JPH0526924A - Ｐｌｌ回路を用いた浮遊容量の変化検出方法 - Google Patents

Ｐｌｌ回路を用いた浮遊容量の変化検出方法

Info

Publication number
JPH0526924A
JPH0526924A JP3207317A JP20731791A JPH0526924A JP H0526924 A JPH0526924 A JP H0526924A JP 3207317 A JP3207317 A JP 3207317A JP 20731791 A JP20731791 A JP 20731791A JP H0526924 A JPH0526924 A JP H0526924A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
change
detected
frequency
range
capacitance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3207317A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0697246B2 (ja
Inventor
Shuji Hatake
周 司 畠
Osamu Murasawa
澤 修 村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIYARUKO KK
Original Assignee
JIYARUKO KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JIYARUKO KK filed Critical JIYARUKO KK
Priority to JP20731791A priority Critical patent/JPH0697246B2/ja
Priority to US07/912,692 priority patent/US5245295A/en
Priority to GB9215162A priority patent/GB2258048B/en
Priority to DE4224545A priority patent/DE4224545A1/de
Priority to FR9209187A priority patent/FR2679663A1/fr
Publication of JPH0526924A publication Critical patent/JPH0526924A/ja
Publication of JPH0697246B2 publication Critical patent/JPH0697246B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/266—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors measuring circuits therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ＰＬＬ回路を用いることによって、低い周波
数の発振器の使用を可能にすると共に、微少な変動の検
出も正確にできて検出範囲も十分に広く、また、誤動作
も極めて少なく、かつ、不要電波による周囲への影響も
極めて少ない、安定した浮遊容量の変化検出方法を提供
すること。 【構成】 被検出体に接触しあるいは非接触で浮遊容量
の変化を検出するセンサ−26と、該センサ−26に接続さ
れた時定数決定部を有する前置発振器21と、該前置発振
器21に接続されたフェ−ズ・ロックド・ル−プ回路22と
を備えた容量検出手段とにより浮遊容量の検出をすると
き、検出される電気的容量等の変化に伴い発生する、前
記フェ−ズ・ロックド・ル−プ回路22のロック状態にお
ける自走周波数制御電圧の変化を検出することにより、
被検出体の状態変化を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、浮遊容量の変化を検
出する方法に係り、特に、フェ−ズ・ロックド・ル−プ
回路（以下、ＰＬＬ回路という）を用いて、従来の検出
方法では得ることができなかった浮遊容量の、微少な変
動から比較的大きな変動までの広い範囲の変化を、正確
に検出および検知することができる方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】例えば、人体や固形物体などの接近や接
触、あるいは離脱が許されない部分でのそれらの接近状
態や接触状態、若しくは離脱状態の検出や検知など、ま
た、気泡の存在が許されない油圧ブレ−キホ−ス等のよ
うな液状体の移送パイプなどの内部における気泡や異物
等の混入の発見、さらに液状体貯蔵槽等におけるその液
状体等の貯蔵量のレベル監視などのように、被検出体の
状態，状況の変化，変動に付随して浮遊容量の変化が生
じるところにおいては、危険予知や報知動作等のため
に、当該浮遊容量の変化をより正確に、かつ、簡便に検
出する必要がある。
【０００３】このような浮遊容量の変化を検出する装置
としては、従来から各種の検出形式による装置が知られ
ている。例えば、被検出体の状態の変動に対応して生じ
るセンサ−の浮遊容量の変化を検出する装置があるが、
この装置は、図12の機能ブロック図に示すように発振器
１、検波回路２、濾波器３、電圧比較回路４、出力回路
５等から構成されている。尚、図12において、1aはその
発振用回路、1bは周波数決定ブロック、６はセンサ−、
７は警報器、８は基準電圧であり、前記センサ−６が接
続された発振器１は、一定のクォリティファクタＱを有
する周波数決定ブロック1bと、発振用回路1aとから構成
されている。また、発振器１の周波数は、高い周波数と
低い周波数との設定が可能で、高い周波数が設定された
場合の発振器１では周波数決定ブロック1bは、主とし
て、コイル、コンデンサによって形成される。
【０００４】図13は、図12に示した従来の浮遊容量の変
化検出装置について、その発振器１の構成例を示す機能
ブロック図である。図13における図12と同一符号は図12
と同一機能ブロックを示すが、Ｌはコイル、Ｃはコンデ
ンサである。いま、上記の発振器１に例えば、１MHz〜2
00MHzなどのように、高い周波数を設定する場合、周波
数決定ブロック1bは、並列接続されたコイルＬとコンデ
ンサＣを主体にして構成され、一定の共振周波数とクォ
リティファクタＱのそれぞれを有するように形成され
る。
【０００５】図12において、接続されたセンサ−６を、
被検出体に接近あるいは接触させると、この周波数決定
ブロック1bの共振周波数とクォリティファクタＱの変化
によって生じる発振器１の出力周波数の変動や発振出力
振幅電圧の変動、或は、発振状態の停止などが検波回路
２へ伝えられる。検波回路２では入力した信号を検波し
直流成分に変換された電圧レベルを次段の濾波器３へ入
力する。濾波器３は一定の時定数を有し、前記直流成分
を濾波器３を通過させて平滑化する。直流に変換された
電圧は電圧比較回路４において、予め設定された基準電
圧８と比較されることにより、この比較結果が浮遊容量
の変化として検出され、この検出結果が出力回路５を経
て警報器７へ伝えられ、センサ−６で検出される浮遊容
量の変化が被検出体の状態に変化がある旨の情報として
報知される。なお、割合い精度の高い浮遊容量の変化検
出装置では、図12の発振用回路1aの出力側に同調回路
（または帯域濾波器）を接続して、振幅電圧の変動が一
層明確に検波できるようにしたものもある。
【０００６】しかし、高い周波数の発振器１を使用する
と、センサ−６が感知する微妙な変動には有効に作用す
るが、その反面、センサ−６自体がアンテナとなって常
時電波が放射される状態になるため、周囲に電波障害が
生じる恐れがある。従って、センサ−６と発振器１との
距離は余り大きくとることができない。一方、同軸ケ−
ブル等を使用して、センサ−６と発振器１との距離を大
きくすると、同軸ケ−ブル自体が持つ自己容量によっ
て、浮遊容量の微妙な変化に対する感度が低下し、場合
によっては、発振状態が維持できなくなったりするの
で、浮遊容量の検出範囲が著しく狭くなる。また、セン
サ−６を含めて発振器１の感度を高くしても、鋭敏では
あるがそれ故に動作が不安定になったり、誤動作を惹起
してしまう、などの問題が生じる。すなわち、従来の検
出装置は、浮遊容量の大きな変化に対しては、発振停止
の状態を続けるだけで、実際に作動する範囲は、極めて
限定されてしまう。このように、発振器１を高い周波数
に設定する従来の方法は、ごく限られた範囲で感度が高
くなるという利点はあるが、電波障害が生じたり、装置
本体とセンサ−６との距離を大きくとれないので、被検
出体の種類が限定される等、多くの不都合がある。
【０００７】この点に鑑み、従来技術では発振器１を例
えば500KHzなどのように、比較的低い周波数に設定する
方式の装置もある。この方式の場合には、周波数決定ブ
ロック1bを主体としてコンデンサ、抵抗器によって形成
している。図14は、図12に示した従来装置において、発
振器１を比較的低い周波数に設定する場合の構成例を示
す機能ブロック図である。図14における図12と同一符号
は図12および図13と同一機能ブロックを示すが、Ｒは抵
抗器である。図14の発振器１では、基本的に直列接続さ
れた抵抗器ＲとコンデンサＣによって周波数決定ブロッ
ク1aを構成し、その接続点にセンサ−６を接続する。
【０００８】発振器１を低い周波数に設定するようにし
た図12の装置でも、センサ−６によって検知される容量
変化、すなわち、浮遊容量の検出時に生じる周波数変動
と発振出力振幅電圧の変動を、検波回路２と濾波器３に
よって直流成分の電圧レベル変動に置換し、得られた電
圧と予め設定された基準電圧８とを電圧比較回路４で比
較することにより、浮遊容量の変化を検出するが、この
点は、発振器１を高い周波数に設定したものと同じであ
る。
【０００９】この低い周波数を使用する検出方式によれ
ば、低周波数であるが故に浮遊容量の変化に対する感度
は低いが、周波数変動と発振出力振幅電圧の変動は浮遊
容量の変化に対応して微妙に生じるものとなる。しか
し、後段に接続される回路でその変動を電圧に変換する
と変動分が小さすぎるので、予め設定された基準電圧８
との差が微少なため比較が非常に困難であり、先に挙げ
た低感度とも相俟って実用性に欠ける、という不都合が
ある。
【００１０】以上のように、従来の浮遊容量の変化検出
装置は、発振器の周波数を高くしたもの、低くしたもの
のいずれの方式であっても、上述のような問題点があ
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明が解決
しようとする課題は、従来の浮遊容量の変化検出装置に
おける前述の不都合を解消するため、ＰＬＬ回路を用い
ることによって、低い周波数の発振器の使用を可能にす
ると共に、微少な変動の検出も正確にできて検出範囲も
十分に広く、また、誤動作も極めて少なく、かつ、不要
電波による周囲への影響も極めて少ない、安定した浮遊
容量の変化検出方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
を目的としてなされた本発明の構成は、被検出体に接触
しあるいは非接触で浮遊容量の変化を検出するセンサ−
と、該センサ−に接続された時定数決定部を有する前置
発振器と、該前置発振器に接続されたフェ−ズ・ロック
ド・ル−プ回路とを備えた容量検出手段とにより浮遊容
量の検出をするとき、前記センサ−により検出される電
気的容量等の変化値と前記時定数決定部に予め設定した
予備時定数とを合算した総合時定数で決定される前置発
振器の出力周波数の変化する範囲が、前記フェ−ズ・ロ
ックド・ル−プ回路のキャプチャ−レンジの内側に及ぶ
ように、当該フェ−ズ・ロックド・ル−プ回路の自走周
波数とキャプチャ−レンジの各々を設定し、前記センサ
−により検出される電気的容量等の変化に伴い発生す
る、前記フェ−ズ・ロックド・ル−プ回路のロック状態
における自走周波数制御電圧の変化を検出することによ
り、被検出体の状態変化を検知することを特徴とするも
のである。
【００１３】
【作 用】この発明では、ＰＬＬ回路を使用することに
よって、低い周波数の発振器の使用を可能にし、これに
よって不要電波の周囲への放射も極めて少なくできると
共に、浮遊容量の変化に対応して生じる周波数の微少な
変化でも、その時点での周波数の１サイクルごとの変化
として明確に捕らえることができるので、その浮遊容量
の変化検出の範囲も十分に広く、また、前述の浮遊容量
の変化を捕らえ電気的に伝達することのでき得るもので
あれば、センサ−体としての形状や形態を特に問う必要
が無い。
【００１４】
【実施例】次に本発明の実施例を図により説明する。実
施例の説明に先立ち、本発明に用いるＰＬＬ回路の基本
原理について説明する。
【００１５】ＰＬＬ回路は、自己のもつ発振周波数（自
走周波数）を変化させることができる範囲（以下、可変
能力範囲という）において、外部からの入力周波数に対
し、自走周波数を強制的に変えて、その外部入力周波数
と同じ周波数で発振し、また、外部入力周波数が変動す
ればこれに追従して、同じ周波数で発振する特性をもつ
回路である。
【００１６】図２は、このＰＬＬ回路の基本構成を示し
た機能ブロック図である。図において、11は位相比較
器、12は電圧制御発振器（以下、ＶＣＯという）、13は
ル−プフィルタ、Ｒ1は抵抗器、Ｃ1はコンデンサを示
す。また、ｆ1は位相比較器11へ外部から供給される入
力周波数、ｆ2はＶＣＯ12が電圧制御されて自走周波数
が変化した状態の出力周波数、(ｆ2)はＶＣＯ12が電圧
制御されていないときの自走周波数と同じ出力周波数、
ｖ1は位相比較器11の出力電圧、ｖ2はル−プフィルタ13
の出力電圧を示す。
【００１７】上記ＶＣＯ12は、外部から入力される制御
用電圧により、その発振周波数が可変制御（電圧制御）
されるが、その制御用電圧は、ル−プフィルタ13で発生
される出力電圧ｖ2である。ＰＬＬ回路は当初この出力
電圧ｖ2が発生していない、つまりＶＣＯ12が電圧制御
されていない状態である。従って、ＶＣＯ12は、予め設
定された抵抗器Ｒ1とコンデンサＣ1によって決定される
時定数によって自走周波数(ｆ2)で発振し、これが当初
のＶＣＯ12の出力周波数(ｆ2)として位相比較器11への
比較基準用入力周波数として供給される。
【００１８】次に、この初期状態以降の動作について説
明する。位相比較器11は、２種類の周波数入力、すなわ
ち外部からの入力周波数ｆ1と、ＶＣＯ12の出力周波数
(ｆ2)の位相をリアルタイムで比較し、その差を出力電
圧ｖ1として発生する。位相比較器11では入力する２つ
の周波数ｆ1，(ｆ2)が異なるとき、及び、同じ周波数で
あっても両者の位相差が90°以外のときは、両入力周波
数ｆ1，(ｆ2)におけるその時点での電圧極性が、互いに
同じ極性のときは正電圧を、また、反対極性のときは負
電圧をそれぞれ発生する。
【００１９】ル−プフィルタ13は、位相比較器11の出力
電圧ｖ1を積分して直流成分の正または負の出力電圧ｖ2
を発生し、この出力電圧ｖ2をＶＣＯ12の自走周波数を
変えるための自走周波数制御電圧として当該ＶＣＯ12に
供給する。これにより、ＶＣＯ12は当初の出力周波数
(ｆ2)が先の入力周波数ｆ1と等しくなる方向へ変化する
ように、その出力周波数の制御を可変能力範囲で行い、
電圧制御された出力周波数ｆ2として、再び位相比較器1
1に帰還させる。
【００２０】位相比較器11では、先の入力周波数ｆ
1と、出力制御されて帰還されるＶＣＯ12の出力周波数
ｆ2とが同周波数であり、かつ、両者の位相差が90°に
なったとき、この位相比較器11の出力電圧ｖ1は殆んど
なくなる（極めて０に近い）のでル−プフィルタ13の出
力電圧ｖ2も０に向うことになる。
【００２１】この結果、ＶＣＯ12は、それまで行なって
いた電圧制御状態から、非電圧制御状態へ移行を始め
る。この移行が始まると、位相比較器11へ帰還させてい
た出力周波数ｆ2も変化を始めるので、これに伴い位相
比較器11に出力電圧ｖ1が再び発生し、上述のようにル
−プ状になった動作を繰り返す。
【００２２】上記のル−プ状動作は、電気的スピ−ド
で、ＰＬＬ回路内において瞬時に生じているので、実用
上では、位相比較器11の出力電圧ｖ1に対応して発生さ
れるル−プフィルタ13の安定した制御用の出力電圧ｖ2
によって、ＶＣＯ12は、入力周波数ｆ1と等しくなるよ
うに制御され、入力周波数ｆ1と同じ周波数で安定した
状態で発振し、追従動作をしている状態となる。このよ
うに、ＶＣＯ12が、位相比較器11への入力周波数ｆ1に
追従して同じ周波数で発振している状態を、ＰＬＬ回路
がロックされた状態（ロック状態）という。
【００２３】一方、ＰＬＬ回路が、前記のロック状態で
あるとき、入力周波数ｆ1を変化させて、この周波数ｆ1
をＶＣＯ12の出力周波数ｆ2から次第に遠ざけていく
と、ある点から上記のロック状態を保持できなくなる。
ここで、入力周波数ｆ1に追従していたＶＣＯ12の出力
周波数ｆ2と、ＶＣＯ12の非電圧制御時の出力周波数(ｆ
2)、つまり、当初の自走周波数との偏差の範囲をロック
レンジＬｒ（このレンジは保持範囲、トラッキングレン
ジともいう）という。ロックレンジＬｒの範囲の一例を
図３に示す。
【００２４】他方、位相比較器11が、このロックレンジ
Ｌｒの範囲外の入力周波数ｆ1と、ＶＣＯ12の出力周波
数(ｆ2)の位相をリアルタイムで比較する場合、後段の
回路では、先に述べた動作を行ないかけるが、図３に示
したロックレンジＬｒから外れた入力周波数ｆ1は、Ｖ
ＣＯ12の出力周波数ｆ2の可変能力範囲外であるため
に、追従動作は行なえない。従って、位相比較器11の出
力電圧ｖ1は、瞬時的に０になることはあっても、殆ん
どの場合において正電圧と負電圧が交互に出力される状
態となるので、この位相比較器11の出力電圧ｖ1を積分
して出力電圧ｖ2を発生するル−プフィルタ13では、前
記の正電圧と負電圧が打ち消し合い、結果的に出力電圧
ｖ2は発生しない０の状態となる。ル−プフィルタ13の
出力電圧ｖ2がないときは、ＶＣＯ12が電圧制御されな
い状態であるから、ＰＬＬ回路は当初の自走周波数で発
振して、その出力周波数は(ｆ2)となるので、この状態
をＰＬＬ回路の非ロック状態という。なお、位相比較器
11への入力周波数ｆ1がないときにも、上述と同様に、
ＰＬＬ回路は非ロック状態である。ＰＬＬ回路はこの非
ロック状態が先の初期状態と等しい状態である。
【００２５】ＰＬＬ回路が当初非ロック状態にあると
き、入力周波数ｆ1をｆ1’あるいはｆ1”（図３のＡ又
はＡ’に対応）へ次第に変化させて、それをＶＣＯ12の
出力周波数(ｆ2)へ近づけていくと、ある時点からＰＬ
Ｌ回路はロック状態になる。このときの入力周波数
ｆ1’或はｆ1”に追従し始めるＶＣＯ12の出力周波数ｆ
2の非電圧制御時の出力周波数(ｆ2)、つまり、当初の自
走周波数に対する偏差の範囲をキャプチャ−レンジＣｒ
（このレンジは引込み範囲、ロックインレンジともい
う）という。キャプチャ−レンジＣｒの範囲の一例を図
３に示す。
【００２６】このキャプチャ−レンジＣｒと、前記ロッ
クレンジＬｒは共に、ＶＣＯ12の当初の自走周波数、す
なわち、出力周波数(ｆ2)を中心に周波数の高い方と低
い方へほぼ均等に広がる範囲としてそれぞれ示される。
ここで、キャプチャ−レンジＣｒとロックレンジＬｒ
は、ＰＬＬ回路が、入力周波数ｆ1’を捕えてロック状
態になるのか、または、捕えられていた入力周波数
ｆ1’が離れて非ロック状態となるかにより、その動作
状態が異なるために、キャプチャ−レンジＣｒはロック
レンジＬｒよりもやや狭くヒステリシスＬｈが介在する
という事実がある。図３にこのヒステリシスＬｈの一例
を示す。なお、図３において、横軸は周波数を表わし、
左側から右側に向って周波数が高くなっている。上述の
ＰＬＬ回路においては、図２のル−プフィルタ13がもつ
特性等を変えたり、その出力電圧ｖ2、すなわち、ＶＣ
Ｏ12の自走周波数制御電圧を、可変抵抗器などを用いる
ことによりレベル調整したり、あるいは、そのＶＣＯ12
の発振特性等を変えたりすることなどにより、キャプチ
ャ−レンジＣｒの幅をＰＬＬ回路の諸動作に影響のない
範囲で任意に調整することが可能である。
【００２７】以上に説明したＰＬＬ回路のル−プ状をな
す諸動作により、その回路構成内で生じる変化、すなわ
ち、位相比較器11の出力電圧ｖ1、および、ル−プフィ
ルタ13の出力電圧ｖ2の変化を適宜利用し、それらを処
理することにより、そのＰＬＬ回路へ入力される周波数
が変動する様子を正確に捕らえることができる。また、
上記の説明では、ＰＬＬ回路構成要素中のＶＣＯ12の自
走周波数(ｆ2)を予め固定状態にし、入力周波数ｆ1がｆ
1'，ｆ1"と変動することによりル−プ状の諸動作が行わ
れることを説明したが、ＰＬＬ回路では上記例とは逆
に、入力周波数側を固定周波数とし、自走周波数(ｆ2)
の側を変動（変遷）させる状態としても、ル−プフィル
タ13の特性がＶＣＯ12に影響しない範囲の変動（変遷）
であれば、キャプチャ−レンジＣｒおよびロックレンジ
Ｌｒとも、自走周波数(ｆ2)のその変動（変遷）に付随
して変遷するので、ＰＬＬ回路は上記例と同様のル−プ
状の諸動作を行える。また、入力周波数ｆ1と、自走周
波数(ｆ2)の側との双方が変動（変遷）する場合でも、
ＰＬＬ回路は上記例で説明したのと同様のル−プ状の諸
動作を行える。このことは、ＰＬＬ回路における構成要
素の中で位相比較器11を基準にして上記の各動作をみる
と、入力周波数ｆ1とＶＣＯ12の自走周波数(ｆ2)との間
には、相対関係があることを示している。
【００２８】上述のＰＬＬ回路のほかに本発明では、別
の前置発振器を設けて、その発振出力を上述の入力周波
数ｆ1に該当させ、ＰＬＬ回路で予め受信しておき、セ
ンサ−から検出される電気的容量等の変化により、その
前置発振器の出力周波数、又は、ＰＬＬ回路の電圧制御
発振器自体の出力周波数が変化するように全体の回路を
構成することにより、それらの周波数の変化状態に伴い
ＰＬＬ回路の動作状態が変化するのを検出するようにし
ている。
【００２９】従って、本発明は、入力周波数ｆ1とＶＣ
Ｏ12の自走周波数(ｆ2)との相対関係、ＰＬＬ回路の特
性である変動する入力周波数ｆ1に対するロック動作、
ロック解除動作、並びに、キャプチャ−レンジＣｒ、ロ
ックレンジＬｒ、ヒステリシスＬｈ、の各関係に着目
し、上述の回路構成を採ることによって、電気的容量等
の変化、特に浮遊容量の状態変化を正確に検出しようと
するものであるので、以下、本発明を実施例により説明
する。
【００３０】
【実施例１】この実施例は、請求項１の発明に対応して
いる。図３，図１によりこの発明を要約する。まず、セ
ンサ−26から検出される電気的容量等（浮遊容量など）
の変動信号に伴い、出力周波数ｆ1が変化する前置発振
器21（以下、ＯＳＣ21という）は、その容量変化が検出
されないときの出力周波数ｆ1がそれを受信するＰＬＬ
回路22のロックレンジＬｒの範囲外のものとして条件設
定する。次いで、ＯＳＣ21は、容量変化を検出するとき
その検出に伴い変化する出力周波数ｆ1'が、このＰＬＬ
回路22のキャプチャ−レンジＣｒの範囲内に入ることに
より、前記ＰＬＬ回路22がロック状態で動作するように
条件設定する。この両条件を満たすことを考慮して、Ｐ
ＬＬ回路22がもつＶＣＯ22bの出力周波数(ｆ2)（自走周
波数）とキャプチャ−レンジＣｒの幅、それと、ＯＳＣ
21の出力周波数ｆ1を決定する予備時定数とを、予め適
宜設定し調節しておく。この実施例の発明では、容量検
出時に浮遊容量が変化することによりロック状態になる
ＰＬＬ回路22の自走周波数の制御電圧と、容量非検出
時、即ち、浮遊容量が変化しないとき非口ック状態で出
力される自走周波数の制御電圧との電圧差により、浮遊
容量の変化分を検出しようとするものである。
【００３１】図１は、上記発明の浮遊容量の変化検出方
法を実施するための検出装置において、その検出部の要
部構成の一例を示す機能ブロック図である。図におい
て、21aはＯＳＣ21の発振用回路、21bはＣＲコンポ−ネ
ントである。22aはＰＬＬ回路22の位相比較器、22bはＶ
ＣＯ、22cはル−プフィルタ、23はアナログ出力アン
プ、24は出力ロ−パスフィルタ、25はデジタル出力回
路、26はセンサ−、Ｒ1，Ｒ2は抵抗器、Ｃ1，Ｃ2はコン
デンサである。図中、Ｉｎはセンサ−26から得られる電
気的容量等の変動信号入力点、ｆはＯＳＣ21の出力周波
数の全体を示し、この周波数ｆの中で浮遊容量の変化検
出前（非検出時）の出力周波数をｆ1、浮遊容量の変化
検出後（検出時）の出力周波数をｆ1'とする。一方、ｆ
2はＶＣＯ22bが電圧制御されているとき（電圧制御時）
の自走周波数が変化した状態の出力周波数、(ｆ2)はＶ
ＣＯ22bが電圧制御されていないとき（非電圧制御時）
の自走周波数と同じ出力周波数、ｖ1は位相比較器22aの
出力電圧、ｖ2はル−プフィルタ22cの出力電圧、ｖ3は
出力ロ−パスフィルタ24の出力電圧、Ｄｏはデジタル出
力回路25の出力信号、Ａｏはアナログ出力アンプ23の出
力信号を示す。
【００３２】図１のＯＳＣ21では、その発振用回路21a
に抵抗器Ｒ2とコンデンサＣ2とからなるＣＲコンポ−ネ
ント21bを接続して予備時定数を形成しており、その抵
抗器Ｒ2とコンデンサＣ2の接続点に、変動信号入力点Ｉ
ｎを経由してセンサ−26から得られる電気的容量等（浮
遊容量）の変動信号が入力されるようにして、検出部を
構成する。
【００３３】上記のＣＲコンポ−ネント21bにおいて
は、センサ−26から変動信号入力点Ｉｎを経由して入力
される被検出体の状態の変動を示す信号が、容量変化型
信号の場合には、その容量成分Ｃを、また、抵抗変化型
信号の場合には、その抵抗成分Ｒを、それぞれ予備時定
数に合成することによって、センサ−26から得られる被
検出体の状態変化を一層強調する機能がある。
【００３４】請求項１の発明では、これらの容量成分Ｃ
や抵抗成分Ｒの変化の影響を直接受けるＯＳＣ21の出力
周波数ｆの変動を、後段のＰＬＬ回路22へ与えて受信さ
せ、被検出体の状態変化を検出する。
【００３５】このため、図１の検出装置では、このＣＲ
コンポ−ネント21bのコンデンサＣ2の容量と、センサ−
26から得られる被検出体の容量成分Ｃとを合算した値で
ある合成容量値により総合時定数を形成し、ＰＬＬ回路
22へ受信させるＯＳＣ21の出力周波数ｆを変化させるよ
うにしている。ここで、ＰＬＬ回路22は、図２で説明し
たＰＬＬ回路と同様の機能を有し、非ロック状態におい
て被検出体の状態変化に備えている。
【００３６】この検出装置は、浮遊容量の変化が検出さ
れる前においてＯＳＣ21の出力周波数がｆ1であり、Ｐ
ＬＬ回路22のキャプチャ−レンジＣｒの範囲外（外側）
の周波数で非ロック状態のため、そのＶＣＯ22bは出力
周波数(ｆ2)（自走周波数）で発振して、自走周波数の
制御電圧は０となっている。この状態を外部へ報知する
ため、アナログ出力信号Ａｏは０（０ボルト）を、デジ
タル出力信号Ｄｏは１（一定電圧値）を、それぞれ出力
している。
【００３７】つぎに、センサ−26から得られる電気的容
量等（浮遊容量）の変化信号がある場合、ＯＳＣ21の変
化前の出力周波数ｆ1が、出力周波数ｆ1'に変化する。
この変化が生じると、その電気的容量の変動信号の検出
に備えていたＰＬＬ回路22は、ＯＳＣ21の出力周波数ｆ
1'と、ＶＣＯ22bの出力周波数(ｆ2)との位相を、リアル
タイムで比較し、ＶＣＯ22bに追従動作をさせるように
作用する。ここで、ＶＣＯ22bは初期調整により、容量
変化が検出されるときのＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'の近
傍に、当該ＶＣＯ22bの出力周波数(ｆ2)（自走周波数）
が設定されているので、ＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'は、
このＰＬＬ回路22のキャプチャ−レンジＣｒの内側とな
り、従って、ＰＬＬ回路22はロック状態において追従動
作を行なう。
【００３８】この結果、ＶＣＯ22bは、このＰＬＬ回路2
2で受信している容量検出時のＯＳＣ21の出力周波数ｆ1
に等しい値の出力周波数ｆ2で発振することになり、そ
の追従動作を維持するための自走周波数制御電圧ｖ2に
は、初期設定した出力周波数(ｆ2)（元の自走周波数）
に対する変位量が現れる。
【００３９】この自走周波数制御電圧ｖ2は、ＰＬＬ回
路22がロック状態にあるため、容量検出時におけるＯＳ
Ｃ21の出力周波数ｆ1'のＶＣＯ22bのもつ出力周波数(ｆ
2)（元の自走周波数）に対する変位量として置換するこ
とができる。また、その出力周波数ｆ1'のロックレンジ
Ｌｒ内での変動に対しては、ＰＬＬ回路22が追従動作を
維持するため、この自走周波数制御電圧ｖ2は、その変
動に対して、リニアに変化する。
【００４０】そして、このＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'の
変動は、検出している浮遊容量の変動により喚起される
ものであるから、ＰＬＬ回路22がロック状態にあると、
その自走周波数制御電圧ｖ2は、センサ−26により検出
されている電気的容量等（浮遊容量）の変動信号に対応
して、リニアに変化する。
【００４１】この自走周波数制御電圧ｖ2は、アナログ
出力アンプ23にも入力されているので、アナログ出力信
号Ａｏには、センサ−26により検出中の電気的容量等
（浮遊容量）の変動に対応して、正または負の電圧が、
リニアに外部へ出力される。また、出力ロ−パスフィル
タ24では、位相比較器22aの出力電圧Ｖ1の絶対値をル−
プフィルタ22cよりも大きな時定数により積分して安定
した直流成分の出力電圧Ｖ3を出力し、この出力電圧Ｖ3
を基にしてデジタル出力回路25では二値的に処理してい
るので、このときのデジタル出力信号Ｄｏとしては、０
（０ボルト）が出力される。
【００４２】上記において、浮遊容量の変化が検出され
ているときのＶＣＯ22bの出力周波数ｆ2とロックレンジ
Ｌｒ、キャプチャ−レンジＣｒ、およびＯＳＣ21の出力
周波数ｆ1→ｆ1'の相関関係を図３を参照しながら説明
する。
【００４３】ＯＳＣ21の浮遊容量検出前（変化前）の出
力周波数は予めｆ1に設定されているので、容量変化の
検出によって変化した出力周波数ｆ1'が、キャプチャ−
レンジＣｒの内側に入ると、ＰＬＬ回路22はロック状態
の動作開始をするので、その位相比較器22aの出力電圧
ｖ1とル−プフィルタ22cの出力電圧ｖ2が変化する。従
って、これらの出力電圧ｖ1，ｖ2の変化から逆にＯＳＣ
21の当初の出力周波数ｆ1が容量変化の影響を受けてそ
のときの出力周波数ｆ1'がキャプチャ−レンジＣｒの内
側に入ったか否かが検出され、その結果、容量の変化の
有無がデジタル出力信号Ｄｏの有無によって明確に判別
できる。
【００４４】このあと、ＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'が図
３のロックレンジＬｒの内側にあれば、ＰＬＬ回路22は
ロック状態で追従動作を継続するので、ル−プフィルタ
22cの出力電圧ｖ2（自走周波数制御電圧）によって、ア
ナログ出力信号Ａｏには、検出中の容量の変化量に対応
してリニアに変化する電圧が出力される。浮遊容量に変
化がなくなると、ＯＳＣ21はロックレンジＬｒの外側に
初期設定した出力周波数ｆ1にもどってＰＬＬ回路22は
非ロック状態となり、全てがその検出前の状態に戻るこ
とになる。
【００４５】ここで、ＰＬＬ回路22を最初のロック状態
に遷移させるための入力周波数ｆ1'を受け入れる範囲、
すなわち、キャプチャ−レンジＣｒは図３で示すとおり
そのロックレンジＬｒよりも狭い周波数の範囲となる。
これは、ＰＬＬ回路22がキャプチャ−レンジＣｒの範囲
を先に調整することによって、ロックレンジＬｒの範囲
がおのずから決まる特性を有することに起因するもので
ある。従って、ＰＬＬ回路22は、一旦ロック状態（安定
状態）になると、ＶＣＯ22bが出力周波数ｆ2の制御を行
なうことができる可変能力範囲（ロックレンジＬｒ）を
超えない範囲であって、キャプチャ−レンジＣｒの外側
に及ぶような受信入力周波数（ＯＳＣ21の出力周波数ｆ
1'）の変動に対しても安定した追従動作を行う。
【００４６】また、最初に受信する入力周波数（ＯＳＣ
21の出力周波数ｆ1）と自走周波数(ｆ2)との比較時に、
この入力周波数ｆ1がロックレンジＬｒの外縁界周波数
にほぼ等しい入力周波数であっても、このＰＬＬ回路22
は、ロックレンジＬｒよりも狭いキャプチャ−レンジＣ
ｒに対してのみ感応してロック状態となるという特性を
もつので、非ロック状態からロック状態へ、逆に、ロッ
ク状態から非ロック状態へ、それぞれ遷移するとき、両
レンジＣｒとＬｒとには図３で示すヒステリシスＬｈが
あることが判る。
【００４７】従って、ヒステリシスＬｈがあることによ
り、ロックレンジＬｒの外縁界周波数にほぼ等しい入力
周波数ｆ1であっても、不安定な動作を起こすことはな
く、常に安定した状態で浮遊容量の変化検出に備えるこ
ともできる。
【００４８】上記の検出装置において、ＯＳＣ21へ入力
点Ｉｎを経由して入力される、センサ−26から得た電気
的容量等の変動信号を、大きく、かつ滑らかに捕らえる
ためには、ＣＲコンポ−ネント21bのコンデンサＣ1の値
を、検出しようとする浮遊容量の変化する範囲と同等、
もしくは、それより小さくすることが望ましい。例え
ば、センサ−26により検出される浮遊容量の変化範囲が
10の範囲とすれば、コンデンサＣ1の容量成分Ｃの値は
５程度にするのである。
【００４９】しかしながら上記のような値を設定する
と、ＯＳＣ21とＶＣＯ22bの発振周波数がともに高めに
なる上に、変化範囲も大きくなり過ぎ、キャプチャ−レ
ンジＣｒの内側に収まらなくなることがあり得る。そこ
で、実用上は、浮遊容量の変化検出に伴うＯＳＣ21の出
力周波数ｆ1'の変動範囲が、10％程度までに収まるよう
に、ＣＲコンポ−ネント21bの予備時定数の値を設定す
ることが望ましい。こうすることによってセンサ−26に
より、例えば、液面レベルの変化を明確に検出できるの
である。
【００５０】また、検出される液面レベル等の変動によ
って、ＯＳＣ21の出力周波数ｆ1が変化するとき、その
液面レベル等がある所定の範囲に収まっているかどうか
を監視する場合には、ＣＲコンポ−ネント21bのコンデ
ンサＣ1の値は、変化容量を勘案して、妥当な値に設定
しておき、キャプチャ−レンジＣｒの幅を、予め調整し
ておくことにより、センサ−26によって液面等が一定の
範囲内にあるかどうか検出することができる。
【００５１】上述した検出結果の報知方法は、各状態に
おいて検出したレベルを、アナログ出力アンプ23から取
り出し、そのアナログ出力信号Ａｏにより、メ−タ等を
駆動させることにより視覚的に表示する。また、デジタ
ル出力回路25からのデジタル出力信号Ｄｏにより、設定
した基準レベルを超えたことをブザ−等を作動させて、
警報音等として発生させることができる。このような報
知手段の作動に同期させて電磁バルブ等を併せて開閉動
作させるようにすれば、液面等を自動的に一定レベルに
保持することも可能になる。なお、液面等を一定レベル
に保持する場合には、注，排水動作、並びにそれらの停
止の各制御をＰＬＬ回路22におけるキャプチャ−レンジ
ＣｒとロックレンジＬｒとの差であるヒステリシスＬｈ
を利用することによって行う。例えば、注水または排水
の開始タイミングとその動作の停止タイミングに差を設
け、注，排水動作が頻繁に行なわれることを防止し、安
定した状態で作動させるようにするのである。
【００５２】このとき、ＰＬＬ回路22の特性は、先に述
べた通り、キャプチャ−レンジＣｒの範囲を先に調整す
ることによって、ロックレンジＬｒの範囲がおのずから
決まる特性を持つので、これによってヒステリシスＬｈ
の幅も必然的に決まってしまう。従って、このキャプチ
ャ−レンジＣｒの範囲と、ＣＲコンポ−ネント21bのコ
ンデンサＣ1とを、適宜に選択することによって、この
ヒステリシスＬｈの幅を上記例における各動作のタイミ
ング差に対応できるように設定することができるのであ
る。
【００５３】なお、センサ−26の形状は、電気的容量等
の変化信号を捕らえ、これを電気的に伝達することので
きるものであれば、特にセンサ−体としての形状や形態
は問題にならない。上記実施例の検出装置においては、
釘程度の金属棒をセンサ−体として用い、容器に入れた
水などの液面レベルの検出を行なうことができる。
【００５４】以上のように、請求項１の発明の実施例で
は、被検出体に接触あるいは非接触で電気的容量等（浮
遊容量）の変化を検出するセンサ−26を、時定数決定部
を有するＯＳＣ21へ接続し、このＯＳＣ21に接続された
ＰＬＬ回路22において、前記センサ−26により検出され
た電気的容量等（浮遊容量）の変化値と、前記時定数決
定部で予め設定した予備時定数とを合算した総合時定数
で決定されるＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'の変化する範囲
が、ＰＬＬ回路22のキャプチャ−レンジＣｒの内側に及
ぶ（入る）ように、ＰＬＬ回路22の自走周波数(ｆ2)と
キャプチャ−レンジＣｒの範囲とを各々設定し、前記セ
ンサ−26より検出される電気的容量等（遊浮容量）の変
化に伴い発生するＶＣＯ22bの自走周波数の制御電圧ｖ2
の変化を検出することにより、被検出体の状態変化を検
知するようにしたのである。
【００５５】
【実施例２】次に、本発明の第２実施例を説明する。こ
の第２の実施例は、請求項２の発明に対応しており、先
に説明した電気的容量等（遊遊容量）の変化検出方法に
おいて、ＰＬＬ回路22のキャプチャ−レンジＣｒの範囲
を任意に調節することによって、センサ−26により検出
される電気的容量等の全変化範囲の中で、ある特定の範
囲にその容量変化が及んだか否かを検知するものであ
る。
【００５６】この第２実施例ではＰＬＬ回路22のキャプ
チャ−レンジＣｒの範囲だけを、その諸動作に影響がな
い範囲で予め任意に調節設定し、浮遊容量の変化が検出
されたとき変化するＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'が、任意
に設定されたキャプチャ−レンジＣｒの内側にあるか否
かの検出を行い、これによってセンサ−26により検出さ
れる電気的容量等（浮遊容量）の変化が、その変化の全
範囲の中のある特定の範囲に及んだことを検知するよう
にした。
【００５７】上記の内容を以下に詳述する。検出装置自
体の構成は、図１のものと同様のもので足りる。図４
は、請求項２の発明において目的とする浮遊容量の変化
が特定の範囲に及んだことを検出する原理を説明する図
である。図中の符号は図３と同一であるが、矢印Ｃはキ
ャプチャ−レンジＣｒを広げる方向を、矢印Ｃ'はキャ
プチャ−レンジＣｒを狭める方向をそれぞれ示す。ま
た、矢印ＤはロックレンジＬｒが広がる方向を示し、矢
印Ｄ'はロックレンジＬｒが狭まる方向をそれぞれ示
す。
【００５８】請求項２の発明では、図４に示すように、
検出可能な浮遊容量の変化する範囲、すなわち、容量検
出時において、浮遊容量が変化する前のＯＳＣ21の出力
周波数ｆ1から、浮遊容量の変化が検出された後の出力
周波数ｆ1"までの変化の全範囲（矢印Ａ'）の中の特定
領域で、例えば矢印Ａで示すような変化途中の出力周波
数ｆ1'と、ＰＬＬ回路22のキャプチャ−レンジＣｒを包
括した範囲であるロックレンジＬｒとを一致させ、他の
変化領域では不一致となるように設定する。
【００５９】また、ＰＬＬ回路22のキャプチャ−レンジ
Ｃｒの範囲は、ル−プフィルタ−22cがもつ特性等を変
えたり、ＶＣＯ22bの自走周波数を制御するための電圧
ｖ2を、可変抵抗器などを用いることによりレベル調整
したり、あるいは、そのＶＣＯ22bの発振特性等を変え
たりすることなどによって、ＰＬＬ回路22の諸動作に影
響がない範囲で、予め任意に調節を行なう。ここで、キ
ャプチャ−レンジＣｒとロックレンジＬｒは共に、ＶＣ
Ｏ22bの出力周波数(ｆ2)（自走周波数）を中心に周波数
の高い側と低い側へ均等に広がる範囲をもつので、キャ
プチャ−レンジＣｒの範囲は、矢印Ｃ、またはＣ'の方
向へ自走周波数を中心に左右対称に調節することができ
る。また、ロックレンジＬｒの範囲は、既に説明した通
りキャプチャ−レンジＣｒの範囲を決定したとき、ＰＬ
Ｌ回路22の特性によりおのずと決まる。即ち、ロックレ
ンジＬｒは矢印Ｄ、またはＤ'の方向へ調節され、その
変化率は必ずしも同じにはならないが、キャプチャ−レ
ンジＣｒの変化に同期して同一方向に、自走周波数を中
心に左右対称に調節されるのである。
【００６０】尚、前述のキャプチャ−レンジＣｒの範囲
を決定することにより特定される領域で、初めに容量変
化が検出されるポイント（臨界点）はキャプチャ−レン
ジＣｒの内側にＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'が位置し始め
るところとなり、検出を終えて元に戻るときのポイント
（限界点）はロックレンジＬｒの外側にＯＳＣ21の出力
周波数ｆ1'が位置したところとなるため、初期設定の段
階で、容量検出前のＯＳＣ21の出力周波数ｆ1が、上記
ロックレンジＬｒの外側に確実に位置するようにして、
検出を終えた時点でＰＬＬ回路22が非ロック状態になる
ようにする。また、ＶＣＯ22bの発振特性等を変えて、
キャプチャ−レンジＣｒの範囲を調節する際、自走周波
数(ｆ2)を中心にした左右対称のバランスが保たれるよ
うに発振特性等を変えないと、アナログ出力信号Ａｏの
リニアな変化を得られなくなるので、上述の初期設定と
ともに留意する必要がある。
【００６１】このように、キャプチャ−レンジＣｒの範
囲を広げたり、狭めたりする調節を予め行うことによ
り、例えば、液面レベルの変化を検出する場合に於て、
センサ−26から検出される液面レベルの変動によって、
ＯＳＣ21の出力周波数ｆ1が図４に示す矢印Ａ'のように
ｆ1からｆ1"に変化していく範囲の中で、その変化容量
に対してコンポ−ネント21bのコンデンサＣ1の値を、妥
当な値に設定しておけば、前記液面レベルが一定の範囲
内にあるかどうか検出することができる。この検出結果
は、アナログ出力信号Ａｏとデジタル出力信号Ｄｏによ
り、外部に出力させて、電磁バルブ等を開閉動作させる
ことにより前記液面レベルの制御を行なえば、液面を一
定レベルに保持することが可能となる。
【００６２】以上のように、請求項２の発明の実施例で
は、ＰＬＬ回路22のキャプチャ−レンジＣｒの範囲を任
意に調節し、センサ−26により検出される電気的容量等
（浮遊容量）の変化が予め設定されたある特定の範囲に
及んだかどうか検知できるのである。
【００６３】
【実施例３】第３実施例は、請求項３の発明に対応して
いる。ここでは、図１に示すＰＬＬ回路22のＶＣＯ22b
の自走周波数(ｆ2)を、予めＯＳＣ21の出力周波数ｆ1に
合わせるなどしてキャプチャ−レンジＣｒの内側にある
状態にしておき、容量の変化に伴うＯＳＣ21の出力周波
数ｆ1'がＰＬＬ回路22のロックレンジＬｒの外側へ向う
変化をしたか否かを検出することによって、電気的容量
等の変化の状態を検知しようとするものである。
【００６４】この第３実施例の発明は、先の第１実施例
の発明と逆の発想に基づいたもので、ＰＬＬ回路22のＶ
ＣＯ22bの出力周波数(ｆ2)（自走周波数）を、予めＯＳ
Ｃ21の出力周波数ｆ1に合わせるなどしてキャプチャ−
レンジＣｒの内側にある状態にしておくことにより、浮
遊容量の変化検出前において、この検出装置のＰＬＬ回
路22をロック状態においておく。そして、センサ−26か
ら得られる浮遊容量の変動信号に伴い、ＯＳＣ21の出力
周波数ｆ1'がＰＬＬ回路22のロックレンジＬｒの範囲か
ら外れる側へ変化するので、これに追従するＰＬＬ回路
22の自走周波数の制御電圧ｖ2も変化する。従って、こ
の変化した制御電圧ｖ2と容量変化が検出されていない
ときの自走周波数の制御電圧との電圧差により、浮遊容
量の変化分を検出しようとするものである。
【００６５】而して、請求項３の発明は、換言すれば、
容量検出時のＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'がＰＬＬ回路22
のロックレンジＬｒの範囲外になるように、この検出装
置の初期状態を設定しておくことにより、容量変化が検
出されないときロック状態であったＰＬＬ回路22は、容
量変化を検出したとき非ロック状態へ移行するので、Ｐ
ＬＬ回路22がロック状態であるか否かによって位相比較
器22aの出力電圧ｖ1に生じる変化とこれを基に発生する
ル−プフィルタ22cの出力電圧ｖ2、すなわち、自走周波
数の制御電圧を検知して浮遊容量の変化の有無を検出す
るようにしたものである。
【００６６】この第３実施例における検出装置も、図１
と同様のもので足り、また、図５は、請求項３の発明に
おいて、浮遊容量の変化が検出できる原理を示したもの
である。尚、図５の符号は図３と同一である。実施例３
の発明では、この図５に示すように、浮遊容量の変化が
検出される前のＯＳＣ21の出力周波数ｆ1と浮遊容量の
変化を検出した後の出力周波数ｆ1'、または、出力周波
数ｆ1"を設定しておく。そして、ＰＬＬ回路22のＶＣＯ
22bの出力周波数(ｆ2)（自走周波数）を容量変化が検出
される前におけるＯＳＣ21の出力周波数ｆ1に合わせ
て、ＰＬＬ回路22を予めロック状態にし、浮遊容量の変
化の検出に備える。
【００６７】この状態で、例えば容量変化が検出されて
ＯＳＣ21の出力周波数ｆ1が、矢印Ａに示すｆ1'に変化
した場合、このｆ1'はロックレンジＬｒの内側であるた
め、ＰＬＬ回路22はロック状態を維持し、そのＯＳＣ21
の出力周波数ｆ1'にＶＣＯ22bの出力周波数ｆ2を追従さ
せて発振している。このとき、自走周波数の制御電圧ｖ
2には、初期状態の自走周波数の制御電圧に対する電圧
差が現れるが、これは、センサ−26から得られる電気的
容量等（浮遊容量）の変動信号にリニアに対応したもの
であるから、この電圧差により、浮遊容量の変化分を検
出することができる。
【００６８】一方、ＯＳＣ21の出力周波数が、矢印Ａ'
のように変化して出力周波数ｆ1"となった場合、このｆ
1"はロックレンジＬｒの範囲外のものであるため、ＰＬ
Ｌ回路22は非ロック状態になり、ＶＣＯ22bの出力周波
数は(ｆ2)、即ち、自走周波数となり、自走周波数の制
御電圧がない状態（０の状態）になる。この非ロック状
態においては、位相比較器22aの出力電圧ｖ1がほぼ常時
正負交互に発生されるので、これを基準に出力ロ−パス
フィルタ24を経由してデジタル出力回路25のデジタル出
力信号Ｄｏには、このＰＬＬ回路がロック状態にあるか
否かが明確に出力される、従って、出力信号Ｄｏを検知
しておくことにより浮遊容量の変化の有無を検出するこ
とができる。
【００６９】図５に示した実施例では、浮遊容量の変化
を検出する前の初期状態にＰＬＬ回路22がロック状態で
あるため、このときの検出装置のデジタル出力信号Ｄｏ
は、先の第１実施例とは逆に常時０（０ボルト）であ
り、また、この初期状態においては、ＶＣＯ22bの出力
周波数(ｆ2)（自走周波数）も、ＯＳＣ21の出力周波数
ｆ1に合わせてあるので、この自走周波数の制御電圧は
殆んどない状態（０の状態）となり、これによって、ア
ナログ出力信号Ａｏも、殆んど０（０ボルト）を示す。
【００７０】以上のように、第３実施例で説明した請求
項３の発明は、予めＰＬＬ回路22の自走周波数(ｆ2)
を、ＯＳＣ21の出力周波数ｆ1に合わせるなどしてキャ
プチャ−レンジＣｒの内側にある状態にして、該ＰＬＬ
回路22を予めロック状態にしておき、センサ−26により
検出される電気的容量等の変化に伴い発生するＰＬＬ回
路22のロックレンジＬｒの範囲から外れる側へ変化する
前記ＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'を検出することにより、
被検出体の状態変化の有無を検知するようにしたもので
ある。
【００７１】
【実施例４】第４実施例は、請求項４の発明に対応して
いる。請求項４の発明は、電気的容量等の変化前と変化
後の両状態において、常時ＰＬＬ回路22がロック状態を
維持できるように予め条件設定をしておき、このときの
容量変化に伴う自走周波数の制御電圧の変化（偏差量）
により、電気的容量の増減の方向とその度合を検知する
ことを骨子とする。
【００７２】この実施例でも検出装置の基本構成は、図
１のものと同様のもので足りる。また、図６は請求項４
の発明における、浮遊容量の変化を検出する原理を説明
する図であり、図６の符号は図３と同一である。
【００７３】この発明では、浮遊容量の変化検出前のＯ
ＳＣ21の出力周波数ｆ1と浮遊容量の変化が検出された
ＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'とをいずれもキャプチャ−レ
ンジＣｒの範囲内に設定し、または、浮遊容量の変化検
出による出力周波数ｆが矢印Ａ'やＢのように変化する
場合には、そのときのＯＳＣ21の出力周波数ｆ1"がロッ
クレンジＬｒの範囲内（内側）に収まるように、この検
出装置の初期状態を予め設定しておく。
【００７４】この初期設定により、検出装置のＰＬＬ回
路22は、ＯＳＣ21の出力周波数ｆ1に許容される変化範
囲、すなわち、浮遊容量の変化検出が可能な範囲の全域
に対して、常にロック状態を維持することになる。そし
て、センサ−26から得られる浮遊容量の変動信号の受信
に伴いＶＣＯ22bの出力周波数(ｆ2)の制御電圧、即ち、
自走周波数の制御電圧ｖ2は、前記容量の変化量に対応
した形で変化するので、アナログ出力信号Ａｏにも、そ
れに対応したリニアな電圧変化が出力されることにな
る。
【００７５】図７は、請求項４の発明の実施例におい
て、アナログ出力信号Ａｏの電圧出力の可変範囲と、ロ
ックレンジＬｒにおける上，下の限の周波数との関係を
示す図である。図７の符号は図６と同一であるが、ｆ3
はロックレンジＬｒの上限側の周波数、ｆ4は下限側の
周波数を示し、＋ｖ，−ｖは共にアナログ出力信号Ａｏ
の出力上，下限電圧を示し、特に、＋ｖ4，−ｖ4'，−
ｖ4"はそれぞれ先の図６で設定したこの検出装置のＯＳ
Ｃ21の各出力周波数ｆ1，ｆ1'，ｆ1"に対応しているア
ナログ出力信号Ａｏの電圧を示している。
【００７６】この第４実施例においては、図７に示すよ
うに、容量変化が検出されないときにおいてＯＳＣ21の
出力周波数ｆ1がある場合、アナログ出力信号Ａｏには
＋ｖ4が出力されている。そして、容量変化が検出され
るとき、例えば、ＯＳＣ21の出力周波数ｆ1が矢印Ａに
示すｆ1'に変化すると、ＰＬＬ回路22では追従動作が行
われるために、ＶＣＯ22bの自走周波数の制御電圧が変
化するので、これによりアナログ出力信号Ａｏには図の
ように−ｖ4'が出力される。
【００７７】また、容量の変化が検出されるとき、例え
ば、ＯＳＣ21の出力周波数ｆ1が矢印Ａ'やＢに示す周波
数ｆ1"に変化しても、変化した出力周波数ｆ1"はＰＬＬ
回路22がもつロックレンジＬｒの内側にあるため、安定
した状態でアナログ出力信号Ａｏには図７に示す−ｖ4"
が出力される。
【００７８】したがって、ＶＣＯ22bの自走周波数の制
御電圧を基に発生されているアナログ出力信号Ａｏの電
圧差によって、容量の変化が検出され、しかも、その変
化と出力の関係はリニアであるから、予め容量変化の全
域に対する出力電圧の差を測定しておけば、その変化量
自体も判断することが可能となり、浮遊容量などの増減
の方向とその度合とを同時に検出することが可能にな
る。この検出結果の報知方法は、すでに述べた実施例の
場合と同様にアナログ出力信号Ａｏにメ−タ等を接続す
ることにより、被検出体の状態変化の全貌を視覚的に表
示することができる。
【００７９】ここで、この図７に示したＯＳＣ21の出力
周波数ｆ1"のように、この周波数ｆ1"がＰＬＬ回路22の
ロックレンジＬｒの内側であるがキャプチャ−レンジＣ
ｒの外側となる状態のとき、何らかの理由によりこの検
出方法を実施するために供給している電源が断たれる
と、後にその電源が復旧しても被検出体の容量は電源の
断続に係わりなく一定であるから、ＯＳＣ21の出力周波
数ｆ1"も変わりなく同じところに位置することになり、
キャプチャ−レンジＣｒの外側となってしまうため、容
量の継続した検出に不備が生じる。この様な場合はＯＳ
Ｃ21の出力周波数ｆ1"を瞬間的かつ強制的にキャプチャ
−レンジＣｒの内側に繰り入れる「キック回路」と称す
る付属回路が必要になるが、このような付属回路を挿入
することは本発明方法の特色である簡便さを損うので、
本発明では初期設定の段階で被検出体の容量変化の全域
に対するＯＳＣ21の出力周波数ｆを、キャプチャ−レン
ジＣｒの内側にあるように設定して上記のような事態に
対し実用上の簡便さを維持できるようにする。
【００８０】以上のように、請求項４の発明では、ＰＬ
Ｌ回路22の自走周波数の制御電圧について、電気的容量
が変化する前の電圧と、電気的容量変化が検出される時
の電圧との偏差量を検出することにより、センサ−26に
より検出される電気的容量等の増減方向とその度合を検
知することができるのである。
【００８１】
【実施例５】次に第５実施例について説明する。この第
５実施例は、請求項５の発明に対応している。また、こ
の第５実施例は、請求項１〜３の発明の実施の一例とし
てすでに説明した電気的容量等（浮遊容量など）の変化
検出方法に対し他の実施例の関係に立つ。
【００８２】請求項５の発明では、ＰＬＬ回路22が非ロ
ック状態からロック状態へ、または、ロック状態から非
ロック状態へ移行するとき、そのＰＬＬ回路22がもつ、
キャプチャ−レンジＣｒの範囲とロックレンジＬｒの範
囲の間にあるヒステリシスＬｈを、センサ−26により検
出される電気的容量等の増加時と減少時における検出レ
ベルの差に適宜対応させて、被検出体（浮遊容量）の二
つの状態を検知しようとするものである。
【００８３】この請求項５の本発明を実施するための基
本的な検出装置は、図１のものと同様である。また、図
８は、請求項５の発明の浮遊容量の変化検出の原理を説
明する図である。図の符号は図６並びに図７と同一であ
るが、ｆ5はキャプチャ−レンジＣｒの上限周波数を、
矢印Ｅは周波数の変化の方向を示す。なお、図８では、
便宜上、ロックレンジＬｒとキャプチャ−レンジＣｒ
は、いずれも上限周波数の近傍についてのみ示してい
る。
【００８４】図８で示すように、ロックレンジＬｒとキ
ャプチャ−レンジＣｒの間には、ヒステリシスＬｈの領
域が存在しているため、浮遊容量の変化前のＯＳＣ21の
出力周波数ｆがｆ1から浮遊容量の変化に伴い出力周波
数ｆ1'に変化するときは、キャプチャ−レンジＣｒの上
限周波数ｆ5が、この検出装置のＰＬＬ回路を非ロック
状態からロック状態へ移行できる臨界周波数となり、ま
た、容量の変化が検出されているときのＯＳＣ21の出力
周波数ｆ1'が容量変化の検出前のＯＳＣ21の出力周波数
ｆ1に復帰するときには、ロックレンジＬｒの上限周波
数ｆ3が、このＰＬＬ回路をロック状態から非ロック状
態へ移行できる限界周波数となるので、ＯＳＣ21の出力
周波数ｆが矢印Ａの方向へ変化するときと、矢印Ｅの方
向へ復帰するときとでは、ＶＣＯ22bの自走周波数の制
御電圧ｖ2に当然ながら差位が発生し、位相比較器22aの
出力電圧ｖ1にも差位が発生する。
【００８５】すなわち、これは、浮遊容量の変化検出が
可能になる検出臨界点（検出開始点）と、その検出が不
可能になる検出限界点（検出終了点）に差位が発生する
ことを意味するものであるから、被検出体（浮遊容量）
の状態に、増加および減少といった可逆性の変化（双方
向性変化）が起こる場合には、その増加時の検出と減少
時の検出における夫々の検出レベル差として現れる。そ
してこの検出レベルの差が上記ヒステリシスＬｈによっ
てもたらされるのである。
【００８６】この第５実施例では、上記ヒステリシスＬ
ｈに着目して、被検出体（浮遊容量）の二つの状態（二
つのレベル）が確実に検出できるようにしようとするも
のである。
【００８７】図９は、請求項５の発明の実施の一例にお
いて、ＶＣＯ22bの出力周波数ｆ2の決定要素である自走
周波数の制御電圧ｖ2と、その出力周波数ｆ2とＯＳＣ21
の出力周波数ｆ1'との位相比較器22aでの比較による出
力電圧ｖ1を基にして、出力ロ−パスフィルタ24を経由
し最終的に発生されるデジタル出力回路25のデジタル出
力信号Ｄｏの変化状態を説明する図である。図９の符号
は図６と同一であるが、ｖ5とｖ5'はデジタル出力信号
Ｄｏの電圧を示す。
【００８８】図９に示すように、容量変化が検出されな
いときのＯＳＣ21の出力周波数ｆ1が、容量変化の検出
に伴い出力周波数ｆ1'に変化すると、矢印Ａで示すよう
に、デジタル出力信号Ｄｏの電圧はｖ5からｖ5'（０ボ
ルト）に変化する。この変化は、キャプチャ−レンジＣ
ｒの上限周波数ｆ5を境界にして生起され、この時点で
ＰＬＬ回路22はロック状態になる。そして、容量変化を
検出しているＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'が、再び容量変
化がないときの出力周波数ｆ1に復帰すると、矢印Ｅで
示すように、デジタル出力信号Ｄｏの電圧はｖ5'からｖ
5（一定電圧）に変化するが、この復帰時には、ロック
レンジＬｒの上限周波数ｆ3を境にして、デジタル出力
信号Ｄｏの電圧変化が起こり、この時点でＰＬＬ回路22
は非ロック状態になる。この図９から判るように、ＯＳ
Ｃ21の出力周波数ｆがｆ1から出力周波数ｆ1'（また
は、ｆ1'からｆ1）へ変化するとき、その出力周波数ｆ
の値はヒステリシス特性を有している。
【００８９】従って、請求項５の発明では、このヒステ
リシス特性を利用し、被検出体の二つの状態、例えば、
水槽内などの液面等を一定のレベルに保持する場合など
に於て、注水や排水の制御、および、各動作の停止制御
のタイミングに差を設けて、注，排水動作が頻繁に行な
われることを防止し、安定した状態で作動させるように
するものである。尚、この状態は、検出装置のアナログ
出力信号Ａｏに接続したメ−タ等により、注，排水動作
の制御タイミングの時期が近づいたことを、視覚的に確
認できるようにすることも可能である。なお、ＰＬＬ回
路22のもつヒステリシスＬｈを、被検出体のレベル差な
どに対応させる場合、そのヒステリシスＬｈの幅（領
域）が、容量変化検出前と容量変化を検出したときの間
の容量変化の全域に対して占める比率を考慮した上で、
検出装置の初期状態を適宜設定することにより、より的
確に被検出体の二つの状態が検知できる。
【００９０】以上のように、請求項５の発明は、ＰＬＬ
回路22のキャプチャ−レンジＣｒとロックレンジＬｒの
間に存在するヒステリシスＬｈにより惹起されるＰＬＬ
回路22の自走周波数(ｆ2)の制御電圧ｖ2について、電気
的容量等の変化検出が可能な検出臨界点における値と、
電気的容量等の変化検出が不可能な検出限界点における
値との差位（ヒステリシス）を、センサ−26により検出
される電気的容量等の増加時と減少時における検出レベ
ル差に適宜対応させることにより、被検出体の二つの状
態を検知するものである。
【００９１】
【実施例６】次に、第６実施例について説明する。先に
説明した第１〜第５の実施例では、被検出体に接触、或
は、非接触で浮遊容量の変化を検出するセンサ−26を、
時定数決定部を有するＯＳＣ21へ接続し、前記センサ−
26により検出された電気的容量等（遊浮容量など）の変
化値と、前記時定数決定部で予め設定されている時定数
とを合算した総合時定数で決定されるＯＳＣ21の出力周
波数ｆ1'の変化が及ぶ範囲において被検出体の状態変化
を検出するように構成していた。つまり、ＰＬＬ回路22
の自走周波数(ｆ2)に対してＯＳＣ21の出力周波数ｆ1'
が変化すると、当該ＰＬＬ回路22の自走周波数(ｆ2)の
制御電圧ｖ2が変動するので、この制御電圧ｖ2を検出す
ることにより浮遊容量の変化を検出していた。
【００９２】しかし乍ら、請求項６の発明では、ＰＬＬ
回路の基本原理で述べた、ＯＳＣ21の出力周波数ｆを固
定しておき、ＰＬＬ回路22の自走周波数(ｆ2)そのもの
が、センサ−26から得られる浮遊容量の変動に伴い変遷
するようにし、そのときのＰＬＬ回路22の自走周波数の
制御電圧ｖ2の変動を検出することによって、浮遊容量
の変化を検出するように構成している。
【００９３】図10は、請求項６の発明の浮遊容量の変化
検出方法を実施する場合に使用する検出装置において、
その検出部の要部構成の実施例を示す機能ブロック図で
ある。図における符号は、図１と同一である。この図10
から明らかなように、センサ−26は、ＰＬＬ回路22内の
ＶＣＯ22bに設けられた出力周波数(ｆ2)（自走周波数）
を決定している抵抗器Ｒ1とコンデンサＣ1とからなる予
備時定数決定ブロックに接続されている。そしてセンサ
−26から得られる浮遊容量の変化値（変動信号）が予備
時定数決定ブロックに合算されることによって、総合時
定数を形成し、その変動信号に伴い自走周波数(ｆ2)そ
のものが変遷するように構成されている。従って、この
実施例でのＯＳＣ21は、そのＣＲコンポ−ネント21bで
決定される時定数により固有の周波数で発振し、固定さ
れた出力周波数ｆをＰＬＬ回路22へ受信させている。
【００９４】ＰＬＬ回路22においては、既に述べたとお
りＶＣＯ22bの出力周波数(ｆ2)（自走周波数）を基準に
して、キャプチャ−レンジＣｒとロックレンジＬｒが決
定されるが、この実施例では容量変化が検出されると
き、前記自走周波数(ｆ2)そのものが、センサ−26から
得られる浮遊容量の変動を示す信号の入力に伴い変遷す
るので、これにより同時に、キャプチャ−レンジＣｒと
ロックレンジＬｒも付随して変遷していく。
【００９５】位相比較器22aでは、ＯＳＣ21の固有の出
力周波数ｆと、変遷してゆくＶＣＯ22bの出力周波数(ｆ
2)（自走周波数）の位相をリアルタイムで比較しＰＬＬ
回路22の諸動作を行ない、キャプチャ−レンジＣｒが、
ＯＳＣ21の固有の出力周波数ｆを取り込める（包括でき
る）状態まで変遷したとき、このＰＬＬ回路22がロック
状態に入る。
【００９６】図11を参照しながら、上記の動作内容を説
明する。図11は、請求項６の発明の実施例において、浮
遊容量変化の検出原理の説明図である。従って、図11の
符号は図３と同一であるが、矢印ＦはＶＣＯ22bの出力
周波数(ｆ2)（自走周波数）の変遷に基づいてキャプチ
ャ−レンジＣｒとロックレンジＬｒが一体的に変遷する
方向を示し、点線Ｇで囲むブロックは容量変化が検出さ
れているときの周波数の分布状態を示す。
【００９７】図11に示すように、ＰＬＬ回路22内では、
ＶＣＯ22bの自走周波数(ｆ2)を基準にして、キャプチャ
−レンジＣｒとロックレンジＬｒが在り、容量変化が検
出されないときには、このロックレンジＬｒの内側にＯ
ＳＣ21の固有の出力周波数ｆが存在しないように設定す
ると共に、容量変化が検出されるときは、ＯＳＣ21の出
力周波数ｆがキャプチャ−レンジＣｒの内側に入り包括
されるように前記ＶＣＯ22bの出力周波数(ｆ2)（自走周
波数）とＯＳＣ21の固有の出力周波数ｆとを初期設定す
ることにより、電気的容量等（浮遊容量など）の変化検
出に備えた状態を設け、ＰＬＬ回路22を非ロック状態に
しておく。この初期状態の検出装置では、ＰＬＬ回路22
が非ロック状態であるため、デジタル出力信号Ｄｏには
１（一定電圧）が出力されており、アナログ出力信号Ａ
ｏには、０（０ボルト）が出力されている。
【００９８】そして、容量変化が検出されるとき、その
影響を受けて、矢印Ｆに示すように、ＶＣＯ22bの自走
周波数(ｆ2)そのものと、これに付随したキャプチャ−
レンジＣｒとロックレンジＬｒが一体的に変遷し、ＯＳ
Ｃ21の固有の出力周波数ｆが、点線Ｇで示すように変化
したキャプチャ−レンジＣｒの内側に入り包括される
と、このＰＬＬ回路はロック状態になり、ＯＳＣ21の固
有の出力周波数ｆに対する追従動作を開始する。
【００９９】このロック状態下でのＰＬＬ回路22の諸動
作は、これまで述べた各実施例と見かけ上は全く同様で
ある。即ち、ＰＬＬ回路22の内部は、センサ−26より得
られる浮遊容量の変動信号に伴いＶＣＯ22bの出力周波
数(ｆ2)（自走周波数）そのものが変化するが、変遷後
の自走周波数は位相比較器22aにおいてリアルタイムで
ＯＳＣ21の固有の出力周波数ｆとの位相を比較され、位
相比較器22aに出力電圧ｖ1を発生させる。この電圧ｖ1
はル−プフィルタ22cにおいて積分され出力電圧ｖ2（自
走周波数の制御電圧）を生じるので、これによりＶＣＯ
22bの可変能力範囲内で自走周波数が変化した状態の出
力周波数ｆ2が、予め固定されているＯＳＣ21の固有の
出力周波数ｆと等しくなる方向に修正される。修正され
たＶＣＯ22bの出力周波数ｆ2がＯＳＣ21の固有の出力周
波数ｆと同じ周波数であり、かつ、位相差が90°になっ
たとき、その時点でのＶＣＯ22bの出力周波数ｆ2（ＯＳ
Ｃ21の出力周波数ｆと同じ）の、容量検出開始当初の出
力周波数(ｆ2)（自走周波数）に対する変位量が自走周
波数の制御電圧ｖ2として現われるので、これによって
浮遊量容の変化を検知することができる。
【０１００】この自走周波数制御電圧を増幅するアナロ
グ出力アンプ23のアナログ出力信号Ａｏには、センサ−
26より得られる浮遊容量の変動に対応して、正または負
の電圧が、リニアに外部へ出力される。また、このとき
のデジタル出力信号Ｄｏには、ロック状態であるから０
（０ボルト）が出力される。
【０１０１】この第６実施例で示したように、ＯＳＣ21
の出力周波数ｆを固定する方法を用いると、先に説明し
た第１〜第５実施例よりも検出精度を高くすることが可
能となる。例えば、ＯＳＣ21の発振器としての構成要素
に、水晶振動子などを用いれば、出力周波数ｆの精度を
飛躍的に向上できるので、ＰＬＬ回路22のロック状態下
においての、センサ−26から得られる電気的容量等（浮
遊容量など）の変動信号も高精度で検出できるようにな
るからである。また、先に説明した第１〜第５実施例で
述べたように、液面などのレベルを一定レベルに保持す
るような場合においても、同様に動作させることができ
る。
【０１０２】尚、第１〜第５実施例では、初期状態にお
いて予めル−プフィルタ22cとＶＣＯ22bの各々の特性を
定め、検出装置を構成していたが、この第６実施例の発
明では、ＶＣＯ22bの自走周波数自体が容量変化の影響
を受けて変遷し、ル−プフィルタ−22cのもつ特性やＶ
ＣＯ22bのもつ発振特性などは初期設定の状態のままで
変化し得ない点を加味して、被検出体の容量変化（状態
変化）の全範囲に対してＰＬＬ回路22の諸動作を損なわ
ずにＶＣＯ22bの自走周波数自体が変遷できるように設
定する必要がある。例えば、容量変化の検出に伴い変遷
し得る自走周波数の値の範囲は、初期状態（変遷前）の
自走周波数の値の10％程度以内に収まるようにするので
ある。また、この第６実施例では、ＰＬＬ回路22が非ロ
ック状態からロック状態になることによって、被検出体
の状態変化を検出するケ−スについて詳述したが、先の
第３実施例のごとく初期設定の段階で、予めＰＬＬ回路
22をＯＳＣ21の固有の出力周波数ｆに対してロック状態
にして検出に臨むケ−スとした場合にも第６実施例で対
応することが可能である。これらはすでに述べたとお
り、ＰＬＬ回路22が受信する入力周波数とＶＣＯ22ｂの
自走周波数との相対関係に基づいているのである。
【０１０３】以上のように、第６実施例では、被検出体
に接触、或は、非接触で浮遊容量の変化を検出するセン
サ−26を、ＰＬＬ回路22の時定数決定部を有するＶＣＯ
22bへ接続し、このＰＬＬ回路22に固定した出力周波数
ｆを設定したＯＳＣ21を接続することによって検出装置
を構成する。そして、センサ−26により検出される電気
的容量等（浮遊容量など）の変化値とＶＣＯ22bの時定
数決定部で予め設定されている時定数とを合算した総合
時定数で決定されるＶＣＯ22bの初期の自走周波数(ｆ2)
を基準に定めたキャプチャ−レンジＣｒが、浮遊容量の
変化を検出するときにＯＳＣ21の出力周波数ｆをその範
囲内に包括する（取込む）ことが可能となるように、或
は、包括していたＯＳＣ21の出力周波数ｆから離脱する
ことが可能となるように、ＰＬＬ回路22の前記の自走周
波数(ｆ2)とキャプチャ−レンジＣｒの幅の各々を初期
設定することによって、センサ−26により検出される電
気的容量等（浮遊容量など）の変化に伴い発生するＰＬ
Ｌ回路22のロック状態における自走周波数の制御電圧の
変化を検出し、被検出体の状態変化を検知するようにし
ている。
【０１０４】なお、上述の各実施例では、時定数決定部
をＣＲ（コンデンサ、抵抗器）で構成する場合について
説明したが、時定数は、ＬＣＲ（Ｌはコイル）でも決定
できるので、必ずしもＣＲのみで構成する必要はない。
また、被検出体の状態変化は、容量成分のみならず、等
価的には抵抗成分も変化するが、周波数の大きな変化、
換言すれば検知可能な変化成分は、主として容量Ｃの変
化に起因するので、容量の変化を検知する方が実用的で
ある。
【０１０５】また、上述の各実施例は、ＰＬＬ回路22に
おける自走周波数の制御電圧ｖ2については、外部から
位相比較器22aに入る入力周波数ｆが、そのＰＬＬ回路2
2のキャプチャ−レンジＣｒ、または、ロックレンジＬ
ｒに包括されない場合（非ロック状態の場合）には、自
走周波数の制御電圧ｖ2が無い状態になるタイプのＰＬ
Ｌ回路22を使用した場合についてのものである。しか
し、ＰＬＬ回路には、ル−プフィルタ22cの特性やＶＣ
Ｏ22bの発振特性などの違いと、そこで使用する位相比
較器22aの種別および特性などの違いによって、入力周
波数ｆがＰＬＬ回路22のキャプチャ−レンジＣｒ、また
は、ロックレンジＬｒに包括されない場合でも、その入
力周波数ｆがＰＬＬ回路22のもつ出力周波数ｆ2の可変
範囲に対して低い方に在るか、又は、高い方に在るかに
より、ＰＬＬ回路22が非ロック状態であるにも拘らず、
当該出力周波数ｆ2の可変範囲に対応した自走周波数の
制御電圧ｖ2の可変範囲で最小値、あるいは、最大値
（または、これらの逆）の電圧を継続して出力するよう
なタイプのＰＬＬ回路もある。
【０１０６】本発明において、このようなタイプのＰＬ
Ｌ回路を使用した場合には、浮遊容量などの検出結果の
値に、先の各実施例で説明した内容と異なるケ−スが出
てくるので、これに対応するには初期状態の設定時に、
上述した位相比較器、ル−プフィルタ、ＶＣＯの各々の
諸特性を考慮して、その初期状態を設定したり、或は、
検出結果の値を修正（オフセット）して読み取るように
することなどにより、前述の各実施例で述べた内容と同
等の結果が得られるようにできる。つまり、本発明のＰ
ＬＬ回路を用いた浮遊容量の変化検出方法には、タイプ
の異なる各種のＰＬＬ回路を使用することができるので
ある。
【０１０７】
【発明の効果】本発明によれば、ＰＬＬ回路を用いるこ
とによって、浮遊容量の微少な変動を検出する場合で
も、数キロＨｚ〜数十キロＨｚの低い周波数の発振器の
使用をしても支障はなく、また浮遊容量の検出可能な範
囲も十分に広くなるうえ、誤動作も極めて少なく、しか
も、不要電波による周囲への影響も極めて少ない安定し
た浮遊容量の変化検出が可能になる、という優れた効果
が得られる。また、本発明方法を実施するための検出装
置は、現在のＩＣ技術等によって、より小型で安定した
性能のものを容易に形成でき、しかも、従来装置との置
換が可能であるほか広範な検出範囲をもつゆえに汎用性
に富むので、浮遊容量検出手段設置のコストダウンを図
ることができる。さらには、本発明方法に使用するセン
サ−は浮遊容量などの変化を捕らえて電気的に伝達する
ことができるものであれば、センサ−体としての形状や
形態を問わないという副次的効果もある。従って、本発
明は浮遊容量の変化検出方法としてきわめて有用であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施する検出装置の一例の回路ブ
ロック図。
【図２】ＰＬＬ回路の一例の機能ブロック図。
【図３】本発明方法の第１実施例の各発振周波数の関係
線図。
【図４】同じく、第２実施例の各発振周波数の関係線
図。
【図５】同じく、第３実施例の各発振周波数の関係線
図。
【図６】同じく、第４実施例の各発振周波数の関係線
図。
【図７】第４実施例における各周波数と出力電圧の関係
線図。
【図８】同じく、第５実施例の各発振周波数の関係線
図。
【図９】第５実施例における各周波数と出力電圧の関係
線図。
【図10】本発明方法を実施する検出装置の回路ブロック
図。
【図11】第６実施例における各発振周波数の関係線図。
【図12】従来の検出形式による装置の一例の機能ブロッ
ク図。
【図13】図12の従来装置における発振器の一例のブロッ
ク図。
【図14】同じく別例のブロック図。
【符号の説明】
２１ 前置発振器（ＯＳＣ） 21a 発振用回路 21b ＣＲコンポ−ネント ２２ ＰＬＬ回路 22a 位相比較器 22b 電圧制御発振器（ＶＣＯ） 22c ル−プフィルタ ２３ アナログ出力アンプ ２４ 出力ロ−パスフィルタ ２５ デジタル出力回路 ２６ センサ− Ｄｏ デジタル出力回路の出力信号 Ａｏ アナログ出力アンプの出力信号 ｆ1 前置発振器出力周波数 ｆ2 電圧制御発振器可変出力周波数 (ｆ2) 電圧制御発振器出力周波数（自走周波数） Ｃｒ ＰＬＬ回路のキャプチャ−レンジ Ｌｒ ＰＬＬ回路のロックレンジ ｖ4 アナログ出力信号Ａｏ電圧 ｖ5 デジタル出力信号Ｄｏ電圧

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被検出体に接触しあるいは非接触で浮遊
    容量の変化を検出するセンサ−と、該センサ−に接続さ
    れた時定数決定部を有する前置発振器と、該前置発振器
    に接続されたフェ−ズ・ロックド・ル−プ回路とを備え
    た容量検出手段とにより浮遊容量の検出をするとき、前
    記センサ−により検出される電気的容量等の変化値と前
    記時定数決定部に予め設定した予備時定数とを合算した
    総合時定数で決定される前置発振器の出力周波数の変化
    する範囲が、前記フェ−ズ・ロックド・ル−プ回路のキ
    ャプチャ−レンジの内側に及ぶように、当該フェ−ズ・
    ロックド・ル−プ回路の自走周波数とキャプチャ−レン
    ジの各々を設定し、前記センサ−により検出される電気
    的容量等の変化に伴い発生する、前記フェ−ズ・ロック
    ド・ル−プ回路のロック状態における自走周波数制御電
    圧の変化を検出することにより、被検出体の状態変化を
    検知することを特徴とするＰＬＬ回路を用いた浮遊容量
    の変化検出方法。
  2. 【請求項２】 請求項１の浮遊容量の変化検出方法にお
    いて、フェ−ズ・ロックド・ル−プ回路のキャプチャ−
    レンジの幅を任意に調節することにより、センサ−に検
    出される電気的容量等の変化が、その変化の全範囲の中
    で特定の範囲において生じたことを検出し、被検出体に
    生じる変化の状態を検知することを特徴とするＰＬＬ回
    路を用いた浮遊容量の変化検出方法。
  3. 【請求項３】 請求項１の浮遊容量の変化検出方法にお
    いて、フェ−ズ・ロックド・ル−プ回路を、その自走周
    波数を前置発振器の出力周波数に調整して予めロック状
    態にしておき、センサ−により検出される電気的容量等
    の変化に伴って生じる前置発振器の出力周波数変化を、
    前記フェ−ズ・ロックド・ル−プ回路のロックレンジの
    外側へ向う変化において検出することにより、被検出体
    の状態変化を検知することを特徴とするＰＬＬ回路を用
    いた浮遊容量の変化検出方法。
  4. 【請求項４】 請求項１の浮遊容量の変化検出方法にお
    いて、フェ−ズ・ロックド・ル−プ回路の自走周波数制
    御電圧の、電気的容量等の変化が検出されないときの値
    と、電気的容量等に変化が生じたときの値との偏差量を
    検出することにより、センサ−により検出される電気的
    容量等の変化の増減方向並びに増減度合を検知すること
    を特徴とするＰＬＬ回路を用いた浮遊容量の変化検出方
    法。
  5. 【請求項５】 請求項１の浮遊容量の変化検出方法にお
    いて、フェ−ズ・ロックド・ル−プ回路のキャプチャ−
    レンジとロックレンジとの間に存在するヒステリシスに
    より惹起される、前記フェ−ズ・ロックド・ル−プ回路
    の自走周波数制御電圧の、電気的容量等の変化の検出が
    可能になる臨界点における値と、電気的容量等の変化の
    検出が不可能になる限界点における値との差位を、セン
    サ−により検出される電気的容量等の増加時と減少時に
    おける検出レベル差に対応させることにより、被検出体
    の二つの状態を検知することを特徴とするＰＬＬ回路を
    用いた浮遊容量の変化検出方法。
  6. 【請求項６】 被検出体に接触しあるいは非接触で浮遊
    容量の変化を検出するセンサ−と、該センサ−に接続さ
    れた時定数決定部を有する電圧制御発振器をもつフェ−
    ズ・ロックド・ル−プ回路と、該フェ−ズ・ロックド・
    ル−プ回路に接続された固有の出力周波数を有する前置
    発振器とを備え、前記センサ−により検出される電気的
    容量等の変化値と前記時定数決定部に予め設定した予備
    時定数とを合算した総合時定数で決定される電圧制御発
    振器の自走周波数を基準にして定めるキャプチャ−レン
    ジが、前記センサ−により検出される電気的容量等の変
    化に伴い前置発振器の固有の出力周波数を包括する状態
    となるようにするか、又は、包括していた前置発振器の
    固有の出力周波数から離脱する状態となるように、前記
    フェ−ズ・ロックド・ル−プ回路の自走周波数とキャプ
    チャ−レンジの各々を設定し、前記センサ−により検出
    される電気的容量等の変化に伴い発生する、前記フェ−
    ズ・ロックド・ル−プ回路のロック状態における自走周
    波数制御電圧の変化を検出することにより、被検出体の
    状態変化を検知することを特徴とするＰＬＬ回路を用い
    た浮遊容量の変化検出方法。
JP20731791A 1991-07-25 1991-07-25 Ｐｌｌ回路を用いた浮遊容量の変化検出方法 Expired - Lifetime JPH0697246B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20731791A JPH0697246B2 (ja) 1991-07-25 1991-07-25 Ｐｌｌ回路を用いた浮遊容量の変化検出方法
US07/912,692 US5245295A (en) 1991-07-25 1992-07-13 Method of detecting a variation in stray capacitance by use of a pll circuit
GB9215162A GB2258048B (en) 1991-07-25 1992-07-16 Method of detecting variation in stray capacitance by use of a PLL circuit
DE4224545A DE4224545A1 (de) 1991-07-25 1992-07-24 Verfahren zur erfassung von aenderungen der streukapazitaet unter verwendung eines phasenregelkreises
FR9209187A FR2679663A1 (fr) 1991-07-25 1992-07-24 Procede de detection d'une variation de capacite electrique.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20731791A JPH0697246B2 (ja) 1991-07-25 1991-07-25 Ｐｌｌ回路を用いた浮遊容量の変化検出方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0526924A true JPH0526924A (ja) 1993-02-05
JPH0697246B2 JPH0697246B2 (ja) 1994-11-30

Family

ID=16537771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20731791A Expired - Lifetime JPH0697246B2 (ja) 1991-07-25 1991-07-25 Ｐｌｌ回路を用いた浮遊容量の変化検出方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5245295A (ja)
JP (1) JPH0697246B2 (ja)
DE (1) DE4224545A1 (ja)
FR (1) FR2679663A1 (ja)
GB (1) GB2258048B (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001174567A (ja) * 1999-12-14 2001-06-29 Nec Corp 物体検知装置及び乗員検知システム
JP2004524526A (ja) * 2001-02-07 2004-08-12 ジェレンライチ・ファミリー・トラスト 容量性検出器付き制御システム
KR100947559B1 (ko) * 2007-12-17 2010-03-12 조승원 위상고정루프를 이용한 장애물 감지시스템과 그 감지방법
KR20150111771A (ko) * 2014-03-26 2015-10-06 이상열 물체 접근 감지 장치
JP2019095399A (ja) * 2017-11-28 2019-06-20 日本電信電話株式会社 異常検知センサ及び異常検知システム

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5832772A (en) * 1995-01-27 1998-11-10 The Regents Of The University Of California Micropower RF material proximity sensor
US5596280A (en) * 1995-06-15 1997-01-21 International Business Machines Corp. Apparatus and method for testing circuits by the response of a phase-locked loop
DE19713267A1 (de) * 1997-01-28 1998-07-30 Abb Research Ltd Verfahren zur Bestimmung der Dielektrizitätskonstante und/oder der Leitfähigkeit mindestens eines Mediums sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US6307182B1 (en) * 1997-04-25 2001-10-23 Toastmaster, Inc. Electric appliance having a proximity sensor
JP4455201B2 (ja) * 2004-07-20 2010-04-21 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 検出回路
WO2007068283A1 (en) * 2005-12-12 2007-06-21 Semtech Neuchâtel SA Sensor interface
US7619421B2 (en) 2006-08-31 2009-11-17 Microtune (Texas), L.P. Systems and methods for detecting capacitor process variation
US7636559B2 (en) 2006-08-31 2009-12-22 Microtune (Texas), L.P. RF filter adjustment based on LC variation
US7634242B2 (en) 2006-08-31 2009-12-15 Microtune (Texas), L.P. Systems and methods for filter center frequency location
DE102008014804A1 (de) * 2008-03-10 2009-06-18 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Steuergerät zur Funktionssteuerung eines Haushaltsgeräts
GB201011785D0 (en) * 2010-07-13 2010-08-25 Oxford Rf Sensors Ltd Permittivity sensor
US9063067B1 (en) 2010-11-17 2015-06-23 Alvin P. Schmitt Moisture sensing devices
GB201114258D0 (en) * 2011-08-18 2011-10-05 Ultra Electronics Ltd Method and apparatus for measurement of a DC voltage
CN102412837B (zh) * 2011-11-18 2013-06-05 北京航天测控技术有限公司 一种低杂散小步进频综实现方法
CN105758497A (zh) * 2014-12-18 2016-07-13 苏州长光华医生物医学工程有限公司 一种用于激发液液位探测装置
CN104764508A (zh) * 2015-03-28 2015-07-08 苏州长光华医生物医学工程有限公司 一种适用于体外诊断设备的液面探测电路
FR3054659B1 (fr) * 2016-07-28 2019-08-16 V.V Electronic Systeme de detection de niveau liquide a capteur capacitif et pompe comportant un tel systeme
CN117889892B (zh) * 2024-03-14 2024-05-31 浙江龙感科技有限公司成都分公司 一种可变电容微波直驱变频传感器、系统及控制方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3189884A (en) * 1960-05-25 1965-06-15 American District Telegraph Co Alarm system
US3626285A (en) * 1969-08-04 1971-12-07 Kev Electronics Corp Testing apparatus for voltage-variable capacitors employing phase-locked oscillators
FR2208121B1 (ja) * 1972-11-29 1978-12-29 Commissariat Energie Atomique
IT1085605B (it) * 1976-08-10 1985-05-28 Lucas Industries Ltd Circuito per produrre una tensione dipendente dal valore di una capacita' variabile
US4173736A (en) * 1978-03-06 1979-11-06 Western Electric Company, Incorporated Capacitance detecting system and method for testing wire connections
US4169260A (en) * 1978-04-11 1979-09-25 Mosler Safe Company Capacitive intrusion detector circuitry utilizing reference oscillator drift
US4228393A (en) * 1978-08-14 1980-10-14 Brown & Williamson Tobacco Corporation Moisture meter
US4347740A (en) * 1979-11-13 1982-09-07 Magnetrol International, Incorporated Capacitive level sensing device
US4347741A (en) * 1980-07-17 1982-09-07 Endress & Hauser, Inc. Control system for a capacitive level sensor
JPS57163873A (en) * 1981-03-30 1982-10-08 Nec Home Electronics Ltd Measuring device for electrostatic capacity
US4470008A (en) * 1982-07-02 1984-09-04 Ryochi Kato Capacitance sensor
US4912976A (en) * 1987-06-26 1990-04-03 Beckman Instruments, Inc. Liquid level sensing apparatus
GB2222683B (en) * 1988-08-17 1992-04-15 Hydramotion Ltd Device for moisture measurement of particulate material
US4972566A (en) * 1988-10-05 1990-11-27 Emhart Industries, Inc. Method of repairing a glass container inspecting machine
US5034722A (en) * 1990-01-16 1991-07-23 Joshua Premack Capacitance detection system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001174567A (ja) * 1999-12-14 2001-06-29 Nec Corp 物体検知装置及び乗員検知システム
JP2004524526A (ja) * 2001-02-07 2004-08-12 ジェレンライチ・ファミリー・トラスト 容量性検出器付き制御システム
KR100947559B1 (ko) * 2007-12-17 2010-03-12 조승원 위상고정루프를 이용한 장애물 감지시스템과 그 감지방법
KR20150111771A (ko) * 2014-03-26 2015-10-06 이상열 물체 접근 감지 장치
JP2019095399A (ja) * 2017-11-28 2019-06-20 日本電信電話株式会社 異常検知センサ及び異常検知システム

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0697246B2 (ja) 1994-11-30
GB2258048A (en) 1993-01-27
GB2258048B (en) 1995-10-18
FR2679663A1 (fr) 1993-01-29
US5245295A (en) 1993-09-14
DE4224545A1 (de) 1993-01-28
GB9215162D0 (en) 1992-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0526924A (ja) Ｐｌｌ回路を用いた浮遊容量の変化検出方法
US5519317A (en) Inductive proximity sensor for detecting ferrous and non-ferrous objects
US7117124B2 (en) Trouble detection method, trouble detection apparatus, and temperature controller
US4596963A (en) PLL with lock up detector and lock acquisition circuit
EP1096238B1 (en) Capacitance type detector
US6593785B1 (en) Method and circuit for reducing power and/or current consumption
ATE257986T1 (de) Pll schaltkreis
US20150115734A1 (en) Power theft inspection apparatus and method, and recording medium
JP2001203565A (ja) 近接センサ
KR100191430B1 (ko) 주파수 이동이 가능한 자동 정합 회로 장치 및 구현 방법
US6204750B1 (en) Interrogator for electronic identification system
JPH0587612A (ja) Ｐｌｌ回路を用いた液状体レベルの検出装置
JPH11295438A (ja) ループコイル式車両感知器による車両検知方法
WO2008068412A1 (fr) Dispositif electronique, destine a realiser la mesure et la detection de variations d'au moins un signal d'entree
JPH0590936A (ja) Ｐｌｌ回路を用いた物体等の近接検出装置
JPH05180795A (ja) 流路中を移送される定常物質に混入した異質物のｐｌｌ回路を用いた検出装置
JP2991451B2 (ja) ループ式金属物検出装置
WO1999057814A3 (en) Phase frequency detector having instantaneous phase difference output
JPH05315929A (ja) 物体近接検出装置
JPS62186614A (ja) 近接スイツチ
JP4239144B2 (ja) 物体検知装置
JP2554985Y2 (ja) 近接スイッチ
JPH1117515A (ja) 近接センサ
JPH06164358A (ja) 近接センサ
JPS63153622U (ja)