JPH04315089A

JPH04315089A - 非接触感知方式

Info

Publication number: JPH04315089A
Application number: JP3106358A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Eda; 欣弘江田
Original assignee: Takaoka Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Takaoka Toko Co Ltd
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1991-04-12
Publication date: 1992-11-06

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は家屋等の防犯装置や、自
動化された製造、または検査ライン等において人や物体
の通過を認識する場合などに用いる非接触の感知方式に
関する。

【０００２】

【従来の技術】このような感知方式としては、赤外線、
可視光線、超音波、電磁波等の送受信装置を１組以上備
えたシステムが主流となっている。ここで、上述のシス
テムを利用した代表的な方式として、次の２つが挙げら
れる。（１）対向する送信装置、受信装置間の信号伝搬経路を
感知物が遮断することによって感知する方式。（２）送出信号の特定反射体による反射波を受信するシ
ステムにおいて、感知物がその信号伝搬経路に侵入した
際に生じる、信号伝達時間の変化によって感知する方式
。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述１の方式は、物体
の存在を認識するという観点からは信頼性の高い方式と
いえるが、信号の伝搬経路を物体が遮断したときのみが
感知可能であり、遮断前の状態にある物体の早期感知は
不可能である。上述２の方式においては、送出信号が、
特定反射体以外の既設物体によって反射する可能性もあ
り、感知の確度低下を招く恐れがある。また、上述１、
２の方式では、信号伝搬経路を遮断する物体全てを感知
してしまうため、希望する感知物以外の物体まで、不必
要に感知する恐れがある。さらに、赤外線、可視光線、
超音波、電磁波等は、外部へのエネルギー放射があり、
市販の探知装置を用いることにより、容易に、これらの
存在を把握することが可能であるため、これらの媒体を
防犯装置に適用した場合、その装置等の存在が判ってし
まい、システムの効果が低減する恐れもある。本発明は
、上記問題点を解決するためになされたもので、その目
的とするところは、離れた場所から容易に探知し得ない
静電容量を感知媒体とし、かつ、対向電極間および、そ
の周辺に生じる電界に変動を与える人または物体を非接
触で感知することを可能とした、感知方式を提供するこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明にかかる物体感知方式は、物体の感知媒体とし
て対向電極間に発生する静電容量の変化を利用すること
により、対向電極間または、その周辺に存在する人また
は物体の感知を可能にする。

【０００５】

【作用】対向電極間または、その周辺に存在する人や物
体（以下では物体と総称する）によって起こる静電容量
の変化について、図と式を用いて説明する。対向電極に
関しては、説明を単純化するため、２枚の平行平板電極
を有するコンデンサを用いることにする。まず、平行平
板電極間に存在する物体によって起こる、静電容量の変
化について説明する。図１は、面積Ｓ０をそれぞれ有す
る２枚の電極１ａ、１ｂが間隔ｄ０をもって平行に対向
するコンデンサを示す一例である。図１中の電極１ａ、
１ｂ間の誘電率をε０とすると、その静電容量Ｃ０は、
下記の数１のようになる。

【０００６】

【数１】

【０００７】いま、図１の電極１ａ、１ｂ間に、面積Ｓ
０、厚さｄ１（０＜ｄ１≦ｄ０）で、誘電率ε１（ε１
≠ε０）なる誘電体３を電極１ａ、１ｂと平行して図２
のように挿入したとき、図２の等価回路図は図３に示す
ようなコンデンサＣａ，Ｃｂの直列接続となるため、そ
の端子２ａ，２ｂ間の合成静電容量Ｃ１は、下記の数２
のようになり、明らかに、図１に示すコンデンサの静電
容量Ｃ０と図２に示すコンデンサの静電容量Ｃ１は異な
った値を持つ。

【０００８】

【数２】

【０００９】また、図２において挿入される誘電体３に
代わり、導体４を挿入した場合である図４についても説
明する。尚、説明の便宜上、導体４は、誘電体３と同形
同体積の電気良導体であると仮定する。この場合も、等
価回路は、図５に示すようなコンデンサＣｃで表現でき
るため、この端子２ａ，２ｂ間の合成静電容量をＣ２と
すると、下記の数３のようになり、やはり、静電容量Ｃ
０，Ｃ１とＣ２は、それぞれ異なった値を持つことが明
白である。

【００１０】

【数３】

【００１１】次に、平行平板電極周辺に存在する物体に
よって起こる静電容量の変化について説明する。一般に
、図６のごとく正電荷帯電電極５と負電荷帯電電極６の
間には、多数の電束７が仮想的に存在しているとされて
おり、この電束７に垂直な単位面積当りの電束、即ち電
束密度は、正電荷帯電電極５と負電荷帯電電極６の間が
最も高く、正電荷帯電電極５と負電荷帯電電極６の周辺
にも、比較的弱小ではあるが、電束７は存在しつづける
とされている。これは、仮想的に平行平板電極の面積が
拡張されたことにも置換が可能であり、平行平板電極周
辺に存在する物体に関しても、平行平板電極間に存在す
る物体と同様の取扱いが可能であることを意味する。上述してきたような理由から、対向電極間または、その
周辺に存在する物体による対向電極間の静電容量の変化
を利用して、物体の感知が可能になる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。まず、
上述してきた対向電極間または、その周辺に存在する物
体を感知するための方法例について説明する。一つの方
法例は、図７に示すようなブリッジ回路８を利用したも
のである。ブリッジ回路８のインピーダンスＺ１，Ｚ２
，Ｚ３と本発明の対向電極部分が有するインピーダンス
Ｚｄの間に、下記の数４のような関係が成立するとき、
接点９ａ、９ｂ間の電位差がなくなることは電気工学上
広く知られている理論である。

【００１３】

【数４】

【００１４】つまり、このとき、図７中の受信装置１０
に対して、信号の送出は行われず、平衡状態が保たれて
いる。いま、感知器部分に物体が存在しているとする。感知器部分は基本的に、コンデンサの原理で構成されて
いるため、既に説明してきたように、物体の存在により
感知器部分の静電容量Ｃｄが変化することになる。　　
また、対向電極部分が有するインピーダンスＺｄは、下
記の数５で与えられているため、接点９ｃ，９ｄに接続
される交流電源１１の周波数ｆ０が一定であれば、静電
容量Ｃｄの変化により、対向電極間が有するインピーダ
ンスＺｄも変化することになる。

【００１５】

【数５】

【００１６】このため、数４の関係は成立しなくなり、
９ａ、９ｂ間に発生する電位差によって、交流電源１０
の周波数ｆ０をもつ信号が、受信装置１０に対して送出
される。このように、受信装置１０により受信される信
号の有無により、感知が可能になる。また、受信装置１
０には、ブザー付リレー等の使用も考えられる。なお、
インピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３には、数４の条件を満
たせるものであれば、抵抗器、コイル、コンデンサ等の
素子を用いることが可能である。さらにもう一つの方法
例としては、図８に示すようなシステムが考えられる。前述の方法例では、数５により、交流電源１１の周波数
ｆ０が一定であるとき、感知器部分の静電容量Ｃｄの変
化が、対向電極間が有するインピーダンスＺｄの変化と
なることを説明した。この方法例では、インピーダンス
Ｚｄの変化をネットワーク・アナライザ等の測定器１２
の利用で、直接観測することを可能にしている。次に、
本発明の適用実施例について説明する。一つの適用実施
例は、家屋等の防犯装置として適用するもので、そのシ
ステムの一例を図９を用いて説明する。この例は、図７
を用いて説明した、ブリッジ回路で構成されたシステム
となっている。図９の大地１３は図７の接点９ｃに相当
し、また同時に、極板１４との間に生じる対地間静電容
量により、図７のインピーダンスＺｄに相当するものを
生み出している。図９のインピーダンスＺａ，Ｚｂ，Ｚ
ｃは、それぞれ図７のインピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３
に相当し、図９中の受信装置１６、交流電源１５は、そ
れぞれ図７の受信装置１０、交流電源１１に相当してい
る。さらに、これらのシステムは、大地１３と同電位で
ある建物１７内に設置されるため、感知器部分である、
大地１３と極板１４との間を除き、全てが建物１７によ
って遮蔽され、システムの安定性を確保している。尚、
極板１４は建物１７との導通をなくすため、絶縁板１８
によって絶縁してある。この状態が、いわゆるブリッジ
回路の平衡状態となるように、インピーダンスＺａ、Ｚ
ｂ，Ｚｃを調整すれば、大地１３と極板１４との間やそ
の周辺に物体１９が存在するときに、その対地間静電容
量が変化し、これまでに述べてきたような理由により、
物体１９を感知することになる。つまり、この大地１３
と極板１４を用いて建物１７の出入口を挟めば、人間、
動物等の侵入、退出を感知することが可能となり、家屋
等の防犯装置として利用できる。もう一つの例は、自動
化された製造や検査ライン等において、物体の通過認識
装置として使用するものである。実施方法の基本的な部
分は、前述の例と同様のブリッジ回路を利用したシステ
ムであるが、図１０は、感知器部分を対向する平行平板
電極２０ａ、２０ｂとし、ベルトコンベア２１の一部分
を挟むようにした例である。ベルトコンベア２１は、常
に流動しているが、均質な一本の環状ベルトが周回して
いるものであるため、平行平板電極２０ａ、２０ｂ間の
静電容量に変化は生じない。ところが、いま、このベル
トコンベア２１に物体２２を載せてこの平行平板電極２
０ａ、２０ｂ間を通過しようとすると、物体２２の存在
のためにこの間の静電容量が変化する。この変化のため
に、平行平板電極２０ａ、２０ｂとインピーダンス２３
ａ、２３ｂ，２３ｃによって構成されているブリッジ回
路の平衡状態が崩れ、交流電源２４が発する信号を受信
装置２５を用いて受信できるようになり、物体２２の感
知ができる。この平衡状態が崩れる回数をカウントする
ことで、平行平板電極２０ａ、２０ｂ間を通過した物体
２２の個数を認識することができる。また、ベルトコン
ベア２１上の物体２２が同質、同体積の物体のみを対象
とすれば、異質、異体積の物体も静電容量の違いとして
検出することができる。尚、この例を実施する場合にお
いては、誤認識を避けるために、平行平板電極２０ａ、
２０ｂ周辺部の電束密度を低下させたり、物体２２同士
の間隔を広げる等の調整が必要である。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかる非接触感
知方式によれば、ある間隔をもって対向する電極間また
は、その周辺に存在する物体を静電容量の変化として感
知することが可能となり、それによって得られる、離れ
た場所から感知媒体を探知することが極めて困難である
という特性を活用し、感知システムの秘匿性をも確保す
ることが可能となる。また、図５に示したようなシステ
ム構成にて実施した場合、回路構成の単純化、システム
の低価格化が図れ、さらに、感知特性を把握した上で、
受信装置１０の受信感度調整やブリッジ回路内のインピ
ーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ３を変化させることにより、感
知物体の対象選択や特定も、大まかではあるが可能とな
る。さらに、アンテナ理論を用いれば、対向電極間の角
度調整によって、物体感知範囲に指向性を付加すること
も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】平行平板コンデンサの一例を示す図である。

【図２】誘電率ε１なる誘電体を挿入した平行平板コン
デンサの一例を立体的に示した図である。

【図３】図２に示す平行平板コンデンサの等価回路図で
ある。

【図４】導体を挿入した平行平板コンデンサの一例を立
体的に示した図である。

【図５】図４に示す平行平板コンデンサの等価回路図で
ある。

【図６】正電荷、負電荷をそれぞれ帯電した平行平板電
極間に生ずる電束の一例を示す図である。

【図７】対向電極間および、その周辺に存在する物体を
感知するための方法として、ブリッジ回路を利用する、
システム構成の一例を示す図である。

【図８】対向電極間および、その周辺に存在する物体を
感知するための方法として、ネットワーク・アナライザ
等の測定器を利用する、システム構成の一例を示す図で
ある。

【図９】本発明を、家屋等の防犯装置として適用した、
一例を示す図である。

【図１０】本発明を、自動化された製造または、検査ラ
イン等に用いられる、物体通過認識装置として適用した
、一例を示す図である。

【符号の説明】

１ａ　　平板電極１ｂ　　平板電極２ａ　　端子２ｂ　　端子３　　　　誘電体４　　　　導体５　　　　正電荷帯電電極６　　　　負電荷帯電電極７　　　　電束８　　　　ブリッジ回路９ａ　　接点９ｂ　　接点９ｃ　　接点９ｄ　　接点１０　　受信装置１１　　交流電源１２　　ネットワーク・アナライザ等の測定器１３　　
大地１４　　極板１５　　受信装置１６　　交流電源１７　　建物１８　　絶縁板１９　　物体２０ａ平行平板電極２０ｂ平行平板電極２１　　ベルトコンベア２２　　物体２３ａインピーダンス２３ｂインピーダンス２３ｃインピーダンス２４　　交流電源２５　　受信装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　ある間隔をもって対向する電極間に生
じる静電容量の変化を観測することによって、電極間ま
たは、その周辺に存在する人または物体を感知する非接
触感知方式。