JP6880861B2 - 近接センサおよび検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、近接センサおよび近接センサにおいて実行される検知方法に関し、特に、誘導式近接センサおよび誘導式近接センサにおいて実行される検知方法に関する。

磁界を利用して金属製の検出体の有無または位置を検知する近接センサ（誘導式近接センサ）が知られている。

特許文献１には、磁界を発生させるための検出コイルと、検出コイルにパルス状の励磁電流を周期的に供給する励磁回路と、検出コイルへの励磁電流の供給が遮断された後に検出コイルの両端に生じた電圧に基づいて、金属製の検出体の有無または位置を検出する検出回路と、制御回路とを備えた近接センサが開示されている。制御回路は、励磁電流の供給期間が励磁電流の供給遮断期間以上となるように、励磁回路を制御する。

これにより、検出体の材質がアルミニウムに代表される非磁性金属である場合には、検出体の厚さによる検出距離の変動を抑制することが可能になる。また、検出体の材質が鉄の場合とアルミニウムの場合とで、厚さが同じであれば近接センサの検出距離の変動を抑制できる（［要約］参照）。

特開２００９−５９５２８号公報 特開平８−８６７７３号公報

特許文献１に記載の近接センサでは、検出体の厚さおよび材質による検出距離の変動を低減できる。このような近接センサでは、外部磁界や温度などによって検出コイル特性（インダクタンス成分や抵抗成分）が変化したり、電磁ノイズの発生などにより、検出距離が変動する場合がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、コイル特性変化の影響および／または外乱ノイズの影響を低減可能な誘導式の近接センサおよび誘導式の近接センサにおいて実行される検知方法を提供することにある。

本発明のある局面に従うと、近接センサは、磁界を利用して検出体の有無または位置を検知する。近接センサは、磁界を発生させるための検出コイルと、検出コイルにパルス状の励磁電流を周期的に供給するための送信回路と、励磁電流の周期的な供給によって検出コイルの両端に生じる電圧または電流を検出する受信回路と、検出により得られた時系列信号を利用して検出体の有無または位置を検知する制御部とを備える。制御部は、時系列信号における第１の期間において、検出体の検知に影響を及ぼす第１のファクタを取得する。制御部は、第１のファクタによって、時系列信号における第２の期間の信号を補償する。制御部は、補償後の信号に基づいて検出体の有無または位置を検知する。

好ましくは、制御部は、時系列信号における第３の期間において、検出体の検知に影響を及ぼす第２のファクタを取得する。制御部は、第１のファクタおよび第２のファクタによって、時系列信号における第２の期間の信号を補償する。

好ましくは、第１の期間および第３の期間は、励磁電流を供給している期間に含まれている。第２の期間は、励磁電流の供給を遮断している期間に含まれている。

好ましくは、第１の期間と第２の期間と第３の期間とは、励磁電流を供給している期間に含まれている。

好ましくは、第１の期間と第２の期間と第３の期間とは、励磁電流の供給を遮断している期間に含まれている。

好ましくは、第１のファクタおよび第２のファクタのいずれか一方は、検出コイルのインダクタンス変化に起因する信号であり、他方は検出コイルの抵抗変化に起因する信号である。

好ましくは、第２の期間の信号は、検出体に起因した信号である。制御部は、検出体に起因した信号から、検出コイルのインダクタンス変化に起因する信号と検出コイルの抵抗変化に起因する信号とを差し引くことにより、補償を行う。

好ましくは、第１のファクタは、検出コイルのインダクタンス変化に起因する信号または検出コイルの抵抗変化に起因する信号である。

本発明の他の局面に従うと、検知方法は、磁界を利用して検出体の有無または位置を検知する近接センサにおいて実行される。検知方法は、磁界を発生させるための検出コイルにパルス状の励磁電流を周期的に供給するステップと、励磁電流の周期的な供給によって検出コイルの両端に生じる電圧または電流を検出するステップと、検出により得られた時系列信号における第１の期間において、検出体の検知に影響を及ぼす第１のファクタを取得するステップと、第１のファクタによって、時系列信号における第２の期間の信号を補償するステップと、補償後の信号に基づいて検出体の有無または位置を検知するステップとを備える。

本発明によれば、コイル特性変化の影響および／または外乱ノイズの影響を低減可能となる。

このような近接センサの制御部で実行される処理の概要を説明するための図である。 近接センサの制御部で実行される他の処理の概要を説明するための図である。 本実施の形態に係る近接センサの斜視図である。 図３におけるiv-iv線矢視断面図である。 近接センサの概略構成を説明するためのブロック図である。 近接センサで生成または受信される信号のタイムチャートである。 図６に示した検出コイル電圧を表した電圧信号における時刻Ｔ０からＴ１の要部拡大図である。 図６に示した検出コイル電圧を表した電圧信号における時刻Ｔ１からＴ２の要部拡大図である。 検出コイル電圧を表した電圧信号の一周期に含まれる複数の期間の意味合いを説明するための図である。 励磁期間および遮断期間の信号取得タイミングを表した図である。 近接センサで実行される処理の流れを表したフローチャートである。 検出体がない場合に、期間Ｔｘにおける検出コイル電圧の時間的変化を表した図である。 検出体がある場合に、期間Ｔｘにおける検出コイル電圧の時間的変化を表した図である。 検出体がある場合における、検出体検知信号をコイルインダクタンス変化なしとして正規化した変化率を表した図である。 検出体がない場合に、時刻Ｔａ以降における検出コイル電圧の時間的変化を表した図である。 検出体がある場合に、時刻Ｔａ以降における検出コイル電圧の時間的変化を表した図である。 検出体がある場合における、検出体検知信号をコイル抵抗変化なしとして正規化した変化率を表した図である。 検出コイルのインダクタンス変化を補償する際の処理を説明するための図である。 検出コイルの抵抗変化を補償する際の処理を説明するための図である。 検出コイルのインダクタンス変化と抵抗変化とを補償する際の処理を説明するための図である。 高周波ノイズを除去するためのノイズ除去回路を表した図である。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについては詳細な説明は繰返さない。

＜Ａ．処理の概要＞
本実施の形態に係る近接センサは、磁界を利用して金属製の検出体の有無または位置を検知する誘導式の近接センサである。詳細については後述するが、本実施の形態に係る近接センサは、検出体の検知の際に従来では用いられていなかった区間の信号を用いて、検出用の信号を補償する。

この近接センサは、少なくとも、検出コイルと、送信回路と、受信回路と、制御部とを備えている。送信回路は、検出コイルにパルス状の励磁電流を周期的に供給する。詳しくは、送信回路は、励磁電流の供給と遮断とを繰り返す。これにより、検出コイルは、磁界を発生させる。受信回路は、励磁電流の周期的な供給によって、コイルの両端に生じる電圧または電流を検出する。制御部は、検出により得られた時系列信号を利用して、検出体の有無または位置を検出する。

（ａ１．第１の処理例）
図１は、このような近接センサの制御部で実行される処理の概要を説明するための図である。図１を参照して、受信回路の検出処理によって、制御部は、デジタル化された周期的な時系列信号を取得する。周期ΔＴ内には、励磁電流を供給する励磁期間と、励磁電流の供給を遮断する遮断期間とが含まれる。

励磁期間には、検出体の検出に用いることが可能な時系列信号Ｄ２が含まれている。また、励磁期間には、時系列信号Ｄ２の前段の信号として、時系列信号Ｄ１が含まれている。さらに、励磁期間には、時系列信号Ｄ２の後段の信号として、時系列信号Ｄ３が含まれている。

遮断期間にも、検出体の検出に用いることが可能な時系列信号Ｄ５が含まれている。また、遮断期間には、時系列信号Ｄ５の前段の信号として、時系列信号Ｄ４が含まれている。さらに、遮断期間には、時系列信号Ｄ５の後段の信号として、時系列信号Ｄ６が含まれている。

制御部は、励磁期間における時系列信号Ｄ１および／または時系列信号Ｄ３から、検出体の検出に影響を及ぼすファクタを取得する。典型例として、制御部は、時系列信号Ｄ１から、検出コイルのインダクタンス変化に起因する信号ＶＬｅを取得する。制御部は、時系列信号Ｄ３から、検出コイルの抵抗変化に起因する信号ＶＲｅを取得する。

制御部は、遮断期間における時系列信号Ｄ５から、検出体に起因する信号ＶＬｓを取得する。検出体に起因する信号ＶＬｓは、時系列信号Ｄ５そのものであってもよいし、時系列信号Ｄ５の一部であってもよい。さらには、検出体に起因する信号ＶＬｓは、時系列信号Ｄ５に対して、積算処理などのデータ処理をしたものであってもよい。

制御部は、取得したファクタを用いて、検出体に起因する信号ＶＬｓを補償する。典型的には、制御部は、インダクタンス変化に起因する信号ＶＬｅおよび検出コイルの抵抗変化に起因する信号ＶＲｅの少なくとも一方を用いて、検出体に起因する信号ＶＬｓを補償する。

具体的には、検出体に起因する信号ＶＬｓから、インダクタンス変化に起因する信号ＶＬｅおよび／または検出コイルの抵抗変化に起因する信号ＶＲｅを差し引くことにより、検出体に起因する信号ＶＬｓの補償を行う。

制御部は、補償後の信号ＶＬｓを用いて、検出体の有無または位置を検知する。
したがって、このような構成の近接センサでは、コイル特性（インダクタンス成分、抵抗成分）の変化の影響を低減することが可能となる。

（ａ２．第２の処理例）
図２は、近接センサの制御部で実行される他の処理の概要を説明するための図である。図２を参照して、制御部６０は、励磁期間における時系列信号Ｄ１および／または時系列信号Ｄ３から、検出体の検出に影響を及ぼすファクタを取得する。典型的には、制御部６０は、時系列信号Ｄ１から、検出コイルのインダクタンス変化に起因する信号ＶＬｅを取得する。制御部は、時系列信号Ｄ３から、検出コイルの抵抗変化に起因する信号ＶＲｅを取得する。

制御部６０は、励磁期間における時系列信号Ｄ２から、検出体に起因する信号ＶＬｓを取得する。このように、励磁期間における時系列信号Ｄ２から信号ＶＬｓを取得する点において、図１に示した、遮断期間における時系列信号Ｄ５から信号ＶＬｓを取得する構成とは異なる。

制御部６０は、励磁期間において取得したファクタを用いて、励磁期間において取得した信号ＶＬｓを補償する。典型的には、制御部６０は、図１の場合と同様、インダクタンス変化に起因する信号ＶＬｅおよび検出コイルの抵抗変化に起因する信号ＶＲｅの少なくとも一方を用いて、検出体に起因する信号ＶＬｓを補償する。

このような構成の近接センサでも、コイル特性（インダクタンス成分、抵抗成分）の変化の影響を低減することが可能となる。

なお、図２に示した処理は、励磁期間に着目した構成であるが、遮断期間の時系列信号Ｄ４〜Ｄ６を用いて検出体に起因する信号ＶＬｓを補償してもよい。つまり、制御部６０は、遮断期間において取得した上記のファクタを用いて遮断期間において取得した信号ＶＬｓを補償し、補償後の信号ＶＬｓを用いて検出体の有無または位置を検知してもよい。

以下では、近接センサの構造を図面を参照して説明するとともに、当該近接センサで実行される処理の詳細を図面を適宜参照して説明する。

また、以下では、説明の便宜上、検出体に起因する信号ＶＬｓを「検出体検知信号ＶＬｓ」と称し、インダクタンス変化に起因する信号ＶＬｅを「コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅ」と称し、検出コイル１１の抵抗変化に起因する信号ＶＲｅを「コイル抵抗検知信号ＶＲｅ」とも称する。

＜Ｂ．センサ構造＞
図３は、本実施の形態に係る近接センサ１の斜視図である。図３を参照して、近接センサ１は、本体部５と、本体部５に接続されたリード線６と、ナット７，８と、ナット７とナット８との間に配置された座金９とを備える。

本体部５は、円形の検出面５ａと、筒状の筐体５ｂとを有する。筐体５ｂの表面には、ナット７，８用のネジ溝が形成されている。なお、検出面５ａは、筐体５ｂに嵌め込まれるキャップの一部分である。

ナット７，８および座金９は、近接センサ１を装置等の支持部材に取り付けるために用いられる。たとえば、ナット７，８との間に取付金具（たとえば、Ｌ字状の金具）の一部を挟み込むことによって、本体部５を支持部材に固定することができる。

図４は、図３におけるiv-iv線矢視断面図である。図４を参照して、本体部５は、検出コイル１１と、フェライトコア１５と、基板上に素子が配置された電子回路１７（ハイブリットＩＣ）と、図示しない動作表示灯とを有する。本体部５内には、樹脂が充填されている。

検出コイル１１は、環状のコイルである。なお、本体部５の中心軸Ｍ上に、検出コイル１１の中心が位置している。検出コイル１１は、電子回路１７と電気的に接続されている。電子回路１７は、リード線６によって給電されるとともに、外部の電子機器と電気的に接続される。

検出コイル１１に励磁電流を流すことによって高周波磁界が生じると、検出体７００に渦電流（誘導電流）が流れる。この渦電流によって、検出コイル１１の両端には誘起電圧（過渡信号）が発生する。近接センサ１は、これらの誘起電圧を検出する。これにより、近接センサ１は、検出体７００の有無を検知する。なお、これに限定されず、近接センサ１は、検出体７００の位置を検知する構成であってもよい。

図５は、近接センサ１の概略構成を説明するためのブロック図である。図５を参照して、近接センサ１は、検出部３０と、送信回路４０と、受信回路５０と、制御部６０と、出力部７０とを備える。送信回路４０と、受信回路５０と、制御部６０と、出力部７０とは、電子回路１７として実現される。

検出部３０は、検出コイル１１と放電抵抗１２とにより構成される。制御部６０は、制御回路６１と、演算回路６２とを有する。出力部７０は、出力回路７１により構成される。送信回路４０は、励磁回路４１により構成される。受信回路５０は、フィルタ回路５１と、増幅回路５２と、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換回路５３とを含んで構成される。

制御部６０は、近接センサ１の全体の動作を制御する。制御部６０の制御回路６１は、励磁のタイミングを制御するための励磁制御信号を、送信回路４０に送信する。

送信回路４０としての励磁回路４１は、上記励磁制御信号に基づきパルス状の励磁電流を生成し、検出部３０に出力する。

受信回路５０は、励磁電流の供給および遮断によって検出部３０で発生する電圧または電流を検出する。具体的には、受信回路５０は、検出コイル１１の両端に生じる電圧（電圧信号）を検出する。受信回路５０は、検出結果を制御部６０に出力する。受信回路５０について、詳しく説明すると、以下のとおりである。

フィルタ回路５１には、検出コイル１１による検出結果を表すアナログ信号が入力される。フィルタ回路５１は、ノイズを除去するため、入力されたアナログ信号に対して所定のフィルタ処理を行なう。

増幅回路５２は、フィルタ処理がなされたアナログ信号を増幅し、増幅後のアナログ信号をＡ／Ｄ変換回路５３に出力する。

Ａ／Ｄ変換回路５３は、増幅回路５２によって増幅された後のアナログ信号を、デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換回路５３は、当該デジタル信号を演算回路６２に出力する。

制御部６０の演算回路６２は、受信回路５０から出力された信号に対して後述する演算を行い、演算結果（信号）を出力部７０に対して出力する。

出力部７０は、制御部６０から送られてきた信号（検知結果）をリード線６によって、近接センサ１の接続元の電子機器に送信する。

以上のように、近接センサ１は、磁界を利用して検出体７００の有無または位置を検知する。近接センサ１は、（i）磁界を発生させるための検出コイル１１と、（ii）検出コイル１１にパルス状の励磁電流を周期的に供給するための送信回路４０と、（iii）励磁電流の周期的な供給によって検出コイル１１の両端に生じる電圧または電流を検出する受信回路５０と、（iv）上記検出により得られた時系列信号を利用して検出体７００の有無または位置を検出する制御部６０とを備える構成である。

なお、近接センサ１は、検出部３０にコイルを複数備えていてもよい。例えば、検出コイル１１が送信コイルと受信コイルにより構成されている場合が挙げられる。また、基本は励磁期間に取得されたフィルタ係数に基づくフィルタ処理が制御部でも実行されるが、このフィルタ係数を演算回路６２から受信回路５０に渡し、受信回路５０のフィルタ係数を変化させることによって、制御部６０で実行するフィルタ処理を受信回路５０で行ってもよい。

＜Ｃ．データ処理＞
以下では、上述した第１の処理例（図１）および第２の処理例（図２）のうち、主として、第１の処理が行われる場合を例挙げて説明する。

（ｃ１．タイムチャート）
図６は、近接センサ１で生成または受信される信号のタイムチャートである。図６を参照して、グラフ（i）に示すように、制御回路６１から励磁回路４１に送られる励磁制御信号が時刻Ｔ０に立ち上がると、励磁回路４１から電流が供給される。すると、グラフ（ii）に示すように、検出コイル１１では電流が所定の時定数で立ち上がり、グラフ（iii）に示すように、励磁開始時に生じた誘起電圧が所定の時定数で収まっていく。

また、グラフ（i）に示すように、時刻Ｔ０からΔＴｅ時間後の時刻Ｔ１に励磁電流が遮断されると、グラフ（ii）に示すように、電流が所定の時定数で立ち下がり、グラフ（iii）に示すように、励磁開始時と反対方向に生じた誘起電圧が所定の時定数で収まっていく。

なお、時刻Ｔ０から周期ΔＴ後の時刻Ｔ２以降においても、時刻Ｔ０から時刻Ｔ２までの現象が繰り返される。

（Ｃ２．コイル信号取得時間の決定方法）
図７は、図６に示した検出コイル電圧を表した電圧信号（グラフ（iii））における時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の要部拡大図である。図８は、図６に示した検出コイル電圧を表した電圧信号における時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の要部拡大図である。図９は、検出コイル電圧を表した電圧信号の一周期に含まれる複数の期間の意味合いを説明するための図である。

励磁電流を供給開始直後もしくは遮断直後に検出コイル１１に生じた誘起電圧は、検出コイル１１に並列に接続された放電抵抗１２によって急激に低下する。近接センサ１に検出体７００が接近している場合には、励磁電流の励磁開始もしくは遮断時に検出体７００に生じる渦電流の影響によって、検出コイル１１に更に誘起電圧が発生する。

放電抵抗１２の抵抗値は、検出体７００により生じる誘起電圧の時定数が、検出コイル１１と放電抵抗１２からなる回路の時定数より大きくなるように設定されている。そのため、励磁電流の励磁開始もしくは遮断からある時間までは、検出コイル電圧として検出コイル１１自身の誘起電圧が支配的であり、それ以降の時間では渦電流による誘起電圧が支配的になる。

図７および図８を参照して、点線で示したグラフは、検出コイル電圧を表している。破線で示したグラフは、検出コイル自身の誘起電圧を表している。実線で示したグラフは、検出体による誘起電圧を表している。検出コイル電圧は、検出コイル自身の誘起電圧と、検出体による誘起電圧との和として表される。また、図のハッチグの領域は、検出体７００による誘起電圧の積算データである。

図９を参照して、励磁電流の励磁開始からある時間までの期間Ｔｘ（時刻Ｔ０〜時刻Ｔａ）は、検出コイル電圧として検出コイル１１自身の誘起電圧が支配的である。それ以降の期間Ｔｙ（時刻Ｔａ〜時刻Ｔｂ）では渦電流による誘起電圧が支配的になる。また、励磁電流の遮断からある時間までの期間Ｔｘ’（時刻Ｔ１〜時刻Ｔｃ）は、検出コイル電圧として検出コイル１１自身の誘起電圧が支配的である。それ以降の期間Ｔｙ’（時刻Ｔｃ〜時刻Ｔｄ）では渦電流による誘起電圧が支配的になる。

直流磁界などによって検出コイルのインダクタンスが変化すると、検出部の時定数が変化する。そのため、演算回路６２は、検出コイル自身の誘起電圧が支配的な期間Ｔｘ，Ｔｘ’（時刻Ｔ０〜時刻Ｔａ，時刻Ｔ１〜時刻Ｔｃ）の電圧変化を用いて、インダクタンスの変化を取得することができる。

また、励磁中であり、検出コイル１１および検出体７００による誘起電圧が収まった期間Ｔｚ（時刻Ｔｂ〜時刻Ｔ１）には、検出コイル１１に発生する電圧は、検出コイル１１の直流抵抗値と励磁電流で決まる大きさとなる。よって、演算回路６２は、期間Ｔｚ（時刻Ｔｂ〜時刻Ｔ１）の電圧を用いることで、温度変動などによる検出コイル１１の抵抗値の変化を取得することができる。

それゆえ、インダクタンス変化を表す信号は、期間Ｔｘ（または期間Ｔｘ’）内の一部の検出コイル電圧を用いて取得するのがよい。その一方、抵抗変化を表す信号は、期間Ｔｚ内の一部の検出コイル電圧を用いて取得するのがよい。

（Ｃ３．コイル特性変化の取得方法）
図１０は、励磁期間および遮断期間の信号取得タイミングを表した図である。図１０を参照して、演算回路６２は、期間ΔＴｇｐ１における検出コイル電圧を取得する。期間ΔＴｇｐ１は、取得するファクタによって選択的に設定される。コイルインダクタンスを取得する場合は、励磁開始時刻Ｔ０よりも後に時刻Ｔｇｅを設定し、時刻Ｔａより前に時刻Ｔｇｆを設定するのがよい。コイル抵抗を取得する場合は、時刻Ｔｂよりも後に時刻Ｔｇｅを設定し、遮断期間の開始時刻Ｔ１（＝Ｔ０＋ΔＴｅ）よりも前に時刻Ｔｇｆを設定するのがよい。コイルインダクタンスとコイル抵抗との両方を取得する場合は、励磁開始時刻Ｔ０よりも後に時刻Ｔｇｅを設定し、遮断期間の開始時刻Ｔ１よりも前に時刻Ｔｇｆを設定するのがよい。

演算回路６２は、この取得した検出コイル電圧の中から、図９で示した期間Ｔｘ（時刻Ｔ０〜時刻Ｔａ）の信号に対して所定の処理を施した検知信号（具体的には、コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅ）および図９で示した期間Ｔｚ（時刻Ｔｂ〜時刻Ｔ１）の信号に対して所定の処理を施した検知信号（具体的には、コイル抵抗検知信号ＶＲｅ）の少なくとも一方を取得する。

また、演算回路６２は、期間ΔＴｇｐ２における検出コイル電圧を取得する。期間ΔＴｇｐ２は、遮断開始時刻Ｔ１（＝Ｔ０＋ΔＴｅ）よりも後の時刻Ｔｇｓから、励磁期間の開始時刻Ｔ２よりも前の時刻Ｔｇｕまでの期間である。なお、期間ΔＴｇｐ２は、時刻Ｔｃから時刻Ｔｄまでの間の信号のうち、検出体による影響を効果的に取得できる時間を選択するのがよい。

演算回路６２は、この取得した検出コイル電圧の中から、検出体検知信号ＶＬｓを取得する。詳しくは、演算回路６２は、図９に示した期間Ｔｙ’（時刻Ｔｃ〜時刻Ｔｄ）の間の検出コイル電圧を用いて、検出体検知信号ＶＬｓを取得する。

演算回路６２は、コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅおよびコイル抵抗検知信号ＶＲｅの少なくとも一つを用いて、検出体検知信号ＶＬｓを補償する。これにより、演算回路６２は、コイル特性変化の影響を受けない検出体判別信号を取得できる。

図１１は、近接センサ１で実行される処理の流れを表したフローチャートである。図１１を参照して、ステップＳ１において、励磁回路４１は、制御回路６１からの励磁制御信号に基づいて、パルス励磁を開始する。ステップＳ２において、演算回路６２は、期間ΔＴｇｐ１（図１０参照）における信号（検出コイル電圧）を取得する。

ステップＳ３において、パルス励磁から時間ΔＴｅが経過すると、励磁回路４１はパルス励磁を遮断する。ステップＳ４において、演算回路６２は、期間ΔＴｇｐ２（図１０参照）における信号（検出コイル電圧）を取得する。

ステップＳ５において、演算回路６２は、コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅおよびコイル抵抗検知信号ＶＲｅの少なくとも一つを用いて、検出体検知信号ＶＬｓを補償する。演算回路６２は、補償後の信号ＶＬｓを一時的に記憶する。

ステップＳ６において、パルスの励磁回数がＮ回以上（Ｎは、予め定められた自然数）になったかを判断する。Ｎ回未満であると判断された場合（ステップＳ６においてＮＯ）、処理をステップＳ１に戻す。Ｎ回以上であると判断された場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）、ステップＳ７において、Ｎ個の補償後の信号ＶＬｓを平均化する。

ステップＳ８において、演算回路６２は、平均化された補償後の信号ＶＬｓと、予め設定された閾値と比較する。ステップＳ９において、演算回路６２は、比較結果に基づいて検出体７００の有無を判断し、その結果を出力部７０に出力させる。

なお、演算回路６２が検出体７００の有無の判断ではなく、検出体７００の位置を判断する構成の場合には、ステップＳ８に示した処理の代わりに、演算回路６２は、平均化された補償後の信号ＶＬｓを位置情報に変換する。さらに、演算回路６２は、ステップＳ９で示した処理の代わりに、検出体７００の位置情報を出力部７０に出力させる。

（１）インダクタンス変化の影響
検出コイル１１のインダクタンス変化が起こった場合、期間ΔＴｇｐ１（図１０参照）の検出コイル１１自身の誘起電圧が支配的な期間Ｔｘ(時刻Ｔ０〜時刻Ｔａ間)ではインダクタンス変化が電圧の大きさに現れる。また、期間ΔＴｇｐ２では検出コイル１１自身の誘起電圧が小さくなり、検出体７００による渦電流の影響が支配的に出ている。このとき、期間ΔＴｇｐ２での検出体７００による渦電流の影響を表す電圧信号にも検出コイル１１自身のインダクタンス変化の影響が表れるが、これを期間ΔＴｇｐ１で取得した信号によって、補償することができる。

図１２は、検出体７００がない場合に、期間Ｔｘ（時刻Ｔ０〜時刻Ｔａ）における検出コイル電圧の時間的変化を表した図である。図１３は、検出体７００がある場合に、期間Ｔｘ（時刻Ｔ０〜時刻Ｔａ）における検出コイル電圧の時間的変化を表した図である。

図１２を参照して、実線のグラフは、検出体７００がない場合における基準の検出コイル電圧を表しており、破線のグラフは、検出体７００がない場合において、インダクタンス変化があったときの検出コイル電圧を表している。図１３を参照して、実線のグラフは、検出体７００がある場合における基準の検出コイル電圧を表しており、破線のグラフは、検出体７００がある場合において、インダクタンス変化があったときの検出コイル電圧を表している。

期間ΔＴｇｐ１における検出コイル１１自身の誘起電圧が支配的な期間Ｔｘ（時刻Ｔ０〜時刻Ｔａ）の信号で生成したコイルインダクタンス検知信号ＶＬｅと、期間ΔＴｇｐ２の検出コイル電圧で生成した検出体検知信号ＶＬｓとには相関がある。それゆえ、演算回路６２は、基準（つまり、インダクタンス変化のない場合）のコイルインダクタンス検知信号ＶＬｅからのコイルインダクタンス検知信号ＶＬｅの変化量に基づいてインダクタンスによる変化量を算出し、算出された変化量を検出体検知信号ＶＬｓから差し引く。これにより、インダクタンス変化の影響を補償する効果が得られる。

図１４は、検出体７００がある場合における、検出体検知信号ＶＬｓをコイルインダクタンス変化なしとして正規化した変化率を表した図である。図１４を参照して、インダクタンス変化があった場合に、上記の補償を行うことにより、変化率は、補償しなかったときよりも１に近付く。すなわち、上記の補償によって、インダクタンス変化がなかった場合に近い結果を得ることができる。つまり、上述したように、インダクタンス変化の影響を補償する効果が得られる。

（２）抵抗変化の影響
検出コイル１１の抵抗変化が起こった場合、期間ΔＴｇｐ１（図１０参照）の誘起電圧が起こっていない期間（時刻Ｔｂ〜時刻Ｔ１）ではコイル抵抗の変化が電圧の大きさに現れる。このとき、期間ΔＴｇｐ２での検出体７００による渦電流の影響を表す電圧信号にも検出コイル１１の抵抗変化の影響が表れるが、これを期間ΔＴｇｐ１で取得した信号によって、補償することができる。

図１５は、検出体７００がない場合に、時刻Ｔａ以降（時刻Ｔｂを含む）における検出コイル電圧の時間的変化を表した図である。図１６は、検出体７００がある場合に、時刻Ｔａ以降（時刻Ｔｂを含む）における検出コイル電圧の時間的変化を表した図である。

図１５を参照して、実線のグラフは、検出体７００がない場合における基準の検出コイル電圧を表しており、破線のグラフは、検出体７００がない場合において、コイル抵抗変化があったときの検出コイル電圧を表している。図１６を参照して、実線のグラフは、検出体７００がある場合における基準の検出コイル電圧を表しており、破線のグラフは、検出体７００がある場合において、コイル抵抗変化があったときの検出コイル電圧を表している。

期間ΔＴｇｐ１の誘起電圧が完全に収まった後（時刻Ｔｂ以降）の信号で生成したコイル抵抗検知信号ＶＲｅと、期間ΔＴｇｐ２の電圧信号で生成した検出体検知信号ＶＬｓとには相関がある。それゆえ、演算回路６２は、基準（つまり、コイル抵抗変化のない場合）のコイル抵抗検知信号ＶＲｅからのコイル抵抗検知信号ＶＲｅの変化量に基づいて抵抗による変化量を算出し、算出された変化量を検出体検知信号ＶＬｓから差し引く。これにより、コイル抵抗変化の影響を補償する効果が得られる。

図１７は、検出体７００がある場合における、検出体検知信号ＶＬｓをコイル抵抗変化なしとして正規化した変化率を表した図である。図１７を参照して、コイル抵抗変化があった場合に、上記の補償を行うことにより、変化率は、補償しなかったときよりも１に近付く。すなわち、上記の補償によって、コイル抵抗変化がなかった場合に近い結果を得ることができる。つまり、上述したように、コイル抵抗変化の影響を補償する効果が得られる。

（Ｃ４．補償の方法）
（１）インダクタンス変化の補償
図１８は、検出コイル１１のインダクタンス変化を補償する際の処理を説明するための図である。つまり、図１８は、コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅを用いて検出体検知信号ＶＬｓを補償するときの処理を説明するための図である。

図１８を参照して、検出コイル１１のインダクタンス変化が生じていない基準状態での検出コイル電圧（電圧信号）に対し、コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅの変化率と、検出体検知信号ＶＬｓの変化率との相関式を、近接センサ１の設計段階または製造段階において算出する。

近接センサ１の演算回路６２は、検出時には、コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅの基準信号からの変化率と、予め算出した上記相関式とに基づいて、補償係数を算出する。演算回路６２は、この補償係数を用いて、検出体検知信号ＶＬｓに対して補償を行なう。

（２）コイル抵抗変化の補償
図１９は、検出コイル１１の抵抗変化を補償する際の処理を説明するための図である。つまり、図１９は、コイル抵抗検知信号ＶＲｅを用いて検出体検知信号ＶＬｓを補償するときの処理を説明するための図である。

図１９を参照して、検出コイル１１の抵抗変化が生じていない基準状態での検出コイル電圧（電圧信号）に対し、コイル抵抗検知信号ＶＲｅの変化率と、検出体検知信号ＶＬｓの変化率との相関式を、近接センサ１の設計段階または製造段階において算出する。

近接センサ１の演算回路６２は、検出時には、コイル抵抗検知信号ＶＲｅの基準信号からの変化率と、予め算出した上記相関式とに基づいて、補償係数を算出する。演算回路６２は、この補償係数を用いて、検出体検知信号ＶＬｓに対して補償を行なう。

（３）インダクタンス変化およびコイル抵抗変化の補償
図２０は、検出コイル１１のインダクタンス変化と抵抗変化とを補償する際の処理を説明するための図である。つまり、図２０は、コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅとコイル抵抗検知信号ＶＲｅとを用いて、検出体検知信号ＶＬｓを補償するときの処理を説明するための図である。

図２０を参照して、検出コイル１１のインダクタンス変化および抵抗変化が生じていない基準状態での検出コイル電圧（電圧信号）に対し、コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅの変化率およびコイル抵抗検知信号ＶＲｅの変化率と、検出体検知信号ＶＬｓの変化率との相関式を、近接センサ１の設計段階または製造段階において算出する。

近接センサ１の演算回路６２は、検出時には、コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅの基準信号からの変化率と、コイル抵抗検知信号ＶＲｅの基準信号からの変化率と、予め算出した上記相関式とに基づいて、補償係数を算出する。演算回路６２は、この補償係数を用いて、検出体検知信号ＶＬｓに対して補償を行なう。

＜Ｄ．高周波ノイズの除去＞
検出体検知信号ＶＬｓに対する補償の一形態として、外乱による高周波ノイズの除去方法について説明する。

近接センサ１では、検出コイル電圧（電圧信号）に対して、インバータノイズ、輻射ノイズ、電源ラインノイズ等の各種のノイズが定常的に乗り得る。そこで、検出コイル１１自身の誘起電圧が支配的な期間Ｔｘ，Ｔｘ’（図９参照）または検出部３０の抵抗値が支配的な期間Ｔｚ，Ｔｚ’において、ノイズ成分を求める。さらに、検出体７００による誘起電圧が支配的な期間Ｔｙ，Ｔｙ’において、検出コイル電圧から算出されたノイズ成分を差し引く。以下、これらの処理について、具体例を挙げて説明する。

図２１は、高周波ノイズを除去するためのノイズ除去回路２１０を表した図である。図２１を参照して、ノイズ除去回路２１０は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部２１１と、フィルタ係数算出部２１２と、フィルタ２１３とを備える。典型的にはノイズ除去回路２１０は制御部６０の演算回路６２で実行されるが、このフィルタ係数を演算回路６２から受信回路５０に渡し、受信回路５０のフィルタ係数を変化させることによって、制御部６０で実行するフィルタ処理を受信回路５０で行ってもよい。

励磁開始もしくは遮断による誘起電圧が起こっていない期間（たとえば、時刻Ｔｂ以降）は、検出コイル電圧（電圧信号）が一定であるため、重畳した高周波ノイズを安定して観測することができる。そこで、ＦＦＴ部２１１は、期間ΔＴｇｐ１（図１０参照）の時刻Ｔｂ以降の時系列信号を周波数解析することにより、重畳しているノイズの周波数を算出する。

フィルタ係数算出部２１２は、算出されたノイズの周波数に対応したフィルタ係数を求める。フィルタ２１３は、検出部３０から取得した時系列信号に対して、算出したフィルタ係数を設定したフィルタをかける。これにより、フィルタ回路５１の前段において効果の高いノイズ除去ができる。

なお、演算回路６２が、ノイズ成分を特定すれば、フィルタ回路５１のフィルタ係数を変更することにより、フィルタ２１３のよるフィルタ処理は不要となる。それゆえ、フィルタ２１３は、制御命令によってアクティブまたは非アクティブになるように構成されている。

＜Ｅ．利点＞
近接センサ１により得られる利点を、以下に列挙する。

（１）パルス励磁期間中の電圧の変化の仕方を観測することで、計測時の検出コイル１１のインダクタンス成分および／または抵抗成分を取得し、これに応じて、検出体検知信号ＶＬｓを補償する。それゆえ、直流磁界等によるインダクタンス変化の影響および／または温度変化等による抵抗変化の影響を低減することができるようになる。さらに、パルス励磁期間中に重畳するノイズの周波数を測定し、フィルタ係数を設定することで、効果的なノイズ除去ができるようになる。

（２）直流磁界や低周波磁界等によるコイルインダクタンス変化、温度変化等によるコイル抵抗変化、電磁ノイズ等の検出信号への重畳が起こったときにおいても、近接センサ１の判別結果がそれらの影響を受けることを防ぐことができる。この現象により、ユーザは、温度変動が起こる環境や磁界環境下で安定した検出が行える。

（３）外部磁界や温度の大きさ、高周波ノイズの周波数をセンシング（出力）できる。また、上述した補償は、近接センサ１の製造段階において、検出コイルのインダクタンス成分や抵抗成分の個体ばらつきの補償にも適用できる。

＜Ｆ．まとめ＞
（１）近接センサ１は、磁界を利用して検出体の有無または位置を検知する。近接センサ１は、磁界を発生させるための検出コイル１１と、検出コイル１１にパルス状の励磁電流を周期的に供給するための送信回路４０と、励磁電流の周期的な供給によって検出コイル１１の両端に生じる電圧または電流を検出する受信回路５０と、検出により得られた時系列信号を利用して検出体７００の有無または位置を検知する制御部６０とを備える。

制御部６０は、時系列信号における第１の期間において、検出体７００の検知に影響を及ぼす第１のファクタを取得する。制御部６０は、第１のファクタによって、時系列信号における第２の期間の信号を補償する。制御部６０は、補償後の信号に基づいて検出体７００の有無または位置を検知する。

このような構成によれば、検出コイル１１のコイル特性変化の影響および／または外乱ノイズの影響を低減可能となる。

（２）制御部６０は、時系列信号における第３の期間において、検出体の検知に影響を及ぼす第２のファクタを取得する。制御部６０は、第１のファクタおよび第２のファクタによって、時系列信号における第２の期間の信号を補償する。

（３）第１の期間および前記第２の期間は、励磁電流を供給している期間（図６の励磁期間ΔＴｅ）に含まれている。第３の期間は、励磁電流の供給を遮断している期間（遮断期間）に含まれている。

別の態様では、図２に示したように、第１の期間と第２の期間と第３の期間とは、励磁電流を供給している期間（励磁期間ΔＴｅ）に含まれている。または、第１の期間と第２の期間と第３の期間とは、励磁電流の供給を遮断している期間（遮断期間）に含まれている。

（４）第１のファクタおよび第２のファクタのいずれか一方は、検出コイル１１のインダクタンス変化に起因する信号（コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅ）であり、他方は検出コイル１１の抵抗変化に起因する信号（コイル抵抗検知信号ＶＲｅ）である。

（５）第２の期間の信号は、検出体に起因した信号（検出体検知信号ＶＬｓ）である。制御部６０は、検出体に起因した信号（検出体検知信号ＶＬｓ）から、検出コイル１１のインダクタンス変化に起因する信号（コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅ）と検出コイル１１の抵抗変化に起因する信号（コイル抵抗検知信号ＶＲｅ）とを差し引くことにより、検出体に起因した信号（検出体検知信号ＶＬｓ）の補償を行う。

（６）第１のファクタは、検出コイルのインダクタンス変化に起因する信号（コイルインダクタンス検知信号ＶＬｅ）または検出コイルの抵抗変化に起因する信号（コイル抵抗検知信号ＶＲｅ）である。

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、上記した実施の形態の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。

１ 近接センサ、５ 本体部、５ａ 検出面、５ｂ 筐体、６ リード線、７，８ ナット、９ 座金、１１ 検出コイル、１２ 放電抵抗、１５ フェライトコア、１７ 電子回路、３０ 検出部、４０ 送信回路、４１ 励磁回路、５０ 受信回路、５１ フィルタ回路、５２ 増幅回路、５３ Ａ／Ｄ変換回路、６０ 制御部、６１ 制御回路、６２ 演算回路、７０ 出力部、７１ 出力回路、２１０ ノイズ除去回路、２１１ ＦＦＴ部、２１２ フィルタ係数算出部、２１３ フィルタ、７００ 検出体、Ｍ 中心軸。

Claims (9)

1. 磁界を利用して検出体の有無または位置を検知する近接センサであって、
   前記磁界を発生させるための検出コイルと、
   前記検出コイルにパルス状の励磁電流を周期的に供給するための送信回路と、
   前記励磁電流の周期的な供給によって前記検出コイルの両端に生じる電圧または電流を検出する受信回路と、
   前記検出により得られた時系列信号を利用して前記検出体の有無または位置を検知する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記時系列信号における第１の期間において、前記検出体の検知に影響を及ぼす第１のファクタを取得し、
   前記第１のファクタによって、前記時系列信号における第２の期間の信号を補償し、
   前記補償後の信号に基づいて前記検出体の有無または位置を検知し、
   前記第１の期間は、前記励磁電流を供給している期間に含まれている、近接センサ。
2. 前記制御部は、
   前記時系列信号における第３の期間において、前記検出体の検知に影響を及ぼす第２のファクタを取得し、
   前記第１のファクタおよび前記第２のファクタによって、前記時系列信号における前記第２の期間の信号を補償する、請求項１に記載の近接センサ。
3. 前記第３の期間は、前記励磁電流を供給している期間に含まれており、
   前記第２の期間は、前記励磁電流の供給を遮断している期間に含まれている、請求項２に記載の近接センサ。
4. 前記第２の期間および前記第３の期間は、前記励磁電流を供給している期間に含まれている、請求項２に記載の近接センサ。
5. 前記第２の期間および前記第３の期間は、前記励磁電流の供給を遮断している期間に含まれている、請求項２に記載の近接センサ。
6. 前記第１のファクタおよび前記第２のファクタのいずれか一方は、前記検出コイルのインダクタンス変化に起因する信号であり、他方は前記検出コイルの抵抗変化に起因する信号である、請求項２から５のいずれか１項に記載の近接センサ。
7. 前記第２の期間の信号は、前記検出体に起因した信号であって、
   前記制御部は、前記検出体に起因した信号から、前記検出コイルのインダクタンス変化に起因する信号と前記検出コイルの抵抗変化に起因する信号とを差し引くことにより、前記補償を行う、請求項６に記載の近接センサ。
8. 前記第１のファクタは、前記検出コイルのインダクタンス変化に起因する信号または前記検出コイルの抵抗変化に起因する信号である、請求項１に記載の近接センサ。
9. 磁界を利用して検出体の有無または位置を検知する近接センサにおいて実行される検知方法であって、
   前記磁界を発生させるための検出コイルにパルス状の励磁電流を周期的に供給するステップと、
   前記励磁電流の周期的な供給によって前記検出コイルの両端に生じる電圧または電流を検出するステップと、
   前記検出により得られた時系列信号における第１の期間において、前記検出体の検知に影響を及ぼす第１のファクタを取得するステップと、
   前記第１のファクタによって、前記時系列信号における第２の期間の信号を補償するステップと、
   前記補償後の信号に基づいて前記検出体の有無または位置を検知するステップとを備え、
   前記第１の期間は、前記励磁電流を供給している期間に含まれている、検知方法。

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