JP3613034B2

JP3613034B2 - Capacitive proximity sensor

Info

Publication number: JP3613034B2
Application number: JP31591698A
Authority: JP
Inventors: 道明谷口; 高志山田
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2018-11-06
Also published as: JP2000147135A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物体の接近を検知するための非接触型の静電容量型近接センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量型近接センサは電極と対地間の静電容量の変化を検出するものであり、検出対象となる物体としては金属体に限らず種々の誘電体を検出することができる。金属体は高周波発振型近接センサで検出できることから、静電容量型近接センサは誘電体を検出対象とすることが多い。従来の静電容量型近接センサでは、検出電極に発振回路を接続し、電極と対地間との静電容量の変化を発振周波数の変化として捉え、これに基づいて誘電体の近接を検出するようにしている。又電極を含む増幅回路を構成し、静電容量の変化によって発振振幅が変化することから誘電体の近接を検出するようにした近接センサも用いられている。
【０００３】
従来のいずれの方式の静電容量型近接センサの場合も、誘電率の変化を効果的に検出するために発振周波数は比較的低い周波数、即ち数百ＫＨｚ〜１ＭＨｚ程度の周波数が選択される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来の静電容量型近接センサでは、高誘電率の物体が近接している場合、その物体を介してその先にある物体を検出することは難しいという欠点があった。又従来の静電容量型近接センサでは、誘電率の低い物体を検出することが難しいという欠点があった。例えばダクトに高粘度の液体を通過させる場合には、一部の液体が壁面に付着する。従ってダクトの壁面にのみ液体が付着した状態で通過しているのか、ダクトに空気層を含むことなく液体が通過しているかどうかを認識することが難しいという欠点があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、従来の静電容量型近接センサでは検出が困難であった高誘電率の物体を介してその向こう側にある物体や、高粘度の液体等の誘電率の低い物体を効果的に検出することができる静電容量型近接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】
本願の請求項１の発明は、誘電体のダクトを介してダクト内を通過するショ糖を含む液体を検出する静電容量型近接センサであって、検出物体に近接するように構成された検出電極と、前記検出物体の緩和周波数の１／１０〜１０倍の範囲内の周波数で発振し、前記検出電極と接地端間の静電容量の増加及び誘電損の増加によって同一方向に発振周波数が変化する発振回路と、前記検出電極に対する検出物体の近接を前記発振回路の発振周波数に基づいて判別する周波数判別手段と、を有することを特徴とするものである。
【０００７】
本願の請求項２の発明は、請求項１の静電容量型近接センサにおいて、前記発振回路の発振周波数は、検出物体の緩和周波数の１／２〜２倍の範囲内の周波数であることを特徴とするものである。
【０００８】
本願の請求項３の発明は、請求項１又は２の静電容量型近接センサにおいて、前記検出電極は筒状の容器に対応した略半円形の電極であることを特徴とするものである。ここで略半円形とは「半円形又はそれに準ずる形状」の意味であり、例えば六角形，八角形などの多角形を半分にしたような形状も含まれるとする。
【０００９】
本願の請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項の静電容量型近接センサにおいて、前記発振回路及び発振周波数判別手段を実装したプリント基板を耐水性の筐体内に収納したことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
静電容量型近接センサの測定対象となる誘電体にはイオン性の大きい結合が非対称に存在する有極性分子が存在しており、電界を印加したとき分極が生じるが、誘電分極全体に占める配向分極の割合が比較的大きい。配向分極の緩和周波数は、従来の静電容量型近接センサでは交流電界の周波数よりも十分大きいので、誘電分極は静電容量型近接センサの検出電極から発生する電界に対して十分に追従している。このため誘電損が小さく、無視できるレベルとなっている。しかし電極から発生する交流電界の周波数が所定周波数以上となれば、変化する電界に分極が十分追従できなくなり、電界より９０°位相の進んだ誘電体への充電電流だけでなく、電界と同相の電流が流れるようになる。この同相電流の流れ易さを誘電損として定義する。誘電損の変化によってＣＲ型の充放電回路の時定数が変化する発振回路を構成することによって、誘電率の変化だけでなく誘電損の変化も同時に検出することができる。
【００１１】
ここで誘電損が生じる周波数は物体によって異なり、緩和周波数付近又はこれより高い周波数の電界を印加したときに誘電損が生じることが示されている。（１９８０年３月２日オーム社発行、「電気材料」、改訂第２版第１３〜１９頁）
【００１２】
誘電体に電界を印加し、平衡に達した後電界を除くと、分極は漸減する。分極が１／ｅになるまでの時間を緩和時間τ、その逆数を緩和周波数ｆ_r とすると、液体の場合には緩和時間τは次式で示される。
τ＝４πｒ³ η／ｋＴ
但し
ｒ：液体の分子半径
η：液体の粘度
ｋ：ボルツマン定数
Ｔ：絶対温度
例えば清涼飲料水等に多く含まれるショ糖（Ｃ₆ Ｈ₁₂Ｏ₆ ）の場合には、
ｒ＝１．０×１０^-9ｍ
η＝１Ｐａ・ｓ
ｋ＝１．３８×１０^-28 Ｊ／Ｋ
Ｔ＝２８０Ｋ（＝７℃）
とすると、緩和周波数ｆ_r は約３．１ＭＨｚとなる。他の液体についても粘度，分子半径等に基づいて緩和周波数を算出することができる。又固体、例えば塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ），ポリエステル樹脂（ＰＥＴ）等の緩和周波数も１ＭＨｚ程度であるものが多い。
【００１３】
さて図２（ａ）に示すように平行平板型のコンデンサの極板間に誘電体がない場合の静電容量をＣ_０とし、これに交流電界を印加すると印加電圧に対して電流の位相が進み、電圧，電流をベクトルＶ，Ｉで表すと、その関係は次式で示される。
【数１】

そして図２（ｂ）に示すように電極の間に誘電体を入れると、電荷密度は増加して静電容量は誘電率ε_ｒ′倍増加し、ε_ｒ′Ｃ_０となる。そして電界の周波数が緩和周波数ｆ_ｒに近づくとＱの変化が電圧に追従できなくなって遅れる。この状態では充電電流の他に印加電圧と同相の電流が流れるようになり、電流ベクトルは次式で示される。
【数２】

Ｇは誘電体のコンダクタンスを示す。又図２（ｃ）はこのベクトルを示す図である。従って式（１），式（２）を対応させると電流は次式で示される。
【数３】

ここでＣ／Ｃ_０＝ε_ｒ′、Ｇ／ωＣ_０＝ε_ｒ″とすると、誘電率は次式で示される。
【数４】

ここでε_ｒ′は実効比誘電率、ε_ｒ″は比誘電損率である。
【００１４】
そして本発明では実効比誘電率と比誘電損率の両方を周波数変化に置き換えるために、これらが１０：１〜１：１０の範囲内にあるように発振周波数を選択する。そして空気の実効比誘電率＝１、誘電損＝０と近似できることから、これらの間に以下の関係が成り立つことが必要である。
０．１≦（ε_ｒ′−１）／ε_ｒ″≦１０
図３は正規化周波数ωτ、即ち緩和周波数ｆ_ｒに対する正規化された実効比誘電率ε_ｒ′−１と比誘電損率ε_ｒ″を示すグラフである。このように本発明では、静電容量型近接センサの発振回路の発振周波数を緩和周波数の１／１０〜１０倍の範囲とする。そして好ましくは検出物体の緩和周波数の１／２〜２倍の範囲の周波数を発振周波数とし、１：１であることが最も好ましい。そして発振回路として実効比誘電率の増加と比誘電損率の上昇によって、共に同一方向に発振周波数が変化する発振回路を用いる。そして実効比誘電率と比誘電損率とを同時に検出することによって、誘電率が比較的小さい物質に対しても静電容量型センサを適用できるようにしている。
【００１５】
さて図１はこの実施の形態における静電容量型近接センサの全体構成を示すブロック図、図４は発振回路の一例を示す回路図であり、図５はこの静電容量型近接センサの検出電極を示す斜視図である。検出電極１１は被検出対象に対応した形状を選択する。例えばダクト１０内を通過する粘度の高い液体を検出する場合、容器である円筒状のダクト１０を囲むように略半円形に近い形状とする。ここでは図５に示すように八角形状で平行な対向面の端部から三面を除いた構造とし、一端に接続用のピン１１ａを設ける。この検出電極１１には発振回路１２が接続される。
【００１６】
発振回路１２は図４に示すようにシュミットトリガインバータ１３の入出力端に帰還抵抗Ｒ１を接続し、その入力端に検出電極１１を接続したものである。検出物体をダクト内を通過する粘度の比較的高い液体とすると、検出電極１１と接地端間には等価的に図４に示す静電容量Ｃｘ、及びこれと並列に誘電損に反比例する抵抗Ｒｘが接続されたものとなる。この発振回路１２の発振周波数は次式で示される。
【数５】

但しα，β，ｆ_０は検出電極と対地間の静電容量Ｃｘ，抵抗Ｒｘや帰還抵抗Ｒ１によらない定数であり、α＜０，β＞０である。このような回路構成としておけば、発振周波数ｆは静電容量Ｃｘに対して単調に減少し、抵抗Ｒｘに対して単調増加することとなる。こうすれば発振回路の検出電極１１に検出物体が接近したときに、実効誘電率に比例する静電容量Ｃｘの増加、及び誘電損率に反比例する抵抗Ｒｘの減少のいずれに対しても、発振回路１２の発振周波数を低下させることができる。従ってこの発振回路の発振周波数が所定周波数より低下したかどうかを検出することによって、効率よく実効比誘電率及び比誘電損率の増加を検出することができ、検出物体の接近を検出することができる。
【００１７】
発振回路１２の出力は図１に示すブロック図の分周回路１４に入力される。分周回路１４は発振回路１２の高周波パルスを適宜分周し低周波とするものであり、その出力はマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１５に入力される。マイクロコンピュータ１５内は入力されたパルスを二値化してその周期を計測する周期計測部１６、及び検出された周期を所定の閾値と比較する比較判別部１７を有している。分周回路１４及びマイクロコンピュータ１５は発振周波数の低下に基づいて誘電体を検出する周波数検出手段を構成しており、検出出力は入出力インターフェース１８を介して制御信号として外部に出力される。尚、分周回路１４は検出分解能が比較的低くしてもよい場合は省略可能である。
【００１８】
図６はこの実施の形態による静電容量型近接センサの組立構成図である。本図に示すようにこの静電容量型近接センサは側方の一部が切欠かれ、円筒形の保持部２１ａ〜２１ｄを有する取付板２１上に、センサの電極ケース２２及びケース２３を取付けて構成する。電極ケース２２には前述した検出電極１１が収納され、プリント基板２４の端部が固定される。プリント基板２４には前述した発振回路１２，分周回路１４やマイクロコンピュータ１５，入出力インターフェース１８の電子回路部品が実装されている。電極ケース２２の外周部分はシールゴム２５を介してケース２３が取付けられる。ケース２３の背面にはコードブッシュ２６，コードキャップ２７等を介してコード２８及びコネクタ２９が取付けられる。このようにシールゴム２５によって電極ケース２２とケース２３とを気密に構成し、静電容量型近接センサの筐体の耐水性を確保することができる。又取付板２１からケースを浮かせて取付けることにより、取付板２１からの熱伝導を小さくしてケース内の電子回路部の結露を防止することができる。これにより静電容量型近接センサの信頼性と寿命を改善するようにしている。
【００１９】
図７は本実施の形態によるマイクロコンピュータ１５の動作を示すフローチャートである。本図に示すように動作を開始するとまずステップ３１において初期設定を行い、ステップ３２に進んで分周回路１４からの分周出力の周期を測定する。そしてステップ３３に進んで測定された周期が所定値かどうかを判別し、その判別結果によって出力状態１又は２、即ち検出物体有り又は無しのいずれかを判別する（ステップ３４，３５）。こうしていずれかの状態の判別信号を入出力インターフェース１８を介して外部に出力し、ステップ３２に戻って同様の処理を繰り返す。こうすれば一定の周期で検出電極１１の近傍に検出物体が接近しているかどうかを判別することができる。従って誘電率の高い物体があってもダクト中に検出対象である粘性の高い液体が通過していなければ、ダクトのない状態に比べて発振周波数はあまり低下しない。従ってこれを定常状態としてダクト中に通過する液体が流れた場合に、静電容量の増加及び誘電損の増加となる抵抗値Ｒｘの減少に基づいて発振周波数が低下するため、発振周波数の低下から液体を検出することができる。
【００２０】
尚本実施の形態では、粘性の高い液体を検出するため電極形状は検出する液体の容器等の形状に合わせた形状としている。こうすれば効果的に容器内の液体に対する印加電界を強めることができる。本発明の検出対象は液体に限らず、従来困難であったプラスチック，ゴム等の低誘電率の物体も検出することができる。従って固体を検出する場合、その形状に対応した種々の形状の検出電極とすることができることはいうまでもない。
【００２１】
尚本実施の形態では、静電容量の増加及び誘電損の増加となる抵抗値Ｒｘの減少に基づいて発振周波数が低下する発振回路を用いているが、静電容量の増加及び誘電損の増加となる抵抗値Ｒｘの減少に基づいて発振周波数が上昇する発振回路も用いることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、検出物体であるショ糖を含む緩和周波数に応じて発振回路の発振周波数を選択しているため、粘性の高い液体等誘電率の小さい物体に対してもその有無を判別することができる。又ダクト内を通過する物体などを検出物体とする場合にダクト等の高誘電率の他の物体を介して検出物体の有無を検出することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による静電容量型近接センサの構成を示すブロック図である。
【図２】交流電界が印加されるコンデンサ及びその電圧ベクトルと電流ベクトルの関係を示す図である。
【図３】正規化周波数に対する正規化比誘電率及び正規化比誘電損率の関係を示すグラフである。
【図４】本実施の形態による静電容量型近接センサの発振回路の一例を示す回路図である。
【図５】本実施の形態による検出電極の斜視図及び検出電極を測定対象に取付けた状態を示す斜視図である。
【図６】本実施の形態による静電容量型近接センサの例を示す構成図である。
【図７】本実施の形態の静電容量型近接センサの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１検出電極
１２発振回路
１３シュミットトリガインバータ
１４分周回路
１５マイクロコンピュータ
１６周期計測部
１７比較判定部
１８入出力インターフェース
２１取付板
２２電極ケース
２３ケース
２４プリント基板
２５シールゴム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-contact capacitive proximity sensor for detecting the approach of an object.
[0002]
[Prior art]
The electrostatic capacity type proximity sensor detects a change in electrostatic capacity between the electrode and the ground, and the object to be detected is not limited to a metal body and can detect various dielectrics. Since a metal body can be detected by a high-frequency oscillation type proximity sensor, a capacitance type proximity sensor often uses a dielectric as a detection target. In a conventional capacitive proximity sensor, an oscillation circuit is connected to the detection electrode, and the change in capacitance between the electrode and the ground is regarded as the change in oscillation frequency, and the proximity of the dielectric is detected based on this change. I have to. Also, a proximity sensor is used which constitutes an amplifier circuit including electrodes and detects the proximity of the dielectric because the oscillation amplitude changes due to the change in capacitance.
[0003]
In any conventional capacitive proximity sensor, the oscillation frequency is selected to be a relatively low frequency, that is, a frequency of about several hundred KHz to 1 MHz in order to effectively detect a change in dielectric constant.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional capacitive proximity sensor has a drawback that when an object with a high dielectric constant is in close proximity, it is difficult to detect an object beyond that object. Further, the conventional capacitive proximity sensor has a drawback that it is difficult to detect an object having a low dielectric constant. For example, when a highly viscous liquid is passed through the duct, a part of the liquid adheres to the wall surface. Therefore, there is a drawback that it is difficult to recognize whether the liquid passes only on the wall surface of the duct or whether the liquid passes without including an air layer in the duct.
[0005]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and it is difficult to detect with a conventional capacitive proximity sensor. An object of the present invention is to provide a capacitive proximity sensor that can effectively detect an object having a low dielectric constant such as a high-viscosity liquid.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 of the present application is a capacitive proximity sensor for detecting a liquid containing sucrose passing through a duct through a dielectric duct, the detection being configured to be close to a detection object It oscillates at a frequency in the range of 1/10 to 10 times the relaxation frequency of the electrode and the sensing object, and the oscillation frequency is increased in the same direction due to the increase in capacitance and dielectric loss between the detection electrode and the ground terminal. And a frequency discriminating unit that discriminates the proximity of the detection object to the detection electrode based on the oscillation frequency of the oscillation circuit.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the capacitive proximity sensor of the first aspect, the oscillation frequency of the oscillation circuit is a frequency within a range of 1/2 to 2 times the relaxation frequency of the detection object. It is a feature.
[0008]
The invention of claim 3 of the present application is characterized in that, in the capacitive proximity sensor of

claim

1 or 2, the detection electrode is a substantially semicircular electrode corresponding to a cylindrical container. Here, “substantially semi-circular” means “semi-circular or equivalent shape”, and includes, for example, a shape obtained by halving a polygon such as a hexagon or an octagon.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, in the capacitive proximity sensor according to any one of the first to third aspects, the printed circuit board on which the oscillation circuit and the oscillation frequency discrimination means are mounted is housed in a water-resistant housing. It is characterized by this.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The dielectric that is the target of the capacitive proximity sensor contains polar molecules with asymmetric ionic bonds, and polarization occurs when an electric field is applied. The rate of polarization is relatively large. Since the relaxation frequency of the orientation polarization is sufficiently larger than the frequency of the alternating electric field in the conventional capacitive proximity sensor, the dielectric polarization sufficiently follows the electric field generated from the detection electrode of the capacitive proximity sensor. Yes. For this reason, the dielectric loss is small and can be ignored. However, if the frequency of the AC electric field generated from the electrode is equal to or higher than the predetermined frequency, the polarization cannot sufficiently follow the changing electric field, and not only the charging current to the dielectric whose phase is advanced by 90 ° from the electric field, Current will flow. The ease of flow of the common-mode current is defined as dielectric loss. By configuring an oscillation circuit in which the time constant of the CR-type charge / discharge circuit changes due to changes in dielectric loss, not only changes in dielectric constant but also changes in dielectric loss can be detected simultaneously.
[0011]
Here, the frequency at which dielectric loss occurs varies depending on the object, and it is shown that dielectric loss occurs when an electric field having a frequency near or higher than the relaxation frequency is applied. (Published on March 2, 1980 by Ohmsha, “Electrical Materials”, revised 2nd edition, pages 13-19)
[0012]
When an electric field is applied to the dielectric and the electric field is removed after reaching equilibrium, the polarization gradually decreases. Polarization 1 / relaxation times the time to until e tau, when the reciprocal and relaxation frequency f _r, in the case of the liquid is the relaxation time tau is expressed by the following equation.
τ = 4πr ³ η / kT
Where r: molecular radius of liquid η: viscosity of liquid k: Boltzmann constant T: absolute temperature such as sucrose (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) contained in a large amount of soft drinks,
r = 1.0 × 10 ^-9 m
η = 1 Pa · s
k = 1.38 × 10 ⁻²⁸ J / K
T = 280K (= 7 ° C)
When, relaxation frequency f _r is about 3.1MHz. For other liquids, the relaxation frequency can be calculated based on the viscosity, molecular radius, and the like. Further, many of solids such as vinyl chloride resin (PVC) and polyester resin (PET) have a relaxation frequency of about 1 MHz.
[0013]
As shown in FIG. 2A, the capacitance when there is no dielectric between the plates of a parallel plate type capacitor is C _0, and when an alternating electric field is applied to this, the phase of the current is relative to the applied voltage. If the voltage and current are expressed by vectors V and I, the relationship is expressed by the following equation.
[Expression 1]

When a dielectric is inserted between the electrodes as shown in FIG. 2B, the charge density is increased and the capacitance is increased by a dielectric constant ε _r ′ to become ε _r ′ C ₀ . When the frequency of the electric field approaches the relaxation frequency _fr , the change in Q is delayed because it cannot follow the voltage. In this state, a current in phase with the applied voltage flows in addition to the charging current, and the current vector is expressed by the following equation.
[Expression 2]

G represents the conductance of the dielectric. FIG. 2C shows this vector. Therefore, when the equations (1) and (2) are made to correspond, the current is expressed by the following equation.
[Equation 3]

If C / C ₀ = ε _r ′ and G / ωC ₀ = ε _r ″, the dielectric constant is expressed by the following equation.
[Expression 4]

Here, ε _r ′ is an effective relative dielectric constant, and ε _r ″ is a relative dielectric loss factor.
[0014]
In the present invention, in order to replace both the effective relative dielectric constant and the relative dielectric loss ratio with the frequency change, the oscillation frequency is selected so that they are within the range of 10: 1 to 1:10. Since the effective relative dielectric constant of air = 1 and dielectric loss = 0 can be approximated, it is necessary that the following relationship be established between them.
0.1 ≦ (ε _r ′ −1) / ε _r ″ ≦ 10
FIG. 3 is a graph showing the normalized effective relative dielectric constant ε _r ′ −1 and the relative dielectric loss factor ε _r ″ with respect to the normalized frequency ωτ, that is, the relaxation frequency f _r . The oscillation frequency of the oscillation circuit of the capacitive proximity sensor is in the range of 1/10 to 10 times the relaxation frequency, and preferably the frequency in the range of 1/2 to 2 times the relaxation frequency of the sensing object is the oscillation frequency. An oscillation circuit whose oscillation frequency changes in the same direction due to an increase in effective relative dielectric constant and an increase in relative dielectric loss factor is used as the oscillation circuit. By detecting the loss factor at the same time, the capacitive sensor can be applied to a substance having a relatively low dielectric constant.
[0015]
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the capacitive proximity sensor in this embodiment, FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of an oscillation circuit, and FIG. 5 is a detection electrode of the capacitive proximity sensor. FIG. The detection electrode 11 selects a shape corresponding to the detection target. For example, when a highly viscous liquid that passes through the duct 10 is detected, the shape is close to a semicircular shape so as to surround the cylindrical duct 10 that is a container. Here, as shown in FIG. 5, the structure is such that three surfaces are removed from the end portions of the octagonal and parallel opposing surfaces, and a connecting pin 11a is provided at one end. An oscillation circuit 12 is connected to the detection electrode 11.
[0016]
As shown in FIG. 4, the oscillation circuit 12 has a feedback resistor R1 connected to an input / output terminal of a Schmitt trigger inverter 13, and a detection electrode 11 connected to an input terminal thereof. If the sensing object is a liquid having a relatively high viscosity that passes through the duct, the capacitance Cx shown in FIG. 4 is equivalently provided between the detection electrode 11 and the ground terminal, and the resistance Rx that is inversely proportional to the dielectric loss in parallel therewith. Will be connected. The oscillation frequency of the oscillation circuit 12 is expressed by the following equation.
[Equation 5]

However, α, β, and f ₀ are constants that do not depend on the capacitance Cx between the detection electrode and the ground, the resistance Rx, and the feedback resistance R1, and α <0, β> 0. With such a circuit configuration, the oscillation frequency f monotonously decreases with respect to the capacitance Cx and monotonously increases with respect to the resistor Rx. In this way, when the detection object approaches the detection electrode 11 of the oscillation circuit, both the increase in the capacitance Cx proportional to the effective dielectric constant and the decrease in the resistance Rx inversely proportional to the dielectric loss factor oscillate. The oscillation frequency of the circuit 12 can be reduced. Therefore, by detecting whether or not the oscillation frequency of this oscillation circuit has dropped below a predetermined frequency, it is possible to efficiently detect increases in the effective relative dielectric constant and relative dielectric loss factor, and to detect the approach of the detection object. it can.
[0017]
The output of the oscillation circuit 12 is input to the frequency divider circuit 14 in the block diagram shown in FIG. The frequency dividing circuit 14 appropriately divides the high frequency pulse of the oscillation circuit 12 to a low frequency, and its output is input to a microcomputer (CPU) 15. The microcomputer 15 has a period measuring unit 16 that binarizes an input pulse and measures its period, and a comparison / determination unit 17 that compares the detected period with a predetermined threshold. The frequency dividing circuit 14 and the microcomputer 15 constitute frequency detecting means for detecting a dielectric based on a decrease in the oscillation frequency, and the detection output is output to the outside through the input / output interface 18 as a control signal. The frequency dividing circuit 14 can be omitted if the detection resolution may be relatively low.
[0018]
FIG. 6 is an assembly configuration diagram of the capacitive proximity sensor according to this embodiment. As shown in this figure, this capacitive proximity sensor is partially cut off on the side, and an electrode case 22 and a case 23 of the sensor are mounted on a mounting plate 21 having cylindrical holding portions 21a to 21d. Constitute. The electrode case 22 accommodates the detection electrode 11 described above, and the end of the printed circuit board 24 is fixed. The printed circuit board 24 is mounted with electronic circuit components such as the oscillation circuit 12, the frequency dividing circuit 14, the microcomputer 15, and the input / output interface 18. A case 23 is attached to the outer peripheral portion of the electrode case 22 via a seal rubber 25. A cord 28 and a connector 29 are attached to the back surface of the case 23 via a cord bush 26, a cord cap 27, and the like. In this manner, the electrode case 22 and the case 23 are hermetically configured by the seal rubber 25, and the water resistance of the casing of the capacitive proximity sensor can be ensured. Further, by mounting the case by floating from the mounting plate 21, heat conduction from the mounting plate 21 can be reduced, and condensation of the electronic circuit portion in the case can be prevented. This improves the reliability and life of the capacitive proximity sensor.
[0019]
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the microcomputer 15 according to this embodiment. When the operation is started as shown in the figure, initial setting is first made in step 31, and the process proceeds to step 32 to measure the period of the divided output from the frequency dividing circuit 14. Then, the process proceeds to step 33 to determine whether or not the measured period is a predetermined value, and based on the determination result, it is determined whether the output state is 1 or 2, that is, whether or not there is a detection object (steps 34 and 35). In this way, a determination signal in any state is output to the outside via the input / output interface 18, and the process returns to step 32 to repeat the same processing. In this way, it is possible to determine whether or not the detection object is approaching the vicinity of the detection electrode 11 at a constant period. Therefore, even if there is an object with a high dielectric constant, the oscillation frequency will not decrease much compared to a state without a duct unless a highly viscous liquid to be detected passes through the duct. Therefore, when the liquid passing through the duct flows in a steady state, the oscillation frequency is lowered based on the decrease in the resistance value Rx, which increases the capacitance and increases the dielectric loss. Liquid can be detected.
[0020]
In the present embodiment, in order to detect a highly viscous liquid, the shape of the electrode is set to the shape of the liquid container to be detected. In this way, the electric field applied to the liquid in the container can be effectively strengthened. The detection target of the present invention is not limited to liquids, and it is also possible to detect low dielectric constant objects such as plastic and rubber, which have been difficult in the past. Therefore, when detecting solid, it cannot be overemphasized that it can be set as the detection electrode of the various shapes corresponding to the shape.
[0021]
In this embodiment, an oscillation circuit whose oscillation frequency is lowered based on a decrease in resistance value Rx that increases capacitance and increases dielectric loss is used. However, increase in capacitance and increase in dielectric loss are used. An oscillation circuit in which the oscillation frequency increases based on the decrease in the resistance value Rx can be used.
[0022]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, since the oscillation frequency of the oscillation circuit is selected in accordance with the relaxation frequency including sucrose as the detection object, the object having a low dielectric constant such as a highly viscous liquid is used. However, the presence or absence can be determined. In addition, when an object passing through the duct is used as the detection object, the effect of detecting the presence or absence of the detection object through another object having a high dielectric constant such as a duct can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a capacitive proximity sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a capacitor to which an alternating electric field is applied and a relationship between a voltage vector and a current vector thereof.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a normalized relative dielectric constant and a normalized relative dielectric loss ratio with respect to a normalized frequency.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of an oscillation circuit of the capacitive proximity sensor according to the present embodiment.
FIG. 5 is a perspective view of a detection electrode according to the present embodiment and a perspective view showing a state in which the detection electrode is attached to a measurement object.
FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of a capacitive proximity sensor according to the present embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the capacitive proximity sensor of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Detection electrode 12 Oscillation circuit 13 Schmitt trigger inverter 14 Frequency division circuit 15 Microcomputer 16 Period measurement part 17 Comparison determination part 18 Input / output interface 21 Mounting plate 22 Electrode case 23 Case 24 Printed circuit board 25 Seal rubber

Claims

A capacitive proximity sensor that detects a liquid containing sucrose passing through a duct through a dielectric duct,
A sensing electrode configured to be proximate to the sensing object;
Oscillation that oscillates at a frequency in the range of 1/10 to 10 times the relaxation frequency of the detection object, and whose oscillation frequency changes in the same direction due to an increase in capacitance and dielectric loss between the detection electrode and the ground terminal Circuit,
A capacitive proximity sensor, comprising: frequency discrimination means for discriminating the proximity of a detection object to the detection electrode based on an oscillation frequency of the oscillation circuit.

2. The capacitive proximity sensor according to claim 1, wherein an oscillation frequency of the oscillation circuit is a frequency within a range of 1/2 to 2 times a relaxation frequency of the detection object.

3. The capacitive proximity sensor according to claim 1, wherein the detection electrode is a substantially semicircular electrode corresponding to a cylindrical container.

The capacitive proximity sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a printed circuit board on which the oscillation circuit and the oscillation frequency discrimination means are mounted is housed in a water-resistant casing.