JP2013213673A - センサ装置及びセンサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 電極対を用いて液体の特性を適切に検出し得る技術を提供する。
【解決手段】 センサ装置１０は、基板１１と電極対２１と電極対３１とを備える。電極対２１は、基板１１の表面２０に配置されている。電極対３１は、基板１１の裏面３０に配置されている。表面２０の電極対２１の静電容量と、裏面３０の電極対３１の静電容量とは、共に、混合燃料に含まれるエタノールの濃度に相関する。
【選択図】 図１

Description

本明細書では、液体の特性を適切に検出するための技術を開示する。

液体の特性を検出するために、電極対の静電容量の変化を利用する技術が知られている。例えば、特許文献１には、基板の表面と裏面のそれぞれに電極対が配置されている液位液質センサが開示されている。基板の表面に配置されている電極対の静電容量は、エンジンオイルの液位に相関して変化する。基板の裏面に配置されている電極対の静電容量は、エンジンオイルの液質に相関して変化するが、エンジンオイルの液位に相関して変化しない。特許文献１の液位液質センサでは、基板の表面に配置されている電極対の静電容量の変化によってエンジンオイルの液位を検出し、基板の裏面に配置されている電極対の静電容量の変化によってエンジンオイルの液質を検出する。

特開２００５−３５１６８８号公報

特許文献１の液位液質センサでは、検出対象となる液体によっては、液体の特性を適切に検出できない場合がある。例えば、検出対象となる液体の液質の変化に対する静電容量の変化が小さいと、液質を適切に検出できない場合がある。また、検出対象となる液体の液位の変化に対する静電容量の変化が小さいと、液位を適切に検出できない場合がある。本明細書では、電極対を用いて液体の特性を適切に検出し得る技術を提供する。

本明細書で開示される技術は、液体の特性を検出するためのセンサ装置である。このセンサ装置は、基板と第１の電極対と第２の電極対とを備える。第１の電極対は、基板の表面に配置されている。第２の電極対は、基板の裏面に配置されている。第１の電極対の静電容量と第２の電極対の静電容量とは、液体の同一の特性に相関して変化する。

上記のセンサ装置によれば、液体の１個の特性に相関して静電容量が変化する電極対を、基板の表面のみに配置する従来の構成と比較して、液体の特性の変化量に対するセンサ装置（即ち第１及び第２の電極対）の静電容量の変化量を大きくすることができる。即ち、液体の特性の変化に対するセンサ装置の感度を高めることができる。この結果、このセンサ装置を用いることによって、従来の構成と比較して、液体の特性を適切に検出することができる。

第１実施例のセンサシステムの構成を示す。 第２実施例のセンサシステムの構成を示す。 第３実施例のセンサシステムの構成を示す。

最初に、以下に説明する実施例の特徴を列記する。なお、ここに列記する特徴は、何れも独立して有効なものである。

（特徴１）第１の電極対は、外部から信号が入力される第１の信号電極と、第１の信号電極に間隔を空けて対向する第１の基準電極とを備えていてもよい。第２の電極対は、外部から信号が入力される第２の信号電極と、第２の信号電極に間隔を空けて対向する第２の基準電極とを備えていてもよい。第１の信号電極は、第２の信号電極と同一の形状を有していてもよい。第１の基準電極は、第２の基準電極と同一の形状を有していてもよい。第１の信号電極と第１の基準電極との間隔は、第２の信号電極と第２の基準電極との間隔に等しくてもよい。

この構成によれば、第１の電極対の静電容量と第２の電極対の静電容量とを等しくすることができる。

（特徴２）第１の電極対の静電容量と第２の電極対の静電容量とは、ともに、液体に含まれる特定の物質の濃度に相関して変化してもよい。

この構成によれば、液体に含まれる特定の物質の濃度を適切に検出し得る。

（特徴３）本明細書では、さらに、上記のセンサ装置を備えるセンサシステムを開示する。このセンサシステムは、上記のいずれかのセンサ装置と信号供給装置と比較装置とを備えていてもよい。信号供給装置は、第１の電極対と第２の電極対とに信号を供給してもよい。比較装置は、信号供給装置から第１の電極対に信号が供給されている間の第１の電極対の静電容量に相関する第１の相関値と、信号供給装置から第２の電極対に信号が供給されている間の第２の電極対の静電容量に相関する第２の相関値とを比較して、比較結果を出力してもよい。

第１の相関値と第２の相関値とは、同一の特性に相関する値である。従って、第１の相関値と第２の相関値とは、正の相関がある。しかしながら、例えば、第１の電極対と第２の電極対の一方が破損している場合や第１の電極対と第２の電極対の一方に異物が付着している場合のように、液体の特性とは異なる要因によって、これら電極対の一方の静電容量が変化する場合がある。この場合、第１の相関値と第２の相関値との相関関係が崩れ、両者の相関係数は低くなる。この関係から、比較装置から出力される比較結果を用いて、第１の相関値と第２の相関値との一方が、液体の特性に相関していないことを判断することができる。これにより、液体の特性に相関していない相関値を用いて、液体の特性が検出されることを防止することができる。

（特徴４）第１の電極対は、第２の電極対と並列に接続可能であってもよい。

この構成によれば、第１の電極対と第２の電極対とを直列に接続する場合と比較して、センサ装置の静電容量を大きくすることができる。

（特徴５）本明細書では、さらに、上記のセンサ装置を備える他のセンサシステムを開示する。このセンサシステムは、上記のいずれかのセンサ装置と、センサ装置と接続され、センサ装置から出力される信号に基づいて液体の特性を特定する特定装置を備えていてもよい。特定装置は、センサ装置に信号を供給する信号供給部と、センサ装置の等価回路に対応する１又は複数の基準素子から構成される基準等価回路と、信号供給装置から基準等価回路に信号が供給されたときにその基準等価回路から出力される信号に基づいて、センサ装置から出力される信号を補正する演算部を備えていてもよい。

この構成によれば、基準素子を用いてセンサ装置から出力される信号が補正されるため、センサシステム間の検出精度のバラツキを抑制することができる。

（特徴６）上記の特定装置は、センサ装置及び信号供給部に供給される電源の電圧を測定する電源電圧測定部と、特定装置の温度を測定する温度測定部をさらに備えていてもよい。そして、演算部は、電源電圧測定部で測定された電源電圧と、温度測定部で測定された温度に基づいて、センサ装置から出力される信号をさらに補正してもよい。

この構成によれば、特定装置の温度やセンサ装置等に供給される電源電圧の変化に起因して、センサ装置から出力される信号が変化することを抑制することができる。

（第１実施例）
センサシステム２は、ガソリンとエタノールとの混合燃料を燃料とする自動車に搭載される。センサシステム２は、混合燃料中のエタノールの濃度を検出するために用いられる。図１に示すように、センサシステム２は、センサ装置１０と特定装置５０とを備える。

センサ装置１０は、基板１１と２個の電極対２１，３１とを備える。図１では、基板１１の表面２０と裏面３０とが並べて記載されている。実際には、センサ装置１０は、１個の基板１１を備える。

電極対２１は、基板１１の表面２０上に配置されている。電極対２１は、信号電極２２と基準電極２４とを備える。信号電極２２は、複数個（図１では８個）の横電極部分２２ａ（なお、図１では１個の横電極部分２２ａのみに符号を付している）と、縦電極部分２２ｂとを備える。縦電極部分２２ｂは、基板１１の長手方向（燃料タンクの深さ方向）に、直線状に伸びている。縦電極部分２２ｂの上端は、基板１１の上端に位置する。縦電極部分２２ｂは、複数個の横電極部分２２ａの一方の端（図１の左側の端）に接続されている。これにより、複数個の横電極部分２２ａは、縦電極部分２２ｂに電気的に接続される。複数個の横電極部分２２ａは、互いに平行に、かつ、縦電極部分２２ｂに対して垂直に配置されている。複数個の横電極部分２２ａは、基板１１の長手方向に等間隔に配置されている。

信号電極２２の右側には、基準電極２４が信号電極２２に対応して配置されている。基準電極２４は接地されている。基準電極２４は、複数個（図１では８個）の横電極部分２４ａ（なお、図１では１個の横電極部分２４ａのみに符号を付している）と、縦電極部分２４ｂとを備える。縦電極部分２４ｂは、基板１１の長手方向に伸びている。縦電極部分２４ｂの上端は、基板１１の上端に位置する。縦電極部分２４ｂは、複数個の横電極部分２４ａに接続されている。これにより、複数個の横電極部分２４ａは、縦電極部分２４ｂに電気的に接続される。複数個の横電極部分２４ａは、互いに平行に、かつ、縦電極部分２４ｂに対して垂直に配置されている。複数個の横電極部分２４ａは、基板１１の長手方向に等間隔に配置されている。基板１１の上端から下端に沿って見たときに、横電極部分２２ａと横電極部分２４ａとは、交互に配置されている。

電極対３１は、基板１１の裏面３０上に配置されている。電極対３１は、信号電極３２と基準電極３４とを備える。信号電極３２は、複数個（図１では８個）の横電極部分３２ａ（なお、図１では１個の横電極部分３２ａのみに符号を付している）と、縦電極部分３２ｂとを備える。信号電極３２は、信号電極２２と同一形状を有する。また、信号電極３２は、基板１１を挟んで、信号電極２２と同一の位置に位置している。基準電極３４は、信号電極３２に対応して配置されている。基準電極３４は接地されている。基準電極３４は、複数個（図１では８個）の横電極部分３４ａ（なお、図１では１個の横電極部分３４ａのみに符号を付している）と、縦電極部分３４ｂとを備える。基準電極３４は、基準電極２４と同一形状を有する。また、基準電極３４は、基板１１を挟んで、基準電極２４と同一の位置に位置している。この構成では、信号電極３２と基準電極３４との間隔は、信号電極２２と基準電極２４との間隔に等しい。より詳細には、隣り合う横電極部分３２ａと横電極部分３４ａとの間隔は、隣り合う横電極部分２２ａと横電極部分２４ａとの間隔に等しい。従って、電極対２１と電極対３１とが同一の環境下に配置される場合（例えば燃料タンク内に配置されている場合）、通常では、電極対２１の静電容量と電極対３１の静電容量は等しくなる。なお、最も上方に位置する横電極部分２２ａは、最も上方に位置する横電極部分２４ａよりも上方に位置し、最も上方に位置する横電極部分３２ａは、最も上方に位置する横電極部分３４ａよりも上方に位置する。

特定装置５０は、発振回路５２と、２個の抵抗器Ｒ１，Ｒ２と、２個のスイッチＳ１，Ｓ２と、整流部５６と、増幅部５８と、演算部６０と、温度検出部６２とを備える。発振回路５２は、予め決められた周期（例えば、１０Ｈｚ〜３ＭＨｚ）の信号（交流電圧）を発生する。

発振回路５２は、抵抗器Ｒ１を介して、スイッチＳ１，Ｓ２のそれぞれに接続されている。スイッチＳ１，Ｓ２は、図示省略した制御部によって、ＯＮとＯＦＦに切り替えられる。スイッチＳ１がＯＮの場合、信号電極２２と発振回路５２とは接続され、スイッチＳ１がＯＦＦの場合、信号電極２２と発振回路５２とは接続されない。即ち、スイッチＳ１がＯＮの間、発振回路５２から信号電極２２に、信号が供給される。スイッチＳ２がＯＮの場合、信号電極３２と発振回路５２とは接続され、スイッチＳ２がＯＦＦの場合、信号電極３２と発振回路５２とは接続されない。即ち、スイッチＳ２がＯＮの間、発振回路５２から信号電極３２に、信号が供給される。

抵抗器Ｒ１と信号電極２２，３２との間には、整流部５６が接続されている。整流部５６には、信号電極２２，３２に供給される信号と同一の信号が入力される。整流部５６は、入力された信号を整流して、増幅部５８に出力する。増幅部５８は、入力された信号を増幅して、演算部６０（ＭＣＵ）に出力する。

制御部は、スイッチＳ１，Ｓ２を制御することによって、センサシステム２を、第１の状態から第４の状態のいずれかの状態に切り替える。第１の状態では、スイッチＳ１はＯＮであり、スイッチＳ２はＯＦＦである。第１の状態では、発振回路５２から信号電極２２に信号が入力される。この結果、電極対２１に電荷が蓄えられる。電極対２１の静電容量は、混合燃料中のエタノールの濃度と相関して変化する。抵抗器Ｒ１の抵抗値が一定であることから、エタノールの濃度に相関して、信号電極２２に供給される信号の振幅が変化する。整流部５６には、信号電極２２に供給される信号と同一の信号が入力される。この結果、演算部６０には、電極対２１の静電容量に相関する信号が入力される。

第２の状態では、スイッチＳ１はＯＦＦであり、スイッチＳ２はＯＮである。第２の状態では、発振回路５２から信号電極３２に信号が供給される。この結果、電極対３１に電荷が蓄えられる。電極対３１の静電容量は、混合燃料中のエタノールの濃度と相関して変化する。抵抗器Ｒ１の抵抗値が一定であることから、エタノールの濃度に相関して、信号電極３２に供給される信号の振幅が変化する。整流部５６には、信号電極３２に供給される信号と同一の信号が入力される。この結果、演算部６０には、電極対３１の静電容量に相関する信号が入力される。

第３の状態では、スイッチＳ１とスイッチＳ２とが共にＯＮである。第３の状態では、電極対２１と電極対３１とは並列に接続される。第３の状態では、発振回路５２から信号電極２２，３２に信号が供給される。この結果、電極対２１，３１に電荷が蓄えられる。抵抗器Ｒ１の抵抗値が一定であることから、電極対２１，３１の静電容量は、混合燃料中のエタノールの濃度と相関して変化する。このため、エタノールの濃度に相関して、信号電極２２，３２に供給される信号の振幅が変化する。整流部５６には、信号電極２２，３２に供給される信号が入力される。この結果、演算部６０には、電極対２１の静電容量と電極対３１の静電容量の和に相関する信号が入力される。

第４の状態では、スイッチＳ１とスイッチＳ２とは共にＯＦＦである。第４の状態では、整流部５６は、抵抗器Ｒ１と直列に接続される。この場合、電極対２１，３１には信号は供給されない。この結果、演算部６０には、整流部５６を介して、混合燃料中のエタノールの濃度によって変化しない信号を入力される。

制御部は、第１の状態から第４の状態まで、連続的に切り替える。また、制御部は、第１の状態から第４の状態までの切り替えを、繰り返し実行する。制御部は、センサシステム２の現在の状態を、演算部６０に伝達する。

温度検出部６２は、抵抗器Ｒ２を介して、例えば５Ｖの直流電圧を出力する直流電源５４に接続されている。温度検出部６２は、温度によって抵抗値が変化する測温抵抗体を備える。温度検出部６２は、測温抵抗体を用いて混合燃料の温度を検出し、検出された混合燃料の温度を、演算部６０に入力する。

第３の状態では、演算部６０は、増幅部５８から入力される信号と、温度検出部６２から入力される混合燃料の温度と、を用いて、混合燃料中のエタノールの濃度を特定する。例えば、演算部６０は、演算部６０に記憶されている静電容量と混合燃料の温度とエタノールの濃度との関係を示すデータベースを用いて、混合燃料中のエタノールの濃度を特定する。第３の状態では、電極対２１と電極対３１とは並列に接続されている。この構成によれば、２個の電極対２１，３１の静電容量の和を用いて、エタノールの濃度を特定することができる。このため、電極対２１と電極対３１のうちの一方の静電容量を用いてエタノールの濃度を特定する構成と比較して、エタノールの濃度の変化に対する静電容量の変化を大きく（即ちセンサ装置１０の感度を高く）することができる。このため、演算部６０は、エタノールの濃度を適切に検出することができる。

また、電極対２１，３１の静電容量は、混合燃料の温度によって変化する。演算部６０は、エタノールの濃度を検出する際に、混合燃料の温度を用いる。この構成によれば、演算部６０は、混合燃料の温度による電極対２１，３１の静電容量の変化を補正することができる。このため、演算部６０は、エタノールの濃度をより適切に検出することができる。なお、演算部６０で検出されたエタノールの濃度は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）７０に出力される。ＥＣＵ７０は、入力されたエタノールの濃度を用いて、インジェクタ等を制御する。即ち、ＥＣＵ７０は、演算部６０で検出された適切なエタノールの濃度に基づいて、インジェクタ等を制御することができる。このため、エンジンに適切に混合燃料を供給することができる。

第１の状態において、演算部６０に入力される信号（以下では、「第１の相関値」と呼ぶ）は、電極対２１の静電容量に相関する。第２の状態において、演算部６０に入力される信号（以下では、「第２の相関値」と呼ぶ）は、電極対３１の静電容量に相関する。第１の状態において電極２１に入力される信号と、第２の状態において電極３１に入力される信号とは同一である。センサシステム２は、第１の状態から第２の状態に連続的に切り替えられる。即ち、演算部６０には、第１の相関値と第２の相関値とが連続的に入力される。センサシステム２が正常に動作している状況では、連続的に入力される第１の相関値と第２の相関値は略等しくなる。

演算部６０は、第１の相関値と第２の相関値とが連続して入力されると、入力された第１の相関値と第２の相関値とを比較する。第１の相関値と第２の相関値とが異なる場合とは、第１の相関値と第２の相関値との少なくとも一方の相関値は、混合燃料のエタノールの濃度に相関していない場合である。この場合、第１の相関値と第２の相関値との相関関係が崩れている。この場合、演算部６０は、電極対２１と電極対３１の少なくとも一方の電極対に、破損、異物の付着等の不具合が発生していると判断する。この場合、演算部６０は、電極対２１と電極対３１の少なくとも一方の電極対に不具合が発生していることを示す信号を、ＥＣＵ７０に出力する。この構成によれば、センサ装置１０に不具合が発生していることを判断することができる。この結果、ＥＣＵ７０が、誤ったエタノールの濃度に基づいて各部を制御することを防止することができる。

演算部６０は、センサシステム２が正常に動作している状況での第４の状態における演算部６０に入力される信号の電圧値を記憶している。演算部６０は、センサシステム２が第４の状態で入力される信号の電圧値と演算部６０に記憶されている電圧値を比較する。演算部６０は、入力される信号の電圧値と演算部６０に記憶されている電圧値とが異なっている場合、センサシステム２に不具合（導線の破損、各部５２，５６，５８の故障等）が発生していると判断する。この場合、演算部６０は、センサシステム２に不具合が発生していることを示す信号を、ＥＣＵ７０に出力する。この構成によれば、センサ装置１０以外のセンサシステム２に不具合が発生していることを判断することができる。この結果、ＥＣＵ７０が、誤ったエタノールの濃度に基づいて各部を制御することを防止することができる。

（第２実施例）
第１実施例と異なる点について主に説明する。図２に示すセンサシステム１０２は、センサシステム２と同様の各部５２，５６，５８，６０，Ｓ１，Ｓ２を備える一方、抵抗器Ｒ１，Ｒ２と温度検出部６２とセンサ装置１０を備えていない。センサシステム１０２は、さらに、スイッチＳ３とセンサ装置１１０と電流−電圧変換部１５５とを備える。

センサ装置１１０は、基板１１と、２個の電極対２１，１３１とを備える。図２では、図１と同様に、基板１１の表面２０と裏面３０とが並べて記載されている。実際には、センサ装置１１０は、１個の基板１１を備える。なお、電極対２１の基準電極２４は、電流−電圧変換部１５５を介して整流部５６に接続されている。

電極対１３１は、基板１１の裏面３０上に配置されている。電極対１３１は、信号電極１３２と基準電極１３４とを備える。信号電極１３２の形状と基板１１上の位置は、図１位の基準電極３４の形状と基板１１上の位置と同一である。基準電極１３４の形状と基板１１１上の位置は、図１の信号電極３２の形状と基板１１上の位置と同一である。この構成では、信号電極１３２と基準電極１３４との間隔は、信号電極２２と基準電極２４との間隔に等しい。なお、基準電極１３４は、電流−電圧変換部１５５を介して整流部５６に接続されている。

発振回路５２は、スイッチＳ１〜Ｓ３のそれぞれに接続されている。スイッチＳ１〜Ｓ３は、図示省略した制御部によって、ＯＮとＯＦＦに切り替えられる。スイッチＳ１がＯＮの場合、信号電極２２と発振回路５２とは接続され、スイッチＳ１がＯＦＦの場合、信号電極１２２と発振回路５２とは接続されない。即ち、スイッチＳ１がＯＮの間、発振回路５２から信号電極２２に、信号が供給される。スイッチＳ２がＯＮの場合、信号電極１３２と発振回路５２とは接続され、スイッチＳ２がＯＦＦの場合、信号電極１３２と発振回路５２とは接続されない。即ち、スイッチＳ２がＯＮの間、発振回路５２から信号電極１３２に、信号が供給される。スイッチＳ３がＯＮの場合、電流−電圧変換部１５５と発振回路５２とは直接（電極対２１，１３１を介さずに）接続される。スイッチＳ３がＯＦＦの場合、電流−電圧変換部１５５と発振回路５２とは直接接続されない。即ち、スイッチＳ３がＯＮの間、発振回路５２から電流−電圧変換部１５５に、電極対２１，１３１を介さずに信号が供給される。

制御部は、スイッチＳ１〜Ｓ３を制御することによって、センサシステム２を、第１の状態から第４の状態のいずれかの状態に切り替える。第１の状態では、スイッチＳ１はＯＮであり、スイッチＳ２はＯＦＦであり、スイッチＳ３はＯＦＦである。第１の状態では、電極対２１と電流−電圧変換部１５５とが直列に接続される。発振回路５２から信号電極２２に信号が供給されると、電極対２１に電荷が蓄えられる。電極対２１の静電容量は、混合燃料中のエタノールの濃度と相関して変化する。電流−電圧変換部１５５の電流値は、電極対２１の静電容量、即ち、混合燃料中のエタノールの濃度と相関して変化する。電流−電圧変換部１５５は、電流−電圧変換部１５５の電流値を、信号（電圧値）に変換して、整流部５６に出力する。従って、整流部５６に入力される信号の電圧値は、電極対２１の静電容量によって変化する。この結果、演算部６０には、電極対２１の静電容量に相関する信号が入力される。

第２の状態では、スイッチＳ１はＯＦＦであり、スイッチＳ２はＯＮであり、スイッチＳ３はＯＦＦである。第２の状態では、電極対１３１と電流−電圧変換部１５５とが直列に接続される。発振回路５２から信号電極１３２に信号が供給されると、電極対１３１に電荷が蓄えられる。電極対１３１の静電容量は、混合燃料中のエタノールの濃度と相関して変化する。電流−電圧変換部１５５の電流値は、電極対１３１の静電容量、即ち、混合燃料中のエタノールの濃度と相関して変化する。電流−電圧変換部１５５は、電流−電圧変換部１５５の電流値を、信号（電圧値）に変換して、整流部５６に出力する。従って、整流部５６に入力される信号の電圧値は、電極対１３１の静電容量によって変化する。この結果、演算部６０には、電極対１３１の静電容量に相関する信号が入力される。

第３の状態では、スイッチＳ１とスイッチＳ２とが共にＯＮであり、スイッチＳ３はＯＦＦである。第３の状態では、電極対２１と電極対１３１とは並列に接続され、電流−電圧変換部１５５に直列に接続される。発振回路５２から信号電極２２，１３２に信号が供給されると、電極対２１，１３１に電荷が蓄えられる。電極対２１，１３１の静電容量の和は、混合燃料中のエタノールの濃度と相関して変化する。電流−電圧変換部１５５の電流値は、電極対２１，１３１の静電容量、即ち、混合燃料中のエタノールの濃度と相関して変化する。従って、電流−電圧変換部１５５は、電流−電圧変換部１５５の電流値を、信号（電圧値）に変換して、整流部５６に出力する。整流部５６に入力される信号の電圧値は、電極対２１，１３１の静電容量の和、即ち、エタノールの濃度と相関する。この結果、演算部６０には、電エタノールの濃度と相関する信号が入力される。

第３の状態では、演算部６０は、増幅部５８から入力される信号を用いて、混合燃料中のエタノールの濃度を特定する。この構成では、センサシステム２と同様に、エタノールの濃度の変化に対する静電容量の変化を大きく（即ちセンサ装置１１０の感度を高く）することができる。このため、演算部６０は、エタノールの濃度を適切に検出することができる。

第４の状態では、スイッチＳ１とスイッチＳ２とは共にＯＦＦであり、スイッチＳ３はＯＮである。第４の状態では、電流−電圧変換部１５５は、発振回路５２に直接（電極対２１，１３１を介さずに）接続され、電極対２１，１３１には信号は入力されない。この結果、演算部６０には、電流−電圧変換部１５５及び整流部５６を介して、混合燃料中のエタノールの濃度によって変化しない信号を入力される。

制御部は、第１の状態から第４の状態まで、連続的に切り替える。また、制御部は、第１の状態から第４の状態までの切り替えを、繰り返し実行する。制御部は、センサシステム２の現在の状態を、演算部６０に伝達する。

第１の状態において、演算部６０に入力される信号（以下では、「第１の相関値」と呼ぶ）は、電極対２１の静電容量に相関する。第２の状態において、演算部６０に入力される信号（以下では、「第２の相関値」と呼ぶ）は、電極対１３１の静電容量に相関する。第１の状態において電極２１に入力される信号と、第２の状態において電極１３１に入力される信号とは同一である。センサシステム１０２は、第１の状態から第２の状態に連続的に切り替えられる。即ち、演算部６０には、第１の相関値と第２の相関値とが連続的に入力される。センサシステム１０２が正常に動作している状況では、連続的に入力される第１の相関値と第２の相関値は略等しくなる。

演算部６０は、第１の相関値と第２の相関値とが連続して入力されると、入力された第１の相関値と第２の相関値とを比較する。第１の相関値と第２の相関値とが異なっている場合とは、第１の相関値と第２の相関値との少なくとも一方の相関値は、混合燃料のエタノールの濃度に相関していない場合である。この場合、演算部６０は、電極対２１と電極対１３１の少なくとも一方の電極対に、破損、異物の付着等の不具合が発生していると判断する。この構成によれば、センサシステム２と同様に、ＥＣＵ７０が、誤ったエタノールの濃度に基づいて各部を制御することを防止することができる。

また、演算部６０は、センサシステム２が第４の状態で入力される信号の電圧値と演算部６０に記憶されている電圧値を比較する。演算部６０は、入力される信号の電圧値と演算部６０に記憶されている電圧値とが異なっている場合、センサシステム２に不具合（導線の破損、各部５２，５６，５８の故障等）が発生していると判断する。この場合、演算部６０は、センサシステム１０２に不具合が発生していることを示す信号を、ＥＣＵ７０に出力する。この構成によれば、センサ装置１１０以外のセンサシステム１０２に不具合が発生していることを判断することができる。この結果、ＥＣＵ７０が、誤ったエタノールの濃度に基づいて各部を制御することを防止することができる。

（第３実施例）
第３実施例のセンサシステムについて、図３を参照して説明する。図３に示すように、第３実施例のセンサシステムは、液質センサ装置８０ａと、液位センサ装置８０ｂと、これらセンサ装置８０ａ，８０ｂに接続された特定装置８８を備えている。

液質センサ装置８０ａは、第１実施例のセンサ装置１１と略同一の構成を有するが、混合燃料の温度を測定する温度測定部８６ａをさらに備えている点で相違する。すなわち、液質センサ装置８０ａは、混合燃料の液質（すなわち、混合燃料中のエタノール濃度）を測定する第１電極対８２ａと、混合燃料の液質（すなわち、混合燃料中のエタノール濃度）を測定する第２電極対８４ａと、混合燃料の温度を測定する温度測定部８６ａを備えている。第１電極対８２ａと第２電極対８４ａは、第１実施例のセンサ装置１１の電極対２１，３１と同一の構成を有している。温度測定部８６ａは、サーミスタ等の抵抗式の感熱素子である。

上記の液質センサ装置８０ａは、混合燃料を貯留する燃料タンクの上面に配置されている。液質センサ装置８０ａは、ケース内に収容されており、このケースには、プレッシャーレギュレータからの余剰燃料が供給される。すなわち、燃料タンク内には、燃料タンク内の混合燃料をエンジンに供給するための燃料ポンプと、その燃料ポンプから吐出される混合燃料の圧力を調整するプレッシャーレギュレータが配置されている。プレッシャーレギュレータは液質センサ装置８０ａを収容するケースと配管で接続されており、プレッシャーレギュレータの余剰燃料が配管を通ってケース内に供給される。ケース内に供給された余剰燃料は、ケースに形成された排出口より燃料タンクに戻される。したがって、液質センサ装置８０ａは、ケース内に供給された余剰燃料と接触し、この余剰燃料の液質と温度を測定する。なお、燃料ポンプの作動が停止すると、液質センサ装置８０ａを収容するケースへの余剰燃料の供給が停止する。このため、ケース内の混合燃料は、排出口よりケース外に排出される。その結果、液質センサ装置８０ａは大気中に露出した状態となる。

液位センサ装置８０ｂは、上述した液質センサ装置８０ａと同様の構成を備え、燃料タンク内の混合燃料の液位と温度を測定する。すなわち、液位センサ装置８０ｂは、混合燃料の液位を測定する第１電極対８２ｂと、混合燃料の液位を測定する第２電極対８４ｂと、混合燃料の温度を測定する温度測定部８６ｂを備えている。液位センサ装置８０ｂは、燃料タンク内の混合燃料の液位を測定するため、燃料タンク内に配置されている。また、第１電極対８２ｂ及び第２電極対８４ｂは、燃料タンクの低面の近傍から燃料タンクの上面の近傍の位置まで配置されている。

特定装置８８は、液質センサ装置８０ａと液位センサ装置８０ｂに接続され、これらのセンサ装置８０ａ，８０ｂが出力する信号が入力される。また、特定装置８８は、図示しない外部電源及びエンジンＥＣＵに接続されている。特定装置８８には、外部電源からの電力が供給される。特定装置８８に供給された電力は、液質センサ装置８０ａの温度測定部８６ａに供給され、また、液位センサ装置８０ｂの温度測定部８６ｂに供給される。特定装置８８は、発振回路９８と、センサ出力選択部９７と、センサ入力選択部９１と、信号増幅部９０と、入力選択部９２と、ＡＤコンバータ９４と、演算部９６と、基準等価回路１００と、温度補償回路１０２を備えている。

発振回路９８は、外部電源から供給される電力を用いて信号（交流電圧）を生成する。センサ出力選択部９７は、発振回路９８で生成される信号を出力する対象を選択する。すなわち、センサ出力選択部９７は、液質センサ装置８０ａの電極対８２ａ，８４ａと、液位センサ装置８０ｂの電極対８２ｂ，８４ｂと、基準等価回路１００のいずれかに、発振回路９８からの信号（交流電圧）を出力する。信号を出力する対象は、演算部９６の指令に基づいて、センサ出力選択部９７により選択される。センサ入力選択部９１は、液質センサ装置８０ａの電極対８２ａ，８４ａから出力される信号、液位センサ装置８０ｂの電極対８２ｂ，８４ｂから出力される信号、及び、基準等価回路１００から出力される信号のいずれかを選択し、選択した信号を信号増幅部９０に入力する。信号増幅部９０は、センサ入力選択部９１で選択された信号を増幅する。入力選択部９２は、信号増幅部９０から入力される信号と、液質センサ装置８０ａの温度測定部８６ａから入力される信号と、液位センサ装置８０ｂの温度測定部８６ｂから入力される信号のいずれかを選択し、選択した信号をＡＤコンバータ９４に出力する。ＡＤコンバータ９４は、入力選択部９２から出力される信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。演算部９６は、ＡＤコンバータ９４から入力する信号を処理することで混合燃料の液質及び液位を特定し、その特定した液質及び液位をエンジンＥＣＵに出力する。また、演算部９６は、次に説明するように、基準等価回路１００と温度補償回路１０２の出力を用いて、液質センサ装置８０ａから出力される信号と液位センサ装置８０ｂから出力される信号を補正（校正）する処理を行う。

まず、基準等価回路１００及び温度補償回路１０２について説明する。基準等価回路１００は、基準容量１００ａと基準抵抗１００ｂを備えている。基準容量１００ａと基準抵抗１００ｂは、液質センサ装置８０ａの電極対８２ａ，８４ａや、液位センサ装置８０ｂの電極対８２ｂ，８４ｂによって構成される回路（すなわち、ＲＣ回路）に対応する基準等価回路（ＲＣ回路）を構成する。基準等価回路１００には、発振回路９８の信号が入力される。基準等価回路１００から出力される信号は、入力選択部９２及びＡＤコンバータ９４を介して演算部９６に入力される。

温度補償回路１０２は、回路温度測定部１０２ａと電源電圧測定部１０２ｂを備えている。回路温度測定部１０２ａは、サーミスタ等の抵抗素子であり、特定装置８８の温度を測定する。電源電圧測定部１０２ｂは、液質センサ装置８０ａの温度測定部８６ａ及び液位センサ装置８０ｂの温度測定部８６ｂに供給される電源の電圧を測定する。回路温度測定部１０２ａから出力される信号（特定装置８８の温度）と、電源電圧測定部１０２ｂから出力される信号は、入力選択部９２及びＡＤコンバータ９４を介して演算部９６に入力される。

次に、演算部９６のセンサ出力補正処理を説明する。演算部９６は、回路温度測定部１０２ａから出力される信号（すなわち、特定装置８８の温度）と、電源電圧測定部１０２ｂから出力される信号（すなわち、電源電圧）に基づいて、液質センサ装置８０ａから出力される信号と液位センサ装置８０ｂから出力される信号を補正する。すなわち、特定装置８８の温度が変化すると、発振回路９８から出力される信号の周波数が変化する。液質センサ装置８０ａ及び液位センサ装置８０ｂに入力される信号の周波数が変化すると、液質センサ装置８０ａの電極対８２ａ，８４ａ及び液位センサ装置８０ｂの電極対８２ｂ，８４ｂから出力される信号が変化する。このため、演算部９６は、特定装置８８の温度に基づいて、電極対８２ａ，８４ａ，８２ｂ，８４ｂから出力される信号を補正する。例えば、演算部９６は、特定装置の温度に応じた補正係数を予め記憶しており、この補正係数を電極対８２ａ，８４ａ，８２ｂ，８４ｂから出力される信号に乗じる。

また、液質センサ装置８０ａ及び液位センサ装置８０ｂの温度測定部８６ａ，８６ｂに供給する電源電圧が変化すると、温度測定部８６ａ，８６ｂから出力される信号の電圧が変化する。すなわち、温度測定部８６ａ，８６ｂは、抵抗体であるため、入力する電源の電圧が変化すると、出力する信号の電圧も変化する。このため、演算部９６は、電源電圧に基づいて、温度測定部８６ａ，８６ｂから出力される信号の電圧を補正する。例えば、演算部９６は、電源電圧に応じた補正係数を温度測定部８６ａ，８６ｂから出力される信号に乗じる。なお、演算部９６は、温度測定部８６ａから出力される信号と、温度測定部８６ｂから出力される信号が大きく相違している場合は、温度測定部８６ａ，８６ｂの少なくとも１つに故障が生じていると判断する。温度測定部８６ａ，８６ｂが故障した旨の信号は、演算部９６より外部（エンジンＥＣＵ等）に出力される。

さらに、演算部９６は、基準等価回路１００から出力される信号に基づいて、液質センサ装置８０ａの電極対８２ａ，８４ａ及び液位センサ装置８０ｂの電極対８２ｂ，８４ｂから出力される信号を補正する。すなわち、特定装置８８の経年変化等によって発振回路９８から出力される信号が変化する場合がある。発振回路９８から出力される信号が変化すると、基準等価回路１００から出力される信号及び電極対８２ａ，８４ａ，８２ｂ，８４ｂから出力される信号が変化する。ここで、基準等価回路１００の基準容量１００ａと基準抵抗１００ｂは既知であることから、基準等価回路１００に入力された信号の周波数等を特定することができる。したがって、演算部９６は、基準等価回路１００に入力された信号の周波数等を特定し、その特定した信号の周波数等に基づいて、電極対８２ａ，８４ａ，８２ｂ，８４ｂから出力される信号を補正する。なお、演算部９６は、電極対８２ａから出力される信号と、電極対８４ａから出力される信号が大きく相違している場合や、電極対８２ｂから出力される信号と、電極対８４ｂから出力される信号が大きく相違している場合は、電極対８２ａ，８４ａ，８２ｂ，８４ｂに故障が生じていると判断する。電極対８２ａ，８４ａ，８２ｂ，８４ｂが故障した旨の信号は、演算部９６より外部（エンジンＥＣＵ等）に出力される。

さらに、演算部９６は、燃料ポンプ停止時において、液質センサ装置８０ａの電極対８２ａ，８４ａから出力される信号に基づいて、液質センサ装置８０ａの電極対８２ａ，８４ａから出力される信号を補正する。すなわち、燃料ポンプ停止時には、液質センサ装置８０ａを収容するケース内から混合燃料が排出され、液質センサ装置８０１の電極対８２ａ，８４ａは大気に露出している。大気（空気）の誘電率は既知であることから、電極対８２ａ，８４ａの静電容量を推定することができる。一方、液質センサ装置８０ａの個体差や、液質センサ装置８０ａの経年変化によって、液質センサ装置８０ａの静電容量が設計値からずれる場合がある。このような場合は、推定される電極対８２ａ，８４ａの静電容量と、燃料ポンプ停止時に実際に測定される電極対８２ａ，８４ａの静電容量とが相違することとなる。そこで、演算部９６は、燃料ポンプ停止時に液質センサ装置８０ａの電極対８２ａ，８４ａから出力される信号に基づいて、液質センサ装置８０ａの電極対８２ａ，８４ａから出力される信号を補正するための補正係数を決定する。これによって、液質センサ装置８０ａの個体差や、液質センサ装置８０ａの経年変化による測定値のバラツキが修正される。

さらに、演算部９６は、燃料タンクへ燃料を給油して満タンにした状態のときに、液位センサ装置８０ｂの電極対８２ｂ，８４ｂから出力される信号に基づいて、液位センサ装置８０ｂの電極対８２ｂ，８４ｂから出力される信号を補正する。すなわち、燃料タンクが満タンとされた状態では、液位センサ装置８０ｂの電極対８２ｂ，８４ｂの全てが燃料中に浸漬している。一方、液質センサ装置８０ａの出力から燃料の誘電率は特定することができるため、電極対８２ｂ，８４ｂの静電容量を推定することができる。一方、液位センサ装置８０ｂの個体差や、液位センサ装置８０ｂの経年変化によって、液位センサ装置８０ｂの静電容量が設計値からずれる場合がある。このような場合は、推定される電極対８２ｂ，８４ｂの静電容量と、燃料満タン時に実際に測定される電極対８２ｂ，８４ｂの静電容量とが相違することとなる。そこで、演算部９６は、燃料満タン時に液位センサ装置８０ｂの電極対８２ｂ，８４ｂから出力される信号に基づいて、液位センサ装置８０ｂの電極対８２ｂ，８４ｂから出力される信号を補正するための補正係数を決定する。これによって、液位センサ装置８０ｂの個体差や、液位センサ装置８０ｂの経年変化による測定値のバラツキが修正される。

上記のように第３実施例のセンサシステムでは、各センサ装置８０ａ，８０ｂから出力される信号が補正されるため、燃料タンク内の燃料の液質と液位を精度よく測定することができる。また、センサ装置８０ａ，８０ｂの故障や、特定装置８８の故障を自己診断することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

（変形例）
（１）上記の各実施例では、基板１１の表裏面に設けられた２個の電極対２１，３１等は、発振回路５２から信号が供給される場合に、同一の静電容量の電荷を蓄える。第１実施例では、電極対２１の各電極２２，２４の形状が電極対３１の各電極３２，３４の形状と同一であり、かつ、２個の電極２２，２４間の間隔は、２個の電極３２，３４間の間隔と等しい。しかしながら、基板の表面の電極対の静電容量は、基板の裏面の電極対の静電容量と同一でなくてもよい。この場合、基板の表面の電極対の静電容量と基板の裏面の電極対の静電容量とが相関（正の相関）するように、２個の電極対を設けてもよい。例えば、基板の表面の電極対の静電容量が、基板の裏面の電極対の静電容量の２倍になるように、２個の電極対を設けてもよい。この構成によれば、第１の相関値（基板の表面の電極対の静電容量に相関する値）が、第２の相関値（基板の裏面の電極対の静電容量相関する値）の略２倍でない場合、演算部６０は、２個の電極対の少なくとも一方の電極対に、破損、異物の付着等の不具合が発生していると判断してもよい。

（２）上記の各実施例では、各電極対２１等の静電容量は、混合燃料のエタノールの濃度に相関して変化する。しかしながら、各電極対の静電容量は、燃料の液位に相関して変化するように、電極対２１等を設けてもよい。

（３）上記の各実施例では、演算部６０は、第１の相関値と第２の相関値とを比較して、２個の電極対２１，３１等の少なくとも一方の電極対に、不具合が発生していると判断する。そして、演算部６０は、２個の電極対２１等の少なくとも一方の電極対に不具合が発生していることを示す信号を、ＥＣＵ７０に出力する。しかしながら、演算部６０は、第１の相関値と第２の相関値とを比較して、比較結果を出力してもよい（例えば２個の相関値が等しい場合に「０」を出力し、異なっている場合に「１」を出力してもよい）。この場合、ＥＣＵ７０は、演算部６０から入力される値に応じて、２個の電極対２１等の少なくとも一方の電極対に、不具合が発生しているのか否かを判断してもよい。あるいは、ＥＣＵ７０は、演算部６０から入力される値が「１」の場合にのみ、不具合を報知するランプを点灯させてもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：センサシステム、１０：センサ装置、１１：基板、２１，３１：電極対、２２，３２：信号電極、２４，３４：基準電極、５０：特定装置、５２：発振回路、５４：直流電源、５６：整流部、５８：増幅部、６０：演算部、６２：温度検出部

Claims (7)

1. 液体の特性を検出するためのセンサ装置であって、
   基板と、
   基板の表面に配置されている第１の電極対と、
   基板の裏面に配置されている第２の電極対と、を備え、
   第１の電極対の静電容量と第２の電極対の静電容量とは、液体の同一の特性に相関して変化する、センサ装置。
2. 第１の電極対は、外部から信号が入力される第１の信号電極と、第１の信号電極に間隔を空けて対向する第１の基準電極と、を備え、
   第２の電極対は、外部から信号が入力される第２の信号電極と、第２の信号電極に間隔を空けて対向する第２の基準電極と、を備え、
   第１の信号電極は、第２の信号電極と同一の形状を有しており、
   第１の基準電極は、第２の基準電極と同一の形状を有しており、
   第１の信号電極と第１の基準電極との間隔は、第２の信号電極と第２の基準電極との間隔に等しい、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 第１の電極対の静電容量と第２の電極対の静電容量とは、ともに、液体に含まれる特定の物質の濃度に相関して変化する、請求項１又は２に記載のセンサ装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ装置と、
   第１の電極対と第２の電極対とに信号を供給する信号供給装置と、
   信号供給装置から第１の電極対に信号が供給されている間の第１の電極対の静電容量に相関する第１の相関値と、信号供給装置から第２の電極対に信号が供給されている間の第２の電極対の静電容量に相関する第２の相関値とを比較して、比較結果を出力する比較装置と、を備えるセンサシステム。
5. 第１の電極対は、第２の電極対と並列に接続可能である、請求項４に記載のセンサシステム。
6. 請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ装置と、
   センサ装置と接続され、センサ装置から出力される信号に基づいて液体の特性を特定する特定装置と、を備えており、
   特定装置は、
   センサ装置に信号を供給する信号供給部と、
   センサ装置の等価回路に対応する１又は複数の基準素子から構成される基準等価回路と、
   信号供給装置から基準等価回路に信号が供給されたときにその基準等価回路から出力される信号に基づいて、センサ装置から出力される信号を補正する演算部と、を備えるセンサシステム。
7. 特定装置は、
   センサ装置及び信号供給部に供給される電源の電圧を測定する電源電圧測定部と、
   特定装置の温度を測定する温度測定部と、をさらに備えており、
   演算部は、電源電圧測定部で測定された電源電圧と、温度測定部で測定された温度に基づいて、センサ装置から出力される信号をさらに補正する、請求項６に記載のセンサシステム。

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