JP2929798B2

JP2929798B2 - 動作位置検出センサ

Info

Publication number: JP2929798B2
Application number: JP25659391A
Authority: JP
Inventors: 直弘金万; 和彦堀越
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1991-10-03
Filing date: 1991-10-03
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: JPH05118810A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動作位置を検出するセ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、開閉器の開閉状態を遠隔地で監
視する場合、開閉器の開閉状態に連動する部材の位置を
センサにより検出し、そのセンサの出力信号により、遠
隔地で開閉器の開閉状態を判断している。通常、このセ
ンサとして、機械的接点を使用したリミットスイッチが
使用される。しかし、機械的接点を使用することは、接
点の消耗、機構部分の損耗等があり、寿命が短く、保守
点検を必要とする。

【０００３】本発明者は、この動作位置を検出するセン
サとして、光学的センサを使用することにより、寿命の
長いセンサを得ようと検討した。以下は、公知とされた
技術ではないが、本発明者によって検討された技術であ
り、図１１を用いて説明をする。図１１は、従来例のセ
ンサを示す構成図である。

【０００４】センサユニット１の発光素子２から出た光
は、投光用光ファイバ３により光スイッチ部４に導かれ
る。光スイッチ部４には、投光用光ファイバ３と受光用
ファイバ５の端面が対向して配置され、両者の対向面間
に出入りするプランジャ７が設けられている。プランジ
ャ７が光路外に出ている時は、通過した光は受光用ファ
イバ５を通ってセンサユニット１へ戻る。センサユニッ
ト１に戻った光はフォトトランジスタ６に導かれ、出力
信号を出す。プランジャ７が両者の対向面間に入って光
を遮っていると、フォトトランジスタ６は出力信号を出
さない。

【０００５】以上のセンサは、プランジャ７を例えば開
閉器の開閉状態に連動させることにより、開閉器がＯＮ
で光が通過してセンサの出力信号はＯＮとなり、リミッ
トスイッチのａ接点に対応した電気信号が得られ、開閉
器がＯＦＦで光が遮られると出力信号はＯＦＦとなり、
リミットスイッチのｂ接点に対応した電気信号が得られ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のセンサでは、受光・遮光を光─電変換してａ接点ｂ
接点に対応した信号を作り出しているため、遮光により
出力信号がない状態と、光ファイバの断線又は光軸ずれ
等による異常で出力信号がない状態とを判別することが
不可能である。

【０００７】本発明は、動作位置検出センサを、動作位
置検出と同時に異常を自己検出できるセンサとすること
により、誤動作を防止し安全性を高めた動作位置検出セ
ンサを提供することを目的とするものである。

【０００８】本発明の前記ならびにほかの目的と新規な
特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかにな
るであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のうち代表的なも
のの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

【００１０】すなわち、異なる偏光の方向の光信号或い
は異なる波長の光信号というように光信号を二重化し、
動作位置に応じて二重化された光信号の一方を得て動作
位置を判断するものである。

【００１１】

【作用】上記した手段によれば、光信号の判別により、
動作位置が判断できると同時に、異なる光信号が同時に
検出されたり、いずれからも検出されなかったりした場
合を異常と判断することにより、自己点検が可能となる
ものである。

【００１２】以下、本発明の構成について、開閉器の動
作位置の検出に適用した実施例とともに説明する。

【００１３】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００１４】

【実施例】

〔実施例１〕実施例１について図１及び図２を用いて説
明する。図１は実施例１のセンサの構成図、図２は図１
に用いる光スイッチの斜視図である。

【００１５】センサユニット１の発光素子２から出た光
は、投光用光ファイバ３を通って、光スイッチ部４に導
かれる。該光スイッチ部４には投光用光フィイバ３の端
面に対向してプランジャ７が位置しており、該プランジ
ャ７は開閉器の動作に連動して図示上下方向に移動す
る。

【００１６】プランジャ７には、図２に示すように、縦
方向偏光フィルタ８と横方向偏光フィルタ９が取り付け
られている。両フィルタ８、９は、プランジャ７の移動
により、開閉器のＯＮ位置で横方向偏光フィルタ９が投
光用光ファイバ３に対向し、開閉器のＯＦＦ位置で縦方
向偏光フィルタ８が投光用光ファイバ３に対向するよう
に配置されている。

【００１７】そして、投光用光ファイバ３に対向して設
けられる受光用光ファイバは２本設けられ、一方の受光
用光ファイバ１２の端面には、縦方向偏光フィルタ１０
が設けられ、他方の受光用光ファイバ１３の端面には、
横方向偏光フィルタ１１が設けられる。これら、受光用
光ファイバ１２、１３に入射した光は、センサユニット
１に戻る。センサユニット１に戻った光は、各々別のフ
ォトトランジスタ１４、１５に導かれ、別個の出力信号
を出す。

【００１８】以上のセンサの動作を説明する。

【００１９】開閉器がＯＮのとき、プランジャ７は、図
示上方に移動し、横方向偏光フィルタ９が光路に挿入さ
れる。これにより、受光用光ファイバのうち、横方向偏
光フィルタ１１を設けた受光用ファイバ１３に光は入射
されるが、他方の縦方向偏光フィルタ１０を取り付けた
受光用ファイバ１２には光は入射しない。従って、セン
サユニット１の一方のフォトトランジスタ１４が出力信
号を出す。開閉器がＯＦＦのときは、以上と逆の動作が
行われ、センサユニット１の他方のフォトトランジスタ
１５が出力信号を出す。

【００２０】以上の動作の説明から明らかなように、開
閉器のＯＮ、ＯＦＦ動作によりフォトトランジスタ１
４、１５のいずれかが出力信号を出す。つまり、通常の
動作が行われている場合は、フォトトランジスタ１４、
１５はいずれか一方のみが信号を出し、フォトトランジ
スタ１４、１５の両方から出力がある、或いは両方とも
出力がないということはセンサに断線等の異常があると
いうこととなる。従って、これら２つのフォトトランジ
スタ１４、１５の出力信号の状態を検知することによ
り、動作位置の判断と同時に、センサの異常を検出する
ことが可能となる。

【００２１】表１に、２つのフォトトランジスタ１４、
１５の出力信号の状態と、判断との関係を示す。（○は
出力アリ、×は出力ナシを表す。）

【００２２】

【表１】

【００２３】番号１及び番号２は異常のない状態で、番
号３及び番号４が異常のある状態である。この異常状態
は、２つのフォトトランジスタ１４、１５の出力を排他
的論理和（ＥＯＲ）回路に入力し、該ＥＯＲ回路からの
出力で異常ありと判断できる。

【００２４】〔実施例２〕上記実施例１では、フィルタ
を使用しているが、これに代わって反射体を使用するこ
とが可能である。また、移動体は直線運動のもののみで
はなく、回転体のものにも適用できる。その例を実施例
２として説明する。実施例２について、図３及び図４を
用いて説明をする。図３は本例のセンサの構成図、図４
は図３の光スイッチ部の一部を拡大した斜視図である。

【００２５】光スイッチ部４内において、開閉器の動作
に連動して回転する軸１６の端部に回転板１７を設け、
その面に回帰反射板１８と反射板１９を取り付ける。光
スイッチ部４内には、投光用光ファイバ３、受光用光フ
ァイバ１２、１３が、その端面を回転板１７に向けて並
列して配置される。投光用光ファイバ３の先端には縦方
向偏光フィルタ１０が設けられ、一方の受光用光ファイ
バ１３には横方向偏光フィルタ１１が設けられ、他方の
受光用光ファイバ１２には縦方向偏光フィルタ１０が設
けられる。その他の構成は実施例１と同様である。

【００２６】以上のセンサの動作の説明をすると、図４
に示すように、開閉器がＯＮのとき、軸の回転により回
帰反射板１８が投光用光ファイバ３及び受光用光ファイ
バ１２、１３と対向する。これにより、投光用光ファイ
バ３の先端に設けられた縦方向偏光フィルタ１０により
縦偏光された光は、横偏光に変えられて反射される。従
って、横方向偏光フィルタ１１が設けられた受光用光フ
ァイバ１３に光が入射され、一方のフォトトランジスタ
１４から出力信号が得られる。また、縦方向偏光フィル
タ１０が設けられた受光用光ファイバ１２には、光は入
射しないから、他方のフォトトランジスタ１５から出力
信号は得られない。

【００２７】開閉器がＯＦＦのときは、軸１６の回転に
より反射板１９が投光用光ファイバ３及び受光用光ファ
イバ１２、１３と対向する。これにより、投光用光ファ
イバ３の先端に設けられた縦方向偏光フィルタ１０によ
り縦偏光された光は、縦偏光のまま反射される。従っ
て、横方向偏光フィルタ１１が設けられた受光用光ファ
イバ１３には光が入射されず、一方のフォトトランジス
タ１４から出力信号は得られない。また、縦方向偏光フ
ィルタ１０が設けられた受光用光ファイバ１２には、光
が入射するから、他方のフォトトランジスタ１５から出
力信号が得られる。

【００２８】以上の説明のように、実施例２において
も、開閉器のＯＮ、ＯＦＦ動作によりフォトトランジス
タ１４、１５のいずれかが出力信号を出す。以下、これ
らの出力信号により開閉器のＯＮ、ＯＦＦ或いは異常を
判断する手法は実施例１と同様であるので、説明は省略
する。

【００２９】〔実施例３〕上記実施例１及び実施例２
は、偏光の方向を利用した例であるが、光の波長を利用
することも可能である。この例を実施例３として説明す
る。

【００３０】実施例３について図５及び図６を用いて説
明する。図５は、センサの構成図であり、図６は、図５
に用いる発光素子のスペクトラム図である。

【００３１】電源２１により発光素子２が発光し、ファ
イバ入力レンズ２２により投光用光ファイバ３に光が入
射され、光は光スイッチ部４まで導かれる。光スイッチ
部４には、開閉器の動作に連動して図示上下方向に移動
するガラス板２３が設けられ、該ガラス板上に２つのフ
ィルタ２４、２５が設けられている。

【００３２】前記発光素子２は単一波長発光素子であ
り、発光スペクトラムは図６に示すとおりである。そし
て、スペクトラムの光強度のピークの波長λｐを中心と
して、一方のフィルタ２４を波長λｐより長い波長λａ
の光を通すフィルタとし、他方のフィルタ２５を波長λ
ｐより短い波長λｂの光を通すフィルタとする。

【００３３】いずれかのフィルタを通過した光は、本例
では、直接受光素子に入射されず、いったん受光用光フ
ァイバ５に入射され、センサユニット１に戻る。センサ
ユニット１には、ダイクロイックミラー２６が設けら
れ、受光用光ファイバ５からダイクロイックミラー２６
に入射された光は、長い波長λａと短い波長λｂとに分
けられてここで２つの受光素子２７又は２８に導かれ
る。各受光素子２７、２８の出力は、各々信号処理回路
２９、３０を通じ、２つの出力３１、３２として出力さ
れる。

【００３４】この出力３１を開閉器のＯＮに対応させ、
出力３２を開閉器のＯＦＦに対応させれば、前記の実施
例１及び実施例２と同様に、動作位置の検出と異常の自
己検出が可能である。その手法についての説明は、実施
例１と同様であるので、ここでは省略する。

【００３５】なお、本例では、光スイッチ部４以降の受
光用光ファイバ５を１本としているため、光ファイバの
断線が生じると両方の出力がなくなるので、光ファイバ
の断線を開閉器の位置と関係なく直ちに判別することが
可能である。

【００３６】本例は、更に種々変更が可能であるので、
図７〜図９を用いて説明をする。

【００３７】前記のダイクロイックミラー２６の代わり
に、図７に示すように、ビームスプリッタ３３により光
を２つに分け、長い波長λａの光を通すフィルタ３４と
短い波長λｂの光を通すフィルタ３５を使用してもよ
い。

【００３８】前記のガラス板２３上のフィルタ２４、２
５の代わりに、図８に示すように、ダイクロイックミラ
ー３６、３７を使用してもよい。

【００３９】また、発光素子も単一波長のものでなく、
多波長発光素子を使用してもよい。多波長発光素子のス
ペクトラム図は図９に示すように、ピークが２つ以上で
きるので、各ピーク部分を使用することができる。

【００４０】更に、図示は省略するが、回折格子、プリ
ズム等の光路部品を使用することも可能である。

【００４１】〔実施例４〕以上説明してきた例は、投光
用光ファイバと受光用光ファイバを別個に設けている
が、これらの一部を共用することも可能である。その例
を実施例４として図１０を用いて説明する。図１０は実
施例４の全体の構成図である。

【００４２】本例は、実施例３と同様に波長選別による
例であり、光スイッチ部４を、図８のようなミラーを使
用した反射型光スイッチ部３８とする。センサユニット
１と光スイッチ部４とを接続する光ファイバ３９を投光
用と受光用を兼用して１本とする。光スイッチ部４によ
り反射された光は、光ファイバ３９を通じ再びセンサユ
ニット１に戻り、その一部がカプラ４０により受光用光
ファイバ５を通して波長別光─電変換回路４１に伝えら
れる。波長別光─電変換回路４１の内容は、実施例３と
同様に２つの受光素子を備えたものであるが、詳細の説
明は省略する。

【００４３】以上本発明を実施例に基づき具体的に説明
したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるこ
とはいうまでもない。例えば、以上の説明では主として
本発明を開閉器の動作位置の検出に適用した場合につい
て説明したが、それに限定されるものではない。

【００４４】また、種々の変更例を説明してきたが、こ
れら変更例の組合せも、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々組合せ可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明の効果を簡単に説明すれば、下記
のとおりである。

【００４６】すなわち、本発明によれば、動作位置の検
出とセンサの異常検出とを同時に行うことができ、セン
サの異常により動作位置の判断を誤ることがなくなり、
誤動作を防止し、安全性を高めることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のセンサの構成図。

【図２】図１に用いる光スイッチの斜視図。

【図３】実施例２のセンサの構成図。

【図４】図３に用いる光スイッチの斜視図。

【図５】実施例３のセンサの構成図。

【図６】図５に用いる発光素子のスペクトラム図。

【図７】図５の受光部分の変更例の説明図。

【図８】図５の光スイッチの変更例の説明図。

【図９】多波長発光素子のスペクトラム図。

【図１０】実施例４のセンサの構成図。

【図１１】従来例のセンサを示す構成図。

【符号の説明】

１…センサユニット、２…発光素子、３…投光用光ファ
イバ、４…光スイッチ部、５、１２、１３…受光用光フ
ァイバ、６、１４、１５…フォトトランジスタ、７…プ
ランジャ、８、１０…縦方向偏光フィルタ、９、１１…
横方向偏光フィルタ、１６…軸、１７…回転板、１８…
回帰反射板、１９…反射板。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子、動作位置を検出すべき移動体
と連動し、前記発光素子から導かれた光を二重化された
光信号とし、移動体の位置に応じてその一方を出力する
手段、該手段の出力を受ける２つの受光手段、該２つの
受光手段からの光信号を電気信号に変換する２つの光電
変換装置、この２つの光電変換装置からの出力信号が、
いずれか一方から出力されるときは動作位置を判断し、
両方から出力があったとき又は両方から出力がないとき
はセンサが異常であると判断する手段よりなる動作位置
検出センサ。
【請求項２】光信号を二重化する手段として、偏光の
方向を異なるものとする手段を用いた請求項１記載の動
作位置検出センサ。
【請求項３】光信号を二重化する手段として、光の波
長を異なるものとする手段を用いた請求項１記載の動作
位置検出センサ。