JP2018189533A - 近接センサおよび方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】取付金具の影響を低減することが可能な誘導式近接センサを提供する。【解決手段】近接センサは、複数の検出用のコイル11,12の各々に電流を供給する送信回路と、電流の供給によってコイル11,12の両端に生じる電圧またはコイル11,12に流れる電流をコイル11,12毎に検出する受信回路と、受信回路によって検出された結果を用いて検出体の有無または位置を検知する制御部50と、制御部50によって検知された結果を出力する出力部とを備える。制御部50は、受信回路によって検出された結果から、支持部材に近接コイル1を取り付けるための取付金具に起因する第1の成分(Xb,Yb)と、検出体に起因する第2の成分(Xa)とを抽出する。制御部は、第1の成分を用いて第2の成分を補償する。制御部は、補償後の第2の成分(Z)に基づき検出体の有無または位置を検知する。【選択図】図13

Description

本発明は、近接センサおよび近接センサにおいて実行される方法に関し、特に、誘導式近接センサおよび誘導式近接センサにおいて実行される方法に関する。
磁界を利用して金属製の検出体の有無または位置を検知する近接センサ(誘導式近接センサ)が知られている。このような近接センサにおいて、センサの検出感度を敏感にしようとすると、当該近接センサを装置に取り付けるための取付金具にセンサが反応してしまう。このため、近接センサの検出感度をあまり敏感な状態に設定することができない。その結果、近接センサによる検出距離を長くすることができていなかった。
特許文献1,2には、このような取付金具の影響を低減する技術が開示されている。
特許文献1の近接センサでは、センサの金属取付板(取付金具)への嵌め込み可能性を改善するために、15μΩ・cmよりも低い電気抵抗率と40μmよりも小さい厚さとを有する金属層(被覆)によって、センサコイルのコアを半径方向に囲んでいる([要約]参照)。
特許文献2には、第1のコイルと第2のコイルとを有する近接センサが開示されている。この近接センサは、第1のコイルのQ値および第2のコイルのQ値に対応する値をテーブルから取得し、当該値と閾値とを比較することによって検出体の有無を判定する。
特開2010−27611号公報 欧州特許出願公開第2204908A2号明細書
特許文献1の近接センサは、制御部の機能によって取付金具の影響を低減するのではなく、金属皮膜により取付金具の影響を低減して距離の判別を行う。しかしながら、この方法で効果が得られるのは、特定の材質の取付金具に限定される。
特許文献2で用いられている、コイルのQ値に着目する方法では、Q値は個体のばらつきが大きい要素であるうえ、センサの周囲の温度の変動などによるコイルの抵抗値の変化により大きく変動するため、取付金具以外のセンサ周辺環境も含めて変化に強い実用的なセンサとして構築するのは難しい。
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、従来とは異なる手法により取付金具の影響を低減することが可能な誘導式の近接センサおよび誘導式の近接センサにおいて実行される方法を提供することにある。
本発明のある局面に従うと、近接センサは、取付金具によって支持部材に取り付けられた状態で、磁界を利用して金属製の検出体の有無または位置を検知する。近接センサは、磁界を発生させるための複数の検出コイルと、各検出コイルに電流を供給する送信回路と、電流の供給によって検出コイルの両端に生じる電圧または検出コイルに流れる電流を、検出コイル毎に検出する受信回路と、受信回路によって検出された結果を用いて検出体の有無または位置を検知する制御部と、制御部によって検知された結果を出力する出力部とを備える。制御部は、受信回路によって検出された結果から、取付金具に起因する第1の成分と、検出体に起因する第2の成分とを抽出する。制御部は、第1の成分を用いて第2の成分を補償する。制御部は、補償後の第2の成分に基づき、検出体の有無または位置を検知する。
好ましくは、制御部は、第2の成分から第1の成分を差し引くことによって、第2の成分を補償する。
好ましくは、受信回路は、電圧または電流を検出コイル毎に個別に検出する。
好ましくは、受信回路は、各検出コイルによる電圧または電流を、時分割方式によって互いに異なるタイミングで検出する。
好ましくは、受信回路は、各検出コイルに対応した複数の処理系統を有する。各処理系統は、処理系統に対応する検出コイルによる電圧または電流を取得する。
好ましくは、送信回路は、各検出コイルにパルス状の励磁電流を周期的に供給するための励磁回路である。複数の検出コイルとして、第1の検出コイルと、第2の検出コイルとを含む。第2の成分は、第1の検出コイルの両端に生じる過渡電流の積算値である。第1の成分は、第2の検出コイルの両端に生じる過渡電流の積算値と、第2の検出コイルの両端に生じる過渡電流の時定数情報とに基づく値である。
好ましくは、第1の検出コイルと、第2の検出コイルとは、環状コイルである。第1の検出コイルは、第2の検出コイルの内側領域に設置されている。
本発明の他の局面に従うと、方法は、磁界を利用して金属製の検出体の有無または位置を検知する近接センサにおいて実行される。方法は、磁界を発生させるための複数の検出コイルに電流を供給するステップと、電流の供給によって検出コイルの両端に生じる電圧または検出コイルに流れる電流を、検出コイル毎に検出するステップと、検出するステップによって検出された結果を用いて検出体の有無または位置を検知するステップと、検知するステップによって検知された結果を出力するステップとを備える。検出体の有無または位置を検知するステップは、検出するステップによって検出された結果から、近接センサを支持部材に取り付けるための取付金具に起因する第1の成分と、検出体に起因する第2の成分とを抽出するステップと、第1の成分を用いて第2の成分を補償するステップと、補償後の第2の成分に基づき、検出体の有無または位置を検知するステップとを含む。
上記の発明によれば、取付金具の影響を低減することが可能となる。
近接センサの斜視図である。 近接センサの設置例を表した図である。 図2におけるiii-iii線矢視断面図である。 コイルによって生じる高周波の磁界を表した図である。 近接センサの概略構成を説明するためのブロック図である。 近接センサのハードウェア構成を説明するためのブロック図である。 検出部と送信回路との具体的な構成例を表した図である。 検出部と受信回路との具体的な構成例を表した図である。 コイルの両端に発生する電圧の波形を示した図である。 図9の受信期間におけるA/D変換を説明するための図である。 A/D変換回路から出力される時系列データを表した図である。 制御部の機能的構成を説明するための機能ブロック図である。 補償演算部において実行される処理の具体例を説明するための図である。 補償演算に用いる演算式の設計方法例を説明するための図である。 近接センサにおいて実行される一部の処理の流れを表したフロー図である。 検出部と送信回路との具体的な他の構成例を表した図である。 検出部と受信回路との具体的な他の構成例を表した図である。 他の形態の近接センサの断面図である。 さらに他の形態の近接センサの断面図である。 さらに他の形態の近接センサの断面図である。 さらに他の形態の近接センサの断面図である。 さらに他の形態の近接センサの断面図である。 さらに他の形態の近接センサ1Fの断面図である。 さらに他の形態に係る近接センサのハードウェア構成を説明するためのブロック図である。 制御部の機能的構成を表した図である。
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについては詳細な説明は繰返さない。
[実施の形態1]
本実施の形態では、磁界を利用して金属製の検出体の有無または位置を検知する近接センサ(誘導式近接センサ)のうち、パルス励磁式の近接センサについて説明する。
<A.センサ構造>
図1は、近接センサ1の斜視図である。図1を参照して、近接センサ1は、本体部5と、本体部5に接続されたリード線6と、ナット7,8と、ナット7とナット8との間に配置された座金9とを備える。なお、本体部5は、本例の場合には円柱状をしているが、これに限定されるものではない。
本体部5は、円形の検出面5aと、筒状の筐体5bとを有する。筐体5bの表面には、ナット7,8用のネジ溝が形成されている。なお、検出面5aは、筐体5bに嵌め込まれるキャップの一部分である。
ナット7,8および座金9は、近接センサ1を装置等の支持部材に取り付けるために用いられる。たとえば、ナット7,8との間に取付金具(たとえば、L字状の金具)の一部を挟み込むことによって、本体部5を支持部材に固定することができる。
近接センサ1は、必ずしも、ナット7,8と座金9とによって取付金具に固定される構成ではなくてもよい。この場合、近接センサ1は、ナット7,8と座金9とを備えていなくてもよい。
以下では、一例として、ナット7,8および座金9を外した状態で金属の取付部材(取付金具)に嵌め込むことによって、本体部5を支持部材に固定する構成を説明する。
図2は、近接センサ1の設置例を表した図である。図2を参照して、近接センサ1は、取付金具800によって支持部材900に取り付けられる。
取付金具800は、上部筐体801と下部筐体802とを有する。上部筐体801と下部筐体802とは、図示しない2本のネジによって、支持部材900に固定されている。このような取付金具800の構成は公知であるため、ここでは詳細な説明を行わない。
なお、取付金具800は、近接センサ1を支持部材900に取り付けるための取付金具の一例であって、上述した構造に限定されるものではない。
図3は、図2におけるiii-iii線矢視断面図である。図3を参照して、本体部5は、検出用のコイル11,12と、フィライトコア15と、基板上に素子が配置された電子回路17(ハイブリットIC)と、図示しない動作表示灯とを有する。本体部5内には、樹脂が充填されている。なお、近接センサ1は、フィライトコア15を有しない構成であってもよい。
コイル11,12は、環状のコイルである。コイル12の直径の方が、コイル11の直径よりも大きい。コイル11は、コイル12の内側領域に設置されている。本例においては、コイル11とコイル12とは、同心円状に配置されている。なお、本体部5の中心軸M上に、同心円の中心が位置している。
コイル11,12は、電子回路17と電気的に接続されている。電子回路17は、リード線6によって給電されるとともに、外部の電子機器と電気的に接続される。
図4は、コイル11,12によって生じる高周波の磁界を表した図である。図4に示すように、コイル11に励磁電流が流れることによって、矢印方向の高周波磁界M1が生じる。また、コイル12に励磁電流が流れることによって、矢印方向の高周波磁界M2が生じる。
コイル11,12に励磁電流を流すことによって高周波磁界M1,M2が生じると、検出体700に渦電流(誘導電流)が流れる。この渦電流によって、コイル11の両端およびコイル12の両端には誘起電圧(過渡信号)が発生する。近接センサ1は、受信回路42によって、これらの誘起電圧を検出する。これにより、近接センサ1のCPU59は、検出体700の有無を検知する。なお、これに限定されず、近接センサ1は、検出体の位置を検知する構成であってもよい。
ところで、コイル12の開磁路が外周方向に開いていると、取付金具800との磁気結合範囲が広くなり、取付金具800内で複数の方向の渦電流が流れることがある。これが、取付金具800との相互作用を複雑化させる要因となる。現象を簡単化し補償精度を向上させるためには、コイル12の開磁路を検出体700の接近方向に限定する構造がより好ましい。
図5は、近接センサ1の概略構成を説明するためのブロック図である。図5を参照して、近接センサ1は、検出部30と、送受信回路40と、制御部50と、出力部60とを備える。送受信回路40と、制御部50と、出力部60とは、電子回路17として実現される。
制御部50は、近接センサ1の全体の動作を制御する。制御部50は、励磁のタイミングを制御するための制御信号を、送受信回路40に送信する。
送受信回路40は、上記制御信号に基づきパルス状の電流(励磁電流)を生成し、検出部30に出力する。送受信回路40は、励磁電流の供給および遮断によって検出部30で発生する電圧または電流を検出する。送受信回路40は、検出結果を制御部50に出力する。
制御部50は、送受信回路40から出力された検出結果(信号)に対して後述する演算を行い、演算結果(信号)を出力部60に対して出力する。
出力部60は、制御部50から送られてきた信号(検知結果)をリード線6によって、近接センサ1の接続元の電子機器に送信する。
図6は、近接センサ1のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図6を参照して、検出部30は、コイル11,12により構成される。制御部50は、CPU(Central Processing Unit)51等のプロセッサで構成される。出力部60は、出力回路61により構成される。
送受信回路40は、送信回路41と受信回路42とにより構成される。送信回路41は、励磁回路411により構成される。受信回路42は、フィルタ回路421,422と、増幅回路423,424と、A/D(Analog/Digital)変換回路425,426とを含んで構成される。
励磁回路411は、CPU59からの制御信号に基づき、励磁電流を周期的に発生する。この励磁電流は、コイル11,12に送られる。なお、励磁電流を発生している期間を、以下では「励磁期間」とも称する。なお、コイル11,12が直列接続されているため、励磁期間は、コイル11,12で同じである。
受信回路42は、コイル11,12の両端に生じる電圧(電圧信号)を、コイル11,12毎に検出する。詳しくは、受信回路42は、コイル11,12への励磁電流の供給が遮断された後に、コイル11,12の両端に生じる電圧を検出する。
なお、受信回路42は、コイル11,12に流れる電流をコイル11,12毎に検出する構成であってもよい。なお、コイル11,12の両端に生じる電圧を検出する期間を、以下では「受信期間」とも称する。受信期間についても、コイル11,12で同じ期間となるように制御(設定)されている。
フィルタ回路421には、コイル11による検出結果を表すアナログ信号が入力される。フィルタ回路421は、ノイズを除去するため、入力されたアナログ信号に対して所定のフィルタ処理を行なう。
増幅回路423は、フィルタ処理がなされたアナログ信号を増幅し、増幅後のアナログ信号をA/D変換回路425に出力する。
A/D変換回路425は、増幅回路423によって増幅された後のアナログ信号を、デジタル信号に変換する。A/D変換回路425は、当該デジタル信号をCPU59に出力する。
フィルタ回路422には、コイル12による検出結果を表すアナログ信号が入力される。フィルタ回路422は、ノイズを除去するため、入力されたアナログ信号に対して所定のフィルタ処理を行なう。
増幅回路424は、フィルタ処理がなされたアナログ信号を増幅し、増幅後のアナログ信号をA/D変換回路426に出力する。
A/D変換回路426は、増幅回路424によって増幅された後のアナログ信号を、デジタル信号に変換する。A/D変換回路426は、当該デジタル信号をCPU59に出力する。
以上のように、近接センサ1は、取付金具800によって支持部材900に取り付けられた状態で、磁界を利用して金属製の検出体の有無または位置を検知する。近接センサ1は、(i)磁界を発生させるための複数の検出用のコイル11,12と、(ii)各コイル11,12に電流を供給する送信回路41と、(iii)電流の供給によってコイル11,12の両端に生じる電圧またはコイル11,12に流れる電流を、コイル11,12毎に検出する受信回路42と、(iv)検出結果を用いて検出体700の有無または位置を検知する制御部50とを備える構成である。
図7は、検出部30と送信回路41との具体的な構成例を表した図である。図7を参照して、コイル11とコイル12とは、直列に接続されている。詳しくは、励磁回路411がコイル11の一端に接続され、コイル11の他端がコイル12の一端に接続されている。
励磁回路411は、CPU59からの制御信号に基づき励磁電流を発生する。この励磁電流Iは、コイル11およびコイル12を、この順に流れる。
図8は、検出部30と受信回路42との具体的な構成例を表した図である。図8を参照して、コイル11の両端はフィルタ回路421に接続されている。コイル12の両端はフィルタ回路422に接続されている。
また、受信回路42は、互いに独立した、コイル11用の処理系統48とコイル12用の処理系統49とを有する。処理系統48は、フィルタ回路421と増幅回路423とA/D変換回路425とにより構成される。処理系統49は、フィルタ回路422と増幅回路424とA/D変換回路426とにより構成される。
このような構成により、受信回路42は、コイル11の両端に発生した誘起電圧を表す電圧信号とコイル12の両端に発生した誘起電圧を表す電圧信号とを独立して処理することができる。つまり、受信回路42は、これらの電圧信号を独立に取り出すことが可能な回路構成を有する。これにより、受信回路42は、両電圧信号を個別にCPU59に出力することができる。
<B.データ処理>
(b1.時系列データの生成)
図9は、コイル11の両端に発生する電圧の波形を示した図である。図9を参照して、期間T1(時刻ta〜tbの間)は励磁期間である。この励磁期間の後、コイル11の両端には誘起電圧(過渡信号)が発生する。近接センサ1では、誘起電圧が発生する期間の少なくとも一部の期間T2(時刻tc〜tdの間)を、受信期間としている。受信回路42は、受信期間(期間T2)内の電圧信号に対して、A/D変換を行う。
図9においては、検出体700がない場合に検出される電圧を実線のグラフで表し、検出体700が存在する場合に検出される電圧を破線のグラフで表している。この2つのグラフから明らかように、検出体700が存在する場合には、検出体700が存在しない場合に比べて、励磁期間後(時刻tbよりも後)において、電圧の値が低くなる。
それゆえ、制御部50は、検出体700が存在する場合と存在しない場合とで値が異なるデジタル信号を受信回路42から受け取ることになる。
コイル12の両端に発生する電圧の波形についても、図9に示した波形と似たような傾向を示すので、ここでは繰り返し説明をしない。
図10は、図9の受信期間である期間T2におけるA/D変換を説明するための図である。図10を参照して、時刻tcから一定の時間間隔で電圧値を検出し、これらの値を受信回路42による受信データとして制御部50に送信する。図10の例の場合、A/D変換によって、時刻t1,t2,t3,…,tNにおける電圧値Va(1),Va(2),Va(3),…,Va(N)を得る。なお、以下では、時刻tj(jは、1以上N以下の整数)における電圧値をVa(j)と表記する。
また、コイル12についても、同様のA/D変換によって、時刻t1,t2,t3,…,tNにおける電圧値Vb(1),Vb(2),Vb(3),…,Vb(N)を得る。なお、以下では、時刻tjにおける電圧値をVb(j)と表記する。
図11は、A/D変換回路425,426(図6参照)から出力される時系列データD11を表した図である。図11を参照して、受信回路42は、受信期間内の電圧値Va(j)と受信期間内の電圧値Vb(j)とを時刻に対応付けて一時的に記憶することにより時系列データD11を生成し、受信期間が終了した時点で、制御部50に時系列データD11を送る。
なお、制御部50が逐次電圧値Va(j),Vb(j)を受信回路42から取得して、制御部50が時系列データD11を生成する構成であってもよい。
(b2.前処理演算)
図12は、制御部50の機能的構成を説明するための機能ブロック図である。図12を参照して、制御部50は、時系列データ取得部51と、前処理演算部52と、補償演算部53と、後処理演算部54とを備える。
時系列データ取得部51は、受信回路42から時系列データD11を取得し、時系列データD11を前処理演算部52に送る。なお、時系列データD11の取得および前処理演算部52への送信は、受信期間毎に行われる。
前処理演算部52は、受信回路42から受け取った時系列データD11に対して、後述する補償演算ための前処理演算を行う。以下、前処理演算の内容について説明する。
前処理演算部52は、前処理演算として、受信回路42から受け取った時系列データD11から、コイル11,12毎に、検出体700の距離の影響を受けやすい成分と、検出体700の材質の影響を受けやすい成分とを抽出する。
近接センサ1で用いるパルス励磁方式においては、コイル11および12に近接する金属の影響が、パルス印加後のコイルの電圧波形の振幅や過渡変化の時定数に表れる。それゆえ、前処理演算部52は、時系列データD11から積算データおよび時定数データへの変換を行う。
なお、「積算データ」とは、受信期間である期間T2に時系列に得られたデータの値を足し合わせたものであり、図11のコイル11のデータであれば、Va(1)からVa(N)までのデータの値を足し合わせて求める。また、「時定数データ」とは、期間T2に時系列に得られたデータの値をRL回路の過渡応答曲線に近似した際の時定数の値、もしくはそれを簡易に近似して求める方法として低次の曲線に近似した際の係数の値である。
詳しくは、前処理演算部52は、時系列データD11に基づき、コイル11に関するデータとして、積算データXaと時定数データYaとを算出する。さらに、前処理演算部52は、時系列データD11に基づき、コイル12に関するデータとして、積算データXbと時定数データYbとを算出する。
前処理演算部52は、積算データXa,Xbおよび時定数データYa,Ybを補償演算部53に送る。ただしこのうち、下記に説明する補償演算について用いないデータについては、補償演算部53に送る必要はない。
(b3.補償演算)
補償演算部53は、積算データXa,Xbと時定数データYbとを用いた補償演算を行う。補償演算部53は、検出体700の接近により得られる信号から取付金具800の影響を差し引いた信号量を得る。つまり、補償演算部53は、検出体700に起因する成分(第2の成分,検出体700の影響に応じた信号)から、取付金具800に起因する成分(第1の成分,取付金具800の影響に応じた信号)を差し引く。本実施の形態では、積算データXaが検出体700に起因する成分であり、積算データXbおよび時定数データYbが取付金具800に起因する成分に該当する。このような補償演算を行う理由と補償演算の詳細とについて、以下、説明する。
前処理演算によって得られた各コイル11,12の積算データXa,Xbおよび時定数データYa,Ybは、検出体700の材質によって異なる渦電流の過渡状態と、取付金具800の材質によって異なる渦電流の過渡状態と、検出体700と各コイル11,12との位置関係と、取付金具800と各コイル11,12との位置関係とを、複合的に表す物理量となっている。
コイル11の積算データXaは、コイル11による磁界の開磁方向により、検出体700に流れる渦電流の総量、すなわち検出体700とコイル11との距離との相関が高い特性を示す。しかしながら、積算データXaは、同時に、取付金具800の位置、導電率、および透磁率との相関も持つ。このため、取付金具800の有無および/または位置が不明な状況では、積算データXaのみから、検出体700の位置を特定することはできない。
コイル12の積算データXbは、コイル12による磁界の開磁方向により、取付金具800に流れる渦電流の総量、すなわち取付金具800の位置と導電率と透磁率との相関が高い特性を示す。
コイル12の時定数データYbは、取付金具800に流れる渦電流の時定数、すなわち取付金具800の導電率および透磁率との相関が高い特性を示す。
これらの事象を考慮して、補償演算部53は、まず、コイル12の時定数データYbから算出される導電率および透磁率の影響度に応じて、コイル12の積算データXbの値を調整する。さらに、補償演算部53は、コイル11の積算データXaから調整後の値を差し引く。これにより、補償演算部53は、積算データXaから取付金具800の影響分を差し引くことができる。
補償演算部53が補償演算に用いる演算式は、各コイル11.12、検出体700、取付金具800の磁気的結合を表すものであり、各コイル11,12の巻き数、各コイル11、12と検出体700との距離、各コイル11、12と取付金具800との距離などがパラメータとなっている。このうち、近接センサ1の設計後に変動するパラメータは、検出体700、取付金具800などの位置および材質であるため、実験または電磁界解析によって代表的な条件で得られる受信信号を連続的な関数に近似することにより、必要な演算式を求めることができる。演算式の一例については、後述する。
図13は、補償演算部53において実行される処理の具体例を説明するための図である。図13を参照して、補償演算部53は、一例として以下の演算式(1)に、前処理演算部52から取得した積算データXa,Xbおよび時定数データYbを代入することによって、取付金具800の影響を差し引いた信号量Zを得る。さらに、補償演算部53は、信号量Zを後処理演算部54に送る。
Z=Xa−(K1×Xb+K2×Yb+K3×Xb×Yb+K4×Xb+K5×Yb+K6) … (1)
上記の演算式(1)は、図14に基づいて説明する決め方に基づいて、近似曲面の生成を2次の関数の曲面で行った場合の式である。近似曲面の関数形状はこの形である必要はなく、必要に応じて、より高次の形または指数の形等を用いるのがよい。
図14は、補償演算に用いる演算式の設計方法例を説明するための図である。図14を参照して、三次元プロットは、図13に基づいて説明した前処理演算後のデータXa,Xb,Ybの各値を、検出体700の近接センサ1への接近距離と取付金具800の位置および材質とを条件パラメータとして変化させることにより得られたものである。
破線の丸で囲んだ2つのデータプロットは、取付金具800がなく、かつ検出体700の距離のみが異なる条件で取得したデータである。丸印のプロットは、検出体700との距離が6mmの場合のデータであり、三角印のプロットは、検出体700との距離が8mmの場合のデータである。
鉄製の取付金具800の本体部5への設置位置を変えていった場合、三次元データ空間上で方向性をもってプロット位置が変化する。また、アルミ製の取付金具800の本体部5への設置位置を変えていった場合も、三次元データ空間上で方向性をもってプロット位置が変化する。
矢印L16は、検出体700との距離が6mmであって、かつ鉄製の取付金具800の設置位置と変化させた場合におけるデータプロットの変化方向を表している。矢印L26は、検出体700との距離が6mmであって、かつアルミ製の取付金具800の設置位置と変化させた場合におけるデータプロットの変化方向を表している。
矢印L18は、検出体700との距離が8mmであって、かつ鉄製の取付金具800の設置位置と変化させた場合におけるデータプロットの変化方向を表している。矢印L28は、検出体700との距離が8mmであって、かつアルミ製の取付金具800の設置位置と変化させた場合におけるデータプロットの変化方向を表している。
このような変化方向は、図13に基づいて説明したように、コイル12の積算データXbおよび時定数データYbが取付金具800の位置および材質を反映していることを表している。この変化方向に沿った曲面で検出体700との距離が異なるデータ群を分離することで、近接センサ1は、検出体700の距離を判別できる。
すなわち、取付金具800の位置に関係なく検出体700の接近距離を判別するためには、検出体700との距離を変えて取得したデータに基づき、コイル12の積算データXbおよび時定数データYbをどの割合でコイル11の積算データXaに作用せればよいかを、三次元上でデータ点を結ぶ近似曲面の式として求めればよい。
同様の効果を得るためには、用いるデータは必ずしもコイル11の積算データXaとコイル12の積算データXbおよび時定数データYbとである必要はなく、複数のコイルで得られる、検出体700と取付金具800との影響をそれぞれ異なった割合で表す信号を用いればよい。
例として、補償演算の式の形を演算式(1)のようにする場合、一定の検出距離で得たデータ群を使って、たとえば重み付き最小2乗法などで回帰曲面を求め、演算式(1)の各係数K1〜K6を決定する。
(b4.後処理演算)
再び、図12を参照して、後処理演算部54は、検出体700の有無を判定する場合、補償演算部53から取得した信号量Zを用いて、2値化判別処理を実行する。後処理演算部54は、出力部60に対して、検出体700の有無を表した信号を出力する。
また、後処理演算部54は、検出体700との距離を算出する場合、信号量Zを距離に変換する。後処理演算部54は、出力部60に対して、検出体700との距離を表した信号を出力する。
(b5.利点)
検出したくない方向に取り付けられる金属(取付金具800)の影響を低減しつつ、検出したい方向に近接した金属(検出体700)に対してのみ、近接センサ1は反応する。つまり、近接センサ1の検出感度を敏感な状態に設定しても取付金具800の影響を受けずに検出ができるようになる。それゆえ、近接センサ1の検出距離を長くすることが可能となる。
また、近接センサ1と検出対象(検出体700)との間の距離を従来よりも遠く設定できるようになったため、装置設計の自由度と、近接センサ1への物(検出体700)の衝突に対する安全度とが高くなる。
(b6.平均化)
近接センサ1で得たいS/N(signal/noise)比に合わせて、受信信号に平均化処理をかける必要がある場合がある。この場合は、励磁および受信を複数回行ったデータを用い、受信回路42による受信データの受信段階、前処理演算の段階、および補償演算の段階のうちのいずれかの段階で平均化処理を行えばよい。
<C.制御構造>
図15は、近接センサ1において実行される一部の処理の流れを表したフロー図である。図15を参照して、ステップS1において、制御部50からの制御命令に基づき、励磁回路411は、励磁電流をコイル11,12に一定時間供給し、その後、励磁電流の供給を遮断する。ステップS2において、制御部50は、コイル11,12によって得られる時系列データD11を受信回路42から取得する。
ステップS3において、制御部50は、時系列データD11に基づき、積算データXa,Xbを算出する。ステップS4において、制御部50は、時系列データD11に基づき、時定数データYa,Ybを算出する。なお、積算データXaと積算データXbと時定数データYaと時定数データYbとの生成順序は、ステップS3およびステップS4に示したものに限定されるものではない。
ステップS5において、制御部50は、積算データXaと積算データXbと時定数データYbとを用いて、積算データXaを補償する。制御部50は、たとえば上述した演算式(1)を用いて信号量Zを算出する。ステップS6において、制御部50は、上述した後処理演算を行う。
<D.まとめ>
(1)近接センサ1は、取付金具800によって支持部材900に取り付けられた状態で、磁界を利用して金属製の検出体の有無または位置を検知する。近接センサ1は、磁界を発生させるための複数のコイル11,12と、各コイル11,12に電流を供給する送信回路41と、電流の供給によってコイル11,12の両端に生じる電圧または前記検出コイルに流れる電流を、コイル11,12毎に検出する受信回路42と、受信回路42によって検出された結果を用いて検出体700の有無または位置を検知する制御部50と、制御部によって検知された結果を出力する出力部60とを備える。
制御部50は、受信回路42によって検出された結果(コイル11,12毎の検出結果)から、取付金具800に起因する第1の成分(具体的には、積算データXb,時定数データYb)と、検出体700に起因する第2の成分(具体的には、積算データXa)とを抽出する。制御部50は、第1の成分を用いて前記第2の成分を補償する。制御部50は、補償後の第2の成分に基づき、検出体700の有無または位置を検知する。
上記の構成によれば、取付金具800の影響を低減することが可能となる。また、これにより、近接センサ1の検出距離を長くすることができる。
(2)制御部50は、第2の成分から第1の成分を差し引くことによって、第2の成分を補償する。
(3)受信回路42は、電圧または電流をコイル11,12毎に個別に検出する。特に、受信回路42は、図6に示したように、各コイル11,12に対応した複数の処理系統48,49を有する。各処理系統48,49は、処理系統に対応するコイルによる電圧または電流を取得する。
個別(独立)に取得せず電気的に合成する場合には、補償演算の手段が限定されるのに対して、個別に取得する場合にはデジタル信号処理上で複雑な演算ができる。それゆえ、個別でない場合に比べて、補償の精度を上げることができる。
(4)送信回路41は、各コイル11,12にパルス状の励磁電流を周期的に供給するための励磁回路411である。上記第2の成分は、コイル11の両端に生じる前記過渡電流の積算値(積算データXa)である。上記第1の成分は、コイル12の両端に生じる過渡電流の積算値(積算データXb)と、コイル12の両端に生じる過渡電流の時定数情報(時定数データYb)とに基づく値である。
コイル12の両端に生じる過渡電流の時定数情報(時定数データYb)を利用することによって、取付金具800の材質の影響を取得できる。それゆえ、補償の精度を上げることができる。
<E.変形例>
(1)図16は、検出部30と送信回路41との具体的な他の構成例を表した図である。図16を参照して、送信回路41は、励磁回路411,411Aを備える。励磁回路411は、コイル11に接続されており、コイル12には接続されていない。励磁回路411Aは、コイル12に接続されている。
励磁回路411は、CPU59からの制御信号に基づき励磁電流を発生する。この励磁電流I1は、コイル11に流れる。励磁回路411Aは、CPU59からの制御信号に基づき励磁電流を発生する。この励磁電流I2は、コイル12に流れる。
このように、コイル11,12にそれぞれ独立した励磁電流を流す送信回路41(励磁回路)を持つ構成であっても、図7の場合と同様の効果を得られる。
また、コイル11とコイル12とに共通の励磁回路を有し、切換処理によって各コイル11,12に独立な励磁電流を流すように、近接センサ1を構成してもよい。
(2)図17は、検出部30と受信回路42との具体的な他の構成例を表した図である。図17を参照して、受信回路42は、マルチプレクサ回路429と、フィルタ回路421と、増幅回路423と、A/D変換回路425とを備える。この場合の受信回路42は、図8に示した構成とは異なり、フィルタ回路422と増幅回路424とA/D変換回路426とを備えている必要はない。
コイル11の両端およびコイル12の両端は、マルチプレクサ回路429に接続されている。マルチプレクサ回路429には、CPU59から制御信号が入力される。制御信号に基づいてマルチプレクサ回路429が入力信号の選択処理を行なうことにより、受信回路42は、コイル11とコイル12とで共通の受信回路(フィルタ回路421、増幅回路423、A/D変換回路425)で、各コイル11,12の両端に発生した誘起電圧を表した電圧信号を独立して処理することができる。つまり、受信回路42は、各コイル11,12による電圧または電流を、時分割方式によって互いに異なるタイミングで検出する。
これにより、受信回路42は、両電圧信号を個別にCPU59に出力することができる。なお、フィルタ回路と増幅回路とをコイル11,12毎に有し、かつA/D変換回路を共有するように、受信回路42を構成してもよい。
(3)図18は、近接センサ1Aの断面図である。図18を参照して、近接センサ1Aは、コイル12の外周に沿って、磁性を持つシート状の材料19が配置されている。
上述したように、コイル12の開磁路を検出体700の接近方向に限定する構造がより好ましい。その上で、径方向の配置余裕やコイルの外径の大きさを確保するために、磁性を持つシート状の材料をコイル12の外側を囲むように配置するのが好ましい。特に、材料19として、厚みを抑えて高透磁率を確保できるパーマロイやアモルファス合金を用いた磁性薄板や磁性シートを用いることが、より好ましい。
このような構成によれば、取付金具800の影響の表れ方を限定でき、補償の精度を上げることができる。なお、制御部50における処理は近接センサ1と同じであるため、ここでは繰り返し説明しない。
(4)図19は、近接センサ1Bの断面図である。図19を参照して、近接センサ1Bは、フィライトコア15の代わりに、フィライトコア15Bを有する。フィライトコア15Bは、フィライトコア15とは異なり、コイル12の外周部を覆っていない。このような構成であっても、取付金具800の影響を低減することが可能となる。
(5)図20は、近接センサ1Cの断面図である。図20を参照して、近接センサ1Cは、フィライトコア15の代わりに、フィライトコア15Cを有する。
フィライトコア15Cは、コイル11の内周側に位置している。フィライトコア15Cは、フィライトコア15とは異なり、コイル11の外周部を覆っていない。また、フィライトコア15Cは、コイル12の内周部および外周部を覆っていない。
このような構成であっても、取付金具800の影響を低減することが可能となる。
(6)図21は、近接センサ1Dの断面図である。図21を参照して、近接センサ1Dは、コイル11,12の代わりに、同じ直径のコイル11Dとコイル12Dとを有する。近接センサ1Dは、フィライトコア15の代わりに、フィライトコア15Dを有する。
コイル11Dとコイル12Dとは、中心軸Mに沿ってずれた位置に配置されている。フィライトコア15Dは、コイル11Dの内周側とコイル12Dの内周側とに位置している。フィライトコア15Dは、コイル11Dの外周部とコイル12Dの外周部とを覆っていない。
このような構成であっても、取付金具800の影響を低減することが可能となる。なお、コイル11Dの直径とコイル12Dの直径とは、互いに異なっていてもよい。これは、後述する近接センサ1E,1Fにおいても同様である。
(7)図22は、近接センサ1Eの断面図である。図22を参照して、近接センサ1Eは、フィライトコア15Eを有する。近接センサ1Eは、フィライトコアの形状が、近接センサ1D(図21)とは異なる。フィライトコア15Eでは、コイル11Dとコイル12Dとの間にもコア部が形成されている。
このような構成であっても、取付金具800の影響を低減することが可能となる。
(8)図23は、近接センサ1Fの断面図である。図23を参照して、近接センサ1Fは、フィライトコア15Fを有する。近接センサ1Fは、フィライトコアの形状が、近接センサ1E(図22)とは異なる。フィライトコア15Fは、フィライトコア15Eとは異なり、コイル11Dの外周部を覆っている。このような構成であっても、取付金具800の影響を低減することが可能となる。
(9)上記においては、2つのコイル11,12を備える構成を例に挙げて説明した、コイルの数は2つに限定されるものではない。たとえば、コイルは、3つ以上であってもよい。
[実施の形態2]
本実施の形態では、磁界を利用して金属製の検出体の有無または位置を検知する近接センサ(誘導式近接センサ)のうち、発振方式の近接センサについて説明する。
図24は、本実施の形態に係る近接センサ2のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図24を参照して、近接センサ2は、検出部30と、送受信回路40Aと、制御部50と、出力部60とを備える。
検出部30は、コイル11,12により構成される。制御部50は、CPU59等のプロセッサで構成される。出力部60は、出力回路61により構成される。
送受信回路40Aは、発振回路43,44と、整流回路45と、A/D変換回路46とにより構成される。発振回路43は、CPU59の制御によって、コイル11に発振電流を流す。発振回路44は、CPU59の制御によって、コイル12に発振電流を流す。
発振電流によってコイル11,12に高周波磁界が発生する。この高周波磁界に検出体700が近づくと電磁誘導により、検出体700に渦電流が流れる。この渦電流で、コイル11,12のインピーダンスが変化し、発振が停止する。コイルのインピーダンス変化に応じた電圧信号は整流回路45で整流され、その後、A/D変換回路46でデジタル信号に変換される。CPU59は、当該デジタル信号に基づき、検出体700の有無を判定する。
近接センサ2の制御部50は、実施の形態1と同様に、(i)コイル11,12毎の検出結果から、取付金具800に起因する第1の成分と、検出体700に起因する第2の成分とを抽出し、(ii)第1の成分を用いて第2の成分の補償を行い、(iii)補償後の第2の成分に基づき、検出体700の有無または位置を検知する。
このため、発振方式の近接センサ2を用いる構成であっても、近接センサ1と同様に、取付金具800の影響を低減することが可能となる。
なお、近接センサ2は、発振方式であるため、振幅が検出体700の距離の影響を受けやすい成分に該当し、位相または周波数が検出体700の材質の影響を受けやすい成分に該当する。
[実施の形態3]
本実施の形態では、時系列データD11(図11参照)の他の利用方法について説明する。詳しくは、近接センサ1の制御部に、近接センサ1の生産時の性能を調整するための機能を持たせる構成について説明する。なお、この構成は、実施の形態2の近接センサ2にも適用できる。
図25は、本実施の形態に係る制御部50Aの機能的構成を表した図である。図25を参照して、制御部50Aは、時系列データ取得部51と、前処理演算部52と、補償演算部53と、後処理演算部54と、差分算出部55とを備えている。制御部50Aは、差分算出部55をさらに備える点において、実施の形態1の制御部50(図12参照)とは異なる。
近接センサ1の個体毎に検出距離の調整を行う際、近接センサ1の取得データを、制御部50に持つ理想の閾値曲面の対応する値(理想値R)と比較し、その差分をコイル性能の個体ばらつき補正値とする。当該差分は、差分算出部55によって算出される。
制御部50は、データ空間の形状が理想値と同じになるように補正値を決定することにより、コイル11,12のインダクタンス値だけでなく各部品の組み付け位置のばらつきを総合して補正できる。さらに、複数の距離調整点で比較することにより、補正精度を高めることができる。
通常、近接センサ1で複数のコイルを搭載する場合には、コイル間の組み付け位置の調整が非常にシビアになる。それゆえ、生産性に悪影響を及ぼす。しかしながら、本実施の形態に係る調整方法によれば、組み付け位置の位置精度の許容幅が大きくなり、その結果、近接センサ1の生産性を向上させることができる。
今回開示された実施の形態はすべ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、上記した実施の形態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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,2 近接センサ、5 本体部、5a 検出面、5b 筐体、6 リード線、7,8 ナット、9 座金、11,11D,12,12D コイル、15,15B,15C,15D,15E,15F フィライトコア、17 電子回路、19 材料、30 検出部、40,40A 送受信回路、41 送信回路、42 受信回路、43,44 発振回路、45 整流回路、46,425,426 A/D変換回路、48,49 処理系統、50,50A 制御部、51 時系列データ取得部、52 前処理演算部、53 補償演算部、54 後処理演算部、55 差分算出部、59 CPU、60 出力部、61 出力回路、411,411A 励磁回路、421,422 フィルタ回路、423,424 増幅回路、429 マルチプレクサ回路、700 検出体、800 取付金具、801 上部筐体、802 下部筐体、900 支持部材、D11 時系列データ、M 中心軸、M1,M2 高周波磁界、Xa,Xb 積算データ、Ya,Yb 時定数データ。
近接センサの斜視図である。 近接センサの設置例を表した図である。 図2におけるiii-iii線矢視断面図である。 コイルによって生じる高周波の磁界を表した図である。 近接センサの概略構成を説明するためのブロック図である。 近接センサのハードウェア構成を説明するためのブロック図である。 検出部と送信回路との具体的な構成例を表した図である。 検出部と受信回路との具体的な構成例を表した図である。 コイルの両端に発生する電圧の波形を示した図である。 図9の受信期間におけるA/D変換を説明するための図である。 A/D変換回路から出力される時系列データを表した図である。 制御部の機能的構成を説明するための機能ブロック図である。 補償演算部において実行される処理の具体例を説明するための図である。 補償演算に用いる演算式の設計方法例を説明するための図である。 近接センサにおいて実行される一部の処理の流れを表したフロー図である。 検出部と送信回路との具体的な他の構成例を表した図である。 検出部と受信回路との具体的な他の構成例を表した図である。 他の形態の近接センサの断面図である。 さらに他の形態の近接センサの断面図である。 さらに他の形態の近接センサの断面図である。 さらに他の形態の近接センサの断面図である。 さらに他の形態の近接センサの断面図である。 さらに他の形態の近接センサの断面図である。 さらに他の形態に係る近接センサのハードウェア構成を説明するためのブロック図である。 制御部の機能的構成を表した図である。
図6は、近接センサ1のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図6を参照して、検出部30は、コイル11,12により構成される。制御部50は、CPU(Central Processing Unit)5等のプロセッサで構成される。出力部60は、出力回路61により構成される。
(3)受信回路42は、電圧または電流をコイル11,12毎に個別に検出する。特に、受信回路42は、図に示したように、各コイル11,12に対応した複数の処理系統48,49を有する。各処理系統48,49は、処理系統に対応するコイルによる電圧または電流を取得する。
<E.変形例>
(1)図16は、検出部30と送信回路41との具体的な他の構成例を表した図である。図16を参照して、送信回路41は、励磁回路411,411Aを備える。励磁回路411は、コイル11に接続されており、コイル12には接続されていない。励磁回路411Aは、コイル12に接続されている。
このように、コイル11,12にそれぞれ独立した励磁電流を流す送信回路41(励磁回路)を持つ構成であっても、図7の場合と同様の効果を得られる。

Claims (8)

  1. 取付金具によって支持部材に取り付けられた状態で、磁界を利用して金属製の検出体の有無または位置を検知する近接センサであって、
    前記磁界を発生させるための複数の検出コイルと、
    各前記検出コイルに電流を供給する送信回路と、
    前記電流の供給によって前記検出コイルの両端に生じる電圧または前記検出コイルに流れる電流を、前記検出コイル毎に検出する受信回路と、
    前記受信回路によって検出された結果を用いて前記検出体の有無または位置を検知する制御部と、
    前記制御部によって検知された結果を出力する出力部とを備え、
    前記制御部は、
    前記受信回路によって検出された結果から、前記取付金具に起因する第1の成分と、前記検出体に起因する第2の成分とを抽出し、
    前記第1の成分を用いて前記第2の成分を補償し、
    前記補償後の第2の成分に基づき、前記検出体の有無または位置を検知する、近接センサ。
  2. 前記制御部は、前記第2の成分から前記第1の成分を差し引くことによって、前記第2の成分を補償する、請求項1に記載の近接センサ。
  3. 前記受信回路は、前記電圧または前記電流を前記検出コイル毎に個別に検出する、請求項1または2に記載の近接センサ。
  4. 前記受信回路は、各前記検出コイルによる前記電圧または前記電流を、時分割方式によって互いに異なるタイミングで検出する、請求項3に記載の近接センサ。
  5. 前記受信回路は、各前記検出コイルに対応した複数の処理系統を有し、
    各前記処理系統は、前記処理系統に対応する前記検出コイルによる前記電圧または前記電流を取得する、請求項3に記載の近接センサ。
  6. 前記送信回路は、各前記検出コイルにパルス状の励磁電流を周期的に供給するための励磁回路であり、
    前記複数の検出コイルとして、第1の検出コイルと、第2の検出コイルとを含み、
    前記第2の成分は、前記第1の検出コイルの両端に生じる過渡電流の積算値であり、
    前記第1の成分は、前記第2の検出コイルの両端に生じる過渡電流の積算値と、前記第2の検出コイルの両端に生じる過渡電流の時定数情報とに基づく値である、請求項1から5のいずれか1項に記載の近接センサ。
  7. 前記第1の検出コイルと、前記第2の検出コイルとは、環状コイルであって、
    前記第1の検出コイルは、前記第2の検出コイルの内側領域に設置されている、請求項6に記載の近接センサ。
  8. 磁界を利用して金属製の検出体の有無または位置を検知する近接センサにおいて実行される方法であって、
    前記磁界を発生させるための複数の検出コイルに電流を供給するステップと、
    前記電流の供給によって前記検出コイルの両端に生じる電圧または前記検出コイルに流れる電流を、前記検出コイル毎に検出するステップと、
    前記検出するステップによって検出された結果を用いて前記検出体の有無または位置を検知するステップと、
    前記検知するステップによって検知された結果を出力するステップとを備え、
    前記検出体の有無または位置を検知するステップは、
    前記検出するステップによって検出された結果から、前記近接センサを支持部材に取り付けるための取付金具に起因する第1の成分と、前記検出体に起因する第2の成分とを抽出するステップと、
    前記第1の成分を用いて前記第2の成分を補償するステップと、
    前記補償後の第2の成分に基づき、前記検出体の有無または位置を検知するステップとを含む、方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021085881A (ja) * 2019-11-28 2021-06-03 ジック アーゲー 出力値を求めるためのセンサ、センサ信号を評価するための方法、及びセンサ信号を評価するように出力ユニットをトレーニングするための方法
JP2022046425A (ja) * 2020-09-10 2022-03-23 ジック アーゲー 物体検出用センサ及びセンサ信号の評価方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019103670A1 (de) * 2019-02-13 2020-08-13 Balluff Gmbh Induktiver Sensor und Verfahren zu seinem Betrieb
US11360200B2 (en) * 2019-04-02 2022-06-14 Tennessee Technological University Omnidirectional, electric near-field distance sensing device
DE102019134953A1 (de) * 2019-12-18 2021-06-24 Huf Hülsbeck & Fürst Gmbh & Co. Kg Induktive Sensoranordnung zur Erfassung einer Lageänderung eines Betätigungselements
DE102020134217A1 (de) * 2020-12-18 2022-06-23 Balluff Gmbh Induktive Sensorvorrichtung zum Bestimmen einer longitudinalen Position eines bewegbaren Objekts entlang einer sensitiven Achse der Sensorvorrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Sensorvorrichtung

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008091147A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Sunx Ltd 近接センサ及び近接センサ用コア
JP2009043512A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Omron Corp 近接センサ
JP2009059528A (ja) * 2007-08-30 2009-03-19 Omron Corp 近接センサ
JP2010027611A (ja) * 2008-07-15 2010-02-04 Optosys Ag 嵌込型誘導近接センサおよびその設計方法
US20100060270A1 (en) * 2008-09-10 2010-03-11 Xiaofeng Gong Method and System for Inductive Proximity Sensing that Includes Mounting Effect Compensation
JP2010181300A (ja) * 2009-02-06 2010-08-19 Fuji Xerox Co Ltd 物体検知装置
JP2015161532A (ja) * 2014-02-26 2015-09-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 位置検出装置
WO2016037597A1 (de) * 2014-09-09 2016-03-17 Balluff Gmbh Sensorelement eines induktiven näherungs- oder abstandssensor und verfahren zum betreiben des sensorelements
JP2017041371A (ja) * 2015-08-20 2017-02-23 ファナック株式会社 誘導形近接センサを用いた二重化タッチスイッチ

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2204908A (en) 1938-03-24 1940-06-18 Arnold Schwinn & Company Inc Bicycle lock
JP2574873B2 (ja) * 1988-08-24 1997-01-22 株式会社日立製作所 位置あるいは速度検出装置
JP4189872B2 (ja) * 2001-04-23 2008-12-03 株式会社リベックス 位置検出器
AU2003208759A1 (en) * 2002-02-22 2003-09-09 Fast Technology Ag Magnetically neutral displacement (torque) transducer for a ferromagnetic member with coil(s) and magnetic field sensor(s)
EP1924979A1 (de) * 2005-09-14 2008-05-28 Wincor Nixdorf International GmbH Einrichtung zur erkennung von metallischen fremdkomponenten
DE102006032226B4 (de) * 2006-07-07 2009-12-10 Pilz Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur sicheren Abstandsüberwachung
US7994777B2 (en) * 2007-09-28 2011-08-09 Rockwell Automation Technologies, Inc. Apparatus and methods for an inductive proximity sensor
US8154278B2 (en) * 2008-01-26 2012-04-10 Pepperl+Fuchs, Inc. Metal face inductive proximity sensor
WO2012016336A2 (en) * 2010-08-06 2012-02-09 Cynetic Designs Ltd. Inductive transmission of power and data through ceramic armor panels
KR101895618B1 (ko) * 2012-03-29 2018-09-05 서울대학교산학협력단 형상기억합금 코일 액추에이터의 변위 검출 방법과 이를 이용한 구동장치 및 구동 시스템
US8941417B2 (en) * 2013-02-28 2015-01-27 Texas Instruments Incorporated Output driver for energy recovery from inductor based sensor
WO2015129229A1 (ja) * 2014-02-26 2015-09-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 位置検出装置
KR101584424B1 (ko) * 2014-03-04 2016-01-12 한국지질자원연구원 비행선 기반의 전자탐사 장치
GB2533833B (en) * 2015-06-22 2016-12-14 Univ Bristol Wireless ultrasound sensor with two induction coils
US10288759B2 (en) * 2016-07-14 2019-05-14 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Contactless semsor

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008091147A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Sunx Ltd 近接センサ及び近接センサ用コア
JP2009043512A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Omron Corp 近接センサ
JP2009059528A (ja) * 2007-08-30 2009-03-19 Omron Corp 近接センサ
JP2010027611A (ja) * 2008-07-15 2010-02-04 Optosys Ag 嵌込型誘導近接センサおよびその設計方法
US20100060270A1 (en) * 2008-09-10 2010-03-11 Xiaofeng Gong Method and System for Inductive Proximity Sensing that Includes Mounting Effect Compensation
JP2010181300A (ja) * 2009-02-06 2010-08-19 Fuji Xerox Co Ltd 物体検知装置
JP2015161532A (ja) * 2014-02-26 2015-09-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 位置検出装置
WO2016037597A1 (de) * 2014-09-09 2016-03-17 Balluff Gmbh Sensorelement eines induktiven näherungs- oder abstandssensor und verfahren zum betreiben des sensorelements
JP2017041371A (ja) * 2015-08-20 2017-02-23 ファナック株式会社 誘導形近接センサを用いた二重化タッチスイッチ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021085881A (ja) * 2019-11-28 2021-06-03 ジック アーゲー 出力値を求めるためのセンサ、センサ信号を評価するための方法、及びセンサ信号を評価するように出力ユニットをトレーニングするための方法
US11573100B2 (en) 2019-11-28 2023-02-07 Sick Ag Sensors for determining an output value, method for evaluating a sensor signal, and method for training an output unit to evaluate a sensor signal
JP2022046425A (ja) * 2020-09-10 2022-03-23 ジック アーゲー 物体検出用センサ及びセンサ信号の評価方法

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