JP2020030139A - 水分検知センサ、水分検知センサ装置及び水分検知センサシステム - Google Patents
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Abstract
Description
ンサシステムを提供することを目的とする。
の表面を覆う第1の被覆部材と、共振回路の裏面を覆う第2の被覆部材を有する。
概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさや比率などは、必ずし
も現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互
いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1a、図1bは、実施形態に係る水分検知センサ10の断面図、平面図である。図1
a、図1bに示すように、水分検知センサ10は、共振回路11の表面を覆う第1の被覆
部材12aと、共振回路11の裏面を覆う第2の被覆部材12b、水溶性物質13を有す
る。
、図2cに示すように、共振回路11は、正方形または長方形の薄い金属板に貫通した溝
を掘ったもの、もしくはプリンターで紙やプラスチック、フィルムなどに回路を印刷した
ものである。上記どちらの場合も、共振回路11の材料としては、例えば、CuやAl、Feと
いった導電性を有する金属を用いることができる。
かを起こす。共振回路11の挙動は受信した電磁波の周波数に依存する。
に対する信号強度が極小となる場合、この周波数を共振周波数と定義する。共振回路に用
いられる金属板は、形状が変化するだけでなく水といった別の物質に接しても共振周波数
は変化する。
振回路11は、第2の被覆部材12b上に直接印刷によって形成される。第1、及び第2
の被覆部材12a、12bの狭間に水分が触れた場合、毛細管現象によって第1、及び第
2の被覆部材12a、12bの狭間に水分が侵入する。
あり、材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート(PET)や、ポリテトラフル
オロエチレン(PTFE)、ガラス、エポキシ樹脂、雲母、石英、セロファンといった常温常
圧において比誘電率が10以下の物質を用いることができる。
細管現象によって第1、及び第2の被覆部材12a、12bの狭間に水分が侵入すること
で、共振周波数が変化し、水分の存在を検知できる。
て自由エネルギーが高いため、表面は小さいほどその系は安定する。水分は、毛細管現象
によって液体表面が少なくなるよう第1、及び第2の被覆部材12a、12bの狭間に侵
入する。
面張力が働く。第1、及び第2の被覆部材12a、12bの狭間に水分が侵入できないほ
ど小さくなると、それ以上水分が侵入できないために、水分を検知できるほど十分に存在
しなくなり、水分の検知が行えない。これを防ぐために、第1、及び第2の被覆部材12
a、12bは薄い板状の物質が好ましい。
水溶性物質13の材料としては、例えば、K2CO3やNaClといった常温常圧において水への
溶解度が1[g/100g-H2O]以上の物質を用いることができる。特に、常温常圧において水へ
の溶解度が20[g/100g-H2O]以上の物質を用いることが好ましい。
溶解し、共振回路11と第1の被覆部材12aとの狭間にさらに侵入することによって共
振回路11に水分が接触する。
、水分が接触する前の共振周波数とは異なる周波数に変化する。すなわち、共振回路11
の共振周波数を観測することにより、水分の有無を検知することができる。
0に示すように、水分検知センサ装置100は、送信部101、制御部102、受信部1
03、検知部104、判断部105を有する。
磁波を送信するよう制御部102が送信部101に指示をする。この電磁波を送信部10
1が送信することで共振回路11は少なくとも反射または共振のいずれかを起こす。共振
回路11から反射された電磁波を受信部103が受信する。受信した電磁波は検知部10
4に伝達される。ある範囲の周波数の電磁波の、周波数に対する信号強度が極小の値を取
る場合、その周波数が共振周波数であると検知部104が検知する。ある範囲とは、例え
ば、共振周波数となりうる周波数の範囲をあらかじめ測定しておき、共振周波数が含まれ
る範囲の周波数を指す。検知した共振周波数が前回の共振周波数と比較してあらかじめ定
めたしきい値の範囲を超えて変化した場合に、水分が存在することを検知したと判断部1
05が判断する。水分の存在を検知したことを制御部102に伝達し、水分検知センサ装
置100の使用者に知らせるため、検知信号を発する。検知信号は、例えば少なくとも光
または音または画面表示または振動のいずれかを用いることができる。
。図11に示すように、水分検知センサシステム200は、水分検知センサ10と水分検
知センサ装置100を有する。この水分検知センサ10と水分検知センサ装置100は電
磁波を介して交信することができる。この場合、一定時間ごとに電磁波を送信するよう水
分検知センサ装置100の制御部102が送信部101に指示をする。制御部102から
の指示に従い、水分検知センサ装置100の送信部101は、電磁波を送信する。共振回
路11は送信されたある範囲の電磁波の周波数に応じて少なくとも反射または共振のいず
れかを起こす。反射された電磁波を水分検知センサ装置100の受信部103が受信し、
ある範囲の電磁波の周波数に対する信号強度が極小の値を取る場合、検知部104がその
周波数を共振周波数と検知する。次に再び送信部101が電磁波を送信し、検知した共振
周波数が前回の共振周波数と比較して、あらかじめ定めたしきい値の範囲を超えて変化し
た場合に、判断部105は水分が存在することを検知したと判断する。判断部105は水
分の存在を検知したことを制御部102に伝達し、制御部102は、水分検知センサ装置
100の使用者に知らせるため、検知信号を発する。検知信号は、例えば少なくとも光ま
たは音または画面表示または振動のいずれかを用いることができる。
れかを起こす。共振回路11の挙動は受信した電磁波の周波数に依存する。共振回路11
に対し送信部101から周波数の異なる電磁波を送信する。共振回路11に送信した電磁
波が反射し、その反射した電磁波の周波数に対する信号強度を受信部103にて受信する
。共振回路11から反射した電磁波の周波数が共振周波数の場合、受信部103にて受信
する電磁波の周波数に対する信号強度は減少する。共振周波数の電磁波を送信した後も周
波数の異なる電磁波を送信し続けると、再び共振回路11に送信した電磁波の周波数に対
する信号強度は増加する。すなわち、共振回路11に対し送信部101から周波数の異な
る電磁波を送信した場合、電磁波の周波数に対する信号強度は、その周波数が共振周波数
において減少するため、電磁波の周波数に対する信号強度を観測することで共振回路11
の共振周波数を特定することができる。
板は、形状が変化するだけでなく別の物質に接しても共振周波数は変化する。なお誘電体
と接触する場合、その接触する物質の比誘電率が高いほど共振回路11の共振周波数は大
きく変化し、比誘電率が高い代表的な物質としては水が挙げられる。
振回路11に送信した電磁波の周波数に対する信号強度の関係を示す。実線は共振回路1
1に水分が接してないときの関係、破線は共振回路11に水分が接しているときの特性を
示したものである。どちらの場合も共振周波数において電磁波の周波数に対する信号強度
は減少する。共振回路11に水分が接しているときの共振周波数と、共振回路11に水分
が接してないときの共振周波数は異なっている。従って、共振周波数を観測することによ
って共振回路11が水分に接しているかどうかを判断することができる。
センサ10を使用することができる。
路11に水分が接触の有無を判断することができる。また水分検知センサ10の共振回路
11に外部電源を使用しないことから、簡易な構造の水分検知センサ10を提供すること
ができる。
図3は実施形態に係る水分検知センサ10の断面図の別の例である。図3に示すように、
水分検知センサ10は、共振回路31、第1、及び第2の被覆部材32a、32b、水溶
性物質33を有する。第1、及び第2の被覆部材32a、32b、共振回路31について
は、第1の実施形態の第1、及び第2の被覆部材12a、12b、共振回路11と同様で
ある。第1の実施形態に係る水分検知センサと異なる点は、水溶性物質33が共振回路3
1全体を覆ってないことである。
き水分が存在すると判断するため、第1、及び第2の被覆部材32a、32bの狭間に侵
入する水分の量が、共振回路31表面に接するだけの十分な量がなくても、共振回路31
側面に水分が接することができれば水分が検知できるほど十分に共振周波数が変化する。
33が共振回路31全体を覆わなくてもよい。
に、水分検知センサ10は、共振回路41、第1、及び第2の被覆部材42a、42b、
吸水性材料44を有する。第1、及び第2の被覆部材42a、42b、共振回路41につ
いては、第1の実施形態の第1、及び第2の被覆部材12a、12b、共振回路11と同
様である。第1の実施形態に係る水分検知センサと異なる点は、水溶性物質13の代わり
に吸水性材料44を用いたことである。
たまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のいずれかであり、材料としては、例えば、
紙や、布、スポンジなどを用いることができる。共振回路41と第1の被覆部材42aと
の狭間には吸水性材料44が位置し、第1、及び第2の被覆部材42a、42bの狭間に
侵入した水分は、吸水性材料44に吸水される。共振回路41と接している吸水性材料4
4が水分を吸水するため共振回路41の共振周波数が変化し、図9に示すように電磁波の
周波数に対する信号強度の関係から水分を検知することができる。
、水分検知センサ10は、共振回路51、第1、及び第2の被覆部材52a、52bを有
する。第1、及び第2の被覆部材52a、52b、共振回路51については、第1の実施
形態の第1、及び第2の被覆部材12a、12b、共振回路11と同様である。第1の実
施形態に係る水分検知センサと異なる点は、水溶性物質13を用いないことである。
き水分が存在すると判断するため、第1、及び第2の被覆部材52a、52bの狭間に侵
入する水分の量が、共振回路51表面に接するだけの十分な量がなくても、共振回路51
側面に水分が接することができれば水分が検知できるほど十分に共振周波数が変化する。
いなくてもよい。
、水分検知センサ10は、共振回路61、第1、及び第2の被覆部材62a、62b、水
溶性物質63を有する。共振回路61、水溶性物質63については、第1の実施形態の共
振回路11、水溶性物質13と同様である。第1の実施形態に係る水分検知センサと異な
る点は、第1、及び第2の被覆部材62a、62bのうち少なくとも片方は、材料として
吸水性を有する物質を用いることである。
ませたまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のいずれかであり、材料としては、例え
ば、紙や、布、スポンジなどを用いることができる。吸水性を有する物質に水分が触れた
場合、吸水性を有する物質に吸水される。共振回路61と第1の被覆部材62aとの狭間
には水溶性物質63が位置し、吸水性を有する物質に吸水された水分は、水溶性物質63
に溶解する。共振回路61と接している水溶性物質63が水分を含むため共振回路61の
共振周波数が変化し、図9に示すように電磁波の周波数に対する信号強度の関係から水分
を検知することができる。
、水分検知センサ10は、共振回路71、第1、及び第2の被覆部材72a、72b、7
4を有する。共振回路71については、第1の実施形態の共振回路11と同様である。第
1の実施形態に係る水分検知センサと異なる点は、第1、及び第2の被覆部材72a、7
2bのうち少なくとも片方は、材料として吸水性を有する物質を用い、水溶性物質13の
代わりに吸水性材料74を用いたことである。
、繊維状物質を絡ませたまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のいずれかであり、材
料としては、例えば、紙や、布、スポンジなどを用いることができる。吸水性を有する物
質に水分が触れた場合、吸水性を有する物質に吸水される。共振回路71と第1の被覆部
材72aとの狭間には吸水性材料74が位置し、吸水性を有する物質に吸水された水分は
、吸水性材料74が吸水する。共振回路71と接している吸水性材料74が水分を含むた
め共振回路71の共振周波数が変化し、図9に示すように電磁波の周波数に対する信号強
度の関係から水分を検知することができる。
、水分検知センサ10は、共振回路81、第1、及び第2の被覆部材82a、82bを有
する。共振回路81については、第1の実施形態の共振回路11と同様である。第1の実
施形態に係る水分検知センサと異なる点は、第1、及び第2の被覆部材82a、82bの
うち少なくとも片方は、材料として吸水性を有する物質を用い、水溶性物質13を用いな
いことである。
ませたまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のいずれかであり、材料としては、例え
ば、紙や、布、スポンジなどを用いることができる。吸水性を有する物質に水分が触れた
場合、吸水性を有する物質に吸水される。共振回路81と接している第1、及び第2の被
覆部材82a、82bのうち少なくとも片方が水分を含むため共振回路81の共振周波数
が変化し、図9に示すように電磁波の周波数に対する信号強度の関係から水分を検知する
ことができる。
装置100及び水分検知センサシステム200を提供することができる。
ない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その
他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の
省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や
要旨に含まれるとともの、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる
。
12a、32a、42a、52a、62a、72a、82a・・・第1の被覆部材
12b、22b、32b、42b、52b、62b、72b、82b・・・第2の被覆部
材
13、33、63・・・水溶性物質
44、74・・・吸水性材料
101・・・送信部
102・・・制御部
103・・・受信部
104・・・検知部
105・・・判断部
10・・・水分検知センサ
100・・・水分検知センサ装置
200・・・水分検知センサシステム
Claims (12)
- 共振回路と、
前記共振回路の表面を覆う第1の被覆部材と、
前記共振回路の裏面を覆う第2の被覆部材と、
を有する水分検知センサ。 - 少なくとも水溶性物質または吸水性材料のいずれかを有し、
前記水溶性物質または前記吸水性材料は、前記共振回路の表面と前記第1の被覆部材との
間に位置する、
請求項1記載の水分検知センサ。 - 前記水溶性物質は、常温常圧において水への溶解度が1[g/100g-H2O]以上の物質である
請求項2記載の水分検知センサ。 - 前記吸水性材料は、繊維状物質を絡ませたまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のい
ずれかである
請求項2または3に記載の水分検知センサ。 - 前記第1、及び第2の被覆部材のうち少なくとも片方は
常温常圧において比誘電率が10以下の物質である
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の水分検知センサ。 - 前記第1、及び第2の被覆部材のうち少なくとも片方は
吸水性材料である
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の水分検知センサ。 - 前記吸水性材料は、繊維状物質を絡ませたまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のい
ずれかである
請求項6記載の水分検知センサ。 - 電磁波を送信する送信部と、
請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の水分検知センサの共振回路から反射され
た電磁波を受信する受信部と、
受信した電磁波の周波数に対する信号強度が極小の値を取る周波数を共振周波数とする検
知部と、
前記共振周波数が変化した場合に水分を検知したと判断する判断部と、
を備える水分検知センサ装置。 - 一定時間ごとに電磁波を送信するよう前記送信部に指示をする制御部を有し、
前記判断部は、受信した電磁波の共振周波数が、前回に受信した電磁波の共振周波数と比
較して、あらかじめ定めたしきい値の範囲を超えて変化した場合に水分を検知したと判断
し、水分の存在を検知したことを前記制御部に伝達する
請求項8に記載の水分検知センサ装置。 - 前記判断部が水分を検知したと判断した場合に、検知信号を発する
請求項9に記載の水分検知センサ装置。 - 前記検知信号は、光または音または画面表示のいずれかである
請求項10に記載の水分検知センサ装置。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の水分検知センサと、
請求項8ないし請求項11のいずれか一項に記載の水分検知センサ装置と、
を有する水分検知センサシステム。
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---|---|---|---|
JP2018156596A JP2020030139A (ja) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | 水分検知センサ、水分検知センサ装置及び水分検知センサシステム |
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