JPS62159913A - 非接触形近接スイツチ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はサージ状もしくは階段状の波形動作を有る、発
振器を備えた非接触形近接スイッチに関る、。

〔従来の技術、および発明が解決しようとる、問題点〕

電力消費量を減少る、この型式（ＤＨ−Ｏ３３３１８９
００）の周知の近接スイッチにおいては、発振回路のパ
ルス状波形動作は周期的衝撃波により実施されるもので
、その相互間の時間の距りは（高周波発振器により駆動
される連続発振回路に比較して）発振回路の発振の最大
開放即ち減衰期間より大きい。

発振回路の整流された発振の平均値もしくはｉ・リガー
インパルスの後の時間の一定点における開放発振の振幅
とはスイッチング動作用の判定基準として用いられる。

この形式の近接スイッチにおいては、スイッチ動作を復
旧る、スイッチ要素のスイッチ位置の正確さと再現可能
性とはまた、磁気的および／もしくは電気的導体粒子ま
たはスイッチ要素の近接が磁界により高周波発振器の発
振条件に影響を与えたり、もしくはスイッチ信号を発生
る、ように高周波発振を維持る、のに使用される制御値
に影響を及ぼす事実に基づいている通常使用の非接触形
近接スイッチよりは大きくないものである。このことは
（ａ）スイッチ要素と発振器間の所望の大きな距りにお
ける小さな信号変化により時間積分が必要である；こと
と（ｂ）達成可能な精度が回路構成部品の温度依存性と
不十分な微小小形化により、この形式の近接スイッチを
使用る、可能性を屡々阻止した値に限定される、という
事実に基づくものである。

別の周知の近接スイッチ（西独特許公開公報第３２０４
４０５号）においては、近接る、スイッチ要素により変
更され得る周波数を有る、発振器とは別に、可変でない
周波数を有る、第２の発振器が設けられ、２つの周波数
が２個のカウンタにより決定され、予め設定された差を
見出した時にスイッチ信号を順次復旧る、比較器により
比較されるものである。スイッチ要素の位置から従属さ
れる誘導性と周波数変化とは非常に小さいので、周波数
の比較は精度とスイッチ条件の再現性とを改善る、こと
にはならない。

もう一つ別のよく知られた近接スイッチ（西独特許公開
公報筒３１３１．４９０号）に関しては、限定されたス
イッチ要素、例えばトリップ軌条内のトリップ回し金と
、非スイッチ要素の金属チップの如き金属粒子の近接と
の間、または単一みぞ磁界内の相異なる制御カムの間で
いずれかを微分る、ことが可能である。別の観点よりみ
れば、この近接スイッチは、他の周知の近接スイッチよ
り優れているものではない。

本発明の目的とる、所は、今までに知られた近接スイッ
チの限界を克服る、ことを可能にる、検出および評価の
原理に基づいている近接スイッチを考案し製作る、こと
にある。

〔問題点を解決る、ための手段〕

スプール（コイル巻枠）とコンデンサを除けば、本発明
によればディジタル回路構成部分のみが必要とされ、こ
のことは、特に集積回路の形式においては特別に簡単に
して費用に対し最も効率のよい方法で小型化を完成し得
ることを意味している。

更にこのようにして一層大きな信顛性を達成る、ことが
できる。決定的なアナログ値、即ち基準電圧レベルは、
温度とは無関係に集積回路の外側で簡単な分圧器の力を
かりて決定され得る。ディジタル信号の評価により、信
転性の精度と再現性とは著しく改善され、このためにス
イッチ要素と発振器間の距離を大きくる、ことが実現可
能となる。

発振用回路が突然のサージ状もしくは階段状の方式で駆
動されることは回路を特に簡単にし得ることに貢献る、
。本発明の更に顕著な利点は階段状の駆動に対す応答即
ち過渡応答の評価の間に、発振用回路とスイッチ要素の
位置と本体のみを特徴づける固有の特性がまた検出され
得る。後部結合（もしくは再生）アナログ発振器と対照
して、他の構成部品の寸法表示はこれらの固有特性に僅
少な影響しか及ぼさないので、したがって本発明はまた
このような本体認識機能を実現し得る。検出器（センサ
）の数多くの可能な゛実施例および過渡応答を特徴づけ
る値のディジタル的な影響および更に処理法により与え
られる大きな自由度とは、スイッチ要素の発振器からの
距離を認知もしくは決定る、場合に同時に信幀度の高い
本体認識と高精度とを許容る、ものである。

このことは特に過渡応答の固有周波数が決定される場合
にも特に真実であり、その理由は近接スイッチからのス
イッチ要素の距離がスイッチ要素それ自身の能動的およ
び受動的特性と同様に、後段発振の振幅、減衰時定数お
よび後段発振の大きさのみならず、過渡応答の固有周波
数にも影響を与えるからである。これらの値もしくはこ
れらの値の若干のものは同時にもしくは時間的に別々に
影響され得る。

精度を更に増加させることは本発明に係る附加的な実施
例を用いて達成され得る。

例えば、゛近接スイッチの代りに、発振回路はそれと連
動る、スイッチ要素内に設置・され得る。この場合およ
び唯一のスプールのみがスイッチ要素内に設けられる場
合に限り、スイッチ要素はまた誘導結合により過渡応答
に能動的に影響を与える集積回路を含むことができる。

この集積回路はマイクロプロセッサと電子的に消去可能
でありプログラム可能な固定値メモリ（ｔ！ＥＦＲＯＭ
）とより構成される。集積回路に必要な動作電圧を用い
て供給る、ために、近接スイッチと誘導結合し得るスプ
ールがスイッチ要素に設けられ、このスプールはある程
度変成器の２次コイルを形成る、ものである。

本発明に係る解決策は増分型近接スイッチを表わし、こ
れはセンサの位置を増分的に決定る、のみならず、種々
の帯域間ｆＷＩ分る、ことをも可能にる、ものである。

比較器はまた出力インパルスの一つの数から次の数に転
移る、間にアナログ出力値を送り、この値はこれらの出
力インパルスに関連る、位置において連続的な位置の調
整を可能にる、。

好ましくはマイクロプロセッサにより、およびセンサの
極限の位置即ち距離の値０と無限大の助けをかりて、評
価回路は、センサにより影響される値の絶対値とは無関
係に少くとも１つの位置に関る、相対的な基準を送る少
くとも１つの補正値を決定し得る。もしも評価回路がデ
ィジタル記憶装置を香むならば、検出された値は選択製
表指定又は連想により補正可能で、例えば位置の従属性
に関して線型化され得る。更に、径路の従属性に関る、
種々のヒステリシス特性曲線はすべての検出可能な、不
連続な空間位置に対してディジタル的にプログラム可能
で挑る。

〔実施例〕

第１図において、非接触型増分近接スイッチの図示して
いない箱体は、高品質の発振回路を有る、起動および評
価段１を含んでいる。この発振回路はコイルＬＬとコン
デンサＣＩとから構成される。その回路内に直流電源２
とボ導体スイソ“チ３を有る、起動コイルＬＯはコイル
Ｌ「に結合されている。半導体スイッチ３は、第２図の
電流□対時間特性図に示される如く、階段状の電流変化
が達成される短い時間に起動用コイルＬＯを流れる電流
１０を遮断る、ことができる。云うまでもなく起動コイ
ルとしてコイルＬｌの一部もし火はコイルＬｌの全体を
使用る、ことも可能であり直流電源電流を発振回路に供
給る、ことも可能である。

制御回路４は半導体スイッ□チ３を導通状態から非導通
状態へおよびその反対に移転させる。

コイルＬ１とコンデンサＣＩの一つの端子は比較器５の
一入力端に接続され、この比較器はその他の入力端を、
精密な調整可能な基準電圧レベルＵ、。１を送る基準電
圧源６の一端子に接続させている。基準電圧源６の他の
端子はコイルＬ１とコンデンサＣ１の他の端子と接続さ
れている。したがって比較器５は発振回路電圧Ｕ−め瞬
時値か基準電圧レベルＵ　Ｆ　１１　ｆの下にあるか、
そのレベルにあるか、もしくはそのレベルより下にある
かどうかを決定る、ことが可能である。模範的な実施例
において、比較器５は一部レベルをもった電圧ｕＫが、
発振回路電圧が基準電圧レベルを超える場合に常にその
出力に印加されるように形成されている。比較器５の出
力値はしたがってインパルスである。

第１図に示すように、これらのインパルスは第１のカウ
ンタ７とゲート回路８に供給され、かつ水晶安定化クロ
ック発生器９から生ずるインパルスはこのゲート回路８
の他の人力に印加される。

クロック発生器９のインパルスの繰返し率は比較器５の
インパルスのそれよりも著しく大である。

第２のカウンタ１０の入力はゲート回路８の出力に接続
され、その第２のカウンタ１０は、発振回路電圧Ｕ゛の
周波数を、クロック発生器９から送られた計数用インパ
ルスの数に基づいたディジタル値として決定る、。典型
的な実施例において、２個のカウンタ７とＩＯを制御る
、制御回路４は、計数用インパルスの数は比較器の２つ
の連続インパルスの間では決定されず、むしろ比較器の
インパルスとその次の継続る、インパルスとの間で決定
される。しかしながら計数の周期は一層大きな精度で周
波数を決定る、ことが可能であるためには、比較器の２
つ以上のインパルスにわたって拡張し得ることになる。

典型的な実施例においては、磁性体であって導電性金属
から製作された本体が近接スイッチが反応を呈る、スイ
ッチ要素１１として設けられている。発振回路のセンサ
表面１２からのスイッチ要素１１の距離が、回路要素１
１がコイルＬ１と起動用コイルＬＯの磁界の外部にある
ことを示す程に十分大きい限り、起動コイルＬＯを通っ
て流れる電流がターンオフされる場合、発振回路のサー
ジ状もしくは、階段状起動は発振回路電圧をしてその最
大周波数およびその最大減衰時定数に対し消滅る、よう
にさせる。対照的にスイッチ要素が発振回路のコイルＬ
１の磁界内に配置されるならば、減衰時定数τと発振回
路電圧の周波数とは、距離ａが減少る、につれて小さく
なるが、これは第２図の発振回路電圧Ｕ＋と比較器５の
出力電圧に関る、電圧一時間特性図に示す通りである。

例えば、センサ表面１２からのスイッチ要素１１の距離
が値ａ１を有る、ならば、起動コイルＬ　Ｏにおける電
流ｉ。の階段状の遮断により、発振回路電圧Ｕ゛をして
電圧一時間特性図の第１の位置に図示した時間曲線を有
る、ようにさせる。この減衰過程において、発振回路電
圧は正方向に４回まで正の基準電圧レベルＵ　ｒ　ａ　
ｆを超えるが、これは減少る、幅を有る、が一定の周波
数の４個のインパルスをして比較器５の出力に印加され
るようにさせるものである。第１のカウンタ７により決
定されるこのインパルスの数ＤＡは第１のディジタル値
を表わすものであって、このディジタル値はスイッチ要
素１１の特性、即ち典型的な実施例においてそれにより
ひきおこされた発振回路の品質係数における減少に対し
てと同様に、回路要素１１とセンサ表面１２の間の距離
の値を指示る、ものである。比較器５の第１および第３
のインパルスの減少側の間の第２のカウンタ１０により
決定される計数用インパルスＤＦの数は発振回路電圧Ｕ
゛の固有周波数ｆ０を示すものであり、これはサージ状
起動による過渡応答もしくはステップ応答と称される。

第２のカウンタ１０から送られる第２のディジタル値Ｄ
Ｆはまた距離ａｌに関る、特性とスイッチ要素１１の特
性とである。

起動および評価段１から送られる結果の精度と再現性と
は周知の近接スイッチに対る、よりも良好であることは
真実である。然しなから発振回路が連続的に数回起動さ
れインパルス計数が繰返されるならばよりよい結果が達
成し得るし、それにより制御回路４は繰返し数を設定る
、可能性を与える。

スイッチ要素１１とセンサ表面１２の間の距離ａが値ａ
ｌよりも小であれば、減衰時定数τと過渡応答の周波数
とは第２図の電圧一時間特性図に示されるように値ａｌ
の場合よりも小である。このような条件の下では３個の
インパルスのみが比較器５の出力に印加される。過渡応
答の周波数はより小であるから、第２のカウンタ１０に
より決定される計数用インパルスの数はより大である。

典型的な実施例においてスイッチ要素１１とセンサ表面
１２間の距離、およびスイッチ要素の特性を示すもので
ある所の、第２のカウンタ１０の決定る、ディジタル値
ＤＡとディジタル値ＤＦとは記憶装置とインタフェース
とを含むすぐ次の段１３に入れられる。記憶装置内に格
納された製表された関数とカウンタ結果を比較る、こと
により、近接スイッチの出力信号は、スイッチ要素１１
とセンサ表面１２間の距離および／もしくはスイッチ要
素の特性に依存す真記憶装置内めプログラムに従って発
生される。すべての検知可能な不連続な距離の値に対し
て、径路または距離の従属性に関しディジタル的にプロ
グラムされる別のｉステリシス曲線が付与され得るし、
住においてカウンタが計数した一定の値ＤＡＩにおいて
、スイッチはオンに設定される。値ＤＡＩとは異なる別
の値ＤＡ２において、スイッチは１フに設定される。

第３図に図示された典型的な実施例が第１図と第２図に
示した実施例と相異る、点は、その起動および評価段１
０１は発振回路を含まないで起動コイルＬＯを含むだけ
であり、その電圧は過渡応答を表わし比較器により基準
電圧レベルと比較される。

コイルＬ１とコンデンサＣ１とより構成される発振回路
はスイッチ要素１′ｌｌ内に配設される。スイッチ要素
１１１が起動コイルＬＯの磁界内に配設されると、この
場合もまたコイルＬＯを流れる電流における突−〇□（
もしくはサージ状の）遮断により発振回路の）　ＩＪガ
ニ作用をひきおこす。しかしながら発振回路のコイルＬ
　ｔ　ｈｍ動コ□イルＬＯ間の磁気結合はまた起動コイ
ルＬＯ内に電圧を誘導せｔめ、この電圧は発振回路電圧
に応答して、起動および評一段１′０１かもの過渡応答
として評価される。起動コイルＬＯと発振回路のコイル
Ｌ１との間の磁気結合は、回路要素Ｉ’ｌｌとセンサ表
面１２間の距離に依存る、から、このようなスイッチ要
素の特性と同様に、２個のカウンタが決定る、ディジタ
ル値と一インチ要素１１１の距離との間においても同様
こめ典型的な実施例においては従属性が存在る、。

典型的な実施例において、発振回路は同様にスイッチ要
素１１１内に内蔵される集積回路１１４に接続される。

この集積回路１１４の動作電圧は、他のコイルに磁気的
に結合される補助コイル１１５により送られる。集積回
路１１４の助けをかりて、スイッチ要素１１１の過渡応
答は能動的に影響され、かつスイッチ要素１１１の特性
は広範囲にわたって変化可能である。例えば一定数の完
了した減衰過程の後にコイルＬ１は短絡可能である。集
積回路１１４は、電気的にプログラム可能で消去可能な
固定値記憶装置を含んでおり、この記憶装置内にスイッ
チ要素条件を識別る、ための特性的なスイッチ機能が貯
蔵されている。

好適な実施例のみが特定的に図示されかつ説明されたけ
れども本発明の種々の修正と変更とは、本発明の精神と
目的とる、請求の範囲とを逸脱る、ことなく、上記技術
を考慮して、添付された請求の範囲の範囲内で可能であ
ることが正当に理解されることになろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の典型的な実施例の回路図；第２図は第１
の典型的な実施例のインパルス特性図； 第３図は第２の例示的な実施例の回路図、である。 １・・・起動および評価段、 ２・・・直流電流源、　　　　３・・・半導体スイッチ
、４・・・制御回路、　　　　　５・・・比較器、６・
・・基準電圧源、　　　７・・・第１のカウンタ、８・
・・ゲート回路、　　　９・・・クロック発生器、ｌＯ
・・・第２のカウンタ、 １１・・・回路要素、　　　１２・・・センサ表面、１
３・・・記憶装置およびインタフェース、１０１・・・
起動および評価段、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、段階状の駆動作用を有する発振回路、該発振回路か
   らの距離に依存して該発振回路の少くとも１個の過渡応
   答の時間曲線に影響を与える少くとも１個のスイッチ要
   素、およびこのような駆動作用の後に該発振回路の少く
   とも一つの過渡応答から、減衰発振の時間曲線に関して
   、少くとも一つの特性値を検出する評価回路、を有する
   非接触形近接スイッチであって、該近接スイッチは、（
   ａ）少くとも１個の基準電圧レベルＵ＿ｒ＿ｅ＿ｆを発
   生させる基準電圧電源（６）； （ｂ）過渡応答の振幅を関連する基準電圧レベル（Ｕ＿
   ｒ＿ｅ＿ｆ）と比較する少くとも１個の比較器５；およ
   び （ｃ）過渡応答の減衰周期の少くとも一部分内の少くと
   も過渡応答のそのような半波の数（ＤＡ）を計数する少
   くとも１個のカウンタ（７、１０）であって、該過渡応
   答の尖頭値は二方向の一方における関連する基準電圧レ
   ベル（Ｕ＿ｒ＿ｅ＿ｆ）から偏差を有するもの、 を具備する非接触形近接スイッチ。 ２、第１のカウンタ（７）のように、比較器（５）の出
   力に接続され、かつ過渡応答の固有周波数に対応するデ
   ィジタル値を形成する少くとも１個の第２のカウンタ（
   １０）を具備する、特許請求の範囲第１項記載の近接ス
   イッチ。 ３、２個の入力が比較器５０の出力および周波数安定化
   クロック発生器９と夫々接続されるゲート回路８の出力
   に第２のカウンタ１０が接続され、該クロック発生器９
   の繰返し率は過渡応答の固有周波数より大である、特許
   請求の範囲第２項記載の近接スイッチ。 ４、発振回路の繰返し階段状駆動作用用の制御段４およ
   び該カウンタ７と１０の計数プロセスを或る数の過渡応
   答に設定する手段を具備する、特許請求の範囲第１項記
   載の近接スイッチ。 ５、過渡応答の固有周波数ｆ＿■と減衰時定数τに影響
   を与える、磁性体であって導電性の小金属板を有するス
   イッチ要素１１を具備する、特許請求の範囲第１項記載
   の近接スイッチ。 ６、過渡応答の固有周波数ｆ＿０と減衰時定数τに影響
   を与える、磁性体であって導電性の小金属板を有するス
   イッチ要素１１を具備する、特許請求の範囲第２項記載
   の近接スイッチ。 ７、過渡応答の固有周波数ｆ＿０と減衰時定数τに影響
   を与える、磁性体であって導電性の小金属板を有するス
   イッチ要素１１を具備する、特許請求の範囲第３項記載
   の近接スイッチ。 ８、過渡応答の固有周波数ｆ＿０と減衰時定数τに影響
   を与える、磁性体であって導電性の小金属板を有するス
   イッチ要素１１を具備する、特許請求の範囲第４項記載
   の近接スイッチ。 ９、過渡応答の減衰時定数τのみに本質的に影響を与え
   る導電性ではあるが磁気的に伝導性のない材料よりスイ
   ッチ要素が構成される、特許請求の範囲第１項記載の近
   接スイッチ。 １０、スイッチ要素が、本質的に過渡応答の減衰時定数
   τのみに影響を与える導電性ではあるが磁性伝導性では
   ない材料より構成される、特許請求の範囲第２項記載の
   近接スイッチ。 １１、スイッチ要素が、本質的に過渡応答の減衰時定数
   τのみに影響を与える、導電性ではあるが、磁性伝導性
   ではない材料より構成される、特許請求の範囲第３項記
   載の近接スイッチ。 １２、スイッチ要素が、本質的に過渡応答の減衰時定数
   τのみに影響を与える、導電性ではあるが、磁性伝導性
   ではない材料より構成される、特許請求の範囲第４項記
   載の近接スイッチ。 １３、スイッチ要素がフェライト材料より構成され、本
   質的に過渡応答の固有周波数ｆ＿０のみに影響を与える
   、特許請求の範囲第１項記載の近接スイッチ。 １４、スイッチ要素がフェライト材料より構成され、本
   質的に過渡応答の固有周波数ｆ＿０のみに影響を与える
   、特許請求の範囲第２項記載の近接スイッチ。 １５、スイッチ要素がフェライト材料より構成され、本
   質的に過渡応答の固有周波数ｆ＿０のみに影響を与える
   、特許請求の範囲第３項記載の近接スイッチ。 １６、スイッチ要素がフェライト材料より構成され、本
   質的に過渡応答の固有周波数ｆ＿０のみに影響を与える
   、特許請求の範囲第４項記載の近接スイッチ。 １７、スイッチ要素１１１内に設置された発振回路Ｌ１
   とＬ２および過渡応答の駆動と評価用の駆動および評価
   段１０１内部に設けられたスプールＬ０とを更に含む、
   特許請求の範囲第１項記載の近接スイッチ。 １８、メモリ内に選定された製表の指定により、決定さ
   れたディジタル値の補正用の起動および評価段１と１０
   １に含まれるディジタル記憶装置を更に具備する、特許
   請求の範囲第８項記載の近接スイッチ。 １９、検出可能な不連続な距離のすべての位置に関する
   ヒステリシス特性曲線を含み、該曲線はカウンタ７と１
   ０７により計数された一定数ＤＡ１の半波において、関
   係するスイッチ機能はオンに設定され、また上記の数Ｄ
   Ａ１とは異なる別の数ＤＡ２において、スイッチ機能が
   オフに設定される、径路の依存度に関して該曲線がディ
   ジタル的にプログラムされる、特許請求の範囲第９項記
   載の近接スイッチ。 ２０、比較器５は、ｎから（ｎ＋１）までの出力インパ
   ルスの移行中にアナログ的な出力値を送信する、特許請
   求の範囲第１０項記載の近接スイッチ。 ２１、スイッチ要素１１１のスプール１１５は、起動お
   よび評価段のスプールＬ０への誘導結合により、スイッ
   チ要素１１１内の集積回路１１４に対し動作電圧を送る
   、特許請求の範囲第８項記載の近接スイッチ。 ２２、該回路１１４は、特性スイッチ機能がスイッチ要
   素条件の識別用に格納され得る、電気的にプログラム可
   能で消去可能な固定値メモリを含む、特許請求の範囲第
   １２項記載の近接スイッチ。