JP6236450B2 - 近接センサーモニター - Google Patents
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Description
vO(t)=real(VO(ω)ejωt)
および
i(t)=real(I(ω)ejωt)
として表現され、ここでVO(ω)とI(ω)は複素振幅である。これら2つだけでなく、回路中の全ての電圧および電流は、複素振幅を介して同様に表現されることができる。
Z(ω)=VS(ω)/I(ω)
として定義される。また、インピーダンスZ(ω)は、
Z(ω)=R+jωL
または
Z(ω)=R+1/(jωC)
からなり、ここでRはレジスティブ成分(インピーダンスの実数成分)、Lはインダクティブ成分、Cはキャパシティブ成分である。インピーダンスの虚数部分は周波数依存であり、通常はリアクティブ成分と呼ばれることに注意すべきである。
I(ω)=ΔV(ω)/R
ここでΔV(ω)は負荷抵抗2に跨った電圧の複素振幅、を使って感知される。
Z=VS/I
で与えられる。従って
Z=R+jωL
である。
n=−PからM−1についてνon=real(VOzn)
によって表記されることができ、ここでz=ejωτ、VOは出力電圧の複素振幅、Pは調停を許容するようにゼロにされ得るブロックのサンプルの数を指し示す正の整数または0、Mは正の整数である。
ν(t)=real(V(ω)ejωt)+σ(t)
と表現されることができ、ここでσは望まれていない信号中のあらゆる成分(例えば、ノイズ)を表記し、すると、
νn=real(V(ω)zn)+σn
および
先導するゼロを含むことによって始動過渡状態を克服することもできる。
または
またはより一般的に、
またはもっとより一般的に、
上の式はまた、2つの異なる周波数測定から導出されたインピーダンス測定値を使うように一般化されることができる。これは、一例では、下に与えられた形を取るであろう。
またはより一般的に、
近接センサーの上の記載が与えられたので、我々はここで、本発明による近接センサーモニターを記載する。
ことを意味する。但し、1つより多くのセンサーチャネルを、単一のよりパワフルなプロセッサと組み合わせ、それでも依然としてシステムを簡略化してそのコストを削減するように順次測定技術と経済的な処理方法を使用することが可能である。
Claims (57)
- ターゲットの近接さを感知するためと、同じターゲットの近接さを感知するための近接センサーに結合するための近接センサーモニターであって、近接センサーは、ターゲットの近接さと共に変動する電気的性質を有する電気的コンポーネントと、電気的コンポーネントに接続され既知のインピーダンスを有するインピーダンスコンポーネントと、接続された電気的およびインピーダンスコンポーネンツへの印加のための電気信号を生成するための信号生成器であって、電気的およびインピーダンスコンポーネンツが信号生成器からの電気信号に応答して第1および第2のアナログ電圧信号を提供するように配置されているものと、を含み、近接センサーモニターは、
近接センサーからの第1および第2のアナログ電圧信号をそれぞれ受け取るための第1と第2の入力と、
第1と第2の入力に結合され、第1と第2の入力の間で切り替えするように構成されているスイッチと、
スイッチに結合され、アナログ電圧信号を受け取るためとデジタル電圧信号を生成するためのアナログ−デジタル変換器と、
アナログ−デジタル変換器に接続され、デジタル電圧信号を受け取るためと近接モニター信号を生成するためのプロセッサと、を含み、
プロセッサが、第1のアナログ電圧信号と第2のアナログ電圧信号をそれぞれ測定するために、第1と第2の入力に順次接続するようスイッチを制御するように構成されており、
プロセッサが、近接モニター信号を生成するために、近接モニター信号を生成するのに使われた励起周波数と、接続された電気的およびインピーダンスコンポーネンツに印加された電気信号を生成するのに近接センサーの信号生成器によって使われた励起周波数との間の周波数差を補償するように構成されている、
近接センサーモニター。 - プロセッサが、電気的コンポーネントのインピーダンスまたはインピーダンスの少なくとも1つの成分の測定値として、近接モニター信号を生成するように構成されている、請求項1による近接センサーモニター。
- プロセッサが、インピーダンスまたはその少なくとも1つの成分に関係するファクターが閾値より上か下かのどちらであるかの指標として、近接モニター信号を生成するように構成されている、請求項1または2による近接センサーモニター。
- プロセッサが、
第1の時間において測定された第1の測定電圧の複素振幅の位相を指し示す第1のパラメータを決定することと、
第2の時間において測定された第2の測定電圧の複素振幅の位相を指し示す第2のパラメータを決定することと、
第3の時間において測定された第3の測定電圧の複素振幅の位相を指し示す第3のパラメータを決定することと、
第1と第3のパラメータに依存して位相修正値を決定することと、
第4の電圧を生成するために位相修正値を第1または第3の測定電圧に適用することであって、第4の電圧は第2の時間における第1または第3の電圧を表していることと、
によって周波数差を補償するように構成されている、請求項1、2または3による近接センサーモニター。 - 第1と第3の測定電圧が、第1の入力において測定された電圧であり、
第2の測定電圧が、第2の入力において測定された電圧である、
請求項4による近接センサーモニター。 - 第1と第3の測定電圧が、第2の入力において測定された電圧であり、
第2の測定電圧が、第1の入力において測定された電圧である、
請求項4による近接センサーモニター。 - プロセッサが、第1と第3のパラメータを使った線形または極性補間を使うことによって位相修正値を決定するように構成されている、請求項4、5または6による近接センサーモニター。
- プロセッサが、
第1の時間において測定された第1の測定電圧の複素振幅の位相を指し示す第1のパラメータを決定することと、
第2の時間において測定された第2の測定電圧の複素振幅の位相を指し示す第2のパラメータを決定することと、
第3の時間において測定された第3の測定電圧の複素振幅の位相を指し示す第3のパラメータを決定することと、
第1と第2のパラメータに依存して位相修正値を決定することと、
第4の電圧を生成するために位相修正値を第1または第2の測定電圧に適用することであって、第4の電圧は第3の時間における第1または第2の電圧を表していることと、
によって周波数差を補償するように構成されている、請求項1、2または3による近接センサーモニター。 - 第1と第2の測定電圧が、第1の入力において測定された電圧であり、
第3の測定電圧が、第2の入力において測定された電圧である、
請求項8による近接センサーモニター。 - 第1と第2の測定電圧が、第2の入力において測定された電圧であり、
第3の測定電圧が、第1の入力において測定された電圧である、
請求項8による近接センサーモニター。 - プロセッサが、第1と第2のパラメータを使った外挿を使うことによって位相修正値を決定するように構成されている、請求項8、9または10による近接センサーモニター。
- 第1と第2の測定電圧が、連続したスイッチングサイクルで測定される、請求項8−11のいずれか1つによる近接センサーモニター。
- 第1と第2の測定電圧が、単一のスイッチングサイクルの第1と第2の部分の間で測定される、請求項8−11のいずれか1つによる近接センサーモニター。
- 接続された電気的およびインピーダンスコンポーネンツに印加された電気信号を生成するのに近接センサーの信号生成器によって使われた励起周波数を指し示す近接センサーからの励起信号を受け取るカウンター部を含み、近接センサーモニタープロセッサが、近接センサーの励起周波数と近接モニター信号を生成するのに使われた励起周波数との周波数における差から位相修正値を決定するように構成されている、請求項1、2または3による近接センサーモニター。
- プロセッサが、
第1の時間において測定された第1の測定電圧の複素振幅の位相を指し示す第1のパラメータを決定することと、
第2の時間において測定された第2の測定電圧の複素振幅の位相を指し示す第2のパラメータを決定することと、
第4の電圧を生成するために位相修正値を第1の測定電圧に適用することであって、第4の電圧は第2の時間における第1の電圧を表していることと、
によって周波数差を補償するように構成されている、請求項14による近接センサーモニター。 - 第1の測定電圧が、第1の入力において測定された電圧であり、
第2の測定電圧が、第2の入力において測定された電圧である、
請求項15による近接センサーモニター。 - 第1の測定電圧が、第2の入力において測定された電圧であり、
第2の測定電圧が、第1の入力において測定された電圧である、
請求項15による近接センサーモニター。 - スイッチが2つの出力を含み、スイッチは、1つの出力が第1の電圧に対応するインピーダンスコンポーネントの第1の端部に接続されている時には、もう1つの出力が第2の電圧に対応するインピーダンスコンポーネントの第2の端部に接続されているように構成されており、プロセッサは、スイッチ出力の各々について第1と第2の電圧を測定するように構成されている、請求項1−17のいずれかによる近接センサーモニター。
- スイッチの第1と第2の出力のそれぞれと結合された第1と第2の入力を有するマルチプレクサと、アナログ−デジタル変換器に結合された出力を含む、請求項18による近接センサーモニター。
- 近接センサーからの近接信号を受け取るための入力と、近接モニター信号を受け取るための入力を有する比較部であって、比較部は、信号の間の差が閾値よりも大きい欠陥状態を検出するために近接信号と近接モニター信号を比較するように構成されており、もし欠陥状態が検出されれば警告を出力するように構成されているもの、を更に含む、請求項1−19のいずれか1つによる近接センサーモニター。
- 第1の入力とスイッチの1つの出力との間に結合された差動増幅器であって、差動増幅器はアナログ差分電圧をスイッチに出力するように構成されており、アナログ差分電圧は第1のアナログ電圧信号と第2のアナログ電圧信号の間の差分電圧を表しているもの、を含む、請求項1−20のいずれかによる近接センサーモニター。
- プロセッサが、
電気的コンポーネントに跨った電圧の複素振幅を指し示す第1のパラメータと、電気的コンポーネントに跨った電圧と第4の電圧の間の差または電圧差の複素振幅を指し示す第2のパラメータを決定し、
第1および第2の決定されたパラメータの各々に、第2の決定されたパラメータの複素共役を掛けて、それぞれ第3および第4のパラメータを生成し、
第3および第4のパラメータを比較して近接モニター信号を生成するか、または第3のパラメータの1つ以上の成分または微分と第4のパラメータの1つ以上の成分または微分を比較して近接モニター信号を生成するように構成されている、
請求項4−13、15−17のいずれか1つによる近接センサーモニター。 - プロセッサが、第3および第4のパラメータの生成中に平均化プロセスを含めるように構成されている、請求項22による近接センサーモニター。
- プロセッサが、信号生成器によって生成された生成信号がその一部である複素共役信号に基づいたファクターを電気的コンポーネントに跨った電圧に掛けて第1のパラメータを決定し、そのファクターを第4の電圧に掛けて暫定的なパラメータを決定し、暫定的なパラメータから第1のパラメータを引いて第2のパラメータを決定するように構成されている、請求項22または23による近接センサーモニター。
- プロセッサが、生成された信号がその一部である複素共役信号に基づいたファクターを電気的コンポーネントに跨った電圧に掛けて第1のパラメータを決定し、電気的コンポーネントに跨った電圧と第4の電圧を使って差分電圧を決定し、そのファクターを差分電圧に掛けて第2のパラメータを決定するように構成されている、請求項22または23による近接センサーモニター。
- プロセッサが、生成された電気信号がその一部である複素共役信号に基づいたファクターを電気的コンポーネントに跨った電圧に掛けて第1のパラメータを決定し、そのファクターを電圧差測定値に掛けて第2のパラメータを決定するように構成されている、請求項22または23による近接センサーモニター。
- プロセッサが、そのファクターを各デジタル電圧測定値に掛け、複数のデジタルサンプルに渡ってそのファクターが掛けられたデジタル電圧測定値の各々を合計するように構成されている、請求項24−26のいずれか1つによる近接センサーモニター。
- プロセッサが、定数を使って第3と第4のパラメータを比較するように構成されており、定数はインピーダンスコンポーネントのインピーダンスまたはインピーダンスの少なくとも1つの成分に依存している、請求項22−27のいずれか1つによる近接センサーモニター。
- プロセッサが、定数で各第4のパラメータに掛けた結果と各第3のパラメータを比較することによって、第3と第4のパラメータを比較して出力を生成するように構成されており、定数はインピーダンスコンポーネントのインピーダンスまたはその一部の逆数を含む、請求項28による近接センサーモニター。
- プロセッサが、複数の測定値に渡る第3と第4のパラメータの平均を使って、測定値中のノイズの推定値を決定し、もしノイズが閾値より上であれば第3と第4のパラメータの現行の比較を無視するように構成されている、請求項22−29のいずれか1つによる近接センサーモニター。
- 近接センサーのインピーダンスコンポーネントが、近接センサーの電気的コンポーネントと直列に接続されており、インピーダンスコンポーネントは、電気的コンポーネントの第1の端部と接続された第1の端部と、近接センサーの信号生成器に接続された第2の端部を有しており、
第1の入力が、インピーダンスコンポーネントの第1の端部と結合可能であり、第2の入力が、インピーダンスコンポーネントの第2の端部と結合可能であり、
第1のアナログ電圧信号が、インピーダンスコンポーネントの第1の端部におけるアナログ電圧信号であり、第2のアナログ電圧信号が、インピーダンスコンポーネントの第2の端部におけるアナログ電圧信号である、
請求項1−30のいずれかによる近接センサーモニター。 - 近接センサーの電気的コンポーネントが第1の端部と第2の端部を有し、近接センサーのインピーダンスコンポーネントが第1の端部と第2の端部を有し、インピーダンスコンポーネントの第2の端部は、電気的コンポーネントの第2の端部に接続されており、近接センサーの信号生成器は、電気的コンポーネントの第1の端部に接続されており、
近接センサーが、反転入力、非反転入力および出力を有する作動増幅器を含み、電気的およびインピーダンスコンポーネンツの第2の端部が作動増幅器の反転入力に接続されており、インピーダンスコンポーネントの第1の端部が作動増幅器の出力に接続されており、
第1の入力が、電気的コンポーネントの第1の端部と結合可能であり、第2の入力が、インピーダンスコンポーネントの第1の端部と結合可能であり、
第1のアナログ電圧信号が、電気的コンポーネントの第1の端部におけるアナログ電圧信号であり、第2のアナログ電圧信号が、インピーダンスコンポーネントの第1の端部におけるアナログ電圧信号である、
請求項1−30のいずれか1つによる近接センサーモニター。 - ターゲットの近接さを感知するための近接センサーシステムであって、
ターゲットの近接さを感知するための電気的コンポーネントであって、電気的コンポーネントはターゲットの近接さと共に変動する電気的性質を有するものと、
既知のインピーダンスと電気的コンポーネントの第1の端部に接続された第1の端部を有するインピーダンスコンポーネントと、
インピーダンスコンポーネントの第1の端部とインピーダンスコンポーネントの第2の端部の間で切り替えするように接続されたスイッチと、
直列接続されたインピーダンスコンポーネントと電気的コンポーネントへの印加のための電気信号を生成するための、インピーダンスコンポーネントの第2の端部に接続された信号生成器と、
スイッチに結合され、アナログ信号を受け取るためとデジタル電圧信号を生成するためのアナログ−デジタル変換器と、
アナログ−デジタル変換器に接続され、デジタル電圧信号を受け取るためと近接信号を生成するためのプロセッサと、
請求項1−31のいずれか1つによる近接センサーモニターであって、近接センサーモニタースイッチが、インピーダンスコンポーネントの第1の端部とインピーダンスコンポーネントの第2の端部の間に結合されているものと、を含み、
近接センサースイッチが、インピーダンスコンポーネントの第1の端部とインピーダンスコンポーネントの第2の端部の間で切り替えするように結合されており、
プロセッサが、インピーダンスコンポーネントの第1と第2の端部に順次接続するように切り替えするよう近接センサースイッチを制御するように適応されている、
近接センサーシステム。 - 信号生成器が、直列接続された電気的コンポーネントとインピーダンスコンポーネントへの印加のために逐次的信号ブロックからなる信号を生成するように適応されており、スイッチ配置が、信号の逐次的信号ブロックの信号ブロックの同じ部分の間にインピーダンスコンポーネントの第1と第2の端部のそれぞれにおける第1の電圧と第2の電圧の各々を測定するためのアナログ−デジタル変換器を含んだ測定チャネルを切り替えるように構成されている、請求項33による近接センサーシステム。
- 信号生成器が、信号ブロックの少なくとも一部のための信号パターンを格納するデジタルストアと、格納された信号パターンを繰り返し使うことによってデジタル信号を生成するための生成器手段と、デジタル信号を信号に変換するためのデジタル−アナログ変換器を含む、請求項34による近接センサーシステム。
- 信号生成器とプロセッサが同期して動作するように適応されている、請求項35による近接センサーシステム。
- 電圧を測定するための複数の測定チャネルを含み、スイッチが、測定チャネルにおける同時測定を許容するために電圧を順次測定するように測定チャネルの各々を切り替えるように適応されており、プロセッサが、各チャネルについての順次測定された電圧を処理するように構成されている、請求項33−36のいずれか1つによる近接センサーシステム。
- プロセッサがデジタル処理配置からなり、測定チャネルが、共通のマルチプレクサ配置と共通のアナログ−デジタル変換器を含む、請求項37による近接センサーシステム。
- プロセッサが、インピーダンスコンポーネントのインピーダンスまたはインピーダンスの少なくとも1つの成分の測定値として、出力を生成するように適応されている、請求項33−38のいずれか1つによる近接センサーシステム。
- プロセッサが、インピーダンスまたはその少なくとも1つの成分に関係するファクターが閾値より上か下かのどちらであるかの指標として、出力を生成するように構成されている、請求項33−38のいずれか1つによる近接センサーシステム。
- プロセッサが、
電気的コンポーネントに接続されたインピーダンスコンポーネントの第1のサイド上の第1の電圧の複素振幅を指し示す第1のパラメータと、第1および第2の電圧の間の差または電圧差の複素振幅を指し示す第2のパラメータを決定し、
第1および第2の決定されたパラメータの各々に、第2の決定されたパラメータの複素共役を掛けて、それぞれ第3および第4のパラメータを生成し、
第3および第4のパラメータを比較して出力を生成するか、または第3のパラメータの1つ以上の成分または微分と第4のパラメータの1つ以上の成分または微分を比較して出力を生成するように構成されている、
請求項40による近接センサーシステム。 - プロセッサが、第3および第4のパラメータの生成中に平均化プロセスを含めるように構成されている、請求項41による近接センサーシステム。
- プロセッサが、生成された信号がその一部である複素共役信号に基づいたファクターを第1の電圧測定値に掛けて第1のパラメータを決定し、そのファクターを第2の電圧測定値に掛けて暫定的なパラメータを決定し、暫定的なパラメータから第1のパラメータを引いて第2のパラメータを決定するように適応されている、請求項41または42による近接センサーシステム。
- プロセッサが、生成された信号がその一部である複素共役信号に基づいたファクターを第1の電圧測定値に掛けて第1のパラメータを決定し、第1および第2の電圧測定値を使って差分電圧を決定し、そのファクターを差分電圧に掛けて第2のパラメータを決定するように構成されている、請求項41または42による近接センサーシステム。
- プロセッサが、生成された電気信号がその一部である複素共役信号に基づいたファクターを第1の電圧測定値に掛けて第1のパラメータを決定し、そのファクターを電圧差測定値に掛けて第2のパラメータを決定するように構成されている、請求項41または42による近接センサーシステム。
- プロセッサが、そのファクターを各電圧測定値に掛け、複数のデジタルサンプルに渡ってそのファクターが掛けられたデジタル電圧測定値の各々を合計するように構成されている、請求項43−45のいずれか1つによる近接センサーシステム。
- 信号生成器が、複数の周波数成分からなる電気信号を生成するように構成されており、プロセッサが、各周波数のついてのインピーダンスコンポーネントの第1のサイド上の第1の電圧の複素振幅を指し示す第1のパラメータと、各周波数についての第1および第2の電圧の間の差または電圧差の複素振幅を指し示す第2のパラメータを決定し、
第1および第2の決定されたパラメータの各々に、第2の決定されたパラメータの複素共役を掛けて、それぞれ第3および第4のパラメータを生成し、第3および第4のパラメータを比較して出力を生成するか、または第3のパラメータの1つ以上の成分または微分と第4のパラメータの1つ以上の成分または微分を比較して出力を生成するように構成されている、請求項40−46のいずれか1つによる近接センサーシステム。 - プロセッサが、定数を使って第3と第4のパラメータを比較するように構成されており、定数はインピーダンスコンポーネントのインピーダンスまたはインピーダンスの少なくとも1つの成分に依存している、請求項41−47のいずれか1つによる近接センサーシステム。
- プロセッサが、定数で各第4のパラメータに掛けた結果と各第3のパラメータを比較することによって、第3と第4のパラメータを比較して出力を生成するように構成されており、定数はインピーダンスコンポーネントのインピーダンスまたはその一部の逆数を含む、請求項48による近接センサーシステム。
- プロセッサが、複数の測定値に渡る第3と第4のパラメータの平均を使って、測定値中のノイズの推定値を決定し、もしノイズが閾値より上であれば第3と第4のパラメータの現行の比較を無視するように適応されている、請求項41−49のいずれか1つによる近接センサーシステム。
- プロセッサが、インピーダンスコンポーネントにおける欠陥状態を検出するために出力をモニターし、もし欠陥状態が検出されれば警告出力を出力するように構成されている、請求項33−50のいずれか1つによる近接センサーシステム。
- プロセッサは、出力が閾値または範囲の外である時に欠陥状態を検出するように構成されている、請求項51による近接センサーシステム。
- 近接信号を受け取るための入力と、近接モニター信号を受け取るための入力を有する比較部であって、比較部は、信号の間の差が閾値よりも大きい欠陥状態を決定するために近接信号と近接モニター信号を比較するように構成されており、もし欠陥状態が検出されれば警告出力を出力するように構成されているもの、を更に含む、請求項33−52のいずれか1つによる近接センサーシステム。
- 電気的コンポーネントが、インダクターまたはキャパシターを含む、請求項33−53のいずれか1つによる近接センサーシステム。
- インピーダンスコンポーネントが、レジスターまたはインダクターを含む、請求項33−54のいずれか1つによる近接センサーシステム。
- ターゲットの近接さを感知するための近接センサーシステムであって、
ターゲットの近接さを感知するための電気的コンポーネントであって、電気的コンポーネントはターゲットの近接さと共に変動する電気的性質を有するものと、
既知のインピーダンスと電気的コンポーネントの第1の端部に接続された第1の端部を有するインピーダンスコンポーネントと、
直列接続されたインピーダンスコンポーネントと電気的コンポーネントへの印加のための電気信号を生成するための、インピーダンスコンポーネントの第2の端部に接続された信号生成器と、
インピーダンスコンポーネントの第1の端部に結合され、アナログ信号を受け取るためと第1のデジタル電圧信号を生成するための第1のアナログ−デジタル変換器と、
インピーダンスコンポーネントの第2の端部に結合され、アナログ信号を受け取るためと第2のデジタル電圧信号を生成するための第2のアナログ−デジタル変換器と、
第1と第2のアナログ−デジタル変換器に接続され、第1と第2のデジタル電圧信号を受け取るためと近接信号を生成するためのプロセッサと、
請求項1−30のいずれか1つによる近接センサーモニターであって、近接モニタースイッチが、インピーダンスコンポーネントの第1の端部とインピーダンスコンポーネントの第2の端部の間に結合されているものと、
を含む、近接センサーシステム。 - ターゲットの近接さを感知するための近接センサーシステムであって、
ターゲットの近接さを感知するための電気的コンポーネントであって、電気的コンポーネントは、第1の端部と第2の端部を有し、ターゲットの近接さと共に変動する電気的性質を有するものと、
既知のインピーダンスと第1の端部と第2の端部を有するインピーダンスコンポーネントであって、第2の端部が電気的コンポーネントの第2の端部に接続されているものと、
電気的コンポーネントへの印加のための電気信号を生成するための、電気的コンポーネントの第1の端部に接続された信号生成器と、
反転入力、非反転入力および出力を有する作動増幅器であって、電気的およびインピーダンスコンポーネンツの第2の端部が作動増幅器の反転入力に接続されており、インピーダンスコンポーネントの第1の端部が作動増幅器の出力に接続されているものと、
電気的コンポーネントの第1の端部と作動増幅器の出力の間で切り替えするように接続されたスイッチと、
スイッチに結合され、アナログ信号を受け取るためとデジタル電圧信号を生成するためのアナログ−デジタル変換器と、
アナログ−デジタル変換器に接続され、デジタル電圧信号を受け取るためと近接信号を生成するためのプロセッサと、
請求項1−30または32のいずれか1つによる近接センサーモニターであって、近接モニタースイッチが、電気的コンポーネントの第1の端部と作動増幅器の出力の間に結合されているものと、を含み、
近接センサースイッチが、電気的コンポーネントの第1の端部と作動増幅器の出力の間で切り替えするように結合されており、
プロセッサが、電気的コンポーネントの第1の端部と作動増幅器の出力に順次接続するように切り替えするよう近接センサースイッチを制御するように適応されている、
近接センサーシステム。
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