JPS6168551A - 誘電体における空間的な不均質性の検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えば相関的な走行時間または速度測定に対
する、誘電体における空間的不均質性の検出装置に関す
る。

従来の技術 この形式の装置は例えばドイツ連邦共和国特許公開第３
２３５７５０号公報から公知である。

近接センサまたは充てん状態限界値スイッチとして使用
される容量的なセンサは一般に全体の平均容量の変化に
のみ応動すればよいが、誘電体の空間的な不均質性を出
来るだけ大きな分解能および出来るだけ精確な空間的な
位置検出によって検出しなければならない用途がある。

すなわち、容量センサによって形成されるローカル周波
数フィルタが出来るだけ高い上側の遮断周波数を有する
べきであることを意味する。この要求は特に、容量セン
サを用いた相関的な走行時間または速度測定において生
じる。公知のように相関的な走行時間または速度測定の
原理は、移動方向に相互に間隔をおいて位置する２つの
センサを用いて、移動する媒体のランダムな変動から信
号を取り出し、２つの信号の相互相関関数を形成しかつ
相互相関関数の最大値の位置から媒体の走行時間または
速度に関する情報を取り出す点にある。この目的のため
に通例使用される容量センサは、２つの互いに向きあっ
た電極から成り、これらの電極の間に誘電体が設けられ
ており、その空間的な不均質性を検出しようとするので
ある。ドイツ連邦共和国特許第３２３５７５０号公報に
は、２つの電極の部分電極への分割および部分電極のコ
ーディングされた配置によって同時にどのようにして、
電極によって形成されるローカル周波数フィルタの高い
遮断周波数および容量センサの申し分のない感度を得る
ことができるかが記載されている。

これら公知の容量センサを用いて得られる信号は、大き
な直流信号成分を含んでおり、これに対して誘電体の空
間的な不均質性から生じる有効信号成分は大抵は非常に
小さい。いづれの個別容量センサにおいても直流信号成
分はまず、空間的な不均質性によって惹起される容量変
動が重畳されている平均基本容量から生じる。例えば給
電電圧の変動または外部のノイズ混入によって惹起され
かつ不均質性によって惹起される有効な信号変動より著
しく大きい直流信号変動は特別妨害作用をする。このよ
うな直流信号成分および直流信号変動を抑圧するには、
接続されている信号処理回路において著しいコストが必
要になる。

ドイツ連邦共和国特許公開第２５４４８２２号公報およ
び第２５４４８２５号公報において、光学走査を用いた
相関的な走行時間または速度測定の場合に対して、直流
信号抑圧が、移動方向において相互に間隔をおいて配置
されている２つの光学センサ汐・らの出力信号の差の形
成によって行なうことができることが記載されている。

このことは光学センサにおいては簡単に実現さ牙１．る
。というのは光学センサは任意の近さに並べて配設され
るときも、互いに干渉することはないからである。

発明が解決しようとする問題点 容量センサの効果および精度は、電極間の電界の均質性
に基いている。電界の均質性は、近くに並べて設けられ
た電極が誘電体の空間的な不均質性のため時間的に変化
する電位をとるとき、妨害される。これにより生じる電
界歪のため、容量センサの空間的な分解能が損なわれか
つ完全な直流信号抑圧が妨げられる。したがって光学セ
ンサにおいて公知の、差形成による直原信号抑圧の手段
は、容量的センサには使用することができない。

本発明の課題は、直流信号を完全に抑圧することができ
て、しかも大きな分解能によって、誘電体における空間
的な不均質性を検出することができるようにした装置を
提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明によればこの課題は次のようにした解決される。

すなわち電圧源によって給電される共通の発信器電極に
、少なくとも１対のセンサ電極が対応して設けられてお
り、かつおのおのの対のセンサ電極に、電子回路が接続
されており、該電子回路は、センサ電極に惹起される変
位電流の差に相応する出力信号を発生し、かっセンサ電
極をいづれの時点においても給電電圧に関して同じ電位
に保持するのである。

発明の作用および効果 本発明の装置において、おのおのの対の２つのセンサ電
極は任意の近さに隣接して配置することができ、しかも
これら電極は相互に影響し合わさずかつ電界歪みを惹起
することがない。

というのはこ」ｔらは常時、共通の発信器電極に印加さ
れる給電電圧に関して同じ電位に保持されるからである
。このことは、接続されている電子回路が電極電圧では
なくて、センサ電極に惹起される変位電流に応答するこ
とにより可能である。したがって変位電流の差に相応す
る出力信号においてすべての直流信号成分並びに対の２
つのセンサ電極に同じように作用するすべての障害作用
は完全に抑圧されている。さらに本発明の装置によれば
、センサ電極の相互作用が生じないため非常に狭くする
ことができる、おのおのの対の２つの隣接するセンサ電
極間のギャップの中心との関連においておのおのの不均
質性が非常に精確に位竺検出される。

本発明の構成によれば、非常に簡単に遮へい電極（１ガ
ード“電極）を使用することが可能になる。というのは
この電極は、給電電圧に関してセンサ電極と同じ電位に
簡単に保持することができるからである。また、分解能
および感度を高めるための別の構成、例えばセンサ電極
を、交錯接続および／またはコーディングされて配置さ
れる部分電極に分割することなども使用可能である。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

第１図は、誘電体内の空間的な不均質性を検出するため
の装置の基本的な回路構成を示している。この装置は容
量センサ１０、電圧源１２および電子回路１４を含んで
いる。

容量センサ１０ば、発信器電極１６およびこの電極に間
隔ｄをおいて向き合っている一対のセンサ電極１８．２
０を有する。一方における発信器電極１６と他方におけ
るセンサ電極１８゜２０との間に、その空間的な不均質
性を検出すべきである誘電体２２が存在している。図平
面において上から下へ延びる垂線を表わす軸線Ｘは測定
方向、すなわち誘電体２２の空間的な不均質性の位置ま
たは運動を検出しようとする方向を示す。空間的な不均
質性に対する例として、粒子２４が図示ａ　、１１．て
いる。これは速度Ｖで軸線Ｘの方向に、誘電体２２と一
緒にまたは誘電体が静止しているときばそ、）１．に対
して相対的に移動する。

発信器電極１６はｉｔ’ｌｌ定方向＞Ｉｃおいて、間隔
ｄ」：り大きい長さＬを有する。センサ電極１８゜２０
は測定方向Ｘにおいて、これら電極の間に、その幅すが
発信器電極１６の長さＬおよび電極間隔ｄよりも小さい
狭いギャップ２６が生じるように、隣接して配置されて
いる。センサ電極は １８および２０のＸ方向における拡が態量であるが、い
づれにせよギャップ幅すよりは太き℃１゜ 発信器電極１６はそれぞれセンサ電極１８ないし２０と
ともにコンデンサを形成する。このコンデンサの容量は
、電極の寸法、電極間隔ｄおよび電極間に存在する誘電
体の誘電率に依存する。

電圧源１２は、発信器電極１６に、第１図によればアー
ス電位である基準電位に対抗して電圧を加える。

おのおののセンサ電極１８．２０はそれぞれ、電子回路
１４の入力側１４ａないし１４ｂに接続されている。電
子回路１４は、次の機能を満足するように、構成されて
いる。

王　発信器電極１６に印加された電圧のためまたはおの
おののセンサ電極１８．２０における静電荷に影響され
て生じる変位電流に応答する（影響量の分離は、適当な
電圧源１２の選択および信号ＵＡの所属の後処理によっ
て行なうことができる）。

２、その出力側１４ｃに、２つのセンサ電極１８および
２０において生じた変位電流の差に相応する信号を発生
する。

ろ　発信器電極１６に印加される給電電位に関してセン
サ電極１８．２０を同じ電位に保持する。

これらの機能は、第１図に図示の、電子回路１４の構成
によって非常妬簡単に実現される。

センサ電極は、入力側１４ａを介して演算増幅器３０の
反転入力側に接続されている。この演算増幅器の帰還路
１ｒ／−はコンデンサ３２が設けられており、コンデン
サには抵抗３３を並列に接続することができる。同様に
センサ電極２０は演算増幅器３４の反転入力側に接続さ
れており、この増幅器の帰還路には、抵抗３７を並列接
続することができるコンデンサ３６が設けられている。

２つの演算増幅器の非反転入力側は、センサ電極を給電
電圧に関して保持すべきである電位に接続されている。

最も簡単な場合これは第１図に図示されているようにア
ース電位とすることができる。２つの演算増幅器３０お
よび３４の出力側は、２つの演算増幅器の出力信号間の
差を形成する差回路４０の２つの入力側に接続されてい
る。差回路４０の出力側は電子回路の出力側１４ｃであ
る。

既述の回路が、先に挙げた機能を最適に実現することは
当業者には明らかである。

１　公知のようにインバータとして接続形成されている
演算増幅器はその出力電圧を常時、帰還路を流れる電流
が反転入力側に供給される電流と同じであるように調整
する。第１図の装置においておのおのの演算増幅器の反
転入力側に供給される電流は、接続されたセンサ電極に
生じる変位電流である。したがって演算増幅器の出力電
圧は、影響により生じた変位電流に比例する。

その際 Ｕｏは、電圧源１２から発信器電極１６に印加される給
電電圧であって、それについては最初、周波数ｆＧの交
流電圧であるものと仮定する。

０１８は、発信器電極１６とセンサ電極１８との間の容
量であり、 Ｃ３２は、演算増幅器３０の帰還路におけるコンデンサ
３２の容量であり、 Ｒ３３は抵抗３３の抵抗値であり、 Ｕ３０は、演算増幅器３０の出力電圧であり、Ｃ２ｏＸ
６６、６７、Ｕ３４ばそれぞれセンサ電極２０お」：び
そ旧、ＶＣ接続された回路部分についての相応の量であ
る。

抵抗値Ｒ、Ｒば、無視できる程度の太きさであり、次の
条件を満足するようになっている。

その際演算増幅器３０ないし３４の出力側に次の電圧が
生じる。

２　差回路４０は、２つの電圧Ｕ３０とＵ３４との差を
形成し、したがって出力側に次の式が成立つ電圧ＵＡを
発生する。

６、　負帰還演算増幅器は周知のようにその出力電圧を
常時、２つの入力側間の電圧（非常（、Ｃ小さい調整偏
差を考慮１−なければ）実際に零になるように、調整す
る。したがって反転入力側は、仮想上非反射入力側の電
位に保持さ」・、る３、第１図の回路においてセンサ電
極１８．２０は直接演算増幅器３０ないし３４の反転入
力側に接続されている。したがってそれらは仮想上、第
１図によれば例えばアース電位である、非反転入力側の
電位に保持される。アース電位は同時に、電圧源１２か
ら発信器電極１６に印加される電圧に対する基準電位で
あるので、２つのセンサ電極１８．２０は、発信器電極
１６１（印加された給電電圧に関して同じ電位に保持さ
れる。

第１図に図示のセンサ装置は、その構成および接続形成
のため、次のように作動する。

センサ電極１８および２０が同じ寸法を有しかつ発信器
電極１６に関して同一に構成されており、かつ最初、電
極間の誘電体２２が均質であると見做されるとき、容量
Ｃ１８およびＣ２ｏは同じ大きさである。さらに２つの
センサ電極１８．２０が同じように接続されており、殊
に帰還コンデンサ３２および３６の容量ｃ３２およびＣ
３６が同じ大きさであるとき、上記式（１）および（２
）による出力電圧０３０およびＵ３４も同じ大きさであ
る。したがってこれら前提条件下では差回路４０の出力
電圧ＵＡは値零を有“する。このことは、２つのセンサ
電極１８および２０から取り出される信号に含まれてい
る直流信号成分が、出力信号ＵＡにおいて抑圧されてい
ることを意味する。殊に、同じように２つのセンサ電極
１８および２０の信号に作用するすべての外乱作用量も
、出力信号ＵＡにおいては抑圧されている。

この作用は通例、誘電体２２が完全に均質である場合の
他に、不均質性が統計的に、センサ電極１８および２０
の平均容量が同じ大きさであるように分布しているとき
であれば、誘電体が不均質である場合にも生じる。これ
は例えば、誘電体２２中に多数の微細な粒子が均一に分
布している場合である。したがって既述の構成は、平均
基本容量を、容量負荷に無関係に、均一化する。

これに対して第１図において粒子２４によって図示され
ている誘電体２２の空間不均質性が発生し、それにより
２つのセンサ電極１８゜２０の平均容量Ｃ１８およびＣ
２ｏの平衡がくずれたとき、容量Ｃ１８およびＣ２ｏは
測定軸線ＸＩＣ沿った不均質を生ぜ１．める個所の位置
に依存して異なって変化する。その際差回路４０の出力
信号ＵＡは、上記式（ろ）にしたがって容量の差に依存
する値をとる。

第２図は、差回路、４０の出力信号を、測定軸線ＸＶｃ
沿った粒子の位置の関数として例示している。この座標
系の原点は、比較のためにＸ軸に示されている、２つの
センサｔｆ＆１８．２０間のギャップ２６の中心に相応
する。

粒子が測定軸線Ｘの方向において２つのセンサ電極１８
および２０から比較的離れた所にあるとき、出力信号Ｕ
Ａは値零を有する。その理由は２つのセンサ電極に対す
る粒子の作用が非常に僅か予ありかつ近似的に同じであ
るからである。

粒子がセンサ電極１８に近づくと、出力電圧は、それが
最大値に達するまで正の方向に上昇する。その際出力電
圧は実質的に粒子がセンサ電極１８を通過する間中その
最大値を維持している。

粒子がギャップに達するとき、出力電圧ＵＡは急速に降
下し、かつ粒子がギーヤツゾ２６の中央に位置するとき
、零を通る。零点通過後出力電圧ＵＡは同じ急峻度で負
の最大値に移行する。

同じく粒子がセンサ電極２０を通過する間中この最大値
は維持される。

出力信号ＵＡの急峻な勾配で行なわれる零点通過から、
粒子２４のギャップ０２６に対する中心位置が決められ
る。このために測定方向Ｘにおける粒子の位置のみが基
準となり、一方粒子が、測定方向を横断するセンサブレ
ートに対して相対的にどんな位置をとっているかどうか
は測定結果に何の影響も及ぼさない、３零点通過の周辺
の勾配は、測定方向Ｘを横断するすべての個所において
ギャップに関して中心において最大である。したがって
センサ出力電圧が値零をとる平坦なＸ一平面が存在する
。

センサ装置の既述の有利な特性は第１に、容量センサ１
０およびとりわけギャップ２６を含む中央領域における
電界の申し分ない均質性から生じる。どの電界の均質性
には相当の割合で、ギャップ２６の幅が発生器プレート
１６の長さＬに比べて非常に小さいという事実が役立っ
ている。というのはこれによりギャップの領域における
電界の縁の歪が回避されるからである。

付加的にギャップ２６の僅かな幅すにより相応に急峻な
勾配を有する非常に狭い測定領域が生じる。実際に、ギ
ャップ２６の幅は第１図の間隔ｄの約１係まで低減する
ことができる。

しかしとりわけ電界の均質性は、発信器プレー）１６に
対向する電極がギャップ２６の両側において出来るだけ
大きな拡がりにおいて給電電圧に関して同じ電位に保持
することによっても生じる。第１図の実施例においてこ
のことは、次のようにして行なうことができる。すなわ
ち仮惣上アース電位に保持される２つのセンサ電極１８
．２０自体が、測定方向Ｘにおいて相当の拡／）−りを
有するようにする。センサ電極が小さな測定容量を得る
ためＶｃｉｌｌｌＩ定方向において小さな拡がりしか有
さないようにしたい場合において、センサ電極に接続さ
れる付加的な遮へい電極によって同じ作用を得ることが
できることについては後述するが、その際遮へい電極お
よびセンサ電極は給電電圧に関して同じ電位に保持さ牙
］、る。すべての場合において、電界の縁部の歪みがギ
ャップ２６から出来るだけ遠く離れたところに保持され
るようにする。

」二連の、電界の均質性に対して付加的に、２つ（また
は場合によっては複数の）センサ電極と接続された唯一
の給電される発＠器電極の使用によって、供給電圧の不
規則性により誤差が惹起されることが有り得ないように
保証される。

２つのセンサ電極回路には同じ電圧が供給されるので、
完全な電圧対称および一交流電圧が給電される場合−周
波数および位相の固定１−だ結合が保証されている。こ
の効果は、誘電体の特性、殊にその損失係数に無関係で
ある。さらにこの手段により、コストダウンも行なわれ
るという利点が生じる。それは唯一の電圧源しか必要で
ないからである。

センサ電極において得られる信号の差の形成は、第２図
の特性曲線かられかるように、帯域通過特性を有するロ
ーカル周波数フィルタの作用を生ぜしめ、これにより殊
に出力信号における直流信号成分が抑圧される。電子的
なフィルタ処理を殆んど行なわないですむので、信号処
理は簡単化される。ローカル周波数特性は、センサ電極
の幾何学模様によっても影響される。

これまで電圧源１２の形式に関して何の説明もしていな
い。装置は、センサ電極に惹起される変位電流に応答す
るので、装置は直流電圧に動することができる。装置は
誘電体の緩慢に移動するまたは移動しない不均質性にも
応答するかまたは静電荷の影響を取り除くようにしたい
とき、発信器電極は交流電圧によって給電されなければ
ならない。直流電圧の［１支給の場合、変位電流は不均
質性の移動によってのみ、もしくは帯電粒子が問題であ
る場合、静電荷の移動によって影響されて生じる。信号
処理は勿論給電の形式に依存しかつ当業者であれば自明
のことである。例えばく形または正弦波状電圧の供給の
際位相検波回路またばＳＣフィルタ（ゝスイッチド・キ
ャパシタ“フィルタ）による位相固定のダウンコンバー
タ回路を使用することができる。

センサ電極が保持される電位の選択に関し、ても制御ｊ
１％されない。第１図の実施例においてこの電位はアー
ス電位である。通例この解決法がとられるが、必ずしも
そうである必要はない。特に、センサ電極の電位は絶対
でなく、給電電圧に関してのみ定められなければならな
いことに注意しなければならない。例えば給電電圧が交
流電圧であるとき、センサ電極はこの交流電圧に関して
同じ電位に保持されなければならないが、直流電圧の場
合は異なった電位に接続することができる。逆に直流給
電の場合センサ電極は同じ直流電位に保持されるが、そ
れらは異なった交流電位をとることができる。同じこと
は、後述するように、遮へい電極を使用するとき、付加
的な遮へい電極の電位に対しても当嵌る。

第１図のセンサ装置は、誘電体における不均質性を検出
するために従来の容量センサも使用されるすべての用途
に対して有利に使用することができ、その際この装置は
公知のものに比して直流信号抑圧および空間的な分解能
の改善について利点を有する。この種の容量センサの有
利な用途として挙げられるのは、殊に無接触走行時間ま
たは無接触速度測定に対して必要であるように、相関的
な信号処理のために適した、ランダムな信号が得られる
ことである。相関的な走行時間または速度測定の原理は
周知のように、大抵の無接触センサを用いて、移動方向
において相互に間隔をおいて位置する、２箇所で移動過
程においてランダムな信号を取り出し、２つの信号の相
互相関関数を形成しかつ相互相関関数の最大値の位置か
ら移動過程において走行時間または速度についての情報
を得ることである。容量センサは、移動する過程が誘電
体中に不均質性を有するとき、使用される。これに関す
る典型的な例は、粒状または粉状の固体の空圧搬送であ
る。

第６図は、この用途に対する例として、導管５０を通っ
て搬送される媒体の速度を、第１図に図示の形式の２つ
の容量センサ装置を用いて相関測定する場合の回路装置
を示す。よりわかり易くするために、おのおののセンサ
装置の構成部分には、第１図と同じ参照番号がつげられ
ているが、一方のセンサ装置にはダウンを付しており、
他方のセンサ装置には２重ダウンが付されている。これ
ら構成部分は第１図の装置と同じ機能を有するので、個
別についての詳明は省略する。

しかし第３図の装置は次の特別な点を有する。

−２つの容量センサー０′および１０“は導管５０に沿
って、それらのセンサ電極１８’、２０’ないし１８“
、２０“間のギャップ２６′および２６”が相互に所定
の間隔りをおいて位置するように、配設されている。

−発信器電極１６’、　　１６“およびセンサ電極１８
’、　　２０’、　　１　Ｂ“、２０“は、導管５０の
周面に当接しておりかつ相応に湾曲１−ている。勿論導
管５０は、誘電体材料から成る。湾曲のためおのおのの
発信器電極とそり、に対向して設けられているセンサ電
極との間の間隔は一定でない。

しかし、等価な平面電極の間隔であるゝ実効“間隔が定
義される。

−測定方向における、すなわち導管５０の軸線に対して
平行である、センサ電極１８’、　　２　ｒｌ’。

１８”、２０“の寸法は、同じ方向における発信器さ 電極１６．１６“の長〕り著しく小さい。

−２つの発信器電極１６’、１６“は共通して電圧源１
２から給電される。

−誘電体導管５００周面に、切欠き５４′。

５４′′および５６．５６’を有する遮へい外とう５２
が巻かれている。切欠き５４’、　　５４〃に発信器電
極１６′ないし１６“が配設されており、一方切欠き５
６’、５６“にはセンサ電極１８’、２０’ないし１８
“、２０〃が配設されている。切欠きは、電極と電極を
取り囲むシールｒとの間のギャップの幅が非常に小さい
ように設計さＪｌ、ている。

この幅は有利には、センサ電極間のギャップ２６’、２
６’の幅のオーダにあり、すなわち例えば実効電極間隔
の約１係である。

一遮ヘイ外トう５２およびセンサ’ｔｉ１８’。

２０’、１８“、２ｏ〃は、電圧源１２に関して同じ電
位に保持される。図示の実施例においてこのことは、遮
へい外とうを直接アース接続することによって簡単に行
なわれている。すなわち遮へい外とうは電圧源１２に関
して、固定電位に接続されており、この電位にセンサ電
極も仮想的に保持さり、る。

−２つの差回路４０’、４σ′の出方信号は、相関器６
０の２つの入力側に相関すべき信号ｓＸおよびＳｙとし
て供給される。相関器６０が、差回路４０’、４０″の
出力信号を直接処理することができるように構成されて
いるとき、その入力側を直接差回路の出力側に接続する
ことができる。そうでない場合、第６図に図示されてい
るように、おのおのの差回路の出力側と相関器６０の対
応する入力側との間に、差回路の出力信号を相関器によ
る処理に適する形に整形する信号処理回路５８′ないし
５８“が挿入されている。

相関的な走行時間測定または速度測定において公知であ
るように、相関器６０は、次のようにして２つの信号Ｓ
ＸおよびＳｙの相互相関関数を形成する。すなわち相関
器は信号Ｓ　の瞬時値を、可変の推移時間だけ遅延され
た、信号８ｘの瞬時値と乗算しかつ所定の観察時間わた
ってその積の平均値を形成する。ずれ時間のおのおのの
値妃対して相互相関関数の支持値が得られる。図示の用
途において相互相関関数は、センサ１０′からセンサ１
０“への媒体の走行時間に等しい所定の推移時間におい
て最大値を有する。このことは、誘電体の空間的な不均
質性が２つのセンナの通過走行の際出力信号に変動を生
せしめることに基いているが、その変動はある類似性を
有している。２つのセンサ１０′および１０“の間隔り
は精確にわかっているので、求めら」１．た走行時間か
ら媒体の流」］の床度を容易に計算することができる。

センサ電極および遮へい外とうは同じ電位に保持される
ので、遮へい外とう１２は、ケルビンによって提唱され
、た、漂遊容量の影響を排除しかつ縁効果による電界歪
を回避するゝゝガード”電極の周知の機能を果たす。し
かし通例コンデンサ電極との間に生じる電圧が変動し、
したがってゝゞガード“電位はコンデンサ電極の電位に
追従制御されなければならないので、既述の装置は、一
方における発信器電極および他方１でおけるセンサおよ
び“ガード”電極゛はそれぞれ固定の電位に接続されて
いるという特殊性を有する。これは、誘電体の不均質性
の検出は容量センサの電極電圧の測定ではなくて、セン
サ電極に惹起される変位電流の測定に基いているので、
可能である。

１ガード“電Ｊｉｆｊ方式の使用により殊に、容量セン
サにおける電界の均質性を失なわずに、測定方向におけ
るセンサ電極の寸法を縮少することが可能１Ｃなる。こ
れにより２つのセンサ電極によって差回路において形成
されたローカル周波数フィルタのローカル周波数特性が
影響を受ける。

発信器電極１６’、１６“ば、蓮へい外とつ５２とは異
なった電位に、接続されているので、勿論社のおのの発
信器電極と遮へい外とうとの間の境界における電界の縁
歪みが生じる。この電界歪みが測定結果（・こ影響を及
ぼすのを排除するために、測定方向においては（導管の
軸線に対して平行に）発信器電極の大きな寸法は維持さ
れる。これにより、センサ電極の領域および殊にセンサ
電極間のギャップの領域における電界の均質性は発信器
電極における縁歪みによって妨げられないように保証さ
れる。

第４図は、同時に、共通の発信器電極に２つ以−にのセ
ンサ電極が対応配設されている、相関速度測定装置の変
形実施例を示す。

容量センサ７０を用いて流れの速度を測定すべきである
媒体は、誘電体から成る導管７２を通って搬送される。

この管の周面には少なくとも容量センサ７０の領域にお
いて、切欠き７５および７６を備えている遮へい外とう
７７が被せられている。切欠き７５には、電圧源８０に
接続されている発信器電極７８が配設されている。切欠
き７６において６つのセンサ電極８２゜８４．８６が測
定方向において（導管軸線に対して平行に）、それらの
間にそれぞれ狭いギャップ８３ないし８５が生じるよう
に、配設されている。電極および切欠きの寸法は、第６
図に基いて説明した規則ＩＣ相応する。測定方向におけ
る発信器電極７８の寸法は、６つのセンサ電極８２．８
４．８６が占める領域の拡がりより著しく大きい。切欠
き７５および７６は、電極と遮へい外とうとの間のギャ
ップが非常に狭くなるように設計されている。

センサ電極８２．８４．８６は、既述の実施例における
センサ電極と同様に接続形成さオ］、ている。すなわち
センサ電極８２は、演算増幅器８８の反転入力側に接続
されており、演算増幅器の帰還回路にコンデンサ８９が
設けられ、ている。センサ電極８４は、帰還回路にコン
デンサ９１が設けられている演算増幅器９０の反転入力
側に接続されており、かつセンサ電極８６は、帰還路に
コンデンサ９３が設けられている演算増幅器９２の反転
入力側に接続されている。３つの演算増幅ｐ％８８，８
９．９２の非反転入力側並びに遮へい外とう７２は、同
じ電位に、この実施例においてはアース電位に接続され
ている。演算増幅器の帰還路において場合に応じてコン
デンサに並列に抵抗を設けることができるが、第４図に
は簡単にするために図示されていない。

差回路９４の２つの入力側は、演算増幅器８８および８
９の出力側に、演算増幅器９０の出力信号が演算増幅器
８８の出力信号から引算されるように、接続されている
。差回路９６の２つの入力側は、演算増幅器９０および
９２の出力側に、演算増幅器９２の出力側が演算増幅器
９０の出力信号から引算されるように、接続されている
。２つの差回路９４．９６の出力信号は、相関器９８の
２つの入力側に、相関すべき信号ＳＸないしＳｙとして
供給される。差回路と相関器との間に場合により挿入さ
れている信号処理回路は、第４図では簡単化のために省
略されている。

演算増幅器８８，９０．９２の出力電圧を、先の表記に
相応してＵ８８，９０．Ｕ９２によって表わすと、差回
路９４．９６の出力信号に対して次の式が成立つ： Ｘ　　　８８　　９０ ｙ　　　９０　　９２ すなわち第４図の６つのセンサ電極は、真中のセンサ電
極が共通している２つの対を成している。このようにし
て３つのセンサ電極によって得られる信号は、相関に対
して基本的に、４つのセンサ電極を有する第３図の装置
と同じ特性を有するが、こ又では走行時間ないし速度測
定に対する基準となる間隔りが、ギャップ８３および８
５それぞれの中心間間隔であるという点で相異している
。この場合の間隔は、第６図の装置における２つの容量
センサ１０’、１０“それぞれの中心間間隔りより著し
く小さい。測定区間の縮小は、信号相関のためには有利
である。

というのは、２つの測定個所における誘電体の不均質性
の一致が成立つ可能性は、走行時間が長くなるにしたが
ってますます僅かになるからである。したがって第４図
の装置によって得られる、相互相関関数の最大値は第３
図の装置における場合よりも極めて顕著に現われる。さ
らに第４図の実施例は測定装置内における所要スペース
が著しく低減されるという点でも極めて有利である。さ
らに電極構成は一層簡単であり、回路コストも僅かにな
る。

第４図に基いて説明した構成は、３つのセンサ電極の群
がそれぞれ２つの対を形成し、２つの対が真中のセンサ
電極を共用するようにして、２つ以上のセンサ電極を有
するセンサ装置に拡張される。

さらに第６図および第４図の装置においてゝガード“方
式にしたがって作用する遮へい電極の付加的な使用によ
り可能になる測定装置におけるセンサ電極の拡がりの低
減１Ｃより、センサ電極によって形成されるローカル周
波数特性が周波数範囲の一層高い周波数への拡大によっ
て有利に影響されるという利点が生じるが、同時に次の
理由により感度が低減される。つまりそれはおのおのの
センサ電極の有効な測定体積（ゝゝアパーチャ“）が相
応に小さくなるからである。この欠点は、おのおののセ
ンサ電極を、電気的１（相互に接続されている部分電極
に分割Ｌ、かつ２つ（またはそれ以上の複数の）センサ
電極の部分電極を交錯接、７して配設することによって
取り除くことは周知である。その際感度を表わす基準と
なる、おのおののセンサ電極のアパーチャは、部分電極
のアパーチャの和に相応し、一方ローカル周波数特性に
対しては部分電極の寸法が基準となる。この原理は、こ
匁で説明しているセンサ装置においても使用され、その
際仮想的に同じ電位に保持されるセンサ電極並びに同じ
く同じ電位に保持される遮へい電極のすべての利点は依
然として維持される。

第５図は、誘電体から成る導管１０２Ｖｃ配設されてお
りかつ分割されているセンサ電極によって構成されてい
る容量センサ１００を有スル実施例を示している。この
場合も導管１０２の外周面は、少なくとも容量センサ１
００が占めている領域において、切欠き１０５および１
０６を備えている遮へい外とう１０４によって取り囲ま
れている。切欠き１０５には、電圧源１１０に接続され
ている発信器電極１０８が配置されている。切欠き１０
６には２つのセンサ電極１１２，１１４が配置されてい
る。センサ電極１１２は４つの部分電極１１２ａ。

１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄＶｃ分割されており、か
つセンサ電極１１４は、４つの部分電極１．１４ａ、１
１４ｂ、１１４Ｃ’、１１１に分割されている。これら
部分電極は、測定方向において（導管１０２の軸線１Ｃ
対して平行＋Ｃ）　一方のセンサ電極の部分電極が他方
のセンサ電極の部分電極が規則的に交互に現われるよう
に交錯接続されて配置されている。連続する部分電極間
に狭いギャップ１１５が生じる。

センサ電極１１２の４つの部分電極Ｔ　１２　ａ。

１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄは、電気的に相互接続さ
れておりかつ、帰還路にコンデンサ１１７が設けられて
いる演算増幅器１１６の反転入力側に接続されている。

同様センサ電極１１４の４つの部分電極１１４’ａ、　
　１１４ｂ。

１１４ｃ、１１４ｄは相互に接続されておりかつ帰還路
にコンデンサ１１９が設けられている演算増幅器１１８
の反転入力側に接続されている。２つの演算増幅器１１
６，１１８の非反転入力側並びに遮へい外とう１０４は
、同じ電位に、図示の実施例ではアース電位に接続され
ている。演算増幅器１１６および１１８の出力側は、差
回路１２０の２つの入力側に接続されている。

第５図の装置は、交錯接続さ旧、−（いる部分電極に分
割されているセンサ電極を有する容量センサの利点を、
電圧源に関して仮想上同じ電位に保持されるセンサ電極
の利点と結びつけている。センサ電極の分割および交錯
接続は勿論、２つ以上のセンサ電極を有するセンサ装置
、例えば第４図に図示の形式の３つのセンサ電極を有す
るセンサ装置にも使用することができる。

第５図の装置におけるように、おのおののセンサ電極の
部分電極を規則的に配設する代わりに、それら部分電極
を所望のローカル周波数特性を得るために、前以って決
められたコーディングに応じて配設することもできる。

このような例は、第６図および第７図１・ζ図示されて
いる。

第６図に図示の容量センサ１３０は、少なくとも容量セ
ンサの頭切において遮へい外トう１３４を支持している
、誘電体性の導管１３２の外周面に取り付けら」ｔでい
る。遮へい外とうの切欠き１３５において、電圧源１４
０に接続されている発信器電極１３８が配設されている
。

発信器電極１３８に、それぞれ部分電極に分割さＪｌ、
ている２つのセンサ電極１４２および１４４が対向して
いる。おのおののセンサ電極の部分電極は、空間的なコ
ーディングに応じて、所定の部分電極間に、欠けてし・
る部分電極に相応する隙間が生じるように、配置されて
いる。

すなわちセンサ電＠１４２において部分電極１４２ａと
１４２ｂとの間にコードギャップがあり、かつ部分電極
１４２ｂと１４２ｃとの間に別のコードギャップ１４３
ｂが存在し、一方部分７ｎ極１４２ｃおよび１４２ｄは
直接連続して並んでいる。センーリー電極１４４は同じ
やり方で構成されている。この電極は部分電極１４４ａ
と１４４ｂとの間にコードギャップ１４５ａを有１−１
部分電１狙１４４ｂと１４４０との間の別のコードギャ
ップ１４５ａを有している。

おのおのの部分電極に２進値゛″′１　“を対応させか
つおのおののコードギャップに２進値ゝ０“を対応させ
ると、第６図の２つのセンサ電極１４２および１４４の
そ牙１．ぞ牙１．は明らかに２進コード１０１０１１に
１−たがってコーディングさ」ｔでいる。

遮へい外とう１３４は、切欠き１３６　ａ。

１３６ｂ、１３６ｃ、１３６ａおよび１３６ｅを有し、
これら切欠きにおいてそれぞれ、存在する部分電極は狭
いギャップを形成している。

これに対してコードギャップは、遮へい外とう１３４０
部分によって充たされている。これによって、５ガード
“効果は、コードギャップにおいても成立ち、したがっ
てセンサ電極の領域における既述の電界歪みが回避さね
、る。

センサ電極１４２の部分電極１４２ａ。

１４２ｂ、１４２Ｃ，１４２ｄば、相互接続されており
かつ、帰還路にコンデンサ１４７を有する演算増幅器１
４６０反転入力側に接続さ」１゜ている。同様にセンサ
電極１４４の部分電極１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、
１４４ｄは相互接続されておりかつ、帰還路にコンデン
サ１４９を有する演算増幅器１４８の反転入力側に接続
されている。２つの演算増幅器１４６および１４８の非
反転入力側並びに遮へい外とう１３４は了−ス接続され
ている。演算増幅器１４６および１４８の出力側は、差
回路１５０の２つの入力側に接続されている。

第６図の実施例において、容量センサば、所望のコーデ
ィングの９桁数“に応じて、測定方向において著しい長
さになることがある。この拡がりは、所望のコーディン
グがこのことを許す場合には、部分電極の部分的または
完全な交錯接続によって低減される。この場合、確かに
仮想」二連へい電極と同じ電位に保持される、一方のセ
ンサ電極の交錯接続された部分電極が、他方のセンサ電
極に対してコードギャップを表わすことに注目される。

すなわち交錯接続は、２つのセンサ電極の部分電極がそ
れぞれ、他方のセンサ電極のコードギャップに収容する
ことができるときにだけ可能である。

第７図は、第６図の実施例に相応するコーディングされ
た容量センサの別の実施例であり、こ＼では部分電極は
部分的に交錯接続さり、ている。繰返しを回避するため
に、第７図の装置の構成部分は、第６図の相応の構成部
分の参照番号に１００足した参照番号によって示さ、１
１７ている。

図かられかるように、部分電極２４２ｃおよび２４２ｄ
はセンサ電極２４４のコードギャップ内にあり、かつ部
分電極２４４ａおよび２４４ｂはセンサ電極２４２のコ
ードギャップ内にある。その他のコードギャップはこべ
でも遮へい外とう２３４の部分によって充ださ＋１□で
いる。

したがって２進値の既述のような対応によって、２つの
センサ電極に対して次のコーディングが生じる。

センサ電極２４２：１０１００１０１ センサ電極２４４：１１０００１０１ 容量センサをどのように縮少できたかは、第７図から直
接わかる。２つのコーディングはそれぞｆｌ、　８つの
コード要素から成っているので、第６図の実施例にした
がって２つのセンサ電極を別個に配置すれば１６個の部
分電極の長さをとることになる。この長さは、第７図の
実施例においては、１１個の部分電極に低減されている
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により誘電体における空間的な不均質
性を検出するための装置における容量センサおよび接続
されている電子回路の基本原理を示す図であり、第２図
は第１図の装置の機能を説明するための線図であり、第
６図は、第１図に図示の形式の２つの容量センサを用い
た相関走行時間測定または速度測定装置のブロック回路
図であり、第４図は３つの電極を有する容量センサを使
用している、相関走行時間測定または速度測定装置の別
の実施例のブロック回路図であり、第５図はセンサ電極
が交錯接続されている部分電極に分割されている、本発
明の装置の容量センサの別の実施例のブロック回路図で
あり、第６図は、センサ電極が前以って決められたコー
ディングに応じて配置されている部分電極に分割されて
いる、本発明の装置の変形実施例を示すブロック回路図
、第７図は、コーディングされた配置された部分電極が
部分的に交錯接続されている、第６図の装置の別の変形
実施例のブロック回路図を示す。 １０．１０’、１０“、７０，１３０．２３０・・・容
量センサ、１２，８０，１４０．２４０・・・電圧源、
１４・・・電子回路、１６．１６’、１６“、７８゜１
０８．１３８．２３８・・・発信器電極、１８゜１８’
、１８“、　　２０．　２０’、　　２０“、８２．８
４゜８６．１４２，１４４，２４２，２４４・・・セン
サ電極、２２・・・誘電体、２６．　２６’、　　２６
“。 ８３．８５・・・ギャップ、３０．３０’、３０“。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電圧源によって給電される共通な発信器電極に、少
   なくとも１対のセンサ電極が対応して設けられており、
   かつ該センサ電極に、電子回路が接続されており、該電
   子回路は、前記センサ電極に惹起される変位電流の差に
   相応する出力信号を発生し、かつ前記センサ電極をいづ
   れの時点においても給電電圧に関して同じ電位に保持す
   ることを特徴とする誘電体における空間的な不均質性の
   検出装置。 ２、隣接するセンサ電極の間にギャップが存在し、該ギ
   ャップの幅は、発信器電極の寸法および発信器電極とセ
   ンサ電極との間の実効間隔より小さい特許請求の範囲第
   １項記載の誘電体における空間的な不均質性の検出装置
   。 ３、センサ電極は、遮へい電極の切欠きに配設されてお
   り、かつ遮へい電極およびセンサ電極は、給電電圧に関
   して同じ電位に保持される特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の誘電体における空間的な不均質性の検出装
   置。 ４、おのおののセンサ電極と遮へい電極との間に、発信
   器電極の寸法および発信器電極とセンサ電極との間の実
   効間隔より小さい幅を有するギャップが存在する特許請
   求の範囲第３項記載の誘電体における空間的な不均質性
   の検出装置。 ５、センサ電極の２つの隣接する対に、真中のセンサ電
   極が共通している特許請求の範囲第１項から第４項まで
   のいづれか１項記載の誘電体における空間的な不均質性
   の検出装置。 ６、おのおののセンサ電極は、複数の部分電極に分割さ
   れている特許請求の範囲第１項から第５項までのいづれ
   か１項記載の誘電体における空間的な不均質性の検出装
   置。 ７、複数の隣接するセンサ電極の部分電極は、交錯接続
   されている特許請求の範囲第６項記載の誘電体における
   空間的な不均質性の検出装置。 ８、おのおののセンサ電極の部分電極は、コードギャッ
   プを挿入した前以って決められたコーディングにしたが
   って配設されており、かつおのおののコードギャップに
   、電圧源に関してセンサ電極と同じ電位に保持されてい
   る電極が配設されている特許請求の範囲第６項記載の誘
   電体における空間的な不均質性の検出装置。 ９、一方のセンサ電極のコードギャップに配設されてい
   る電極は、他方のセンサ電極の部分電極である特許請求
   の範囲第８項記載の誘電体における空間的な不均質性の
   検出装置。 １０、センサ電極のコードギャップに配設されている電
   極は、遮へい電極の部分である特許請求の範囲第８項ま
   たは第９項記載の誘電体における空間的な不均質性の検
   出装置。 １１、おのおののセンサ電極は、演算増幅器の反転入力
   側に接続されており、該演算増幅器の非反転入力側は、
   センサ電極が電圧源に関して保持されるべきである電位
   に接続されている特許請求の範囲第１項から第１０項ま
   でのいづれか１項記載の誘電体における空間的な不均質
   性の検出装置。 １２、２対のセンサ電極の出力信号の差の形成によって
   得られる差信号は、相関すべき信号として相関器に供給
   される特許請求の範囲第１項から第１１項までのいづれ
   か１項記載の誘電体における空間的な不均質性の検出装
   置。