JP2018141722A - Eddy current type metal sensor and eddy current detection method - Google Patents

Eddy current type metal sensor and eddy current detection method Download PDF

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和彦 大隅
Kazuhiko Osumi
和彦 大隅
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an eddy current type metal sensor capable of accurately detecting an eddy current of a detected object composed of metal even with a compact and simple configuration, and highly precisely performing detection of presence/absence of metal and measurement of a distance to the metal, and an eddy current detection method capable of accurately detecting the eddy currents of the detected object composed of the metal.SOLUTION: An eddy current type metal sensor comprises: a first coil 1; a second coil 2; a first oscillation circuit 6 which oscillates including the first coil 1; a second oscillation circuit 7 which oscillates including the second coil 2; a fifth terminal of a microcomputer U1 which receives a reference time signal indicating time from an external device; a measurement part 41 which measures an oscillation frequency in each of the first oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7 on the basis of the reference time signal; a calculation part 42 which calculates a difference in the oscillation frequency measured by the measurement part 41; and a conversion part 43 which converts the difference calculated by the calculation part 42 as a variation of an eddy current.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、金属からなる被検出物の渦電流を検出する渦電流式金属センサ及び渦電流検出方法に関する。   The present invention relates to an eddy current type metal sensor and an eddy current detection method for detecting an eddy current of a detection object made of metal.

金属からなる被検出物に対して、該被検出物に生じる渦電流を利用して、種々の検出・検知処理を行う装置が提案されている(特許文献1−3)。   There has been proposed an apparatus for performing various detection / detection processes on a detection object made of metal using an eddy current generated in the detection object (Patent Documents 1-3).

特許文献1には、回転体と一体に回転する突起部の通過を検出する渦電流式のセンサを設け、センサのコイルで発生する磁界の変化に基づいて回転体の回転数を検出する装置が開示されている。特許文献2には、コイルに高周波電流を流し、近接する金属に発生する渦電流によるコイルのインピーダンスの変化から、金属の有無を検知する渦電流式変位センサが開示されている。特許文献3には、渦電流センサを用いて、摩擦材に異物として混入されている金属を検知する装置が開示されている。   Patent Document 1 includes an eddy current type sensor that detects the passage of a protrusion that rotates integrally with a rotating body, and an apparatus that detects the number of rotations of the rotating body based on a change in the magnetic field generated by the sensor coil. It is disclosed. Patent Document 2 discloses an eddy current type displacement sensor that detects the presence or absence of metal from a change in impedance of a coil caused by an eddy current generated in an adjacent metal by passing a high-frequency current through the coil. Patent Document 3 discloses an apparatus for detecting a metal mixed as a foreign material in a friction material using an eddy current sensor.

特開2016−8929号公報JP 2006-8929 A 特開平8−271204号公報JP-A-8-271204 特開2014−130075号公報JP 2014-130075 A

渦電流式センサにあって、コイルを単体で使用する場合には、渦電流の検出精度が低くなる問題があり、また、温度等の外部環境による検出結果の変動が大きいという問題もある。そして、正確な渦電流が検出できないことにより、検出した渦電流に基づいた金属の検知も精度良く行えなくなる。   In the eddy current sensor, when the coil is used alone, there is a problem that the detection accuracy of the eddy current is lowered, and there is a problem that the detection result varies greatly due to the external environment such as temperature. In addition, since an accurate eddy current cannot be detected, metal detection based on the detected eddy current cannot be performed with high accuracy.

また、従来の渦電流式センサでは、使用しているマイクロコンピュータに内蔵されている発振器のクロック信号に基づいて渦電流が検出されていた。   Further, in the conventional eddy current type sensor, the eddy current is detected based on the clock signal of the oscillator built in the microcomputer used.

一方、クロックにおいては、いわゆるEMI(放射ノイズ)問題を回避するために、一般には意図的に周波数をランダムに変動させるスペクトラム拡散等が施されている。更に、クロック信号には低周波数の揺らぎ(ジッタ)が存在し微小に周波数が変動する。従って、従来の渦電流式センサでは、正確な渦電流の検出ができず、誤差が発生するという問題がある。   On the other hand, in order to avoid the so-called EMI (radiated noise) problem, the clock is generally subjected to spread spectrum that intentionally changes the frequency randomly. Furthermore, the clock signal has a low frequency fluctuation (jitter) and the frequency fluctuates slightly. Therefore, the conventional eddy current type sensor has a problem that an accurate eddy current cannot be detected and an error occurs.

外部に専用の発振子(発振器)を別途に設け、該発振器が生成するクロック信号を基準とする方法もあるが、発振器は高価であるので製品の製造コストが高くなるうえに、製品の構造を複雑にするという問題がある。   There is also a method in which a dedicated oscillator (oscillator) is provided outside and the clock signal generated by the oscillator is used as a reference. However, since the oscillator is expensive, the manufacturing cost of the product is increased and the structure of the product is increased. There is a problem of making it complicated.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、小型かつ簡単な構成であっても、外部環境の影響を受けることなく、金属からなる被検出物の渦電流をより正確に検出して、金属の有無の検知、金属までの距離の測定などを高精度に行えることができ、かつ、被検出物の有無の検知感度、又は被検出物までの距離の測定感度を容易に調整できる渦電流式金属センサ、及び、渦電流検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and can detect an eddy current of a metal detection object more accurately without being affected by the external environment even in a small and simple configuration. Vortices that can detect the presence or absence of metal, measure the distance to metal, etc. with high accuracy, and can easily adjust the detection sensitivity of the presence or absence of the detection object or the measurement sensitivity of the distance to the detection object. An object is to provide a current-type metal sensor and an eddy current detection method.

本発明に係る渦電流式金属センサは、金属からなる被検出物の渦電流を検出する渦電流式金属センサにおいて、第1コイルを含んで発振する第1発振回路と、第2コイルを含んで発振する第2発振回路と、時間を表す基準時間信号を外部装置から受信する受信部と、前記第1発振回路及び第2発振回路夫々における発振周波数を前記基準時間信号に基づいて計測する計測部と、該計測部にて計測した発振周波数の差分を算出する算出部と、該算出部にて算出した差分を前記被検出物の渦電流の変化量として変換する変換部とを備えることを特徴とする。   An eddy current type metal sensor according to the present invention includes a first oscillation circuit that oscillates including a first coil and a second coil in an eddy current type metal sensor that detects an eddy current of a detection object made of metal. A second oscillation circuit that oscillates, a reception unit that receives a reference time signal representing time from an external device, and a measurement unit that measures an oscillation frequency in each of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit based on the reference time signal And a calculation unit that calculates a difference between the oscillation frequencies measured by the measurement unit, and a conversion unit that converts the difference calculated by the calculation unit as an amount of change in eddy current of the detected object. And

本発明の渦電流式金属センサにあっては、被検出物の近傍に配した第1コイルを含む第1発振回路の発振周波数と、被検出物の近傍に第1コイルとは被検出物への距離を異ならせて配した第2コイルを含む第2発振回路の発振周波数とを、計測部で計測する。この際、外部装置からの基準時間信号を受信する受信部が受信した基準時間信号に基づいて、計測部は発振周波数の計測を行う。算出部は、計測部が計測した両発振周波数の差分を算出し、変換部は、算出部が算出した差分を被検出物の渦電流の変化量として変換する。被検出物の渦電流が大きくなるとコイルのインダクタンスが減って、そのコイルを含む発振回路の発振周波数は増加する。ここで、被検出物に近い方のコイルは渦電流の変化に応じたインダクタンスの変化量が大きくなるので、発振回路での発振周波数の変動も大きくなる。よって、被検出物からの距離を異ならせて配した2つのコイルを用いて、夫々の発振回路による発振周波数の差分から渦電流を検出することができる。また、検出した渦電流に基づいて、被検出物の有無の検知、被検出物までの距離の測定などを行うことができる。   In the eddy current type metal sensor according to the present invention, the oscillation frequency of the first oscillation circuit including the first coil disposed in the vicinity of the detected object, and the first coil in the vicinity of the detected object to the detected object. The measurement unit measures the oscillation frequency of the second oscillation circuit including the second coil arranged with different distances. At this time, the measurement unit measures the oscillation frequency based on the reference time signal received by the reception unit that receives the reference time signal from the external device. The calculation unit calculates the difference between the two oscillation frequencies measured by the measurement unit, and the conversion unit converts the difference calculated by the calculation unit as the amount of change in the eddy current of the detected object. When the eddy current of the object to be detected increases, the inductance of the coil decreases, and the oscillation frequency of the oscillation circuit including the coil increases. Here, since the amount of change in inductance corresponding to the change in eddy current increases in the coil closer to the object to be detected, fluctuations in the oscillation frequency in the oscillation circuit also increase. Therefore, the eddy current can be detected from the difference between the oscillation frequencies of the respective oscillation circuits using two coils arranged at different distances from the object to be detected. Further, based on the detected eddy current, it is possible to detect the presence or absence of the detection object, measure the distance to the detection object, and the like.

この際、2つのコイルとして、基板へのパターニング印刷により形成されたコイルなどの扁平コイルを使用でき、構成は小型化する。扁平コイル等、インダクタンスが小さいコイルの場合には発振周波数が高い。結果としてコンピュータのクロックが発振周波数より低いので、周波数測定の場合には同じ分解能を得るための測定時間を短くし、さらに測定時間を一定とすることができる。   At this time, a flat coil such as a coil formed by patterning printing on the substrate can be used as the two coils, and the configuration is downsized. In the case of a coil having a small inductance such as a flat coil, the oscillation frequency is high. As a result, since the computer clock is lower than the oscillation frequency, in the case of frequency measurement, the measurement time for obtaining the same resolution can be shortened, and the measurement time can be made constant.

また、発振周波数の計測、発振周波数の差分の算出、差分から渦電流への変換の一連の処理を、マイクロコンピュータなどを用いてソフトウェアにて行えて部品点数を削減できるとともに、部品における特性のばらつきを受けることが少なく、検出精度は高い。   In addition, a series of processing of oscillation frequency measurement, oscillation frequency difference calculation, and conversion from difference to eddy current can be performed by software using a microcomputer, etc., and the number of parts can be reduced. The detection accuracy is high.

本発明に係る渦電流式金属センサは、前記計測部は、前記第1発振回路における発振周波数と、前記第2発振回路における発振周波数とを交互に計測するように構成してあることを特徴とする。   The eddy current type metal sensor according to the present invention is characterized in that the measurement unit is configured to alternately measure an oscillation frequency in the first oscillation circuit and an oscillation frequency in the second oscillation circuit. To do.

本発明の渦電流式金属センサにあっては、第1発振回路における発振周波数の計測と、第2発振回路における発振周波数の計測とを、切り替えながら交互に行う。よって、一方の発振回路における発振周波数の計測時に、他方の発振回路は発振していないので、一方の発振回路における発振周波数の計測値は、他方の発振回路の発振の影響を受けない。したがって、両発振回路における正確な発振周波数を計測でき、渦電流の検出精度は高い。   In the eddy current type metal sensor of the present invention, measurement of the oscillation frequency in the first oscillation circuit and measurement of the oscillation frequency in the second oscillation circuit are alternately performed while switching. Therefore, when the oscillation frequency of one oscillation circuit is measured, the other oscillation circuit is not oscillating. Therefore, the measurement value of the oscillation frequency of one oscillation circuit is not affected by the oscillation of the other oscillation circuit. Therefore, accurate oscillation frequencies in both oscillation circuits can be measured, and the eddy current detection accuracy is high.

本発明に係る渦電流式金属センサは、前記第1コイル及び第2コイルは、同軸状に配されていることを特徴とする。   The eddy current type metal sensor according to the present invention is characterized in that the first coil and the second coil are arranged coaxially.

本発明の渦電流式金属センサにあっては、第1コイル及び第2コイルが同軸状に配されている。よって、コイルの配置に要する面積は小さくて済み、渦電流式金属センサの小型化を図れる。   In the eddy current type metal sensor of the present invention, the first coil and the second coil are arranged coaxially. Therefore, the area required for arranging the coils is small, and the eddy current type metal sensor can be miniaturized.

本発明に係る渦電流式金属センサは、前記第1発振回路及び第2発振回路の構成部材は、前記第1コイル及び第2コイルを除いて共通であることを特徴とする。   The eddy current type metal sensor according to the present invention is characterized in that components of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit are common except for the first coil and the second coil.

本発明の渦電流式金属センサにあっては、第1発振回路と第2発振回路とにおいて、第1コイル及び第2コイルを除く他の構成部材は共通としている。よって、第1発振回路及び第2発振回路夫々で計測される発振周波数は、コイル以外の異なる構成部材による特性のばらつきの影響を受けず、正確な値が計測される。よって、渦電流の検出精度は高い。   In the eddy current type metal sensor of the present invention, in the first oscillation circuit and the second oscillation circuit, the other components except the first coil and the second coil are common. Therefore, the oscillation frequency measured by each of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit is not affected by variations in characteristics due to different components other than the coil, and an accurate value is measured. Therefore, the detection accuracy of eddy current is high.

本発明に係る渦電流式金属センサは、その一面に前記第1コイルが配され、その他面に前記第2コイルが配されている基板を備えることを特徴とする。   The eddy current type metal sensor according to the present invention includes a substrate on which the first coil is disposed on one surface and the second coil is disposed on the other surface.

本発明の渦電流式金属センサにあっては、基板の一面に第1コイルが形成され、基板の他面に第2コイルが形成されている。よって、簡単な構成にて、第1コイル及び第2コイルの同軸状配置を実現できる。   In the eddy current type metal sensor of the present invention, the first coil is formed on one surface of the substrate, and the second coil is formed on the other surface of the substrate. Therefore, the coaxial arrangement of the first coil and the second coil can be realized with a simple configuration.

本発明に係る渦電流式金属センサは、前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号であることを特徴とする。   The eddy current type metal sensor according to the present invention is characterized in that the reference time signal is a clock signal of the external device.

本発明にあっては、外部装置からの基準時間信号は該外部装置のクロック信号であり、前記計測部は斯かる外部装置のクロック信号に基づいて第1発振回路及び第2発振回路における発振周波数の計測を行う。
外部からのクロック信号を基準時間信号とすることで正確な渦電流を知ることができる。
In the present invention, the reference time signal from the external device is a clock signal of the external device, and the measurement unit oscillates in the first oscillation circuit and the second oscillation circuit based on the clock signal of the external device. Measure.
An accurate eddy current can be obtained by using an external clock signal as a reference time signal.

本発明に係る渦電流式金属センサは、前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号が逓倍された信号であることを特徴とする。   In the eddy current type metal sensor according to the present invention, the reference time signal is a signal obtained by multiplying a clock signal of the external device.

本発明にあっては、外部装置からの基準時間信号は該外部装置のクロック信号が逓倍された信号であり、前記計測部は逓倍されたクロック信号に基づいて第1発振回路及び第2発振回路における発振周波数の計測を行う。
クロック信号を逓倍化することで渦電流式金属センサの感度を調整することができる。
In the present invention, the reference time signal from the external device is a signal obtained by multiplying the clock signal of the external device, and the measurement unit performs the first oscillation circuit and the second oscillation circuit based on the multiplied clock signal. Measure the oscillation frequency at.
The sensitivity of the eddy current metal sensor can be adjusted by multiplying the clock signal.

本発明に係る渦電流式金属センサは、前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号に基づく、前記計測部による発振周波数の計測期間を表す制御信号であることを特徴とする。   In the eddy current type metal sensor according to the present invention, the reference time signal is a control signal representing a measurement period of an oscillation frequency by the measurement unit based on a clock signal of the external device.

本発明にあっては、外部装置からの基準時間信号は、該外部装置のクロック信号に基づく、発振周波数の計測期間を表す制御信号であり、前記計測部は斯かる制御信号に基づいて第1発振回路及び第2発振回路における発振周波数の計測を行う。
外部からのクロック信号に基づいて精度の高い測定を行うことができる。
In the present invention, the reference time signal from the external device is a control signal that represents a measurement period of the oscillation frequency based on the clock signal of the external device, and the measurement unit performs the first operation based on the control signal. The oscillation frequency in the oscillation circuit and the second oscillation circuit is measured.
A highly accurate measurement can be performed based on an external clock signal.

本発明に係る渦電流式金属センサは、前記受信部によって受信された基準時間信号に対して逓倍処理を行なう処理部を備えることを特徴とする。   The eddy current type metal sensor according to the present invention includes a processing unit that performs a multiplication process on the reference time signal received by the receiving unit.

本発明にあっては、処理部は例えばPLL(Phase Locked Loop)回路を有しており、受信部によって受信された基準時間信号を整数倍にする。
クロック信号を逓倍化することで渦電流式金属センサの感度を調整することができる。
In the present invention, the processing unit includes, for example, a PLL (Phase Locked Loop) circuit, and multiplies the reference time signal received by the receiving unit.
The sensitivity of the eddy current metal sensor can be adjusted by multiplying the clock signal.

本発明に係る渦電流式金属センサは、被検出物の有無の検知感度、又は被検出物までの距離の測定感度が調整可能であることを特徴とする。   The eddy current type metal sensor according to the present invention is characterized in that the detection sensitivity of the presence or absence of a detection object or the measurement sensitivity of the distance to the detection object can be adjusted.

本発明にあっては、例えば、受信部によって受信された基準時間信号が処理部にて逓倍処理可能であるから、計測部による発振周波数の計測の頻度(間隔)を変えることができ、被検出物の有無の検知感度、又は被検出物までの距離の測定感度を調整できる。   In the present invention, for example, since the reference time signal received by the receiving unit can be multiplied by the processing unit, the frequency (interval) of the measurement of the oscillation frequency by the measuring unit can be changed, The detection sensitivity of the presence or absence of an object or the measurement sensitivity of the distance to an object to be detected can be adjusted.

本発明に係る渦電流検出方法は、金属からなる被検出物の渦電流を検出する渦電流検出方法において、前記被検出物からの距離を互いに異ならせて第1コイル及び第2コイルを配置し、時間を表す基準時間信号を外部装置から受信し、前記基準時間信号に基づいて、前記第1コイルを含んで発振する発振回路の発振周波数、及び、前記第2コイルを含んで発振する発振回路の発振周波数を夫々計測し、計測した発振周波数の差分を算出し、算出した差分を前記被検出物の渦電流の変化量として変換することを特徴とする。   The eddy current detection method according to the present invention is an eddy current detection method for detecting an eddy current of a metal object to be detected, wherein the first coil and the second coil are arranged at different distances from the object to be detected. An oscillation circuit that receives a reference time signal representing time from an external device and oscillates including the first coil and an oscillation circuit that oscillates including the second coil based on the reference time signal The oscillation frequency is measured, the difference between the measured oscillation frequencies is calculated, and the calculated difference is converted as the amount of change in the eddy current of the detected object.

本発明では、小型かつ簡単な構成であるにもかかわらず、温度等の外部環境の変動があっても正確に、かつより高精度に被検出物(金属)の渦電流を検出することができ、渦電流の検出結果に基づいて、金属の有無を正しく検知したり、金属までの距離を高精度に測定したりすることが可能である。また、被検出物の有無の検知感度、又は被検出物までの距離の測定感度を容易に調整できる。   In the present invention, the eddy current of the object to be detected (metal) can be detected accurately and more accurately even if the external environment such as temperature changes, despite the small and simple configuration. Based on the detection result of the eddy current, it is possible to correctly detect the presence or absence of metal or to measure the distance to the metal with high accuracy. Moreover, the detection sensitivity of the presence or absence of the detection object or the measurement sensitivity of the distance to the detection object can be easily adjusted.

本実施の形態に係る渦電流式金属センサの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the eddy current type metal sensor which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る渦電流式金属センサの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the eddy current type metal sensor which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る渦電流式金属センサと被検出物である金属との位置関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the positional relationship of the eddy current type metal sensor which concerns on this Embodiment, and the metal which is a to-be-detected object. 本実施の形態に係る渦電流式金属センサの機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the eddy current type metal sensor which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る渦電流式金属センサの一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example of 1 structure of the eddy current type metal sensor which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る渦電流式金属センサの動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of the eddy current type metal sensor which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る渦電流式金属センサの動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating operation | movement of the eddy current type metal sensor which concerns on this Embodiment. 第1変形例における渦電流式金属センサの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the eddy current type metal sensor in a 1st modification. 第2変形例における渦電流式金属センサの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the eddy current type metal sensor in a 2nd modification. 第3変形例における渦電流式金属センサの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the eddy current type metal sensor in a 3rd modification.

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図1及び図2は、本実施の形態に係る渦電流式金属センサの構成を示す斜視図及び断面図である。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof. 1 and 2 are a perspective view and a cross-sectional view showing a configuration of the eddy current type metal sensor according to the present embodiment.

図1及び図2において、10は扁平矩形状の基板である。基板10の長手方向における一端部の一面(図示下面)には第1コイル1が形成されている(図2参照)。また、基板10の前記一端部の他面(図示上面)には、第1コイル1と同軸をなして、第2コイル2が形成されている。これらの第1コイル1及び第2コイル2は、例えば、基板10への銅箔パターンの印刷により形成される。   1 and 2, reference numeral 10 denotes a flat rectangular substrate. A first coil 1 is formed on one surface (the lower surface in the drawing) of one end portion in the longitudinal direction of the substrate 10 (see FIG. 2). A second coil 2 is formed on the other surface (upper surface in the drawing) of the one end of the substrate 10 so as to be coaxial with the first coil 1. The first coil 1 and the second coil 2 are formed, for example, by printing a copper foil pattern on the substrate 10.

基板10の長手方向における他端部の上面には、該他端部の縁から、前記長手方向にその一部を突出させてコネクタ3が実装されている。基板10の中央部の上面には、後述する各種の処理を行うマイクロコンピュータからなる電子チップ4が実装されている。さらに、電子チップ4の近傍には、回路部品5が実装されている。回路部品5は、第1コイル1または第2コイル2と発振回路を構成するためのコンデンサなどを含んでいる。本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20は、以上のような構成をなす。   A connector 3 is mounted on the upper surface of the other end portion in the longitudinal direction of the substrate 10 such that a part thereof protrudes from the edge of the other end portion in the longitudinal direction. On the upper surface of the central portion of the substrate 10, an electronic chip 4 composed of a microcomputer for performing various processes described later is mounted. Further, a circuit component 5 is mounted in the vicinity of the electronic chip 4. The circuit component 5 includes a capacitor for forming an oscillation circuit with the first coil 1 or the second coil 2. The eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment is configured as described above.

図3は、本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20と被検出物である金属との位置関係を示す断面図である。基板10の一面(下面)側に、渦電流式金属センサ20と対向して検出対象である金属30が配置されている。この配置例では、第1コイル1が第2コイル2よりも、金属30(被検出物)に近い位置に配されることになる。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment and the metal that is the object to be detected. On one surface (lower surface) side of the substrate 10, a metal 30 to be detected is disposed so as to face the eddy current metal sensor 20. In this arrangement example, the first coil 1 is arranged closer to the metal 30 (detected object) than the second coil 2.

図4は、本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20の機能構成を示すブロック図である。図4において、図1及び図2と同一または同様な部分には同一の符号を付している。   FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment. In FIG. 4, the same or similar parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

第1コイル1と回路部品5の一部とにより、第1発振回路6が構成されており、第2コイル2と回路部品5の一部とにより、第2発振回路7が構成されている。本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20にあっては、第1発振回路6と第2発振回路7とにおいて、第1コイル1及び第2コイル2を除く他の構成部材は共通としているので、部品の点数を減らすことができる。更に、第1発振回路6及び第2発振回路7夫々で計測される発振周波数は、異なる構成部材による特性のばらつきの影響を受けず、正確な値が計測される。よって、金属30の渦電流の検出精度は高い。   The first coil 1 and a part of the circuit component 5 constitute a first oscillation circuit 6, and the second coil 2 and a part of the circuit component 5 constitute a second oscillation circuit 7. In the eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment, in the first oscillating circuit 6 and the second oscillating circuit 7, the other constituent members except the first coil 1 and the second coil 2 are common. Therefore, the number of parts can be reduced. Furthermore, the oscillation frequency measured by each of the first oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7 is not affected by the characteristic variation due to different constituent members, and an accurate value is measured. Therefore, the detection accuracy of the eddy current of the metal 30 is high.

また、電子チップ4は、第1発振回路6及び第2発振回路7夫々における発振周波数を計測する計測部41と、計測部41で計測した発振周波数の差分を算出する算出部42と、算出部42にて算出した差分を金属30(被検出物)の渦電流の変化量として変換する変換部43とを機能的に有している。   The electronic chip 4 includes a measurement unit 41 that measures the oscillation frequency in each of the first oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7, a calculation unit 42 that calculates a difference between the oscillation frequencies measured by the measurement unit 41, and a calculation unit. It has functionally the conversion part 43 which converts the difference calculated in 42 as a change amount of the eddy current of the metal 30 (detected object).

更に、回路部品5は、例えば、PLL回路を有する処理部50を備えており、処理部50は後述する第5端子(受信部)によって受信された、時間を表す基準時間信号に対して逓倍処理を行なうことが出来る。このように処理部50によって逓倍処理された基準時間信号に基づいて、計測部41は発振周波数の計測を行う。   Furthermore, the circuit component 5 includes, for example, a processing unit 50 having a PLL circuit, and the processing unit 50 multiplies a reference time signal representing time received by a fifth terminal (receiving unit) described later. Can be done. Based on the reference time signal multiplied by the processing unit 50 in this way, the measurement unit 41 measures the oscillation frequency.

図5は、本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20の一構成例を示す回路図である。図5において、コイルL1及びコイルL2は夫々、前述した第1コイル1及び第2コイル2に該当する。また、マイクロコンピュータU1は、前述した電子チップ4に相当する。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment. In FIG. 5, the coil L1 and the coil L2 correspond to the first coil 1 and the second coil 2 described above, respectively. The microcomputer U1 corresponds to the electronic chip 4 described above.

コイルL1の一端は、マイクロコンピュータU1の第6端子に接続され、コイルL2の一端は、マイクロコンピュータU1の第3端子に接続されている。コイルL1の他端及びコイルL2の他端はコンデンサC1を介してトランジスタQ1のベースに接続されている。トランジスタQ1のベース、コレクタ間には抵抗R2が設けられ、トランジスタQ1のベース、エミッタ間にはコンデンサC2が設けられている。トランジスタQ1のコレクタは、マイクロコンピュータU1の第2端子に接続されているとともに、抵抗R3を介して接地されている。   One end of the coil L1 is connected to the sixth terminal of the microcomputer U1, and one end of the coil L2 is connected to the third terminal of the microcomputer U1. The other end of the coil L1 and the other end of the coil L2 are connected to the base of the transistor Q1 via the capacitor C1. A resistor R2 is provided between the base and collector of the transistor Q1, and a capacitor C2 is provided between the base and emitter of the transistor Q1. The collector of the transistor Q1 is connected to the second terminal of the microcomputer U1 and is grounded through the resistor R3.

マイクロコンピュータU1の第1端子には、電源電圧Vddの入力端子が接続されている。電源電圧Vddの入力端子は、抵抗R1を介してトランジスタQ1のエミッタに接続されている。抵抗R1とトランジスタQ1のエミッタとの間にはコンデンサC3の一端が接続され、コンデンサC3の他端は接地されている。電源電圧Vddの入力端子と前記第1端子との間にはコンデンサC6の一端が接続され、コンデンサC6の他端は接地されている。マイクロコンピュータU1の第8端子には、接地用の端子が接続されている。   The first terminal of the microcomputer U1 is connected to the input terminal for the power supply voltage Vdd. The input terminal of the power supply voltage Vdd is connected to the emitter of the transistor Q1 through the resistor R1. One end of a capacitor C3 is connected between the resistor R1 and the emitter of the transistor Q1, and the other end of the capacitor C3 is grounded. One end of a capacitor C6 is connected between the input terminal of the power supply voltage Vdd and the first terminal, and the other end of the capacitor C6 is grounded. A grounding terminal is connected to the eighth terminal of the microcomputer U1.

マイクロコンピュータU1の第7端子には、抵抗R4を介して、渦電流に相当する検出電圧Voutを出力する出力端子が接続されている。該出力端子と抵抗R4との間にはコンデンサC7の一端が接続され、コンデンサC7の他端は接地されている。マイクロコンピュータU1の第4端子には、抵抗R6を介して、オフセット制御を行うための制御電圧Vcontを入力する入力端子が接続されている。マイクロコンピュータU1の第4端子と抵抗R6との間にはコンデンサC5の一端が接続され、コンデンサC5の他端は接地されている。   An output terminal that outputs a detection voltage Vout corresponding to an eddy current is connected to the seventh terminal of the microcomputer U1 via a resistor R4. One end of a capacitor C7 is connected between the output terminal and the resistor R4, and the other end of the capacitor C7 is grounded. The fourth terminal of the microcomputer U1 is connected to an input terminal for inputting a control voltage Vcont for performing offset control via a resistor R6. One end of a capacitor C5 is connected between the fourth terminal of the microcomputer U1 and the resistor R6, and the other end of the capacitor C5 is grounded.

更に、マイクロコンピュータU1の第5端子には、抵抗R5を介して、外部装置のクロック信号出力端子101が接続されている。第5端子と抵抗R5との間にはコンデンサ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。渦電流式金属センサ20は例えば、前記外部装置に装着されている。   Furthermore, the clock signal output terminal 101 of the external device is connected to the fifth terminal of the microcomputer U1 via the resistor R5. One end of a capacitor C4 is connected between the fifth terminal and the resistor R5, and the other end of the capacitor C4 is grounded. For example, the eddy current type metal sensor 20 is mounted on the external device.

各種のデジタル処理が行われる一般の装置にはクロック信号を生成する高精度の発振器が内蔵されている。このような装置が有する発振器が生成するクロック信号に対して一般にはいわゆるEMIの対策としてスペクトラム拡散等が施されている。   A general apparatus that performs various kinds of digital processing incorporates a high-precision oscillator that generates a clock signal. In general, spread spectrum or the like is applied to a clock signal generated by an oscillator included in such a device as a measure against so-called EMI.

本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20においては、その一例である外部装置の発振器が生成する、スペクトラム拡散等が施されていないクロック信号(以下、基準時間信号ともいう。)をマイクロコンピュータU1の第5端子が受信できるように構成されている。すなわち、マイクロコンピュータU1の第5端子をクロック信号の受信端子(受信部)に割り当てている。受信した前記基準時間信号に基づいて、計測部41が発振周波数の計測を行う。また、外部装置からマイクロコンピュータU1の第5端子が前記基準時間信号を受信した場合、処理部50が受信した前記基準時間信号の周波数を逓倍する処理を行ない、逓倍処理された基準時間信号に基づいて、計測部41が発振周波数の計測を行うように構成しても良い。すなわち、前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号が逓倍処理された信号であっても良い。なお、斯かる逓倍処理は、上述したように渦電流式金属センサ20にて行われても良く、前記外部装置にて行われても良い。   In the eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment, a clock signal (hereinafter also referred to as a reference time signal) generated by an oscillator of an external device as an example and not subjected to spread spectrum or the like is also referred to as a microcomputer. The fifth terminal of U1 is configured to be able to receive. That is, the fifth terminal of the microcomputer U1 is assigned to the receiving terminal (receiving unit) for the clock signal. Based on the received reference time signal, the measurement unit 41 measures the oscillation frequency. In addition, when the fifth terminal of the microcomputer U1 receives the reference time signal from an external device, the processing unit 50 performs a process of multiplying the frequency of the received reference time signal, based on the multiplied reference time signal. Thus, the measurement unit 41 may be configured to measure the oscillation frequency. That is, the reference time signal may be a signal obtained by multiplying the clock signal of the external device. Note that such multiplication processing may be performed by the eddy current metal sensor 20 as described above, or may be performed by the external device.

コイルL1、2個のコンデンサC2及びC3並びにトランジスタQ1にて、前述した第1発振回路6(コルピッツ発振回路)が構成され、コイルL2、2個のコンデンサC2及びC3並びにトランジスタQ1にて、前述した第2発振回路7(コルピッツ発振回路)が構成されている。そして、マイクロコンピュータU1の切り替え動作(マイクロコンピュータU1の第3端子及び第6端子で切り替え動作を行っている)により、第1発振回路6と第2発振回路7とが所定時間ずつ交互に発振するようになっている。   The coil L1, the two capacitors C2 and C3, and the transistor Q1 constitute the first oscillation circuit 6 (Colpitts oscillation circuit). The coil L2, the two capacitors C2 and C3, and the transistor Q1 described above. A second oscillation circuit 7 (Colpitts oscillation circuit) is configured. Then, by the switching operation of the microcomputer U1 (the switching operation is performed at the third terminal and the sixth terminal of the microcomputer U1), the first oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7 oscillate alternately at predetermined time intervals. It is like that.

次に、本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20の動作について説明する。図6は、本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20の動作を説明するためのタイミングチャートである。   Next, the operation of the eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment will be described. FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of the eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment.

第1発振回路6と第2発振回路7とを交互に所定時間ずつ発振させ、夫々の発振における発振周波数を、外部装置からの前記基準時間信号を用いて、計測部41が計測する。所定時間は、例えば2msである。詳しくは、計測部41による計測の開始タイミング及び終了タイミング(図6中の矢印参照)を表す制御信号が前記基準時間信号を用いて生成され、計測部41は斯かる制御信号に応じて第1発振回路6及び第2発振回路7における発振周波数を計測する。   The first oscillating circuit 6 and the second oscillating circuit 7 are alternately oscillated for a predetermined time, and the measuring unit 41 measures the oscillation frequency in each oscillation using the reference time signal from the external device. The predetermined time is 2 ms, for example. Specifically, a control signal representing the start timing and end timing (see arrows in FIG. 6) of the measurement by the measurement unit 41 is generated using the reference time signal, and the measurement unit 41 performs the first operation according to the control signal. The oscillation frequency in the oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7 is measured.

この際、図6に示すように、第1発振回路6を発振させてその発振周波数を計測する期間では第2発振回路7を発振させず、また、第2発振回路7を発振させてその発振周波数を計測する期間では第1発振回路6を発振させない。よって、互いに発振の影響を受けることなく、発振周波数を計測するので、その計測値は精度が高い。   At this time, as shown in FIG. 6, in the period in which the first oscillation circuit 6 is oscillated and the oscillation frequency is measured, the second oscillation circuit 7 is not oscillated, and the second oscillation circuit 7 is oscillated and the oscillation is performed. The first oscillation circuit 6 is not oscillated during the frequency measurement period. Therefore, since the oscillation frequency is measured without being influenced by oscillation, the measured value is highly accurate.

所定時間(例えば2ms)ずつの発振周波数の計測を終了すると、第1発振回路6における(第1コイル1に由来する)計測された発振周波数と、第2発振回路7における(第2コイル2に由来する)計測された発振周波数との差分を、算出部42にて算出する。そして、変換部43により、算出した差分を渦電流の変化量として変換する。   When the measurement of the oscillation frequency for each predetermined time (for example, 2 ms) is finished, the oscillation frequency measured in the first oscillation circuit 6 (derived from the first coil 1) and the oscillation frequency in the second oscillation circuit 7 (in the second coil 2) The difference from the measured oscillation frequency is calculated by the calculation unit 42. Then, the conversion unit 43 converts the calculated difference as an eddy current change amount.

また、第1発振回路6を発振させて、その発振周波数を計測する期間では、それ以前の第1発振回路6と第2発振回路7の計測値(例えばA′とB′)の差分を、算出部42にて算出し、変換部43により、算出した差分を渦電流に変換し、渦電流の変化量を求めるので、各発振回路の発振周波数の計測開始のタイミングで渦電流の変化量の更新が順次行われる。   Further, in the period in which the first oscillation circuit 6 is oscillated and the oscillation frequency is measured, the difference between the previous measurement values (for example, A ′ and B ′) of the first oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7 is calculated as follows: The calculation unit 42 calculates the difference, and the conversion unit 43 converts the calculated difference into an eddy current to obtain the eddy current change amount. Therefore, the eddy current change amount is calculated at the timing of starting the measurement of the oscillation frequency of each oscillation circuit. Updates are made sequentially.

図7は、本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20の動作を説明するためのフローチャートである。以下においては、説明の便宜上、外部装置100のクロック信号を用いる場合を例に挙げて説明する。   FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment. In the following, for convenience of explanation, a case where the clock signal of the external device 100 is used will be described as an example.

先ず、外部装置100は自機の発振器が生成するクロック信号を渦電流式金属センサ20に送信し(ステップS101)、渦電流式金属センサ20が斯かるクロック信号を受信する。   First, the external device 100 transmits a clock signal generated by its own oscillator to the eddy current metal sensor 20 (step S101), and the eddy current metal sensor 20 receives the clock signal.

一般に、このようなクロック信号は周波数が高い場合が多いので、処理部50は受信されたクロック信号に対して逓倍処理を行う(ステップS201)。しかし、本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20はこれに限るものでなく、外部装置100にて既に逓倍処理されたクロック信号を受信しても良い。この場合は処理部50による逓倍処理を省いても良い。   Generally, since such a clock signal often has a high frequency, the processing unit 50 performs a multiplication process on the received clock signal (step S201). However, the eddy current metal sensor 20 according to the present embodiment is not limited to this, and may receive a clock signal that has already been multiplied by the external device 100. In this case, the multiplication process by the processing unit 50 may be omitted.

更に、本実施に係る渦電流式金属センサ20においては、周波数を異にしたクロック信号を受信することにより、又は、処理部50による逓倍処理の整数倍を変えることにより、渦電流の検知感度を調整可能である。   Furthermore, in the eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment, the detection sensitivity of the eddy current is increased by receiving a clock signal having a different frequency or by changing an integral multiple of the multiplication processing by the processing unit 50. It can be adjusted.

次いで、計測部41は逓倍処理済みのクロック信号を基準時間信号としてこれに基づいて、第1発振回路6と第2発振回路7とを交互に所定時間ずつ発振させて発振周波数を計測する(ステップS202)。   Next, the measurement unit 41 uses the multiplied clock signal as a reference time signal, and based on this, oscillates the first oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7 alternately for a predetermined time and measures the oscillation frequency (step) S202).

また、算出部42は第1発振回路6にて計測された発振周波数と、第2発振回路7にて計測された発振周波数との差分を算出する(ステップS203)。   Further, the calculation unit 42 calculates a difference between the oscillation frequency measured by the first oscillation circuit 6 and the oscillation frequency measured by the second oscillation circuit 7 (step S203).

更に、変換部43は算出部42により算出された差分は渦電流の変化量として(すなわち電圧出力)変換する(ステップS204)。これによって、変換された渦電流に基づき、被検出物(金属30)の有無の検知、被検出物までの距離の測定を行うことができる。   Further, the conversion unit 43 converts the difference calculated by the calculation unit 42 as an eddy current change amount (that is, voltage output) (step S204). Thereby, based on the converted eddy current, it is possible to detect the presence or absence of the detection object (metal 30) and to measure the distance to the detection object.

以降、渦電流式金属センサ20による検出結果は、例えば、外部装置100に送信され(ステップS205)、外部装置100の表示部等(図示せず)を介して出力される(ステップS102)。   Thereafter, the detection result by the eddy current type metal sensor 20 is transmitted to, for example, the external device 100 (step S205) and output via a display unit (not shown) of the external device 100 (step S102).

本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20は以上の記載に限るものでない。例えば、外部装置100から受信したクロック信号の周波数が所定閾値以上であるか否かを判定する判定部(図示せず)を設け、該判定部によって前記所定閾値以上であると判定された場合のみ斯かる逓倍処理を行うように構成しても良い。   The eddy current metal sensor 20 according to the present embodiment is not limited to the above description. For example, a determination unit (not shown) that determines whether the frequency of the clock signal received from the external device 100 is equal to or higher than a predetermined threshold is provided, and only when the determination unit determines that the frequency is higher than the predetermined threshold. You may comprise so that such a multiplication process may be performed.

本実施の形態において下記のような利点があげられる。検出対象である金属30の種類に応じて、渦電流の大きさは変化する。この場合、例えばマイクロコンピュータU1の未使用端子を利用して、この未使用端子の電圧レベルを外部から制御することで、感度を調節するオフセット機能を与えることができる。   In this embodiment, there are the following advantages. The magnitude of the eddy current varies depending on the type of metal 30 that is the detection target. In this case, for example, by using an unused terminal of the microcomputer U1 and controlling the voltage level of the unused terminal from the outside, an offset function for adjusting sensitivity can be provided.

なお、図5には一例として端子を8個有するマイクロコンピュータを記載したが、この構成に限定されるものではない。必要な場合には異なる端子数のマイクロコンピュータを使用し渦電流の変化などの情報をシリアル通信などの手段で、上位の制御側に伝達し、また上位側からの制御信号を受けることも可能である。   Note that although FIG. 5 shows a microcomputer having eight terminals as an example, it is not limited to this configuration. If necessary, it is possible to use a microcomputer with a different number of terminals to transmit information such as changes in eddy currents to the upper control side using means such as serial communication, and to receive control signals from the upper side. is there.

以下、上述したような手順により、渦電流を検出できる原理を説明する。また、渦電流の検出結果に基づいて被検出物(金属30)の有無の検知、被検出物(金属30)までの距離の測定を行える。   Hereinafter, the principle that an eddy current can be detected by the procedure as described above will be described. Further, based on the detection result of the eddy current, the presence / absence of the object to be detected (metal 30) can be detected and the distance to the object to be detected (metal 30) can be measured.

被検出物の渦電流が大きくなった場合、被検出物の近傍に配されたコイルのインダクタンスは、この渦電流の変動に応じて低下する。この結果、そのコイルを含む発振回路の発振周波数は増加する。ここで、被検出物からの距離を異ならせて2個のコイルを配置している場合、何れのコイルもインダクタンスが低下して、何れの発振回路も発振周波数は増加する。但し、被検出物に近い方のコイルは、遠い方のコイルに比べて、渦電流の変化の影響を強く受けるので、上記の場合、インダクタンスの低下量が大きくなり、発振周波数の増加量も大きくなる。よって、2個のコイル夫々を含む2つの発振回路における発振周波数には、渦電流の変化の程度に応じた分の差異が生じることになる。このように、両発振周波数の差分と渦電流との間には相関関係が存在するので、本実施の形態では、両発振回路の発振周波数の差分に基づいて被検出物の渦電流を検出することが可能である。そして、検出した被検出物の渦電流に基づき、被検出物(金属30)の有無を検知したり、被検出物(金属30)までの距離を測定したりすることが可能である。   When the eddy current of the object to be detected increases, the inductance of the coil disposed in the vicinity of the object to be detected decreases according to the fluctuation of the eddy current. As a result, the oscillation frequency of the oscillation circuit including the coil increases. Here, when two coils are arranged at different distances from the object to be detected, the inductance of each coil decreases, and the oscillation frequency of any oscillation circuit increases. However, the coil closer to the object to be detected is more affected by changes in eddy currents than the coil farther away. Therefore, in the above case, the amount of decrease in inductance increases and the amount of increase in oscillation frequency also increases. Become. Therefore, a difference corresponding to the degree of change in the eddy current occurs in the oscillation frequency in the two oscillation circuits including the two coils. Thus, since there is a correlation between the difference between the two oscillation frequencies and the eddy current, in this embodiment, the eddy current of the object to be detected is detected based on the difference between the oscillation frequencies of the two oscillation circuits. It is possible. Based on the detected eddy current of the detected object, it is possible to detect the presence or absence of the detected object (metal 30) or measure the distance to the detected object (metal 30).

前述した実施の形態における渦電流式金属センサ20にあっては、第1コイル1が上記の被検出物(金属30)に近い方のコイルに該当し、第2コイル2が上記の被検出物(金属30)に遠い方のコイルに該当する。   In the eddy current type metal sensor 20 in the above-described embodiment, the first coil 1 corresponds to a coil closer to the detected object (metal 30), and the second coil 2 corresponds to the detected object. This corresponds to the coil farther away from (metal 30).

本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20によれば、金属に発生する渦電流を検知することができる。よって金属の有無を検知する有無センサとして使用することができる。また、金属との距離を測定する距離センサとして使用することができる。また、回転数検出センサ、近接スイッチとしても使用できる。   According to the eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment, an eddy current generated in a metal can be detected. Therefore, it can be used as a presence sensor for detecting the presence or absence of metal. Moreover, it can be used as a distance sensor for measuring a distance from a metal. It can also be used as a rotation speed detection sensor and a proximity switch.

上述した実施の形態では、同軸状に基板10に配した2個のコイル(第1コイル1及び第2コイル2)のインダクタンスの変化を、前記基準時間信号に基づいて駆動される2つの発振回路(第1発振回路6及び第2発振回路7)における発振周波数の差分として検出し、その差分(発振周波数の変化量)をマイクロコンピュータU1にて演算処理して渦電流の変化を検出している。ここで、2個のコイル夫々を交互に発振回路に接続させて、前記基準時間信号に基づき、夫々所定時間にわたって交互にマイクロコンピュータU1にて発振周波数を計測し、その差分を算出して渦電流の変化を検出している。   In the above-described embodiment, the two oscillation circuits are driven based on the change in inductance of the two coils (the first coil 1 and the second coil 2) coaxially arranged on the substrate 10 based on the reference time signal. The difference between the oscillation frequencies in the first oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7 is detected, and the difference (amount of change in oscillation frequency) is processed by the microcomputer U1 to detect a change in eddy current. . Here, the two coils are alternately connected to the oscillation circuit, and based on the reference time signal, the oscillation frequency is measured alternately by the microcomputer U1 over a predetermined time, and the difference is calculated to calculate the eddy current. Changes are detected.

本実施の形態では、第1コイル1及び第2コイル2を基板10の上下面に同軸状に配しているので、コイルの配置に必要な面積を低減でき、水平方向でのコンパクト化を図れる。また、基板10に導体パターンを印刷してコイルを形成するようにしたので、高さ方向(基板10の厚み方向)における低背化を図れる。さらに、マイクロコンピュータを用いて各種の処理を行うようにしたので、部品点数を低減できて、回路部品を実装する面積は少なくて済む。以上のことから、渦電流式金属センサの大幅な小型化を実現できる。   In the present embodiment, since the first coil 1 and the second coil 2 are coaxially arranged on the upper and lower surfaces of the substrate 10, the area necessary for the arrangement of the coils can be reduced and the horizontal size can be reduced. . In addition, since the coil is formed by printing the conductor pattern on the substrate 10, it is possible to reduce the height in the height direction (the thickness direction of the substrate 10). Furthermore, since various processes are performed using a microcomputer, the number of components can be reduced and the area for mounting circuit components can be reduced. From the above, the eddy current type metal sensor can be significantly reduced in size.

2つの発振回路における発振周波数の計測を交互に行うようにしているので、一方のコイルを含む発振回路の計測が他方のコイルで発生する磁束(他方のコイルでのインダクタンス変化)の影響を受けないため、正確な発振周波数を計測することができ、この結果、高い精度にて渦電流を検出することが可能である。   Since the measurement of the oscillation frequency in the two oscillation circuits is alternately performed, the measurement of the oscillation circuit including one coil is not affected by the magnetic flux generated in the other coil (inductance change in the other coil). Therefore, an accurate oscillation frequency can be measured, and as a result, eddy current can be detected with high accuracy.

本実施の形態では、2つの発振回路を構成するトランジスタとコンデンサを共通とし、コイルを発振回路それぞれに配置したので、部品の数を少なくすることができて、コストダウンがはかれる。又部品数が少ないため部品特性のばらつきを低減でき、さらに温度変化、ノイズといった外乱の影響を受け難く、正確な測定が可能となる。   In this embodiment, since the transistors and capacitors constituting the two oscillation circuits are shared, and the coils are arranged in the oscillation circuits, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced. In addition, since the number of parts is small, variations in part characteristics can be reduced, and further accurate measurement is possible without being affected by disturbances such as temperature changes and noise.

マイクロコンピュータを用いてソフトウェアにより種々の処理を行うようにしたので、ハードウェアとしての回路部品の点数を減少できて、回路部品における特性のばらつきの影響を受けることが少なくなる。また、ソフトウェアにて処理するので、環境(温度、湿度など)の影響を受けにくくなる。よって、検出される渦電流の精度を高めることができる。   Since various processes are performed by software using a microcomputer, the number of circuit parts as hardware can be reduced and the influence of variations in characteristics of circuit parts is reduced. In addition, since it is processed by software, it is less affected by the environment (temperature, humidity, etc.). Therefore, the accuracy of the detected eddy current can be increased.

また、検出する金属30の種類が異なる場合でも、ソフトウェアの内容を変更するのみで簡単に対応できる。よって、大量生産が容易となって、低コスト化を図ることができる。   Further, even when the type of metal 30 to be detected is different, it can be easily dealt with only by changing the contents of the software. Therefore, mass production becomes easy and cost reduction can be achieved.

更に、本実施の形態に係る渦電流式金属センサ20においては前記基準時間信号を変化させることにより、前記制御信号、すなわち発振周波数の計測の計測時間を変更することができるから、被検出物の有無の検知感度、又は被検出物までの距離の測定感度を容易に調整できる。より詳しくは、外部装置100のクロック信号を外部装置100にて適宜処理(例えば、逓倍)してもよく、外部装置100から受信したクロック信号に対して渦電流式金属センサ20にて逓倍処理を施しても良い。   Furthermore, in the eddy current type metal sensor 20 according to the present embodiment, the control signal, that is, the measurement time for measuring the oscillation frequency can be changed by changing the reference time signal. The presence / absence detection sensitivity or the measurement sensitivity of the distance to the object can be easily adjusted. More specifically, the clock signal of the external device 100 may be appropriately processed (for example, multiplied) by the external device 100, and the clock signal received from the external device 100 is multiplied by the eddy current metal sensor 20. You may give it.

以上においては、前記基準時間信号が外部装置100のクロック信号そのままである場合及び逓倍処理が施されたものである場合について説明したが本実施の形態はこれに限られるものでない。例えば、前記基準時間信号は外部装置100のクロック信号に基づく、計測部41による発振周波数の計測の開始時及び/又は終了時を表す制御信号であっても良い。すなわち、計測部41による発振周波数の計測に用いられる制御信号が、外部装置100のクロック信号に基づいて、渦電流式金属センサ20又は外部装置100にて生成されても良い。   In the above description, the case where the reference time signal is the clock signal of the external apparatus 100 as it is and the case where the reference signal is subjected to multiplication processing have been described. However, the present embodiment is not limited to this. For example, the reference time signal may be a control signal representing the start time and / or end time of the measurement of the oscillation frequency by the measurement unit 41 based on the clock signal of the external device 100. That is, a control signal used for measuring the oscillation frequency by the measuring unit 41 may be generated by the eddy current metal sensor 20 or the external device 100 based on the clock signal of the external device 100.

上述した実施の形態では、基板10の上面及び下面に夫々導体パターンを印刷して、第1コイル1及び第2コイル2を同軸状に形成するようにしたが、第1コイル1及び第2コイル2の形成手法は、これに限らず、他の手法であっても良い。以下、これらの他の手法について変形例として説明する。   In the above-described embodiment, the first coil 1 and the second coil 2 are formed coaxially by printing conductor patterns on the upper surface and the lower surface of the substrate 10, respectively. The forming method 2 is not limited to this, and may be another method. Hereinafter, these other methods will be described as modified examples.

(第1変形例)
図8は、第1変形例における渦電流式金属センサの構成を示す断面図である。図8において、図1及び図2と同一または同様な部材には同一番号を付している。第1変形例では、基板10の下面に、例えば銅箔のパターン印刷により、第1コイル1と第2コイル2とを、絶縁層を挟んで同軸状に積層させて形成している。また、基板10の上面には、コイルは形成されておらず、上述した実施の形態と同様な電子チップ4、回路部品5及びコネクタ3が実装されている。第1コイル1及び第2コイル2は、電子チップ4及び回路部品5の実装位置の直下に形成されている。よって、渦電流式金属センサの構成の更なる小型化を図ることができる。なお、図8に示す構成とは異なり、上記第1変形例に述べたような同心円状の第1コイル1及び第2コイル2を、電子チップ4及び回路部品5の実装位置の直下に形成するようにしても良い。
(First modification)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the eddy current type metal sensor in the first modification. 8, the same or similar members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In the first modification, the first coil 1 and the second coil 2 are formed on the lower surface of the substrate 10 by coaxial pattern lamination with an insulating layer interposed therebetween, for example, by pattern printing of copper foil. Further, no coil is formed on the upper surface of the substrate 10, and the electronic chip 4, the circuit component 5, and the connector 3 similar to those of the above-described embodiment are mounted. The first coil 1 and the second coil 2 are formed immediately below the mounting position of the electronic chip 4 and the circuit component 5. Therefore, further downsizing of the configuration of the eddy current type metal sensor can be achieved. Unlike the configuration shown in FIG. 8, the concentric first coil 1 and second coil 2 described in the first modification are formed immediately below the mounting positions of the electronic chip 4 and the circuit component 5. You may do it.

(第2変形例)
図9は、第2変形例における渦電流式金属センサの構成を示す断面図である。図9において、図1及び図2と同一または同様な部材には同一番号を付している。第2変形例では、基板10の一端部の下面に、別部品の空心コイルを実装して第1コイル1を形成し、基板10の一端部の上面に、第1コイル1と同軸をなして、別部品の空心コイルを実装して第2コイル2を形成している。基板10の上面の残りの領域には、上述した実施の形態と同様な電子チップ4、回路部品5及びコネクタ3が実装されている。
(Second modification)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the eddy current type metal sensor in the second modification. 9, the same or similar members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In the second modification, a first coil 1 is formed by mounting a separate air core coil on the lower surface of one end portion of the substrate 10, and coaxial with the first coil 1 on the upper surface of one end portion of the substrate 10. The second coil 2 is formed by mounting a separate air core coil. In the remaining area on the upper surface of the substrate 10, the electronic chip 4, the circuit component 5, and the connector 3 similar to those in the above-described embodiment are mounted.

(第3変形例)
図10は、第3変形例における渦電流式金属センサの構成を示す断面図である。図10において、図1及び図2と同一または同様な部材には同一番号を付している。第3変形例では、基板10の一端部の上面に、別部品の2個の空心コイルを積層実装して第1コイル1及び第2コイル2を形成している。基板10の上面の残りの領域には、上述した実施の形態と同様な電子チップ4、回路部品5及びコネクタ3が実装されている。なお、図10に示す構成とは異なり、基板10の下面に、上記のような2個の空心コイルの積層構成をなす第1コイル1及び第2コイル2を形成するようにしても良い。
(Third Modification)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the eddy current metal sensor in the third modification. 10, the same or similar members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In the third modification, the first coil 1 and the second coil 2 are formed by stacking and mounting two air core coils of different parts on the upper surface of one end of the substrate 10. In the remaining area on the upper surface of the substrate 10, the electronic chip 4, the circuit component 5, and the connector 3 similar to those in the above-described embodiment are mounted. Note that, unlike the configuration shown in FIG. 10, the first coil 1 and the second coil 2 that form the stacked configuration of the two air-core coils as described above may be formed on the lower surface of the substrate 10.

本発明においては、コイルの大きさ(直径)を同じとし、被測定物である金属との距離を変えて配置することで、被検出物により近いコイルのインダクタンス変化量が大きくなることを利用して渦電流を検出したが、コイル同志でインダクタンスの変化量に差が出ればよく、例えば被検出物との距離を同じとしてもコイルの大きさ等(直径等)を変えることで同様の測定を可能とすることができる。   In the present invention, it is utilized that the amount of inductance change of the coil closer to the object to be detected is increased by arranging the coils with the same size (diameter) and changing the distance to the metal to be measured. The eddy current is detected, but it is only necessary to have a difference in the amount of change in inductance between the coils. Can be possible.

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。   The disclosed embodiments should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 第1コイル
2 第2コイル
3 コネクタ
4 電子チップ
5 回路部品
6 第1発振回路
7 第2発振回路
10 基板
20 渦電流式金属センサ
30 金属(被検出物)
41 計測部
42 算出部
43 変換部
50 処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st coil 2 2nd coil 3 Connector 4 Electronic chip 5 Circuit component 6 1st oscillation circuit 7 2nd oscillation circuit 10 Board | substrate 20 Eddy current type metal sensor 30 Metal (to-be-detected object)
41 measurement unit 42 calculation unit 43 conversion unit 50 processing unit

Claims (11)

金属からなる被検出物の渦電流を検出する渦電流式金属センサにおいて、
第1コイルを含んで発振する第1発振回路と、
第2コイルを含んで発振する第2発振回路と、
時間を表す基準時間信号を外部装置から受信する受信部と、
前記第1発振回路及び第2発振回路夫々における発振周波数を前記基準時間信号に基づいて計測する計測部と、
該計測部にて計測した発振周波数の差分を算出する算出部と、
該算出部にて算出した差分を前記被検出物の渦電流の変化量として変換する変換部と
を備えることを特徴とする渦電流式金属センサ。
In an eddy current type metal sensor that detects eddy currents of metal objects,
A first oscillation circuit that oscillates including the first coil;
A second oscillation circuit that oscillates including the second coil;
A receiving unit for receiving a reference time signal representing time from an external device;
A measurement unit for measuring an oscillation frequency in each of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit based on the reference time signal;
A calculation unit for calculating a difference between oscillation frequencies measured by the measurement unit;
An eddy current type metal sensor comprising: a conversion unit that converts the difference calculated by the calculation unit as a change amount of the eddy current of the detected object.
前記計測部は、前記第1発振回路における発振周波数と、前記第2発振回路における発振周波数とを交互に計測するように構成してあることを特徴とする請求項1記載の渦電流式金属センサ。   2. The eddy current metal sensor according to claim 1, wherein the measurement unit is configured to alternately measure an oscillation frequency in the first oscillation circuit and an oscillation frequency in the second oscillation circuit. . 前記第1コイル及び第2コイルは、同軸状に配されていることを特徴とする請求項1または2記載の渦電流式金属センサ。   The eddy current metal sensor according to claim 1, wherein the first coil and the second coil are arranged coaxially. 前記第1発振回路及び第2発振回路の構成部材は、前記第1コイル及び第2コイルを除いて共通であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の渦電流式金属センサ。   The component of the said 1st oscillation circuit and the 2nd oscillation circuit is common except the said 1st coil and the 2nd coil, The eddy current type | formula as described in any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. Metal sensor. その一面に前記第1コイルが配され、その他面に前記第2コイルが配されている基板を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の渦電流式金属センサ。   The eddy current type metal sensor according to any one of claims 1 to 4, further comprising a substrate on which the first coil is disposed on one surface and the second coil on the other surface. 前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号であることを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の渦電流式金属センサ。   The eddy current type metal sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the reference time signal is a clock signal of the external device. 前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号が逓倍された信号であることを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の渦電流式金属センサ。   The eddy current type metal sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the reference time signal is a signal obtained by multiplying a clock signal of the external device. 前記基準時間信号は前記外部装置のクロック信号に基づく、前記計測部による発振周波数の計測期間を表す制御信号であることを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の渦電流式金属センサ。   The eddy current type according to any one of claims 1 to 5, wherein the reference time signal is a control signal representing a measurement period of an oscillation frequency by the measurement unit based on a clock signal of the external device. Metal sensor. 前記受信部によって受信された基準時間信号に対して逓倍処理を行なう処理部を備えることを特徴とする請求項6又は7に記載の渦電流式金属センサ。   The eddy current metal sensor according to claim 6, further comprising a processing unit that performs a multiplication process on the reference time signal received by the receiving unit. 被検出物の有無の検知感度、又は被検出物までの距離の測定感度が調整可能であることを特徴とする請求項9に記載の渦電流式金属センサ。   10. The eddy current metal sensor according to claim 9, wherein the detection sensitivity of the presence or absence of the detection object or the measurement sensitivity of the distance to the detection object is adjustable. 金属からなる被検出物の渦電流を検出する渦電流検出方法において、
前記被検出物からの距離を互いに異ならせて第1コイル及び第2コイルを配置し、
時間を表す基準時間信号を外部装置から受信し、
前記基準時間信号に基づいて、前記第1コイルを含んで発振する発振回路の発振周波数、及び、前記第2コイルを含んで発振する発振回路の発振周波数を夫々計測し、
計測した発振周波数の差分を算出し、
算出した差分を前記被検出物の渦電流の変化量として変換することを特徴とする渦電流検出方法。
In an eddy current detection method for detecting an eddy current of a metal object,
Disposing the first coil and the second coil at different distances from the object to be detected;
A reference time signal representing time is received from an external device,
Based on the reference time signal, the oscillation frequency of the oscillation circuit that oscillates including the first coil and the oscillation frequency of the oscillation circuit that oscillates including the second coil are respectively measured.
Calculate the difference between the measured oscillation frequencies,
An eddy current detection method, wherein the calculated difference is converted as an amount of change in eddy current of the detected object.
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