靜電電容式水分檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單的靜電電容式水分檢測裝置，即便不設(shè)置虛設(shè)電極也能夠以足夠的精度檢測結(jié)霜狀態(tài)等。檢測與周圍環(huán)境的水分的比例或狀態(tài)對應(yīng)的靜電電容的變化的靜電電容式水分檢測裝置具有：靜電電容傳感器，其具有彼此相對配置的第1電極和第2電極，靜電電容根據(jù)第1電極與第2電極之間的水分的比例或狀態(tài)而發(fā)生變化；驅(qū)動部，其對靜電電容傳感器施加交流信號；以及判定部，其根據(jù)來自靜電電容傳感器的輸出電壓的大小進行二值化，輸出接通或斷開的檢測信號。靜電電容傳感器例如連接在驅(qū)動部的輸出端與判定部的輸入端之間，判定部對來自靜電電容傳感器的輸出電壓的大小與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，由此進行二值化。
【專利說明】靜電電容式水分檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及靜電電容式水分檢測裝置，該靜電電容式水分檢測裝置檢測與周圍環(huán)境的水分的比例或狀態(tài)對應(yīng)的靜電電容的變化，輸出檢測信號。本發(fā)明的水分檢測裝置可以用作檢測冷卻器的結(jié)霜狀態(tài)等的結(jié)霜傳感器、根據(jù)土壤的干燥狀態(tài)檢測是否需要灑水的灑水傳感器或者液面?zhèn)鞲衅鞯取?br> 【背景技術(shù)】
[0002]以往，在冰箱或冰柜等冷凍冷藏裝置中，存在水分被冷卻結(jié)霜而附著在冷卻器上這樣的問題，提出了用于解決該問題的多種除霜方法。
[0003]例如，使用定時器，以適當(dāng)?shù)臅r間間隔驅(qū)動加熱器，對冷卻器等加熱來進行除霜。但是，該情況下，為了可靠地進行除霜，會過度地驅(qū)動加熱器，存在電力浪費這樣的問題。
[0004]為此，提出了以下方法:利用傳感器檢測是否已經(jīng)在冷卻器上結(jié)霜，當(dāng)已經(jīng)結(jié)霜時接通加熱器進行除霜。
[0005]例如提出了以下方法:將由金屬棒構(gòu)成的電場傳感器與冷卻器相對地設(shè)置，檢測結(jié)霜引起的電容的變化(專利文獻I)。根據(jù)專利文獻1，向電場傳感器施加交流信號，放射電波。當(dāng)在電場傳感器的電波放射范圍內(nèi)結(jié)霜時電容發(fā)生變化，因此，通過檢測電容的變化來檢測結(jié)霜狀態(tài)。
[0006]專利文獻1:日本特開2010-91171號
[0007]但是，在使用專利文獻I公開的檢測方法的情況下，電場傳感器引起的電波放射波及包含周圍的開放的較大區(qū)域，電波放射范圍較大。因此，各種原因都會影響檢測精度，存在難以提高檢測精度這樣的問題。
[0008]為此，在專利文獻I的方法中，設(shè)置虛設(shè)電極以成為與電場傳感器的電極相同的環(huán)境，通過虛設(shè)電極的輸出對環(huán)境變化引起的電場傳感器的輸出變動進行校正。因此，需要虛設(shè)電極和用于其控制的電路等，存在整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜化這樣的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明正是鑒于上述問題而完成的，其目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的靜電電容式水分檢測裝置，即便不設(shè)置虛設(shè)電極也能夠以足夠的精度檢測結(jié)霜的狀態(tài)等。
[0010]本發(fā)明的一個實施方式的裝置是檢測與周圍環(huán)境的水分的比例或狀態(tài)對應(yīng)的靜電電容的變化并輸出檢測信號的靜電電容式水分檢測裝置，該靜電電容式水分檢測裝置具有:靜電電容傳感器，其具有彼此相對配置的第I電極和第2電極，靜電電容根據(jù)所述第I電極與所述第2電極之間的水分的比例或狀態(tài)而發(fā)生變化；驅(qū)動部，其對所述靜電電容傳感器施加交流信號；以及判定部，其根據(jù)來自所述靜電電容傳感器的輸出電壓的大小進行二值化，輸出接通或斷開的檢測信號。
[0011]所述靜電電容傳感器可以連接在所述驅(qū)動部的輸出端與所述判定部的輸入端之間，或者也可以連接在所述驅(qū)動部的輸出端與接地線之間。[0012]所述判定部可以對來自所述靜電電容傳感器的輸出電壓的大小與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，由此進行所述二值化。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種結(jié)構(gòu)簡單的結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置和靜電電容式檢測裝置，即便不設(shè)置虛設(shè)電極也能夠以足夠的精度檢測結(jié)霜狀態(tài)等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是示出第I實施方式的結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0015]圖2是示出在第I實施方式中使用的結(jié)霜傳感器的外形的正視圖。
[0016]圖3是示出結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置的具體電路的一例的圖。
[0017]圖4是示出第2實施方式的結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置的電路的例子的圖。
[0018]圖5是示出第3實施方式的靜電電容式檢測裝置的外形的圖。
[0019]圖6是示出第3實施方式的靜電電容式檢測裝置的電路的例子的圖。
[0020]圖7是示出檢測地面水分的水分傳感器的例子的圖。
[0021]圖8是示出將靜電電容式檢測裝置作為液面?zhèn)鞲衅魇褂脮r的設(shè)置例的圖。
[0022]圖9是示出水分傳感器的其它例子的圖。
[0023]標號說明
[0024]1、IB:結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置(靜電電容式水分檢測裝置)
[0025]IC:檢測裝置(靜電電容式水分檢測裝置)
[0026]11、11B、11C:驅(qū)動部
[0027]12、12B、11C:判定部
[0028]13:結(jié)霜傳感器(靜電電容傳感器)
[0029]13C:水分傳感器(靜電電容傳感器)
[0030]21、21C:基板
[0031]22、22C:第I圖形電極(第I電極)
[0032]23、23C:第2圖形電極(第2電極)
[0033]30、30B、30C:水分傳感器(靜電電容傳感器)
[0034]31、32:電極棒(第I電極、第2電極)
[0035]31B、32B:電線(第I電極、第2電極)
[0036]31C、32C:電線(第I電極、第2電極)
[0037]Rs:電阻值
[0038]Cs:靜電電容
[0039]Zs:阻抗
[0040]S1:輸出電壓
[0041]S2:檢測信號
[0042]R2:電阻(電阻元件)
[0043]R3:電阻(第2電阻元件)
[0044]C2:電容元件
[0045]GS:信號發(fā)生部
[0046]IF、IFB:輸入接口部[0047]KD、KDB、KDC: 二值化部
[0048]HA:梳齒
[0049]RP:冷卻器
【具體實施方式】
[0050]〔第I實施方式〕
[0051]首先，對將本發(fā)明的靜電電容式水分檢測裝置作為結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置實施的第I實施方式進行說明。
[0052]在圖1中，結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置I由驅(qū)動部11、判定部12以及結(jié)霜傳感器13等構(gòu)成。圖2中示出結(jié)霜傳感器13的外形。
[0053]在這些圖1和圖2中，驅(qū)動部11是對結(jié)霜傳感器13施加交流信號的電路。使用正弦波、矩形波、三角波等作為交流信號。優(yōu)選使用長波段或中波段的頻率作為交流信號的頻率。例如，使用50kHz?IMHz左右，例如57kHz、400kHz或它們附近的頻率、其它頻率。
[0054]判定部12根據(jù)結(jié)霜傳感器13的輸出電壓SI的大小進行二值化，輸出表示是否處于結(jié)霜狀態(tài)的檢測信號S2。
[0055]S卩，在由于冷卻器RP結(jié)霜，后述的結(jié)霜傳感器13的第I圖形電極22與第2圖形電極23之間的電阻值增大且靜電電容減少，由此基于交流信號的輸出電壓SI大于閾值時，判定部12輸出表示處于結(jié)霜狀態(tài)的檢測信號S2。
[0056]結(jié)霜傳感器13具有在基板21的表面以彼此相對的方式構(gòu)圖形成的第I圖形電極22和第2圖形電極23。結(jié)霜傳感器13安裝在冷卻器RP的表面。
[0057]基板21是由玻璃環(huán)氧樹脂或陶瓷等構(gòu)成的板狀基板。利用銅等的金屬材料在基板21的一個表面上形成第I圖形電極22和第2圖形電極23。另外，還可以使用在薄膜狀絕緣體的表面形成銅箔等的圖形的撓性印刷基板(FPC)作為基板21。
[0058]如圖2所示，第I圖形電極22和第2圖形電極23均為梳狀，各自的梳齒HA被構(gòu)圖形成為彼此相對。
[0059]在圖2所示的實施方式中，第I圖形電極22和第2圖形電極23均具有3個梳齒HA，成為在一個梳齒HA之間插入另一個梳齒HA的狀態(tài)。由此，在第I圖形電極22的梳齒HA與第2圖形電極23的梳齒HA之間形成間隙(gap) GP。
[0060]作為結(jié)霜傳感器13的尺寸的一例，基板21例如是一邊為幾毫米至幾厘米的矩形。例如縱向I厘米左右，橫向2厘米左右。也可比不是矩形而是圓形、橢圓形、多邊形等。第I圖形電極22的梳齒HA與第2圖形電極23的梳齒HA的間隙GP例如是幾十微米至幾百微米左右。
[0061]在結(jié)霜傳感器13中，第I圖形電極22與第2圖形電極23之間的電阻值Rs的初始值是幾十MQ以上，但是，在附著水滴時降低至幾十kQ左右。如果附著的水滴凍結(jié)成冰或霜等，則上升至幾百kQ左右。
[0062]此外，第I圖形電極22與第2圖形電極23之間的靜電電容Cs的初始值是十pF至幾十PF，在附著水滴時增加至初始值的80倍左右。如果附著的水滴凍結(jié)成冰或霜等，則靜電電容Cs下降至水時的二十分之一左右。
[0063]由此，在結(jié)霜傳感器13中，電阻值Rs和靜電電容Cs根據(jù)表面附著水滴的情況和水滴凍結(jié)的情況而大幅變化。在水滴凍結(jié)的情況下，電阻值Rs增大且靜電電容Cs減少，因此，對于交流信號的阻抗Zs (= Rs+l/j coCs)大幅增大。
[0064]另外，梳齒HA的個數(shù)、形狀、長度、梳齒HA之間的間隙GP的大小等可以有多種選擇。如果將梳齒HA的個數(shù)和長度設(shè)為較大，則電阻值Rs下降，靜電電容Cs增大。如果將梳齒HA之間的間隙GP設(shè)為較小，則電阻值Rs下降，靜電電容Cs增大。
[0065]在本實施方式中，利用這種水滴凍結(jié)引起的結(jié)霜傳感器13的阻抗Zs的變化來檢測是否處于結(jié)霜狀態(tài)。
[0066]如圖1所示，在與冷卻器RP接近或接觸的狀態(tài)下安裝結(jié)霜傳感器13。例如，使用螺釘?shù)戎苯踊蚋糁鴫|片與冷卻器RP擰緊?；蛘?，使用粘接劑等直接粘貼在冷卻器RP的冷卻管上。或者，使用雙面膠帶粘貼在冷卻器RP的表面。
[0067]由此，根據(jù)冷卻器RP的結(jié)霜狀態(tài)或凍結(jié)狀態(tài)，結(jié)霜傳感器13中的第I圖形電極22與第2圖形電極23之間的大氣的狀態(tài)和大氣中包含的水分的狀態(tài)發(fā)生變化，阻抗Zs發(fā)生變化。
[0068]另外，與冷卻器RP接近地安裝結(jié)霜傳感器13，因此，結(jié)霜傳感器13被設(shè)置在大氣環(huán)境中。即，在本實施方式中，結(jié)霜傳感器13檢測大氣中的水分是否由于冷卻器RP產(chǎn)生的冷卻效果而凍結(jié)變化成霜狀，而不是檢測特定容器等中收納的水是否已經(jīng)凍結(jié)。
[0069]因此，結(jié)霜傳感器13只要以成為與冷卻器RP表面的溫度接近的溫度的方式安裝即可。結(jié)霜傳感器13與冷卻器RP表面的溫度幾乎相同，由此，冷卻器RP附近的大氣中的水蒸氣成為水滴而附著到結(jié)霜傳感器13的間隙GP，溫度降低至冰點以下，由此該水滴凍結(jié)成為霜狀。
[0070]接著，對驅(qū)動部11和判定部12的具體電路的例子進行說明。
[0071]在圖3中，驅(qū)動部11由非門電路Q1、Q2、電阻R1、R2以及電容器Cl等構(gòu)成。發(fā)生交流信號的信號發(fā)生部GS由非門電路Q1、Q2、電阻Rl以及電容器Cl構(gòu)成。成為電阻R2串聯(lián)連接于信號發(fā)生部GS的輸出側(cè)的狀態(tài)。
[0072]通過電阻R2和結(jié)霜傳感器13的阻抗Zs構(gòu)成具有頻率選擇性的分壓電路。以結(jié)霜引起的輸出電壓SI的變化相對于驅(qū)動部11輸出的交流信號的頻率較大的方式設(shè)定電阻R2的值。因此，根據(jù)結(jié)霜傳感器13的阻抗Zs來設(shè)定電阻R2的電阻值。例如設(shè)定成幾十kQ至幾百kQ左右，例如IOOkQ左右。
[0073]判定部12由非門電路(二值化電路)Q3、非門電路Q4~Q5、電阻R3~R8、電容器C2、C3、二極管D1、發(fā)光二極管LEDa、LEDb等構(gòu)成。輸入接口部IF由彼此串聯(lián)連接的電阻R3和電容器C2構(gòu)成。二值化部KD由非門電路Q3、電阻R4~R6、電容器C3、二極管Dl等構(gòu)成。二值化部KD連接在輸入接口部IF的輸出側(cè)。
[0074]在輸入的輸出電壓SI的大小超過閾值th的情況下，二值化部KD的輸出成為低電平(U。在輸入的輸出電壓SI未超過閾值th的情況下，二值化部KD的輸出維持高電平
(H)。閾值th的大小根據(jù)電阻R4、R5的電阻值進行調(diào)整。即，選定多種電阻R4、R5的電阻值，由此，電源電壓被2個電阻R4、R5分壓成多種電壓,設(shè)定多種閾值th。
[0075]另外，輸出電壓SI的大小與輸出的L、H (或接通、斷開)的關(guān)系也可以相反。
[0076]此外，顯示輸出部HS由非門電路04、05、電阻1?7、1?8、發(fā)光二極管1^0&、1^013等構(gòu)成。在檢測到處于結(jié)霜狀態(tài)時發(fā)光二極管LEDa點亮，當(dāng)不是結(jié)霜狀態(tài)時發(fā)光二極管LEDb點売。
[0077]從判定部12分別輸出表示處于結(jié)霜狀態(tài)的檢測信號S2a和表示不是結(jié)霜狀態(tài)的檢測信號S2b。
[0078]結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置I的判定部12對結(jié)霜傳感器13的輸出電壓SI進行數(shù)字處理，
進行二值化。
[0079]另外，在結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置I中還設(shè)置有電源電路等，但省略了圖示。也可以從外部提供電源。
[0080]結(jié)霜傳感器13的一個端子Ta通過絕緣電線DSa連接于驅(qū)動部11的輸出側(cè)。結(jié)霜傳感器13的另一個端子Tb通過絕緣電線DSb連接于結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置I中的接地線GL。
[0081]另外，在圖1中示出了驅(qū)動部11和判定部12與結(jié)霜傳感器13分離，但也可以采用使它們一體化的構(gòu)造。即，也可以將驅(qū)動部11和判定部12與結(jié)霜傳感器13 —體地嵌入。該情況下，例如，只要將基板21設(shè)為雙面基板或多層基板，使用設(shè)置有圖形電極的面以外的面來設(shè)置驅(qū)動部11和判定部12即可。只要將用于驅(qū)動部11和判定部12的電子部件用例如鑄模覆蓋，設(shè)置檢測信號S2a、S2b的輸出和用于連接到電源電路(電源裝置)的連接器即可。
[0082]接著，對結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置I的動作進行說明。
[0083]結(jié)霜傳感器13的阻抗Zs根據(jù)結(jié)霜狀態(tài)而發(fā)生變化。結(jié)霜傳感器13被施加驅(qū)動部11發(fā)生的交流信號，結(jié)霜傳感器13的輸出電壓SI按照結(jié)霜傳感器13的阻抗Zs發(fā)生變化。當(dāng)輸出電壓SI的大小超過閾值th時，輸出表示處于結(jié)霜狀態(tài)的檢測信號S2a。
[0084]根據(jù)檢測信號S2a，能夠接通未圖示的除霜加熱器而流過電流，使其進行除霜動作。當(dāng)通過接通除霜加熱器而使冷卻器RP的霜融化成水滴時，結(jié)霜傳感器13的阻抗Zs下降，由此輸出電壓SI下降。當(dāng)輸出電壓SI的大小成為閾值以下時，輸出表不不是結(jié)霜狀態(tài)的檢測信號S2b。
[0085]由此，能夠根據(jù)檢測信號S2a、S2b，通過控制未圖示的除霜加熱器的接通/斷開，可靠、高效地進行冷卻器RP的除霜。
[0086]另外，檢測處于結(jié)霜狀態(tài)的閾值th與檢測不是結(jié)霜狀態(tài)的閾值th可以是相同的值，也可以是彼此不同的值。在將閾值th設(shè)為彼此不同的值的情況下，可以使檢測滯后。此夕卜，對于用于除霜的除霜加熱器等的控制方法，可以參照上述專利文獻I等。
[0087]在本實施方式中，結(jié)霜傳感器13是在基板21上使第I圖形電極22和第2圖形電極23相對的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)阻抗Zs的空間是封閉空間，因此不易受到周圍有無物體或移動、空氣的流動、周圍的溫度等環(huán)境因素的影響，可以提高檢測精度。因此，不需要使用虛設(shè)電極等來校正環(huán)境變化引起的輸出變動，結(jié)構(gòu)簡單且動作可靠。
[0088]由此，根據(jù)本實施方式的結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置1，即便不設(shè)置虛設(shè)電極也能夠以足夠的精度檢測結(jié)霜狀態(tài)，且結(jié)構(gòu)簡單。
[0089]〔第2實施方式〕
[0090]接著，對將本發(fā)明的靜電電容式水分檢測裝置作為其它方式的結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置實施的第2實施方式進行說明。
[0091]圖4中示出第2實施方式的結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置IB的具體的電路例子。
[0092]在圖4中，結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置IB由驅(qū)動部11B、判定部12B以及結(jié)霜傳感器13等構(gòu)成。
[0093]另外，在第2實施方式的結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置IB中，整體的結(jié)構(gòu)、結(jié)霜傳感器13的外形等與圖1和圖2所示的第I實施方式的結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置I相同。此外，驅(qū)動部IlB和結(jié)霜傳感器13與圖3所示的驅(qū)動部11和結(jié)霜傳感器13相同。對相同的部分省略或簡化其說明。
[0094]判定部12B由非門電路Qll~Q14、電阻Rll~R14、電容器C2、C11、二極管D2以及發(fā)光二極管LEDa等構(gòu)成。
[0095]二值化部KDB由非門電路叭1、012、電阻1?11~1?13、電容器(:11以及二極管D2等構(gòu)成。此外，顯示輸出部HSB由非門電路Q13、Q14、電阻R14、發(fā)光二極管LEDa等構(gòu)成。在檢測到處于結(jié)霜狀態(tài)時，發(fā)光二極管LEDa點亮。從判定部12B分別輸出表示處于結(jié)霜狀態(tài)的檢測信號S2a和表示不是結(jié)霜狀態(tài)的檢測信號S2b。
[0096]結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置IB的判定部12B對結(jié)霜傳感器13的輸出電壓SI進行模擬處理，進行二值化。
[0097]〔第3的實施方式〕
[0098]接著，對將本發(fā)明的靜電電容式水分檢測裝置作為用于檢測水分的一般的檢測裝置實施的第3的實施方式進行說明。
[0099]圖5中示出第3的實施方式的檢測裝置IC的外形，圖6中示出檢測裝置IC的具體的電路例子。圖5的(A)、(B)、(C)分別是檢測裝置IC的正視圖、左視圖、后視圖。
[0100]如圖5所示，檢測裝置IC是其整體一體化成為大致長方體形狀的構(gòu)造。
[0101]如圖6所示，檢測裝置IC由驅(qū)動部11C、判定部12C以及水分傳感器(靜電電容傳感器)13C等構(gòu)成。驅(qū)動部IlC和判定部12C的電路與圖3所示的驅(qū)動部11和判定部12相同，對具有相同功能的部件標注相同的標號。
[0102]即，檢測裝置IC在作為多層基板的長方形狀的基板21C的一個表面上形成用于水分傳感器13C的第I圖形電極22C和第2圖形電極23C，它們的2個端子Ta、Tb彼此接近地設(shè)置。
[0103]在基板21C的另一個表面上安裝有用于驅(qū)動部IlC和判定部12C的電子部件，通過對圖形布線的錫焊等形成各個電路。驅(qū)動部IlC和判定部12C的電子部件等由鑄模MD覆蓋，在鑄模MD的一部分中，可以從外部看見發(fā)光二極管LEDa、LEDb。此外，在基板21C的沒有由鑄模MD覆蓋的部分，安裝有檢測信號S2a、S2b的輸出和用于連接到電源電路的連接器 CN1。
[0104]在基板21C上設(shè)置有驅(qū)動部IlC的輸出端子Tll和判定部12C的輸入端子T12，這些端子T11、T12和水分傳感器13C的端子Ta、Tb在鑄模MD的內(nèi)部布線連接。由此，如圖6所示，水分傳感器13C與驅(qū)動部IlC的輸出端子Tll和判定部12C的輸入端子T12串聯(lián)連接。
[0105]另外，也可以將2個端子T11、T12和水分傳感器13C的一個端子Ta用電線彼此連接，將水分傳感器13C的另一個端子Tb與設(shè)置在基板21C上的接地線(接地端子)GL連接。該情況下，水分傳感器13C與驅(qū)動部IlC的輸出端子Tll和判定部12C的輸入端子T12并聯(lián)連接。
[0106]由此，在用鑄模MD覆蓋基板21C前的狀態(tài)下，檢測裝置IC可以選擇是將水分傳感器13C與驅(qū)動部IlC的輸出端子Tll和判定部12C的輸入端子T12串聯(lián)連接，還是將水分傳感器13C與驅(qū)動部IlC的輸出端子Tll和判定部12C的輸入端子T12并聯(lián)連接。
[0107]判定部12C中的用于二值化的閾值th的大小可以通過選定電阻R4、R5的電阻值而進行調(diào)整。為了容易進行該調(diào)整，這些電阻R4、R5的任意一方或兩方可以使用可變電阻器。
[0108]接著，對檢測裝置IC的動作進行說明。
[0109]水分傳感器13C的阻抗Zs (電阻值Rs和靜電電容Cs)根據(jù)周圍環(huán)境的水分的比例或狀態(tài)而發(fā)生變化。例如在將檢測裝置IC用于結(jié)霜狀態(tài)的檢測的情況下，阻抗Zs根據(jù)結(jié)霜狀態(tài)而發(fā)生變化。當(dāng)不是結(jié)霜狀態(tài)時，水分傳感器13C的阻抗Zs較低，來自驅(qū)動部IlC的交流信號Sla基本不衰減而成為輸出電壓Slb，并輸入到判定部12C。當(dāng)成為結(jié)霜狀態(tài)時，水分傳感器13C的阻抗Zs升高，來自驅(qū)動部IlC的交流信號Sla大幅衰減而成為輸出電壓Slb,向判定部12C的輸入降低。根據(jù)閾值th檢測輸入到判定部12C的信號(輸出電壓Slb)的變動，由此檢測是否處于結(jié)霜狀態(tài)。
[0110]S卩，在輸出電壓SI的大小為閾值th以下的情況下，輸出表示處于結(jié)霜狀態(tài)的檢測信號S2a。
[0111]由此，根據(jù)本實施方式的檢測裝置1C，即便不設(shè)置虛設(shè)電極也能夠以足夠的精度檢測結(jié)霜狀態(tài)等，且結(jié)構(gòu)簡單。
[0112]〔靜電電容式水分檢測裝置的其它實施方式〕
[0113]上述檢測裝置IC可以作為不僅用于檢測結(jié)霜狀態(tài)，而且用于檢測周圍環(huán)境的水分的比例或狀態(tài)的靜電電容式水分檢測裝置而進行動作。
[0114]S卩，檢測裝置IC通過設(shè)定多種閾值th，可以作為例如灑水傳感器、漏液傳感器、凍結(jié)傳感器、液面?zhèn)鞲衅骰蛑票鶄鞲衅鞯仁褂谩?br> [0115]〔灑水傳感器〕
[0116]在將檢測裝置IC作為灑水傳感器使用的情況下，將檢測裝置IC埋入田地等地中。水分傳感器13C與土壤接觸，水分傳感器13C的阻抗Zs (特別是靜電電容Cs)對應(yīng)于土壤中的水分量而發(fā)生變化。
[0117]即，土壤的相對介電常數(shù)e例如在干燥時是4左右，在水分為1%、2%、5%時分別為76、87、94左右，水分引起的土壤的相對介電常數(shù)e的變化較大。因此，能夠利用檢測裝置IC檢測土壤的干燥狀態(tài)，當(dāng)成為干燥狀態(tài)時，例如灑水裝置工作進行灑水即可。
[0118]此外，在將檢測裝置IC作為灑水傳感器使用的情況下，也可以不將檢測裝置IC埋入地中，而是將專用的水分傳感器(靜電電容傳感器)30埋入地中。
[0119]S卩，如圖7所示，將2根電極棒31、32在彼此平行的狀態(tài)下隔開適當(dāng)?shù)拈g隔打入地面ZM，將其一部分或全部埋入土中。將2根電極棒31、32作為水分傳感器30。代替前面敘述的水分傳感器13C的端子Ta、Tb，將該電極棒31、32的端子Ta、Tb分別與檢測裝置IC的端子TH、T12連接。該情況下，水分傳感器30為串聯(lián)連接。
[0120]或者，在將檢測裝置IC的端子TH、T12彼此連接的狀態(tài)下，將這些端子TH、T12與水分傳感器30的一個端子Ta連接，將水分傳感器30的另一個端子Tb與接地線GL連接。該情況下，水分傳感器30為并聯(lián)連接。
[0121]該情況下，為了消減不需要的電壓的直流分量，也可以將水分傳感器30經(jīng)由電容器與檢測裝置IC連接。即，該情況下，在端子Ta、Tb與端子T11、T12或接地線GL之間插入電容器。
[0122]另外，使用由銅、鋁合金或鐵等金屬材料、其它導(dǎo)電性材料構(gòu)成的棒狀物作為電極棒31、32即可。另外，在將電極棒31、32打入地面ZM的情況下，其設(shè)置比較容易，但也可以取而代之地挖開地面ZM將電極棒31、32埋入土中。該情況下，可以將電極棒31、32設(shè)為鉛直姿勢、水平姿勢、傾斜姿勢等。
[0123]在使用這種水分傳感器30的情況下，電極棒31、32之間的靜電電容Cs根據(jù)地面ZM中的水分量而發(fā)生變化。利用閾值th檢測該靜電電容Cs的變化，由此能夠檢測土壤的干燥狀態(tài)。
[0124]〔漏水傳感器〕
[0125]在將檢測裝置IC作為漏水傳感器使用的情況下，將檢測裝置IC安裝在建筑物的地面上等。當(dāng)無漏水時，水分傳感器13C的周圍是空氣或地面的材質(zhì)(例如塑料)，相對介電常數(shù)e較小，靜電電容Cs例如為0.1pF左右。當(dāng)由于漏水而使水分傳感器13C沾濕時，相對介電常數(shù)e變成80左右，靜電電容Cs例如增大至幾pF左右，因此，利用閾值th檢測該變化。
[0126]〔凍結(jié)傳感器〕
[0127]在將檢測裝置IC作為凍結(jié)傳感器使用的情況下，將檢測裝置IC配置在高速公路等的路面上。即，配置成檢測裝置IC的水分傳感器13C的表面成為與路面相同的狀態(tài)。當(dāng)水分傳感器13C的表面的水分凍結(jié)時，由此靜電電容Cs降低至二十分之一左右，因此，利用閾值th檢測該變化。即便在表面凍結(jié)成冰霜狀的情況下也可以進行檢測。
[0128]〔液面?zhèn)鞲衅鳌?br> [0129]在將檢測裝置IC作為液面?zhèn)鞲衅魇褂玫那闆r下，如圖8所示，將檢測裝置IC安裝在收納液體LQ的塑料制的容器YKl等的外周面。容器YKl的厚度非常薄，因此，當(dāng)容器YKl內(nèi)的液面HM達到檢測裝置IC的位置時，靜電電容Cs以增大的方式變化，利用閾值th檢測該變化。
[0130]此外，在將檢測裝置IC作為液面?zhèn)鞲衅魇褂玫那闆r下，如圖9所示，也可以使用專用的水分傳感器(靜電電容傳感器)30B、30C來代替水分傳感器13C。
[0131]即，如圖9的(A)所示，將2根電線31B、32B在彼此平行的狀態(tài)下隔開適當(dāng)?shù)拈g隔卷繞在容器YK2的外周面上，將它們作為水分傳感器30B。將電線31B、32B的端子Ta、Tb分別與檢測裝置IC的端子T11、T12或接地線GL連接。電線31B、32B可以是單線或絞線的任意一種，截面可以是圓形或平板狀(即帶狀)等。優(yōu)選電線31B、32B為絕緣電線。
[0132]當(dāng)容器YK2內(nèi)的液面HM達到水分傳感器30B的位置時，靜電電容Cs以增大的方式變化，因此檢測該變化。
[0133]此外，如圖9的(B)所示，隔著內(nèi)部的液體LQ，將彼此對向的半周量的2根電線31C、32C卷繞在容器YK3的外周面上，將它們作為水分傳感器30C。當(dāng)容器YK3內(nèi)的液面HM達到水分傳感器30C的位置時，靜電電容Cs以增大的方式變化，因此檢測該變化。
[0134]此外，在將檢測裝置IC作為這些各種傳感器使用的情況下，可以在相對介電常數(shù)￡或靜電電容Cs的變化量接近零時，檢測到它們的環(huán)境狀態(tài)發(fā)生變化。即，當(dāng)相對介電常數(shù)e或靜電電容Cs發(fā)生變化，其變化量充分變小時，判斷為環(huán)境狀態(tài)發(fā)生變化。例如，判斷為成為干燥狀態(tài)，或者判斷為制冰完成，或者判斷為已經(jīng)凍結(jié)，或者判斷為液面達到預(yù)定的位置。
[0135]〔其它〕
[0136]在上述實施方式中，結(jié)霜傳感器13、13B或水分傳感器13C可以安裝在冷卻器RP、冷卻管、其它管、冷卻用扇片、冰箱等的壁面或其它地方。
[0137]可以使用比較器(比較電路)來代替上述非門電路Q3。該情況下，只要將輸入到判定部12、2B、12C的電壓Sl、Slb與通過電阻R4、R5等設(shè)定的閾值th進行比較即可。由于電壓Sl、Slb是交流信號，因此超過閾值th的直流的電壓成分(脈動電流)出現(xiàn)在比較器的輸出側(cè)。只要將其平滑進行二值化即可。為了得到與交流信號的電壓S1、Slb的大小對應(yīng)的二值化信號，可以使用其它各種檢波方式。
[0138]另外，輸入接口部IF、正8、二值化部1?、1(08、1(0(:、顯示輸出部肥、肥8、肥(:、驅(qū)動部11、11C、判定部12、128、12(:、結(jié)霜傳感器13、水分傳感器13(:、30、3(?、30(:、結(jié)霜狀態(tài)檢測裝置1、1B或者檢測裝置IC的各部或者整體的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、電路、形狀、尺寸、個數(shù)、材質(zhì)、配置、頻率、波形等，可 以按照本發(fā)明的主旨進行適當(dāng)變更。
【權(quán)利要求】
1.一種靜電電容式水分檢測裝置，其檢測與周圍環(huán)境的水分的比例或狀態(tài)對應(yīng)的靜電電容的變化并輸出檢測信號，其特征在于，所述靜電電容式水分檢測裝置具有: 靜電電容傳感器，其具有彼此相對配置的第I電極和第2電極，靜電電容根據(jù)所述第I電極與所述第2電極之間的水分的比例或狀態(tài)而發(fā)生變化； 驅(qū)動部，其對所述靜電電容傳感器施加交流信號；以及 判定部，其根據(jù)來自所述靜電電容傳感器的輸出電壓的大小進行二值化，輸出接通或斷開的檢測信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電容式水分檢測裝置，其中， 所述靜電電容傳感器連接在所述驅(qū)動部的輸出端與所述判定部的輸入端之間， 所述判定部對來自所述靜電電容傳感器的輸出電壓的大小與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，由此進行所述二值化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電容式水分檢測裝置，其中， 所述靜電電容傳感器連接在所述驅(qū)動部的輸出端與接地線之間， 所述判定部對來自所述靜電電容傳感器的輸出電壓的大小與預(yù)先設(shè)定的閾值進行比較，由此進行所述二值化。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的靜電電容式水分檢測裝置，其中， 所述驅(qū)動部具有: 信號發(fā)生部，其發(fā)生所述交流信號；以及 電阻元件，其與所述信號發(fā)生部的輸出側(cè)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的靜電電容式水分檢測裝置，其中， 所述判定部具有: 輸入接口部，其與所述靜電電容傳感器的輸出側(cè)連接，由彼此串聯(lián)連接的第2電阻元件和電容元件構(gòu)成；以及 二值化部，其與所述輸入接口部的輸出側(cè)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的靜電電容式水分檢測裝置，其中， 所述靜電電容傳感器是在基板的表面上構(gòu)圖形成所述第I電極和所述第2電極而得到的， 所述第I電極和所述第2電極均為梳狀，各自的梳齒被構(gòu)圖形成為彼此相對。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靜電電容式水分檢測裝置，其中， 所述靜電電容傳感器在與冷卻器的表面接觸的狀態(tài)下安裝在大氣中， 所述靜電電容傳感器檢測大氣中的水分是否由于所述冷卻器的冷卻效果而凍結(jié)變化成霜狀的結(jié)霜狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電容式水分檢測裝置，其中， 所述 驅(qū)動部的輸出端子和所述判定部的輸入端子設(shè)置在基板上，分別與所述第I電極和所述第2電極連接的2個端子彼此接近地設(shè)置在所述基板上，所述輸出端子、所述輸入端子以及所述2個端子在所述基板上布線連接，由此，能夠選擇是相對于所述驅(qū)動部的輸出端子和所述判定部的輸入端子串聯(lián)連接所述靜電電容傳感器，還是相對于所述驅(qū)動部的輸出端子和所述判定部的輸入端子并聯(lián)連接所述靜電電容傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的靜電電容式水分檢測裝置，其中， 所述第I電極和所述第2電極是在彼此平行的狀態(tài)下隔開適當(dāng)?shù)拈g隔埋入土中的2根電極棒， 所述靜電電容傳感器檢測所述土中的水分的狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的靜電電容式水分檢測裝置，其中， 所述第I電極和所述第2電極在彼此平行的狀態(tài)下隔開適當(dāng)?shù)拈g隔卷繞在容器的外周面， 所述靜電電容傳感器檢測所述容器內(nèi)的液體的液位。
11.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的靜電電容式水分檢測裝置，其中， 所述第I電極和所述第2電極在隔著收納在容器內(nèi)的液體彼此相對的狀態(tài)下，卷繞在該容器的外周面的半周上， 所述靜電電容傳感器檢測所述容器內(nèi)的液體的液位。
12.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的靜電電容式水分檢測裝置，其中， 在所述判定部中能夠`調(diào)整用于進行二值化的閾值。
【文檔編號】G01D5/24GK103528603SQ201210310379
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】中野浩一 申請人:北斗電子工業(yè)株式會社