JPH0734387Y2

JPH0734387Y2 - 近接センサ

Info

Publication number: JPH0734387Y2
Application number: JP1989115638U
Authority: JP
Inventors: 公男近藤; 文則菊地
Original assignee: サンクス株式会社
Priority date: 1989-09-30
Filing date: 1989-09-30
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2004-09-30
Also published as: JPH0355584U

Description

【考案の詳細な説明】［考案の目的］（産業上の利用分野）本考案は鉄、アルミ等からなる検出物体の近接を検出す
る近接センサに関する。

（従来の技術）この種の近接センサとしては、従来、検出原理が異なる
２種類の方式が供されていた。その１つは、検出物体の
近接に伴う検出コイルのＱの変化を利用する方式で、発
振回路により検出コイルに高周波電流を流すと共に、そ
の発振回路における電圧振幅を監視する電圧比較回路を
設ける、というのが基本構成である。検出コイルに流れ
る高周波電流により、その周囲に高周波磁界が生成さ
れ、導電性の検出物体が接近すると、その検出物体に渦
電流が誘導される。すると、この渦電流による損失によ
って検出コイルのＱが等価的に低下するため、発振回路
の電圧振幅が大きく減衰して電圧比較回路によりそれが
検出されるのである。この方式の近接センサにおける発
振周波数は100〜700KHZの範囲内のいずれかの周波数が
一般的で、検出物体が導電性であれば、磁性の有無を問
わず検出できる。

他の１つは、検出物体の近接に伴う検出コイルのインダ
クタンス変化を利用する方式で、発振回路により検出コ
イルに高周波電流を流すと共に、その発振回路における
発振周波数を監視する周波数比較回路を設ける、という
のが基本構成である。この場合も、発振周波数は100〜7
00KHZの範囲内のいずれかの周波数が一般的である。こ
の方式でも、やはり検出コイルの周囲に高周波磁界が生
成され、導電性の検出物体が接近すると、その検出物体
に渦電流が誘導される。この渦電流に起因する磁界は検
出コイルが作る磁界と反対方向であるから、検出物体が
接近すると検出コイルの鎖交磁束が減少する（以下この
現象を「渦電流効果」という）。これは検出コイルのイ
ンダクタンスの減少を意味し、これが発振回路における
発振周波数の変動を生じさせるから、周波数比較回路に
よってそれが検出されるのである。

（考案が解決しようとする課題）しかしながら、検出コイルのＱの変化を利用する方式で
は、検出物体が導電性である限りそれが接近するに伴い
検出コイルのＱは必ず低下する方向に変化するから、検
出物体が銅やアルミ等の非磁性材か、鉄等の磁性材かを
区別することはできない。

また、検出コイルのインダクタンス変化を利用する方式
では、検出物体が磁性材であるときには、その接近に伴
い磁気回路の磁気抵抗が低下して検出コイルの鎖交磁束
の増加によりインダクタンスが増加方向に変化しようと
するものの（以下この現象を「磁性材効果」という）、
その増加傾向は少ないため、「渦電流効果」によるイン
ダクタンスの減少傾向に打ち勝つほどではない。このた
め、この方式では検出物体の材質に関わらず、その接近
によってインダクタンスは減少するから、結局、やはり
検出物体が非磁性材か、磁性材かを区別することはでき
ない。因みに、従来の近接センサにおける検出物体の接
近に伴うインダクタンス変化の実測値を第３図に示す
が、鉄、アルミを問わず検出物体の接近に伴ってインダ
クタンスがいずれも減少方向に変化することが示されて
いる。なお、同図は距離（定格検出距離に対する百分
率）を横軸にとり、検出物体が検出コイルから無限遠の
点にある状態からのインダクタンスの変化dLを縦軸にと
って表してある。

この様に、従来のいずれの方式の近接センサでも、接近
する検出物体がどの様な材質のものかを識別することが
できないという欠点があったのである。

本考案は上記事情に鑑みてなされたものである。従っ
て、その目的は、接近する磁性体若しくは非磁性体を識
別できて選択的検出等が可能になる近接センサを提供す
るにある。

［考案の構成］（課題を解決するための手段）本考案の近接センサは、検出コイルに高周波電流を流す
発振回路と、この発振回路における発振周波数の変化に
基づき前記検出コイルへの磁性体若しくは非磁性体の近
接を識別して検出する判断手段とを設け、発振回路にお
ける発振周波数をその発振周波数において磁性体の近接
による磁性材効果に基づくインダクタンス増加量よりも
渦電流効果に基づくインダクタンス減少量が小となる発
振周波数に設定したところに特徴を有する。

（作用）本考案は、磁性材に特有のインダクタンスの変化傾向
（前述した「磁性材効果」に起因する）が、高周波磁界
の周波数に依存する点に着目してなされたものである。

第４図は、検出物体が鉄である場合における、周波数と
インダクタンス変化との関係を示す実験結果で、周波数
を横軸にとり、検出物体が検出コイルから無限遠の点に
ある状態からのインダクタンスの変化dLを縦軸にとって
表してある。約200KHZを境にして、それより高い周波数
領域では検出物体の近接に伴いインダクタンスが減少
し、逆に200KHZよりも低い周波数領域では検出物体の近
接に伴いインダクタンスが増大することが明らかであ
る。これは、高周波領域では「磁性材効果」は希薄であ
るが、低周波領域ではそれが顕著になるためと考えられ
る。

一方、第５図は、検出物体がアルミである場合におけ
る、周波数とインダクタンス変化dLとの関係を示す第４
図相当図である。アルミの場合には、検出物体の近接に
伴いインダクタンスが全周波数領域において一様に減少
することが示されている。これは、非磁性体であるアル
ミには、周波数に対する依存性が強い「磁性材効果」が
本来的になく、周波数に対する依存性が極めて少ない
「渦電流効果」のみが影響しているためと考えられる。

そして、先に示した第４図と第５図との比較から明らか
なように、従来の近接センサにおける発振周波数（100
〜700KHZ）に比べて著しく低い周波数領域では、両材質
について検出物体の接近に伴うインダクタンスの変化傾
向は全く逆になることが分かる。このことは、インダク
タンスが増加又は減少のいずれの方向に変化するかによ
って検出物体の材質が識別できることを意味する。

（実施例）以下本考案の一実施例について第１図および第２図を参
照して説明する。

発振回路１は検出コイル２とコンデンサ３とからなる共
振回路に高周波電流を流す周知の構成で、ここでは特に
その発振の基準周波数を20KHZに設定している。この発
振回路１からの周波数信号S_fは判断手段たる周波数比較
回路４に与えられる。

周波数比較回路４では、その周波数信号S_fに基づき発振
回路１における発振周波数の変化を監視し、発振周波数
が基準周波数から高くなる方向に変化したときにはイン
ダクタンス低下信号S_Iを出力し、低くなる方向に変化し
たときにはインダクタンス上昇信号S_IIを出力する。イ
ンダクタンス低下信号S₁の出力ラインは切換スイッチ５
の接点5aに接続されると共に、インダクタンス上昇信号
S_IIの出力ラインは切換スイッチ５の接点5bに接続さ
れ、もってこれらの信号を切換スイッチ５を介して出力
回路６に選択的に与え得るようになっている。また、両
信号S_I，S_IIはオア回路７にも入力されると共に、その
オア回路７の出力ラインが切換スイッチ５の接点5cに接
続されている。これにて、いずれか一方の信号が周波数
比較回路４から出力されたときにも切換スイッチ５を介
して出力回路６に信号を与え得るようになっている。出
力回路６は切換スイッチ５から信号を受けると、スイッ
チング動作を行って図示しない負荷の通断電を制御す
る。

さて、上記構成において、今、切換スイッチ５が接点5a
に導通するように切換えられているとする。発振回路１
における発振動作により検出コイル２に高周波電流が流
され、その周囲に高周波磁界が生成される。ここで、検
出物体が検出コイル２から無限遠にあるときには、検出
コイル２に鎖交する磁束は一定であるから、そのインダ
クタンスには変化がなく、従って発振周波数に変化はな
い。しかし、第１図に示すように検出物体８が検出コイ
ル２に接近すると、検出物体８に渦電流が誘導され、こ
の渦電流に起因する磁界により検出コイル２に鎖交する
磁束が減少し、ひいては検出コイル２のインダクタンス
が減少する傾向が生じる（「渦電流効果」）。

このとき、その検出物体８が非磁性材であるとすると、
検出コイル２のインダクタンスに及ぼす影響は、その
「渦電流効果」のみである。従って、検出コイル２のイ
ンダクタンスは直ちに低下して発振周波数が上昇し、周
波数比較回路４からインダクタンス低下信号S_Iが出力さ
れる。このとき切換スイッチ５は接点5aに切換えられて
いるから、そのインダクタンス低下信号S_Iが出力回路６
に与えられて負荷のスイッチング動作が実行される。

一方、検出物体８が磁性材であるときには、検出コイル
２のインダクタンスに及ぼす影響は「磁性材効果」も加
わる。ここで、本実施例では発振周波数を20KHZという
低周波領域に設定しているから、第４図から明らかなよ
うに「磁性材効果」によるインダクタンスの上昇傾向は
極めて大きい。このため、「磁性材効果」が「渦電流効
果」に打ち勝って、結局、検出コイル２のインダクタン
スが大きく上昇するようになる。その様子は、発振周波
数を20KHZとして鉄製の検出物体８とアルミ製の検出物
体８とを接近させて検出コイル２のインダクタンスを実
測した第２図に示す通りである。この結果、周波数比較
回路４からインダクタンス上昇信号S_IIが出力される。
しかし、この場合、切換スイッチ５は接点5aに切換えら
れているから、出力回路６は動作しない。これにて、切
換スイッチ５が接点5aに切換えられている状態で、出力
回路６のスイッチングが行われれば、非磁性材製の検出
物体８が検出コイル２に所定距離まで接近したことが分
かる。

また、切換スイッチ５が接点5bに切換えられている場合
には、上述した説明から明らかなように、接近した検出
物体８が磁性材製であるときには出力回路６は動作せ
ず、非磁性材製であるときにのみ出力回路６が動作す
る。従って、切換スイッチ５が接点5bに切換えられてい
る状態で、出力回路６のスイッチングが行われれば、磁
性材製の検出物体８が検出コイル２に所定距離まで接近
したことが分かる。

なお、切換スイッチ５が接点5cに切換えられている場合
には、接近した検出物体８が磁性材か非磁性材かを問わ
ずに出力回路６が動作する。これは、磁性材及び非磁性
材の区別なく検出物体８の接近を検出したい場合に有効
である。

なお、上記実施例では、周波数比較回路４にて発振周波
数の変化を監視する構成としているが、判断手段は必ず
しもこのような構成に限らず、例えばマイクロコンピュ
ータを利用していわゆるソフト的に判断するようにして
もよい。また、必ずしも、検出物体の接近に伴いスイッ
チング動作を行うものに限らず、例えば検出物体との間
の距離に比例した信号を出力する構成であってもよい。
更に、発振回路の周波数としては20KHZに限らず、磁性
体の近接に基づくインダクタンス増加量よりも渦電流効
果に基づくインダクタンス減少量が小となる発振周波数
に適宜設定すれば、上記実施例と同等な効果を得ること
ができるものである。

その他、本考案は上記し且つ図面に示す実施例に限定さ
れるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更
して実施することができる。

［考案の効果］本考案は以上述べたように、発振回路における発振周波
数を従来とは全く異なる磁性体の近接による磁性材効果
に基づくインダクタンス増加量よりも渦電流効果に基づ
くインダクタンス減少量が小となる発振周波数に設定し
たところに特徴を有し、これにて磁性体若しくは非磁性
体の近接を識別でき、その材質に応じた選択的検出等を
可能にできるという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本考案の一実施例を示し、第１図
は全体のブロック図、第２図は２種の材質についてのイ
ンダクタンス変化特性図、第３図は検出物体との距離に
関する検出コイルのインダクタンス変化特性図、第４図
は磁性材（鉄）についての周波数とインダクタンス変化
との関係を示すインダクタンス変化特性図、第５図は非
磁性材（アルミ）についての周波数とインダクタンス変
化との関係を示すインダクタンス変化特性図である。図面中、１は発振回路、２は検出コイル、４は周波数比
較回路（判断手段）である。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】検出コイルに高周波電流を流す発振回路
と、この発振回路における発振周波数の変化に基づき前
記検出コイルへの磁性体若しくは非磁性体の近接を識別
して検出する判断手段とを備え、前記発振回路における
発振周波数をその発振周波数において磁性体の近接によ
る磁性材効果に基づくインダクタンス増加量よりも渦電
流効果に基づくインダクタンス減少量が小となる発振周
波数に設定したことを特徴とする近接センサ。