CN111669161A - 检测装置及阀 - Google Patents

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Abstract

能用单一的非接触式开关区分并检测多个检测体的状态的检测装置及阀。具备：非接触式开关(1)；检测体(2)，其具有导电性，并且其与非接触式开关所具有的检测面之间的距离因旋转而发生改变，非接触式开关具有：检测用线圈(101)，其在框体内与检测面相对配置；振荡电路(104)，其进行振荡而使检测用线圈产生高频磁场；检波电路(105)，其对振荡电路的振荡的振幅进行检波；比较电路(106)，其将由检波电路检波得到的振幅分别与多个阈值进行比较；输出电路(107)，其根据比较电路的与多个阈值的比较结果，分别输出表示由检波电路检波得到的振幅是否在由该多个阈值构成的多个输出范围内的信号；设定输入部(109)，其设定针对比较电路的多个阈值。

Description

检测装置及阀
技术领域
本发明涉及一种具备非接触式开关的检测装置及阀。
背景技术
以往，已知有判定如金属等具有导电性的检测体的存在或接近的非接触式开关(非接触式传感器)(例如参照专利文献1)。非接触式开关通过由检测部检测伴随着检测体的存在或接近的检测用线圈的阻抗或Q值等的变化，来判定检测体的存在或接近。Q值是表示由电磁感应作用引起的电感损耗的值，Q值越高，表示损耗越小。
此外，根据使用目的，非接触式开关对检测体与非接触式开关中的基准点之间的距离进行检测。基准点例如是检测部顶端的不锈钢罩中的、与检测体相对的表面上的点。
另外，还已知有通过使用与金属的种类对应的阈值，来提高对由特定的金属构成的检测体的判定性能的非接触式开关(例如参照专利文献2)。此外，在该非接触式开关中，所使用的阈值为1个，在实际应用时能够对多种金属中的1种金属进行检测。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010-216863号公报
专利文献2：日本专利特开2017-130897号公报
发明内容
发明要解决的问题
在现有的非接触式开关中，由于所使用的阈值为1个，所以不能区分并检测多个检测体的状态。因此，在想要区分并检测多个检测体的状态的情况下，需要使用多个非接触式开关。例如，在想要使用以往的非接触式开关来检测球阀或蝶阀等阀芯的开度的情况下，需要使用多个非接触式开关。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种检测装置，其能够用单一的非接触式开关来区分并检测多个检测体的状态。
用于解决问题的技术手段
本发明的检测装置的特征在于，具备：非接触式开关；以及检测体，其具有导电性，并且其与非接触式开关所具有的检测面之间的距离因旋转而发生改变，非接触式开关具有：检测用线圈，其在框体内与检测面相对配置；振荡电路，其进行振荡而使检测用线圈产生高频磁场；检波电路，其对振荡电路的振荡的振幅进行检波；比较电路，其将由检波电路检波得到的振幅分别与多个阈值进行比较；输出电路，其根据比较电路的与多个阈值的比较结果，分别输出表示由检波电路检波得到的振幅是否在由该多个阈值构成的多个输出范围内的信号；以及设定输入部，其设定针对比较电路的多个阈值。
发明的效果
根据本发明，由于如上述那样构成，所以能够用单一的非接触式开关来区分并检测多个检测体的状态。
附图说明
图1是表示实施方式1的检测装置的构成例的图。
图2是表示实施方式1中的非接触式开关的构成例的图。
图3是表示在实施方式1的检测装置中，来自输出电路所具有的两个输出端子的输出与检测体的朝向的对应关系的一例的图。
图4的(A)是表示在实施方式1的检测装置中，检测体的基准位置朝向非接触式开关所具有的检测面的中心位置(0°)的方向的情况的图，图4的(B)是表示图4的(A)的情况下的非接触式开关的检测值的图。
图5的(A)是表示在实施方式1的检测装置中，检测体的基准位置朝向相对于非接触式开关所具有的检测面的中心位置约30°的方向的情况的图，图5的(B)是表示图5的(A)的情况下的非接触式开关的检测值的图。
图6的(A)是表示在实施方式1的检测装置中，检测体的基准位置朝向相对于非接触式开关所具有的检测面的中心位置约60°的方向的情况的图，图6的(B)是表示图6的(A)的情况下的非接触式开关的检测值的图。
图7的(A)是表示在实施方式1的检测装置中，检测体的基准位置朝向相对于非接触式开关所具有的检测面的中心位置约90°的方向的情况的图，图7的(B)是表示图7的(A)的情况下的非接触式开关的检测值的图。
图8是用于说明针对实施方式1中的非接触式开关的阈值设定的图。
图9A、图9B是表示实施方式1中的检测体的其他构成例的图，图9A是表示检测体的基准位置朝向非接触式开关所具有的检测面的中心位置(0°)的方向的情况的图，图9B是表示检测体的基准位置朝向相对于非接触式开关所具有的检测面的中心位置约90°的方向的情况的图。
图10A、图10B是表示作为实施方式1的检测装置的应用对象的阀的构成例的图，图10A是表示球阀的构成例的图，图10B是表示蝶阀的构成例的图。
图11A～图11C是表示将实施方式1的检测装置应用于阀的情况下的检测体的朝向与阀芯的开度的关系的一例的图，图11A是表示开度为全开的情况的图，图11B是表示开度为中间开度的情况的图，图11C是表示开度为全闭的情况的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
实施方式1
图1是表示实施方式1的检测装置的构成例的图。
检测装置检测检测体2的朝向。如图1所示，检测装置具备非接触式开关1以及检测体2。
非接触式开关1能够检测检测体2的朝向。即，非接触式开关1的输出根据检测体2的朝向而变化。非接触式开关1具有作为传感器头的检测部11、一端与检测部11的输入输出端连接的电缆12、以及与电缆12的另一端连接的多个输出引脚13。此外，在非接触式开关1中，如IO-Link等那样，输出引脚13的根数有所限制。另外，在非接触式开关1所具有的多个输出引脚13中，可用于信号输出的输出引脚13为2根。另外，将在后文描述非接触式开关1的更详细的构成例。
检测体2是其与非接触式开关1所具有的检测面(检测部11的端面)之间的距离因旋转而发生改变的物体。检测体2是金属等那样具有导电性的物体。检测体2构成为从旋转轴方向观察到的形状例如为椭圆形形状(包含大致椭圆形形状)、或者旋转轴从中心位置偏离的圆形形状(包含大致圆形形状)。
接着，参照图2说明非接触式开关1的构成例。
如图2所示，非接触式开关1具备检测用线圈101、电源102、稳定化电源电路103、振荡电路104、检波电路105、比较电路106、输出电路107、2系统的晶体管108(晶体管108a及晶体管108b)、以及设定输入部109。另外，非接触式开关1上连接有2系统的电阻3(电阻3a及电阻3b)。
检测用线圈101相对于芯(未图示)卷绕成圆筒状，在检测部11的框体内与检测面相对配置。
稳定化电源电路103通过从电源102供给的电力进行动作，对振荡电路104、检波电路105以及比较电路106供给规定的电压的电力。
振荡电路104进行振荡，使检测用线圈101产生高频磁场。当检测体2接近检测用线圈101产生的高频磁场时，在检测体2中流过感应电流而产生热损失，检测用线圈101的阻抗或Q值等发生变化，振荡电路104的振荡衰减。此此外，振荡电路104也可以构成为，即使在检测体2最接近的情况下也维持振荡，振荡的振幅根据检测用线圈101的阻抗或Q值等的变化而变化。
检波电路105对振荡电路104的振荡的振幅进行检波。即，检波电路105将振荡电路104的振荡的振幅直流化来进行整流。
比较电路106将由检波电路105检波得到的振幅(检测值)分别与多个阈值(第一阈值～第三阈值以及上限值)进行比较。第二阈值是数值与第一阈值不同的阈值。第三阈值是数值在第一阈值与第二阈值之间的阈值。此外，各阈值(第一阈值～第三阈值)由设定输入部109设定。
输出电路107根据比较电路106的与各阈值的比较结果，分别输出表示由检波电路105检波得到的振幅是否在各输出范围内的信号。各输出范围是由各阈值构成的范围。
具体而言，在由检波电路105检波得到的振幅在第一输出范围内的情况下，输出电路107从两个输出端子中的一方输出导通信号。另外，在由检波电路105检波得到的振幅在第二输出范围内的情况下，输出电路107从两个输出端子中的另一方输出导通信号。第一输出范围是由第一阈值与第二阈值构成的范围。另外，第二输出范围是由第三阈值与上限值构成的范围。即，第一输出范围和第二输出范围彼此部分重叠。图3表示来自输出电路107所具有的两个输出端子的输出与检测体2的朝向的对应关系的一例。
在图3中，作为来自输出电路107所具有的两个输出端子中的一方的输出(第一输出)，将输出导通信号的状态设为ON，将未输出导通信号的状态设为OFF。另外，作为来自输出电路107所具有的两个输出端子中的另一方的输出(第二输出)，将输出导通信号的状态设为ON，将未输出导通信号的状态设为OFF。
晶体管108a的栅极端子与输出电路107所具有的两个输出端子中的一方连接，其发射极端子与电源102的正极端子连接。晶体管108a由来自输出电路107所具有的两个输出端子中的一方的导通信号所驱动。
晶体管108b的栅极端子与输出电路107所具有的两个输出端子中的另一方连接，其发射极端子与电源102的正极端子连接。晶体管108b由来自输出电路107所具有的两个输出端子中的另一方的导通信号所驱动。
设定输入部109设定针对比较电路106的各阈值。设定输入部109能够在使用非接触式开关1的现场设定各阈值。设定输入部109具有触发接受部1091以及阈值设定部1092。
触发接受部1091接收触发的输入。作为触发接受部1091，例如可以使用接收来自外部终端的信息的通信部、或者按钮等设定用触发装置等。
在每次由触发接受部1091接收触发的输入时，阈值设定部1092检测由检波电路105检波得到的振幅的值，并根据该检测出的各振幅的值，来设定针对比较电路106的各阈值。此外，阈值设定部1092通过系统LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)等处理电路、或者执行存储在存储器等中的程序的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)等来实现。
此时，阈值设定部1092以使输出电路107的各输出范围彼此部分重叠的方式将上述各振幅的值之间的值分别设定为构成该各输出范围的各下限值及各上限值中的除最上限值以外的值即阈值。
或者，阈值设定部1092也可以以使输出电路107的各输出范围彼此部分重叠的方式将上述各振幅的值分别设定为构成该各输出范围的各下限值及各上限值中的除最上限值以外的值即阈值。
此外，电阻3a的一端与晶体管108a的集电极端子连接，另一端与电源102的负极端子连接。通过晶体管108a的驱动，从电源102向电阻3a供给电力。
另外，电阻3b的一端与晶体管108b的集电极端子连接，另一端与电源102的负极端子连接。通过晶体管108b的驱动，从电源102向电阻3b供给电力。
作为电阻3a、3b，例如可以举出PLC(Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器)或继电器等负载。
而且，通过该非接触式开关1，能够根据向电阻3a及电阻3b供给的电力，检测出存在于检测区域中的检测体2的朝向。在如图1所示非接触式开关1具有两个输出的情况下，如图3所示，能够检测出检测体2的朝向在四个范围(第一范围～第四范围)中的哪个范围内。
接着，说明实施方式1中的设定输入部109的各阈值(第一阈值～第三阈值)的设定方法。图4～图7是表示在检测体2与非接触式开关1之间的距离发生了变化的情况下的、非接触式开关1中的检测值的变化的一例的图。在图4～图7中，示出了使用从旋转轴方向观察到的形状为椭圆形形状的检测体2，并使该检测体2从图4所示的朝向向左侧旋转的情况。在图4～图7所示的图表中，横轴表示检测体2的朝向(角度)，纵轴表示非接触式开关1中的检测值。检测体2的朝向是连接检测体2的基准位置和旋转轴的线段与连接检测体2的旋转轴和非接触式开关1所具有的检测面的中心位置的线段所成的角度。
另外，以下表示如下情况：将检测体2放置在操作者实际想要进行检测的朝向上，非接触式开关1得到此时的检测值，阈值设定部1092以使输出电路107的各输出范围彼此部分重叠的方式，将上述各检测值之间的值分别设定为构成该各输出范围的各下限值及各上限值中的除最上限值(构成第二输出范围的上限值)以外的值即阈值。
在该情况下，如图4所示，首先，操作者使检测体2的基准位置朝向非接触式开关1所具有的检测面的中心位置(0°)的方向(第一角度)。然后，操作者对触发接受部1091输入触发，非接触式开关1得到此时的振荡的振幅的值(符号401所示的第一检测值)。
接着，如图5所示，操作者使检测体2的基准位置朝向相对于非接触式开关1所具有的检测面的中心位置约30°的方向(第二角度)。然后，操作者对触发接受部1091输入触发，非接触式开关1得到此时的振荡的振幅的值(符号501所示的第二检测值)。
之后，如图8所示，阈值设定部1092将第一检测值与第二检测值之间的值设定为构成第一输出范围的下限值(符号801所示的第一阈值)。
接着，如图6所示，操作者使检测体2的基准位置朝向相对于非接触式开关1所具有的检测面的中心位置约60°的方向(第三角度)。然后，操作者对触发接受部1091输入触发，非接触式开关1得到此时的振荡的振幅的值(符号601所示的第三检测值)。
之后，如图8所示，阈值设定部1092将第二检测值与第三检测值之间的值设定为构成第二输出范围的下限值(符号802所示的第三阈值)。
接着，如图7所示，操作者使检测体2的基准位置朝向相对于非接触式开关1所具有的检测面的中心位置约90°的方向(第4角度)。然后，操作者对触发接受部1091输入触发，非接触式开关1得到此时的振荡的振幅的值(符号701所示的第四检测值)。
之后，如图8所示，阈值设定部1092将第三检测值与第四检测值之间的值设定为构成第一输出范围的上限值(符号803所示的第二阈值)。
如上所述，设定输入部109能够设定构成第一输出范围及第二输出范围的各阈值。
在上述说明中，示出了将检测体2置于构成输出范围的下限值及上限值之间的朝向(即，实际想要进行检测体2的检测的朝向)来设定阈值的情况。但是，阈值的设定方法不限于此，也可以将检测体2置于构成输出范围的下限值及上限值的朝向上来设定阈值。
这样，在实施方式1的检测装置中，使用与非接触式开关1所具有的检测面之间的距离因旋转而发生改变的检测体2，在其与该检测体2之间以多个角度进行调谐(例如将检测值的中间值自动地设定为阈值)。由此，在实施方式1的检测装置中，能够用单一的非接触式开关1在多个范围内区分并检测检测体2的朝向，能够得到与以往的使用了多个非接触式开关的情况同等的功能。
另外，检测体2优选构成为与非接触式开关1所具有的检测面之间的距离因旋转而连续发生改变的形状(从旋转轴方向观察到的形状为椭圆形形状或旋转轴从中心位置偏离的圆形形状等)。
但是，不限于此，在存在调谐的可能性等的情况下，例如如图9所示，检测体2也可以构成为与非接触式开关1所具有的检测面之间的距离因旋转而阶段性地(不连续)发生变化的形状(从旋转轴方向观察到的形状为具有阶梯的形状)。在图9中，示出了检测体2的上述阶梯为2级的情况。另一方面，通过增加检测体2的上述阶梯的级数，以实质性地接近与非接触式开关1所具有的检测面的距离连续变化的形状。
接着，示出实施方式1的检测装置的应用例。
实施方式1的检测装置例如如图10所示，能够应用于具有进行旋转动作的阀芯51的阀5。作为该阀5，例如可以举出图10A所示的球阀5a或图10B所示的蝶阀5b。
如图10A所示，球阀5a具有进行旋转动作的阀芯51a和与阀芯51a连结的旋转轴即阀杆52a。并且，检测体2安装在阀杆52a上。
同样，如图10B所示，蝶阀5b具有进行旋转动作的阀芯51b和与阀芯51b连结的旋转轴即阀杆52b。并且，检测体2安装在阀杆52b上。
这样，通过将实施方式1的检测装置应用于具有进行旋转动作的阀芯51的阀5，由于安装有检测体2的阀杆52根据阀芯51的开度而旋转，所以检测装置能够检测出阀芯51的开度。
即，例如如图11A所示，在检测体2的基准位置朝向非接触式开关1所具有的检测面的中心位置的方向的情况下，能够判定为阀芯51的开度为全开。另外，例如如图11B所示，在检测体2的基准位置朝向相对于非接触式开关1所具有的检测面的中心位置约45°的方向的情况下，能够判定为阀芯51的开度为中间开度。另外，例如如图11C所示，在检测体2的基准位置朝向相对于非接触式开关1的中心位置约90°的方向的情况下，能够判定为阀芯51的开度为全闭。
如上所述，根据该实施方式1，检测装置具备：非接触式开关1；以及检测体2，其具有导电性，并且其与非接触式开关1所具有的检测面之间的距离因旋转而发生改变，非接触式开关1具有：检测用线圈101，其在框体内与检测面相对配置；振荡电路104，其进行振荡而使检测用线圈101产生高频磁场；检波电路105，其对振荡电路104的振荡的振幅进行检波；比较电路106，其将由检波电路105检波得到的振幅分别与多个阈值进行比较；输出电路107，其根据比较电路106的与多个阈值的比较结果，分别输出表示由检波电路105检波得到的振幅是否在由该多个阈值构成的多个输出范围内的信号；以及设定输入部109，其设定针对比较电路106的多个阈值。由此，实施方式1的检测装置能够用单一的非接触式开关1来区分并检测多个检测体2的状态。
此外，本申请发明在其发明的范围内，能够进行实施方式的任意的构成要素的变形、或者实施方式的任意的构成要素的省略。
符号说明
1 非接触式开关
2 检测体
3、3a、3b 电阻
5 阀
5a 球阀
5b 蝶阀
11 检测部
12 电缆
13 输出引脚
51、51a、51b 阀芯
52、52a、52b 阀杆
101 检测用线圈
102 电源
103 稳定化电源电路
104 振荡电路
105 检波电路
106 比较电路
107 输出电路
108、108a、108b 晶体管
109 设定输入部
1091 触发接受部
1092 阈值设定部。

Claims (5)

1.一种检测装置，其特征在于，具备：
非接触式开关；以及
检测体，其具有导电性，并且其与所述非接触式开关所具有的检测面之间的距离因旋转而发生改变，
所述非接触式开关具有：
检测用线圈，其在框体内与所述检测面相对配置；
振荡电路，其进行振荡而使所述检测用线圈产生高频磁场；
检波电路，其对所述振荡电路的振荡的振幅进行检波；
比较电路，其将由所述检波电路检波得到的振幅分别与多个阈值进行比较；
输出电路，其根据所述比较电路的与多个阈值的比较结果，分别输出表示由所述检波电路检波得到的振幅是否在由该多个阈值构成的多个输出范围内的信号；以及
设定输入部，其设定针对所述比较电路的多个阈值。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述比较电路将由所述检波电路检波得到的振幅分别与第一阈值、为与该第一阈值不同的值的第二阈值、为该第一阈值与该第二阈值之间的值的第三阈值、以及上限值进行比较，
所述输出电路根据所述比较电路的与多个阈值的比较结果，分别输出表示由所述检波电路检波得到的振幅是否在由所述第一阈值与所述第二阈值构成的第一输出范围内的信号、和表示由所述检波电路检波得到的振幅是否在由所述第三阈值与上限值构成的第二输出范围内的信号。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，
所述检测体构成为从旋转轴方向观察到的形状为椭圆形形状或旋转轴从中心位置偏离的圆形形状。
4.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，
所述检测体构成为从旋转轴方向观察到的形状为具有阶梯的形状。
5.一种阀，其特征在于，具备：
阀芯，其进行旋转动作；
阀杆，其与所述阀芯连结；以及
权利要求1至4中任一项所述的检测装置，
所述检测体安装在所述阀杆上。
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