JPH08194053A - 故障自己診断機能付きマイクロ波式物体検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置が故障した場合に、装置自身が故障を検
知する自己診断機能を備えるマイクロ波式物体検出器を
提供する。 【構成】 送信部２と受信部３とはバイパス４により連
結され、バイパス４を経由するマイクロ波は、パルス信
号Ｓ２により変調されて受信部２のマイクロ波結合器１
２に入力される。受信部２には、アンテナ１５で捕集さ
れたマイクロ波Ｄ１も入力される。マイクロ波検波器１
７から出力される信号Ｄ２は、信号波形分離回路１９で
分離された信号Ｄ３が第１出力回路２０から物体検出信
号Ｄ４として出力される。また、信号Ｄ２は遅延回路２
１を経て第２出力回路２２から故障診断用信号として出
力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波を検出媒体
として物体の有無や位置を検出する装置に関し、特に装
置を構成するマイクロ波送信部や受信部の故障を自己検
知することが可能なマイクロ波式物体検出器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、工場生産現場や作業現場にお
いて、加工品等の移動する物体の存在やその位置を検出
するために、レーザ光や赤外線等を用いた物体検出装置
が使用されている。しかし、このような光を用いた方式
では、例えば高温多湿で水蒸気ミストやオイルミスト等
の存在する使用環境では、感度が著しく低下して検出が
困難になるという欠点があった。

【０００３】そこで、従来の光方式に代わり、物体検出
装置の検出媒体としてマイクロ波を使用することがなさ
れている。物体の有無やその位置の検出は、マイクロ波
送信部とマイクロ波受信部とを対向配置して、その間を
物体が移動することによりマイクロ波が遮断され、その
遮断信号を検出する構成や、マイクロ波送信部とマイク
ロ波受信部とを物体の移動経路（例えば、コンベヤ）に
向けて配置し、物体が検出範囲に到来してマイクロ波送
信部から発射されたマイクロ波が反射された時に、その
反射波をマイクロ波受信部が検出する構成とすることに
より行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のマイクロ波式物体検出装置においては、例えばマイ
クロ波送信部が故障してマイクロ波が発射されない場合
には、遮断信号を検出する方式では遮断信号が連続する
こととなり、物体による遮断であるのか判別できない。
一方、同様の場合において、反射波を検出する方式で
は、物体が検出範囲に到来した場合でも反射波が発生せ
ず、物体が長時間到来しないものと判断されてしまう。
また、マイクロ波受信部が故障している場合には、マイ
クロ波送信部が正常であっても検出信号が得られず、同
様の結果となる。このように、検出信号が長時間出力さ
れない場合、それが物体が存在しないことによるもの
か、あるいは装置の故障によるものであるのか判別でき
ないという問題がある。

【０００５】本発明は上記の問題に鑑みてなされたもの
であり、マイクロ波式物体検出装置において、装置が故
障した場合に、装置自身が故障を検知する自己診断機能
を備えるマイクロ波式物体検出器を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明の、 マイクロ波発振器から発せられたマイクロ波を伝播路
に案内させてアンテナから発射する送信部と、前記送信
部の発するマイクロ波をアンテナで捕集するとともに、
被検出物体によるマイクロ波の反射または遮断により該
マイクロ波の伝播変化をマイクロ波検波器で検波するこ
とにより、前記該被検出物体の存在または位置を検出す
る受信部とを備えるマイクロ波式物体検出器であって、
前記送信部と前記受信部とは、それぞれの伝播路途中に
おいて前記マイクロ波発振器から発せられたマイクロ波
を前記受信部に直接案内するバイパスにより連結され、
かつ前記バイパスを経由するマイクロ波は変調されて継
続して故障診断用マイクロ波として前記受信部に入力さ
れるとともに、前記受信部は、前記バイパスを経由する
マイクロ波と前記アンテナで捕集されたマイクロ波とを
前記マイクロ波検波器で検波するとともに、前記検波信
号から前記バイパスを経由するマイクロ波成分を除去し
た信号を物体検知信号として出力し、かつ前記検波信号
から前記バイパスを経由するマイクロ波成分を抽出した
信号を故障診断用信号として出力することを特徴とする
故障自己診断機能付きマイクロ波式物体検出器、 前記受信部は、前記物体検知信号において、前記バイ
パスを経由して入力されたマイクロ波と前記アンテナで
捕集されたマイクロ波とが干渉した部分を補償して出力
することを特徴とする前項に記載の故障自己診断機能
付きマイクロ波式物体検出器、 前記バイパスを経由するマイクロ波を、パルス変調し
て前記受信部に入力することを特徴とする前項または
に記載の故障自己診断機能付きマイクロ波式物体検出
器、 前記伝播路および前記バイパスが、導波管により一体
に形成されることを特徴とする前項乃至の何れかに
記載の故障自己診断機能付きマイクロ波式物体検出器、 前記伝播路が導波管であり、かつ前記バイパスが同軸
線または電線で構成されるとともに、前記同軸線または
電線はその両端を前記導波管に設けた開口部を閉塞する
ように連結されることを特徴とする前項乃至の何れ
かに記載の故障自己診断機能付きマイクロ波式物体検出
器、 により達成される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を実施例を基により明確にす
る。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものでは
ないことは勿論である。図１は、本発明に係る故障自己
診断機能付きマイクロ波式物体検出器の一実施例を示す
ブロック構成図である。図示されるように、故障自己診
断機能付きマイクロ波式物体検出器１は、マイクロ波を
発信する送信部２と、送信部２の発するマイクロ波が検
出範囲に到来した被検出物体ＯＢにより反射された伝播
波を検出する受信部３とを主たる構成部品とし、更に送
信部２と受信部３とをバイパス４で連結して構成され
る。

【０００８】送信部２では、先ず安定化電圧回路５から
の電源供給を受けてマイクロ波発振器６がマイクロ波Ｍ
１を発振する。次いで、このマイクロ波Ｍ１は低周波発
振回路７から発せられる低周波信号Ｓ１により振幅変調
され、マイクロ波Ｍ２としてマイクロ波変調器８から発
せられる。マイクロ波Ｍ２は、マイクロ波結合器９によ
り分岐され、一方は導波管１０を伝播して物体検知用の
マイクロ波Ｍ３としてアンテナ１１から被検出物体ＯＢ
の搬送経路に向けて発射されるとともに、他方はバイパ
ス４を経由して受信部３に直接入力される。

【０００９】受信部３では、送信部２からバイパス４を
経由して、故障診断用マイクロ波Ｍ４が所定間隔をもっ
て継続してマイクロ波結合器１２に入力される。この故
障診断用マイクロ波Ｍ４は、送信部２のマイクロ波結合
器９で分岐されたマイクロ波Ｍ２がパルス波発振回路１
３により開閉されるマイクロ波スイッチ１４により変調
されたパルス状のマイクロ波である。このマイクロ波ス
イッチ１４は、例えばＰＩＮダイオードで構成され、バ
イパス４上の任意の箇所に設けられる。また、マイクロ
波スイッチ１４による変調は、パルス波発振回路１３の
発するパルス信号Ｓ２の周期と幅により任意に制御され
る。また、受信部３には、被検出物体ＯＢが検出範囲内
に到来した時に、前記送信部２のアンテナ１１から発射
され、かつ被検出物体ＯＢにより反射された伝播波（Ｍ
３）がアンテナ１５で捕集され、受信マイクロ波Ｄ１と
して導波管１６に案内されてマイクロ波結合器１２に入
力される。

【００１０】従って、マイクロ波結合器１２から出力さ
れる信号Ｄ２は、検出範囲内に被検出物体ＯＢが到来す
るまでは、バイパス４を経由する故障診断用マイクロ波
Ｍ４のみであるが、被検出物体ＯＢが検出範囲内に到来
した時には、故障診断用マイクロ波Ｍ４と受信マイクロ
波Ｄ１との混合信号となる。そこで、この混合信号をマ
イクロ波検波器１７で検波し、増幅回路１８で増幅した
後、信号波形分離回路１９で故障診断用マイクロ波Ｍ４
を除去して、受信マイクロ波Ｄ１のみの信号Ｄ３として
第１出力回路２０に出力する。この信号波形分離回路１
９は、例えばフィルタ回路により構成される。第１出力
回路から出力される信号Ｄ４は物体検知を示す信号であ
り、図示は省略される製造ライン上の加工装置の制御
や、作業者への報知に利用される。

【００１１】同時に、マイクロ波結合器１２から出力さ
れる信号Ｄ２は、増幅回路１８で増幅されて遅延回路２
１に送られる。この遅延回路２１は、故障診断用マイク
ロ波Ｍ４をパルス波発振回路１３から発振されるパルス
信号Ｓ２の１周期以上に相当する時間だけ入力信号を保
持し、信号Ｄ５として第２出力回路２２に出力する。第
２出力回路２２から出力される信号Ｄ５は、送信部２や
受信部３を構成する各部品が正常に作動しているか否か
を示す診断信号であり、故障が発生した場合に図示は省
略される報知手段と連動して、製造ラインの停止、作業
者や管理者への報知を行う。

【００１２】バイパス４は、前記送信部２および受信部
３の各導波管１０、１６を、それぞれのマイクロ波結合
器９、１２の配設位置から分岐させ、マイクロ波スイッ
チ１４を介して互いに連結することで、バイパス４と導
波管１０、１６とを一体の管構造体として形成すること
ができる。あるいは、バイパス４を一般の電線や同軸線
を用いて構成することもできる。その場合、各導波管１
０、１６のマイクロ波結合器９、１２の配設位置に適当
な開口部を設け、その開口部を前記電線や同軸線の端部
で閉塞するように連結することで、バイパス４を構成す
ることも可能である。

【００１３】以上の構成において、送信部２におけるマ
イクロ波Ｍ１〜Ｍ４、並びに受信部３における受信信号
Ｄ１〜Ｄ５の時系列変化を図２に示すとともに、被検出
物体ＯＢの検出並びに故障の自己診断機能に関して説明
する。

【００１４】送信部２では、マイクロ波発振器６から連
続して発振されるマイクロ波Ｍ１は、マイクロ波変調器
８により正弦波形を有するマイクロ波Ｍ２（拡大部参
照）に変調され、アンテナ１１からマイクロ波Ｍ３とし
て発射される。同時に、マイクロ波Ｍ２は、マイクロ波
結合器９により分岐されてバイパス４にも案内される。
バイパス４を経由するマイクロ波Ｍ２は、マイクロ波ス
イッチ１４においてパルス波発振回路１３から発振され
るパルス信号Ｓ２により変調される。このパルス信号Ｓ
２は、所定のパルス幅Ｗをもって所定の周期Ｐで継続し
て発振される。マイクロ波スイッチ１４は、パルス信号
Ｓ２の周期Ｐに同期してそのパルス幅Ｗに相当する時間
だけマイクロ波Ｍ２を受信部３に入力させる。その結
果、故障診断用マイクロ波Ｍ４は、パルス信号Ｓ２に同
期したパルス状のマイクロ波ｍ１〜ｍｎとなって受信部
３のマイクロ波結合器１２に入力される。

【００１５】一方、受信部３では、マイクロ波結合器１
２にバイパス４を経由して故障診断用マイクロ波Ｍ４が
継続して入力され、その出力信号Ｄ２は故障診断用マイ
クロ波Ｍ４（ｍ１〜ｍｎ）に同期したパルス状の信号ｄ
１〜ｄｎとなる。そして、この出力信号Ｄ２は、遅延回
路２１に送られ、パルス信号Ｓ２の１周期以上に相当す
る時間だけ保持されて第２出力回路２２から出力され
る。この保持は、例えば入力信号ｄ１〜ｄｎのレベルを
時系列的に検出し、レベル低下があった時に低下直前の
状態にレベルを上昇させ、かつその状態をパスル信号Ｓ
２の１周期以上に相当する時間だけ継続することが行わ
れる。その結果、遅延回路２１の出力信号Ｄ５は連続信
号として第２出力回路２２に送られる。従って、故障診
断用マイクロ波Ｍ４が受信部３に入力されている間、信
号Ｄ５は出力され続ける。

【００１６】ところが、送信部２に故障が生じ、例えば
マイクロ波発振器３が故障して時間ｔ３以降のマイクロ
波Ｍ１の発振が途絶えると、マイクロ波スイッチ１４お
よびパルス波発振回路１３が正常に機能し、パスル信号
Ｓ２が継続して発生していたとしても、故障診断用マイ
クロ波Ｍ４は時間ｔ４以降途絶えてしまう。その結果、
マイクロ波結合器１２の出力信号Ｄ２も信号ｄｎ以降途
絶える。それに伴い、遅延回路２１の出力信号Ｄ５は、
時間ｔ４からパルス信号Ｓ２の１周期以上に相当する時
間保持された後、即ちパルス信号Ｓ２の１周期以上遅延
されて、時間ｔ５においてその出力が途絶える。従っ
て、信号Ｄ５の停止をもって、装置の故障を自己検知す
ることができる。

【００１７】また、送信部２が正常に機能し、マイクロ
波Ｍ１の発振が連続している場合において、マイクロ波
スイッチ１４やパルス波発振回路１３が故障して故障診
断用マイクロ波Ｍ４が受信部３に入力されなくなった時
には、入力停止後パルス信号Ｓ２の１周期経過した後に
信号Ｄ５が途絶え、故障が検知される。同様に、送信部
２に加えてマイクロ波スイッチ１４およびパルス波発振
回路１３が正常に機能している場合において、マイクロ
波検波器１７が故障した時も、故障発生後パルス信号Ｓ
２の１周期以上経過した後に信号Ｄ５が途絶えるため
に、故障が検知される。

【００１８】更に、周辺回路である安定化電圧回路５や
低周波発振回路７、増幅回路１８等が故障した場合に
も、上記と同様に信号Ｄ５が途絶えるために、故障の自
己検知が可能である。その他の構成部品であるマイクロ
波結合器９（１２）や導波管１０（１６）、アンテナ１
１（１５）は構造部材であり、その動作に関わる故障は
発生することは無いが、衝撃その他で破損した場合に
は、上記と同様に信号Ｄ５が途絶えるために、故障（破
損）を検知することができる。以上のように、故障を自
己検知できる。

【００１９】このような状態において、例えば時間（ｔ
１）において、被検出物体ＯＢが検出範囲内に到来する
と、送信部２から発射されたマイクロ波Ｍ３が被検出物
体ＯＢにより反射され、その伝播波がアンテナ１５に捕
集され、導波管１３を伝播してマイクロ波結合器１２に
入力される。被検出物体ＯＢはある大きさを有するため
に、受信マイクロ波Ｄ１はそれに対応した時間、例えば
時間（ｔ２）に至るまで継続してマイクロ波結合器１２
に入力される。この受信マイクロ波Ｄ１に対応する信号
を符号ｏｂで示す。従って、マイクロ波結合器１２から
の出力信号Ｄ２は、被検出物体ＯＢが検出範囲内に到来
した時には、故障診断用マイクロ波Ｍ４に対応する信号
ｄ１〜ｄｎと物体検出を示す信号ｏｂとが合成された混
合信号となる。そこで、前記信号Ｄ２を信号波形分離回
路１９に送り、故障診断用マイクロ波Ｍ４に対応する信
号ｄ１〜ｄｎを除去し、受信マイクロ波Ｄ１に対応する
信号ｏｂのみを信号Ｄ３として第１出力回路２０に入力
し、次いで物体検出信号Ｄ４として出力する。以上のよ
うに、被検出物体ＯＢの検出を行うことができる。

【００２０】ところで、被検出物体ＯＢが検出範囲内に
到来した際にも、故障診断用マイクロ波Ｍ４が継続的に
マイクロ波結合器１２に入力される。その結果、図２の
タイムチャートに示されるように、受信マイクロ波Ｄ１
と故障診断用マイクロ波Ｍ４とが干渉を起こし、マイク
ロ波結合器１２からの出力信号Ｄ２において、前記干渉
部分に相当する箇所でレベル低下が起こる。図の例で
は、故障診断用マイクロ波Ｍ４のｍ３およびｍ４に対応
する箇所において干渉が発生し、信号Ｄ２において符号
ｘ１およびｘ２で示す箇所でレベル低下が起こってい
る。その結果、物体検知信号となる信号Ｄ３、Ｄ４も同
様の信号波形となり、被検出物体ＯＢの誤検出を起こす
虞がある。故障診断用マイクロ波Ｍ４において、パルス
状マイクロ波ｍ１〜ｍｎの幅はパルス信号Ｓ２のパルス
幅Ｗに相当するため、パルス幅Ｗを極力小さくすること
で前記の干渉を無視できる程度にまで抑えることができ
るが、パルス幅Ｗを小さくすることにより、信号Ｄ５に
おける保持に精度が要求されることになる。

【００２１】そこで、図３に示すように、信号波形分離
回路１９と第１出力回路２０との間に補償回路２３を挿
入し、前記干渉による信号Ｄ２のレベル低下箇所ｘ１お
よびｘ２を補償することができる。この補償回路２３
は、例えば論理和回路により構成することができる。即
ち、図４に示すように、信号Ｄ３と、前記信号Ｄ３をパ
ルス信号Ｓ２のパルス幅Ｗに相当する時間遅延させた信
号Ｄ３ａとの論理和をとることで、信号Ｄ４は干渉箇所
ｘ１およびｘ２でレベル低下のない、連続した信号とし
て第１出力回路２０に送られる。但し、この場合、信号
Ｄ４は、本来の検出完了時間ｔ２にパルス信号Ｓ２のパ
スル幅Ｗだけ遅延された時間ｔ６をもって検出完了とな
る信号波形を示す。

【００２２】また、補償回路２３は、保持回路により構
成することもできる。その場合、図示は省略するが、信
号Ｄ３においてレベルの低下が検出されると、低下直前
のレベルにまでレベルを上昇させ、かつパルス信号Ｓ２
のパルス幅Ｗに相当する時間保持することで、干渉箇所
ｘ１およびｘ２のない連続信号Ｄ４が得られる。この場
合も、論理和回路による構成と同様に、信号Ｄ４は、本
来の検出完了時間ｔ２にパルス信号Ｓ２のパスル幅Ｗだ
け遅延された時間ｔ６をもって検出完了となる信号波形
を示す。

【００２３】尚、上記において、送信部から発射された
マイクロ波が被検出物体により反射され、その反射波を
受信する、所謂反射方式のマイクロ波式物体検知器を基
に説明したが、本発明に係る故障自己診断機能付きマイ
クロ波式物体検出器は、対向配置された送信部２と受信
部３との間に被検出物体が到来してマイクロ波を遮断す
る、所謂遮断方式のマイクロ波式物体検知器にも適用で
きる。その場合、図１の構成において、受信部３のアン
テナ１５で捕集された受信マイクロ波Ｄ１の波形を反転
させてマイクロ波結合器１２に送ることにより、上記反
射方式と同様の信号処理が行われる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る故障自
己診断機能付きマイクロ波式物体検出器は、送信部と受
信部とを連結するバイパスを設け、更にバイパスを経由
するマイクロ波をパルス信号により変調して受信部に入
力させることで、簡単な構成により被検出物体の検出は
勿論のこと、送信部や受信部を構成する部品の故障を、
被検出物体の検出に何ら悪影響を与えることなく検知す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る故障自己診断機能付きマイクロ波
式物体検出器の一実施例を示すブロック構成図である。

【図２】図１に示す故障自己診断機能付きマイクロ波式
物体検出器の動作原理を説明するためのタイムチャート
である。

【図３】本発明に係る故障自己診断機能付きマイクロ波
式物体検出器の他の実施例を示すブロック構成図であ
る。

【図４】図３に示す故障自己診断機能付きマイクロ波式
物体検出器の動作原理を説明するためのタイムチャート
である。

【符号の説明】

１ 故障自己診断機能付きマイクロ波式物体検出器 ２ 送信部 ３ 受信部 ４ バイパス ９，１２ マイクロ波結合器 １３ パルス波発振器 １４ マイクロ波スイッチ １９ 信号波形分離回路 ２０ 第１出力回路 ２２ 第２出力回路 ２３ 補償回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波発振器から発せられたマイク
   ロ波を伝播路に案内させてアンテナから発射する送信部
   と、前記送信部の発するマイクロ波をアンテナで捕集す
   るとともに、被検出物体によるマイクロ波の反射または
   遮断により該マイクロ波の伝播変化をマイクロ波検波器
   で検波することにより、前記該被検出物体の存在または
   位置を検出する受信部とを備えるマイクロ波式物体検出
   器であって、 前記送信部と前記受信部とは、それぞれの伝播路途中に
   おいて前記マイクロ波発振器から発せられたマイクロ波
   を前記受信部に直接案内するバイパスにより連結され、
   かつ前記バイパスを経由するマイクロ波は変調されて継
   続して故障診断用マイクロ波として前記受信部に入力さ
   れるとともに、 前記受信部は、前記バイパスを経由するマイクロ波と前
   記アンテナで捕集されたマイクロ波とを前記マイクロ波
   検波器で検波するとともに、前記検波信号から前記バイ
   パスを経由するマイクロ波成分を除去した信号を物体検
   知信号として出力し、かつ前記検波信号から前記バイパ
   スを経由するマイクロ波成分を抽出した信号を故障診断
   用信号として出力することを特徴とする故障自己診断機
   能付きマイクロ波式物体検出器。
2. 【請求項２】 前記受信部は、前記物体検知信号におい
   て、前記バイパスを経由して入力されたマイクロ波と前
   記アンテナで捕集されたマイクロ波とが干渉した部分を
   補償して出力することを特徴とする請求項１に記載の故
   障自己診断機能付きマイクロ波式物体検出器。
3. 【請求項３】 前記バイパスを経由するマイクロ波を、
   パルス変調して前記受信部に入力することを特徴とする
   請求項１または２に記載の故障自己診断機能付きマイク
   ロ波式物体検出器。
4. 【請求項４】 前記伝播路および前記バイパスが、導波
   管により一体に形成されることを特徴とする請求項１乃
   至３の何れかに記載の故障自己診断機能付きマイクロ波
   式物体検出器。
5. 【請求項５】 前記伝播路が導波管であり、かつ前記バ
   イパスが同軸線または電線で構成されるとともに、前記
   同軸線または電線はその両端を前記導波管に設けた開口
   部を閉塞するように連結されることを特徴とする請求項
   １乃至３の何れかに記載の故障自己診断機能付きマイク
   ロ波式物体検出器。