JP2016183910A

JP2016183910A - 検知センサ

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Publication number: JP2016183910A
Application number: JP2015064418A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　寧; Yasushi Sato; 寧佐藤
Original assignee: Kyushu Institute of Technology NUC
Current assignee: Kyushu Institute of Technology NUC
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: WO2016152567A1; JP6551879B2; US20180017696A1

Abstract

【課題】従来にないＦＭ検波回路を用いて周波数の変調を高品質に検知する検知センサを提供する。【解決手段】開放された２つの入力端１１ａ，１１ｂに接続される第１のインダクタ１２を有し、夫々の入力端１１ａ，１１ｂで勾配を有する波形の外部信号を検知する検知回路１００と、第１のインダクタ１２を一次側として磁気結合する第２のインダクタ２１を有し、当該第２のインダクタ２１の中間タップに一端が接続される遅延回路を構成する第３のインダクタ２３が接続されると共に、第２のインダクタ２１の各両端子２１ａ，２１ｂに各々順方向にダイオード２４ａ，２４ｂが接続され、当該各々のダイオード２４ａ，２４ｂの他の端子２５ａ，２５ｂと第３のインダクタの他の端子２６とが各々インピーダンス特性を有する素子２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂを介して接続され、ダイオードの他の端子２５ａ，２５ｂから入力端１１ａ，１１ｂで検出した検知信号を出力する出力回路２００とを備える【選択図】図３

Description

本発明は、周波数変調信号を検波する検波回路を利用した検知センサに関する。

周波数変調（以下、ＦＭという）信号を検波するＦＭ検波回路として、いくつかの方式が一般的に知られている。図５は従来技術におけるＦＭ検波回路を示す図である。ＦＭ検波回路は、周波数の変位を電圧の変位に変換することで変調された信号を復調するものである。図５（Ａ）は２同調検波回路の回路図、図５（Ｂ）はフォスターシーレ検波回路の回路図、図５（Ｃ）は比検波回路の回路図である。各回路は古くから知られているものであり、ＦＭラジオの受信機やＦＭ無線機等で一般的に利用されている。

また、上記にようなＦＭ検波回路を利用した検知装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に示す技術は、窓ガラス、ガラス扉等のガラス部に取付けられ、透明導電体１よりなる人体検出部と、人体検出部がその共振回路に接続され、人体検出部に人体が接近した際、その発振周波数を変化させる発振回路８と、発振回路８から出力される周波数信号を検波するＦＭ検波回路２３と、ＦＭ検波回路２３から出力される信号に基づき、人体の接近の有無を判定し、人体の検知信号を出力する判定回路２６と、を備えて構成されるものである。

特開平８−９４７６２号公報

しかしながら、図５（Ａ）に示す２同調検波回路は、２つの共振回路を用意して適正に並べる必要があり、構造が複雑化してしまう。また、図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すフォスターシーレ回路及び比検波回路は、一次側の入力回路と二次側の出力回路とがキャパシタを介して電気的に接続されているため、検波回路の後段側に発生する不要な高周波雑音を前段側に伝達してしまい、回路全体の性能を低下させてしまうという課題を有する。

また、特許文献１に示す技術は、人体の接近による周波数の変調を検知するものであるが、具体的なＦＭ検波回路の構成などは開示されておらず、上記のような課題を解決できるものではない。

本発明は、従来にないＦＭ検波回路を用いて周波数の変調を高品質に検知する検知センサを提供する。

本発明に係る検知センサは、開放された２つの入力端に接続される第１のインダクタを有し、夫々の入力端で勾配を有する波形の外部信号を検知する検知回路と、前記第１のインダクタを一次側として磁気結合する第２のインダクタを有し、当該第２のインダクタの中間タップに一端が接続される遅延回路を構成する第３のインダクタが接続されると共に、前記第２のインダクタの各両端子に各々順方向にダイオードが接続され、当該各々のダイオードの他の端子と前記第３のインダクタの他の端子とが各々インピーダンス特性を有する素子を介して接続され、前記ダイオードの他の端子から前記入力端で検出した検知信号を出力する出力回路とを備えるものである。

このように、本発明に係る検知センサにおいては、開放された２つの入力端に接続される第１のインダクタを有し、夫々の入力端で外部信号を検知する検知回路と、第１のインダクタを１次側として磁気結合する第２のインダクタを有し、当該第２のインダクタの中間タップに一端が接続される遅延回路を構成する第３のインダクタが接続されると共に、第２のインダクタの各両端子に各々順方向にダイオードが接続され、当該各々のダイオードの他の端子と第３のインダクタの他の端子とが各々インピーダンス特性を有する素子を介して接続され、ダイオードの他の端子から入力端で検出した検知信号を出力する出力回路とを備えるため、従来のＦＭ検波回路のように一次側と二次側とを接続するキャパシタを通して共振回路により中心周波数を求めるような構成を有する必要がなく、構成を簡素化することができると共に、後段の回路からの不要な高周波の影響を防止して高品質に検知することができるという効果を奏する。

本発明に係る検知センサは、前記インピーダンス特性を有する素子が、コンデンサと抵抗との並列回路を構成しているものである。

このように、本発明に係る検知センサにおいては、前記インピーダンス特性を有する素子が、コンデンサと抵抗との並列回路を構成しているため、積分回路が形成されて確実に信号検知することができるという効果を奏する。

本発明に係る検知センサは、前記検知信号を出力する各端子間にローパスフィルタとしての抵抗成分及び容量成分を接続しているものである。

このように、本発明に係る検知センサにおいては、検知信号を出力する各端子間にローパスフィルタとしての抵抗成分及び容量成分を接続しているため、出力信号を平滑化して高品質な復調信号を得ることができるという効果を奏する。

本発明に係る検知センサは、前記検知回路が検知した前記外部信号の歪みに応じて、前記第２のインダクタにおける中間タップの比率が決定されているものである。

このように、本発明に係る検知センサにおいては、検知回路が検知した外部信号の歪みに応じて、第２のインダクタにおける中間タップの比率が決定されているため、実際には歪みが生じている場合が多い外部信号が補正されて高品質な検波が可能になるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る検知センサの機能ブロック図である。フォスター・シーレＦＭ検波回路の回路図である。第１の実施形態に係る検知センサの回路構成を示す図である。入力された信号と第３インダクタにより遅延された信号の信号波形図である。従来のＦＭ検波回路を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。

（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る検知センサについて、図１ないし図４を用いて説明する。本実施形態に係る検知センサは、例えば人の有無を検知するような人感センサとして用いられるものであり、発振された信号の周波数変調を検波して検知対象物を検知するものである。すなわち、特定の周波数でＦＭ信号を検波して信号を復調するものではなく、周波数が変調したことを検知することを目的とする。そのため、本実施形態においては、特にＦＭ検波回路の構成において従来にはない技術を用いる。

図１は、本実施形態に係る検知センサの機能ブロック図である。本実施形態に係る検知センサ１は、所定周波数の信号を発振する発振回路２と、検知対象物により変調したＦＭ信号を検波するＦＭ検波回路３と、検波した信号を増幅する増幅回路４とを備える。また、ＦＭ検波回路３は、ＦＭ信号を検知する検知回路１００と検知した信号の復調信号を出力する出力回路２００とを備える。発振回路２が発振する信号は、微分値の変化を検知できるような勾配を有する信号であり、例えばサイン波とする。発振回路２から発振された信号は検知回路１００で検知され、検知対象物の有無による周波数の変調が出力回路２００から出力されることで、検知対象物の有無を検知することが可能となる。

ＦＭ検波回路としては、上記に示したような回路が従来から知られており、その一例を図２に示す。図２は、フォスター・シーレＦＭ検波回路の回路図である。この方式の原理は、共振周波数を中心に誘導性、容量性の２種類の特性の違いにより検波するものである。図２の回路図において、Ｃ２とＬ２が共振回路を形成しており、Ｃ_０を通して中心の周波数を求めている。しかしながら、このような方法では、Ｌ３のインダクタが大きい値のため高周波がスルーする現象が発生し、前段側の回路が後段側の回路からの不要な高周波の影響を受けやすくなる。そこで、本実施形態においては、図３のような回路構成とすることで、後段側の回路からの不要な高周波の影響をなくし、高感度に検知対象物の有無を検知する。

図３は、本実施形態に係る検知センサの回路構成を示す図である。図３において、検知センサ１は、開放された２つの入力端１１ａ，１１ｂに接続される第１インダクタ１２を有しており、夫々の入力端１１ａ，１１ｂで発振回路２から発振された勾配を有する波形の外部信号を検知する検知回路１００を備える。

また、第１インダクタ１２を一次側として磁気結合する第２インダクタ２１を有し、この第２インダクタ２１の中間タップ２２に一端が接続される遅延回路を構成する第３インダクタ２３が接続されると共に、第２インダクタ２１の各両端子２１ａ，２１ｂに各々順方向にダイオード２４ａ，２４ｂが接続され、各々のダイオード２４ａ，２４ｂの他の端子２５ａ，２５ｂと第３インダクタ２３の他の端子２６とが各々インピーダンス特性を有する素子２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂを介して接続され、ダイオード２４ａの他の端子２５ａから入力端１１ａ，１１ｂで検出した検知信号を出力する出力回路２００を備える。また、検知信号を出力する各端子２５ａ，２５ｂ間にローパスフィルタとしての容量成分２９を接続している。

図３に示す回路図から明らかなように、本実施形態に係る検知センサ１は、検知回路１００と出力回路２００との間で磁気結合しているだけで、図２に示すように電気的な接続は一切ない。すなわち、後段側の回路からの不要な高周波の影響をなくすことが可能となる。また、図２のような従来から知られているＦＭ検波回路は、特定の周波数の信号を高品質に検波することを目的としているのに対して、本実施形態に係る検知センサ１は、検知対象物の有無、すなわち周波数の変化が検出できればよいため、広範囲の周波数帯を検知対象とすることで共振回路を構成する必要がなく、構造を簡素化することができると共に、品質を高めることができる。

ＦＭ信号の具体的な検波方法について説明する。本実施形態に係る検知センサ１は従来から知られているＦＭ検波回路とは原理が大きく異なり、遅延回路としての第３インダクタ２３を利用する。図４は、図３の回路図における入力信号（１）、検波信号（２）、検波信号（３）、出力波形（４）−１、（４）−２のそれぞれの波形を示す図である。図４（Ａ）は、信号の位相が進む方向に変化した場合の波形の一例を示しており、図４（Ｂ）は、信号の位相が遅れる方向に変化した場合の波形の一例を示している。図４において、点線で示す部分が周波数が変化して位相が変わる部分である。なお、出力波形（４）−１は、キャパシタＣ_１，Ｃ_２を有していない場合の出力波形を示し、出力波形（４）−２は、キャパシタＣ_１，Ｃ_２で積分した場合の出力波形の一例を示している。

図からわかる通り、位相が進む場合には出力波形がマイナス側に向かった変化が現れ、位相が遅れる場合には出力波形がプラス側に向かう変化が現れる。そして検知された位相の変化を積分することで、周波数偏移に相当する電圧を出力することができる。

なお、第２インダクタ２１の中間タップ２２の比率は、検知回路１００で検知される外部からの入力信号の歪みに応じて調整することが可能である。すなわち、例えば、発振回路２から発振されるサイン波に歪みが生じている場合であっても、中間タップ２２の比率を調整することで（上記歪みの逆の歪みを生じさせることで）、歪みのないきれいなサイン波を入力信号とすることができ、高品質なセンサを実現することが可能となる。

１検知センサ
２発振回路
３ＦＭ検波回路
４増幅回路
１１ａ，１１ｂ入力端
１２第１インダクタ
２１第２インダクタ
２１ａ，２１ｂ端子
２２中間タップ
２３第３インダクタ
２４ａ，２４ｂダイオード
２５ａ，２５ｂ端子
２６他の端子
２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２７ｂ素子
２９コンデンサ
１００検知回路
２００出力回路

Claims

開放された２つの入力端に接続される第１のインダクタを有し、夫々の入力端で勾配を有する波形の外部信号を検知する検知回路と、
前記第１のインダクタを一次側として磁気結合する第２のインダクタを有し、当該第２のインダクタの中間タップに一端が接続される遅延回路を構成する第３のインダクタが接続されると共に、前記第２のインダクタの各両端子に各々順方向にダイオードが接続され、当該各々のダイオードの他の端子と前記第３のインダクタの他の端子とが各々インピーダンス特性を有する素子を介して接続され、前記ダイオードの他の端子から前記入力端で検出した検知信号を出力する出力回路とを備えることを特徴とする検知センサ。
請求項１に記載の検知センサにおいて、
前記インピーダンス特性を有する素子が、コンデンサと抵抗との並列回路を構成していることを特徴とする検知センサ。
請求項１又は２に記載の検知センサにおいて、
前記検知信号を出力する各端子間にローパスフィルタとしての抵抗成分及び容量成分を接続していることを特徴とする検知センサ。
請求項１ないし３のいずれかに記載の検知センサにおいて、
前記検知回路が検知した前記外部信号の歪みに応じて、前記第２のインダクタにおける中間タップの比率が決定されていることを特徴とする検知センサ。