計測センサー、静電容量センサー、計測システム
【課題】精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる計測センサーを提供する。
【解決手段】屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する第１電極４１，第２電極４２と、第１電極４１，第２電極４２の間の容量または該容量に基づいた物理量を計測し、計測結果を無線で外部に送信する無線タグと、第１電極４１，第２電極４２に係る無線タグ側の一端に設けられ、第１電極４１，第２電極４２を牽引するシールド線６と、を有することを特徴とする。
【解決手段】屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する第１電極４１，第２電極４２と、第１電極４１，第２電極４２の間の容量または該容量に基づいた物理量を計測し、計測結果を無線で外部に送信する無線タグと、第１電極４１，第２電極４２に係る無線タグ側の一端に設けられ、第１電極４１，第２電極４２を牽引するシールド線６と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物が接触している部分の長さを計測する計測センサー、計測センサーに用いることができる静電容量センサー、計測センサーを用いた計測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、中空の構造物中に流動性を有する物質を充填する際に、充填の過程において当該物質がどの程度充填されたかを把握したいという要求がある。例えば、建築現場においてコンクリートを型枠に充填して打設する場合には、充填過程において生コンクリートの界面位置を極力揃えながら必要量を充填するほうが、高品質・高強度の構造物とすることができるため、これまでは、作業者が直接またはビデオカメラ等の撮像装置を利用して目視確認を行っていた。
【０００３】
しかしながら、目視確認では精度が担保しにくく、また作業が繁雑となるため、簡便に精度良く充填高さを検出することが可能な技術が求められていた。このような課題に対し、コンクリートの充填確認を行うために、静電容量センサーを深さ方向の複数位置に配置し、各静電容量センサーにおける検出結果に基づいてコンクリートの充填高さを検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１８７４０号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１，２の技術では、センサーが離散的に配置されており、検出結果も離散的に得られる。そのため、センサーが設けられた位置については生コンクリートの界面を把握できるが、隣り合うセンサー同士の間に界面がある場合には、どの程度の高さ位置にまで充填されているかを正確に把握することができない。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる計測センサー、静電容量センサー、計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の計測センサーは、屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する一対の電極と、前記一対の電極間の容量または該容量に基づいた物理量を計測し、計測結果を無線で外部に送信する無線タグと、前記一対の電極に係る前記無線タグ側の一端に設けられ、前記一対の電極を牽引する牽引手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、一対の電極の間の容量を測定し、測定された結果を基に一対の電極に対する測定対象物が接触している部分の割合を求めることができる。一対の電極の面積長さは設計情報として既知であるため、求めた割合と一対の電極の長さとから、測定対象物が接触している部分の長さを求めることが可能となる。さらに、一対の電極に接触する測定対象物の割合の変化に伴って、算出される容量が連続的に変化するため、測定対象物が接触している部分の長さを連続的に求めることが可能となる。
【０００９】
このとき、牽引手段による牽引力で一対の電極に張力を加えることができるため、付設箇所において、屈曲自在に設けられた一対の電極に、うねりや撓みなどの容量の変動要因となる屈曲部分が生じにくくなる。したがって、一対の電極間の容量が安定する。または、測定される容量を用いて算出される物理量の値が安定する。
【００１０】
さらに、求めた計測結果を無線により外部に送信することができることとしたため、測定箇所への設置が容易となり、簡便に測定を行うことが可能となる。
【００１１】
これらによって、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる計測センサーとすることができる。
【００１２】
本発明においては、前記一対の電極のインダクタンスと、前記一対の電極間に形成されるコンデンサーと、により生じる異常発振を抑制する抑制回路を有することが望ましい。
一対の電極に屈曲部分が生じにくくなると、一対の電極のインダクタンスと一対の電極間の容量とによって異常発振を生じやすくなり、測定される容量が変動しやすくなる。しかし、この構成によれば、上述の異常発振を抑制する回路が設けられているため、測定される容量が安定し、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
【００１３】
本発明においては、前記一対の電極に係る前記無線タグ側の端部に、前記抑制回路が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、一対の電極の面積に応じた抑制回路を設けることが可能となる。したがって、確実に異常発振を抑制する抑制回路とすることが可能となり、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
【００１４】
また、本発明においては、前記一対の電極と、前記無線タグとがシールド線を介して接続されていることが望ましい。
この構成によれば、シールド線は、外部磁場や電場の影響を受けず容量変化を起こさないため、容量変化を生じる一対の電極は、終端が明確な構造となる。そのため、センサーとして有効に機能する部分を予め規定しやすくなる。したがって、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
【００１５】
本発明においては、前記シールド線を屈曲させたときの復元力を、前記牽引手段の牽引力とすることで、前記シールド線が前記牽引手段を兼ねることが望ましい。
この構成によれば、構成を簡略化することができる。
【００１６】
本発明においては、計測結果を得るために次の３種の方式を採用することができる。
まず第１に、本発明においては、前記無線タグは、前記測定対象物の比誘電率を記憶する記憶部を有し、前記容量と前記比誘電率とに基づき、前記一対の電極全体に対する、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の割合を、前記計測結果として算出することが望ましい。
この構成によれば、記憶部に記憶させる測定対象物の比誘電率を変更することにより、種々の測定対象物に適応可能な計測センサーとすることができる。
【００１７】
また第２に、本発明においては、前記一対の電極の間に接続され、前記一対の電極とともに発振回路を形成する抵抗を有し、前記無線タグは、前記発振回路における周波数を測定し、前記周波数と前記抵抗の抵抗値とに基づき、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の長さを、前記計測結果として算出することが望ましい。
発振回路における周波数（発振周波数）は、一対の電極間の容量に応じて変動するため、発振周波数を測定することにより、発振回路の式を用いて良好に一対の電極が測定対象物と接触している部分の長さを算出することが可能となる。
【００１８】
また第３に、本発明においては、前記無線タグは、前記一対の電極に交流電圧を印加して、前記一対の電極の間に流れる電流値を検出し、前記電流値と前記交流電圧の電圧値とに基づき、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の長さを、前記計測結果として算出することが望ましい。
この構成によれば、検出する電流値と印加する交流電圧の電圧値とを用い、一対の電極間のリアクタンスを求めることができ、該リアクタンスの値から良好に一対の電極が測定対象物と接触している部分の長さを算出することが可能となる。
【００１９】
本発明においては、前記交流電圧の周波数は、前記無線に用いる搬送波の周波数と異なることが望ましい。
この構成によれば、測定に用いる交流と無線通信に用いる電波とが干渉することなく、良好に測定と通信とを両立することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の静電容量センサーは、屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する一対の電極と、前記一対の電極の端部に設けられ前記一対の電極を牽引する牽引手段と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、一対の電極間の容量を算出し、算出された結果を基に電極全体に対する測定対象物が接触している部分の割合を連続的に求めることができる。また、牽引手段による牽引力で一対の電極に張力を加えることができるため、付設箇所において、屈曲自在に設けられた一対の電極に、うねりや撓みなどの容量の変動要因となる屈曲部分が生じにくくなる。したがって、一対の電極間の容量が安定し、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる静電容量センサーとすることができる。
【００２１】
本発明においては、前記一対の電極のインダクタンスと、前記一対の電極間に形成されるコンデンサーと、により生じる異常発振を抑制する抑制回路を有することが望ましい。
一対の電極に屈曲部分が生じにくくなると、一対の電極のインダクタンスと一対の電極間の容量とによって異常発振を生じやすくなり、測定される容量が変動しやすくなる。しかし、この構成によれば、上述の異常発振を抑制する回路が設けられているため、測定される容量が安定し、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
【００２２】
本発明においては、前記一対の電極と接続するシールド線を有し、前記一対の電極と前記シールド線との接続箇所に、前記抑制回路が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、シールド線は、外部磁場や電場の影響を受けず容量変化を起こさないため、容量変化を生じる一対の電極は、終端が明確な構造となる。そのため、センサーとして有効に機能する部分を予め規定しやすくなる。したがって、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。また、抑制回路が一対の電極の終端に配置されることとなるため、一対の電極の面積に応じた抑制回路を設けることが可能となる。したがって、確実に異常発振を抑制する抑制回路とすることが可能となり、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
【００２３】
本発明においては、前記シールド線を屈曲させたときの復元力を、前記牽引手段の牽引力とすることで、前記シールド線が前記牽引手段を兼ねることが望ましい。
この構成によれば、構成を簡略化することができる。
【００２４】
また、本発明の計測システムは、上述の計測センサーと、前記計測センサーから発信される計測結果を受信する記録装置と、の間で通信を行う計測システムであって、前記計測センサーは、前記一対の電極との間の容量を計測するとともに、計測結果を前記無線タグから前記記録装置に送信し、前記記録装置は、前記計測センサーから送信される前記計測結果を受信する受信部と、前記計測結果に基づいて、前記一対の電極の全長に対する、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の割合を算出する算出部と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、上述の計測センサーを有するために精度良く信頼性が高い測定を行うことができ、且つ、測定結果を無線で通信するため、測定箇所に対する取り付けが簡便であり、取り回しが容易となる。そのため、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる、計測システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係る計測システムを示す概略図である。
【図２】第１実施形態の計測システムの使用例を示す説明図である。
【図３】センサー部を説明する説明図である。
【図４】無線ユニットを示す分解斜視図である。
【図５】無線ユニットが有するＲＦＩＤタグを示すブロック図である。
【図６】制御部における生コンクリートの界面高さの算出方法を説明する概念図である。
【図７】シールド線の機能について説明する説明図である。
【図８】シールド線の機能について説明するグラフである。
【図９】検出されうる異常発振をするグラフである。
【図１０】抑制回路の機能について説明するグラフである。
【図１１】第２実施形態の無線ユニットが有するＲＦＩＤタグを説明する模式図である。
【図１２】第２実施形態の無線ユニットの製造工程を示す工程図である。
【図１３】第２実施形態の無線ユニットの製造工程を示す工程図である。
【図１４】第２実施形態の無線ユニットの製造工程を示す工程図である。
【図１５】第２実施形態の無線ユニットの製造工程を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１実施形態］
以下、図１〜図１０を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る計測センサー、静電容量センサー、計測システムについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００２７】
図１は、本実施形態に係る計測システムを示す概略図である。本実施形態の計測システム１は、計測センサー２と記録装置３とを有している。記録装置３は、本体３１とアンテナ３２とを有し、本体３１は、アンテナ３２を介して計測センサー２の測定結果を通信する通信部３１１と、測定結果を用いて必要に応じて計算するとともに、測定結果や計算結果記録を記録する制御部３１２と、を有している。
【００２８】
センサー部４と、無線ユニット５と、センサー部４と無線ユニット５とを接続するシールド線（牽引手段）６と、センサー部とシールド線６との接続部分に設けられた抑制回路７と、を有している。これらは、いずれも屋外での使用を想定して、単体で、および各接続箇所において防水加工がなされている。また、センサー部４とシールド線６と抑制回路７とは、静電容量センサー１０を形成している。
【００２９】
センサー部４は、第１電極（一対の電極）４１および第２電極（一対の電極）４２を有している。第１電極４１および第２電極４２は、所定間隔を開け屈曲自在に形成されており、先端部が互いに接続しないように封止部４３で封止されている。このような第１電極４１および第２電極４２は、例えば、平行フィーダー線のような電線や、帯状の導体薄膜を用いることができる。このようなセンサー部４の長さは、測定箇所の寸法、および作業効率に応じて設定可能である。
【００３０】
無線ユニット５は、ＲＦＩＤタグ（無線タグ）５１と、ＲＦＩＤタグ５１を収容する収容部５２と、を有している。シールド線６は、収容部５２の側壁に設けられた取り出し部５３に挿通され、ＲＦＩＤタグ５１に接続されている。
【００３１】
ＲＦＩＤタグ５１は、不図示の集積回路が実装される回路基板５１１と、記録装置３との間で無線信号の授受を行うアンテナ５１２と、ＲＦＩＤタグ５１やセンサー部４を駆動させるための電力を供給する電池（電源）５１３と、を有している。アンテナ５１２は、アンテナ線５１２ａと、アンテナ線５１２ａが巻き付けられたフェライトコア５１２ｂと、を有している。フェライトコア５１２ｂは無くても良い。
【００３２】
図２は、本実施形態の計測システム１の使用例を示す説明図である。ここでは、建築現場においてコンクリートを打設するときのコンクリートの充填量（充填高さ）を測定するために用いる場合を示す。
【００３３】
例えば、型枠９０の中に鉄筋９１を縦横に組み上げたコンクリートの打設箇所において、計測システム１の使用者は、センサー部４の先端部を、縦方向（鉛直方向）の鉄筋９１ａの下端付近で繋止部材４９を用いて繋止して、鉄筋９１ａに沿ってセンサー部４を延在させる。また、鉄筋９１ａの上端付近において、センサー部４に撓みがない状態で横方向の鉄筋９１ｂに無線ユニット５を繋止する。なお、繋止部材４９は、予めセンサー部４の端部に設けておくこととしてもよい。
【００３４】
このような状態で、型枠９０の内部に生コンクリート（測定対象物）２００を充填すると、無線ユニット５は、センサー部４を用いて検出される生コンクリート９２の充填高さを記録装置３に送信し本体３１で記録する。計測システム１の使用者は、記録装置３の記録を参照して、生コンクリート９２の充填高さを知ることができる。
【００３５】
以下の説明では、計測システム１を図２に示したような使用状況で用いることとして説明を行う。
【００３６】
図３は、センサー部４を説明する説明図である。センサー部４を構成する第１電極４１および第２電極４２は、一方が測定電極に該当し他方が設置電極に該当する。図に示すように、第１電極４１および第２電極４２は平行に配置され、両電極の間に連続して容量Ｃｎが形成される。
【００３７】
詳しくは後述するが、生コンクリート９２の充填過程では、第１電極４１と第２電極４２との間に配置される誘電体の種類および量が変化するため、容量Ｃｎの値が変動する。図１に示す無線ユニット５では、変動する容量Ｃｎに基づいて生コンクリート９２の充填高さを算出する。
【００３８】
図４は、無線ユニット５を示す分解斜視図である。図に示すように、無線ユニット５の収容部５２は、蓋材である第１部材５２１と、ＲＦＩＤタグ５１を内包する収容容器である第２部材５２２と、に分割することができる。静電容量センサー１０は、シールド線６から延びる配線６１の端部に設けられた端子でＲＦＩＤタグ５１の回路基板５１１に接続しており、分割することにより、既に取り付けられている静電容量センサー１０Ａを、別体の静電容量センサー１０Ｂと交換することが可能となる。
【００３９】
図５は、ＲＦＩＤタグ５１を示すブロック図である。図に示すように、ＲＦＩＤタグ５１は、電池５１３の他に、センサー部４が接続される端子５１４、端子５１４と接続される切り替え部５１５、切り替え部５１５が接続される制御部（算出部）５１６、図１に示したアンテナ５１２を有し制御部５１６に接続される無線部５１７、および記憶部５１８を有している。
【００４０】
電池５１３は、ＲＦＩＤタグ５１の各部およびセンサー部４に電力を供給する。
【００４１】
切り替え部５１５は、電池５１３からセンサー部４への電力の供給状態を、供給または遮断のいずれか一方に切り替える回路であり、例えばプログラマブルなプルアップ抵抗を有して構成されている。電力の供給状態の切り替えは、制御部５１６から切り替え部５１５に入力される入力信号（エッジ割り込み）を用いて行われる。
【００４２】
制御部５１６は、センサー部４が有する第１電極４１に第１の周波数（測定用周波数）で変化する交流電圧を印加するとともに、交流電圧の印加時に流れる交流電流を検出し、ＲＣ発振のパルス数（発振周波数）をカウントして、これらの電流値とカウント数とに基づいて、センサー部４が有する第１電極４１と第２電極４２との間の容量を算出する。容量が算出されると、算出された容量と、記憶部５１８に記憶された生コンクリート９２および空気の比誘電率とに基づいて、型枠９０内に存在する生コンクリート９２の界面高さを算出する。
【００４３】
図６は、制御部５１６における生コンクリート９２の界面高さの算出方法を説明する概念図である。まず、制御部５１６は、型枠９０内に生コンクリート９２が入れられていない状態における容量を計測し、自身の内部の記憶領域（メモリー）に基準容量として一時記憶する。制御部５１６は、生コンクリート９２の充填過程において、センサー部４の容量の基準容量からの変動を計測する。
【００４４】
すなわち、図６に示すように、型枠９０の内部において下部に生コンクリート９２が充填され、生コンクリート９２の上部が空気９３で覆われている場合、センサー部４は、先端である封止部４３を基点として、基点から生コンクリート９２の界面に対応する位置までは生コンクリート９２で覆われ、残りが空気９３で覆われることとなる。センサー部４の容量は、センサー部４全体に対する生コンクリート９２が覆う部分の比に応じて変動することとなる。
【００４５】
まず、制御部５１６は、記憶部５１８に記憶された生コンクリートの比誘電率ａ、および空気の比誘電率ｂ（＝１）、を読み出す。センサー部４の長さを１とすると、センサー部４が全て空気９３に覆われている場合の容量（すなわち、基準容量）が１単位であり、センサー部４が全て生コンクリート９２に覆われている場合の容量がａ単位である。
【００４６】
このとき、測定された容量をｃとすると、下記の式（１）に基づいて、センサー部４全体に対し生コンクリート９２が覆っている部分の割合ｘが求められ、既知の値であるセンサー部４の長さを用いて、センサー部４の先端から生コンクリート９２の界面までの高さを算出することができる。
【００４７】
［数１］
ａ×ｘ＋ｂ×（１−ｘ）＝ｃ …（１）
【００４８】
図５に戻って、無線部５１７は、制御部５１６で算出された結果を、アンテナ５１２を介し無線を用いて記録装置３に送信する。ここでは、無線部５１７と記録装置３との通信に用いられる搬送波の周波数（搬送波周波数）は、第１の周波数と異なる第２の周波数が設定されている。これにより、容量を計測する際に用いられる交流電圧と、通信に用いる搬送波と、が干渉しないようになっている。例えば、測定用周波数は６０ｋＨｚであり、搬送波周波数は１３１ｋＨｚである。図１に示すアンテナ５１２およびアンテナ３２は、上述の搬送波周波数で共振するように調整されている。
【００４９】
さらに、制御部５１６は、切り替え部５１５に対し、切り替え部５１５を電力遮断状態から電力供給状態へと切り替える切り替え信号を入力する。本実施形態においては、切り替え信号は、無線部５１７を介して記録装置３から供給される。無線部５１７では、記録装置３から供給される信号を受信し、制御部５１６に出力して、割り込み処理を発生させる。
【００５０】
これにより、センサー部４への電力の供給状態を遮断から供給へと切り替えることができ、計測箇所に計測センサー２を設置するまではセンサー部４へ電力を供給しないこととしておき、設置後にセンサー部４へ電力を供給することとして、無用な電力消費を抑制することができる。
【００５１】
ここで、発明者の検討により、以上のような算出方法で生コンクリート９２の充填高さを求める場合、次のような課題が生じやすいことが分かった。
【００５２】
まず第１の課題として、センサー部４を付設する際、センサー部４に弛みや撓みなどの屈曲部分があると、屈曲部分ではセンサー部４を構成する第１電極４１と第２電極４２との離間距離が変化し、測定される容量が安定しないことが分かった。
【００５３】
また第２の課題として、センサー部４を弛みなく付設すると、測定される容量が安定する一方で、第１電極４１および第２電極４２のインダクタンスと容量とにより異常発振を生じやすく、測定される容量が安定しないことが分かった。
【００５４】
そこで、本実施形態の計測センサー２では、以下のようにして上記課題を解決している。
【００５５】
まず、第１の課題に対する解決方法を説明する。
図７は、第１の課題に対するシールド線６の機能について説明する説明図である。無線ユニット５を鉄筋９１ｂに繋止する際、センサー部４が符号４Ａで示すようなたるんだ状態とならないように、シールド線６をしならせセンサー部４を張った状態（符号４Ｂ）とする。このように無線ユニット５を付設すると、しならせたシールド線６の復元力Ｆによりセンサー部４を先端側からシールド線６側に牽引し、センサー部４が弛み無く張られた状態とすることができる。すなわちシールド線６は、センサー部４を弛み無く張った状態とするための牽引手段として用いられる。
【００５６】
このようにすることで、センサー部４に弛みや撓みなどの屈曲部分が生じにくくなり、センサー部４で測定される容量を安定させることができる。また、このようにシールド線６を用いて、センサー部４を牽引する構成とするため、センサー部４は、シールド線６の復元力Ｆで牽引し弛み無く張ることが可能な程度の長さ、および形成材料とするとよい。
【００５７】
図８は、シールド線６による牽引の効果を示すグラフであり、図８（ａ）はシールド線６による牽引が無い場合に発生する課題を示すグラフ、図８（ｂ）は効果を示すグラフである。
【００５８】
図８（ａ）には、各種のセンサー部４を用い、シールド線６による牽引無しで測定対象である水の深度を測定したの、深度に対するセンサー部４の容量の関係を示したグラフである。図では、センサー部４として、４種（平行線、フィーダー線、より対線、シールド線）の配線を用いた場合の測定結果を示している。測定時には、センサー部４を牽引していないため、センサー部４は弛んだ状態で測定箇所に付設されている。
【００５９】
図に示すように、より対線およびシールド線では、弛みがなくても測定値に変化がないが、より対線およびシールド線は、外部環境により容量変化を生じないまたは生じにくいため、検出される容量値が一定値となり、水深変化に対する容量変化が見られない。そのため、これらはセンサー部４としては用いることができない。
【００６０】
また、平行線およびフィーダー線は、水深変化に対して検出される容量変化が見られ、センサー部４として採用可能であるが、上述した第１の課題により、容量変化が一定の傾きを示さない。このような測定値の変化は、センサー部４の弛み方によって異なるため、センサー部４の付設の仕方により水深変化に対する容量変化が異なることとなり、測定誤差の原因となる。
【００６１】
そこで、本実施形態のセンサー部４では、シールド線６の弾力（復元力）によって牽引されることとし、測定誤差の原因となる弛みを解消している。
【００６２】
図８（ｂ）には、平行線をセンサー部４として用い、シールド線６による牽引をしてセンサー部４を弛み無く付設した状態で、測定対象である水の深度を測定したの、深度に対するセンサー部４の容量の関係を示したグラフを示す。図に示すように、水深変化に対して検出される容量変化が一定の傾きを示すことから、測定される容量値から精度良く水深を測定することができる。
【００６３】
次に、第２の課題に対する解決方法を説明する。
図９は、第２の課題を説明するグラフである。本実施形態の計測センサー２では、センサー部４を構成する第１電極、第２電極の間の静電容量をＲＣ発振回路のＣ成分とみなし、発振させてＲＣ発振のパルス数をカウントし、容量の計測を行う回路構成となっている。図９（ａ）には、良好な測定が可能なＲＣ発振のパルスを示す。パルス数は、応答が所定値（図中、符号Ｔで示す）以上となるときのピーク値をカウントする。
【００６４】
しかし、本実施形態の計測センサー２では、センサー部４が長い電線でかつ開放端であるため、インダクタンス成分およびセンサー部４の末端からの反射波が無視できず、図９（ｂ）に示すように、ＲＣ発振周波数とはまったく異なる高い周波数での発振現象が発生してしまう。このとき、発生する高周波の波に、応答が所定値以上の成分（図中、符号αで示す）が含まれると、当該成分がＲＣ発振のパルスとしてカウントされてしまうため、検出されるＲＣ発振周波数が異なってしまい、それが計測誤差として現われてしまう。
【００６５】
そこで、本実施形態の計測センサー２では、センサー部４とシールド線６との間に抑制回路７を設け、上述の高周波の発振を抑制することとしている。抑制回路７は、異常発振をキャンセルするための一種のローパスフィルター回路である。このような回路は、例えば追加キャパシターと抵抗成分を有して構成される。
【００６６】
生じる異常発振は、用いるセンサー部４に応じて異なるため、センサー部４に応じた抑制回路７を設ける必要がある。すなわち、抑制回路７を設けたとしても、センサー部４の構成（インダクタンス成分、長さなど）によっては、異常発振を抑えきれず、図１０（ａ）に示すように、異常発振の高周波成分（図中、符号βで示す）が残存することがある。このような場合には、抑制回路７、すなわちローパスフィルター回路を構成する抵抗成分の抵抗値を適宜調整することにより、図１０（ｂ）に示すように異常発振の高周波成分（図中、符号γで示す）を抑制し、ＲＣ発振のパルス数を精度良く測定することが可能となる。
【００６７】
本実施形態では、抑制回路７をセンサー部４とシールド線６との間に設けることとしているため、抑制回路７は予めセンサー部４に応じて良好に異常発振を抑制する回路構成とすることが容易である。そして、計測センサー２に用いる静電容量センサー１０は、センサー部４に応じた抑制回路７を予め備えていることとすることで、静電容量センサー１０を交換した場合であっても、異常発振を抑え良好な測定が可能となる。
【００６８】
本実施形態の計測センサー２では、以上のようにして第１の課題および第２の課題を解決し、良好な測定を可能としている。
【００６９】
以上のような構成の計測センサー２によれば、第１電極４１と第２電極４２との間の容量を算出し、算出された結果を基にセンサー部４全体に対して生コンクリート９２が接触している部分の割合を求め、生コンクリート９２の界面高さを連続的に求めることができる。
【００７０】
このとき、シールド線６による牽引力で第１電極４１と第２電極４２とに張力を加えることができるため、第１電極４１および第２電極４２にうねりや撓みなどの容量の変動要因となる屈曲部分が生じにくくなる。したがって、第１電極４１と第２電極４２との間の容量が安定する。
【００７１】
さらに、算出結果を無線により外部に送信することができることとしたため、測定箇所への設置が容易となり、簡便に測定を行うことが可能となる。
【００７２】
これらによって、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる計測センサー２とすることができる。
【００７３】
同様の理由により、以上のような構成の静電容量センサー１０によれば、第１電極４１と第２電極４２との間の容量が安定し、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる静電容量センサー１０とすることができる。
【００７４】
また、以上のような構成の計測システム１によれば、上記計測センサー２を有するために精度良く信頼性が高い測定を行うことができ、且つ、測定結果を無線で通信するため、測定箇所に対する取り付けが簡便であり、取り回しが容易となる。そのため、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる、計測システムとすることができる。
【００７５】
なお、本実施形態においては、シールド線６を牽引手段として用いることとしたが、これに限らず、別体の牽引手段を備えることとしても構わない。このような牽引手段としては、第１電極４１と第２電極４２とに張力を加えることができればよく、例えば、板ばねやコイルばね等の弾性部材を用いることができる。
【００７６】
また、本実施形態においては、ＲＦＩＤタグ５１内において生コンクリート９２の界面高さを算出し、記録装置３に送信することとしたが、これに限らず、容量の計測結果をＲＦＩＤタグ５１から記録装置３に送信し、送信される容量の計測結果に基づいて、記録装置３において生コンクリート９２の界面高さを算出することとしても構わない。その場合は、生コンクリートおよび空気の比誘電率を記憶する記憶部５１８は、記録装置３に設けられる。また、制御部３１２が、界面高さを算出する算出部として機能する。
【００７７】
また、本実施形態においては、抑制回路７がセンサー部４とシールド線６との間に設けられることとしたが、回路基板５１１上であってセンサー部４からの信号が制御部５１６に入力される前に設けられることとしても、異常発振を抑制するという抑制回路７の機能を実現することができる。
【００７８】
また、本実施形態においては、シールド線６によりセンサー部４と無線ユニット５とを接続することとしたが、シールド線６を用いることなく、センサー部４を無線ユニット５に直接接続することもできる。その場合、板ばねやコイルばね等の弾性部材を用いた牽引手段を別途設け、センサー部４に張力を加えることとする。
【００７９】
また、本実施形態においては、生コンクリート９２を充填する場合について説明したが、他の測定対象物についても適用可能である。例えば、測定対象物が水である場合、水の貯留場所に第１電極４１と第２電極４２とを鉛直方向に付設し、第１電極と第２電極との間の容量を求めることにより、貯留場所における水の界面高さを求めることが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態においては、第１電極４１と第２電極４２とを鉛直方向に付設し、生コンクリート９２の界面高さを計測することとしたが、第１電極４１と第２電極４２との付設方向はこれに限らない。
【００８１】
例えば、第１電極４１と第２電極４２とを水平方向に付設することとすると、第１電極４１および第２電極４２が行き渡る領域において、生コンクリート９２が全領域に間違いなく充填されているか否かを判断する充填管理に利用することが可能である。すなわち、第１電極４１および第２電極４２が行き渡る領域の一部において、生コンクリート９２が良好に充填されておらず、空隙を生じているとすると、全領域で充填された場合に得られる容量の値との間に差を生じる。そのため、測定される容量と、生コンクリート９２が全領域で充填された場合に測定される容量の理論値と、に基づいて、確かに充填されているか否かを判断することができる。
【００８２】
なお、本実施形態で採用した容量の算出方法の他に、以下に示すような算出方法を採用することもできる。以下の説明においては、図６を参照している。
【００８３】
（第１の変形例）
第１の変形例では、制御部５１６は、第１の周波数を６０ｋＨｚとし、この正弦波の交流電圧を第１電極４１と第２電極４２との間に印加して、電極間に生じる電流を計測する。そして制御部５１６は、電流値と電圧値とから、第１電極４１と第２電極４２との間のリアクタンスを求め、コンデンサーのインピーダンスを示すＸｃ＝１／（２πｆｃ）の関係式から電極間の容量ｃを算出する。
【００８４】
ここでは、生コンクリート９２の比誘電率をε１、空気の比誘電率をε２とし、生コンクリート９２の容量をｃ１、空気の容量をｃ２とすると、ｃ＝ｃ１＋ｃ２であることから、第１電極４１，第２電極４２が同じものであるとすると、各容量ｃ１，ｃ２は以下の式（２）（３）のように表すことができる。
【００８５】
［数２］
ｃ１＝ε１×ｘ×ｗ／ｄ …（２）
【００８６】
［数３］
ｃ２＝ε２×（ｈ−ｘ）×ｗ／ｄ …（３）
（ｗ：第１電極４１，第２電極４２の幅、ｄ：電極間の距離、ｈ：第１電極４１，第２電極４２の全長）
【００８７】
上記式（２）（３）に基づいてｘを算出することにより、生コンクリート９２の界面高さを算出することができる。
【００８８】
（第２の変形例）
第２の変形例では、ＲＦＩＤタグ５１が、第１電極４１と第２電極４２との間の容量に対して直列に接続され、発振回路を形成する抵抗を有し、制御部５１６は、この発振回路における周波数を測定し、測定される周波数と発振回路が有する抵抗の抵抗値とから容量を算出する。
【００８９】
この発振周波数は、第１電極４１と第２電極４２との間の容量に応じて変動する。ここでは、制御部５１６は、第１の周波数で変化する交流電圧を第１電極４１に印加する。そして、発振周波数ｆを測定し、測定された発振周波数ｆと発振回路を形成する抵抗の抵抗値とから、発振回路の式を元に、容量ｃを算出する。容量ｃが得られた後は、上述の方法と同様に、生コンクリート９２の界面高さを算出することができる。
【００９０】
また、上述した算出方法は一例であって、センサー部４の容量を測定することができれば、上述の方法に限らず通常知られた方法を採用することができる。その場合、容量測定のために必要とする回路構成は、適宜追加することが可能である。
【００９１】
［第２実施形態］
図１１〜図１５は、本発明の第２実施形態に係る計測センサーの説明図である。本実施形態の計測センサーは、第１実施形態の計測センサーと一部共通し、無線ユニット５の封止構造が異なっている。したがって、以下の説明においては、第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９２】
本実施形態の無線ユニット５は、防水加工を行うために特殊な事情を有している。すなわち、第１実施形態で示した無線ユニット５では、ＲＦＩＤタグ５１が収容部５２の内部に収容されていることとしたが、本実施形態の無線ユニットでは、収容部がＲＦＩＤタグ５１を包埋し封止する樹脂製の成型体となっている。より具体的には、無線ユニット５が有するＲＦＩＤタグ５１は、電池５１３を実装しＲＦＩＤタグ５１の各部に電力を供給している状態で樹脂材料に包埋されることで、樹脂製の収容部の中に包埋され封止される。
【００９３】
このとき、通常の工程としては、ＲＦＩＤタグ５１を金型内に配置し、樹脂材料を金型の中に流し込んで包埋することが考えられるが、電池５１３を実装しているため、ＲＦＩＤタグ５１の配線や電池５１３の外装など、導電性を有する部材が金型に触れると、短絡しＲＦＩＤタグ５１が破損するおそれがある。
【００９４】
このような課題を解決するために、ＲＦＩＤタグ５１は以下に示すような構成を有している。図１１は、無線ユニット５が有するＲＦＩＤタグ５１を説明する模式図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は裏面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）の線分Ａ−Ａにおける矢視断面図である。
【００９５】
図１１に示すＲＦＩＤタグ５１は、平面視矩形の回路基板５１１において一端側の辺にアンテナ５１２が接続され、該一端側の辺に対向する辺に複数の端子５１４が設けられ、不図示のセンサー部４に繋がるシールド線６が接続されている。シールド線６から引き出された複数の配線（図では２本）は、上述の対向する辺の略中央部に接続されている。回路基板５１１に対し、回路基板５１１の周縁部から突出する部材（オンボードセンサーなど）を設ける場合には、アンテナ５１２およびシールド線６が接続された辺とは異なる辺に接続する。
【００９６】
アンテナ５１２は、後述する樹脂材料による封止の際、樹脂材料がアンテナ５１２の周囲を良好に取り囲むことができるように、回路基板５１１と一定の離間距離を有して配置されている。この離間距離は、用いる樹脂材料の成形時の流動性や流動速度などの成形条件によって、好適な値が定められる。
【００９７】
また、アンテナ５１２、電池５１３、シールド線６は、回路基板５１１の一方の面（おもて面）５１１ａ側に実装されており、回路基板５１１の他方の面（裏面）５１１ｂ側には、集積回路５１９が実装されている。集積回路５１９は、第１実施形態の図５の制御部５１６や記憶部５１８の機能を有するものである。もちろん、アンテナ５１２、電池５１３、シールド線６がおもて面５１１ａ側にすべて実装されることなく、一部が裏面５１１ｂ側に実装される構成とすることもできる。
【００９８】
さらに、図１１（ｂ）（ｃ）に示すように、回路基板５１１の裏面５１１ｂには、複数箇所（図では３箇所）に、金属物が接触してもＲＦＩＤタグ５１の回路が短絡しない、表面が誘電体材料で形成された非導通部Ｘが設けられている。非導通部Ｘは、回路基板５１１の重心Ｇを囲むようにして３箇所に配置されている。
【００９９】
非導通部Ｘは、回路基板５１１において回路パターンを形成しないことにより、回路基板５１１上のソルダーレジストを用いて直接設けることとしても良く、また、回路基板５１１上に誘電体材料で形成された部材を貼付して設けることとしても良い。ここでは、回路基板５１１上に、誘電体材料で形成された部材を別途貼付することとして図示している。
【０１００】
このようなＲＦＩＤタグ５１は、以下のような工程により封止体の内部に封止し、無線ユニット５を製造する。図１２〜１５は無線ユニット５の製造工程を示す工程図である。無線ユニット５の製造においては、ＲＦＩＤタグ５１を２回に分けて封止する。
【０１０１】
まず。図１２に示すように、ＲＦＩＤタグ５１を第１金型１００内に配置する。第１金型１００は、底面１００ａにＲＦＩＤタグ５１を支持する複数（図では３つ）の突起１１０が設けられている。また、ＲＦＩＤタグ５１が有する非導通部Ｘは、各突起１１０と対応する位置に設けられている。すなわち、ＲＦＩＤタグ５１は、非導通部Ｘを介して突起１１０と接するようにして第１金型１００内に配置される。これにより、短絡が生じること無く、第１金型１００内にＲＦＩＤタグ５１を配置することができる。
【０１０２】
また、第１金型１００は、側壁１００ｂにシールド線６の外径と同じ大きさの内径を有する開口部１２０が設けられている。したがって、ＲＦＩＤタグ５１を第１金型１００内に配置したときには、シールド線６の位置が常に一定の位置に定まる。
【０１０３】
なお、第１金型１００内にＲＦＩＤタグ５１を配置すると、開口部１２０においてシールド線６を挟み込む形となり、開口部１２０にてＲＦＩＤタグ５１を支持することとなる。そのため、開口部１２０を用いて突起１１０の機能の一部に代用させることが可能である。すなわち、ＲＦＩＤタグ５１を、開口部１２０と突起１１０とで支持することができる。この場合には、回路基板５１１の重心Ｇよりもシールド線６側の非導通部Ｘを一つ減らすことができる。
【０１０４】
さらに、第１金型１００は、アンテナ５１２を支持する支持部１３０も有している。支持部１３０においても、アンテナ５１２を介して短絡しないように、アンテナ５１２と支持部１３０との接触面を誘電体で保護する。
【０１０５】
次いで、図１３に示すように第１金型１００の側壁１００ｃに設けられた注入口（ゲート）１４０から、液状の樹脂材料を注入し、一度目の成型（仮成型）を行う。例えば、第１金型１００を射出成型器に雪像し、溶融したポリエチレンを注入する。注入口１４０は、第１金型１００内に配置されているＲＦＩＤタグ５１において、アンテナ５１２およびシールド線６が接続された辺とは異なる辺に対向する第１金型１００の側壁に設ける。このような配置とすることで、アンテナ５１２やシールド線６が、注入する樹脂材料の流れを妨げることなく、良好な成型ができる。
【０１０６】
注入した樹脂材料は、第１金型１００内を流動し（図中、矢印で図示）、開口部１２０から第１金型１００の外に一部が押し出される。このとき、開口部１２０にはシールド線６が挟み込まれているため、樹脂材料は、シールド線６の内部に流入して封止する。そのため、水分の侵入経路となりやすいシールド線６の周囲を確実に樹脂材料で封止することができる。
【０１０７】
このようにして仮成型を行い、図１４に示すような仮成型体５Ａを得る。仮成型体５Ａは、突起１１０や支持部１３０に対応する位置には、樹脂材料で覆われていない欠損部１１１，１３１となっている。また、シールド線６内には樹脂材料が充填され（図中、符号６Ａで示す）、シールド線６の内部からの水分の侵入を防止している。
【０１０８】
次いで、図１５に示すように、第１金型１００で仮成型された仮成型体５Ａを第２金型２００内に配置し、二度目の成型（本成型）を行う。本成型においては、仮成型体５Ａの欠損部１１１，１３１に樹脂材料を充填するため、第２金型２００内において、第１金型１００内における配置と上下を反転させ、欠損部１１１，１３１を上方に露出させて配置し、仮成型体５Ａの周囲を樹脂材料２０１で封止する。
【０１０９】
このようにして、仮成型において欠損していた、突起１１０や支持部１３０に対応する部分にも樹脂材料が充填され（図中、符号２０２で示す）、ＲＦＩＤタグ５１を完全に封止した収容部５４を有する無線ユニット５を製造することができる。
【０１１０】
なお、図１における記録装置３の機能である通信や記録などを実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピューターシステムに読み込ませ、実行することによりセンサー部４が測定対象物と接触する部分の長さを検出することとしてもよい。
【０１１１】
ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含むものとする。また、「コンピューターシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
【０１１２】
さらに、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネットなどのネットワークや電話回線などの通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピューターシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【０１１３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１…計測システム、２…計測センサー、３…記録装置、６…シールド線（牽引手段）、７…抑制回路、１０…静電容量センサー、４１…第１電極（一対の電極）、４２…第２電極（一対の電極）、５１…ＲＦＩＤタグ（無線タグ）、３１１…通信部（受信部）、３１２…制御部（算出部）、５１８…記憶部、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物が接触している部分の長さを計測する計測センサー、計測センサーに用いることができる静電容量センサー、計測センサーを用いた計測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、中空の構造物中に流動性を有する物質を充填する際に、充填の過程において当該物質がどの程度充填されたかを把握したいという要求がある。例えば、建築現場においてコンクリートを型枠に充填して打設する場合には、充填過程において生コンクリートの界面位置を極力揃えながら必要量を充填するほうが、高品質・高強度の構造物とすることができるため、これまでは、作業者が直接またはビデオカメラ等の撮像装置を利用して目視確認を行っていた。
【０００３】
しかしながら、目視確認では精度が担保しにくく、また作業が繁雑となるため、簡便に精度良く充填高さを検出することが可能な技術が求められていた。このような課題に対し、コンクリートの充填確認を行うために、静電容量センサーを深さ方向の複数位置に配置し、各静電容量センサーにおける検出結果に基づいてコンクリートの充填高さを検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１８７４０号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１，２の技術では、センサーが離散的に配置されており、検出結果も離散的に得られる。そのため、センサーが設けられた位置については生コンクリートの界面を把握できるが、隣り合うセンサー同士の間に界面がある場合には、どの程度の高さ位置にまで充填されているかを正確に把握することができない。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる計測センサー、静電容量センサー、計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の計測センサーは、屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する一対の電極と、前記一対の電極間の容量または該容量に基づいた物理量を計測し、計測結果を無線で外部に送信する無線タグと、前記一対の電極に係る前記無線タグ側の一端に設けられ、前記一対の電極を牽引する牽引手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、一対の電極の間の容量を測定し、測定された結果を基に一対の電極に対する測定対象物が接触している部分の割合を求めることができる。一対の電極の面積長さは設計情報として既知であるため、求めた割合と一対の電極の長さとから、測定対象物が接触している部分の長さを求めることが可能となる。さらに、一対の電極に接触する測定対象物の割合の変化に伴って、算出される容量が連続的に変化するため、測定対象物が接触している部分の長さを連続的に求めることが可能となる。
【０００９】
このとき、牽引手段による牽引力で一対の電極に張力を加えることができるため、付設箇所において、屈曲自在に設けられた一対の電極に、うねりや撓みなどの容量の変動要因となる屈曲部分が生じにくくなる。したがって、一対の電極間の容量が安定する。または、測定される容量を用いて算出される物理量の値が安定する。
【００１０】
さらに、求めた計測結果を無線により外部に送信することができることとしたため、測定箇所への設置が容易となり、簡便に測定を行うことが可能となる。
【００１１】
これらによって、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる計測センサーとすることができる。
【００１２】
本発明においては、前記一対の電極のインダクタンスと、前記一対の電極間に形成されるコンデンサーと、により生じる異常発振を抑制する抑制回路を有することが望ましい。
一対の電極に屈曲部分が生じにくくなると、一対の電極のインダクタンスと一対の電極間の容量とによって異常発振を生じやすくなり、測定される容量が変動しやすくなる。しかし、この構成によれば、上述の異常発振を抑制する回路が設けられているため、測定される容量が安定し、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
【００１３】
本発明においては、前記一対の電極に係る前記無線タグ側の端部に、前記抑制回路が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、一対の電極の面積に応じた抑制回路を設けることが可能となる。したがって、確実に異常発振を抑制する抑制回路とすることが可能となり、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
【００１４】
また、本発明においては、前記一対の電極と、前記無線タグとがシールド線を介して接続されていることが望ましい。
この構成によれば、シールド線は、外部磁場や電場の影響を受けず容量変化を起こさないため、容量変化を生じる一対の電極は、終端が明確な構造となる。そのため、センサーとして有効に機能する部分を予め規定しやすくなる。したがって、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
【００１５】
本発明においては、前記シールド線を屈曲させたときの復元力を、前記牽引手段の牽引力とすることで、前記シールド線が前記牽引手段を兼ねることが望ましい。
この構成によれば、構成を簡略化することができる。
【００１６】
本発明においては、計測結果を得るために次の３種の方式を採用することができる。
まず第１に、本発明においては、前記無線タグは、前記測定対象物の比誘電率を記憶する記憶部を有し、前記容量と前記比誘電率とに基づき、前記一対の電極全体に対する、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の割合を、前記計測結果として算出することが望ましい。
この構成によれば、記憶部に記憶させる測定対象物の比誘電率を変更することにより、種々の測定対象物に適応可能な計測センサーとすることができる。
【００１７】
また第２に、本発明においては、前記一対の電極の間に接続され、前記一対の電極とともに発振回路を形成する抵抗を有し、前記無線タグは、前記発振回路における周波数を測定し、前記周波数と前記抵抗の抵抗値とに基づき、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の長さを、前記計測結果として算出することが望ましい。
発振回路における周波数（発振周波数）は、一対の電極間の容量に応じて変動するため、発振周波数を測定することにより、発振回路の式を用いて良好に一対の電極が測定対象物と接触している部分の長さを算出することが可能となる。
【００１８】
また第３に、本発明においては、前記無線タグは、前記一対の電極に交流電圧を印加して、前記一対の電極の間に流れる電流値を検出し、前記電流値と前記交流電圧の電圧値とに基づき、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の長さを、前記計測結果として算出することが望ましい。
この構成によれば、検出する電流値と印加する交流電圧の電圧値とを用い、一対の電極間のリアクタンスを求めることができ、該リアクタンスの値から良好に一対の電極が測定対象物と接触している部分の長さを算出することが可能となる。
【００１９】
本発明においては、前記交流電圧の周波数は、前記無線に用いる搬送波の周波数と異なることが望ましい。
この構成によれば、測定に用いる交流と無線通信に用いる電波とが干渉することなく、良好に測定と通信とを両立することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の静電容量センサーは、屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する一対の電極と、前記一対の電極の端部に設けられ前記一対の電極を牽引する牽引手段と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、一対の電極間の容量を算出し、算出された結果を基に電極全体に対する測定対象物が接触している部分の割合を連続的に求めることができる。また、牽引手段による牽引力で一対の電極に張力を加えることができるため、付設箇所において、屈曲自在に設けられた一対の電極に、うねりや撓みなどの容量の変動要因となる屈曲部分が生じにくくなる。したがって、一対の電極間の容量が安定し、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる静電容量センサーとすることができる。
【００２１】
本発明においては、前記一対の電極のインダクタンスと、前記一対の電極間に形成されるコンデンサーと、により生じる異常発振を抑制する抑制回路を有することが望ましい。
一対の電極に屈曲部分が生じにくくなると、一対の電極のインダクタンスと一対の電極間の容量とによって異常発振を生じやすくなり、測定される容量が変動しやすくなる。しかし、この構成によれば、上述の異常発振を抑制する回路が設けられているため、測定される容量が安定し、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
【００２２】
本発明においては、前記一対の電極と接続するシールド線を有し、前記一対の電極と前記シールド線との接続箇所に、前記抑制回路が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、シールド線は、外部磁場や電場の影響を受けず容量変化を起こさないため、容量変化を生じる一対の電極は、終端が明確な構造となる。そのため、センサーとして有効に機能する部分を予め規定しやすくなる。したがって、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。また、抑制回路が一対の電極の終端に配置されることとなるため、一対の電極の面積に応じた抑制回路を設けることが可能となる。したがって、確実に異常発振を抑制する抑制回路とすることが可能となり、精度良く信頼性が高い測定を行うことが可能となる。
【００２３】
本発明においては、前記シールド線を屈曲させたときの復元力を、前記牽引手段の牽引力とすることで、前記シールド線が前記牽引手段を兼ねることが望ましい。
この構成によれば、構成を簡略化することができる。
【００２４】
また、本発明の計測システムは、上述の計測センサーと、前記計測センサーから発信される計測結果を受信する記録装置と、の間で通信を行う計測システムであって、前記計測センサーは、前記一対の電極との間の容量を計測するとともに、計測結果を前記無線タグから前記記録装置に送信し、前記記録装置は、前記計測センサーから送信される前記計測結果を受信する受信部と、前記計測結果に基づいて、前記一対の電極の全長に対する、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の割合を算出する算出部と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、上述の計測センサーを有するために精度良く信頼性が高い測定を行うことができ、且つ、測定結果を無線で通信するため、測定箇所に対する取り付けが簡便であり、取り回しが容易となる。そのため、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる、計測システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係る計測システムを示す概略図である。
【図２】第１実施形態の計測システムの使用例を示す説明図である。
【図３】センサー部を説明する説明図である。
【図４】無線ユニットを示す分解斜視図である。
【図５】無線ユニットが有するＲＦＩＤタグを示すブロック図である。
【図６】制御部における生コンクリートの界面高さの算出方法を説明する概念図である。
【図７】シールド線の機能について説明する説明図である。
【図８】シールド線の機能について説明するグラフである。
【図９】検出されうる異常発振をするグラフである。
【図１０】抑制回路の機能について説明するグラフである。
【図１１】第２実施形態の無線ユニットが有するＲＦＩＤタグを説明する模式図である。
【図１２】第２実施形態の無線ユニットの製造工程を示す工程図である。
【図１３】第２実施形態の無線ユニットの製造工程を示す工程図である。
【図１４】第２実施形態の無線ユニットの製造工程を示す工程図である。
【図１５】第２実施形態の無線ユニットの製造工程を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１実施形態］
以下、図１〜図１０を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る計測センサー、静電容量センサー、計測システムについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００２７】
図１は、本実施形態に係る計測システムを示す概略図である。本実施形態の計測システム１は、計測センサー２と記録装置３とを有している。記録装置３は、本体３１とアンテナ３２とを有し、本体３１は、アンテナ３２を介して計測センサー２の測定結果を通信する通信部３１１と、測定結果を用いて必要に応じて計算するとともに、測定結果や計算結果記録を記録する制御部３１２と、を有している。
【００２８】
センサー部４と、無線ユニット５と、センサー部４と無線ユニット５とを接続するシールド線（牽引手段）６と、センサー部とシールド線６との接続部分に設けられた抑制回路７と、を有している。これらは、いずれも屋外での使用を想定して、単体で、および各接続箇所において防水加工がなされている。また、センサー部４とシールド線６と抑制回路７とは、静電容量センサー１０を形成している。
【００２９】
センサー部４は、第１電極（一対の電極）４１および第２電極（一対の電極）４２を有している。第１電極４１および第２電極４２は、所定間隔を開け屈曲自在に形成されており、先端部が互いに接続しないように封止部４３で封止されている。このような第１電極４１および第２電極４２は、例えば、平行フィーダー線のような電線や、帯状の導体薄膜を用いることができる。このようなセンサー部４の長さは、測定箇所の寸法、および作業効率に応じて設定可能である。
【００３０】
無線ユニット５は、ＲＦＩＤタグ（無線タグ）５１と、ＲＦＩＤタグ５１を収容する収容部５２と、を有している。シールド線６は、収容部５２の側壁に設けられた取り出し部５３に挿通され、ＲＦＩＤタグ５１に接続されている。
【００３１】
ＲＦＩＤタグ５１は、不図示の集積回路が実装される回路基板５１１と、記録装置３との間で無線信号の授受を行うアンテナ５１２と、ＲＦＩＤタグ５１やセンサー部４を駆動させるための電力を供給する電池（電源）５１３と、を有している。アンテナ５１２は、アンテナ線５１２ａと、アンテナ線５１２ａが巻き付けられたフェライトコア５１２ｂと、を有している。フェライトコア５１２ｂは無くても良い。
【００３２】
図２は、本実施形態の計測システム１の使用例を示す説明図である。ここでは、建築現場においてコンクリートを打設するときのコンクリートの充填量（充填高さ）を測定するために用いる場合を示す。
【００３３】
例えば、型枠９０の中に鉄筋９１を縦横に組み上げたコンクリートの打設箇所において、計測システム１の使用者は、センサー部４の先端部を、縦方向（鉛直方向）の鉄筋９１ａの下端付近で繋止部材４９を用いて繋止して、鉄筋９１ａに沿ってセンサー部４を延在させる。また、鉄筋９１ａの上端付近において、センサー部４に撓みがない状態で横方向の鉄筋９１ｂに無線ユニット５を繋止する。なお、繋止部材４９は、予めセンサー部４の端部に設けておくこととしてもよい。
【００３４】
このような状態で、型枠９０の内部に生コンクリート（測定対象物）２００を充填すると、無線ユニット５は、センサー部４を用いて検出される生コンクリート９２の充填高さを記録装置３に送信し本体３１で記録する。計測システム１の使用者は、記録装置３の記録を参照して、生コンクリート９２の充填高さを知ることができる。
【００３５】
以下の説明では、計測システム１を図２に示したような使用状況で用いることとして説明を行う。
【００３６】
図３は、センサー部４を説明する説明図である。センサー部４を構成する第１電極４１および第２電極４２は、一方が測定電極に該当し他方が設置電極に該当する。図に示すように、第１電極４１および第２電極４２は平行に配置され、両電極の間に連続して容量Ｃｎが形成される。
【００３７】
詳しくは後述するが、生コンクリート９２の充填過程では、第１電極４１と第２電極４２との間に配置される誘電体の種類および量が変化するため、容量Ｃｎの値が変動する。図１に示す無線ユニット５では、変動する容量Ｃｎに基づいて生コンクリート９２の充填高さを算出する。
【００３８】
図４は、無線ユニット５を示す分解斜視図である。図に示すように、無線ユニット５の収容部５２は、蓋材である第１部材５２１と、ＲＦＩＤタグ５１を内包する収容容器である第２部材５２２と、に分割することができる。静電容量センサー１０は、シールド線６から延びる配線６１の端部に設けられた端子でＲＦＩＤタグ５１の回路基板５１１に接続しており、分割することにより、既に取り付けられている静電容量センサー１０Ａを、別体の静電容量センサー１０Ｂと交換することが可能となる。
【００３９】
図５は、ＲＦＩＤタグ５１を示すブロック図である。図に示すように、ＲＦＩＤタグ５１は、電池５１３の他に、センサー部４が接続される端子５１４、端子５１４と接続される切り替え部５１５、切り替え部５１５が接続される制御部（算出部）５１６、図１に示したアンテナ５１２を有し制御部５１６に接続される無線部５１７、および記憶部５１８を有している。
【００４０】
電池５１３は、ＲＦＩＤタグ５１の各部およびセンサー部４に電力を供給する。
【００４１】
切り替え部５１５は、電池５１３からセンサー部４への電力の供給状態を、供給または遮断のいずれか一方に切り替える回路であり、例えばプログラマブルなプルアップ抵抗を有して構成されている。電力の供給状態の切り替えは、制御部５１６から切り替え部５１５に入力される入力信号（エッジ割り込み）を用いて行われる。
【００４２】
制御部５１６は、センサー部４が有する第１電極４１に第１の周波数（測定用周波数）で変化する交流電圧を印加するとともに、交流電圧の印加時に流れる交流電流を検出し、ＲＣ発振のパルス数（発振周波数）をカウントして、これらの電流値とカウント数とに基づいて、センサー部４が有する第１電極４１と第２電極４２との間の容量を算出する。容量が算出されると、算出された容量と、記憶部５１８に記憶された生コンクリート９２および空気の比誘電率とに基づいて、型枠９０内に存在する生コンクリート９２の界面高さを算出する。
【００４３】
図６は、制御部５１６における生コンクリート９２の界面高さの算出方法を説明する概念図である。まず、制御部５１６は、型枠９０内に生コンクリート９２が入れられていない状態における容量を計測し、自身の内部の記憶領域（メモリー）に基準容量として一時記憶する。制御部５１６は、生コンクリート９２の充填過程において、センサー部４の容量の基準容量からの変動を計測する。
【００４４】
すなわち、図６に示すように、型枠９０の内部において下部に生コンクリート９２が充填され、生コンクリート９２の上部が空気９３で覆われている場合、センサー部４は、先端である封止部４３を基点として、基点から生コンクリート９２の界面に対応する位置までは生コンクリート９２で覆われ、残りが空気９３で覆われることとなる。センサー部４の容量は、センサー部４全体に対する生コンクリート９２が覆う部分の比に応じて変動することとなる。
【００４５】
まず、制御部５１６は、記憶部５１８に記憶された生コンクリートの比誘電率ａ、および空気の比誘電率ｂ（＝１）、を読み出す。センサー部４の長さを１とすると、センサー部４が全て空気９３に覆われている場合の容量（すなわち、基準容量）が１単位であり、センサー部４が全て生コンクリート９２に覆われている場合の容量がａ単位である。
【００４６】
このとき、測定された容量をｃとすると、下記の式（１）に基づいて、センサー部４全体に対し生コンクリート９２が覆っている部分の割合ｘが求められ、既知の値であるセンサー部４の長さを用いて、センサー部４の先端から生コンクリート９２の界面までの高さを算出することができる。
【００４７】
［数１］
ａ×ｘ＋ｂ×（１−ｘ）＝ｃ …（１）
【００４８】
図５に戻って、無線部５１７は、制御部５１６で算出された結果を、アンテナ５１２を介し無線を用いて記録装置３に送信する。ここでは、無線部５１７と記録装置３との通信に用いられる搬送波の周波数（搬送波周波数）は、第１の周波数と異なる第２の周波数が設定されている。これにより、容量を計測する際に用いられる交流電圧と、通信に用いる搬送波と、が干渉しないようになっている。例えば、測定用周波数は６０ｋＨｚであり、搬送波周波数は１３１ｋＨｚである。図１に示すアンテナ５１２およびアンテナ３２は、上述の搬送波周波数で共振するように調整されている。
【００４９】
さらに、制御部５１６は、切り替え部５１５に対し、切り替え部５１５を電力遮断状態から電力供給状態へと切り替える切り替え信号を入力する。本実施形態においては、切り替え信号は、無線部５１７を介して記録装置３から供給される。無線部５１７では、記録装置３から供給される信号を受信し、制御部５１６に出力して、割り込み処理を発生させる。
【００５０】
これにより、センサー部４への電力の供給状態を遮断から供給へと切り替えることができ、計測箇所に計測センサー２を設置するまではセンサー部４へ電力を供給しないこととしておき、設置後にセンサー部４へ電力を供給することとして、無用な電力消費を抑制することができる。
【００５１】
ここで、発明者の検討により、以上のような算出方法で生コンクリート９２の充填高さを求める場合、次のような課題が生じやすいことが分かった。
【００５２】
まず第１の課題として、センサー部４を付設する際、センサー部４に弛みや撓みなどの屈曲部分があると、屈曲部分ではセンサー部４を構成する第１電極４１と第２電極４２との離間距離が変化し、測定される容量が安定しないことが分かった。
【００５３】
また第２の課題として、センサー部４を弛みなく付設すると、測定される容量が安定する一方で、第１電極４１および第２電極４２のインダクタンスと容量とにより異常発振を生じやすく、測定される容量が安定しないことが分かった。
【００５４】
そこで、本実施形態の計測センサー２では、以下のようにして上記課題を解決している。
【００５５】
まず、第１の課題に対する解決方法を説明する。
図７は、第１の課題に対するシールド線６の機能について説明する説明図である。無線ユニット５を鉄筋９１ｂに繋止する際、センサー部４が符号４Ａで示すようなたるんだ状態とならないように、シールド線６をしならせセンサー部４を張った状態（符号４Ｂ）とする。このように無線ユニット５を付設すると、しならせたシールド線６の復元力Ｆによりセンサー部４を先端側からシールド線６側に牽引し、センサー部４が弛み無く張られた状態とすることができる。すなわちシールド線６は、センサー部４を弛み無く張った状態とするための牽引手段として用いられる。
【００５６】
このようにすることで、センサー部４に弛みや撓みなどの屈曲部分が生じにくくなり、センサー部４で測定される容量を安定させることができる。また、このようにシールド線６を用いて、センサー部４を牽引する構成とするため、センサー部４は、シールド線６の復元力Ｆで牽引し弛み無く張ることが可能な程度の長さ、および形成材料とするとよい。
【００５７】
図８は、シールド線６による牽引の効果を示すグラフであり、図８（ａ）はシールド線６による牽引が無い場合に発生する課題を示すグラフ、図８（ｂ）は効果を示すグラフである。
【００５８】
図８（ａ）には、各種のセンサー部４を用い、シールド線６による牽引無しで測定対象である水の深度を測定したの、深度に対するセンサー部４の容量の関係を示したグラフである。図では、センサー部４として、４種（平行線、フィーダー線、より対線、シールド線）の配線を用いた場合の測定結果を示している。測定時には、センサー部４を牽引していないため、センサー部４は弛んだ状態で測定箇所に付設されている。
【００５９】
図に示すように、より対線およびシールド線では、弛みがなくても測定値に変化がないが、より対線およびシールド線は、外部環境により容量変化を生じないまたは生じにくいため、検出される容量値が一定値となり、水深変化に対する容量変化が見られない。そのため、これらはセンサー部４としては用いることができない。
【００６０】
また、平行線およびフィーダー線は、水深変化に対して検出される容量変化が見られ、センサー部４として採用可能であるが、上述した第１の課題により、容量変化が一定の傾きを示さない。このような測定値の変化は、センサー部４の弛み方によって異なるため、センサー部４の付設の仕方により水深変化に対する容量変化が異なることとなり、測定誤差の原因となる。
【００６１】
そこで、本実施形態のセンサー部４では、シールド線６の弾力（復元力）によって牽引されることとし、測定誤差の原因となる弛みを解消している。
【００６２】
図８（ｂ）には、平行線をセンサー部４として用い、シールド線６による牽引をしてセンサー部４を弛み無く付設した状態で、測定対象である水の深度を測定したの、深度に対するセンサー部４の容量の関係を示したグラフを示す。図に示すように、水深変化に対して検出される容量変化が一定の傾きを示すことから、測定される容量値から精度良く水深を測定することができる。
【００６３】
次に、第２の課題に対する解決方法を説明する。
図９は、第２の課題を説明するグラフである。本実施形態の計測センサー２では、センサー部４を構成する第１電極、第２電極の間の静電容量をＲＣ発振回路のＣ成分とみなし、発振させてＲＣ発振のパルス数をカウントし、容量の計測を行う回路構成となっている。図９（ａ）には、良好な測定が可能なＲＣ発振のパルスを示す。パルス数は、応答が所定値（図中、符号Ｔで示す）以上となるときのピーク値をカウントする。
【００６４】
しかし、本実施形態の計測センサー２では、センサー部４が長い電線でかつ開放端であるため、インダクタンス成分およびセンサー部４の末端からの反射波が無視できず、図９（ｂ）に示すように、ＲＣ発振周波数とはまったく異なる高い周波数での発振現象が発生してしまう。このとき、発生する高周波の波に、応答が所定値以上の成分（図中、符号αで示す）が含まれると、当該成分がＲＣ発振のパルスとしてカウントされてしまうため、検出されるＲＣ発振周波数が異なってしまい、それが計測誤差として現われてしまう。
【００６５】
そこで、本実施形態の計測センサー２では、センサー部４とシールド線６との間に抑制回路７を設け、上述の高周波の発振を抑制することとしている。抑制回路７は、異常発振をキャンセルするための一種のローパスフィルター回路である。このような回路は、例えば追加キャパシターと抵抗成分を有して構成される。
【００６６】
生じる異常発振は、用いるセンサー部４に応じて異なるため、センサー部４に応じた抑制回路７を設ける必要がある。すなわち、抑制回路７を設けたとしても、センサー部４の構成（インダクタンス成分、長さなど）によっては、異常発振を抑えきれず、図１０（ａ）に示すように、異常発振の高周波成分（図中、符号βで示す）が残存することがある。このような場合には、抑制回路７、すなわちローパスフィルター回路を構成する抵抗成分の抵抗値を適宜調整することにより、図１０（ｂ）に示すように異常発振の高周波成分（図中、符号γで示す）を抑制し、ＲＣ発振のパルス数を精度良く測定することが可能となる。
【００６７】
本実施形態では、抑制回路７をセンサー部４とシールド線６との間に設けることとしているため、抑制回路７は予めセンサー部４に応じて良好に異常発振を抑制する回路構成とすることが容易である。そして、計測センサー２に用いる静電容量センサー１０は、センサー部４に応じた抑制回路７を予め備えていることとすることで、静電容量センサー１０を交換した場合であっても、異常発振を抑え良好な測定が可能となる。
【００６８】
本実施形態の計測センサー２では、以上のようにして第１の課題および第２の課題を解決し、良好な測定を可能としている。
【００６９】
以上のような構成の計測センサー２によれば、第１電極４１と第２電極４２との間の容量を算出し、算出された結果を基にセンサー部４全体に対して生コンクリート９２が接触している部分の割合を求め、生コンクリート９２の界面高さを連続的に求めることができる。
【００７０】
このとき、シールド線６による牽引力で第１電極４１と第２電極４２とに張力を加えることができるため、第１電極４１および第２電極４２にうねりや撓みなどの容量の変動要因となる屈曲部分が生じにくくなる。したがって、第１電極４１と第２電極４２との間の容量が安定する。
【００７１】
さらに、算出結果を無線により外部に送信することができることとしたため、測定箇所への設置が容易となり、簡便に測定を行うことが可能となる。
【００７２】
これらによって、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる計測センサー２とすることができる。
【００７３】
同様の理由により、以上のような構成の静電容量センサー１０によれば、第１電極４１と第２電極４２との間の容量が安定し、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる静電容量センサー１０とすることができる。
【００７４】
また、以上のような構成の計測システム１によれば、上記計測センサー２を有するために精度良く信頼性が高い測定を行うことができ、且つ、測定結果を無線で通信するため、測定箇所に対する取り付けが簡便であり、取り回しが容易となる。そのため、精度良く信頼性が高い測定を簡便に行うことができる、計測システムとすることができる。
【００７５】
なお、本実施形態においては、シールド線６を牽引手段として用いることとしたが、これに限らず、別体の牽引手段を備えることとしても構わない。このような牽引手段としては、第１電極４１と第２電極４２とに張力を加えることができればよく、例えば、板ばねやコイルばね等の弾性部材を用いることができる。
【００７６】
また、本実施形態においては、ＲＦＩＤタグ５１内において生コンクリート９２の界面高さを算出し、記録装置３に送信することとしたが、これに限らず、容量の計測結果をＲＦＩＤタグ５１から記録装置３に送信し、送信される容量の計測結果に基づいて、記録装置３において生コンクリート９２の界面高さを算出することとしても構わない。その場合は、生コンクリートおよび空気の比誘電率を記憶する記憶部５１８は、記録装置３に設けられる。また、制御部３１２が、界面高さを算出する算出部として機能する。
【００７７】
また、本実施形態においては、抑制回路７がセンサー部４とシールド線６との間に設けられることとしたが、回路基板５１１上であってセンサー部４からの信号が制御部５１６に入力される前に設けられることとしても、異常発振を抑制するという抑制回路７の機能を実現することができる。
【００７８】
また、本実施形態においては、シールド線６によりセンサー部４と無線ユニット５とを接続することとしたが、シールド線６を用いることなく、センサー部４を無線ユニット５に直接接続することもできる。その場合、板ばねやコイルばね等の弾性部材を用いた牽引手段を別途設け、センサー部４に張力を加えることとする。
【００７９】
また、本実施形態においては、生コンクリート９２を充填する場合について説明したが、他の測定対象物についても適用可能である。例えば、測定対象物が水である場合、水の貯留場所に第１電極４１と第２電極４２とを鉛直方向に付設し、第１電極と第２電極との間の容量を求めることにより、貯留場所における水の界面高さを求めることが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態においては、第１電極４１と第２電極４２とを鉛直方向に付設し、生コンクリート９２の界面高さを計測することとしたが、第１電極４１と第２電極４２との付設方向はこれに限らない。
【００８１】
例えば、第１電極４１と第２電極４２とを水平方向に付設することとすると、第１電極４１および第２電極４２が行き渡る領域において、生コンクリート９２が全領域に間違いなく充填されているか否かを判断する充填管理に利用することが可能である。すなわち、第１電極４１および第２電極４２が行き渡る領域の一部において、生コンクリート９２が良好に充填されておらず、空隙を生じているとすると、全領域で充填された場合に得られる容量の値との間に差を生じる。そのため、測定される容量と、生コンクリート９２が全領域で充填された場合に測定される容量の理論値と、に基づいて、確かに充填されているか否かを判断することができる。
【００８２】
なお、本実施形態で採用した容量の算出方法の他に、以下に示すような算出方法を採用することもできる。以下の説明においては、図６を参照している。
【００８３】
（第１の変形例）
第１の変形例では、制御部５１６は、第１の周波数を６０ｋＨｚとし、この正弦波の交流電圧を第１電極４１と第２電極４２との間に印加して、電極間に生じる電流を計測する。そして制御部５１６は、電流値と電圧値とから、第１電極４１と第２電極４２との間のリアクタンスを求め、コンデンサーのインピーダンスを示すＸｃ＝１／（２πｆｃ）の関係式から電極間の容量ｃを算出する。
【００８４】
ここでは、生コンクリート９２の比誘電率をε１、空気の比誘電率をε２とし、生コンクリート９２の容量をｃ１、空気の容量をｃ２とすると、ｃ＝ｃ１＋ｃ２であることから、第１電極４１，第２電極４２が同じものであるとすると、各容量ｃ１，ｃ２は以下の式（２）（３）のように表すことができる。
【００８５】
［数２］
ｃ１＝ε１×ｘ×ｗ／ｄ …（２）
【００８６】
［数３］
ｃ２＝ε２×（ｈ−ｘ）×ｗ／ｄ …（３）
（ｗ：第１電極４１，第２電極４２の幅、ｄ：電極間の距離、ｈ：第１電極４１，第２電極４２の全長）
【００８７】
上記式（２）（３）に基づいてｘを算出することにより、生コンクリート９２の界面高さを算出することができる。
【００８８】
（第２の変形例）
第２の変形例では、ＲＦＩＤタグ５１が、第１電極４１と第２電極４２との間の容量に対して直列に接続され、発振回路を形成する抵抗を有し、制御部５１６は、この発振回路における周波数を測定し、測定される周波数と発振回路が有する抵抗の抵抗値とから容量を算出する。
【００８９】
この発振周波数は、第１電極４１と第２電極４２との間の容量に応じて変動する。ここでは、制御部５１６は、第１の周波数で変化する交流電圧を第１電極４１に印加する。そして、発振周波数ｆを測定し、測定された発振周波数ｆと発振回路を形成する抵抗の抵抗値とから、発振回路の式を元に、容量ｃを算出する。容量ｃが得られた後は、上述の方法と同様に、生コンクリート９２の界面高さを算出することができる。
【００９０】
また、上述した算出方法は一例であって、センサー部４の容量を測定することができれば、上述の方法に限らず通常知られた方法を採用することができる。その場合、容量測定のために必要とする回路構成は、適宜追加することが可能である。
【００９１】
［第２実施形態］
図１１〜図１５は、本発明の第２実施形態に係る計測センサーの説明図である。本実施形態の計測センサーは、第１実施形態の計測センサーと一部共通し、無線ユニット５の封止構造が異なっている。したがって、以下の説明においては、第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９２】
本実施形態の無線ユニット５は、防水加工を行うために特殊な事情を有している。すなわち、第１実施形態で示した無線ユニット５では、ＲＦＩＤタグ５１が収容部５２の内部に収容されていることとしたが、本実施形態の無線ユニットでは、収容部がＲＦＩＤタグ５１を包埋し封止する樹脂製の成型体となっている。より具体的には、無線ユニット５が有するＲＦＩＤタグ５１は、電池５１３を実装しＲＦＩＤタグ５１の各部に電力を供給している状態で樹脂材料に包埋されることで、樹脂製の収容部の中に包埋され封止される。
【００９３】
このとき、通常の工程としては、ＲＦＩＤタグ５１を金型内に配置し、樹脂材料を金型の中に流し込んで包埋することが考えられるが、電池５１３を実装しているため、ＲＦＩＤタグ５１の配線や電池５１３の外装など、導電性を有する部材が金型に触れると、短絡しＲＦＩＤタグ５１が破損するおそれがある。
【００９４】
このような課題を解決するために、ＲＦＩＤタグ５１は以下に示すような構成を有している。図１１は、無線ユニット５が有するＲＦＩＤタグ５１を説明する模式図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は裏面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）の線分Ａ−Ａにおける矢視断面図である。
【００９５】
図１１に示すＲＦＩＤタグ５１は、平面視矩形の回路基板５１１において一端側の辺にアンテナ５１２が接続され、該一端側の辺に対向する辺に複数の端子５１４が設けられ、不図示のセンサー部４に繋がるシールド線６が接続されている。シールド線６から引き出された複数の配線（図では２本）は、上述の対向する辺の略中央部に接続されている。回路基板５１１に対し、回路基板５１１の周縁部から突出する部材（オンボードセンサーなど）を設ける場合には、アンテナ５１２およびシールド線６が接続された辺とは異なる辺に接続する。
【００９６】
アンテナ５１２は、後述する樹脂材料による封止の際、樹脂材料がアンテナ５１２の周囲を良好に取り囲むことができるように、回路基板５１１と一定の離間距離を有して配置されている。この離間距離は、用いる樹脂材料の成形時の流動性や流動速度などの成形条件によって、好適な値が定められる。
【００９７】
また、アンテナ５１２、電池５１３、シールド線６は、回路基板５１１の一方の面（おもて面）５１１ａ側に実装されており、回路基板５１１の他方の面（裏面）５１１ｂ側には、集積回路５１９が実装されている。集積回路５１９は、第１実施形態の図５の制御部５１６や記憶部５１８の機能を有するものである。もちろん、アンテナ５１２、電池５１３、シールド線６がおもて面５１１ａ側にすべて実装されることなく、一部が裏面５１１ｂ側に実装される構成とすることもできる。
【００９８】
さらに、図１１（ｂ）（ｃ）に示すように、回路基板５１１の裏面５１１ｂには、複数箇所（図では３箇所）に、金属物が接触してもＲＦＩＤタグ５１の回路が短絡しない、表面が誘電体材料で形成された非導通部Ｘが設けられている。非導通部Ｘは、回路基板５１１の重心Ｇを囲むようにして３箇所に配置されている。
【００９９】
非導通部Ｘは、回路基板５１１において回路パターンを形成しないことにより、回路基板５１１上のソルダーレジストを用いて直接設けることとしても良く、また、回路基板５１１上に誘電体材料で形成された部材を貼付して設けることとしても良い。ここでは、回路基板５１１上に、誘電体材料で形成された部材を別途貼付することとして図示している。
【０１００】
このようなＲＦＩＤタグ５１は、以下のような工程により封止体の内部に封止し、無線ユニット５を製造する。図１２〜１５は無線ユニット５の製造工程を示す工程図である。無線ユニット５の製造においては、ＲＦＩＤタグ５１を２回に分けて封止する。
【０１０１】
まず。図１２に示すように、ＲＦＩＤタグ５１を第１金型１００内に配置する。第１金型１００は、底面１００ａにＲＦＩＤタグ５１を支持する複数（図では３つ）の突起１１０が設けられている。また、ＲＦＩＤタグ５１が有する非導通部Ｘは、各突起１１０と対応する位置に設けられている。すなわち、ＲＦＩＤタグ５１は、非導通部Ｘを介して突起１１０と接するようにして第１金型１００内に配置される。これにより、短絡が生じること無く、第１金型１００内にＲＦＩＤタグ５１を配置することができる。
【０１０２】
また、第１金型１００は、側壁１００ｂにシールド線６の外径と同じ大きさの内径を有する開口部１２０が設けられている。したがって、ＲＦＩＤタグ５１を第１金型１００内に配置したときには、シールド線６の位置が常に一定の位置に定まる。
【０１０３】
なお、第１金型１００内にＲＦＩＤタグ５１を配置すると、開口部１２０においてシールド線６を挟み込む形となり、開口部１２０にてＲＦＩＤタグ５１を支持することとなる。そのため、開口部１２０を用いて突起１１０の機能の一部に代用させることが可能である。すなわち、ＲＦＩＤタグ５１を、開口部１２０と突起１１０とで支持することができる。この場合には、回路基板５１１の重心Ｇよりもシールド線６側の非導通部Ｘを一つ減らすことができる。
【０１０４】
さらに、第１金型１００は、アンテナ５１２を支持する支持部１３０も有している。支持部１３０においても、アンテナ５１２を介して短絡しないように、アンテナ５１２と支持部１３０との接触面を誘電体で保護する。
【０１０５】
次いで、図１３に示すように第１金型１００の側壁１００ｃに設けられた注入口（ゲート）１４０から、液状の樹脂材料を注入し、一度目の成型（仮成型）を行う。例えば、第１金型１００を射出成型器に雪像し、溶融したポリエチレンを注入する。注入口１４０は、第１金型１００内に配置されているＲＦＩＤタグ５１において、アンテナ５１２およびシールド線６が接続された辺とは異なる辺に対向する第１金型１００の側壁に設ける。このような配置とすることで、アンテナ５１２やシールド線６が、注入する樹脂材料の流れを妨げることなく、良好な成型ができる。
【０１０６】
注入した樹脂材料は、第１金型１００内を流動し（図中、矢印で図示）、開口部１２０から第１金型１００の外に一部が押し出される。このとき、開口部１２０にはシールド線６が挟み込まれているため、樹脂材料は、シールド線６の内部に流入して封止する。そのため、水分の侵入経路となりやすいシールド線６の周囲を確実に樹脂材料で封止することができる。
【０１０７】
このようにして仮成型を行い、図１４に示すような仮成型体５Ａを得る。仮成型体５Ａは、突起１１０や支持部１３０に対応する位置には、樹脂材料で覆われていない欠損部１１１，１３１となっている。また、シールド線６内には樹脂材料が充填され（図中、符号６Ａで示す）、シールド線６の内部からの水分の侵入を防止している。
【０１０８】
次いで、図１５に示すように、第１金型１００で仮成型された仮成型体５Ａを第２金型２００内に配置し、二度目の成型（本成型）を行う。本成型においては、仮成型体５Ａの欠損部１１１，１３１に樹脂材料を充填するため、第２金型２００内において、第１金型１００内における配置と上下を反転させ、欠損部１１１，１３１を上方に露出させて配置し、仮成型体５Ａの周囲を樹脂材料２０１で封止する。
【０１０９】
このようにして、仮成型において欠損していた、突起１１０や支持部１３０に対応する部分にも樹脂材料が充填され（図中、符号２０２で示す）、ＲＦＩＤタグ５１を完全に封止した収容部５４を有する無線ユニット５を製造することができる。
【０１１０】
なお、図１における記録装置３の機能である通信や記録などを実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピューターシステムに読み込ませ、実行することによりセンサー部４が測定対象物と接触する部分の長さを検出することとしてもよい。
【０１１１】
ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含むものとする。また、「コンピューターシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
【０１１２】
さらに、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネットなどのネットワークや電話回線などの通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピューターシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【０１１３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１…計測システム、２…計測センサー、３…記録装置、６…シールド線（牽引手段）、７…抑制回路、１０…静電容量センサー、４１…第１電極（一対の電極）、４２…第２電極（一対の電極）、５１…ＲＦＩＤタグ（無線タグ）、３１１…通信部（受信部）、３１２…制御部（算出部）、５１８…記憶部、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する一対の電極と、
前記一対の電極間の容量または該容量に基づいた物理量を計測し、計測結果を無線で外部に送信する無線タグと、
前記一対の電極に係る前記無線タグ側の一端に設けられ、前記一対の電極を牽引する牽引手段と、を有することを特徴とする計測センサー。
【請求項２】
前記一対の電極のインダクタンスと、前記一対の電極間に形成されるコンデンサーと、により生じる異常発振を抑制する抑制回路を有することを特徴とする請求項１に記載の計測センサー。
【請求項３】
前記一対の電極に係る前記無線タグ側の端部に、前記抑制回路が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の計測センサー。
【請求項４】
前記一対の電極と、前記無線タグとがシールド線を介して接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の計測センサー。
【請求項５】
前記シールド線を屈曲させたときの復元力を、前記牽引手段の牽引力とすることで、前記シールド線が前記牽引手段を兼ねることを特徴とする請求項４に記載の計測センサー。
【請求項６】
前記無線タグは、前記測定対象物の比誘電率を記憶する記憶部を有し、
前記容量と前記比誘電率とに基づき、前記一対の電極全体に対する、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の割合を、前記計測結果として算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の計測センサー。
【請求項７】
前記一対の電極の間に接続され、前記一対の電極とともに発振回路を形成する抵抗を有し、
前記無線タグは、前記発振回路における周波数を測定し、
前記周波数と前記抵抗の抵抗値とに基づき、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の長さを、前記計測結果として算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の計測センサー。
【請求項８】
前記無線タグは、前記一対の電極に交流電圧を印加して、前記一対の電極の間に流れる電流値を検出し、
前記電流値と前記交流電圧の電圧値とに基づき、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の長さを、前記計測結果として算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の計測センサー。
【請求項９】
前記交流電圧の周波数は、前記無線に用いる搬送波の周波数と異なることを特徴とする請求項８に記載の計測センサー。
【請求項１０】
屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する一対の電極と、
前記一対の電極の端部に設けられ前記一対の電極を牽引する牽引手段と、を有することを特徴とする静電容量センサー。
【請求項１１】
前記一対の電極のインダクタンスと、前記一対の電極間に形成されるコンデンサーと、により生じる異常発振を抑制する抑制回路を有することを特徴とする請求項１０に記載の静電容量センサー。
【請求項１２】
前記一対の電極と接続するシールド線を有し、前記一対の電極と前記シールド線との接続箇所に、前記抑制回路が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の静電容量センサー。
【請求項１３】
前記シールド線を屈曲させたときの復元力を、前記牽引手段の牽引力とすることで、前記シールド線が前記牽引手段を兼ねることを特徴とする請求項１２に記載の静電容量センサー。
【請求項１４】
請求項１から９のいずれか１項に記載の計測センサーと、前記計測センサーから発信される計測結果を受信する記録装置と、の間で通信を行う計測システムであって、
前記計測センサーは、前記一対の電極との間の容量を計測するとともに、計測結果を前記無線タグから前記記録装置に送信し、
前記記録装置は、前記計測センサーから送信される前記計測結果を受信する受信部と、
前記計測結果に基づいて、前記一対の電極の全長に対する、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の割合を算出する算出部と、を有することを特徴とする計測システム。
【請求項１】
屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する一対の電極と、
前記一対の電極間の容量または該容量に基づいた物理量を計測し、計測結果を無線で外部に送信する無線タグと、
前記一対の電極に係る前記無線タグ側の一端に設けられ、前記一対の電極を牽引する牽引手段と、を有することを特徴とする計測センサー。
【請求項２】
前記一対の電極のインダクタンスと、前記一対の電極間に形成されるコンデンサーと、により生じる異常発振を抑制する抑制回路を有することを特徴とする請求項１に記載の計測センサー。
【請求項３】
前記一対の電極に係る前記無線タグ側の端部に、前記抑制回路が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の計測センサー。
【請求項４】
前記一対の電極と、前記無線タグとがシールド線を介して接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の計測センサー。
【請求項５】
前記シールド線を屈曲させたときの復元力を、前記牽引手段の牽引力とすることで、前記シールド線が前記牽引手段を兼ねることを特徴とする請求項４に記載の計測センサー。
【請求項６】
前記無線タグは、前記測定対象物の比誘電率を記憶する記憶部を有し、
前記容量と前記比誘電率とに基づき、前記一対の電極全体に対する、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の割合を、前記計測結果として算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の計測センサー。
【請求項７】
前記一対の電極の間に接続され、前記一対の電極とともに発振回路を形成する抵抗を有し、
前記無線タグは、前記発振回路における周波数を測定し、
前記周波数と前記抵抗の抵抗値とに基づき、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の長さを、前記計測結果として算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の計測センサー。
【請求項８】
前記無線タグは、前記一対の電極に交流電圧を印加して、前記一対の電極の間に流れる電流値を検出し、
前記電流値と前記交流電圧の電圧値とに基づき、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の長さを、前記計測結果として算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の計測センサー。
【請求項９】
前記交流電圧の周波数は、前記無線に用いる搬送波の周波数と異なることを特徴とする請求項８に記載の計測センサー。
【請求項１０】
屈曲自在に設けられ、互いに対向した状態で測定対象物と接触する一対の電極と、
前記一対の電極の端部に設けられ前記一対の電極を牽引する牽引手段と、を有することを特徴とする静電容量センサー。
【請求項１１】
前記一対の電極のインダクタンスと、前記一対の電極間に形成されるコンデンサーと、により生じる異常発振を抑制する抑制回路を有することを特徴とする請求項１０に記載の静電容量センサー。
【請求項１２】
前記一対の電極と接続するシールド線を有し、前記一対の電極と前記シールド線との接続箇所に、前記抑制回路が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の静電容量センサー。
【請求項１３】
前記シールド線を屈曲させたときの復元力を、前記牽引手段の牽引力とすることで、前記シールド線が前記牽引手段を兼ねることを特徴とする請求項１２に記載の静電容量センサー。
【請求項１４】
請求項１から９のいずれか１項に記載の計測センサーと、前記計測センサーから発信される計測結果を受信する記録装置と、の間で通信を行う計測システムであって、
前記計測センサーは、前記一対の電極との間の容量を計測するとともに、計測結果を前記無線タグから前記記録装置に送信し、
前記記録装置は、前記計測センサーから送信される前記計測結果を受信する受信部と、
前記計測結果に基づいて、前記一対の電極の全長に対する、前記一対の電極が前記測定対象物と接触している部分の割合を算出する算出部と、を有することを特徴とする計測システム。
【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１４】
【図１５】
【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１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１０３０２２（Ｐ２０１２−１０３０２２Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４９４５１（Ｐ２０１０−２４９４５１）
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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