CN1444054A - 非接触式传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非接触式传感器，使探测头部小型化并且耐环境性强，而且即使检测线圈的种类变化，也可以使用相同型号的放大器部。在安装了检测线圈的探测头部和配有检波电路及控制电路的放大器部之间插入安装前置放大器部。前置放大器部通过固定长度的屏蔽电缆连接到探测头部，同时通过具备连接器的多芯电缆连接到探测头部。在前置放大器部中，配有振荡电路和存储用于按比例关系校正该振荡电路的振荡输出和检测距离的校正表的EEPROM。该EEPROM被连接到放大器部侧的控制电路。

Description

非接触式传感器

技术领域

本发明涉及一种非接触式传感器，该非接触式传感器用于检测金属体的接近并输出导通信号，并用于检测与金属体之间的距离等用途。特别涉及将用于输出表示检测结果的信号的电路安装在与检测线圈不同的外壳内的放大器分离式的非接触式传感器。

背景技术

一般来说，非接触式传感器将具有LC谐振电路的高频振荡电路作为检测部，配有用于检测该振荡电路的振荡振幅的检波电路，利用检波电路输出生成表示检测结果的信号的控制电路，以及用于输出表示所述检测结果信号的输出电路等。特别是作为检测结果，输出表示距金属体的距离信号的类型的传感器，因增加上述控制电路或增加输出电路的功能而使电路规模增大，所以大多采用至少将检波电路后的电路配置在与检测线圈不同的外壳内的放大器分离式的传感器结构。

图4表示现有的放大器分离式的非接触式传感器的一例。附图所示的非接触式传感器除了在探测头部101A中配置检测线圈201以外，还配置包含振荡电路的初级电路部202，另一方面，在放大器部102A中，配置所述检波电路、控制电路、输出电路等电路(图中，作为主电路部203统一表示)，将探测头部101A和放大器部102A通过电缆来连接。

在上述结构中，与检测线圈201一同构成谐振电路的电容器包含在初级电路部202的振荡电路中。为了按规定的频率进行振荡，将振荡电路按照检测线圈的常数来调整所述电容器和电阻等的常数。

此外，在初级电路部202中，包括存储用于按比例关系来校正距检测对象物的距离和振荡振幅之间关系的参数等的存储器。主电路部203除了根据该存储器内的信息对振荡电路的振荡振幅进行校正并输出以外，还将该输出值与规定的阈值进行比较，输出表示有无对象物的数字信号。

图5表示放大器分离式的非接触式传感器的另一结构。该非接触式传感器通过电缆来连接仅配有检测线圈201的探测头部101B、以及配有初级电路202和主电路部203的放大器部102B。这种情况下的初级电路部202也具有按照检测线圈201的每个种类来设定常数的振荡电路和存储器，所以主电路部203根据存储器内的信息，可以输出与距检测对象物的距离成正比的电压信号。

在图4结构的非接触式传感器中，将检测线圈201和按照其特性设定的初级电路部202安装在探测头部101A中，所以与检测线圈201的种类无关，可以使放大器部102A的型号统一。因此，进而制造商的管理变得容易，此外，对于用户侧也可以减少成本。

但是，如果连初级电路202也包含在探测头部101A中，则探测头部101A变的大型化，所以有时不能设置在用户所欲安装的位置(例如机器人的手部)。此外，在探测头部101A中还配有存储器这样的电子部件，所以难以将探测头部101A设置在高温环境下，所以存在耐环境性差的缺点。

另一方面，根据图5的结构，由于在探测头部101B中仅安装检测线圈201，可以使探测头部101B小型化并容易地设置。但是，由于不得不将探测头部101B侧的检测线圈201和放大器部102B侧的初级电路部202对应于检测线圈201的种类和特性，所以需要按探测头部101B的每个型号准备放大器部102B。因此，如果探测头部101B发生故障并用其它型号来取代，则放大器部102B也必须取代，而增大用户的成本负担。此外，对于制造商来说，由于需要一对一地管理探测头部101B和放大器部102B，所以负担增大，而且产生在制作方面的效率变差等问题。

此外，如图5所示，在检测线圈201和初级电路202之间设置电缆时，该电缆具有的静电容量也具有作为谐振电路的电容器的一部分的功能。因此，如果改变电缆的长度，则振荡频率也会改变，所以最好是将探测头部101B和放大器部102B之间的电缆长度固定。此外，为了减小探测头部101B和放大器部102B之间的温度匹配和噪音的影响，最好尽量缩短电缆的长度。但是，设置这种传感器的环境各不相同，如果将电缆固定为短的长度，则有时难以设置放大器部102B。

发明内容

本发明是针对上述问题而提出的，其目的在于使探测头部小型化并且耐环境性强的同时，即使改变检测线圈的种类，也可以使用相同型号的放大器部。

此外，本发明的另一目的在于，没有在振荡电路的工作上产生影响的危险，并且可将放大器部设置在对应于各种设置条件的位置。

本发明提供的非接触式传感器在安装有检测线圈的探测头部和输出表示检测结果信号的放大器部之间插入安装有前置放大器部。所述前置放大器部分别通过电缆连接到所述探测头部和放大器部，而且在前置放大器部的内部，配有用于在所述检测线圈中流过高频电流的振荡电路。

在上述结构中，在前置放大器部的振荡电路中，可以包括所述检测线圈和构成谐振电路的电容器。该电容器可与检测线圈一起设置在探测头部侧，但为了将探测头部小型化，最好配置在前置放大器部侧。另一方面，在放大器部中，最好配置即使所述主电路部、即检测线圈的种类改变，也不需要变更电路常数等的设定的电路。

本发明提供的非接触式传感器，包括：探测头部，安装有检测线圈；前置放大器部，具有振荡电路；放大器部，具有处理电路；第1电缆，用于连接探测头部和前置放大器部；以及第2电缆，用于连接前置放大器部和放大器部；前置放大器部的振荡电路通过第1电缆与探测头部的检测线圈相连接，作为对振荡的持续或停止、振荡振幅或振荡频率产生影响的谐振电路元件，使检测线圈产生振荡，其特征在于，前置放大器部通过第2电缆向放大器部输出振荡电路的振荡输出或对振荡输出进行检波后的输出，放大器部的处理电路根据通过第2电缆摄取的来自前置放大器部的输出，来检测有无物体或与物体之间的距离。

在上述结构中，前置放大器部的振荡输出或对振荡输出进行检波后的输出也可以变换为数字信号来输出。

如上所述的各结构的非接触式传感器，在放大器部中，摄取来自前置放大器部的输出，可以按照其振荡振幅或振荡频率的变化来检测有无金属体。

此外，在各结构的非接触式传感器中，任何一个都在探测头部和放大器部之间设置的前置放大器部内部，安装根据检测线圈的种类而需要变更设定的某一振荡电路，所以对于任何检测线圈，也可以用相同型号的放大器部来对应。此外，在探测头部中，可以仅安装检测线圈，所以可以使探测头部小型化，并提高耐环境性，可以灵活地对应探测头部的各种设定条件。

再有，前置放大器部只要是可以安装振荡电路或除了振荡电路以外还可安装存储器的大小就可以，所以前置放大器部不用变得大型化。例如，如果将沿连接电缆的长度方向延长的纵向形状的外壳作为前置放大器部的本体，则不需要确保用于设置前置放大器部的宽大的位置，还可以容易地对应与连接电缆相同的设置环境。

而且，在本发明中，与上述同样，作为在设置了检测线圈的探测头部和输出表示检测结果信号的放大器部之间插入安装前置放大器部的非接触式传感器，提供如下的构造：所述前置放大器部分别通过电缆连接到所述探测头部和放大器部，同时在前置放大器部的内部，配有用于在所述检测线圈中流过高频电流的振荡电路，以及存储与所述检测线圈和振荡电路的组合对应的信息的存储器。

而且，根据在前置放大器部内部配置存储器的非接触式传感器，根据该存储器内的信息，可使放大器部进行与检测线圈和振荡电路的特性对应的检测处理。

在上述前置放大器部内部配置了存储器的优选方式中，在所述放大器部中，配置用于将检波后的所述振荡电路的振荡输出变换成表示距离的信号的处理电路。此外，在所述前置放大器部内部配置的存储器中，存储用于进行所述变换处理所需要的参数。

作为存储器中存储的参数，例如可以设定为用于使作为检测结果的距离和振荡幅度的关系为正比例关系的校正参数。这种情况下，也可以设定与每个振荡振幅的校正参数对应的校正表，进而按照检测对象的金属种类设定多个校正表。此外，在以非磁性体的金属体作为检测对象时，也可以设定对应于用振荡频率来取代振荡振幅的校正参数的校正表。

放大器部可以包括上述检波电路和处理电路。再有，处理电路最好以微处理器作为主要元件来构成，但并不限于此，例如也可以用ASIC(特定用途IC)构成。

根据上述方式，放大器部的处理电路根据检波后的从振荡电路检测出的振荡输出和存储器内的参数，可以输出与检测距离成正比的信号，可以提供适合于各种控制输入部件的非接触式传感器。

而且，在更优选方式的非接触式传感器中，在所述存储器，写入表示所述振荡电路的基准振荡输出的信息，在所述处理电路，设置异常检测部件，对所述振荡电路的振荡输出和存储器内的基准振荡输出进行校对来检测振荡电路的工作异常。再有，所述振荡电路的基准振荡输出是没有检测对象的金属体状态(距离为∝时)时的振荡振幅或振荡频率，最好预先由制造商写入。

根据该方式，即使在因时间性变化使检测线圈恶化等而使振荡电路产生工作不良时，也可以迅速地检测该不良。

再有，在上述方式的非接触式传感器中，为了使用户知道通过异常检测部件检测出的异常，在放大器部或前置放大器部中，也可以设置显示灯或显示器那样的通知部件。这样的话，用户可以在适当的没有检测对象的金属体的状态下来确认工作，可以简单地判断探测头部和前置放大器部的更换时间。

而且，在另一优选方式中，所述存储器是可读写的非易大性存储器，所述处理电路设定成可在所述存储器中写入规定的信息。

处理电路在存储器中写入的信息的内容和进行写入的定时，可以按照用途自由地设定。例如，按照作为所述检测结果的距离，设定用于输出表示‘有物体’的信号所需的阈值等，在設定检测处理上相关的各种条件时，如果将该设定条件的备用数据写入在所述存储器中，则在因故障等而更换放大器部时，可以根据存储器的备用数据迅速地进行对新的放大器部的设定。

此外，在检测出振荡输出的异常时，可以详细地判别该异常的内容并写入在存储器内。这样的话，在探测头部或前置放大器部发生故障时，可以根据存储器内的信息容易地识别该故障的内容等，可以提高便利性。

而且，在本发明的优选方式的非接触式传感器中，在所述前置放大器部中，设置有用于连结对所述放大器部的连接电缆的连接器。此外，在另一优选方式的非接触式传感器中，在所述前置放大器部和放大器部中安装分别连接到对方的连接电缆，在各电缆的端部配置可相互接合的连接器。

在上述两个方式中，可以自由地变更从放大器部连接到前置放大器部侧的连接器或连接电缆的连接电缆的长度。此外，根据第2种方式，在前置放大器部侧的连接电缆和放大器部侧的连接电缆之间，也可以插入安装中继电缆。因此，将探测头部和前置放大器部之间的电缆长度固定来维持检测输出的精度，另一方面，可调整前置放大器部和放大器部之间的电缆长度而将放大器部设置在期望的位置。此外，可以缩短放大器部和前置放大器部之间的电缆，所以可以减小对振荡工作的噪音影响及放大器部和前置放大器部之间的温度匹配，可以进行稳定的检测工作。

再有，探测头部和前置放大器部之间的连接电缆中包含的信号线不通过中继连接器等而直接连接到所述检测线圈和振荡电路。根据这样的结构，由于从探测头部和前置放大器部的连接电缆的拆卸困难，所以可以将两者作为一体的部件来提供，可以简单地进行管理。此外，可以防止探测头部和前置放大器部的连接错误。

另一方面，如果对于探测头部侧和前置放大器部可拆装连接电缆，则在发生故障时，可以仅在该故障位置拆装，进行修理或更换。

附图说明

图1是表示本发明一实施例的非接触式传感器的外观的立体图；

图2a是前置放大器部的俯视图；

图2b是前置放大器部的主视图；

图3是表示非接触式传感器的电气结构的方框图；

图4是表示现有的放大器分离式传感器的结构例的方框图；

图5是表示现有的放大器分离式传感器的另一结构的方框图。

具体实施方式

图1表示本发明一实施例的非接触式传感器的外观。本实施例的非接触式传感器在探测头部1和放大器部3之间插入安装前置放大器部2来构成。所述探测头部1中安装有检测线圈L(示于图3)，前置放大器部2中安装有进行高频振荡的振荡电路21(示于图3)等。再有，图中的4是支撑前置放大器部2的支撑部件，但该支撑部件4是根据需要使用的部件，在前置放大器部2的设置和工作上不产生任何影响。

探测头部1和前置放大器部2通过屏蔽电缆5来连接。在该屏蔽电缆5中，包含用于流过高频电流的信号线，所述检测线圈L被一体地设置在该信号线中。

在前置放大器部2和放大器部3中，分别安装多芯电缆6a、6b。在这些多芯电缆6a、6b中，包含带有电源供给线的多个信号线。再有，多芯电缆6a、6b分别插入到前置放大器部2、放大器部3的本体内部，各信号线被焊接在内部的布线基板上。

此外，在多芯电缆6a、6b的前端分别设置中继连接器7a、7b。前置放大器部2侧的连接器7a为雄型，放大器部3侧的连接器7b为雌型，通过这些连接器7a、7b的连接，前置放大器部2和放大器部3成为通过各信号线来连接的状态。

再有，本实施例的放大器部3侧的多芯电缆6b的长度可以按照放大器部3的设置条件来任意地设定。且在各多芯电缆6a、6b之间插入安装中继电缆(未图示)，还可以调整前置放大器部2和放大器部3的距离。

本实施例的放大器部3将所述振荡电路21的振荡振幅变换成表示距离的电压信号并输出(以下，将该距离称为‘检测距离’)。而且，该放大器部3具有将所述检测距离数字显示的功能，以及将所述检测距离与规定的阈值进行比较，输出表示有无检测对象的检测信号(以下称为‘物体有无信号’)的功能。在形成放大器部3本体的外壳30的内部，装入用于上述检测处理和信号输出的电路。此外，在该外壳30的上面，配置用于数字显示所述检测距离的显示器31、用于显示有无物体信号的导通状态的显示灯32、用于输入各种设定数据的操作开关33等。再有，图中的34是用于保护所述上面的盖。

图2a、图2b表示从上方和正面观察所述前置放大器部2的状态。本实施例的前置放大器部2在树脂制的外壳25的内部安装有所述振荡电路21的布线基板(未图示)等。所述外壳25在圆筒状的外壳本体25a的两端部分别一体地设置所述电缆插入部25b、25c而构成。屏蔽电缆5和多芯电缆6分别从电缆插入部25b、25c插入到外壳25内，其内部的信号线被焊接在所述布线基板上。

在所述外壳25的上面，配置有显示灯23和设定量按钮开关24(以下称为‘设定开关24’)。这些显示灯23和设定开关24如后述那样连接到放大器部3侧的中央处理器(CPU)36(示于图3)。显示灯23用于确认检测状态，在放大器部3的物体有无信号为导通状态时点亮。设定开关24用于进行所述物体有无信号的导通、截止控制的阈值设定。

根据上述结构，前置放大器部2分别与屏蔽电缆5和多芯电缆6一体化，沿外壳25的横轴方向或这些电缆5、6的长度方向延长来形成，所以不需要确保宽大的设置位置，与各电缆5、6一同都可以按照传感器的设置位置的环境来自由地设置。

此外，在上述非接触式传感器中，探测头部1和前置放大器部2之间的电缆长度是固定的，另一方面，前置放大器部2和放大器部3之间的电缆长度可以按照放大器部3的设置位置自由地变更，所以不对振荡电路21的工作产生影响，可以灵活地对应设置条件。

再有，在本实施例中，将探测头部1内的检测线圈L和屏蔽电缆5内的信号线形成一体的同时，通过将所述信号线焊接在前置放大器部2内的布线基板上，从而不能容易地拆装屏蔽电缆5。但是，取代这种结构，也可以在探测头部1、前置放大器部2中分别设置用于连接的连接器，也可以可拆装地连接屏蔽电缆5。此外，对于多芯电缆，取代在前置放大器部2、放大器部3上固定配置固定长度的多芯电缆6a、6b的方法，也可以在各部中分别设置多芯电缆6a、6b的连接器，将任意长度的多芯电缆连接到这些连接器上。

图3表示所述非接触式传感器的整体电路结构。

在所述放大器部3中，除了用于检测所述振荡电路21的振荡振幅的检波电路34、将来自该检波电路34的输出进行数字变换的A/D变换电路35以外，还配置作为处理电路的CPU36、电可擦除只读存储器(EEPROM)37、输出电路38等。此外，在该放大器部3中，配置电源电路39。该电源电路39从外部接受直流电源的供给，并生成传感器内的各电路的驱动电源。

在所述CPU36中，除了连接A/D变换电路35、输出电路38以外，还连接所述显示器31、显示灯32、操作开关33等输入输出部。在所述EEPROM37中，除了存储所述CPU36工作所需的程序、用于进行所述物体有无信号的导通、截止设定的阈值以外，还适当存储从所述操作开关33和前置放大器部2输入到CPU36的数据。

在所述前置放大器部2中，除了所述振荡电路21以外，还配置EEPROM22。在该EEPROM22中，存储用于以正比例关系校正振荡电路21的振荡振幅和检测距离的关系的校正表。该校正表按照检测线圈L和振荡电路21的常数来设定，此外，按照检测对象的种类来设定多个校正表。

所述EEPROM22、以及所述外壳本体25a的上面配置的显示灯23及设定开关24都连接到放大器部3的CPU36。

在上述结构中，如果通过前置放大器部的振荡电路21的振荡作用在检测线圈L中流过高频电流，则通过从检测线圈L感应的磁力线来设定金属体的检测区域。在该状态下，如果金属体进入检测区域，则放大器部3侧的CPU36摄取所述检波电路34和A/D变换电路35的检测状态下的振荡振幅，根据所述前置放大器部2侧的EEPROM22中存储的校正表来校正该振幅值，指定作为检测距离输出的电平值。该检测距离除了通过输出电路38作为电压输出以外，也可以数字显示在所述显示器31上。

此外，CPU36将所述检测距离与放大器部3侧的EEPROM37中设定的阈值进行比较，如果检测距离在该阈值以下，则将物体有无信号设定为导通。此外，CPU36在该物体有无信号为导通状态时，将本装置的显示灯32和前置放大器部2侧的显示灯23点亮，通知在检测区域有物体。

再有，作为用于控制所述物体有无信号的阈值，在放大器部3侧的EEPROM37中，可以存储由制造商设定的缺省阈值。但是，CPU36可以适当的按照放大器部3侧的操作开关33或前置放大器部2侧的设定开关24的操作，适当变更所述阈值。

在前置放大器部2中，设置表示物体有无信号的导通状态的显示灯23，所以特别是在放大器部3被设置在远处时，在设置探测头部1时，可以通过附近位置的前置放大器部2上的显示灯23来确认检测工作并同时进行作业，大幅度地提高其便利性。此外，在设定用于物体有无信号的输出的阈值时，可以一边确认探测头部1和检测对象之间的位置关系及所述显示灯23的点亮状态，一边进行设定开关24的调整，所以可以简单并且正确地进行对应检测目的的设定。

而且，在上述实施例的非接触式传感器中，利用所述前置放大器部2的EEPROM22，可以在CPU36上设定如下的功能。

(1)预先由制造商在前置放大器部2的EEPROM22中存储没有检测对象状态下的振荡电路21的振荡振幅作为基准振幅。在放大器部3中，准备检查是否适合没有检测对象物状态下的振荡振幅的检查模式。在该检查模式中，例如，CPU36将实际的振荡振幅与保存在所述EEPROM22中的基准振荡振幅进行比较，当两者的差超过了规定值时，执行在显示器31上显示错误代码等的处理。

这样的话，可以适当检查检测线圈L的恶化等造成的检测精度的下降，所以可以容易地判断探测头部1和前置放大器部2的更换时间。

(2)在放大器部3侧的EEPROM37中存储设定的数据时，将该相同的数据也存储在前置放大器部2的EEPROM22中。这样的话，在因故障而更换放大器部3时，新的放大器部3的CPU36可读出EEPROM22中存储的数据并设定装置在自身的EEPROM37中。因此，在更换放大器部3时，不需要重复进行对前面的放大器部3进行的设定处理，可以提高更换作业的效率。

(3)在通常的检测处理中，CPU36可以检测振荡电路21的工作异常(振荡振幅接近零的状态持续规定时间以上等)。这里，CPU36在检测异常时，在显示器32上显示表示该异常内容的代码信息和异常发生时刻，同时将与该显示数据相同的数据存储在前置放大器部2侧的EEPROM22中。

这样的话，在因故障拆下探测头部1至前置放大器部2并到达修理中心时，根据前置放大器部2内的EEPROM22中存储的数据，可以容易地判断故障的原因，可以可靠并且高效率地进行修复作业。

再有，在上述实施例中，为了高精度地输出距检测对象物的距离，并且附加上述(1)～(3)的附加价值，可在前置放大器部2内配置EEPROM22，但在使该非接触式传感器简单地具有作为按照检测对象物进行导通工作的非接触式开关的功能时，也可以使用不带有EEPROM22的前置放大器部2。而在以非磁性体金属作为检测对象时，可以设定放大器部3，使得按照振荡频率的变化来检测金属体的有无和距金属体的距离。

根据本发明，在安装了检测线圈的探测头部和输出表示检测结果的信号的放大器部之间通过电缆插入安装前置放大器部，在该前置放大器部中可安装根据检测线圈的种类需要变更设定的振荡电路，所以可以使探测头部小型化并且提高耐环境性，同时即使改变检测线圈的种类，也可以使用相同型号的放大器部，所以可以同时降低用户及制造商的成本。此外，如果一方面使探测头部和前置放大器部之间的电缆长度固定，另一方面可以自由地变更前置放大器部和放大器部之间的电缆长度，则可以将放大器部设置在期望的位置，而不对振荡电路的工作产生影响。

Claims (8)

1.一种非接触式传感器，在安装了检测线圈的探测头部和输出表示检测结果的信号的放大器部之间插入安装前置放大器部，其特征在于，

所述前置放大器部分别通过电缆连接到所述探测头部和放大器部，而且在前置放大器部的内部，配有用于在所述检测线圈中流过高频电流的振荡电路。

2.一种非接触式传感器，包括：

探测头部，安装有检测线圈；

前置放大器部，具有振荡电路；

放大器部，具有处理电路；

第1电缆，用于连接探测头部和前置放大器部；以及

第2电缆，用于连接前置放大器部和放大器部；其特征在于，

所述前置放大器部的振荡电路通过第1电缆与所述探测头部的检测线圈相连接，作为对振荡的持续和停止、振荡振幅或振荡频率产生影响的谐振电路元件，使检测线圈产生振荡，

所述前置放大器部通过第2电缆向所述放大器部输出所述振荡电路的振荡输出或对振荡输出进行检波后的输出，

所述放大器部的处理电路根据通过所述第2电缆摄取的来自所述前置放大器部的输出，来检测有无物体或与物体之间的距离。

3.如权利要求2所述的非接触式传感器，其特征在于，所述前置放大器部配有存储与所述检测线圈和振荡电路的组合相对应的信息的存储器。

4.如权利要求3所述的非接触式传感器，其特征在于，在所述放大器部中，配有用于将所述震荡电路的振荡输出变换成表示距离的信号的处理电路，在所述存储器中，存储用于进行所述变换处理所需要的参数。

5.如权利要求4所述的非接触式传感器，其特征在于，在所述存储器中，写入表示所述振荡电路的基准振荡输出的信息，在所述处理电路中，设置异常检测部件，将所述振荡电路的振荡输出和存储器内的基准振荡输出进行校对来检测振荡电路的工作异常。

6.如权利要求4所述的非接触式传感器，其特征在于，所述存储器是可读写的非易失性存储器，所述处理电路能够将规定的信息写入到所述存储器中。

7.如权利要求2所述的非接触式传感器，其特征在于，在所述前置放大器部中，设置有用于连结对所述放大器部的连接电缆的连接器。

8.如权利要求2所述的非接触式传感器，其特征在于，在所述前置放大器部和放大器部中安装分别连接到对方的电缆，在各电缆的端部配备可相互接合的连接器。

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