JPH0854474A - 静電容量形近接センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 パルス発生回路とパルス発生回路の出力に接
続された２つの遅延回路を有し、２つの遅延回路のすく
なくとも一方には物体の接近により静電容量が変化する
静電容量変化形変換器が接続されており、２つの遅延回
路の出力は位相弁別回路でその位相を判定するようにし
てある。上記静電容量形変換器に高周波ノイズがのって
いる場合、上記パルス発生回路の発振周波数が高周波の
発振周波数を自然数で除した値に一致しないように設定
してある。 【効果】 高周波ノイズが静電容量形近接センサ遅延回
路の位相差を判定するタイミングにのったとしても、連
続して同じタイミングにのることはないので、Ｄ形フリ
ップフロップに接続されているフィルタ回路によりセン
サ出力の誤動作を起こすことはなく、ノイズによる誤動
作が少ない静電容量形近接センサを提供することが可能
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、人体や種々の物体の
近接を検出する静電容量形近接センサの外来ノイズによ
るセンサの誤動作の改良に関するものである。更に詳し
くは静電容量形近接センサの近傍に高周波パルスを発振
源とする装置を配置したときに、そのスイッチングノイ
ズによる誤動作を少なくするためのものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の静電容量形近接センサとして、特
願平０６−１２６１８９号に記載されているように、パ
ルス発生回路と、上記パルス発生回路の出力を２つに分
岐させ、各々の出力を遅延させる遅延回路とを持ち、上
記２つの遅延回路の出力の位相弁別を行うものがある。

【０００３】このような静電容量形近接センサを応用し
た例として、踏切模型において、線路部に静電容量形近
接センサを構成して車両の通過を検出することが考えら
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の静電容量形近接
センサの近くに高周波のスイッチング信号が印加された
導体、例えば鉄道模型の駆動車のモータに電力を供給す
る線路等がある場合、静電容量変化形変換器（以下、検
出電極という）はその電界変化をノイズとして受けてし
まう。ここで静電容量形近接センサのパルス発生回路の
発振周波数がその高周波ノイズの周波数を自然数で除し
た値に一致していると、遅延回路の位相差を判定してい
るタイミングに常に高周波のノイズがのり、そのため遅
延回路の出力が遅れ、位相弁別回路が電車が接近した状
態の出力を保つため、踏切が閉じたままになってしまう
という欠点があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、静電容量形近接センサのパルス発生回路の発振周波
数が、上記高周波ノイズの周波数を自然数で除した値に
一致しないように設定している。

【０００６】

【実施例】以下本発明の詳細を添付図面に示した好適な
実施例に沿って説明する。

【０００７】図１は、本実施例の鉄道模型における車両
検出装置の構成図である。１は車両検出装置ケースであ
り、２は回路基板である。回路基板２には、図２の回路
図に示す回路が実装されている。３は検出電極であり、
回路基板２に半田付けされている。この検出電極３によ
り鉄道模型列車のボディ６または、車輪７の近接による
静電容量変化を検出している。車両の検出信号は、踏切
遮断機の開閉などの動作をさせるのに使われる。４は鉄
道模型線路であり、通常この線路に列車を駆動するため
の電力が供給されている。５は車両検出装置シャーシで
ありネジにより回路基板２とともに車両検出装置ケース
１に固定されている。

【０００８】図２は、本実施例の静電容量形近接センサ
の回路図である。２１はシュミットトリガインバータ２
８、２９、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１から構成される発
振回路であり、矩形のパルスを発生する。このパルスは
ダイオードＤ１、Ｄ２のアノードに入力され、パルスが
高電位（以下”Ｈ”という）の期間に検出電極３によっ
て発生する静電容量Ｃ３と、基準となるコンデンサＣ４
を充電する。検出電極３と静電容量Ｃ３によって、静電
容量変化形変換器が構成される。

【０００９】第１の定電流回路２２は、トランジスタＴ
Ｒ１、抵抗Ｒ３、ＴＲ１のベースに接続された抵抗Ｒ２
およびダイオードＤ３により構成され、同様に第２の定
電流回路２３は、トランジスタＴＲ２、抵抗Ｒ４、可変
抵抗器ＶＲ１と、ＴＲ２のベースに接続された抵抗Ｒ２
およびダイオードＤ３により構成される。

【００１０】続く第１の遅延回路は、定電流回路２２、
静電容量Ｃ３およびシュミットトリガインバータ２４に
より構成され、同様に第２の遅延回路は、定電流回路２
３、コンデンサＣ４およびシュミットトリガインバータ
２５から構成される。シュミットトリガインバータ２
４、２５の出力波形Ｐｄ、Ｐｅは、その入力波形Ｐｂ、
Ｐｅが各々の閾電圧Ｖｔｈａ、Ｖｔｈｂより低くなる
と”Ｌ”になるようにしてあり、Ｐｄ、Ｐｅは静電容量
Ｃ３とＣ４の大きさに応じた量だけ遅れて、Ｄ形フリッ
プフロップ２６のデータ端子Ｄとクロック端子Ｃにそれ
ぞれ入力される。通常第２の遅延回路の遅延量を第１の
遅延回路の遅延量より大きくしているためＤ形フリップ
フロップ２６の出力Ｐｆは”Ｌ”レベルであるが、検出
電極３に物体が近づき静電容量Ｃ３が増加すると、第１
の遅延回路の遅延量が増加する。第１の遅延回路の遅延
量が第２の遅延回路の遅延量より大きくなると、Ｄ形フ
リップフロップ２６の出力Ｐｆは”Ｈ”レベルになり、
物体の接近を検知することができる。なお、可変抵抗Ｖ
Ｒ１は第２の遅延回路の遅延量を調整するためにある。

【００１１】定電流回路について補足すると、トランジ
スタＴＲ１、ＴＲ２のエミッタは定電流で引かれている
ので、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のコレクタは一定の
電流を流そうとする。この電流にて検出電極２７の静電
容量Ｃ３と、第２の遅延回路のコンデンサＣ４とに蓄え
られた電荷を放電する。この定電流回路２２、２３は電
流帰還がかかっているため定電流を流し続ける。また、
コンデンサＣ４と静電容量Ｃ３の電荷を放電し終えた
ら、その電位を保つように電流帰還の帰還量を制御す
る。また、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２ベース・エミッ
タ間電位の温度変化をダイオードＤ３の順方向電位の温
度特性により打ち消しあっている。

【００１２】なお、抵抗Ｒ４、コンデンサＣ２、シュミ
ットトリガインバータ３０によりフィルタを、抵抗Ｒ
５、Ｒ６、トランジスタＴＲ３により、出力回路部を構
成している。ノイズなどの影響によりＰｆの出力が１〜
２パルス反転してもフィルタが吸収してしまうので、Ｐ
ｇの出力は反転しない。

【００１３】図５は、踏切模型において列車が停止状態
でも列車照明を点灯させる場合に用いられる線路に供給
する電力の波形であり、波形Ｐｎａ〜Ｐｎｂに示すよう
にパルス波形が全体波形に占める割合を変えることによ
り列車のスピードを変化させるようにしてある。このよ
うな波形が図１の線路４に供給されていると空電ノイズ
として図１の検出電極３にのる。車両検出装置のパルス
発生回路２１の発振周波数が上記電源の発振周波数を自
然数で除した値に一致する場合を図２および図４により
説明する。

【００１４】図４は、高周波ノイズにより誤動作を起こ
した場合のタイミングチャートである。期間Ｔ４１は、
上記電源のノイズが検出電極３にのっていない期間であ
る。図２のシュミットトリガインバータ２４、２５の出
力波形Ｐｄ、Ｐｅは、可変抵抗ＶＲ１によりＰｄに対し
てＰｅの方が時間的に遅れるように設定されているの
で、Ｄ形フリップフロップ２６の出力Ｐｆは、”Ｌ”と
なっている。期間Ｔ４２からＴ４５は、上記電源ノイズ
が検出電極４にのっている場合の期間である。実線で示
した波形はノイズがのっている場合、点線で示した波形
はノイズがのっていない場合の波形である。実際のノイ
ズ波形は、ヒゲ状の細いものであるが、見やすくするた
め太く描いてある。また実際の装置では、発振回路２１
の周波数は、鉄道模型電源の周波数の約１／２なので、
Ｐａ１周期の間には２個のノイズがのるはずであるが、
簡単のため両者の周期を同じとして描いてある。Ｔ４２
の期間において、Ｐｂ遅延回路波形の位相差を判定して
いるタイミングにノイズがのっているため、Ｐｄの波形
はノイズがない場合に比べて時間的に遅れる。従って、
Ｐｅに比べてＰｄの波形が遅れ、Ｐｆは”Ｈ”となる。

【００１５】ここで、パルス発生回路２１の発振周波数
が上記電源の発振周波数を自然数で除した値に一致して
いるので、パルス発生回路２１の周期は上記電源の周期
の自然数倍になっている。ｔＢは上記電源の周期であ
る。上記の期間４２のようにＰｂの位相差を判定してい
るタイミングにノイズがのると、ノイズの周期ｔＢとパ
ルス発振回路の周期が一致しているため、Ｔ４３、Ｔ４
４、Ｔ４５の期間の同じタイミングにノイズがのる。そ
のため期間Ｔ４３、Ｔ４４、Ｔ４５のＰｄの波形はＰｅ
の波形に比べ時間的に遅れ、Ｐｆの波形は連続して”
Ｈ”となる。図２に示すＤ形フリップフロップ２６の出
力には、Ｒ４、Ｃ２、シュミットトリガインバータより
なるフィルタ回路が接続されているが、上記のようにＰ
ｆの出力が連続して”Ｈ”の場合は、シュミットトリガ
インバータ３０の後の出力Ｐｇは”Ｌ”にはならず”
Ｈ”になり、フィルタが吸収できず、誤動作を生じてし
まう。

【００１６】次に、本発明による静電容量形近接センサ
のパルス発生回路２１の発振周波数が、上記電源の発振
周波数を自然数で除した値に一致しないように設定した
場合を図３に基づいて説明する。期間Ｔ１は、上記検出
電極３にノイズがのっていない場合の波形、期間Ｔ２、
Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５はノイズがのっている場合の波形であ
る。期間Ｔ２においてＰｂの波形の位相差を判定してい
るタイミングにノイズがのると、Ｐｄの波形がＰｂの波
形に比べ時間的に遅れるため、Ｐｆの出力は”Ｌ”か
ら”Ｈ”に反転する。パルス発生回路２１の発振周波数
は、上記電源の発振周波数を自然数で除した値に一致し
ていないため、上記電源の周期であるｔＡはパルス発振
回路２１の周期に一致しない。そのため期間Ｔ２におい
て、Ｐｂの波形の位相差を判定しているタイミングにノ
イズがのったとしても、期間Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５のＰｂの
波形の位相差を判定するタイミングから外れる。そのた
め期間Ｔ２で”Ｈ”となったＰｆは、期間Ｔ３、Ｔ４、
Ｔ５においては”Ｌ”となる。この場合は、Ｄ形フリッ
プフロップ出力に接続されたフィルタ回路の働きによ
り、図２のシュミットトリガインバータ３０の出力Ｐｇ
は常に”Ｌ”となり、誤動作は起こらない。

【００１７】なお、パルス発生回路２１の発振周波数
は、シュミットトリガインバータ２８、２９、抵抗Ｒ
１、コンデンサＣ１の電気定数の違いにより幅を持ち、
同様に鉄道模型の電源の周波数も幅を持つので、両者の
周波数範囲内で上記の関係が成立することが必要であ
る。

【００１８】今、パルス発振回路２１の周波数範囲をｆ
ａ（１±α）、鉄道模型の電源、すなわちノイズの周波
数範囲をｆＮ（１±β）とすれば式（１）または式
（２）の関係が成立する。

【００１９】 ｆａ＜ｆＮ（１−β）／ｎ（１＋β） （１） ｆＮ（１＋β）／ｎ（１−α）＜ｆａ （２） ただし、ｎは自然数（１、２、３、…）、αはパルス発
振回路２１の周波数の幅、βはノイズの周波数の幅で、
０＜α＜１かつ０＜β＜１の関係が成立している。ここ
で、ｆＮ＝２０キロヘルツ、β＝０．１のとき、α＝
０．１ ｎ＝２とすれば式（３）または式（４）の関係
が成立する。

【００２０】 ｆａ＜２０×０．９／２×１．１＝８．１８ （３） ２０×１．１／２×０．９＝１２．２＜ｆａ （４） 従って、発振回路２１の周波数は８キロヘルツか１３キ
ロヘルツを設定すればよい。

【００２１】なお、上記実施例は鉄道模型の場合につい
て記したが、これに限らず静電容量形近接センサの近傍
に高周波パルスを発振源とする装置を配置した装置への
応用が可能である。

【００２２】また、上記実施例では基準となる遅延回路
の静電容量はコンデンサとしたが、これに限らず基準と
なる遅延回路も検出電極と同様の電極とし、その静電容
量を利用するようにしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明の構成によれば、高周波ノイズが
静電容量形近接センサ遅延回路の位相差を判定するタイ
ミングにのったとしても、連続して同じタイミングにの
ることはないので、Ｄ形フリップフロップに接続されて
いるフィルタ回路によりセンサ出力の誤動作を起こすこ
とはなく、ノイズによる誤動作が少ない静電容量形近接
センサを提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による静電容量形近接センサの
構成図である。

【図２】本発明の実施例の回路図である。

【図３】本発明の実施例のタイミングチャートである。

【図４】従来例のタイミングチャートである。

【図５】本発明の実施例の鉄道模型線路に供給される電
源波形である。

【符号の説明】

３ 検出電極 ２１ パルス発生器 ２２ 第１の遅延回路 ２３ 第２の遅延回路 ２６ 位相弁別回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス発生回路と、前記パルス発生回路
   の出力に接続された２つの遅延回路と、前記２つの遅延
   回路の少なくとも一方に接続され物体の接近により静電
   容量が変化する静電容量変化形変換器と、前記２つの遅
   延回路の出力の位相を弁別する位相弁別回路とを有する
   静電容量形近接センサにおいて、上記パルス発生回路の
   発振周波数は、上記検出電極が受ける外来高周波ノイズ
   の周波数を任意の自然数で除した周波数と一致しない値
   に設定することを特徴とする静電容量形近接センサ。
2. 【請求項２】 前記パルス発生回路を構成する電気素子
   の電気定数許容差に基づいて決定されるパルス発生回路
   の発振周波数範囲が、前記外来高周波ノイズの周波数を
   任意の自然数で除した周波数に重複することなく設定さ
   れることを特徴とした請求項１に記載の静電容量形近接
   センサ。