JPWO2017086214A1

JPWO2017086214A1 - センサ装置

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Publication number: JPWO2017086214A1
Application number: JP2017551832A
Authority: JP
Inventors: 伸幸向井; 武田　稔; 稔武田
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2036-11-08
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Abstract

センサ装置は、第１検出素子４１、第２検出素子４２及びコントローラを備える。第１検出素子４１及び第２検出素子４２は、流体の同一の特性を検出する。コントローラは、第１検出素子４１及び第２検出素子４２に接続され、第１検出素子４１の検出結果及び第２検出素子４２の検出結果を受信する。これらの第１検出素子の検出結果及び第２検出素子の検出結果に基づいて、ロバスト性及び信頼性の高い計測が行われる。

Description

本発明はセンサ装置に関し、例えば流体の含有水分量などの特性を検出するセンサ装置に関する。

流体の特性を検出するセンサ装置として、所定の測定部位にセットされて流体の特性を検出する装置、管路やタンク等の被装着体に装着されて当該被装着体内を流れる流体の特性を検出する固定式の装置、及び被装着体に挿入され当該被装着体内を流れる流体の特性を検出する携帯式の装置、等が知られている。

例えば特許文献１は、気体中の水溶性物質の含量を計測するためのデュアルガスセンサ装置を開示する。このデュアルガスセンサ装置は第１センサ及び第２センサを備える。第１センサは、通常の容量式湿度センサによって構成され、相対湿度を計測する。一方、第２センサは、触媒作用を利用した湿度センサによって構成され、触媒としてＨ_２Ｏ_２（過酸化水素）をＯ_２（酸素）とＨ_２Ｏ（水）に分解するＰｔ（白金）触媒を具備する。第１センサは過酸化水素と水との混合体の相対湿度を計測するのに使われ、第２センサは部分的な水の蒸気圧を計測するのに使われ、第１センサの検出値と第２センサの検出値との差分はＨ_２Ｏ_２の蒸気濃度を示す。

国際公開第２０１４／１９１６１９号

上述のように特許文献１に記載のデュアルガスセンサ装置は、相互に構成が異なる第１センサ及び第２センサを組み合わせて使用することで、Ｈ_２Ｏ_２の蒸気濃度を取得することができる。

このように複数の異種センサを組み合わせて計測を行うことで、様々な種類の特性を計測することができるが、計測に関するロバスト性や信頼性を高いレベルで維持することは必ずしも容易ではない。特に、測定対象の流体（気体、液体、又はゾル等）が気泡やゴミなどの異物を含むケースでは、複数のセンサのうちのいずれかのセンサの測定部に異物が接触することで測定を邪魔して適正な計測結果を得られない場合もある。

またセンサが故障して間違った計測結果がセンサから出力される場合であっても、その出力結果からセンサの故障の有無を必ずしも把握することができない。したがって予期しない計測結果が得られた場合に、その計測結果が測定対象の特性に由来するのかセンサの故障に由来するのかを適切に判断することが難しい。

また複数の異種センサを組み合わせて計測を行う場合に、１つでもセンサが故障等の不具合を起こしてしまうと、その不具合を起こしたセンサが受け持つ流体の特性を計測することができず、センサの交換等の作業が即座に必要になってしまうことがあり不便である。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、計測に関して優れたロバスト性及び信頼性を有するセンサ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、第１検出素子及び第２検出素子と、第１検出素子及び第２検出素子に接続され、第１検出素子の検出結果及び第２検出素子の検出結果を受信するコントローラと、を備え、第１検出素子及び第２検出素子は同一の特性を検出するセンサ装置に関する。

本態様によれば、同一の特性を検出する第１検出素子及び第２検出素子が設けられるので、第１検出素子の検出結果及び第２検出素子の検出結果に基づいてロバスト性及び信頼性の高い計測を行うことができる。例えば第１検出素子及び第２検出素子のいずれか一方に故障等の不具合が生じても、他方を使って測定対象の特性の計測を続行することが可能である。また第１検出素子の検出結果及び第２検出素子の検出結果から導き出される平均値等の値を計測値として使用することで、各検出素子固有の検出特性のばらつきの影響を低減することができる。

第１検出素子及び第２検出素子は同一の構成を有してもよい。

本態様によれば、同一構成の第１検出素子及び第２検出素子によって同一の特性を検出するため、より効果的に、計測に関するロバスト性及び信頼性を向上させることができる。

第１検出素子と第２検出素子とは一体的に構成されてもよい。

本態様によれば、一体的に構成される第１検出素子及び第２検出素子によって測定対象の特性を近傍箇所で計測することができ、測定箇所の違いによる特性のばらつきの影響を低減することができる。

第１検出素子及び第２検出素子は流体の特性を検出してもよい。

本態様によれば、液体やゾルなどの液状体や気体の特性を計測することができる。

センサ装置は、第１検出素子と第２検出素子との間における流体の流れをコントロールする整流板を更に備えてもよい。

本態様によれば、整流板によって流体の流れがコントロールされるので、よどみ等の流体の意図しない挙動を効果的に防ぐことができ、第１検出素子と第２検出素子との間における検出結果のばらつきを低減することができる。

整流板は、第１検出素子と第２検出素子との間に設けられてもよい。

本態様によれば、第１検出素子と第２検出素子との間に設けられる整流板によって、流体の流れを効果的にコントロールすることができる。

整流板は、相互に対向する第１面及び第２面を有し、第１検出素子は第１面に取り付けられ、第２検出素子は第２面に取り付けられてもよい。

本態様によれば、整流板を簡単且つ効果的に配置することができる。

コントローラは、第１検出素子の検出結果及び第２検出素子の検出結果を解析する解析部を有してもよい。

解析部は、第１検出素子の検出結果及び第２検出素子の検出結果に基づいて、特性を示す特性値を算出してもよい。

本態様によれば、信頼性の高い特性値を得ることができる。

解析部は、第１検出素子の検出結果及び第２検出素子の検出結果に基づいて、第１検出素子及び第２検出素子の検出の信頼性を評価してもよい。

本態様によれば、第１検出素子の検出結果と第２検出素子の検出結果との間のばらつきに応じて、第１検出素子及び第２検出素子の検出の信頼性を評価することができる。

コントローラは、第１検出素子及び第２検出素子を制御する素子制御部を更に有し、素子制御部は、解析部に接続され、第１検出素子及び第２検出素子の各々から特性の検出結果を受信して解析部に検出信号を送信してもよい。

解析部と素子制御部とは別体として設けられてもよい。

本態様によれば、別体として設けられる解析部及び素子制御部のうちの一方に故障等の不具合が生じた場合であっても、他方にその不具合の影響が及び難い。したがって、解析部及び素子制御部のうちの一方に不具合が生じても、不具合が生じた一方のみを交換又は修理すればよく、他方を交換等することなく継続して使用しうる。

第１検出素子及び第２検出素子は水分センサであってもよい。

本態様によれば、測定対象に含まれる水分量を計測することができる。

本発明によれば、同一の特性を検出する第１検出素子及び第２検出素子が設けられ、第１検出素子の検出結果及び第２検出素子の検出結果に基づいてロバスト性及び信頼性の高い計測を行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ装置を一方の側面側から見た斜視図である。図２は、図１に示すセンサ装置の平面図であり、ハウジングとカバーとが分離した状態を示す。図３Ａは、第２導入孔の配置例を示すカバーの平面図である。図３Ｂは、第２導入孔の他の配置例を示すカバーの平面図である。図３Ｃは、第２導入孔の他の配置例を示すカバーの平面図である。図４は、図１に示すセンサ装置を他方の側面側から見た斜視図である。図５は、被装着体に対するセンサ装置の取り付け状態の一例を示す図である。図６は、検出素子の一例を示す側面図である。図７は、図６に示す検出素子の斜視図である。図８は、第１検出素子の平面図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。図１０は、コントローラの外観例を示す平面図である。図１１は、コントローラの機能構成の一例を示すブロック図である。図１２は、第１検出素子及び第２検出素子の検出結果を示す検出値（縦軸）と検出経過時間（横軸）との関係の一例を示す図である。図１３は、検出素子の他の例を示す側面図である。

図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、縮尺及び縦横の寸法比等を実物のそれらから適宜変更し誇張してある。

以下の実施形態では、主として油などの流体に含まれる水分量を検出するセンサ装置であって、管路やタンクなどの被装着体に装着されて使用されるセンサ装置に本発明を適用するケースについて例示する。したがって、下記の実施形態に係るセンサ装置は、管路を流れる機械用潤滑油、作動油、鉱物油、或いは絶縁油等の油やタンクに貯留される油に含まれる水分量の検出に好ましく使用可能であり、例えば油圧機器において用いられる油を測定対象としうる。なおセンサ装置は、油以外の流体を測定対象としてもよく、また水分量以外の特性を計測してもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ装置１０を一方の側面側から見た斜視図である。センサ装置１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１に対して着脱自在に装着されるカバー１２とを備える。ハウジング１１は大径部１３及び小径部１４を有し、大径部１３と小径部１４とは、ナット等の締結部１５を介して相互に固定されている。

ハウジング１１に対してカバー１２を装着すると、カバー１２の内側には、小径部１４の先端に設けられた検出素子２０が配置される。カバー１２は、測定対象の流体に対して耐食性を有する金属等の部材から形成され、筒形状（図１に示す例では円筒状）を有する。カバー１２のうち軸方向に沿った一方の端部には側壁部２２が設けられ、側壁部２２から筒状の周壁部２５が延在し、他方の端部は開口している。側壁部２２には第１導入孔２４が貫通形成され、周壁部２５には第２導入孔２６が貫通形成されている。第１導入孔２４及び第２導入孔２６は、カバー１２の内側と外側との間で測定対象の流体を導入及び導出するための貫通孔である。第１導入孔２４及び第２導入孔２６の具体的な形状や数は特に限定されない。本実施形態では、１つの円形状の第１導入孔２４が側壁部２２の中央部に形成され、複数の円形状の第２導入孔２６が周壁部２５に形成され、これらの第１導入孔２４及び第２導入孔２６は相互に同じ形状及び内径Ｄ（図２参照）を有する。第１導入孔２４及び第２導入孔２６の内径Ｄは、検出素子２０の大きさよりも小さいことが好ましい。この場合、使用環境等の意図しない要因によって検出素子２０がセンサ装置１０から外れても、カバー１２がストッパーとして機能してカバー１２の外側へ検出素子２０が脱落することはないため、検出素子２０の紛失を防ぐことができる。

図２は、図１に示すセンサ装置１０の平面図であり、ハウジング１１とカバー１２とが分離した状態を示す。ハウジング１１の小径部１４は第１螺合部１６及び第２螺合部１７を有し、第１螺合部１６及び第２螺合部１７の各々には雄螺子が形成されている。第２螺合部１７の先端からはピン２１が突出して設けられ、第２螺合部１７側に設けられる部材とピン２１とははんだ付け等によって強固に固定されている。本実施形態では、ピン２１の一方の先端には当該ピン２１と電気的に接続する検出素子２０が設けられ、ピン２１の他方の先端には当該ピン２１と電気的に接続する後述のコントローラが設けられる。

検出素子２０は、流体の特性を検出する第１検出素子４１及び第２検出素子４２を具備し、第１導入孔２４及び第２導入孔２６を介してカバー１２内に流入する流体の特性を検出する。検出素子２０（第１検出素子４１及び第２検出素子４２）の具体的な構成及び作用については後述する。

カバー１２の開口端２３側の内周面にはカバー螺合部２７が形成され、カバー螺合部２７には、小径部１４の第２螺合部１７の雄螺子に対応する雌螺子が形成されている。カバー螺合部２７が第２螺合部１７と螺合することで、カバー１２は、内側に検出素子２０を収容した状態でハウジング１１の小径部１４に装着される。

複数の第２導入孔２６は、カバー１２の周壁部２５のうち軸方向に関して幅を持った領域Ｚ１において、分散的に設けられる。この領域Ｚ１は、カバー１２の軸方向に関し、開口端２３に最も近い第２導入孔２６から側壁部２２に最も近い第２導入孔２６までの領域となる。第２導入孔２６が形成されるこの領域Ｚ１は、カバー１２がハウジング１１に装着された状態で、カバー１２の軸方向に関して検出素子２０の配置位置を含み、第２導入孔２６の少なくとも一部が検出素子２０と対向する。したがって、第２導入孔２６を介してカバー１２の内側に流入した流体は、検出素子２０に到達しやすい。

なお、複数の第２導入孔２６の配置態様は特に限定されず、様々な観点に基づいて第２導入孔２６の配置位置を決めることができる。典型的には、筒形状のカバー１２（周壁部２５）において検出素子２０を取り囲むように円周方向へ等間隔に複数の第２導入孔２６を設けることができ、カバー１２の軸方向に関してほぼ等位置に配置される複数の第２導入孔２６によって、検出素子２０を取り囲む方向（すなわち円周方向）に延在する複数の列（図１及び図２に示す例では２列）或いは単数の列（すなわち１列）が形成されてもよい。また図１及び図２に示す例において、検出素子２０を取り囲む方向に関して隣り合って配置される第２導入孔２６同士は、カバー１２の軸方向に関してほぼ等位置に配置されているが、カバー１２の軸方向に関して異なる位置に配置されてもよい。図３Ａ〜図３Ｃは、第２導入孔２６の配置例を示すカバー１２の平面図である。図３Ａ〜図３Ｃに示すように検出素子２０を取り囲む方向に関して隣り合って配置される第２導入孔２６同士はカバー１２の軸方向に関して異なる位置に配置されてもよく、検出素子２０を取り囲む方向に関して所定個数おきに（図３Ａ及び図３Ｂに示す例では１個おきに、また図３Ｃに示す例では３個おきに）カバー１２の軸方向に関してほぼ等位置に配置されてもよい。また、カバー１２の軸方向に配置される第２導入孔２６の個数は、検出素子２０を取り囲む方向に関して必ずしも一定である必要は無く、図３Ｂに示す例では「カバー１２の軸方向に１個の第２導入孔２６が配置される態様」と「カバー１２の軸方向に２個の第２導入孔２６が配置される態様」とが検出素子２０を取り囲む方向に関して繰り返される。このように第２導入孔２６の配置を工夫することによって、例えば検出対象の流体をスムーズに流すことも可能である。

図４は、図１に示すセンサ装置１０を他方の側面側から見た斜視図である。ハウジング１１の大径部１３の端面のうち小径部１４と反対側の端面１８ａには、接続部１８及び報知部１９が設けられる。

接続部１８には電力供給線及び信号線が配設され、これらの電力供給線及び信号線はハウジング１１に収容されるコントローラに接続される。電力供給線には外部に設けられた電源が接続され、その電源からもたらされる電力が電力供給線を介してコントローラに供給される。信号線には外部に設けられる出力装置等の外部機器類が接続され、検出素子２０の検出結果から導き出される流体中の水分量の検出信号がコントローラから外部機器類に送信される。

報知部１９は、ユーザに報知可能な任意のデバイスを具備し、本実施形態では３つのランプ（第１ランプ１９ａ、第２ランプ１９ｂ及び第３ランプ１９ｃ）を具備する。第１ランプ１９ａ、第２ランプ１９ｂ及び第３ランプ１９ｃの各々は、ハウジング１１に収容されるコントローラによって点灯態様が制御される。第１ランプ１９ａ、第２ランプ１９ｂ及び第３ランプ１９ｃの点灯態様は特に限定されず、例えば点灯時に相互に同じ色の光を出射するものであってもよいし、相互に異なる色の光を出射するものであってもよいし、点灯方式（例えば点滅方式）が相互に異なっていてもよい。

コントローラは、検出素子２０の検出結果に基づいて報知部１９を制御することができ、検出素子２０の検出結果から導き出される流体の含有水分量を判定し、当該判定結果に応じて報知部１９の点灯態様を変えてもよい。コントローラは、例えば、測定対象の流体に含有される水分量が予め設定された低い範囲内にあると判定される場合には第１ランプ１９ａを点灯させ、流体に含有される水分量が予め設定された中程度の範囲内にあると判定される場合には第２ランプ１９ｂを点灯させ、流体に含有される水分量が予め設定された高い範囲内にあると判定される場合には第３ランプ１９ｃを点灯させてもよい。このように検出素子２０によって検出される流体中の水分量に応じて報知部１９の点灯態様を変えることで、報知部１９は流体中のおおよその水分量をユーザに報知することができる。なお検出素子２０により検出される流体中の水分量の具体的な実測値のデータは、コントローラから信号線を介して外部機器類に送信され、当該外部機器類においてユーザはその実測値を確認することが可能である。また報知部１９は、流体中の水分量以外の状態等をユーザに報知することも可能であり、例えばセンサ装置１０自体（例えば検出素子２０）に異常が発生した場合には第１ランプ１９ａ、第２ランプ１９ｂ及び第３ランプ１９ｃのすべてを点灯すること等によってユーザにその異常を報知することもできる。

図５は、被装着体１００に対するセンサ装置１０の取り付け状態の一例を示す図である。被装着体１００の管路やタンク等の壁部には、センサ装置１０を装着するための挿通孔１０１が形成されている。挿通孔１０１の内周面には、センサ装置１０の第１螺合部１６に形成される雄螺子に対応する雌螺子が形成されている。カバー１２が設けられるセンサ装置１０の先端部を、挿通孔１０１を介して被装着体１００の内側に差し込んで、センサ装置１０の第１螺合部１６と挿通孔１０１とを螺合することにより、センサ装置１０を被装着体１００に装着することができる。

被装着体１００にセンサ装置１０が装着されると、カバー１２により覆われる検出素子２０が被装着体１００の内側に配置され、被装着体１００の内側に存在する流体１０２の含有水分量を検出素子２０によって検出することができる。なお、流体１０２が流動することによって含有水分量も均一化されるため、検出素子２０による含有水分量の検出は、通常は、被装着体１００の内側において測定対象の流体１０２が流動している状態で行われることが好ましい。ただし、検出処理前に流体１０２の含有水分量が十分に均一化されている場合や、含有水分量が偏った状態の流体１０２を測定対象とするケースのように含有水分量の均一化が不要の場合には、検出の際に流体１０２を流動させる必要はない。

流体１０２は、第１導入孔２４及び第２導入孔２６を介してカバー１２内に流入し、検出素子２０に接触する。検出素子２０は、水分子の吸着量に応じた電気信号をハウジング１１に収容されるコントローラに出力する。コントローラは、検出素子２０からの電気信号に基づいて流体１０２の含有水分量を取得し、その含有水分量を示す検出信号を、信号線を介して外部機器類に送信する。またコントローラは、検出素子２０によって検出される流体１０２の含有水分量に応じて報知部１９（第１ランプ１９ａ、第２ランプ１９ｂ及び第３ランプ１９ｃ）を点灯させて、流体１０２の含有水分量のレベルをユーザに報知する。

次に、検出素子２０の具体例について説明する。

図６は、検出素子２０の一例を示す側面図である。図７は、図６に示す検出素子２０の斜視図である。本例の検出素子２０は、平板状の第１検出素子４１及び第２検出素子４２と、第１検出素子４１と第２検出素子４２との間に設けられる整流板４５とを具備する。

本実施形態の第１検出素子４１及び第２検出素子４２は、同一の構成を有し、同一の特性を検出し、流体中の水分量を検出する水分センサが第１検出素子４１及び第２検出素子４２として用いられる。整流板４５は相互に対応する第１面４６及び第２面４７を有し、第１検出素子４１は第１面４６に取り付けられ、第２検出素子４２は第２面４７に取り付けられる。なお、第１検出素子４１及び第２検出素子４２と整流板４５との間における異物の侵入を防ぐ観点からは、第１検出素子４１及び第２検出素子４２の各々は整流板４５（第１面４６及び第２面４７）に対して隙間なく密着して設けられることが好ましい。

このようにして第１検出素子４１と第２検出素子４２とは整流板４５を介して一体的に構成され、整流板４５は第１検出素子４１と第２検出素子４２との間における流体１０２の流れをコントロールする。例えば流体１０２に気泡やゴミなどの異物が含まれている場合、その異物が第１検出素子４１及び第２検出素子４２に接触した状態では、第１検出素子４１及び第２検出素子４２は適切な検出を行うことができない場合がある。特に、第１検出素子４１と第２検出素子４２の間隔が比較的狭い場合に第１検出素子４１と第２検出素子４２との間に異物が侵入すると、第１検出素子４１と第２検出素子４２との間で異物がとどまってしまい、第１検出素子４１及び第２検出素子４２によって検出を適切に行うことができない状態が続くことがある。したがって、本実施形態のように第１検出素子４１と第２検出素子４２との間に設けられる整流板４５によって流体１０２の流れをコントロールすることで、気泡やゴミなどの異物が第１検出素子４１及び第２検出素子４２に付着することを効果的に防ぐことができる。

第１検出素子４１は一対の第１ピン２１ａを介してコントローラに接続され、第２検出素子４２は一対の第２ピン２１ｂを介してコントローラに接続される。第１検出素子４１及び第２検出素子４２の検出結果は、第１ピン２１ａ及び第２ピン２１ｂを介してコントローラに送信される。

図８は、第１検出素子４１の平面図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線における断面図である。なお図８及び図９には第１検出素子４１の構成が図示されているが、第２検出素子４２も第１検出素子４１と同様の構成を有する。

本例の第１検出素子４１及び第２検出素子４２は、それぞれ流体に含有される水分量を検出する静電容量式のセンサであり、センサ基板３０と、センサ基板３０上に設置された第１電極３１とを具備する。第１電極３１上には感応膜３３が形成され、感応膜３３上には第２電極３２が形成されている。

第１電極３１は、例えば金を含有するクロム等の金属材料によって構成可能であり、第１電極端子３４が接続されている。第２電極３２は、例えばクロム等の金属材料によって構成可能であり、特に本例では水分子が第２電極３２を透過可能であるように構成され、第２電極端子３５が接続されている。第１電極端子３４及び第２電極端子３５は、センサ基板３０の一辺から引き出されてピン２１（第１検出素子４１では第１ピン２１ａ、第２検出素子４２では第２ピン２１ｂ）に接続され、当該ピン２１を介してハウジング１１に収容されるコントローラに接続される。

感応膜３３は、例えばポリイミド等の水分子を脱吸着する有機絶縁物或いは絶縁性を有する無機物によって構成可能であり、第１電極３１よりも若干大きく形成され、第１電極３１及び第２電極３２から感応膜３３の端部がはみ出すように設けられている。第１電極３１は感応膜３３によって覆われ、第１電極３１及び第２電極３２は感応膜３３を介して対向して配置される。感応膜３３に対する水分子の吸着及び脱離は、第２電極３２からはみ出した感応膜３３の露出部分に接触する水分子だけではなく、第２電極３２を透過して感応膜３３に接触する水分子によっても行われる。

第１検出素子４１の周辺における流体中の水分量が安定すると、感応膜３３と流体との間で水分量が平衡化し、流体中の水分量に応じて感応膜３３に水分子が吸着する。例えば流体に含まれる水分子が増加すれば、感応膜３３に吸着される水分子の量も増加し、流体に含まれる水分子が減少すれば、感応膜３３に吸着される水分子の量も減少する。

この感応膜３３に対する水分子の吸着量に応じて、第１電極３１と第２電極３２との間の静電容量が変化する。したがって、第１電極３１と第２電極３２との間の静電容量を、第１電極端子３４及び第２電極端子３５に接続されたコントローラで検知することによって、流体に含まれる水分量を検出することができる。なお、流体に含まれる水分量を精度良く検出するには、感応膜３３に対する水分子の吸着が平衡化するための時間等が最小限必要となる。

次に、ハウジング１１内に配置されるコントローラの具体例について説明する。

図１０は、コントローラ５０の外観例を示す平面図である。本例のコントローラ５０は検出基板５１及び電源基板５２を有する。検出基板５１は、ピン２１（第１ピン２１ａ及び第２ピン２１ｂ）を介して検出素子２０（第１検出素子４１及び第２検出素子４２）に接続される。

検出基板５１は検出基板端子５５を有し、電源基板５２は第１電源基板端子５６、第２電源基板端子５７及び第３電源基板端子５８を有する。検出基板５１の検出基板端子５５と電源基板５２の第１電源基板端子５６とは第１配線５９を介して接続され、電源基板５２の第２電源基板端子５７と報知部１９とは第２配線６０を介して接続される。接続部１８から延在する第３配線６１は上述の信号線及び電力供給線を含み、第３配線６１は第３電源基板端子５８に接続される。なお第１配線５９は検出基板端子５５及び第１電源基板端子５６の各々と着脱自在に構成されることが好ましく、第２配線６０は少なくとも第２電源基板端子５７と着脱自在に構成されることが好ましく、第３配線６１は少なくとも第３電源基板端子５８と着脱自在に構成されることが好ましい。

コントローラ５０と外部に設けられる機器類や電源との間における信号の送受信や電力供給等の電気的なやりとりは、接続部１８、第３配線６１及び第３電源基板端子５８を介して行われる。またコントローラ５０と報知部１９との間における電気的なやりとりは、第２電源基板端子５７及び第２配線６０を介して行われる。またコントローラ５０の検出基板５１と電源基板５２との間における電気的なやりとりは、検出基板端子５５、第１配線５９及び第１電源基板端子５６を介して行われる。

図１１は、コントローラ５０の機能構成の一例を示すブロック図である。本例のコントローラ５０では、検出基板５１が素子制御部６３を有し、電源基板５２が解析部６６、電力分配部６７及びアラーム制御部６８を有する。

素子制御部６３は、第１検出素子４１及び第２検出素子４２（検出素子２０）を制御し、第１検出素子４１の検出結果及び第２検出素子４２の検出結果を受信する。この素子制御部６３は、解析部６６に接続され、第１検出素子４１及び第２検出素子４２の各々から流体中の水分量の検出結果を受信して解析部６６に検出信号を送る。

解析部６６は、素子制御部６３から送られてくる検出信号に基づいて、第１検出素子４１の検出結果及び第２検出素子４２の検出結果を解析する。解析部６６による解析手法は特に限定されず、解析部６６は、例えば第１検出素子４１の検出結果及び第２検出素子４２の検出結果に基づいて、測定対象の流体の特性を示す特性値（本実施形態では流体中の水分量）を得ることができる。例えば解析部６６は、第１検出素子４１の検出結果及び第２検出素子４２の検出結果の平均を求め、その平均に基づいて検出素子２０による流体中の水分量を確定的に決定してもよい。この場合、第１検出素子４１及び第２検出素子４２の個体差に基づく検出特性のばらつきの影響を低減することができる。

また解析部６６は、第１検出素子４１の検出結果及び第２検出素子４２の検出結果に基づいて、第１検出素子４１及び第２検出素子４２の検出の信頼性を評価することができる。

図１２は、第１検出素子４１及び第２検出素子４２の検出結果を示す検出値（縦軸）と検出経過時間（横軸）との関係の一例を示す図である。図１２において、符号「Ｇ１」は第１検出素子４１の経時的な検出値を示し、符号「Ｇ２」は第２検出素子４２の経時的な検出値を示す。

本例の第１検出素子４１及び第２検出素子４２は、上述のように、測定対象の流体の近傍箇所を対象として水分量の検出を行う。したがって、第１検出素子４１及び第２検出素子４２の各々によって適正に検出が行われる場合には、第１検出素子４１の検出値と第２検出素子４２の検出値とは、相互に同じ値又は近似した値となり、経時的な挙動も同じ又は類似したものとなる。一方、第１検出素子４１及び第２検出素子４２のうちの一方が故障や異物付着等の不具合によって検出を適正に行うことができなくなった場合には、第１検出素子４１の検出値と第２検出素子４２の検出値とは、相互に異なる値となる。

図１２に示す例において、第１検出素子４１による検出値Ｇ１と第２検出素子４２による検出値Ｇ２とが略同じ値を示す基準時ｔ０から第１の時間ｔ１までは、第１検出素子４１の検出値と第２検出素子４２の検出値とは略同じである。したがって、基準時ｔ０から第１の時間ｔ１までは第１検出素子４１及び第２検出素子４２による検出が適正に行われていると推定され、第１検出素子４１及び第２検出素子４２の検出結果は信頼性が相対的に高いものとなる。一方、第１検出素子４１による検出値Ｇ１と第２検出素子４２による検出値Ｇ２とが異なる値を示す第１の時間ｔ１以降は、第１検出素子４１及び第２検出素子４２の少なくともいずれか一方に不具合が生じていると推定することができ、第１検出素子４１及び第２検出素子４２の検出結果は信頼性が相対的に低いものとなる。したがって、図１１に示す解析部６６は第１検出素子４１の検出結果と第２検出素子４２の検出結果とを比較することで、第１検出素子４１及び第２検出素子４２の検出の信頼性を適切に評価することができる。

また解析部６６は、第１検出素子４１及び第２検出素子４２のうちの一方に不具合が生じている場合には、不具合が生じていない他方の検出結果に基づいて、流体中の水分量を確定的に決定してもよい。この場合、解析部６６は、そのような確定的な流体中の水分量に基づいてアラーム制御部６８を制御したり、流体中の含有水分量を示す検出信号を生成して外部機器類に送信したりすることができ、ロバスト性に優れた計測を行うことができる。なお第１検出素子４１及び第２検出素子４２における不具合の有無を確認する手法は特に限定されず、例えば予め含有水分量が分かっている流体を対象として検出を行うことで、不具合の有無を簡単に確認することができる。

上述のような解析部６６の解析結果は、第３電源基板端子５８及び第３配線６１を介して外部機器類に送信される。

図１１に示す電源基板５２の電力分配部６７は、外部に設けられる電源から第３配線６１（電力供給線）及び第３電源基板端子５８を介してコントローラ５０に供給される電力を、解析部６６、アラーム制御部６８、素子制御部６３及びその他のコントローラ５０の各部に分配する。

アラーム制御部６８は、検出素子２０（第１検出素子４１及び第２検出素子４２）の検出結果から導き出される流体中の水分量の解析結果を解析部６６から受信し、この流体中の水分量の解析結果に応じて報知部１９の点灯態様を制御する。

以上説明したように本実施形態によれば、測定対象の流体の同一特性を検出する複数の検出素子を設けて検出に関する冗長性を積極的にもたせることで、検出素子の個体差の影響を抑えた高精度な検出を行うことができる。また検出素子２０（第１検出素子４１及び第２検出素子４２）の故障や異物付着等の不具合の有無を自己診断することが可能になり、ロバスト性及び信頼性の高い計測を行うことができる。

＜変形例＞
本発明は、上述の実施形態に限定されず、種々の変更が加えられてもよい。

図１３は、検出素子２０の他の例を示す側面図である。上述の実施形態では、検出素子２０が２つの検出素子（第１検出素子４１及び第２検出素子４２）を具備する例について説明したが、検出素子２０は３以上の検出素子を具備していてもよい。例えば図１３に示すように、検出素子２０は４つの検出素子（第１検出素子４１、第２検出素子４２、第３検出素子４３及び第４検出素子４４）を具備していてもよい。

また上述の実施形態では単一の整流板４５が設けられる例について説明したが、２以上の整流板４５が設けられていてもよい。例えば図１３に示すように、２つの整流板（第１整流板４５ａ及び第２整流板４５ｂ）を設けることができる。複数の整流板４５の設置箇所は特に限定されないが、複数の検出素子間に整流板４５が設けられることが好ましい。例えば図１３に示すように、第１検出素子４１と第２検出素子４２との間及び第３検出素子４３と第４検出素子４４との間に第１整流板４５ａを設置し、第１検出素子４１と第３検出素子４３との間及び第２検出素子４２と第４検出素子４４との間に第２整流板４５ｂを設置することもできる。

また上述の整流板４５（第１整流板４５ａ及び第２整流板４５ｂ）以外に、測定対象の流体の流れをコントロールする整流部を、カバー１２の外側及び／又は内側に設けてもよい。特にカバー１２内において流体は停滞しやすいため、カバー１２内の流体を効果的に流動させることができるように整流部を設けたり、第１導入孔２４及び第２導入孔２６の配置や形状を工夫したりすることが好ましい。

また第１導入孔２４及び第２導入孔２６の形状は円形状には限定されず、矩形状、細長状（スリット状）或いは他の形状であってもよい。また第１導入孔２４と第２導入孔２６とは相互に異なる形状を有していてもよい。また複数の第２導入孔２６のうち一部の第２導入孔２６を他の第２導入孔２６とは異なる形状としてもよい。またカバー１２の側壁部２２に設けられる第１導入孔２４は複数であってもよいし、カバー１２の周壁部２５に設けられる第２導入孔２６は単数であってもよい。また第１導入孔２４及び第２導入孔２６のうちの一方を設けずに、他方のみをカバー１２に設けてもよい。

また上述の実施形態ではセンサ装置１０が被装着体１００に固定的に装着される例について説明したが、センサ装置１０は他の態様によって測定対象の流体の特性を計測してもよい。例えば、ユーザがセンサ装置１０を手で支持しながら測定対象の流体に差し込むことで計測が行われてもよいし、管路やタンクから採取した流体試料を測定対象として計測が行われてもよい。

また上述の実施形態では油などを測定対象流体とする例について説明したが、油以外の流体を測定対象としてもよく、任意の液状体（液体及びゾル等）及び気体の特性を検出するセンサ装置に対して本発明を応用することができる。液状体の測定対象として、例えば排水、飲食品、薬品、河川の水、海水、インク、洗剤及び光造形剤等が挙げられる。

また上述の実施形態では、小径部１４が第１螺合部１６及び第２螺合部１７を有する例について説明したが、第１螺合部１６及び第２螺合部１７のうちの一方又は両方が設けられていなくてもよい。上述の実施形態では第１螺合部１６が挿通孔１０１に螺合して第２螺合部１７がカバー螺合部２７に螺合するが、実際の使用態様に応じて、第１螺合部１６及び／又は第２螺合部１７は必ずしも形成されなくてもよい。例えばカバー１２は、ネジ等以外の手段によってハウジング１１に固定されてもよいし、ネジ等の固定手段を設けることなくハウジング１１（特に小径部１４）がカバー１２に挿入されるだけであってもよい。同様にセンサ装置１０は、ネジ等以外の手段によって被装着体１００に固定されてもよいし、ネジ等の固定手段を設けることなくセンサ装置１０（特に小径部１４）が被装着体１００に挿入されるだけであってもよい。

また上述の実施形態では水分量を検出特性とする例について説明したが、水分量以外の流体の特性を検出特性としてもよい。第１検出素子４１及び第２検出素子４２は、例えば流体の圧力、温度、流量、液面、或いは流速等を検出するものであってもよいし、流体中における特定の含有物質の有無や含有物質の濃度を検出するものであってもよいし、流体中の含有物質を検出及び特定するものであってもよい。

また第１検出素子４１及び第２検出素子４２の検出方式は、静電容量式以外の方式であってもよく、例えば光学素子を有する検出素子や熱伝導式の検出素子を第１検出素子４１及び第２検出素子４２の各々として使用することも可能である。ただし第１検出素子４１及び第２検出素子４２の検出方式は、測定対象の流体及び検出特性の種類に応じて適切な方式が選択されることが好ましい。また第１検出素子４１及び第２検出素子４２の構成及び材料も、測定対象の流体及び検出特性の種類に応じて適切な構成及び材料が選択されることが好ましい。

また上述の実施形態ではコントローラ５０に設けられる解析部６６と素子制御部６３とが別体として設けられるが、解析部６６及び素子制御部６３を同一体に設けてもよく、単一の回路等によって解析部６６及び素子制御部６３を実現してもよい。

上述の実施形態及び変形例は本発明の代表的な適用例に過ぎず、上述の実施形態及び変形例同士が適宜組み合わされてもよい。また他の構成に対しても本発明を応用することができ、種々の変形が加えられた各種構成に対して本発明を応用することも可能である。また本発明を実現するために必要とされる各機能構成は、任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは両者の組み合わせによって適宜実現可能であり、その各機能構成を実現するプログラムが非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。

１０センサ装置、１１ハウジング、１２カバー、１３大径部、１４小径部、１５締結部、１６第１螺合部、１７第２螺合部、１８ａ端面、１８接続部、１９報知部、１９ａ第１ランプ、１９ｂ第２ランプ、１９ｃ第３ランプ、２０検出素子、２１ピン、２１ａ第１ピン、２１ｂ第２ピン、２２側壁部、２３開口端、２４第１導入孔、２５周壁部、２６第２導入孔、２７カバー螺合部、３０センサ基板、３１第１電極、３２第２電極、３３感応膜、３４第１電極端子、３５第２電極端子、４１第１検出素子、４２第２検出素子、４３第３検出素子、４４第４検出素子、４５整流板、４５ａ第１整流板、４５ｂ第２整流板、４６第１面、４７第２面、５０コントローラ、５１検出基板、５２電源基板、５５検出基板端子、５６第１電源基板端子、５７第２電源基板端子、５８第３電源基板端子、５９第１配線、６０第２配線、６１第３配線、６３素子制御部、６６解析部、６７電力分配部、６８アラーム制御部、１００被装着体、１０１挿通孔、１０２流体

Claims

第１検出素子及び第２検出素子と、
前記第１検出素子及び前記第２検出素子に接続され、前記第１検出素子の検出結果及び前記第２検出素子の検出結果を受信するコントローラと、を備え、
前記第１検出素子及び前記第２検出素子は同一の特性を検出するセンサ装置。
前記第１検出素子及び前記第２検出素子は同一の構成を有する請求項１に記載のセンサ装置。
前記第１検出素子と前記第２検出素子とは一体的に構成される請求項１又は２に記載のセンサ装置。
前記第１検出素子及び前記第２検出素子は流体の特性を検出する請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
前記第１検出素子と前記第２検出素子との間における前記流体の流れをコントロールする整流板を更に備える請求項４に記載のセンサ装置。
前記整流板は、前記第１検出素子と前記第２検出素子との間に設けられる請求項５に記載のセンサ装置。
前記整流板は、相互に対向する第１面及び第２面を有し、
前記第１検出素子は前記第１面に取り付けられ、
前記第２検出素子は前記第２面に取り付けられる請求項６に記載のセンサ装置。
前記コントローラは、前記第１検出素子の検出結果及び前記第２検出素子の検出結果を解析する解析部を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
前記解析部は、前記第１検出素子の検出結果及び前記第２検出素子の検出結果に基づいて、前記特性を示す特性値を算出する請求項８に記載のセンサ装置。
前記解析部は、前記第１検出素子の検出結果及び前記第２検出素子の検出結果に基づいて、前記第１検出素子及び前記第２検出素子の検出の信頼性を評価する請求項８に記載のセンサ装置。
前記コントローラは、前記第１検出素子及び前記第２検出素子を制御する素子制御部を更に有し、
前記素子制御部は、前記解析部に接続され、前記第１検出素子及び前記第２検出素子の各々から前記特性の検出結果を受信して前記解析部に検出信号を送信する請求項８〜１０のいずれか一項に記載のセンサ装置。
前記解析部と前記素子制御部とは別体として設けられる請求項１１に記載のセンサ装置。
前記第１検出素子及び前記第２検出素子は水分センサである請求項１〜１２のいずれか一項に記載のセンサ装置。