JP6562338B2 - 静電容量測定システム、及び、センサユニット - Google Patents

Description

本発明は、静電容量測定システム及びセンサユニットに関し、特に、静電容量の微小な変化の測定に適した静電容量測定システム及びセンサユニットに関する。

今日、白蟻などの害虫による深刻な被害が多数報告されている。これらの被害は目視することができないため、水面下で進行し手遅れになってしまうことが多い。また、検出するための装置も高価になってしまう。そこで、簡易にかつ安価な装置で害虫を検出する装置が望まれている。

白蟻などの害虫を検出する手法としては、既にいくつかの手法が提案されている。
例えば、特許文献１には、白蟻の侵入経路に設置し、白蟻の食害を検出する白蟻検出装置において、白蟻を誘引する検出サンプルと、前記検出サンプルに加圧される検出端子と、前記検出端子を所定の力で加圧するための弾性体と、前記検出端子が取り付けられ前記弾性体の弾性による加圧力によって変位可能な移動機構とからなり、前記検出サンプルが白蟻の食害によって空洞化し脆弱となったとき、加圧力によって前記検出端子が前記検出サンプルに陥没し、前記移動機構が初期の位置より変位することによって白蟻を検出する白蟻検出装置が開示されている。

また、特許文献２には、木材中の木材害虫による侵食を検出するための検出システムにおいて、出力を有し、木材中の音響放出に応答する音響放出センサであって、音響放出の音響エネルギを電気信号に変換してその電気信号を該音響放出センサの前記出力から送出する手段を含んでいる音響放出センサと、前記音響放出センサを検査対象の木材に機械的に接触させた状態にする接触手段と、入力を有し出力を有する信号処理手段であって、前記音響放出センサが送出した前記電気信号が木材害虫の侵食による音響放出に由来するものか否かを判定する手段を含んでいる信号処理手段と、前記信号処理手段の前記出力に電気的に接続した入力を有し、前記音響放出センサが送出した前記電気信号が木材害虫の侵食による音響放出に由来するものであると前記信号処理手段が判定したときにその判定をユーザに指示する指示手段と、を備えたことを特徴とする検出システムが開示されている。

さらに、特許文献３には、害虫を検出する木材の長手方向と平行な側面に超音波の送波器と受波器を設け、前記受波器の出力データを処理することにより、前記木材中の害虫の存在の有無を検出することを特徴とする害虫検出方法が開示されている。

特開平７−２３６８４号公報 特表平８−５０３７６９号公報 特開２００２−１８６３９６号公報

今回、本件発明者は、これまでとは全く異なる手法で害虫などを検出する手法について、検討を行った。
その結果、測定対象空間内における害虫の存在の有無による静電容量の変化を検出することにより、害虫の有無を判断することができるのではないかとの着想を得た。
このような着想に基づき、検討を重ねたところ、害虫の存在の有無により測定対象空間内の静電容量は変化するものの、その変化量は極めて小さく、確実にかつ高精度で上記静電容量の変化を検出することは困難であることが明らかとなった。

そこで、本件発明者は、更に検討を重ね、その結果、測定対象空間の静電容量に応じた共振周波数で発振する発振回路の出力周波数を、スーパーヘテロダイン方式を利用して検出することにより、測定対象空間における静電容量の変化が微小な変化であっても、その微小な変化を検出することができることを見出し、本発明を完成した。
また、本発明によれば、害虫の存在の有無の検出のみならず、測定対象空間の静電容量の変化を測定することにより、測定対象空間の状況変化も検出（観察）することができることを合わせて見出した。

本発明の静電容量測定システムは、コンデンサを含む共振回路を有する発振回路と、上記共振回路に接続された第１の導体を含むセンシング素子と、上記発振回路の出力周波数をダウンコーバートする周波数変換器と、上記周波数変換器の出力周波数を検出する周波数検出器と、上記周波数検出器によって検出される周波数の変化に基づいて、上記センシング素子の静電容量の変化を検出する静電容量検出器と、を備え、上記第１の導体に隣接する空間を、上記静電容量の変化を検出する測定対象空間とする。

本発明の静電容量測定システムは、センシング素子と、コンデンサを含む共振回路を有する発振回路と、上記周波数変換器とを備えており、上記静電容量測定システムでは、センシング素子の静電容量の変化に応じて発振回路の出力周波数が変化し、この変化した出力周波数が周波数変換器によってダウンコンバートされ、ダウンコンバートされた出力周波数が周波数検出器で検出される。そのため、上記静電容量測定システムでは、センシング素子の静電容量の変化に応じて変化する発振回路の出力周波数の変化率が、周波数変換の際に増幅され、周波数検出器で検出される出力周波数は、変化率が大きな出力周波数となる。よって、本発明の静電容量測定システムによれば、センシング素子の静電容量の変化が微小な変化であっても、その変化を確実に測定することができる。

上記静電容量測定システムは、シールドを更に備え、上記第１の導体に隣接する空間のうち、上記シールドより上記第１の導体側の空間を上記測定対象空間とすることが好ましい。
この場合、測定対象空間を外部の影響を受けにくい測定精度に優れた測定空間とすることができ、異物の侵入等の測定対象空間の変化をより確実に検出することができる。

上記静電容量測定システムにおいて、上記センシング素子は、上記第１の導体と離間して配置され、グランド接続された第２の導体を更に含むことが好ましい。
この場合、上記第１の導体と第２の導体との間を主な測定対象空間とすることができ、特定の領域に焦点を当てて、異物の侵入等の測定対象空間の変化を検出することができる。

上記静電容量測定システムにおいて、上記発振回路が有する上記コンデンサの静電容量は、上記静電容量検出器が検出する静電容量の変化量の１０^４〜１０^６倍であることが好ましい。
これにより、センシング素子の静電容量の変化量が微小であっても、その変化量をより確実に、かつ精度良く、静電容量検出器で検出することができる。

上記静電容量測定システムにおいて、上記静電容量検出器が検出する静電容量の変化量は、１ａＦ以上、１０００ａＦ未満であることが好ましい。
本発明は、上述した通り、センシング素子の静電容量の微小な変化を検出することを目的の一つとするものであり、上記静電容量測定システムの構成は、上記範囲の微小な静電容量の変化を検出するのに適している。

上記静電容量測定システムにおいて、上記静電容量検出器は、上記発振回路の周波数ドリフトを計測し、検出された上記周波数ドリフトをキャンセルし、上記周波数検出器によって検出される周波数の変化に基づいて、上記センシング素子の静電容量の変化を検出することが好ましい。
この場合、上記発振回路や上記センシング素子の周辺で、温度変化等の環境変化が生じても、正確に静電容量の変化を測定することができる。

上記静電容量測定システムにおいて、上記周波数検出器と上記静電容量検出器とは、ワイヤレス接続されていることが好ましい。
上記周波数検出器と上記静電容量検出器とを有線で接続した場合、このような有線の存在が上記センシング素子の静電容量に影響を与えるおそれがあるが、上記周波数検出器と上記静電容量検出器とをワイヤレス接続することにより、このような不都合を回避することができる。
加えて、上記の構成の場合、センサユニット（発振回路、センシング素子、周波数変換器、及び、周波数検出器）と静電容量検出器とが分離しているため、センサユニットのみを容易に持ち運ぶことができ、測定対象空間の選択の自由度が高く、また、測定対象空間の変更も容易である。よって、ポータブル性に優れることとなる。

上記静電容量測定システムにおいて、上記コンデンサを含む発振回路は、ＬＣ共振回路であることが好ましい。
安価で、安定性に優れ、かつシステムの小型化にも適しているからである。

本発明のセンサユニットは、コンデンサを含む共振回路を有する発振回路と、上記共振回路に接続された第１の導体を含むセンシング素子と、上記発振回路の出力周波数をダウンコーバートする周波数変換器と、上記周波数変換器の出力周波数を検出する周波数検出器と、を備える。
本発明のセンサユニットでは、本発明の静電容量測定システムと同様の作用効果を奏する。

本発明によれば、センシング素子と、センシング素子の静電容量の変化に応じて出力周波数が変化する発振回路と、上記発振回路の出力周波数をダウンコンバートする周波数変換器とを備えているため、センシング素子の静電容量の変化が微小な変化であっても、その変化を確実に測定することができる。

第１実施形態に係る静電容量測定システムの一例を示す構成概略図である。 センシング素子の静電容量と発振回路の共振周波数の関係を説明するための概略図である。 スーパーヘテロダイン方式の原理を説明するための概略図である。 ＬＣ共振回路における静電容量の変化量と周波数変化量との関係の理論値を示すグラフである。 （ａ）は実施例で作製した静電容量測定システムの模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示した静電容量測定システムのセンサユニット部分の斜視図である。 （ａ）は、図５（ｂ）に示したセンサユニットを模式的に示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 図５（ｂ）に示したセンサユニットが備えるセンシングモジュールの構成概略図である。 実施例において、シールドを配置することによる効果の検証結果を示すグラフであり、横軸を人とセンサユニットとの距離とし、縦軸を周波数変化としたグラフである。 実施例において、静電容量測定システムにおける測定対象空間の蟻の通過を検出した結果を示すグラフである。 第２実施形態に係る静電容量測定システムの一例を示す構成概略図である。 （ａ）及び（ｂ）は、他の実施形態に係るシールドの形状を示す正面図であり、（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）のそれぞれの形状のシールドの性能を評価したグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る静電容量測定システムの一例を示す構成概略図である。
本発明の実施形態に係る静電容量測定システム１は、図１に示すように、ＬＣ共振回路２１を有する発振回路２０と、センシング素子１０と、周波数変換器３０と、周波数検出器４０と、静電容量検出器５０とから主に構成されている。

センシング素子１０は、ＬＣ共振回路２１に接続された第１の導体（センシングパッド）１１と、第１の導体と離間して配置され、グランド接続された第２の導体（グランドパッド）１２とを有する。センシング素子１０では、第１の導体１１と第２の導体１２とで挟まれた空間が主な測定対象空間となる。

発振回路２０は、コンデンサ２２とコイル２３を有するＬＣ共振回路２１と、ＬＣ共振回路２１に接続されたＬＣ発振器２４とを有する。発振回路２０では、センシング素子１０の静電容量に応じた共振周波数でＬＣ発振器２４が発振する。そのため、センシング素子１０の静電容量が変化すると、その変化に応じてＬＣ発振器２４より出力される共振周波数も変化する。

図２は、センシング素子の静電容量と発振回路の出力周波数の関係を説明するための概略図である。
図２（ａ）に示すセンシング素子１０及び発振回路２０において、センシング素子１０（センシングパッド１１及びグランドパッド１２）の静電容量をＣ_０、ＬＣ共振回路２１におけるコンデンサ２２の静電容量をＣ、コイル２３のインダクタンスをＬとすると、ＬＣ発振器２４の出力周波数（共振周波数）ｆｒは、下記式（１）
で表される。

一方、センシング素子１０において、センシングパッド１１及びグランドパッド１２とで挟まれた測定対象空間内に異物１４が侵入した場合（図２（ｂ）参照）、センシング素子１０の静電容量は、異物１４の存在に起因して変化する。ここで、上記静電容量の変化量をΔＣとすると、異物１４が測定対象空間内に存在する場合のセンシング素子１０の静電容量Ｃ′はＣ＋ΔＣ（Ｃ′＝Ｃ＋ΔＣ）となり、このとき、ＬＣ発振器２４の出力周波数（共振周波数）ｆｒ′は、下記式（２）
で表される。

従って、センシング素子１０の測定対象空間内に異物１４が侵入し、センシング素子の静電容量が変化した際のＬＣ発振器２４の出力周波数（共振周波数）の変化量Δｆｒ（＝ｆｒ−ｆｒ′）は、下記式（３）
となる。
そのため、ＬＣ発振器２４の出力周波数の変化量を検出することにより、その変化量に基づいてセンシング素子１０の静電容量の変化量ΔＣを測定することができる。

ＬＣ発振器２４の出力周波数は、周波数変換器３０でダウンコンバートし、増幅器３４を通した後、周波数検出器４０で検出する。
静電容量測定システム１において、ＬＣ発振器２４の出力周波数の検出は、一般的なＦＭ受信機で採用されているスーパーヘテロダイン方式を利用して行う。

図３は、スーパーヘテロダイン方式の原理を説明するための概略図である。
スーパーヘテロダイン方式のＦＭ受信機１００では、アンテナ１０１で受信し、ＲＦ増幅器１０２で増幅された信号を、水晶振動子１３２に接続された局部発振器１３１より出力される信号とともにミキサ１０３に通すことにより信号の周波数変換を行い、更に、周波数変換された信号をローパスフィルタ１０４及びＩＦ増幅器１０５に通し、その後、検波器１０６を通した後、スピーカ１０７から出力する。
スーパーヘテロダイン方式では、高い周波数の信号を比較的低い周波数の信号に変換することができる。

図１に戻って、静電容量測定システム１の周波数変換器３０は、水晶振動子３３と、水晶振動子３３に接続された局部発振器３２と、局部発振器３２から出力された特定周波数の信号及びＬＣ発振器２４から出力された共振周波数の信号とが入力されるミキサ３１とを有する。
周波数変換器３０では、ＬＣ発振器２４の出力周波数（共振周波数）をダウンコンバートする。なお、周波数変換器３０には、図示しないがローパスフィルタが組み込まれており、所定の低周波数信号のみが増幅器３４に出力されるように構成されていてもよい。

静電容量測定システム１において、例えば、ＬＣ発振器２４の定常状態（測定対象空間内に異物１４が存在しない場合）における出力周波数ｆｒが９８ＭＨｚで、測定対象空間内に異物１４が侵入した際のＬＣ発振器２４の出力周波数の変化量Δｆｒが３００Ｈｚの場合、ＬＣ発振器２４の出力周波数は「９８ＭＨｚ±３００Ｈｚ」となり、測定対象空間内に異物１４が侵入したことのよるＬＣ発振器２４の出力周波数の変化率は約０．０００３％となる。一方、局部発振器３２の出力周波数を１００ＭＨｚとする周波数変換器３０でＬＣ発振器２４の出力周波数をダウンコンバートした場合、周波数変換器３０の出力周波数は「２ＭＨｚ±３００Ｈｚ」となり、測定対象空間内に異物１４が侵入したことのよる周波数変換器３０の出力周波数の変化率は約０．０１５％となる。
この場合、出力周波数の変化率は、約５０倍に増幅されることとなる。
従って、周波数変換器３０の出力周波数を検出する周波数検出器４０では、出力周波数の変化を高感度で精度良く検出することができる。

静電容量検出器５０は、周波数検出器４０によって検出される周波数の変化に基づいて、センシング素子１０の静電容量の変化ΔＣを検出する。
センシング素子１０の静電容量の変化ΔＣに応じて、周波数検出器４０で検出される周波数が変化することは上述した通りである。
例えば、静電容量Ｃが１．８ｐＦ、インダクタンスＬが１．５ｎＨのＬＣ共振回路では、静電容量の変化量ΔＣと、周波数変化量Δｆとは、図４に示す関係（理論値）を有する。従って、このようなＬＣ共振回路では、１０ａＦの静電容量の変化が起こると、約３００Ｈｚの周波数変化を得ることができる。
静電容量検出器５０としては、例えば、周波数検出器４０によって検出される周波数の変化に基づいて静電容量の変化ΔＣを検出するためのソフトウエアがインストールされたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いることができる。このＰＣ（ソフトウエア）では、例えば、図４に示したような静電容量の変化量と周波数変化量との関係を取得したテーブルと、検出された周波数の変化との比較により、静電容量の変化を検出することができる。

静電容量検出器５０は、発振回路２０の周波数ドリフトを計測し、検出された周波数ドリフトをキャンセルし、周波数検出器４０によって検出される周波数の変化に基づいて、センシング素子１０の静電容量の変化ΔＣを検出することができるように構成されている。そのため、静電容量検出器５０として用いるパーソナルコンピュータには、周波数ドリフトを計測し、検出された周波数ドリフトをキャンセルするためのソフトウエアもインストールされている。

静電容量測定システム１において、センシング素子１０や発振回路２０の周辺温度が変化した場合、この温度変化に伴い、発振回路２０の出力周波数に周波数ドリフトが発生する。これに対して、静電容量検出器５０は、発振回路２０の周波数ドリフトを計測し、検出された周波数ドリフトをキャンセルして、発振回路２０の出力周波数を補償することができるため、静電容量検出器５０では、正確にセンシング素子の静電容量の変化を測定することができる。

静電容量測定システム１において、周波数検出器４０と静電容量検出器５０とは、ワイヤレス接続されている。上記周波数検出器と上記静電容量検出器とは有線で接続しても良いが、その場合、有線の存在がセンシング素子１０の静電容量に影響を与えるおそれがある。
これに対し、上記周波数検出器と上記静電容量検出器とをワイヤレス接続することにより、このような不都合を回避することができる。加えて、センサユニット（発振回路、センシング素子、周波数変換器、及び、周波数検出器）のみを容易に持ち運ぶことができ、測定対象空間の選択の自由度が高め、測定対象空間の変更も容易となる。
周波数検出器４０と静電容量検出器５０とのワイヤレス接続は、周波数検出器４０に接続された発信器（図示せず）と、静電容量検出器５０の接続された受信機（図示せず）により行う。

このような構成を備えた静電容量測定システム１では、センシングパッド（第１の導体）１１とグランドパッド（第２の導体）１２とで挟まれた空間が主な測定対象空間となる。
静電容量測定システム１では、測定対象空間内に異物（測定対象物）１４が侵入すると、センシング素子１０の静電容量が変化するため、この静電容量の変化を測定することにより、測定対象空間内における異物（測定対象物）１４の存在の有無を検出することができる。

静電容量測定システム１において、発振回路２０が有するコンデンサ２２の静電容量Ｃは、静電容量検出器５０が検出する静電容量の変化量ΔＣの１０^４〜１０^６倍であることが好ましい。
これにより、センシング素子の静電容量の変化量が微小であっても、その変化量をより確実に、かつ精度良く、静電容量検出器で検出することができる。

また、静電容量測定システム１において、静電容量検出器５０が検出する静電容量の変化量はΔＣは、１ａＦ以上、１０００ａＦ未満であることが好ましい。
本発明に係る静電容量測定システムは、上述した通り、コンデンサを含む共振回路を有する発振回路と、上記発振回路の出力周波数をダウンコーバートする周波数変換器とを備えており、特にセンシング素子１０における微小な静電容量の変化を検出するのに適している。そして、上記静電容量測定システムにより検出するのに適したセンシング素子１０の静電容量の変化量ΔＣが、１ａＦ以上、１０００ａＦ未満である。
上記静電容量の変化量ΔＣが１ａＦ未満では、静電容量の変化量ΔＣが小さすぎて、その変化量を確実に検出することが難しい場合がある。一方、上記静電容量の変化量ΔＣを１０００ａＦ以上の場合は、勿論、本発明に係る静電容量測定システムでも測定することができるが、他の静電容量測定システムであっても測定することができる。

また、静電容量測定システム１において、ＬＣ発振器２４の定常状態の出力周波数ｆｒは、ＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜０．３ＧＨｚ）又はＵＨＦ帯（０．３〜３ＧＨｚ）が好ましく、ＶＨＦ帯がより好ましい。センシング素子１０の静電容量の変化量が、１ａＦ以上、１０００ａＦ未満程度の場合、センシング素子１０の静電容量の変化に応じて変化する、周波数検出器４０で検出される出力周波数の変化率を大きくするのに適しており、センシング素子の微小な静電容量の変化を検出するのに好適だからである。

また、第１実施形態に係る静電容量測定システム１は、シールドを備えていることが好ましい。この場合、上記シールドは、第１の導体（センシングパッド）１１の第２の導体（グランドパッド）１２側と反対側に配置する。
このようなシールドを備えることにより、測定対象空間を外部の影響を受けにくい測定精度に優れた測定対象空間とすることができる。

（実施例）
図５、６に示すような静電容量測定システム２０１を構築し、その性能を評価した。
図５（ａ）は、実施例で作製した静電容量測定システム２０１の模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した静電容量測定システム２０１のセンサユニット部分の斜視図である。
図６（ａ）は、図５（ｂ）に示したセンサユニットを模式的に示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。
図７は、図５（ｂ）に示したセンサユニットが備えるセンシングモジュールの構成概略図である。

静電容量測定システム２０１は、図５（ａ）に示すように、センサユニット２０２と、静電容量検出器２５０として機能するモニタ用ＰＣ２５１とを備えており、両者は、センサユニット２０２が有する発信器（図７中、２７０）と、モニタ用ＰＣ２５１に接続された受信器２５２とによりワイヤレス接続されている。
センサユニット２０２は、図６、７に示すようなセンシングモジュール２６０と、図６に示すようなセンシングパッド２１１及びグランドパッド２１２からなり、センシングモジュール２６０に接続されたセンシング素子２１０と、センシングモジュール２６０に接続されたシールド２１３とを備える。
上記センシングモジュール２６０は、図７に示すように、ＬＣ共振回路２２１及びＬＣ発振器２２４を有する発振回路２２０、水晶振動子２３３、局部発振器２３２及びミキサ２３１を有する周波数変換器２３０、増幅器２３４、周波数検出器２４０、並びに、アンテナ２７１に接続された発信器２７０を備えている。
ここで、各部材の接続及び機能は既に説明した通りである。
また、静電容量測定システム２０１において、ＬＣ共振回路２２１の定常状態での出力周波数は９８ＭＨｚとし、局部発振器２３２の発振周波数は１００ＭＨｚとした。

本実施例では、測定対象物である蟻２１４が通過可能な切り込み部（通路）６１が設けられた木製の柱６０を、センシングパッド２１１と、グランドパッド２１２とで挟み込むように配置し、更にセンシングパッド２１１の柱６０側と反対側にシールド２１３を配置した。

本実施例では、まず、シールドを配置することによる効果を検証した。
この検証実験では、測定対象物が存在しない状態で、ヒトが徐々にシールド２１３側からセンサユニットに近づき、その際の周波数変換器２３０の出力周波数の変化を検出した。ここで、ヒトは、センサユニットから４ｍ離れた位置から徐々にセンサユニットに近づき、０．２５ｍ近づく毎に周波数を測定した。
更に、シールド２１３を取り外し、同様の手法で周波数を測定した。

測定結果を図８に示した。図８において、破線はシールドを配置した場合の測定結果を示し、実線はシールドが無い場合の測定結果を示す。
図８に示したように、シールドを設けることにより、外部からの影響を抑制することができることが明らかとなった。

次に、蟻を測定対象物とし、柱６０に設けた通路６１に蟻２１４を通らせ、センシング素子２１０の測定対象空間（センシングパッド２１１とグランドパッド２１２との間）を蟻２１４が通過した際の周波数検出器２４０によって検出される周波数の変化を計測した。
計測結果を図９に示した。なお、図９には、通路６１の観察画像も同時に掲載した。ここで、画像（ａ）は、センシングパッド２１１とグランドパッド２１２との間に蟻がいる時の画像であり、画像（ｂ）は、センシングパッド２１１とグランドパッド２１２との間に蟻がいない時の画像である。
この結果から、静電容量測定システム２０１用いることにより、センシング素子の測定対象空間を蟻が通過することを検出することができることが明らかとなった。

（第２実施形態）
第１実施形態に係る静電容量測定システム１において、センシング素子１０は、離間して配置されたセンシングパッド１１とグランドパッド１２とを有するが、本発明の実施形態に係る静電容量測定システムにおいて、センシング素子は、必ずしもグウランドパッドを有していなくてもよい。
図１０は、第２実施形態に係る静電容量測定システムの一例を示す構成概略図である。
図１０に示すように、第２実施形態に係る静電容量測定システム３０１では、センシング素子３１０は、ＬＣ共振回路２１に接続された第１の導体（センシングパッド）３１１のみを有する。なお、静電容量容量測定システム３０１において、センシング素子３１０以外の構成は、図１に示した第１実施形態に係る静電容量測定システム１と同様である。

静電容量測定システム３０１では、センシングパッド３１１の周囲の空間、例えば、図１０に示す空間Ａ、を測定対象空間とする。この静電容量測定システム３０１においても、測定対象空間内に異物が侵入した場合、センシング素子３１０の静電容量は変化する。
そのため、静電容量測定システム３０１では、センシング素子３１０の静電容量の変化を検出することにより、測定対象空間内への異物の侵入を検出することができる。

静電容量測定システム３０１は、測定対象空間内へのヒトや動物等の侵入を検知するセンサ、測定対象空間内へのゴミや埃等の浮遊物質の流入を検知するセンサ等、測定対象空間内への異物の侵入を検知するセンサとして用いることができる。

本実施形態の静電容量測定システム３０１もまた、第１実施形態に係る静電容量測定システム１と同様、シールドを備えていてもよい。
その場合、上記測定対象空間（空間Ａ）のうち、配置されたシールドよりも第１の導体（センシングパッド）３１１側の空間が測定対象空間となる。

（他の実施形態）
本発明の実施形態に係る静電容量測定システムは、上述した通り、シールドを備えていてもよい。ここで、上記シールドの形状は、第１実施形態に係る静電容量測定システム１では、図５（ｂ）に示すようにリング状のシールドであって、リングにより囲まれた部分の面積がセンシングパッドの面積よりも大きいシールド用いていたが、上記静電容量測定システムがシールドを備える場合、その形状は特に限定されず、種々の形状のシールドを用いることができる。
図１１（ａ）及び（ｂ）は、シールドの他の形状を示す正面図であり、（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）のそれぞれの形状のシールドの性能を評価したグラフである。
上記シールドとしては、例えば、図１１（ａ）に示すようなワイヤをメッシュ状に配置したシールド（ワイヤメッシュシールドとも称する）４１３や、図１１（ｂ）に示すようなワイヤを平行に配置したシールド（パラレルワイヤシールドとも称する）５１３等であってもよい。

また、ワイヤメッシュシールド４１３と、パラレルワイヤシールド５１３の性能を比較したところ、図１１（ｃ）に示すような評価結果が得られた。
上述した性能の比較では、ワイヤメッシュシールド４１３及びパラレルワイヤシールド５１３ともに、外周のサイズを２０ｃｍ四方とし、両者の総ワイヤ長は同一とした。
これらのシールドの性能評価は、図５、６に示した静電容量測定システム２０１において、シールド２１３に代えて、ワイヤメッシュシールド４１３又はパラレルワイヤシールド５１３を配置することにより行った。なお、このとき、シールドとセンシングパッド２１１との距離は８ｃｍとした。
その結果、図１１（ｃ）に示したように、ワイヤメッシュシールド４１３の方が、パラレルワイヤシールド５１３よりもシールド性能に優れることが明らかとなった。
勿論、上記シールドの形状は、静電容量測定システムにおける測定条件に応じて適宜選択すれば良い。

ここまで説明した静電容量測定システムでは、コンデンサを含む共振回路として、ＬＣ共振回路を使用しているが、上記静電容量測定システムで使用できるコンデンサを含む共振回路は、ＬＣ共振回路に限定されず、例えば、ＲＣ共振回路であってもよい。

（用途）
本発明に係る静電容量測定システムの用途（使用方法）は特に限定されず、種々の用途、例えば、測定対象空間における異物（測定対象物）の存在の有無を検出するセンサとして使用することができる。
具体的には、例えば、第１実施形態で説明したような虫の検出や、第２実施形態で説明したようなヒトや動物等の侵入を検知するセンサ、測定対象空間内へのゴミや埃等の浮遊物質の流入を検知するセンサ等として使用することができる。
その他、例えば、センシングパッドとグランドパッドとを備えた静電容量測定システムにおいて、センシングパッドとグランドパッドとの間を物品を搬送するベルトコンベアが通過するようにセンシング素子を配置することで、物品をカウントしたり、物品中への異物の混入の有無を検査したりすることも可能となる。更に、複数種類の物品が同一のベルトコンベアで搬送される場合、予め物品毎に静電容量の変化量を取得しておくことにより、搬送された物品の種類を判別することも可能となる。

また、上記静電容量測定システムを使用する場合、センシングパッドと測定対象物との間に非導電性の遮蔽物が存在していても良く、このような場合でも、センシング素子の静電容量の変化に基づき、測定対象物の存在の有無を確認することができる。

１、２０１、３０１ 静電容量測定システム
１０、３１０ センシング素子
１１、２１１、３１１ 第１の導体（センシングパッド）
１２、２１２ 第２の導体（グランドパッド）
１４ 異物（測定対象物）
２０、２２０ 発振回路
２１、２２１ 共振回路
２２、２２２ コンデンサ
２３ コイル
２４、２２４ ＬＣ発振器
３０、２３０ 周波数変換器
３１、２３１ ミキサ
３２、２３２ 局部発振器
３３、２３３ 水晶振動子
３４、２３４ 増幅器
４０、２４０ 周波数検出器
５０ 静電容量検出器
６０ 柱
６１ 通路
２０２ センサユニット
２１３ シールド
２１４ 蟻
２６０ センシングモジュール
２７０ 発信器
４１３ ワイヤメッシュシールド
５１３ パラレルワイヤシールド

Claims (6)

1. コンデンサを含む共振回路を有する、ＬＣ共振回路である発振回路と、
   前記共振回路に接続された第１の導体を含むセンシング素子と、
   前記発振回路の出力周波数をダウンコンバートする周波数変換器と、
   前記周波数変換器の出力周波数を検出する周波数検出器と、
   前記周波数検出器によって検出される周波数の変化に基づいて、前記センシング素子の静電容量の変化を検出する静電容量検出器と、
   を備え、
   前記第１の導体に隣接する空間を、前記静電容量の変化を検出する測定対象空間とし、
   前記静電容量検出器は、前記発振回路の周波数ドリフトを計測し、検出された前記周波数ドリフトをキャンセルし、
   前記周波数検出器によって検出される周波数の変化に基づいて、前記センシング素子の静電容量の変化を検出する
   静電容量測定システム。
2. シールドを更に備え、
   前記第１の導体に隣接する空間のうち、前記シールドより前記第１の導体側の空間を前記測定対象空間とする請求項１に記載の静電容量測定システム。
3. 前記センシング素子は、前記第１の導体と離間して配置され、グランド接続された第２の導体を更に含む請求項１又は２に記載の静電容量測定システム。
4. 前記発振回路が有する前記コンデンサの静電容量は、前記静電容量検出器が検出する静電容量の変化量の１０^４〜１０^６倍である請求項１〜３のいずれかに記載の静電容量測定システム。
5. 前記静電容量検出器が検出する静電容量の変化量は、１ａＦ以上、１０００ａＦ未満である請求項１〜４のいずれかに記載の静電容量測定システム。
6. 前記周波数検出器と前記静電容量検出器とは、ワイヤレス接続されている請求項１〜５のいずれかに記載の静電容量測定システム。