JP2014185986A - Proximity sensor system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係るいくつかの態様は、例えば、高周波発振型の近接センサシステムに関する。 Some embodiments according to the present invention relate to, for example, a high-frequency oscillation type proximity sensor system.
従来、この種の近接センサとして、ケースの長手方向に沿って収納された検出信号処理用のプリント基板を備える近接スイッチにおいて、スイッチの動作状態を表示するための表示素子をプリント基板の一側に備えるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この近接スイッチによれば、表示素子がプリント基板の幅方向略中央部に装着されず、基板の幅方向の一側に装着されているので、ディスクリートLEDをプリント基板に実装したりすることなく、表示素子の点灯をスイッチ外部から容易に確認することができる。 Conventionally, as a proximity sensor of this type, in a proximity switch including a detection signal processing printed circuit board housed along the longitudinal direction of the case, a display element for displaying the operation state of the switch is provided on one side of the printed circuit board. What was provided is known (for example, refer patent document 1). According to this proximity switch, the display element is not mounted in the substantially central portion in the width direction of the printed circuit board, but is mounted on one side in the width direction of the circuit board, so that the discrete LED is not mounted on the printed circuit board. The lighting of the display element can be easily confirmed from the outside of the switch.
ところで、従来の近接センサでは、検出用コイルを発振駆動して磁界を形成し、被検出体が近づくと、電磁誘導作用による渦電流が磁性体である被検出体に流れるので、この渦電流損に基づいて、被検出体の近接(有無)を検出していた。 By the way, in the conventional proximity sensor, the detection coil is driven to oscillate to form a magnetic field. When the detected object approaches, an eddy current due to electromagnetic induction flows to the detected object that is a magnetic material. Based on the above, the proximity (presence / absence) of the detected object was detected.
しかしながら、被検出体以外の磁性体が存在する場合に、検出用コイルが形成する磁界の磁束が当該磁性体に作用し、渦電流損が生じることがあった。そのため、従来の近接センサは、被検出体以外の磁性体によって渦電流損が発生したときに、当該磁性体を被検出体の近接として誤って検出してしまうおそれがあった。 However, when a magnetic body other than the detection target exists, the magnetic flux formed by the detection coil may act on the magnetic body, resulting in eddy current loss. For this reason, the conventional proximity sensor may erroneously detect the magnetic body as the proximity of the detected body when eddy current loss occurs due to the magnetic body other than the detected body.
本発明のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、被検出体の誤検出を防止することのできる近接センサシステムを提供することを目的の1つとする。 Some aspects of the present invention have been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a proximity sensor system capable of preventing erroneous detection of a detection target.
本発明に係る近接センサシステムは、所定の発振周波数で磁界を形成する発振回路部を備えるセンサユニットと、被検出体に設けられ、前述の所定の発振周波数に基づく共振周波数を有する共振回路部を備える被検出ユニットと、を備え、センサユニットは、共振回路部により発振回路部の発振が変化したときに、被検出体の近接を検出する検出回路部をさらに備える。 A proximity sensor system according to the present invention includes a sensor unit that includes an oscillation circuit unit that forms a magnetic field at a predetermined oscillation frequency, and a resonance circuit unit that is provided on the detection target and has a resonance frequency based on the predetermined oscillation frequency. The sensor unit further includes a detection circuit unit that detects the proximity of the detected object when the oscillation of the oscillation circuit unit is changed by the resonance circuit unit.
かかる構成によれば、所定の発振周波数で磁界を形成する発振回路部を備えるセンサユニット10、センサユニットの所定の発振周波数に基づく共振周波数を有する共振回路部を備える被検出ユニットと、を備える。ここで、発振回路部が所定の発振周波数で磁界を形成し、共振回路部が当該所定の発振周波数に基づく共振周波数を有するので、共振回路部は共振する。共振する共振回路部には、磁界(または磁界の磁束)の変化により、共振していない(非共振の)場合と比較して大きな電圧が発生する。そして、共振回路部により消費される電力(エネルギー)は、発振回路部にエネルギーの損失を与える。よって、センサユニットと被検出体とが近づくときに、磁界(または磁界の磁束)の変化により、磁性体などと比較して大きなエネルギー損失を発振回路部に与える。このとき、発振回路部は、例えば、発振が減衰し、または発振動作が停止など、発振(振動状態)が変化するので、検出回路部は被検出体の近接を検出することが可能となる。
According to this configuration, the
また、近接センサシステムは、被検出体に設けられた被検出ユニットの共振回路部が、センサユニットの発振回路部にエネルギー損失を与え、当該エネルギー損失による発振回路部の発振の変化を利用し、被検出体の近接を検出しているので、被検出体が非磁性体であっても発振回路部の振動を変化させることができ、非磁性体である検出することが可能である。また、磁界(磁界の磁束)の変化によって、被検出体自体ではなく、被検出体に設けられた被検出ユニットの共振回路部がエネルギー損失を与えるので、検出距離は被検出体の種類に依存しない(検出距離は被検出体の種類によって変化しない)。さらに、被検出体に設けられた被検出ユニットの共振回路部を利用することで、従来の近接センサのように電磁誘導作用または電磁誘導作用による渦電流損を利用する場合と比較して、被検出体の大きさ、検出面の形状などの影響も受けにくい、という利点(メリット)を得ることができる。 Further, in the proximity sensor system, the resonance circuit unit of the detection unit provided in the detection object gives energy loss to the oscillation circuit unit of the sensor unit, and uses the change in oscillation of the oscillation circuit unit due to the energy loss, Since the proximity of the detected object is detected, the vibration of the oscillation circuit unit can be changed even if the detected object is a non-magnetic material, and it is possible to detect the non-magnetic material. Also, the detection distance depends on the type of the detected object because the resonance circuit part of the detected unit provided on the detected object gives energy loss due to the change of the magnetic field (magnetic flux of the magnetic field). No (detection distance does not change depending on the type of detection object) Furthermore, by using the resonance circuit portion of the detected unit provided on the detected object, compared to the case of using electromagnetic induction action or eddy current loss due to electromagnetic induction action as in the case of a conventional proximity sensor, The advantage (merit) that it is difficult to be affected by the size of the detection body, the shape of the detection surface, and the like can be obtained.
さらに、検出回路部は、共振回路部により発振回路部の発振が変化したときに、被検出体の近接を検出する。これにより、センサユニットと被検出体との間に、何らかの磁性体が存在し、電磁誘導作用により渦電流損が発生する場合でも、当該渦電流損は共振回路部が与えるエネルギー損失と比較して非常に小さいので、検出回路部が当該磁性体を被検出体の近接として検出することはない。 Furthermore, the detection circuit unit detects the proximity of the detected object when the oscillation of the oscillation circuit unit is changed by the resonance circuit unit. As a result, even if some magnetic material exists between the sensor unit and the detected object and eddy current loss occurs due to electromagnetic induction, the eddy current loss is compared with the energy loss given by the resonance circuit unit. Since it is very small, the detection circuit unit does not detect the magnetic body as the proximity of the detected body.
好ましくは、検出回路部は、発振回路部の所定の評価値に基づいて、被検出体の近接を検出する。 Preferably, the detection circuit unit detects the proximity of the detection target based on a predetermined evaluation value of the oscillation circuit unit.
かかる構成によれば、検出回路部は、発振回路部の所定の評価値に基づいて、被検出体の近接を検出する。ここで、センサユニットと被検出体とが近づいて共振回路部が発振回路部にエネルギー損失を与えると、発振回路部の所定の評価値、例えば、Q値、発振周波数、発振振幅、検出用コイルの内部抵抗やインダクタンス、インピーダンスなどの値は、電磁誘導作用により渦電流損が発生する場合と比較して、大きく変化する。よって、被検出体の近接を検出する検出回路部が、発振回路部の所定の評価値に基づくことにより、共振回路部による発振回路部の発振の変化を、容易に検出することができる。したがって、共振回路部により発振回路部の発振が変化したときに、被検出体の近接を検出する検出回路部を、容易に構成(実現)することができる。 According to this configuration, the detection circuit unit detects the proximity of the detection target based on the predetermined evaluation value of the oscillation circuit unit. Here, when the sensor unit and the object to be detected approach and the resonance circuit unit gives energy loss to the oscillation circuit unit, a predetermined evaluation value of the oscillation circuit unit, for example, Q value, oscillation frequency, oscillation amplitude, detection coil The values of the internal resistance, inductance, impedance, and the like greatly change compared to the case where eddy current loss occurs due to electromagnetic induction. Therefore, since the detection circuit unit that detects the proximity of the detection object is based on the predetermined evaluation value of the oscillation circuit unit, the oscillation change of the oscillation circuit unit by the resonance circuit unit can be easily detected. Therefore, when the oscillation of the oscillation circuit unit is changed by the resonance circuit unit, the detection circuit unit that detects the proximity of the detection target can be easily configured (realized).
好ましくは、前述の所定の評価値は、Q値であり、検出回路部は、発振回路部のQ値がしきい値以下になったときに、被検出体の近接を検出し、前述のしきい値は、磁性体が前記センサユニットに接触したときの前記発振回路部のQ値より小さい値である。 Preferably, the predetermined evaluation value is a Q value, and the detection circuit unit detects the proximity of the detected object when the Q value of the oscillation circuit unit is equal to or less than a threshold value, and The threshold value is a value smaller than the Q value of the oscillation circuit unit when the magnetic material contacts the sensor unit.
かかる構成によれば、発振回路部の所定の評価値はQ値であり、検出回路部は、発振回路部のQ値がしきい値以下のなったときに、被検出体の近接を検出し、しきい値は、磁性体がセンサユニットに接触したときの値より小さい値である。これにより、しきい値は、渦電流損が発生したときに取り得るQ値の値(最小値)よりも小さい値に設定されるので、電磁誘導作用による渦電流損と共振回路部が与えるエネルギー損失とを明確に区別(識別)することができる。したがって、渦電流損の発生による被検出体の誤検出を確実に防止することができる。 According to this configuration, the predetermined evaluation value of the oscillation circuit unit is the Q value, and the detection circuit unit detects the proximity of the detected object when the Q value of the oscillation circuit unit is equal to or less than the threshold value. The threshold value is a value smaller than the value when the magnetic body contacts the sensor unit. As a result, the threshold value is set to a value smaller than the Q value (minimum value) that can be taken when eddy current loss occurs. Therefore, the eddy current loss due to electromagnetic induction and the energy provided by the resonance circuit section It is possible to clearly distinguish (identify) loss. Therefore, erroneous detection of the detection object due to the occurrence of eddy current loss can be reliably prevented.
好ましくは、共振回路部は、抵抗器と、コイルと、コンデンサと、を含む。 Preferably, the resonance circuit unit includes a resistor, a coil, and a capacitor.
かかる構成によれば、共振回路部は、抵抗器と、コイルと、コンデンサと、を含む。これにより、共振回路部の共振周波数は、コイルのインダクタンスと、コンデンサのキャパシタンスとを用いて算出することが可能となる。したがって、発振回路部の所定の発振周波数に基づいてコイルのインダクタンスとコンデンサのキャパシタンスとを設定することで、所定の発振周波数に基づく共振周波数を有する共振回路部を、容易に構成(実現)することができる。 According to such a configuration, the resonance circuit unit includes a resistor, a coil, and a capacitor. Thereby, the resonance frequency of the resonance circuit unit can be calculated using the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor. Therefore, by setting the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor based on the predetermined oscillation frequency of the oscillation circuit unit, a resonance circuit unit having a resonance frequency based on the predetermined oscillation frequency can be easily configured (realized). Can do.
また、抵抗器の抵抗は、共振周波数に影響を与えない一方、抵抗器の抵抗を変えることで、共振回路部のQ値の周波数特性を変化させることが可能となる。したがって、抵抗器の抵抗を使用態様(使用目的)にあわせて設定することで、共振周波数を変化させることなく、共振回路部のQ値の周波数特性を所望の特性にすることができる。 Further, while the resistance of the resistor does not affect the resonance frequency, the frequency characteristic of the Q value of the resonance circuit section can be changed by changing the resistance of the resistor. Therefore, by setting the resistance of the resistor in accordance with the usage mode (purpose of use), the frequency characteristic of the Q value of the resonance circuit unit can be set to a desired characteristic without changing the resonance frequency.
好ましくは、前述の抵抗器は、可変抵抗器である。 Preferably, the aforementioned resistor is a variable resistor.
かかる構成によれば、共振回路部は可変抵抗器を備える。これにより、所定の発振周波数の誤差が大きい場合に、可変抵抗器の抵抗を相対的に大きい値に変更することで、共振回路部のQ値は、広い周波数帯でQ値の大きい広帯域化された周波数特性にすることができ、共振回路部は、所定の発振周波数の誤差を吸収することが可能となる。したがって、所定の発振周波数の誤差が大きい場合でも、被検出ユニットの共振回路部のQ値を大きくすることができ、被検出体の近接を検出することができる。一方、所定の発振周波数の誤差が小さい場合に、可変抵抗器の抵抗を相対的に小さい値に変更することで、共振回路部のQ値は、狭い周波数帯でQ値の大きい挟帯域化された周波数特性にすることができ、共振周波数の近傍で大きな最大値を有することが可能となる。したがって、共振回路部により発振回路部の発振が変化したときに、例えば、発振回路部のQ値が大きく変化するので、被検出体の誤検出を確実に防止することができる。 According to this configuration, the resonance circuit unit includes the variable resistor. As a result, when the error of the predetermined oscillation frequency is large, the Q value of the resonance circuit section is widened with a large Q value in a wide frequency band by changing the resistance of the variable resistor to a relatively large value. Therefore, the resonance circuit unit can absorb an error of a predetermined oscillation frequency. Therefore, even when the error of the predetermined oscillation frequency is large, the Q value of the resonance circuit portion of the detected unit can be increased, and the proximity of the detected object can be detected. On the other hand, when the error of the predetermined oscillation frequency is small, by changing the resistance of the variable resistor to a relatively small value, the Q value of the resonant circuit section is narrowed to a large Q value in a narrow frequency band. Frequency characteristics and a large maximum value in the vicinity of the resonance frequency. Therefore, when the oscillation of the oscillation circuit unit is changed by the resonance circuit unit, for example, the Q value of the oscillation circuit unit changes greatly, so that erroneous detection of the detection target can be reliably prevented.
好ましくは、前述のコンデンサは、可変コンデンサである。 Preferably, the aforementioned capacitor is a variable capacitor.
かかる構成によれば、共振回路部は可変コンデンサを備える。ここで、可変コンデンサのキャパシタンスは、共振周波数を変化させるので、可変コンデンサのキャパシタンスを変更することで、共振回路部のQ値の周波数特性において、中心線(中心軸)である共振周波数をシフト(移動)させることができる。よって、所定の発振周波数の誤差がプラスである場合、可変コンデンサのキャパシタンスを小さい値に変更することで、共振回路部のQ値の周波数特性をプラス方向にシフトすることができ、所定の発振周波数の誤差がマイナスである場合、可変コンデンサのキャパシタンスを小さい値に変更することで、共振回路部のQ値の周波数特性をマイナス方向にシフトすることができる。したがって、所定の発振周波数の誤差や実際の所定の発振周波数自体が既知である場合に、被検出ユニットの共振回路部を共振させることができ、被検出体の近接を容易に検出することができる。 According to this configuration, the resonance circuit unit includes the variable capacitor. Here, since the capacitance of the variable capacitor changes the resonance frequency, changing the capacitance of the variable capacitor shifts the resonance frequency that is the center line (center axis) in the frequency characteristic of the Q value of the resonance circuit ( Move). Therefore, when the error of the predetermined oscillation frequency is positive, the frequency characteristic of the Q value of the resonance circuit unit can be shifted in the positive direction by changing the capacitance of the variable capacitor to a small value. When the error of is negative, the frequency characteristic of the Q value of the resonance circuit unit can be shifted in the negative direction by changing the capacitance of the variable capacitor to a small value. Therefore, when the error of the predetermined oscillation frequency or the actual predetermined oscillation frequency itself is known, the resonance circuit unit of the detected unit can be resonated, and the proximity of the detected object can be easily detected. .
好ましくは、被検出ユニットは、共振回路部を収容する非磁性の筐体を備える。 Preferably, the detected unit includes a non-magnetic housing that houses the resonance circuit unit.
かかる構成によれば、被検出ユニットは、共振回路部を収容する非磁性の筐体を備える。これにより、発振回路部が形成する磁界の磁束を共振回路部に作用させることできるとともに、共振回路部を外部の環境から保護することができる。したがって、被検出ユニットは、例えば、耐水性、耐油性、耐汚れ、耐振動、耐衝撃、耐熱、耐寒などの耐環境性能を向上させることができ、近接センサシステムは、耐環境性が要求される用途に好適に適用することができる。 According to this configuration, the detected unit includes the nonmagnetic housing that houses the resonance circuit unit. Thus, the magnetic flux generated by the oscillation circuit unit can be applied to the resonance circuit unit, and the resonance circuit unit can be protected from the external environment. Therefore, the detected unit can improve the environmental resistance performance such as water resistance, oil resistance, dirt resistance, vibration resistance, shock resistance, heat resistance, cold resistance, etc., and the proximity sensor system is required to be environmental resistance. It can be suitably applied to the use.
好ましくは、発振回路部は、コイルと、コンデンサと、を含む。 Preferably, the oscillation circuit unit includes a coil and a capacitor.
かかる構成によれば、発振回路部が、コイルと、コンデンサとを含む。ここで、コイルに所定の発振周波数で電流が流れると、コイルは磁束を発生させ、センサユニットと被検出体との間に、磁界(磁場)を形成する。これにより、所定の発振周波数で磁界を形成する発振回路部を、容易に構成(実現)することができる。 According to this configuration, the oscillation circuit unit includes the coil and the capacitor. Here, when a current flows through the coil at a predetermined oscillation frequency, the coil generates a magnetic flux, and forms a magnetic field (magnetic field) between the sensor unit and the detection target. Thus, an oscillation circuit unit that forms a magnetic field at a predetermined oscillation frequency can be easily configured (realized).
また、コイルおよびコンデンサで構成されるLC発振回路の共振周波数は、コイルのインダクタンスおよびコンデンサのキャパシタンスを用いて算出することができる。したがって、発振回路部の所定の発振周波数を算出される共振周波数と同一に設定することで、LC発振回路のインピーダンスを最大にすることができ、発振回路部の消費電力を低減させることができる。 Further, the resonance frequency of the LC oscillation circuit composed of a coil and a capacitor can be calculated using the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor. Therefore, by setting the predetermined oscillation frequency of the oscillation circuit unit to be the same as the calculated resonance frequency, the impedance of the LC oscillation circuit can be maximized, and the power consumption of the oscillation circuit unit can be reduced.
本発明の近接センサシステムによれば、被検出体の誤検出を防止することができる。また、被検出体以外のものが近接しても検出しないので、近接センサシステムは、センサユニットおよび被検出ユニットを、鍵および錠前(錠)のように利用することができ、例えば、セキュリティ分野に好適に適用することができる。 According to the proximity sensor system of the present invention, it is possible to prevent erroneous detection of an object to be detected. In addition, the proximity sensor system can use the sensor unit and the detected unit like a key and a lock (lock), for example, in the security field, because it does not detect even if something other than the detected object comes close. It can be suitably applied.
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。 Embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings. In the following description, the upper side of the drawing is referred to as “upper”, the lower side as “lower”, the left side as “left”, and the right side as “right”.
図1ないし図9は、本発明に係る近接センサシステムの一実施形態を示すためのものである。図1は、近接センサシステム100の概略構成を説明する構成図である。図1に示すように、近接センサシステム100は、検出対象物である被検出体Aと接触することなく、被検出体Aの近接または有無を検出するためのものである。近接センサシステム100は、センサユニット10と、被検出ユニット50と、を備える。
1 to 9 show an embodiment of a proximity sensor system according to the present invention. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a schematic configuration of the
センサユニット10は、非接触式の検出手段である。センサユニット10は、直径の長さ(以下、単に直径という)Mの検出面(図1において左端面)を有する。被検出ユニット50は、例えば、プレート状(板状)に形成されており、被検出体Aの表面(図1において右端面)に設けられる。近接センサシステム100は、センサユニット10の検出面と被検出体Aに設けられた被検出ユニットの表面との距離が検出距離D以下になったときに、被検出体Aの近接(有無)を検出することが可能となる。
The
センサユニット10は、ケース11と、カバー12と、検出コイル21と、プリント基板13と、ケーブル14と、を備える。ケース11は、例えば、金属製の円筒形または略円筒形状の筒体である。ケース11の内部には、検出コイル21、プリント基板13、およびケーブル14の一端部(図1において左端部)が収容される。ケース11の開口端部(図1において左端部)には、カバー12が装着される。カバー12は、例えば、樹脂製で非導電性の部材であり、検出コイル12の開放端側(図1において左側)を覆う。検出用コイル21は、例えば、コアコイル型のインダクタであり、磁性材料のコア21aと、当該コア21aに巻き付けた電磁コイル21bと、を含んで構成される。プリント基板13には、各種の電子部品や電子回路が実装され、ケーブル14の一端部が電気的に接続される。プリント基板13は、例えば、発振回路25と、検出回路部30と、を備える。発振回路25は、検出用コイル21と電気的に接続されるとともに、検出回路部30と電気的に接続される。検出用コイル21および発振回路25は、後述する発振回路部20を構成する。検出回路部30は、被検出体Aの近接(有無)を検出するためのものである。
The
本実施形態では、プリント基板13が、発振回路25および検出回路部30を備える例を示したが、これに限定されない。プリント基板13は、表示回路、出力回路、信号増幅回路、などをさらに備えるようにしてもよい。
In the present embodiment, an example in which the printed
また、本実施形態では、図1に示すように、検出コイル21がケース11およびカバー12によって覆われる、いわゆるシールド構造のセンサユニット10の例を示したが、これに限定されない。センサユニット10は、検出コイル21がケース11から被検出体A側(図1において左側)に突出して露出する、いわゆる非シールド構造であってもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, an example of the
図2は、発振回路部20の等価回路の一例を説明する回路図である。図2に示すように、発振回路部20は、検出用コイル21と、発振回路25と、を含んで構成される。発振回路25は、検出用コイル21を所定の発振周波数f0で発振駆動するためのものである。発振回路25は、例えば、発振用コンデンサ(キャパシタ)26と、バイアス回路27と、カレントミラー回路28と、電圧電流変換回路29と、を含んで構成される。また、発振回路25は、図1に示した検出回路部30に接続される出力端子25aおよび出力端子25bと、を備える。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of an equivalent circuit of the
検出用コイル21と、発振回路25の発振用コンデンサ26とは、LC発振回路20Aを構成し、検出用コイル21および発振用コンデンサ26は並列に接続される。一方、バイアス回路27は、電流源27aと、トランジスタTr1とを含んで構成される。LC発振回路20Aは、バイアス回路27から所定のバイアス電流Ibが供給されると、図2において両矢印で示す電圧VTが発生する。LC発振回路20Aに発生した電圧VTは、バイアス回路27のトランジスタTr1を介して電圧電流変換回路29のトランジスタTr2のベースに印加される。
The
電圧電流変換回路29は、トランジスタTr2に加え、抵抗器29aを含んで構成される。抵抗器29aは、トランジスタTr2のエミッタと、発振回路25の基準電位(グラウンド)の線、つまり、図2において出力端子25bに接続される線との間に、直列に接続される。また、抵抗器29aは、後述する帰還電流を設定する抵抗器として機能する(帰還電流設定用抵抗器の役割を果たす)。
Voltage-
電圧電流変換回路29のトランジスタTr2のコレクタ電流は、カレントミラー回路28のトランジスタTr3に流れる。当該トランジスタTr3と、トランジスタTr4とは、カレントミラー回路28を構成する。トランジスタTr4のコレクタ電流Ifbは、前述した帰還電流としてLC発振回路20Aに帰還(フォードバック)される。
The collector current of the transistor Tr 2 of the voltage /
出力端子25aと出力端子25bとは、電圧電流変換回路29の抵抗器29aの両端にそれぞれ接続される。これにより、図2において両矢印で示す抵抗器29aに印加される電圧VReが、発振回路部20の信号(出力信号)として検出回路部30に出力される。
The
以上のように構成された発振回路部20において、LC発振回路20Aは所定の発振周波数f0で発振する。ここで、検出用コイル21に所定の発振周波数f0で電流が流れると、検出用コイル21は磁束を発生させ、センサユニット10と被検出体Aとの間に、磁界(磁場)を形成する。このように、センサユニット10の発振回路部20によって、所定の発振周波数f0で磁界が形成される。
In the
検出用コイル21が内部抵抗R1およびインダクタンスL1であり、発振用コンデンサ26がキャパシタンス(静電容量)C1である場合、LC発振回路20Aの共振周波数f1は以下の式(1)で表すことができる。
When the
このように、発振回路部20が、検出用コイル21と、発振用コンデンサ26とを含むことにより、検出用コイル21および発振用コンデンサ26で構成されるLC発振回路20Aの共振周波数f1は、検出用コイル21のインダクタンスL1および発振用コンデンサ26のキャパシタンスC1を用いて式(1)で算出することができる。
Thus, since the
本実施形態では、発振回路部20の所定の発振周波数f0は、式(1)で算出される共振周波数f1と同一の値に設定される。しかしながら、発振回路部20の所定の発振周波数f0は、所定の周波数であればよく、共振周波数f1と同一の値に限定されない。
In the present embodiment, the predetermined oscillation frequency f 0 of the
また、本実施形態では、説明の簡略化のため、図2に示す発振回路部20の例を示したが、これに限定されない。発振回路部20は、所定の発振周波数f0で磁界を形成すればよく、例えば、発振回路部20として、周知のコルピッツ発振回路などを用いるようにしてもよい。さらに、発振回路部20は、自励式発振回路に限定されず、他励式発振回路であってもよい。
Further, in the present embodiment, for the sake of simplification of description, the example of the
図3は、図1に示した被検出ユニット50の一例を説明する回路図である。図3に示すように、被検出ユニット50は、筐体51と、筐体51の内部に収容される共振回路部60と、を備える。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of the detected
共振回路部60は、共振用抵抗器61と、共振用コイル(インダクタ)62と、共振用コンデンサ(キャパシタ)63と、を含んで構成される。共振回路部60において、共振用抵抗器61、共振用コイル62、および共振用コンデンサ63は、相互に直列に接続される。
The
共振回路部60は、発振回路部20の所定の発振周波数f0に基づく共振周波数f2を有する。すなわち、共振回路60は、発振回路部20の所定の発振周波数f0に基づいて、共振周波数f2が設定される。具体的には、共振回路60の共振周波数f2は、所定の発振周波数f0と同一または略同一に設定される。ここで、発振回路部20が所定の発振周波数f0で磁界を形成し、共振回路部60が当該所定の発振周波数f0に基づく共振周波数f2を有するので、共振回路部60は共振する。共振する共振回路部60には、磁界(または磁界の磁束)の変化により、共振していない(非共振の)場合と比較して大きな電圧が発生する。そして、共振回路部60により消費される電力(エネルギー)は、発振回路部20にエネルギーの損失を与える。よって、センサユニット10と被検出体Aとが近づくときに、磁界(または磁界の磁束)の変化により、磁性体などと比較して大きなエネルギー損失を発振回路部20に与える。このとき、発振回路部20は、例えば、発振が減衰し、または発振動作が停止など、発振(振動状態)が変化する。
The
図1に示す検出回路部30は、共振回路部60により発振回路部20の発振が変化したときに、被検出体Aの近接を検出する。
The
一方、高周波発振型の従来の近接センサは、例えば、直径mの検出面を有し、検出距離dだけ離れた被検出体の近接(有無)を検出する。従来の近接センサは、センサユニットと同様に、検出用コイルを発振回路部によって磁界を形成する。従来の近接センサと被検出体とが近づいて、被検出体が磁界の磁束の作用を受けると、電磁誘導により、当該被検出体に渦電流が流れる。この渦電流によりエネルギーの損失(渦電流損)が生じる結果、従来の近接センサの発振回路の値、例えば、発振回路のQ値が変化する。このため、従来の近接センサは、Q値の変化を検出することで、被検出体の近接(有無)を検出していた。しかしながら、従来の近接センサでは、被検出体が非磁性体である場合、磁束の作用を受けても渦電流が流れないか、ほとんど流れないので、被検出体は磁性体に限定されていた。 On the other hand, a conventional proximity sensor of high frequency oscillation type has, for example, a detection surface with a diameter m, and detects the proximity (presence / absence) of a detection object separated by a detection distance d. In the conventional proximity sensor, similarly to the sensor unit, the detection coil forms a magnetic field by the oscillation circuit unit. When a conventional proximity sensor and a detection object approach each other and the detection object receives the action of a magnetic flux, an eddy current flows through the detection object due to electromagnetic induction. As a result of energy loss (eddy current loss) caused by this eddy current, the value of the oscillation circuit of the conventional proximity sensor, for example, the Q value of the oscillation circuit changes. For this reason, the conventional proximity sensor detects the proximity (presence / absence) of the detection target by detecting a change in the Q value. However, in the conventional proximity sensor, when the object to be detected is a non-magnetic material, an eddy current does not flow or hardly flows even when subjected to the action of magnetic flux, so that the object to be detected is limited to a magnetic material.
また、従来の近接センサでは、被検出体が磁性体であっても、被検出体の種類によって検出距離dが異なっていた。例えば、検出面の直径mが18[mm]であり、被検出体として鉄を検出する場合、鉄は渦電流損が発生しやすく、Q値の変化が大きいため、検出距離dが7〜8[mm]のときに検出することが可能となる。一方、同じく、検出面の直径mが18[mm]であり、被検出体としてアルミニウムを検出する場合、アルミニウムは渦電流損が発生しにくく、Q値の変化が小さいため、検出距離dが3〜4[mm]のときに検出することが可能となる。 Further, in the conventional proximity sensor, even if the detected object is a magnetic material, the detection distance d differs depending on the type of the detected object. For example, when the diameter m of the detection surface is 18 [mm] and iron is detected as the detection target, eddy current loss is likely to occur in iron, and the change in the Q value is large, so that the detection distance d is 7-8. It is possible to detect when [mm]. On the other hand, when the diameter m of the detection surface is 18 [mm] and aluminum is detected as the detection target, aluminum is less susceptible to eddy current loss and the change in the Q value is small. It becomes possible to detect when it is ˜4 [mm].
さらに、従来の近接センサでは、被検出体のサイズ(大きさまたは寸法)、検出面の形状などによっても、流れる渦電流が異なるので、その結果、検出距離dも変化してしまう。 Furthermore, in the conventional proximity sensor, the flowing eddy current varies depending on the size (size or dimension) of the detection object, the shape of the detection surface, and the like, and as a result, the detection distance d also changes.
これに対し、本実施形態の近接センサシステム100は、被検出体Aに設けられた被検出ユニット50の共振回路部60が、センサユニット10の発振回路部20にエネルギー損失を与え、当該エネルギー損失による発振回路部20の発振の変化を利用し、被検出体Aの近接を検出しているので、被検出体Aが非磁性体であっても発振回路部20の振動を変化させることができ、非磁性体である被検出体Aを検出することが可能である。また、磁界(磁界の磁束)の変化により、被検出体A自体ではなく、被検出体Aに設けられた被検出ユニット50の共振回路部60がエネルギー損失を与えるので、検出距離Dは被検出体Aの種類に依存しない(検出距離Dは被検出体Aの種類によって変化しない)。さらに、被検出体Aに設けられた被検出ユニット50の共振回路部60を用いることで、従来の近接センサのように電磁誘導作用または電磁誘導作用による渦電流損を利用する場合と比較して、被検出体Aの大きさ、検出面の形状などの影響も受けにくい、という利点(メリット)を得ることができる。
On the other hand, in the
ここで、例えば、センサユニット10と被検出体Aとの間に、何らかの磁性体が存在する場合に、発振回路部20が形成する磁界の磁束が当該磁性体に作用し、渦電流損が生じ得る。そのため、前述した従来の近接センサは、電磁誘導または電磁誘導作用による渦電流損が発生したときに、被検出体の近接を検出する構成であることから、当該磁性体を被検出体の近接として誤って検出してしまうおそれがあった。
Here, for example, when some magnetic material exists between the
これに対し、本実施形態の近接センサシステム100では、検出回路部30は、共振回路部60により発振回路部20の発振が変化したときに、被検出体Aの近接を検出する。これにより、センサユニット10と被検出体Aとの間に、何らかの磁性体が存在し、電磁誘導作用により渦電流損が発生する場合でも、当該渦電流損は共振回路部60が与えるエネルギー損失と比較して非常に小さいので、検出回路部30が当該磁性体を被検出体Aの近接として検出することはない。
On the other hand, in the
具体的には、検出回路部30は、発振回路部20の所定の評価値に基づいて、被検出体Aの近接を検出する。ここで、センサユニット10と被検出体Aとが近づいて共振回路部60が発振回路部20にエネルギー損失を与えると、発振回路部20の所定の評価値、例えば、Q値、発振周波数、発振振幅、検出用コイル21の内部抵抗R1やインダクタンスL1、インピーダンスなどの値は、電磁誘導作用により渦電流損が発生する場合と比較して、大きく変化する。よって、被検出体Aの近接を検出する検出回路部30が、発振回路部20の所定の評価値に基づくことにより、共振回路部60による発振回路部20の発振の変化を、容易に検出することができる。
Specifically, the
さらに具体的には、発振回路部20の所定の評価値として、例えば、Q値を用い、検出回路部30は、発振回路部20のQ値が、後述するしきい値Q0以下のなったときに、被検出体Aの近接を検出する。
More specifically, as a predetermined evaluation value of the
図4は、図1に示した近接センサシステム100における検出距離Dごとの周波数とQ値との関係を示すグラフである。なお、図4において、横軸は発振回路部20の周波数f[Hz]を表し、縦軸は発振回路部20のQ値を表す。また、グラフG4は共振を検出する基準となる発振回路部20のQ値のしきい値Q0を示し、グラフG40は被検出体Aがない、すなわち、検出距離Dが無限遠である場合、グラフG44は検出距離Dが20[mm]である場合、を示す。さらに、比較のために、近接センサシステム100の直径Mと同一の検出面の直径m(m=M)を有する従来の近接センサにおいて、被検出体として鉄を検出する場合であって、検出距離dが20[mm]である場合に、渦電流損を検出する基準となる発振回路のQ値のしきい値q0をグラフH4で示す。図4に示すように、グラフG40では、発振回路部20のQ値は、比較的高い(大きい)値でほぼ一定である。つまり、発振回路部20の発振(振動)が安定していることを意味する。一方、グラフG4で示す発振回路部20のQ値のしきい値Q0は、グラフG40およびグラフH4と隔離された非常に低い(小さい)値でほぼ一定である。つまり、しきい値Q0は、被検出体Aがない状態や渦電流損が発生している状態と区別することができる値であるとともに、発振回路部20の発振(振動)が安定ではない(不安定である)発振状態を表している、といえる。そして、グラフG43は、所定の発振周波数f0の近傍(付近)において、グラフG4で示すしきい値Q0を下回っている。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the frequency and the Q value for each detection distance D in the
図5は、図1に示した近接センサシステム100における検出距離DとQ値との関係を示すグラフである。なお、図5において、横軸は検出距離Dを表し、縦軸は発振回路部20のQ値を表す。また、グラフG5は、発振回路部20の周波数が所定の発振周波数f0である場合を示す。さらに、比較のために、図4の場合と同様に、近接センサシステム100の直径Mと同一の検出面の直経m(m=M)を有する従来の近接センサにおいて、被検出体として鉄を検出する場合であって、発振回路の周波数が同じく所定の発振周波数f0である場合をグラフH5で示す。図5に示すように、グラフH5で示される従来の近接センサは、検出距離Dが20[mm]のときに、発振回路のQQ値の値が前述したしきい値q0以下となり、被検出体の近接を検出することが可能となる。一方、グラフG5で示される近接センサシステム100は、検出距離Dが20[mm]のときに、発振回路部20のQ値の値は前述したしきい値Q0を下回る。ここで、グラフH5において、検出距離Dが0[mm]のとき、すなわち、被検出体である鉄が近接センサと接触したときの値qに対して、しきい値Q0は小さい(低い)値に設定されていることが分かる。なお、被検出体である鉄が近接センサと接触したときの値qは、被検出体Aでない磁性体、例えば鉄が、センサユニット10に接触したときの発振回路部20のQ値の値と、同一または略同一である。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the detection distance D and the Q value in the
このように、発振回路部20の所定の評価値はQ値であり、検出回路部30は、発振回路部20のQ値がしきい値Q0以下のなったときに、被検出体Aの近接を検出し、しきい値Q0は、磁性体がセンサユニット10に接触したときの値より小さい値であることにより、図4および図5に示すように、しきい値Q0は、渦電流損が発生したときに取り得るQ値の値(最小値)よりも小さい値に設定されるので、電磁誘導作用による渦電流損と共振回路部60が与えるエネルギー損失とを明確に区別(識別)することができる。
As described above, the predetermined evaluation value of the
図3に示す筐体51は、非磁性材料で製造される非磁性の筐体であることが好ましい。非磁性の性質を有する材料としては、例えば、アルミニウム(AL)、SUS304などのステンレス鋼、銅(Cu)、などが挙げられる。これにより、発振回路部20が形成する磁界の磁束を共振回路部60に作用させることが可能となるとともに、共振回路部60を外部の環境から保護することができる。
The
図3に示す共振回路部60における共振周波数f2は、共振用抵抗器61が抵抗R2で、共振用コイル62がインダクタンスL2で、共振用コンデンサ63がキャパシタンス(静電容量)C2である場合、以下の式(2)で表すことができる。
The resonance frequency f 2 in the
これにより、共振回路部60の共振周波数f2は、共振用コイル62のインダクタンスL2と、共振用コンデンサ63のキャパシタンスC2とを用いて式(2)で算出することが可能となる。
Accordingly, the resonance frequency f 2 of the
図6は、図3に示した共振回路部60における周波数とQ値との関係を示すグラフである。なお、図6において、横軸は共振回路部60の周波数f[Hz]を表し、縦軸は共振回路部60のQ値を表す。また、グラフG61は共振用抵抗器61の抵抗R2が相対的に大きい場合、グラフG62は抵抗器61の共振用抵抗R2が相対的に小さい場合を示す。図6に示すように、共振回路部60の周波数が共振周波数f2であるときに、グラフG61はQ値が最大値Q61になり、グラフG62はQ値が最大値Q62になる。グラフG61およびグラフG62は、共振周波数f2を中心線(中心軸)として対称または略対称な曲線である。グラフG61は、グラフG62の最大値Q62よりも小さい最大値Q61を有する一方、共振周波数f2の近傍(付近)を除く周波数帯でグラフG62よりもQ値が大きい。また、グラフG61は、所定値Q60よりも大きいQ値を有する周波数帯Δf61が、グラフG62の周波数帯Δf62より広い。すなわち、グラフG61は、Q値の最大値Q61を小さくする一方、広い周波数帯でQ値の大きい、広帯域化された曲線である。これに対し、グラフG62は、共振周波数f2の近傍(付近)を除く周波数帯でグラフG61よりもQ値が小さい一方、グラフG61の最大値Q61よりも大きい最大値Q62を有する。また、グラフG62は、所定値Q60よりも大きいQ値を有する周波数帯Δf62が、グラフG61の周波数帯Δf61より狭い。すなわち、グラフG62は、Q値の最大値Q62を大きくする一方、狭い周波数帯でQ値の大きい、狭帯域化された曲線である。ここで、共振用抵抗器61の抵抗R2は、前述した式(2)に示したように、共振周波数f2に影響を与えない一方、図6に示すように、共振用抵抗器61の抵抗R2を変えることで、共振回路部60のQ値の周波数特性を変化させることが可能となる。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the frequency and the Q value in the
本実施形態では、図3において、共振用抵抗器61、共振用コイル62、および共振用コンデンサ63を備える共振回路部60の例を示したが、これに限定されない。以下において、共振器回路部60と異なる共振回路部について説明する。
In the present embodiment, the example of the
図7は、図1に示した被検出ユニット50の他の例を説明する回路図である。図7に示すように、被検出ユニット50は、筐体51と、筐体51の内部に収容される共振回路部60Aと、を備える。
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining another example of the detected
共振回路部60Aは、共振用抵抗器61と、共振用コイル62と、共振用コンデンサ63と、を備える。共振回路部60Aにおいて、抵抗器61、共振用コイル62、および共振用コンデンサ63は、相互に並列に接続される。すなわち、図7に示す共振回路部60Aは、図3に示した共振回路部60のように直列共振回路ではなく、並列共振回路である。
The
共振用抵抗器61が抵抗R2で、共振用コイル62がインダクタンスL2で、共振用コンデンサ63がキャパシタンス(静電容量)C2である場合、図7に示す共振回路部60Aの共振周波数f2は、図3に示した共振回路部60と同様に、前述した式(2)で表すことができる。
In
図8は、図1に示した被検出ユニット50のさらに他の例を説明する回路図である。図7に示すように、被検出ユニット50は、筐体51と、筐体51の内部に収容される共振回路部60Bと、を備える。
FIG. 8 is a circuit diagram for explaining still another example of the detected
共振回路部60Bは、可変抵抗器61Bと、共振用コイル62と、共振用コンデンサ63と、を備える。共振回路部60Bにおいて、可変抵抗器61B、共振用コイル62、および共振用コンデンサ63は、相互に直列に接続される。すなわち、図8に示す共振回路部60Bは、図3に示した共振回路部60の共振用抵抗器61に代えて、可変抵抗器61Bを備える。
The
ここで、図2に示した発振回路部20において、検出用コイル21および発振用コンデンサ26は、素子自体の製品のばらつきや、センサユニット10のケース11内への取り付け(組み付け)による変動などによって、インダクタンスL1およびキャパシタンスC1のうちの少なくとも一方が変化することがある。その結果、LC発振回路20Aの共振周波数に誤差が生じ、発振回路部20の所定の発振周波数f0を、かかる誤差を含んだLC発振回路20Aの共振周波数と同一に設定する場合、所定の発振周波数f0には誤差±Δf0が生じ得る。この場合、共振回路部60が所定の発振周波数f0に基づく共振周波数f2を設定しようとして、共振周波数f2を式(1)で算出される共振周波数f1と同一に設定しても、実際の発振回路部20の所定の発振周波数f0には誤差±Δf0が存在するので、共振周波数f2において共振回路部60のQ値が十分に大きくならず、被検出体Aの近接を検出できないおそれがある。
Here, in the
これに対し、図8に示す共振回路部60Bは可変抵抗器61Bを備えるので、所定の発振周波数f0の誤差±Δf0が大きい場合に、可変抵抗器61Bの抵抗R2を相対的に大きい値に変更することで、図6に示したグラフG61のように、共振回路部60BのQ値は、広い周波数帯でQ値の大きい広帯域化された周波数特性にすることができ、共振回路部60Bは、所定の発振周波数f0の誤差±Δf0を吸収することが可能となる。一方、所定の発振周波数f0の誤差±Δf0が小さい場合に、可変抵抗器61Bの抵抗R2を相対的に小さい値に変更することで、図6に示したグラフG62のように、共振回路部60BのQ値は、狭い周波数帯でQ値の大きい挟帯域化された周波数特性にすることができ、共振周波数f2の近傍で大きな最大値Q62を有することが可能となる。
In contrast, the
図9は、図1に示した被検出ユニット50のさらに他の例を説明する回路図である。図7に示すように、被検出ユニット50は、筐体51と、筐体51の内部に収容される共振回路部60Cと、を備える。
FIG. 9 is a circuit diagram for explaining still another example of the detected
共振回路部60Cは、共振用抵抗器61と、共振用コイル62と、可変コンデンサ63Cと、を備える。共振回路部60Cにおいて、共振用抵抗器61、共振用コイル62、および可変コンデンサ63Cは、相互に直列に接続される。すなわち、図9に示す共振回路部60Cは、図3に示した共振回路部60の共振用コンデンサ63に代えて、可変コンデンサ63Cを備える。
The
ここで、実際の発振回路部20において、共振周波数f1や所定の発振周波数f0を実測するなどの方法により、所定の発振周波数f0の誤差±Δf0や所定の発振周波数f0自体が既知である場合、共振用抵抗器61の抵抗R2を変えるよりも、可変コンデンサ63CのキャパシタンスC2を変更する方が好ましい場合がある。すなわち、可変コンデンサ63CのキャパシタンスC2は、前述した式(2)に示したように、共振周波数f2を変化させるので、可変コンデンサ63CのキャパシタンスC2を変更することで、図6に示したグラフG61およびグラフG62において、中心線(中心軸)である共振周波数f2をシフト(移動)させることができる。よって、所定の発振周波数f0の誤差がプラスである場合、可変コンデンサ63CのキャパシタンスC2を小さい値に変更することで、グラフG61およびグラフG62をプラス方向(図6において右方向)にシフトすることができ、所定の発振周波数f0の誤差がマイナスである場合、可変コンデンサ63CのキャパシタンスC2を小さい値に変更することで、グラフG61およびグラフG62をマイナス方向(図6において左方向)にシフトすることができる。
Here, in the actual
本実施形態では、検出回路部30が発振回路部20のQ値に基づいて被検出体Aの近接を検出する例を示したが、これに限定されない。検出回路部30は、共振回路部60,60A,60B,60Cにより発振回路部20の発振が変化したときに、被検出体Aの近接を判定すればよく、発振回路部20のQ値以外に、例えば、発振回路部20の発振周波数、発振振幅、またはインピーダンス、もしくは、検出用コイル21の内部抵抗R1またはインダクタンスL1などの値に基づいて、被検出体Aの近接を判定してもよい。
In the present embodiment, the example in which the
このように、本実施形態における近接センサシステム100によれば、所定の発振周波数f0で磁界を形成する発振回路部20を備えるセンサユニット10と、センサユニット10の所定の発振周波数f0に基づく共振周波数f2を有する共振回路部60,60A,60B,60Cを備える被検出ユニット50と、を備える。ここで、発振回路部20が所定の発振周波数f0で磁界を形成し、共振回路部60,60A,60B,60Cが当該所定の発振周波数f0に基づく共振周波数f2を有するので、共振回路部60,60A,60B,60Cは共振する。共振する共振回路部60には、磁界(または磁界の磁束)の変化により、共振していない(非共振の)場合と比較して大きな電圧が発生する。そして、共振回路部60,60A,60B,60Cにより消費される電力(エネルギー)は、発振回路部20にエネルギーの損失を与える。よって、センサユニット10と被検出体Aとが近づくときに、磁界(または磁界の磁束)の変化により、磁性体などと比較して大きなエネルギー損失を発振回路部20に与える。このとき、発振回路部20は、例えば、発振が減衰し、または発振動作が停止など、発振(振動状態)が変化するので、検出回路部30は被検出体Aの近接を検出することが可能となる。
As described above, according to the
また、近接センサシステム100は、被検出体Aに設けられた被検出ユニット50の共振回路部60が、センサユニット10の発振回路部20にエネルギー損失を与え、当該エネルギー損失による発振回路部20の発振の変化を利用し、被検出体Aの近接を検出しているので、被検出体Aが非磁性体であっても発振回路部20の振動を変化させることができ、非磁性体である被検出体Aを検出することが可能である。また、磁界(磁界の磁束)の変化によって、被検出体A自体ではなく、被検出体Aに設けられた被検出ユニット50の共振回路部60,60A,60B,60Cがエネルギー損失を与えるので、検出距離Dは被検出体Aの種類に依存しない(検出距離Dは被検出体Aの種類によって変化しない)。さらに、被検出体Aに設けられた被検出ユニット50の共振回路部60を用いることで、従来の近接センサのように電磁誘導作用または電磁誘導作用による渦電流損を利用する場合と比較して、被検出体Aの大きさ、検出面の形状などの影響も受けにくい、という利点(メリット)を得ることができる。
Further, in the
さらに、検出回路部30は、共振回路部60,60A,60B,60Cにより発振回路部20の発振が変化したときに、被検出体Aの近接を検出する。これにより、センサユニット10と被検出体Aとの間に、何らかの磁性体が存在し、電磁誘導作用により渦電流損が発生する場合でも、当該渦電流損は共振回路部60,60A,60B,60Cが与えるエネルギー損失と比較して非常に小さいので、検出回路部30が当該磁性体を被検出体Aの近接として検出することはない。したがって、被検出体Aの誤検出を防止することができる。また、被検出体A以外のものが近接しても検出しないので、近接センサシステム100は、センサユニット10および被検出ユニット50を、鍵および錠前(錠)のように利用することができ、例えば、セキュリティ分野に好適に適用することができる。
Further, the
また、本実施形態における近接センサシステム100によれば、検出回路部30は、発振回路部20の所定の評価値に基づいて、被検出体Aの近接を検出する。ここで、センサユニット10と被検出体Aとが近づいて共振回路部60,60A,60B,60Cが発振回路部20にエネルギー損失を与えると、発振回路部20の所定の評価値、例えば、Q値、発振周波数、発振振幅、検出用コイル21の内部抵抗R1やインダクタンスL1、インピーダンスなどの値は、電磁誘導作用により渦電流損が発生する場合と比較して、大きく変化する。よって、被検出体Aの近接を検出する検出回路部30が、発振回路部20の所定の評価値に基づくことにより、共振回路部60,60A,60B,60Cによる発振回路部20の発振の変化を、容易に検出することができる。したがって、共振回路部60,60A,60B,60Cにより発振回路部20の発振のが変化したときに、被検出体Aの近接を検出する検出回路部30を、容易に構成(実現)することができる。
Further, according to the
また、本実施形態における近接センサシステム100によれば、発振回路部20の所定の評価値はQ値であり、検出回路部30は、発振回路部20のQ値がしきい値Q0以下のなったときに、被検出体Aの近接を検出し、しきい値Q0は、磁性体がセンサユニット10に接触したときの値より小さい値である。これにより、図4および図5に示すように、しきい値Q0は、渦電流損が発生したときに取り得るQ値の値(最小値)よりも小さい値に設定されるので、電磁誘導作用による渦電流損と発振回路部20と共振回路部60,60A,60B,60Cが与えるエネルギー損失とを明確に区別(識別)することができる。したがって、渦電流損の発生による被検出体Aの誤検出を確実に防止することができる。
Further, according to the
また、本実施形態における近接センサシステム100によれば、共振回路部60,60A,60B,60Cは、共振用抵抗器61または可変抵抗器61Bと、共振用コイル62と、共振用コンデンサ63または可変コンデンサ63Cと、を含む。これにより、共振回路部60,60A,60B,60Cの共振周波数f2は、共振用コイル62のインダクタンスL2と、共振用コンデンサ63または可変コンデンサ63CのキャパシタンスC2とを用いて式(2)で算出することが可能となる。したがって、発振回路部20の所定の発振周波数f0に基づいて共振用コイル62のインダクタンスL2と共振用コンデンサ63または可変コンデンサ63CのキャパシタンスC2とを設定することで、所定の発振周波数f0に基づく共振周波数f2を有する共振回路部60,60A,60B,60Cを、容易に構成(実現)することができる。
Further, according to the
また、共振用抵抗器61または可変抵抗器61Bの抵抗R2は、式(2)に示すように共振周波数f2に影響を与えない一方、図6に示すように、共振用抵抗器61または可変抵抗器61Bの抵抗R2を変えることで、共振回路部60,60A,60B,60CのQ値の周波数特性を変化させることが可能となる。したがって、共振用抵抗器61または可変抵抗器61Bの抵抗R2を使用態様(使用目的)にあわせて設定することで、共振周波数f2を変化させることなく、共振回路部60,60A,60B,60CのQ値の周波数特性を所望の特性にすることができる。
Further, the resistance R 2 of the
また、本実施形態における近接センサシステム100によれば、共振回路部60Bは可変抵抗器61Bを備える。これにより、所定の発振周波数f0の誤差±Δf0が大きい場合に、可変抵抗器61Bの抵抗R2を相対的に大きい値に変更することで、図6に示すグラフG61のように、共振回路部60BのQ値は、広い周波数帯でQ値の大きい広帯域化された周波数特性にすることができ、共振回路部60Bは、所定の発振周波数f0の誤差±Δf0を吸収することが可能となる。したがって、所定の発振周波数f0の誤差±Δf0が大きい場合でも、被検出ユニット50の共振回路部60BのQ値を大きくすることができ、被検出体Aの近接を検出することができる。一方、所定の発振周波数f0の誤差±Δf0が小さい場合に、可変抵抗器61Bの抵抗R2を相対的に小さい値に変更することで、図6に示すグラフG62のように、共振回路部60BのQ値は、狭い周波数帯でQ値の大きい挟帯域化された周波数特性にすることができ、共振周波数f2の近傍で大きな最大値Q62を有することが可能となる。したがって、共振回路部60Bにより発振回路部20の発振が変化したときに、例えば、発振回路部20のQ値が大きく変化(低下)するので、被検出体Aの誤検出を確実に防止することができる。
Further, according to the
また、本実施形態における近接センサシステム100によれば、共振回路部60Cは可変コンデンサ61Cを備える。ここで、可変コンデンサ63CのキャパシタンスC2は、式(2)に示すように、共振周波数f2を変化させるので、可変コンデンサ63CのキャパシタンスC2を変更することで、図6に示すグラフG61およびグラフG62において、中心線(中心軸)である共振周波数f2をシフト(移動)させることができる。よって、所定の発振周波数f0の誤差がプラスである場合、可変コンデンサ63CのキャパシタンスC2を小さい値に変更することで、グラフG61およびグラフG62をプラス方向(図6において右方向)にシフトすることができ、所定の発振周波数f0の誤差がマイナスである場合、可変コンデンサ63CのキャパシタンスC2を小さい値に変更することで、グラフG61およびグラフG62をマイナス方向(図6において左方向)にシフトすることができる。したがって、所定の発振周波数f0の誤差±Δf0や実際の所定の発振周波数f0自体が既知である場合に、被検出ユニット50の共振回路部60Cを共振させることでき、被検出体Aの近接を容易に検出することができる。
Further, according to the
また、本実施形態における近接センサシステム100によれば、被検出ユニット50は、共振回路部60,60A,60B,60Cを収容する非磁性の筐体51を備える。これにより、発振回路部20が形成する磁界の磁束を共振回路部60,60A,60B,60Cに作用させることできるとともに、共振回路部60,60A,60B,60Cを外部の環境から保護することができる。したがって、被検出ユニット50は、例えば、耐水性、耐油性、耐汚れ、耐振動、耐衝撃、耐熱、耐寒などの耐環境性能を向上させることができ、近接センサシステム100は、耐環境性が要求される用途に好適に適用することができる。
Further, according to the
また、本実施形態における近接センサシステム100によれば、発振回路部20が、検出用コイル21と、発振用コンデンサ26とを含む。ここで、検出用コイル21に所定の発振周波数f0で電流が流れると、検出用コイル21は磁束を発生させ、センサユニット10と被検出体Aとの間に、磁界(磁場)を形成する。これにより、所定の発振周波数f0で磁界を形成する発振回路部20を、容易に構成(実現)することができる。
Further, according to the
また、検出用コイル21および発振用コンデンサ26で構成されるLC発振回路20Aの共振周波数f1は、検出用コイル21のインダクタンスL1、および発振用コンデンサ26のキャパシタンスC1を用いて式(1)で算出することができる。したがって、発振回路部20の所定の発振周波数f0を式(1)で算出される共振周波数f1と同一に設定することで、LC発振回路20Aのインピーダンスを最大にすることができ、発振回路部20の消費電力を低減させることができる。
Further, the resonance frequency f 1 of the
なお、前述した各実施形態の構成は、組み合わせたり、あるいは一部の構成部分を入れ替えたりしたりしてもよい。また、本発明の構成は前述した各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。 Note that the configurations of the above-described embodiments may be combined, or some components may be replaced. The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
10…センサユニット
11…ケース
12…カバー
13…プリント基板
14…ケーブル
20…発振回路部
20A…LC発振回路
21…検出コイル
21a…コア
21b…電磁コイル
25…発振回路
25a,25b…出力端子
26…発振用コンデンサ
27…バイアス回路
28…カレントミラー回路
29…電圧電流変換回路
30…検出回路部
50…被検出ユニット
51…筐体
60,60A,60B,60C…共振回路部
61…共振用抵抗器
61B…可変抵抗器
62…共振用コイル
63…共振用コンデンサ
63C…可変コンデンサ
100…近接センサシステム
A…被検出体
D…検出距離
M…直径
Q0…しきい値
DESCRIPTION OF
Claims (8)
被検出体に設けられ、前記所定の発振周波数に基づく共振周波数を有する共振回路部を備える被検出ユニットと、を備え、
前記センサユニットは、
前記共振回路部により前記発振回路部の発振が変化したときに、前記被検出体の近接を検出する検出回路部をさらに備える、
近接センサシステム。 A sensor unit including an oscillation circuit unit that forms a magnetic field at a predetermined oscillation frequency;
A to-be-detected unit, and a to-be-detected unit comprising a resonance circuit unit having a resonance frequency based on the predetermined oscillation frequency,
The sensor unit is
When the oscillation of the oscillation circuit unit is changed by the resonance circuit unit, further comprising a detection circuit unit for detecting the proximity of the detected object,
Proximity sensor system.
請求項1に記載の近接センサシステム。 The detection circuit unit detects the proximity of the detected object based on a predetermined evaluation value of the oscillation circuit unit;
The proximity sensor system according to claim 1.
前記検出回路部は、前記発振回路部のQ値がしきい値以下になったときに、前記被検出体の近接を検出し、
前記しきい値は、磁性体が前記センサユニットに接触したときの前記発振回路部のQ値より小さい値である、
請求項2に記載の近接センサシステム。 The predetermined evaluation value is a Q value,
The detection circuit unit detects the proximity of the detected object when a Q value of the oscillation circuit unit is a threshold value or less,
The threshold value is a value smaller than the Q value of the oscillation circuit unit when the magnetic body contacts the sensor unit.
The proximity sensor system according to claim 2.
請求項1ないし3のいずれか一項に記載の近接センサシステム。 The resonant circuit unit includes a resistor, a coil, and a capacitor.
The proximity sensor system according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の近接センサシステム。 The resistor is a variable resistor,
The proximity sensor system according to claim 4.
請求項4または5に記載の近接センサシステム。 The capacitor is a variable capacitor,
The proximity sensor system according to claim 4 or 5.
請求項1ないし6のいずれか一項に記載の近接センサシステム。 The proximity sensor system according to any one of claims 1 to 6, wherein the detected unit further includes a nonmagnetic housing that houses the resonant circuit unit.
請求項1ないし7のいずれか一項に記載の近接センサシステム。 The oscillation circuit unit includes a coil and a capacitor.
The proximity sensor system according to any one of claims 1 to 7.
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