JPH0634307A - Capacitance type displacement sensor - Google Patents
Capacitance type displacement sensorInfo
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- JPH0634307A JPH0634307A JP21355492A JP21355492A JPH0634307A JP H0634307 A JPH0634307 A JP H0634307A JP 21355492 A JP21355492 A JP 21355492A JP 21355492 A JP21355492 A JP 21355492A JP H0634307 A JPH0634307 A JP H0634307A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は静電容量を用いて物体ま
での距離を検知する静電容量形の変位センサに関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type displacement sensor for detecting a distance to an object using capacitance.
【0002】[0002]
【従来の技術】静電容量によって物体の有無を検出する
静電容量形の近接スイッチが用いられている。このよう
な静電容量形近接スイッチでは、発振回路の特定の端子
を電極としており、物体の近接によってその電極の静電
容量が大きくなった場合に発振が開始する。従ってその
出力を包絡線検波して物体の有無を判別するように構成
されている。2. Description of the Related Art An electrostatic capacitance type proximity switch for detecting the presence or absence of an object by an electrostatic capacitance is used. In such a capacitance type proximity switch, a specific terminal of the oscillation circuit is used as an electrode, and oscillation starts when the capacitance of the electrode increases due to the proximity of an object. Therefore, the output is envelope-detected to determine the presence or absence of an object.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかるにこのような従
来の静電容量形近接スイッチでは、発振条件が回路定数
のばらつきに大きく依存するため、近接スイッチの固体
差が大きくなる。又温度ドリフトも大きいため安定して
物体を検出することができなかった。又検出物体との距
離を静電容量値として検出するため、電極を被検出物体
に近づける必要がある。しかしながら電極と他の電子回
路部との間を大きくすれば、電極の固定の静電容量値が
大きくなる。従って電極部と電子回路部とを分離する、
いわゆるアンプ分離型のセンサを構成することが難しい
という欠点があった。However, in such a conventional capacitance type proximity switch, the oscillation condition greatly depends on the variation of the circuit constants, and the individual difference of the proximity switch becomes large. Moreover, since the temperature drift is large, the object could not be detected stably. Further, since the distance to the detection object is detected as a capacitance value, it is necessary to bring the electrodes close to the detection object. However, if the distance between the electrode and the other electronic circuit section is increased, the fixed capacitance value of the electrode increases. Therefore, the electrode part and the electronic circuit part are separated,
There is a drawback that it is difficult to construct a so-called amplifier-separated sensor.
【0004】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、検出物体の接近を高精度で測定
できるようにすることを技術的課題とする。又本願の請
求項2の発明では、このような課題に加えてセンサ部と
他の電子回路部とを分離してセンサ部を小型化できるよ
うにすることを技術的課題とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and it is a technical object to make it possible to measure the approach of a detection object with high accuracy. In addition to the above problems, it is a technical object of the invention of claim 2 to separate the sensor unit from other electronic circuit units so that the sensor unit can be downsized.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本願の請求項1の発明
は、検知電極と、入力端に検知電極、入出力端間に帰還
抵抗が接続され、ヒステリシスを有し、検知電極と検知
物体との間の静電容量及び帰還抵抗に基づく周期によっ
て発振するシュミットトリガインバータと、シュミット
トリガインバータの発振周期を検知する周期カウンタ
と、を具備し、該周期に基づいて物体までの距離を検知
することを特徴とするものである。According to the invention of claim 1 of the present application, a sensing electrode, a sensing electrode at the input end, and a feedback resistor connected between the input and output ends have hysteresis, and the sensing electrode and the sensing object are provided. A Schmitt trigger inverter that oscillates in a cycle based on a capacitance and a feedback resistance between the two, and a cycle counter that detects an oscillation cycle of the Schmitt trigger inverter, and detect a distance to an object based on the cycle. It is characterized by.
【0006】本願の請求項2の発明は、検知電極に芯線
の一端が接続されたシールド線と、シールド線の芯線の
他端及び帰還抵抗がその入力端が接続され、その出力端
がシュミットトリガインバータの入力端とシールド線の
アースラインに接続されたバッファ回路と、を具備する
ことを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, the shield wire having one end of the core wire connected to the detection electrode, the other end of the core wire of the shield wire and the input end of the feedback resistor are connected, and the output end thereof has a Schmitt trigger. A buffer circuit connected to the input terminal of the inverter and the ground line of the shield wire is provided.
【0007】[0007]
【作用】このような特徴を有する本発明によれば、検知
電極と物体との容量及びシュミットトリガインバータの
帰還抵抗の抵抗値により定まる発振周波数によってシュ
ミットトリガインバータより連続的に発振する発振出力
が得られる。この発振周期を検知することによって物体
までの距離を検出するようにしている。又本願の請求項
2の発明では、検知電極とシュミットトリガインバータ
の入力端との間をシールド線及びバッファ回路により接
続し、バッファ回路の出力をシールド線のアースライン
に接続している。そのため検知電極とシュミットトリガ
インバータの入力端と検知電極の電位差がなくなる。こ
のためセンサ回路と電子回路部との距離を大きくするこ
とができ、センサ部の分離型のセンサを実現できること
となる。According to the present invention having such characteristics, the oscillation output continuously oscillated by the Schmitt trigger inverter is obtained by the oscillation frequency determined by the capacitance between the sensing electrode and the object and the resistance value of the feedback resistance of the Schmitt trigger inverter. To be The distance to the object is detected by detecting this oscillation cycle. Further, in the invention of claim 2 of the present application, the detection electrode and the input end of the Schmitt trigger inverter are connected by a shield line and a buffer circuit, and the output of the buffer circuit is connected to the ground line of the shield line. Therefore, the potential difference between the detection electrode and the input end of the Schmitt trigger inverter and the detection electrode disappears. Therefore, it is possible to increase the distance between the sensor circuit and the electronic circuit portion, and it is possible to realize a separate sensor of the sensor portion.
【0008】[0008]
【実施例】図1は本発明の一実施例による静電容量形近
接センサの全体構成を示すブロック図である。本図にお
いて電極1は一定の面積を有する電極であって、近接ス
イッチの前面に固定される。そしてこの電極1にはヒス
テリシスを有するシュミットトリガインバータ2が接続
される。シュミットトリガインバータ2には図示のよう
に帰還抵抗Rが入出力端間に接続されている。この電極
1と接地端間に物体が存在すればその間で静電容量が生
じる。この静電容量Cdは次式で示される。 Cd=εS/d ここでSは電極1の面積,dは物体までの距離,εは空
気中の誘電率である。1 is a block diagram showing the overall construction of a capacitance type proximity sensor according to an embodiment of the present invention. In the figure, the electrode 1 is an electrode having a certain area and is fixed to the front surface of the proximity switch. A Schmitt trigger inverter 2 having hysteresis is connected to this electrode 1. A feedback resistor R is connected between the input and output ends of the Schmitt trigger inverter 2 as shown in the figure. If an object exists between the electrode 1 and the grounded end, a capacitance is generated between them. This capacitance Cd is shown by the following equation. Cd = εS / d where S is the area of the electrode 1, d is the distance to the object, and ε is the permittivity in air.
【0009】シュミットドリガインバータ2はこの静電
容量Cdと帰還抵抗Rを時定数として発振するものであ
って、その出力は周期カウンタ3に与えられる。周期カ
ウンタ3はこのシュミットトリガインバータによる発振
回路の発振周期を測定するものであって、その出力はリ
ニアライザ4に与えられる。リニアライサ4は周期の変
化を物体までの距離に対する変化として直線化するもの
である。リニアライザ4の出力は表示回路5によって表
示され、又比較回路6より所定の閾値で比較されて、物
体の有無の判別信号として出力回路7より出力される。The Schmitt-drigger inverter 2 oscillates with the electrostatic capacitance Cd and the feedback resistance R as a time constant, and its output is given to the cycle counter 3. The period counter 3 measures the oscillation period of the oscillator circuit by the Schmitt trigger inverter, and its output is given to the linearizer 4. The linearizer 4 linearizes the change in the cycle as a change with respect to the distance to the object. The output of the linearizer 4 is displayed by the display circuit 5, compared with a predetermined threshold value by the comparison circuit 6, and output from the output circuit 7 as a determination signal of the presence or absence of an object.
【0010】次に本実施例の動作を説明する。まず電源
を投入すると、シュミットトリガインバータ2の電源電
圧は図2(a)に示すようにすぐに立上る。シュミット
トリガインバータ2は一定のヒステリシスを有するた
め、その入力レベルは最初は0レベルであり、帰還抵抗
Rを介して徐々にコンデンサCdが充電される。従って
電極1の電位は図2(b)に示すように徐々に上昇す
る。そしてシュミットトリガインバータ2の閾値を越え
れば出力は反転する。図2(c)はシュミットトリガイ
ンバータ2の出力を示している。反転後は抵抗Rを介し
てコンデンサCdの容量が放電することとなる。Next, the operation of this embodiment will be described. First, when the power is turned on, the power supply voltage of the Schmitt trigger inverter 2 rises immediately as shown in FIG. 2 (a). Since the Schmitt trigger inverter 2 has a certain hysteresis, its input level is initially 0 level, and the capacitor Cd is gradually charged via the feedback resistor R. Therefore, the potential of the electrode 1 gradually rises as shown in FIG. When the threshold value of the Schmitt trigger inverter 2 is exceeded, the output is inverted. FIG. 2C shows the output of the Schmitt trigger inverter 2. After the inversion, the capacitance of the capacitor Cd is discharged via the resistor R.
【0011】以後は図2(b),(c)に示すように一
定の周期で充放電を繰り返し、この周波数で発振する。
ここで物体が接近していなければCdは小さい値である
ため、高い周波数で発振する。そして物体が接近すれば
その物体までの距離をdとすると、発振周期は検知電極
1と物体までの距離dにほぼ比例している。従ってその
周期を周期カウンタ3によって計数し、リニアライザ4
を介して直線化することによって物体までの距離を表示
することができる。この場合には物体の面積が固定され
ている必要があるため、同一の物体までの距離を測定す
るものとする。又リニアライザ4はこの物体を規定の位
置に設定したときの出力によってあらかじめ校正してお
くものとする。こうすれば物体までの距離を正確に表示
することができる。又その物体までの距離に基づいたス
イッチング信号を出力することも可能となる。Thereafter, as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c), charging / discharging is repeated at a constant cycle, and oscillation is performed at this frequency.
If the object is not approaching here, Cd has a small value and thus oscillates at a high frequency. When an object approaches, the distance to the object is d, and the oscillation period is almost proportional to the distance d between the sensing electrode 1 and the object. Therefore, the cycle is counted by the cycle counter 3, and the linearizer 4
The distance to the object can be displayed by linearizing via. In this case, since the area of the object needs to be fixed, the distance to the same object is measured. Further, the linearizer 4 is to be calibrated in advance by the output when this object is set at a prescribed position. In this way, the distance to the object can be displayed accurately. It is also possible to output a switching signal based on the distance to the object.
【0012】次に本発明の第2実施例について説明す
る。本実施例では検知電極1とシュミットトリガインバ
ータ2の入力端の間をシールド線で連結することによっ
て検知電極を有するセンサ部と電子回路部とを分離でき
るようにしている。即ちシールド線11の芯線の一端に
検知電極1を接続し、他端にバッファ回路12の入力端
を接続する。又バッファ回路12の出力端を前述したシ
ュミットトリガインバータ2に接続する。又出力端をシ
ールド線11のアースラインに接続する。又帰還抵抗R
はシュミットトリガインバータ2の出力とバッファ回路
12の入力端に接続しておく。その他の構成は第1実施
例と同様である。ここで検知電極1とシールド線のアー
スライン間との電極の静電容量をCoとする。Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the sensor portion having the detection electrode and the electronic circuit portion can be separated by connecting the detection electrode 1 and the input end of the Schmitt trigger inverter 2 with a shield wire. That is, the detection electrode 1 is connected to one end of the core wire of the shielded wire 11, and the input end of the buffer circuit 12 is connected to the other end. Further, the output terminal of the buffer circuit 12 is connected to the Schmitt trigger inverter 2 described above. Further, the output end is connected to the ground line of the shield wire 11. Feedback resistor R
Is connected to the output of the Schmitt trigger inverter 2 and the input end of the buffer circuit 12. Other configurations are similar to those of the first embodiment. Here, the capacitance of the electrode between the detection electrode 1 and the ground line of the shield wire is defined as Co.
【0013】このように構成すればシールド線11の芯
線と検知電極1との接続点dと、シールド線のアース線
とバッファ回路12の入力端との接続点eとは常に同位
相,同電圧となる。そのため検知電極1に対して静電容
量Coの影響はなくなる。このためシールド線11によ
って検知電極を有するセンサ部と電子回路部とを分離す
ることができる。According to this structure, the connection point d between the core wire of the shield wire 11 and the detection electrode 1 and the connection point e between the ground wire of the shield wire and the input end of the buffer circuit 12 are always in phase and at the same voltage. Becomes Therefore, the influence of the capacitance Co on the detection electrode 1 is eliminated. Therefore, the shield wire 11 can separate the sensor section having the detection electrode from the electronic circuit section.
【0014】[0014]
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、シュミットトリガインバータを用いて常時発振さ
せ、その発振周期を検知するようにしているため、物体
までの距離を正確に検知することができる。又請求項2
の発明では、電子回路部とセンサ部を分離することがで
き、センサ部を小型化することができるという効果が得
られる。As described in detail above, according to the present invention, since the Schmitt trigger inverter is used to constantly oscillate and the oscillation cycle thereof is detected, the distance to the object can be accurately detected. You can Claim 2
According to the invention, the electronic circuit section and the sensor section can be separated, and the sensor section can be downsized.
【図1】本発明の第1実施例による静電容量形センサの
全体構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a capacitance type sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本実施例の動作を示すタイムチャートである。FIG. 2 is a time chart showing the operation of this embodiment.
【図3】本発明の第2実施例による静電容量形変位セン
サの構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a capacitance type displacement sensor according to a second embodiment of the present invention.
1 検知電極 2 シュミットトリガインバータ 3 周期カウンタ 4 リニアライザ 5 表示回路 6 比較回路 7 出力回路 11 シールド線 12 バッファ回路 1 Detection Electrode 2 Schmitt Trigger Inverter 3 Period Counter 4 Linearizer 5 Display Circuit 6 Comparison Circuit 7 Output Circuit 11 Shielded Wire 12 Buffer Circuit
Claims (2)
れ、ヒステリシスを有し、前記検知電極と検知物体との
間の静電容量及び帰還抵抗に基づく周期によって発振す
るシュミットトリガインバータと、 前記シュミットトリガインバータの発振周期を検知する
周期カウンタと、 を具備し、該周期に基づいて物体までの距離を検知する
ことを特徴とする静電容量形変位センサ。1. A sensing electrode, a sensing resistor at the input end, and a feedback resistor connected between the input and output ends, having a hysteresis, and based on the capacitance and the feedback resistance between the sensing electrode and the sensing object. A capacitance type displacement sensor, comprising: a Schmitt trigger inverter that oscillates according to a cycle; and a cycle counter that detects an oscillation cycle of the Schmitt trigger inverter, wherein a distance to an object is detected based on the cycle. .
シールド線と、 前記シールド線の芯線の他端及び帰還抵抗がその入力端
が接続され、その出力端が前記シュミットトリガインバ
ータの入力端と前記シールド線のアースラインに接続さ
れたバッファ回路と、を具備することを特徴とする請求
項1記載の静電容量形変位センサ。2. A shield wire having one end of a core wire connected to the detection electrode, the other end of the core wire of the shield wire and a feedback resistor connected to an input end thereof, and an output end thereof being an input end of the Schmitt trigger inverter. 2. The capacitance type displacement sensor according to claim 1, further comprising: a buffer circuit connected to the ground line of the shield line.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP4213554A JP3044938B2 (en) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | Capacitive displacement sensor |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH0634307A true JPH0634307A (en) | 1994-02-08 |
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Family
ID=16641131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4213554A Expired - Lifetime JP3044938B2 (en) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | Capacitive displacement sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
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