JP2001264448A - 静電容量式検出装置及び自己診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出エリアを十分確保することができる非接
触のセンサーを用いた検出装置を提供すること。 【解決手段】 接地部に対向配置される電極１０と、電
極１０と接地部の間の静電容量の変化を検出する検出回
路４２とを備えた静電容量式検出装置であり、アルミ缶
の分別、特定材質の分別、人の進入の検出、地雷検出な
ど種々の産業分野に応用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量式のセン
サーを備えた静電容量式検出装置及びこの静電容量式検
出装置のための自己診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】センサーを用いた検出装置は各種知られ
ている。例えば、生産機械等に人の手が近づいたか否か
を検出する安全装置に光センサーが用いられている。光
センサーは非接触での検出が可能であると言う利点があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光セン
サーでは検出エリアが狭いため、検出エリアを広げよう
とすると、数多くの光センサーを必要としコスト的に問
題があった。本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、その課題は、検出エリアを十分確保することがで
きる非接触のセンサーを用いた検出装置およびこの検出
装置のための自己診断装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る静電容量式検出装置は、接地部に対向配置
される電極と、前記電極と前記接地部の間の静電容量の
変化を検出する検出回路とを備えたことを特徴とするも
のである。

【０００５】この検出装置に用いられるセンサーは、電
極と接地部の間の静電容量の変化を検出するものであ
る。電極と接地部の間に、人や物体が侵入すると静電容
量が変化するので、これを検出回路により検出すること
により、人や物体の侵入等を検出することができる。つ
まり、非接触式のセンサーである。また、電極と接地部
の大きさを十分にとることにより、容易に検出エリアを
拡大することができる。その結果、検出エリアを十分確
保することができる非接触のセンサーを用いた検出装置
を提供することができる。

【０００６】本発明の第１の好適な実施形態として、金
属物体と非金属物体とが混在した状態で搬送経路に沿っ
て搬送される搬送手段を備え、前記搬送される物体群を
挟むように前記接地部に対向して前記電極が配置されて
おり、前記検出回路は、混在した物体群の中から金属物
体を選別可能に構成されているものがあげられる。

【０００７】たとえば、搬送コンベア等の搬送手段に、
アルミ缶（金属物体）や、ビン、ペットボトル（非金属
物体）とを混在した状態で搬送させ、これらを、電極と
接地部の間を通過させることにより、アルミ缶のみを選
別することが可能である。これは、アルミ缶の比誘電率
が他の非金属物体とは異なっているという性質に基づく
ものである。これにより、ごみの分別を確実に行うこと
ができる。

【０００８】本発明の第２の実施形態として、比誘電率
の異なる複数の物体が混在した状態で搬送経路に沿って
搬送される搬送手段を備え、前記搬送される物体群を挟
むように前記接地部に対向して前記電極が配置されてお
り、前記検出回路は、混在した物体群の中から特定の比
誘電率を有する物体を選別可能に構成されているものが
あげられる。

【０００９】第１の実施形態の変形例であるが、材質が
異なると比誘電率も異なると言う性質に着目したもので
ある。これにより、金属の分別のみならず、多種類の樹
脂材料が混在したものから、特定の樹脂材料のみを分別
することが可能となる。これにより、ごみの分別のみな
らず、例えば、その他多種の用途に応用できる静電容量
式検出装置とすることができる。

【００１０】本発明の第３の実施形態として、車両の前
側又は後側に前記電極が配置されており、前記検出回路
は、前記電極と前記接地部の間の人又は物体の存在を検
出可能に構成されているものがあげられる。

【００１１】この構成によると、車両（自動車、トラッ
ク、バス、電車等）の前側や後側を人や物体（小動物
等）が横切るのを検出することができ、事故を未然に防
止することができる。特に、車両の運転手の視界に入ら
ないような人や物体を検出するような場合に効果があ
る。また、車両を駐車場や車庫に入れる場合に、壁面等
の検出を行い、車両の車体と壁面等との衝突を未然に防
止することができる。

【００１２】本発明の第４の実施形態として、プローブ
本体を備え、このプローブ本体の先端部に前記電極が配
置されており、前記検出回路は、土中等に存在する特定
物体を検出可能に構成されているものがあげられる。こ
の構成によると、例えば、土中に存在する地雷の検出等
を行うことができる。

【００１３】本発明の第５の実施形態として、開閉可能
なシャッターを備え、このシャッターの端部に前記電極
が配置されており、前記検出回路は、前記電極と前記接
地部の間の人又は物体の存在を検出可能に構成されてい
るものがあげられる。

【００１４】この構成によると、シャッター（駐車場の
入口や建造物の入口等に設けられている。）の端部に電
極が配置されており、このシャッターを閉めるときに、
シャッターの端部と床面や地面や路面等の間に存在する
人や物体の存在を検出することができる。これにより、
シャッターの間に人や物体が挟まれてしまうと言う事故
を未然に防止することができる。

【００１５】本発明の第６の実施形態として、建造物内
の室内に前記電極が配置されており、前記検出回路は、
前記室内における人の存在を検出可能に構成されている
ものがあげられる。

【００１６】例えば、住居の各室内の床面に電極を配置
し、その電極の周辺の床面を接地部とする。これによ
り、各室内において、どの部屋に人が存在しているかを
検出することができる。１人暮らしの老人が住居に住ん
でいるような場合には、監視センターにて、現在どの部
屋に人がいるかを監視しておき、たとえば、同じ部屋に
長時間滞在しているような状況が検出された場合には、
何らかの異常が発生したものとして、ただちに対策を講
じることが可能になる。

【００１７】本発明の第７の実施形態として、前記検出
回路は、前記電極と前記接地部の間に進入してきた物体
の進入量を検出可能に構成されているものがあげられ
る。

【００１８】この構成は、電極と接地部の間に侵入して
きた導体等の物体の進入量を検出するものであり、物体
の進入量により静電容量の変化量が異なるために、検出
回路により進入量を求めることができる。この静電容量
式検出装置は、位置センサーとして用いることが可能で
あり、さまざまな用途に使用可能である。

【００１９】本発明の第８の実施形態として、建造物の
出入口部に電極が配置されており、前記検出回路は、前
記出入口部からの人又は物体の侵入を検出可能に構成さ
れているものがあげられる。

【００２０】この構成によると、建造物のベランダ、
扉、窓等の出入口部から侵入してくる泥棒や強盗の侵入
を確実に検出することができる。人の比誘電率は、空気
の比誘電率よりも大きいために、容易に検出することが
可能である。また、建造物の外部との出入口部だけでは
なく、室内のドア等の出入口部にも応用可能である。

【００２１】本発明の第９の実施形態として、トイレの
便器の近傍に前記電極が配置されており、前記検出回路
は、前記便器の前の人の存在を検出可能に構成されてい
るものがあげられる。

【００２２】この構成によると、トイレに人が入ってき
て便器の前に立った状態になると、静電容量の変化によ
り人を検出する。この場合の用途として、例えば、１人
暮らしの老人がいる場合に、トイレに人が入ってきたこ
とを監視センターにおいて検出すると共に、トイレに入
っている時間も監視できる。そして、トイレに入ってい
る時間が通常よりも長いと判断された場合には、何らか
の異常が発生したものとして対応措置を迅速に取ること
ができる。または、便器の前に人が入ってきたことや、
人が去ったことを検出して自動的に水を流すような構成
を採用することも可能である。

【００２３】本発明の第１０の実施形態として、駅のホ
ームにおける線路の近傍に前記電極が配置されており、
前記検出回路は、前記線路上又は線路近傍における人の
存在を検出可能に構成されているものがあげられる。こ
の構成によると、駅のホームから人が落下してしまった
ことを検出することができるので、人身事故を未然に防
止することができる。

【００２４】本発明に係る自己診断装置は、上記いずれ
かの静電容量式検出装置の自己診断を行うための自己診
断装置であって、接地部に対向配置される電極を備えた
静電容量センサーと、自己診断を行うために、前記静電
容量センサーを作動させるための模擬信号を供給する模
擬信号供給部と、あらかじめ設定された幅の比較信号を
出力する比較信号出力部と、前記模擬信号により前記静
電容量センサーから出力されるセンサー出力信号の幅
と、前記比較信号の幅とを比較する比較判定部と、前記
比較の結果、前記センサー出力信号の幅が前記比較信号
の幅よりも短い場合に、エラー信号を出力するエラー信
号出力部とを備えていることを特徴とするものである。

【００２５】上記構成による作用・効果は次の通りであ
る。 （１）静電容量センサーを作動させるための模擬信号を
供給する。これは、例えば、電極と接地部の間に補助電
極を設けておき、この補助電極を模擬信号により動作さ
せることにより、物体や人体が電極と接地部の間に挿入
したのと同じような状態を創出することができる。ある
いは、電極と接地部の間に模擬物体を挿入するような構
成にしても良い。 （２）静電容量センサーからは、上記模擬信号によりあ
る幅を有するセンサー出力信号が出力される。 （３）一方、模擬信号の供給に関連して設定された幅の
比較信号を出力させる。（４）比較信号の幅とセンサー
出力信号の幅とを比較する。 （５）センサー出力信号の幅が比較信号の幅よりも短い
場合には、エラー信号を出力する。

【００２６】これは、静電容量センサー等が正常であれ
ば、所定幅以上の幅を有するセンサー出力信号が出力さ
れるはず、と言う技術思想に基づくものである。比較信
号の幅よりも短い場合とは、もちろん、センサー出力信
号がまったく出力されないような場合も含まれる。以上
のような、センサー出力信号の幅でもってエラーか否か
を判定することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、静電容量センサーを用いた静
電容量式検出装置の検出原理を説明する図である。図１
（ａ）において、電極１０と、圧延装置の圧延ロール１
３とが向かい合うように配置されている。また、圧延ロ
ール１３は接地されている。この電極１０と圧延ロール
１３の間の領域が検知領域であり、人の手の侵入等を検
出する。電極１０の裏側、すなわち検知領域とは反対側
にはガード板１１が比較的小さな間隔でもって電極１０
に対して平行に配置されている。ガード板１１は、ステ
ンレス鋼、銅、アルミニウム等の良導体からなり、電極
１０の全面を完全に覆うことのできる寸法形状を有して
いる。以上のように構成された電極１０と接地された圧
延ロール１３との間で、静電容量結合を生じ、この間に
人体の一部が入ることにより、この静電容量が変化する
ことになる。

【００２８】以上のように構成された静電容量センサー
により静電容量の変化を検出するため、検出回路４２に
接続されている。すなわち、電極１０は、同軸ケーブル
１２の中心導体により検出回路４２の入力端子Ｐ１に接
続し、ガード板１１は、同軸ケーブル１２のシールドに
より検出回路４２の入力端子Ｐ２に接続されている。検
出回路４２は、いわゆるインピーダンスブリッジを用い
たもので（図１（ｂ）の原理図を参照）、４辺ブリッジ
のうち、２辺に測定電源ｅ１，ｅ２が接続されている。
また、４辺ブリッジのうち１辺は電極１０と圧延ロール
１３により構成される静電容量となっており、残る１辺
には平衡静電容量ＣＢが設けられている。測定電源ｅ
１，ｅ２の間の端子Ｐ２と接地部との間に出力アンプ１
４が設けられている。また、自己診断を行うための補助
電極４０が設けられており、スイッチ４１はこの補助電
極４０を機能させるためのものである。これについては
後述する。

【００２９】ガード板１１を設けているのは、次の理由
による。つまり、電極１０と圧延ロール１３の間が本来
の検出領域であるが、実際には、電気力線が電極１０の
裏側（検出領域とは反対側）から圧延ロール１３（接地
部）にも伸びているため、本来の検出領域の外にも電界
が形成されている。そうすると、電極１０の裏側を人や
物体が通過することによっても静電容量が変化するた
め、これが誤検出の原因となってしまう。そこで、上記
のごとくガード板１１を設けることにより、電極１０の
裏側には電界が形成されなくなり、誤検出を防止するこ
とができる。

【００３０】＜等価回路＞図２に示す回路は、図１に示
す検出回路４２を電極１０と圧延ロール１３で構成され
る静電容量やその他の部分での静電容量を含めた形で示
した等価回路である。この図において、Ｃｏは、電極１
０と圧延ロール１３により規定される静電容量を示し、
Ｃ１は、同軸ケーブル１２の中心導体とシールドの間の
静電容量を示す。また、符号Ｚｅ１，Ｚｅ２は夫々測定
電源ｅ１，ｅ２の内部インピーダンスであり、符号Ｚｉ
は出力アンプ１４の内部インピーダンスである。

【００３１】ここで、図２に示す回路の動作を説明す
る。電極１０と圧延ロール１３の間に空気のみが存在す
る状態で測定電源ｅ１，ｅ２を投入すると、電源ｅ１か
ら静電容量Ｃ１を通って流れる電流は、測定電源ｅ１の
電圧がＺｅ１×ｉ１よりも十分に大きい場合には、イン
ピーダンスＺｉにはほとんど流れず無視できる。また、
静電容量Ｃｏを通って流れる電流は、静電容量Ｃ１とイ
ンピーダンスＺｉに分かれる。このとき、１／（ωＣ
１）がＺｉよりも十分に大きい場合、電流ｉ１のほとん
どがインピーダンスＺｉに流れる。電圧ｅ１とｅ２が同
一電圧で、測定電源ｅ２から、静電容量ＣＢを通って流
れる電流ｉ２は、電流ｉ１に等しく位相差が１８０゜と
した場合、インピーダンスＺｉの電流はゼロとなる。い
ま、電極１０と圧延ロール１３との間に接地された誘電
体が入りこむと、誘電体の比誘電率に応じた量だけＣｏ
が増加する。この増加分をΔＣとすると、電流ｉ１は、
ｅ１ωΔＣだけ増加し、インピーダンスＺｉに電流が流
れ、信号として出力される。また、誘電体が接地されて
おらず、いわゆるフローティングの場合でも静電容量Ｃ
ｏが増加し、Ｚｉに同様に電流が流れる。

【００３２】このように図２に示す回路では、電極１０
とガード板１１との間で構成される静電容量や同軸ケー
ブルの静電容量、その他の外乱の影響を受けにくく、電
極１０と圧延ロール１３の間の静電容量の変化を正確に
検出することが可能である。なお、図中ΔＣ’は、後述
するように補助電極４０を動作させた場合の、静電容量
の変化分を示している。

【００３３】＜応用例１＞本発明に係る静電容量式検出
装置を種々の産業分野に応用した例を説明する。以下説
明する各応用例においては、基本的に電極１０の配置の
みを示す。

【００３４】図３は、ベルトコンベア２０により搬送さ
れるアルミ缶（スチール缶でも可）Ｋをビン・ペットボ
トルＢから分別するための装置である。アルミの比誘電
率がビンやペットボトルの比誘電率とは異なると言う原
理に基づくものである。搬送されるアルミ缶等の物体の
上方に、電極１０が配置されている。また、ベルトコン
ベア２０は接地されている。電極１０と接地部の間にア
ルミ缶Ｋが来たことが検出されると、シリンダ２１を作
動させて、アルミ缶Ｋを回収用器２２に回収する。図３
の例では、搬送経路の上方に電極１０が配置されている
が、搬送経路の左側や右側に電極１０を配置するように
しても良い。また、床面を接地部としても良い。

【００３５】その他の変形例として、逆にビンやペット
ボトルのみを分別して回収するようにしても良い。いろ
いろな種類の素材が混在した状態で、ベルトコンベアに
搭載されて搬送される場合に、特定の素材のみを分別で
きるような検出装置にすることができる。図３の例で
は、金属と非金属とを分別するものであったが、非金属
の中でも特定の非金属素材のみを分別できるように構成
することもできる。例えば、テフロン（登録商標）の比
誘電率は２．０、ＰＥＴの比誘電率は３．１〜３．２、
軟質塩化ビニルの比誘電率は５．０〜９．０であること
から、これらの比誘電率の違いに着目して、特定の樹脂
のみを分別できるような検出装置を構成することもでき
る。

【００３６】＜応用例２＞図４は、自動車の前部と後部
のバンパーに電極１０を配置した例である。路面が接地
部となる。これにより、電極１０の近傍に小さな子供が
いた場合にこれを検出することができる。とくに、運転
席からの視界からは見えないような領域における人や物
体の検出には有効である。また、駐車場や車庫に自動車
をバックで入れるような場合にも、運転席の視界からは
見えにくいような障害物、壁面等の接近を検出すること
ができ、自動車と上記障害物や壁面との衝突を未然に防
止することができる。車両として、自動車に限定され
ず、トラックやバスや電車などにも応用できるものであ
る。

【００３７】＜応用例３＞図５は、地雷検出器に応用し
た例であり、プローブ本体２３の先端部に電極１０が配
置されている。土中に地雷２４（特定物体に相当す
る。）が存在すると、電極１０と接地部（大地）により
構成される静電容量が変化するので、地雷の存在を探索
して検出することができる。

【００３８】その他の変形例として、多種類のごみが混
在したごみ捨て場から、特定の種類の金属や樹脂を探索
する場合にも応用できる。また、土中ではなく、コンク
リート内や水面下における特定物体の探索にも応用でき
る。

【００３９】＜応用例４＞図６は、駐車場や建造物の出
入口や倉庫のシャッターに応用した例であり、シャッタ
ー２５の下端部に電極１０が配置されている。シャッタ
ー２５を閉めたときにシャッター２５の下端部が当接す
る路面、床面等が接地部を構成する。これにより、シャ
ッター２５の下端部と路面・床面等の間の人や物体の存
在を検出することができ、人や物体がシャッター２５と
路面等の間に挟まれることによる事故を防止することが
できる。

【００４０】＜応用例５＞図７は、建造物（住居、ビル
等）内の各室内の床面に電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，
１０Ｄを配置した例である。天井面や壁面を接地部とし
て構成する。これにより、各室内において、どの部屋に
人が存在しているかを検出することができる。１人暮ら
しの老人が住居に住んでいるような場合には、監視セン
ターにて、現在どの部屋に人がいるかを監視しておき、
たとえば、同じ部屋に長時間滞在しているような状況が
検出された場合には、何らかの異常が発生したものとし
て、ただちに対策を講じることが可能になる。

【００４１】また、建造物が美術館とか博物館のような
場合、夜間における泥棒等の侵入を検出できるようにし
て、展示物の盗難を防止することができる。また、金庫
が保管されているような部屋に電極を設置することで、
貴重品の盗難を防止することができる。

【００４２】＜応用例６＞図８は、電極１０と接地部で
ある壁面２８との間に導体２９等の物体が侵入してきた
ことを検出する装置である。導体２９の進入量により静
電容量の変化量も異なる。よって、この変化を検出する
ことにより導体２９の位置を検出することができるの
で、図８の装置は位置センサーとして各種産業分野に応
用することができる。

【００４３】＜応用例７＞図９は、建造物の出入口にあ
たるベランダの手すり部３０の上側に電極１０を配置し
た例である。ベランダの床面が接地部として構成され
る。電極１０の配置としては、ベランダの天井面や手す
り部の側面部に配置しても良い。これにより、泥棒の侵
入を検出することができる。部屋の中に居住者がいる場
合には、検出回路を不作動状態にし、居住者が就寝した
り、外出したりするときに検出回路を作動状態にしてお
く。また、検出回路を監視センターに接続しておき常時
モニターしておくことも可能である。電極は、露出させ
ておくのではなく、カバー部材等により保護しておくの
が好ましい。

【００４４】ベランダのほかに玄関の入口、窓、門、煙
突等の出入口部に設けても良い。また、エレベータの扉
（出入口部に相当する。）に設けても良い。家の中の、
特定の部屋の出入口（ドア等）に設けても良い。図１０
は、玄関３１に設けた例である。玄関３１のドアの外側
に電極１０を設けることにより、玄関３１の前に人が存
在していることを検出することができる。これにより、
呼び鈴が押されなくても、室内の居住者は訪問者が来た
ことを知ることができる。また、玄関３１の内側に電極
１０を設けることにより、外部から人が入ってきたこと
を検出することができ、室内の照明を自動点灯させた
り、警報を鳴らしたりすることができる。図１０の場合
は、電極１０を玄関３１の幅方向に沿って細長にしてお
き、その電極１０の周辺の床面を接地部とする。この電
極１０を人がまたぐことにより、静電容量が変化する。

【００４５】＜応用例８＞図１１は、トイレの便器３２
の上方に電極１０を配置した例である。接地部としては
床面で構成することができる。人が便器３２の前に立っ
たことや、便器３２の前から立ち去ったことを検出して
水を流したりすることができる。トイレについては、駅
の構内や建物室内や住居等、特に限定されるものではな
い。その他の用途として、例えば、１人暮らしの老人が
いるような場合に、トイレに人が入ってきたことを監視
センターにおいて検出すると共に、トイレに入っている
時間も監視する。そして、トイレに入っている時間が通
常よりも長いと判断された場合には、何らかの異常が発
生したものとして対応策を取ることができる。病院や施
設におけるトイレにおいては特に必要性が高いものであ
る。電極１０は、壁面の内部に埋め込んでおけば美観を
損なわないので好ましい。

【００４６】＜応用例９＞図１２は、駅のホーム３３の
線路に面した壁面部（線路の近傍に相当する。）に電極
１０を配置した例である。検出回路により、線路上や線
路の近くの人の存在を検出することができる。これによ
り、人身事故を未然に防止することができる。

【００４７】＜自己診断装置＞次に、本発明に係る静電
容量センサーを用いた検出装置の自己診断装置について
説明する。図１３は、静電容量式検出装置の自己診断を
行うための自己診断回路を示すシーケンス図であり、こ
のシーケンスは、マイクロプロセッサ・プログラマブル
・コントローラ、パーソナルコンピュータ等、電気制御
できる部品、装置で構成できる。図１４は図１３のシー
ケンス図に対応したタイムチャート及び補助電極駆動部
を示す図である。この自己診断装置は、電極１０に対向
するように補助電極４０を設置し、これを、後述する模
擬信号発生用リレーＲ２（図１のスイッチ４１に相当す
る。）により、定期的にスイッチングさせ、所望の検知
ができるか否かをチェックするものである。

【００４８】図１３において、自己診断を行う周期を設
定するための周期タイマーＴ１とこの周期タイマーＴ１
のＢ接点とが直列接続され、周期タイマーＴ１と並列接
続された模擬信号を出力させるための模擬信号タイマー
Ｔ２と、同じく周期タイマーＴ１と並列接続された自己
診断を行う時間を設定するための自己診断タイマーＴ３
とが設けられている。

【００４９】静電容量センサーの作動によりＯＮされる
ＳＷと直列にセンサー出力リレーＲ１が接続される。つ
まり、ＳＷのＯＮによりセンサー出力リレーＲ１が励磁
される（ＯＮとなる。）。センサー出力リレーＲ１がＯ
Ｎになる時間は、センサー出力信号の幅 (図１４のｒ
１，ｒ２，ｒ３参照) に相当する。模擬信号タイマーＴ
２のＢ接点と模擬信号発生用リレーＲ２とが直列接続さ
れる。つまり、模擬信号タイマーＴ２により設定される
時間ｔ２だけセンサーを作動させるための模擬信号を発
生させる (図１４参照) 。自己診断タイマーＴ３のＢ接
点と自己診断信号出力用リレーＲ３とが直列接続され
る。これにより、自己診断タイマーＴ３により設定され
る時間ｔ３は、自己診断を行う時間として設定される。
時間ｔ３は、センサー出力信号の幅の大きさを考慮し
て、これをカバーできるように設定される。

【００５０】センサー出力リレーＲ１のＡ接点と幅判定
タイマーＴ４とが直列接続される。幅判定タイマーＴ４
は、あらかじめ設定された幅を有する比較信号を出力す
るために設けられ、この比較信号の幅とセンサー出力信
号との幅を比較することにより、静電容量センサー等に
エラーが発生しているか否かを判定する。

【００５１】幅判定タイマーＴ４のＡ接点と幅判定用リ
レーＲ４とが直列接続されている。そして、この幅判定
用リレーＲ４により、幅判定タイマーＴ４により設定さ
れた時間ｔ４だけ比較信号を出力する (図１４参照) 。
幅判定用リレーＲ４のＡ接点と、センサー出力リレーＲ
１のＡ接点と、模擬信号発生用リレーＲ２のＢ接点と、
正常信号発生用リレーＲ５とが直列接続され、かつ、幅
判定用リレーＲ４のＡ接点及びセンサー出力リレーＲ１
のＡ接点と、正常信号発生用リレーＲ５のＡ接点とが並
列接続される。つまり、リレーＲ１，Ｒ４のＯＮとリレ
ーＲ２のＯＦＦによりリレーＲ５がＯＮとなる。

【００５２】自己診断信号出力用リレーＲ３のＡ接点
と、エラー信号発生用リレーＲ６とが直列接続される。
また、リレーＲ３と正常信号発生用リレーＲ５のＡ接点
とは並列接続されている。正常検知信号発生用リレーＲ
７と、自己診断信号出力用リレーＲ３のＢ接点と、セン
サー出力リレーＲ１のＡ接点とが直列接続されている。
また、リレーＲ３のＡ接点もリレーＲ７と直列接続され
ている。

【００５３】＜自己診断回路のタイムチャート＞図１４
（ｂ）は、電極１０を備えた静電容量センサを用いた自
己診断装置の概略模式図である。模擬人体（又は、模擬
物体）として機能する補助電極４０が模擬信号発生用リ
レーＲ２の接点を介して検出回路に接続されている。自
己診断回路５は、図１３に示されるシーケンス図に基づ
いて構成される。静電容量センサーは、電極１０と接地
部の間の静電容量が物体あるいは人の進入により変化す
ることを検出し、これにより警報信号を出力したり所定
の動作をさせたりする。つまり、補助電極４０を動作さ
せて、物体や人が電極１０と接地部の間に進入してきた
のと同じ状態を強制的に作り出すことにより、静電容量
センサーの自己診断を行うことができる。

【００５４】そのため、模擬信号発生用リレーＲ２によ
り、図１４（ａ）に示すような模擬信号（Ｒ２）を自己
診断回路５から周期的に発生させる。周期はｔ１で示さ
れ、これは周期タイマーＴ１により設定される。模擬信
号（Ｒ２）の幅はｔ２で示されており、これは模擬信号
発生用リレーＲ２により設定される。図１４（ａ）で
は、説明の便宜上３周期分を示し、第１周期目はセンサ
ーからの出力が正常であった場合、第２周期目はセンサ
ーからの出力が異常（出力信号幅が小さい）であった場
合、第３周期目はセンサーからの出力が異常（出力信号
がなし）であった場合をそれぞれ示している。

【００５５】＜正常な場合＞模擬信号（Ｒ２）により、
補助電極４０がフローティング状態となり、電極１０と
接地部の間に静電容量の変化が起こる（図２のΔＣ’に
相当する。）。これを検出回路により検出し、センサー
出力リレーＲ１により出力信号（Ｒ１）が出力される。
図１４にも示すように、模擬信号（Ｒ２）と出力信号
（Ｒ１）とはΔｔの時間ずれがあるが、これはＡ／Ｄ変
換器による変換遅れ等が原因によるものであり、実際は
数１０ｍｓｅｃ程度のわずかの量である。（図１４は誇
張して描かれている。）センサー等が正常であれば、出
力信号（Ｒ１）は、幅ｔｒ１のパルス状信号となる。

【００５６】出力信号（Ｒ２）と同時に幅判定用リレー
Ｒ４による比較信号（Ｒ４）が出力される。比較信号
（Ｒ４）の幅は、幅判定タイマーＴ４によりｔ４になる
ように設定されている。なお、比較信号（Ｒ４）は通常
Ｈレベル（ＯＮ）であり、Ｌレベル（ＯＦＦ）がアクテ
ィブとなる。そして、幅判定時間ｔ４が経過した時点
で、出力信号（Ｒ２）がＬレベル、かつ、比較信号（Ｒ
４）がＨレベル、かつ、出力信号（Ｒ１）がＨレベルで
あれば、正常信号発生用リレーＲ５をＯＮにし、Ｈレベ
ルの正常信号（Ｒ５）を発生させる。つまり、比較信号
（Ｒ４）の幅ｔ４よりも出力信号（Ｒ１）の幅ｔｒ１が
大きければ、センサー等は正常であると判定される。出
力信号（Ｒ１）は幅ｔｒ１に相当する時間が経過すると
Ｌレベルに変化するが、リレーＲ５のＡ接点によりリレ
ーＲ５は自己保持されるので、正常信号（Ｒ５）はその
ままＨレベルの状態で保持される。次の周期において模
擬信号（Ｒ２）が立ち上がることにより、自己保持が解
除される（図１３参照）。

【００５７】エラー信号発生用リレーＲ６は、自己診断
の結果センサー等にエラーが発生するとＬレベルのエラ
ー信号（Ｒ６）を出力するためのものであるが、自己診
断を行う期間を設定する自己診断信号（Ｒ３）が発生し
ている間は、エラー信号を出力せず、自己診断期間が経
過した後もＨレベルの正常信号（Ｒ５）が出力されてお
ればエラー信号（Ｒ６）を出力しないようになっている
（図１４参照）。

【００５８】正常検知信号発生用リレーＲ７は、自己診
断を行わない通常の使用状態において、Ｌレベルの正常
検知信号（Ｒ７）を出力する。リレーＲ７は、自己診断
信号出力用リレーＲ３のＡ接点と直列接続されているの
で、自己診断期間中はＬレベルの正常検知信号（Ｒ７）
を出力しない。図１４のように、ｒ２で示されるような
出力信号（Ｒ１）があった場合に、正常検知信号（Ｒ
７）がＬレベルとなる。

【００５９】図示はしていないが、エラー信号（Ｒ６）
が出力された場合には、警報を出してオペレータに知ら
せるようにする。また、正常検知信号（Ｒ７）が出力さ
れた場合も警報を出すようにする。

【００６０】＜異常な場合＞次に、静電容量センサー等
に異常があり、出力信号（Ｒ１）の幅がｔｒ３のように
小さかったとする。この幅ｔｒ３は、設定された比較信
号ｔ４の幅よりも小さい。従って、自己診断期間ｔ４が
経過した時はすでにリレーＲ１がＯＦＦになっており、
その結果正常信号発生用リレーＲ５をＯＮさせない。し
たがって、正常信号（Ｒ５）が出力されない。また、リ
レーＲ５がＯＮされないから自己診断期間ｔ３を経過す
ると、エラー信号発生用リレーＲ６はＯＦＦになる。つ
まり、Ｌレベルのエラー信号（Ｒ６）を発生する。静電
容量センサーに異常があり、まったく出力信号Ｒ１が出
てこない場合も、幅が小さい場合と同じような結果とな
る。

【００６１】以上のように、リレーＲ２とタイマーＴ２
は模擬信号供給部として機能し、リレーＲ４とタイマー
Ｔ４は比較信号出力部として機能し、リレーＲ１，Ｒ
２，Ｒ４，Ｒ５は比較判定部として機能し、リレーＲ
３，Ｒ５，Ｒ６は、エラー信号出力部として機能し、タ
イマーＴ３とリレーＲ３とは自己診断信号出力部として
機能する。

【００６２】以上のように、本発明による静電容量式検
出装置は、さまざまな産業分野において利用することが
でき、さらに自己診断機能を持たせることにより付加価
値の高い装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】静電容量センサーを用いた静電容量式検出装置
の検出原理を説明する図

【図２】図１の検出回路の詳細（等価回路）を示す図

【図３】本発明をアルミ缶の分別に用いた応用例

【図４】本発明を自動車のバンパーに用いた応用例

【図５】本発明を地雷検出器に用いた応用例

【図６】本発明をシャッターに用いた応用例

【図７】本発明を室内の床面に用いた応用例

【図８】本発明を位置センサーとして用いた応用例

【図９】本発明を建造物のベランダに用いた応用例

【図１０】本発明を玄関に用いた応用例

【図１１】本発明をトイレの便器に用いた応用例

【図１２】本発明を駅のホームに用いた応用例

【図１３】静電容量式検出装置の自己診断を行うための
自己診断回路を示すシーケンス図

【図１４】図１３のシーケンス図に対応したタイムチャ
ート及び補助電極駆動部を示す図

【符号の説明】

１０ 電極 Ｃｏ 静電容量 ΔＣ 静電容量の変化分 ｅ１ 測定電源 ｅ２ 測定電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA49 BA19 BA29 BD17 CA02 DA01 DA05 HA03 2G005 BA04 EA07 EA09 2G028 BB06 BE09 CG07 DH04 EJ07 FK01 HN07

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接地部に対向配置される電極と、 前記電極と前記接地部の間の静電容量の変化を検出する
   検出回路とを備えたことを特徴とする静電容量式検出装
   置。
2. 【請求項２】 金属物体と非金属物体とが混在した状態
   で搬送経路に沿って搬送される搬送手段を備え、 前記搬送される物体群を挟むように前記接地部に対向し
   て前記電極が配置されており、前記検出回路は、混在し
   た物体群の中から金属物体を選別可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式検出装
   置。
3. 【請求項３】 比誘電率の異なる複数の物体が混在した
   状態で搬送経路に沿って搬送される搬送手段を備え、 前記搬送される物体群を挟むように前記接地部に対向し
   て前記電極が配置されており、前記検出回路は、混在し
   た物体群の中から特定の比誘電率を有する物体を選別可
   能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   静電容量式検出装置。
4. 【請求項４】 車両の前側又は後側に前記電極が配置さ
   れており、前記検出回路は、前記電極と前記接地部の間
   の人又は物体の存在を検出可能に構成されていることを
   特徴とする請求項１に記載の静電容量式検出装置。
5. 【請求項５】 プローブ本体を備え、このプローブ本体
   の先端部に前記電極が配置されており、前記検出回路
   は、土中等に存在する特定物体を検出可能に構成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式検出
   装置。
6. 【請求項６】 開閉可能なシャッターを備え、このシャ
   ッターの端部に前記電極が配置されており、前記検出回
   路は、前記電極と前記接地部の間の人又は物体の存在を
   検出可能に構成されていることを特徴とする請求項１に
   記載の静電容量式検出装置。
7. 【請求項７】 建造物内の室内に前記電極が配置されて
   おり、前記検出回路は、前記室内における人の存在を検
   出可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記
   載の静電容量式検出装置。
8. 【請求項８】 前記検出回路は、前記電極と前記接地部
   の間に進入してきた物体の進入量を検出可能に構成され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式検
   出装置。
9. 【請求項９】 建造物の出入口部に電極が配置されてお
   り、前記検出回路は、前記出入口部からの人又は物体の
   侵入を検出可能に構成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の静電容量式検出装置。
10. 【請求項１０】 トイレの便器の近傍に前記電極が配置
    されており、前記検出回路は、前記便器の前の人の存在
    を検出可能に構成されていることを特徴とする請求項１
    に記載の静電容量式検出装置。
11. 【請求項１１】 駅のホームにおける線路の近傍に前記
    電極が配置されており、前記検出回路は、前記線路上又
    は線路近傍における人の存在を検出可能に構成されてい
    ることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式検出装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれか１項に記載
    の静電容量式検出装置の自己診断を行うための自己診断
    装置であって、 接地部に対向配置される電極を備えた静電容量センサー
    と、 自己診断を行うために、前記静電容量センサーを作動さ
    せるための模擬信号を供給する模擬信号供給部と、 あらかじめ設定された幅の比較信号を出力する比較信号
    出力部と、 前記模擬信号により前記センサーから出力されるセンサ
    ー出力信号の幅と、前記比較信号の幅とを比較する比較
    判定部と、 前記比較の結果、前記センサー出力信号の幅が前記比較
    信号の幅よりも短い場合に、エラー信号を出力するエラ
    ー信号出力部とを備えていることを特徴とする自己診断
    装置。