JP2020144016A - Detector and valve - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、近接スイッチを備えた検出装置及びバルブに関する。 The present invention relates to a detection device and a valve including a proximity switch.
従来から、金属等のように導電性を有する検出体の存在又は接近を判定する近接スイッチ(近接センサ)が知られている(例えば特許文献1参照)。近接スイッチは、検出部で、検出体の存在又は接近に伴う検出用コイルのインピーダンス又はQ値等の変化を検出することで、検出体の存在又は接近を判定する。Q値は、電磁誘導作用によるインダクタンス損失を示す値であり、Q値が高い程損失が小さいことを表す。
また、使用目的によっては、近接スイッチは、検出体と近接スイッチにおける基準点との間の距離を検出する。基準点は、例えば、検出部先端のステンレスカバーのうちの、検出体と向き合う面上の点である。
Conventionally, a proximity switch (proximity sensor) for determining the presence or proximity of a detector having conductivity such as metal has been known (see, for example, Patent Document 1). The proximity switch determines the presence or approach of the detector by detecting a change in the impedance or Q value of the detection coil due to the presence or approach of the detector in the detection unit. The Q value is a value indicating the inductance loss due to the electromagnetic induction action, and the higher the Q value, the smaller the loss.
Also, depending on the intended use, the proximity switch detects the distance between the detector and the reference point on the proximity switch. The reference point is, for example, a point on the surface of the stainless steel cover at the tip of the detection unit facing the detector.
また、金属の種別に応じた閾値を用いることで、特定の金属から構成された検出体に対して判定性能の向上を図った近接スイッチも知られている(例えば特許文献2参照)。なお、この近接スイッチでは、用いる閾値は1つであり、実用時には複数の金属のうちの1種類の金属に対して検出可能としている。 Further, there is also known a proximity switch that improves the determination performance for a detector composed of a specific metal by using a threshold value according to the type of metal (see, for example, Patent Document 2). In this proximity switch, the threshold value used is one, and in practical use, it is possible to detect one type of metal among a plurality of metals.
従来の近接スイッチでは、用いる閾値は1つであるため、検出体の状態を複数区別して検出できない。よって、検出体の状態を複数区別して検出したい場合には、複数の近接スイッチを用いる必要がある。例えば、従来の近接スイッチを用いてボール弁又はバタフライ弁等の弁体の開度を検出したい場合、複数の近接スイッチを用いる必要がある。 Since the conventional proximity switch uses only one threshold value, it is not possible to distinguish and detect a plurality of detector states. Therefore, when it is desired to distinguish and detect a plurality of detector states, it is necessary to use a plurality of proximity switches. For example, when it is desired to detect the opening degree of a valve body such as a ball valve or a butterfly valve by using a conventional proximity switch, it is necessary to use a plurality of proximity switches.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、単一の近接スイッチで、検出体の状態を複数区別して検出可能な検出装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a detection device capable of distinguishing and detecting a plurality of states of a detector with a single proximity switch.
この発明に係る検出装置は、近接スイッチと、導電性を有し、回転により近接スイッチが有する検出面との間の距離が変わる検出体とを備え、近接スイッチは、筐体内において検出面に対向配置された検出用コイルと、発振して検出用コイルに高周波磁界を発生させる発振回路と、発振回路による発振の振幅を検波する検波回路と、検波回路により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路と、比較回路による複数の閾値との比較結果に基づいて、検波回路により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路と、比較回路に対する複数の閾値を設定する設定入力部とを有することを特徴とする。 The detection device according to the present invention includes a proximity switch and a detector having conductivity and changing the distance between the detection surface of the proximity switch by rotation, and the proximity switch faces the detection surface in the housing. An arranged detection coil, an oscillation circuit that oscillates to generate a high-frequency magnetic field in the detection coil, a detection circuit that detects the amplitude of oscillation by the oscillation circuit, and a plurality of thresholds for the amplitude detected by the detection circuit, respectively. Based on the comparison result between the comparison circuit to be compared and a plurality of thresholds by the comparison circuit, each output a signal indicating whether the amplitude detected by the detection circuit is within a plurality of output ranges composed of the plurality of thresholds. It is characterized by having an output circuit for oscillating and a setting input unit for setting a plurality of thresholds for a comparison circuit.
この発明によれば、上記のように構成したので、単一の近接スイッチで、検出体の状態を複数区別して検出可能となる。 According to the present invention, since it is configured as described above, it is possible to distinguish and detect a plurality of states of the detector with a single proximity switch.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る検出装置の構成例を示す図である。
検出装置は、検出体2の向きを検出する。検出装置は、図1に示すように、近接スイッチ1及び検出体2を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a detection device according to the first embodiment.
The detection device detects the orientation of the
近接スイッチ1は、検出体2の向きを検出可能とする。すなわち、近接スイッチ1は、検出体2の向きにより出力が変わる。近接スイッチ1は、センサヘッドである検出部11と、一端が検出部11の入出力端に接続されたケーブル12と、ケーブル12の他端に接続された複数の出力ピン13とを有している。なお、近接スイッチ1では、IO−Link等のように、出力ピン13の本数が限られている。また、近接スイッチ1が有する複数の出力ピン13のうち、信号出力に利用可能な出力ピン13は2本である。また、近接スイッチ1のより詳細な構成例については後述する。
The
検出体2は、回転により近接スイッチ1が有する検出面(検出部11の端面)との間の距離が変わる物体である。検出体2は、金属等のように導電性を有する物体である。検出体2は、回転軸方向から見た形状が、例えば、楕円形状(略楕円形状を含む)、又は回転軸が中心位置からずれた円形状(略円形状を含む)に構成されている。
The
次に、近接スイッチ1の構成例について、図2を参照しながら説明する。
近接スイッチ1は、図2に示すように、検出用コイル101、電源102、安定化電源回路103、発振回路104、検波回路105、比較回路106、出力回路107、2系統のトランジスタ108(トランジスタ108a及びトランジスタ108b)、及び設定入力部109を備えている。また、近接スイッチ1には、2系統の抵抗3(抵抗3a及び抵抗3b)が接続されている。
Next, a configuration example of the
As shown in FIG. 2, the
検出用コイル101は、コア(不図示)に対して円筒状に巻線され、検出部11の筐体内において検出面に対向配置されている。
安定化電源回路103は、電源102から供給された電力により動作し、発振回路104、検波回路105及び比較回路106に対して所定の電圧の電力を供給する。
The
The regulated
発振回路104は、発振して検出用コイル101に高周波磁界を発生させる。検出用コイル101が発生する高周波磁界に検出体2が近づくと、検出体2に誘導電流が流れて熱損失が発生し、検出用コイル101のインピーダンス又はQ値等が変化して発振回路104による発振が減衰する。なお、発振回路104は、検出体2が最も近づいた場合でも発振を維持し、検出用コイル101のインピーダンス又はQ値等の変化に応じて発振の振幅が変化するように構成されていてもよい。
The
検波回路105は、発振回路104による発振の振幅を検波する。すなわち、検波回路105は、発振回路104による発振の振幅を直流化して整流する。
The
比較回路106は、検波回路105により検波された振幅(検出値)を複数の閾値(第1の閾値〜第3の閾値及び上限値)とそれぞれ比較する。第2の閾値は、第1の閾値とは異なる値の閾値である。第3の閾値は、第1の閾値と第2の閾値との間の値の閾値である。なお、各閾値(第1の閾値〜第3の閾値)は設定入力部109により設定される。
The
出力回路107は、比較回路106による各閾値との比較結果に基づいて、検波回路105により検波された振幅が各出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する。各出力範囲は、各閾値から構成される範囲である。
具体的には、出力回路107は、検波回路105により検波された振幅が第1の出力範囲内である場合に、2つの出力端子のうちの一方からオン信号を出力する。また、出力回路107は、検波回路105により検波された振幅が第2の出力範囲内である場合に、2つの出力端子のうちの他方からオン信号を出力する。第1の出力範囲は、第1の閾値と第2の閾値から構成される範囲である。また、第2の出力範囲は、第3の閾値と上限値から構成される範囲である。すなわち、第1の出力範囲と第2の出力範囲は互いに一部が重複している。出力回路107が有する2つの出力端子からの出力と、検出体2の向きとの対応関係の一例を図3に示す。
The
Specifically, the
図3では、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの一方からの出力(第1の出力)として、オン信号が出力されている状態をONとし、オン信号が出力されていない状態をOFFとしている。また、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの他方からの出力(第2の出力)として、オン信号が出力されている状態をONとし、オン信号が出力されていない状態をOFFとしている。
In FIG. 3, as an output (first output) from one of the two output terminals of the
トランジスタ108aは、ゲート端子が、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの一方に接続され、エミッタ端子が電源102のプラス端子に接続されている。トランジスタ108aは、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの一方からのオン信号により駆動する。
In the
トランジスタ108bは、ゲート端子が、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの他方に接続され、エミッタ端子が電源102のプラス端子に接続されている。トランジスタ108bは、出力回路107が有する2つの出力端子のうちの他方からのオン信号により駆動する。
In the
設定入力部109は、比較回路106に対する各閾値を設定する。設定入力部109は、各閾値を、近接スイッチ1が用いられる現場で設定可能である。設定入力部109は、トリガ受付部1091及び閾値設定部1092を有している。
The setting
トリガ受付部1091は、トリガの入力を受付ける。トリガ受付部1091としては、例えば、外部端末からの情報を受信する通信部、又は、押しボタン等の設定用トリガ装置等を用いることができる。
The
閾値設定部1092は、検波回路105により検波された振幅の値をトリガ受付部1091によりトリガの入力が受付けられる度に検出し、当該検出した各振幅の値に基づいて、比較回路106に対する各閾値を設定する。なお、閾値設定部1092は、システムLSI(Large Scale Integration)等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等により実現される。
The threshold
この際、閾値設定部1092は、出力回路107の各出力範囲が互いに一部重複するように、上記各振幅の値の間の値を、当該各出力範囲を構成する各下限値及び各上限値のうちの最上限値を除く値である閾値としてそれぞれ設定する。
又は、閾値設定部1092は、出力回路107の各出力範囲が互いに一部重複するように、上記各振幅の値を、当該各出力範囲を構成する各下限値及び各上限値のうちの最上限値を除く値である閾値としてそれぞれ設定してもよい。
At this time, the threshold
Alternatively, the threshold
なお、抵抗3aは、一端がトランジスタ108aのコレクタ端子に接続され、他端が電源102のマイナス端子に接続されている。抵抗3aは、トランジスタ108aが駆動することで電源102から電力が供給される。
また、抵抗3bは、一端がトランジスタ108bのコレクタ端子に接続され、他端が電源102のマイナス端子に接続されている。抵抗3bは、トランジスタ108bが駆動することで電源102から電力が供給される。
抵抗3a,3bとしては、例えばPLC(Programmable Logic Controller)又はリレー等の負荷が挙げられる。
One end of the
Further, one end of the
Examples of the
そして、この近接スイッチ1により、抵抗3a及び抵抗3bに供給される電力から、検出領域に存在する検出体2の向きを検出できる。図1に示すように近接スイッチ1が2つの出力を有する場合、図3に示すように、検出体2の向きが4つの範囲(第1の範囲〜第4の範囲)のうちのどの範囲であるかを検出可能となる。
Then, the
次に、実施の形態1における設定入力部109による各閾値(第1の閾値〜第3の閾値)の設定方法について説明する。図4〜7は、検出体2と近接スイッチ1との間の距離が変化した場合での、近接スイッチ1での検出値の変化の一例を示す図である。図4〜7では、回転軸方向から見た形状が楕円形状である検出体2を用い、この検出体2を図4に示す向きから左側に回転させた場合を示している。図4〜7に示すグラフにおいて、横軸は検出体2の向き(角度)を示し、縦軸は近接スイッチ1での検出値を示している。検出体2の向きは、検出体2の基準位置と回転軸とを結ぶ線分と、検出体2の回転軸と近接スイッチ1が有する検出面の中心位置とを結ぶ線分とが成す角度である。
Next, a method of setting each threshold value (first threshold value to third threshold value) by the setting
また以下では、作業者が実際に検出を行いたい向きに検出体2を置いて近接スイッチ1がその際の検出値を得て、閾値設定部1092が、出力回路107の各出力範囲が互いに一部重複するように、上記各検出値の間の値を、当該各出力範囲を構成する各下限値及び各上限値のうちの最上限値(第2の出力範囲を構成する上限値)を除く値である閾値としてそれぞれ設定する場合を示す。
Further, in the following, the
この場合、図4に示すように、まず、作業者は、検出体2の基準位置を、近接スイッチ1が有する検出面の中心位置(0°)の方向に向ける(第1の角度)。そして、作業者は、トリガ受付部1091に対してトリガを入力し、近接スイッチ1はその際の発振の振幅の値(符号401に示す第1の検出値)を得る。
次いで、図5に示すように、作業者は、検出体2の基準位置を、近接スイッチ1が有する検出面の中心位置に対して約30°の方向に向ける(第2の角度)。そして、作業者は、トリガ受付部1091に対してトリガを入力し、近接スイッチ1はその際の発振の振幅の値(符号501に示す第2の検出値)を得る。
その後、図8に示すように、閾値設定部1092は、第1の検出値と第2の検出値との間の値を、第1の出力範囲を構成する下限値(符号801に示す第1の閾値)として設定する。
In this case, as shown in FIG. 4, the operator first directs the reference position of the
Next, as shown in FIG. 5, the operator directs the reference position of the
After that, as shown in FIG. 8, the threshold
次いで、図6に示すように、作業者は、検出体2の基準位置を、近接スイッチ1が有する検出面の中心位置に対して約60°の方向に向ける(第3の角度)。そして、作業者は、トリガ受付部1091に対してトリガを入力し、近接スイッチ1はその際の発振の振幅の値(符号601に示す第3の検出値)を得る。
その後、図8に示すように、閾値設定部1092は、第2の検出値と第3の検出値との間の値を、第2の出力範囲を構成する下限値(符号802に示す第3の閾値)として設定する。
Next, as shown in FIG. 6, the operator directs the reference position of the
After that, as shown in FIG. 8, the threshold
次いで、図7に示すように、作業者は、検出体2の基準位置を、近接スイッチ1が有する検出面の中心位置に対して約90°の方向に向ける(第4の角度)。そして、作業者は、トリガ受付部1091に対してトリガを入力し、近接スイッチ1はその際の発振の振幅の値(符号701に示す第4の検出値)を得る。
その後、図8に示すように、閾値設定部1092は、第3の検出値と第4の検出値との間の値を、第1の出力範囲を構成する上限値(符号803に示す第2の閾値)として設定する。
以上により、設定入力部109は、第1の出力範囲及び第2の出力範囲を構成する各閾値を設定できる。
Next, as shown in FIG. 7, the operator directs the reference position of the
After that, as shown in FIG. 8, the threshold
As described above, the setting
上記では、検出体2を出力範囲を構成する下限値及び上限値の間の向き(すなわち、実際に検出体2の検出を行いたい向き)に置いて閾値を設定する場合を示した。しかしながら、閾値の設定方法はこれに限らず、検出体2を出力範囲を構成する下限値及び上限値の向きにおいて閾値を設定してもよい。
In the above, the case where the
このように、実施の形態1に係る検出装置では、回転により近接スイッチ1が有する検出面との間の距離が変わる検出体2を用い、この検出体2との間で複数角度でチューニングを行う(例えば検出値の中間値を自動的に閾値に設定する)。これにより、実施の形態1に係る検出装置では、単一の近接スイッチ1で、検出体2の向きを複数の範囲で区別して検出可能となり、従来の複数の近接スイッチを用いた場合と同等の機能が得られる。
As described above, in the detection device according to the first embodiment, the
なお、検出体2は、回転により近接スイッチ1が有する検出面との間の距離が連続的に変化する形状(回転軸方向から見た形状が、楕円形状、又は回転軸が中心位置からずれた円形状等)に構成されていることが好ましい。
しかしながら、これに限らず、チューニングの見通しがある場合等には、例えば図9に示すように、検出体2は、回転により近接スイッチ1が有する検出面との間の距離が段階的(不連続)に変化する形状(回転軸方向から見た形状が段差を有する形状)に構成されていてもよい。図9では、検出体2の上記段差が2段である場合を示している。一方、検出体2の上記段差の段数を増加させることで、実質的に近接スイッチ1が有する検出面との距離が連続的に変化する形状に近づく。
The
However, not limited to this, when there is a prospect of tuning, for example, as shown in FIG. 9, the distance between the
次に、実施の形態1に係る検出装置の適用例について示す。
実施の形態1に係る検出装置は、例えば図10に示すように、回転動作を行う弁体51を有するバルブ5に適用可能である。このバルブ5としては、例えば図10Aに示すボール弁5a又は図10Bに示すバタフライ弁5bが挙げられる。
Next, an application example of the detection device according to the first embodiment will be described.
The detection device according to the first embodiment can be applied to a valve 5 having a valve body 51 that performs a rotational operation, for example, as shown in FIG. Examples of the valve 5 include the
ボール弁5aは、図10Aに示すように、回転動作を行う弁体51aと、弁体51aに連結された回転軸であるステム52aとを有している。そして、検出体2はステム52aに取付けられる。
同様に、バタフライ弁5bは、図10Bに示すように、回転動作を行う弁体51bと、弁体51bに連結された回転軸であるステム52bとを有している。そして、検出体2はステム52bに取付けられる。
As shown in FIG. 10A, the
Similarly, as shown in FIG. 10B, the
このように、実施の形態1に係る検出装置が、回転動作を行う弁体51を有するバルブ5に適用されることで、検出体2が取付けられるステム52は弁体51の開度に応じて回転するため、検出装置は弁体51の開度を検出可能となる。
As described above, when the detection device according to the first embodiment is applied to the valve 5 having the valve body 51 that performs the rotational operation, the stem 52 to which the
すなわち、例えば図11Aに示すように、検出体2の基準位置が近接スイッチ1が有する検出面の中心位置の方向を向いている場合には弁体51の開度が全開であると判定できる。また、例えば図11Bに示すように、検出体2の基準位置が近接スイッチ1が有する検出面の中心位置に対して約45°の方向を向いている場合には弁体51の開度が中間開度であると判定できる。また、例えば図11Cに示すように、検出体2の基準位置が近接スイッチ1の中心位置に対して約90°の方向を向いている場合には弁体51の開度が全閉であると判定できる。
That is, for example, as shown in FIG. 11A, when the reference position of the
以上のように、この実施の形態1によれば、検出装置は、近接スイッチ1と、導電性を有し、回転により近接スイッチ1が有する検出面との間の距離が変わる検出体2とを備え、近接スイッチ1は、筐体内において検出面に対向配置された検出用コイル101と、発振して検出用コイル101に高周波磁界を発生させる発振回路104と、発振回路104による発振の振幅を検波する検波回路105と、検波回路105により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路106と、比較回路106による複数の閾値との比較結果に基づいて、検波回路105により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路107と、比較回路106に対する複数の閾値を設定する設定入力部109とを有する。これにより、実施の形態1に係る検出装置は、単一の近接スイッチ1で、検出体2の状態を複数区別して検出可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the detection device includes the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, it is possible to modify any component of the embodiment or omit any component of the embodiment.
1 近接スイッチ
2 検出体
3,3a,3b 抵抗
5 バルブ
5a ボール弁
5b バタフライ弁
11 検出部
12 ケーブル
13 出力ピン
51,51a,51b 弁体
52,52a,52b ステム
101 検出用コイル
102 電源
103 安定化電源回路
104 発振回路
105 検波回路
106 比較回路
107 出力回路
108,108a,108b トランジスタ
109 設定入力部
1091 トリガ受付部
1092 閾値設定部
1
Claims (5)
導電性を有し、回転により前記近接スイッチが有する検出面との間の距離が変わる検出体とを備え、
前記近接スイッチは、
筐体内において前記検出面に対向配置された検出用コイルと、
発振して前記検出用コイルに高周波磁界を発生させる発振回路と、
前記発振回路による発振の振幅を検波する検波回路と、
前記検波回路により検波された振幅を複数の閾値とそれぞれ比較する比較回路と、
前記比較回路による複数の閾値との比較結果に基づいて、前記検波回路により検波された振幅が当該複数の閾値から構成される複数の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する出力回路と、
前記比較回路に対する複数の閾値を設定する設定入力部とを有する
ことを特徴とする検出装置。 Proximity switch and
It is provided with a detector that is conductive and whose distance to the detection surface of the proximity switch changes due to rotation.
The proximity switch
A detection coil arranged to face the detection surface in the housing,
An oscillation circuit that oscillates and generates a high-frequency magnetic field in the detection coil,
A detection circuit that detects the amplitude of oscillation by the oscillation circuit and
A comparison circuit that compares the amplitude detected by the detection circuit with a plurality of threshold values, respectively.
An output circuit that outputs a signal indicating whether the amplitude detected by the detection circuit is within a plurality of output ranges composed of the plurality of threshold values based on the comparison result with the plurality of threshold values by the comparison circuit. ,
A detection device including a setting input unit for setting a plurality of threshold values for the comparison circuit.
前記出力回路は、前記比較回路による複数の閾値との比較結果に基づいて、前記検波回路により検波された振幅が、前記第1の閾値と前記第2の閾値から構成される第1の出力範囲内であるかを示す信号と、前記第3の閾値と上限値から構成される第2の出力範囲内であるかを示す信号をそれぞれ出力する
ことを特徴とする請求項1記載の検出装置。 The comparison circuit uses the amplitude detected by the detection circuit as a first threshold value, a second threshold value that is a value different from the first threshold value, the first threshold value, and the second threshold value. The third threshold value, which is a value between, and the upper limit value are compared with each other.
The output circuit has a first output range in which the amplitude detected by the detection circuit is composed of the first threshold value and the second threshold value based on the comparison result with a plurality of threshold values by the comparison circuit. The detection device according to claim 1, wherein a signal indicating whether or not it is within the range and a signal indicating whether or not it is within the second output range composed of the third threshold value and the upper limit value are output.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の検出装置。 The detection device according to claim 1 or 2, wherein the detector is formed in an elliptical shape when viewed from the direction of the rotation axis, or a circular shape in which the rotation axis is deviated from the center position.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の検出装置。 The detection device according to claim 1 or 2, wherein the detector is formed in a shape having a step when viewed from the direction of the rotation axis.
前記弁体に連結されたステムと、
請求項1から請求項4のうちの何れか1項記載の検出装置とを備え、
前記検出体は、前記ステムに取付けられた
ことを特徴とするバルブ。 A valve body that rotates and
The stem connected to the valve body and
The detection device according to any one of claims 1 to 4 is provided.
The detector is a valve that is attached to the stem.
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