JP7117512B2 - Concentration sensor - Google Patents
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Description
本開示は、濃度センサに関する。 The present disclosure relates to concentration sensors.
流体の濃度を検出する濃度センサは、流体の流路を構成する導電性の外側パイプと、流路内に配置される導電性の内側パイプとで構成されている。濃度センサは、外側パイプと内側パイプとで形成され静電容量を検出し、静電容量に応じた信号を濃度情報として出力する。 A concentration sensor for detecting the concentration of a fluid is composed of a conductive outer pipe forming a fluid flow path and a conductive inner pipe disposed within the flow path. The concentration sensor is formed by an outer pipe and an inner pipe, detects capacitance, and outputs a signal corresponding to the capacitance as concentration information.
なお、この出願の開示に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。 For example, Patent Document 1 is known as prior art document information related to the disclosure of this application.
しかしながら、検出対象となる流体は、少なからず導電性を有している。流体における導電性は、静電容量の検出におけるレジスタンス成分として検出結果に含まれる。このレジスタンス成分は、濃度検出における誤差要因となり、検出精度を劣化させてしまうという問題があった。 However, the fluid to be detected is not a little electrically conductive. The conductivity in the fluid is included in the detection results as a resistance component in the capacitance detection. This resistance component causes an error in concentration detection, resulting in a problem of deteriorating detection accuracy.
そこで、本開示はこのような問題を解決し、濃度センサにおける検出精度を高めることを目的とする。 Accordingly, an object of the present disclosure is to solve such problems and improve the detection accuracy of the concentration sensor.
本開示の一態様における濃度センサは、筒と導線と回路処理部と備え、回路処理部は、基準発振器と第1の分周器と位相比較器とローパスフィルタと電圧制御発振器と第2の分周器と検波器と第1の出力ポートと第2の出力ポートとを備え、電圧制御発振器は、可変容量ダイオードと発振器と増幅器とを備え、第1の出力ポートは検波器を介して電圧制御発振器に接続され、第2の出力ポートはローパスフィルタの後段に接続され、筒と導線とは共同して共振器を構成しており、共振器は、可変容量ダイオードのカソードと発振器の間に接続されている。 A concentration sensor according to one aspect of the present disclosure includes a cylinder, a lead wire, and a circuit processing section, and the circuit processing section includes a reference oscillator, a first frequency divider, a phase comparator, a low-pass filter, a voltage-controlled oscillator, and a second divider. A voltage controlled oscillator has a variable capacitance diode, an oscillator and an amplifier, and the first output port is voltage controlled via the detector. It is connected to an oscillator, the second output port is connected to the rear stage of the low-pass filter, the cylinder and the lead wire jointly form a resonator, and the resonator is connected between the cathode of the variable capacitance diode and the oscillator. It is
この構成により、濃度センサの検出精度を高めることができる。 This configuration can improve the detection accuracy of the density sensor.
以下では、本開示の実施の形態に係る濃度センサについて、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形
態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
A density sensor according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. It should be noted that each of the embodiments described below is a preferred specific example of the present disclosure. Therefore, the shapes, components, arrangement of components, connection modes, and the like shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in independent claims representing the highest concept of the present invention will be described as optional constituent elements.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。 Each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. In each figure, substantially the same structures are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted or simplified.
図1は、濃度センサ100を模式的に示した構成図である。濃度センサ100は、共振器10と回路処理部20とを有している。共振器10は、筒11と、筒11の内部に配置された導線12とによるTEMモードの導波路構成である。筒11は、側面に貫通孔13が配置されている。導線12の一端側は、貫通孔13を介して筒11の外側に導出される。なお、貫通孔13には、絶縁体14が設けられている。導線12は絶縁体14を介して筒11に固定されている。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing the
筒11は、鉄やステンレスなどの導体で構成されている。筒11、は流体Xの濃度を測定する際には接地される。筒11の内周部分は、検査対象となる流体Xの流路15となる。検査対象となる流体Xは、ガソリンなどの液体や二酸化炭素などの気体である。
The
導線12は、銅やアルミニウム等の導体で構成されている。導線12は、筒11の延伸方向に延びる延伸部12Aと、貫通孔13を経て外部に導出される引き出し部12Bを有している。
The conducting
共振器10のインダクタンス成分は、導線12のインダクタンス成分により構成される。共振回路のキャパシタンス成分は、導線12と筒11とが対向することで生じる静電容量成分により構成される。つまり、共振器10は、延伸部12Aの長さと流体Xの誘電率により共振周波数が決まる。流体Xの誘電率は流体Xの濃度に応じて変化する。したがって、濃度センサ100は、共振器10の共振周波数を検出することにより、流体Xの濃度情報を含む信号を出力することができる。
The inductance component of
回路処理部20は、2つの出力ポート21,22を有している。図2は、濃度センサ100の等価回路を示す。
The
回路処理部20は、基準発振器23と分周器24と位相比較器25とローパスフィルタ26と電圧制御発振器27と分周器28と、検波器29を備えている。出力ポート21は、検波器29の後段に接続されている。出力ポート22はローパスフィルタ26と電圧制御発振器27の間に接続される。コイル36はチョークコイル、コンデンサ37はバイパスコンデンサである。基準発振器23は、例えば水晶発振器を用いることができる。分周器24は基準発振器23の後段に配置されている。位相比較器は25分周器24の後段に配置されている。ローパスフィルタ26は位相比較器25の後段に接続されている。電圧制御発振器27はローパスフィルタ26の後段に接続されている。分周器28は電圧制御発振器27から位相比較器25への帰還ループ30に配置されている。検波器29は電圧制御発振器27の後段に接続されている。
The
電圧制御発振器27は、可変容量ダイオード31と発振器32と増幅器33を備えている。可変容量ダイオード31は、カソードがローパスフィルタ26の後段に接続されており、アノードが接地されている。発振器32はローパスフィルタ26の後段に接続されている。増幅器33は発振器32の後段に接続されている。なお、可変容量ダイオード31のカソードと発振器32との間には共振器10が接続されている。また、コンデンサ34は、DCカット用のコンデンサである。コンデンサ35は、カップリング用のコンデンサ
である。
The voltage controlled
回路処理部20において、基準発振器23と分周器24と位相比較器25とローパスフィルタ26と電圧制御発振器27と分周器28とでフェーズロックループ(以下、PLLと記す。)が構成されている。この結果、出力ポート21,22からは、共振器10の共振周波数の変化に応じた信号が出力される。出力ポート21からは、流体Xの導電率情報を含む信号が出力される。出力ポート22からは、流体Xの誘電率の情報を含む信号出力される。
In the
PLLは、共振器10の共振周波数の変化に伴い、一定の周波数にロックさせる作用が働く。例えば、流体Xの誘電率が小さくなり共振器10の共振周波数が上がった場合、PLLは、その周波数を下げるように電圧制御発振器27への制御電圧を調整する。具体的には、可変容量ダイオード31は、アノードが接地されている。この可変容量ダイオード31の容量を大きくするように制御電圧を調整することで共振器10の共振周波数を下げることができる。この制御電圧の変化が出力ポート22の出力信号に反映される。つまり、出力ポート22の出力信号には、流体Xの誘電率の情報が含まれる。
The PLL functions to lock to a constant frequency as the resonance frequency of the
また、電圧制御発振器27の出力信号は、発振器32並びに増幅器33と共振器10の励起レベルにより決まる。例えば、流体Xの導電率が大きくなった場合、共振器10のQ値が下がる。共振器10のQ値が下がることで、共振器10の励起レベルが小さくなり、電圧制御発振器27の出力信号は下がる。この結果、検波器29の出力信号の電圧は下がる。検波器29は、電圧制御発振器27の出力信号を直流の電圧信号に変換する。つまり、検波器の後段に接続された出力ポート21の出力信号には、流体Xの導電率の情報が含まれる。
Also, the output signal of voltage controlled
以上のように、濃度センサ100は、流体Xの濃度変化に応じて、流体Xの誘電率に関する情報と導電率に関する情報が出力される。したがって、流体の濃度検出においてレジスタンス成分を除去することができるようになるため、濃度センサにおける検出精度を高めることができる。
As described above, the
なお、共振器10は、導線12の先端が開放端である。この場合、共振器がλ/2型の共振器となるのでQ値が高くなる。この結果、濃度センサの検出精度が高められる。また、導線が片端支持構造であるため、筒に対する導線の取り付けが容易となる。
Note that the
共振器10の変形例を図3に示す。共振器40は、導線42の先端(図中における延伸部12Aの右端部分)が接続部41Cで筒41に接続されている。筒41は測定段階で接地されるため、共振器40は、λ/4型の共振器となる。導線42は、延伸部41Aの両端が支持部42Bと接続部42Cで筒41に支持された両端支持構造となる。この構造によれば、導線42は、流体の流れや外部振動等の外的影響を抑制できる。さらに、共振器40は共振器10より小型となる。
A modification of the
本開示の濃度センサは、特に自動車などの内燃機関用途において有効となる。 The concentration sensor of the present disclosure is particularly effective in internal combustion engine applications such as automobiles.
10,40 共振器
11,41 筒
12,42 導線
15 流路
20 回路処理部
23 基準発振器
24,28 分周器
25 位相比較器
26 ローパスフィルタ
27 電圧制御発振器、
29 検波器
30 帰還ループ
31 可変容量ダイオード
32 発振器
33 増幅器
21,22 出力ポート
X 流体
10, 40
29
Claims (3)
前記流路の内部に配置される導線と、
前記導線の一端が接続される回路処理部と、備え、
前記回路処理部は、
基準発振器と、
前記基準発振器の後段に接続された第1の分周器と、
前記第1の分周器の後段に接続された位相比較器と、
前記位相比較器の後段に接続されたローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの後段に接続された電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器から前記位相比較器への帰還ループに配置された第2の分周器と、
前記電圧制御発振器の後段に接続された検波器と、
前記検波器の後段に接続された第1の出力ポートと、
前記ローパスフィルタと前記電圧制御発振器との間に接続された第2の出力ポートと、を備え、
前記電圧制御発振器は、
アノードが接地されて、カソードが前記ローパスフィルタの後段に接続された可変容量ダイオードと、
前記ローパスフィルタの後段に接続された発振器と、
前記発振器の後段に接続された増幅器と、を備え、
前記筒と前記導線とは、共同して共振器を構成しており、
前記共振器は、前記可変容量ダイオードのカソードと前記発振器の間に接続されている、濃度センサ。 a cylinder whose interior constitutes a fluid flow path;
a conducting wire arranged inside the channel;
a circuit processing unit to which one end of the conducting wire is connected,
The circuit processing unit
a reference oscillator;
a first frequency divider connected after the reference oscillator;
a phase comparator connected after the first frequency divider;
a low-pass filter connected after the phase comparator;
a voltage controlled oscillator connected after the low-pass filter;
a second frequency divider placed in a feedback loop from the voltage controlled oscillator to the phase comparator;
a detector connected after the voltage controlled oscillator;
a first output port connected after the detector;
a second output port connected between the low pass filter and the voltage controlled oscillator;
The voltage controlled oscillator is
a variable capacitance diode whose anode is grounded and whose cathode is connected to the rear stage of the low-pass filter;
an oscillator connected after the low-pass filter;
an amplifier connected after the oscillator,
The cylinder and the conducting wire jointly form a resonator,
The concentration sensor, wherein the resonator is connected between the cathode of the variable capacitance diode and the oscillator.
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