JP6498709B2 - 検知装置及び物質検知方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、前記物質の物質等価容積及び物質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。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に基づき、前記物質等価容積又は前記物質品質を判定し、前記強度の最大値の前記周波数が前記第１周波数と前記第２周波数との間にある場合、前記物質等価容積が予め設定された容積範囲を超えると判定され、前記強度の最大値の前記周波数が前記第１周波数と前記第２周波数との間にない場合、前記物質等価容積が前記予め設定された容積範囲内であると判定されるが、前記物質品質が変化すると判定される。

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、前記物質の物質等価容量及び物質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。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に基づき、前記物質等価容積又は前記物質品質を判定し、前記強度の最大値の前記周波数が前記第１周波数と前記第２周波数との間にある場合、前記物質等価容積が予め設定された容積範囲を超えると判定され、前記強度の最大値の前記周波数が前記第１周波数と前記第２周波数との間にない場合、前記物質等価容積が前記予め設定された容積範囲内であると判定されるが、前記物質品質が変化すると判定される。

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。

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。

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。 本発明のインピーダンススペクトルを示す波形図である。 本発明の複数の状態領域を示す概略図である。 本発明の原理説明図である。

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。

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。

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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (12)

1. 物質の誘電率の変化状態を検知するための検知装置であって、
   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、前記物質の物質等価容積及び物質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し、
   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み、
   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し、
   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強度の所定値を含み、
   前記第２周波数は、前記第１周波数よりも大きく、
   前記波形信号の前記信号強度の最大値は、強度の最大値であり、
   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り、
   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り、
   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に基づき、前記物質等価容積又は前記物質品質を判定し、
   前記強度の最大値の前記周波数が前記第１周波数と前記第２周波数との間にある場合、前記物質等価容積が予め設定された容積範囲を超えると判定され、
   前記強度の最大値の前記周波数が前記第１周波数と前記第２周波数との間にない場合、前記物質等価容積が前記予め設定された容積範囲内であると判定されるが、前記物質品質が変化すると判定される、
   ことを特徴とする検知装置。
2. 前記検知モジュールは、
   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。
3. 前記温度検知回路は、外部環境温度を検知して前記温度検知信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の検知装置。
4. 複数の温度検知部をさらに含み、
   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２に記載の検知装置。
5. 前記信号出力回路は、
   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。
6. 前記第１信号及び前記第２信号は、いずれもアナログ信号であることを特徴とする請求項５に記載の検知装置。
7. 前記第１信号及び前記第２信号は、いずれもデジタル信号であることを特徴とする請求項５に記載の検知装置。
8. 前記第１信号はアナログ信号であるとともに前記第２信号はデジタル信号であるか、または前記第１信号はデジタル信号であるとともに前記第２信号はアナログ信号であることを特徴とする請求項５に記載の検知装置。
9. 前記検知モジュールは、信号補償モードにおいて温度検知信号を生成し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６に記載の検知装置。
10. 物質検知方法であって、
    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、前記物質の物質等価容量及び物質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、を含み、
    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み、
    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し、
    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強度の所定値を含み、
    前記第２周波数は、前記第１周波数よりも大きく、
    前記波形信号の前記信号強度の最大値は、強度の最大値であり、
    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り、
    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り、
    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に基づき、前記物質等価容積又は前記物質品質を判定し、
    前記強度の最大値の前記周波数が前記第１周波数と前記第２周波数との間にある場合、前記物質等価容積が予め設定された容積範囲を超えると判定され、
    前記強度の最大値の前記周波数が前記第１周波数と前記第２周波数との間にない場合、前記物質等価容積が前記予め設定された容積範囲内であると判定されるが、前記物質品質が変化すると判定される、
    ことを特徴とする物質検知方法。
11. 操作モードを設定し、前記操作モードに応じて前記物質の容量測定または前記物質の品質測定を行うか、または前記物質の容量測定及び前記物質の品質測定を同時に行うように前記検知装置を駆動することをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の物質検知方法。
12. 前記検知モジュールは、物質の容量測定の結果に対して第１信号を生成して外部へ出力するとともに、物質の品質測定の結果に対して第２信号を生成して外部へ出力し、
    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１０に記載の物質検知方法。