JPS5923054B2 - 近接スイツチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属などの物体の接近を検出する近接スイッ
チに関するものである。

従来より、近接体の材質を検出できるようにした近接ス
イッチが知られているが、従来のものでは検出コイルと
近接体との距離が変わると正確な材質検出ができなし・
と（゛つ欠点があった。

この発明は、検出コイルと近接体との距離が変動しても
近接体の材質を正確に検出できる近接スイッチを提供す
ることを目的とする。

以下、本発明の実施例につ℃゛て図面を参照しながら説
明する。

第１図に於いて検出コイル１に金属などの近接体２が接
近し得るように構成され、検出コイル１には、コンデン
サ３１が並列接続されて並列共振回路が構成されて℃゛
る。

この共振回路には抵抗３２を経て交流増幅器３４から所
定周波数の信号が加えられて℃・る。

共振回路にあられれる信号は、位相調整器３３によって
所定の位相シフトをされた後Ｐ Ｌ Ｌ （Ｐｈａｓｅ
Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路４０に入力される。

このＰＬＬ回路４０は位相比較器４１とローパスフィル
タ４２と直流増幅器４３と電圧制御発振器４４とから構
成されて（・る。

発振器４４の出力は前記交流増幅器３４に送られるとと
もに位相比較器４１に送られ位相調整器３３からの信号
との位相比較が行なわれる。

位相比較器４１からの出力はローパスフィルタ４２を経
て直流信号にされ、さらに直流増幅器４３を経て発振器
４４の発振周波数を制御する。

発振器４４には自走発振周波数を決める為の抵抗４５と
コンデンサ４６とが接続される。

このＰＬＬ回路４０は出力される信号の位相と入力され
る信号の位相とが、常に一致するように発振周波数を変
えるものである。

直流増幅器４３からの制御電圧は、直流増幅器５１に入
力された後、レベル弁別回路５２で種々のレベルに弁別
され、論理演算回路５７に送られる。

更に前記並列共振回路の両端にあられれる電圧は、交流
増幅器５３を経た後、ローパスフィルタ５４を経て直流
とされ、直流増幅器５５で増幅された後、レベル弁別回
路５６により種々のレベルに弁別される。

レベル弁別回路５６の出力は論理演算回路５７に送られ
る。

ここでＬＣ並列共振回路に於℃・て検出コイル１に近接
体２が接近して自己インダクタンスＬが減少すると、そ
の両端に現れる信号の位相は与えられる周波数が＝定で
あれば遅れる。

すなわち近接体が接近する前の位相を第２図Ｂのイで示
すと接近した場合の位相は口で示すように遅れるのであ
る。

ところで発振器４４０発振出力が第２図Ａで示すような
矩形波であり、位相比較器４１はこの矩形波に応じてス
イッチングするスイッチングタイプであるとすると、発
振器４４からの矩形波が正の期間にのみ入力信号がロー
パスフィルタ４２に送られることになり、第２図Ｂの口
で示したように、位相遅れが生じた場合には、ローパス
フィルタ４２の出力は第２図Ｃに示すように負側に生ず
る事になる。

従って発振器４４０周波数は、低くなり、更に共振周波
数からずれる事になってしまう。

従って、この実施例では第１図に示すように９０位相を
遅らせる位相調整器３３を付加してし・る。

この位相調整器３３を通す事により、第２図Ｂ１イ、口
で示す各信号は、第２図りのハ、二に示すように９０遅
れる事になる。

従って検出コイル１に近接体２が接近して、位相が遅れ
た場合に、ローパスフィルタ４２から出力される制御電
圧は第２図Ｅに示すように正側に生ずることになり、従
って発振器４４の発振周波数が上昇し、位相ずれが零と
なる方向に働く。

そのため共振回路の共振周波数変化に対応して発振周波
数を変化させる事ができる。

従って直流増幅器４３から出力される制御電圧は共振回
路の共振周波数の変化に対応してし・る事になる。

またこのようにＰＬＬ回路４０によって常に検出コイル
１を含む共振回路の共振周波数に一致した信号が与えら
れる事により、共振回路両端電圧つまり振幅が共振回路
のＱノ値に対応する事になる。

なお共振時の共振回路のインピーダンスより抵抗３２の
値を充分大きくしておく事が必要である。

この時、共振回路のｌ端電圧が、Ｑの値に対応する事は
、以下の理由ｅよる。

但し以下の式で、Ｌは検出コイル１の自［インダクタン
ス、Ｃはコンデンサ３１の容量、］は検出コイル１の損
失抵抗、Ｒ１は抵抗３２０イ［である。

また抵抗３２の一端に加えられる信号６電圧をＥとし共
振回路の両端すなわち抵抗３２．！共振回路との接続点
に現れる信号の電圧をＶと］る。

まず １−ω２ＣＬヂ０ ωＣＲＲ１））ωＬ））Ｒ としてよし・から、 となり、ｖｂ″−Ｑに比例することが分る。

従って第１図の実施例によれば、レベル弁別回路５２の
出力は共振回路の周波数変化に対応しており、またレベ
ル弁別回路５６の出力は、共振回路のＱ変化に対応する
事になる。

これら２つの出力信号を演算処理回路５７で処理する事
により、材質を知る事が可能である。

これは以下の実験によって明らかである。

すなわち実験では検出コイル１として第３図に示すよう
に８０Ｔのコイル１１をポット型フェライトコア１２に
配置してプラスチックケース１３に収納した後に、アル
ミのシールドリンク１４に被着して形成されたものであ
る。

コイル１１の前面より近接体２０表面までの距離をｔ（
ヨ）として、このｔを種々に変えて検出コイル１がつく
る共振回路のＱの変化率△Ｑと共振周波数の変化率△ｆ
とをＱメータを使用して測定した。

なお、共振回路は５０００ｐＦのコンデンサを並列接続
して構成され、この共振回路の共振周波数は、近接体が
無し・場合に、１４４ＫＨ２付近でＱの値は７７．５付
近であった。

測定は銅（Ｃｕ）アルミ（ＡＩ）、黄銅（Ｂｓ）、白銅
（ＣＮ）、ステンレス（ＳＵＳ）、鉄（ｓｐｃｃ）０６
種類の材質につし・て行なった。

ｔと△Ｑとの関係の測定結果は、第４図に示す通りであ
り、またｔと△ｆとの関係の測定結果は第５図に示す通
りである。

これら第４図および第５図より、各材質につし・て△Ｑ
と△ｆとの相関関係を求めてグラフ化すると、第６図が
得られる。

従ってこの第６図から明らかなように、近接距離ｔが未
知の場合でも、△Ｑと△ｆとが検出できれば近接体の材
質は一意的に決まる事がわかる。

上に示した実験測定結果より比較器５２および５６の弁
別レベルをそれぞれ数段階に設定する事により、論理演
算回路５７でそれらの組み合わせから所定の材質を検知
する事ができる事がわかるであろう。

なお、論理回路５γは、たとえば△Ｑと△ｆとの相関関
係を示す第６図の内容をテーブル化したＲＯＭ（リード
オンメモリ）を中七屯構成することができる。

すなわち、このＲＯＭは、たとえば上位桁に△ｆがまた
下位桁に△Ｑがそれぞれ割り当てられたアドレス信号に
よってアクセスされ、Ｃｕ、Ａ１等の材質を示すコード
化信号を出力するよう構成されろ。

今、レベル弁別回路５６から△Ｑが３０．０に相当する
信号が、またレベル弁別回路５２から△ｆが４．８に相
当する信号が、それぞれ出力されたとすると、上記アド
レス信号はこれらを組合せた「４８３００」となり、そ
の結果論理演算回路５γのＲＯＭからは、ＡＩを示スコ
ード化信号たとえば［［０１０」が出力される。

また、△Ｑは先の例と同じ３０．０であっても△ｆが３
．５の場合には、上記アドレス信号は「３５３００．ｊ
となり、この結果論理演算回路５７のＲＯＭはＢｓを示
すコード化信号たとえばｆｆ’ｏ０１１Ｊ］を出力する
。

このように、論理演算回路５７は、レベル弁別回路５２
，５６の両出力の組合せから近接体の材質を、検出コイ
ルと近接体との距離に関係なく、換言すれば検出コイル
と近接体との距離の変動を補償しながら、識別すること
ができる。

以上実施例につ℃゛て説明したように、この発明によれ
ば、検出コイルを含む共振回路に発振器の出力を加えて
おき、検出コイルに近接体が接近して共振回路の共振周
波数が変化したとき、この共振周波数変化に追随して発
振器の周波数を変え、常にその時の共振周波数に一致し
た周波数の信号を共振回路に加えるよう構成しておき、
このように構成すると、発振器の周波数変化が検出コイ
ルの自己インダクタンスの変化に対応し、共振回路の出
力信号の振幅がＱに対応するので、発振器の周波数変化
を弁別し且つ共振出力の振幅の変化を弁別し、自己イン
ダクタンスの変化とＱの変化との組合せを検知すること
により、検出コイルと近接体との距離の変動に関係なく
近接体の材質を正確に検知できる。

したがって、近接体が検出コイルの前面を通過する際に
、検出コイルまでの距離が多少変動しても、この距離変
動が補償されるので、検出コイル 近接体間の距離の設
定をラフにでき、取扱（゛易い近接スイッチを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示すブロック図、第２図Ａ
、Ｂ 、Ｃ、Ｄ、Ｅは第１図の各部の信号波形を示す波
形図、第３図は実験に用いた検出コイルと近接体との相
関関係を示す断面図、第４図、第５図は測定結果を示し
、第４図はｔと△Ｑとの関係を表わすグラフ、第５図は
ｔと△ｆとの関係を表わすグラフ、第６図は第４図およ
び第５図より求めた△Ｑと△ｆの相関関係を示すグラフ
である。 １・・・検出コイル、２・・・近接体、３３・・・位相
調整器、３４．５３・・・交流増幅器、４０・・・ＰＬ
Ｌ回路、５２．５６・・・レベル弁別回路、５７・・・
論理演算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 検出コイルを含む並列または直列共振回路と、制御
   電圧入力端子に加えられる信号により制御された周波数
   の信号を上記共振回路に与える電圧制御発振器と、上記
   共振回路の信号の位相と上記電圧制御発振器の出力信号
   の位相とを比較してその位相差に対応した信号を得、こ
   の信号を上記電圧制御発振器の制御電圧入力端子にフィ
   ードバックすることによって、上記共振回路の検出コイ
   ルに近接体が接近したことにより生じる該共振回路の共
   振周波数変動に追随して上記電圧制御発振器の発振周波
   数を変化させるループを構成する位相比較器と、上記電
   圧制御発振器の制御電圧入力端子に加えられる信号のレ
   ベルを弁別するレベル弁別回路と、上記共振回路にあら
   れれる信号の振幅を弁別する弁別回路と、これら両弁側
   回路の出力の組合せを検出することにより上記近接体の
   材質を検知する演算回路とを備える近接スイッチ。