JP2008236723A

JP2008236723A - Detection apparatus and detection method

Info

Publication number: JP2008236723A
Application number: JP2007328020A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamakawa; 和廣山川; Tetsuo Kanda; 哲男神田
Original assignee: AZUMA SYSTEMS KK; Azuma Systems Co Ltd
Current assignee: AZUMA SYSTEMS KK; Azuma Systems Co Ltd
Priority date: 2007-01-02
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2008-10-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect the phase shift component of free oscillation wave in a simple circuit configuration. <P>SOLUTION: The present invention relates to a detection apparatus (proximity sensor 10) which drives a resonance circuit 2 constituted by connecting a detection coil L and a capacitor C and performs detection based on the phase shift component of free oscillation wave output from the resonance circuit 2, wherein a predetermined number of drive signals are delivered to the resonance circuit 2, and free oscillation wave delivered in an attenuated state from the resonance circuit 2 after drive signal output is stopped, is inputted to a zero-cross circuit 11 that detects a spot of voltage 0 in the free vibration wave. Free oscillation wave count processing is then performed for counting the number of free oscillation waves based on output of the zero-cross circuit 11 and judging whether the count reaches a predetermined number or not, and the phase shift component in the free oscillation wave is detected based on time measurement required for the free oscillation wave count processing. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出装置に関し、特に、磁気的な特性変化に基づいて金属の近接、変位、材質、応力、温度、疲労、損傷、欠陥などを検出する検出装置及び検出方法に関する。 The present invention relates to a detection device that drives a resonance circuit formed by connecting a detection coil and a capacitor and performs detection based on a phase shift component of a vibration wave output from the resonance circuit, and in particular, changes in magnetic characteristics. The present invention relates to a detection device and a detection method for detecting proximity, displacement, material, stress, temperature, fatigue, damage, defect, etc.

検出コイルを備える検出装置が知られている。例えば、特許文献１に記載される近接センサは、検出コイルを含む高周波発振回路を備えた高周波発振型近接スイッチであり、金属が検出コイルに近接したとき、高周波発振回路の発振振幅や発振周波数が変化することを利用し、金属の近接や材質を判定するようになっている。すなわち、高周波発振回路の発振振幅や発振周波数は、金属との近接距離に応じて変化するだけでなく、金属の材質（透磁率、導電率などの違い）に応じて変化するのであり、例えば、振幅測定方式の近接スイッチでは、磁性金属（鉄など）の近接を良好に検出でき、周波数測定方式の近接スイッチでは、非磁性金属（アルミなど）の近接を良好に検出できる。また、両方式を兼ね備えた近接スイッチでは、磁性金属及び非磁性金属の近接を良好に検出でき、かつ、金属の材質判定も良好に行うことができる。
特許第２５５０６２１号公報 A detection device including a detection coil is known. For example, the proximity sensor described in Patent Document 1 is a high-frequency oscillation type proximity switch including a high-frequency oscillation circuit including a detection coil. When a metal approaches the detection coil, the oscillation amplitude and oscillation frequency of the high-frequency oscillation circuit are low. Utilizing the change, the proximity and material of the metal are determined. That is, the oscillation amplitude and oscillation frequency of the high-frequency oscillation circuit not only change according to the proximity distance to the metal, but also change according to the metal material (difference in magnetic permeability, conductivity, etc.), for example, The proximity switch of the amplitude measurement system can detect the proximity of magnetic metal (such as iron) well, and the proximity switch of the frequency measurement system can detect the proximity of non-magnetic metal (such as aluminum). Further, the proximity switch having both types can detect the proximity of the magnetic metal and the nonmagnetic metal well, and can also perform the metal material determination well.
Japanese Patent No. 2550621

しかしながら、従来における周波数測定方式の検出装置は、高周波発振を継続しつつ、その僅かな位相ズレを測定しているため、同期検波回路などの複雑な回路が必要になり、振幅測定方式の検出装置に比べて、著しく高価になるという問題がある。また、僅かな位相ズレをデジタル回路で検出することも可能ではあるが、この場合には、極めて高速で動作するカウンタやＣＰＵが必要になるため、却ってコスト高となる可能性がある。 However, the conventional frequency measurement type detection apparatus measures a slight phase shift while continuing high-frequency oscillation, so that a complicated circuit such as a synchronous detection circuit is required, and the amplitude measurement type detection apparatus There is a problem that it is extremely expensive. Although a slight phase shift can be detected by a digital circuit, in this case, a counter and a CPU that operate at extremely high speed are required, which may increase the cost.

上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作された本発明の検出装置は、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出装置であって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力し、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波を、該自由振動波の電圧０地点を検出するゼロクロス回路に入力し、該ゼロクロス回路の出力に基づいて自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出することを特徴とする。このような検出装置によれば、振動波の位相ズレ成分を簡単な回路構成で精度良く検出することが可能になる。すなわち、共振回路から減衰状に出力される自由振動波にあっては、強制振動波に比して位相ズレ成分が明確に現れるだけでなく、位相ズレ成分が振動波の数だけ蓄積されるので、回路構成が複雑な同期検波回路や、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレ成分を高精度に検出することができる。しかも、所定数の自由振動波をカウントする自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するので、共振回路の基準共振周波数にかかわらず、任意の分解能で位相ズレ成分を検出することができる。つまり、本発明に係る位相ズレ検出の分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、共振回路の基準共振周波数に依存しないので、検出対象に応じて共振回路の基準共振周波数を最適化しつつ、高分解能の位相ズレ検出を行うことができる。また、自由振動波をゼロクロス回路に入力し、ゼロクロス回路の出力に基づいて自由振動波の数をカウントするので、コンパレータやＡ／Ｄ変換回路を用いる場合に比べ、自由振動波の数や位相ズレを正確かつ高速に検出することができる。つまり、ゼロクロス回路は、自由振動波の電圧０地点を検出するので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。また、ゼロクロス回路は、２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力するため、入力電圧を多値（例えば、８ビット）に変換するＡ／Ｄ変換回路などを用いる場合に比べ、高速な処理が可能になる。
また、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数だけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させることを特徴とする。このような検出装置によれば、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、位相ズレ成分の検出精度をさらに向上させることができる。しかも、自由振動波カウント処理の繰り返しタイミングは、ゼロクロス回路による電圧０地点の検出にもとづいて決定されるので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、自由振動波カウント処理の繋ぎ目における時間的な誤差を最小化し、当該時間的な誤差の蓄積を抑えることができる。
また、前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを直列に接続した直列共振回路であることを特徴とする。このような検出装置によれば、直列共振回路の作用によって、最大でソース電圧のＱ倍（Ｑ：共振回路の良好度）の電圧を検出コイルに印加し、直列共振回路から振幅の大きい自由振動波を出力することができるので、自由振動波カウント数を多くし、検出精度を更に高めることができる。しかも、本発明では、ゼロクロス回路を介して自由振動波をカウントするので、減衰した振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができ、その結果、自由振動波カウント数を更に多くすることができる。
また、前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを並列に接続した並列共振回路であることを特徴とする。このような検出装置によれば、直列共振回路を用いる場合に比して、共振回路から出力される自由振動波の振幅を小さくし、ノイズの発生を抑制できるので、ノイズの影響を受けやすい装置の近傍でも検出を行うことができる。しかも、本発明では、ゼロクロス回路を介して自由振動波をカウントするので、並列共振回路から出力される振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。
また、一回の検出処理における前記自由振動波カウント処理の繰り返し回数、及び／又は、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数を変更する手段を備えることを特徴とする。このような検出装置によれば、使用条件に応じて自由振動波カウント数や繰り返し回数を変更し、検出精度や応答性能を調整することができる。
また、本発明の検出方法は、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出方法であって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力し、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波を、該自由振動波の電圧０地点を検出するゼロクロス回路に入力し、該ゼロクロス回路の出力に基づいて自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出することを特徴とする。このような検出方法によれば、振動波の位相ズレ成分を簡単な回路構成で精度良く検出することが可能になる。すなわち、共振回路から減衰状に出力される自由振動波にあっては、強制振動波に比して位相ズレ成分が明確に現れるだけでなく、位相ズレ成分が振動波の数だけ蓄積されるので、回路構成が複雑な同期検波回路や、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレ成分を高精度に検出することができる。しかも、所定数の自由振動波をカウントする自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するので、共振回路の基準共振周波数にかかわらず、任意の分解能で位相ズレ成分を検出することができる。つまり、本発明に係る位相ズレ検出の分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、共振回路の基準共振周波数に依存しないので、検出対象に応じて共振回路の基準共振周波数を最適化しつつ、高分解能の位相ズレ検出を行うことができる。また、自由振動波をゼロクロス回路に入力し、ゼロクロス回路の出力に基づいて自由振動波の数をカウントするので、コンパレータやＡ／Ｄ変換回路を用いる場合に比べ、自由振動波の数や位相ズレを正確かつ高速に検出することができる。つまり、ゼロクロス回路は、自由振動波の電圧０地点を検出するので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。また、ゼロクロス回路は、２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力するため、入力電圧を多値（例えば、８ビット）に変換するＡ／Ｄ変換回路などを用いる場合に比べ、高速な処理が可能になる。
また、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数だけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させることを特徴とする。このような検出方法によれば、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、位相ズレ成分の検出精度をさらに向上させることができる。しかも、自由振動波カウント処理の繰り返しタイミングは、ゼロクロス回路による電圧０地点の検出にもとづいて決定されるので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、自由振動波カウント処理の繋ぎ目における時間的な誤差を最小化し、当該時間的な誤差の蓄積を抑えることができる。
また、前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを直列に接続した直列共振回路であることを特徴とする。このような検出方法によれば、直列共振回路の作用によって、最大でソース電圧のＱ倍（Ｑ：共振回路の良好度）の電圧を検出コイルに印加し、直列共振回路から振幅の大きい自由振動波を出力することができるので、自由振動波カウント数を多くし、検出精度を更に高めることができる。しかも、本発明では、ゼロクロス回路を介して自由振動波をカウントするので、減衰した振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができ、その結果、自由振動波カウント数を更に多くすることができる。
また、前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを並列に接続した並列共振回路であることを特徴とする。このような検出方法によれば、直列共振回路を用いる場合に比して、共振回路から出力される自由振動波の振幅を小さくし、ノイズの発生を抑制できるので、ノイズの影響を受けやすい装置の近傍でも検出を行うことができる。しかも、本発明では、ゼロクロス回路を介して自由振動波をカウントするので、並列共振回路から出力される振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。
また、一回の検出処理における前記自由振動波カウント処理の繰り返し回数、及び／又は、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数を変更することを特徴とする。このような検出方法によれば、使用条件に応じて自由振動波カウント数や繰り返し回数を変更し、検出精度や応答性能を調整することができる。 In view of the above circumstances, the detection device of the present invention created for the purpose of solving these problems drives a resonance circuit formed by connecting a detection coil and a capacitor, and is output from the resonance circuit. A detection device that performs detection based on a phase shift component of a vibration wave, and outputs a predetermined number of drive signals to the resonance circuit, and after the drive signal output is stopped, a free vibration wave that is output in an attenuated form from the resonance circuit Is input to a zero cross circuit that detects the voltage zero point of the free vibration wave, the number of free vibration waves is counted based on the output of the zero cross circuit, and it is determined whether or not the count number has reached a predetermined number The free vibration wave counting process is performed, and the phase shift component of the free vibration wave is detected based on the time measurement required for the free vibration wave counting process. According to such a detection device, the phase shift component of the vibration wave can be accurately detected with a simple circuit configuration. That is, in the free vibration wave output in a damped form from the resonance circuit, not only the phase shift component appears clearly compared to the forced vibration wave, but also the phase shift component is accumulated by the number of vibration waves. Even in a synchronous detection circuit having a complicated circuit configuration or an inexpensive digital circuit having no high-speed counter, the phase shift component can be detected with high accuracy. In addition, a free vibration wave counting process that counts a predetermined number of free vibration waves is performed, and a phase shift component of the free vibration wave is detected based on the time measurement required for the free vibration wave counting process. Regardless of the frequency, the phase shift component can be detected with an arbitrary resolution. That is, since the resolution of phase shift detection according to the present invention is determined by the counter speed for time measurement and does not depend on the reference resonance frequency of the resonance circuit, the resolution of the reference circuit is optimized while the reference resonance frequency of the resonance circuit is optimized according to the detection target. Resolution phase shift detection can be performed. In addition, since the free vibration wave is input to the zero-cross circuit and the number of free vibration waves is counted based on the output of the zero-cross circuit, the number of free vibration waves and the phase shift are compared with the case where a comparator or an A / D conversion circuit is used. Can be detected accurately and at high speed. That is, since the zero cross circuit detects the voltage 0 point of the free vibration wave, it is possible to accurately count the free vibration wave having a small amplitude as compared with the comparator compared with the reference voltage. In addition, since the zero cross circuit outputs a binary signal (ON / OFF signal), a high-speed process can be performed as compared with a case where an A / D conversion circuit that converts an input voltage into a multi-value (for example, 8 bits) is used. It becomes possible.
Further, the phase difference component of the free vibration wave is amplified by repeating the free vibration wave count process a predetermined number of times with reference to the timing when the free vibration wave count number in the free vibration wave count process reaches a predetermined number. It is characterized by that. According to such a detection apparatus, the detection accuracy of the phase shift component can be further improved by increasing the number of repetitions of the free vibration wave counting process without complicating the circuit configuration. In addition, since the repetition timing of the free vibration wave counting process is determined based on the detection of the zero voltage point by the zero cross circuit, a temporal error at the joint of the free vibration wave counting process compared to the comparator that compares with the reference voltage. Can be minimized, and the accumulation of the time error can be suppressed.
The resonance circuit is a series resonance circuit in which a detection coil and a capacitor are connected in series. According to such a detection device, a voltage having a maximum Q times the source voltage (Q: goodness of the resonance circuit) is applied to the detection coil by the action of the series resonance circuit, and free oscillation with a large amplitude is generated from the series resonance circuit. Since waves can be output, the number of free vibration wave counts can be increased and detection accuracy can be further improved. Moreover, since the free vibration wave is counted through the zero cross circuit in the present invention, it is possible to accurately count even a free vibration wave with a small attenuated amplitude, and as a result, the free vibration wave count can be further increased. it can.
Further, the resonance circuit is a parallel resonance circuit in which a detection coil and a capacitor are connected in parallel. According to such a detection device, the amplitude of the free vibration wave output from the resonance circuit can be reduced and the generation of noise can be suppressed as compared with the case where a series resonance circuit is used. It is possible to detect even in the vicinity of. In addition, in the present invention, since the free vibration wave is counted through the zero cross circuit, it is possible to accurately count the free vibration wave with a small amplitude output from the parallel resonance circuit.
Further, the present invention is characterized by comprising means for changing the number of repetitions of the free vibration wave counting process in one detection process and / or the number of free vibration wave counts in one free vibration wave counting process. According to such a detection apparatus, it is possible to adjust the detection accuracy and response performance by changing the free vibration wave count number and the number of repetitions according to the use conditions.
The detection method of the present invention is a detection method for driving a resonance circuit formed by connecting a detection coil and a capacitor, and performing detection based on a phase shift component of a vibration wave output from the resonance circuit, A predetermined number of drive signals are output to the resonance circuit, and the free vibration wave output from the resonance circuit after attenuation of the drive signal output is input to the zero-cross circuit that detects the voltage zero point of the free vibration wave. The free vibration wave counting process is performed to count the number of free vibration waves based on the output of the zero cross circuit, and to determine whether or not the count number has reached a predetermined number. It is characterized by detecting a phase shift component of a free vibration wave based on time measurement. According to such a detection method, the phase shift component of the vibration wave can be accurately detected with a simple circuit configuration. That is, in the free vibration wave output in a damped form from the resonance circuit, not only the phase shift component appears clearly compared to the forced vibration wave, but also the phase shift component is accumulated by the number of vibration waves. Even in a synchronous detection circuit having a complicated circuit configuration or an inexpensive digital circuit having no high-speed counter, the phase shift component can be detected with high accuracy. In addition, a free vibration wave counting process that counts a predetermined number of free vibration waves is performed, and a phase shift component of the free vibration wave is detected based on the time measurement required for the free vibration wave counting process. Regardless of the frequency, the phase shift component can be detected with an arbitrary resolution. That is, since the resolution of phase shift detection according to the present invention is determined by the counter speed for time measurement and does not depend on the reference resonance frequency of the resonance circuit, the resolution of the reference circuit is optimized while the reference resonance frequency of the resonance circuit is optimized according to the detection target. Resolution phase shift detection can be performed. In addition, since the free vibration wave is input to the zero-cross circuit and the number of free vibration waves is counted based on the output of the zero-cross circuit, the number of free vibration waves and the phase shift are compared with the case where a comparator or an A / D conversion circuit is used. Can be detected accurately and at high speed. That is, since the zero cross circuit detects the voltage 0 point of the free vibration wave, it is possible to accurately count the free vibration wave having a small amplitude as compared with the comparator compared with the reference voltage. In addition, since the zero cross circuit outputs a binary signal (ON / OFF signal), a high-speed process can be performed as compared with a case where an A / D conversion circuit that converts an input voltage into a multi-value (for example, 8 bits) is used. It becomes possible.
Further, the phase difference component of the free vibration wave is amplified by repeating the free vibration wave count process a predetermined number of times with reference to the timing when the free vibration wave count number in the free vibration wave count process reaches a predetermined number. It is characterized by that. According to such a detection method, the detection accuracy of the phase shift component can be further improved by only increasing the number of repetitions of the free vibration wave counting process without complicating the circuit configuration. In addition, since the repetition timing of the free vibration wave counting process is determined based on the detection of the zero voltage point by the zero cross circuit, a temporal error at the joint of the free vibration wave counting process compared to the comparator that compares with the reference voltage. Can be minimized, and the accumulation of the time error can be suppressed.
The resonance circuit is a series resonance circuit in which a detection coil and a capacitor are connected in series. According to such a detection method, by the action of the series resonance circuit, a voltage that is Q times the source voltage at the maximum (Q: goodness of the resonance circuit) is applied to the detection coil. Since waves can be output, the number of free vibration wave counts can be increased and detection accuracy can be further improved. Moreover, in the present invention, since the free vibration wave is counted via the zero cross circuit, it is possible to accurately count even a free vibration wave having a small amplitude, and as a result, the free vibration wave count can be further increased. it can.
Further, the resonance circuit is a parallel resonance circuit in which a detection coil and a capacitor are connected in parallel. According to such a detection method, the amplitude of the free vibration wave output from the resonance circuit can be reduced and the generation of noise can be suppressed as compared with the case where a series resonance circuit is used. It is possible to detect even in the vicinity of. In addition, in the present invention, since the free vibration wave is counted through the zero cross circuit, it is possible to accurately count the free vibration wave with a small amplitude output from the parallel resonance circuit.
The number of repetitions of the free vibration wave counting process in one detection process and / or the number of free vibration wave counts in one free vibration wave counting process may be changed. According to such a detection method, the detection accuracy and response performance can be adjusted by changing the free vibration wave count number and the number of repetitions according to the use conditions.

次に、本発明の基本的な検出原理を示す参考例と、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。 Next, a reference example showing the basic detection principle of the present invention and an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

［参考例］
図１は、参考例に係る検出装置（近接センサ）の構成を示すブロック図である。この図に示される検出装置は、金属の近接を検出する近接センサ１であって、共振回路２及び検出回路３を備えて構成されている。共振回路２は、検出コイルＬにコンデンサＣを接続して構成され、検出回路３から出力される駆動信号により駆動される。検出回路３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、コンパレータ４などが内蔵された１チップマイコンを用いて構成され、ＲＯＭに書き込まれたプログラムに従い、後述する位相ズレ検出処理を行う。 [Reference example]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a detection device (proximity sensor) according to a reference example. The detection device shown in this figure is a proximity sensor 1 that detects the proximity of a metal, and includes a resonance circuit 2 and a detection circuit 3. The resonance circuit 2 is configured by connecting a capacitor C to the detection coil L, and is driven by a drive signal output from the detection circuit 3. The detection circuit 3 is configured using, for example, a one-chip microcomputer in which a CPU, a ROM, a RAM, an I / O, a comparator 4 and the like are built, and performs a phase shift detection process described later according to a program written in the ROM.

検出回路３は、共振回路２を駆動し、該共振回路２から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて、金属の近接を検出するにあたり、共振回路２に対して所定数（一又は複数）の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するようになっている。これにより、振動波の位相ズレ成分を簡単な回路構成で精度良く検出することが可能になる。 The detection circuit 3 drives the resonance circuit 2 and detects a proximity of the metal based on the phase shift component of the vibration wave output from the resonance circuit 2. ), And the number of free vibration waves output from the resonance circuit 2 after the drive signal output is attenuated is counted, and it is determined whether the count number has reached a predetermined number N. The vibration wave count process is performed, and the phase shift component of the free vibration wave is detected based on the time measurement required for the free vibration wave count process. As a result, the phase shift component of the vibration wave can be accurately detected with a simple circuit configuration.

すなわち、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波にあっては、強制振動波に比して位相ズレ成分が明確に現れるだけでなく、位相ズレ成分が振動波の数だけ蓄積されるので、回路構成が複雑な同期検波回路や、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレ成分を高精度に検出することができる。しかも、所定数の自由振動波をカウントする自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するので、共振回路２の基準共振周波数にかかわらず、任意の分解能で位相ズレ成分を検出することができる。つまり、上記のように行われる位相ズレ検出の分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、共振回路２の基準共振周波数に依存しないので、検出対象に応じて共振回路２の基準共振周波数を最適化しつつ、高分解能の位相ズレ検出を行うことができる。なお、自由振動波カウント処理では、自由振動波の１波を１としてカウントしてもよいし、自由振動波の半波を１としてカウントしてもよい。 That is, in the free vibration wave output from the resonance circuit 2 in a damped manner, not only the phase shift component appears clearly compared to the forced vibration wave, but also the phase shift component is accumulated by the number of vibration waves. Therefore, a phase shift component can be detected with high accuracy even in a synchronous detection circuit having a complicated circuit configuration or an inexpensive digital circuit that does not have a high-speed counter. In addition, the free vibration wave counting process for counting a predetermined number of free vibration waves is performed, and the phase shift component of the free vibration wave is detected based on the time measurement required for the free vibration wave counting process. Regardless of the resonance frequency, the phase shift component can be detected with an arbitrary resolution. That is, the resolution of the phase shift detection performed as described above is determined by the counter speed for time measurement, and does not depend on the reference resonance frequency of the resonance circuit 2, so that the reference resonance frequency of the resonance circuit 2 is optimized according to the detection target. Thus, high-resolution phase shift detection can be performed. In the free vibration wave counting process, one free vibration wave may be counted as 1, or a half wave of the free vibration wave may be counted as 1.

また、検出回路３は、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させるようになっている。このようにすると、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを増やすだけで、位相ズレ成分の検出精度をさらに向上させることができる。 The detection circuit 3 repeats the free vibration wave counting process a predetermined number of times M with reference to the timing at which the free vibration wave count in the free vibration wave counting process reaches the predetermined number N, whereby the phase of the free vibration wave is determined. A shift component is amplified. In this way, the detection accuracy of the phase shift component can be further improved only by increasing the number of repetitions M of the free vibration wave counting process without complicating the circuit configuration.

次に、検出装置１の具体的な構成について説明する。 Next, a specific configuration of the detection device 1 will be described.

参考例に係る近接センサ１の共振回路２は、検出コイルＬにコンデンサＣを直列に接続した直列共振回路により構成されている。このようにすると、直列共振回路の作用によって、最大でソース電圧（例えば５Ｖ）のＱ倍（例えば８倍）の電圧を検出コイルＬに印加できるので、共振回路２から振幅の大きい自由振動波を出力することができる。これにより、自由振動波カウント数を多くし、測定精度を更に高めることができる。 The resonance circuit 2 of the proximity sensor 1 according to the reference example is configured by a series resonance circuit in which a capacitor C is connected to the detection coil L in series. In this way, a maximum Q-fold voltage (for example, 8 times) of the source voltage (for example, 5 V) can be applied to the detection coil L by the action of the series resonance circuit, so that a free vibration wave having a large amplitude can be generated from the resonance circuit 2. Can be output. Thereby, the number of free vibration wave counts can be increased and the measurement accuracy can be further increased.

なお、検出コイルＬに印加される最大電圧Ｖ_ＬＭＡＸは、以下に示す式で求めることができる。ただし、ω_０は共振角周波数、Ｌは検出コイルＬのインダクタンス、Ｒは検出コイルＬの抵抗、ＣはコンデンサＣのキャパシタンス、Ｖ_Ｓはソース電圧、Ｑは共振回路の良好度である。 Note that the maximum voltage V _LMAX applied to the detection coil L can be obtained by the following equation. However, ω ₀ is the resonance angular frequency, L is the inductance of the detection coil L, R is the resistance of the detection coil L, C is the capacitance of the capacitor C, V _S is the source voltage, and Q is the goodness of the resonance circuit.

検出回路３は、駆動パルス信号によって共振回路２を強制振動させるにあたり、複数の駆動パルス信号により共振回路２を強制振動させた後、駆動信号出力を停止することができる。このようにすると、単発の駆動パルス信号で共振回路２を強制振動させる場合に比べ、強制振動波の振幅を大きくできる。特に、強制振動波の振幅が最大になるように所定の共振周波数で数発（例えば６発）の駆動パルス信号を出力すれば、駆動信号出力停止後に共振回路２から出力される自由振動波の振幅をより大きくし、測定精度を更に高めることが可能になる。
ちなみに、共振回路２を強制振動させる共振周波数ｆは、以下に示す式で求めることができる。 When the resonance circuit 2 is forcibly oscillated by the drive pulse signal, the detection circuit 3 can forcibly oscillate the resonance circuit 2 by the plurality of drive pulse signals and then stop outputting the drive signal. In this way, the amplitude of the forced vibration wave can be increased compared with the case where the resonance circuit 2 is forced to vibrate with a single drive pulse signal. In particular, if several (for example, six) drive pulse signals are output at a predetermined resonance frequency so that the amplitude of the forced vibration wave is maximized, the free vibration wave output from the resonance circuit 2 after the drive signal output is stopped. It becomes possible to further increase the measurement accuracy by increasing the amplitude.
Incidentally, the resonance frequency f for forcibly oscillating the resonance circuit 2 can be obtained by the following equation.

検出回路３は、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波を、コンパレータ４を介して入力する。コンパレータ４は、入力電圧（第一入力電圧）と基準電圧（第二入力電圧）とを比較し、その大小に応じて２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力する信号変換モジュールである。 The detection circuit 3 inputs a free vibration wave output from the resonance circuit 2 in a damped manner via the comparator 4. The comparator 4 is a signal conversion module that compares an input voltage (first input voltage) with a reference voltage (second input voltage) and outputs a binary signal (ON / OFF signal) according to the magnitude.

次に、自由振動波における位相ズレの蓄積作用（増幅作用）について、図２〜図１０を参照して説明する。 Next, a phase shift accumulation operation (amplification operation) in a free vibration wave will be described with reference to FIGS.

図２は、駆動パルス信号波形（ａ点）及び共振回路の振動波形（ｂ点）を示す説明図である。この図に示すように、検出回路３は、所定電圧（例えば５Ｖ）の駆動パルス信号を出力し、共振回路２を強制振動させる。このとき、本実施形態では、所定の共振周波数で数発（例えば６発）の駆動パルス信号を出力することにより、検出コイルＬに最大電圧（例えば４０Ｖ）を印加させる。そして、駆動パルス信号の出力を停止した後は、共振回路２から複数の自由振動波が減衰状に出力される。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing a drive pulse signal waveform (point a) and a vibration waveform (point b) of the resonance circuit. As shown in this figure, the detection circuit 3 outputs a drive pulse signal having a predetermined voltage (for example, 5 V) to forcibly vibrate the resonance circuit 2. At this time, in the present embodiment, a maximum voltage (for example, 40 V) is applied to the detection coil L by outputting several (for example, six) drive pulse signals at a predetermined resonance frequency. Then, after stopping the output of the drive pulse signal, a plurality of free vibration waves are output from the resonance circuit 2 in a damped manner.

図３は、十数個目の自由振動波を拡大した説明図、図４は、検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図、図５は、検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図である。これらの図に示すように、共振回路２から出力される自由振動波は、十数個目であっても検出に十分な振幅を保っている。ここで、検出コイルＬに金属が近接すると、検出コイルＬから発生する磁束が近接した金属に磁気的に干渉し、自由振動波の位相が進む。金属の近接に伴う自由振動波の位相ズレは、強制振動波に比べて明確に現れるだけでなく、自由振動波の個数分だけ蓄積されるので、低速なカウンタでも高精度に位相ズレを測定することが可能になる。 3 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the tenth free vibration wave, FIG. 4 is an explanatory diagram showing a phase shift when the metal approaches the detection coil (7 mm), and FIG. 5 shows the metal in the detection coil. It is explanatory drawing which shows a phase shift with when it adjoins (3 mm). As shown in these drawings, the free vibration wave output from the resonance circuit 2 maintains a sufficient amplitude for detection even if it is the tenth. Here, when a metal approaches the detection coil L, the magnetic flux generated from the detection coil L magnetically interferes with the adjacent metal, and the phase of the free vibration wave advances. The phase shift of the free vibration wave due to the proximity of the metal not only appears clearly compared to the forced vibration wave, but also accumulates as many as the number of free vibration waves, so even a low-speed counter measures the phase shift with high accuracy. It becomes possible.

また、図４及び図５に示すように、自由振動波の位相ズレは、検出コイルＬに金属が近づくほど大きくなるので、自由振動波の位相ズレにもとづいて、検出コイルＬと金属の距離を高精度に測定することが可能になる。図１０は、金属の近接距離（ｍｍ）と位相ズレ（μｓｅｃ）の関係を示しており、検出コイルＬに金属が近づくほど自由振動波の位相ズレが大きくなることが解る。特に、１０〜２０個目の自由振動波を見ている位相ズレデータにあっては、位相ズレが１０〜２０倍に加算されているので、極めて高精度な距離測定（変位測定）が可能になる。 Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the phase deviation of the free vibration wave increases as the metal approaches the detection coil L. Therefore, the distance between the detection coil L and the metal is determined based on the phase deviation of the free vibration wave. It becomes possible to measure with high accuracy. FIG. 10 shows the relationship between the proximity distance (mm) of the metal and the phase shift (μsec), and it can be seen that the phase shift of the free vibration wave increases as the metal approaches the detection coil L. In particular, in the phase shift data in which the 10th to 20th free vibration waves are seen, since the phase shift is added 10 to 20 times, extremely high-precision distance measurement (displacement measurement) is possible. Become.

図６は、自由振動波形（ｂ点）とコンパレータ出力（ｃ点）の関係を示す説明図、図７は、検出コイルに金属が近接していないときのコンパレータ出力を示す拡大図、図８は、検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとのコンパレータ出力を示す説明図、図９は、検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとのコンパレータ出力を示す説明図である。これらの図に示すように、共振回路２から出力される自由振動波は、十数個目であっても検出に十分な振幅を保っているので、コンパレータ４によって明確な矩形波に変換することができる。ここで、検出コイルＬに金属が近接すると、コンパレータ出力波形の位相が進む。図８及び図９から明らかなように、金属の近接に伴う位相ズレは、自由振動波の個数が増えるほど蓄積され、測定が容易になる。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the free vibration waveform (point b) and the comparator output (point c), FIG. 7 is an enlarged view showing the comparator output when no metal is close to the detection coil, and FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the comparator output when the metal is close to the detection coil (7 mm), and FIG. 9 is an explanatory diagram showing the comparator output when the metal is close to the detection coil (3 mm). As shown in these drawings, the free vibration wave output from the resonance circuit 2 maintains a sufficient amplitude for detection even if it is the tenth or more, and therefore it is converted into a clear rectangular wave by the comparator 4. Can do. Here, when a metal comes close to the detection coil L, the phase of the comparator output waveform advances. As is apparent from FIGS. 8 and 9, the phase shift accompanying the proximity of the metal accumulates as the number of free vibration waves increases, and measurement becomes easier.

次に、自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用（蓄積作用）について、図１１を参照して説明する。 Next, the phase shift amplifying action (accumulating action) by repeating the free vibration wave counting process will be described with reference to FIG.

図１１は、自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用を示す説明図である。この図に示す波形は、一回の検出処理における共振回路２の出力波形であって、２発の駆動パルス信号を出力して、共振回路２を強制振動させた後、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、カウント数が所定数５に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数５に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を１０回繰り返した場合の波形であり、上側の波形は、下側の波形よりも金属を近づけた場合を示している。この図から明らかなように、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数繰り返すと、自由振動波の位相ズレが増幅される。これにより、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、金属の近接に伴う位相ズレの測定精度を飛躍的に向上させることができる。 FIG. 11 is an explanatory diagram showing the phase shift amplifying effect by repeating the free vibration wave counting process. The waveform shown in this figure is an output waveform of the resonance circuit 2 in one detection process, and after two drive pulse signals are output and the resonance circuit 2 is forcibly vibrated, the resonance circuit 2 attenuates the waveform. The free vibration wave count process is performed to count the number of free vibration waves to be output and to determine whether the count number has reached the predetermined number 5, and based on the time measurement required for the free vibration wave count process In detecting the phase shift component of the free vibration wave, a waveform obtained when the free vibration wave count process is repeated 10 times with reference to the timing when the free vibration wave count number in the free vibration wave count process reaches a predetermined number 5 is used. Yes, the upper waveform shows the case where the metal is brought closer to the lower waveform. As is clear from this figure, when the free vibration wave count process is repeated a predetermined number of times with reference to the timing at which the free vibration wave count reaches the predetermined number in the free vibration wave count process, the phase deviation of the free vibration wave is amplified. Is done. Thereby, the measurement accuracy of the phase shift accompanying the proximity of the metal can be greatly improved by only increasing the number of repetitions of the free vibration wave counting process without complicating the circuit configuration.

次に、検出回路３の検出処理手順について、図１２を参照して説明する。 Next, the detection processing procedure of the detection circuit 3 will be described with reference to FIG.

図１２は、検出回路の検出処理手順を示すフローチャートである。この図に示すように、検出回路３は、まず、コンパレータ４のＲＥＦ電圧（基準電圧）を設定した後（Ｓ１）、カウンタクリア処理（Ｓ２）と、自由振動波カウント処理（Ｓ３〜Ｓ５）と、自由振動波カウント処理の繰り返し処理（Ｓ６、Ｓ７）と、検出信号出力処理（Ｓ８、Ｓ９）とからなる検出処理を繰り返し実行する。 FIG. 12 is a flowchart showing the detection processing procedure of the detection circuit. As shown in this figure, the detection circuit 3 first sets the REF voltage (reference voltage) of the comparator 4 (S1), then performs a counter clear process (S2), a free vibration wave count process (S3 to S5), and The detection process consisting of the free vibration wave counting process repetition process (S6, S7) and the detection signal output process (S8, S9) is repeatedly executed.

カウンタクリア処理は、繰り返し回数カウンタ及び時間計測カウンタをクリアする処理である（Ｓ２）。また、自由振動波カウント処理は、強制振動波の振幅が最大になるように、共振回路２に対して所定の共振周波数で数発の駆動パルス信号を出力した後（Ｓ３）、自由振動波カウンタをクリアし（Ｓ４）、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントすると共に、カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する処理である（Ｓ５）。また、繰り返し処理は、自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングで、繰り返し回数カウンタをインクリメントすると共に（Ｓ６）、繰り返し回数カウンタが所定数Ｍに達したか否かを判断し（Ｓ７）、該判断結果がＹＥＳになるまで、自由振動波カウント処理（Ｓ３〜Ｓ５）を繰り返す処理である。また、検出信号出力処理は、自由振動波カウント処理の繰り返し回数が所定数Ｍになったら、時間計測カウンタ値を読み込むと共に（Ｓ８）、読み込んだ時間計測カウンタ値を所定の検出信号形式（例えば、近接距離信号）に変換して出力する処理である（Ｓ９）。 The counter clear process is a process for clearing the repeat count counter and the time measurement counter (S2). In the free vibration wave counting process, several drive pulse signals are output at a predetermined resonance frequency to the resonance circuit 2 so that the amplitude of the forced vibration wave is maximized (S3), and then the free vibration wave counter is output. Is cleared (S4), the number of free vibration waves output in a damped form from the resonance circuit 2 is counted, and whether or not the count number has reached a predetermined number N is determined (S5). In the repetition process, at the timing when the count number of the free vibration wave reaches the predetermined number N, the repetition number counter is incremented (S6), and it is determined whether or not the repetition number counter has reached the predetermined number M ( S7) is a process of repeating the free vibration wave counting process (S3 to S5) until the determination result is YES. In the detection signal output process, when the number of repetitions of the free vibration wave count process reaches a predetermined number M, the time measurement counter value is read (S8), and the read time measurement counter value is converted into a predetermined detection signal format (for example, This is a process of converting to a proximity distance signal and outputting it (S9).

［実施例］
次に、本発明の実施例について、図１３〜図１５を参照して説明する。ただし、参考例と共通の部分については、参考例と同じ符号を付けることにより、参考例の説明を援用する。 [Example]
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. However, about the part which is common with a reference example, description of a reference example is used by attaching | subjecting the same code | symbol as a reference example.

図１３に示すように、本発明の実施例に係る検出装置（近接センサ１０）は、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波を、該自由振動波の電圧０地点を検出するゼロクロス回路１１に入力し、該ゼロクロス回路１１の出力に基づいて自由振動波の数をカウントする点が参考例に係る検出装置（近接センサ１）と相違している。このようにすると、コンパレータ４やＡ／Ｄ変換回路を用いる場合に比べ、自由振動波の数や位相ズレを正確かつ高速に検出することができる。つまり、ゼロクロス回路１１は、自由振動波の電圧０地点（０電圧に交差した地点）を検出するので、基準電圧と比較するコンパレータ４に比べ、振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる（図１４参照）。また、ゼロクロス回路１１は、２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力するため、入力電圧を多値（例えば、８ビット）に変換するＡ／Ｄ変換回路などを用いる場合に比べ、高速な処理が可能になる。 As shown in FIG. 13, the detection apparatus (proximity sensor 10) according to the embodiment of the present invention detects a free vibration wave output from the resonance circuit 2 in a damped manner and detects a zero cross point of the voltage of the free vibration wave. The difference from the detection apparatus (proximity sensor 1) according to the reference example is that the number of free vibration waves is input to the circuit 11 and the number of free vibration waves is counted based on the output of the zero-cross circuit 11. In this way, the number of free vibration waves and the phase shift can be detected accurately and at a higher speed than when the comparator 4 or the A / D conversion circuit is used. That is, since the zero cross circuit 11 detects the zero point of the free vibration wave voltage (the point where the zero voltage is crossed), it can accurately count even the free vibration wave having a smaller amplitude than the comparator 4 that compares the reference voltage. Yes (see FIG. 14). Further, since the zero-cross circuit 11 outputs a binary signal (ON / OFF signal), the high-speed processing is performed compared to the case of using an A / D conversion circuit that converts an input voltage into a multi-value (for example, 8 bits). Is possible.

また、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数だけ繰り返すにあたり、自由振動波カウント処理の繰り返しタイミングを、ゼロクロス回路１１による電圧０地点の検出にもとづいて決定することができるので、基準電圧と比較するコンパレータ４に比べ、自由振動波カウント処理の繋ぎ目における時間的な誤差を最小化し、当該時間的な誤差の蓄積を抑えることができる。 Further, when the free vibration wave counting process is repeated a predetermined number of times with reference to the timing at which the free vibration wave count number reaches a predetermined number in the free vibration wave counting process, the repetition timing of the free vibration wave counting process is set to zero cross circuit 11. Therefore, the time error at the joint of the free vibration wave counting process is minimized and the time error is accumulated, as compared with the comparator 4 to be compared with the reference voltage. Can be suppressed.

また、共振回路２を、検出コイルＬとコンデンサＣとを直列に接続した直列共振回路とするにあたり、ゼロクロス回路１１を介して自由振動波をカウントすれば、減衰した振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントできるので、自由振動波カウント数を更に多くできるという利点がある。 Further, when the resonance circuit 2 is a series resonance circuit in which the detection coil L and the capacitor C are connected in series, if the free vibration wave is counted through the zero cross circuit 11, even a free vibration wave with a small attenuated amplitude can be accurately obtained. Therefore, there is an advantage that the free vibration wave count number can be further increased.

また、共振回路２を、検出コイルＬとコンデンサＣとを並列に接続した並列共振回路とするにあたり、ゼロクロス回路１１を介して自由振動波をカウントすれば、並列共振回路から出力される振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントできるという利点がある。 Further, when the resonance circuit 2 is a parallel resonance circuit in which the detection coil L and the capacitor C are connected in parallel, if the free vibration wave is counted through the zero cross circuit 11, the amplitude output from the parallel resonance circuit is small. There is an advantage that even a free vibration wave can be accurately counted.

また、検出回路３には、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎや、一回の検出処理における自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する設定数変更手段を設けることができる。このようにすると、使用条件に応じて自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを変更し、検出精度や応答性能を調整することができる。例えば、検出精度が優先される状況では、一回の検出処理における合計カウント数（Ｎ×Ｍ）が多くなるように自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを増やし、また、応答性能が優先される状況では、一回の検出処理における合計カウント数（Ｎ×Ｍ）が少なくなるように自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを減らすことができる。また、自由振動波の減衰が大きく、自由振動波のカウント数Ｎを多くできない状況にあっては、自由振動波カウント数Ｎを減らし、かつ、繰り返し回数Ｍを増やすことにより、要求精度を満たすことができる。 The detection circuit 3 is provided with setting number changing means for changing the free vibration wave count number N in one free vibration wave counting process and the number of repetitions M of the free vibration wave counting process in one detection process. be able to. If it does in this way, according to use conditions, the free vibration wave count number N and the repetition frequency M can be changed, and detection accuracy and response performance can be adjusted. For example, in a situation where the detection accuracy is prioritized, the free vibration wave count number N and the repetition count M are increased so that the total count number (N × M) in one detection process is increased, and the response performance is prioritized. In this situation, the free vibration wave count number N and the number of repetitions M can be reduced so that the total count number (N × M) in one detection process is reduced. In a situation where the free vibration wave is greatly attenuated and the free vibration wave count N cannot be increased, the required accuracy can be satisfied by reducing the free vibration wave count N and increasing the number of repetitions M. Can do.

なお、自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍの変更は、検出回路３の内部判断で実行しても良いし、外部からの設定数変更信号にもとづいて実行するようにしても良い。以下、外部からの設定数変更信号にもとづいて変更する場合を例として、自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍの変更処理手順を説明する。 The change of the free vibration wave count number N and the number of repetitions M may be executed by internal determination of the detection circuit 3, or may be executed based on an externally set number change signal. The procedure for changing the free vibration wave count number N and the number of repetitions M will be described below, taking as an example the case of changing based on an externally set number change signal.

図１５に示す設定数変更処理では、まず、設定数変更信号の入力を判断し（Ｓ１１）、該判断結果がＹＥＳの場合は、設定数変更信号に含まれる自由振動波カウント数及び繰り返し回数を読み取り（Ｓ１２）、所定のタイミングで自由振動波カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍを変更する（Ｓ１３）。自由振動波カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍを変更するタイミングは、設定数変更信号の入力タイミングにもとづいて決定しても良いし、位相ズレ検出処理の検出サイクルにもとづいて決定しても良い。そして、設定数変更信号の入力タイミングにもとづいて決定する場合は、自由振動波カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍの即時変更が可能になるが、位相ズレ検出処理の途中で変更すると、不具合が生じる可能性があるため、現在実行中の位相ズレ検出処理を中止した上で、自由振動波カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍを変更し、その後、新たな位相ズレ検出処理を開始することが好ましい。また、位相ズレ検出処理の検出サイクルにもとづいて決定する場合は、現在実行中の位相ズレ検出処理が終わるのを待ち、次回の位相ズレ検出処理が開始されるまでの間に、自由振動波カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍを変更することが好ましい。 In the set number change process shown in FIG. 15, first, the input of the set number change signal is determined (S11). If the determination result is YES, the free vibration wave count number and the repetition count included in the set number change signal are determined. Reading (S12), the free vibration wave count number N and the repetition number M are changed at a predetermined timing (S13). The timing for changing the free vibration wave count number N and the repetition count M may be determined based on the input timing of the set number change signal, or may be determined based on the detection cycle of the phase shift detection process. When determining based on the input timing of the set number change signal, the free vibration wave count number N and the repetition count M can be immediately changed. However, if the change is made in the middle of the phase shift detection process, problems may occur. Therefore, it is preferable to stop the currently executed phase shift detection process, change the free vibration wave count number N and the repetition count M, and then start a new phase shift detection process. In addition, when determining based on the detection cycle of the phase shift detection process, it waits for the currently executed phase shift detection process to end and counts the free vibration wave until the next phase shift detection process is started. It is preferable to change the number N and the number of repetitions M.

叙述の如く構成された本実施例によれば、検出コイルＬとコンデンサＣとを接続してなる共振回路２を駆動し、該共振回路２から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う近接センサ１０であって、共振回路２に対して所定数の駆動信号を出力し、駆動信号出力停止後に共振回路２から減衰状に出力される自由振動波を、該自由振動波の電圧０地点を検出するゼロクロス回路１１に入力し、該ゼロクロス回路１１の出力に基づいて自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するので、振動波の位相ズレ成分を簡単な回路構成で精度良く検出することが可能になる。 According to the present embodiment configured as described, the resonance circuit 2 formed by connecting the detection coil L and the capacitor C is driven and detected based on the phase shift component of the vibration wave output from the resonance circuit 2. A proximity sensor 10 that outputs a predetermined number of drive signals to the resonance circuit 2 and outputs a free vibration wave that is attenuated from the resonance circuit 2 after the drive signal output is stopped, to a voltage of the free vibration wave A free vibration wave count process that inputs to the zero cross circuit 11 that detects the zero point, counts the number of free vibration waves based on the output of the zero cross circuit 11, and determines whether or not the count number has reached a predetermined number And detecting the phase shift component of the free vibration wave based on the time measurement required for the free vibration wave counting process, it becomes possible to accurately detect the phase shift component of the vibration wave with a simple circuit configuration. .

すなわち、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波にあっては、強制振動波に比して位相ズレ成分が明確に現れるだけでなく、位相ズレ成分が振動波の数だけ蓄積されるので、回路構成が複雑な同期検波回路や、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレ成分を高精度に検出することができる。しかも、所定数の自由振動波をカウントする自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するので、共振回路２の基準共振周波数にかかわらず、任意の分解能で位相ズレ成分を検出することができる。つまり、本発明に係る位相ズレ検出の分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、共振回路２の基準共振周波数に依存しないので、検出対象に応じて共振回路２の基準共振周波数を最適化しつつ、高分解能の位相ズレ検出を行うことができる。 That is, in the free vibration wave output from the resonance circuit 2 in a damped manner, not only the phase shift component appears clearly compared to the forced vibration wave, but also the phase shift component is accumulated by the number of vibration waves. Therefore, a phase shift component can be detected with high accuracy even in a synchronous detection circuit having a complicated circuit configuration or an inexpensive digital circuit that does not have a high-speed counter. In addition, the free vibration wave counting process for counting a predetermined number of free vibration waves is performed, and the phase shift component of the free vibration wave is detected based on the time measurement required for the free vibration wave counting process. Regardless of the resonance frequency, the phase shift component can be detected with an arbitrary resolution. That is, since the resolution of phase shift detection according to the present invention is determined by the counter speed for time measurement and does not depend on the reference resonance frequency of the resonance circuit 2, the reference resonance frequency of the resonance circuit 2 is optimized according to the detection target. High-resolution phase shift detection can be performed.

また、自由振動波をゼロクロス回路１１に入力し、ゼロクロス回路１１の出力に基づいて自由振動波の数をカウントするので、コンパレータやＡ／Ｄ変換回路を用いる場合に比べ、自由振動波の数や位相ズレを正確かつ高速に検出することができる。つまり、ゼロクロス回路１１は、自由振動波の電圧０地点を検出するので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。また、ゼロクロス回路１１は、２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力するため、入力電圧を多値（例えば、８ビット）に変換するＡ／Ｄ変換回路などを用いる場合に比べ、高速な処理が可能になる。 Further, since the free vibration wave is input to the zero cross circuit 11 and the number of free vibration waves is counted based on the output of the zero cross circuit 11, the number of free vibration waves and the number of free vibration waves can be compared with the case where a comparator or an A / D conversion circuit is used. The phase shift can be detected accurately and at high speed. That is, since the zero cross circuit 11 detects the voltage 0 point of the free vibration wave, it is possible to accurately count the free vibration wave having a small amplitude as compared with the comparator compared with the reference voltage. Further, since the zero-cross circuit 11 outputs a binary signal (ON / OFF signal), the high-speed processing is performed compared to the case of using an A / D conversion circuit that converts an input voltage into a multi-value (for example, 8 bits). Is possible.

また、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数だけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させるので、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、位相ズレ成分の検出精度をさらに向上させることができる。しかも、自由振動波カウント処理の繰り返しタイミングは、ゼロクロス回路１１による電圧０地点の検出にもとづいて決定されるので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、自由振動波カウント処理の繋ぎ目における時間的な誤差を最小化し、当該時間的な誤差の蓄積を抑えることができる。 In addition, the phase difference component of the free vibration wave is amplified by repeating the free vibration wave count process a predetermined number of times with reference to the timing at which the free vibration wave count number reaches a predetermined number in the free vibration wave count process. The detection accuracy of the phase shift component can be further improved by only increasing the number of repetitions of the free vibration wave counting process without complicating the circuit configuration. In addition, since the repetition timing of the free vibration wave counting process is determined based on the detection of the zero voltage point by the zero cross circuit 11, it is more time-dependent at the joint of the free vibration wave counting process than the comparator that compares with the reference voltage. It is possible to minimize the error and suppress the accumulation of the time error.

また、共振回路２を、検出コイルＬとコンデンサＣとを直列に接続した直列共振回路とした場合には、直列共振回路の作用によって、最大でソース電圧のＱ倍（Ｑ：共振回路の良好度）の電圧を検出コイルＬに印加し、直列共振回路から振幅の大きい自由振動波を出力することができるので、自由振動波カウント数を多くし、検出精度を更に高めることができる。しかも、ゼロクロス回路１１を介して自由振動波をカウントするので、減衰した振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができ、その結果、自由振動波カウント数を更に多くすることができる。 Further, when the resonance circuit 2 is a series resonance circuit in which the detection coil L and the capacitor C are connected in series, the source resonance voltage is Q times the maximum (Q: the goodness of the resonance circuit) due to the action of the series resonance circuit. ) Is applied to the detection coil L, and a free vibration wave having a large amplitude can be output from the series resonance circuit, so that the number of free vibration wave counts can be increased and detection accuracy can be further increased. In addition, since the free vibration wave is counted via the zero cross circuit 11, it is possible to accurately count even a free vibration wave with a small attenuated amplitude, and as a result, the free vibration wave count can be further increased.

また、共振回路２を、検出コイルＬとコンデンサＣとを並列に接続した並列共振回路とした場合は、直列共振回路を用いる場合に比して、共振回路２から出力される自由振動波の振幅を小さくし、ノイズの発生を抑制できるので、ノイズの影響を受けやすい装置の近傍でも検出を行うことができる。しかも、ゼロクロス回路１１を介して自由振動波をカウントするので、並列共振回路から出力される振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。 Further, when the resonance circuit 2 is a parallel resonance circuit in which the detection coil L and the capacitor C are connected in parallel, the amplitude of the free vibration wave output from the resonance circuit 2 as compared with the case where the series resonance circuit is used. Since the generation of noise can be suppressed and detection can be performed even in the vicinity of a device that is susceptible to noise. In addition, since the free vibration wave is counted via the zero cross circuit 11, it is possible to accurately count the free vibration wave with a small amplitude output from the parallel resonance circuit.

また、一回の検出処理における自由振動波カウント処理の繰り返し回数や、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数を変更する手段を備えるので、使用条件に応じて自由振動波カウント数や繰り返し回数を変更し、検出精度や応答性能を調整することができる。 In addition, it has means to change the number of repetitions of the free vibration wave count process in one detection process and the number of free vibration wave counts in a single free vibration wave count process. The detection accuracy and response performance can be adjusted by changing the number and the number of repetitions.

なお、本発明は、前記実施例に限定されないことは勿論であって、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行うものであれば、近接センサに限らず、その他の各種検出装置及び検出方法に適用できることは言うまでもない。また、前記実施例では、検出回路から出力される駆動信号で共振回路を直接駆動しているが、電磁誘導などにより共振回路を間接的に駆動させる検出装置でも実施することができる。例えば、検出コイルとは別個に設けられる励磁コイルを駆動し、該駆動に応じて励磁コイルから発生する交流磁界の変化を検出コイル（共振回路）で検出する検出装置にも好適に用いることができる。また、前記実施例では、一回の検出処理において自由振動波カウント処理をＭ回繰り返すが、本発明は、一回の検出処理において自由振動波カウント処理を繰り返さない検出装置でも有効である。 Of course, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is based on a phase shift component of a vibration wave that drives a resonance circuit formed by connecting a detection coil and a capacitor and is output from the resonance circuit. Needless to say, the present invention is applicable not only to proximity sensors but also to other various detection devices and detection methods. In the above-described embodiment, the resonance circuit is directly driven by the drive signal output from the detection circuit. However, a detection apparatus that indirectly drives the resonance circuit by electromagnetic induction or the like can also be implemented. For example, it can be suitably used for a detection device that drives an excitation coil provided separately from the detection coil and detects a change in an alternating magnetic field generated from the excitation coil by the detection coil (resonance circuit) in response to the drive. . In the above-described embodiment, the free vibration wave counting process is repeated M times in one detection process. However, the present invention is also effective in a detection device that does not repeat the free vibration wave counting process in one detection process.

参考例に係る検出装置（近接センサ）の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the detection apparatus (proximity sensor) which concerns on a reference example. 駆動パルス信号波形（ａ点）及び共振回路の振動波形（ｂ点）を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a drive pulse signal waveform (a point) and the vibration waveform (b point) of a resonance circuit. 十数個目の自由振動波を拡大した説明図である。It is explanatory drawing which expanded the tenth free vibration wave. 検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときの位相ズレを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a phase shift when a metal adjoins to a detection coil (7 mm). 検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときの位相ズレを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a phase shift when a metal adjoins to a detection coil (3 mm). 自由振動波形（ｂ点）とコンパレータ出力（ｃ点）の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between a free vibration waveform (b point) and a comparator output (c point). 検出コイルに金属が近接していないときのコンパレータ出力を示す拡大図である。It is an enlarged view showing a comparator output when metal is not in proximity to the detection coil. 検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときのコンパレータ出力を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a comparator output when a metal adjoins to a detection coil (7 mm). 検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときのコンパレータ出力を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a comparator output when a metal adjoins to a detection coil (3 mm). 金属の近接距離と位相ズレの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the proximity | contact distance of a metal, and the relationship of phase shift. 自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the amplification effect | action of the phase shift by repetition of a free vibration wave count process. 検出回路の検出処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detection processing procedure of a detection circuit. 本発明の実施例に係る検出装置（近接センサ）の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the detection apparatus (proximity sensor) which concerns on the Example of this invention. （Ａ）はコンパレータを用いた場合の作用説明図、（Ｂ）はゼロクロス回路を用いた場合の作用説明図である。(A) is an operation explanatory diagram when a comparator is used, and (B) is an operation explanatory diagram when a zero cross circuit is used. 検出回路の設定数変更処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the setting number change process sequence of a detection circuit.

Explanation of symbols

１近接センサ（参考例）
２共振回路
３検出回路
４コンパレータ
１０近接センサ（実施例）
１１ゼロクロス回路
Ｃコンデンサ
Ｌ検出コイル 1 Proximity sensor (reference example)
2 resonance circuit 3 detection circuit 4 comparator 10 proximity sensor (Example)
11 Zero cross circuit C Capacitor L Detection coil

Claims

A detection device that drives a resonance circuit formed by connecting a detection coil and a capacitor and performs detection based on a phase shift component of a vibration wave output from the resonance circuit,
A predetermined number of drive signals are output to the resonance circuit, and the free vibration wave output from the resonance circuit after attenuation of the drive signal output is input to the zero-cross circuit that detects the voltage zero point of the free vibration wave. The free vibration wave counting process is performed to count the number of free vibration waves based on the output of the zero cross circuit, and to determine whether or not the count number has reached a predetermined number. A detection device that detects a phase shift component of a free vibration wave based on time measurement.

Amplifying the phase shift component of the free vibration wave by repeating the free vibration wave count process a predetermined number of times with reference to the timing when the free vibration wave count in the free vibration wave count process reaches a predetermined number. The detection device according to claim 1, characterized in that:

3. The detection device according to claim 1, wherein the resonance circuit is a series resonance circuit in which a detection coil and a capacitor are connected in series.

The detection device according to claim 1, wherein the resonance circuit is a parallel resonance circuit in which a detection coil and a capacitor are connected in parallel.

The means for changing the number of repetitions of the free vibration wave counting process in one detection process and / or the number of free vibration wave counts in one free vibration wave counting process are provided. 5. The detection device according to any one of 4 above.

A detection method of driving a resonance circuit formed by connecting a detection coil and a capacitor and performing detection based on a phase shift component of a vibration wave output from the resonance circuit,
A predetermined number of drive signals are output to the resonance circuit, and the free vibration wave output from the resonance circuit after attenuation of the drive signal output is input to the zero-cross circuit that detects the voltage zero point of the free vibration wave. The free vibration wave counting process is performed to count the number of free vibration waves based on the output of the zero cross circuit, and to determine whether or not the count number has reached a predetermined number. A detection method characterized by detecting a phase shift component of a free vibration wave based on time measurement.

Amplifying the phase shift component of the free vibration wave by repeating the free vibration wave count process a predetermined number of times with reference to the timing when the free vibration wave count in the free vibration wave count process reaches a predetermined number. The detection method according to claim 6.

The detection method according to claim 6, wherein the resonance circuit is a series resonance circuit in which a detection coil and a capacitor are connected in series.

The detection method according to claim 6, wherein the resonance circuit is a parallel resonance circuit in which a detection coil and a capacitor are connected in parallel.

10. The number of repetitions of the free vibration wave counting process in one detection process and / or the number of free vibration wave counts in one free vibration wave counting process is changed. The detection method of crab.