JP2002368597A

JP2002368597A - 近接センサ

Info

Publication number: JP2002368597A
Application number: JP2001170774A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Takagi; 英俊高木; Takeshi Natsui; 健夏井; Ryosuke Takagi; 綾祐高木; Hiroshi Miyamae; 宏宮前
Original assignee: CHIE NO WA KK; Sensus Yamamoto Co Ltd
Current assignee: CHIE NO WA KK; Sensus Yamamoto Co Ltd
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】従来よりも検知精度が高く、応答性に優れた
近接センサを提供する。【解決手段】本発明の近接センサ１は、検知対象物の離
接により変化する排他的論理和回路５からの出力信号の
パルス幅を、クロック信号と組み合わせることで、ＡＮ
Ｄ回路７からの出力信号のパルス数に変換し、その数値
によってデジタル的に計測する構成である。従って、検
知対象物が近接したか否かをデジタル的に判別できるた
め、確実に検知でき、積分回路によって平滑化していた
従来の手法と比較して、正確に検知することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は近接センサに関し、
特に、パルス発振器から発振されるパルスを利用して検
知対象物の離接を検知する近接センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の近接センサは、図７に示
したような構成を備えている。すなわち、パルス発振器
１００と、検知対象物の離接に伴って該検知対象物に非
接触で静電容量の変化を示すコンデンサ１０１を備えた
検知部１０２と、コンデンサ１０１と共にパルス積分器
１０３を形成する抵抗回路１０４と、パルス発振器１０
０から直接入力される第１の信号とパルス積分器１０３
を経由して入力される第２の信号との間に生じる位相差
に応じたパルス幅の信号を出力する排他的論理和回路
（ＸＯＲ回路）１０５とを具備し、さらに、積分回路１
０６及び比較回路１０７を備えている。

【０００３】排他的論理和回路１０５から出力される出
力パルス信号は、積分回路１０６により波形が平滑化さ
れた後、比較回路１０７において所定の電圧値（閾値）
以上であるか否か比較され、所定の閾値以上の場合に
は、該比較回路１０７から信号が出力されて、検知対象
物（物体）が近接していることを検知できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成では、排他的論理和回路１０５から出力される出力
パルス信号は積分回路１０６により平滑化されてしま
う。このため、変化が小さい場合には検知できず、検知
精度が悪い。小さな信号変化を捉えるために増幅回路を
用いることも行われているが、これでは構造が複雑にな
る。一方、積分回路のコンデンサ容量を大きくした場合
には、出力される信号波形のレベルが高くなるため、閾
値との差が大きくなり、誤動作は少なくなる。しかしな
がら、この場合には、コンデンサに充電されるまでの時
間が長くなり、応答性の点で問題がある。

【０００５】ところで、液面検知センサとしては、従
来、浮き子とマグネットスイッチを利用したもの等が知
られているが、液面に非接触で検知するものとしては、
超音波、光学式などの高価なものに限られている。従っ
て、安価でありながら検知精度の高い液面検知センサの
開発が望まれている。また、上記した従来の液面検知セ
ンサは、その形状が一定であり、取り付け場所の制約が
大きい。

【０００６】本発明は上記に鑑みなされたものであり、
従来よりも検知精度が高く、かつ応答性に優れた近接セ
ンサを提供することを課題とする。また、本発明は簡易
な構造で安価に提供でき、非接触で液面を検知する液面
検知センサとして用いるのに適した近接センサを提供す
ることを課題とする。さらに、本発明は、取り付け場所
の自由度を増した近接センサを提供することを課題とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、請求項１記載の本発明では、パルス発振器と、検
知対象物の離接に伴って該検知対象物に非接触で静電容
量の変化を示すコンデンサを備えた検知部と、前記コン
デンサと共にパルス積分器を形成する抵抗回路と、前記
パルス発振器から直接入力される第１の信号と前記パル
ス積分器を経由して入力される第２の信号との間に生じ
る位相差に応じたパルス幅の信号を出力する排他的論理
和回路とを具備し、検知対象物の離接変位を検知する近
接センサであって、前記排他的論理和回路から出力され
る出力信号のパルス幅を計測するパルス幅計測手段と、
前記パルス幅計測手段に基づき、検知対象物の離接を判
別する判別回路とを具備することを特徴とする近接セン
サを提供する。請求項２記載の本発明では、請求項１記
載の近接センサであって、前記パルス幅計測手段は、前
記パルス発振器よりも単位時間当たりの発振数の多いパ
ルスを発振するクロック回路と、前記クロック回路から
のクロック信号と前記排他的論理和回路からの出力信号
が入力されるＡＮＤ回路と、前記ＡＮＤ回路からの出力
信号数をカウントするカウンタとを具備して構成され、
前記判別回路は、前記カウンタから出力されるカウント
数に応じて検知対象物の離接を判別するように設定され
ていることを特徴とする近接センサを提供する。請求項
３記載の本発明では、請求項２記載の近接センサであっ
て、前記判別回路は、前記カウンタから出力されるカウ
ント数が所定の閾値以上の場合に検知対象物の近接であ
ると判別するように設定されていることを特徴とする近
接センサを提供する。請求項４記載の本発明では、請求
項１記載の近接センサであって、前記パルス幅計測手段
は、前記排他的論理和回路から出力される出力信号のパ
ルス幅の持続時間を計測する時間計測器から構成され、
前記判別回路は、前記時間計測器により測定された持続
時間に応じて検知対象物の離接を判別するように設定さ
れていることを特徴とする近接センサを提供する。請求
項５記載の本発明では、請求項４記載の近接センサであ
って、前記判別回路は、前記時間計測器により測定され
た持続時間が所定の閾値以上の場合に検知対象物の近接
であると判別するように設定されていることを特徴とす
る近接センサを提供する。請求項６記載の本発明では、
請求項１記載の近接センサであって、前記検知部を構成
するコンデンサが、薄型でフレキシブルな素材からなる
基板に支持されていることを特徴とする近接センサを提
供する。請求項７記載の本発明では、請求項１〜６のい
ずれか１に記載の近接センサであって、液面検知センサ
として用いられることを特徴とする近接センサを提供す
る。

【０００８】（作用）請求項１記載の本発明では、パル
ス幅計測手段によって、排他的論理和回路から出力され
る出力信号のパルス幅を計測する。そして、その計測値
に基づき、判別回路において、検知対象物の離接を判別
する。請求項２記載の本発明では、検知対象物の離接に
より変化する排他的論理和回路からの出力信号のパルス
幅を、クロック信号と組み合わせることで、ＡＮＤ回路
からの出力信号のパルス数に変換し、その数値によって
デジタル的に計測する。従って、検知対象物が近接した
か否かをデジタル的に判別できるため、確実に検知でき
る。請求項３記載の本発明では、カウンタから出力され
るカウント数が所定の閾値以上の場合に検知対象物の近
接と判別し、それよりも小さい場合にはノイズと判別す
る。従って、検知精度の正確性をさらに高めることがで
きる。請求項４記載の本発明では、検知対象物の離接に
より変化する排他的論理和回路からの出力信号のパルス
幅の持続時間を、時間計測器により測定する。従って、
検知対象物が近接したか否かを、パルス持続時間によ
り、極めて簡易な構成で判別できる。請求項５記載の本
発明では、時間計測器から出力される持続時間が所定の
閾値以上の場合に検知対象物の近接と判別し、それより
も小さい場合にはノイズと判別する。従って、検知精度
の正確性を高めることができる。請求項６記載の本発明
では、検知部を薄型でフレキシブルな構造とすることが
できる。このため、取り付け場所の自由度が増し、さら
には検知可能な検知対象物の種類も広がる。請求項７記
載の本発明では、非接触の液面検知センサを安価で提供
することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施形態に基
づき本発明をさらに詳細に説明する。図１は本発明の一
の実施形態にかかる近接センサ１の構成図である。

【００１０】図１に示したように、本実施形態の近接セ
ンサ１は、パルス発振器２、検知部３、抵抗回路４、排
他的論理和回路（ＸＯＲ回路）５、クロック回路６、Ａ
ＮＤ回路７、カウンタ８及び判別回路９を備えて構成さ
れている。

【００１１】パルス発振器２は、所定振幅で所定の繰返
し数の基準パルスを発振するもので、従来公知の機器を
用いることができる。検知部３は、コンデンサ３１を備
えて構成される。このコンデンサ３１は、検知対象物
（物体）が離接することによって非接触で静電容量の変
化を示すことから、検知部３は、かかる静電容量の変化
を利用して検知対象物の離接を検知する構造である。検
知部３を構成するコンデンサ３１は、円筒状、角筒状な
どの各種のケースに収容することもできるが、コンデン
サ３１自体をフレキシブルな素材からなる基板に装備さ
せると共に、この外周をプラスチックフィルムなどで被
覆することにより、薄型で柔軟に曲成可能な構造とする
ことが好ましい。これにより、例えば、検知対象物であ
る液体が充填された２つのタンクが接近して配置されて
いる場合に、それらの間に設置することが可能となり、
また、曲面形状のタンクや細長い棒状パイプの外周に配
置したりすることが可能となり、取り付け場所の制約が
小さくなって、取り付け自由度を向上させることができ
る。

【００１２】パルス発振器２と検知部３との間には抵抗
回路４が介在配設される。この抵抗回路４は、検知部３
のコンデンサ３１と共に、印加されたパルスを、任意の
持続時間内で引き延ばすパルス積分器４１を形成する。

【００１３】排他的論理和回路（ＸＯＲ回路）５には、
パルス発振器２から発振されたパルス信号からなる第１
の信号が直接入力されると共に、上記したパルス積分器
４１を経由したパルス信号からなる第２の信号が入力さ
れる。第２の信号は、パルス積分器４１を経由している
ため、排他的論理和回路５においては、第１の信号との
間に位相差が生じる。そして、排他的論理和回路５は、
この位相差が生じた場合に、その大きさに応じたパルス
信号を出力する。

【００１４】ＡＮＤ回路７においては、排他的論理和回
路５から出力される、上記位相差に応じた所定のパルス
幅のパルス信号からなる出力信号が入力される。また、
上記したパルス発振器２よりも単位時間当たりの発振数
の多い、つまり速いパルスを発振するクロック回路６か
らのクロック信号（パルス信号）も入力される。そし
て、両者が同時に印加されている場合に、それに応じた
パルス信号を出力する。

【００１５】カウンタ８は、このようにしてＡＮＤ回路
から出力されるパルス信号からなる出力信号の数をカウ
ントする。カウント数は、判別回路９に出力される。判
別回路９では、カウント数により検知対象物の離接状態
を判別してその結果を出力する。すなわち、カウンタ８
によるカウント数が少なければ、検知対象物が未接近状
態であると判別し、カウント数が多くなれば、検知対象
物が近接状態であると判別する。但し、ノイズの入力も
あるため、判別回路においては、所定の閾値を設定し、
カウント数が閾値以上の場合には、検知対象物であると
判別し、閾値未満の場合にはノイズとして判別して、そ
の結果を出力しない設定とすることが好ましい。なお、
本実施形態においては、上記のクロック回路６、ＡＮＤ
回路７及びカウンタ８により請求項１で定義した「パル
ス幅計測手段」を構成する。

【００１６】次に、図２〜図４に基づき本実施形態の作
用を説明する。図において「ｉｎ１」は、パルス発振器
２から排他的論理和回路５へ直接入力される第１の信号
を示し、「ｉｎ２」は、パルス積分器４１を経由して排
他的論理和回路５へ入力される第２の信号を示す。「Ｏ
ＵＴ１」は、排他的論理和回路５から出力される出力信
号を示し、「クロック」は、クロック回路６から発振さ
れるクロック信号を示す。また、「ＡＮＤ出力」は、Ａ
ＮＤ回路７から出力される出力信号である。

【００１７】まず、図２に示したように、検知対象物が
未接近状態では、第１の信号と第２の信号との位相差が
小さく、排他的論理和回路５からは出力がないか、ある
いは「ＯＵＴ１」のパルス幅が極めて小さい。従って、
クロック信号と合成されるＡＮＤ回路からの出力信号
は、出力されないか、出力された場合でも、例えば、
「１」パルスずつしか出力されない。このため、例え
ば、判別回路９の閾値のカウント数が「２」パルスに設
定されている場合には、「１」パルスのカウントではノ
イズと判別し、判別回路９からは検知対象物の近接状態
を出力しない。

【００１８】これに対し、図４に示したように、検知対
象物（物体）が近接した場合には、コンデンサ３１の容
量は、容量Ｉであったものに対し、物体が近接すること
に伴う静電容量ＩＩ分が加わり増加する。このため、排
他的論理和回路５へ入力される第１の信号と第２の信号
との位相差が大きくなる。つまり、図３に示したよう
に、「ｉｎ２」の波形が、「ｉｎ１」の波形よりも図の
矢印方向にずれることになる。その結果、排他的論理和
回路５から出力される「ＯＵＴ１」のパルス幅は検知対
象物の近接に伴って大きくなる。従って、クロック回路
６から速い発振で出力されるクロック信号が、「ＯＵＴ
１」のパルス信号と共にＡＮＤ回路７に同時入力されて
いる時間が長くなり、ＡＮＤ回路７から出力される出力
信号のパルス数は例えば「３」パルスずつとなる。カウ
ンタ８によってこのパルス数がカウントされることによ
り、判別回路９では、このパルス数が閾値以上であるた
め、検知対象物が近接したことを出力する。

【００１９】このように、本実施形態によれば、検知対
象物の離接により変化する排他的論理和回路５からの出
力信号のパルス幅を、クロック信号と組み合わせること
で、ＡＮＤ回路７からの出力信号のパルス数に変換し、
その数値によってデジタル的に計測する構成である。従
って、検知対象物が近接したか否かをデジタル的に判別
できるため、確実に検知でき、積分回路によって平滑化
していた従来の手法と比較して、正確にかつ応答性のよ
り検知を行うことができる。

【００２０】上記した近接センサ１は、図５に示したよ
うに、液面検知センサとして用いることもできる。すな
わち、検知対象物である液体が充填されるタンクの周面
であって、所定の高さの位置に近接センサ１を設置して
使用する。これにより、液体の充填量が所定量に至る
と、コンデンサ３１の当初の容量Ｉに対して、液体が増
加して近接センサ１の取り付け位置に接近するに従っ
て、静電容量ＩＩが大きくなりそれが付加されるため、
排他的論理和回路５から出力される出力信号のパルス幅
が大きくなり、カウンタ８によりカウントされるパルス
数が増加することから、液面高さを非接触で確実に検知
することができる。

【００２１】本発明の液面センサ１は、上記した実施形
態に限定されるものではない。上記した実施形態では、
クロック回路６、ＡＮＤ回路７及びカウンタ８により
「パルス幅計測手段」を構成しているが、図６に示した
ように、排他的論理和回路５と判別回路９との間に時間
計測器（タイマ）１０を介在させ、タイマ１０によっ
て、排他的論理和回路５から出力される出力信号のパル
ス幅の持続時間を直接計測する構成とすることもでき
る。なお、この場合も、ノイズ入力と区別するため、判
別回路９においては、タイマ１０によって出力される持
続時間が所定値以上の場合に検知対象物の近接と判別
し、所定値未満の場合にはノイズと判別するための閾値
を設定しておくことが好ましい。このような構成とした
場合にも、従来の積分回路を用いていた構成と比較した
場合には、検知精度を向上させることができる。しかし
ながら、図１に示した実施形態では、カウンタ８によっ
てＡＮＤ回路７から出力されるパルス信号をデジタル的
に数えることが可能であるため、検知精度の点では、図
１に示した実施形態の方がより優れている。

【００２２】

【発明の効果】本発明の近接センサは、排他的論理和回
路から出力される出力信号のパルス幅を計測するパルス
幅計測手段と、このパルス幅計測手段に基づき、検知対
象物の離接を判別する判別回路とを具備している。従っ
て、検知対象物が近接したか否かを判別して確実に検知
でき、積分回路によって平滑化していた従来の手法と比
較して、正確にかつ応答性よく検知することができる。
また、超音波を利用したセンサなどと比較して、本発明
は簡易な構造で安価に提供でき、非接触で液面を検知す
る液面検知センサとして用いるのに適している。さら
に、本発明は、検知部を薄型でフレキシブルな構造に形
成できるため、検知部の取り付け場所の自由度が向上
し、検知可能な検知対象物の種類も大幅に広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一の実施形態にかかる近接セ
ンサの構成図である。

【図２】図２は、上記実施形態にかかる近接センサに検
知対象物が近接する前の各パルス信号の波形を示す図で
ある。

【図３】図３は、上記実施形態にかかる近接センサに検
知対象物が近接した場合の各パルス信号の波形を示す図
である。

【図４】図４は、上記実施形態にかかる近接センサに検
知対象物が近接する場合のコンデンサ容量の変化を説明
するための図である。

【図５】図５は、上記実施形態にかかる近接センサを液
面検知センサとして用いる場合の作用を説明するための
図である。

【図６】図６は、本発明の他の実施形態にかかる近接セ
ンサの構成図である。

【図７】図７は、従来の近接センサの構成図である。

【符号の説明】

１近接センサ２パルス発振器３検知部３１コンデンサ４抵抗回路４１パルス積分器５排他的論理和回路（ＸＯＲ回路）６クロック回路７ＡＮＤ回路８カウンタ９判別回路１０タイマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者夏井健静岡県浜松市笠井町52番地の12 知恵の輪有限会社内 (72)発明者高木綾祐静岡県浜松市笠井町52番地の12 知恵の輪有限会社内 (72)発明者宮前宏愛知県名古屋市熱田区千年１−14−１株式会社センサスヤマモト内Ｆターム(参考） 5J050 AA02 AA05 AA47 BB22 CC00 DD00 EE31 EE34 EE35 EE36 EE38 EE40 FF25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス発振器と、検知対象物の離接に伴って該検知対象物に非接触で静電
容量の変化を示すコンデンサを備えた検知部と、前記コンデンサと共にパルス積分器を形成する抵抗回路
と、前記パルス発振器から直接入力される第１の信号と前記
パルス積分器を経由して入力される第２の信号との間に
生じる位相差に応じたパルス幅の信号を出力する排他的
論理和回路とを具備し、検知対象物の離接変位を検知す
る近接センサであって、前記排他的論理和回路から出力される出力信号のパルス
幅を計測するパルス幅計測手段と、前記パルス幅計測手段に基づき、検知対象物の離接を判
別する判別回路とを具備することを特徴とする近接セン
サ。
【請求項２】請求項１記載の近接センサであって、前
記パルス幅計測手段は、前記パルス発振器よりも単位時
間当たりの発振数の多いパルスを発振するクロック回路
と、前記クロック回路からのクロック信号と前記排他的
論理和回路からの出力信号が入力されるＡＮＤ回路と、
前記ＡＮＤ回路からの出力信号数をカウントするカウン
タとを具備して構成され、前記判別回路は、前記カウンタから出力されるカウント
数に応じて検知対象物の離接を判別するように設定され
ていることを特徴とする近接センサ。
【請求項３】請求項２記載の近接センサであって、前
記判別回路は、前記カウンタから出力されるカウント数
が所定の閾値以上の場合に検知対象物の近接であると判
別するように設定されていることを特徴とする近接セン
サ。
【請求項４】請求項１記載の近接センサであって、前
記パルス幅計測手段は、前記排他的論理和回路から出力
される出力信号のパルス幅の持続時間を計測する時間計
測器から構成され、前記判別回路は、前記時間計測器により測定された持続
時間に応じて検知対象物の離接を判別するように設定さ
れていることを特徴とする近接センサ。
【請求項５】請求項４記載の近接センサであって、前
記判別回路は、前記時間計測器により測定された持続時
間が所定の閾値以上の場合に検知対象物の近接であると
判別するように設定されていることを特徴とする近接セ
ンサ。
【請求項６】請求項１記載の近接センサであって、前
記検知部を構成するコンデンサが、薄型でフレキシブル
な素材からなる基板に支持されていることを特徴とする
近接センサ。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１に記載の近接
センサであって、液面検知センサとして用いられること
を特徴とする近接センサ。