JPH02276308A - マイクロ波近接スイッチ - Google Patents
マイクロ波近接スイッチInfo
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- JPH02276308A JPH02276308A JP1336362A JP33636289A JPH02276308A JP H02276308 A JPH02276308 A JP H02276308A JP 1336362 A JP1336362 A JP 1336362A JP 33636289 A JP33636289 A JP 33636289A JP H02276308 A JPH02276308 A JP H02276308A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/945—Proximity switches
- H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
- G01V3/10—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils
- G01V3/101—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils by measuring the impedance of the search coil; by measuring features of a resonant circuit comprising the search coil
- G01V3/102—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils by measuring the impedance of the search coil; by measuring features of a resonant circuit comprising the search coil by measuring amplitude
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の要約
マイクロ・ストリップ線路をインダクタとして含むマイ
クロ波発振回路を設け、上記マイクロ・ストリップ線路
からの漏れ磁界が、その近傍の物体により損失を起こす
ことによって、上記線路のインピーダンス変化を引き起
こし、これによる上記発振回路の発振周波数または発振
出力の変化を検出することで、近傍の物体を検出するこ
とを特徴とするマイクロ波近接スイッチ。
クロ波発振回路を設け、上記マイクロ・ストリップ線路
からの漏れ磁界が、その近傍の物体により損失を起こす
ことによって、上記線路のインピーダンス変化を引き起
こし、これによる上記発振回路の発振周波数または発振
出力の変化を検出することで、近傍の物体を検出するこ
とを特徴とするマイクロ波近接スイッチ。
誘電体共振器を含むマイクロ波発振回路を設け、上記誘
電体共振器からの漏れ磁界が、近傍の物体で損失を起こ
すことによって、上記誘電体共振器を含む回路のインピ
ーダンス変化を引き起こし、これによる上記発振回路の
発振周波数または発振出力の変化を検出することで、近
傍の物体を検出することを特徴とするマイクロ波近接ス
イッチ。
電体共振器からの漏れ磁界が、近傍の物体で損失を起こ
すことによって、上記誘電体共振器を含む回路のインピ
ーダンス変化を引き起こし、これによる上記発振回路の
発振周波数または発振出力の変化を検出することで、近
傍の物体を検出することを特徴とするマイクロ波近接ス
イッチ。
発明の背景
技術分野
この発明は、マイクロ波帯発振回路を含む回路系からの
漏れ磁界に損失を生じさせる物体が、その近傍に有るか
無いかを検出するマイクロ波近接スイッチに関する。
漏れ磁界に損失を生じさせる物体が、その近傍に有るか
無いかを検出するマイクロ波近接スイッチに関する。
従来の技術
従来の近接スイッチとして下記のものがあるが、それら
はそれぞれ次の様な欠点を有していた。
はそれぞれ次の様な欠点を有していた。
高周波近接スイッチはその検出距離が使用する検知コイ
ルの直径の半分以下（たとえば直径１２ｍｍのコイルの
場合検出距離は２韻）と短く、直径の小さい検知コイル
を用いたものでは被検出物体がセンサ・ヘッドに衝突す
る。
ルの直径の半分以下（たとえば直径１２ｍｍのコイルの
場合検出距離は２韻）と短く、直径の小さい検知コイル
を用いたものでは被検出物体がセンサ・ヘッドに衝突す
る。
超音波近接スイッチでは超音波振動子の機械的振動の残
響により、センサ近傍から５ｃｍ（〜１０ｃｆｆｌ）の
範囲内の物体を検出することは困難である。工場等の現
場ではワークの衝突等によって発生する超音波でも誤動
作してしまう。
響により、センサ近傍から５ｃｍ（〜１０ｃｆｆｌ）の
範囲内の物体を検出することは困難である。工場等の現
場ではワークの衝突等によって発生する超音波でも誤動
作してしまう。
光電スイッチにおいては、光の性質上、ガラスのような
透明な物体や、つや消しの黒い表面をもつ物体に対して
は反射光が検出しにクク、検出が困難である。また、レ
ンズの汚れや、ちり、オイル等によって検出距離等の特
性が変わる。
透明な物体や、つや消しの黒い表面をもつ物体に対して
は反射光が検出しにクク、検出が困難である。また、レ
ンズの汚れや、ちり、オイル等によって検出距離等の特
性が変わる。
従来のマイクロ波近接センサはドツプラー型（微分出力
型）であるから静止物体の検出が困難である。また電界
強度が３．５ ｆ （μＶ／ｍ）（周波数ｆはＧＨｚ単
位、距Ｍ ３ ｍでの値）以上のものは、各センサ毎に
電波法にもとづく認可が必要である。
型）であるから静止物体の検出が困難である。また電界
強度が３．５ ｆ （μＶ／ｍ）（周波数ｆはＧＨｚ単
位、距Ｍ ３ ｍでの値）以上のものは、各センサ毎に
電波法にもとづく認可が必要である。
発明の概要
発明の目的
この発明は、比較的近距離において距離０關から連続的
に検出可能であり、ちりや汚れにも強く、さらに静止物
体の検出も可能なマイクロ波近接スイッチを提供するこ
とを目的とする。
に検出可能であり、ちりや汚れにも強く、さらに静止物
体の検出も可能なマイクロ波近接スイッチを提供するこ
とを目的とする。
発明の構成１作用および効果
第１の発明によるマイクロ波近接スイッチは。
マイクロ−ストリップ線路をインダクタとして含むマイ
クロ波発振回路、および上記マイクロ・ストリップ線路
からの漏れ磁界がその近傍に近づいた物体によって損失
を生じ、それによりマイクロ・ストリップ線路のインピ
ーダンスが変化することによって上記マイクロ波発振回
路°の発振状態が変化したことを検出する手段を備えて
いることを特徴とする。
クロ波発振回路、および上記マイクロ・ストリップ線路
からの漏れ磁界がその近傍に近づいた物体によって損失
を生じ、それによりマイクロ・ストリップ線路のインピ
ーダンスが変化することによって上記マイクロ波発振回
路°の発振状態が変化したことを検出する手段を備えて
いることを特徴とする。
上記マイクロ波発振回路の発振状態の変化には１発振周
波数や発振出力の変化がある。
波数や発振出力の変化がある。
マイクロ・ストリップ線路は、マイクロ波発振回路に使
える伝送線路で漏れ磁界を生じさせるものならどんなも
のでもよく、たとえばスロット線路やスパイラル状の伝
送線路でもよい。
える伝送線路で漏れ磁界を生じさせるものならどんなも
のでもよく、たとえばスロット線路やスパイラル状の伝
送線路でもよい。
第１の発明によるマイクロ波近接スイッチにおいては、
マイクロ・ストリップ線路からの漏れ磁界が被検出物体
の存在によって損失を起こす（たとえば金属の場合、う
ず電流損または表皮効果損）ことによって、マイクロ・
ストリップ線路のインピーダンスが変化し２発振回路の
発振周波数や出力が変化するのを検出することで近傍の
物体を検出することができる。
マイクロ・ストリップ線路からの漏れ磁界が被検出物体
の存在によって損失を起こす（たとえば金属の場合、う
ず電流損または表皮効果損）ことによって、マイクロ・
ストリップ線路のインピーダンスが変化し２発振回路の
発振周波数や出力が変化するのを検出することで近傍の
物体を検出することができる。
第２の発明によるマイクロ波近接スイッチは。
誘電体共振器を含むマイクロ波発振回路、および上記誘
電体共振器からの漏れ磁界がその近傍に近づいた物体に
よって損失を生じ、それにより上記誘電体共振器を含む
回路のインピーダンスが変化することによって上記マイ
クロ波発振回路の発振状態が変化したことを検出する手
段を備えていることを特徴とする。
電体共振器からの漏れ磁界がその近傍に近づいた物体に
よって損失を生じ、それにより上記誘電体共振器を含む
回路のインピーダンスが変化することによって上記マイ
クロ波発振回路の発振状態が変化したことを検出する手
段を備えていることを特徴とする。
上記マイクロ波発振回路の発振状態の変化には１発振周
波数や発振出力の変化がある。
波数や発振出力の変化がある。
第２の発明によるマイクロ波近接スイッチにおいては、
誘電体共振器からの漏れ磁界が検出物体の存在によって
損失を起こす（たとえば金属の場合、うず電流損または
表皮効果損）ことによって、誘電体共振器を含む回路の
インピーダンスが変化し１発振回路の発振周波数や出力
が変化するのを検出することで近傍の物体を検出するこ
とができる。
誘電体共振器からの漏れ磁界が検出物体の存在によって
損失を起こす（たとえば金属の場合、うず電流損または
表皮効果損）ことによって、誘電体共振器を含む回路の
インピーダンスが変化し１発振回路の発振周波数や出力
が変化するのを検出することで近傍の物体を検出するこ
とができる。
マイクロ・ストリップ線路または誘電体共振器からの漏
れ磁界は、距離の増大にともなって指数関数的に減衰す
るので、マイクロ波波長の数倍（〜数１０ｃｍ程度）で
は十分に減衰し、微弱電波レベルとなるので、センサの
使用に関して電波法°の規制の範囲外となる。したがっ
て、使用者にとって取り扱いが簡便となる。
れ磁界は、距離の増大にともなって指数関数的に減衰す
るので、マイクロ波波長の数倍（〜数１０ｃｍ程度）で
は十分に減衰し、微弱電波レベルとなるので、センサの
使用に関して電波法°の規制の範囲外となる。したがっ
て、使用者にとって取り扱いが簡便となる。
また、このマイクロ・ストリップ線路または誘電体共振
器からの漏れ磁界による損失は、物体が相対的に静止し
ていても起こるため、静止物体の検出が可能であり、セ
ンサの適用範囲が増大する。
器からの漏れ磁界による損失は、物体が相対的に静止し
ていても起こるため、静止物体の検出が可能であり、セ
ンサの適用範囲が増大する。
もちろん、超音波スイッチのようなデッドΦゾーンが無
く、距離Ｏｍ■からの検出が可能であり、またマイクロ
波の性質からいって、ちりや汚れにも強く、高周波近接
スイッチより長い検出距離を実現することが可能である
。
く、距離Ｏｍ■からの検出が可能であり、またマイクロ
波の性質からいって、ちりや汚れにも強く、高周波近接
スイッチより長い検出距離を実現することが可能である
。
実施例の説明
第１図はマイクロ波近接スイッチのブロック図である。
マイクロ波近接スイッチは、マイクロ波帯の周波数（波
長）で発振する発振回路２と、この発振回路２の近傍に
被検出物体１が近づいたときに変化する発振回路２の発
振状態の変化（発振周波数や発振出力の変化）を検出す
る検出回路３と、検出回路３の検出信号を所定形態の出
力信号に変換する出力回路４とから構成されている。
長）で発振する発振回路２と、この発振回路２の近傍に
被検出物体１が近づいたときに変化する発振回路２の発
振状態の変化（発振周波数や発振出力の変化）を検出す
る検出回路３と、検出回路３の検出信号を所定形態の出
力信号に変換する出力回路４とから構成されている。
第２図はマイクロ波帯発振回路２の一例としてのコルピ
ッツ発振回路を示している。コルピッツ発振回路は、よ
く知られているように、インダクタＬとコンデンサＣ、
Ｃとからなる共振回路を帰還回路にもつ発振回路である
。このコルピッツ発振回路のインダクタとして、第３図
に示すような、マイクロ・ストリップ線路ｌＯをコンデ
ンサＣで終端したものが用いられている。そのようにし
て構成されかつＦＥＴ５を用いた発振回路例が第９図に
示されている。
ッツ発振回路を示している。コルピッツ発振回路は、よ
く知られているように、インダクタＬとコンデンサＣ、
Ｃとからなる共振回路を帰還回路にもつ発振回路である
。このコルピッツ発振回路のインダクタとして、第３図
に示すような、マイクロ・ストリップ線路ｌＯをコンデ
ンサＣで終端したものが用いられている。そのようにし
て構成されかつＦＥＴ５を用いた発振回路例が第９図に
示されている。
マイクロ・ストリップ線路ｌＯの構成例が第５図に示さ
れている。第６図はその断面図である。誘電体基板１２
の一面に銅等の金属薄膜１１が形成され、他面にストリ
ップ線１３が設けられている。マイクロ波は誘電体基板
１２内を伝播し、第５図に鎖線で示すように漏れ磁界を
生じさせる。
れている。第６図はその断面図である。誘電体基板１２
の一面に銅等の金属薄膜１１が形成され、他面にストリ
ップ線１３が設けられている。マイクロ波は誘電体基板
１２内を伝播し、第５図に鎖線で示すように漏れ磁界を
生じさせる。
このようなりイクロ・ストリップ線路はその長さがλ
／４（λ は誘電体中でのマイクロ波ｇ の波長）以下のときにそのリアクタンスが誘導。
／４（λ は誘電体中でのマイクロ波ｇ の波長）以下のときにそのリアクタンスが誘導。
性となり、インダクタとして使用できる。たとえばλｇ
／ ４−１０ ａｍ ＋誘電体の誘電率ε、−１Ｏの
ときに、λ −λ。／ｆ７７より１周波数ｆ−ｇ。
／ ４−１０ ａｍ ＋誘電体の誘電率ε、−１Ｏの
ときに、λ −λ。／ｆ７７より１周波数ｆ−ｇ。
３ＧＨｚのマイクロ波を伝播させることができる。した
がって、非常に小型のセンサφヘッドを実現することが
可能である。
がって、非常に小型のセンサφヘッドを実現することが
可能である。
マイクロ・ストリップ線路ｌＯから生じる漏れ磁界の近
傍に被検出物体１が存在すると、この磁界に損失が発生
し１発振回路２の発振状態が変化する。たとえば発振回
路２の発振周波数は、第４図に示すように２マイクロ・
ストリップ線路１０と被検出物体１との間の距離に応じ
て変化するので。
傍に被検出物体１が存在すると、この磁界に損失が発生
し１発振回路２の発振状態が変化する。たとえば発振回
路２の発振周波数は、第４図に示すように２マイクロ・
ストリップ線路１０と被検出物体１との間の距離に応じ
て変化するので。
検出回路３において、適当なスレシホールド周波数ｆ、
で周波数弁別することにより、被検出物体の存在を示す
検出信号を得ることができる。
で周波数弁別することにより、被検出物体の存在を示す
検出信号を得ることができる。
マイクロ番ストリップ線路としては、第７図および第８
図に示すように、ストリップ線が円状または四角状に形
成されたスパイラル線路を用いることもできる。
図に示すように、ストリップ線が円状または四角状に形
成されたスパイラル線路を用いることもできる。
第１Ｏ図はマイクロ波帯発振回路２の他の例を示してい
る。マイクロ波帯発振回路、２はＦＥＴ５と共振回路を
含み、この共振回路のインダクタとしてマイクロ壷スト
リップ線路ｌＯが用いられている。ＦＥＴ５の回路は、
マイクロ・ストリップ線路１０を介してマイクロ誘電体
共振器２０と誘導結合している。マイクロ・ストリップ
線路ｌＯは上述したものと同じである。
る。マイクロ波帯発振回路、２はＦＥＴ５と共振回路を
含み、この共振回路のインダクタとしてマイクロ壷スト
リップ線路ｌＯが用いられている。ＦＥＴ５の回路は、
マイクロ・ストリップ線路１０を介してマイクロ誘電体
共振器２０と誘導結合している。マイクロ・ストリップ
線路ｌＯは上述したものと同じである。
マイクロ・ストリップ線路ＩＯと誘電体共振器２０との
結合の様子が第１１図に、その等価回路が第１２図にそ
れぞれ示されている。上述したように、マイクロ波は誘
電体基板１２内を伝播し、鎖線で示すように漏れ磁界を
生じさせる。マイクロ・ストリップ線路１０の漏れ磁界
に誘電体共振器２０が結合し、誘電体共振器２０からＴ
Ｅモードの共振における漏れ磁界が生じている。誘電体
共振器２０から生じる漏れ磁界の近傍に被検出物体１が
存在すると、この磁界に損失が発生し１発振回路２の発
振状態が変化する。たとえば発振回路２の発振周波数は
、第４図に示すように、誘電体共振器２０と被検出物体
１との間の距離に応じて変化するので。
結合の様子が第１１図に、その等価回路が第１２図にそ
れぞれ示されている。上述したように、マイクロ波は誘
電体基板１２内を伝播し、鎖線で示すように漏れ磁界を
生じさせる。マイクロ・ストリップ線路１０の漏れ磁界
に誘電体共振器２０が結合し、誘電体共振器２０からＴ
Ｅモードの共振における漏れ磁界が生じている。誘電体
共振器２０から生じる漏れ磁界の近傍に被検出物体１が
存在すると、この磁界に損失が発生し１発振回路２の発
振状態が変化する。たとえば発振回路２の発振周波数は
、第４図に示すように、誘電体共振器２０と被検出物体
１との間の距離に応じて変化するので。
検出回路３において、適当なスレシホールド周波数ｆｔ
で周波数弁別することにより、被検出物体１の存在を示
す検出信号を得ることができる。
で周波数弁別することにより、被検出物体１の存在を示
す検出信号を得ることができる。
マイクロ・ストリップ線路としては、上述のようにスト
リップ線が円状または四角状に形成されたスパイラル線
路を用いることも′できる。また。
リップ線が円状または四角状に形成されたスパイラル線
路を用いることも′できる。また。
円筒型の誘電体共振器とマイクロ・ストリップ線路の空
間配置はＴＥモードで誘導結合を起こすものなら、どん
な配置でもよい。
間配置はＴＥモードで誘導結合を起こすものなら、どん
な配置でもよい。
上記実施例においては１発振回路２の発振周波数の変化
に基づいて被検出物体１を検出しているが、簡単な場合
として２発振回路の負性コンダクタンスを出来るだけ小
さく設計して置き１発振の停止を検出するようにするこ
ともできる。すなわち、被検出物体が所定距離まで近づ
（と発振回路の発振が停止し、これにより発振回路の消
費電流が大幅に変化するので、この電流変化を検出する
ことにより、被検出物体の接近を検出する。
に基づいて被検出物体１を検出しているが、簡単な場合
として２発振回路の負性コンダクタンスを出来るだけ小
さく設計して置き１発振の停止を検出するようにするこ
ともできる。すなわち、被検出物体が所定距離まで近づ
（と発振回路の発振が停止し、これにより発振回路の消
費電流が大幅に変化するので、この電流変化を検出する
ことにより、被検出物体の接近を検出する。
また、コンデンサで終端されたマイクロ・ストリップ線
路のインピーダンスの変化をブリッジ回路を用いて検出
することも可能である。
路のインピーダンスの変化をブリッジ回路を用いて検出
することも可能である。
発振回路の例として、コルピッツ回路を取り上げたが、
インダクタを２個使ったハートレイ回路や、３つ使った
ランプキン回路、またクラップ回路やその変形等、マイ
クロ波帯の発振に適したＬＣ発振回路なら、どんなもの
でも良い。これらの回路におけるインダクタが、長さが
λ ／４で適当な容量のコンデンサで終端されたマイク
ロ・ストリップ線路で実現される。
インダクタを２個使ったハートレイ回路や、３つ使った
ランプキン回路、またクラップ回路やその変形等、マイ
クロ波帯の発振に適したＬＣ発振回路なら、どんなもの
でも良い。これらの回路におけるインダクタが、長さが
λ ／４で適当な容量のコンデンサで終端されたマイク
ロ・ストリップ線路で実現される。
第１図はマイクロ波近接スイッチの電気的構成を示すブ
ロック図である。 第２図は第１の実施例におけるマイクロ波帯発振回路の
一例としてのコルピッツ発振回路を示す回路図である。 第３図は上記発振回路のインダクタとして使用されるコ
ンデンサで終端されたマイクロ・ストリップ線路を示す
図である。 第４図は上記発振回路における検出物体までの距離に対
する発振周波数変化を示すグラフである。 第５図はマイクロφストリップ線路の構成とその漏れ磁
界の例を示す斜視図である。 第６図はマイクロ・ストリップ線路の断面図である。 第７図および第８図はそれぞれマイクロ波伝送線路の他
の例を示すもので、第７図は斜視図、第８図はストリッ
プ線のみの平面図である。 第９図は発振回路例を示す回路図である。 第１Ｏ図は第２の実施例におけるマイクロ波帯発振回路
の一例を示す回路図である。 第１１図はマイクロ・ストリップ線路と誘電体共振器の
結合の様子を示す斜視図、第１２図はその等価回路図で
ある。 １・・・検出物体。 ２・・・マイクロ波帯発振回路。 ３・・・発振状態の変化検出回路。 ＩＯ・・・マイクロ・ストリップ線路。 ２０・・・誘電体共振器。 以 上
ロック図である。 第２図は第１の実施例におけるマイクロ波帯発振回路の
一例としてのコルピッツ発振回路を示す回路図である。 第３図は上記発振回路のインダクタとして使用されるコ
ンデンサで終端されたマイクロ・ストリップ線路を示す
図である。 第４図は上記発振回路における検出物体までの距離に対
する発振周波数変化を示すグラフである。 第５図はマイクロφストリップ線路の構成とその漏れ磁
界の例を示す斜視図である。 第６図はマイクロ・ストリップ線路の断面図である。 第７図および第８図はそれぞれマイクロ波伝送線路の他
の例を示すもので、第７図は斜視図、第８図はストリッ
プ線のみの平面図である。 第９図は発振回路例を示す回路図である。 第１Ｏ図は第２の実施例におけるマイクロ波帯発振回路
の一例を示す回路図である。 第１１図はマイクロ・ストリップ線路と誘電体共振器の
結合の様子を示す斜視図、第１２図はその等価回路図で
ある。 １・・・検出物体。 ２・・・マイクロ波帯発振回路。 ３・・・発振状態の変化検出回路。 ＩＯ・・・マイクロ・ストリップ線路。 ２０・・・誘電体共振器。 以 上
Claims (3)
- （１）マイクロ・ストリップ線路をインダクタとして含
むマイクロ波発振回路，および 上記マイクロ・ストリップ線路からの漏れ磁界がその近
傍に近づいた物体によって損失を生じ，それによりマイ
クロ・ストリップ線路のインピーダンスが変化すること
によって上記マイクロ波発振回路の発振状態が変化した
ことを検出する手段。 を備えたマイクロ波近接スイッチ。 - （２）誘電体共振器を含むマイクロ波発振回路，および 上記誘電体共振器からの漏れ磁界がその近傍に近づいた
物体によって損失を生じ，それにより上記誘電体共振器
を含む回路のインピーダンスが変化することによって上
記マイクロ波発振回路の発振状態が変化したことを検出
する手段， を備えたマイクロ波近接スイッチ。 - （３）上記マイクロ波発振回路の発振状態の変化に，発
振の停止が含まれる，請求項（１）または（２）に記載
のマイクロ波近接スイッチ。
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
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| JP198789 | 1989-01-10 |
Publications (1)
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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- 1990-01-09 EP EP90100387A patent/EP0378179B1/en not_active Expired - Lifetime
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