JP5063050B2 - Capacitance type detection device - Google Patents

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Description

本発明は、土壌の水分量などの誘電体の存否などを検出するための装置に関するものである。   The present invention relates to an apparatus for detecting the presence or absence of a dielectric material such as the amount of moisture in soil.

特許文献1には、グランドプレート、センサープレート及びシールドプレートとを含み、検出されるべき物品が該プレートに接近した時、該物品と協働して該物品が接近するに従って変化するキャパシタンスを呈するように設けられた3つのプレートと、周波数が前記キャパシタンスの関数であるオッシレータと、その中央コンダクタンスが前記センサープレートに接続され、そのインナーシールドが前記シールドプレートに接続され、そのアウターシールドが前記グランドプレートに接続された1本の3重同軸ケーブルとを含むセンサシステムが記載されている。   Patent Document 1 includes a ground plate, a sensor plate, and a shield plate, and when an article to be detected approaches the plate, it cooperates with the article to exhibit a capacitance that changes as the article approaches. Three plates, an oscillator whose frequency is a function of the capacitance, a central conductance connected to the sensor plate, an inner shield connected to the shield plate, and an outer shield connected to the ground plate A sensor system is described that includes a single triple coaxial cable connected thereto.

特許文献1の図1および図2を参照すると、この発明のセンサはグランドプレート1、センシングプレート2と、シールドプレート3を有し、これらのプレートは積層され、センシングプレート2とシールドプレート3との間にガラスの層がある。シールドプレート3は、インナーシールド9を介してボルテージフォロワ14により駆動される。   Referring to FIG. 1 and FIG. 2 of Patent Document 1, the sensor of the present invention has a ground plate 1, a sensing plate 2, and a shield plate 3, and these plates are laminated, and the sensing plate 2 and the shield plate 3 There is a glass layer in between. The shield plate 3 is driven by the voltage follower 14 via the inner shield 9.

特許文献2には、被検出誘電体との間に非導電性隔壁を隔てて配置された検出電極に抵抗を介して矩形波電圧を印荷し、前記抵抗と被検出誘電体とを経由するRC回路による前記検出電極での矩形波電圧の立ち上り立ち下がりの時間的遅れに基づいて検出信号を出力するようにした水分検出装置であって、前記検出電極に印荷される矩形波電圧と同位相且つ同周波数の矩形波電圧が印荷される第二電極を備えており、この第二電極の電位により、前記隔壁に沿って層状に存在する水などの誘電体を経由するRC回路を遮断するようにした、水分検出装置が記載されている。この水分検出装置が、被検出物を収容するタンクに配設される場合は、タンク壁に対して適当距離を隔てて当該タンク内に接地電極が配置され、前記検出電極と接地電極との間に被検出物を経由する前記RC回路が形成されるようにすることが記載されている。   In Patent Document 2, a rectangular wave voltage is applied via a resistor to a detection electrode disposed with a non-conductive partition wall between the detection dielectric and the detected dielectric, and then passes through the resistor and the detected dielectric. A moisture detection device configured to output a detection signal based on a time delay of rising and falling of a rectangular wave voltage at the detection electrode by an RC circuit, the same as the rectangular wave voltage applied to the detection electrode. A second electrode to which a rectangular wave voltage of the same phase and frequency is applied is provided, and the RC circuit via a dielectric such as water existing in layers along the partition is cut off by the potential of the second electrode. A moisture detector is described which is adapted to do so. When this moisture detection device is disposed in a tank that accommodates an object to be detected, a ground electrode is disposed in the tank at an appropriate distance from the tank wall, and between the detection electrode and the ground electrode. Describes that the RC circuit passing through the object to be detected is formed.

特許文献3には、基板検出位置に基板が存在するか否かを基板に非接触で検出するための基板検出装置であって、前記基板検出位置から間隔を開けた位置に非導電性隔壁を隔てて配置される検出電極、およびこの検出電極を取り囲んで配置され、前記非導電性隔壁を隔てて前記基板検出位置に対向し、前記非導電性隔壁の表面に沿う電界成分を排除するためのガード電極を備えた基板検出プローブと、前記検出電極に抵抗を介して矩形波電圧を印加するとともに、前記抵抗および前記検出電極を経由して対地間に形成されるRC回路の時定数を検出することにより、前記基板検出位置における基板の有無を検出する基板検出回路と、前記ガード電極に、前記検出電極に印加される矩形波電圧と同位相かつ同電位の矩形波電圧を印加するガード電極用矩形波印加回路とを含むことを特徴とする基板検出装置が記載されている。
特表平8−510093号公報 特開2000−65775号公報 特開2001−68534号公報
Patent Document 3 discloses a substrate detection device for detecting whether or not a substrate is present at a substrate detection position in a non-contact manner with a non-conductive partition wall at a position spaced from the substrate detection position. A detection electrode arranged at a distance, and arranged to surround the detection electrode, opposed to the substrate detection position across the non-conductive partition wall, and for eliminating an electric field component along the surface of the non-conductive partition wall A substrate detection probe having a guard electrode, and a rectangular wave voltage is applied to the detection electrode via a resistor, and a time constant of an RC circuit formed between the resistor and the ground is detected via the resistor and the detection electrode Accordingly, a substrate detection circuit that detects the presence or absence of a substrate at the substrate detection position, and a guard that applies a rectangular wave voltage having the same phase and the same potential as the rectangular wave voltage applied to the detection electrode to the guard electrode. Substrate detection device which comprises a square wave application circuit for electrode is described.
Japanese Patent Publication No. 8-510093 JP 2000-65775 A JP 2001-68534 A

静電容量の変化により基板の有無あるいは水の有無を確認する程度の精度であれば、特許文献2あるいは3に記載されているような対地間に形成されるRC回路の時定数を検出する程度の検出装置で良い。例えば、水の有無の代わりに、土壌の水分量を把握することなどを目的とする装置においては、静電容量の変化を精度良く検出する必要がある。そのためには、静電容量に関与する電極の面積は固定されていることが望ましい。そのような装置の一例は、静電容量を形成するための両方の電極が一体になっている検出部分を含む装置である。しかしながら、特許文献1に記載されているようなプレート状の電極を積層したタイプでは、静電容量のほとんどが積層されている部分で決まり、外界の影響により静電容量が変動する割合は少ない。したがって、外界の物体の誘電率の変化を精度良く検出することは難しい。   If the accuracy is such that the presence or absence of the substrate or the presence or absence of water is confirmed by the change in capacitance, the degree of detection of the time constant of the RC circuit formed between the ground as described in Patent Document 2 or 3 The detection device can be used. For example, in an apparatus for the purpose of grasping the amount of water in the soil instead of the presence or absence of water, it is necessary to accurately detect a change in capacitance. For this purpose, it is desirable that the area of the electrode involved in the capacitance is fixed. An example of such a device is a device that includes a sensing portion in which both electrodes for forming a capacitance are integrated. However, in the type in which plate-like electrodes are stacked as described in Patent Document 1, most of the capacitance is determined by the portion where the layers are stacked, and the rate at which the capacitance fluctuates due to the influence of the outside world is small. Therefore, it is difficult to accurately detect a change in dielectric constant of an object in the outside world.

本発明の一態様は、第1の電極と第2の電極との間の静電容量の変化に基づく検出信号を出力するための装置であって、平坦な第1の電極および第2の電極を内部に含み、非導電性材により平板状に成形されたプレート部分であって、第1の電極および第2の電極の少なくとも一部が当該プレート部分の面に沿って並列に配置されているプレート部分と、プレート部分において並列に配置された第1の電極および第2の電極の間に配置された第3の電極とを有し、第3の電極の幅は、第2の電極の幅よりも小さく、第3の電極と第2の電極との間隔は、第3の電極と第1の電極との間隔よりも狭い装置である。   One embodiment of the present invention is an apparatus for outputting a detection signal based on a change in capacitance between a first electrode and a second electrode, and includes a flat first electrode and a second electrode. Is a plate portion that is formed into a flat plate shape using a non-conductive material, and at least a part of the first electrode and the second electrode are arranged in parallel along the surface of the plate portion. A plate portion and a third electrode disposed between the first electrode and the second electrode arranged in parallel in the plate portion, wherein the width of the third electrode is the width of the second electrode The distance between the third electrode and the second electrode is smaller than the distance between the third electrode and the first electrode.

この装置においては、静電容量を形成するための平坦な第1および第2の電極は、非導電性材、例えば、樹脂あるいはガラスにより平板状に形成されたプレート部分の内部に、プレート部分の厚み方向に積層される代わりに、プレート部分の面に沿って、例えば、幅方向に並列に配置されている。すなわち、プレート部分の内部において、第1および第2の電極は、それぞれ平坦な面が対向しないように、それぞれの電極の平坦な面がプレート部分の平坦な面と平行するように、並列に配置されている。したがって、これらの電極の平坦な面に対して垂直な方向に出る電気力線はプレート部分の外側に延び、プレート部分の外側に存在する液体、気体、固体などを含む物質の誘電率の影響を受ける。このため、第1および第2の電極の間の静電容量は、プレート部分の周辺、すなわち、外側に存在する物質の誘電率の影響を受けて変動しやすい。   In this apparatus, the flat first and second electrodes for forming the electrostatic capacitance are disposed inside the plate portion formed in a flat plate shape by a non-conductive material, for example, resin or glass. Instead of being stacked in the thickness direction, they are arranged along the plane of the plate portion, for example, in parallel in the width direction. That is, inside the plate portion, the first and second electrodes are arranged in parallel so that the flat surfaces of the respective electrodes are parallel to the flat surface of the plate portion so that the flat surfaces do not face each other. Has been. Therefore, the electric lines of force appearing in a direction perpendicular to the flat surface of these electrodes extend to the outside of the plate portion, and influence the dielectric constant of substances including liquid, gas, solid, etc. existing outside the plate portion. receive. For this reason, the electrostatic capacitance between the first and second electrodes is likely to fluctuate due to the influence of the dielectric constant of the substance existing around the plate portion, that is, outside.

さらに、この装置は、プレート部分において並列に配置された第1の電極および第2の電極の間に配置された第3の電極を有する。この第3の電極は、第1の電極の一部との間に静電容量を形成し、第1および第2の電極の間の電気力線がプレート部分の内部を通過するのを阻害する。その結果、第1および第2の電極の間の静電容量は、プレート部分の周辺の影響を受け易くなり、静電容量の変化量(変化率)を大きくできる。   Furthermore, the device has a third electrode disposed between the first electrode and the second electrode disposed in parallel in the plate portion. The third electrode forms a capacitance with a part of the first electrode, and prevents electric lines of force between the first and second electrodes from passing through the inside of the plate portion. . As a result, the capacitance between the first and second electrodes is easily affected by the periphery of the plate portion, and the amount of change (change rate) of the capacitance can be increased.

この装置においては、第1および第2の電極との間に、プレート部分の周辺を経由した静電容量を含めたRC回路が形成され、周辺に存在する物質の誘電率の変化による静電容量の変化を検出するものである。したがって、第3の電極は、プレート部分の外側の物質を経由するRC回路を遮断するためのものではなく、また、プレート部分の表面に沿った電界成分を排除するためのものでもない。そのため、第3の電極の幅は、第2の電極の幅よりも小さく、第3の電極と第2の電極との間隔は、第3の電極と第1の電極との間隔よりも狭い。すなわち、第1および第3の電極の間の電気力線の広がりは、第1および第2の電極の間の電気力線をプレート部分の外側に広げる程度のもので良く、第3の電極の幅(面積)を大きくすることは、グランド側となる第1の電極の有効幅(面積)を減らすことに繋がる。したがって、第3の電極の幅は、センサー側となる第2の電極の幅よりも小さくすることが好ましい。また、第3の電極を、第1および第2の電極の中央に配置するよりも、センサー側となる第2の電極に近づけて配置した方が、第1および第2の電極の間の電気力線をプレート部分の外側に広げる効果を得易い。   In this apparatus, an RC circuit including a capacitance passing through the periphery of the plate portion is formed between the first and second electrodes, and the capacitance caused by a change in the dielectric constant of the substance existing in the periphery. The change of is detected. Therefore, the third electrode is not intended to block the RC circuit that passes through the material outside the plate portion, and is not intended to eliminate the electric field component along the surface of the plate portion. Therefore, the width of the third electrode is smaller than the width of the second electrode, and the distance between the third electrode and the second electrode is narrower than the distance between the third electrode and the first electrode. That is, the spread of the electric lines of force between the first and third electrodes may be such that the electric lines of force between the first and second electrodes are spread outside the plate portion. Increasing the width (area) leads to a reduction in the effective width (area) of the first electrode on the ground side. Therefore, the width of the third electrode is preferably smaller than the width of the second electrode on the sensor side. In addition, the electric current between the first and second electrodes is arranged closer to the second electrode on the sensor side than the third electrode is arranged in the center of the first and second electrodes. It is easy to obtain the effect of spreading the lines of force outside the plate portion.

プレート部分の典型的な形態は短冊状のものであり、平坦な第1の電極および第2の電極の典型的な形態は、それぞれの電極が帯状であり、プレート部分の幅方向に並列に配置されているものである。プレート部分の外側の物質に起因する静電容量の変動を大きくするためには、第1および第2の電極の間の電気力線の長さが短いことが望ましく、さらに、第1および第2の電極の電極面積は大きいことが望ましい。短冊状のプレート部分と、帯状の電極は、それらの条件を満たす好適な形態の一例であり、また、地面に挿し易い形態なので、土壌の水分を検出するための装置に適している。   The typical form of the plate portion is a strip shape, and the typical form of the flat first electrode and the second electrode is such that each electrode is a strip shape and is arranged in parallel in the width direction of the plate portion. It is what has been. In order to increase the capacitance variation due to the material outside the plate portion, it is desirable that the length of the electric lines of force between the first and second electrodes is short, and further, the first and second It is desirable that the electrode area of these electrodes be large. The strip-shaped plate portion and the strip-shaped electrode are examples of suitable forms that satisfy these conditions, and are easy to insert into the ground, and are therefore suitable for a device for detecting soil moisture.

この装置においては、第1および第2の電極の間の静電容量の変化を検出するRC回路を形成し、その時定数により変化する信号を得る。すなわち、この装置は、第1の電極と第2の電極との間の静電容量とRC回路を形成するための第1の抵抗成分と、RC回路に周波数成分を含む電力を供給するための駆動回路と、RC回路の時定数の変化に基づき検出信号を生成するための回路とをさらに有する。この装置において、第2の電極を検出用の抵抗である第1の抵抗成分を介して駆動回路に接続し、第3の電極を駆動回路に接続することにより、グランド側となる第1の電極と第3の電極の間に、第1の電極とセンサー側となる第2の電極の間の電気力線(検出用の電場)をプレート部分の外側に広げるのに適した電気力線(補助の電場)を形成できる。 In this apparatus, an RC circuit that detects a change in capacitance between the first and second electrodes is formed, and a signal that changes according to its time constant is obtained . That is, this apparatus is for supplying electric power including a frequency component to the RC circuit, the first resistance component for forming the capacitance between the first electrode and the second electrode, the RC circuit, and the RC circuit. further comprising a drive circuit and a circuit for generating a detection signal based on a change of the time constant of the RC circuit. In this device, the second electrode is connected to the drive circuit via the first resistance component which is a detection resistor, and the third electrode is connected to the drive circuit, whereby the first electrode on the ground side is connected. Between the first electrode and the third electrode, the electric field lines (auxiliary field) suitable for spreading the electric field lines (electric field for detection) between the first electrode and the second electrode on the sensor side to the outside of the plate portion. Electric field).

第3の電極は、センサー側となる第2の電極の近傍に配置される。このため、第2の電極と第3の電極との間の静電容量の影響を小さくするためには、第3の電極と駆動回路との間に第2の抵抗成分を接続し、第3の電極に印加される駆動電圧を制御することが望ましい。   The third electrode is disposed in the vicinity of the second electrode on the sensor side. Therefore, in order to reduce the influence of the capacitance between the second electrode and the third electrode, a second resistance component is connected between the third electrode and the drive circuit, and the third It is desirable to control the drive voltage applied to the electrodes.

検出信号を生成するための回路の一形態は、第1の抵抗成分の両端の信号の排他的論理和を演算するためのEXOR回路と、このEXOR回路の出力を平滑するための回路とを含む回路である。第1の抵抗成分の両端の電圧信号を検出する場合、プレート部分の外側に、水分などの誘電率の高い物質が増加すると、両端の電圧信号の変動の時間差(位相差)によりEXOR回路の出力のパルス幅が増加し、平滑回路により平滑された信号の電圧が増加する。したがって、測定対象が水分量であれば、プレート部分の外側の水分量に伴い電圧が増減する検出信号を出力できる。このため、検出信号を出力する装置と、検出信号に基づきプレート部分が接している部分の水分量を適当な関数などにより推定する機能を含む装置とを有するシステムにより、水分量を出力したり、水分量に対応する処理、例えば散水を自動的に行うことが可能となる。   One form of a circuit for generating a detection signal includes an EXOR circuit for calculating an exclusive OR of signals at both ends of the first resistance component, and a circuit for smoothing the output of the EXOR circuit. Circuit. When a voltage signal at both ends of the first resistance component is detected, if a substance having a high dielectric constant such as moisture increases outside the plate portion, the output of the EXOR circuit is caused by a time difference (phase difference) in the voltage signal at both ends. And the voltage of the signal smoothed by the smoothing circuit increases. Therefore, when the measurement target is a moisture content, a detection signal whose voltage increases or decreases with the moisture content outside the plate portion can be output. For this reason, the amount of water is output by a system having a device that outputs a detection signal and a device that includes a function that estimates the amount of water in a portion where the plate portion is in contact with the detection signal based on an appropriate function, Processing corresponding to the amount of water, for example, watering can be automatically performed.

さらに、プレート部分に配置された温度測定用のサーミスタを有することが好ましい。物質の誘電率は温度により変動することがある。また、プレート部分を構成する非導電性材の誘電率などの計測側の条件も温度により変動することがある。したがって、静電容量の変動と共に、温度を測定することにより、静電容量の変動から得ようとしている物理量、例えば、水分量をより正確に算出することが可能となる。   Furthermore, it is preferable to have a thermistor for temperature measurement arranged in the plate portion. The dielectric constant of a material can vary with temperature. In addition, the measurement-side conditions such as the dielectric constant of the non-conductive material constituting the plate portion may vary depending on the temperature. Therefore, by measuring the temperature together with the variation in capacitance, it is possible to more accurately calculate the physical quantity that is to be obtained from the variation in capacitance, for example, the amount of water.

さらに、プレート部分の外側に配置された液体を吸収するための層をさらに有することが望ましい。例えば、プレート部分の外側に配置された多孔質の層をさらに有することが望ましい。土壌にプレート部分を差し込んだり、埋めた場合、土壌とプレート部分との間に隙間が生ずると、土壌の水分による静電容量の変動は小さくなり、水分量の測定精度が低下する要因となる。液体を吸収するための層、または多孔質の層をプレート部分の外側に配置し、プレート部分の外面に水分を含む層を形成することにより測定精度の低下を抑制できる。   Furthermore, it is desirable to further have a layer for absorbing liquid disposed outside the plate portion. For example, it may be desirable to further have a porous layer disposed outside the plate portion. When a plate portion is inserted or buried in the soil, if a gap is generated between the soil and the plate portion, the variation in capacitance due to the moisture in the soil becomes small, which causes a decrease in the accuracy of measuring the amount of water. By disposing a layer for absorbing liquid or a porous layer outside the plate portion and forming a layer containing moisture on the outer surface of the plate portion, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy.

図1に、本発明の一実施形態の散水システムの概略構成を示している。この散水システム1は、植物2が植えられた土壌3に差し込まれたセンサー10と、このセンサー10からの信号を受けて水分量を求める機能を含む測定装置5と、測定装置5からの信号により散水を開始するスプリンクラー9とを含む。   In FIG. 1, the schematic structure of the watering system of one Embodiment of this invention is shown. The watering system 1 includes a sensor 10 inserted into the soil 3 in which the plant 2 is planted, a measuring device 5 having a function of obtaining a moisture amount by receiving a signal from the sensor 10, and a signal from the measuring device 5. And a sprinkler 9 for starting watering.

図2に、センサー10の概略構成を示している。図2(a)はセンサー10の平面図であり、図2(b)はセンサー10の側面図である。また、図2(c)はセンサー10のプレート部分18の周囲の面に吸水用の層19を設けたタイプを示している。このセンサー10は、第1の電極11と第2の電極12との間の静電容量Cmの変化に基づく検出信号Sdを出力するための装置である。センサー10は、平坦な帯状の第1の電極11および第2の電極12が表面に形成されたプリント基板15と、このプリント基板15を内部に含むように、非導電性材のモールド樹脂16により平板状に成形されたプレート部分18とを含む。短冊状のプリント基板15を樹脂16によりモールドしたプレート部分18の全体形状は短冊状であり、先端18aは土壌3に差し込みやすいように若干細くなっている。   FIG. 2 shows a schematic configuration of the sensor 10. FIG. 2A is a plan view of the sensor 10, and FIG. 2B is a side view of the sensor 10. FIG. 2C shows a type in which a layer 19 for water absorption is provided on the surface around the plate portion 18 of the sensor 10. The sensor 10 is a device for outputting a detection signal Sd based on a change in the capacitance Cm between the first electrode 11 and the second electrode 12. The sensor 10 includes a printed circuit board 15 having flat belt-like first electrodes 11 and second electrodes 12 formed on the surface thereof, and a non-conductive material mold resin 16 so as to include the printed circuit board 15 inside. And a plate portion 18 formed into a flat plate shape. The overall shape of the plate portion 18 obtained by molding the strip-shaped printed circuit board 15 with the resin 16 is a strip shape, and the tip 18 a is slightly narrowed so as to be easily inserted into the soil 3.

プレート部分18の基板15には、帯状の第1の電極11および第2の電極12がプレート部分18の幅方向Wに並列に、長手方向Lに延びるように配置されている。さらに具体的には、基板15の表面中央に、長手方向Lに略一直線に延びるように第2の電極12が配置され、基板15の表面の周囲に沿って、長手方向Lに長いU字形の第1の電極11が、基板中央の第2の電極12を囲むように配置されている。基板15の一例は、ガラスエポキシ(ガラエポ)製であり、テフロン(登録商標)などの他の材料であっても良い。モールド樹脂16の一例は吸水性の小さなポリオレフィンである。プレート部分18はガラスなどの他の非導電性の材料により成形しても良い。   On the substrate 15 of the plate portion 18, the strip-like first electrode 11 and the second electrode 12 are arranged so as to extend in the longitudinal direction L in parallel with the width direction W of the plate portion 18. More specifically, the second electrode 12 is disposed in the center of the surface of the substrate 15 so as to extend substantially in a straight line in the longitudinal direction L, and has a U-shape that is long in the longitudinal direction L along the periphery of the surface of the substrate 15. The first electrode 11 is disposed so as to surround the second electrode 12 at the center of the substrate. An example of the substrate 15 is made of glass epoxy (Garaepo), and may be another material such as Teflon (registered trademark). An example of the mold resin 16 is a polyolefin with low water absorption. The plate portion 18 may be formed of other non-conductive material such as glass.

プレート部分18の基板15には、さらに、並列に配置された第1の電極11および第2の電極12の間に第3の電極13が配置されている。第3の電極13も帯状であり、その幅(面積)は、第2の電極の幅(面積)よりも小さく、第3の電極13は、基板15の長手方向Lに長いU字形であり、第2の電極12の近傍に、第2の電極12を囲むように配置されている。したがって、第3の電極13と第2の電極12との間隔Wd2は、第3の電極13と第1の電極11との間隔Wd1よりも狭い。第1の電極11の幅We1と、第2の電極12の幅We2と、第3の電極13の幅We3との比は、例えば、2.5:2.0:0.3である。また、第1の電極11と第3の電極13との間隔Wd1と、第2の電極12と第3の電極13との間隔Wd2との比は、2.2:1である。   On the substrate 15 of the plate portion 18, a third electrode 13 is further disposed between the first electrode 11 and the second electrode 12 that are disposed in parallel. The third electrode 13 is also strip-shaped, the width (area) of which is smaller than the width (area) of the second electrode, and the third electrode 13 has a U shape that is long in the longitudinal direction L of the substrate 15. It is arranged in the vicinity of the second electrode 12 so as to surround the second electrode 12. Accordingly, the interval Wd2 between the third electrode 13 and the second electrode 12 is narrower than the interval Wd1 between the third electrode 13 and the first electrode 11. The ratio of the width We1 of the first electrode 11, the width We2 of the second electrode 12, and the width We3 of the third electrode 13 is, for example, 2.5: 2.0: 0.3. The ratio of the distance Wd1 between the first electrode 11 and the third electrode 13 and the distance Wd2 between the second electrode 12 and the third electrode 13 is 2.2: 1.

基板15の他方の端には波形発生・検出回路20が搭載され、モールド樹脂16によりプレート部分18と一体に覆われている。第1の電極11、第2の電極12および第3の電極13は波形発生・検出回路20に接続され、これらの電極11、12および13により得られた電流または/および電圧信号は波形発生・検出回路20により処理され、検出信号Sdがケーブル29を介して測定装置5に出力される。さらに、基板15には、センサー10の周囲の温度を計測できるサーミスタ31が搭載されている。   A waveform generation / detection circuit 20 is mounted on the other end of the substrate 15 and is integrally covered with the plate portion 18 by the mold resin 16. The first electrode 11, the second electrode 12, and the third electrode 13 are connected to a waveform generation / detection circuit 20, and the current or / and voltage signals obtained by these electrodes 11, 12, and 13 are waveform generation / detection signals. Processed by the detection circuit 20, the detection signal Sd is output to the measurement device 5 via the cable 29. Further, a thermistor 31 capable of measuring the temperature around the sensor 10 is mounted on the substrate 15.

図3に、センサー10の回路構成を示している。波形発生・検出回路20は、第1の電極11および第2の電極12の間の静電容量Cmの変化を検出するためのRC回路を形成し、その時定数により変化する信号Sdを出力する。波形発生・検出回路20は、第1の電極11と第2の電極12との間の静電容量CmとRC回路を形成するための第1の抵抗成分R1と、RC回路に周波数成分を含む電力を供給するための駆動回路21と、RC回路の時定数の変化に基づき検出信号Sdを生成するための信号生成回路22と、検出信号Sdを温度補正するための回路23とを含む。信号生成回路22は、第1の抵抗成分R1の両端の電圧信号Sn1およびSn2との排他的論理和を演算するためのEXOR回路25と、このEXOR回路25の出力を平滑するための平滑回路26とを含む。   FIG. 3 shows a circuit configuration of the sensor 10. The waveform generation / detection circuit 20 forms an RC circuit for detecting a change in the capacitance Cm between the first electrode 11 and the second electrode 12, and outputs a signal Sd that changes according to its time constant. The waveform generation / detection circuit 20 includes a capacitance Cm between the first electrode 11 and the second electrode 12, a first resistance component R1 for forming an RC circuit, and a frequency component in the RC circuit. A drive circuit 21 for supplying power, a signal generation circuit 22 for generating a detection signal Sd based on a change in the time constant of the RC circuit, and a circuit 23 for correcting the temperature of the detection signal Sd are included. The signal generation circuit 22 includes an EXOR circuit 25 for calculating an exclusive OR with the voltage signals Sn1 and Sn2 at both ends of the first resistance component R1, and a smoothing circuit 26 for smoothing the output of the EXOR circuit 25. Including.

図4に、各信号の波形の概要を示している。駆動回路21は、第1の抵抗成分R1を介して第2の電極12に接続され、センサー側となる第2の電極12に対し数MHzの矩形波の信号Sn1を供給する。第1の電極11はコモン(グランド)に接続される。第1の電極11および第2の電極12はコンデンサとして働き、その容量Cmにより抵抗成分R1を介して得られる入力信号Sn2の波形は鈍る(遅れる)。したがって、遅れた波形となる入力信号Sn2と、元の矩形波の入力信号Sn1とのずれ(時間差、位相差)をEXOR回路25により検出することにより、第1の電極11および第2の電極12の間の静電容量Cmを検出することができる。駆動回路21は、RC回路に周波数成分を含む電力を供給するための回路であり、第2の電極12に供給される信号Sn1は矩形波に限られない。しかしながら、時間差を検出するために駆動する波形として矩形波は適当なものの1つである。   FIG. 4 shows an outline of the waveform of each signal. The drive circuit 21 is connected to the second electrode 12 via the first resistance component R1, and supplies a signal Sn1 of a rectangular wave of several MHz to the second electrode 12 on the sensor side. The first electrode 11 is connected to a common (ground). The first electrode 11 and the second electrode 12 function as capacitors, and the waveform of the input signal Sn2 obtained via the resistance component R1 is blunted (delayed) by the capacitance Cm. Therefore, the EXOR circuit 25 detects a deviation (time difference, phase difference) between the input signal Sn2 having a delayed waveform and the input signal Sn1 having the original rectangular wave, whereby the first electrode 11 and the second electrode 12 are detected. Can be detected. The drive circuit 21 is a circuit for supplying power including frequency components to the RC circuit, and the signal Sn1 supplied to the second electrode 12 is not limited to a rectangular wave. However, a rectangular wave is one suitable waveform for driving to detect a time difference.

この波形発生・検出回路20において、図4に破線で示すように、静電容量Cmが増加すると、入力信号Sn2のずれは大きくなり、入力信号Sn1との時間差によりEXOR回路25から出力されるパルス状の信号Sn3の幅が増加する。したがって、出力信号Sn3を、抵抗およびコンデンサを用いた平滑回路26により平滑した検出信号Sdの電圧Vdは増加する。このため、センサー10の測定対象が水分量であれば、プレート部分18の外側の水分量に伴い電圧が増減する検出信号Sdを出力できる。   In this waveform generation / detection circuit 20, as indicated by a broken line in FIG. 4, when the capacitance Cm increases, the deviation of the input signal Sn2 increases, and the pulse output from the EXOR circuit 25 due to the time difference from the input signal Sn1. The width of the signal Sn3 increases. Therefore, the voltage Vd of the detection signal Sd obtained by smoothing the output signal Sn3 by the smoothing circuit 26 using a resistor and a capacitor increases. For this reason, if the measurement target of the sensor 10 is the amount of moisture, the detection signal Sd whose voltage increases or decreases with the amount of moisture outside the plate portion 18 can be output.

すなわち、静電容量Cmは、センサー10のプレート部分18の外側にある物質50の誘電率により変動する。このため、センサー10の周囲の状況の変化を静電容量Cmの変動として検出できる。例えば、センサー10が土壌3に埋設されていると、水の誘電率が高いので、土壌3の水分量により静電容量Cmが増加し、検出信号Sdの電圧が上昇する。したがって、測定装置5は、検出信号Sdの電圧を適当な関数あるいはルックアップテーブルを用いて水分量に変換し、表示したり、スプリンクラー9を制御したりすることができる。   That is, the capacitance Cm varies with the dielectric constant of the substance 50 outside the plate portion 18 of the sensor 10. For this reason, a change in the situation around the sensor 10 can be detected as a change in the capacitance Cm. For example, when the sensor 10 is embedded in the soil 3, since the dielectric constant of water is high, the capacitance Cm increases due to the amount of water in the soil 3, and the voltage of the detection signal Sd increases. Therefore, the measuring device 5 can convert the voltage of the detection signal Sd into a moisture content by using an appropriate function or a lookup table, and can display and control the sprinkler 9.

水の誘電率は温度により変動する。したがって、水分量の変化がないのに、センサー10の周囲(土壌)の温度の変化により検出信号Sdが変動する可能性がある。センサー10においては、プレート部分18にサーミスタ31を配置している。そして、温度補正回路23では、検出信号Sdの出力にサーミスタ31の抵抗値を入れて分圧することにより、周辺の温度の変化により検出信号Sdが変動するのを抑制している。   The dielectric constant of water varies with temperature. Therefore, the detection signal Sd may fluctuate due to a change in temperature around the sensor 10 (soil) even though there is no change in water content. In the sensor 10, a thermistor 31 is disposed on the plate portion 18. In the temperature correction circuit 23, the resistance value of the thermistor 31 is added to the output of the detection signal Sd to divide the voltage, thereby suppressing the detection signal Sd from fluctuating due to a change in ambient temperature.

さらに、静電容量Cmは、プレート部分18の周囲の土壌の水分により大きく変動することが望ましい。したがって、第3の電極13を駆動回路21に接続することにより、矩形波の信号Sn1により駆動し、グランド側となる第1の電極11と第3の電極13の間に、第1の電極11とセンサー側となる第2の電極12の間の電気力線(検出用の電場)をプレート部分18の外側に広げるのに適した電気力線(補助の電場)を形成するようにしている。   Furthermore, it is desirable that the capacitance Cm greatly varies depending on the moisture of the soil around the plate portion 18. Therefore, by connecting the third electrode 13 to the drive circuit 21, the first electrode 11 is driven between the first electrode 11 and the third electrode 13 on the ground side by being driven by the rectangular wave signal Sn1. And electric field lines (auxiliary electric field) suitable for spreading the electric field lines (detection electric field) between the second electrode 12 on the sensor side to the outside of the plate portion 18.

図5に、本発明の実施形態と比較するためのセンサー90の概略構成を示している。このセンサー90は、第1の電極11と第2の電極12とが並列に配置されたプレート部分18を備えている。したがって、このセンサー90は、外界の状態を検出するための静電容量を形成するための平坦な第1の電極11および第2の電極12が、プレート部分18の内部において、それぞれの電極11および12の平坦な面が対向しないように、すなわち、それぞれの電極11および12の平坦な面がプレート部分18の平坦な面と平行するように、並列に配置されている点は、センサー10と共通する。これらの電極11および12が、樹脂あるいはガラスなどの非導電性材により成形されたプレート部分の厚方向に積層される代わりに、プレート部分の幅方向に並列に配置されている。このため、これらの電極11および12の平坦な面に対して垂直な方向に出る電気力線による電場71はプレート部分18の外側に延び、プレート部分18の外側に存在する物質50の誘電率の影響を受けやすくなる。このため、第1の電極11および第2の電極12の間の静電容量Cmは、プレート部分18の周辺、すなわち、プレート部分18の外側に存在する物質50の誘電率の影響を受けて変動しやすい。   FIG. 5 shows a schematic configuration of a sensor 90 for comparison with the embodiment of the present invention. The sensor 90 includes a plate portion 18 in which a first electrode 11 and a second electrode 12 are arranged in parallel. Accordingly, the sensor 90 includes a flat first electrode 11 and a second electrode 12 for forming a capacitance for detecting the state of the outside world. 12 is common to the sensor 10 in that the 12 flat surfaces are not opposed to each other, that is, the flat surfaces of the respective electrodes 11 and 12 are parallel to the flat surface of the plate portion 18. To do. These electrodes 11 and 12 are arranged in parallel in the width direction of the plate portion, instead of being stacked in the thickness direction of the plate portion formed of a nonconductive material such as resin or glass. For this reason, the electric field 71 caused by the electric field lines that run in a direction perpendicular to the flat surfaces of the electrodes 11 and 12 extends outside the plate portion 18, and the dielectric constant of the substance 50 existing outside the plate portion 18. Be susceptible. Therefore, the capacitance Cm between the first electrode 11 and the second electrode 12 varies under the influence of the dielectric constant of the substance 50 existing around the plate portion 18, that is, outside the plate portion 18. It's easy to do.

このような電極配置を備えたセンサー90において、電極11および12は、ほぼ同じ大きさで良く、さらに、電極11および12は、面積の大きい方が周辺の水分などの物質50による静電容量Cmの変化は大きい。さらに、電極11および12は、なるべく近い方が、周辺の物質50による静電容量Cmの変化は大きい。しかしながら、電極11および12が近いと、静電容量Cmの変化が大きくなるはずであるが、プレート部分18の内部、すなわち、モールド樹脂16により影響を受ける静電容量が増大する傾向になる。このため、センサーを小さくするために、電極11および12が近すぎると、周辺の物質50により静電容量Cmが変化する割合は小さくなる。   In the sensor 90 having such an electrode arrangement, the electrodes 11 and 12 may have substantially the same size, and the electrodes 11 and 12 have a capacitance Cm due to a substance 50 such as moisture in the periphery when the area is larger. The change is great. Furthermore, as the electrodes 11 and 12 are as close as possible, the change in the capacitance Cm due to the surrounding substance 50 is large. However, if the electrodes 11 and 12 are close, the change in the capacitance Cm should increase, but the capacitance affected by the inside of the plate portion 18, that is, the mold resin 16, tends to increase. For this reason, if the electrodes 11 and 12 are too close to make the sensor small, the rate at which the capacitance Cm changes due to the surrounding substance 50 becomes small.

電極11および12が並列に配置されたセンサー90は、測定用の電場71がプレート部分18の外側に広がるので、電極11および12の間の静電容量Cmは、プレート部分18の周囲の物質50による影響を受け易く、周辺の物質50、例えば、水分量の測定には適している。しかしながら、電極11および12の間隔が小さく、これらの電極の間の静電容量Cmに占めるモールド樹脂16の容量の割合が大きいと、プレート部分18の周囲に水分などの誘電率の大きな物質が少ない場合でも、入力信号Sn1とSn2との時間差(位相のずれ)が大きくなりEXOR回路25の出力Sn3が飽和する可能性がある。検出用の抵抗成分R1の値を下げることにより出力の飽和を抑制できる。また、抵抗成分R1と並列に適当な容量Cを接続することにより位相のずれを小さくでき、出力の飽和を抑制できる。しかしながら、これらの方法では、周辺の物質50による静電容量Cmの変化の割合を増やし、静電容量型のセンサーの感度をさらに向上することは難しい。   In the sensor 90 in which the electrodes 11 and 12 are arranged in parallel, the electric field 71 for measurement spreads outside the plate portion 18, so that the capacitance Cm between the electrodes 11 and 12 is the material 50 around the plate portion 18. It is suitable for measurement of the surrounding substance 50, for example, the amount of water. However, when the distance between the electrodes 11 and 12 is small and the ratio of the capacity of the mold resin 16 to the electrostatic capacity Cm between these electrodes is large, there are few substances having a large dielectric constant such as moisture around the plate portion 18. Even in this case, there is a possibility that the time difference (phase shift) between the input signals Sn1 and Sn2 becomes large and the output Sn3 of the EXOR circuit 25 is saturated. Output saturation can be suppressed by lowering the value of the resistance component R1 for detection. Further, by connecting an appropriate capacitor C in parallel with the resistance component R1, the phase shift can be reduced, and the saturation of the output can be suppressed. However, in these methods, it is difficult to increase the rate of change of the capacitance Cm by the surrounding substance 50 and further improve the sensitivity of the capacitance type sensor.

図6に、センサー90のプレート部分18の周囲の面に吸水性がある層19を設けたタイプを示している。吸水層19は、例えば、セラミック層であり、周囲の物質50と同等の水分吸収力を備えていることが望ましい。例えば、センサー90の周囲の物質50が土であれば、吸水層19は、土と同程度の水分吸収力を備えていることが望ましい。そのような材質は、吸水性のある布、紙、樹脂、セラミックなどを含む。センサー90の測定対象が水分である場合は、モールド樹脂16の外側で、計測用の電場71の電気力線の密度が最も高い場所に吸水性の層19を配置することにより、容量Cmは周囲の水分量の影響を受けて変動し易くなる。したがって、センサー90の感度を向上できる。吸水層19は、プレート部分18の表面18sに、適当な吸水性の材料をコーティングしたり、貼り付けたりすることにより形成できる。また、吸水性の材料を鞘あるいはカバーのようにしてプレート部分18に被せても良い。   FIG. 6 shows a type in which a layer 19 having water absorption is provided on the surface around the plate portion 18 of the sensor 90. The water absorption layer 19 is, for example, a ceramic layer, and preferably has a moisture absorption capacity equivalent to that of the surrounding material 50. For example, if the substance 50 around the sensor 90 is soil, it is desirable that the water absorption layer 19 has a moisture absorption capacity comparable to that of the soil. Such materials include water-absorbing cloth, paper, resin, ceramic and the like. When the measurement object of the sensor 90 is moisture, the capacity Cm is increased by disposing the water-absorbing layer 19 in a place where the density of the electric field lines of the measurement electric field 71 is highest outside the mold resin 16. Fluctuates easily under the influence of the amount of moisture. Therefore, the sensitivity of the sensor 90 can be improved. The water absorbing layer 19 can be formed by coating or sticking a suitable water absorbing material on the surface 18 s of the plate portion 18. Further, a water-absorbing material may be put on the plate portion 18 like a sheath or a cover.

図7に、上記とさらに異なるセンサー92の概略構成を示している。このセンサー92は、第1の電極11と第2の電極12とが並列に配置され、さらにそれらの電極11および12の中間に小さな第3の電極13が配置されたプレート部分18を備えている。このように2つの電極11および12の間に、第3の電極13を入れて、電極11および13との間にサブの電場72を形成することにより、電極11と電極12との間の電場71の電気力線がモールド樹脂16の内部を通過することを抑制できる。このサブの電場72は、プレート部分18の外側の物質50を経由する電場(電界)71を遮断したり排除したりするものではなく、電極11および12により形成される電界71の内で、プレート部分18の内部を通過する電界成分をできるだけ少なくするためのものである。すなわち、狭い間隔で置かれた電極11および12の間に、電極13を入れると、電極11および12を結ぶ電気力線は、電極11および12を直線的に結ぶ代わりに、電極13の外側に広がり、プレート部分18の外側の物質50を通過する割合が増加する。   FIG. 7 shows a schematic configuration of a sensor 92 further different from the above. The sensor 92 includes a plate portion 18 in which a first electrode 11 and a second electrode 12 are arranged in parallel, and a small third electrode 13 is arranged between the electrodes 11 and 12. . Thus, by inserting the third electrode 13 between the two electrodes 11 and 12, and forming a sub electric field 72 between the electrodes 11 and 13, the electric field between the electrode 11 and the electrode 12 is formed. It is possible to suppress the electric lines of force 71 from passing through the mold resin 16. This sub electric field 72 does not block or eliminate the electric field (electric field) 71 that passes through the substance 50 outside the plate portion 18, but within the electric field 71 formed by the electrodes 11 and 12. This is to reduce the electric field component passing through the inside of the portion 18 as much as possible. That is, when the electrode 13 is inserted between the electrodes 11 and 12 that are spaced apart, the electric lines of force connecting the electrodes 11 and 12 are placed outside the electrode 13 instead of connecting the electrodes 11 and 12 linearly. Spreading and increasing the rate of passing through the material 50 outside the plate portion 18.

さらに、図3に示すように、電極11と電極13との間隔を広げ、電極12と電極13との間隔を狭めることにより、電極11および13の間の電気力線が狭い範囲に集中するのを避けることができ、サブの電場72の広がりを大きくできる。このため、電極11および12を結ぶ電気力線の広がりがさらに大きくなり、モールド樹脂16の内部を通る電気力線を減らすことができ、同時に、メインの電場71をモールド樹脂16の外側へいっそう広げることができる。このため、電極11および12の間の静電容量Cmが、プレート部分18の外側の物質50により変動する割合を大きくすることができる。   Further, as shown in FIG. 3, by increasing the distance between the electrode 11 and the electrode 13 and narrowing the distance between the electrode 12 and the electrode 13, the lines of electric force between the electrodes 11 and 13 are concentrated in a narrow range. And the spread of the sub electric field 72 can be increased. For this reason, the spread of the electric lines of force connecting the electrodes 11 and 12 is further increased, the electric lines of force passing through the inside of the mold resin 16 can be reduced, and at the same time, the main electric field 71 is further expanded to the outside of the mold resin 16. be able to. For this reason, it is possible to increase the rate at which the capacitance Cm between the electrodes 11 and 12 varies depending on the substance 50 outside the plate portion 18.

このように、ガード用のサブの電場72を形成することにより、静電容量Cmの感度を向上できる。サブの電場72の電気力線の集中を抑制するためには、第1の電極11と第3の電極13との間隔Wd1と、第2の電極12と第3の電極13との間隔Wd2との比は、1:1より間隔Wd2の方が狭く、間隔Wd1の方が広いことが望ましい。間隔Wd2に対して間隔Wd1が広すぎると、電極11および12の間が開きすぎたり、電極13および12の間が狭すぎたりすることにより静電容量Cmの感度を向上することに影響がでる可能性がある。したがって、間隔Wd1と間隔Wd2との比は、1:1より大きく、10:1よりも小さい範囲が好ましく、1.5:1から4:1の範囲であることがさらに好ましい。図3に示したセンサー10では、間隔Wd1とWd2との比は2.2:1にセットしている。   Thus, by forming the sub electric field 72 for the guard, the sensitivity of the capacitance Cm can be improved. In order to suppress the concentration of the electric field lines of the sub electric field 72, the distance Wd1 between the first electrode 11 and the third electrode 13, the distance Wd2 between the second electrode 12 and the third electrode 13, It is desirable that the interval Wd2 is narrower and the interval Wd1 is wider than 1: 1. If the interval Wd1 is too wide with respect to the interval Wd2, the gap between the electrodes 11 and 12 is too wide, or the gap between the electrodes 13 and 12 is too narrow, which affects the improvement of the sensitivity of the capacitance Cm. there is a possibility. Therefore, the ratio of the interval Wd1 to the interval Wd2 is preferably greater than 1: 1 and less than 10: 1, and more preferably 1.5: 1 to 4: 1. In the sensor 10 shown in FIG. 3, the ratio between the intervals Wd1 and Wd2 is set to 2.2: 1.

サブの電界72は、メインの電界71をプレート部分18の外側に広げることを目的としており、静電容量Csは小さいことが望ましい。また、グランド側の電極11の面積のうち、第3の電極13と対になり、サブの電界72を形成するために割かれる割合を小さくすることが望ましい。したがって、第3の電極13の面積(幅)は小さいことが望ましく、センサー側の第2の電極12の面積(幅)より少なくとも小さいことが望ましい。第2の電極12の幅We2と、第3の電極13の幅We3との比は、例えば、2:1から20:1の範囲が好ましく、4:1から10:1の範囲であることがさらに好ましい。図3に示したセンサー10では、電極の幅We2とWe3との比は20:3にセットしている。   The sub electric field 72 is intended to spread the main electric field 71 to the outside of the plate portion 18, and it is desirable that the capacitance Cs is small. In addition, it is desirable to reduce the ratio of the area of the ground-side electrode 11 that is paired with the third electrode 13 and that is split to form the sub electric field 72. Therefore, the area (width) of the third electrode 13 is desirably small, and is desirably at least smaller than the area (width) of the second electrode 12 on the sensor side. The ratio of the width We2 of the second electrode 12 to the width We3 of the third electrode 13 is preferably in the range of 2: 1 to 20: 1, for example, and preferably in the range of 4: 1 to 10: 1. Further preferred. In the sensor 10 shown in FIG. 3, the ratio of the electrode widths We2 and We3 is set to 20: 3.

電極13の面積が小さくても、電極12と電極13とが近づくことにより、電極12に発生する信号が、電極13に印加される信号の影響を大きく受けてしまう場合がある。このため、図3に示すように、電極13と駆動回路21との間に抵抗成分R2を入れて、第3の電極13へ供給される信号強度を適当な値に抑えることが望ましい。例えば、これらの電極11、12および13をモールドし、プレート部分18を形成する樹脂16の厚みは測定対象によって変わることがある。その場合、モールド樹脂16の厚みに対応して、電極12と電極13との間隔を調整すれば効率的に電場71を外側に広げて電気力線が測定対象の物質を効果的に通過するようにできる。そして、ガード用のサブの電場72の強度は、第2の抵抗成分R2により制御できる。   Even if the area of the electrode 13 is small, the signal generated in the electrode 12 may be greatly affected by the signal applied to the electrode 13 due to the proximity of the electrode 12 and the electrode 13. Therefore, as shown in FIG. 3, it is desirable to insert a resistance component R2 between the electrode 13 and the drive circuit 21 to suppress the signal intensity supplied to the third electrode 13 to an appropriate value. For example, the thickness of the resin 16 that molds the electrodes 11, 12, and 13 and forms the plate portion 18 may vary depending on the object to be measured. In that case, if the distance between the electrode 12 and the electrode 13 is adjusted in accordance with the thickness of the mold resin 16, the electric field 71 is effectively spread outward so that the electric lines of force effectively pass through the substance to be measured. Can be. The intensity of the guard sub electric field 72 can be controlled by the second resistance component R2.

図8および図9は、波形発生・検出回路20の異なる例をそれぞれ示している。なお、これらの例でも、RC回路を駆動するための駆動回路21およびRC回路を構成するための検出用の抵抗R1は含まれているが、図面には省略している。これらの回路20は、サーミスタ31の信号を、そのまま測定装置5に供給することにより、測定装置5においてプレート部分18の温度を表示したり、プレート部分18の温度を用いて検出信号Sdを補正し、水分量などに変換できるようにしている。図8に示した回路20は、静電容量Cmの変化に基づく検出信号Sdと、サーミスタ31の信号とを4線で出力するタイプである。図9に示した回路20は、検出信号Sdと、サーミスタ31の信号とを3線で出力するタイプであり、ダイオードD1およびD2を備えている。この回路20は、電源の投入方向を変えることにより、静電容量Cmの測定と、サーミスタ31による温度の測定とを切り換えることができる。   8 and 9 show different examples of the waveform generation / detection circuit 20, respectively. In these examples, the drive circuit 21 for driving the RC circuit and the detection resistor R1 for configuring the RC circuit are included, but are not shown in the drawing. These circuits 20 supply the signal of the thermistor 31 to the measuring device 5 as it is, thereby displaying the temperature of the plate portion 18 in the measuring device 5 or correcting the detection signal Sd using the temperature of the plate portion 18. It can be converted into moisture content. The circuit 20 shown in FIG. 8 is a type that outputs the detection signal Sd based on the change in the capacitance Cm and the signal of the thermistor 31 in four lines. The circuit 20 shown in FIG. 9 is a type that outputs the detection signal Sd and the signal of the thermistor 31 by three lines, and includes diodes D1 and D2. The circuit 20 can switch between the measurement of the capacitance Cm and the temperature measurement by the thermistor 31 by changing the power-on direction.

このように、第1の電極11と、第2の電極12と、それらの間の第2の電極12の側に配置された第3の電極13とを備えたセンサー10は、プレート部分18の外側に測定用の電場71を効率よく広げることができる。このため、センサー10は、プレート部分18の周辺の空間あるいは物質50の誘電率の変化を静電容量の変動として精度良く検出することができる。したがって、この静電容量型のセンサー10は、種々の用途に使用できる。特に、このセンサー10は、周辺の物質50の誘電率の変化に対する感度が高いので、誘電率の異なる物体の有無だけではなく、誘電率の異なる物体あるいは物質の密度あるいは濃度およびそれらの変動を検出する目的に適している。   As described above, the sensor 10 including the first electrode 11, the second electrode 12, and the third electrode 13 disposed on the second electrode 12 side between them includes the plate portion 18. The electric field 71 for measurement can be efficiently spread outside. For this reason, the sensor 10 can accurately detect a change in the dielectric constant of the space around the plate portion 18 or the substance 50 as a change in capacitance. Therefore, the capacitance type sensor 10 can be used for various applications. In particular, since the sensor 10 is highly sensitive to changes in the dielectric constant of the surrounding material 50, it detects not only the presence or absence of objects with different dielectric constants, but also the density or concentration of objects or substances with different dielectric constants and variations thereof. Suitable for the purpose.

図1および図2に示した例は、土壌3の水分量(水分濃度)を検出するためのセンサーであり、水分量の増加および減少を測定装置5で測定したり、予め設定された水分量によりスプリンクラー9を作動させることができる。スプリンクラー9を作動させるための水分量の設定値は、土壌3に植えられた植物2により変えることも可能である。センサー10の感度をさらに向上するためには、プレート部分18の周囲に隙間があるよりは、土壌3に密着していたり、あるいは少なくとも土壌3の水分濃度に対応する水分がプレート部分18の表面18sに存在することが好ましい。   The example shown in FIG. 1 and FIG. 2 is a sensor for detecting the moisture content (moisture concentration) of the soil 3, and the increase or decrease in the moisture content is measured by the measuring device 5 or a preset moisture content. Thus, the sprinkler 9 can be operated. The set value of the amount of water for operating the sprinkler 9 can be changed by the plant 2 planted in the soil 3. In order to further improve the sensitivity of the sensor 10, rather than having a gap around the plate portion 18, the sensor 10 is in close contact with the soil 3, or at least moisture corresponding to the moisture concentration of the soil 3 is on the surface 18 s of the plate portion 18. It is preferable that it exists in.

図2(c)に示したセンサー10においては、プレート部分18の表面18sにセラミックの層19を形成している。セラミック層19は、部分的に土壌3に接していれば、土壌3の水分を吸水する。このため、プレート部分18の表面18sの全体が土壌3に接していなくても、プレート部分18の表面18sの多くの部分に土壌3の水分量に対応した水分が存在することになり、センサー10の感度をさらに向上できる。セラミック層19は、多孔質で吸水性があり、強度および耐久性も高く、センサー10のプレート部分18の表面18sをコーティングする材質として適している。セラミック層19の代わりに、吸水性のある布、紙、樹脂などをプレート部分18の表面18sに貼り付けたり、塗布したり、成形しても良い。   In the sensor 10 shown in FIG. 2C, a ceramic layer 19 is formed on the surface 18 s of the plate portion 18. If the ceramic layer 19 is partially in contact with the soil 3, the ceramic layer 19 absorbs moisture from the soil 3. For this reason, even if the entire surface 18 s of the plate portion 18 is not in contact with the soil 3, water corresponding to the amount of water in the soil 3 exists in many portions of the surface 18 s of the plate portion 18. The sensitivity can be further improved. The ceramic layer 19 is porous and absorbs water, has high strength and durability, and is suitable as a material for coating the surface 18 s of the plate portion 18 of the sensor 10. Instead of the ceramic layer 19, a water-absorbing cloth, paper, resin, or the like may be attached to the surface 18 s of the plate portion 18, applied, or molded.

センサー10は、土壌に限らず、他の粉体あるいは粒体に含まれる水分量を検出したり、誘電率の異なる物体の有無を検出したりするなどの用途にも用いることができる。また、図2に示した電極のセンサーの形状および電極の配置は一例であり、これに限られない。例えば、電極は直線的に延ばしても良く、ジグザグに配置したり、螺旋状などの他の湾曲した形状になるように配置しても良い。   The sensor 10 can be used not only for soil but also for applications such as detecting the amount of water contained in other powders or granules, or detecting the presence or absence of objects having different dielectric constants. In addition, the shape of the electrode sensor and the electrode arrangement shown in FIG. 2 are examples, and the present invention is not limited to this. For example, the electrodes may extend linearly, may be arranged in a zigzag manner, or may be arranged in another curved shape such as a spiral shape.

散水システムの概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of a watering system. センサーの概略構成を示す図であり、図2(a)は平面図、図2(b)は側面図、図2(c)はセラミック層をさらに備えたセンサーの側面図。It is a figure which shows schematic structure of a sensor, FIG. 2 (a) is a top view, FIG.2 (b) is a side view, FIG.2 (c) is a side view of the sensor further provided with the ceramic layer. センサーの回路構成を示す図。The figure which shows the circuit structure of a sensor. センサーの回路の各信号を示す図。The figure which shows each signal of the circuit of a sensor. センサー(比較例)の回路構成を示す図。The figure which shows the circuit structure of a sensor (comparative example). 吸水層を設けた例を示す図。The figure which shows the example which provided the water absorption layer. 異なるセンサーの回路構成を示す図。The figure which shows the circuit structure of a different sensor. 波形発生・検出回路の異なる例を示す図。The figure which shows the example from which a waveform generation / detection circuit differs. 波形発生・検出回路のさらに異なる例を示す図。The figure which shows the further different example of a waveform generation and detection circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 散水システム、 3 土壌、 5 測定装置、 9 スプリンクラー
10 センサー、 11 第1の電極、 12 第2の電極、 13 第3の電極
15 基板、 16 モールド樹脂、 18 プレート部分
20 波形発生・検出回路、 21 駆動回路、 22 信号生成回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Watering system, 3 Soil, 5 Measuring apparatus, 9 Sprinkler 10 Sensor, 11 1st electrode, 12 2nd electrode, 13 3rd electrode 15 Board | substrate, 16 Mold resin, 18 Plate part 20 Waveform generation and detection circuit, 21 drive circuit, 22 signal generation circuit

Claims (9)

グランド側の第1の電極と電力が供給される第2の電極との間の静電容量の変化に基づく検出信号を出力する装置であって、
平坦な前記第1の電極および前記第2の電極を内部に含み、非導電性材により平板状に成形されたプレート部分であって、前記第1の電極および前記第2の電極の少なくとも一部が当該プレート部分の面に沿って並列に配置されているプレート部分と、
前記プレート部分において並列に配置された前記第1の電極および前記第2の電極の間に配置され、電力が供給される第3の電極と
前記第1の電極と前記第2の電極との間の静電容量とRC回路を形成する第1の抵抗成分と、
前記RC回路に周波数成分を含む電力を供給する駆動回路と、
前記RC回路の時定数の変化に基づき前記検出信号を生成する回路とを有し、
前記第2の電極は前記第1の抵抗成分を介して前記駆動回路に接続され、前記第3の電極は前記駆動回路に接続され、さらに、
前記第3の電極の幅は、前記第2の電極の幅よりも小さく、前記第3の電極と前記第2の電極との間隔は、前記第3の電極と前記第1の電極との間隔よりも狭い、装置。
An apparatus for outputting a detection signal based on a change in capacitance between a first electrode on a ground side and a second electrode to which power is supplied ,
A flat plate portion that includes the flat first electrode and the second electrode and is formed into a flat plate shape using a non-conductive material, and includes at least a part of the first electrode and the second electrode. A plate portion arranged in parallel along the surface of the plate portion;
A third electrode disposed between the first electrode and the second electrode disposed in parallel in the plate portion and supplied with power ;
A first resistance component that forms an RC circuit with a capacitance between the first electrode and the second electrode;
A drive circuit for supplying power including a frequency component to the RC circuit;
A circuit for generating the detection signal based on a change in a time constant of the RC circuit ,
The second electrode is connected to the drive circuit via the first resistance component, the third electrode is connected to the drive circuit, and
The width of the third electrode is smaller than the width of the second electrode, and the distance between the third electrode and the second electrode is the distance between the third electrode and the first electrode. Narrower than the device.
請求項1において、前記プレート部分は短冊状であり、前記第1の電極および前記第2の電極は帯状であり、前記プレート部分の幅方向に並列に配置されている、装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the plate portion has a strip shape, the first electrode and the second electrode have a strip shape, and are arranged in parallel in the width direction of the plate portion. 請求項1または2において、前記第3の電極の幅We3と、前記第2の電極の幅We2と、前記第3の電極と前記第2の電極との間隔Wd2と、前記第3の電極と前記第1の電極との間隔Wd1とは以下の条件を満たす、装置。3. The width We3 of the third electrode, the width We2 of the second electrode, a distance Wd2 between the third electrode and the second electrode, and the third electrode according to claim 1 or 2, The apparatus satisfy | fills the following conditions with the space | interval Wd1 with a said 1st electrode.
2<We2/We3<202 <We2 / We3 <20
1.5<Wd1/Wd2<41.5 <Wd1 / Wd2 <4
請求項1ないし3のいずれかにおいて、前記第3の電極と前記駆動回路とを接続するための第2の抵抗成分をさらに有する、装置。 4. The apparatus according to claim 1 , further comprising a second resistance component for connecting the third electrode and the driving circuit. 請求項1ないし4のいずれかにおいて、前記生成するための回路は、前記第1の抵抗成分の両端の信号の排他的論理和を演算するためのEXOR回路と、このEXOR回路の出力を平滑するための回路とを含む、装置。 In any one of claims 1 to 4, a circuit for the generation smoothes an EXOR circuit, an output of the EXOR circuit for calculating an exclusive OR of both ends of the signal of the first resistance component And a circuit comprising: 請求項1ないし5のいずれかにおいて、前記プレート部分に配置された温度測定用のサーミスタをさらに有する、装置。 6. The apparatus according to claim 1 , further comprising a temperature measurement thermistor disposed on the plate portion. 請求項1ないし6のいずれかにおいて、前記プレート部分の外側に配置された液体を吸収するための層をさらに有する、装置。 7. The apparatus according to claim 1 , further comprising a layer for absorbing liquid disposed outside the plate portion. 請求項1ないし7のいずれかにおいて、前記プレート部分の外側に配置された多孔質の層をさらに有する、装置。 8. A device according to any preceding claim, further comprising a porous layer disposed outside the plate portion. 請求項1ないし8のいずれかに記載の装置と、
前記検出信号に基づき前記プレート部分が接している部分の水分量を推定する機能を含む装置とを有するシステム。
An apparatus according to any of claims 1 to 8 ,
A system having a function of estimating a moisture content of a portion in contact with the plate portion based on the detection signal.
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