JP4003406B2 - 金属板検知センサ - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
この発明は、例えば、メダルやコインのように金属で板状に形成された金属板の存在を検知する場合に有効な金属板検知センサに関する。
【0002】
【従来技術】
上述の金属板の検知センサを構成するに、光電センサのように光を使用することが不適当と判断されたとき、2個のコイル間での金属の有無を検知する方式がある。
【0003】
この2個のコイルを用いた検知センサの方式には、例えば、一般的な高周波発振形近接スイッチのコイルの1対を対向して配置した第1の方式や、コイル間の相互インダクタンスが、金属の接近で変化することを利用して検知する第2の方式や、定常発振させた一方のコイルの磁束を他方のコイルで受信し、金属がコイル間の磁束の送受を遮蔽する位置に存在したときに、受信コイルに発生する伝送(誘導)出力が変化することを利用し検知する第3の方式が挙げられる。
【0004】
しかし、金属板の検知距離を拡大したい場合、上述の第1および第2の方式では、コイルのインピーダンス変化を利用して検知しているので、検知の対象となる金属に対して、その変化が最も効果的に得られる発振周波数や電流を特定の値に設定する必要があり、そのため、これらを変更するようなコイルの仕様の変更や電流の増加では、容易に検知距離を拡大することができない。
【0005】
また、前述の第3の方式では、送信側のコイルの発生磁束を増大させれば、理論としては可能であるが、しかし、実質的には消費電力の増大につながり、現実に使用する装置に適応させることができず、実施不可能である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、2個のコイルを用いた検知センサを構成する場合、受信感度が向上して検知距離の拡大が容易になし得る金属板検知センサの提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明は、磁束発生源となる第1のコイル(送信コイル)と、その磁束の影響で誘導出力を発生する第2のコイル(受信コイル)とを、所定間隔を隔てて対向配置し、これら両コイル間の金属板の有無を、第2のコイル(受信コイル)の誘導出力の大小で検知する金属板検知センサであって、前記第1のコイル(送信コイル)を含んでLC並列共振回路を構成し、該LC並列共振回路と電気的エネルギー供給源としての定電流源と電気的スイッチ手段とを直列に接続して両端に定電圧を印加すると共に、該電気的スイッチ手段をスイッチ操作することによって前記第1のコイル(送信コイル)の励磁を間欠駆動する間欠駆動手段を設け、前記第1のコイルを間欠駆動する間欠駆動手段の間欠信号幅を、該間欠信号の立ち上がりで過渡的に第2のコイルに生じる励磁発振の振幅と、該間欠信号の立ち下がりで過渡的に第2のコイルに生じる励磁発振の振幅とが、振幅が増加する方向に重畳合成する幅に設定したことを特徴とする。
【0008】
さらに、この発明は、磁束発生源となる第1のコイル(送信コイル)と、その磁束の影響で誘導出力を発生する第2のコイル(受信コイル)とを、所定間隔を隔てて対向配置し、これら両コイル間の金属板の有無を、第2のコイル(受信コイル)の誘導出力の大小で検知する金属板検知センサであって、前記第1のコイル(送信コイル)を含んでLC並列共振回路を構成し、該LC並列共振回路と電気的エネルギー供給源としての定電流源と電気的スイッチ手段とを直列に接続して両端に定電圧を印加すると共に、該電気的スイッチ手段をスイッチ操作することによって前記第1のコイル(送信コイル)の励磁を間欠駆動する間欠駆動手段を設け、前記第1のコイルを間欠駆動する間欠駆動手段の間欠信号幅を、該間欠信号の立ち上がりで過渡的に第2のコイルに生じる励磁発振の周期、又は間欠信号の立ち下がりで過渡的に第2のコイルに生じる励磁発振の周期の整数倍に半周期を加算した時間幅に設定したことを特徴とする。
【0009】
すなわち、第1のコイル(送信コイル)が間欠駆動されて励磁発振する磁束を第2のコイル(受信コイル)が直接受信したときの誘導出力を金属板無しの比較基準としたとき、金属板が磁束を遮断し、この遮断状態時の第2のコイル(受信コイル)の誘導出力が前述の比較基準の誘導出力より変化(例えば、小さい方向に変化)したときをもって金属板の存在が検知される。
【0010】
【発明の効果】
この発明によれば、磁束発生源の第1のコイル(送信コイル)の励磁を間欠駆動すると、該コイルの励磁発振の立ち上がりおよび立ち下がりにおいて、急峻変化が発生し、第2のコイル(受信コイル)の誘導出力において、励磁発振の立ち上がりに対する誘導出力の立ち上がり、および励磁発振の立ち下がりに対する誘導出力の立ち上がりが、それぞれ大きくなり、これは第1および第2のコイル間に金属板が無いときの受信感度が上がって、磁束の送受信の余裕度が向上したことになり、その受信感度が上がって磁束の送受信の余裕度が向上した分、検出距離(=コイル間距離)を拡大することができる。
【0011】
さらに、磁束発生源の第1のコイル(送信コイル)の駆動は間欠駆動、すなわち間欠信号(パルス信号)が立ち上がっているときのみ電流が供給されて、定常発振のように常時電流を供給して駆動していないので、センサとして消費電流が少なくて済む。
【0012】
さらに、第1のコイル(送信コイル)を間欠駆動する電気的エネルギー供給源を定電流源にすることにより、発振振幅の最大値を電源電圧の影響によらず、大きく変化させることができ、この大きな変化によって、受信側の第2のコイル(受信コイル)の受信感度が上がって磁束の送受信の余裕度が向上する。
【0013】
また、定電流源の電流値を調整操作するので、容易に発振振幅を調整することができ、検知の感度や検出距離の調整が容易になし得る。
【0014】
さらに、前記第1のコイルを間欠駆動する間欠信号幅(パルス幅)を、該間欠信号の立ち上がりで過渡的に第2のコイルに生じる励磁発振の振幅と、該間欠信号の立ち下がりで過渡的に第2のコイルに生じる励磁発振の振幅とが、振幅が増加する方向に重畳合成する幅に設定すると、例えば、周期の整数倍に半周期を加算した時間に設定すると、第2のコイル(受信コイル)では、上述の間欠信号(パルス信号)の立ち上がりで生じる受信波形と、該間欠信号(パルス信号)の立ち下がりで生じる受信波形との位相が一致するので、重畳合成された合成波(合成誘導出力)は最大の振幅をもち、この最大の振幅によって、受信側の第2のコイル(受信コイル)の受信感度が一層上がって磁束の送受信の余裕度が向上し、検出距離の長距離化が可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施例を以下図面と共に説明する。
【0016】
図面は金属板検知センサを示し、図1において、金属板検知センサ10は、合成樹脂でコの字形に形成されたホルダ11の相対向する2辺の突出辺12,12内のそれぞれに、所定間隔を隔てて相対向するように送信コイル13と、受信コイル14とを収納し、これら両コイル13,14の間に被検知物の金属板であるコイン15が通過し得るように構成している。
【0017】
上述の送信コイル13は間欠的に励磁発振して、その磁束を受信コイル14が受信するように対向し、前述のコイン15がこの磁束を遮断することにより、コイン15の存在を検知するように構成している。
【0018】
図2は、金属板検知センサ10の回路ブロック図を示し、送信回路部21は詳細を後述するが、送信コイル13を所定の時間幅のパルス信号で間欠駆動し、受信回路部22は、送信コイル13の磁束の影響で受信コイル14に発生した誘導出力を取出し、積分回路部23は前段の誘導出力を検波積分し、比較回路部24はコイン(金属板)15の存在有無を判定するために予め設定した電圧レベルと、前段の積分電圧値とを比較し、比較の結果コイン15の存在を判定したときは出力回路部25からコイン検知信号を出力する。
【0019】
なお、上述の比較判定は、送信コイル13側が間欠送信であるため、その間欠周期の出力に対応して(同期して)実行する。また、1個のコイン15の通過を検知するに当たっては、間欠周期の1回または複数回の判定処理の結果で行う。
【0020】
図3は、前述の送信回路部21を示し、該送信回路部21は送信コイル13に電源電圧を印加する直流電源31と、定電流を供給する定電流源(定電流電源)32と、これらの直流電源31および定電流源32の供給を間欠的に駆動するスイッチングトランジスタ33と、該トランジスタ33を間欠的に駆動するために所定の幅で所定の周期で間欠波(パルス信号)を発生する間欠波発生器34とで構成している。図中、Rは抵抗、Cはコンデンサである。
【0021】
このように構成した送信回路部21は、間欠波発生器34で発生した間欠波信号、すなわち、パルス信号でトランジスタ33を所定の周期でスイッチング駆動(電気的に接続・非接続の駆動)すると、送信コイル13は間欠して励磁発振して、間欠した磁束を発生する。
【0022】
前述のスイッチングトランジスタ33がスイッチング動作することにより次ぎの動作が生じる。
【0023】
すなわち、図4に示すように、送信コイル13が間欠駆動したときの1つのパルス信号(間欠波信号)で駆動されて励磁発振したとき、受信コイル14では、パルス信号で励磁された磁束の影響で誘導出力が発生するが、この出力は、励磁した磁束の立ち上がり、および立ち下がりの変化点T1,T2,T3,T4で急峻変化が生じて、その変化点で大きな誘導出力が発生する(大きなピーク値をもった振幅の発生)。
【0024】
すなわち、第1の特徴として、送信コイル13の間欠駆動で、受信コイル14側に磁束の立ち上がりおよび立ち下がりの変化点に対応して、大きなピーク値をもった振幅の誘導出力が得られる。
【0025】
さらに、図4におけるパルスの変化点T3,T4において、変化点T3によって発生した誘導出力の出力残存部に変化点T4によって発生した誘導出力が重畳されると、さらに大きな誘導出力を得ることができる(大きなピーク値を持った振幅の発生)。
【0026】
すなわち、図5にも示すように、パルスONで立ち上がった変化点ではプラス(+)の方向に誘導出力が発生する(図5,a,b)。また、パルスOFFで立ち下がった変化点てはマイナス(−)の方向に誘導出力が発生し(図5,c,d)、180度の位相(周期)のずれを持っていることを利用して、パルスの立ち上がりによって発生した誘導出力の波形がマイナス(−)の方向に変化するタイミングでパルスを立ち下げて、立ち下がりにより発生する誘導出力を、立ち上がりにより発生した誘導出力に重畳させることにより、より大きなピーク値をもった振幅の誘導出力が得られる(図5,e,f)。
【0027】
勿論、上述のパルス信号幅は、受信コイル14の特性と共振容量で決定される発振周期の0.5倍、1.5倍,2.5倍のように、発振周期の整数倍に半周期を加算(整数倍+半周期)した時間に設定してもよく、また、正確に半周期をずらさなくとも、振幅が増加する方向に重畳する幅に設定してもよい。
【0028】
すなわち、第2の特徴として、送信コイル13を間欠駆動するパルス信号幅を、受信コイル14側の発振周期の振幅が増加する方向に重畳合成する信号幅に設定することによって、より大きなピーク値をもった振幅の誘導出力が得られる。
【0029】
図6は、前述の図3で説明した送信コイル13側と受信コイル14側の出力波形を示し、間欠波発生器34のパルス信号(間欠信号波)の幅は、前述したように、受信側の発振波形の位相(周期)に180度(半周期)ずれが発生する幅(時間幅)に設定して、所定の周期で発振しており(図6,a)、該パルス信号でトランジスタをスイッチング動作して送信コイル13を励磁発振させると、この発振信号波形は、重畳合成波となって(図6,b)、極めて高いピーク値を持った振幅で発振する。
【0030】
このような励磁発振された磁束を受信する受信コイル14側では、上述の極めて高いピーク値をもった誘導出力波形を得ることができ(図6,c)、このことは送信側の励磁発振を感度よく受信していることになり、その結果、受信感度が必要最小限の感度から最高感度までの感度範囲が拡大できて、受信範囲の余裕度が向上して受信範囲の拡大が可能となり、よって、送信コイル13と受信コイル14との距離を拡大することができる。
【0031】
さらに、前述の定電流源32の設定電流値を高くすると、直流電源31の電源電圧の影響によらず、受信コイル14の誘導出力のピーク値を高くすることができ、受信コイル14の受信感度を上げることができ、これによっても、受信範囲の余裕度が向上し、検出距離を拡大することができるようになる。
【0032】
次ぎに実験例を説明する。
【0033】
被検知金属板として、10mm×10mm×1mmの大きさの鉄片を、コイル径φ4mmのコイルを使用して検知した実験例であって、
この発明の第1の実験例は、定電流源32を使用しないで送信コイル13を間欠駆動した場合、
この発明の第2の実験例は、定電流源32を使用して送信コイル13を間欠駆動した場合、
従来技術1は、送信コイルを正弦波の交番信号で駆動して定常発振させた場合、
従来技術2は、周知の近接センサで構成した場合を示す。
【0034】
これらの実験例において、第1の実験例、第2の実験例、および従来技術1はコイルに流れる回路電流を同等に設定している。また、近接センサでは、上述の被検知金属板の鉄片を、コイル径φ4mmのコイルで検知するに最も適応した発振周波数および回路電流に設定している。
【0035】
その結果、下記の検出距離を確認することができた。
【0036】
この発明の第1の実験例の場合、2〜3mm
この発明の第2の実験例の場合、4〜5mm
従来技術1、 1mm以下
従来技術2、 1.5〜2mm
である。
【0037】
上述の実験例で明らかなように、第1の実施例である送信コイル13を定電流源32を用いることなく間欠波で励磁発振させた例でも、従来技術1の定常発振例の2倍から3倍の検出距離が得られ、また、従来技術2の近接センサ例よりも2倍の検出距離が得られ、定電流源32を用いなくても効果のあることが確認できた。
【0038】
さらに、第2のd実施例である定電流源32を用いて間欠波で励磁発振させた例では、従来技術1の定常発振例の4倍から5倍の検出距離が得られ、また、従来技術2の近接センサ例よりも3倍の検出距離が得られ、定電流源32を用いることによって、顕著な効果があることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 金属板検知センサの斜視図。
【図2】 金属板検知センサの回路ブロック図。
【図3】 送信側の回路ブロック図。
【図4】 発振波形の説明図。
【図5】 パルスと発振波形との関係を示す説明図。
【図6】 送信回路部および受信回路部の出力波形の説明図。
【符号の説明】
10…金属板検知センサ
13…送信コイル
14…受信コイル
15…コイン
21…送信回路部
22…受信回路部
32…定電流源
33…スイッチングトランジスタ
34…間欠波発生器
Claims (2)
- 磁束発生源となる第1のコイルと、その磁束の影響で誘導出力を発生する第2のコイルとを、所定間隔を隔てて対向配置し、これら両コイル間の金属板の有無を、第2のコイルの誘導出力の大小で検知する金属板検知センサであって、
前記第1のコイルを含んでLC並列共振回路を構成し、
該LC並列共振回路と電気的エネルギー供給源としての定電流源と電気的スイッチ手段とを直列に接続して両端に定電圧を印加すると共に、
該電気的スイッチ手段をスイッチ操作することによって前記第1のコイルの励磁を間欠駆動する間欠駆動手段を設け、
前記第1のコイルを間欠駆動する間欠駆動手段の間欠信号幅を、該間欠信号の立ち上がりで過渡的に第2のコイルに生じる励磁発振の振幅と、該間欠信号の立ち下がりで過渡的に第2のコイルに生じる励磁発振の振幅とが、振幅が増加する方向に重畳合成する幅に設定した
金属板検知センサ - 磁束発生源となる第1のコイルと、その磁束の影響で誘導出力を発生する第2のコイルとを、所定間隔を隔てて対向配置し、これら両コイル間の金属板の有無を、第2のコイルの誘導出力の大小で検知する金属板検知センサであって、
前記第1のコイルを含んでLC並列共振回路を構成し、
該LC並列共振回路と電気的エネルギー供給源としての定電流源と電気的スイッチ手段とを直列に接続して両端に定電圧を印加すると共に、
該電気的スイッチ手段をスイッチ操作することによって前記第1のコイルの励磁を間欠駆動する間欠駆動手段を設け、
前記第1のコイルを間欠駆動する間欠駆動手段の間欠信号幅を、該間欠信号の立ち上がりで過渡的に第2のコイルに生じる励磁発振の周期、又は該間欠信号の立ち下がりで過渡的に第2のコイルに生じる励磁発振の周期の整数倍+半周期の時間幅に設定した
金属板検知センサ。
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