特許 6842290 湿度測定システム及び湿度センサ異常検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6842290

(24)【登録日】2021年2月24日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】湿度測定システム及び湿度センサ異常検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/22 20060101AFI20210308BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/22 A

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-238291(P2016-238291)

(22)【出願日】2016年12月8日

(65)【公開番号】特開2018-96698(P2018-96698A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2019年5月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000244110

【氏名又は名称】明星電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087398

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 勝文

(74)【代理人】

【識別番号】100128473

【弁理士】

【氏名又は名称】須澤 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100128783

【弁理士】

【氏名又は名称】井出 真

(74)【代理人】

【識別番号】100160886

【弁理士】

【氏名又は名称】久松 洋輔

(74)【代理人】

【識別番号】100180699

【弁理士】

【氏名又は名称】成瀬 渓

(72)【発明者】

【氏名】小島 慎也

(72)【発明者】

【氏名】角田 興太郎

【審査官】 田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２９３９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４１６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１３８５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２０５８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００２４１１０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高分子系湿度センサの湿度測定システムであって、
前記高分子系湿度センサに第１駆動周波数で交流電圧を印加する第１駆動回路と、
前記高分子系湿度センサに前記第１駆動周波数と異なる第２駆動周波数で交流電圧を印加する第２駆動回路と、
前記第１駆動回路と前記第２駆動回路とを切り替えるスイッチと、
前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路から出力される各出力周波数に基づいて、前記高分子系湿度センサの相対湿度に対する変化特性情報をそれぞれ算出する制御ユニットと、を有し、
前記第２駆動回路は、前記高分子系湿度センサの測定駆動回路であり、前記第１駆動回路は、前記第２駆動回路よりも駆動周波数が高く設定された前記高分子系湿度センサのセンサ異常を判別するための異常検出用駆動回路であり、
前記制御ユニットは、前記高分子系湿度センサに印加される交流電圧の駆動周波数が低いほど、付着物による前記高分子系湿度センサの変化特性が大きくなる所定の関係に基づいて、前記第１駆動回路の出力周波数に基づく第１変化特性情報と、前記第２駆動回路の出力周波数に基づく第２変化特性情報とを比較して、前記高分子系湿度センサのセンサ異常を判別し、前記高分子系湿度センサが異常であると判別された場合に、測定駆動回路を前記第１駆動回路に切り替えて相対湿度を継続して測定するように制御することを特徴とする湿度測定システム。

【請求項2】

高分子系湿度センサの湿度測定システムであって、
前記高分子系湿度センサに第１駆動周波数で交流電圧を印加する第１駆動回路と、
前記高分子系湿度センサに前記第１駆動周波数と異なる第２駆動周波数で交流電圧を印加する第２駆動回路と、
前記第１駆動回路と前記第２駆動回路とを切り替えるスイッチと、
前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路から出力される各出力周波数に基づいて、前記高分子系湿度センサの相対湿度に対する変化特性情報をそれぞれ算出する制御ユニットと、を有し、
前記制御ユニットは、前記高分子系湿度センサに印加される交流電圧の駆動周波数が低いほど、付着物による前記高分子系湿度センサの変化特性が大きくなる所定の関係に基づいて、前記第１駆動回路の出力周波数に基づく第１変化特性情報と前記第２駆動回路の出力周波数に基づく第２変化特性情報との差分と、所定の閾値とを比較して前記高分子系湿度センサの異常を判別するとともに、前記差分が前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記高分子系湿度センサによる湿度測定を許容しないように制御しつつ、前記差分が前記所定の閾値よりも小さい場合は、前記高分子系湿度センサによる継続的な湿度測定を許容するように制御することを特徴とする湿度測定システム。

【請求項3】

前記第１駆動回路は、前記第２駆動回路よりも駆動周波数が高く設定された前記高分子系湿度センサの測定駆動回路であり、前記第２駆動回路は、前記高分子系湿度センサの異常を判別するための異常検出用駆動回路であることを特徴とする請求項２に記載の湿度測定システム。

【請求項4】

前記高分子系湿度センサの相対湿度に対する変化特性情報は、前記駆動回路から出力される出力周波数から算出される前記高分子系湿度センサの静電容量であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の湿度測定システム。

【請求項5】

第１駆動回路によって第１駆動周波数で交流電圧を印加した際の高分子系湿度センサの相対湿度に対する第１変化特性情報を算出するステップと、
第２駆動回路によって前記第１駆動周波数と異なる第２駆動周波数で交流電圧を印加した際の前記高分子系湿度センサの相対湿度に対する第２変化特性情報を算出するステップと、
前記高分子系湿度センサに印加される交流電圧の駆動周波数が低いほど、付着物による前記高分子系湿度センサの変化特性が大きくなる所定の関係に基づいて、前記第１変化特性情報と前記第２変化特性情報とを比較して、前記高分子系湿度センサのセンサ異常を判別するステップと、
を含み、
前記第２駆動回路は、前記高分子系湿度センサの測定駆動回路であり、前記第１駆動回路は、前記第２駆動回路よりも駆動周波数が高く設定された前記センサ異常を判別するための異常検出用駆動回路であり、
前記高分子系湿度センサが異常であると判別された場合に、測定駆動回路を前記第１駆動回路に切り替えて相対湿度を継続して測定するように制御することを特徴とする湿度センサ異常検出方法。

【請求項6】

第１駆動周波数で交流電圧を印加した際の高分子系湿度センサの相対湿度に対する第１変化特性情報を算出するステップと、
前記第１駆動周波数と異なる第２駆動周波数で交流電圧を印加した際の前記高分子系湿度センサの相対湿度に対する第２変化特性情報を算出するステップと、
前記高分子系湿度センサに印加される交流電圧の駆動周波数が低いほど、付着物による前記高分子系湿度センサの変化特性が大きくなる所定の関係に基づいて、前記第１変化特性情報と前記第２変化特性情報との差分と、所定の閾値とを比較して、前記高分子系湿度センサのセンサ異常を判別するステップと、
前記差分が前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記高分子系湿度センサによる湿度測定を許容しないように制御しつつ、前記差分が前記所定の閾値よりも小さい場合は、前記高分子系湿度センサによる継続的な湿度測定を許容するように制御するステップと、
を含むことを特徴とする湿度センサ異常検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高分子系湿度センサの付着物によるセンサ異常検出技術に関する。

【背景技術】

【0002】

高分子系湿度センサは、測定空気の水蒸気量により変化する感湿性高分子中の水分含有量の変化を捉える。水分含有量の変化として、感湿膜の静電容量の変化を捉えることで、相対湿度を測定する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平８−２４７９８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

感湿膜などのセンサ素子は、ゴミや水滴などの付着物を防止するために保護部材で覆われている。しかしながら、感湿膜に対する空気中の水分の出入りを確保しなければならず、屋外での気象変化に伴い、どうしてもゴミや水滴などの付着物がセンサ素子に付着してしまうが、付着物によってセンサ異常が生じても検出する手立てがなかった。

【0005】

そこで、本発明者等は、付着物によってセンサ素子の感度特性（感湿膜の静電容量の変化特性）が変わり、測定精度が低下することを見出すと共に、試行錯誤の結果、高分子系湿度センサの駆動（発振）周波数の違いによって、付着物に対するセンサ素子の感度特性の変化に違いが生じることを発見した。このような知見に基づき、本発明を完成するに至った。

【0006】

本発明は、高分子系湿度センサに対する付着物によるセンサ異常を検出することができる湿度測定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】

（１）本発明の高分子系湿度センサの湿度測定システムは、前記高分子系湿度センサに第１駆動周波数で交流電圧を印加する第１駆動回路と、前記高分子系湿度センサに前記第１駆動周波数と異なる第２駆動周波数で交流電圧を印加する第２駆動回路と、前記第１駆動回路と前記第２駆動回路とを切り替えるスイッチと、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路から出力される各出力周波数に基づいて、前記高分子系湿度センサの相対湿度に対する変化特性情報をそれぞれ算出する制御ユニットと、を有する。

【0008】

前記制御ユニットは、前記高分子系湿度センサに印加される交流電圧の駆動周波数が低いほど、付着物による前記高分子系湿度センサの変化特性が大きくなる所定の関係に基づいて、前記第１駆動回路の出力周波数に基づく第１変化特性情報と、前記第２駆動回路の出力周波数に基づく第２変化特性情報とを比較し、前記高分子系湿度センサのセンサ異常を検出することを特徴とする。

【0009】

（２）上記（１）において、前記第１駆動回路は、前記第２駆動回路よりも駆動周波数が高く設定された前記高分子系湿度センサの測定駆動回路として、前記第２駆動回路は、前記センサ異常を判別するための異常検出用駆動回路として、構成することができる。

【0010】

（３）上記（１）において、前記第２駆動回路は、前記高分子系湿度センサの測定駆動回路として、前記第１駆動回路は、前記第２駆動回路よりも駆動周波数が高く設定された前記センサ異常を判別するための異常検出用駆動回路として、構成することができる。この場合、前記制御ユニットは、前記高分子系湿度センサが異常であると判別された場合に、測定駆動回路を前記第１駆動回路に切り替えて、相対湿度を継続して測定するように制御することができる。

【0011】

（４）上記（１）から（３）において、前記制御ユニットは、前記第１変化特性情報と前記第２変化特性情報との差分と、所定の閾値とを比較して前記高分子系湿度センサの異常を判定するとともに、前記差分が前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記高分子湿度センサによる湿度測定を許容しないように制御しつつ、前記差分が前記所定の閾値よりも小さい場合は、前記高分子湿度センサによる継続的な湿度測定を許容するように制御することができる

【0012】

（５）上記（１）から（４）において、前記高分子系湿度センサの相対湿度に対する変化特性情報は、前記駆動回路から出力される出力周波数から算出される前記高分子系湿度センサの静電容量とすることができる。

【0013】

（６）本発明の湿度センサ異常検出方法は、第１駆動周波数で交流電圧を印加した際の高分子系湿度センサの相対湿度に対する第１変化特性情報を算出するステップと、前記第１駆動周波数と異なる第２駆動周波数で交流電圧を印加した際の高分子系湿度センサの相対湿度に対する第２変化特性情報を算出するステップと、前記高分子系湿度センサに印加される交流電圧の駆動周波数が低いほど、付着物による前記高分子系湿度センサの変化特性が大きくなる所定の関係に基づいて、前記第１変化特性情報と前記第２変化特性情報とを比較して、前記高分子系湿度センサのセンサ異常を判別するステップと、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、高分子系湿度センサの付着物によるセンサ異常を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態の湿度測定システムの構成図である。

【図2】第１実施形態の周波数比と相対湿度との関係を示す図である。

【図3】第１実施形態の湿度センサの静電容量値と相対湿度（％ＲＨ）との関係を示す図であり、センサ素子に付着物があるときの特性変化を示す図である。

【図4】第１実施形態の湿度センサの静電容量値と相対湿度（％ＲＨ）との関係を示す図であり、図３に対しセンサ素子に付着物がないときの特性を示す図である。

【図5】第１実施形態の湿度センサのセンサ異常チェック処理を示すフローチャートである。

【図6】変形例におけるセンサ異常チェック処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、実施形態につき、図面を参照して説明する。

【0017】

（第１実施形態）
図１から図６は、第１実施形態を示す図である。図１は、本実施形態の湿度測定システムの構成図である。湿度測定システムは、観測場所に設置される気象観測装置やラジオゾンデなどの高層気象を観測する装置に搭載されたりする。湿度測定システムは、湿度センサＨＳ、湿度センサＨＳの駆動回路１００及び制御ユニット２００を含んで構成されている。

【0018】

本実施形態の湿度センサＨＳは、高分子系湿度センサであり、静電容量変化型の湿度センサである。湿度センサＨＳは、コンデンサと似た構造を有し、２枚の電極板の間に誘電体として高分子の感湿膜を挟んだ構造となっている。湿度の変化によりセンサ素子の静電容量が変化する性質（湿度変化によって感湿膜の誘電率が変化すると静電容量が変化する性質）を利用し、その変化を電気信号として取り出して、湿度（相対湿度％ＲＨ）を測定する。

【0019】

駆動回路１００は、湿度センサＨＳに所定の電圧を印加する。このとき、直流電圧によるセンサ素子の分極を抑制するため、交流電圧を所定の周波数（駆動周波数）で印加する。駆動回路１００は、不図示のバッテリ（電源）に接続され、直流電圧をインバータＩＣで交流電圧に変換して湿度センサＨＳに印加する。

【0020】

駆動回路１００は、図１に示すように、複数の駆動回路を含んで構成されている。駆動回路１００は、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２を備えており、湿度センサＨＳに対する抵抗Ｒ１又は抵抗Ｒ２の各接続経路を、スイッチＳＷ２で切り換えることができる。ここで、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、異なる抵抗値に設定されているため、発振周波数を任意に変更可能な駆動回路が構成される。図１の例において、２点鎖線で示した経路が、第１駆動回路１２０と第２駆動回路１３０とを示しており、湿度センサＨＳ及び抵抗Ｒ１が接続されることで第１駆動回路１２０として駆動し、湿度センサＨＳ及び抵抗Ｒ２が接続されることで第２駆動回路１３０として駆動する。

【0021】

このように本実施形態の第１駆動回路１２０及び第２駆動回路１３０は、１つの駆動回路で構成され、スイッチＳＷ２によって異なる抵抗値である抵抗Ｒ１，Ｒ２のいずれか一方と接続することで、第１駆動回路１２０と第２駆動回路１３０とを切り替えることができる。

【0022】

第１駆動回路１２０及び第２駆動回路１３０は、例えば、ＣＭＯＳ等のデジタルＩＣの駆動回路である。インバータＩＣ１，ＩＣ２は、例えば、シュミットインバータである。インバータＩＣ１，ＩＣ２は、スレッショルド電圧（ＶＴ＋，ＶＴ−）を持ち、インバータＩＣ１の入力がＬｏｗレベルからＨｉレベルに変化するとき、出力電圧が反転する。コンデンサＣ（湿度センサＨＳの電気容量）は、抵抗Ｒ１又は抵抗Ｒ２を通じて充電され、電圧（コンデンサ電圧）が徐々に上昇する。電圧がＶＴ＋に達すると、インバータＩＣ１，ＩＣ２の出力電圧が反転し、Ｌｏレベルになるので、充電から放電状態に変わる。そして、電圧は、放電により徐々に低下し、電圧がＶＴ−に達すると、再び、インバータＩＣ１，ＩＣ２の出力電圧が反転し、Ｈｉレベルになり、充電状態になる。本実施形態では、インバータＩＣ１，ＩＣ２、及び抵抗Ｒ１，Ｒ２により、所定周波数の交流電圧を発生させる発振回路が構成されている。なお、抵抗Ｒ３は、保護抵抗である。

【0023】

また、スイッチＳＷ１は、湿度センサＨＳに接続される接続経路と、基準コンデンサＣ１に接続される接続経路と、を切り換える。本実施形態の駆動回路１００は、第１駆動回路１２０及び第２駆動回路１３０と共に、基準駆動回路１１０が設けられている。基準駆動回路１１０は、湿度センサＨＳではなく、基準コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１（又は抵抗Ｒ２）が接続された接続経路であり、図１の例において点線で示した経路である。なお、基準駆動回路１１０では、上述したコンデンサＣが基準コンデンサＣ１である発振回路が形成されることになる。

【0024】

基準駆動回路１１０は、基準コンデンサＣ１が接続され、２つの駆動回路１２０，１３０は、各々湿度センサＨＳに接続される。基準コンデンサＣ１及び湿度センサＨＳに印加する交流電圧の出力周波数（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）が、制御ユニット２００に出力される。

【0025】

制御ユニット２００は、駆動回路１００のスイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り換え制御を行う。スイッチＳＷ２を切り換えることで、湿度センサＨＳに印加される駆動周波数を切り替えることができ、スイッチＳＷ１を切り換えることで、基準駆動回路１１０と、第１駆動回路１２０及び第２駆動回路１３０と、の間を切り換えることができる。３つの駆動回路１１０，１２０，１３０それぞれから出力される出力周波数（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）は、制御ユニット２００に入力される。

【0026】

本実施形態では、３つの駆動回路１１０，１２０，１３０は、異なる駆動周波数に設定されており、第１駆動回路１２０の駆動周波数は、第２駆動回路１３０の駆動周波数よりも高く設定されている。例えば、基準駆動回路１１０が３．７ｋＨｚ、第１駆動回路１２０が１０ｋＨｚ、第２駆動回路１３０が６ｋＨｚとすることができる。第１駆動回路１２０と第２駆動回路１３０との間の駆動周波数の大小関係以外は、適宜任意の駆動周波数に設定することができる。

【0027】

また、本実施形態の３つの各駆動回路のインバータＩＣ１，ＩＣ２は、全て同じインバータであり、温度依存性等のインバータ回路固有の特性も同じものを使用している。

【0028】

次に、制御ユニット２００について説明する。図１に示すように、制御ユニット２００は、制御部２１０、メモリ２２０、周波数比演算部２３０、周波数比−湿度変換部２４０及び判定部２５０を含んで構成されている。制御部２１０は、本実施形態の湿度測定システム全体の制御を行い、駆動回路１００の駆動動作（スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り換え制御を含む）の制御を行う。メモリ２２０は、記憶領域であり、各種情報を記憶する。

【0029】

湿度センサＨＳの測定原理は、上述したように、湿度の変化によるセンサ素子の静電容量の変化を捉えればよい。このため、相対湿度［％ＲＨ］と湿度センサＨＳの静電容量との変化特性を予め実験等で求めておき、例えば、マップとしてメモリ２２０に記憶しておく。そして、同じ駆動周波数の条件において湿度センサＨＳの静電容量Ｃｐを求めれば、マップと照合して、相対湿度［％ＲＨ］を算出することができる。

【0030】

例えば、第１駆動回路１２０の出力周波数をＦ２は、以下の式１で表され、出力周波数Ｆ２を用いて、湿度センサＨＳの電気容量Ｃｐを算出することができる。

【数1】

【0031】

上記式１において、Ｒ_Ｒは、Ｒ１とＲ３の合成抵抗である。ａは、インバータＩＣ２の回路固有の特性定数である。特性定数ａは、例えばインバータ電圧、インバータの入力Ｈｉｇｈ電圧閾値、インバータの入力Ｌｏｗ電圧閾値に基づく回路固有の定数などに基づいて算出することができる。

【0032】

上記式１により、１つの駆動回路で湿度を検出することができるが、特性定数ａは回路固有の定数であり、温度依存性があり変動する。そこで、２つの駆動回路を用いた周波数比較方式により、特性定数ａに起因する温度依存性を改善することができる。

【0033】

例えば、スイッチＳＷ２により抵抗Ｒ１側の接続経路の状態で、スイッチＳＷ１の切り換え制御を行い、基本駆動回路１１０と第１駆動回路１２０とを交互に接続して駆動周波数の時分割制御を行い、湿度センサＨＳに印加された交流電圧の出力周波数Ｆ２と基準コンデンサＣ１に印加された出力周波数Ｆ１とを交互に取得する。時分割制御により得られる各出力周波数は、周波数比演算部２３０に出力される。

【0034】

基準駆動回路１１０から出力される出力周波数Ｆ１は、上記式（１）と同様に算出することができる。上記式（１）において、湿度センサＨＳの電気容量Ｃｐを基準コンデンサＣ１の電気容量に置き換えて算出される周波数が、出力周波数Ｆ１となる。このとき、特性定数ａは同値である。

【0035】

そして、周波数比演算部２３０は、各駆動回路１１０，１２０の出力周波数の比（周波数比η）を算出する。このように構成することで、算出された周波数比ηは、インバータＩＣ１，ＩＣ２の特性定数ａの変動による検出誤差が排除される。メモリ２２０には、予め実験等で求められた、相対湿度［％ＲＨ］と２つの出力周波数の比である周波数比ηとの変化特性がマップとして記憶されており（例えば、図２）、周波数比−湿度変換部２４０は、周波数比演算部２３０で算出された周波数比ηを用いてメモリ２２０に記憶された変化特性マップと照合して相対湿度［％ＲＨ］を算出する。周波数比−湿度変換部２４０は、算出した相対湿度［％ＲＨ］を湿度値として、メモリ２２０に時間情報と共に記憶したり、所定の表示装置に出力したりすることができる。

【0036】

なお、湿度測定における周波数比較方式は、上記手法に限らず、既知の手法を適宜適用することができる。また、湿度測定は、周波数比較方式に限らずに、湿度センサＨＳの電気容量Ｃｐを用いた湿度測定に、温度補正を適用した既知の手法を適用することもできる。

【0037】

次に、本実施形態の湿度センサＨＳのセンサ異常チェック方法（異常検出方法）について説明する。図３は、湿度センサＨＳの静電容量値と相対湿度（％ＲＨ）との関係を示す図であり、センサ素子に付着物があるときの特性の変化を示す図である。図４は、図３に対しセンサ素子に付着物がないときの特性を示す図である。

【0038】

図３及び図４では、２ｋＨｚ、５ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚの各駆動周波数における実験結果を示している。当該実験に用いた湿度センサＨＳのセンサ素子の主な基本仕様は、使用湿度範囲：０〜１００％ＲＨ、使用温度範囲：−２０〜＋８０℃、使用周波数範囲：２〜２００ｋＨｚ、電圧：１．０Ｖ以下、直線性：±２％ＲＨ、ヒステリシス特性：３％ＲＨ以下、温度依存性：−０．３５％ＲＨ／ｄｅｇ以内、静電容量値：１８８．０ｐＦ±１０％、容量変化値：１．０８６±０．０３、応答速度：２０秒以内である。

【0039】

湿度センサＨＳのセンサ素子（感湿膜及び電極）は、フィルムやフィルタなどの保護部材によって覆われており、付着物の付着を防止している。しかしながら、何らかの理由でセンサ素子にゴミやイオン性物質（例えば、塩分、糖分、洗剤等）などの付着物が付着すると、高分子系感湿膜が汚染され、湿度センサの特性が変化することが、図３及び図４の実験結果及び検討の結果、わかった。

【0040】

図３及び図４を比較すると、図３において、付着物が付着しても、相対湿度７０％未満まではその特性にあまり変化が見られないが、相対湿度７０％以上の領域では、静電容量値に対する相対湿度が高湿度側に偏向していた。特に、湿度センサＨＳの駆動周波数が低いほど、より高湿度側に偏向し、駆動周波数が高い程、高湿度側への偏向度合いが小さかった。

【0041】

したがって、異なる２つの駆動周波数を用いて各々取得された湿度センサＨＳの静電容量値を比較し、静電容量値に所定値以上の差分が生じていれば、付着物による湿度測定精度の低下を把握することができることになる。例えば、１０ｋＨｚ未満の駆動周波数（例えば、６ｋＨｚ）で算出される静電容量Ｃｐ１と、１０ｋＨｚ以上の駆動周波数（例えば、１０ｋＨｚ）で算出される静電容量Ｃｐ２との差分を算出し、差分が図３の偏向に基づいて予め設定された閾値よりも大きければ、付着物によるセンサ異常が生じているものと判別することができる。

【0042】

そこで、本実施形態では、湿度測定を行うための第１駆動回路１２０（測定駆動回路）に加えて、第２駆動回路１３０（異常検出用駆動回路）が、付着物によるセンサ異常チェックのために設けられている。上述のように、常時行う湿度測定の駆動回路として第１駆動回路１２０が高駆動周波数（≧１０ｋＨｚ）に設定され、第２駆動回路１３０が低駆動周波数（＜１０ｋＨｚ）に設定されている。高駆動周波数の第１駆動回路１２０を測定用駆動回路に用いることで、付着物による湿度測定精度の低下を抑制することができると共に、異常検出用駆動回路である第２駆動回路１３０によって駆動周波数をあえて下げて、センサ異常チェックを行えるように構成されている。

【0043】

なお、本実施形態のセンサ異常チェック処理は、図１に示す判定部２５０が行い、判定部２５０には、周波数比−湿度変換部２４０を介して、各駆動回路１２０，１３０からの湿度値（ＲＨ１，ＲＨ２）がそれぞれ入力される。判定部２５０は、湿度値ＲＨ１，ＲＨ２を比較し、閾値α（α１，α２）を用いてセンサ異常チェック処理を行う。図３及び図４に示すように、異なる２つの駆動周波数を用いて各々取得された湿度センサＨＳの静電容量値を比較して、本実施形態のセンサ異常チェック処理を行うこともできる。

【0044】

なお、上述したように、駆動周波数が高い程、付着物による湿度測定精度が低下し難いので、閾値αに対してある程度の幅を持たせることができる。具体的には、差分が閾値α１よりも大きければ、「仮異常」であるとして、センサ異常をアラートすると共に、湿度センサＨＳの交換を促すように制御する。但し、高い駆動周波数での相対湿度の測定を許容する。差分が閾値α２（＞α１）よりも大きければ、「異常」であるとして、センサ異常をアラートすると共に、相対湿度の測定を許容しない。すなわち、湿度値ＲＨ１，ＲＨ２の差分が閾値α２よりも大きければ、湿度測定を許容しないように制御しつつ、湿度値ＲＨ１，ＲＨ２の差分が閾値α２よりも小さければ、継続的な湿度測定を許容するように制御する。

【0045】

図５は、湿度センサＨＳのセンサ異常チェック処理を示すフローチャートである。

【0046】

図５に示すように、制御部２１０は、周波数比−湿度変換部２４０によって算出された直近の湿度値が９０％ＲＨ以上であるか否かを判別する（Ｓ１０１）。判別の結果、湿度値が９０％ＲＨ以上である場合に（Ｓ１０１のＹＥＳ）、チェックモードに移行し、センサ異常チェック処理を開始する（Ｓ１０２）。なお、図５の例では、チェックモード移行の閾値として９０％ＲＨを設定しているが、図３及び図４の例に示すように、７０％ＲＨよりも大きな値を閾値として設定してもよい。つまり、本実施形態では、一例として、閾値として９０％ＲＨを設定し、湿度値が大きくなるほど大きな乖離が生じる特性に基づき、センサ異常検出を精度良く行うように構成している。

【0047】

制御部２１０は、スイッチＳＷ２を抵抗Ｒ１側に接続し、スイッチＳＷ１を交互に切り換えながら基準駆動回路１１０と第１駆動回路１２０を駆動させ、出力周波数Ｆ１とＦ２を周波数比演算部２３０に入力させる。そして、周波数比−湿度変換部２４０で出力周波数Ｆ１を基に出力周波数Ｆ２を湿度値ＲＨ１に変換する。その後、スイッチＳＷ２を抵抗Ｒ２側に接続し、スイッチＳＷ１を交互に切り換えながら基準駆動回路１１０と第２駆動回路１３０を駆動させ、出力周波数Ｆ１とＦ３を周波数演算部２３０に入力させる。そして、周波数比−湿度変換部２４０で出力周波数Ｆ１を基に出力周波数Ｆ３を湿度値ＲＨ２に変換する。変換された湿度値ＲＨ１，ＲＨ２は判定部２５０に入力される（Ｓ１０３，Ｓ１０４）。

【0048】

判定部２５０は、算出された湿度値ＲＨ１、ＲＨ２の差分（ＲＨ１−ＲＨ２）を算出し、差分が閾値α１よりも小さいか否かを判別する（Ｓ１０５）。差分が閾値α１よりも小さいと判別されたとき、ステップＳ１０６に進み、「正常判定」をチェック結果として出力する。

【0049】

一方、差分が閾値α１よりも大きいと判別されたとき、ステップＳ１０７に進み、差分が閾値α２よりも小さいか否かを判別する。差分が閾値α２よりも小さいと判別されたとき、すなわち、α１＜差分＜α２と判別された場合、ステップＳ１０８に進み、「仮異常判定」をチェック結果として出力すると共に、アラート処理（Ｓ１０９）を行う。ステップＳ１０９のアラート処理としては、例えば、所定の表示部に、継続使用は問題ないが、湿度センサＨＳに異常が検出された旨を表示したり、ランプを点灯させたりして、湿度センサＨＳの仮異常を知らせる。

【0050】

さらに、ステップＳ１０７において、差分が閾値α２よりも大きいと判別されたとき、ステップＳ１１０に進み、「異常判定」をチェック結果として出力すると共に、アラート処理（Ｓ１１１）を行う。ステップＳ１１１のアラート処理は、ステップＳ１０９とは異なり、例えば、センサ異常によって相対湿度の測定ができない旨の表示処理やランプの点灯処理などをする。そして、「異常判定」の結果は、制御部２１０に入力される。制御部２１０は、「異常判定」の結果に基づいて、例えば、相対湿度の測定を禁止したり、測定自体を禁止せずに、測定された相対湿度に対して湿度センサＨＳが異常状態であることを示す情報を付加して、センサ出力値に異常がある旨を知らせるように制御することができる。

【0051】

図６は、本実施形態の変形例におけるセンサ異常チェック処理を示すフローチャートである。図６の例は、低駆動周波数の第２駆動回路１３０を測定駆動回路として設定し、高駆動周波数の第１駆動回路１２０を異常検出用駆動回路として使用する。この場合、第１駆動回路１２０によって駆動周波数を上げて、センサ異常チェックを行い、かつ「仮異常」が検出された時点で、測定駆動回路を高駆動周波数の第１駆動回路１２０に切り替えて（Ｓ１１２）、付着物による湿度測定精度の低下を抑制しながらの継続的な湿度測定を行えるようにしている。なお、図６において、ステップＳ１０３Ａは、図５のステップＳ１０４に対応し、ステップＳ１０４Ａは、図５のステップＳ１０３にそれぞれ対応している。その他の処理については同様であるので、同符号を付して説明を省略する。

【0052】

このように本実施形態の湿度測定システムは、駆動周波数が異なる２つの駆動回路が設けられ、高分子系の湿度センサＨＳに印加される交流電圧の駆動周波数が低いほど、付着物による湿度センサＨＳの変化特性が大きくなる関係に基づいて、第１駆動回路１２０の出力周波数から算出される湿度値ＲＨ１（第１変化特性情報）と、第２駆動回路１３０の出力周波数から算出される湿度値ＲＨ２とを比較して、湿度センサＨＳのセンサ異常を判別する。このように構成することで、付着物による湿度センサＨＳのセンサ異常を判別することができる。

【0053】

また、測定駆動回路が、異常検出用駆動回路よりも駆動周波数が高く設定されているので、付着物によるセンサ異常に対する測定精度の低下を抑制しながら、湿度センサＨＳのセンサ異常を検出することができる。

【0054】

また、測定駆動回路が、異常検出用駆動回路よりも駆動周波数が低く設定されている場合は、センサ異常（仮異常）の際に測定駆動回路を高駆動周波数の駆動回路に切り替えることで、相対湿度を継続して測定するようにすることができる。

【0055】

また、同様に、例えば、周波数比演算部２３０で演算された周波数比を用いてセンサ異常チェック処理を行うこともできる。

【0056】

例えば、基準駆動回路１１０と第１駆動回路１２０との間の周波数比η１と、基準駆動回路１１０と第２駆動回路１３０との間の周波数比η２と、をそれぞれ求め、相対湿度９０％ＲＨ以上領域で、周波数比η１と周波数比η２との間の所定値以上の差分が生じていれば、図５及び図６に示したセンサ異常チェック処理を行うことができる。

【0057】

この場合、湿度測定のための周波数比演算部２３０による演算処理をそのまま利用して例えば、制御部２１０が図５及び図６に示した「正常」、「仮異常」、「異常」の各判定処理やアラート処理を行うことができる。したがって、判定部２５０を別途設ける必要がなく、回路構成を簡略化することができる。

【符号の説明】

【0058】

１００ 駆動回路
１１０ 基準駆動回路
１２０ 第１駆動回路
１３０ 第２駆動回路
２００ 制御ユニット
２１０ 制御部
２２０ メモリ
２３０ 周波数比演算部
２４０ 周波数比−湿度変換部
２５０ 判定部
ＨＳ 湿度センサ
Ｃ１ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】