JP2018132458A - Detector and method for detecting substance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検知装置及び物質検知方法に関し、特に、可変周波数を検出する検知装置及び物質検知方法に関する。 The present invention relates to a detection apparatus and a substance detection method, and more particularly to a detection apparatus and a substance detection method for detecting a variable frequency.
静電容量／ＲＦアドミタンスレベル検知器は、物質の電気容量の変化を検出し、電気容量の公式Ｃ＝εＡ／ｄに基づいて、検知された情報を物理信号から電気的な信号に変換する。静電容量／ＲＦアドミタンスレベル検知器をタンクまたは管路内に取り付けた場合には、上記の公式のＡ（物質との接触面積）及びｄ（極板との距離）を一定にすることになる。このため、Ｃの変化量は、ε（物質の誘電率）に影響される。 The capacitance / RF admittance level detector detects a change in the capacitance of the substance, and converts the detected information from a physical signal to an electrical signal based on the capacitance formula C = εA / d. When the capacitance / RF admittance level detector is mounted in a tank or a pipeline, the above formulas A (contact area with the substance) and d (distance with the electrode plate) are made constant. . For this reason, the amount of change in C is affected by ε (the dielectric constant of the substance).
静電容量／ＲＦアドミタンスレベル検知器は、一定の周波数の交流信号をプローブに発信し、電気容量値を電気信号に変換する。物質がプローブに接触した場合には、信号強度に変化が発生する。簡易な静電容量／ＲＦアドミタンススイッチ検知器の制御部（ＵＣまたは比較回路）は、判定点を設定する。プローブが物質に接触しなかった場合には、フィードバックされた信号強度がこの判定点を超えることがない。一方、プローブが物質に接触した場合には、フィードバックされた信号強度がこの判定点を超えることになる。 The capacitance / RF admittance level detector transmits an AC signal having a constant frequency to the probe and converts the capacitance value into an electric signal. When the substance comes into contact with the probe, a change occurs in the signal intensity. A control unit (UC or comparison circuit) of a simple capacitance / RF admittance switch detector sets a determination point. If the probe does not come into contact with the substance, the signal strength fed back does not exceed this judgment point. On the other hand, when the probe comes into contact with the substance, the signal intensity fed back exceeds this determination point.
また、静電容量／ＲＦアドミタンス連続式レベル検知器は、取り付けられた後に２点校正を行うことになる。静電容量／ＲＦアドミタンス連続式レベル検知器にこの２点の値が入力されると、制御部はこの２点の傾斜率の変化を計算する。このため、物質が変わると、信号強度の変化に応じて、タンクにおける物質の等価容積を算出することができる。次に、静電容量／ＲＦアドミタンス連続式レベル検知器のインタフェース、例えば、ＲＳ−４８５インタフェース、４−２０ｍＡ、Ｍｏｄｂｕｓインタフェースなどに結果を表示してバックエンドシステムに出力する。 In addition, the capacitance / RF admittance continuous level detector performs two-point calibration after being attached. When the values at the two points are input to the capacitance / RF admittance continuous level detector, the control unit calculates the change in the gradient at the two points. For this reason, when the substance changes, the equivalent volume of the substance in the tank can be calculated according to the change in the signal intensity. Next, the results are displayed on the interface of the capacitance / RF admittance continuous level detector, for example, RS-485 interface, 4-20 mA, Modbus interface, etc., and output to the back-end system.
以下、従来技術を例示して説明する。検知器を取り付けた後、タンクにおける物質がプローブに１０ｃｍ接触し、タンク内の容量比が１０％の場合には、信号強度が１００ｍＶとなる。次に、物質がプローブに５０ｃｍ接触し、タンク内の容量比が５０％の場合、信号強度が５００ｍＶとなる。制御部は、上記の容量比が検知器に入力されると、容量比と信号強度との関係により容量比を算出する。すなわち、容量比は、（５０％−１０％）／（５００ｍＶ−１００ｍＶ）＝０．１（％／ｍｖ）となる。これにより、信号強度が６００ｍＶに変わった場合には、検知器または出力信号によりタンク内の容量比を６０％と直接に算出することができる。 Hereinafter, the prior art will be described as an example. After the detector is attached, when the substance in the tank comes into contact with the probe 10 cm and the capacity ratio in the tank is 10%, the signal intensity is 100 mV. Next, when the substance contacts the probe 50 cm and the volume ratio in the tank is 50%, the signal intensity is 500 mV. When the above capacity ratio is input to the detector, the control unit calculates the capacity ratio based on the relationship between the capacity ratio and the signal intensity. That is, the capacity ratio is (50% -10%) / (500 mV-100 mV) = 0.1 (% / mv). Thereby, when the signal intensity changes to 600 mV, the capacity ratio in the tank can be directly calculated as 60% by the detector or the output signal.
物質の誘電率は、常に環境（例えば、温度や湿度）の変化、物質の特性の変化（例えば、含水率の差異）及び検知器から射出された周波数の差異によって異なるインピーダンス応答を有する。 The dielectric constant of a material always has a different impedance response due to changes in the environment (eg temperature and humidity), changes in material properties (eg differences in moisture content) and differences in the frequency emitted from the detector.
しかしながら、従来の静電容量／ＲＦアドミタンスレベル検知器では、異なる周波数において作動することができず、一定の周波数において作動しかできないといった問題がある。このため、測定のスマート化や多機能化の実現に影響を与えてしまう。 However, the conventional capacitance / RF admittance level detector has a problem that it cannot operate at different frequencies and can only operate at a constant frequency. For this reason, it will affect the realization of smart and multi-functional measurement.
上記の問題を解決するために、本発明の一つの目的は、検知装置を提供することである。 In order to solve the above problems, one object of the present invention is to provide a detection device.
上記の問題を解決するために、本発明のもう一つの目的は、物質検知方法を提供することである。 In order to solve the above problem, another object of the present invention is to provide a substance detection method.
上記目的を達成するため、本発明に係る検知装置は、物質の誘電率の変化状態を検知する。前記検知装置は、プローブと、前記プローブに接続される検知モジュールとを含む。前記検知モジュールは、物質検知回路と、前記物質検知回路に電気的に接続される演算部と、前記演算部に電気的に接続される信号出力回路と、を含む。前記検知モジュールは、周波数スイープ信号を生成して前記プローブに伝送することで前記物質の状態を検知する。前記周波数スイープ信号は、予め設定された周波数範囲内における周波数が互いに異なる複数の信号である。前記周波数スイープ信号が前記物質を掃引すると、前記物質の等価電気容量により反射信号が生成される。前記物質検知回路は、前記反射信号を受信して前記演算部に伝送する。前記演算部は、前記反射信号を演算して波形信号を生成し、前記物質の前記状態を判断する。前記演算部は、インピーダンススペクトルにより前記物質の前記状態を判断する。前記インピーダンススペクトルには、複数の状態領域が画定される。複数の前記状態領域のそれぞれは、異なる出力信号を有する。前記演算部は、前記波形信号のインピーダンススペクトルにおける信号強度及び分布周波数を用いて、前記波形信号の複数前記状態領域における位置を判断して換算することで、前記物質の等価容積及び物質の品質を得て前記物質の前記状態を判断する。前記演算部は、前記波形信号の前記状態領域における前記位置に応じて、前記信号出力回路により前記位置の前記状態領域の前記出力信号を外部へ出力する。 In order to achieve the above object, a detection device according to the present invention detects a change state of a dielectric constant of a substance. The detection device includes a probe and a detection module connected to the probe. The detection module includes a substance detection circuit, a calculation unit electrically connected to the substance detection circuit, and a signal output circuit electrically connected to the calculation unit. The detection module detects a state of the substance by generating a frequency sweep signal and transmitting it to the probe. The frequency sweep signal is a plurality of signals having different frequencies within a preset frequency range. When the frequency sweep signal sweeps the material, a reflected signal is generated by the equivalent capacitance of the material. The substance detection circuit receives the reflection signal and transmits it to the calculation unit. The calculation unit calculates the reflected signal to generate a waveform signal, and determines the state of the substance. The calculation unit determines the state of the substance based on an impedance spectrum. A plurality of state regions are defined in the impedance spectrum. Each of the plurality of state regions has a different output signal. The calculation unit uses the signal intensity and distribution frequency in the impedance spectrum of the waveform signal to determine and convert the position of the waveform signal in the plurality of state regions, thereby converting the equivalent volume of the substance and the quality of the substance. Obtain the state of the substance. The computing unit outputs the output signal of the state region at the position to the outside by the signal output circuit according to the position of the waveform signal in the state region.
上記目的を達成するため、本発明に係る物質検知方法は、物質の状態を測定するとともにプローブ及び前記プローブに接続する検知モジュールを有する検知装置を用意することと、前記プローブを前記物質内に設置することと、前記検知装置に環境補正を行うことと、予め設定された周波数範囲内における周波数が互いに異なる複数の信号である周波数スイープ信号を前記検知モジュールにより生成して前記プローブに伝送することで前記物質の前記状態を検知することと、前記周波数スイープ信号が前記物質を掃引すると、前記物質の等価電気容量により反射信号を生成することと、前記検知モジュールが前記反射信号を演算して波形信号を生成するとともに測定モードを行うことで、インピーダンススペクトルにより前記物質の前記状態を判断して測定結果を得て外部へ出力し、前記インピーダンススペクトルに複数の状態領域が画定され、複数の前記状態領域のそれぞれが異なる出力信号を有することと、前記検知モジュールが前記波形信号のインピーダンススペクトルにおける信号強度及び分布周波数を用いて、前記波形信号の前記状態領域における位置を判断して換算することで、前記物質の等価容量及び物質の品質を得て前記物質の前記状態を判断することと、前記波形信号の前記状態領域における前記位置に応じて、前記検知モジュールが前記位置の前記状態領域の前記出力信号を外部へ出力することと、を含む。 In order to achieve the above object, a substance detection method according to the present invention provides a detection apparatus that measures a state of a substance and includes a probe and a detection module connected to the probe, and installs the probe in the substance. Performing environmental correction on the detection device, and generating a frequency sweep signal, which is a plurality of signals having different frequencies within a preset frequency range, by the detection module and transmitting them to the probe. Detecting the state of the substance; generating a reflected signal by an equivalent capacitance of the substance when the frequency sweep signal sweeps the substance; and calculating the reflected signal by the detecting module to generate a waveform signal. The state of the substance is determined according to the impedance spectrum by performing the measurement mode. The determination result is obtained and output to the outside, and a plurality of state regions are defined in the impedance spectrum, and each of the plurality of state regions has a different output signal, and the detection module has an impedance of the waveform signal. Using the signal intensity and distribution frequency in the spectrum to determine and convert the position of the waveform signal in the state region, thereby obtaining the equivalent capacity of the substance and the quality of the substance to determine the state of the substance. And, according to the position of the waveform signal in the state region, the detection module outputs the output signal of the state region at the position to the outside.
本発明のスマート検知器によれば、可変の周波数を検出することができる。 According to the smart detector of the present invention, a variable frequency can be detected.
以下に、本発明について図面を参照して説明する。以下の説明によって、本発明の目的、特徴及び特性が詳しく理解されると考えているが、添付した図面は、説明のための参考にすぎず、本発明を制限するものではないことを付け加えておく。 The present invention will be described below with reference to the drawings. It is considered that the objects, features and characteristics of the present invention will be understood in detail by the following description, but the attached drawings are only for reference and are not intended to limit the present invention. deep.
以下に、本発明に関する技術内容について、図面を参照しつつ詳細に説明する。 The technical contents relating to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
図１は、本発明の一実施形態に係る検知装置を示すブロック図である。本発明に係る検知装置１０は、物質２０の誘電率（ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）の変化状態を検知する。物質２０は、タンク３０内に配置される。検知装置１０は、プローブ１０２、検知モジュール１０４及び複数の温度検知部１２０を含む。検知モジュール１０４は、物質検知回路１０６、演算部１０８、信号出力回路１１０及び温度検知回路１１６を含む。信号出力回路１１０は、第１信号出力回路１２２及び第２信号出力回路１２４を含む。上記の構成は互いに電気的に接続される。なお、検知モジュール１０４は、プローブ１０２に接続され、複数の温度検知部１２０は、それぞれ間隔を空けてプローブ１０２に設置される。 FIG. 1 is a block diagram showing a detection device according to an embodiment of the present invention. The detection device 10 according to the present invention detects a change state of the permittivity of the substance 20. The substance 20 is disposed in the tank 30. The detection device 10 includes a probe 102, a detection module 104, and a plurality of temperature detection units 120. The detection module 104 includes a substance detection circuit 106, a calculation unit 108, a signal output circuit 110, and a temperature detection circuit 116. The signal output circuit 110 includes a first signal output circuit 122 and a second signal output circuit 124. The above configurations are electrically connected to each other. The detection module 104 is connected to the probe 102, and the plurality of temperature detection units 120 are installed on the probe 102 at intervals.
まず、検知モジュール１０４は、周波数スイープ信号（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｗｅｅｐ ｓｉｇｎａｌ）１１２を生成してプローブ１０２に伝送する（これにより、物質２０の状態を検知する）。周波数スイープ信号１１２は、予め設定された周波数範囲内における周波数が互いに異なる複数の信号である。周波数スイープ信号１１２が物質２０に接触した場合には、物質２０の等価電気容量により反射信号１１４を生成する。物質検知回路１０６は、反射信号１１４を受信して演算部１０８に伝送する。演算部１０８は、反射信号１１４を演算して波形信号を生成し、物質２０の状態を判断する（後述する）。 First, the detection module 104 generates a frequency sweep signal 112 and transmits the frequency sweep signal 112 to the probe 102 (the state of the substance 20 is thereby detected). The frequency sweep signal 112 is a plurality of signals having different frequencies within a preset frequency range. When the frequency sweep signal 112 comes into contact with the substance 20, the reflected signal 114 is generated by the equivalent electric capacity of the substance 20. The substance detection circuit 106 receives the reflection signal 114 and transmits it to the calculation unit 108. The computing unit 108 computes the reflected signal 114 to generate a waveform signal, and determines the state of the substance 20 (described later).
言い換えれば、本発明の第１の技術的特徴としては、可変周波数を検出するスマート検知器（インピーダンススペクトル検知器ともいえる）を提供することである。インピーダンススペクトル検知器の測定原理としては、以下の通りである。検知モジュール１０４は、調整可能な周波数範囲を有する交流信号（すなわち、周波数スイープ信号１１２であって、その周波数範囲が例えば、５０〜２００ＭＨｚであってもよいが、これに限定されない）をプローブ１０２に射出する。交流信号は、信号強度が周波数の変化によって変化することなく、強度が一定の電圧である。プローブ１０２の構成及び回路は、一定の等価インダクタンス（Ｌｄ）と等価的にされてもよい。なお、一定の等価電気容量値（Ｃｄ）は、プローブ１０２が物質２０に接触することで形成されるものである（プローブ１０２が物質２０に接触しない場合、プローブ１０２の媒体は、誘電率が１の空気である）。 In other words, the first technical feature of the present invention is to provide a smart detector (also referred to as an impedance spectrum detector) that detects a variable frequency. The measurement principle of the impedance spectrum detector is as follows. The detection module 104 supplies an AC signal having an adjustable frequency range (that is, the frequency sweep signal 112, which may be, for example, 50 to 200 MHz, but is not limited thereto) to the probe 102. Eject. The AC signal is a voltage having a constant strength without the signal strength changing due to a change in frequency. The configuration and circuit of the probe 102 may be equivalent to a constant equivalent inductance (Ld). The constant equivalent capacitance value (Cd) is formed when the probe 102 contacts the substance 20 (when the probe 102 does not contact the substance 20, the medium of the probe 102 has a dielectric constant of 1). Air).
検知モジュール１０４が周波数スイープ信号１１２を射出することで、演算部１０８は、空気におけるプローブ１０２のＬｄＣｄ周波数応答グラフを描くとともに、空気（すなわち、誘電率が１の場合）において、ある周波数に現れる最大の抵抗値、すなわち、共振点（Ｆｄ）を算出することができる。物質２０がプローブ１０２に接触すると、等価電気容量値はＣ１になる。この場合、演算部１０８は、共振点をＦ１と再算出する。 When the detection module 104 emits the frequency sweep signal 112, the calculation unit 108 draws the LdCd frequency response graph of the probe 102 in the air, and the maximum appearing at a certain frequency in the air (that is, when the dielectric constant is 1). The resistance value, that is, the resonance point (Fd) can be calculated. When the substance 20 comes into contact with the probe 102, the equivalent capacitance value becomes C1. In this case, the calculation unit 108 recalculates the resonance point as F1.
インピーダンススペクトル検知器の演算部１０８に所定値（Ａ１）を書き込む。上記のＦ１及びＡ１により、本発明は、連続的に（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）測定可能な検知器またはポイントセンサ（ｐｏｉｎｔ ｓｅｎｓｏｒ）を設計することができる。本発明では、ポイントセンサの適用について、Ｆ１がＡ１よりも大きい場合に検知器が信号を出力する一方、Ｆ１がＡ１以下の場合に検知器が信号を出力しないようにしてもよいが、これに限定されない。通常、物質２０の誘電率が１よりも大きいため、生じた等価電気容量値は増加する一方である。このように、物質における共振点は、空気における共振点よりも小さい。 A predetermined value (A1) is written in the calculation unit 108 of the impedance spectrum detector. With the above F1 and A1, the present invention can design a detector or a point sensor capable of continuously measuring. In the present invention, regarding the application of the point sensor, the detector may output a signal when F1 is larger than A1, while the detector may not output a signal when F1 is A1 or less. It is not limited. Usually, since the dielectric constant of the substance 20 is greater than 1, the resulting equivalent capacitance value is only increasing. Thus, the resonance point in the substance is smaller than the resonance point in air.
異なる物質２０は、異なる誘電率を有する。また、インピーダンススペクトル検知器は、誘電率の差異を正確に測定することができる。本発明では、例えば、最初に物質２０がエンジンオイルと検知され、その誘電率がＥ１であったが、長期使用で物質２０が変質したり不純物が物質２０に入ったりしたため、物質２０の誘電率がＥ２に変わり、インピーダンススペクトル検知器が共振点の変化を検知することで物質２０の特性が変化したと判断することができるが、これに限定されない。インピーダンススペクトル検知器は、例えば、オイルコンディションセンサー（Ｏｉｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒ）または物質コンディションセンサーであってもよいが、これらに限定されない。 Different materials 20 have different dielectric constants. Also, the impedance spectrum detector can accurately measure the difference in dielectric constant. In the present invention, for example, the substance 20 is first detected as engine oil, and its dielectric constant is E1, but the substance 20 has been altered or impurities have entered the substance 20 after long-term use. Is changed to E2, and it can be determined that the characteristic of the substance 20 has changed by the impedance spectrum detector detecting a change in the resonance point, but is not limited thereto. The impedance spectrum detector may be, for example, an oil condition sensor or a material condition sensor, but is not limited thereto.
また、例えば、最初に物質２０がトウモロコシの粒と検知され、トウモロコシの粒の含水率が２０％以上、含水率が２０〜３０％以上のトウモロコシの粒の誘電率をインピーダンススペクトル検知器がＥ３に設定する。インピーダンススペクトル検知器によりトウモロコシの粒の含水率が低い（例えば、１５％よりも低い）と検知した場合、トウモロコシの粒の誘電率がＥ４に変わる。この変化は、インピーダンススペクトル検知器によって検知される。このような適用は、水分計（ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）の適用と類似するが、物質２０の誘電率が容積の変化によって変わることなく、環境や時間の変化によって変わることで水分計の適用と相違する。 For example, the substance 20 is first detected as corn grain, and the impedance spectrum detector sets E3 to the dielectric constant of corn grain having a moisture content of 20% or more and a moisture content of 20-30% or more. Set. When the moisture content of the corn grain is detected by the impedance spectrum detector to be low (for example, lower than 15%), the dielectric constant of the corn grain changes to E4. This change is detected by an impedance spectrum detector. Such an application is similar to the application of a moisture instrument, but differs from the application of a moisture meter in that the dielectric constant of the material 20 does not change with changes in volume, but with changes in the environment and time.
図１に戻り説明する。温度検知回路１１６は、外部環境の温度（検知モジュール１０４の温度）を検出し、温度検知信号１１８を生成して演算部１０８に伝送する。次に、演算部１０８は、温度検知信号１１８により波形信号に信号補償を行う。すなわち、信号補償モードでは、検知モジュール１０４は、温度検知信号１１８を生成して波形信号に信号補償を行う。 Returning to FIG. The temperature detection circuit 116 detects the temperature of the external environment (the temperature of the detection module 104), generates a temperature detection signal 118, and transmits the temperature detection signal 118 to the calculation unit 108. Next, the calculation unit 108 performs signal compensation on the waveform signal using the temperature detection signal 118. That is, in the signal compensation mode, the detection module 104 generates the temperature detection signal 118 and performs signal compensation on the waveform signal.
また、複数の温度検知部１２０は、外部環境の温度（物質２０の温度）を検出して温度検知回路１１６に知らせる。これにより、温度検知回路１１６は、温度検知信号１１８を生成して演算部１０８に伝送する。次に、演算部１０８は、温度検知信号１１８により波形信号に信号補償を行う。すなわち、信号補償モードでは、検知モジュール１０４は、温度検知信号１１８を生成して波形信号に信号補償を行う。上記の２種類の信号補正は互いに干渉しないため、異なる時間に行われることができる。 In addition, the plurality of temperature detection units 120 detect the temperature of the external environment (the temperature of the substance 20) and notify the temperature detection circuit 116 of it. As a result, the temperature detection circuit 116 generates a temperature detection signal 118 and transmits it to the calculation unit 108. Next, the calculation unit 108 performs signal compensation on the waveform signal using the temperature detection signal 118. That is, in the signal compensation mode, the detection module 104 generates the temperature detection signal 118 and performs signal compensation on the waveform signal. The two types of signal correction described above do not interfere with each other and can be performed at different times.
言い換えれば、本発明の第２の技術的特徴としては、温度に対して信号補正を行うことである。物質２０の誘電率、回路基板の特性及び回路基板の半導体素子の特性は、外部環境の温度変化によって変化する。このため、検知モジュール１０４は、検知精度が外部環境の温度変化から影響を受けないように温度補正を行う必要がある。また、温度変化による物質２０への影響も、演算部１０８にフィードバックされる必要がある。こうすることで、演算部１０８は、物質２０の温度を知り、誘電率の変化に対して補正を行うことができる。このため、プローブ１０２に複数の温度検知部１２０が設置される。本発明の第２の技術的特徴によれば、インピーダンススペクトル検知器が他の検知特性を有してスマートに判断できる。 In other words, the second technical feature of the present invention is that signal correction is performed on the temperature. The dielectric constant of the substance 20, the characteristics of the circuit board, and the characteristics of the semiconductor element of the circuit board change depending on the temperature change of the external environment. For this reason, the detection module 104 needs to perform temperature correction so that the detection accuracy is not affected by the temperature change of the external environment. Further, the influence on the substance 20 due to the temperature change needs to be fed back to the calculation unit 108. By doing so, the calculation unit 108 can know the temperature of the substance 20 and can correct the change in the dielectric constant. For this reason, a plurality of temperature detectors 120 are installed in the probe 102. According to the second technical feature of the present invention, the impedance spectrum detector has other detection characteristics and can be judged smartly.
図１に戻り説明する。演算部１０８は、インピーダンススペクトルにより物質２０の状態を判断する。インピーダンススペクトルには、複数の状態領域が画定される。これらの状態領域のそれぞれは、異なる出力信号を有する。演算部１０８は、波形信号のインピーダンススペクトルにおける信号強度及び分布周波数を用いて、波形信号の複数の状態領域における位置を判断して換算することで、物質２０の等価容積及び品質を得て物質２０の状態を判断する。また、演算部１０８は、波形信号の複数の状態領域における位置に基づき、信号出力回路１１０によりこの位置の状態領域の出力信号を外部へ出力する。これらの状態領域は、測定領域及び複数の変異領域を含む。測定領域は、事前に定義された中間周波数の帯域に位置する。複数の予め設定された信号強度の境界に基づき、複数の変異領域は、測定領域の両側にそれぞれ分布する。上記の内容の詳細については後述する。 Returning to FIG. The calculation unit 108 determines the state of the substance 20 from the impedance spectrum. A plurality of state regions are defined in the impedance spectrum. Each of these state regions has a different output signal. The calculation unit 108 uses the signal intensity and distribution frequency in the impedance spectrum of the waveform signal to determine and convert the position of the waveform signal in a plurality of state regions, thereby obtaining the equivalent volume and quality of the substance 20 to obtain the substance 20. Determine the state. Further, based on the position of the waveform signal in a plurality of state regions, the calculation unit 108 outputs the output signal of the state region at this position to the outside by the signal output circuit 110. These state regions include a measurement region and a plurality of mutation regions. The measurement region is located in a predefined intermediate frequency band. Based on a plurality of preset signal intensity boundaries, the plurality of variation regions are respectively distributed on both sides of the measurement region. Details of the above contents will be described later.
演算部１０８は、物質の等価容積に応じて第１信号１２６を出力するように第１信号出力回路１２２を駆動するとともに、物質の品質応じて第２信号１２８を出力するように第２信号出力回路１２４を駆動する。出力信号は、第１信号１２６及び第２信号１２８を含む。第１信号１２６及び第２信号１２８の信号形態は、以下の３種類の形態を含む。第１種類としては、第１信号１２６がアナログ信号、第２信号１２８がアナログ信号であり、すなわち、第１信号１２６及び第２信号１２８が、いずれもアナログ信号である。第２種類としては、第１信号１２６がデジタル信号、第２信号１２８がデジタル信号であり、すなわち、第１信号１２６及び第２信号１２８が、いずれもデジタル信号である。第３種類としては、第１信号１２６がアナログ信号かつ第２信号１２８がデジタル信号であるか、または、第１信号１２６がデジタル信号かつ第２信号１２８がアナログ信号であり、すなわち、第１信号１２６または第２信号１２８の一方がアナログ信号、他方がデジタル信号である。 The computing unit 108 drives the first signal output circuit 122 to output the first signal 126 according to the equivalent volume of the substance, and outputs the second signal 128 so as to output the second signal 128 according to the quality of the substance. The circuit 124 is driven. The output signal includes a first signal 126 and a second signal 128. The signal forms of the first signal 126 and the second signal 128 include the following three forms. As the first type, the first signal 126 is an analog signal, and the second signal 128 is an analog signal. That is, the first signal 126 and the second signal 128 are both analog signals. As the second type, the first signal 126 is a digital signal, and the second signal 128 is a digital signal, that is, the first signal 126 and the second signal 128 are both digital signals. As a third type, the first signal 126 is an analog signal and the second signal 128 is a digital signal, or the first signal 126 is a digital signal and the second signal 128 is an analog signal, that is, the first signal. One of 126 and the second signal 128 is an analog signal, and the other is a digital signal.
図２は、本発明の一実施形態に係る物質検知方法を示すフローチャートである。本実施形態に係る物質検知方法は以下のステップを含む。 FIG. 2 is a flowchart showing a substance detection method according to an embodiment of the present invention. The substance detection method according to the present embodiment includes the following steps.
ステップＳ０２では、プローブと、プローブに接続する検知モジュールとを有し、物質の状態を測定するための検知装置を用意する。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＳ０４に移行する。 In step S02, a detection device is prepared that has a probe and a detection module connected to the probe and measures the state of the substance. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step S04.
ステップＳ０４では、プローブを物質内に設置する。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＳ０６に移行する。 In step S04, the probe is placed in the substance. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step S06.
ステップＳ０６では、検知装置に対して環境補正を行う。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＳ０８に移行する。 In step S06, environmental correction is performed on the detection device. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step S08.
ステップＳ０８では、検知モジュールにより周波数スイープ信号を生成してプローブに伝送し、物質の状態を検知する。なお、周波数スイープ信号は、予め設定された周波数範囲内における周波数が互いに異なる複数の信号である。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＳ１０に移行する。 In step S08, the detection module generates a frequency sweep signal and transmits it to the probe to detect the state of the substance. Note that the frequency sweep signal is a plurality of signals having different frequencies within a preset frequency range. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step S10.
ステップＳ１０では、周波数スイープ信号が物質を掃引すると、物質の等価電気容量により反射信号を生成する。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＳ１２に移行する。 In step S10, when the frequency sweep signal sweeps the material, a reflected signal is generated by the equivalent electric capacity of the material. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step S12.
ステップＳ１２では、検知モジュールは、反射信号を演算して波形信号を生成するとともに測定モードを行うことで、物質の状態を判断して測定結果を得て外部へ出力する。なお、測定モードでは、インピーダンススペクトルにより物質の状態を判断する。インピーダンススペクトルには、複数の状態領域が画定される。複数の状態領域のそれぞれは、異なる出力信号を有する。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＳ１４に移行する。 In step S12, the detection module calculates a reflected signal to generate a waveform signal and performs a measurement mode, thereby determining the state of the substance, obtaining a measurement result, and outputting the result to the outside. In the measurement mode, the state of the substance is determined from the impedance spectrum. A plurality of state regions are defined in the impedance spectrum. Each of the plurality of state regions has a different output signal. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step S14.
ステップＳ１４では、検知モジュールは、波形信号のインピーダンススペクトルにおける信号強度及び分布周波数を用いて、波形信号の複数の状態領域における位置を判断して換算することで、物質の等価容積及び物質の品質を得て物質の状態を判断する。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＳ１６に移行する。 In step S14, the detection module uses the signal intensity and the distribution frequency in the impedance spectrum of the waveform signal to determine and convert the position of the waveform signal in a plurality of state regions, thereby converting the equivalent volume of the substance and the quality of the substance. Obtain the condition of the substance. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step S16.
ステップＳ１６では、検知モジュールは、波形信号の複数の状態領域における位置に応じて、位置の状態領域の出力信号を外部へ出力する。 In step S16, the detection module outputs an output signal of the position state region to the outside according to the position of the waveform signal in the plurality of state regions.
複数の状態領域は、測定領域及び複数の変異領域を含む。測定領域は、事前に定義された中間周波数の帯域に位置する。複数の予め設定された信号強度の境界に基づき、複数の変異領域は、測定領域の両側にそれぞれ分布する。本発明では、操作モードを設定し、操作モードに応じて、物質に対して物質容積の測定及び物質品質の測定を行うか、または物質に対して物質容積の測定及び物質品質の測定を同時に行うように検知装置を駆動する。検知モジュールは、物質容積の測定結果に対して第１信号を生成して外部へ出力するとともに、物質品質の測定結果に対して第２信号を生成して外部へ出力する。出力信号は、第１信号及び第２信号を含む。 The plurality of state regions include a measurement region and a plurality of mutation regions. The measurement region is located in a predefined intermediate frequency band. Based on a plurality of preset signal intensity boundaries, the plurality of variation regions are respectively distributed on both sides of the measurement region. In the present invention, the operation mode is set, and according to the operation mode, the substance volume and the substance quality are measured for the substance, or the substance volume and the substance quality are simultaneously measured for the substance. The detection device is driven as follows. The detection module generates a first signal for the substance volume measurement result and outputs the first signal to the outside, and generates a second signal for the substance quality measurement result and outputs the second signal to the outside. The output signal includes a first signal and a second signal.
図３は、本発明の他の実施形態に係る物質検知方法を示すフローチャートである。本実施形態に係る物質検知方法は以下のステップを含む。 FIG. 3 is a flowchart showing a substance detection method according to another embodiment of the present invention. The substance detection method according to the present embodiment includes the following steps.
ステップＴ０２では、本発明に係る検知装置を取り付ける。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＴ０４に移行する。 In step T02, the detection device according to the present invention is attached. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step T04.
ステップＴ０４では、環境パラメータを補正する。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＴ０６に移行する。 In step T04, the environmental parameter is corrected. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step T06.
ステップＴ０６では、物質を検知し、物質の特性を演算、判断する。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＴ０８またはステップＴ１０に移行する。 In step T06, the substance is detected, and the characteristics of the substance are calculated and determined. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step T08 or step T10.
ステップＴ０８では、物質の物理的測定容積を計算して第１信号を生成する。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＴ１２に移行する。 In step T08, a physical measurement volume of the substance is calculated to generate a first signal. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step T12.
ステップＴ１０では、物質の品質を測定し、異なる物質を鑑別して第２信号を生成する。次に、本発明に係る物質検知方法では、ステップＴ１２に移行する。 In step T10, the quality of the substance is measured, and different substances are discriminated to generate a second signal. Next, in the substance detection method according to the present invention, the process proceeds to step T12.
ステップＴ１２では、操作モードを選択する。本実施形態に係る物質検知方法では、単一の信号の出力、または第１信号及び第２信号を任意に組み合わせた複数の信号の出力を選択することができる。次に、出力回路は、操作モードに応じて信号を従来のアナログやデジタルの通信インタフェースの信号に変換する。なお、従来のアナログやデジタルの通信インタフェースは、例えば、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＨＡＲＴインタフェース、ＲＳ−４８５インタフェース、４−２０ｍＡインタフェースまたはＩＯ−Ｌｉｎｋインタフェースなどであってもよいが、これらに限定されない。 In step T12, an operation mode is selected. In the substance detection method according to the present embodiment, it is possible to select a single signal output or a plurality of signal outputs arbitrarily combining the first signal and the second signal. Next, the output circuit converts the signal into a signal of a conventional analog or digital communication interface according to the operation mode. The conventional analog or digital communication interface may be, for example, a wireless HART interface, an RS-485 interface, a 4-20 mA interface, or an IO-Link interface, but is not limited thereto.
言い換えれば、本発明の第３の技術的特徴としては、物質の誘電率の変化、温度の変化及び物質の容積の変化を総合的に考慮して判断する判断方法を提供し、判断式Ｃｕｒｖｅ（ｘ）＝ｆ（Ｔ，ε）＋Ｉ（Ｔ，ε，Ｖ）を得ることである。ここでは、ｆが送信周波数、Ｉがフィードバック信号強度、Ｔが温度、εが物質の誘電率、Ｖが物質の容積である。 In other words, as a third technical feature of the present invention, there is provided a determination method for comprehensively considering a change in dielectric constant, a change in temperature, and a change in volume of a substance. x) = f (T, ε) + I (T, ε, V). Here, f is the transmission frequency, I is the feedback signal intensity, T is the temperature, ε is the dielectric constant of the substance, and V is the volume of the substance.
図４は、本発明のインピーダンススペクトルを示す波形図である。図５は、本発明の複数の状態領域を示す概略図である。図４には、第１波形信号２００１、第２波形信号２００２、第３波形信号２００３、第４波形信号２００４、第５波形信号２００５、第６波形信号２００６及び第７波形信号２００７を表す７つの曲線（すなわち、７種類の異なる状態において測定された７つの波形信号）が示される。なお、図４及び図５において、周波数の単位がＨｚ、強度の単位が限定されず、任意の単位であってもよい。 FIG. 4 is a waveform diagram showing the impedance spectrum of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a plurality of state regions of the present invention. In FIG. 4, seven waveform signals 2001, second waveform signal 2002, third waveform signal 2003, fourth waveform signal 2004, fifth waveform signal 2005, sixth waveform signal 2006, and seventh waveform signal 2007 are shown. A curve (ie, seven waveform signals measured in seven different states) is shown. 4 and 5, the frequency unit is Hz, and the intensity unit is not limited, and may be an arbitrary unit.
図４、図５及び上記の判断式により、インピーダンススペクトルは、１つの測定領域１０００及び４つの変異領域を含む５つの状態領域に分割されてもよい。なお、４つの変異領域は、第１変異領域１００１、第２変異領域１００２、第３変異領域１００３及び第４変異領域１００４を含む。測定領域１０００は、事前に定義された中間周波数の帯域に位置する。複数の変異領域（すなわち、第１変異領域１００１、第２変異領域１００２、第３変異領域１００３及び第４変異領域１００４）は、複数の予め設定された信号強度境界（第１予め設定された信号強度境界３００１、第２予め設定された信号強度境界３００２、第３予め設定された信号強度境界３００３及び第４予め設定された信号強度境界３００４を含む）により、測定領域１０００の両側にそれぞれ分布するようになる。 The impedance spectrum may be divided into five state regions including one measurement region 1000 and four variation regions according to FIGS. The four mutation regions include a first mutation region 1001, a second mutation region 1002, a third mutation region 1003, and a fourth mutation region 1004. The measurement region 1000 is located in a predefined intermediate frequency band. The plurality of mutation regions (that is, the first mutation region 1001, the second mutation region 1002, the third mutation region 1003, and the fourth mutation region 1004) have a plurality of preset signal intensity boundaries (first preset signal). Distributed on both sides of the measurement region 1000 by an intensity boundary 3001, a second preset signal strength boundary 3002, a third preset signal strength boundary 3003, and a fourth preset signal strength boundary 3004). It becomes like this.
測定領域１０００において、温度、物質の誘電率、送信周波数がそれぞれ予め設定された範囲内であり、かつ物質の容積及びフィードバック信号強度がそれぞれ変化値を有する。このモードは、通常、事前に定義された物質の容積変化の測定領域に属する。 In the measurement region 1000, the temperature, the dielectric constant of the substance, and the transmission frequency are each within a preset range, and the volume of the substance and the feedback signal intensity have respective change values. This mode usually belongs to a predefined measurement area of volume change of a substance.
言い換えれば、波形信号の信号強度の最大値は、強度の最大値と定義される。強度が最大値の周波数が第１周波数と第２周波数との間にある場合（例えば、図４に示される第５波形信号２００５、第６波形信号２００６及び第７波形信号２００７の場合）には、外部環境温度が予め設定された温度範囲内であり、物質の誘電率が予め設定された誘電率範囲内であり、物質の物質等価容積が予め設定された容積範囲を超え、反射信号の信号強度が予め設定された反射強度範囲を超えると判断される。なお、第２周波数は、第１周波数よりも大きい。 In other words, the maximum value of the signal strength of the waveform signal is defined as the maximum value of the strength. When the frequency having the maximum intensity is between the first frequency and the second frequency (for example, in the case of the fifth waveform signal 2005, the sixth waveform signal 2006, and the seventh waveform signal 2007 shown in FIG. 4). The external environment temperature is within the preset temperature range, the dielectric constant of the substance is within the preset dielectric constant range, the substance equivalent volume of the substance exceeds the preset volume range, and the signal of the reflected signal It is determined that the intensity exceeds a preset reflection intensity range. Note that the second frequency is higher than the first frequency.
第１変異領域１００１において、温度が予め設定された範囲を超え、物質の誘電率が予め設定された範囲よりも低く、物質の容積変化が目立たずに一定の定義範囲内であり、送信周波数が予め設定された範囲よりも高く、フィードバック信号強度が予め設定された範囲よりも高い。このモード（温度及び物質が変化する）は、通常、容積が変化せずに物質の特性が変化する（物質が異なる物質に変化したり、物質自身の特性が変化したりする）領域の一種である。 In the first variation region 1001, the temperature exceeds the preset range, the dielectric constant of the substance is lower than the preset range, the volume change of the substance is inconspicuous and within a certain defined range, and the transmission frequency is The feedback signal intensity is higher than the preset range and higher than the preset range. This mode (temperature and material changes) is usually a kind of region where the material properties change without changing the volume (the material changes to a different material or the material itself changes properties). is there.
言い換えれば、強度が最大値の周波数が第２周波数よりも大きくかつ強度の最大値が第１強度の所定値よりも大きい場合（例えば、図４に示される第１波形信号２００１の場合）には、外部環境温度が予め設定された温度範囲を超え、物質の誘電率が予め設定された誘電率範囲よりも低く、物質の物質等価容積が予め設定された容積範囲内であり、反射信号の信号強度が予め設定された反射強度範囲を超え、物質の物質品質が変化すると判定される。 In other words, when the frequency having the maximum intensity is greater than the second frequency and the maximum intensity is greater than the predetermined value of the first intensity (for example, in the case of the first waveform signal 2001 shown in FIG. 4). The external ambient temperature exceeds the preset temperature range, the dielectric constant of the substance is lower than the preset dielectric constant range, the substance equivalent volume of the substance is within the preset volume range, and the signal of the reflected signal It is determined that the intensity exceeds the preset reflection intensity range and the substance quality of the substance changes.
第２変異領域１００２において、温度が予め設定された範囲を超え、物質の誘電率が予め設定された範囲よりも高く、物質の容積変化が目立たずに一定の定義範囲内であり、送信周波数が予め設定された範囲よりも低く、フィードバック信号強度が予め設定された範囲よりも低い。このモード（温度及び物質が変化する）は、通常、容積が変化せずに物質の特性が変化する（物質が異なる物質に変化したり、物質自身の特性が変化したりする）領域の一種である。 In the second variation region 1002, the temperature exceeds the preset range, the dielectric constant of the substance is higher than the preset range, the volume change of the substance is inconspicuous and within a certain defined range, and the transmission frequency is The feedback signal strength is lower than the preset range and lower than the preset range. This mode (temperature and material changes) is usually a kind of region where the material properties change without changing the volume (the material changes to a different material or the material itself changes properties). is there.
言い換えれば、強度が最大値の周波数が第１周波数よりも小さくかつ強度の最大値が第２強度の所定値以下の場合（例えば、図４に示される第３波形信号２００３の場合）には、外部環境温度が予め設定された温度範囲を超え、物質の誘電率が予め設定された誘電率範囲よりも高く、物質の物質等価容積が予め設定された容積範囲内であり、反射信号の信号強度が予め設定された反射強度範囲よりも低く、物質の物質品質が変化すると判定される。 In other words, when the frequency with the maximum intensity is smaller than the first frequency and the maximum intensity is less than or equal to the predetermined value of the second intensity (for example, in the case of the third waveform signal 2003 shown in FIG. 4), The external environment temperature exceeds the preset temperature range, the dielectric constant of the substance is higher than the preset dielectric constant range, the substance equivalent volume of the substance is within the preset volume range, and the signal intensity of the reflected signal Is lower than the preset reflection intensity range, and it is determined that the substance quality of the substance changes.
第３変異領域１００３において、温度及びフィードバック信号強度がそれぞれ予め設定された範囲内であり、物質の誘電率が予め設定された範囲よりも高く、物質の容積変化が目立たずに一定の定義範囲内であり、送信周波数が予め設定された範囲よりも低い。このモード（物質が変化する）は、通常、容積が変化せずに物質の特性が変化する（物質が異なる物質に変化したり、物質自身の特性が変化したりする）領域の一種である。 In the third variation region 1003, the temperature and the feedback signal intensity are each within a preset range, the dielectric constant of the substance is higher than the preset range, and the volume change of the substance is inconspicuous and within a certain defined range. The transmission frequency is lower than the preset range. This mode (the substance changes) is usually a kind of region in which the characteristics of the substance change without changing the volume (the substance changes to a different substance or the characteristics of the substance itself change).
言い換えれば、強度が最大値の周波数が第１周波数よりも小さくかつ強度の最大値が第２強度の所定値よりも大きい場合（例えば、図４に示される第４波形信号２００４の場合）には、外部環境温度が予め設定された温度範囲内であり、物質の誘電率が予め設定された誘電率範囲よりも高く、物質の物質等価容積が予め設定された容積範囲内であり、反射信号の信号強度が予め設定された反射強度範囲内であり、物質の物質品質が変化すると判定される。 In other words, when the frequency having the maximum intensity is smaller than the first frequency and the maximum intensity is greater than the predetermined value of the second intensity (for example, in the case of the fourth waveform signal 2004 shown in FIG. 4). The external environment temperature is within a preset temperature range, the dielectric constant of the substance is higher than the preset dielectric constant range, the substance equivalent volume of the substance is within the preset volume range, and the reflected signal It is determined that the signal intensity is within a preset reflection intensity range and the substance quality of the substance changes.
第４変異領域１００４において、温度及びフィードバック信号強度がそれぞれ予め設定された範囲内であり、物質の誘電率が予め設定された範囲よりも低く、物質の容積変化が目立たずに一定の定義範囲内であり、送信周波数が予め設定された範囲よりも高い。このモード（物質が変化する）は、通常、容積が変化せずに物質の特性が変化する（物質が異なる物質に変化したり、物質自身の特性が変化したりする）領域の一種である。 In the fourth variation region 1004, the temperature and the feedback signal intensity are each in a preset range, the dielectric constant of the substance is lower than the preset range, and the volume change of the substance is inconspicuous and within a certain defined range. The transmission frequency is higher than a preset range. This mode (the substance changes) is usually a kind of region in which the characteristics of the substance change without changing the volume (the substance changes to a different substance or the characteristics of the substance itself change).
言い換えれば、強度が最大値の周波数が第２周波数よりも大きくかつ強度の最大値が第１強度の所定値以下場合（例えば、図４に示される第２波形信号２００２の場合）には、外部環境温度が予め設定された温度範囲内であり、物質の誘電率が予め設定された誘電率範囲よりも低く、物質の物質等価容積が予め設定された容積範囲内であり、反射信号の信号強度が予め設定された反射強度範囲内であり、物質の物質品質が変化すると判定される。 In other words, when the frequency having the maximum intensity is greater than the second frequency and the maximum intensity is equal to or less than the predetermined value of the first intensity (for example, in the case of the second waveform signal 2002 shown in FIG. 4), the external frequency The ambient temperature is within a preset temperature range, the dielectric constant of the substance is lower than the preset dielectric constant range, the substance equivalent volume of the substance is within the preset volume range, and the signal intensity of the reflected signal Is within a preset reflection intensity range, and it is determined that the substance quality of the substance changes.
そのため、本発明の第３の技術的特徴としては、上記の５つの領域を事前に定義することで物質の誘電率の変異、環境温度の変異及び物質の容積の変異を総合的に判断できることである。本発明は、少なくとも１つの上記の領域の判別を含む。 Therefore, as a third technical feature of the present invention, by defining the above five regions in advance, it is possible to comprehensively determine the variation of the dielectric constant of the material, the variation of the environmental temperature, and the variation of the volume of the material. is there. The present invention includes discrimination of at least one of the above areas.
図６は、本発明の原理説明図である。本発明は、同じ原料の場合の信号強度の変化、異なる原料の場合の信号周波数の変化及び環境温度による特性シフトを総合的に判断することができる。上記をまとめると、インピーダンススペクトル検知器の周波数スイープ原理、静電容量／ＲＦアドミタンス検知器による強度の判断形態、連続式検知器のプローブ構成及び環境温度による影響を考慮した補償回路により、本発明は、環境温度の変化による影響を受けず、タンク内の物質の容量の大きさを測定すると同時に、物質の品質状況を判断可能な多機能の連続式検知装置を提供する。 FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of the present invention. The present invention can comprehensively determine a change in signal intensity in the case of the same raw material, a change in signal frequency in the case of different raw materials, and a characteristic shift due to environmental temperature. To summarize the above, the present invention is based on the frequency sweep principle of the impedance spectrum detector, the strength judgment form by the capacitance / RF admittance detector, the probe configuration of the continuous detector, and the compensation circuit considering the influence of the environmental temperature. Provided is a multi-function continuous detection device capable of measuring the volume of a substance in a tank without being affected by changes in environmental temperature and at the same time determining the quality status of the substance.
インピーダンススペクトル検知器及び静電容量／ＲＦアドミタンス検知器の原理としては、いずれも取り付け環境下の物質を等価電気容量値とし、検知器のプローブで等価電気容量値の変化を検知して出力、反応することである。等価電気容量値の変化の大きさは、物質の誘電率の大きさによって決められる。すなわち、等価電気容量値の変化は、物質の誘電率が大きいほど大きくなる一方、物質の誘電率が小さいほど小さくなる。静電容量／ＲＦアドミタンス連続式レベル検知器では、プローブと物質との接触面積を計算して、タンク内の物質の容量を判断する。また、物質の品質が測定中に変化するか否かについては、他の検知装置を別途取り付ける必要がある。こうすることで、タンク内の物質の容量及び品質を監視することができる。 The principle of the impedance spectrum detector and the capacitance / RF admittance detector is that the substance in the installation environment is assumed to have an equivalent capacitance value, and a change in the equivalent capacitance value is detected by the probe of the detector and output and reaction It is to be. The magnitude of the change in the equivalent capacitance value is determined by the magnitude of the dielectric constant of the substance. That is, the change in the equivalent capacitance value increases as the dielectric constant of the substance increases, and decreases as the dielectric constant of the substance decreases. In the capacitance / RF admittance continuous level detector, the contact area between the probe and the substance is calculated to determine the capacity of the substance in the tank. Further, regarding whether or not the quality of the substance changes during the measurement, it is necessary to separately install another detection device. In this way, the volume and quality of the substance in the tank can be monitored.
本発明では、静電容量／ＲＦアドミタンス連続式レベル検知器をインピーダンススペクトル検知器に組み合わせて、周波数を調節可能な信号及び連続接触式プローブの構成により、物質のフィードバック信号の周波数応答特性を検知して信号周波数の変化及び信号強度を解析するとともに、環境温度による回路及び物質への補償を行う。また、本発明では、タンク内の物質の変化を判断し、物質の品質を確認し、物質の温度を検出した後、検知モジュールのユーザインタフェースに結果を表示したり、インタフェース（例えば、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＨＡＲＴインタフェース、ＲＳ−４８５インタフェース、４−２０ｍＡインタフェースまたはＩＯ−Ｌｉｎｋインタフェースなどであってもよいが、これらに限定されない）を介して制御システムに出力したりする。 In the present invention, the frequency response characteristic of the feedback signal of the substance is detected by combining the capacitance / RF admittance continuous level detector with the impedance spectrum detector, and the frequency adjustable signal and the configuration of the continuous contact probe. In addition to analyzing changes in signal frequency and signal strength, compensation is also made to circuits and materials due to environmental temperature. In the present invention, the change in the substance in the tank is judged, the quality of the substance is confirmed, the temperature of the substance is detected, the result is displayed on the user interface of the detection module, or the interface (for example, the Wireless HART interface). RS-485 interface, 4-20 mA interface, IO-Link interface, or the like, but is not limited thereto.
すなわち、本発明では、反射信号の周波数の変異及び強度の変化を検知モジュールで検知し、事前に定義された物質の誘電率及び環境温度の変化への補償により、ダブル判断モードを用いて、出力回路及びインタフェース（例えば、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＨＡＲＴインタフェース、ＲＳ−４８５インタフェース、４−２０ｍＡインタフェースまたはＩＯ−Ｌｉｎｋインタフェースなどであってもよいが、これらに限定されない）を介して判断結果を出力し、これにより、信号周波数のシフト曲率及び信号強度の変化を知ることができる。その結果、物質の高さ（すなわち、物質の容積）及び物質の品質を算出することができる。また、本発明では、単一モードの測定（原料レベルの高さ）またはマルチモードの測定（物質劣化の判断）を選択してもよい。 That is, in the present invention, the detection module detects a variation in the frequency of the reflected signal and a change in intensity, and uses a double determination mode to compensate for the change in the dielectric constant and environmental temperature of a predefined substance. Outputs a determination result via a circuit and an interface (for example, but not limited to, a wireless HART interface, an RS-485 interface, a 4-20 mA interface, or an IO-Link interface). Changes in frequency shift curvature and signal strength can be known. As a result, the height of the substance (ie, the volume of the substance) and the quality of the substance can be calculated. Also, in the present invention, single mode measurement (raw material level height) or multi-mode measurement (determination of substance deterioration) may be selected.
本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の明細書および図面による各種の変動および修正は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。また、本発明は他の様々な実施形態を有することが可能である。当業者なら誰でも、本発明の技術的思想と範囲から逸脱しない範囲内で、多種変更や修飾を加えることができるため、本発明の保護範囲は、後の請求の範囲に規定されるものに準ずる。上記をまとめるに、本発明が産業上の利用可能性、新規性および進歩性を備えており、しかも本発明の構造は同類の製品に見られず、公開使用もされていないことから、発明特許の出願要件を完全に満たすため、ここに特許法に基づき特許を出願するものである。 While preferred embodiments of the invention have been disclosed above, they are not intended to limit the invention in any way. Various changes and modifications according to the specification and drawings of the present invention shall fall within the scope of the protection of the present invention. In addition, the present invention can have various other embodiments. Anyone skilled in the art can make various changes and modifications without departing from the technical idea and scope of the present invention. Therefore, the protection scope of the present invention is defined in the claims below. Follow. In summary, the present invention has industrial applicability, novelty, and inventive step, and the structure of the present invention is not found in similar products and is not publicly used. In order to fully satisfy the filing requirements of the present invention, a patent is filed here under the Patent Law.
１０ 検知装置
２０ 物質
３０ タンク
１０２ プローブ
１０４ 検知モジュール
１０６ 物質検知回路
１０８ 演算部
１１０ 信号出力回路
１１２ 周波数スイープ信号
１１４ 反射信号
１１６ 温度検知回路
１１８ 温度検知信号
１２０ 温度検知部
１２２ 第１信号出力回路
１２４ 第２信号出力回路
１２６ 第１信号
１２８ 第２信号
１００ 測定領域
１００１ 第１変異領域
１００２ 第２変異領域
１００３ 第３変異領域
１００４ 第４変異領域
２００１ 第１波形信号
２００２ 第２波形信号
２００３ 第３波形信号
２００４ 第４波形信号
２００５ 第５波形信号
２００６ 第６波形信号
２００７ 第７波形信号
３００１ 第１予め設定された信号強度境界
３００２ 第２予め設定された信号強度境界
３００３ 第３予め設定された信号強度境界
３００４ 第４予め設定された信号強度境界
Ｓ０２〜１６ ステップ
Ｔ０２〜１２ ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Detection apparatus 20 Substance 30 Tank 102 Probe 104 Detection module 106 Substance detection circuit 108 Calculation part 110 Signal output circuit 112 Frequency sweep signal 114 Reflection signal 116 Temperature detection circuit 118 Temperature detection signal 120 Temperature detection part 122 1st signal output circuit 124 1st Two-signal output circuit 126 First signal 128 Second signal 100 Measurement region 1001 First variation region 1002 Second variation region 1003 Third variation region 1004 Fourth variation region 2001 First waveform signal 2002 Second waveform signal 2003 Third waveform signal 2004 4th waveform signal 2005 5th waveform signal 2006 6th waveform signal 2007 7th waveform signal 3001 1st preset signal strength boundary 3002 2nd preset signal strength boundary 3003 3rd preset signal strength boundary 3004 4th preset Signal strength border S02~16 step T02~12 step was
上記目的を達成するため、本発明に係る検知装置は、物質の誘電率の変化状態を検知する。前記検知装置は、プローブと、前記プローブに接続される検知モジュールとを含む。前記検知モジュールは、物質検知回路と、前記物質検知回路に電気的に接続される演算部と、前記演算部に電気的に接続される信号出力回路と、を含む。前記検知モジュールは、周波数スイープ信号を生成して前記プローブに伝送することで前記物質の状態を検知する。前記周波数スイープ信号は、予め設定された周波数範囲内における周波数が互いに異なる複数の信号である。前記周波数スイープ信号が前記物質を掃引すると、前記物質の等価電気容量により反射信号が生成される。前記物質検知回路は、前記反射信号を受信して前記演算部に伝送する。前記演算部は、前記反射信号を演算して波形信号を生成し、前記物質の前記状態を判断する。前記演算部は、インピーダンススペクトルにより前記物質の前記状態を判断する。前記インピーダンススペクトルには、複数の状態領域が画定される。複数の前記状態領域のそれぞれは、異なる出力信号を有する。前記演算部は、前記波形信号のインピーダンススペクトルにおける信号強度及び分布周波数を用いて、前記波形信号の複数前記状態領域における位置を判断して換算することで、前記物質の等価容積及び物質の品質を得て前記物質の前記状態を判断する。前記演算部は、前記波形信号の前記状態領域における前記位置に応じて、前記信号出力回路により前記位置の前記状態領域の前記出力信号を外部へ出力する。複数の前記状態領域は、測定領域及び複数の変異領域を含む。前記測定領域は、予めに指定された中間周波数の帯域に位置する。複数の前記変異領域は、複数の予め設定された信号強度境界に基づき、前記測定領域の両側にそれぞれ分布する。複数の前記予め設定された信号強度境界は、第１周波数、第２周波数、第１強度の所定値及び第２強度の所定値を含む。前記第２周波数は、前記第１周波数よりも大きい。前記波形信号の前記信号強度の最大値は、強度の最大値である。前記測定領域は、前記強度の最大値の周波数が前記第１周波数と前記第２周波数との間にある領域である。複数の前記変異領域は、前記強度の最大値の前記周波数と前記第１周波数、前記第２周波数との大小関係、及び、前記強度の最大値と前記第１強度の所定値、前記第２強度の所定値との大小関係によってなる。 In order to achieve the above object, a detection device according to the present invention detects a change state of a dielectric constant of a substance. The detection device includes a probe and a detection module connected to the probe. The detection module includes a substance detection circuit, a calculation unit electrically connected to the substance detection circuit, and a signal output circuit electrically connected to the calculation unit. The detection module detects a state of the substance by generating a frequency sweep signal and transmitting it to the probe. The frequency sweep signal is a plurality of signals having different frequencies within a preset frequency range. When the frequency sweep signal sweeps the material, a reflected signal is generated by the equivalent capacitance of the material. The substance detection circuit receives the reflection signal and transmits it to the calculation unit. The calculation unit calculates the reflected signal to generate a waveform signal, and determines the state of the substance. The calculation unit determines the state of the substance based on an impedance spectrum. A plurality of state regions are defined in the impedance spectrum. Each of the plurality of state regions has a different output signal. The calculation unit uses the signal intensity and distribution frequency in the impedance spectrum of the waveform signal to determine and convert the position of the waveform signal in the plurality of state regions, thereby converting the equivalent volume of the substance and the quality of the substance. Obtain the state of the substance. The computing unit outputs the output signal of the state region at the position to the outside by the signal output circuit according to the position of the waveform signal in the state region. The plurality of state regions include a measurement region and a plurality of mutation regions. The measurement area is located in a previously designated intermediate frequency band. The plurality of variation regions are respectively distributed on both sides of the measurement region based on a plurality of preset signal intensity boundaries. The plurality of preset signal intensity boundaries include a first frequency, a second frequency, a predetermined value of the first intensity, and a predetermined value of the second intensity. The second frequency is greater than the first frequency. The maximum value of the signal intensity of the waveform signal is the maximum value of intensity. The measurement region is a region where the maximum frequency of the intensity is between the first frequency and the second frequency. The plurality of variation regions include a magnitude relationship between the frequency of the maximum intensity and the first frequency and the second frequency, a predetermined value of the maximum intensity and the first intensity, and the second intensity. It depends on the magnitude relationship with the predetermined value.
上記目的を達成するため、本発明に係る物質検知方法は、物質の状態を測定するとともにプローブ及び前記プローブに接続する検知モジュールを有する検知装置を用意することと、前記プローブを前記物質内に設置することと、前記検知装置に環境補正を行うことと、予め設定された周波数範囲内における周波数が互いに異なる複数の信号である周波数スイープ信号を前記検知モジュールにより生成して前記プローブに伝送することで前記物質の前記状態を検知することと、前記周波数スイープ信号が前記物質を掃引すると、前記物質の等価電気容量により反射信号を生成することと、前記検知モジュールが前記反射信号を演算して波形信号を生成するとともに測定モードを行うことで、インピーダンススペクトルにより前記物質の前記状態を判断して測定結果を得て外部へ出力し、前記インピーダンススペクトルに複数の状態領域が画定され、複数の前記状態領域のそれぞれが異なる出力信号を有することと、前記検知モジュールが前記波形信号のインピーダンススペクトルにおける信号強度及び分布周波数を用いて、前記波形信号の前記状態領域における位置を判断して換算することで、前記物質の等価容量及び物質の品質を得て前記物質の前記状態を判断することと、前記波形信号の前記状態領域における前記位置に応じて、前記検知モジュールが前記位置の前記状態領域の前記出力信号を外部へ出力することと、を含む。複数の前記状態領域は、測定領域及び複数の変異領域を含む。前記測定領域は、予めに指定された中間周波数の帯域に位置する。複数の前記変異領域は、複数の予め設定された信号強度境界に基づき、前記測定領域の両側にそれぞれ分布する。複数の前記予め設定された信号強度境界は、第１周波数、第２周波数、第１強度の所定値及び第２強度の所定値を含む。前記第２周波数は、前記第１周波数よりも大きい。前記波形信号の前記信号強度の最大値は、強度の最大値である。前記測定領域は、前記強度の最大値の周波数が前記第１周波数と前記第２周波数との間にある領域である。複数の前記変異領域は、前記強度の最大値の前記周波数と前記第１周波数、前記第２周波数との大小関係、及び、前記強度の最大値と前記第１強度の所定値、前記第２強度の所定値との大小関係によってなる。 In order to achieve the above object, a substance detection method according to the present invention provides a detection apparatus that measures a state of a substance and includes a probe and a detection module connected to the probe, and installs the probe in the substance. Performing environmental correction on the detection device, and generating a frequency sweep signal, which is a plurality of signals having different frequencies within a preset frequency range, by the detection module and transmitting them to the probe. Detecting the state of the substance; generating a reflected signal by an equivalent capacitance of the substance when the frequency sweep signal sweeps the substance; and calculating the reflected signal by the detecting module to generate a waveform signal. The state of the substance is determined according to the impedance spectrum by performing the measurement mode. The determination result is obtained and output to the outside, and a plurality of state regions are defined in the impedance spectrum, and each of the plurality of state regions has a different output signal, and the detection module has an impedance of the waveform signal. Using the signal intensity and distribution frequency in the spectrum to determine and convert the position of the waveform signal in the state region, thereby obtaining the equivalent capacity of the substance and the quality of the substance to determine the state of the substance. And, according to the position of the waveform signal in the state region, the detection module outputs the output signal of the state region at the position to the outside. The plurality of state regions include a measurement region and a plurality of mutation regions. The measurement area is located in a previously designated intermediate frequency band. The plurality of variation regions are respectively distributed on both sides of the measurement region based on a plurality of preset signal intensity boundaries. The plurality of preset signal intensity boundaries include a first frequency, a second frequency, a predetermined value of the first intensity, and a predetermined value of the second intensity. The second frequency is greater than the first frequency. The maximum value of the signal intensity of the waveform signal is the maximum value of intensity. The measurement region is a region where the maximum frequency of the intensity is between the first frequency and the second frequency. The plurality of variation regions include a magnitude relationship between the frequency of the maximum intensity and the first frequency and the second frequency, a predetermined value of the maximum intensity and the first intensity, and the second intensity. It depends on the magnitude relationship with the predetermined value.
Claims (14)
プローブと、前記プローブに接続される検知モジュールとを含み、
前記検知モジュールは、
物質検知回路と、
前記物質検知回路に電気的に接続される演算部と、
前記演算部に電気的に接続される信号出力回路と、を含み、
前記検知モジュールは、周波数スイープ信号を生成して前記プローブに伝送することで前記物質の状態を検知し、
前記周波数スイープ信号は、予め設定された周波数範囲内における周波数が互いに異なる複数の信号であり、
前記周波数スイープ信号が前記物質を掃引すると、前記物質の等価電気容量により反射信号が生成され、
前記物質検知回路は、前記反射信号を受信して前記演算部に伝送し、
前記演算部は、前記反射信号を演算して波形信号を生成し、前記物質の前記状態を判断し、
前記演算部は、インピーダンススペクトルにより前記物質の前記状態を判断し、
前記インピーダンススペクトルには、複数の状態領域が画定され、
複数の前記状態領域のそれぞれは、異なる出力信号を有し、
前記演算部は、前記波形信号のインピーダンススペクトルにおける信号強度及び分布周波数を用いて、前記波形信号の複数前記状態領域における位置を判断して換算することで、前記物質の等価容積及び物質の品質を得て前記物質の前記状態を判断し、
前記演算部は、前記波形信号の前記状態領域における前記位置に応じて、前記信号出力回路により前記位置の前記状態領域の前記出力信号を外部へ出力することを特徴とする検知装置。 A detection device for detecting a change in dielectric constant of a substance,
A probe and a detection module connected to the probe;
The detection module includes:
A substance detection circuit;
An arithmetic unit electrically connected to the substance detection circuit;
A signal output circuit electrically connected to the arithmetic unit,
The detection module detects a state of the substance by generating a frequency sweep signal and transmitting it to the probe,
The frequency sweep signal is a plurality of signals having different frequencies within a preset frequency range,
When the frequency sweep signal sweeps the material, a reflected signal is generated by the equivalent electrical capacitance of the material,
The substance detection circuit receives the reflection signal and transmits it to the calculation unit,
The calculation unit calculates the reflected signal to generate a waveform signal, determines the state of the substance,
The calculation unit determines the state of the substance based on an impedance spectrum,
A plurality of state regions are defined in the impedance spectrum,
Each of the plurality of state regions has a different output signal;
The calculation unit uses the signal intensity and distribution frequency in the impedance spectrum of the waveform signal to determine and convert the position of the waveform signal in the plurality of state regions, thereby converting the equivalent volume of the substance and the quality of the substance. To determine the state of the substance,
The calculation unit outputs the output signal of the state region at the position to the outside by the signal output circuit according to the position of the waveform signal in the state region.
前記測定領域は、事前に定義された中間周波数の帯域に位置し、
複数の前記変異領域は、複数の予め設定された信号強度境界に基づき、前記測定領域の両側にそれぞれ分布することを特徴とする請求項１に記載の検知装置。 The plurality of state regions include a measurement region and a plurality of mutation regions,
The measurement area is located in a predefined intermediate frequency band;
The detection device according to claim 1, wherein the plurality of variation regions are distributed on both sides of the measurement region based on a plurality of preset signal intensity boundaries.
前記演算部に電気的に接続される温度検知回路をさらに含み、
前記温度検知回路は、温度検知信号を生成して前記演算部に伝送し、
前記演算部は、前記温度検知信号によって前記波形信号に信号補償を行うことを特徴とする請求項１に記載の検知装置。 The detection module includes:
A temperature detection circuit electrically connected to the arithmetic unit;
The temperature detection circuit generates a temperature detection signal and transmits it to the calculation unit,
The detection device according to claim 1, wherein the calculation unit performs signal compensation on the waveform signal based on the temperature detection signal.
各前記温度検知部は、互いに間隔を空けて前記プローブに設置されるとともに、前記温度検知回路に電気的に接続され、
複数の前記温度検知部は、外部環境の温度を検知することを特徴とする請求項３に記載の検知装置。 A plurality of temperature detectors;
Each of the temperature detection units is installed on the probe at an interval from each other, and is electrically connected to the temperature detection circuit,
The detection device according to claim 3, wherein the plurality of temperature detection units detect a temperature of an external environment.
前記演算部に電気的に接続される第１信号出力回路と、
前記演算部に電気的に接続される第２信号出力回路と、を含み、
前記演算部は、前記物質の等価容積に応じて第１信号を出力するように前記第１信号出力回路を駆動し、前記物質の品質に応じて第２信号を出力するように前記第２信号出力回路を駆動し、
前記出力信号は、前記第１信号及び前記第２信号を含むことを特徴とする請求項１に記載の検知装置。 The signal output circuit is
A first signal output circuit electrically connected to the arithmetic unit;
A second signal output circuit electrically connected to the arithmetic unit,
The arithmetic unit drives the first signal output circuit to output a first signal according to the equivalent volume of the substance, and outputs the second signal according to the quality of the substance. Drive the output circuit,
The detection apparatus according to claim 1, wherein the output signal includes the first signal and the second signal.
物質の状態を測定するとともにプローブ及び前記プローブに接続する検知モジュールを有する検知装置を用意することと、
前記プローブを前記物質内に設置することと、
前記検知装置に環境補正を行うことと、
予め設定された周波数範囲内における周波数が互いに異なる複数の信号である周波数スイープ信号を前記検知モジュールにより生成して前記プローブに伝送することで前記物質の前記状態を検知することと、
前記周波数スイープ信号が前記物質を掃引すると、前記物質の等価電気容量により反射信号を生成することと、
前記検知モジュールが前記反射信号を演算して波形信号を生成するとともに測定モードを行うことで、インピーダンススペクトルにより前記物質の前記状態を判断して測定結果を得て外部へ出力し、前記インピーダンススペクトルに複数の状態領域が画定され、複数の前記状態領域のそれぞれが異なる出力信号を有することと、
前記検知モジュールが前記波形信号のインピーダンススペクトルにおける信号強度及び分布周波数を用いて、前記波形信号の前記状態領域における位置を判断して換算することで、前記物質の等価容量及び物質の品質を得て前記物質の前記状態を判断することと、
前記波形信号の前記状態領域における前記位置に応じて、前記検知モジュールが前記位置の前記状態領域の前記出力信号を外部へ出力することと、を含むことを特徴とする物質検知方法。 A substance detection method comprising:
Providing a detection device having a detection module for measuring the state of the substance and connecting to the probe and the probe;
Installing the probe in the substance;
Performing environmental correction on the sensing device;
Detecting the state of the substance by generating a frequency sweep signal, which is a plurality of signals having different frequencies within a preset frequency range, and transmitting the frequency sweep signal to the probe;
When the frequency sweep signal sweeps the material, generating a reflected signal by the equivalent electrical capacity of the material;
The detection module calculates the reflected signal to generate a waveform signal and performs a measurement mode, thereby determining the state of the substance based on an impedance spectrum, obtaining a measurement result, and outputting the measurement result to the outside. A plurality of state regions are defined, each of the plurality of state regions having a different output signal;
The detection module uses the signal intensity and the distribution frequency in the impedance spectrum of the waveform signal to determine and convert the position of the waveform signal in the state region, thereby obtaining the equivalent capacity of the substance and the quality of the substance. Determining the state of the substance;
The substance detection method comprising: outputting the output signal of the state region at the position to the outside according to the position of the waveform signal in the state region.
前記測定領域は、事前に定義された中間周波数の帯域に位置し、
複数の予め設定された信号強度境界により、複数の前記変異領域は、前記測定領域の両側にそれぞれ分布することを特徴とする請求項１１に記載の物質検知方法。 The plurality of state regions include a measurement region and a plurality of mutation regions,
The measurement area is located in a predefined intermediate frequency band;
The substance detection method according to claim 11, wherein the plurality of variation areas are respectively distributed on both sides of the measurement area by a plurality of preset signal intensity boundaries.
前記出力信号は、前記第１信号及び前記第２信号を含むことを特徴とする請求項１１に記載の物質検知方法。
The detection module generates a first signal for the result of the substance volume measurement and outputs it to the outside, and generates a second signal for the result of the substance quality measurement and outputs it to the outside.
The method of claim 11, wherein the output signal includes the first signal and the second signal.
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