DE102017130122A1

DE102017130122A1 - Annäherungssensor und Erfassungsverfahren

Info

Publication number: DE102017130122A1
Application number: DE102017130122.4A
Authority: DE
Inventors: Minami WAZUMI; Masayuki Koizumi; Yusuke Nakayama
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2018-09-20
Also published as: CN108627873B; JP6880861B2; US20180267192A1; CN108627873A; US10527747B2; JP2018152320A

Abstract

Annäherungssensor (1) einschließend eine Übertragungsschaltung (40), die zur Erzeugung eines Magnetfeldes einer Erfassungsspule (11) periodisch einen Anregungsstrom in einer Pulsform zuführt, eine Empfangsschaltung (50), die durch die periodische Zufuhr des Anregungsstroms an beiden Enden der Erfassungsspule (11) erzeugte Spannungen oder Ströme erfasst, und eine Steuerung (60), die unter Verwendung eines durch die Erfassung erhaltenen Zeitreihensignals ein Vorhandensein oder eine Position des Erfassungskörpers (700) erfasst. Wobei die Steuerung (60) einen Faktor erlangt, der die Erfassung des Erfassungskörpers (700) in einem ersten Zeitraum des Zeitreihensignals beeinflusst. Wobei die Steuerung (60) ein Signal in einem zweiten Zeitraum des Zeitreihensignals mittels des Faktors kompensiert. Wobei die Steuerung (60) das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers (700) auf der Basis eines Signals nach der Kompensation erfasst.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Annäherungssensor und ein Erfassungsverfahren, das in einem Annäherungssensor durchgeführt wird, und insbesondere einen induktiven Annäherungssensor und ein Erfassungsverfahren, das in einem induktiven Annäherungssensor durchgeführt wird.
Stand der Technik
Ein Annäherungssensor (induktiver Annäherungssensor), der das Vorhandensein oder die Position eines Erfassungskörpers, der aus einem Metall gefertigt ist, unter Verwendung eines Magnetfeldes erfasst, ist bekannt.
Das Patentdokument 1 offenbart einen Annäherungssensor, der eine Erfassungsspule, die ein Magnetfeld erzeugt, eine Anregungsschaltung, der der Erfassungsspule periodisch einen Anregungsstrom in einer Pulsform zuführt, eine Erfassungsschaltung, der das Vorhandensein oder die Position eines aus einem Metall gefertigten Erfassungskörpers auf der Basis von Spannungen erfasst, die an beiden Enden der Erfassungsspule nach Sperren der Zufuhr des Anregungsstroms zu der Erfassungsspule erzeugt werden, und eine Steuerschaltung einschließt. Die Steuerschaltung steuert die Anregungsschaltung, so dass ein Anregungsstrom-Zufuhrzeitraum gleich ist zu einem oder größer ist als ein Anregungsstrom-Sperrzeitraum.
Auf diese Weise ist es möglich, eine Variation in einem Erfassungsabstand aufgrund einer Dicke des Erfassungskörpers zu unterdrücken, in einem Fall, in welchem ein Material des Erfassungskörpers ein nichtmagnetisches Metall ist, stellvertretende Beispiele dafür schließen Aluminium ein. Auch ist es möglich, eine Variation des Erfassungsabstands des Annäherungssensors zu unterdrücken, falls die Dicke sowohl in einem Fall, in welchem das Material des Erfassungskörpers Eisen ist, als auch in einem Fall, in welchem das Material des Erfassungskörpers Aluminium ist, die gleiche ist (siehe „Abstrakt“).
Patentdokumente

[Patentdokument 1] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung ( JP-A) Nr. 2009-59528
[Patentdokument 2] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung ( JP-A) Nr. 8-86773

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der in Patentdokument 1 beschriebene Annäherungssensor kann die Variation im Erfassungsabstand aufgrund der Dicke und des Materials des Erfassungskörpers reduzieren. Gemäß einem solchen Annäherungssensor, sind Fälle vorhanden, in welchen sich Erfassungsspuleneigenschaften (eine Induktivitätskomponente und eine Widerstandskomponente) aufgrund eines externen Magnetfeldes, einer Temperatur und Ähnlichem ändern oder der Erfassungsabstand aufgrund eines Auftretens von elektromagnetischem Rauschen und Ähnlichem variiert.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Umstände gemacht, und eine Aufgabe davon besteht darin, einen induktiven Annäherungssensor und ein in einem induktiven Annäherungssensor ausgeführtes Verfahren bereitzustellen, die geeignet sind, den Einfluss einer Änderung der Spuleneigenschaften und/oder den Einfluss von Störrauschen zu reduzieren.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfasst ein Annäherungssensor das Vorhandensein oder die Position eines Erfassungskörpers, bzw. eines zu erfassenden Körpers, unter Verwendung eines Magnetfeldes. Der Annäherungssensor schließt ein: eine Erfassungsspule, die ein Magnetfeld erzeugt; eine Übertragungsschaltung, die der Erfassungsspule periodisch einen Anregungsstrom in einer Pulsform zuführt; eine Empfangsschaltung, die Spannungen oder Ströme erfasst, die an beiden Enden der Erfassungsspule durch die periodische Zufuhr des Anregungsstromes erzeugt werden; und eine Steuerung, die das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers unter Verwendung eines Zeitreihensignals erfasst, das durch die Erfassung erhalten wurde. Die Steuerung erlangt einen ersten Faktor, der die Erfassung des Erfassungskörpers in einem ersten Zeitraum des Zeitreihensignals beeinflusst. Die Steuerung kompensiert ein Signal in einem zweiten Zeitraum des Zeitreihensignals mittels des ersten Faktors. Die Steuerung erfasst das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers auf der Basis eines Signals nach der Kompensation.
Bevorzugt erlangt die Steuerung einen zweiten Faktor, der die Erfassung des Erfassungskörpers in einem dritten Zeitraum des Zeitreihensignals beeinflusst. Die Steuerung kompensiert das Signal in dem zweiten Zeitraum des Zeitreihensignals mittels des ersten Faktors und des zweiten Faktors.
Bevorzugt sind der erste Zeitraum und der dritte Zeitraum in einem Zeitraum eingeschlossen, während welchem der Anregungsstrom zugeführt wird. Der zweite Zeitraum ist in einem Zeitraum eingeschlossen, während welchem die Zufuhr des Anregungsstroms gesperrt ist
Bevorzugt sind der erste Zeitraum, der zweite Zeitraum und der dritte Zeitraum in einem Zeitraum eingeschlossen, während welchem der Anregungsstrom zugeführt wird.
Bevorzugt sind der erste Zeitraum, der zweite Zeitraum und der dritte Zeitraum in einem Zeitraum eingeschlossen, während welchem die Zufuhr des Anregungsstroms gesperrt ist.
Bevorzugt ist irgendeiner von dem ersten Faktor und dem zweiten Faktor ein Signal, das aus einer Änderung der Induktivität der Erfassungsspule resultiert, und der andere ist ein Signal, das aus einer Änderung des Widerstands der Erfassungsspule resultiert.
Bevorzugt ist das Signal in dem zweiten Zeitraum ein Signal, das aus dem Erfassungskörper resultiert. Die Steuerung führt die Kompensation durch Subtrahieren des aus der Änderung der Induktivität der Erfassungsspule resultierenden Signals und des aus der Änderung des Widerstands der Erfassungsspule resultierenden Signals von dem aus dem Erfassungskörper resultierenden Signal durch.
Bevorzugt ist der erste Faktor ein Signal, das aus einer Änderung der Induktivität der Erfassungsspule resultiert, oder ein Signal, das aus einer Änderung des Widerstands der Erfassungsspule resultiert.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Erfassungsverfahren in einem Annäherungssensor ausgeführt, der das Vorhandensein oder die Position eines Erfassungskörpers, bzw. eines zu erfassenden Körpers, unter Verwendung eines Magnetfeldes erfasst. Das Erfassungsverfahren schließt ein: periodisches Zuführen eines Anregungsstromes in einer Pulsform zu einer Erfassungsspule, um ein Magnetfeld zu erzeugen; Erfassen von Spannungen oder Strömen, die an beiden Enden der Erfassungsspule durch die periodische Zufuhr des Anregungsstromes erzeugt werden; Erlangen eines ersten Faktors, der die Erfassung des Erfassungskörpers in einem ersten Zeitraum eines Zeitreihensignals beeinflusst, das durch die Erfassung erhalten wurde; Kompensieren eines Signals in einem zweiten Zeitraum des Zeitreihensignals mittels des ersten Faktors; und Erfassen des Vorhandenseins oder der Position des Erfassungskörpers auf der Basis eines Signals nach der Kompensation.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Einfluss einer Änderung der Spuleneigenschaften und/oder den Einfluss von Störrauschen zu reduzieren.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm zur Erklärung eines Überblicks über eine Verarbeitung, die durch eine Steuerung eines solchen Annäherungssensors ausgeführt wird.
2 ist ein Diagramm zur Erklärung eines Überblicks über eine weitere Verarbeitung, die durch die Steuerung des Annäherungssensors ausgeführt wird.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Annäherungssensors gemäß der Ausführungsform.
4 ist eine Schnittansicht, die entlang dem Pfeil der Linie iv-iv in 3 genommen wurde.
5 ist ein Blockdiagramm zur Erklärung einer schematischen Konfiguration des Annäherungssensors.
6 ist ein Zeitdiagramm eines Signals, das durch den Annäherungssensor erzeugt oder empfangen wird.
7 ist eine vergrößerte Ansicht von Hauptteilen eines Spannungssignals, das eine Erfassungsspulenspannung darstellt, die in 6 von einer Zeit T0 bis zu einer Zeit T1 gezeigt ist.
8 ist eine vergrößerte Ansicht von Hauptteilen des Spannungssignals, das die Erfassungsspulenspannung darstellt, die in 6 von der Zeit T1 bis zu einer Zeit T2 gezeigt ist.
9 ist ein Diagramm zur Erklärung der Bedeutungen mehrerer Zeiträume, die in einem Zyklus des Spannungssignals eingeschlossen sind, das die Erfassungsspulenspannung darstellt.
10 ist ein Diagramm, das ein Signalerlangungstiming in einem Anregungszeitraum und einem Sperrzeitraum zeigt.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf der Verarbeitung zeigt, die durch den Annäherungssensor ausgeführt wird.
12 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der Erfassungsspulenspannung in einem Zeitraum Tx in einem Fall zeigt, in welchem kein Erfassungskörper vorhanden ist.
13 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der Erfassungsspulenspannung in dem Zeitraum Tx in einem Fall zeigt, in welchem ein Erfassungskörper vorhanden ist.
14 ist ein Diagramm, das eine Änderungsrate zeigt, die durch Normalisieren eines Erfassungskörper-Erfassungssignals erhalten wurde, unter der Annahme, dass keine Änderung der Spuleninduktivität vorhanden ist, in einem Fall, in welchem ein Erfassungskörper vorhanden ist.
15 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der Erfassungsspulenspannung zu und nach einer Zeit Ta in einem Fall zeigt, in welchem kein Erfassungskörper vorhanden ist.
16 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der Erfassungsspulenspannung zu und nach der Zeit Ta in einem Fall zeigt, in welchem ein Erfassungskörper vorhanden ist.
17 ist ein Diagramm, das eine Änderungsrate zeigt, die durch Normalisieren des Erfassungskörper-Erfassungssignals erhalten wurde, unter der Annahme, dass keine Änderung des Spulenwiderstands vorhanden ist, in einem Fall, in welchem ein Erfassungskörper vorhanden ist.
18 ist ein Diagramm zur Erklärung der Verarbeitung wenn eine Änderung der Induktivität der Erfassungsspule kompensiert wird.
19 ist ein Diagramm zur Erklärung der Verarbeitung wenn eine Änderung des Widerstands der Erfassungsspule kompensiert wird.
20 ist ein Diagramm zur Erklärung der Verarbeitung wenn eine Änderung der Induktivität der Erfassungsspule und eine Änderung des Widerstands kompensiert werden.
21 ist ein Diagramm, das eine Rauschen-Entfernungsschaltung zum Entfernen von hochfrequentem Rauschen zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Komponenten vergeben. Die Namen und die Funktionen davon sind ebenfalls die gleichen. Daher wird eine detaillierte Beschreibung davon nicht wiederholt.
<Überblick über die Verarbeitung>
Ein Annäherungssensor gemäß der Ausführungsform ist ein induktiver Annäherungssensor, der das Vorhandensein oder die Position eines Erfassungskörpers, der aus einem Metall gefertigt ist, unter Verwendung eines Magnetfelds erfasst. Wenn auch Details später beschrieben werden, kompensiert der Annäherungssensor gemäß der Ausführungsform ein Signal zur Erfassung unter Verwendung eines Signals in einem Abschnitt, das im Stand der Technik nicht zum Erfassen des Erfassungskörpers verwendet wurde.
Der Annäherungssensor schließt zumindest eine Erfassungsspule, eine Übertragungsschaltung, eine Empfangsschaltung und eine Steuerung ein. Die Übertragungsschaltung führt der Erfassungsspule periodisch einen Anregungsstrom in einer Pulsform zu. Im Besonderen wiederholt die Übertragungsschaltung Zufuhr und Sperren des Anregungsstromes. Auf diese Weise erzeugt die Erfassungsspule ein Magnetfeld. Die Empfangsschaltung erfasst Spannungen oder Ströme, die an beiden Enden der Spule durch die periodische Zufuhr des Anregungsstromes erzeugt werden. Die Steuerung erfasst das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers unter Verwendung eines Zeitreihensignals, das durch die Erfassung erhalten wurde.
(a1. Erstes Verarbeitungsbeispiel)
1 ist ein Diagramm zur Erklärung eines Überblicks über eine Verarbeitung, die durch die Steuerung eines solchen Annäherungssensors ausgeführt wird. Bezugnehmend auf 1 erlangt die Steuerung durch die Erfassungsverarbeitung der Empfangsschaltung ein digitalisiertes periodisches Zeitreihensignal. Ein Zyklus ΔT schließt einen Anregungszeitraum, während dem der Anregungsstrom zugeführt wird, und einen Sperrzeitraum, während dem die Zufuhr des Anregungsstroms gesperrt ist, ein.
Der Anregungszeitraum schließt ein Zeitreihensignal D2 ein, das zur Erfassung des Erfassungskörpers verwendet werden kann. Der Anregungszeitraum schließt ein Zeitreihensignal D1 als ein Signal in einem vorhergehenden Stadium (bzw. einer Vorphase) des Zeitreihensignals D2 ein. Weiterhin schließt der Anregungszeitraum ein Zeitreihensignal D3 als ein Signal in einem späteren Stadium (bzw. einer Nachphase) des Zeitreihensignals D2 ein.
Der Sperrzeitraum schließt ebenfalls ein Zeitreihensignal D5 ein, das zur Erfassung des Erfassungskörpers verwendet werden kann. Der Sperrzeitraum schließt ein Zeitreihensignal D4 als ein Signal in einem vorhergehenden Stadium des Zeitreihensignals D5 ein. Weiterhin schließt der Sperrzeitraum ein Zeitreihensignal D6 als ein Signal in einem späteren Stadium des Zeitreihensignals D5 ein.
Die Steuerung erlangt einen Faktor, der die Erfassung des Erfassungskörpers beeinflusst, von dem Zeitreihensignal D1 und/oder dem Zeitreihensignal D3 in dem Anregungszeitraum. In einem typischen Beispiel erlangt die Steuerung ein Signal VLe, das aus einer Änderung der Induktivität der Erfassungsspule resultiert, von dem Zeitreihensignal D1. Die Steuerung erlangt ein Signal VRe, das aus einer Änderung des Widerstands der Erfassungsspule resultiert, von dem Zeitreihensignal D3.
Die Steuerung erlangt ein Signal VLs, das aus dem Erfassungskörper resultiert, von dem Zeitreihensignal D5 in dem Sperrzeitraum. Das Signal VLs, das aus dem Erfassungskörper resultiert, kann das Zeitreihensignal D5 selbst sein oder ein Teil des Zeitreihensignals D5. Weiterhin kann das Signal VLs, das aus dem Erfassungskörper resultiert, durch Durchführen einer Datenverarbeitung, wie zum Beispiel einer Integrationsverarbeitung, des Zeitreihensignals D5 erhalten werden.
Die Steuerung kompensiert das Signal VLs, das aus dem Erfassungskörper resultiert, unter Verwendung des erlangten Faktors. Typischerweise kompensiert die Steuerung das Signal VLs, das aus dem Erfassungskörper resultiert, durch Verwenden mindestens eines von dem Signal VLe, das aus der Änderung der Induktivität resultiert, und dem Signal VRe, das aus der Änderung des Widerstands der Erfassungsspule resultiert.
Im Besonderen wird die Kompensation des Signals VLs, das aus dem Erfassungskörper resultiert, mittels Subtrahieren des Signals VLe, das aus der Änderung der Induktivität resultiert, und/oder des Signals VRe, das aus der Änderung des Widerstands der Erfassungsspule resultiert, von dem Signals VLs, das aus dem Erfassungskörper resultiert, durchgeführt.
Die Steuerung erfasst das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers durch Verwenden des Signals VLs nach der Kompensation. Daher kann der Annäherungssensor mit einer solchen Konfiguration den Einfluss von Änderungen von Spuleneigenschaften (einer Induktivitätskomponente, einer Widerstandskomponente) reduzieren.
(a2. Zweites Verarbeitungsbeispiel)
2 ist ein Diagramm zur Erklärung eines Überblicks über eine weitere Verarbeitung, die durch die Steuerung des Annäherungssensors ausgeführt wird. Bezugnehmend auf 2 erlangt die Steuerung 60 einen Faktor, der die Erfassung des Erfassungskörpers beeinflusst, von dem Zeitreihensignal D1 und/oder dem Zeitreihensignal D3 in dem Anregungszeitraum. Typischerweise erlangt die Steuerung 60 das Signal VLe, das aus einer Änderung der Induktivität der Erfassungsspule resultiert, von dem Zeitreihensignal D1. Die Steuerung erlangt das Signal VRe, das aus der Änderung des Widerstands der Erfassungsspule resultiert, von dem Zeitreihensignal D3.
Die Steuerung 60 erlangt das Signal VLs, das aus dem Erfassungskörper resultiert, von dem Zeitreihensignal D2 in dem Anregungszeitraum. Auf diese Weise ist diese Konfiguration unterschiedlich von der Konfiguration in welcher das Signal VLs von dem Zeitreihensignal D5 in dem Sperrzeitraum erlangt wird, wie in 1 gezeigt, dadurch dass das Signal VLs von dem Zeitreihensignal D2 in dem Anregungszeitraum erlangt wird.
Die Steuerung 60 kompensiert das in dem Anregungszeitraum erlangte Signal VLs durch Verwenden des in dem Anregungszeitraum erlangten Faktors. Typischerweise kompensiert die Steuerung 60 das Signal VLs, das aus dem Erfassungskörper resultiert, durch Verwenden mindestens eines von dem Signal VLe, das aus der Änderung der Induktivität resultiert, und dem Signal VRe, das aus der Änderung des Widerstands der Erfassungsspule resultiert, auf die gleiche Weise wie in dem in 1 gezeigten Fall.
Der Annäherungssensor mit einer solchen Konfiguration kann ebenfalls den Einfluss von Änderungen der Spuleneigenschaften (der Induktivitätskomponente und der Widerstandskomponente) reduzieren.
Auch wenn die in 2 gezeigte Verarbeitung eine Konfiguration aufweist, die sich auf den Anregungszeitraum konzentriert, kann das Signal VLs, das aus dem Erfassungskörper resultiert, durch Verwenden der Zeitreihensignale D4 bis D6 in dem Sperrzeitraum kompensiert werden. Das heißt, die Steuerung 60 kann das in dem Sperrzeitraum erlangte Signal VLs unter Verwendung des zuvor erwähnten in dem Sperrzeitraum erlangten Faktors kompensieren und das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers unter Verwendung des Signals VLs nach der Kompensation erfassen.
Nachstehend wird eine Struktur des Annäherungssensors mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben und Details der durch den Annäherungssensor ausgeführten Verarbeitung werden entsprechend bezugnehmend auf die Zeichnungen beschrieben.
Nachstehend - zur Vereinfachung der Beschreibung - wird auf das Signal VLs, das aus dem Erfassungskörper resultiert, auch als ein „Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs“ Bezug genommen, auf das Signal VLe, das aus einer Änderung der Induktivität resultiert, wird als ein „Spuleninduktivität-Erfassungssignal VLe“ Bezug genommen und auf das Signal VRe, das aus einer Änderung des Widerstands der Erfassungsspule 11 resultiert, wird als ein „Spulenwiderstand-Erfassungssignal VRe“ Bezug genommen.
<Sensorstruktur>
3 ist eine perspektivische Ansicht des Annäherungssensors 1 gemäß der Ausführungsform. Bezugnehmend auf 3 schließt der Annäherungssensor 1 einen Hauptkörper 5, eine Zuführungsleitung 6, die mit dem Hauptkörper 5 verbunden ist, Muttern 7 und 8, und eine Unterlegscheibe 9, die zwischen den Muttern 7 und 8 angeordnet ist, ein.
Der Hauptkörper 5 weist eine kreisförmige Erfassungsoberfläche 5a und einen röhrenförmigen Gehäusekörper 5b auf. Gewinderillen für die Muttern 7 und 8 sind in der Oberfläche des Gehäusekörpers 5b gebildet. Die Erfassungsoberfläche 5a ist Teil einer Kappe, die an den Gehäusekörper 5b angepasst ist.
Die Muttern 7 und 8 und die Unterlegscheibe 9 werden verwendet, um den Annäherungssensor 1 an einem Trägerteil einer Vorrichtung oder Ähnlichem befestigen. Zum Beispiel kann der Hauptkörper 5 an dem Trägerteil durch Einklemmen eines Teils eines Befestigungsmittels (beispielsweise ein L-förmiges Mittel) zwischen den Muttern 7 und 8 befestigt werden.
4 ist eine Schnittansicht, die entlang dem Pfeil der Linie iv-iv in 3 genommen wurde. Bezugnehmend auf 4 weist der Hauptkörper 5 eine Erfassungsspule 11, einen Ferritkern 15, eine elektronischen Schaltung 17 (Hybrid-IC) mit auf einem Substrat angeordneten Elementen und ein Betriebsanzeigelicht, welches in der Zeichnung nicht gezeigt ist, auf. Der Hauptkörper 5 ist mit Kunstharz gefüllt.
Die Erfassungsspule 11 ist eine ringförmige Spule. Die Mitte der Erfassungsspule 11 ist auf einer Mittelachse M des Hauptkörpers 5 positioniert. Die Erfassungsspule 11 ist mit der elektronischen Schaltung 17 elektrisch verbunden. Der elektronischen Schaltung 17 wird Elektrizität über eine Zuführungsleitung 6 zugeführt und die elektronische Schaltung 17 ist mit einer externen elektronischen Vorrichtung elektrisch verbunden.
Falls ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugt wird, indem veranlasst wird, dass ein Anregungsstrom durch die Erfassungsspule 11 fließt, fließt ein Wirbelstrom (induktiver Strom) durch einen Erfassungskörper 700. Induktive Spannungen bzw. Induktionsspannungen (transiente Signale bzw. Kurzzeitsignale) werden an beiden Enden der Erfassungsspule 11 durch den Wirbelstrom erzeugt. Der Annäherungssensor 1 erfasst diese induktiven Spannungen. Auf dies Weise erfasst der Annäherungssensor 1 das Vorhandensein des Erfassungskörpers 700. Der Annäherungssensor 1 ist nicht hierauf beschränkt und kann eine andere Konfiguration zur Erfassung der Position des Erfassungskörpers 700 aufweisen.
5 ist ein Blockdiagramm zur Erklärung einer schematischen Konfiguration des Annäherungssensors 1. Bezugnehmend auf 5 schließt der Annäherungssensor 1 ein Erfassungsgerät 30, eine Übertragungsschaltung 40, eine Empfangsschaltung 50, eine Steuerung 60 und ein Ausgabeteil 70 ein. Die Übertragungsschaltung 40, die Empfangsschaltung 50, die Steuerung 60 und das Ausgabeteil 70 sind als die elektronische Schaltung 17 realisiert.
Das Erfassungsgerät 30 schließt eine Spule 11 und einen Entladungswiderstand 12 ein. Die Steuerung 60 weist eine Steuerschaltung 61 und eine Berechnungsschaltung 62 auf. Das Ausgabeteil 70 schließt eine Ausgabeschaltung 71 ein. Die Übertragungsschaltung 40 schießt eine Anregungsschaltung 41 ein. Die Empfangsschaltung 50 schließt eine Filterschaltung 51, eine Verstärkungsschaltung 52 und eine Analog/Digital (A/D)-Wandlerschaltung 53 ein.
Die Steuerung 60 steuert allgemeine Funktionen des Annäherungssensors 1. Die Steuerschaltung 61 der Steuerung 60 überträgt ein Anregungssteuersignal zum Steuern eines Timings (bzw. einer Zeitsteuerung) der Anregung an die Anregungsschaltung 40.
Die Anregungsschaltung 41, die als die Übertragungsschaltung 40 dient, erzeugt einen Anregungsstrom in einer Pulsform auf der Basis des Anregungssteuersignals und gibt den Anregungsstrom an das Erfassungsgerät 30 aus.
Die Empfangsschaltung 50 erfasst eine Spannung oder einen Strom, die bzw. der durch das Erfassungsgerät 30 durch die Zufuhr und das Sperren des Anregungsstroms erzeugt wird. Im Besondern erfasst die Empfangsschaltung 50 Spannungen (Spannungssignale), die an beiden Enden der Erfassungsspule 11 erzeugt werden. Die Empfangsschaltung 50 gibt das Erfassungsresultat an die Steuerung 60 aus. Die Empfangsschaltung 50 wird im Folgenden detailliert beschrieben.
Ein Analogsignal, das das Erfassungsresultat der Erfassungsspule 11 darstellt, wird in die Filterschaltung 51 eingegeben. Die Filterschaltung 51 führt eine vorbestimmte Filterverarbeitung an dem eingegebenen Analogsignal durch, um Rauschen zu entfernen.
Die Verstärkungsschaltung 52 verstärkt das Analogsignal, an welchem die Filterverarbeitung durchgeführt wurde, und gibt ein Analogsignal nach der Verstärkung an die A/D-Wandlerschaltung 53 aus.
Die A/D-Wandlerschaltung 53 wandelt das Analogsignal, das durch die Verstärkungsschaltung 52 verstärkt wurde, in ein Digitalsignal um. Die A/D-Wandlerschaltung 53 gibt das Digitalsignal an die Berechnungsschaltung 62 aus.
Die Berechnungsschaltung 62 der Steuerung 60 führt eine Berechnung, welche später beschrieben wird, an einem von der Empfangsschaltung 50 ausgegeben Signal durch und gibt ein Berechnungsresultat (Signal) an das Ausgabeteil 70 aus.
Das Ausgabeteil 70 überträgt das von der Steuerung 60 gesendete Signal (Erfassungssignal) an eine elektronische Vorrichtung als ein Ausgangspunkt des Annäherungssensors 1 über die Zuführungsleitung 6.
Wie oben beschrieben erfasst der Annäherungssensor 1 das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers 700 unter Verwendung eines Magnetfeldes. Der Annäherungssensor 1 weist eine Konfiguration auf, die einschließt: (i) die Erfassungsspule 11, die ein Magnetfeld erzeugt, (ii) die Übertragungsschaltung 40, die der Erfassungsspule 11 periodisch einen Anregungsstrom in einer Pulsform zuführt, (iii) die Empfangsschaltung 50, die Spannungen oder Ströme erfasst, die an beiden Enden der Erfassungsspule 11 durch die periodische Zufuhr des Anregungsstromes erzeugt werden, und (iv) die Steuerung 60, die das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers 700 unter Verwendung eines Zeitreihensignals erfasst, das durch die Erfassung erhalten wurde.
Der Annäherungssensor 1 kann mehrere Spulen in dem Erfassungsgerät 30 einschließen. Beispielsweise sei ein Fall genannt, in welchem die Erfassungsspule 11 eine Übertragungsspule und eine Empfangsspule einschließt. Auch wenn die Steuerung normalerweise die Filterverarbeitung basierend auf einem in dem Anregungszeitraum erhaltenen Filterkoeffizienten ausführt, kann die Empfangsschaltung 50 die von der Steuerung 60 ausgeführte Filterverarbeitung durchführen, durch Weitergeben des Filterkoeffizienten von der Berechnungsschaltung 62 an die Empfangsschaltung 50 und Ändern des Filterkoeffizienten der Empfangsschaltung 50.
<Datenverarbeitung>
Nachstehend wird ein Fall, in welchem die erste Verarbeitung hauptsächlich unter dem zuvor erwähnten ersten Verarbeitungsbeispiel (1) und zweiten Verarbeitungsbeispiel (2) durchgeführt wird, beispielhaft dargestellt und beschrieben.
(C1. Zeitdiagramm)
6 ist ein Zeitdiagramm eines Signals, das durch den Annäherungssensor 1 erzeugt oder empfangen wird. Bezugnehmend auf 6, falls ein Anregungssteuersignal, das von der Steuerschaltung 61 an die Anregungsschaltung 41 gesendet wird, zu einer Zeit T0 ansteigt, wie in einem Graphen (i) gezeigt, führt die Anregungsschaltung 41 einen Strom zu. Dann steigt ein Strom mit einer vorbestimmten Zeitkonstante in der Erfassungsspule 11 an, wie in einem Graphen (ii) gezeigt, und eine induktive Spannung, die zur Zeit des Startes der Anregung erzeugt wird, pendelt sich mit einer vorbestimmten Zeitkonstante ein, wie in einem Graphen (iii) gezeigt.
Falls der Anregungsstrom zu einer Zeit T1, die ΔTe Stunden später eintritt als die Zeit T0, gesperrt wird, wie in dem Graphen (i) gezeigt, fällt der Strom mit einer vorbestimmten Zeitkonstante, wie in dem Graphen (ii) gezeigt, und die induktive Spannung, die in der Richtung entgegen derjenigen erzeugt wird, wenn die Anregung gestartet wird, pendelt sich mit einer vorbestimmten Zeitkonstante ein, wie in dem Graphen (iii) gezeigt.
Der Vorgang von der Zeit T0 bis zu einer Zeit T2 wird wiederholt, sogar zu und nach der Zeit T2, die einen Zyklus ΔT später eintritt als die Zeit T0.
(C2. Verfahren zur Festlegung einer Spulensignal-Erlangungszeit)
7 ist eine vergrößerte Ansicht von Hauptteilen des Spannungssignals (Graph (iii)), das die Erfassungsspulenspannung darstellt, die in 6 von der Zeit T0 bis zu der Zeit T1 gezeigt ist. 8 ist eine vergrößerte Ansicht von Hauptteilen des Spannungssignals, das die Erfassungsspulenspannung darstellt, die in 6 von der Zeit T1 bis zu der Zeit T2 gezeigt ist. 9 ist ein Diagramm zur Erklärung der Bedeutungen mehrerer Zeiträume, die in einem Zyklus des Spannungssignals eingeschlossen sind, das die Erfassungsspulenspannung darstellt.
Die induktive Spannung, die in der Erfassungsspule 11 unmittelbar nach dem Start der Zufuhr des Anregungsstroms oder unmittelbar nach dem Sperren der Anregung erzeugt wird, nimmt aufgrund des Entladungswiderstandes 12, der parallel zu der Erfassungsspule 11 verbunden ist, steil ab. In einem Fall, in welchem der Erfassungskörper 700 den Annäherungssensor 1 genähert hat, wird die induktive Spannung in der Erfassungsspule 11 weiterhin erzeugt, aufgrund des Einflusses eines Wirbelstroms, der in dem Erfassungskörper 700 erzeugt wird wenn die Anregung des Anregungsstromes gestartet wird oder der Anregungsstroms gesperrt wird.
Ein Widerstandswert des Entladungswiderstandes 12 ist so eingestellt, dass die Zeitkonstante der durch den Erfassungskörper 700 erzeugten induktiven Spannung größer wird als die Zeitkonstante der Schaltung, die die Erfassungsspule 11 und den Entladungswiderstand 12 einschließt. Daher ist die induktive Spannung der Erfassungsspule 11 selbst dominant als die Erfassungsspulenspannung bis zu einer spezifischen Zeit nach dem Start der Anregung des Anregungsstromes oder nach dem Sperren des Anregungsstromes, und die induktive Spannung aufgrund des Wirbelstromes ist dominant zu und nach der Zeit.
Bezugnehmend auf 7 und 8, stellt der durch die gepunktete Linie dargestellte Graph die Erfassungsspulenspannung dar. Der durch die gestrichelte Linie dargestellte Graph stellt die induktive Spannung der Erfassungsspule selbst dar. Der durch die durchgezogene Linie dargestellte Graph stellt die induktive Spannung des Erfassungskörpers dar. Die Erfassungsspulenspannung wird als eine Summe der induktiven Spannung der Erfassungsspule selbst und der induktiven Spannung des Erfassungskörpers dargestellt. Die schraffierten Bereiche in den Zeichnungen sind Integrationsdaten der induktiven Spannung des Erfassungskörpers 700.
Bezugnehmend auf 9, ist die induktive Spannung der Erfassungsspule 11 dominant als die Erfassungsspulenspannung in dem Zeitraum Tx (von der Zeit T0 bis zu einer Zeit Ta) von dem Start der Anregung des Anregungsstromes bis zu einer spezifischen Zeit. In dem nachfolgenden Zeitraum Ty (von der Zeit Ta bis zu einer Zeit Tb) ist die induktive Spannung aufgrund des Wirbelstromes dominant. Die induktive Spannung der Erfassungsspule 11 selbst ist dominant als die Erfassungsspulenspannung in einem Zeitraum Tx' (von der Zeit T1 bis zu einer Zeit Tc) von dem Sperren des Anregungsstromes bis zu einer spezifischen Zeit. In dem nachfolgenden Zeitraum Ty' (von der Zeit Tc bis zu einer Zeit Td), ist die induktive Spannung aufgrund des Wirbelstromes dominant.
Falls sich die Induktivität der Erfassungsspule aufgrund eines Gleich-(bzw. direkten, bzw. gerichteten, bzw. konstanten) Magnetfeldes und Ähnlichem ändert, ändert sich die Zeitkonstante des Erfassungsgerätes. Daher kann die Berechnungsschaltung 62 die Änderung der Induktivität durch Verwenden einer Änderung der Spannung in den Zeiträumen Tx und Tx' (von der Zeit T0 bis zu der Zeit Ta und von der Zeit T1 bis zu der Zeit Tc), während welcher die induktive Spannung der Erfassungsspule selbst dominant ist, erlangen.
In einem Zeitraum Tz (von der Zeit Tb bis zu der Zeit T1), während welchem sich die induktive Spannung der Erfassungsspule 11 und des Erfassungskörpers 700 während der Anregung einpendeln, weist die in der Erfassungsspule 11 erzeugte Spannung eine Größe auf, die von einem Gleichstromwiderstandswert der Erfassungsspule 11 und dem Anregungsstrom abhängig ist. Daher kann die Berechnungsschaltung 62 eine Änderung des Widerstandswertes der Erfassungsspule 11 aufgrund einer Variation der Temperatur oder Ähnlichem durch Verwenden der Spannung in dem Zeitraum Tz (von der Zeit Tb bis zu der Zeit T1) erlangen.
Daher ist es vorteilhaft, das Signal, das eine Änderung der Induktivität darstellt, durch Verwenden eines Teils der Erfassungsspulenspannung in dem Zeitraum Tz (oder dem Zeitraum Tx') zu erlangen. Unterdessen ist es vorteilhaft, das Signal, das eine Änderung des Widerstands darstellt, durch Verwenden eines Teils der Erfassungsspulenspannung in dem Zeitraum Tz zu erlangen.
(C3. Verfahren zum Erlangen einer Änderung der Spuleneigenschaften)
10 ist ein Diagramm, das ein Signalerlangungstiming in einem Anregungszeitraum und einem Sperrzeitraum zeigt. Bezugnehmend auf 10, erlangt die Berechnungsschaltung 62 eine Erfassungsspulenspannung in einem Zeitraum ΔTgp1. Der Zeitraum ΔTgp1 wird durch den erlangten Faktor gezielt (bzw. ausgewählt) eingestellt. Im Fall des Erlangens der Spuleninduktivität wird es bevorzugt, die Zeit Tge nach der Anregungsstartzeit T0 einzustellen und eine Zeit Tgf vor der Zeit Ta einzustellen. Im Fall des Erlangens des Spulenwiderstands wird es bevorzugt, die Zeit Tge nach der Zeit Tb einzustellen und die Zeit Tgf vor der Sperrzeitraum-Startzeit T1 (= T0+ΔTe) einzustellen. Im Fall des Erlangens sowohl der Spuleninduktivität als auch des Spulenwiderstands wird es bevorzugt, die Zeit Tge nach der Anregungsstartzeit T0 einzustellen und die Zeit Tgf vor der Sperrzeitraum-Startzeit T1 einzustellen.
Die Berechnungsschaltung 62 erlangt mindestens eines von einem Erfassungssignal (insbesondere einem Spuleninduktivität-Erfassungssignal VLe), das durch Durchführen einer vorbestimmten Verarbeitung an dem Signal in dem in 9 gezeigten Zeitraum Tx (von der Zeit T0 bis zu der Zeit Ta) erhalten wird, und einem Erfassungssignal (insbesondere einem Spulenwiderstand-Erfassungssignal VRe), das durch Durchführen einer vorbestimmten Verarbeitung an dem Signal in dem in 9 gezeigten Zeitraum Tz (von der Zeit Tb bis zu der Zeit T1) erhalten wird, unter den erlangten Erfassungsspulenspannungen.
Die Berechnungsschaltung 62 erlangt eine Erfassungsspulenspannung in einem Zeitraum ΔTgp2. Der Zeitraum ΔTgp2 ist ein Zeitraum von einer Zeit Tgs, die nach der Sperrstartzeit T1 (= T0+ΔTe) eintritt, bis zu einer Zeit Tgu, die vor der Anregungszeitraum-Startzeit T2 eintritt. Als Zeitraum ΔTgp2 wird bevorzugt eine Zeit ausgewählt, während welcher der Einfluss des Erfassungskörpers effektiv in dem Signal von der Zeit Tc bis zu der Zeit Td erlangt werden kann.
Die Berechnungsschaltung 62 erlangt ein Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs aus den erlangten Erfassungsspulenspannungen. Im Besonderen erlangt die Berechnungsschaltung 62 das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs durch Verwenden der Erfassungsspulenspannung in dem in 9 gezeigten Zeitraum Ty' (von der Zeit Tc bis zu der Zeit Td).
Die Berechnungsschaltung 62 kompensiert das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs unter Verwendung mindestens eines von dem Spuleninduktivität-Erfassungssignal VLe und dem Spulenwiderstand-Erfassungssignal VRe. Auf diese Weise kann die Berechnungsschaltung 62 ein Erfassungskörper-Bestimmungssignal erlangen, das nicht durch eine Änderung der Spuleneigenschaften beeinflusst wird.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf der Verarbeitung zeigt, die durch den Annäherungssensor 1 ausgeführt wird. Bezugnehmend auf 11 startet die Anregungsschaltung 51 eine Pulsanregung auf der Basis eines Anregungssteuersignals von der Steuerschaltung 61 in Schritt S1. In Schritt S2 erlangt die Berechnungsschaltung 62 ein Signal (Erfassungsspulenspannung) in dem Zeitraum ΔTgp1 (siehe 10).
In Schritt S3 sperrt die Anregungsschaltung 41 die Pulsanregung nach Verstreichen einer Zeit ΔTe von der Pulsanregung. In Schritt S4 erlangt die Berechnungsschaltung 62 ein Signal (Erfassungsspulenspannung) in einem Zeitraum ΔTgp2 (siehe 10).
In Schritt S5 kompensiert die Berechnungsschaltung 62 das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs unter Verwendung mindestens eines von dem Spuleninduktivität-Erfassungssigna VLe und dem Spulenwiderstand-Erfassungssignal VRe. Die Berechnungsschaltung 62 speichert das Signal VLs zeitweise nach der Kompensation.
In Schritt S6 wird bestimmt, ob oder ob nicht die Anzahl der Zeiten der Pulsanregung N oder größer erreicht hat (N ist eine im Voraus eingestellte natürliche Zahl). In einem Fall, in welchem bestimmt wird, dass die Anzahl der Zeiten kleiner als N ist (Nein in Schritt S6), springt die Verarbeitung zu Schritt S1 zurück. In einem Fall, in welchem bestimmt wird, dass die Anzahl der Zeiten gleich oder größer als N ist (Ja in Schritt S6), werden N Signale VLs nach der Kompensation in Schritt S7 gemittelt.
In Schritt S8 vergleicht die Berechnungsschaltung 62 das gemittelte Signal VLs nach der Kompensation mit einem voreingestellten Schwellwert. In Schritt S9 bestimmt die Berechnungsschaltung 62 das Vorhandensein des Erfassungskörpers 700 auf der Basis des Vergleichsresultats und veranlasst das Ausgabeteil 70 das Resultat auszugeben.
In dem Fall einer Konfiguration, in welcher die Berechnungsschaltung 62 die Position des Erfassungskörpers 700 bestimmt und nicht das Vorhandensein des Erfassungskörpers 700 bestimmt, wandelt die Berechnungsschaltung 62 anstatt der Verarbeitung in Schritt S8 das gemittelte Signal VLs nach der Kompensation in Positionsinformationen um. Weiterhin veranlasst die Berechnungsschaltung 62 anstatt der Verarbeitung in Schritt S9 das Ausgabeteil 70 die Positionsinformationen des Erfassungskörpers 700 auszugeben.
Einfluss einer Änderung der Induktivität
In einem Fall, in welchem sich eine Änderung der Induktivität der Erfassungsspule 11 ereignet hat, tritt die Änderung der Induktivität in der Größe der Spannung auf, in dem Zeitraum Tx (von der Zeit T0 bis zu der Zeit Ta), während welchem die induktive Spannung der Erfassungsspule 11 selbst dominant ist in dem Zeitraum ΔTgp1 (siehe 10). In dem Zeitraum ΔTgp2, wird die induktive Spannung der Erfassungsspule 11 selbst klein und der Einfluss des Wirbelstroms aufgrund des Erfassungskörpers 700 tritt dominant auf. Auch wenn der Einfluss der Änderung der Induktivität der Erfassungsspule 11 selbst ebenfalls in dem Spannungssignal auftritt, das den Einfluss des Wirbelstroms aufgrund des Erfassungskörpers 700 in dem Zeitraum ΔTgp2 zu dieser Zeit darstellt, kann dies durch das in dem Zeitraum ΔTgp1 erlangte Signal kompensiert werden.
12 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der Erfassungsspulenspannung in dem Zeitraum Tx (von der Zeit T0 bis zu der Zeit Ta) in einem Fall zeigt, in welchem kein Erfassungskörper 700 vorhanden ist. 13 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der Erfassungsspulenspannung in dem Zeitraum Tx (von der Zeit T0 bis zu der Zeit Ta) in einem Fall zeigt, in welchem ein Erfassungskörper 700 vorhanden ist.
Bezugnehmend auf 12 stellt der Graph der durchgezogenen Linie eine Referenz-Erfassungsspulenspannung dar, in dem Fall, in welchem kein Erfassungskörper 700 vorhanden ist, und der Graph der gestrichelten Linie stellt eine Erfassungsspulenspannung dar, wenn eine Änderung der Induktivität vorhanden ist, in dem Fall, in welchem kein Erfassungskörper 700 vorhanden ist. Bezugnehmend auf 13 stellt der Graph der durchgezogenen Linie eine Referenz-Erfassungsspulenspannung dar, in dem Fall, in welchem ein Erfassungskörper 700 vorhanden ist, und der Graph der gestrichelten Linie stellt eine Erfassungsspulenspannung dar, wenn eine Änderung der Induktivität vorhanden ist, in dem Fall, in welchem ein Erfassungskörper 700 vorhanden ist.
Es gibt eine Korrelation zwischen dem Spuleninduktivität-Erfassungssignal VLe, das durch das Signal in dem Zeitraum Tx (von der Zeit T0 bis zu der Zeit Ta) erzeugt wird, während welchem die induktive Spannung der Erfassungsspule 11 selbst dominant ist in dem Zeitraum ΔTgp1, und dem Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs, das durch die Erfassungsspulenspannung in dem Zeitraum ΔTgp2 erzeugt wird. Daher berechnet die Berechnungsschaltung 62 den Umfang der Änderung aufgrund der Induktivität auf der Basis des Umfangs der Änderung in dem Spuleninduktivität-Erfassungssignal VLe aus dem Referenz- (das heißt in dem Fall, in welchem keine Änderung der Induktivität vorhanden ist) Spuleninduktivität-Erfassungssignal VLe, und subtrahiert den berechneten Umfang der Änderung von dem Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs. Auf diese Weise kann ein Kompensationseffekt für den Einfluss der Änderung der Induktivität erhalten werden.
14 ist ein Diagramm, das eine Änderungsrate zeigt, die durch Normalisieren des Erfassungskörper-Erfassungssignals VLs erhalten wurde, unter der Annahme, dass keine Änderung der Spuleninduktivität vorhanden ist, in dem Fall, in welchem ein Erfassungskörper 700 vorhanden ist. Bezugnehmend auf 14, in dem Fall, in welchem eine Änderung der Induktivität vorhanden ist, nähert sich die Änderungsrate 1, wenn die obige Kompensation durchgeführt wird, verglichen mit einem Fall, in welchem keine Kompensation durchgeführt wird. Das heißt, durch die obige Kompensation ist es möglich, ein Resultat zu erhalten, dass näher an dem des Falls liegt, in welchem keine Änderung der Induktivität vorhanden ist. Das heißt, es ist möglich, den Kompensationseffekt für den Einfluss der Änderung der Induktivität zu erhalten, wie oben beschrieben.
Einfluss einer Änderung des Widerstands
In einem Fall, in welchem sich eine Änderung des Widerstands der Erfassungsspule 11 ereignet hat, tritt die Änderung des Spulenwiderstands in der Größe der Spannung auf, in einem Zeitraum (von der Zeit Tb bis zu der Zeit T1), während welchem die induktive Spannung nicht erzeugt wird in dem Zeitraum ΔTgp1 (siehe 10). Auch wenn der Einfluss der Änderung des Widerstands der Erfassungsspule 11 ebenfalls in dem Spannungssignal auftritt, das den Einfluss des Wirbelstroms aufgrund des Erfassungskörpers 700 in dem Zeitraum ΔTgp2 darstellt, kann dies durch das in dem Zeitraum ΔTgp1 erlangte Signal kompensiert werden.
15 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der Erfassungsspulenspannung zu und nach einer Zeit Ta (einschließlich der Zeit Tb) in dem Fall zeigt, in welchem kein Erfassungskörper 700 vorhanden ist. 16 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Änderung der Erfassungsspulenspannung zu und nach der Zeit Ta (einschließlich der Zeit Tb) in dem Fall zeigt, in welchem ein Erfassungskörper 700 vorhanden ist.
Bezugnehmend auf 15 stellt der Graph der durchgezogenen Linie eine Referenz-Erfassungsspulenspannung dar, in dem Fall, in welchem kein Erfassungskörper 700 vorhanden ist, und der Graph der gestrichelten Linie stellt eine Erfassungsspulenspannung dar, wenn eine Änderung des Spulenwiderstands vorhanden ist, in dem Fall, in welchem kein Erfassungskörper 700 vorhanden ist. Bezugnehmend auf 16 stellt der Graph der durchgezogenen Linie eine Referenz-Erfassungsspulenspannung dar, in dem Fall, in welchem ein Erfassungskörper 700 vorhanden ist, und der Graph der gestrichelten Linie stellt eine Erfassungsspulenspannung dar, wenn eine Änderung des Spulenwiderstands vorhanden ist, in dem Fall, in welchem ein Erfassungskörper 700 vorhanden ist.
Es ist eine Korrelation vorhanden zwischen dem Spulenwiderstand-Erfassungssignal VRe, das durch das Signal erzeugt wird nachdem sich die induktive Spannung in dem Zeitraum ΔTgp1 vollständig eingeschwungen hat (zu und nach der Zeit Tb), und dem Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs, das durch das Spannungssignal in dem Zeitraum ΔTgp2 erzeugt wird. Daher berechnet die Berechnungsschaltung 62 den Umfang der Änderung aufgrund des Widerstands auf der Basis des Umfangs der Änderung in dem Spulenwiderstand-Erfassungssignal VRe aus dem Referenz- (das heißt in dem Fall, in welchem keine Änderung des Spulenwiderstands vorhanden ist) Spulenwiderstand-Erfassungssignal VRe, und subtrahiert den berechneten Umfang der Änderung von dem Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs. Auf diese Weise kann ein Kompensationseffekt für den Einfluss der Änderung des Spulenwiderstands erhalten werden.
17 ist ein Diagramm, das eine Änderungsrate zeigt, die durch Normalisieren des Erfassungskörper-Erfassungssignals VLs erhalten wurde, unter der Annahme, dass keine Änderung des Spulenwiderstands vorhanden ist, in einem Fall, in welchem ein Erfassungskörper 700 vorhanden ist. Bezugnehmend auf 17, durch Durchführen der obigen Kompensation in dem Fall, in welchem eine Änderung des Spulenwiderstands vorhanden ist, nähert sich die Änderungsrate 1, verglichen mit einem Fall, in welchem keine Kompensation durchgeführt wird.
Das heißt, durch Durchführen der obigen Kompensation ist es möglich, ein Resultat zu erhalten, dass ähnlich dem des Falls ist, in welchem keine Änderung des Spulenwiderstands vorhanden ist. Das heißt, der Kompensationseffekt für den Einfluss der Änderung des Spulenwiderstands wird erhalten, wie oben beschrieben.
(C4. Kompensationsverfahren)
Kompensation einer Änderung der Induktivität
18 ist ein Diagramm zur Erklärung der Verarbeitung wenn die Änderung der Induktivität der Erfassungsspule 11 kompensiert wird. Das heißt, 18 ist ein Diagramm zur Erklärung der Verarbeitung wenn das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs unter Verwendung des Spuleninduktivität-Erfassungssignals VLe kompensiert wird.
Bezugnehmend auf 18 wird, in einer Entwurfsphase oder einer Fertigungsphase des Annäherungssensors 1, eine Korrelationsgleichung zwischen der Änderungsrate des Spuleninduktivität-Erfassungssignals VLe und der Änderungsrate des Erfassungskörper-Erfassungssignals VLs für die Erfassungsspulenspannung (Spannungssignal) in einem Referenzzustand, in welchem sich keine Änderung der Induktivität der Erfassungsspule 11 ereignet hat, berechnet.
Die Berechnungsschaltung 62 des Annäherungssensors 1 berechnet zu der Zeit der Erfassung einen Kompensationskoeffizienten auf der Basis der Änderungsrate des Spuleninduktivität-Erfassungssignals VLe von dem Referenzsignal und der zuvor erwähnten Korrelationsgleichung, die im Voraus berechnet wurde. Die Berechnungsschaltung 62 kompensiert das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs unter Verwendung des Kompensationskoeffizienten.
(2) Kompensation einer Änderung des Spulenwiderstands
19 ist ein Diagramm zur Erklärung der Verarbeitung wenn eine Änderung des Widerstands der Erfassungsspule 11 kompensiert wird. Das heißt, 19 ist ein Diagramm zur Erklärung der Verarbeitung wenn das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs unter Verwendung des Spulenwiderstand-Erfassungssignals VRe kompensiert wird.
Bezugnehmend auf 19 wird, in der Entwurfsphase oder der Fertigungsphase des Annäherungssensors 1, eine Korrelationsgleichung zwischen der Änderungsrate des Spulenwiderstand-Erfassungssignals VRe und der Änderungsrate des Erfassungskörper-Erfassungssignals VLs für die Erfassungsspulenspannung (Spannungssignal) in dem Referenzzustand, in welchem sich keine Änderung des Widerstands der Erfassungsspule 11 ereignet hat, berechnet.
Die Berechnungsschaltung 62 des Annäherungssensors 1 berechnet zu der Zeit der Erfassung einen Kompensationskoeffizienten auf der Basis der Änderungsrate des Spulenwiderstand-Erfassungssignals VRe von dem Referenzsignal und der zuvor erwähnten Korrelationsgleichung, die im Voraus berechnet wurde. Die Berechnungsschaltung 62 kompensiert das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs unter Verwendung des Kompensationskoeffizienten.
(3) Kompensation einer Änderung der Induktivität und einer Änderung des Spulenwiderstands
20 ist ein Diagramm zur Erklärung der Verarbeitung wenn eine Änderung der Induktivität und eine Änderung des Widerstands der Erfassungsspule 11 kompensiert werden. Das heißt, 20 ist ein Diagramm zur Erklärung der Verarbeitung wenn das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs unter Verwendung des Spuleninduktivität-Erfassungssignals VLe und des Spulenwiderstand-Erfassungssignals VRe kompensiert wird.
Bezugnehmend auf 20 wird, in der Entwurfsphase oder der Fertigungsphase des Annäherungssensors 1, die Korrelationsgleichung zwischen der Änderungsrate des Spuleninduktivität-Erfassungssignals VLs und des Spulenwiderstand-Erfassungssignals VRe und der Änderungsrate des Erfassungskörper-Erfassungssignals VLs für die Erfassungsspulenspannung (Spannungssignal) in dem Referenzzustand, in welchem sich keine Änderung der Induktivität und des Widerstands der Erfassungsspule 11 ereignet hat, berechnet.
Die Berechnungsschaltung 62 des Annäherungssensors 1 berechnet zu der Zeit der Erfassung einen Kompensationskoeffizienten auf der Basis der Änderungsrate des Spuleninduktivität-Erfassungssignals VLe von dem Referenzsignal, der Änderungsrate des Spulenwiderstand-Erfassungssignals VRe von dem Referenzsignal und der zuvor erwähnten Korrelationsgleichung, die im Voraus berechnet wurde. Die Berechnungsschaltung 62 kompensiert das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs unter Verwendung des Kompensationskoeffizienten.
<Entfernung von hochfrequentem Rauschen>
Als eine Form der Kompensation des Erfassungskörper-Erfassungssignals VLs, wird ein Verfahren zum Entfernen hochfrequenten Rauschens (bzw. Störgeräusches bzw. Störsignals) aufgrund einer Störung beschrieben.
Bei dem Annäherungssensor 1 besteht eine Möglichkeit verschiedenster Arten von Rauschen, wie zum Beispiel Wandler-Rauschen, Strahlungsemissions-Rauschen und Stromquellenleitungs-Rauschen, die der Erfassungsspulenspannung (Spannungssignal) ständig hinzugefügt werden. Daher werden die Rauschen-Komponenten in dem Zeitraum Tx, Tx' (siehe 9), während welchem die induktive Spannung der Erfassungsspule 11 selbst dominant ist, oder dem Zeitraum Tz, Tz', während welchem der Widerstandswert des Erfassungsgeräts 30 dominant ist, erhalten. Weiterhin werden die berechneten Rauschen-Komponenten von der Erfassungsspulenspannung in dem Zeitraum Ty, Ty' subtrahiert, während welchem die induktive Spannung des Erfassungskörpers 700 dominant ist. Nachstehend wird ein spezifisches Beispiel der Verarbeitung beschrieben.
21 ist ein Diagramm, das eine Rauschen-Entfernungsschaltung 210 zum Entfernen von hochfrequentem Rauschen zeigt. Bezugnehmend auf 21 schließt die Rauschen-Entfernungsschaltung 210 ein Fast-Fourier-Transform (schnelle Fourier-Transformation) (FFT)-Teil 211, einen Filterkoeffizientenrechner 212 und einen Filter 213 ein. Wenn auch die Rauschen-Entfernungsschaltung 210 typischerweise durch die Berechnungsschaltung 62 der Steuerung 60 ausgeführt wird, kann die durch die Steuerung 60 ausgeführte Filterverarbeitung stattdessen durch die Empfangsschaltung 50 durchgeführt werden, durch Weitergeben des Filterkoeffizienten von der Berechnungsschaltung 62 zu der Empfangsschaltung 50 und Ändern des Filterkoeffizienten der Empfangsschaltung 50.
Da die Erfassungsspulenspannung (Spannungssignal) in einem Zeitraum konstant ist, während welchem keine induktive Spannung durch den Start der Anregung oder das Sperren erzeugt wird (zum Beispiel zu oder nach der Zeit Tb), ist es möglich, das überlagerte hochfrequente Rauschen sicher zu beobachten. Daher berechnet das FFT-Teil 211 die Frequenz des überlagerten Rauschens durch Durchführen einer Frequenzanalyse an dem Zeitreihensignal zu und nach der Zeit Tb in dem Zeitraum ΔTgp1 (siehe 10).
Der Filterkoeffizientenrechner 212 erhält einen Filterkoeffizienten, der der berechneten Rauschen-Frequenz entspricht. Der Filter 213 wendet einen Filter an, für welchen der berechnete Filterkoeffizient an dem von dem Erfassungsgerät 30 erlangten Zeitreihensignal eingestellt wird. Auf diese Weise ist es möglich, Rauschen mit hoher Wirkung in einer Vorphase der Filterschaltung 51 zu entfernen.
Falls die Berechnungsschaltung 62 die Rauschen-Komponente spezifiziert, wird es durch Ändern des Filterkoeffizienten der Filterschaltung 51 für den Filter 213 überflüssig, die Filterverarbeitung durchzuführen. Daher wird der Filter 213 in Reaktion auf einen Steuerbefehl aktiviert und deaktiviert.
<Vorteile>
Im Folgenden werden durch den Annäherungssensor 1 erhaltene Vorteile aufgelistet.

(1) Die Induktivitätskomponente und/oder die Widerstandskomponente der Erfassungsspule 11 zu der Zeit der Messung wird durch Beobachten, wie sich die Spannung in dem Pulsanregungszeitraum ändert, erlangt, und in Übereinstimmung damit wird das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs kompensiert. Daher ist es möglich, den Einfluss der Änderung der Induktivität aufgrund eines Gleichmagnetfeldes oder Ähnlichem und/oder den Einfluss aufgrund einer Änderung der Temperatur zu reduzieren. Weiterhin ist es möglich, das Rauschen durch Messen der Frequenz des überlagerten Rauschens in dem Pulsanregungszeitraum und Setzen des Filterkoeffizienten effektiv zu entfernen.
(2) Selbst wenn sich eine Änderung der Spuleninduktivität aufgrund des Gleichmagnetfeldes, des niederfrequenten Magnetfeldes, oder Ähnlichem, eine Änderung des Spulenwiderstands aufgrund einer Änderung der Temperatur, oder Überlagerung von elektromagnetischem Rauschen oder Ähnlichem an dem Erfassungssignal ereignet, ist es möglich, zu verhindern, dass das Bestimmungsresultat des Annäherungssensors 1 durch dieses Ereignis beeinflusst wird. Diese Eigenschaft ermöglicht dem Benutzer, in einer Umgebung, in welcher eine Variation der Temperatur auftritt, oder in einer Magnetfeldumgebung, die Erfassung sicher durchzuführen.
(3) Die Größe des externen Magnetfeldes, der Temperatur, und der Frequenz des hochfrequenten Rauschens kann abgetastet werden (ausgegeben). Die zuvor erwähnte Kompensation kann ebenfalls zur Kompensation einzelner Variationen der Induktivitätskomponente und der Widerstandskomponente der Erfassungsspule in der Fertigungsphase des Annäherungssensors 1 angewendet werden.

<Fazit>
(1) Der Annäherungssensor 1 erfasst das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers unter Verwendung eines Magnetfeldes. Der Annäherungssensor 1 schließt die Erfassungsspule 11, die das Magnetfeld erzeugt, die Übertragungsschaltung 40, die der Erfassungsspule 11 periodisch einen Anregungsstrom in der Pulsform zuführt, die Empfangsschaltung 50, die Spannungen oder Ströme erfasst, die an beiden Enden der Erfassungsspule 11 durch die periodische Zufuhr des Anregungsstroms erzeugt werden, und die Steuerung 60, die das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers 700 durch Verwenden des durch die Erfassung erhaltenen Zeitreihensignals erfasst, ein.
Die Steuerung 60 erlangt den ersten Faktor, der die Erfassung des Erfassungskörpers 700 beeinflusst, in dem ersten Zeitraum des Zeitreihensignals. Die Steuerung 60 kompensiert das Signal in dem zweiten Zeitraum des Zeitreihensignals mittels des ersten Faktors. Die Steuerung 60 erfasst das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers 700 auf der Basis des Signals nach der Kompensation.
Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, den Einfluss einer Änderung der Spuleneigenschaften der Erfassungsspule 11 und/oder des Einflusses von Stör-Rauschen zu reduzieren.
(2) Die Steuerung 60 erlangt den zweiten Faktor, der die Erfassung des Erfassungskörpers beeinflusst, in dem dritten Zeitraum des Zeitreihensignals. Die Steuerung 60 kompensiert das Signal in dem zweiten Zeitraum des Zeitreihensignals mittels des ersten Faktors und des zweiten Faktors.
(3) Der erste Zeitraum und der zweite Zeitraum sind in dem Zeitraum, während welchem der Anregungsstrom zugeführt wird (der Anregungszeitraum ΔTe in 6), eingeschlossen. Der dritte Zeitraum ist in dem Zeitraum, während welchem die Zufuhr des Anregungsstroms gesperrt ist (Sperrzeitraum), eingeschlossen.
Nach einem weiteren Aspekt sind der erste Zeitraum, der zweie Zeitraum und der dritte Zeitraum in dem Zeitraum, während welchem der Anregungsstrom zugeführt wird (der Anregungszeitraum ΔTe), eingeschlossen, wie in 2 gezeigt. Der erste Zeitraum, der zweite Zeitraum und der dritte Zeitraum sind in dem Zeitraum, während welchem die Zufuhr des Anregungsstroms gesperrt ist (Sperrzeitraum), eingeschlossen.
(4) Irgendeiner von dem ersten Faktor und dem zweiten Faktor ist das aus einer Änderung der Induktivität der Erfassungsspule 11 resultierende Signal (das Spuleninduktivität-Erfassungssignal VLe) und der andere ist das aus einer Änderung des Widerstands der Erfassungsspule 11 resultierende Signal (das Spulenwiderstand-Erfassungssignal VRe).
(5) Das Signal in dem zweiten Zeitraum ist das aus dem Erfassungskörper resultierende Signal (das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs). Die Steuerung 60 kompensiert das aus dem Erfassungskörper resultierende Signal (das Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs) mittels Subtrahierens des aus einer Änderung der Induktivität der Erfassungsspule 11 resultierenden Signals (des Spuleninduktivität-Erfassungssignals VLe) und des aus einer Änderung des Widerstands der Erfassungsspule 11 resultierenden Signals (des Spulenwiderstand-Erfassungssignals VRe) von dem aus dem Erfassungskörper resultierenden Signal (dem Erfassungskörper-Erfassungssignal VLs).
(6) Der erste Faktor ist das aus einer Änderung der Induktivität der Erfassungsspule resultierende Signal (das Spuleninduktivität-Erfassungssignal VLe) oder das aus einer Änderung des Widerstands der Erfassungsspule resultierende Signal (das Spulenwiderstand-Erfassungssignal VRe).
Bezugszeichenliste

1: Annäherungssensor
5: Hauptkörper
5a: Erfassungsoberfläche
5b: Gehäusekörper
6: Zuführungsleitung
7, 8: Mutter
9: Unterlegscheibe
11: Erfassungsspule
12: Entladungswiderstand
15: Ferritkern
17: elektronische Schaltung
30: Erfassungsgerät
40: Übertragungsschaltung
41: Anregungsschaltung
50: Empfangsschaltung
51: Filterschaltung
52: Verstärkungsschaltung
53: A/D-Wandlerschaltung
60: Steuerung
61: Steuerschaltung
62: Berechnungsschaltung
70: Ausgabeteil
71: Ausgabeschaltung
210: Rauschen-Entfernungsschaltung
211: FFT-Teil
212: Filterkoeffizientenrechner
213: Filter
700: Erfassungskörper
M: Mittelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 200959528 A [0004]
JP 886773 A [0004]

Claims

Annäherungssensor (1), der das Vorhandensein oder die Position eines Erfassungskörpers (700) unter Verwendung eines Magnetfeldes erfasst, wobei der Annäherungssensor (1) umfasst: eine Erfassungsspule (11), die das Magnetfeld erzeugt; eine Übertragungsschaltung (40), die der Erfassungsspule (11) periodisch einen Anregungsstrom in einer Pulsform zuführt; eine Empfangsschaltung (50), die eine Erfassung von Spannungen oder Strömen durchführt, die an beiden Enden der Erfassungsspule (11) durch periodische Zufuhr des Anregungsstromes erzeugt werden; und eine Steuerung (60), die das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers (700) unter Verwendung eines Zeitreihensignals erfasst, das durch die Erfassung der Spannungen oder der Ströme erhalten wird, die an beiden Enden der Erfassungsspule (11) erzeugt werden, wobei die Steuerung (60) einen ersten Faktor erlangt, der die Erfassung des Erfassungskörpers (700) in einem ersten Zeitraum des Zeitreihensignals beeinflusst, eine Kompensation an einem Signal in einem zweiten Zeitraum des Zeitreihensignals mittels des ersten Faktors durchführt, und das Vorhandensein oder die Position des Erfassungskörpers (700) auf der Basis eines Signals nach der Kompensation erfasst.
Annäherungssensor (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerung (60) einen zweiten Faktor erlangt, der die Erfassung des Erfassungskörpers (700) in einem dritten Zeitraum des Zeitreihensignals beeinflusst, und das Signal in dem zweiten Zeitraum des Zeitreihensignals mittels des ersten Faktors und des zweiten Faktors kompensiert.
Annäherungssensor (1) gemäß Anspruch 2, wobei der erste Zeitraum und der dritte Zeitraum in einem Zeitraum eingeschlossen sind, während welchem der Anregungsstrom zugeführt wird, und wobei der zweite Zeitraum in einem Zeitraum eingeschlossen ist, während welchem die Zufuhr des Anregungsstroms gesperrt ist.
Annäherungssensor (1) gemäß Anspruch 2, wobei der erste Zeitraum, der zweite Zeitraum und der dritte Zeitraum in einem Zeitraum eingeschlossen sind, während welchem der Anregungsstrom zugeführt wird.
Annäherungssensor (1) gemäß Anspruch 2, wobei der erste Zeitraum, der zweite Zeitraum und der dritte Zeitraum in einem Zeitraum eingeschlossen sind, während welchem die Zufuhr des Anregungsstroms gesperrt ist.
Annäherungssensor (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei irgendeiner von dem ersten Faktor und dem zweiten Faktor ein Signal ist, das aus einer Änderung der Induktivität der Erfassungsspule (11) resultiert, und der andere ein Signal ist, das aus einer Änderung des Widerstands der Erfassungsspule (11) resultiert.
Annäherungssensor (1) gemäß Anspruch 6, wobei das Signal in dem zweiten Zeitraum ein Signal ist, das aus dem Erfassungskörper (700) resultiert, und wobei die Steuerung (60) die Kompensation durch Subtrahieren des aus der Änderung der Induktivität der Erfassungsspule (11) resultierenden Signals und des aus der Änderung des Widerstands der Erfassungsspule (11) resultierenden Signals von dem aus dem Erfassungskörper (700) resultierenden Signal durchführt.
Annäherungssensor (1) gemäß Anspruch 1, wobei der erste Faktor ein Signal ist, das aus einer Änderung der Induktivität der Erfassungsspule (11) resultiert, oder ein Signal ist, das aus einer Änderung des Widerstands der Erfassungsspule (11) resultiert.
Verfahren, das in einem Annäherungssensor (1) ausgeführt wird und das das Vorhandensein oder die Position eines Erfassungskörpers (700) unter Verwendung eines Magnetfeldes erfasst, wobei das Verfahren umfasst: periodisches Zuführen eines Anregungsstromes in einer Pulsform zu einer Erfassungsspule (11) zum Erzeugen des Magnetfeldes; Durchführen einer Erfassung von Spannungen oder Strömen, die an beiden Enden der Erfassungsspule (11) durch periodische Zufuhr des Anregungsstromes erzeugt werden; Erlangen eines ersten Faktors, der die Erfassung des Erfassungskörpers (700) in einem ersten Zeitraum eines Zeitreihensignals beeinflusst, das durch die Erfassung der Spannungen oder der Ströme erhalten wird, die an beiden Enden der Erfassungsspule (11) erzeugt werden; Durchführen einer Kompensation an einem Signal in einem zweiten Zeitraum des Zeitreihensignal mittels des ersten Faktors; und Erfassen des Vorhandenseins oder der Position des Erfassungskörpers (700) auf der Basis eines Signals nach der Kompensation.