センサ装置
【課題】本発明は、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度が変化しても高精度で液位を検出することができ、かつ液位を表す信号や液質を表す信号を電源ラインのみの２線で出力することができるセンサ装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明のセンサ装置は、液位に比例した第１の直流電圧を発生する回路と液質に比例した第２の直流電圧を発生する回路とを備えるとともに、各々の直流電圧を互いに重ならない電圧範囲に制限した後、これらの電圧値をスイッチング回路９９において一定の周期で交互にパルス幅変調し、この変調信号によって出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路７７とを設け、この出力電流を液位と液質を表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしたものである。
【解決手段】本発明のセンサ装置は、液位に比例した第１の直流電圧を発生する回路と液質に比例した第２の直流電圧を発生する回路とを備えるとともに、各々の直流電圧を互いに重ならない電圧範囲に制限した後、これらの電圧値をスイッチング回路９９において一定の周期で交互にパルス幅変調し、この変調信号によって出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路７７とを設け、この出力電流を液位と液質を表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の物理量を検出するセンサ装置に関し、特に自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位や液質等の物理量を検出するセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位等の物理量を検出するセンサ装置としては図１２、図１３に示すようなものが知られている（特許文献１参照）。図１２は従来のセンサ装置の検出部の正面図を示したもので、この図１２において、１は上下に延びる長方形の基板で、この基板１の下端部には櫛歯形状の第１の検出電極２が、略中央部には櫛歯形状の第２の検出電極３が設けられている。そして、前記第１の検出電極２は上下に所定の間隔をおいて配置された複数の線状電極からなり、これらは基板１の両側縁に沿って上下に延びる引き出し線４，５に交互に接続されている。また、前記第２の検出電極３は左右に所定の間隔をおいて上端部から下端部に延びるように配置された複数の線状電極からなり、かつこれらの線状電極は上端がリード線６，７に交互に接続されている。
【０００３】
液位測定時には前記検出部は被測定液中に浸漬されるもので、この時、前記第１の検出電極２は常に被測定液中に浸漬するように配置される。一方、前記第２の検出電極３は被測定液面と交差し、液中に浸漬する部分は液位の昇降に伴って増減することになる。
【０００４】
図１３は上記検出部を用いた検出回路図を示したもので、発振回路８と処理回路９とよりなる。発振回路８はインバータ１０，１１，１２と、抵抗１３とを有し、前記インバータ１１，１２間にはそれぞれアナログスイッチ１４，１５を介して前記検出部における第１、第２の検出電極２，３が接続されている。そして、マイクロコンピュータを有する処理回路９は最初にアナログスイッチ１４を閉じ、前記抵抗１３と、第１の検出電極２の容量で決定される発振周波数から被測定液の誘電率を計算して記憶する。続いて処理回路９は一方のアナログスイッチ１４に代えて他方のアナログスイッチ１５を閉じ、前記抵抗１３と、第２の検出電極３の容量とで決定される発振周波数と前記被測定液の誘電率とから液位を算出して出力ライン１６に出力するもので、被測定液の誘電率が変動した場合でも正確な液位を知ることができるものである。そして、１７は電源ラインである。
【０００５】
なお、この出願の発明に関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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−７９０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来のセンサ装置においては、常に被測定液中に浸漬される第１の検出電極２間の容量で決定される発振回路８の発振周波数より被測定液の誘電率を算出して記憶した後、被測定液面と交差し、そして、液中に浸漬する部分は液位の昇降に伴って増減する第２の検出電極３間の容量で決定される発振回路８の発振周波数と前記被測定液の誘電率とから被測定液の液位を演算するようにしているため、演算装置が複雑で大がかりになってしまうという問題点を有していた。また、上記した従来のセンサ装置においては、電源ラインおよび出力ラインの３線が必要であるため、特に電線の延長距離の長い車両等においては取り扱いが面倒で製造コストも上昇するという問題点をも有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度が変化しても高精度で液位を検出することができ、かつ液位を表す信号や液質等を表す複数の信号を電源ラインのみの２線で出力することができるセンサ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明は、第１の物理量を第１の直流電圧に変換する第１の回路と、第２の物理量を第２の直流電圧に変換する第２の回路と、前記第１の直流電圧の電圧値を第１の範囲に制限する第１の電圧制限回路と、前記第２の直流電圧の電圧値を前記第１の範囲と重ならない第２の範囲に制限する第２の電圧制限回路と、前記第１、第２の電圧制限回路の出力電圧の各々を一定の周期で出力するスイッチング回路を設け、さらにこのスイッチング回路の出力側に、前記スイッチング回路からの出力電圧をパルス幅に変調する回路と、前記パルス幅に変調された変調信号によって電流源からの出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路とを設け、前記電流切替回路で切り替えられた大小２水準の出力電流を前記第１の物理量と第２の物理量とを表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしたもので、この構成によれば、複数の信号を電源ラインのみの２線で出力することができ、これにより、特に電線の延長距離の長い機器において取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるという作用効果を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第１の検出電極と、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けて電極間の静電容量を測定する第２の検出電極と、被測定液の液位を測定する第３の検出電極と、常に被測定液外にある第４の検出電極を検出部に設けるとともに、前記第３の検出電極が被測定液中に浸漬されている部分の長さに比例する時間だけ充電し、かつ前記第３の検出電極が被測定液外にある部分の長さに比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより液位に比例した第１の直流電圧を発生する回路とを備えるとともに、前記第２の検出電極で測定される静電容量と第１の検出電極で測定される静電容量との差に比例する時間だけ充電し、かつ前記第１の検出電極で測定される静電容量に比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより液質に比例した第２の直流電圧を発生する回路とを備え、前記第１の直流電圧の電圧値を第１の範囲に制限する電圧制限回路と、前記第２の直流電圧の電圧値を前記第１の範囲と重ならない第２の範囲に制限する電圧制限回路と、前記電圧制限回路の出力電圧の各々を一定の周期で出力するスイッチング回路を設け、さらにこのスイッチング回路の出力側に、前記スイッチング回路の出力電圧をパルス幅に変調する回路と、前記パルス幅に変調された変調信号によって電流源からの出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路とを設け、前記電流切替回路で切り替えられた大小２水準の出力電流を液位と液質を表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしたもので、この構成によれば、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度等が変化しても常に液位を正確に表す信号と、液質を表す信号とを出力することができるとともに、前記液位を表す信号と液質を表す信号を電源ラインのみの２線で出力することができ、これにより、特に電線の延長距離の長い車両等において取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明のセンサ装置は、第１の物理量を第１の直流電圧に変換する第１の回路と、第２の物理量を第２の直流電圧に変換する第２の回路と、前記第１の直流電圧の電圧値を第１の範囲に制限する第１の電圧制限回路と、前記第２の直流電圧の電圧値を前記第１の範囲と重ならない第２の範囲に制限する第２の電圧制限回路と、前記第１、第２の電圧制限回路の出力電圧の各々を一定の周期で出力するスイッチング回路を設け、さらにこのスイッチング回路の出力側に、前記スイッチング回路からの出力電圧をパルス幅に変調する回路と、前記パルス幅に変調された変調信号によって電流源からの出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路とを設け、前記電流切替回路で切り替えられた大小２水準の出力電流を前記第１の物理量と第２の物理量とを表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしているため、複数の信号を電源ラインのみの２線で出力することができ、これにより、特に電線の延長距離の長い機器において取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の構成を示すブロック図
【図２】（ａ）〜（ｄ）同センサ装置における電圧変換回路の動作を説明するための特性図
【図３】（ａ）（ｂ）同センサ装置におけるパルス幅変調回路の動作を説明するための電圧波形図
【図４】（ａ）〜（ｅ）同センサ装置におけるスイッチング回路、波形整形・分周回路、パルス幅変調回路、鋸波発生器の動作を説明するための電圧波形図
【図５】同センサ装置から第１および第２の物理量を表すデジタル信号を離れた位置に伝送する方法を示す回路図
【図６】本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置の検出部の正面図
【図７】同センサ装置の検出部における第１の検出電極の構成を示す断面図
【図８】同センサ装置の検出回路図
【図９】（ａ）〜（ｌ）同センサ装置の回路動作を説明するための電圧波形図
【図１０】（ａ）〜（ｄ）同センサ装置における電圧変換回路の動作を説明するための特性図
【図１１】（ａ）〜（ｅ）同センサ装置におけるスイッチング回路、波形整形・分周回路、パルス幅変調回路、鋸波発生器の動作を説明するための電圧波形図
【図１２】従来のセンサ装置の検出部の正面図
【図１３】従来のセンサ装置の検出回路図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態におけるセンサ装置２０の構成を示すブロック図であり、この図１に示すように、温度や液位等の任意の第１の物理量を第１の直流電圧に変換する第１の回路２１と第２の物理量を第２の直流電圧に変換する第２の回路２２が第１の電位（Ｖ1）にある出力端子２３と第２の電位（Ｖ2）にある定電圧源２４の出力端子２５との間に接続されている。そして、この第１の回路２１の出力直流電圧は第１の電圧制限回路２６において第１の電圧範囲に制限され、かつ第２の回路２２の出力直流電圧は第２の電圧制限回路２７において前記第１の電圧範囲と重ならない第２の電圧範囲に制限される。そしてまた、この第１の電圧制限回路２６の出力はスイッチング回路２８の第１の入力に加えられ、かつ第２の電圧制限回路２７の出力はスイッチング回路２８の第２の入力に加えられる。さらに、波形整形・分周回路２９の出力により制御されるスイッチング回路２８の出力はパルス幅変調回路３０における第１の入力に接続されている。３１は鋸波発生器で、その出力はパルス幅変調回路３０における第２の入力に接続されるとともに波形整形・分周回路２９に加えられる。また、前記パルス幅変調回路３０の出力は電源端子３２と定電圧源２４との間に接続された電流切替回路３３の制御入力に接続されている。
【００１６】
次に、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を用いて、前記第１、第２の電圧制限回路２６，２７の動作を説明する。図２（ａ）は第１の物理量と第１の回路２１の出力直流電圧（Ｖ21）との関係を示す特性図である。ここで第１の物理量は規格化して０〜１００％で表されており、出力直流電圧（Ｖ21）は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。同様に、図２（ｂ）は第２の物理量と第２の回路２２の出力直流電圧（Ｖ22）との関係を示す特性図である。ここで第２の物理量は規格化して０〜１００％で表されており、出力直流電圧（Ｖ22）は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。図２（ｃ）は第１の物理量と第１の電圧制限回路２６の
【００１７】
【数１】
【００１８】
との関係を示す特性図である。ここで
【００１９】
【数１】
【００２０】
は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。この図２（ｃ）から第１の物理量を表す第１の電圧制限回路２６の
【００２１】
【数１】
【００２２】
の範囲は１０〜４０％に圧縮されてスイッチング回路２８の第１の入力に加えられることが分かる。同様に、図２（ｄ）は第２の物理量と第２の電圧制限回路２７の
【００２３】
【数２】
【００２４】
との関係を示す特性図である。ここで前記
【００２５】
【数２】
【００２６】
は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。この図２（ｄ）から第２の物理量を表す第２の電圧制限回路２７の
【００２７】
【数２】
【００２８】
の範囲は６０〜９０％に変換されてスイッチング回路２８の第２の入力に加えられることが分かる。このように電圧を変換することにより、第１の物理量を表す第１の電圧制限回路２６の
【００２９】
【数１】
【００３０】
と第２の物理量を表す第２の電圧制限回路２７の
【００３１】
【数１】
【００３２】
とは常に異なった範囲の電圧値をとることになる。
【００３３】
次に、図３（ａ）（ｂ）を用いてパルス幅変調回路３０の動作を説明する。図３（ａ）はパルス幅変調回路３０における第２の入力に加えられる鋸波発生回路３１の出力を示す。この鋸波発生回路３１の出力電圧は
【００３４】
【数３】
【００３５】
において、第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）まで立ち上がり、その後直線的に低下して
【００３６】
【数４】
【００３７】
で第１の電位（Ｖ1）に達する。さらに
【００３８】
【数４】
【００３９】
で第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）まで立ち上がり、その後直線的に低下して
【００４０】
【数５】
【００４１】
で第１の電位（Ｖ1）に達する。以後、同じ動作を繰り返す。図３（ｂ）はパルス幅変調回路３０から出力される信号を示す。パルス幅変調回路３０における第１の入力に、例えば、第１の物理量を表す第１の電圧制限回路２６の
【００４２】
【数１】
【００４３】
が加えられると、
【００４４】
【数３】
【００４５】
において、パルス幅変調回路３０における第２の入力に加えられる電圧が
【００４６】
【数６】
【００４７】
に達するとパルス幅変調回路３０の出力はハイ（ＶH）に立ち上がり、その状態を維持する。その後、パルス幅変調回路３０における第２の入力に加えられる電圧が再び
【００４８】
【数６】
【００４９】
に達すると
【００５０】
【数７】
【００５１】
パルス幅変調回路３０の出力はロー（ＶL）に遷移して、その状態を維持する。さらに
【００５２】
【数４】
【００５３】
でパルス幅変調回路３０における第２の入力に加えられる電圧が
【００５４】
【数６】
【００５５】
に達するとパルス幅変調回路３０の出力はハイ（ＶH）に立ち上がり、その状態を維持する。その後、パルス幅変調回路３０における第２の入力に加えられる電圧が再び
【００５６】
【数６】
【００５７】
に達すると
【００５８】
【数８】
【００５９】
パルス幅変調回路３０の出力はロー（ＶL）に遷移して、その状態を維持する。以後、同様の動作を繰り返すものである。
【００６０】
次に、図４を用いて、スイッチング回路２８、波形整形・分周回路２９、パルス幅変調回路３０、鋸波発生器３１の動作を説明する。
【００６１】
図４（ａ）は鋸波発生器３１の出力信号であり、この出力信号は波形整形・分周回路２９とパルス幅変調回路３０とに加えられる。波形整形・分周回路２９ではこの鋸波発生器３１の出力信号を図４（ｂ）に示す矩形パルス波に整形した後、４分周することにより図４（ｃ）に示す矩形パルス波をスイッチング回路２８の制御信号として出力する。そして、図４（ｄ）に示すように、スイッチング回路２８は、このスイッチング回路２８の制御信号の立ち下がり時（ｔp0）から第１の電圧制限回路２６の
【００６２】
【数１】
【００６３】
を、次の制御信号の立ち上がり時（ｔp1）から第２の電位（Ｖ2）をパルス幅変調回路３０の第１の入力に加える。次に、スイッチング回路２８は次の制御信号の立ち下がり時（ｔp2）から第２の電圧制限回路２７の
【００６４】
【数２】
【００６５】
を、次の制御信号の立ち上がり時（ｔp3）から第１の電位（Ｖ1）をパルス幅変調回路３０の第１の入力に加える。その後、同様の動作を繰り返すものである。パルス幅変調回路３０は鋸波発生回路３１からの第２の入力信号をスイッチング回路２８からの第１の入力信号でパルス幅変調して図４（ｅ）に示すような電圧信号を電流切替回路３３の制御入力に加える。これにより、第１の物理量を表す電圧信号を所定の回数（８回）出力した後、第２の物理量を表す電圧信号を所定回数（８回）出力することを繰り返すものである。
【００６６】
電流切替回路３３は前記パルス幅に変調された変調信号によって出力電流を大小の２水準に切り替えるもので、本発明の一実施の形態においては、電流切替回路３３に加えられる電圧がハイの場合、電流切替回路３３は大電流を出力し、一方、電流切替回路３３に加えられる電圧がローの場合、電流切替回路３３は小電流を出力するように構成されている。これにより、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置２０は前記電流切替回路３３で切り替えられた大小２水準の出力電流を第１、第２の物理量を表すデジタル信号として出力端子２３から出力することができるものである。
【００６７】
次に、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置２０から第１の物理量および第２の物理量を表すデジタル信号をセンサ装置２０より離れた位置に伝送する方法を図５を用いて説明する。この図５に示しているように、センサ装置２０の電源端子３２と直流電流のホット側とを電源ライン４１の一方に接続し、センサ装置２０の出力端子２３と増幅器４２の入力側とを電源ライン４１の他方に接続する。４３は増幅器４２の入力側とグランドとの間に接続されたプルダウン抵抗である。前記出力端子２３からの出力電流はプルダウン抵抗４３と増幅器４２とにより電流−電圧変換される。また、前記増幅器４２からの出力電圧は増幅器４２の後段に接続された信号処理装置４４に加えられて処理され制御信号として利用される。
【００６８】
上記の説明から明らかなように、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置は、複数の信号を電源ラインのみの２線で出力することができ、これにより、特に電線の延長距離の長い機器において、取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるという効果を有するものである。
【００６９】
なお、上記本発明の一実施の形態におけるセンサ装置においては、第１、第２の２つの物理量を表す信号を電源ラインに重畳するようにしているが、２つ以上の物理量を表す信号を電源ラインに重畳することも可能である。
【００７０】
図６は本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置の検出部の正面部を示したもので、この図６において、５１は上下に延びる長方形のポリイミドフィルム等からなる検出部で、この検出部５１の下端部には櫛歯形状のカーボンからなる一対の第１の検出電極５２を設けている。また、前記第１の検出電極５２の上には櫛歯形状のカーボンからなる一対の第２の検出電極５３を設け、そしてこの第２の検出電極５３の上には同じく櫛歯形状のカーボンからなる一対の第３の検出電極５４を設け、さらに前記検出部５１の上端部には同じく櫛歯形状のカーボンからなる一対の第４の検出電極５５を設けている。そして、前記第１、第２、第３、第４の検出電極５２，５３，５４，５５は上下に延びる引き出し線によって端子５６，５７，５８，５９，６０に接続されているものである。
【００７１】
図７は図６における第１の検出電極５２のＡ−Ａ線での断面図を示したもので、この図７に示すように、検出部５１の下端部に設けた第１の検出電極５２は、対向する電極６１全体を絶縁物６２を介して金属層６３で覆うことにより構成しているもので、このような構成とすることにより、対向する電極６１間に発生する電気力線は被測定液内を通過しないため、第１の検出電極５２で測定される対向する電極６１間の静電容量は被測定液が有する誘電率の影響を受けることがなくなるものである。
【００７２】
なお、前記絶縁物６２としては、被測定液または被測定液を含浸させた固形物あるいは被測定液と実質的に同じ誘電率温度特性を持つ物質を選択するのが望ましい。これにより、液質測定における温度変化の影響を除去することができるものである。
【００７３】
本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置の動作時には、前記第１の検出電極５２と第２の検出電極５３はオイル等の熱伝導性の高い被測定液中に常に浸漬されるため、第１の検出電極５２と第２の検出電極５３の温度は実質的に等しいと見なすことができる。
【００７４】
図８は本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置の検出回路図を示したもので、この図８において、前記検出部５１の端子５６は第１の電位（Ｖ1）にある出力端子７１に接続する。また、前記検出部５１の端子５７，５８，５９，６０はそれぞれ第１の抵抗７２，第２の抵抗７３，第３の抵抗７４，第４の抵抗７５を介して定電圧源７６の第２の電位（Ｖ2）にある出力７８に接続される。７７は定電圧源７６と電源端子７９との間に接続された電流切替回路である。これにより、第１の検出電極５２、第２の検出電極５３、第３の検出電極５４、第４の検出電極５５がそれぞれ第１の抵抗７２、第２の抵抗７３、第３の抵抗７４、第４の抵抗７５に接続される。
【００７５】
この時、第２、第３、第４の検出電極５３，５４，５５がすべて被測定液外にある状態で第２の検出電極５３の電極間容量と第２の抵抗７３とで決まる時定数と、第３の検出電極５４の電極間容量と第３の抵抗７４とで決まる時定数と、第４の検出電極５５の電極間容量と第４の抵抗７５とで決まる時定数とは実質的に等しくなるようにしているものである。そして、第１の検出電極５２と第１の抵抗７２とで決まる時定数は、被測定液中に浸漬させた状態で第２の検出電極５３の電極間容量と第２の抵抗７３とで決まる時定数よりも小さくなるようにしている。
【００７６】
また、前記第１の抵抗７２と前記第１の検出電極５２との中点電位はコンパレータからなる第１の比較手段８０において、抵抗８１，８２からなる閾値発生手段と比較される。これと同様に、前記第２の抵抗７３と前記第２の検出電極５３との中点電位、前記第３の抵抗７４と前記第３の検出電極５４との中点電位および前記第４の抵抗７５と前記第４の検出電極５５との中点電位はそれぞれコンパレータからなる第２の比較手段８３、第３の比較手段８４および第４の比較手段８５において、抵抗８１，８２からなる閾値発生手段と比較される。そして、前記第２、第３、第４の比較手段８３，８４，８５の出力信号は論理素子からなる第１の論理回路８６に入力される。そしてまた、前記第１、第２の比較手段８０，８３の出力信号は論理素子からなる第２の論理回路８７に入力される。
【００７７】
さらに、前記第１の論理回路８６の後段には第１の論理回路８６の出力信号により開閉制御される第１のアナログスイッチ８８と第２のアナログスイッチ８９が設けられている。９０は一端が前記第１のアナログスイッチ８８と第２のアナログスイッチ８９との中点に接続され、かつ他端が第１のローパスフィルタ９１に接続された第５の抵抗である。９２は一端が第１の電位（Ｖ1）にある出力端子７１と接続され、かつ他端が前記第５の抵抗９０と第１のローパスフィルタ９１との間に接続されたコンデンサである。
【００７８】
さらにまた、前記第２の論理回路８７の後段には第２の論理回路８７の出力信号により開閉制御される第３のアナログスイッチ９３と第４のアナログスイッチ９４が設けられている。９５は一端が前記第３のアナログスイッチ９３と第４のアナログスイッチ９４との中点に接続され、かつ他端が第２のローパスフィルタ９６に接続された第６の抵抗である。９７は一端が第１の電位（Ｖ1）にある出力端子７１と接続され、かつ他端が前記第６の抵抗９５と第２のローパスフィルタ９６との間に接続されたコンデンサである。第１のローパスフィルタ９１の出力は第１の電圧変換回路９８を介してスイッチング回路９９における第１の入力に加えられる。また第２のローパスフィルタ９６の出力は第２の電圧変換回路１００を介して前記スイッチング回路９９における第２の入力に加えられる。波形整形・分周回路１０１の出力により制御されるスイッチング回路９９の出力はパルス幅変調回路１０２における第１の入力に接続されている。１０３は鋸波発生器で、その出力はパルス幅変調回路１０２における第２の入力に接続されるとともに波形整形・分周回路１０１に加えられる。また、前記パルス幅変調回路１０２の出力は電流切替回路７７の制御入力に接続されている。
【００７９】
次に、本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置の回路動作を図９を用いて説明する。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）はこのセンサ装置の各部の電圧波形を示したものである。
【００８０】
図６で示したセンサ装置の検出部５１を図示していないオイルパン中のエンジンオイル等の被測定液に浸漬する。この時、第１の検出電極５２と第２の検出電極５３は常に被測定液中に浸漬され、かつ第４の検出電極５５は常に被測定液外に配置される。そして、第３の検出電極５４は被測定液面と交差し、かつ液中に浸漬する部分は液位の昇降に伴って増減する。
【００８１】
本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置は、電源投入前の初期状態（ｔ0）においては、第１、第２、第３、第４の検出電極５２，５３，５４，５５の電極対間に電荷が存在しないため、第１の抵抗７２と第１の検出電極５２との中点電位、第２の抵抗７３と第２の検出電極５３との中点電位、第３の抵抗７４と第３の検出電極５４との中点電位および第４の抵抗７５と第４の検出電極５５との中点電位はすべて第１の電位（Ｖ1）にある。
【００８２】
そして、電源が投入されると（ｔ0）、前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５との中点電位は、図９（ａ）に示すように第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）に向かって、前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。また、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４との中点電位は、図９（ｂ）に示すように第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）に向かって、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、第３の検出電極５４の一部は被測定液中にあるため、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４の静電容量とで決まる時定数は、前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５とで決まる時定数よりも大きくなる。そしてまた、前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３との中点電位は、図９（ｃ）に示すように第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）に向かって、それぞれ前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、第２の検出電極５３は常に被測定液中に浸漬されているため、前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３の静電容量とで決まる時定数は、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４とで決まる時定数よりも大きくなる。さらに、前記第１の抵抗７２と第１の検出電極５２との中点電位は、図９（ｄ）に示すように第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）に向かって、それぞれ前記第1の抵抗７２と第１の検出電極５２の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、前記した通り、第１の検出電極５２と第１の抵抗７２とで決まる時定数は、被測定液中に浸漬させた状態で第２の検出電極５３の電極間容量と第２の抵抗７３とで決まる時定数よりも小さくなるように設定している。
【００８３】
その後、前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５との中点電位が抵抗８１，８２で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第４の比較手段８５の出力は図９（ｅ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ1）。これと同様に、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４との中点電位が抵抗８１，８２で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第３の比較手段８４の出力は図９（ｆ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ2）。また、前記第１の抵抗７２と第１の検出電極５２との中点電位が抵抗８１，８２で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第１の比較手段８０の出力は図９（ｈ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ3）。さらに、前記第２の抵抗７３と前記第２の検出電極５３との中点電位が抵抗８１，８２で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第２の比較手段８３の出力は図９（ｇ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ4）とともに、第１、第２、第３、第４の検出電極５２，５３，５４，５５に蓄積された電荷がオープンコレクタ構成である素子１０４を介して第１の電位（Ｖ1）に放電されるため、前記第１の抵抗７２と第１の検出電極５２との中点電位、前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３との中点電位、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４との中点電位および前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５との中点電位はすべて第１の電位（Ｖ1）に戻り、かつ前記第１、第２、第３、第４の比較手段８０，８３，８４，８５の出力はそれぞれ図９（ｈ）（ｇ）（ｆ）（ｅ）に示すようにローからハイに遷移する（ｔ5）。
【００８４】
さらにその後、前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５との中点電位、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４との中点電位、前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３との中点電位、前記第１の抵抗７２と第１の検出電極５２との中点電位は、再び図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）に向かって、それぞれ前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５の電極間容量、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４の電極間容量、前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３の電極間容量、前記第１の抵抗７２と第１の検出電極５２の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。以後、第４の比較手段８５の出力がハイからローに遷移し（ｔ6）、第３の比較手段８４の出力がハイからローに遷移し（ｔ7）、第１の比較手段８０の出力がハイからローに遷移し（ｔ8）、第２の比較手段８３の出力がハイからローに遷移し（ｔ9）、以後、前と同様の動作を繰り返す。
【００８５】
上記した第２、第３、第４の比較手段８３，８４，８５の出力信号は論理素子からなる論理回路８６に入力され、そして、第１のアナログスイッチ８８には図９（ｉ）に示す信号が、また第２のアナログスイッチ８９には図９（ｊ）に示す信号が出力される。これと同様に、上記第１、第２の比較手段８０，８３の出力信号は論理素子からなる論理回路８７に入力され、そして、第３のアナログスイッチ９３には図９（ｋ）に示す信号が、また第４のアナログスイッチ９４には図９（ｌ）に示す信号が出力される。
【００８６】
そして、この場合、各アナログスイッチに入力される信号がハイの時、アナログスイッチは「閉」、ローの時、「開」となる。これにより、図９の時間ｔ1〜ｔ2およびｔ6〜ｔ7においては、第１のアナログスイッチ８８が「閉」で第２のアナログスイッチ８９が「開」となるため、第２の電位（Ｖ2）から第５の抵抗９０を通してコンデンサ９２が充電される。そして、図９の時間ｔ2〜ｔ4およびｔ7〜ｔ9においては、第１のアナログスイッチ８８が「開」で第２のアナログスイッチ８９が「閉」となるため、コンデンサ９２に蓄積された電荷が第５の抵抗９０を通して第１の電位（Ｖ1）に放電される。このようにして、第３の検出電極５４が被測定液に浸漬されている部分の長さと被測定液外にある部分の長さにより決まる時間だけ第１のアナログスイッチ８８と第２のアナログスイッチ８９とを交互に開閉してコンデンサ９２を充放電することにより、被測定液の液位を表すアナログ電圧がコンデンサ９２の両端に出力される。
【００８７】
また、これと同様に、図９の時間ｔ3〜ｔ4およびｔ8〜ｔ9においては、第３のアナログスイッチ９３が「閉」で第４のアナログスイッチ９４が「開」となるため、第２の電位（Ｖ2）から第６の抵抗９５を通してコンデンサ９７が充電される。そして、図９の時間ｔ0〜ｔ3およびｔ5〜ｔ8においては、第３のアナログスイッチ９３が「開」で第４のアナログスイッチ９４が「閉」となるため、コンデンサ９７に蓄積された電荷が第５の抵抗９５を通して第１の電位（Ｖ1）に放電される。このようにして、前記第１の検出電極５２で測定される静電容量と第２の検出電極５３で測定される静電容量との差に比例する時間だけ前記第２のコンデンサ９７を充電し、かつ前記第１の検出電極５２で測定される静電容量に比例する時間だけ前記第２のコンデンサ９７に充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより、被測定液の液質を表すアナログ電圧がコンデンサ９７の両端に出力される。
【００８８】
コンデンサ９２，９７の両端に出力される電圧はリップルを含んでいるが、このリップルはローパスフィルタ９１，９６により除去されるため、電源を投入してから一定時間経過後には被測定液の液位を表す直流電圧（ＶhD）が第１の電圧変換回路９８に、被測定液の液質を表す直流電圧（ＶqD）が第２の電圧変換回路１００に加えられることになる。
【００８９】
次に、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を用いて、電圧変換回路９８，１００の動作を説明する。
【００９０】
図１０（ａ）は第３の検出電極５４と交差する被測定液の液位と前記直流電圧（ＶhD）との関係を示す特性図である。ここで被測定液の液位は第３の検出電極５４の全長で規格化して０〜１００％で表されており、直流電圧（ＶhD）は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。
【００９１】
図１０（ｂ）は被測定液の液質と前記直流電圧（ＶqD）との関係を示す特性図である。ここで被測定液の液質は適宜の値で規格化して０〜１００％で表されており、直流電圧（ＶqD）は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。
【００９２】
図１０（ｃ）は第３の検出電極５４と交差する被測定液の液位と第１の電圧変換回路９８の
【００９３】
【数９】
【００９４】
との関係を示す特性図である。ここで前記
【００９５】
【数９】
【００９６】
は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。図１０（ｃ）から被測定液の液位を表す
【００９７】
【数９】
【００９８】
の範囲は１０〜４０％に圧縮されてスイッチング回路９９の第１の入力に加えられることが分かる。
【００９９】
図１０（ｄ）は被測定液の液質と第２の電圧変換回路１００の
【０１００】
【数１０】
【０１０１】
との関係を示す特性図である。ここで前記
【０１０２】
【数１０】
【０１０３】
は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。この図１０（ｄ）から被測定液の液質を表す
【０１０４】
【数１０】
【０１０５】
の範囲は６０〜９０％に変換されてスイッチング回路９９の第２の入力に加えられることが分かる。
【０１０６】
このように電圧を変換することにより、被測定液の液位を表す第１の電圧変換回路９８の
【０１０７】
【数９】
【０１０８】
と被測定液の液質を表す第２の電圧変換回路１００の
【０１０９】
【数１０】
【０１１０】
とは常に異なった範囲の電圧値をとることになる。
【０１１１】
次に、図１１を用いて、スイッチング回路９９、波形整形・分周回路１０１、パルス幅変調回路１０２、鋸波発生器１０３の動作を説明する。
【０１１２】
図１１（ａ）は鋸波発生器１０３の出力信号であり、この出力信号は波形整形・分周回路１０１とパルス幅変調回路１０２とに加えられる。波形整形・分周回路１０１では前記出力信号を図１１（ｂ）に示す矩形パルス波に整形した後、４分周することにより図１１（ｃ）に示す矩形パルス波をスイッチング回路９９の制御信号として出力する。そして、図１１（ｄ）に示すように、スイッチング回路９９は前記制御信号の立ち下がり時（ｔp0）から第１の電圧変換回路９８の
【０１１３】
【数９】
【０１１４】
を、次の制御信号の立ち上がり時（ｔp1）から第２の電位（Ｖ2）をパルス幅変調回路１０２の第１の入力に加える。次に、スイッチング回路９９は次の制御信号の立ち下がり時（ｔp2）から第２の電圧変換回路１００の
【０１１５】
【数１０】
【０１１６】
を、次の制御信号の立ち上がり時（ｔp3）から第１の電位（Ｖ1）をパルス幅変調回路１０２の第１の入力に加える。その後、同様の動作を繰り返すものである。パルス幅変調回路１０２は鋸波発生器１０３からの第２の入力信号をスイッチング回路９９からの第１の入力信号でパルス幅変調して図１１（ｅ）に示すような電圧信号を電流切替回路７７の制御入力に加える。これにより、液位を表す電圧信号を所定の回数（８回）出力した後、液質を表す電圧信号を所定回数（８回）出力することを繰り返すものである。
【０１１７】
電流切替回路７７は図１に示した本発明の一実施の形態におけるセンサ装置２０の場合と同様に、電流切替回路７７に加えられる電圧がハイの場合、たとえば１４ｍＡの大電流を出力し、一方、電流切替回路７７に加えられる電圧がローの場合、たとえば７ｍＡの小電流を出力するように構成されている。このように、本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置においては、前記電流切替回路７７で切り替えられた大小２水準の出力電流を液位および液質を表すデジタル信号として出力端子７１から出力することができるものである。
【０１１８】
また、本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置から液位および液質を表すデジタル信号をセンサ装置から離れた位置に置かれている車両のＥＣＵ等に伝送する方法は、図５を用いて説明したものと同様の方法を用いることができる。
【０１１９】
上記の説明から明らかなように、本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置は、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度等が変化しても常に液位を正確に表す信号と、液質を表す信号とを出力することができるとともに、前記液位を表す信号と、液質を表す信号とを電源ラインのみの２線で出力することができるもので、これにより、特に電線の延長距離の長い機器において、取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明に係るセンサ装置は、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度が変化しても液位を正確に表す信号や液質を表す信号を出力することができるとともに、前記液位を表す信号や液質を表す信号を電源ラインのみの２線で出力することができ、これにより、特に電線の延長距離の長い機器において、取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるという効果を有するものであり、特に、自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位を検出するセンサ装置として有用なものである。
【符号の説明】
【０１２１】
２１ 第１の回路
２２ 第２の回路
２６ 第１の電圧制限回路
２７ 第２の電圧制限回路
２８ スイッチング回路
３０ パルス幅変調回路
３３ 電流切替回路
５１ 検出部
５２ 第１の検出電極
５３ 第２の検出電極
５４ 第３の検出電極
５５ 第４の検出電極
７７ 電流切替回路
９８ 第１の電圧変換回路
９９ スイッチング回路
１００ 第２の電圧変換回路
１０２ パルス幅変調回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の物理量を検出するセンサ装置に関し、特に自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位や液質等の物理量を検出するセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位等の物理量を検出するセンサ装置としては図１２、図１３に示すようなものが知られている（特許文献１参照）。図１２は従来のセンサ装置の検出部の正面図を示したもので、この図１２において、１は上下に延びる長方形の基板で、この基板１の下端部には櫛歯形状の第１の検出電極２が、略中央部には櫛歯形状の第２の検出電極３が設けられている。そして、前記第１の検出電極２は上下に所定の間隔をおいて配置された複数の線状電極からなり、これらは基板１の両側縁に沿って上下に延びる引き出し線４，５に交互に接続されている。また、前記第２の検出電極３は左右に所定の間隔をおいて上端部から下端部に延びるように配置された複数の線状電極からなり、かつこれらの線状電極は上端がリード線６，７に交互に接続されている。
【０００３】
液位測定時には前記検出部は被測定液中に浸漬されるもので、この時、前記第１の検出電極２は常に被測定液中に浸漬するように配置される。一方、前記第２の検出電極３は被測定液面と交差し、液中に浸漬する部分は液位の昇降に伴って増減することになる。
【０００４】
図１３は上記検出部を用いた検出回路図を示したもので、発振回路８と処理回路９とよりなる。発振回路８はインバータ１０，１１，１２と、抵抗１３とを有し、前記インバータ１１，１２間にはそれぞれアナログスイッチ１４，１５を介して前記検出部における第１、第２の検出電極２，３が接続されている。そして、マイクロコンピュータを有する処理回路９は最初にアナログスイッチ１４を閉じ、前記抵抗１３と、第１の検出電極２の容量で決定される発振周波数から被測定液の誘電率を計算して記憶する。続いて処理回路９は一方のアナログスイッチ１４に代えて他方のアナログスイッチ１５を閉じ、前記抵抗１３と、第２の検出電極３の容量とで決定される発振周波数と前記被測定液の誘電率とから液位を算出して出力ライン１６に出力するもので、被測定液の誘電率が変動した場合でも正確な液位を知ることができるものである。そして、１７は電源ラインである。
【０００５】
なお、この出願の発明に関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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−７９０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来のセンサ装置においては、常に被測定液中に浸漬される第１の検出電極２間の容量で決定される発振回路８の発振周波数より被測定液の誘電率を算出して記憶した後、被測定液面と交差し、そして、液中に浸漬する部分は液位の昇降に伴って増減する第２の検出電極３間の容量で決定される発振回路８の発振周波数と前記被測定液の誘電率とから被測定液の液位を演算するようにしているため、演算装置が複雑で大がかりになってしまうという問題点を有していた。また、上記した従来のセンサ装置においては、電源ラインおよび出力ラインの３線が必要であるため、特に電線の延長距離の長い車両等においては取り扱いが面倒で製造コストも上昇するという問題点をも有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度が変化しても高精度で液位を検出することができ、かつ液位を表す信号や液質等を表す複数の信号を電源ラインのみの２線で出力することができるセンサ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明は、第１の物理量を第１の直流電圧に変換する第１の回路と、第２の物理量を第２の直流電圧に変換する第２の回路と、前記第１の直流電圧の電圧値を第１の範囲に制限する第１の電圧制限回路と、前記第２の直流電圧の電圧値を前記第１の範囲と重ならない第２の範囲に制限する第２の電圧制限回路と、前記第１、第２の電圧制限回路の出力電圧の各々を一定の周期で出力するスイッチング回路を設け、さらにこのスイッチング回路の出力側に、前記スイッチング回路からの出力電圧をパルス幅に変調する回路と、前記パルス幅に変調された変調信号によって電流源からの出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路とを設け、前記電流切替回路で切り替えられた大小２水準の出力電流を前記第１の物理量と第２の物理量とを表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしたもので、この構成によれば、複数の信号を電源ラインのみの２線で出力することができ、これにより、特に電線の延長距離の長い機器において取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるという作用効果を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第１の検出電極と、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けて電極間の静電容量を測定する第２の検出電極と、被測定液の液位を測定する第３の検出電極と、常に被測定液外にある第４の検出電極を検出部に設けるとともに、前記第３の検出電極が被測定液中に浸漬されている部分の長さに比例する時間だけ充電し、かつ前記第３の検出電極が被測定液外にある部分の長さに比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより液位に比例した第１の直流電圧を発生する回路とを備えるとともに、前記第２の検出電極で測定される静電容量と第１の検出電極で測定される静電容量との差に比例する時間だけ充電し、かつ前記第１の検出電極で測定される静電容量に比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより液質に比例した第２の直流電圧を発生する回路とを備え、前記第１の直流電圧の電圧値を第１の範囲に制限する電圧制限回路と、前記第２の直流電圧の電圧値を前記第１の範囲と重ならない第２の範囲に制限する電圧制限回路と、前記電圧制限回路の出力電圧の各々を一定の周期で出力するスイッチング回路を設け、さらにこのスイッチング回路の出力側に、前記スイッチング回路の出力電圧をパルス幅に変調する回路と、前記パルス幅に変調された変調信号によって電流源からの出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路とを設け、前記電流切替回路で切り替えられた大小２水準の出力電流を液位と液質を表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしたもので、この構成によれば、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度等が変化しても常に液位を正確に表す信号と、液質を表す信号とを出力することができるとともに、前記液位を表す信号と液質を表す信号を電源ラインのみの２線で出力することができ、これにより、特に電線の延長距離の長い車両等において取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明のセンサ装置は、第１の物理量を第１の直流電圧に変換する第１の回路と、第２の物理量を第２の直流電圧に変換する第２の回路と、前記第１の直流電圧の電圧値を第１の範囲に制限する第１の電圧制限回路と、前記第２の直流電圧の電圧値を前記第１の範囲と重ならない第２の範囲に制限する第２の電圧制限回路と、前記第１、第２の電圧制限回路の出力電圧の各々を一定の周期で出力するスイッチング回路を設け、さらにこのスイッチング回路の出力側に、前記スイッチング回路からの出力電圧をパルス幅に変調する回路と、前記パルス幅に変調された変調信号によって電流源からの出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路とを設け、前記電流切替回路で切り替えられた大小２水準の出力電流を前記第１の物理量と第２の物理量とを表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしているため、複数の信号を電源ラインのみの２線で出力することができ、これにより、特に電線の延長距離の長い機器において取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態におけるセンサ装置の構成を示すブロック図
【図２】（ａ）〜（ｄ）同センサ装置における電圧変換回路の動作を説明するための特性図
【図３】（ａ）（ｂ）同センサ装置におけるパルス幅変調回路の動作を説明するための電圧波形図
【図４】（ａ）〜（ｅ）同センサ装置におけるスイッチング回路、波形整形・分周回路、パルス幅変調回路、鋸波発生器の動作を説明するための電圧波形図
【図５】同センサ装置から第１および第２の物理量を表すデジタル信号を離れた位置に伝送する方法を示す回路図
【図６】本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置の検出部の正面図
【図７】同センサ装置の検出部における第１の検出電極の構成を示す断面図
【図８】同センサ装置の検出回路図
【図９】（ａ）〜（ｌ）同センサ装置の回路動作を説明するための電圧波形図
【図１０】（ａ）〜（ｄ）同センサ装置における電圧変換回路の動作を説明するための特性図
【図１１】（ａ）〜（ｅ）同センサ装置におけるスイッチング回路、波形整形・分周回路、パルス幅変調回路、鋸波発生器の動作を説明するための電圧波形図
【図１２】従来のセンサ装置の検出部の正面図
【図１３】従来のセンサ装置の検出回路図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態におけるセンサ装置２０の構成を示すブロック図であり、この図１に示すように、温度や液位等の任意の第１の物理量を第１の直流電圧に変換する第１の回路２１と第２の物理量を第２の直流電圧に変換する第２の回路２２が第１の電位（Ｖ1）にある出力端子２３と第２の電位（Ｖ2）にある定電圧源２４の出力端子２５との間に接続されている。そして、この第１の回路２１の出力直流電圧は第１の電圧制限回路２６において第１の電圧範囲に制限され、かつ第２の回路２２の出力直流電圧は第２の電圧制限回路２７において前記第１の電圧範囲と重ならない第２の電圧範囲に制限される。そしてまた、この第１の電圧制限回路２６の出力はスイッチング回路２８の第１の入力に加えられ、かつ第２の電圧制限回路２７の出力はスイッチング回路２８の第２の入力に加えられる。さらに、波形整形・分周回路２９の出力により制御されるスイッチング回路２８の出力はパルス幅変調回路３０における第１の入力に接続されている。３１は鋸波発生器で、その出力はパルス幅変調回路３０における第２の入力に接続されるとともに波形整形・分周回路２９に加えられる。また、前記パルス幅変調回路３０の出力は電源端子３２と定電圧源２４との間に接続された電流切替回路３３の制御入力に接続されている。
【００１６】
次に、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を用いて、前記第１、第２の電圧制限回路２６，２７の動作を説明する。図２（ａ）は第１の物理量と第１の回路２１の出力直流電圧（Ｖ21）との関係を示す特性図である。ここで第１の物理量は規格化して０〜１００％で表されており、出力直流電圧（Ｖ21）は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。同様に、図２（ｂ）は第２の物理量と第２の回路２２の出力直流電圧（Ｖ22）との関係を示す特性図である。ここで第２の物理量は規格化して０〜１００％で表されており、出力直流電圧（Ｖ22）は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。図２（ｃ）は第１の物理量と第１の電圧制限回路２６の
【００１７】
【数１】
【００１８】
との関係を示す特性図である。ここで
【００１９】
【数１】
【００２０】
は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。この図２（ｃ）から第１の物理量を表す第１の電圧制限回路２６の
【００２１】
【数１】
【００２２】
の範囲は１０〜４０％に圧縮されてスイッチング回路２８の第１の入力に加えられることが分かる。同様に、図２（ｄ）は第２の物理量と第２の電圧制限回路２７の
【００２３】
【数２】
【００２４】
との関係を示す特性図である。ここで前記
【００２５】
【数２】
【００２６】
は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。この図２（ｄ）から第２の物理量を表す第２の電圧制限回路２７の
【００２７】
【数２】
【００２８】
の範囲は６０〜９０％に変換されてスイッチング回路２８の第２の入力に加えられることが分かる。このように電圧を変換することにより、第１の物理量を表す第１の電圧制限回路２６の
【００２９】
【数１】
【００３０】
と第２の物理量を表す第２の電圧制限回路２７の
【００３１】
【数１】
【００３２】
とは常に異なった範囲の電圧値をとることになる。
【００３３】
次に、図３（ａ）（ｂ）を用いてパルス幅変調回路３０の動作を説明する。図３（ａ）はパルス幅変調回路３０における第２の入力に加えられる鋸波発生回路３１の出力を示す。この鋸波発生回路３１の出力電圧は
【００３４】
【数３】
【００３５】
において、第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）まで立ち上がり、その後直線的に低下して
【００３６】
【数４】
【００３７】
で第１の電位（Ｖ1）に達する。さらに
【００３８】
【数４】
【００３９】
で第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）まで立ち上がり、その後直線的に低下して
【００４０】
【数５】
【００４１】
で第１の電位（Ｖ1）に達する。以後、同じ動作を繰り返す。図３（ｂ）はパルス幅変調回路３０から出力される信号を示す。パルス幅変調回路３０における第１の入力に、例えば、第１の物理量を表す第１の電圧制限回路２６の
【００４２】
【数１】
【００４３】
が加えられると、
【００４４】
【数３】
【００４５】
において、パルス幅変調回路３０における第２の入力に加えられる電圧が
【００４６】
【数６】
【００４７】
に達するとパルス幅変調回路３０の出力はハイ（ＶH）に立ち上がり、その状態を維持する。その後、パルス幅変調回路３０における第２の入力に加えられる電圧が再び
【００４８】
【数６】
【００４９】
に達すると
【００５０】
【数７】
【００５１】
パルス幅変調回路３０の出力はロー（ＶL）に遷移して、その状態を維持する。さらに
【００５２】
【数４】
【００５３】
でパルス幅変調回路３０における第２の入力に加えられる電圧が
【００５４】
【数６】
【００５５】
に達するとパルス幅変調回路３０の出力はハイ（ＶH）に立ち上がり、その状態を維持する。その後、パルス幅変調回路３０における第２の入力に加えられる電圧が再び
【００５６】
【数６】
【００５７】
に達すると
【００５８】
【数８】
【００５９】
パルス幅変調回路３０の出力はロー（ＶL）に遷移して、その状態を維持する。以後、同様の動作を繰り返すものである。
【００６０】
次に、図４を用いて、スイッチング回路２８、波形整形・分周回路２９、パルス幅変調回路３０、鋸波発生器３１の動作を説明する。
【００６１】
図４（ａ）は鋸波発生器３１の出力信号であり、この出力信号は波形整形・分周回路２９とパルス幅変調回路３０とに加えられる。波形整形・分周回路２９ではこの鋸波発生器３１の出力信号を図４（ｂ）に示す矩形パルス波に整形した後、４分周することにより図４（ｃ）に示す矩形パルス波をスイッチング回路２８の制御信号として出力する。そして、図４（ｄ）に示すように、スイッチング回路２８は、このスイッチング回路２８の制御信号の立ち下がり時（ｔp0）から第１の電圧制限回路２６の
【００６２】
【数１】
【００６３】
を、次の制御信号の立ち上がり時（ｔp1）から第２の電位（Ｖ2）をパルス幅変調回路３０の第１の入力に加える。次に、スイッチング回路２８は次の制御信号の立ち下がり時（ｔp2）から第２の電圧制限回路２７の
【００６４】
【数２】
【００６５】
を、次の制御信号の立ち上がり時（ｔp3）から第１の電位（Ｖ1）をパルス幅変調回路３０の第１の入力に加える。その後、同様の動作を繰り返すものである。パルス幅変調回路３０は鋸波発生回路３１からの第２の入力信号をスイッチング回路２８からの第１の入力信号でパルス幅変調して図４（ｅ）に示すような電圧信号を電流切替回路３３の制御入力に加える。これにより、第１の物理量を表す電圧信号を所定の回数（８回）出力した後、第２の物理量を表す電圧信号を所定回数（８回）出力することを繰り返すものである。
【００６６】
電流切替回路３３は前記パルス幅に変調された変調信号によって出力電流を大小の２水準に切り替えるもので、本発明の一実施の形態においては、電流切替回路３３に加えられる電圧がハイの場合、電流切替回路３３は大電流を出力し、一方、電流切替回路３３に加えられる電圧がローの場合、電流切替回路３３は小電流を出力するように構成されている。これにより、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置２０は前記電流切替回路３３で切り替えられた大小２水準の出力電流を第１、第２の物理量を表すデジタル信号として出力端子２３から出力することができるものである。
【００６７】
次に、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置２０から第１の物理量および第２の物理量を表すデジタル信号をセンサ装置２０より離れた位置に伝送する方法を図５を用いて説明する。この図５に示しているように、センサ装置２０の電源端子３２と直流電流のホット側とを電源ライン４１の一方に接続し、センサ装置２０の出力端子２３と増幅器４２の入力側とを電源ライン４１の他方に接続する。４３は増幅器４２の入力側とグランドとの間に接続されたプルダウン抵抗である。前記出力端子２３からの出力電流はプルダウン抵抗４３と増幅器４２とにより電流−電圧変換される。また、前記増幅器４２からの出力電圧は増幅器４２の後段に接続された信号処理装置４４に加えられて処理され制御信号として利用される。
【００６８】
上記の説明から明らかなように、本発明の一実施の形態におけるセンサ装置は、複数の信号を電源ラインのみの２線で出力することができ、これにより、特に電線の延長距離の長い機器において、取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるという効果を有するものである。
【００６９】
なお、上記本発明の一実施の形態におけるセンサ装置においては、第１、第２の２つの物理量を表す信号を電源ラインに重畳するようにしているが、２つ以上の物理量を表す信号を電源ラインに重畳することも可能である。
【００７０】
図６は本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置の検出部の正面部を示したもので、この図６において、５１は上下に延びる長方形のポリイミドフィルム等からなる検出部で、この検出部５１の下端部には櫛歯形状のカーボンからなる一対の第１の検出電極５２を設けている。また、前記第１の検出電極５２の上には櫛歯形状のカーボンからなる一対の第２の検出電極５３を設け、そしてこの第２の検出電極５３の上には同じく櫛歯形状のカーボンからなる一対の第３の検出電極５４を設け、さらに前記検出部５１の上端部には同じく櫛歯形状のカーボンからなる一対の第４の検出電極５５を設けている。そして、前記第１、第２、第３、第４の検出電極５２，５３，５４，５５は上下に延びる引き出し線によって端子５６，５７，５８，５９，６０に接続されているものである。
【００７１】
図７は図６における第１の検出電極５２のＡ−Ａ線での断面図を示したもので、この図７に示すように、検出部５１の下端部に設けた第１の検出電極５２は、対向する電極６１全体を絶縁物６２を介して金属層６３で覆うことにより構成しているもので、このような構成とすることにより、対向する電極６１間に発生する電気力線は被測定液内を通過しないため、第１の検出電極５２で測定される対向する電極６１間の静電容量は被測定液が有する誘電率の影響を受けることがなくなるものである。
【００７２】
なお、前記絶縁物６２としては、被測定液または被測定液を含浸させた固形物あるいは被測定液と実質的に同じ誘電率温度特性を持つ物質を選択するのが望ましい。これにより、液質測定における温度変化の影響を除去することができるものである。
【００７３】
本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置の動作時には、前記第１の検出電極５２と第２の検出電極５３はオイル等の熱伝導性の高い被測定液中に常に浸漬されるため、第１の検出電極５２と第２の検出電極５３の温度は実質的に等しいと見なすことができる。
【００７４】
図８は本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置の検出回路図を示したもので、この図８において、前記検出部５１の端子５６は第１の電位（Ｖ1）にある出力端子７１に接続する。また、前記検出部５１の端子５７，５８，５９，６０はそれぞれ第１の抵抗７２，第２の抵抗７３，第３の抵抗７４，第４の抵抗７５を介して定電圧源７６の第２の電位（Ｖ2）にある出力７８に接続される。７７は定電圧源７６と電源端子７９との間に接続された電流切替回路である。これにより、第１の検出電極５２、第２の検出電極５３、第３の検出電極５４、第４の検出電極５５がそれぞれ第１の抵抗７２、第２の抵抗７３、第３の抵抗７４、第４の抵抗７５に接続される。
【００７５】
この時、第２、第３、第４の検出電極５３，５４，５５がすべて被測定液外にある状態で第２の検出電極５３の電極間容量と第２の抵抗７３とで決まる時定数と、第３の検出電極５４の電極間容量と第３の抵抗７４とで決まる時定数と、第４の検出電極５５の電極間容量と第４の抵抗７５とで決まる時定数とは実質的に等しくなるようにしているものである。そして、第１の検出電極５２と第１の抵抗７２とで決まる時定数は、被測定液中に浸漬させた状態で第２の検出電極５３の電極間容量と第２の抵抗７３とで決まる時定数よりも小さくなるようにしている。
【００７６】
また、前記第１の抵抗７２と前記第１の検出電極５２との中点電位はコンパレータからなる第１の比較手段８０において、抵抗８１，８２からなる閾値発生手段と比較される。これと同様に、前記第２の抵抗７３と前記第２の検出電極５３との中点電位、前記第３の抵抗７４と前記第３の検出電極５４との中点電位および前記第４の抵抗７５と前記第４の検出電極５５との中点電位はそれぞれコンパレータからなる第２の比較手段８３、第３の比較手段８４および第４の比較手段８５において、抵抗８１，８２からなる閾値発生手段と比較される。そして、前記第２、第３、第４の比較手段８３，８４，８５の出力信号は論理素子からなる第１の論理回路８６に入力される。そしてまた、前記第１、第２の比較手段８０，８３の出力信号は論理素子からなる第２の論理回路８７に入力される。
【００７７】
さらに、前記第１の論理回路８６の後段には第１の論理回路８６の出力信号により開閉制御される第１のアナログスイッチ８８と第２のアナログスイッチ８９が設けられている。９０は一端が前記第１のアナログスイッチ８８と第２のアナログスイッチ８９との中点に接続され、かつ他端が第１のローパスフィルタ９１に接続された第５の抵抗である。９２は一端が第１の電位（Ｖ1）にある出力端子７１と接続され、かつ他端が前記第５の抵抗９０と第１のローパスフィルタ９１との間に接続されたコンデンサである。
【００７８】
さらにまた、前記第２の論理回路８７の後段には第２の論理回路８７の出力信号により開閉制御される第３のアナログスイッチ９３と第４のアナログスイッチ９４が設けられている。９５は一端が前記第３のアナログスイッチ９３と第４のアナログスイッチ９４との中点に接続され、かつ他端が第２のローパスフィルタ９６に接続された第６の抵抗である。９７は一端が第１の電位（Ｖ1）にある出力端子７１と接続され、かつ他端が前記第６の抵抗９５と第２のローパスフィルタ９６との間に接続されたコンデンサである。第１のローパスフィルタ９１の出力は第１の電圧変換回路９８を介してスイッチング回路９９における第１の入力に加えられる。また第２のローパスフィルタ９６の出力は第２の電圧変換回路１００を介して前記スイッチング回路９９における第２の入力に加えられる。波形整形・分周回路１０１の出力により制御されるスイッチング回路９９の出力はパルス幅変調回路１０２における第１の入力に接続されている。１０３は鋸波発生器で、その出力はパルス幅変調回路１０２における第２の入力に接続されるとともに波形整形・分周回路１０１に加えられる。また、前記パルス幅変調回路１０２の出力は電流切替回路７７の制御入力に接続されている。
【００７９】
次に、本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置の回路動作を図９を用いて説明する。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）はこのセンサ装置の各部の電圧波形を示したものである。
【００８０】
図６で示したセンサ装置の検出部５１を図示していないオイルパン中のエンジンオイル等の被測定液に浸漬する。この時、第１の検出電極５２と第２の検出電極５３は常に被測定液中に浸漬され、かつ第４の検出電極５５は常に被測定液外に配置される。そして、第３の検出電極５４は被測定液面と交差し、かつ液中に浸漬する部分は液位の昇降に伴って増減する。
【００８１】
本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置は、電源投入前の初期状態（ｔ0）においては、第１、第２、第３、第４の検出電極５２，５３，５４，５５の電極対間に電荷が存在しないため、第１の抵抗７２と第１の検出電極５２との中点電位、第２の抵抗７３と第２の検出電極５３との中点電位、第３の抵抗７４と第３の検出電極５４との中点電位および第４の抵抗７５と第４の検出電極５５との中点電位はすべて第１の電位（Ｖ1）にある。
【００８２】
そして、電源が投入されると（ｔ0）、前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５との中点電位は、図９（ａ）に示すように第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）に向かって、前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。また、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４との中点電位は、図９（ｂ）に示すように第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）に向かって、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、第３の検出電極５４の一部は被測定液中にあるため、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４の静電容量とで決まる時定数は、前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５とで決まる時定数よりも大きくなる。そしてまた、前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３との中点電位は、図９（ｃ）に示すように第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）に向かって、それぞれ前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、第２の検出電極５３は常に被測定液中に浸漬されているため、前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３の静電容量とで決まる時定数は、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４とで決まる時定数よりも大きくなる。さらに、前記第１の抵抗７２と第１の検出電極５２との中点電位は、図９（ｄ）に示すように第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）に向かって、それぞれ前記第1の抵抗７２と第１の検出電極５２の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。この時、前記した通り、第１の検出電極５２と第１の抵抗７２とで決まる時定数は、被測定液中に浸漬させた状態で第２の検出電極５３の電極間容量と第２の抵抗７３とで決まる時定数よりも小さくなるように設定している。
【００８３】
その後、前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５との中点電位が抵抗８１，８２で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第４の比較手段８５の出力は図９（ｅ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ1）。これと同様に、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４との中点電位が抵抗８１，８２で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第３の比較手段８４の出力は図９（ｆ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ2）。また、前記第１の抵抗７２と第１の検出電極５２との中点電位が抵抗８１，８２で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第１の比較手段８０の出力は図９（ｈ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ3）。さらに、前記第２の抵抗７３と前記第２の検出電極５３との中点電位が抵抗８１，８２で決められる閾値電圧Ｖthに達すると、コンパレータからなる第２の比較手段８３の出力は図９（ｇ）に示すようにハイからローに遷移する（ｔ4）とともに、第１、第２、第３、第４の検出電極５２，５３，５４，５５に蓄積された電荷がオープンコレクタ構成である素子１０４を介して第１の電位（Ｖ1）に放電されるため、前記第１の抵抗７２と第１の検出電極５２との中点電位、前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３との中点電位、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４との中点電位および前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５との中点電位はすべて第１の電位（Ｖ1）に戻り、かつ前記第１、第２、第３、第４の比較手段８０，８３，８４，８５の出力はそれぞれ図９（ｈ）（ｇ）（ｆ）（ｅ）に示すようにローからハイに遷移する（ｔ5）。
【００８４】
さらにその後、前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５との中点電位、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４との中点電位、前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３との中点電位、前記第１の抵抗７２と第１の検出電極５２との中点電位は、再び図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように第１の電位（Ｖ1）から第２の電位（Ｖ2）に向かって、それぞれ前記第４の抵抗７５と第４の検出電極５５の電極間容量、前記第３の抵抗７４と第３の検出電極５４の電極間容量、前記第２の抵抗７３と第２の検出電極５３の電極間容量、前記第１の抵抗７２と第１の検出電極５２の電極間容量とで決まる時定数で指数関数的に上昇する。以後、第４の比較手段８５の出力がハイからローに遷移し（ｔ6）、第３の比較手段８４の出力がハイからローに遷移し（ｔ7）、第１の比較手段８０の出力がハイからローに遷移し（ｔ8）、第２の比較手段８３の出力がハイからローに遷移し（ｔ9）、以後、前と同様の動作を繰り返す。
【００８５】
上記した第２、第３、第４の比較手段８３，８４，８５の出力信号は論理素子からなる論理回路８６に入力され、そして、第１のアナログスイッチ８８には図９（ｉ）に示す信号が、また第２のアナログスイッチ８９には図９（ｊ）に示す信号が出力される。これと同様に、上記第１、第２の比較手段８０，８３の出力信号は論理素子からなる論理回路８７に入力され、そして、第３のアナログスイッチ９３には図９（ｋ）に示す信号が、また第４のアナログスイッチ９４には図９（ｌ）に示す信号が出力される。
【００８６】
そして、この場合、各アナログスイッチに入力される信号がハイの時、アナログスイッチは「閉」、ローの時、「開」となる。これにより、図９の時間ｔ1〜ｔ2およびｔ6〜ｔ7においては、第１のアナログスイッチ８８が「閉」で第２のアナログスイッチ８９が「開」となるため、第２の電位（Ｖ2）から第５の抵抗９０を通してコンデンサ９２が充電される。そして、図９の時間ｔ2〜ｔ4およびｔ7〜ｔ9においては、第１のアナログスイッチ８８が「開」で第２のアナログスイッチ８９が「閉」となるため、コンデンサ９２に蓄積された電荷が第５の抵抗９０を通して第１の電位（Ｖ1）に放電される。このようにして、第３の検出電極５４が被測定液に浸漬されている部分の長さと被測定液外にある部分の長さにより決まる時間だけ第１のアナログスイッチ８８と第２のアナログスイッチ８９とを交互に開閉してコンデンサ９２を充放電することにより、被測定液の液位を表すアナログ電圧がコンデンサ９２の両端に出力される。
【００８７】
また、これと同様に、図９の時間ｔ3〜ｔ4およびｔ8〜ｔ9においては、第３のアナログスイッチ９３が「閉」で第４のアナログスイッチ９４が「開」となるため、第２の電位（Ｖ2）から第６の抵抗９５を通してコンデンサ９７が充電される。そして、図９の時間ｔ0〜ｔ3およびｔ5〜ｔ8においては、第３のアナログスイッチ９３が「開」で第４のアナログスイッチ９４が「閉」となるため、コンデンサ９７に蓄積された電荷が第５の抵抗９５を通して第１の電位（Ｖ1）に放電される。このようにして、前記第１の検出電極５２で測定される静電容量と第２の検出電極５３で測定される静電容量との差に比例する時間だけ前記第２のコンデンサ９７を充電し、かつ前記第１の検出電極５２で測定される静電容量に比例する時間だけ前記第２のコンデンサ９７に充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより、被測定液の液質を表すアナログ電圧がコンデンサ９７の両端に出力される。
【００８８】
コンデンサ９２，９７の両端に出力される電圧はリップルを含んでいるが、このリップルはローパスフィルタ９１，９６により除去されるため、電源を投入してから一定時間経過後には被測定液の液位を表す直流電圧（ＶhD）が第１の電圧変換回路９８に、被測定液の液質を表す直流電圧（ＶqD）が第２の電圧変換回路１００に加えられることになる。
【００８９】
次に、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を用いて、電圧変換回路９８，１００の動作を説明する。
【００９０】
図１０（ａ）は第３の検出電極５４と交差する被測定液の液位と前記直流電圧（ＶhD）との関係を示す特性図である。ここで被測定液の液位は第３の検出電極５４の全長で規格化して０〜１００％で表されており、直流電圧（ＶhD）は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。
【００９１】
図１０（ｂ）は被測定液の液質と前記直流電圧（ＶqD）との関係を示す特性図である。ここで被測定液の液質は適宜の値で規格化して０〜１００％で表されており、直流電圧（ＶqD）は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。
【００９２】
図１０（ｃ）は第３の検出電極５４と交差する被測定液の液位と第１の電圧変換回路９８の
【００９３】
【数９】
【００９４】
との関係を示す特性図である。ここで前記
【００９５】
【数９】
【００９６】
は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。図１０（ｃ）から被測定液の液位を表す
【００９７】
【数９】
【００９８】
の範囲は１０〜４０％に圧縮されてスイッチング回路９９の第１の入力に加えられることが分かる。
【００９９】
図１０（ｄ）は被測定液の液質と第２の電圧変換回路１００の
【０１００】
【数１０】
【０１０１】
との関係を示す特性図である。ここで前記
【０１０２】
【数１０】
【０１０３】
は第２の電位と第１の電位との差（Ｖ2−Ｖ1）で規格化して０〜１００％で表されている。この図１０（ｄ）から被測定液の液質を表す
【０１０４】
【数１０】
【０１０５】
の範囲は６０〜９０％に変換されてスイッチング回路９９の第２の入力に加えられることが分かる。
【０１０６】
このように電圧を変換することにより、被測定液の液位を表す第１の電圧変換回路９８の
【０１０７】
【数９】
【０１０８】
と被測定液の液質を表す第２の電圧変換回路１００の
【０１０９】
【数１０】
【０１１０】
とは常に異なった範囲の電圧値をとることになる。
【０１１１】
次に、図１１を用いて、スイッチング回路９９、波形整形・分周回路１０１、パルス幅変調回路１０２、鋸波発生器１０３の動作を説明する。
【０１１２】
図１１（ａ）は鋸波発生器１０３の出力信号であり、この出力信号は波形整形・分周回路１０１とパルス幅変調回路１０２とに加えられる。波形整形・分周回路１０１では前記出力信号を図１１（ｂ）に示す矩形パルス波に整形した後、４分周することにより図１１（ｃ）に示す矩形パルス波をスイッチング回路９９の制御信号として出力する。そして、図１１（ｄ）に示すように、スイッチング回路９９は前記制御信号の立ち下がり時（ｔp0）から第１の電圧変換回路９８の
【０１１３】
【数９】
【０１１４】
を、次の制御信号の立ち上がり時（ｔp1）から第２の電位（Ｖ2）をパルス幅変調回路１０２の第１の入力に加える。次に、スイッチング回路９９は次の制御信号の立ち下がり時（ｔp2）から第２の電圧変換回路１００の
【０１１５】
【数１０】
【０１１６】
を、次の制御信号の立ち上がり時（ｔp3）から第１の電位（Ｖ1）をパルス幅変調回路１０２の第１の入力に加える。その後、同様の動作を繰り返すものである。パルス幅変調回路１０２は鋸波発生器１０３からの第２の入力信号をスイッチング回路９９からの第１の入力信号でパルス幅変調して図１１（ｅ）に示すような電圧信号を電流切替回路７７の制御入力に加える。これにより、液位を表す電圧信号を所定の回数（８回）出力した後、液質を表す電圧信号を所定回数（８回）出力することを繰り返すものである。
【０１１７】
電流切替回路７７は図１に示した本発明の一実施の形態におけるセンサ装置２０の場合と同様に、電流切替回路７７に加えられる電圧がハイの場合、たとえば１４ｍＡの大電流を出力し、一方、電流切替回路７７に加えられる電圧がローの場合、たとえば７ｍＡの小電流を出力するように構成されている。このように、本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置においては、前記電流切替回路７７で切り替えられた大小２水準の出力電流を液位および液質を表すデジタル信号として出力端子７１から出力することができるものである。
【０１１８】
また、本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置から液位および液質を表すデジタル信号をセンサ装置から離れた位置に置かれている車両のＥＣＵ等に伝送する方法は、図５を用いて説明したものと同様の方法を用いることができる。
【０１１９】
上記の説明から明らかなように、本発明の他の実施の形態におけるセンサ装置は、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度等が変化しても常に液位を正確に表す信号と、液質を表す信号とを出力することができるとともに、前記液位を表す信号と、液質を表す信号とを電源ラインのみの２線で出力することができるもので、これにより、特に電線の延長距離の長い機器において、取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明に係るセンサ装置は、複雑な演算装置を設けることなく、被測定液の誘電率や温度が変化しても液位を正確に表す信号や液質を表す信号を出力することができるとともに、前記液位を表す信号や液質を表す信号を電源ラインのみの２線で出力することができ、これにより、特に電線の延長距離の長い機器において、取り扱いが容易で製造コストを抑えたセンサ装置を提供することができるという効果を有するものであり、特に、自動車、建築機械等のエンジンオイルや燃料の液位を検出するセンサ装置として有用なものである。
【符号の説明】
【０１２１】
２１ 第１の回路
２２ 第２の回路
２６ 第１の電圧制限回路
２７ 第２の電圧制限回路
２８ スイッチング回路
３０ パルス幅変調回路
３３ 電流切替回路
５１ 検出部
５２ 第１の検出電極
５３ 第２の検出電極
５４ 第３の検出電極
５５ 第４の検出電極
７７ 電流切替回路
９８ 第１の電圧変換回路
９９ スイッチング回路
１００ 第２の電圧変換回路
１０２ パルス幅変調回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物理量を第１の直流電圧に変換する第１の回路と、第２の物理量を第２の直流電圧に変換する第２の回路と、前記第１の直流電圧の電圧値を第１の範囲に制限する第１の電圧制限回路と、前記第２の直流電圧の電圧値を前記第１の範囲と重ならない第２の範囲に制限する第２の電圧制限回路と、前記第１、第２の電圧制限回路の出力電圧の各々を一定の周期で出力するスイッチング回路を設け、さらにこのスイッチング回路の出力側に、前記スイッチング回路からの出力電圧をパルス幅に変調する回路と、前記パルス幅に変調された変調信号によって電流源からの出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路とを設け、前記電流切替回路で切り替えられた大小２水準の出力電流を前記第１の物理量と第２の物理量とを表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしたセンサ装置。
【請求項２】
常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第１の検出電極と、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けて電極間の静電容量を測定する第２の検出電極と、被測定液の液位を測定する第３の検出電極と、常に被測定液外にある第４の検出電極を検出部に設けるとともに、前記第３の検出電極が被測定液中に浸漬されている部分の長さに比例する時間だけ充電し、かつ前記第３の検出電極が被測定液外にある部分の長さに比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより液位に比例した第１の直流電圧を発生する回路とを備えるとともに、前記第２の検出電極で測定される静電容量と第１の検出電極で測定される静電容量との差に比例する時間だけ充電し、かつ前記第１の検出電極で測定される静電容量に比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより液質に比例した第２の直流電圧を発生する回路とを備え、前記第１の直流電圧の電圧値を第１の範囲に制限する第１の電圧制限回路と、前記第２の直流電圧の電圧値を前記第１の範囲と重ならない第２の範囲に制限する第２の電圧制限回路と、前記第１、第２の電圧制限回路の出力電圧の各々を一定の周期で出力するスイッチング回路を設け、さらにこのスイッチング回路の出力側に、前記スイッチング回路の出力電圧をパルス幅に変調する回路と、前記パルス幅に変調された変調信号によって電流源からの出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路とを設け、前記電流切替回路で切り替えられた大小２水準の出力電流を液位と液質を表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしたセンサ装置。
【請求項１】
第１の物理量を第１の直流電圧に変換する第１の回路と、第２の物理量を第２の直流電圧に変換する第２の回路と、前記第１の直流電圧の電圧値を第１の範囲に制限する第１の電圧制限回路と、前記第２の直流電圧の電圧値を前記第１の範囲と重ならない第２の範囲に制限する第２の電圧制限回路と、前記第１、第２の電圧制限回路の出力電圧の各々を一定の周期で出力するスイッチング回路を設け、さらにこのスイッチング回路の出力側に、前記スイッチング回路からの出力電圧をパルス幅に変調する回路と、前記パルス幅に変調された変調信号によって電流源からの出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路とを設け、前記電流切替回路で切り替えられた大小２水準の出力電流を前記第１の物理量と第２の物理量とを表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしたセンサ装置。
【請求項２】
常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けることなく電極間の静電容量を測定する第１の検出電極と、常に被測定液中に浸漬され、かつ被測定液が有する誘電率の影響を受けて電極間の静電容量を測定する第２の検出電極と、被測定液の液位を測定する第３の検出電極と、常に被測定液外にある第４の検出電極を検出部に設けるとともに、前記第３の検出電極が被測定液中に浸漬されている部分の長さに比例する時間だけ充電し、かつ前記第３の検出電極が被測定液外にある部分の長さに比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより液位に比例した第１の直流電圧を発生する回路とを備えるとともに、前記第２の検出電極で測定される静電容量と第１の検出電極で測定される静電容量との差に比例する時間だけ充電し、かつ前記第１の検出電極で測定される静電容量に比例する時間だけ前記充電された電荷を放電するという動作を繰り返すことにより液質に比例した第２の直流電圧を発生する回路とを備え、前記第１の直流電圧の電圧値を第１の範囲に制限する第１の電圧制限回路と、前記第２の直流電圧の電圧値を前記第１の範囲と重ならない第２の範囲に制限する第２の電圧制限回路と、前記第１、第２の電圧制限回路の出力電圧の各々を一定の周期で出力するスイッチング回路を設け、さらにこのスイッチング回路の出力側に、前記スイッチング回路の出力電圧をパルス幅に変調する回路と、前記パルス幅に変調された変調信号によって電流源からの出力電流を大小の２水準に切り替える電流切替回路とを設け、前記電流切替回路で切り替えられた大小２水準の出力電流を液位と液質を表すデジタル信号として電源ラインに重畳するようにしたセンサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２５６０１５（Ｐ２０１０−２５６０１５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０２５９０（Ｐ２００９−１０２５９０）
【出願日】平成２１年４月２１日（２００９．４．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２１日（２００９．４．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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