JPS62134587A - 近接センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、金属物体の接近によりコンダクタンスが変化
する検出コイルをもつ共振回路を備えた近接センサに関
する。

（従来技術とその問題点） 従来のこの種の近接センサの一例を第５図に示す。

第５図において、１ａ〜ＩＣは、金属物体Ａ１〜Ａユの
接近によりコンダクタンスｇが減少する検出コイル、２
ａ〜２Ｃは各検出コイルｌａ〜ＩＣの両端間に接続され
たコンデンサであり、各検出コイルｌａ〜ＩＣと各コン
デンサ２３〜２ＣとがそれぞれＬＣ共振回路（ＬＣタン
ク回路）３８〜３Ｃを構成している。この共振回路３ａ
〜３Ｃが金属物体の検出ヘッドを構成している。

各共振回路３ａ〜３Ｃにおける検出コイル１ａ〜ＩＣは
、同一面上に配置されている。一方、金ｆｆｓ物体Ａ＋
　〜Ａ、は、ベルトコンベヤなどの平面経路ヒで搬送さ
れるものである。図面上では縦方向に搬送されているよ
うに描かれているが、これは図面の都合上のことであり
、実際には水平方向に搬送される。検出コイルｌａ〜Ｉ
Ｃが配置されている共通面Ｃ３は、金属物体Ａ１〜Ａ３
の搬送面と平行である。

金属物体Ａ１〜Ａ３は、互いに厚さが異なっているため
、各検出コイル１ａ＝Ｉｃとの距離も互いに異なる。各
共振回路３ａ〜３Ｃは、金属物体への所定以上の接近に
伴う検出コイルｌａ〜ＩＣのコンダクタンスｇの変化に
より、発振を開始するものである。発振を開始するとき
の個々の検出コイルｌａ〜ＩＣと金属物体Ａとの距離は
、互いに異なっている。

即ち、検出コイル１ａは、これとの距離が小さい（厚さ
が大きい）金属物体Ａ１のみを検出して発振開始し、こ
れよりも距離の大きい金属物体Ａｔ。

Ａ、の場合は発振を停止している。検出コイル１ｂは、
金属物体Ａ、の場合と、距離が中間（厚さが中間）の金
属物体Ａ２の場合のいずれの場合でもそれを検出して発
振を開始し、これよりも距離の大きい金属物体Ａｚの場
合は発振を停止している。検出コイルｌｃは、金属物体
Ａ１の場合と、金属物体Ａ２の場合と、距離が大きい（
厚さが小さい）金属物体Ａ３の場合のすべての場合にお
いて、それを検出して発振を開始する。

４３〜４ｃは、それぞれ各共振回路３３〜３ｃに接続さ
れた検出回路であり、各共振回路３３〜３Ｃの発振を検
出したときに出力する。５は、各検出回路４ａ〜４ｃの
出力端に接続された論理回路であり、入力の状態に応じ
て検出した金属物体がＡ１−Ａ３のうちのいずれである
のかを判別して出力する。即ち、金属物体Ａ、を検出し
たときは端子Ｏ８から出力し、金属物体Ａ２を検出した
ときは端子０□から出力し、金属物体Ａ３を検出したと
きは端子Ｏ１から出力する。

しかしながら、このような構成を有する従来例には、次
のような問題点がある。

即ち、各共振回路が、発振を停止するか、発振するかの
２状態しかもたないため、距離を異にする複数の金属物
体を互いに区別して検出するには、その金属物体との間
の距離の種類数と同数の共振回路、検出回路を必要とし
ている。第５図の従来例の場合は、３種類の金属物体Ａ
１〜Ａ、の検出のために、３つの共振回路３ａ〜３Ｃと
３つの検出回路４ａ〜４Ｃとを必要としている。

その理由を以下に説明する。

従来の近接センサにおけるＬＣ共振回路３と検出回路４
との原理図を第６図に示す。検出回路４は、共振回路３
の電流供給源としての能動回路でもある。共振回路３の
コンダクタンスをｇｌ、検出回路４の負性コンダクタン
スをｇｔ　　（＜Ｏ）とする。発振の条件は、ｇｌ≦−
ｇｔである。

共振回路３の検出コイル１に金属物体が接近すると、共
振回路３のうず電流損が変化し、そのコンダクタンスｇ
ｌが減少する。この変化量は、検出コイル１と金属物体
との距離による。その検出距離に応じて共振回路３のコ
ンダクタンスｇ１が変化して、発振条件を満たすと、共
振回路３の発振振幅に比例した電流■が能動回路として
の検出回路４から共振回路３に連続的に帰還される。

そのため、共振回路３の発振振幅は、第３図において、
点線ｙで示すように、きわめて急速に成長し、電源電圧
によって決まる一定の発振振幅で飽和する。即ち、短い
距離の範囲内での検出距離の変化によって、共振回路３
が発振したり、発振を停止し、検出回路４の出力がＯＮ
、ＯＦＦする。

以上のような理由により、各共振回路が、発振を停止す
るか、発振するかの２状態しかもたないため、従来例は
、金属物体との間の距離の種類数と同数の共振回路、検
出回路を必要とし、回路構成が複雑化するとともに、コ
ストアップを招いているという問題を存していた。

なお、従来において、コード化されたドグを検出するマ
ルチリミットスイッチがあるが、この場合も検出ヘッド
としてのリミットスイッチを検出対象物の種類と同数だ
け必要としており、前記と同様の問題があった。

（発明の目的） 本発明は、このような事情に迄みてなされたものであっ
て、金属物体と検出コイルとの間の距離を検出するのに
、その検出へノドとしての共振回路を単一化して回路構
成の簡素化とコストダウンとを図ることを目的とする。

（発明の構成と効果） 〔構成〕 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。

即ち、本発明の近接センサは、 金属物体の接近によりコンダクタンスが変化する検出コ
イルをもつ共振回路と、 この共振回路の出力を人力し、この共振回路の発振振幅
に応した定電流を前記共振回路に帰還する発振回路と、 この発振回路の発振振幅を直流レベルに変換する検波回
路と、 この検波回路の出力をレベル弁別するレベル弁別回路と
、 このレベル弁別回路によってレベル弁別された出力デー
タを論理処理して前記検出コイルと前記金属物体との距
離を判別する論理回路 とを備えたものである。

、この構成においζ、レベル弁別回路としては、弁別レ
ベルを複数もつものと、１つだけもつものとのいずれを
も含む。また、論理回路が判別する検出コイルと金属物
体との距離ついては、距離自体を最終データとする場合
の他、距離を中間データとして金属物体の向きや不良品
の検出に利用してもよい。例えば、厚さが部分的に異な
る金属物体の場合、所定の向きから外れていれば、検出
された距離のデータが所定のデータとは異なることから
、向きのずれを検出できる。この場合、レベル弁別回路
の弁別レベルは１つであってもよい。

また、厚さが一定の金属物体の検出において、得られた
距離データが変化をもつものであれば、その金属物体が
不良品であることが判る。この場合も、弁別レベルは１
つであってもよい。

〔作用〕

本発明の構成による作用は、次のＩＩＪりである。

（１）共振回路の発振振幅に応した定電流を発振回路か
ら共振回路に帰還することにより、共振回路の発振振幅
は、コンダクタンスに逆比例し、帰還される定電流に正
比例する。即ち、発振振幅■。

は、コンダクタンスｇ、と定電流１ｏとの関係において
、オームの法則から、 Ｖｏ−１ｏ／ｇ＋ となる。

即ち、共振回路の検出コイルと金属物体との間の距離が
減少するにつれて、コンダクタンスｇ。

が華ＳＪ！減少し、発振振幅ｖ０が単調増加する。この
様子を第３図の実線Ｘで示す。

従って、金属物体と検出コイルとの間の距離が異なると
、発振振幅■。もその距離の相違に応じて変化する。こ
のように距離に応じた発振振幅■。

が、検波回路によって直流レベルに変換されると、その
直流レベルも発振振幅■。即ち距離に応じたものとなる
。この距離に応じた直流レベルがレベル弁別回路におい
て、レベル弁別され、このようにレベル弁別された出力
データが論理回路によって論理処理されて検波回路と金
属物体との間の距離を判別して出力するため、距離に応
じた検出出力を得ることができる。

即ち、共振回路の発振振幅が距離に応じて幾つも存在す
るため、検出ヘッドとしての共振回路を単一としても、
距離の変化を検出できるのである。

〔効果〕

以上のように、本発明によれば、検出ヘッドとして単一
の共振回路のみを用いるものでありながら、距離の変化
に応じた検出出力を得ることができ、距離の相違に応し
て複数の共振回路を用いていた従来例に比べて、回路構
成の簡素化とコストダウンとを図ることができるという
効果が発揮される。

（実施例の説明） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

構−底 第１図は本発明の実施例に係る近接センサのブロック回
路図である。

第１図において、１１は、金属物体Ａ１〜Ａ１の接近に
よりコンダクタンスｇ１が減少する検出コイル、１２は
検出コイル１１の両端間に接続されたコンデンサであり
、検出コイル１１とコンデンサ１２とがＬＣ共振回路Ｃ
ＬＣタンク回路）１３を構成している。この共振回路１
３が金属物体の検出ヘッドを構成している。

】４は、共振回路１３の出力を入力し、共振回路１３の
発振振幅に応じた定電流１０を共振回路１３に帰還する
発振回路である。この発振回路１４の具体的な回路構成
については、後述する。

１５は、発振回路１４の発振振幅を直流レベルに変換す
る検波回路、１６は、検波回路１５の出力をレベル弁別
するレベル弁別回路である。１７は、レベル弁別回路１
６によってレベル弁別された出力データを論理処理して
検出コイル１１と金属物体との距離を判別する論理回路
である。

レベル弁別回路１６と論理回路１７とは複数の信号ライ
ンＬ＋、Ｌｚ、Ｌｓを介して接続され、論理回路１７は
、複数の出力端Ｏ８，０□、Ｏ５をもっている。

次に、発振回路１４を第２図に示して具体的に説明する
。

トランジスタＴｒｌ、Ｔｒ、およびトランジスタＴｒｓ
、Ｔｒ４はミラー回路を構成し、電源端子Ｖｃｃ、ＧＮ
Ｄ間に接続されている。トランジスタＴｒ２とトランジ
スタＴｒ４との間にスイッチングトランジスタＴ　ｒ　
３が接続され、そのベースに接続されたスイ・ノチング
トランジスタＴｒ、と抵抗器Ｒ３との直列回路が電＃端
子間に接続されている。縦続接続されたトランジスタＴ
ｒ７．Ｔ「６と共振回路１３との直列回路が電源端子間
に接続されている。トランジスタＴｒ、のコレクタが共
振回路１３の一端に接続され、正帰還回路を構成してい
る。スイッチングトランジスタＴｒ、のエミッタから出
力電圧Ｅｏｕｔが出力される。

トランジスタＴｒ、を流れるＴＩ流１ｃは、共振回路１
３に対するバイアス電流であり、非常に小さい。従って
、共振回路１３に流れる電流Ｉは、帰還電流１ａとほぼ
等しい（１＃Ｉａ）。

発振が開始した初期においてＡ点の電圧振幅が十分に低
いときは、スイッチングトランジスタＴ　　　　ｒ６は
電流増幅を行う。Ａ点の電圧振幅に比例した電流が共振
回路１３に流れ、スイッチングトランジスタＴｒ−のベ
ースに流れ込む電流が増加する。

その結果、スイッチングトランジスタＴｒ、を流れる電
流が増加し、スイッチングトランジスタＴｒＳは電流増
幅を行い、スイッチングトランジスタＴｒｓに流れる電
流１ｂは、共振回路１３の発振振幅に比例したものとな
る。この状態では、ミラー回路によって、帰還電流１ａ
とスイッチングトランジスタＴｒｓを流れる電流１ｂと
が等しくなる（ｌａ＝Ｉｂ）、即ち、す１１還電流１ａ
は、共振回路１３の発振振幅に比例したものとなり、共
振回路１３の発振振幅が成長する。

共振回路１３の発振振幅がある程度成長すると、スイッ
チングトランジスタＴｒ、、Ｔｒ５がスイッチング動作
を開始する。即ち、スイッチングトランジスタＴｒ６が
ＯＦＦすると、スイッチングトランジスタＴｒ５　も０
ＦＦＬ、スイッチングトランジスタＴｒ、がＯＮすると
、スイッチングトランジスタＴｒ、もＯＮする。

スイッチングトランジスタＴｒ、がＯＦＦしたときは、
出力電圧Ｖｏｕｔが０　〔■〕となる。また、スイッチ
ングトランジスタＴｒ５　もＯＦＦするため電流１ｂが
クリップされる。この電流１ｂは、スイッチングトラン
ジスタＴｒＳのＯＮ・ＯＦＦによって矩形波となる。

このときの帰還電流１ａ＋は、 Ｒ１＋Ｒ２ となる。ここで、Ｒ１，Ｒ２は、抵抗器Ｒ１，Ｒ１の抵
抗値、ｖｏはトランジスタＴｒ＝のペース・エミッタ間
電圧である。この帰還電流１ａ＋は定電流であり、Ｉａ
＋−１ｏとなる。

即ち、共振回路１３の発振振幅■。は、検出コイル１１
のコンダクタンスをｇ＋　とじて、Ｖｏ　＝　Ｉａ＋／
　ｇ　＋　　−Ｉ　ｏ　／　ｇ　＋となる。発振回路１
４の出力電圧Ｖｏｕｔが共振回路１３の発振振幅■。に
比例するから、出力電圧Ｖｏｕｔもコンダクタンスｇｌ
に逆比例する。

検出コイル１１のコンダクタンスｇ＋　は、検出コイル
１１と金属物体との間の距離βに逆比例するから、出力
電圧Ｖｏｕｔは、結局、距離ｉに正比例することになる
。即ち、第３図の実線Ｘに示すような特性が得られる。

軌−立 次に、この実施例の動作を第４図に基づいて説明する。

第４図は、検波回路１５の出力電圧Ｅｏｕｔの波形であ
る。

■　検出コイル１１の前を、これとの距ｒ４１１が小さ
い（厚さが大きい）金属物体Ａ、が通過したとする。金
属物体Ａ１が接近するにつれて検出コイル１１のコンダ
クタンスｇ、が城少し、発振回路１４の出力電圧Ｖｏｕ
ｔが増加し、これに伴って検波回路１５の出力電圧Ｅｏ
ｕｔが減少する。金属物体Ａ。

が検出コイル】ｌの正面にきたとき、コンダクタンスｇ
、の減少が停止し、出力電圧ＥｏｕＬの減少も停止する
。そして、金属物体Ａ１が検出コイル１１から離間する
につれて検出コイル１１のコンダクタンスｇ、が増加し
、出力電圧Ｅｏｕｔ　も増加する。

金属物体Ａ、が一定以上離間すると出力電圧Ｅｏｕｔも
一定になる。

レベル弁別回路１６は、このように変化する出力電圧Ｅ
ｏｕｔを入力する。レベル弁別回路１６は、高。

中、低の３つの弁別レベル巳＋、Ｅｚ、Ｅｚをもつ。

金属物体ＡＩの場合は、出力電圧Ｅｏｕｔが最低弁別レ
ベルＥ１以下になるため、信号ラインＬ１゜Ｌ２．Ｌ：
ｌのすべてが“Ｈ”レベルとなる。この３つの“Ｈ”レ
ベルの信号が論理回路１７に入力される。論理回路１７
は、入力信号が“Ｈ”、“Ｉ］”。

“Ｈ“であるため、距離１１の小さい金属物体ＡＩを検
出したことを示す出力端Ｏ１のみをＨ”レベルとする。

■　検出コイル１１の前を、これとの距離１２が中間（
厚さが中間）の金属物体Ａｔが通過したとする。この場
合、出力電圧Ｅｏｕｔが最低弁別レベルＥ１よりも高く
、中間弁別レベルＥｔよりも低くなる。そして、信号ラ
インＬ＋　、Ｌ２．Ｌ＊はそれぞれ“Ｌ″レヘル“Ｈ”
レベル、“Ｈ”レベルとなる。この“Ｌ”、′Ｈ”、１
トＩ”の信号が論理回路１７に人力される。論理回路１
７は、距離２□が中間の金属物体Ａ２を検出したことを
示す出力端ｏ２のみを“Ｈ”レベルとする。

■　検出コイル１１の前を、これとの距離１３が大きい
（厚さが小さい）金属物体Ａ、が通過したとする。この
場合、出力電圧Ｅｏｕｔが中間弁別レベルＥ２よりも高
く、最高弁別レベルＥ、よりも低くなる。そして、信号
ラインＬｌ、Ｌ２．Ｌ３はそれぞれ“し“レベル、′Ｌ
”レベル、“Ｈ″レベルなる。この“Ｌ”、′Ｌ”、ａ
Ｈ”の信号が論理回路１７に入力される。論理回路１７
は、距Ｈｅ３が大きい金属物体Ａ３を検出したことを示
す出ノＪ　端０３のみを“Ｈ”レベルとする。

以上のようにして、共振回路１３を１つしか用いないも
のでありながら、距離ｇ、、ｇ、、　　β３が異なる３
種類の金属物体Ａ＋　、Ａｚ　、Ａｎを互いに他から区
別して検出することができる。

本発明は、一定厚さの多数の金属物体がベルトコンベヤ
によって搬送されている状態で、その基償の厚さよりも
ｙ７い別種の金属物体が搬送されてきたときに、その別
種の金属物体を検出することにも利用できる。この場合
、弁別レベルは１つでもよい。

また、断面が台形の金属物体がその勾配方向をヘルドコ
ンベヤの幅方向に規制する状態で搬送されている場合に
、勾配方向が搬送方向となった異常な姿勢の金属物体が
搬送されてきたとき、その金属物体と検出コイル１１と
の距離が次第に変化するため、この異常な姿勢の金属物
体を検出することができる。この場合も、弁別レベルは
１つでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る近接センサのブロック
回路図、第２図は発振回路の回路図、第３図は距離と発
振振幅との関係を示す特性図、第４図は動作説明に供す
る波形図、第５図は従来例のブロック回路図、第６図は
その発振回路の原理的な回路図である。 １３・・・共振回路、１４・・・発振回路、１５・・・
検波回路１６・・・レベル弁別回路、１７・・・論理回
路Ａ１〜Ａ３・・・金属物体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属物体の接近によりコンダクタンスが変化する
   検出コイルをもつ共振回路と、 この共振回路の出力を入力し、この共振回路の発振振幅
   に応じた定電流を前記共振回路に帰還する発振回路と、 この発振回路の発振振幅を直流レベルに変換する検波回
   路と、 この検波回路の出力をレベル弁別するレベル弁別回路と
   、 このレベル弁別回路によってレベル弁別された出力デー
   タを論理処理して前記検出コイルと前記金属物体との距
   離を判別する論理回路 とを備えた近接センサ。