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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Detektionsvorrichtung zum berührungslosen Detektieren eines Objekts.
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Hintergrund der Erfindung
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Herkömmlich wird ein Näherungssensor, der in der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-45531 (
JP 2010-45531A ) beschrieben ist, als eine Vorrichtung zum berührungslosen Detektieren eines Objekts bereitgestellt. Bei dem Stand der Technik, der in
JP 2010-45531A beschrieben ist, enthält ein Schwingkreis einen LC-Resonanzkreis mit einer Detektionsspule und einem Kondensator. Wenn der Resonanzkreis zum Schwingen gebracht wird und sich ein Objekt mit einem metallischen Körper (Leiter) oder einem magnetischen Körper der Detektionsspule nähert, nimmt die Konduktanz der Detektionsspule ab und dadurch wird die Schwingung des Schwingkreises unterbrochen. Somit wird das Vorhandensein (die Annäherung) des Objekts detektiert, wenn die Schwingung unterbrochen wird. Darüber hinaus wird bei dem Stand der Technik von
JP 2010-45531A durch Überwachen der Amplitude der Schwingung (Resonanzspannung des LC-Resonanzkreises) des Schwingkreises ermittelt, ob es zu einer Unterbrechung der Detektionsspule kommt oder nicht.
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Da jedoch bei dem Stand der Technik von
JP 2010-45531A die Schwingung des Schwingkreises unterbrochen wird, wenn sich ein Objekt der Detektionsspule nähert, ist es schwierig zu ermitteln, ob die Schwingung durch eine Störung (Unterbrechung oder Kurzschluss der Detektionsspule) des LC-Resonanzkreises oder aber normal auf Grund der Annäherung eines Objekts unterbrochen wird.
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Kurze Darstellung der Erfindung
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In Anbetracht des Vorstehenden stellt die vorliegende Erfindung eine Detektionsvorrichtung zur Verfügung, die eine Störung, wie etwa eine Unterbrechung, einen Kurzschluss oder dergleichen, auch dann detektieren kann, wenn ein Objekt detektiert wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Detektionsvorrichtung zur Verfügung gestellt, die Folgendes aufweist: eine Resonanzeinheit mit einer Spule und einem Kondensator; eine Schwingungseinheit, um die Resonanzeinheit zum Schwingen zu bringen; und eine Signalverarbeitungseinheit zum Detektieren eines Schwingungszustands der Resonanzeinheit und zum Ausgeben eines Objekt-Detektionssignals, wenn die Schwingung unterbrochen wird. Die Signalverarbeitungseinheit führt diskontinuierlich einen Eigendiagnosemodus durch, um dadurch, dass sie die Schwingungseinheit zwangsweise zum Schwingen bringt, zu ermitteln, ob eine Störung in der Resonanzeinheit vorliegt oder nicht.
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Die Signalverarbeitungseinheit kann die Schwingungseinheit dadurch zwangsweise zum Schwingen bringen, dass sie den Absolutwert der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit erhöht.
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Die Signalverarbeitungseinheit kann die Schwingungseinheit dadurch zwangsweise zum Schwingen bringen, dass sie den Absolutwert der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit so erhöht, dass er größer als der Höchstwert der Konduktanz der Resonanzeinheit wird.
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Die Signalverarbeitungseinheit kann die Schwingungseinheit dadurch zwangsweise zum Schwingen bringen, dass sie eine Impulsspannung oder einen Impulsstrom an die Resonanzeinheit anlegt.
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Die Signalverarbeitungseinheit gibt vorzugsweise ein Störung-Detektionssignal, das von dem Objekt-Detektionssignal verschieden ist, aus, wenn in dem Eigendiagnosemodus eine Störung festgestellt wird.
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Die Signalverarbeitungseinheit setzt vorzugsweise die Ausgabe des Störung-Detektionssignals so lange fort, bis festgestellt wird, dass es keine Störung gibt.
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Wenn in dem Fall, dass festgestellt wird, dass es bei der Durchführung des Eigendiagnosemodus keine Störung gibt, das Objekt-Detektionssignal unmittelbar vor der Durchführung der Eigendiagnose ausgegeben wird, setzt die Signalverarbeitungseinheit vorzugsweise die Ausgabe des Objekt-Detektionssignal fort.
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Die Signalverarbeitungseinheit gibt vorzugsweise ein Signal, das von dem Objekt-Detektionssignal verschieden ist, während der Durchführung des Eigendiagnosemodus aus.
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Die Signalverarbeitungseinheit kann den Eigendiagnosemodus periodisch durchführen.
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Die Signalverarbeitungseinheit führt den Eigendiagnosemodus vorzugsweise dann durch, wenn erkannt wird, dass die Schwingung der Resonanzeinheit unterbrochen wird, während der Eigendiagnosemodus nicht durchgeführt wird.
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Die Signalverarbeitungseinheit führt den Eigendiagnosemodus vorzugsweise nur ein Mal unmittelbar nach dem Detektieren einer Schwingungsunterbrechung durch.
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Die Signalverarbeitungseinheit kann den Eigendiagnosemodus nur ein Mal durchführen, unmittelbar nachdem sie zu arbeiten begonnen hat.
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Die Signalverarbeitungseinheit kann die Schwingung der Resonanzeinheit zwangsweise unterbrechen, wenn der Eigendiagnosemodus beendet ist.
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Wenn der Eigendiagnosemodus beendet ist, kann die Signalverarbeitungseinheit die Schwingung der Resonanzeinheit nur dann zwangsweise unterbrechen, wenn das Objekt-Detektionssignal unmittelbar vor der Durchführung des Eigendiagnosemodus ausgegeben wird.
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Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gibt es einen vorteilhaften Effekt, der darin besteht, dass eine Störung, wie etwa eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss, auch dann detektiert werden kann, wenn ein Objekt detektiert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung dürften aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervorgehen, wobei
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1 ein Zeitdiagramm ist, das die Funktionsweise einer ersten Ausführungsform zeigt;
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2 eine Darstellung ist, die die Konfiguration der ersten Ausführungsform schematisch zeigt;
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3 eine Darstellung ist, die die Funktionsweise der ersten Ausführungsform zeigt;
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4 eine Darstellung ist, die die Konfiguration einer zweiten Ausführungsform schematisch zeigt;
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5 ein Zeitdiagramm ist, das die Funktionsweise der zweiten Ausführungsform zeigt; und
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6 ein Zeitdiagramm ist, das die Funktionsweise einer dritten Ausführungsform zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, die Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind. In den Zeichnungen werden durchgängig gleiche Bezugssymbole zum Bezeichnen von gleichen oder ähnlichen Teilen verwendet, wobei überflüssige Beschreibungen dieser Bezugssymbole entfallen.
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Nachstehend werden Ausführungsformen beschrieben, bei denen das technische Merkmal der vorliegenden Erfindung auf eine Detektionsvorrichtung angewendet wird, die im „Hintergrund der Erfindung” beschrieben worden ist und das Vorhandensein eines Objekts mit einem metallischen Körper (Leiter) oder einem magnetischen Körper auf Grund einer Änderung der Konduktanz einer Detektionsspule detektiert. Darüber hinaus kann das technische Merkmal der vorliegenden Erfindung auf eine Detektionsvorrichtung angewendet werden, die das Vorhandensein eines Objekts, wie etwa Feuchtigkeit, eines menschlichen Körpers, der Feuchtigkeit enthält, oder dergleichen, auf Grund einer Änderung der Konduktanz eines Kondensators detektiert, der zusammen mit einer Spule einen Resonanzkreis bildet.
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Erste Ausführungsform
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Eine Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Resonanzeinheit 1, eine Schwingungseinheit 2 und eine Signalverarbeitungseinheit 3 auf, wie in 2 gezeigt ist.
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Die Resonanzeinheit 1 ist ein LC-Resonanzkreis, bei dem ein Kondensator (Resonanzkondensator) 11 mit einer Detektionsspule 10 zum Detektieren eines zu detektierenden Objekts parallel geschaltet ist. Die Resonanzfrequenz (Schwingungsfrequenz) der Resonanzeinheit 1 wird von der Induktivität der Detektionsspule 10 und der elektrostatischen Kapazität des Kondensators 11 bestimmt. Die Detektionsspule 10 wird zum Beispiel dadurch hergestellt, dass ein Leitungsdraht (ein Draht mit einer Isolierbeschichtung oder dergleichen) um eine Außenumfangsfläche eines zylindrischen Spulenkörpers (nicht dargestellt) in der Achsenrichtung des Spulenkörpers in der Form gewickelt wird, dass die Spule in der Wicklungsrichtung arbeitet. Das zu detektierende Objekt kann zum Beispiel aus einem Leiter, wie etwa einem metallischen Körper oder dergleichen, in der Form einer Platte bestehen. Es kann zu der Detektionsspule 10 entlang der Wicklungsrichtung der Detektionsspule 10 zeigen und kann sich so in einer Richtung bewegen, dass sich der Abstand von der Detektionsspule 10 ändert.
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Um die Schwingung der Resonanzeinheit 1 aufrechtzuerhalten, ist eine positive Rückkopplung des Stroms zu der Resonanzeinheit 1 erforderlich. Daher muss die Schwingungseinheit 2 den Rückkopplungsstrom in die Resonanzeinheit 1 einspeisen, und sie hat eine Pegelverschiebungsschaltung, eine Verstärkungsschaltung und eine Stromrückkopplungsschaltung. Hier verschiebt die Pegelverschiebungsschaltung den Pegel der Spannung zwischen den beiden Enden des Kondensators 11 der Resonanzeinheit 1. Die Verstärkungsschaltung gibt einen Strom aus, der der Spannung der Resonanzeinheit 1 entspricht. Die Stromrückkopplungsschaltung versorgt die Resonanzeinheit 1 mit einem Rückkopplungsstrom, der der Größe des Stroms entspricht, der von der Verstärkungsschaltung ausgegeben wird, wodurch die Schwingung aufrechterhalten wird.
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Die Pegelverschiebungsschaltung hat einen npn-Transistor 20. Der Kollektor des Transistors 20 ist über einen Widerstand 22 mit einer Gleichstromquelle 26 verbunden. Der Emitter des Transistors 20 ist mit einem Ende der Resonanzeinheit 1 verbunden, deren anderes Ende geerdet ist. Darüber hinaus ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Resonanzeinheit 1, die die Detektionsspule 10 und den Kondensator 11 hat, zwischen den Emitter des Transistors 20 und Erde geschaltet. Daher ist das elektrische Potential des Emitters des Transistors 20 gleich der Schwingungsspannung der Resonanzeinheit 1. Darüber hinaus sind der Kollektor und die Basis des Transistors 20 miteinander verbunden.
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Die Pegelverschiebungsschaltung verschiebt den Pegel der Resonanzspannung um den Betrag der Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des npn-Transistors 21 der Verstärkungsschaltung, wodurch die Spannung gleich der Resonanzspannung (Schwingungsspannung) der Resonanzeinheit 1 wird, die während nur eines halben positiven Zyklus zwischen dem Emitter des Transistors 21 und Erde angelegt werden soll, wenn die Schwingung erzeugt wird.
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Die Verstärkungsschaltung ist mit einer so genannten Emitterfolgerschaltung konfiguriert, die den Transistor 21 enthält. Die Basis des Transistors 21 ist mit der Basis des Transistors 20 verbunden, und das elektrische Potential des Emitters des Transistors 20, dessen Pegel von der Pegelverschiebungsschaltung verschoben wird, d. h., die von der Pegelverschiebungsschaltung erzeugte Pegelverschiebungsspannung, wird in die Basis des Transistors 21 eingegeben. Dadurch wird ein Strom, der der Schwingungsspannung der Resonanzeinheit 1 entspricht, von der Verstärkungsschaltung ausgegeben.
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Ein Widerstand 25 zum Einstellen des elektrischen Potentials des Emitters ist zwischen den Ausgangsanschluss (den Emitter des Transistors 21) der Verstärkungsschaltung und Erde geschaltet. Der Widerstand 25 soll die Größe des von der Verstärkungsschaltung ausgegebenen Stroms, d. h., die Größe des Rückkopplungsstroms, einstellen. Der Rückkopplungsstrom, der um den Wert des Widerstands 25 verstellt wird, wird in die Resonanzeinheit 1 eingespeist.
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Die Stromrückkopplungsschaltung ist eine Stromspiegelschaltung mit pnp-Transistoren 23 und 24. Der Transistor 23 ist zwischen dem Transistor 21 der Verstärkungsschaltung und der Netzleitung vorgesehen, wobei der Kollektor des Transistors 23 mit dem Kollektor des Transistors 21 verbunden ist und der Emitter des Transistors 23 mit der Netzleitung verbunden ist. Die Basis des Transistors 23 ist mit der Basis des Transistors 24 verbunden, der Emitter des Transistors 24 ist mit der Netzleitung verbunden, und der Kollektor des Transistors 24 ist mit dem Emitter des Transistors 20 verbunden.
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Wenn hier ein Strom von der Verstärkungsschaltung ausgegeben wird, fließt ein Kollektorstrom des Transistors 21, der gleich dem von der Verstärkungsschaltung ausgegebenen Strom ist, zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 23. Dann fließt ein Strom, der gleich dem Strom ist, der zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 23 fließt, zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors 24, und dieser Strom ist der Rückkopplungsstrom, der in die Resonanzeinheit 1 eingespeist wird. Das heißt, die Stromrückkopplungsschaltung versorgt die Resonanzeinheit 1 mit dem Rückkopplungsstrom, der gleich dem Strom ist, der von der Verstärkungsschaltung ausgegeben wird.
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Die Signalverarbeitungseinheit 3 weist eine Signaldetektionsschaltung 30, eine Ausgabeschaltung 31, eine Modussteuerschaltung 32 und dergleichen auf. Die Signaldetektionsschaltung 30 detektiert einen Schwingungszustand (in der dargestellten Ausführungsform eine Schwingungsamplitude) der Resonanzeinheit 1. Wenn die Schwingungsamplitude niedriger als ein festgelegter Schwellenwert ist, stellt die Signalverarbeitungseinheit 3 fest, dass die Schwingung der Resonanzeinheit 1 unterbrochen ist, und gibt ein Schwingung-unterbrochen-Signal aus. Die Signaldetektionsschaltung 30 kann jedoch statt der Schwingungsamplitude auch die Schwingungsfrequenz detektieren.
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In einem Objektdetektionsmodus, der nachstehend beschrieben wird, gibt die Ausgabeschaltung 31 auf Grund des Schwingung-unterbrochen-Signals der Signaldetektionsschaltung 30 ein Detektionssignal, das anzeigt, dass sich ein zu detektierendes Objekt (nachstehend als „Objekt” bezeichnet) in einem Detektionsbereich befindet, oder ein Nicht-detektiert-Signal aus, das anzeigt, dass sich kein Objekt in dem Detektionsbereich befindet. Darüber hinaus gibt in einem Eigendiagnosemodus, der später beschrieben wird, die Ausgabeschaltung 31 auf Grund des Schwingung-unterbrochen-Signals der Signaldetektionsschaltung 30 ein Störung-detektiert-Signal aus, das anzeigt, dass eine Störung (Unterbrechung oder Kurzschluss) in der Resonanzeinheit 1 auftritt.
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Die Modussteuerschaltung 32 schaltet den Betriebsmodus der Signalverarbeitungseinheit 3 selektiv auf den Objektdetektionsmodus oder den Eigendiagnosemodus um, indem sie einen npn-Transistor 33 ein- oder ausschaltet. Der npn-Transistor 33 hat einen Kollektor, der über einen Widerstand 34 mit dem Emitter des Transistors 21 verbunden ist, und einen Emitter, der mit Erde verbunden ist. Die Modussteuerschaltung 32 schaltet den Transistor 33 aus und gibt ein Schaltsignal mit einem hohen Pegel an die Ausgabeschaltung 31 in dem Objektdetektionsmodus aus. Und die Modussteuerschaltung 32 schaltet den Transistor 33 ein und gibt ein Schaltsignal mit einem niedrigen Pegel an die Ausgabeschaltung 31 in dem Eigendiagnosemodus aus. Darüber hinaus hat die Modussteuerschaltung 32 eine integrierte Schaltuhr und schaltet somit periodisch in regelmäßigen Intervallen Tx den Betriebsmodus der Signalverarbeitungseinheit 3 von dem Objektdetektionsmodus auf den Eigendiagnosemodus um, wie in 1 gezeigt ist.
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Wenn hier der Absolutwert der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 gleich der oder größer als die Konduktanz der Detektionsspule 10 ist, schwingt die Resonanzeinheit 1, und wenn der Absolutwert der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 kleiner als die Konduktanz der Detektionsspule 10 ist, wird die Schwingungsamplitude der Resonanzeinheit 1 stark verringert, und somit wird ihre Schwingung unterbrochen. Darüber hinaus ändert sich die Konduktanz der Detektionsspule 10 (siehe die Kurve in 3) in Abhängigkeit von der Änderung des Verlusts des Wirbelstroms, der von dem Abstand zwischen dem Objekt und der Detektionsspule 10 verursacht wird, d. h., in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Detektionsspule 10 und dem Objekt (die Abszissenachse in 3).
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Nehmen wir hier an, dass der Absolutwert der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 auf W1 eingestellt ist, sodass die Resonanzeinheit 1 zur Schwingung gebracht wird, wenn sich kein Objekt in dem Detektionsbereich (≤ d0) befindet. Wenn sich hingegen ein Objekt in dem Detektionsbereich befindet, wird der Absolutwert der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 kleiner als die Konduktanz der Detektionsspule 10, und somit wird die Schwingung der Resonanzeinheit 1 unterbrochen. Darüber hinaus kann in dem Objektdetektionsmodus der Absolutwert der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 als 1/(2Ra) ausgedrückt werden, wobei Ra der elektrische Widerstand des Widerstands 25 ist.
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Da bei dem Eigendiagnosemodus hingegen der Widerstand 25 der Schwingungseinheit 2 und der Widerstand 34 (dessen elektrischer Widerstand Rb ist) der Signalverarbeitungseinheit 3 miteinander parallel geschaltet werden, wenn die Modussteuerschaltung 32 den Transistor 33 einschaltet, wird der elektrische Widerstand der kombinierten Widerstände (nachstehend als „Ra//Rb” ausgedrückt) kleiner als der elektrische Widerstand Ra des Widerstands 25. Somit wird der Absolutwert der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 in dem Eigendiagnosemodus 1/(2·Ra//Rb), und er steigt in dem Objektdetektionsmodus stärker an als der Absolutwert der negativen Konduktanz [= 1/(2Ra)], z. B. auf W2 (> W1) (siehe 3).
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Da in dem Eigendiagnosemodus der Absolutwert der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 von dem elektrischen Widerstand Rb des Widerstands 34 bestimmt wird, kann der elektrische Widerstand Rb des Widerstands 34 entsprechend eingestellt werden. Daher kann der Absolutwert der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 auf einen Wert W3 eingestellt werden, der größer als der Höchstwert Ccoilmax der Konduktanz der Detektionsspule 10 ist. Das vorstehende Verfahren zum Erhöhen oder Verringern des Absolutwerts der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 ist jedoch nur ein Beispiel, und die Konduktanz der Detektionsspule 10 kann auch mit einem anderen Verfahren erhöht oder verringert werden.
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Nehmen wir zum Beispiel an, dass der Absolutwert der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 in dem Eigendiagnosemodus auf W2 eingestellt ist. Wenn in diesem Fall die Modussteuerschaltung 32 den Transistor 33 einschaltet, um auf den Eigendiagnosemodus umzuschalten, wird der Schwingungszustand erreicht. Somit wird auch dann, wenn der Abstand zwischen dem Objekt und der Detektionsspule 10 in einem Bereich von d0 bis d1 (< d0) liegt, die Resonanzeinheit 1 zwangsweise zum Schwingen gebracht, solange keine Störung auftritt, wie etwa eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss.
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Wenn die Schwingungsamplitude kleiner als der festgelegte Schwellenwert ist, stellt die Signaldetektionsschaltung 30 fest, dass die Schwingung unterbrochen worden ist, und sie gibt ein Schwingung-unterbrochen-Signal (z. B. ein Gleichspannungssignal mit einem niedrigen Pegel) aus. Wenn die Schwingungsamplitude größer als der Schwellenwert wird, stellt die Signaldetektionsschaltung 30 fest, dass die Schwingung begonnen hat (fortgesetzt wird), und sie unterbricht die Ausgabe des Schwingung-unterbrochen-Signals (sie gibt z. B. ein Gleichspannungssignal mit einem hohen Pegel aus).
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Wenn dann in dem Objektdetektionsmodus das Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird, wie in 1 gezeigt ist, stellt die Ausgabeschaltung 31 fest, dass sich das Objekt in dem Detektionsbereich befindet, und sie gibt ein Objekt-detektiert-Signal mit einem festgelegten Gleichspannungspegel (z. B. 1 Volt) aus. Wenn hingegen kein Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird, stellt die Ausgabeschaltung 31 fest, dass sich kein Objekt in dem Detektionsbereich befindet, und sie gibt ein Signal (Kein-Objekt-detektiert-Signal) mit einem festgelegten Gleichspannungspegel (z. B. 4 Volt) aus.
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Wenn in dem Eigendiagnosemodus das Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird, stellt die Ausgabeschaltung 31 fest, dass in der Resonanzeinheit 1 eine Unterbrechung oder einen Kurzschluss vorliegt, und sie gibt ein Störung-detektiert-Signal mit einem festgelegten Gleichspannungspegel (z. B. 0 Volt) aus. Wenn in dem Eigendiagnosemodus hingegen kein Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird, stellt die Ausgabeschaltung 31 fest, dass in der Resonanzeinheit 1 keine Störung vorliegt, und sie gibt kein Störung-detektiert-Signal aus.
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Somit ist außen zu erkennen, dass sich ein Objekt in dem Detektionsbereich befindet oder eine Störung in der Resonanzeinheit 1 vorliegt, wenn der Gleichspannungspegel des von der Ausgabeschaltung 31 ausgegebenen Signals 1 Volt beträgt, oder dass sich kein Objekt in dem Detektionsbereich befindet, wenn der Gleichspannungspegel 4 Volt beträgt. Darüber hinaus ist außen zu erkennen, dass eine Störung in der Resonanzeinheit 1 vorliegt, wenn der Gleichspannungspegel des von der Ausgabeschaltung 31 ausgegebenen Signals ein Gleichspannungspegel (0 Volt) ist, der von dem Gleichspannungspegel des Objekt-detektiert-Signals (1 Volt) und dem Gleichspannungspegel des Kein-Objekt-detektiert-Signals (4 Volt) verschieden ist. Die einzelnen Werte für die Gleichspannungspegel der von der Ausgabeschaltung 31 ausgegebenen Signale sind jedoch nur Beispiele, und sie sind nicht auf die beispielhaft genannten Werte beschränkt.
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In dem Eigendiagnosemodus, in dem die Resonanzeinheit 1 zwangsweise zum Schwingen gebracht wird, wie vorstehend dargelegt worden ist, wird, auch wenn sich ein Objekt in dem Detektionsbereich befindet, die Schwingung eingeleitet (fortgesetzt), solange keine Störung (Unterbrechung oder Kurzschluss) in der Resonanzeinheit 1 auftritt. Somit kann, wenn die Schwingung der Resonanzeinheit 1 in dem Eigendiagnosemodus unterbrochen wird, die Signalverarbeitungseinheit 3 feststellen, dass eine Störung in der Resonanzeinheit 1 aufgetreten ist. Aus diesem Grund kann bei der vorliegenden Ausführungsform eine Störung (d. h. eine Störung in der Resonanzeinheit 1), wie etwa eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss, auch dann detektiert werden, wenn ein Objekt detektiert wird.
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Auch wenn in dem Eigendiagnosemodus kein Objekt detektiert werden kann, können Detektionsfehler behoben oder eine Nicht-Detektion des Vorhandenseins eines Objekts abgestellt werden, da bei der vorliegenden Ausführungsform der Eigendiagnosemodus diskontinuierlich ausgeführt wird. Darüber hinaus liegt es auf der Hand, dass wenn in dem Objektdetektionsmodus die Schwingung der Resonanzeinheit 1 nicht unterbrochen wird, festgestellt werden kann, dass keine Störung in der Resonanzeinheit 1 aufgetreten ist.
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Vorzugsweise setzt die Signalverarbeitungseinheit 3 die Ausgabe des Störung-detektiert-Signals so lange fort, bis festgestellt wird, dass es keine Störung gibt (siehe 1). Das heißt, wenn das Störung-detektiert-Signal nur während der Durchführung des Eigendiagnosemodus ausgegeben wird, kann eine externe Vorrichtung zum Empfangen des Signals von der Ausgabeschaltung 31 das Störung-detektiert-Signal nicht erkennen, da die Dauer der Ausgabe des Störung-detektiert-Signals zu kurz ist. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform in dem Fall, dass die Signalverarbeitungseinheit 31 in dem Eigendiagnosemodus feststellt, dass eine Störung vorliegt, das Störung-detektiert-Signal auch dann kontinuierlich ausgegeben, wenn der Eigendiagnosemodus beendet ist und auf den Objektdetektionsmodus umgeschaltet wird, sodass die externe Vorrichtung das Störung-detektiert-Signal sicher erkennen kann.
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Wenn jedoch die Störung der Resonanzeinheit 1 behoben ist und die Schwingung fortgesetzt wird, wartet die Signalverarbeitungseinheit 3 nicht auf die Feststellung, dass in dem Eigendiagnosemodus keine Störung vorliegt, und sie unterbricht die Ausgabe des Störung-detektiert-Signals in dem Moment, in dem die Schwingung der Resonanzeinheit 1 in dem Objektdetektionsmodus erkannt wird (siehe 1). Somit kann sofort nach dem Beheben der Störung der Resonanzeinheit 1 ein Objekt detektiert werden.
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Wenn in dem Fall, dass die Signalverarbeitungseinheit 3 feststellt, dass es keine Störung gibt, während der Eigendiagnosemodus ausgeführt wird, in dem Objektdetektionsmodus ein Objekt unmittelbar vor der Ausführung des Eigendiagnosemodus detektiert wird (das Objekt-detektiert-Signal wird ausgegeben), wird die Ausgabe des Objekt-detektiert-Signals vorzugsweise fortgesetzt. Das heißt, wenn der Zeitraum der Ausführung des Eigendiagnosemodus ausreichend kürzer als der des Objektdetektionsmodus ist, ist zu erwarten, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass sich die bestehende Situation des Objekts vor und nach dem Zeitraum der Ausführung des Eigendiagnosemodus ändert. Und obwohl die Signalverarbeitungseinheit 3 die Ausgabe des Objekt-detektiert-Signals während des kurzen Zeitraums der Ausführung des Eigendiagnosemodus ausgibt, ist nicht zu erwarten, dass es in der Praxis Probleme gibt, da die Signalverarbeitungseinheit 3 in dem Moment, in dem der Eigendiagnosemodus auf den Objektdetektionsmodus umgeschaltet wird, sofort erkennt, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht.
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Zweite Ausführungsform
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Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzeinheit 1 in dem Eigendiagnosemodus zwangsweise von der Signalverarbeitungseinheit 3 zum Schwingen gebracht wird, wobei die übrige Konfiguration die Gleiche wie bei der ersten Ausführungsform ist. Daher werden die gleichen konstituierende Elemente wie die bei der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet, und ihre Beschreibung entfällt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 4 gezeigt ist, die Signalverarbeitungseinheit 3, statt mit dem Transistor 33 und dem Widerstand 34 in der ersten Ausführungsform, mit zwei Transistoren 35 und 36 versehen, die über einen Widerstand 37 in Reihe geschaltet sind. Der pnp-Transistor 35 hat einen Emitter, der mit der Netzleitung verbunden ist, und einen Kollektor, der mit einem Ende des Widerstands 37 verbunden ist. Außerdem hat der npn-Transistor 36 einen Kollektor, der mit dem anderen Ende des Widerstands 37 verbunden ist, und einen Emitter, der mit Erde verbunden ist.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform schaltet in dem Objektdetektionsmodus die Modussteuerschaltung 32 die beiden Transistoren 35 und 36 aus und schaltet in dem Eigendiagnosemodus den oberen Transistor 35 nur für einen sehr kurzen Zeitraum ein (z. B. einige Millisekunden bis einige zehn Millisekunden). Wenn der Transistor 35 nur für einen sehr kurzen Zeitraum eingeschaltet wird, wird eine Impulsspannung von der Schwingungseinheit 2 angelegt, wodurch die Resonanzeinheit 1 zwangsweise zum Schwingen gebracht wird. Und wenn die Eigendiagnose beendet ist, unterbricht die Modussteuerschaltung 32 zwangsweise die Schwingung der Resonanzeinheit 1 dadurch, dass sie den unteren Transistor 36 nur für einen kurzen Zeitraum einschaltet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Resonanzeinheit 1 durch Anlegen einer Impulsspannung zwangsweise zum Schwingen gebracht wird, aber die Resonanzeinheit 1 kann auch durch Anlegen (Einspeisen) eines Impulsstroms zwangsweise zum Schwingen gebracht werden.
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Nun wird die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Unmittelbar nachdem in dem Objektdetektionsmodus das Vorhandensein eines Objekts in dem Detektionsbereich detektiert worden ist, d. h., unmittelbar nachdem ein Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben worden ist, führt die Modussteuerschaltung 32 den Eigendiagnosemodus durch und gibt ein Schaltsignal mit einem niedrigen Pegel an die Ausgabeschaltung 31 aus. In dem Eigendiagnosemodus bringt die Modussteuerschaltung 32 die Resonanzeinheit 1, deren Schwingung unterbrochen worden ist, dadurch zwangsweise zum Schwingen, dass sie den Transistor 35 einschaltet, um eine Impulsspannung anzulegen, wie vorstehend dargelegt worden ist.
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Wenn in dem Eigendiagnosemodus kein Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird, stellt die Ausgabeschaltung 31 fest, dass in der Resonanzeinheit keine Störung vorliegt, und sie gibt ein Keine-Störung-detektiert-Signal aus. Der Gleichspannungspegel des Keine-Störung-detektiert-Signals wird auf einen Pegel (2 Volt) eingestellt, der von dem Pegel des Objekt-detektiert-Signals (1 Volt), dem Pegel des Kein-Objekt-detektiert-Signals (4 Volt) und dem Pegel des Störung-detektiert-Signals (0 Volt) verschieden ist. Und wenn in dem Zeitraum des Eigendiagnosemodus kein Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird, beendet die Modussteuerschaltung 32 den Eigendiagnosemodus dadurch, dass sie den Transistor 36 nur für einen kurzen Zeitraum einschaltet und die Schwingung der Resonanzeinheit 1 zwangsweise unterbricht. Außerdem schaltet die Modussteuerschaltung 32 den Betriebsmodus von dem Eigendiagnosemodus auf den Objektdetektionsmodus dadurch um, dass sie ein Schaltsignal mit einem hohen Pegel an die Ausgabeschaltung 31 ausgibt.
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Wenn in dem Eigendiagnosemodus das Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird, stellt die Ausgabeschaltung 31 fest, dass eine Störung in der Resonanzeinheit 1 vorliegt, und sie gibt ein Störung-detektiert-Signal aus, und durch Einschalten des Transistors 35 in regelmäßigen Abständen wird diskontinuierlich eine Impulsspannung angelegt, wodurch der Eigendiagnosemodus fortgesetzt wird. Wenn dann die Störung der Resonanzeinheit 1 behoben worden ist und kein Schwingung-unterbrochen-Signal mehr von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird, während der Eigendiagnosemodus fortgesetzt wird, beendet die Modussteuerschaltung 32 den Eigendiagnosemodus dadurch, dass sie den Transistor 36 nur für einen kurzen Zeitraum einschaltet, um die Schwingung der Resonanzeinheit 1 zwangsweise zu unterbrechen. Darüber hinaus schaltet die Modussteuerschaltung 32 den Betriebsmodus von dem Eigendiagnosemodus auf den Objektdetektionsmodus dadurch um, dass sie ein Schaltsignal mit einem hohen Pegel an die Ausgabeschaltung 31 ausgibt.
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Wie vorstehend dargelegt worden ist, wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Resonanzeinheit 1 durch Anlegen einer Impulsspannung zwangsweise zum Schwingen gebracht. Da die Impulsspannung verschiedene Frequenzkomponenten enthält, beginnt die Resonanzeinheit 1 durch das Anlegen der Impulsspannung sofort zu schwingen, und dadurch kann die Zeit verkürzt werden, die für die Eigendiagnose benötigt wird. Darüber hinaus wird auch dann, wenn die negative Konduktanz der Schwingungseinheit 2 nicht ausreichend ist, die Schwingung der Resonanzeinheit 1 nur für einen kurzen Zeitraum dadurch gedämpft, dass die Impulsspannung angelegt wird. Daher kann ohne kontinuierliche Schwingung der Resonanzeinheit 1 durch die Überwachung der Amplitude (oder der Frequenz) der Schwingung ermittelt werden, ob eine Störung in der Resonanzeinheit 1 vorliegt oder nicht.
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Wenn bei der ersten Ausführungsform in dem Eigendiagnosemodus festgestellt wird, dass keine Störung in der Resonanzeinheit 1 vorliegt, behält die Ausgabeschaltung 31 das Detektionsergebnis des zuvor durchgeführten Objektdetektionsmodus bei (siehe 1). Wenn hingegen bei der vorliegenden Ausführungsform in dem Eigendiagnosemodus festgestellt wird, dass keine Störung in der Resonanzeinheit 1 vorliegt, gibt die Ausgabeschaltung 31 ein Keine-Störung-detektiert-Signal aus, dessen Gleichspannungspegel von dem des Objekt-detektiert-Signals, des Kein-Objekt-detektiert-Signals und des Störung-detektiert-Signals verschieden ist. Eine solche Konfiguration kann effektiv verwendet werden z. B. bei einer Steuerung zum In-Betrieb-Setzen einer Vorrichtung in dem Fall, dass ein Objekt detektiert wird, und zum Nicht-in-Betrieb-Setzen der Vorrichtung in dem Fall, dass das Vorhandensein eines Objekts uneindeutig ist.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform führt die Signalverarbeitungseinheit 3 den Eigendiagnosemodus nur dann durch, wenn in dem Objektdetektionsmodus ein Objekt detektiert worden ist, d. h., wenn das Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird. Das heißt, in dem Objektdetektionsmodus bedeutet eine Nicht-Ausgabe des Schwingung-unterbrochen-Signals von der Signaldetektionsschaltung 30, dass die Schwingung der Resonanzeinheit 1 nicht unterbrochen worden ist und dass somit festgestellt werden kann, dass keine Störung, wie etwa eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss, in der Resonanzeinheit 1 auftritt. Wenn in dem Objektdetektionsmodus hingegen das Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird, kann nicht ermittelt werden, ob die Schwingungsunterbrechung eine normale Schwingungsunterbrechung, die durch die Detektion eines Objekts verursacht worden ist, oder eine anormale Schwingungsunterbrechung ist, die durch die Entstehung einer Störung in der Resonanzeinheit 1 verursacht worden ist.
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Somit führt, wie vorstehend dargelegt worden ist, bei der vorliegenden Ausführungsform die Signalverarbeitungseinheit 3 den Eigendiagnosemodus durch, wenn das Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird, wodurch dann, wenn keine Störung der Resonanzeinheit 1 detektiert wird, die Unterbrechung als eine normale Schwingungsunterbrechung ermittelt werden kann, die durch die Detektion eines Objekts verursacht wird. Wenn im Gegensatz dazu in dem Eigendiagnosemodus eine Störung der Resonanzeinheit 1 detektiert wird, kann diese als eine anormale Schwingungsunterbrechung ermittelt werden, die nicht durch die Detektion eines Objekts verursacht wird.
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Da die Resonanzeinheit 1 zwangsweise zum Schwingen gebracht wird, während die Signalverarbeitungseinheit 3 den Eigendiagnosemodus durchführt, kann kein Objekt detektiert werden. Daher wird die Dauer des Eigendiagnosemodus, in dem die Detektion eines Objekts deaktiviert ist, vorzugsweise so kurz wie möglich eingestellt. Daher legt gemäß der vorliegenden Ausführungsform in dem Eigendiagnosemodus die Signalverarbeitungseinheit 3 die Impulsspannung nur ein Mal an, d. h., sie führt den Eigendiagnosemodus nur ein Mal durch. Eine solche Konfiguration wird z. B. beim Detektieren des Vorhandenseins eines Objekts effektiv verwendet, dessen Position sich in einem relativ langen Intervall ändert.
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Da jedoch die Resonanzeinheit 1 in dem Eigendiagnosemodus zwangsweise zum Schwingen gebracht wird, kann ein Schwingung-unterbrochen-Signal erst dann von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben werden, wenn die Schwingung der Resonanzeinheit 1 gedämpft wird, kurz nachdem die Signalverarbeitungseinheit 3 den Betriebsmodus von dem Eigendiagnosemodus auf den Objektdetektionsmodus umgeschaltet hat, während sich ein Objekt in dem Detektionsbereich befindet. Da, wie vorstehend dargelegt worden ist, bei der vorliegenden Ausführungsform die Modussteuerschaltung 32 die Schwingung der Resonanzeinheit 1 zwangsweise unterbricht, wenn der Eigendiagnosemodus beendet ist, wird ein Schwingung-unterbrochen-Signal unmittelbar nach der Durchführung des Objektdetektionsmodus von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben, um ein Objekt zu detektieren, wenn sich das Objekt in dem Detektionsbereich befindet.
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In dem vorstehend beschriebenen Fall, dass in dem Objektdetektionsmodus, der unmittelbar vor dem Eigendiagnosemodus durchgeführt wird, kein Objekt detektiert wird, d. h., in dem Fall, dass kein Schwingung-unterbrochen-Signal von der Signaldetektionsschaltung 30 ausgegeben wird, wenn nach der Beendigung des Eigendiagnosemodus die Modussteuerschaltung 32 die Schwingung der Resonanzeinheit 1 zwangsweise unterbricht, kann die Signaldetektionsschaltung 30 fälschlich ein Schwingung-unterbrochen-Signal ausgeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform unterbricht jedoch die Modussteuerschaltung 32 nur in dem Fall, dass ein Objekt detektiert worden ist, nach der Beendigung des Eigendiagnosemodus zwangsweise die Schwingung der Resonanzeinheit 1, und somit erfolgt die vorstehend beschriebene fälschliche Ausgabe nicht.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Resonanzeinheit 1 nur durch Anlegen einer Impulsspannung (oder eines Impulsstroms) an die Resonanzeinheit 1 zwangsweise zum Schwingen gebracht, aber die Resonanzeinheit 1 kann auch dadurch effizient zum Schwingen gebracht werden, dass dies mit einer Erhöhung des Absolutwerts der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 kombiniert wird, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist.
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Dritte Ausführungsform
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Die vorliegende Ausführungsform ist durch die Zeitsteuerung der Durchführung des Eigendiagnosemodus durch die Signalverarbeitungseinheit 3 gekennzeichnet. Da die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform die Gleiche wie die bei der ersten und der zweiten Ausführungsform ist, werden die gleichen konstituierende Elemente mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet, und ihre Beschreibung entfällt.
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Die Signalverarbeitungseinheit 3 der vorliegenden Ausführungsform führt den Eigendiagnosemodus nur ein Mal unmittelbar nach der Initialisierung durch.
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Wenn zum Beispiel, wie in 6 gezeigt ist, ein Strom in die Detektionsvorrichtung eingespeist wird und eine Betriebsspannung (eine Gleichspannung von 5 Volt bei der dargestellten Ausführungsform) angelegt wird, beginnt die Signalverarbeitungseinheit 3 zu arbeiten, und der Eigendiagnosemodus wird zunächst nur ein Mal durchgeführt und dann auf den Objektdetektionsmodus umgeschaltet. Anschließend führt die Signalverarbeitungseinheit 3 nur den Objektdetektionsmodus durch, bis die Einspeisung der Betriebsspannung unterbrochen wird, und die Signalverarbeitungseinheit 3 führt den Eigendiagnosemodus durch, wenn die Einspeisung der Betriebsspannung wieder aufgenommen wird und sie zu arbeiten beginnt.
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Die vorliegende Ausführungsform ist dann effektiv, wenn der Zeitraum, in dem die Detektionsvorrichtung den Betrieb unterbricht, länger als der Zeitraum ist, in dem die Detektionsvorrichtung arbeitet; wenn die Wahrscheinlichkeit gering ist, dass während des Betriebs eine Störung in der Resonanzeinheit 1 auftritt; oder wenn ein Problem entsteht, falls ein Objekt während des Betriebs der Detektionsvorrichtung nicht detektiert werden kann. Außerdem führt bei der vorliegenden Ausführungsform die Signalverarbeitungseinheit 3 zwar den Eigendiagnosemodus durch, unmittelbar nachdem sie durch die erneute Einspeisung der Spannung wieder zu arbeiten begonnen hat, aber sie kann den Eigendiagnosemodus auch durchführen, unmittelbar nachdem sie durch Betätigen z. B. eines Rücksetzschalters wieder zu arbeiten begonnen hat.
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Die erste, zweite und dritte Ausführungsform können entsprechend kombiniert werden. Zum Beispiel kann die erste Ausführungsform dadurch implementiert werden, dass die Erhöhung des Absolutwerts der negativen Konduktanz der Schwingungseinheit 2 bei der ersten Ausführungsform mit dem Verfahren des Anlegens einer Impulsspannung (oder eines Impulsstroms) bei der zweiten Ausführungsform kombiniert wird.
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Die vorliegende Erfindung ist zwar anhand der Ausführungsformen beschrieben und dargestellt worden, aber sie ist nicht hierauf beschränkt. Fachleuten dürfte klar sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der in den nachstehenden Ansprüchen definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-45531 [0002]
- JP 2010-45531 A [0002, 0002, 0002, 0003]
