JP3720760B2 - 物体検出方法および物体検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、物体検出方法および物体検出装置に関し、特に、振動板に圧電素子のような振動素子を当接させて加振パルスを振動素子に供給して振動させ、粉体等を検出するような物体検出方法および物体検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は振動板に振動素子を当接させて振動板を振動させ、粉体等を検出する従来の物体検出方法を説明するための図であり、図１５は図１４のａ点，ｂ点の振動波形図の一例であり、図１６は検出物の有無による振動の減衰の違いを示す波形図の一例である。
【０００３】
図１４に示すように、振動板１に圧電素子のような振動素子２を当接させて、振動素子２に発振回路３から図１５（ｂ）に示す方形波信号を印加すると、電圧が変化するときに振動素子２に歪が生じ、振動板１が加振されて振動を発生する。その振動は振動板１が検出物に接触していなければ、たとえば図１６（ｂ）のようにゆっくり減衰するが、振動板１が検出物に接触していると図１６（ａ）のように早く減衰する。そこで、一定時間後の振動の大きさを計測することにより、検出物の有無を検出する方法が従来から行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方法では、振動板１に発生する振動は図１５（ｂ）に示す方形波信号の電圧変化時のみで発生するため、効率よく振動させることができず、外部振動などの外乱や取り付けの影響を受けやすくなる。
【０００５】
また、振動板１に振動が残っている状態で振動板１を加振すると、振動板１を加振するタイミングにより、振動板１の振動と干渉して振幅が大きくなったり、小さくなったりするため、安定した計測ができず、振動板１の振動が完全になくなるまで加振することができなかった。そのため、計測に時間がかかり、追従性が悪くなると同時に、外部振動などの外乱や取付けの影響を受けやすくなるという問題があった。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、計測時間を短くして追従性をよくし、効率よく振動板を加振することで振動板の振動を大きくして外部振動などの外乱や取付けの影響を小さくし、振動の大きさを一定にして安定に動作する物体検出方法および物体検出装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、振動板の加振に振動板の振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを使用し、加振パルスの立上り時および立下り時の双方を振動板の加振に利用するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
これによりパルスの立上り時および立下り時の双方を加振に利用して残響振動を大きくできるため、外部の影響を受けにくくなり、低いエネルギーで効率よく加振できる。
【０００９】
他の発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、振動板の振動の波長の２以上の整数倍となる時間間隔で加振パルスを印加するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
振動の波長に無関係に加振した場合、加振の時点が振動の立上り時点か立下り時点かによって加振効率が大きく変わるため、振動がほぼ収束（停止）するまで待たなければ安定した計測はできなかったが、この発明では振動板の波長の２以上の整数倍となる間隔で加振パルスを印加することで、振動が収束（停止）していなくても加振効率が一定となり、安定して計測できると同時に加振の間隔を短くして振動を大きくできる。
【００１１】
さらに、他の発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、振動板の加振に振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを使用し、振動板の振動の波長の２以上の整数倍となる時間間隔で加振パルスを印加するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
これによりパルスの立上り時および立下り時の双方を加振に利用して振動を大きくできるため、外部の影響を受けにくくなり、低いエネルギーで効率よく加振でき、振動が収束（停止）していなくても加振効率が一定となり、安定して計測できると同時に加振の周期を短くして振動を大きくできる。
【００１３】
さらに、他の発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、振動板の振動が減衰するまでの時間よりも長い周期で発振する基本発振回路と、基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で振動板の振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを生成する打出波生成回路と、振動板の振動振幅を検出して、粉体等が振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えたことを特徴とする。
【００１４】
さらに、他の発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、振動板の振動の波長の２以上の整数倍となる周期で発振する基本波発振回路と、基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で加振パルスを生成する打出波生成回路と、振動板の振動振幅を検出して、粉体等が振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えたことを特徴とする。
【００１５】
さらに、他の発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、振動板の振動の波長の２以上の整数倍となる周期で発振する基本発振回路と、基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で振動板の波長のほぼ半波長となる加振パルスを生成する打出波生成回路と、振動板の振動振幅を検出して、粉体等が振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えたことを特徴とする。
【００１６】
さらに、加振パルスの影響をキャンセルするための打出波遮断回路を含む。
また、基本発振回路は、方形波発振回路と、振動板の振動を計測する時間を設定する計測時間生成回路と、振動板の振動に同期した同期信号を生成する同期信号発生回路と、計測時間生成回路からの信号と同期信号発生回路からの同期信号に基づいて、振動板の振動の波長の２以上の整数倍となる時間間隔を持ったリセット信号を生成し、方形波発振回路をリセットするリセット回路とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の物体検出方法を説明するためのモデル図であり、図２はこの発明の物体検出方法に基づく振動波形の一例を示す波形図であり、図３はこの発明の物体検出方法に基づく振動波形と従来方法による振動波形との比較を示す波形図である。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、円板状の振動板１の中央部に円板状の振動素子２を貼り付け、振動板１の周囲を固定した状態で振動素子２に立上りの加振パルスを印加すると、振動板１は右方向に移動する。そして、振幅が最大となって図１（ｂ）に示すように振動板１が元に戻る方向（左方向）に移動しているときに、振動素子２に立下りの加振パルスを印加すると、振動板１は左方向への移動が助長され、振幅が増幅される。なお、振動素子２を振動板１に貼り付ける方法により、図１（ａ）とは逆方向に振動する。
【００１９】
図１（ｃ）に示すように振動板１が元の位置に戻ったときに振動素子２に立下りの加振パルスを印加すると、振幅が最大になる。これは図２（ｂ）に示すように加振パルスとして振動板１の振動のほぼ半波長となる矩形パルスを使用することで実現でき、図３（ｂ）に示した従来の加振による振動振幅に比べて、この発明による振動振幅（図３（ａ））の方が約２倍となっている。図２および図３では矩形パルスが１個の場合で説明しているが、矩形パルスを複数個使用しても同様である。
【００２０】
図４はこの発明の他の実施形態における物体検出方法に基づく振動波形の一例を示す波形図であり、図５はこの発明の他の実施形態における物体検出方法に基づく振動波形と従来方法による振動波形との比較を示す波形図である。
【００２１】
この発明の他の実施形態では、図１（ａ）に示すように振動素子２に立上りの加振パルスを印加すると、振動板１は右方向に移動する。次に、振動素子２に立上りの加振パルスを印加するタイミングを振動板１が図１（ｄ）の状態となったときに行なうようにすると、振動板１の振幅が増幅されると同時に加振後の振動振幅は安定した再現性を示すようになる。
【００２２】
これは図４（ｂ）に示すように振動板１の振動の波長の２以上の整数倍となる時間間隔で加振パルスを印加することで実現でき、加振パルスを印加するタイミングは従来のように振動が完全に減衰停止した後に行う必要がないため、振動板１を短時間に繰り返し加振できるので、計測を必要最小限の時間で行うことができ、繰り返し波形も安定する。
【００２３】
さらに、この発明の他の実施形態では、振動板１の振動のほぼ半波長となる矩形パルスを使用し、振動板１の振動の波長の２以上の整数倍となる時間間隔で加振パルスを印加する。これにより、図５（ａ）に示すように、振動振幅は図５（ｂ）に示す従来の振動振幅の約４倍となっており、繰り返し波形も一定して安定している。
【００２４】
図６はこの発明の物体検出方法に基づく検出物の有無に対する振動板の振動波形図であり、図７は従来の方法による検出物の有無に対する振動板の振動波形図である。
【００２５】
検出物の有無に対する振動板１の振動波形を比較すると、図７に示す従来の波形では電圧軸が５０ｍＶであるのに対して図６に示すこの実施形態の波形では電圧軸が０．２Ｖになっており、外部振動などの外乱や取付けの影響を受けにくくなっていると同時に検出物の有無による電圧の変化が大きくなり、検出が容易になって動作が安定していることがわかる。
【００２６】
次に、この発明の物体検出方法に基づく物体検出装置について説明する。
図８はこの発明の物体検出装置の原理図である。図８において、基本波発振回路２１は振動板１の振動の波長の２以上の整数倍の周期で発振信号を生成して打出波生成回路２２に与える。打出波生成回路２２は発振信号の立下り時に振動板１の波長のほぼ半波長となる矩形パルスを生成し、振動素子２に与えて振動板１を振動させる。
【００２７】
振動素子２は振動板１に発生する振動を受信し、振動判別回路３０に与える。振動判別回路３０は受信信号を予め定める基準値と比較し、振動板１に粉体等の物体が接触しているか否かを判別する。なお、矩形パルスは１個でも複数個でもよい。
【００２８】
この例では、基本発振回路２１は振動板１の振動の波長における２以上の整数倍の周期で発振信号を生成し、発振信号の立下り時で加振パルスを生成するため、振動板１の振動が完全になくなるまで待つことなく振動板１を加振することができるので、計測時間を短くして追従性がよくなるとともに、外部振動などの外乱や取付けの影響を軽減し、振動の大きさを一定にして安定に動作させることができる。
【００２９】
また、矩形パルスを振動板１の振動の波長におけるほぼ半波長とすることで立上り時および立下り時の双方を振動板１の加振に利用できるため、効率よく振動板１を振動させることができ、外部の影響を受けにくくなる。
【００３０】
なお、基本発振回路２１および矩形パルスの双方を使用することによって効果をより大きくすることができるが、いずれか一方のみでも十分な効果を奏することができる。
【００３１】
図９はこの発明の物体検出装置の改良例を示すブロック図である。この例は振動判別回路３０が加振パルスの影響を受けないように、振動素子２と振動判別回路３０との間に加振パルスの影響をキャンセルするための打出波遮断回路３１を設けたものである。
【００３２】
図１０はこの発明のさらに他の実施形態における物体検出装置のブロック図であり、振動板１の振動の波長の２以上の整数倍となる周期で発振信号を生成する基本発振回路２１をより具体的に示したものである。この例では、計測時間生成回路３３は打出波生成回路２２からの加振パルスに基づいて、振動板１の振動を計測する時間を設定する信号を生成する。同期信号発生回路３４は振動板１の振動に同期した同期信号を発生する。リセット回路３５は計測時間生成回路３３で生成された計測時間設定信号と同期信号発生回路３４で発生した同期信号とに基づいて、振動板１の振動の波長の２以上の整数倍となる時間間隔を持ったリセット信号を生成し、方形波発振回路３２をリセットする。
【００３３】
このように同期信号発生回路３４により同期をとることにより、残響振動波形信号を計測に必要な長さだけ出力し、収束待ちのための時間を少なくしかつ残響振動の振幅の大きさを一定にすることができる。
【００３４】
図１１はこの発明のさらにその他の実施形態における物体検出装置のブロック図であり、図１０のリセット回路をより詳細に示したものである。図１２は図１１の各部の波形図であり、特に、図１２（ａ）は図１１の方形波発振回路３２の発振波形図であり、図１２（ｂ）は加振パルス波形図であり、図１２（ｃ）は計測時間生成回路３３の計測時間設定信号波形図であり、図１２（ｄ）は同期信号発生回路３４の同期信号波形図である。
【００３５】
図１１において同期信号発生回路３４からの同期信号は抵抗Ｒ１を介してトランジスタＴＲ１のベースに与えられるとともにダイオードＤ１および抵抗Ｒ２を介してトランジスタＴＲ２のベース与えられる。計測時間生成回路３３からの計測時間設定信号はダイオードＤ２および抵抗Ｒ２を介してトランジスタＴＲ２のベースに与えられる。方形波発振回路３２のリセット信号はトランジスタＴＲ１のコレクタから与えられる。
【００３６】
また、振動判別回路３０および同期信号発生回路３４が加振パルスの影響を受けないように、加振パルスの影響をキャンセルするための打出波遮断回路３１が設けられている。
【００３７】
計測時間生成回路３３の計測時間設定信号が図１２（ｃ）に示すように「Ｈ」レベルに設定されると、トランジスタＴＲ２が導通してトランジスタＴＲ１が非導通状態となり、同期信号発生回路３４の同期信号の状態にかかわらず方形波発振回路３２はリセットされない。
【００３８】
計測時間生成回路３３の計測時間設定信号が「Ｌ」レベルになると、同期信号発生回路３４の同期信号が図１２（ｄ）のＣ点からＡ点の間で「Ｈ」レベルである場合もトランジスタＴＲ２は導通状態となるため、トランジスタＴＲ１は非導通状態となり、方形波発振回路３２はリセットされない。
【００３９】
計測時間生成回路３３の計測時間設定信号が「Ｌ」レベルになったとき、同期信号発生回路３４の同期信号が図１２（ｄ）のＡ点からＢ点の間で「Ｌ」レベルである場合は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２が非導通状態となる。そして、同期信号発生回路３４の同期信号が図１２（ｄ）のＢ点で「Ｈ」レベルになったとき、トランジスタＴＲ１は導通状態となり、方形波発振回路３２をリセットし、初期状態に戻すため、打出波生成回路２２は加振パルスを生成して振動素子２に印加し、振動板１を振動させる。
【００４０】
上述のごとく、この実施形態によれば、基本発振回路２１は使用部品などのばらつきの影響を受けることなく、振動板１の振動の波長の２以上の整数倍の周期で発振信号を生成することができる。
【００４１】
図１３はこの発明の物体検出装置の外観図であり、（ａ）上面図であり、（ｂ）は正面図である。筐体５０は中空円筒状に形成されており、筐体５０の下部には振動板１が装着されており、振動板１の内面には図１１に示すように振動素子２が貼り付けられている。そして、筐体５０の内部には図１１で示した振動検出回路が収納されている。筐体５０の上部から電源供給や粉体の検知出力を引き出すためのケーブル５１が引き出されている。筐体５０は粉体が貯蔵される槽内に設置されるか、あるいは振動板１が槽内に向くように、槽の壁面に取付けられる。
【００４２】
したがって、この実施形態では、小型の物体検出装置として構成できる。
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。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、振動板に振動素子を当接させて振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法および物体検出装置において、基本発振回路で振動板の振動の波長の２以上の整数倍の周期の発振信号を発生させ、加振パルスを生成するため、振動板の振動が完全になくなるまで待つことなく振動板を加振することができるので、計測時間を短くして追従性がよくなるとともに、外部振動などの外乱や取付けの影響を軽減し、振動の大きさを一定にして安定に動作させることができる。
【００４４】
また、矩形パルスを振動板の振動の波長のほぼ半波長とすることで立上り時および立下り時の双方を振動板の加振に利用できるため、効率よく振動板を振動させることができ、外部の影響を受けにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の物体検出方法を説明するためのモデル図である。
【図２】 この発明の一実施形態における物体検出方法に基づく振動波形の一例を示す波形図である。
【図３】 この発明の一実施形態における物体検出方法に基づく振動波形と従来方法による振動波形との比較を示す波形図である。
【図４】 この発明の他の実施形態における物体検出方法に基づく振動波形の一例を示す波形図である。
【図５】 この発明の他の実施形態における物体検出方法に基づく振動波形と従来方法による振動波形との比較を示す波形図である。
【図６】 この発明の物体検出方法に基づく検出物の有無に対する振動板の振動波形図である。
【図７】 従来の方法による検出物の有無に対する振動板の振動波形図である。
【図８】 この発明の物体検出装置の構成を示す基本ブロック図である。
【図９】 この発明の物体検出装置の改良例を示すブロック図である。
【図１０】 この発明の物体検出装置に使用する振動板の振動波長の２以上の整数倍となる周期で発振信号を生成する基本発振回路の一具体例を示すブロック図である。
【図１１】 図１０で示したリセット回路の詳細な構成例を示すブロック図である。
【図１２】 図１１の各部の波形図である。
【図１３】 この発明の物体検出装置の外観図の一例を示す図である。
【図１４】 振動板に振動素子を当接させて振動板を振動させ、粉体などを検出する従来の物体検出方法を説明するための図である。
【図１５】 図１４のａ点、ｂ点の振動波形図の一例を示す図である。
【図１６】 検出物の有無による振動の減衰の違いを示す波形図の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 振動板、２ 振動素子、３ 発振回路、２１ 基本発振回路、２２ 打出波生成回路、３０ 振動判別回路、３１ 打出波遮断回路、３２ 方形波発振回路、３３ 計測時間生成回路、３４ 同期信号発生回路、３５ リセット回路、５０ 筐体、５１ ケーブル、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｒ１，Ｒ２ 抵抗、ＴＲ１，ＴＲ２ トランジスタ。

Claims (8)

1. 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、
   前記振動板の加振に前記振動板の振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを使用し、前記加振パルスの立上り時および立下り時の双方を前記振動板の加振に利用するようにしたことを特徴とする、物体検出方法。
2. 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、
   前記振動板の振動の波長の２以上の整数倍となる時間間隔で加振パルスを印加するようにしたことを特徴とする、物体検出方法。
3. 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、
   前記振動板の加振に振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを使用し、前記振動板の振動の波長の２以上の整数倍となる時間間隔で前記加振パルスを印加するようにしたことを特徴とする、物体検出方法。
4. 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、
   前記振動板の振動が減衰するまでの時間よりも長い周期で発振する基本発振回路と、
   前記基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で前記振動板の振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを生成する打出波生成回路と、前記振動板の振動振幅を検出して、前記粉体等が前記振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えた、物体検出装置。
5. 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、
   前記振動板の振動の波長の２以上の整数倍となる周期で発振する基本波発振回路と、
   前記基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で加振パルスを生成する打出波生成回路と、
   前記振動板の振動振幅を検出して、前記粉体等が前記振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えた、物体検出装置。
6. 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、
   前記振動板の振動の波長の２以上の整数倍となる周期で発振する基本発振回路と、
   前記基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で前記振動板の波長のほぼ半波長となる加振パルスを生成する打出波生成回路と、
   前記振動板の振動振幅を検出して、前記粉体等が前記振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えた、物体検出装置。
7. さらに、前記加振パルスの影響をキャンセルするための打出波遮断回路を含む、請求項４ないし６のいずれかに記載の物体検出装置。
8. 前記基本発振回路は、
   方形波発振回路と、
   前記振動板の振動を計測する時間を設定する計測時間生成回路と、
   前記振動板の振動に同期した同期信号を生成する同期信号発生回路と、
   前記計測時間生成回路からの信号と前記同期信号発生回路からの同期信号に基づいて、前記振動板の振動の波長の２以上の整数倍となる時間間隔を持ったリセット信号を生成し、前記方形波発振回路をリセットするリセット回路とを備えた、請求項４ないし７のいずれかに記載の物体検出装置。

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