JP3203449B2 - ループセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属の被検出体の存在
をインダクタンス変化によって検出するループセンサに
関し、特に、ドリフト補正することなく被検出体の存在
判定出力を連続的に発生できるループセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、空港の誘導路等における航空機
の存在や踏切等における接近する列車の存在或いは駐車
場等における自動車の存在等、金属製の被検出体の存在
を検出するためのセンサとして、ループセンサが知られ
ている。かかるループセンサは、被検出体の検出領域に
ループ状に導線を敷設し、この導線上における金属製の
被検出体の有無による導線の自己インダクタンスの変化
を検出して、被検出体の存在の有無を検出するものであ
る。

【０００３】ところで、ループセンサは、温度の変化や
導線の変形により緩やかな特性変動、所謂、ドリフトが
発生し易い。また、ループセンサは、導線から被検出体
までの距離が比較的遠いため感度が低い。このため、ル
ープセンサの出力（インダクタンスの変化）のみに基づ
いて被検出体の有無を判定した場合、ドリフトが大きい
場合はドリフト分が加算されることから誤検出する虞れ
がある。従って、従来のループセンサでは、ドリフト補
正機能を付加してドリフト補正を自動的に行う方法や、
インダクタンスの変化率だけを検出する方法等を採用す
ることでドリフトに起因する誤検出を防止するようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
ドリフト補正機能を付加した場合では、センサ構成上の
複雑さがある。また、被検出体が存在しない時にドリフ
ト補正を行う必要があるため、被検出体が頻繁に存在す
ると補正タイミングが見出せない場合がある等の問題が
あった。また、後者のインダクタンスの変化率を検出す
る方法では、導線上に被検出体が長時間存在し続けると
インダクタンスの変化がなくなり、被検出体の存在を示
す判定信号が途中で消滅してしまい、被検出体の存在を
連続的に示す判定信号、所謂、プレゼンス信号が得られ
ない欠点がある。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
ので、ドリフト補正機能を付加することなく、被検出体
が存在している時に連続的に存在判定信号を発生できる
プレゼンス型のループセンサを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
被検出体の検出領域に導線をループ状に敷設し、前記検
出領域における被検出体の存在を前記導線のインダクタ
ンス変化に基づいて検出する構成のループセンサにおい
て、前記導線に沿って設けた抵抗線と、前記抵抗線の両
端を一定周期で交互に短絡・開放させるスイッチング手
段と、該スイッチング手段の周期的な短絡・開放動作に
基づく前記導線のインダクタンス変化に対応した出力を
発生しインダクタンス変化を抽出するインダクタンス変
化抽出手段と、該インダクタンス変化抽出手段からの出
力の変化が小さい時に被検出体有りの判定出力を発生
し、変化が大きい時に被検出体無しの判定出力を発生す
る判定手段とを備えて構成した。

【０００７】また、前記判定手段は、インダクタンス変
化抽出手段の出力を増幅する増幅器と、該増幅器の増幅
出力を検波する検波回路と、該検波回路からの検波出力
をレベル検定し検波出力の変化が小さい時に被検出体有
りに相当する直流出力を発生し、検波出力の変化が大き
い時に被検出体無しに相当する交流出力を発生するレベ
ル検定回路とを備えて構成するとよい。

【０００８】また、前記導線と抵抗線とを互いに絶縁し
て１本のケーブルとして前記検出領域に敷設する構成と
する。

【０００９】

【作用】かかる構成において、スイッチング手段によっ
て、抵抗線の両端を一定周期で短絡・開放してインダク
タンス変化抽出手段でその時のインダクタンス変化を検
出する。短絡期間では、導線に沿って導体の短絡環が形
成され金属製の被検出体が存在する時と同様に導線のイ
ンダクタンスが変化し、開放期間では被検出体が存在し
ない状態と同じで導線のインダクタンスは変化しない。
この状態で被検出体が検出領域上に進入すると、開放期
間におけるインダクタンス変化値が短絡期間のインダク
タンス変化値に接近し両者の差が小さくなる。インダク
タンス変化抽出手段からは上述のようなインダクタンス
変化に対応した出力が発生する。そして、判定手段は、
インダクタンス変化抽出手段からの出力の変化が小さい
時に被検出体有りの判定出力を発生し、変化が大きい時
に被検出体無しの判定出力を発生する。

【００１０】即ち、検出領域上に被検出体が存在する時
や抵抗線を短絡して導体の短絡環を形成した時には導線
のインダクタンスが変化する。このインダクタンスの変
化量（元のインダクタンスと変化後のインダクタンスと
の差）は、元のインダクタンスが変動（ドリフト）して
も変わらない。このため、スイッチング手段で、抵抗線
を一定周期で短絡・開放した時のインダクタンス変化
は、低周波のドリフトに乗った形で生じる。従って、抵
抗線の短絡期間と開放期間におけるインダクタンスの変
化幅に基づいて被検出体の存在の有無を判定すれば、ド
リフトの影響を受けずに被検出体の存在検出ができる。

【００１１】そこで、本発明では、インダクタンス変化
抽出手段は、抵抗線の短絡期間と開放期間におけるイン
ダクタンスの変化幅に対応した出力を発生しており、こ
の出力に基づいて判定手段で判定する構成であるので、
ドリフト補正を行うことなく連続的な存在判定信号（プ
レゼンス出力）を得ることができるようになっている。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明のループセンサの実施例を示す回
路構成図である。図１において、例えば、駐車場や空港
或いは踏切等における被検出体の検出領域に、ループ状
に導線１（図中実線で示す）と抵抗線２（図中破線で示
す）とを備えた図２に示すようなケーブル３を敷設す
る。ケーブル３は、中心部に導線１を有し、該導線１の
周囲を絶縁材４で被覆し、その外側に抵抗線２を導線１
に沿って配置し、シース５で覆う構成である。ここで、
導線１は多芯構造でもよい。

【００１３】前記導線１は、ブリッジ回路６に接続して
その一辺を構成しており、ブリッジ回路６は、第１信号
発生器７から高周波信号（例えば１００ＫＨｚ程度）が
供給され、導線１のインダクタンス変化に対応した出力
を発生する。ここで、第１信号発生器７とブリッジ回路
６とでインダクタンス変化抽出手段が構成される。前記
抵抗線２は、その両端がアナログスイッチ８に接続さ
れ、アナログスイッチ８は、第２信号発生器９からの矩
形波信号（例えば５〜１０ＫＨｚ）によってＯＮ−ＯＦ
Ｆし、抵抗線２の両端を前記矩形波信号の周波数に対応
した一定周期で短絡・開放する。ここで、アナログスイ
ッチ８と第２信号発生器９とでスイッチング手段が構成
される。

【００１４】尚、アナログスイッチの代わりにリレーを
用いてもよい。また、抵抗線２として、導線の終端部に
インピーダンスを接続する構成としてもよい。また、本
実施例では、導線と抵抗線とを一体化して１本のケーブ
ルを検出領域に敷設するようにしたが、導線と抵抗線と
を別体として敷設してもよいことは言うまでもない。前
記ブリッジ回路６からの出力は、ノイズ除去用のフィル
タ１０を介して増幅器１１で増幅された後、検波回路１
２で検波され、レベル検定回路１３に入力する。レベル
検定回路１３は、検波回路１２の検波出力の変化が小さ
い時には被検出体有りを示す直流の判定出力を発生し、
変化が大きい時には被検出体無しを示す交流の判定出力
を発生する構成である。ここで、本実施例では、フィル
タ１０、増幅器１１、検波回路１２及びレベル検定回路
１３によって判定手段を構成している。

【００１５】次に本実施例のループセンサの動作を図３
及び図４を参照しながら説明する。尚、図３及び図４の
ａ〜ｄの波形は、図１中のａ〜ｄの位置における波形を
示している。本実施例のループセンサでは、第２信号発
生器９から図３のａで示す矩形波信号を発生すると、ア
ナログスイッチ８がＯＮ−ＯＦＦして抵抗線２が一定周
期で短絡・開放する。抵抗線２の両端が短絡した時は、
導線１に沿って短絡環が形成されるので、金属物体が検
出領域にある時と略同じ状態となる。このため、抵抗線
２両端の短絡・開放に伴って、被検出体が存在する状態
と存在しない状態が擬似的に形成されて導線１にインダ
クタンス変化が生じる。そして、導線１のインダクタン
ス変化に応じた出力がブリッジ回路６から出力される。
本実施例のブリッジ回路６では、抵抗線２両端が短絡し
た時に振幅の大きい出力が得られ、開放された時に振幅
の小さい出力が得られる構成としている。尚、ブリッジ
回路６における導線１の接続状態によって逆の出力特性
とすることは可能である。

【００１６】ブリッジ回路６からのインダクタンス変化
に応じた出力は、フィルタ１０によってノイズが除去さ
れ、増幅器１１によって図３のｂのように増幅された
後、検波回路１２に入力する。検波回路１２では、図３
のｂの入力信号の包絡線検波を行い図３のｃで示すよう
な包絡線検波信号が出力される。

【００１７】ここで、ドリフトはブリッジ回路６の出力
そのものの変動であり、金属物体が存在するしないに拘
らず導線１のインダクタンス値に対応するブリッジ回路
出力にドリフト分が加わる。このため、両者のインダク
タンス値の差、即ち、インダクタンス変化量は、ブリッ
ジ回路の出力がドリフトしてもその割合としては変わら
ず、低周波のドリフトに乗った形でインダクタンス変化
に対応した出力変化が生じている。

【００１８】従って、検波回路１２において包絡線検波
することで、インダクタンスの変化量に対応する振幅を
有する信号を抽出することができ、ここでドリフトの影
響を取り除くことができる。検波回路１２で検波された
図３のｃの検波出力は、レベル検定回路１３に入力さ
れ、予め設定したスレショルドレベルＶ_THと比較され
る。

【００１９】ここで、検出領域に被検出体が存在しない
場合、抵抗線２の短絡期間と開放期間におけるインダク
タンス変化量の振幅が大きく、開放期間で検波出力がス
レショルドレベルＶ_THより小さくなる。このため、レベ
ル検定回路１３からは図３のｄに示すような交流の被検
出体の不在判定出力が発生する。一方、検出領域に被検
出体が存在する場合、抵抗線２の開放区間においても被
検出体の存在によって導線１に大きなインダクタンス変
化が生じ、抵抗線２の開放期間におけるインダクタンス
変化量が短絡期間におけるインダクタンス変化量に接近
し、短絡期間と開放期間におけるインダクタンス変化量
の振幅が小さくなる（図４のｂ、ｃの波形参照）。この
ため、短絡期間は勿論、開放期間での検波出力もスレシ
ョルドレベルＶ_THより大きくなり、レベル検定回路１３
からは図４のｄに示すような直流の被検出体の存在判定
出力が発生する。

【００２０】かかる構成によれば、被検出体が検出領域
に存在していれば、レベル検定回路１３からは連続的に
直流の存在出力を発生し続けることができ、従来のよう
なドリフト補正機能を付加することなく、ドリフトの影
響のない被検出体の存在を示す判定出力を連続的に生成
することができるプレゼンス出力の得られるループセン
サを構成することができる。

【００２１】そして、レベル検定回路１３から交流出力
が発生する時に高エネルギ状態に相当する論理値１の出
力が生成され、直流出力が発生する時に低エネルギ状態
に相当する論理値０の出力が生成されるよう構成すれ
ば、高エネルギ状態で被検出体の不在（安全）を示すこ
とができ、低エネルギ状態で被検出体の存在（危険）を
示すことができ、センサ故障時に交流出力が生成されず
その出力が被検出体存在を示す出力形態（危険を示す）
と同じとなり、フェールセーフなループセンサを構成す
ることが可能である。

【００２２】尚、本実施例では、被検出体存在時のレベ
ル検定回路１３の出力は、あるレベルを持った直流出力
となるが、ブリッジ回路６の出力特性を逆特性とした場
合には、ブリッジ回路出力レベルは、短絡期間で小、開
放期間で大となるので、被検出体存在時では開放期間の
レベルが本実施例と逆に低下するようになり、レベル検
定回路１３における検波出力のレベル検定は全ての期間
でスレショルドレベルＶ_THより低くなり、レベル検定回
路１３の直流出力レベルは零となる。

【００２３】また、ドリフトが大きい場合には、ブリッ
ジ回路と検波回路との間に、低周波信号をカットするハ
イパスフィルタを設けてドリフトによる低周波成分を除
去することが望ましい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、導
線に沿って設けた抵抗線を周期的に短絡・開放し、被検
出体が存在する時と不在の時との短絡期間と開放期間に
おけるインダクタンス変化量の振幅変化を監視する構成
とすることにより、複雑なドリフト補正回路を設けるこ
となくプレゼンス出力を得ることができると共に、セン
サの回路構成を簡素化でき、コストを低減できる。

【００２５】また、振幅変化をレベル検定して被検出体
不在の時交流出力を発生させ、被検出存在時に直流出力
を発生させ、交流出力発生時に論理値１とし、直流出力
発生時に論理値０とする構成とすれば、故障時に論理値
０の出力となるフェールセーフなループセンサを構成す
ることができる。また、抵抗線と導線を１本ケーブルに
一体に設ける構成とすれば、導線及び抵抗線の敷設作業
が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るループセンサの一実施例を示す回
路図

【図２】同上実施例の導線と抵抗線を備えたケーブルの
断面図

【図３】同上実施例の被検出体不在時における要部の出
力波形図

【図４】同上実施例の被検出体存在時における要部の出
力波形図

【符号の説明】

１ 導線 ２ 抵抗線 ３ ケーブル ６ ブリッジ回路 ７ 第１信号発生器 ８ アナログスイッチ ９ 第２信号発生器 １１ 増幅器 １２ 検波回路 １３ レベル検定回路

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検出体の検出領域に導線をループ状に敷
   設し、前記検出領域における被検出体の存在を前記導線
   のインダクタンス変化に基づいて検出する構成のループ
   センサにおいて、 前記導線に沿って設けた抵抗線と、 前記抵抗線の両端を一定周期で交互に短絡・開放させる
   スイッチング手段と、 該スイッチング手段の周期的な短絡・開放動作に基づく
   前記導線のインダクタンス変化に対応した出力を発生し
   インダクタンス変化を抽出するインダクタンス変化抽出
   手段と、 該インダクタンス変化抽出手段からの出力の変化が小さ
   い時に被検出体有りの判定出力を発生し、変化が大きい
   時に被検出体無しの判定出力を発生する判定手段と、 を備えて構成したことを特徴とするループセンサ。
2. 【請求項２】前記判定手段は、インダクタンス変化抽出
   手段の出力を増幅する増幅器と、該増幅器の増幅出力を
   検波する検波回路と、該検波回路からの検波出力をレベ
   ル検定し検波出力の変化が小さい時に被検出体有りに相
   当する直流出力を発生し、検波出力の変化が大きい時に
   被検出体無しに相当する交流出力を発生するレベル検定
   回路とを備えて構成したことを特徴とする請求項１記載
   のループセンサ。
3. 【請求項３】前記導線と抵抗線とを互いに絶縁して１本
   のケーブルとして前記検出領域に敷設する構成としたこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載のループセンサ。