CN110174126A

CN110174126A - 接近传感器

Info

Publication number: CN110174126A
Application number: CN201811345645.3A
Authority: CN
Inventors: 冈本卓也; 中山祐辅; 土田裕之
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2019-08-27
Also published as: KR20190100842A; EP3531557B1; JP2019146024A; KR20200062146A; JP6918284B2; US20190257974A1; EP3531557A1

Abstract

本发明提供一种可减少周期性噪声的影响的接近传感器。本发明的一实施例的接近传感器(100)是利用磁场对检测体(200)进行检测，接近传感器(100)包括：检测线圈(11)，产生磁场；励磁电路(20)，朝检测线圈(11)中反复供给脉冲状的励磁电流；检测电路(30)，根据在励磁电流的供给被阻断后的规定期间内在检测线圈(11)的两端产生的电压，对检测体(200)进行检测；以及控制电路(40)，以阻断朝检测线圈(11)中的励磁电流的供给的时机变成非周期性的方式控制励磁电路(20)。

Description

接近传感器

技术领域

本发明涉及一种接近传感器(sensor)。

背景技术

在专利文献1(日本专利特开2009-059528号公报)中揭示有一种接近传感器，其包括：检测线圈(coil)，产生磁场；励磁电路，朝检测线圈中周期性地供给脉冲(pulse)状的励磁电流；检测电路，根据励磁电流的供给被阻断后在检测线圈的两端产生的电压，检测有无金属体等；以及控制电路。控制电路控制激励电路，使得励磁电流的供给期间等于或长于励磁电流的供给阻断期间。由此，能够抑制因检测体的厚度引起的检测距离的变动。

但是，若如专利文献1中记载的接近传感器那样，朝检测线圈中周期性地供给励磁电流，则例如在逆变器(inverter)等周期性脉冲的产生源位于附近的情况下，若此脉冲的周期与励磁电流的周期一致，则接近传感器受到由此脉冲所产生的噪声(noise)的影响。

发明内容

本发明提供一种可减少周期性噪声的影响的接近传感器。

本发明的一实施例的接近传感器是利用磁场对检测体进行检测的接近传感器，其包括：检测线圈，产生磁场；励磁电路，朝检测线圈中反复供给脉冲状的励磁电流；检测电路，根据在励磁电流的供给被阻断后的规定期间内在检测线圈的两端产生的电压，对检测体进行检测；以及控制电路，以阻断朝检测线圈中的励磁电流的供给的时机变成非周期性的方式控制励磁电路。

根据此实施例，由于阻断朝检测线圈中的励磁电流的供给的时机变成非周期性，因此对检测线圈的电压进行检测的期间的开始时间点变成非周期性。由此，即便来自外部的噪声为周期性，在所述电压的各检测期间内出现噪声的概率也变小。因此，由周期性噪声所产生的对于接近传感器的影响减少。

在所述实施例的接近传感器中，控制电路以如下方式控制所述励磁电路：通过使励磁电路朝检测线圈中供给励磁电流的供给期间、及励磁电路不朝检测线圈中供给励磁电流的阻断期间的至少任一者变动，而使阻断朝检测线圈中的励磁电流的供给的时机变成非周期性。根据此实施例，可通过简单的方法来减少由周期性噪声所产生的对于接近传感器的影响。

所述实施例的接近传感器也可还包括生成随机数的随机数发生器(randomizer)，且控制电路根据由随机数发生器所生成的随机数，以阻断朝检测线圈中的励磁电流的供给的时机变成非周期性的方式控制励磁电路。根据此实施例，可简单地减少由周期性噪声所产生的对于接近传感器的影响。

根据本发明，能够提供一种可减少周期性噪声的影响的接近传感器。

附图说明

图1是实施方式的接近传感器的概略框图。

图2是表示实施方式的接近传感器的基本部分的概略结构的图。

图3是用于说明实施方式的检测线圈中产生的励磁电流及线圈电压的概略波形图。

图4是表示先前的接近传感器的动作波形图的一例的图。

图5是表示实施方式的接近传感器的动作波形图的一例的图。

[符号的说明]

11：检测线圈

12：辅助线圈

13：放电电阻

14：芯

20：励磁电路

21、22、23、24、SW：开关

25、26：恒流电路

30：检测电路

31：放大电路

32：同步检波电路

33：切换电路

34：低通滤波器

35：AD转换器

36：比较部

40：控制电路

50：随机数发生器

100：接近传感器

200：检测体

α1、α2、α3、α4：变数

D：检测期间

IL：励磁电流

k1、k2：曲线

S1、S2：信号

T：周期

t1、t2、t3：时刻

VL：线圈电压

具体实施方式

以下，根据附图来对本发明的一种实施方式(以下也称作“本实施方式”)进行说明。另外，在各附图中，标注相同符号者具有相同或同样的结构。

图1例示本实施方式的接近传感器的概略框图。接近传感器100是利用磁场对检测体进行检测的接近传感器，例如包括检测线圈11、辅助线圈12、放电电阻13、励磁电路20、检测电路30、控制电路40、以及随机数发生器50。

检测线圈11例如为具有两个端子的线圈。从后述的励磁电路20朝检测线圈11中供给励磁电流。检测线圈11根据供给至检测线圈11中的励磁电流而产生磁场。另外，检测线圈11的侧面也可由金属的框体覆盖。

例如，为了不使来自检测线圈11的磁通与接近传感器100的金属壳体(未图示)或安装接近传感器100的周围金属(未图示)耦合，辅助线圈12在消除所述磁通的方向上产生磁场。因此，如图1所示，辅助线圈12例如与检测线圈11串联连接，其卷绕方向变成与检测线圈11的卷绕方向相反。另外，辅助线圈12配置在检测线圈11的外侧。

放电电阻13例如为用于使检测线圈11的放电迅速地收敛的电阻。若将放电电阻13的电阻值设为R，将检测线圈11的电感设为L，则检测线圈11的放电时的时间常数与(L/R)成比例。

励磁电路20是朝检测线圈11中反复供给脉冲状的励磁电流的电路，例如包含开关21、开关22、开关23、开关24及恒流电路25、恒流电路26。开关21、开关22可对应于来自控制电路40的信号S1进行相同的动作，例如可同时接通及断开。另外，开关23、开关24可对应于来自控制电路40的信号S2进行相同的动作，例如可同时接通及断开。

恒流电路25、恒流电路26例如为用于朝检测线圈11中供给励磁电流的电路。若开关21、开关22接通，则从恒流电路25供给的励磁电流朝检测线圈11的图1中所示的+方向流动。另外，若开关23、开关24接通，则从恒流电路26供给的励磁电流朝检测线圈11的图1中所示的-方向流动。

检测电路30是根据在检测线圈11的两端产生的电压，对检测体200进行检测的电路。检测电路30例如包括：放大电路31、同步检波电路32、切换电路33、低通滤波器(low-pass filter，图中表示成LPF)34、模拟/数字(Analog/Digital，AD)转换器(图中表示成ADC)35、以及比较部36。

放大电路31例如将检测线圈11的两端之间的电压放大。同步检波电路32例如对应于从控制电路40供给的控制信号，进行放大电路31的输出电压的检波。切换电路33例如对应于从控制电路40供给的控制信号，对是否将同步检波电路32的输出电压输出至低通滤波器34中进行切换。

低通滤波器34例如作为对来自切换电路33的电压(即来自同步检波电路32的电压)进行积分的积分电路发挥功能。AD转换器35例如将低通滤波器34的输出电压转换成数字信号，并将此数字信号输出至比较部36中。比较部36例如将AD转换器35所输出的数字信号与规定的阈值进行比较，并对应于此比较的结果输出表示有无检测体的信号。当此数字信号为规定的阈值以上时，比较部36输出表示检测体存在于接近传感器的动作区域内的信号。当此数字信号未满规定的阈值时，比较部36输出表示检测体不存在于接近传感器的动作区域内的信号。

控制电路40例如通过朝同步检波电路32、及切换电路33中分别供给控制信号来控制这些电路。另外，控制电路40例如根据从后述的随机数发生器50供给的随机数，将用于接通开关21、开关22的信号S1及用于接通开关23、开关24的信号S2供给至开关21～开关24中，使得信号S1及信号S2的下降的时机(timing)变成非周期性。此处，在反复产生某一动作的情况下，“非周期性”包含一个动作与下一个动作之间的时间间隔在规定的期间内至少变动一次。另外，“非周期性”也可包含一个动作与下一个动作之间的时间间隔在规定的期间内经常变动的情况。由此，规定后述的检测期间D的开始时间点的时机(即供给至检测线圈11中的励磁电流被阻断的时机)变成非周期性。具体而言，控制电路40例如也能够以使励磁电路20朝检测线圈11中供给励磁电流的供给期间、及励磁电路20不朝检测线圈11中供给励磁电流的阻断期间的至少任一者变动的方式，生成信号S1及信号S2。

随机数发生器50生成随机数，并将所生成的随机数供给至控制电路40中。随机数发生器50的结构并无特别限定，例如也可包含硬件或软件的任一者。

继而，使用图2及图3对本实施方式的接近传感器的动作原理进行说明。图2例示接近传感器的基本部分的概略结构。图3例示用于说明检测线圈中产生的励磁电流及线圈电压的概略波形图。

在图2的例子中，表示接近传感器100包括检测线圈11、卷绕有检测线圈11的芯14、放电电阻13、用于朝检测线圈11中供给励磁电流的恒流电路26、响应信号S1而接通/断开的开关SW、放大电路31、响应从控制电路40供给的控制信号而接通/断开的切换电路33、以及低通滤波器34。另外，图2的开关SW是将图1中所示的开关21、开关22一并表示者。

在图3的例子中，首先在时刻t1处信号S1上升，由此开关SW接通。由此，励磁电流IL流入检测线圈11中，并且检测线圈11的线圈电压VL以规定的时间常数(L/R)上升。继而，在时刻t2处信号S1下降，由此开关SW断开。由此，朝检测线圈11中的励磁电流IL的供给被阻断。

当检测体200未配置在接近传感器100的附近时，若朝检测线圈11中的励磁电流IL的供给被阻断，则如曲线k1所示，检测线圈11的线圈电压VL因放电电阻13而急剧地下降。

另一方面，当检测体200配置在接近传感器100的附近时，若朝检测线圈11中的励磁电流IL的供给被阻断，则如曲线k2所示，检测线圈11的线圈电压VL比曲线k1更缓慢地减少。这是基于如下的原理。即，当检测体200配置在接近传感器100的附近时，在时刻t1～时刻t2的期间内，通过检测线圈11来朝检测体200中供给磁通。而且，在时刻t2处，若朝检测线圈11中的电流供给被阻断，则从检测线圈11朝检测体200中的磁通的供给也被阻断，由此在检测体200中产生涡流。而且，由所述涡流所产生的磁通与检测线圈11耦合，由此在检测线圈11中产生感应电压。此感应电压的时间常数比检测线圈11自身的感应电压的时间常数大。因此，线圈电压VL如曲线k2所示，比曲线k1更缓慢地减少。

检测电路30及控制电路40根据如所述那样的对应于有无检测体200的线圈电压VL的波形的差异，检测有无检测体200。具体而言，在检测线圈11中产生的线圈电压VL通过放大电路31来放大，并被输出至同步检波电路32中。同步检波电路32对应于从控制电路40供给的控制信号，对从放大电路31输出的输出电压进行检波，并将规定的检波信号输出至切换电路33中。控制电路40将控制信号供给至切换电路33，使得切换电路33在经过了规定期间后的检测期间D(从时刻t2至时刻t3)变成接通。

在检测期间D内，同步检波电路32所输出的检波信号经由切换电路33而输出至低通滤波器34中。低通滤波器34对从同步检波电路32经由切换电路33而输入的检波信号进行时间积分，由此进行平滑化，并输出至AD转换器35中。AD转换器35将从低通滤波器34输出的模拟信号转换成数字信号，并输出数字信号至比较部36中。比较部36将从AD转换器35输出的数字信号与规定的阈值进行比较，由此判定有无检测体200。

另外，所述检测期间D也可起始于从时刻t2经过了规定的期间(屏蔽时间)的时间点。

继而，使用图4及图5，对由本实施方式所产生的削减周期性噪声的影响的效果进行说明。以下，以通过控制电路40交替地供给信号S1及信号S2，由此朝检测线圈11中交替地流出图1中所示的+方向及-方向的励磁电流的方式(所谓的“交替励磁方式”)来进行动作的情况为例进行说明。

图4例示先前的接近传感器的动作波形图的一例。将此先前的接近传感器设为除不包括随机数发生器50这一点以外，基本上包括与本实施方式的接近传感器100同样的结构者。另外，设为在此先前的接近传感器的附近配置有生成周期性脉冲状的输出电压的逆变器者。

在图4的例子中，以规定的周期T，从控制电路4朝励磁电路20中供给用于接通开关21及开关22的脉冲状的信号S1、及用于接通开关23及开关24的脉冲状的信号S2。而且，根据从信号S1及信号S2各自的下降起，在规定的检测期间D内由检测线圈11产生的检测信号(线圈电压VL)，检测电路30及控制电路40判定有无检测体200。

此处，将配置在先前的接近传感器的附近的逆变器设为，以与所述信号S1及信号S2的周期T大致相同的周期，生成脉冲状的输出电压。此时，因先前的接近传感器及逆变器的动作的时机，而在检测期间D内在检测信号(线圈电压VL)中产生起因于逆变器的输出电压的噪声。例如，在图4的例子中，在多个检测期间D的任一者中，在大致同样的时机均在检测信号中出现噪声。由此，尽管检测体200未配置在附近，但先前的接近传感器误判定为检测到检测体200。另外，逆变器的输出电压的周期与由先前的接近传感器所产生的信号S1及信号S2的周期T相同，因此即便执行对规定的期间内的检测信号进行平均化的处理或进行计数的处理，也无法排除此种周期性噪声的影响。

图5例示本实施方式的接近传感器的动作波形图的一例。设为在此接近传感器100的附近配置有与所述逆变器同样的逆变器者。

在图5的例子中，控制电路40将用于接通开关21及开关22的脉冲状的信号S1、及用于接通开关23及开关24的脉冲状的信号S2交替地反复供给至励磁电路20中。此时，控制电路40以信号S1及信号S2的下降的时机变成非周期性的方式，生成信号S1及信号S2。具体而言，在图5的例子中，可将从信号S1(S2)已下降时至其后不久信号S2(S1)已下降时为止的期间依次表示成“T+α1”、“T+α2”、“T+α3”、“T+α4”、…等。此处，T为规定的固定值，将α1、α2、α3、α4、…等设为分别可采用不同的值的变数。由此，阻断朝检测线圈11中的励磁电流的供给的时机变成非周期性，因此检测期间D的开始时间点也变成非周期性。

而且，由于检测期间D的开始时间点为非周期性，因此即便来自外部的噪声为周期性，在检测期间D内在检测信号中出现噪声的概率也变小。例如，在图5的例子中，可知在多个检测期间D中的几个期间内，在检测信号中未出现由逆变器所产生的噪声。另外，即便在检测信号中出现了噪声，在检测期间D内在检测信号中出现噪声的时机也不固定。例如，在图5的例子中，可知即便当在检测信号中出现了由逆变器所产生的噪声时，出现了此噪声的时机在每个检测期间D内也可不同。因此，可以说通过接近传感器100而减少了周期性噪声的影响。

如以上那样，在本实施方式中，由于阻断朝检测线圈中的励磁电流的供给的时机变成非周期性，因此检测期间的开始时间点变成非周期性。由此，即便噪声为周期性，在检测期间内在检测信号中出现噪声的概率也变小，另外，即便在检测信号中出现了噪声，在检测期间内在检测信号中出现噪声的时机也不固定。因此，由周期性噪声所产生的对于接近传感器的影响减少。

Claims

1.一种接近传感器，利用磁场对检测体进行检测，所述接近传感器的特征在于包括：

检测线圈，产生所述磁场；

励磁电路，朝所述检测线圈中反复供给脉冲状的励磁电流；

检测电路，根据在所述励磁电流的供给被阻断后的规定期间内在所述检测线圈的两端产生的电压，对所述检测体进行检测；以及

控制电路，以阻断朝所述检测线圈中的励磁电流的供给的时机变成非周期性的方式控制所述励磁电路。

2.根据权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，

所述控制电路以如下方式控制所述励磁电路：通过使所述励磁电路朝所述检测线圈中供给所述励磁电流的供给期间、及所述励磁电路不朝所述检测线圈中供给所述励磁电流的阻断期间的至少任一者变动，而使阻断朝所述检测线圈中的励磁电流的供给的时机变成非周期性。

3.根据权利要求1或2所述的接近传感器，其特征在于，

所述接近传感器还包括生成随机数的随机数发生器，

其中所述控制电路根据由所述随机数发生器所生成的所述随机数，以阻断朝所述检测线圈中的所述励磁电流的供给的时机变成非周期性的方式控制所述励磁电路。