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公開番号2024167054
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-29
出願番号2024068454
出願日2024-04-19
発明の名称静電容量による非接触式高さ測定方法
出願人青木あすなろ建設株式会社
代理人個人
主分類G01F 23/263 20220101AFI20241122BHJP(測定;試験)
要約【課題】壁体を隔てた反対側の誘電体物質の高さレベルを電極体間の静電容量の値に基づいて検出する方法において、特に容器内の液体や粉体の高さレベルを複雑な電気信号を処する回路を必要とせず、高い高さレベルまで測定でき、低コストで製造可能で簡便に使用可能な静電容量による非接触式高さ測定方法を提供すること。
【解決手段】導線10が接続された一対の電極体11を、空間を有する非金属材料体2の外側部に、上下方向に、間隔を置いて密着配置又は離隔して配設し、空間を有する非金属材料体の内部に導入する誘電体物質20の高さを電極体間の静電容量の値に基づいて測定することを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
導線が接続された一対の電極体を、空間を有する非金属材料体の外側部、上下方向に、間隔を置いて密着配置又は離隔して配設し、前記空間を有する非金属材料体の内部に導入する誘電体物質の高さを前記電極体間の静電容量の値に基づいて測定する方法であって、
前記一対の電極体に、任意の測定周波数の測定用交流信号を入力し、
前記電極体間のインピーダンスと位相角を測定して容量性リアクタンスを算出し、静電容量の値を計算して、その値により前記誘電体物質の高さを求めることを特徴とする静電容量による非接触式高さ測定方法。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
前記一対の電極体が帯状であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量による非接触式高さ測定方法。
【請求項３】
前記測定用交流信号が５ｍＶｒｍｓ～５Ｖｒｍｓ、前記測定周波数が１ＫＨｚ～２０ＭＨｚの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量による非接触式高さ測定方法。
【請求項４】
測定時の静電容量の初期値をゼロ値として測定することを特徴とする請求項１に記載の静電容量による非接触式高さ測定。
【請求項５】
前記空間を有する非金属材料体が型枠であり、該型枠の内部に導入する前記誘電体物質がセメント系物質であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量による非接触式高さ測定法。
【請求項６】
前記空間を有する非金属材料体が型枠であり、該型枠が、前記電極体を非金属材料体に取り付けて一体化したセンサ付き高さ測定用型枠を、他の型枠に接続させた型枠であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量による非接触式高さ測定法。
【請求項７】
前記一対の電極体が、長尺の電極体であり、該長尺の電極体の長手方向の所定の一部が幅広に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量による非接触式高さ測定方法。
【請求項８】
複数の前記一対の電極体が、導線で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量による非接触式高さ測定方法。
【請求項９】
前記型枠の接続部において、前記一対の電極体同士がコネクタで接続されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の静電容量による非接触式高さ測定方法。
【請求項１０】
前記一対の電極体が防水されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量による非接触式高さ測定方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量による非接触式高さ測定方法に関し、詳しくは、壁体を隔てた反対側の誘電体物質の高さレベルを電極体間の静電容量の値に基づいて検出する非接触式高さ測定方法に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、空間を形成する非金属材料体の内部に存する誘電体物質、例えば、液体を収容する容器内の液面レベルを静電容量の変化に基づいて検出する静電容量による液面レベルセンサが知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００３】
上記特許文献１の提案は、液体又は粉体等の入ったタンク容器等の貯蔵レベルや貯蔵量をセンサ体を用いて計測するものであり、このセンサ体は、絶縁材料からなる２枚のフィルムの間に膜状の２枚の電極体を互いに間隔を置いて配置し、これら２枚の電極体の各々にリード線を接続するとともに、２枚のフィルムを互いに密着させてフレキシブルなセンサ体を形成している。そして、電極体に接続されたリード線を信号増幅器等の電気回路に接続している。また、リード線の途中に可撓性を有する信号処理電気回路部を介在させて接続してフレキシブルなセンサ体を形成し、このセンサ体において検出信号を信号処理してもよいことが記載されている。
【０００４】
このセンサ体は、変形容器やガラスビン等のサイズのものの液面レベルの計測に使用し、センサ本体によって検出された検出信号を信号増幅器等の電気回路に接続し信号処理しているが、センサ体への入力電圧、出力信号とその信号の処理については記載されていない。
【０００５】
特許文献２の提案においては、液面レベルセンサがセンサ本体及びセンサ回路を備えており、センサ本体は、可撓性材料からなる絶縁シートと、絶縁シートの一方の面に形成された検出電極と、他方の面に、検出電極と対向し検出電極の領域を含むように広く形成されたガード電極と、絶縁シートのいずれかの面に、検出電極又はガード電極から所定距離離れた位置に、検出電極又はガード電極に対して対称的に形成された一対の接地電極を有し、検出電極と接地電極およびガード電極間の静電容量を検出するとしている。また、センサ回路はセンサ本体に接続され、センサ本体によって検出された静電容量を電気信号に変換し、電気信号を信号処理して液面レベルを検出している。
【０００６】
この液面レベルセンサは、液体を収容する容器内の液面レベルを静電容量の変化に基づいて検出電極として検出電極、ガード電極及び接地電極の３つの電極を必要とするとともに、センサ本体によって検出された静電容量を電気信号に変換して信号処理するセンサ回路を通じて液面レベルを検出しているため、構成が複雑であり高価なセンサとなる。
【０００７】
また、特許文献３は、ジャンカ等のコンクリート欠陥をコンクリート硬化前に検出する装置であり、コンクリート打設前と打設後に型枠の外面の一対の側点の間に高周波電流を印加してコンクリート型枠及びコンクリート外側部分の静電容量を測定し、その静電容量の差により型枠内部のコンクリート欠陥を検出するとしている。この検出方法は、測点に装置の両端子を当接させて測定するが、両端子の間のジャンカ等を検出するものであり、部分的な検出である。
【０００８】
また、非特許文献１に記載の製品は、静電容量型液面レベルセンサであり、樹脂製等のタンクの外側にフィルム状の電極を貼り付け、静電容量の変化によりタンク内部の液体の高さを検出するものである。この場合、検出高さが最大２５０ｍｍであり、比較的低い検出高さを対象としている。また、電源電圧はＤＣ１２Ｖ／ＤＣ２４５Ｖの直流電源を用いている。
【０００９】
さらに、非特許文献２には、金属テープを容器の外側に貼り付け、その金属テープの静電容量を静電容量センサで計測し、静電容量値を水位の変化（ｃｍ）に換算し、水位を算出するものが記載されている。この水位変化の検出原理は、容量値の変化を共振周波数でとらえている静電容量センサ（Texas Instruments社のFDC2214）を使用し、任意のコンデンサとコイルをＬＣ共振させ、センサ部（金属部）で生じた誘電率の変化に伴う容量値の変化を共振周波数の変化でとらえる仕組みである。
【００１０】
これは、水位が上昇するとセンサの容量値が増加し、共振周波数は下がるという検出原理を用いているが、文献中の水位と容量値の関係のグラフに示されるように水位２０ｃｍ程度までのレベルの計測に適用され、比較的計測高さが限られている。
（【００１１】以降は省略されています）

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