）のＡ１に示すように、検出ノードＮＳの電圧Ｖ（ＮＳ）はＬレベルになる。

イネーブル信号ＥＮＢＬ１がＨレベルに設定されると、ノードＮＡ１はＨレベルに、ノードＮＰはＬレベルに変化し（図３（Ａ）のＡ２）、Ｐ型トランジスターＴＰはオン状態になる。なお、初期状態ではＮＯＲ１の入力（ノードＮＤ１、ＮＤ２）が共にＬレベルであるから、ノードＮＲ１はＨレベルに設定されている。従って、ＥＮＢＬ１がＬレベルからＨレベルに変化することで、ノードＮＡ１はＬレベルからＨレベルに変化する。また、ノードＮＲ２はＬレベルに、ノードＮＲ３はＨレベルに、ノードＮＮはＬレベルに変化し（図３（Ａ）のＡ３）、Ｎ型トランジスターＴＮはオフ状態になる。なお、初期状態ではＡＮＤ２の入力（ノードＮＤ１、ＮＤ２）が共にＬレベルであるから、ノードＮＡ２はＬレベルに設定されている。従って、ノードＮＲ２がＨレベルからＬレベルに変化することで、ノードＮＲ３はＬレベルからＨレベルに変化する。

このようにイネーブル信号ＥＮＢＬ１、ＥＮＢＬ２が共にＨレベルに設定されると、Ｐ型トランジスターＴＰはオン状態になり、Ｎ型トランジスターＴＮはオフ状態になるから、第２の電源ノードＶＤＤ（高電位側電源ノード）からＰ型トランジスターＴＰ及び抵抗素子Ｒ１、Ｒ３を介してセンサーケーブルＳＣＢに電流が流れ、可変容量ＣＡ、ＣＢが充電される。その結果、検出ノードＮＳの電圧Ｖ（ＮＳ）は、図３（Ａ）のＡ４に示すように、徐々に上昇する。

検出ノードＮＳの電圧Ｖ（ＮＳ）が上昇し、バッファーＢＵＦのＬレベルからＨレベルへのしきい値電圧を越えると、バッファーＢＵＦの出力ノードＮＢはＬレベルからＨレベルに変化する。そして遅延回路ＤＬ１による所定の遅延時間の経過後にノードＮＤ１がＬレベルからＨレベルに変化する。そしてさらに遅延回路ＤＬ２による所定の遅延時間の経過後にノードＮＤ２がＬレベルからＨレベルに変化する。ノードＮＤ１がＨレベルに変化することで、ノードＮＲ１はＬレベルに、ノードＮＡ１はＬレベルに、そしてノードＮＰはＨレベルに変化する（図３（Ａ）のＡ５）。また、ノードＮＤ１がＨレベルに変化し、さらに遅れてノードＮＤ２もＨレベルに変化することで、ノードＮＡ２がＨレベルに変化する。ノードＮＡ２がＨレベルに変化することで、ノードＮＲ３はＬレベルに、ノードＮＮはＨレベルに変化する（図３（Ａ）のＡ６）。

このようにＶ（ＮＳ）が上昇し、バッファーＢＵＦのＬレベルからＨレベルへのしきい値電圧を越えると、Ｐ型トランジスターＴＰはオフ状態になり、Ｎ型トランジスターＴＮはオン状態になるから、キャパシターＣ１、可変容量ＣＡ、ＣＢの電荷はＴＮを介して放電され、図３（Ａ）のＡ７に示すように、検出ノードＮＳの電圧Ｖ（ＮＳ）は降下する。

検出ノードＮＳの電圧Ｖ（ＮＳ）が降下し、バッファーＢＵＦのＨレベルからＬレベルへのしきい値電圧を越えると、バッファーＢＵＦの出力ノードＮＢはＨレベルからＬレベルに変化する。そして遅延回路ＤＬ１による所定の遅延時間の経過後にノードＮＤ１がＨレベルからＬレベルに変化する。そしてさらに遅延回路ＤＬ２による所定の遅延時間の経過後にノードＮＤ２がＨレベルからＬレベルに変化する。ノードＮＤ１がＬレベルに変化することで、ノードＮＡ２はＬレベルに、ノードＮＲ３はＨレベルに、そしてノードＮＮはＬレベルに変化する（図３（Ａ）のＡ８）。また、ノードＮＤ１がＬレベルに変化し、さらに遅れてノードＮＤ２もＬレベルに変化することで、ノードＮＲ１がＨレベルに変化する。ノードＮＲ１がＨレベルに変化することで、ノードＮＡ１はＨレベルに、ノードＮＰはＬレベルに変化する（図３（Ａ）のＡ９）。

このようにＶ（ＮＳ）が降下し、バッファーＢＵＦのＨレベルからＬレベルへのしきい値電圧を越えると、Ｐ型トランジスターＴＰはオン状態になり、Ｎ型トランジスターＴＮはオフ状態になるから、検出ノードＮＳの電圧Ｖ（ＮＳ）は、図３（Ａ）のＡ１０に示すように、再び上昇する。

以上説明したように、本実施形態の抵抗周波数変換回路２００に静電容量センサーケーブルＳＣＢを接続することにより、図３（Ａ）のＶ（ＮＳ）に示すような発振信号波形を得ることができる。この信号波形のＬレベルからＨレベルまでの上昇時間ＴＡは、Ｐ型トランジスターＴＰのオン抵抗値、抵抗素子Ｒ１、Ｒ３の抵抗値、キャパシターＣ１及び可変容量ＣＡ、ＣＢの容量値に依存する。即ち、ＴＰのオン抵抗値、Ｒ１、Ｒ３の抵抗値、キャパシターＣ１の容量値が一定であれば、上昇時間ＴＡは可変容量ＣＡ、ＣＢの容量値によって決定される。従って、上昇時間ＴＡを計測することで、センサーケーブルＳＣＢの容量値（ＣＡ、ＣＢの各容量値の和）を計測することができる。

図３（Ｂ）は、カウント値Ｎｃｎｔを説明する図である。上昇時間ＴＡを直接に計測することは難しいので、図３（Ｂ）に示すように、発振波形Ｖ（ＮＳ）の立ち下がりエッジをカウントし、第１のエッジから第Ｎのエッジをカウントするまでの期間ＴＢを計測する。この期間ＴＢは、基準クロックＣＬＫによって計測される。即ち、期間ＴＢにおいて基準クロックＣＬＫをカウントし、このカウント値Ｎｃｎｔとクロック周期ＴＣＫとの積が期間ＴＢの長さを与える。クロック周期ＴＣＫは一定であるから、カウント値ＮｃｎｔがセンサーケーブルＳＣＢの容量値に対応することになる。

発振波形の立ち下がりエッジのカウント及び基準クロックＣＬＫのカウントはカウンターＣＮＴにより実行され、カウント値Ｎｃｎｔが補正装置１００に対して出力される。

３．補正処理
図４に、第１の補正係数及び第２の補正係数に基づく補正処理の一例を示す。横軸は温度ｔ、縦軸はカウント値の補正値ΔＮｃｎｔを示す。実線は第１の補正係数に基づく補正処理、破線は第２の補正係数に基づく補正処理、１点鎖線は第１及び第２の補正係数に基づく補正処理を合成した補正処理を示す。なお、以下の説明では、第１の補正係数に基づく補正処理を「第１の補正処理」、第２の補正係数に基づく補正処理を「第２の補正処理」と呼ぶ。

第１の補正係数は、上述したように、静電容量センサーケーブルＳＣＢの静電容量値の温度による変化を補正するためのものである。この第１の補正係数は、具体的には図４に示すように温度（測定温度）ｔを変数とする２次関数Ｆ１（ｔ）の３つの係数ａ１、ｂ１、ｃ１である。即ち、第１の補正処理は、測定温度情報により表される測定温度ｔの２次関数で表される補正関数Ｆ１（ｔ）（図４の実線）により行うことができる。例えば、測定された水温（液温）がｔｍである場合には、第１の補正処理による補正値ΔＮｃｎｔ１は、次式で与えられる。

ΔＮｃｎｔ１＝Ｆ１（ｔｍ）＝ａ１×ｔｍ^２＋ｂ１×ｔｍ＋ｃ１ （１）
そして補正されたカウント値ＣＮは、次式で与えられる。

ＣＮ＝Ｎｃｎｔ＋ΔＮｃｎｔ１ （２）
ここでＮｃｎｔは容量値計測回路２００から出力されるカウント値（即ち、補正前のカウント値）である。

第２の補正係数は、容量値計測回路２００が有する回路素子の温度変化によるカウント値の変化を補正するためのものである。例えば図２の抵抗周波数変換回路２００（容量値計測回路）では、Ｐ型トランジスターＴＰのオン抵抗が温度により変化するとＲＣ発振周波数が変化するから、カウント値が変化する。このカウント値の変化を補正するために、第２の補正処理が行われる。第２の補正係数は、具体的には図４に示すように温度（測定温度）ｔを変数とする１次関数Ｆ２（ｔ）の２つの係数ａ２、ｂ２、である。例えば、測定された回路素子の温度がｔｎである場合には、第２の補正処理による補正値ΔＮｃｎｔ２は、次式で与えられる。

ΔＮｃｎｔ２＝Ｆ２（ｔｎ）＝ａ２×ｔｎ＋ｂ２ （３）
そして第１及び第２の補正処理の合成により補正されたカウント値ＣＮは、次式で与えられる。

ＣＮ＝Ｎｃｎｔ＋ΔＮｃｎｔ１＋ΔＮｃｎｔ２ （４）
（４）式の合成された補正処理は、測定された水温ｔｍと測定された回路素子の温度ｔｎとが同一とみなせる場合には、例えば図４の１点鎖線で示す２次関数Ｆ１（ｔ）＋Ｆ２（ｔ）になる。

第１、第２の補正係数は、例えば基準温度を２０°Ｃとし、水温（液温）又は回路素子の温度が基準温度からずれた場合に、（４）式で与えられる補正後のカウント値ＣＮが基準温度におけるカウント値になるように決める。

図４では、第１の補正処理を２次関数で、第２の補正処理を１次関数で表しているが、これに限定されるものではない。３次以上の関数で表現してもよいし、或いはルックアップテーブルを用いてもよい。このルックアップテーブルは、記憶部１３０に記憶することができる。

なお、測定された温度によっては、ΔＮｃｎｔ１及びΔＮｃｎｔ２のどちらか一方が十分に小さく無視できる場合がある。このような場合には、無視できる方の補正処理を省略してもよい。

図５に、第３の補正係数に基づく補正処理の一例を示す。横軸は補正されたカウント値ＣＮ、縦軸は水位（液面の高さ）Ｈである。第３の補正係数は、容量値計測回路２００の個体差（回路特性のばらつき）及びカウント値に対する水位の非線形性を補正するためのものである。第２の補正係数は、具体的には図５に示すように、補正されたカウント値ＣＮを変数とする２次関数Ｆ３（ＣＮ）の３つの係数ａ３、ｂ３、ｃ３である。第３の補正係数に基づく補正処理（第３の補正処理）を行うことで、例えば補正されたカウント値ＣＮに対応する水位Ｈは次式で与えられる。

Ｈ＝Ｆ３（ＣＮ）＝ａ３×ＣＮ^２＋ｂ３×ＣＮ＋ｃ３ （５）
第３の補正係数ａ３、ｂ３、ｃ３は無線センサータグ３００ごとに異なる値をとり、各無線センサータグ３００の記憶部１３０に記憶される。

センサーケーブルＳＣＢの容量値は水位に比例するが、計測された容量値（カウント値）と水位の関係は図５に示すように非線形になる。これはセンサーケーブルＳＣＢが容量値計測回路２００内の固定的な静電容量に抵抗素子を介して接続されているために、一種のチャージシェア現象が発生して、発振振幅が変動するためである。

なお、図５では第３の補正処理を２次関数で表しているが、３次以上の関数で表してもよいし、或いはルックアップテーブルを用いてもよい。このルックアップテーブルは、記憶部１３０に記憶することができる。

以上説明したように、本実施形態の補正装置１００及び無線センサータグ３００によれば、簡素な構成の静電容量センサーケーブルＳＣＢを用いて水位（液面の高さ）を計測することができる。特に、測定された温度情報と第１、第２、第３の補正係数とに基づいて補正することにより、水位（液面の高さ）を精度良く計測することができる。

４．データ収集システム
図６に、本実施形態のデータ収集システムの基本的な構成例を示す。データ収集システムは、ｎ（ｎは自然数）個の無線センサータグ３００−１〜３００−ｎと、各無線センサータグ３００との間で無線通信を行うホスト装置４００とを含む。

ホスト装置４００は、各無線センサータグ３００に対して必要なコマンド等を送信し、各無線センサータグ３００は、そのコマンドに基づいて、取得した水位情報をホスト装置４００に対して送信する。ホスト装置４００は、複数の無線センサータグ３００−１〜３００−ｎからの水位情報を順次受信して、複数の離れた場所の水位情報を収集することができる。また、ホスト装置４００は、収集した水位情報を表示装置（ディスプレイ）などに表示することができる。表示装置は図示していないが、ホスト装置４００に設けられてもよいし、例えばホスト装置４００に接続されたパーソナルコンピューター（ＰＣ）のディスプレイであってもよい。

図７に、本実施形態のホスト装置４００の基本的な構成例を示す。ホスト装置４００は、アンテナＡＮＴ、無線通信部４１０、処理部４２０、外部Ｉ／Ｆ（インターフェース）部４３０、記憶部４４０を含む。

無線通信部４１０は、低ノイズアンプ、フィルター回路、復調回路、ＰＬＬ回路、変調回路、パワーアンプなどのアナログ回路により実現される。

処理部４２０は、無線通信のための各種の処理を行うものであり、ＡＳＩＣのロジック回路やプロセッサーなどにより実現できる。記憶部４４０は、無線通信のためのデータやパラメーターを記憶するものであり、ＲＡＭ、不揮発性メモリー、或いはマスクＲＯＭなどにより実現できる。

外部Ｉ／Ｆ部４３０は、パーソナルコンピューター（ＰＣ）などの外部デバイスとのインターフェース処理を行う。ホスト装置４００によって受信された水位情報は、外部Ｉ／Ｆ部４３０を介してＰＣに送られる。そして、ＰＣは、収集した水位情報を適当なアプリケーションソフトにより編集加工して、ディスプレイに表示することができる。

以上説明したように、本実施形態のデータ収集システムによれば、簡素な構成の静電容量センサーケーブルＳＣＢを含む無線センサータグ３００を用いて、複数の離れた場所での水位情報を効率的に収集することができる。特に、補正装置１００を設けることで、測定された温度情報と第１、第２、第３の補正係数とに基づいて容量値を補正することができるから、水位（液面の高さ）を精度良く計測することができる。

なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は全て本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また補正装置、無線センサータグ及びデータ収集システムの構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１００ 補正装置、１１０ 補正処理部、１２０ 温度情報取得部、１３０ 記憶部、
２００ 容量値計測回路（抵抗周波数変換回路）、２１０ 無線通信部、
２２０ 制御部、２３０ 電源部、３００ 無線センサータグ、４００ ホスト装置、
４１０ 無線通信部、４２０ 処理部、４３０ 外部Ｉ／Ｆ部、４４０ 記憶部、
ＡＮＴ アンテナ、ＬＰＦ ローパスフィルター、ＳＣＢ 静電容量センサーケーブル、
ＴＳ１、ＴＳ２ 温度測定素子

Claims (11)

1. 環境の測定温度情報を取得する温度情報取得部と、
   静電容量センサーケーブルの静電容量値の温度による変化の補正処理に使用される補正係数を記憶する記憶部と、
   前記測定温度情報と前記補正係数とに基づいて、前記静電容量センサーケーブルの計測された静電容量値についての前記補正処理を行う補正処理部とを含み、
   前記記憶部は、
   前記静電容量センサーケーブルの長さに応じて値が異なる前記補正係数を記憶することを特徴とする補正装置。
2. 請求項１において、
   前記補正処理部は、
   前記測定温度情報により表される測定温度の２次関数で表される補正関数により、前記補正処理を行うことを特徴とする補正装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記補正処理部は、
   前記静電容量センサーケーブルの静電容量値を計測する容量値計測回路から出力される容量値計測情報を補正することで、前記補正処理を行うことを特徴とする補正装置。
4. 請求項３において、
   前記容量値計測回路は、前記静電容量センサーケーブルの静電容量値に応じて変化する発振信号の周期を計測し、計測された前記発振信号の周期に基づいてカウント値を出力する抵抗周波数変換回路であり、
   前記抵抗周波数変換回路が出力する前記容量値計測情報は、前記静電容量センサーケーブルの静電容量値に対応する前記カウント値であることを特徴とする補正装置。
5. 請求項４において、
   前記記憶部は、
   前記抵抗周波数変換回路が有する回路素子の温度変化による前記カウント値の変化を補正する第２の補正係数を記憶し、
   前記補正処理部は、
   前記測定温度情報と前記補正係数及び前記第２の補正係数とに基づいて前記補正処理を行うことを特徴とする補正装置。
6. 請求項５において、
   前記記憶部は、
   前記容量値計測回路の個体差及び非線形性に基づく第３の補正係数を記憶し、
   前記補正処理部は、
   前記補正係数、前記第２の補正係数及び前記第３の補正係数に基づいて前記補正処理を行うことを特徴とする補正装置。
7. 請求項３乃至６のいずれかにおいて、
   前記容量値計測回路は、
   前記静電容量センサーケーブルの静電容量値を計測し、
   計測された前記静電容量値に基づいて、水位を計測することを特徴とする補正装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記温度情報取得部は、
   前記静電容量センサーケーブルに取り付けられた温度測定素子から前記測定温度情報を取得することを特徴とする補正装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の補正装置と、
   前記容量値計測回路と、
   前記静電容量センサーケーブルとを含むことを特徴とする無線センサータグ。
10. 請求項９に記載の無線センサータグと、
    前記無線センサータグとの間で無線通信を行うホスト装置とを含むことを特徴とするデータ収集システム。
11. 環境の測定温度情報を取得する温度情報取得部と、
    静電容量センサーケーブルの静電容量値の温度による変化の補正処理に使用される補正係数を記憶する記憶部と、
    前記測定温度情報と前記補正係数とに基づいて、前記静電容量センサーケーブルの計測された静電容量値についての前記補正処理を行う補正処理部として、
    コンピューターを機能させることを特徴とするプログラム。

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