特許 7694913 流体性状検出装置

(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】

(24)【登録日】2025-06-10

(45)【発行日】2025-06-18

(54)【発明の名称】流体性状検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/22 20060101AFI20250611BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20250611BHJP

   G01N 27/06 20060101ALI20250611BHJP

【ＦＩ】

G01N27/22 B

G01N27/00 L

G01N27/06 B

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022121000

(22)【出願日】2022-07-28

(65)【公開番号】P2024017985

(43)【公開日】2024-02-08

【審査請求日】2025-02-10

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】カヤバ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504237050

【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 尚弘

(72)【発明者】

【氏名】亀田 幸則

(72)【発明者】

【氏名】出口 幹雄

【審査官】村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－３０６１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１６３８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０６６８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／０５０８１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００４／００３６４８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４－２７／２４

Ｇ０１Ｒ ２７／００－２７／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体に浸漬される接地電極と、前記流体に浸漬されるとともに前記接地電極に対向するように配置された検出電極と、前記検出電極に接続されたインダクタ部と、を含み、前記接地電極と前記検出電極により形成されたキャパシタと前記インダクタ部が電気的に互いに結合した共振回路と、
所定の発振周波数の励起信号で前記共振回路を励起する励起信号発振部と、
前記励起信号と、前記共振回路の出力信号と、の位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差が所定の位相差を維持するように前記発振周波数を制御する制御部と、を備え、前記発振周波数の経時変化により前記流体の劣化を検出することを特徴とする流体性状検出装置。

【請求項2】

前記励起信号発振部に接続されるとともに前記検出電極から離間した状態で前記検出電極に近接して配置された励起電極をさらに備え、
前記励起信号発振部は、前記励起電極と前記検出電極との間に形成される寄生容量を介して前記励起信号を前記共振回路に出力することで前記共振回路を励起することを特徴とする請求項１に記載の流体性状検出装置。

【請求項3】

前記インダクタ部は、インダクタを含まない複数のインピーダンス素子を含む等価インダクタであることを特徴とする請求項１に記載の流体性状検出装置。

【請求項4】

前記インピーダンス素子は、前記検出電極に接続された第１抵抗と、第２抵抗と、第３抵抗と、第２キャパシタと、前記接地電極に接続された第４抵抗と、を含むとともに前記第１抵抗、前記第２抵抗、前記第３抵抗、前記第２キャパシタ、及び前記第４抵抗の順に直列に接続された直列回路を形成していることを特徴とする請求項３に記載の流体性状検出装置。

【請求項5】

前記第４抵抗は、前記第２キャパシタに接続された第５抵抗と、前記接地電極に接続されるとともに前記第５抵抗に接続された第６抵抗と、を含み、
前記第６抵抗は前記第５抵抗よりも抵抗値が低く設定され、
前記共振回路の出力端子は、前記第５抵抗と前記第６抵抗との間から延出していることを特徴とする請求項４に記載の流体性状検出装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記発振周波数を前記共振回路の共振周波数、又は前記共振周波数の近傍の周波数に設定することを特徴とする請求項１に記載の流体性状検出装置。

【請求項7】

前記出力信号の振幅を検出する振幅検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記発振周波数を変化させて前記振幅が所定の閾値以上となる周波数領域を探索して検出し、前記周波数領域において前記発振周波数を変化させつつ前記励起信号と前記出力信号の前記位相差を検出することで前記発振周波数と前記位相差との相関関係を算出し、前記相関関係に基づいて前記位相差が前記所定の位相差となるモニタ周波数を算出することを特徴とする請求項１に記載の流体性状検出装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記周波数領域を探索する場合において前記周波数領域よりも高周波となる周波数から前記発振周波数を減少させることで前記周波数領域を探索することを特徴とする請求項７に記載の流体性状検出装置。

【請求項9】

前記インダクタ部の温度又は前記流体の温度を測定する温度センサをさらに備え、
前記制御部は、前記温度センサが検知する温度に基づいて前記共振回路の共振周波数の補正量を算出することを特徴とする請求項１に記載の流体性状検出装置。

【請求項10】

前記出力信号の振幅を検出する振幅検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記振幅が所定の閾値よりも低くなった場合に、前記発振周波数を変化させて前記振幅が前記閾値以上となる周波数領域を探索して検出し、当該周波数領域において前記発振周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の流体性状検出装置。

【請求項11】

前記制御部は、前記位相差が一つの所定の位相差を維持するように一つの前記発振周波数を制御する請求項１に記載の流体性状検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体性状検出装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

流体に浸漬された接地電極及び検出電極より形成されたキャパシタと、インダクタとからなる共振回路に当該共振回路の共振周波数に近接した周波数の励起信号を出力し、当該励起信号と共振回路の出力信号の位相差に基づいて流体の性状をモニタリングする技術が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実開昭６１－１７００６４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、上記技術では、位相差が変化するほど位相差を検知する感度が低下してしまい以後の計測において流体の性状を敏感にモニタリングすることが困難であった。

【0005】

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、流体の性状の変化を敏感に検出するモニタリングが可能な流体性状検出装置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】

【0006】

本発明に係る流体性状検出装置は、流体に浸漬される接地電極と、流体に浸漬されるとともに接地電極に対向するように配置された検出電極と、検出電極に接続されたインダクタ部と、を含み、接地電極と検出電極により形成されたキャパシタとインダクタ部が電気的に互いに結合した共振回路と、所定の発振周波数の励起信号で共振回路を励起する励起信号発振部と、励起信号と、共振回路の出力信号と、の位相差を検出する位相差検出部と、位相差が所定の位相差を維持するように発振周波数を制御する制御部と、を備え、発振周波数の経年変化により流体の劣化を検出することを特徴とする。

【0007】

この発明では、発振周波数を常に共振回路において位相変化の最も急峻な周波数となるように制御できるので、キャパシタの静電容量、すなわち流体の比誘電率が変化しても発振周波数を当該周波数に追従でき、常に位相変化に対して最大感度の状態を維持できる。したがて、励起信号と共振回路の出力信号との間の位相差の検出感度を向上させることで流体の性状の変化（経時劣化）を敏感に検出するモニタリングが可能となる。

【0008】

本発明に係る流体性状検出装置において、励起信号発振部に接続されるとともに検出電極から離間した状態で検出電極に近接して配置された励起電極をさらに備え、励起信号発振部は、励起電極と検出電極との間に形成される寄生容量を介して励起信号を共振回路に出力することで共振回路を励起することを特徴とする。

【0009】

この発明では、励起信号が印加される励起電極と、検出電極とが空間的に分離されるので励起電極と検出電極との間に直流の抵抗成分はなく、寄生容量を介して両者が電気的に結合されるので、共振回路のＱ値を向上させることができる。これにより励起信号と共振回路の出力信号との間の位相差の検出感度を向上させることで流体の性状の変化（経時劣化）を敏感に検出するモニタリングが可能となる。

【0010】

本発明に係る流体性状検出装置において、インダクタ部は、インダクタを含まない複数のインピーダンス素子を含む等価インダクタであることを特徴とする。

【0011】

この発明では、インダクタンスを通常のインダクタ素子よりも十分に大きく設定することができるので、共振回路の共振周波数を低い値に設定でき、これにより発振周波数を低い値に設定できる。従って、インダクタ部のほか、励起信号発振部、及び位相差検出部を汎用の電子部品（半導体デバイス）を組み合わせて構築可能となり、低コストで小さなサイズで構成可能となる。

【0012】

本発明に係る流体性状検出装置において、インピーダンス素子は、検出電極に接続された第１抵抗と、第２抵抗と、第３抵抗と、第２キャパシタと、接地電極に接続された第４抵抗と、を含むとともに第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗、第２キャパシタ、及び第４抵抗の順に直列に接続された直列回路を形成していることを特徴とする。

【0013】

この発明では、等価インダクタが所謂ＧＩＣ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路により構築されるので、大きなインダクタンス値が得られる。

【0014】

本発明に係る流体性状検出装置において、第４抵抗は、第２キャパシタに接続された第５抵抗と、接地電極に接続されるとともに第５抵抗に接続された第６抵抗と、を含み、第６抵抗は第５抵抗よりも抵抗値が低く設定され、共振回路の出力端子は、第５抵抗と第６抵抗との間から延出していることを特徴とする。

【0015】

この発明では、共振回路（インダクタ部）の出力電圧を小さくできるので、当該出力電圧による共振回路（インダクタ部）の発振を抑制できる。

【0016】

本発明の流体性状検出装置において、制御部は、発振周波数を共振回路の共振周波数、又は共振周波数の近傍の周波数に設定することを特徴とする。

【0017】

この発明では、発振周波数を少なくとも共振周波数に近傍に設定することで、励起信号（電圧）と共振回路の出力信号（電圧）との位相差が流体の状態の変化に対応して敏感に変化するので、位相差の検出感度を向上させることができる。

【0018】

本発明の流体性状検出装置において、出力信号の振幅を検出する振幅検出部をさらに備え、制御部は、発振周波数を変化させて振幅が所定の閾値以上となる周波数領域を探索して検出し、周波数領域において発振周波数を変化させつつ励起信号と出力信号の位相差を検出することで発振周波数と位相差との相関関係を算出し、相関関係に基づいて位相差が所定の位相差となるモニタ周波数を算出することを特徴とする。

【0019】

この発明では、励起信号と出力信号の位相差に関して共振回路において位相変化の最も急峻な周波数に対応する位相差の範囲内でモニタ周波数（発振周波数）を高精度に算出できるので、キャパシタの静電容量、すなわち流体の比誘電率が変化してもモニタ周波数（発振周波数）を当該周波数に高精度に追従でき、常に位相変化に対して最大感度の状態を維持できる。

【0020】

本発明の流体性状検出装置において、制御部は、当該周波数領域を探索する場合において周波数領域よりも高周波となる周波数から発振周波数を減少させることで当該周波数領域を探索することを特徴とする。

【0021】

励起信号が高調波成分を含む場合であって当該高調波成分が共振回路の共振周波数に近接する場合、共振回路が当該高調波成分に応答して当該周波数領域の探索に不具合が生じるおそれがある。しかし、この発明では、当該周波数領域よりも高周波となる周波数から発振周波数を減少させることで当該周波数領域を探索するので、高調波成分に対して共振回路が応答することはなく、当該周波数領域の探索を確実に行うことができる。

【0022】

本発明の流体性状検出装置において、インダクタ部の温度又は流体の温度を測定する温度センサをさらに備え、制御部は、温度センサが検知する温度に基づいて共振回路の共振周波数の補正量を算出することを特徴とする。

【0023】

この発明では、算出した補正量に基づいて発振周波数の情報、又はモニタ周波数の情報を補正することで、流体の温度変化に関わらず補正後の発振周波数の情報、又は補正後のモニタ周波数の情報を介して流体の性状を高精度且つ短時間で検出することができる。

【0024】

本発明の流体性状検出装置において、出力信号の振幅を検出する振幅検出部をさらに備え、制御部は、振幅が所定の閾値よりも低くなった場合に、発振周波数を変化させて振幅が閾値以上となる周波数領域を探索して検出し、当該周波数領域において発振周波数を制御することを特徴とする。

【0025】

この発明では、例えば短時間に流体の性状、又は電極の性状が変化して共振周波数が急激に変化した場合に出力信号が変化し、励起信号と共振回路の出力信号との位相差が所定の位相差を維持できなくなる場合が発生する。よって、出力信号が所定の振幅以上となる周波数領域を検出して当該周波数領域で発振周波数を制御させることで、励起信号と共振回路の出力信号との位相差が所定の位相差となるように発振周波数を再び共振周波数に追従させることができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、位相差の検出感度を常に最大感度の状態に維持できるので、流体の性状の変化を敏感に検出するモニタリングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】第１実施形態に係る流体性状検出装置の斜視図である。

【図2】第１実施形態に係る流体性状検出装置の断面図である。

【図3】図２のＡ－Ａ線断面図である。

【図4】第１実施形態に係る流体性状検出装置の回路図である。

【図5】第１実施形態に係る流体性状検出装置を構成するインダクタ部の回路図である。

【図6】第１実施形態に係る流体性状検出装置が検出するゲインと位相差を説明するための図である。

【図7】第１実施形態に係る流体性状検出装置の制御フローである。

【図8】第２実施形態に係る流体性状検出装置の回路図である。

【図9】第３実施形態に係る流体性状検出装置を構成する内側電極、検出電極、及びカバー電極の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、図面を参照して、本実施形態について説明する。

【0029】

［第１実施形態の流体性状検出装置の基本構成］
図１は、本実施形態に係る流体性状検出装置１の斜視図である。図２は、本実施形態の流体性状検出装置１の断面図である。図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。

【0030】

図１及び図２に示すように、流体性状検出装置１は、検出ユニット２と、検出ユニット２に取り付けられる基板ユニット３と、検出ユニット２に取り付けられ基板ユニット３を覆う円筒状の円筒カバー４と、円筒カバー４の開口を塞ぐ端部カバー５と、を有する。

【0031】

図２に示すように、流体性状検出装置１（検出ユニット２、基板ユニット３、円筒カバー４、端部カバー５）は、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状（同心形状）を有している。

【0032】

流体性状検出装置１は、例えば、油圧シリンダ等の液圧装置（不図示）に収容された作動流体としての作動油の性状を検出するものである。流体性状検出装置１は、液圧装置に設けられ作動油を収容する容器、すなわち配管７、タンク等の所定部位に取り付けられる。尚、流体性状検出装置１の検査対象は、作動油に限定されず、潤滑油、切削油、鉱物油、燃料、溶媒、化学薬品等、種々の液体や気体であってもよく、また流体の粘度に限定されず適用できる。以下では、流体性状検出装置１が検出対象流体として配管７（図２）内の作動油の性状を検出する場合について説明する。

【0033】

以下では、中心軸ＣＬに平行な方向を流体性状検出装置１の軸方向と称し、この軸方向に直交する方向を流体性状検出装置１の径方向と称する。また、端部カバー５が配置される側を流体性状検出装置１の基端側と称し、検出ユニット２側を流体性状検出装置１の先端側と称する。

【0034】

検出ユニット２は、筒状の検出電極２１と、検出電極２１の内側であって中心軸ＣＬ上に配置され棒状の内側電極２２（接地電極）と、液圧装置（不図示）の配管７に取り付けられる筐体２３と、内側電極２２を保持するとともに筐体２３にネジ等により固定される固定部材として金属製の取付板２４と、を有する。

【0035】

検出ユニット２は、筐体２３と検出電極２１との間に設けられ筐体２３と検出電極２１とを絶縁し、且つ筐体２３に対する検出電極２１の位置を規定する外側スペーサ２５と、検出電極２１と内側電極２２との間に設けられ検出電極２１と内側電極２２とを絶縁し、且つ筐体２３に対する検出電極２１の位置及び内側電極２２の位置を規定する内側スペーサ２６と、を備える。

【0036】

図３（図２のＡ－Ａ線断面図）に示すように、中心軸ＣＬを中心として径が小さい方から順に、内側電極２２、内側スペーサ２６、検出電極２１、外側スペーサ２５、筐体２３が配置されている。そして、内側スペーサ２６、検出電極２１、外側スペーサ２５、筐体２３はリング形状を有している。尚、内側スペーサ２６及び外側スペーサ２５は一体のモールド成形により構築してもよい。

【0037】

検出ユニット２は、筐体２３の先端側であって検出電極２１と径方向で対向する位置に励起電極２８を有する。励起電極２８は図２、図３に示すように棒状であり、検出電極２１から所定の距離だけ径方向に離れた位置に配置されており、検出電極２１との間で直流電流に関して互いに絶縁している。また、励起電極２８の側面、及び軸方向の面であって筐体２３の先端側の面は、外側スペーサ２５により支持されている。また、励起電極２８の基端側の面は、内側スペーサ２６に支持されている。

【0038】

検出ユニット２は、筐体２３の開口部に取り付けられ検出電極２１及び内側電極２２の先端部を覆う金属製のカバー電極２７（接地電極）を有する。

【0039】

筐体２３は、導電性を有する金属材料から形成され、先端側から順に、取付部２３１、フランジ部２３２、ナット部２３３、カバー受け部２３４、カバー挿入部２３５を有する。

【0040】

取付部２３１は雄ネジ構造を有し、配管７に形成された取付孔７１（雌ネジ）に螺合する。配管７の取付孔７１の筐体２３（フランジ部２３２）に接触する部分には環状の凹部７２が配置され、凹部７２にはＯリング６が配置される。取付部２３１の根元の部分にはフランジ部２３２が形成され、フランジ部２３２は凹部７２（Ｏリング６）に対向する面となっている。

【0041】

よって、取付部２３１を取付孔７１に捻じ込むとＯリング６がフランジ部２３２と凹部７２の底面との間で圧縮されることで配管７と筐体２３の間がシールされる。

【0042】

ナット部２３３は、図１、図３に示すように六角柱形状に形成される。このため、ナット部２３３をスパナ等の工具により回転させることで、取付部２３１を取付孔７１に容易に取り付けることができる。

【0043】

カバー挿入部２３５は、円筒状であり、円筒カバー４の内側に挿入される部分である。カバー受け部２３４は、ナット部２３３の基端から径方向外方に突出する鍔部であり、円筒カバー４の先端面が当接される。

【0044】

カバー挿入部２３５が円筒カバー４に挿入され、円筒カバー４の先端面がカバー受け部２３４に当接した状態で、ネジ等により円筒カバー４がカバー挿入部２３５に固定される。

【0045】

端部カバー５は、円筒カバー４の基端側の開口を塞いだ状態で、円筒カバー４にネジ等により固定される。基板ユニット３は、端部カバー５、円筒カバー４及び検出ユニット２（筐体２３）により画成される収容空間に収容される。

【0046】

筐体２３の基端側であってカバー挿入部２３５の内側となる部分は、取付板収容部２３６となっており、取付板収容部２３６に取付板２４が取り付けられる。

【0047】

基板ユニット３は、回路基板３１と、回路基板３１を保持する基板保持部材３２と、を備える。基板保持部材３２は、検出ユニット２の取付板２４にネジ等により固定される。

【0048】

回路基板３１は、筐体２３、検出電極２１、励起電極２８と個別に接続する配線（不図示）を有している。

【0049】

ここで、筐体２３は、配管７と直接接触している。また、金属製のカバー電極２７は、筐体２３に接続されている。内側電極２２は取付板２４を介して筐体２３と電気的に接続されている。よって、配管７が接地されることで、筐体２３、カバー電極２７及び内側電極２２は接地される。

【0050】

また、円筒カバー４及び端部カバー５が金属製であれば、円筒カバー４及び端部カバー５も接地される。これにより、前記の収容空間は静電遮蔽され、回路基板３１は電気的外乱から保護される。

【0051】

図２に示すように、カバー電極２７は、少なくともその一部が作動油に浸漬される。そして、カバー電極２７の作動油に浸漬する部分（底面、側面）には流通孔２７１が形成され、これにより検出電極２１の少なくとも一部が作動油に浸漬される。また、検出電極２１の作動油に浸漬する部分（底面、側面）にも流通孔２１１が形成され、これにより内側電極２２の少なくとも一部が作動油に浸漬される。

【0052】

カバー電極２７、検出電極２１、内側電極２２は所定の間隔で互いに離間しているが、その隙間に作動油が流通する。これにより、カバー電極２７、検出電極２１、内側電極２２が作動油を誘電材料として挟み込んだキャパシタＣ_１（図４、静電容量は例えば数ｐＦ～１０ｐＦ）が形成される。そして、カバー電極２７、検出電極２１、内側電極２２は、後述のインダクタ部３１０１と電気的に結合することで、後述の共振回路８を形成する共振タンクを構築する。

【0053】

また、検出電極２１と励起電極２８とは外側スペーサ２５を挟んで互いに離間している。これにより検出電極２１と励起電極２８が外側スペーサ２５を誘電材料として挟み込んだキャパシタＣ_２（寄生容量）（図３）が形成される。

【0054】

尚、基板ユニット３は、後述のインダクタ部３１０１（図４）以外の回路部分については筐体２３に取り付ける必要はなく、配管７から離間して配置し、配線を介して検出電極２１、内側電極２２、カバー電極２７、励起電極２８と電気的に接続する構成としてもよい。これにより基板ユニット３の防水性を確保し、短絡を防止できる。

【0055】

［回路図］
図４は、本実施形態に係る流体性状検出装置１の回路図である。流体性状検出装置１の回路基板３１（図２）には、インダクタ部３１０１、励起信号発振部３１０２、第１コンパレータ３１０３、第２コンパレータ３１０４、位相比較器３１０５、第１電圧センサ３１０７、第２電圧センサ３１０８、温度センサ３１１０、制御部３１１２が配置されている。

【0056】

また、流体性状検出装置１を構成する回路では、励起信号発振部３１０２を起点として、励起信号が第１コンパレータ３１０３に至る第１回路Ａと、励起信号発振部３１０２を起点として励起信号が、キャパシタＣ_２（励起電極２８、検出電極２１）を経由して第２コンパレータ３１０４に至る第２回路Ｂと、を有し、第２回路Ｂには、後述の共振回路８が接続されている。

【0057】

キャパシタＣ_１は、前記のように、検出電極２１と、内側電極２２及びカバー電極２７（接地電極）により形成され作動油を挟み込む構造を有している。そして、キャパシタＣ_１は、検出電極２１側が第２コンパレータ３１０４の非反転入力端子（＋）、及び後述のインダクタ部３１０１の入出力端子Ｉ／Ｏに接続され、内側電極２２及びカバー電極２７（接地電極）側が接地されている。ここで、接地電極とは、交流信号成分に対して実質的にゼロ電位（接地電位）となる回路領域全体を指す。

【0058】

キャパシタＣ_２は、励起電極２８及び検出電極２１により形成されている。尚、第１実施形態において励起信号発振部３１０２は正弦波の励起信号を出力するが、当該励起信号に高調波成分を含む場合は励起信号発振部３１０２と励起電極２８との間にローパスフィルタ（図８に示す第１ローパスフィルタ３１１５）を配置する。

【0059】

インダクタ部３１０１の一端は後述の入出力端子Ｉ／Ｏ（図５）となっており、キャパシタＣ_１及び第２コンパレータ３１０４の非反転入力端子（＋）に接続されている。一方、インダクタ部３１０１の他端は接地されている。よってインダクタ部３１０１はキャパシタＣ_１とともに並列の共振回路８を形成している。このとき、共振回路８の共振周波数ｆ_０は、以下の式（１）のようになる。

【数1】

【0060】

また、この共振回路８に励起される信号の強度の周波数特性を特徴付ける、もう一つの共振周波数ｆ_１は、キャパシタＣ_２と電気的に結合した共振回路８の共振周波数ｆ_１として現れるものであり、以下の式（２）のようになる。

【数2】

【0061】

共振回路８に励起される出力信号の強度は、この２つの共振周波数の間で最大値を取る。キャパシタＣ_２は。励起電極２８と検出電極２１の間に形成される寄生容量であるので、キャパシタＣ_１に比べて大きさが十分に小さい。このため２つの共振周波数ｆ_０、ｆ_１は非常に近い値となる。

【0062】

図５に示すように、例えば、インダクタ部３１０１は、抵抗Ｒ_１、抵抗Ｒ_２、抵抗Ｒ_３、キャパシタＣ_４、抵抗Ｒ_５の順に並んで接続された直列回路にオペアンプＵ_１及びオペアンプＵ_２が接続されたＧＩＣ回路である。すなわちインダクタ部３１０１は、インダクタを含まないインピーダンス素子により構成された等価インダクタ（仮想的インダクタ）である。直列回路の一端（抵抗Ｒ_１側）は、インダクタ部３１０１の入出力端子Ｉ／Ｏとなっており、他端（抵抗Ｒ_５側）は接地されている。ここで、接地とは交流信号成分に対して実質的にゼロ電位（接地電位）に接続することを意味する。

【0063】

オペアンプＵ_１において、非反転入力端子（＋）は、キャパシタＣ_４と抵抗Ｒ_５との接続中点に接続され、反転入力端子（－）は、抵抗Ｒ_２と抵抗Ｒ_３との接続中点に接続され、出力端子は、抵抗Ｒ_１と抵抗Ｒ_２との接続中点に接続されている。

【0064】

オペアンプＵ_２において、非反転入力端子（＋）は、入出力端子Ｉ／Ｏに接続され、反転入力端子（－）は、抵抗Ｒ_２と抵抗Ｒ_３との接続中点に接続され、出力端子は、抵抗Ｒ_３とキャパシタＣ_４との接続中点に接続されている。

【0065】

上記構成において、入出力端子Ｉ／Ｏから見たインダクタ部３１０１のインピーダンスＺはＺ＝ｊω（Ｒ_１Ｒ_３Ｃ_４Ｒ_５）／（Ｒ_２）となり、インダクタンスＬは、（Ｒ_１Ｒ_３Ｃ_４Ｒ_５）／（Ｒ_２）となる。ここで、Ｒ_２とＲ_３を同じ抵抗値に設定すれば、Ｃ_４、Ｒ_１、Ｒ_５を大きな値に設定することでインダクタンスＬを大きな値に設定することができ、これにより共振周波数ｆ_０及びｆ_１を低い値（例えば数ｋＨｚ）に設定できる。

【0066】

尚、インダクタ部３１０１のインダクタンスＬは、例えば１００［Ｈ］程度となることが好適であり、このとき、例えばＣ_４を０．０１［μＦ］、Ｒ_１を１［ＭΩ］、Ｒ_５を１０［ｋΩ］、Ｒ_２を１［ｋΩ］に設定することが好適である。

【0067】

図４に示すように、励起信号発振部３１０２は、所定の発振周波数ｆの励起信号を励起電極２８（キャパシタＣ_２）及び第１コンパレータ３１０３に出力するものである。また励起信号発振部３１０２は、制御部３１１２から入力される制御信号に基づいて発振周波数ｆを変化させることができる。励起信号発振部３１０２としては、ＣＲ発振回路等、比較的低周波（数ｋＨｚ程度）の正弦波を発振可能な発振回路が適用される。尚、後述の第２実施形態では励起信号として方形波を適用する。

【0068】

第１コンパレータ３１０３（第１方形波生成部）は、非反転入力端子（＋）に励起信号が入力され、反転入力端子（－）が接地されている。第１コンパレータ３１０３は、励起信号の電圧と基準電圧との大小関係を比較し、例えば励起信号の電圧が基準電圧以上の場合に１（Ｈｉｇｈ）となり、励起信号の電圧が基準電圧未満の場合に０（Ｌｏｗ）となる第１方形波を出力する。

【0069】

第２コンパレータ３１０４（第２方形波生成部）は、非反転入力端子（＋）に共振回路８の出力信号（電圧）が入力され、反転入力端子（－）が接地されている。第２コンパレータ３１０４は、共振回路８の出力信号（電圧）と基準電圧との大小関係を比較し、例えば出力信号（電圧）が基準電圧以上の場合に１（Ｈｉｇｈ）となり、励起信号の電圧が基準電圧未満の場合に０（Ｌｏｗ）となる第２方形波を出力する。

【0070】

位相比較器３１０５は、第１方形波と第２方形波の論理積となる第３方形波を制御部３１１２に出力する。すなわち、第３方形波は、第１方形波が１（Ｈｉｇｈ）且つ第２方形波が１（Ｈｉｇｈ）の場合に１（Ｈｉｇｈ）となり、それ以外の場合は０（Ｌｏｗ）となる。よって、第３方形波のパルス幅は、第１方形波と第２方形波の時間差（位相差）がない場合は、第１方形波及び第２方形波の幅と一致するが、当該時間差（位相差）がある場合は、当該時間差の増加に従って当該パルス幅が減少する。

【0071】

尚、位相比較器３１０５が生成する第３方形波は、第１方形波と第２方形波の論理和、或いは排他的論理和であっても、位相差の増減と生成されるパルス幅の増減の関係は異なるが、機能的には同等の効果を有する、又は、エッジトリガ型のフリップフロップを用いて、第１方形波と第２方形波の立ち上がり、又は立ち下がりの時間差に応じた第３方形波を生成する回路を用いても同等の効果を奏する。

【0072】

第１電圧センサ３１０７は、励起信号（電圧）（Ｖ１）を検出して制御部３１１２に出力する。

【0073】

第２電圧センサ３１０８は、共振回路８の出力信号（電圧）（Ｖ２）を検出して制御部３１１２に出力する。

【0074】

温度センサ３１１０は、作動油（検出電極２１、内側電極２２、カバー電極２７）の温度を検出して制御部３１１２に出力する。また検出電極２１とインダクタ部３１０１が隣接して配置され両者の温度差が低い場合、温度センサ３１１０はインダクタ部３１０１の温度を作動油の温度として検出して制御部３１１２に出力する。

【0075】

制御部３１１２は、例えばマイクロコンピュータにより構成され、所定のプログラムに従って本実施形態に係る流体性状検出装置１（流体性状検出方法）を駆動させるものである。

【0076】

制御部３１１２には、第１電圧センサ３１０７から励起信号の電圧（Ｖ１）が入力され、第２電圧センサ３１０８から共振回路８の出力信号の電圧（Ｖ２）が入力される。

【0077】

制御部３１１２には、位相比較器３１０５から第３方形波が入力される。制御部３１１２は、位相比較器３１０５から入力された第３方形波の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を検出することで、励起信号と共振回路８の出力信号との位相差を検出し、当該位相差が所定の位相差（θ_０（例えばπ／２））となるように励起信号発振部３１０２（発振周波数ｆ）を制御する。ここで、第３方形波の立ち上がりの時間と立ち下がりの時間との時間差が短くなるほど励起信号と共振回路８の出力信号との位相差は大きくなり、逆に長くなるほど位相差が小さくなる。

【0078】

尚、位相比較器３１０５から出力された第３方形波をローパスフィルタ（不図示）で平滑化する構成を適用し、制御部３１１２が当該平滑化して得られる直流電圧の大きさにより励起信号と共振回路８の出力信号との位相差を算出してもよい。この場合直流電圧の大きさが大きいほど位相差が小さく、逆に直流電圧の大きさが小さいほど位相差が大きくなる。

【0079】

制御部３１１２は、後述のように励起信号発振部３１０２（発振周波数ｆ）を制御する。また、制御部３１１２には、温度センサ３１１０から温度の情報が入力される。

【0080】

［ボード線図］
図６は、本実施形態に係る流体性状検出装置１が検出するゲインと位相差θを説明するための図である。図６は、共振回路８とキャパシタＣ_２を含む回路のボード線図であって、上図がゲインを表し、下図が位相差θを表している。本実施形態では、図４に示す第１電圧センサ３１０７が検出する電圧Ｖ１、第２電圧センサ３１０８が検出する電圧Ｖ２を用いて（Ｖ２／Ｖ１）を算出することでゲインが得られる。また位相差は、ａｒｇ（Ｖ２／Ｖ１）となる。

【0081】

ところで、励起信号の電圧Ｖ１（振幅、位相）は既知であるので、ゲイン及び位相差θをＶ２のみから算出してもよい。よって、図６ではゲインとして電圧（Ｖ２）を適用し、位相差θとしてａｒｇ（Ｖ２）を適用している。

【0082】

図６に示すように、共振回路８とキャパシタＣ_２を含む回路では、キャパシタＣ_１と等価のインダクタンスＬとで形成される共振周波数ｆ_０、及びキャパシタＣ_１及びキャパシタＣ_２の合成容量とインダクタンスＬとで形成される共振周波数ｆ_１の前後で位相差θが大きく変化する特性を示す。キャパシタＣ_２は、キャパシタＣ１に比べて十分に小さいので前記のように共振周波数ｆ_０と共振周波数ｆ_１の差はわずかである（図６では視認性を確保するため共振周波数ｆ_０と共振周波数ｆ_１をやや離間させた状態で図示している）。

【0083】

共振周波数ｆ_０と共振周波数ｆ_１の近傍の狭い周波数範囲に限れば、励起電極２８に印加される電圧の振幅と位相は一定とみなすことができる。よって、図６に示すように、高周波側からみると位相差θは共振周波数ｆ_０まで０であるが、それより低周波側に移動する急激に立ち上がり、共振周波数ｆ_１でθ_０（例えばπ／２）となり、それよりも低周波となるとπとなる。

【0084】

ゲイン（電圧Ｖ２）のピークとなる周波数ｆ_ｐは、共振周波数ｆ_１と共振周波数ｆ_０の間であって共振周波数ｆ_１に隣接した位置となる。

【0085】

本願発明では、後述のように、作動油（流体）の性状が正常な状態下で、図６に示す位相差θを示す曲線の傾きが最も大きくなる周波数において、励起信号と共振回路８の出力信号との位相差θを検出している。

【0086】

検出電極２１と内側電極２２及びカバー電極２７の間に充満する作動油の性状が変化し、作動油の電気的パラメータ（比誘電率）が変化するとキャパシタＣ_１の大きさが変化し、共振周波数ｆ_０及び共振周波数ｆ_１が変化する。一般に、オイル等が劣化するとその比誘電率が大きくなるため、共振周波数ｆ_０及び共振周波数ｆ_１が低周波側にシフトする。このシフト量はわずかであっても、図６の位相差θを示す曲線の傾きが非常に急峻であるので、励起信号の発振周波数ｆが一定のもと比誘電率がわずかに変化してもこれを位相差θとして敏感に検知することができる。

【0087】

また、本願発明では、後述のように、位相差θを敏感に検知できる共振周波数ｆ_１近傍の周波数領域で発振周波数ｆを探索し、位相差θが所定の位相差（θ_０）となるモニタ周波数ｆ_ｍを算出する。そして、位相差θが所定の位相差（θ_０）を維持するようにモニタ周波数ｆ_ｍをフィードバック制御（図７）により設定している。従って、本願発明では作動油の性状をモニタ周波数ｆ_ｍの変化により敏感に検知することができる。このとき、発振周波数ｆは、共振周波数ｆ_１の前後を往復する態様で常に変化している。

【0088】

尚、本願発明では、例えば発振周波数ｆを探索して位相差θがπ／２となるときの発振周波数ｆ（共振周波数ｆ_１）と、キャパシタＣ_１及びキャパシタＣ_２（既知とする）を用いて作動油の電気的パラメータ（比誘電率）の絶対値を推定することも可能である。同様に、発振周波数ｆを探索して位相差θがゼロとなるときの発振周波数ｆ（共振周波数ｆ_０）と、キャパシタＣ_１（既知とする）を用いて作動油の電気的パラメータ（比誘電率）の絶対値を推定することも可能である。

【0089】

従来技術（特許文献１参照）では、本実施形態に例えると励起信号が印加される励起電極２８が検出電極２１に直接接続される形となり、図４に示すキャパシタＣ_２がなく、励起信号を出力する素子の内部抵抗成分（出力インピーダンス）が共振回路８に直接接続される形となる。この場合、共振回路８を含む回路の抵抗成分の大きさに対するインダクタンス成分の大きさの割合で定まるＱ値に当該内部抵抗成分が含まれることになり、このためＱ値を大きくすることが困難となる。よって、図６に示すゲインのピークを急峻にすることはできず、また位相差θの変化も緩やかになる。従って位相差θの検出感度が低下し、作動油の性状の変化を敏感に検出するモニタリングが困難である。

【0090】

一方、本実施形態では、励起信号発振部３１０２の内部抵抗成分（出力インピーダンス）と共振回路８の間にキャパシタＣ_２（寄生容量）が介装されており、励起信号発振部３１０２の内部抵抗成分が共振回路８から分離されている。また、インダクタ部３１０１は、前記のように、Ｃ_４、Ｒ_１、Ｒ_５を大きな抵抗値に設定することで、インダクタンスＬを大きな値に設定することができる。共振回路８におけるＱ値はインダクタ部３１０１内に等価的に存在する抵抗成分に対するインダクタンスＬのインピーダンスの割合で定まるので、Ｑ値を非常に大きな値に設定することができる。よって、図６に示すゲインのピークを急峻にすることができ、また位相差θの変化も急峻になる。従って位相差θの検出感度が向上し、作動油の性状の変化を敏感に検出するモニタリングが可能となる。

【0091】

［第１実施形態における制御］
図７は、第１実施形態に係る流体性状検出装置１の制御フローである。

【0092】

ステップＳ７０１において、制御部３１１２は、装置の電源がＯＮ状態となると、励起信号の発振周波数ｆを初期的に共振周波数ｆ_０よりも周波数の高い周波数ｆ_ｍａｘに設定する（第１制御）。

【0093】

ステップＳ７０２において、制御部３１１２は、共振回路８の出力信号の振幅（電圧Ｖ２）が所定の閾値電圧（Ｖｒ）以上となる（共振周波数ｆ_０、ｆ_１の近傍に位置する）発振周波数ｆを探索する（第１制御）。

【0094】

第１制御において、制御部３１１２は、図６に示すように、励起信号の発振周波数ｆを初期的には共振周波数ｆ_０よりも周波数の高い周波数ｆ_ｍａｘに設定し、発振周波数ｆを減少させ、電圧Ｖ２がＶｒに到達（発振周波数ｆは図６のｆ_ｓ）したところで第１制御としての発振周波数ｆの探索（スキャン）を停止する。このように、高周波側から電圧Ｖ２がピーク近傍となる周波数領域を探索するので、仮に励起信号に高周波成分があったとしても当該高周波成分に共振回路８が反応して電圧Ｖ２がＶｒを超えてしまい、探索不全となることを回避できる。尚、高周波成分の影響がない場合は、共振周波数ｆ_０及び共振周波数ｆ_１よりも低い周波数ｆ_ｍｉｎから周波数を上昇させ電圧Ｖ２がＶｒに到達するまで周波数を上昇させる制御を行ってもよい。

【0095】

ステップＳ７０３において、制御部３１１２は、第１制御よりも探索速度を低下させ電圧Ｖ２がピーク電圧に達して減少し始めるところまで発振周波数ｆを低下させる（第２制御）。すなわち、発振周波数ｆを電圧Ｖ２のピークとなる周波数ｆ_ｐの近傍であって周波数ｆ_ｐよりも低い周波数となるまで低下させる（図６）。この場合、例えば電圧Ｖ２の現在データと前データの差分を算出し、差分の正負が反転した時点でステップＳ７０３の工程を終了させる。

【0096】

ステップＳ７０４において、制御部３１１２は、位相差θがθ_０－θ_ｓからθ_０＋θ_ｓとなる周波数領域で発振周波数ｆを低速で探索しつつ位相差θの指標値θ_１を算出することで、発振周波数ｆと位相差θを座標軸とする座標空間において発振周波数ｆと指標値θ_１の座標位置を示すドットデータ３１１７を多数取得する（第２制御）。尚、θ_ｓは第１制御が機能し得る任意の値である。また制御部３１１２は、当該ドットデータ３１１７を記憶するためのメモリ（不図示）を有している。

【0097】

ステップＳ７０５において、制御部３１１２は、前記の座標空間を用いて、多数のドットデータ３１１７から発振周波数ｆと位相差θとの相関関係を一次関数３１１８として表す回帰式を算出する（第２制御）。ここで回帰式は、θ＝Ａ・ｆ＋Ｂであり、回帰式中のＡ及びＢを算出する。また、制御部３１１２は、回帰式を算出した後、メモリ（不図示）に記憶されたドットデータ３１１７を消去する。

【0098】

ステップＳ７０６において、制御部３１１２は、回帰式を用いて位相差θがθ_０（例えばπ／２）となるモニタ周波数ｆ_ｍを算出する（第２制御）。

【0099】

ステップＳ７０７において、制御部３１１２は、算出したモニタ周波数ｆ_ｍが上限周波数ｆ_Ｈ以下であるか否かを判断し、ＹＥＳであればステップＳ７０８に移行し、ＮＯであればステップＳ７０９に移行する。

【0100】

ステップＳ７０８において、制御部３１１２は、モニタ周波数ｆ_ｍが下限周波数ｆ_Ｌ以上であるか否かを判断し、ＹＥＳであればステップＳ７１０に移行し、ＮＯであればステップＳ７０９に移行する。

【0101】

ステップＳ７０９において、制御部３１１２は、警告信号を外部に出力する。ここで、制御部３１１２は、ステップ７０７からステップＳ７０９に移行した場合は、上限警告信号を外部に出力する。作動油に他の油種や気泡が混入するとキャパシタＣ_１が低下し、これにより共振周波数ｆ_０、ｆ_１が上昇し、作動油の電気的パラメータ（比誘電率）の変化を正確に測ることは困難となる。そこで、本願発明では、モニタ周波数ｆ_ｍ（発振周波数ｆ）が上限周波数ｆ_Ｈを超えた場合には、作動油に他の油種や気泡が混入したと判断して外部に通報する。

【0102】

上限警告信号（及び後述の下限警告信号）は例えばスピーカーからの音声出力、警告灯の点灯表示、画像表示装置における警告表示等に変換して作業者に伝達する。これにより、作業者に作動油の交換を報知することができる。

【0103】

制御部３１１２は、ステップＳ７０８からステップＳ７０９に移行した場合は、下限警告信号を外部に出力する。作動油の比誘電率は、作動油の酸化、配管７が設けられる液圧装置（不図示）の摩耗により発生するコンタミ（金属片）の作動油への混入により増加する。作動油の比誘電率の増加によりキャパシタＣ_１の静電容量が増加し、これにより第１制御が機能している状態下で第２制御により算出されたモニタ周波数ｆ_ｍが低下する。モニタ周波数ｆ_ｍの変化は作動油の電気的パラメータ（比誘電率）の変化として現れる。

【0104】

そこで、本願発明では、算出したモニタ周波数ｆ_ｍ（発振周波数ｆ）が下限周波数ｆ_Ｌよりも低くなった場合には、作動油の交換時期が来たと判断して外部に通報する。下限警告信号は前記の上限警告信号と同様のものであるが作業者が両者を識別できる態様のものが好適である。

【0105】

ステップＳ７１０において、制御部３１１２は、装置の電源がＯＮであるか否かを判断し、ＹＥＳであればステップＳ７１１に移行し、ＮＯであれば制御を終了する。

【0106】

ステップＳ７１１において、制御部３１１２は、電圧Ｖ２がＶｒ以上であるか否かを判断してＹＥＳであればステップＳ７０３に移行し、ＮＯであればステップＳ７０１に移行する。ステップＳ７１１でＮＯとすることにより、第２制御を実行できない状態から回復させることができる。

【0107】

インダクタ部３１０１は、図５に示すように抵抗Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_５を有しているが、これらは温度変化により抵抗値が変化する。また、オペアンプＵ_１及びオペアンプＵ_２は半導体デバイスであるため、その動作特性が温度によって影響を受ける。よって、インダクタ部３１０１の温度変化によりインダクタンスＬが変化する。また、作動油の比誘電率は温度により変化し、これによりキャパシタＣ_１（静電容量）が変化する。

【0108】

そこで、制御部３１１２は、内側電極２２の温度（作動油の温度）（又はインダクタ部３１０１の温度）と、第１制御が機能している状態下での励起信号のモニタ周波数ｆ_ｍ（発振周波数ｆ）の変化量（補正量）とを対応付けたマップを有している。そして、制御部３１１２は、温度センサ３１１０から入力されたインダクタ部３１０１の温度の情報に基づいてマップから共振周波数ｆ_０（又は共振周波数ｆ_１）の変化量（補正量）を抽出し、当該変化量（補正量）により、第１制御が機能している状態下での励起信号の発振周波数ｆの情報を補正（温度補正）する（第３制御）。これにより、算出されるモニタ周波数ｆ_ｍ（発振周波数ｆ）の情報の温度誤差を補正することができる。

【0109】

制御部３１１２は、モニタ周波数ｆ_ｍ（発振周波数ｆ）の情報、又はモニタ周波数ｆ_ｍ（発振周波数ｆ）と下限周波数ｆ_Ｌとの差分の情報を外部に出力する制御を実行してもよい。これにより、作業者が作動油の油種や機器の使用状況などに応じて閾値を設定できるため、機器で使用される作動油の交換時期を最適化することができる。

【0110】

［第２実施形態］
図８は、第２実施形態に係る流体性状検出装置１の回路図である。第２実施形態の流体性状検出装置１は、励起信号が方形波となっている。また制御部３１１２はマイクロコンピュータで構成されているが、励起信号を出力可能となっている。励起信号はデューティー比が５０％のデジタル方形波（矩形波）でその発振周波数ｆがマイクロコンピュータにより制御される。

【0111】

制御部３１１２は、マイクロコンピュータのカウンタや内臓発振モジュールを用いて、励起信号を位相比較器３１０５と励起電極２８に出力する。制御部３１１２と励起電極２８の間には第１ローパスフィルタ３１１５が配置され、第１ローパスフィルタ３１１５を通過した励起信号が励起電極２８に出力される。

【0112】

第１ローパスフィルタ３１１５はカットオフ周波数が共振周波数ｆ_０程度に設定されたローパスフィルタである。

【0113】

インダクタ部３１０１は、第１実施形態と同様の構成であるが、出力端子がキャパシタＣ_４と抵抗Ｒ_５の間から延出している。

【0114】

インダクタ部３１０１の出力はバッファＵ_３を介して第３コンパレータ３１１３及び整流回路３１１４に出力される。

【0115】

第３コンパレータ３１１３はインダクタ部３１０１からの出力（共振回路８の出力信号）をデジタル方形波に成形し位相比較器３１０５に出力する。第３コンパレータ３１１３の出力信号は共振回路８の出力信号の位相を反映した信号となる。

【0116】

整流回路３１１４はインダクタ部３１０１からの出力（共振回路８の出力信号）を直流電流に整流し、第２ローパスフィルタ３１１６に出力する。

【0117】

第２ローパスフィルタ３１１６は、整流回路３１１４の出力を平滑化して制御部３１１２に出力する。第２ローパスフィルタ３１１６の出力は、共振回路８の出力信号の振幅（第１実施形態の電圧Ｖ２に相当する）の指標となる。

【0118】

位相比較器３１０５は、制御部３１１２が出力する励起信号の立ち上がり（又は立ち下り）のタイミング、第３コンパレータ３１１３の出力信号（共振回路８の出力信号）の立ち上がり（又は立ち下り）のタイミングを計測して、その時間差から励起信号と共振回路８の出力信号との位相差θを表す方形波（第１実施形態の第３方形波）を制御部３１１２に出力する。

【0119】

位相比較器３１０５としては、排他的論理和回路（ＸＯＲゲート）により構成してもよい。この場合、一方の入力を励起信号とし、他方の入力を第３コンパレータ３１１３の出力信号とし、その出力が一方の入力と他方の入力の立ち上がりの時間差と、一方と入力と他方の入力の立ち下がりの時間差と、に応じた方形波となる。

【0120】

また、位相比較器３１０５としては、Ｄフリップフロップにより構成してもよい。この場合、例えば、７４ＬＳ７４相当のＤフリップフロップを用いるとすれば、ＣＫ端子に励起信号を入力し、Ｄ端子に第３コンパレータ３１１３の出力信号（電圧を反転させた信号）を入力し、ＣＬＲ^－端子に第３コンパレータ３１１３の出力信号を入力することで、励起信号に対する第３コンパレータ３１１３の出力信号の遅れ位相に対応した方形波をＱ端子から出力することができる。ただし、検出可能な位相差θの最大値は１８０°（π）である。

【0121】

さらに、位相比較器３１０５としては、２つのＤフリップフロップにより構成してもよい。この場合、例えば第１のＤフリップフロップのＣＫ端子に励起信号を入力し、第１のＤフリップフロップのＤ端子の入力をＨ（高電位）とし、第２のＤフリップフロップのＣＫ端子に第３コンパレータ３１１３の出力信号を入力し、第２のＤフリップフロップのＤ端子を第１のＤフリップフロップのＱ端子に接続し、第１フリップフロップのＱ端子の出力と第２フリップフロップのＱ端子の出力を入力とするＮＡＮＤゲートの出力を第１フリップフロップのＣＬＲ^－端子及び第２フリップフロップのＣＬＲ^－端子に入力することで、第１のＤフリップフロップのＱ^－端子から３６０°（２π）の位相差θに亘って励起信号に対する第３コンパレータ３１１３の出力信号の遅れ位相に対応した方形波を出力することができる。

【0122】

尚、マイクロコンピュータによっては、２つの信号の時間差（位相差θ）を測定する機能を内蔵しているものもある。よって、制御部３１１２に用いられるマイクロコンピュータがその機能を有する場合は、位相比較器３１０５を省略してもよい。

【0123】

制御部３１１２が実行する制御フローは第１実施形態と同様である。

【0124】

前記のステップＳ７０２において、制御部３１１２は、第２ローパスフィルタ３１１６の出力電圧が所定の閾値電圧（第１実施形態の閾値電圧（Ｖｒ）に対応する電圧）以上となる（共振周波数ｆ_０、ｆ_１の近傍に位置する）発振周波数ｆを探索する（第１制御）。

【0125】

前記のステップＳ７０３において、制御部３１１２は、第１制御よりも探索速度を低下させ第２ローパスフィルタ３１１６の出力電圧がピーク電圧に達して減少し始めるところまで発振周波数ｆを低下させる（第２制御）。

【0126】

ところで、インダクタ部３１０１（ＧＩＣ回路）は、キャパシタＣ_２を介して励起される回路であるため、全体的に電気信号が小さくノイズが乗りやすい。特に、インダクタ部３１０１に限らず回路各部に流れる信号そのものが励起信号と同じ周波数の信号となるので、これらが回路各部に存在する寄生容量を介して共振回路８を共振させ回路動作が不安定に陥るおそれがある。

【0127】

そこで、図８の矩形の一点鎖線で囲んだ領域に示すように、抵抗Ｒ_５をＲ_６とＲ_７とに分け、Ｒ_６とＲ_７の間から出力端子が延出するように構成することが好適である。このとき、例えばＲ_５＝Ｒ_６＋Ｒ_７であり、Ｒ_７はＲ_６の１０分の１程度の抵抗値に設定することが好適である。これにより、インダクタ部３１０１の出力電圧を１０分の１以下の電圧に分圧するので、不要な共振、すなわちインダクタ部３１０１が出力する出力信号により共振回路８が共振することを抑制できる。

【0128】

図示は省略しているが、抵抗Ｒ７は、実際には、抵抗Ｒ７の２倍の抵抗値を持つ２つの抵抗素子が抵抗Ｒ６に対して並列に接続され、一方の抵抗素子が接地され、他方の抵抗素子が正の電源ライン（例えば５Ｖ）（不図示）に接続されている。よって他方の抵抗素子は、インダクタ部３１０１の外部から入力される交流信号（励起信号）に対して接地され、且つ電源電圧の半分の直流バイアスが印加される状態となる。これにより、例えば５Ｖの直流電源での動作を可能としている。

【0129】

尚、第２実施形態の作用効果は、第１実施形態と同様である。

【0130】

［第３実施形態］
図９は、第３実施形態に係る流体性状検出装置１を構成する内側電極２２、検出電極２１、及びカバー電極２７の断面図である。図９に示すように、変形例の内側電極２２、検出電極２１、カバー電極２７は、径方向の断面形状が星形（ヘキサグラム）形状となっている。カバー電極２７には、例えば星形形状の鞍の部分に流通孔２７１が形成され、同様に検出電極２１にも流通孔２１１が形成されている。上記構成により、検出電極２１と内側電極２２との対向面積、及び検出電極２１とカバー電極２７との対向面積が増えるので、その分、キャパシタＣ_１を大容量化させることができ、式（１）に示す共振周波数ｆ_０、及び式（２）に示す共振周波数ｆ_１を低く設定できる。

【0131】

［本実施形態の構成、作用、及び効果］
以下、本実施形態（第１実施形態－第３実施形態）の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

【0132】

本実施形態に係る流体性状検出装置１は、流体に浸漬される接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）と、流体に浸漬されるとともに接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）に対向するように配置された検出電極２１と、検出電極２１に接続されたインダクタ部３１０１と、を含み、接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）と検出電極２１により形成されたキャパシタＣ_１とインダクタ部３１０１が電気的に互いに結合した共振回路８と、所定の発振周波数ｆの励起信号で共振回路８を励起する励起信号発振部３１０２と、励起信号と、共振回路８の出力信号と、の位相差θを検出する位相差検出部（第１コンパレータ３１０３、第２コンパレータ３１０４、位相比較器３１０５）と、位相差θが所定の位相差（θ_０）を維持するように発振周波数ｆを制御する制御部３１１２と、を備え、発振周波数ｆの変化により流体の性状を検出することを特徴とする。

【0133】

上記構成により、発振周波数ｆを常に共振回路８において位相変化の最も急峻な周波数となるように制御できるので、キャパシタＣ_１の静電容量、すなわち流体の比誘電率が変化しても発振周波数ｆを当該周波数に追従でき、常に位相変化に対して最大感度の状態を維持できる。したがて、励起信号と共振回路８の出力信号との間の位相差θの検出感度を向上させることで流体の性状の変化（経時劣化）を敏感に検出するモニタリングが可能となる。

【0134】

本実施形態の流体性状検出装置１において、励起信号発振部３１０２に接続されるとともに検出電極２１から離間した状態で検出電極２１に近接して配置された励起電極２８をさらに備え、励起信号発振部３１０２は、励起電極２８と検出電極２１との間に形成される寄生容量（キャパシタＣ_２）を介して励起信号を共振回路８に出力することで共振回路８を励起することを特徴とする。

【0135】

上記構成により、励起信号が印加される励起電極２８と、検出電極２１とが空間的に分離されるので励起電極２８と検出電極２１との間に直流の抵抗成分はなく、寄生容量（キャパシタＣ_２）を介して両者が電気的に結合されるので、共振回路８のＱ値を向上させることができる。これにより励起信号と共振回路８の出力信号との間の位相差θの検出感度を向上させることで流体の性状の変化（経時劣化）を敏感に検出するモニタリングが可能となる。

【0136】

本実施形態の流体性状検出装置１において、インダクタ部３１０１は、インダクタを含まない複数のインピーダンス素子を含む等価インダクタであることを特徴とする。

【0137】

上記構成により、インダクタンスＬを通常のインダクタ素子よりも十分に大きく設定することができるので、共振周波数ｆ_０及び共振周波数ｆ_１を低い値に設定でき、これにより発振周波数ｆを低い値に設定できる。従って、インダクタ部３１０１のほか、励起信号発振部３１０２、及び位相差検出部（第１コンパレータ３１０３、第２コンパレータ３１０４、位相比較器３１０５）を汎用の電子部品（半導体デバイス）を組み合わせて構築可能となり、低コストで小さなサイズで構成可能となる。

【0138】

本実施形態の流体性状検出装置１において、インピーダンス素子は、検出電極２１に接続された第１抵抗（Ｒ_１）と、第２抵抗（Ｒ_２）と、第３抵抗（Ｒ_３）と、第２キャパシタ（Ｃ_４）と、接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）に接続された第４抵抗（Ｒ_５）と、を含むとともに第１抵抗（Ｒ_１）、第２抵抗（Ｒ_２）、第３抵抗（Ｒ_３）、第２キャパシタ（Ｃ_４）、及び第４抵抗（Ｒ_５）の順に直列に接続された直列回路を形成していることを特徴とする。

【0139】

上記構成により、等価インダクタが所謂ＧＩＣ回路により構築されるので、大きなインダクタンス値が得られる。

【0140】

本実施形態の流体性状検出装置１において、第４抵抗（Ｒ_５）は、第２キャパシタ（Ｃ_４）に接続された第５抵抗（Ｒ_６）と、接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）に接続されるとともに第５抵抗（Ｒ_６）に接続された第６抵抗（Ｒ_７）と、を含み、第６抵抗（Ｒ_７）は第５抵抗（Ｒ_６）よりも抵抗値が低く設定され、共振回路８の出力端子は、第５抵抗（Ｒ_６）と第６抵抗（Ｒ_７）との間から延出していることを特徴とする。

【0141】

上記構成により、共振回路８（インダクタ部３１０１）の出力電圧を小さくできるので、当該出力電圧による共振回路８（インダクタ部３１０１）の発振を抑制できる。

【0142】

本実施形態の流体性状検出装置１において、制御部３１１２は、発振周波数ｆを共振回路８の共振周波数（共振周波数ｆ_０、共振周波数ｆ_１）、又は共振周波数（共振周波数ｆ_０、共振周波数ｆ_１）の近傍の周波数に設定することを特徴とする。

【0143】

上記構成により、発振周波数ｆを少なくとも共振周波数（共振周波数ｆ_０、共振周波数ｆ_１）に近傍に設定することで、励起信号（電圧）と共振回路８の出力信号（電圧）との位相差θが流体の状態の変化に対応して敏感に変化するので、位相差θの検出感度を向上させることができる。

【0144】

本実施形態の流体性状検出装置１において、出力信号の振幅を検出する振幅検出部（第２電圧センサ３１０８、第２ローパスフィルタ３１１６、制御部３１１２）をさらに備え、制御部３１１２は、発振周波数ｆを変化させて振幅（電圧Ｖ２）が所定の閾値（Ｖｒ）以上となる周波数領域を探索して検出し、周波数領域において発振周波数ｆを変化させつつ励起信号と出力信号の位相差θを検出することで発振周波数ｆと位相差θとの相関関係（ドットデータ３１１７、一次関数３１１８）を算出し、相関関係（ドットデータ３１１７、一次関数３１１８）に基づいて位相差θが所定の位相差（θ_０）となるモニタ周波数ｆ_ｍを算出することを特徴とする。

【0145】

上記構成により、励起信号と出力信号の位相差θに関して共振回路８において位相変化の最も急峻な周波数に対応する位相差θの範囲内でモニタ周波数ｆ_ｍ（発振周波数ｆ）を高精度に算出できるので、キャパシタＣ_１の静電容量、すなわち流体の比誘電率が変化してもモニタ周波数ｆ_ｍ（発振周波数ｆ）を当該周波数に高精度に追従でき、常に位相変化に対して最大感度の状態を維持できる。

【0146】

本実施形態の流体性状検出装置１において、制御部３１１２は、当該周波数領域を探索する場合において周波数領域よりも高周波となる周波数から発振周波数ｆを減少させることで当該周波数領域を探索することを特徴とする。

【0147】

励起信号が高調波成分を含む場合であって当該高調波成分が共振回路８の共振周波数（共振周波数ｆ_０、共振周波数ｆ_１）に近接する場合、共振回路８が当該高調波成分に応答して周波数領域の探索に不具合が生じるおそれがある。しかし、上記構成により、当該周波数領域よりも高周波となる周波数から当該発振周波数を減少させることで当該周波数領域を探索するので、高調波成分に対して共振回路８が応答することはなく、当該周波数領域の探索を確実に行うことができる。

【0148】

本実施形態の流体性状検出装置１において、インダクタ部３１０１の温度又は流体の温度を測定する温度センサ３１１０をさらに備え、制御部３１１２は、温度センサ３１１０が検知する温度に基づいて共振回路８の共振周波数（共振周波数ｆ_０、共振周波数ｆ_１）の補正量を算出することを特徴とする。

【0149】

上記構成により、算出した補正量に基づいて発振周波数ｆの情報、又はモニタ周波数ｆ_ｍの情報を補正することで、流体（作動油）の温度変化に関わらず補正後の発振周波数ｆの情報、又は補正後のモニタ周波数ｆ_ｍの情報を介して流体（作動油）の性状を高精度且つ短時間で検出することができる。

【0150】

本実施形態の流体性状検出装置１において、制御部３１１２は、発振周波数ｆの情報、又はモニタ周波数ｆ_ｍの情報が所定の下限周波数ｆ_Ｌよりも低くなった場合、又は所定の上限周波数ｆ_Ｈよりも高くなった場合に警告信号を外部に出力することを特徴とする。

【0151】

上記構成により、発振周波数ｆの情報、又はモニタ周波数ｆ_ｍの情報が所定の上限周波数ｆ_Ｈよりも高くなった場合に警告信号を出力することで作業者に流体に異常が発生した旨を周知させ、発振周波数ｆの情報、又はモニタ周波数ｆ_ｍの情報が所定の下限周波数ｆ_Ｌよりも低くなった場合に警告信号を出力することで作業者に流体を交換すべき旨周知させることができる。

【0152】

本実施形態の流体性状検出装置１において、制御部３１１２は、発振周波数ｆの情報、発振周波数ｆと所定の下限周波数ｆ_Ｌとの差分の情報、モニタ周波数ｆ_ｍの情報、モニタ周波数ｆ_ｍと下限周波数ｆ_Ｌとの差分の情報のうちの少なくとも一つを外部に出力することを特徴とする。

【0153】

上記構成により、発振周波数ｆの情報、発振周波数ｆと所定の下限周波数ｆ_Ｌとの差分の情報、モニタ周波数ｆ_ｍの情報、モニタ周波数ｆ_ｍと下限周波数ｆ_Ｌとの差分の情報のうちの少なくとも一つを外部に出力することにより、作業者が流体の種類や機器の使用状況などに応じて閾値を設定できるため、機器で使用される流体の交換時期を最適化することができる。

【0154】

本実施形態の流体性状検出装置１において、出力信号の振幅を検出する振幅検出部（第２電圧センサ３１０８、第２ローパスフィルタ３１１６、制御部３１１２）をさらに備え、制御部３１１２は、振幅（電圧Ｖ２）が所定の閾値（Ｖｒ）よりも低くなった場合に、発振周波数ｆを変化させて振幅（電圧Ｖ２）が閾値（Ｖｒ）以上となる周波数領域を探索して検出し、当該周波数領域において発振周波数ｆを制御することを特徴とする。

【0155】

上記構成により、例えば短時間に流体の性状、又は電極の性状が変化して共振周波数（共振周波数ｆ_０、共振周波数ｆ_１）が急激に変化した場合に出力信号が変化し、励起信号と共振回路８の出力信号との位相差θが所定の位相差（θ_０）を維持できなくなる場合が発生する。よって、出力信号が所定の振幅（Ｖｒ）以上となる周波数領域を探索しつつ検出して当該周波数領域で発振周波数ｆを制御させることで、励起信号と共振回路８の出力信号との位相差θが所定の位相差（θ_０）となるように発振周波数ｆを再び共振周波数（共振周波数ｆ_０、共振周波数ｆ_１）に追従させることができる。

【0156】

本実施形態（第２実施形態）の流体性状検出装置１において、励起信号発振部３１０２と励起電極２８の間に配置されたローパスフィルタ（第１ローパスフィルタ３１１５）をさらに含むことを特徴とする。

【0157】

励起信号が高調波成分を含む場合であって当該高調波成分が共振回路８の共振周波数（共振周波数ｆ_０、共振周波数ｆ_１）に近接する場合、共振回路８が当該高調波成分に応答して当該周波数領域の探索に不具合が生じるおそれがある。しかし、上記構成により、共振回路８に励起信号の高調波成分の共振回路８への入力が制限されるので、共振回路８の高調波成分に対する応答が抑制され、当該周波数領域の探索を確実に行うことができる。

【0158】

本実施形態（第１実施形態）の流体性状検出装置１において、励起信号発振部３１０２が出力する励起信号が正弦波の場合において、位相差検出部（第１コンパレータ３１０３、第２コンパレータ３１０４、位相比較器３１０５）は、励起信号の正負の符号の一方に基づいて第１方形波を出力する第１方形波生成部（第１コンパレータ３１０３）と、出力信号の正負の符号のうち当該一方となる符号に基づいて第２方形波を出力する第２方形波生成部（第２コンパレータ３１０４）と、第１方形波及び第２方形波の立ち上がり又は立ち下がりの時間差の情報を取得することで位相差θを検出する位相比較器３１０５と、を含むことを特徴とする。

【0159】

上記構成により、簡易な構成で、励起信号と共振回路８の出力信号との位相差θを検出することができる。

【0160】

本実施形態（第２実施形態）の流体性状検出装置１において、励起信号発振部３１０２が発振する励起信号が方形波の場合において、位相差検出部（位相比較器３１０５）は、励起信号及び出力信号の立ち上がり又は立ち下がりの時間差の情報を取得することで位相差θを検出することを特徴とする。

【0161】

上記構成により、簡易な構成で、励起信号と共振回路８の出力信号との位相差θを検出することができる。

【0162】

本実施形態（第３実施形態）の流体性状検出装置１において、接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）の検出電極２１に対向する面、及び検出電極２１の接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）に対向する面は、それぞれ波型形状を有することを特徴とする。

【0163】

上記構成により、接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）及び検出電極２１の対向面積を増やすことで接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）及び検出電極２１により形成されるキャパシタＣ_１のうち有効な静電容量の割合を大きくすることができ、検出の感度を改善することができる。

【0164】

本実施形態に係る流体性状検出方法は、流体に少なくとも一部が浸漬された接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）と、流体に少なくとも一部が浸漬されるとともに接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）に対向するように配置された検出電極２１と、検出電極２１に接続されたインダクタ部３１０１と、を含むことで、接地電極（内側電極２２、カバー電極２７）と検出電極２１により形成されたキャパシタＣ_１とインダクタ部３１０１が電気的に互いに結合した共振回路８を所定の発振周波数ｆの励起信号で励起し、励起信号と、共振回路８の出力信号と、の位相差θを検出し、位相差θが所定の位相差（θ_０）を維持するように発振周波数ｆを制御することで、発振周波数ｆの変化により流体の性状を検出することを特徴とする。

【0165】

上記方法により、発振周波数ｆを常に共振回路８において位相変化の最も急峻な周波数となるように制御できるので、キャパシタＣ_１の静電容量、すなわち流体の比誘電率が変化しても発振周波数ｆを当該周波数に追従でき、常に位相変化に対して最大感度の状態を維持できる。したがて、励起信号と共振回路８の出力信号との間の位相差θの検出感度を向上させることで流体の性状の変化（経時劣化）を敏感に検出するモニタリングが可能となる。

【0166】

本実施形態の流体性状検出方法において、検出電極２１から離間した状態で検出電極２１に近接した位置に配置された励起電極２８に励起信号を印加し、励起電極２８と検出電極２１との間に形成される寄生容量（キャパシタＣ_２）を介して励起信号を共振回路８に出力することで共振回路８を励起することを特徴とする。

【0167】

上記方法により、励起信号が印加される励起電極２８と、検出電極２１とが空間的に分離されるので励起電極２８と検出電極２１との間に抵抗成分はなく、寄生容量（キャパシタＣ_２）を介して両者が電気的に結合されるので、共振回路８のＱ値を向上させることができ、これにより励起信号と共振回路８の出力信号との間の位相差θの検出感度を向上させることで流体の性状の変化を敏感に検出するモニタリングが可能となる。

【0168】

本実施形態の流体性状検出方法において、出力信号の振幅（電圧Ｖ２）が所定の閾値（Ｖｒ）を超える周波数領域を探索して検知し、当該周波数領域において発振周波数ｆを変化させつつ励起信号と出力信号の位相差θを検出することで発振周波数ｆと位相差θとの相関関係（ドットデータ３１１７、一次関数３１１８）を算出し、相関関係（ドットデータ３１１７、一次関数３１１８）に基づいて位相差θが所定の位相差（θ_０）となるモニタ周波数ｆ_ｍを算出することを特徴とする。

【0169】

上記方法により、モニタ周波数ｆ_ｍ（発振周波数ｆ）を常に共振回路８において位相変化の最も急峻な周波数となるように高精度に制御できるので、キャパシタＣ_１の静電容量、すなわち流体の比誘電率が変化してもモニタ周波数ｆ_ｍ（発振周波数ｆ）を当該周波数に高精度に追従でき、常に位相変化に対して最大感度の状態を維持できる。

【0170】

本実施形態の流体性状検出方法において、当該周波数領域を探索する場合において周波数領域よりも高周波となる周波数から発振周波数ｆを減少させることで当該周波数領域を探索することを特徴とする。

【0171】

励起信号が高調波成分を含む場合であって当該高調波成分が共振回路８の共振周波数（共振周波数ｆ_０、共振周波数ｆ_１）に近接する場合、共振回路８が当該高調波成分に応答して当該周波数領域の探索に不具合が生じるおそれがある。しかし、上記方法により、当該周波数領域よりも高周波となる周波数から発振周波数ｆを減少させることで当該周波数領域を探索するので、高調波成分に対して共振回路８が応答することはなく、当該周波数領域の探索を確実に行うことができる。

【0172】

以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0173】

１・・・流体性状検出装置、２１・・・検出電極、２２・・・内側電極、２７・・・カバー電極、２８・・・励起電極、３１０１・・・インダクタ部、３１０２・・・励起信号発振部、３１０３・・・第１コンパレータ、３１０４・・・第２コンパレータ、３１０５・・・位相比較器、３１０７・・・第１電圧センサ、３１０８・・・第２電圧センサ、３１１０・・・温度センサ、３１１２・・・制御部、３１１３・・・第３コンパレータ、３１１４・・・整流回路、３１１５・・・第１ローパスフィルタ、３１１６・・・第２ローパスフィルタ、３１１７・・・ドットデータ、３１１８・・・・一次関数、８・・・共振回路、Ｃ_１・・・キャパシタ、Ｃ_２・・・キャパシタ（寄生容量）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】