JP4039947B2 - Electromagnetic proximity detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間や動物などの検知対象物が近接したことを検知する電磁波式近接検知装置に関し、特に、消費電力の低減が可能な電磁波式近接検知装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の電磁波式近接検知装置としては、特許文献1に開示された電磁波式近接センサがある。そして、特許文献1の図3には、マイクロ波発振用のガリウムヒ素FET2a、およびガリウムヒ素FET2aのベースに接続され、分布定数回路で構成された、アンテナを兼用する発振コイル2bなどを有する電磁波輻射部2と、電磁波輻射部2のガリウムヒ素FET2aのコレクタから取り出されたコレクタ電圧の変動を増幅し、帯域制限して擾乱成分を抽出する擾乱成分抽出部3と、擾乱成分抽出部3で抽出された擾乱成分と所定の基準レベルとを比較し、基準レベルより大きな擾乱成分が検出されたときにセンサ信号を出力するレベル比較部5とを具備した電磁波式近接センサが開示されている。
【0003】
この電磁波式近接センサによれば、アンテナを兼用する発振コイル2bから検知エリアに電磁波が輻射される。検知エリアに検知対象物が接近すると、電磁波はドップラーシフトを受けながら反射される。この反射波を電磁波輻射部2の発振コイル2bがキャッチすると、送信波の一部と混合されて、ビート(低周波の擾乱)が生じ、ガリウムヒ素FET2aのコレクタ電圧に低周波擾乱成分が乗る。コレクタ電圧の変動はコレクタ抵抗2cにより検出され、直流カット用コンデンサ2dを介して擾乱成分抽出部3へ入力される。擾乱成分抽出部3は、入力電圧を増幅し、帯域制限して擾乱成分を抽出し、レベル比較部5へ出力する。レベル比較部5は、入力された擾乱成分と基準レベルとを比較し、基準レベルより大きな擾乱成分が検出されたときにセンサ信号を出力する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電磁波式近接検知装置は、アンテナを兼用した発振コイルがトランジスタのべースに接続されているため、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流が大きいという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流の低減を可能にする電磁波式近接検知装置を提供することを目的とする。
【0006】
また、本発明は、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流の低減を可能にすると共に、検知感度の向上を可能にする電磁波式近接検知装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁波式近接検知装置は、所定の高周波の周波数の発振、前記高周波の電磁波の輻射、および前記電磁波の反射波の受波を行う高周波輻射・受波部と、前記高周波輻射・受波部の出力側の電流変化から低周波擾乱成分を抽出し、増幅する増幅部とを具備した電磁波式近接検知装置において、前記高周波輻射・受波部は、トランジスタと、前記トランジスタの出力側端子であるコレクタに接続され、かつ前記所定の周波数に共振する長さを有する第1の導電体パターンと、前記トランジスタの入力側端子であるベースに接続され、かつ前記第1の導電体パターンと所定の間隔で配置された所定の長さを有する第2の導電体パターンとを有することを特徴とする。この構成により、この構成により、第1の導電体パターンのインダクタンス、および第1の導電体パターンと第2の導電体パターンとの間の浮遊容量により、トランジスタのコレクタ側の電圧をベース側へ帰還して発振させ、かつ第1の導電体パターンをアンテナとすることにより、トランジスタのコレクタ側で電磁波を輻射することで、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流を小さくすることができる。
【0008】
また、本発明の電磁波式近接検知装置は、前記高周波輻射・受波部が、前記トランジスタのエミッタに接続されたアンテナを有することを特徴とする。この構成により、アンテナで受波した電磁波をトランジスタのエミッタに供給し、電流変化を大きく取り出せるトランジスタのコレクタ側で擾乱成分を取り出すことで、検知感度を向上させることができる。
【0009】
さらに、本発明の電磁波式近接検知装置は、前記高周波輻射・受波部が、前記トランジスタのエミッタとグランドとの間に接続され、かつ前記所定の周波数に共振する長さを有する導電体を有することを特徴とする。この構成により、受波した電磁波が導電体に共振することで、検知感度を向上させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
本発明の実施の形態の電磁波式近接検知装置は、図1に示すように、高周波輻射・受波部1と、高周波輻射・受波部1の出力電流の変化を取り出す結合コンデンサ6と、結合コンデンサ6の出力から所定の周波数成分を抽出し、増幅する増幅部7と、増幅部7の出力を可視表示する表示部8とを具備する。詳細について後述するように、この電磁波式近接検知装置は、ガラスエポキシなどを材料とする回路基板上に実装されている。
【0011】
高周波輻射・受波部1は、トランジスタ11を具備する。トランジスタ11のコレクタは、回路基板表面上の第1の導電体パターン12と、抵抗13との直列接続回路を介して電源VDDに接続されている。トランジスタ11のエミッタは、後述する導体線21と、半固定抵抗19との直列接続回路を介してグランドに接続されている。電源VDDとグランドとの間には、トランジスタ11にベースバイアス電圧を供給するための、抵抗14と、抵抗15と、ダイオード16との直列接続回路が接続されている。トランジスタ11のベースと、抵抗14および抵抗15の接続点との間には、回路基板表面上の第2の導電体パターン17が接続されている。また、回路基板裏面上の第3の導電体パターン18は、第1の導電体パターン12との間で浮遊容量によるキャパシタを構成する。ダイオード16は、トランジスタ11の温度ドリフト補償作用を行う。半固定抵抗19は、トランジスタ11のベースバイアス電圧の微調整用である。
【0012】
また、高周波輻射・受波部1は、トランジスタ11のエミッタに接続されたアンテナ20と、トランジスタ11のエミッタと半固定抵抗19との間に接続された導体線21とを具備する。これらの詳細については後述する。
【0013】
結合コンデンサ6は、第1の導電体パターン12と抵抗13との接続点に接続されている。増幅部7は、所定の周波数、例えば10Hz以下の電流変化成分を抽出し、増幅する。表示部8は、増幅部7の出力が入力される駆動用のトランジスタ81と、トランジスタ81により駆動される発光ダイオード82とを具備する。
【0014】
図2は、本実施の形態の電磁波式近接検知装置における回路基板の要部の構成、および部品の実装状態を説明するための図である。この図において、図1と同一の構成要素には図1で使用した符号を付した。
【0015】
図2に示すように、回路基板の表面には、第1の導電体パターン12と、第2の導電体パターン17とが形成されている。これらの導電体パターンは、回路基板の表面に銅箔を接合し、エッチングして形成したものである。第1の導電体パターン12は、発振回路1のインダクタンスとして機能すると共に、この発振回路1で生成された電気振動を電磁波として放射するアンテナの機能も有する。そして、第1の導電体パターン12の長さd1 は、放射される電磁波の波長の約1/4に設定されている。第2の導電体パターン17は、第1の導電体パターン12と平行に配置されている。第2の導電体パターン17と第1の導電体パターン12との間隔d2 、および第2の導電体パターン17と第1の導電体パターン12とが互いに平行に対向している部分の長さd3 により、第2の導電体パターン17と第1の導電体パターン12との間の浮遊容量によるキャパシタンスの値が決まる。第3の導電体パターン18は、回路基板の裏面に形成されている。なお、図示は省略したが、グランドとなる導電体パターンが回路基板の表面の適当な位置に形成されている。
【0016】
第1の導電体パターン12の左下端付近と、第2の導電体パターン17の下端との間にトランジスタ11が実装されている。トランジスタ11のコレクタCは第1の導電体パターン12に接続され、トランジスタ11のベースBは第2の導電体パターン17に接続されている。そして、図示されていないが、トランジスタ11のエミッタEには、直径約0.5mmのスズメッキ鋼線からなるアンテナ20が立設されている。アンテナ20の長さは電磁波の波長の約1/4に設定されており、真っ直ぐなホイップアンテナとなる。このアンテナ20により、全方位の受波指向性が得られる。また、トランジスタ11のエミッタEには、導体線21が接続されている。導体線21の長さは電磁波の波長の約1/2に設定されている。
【0017】
次に、以上のように構成された電磁波式近接検知装置の動作について、(1)高周波輻射・受波部1の発振および電磁波輻射動作、(2)近接検知動作、の順に説明する。
【0018】
(1)高周波輻射・受波部1の発振および電磁波輻射動作
高周波輻射・受波部1は、インダクタンスとキャパシタンスとを帰還回路とするLC発振回路である。ここで、第1の導電体パターン12がインダクタンスとなり、第1の導電体パターン12と第2の導電体パターン17との間の浮遊容量がキャパシタンスとなる。そして、トランジスタ11の出力側であるコレクタに接続されたインダクタンスの電圧が浮遊容量によりトランジスタ11の入力側であるベースに正帰還され、発振が行われる。発振周波数は、第1の導電体パターン12の長さd1(この値によりインダクタンスが決まる)と、第2の導電体パターン17と第1の導電体パターン12との間隔d2、および第2の導電体パターン17と第1の導電体パターン12とが互いに平行に対向している部分の長さd3(これらの値によりキャパシタンスが決まる)とにより、基本的に決定される。発振周波数は、準マイクロ波(1〜3GHz)の2.4GHzに設定することが好適である。電磁波の輻射は、トランジスタ11のコレクタに接続された第1の導体パターン12により主に行われる。このように、トランジスタのコレクタ側で電磁波を輻射することにより、同じ電力の輻射であれば、従来のベース・エミッタ間発振により電磁波を輻射する構成よりも、消費電流を小さくすることができる。
【0019】
(2)近接検知動作
近接検知装置の検知エリア(例えば1.5m程度以内)に人間などの検知対象物が接近してくると、表示部8の発光ダイオード82が点灯する。このとき、トランジスタ11のコレクタ電流は、検知対象物の接近速度に応じて正弦波状に変化している。このコレクタ電流の変化を結合コンデンサ6により取り出し、増幅器7により増幅し、表示部8で表示している。
【0020】
このときの動作は以下のようになる。高周波輻射・受波部1の第1の導電体パターン12から主に輻射された電磁波は検知対象物で反射され、アンテナ20で受波される。そして、検知対象物が接近し、アンテナ20と検知対象物との間の距離が変化すると、反射波に変化が生じ、アンテナ20で受波され、導体線21に注入される。ここで、輻射された電磁波と受波された電磁波との混合が行われ、低周波の擾乱が生じ、コレクタ抵抗13の電圧に低周波の擾乱成分が乗る。この擾乱成分を結合コンデンサ6より取り出す。トランジスタ11のエミッタに接続された導体線21は、受波される電磁波に共振する長さを有するため、アンテナ20で受波された電磁波が導体線21に共振し、検知感度が向上する。
【0021】
なお、上記実施の形態では、アンテナ20を設けたが、アンテナ20を省略しても、全方位の指向性は得られなくなるものの指向性を持った検知動作を行うことはできる。また、導体線21を回路基板上の導電体パターンとしても良い。さらに、第1の導電体パターン12の長さは、約1/4波長に限定されるものではなく、高周波輻射・受波部1の発振周波数に共振する長さであれば良い。同様に、アンテナ21の長さ、導体線21の長さも、高周波輻射・受波部1の発振周波数に共振する長さであれば良い。また、アンテナ21は、ホイップアンテナに限らず、他の形状のアンテナでも良い。
【0022】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電磁波式近接検知装置によれば、第1の導電体パターンのインダクタンス、および第1の導電体パターンと第2の導電体パターンとの間の浮遊容量により、トランジスタのコレクタ側の電圧をベース側へ正帰還して発振させ、かつ第1の導電体パターンをアンテナとすることにより、トランジスタのコレクタ側で電磁波を輻射することで、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流を低減することができる。
【0023】
また、本発明の電磁波式近接検知装置によれば、アンテナで受波した電磁波をトランジスタのエミッタに供給し、電流変化を大きく取り出せるコレクタ側で低周波の擾乱成分を取り出すことにより、検知感度を向上させることができる。
【0024】
さらに、本発明の電磁波式近接検知装置によれば、受波された電磁波が導電体に共振することで、検知感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の電磁波式近接検知装置の構成を示すブロック図、
【図2】本発明の実施の形態の電磁波式近接検知装置における回路基板の要部の構成、および部品の実装状態を説明するための図である。
【符号の説明】
1 高周波輻射・受波部
6 結合コンデンサ
7 増幅部
8 表示部
11、81 トランジスタ
12 第1の導電体パターン
13、14、15、19 抵抗
16 ダイオード
17 第2の導電体パターン
18 第3の導電体パターン
20 アンテナ
21 導体線
82 発光ダイオード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic proximity detector that detects that a detection object such as a human being or an animal has approached, and more particularly, to an electromagnetic proximity detector that can reduce power consumption.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of electromagnetic proximity detector, there is an electromagnetic proximity sensor disclosed in
[0003]
According to this electromagnetic proximity sensor, electromagnetic waves are radiated to the detection area from the oscillation coil 2b that also serves as an antenna. When a detection object approaches the detection area, the electromagnetic wave is reflected while undergoing a Doppler shift. When the reflected wave is caught by the oscillation coil 2b of the electromagnetic wave radiation unit 2, it is mixed with a part of the transmission wave to generate a beat (low frequency disturbance), and a low frequency disturbance component is added to the collector voltage of the gallium arsenide FET 2a. The fluctuation of the collector voltage is detected by the collector resistor 2c and input to the disturbance component extraction unit 3 through the DC cut capacitor 2d. The disturbance component extraction unit 3 amplifies the input voltage, limits the band, extracts the disturbance component, and outputs the disturbance component to the level comparison unit 5. The level comparison unit 5 compares the input disturbance component with the reference level, and outputs a sensor signal when a disturbance component larger than the reference level is detected.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional electromagnetic proximity detector has a problem that the current consumption for radiating electromagnetic waves of a predetermined output is large because the oscillation coil that also serves as an antenna is connected to the base of the transistor.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electromagnetic wave proximity detection device that can reduce current consumption for radiating electromagnetic waves having a predetermined output.
[0006]
It is another object of the present invention to provide an electromagnetic wave proximity detection device that can reduce current consumption for radiating electromagnetic waves having a predetermined output and can improve detection sensitivity.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The electromagnetic wave type proximity detector of the present invention includes a high frequency radiation / reception unit that performs oscillation of a predetermined high frequency, reception of the high frequency electromagnetic wave, and reception of the reflected wave of the electromagnetic wave, and the high frequency radiation / reception. In the electromagnetic wave proximity detecting device including an amplifying unit that extracts and amplifies a low-frequency disturbance component from a current change on the output side of the unit, the high-frequency radiation / receiving unit includes a transistor and an output side terminal of the transistor A first conductor pattern connected to a collector and having a length that resonates at the predetermined frequency; and a base that is an input side terminal of the transistor; and the first conductor pattern and a predetermined And a second conductor pattern having a predetermined length arranged at intervals. With this configuration, the voltage on the collector side of the transistor is fed back to the base side due to the inductance of the first conductor pattern and the stray capacitance between the first conductor pattern and the second conductor pattern. By using the first conductive pattern as an antenna and radiating electromagnetic waves on the collector side of the transistor, current consumption for radiating electromagnetic waves with a predetermined output can be reduced.
[0008]
In the electromagnetic wave proximity detector according to the present invention, the high-frequency radiation / reception unit includes an antenna connected to an emitter of the transistor. With this configuration, the detection sensitivity can be improved by supplying the electromagnetic wave received by the antenna to the emitter of the transistor and extracting the disturbance component on the collector side of the transistor from which a large current change can be extracted.
[0009]
Furthermore, the electromagnetic wave type proximity detector according to the present invention includes a conductor in which the high-frequency radiation / receiving unit is connected between an emitter of the transistor and a ground and has a length that resonates at the predetermined frequency. It is characterized by that. With this configuration, the received electromagnetic wave resonates with the conductor, thereby improving detection sensitivity.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, an electromagnetic wave proximity detector according to an embodiment of the present invention includes a high frequency radiation /
[0011]
The high frequency radiation /
[0012]
The high-frequency radiation /
[0013]
The coupling capacitor 6 is connected to a connection point between the
[0014]
FIG. 2 is a view for explaining the configuration of the main part of the circuit board and the mounting state of the components in the electromagnetic wave proximity detection device of the present embodiment. In this figure, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the reference numerals used in FIG.
[0015]
As shown in FIG. 2, a
[0016]
A
[0017]
Next, the operation of the electromagnetic proximity detector configured as described above will be described in the order of (1) oscillation of the high-frequency radiation /
[0018]
(1) Oscillation and Electromagnetic Radiation Operation of the High Frequency Radiation /
[0019]
(2) Proximity detection operation When a detection object such as a person approaches a detection area (for example, within about 1.5 m) of the proximity detection device, the
[0020]
The operation at this time is as follows. The electromagnetic waves mainly radiated from the
[0021]
In the above embodiment, the
[0022]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the electromagnetic wave proximity detector of the present invention, the inductance of the first conductor pattern and the stray capacitance between the first conductor pattern and the second conductor pattern. Thus, the voltage on the collector side of the transistor is positively fed back to the base side and oscillated, and the first conductor pattern is used as an antenna to radiate the electromagnetic wave on the collector side of the transistor. The current consumption for radiating can be reduced.
[0023]
In addition, according to the electromagnetic wave type proximity detection device of the present invention, the detection sensitivity is improved by supplying the electromagnetic wave received by the antenna to the emitter of the transistor and extracting the low-frequency disturbance component on the collector side where a large current change can be extracted. Can be made.
[0024]
Furthermore, according to the electromagnetic wave type proximity detector of the present invention, the received electromagnetic wave resonates with the conductor, so that the detection sensitivity can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an electromagnetic wave proximity detector according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration of a main part of a circuit board and a mounting state of components in an electromagnetic wave proximity detector according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 High Frequency Radiation / Receiving Unit 6 Coupling Capacitor 7 Amplifying Unit 8 Display Unit
11, 81 transistor
12 First conductor pattern
13, 14, 15, 19 resistance
16 diodes
17 Second conductor pattern
18 Third conductor pattern
20 Antenna
21 Conductor wire
82 Light-emitting diode
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