特開 2023-56068 濃度センサの校正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023056068

(43)【公開日】2023-04-19

(54)【発明の名称】濃度センサの校正方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/02 20060101AFI20230412BHJP

【ＦＩ】

G01N27/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021165151

(22)【出願日】2021-10-07

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】善積 順一

【テーマコード（参考）】

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G060AA05

2G060AB21

2G060AE17

2G060AF06

2G060AF10

2G060FA01

2G060HC01

2G060HC10

2G060KA06

(57)【要約】

【課題】濃度センサの校正方法に関し検出精度を高めることを目的とする。
【解決手段】共振器と信号処理部とを備えた濃度センサにおいて、校正ジグを第１のアルコール濃度に応じた第１のインピーダンスに設定してバラクタダイオードのカソードに接続する第１のステップ、信号処理部における第１のインピーダンスが接続された状態で第１の共振特性を得る第２のステップ、校正ジグを第２のアルコール濃度に応じた第２のインピーダンスに設定してバラクタダイオードのカソードに接続する第３のステップ、信号処理部における第２のインピーダンスが接続された状態で第２の共振特性を得る第４のステップ、第１の共振特性と第２の共振数特性とから第１のアルコール濃度と第２のアルコール濃度の間の係数を演算する第５のステップ、係数を記憶部に記憶させる第６のステップを含む濃度センサの校正方法は。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

濃度センサは、石油系燃料とアルコールの混合燃料に含まれる前記アルコールの濃度を検出するために共振器と、前記共振器に接続された信号処理部と、を備え、
前記共振器は、
一端が発振器に接続されたインダクタと、
一端が前記インダクタの他端に接続されて他端が接地されるように構成された第１のコンデンサと、
カソードの側が前記インダクタと前記コンデンサとの間に接続されて、アノードの側が接地されるように構成されたバラクタダイオードと、を有し、
前記第１のコンデンサは、前記アルコールの濃度を測定する際に前記混合燃料に浸漬されるように構成されており、
前記信号処理部は、演算部と記憶部を有しており、
前記記憶部は、係数が格納されており、
前記演算部は、前記記憶部に格納された係数を参照することで構成される演算式を有しており、
校正ジグは、インピーダンス素子を有しており、
前記濃度センサの校正方法は、
前記校正ジグのインピーダンスを第１のアルコール濃度に応じた第１のインピーダンスに設定して、前記バラクタダイオードのカソードに接続する第１のステップと、
前記信号処理部において、前記第１のインピーダンスが接続された状態で前記共振器から出力される検査信号から第１の共振特性を得る第２のステップと、
前記校正ジグのインピーダンスを第２のアルコール濃度に応じた第２のインピーダンスに設定して、前記バラクタダイオードのカソードに接続する第３のステップと、
前記信号処理部において、前記第２のインピーダンスが接続された状態で前記共振器から出力される検査信号から第２の共振特性を得る第４のステップと、
前記第１の共振特性と前記第２の共振特性とから前記第１のアルコール濃度と前記第２のアルコール濃度の間の前記演算式における係数を算出する第５のステップと、
前記係数を前記第１のアルコール濃度と前記第２のアルコール濃度の間の係数として前記記憶部に記憶させる第６のステップと、を含む、
濃度センサの校正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、濃度センサの校正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、センサの検出信号を濃度信号に変換するための検量線を搭載したガス濃度センサが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９－１４５６０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の検量線は、濃度センサによる実測値とガス濃度との相関関係を事前に確認することで得られる条件式である。このため、個々の濃度センサを構成する例えばコンデンサやインダクタといった構成部品の組み立て誤差に基づく特性バラツキが考慮されておらず、濃度センサの検出精度を高めることが困難であった。

【0005】

そこで、本開示はこのような問題を解決し、濃度センサの検出精度を高めることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様における濃度センサの校正方法は、共振器と信号処理部とを備えた濃度センサにおいて、共振器は、インダクタと第１のコンデンサとバラクタダイオードを有し、信号処理部は、演算部と記憶部を有しており、校正ジグを第１のアルコール濃度に応じた第１のインピーダンスに設定してバラクタダイオードのカソードに接続する第１のステップと、信号処理部において、第１のインピーダンスが接続された状態で第１の共振特性を得る第２のステップと、校正ジグを第２のアルコール濃度に応じた第２のインピーダンスに設定してバラクタダイオードのカソードに接続する第３のステップと、信号処理部において、第２のインピーダンスが接続された状態で第２の共振特性を得る第４のステップと、第１の共振特性と第２の共振特性とから第１のアルコール濃度と第２のアルコール濃度の間の係数を演算する第５のステップと、係数を記憶部に記憶させる第６のステップを含む。

【発明の効果】

【0007】

この校正方法により、濃度センサの検出精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施の形態に係る濃度センサ１００に校正ジグと取り付けた状態を示す模式図である。

【図2】図２は、濃度センサの制御信号とエタノール濃度との関連性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下では、本開示の実施の形態に係る濃度センサの校正方法について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0010】

各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構造については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化している。

【0011】

図１は、混合燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する濃度センサ１００の校正方法を示す模式図である。濃度センサ１００は、発振器１０と共振器２０と信号処理部３０を備えている。濃度センサ１００には校正ジグ４０が取り付けられている。なお、共振器２０の中に記されたハッチングは混合燃料１を示している。

【0012】

発振器１０は、検査信号Ｖｄ０を出力する。検査信号Ｖｄ０は、所定の周波数を有する所定の電圧の信号であえる。検査信号Ｖｄ０は、例えば周波数が１００ＭＨｚで振幅が±５Ｖの信号である。

【0013】

共振器２０は、インダクタ２１とコンデンサ２２とバラクタダイオード２３から構成される。コンデンサ２２とバラクタダイオード２３は並列に接続されて複合コンデンサ２４を構成している。バラクタダイオード２３のカソード側とコンデンサ２２の間に配置されたコンデンサ２５は、制御信号Ｖｔに対するＤＣカット用の容量である。共振器２０は、例えば、互いに直列に接続されたインダクタ２１と複合コンデンサ２４よりなる直列共振型の共振回路である。なお、複合コンデンサ２４の一端は接地しているが、一端を開放端としてもよい。また、共振器２０は、互いに並列に接続されたインダクタ２１と複合コンデンサ２４よりなる並列共振型の共振回路としてもよい。

【0014】

共振器２０を構成するコンデンサ２２は、一対の電極２２Ａ、２２Ｂにより構成される。濃度検出にあたっては、一対の電極２２Ａ、２２Ｂが混合燃料１の中に配置される。コンデンサ２２は、電極２２Ａ、２２Ｂと、混合燃料１の電極２２Ａ、２２Ｂ間の部分１Ａで構成されている。したがって、コンデンサ２２の静電容量は混合燃料１の比誘電率に比例する。つまり、共振器２０の共振周波数は混合燃料１の比誘電率に比例する。混合燃料１は、石油系燃料とアルコールを混合した燃料である。実施の形態では混合燃料１は、石油系燃料であるガソリンと、アルコールであるエタノールを混合した燃料である。なお、混合燃料１の石油系燃料は軽油等のガソリン以外の燃料であってもよく、アルコールはメタノール等のエタノール以外のアルコールであってもよく、実施の形態における濃度センサ１００によりガソリンとエタノール同様に混合燃料１中のアルコールの濃度を検出することができる。検査信号Ｖｄ０が共振器２０を介して検査信号Ｖｄ１として出力される。詳細には検査信号Ｖｄ０は共振器２０の入力端２０１に入力され、検査信号Ｖｄ１として共振器２０の出力端２０２から出力される。共振器２０を構成するバラクタダイオード２３は、信号処理部３０から出力される制御信号Ｖｔにより容量が制御される。制御信号Ｖｔは、共振器２０の入力端２０３に入力される。

【0015】

信号処理部３０は、制御電圧Ｖｔを出力する。制御信号Ｖｔは、共振器２０のインピーダンスが最大となるように制御される。つまり、制御信号Ｖｔは、共振器２０から出力される検査信号Ｖｄ１が最大となるように制御される。言い換えれば、制御信号Ｖｔは、共振器２０の共振特性に応じて制御される。

【0016】

信号処理部３０には検査信号Ｖｄ１が入力される。なお、信号処理部３０に入力される検査信号Ｖｄ１は直流信号であることが好ましい。この場合、共振器２０の出力端２０２と信号処理部３０との間に検波回路６０を配置することで直流信号に変換することが出来る。検波回路６０は、例えばショットキーダイオードで構成することが出来る。信号処理部３０は、検査信号Ｖｄ１の値が最大となる制御信号Ｖｔの電圧を抽出する。信号処理部３０は、抽出した制御信号Ｖｔの電圧に基づいて混合燃料１におけるエタノールの濃度を出力信号Ｖｏｕｔとして出力ポート７０に出力する。

【0017】

図２に制御信号Ｖｔとエタノール濃度の関連性を示す。図２において縦軸は制御信号Ｖｔの電圧を示し、横軸は混合燃料１におけるエタノール濃度を示す。曲線Ａは、濃度センサ１００における制御信号Ｖｔとエタノール濃度の関係を示している。なお、曲線Ａは、共振器２０を構成するインダクタ２１、コンデンサ２２、バラクタダイオード２３等の構成部品の理論値に基づいたエタノール濃度と制御信号Ｖｔの関連性を示している。つまり、濃度センサ１００において制御信号Ｖｔを抽出することでエタノール濃度を導出することが出来る。

【0018】

信号処理部３０には、演算部３０１と記憶部３０２を備えている。演算部３０１には、図２に示す曲線Ａを近似した演算式３０１Ａがプログラミングされている。記憶部３０２には、演算式３０１Ａにおける係数３０２Ａが格納されている。演算部３０１は、記憶部３０２に格納された係数３０２Ａを参照することで演算式３０１Ａによる演算処理を実行するように構成されている。このように演算式３０１Ａの係数３０２Ａを記憶部３０２に格納する構成としたことで、記憶部３０２の交換や記憶部３０２に格納された係数３０２Ａを書き換えることにより演算式３０１Ａを更新することが出来る。

【0019】

この演算式３０１Ａの更新は濃度センサ１００の検出精度を向上させることが出来る。すなわち、濃度センサ１００は、上述したように共振器２０の共振周波数に基づいて行われる。そして、共振器２０を構成するインダクタ２１やコンデンサ２２及びバラクタダイオード２３等の個別の構成部品は、量産において個々の特性バラツキを含む。このため、濃度センサ１００の量産過程において、個々の共振器２０において共振特性のバラツキが生じる。この共振特性のバラツキは、濃度センサ１００の検出精度の劣化要因となる。よって、量産過程で生じた共振特性のバラツキに応じて演算式３０１Ａを個別に校正することで、量産における濃度センサ１００の特性劣化を抑制することが出来る。

【0020】

次に、濃度センサ１００の校正方法について説明する。濃度センサ１００の校正にあたっては、図１に示される校正ジグ４０を用いる。校正ジグ４０は既知のインピーダンスに設定可能なインピーダンス素子で構成される。インピーダンス素子は、抵抗４０１とコンデンサ４０２の並列接続により構成することが出来る。校正ジグ４０の一端はバラクタダイオード２３と信号処理部３０との間に接続される。校正ジグ４０の他端は接地してもよい。なお、濃度センサ１００には、校正ジグ４０が着脱可能なコネクタ５０が設けられている。校正ジグ４０は、バラクタダイオード２３と信号処理部３０との間にコネクタ５０を介して着脱可能に接続することが出来る。

【0021】

校正ジグ４０は、抵抗４０１とコンデンサ４０２からなるインピーダンス素子であり、インピーダン値は、コンデンサ４０２と抵抗４０１の値を変更することにより適宜設定することが出来る。共振器２０は、校正ジグ４０が接続されることで、共振器２０の見かけ上のインピーダンスが変化する。バラクタダイオード２３は、共振器２０のインピーダンス変化を抑制するように容量が変化するように制御される。つまり。バラクタダイオード２３に印加される制御信号Ｖｔは、校正ジグ４０のインピーダンスに応じて変動する。校正ジグ４０のインピーダンスは、共振器２０を構成するコンデンサ２２を混合燃料１に浸漬した状況におけるインピーダンスを再現する値に設定される。

【0022】

すなわち、共振器２０を構成するインダクタ２１やコンデンサ２２やバラクタダイオード２３に特性バラツキがなければ、校正ジグ４０により設定されたエタノール濃度に対応する制御検出信号Ｖｔの値は、図２に示す曲線Ａにより導出された値に一致する。一方、共振器２０を構成するインダクタ２１やコンデンサ２２やバラクタダイオード２３が上述した特性バラツキを包含した状態では、理論値により算出されたエタノール濃度に対応する制御検出信号Ｖｔの値は、図２に示す曲線Ａから外れる。つまり、濃度センサ１００の演算式３０１Ａは、量産過程においては構成部品の特性バラツキを考慮した式に更新することで濃度センサ１００の検出精度を高めることが出来る。

【0023】

次に、濃度センサ１００に組み込まれた演算式３０１Ａの更新について説明する。なお、演算式３０１Ａは、エタノール濃度が０％から１００％の間を等分割し、等分割した各区間における演算式を１次の近似式として求める例にて説明する。なお、１次の演算式は、制御信号をＶｔ、濃度をＣ、係数をａ、ｂとし、Ｖｔ＝ａ・Ｃ＋ｂで表される。係数ａ、ｂの更新は、第１のエタノール濃度ｃ１（図中における２５．０％）と第２のエタノール濃度ｃ２（図中における３７．５％）の一区間における線形補完を例に挙げて説明する。

【0024】

先ず第１のステップとして、濃度センサ１００のコネクタ５０に校正ジグ４０を取り付ける。この時の校正ジグ４０のインピーダンスは、校正ジグ４０を取り付けた状態における共振器２０として第１のエタノール濃度ｃ１となるインピーダンスに設定されている。

【0025】

次に、第２のステップとして、発振器１０から検査信号Ｖｄ０を出力する。信号処理部３０は、検査信号Ｖｄ１が最大となる制御信号Ｖｔの電圧Ｖｔ１を抽出する。

【0026】

次に、第３のステップとして、校正ジグ４０のインピーダンスを、校正ジグ４０を取り付けた状態における共振器２０として第２のエタノール濃度ｃ２となるインピーダンスに設定する。

【0027】

次に第４のステップとして、発振器１０から検査信号Ｖｄ０を出力する。信号処理部３０は、検査信号Ｖｄ１が最大となる制御信号Ｖｔの電圧値Ｖｔ２を抽出する。

【0028】

次に第５のステップとして、制御回路が、第１のエタノール濃度から第２のエタノール濃度の区間におけるエタノール濃度と制御電圧の関連性を算出する。

【0029】

次に第６のステップとして、エタノール濃度ｃ１からｃ２の区間におけるエタノール濃度Ｃと制御電圧Ｖｔの関係を求める。この区間におけるエタノール濃度Ｃと制御電圧Ｖｔの関係は、Ｖｔ＝（（Ｖｔ２－Ｖｔ１）／（ｃ２－ｃ１））・Ｃ＋Ｖｔ１で表される。よって、第１のエタノール濃度から第２のエタノール濃度の区間における演算式の係数ａを（Ｖｔ２－Ｖｔ１）／（ｃ２－ｃ１）、係数ｂをＶｔ１として、記憶部内のデータを書き換える。

【0030】

同様の演算を他の濃度区間で行うことでエタノール濃度が０％から１００％の各区間における演算式を更新することが出来る。

【0031】

なお、上述した濃度センサ１００においては、エタノール濃度と制御信号Ｖｔとの関連性を示す演算式３０１Ａを１次の近似式として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、所定の濃度区間において３点以上の濃度に対応するＶｔを抽出し、それに基づく高次の近似式を演算式３０１Ａとして係数３０２Ａの更新を行ってもよい。

【0032】

以上のように濃度センサ１００を製造後に演算式３０１Ａを更新することで、量産時における個々の濃度センサ１００における構成部材の特性バラツキの影響を抑制することが出来る。つまり濃度センサ１００の量産時における特性劣化を抑制することが出来る。また、濃度センサ１００における演算式３０１Ａを自在に更新することが出来るので、濃度を測定する対象に応じて適宜演算式を更新することが出来る。つまり、１つの濃度センサにおいて異なる測定対象に対応することが出来る。

【産業上の利用可能性】

【0033】

本開示の濃度センサにおける濃度検出方法は、特に自動車などの内燃機関用の混合燃料の濃度測定用途において有効となる。

【符号の説明】

【0034】

１ 混合燃料
１０ 発振器
２０ 共振器
２１ インダクタ
２２ コンデンサ
２３ バラクタダイオード
３０ 信号処理部
３０１ 演算部
３０１Ａ 演算式
３０２ 記憶部
３０２Ａ 係数
４０ 校正ジグ
１００ 濃度センサ

【図1】

【図2】