JP2012093249A - 透磁率センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発振回路1と、発振回路1から出力された交流の信号の位相を、トナー7の透磁率に応じて変化させて出力する検出回路2と、検出回路2から出力された信号を増幅する増幅回路3と、増幅回路3により増幅された信号及び発振回路1から出力された信号の位相を比較し、位相差に応じた矩形波信号を出力する位相比較回路4と、位相比較回路4から出力された矩形波信号を平滑化する平滑回路5とを備える。増幅回路3は、EX−ORゲート31を備え、その第1入力端は検出回路2の第1出力端に接続され、第2入力端は直流電源電位に接続されている。第2EX−ORゲート31の出力端は、抵抗器rfdを介して検出回路2の第2出力端に接続されている。また、検出回路2の第2出力端はコンデンサC4を介して接地されている。
【選択図】図1
Description
一方、従来のトナーセンサに使用されるロジックICの電源電圧は5Vであるため、トナーセンサを駆動させるためだけに、5Vの駆動電圧を作成する電源回路が必要であった。また、トナーセンサを5Vの駆動電圧で駆動すると、例えばトナーセンサの故障のため出力が5Vまで達する可能性もあり、故障発生時にはトナーセンサに接続されているマイコン、ロジックICを破損させるおそれがあった。
<トナーセンサの構成>
図1は、本実施の形態に係るトナーセンサの一構成例を示した回路図、図2は、排他的論理和ゲートの真理値表である。本実施の形態に係るトナーセンサ(透磁率センサ)は、交流の信号を発振する発振回路1と、発振回路1から出力された信号の位相を、トナー(被検出物)7の透磁率に応じて変化させて出力する検出回路2と、検出回路2から出力された信号を増幅する増幅回路3と、増幅回路3により増幅された信号及び前記発振回路1から出力された信号の位相を比較し、位相差に応じたデューティ比を有する矩形波信号を出力する位相比較回路4と、位相比較回路4から出力された矩形波信号を平滑化する平滑回路5とを有する。
以下、検知コイルL2の一端を、差動トランス20の第1出力端、基準コイルL3の他端を、差動トランス20の第2出力端という。
また、トナーセンサは、コンデンサC4を有する。抵抗器rfdの他端及び差動トランス20の第2出力端にはコンデンサC4の一端が接続され、コンデンサC4の他端は接地されている。
なお、本実施の形態では、増幅器をEX−ORゲートで構成する場合を説明するが、EX−NORゲート、その他の公知の回路を用いて増幅器を構成することもできる。
以下、このように構成されたトナーセンサの動作について説明する。本実施の形態に係るトナーセンサは、検知コイルL2がトナー7の近くに位置するように複写機等の現像器に取り付けているものとする。発振回路1は交流の信号、例えば400〜500kHzの信号を出力し、該信号の電圧が駆動コイルL1に印加される。検知コイルL2はトナー7の近くに位置するため、トナー7に含まれる磁性体は、駆動コイルL1と、検知コイルL2との間に配された鉄心のような役割を果たす。従って、トナー7の濃度又は残量が変化してトナー7の見かけの透磁率が変化した場合、駆動コイルL1と検知コイルL2間の磁気的結合が変化し、差動トランス20から出力される信号の振幅及び位相が変化する。差動トランス20から出力された信号は、増幅回路3で増幅され、位相比較回路4に出力される。
本実施の形態に係るトナーセンサによれば、第2EX−ORゲート31の動作点(直流成分の電圧レベル)が線形動作領域の略中心、つまり直流電源電位と、接地電位(電源電位より低電位の固定電位)との中間値で安定し(図9参照)、差動トランス20から出力される微小な交流の信号の増幅率を従来技術に比べて向上させることが可能である。
以下、本実施の形態に係るトナーセンサの作用を従来技術のトナーセンサと比較しながら、説明する。
次に、直流ないし低周波成分に対する増幅回路3の動作と、高周波成分に対する増幅回路3の動作とを分けて説明する。
これにより並列接続のC3とC4をCG1とすれば、図5Aに示した等価回路は、直流ないし低周波成分に関して、図7Aに示すような等価回路で表される。同様に、図5B中、差動コイルLのインピーダンスが低いためC3を無視することができることから、C5をCG2とする。その結果、図5Bに示した等価回路は、直流ないし低周波成分に関して、図7Bに示すような等価回路で表される。図7A及び図7Bを比較すると分かるように、本実施の形態に係る増幅回路3も、従来技術に係る増幅回路103も、同じ等価回路で表される。つまり、本実施の形態に係る増幅回路3が有する抵抗器rfdは、負帰還抵抗として作用する。従って、第2EX−ORゲート31は、負帰還抵抗の作用で直流的に動作点が安定化される。即ち、第2EX−ORゲート31の第1入力端子に入力される信号の直流成分は、接地電位と、直流電源電位との中間値で安定化する。
図8A及び図8Bを比較すると分かるように、本実施の形態に係る増幅回路3と、従来技術に係る増幅回路103との相異点は、抵抗器rfd及び抵抗器rfが負帰還抵抗として作用しているか否かである。従来技術に係る増幅回路103では、抵抗器rfが負帰還抵抗として作用している。他方、本実施の形態に係る増幅回路3では、抵抗器rfdが接地抵抗として作用し、第2EX−ORゲート31の負帰還抵抗としては作用していない。
増幅率=−K/(1+K・β)…(1)
但し、β=rp/(rp+rf)…(2)
以上、本実施の形態に係るトナーセンサによれば、2〜3Vの低電圧で安定動作し、十分な感度でトナー7の透磁率変化を検出することができる。
2 検出回路
3 増幅回路
4 位相比較回路
5 平滑回路
6 検出信号出力端子
7 トナー
11 第1EX−ORゲート
20 差動トランス
31 第2EX−ORゲート
41 第3EX−ORゲート
L 差動コイル
L1 駆動コイル
L2 検知コイル
L3 基準コイル
rp 差動コイルの抵抗成分
r10 抵抗器
Claims (2)
- 誘導性素子を有し、被検出物の透磁率に応じた信号を出力する検出回路と、該検出回路から出力された信号を増幅する増幅回路とを備える透磁率センサにおいて、
前記増幅回路は、
前記検出回路から出力された信号を増幅する増幅器と、
一端が前記増幅器の出力側に接続され、他端が前記誘導性素子を介して前記増幅回路の入力側に接続された抵抗器と
を備え、
更に、前記抵抗器の他端に一端が接続され、他端が電源電位より低電圧の固定電位に接続されるコンデンサを備える
ことを特徴とする透磁率センサ。 - 交流の信号を発振する発振回路と、該発振回路から出力された信号の位相を、被検出物の透磁率に応じて変化させて出力する検出回路と、該検出回路から出力された信号を増幅する増幅回路と、該増幅回路により増幅された信号及び前記発振回路から出力された信号の位相を比較し、位相差に応じたデューティ比を有する矩形波信号を出力する位相比較回路と、該位相比較回路から出力された矩形波信号を平滑化する平滑回路とを備える透磁率センサにおいて、
前記検出回路は、
前記発振回路に接続された駆動コイルと、該駆動コイルに磁気的に結合した基準コイルと、前記駆動コイルに磁気的に結合し、被検出物の透磁率に応じてインダクタンスが変化する検知コイルとを含み、被検出物の透磁率に応じた信号を出力する第1出力端及び第2出力端を有する差動トランスを備え、
前記増幅回路は、
入力端子が前記差動トランスの第1出力端に接続され、該第1出力端から出力された信号を増幅する増幅器と、
一端が前記増幅器の出力端子に接続され、他端が前記差動トランスの第2出力端に接続された抵抗器と、
更に、前記抵抗器の他端に一端が接続され、他端が電源電位より低電圧の固定電位に接続されるコンデンサを備える
ことを特徴とする透磁率センサ。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015068774A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | トナーセンサー及び画像形成装置 |
US11493574B2 (en) | 2020-08-17 | 2022-11-08 | Shimadzu Corporation | Magnetic material inspection device |
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-
2010
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