JPS62180288A - 静電磁気センサ - Google Patents

静電磁気センサ

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JPS62180288A
JPS62180288A JP61023384A JP2338486A JPS62180288A JP S62180288 A JPS62180288 A JP S62180288A JP 61023384 A JP61023384 A JP 61023384A JP 2338486 A JP2338486 A JP 2338486A JP S62180288 A JPS62180288 A JP S62180288A
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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) 本発明はセンサの置かれた地点近傍の静電的環境ならび
に磁気的環境を測定するためのセンサ゛に関する。この
セン勺はコンデンサ容量ならびにコイルの実質的なイン
ダクタンスの環境による変化を感知するものである。こ
の廿ンVはある地点の静電的、磁気的環境を測定するこ
とにより、人間の視覚には捕えられない現象を人間に認
識させるうえに有効に利用できる。 (発明の背景) たとえば壁紙で仕上げられた壁面に額縁を掛ける為の釘
を打つ場合、壁面の背後に垂木の存在する箇所を見つけ
なければならない。あるいは電気工事に際してモルタル
壁の中に埋設された配電用ボックスを発見しなければな
らない場合がある。 この場合人間の視覚では感知できないため直接には場所
を特定することができない。しかしながら例えば垂木の
場合には、壁面に電極を接近させた場合に背後に垂木の
存在する場所では垂木の誘電率が空気の誘電率よりも大
ぎいことからその分電極と壁面間に形成されるコンデン
tとしての容量が増大することから、この客用変化を感
知することにより背後に垂木の存在する地点を特定する
ことができる。また鉄製ボックス等の磁性材料で構成さ
れている物の場合には、壁面にコイルを接近させた場合
に磁性材料の存在により磁束回路の磁気抵抗が変化しコ
イルの実質的なインダクタンスが変化することから、こ
のインダクタンスの変化を感知することににり背後に磁
性体の存在する場所を特定することができる。 (従来の技術) 壁面と電極間に構成されるコンデンサの容量変化を感知
して垂木の存在する場所を特定する技術は米国特許第4
,099,118号に開示されている。 コイルを壁面に密着されながら移動させた場合のインダ
クタンスの変化を感知して磁性体の存在する場所を特定
する技術は実際に応用されて市販されている。これは左
右−・対のコイルを同時に壁面に密着させながら移動さ
せた場合のインダクタンス変化を感知するタイプである
。 (発明が解決しようとする問題点) コンデンサの容量変化を利用して壁面の背後の状態を感
知する技術では、測定原理が誘電率の差異に依存するた
め、壁面の背後が空気か物質かを判定することはできて
も、物質が金属か否かを判定することはできない。この
ためコンデンサの容量変化から場所が特定できても、そ
れが金属か否かを判断しようとすると別にコイル式の測
定器具が必要となり、そのうえコイル式測定器具が用意
されていたとしてもコンデンナ式測定器具をコイル式測
定器具に交換するうちに、せっかく特定した場所を見失
うおそれが存在する。 一方コイル式測定器具による場合には、磁性体は発見で
きても垂木などの非磁性体を発見することはでさない。 しからばコンデンサの容量変化とコイルのインダクタン
ス変化を感知する手段を一台の測定器具中に組込もうと
すると、コイルは通常長さを有し、しかも壁面に垂直に
配置されなiJればならず、一方コンデンナの電極は面
的広がりを要し、しかも壁面に平行に配置されなければ
ならないことから、測定器具全体が大型化し実用化され
ていない。 そこで本発明は二1ンデン→ノ゛となる面状電極とコイ
ルを一体化して小形化し、一台の測定器具のなかに組込
むのに適したセンサ゛を提供しようとするものである。 (問題点を解決するための技術的手段)上記課題は面状
電極とコイルを偏平な形状に一体化することにより実現
される。 この場合、面状電極とコイルを一枚の基板上にパターン
化しで形成することもできる。 (作用) 面状電極とコイルを偏平な形状に一体化することにより
、セン1ノは小形化され、一台の測定器具中に容易に組
込むことができる。このため一台の測定器具′c7】ン
デンリの容B4変化と、コイルのインダクタンス変化の
双方を測定できることになり、垂木等の下地材(磁性体
であるか否かを問わない)を発見し、さらにこれが磁性
体であるか否かを一台゛の器具で判別することができる
こととなる。 (実施例) 以下図面を参照していくつかの実施例について具体的に
説明する。 (第1実施例) 第1実施例のセンサ平面図が第1図(イ)に示され、そ
の(ロ)−(1線で切断された端面が第1図(ロ)に示
されている。 全体は2枚の基板13と14とから構成され、基板13
の上面には金属111i111がプリントされて面状電
極が構成されている。2枚の基板はスペーサ15a−c
により所定の距離隔てられ、また他の1頂点は導電性の
かしめビン18でかしめられている。かしめビン18の
下側は電極11のためのはlυだ付は用ランド11hと
なっている。かしめビン18は2枚のλ(板13.14
の分離を防ぐ機能も営んでいる。 スペー’J−15a〜Cとかしめビン18のまわりには
エナメル線が巻き回されてコイル16が形成されている
。コイルは(+:i )に示されるように2枚の基板間
に収容され、全体は偏平な形状に仕上げられている。な
おコイルの端子は基板14に聞けられた小孔を介して下
側に引出され、はんだ付は用ランド16a、bとなって
いる。 このセンサはコイルの断面積が充分にとれ、その分だけ
巻数を節約することができる。 なおこの実施例において、基板を一枚とすることもでき
る。このためには]コイル6を収容するための溝を一枚
の基板の側面に設けておけばよい。 (第2実施例) 第2図には第2実施例が示されている。これは基板23
の上面に2つの面状電極21と22が設
【ノられている
点を省けば他は第1実施例と同様である。ただし第1実
施例のスペーサ15aに代わってかしめピン28aが設
りられている。これは面状電極22の電気的接続に利用
される。 本実施例では2枚の面状電極が用いられている。 電極が1枚の場合には面状′7ii極と壁面との間でコ
ンデンナが形成される。この場合コンデンサ容量を計測
する電源回路のマイナス電位が壁面と同電位であれば、
通常のコンデンサ容ffi i?f測回路で電極と壁面
間で構成されるコンデンサ容量が測定される。通常人間
が手で測定器具を掴んで測定すれば、器具が作業者を介
して接地されてこの条件を満すことができる。 電極が2枚の場合には電極間にもコンデンサが構成され
る。この場合電極間には壁面およびその背後を経由する
電束が形成されることから、電極間のコンデンサ容量は
壁面とその背後の誘電率によって影響されることになる
。この場合には器具が接地されなくてもコンデン1す容
量が測定され、壁面とその背後の誘電率が感知される。 (第3実施例) 第3図に第3実施例が示されている。この実施例では2
枚の基板33.34が4つのスペーサ°35a〜dで所
定距離離れるように配置され、基板33の上面には3枚
の面状電極31.32a、32hがプリントされ構成さ
れている。電極328には導電性のかしめピン32bが
、電極32hには導電性のかしめピン32 o h<基
板33.34を貫通して設けられ、かつその下側端部間
にはリード線32cがはんだ付けられ、電極32aと3
2hの電気的接続が保たれている。電極31にはおなじ
くかしめピン31aが配置されている。電極32aには
かしめピン32dが設けられ、基板34の下面側に配線
パターン32eがプリン1〜されはんだ付は用ランド3
2fと接続されている。各かしめピンは2枚の基板33
.34の分離を防ぐ機能も営lυでいる。 スペーサ35a−dのまわりにはエナメル線が巻き回さ
れてコイル36が形成され、コイルの端子は基板34に
設けられた2つのスルーホールを介してはんだ付は用ラ
ンド36a、bと接続され゛〔いる。 (第4実施例) ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・第4図参照この実施例はヒンリが1枚の基板4
3に実装された例を示す。基板の中央には丸穴が開けら
れ、ここにコイルが固定される。コイルは上下に鍔49
a、cのある偏平円lF2I49bのまわりにエナメル
線46が巻き回されて形成される。偏平円n49の中心
には鉄心47が固定されインダクタンスの増大が計られ
ている。コイルは基板の中央の丸穴に挿入され、上下の
鍔により脱落が防止される。 コイルの端子46a、hは基板43の下面で配線パター
ン46c、dに46e、fではんだ付けされ、はんだ用
ランド46a、bと接続されている。 基板43の上面には3枚の面状電極42a、41.42
hがプリントされ、電極42aと42hはパターン42
eと42iを介してはんだ用ランド/12fとそれぞれ
接続され−Cいる。 本実施例ではコイルの断面積が充分得られないが、その
分を鉄心47を挿入することによりおぎなっている。こ
のセンサは位置精度よく磁性体の存在箇所を特定するの
に適している。 (第5実施例)・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・第5図参照本実施例は基板の形状を円にし
た外は基本的に第3実施例と同じである。ただし第3実
施例ではリード線32cによっていたところをこの例で
はパターン52e、iにかえた点相違している。あと随
所に導電性かしめピン52d、a、51aを利用してい
る点基本的に第3実施例と同様である。 (第6実施例)・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・第6図参照この例は・一枚のi板63上に面状電
極61とコイル66の両者を共にプリント基板作成の要
領でパターン形成したものである。具体的な!1造工程
はエツチングによろうと導電ペーストを塗布する方法に
J:ろうといずれでもよい。61は面状電極である。6
61ま]イルひあり、1木の配線パターンが渦巻き状に
連続しており、ランド66a、bにはlυだイ」けされ
て使用される。61aは導電性ピンであり、面状電極6
1aの接続が裏面側から【r能にしている。 この実施例によるとセンサを極めて薄く仕上げることが
Cき、しかも安価に製造しうる。 (第7実施例)・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・第7図参照この実施例は1枚の基板73上に3枚
の面状電4fi72a、71.72hと中央部にml 
−i’ ルア 6をパターン形成した例である。作成手
段は第6実施例と同様であり、コイルと面状電極の特徴
は第4実施例と類似しでいる。 次に本センサの利用方法の一例を説明する。第8図は本
センサに適した検出回路の一例を示す。 100は電源回路で、スイッチ101を101aの側に
セットした時コイルのインダンタンス変化を感知する回
路120の電源線がオンする。この場合電池103の電
圧は定電圧トランジスタ111により一定電圧化される
。この場合発光ダイオード106がダイオード108を
介して点灯してパイロットランプとなる。 120はコイルのインダクタンスの変化を感知する回路
で1トランジスタ129で発振するように構成され−C
いる。発振周波数ならびに波高値はコンデンサ122,
125,126.127の容量、抵抗123.130の
抵抗値の他、本センIすのコイル124の実質的インダ
クタンス(自己イ。 ンダクタンスから周囲の磁性体と相互作用する力変化し
ている)および可変抵抗121.128によって変化す
る。この場合コイル124に磁性体を接近させた状態で
、発振周波数ならびに波高値が充分の値となるように可
変抵抗121.128は予め調整されている。 1qられた信号は抵抗133とコンデンサ134で平滑
化し、信号電圧とする。 この信号電圧はコンパレータ132の−hの端子に入力
する。コンパレータ132の他方の端子には基準電圧を
入力する。基準電圧は可変抵抗131によって調整され
る。この基準電圧は壁面の材質、厚さ等が変化しても誤
感知しないように、測定器具の感知感度を調整する機能
を有し、測定詩作業者が可変抵抗131を調整して設定
する。 コンパレータに入力される信号電圧が基準電圧以上であ
れば、コンパレータの出力はハイとなりトランジスタ1
37.138で増幅されて発光ダイオード140が点灯
する。 前記したように、コンパレータ132に入力さメ れる信号電圧はコイル126に磁性体が接近した状態で
大きくなるように設定されているから、発光ダイオード
140が点灯した状態はコイル124の近傍に磁性体が
存在しCいることを知らせる。 次のコンデンサ゛の容M変化を感知する回路150につ
い°C説明する。 スイッチ101が”l01bの側にセットされ、かつス
イッチ102がオンされると回路150の電源線がオン
する。この場合ツェナーダイオード110によって電源
電圧の一定化が図られる。またこの状態ではダイオード
105を介して発光ダイオード106が点灯する。スイ
ッチ101が101bの側にセットされ、スイッチ10
2がオフの時電源回路がオフとなる。スイッチ701に
J:す、120と150の回路に同時に通電されること
はない。 回路150ではIC151と152(たとえばC−MO
SのTC7400が利用できる)、抵抗153,154
、コンデンサ155でマルチバイブレータ回路を構成し
、本実施例では、A点の電圧変化を示す第9図Aのよう
に、約100 k Hzのパルスを発生させている。 コンデンサ156は抵抗157を介して電源のプラス線
に接続されており、A点の電圧がハイからLl−に切り
変わった瞬間放電してローレベルに落ち、ついで抵抗1
57を介して充電される。この変化の様子はB点の電圧
変化を図示する第9図Bに示される。 B点の電圧が指数関数的に上昇する過程で、IC158
のスレッシュホールド電圧を越え、その瞬間から0点の
電位は1..1−レベルとなり次にコンデン゛す156
が放電するまで1コーレベルが維持される。 0点のパルス電圧によっC本願のセンサに設けられた2
枚の面状電極160.161間に形成されたコンデンサ
が充電される。1枚の面状電極しかないセンサーを利用
している場合は、通常測定器具が作業者の体を介して壁
面と等電位となることから1に示づ゛ように面状電極1
60が接地され(すなわち160が壁面にあたる)、ざ
らにJに示すようにマイナス線が接地された状態と電気
的には同現象となり、面状電極161に電荷が帯電する
。 0点の電圧がl」−レベルに変化した瞬間から面状’a
NU160.161とで構成されるコンデンサ′は抵抗
162を介して放電を開始する。この際160と161
で構成されるコンデン1丈の容量が大きいほど、電圧の
低1・速度はゆるやかである。コンデン勺容Mが小さい
ときのD点の電圧変化を第9図のD−1に、大きいとき
の変化をD−’2に示す。 ゲートIC163には第9図りの電圧変化が入力される
。ここで、E点の電圧はD点の電圧がスレッシ」ホール
ド重圧を越えて変化するたびに反転して第9図Fに示す
ようなパルス波形となる。 E−1はコンデンザ容む1が小さい状態に対応し、E−
2は大きい状態に対応しCいる。 E点のパルス信)〕はT】ンデンサ167と抵抗168
r:平滑され、電圧信号に変換される。すなわち面状a
f極160,161間で構成されるコンノ゛ンサーの客
用が小さいほど]ンデンサ167が充電される時間は良
く、F点の信号電圧はi’1% くなる。 信号電圧はオペアンプ169の一方の端子に入力される
。オ°ペアンブの他方の端子には基準電圧が入力される
。この基準電圧は可変抵抗165によって調整可能であ
り、前記したコイルのインダクタンスを感知する場合と
同様に感知感度の調整が可能となっている。オペアンプ
169では信号電圧と基準電圧との差に応じて増幅し、
増幅された信号電圧がG点に生じる。 この増幅された信号電圧は3つのコンパレータ175.
176.177の一方の端子に各入力される。他ブJの
端子には基準電圧が入力されるが、各コンパレータに入
力される基準電圧は抵抗171.172,173.17
4によってそれぞれ異なるように調整されている。 G点の信号電圧が最も高い状態(これは面状電極160
.161間で構成されるコンデンサ客足が最も小ざい状
態に対応する)では、二】ンパレータ175のみが導通
して発光ダイオード178゜179が点灯する。 が少し増加した状態に対応する)では、コンパレータ1
75と176が導通ずるが、175と176は同電位の
為、発光ダイオード180.181のみが点灯する。 が最も増加した状態に対応する)では、すべての]ンパ
レータが導通ずるが、各コンパレータの出力線は同電位
の為、発光ダイオード182のみが点灯する。なおこの
場合には圧電ブ’f−189にIC184,186等で
発振されたパルスが印加され、鳴動するようになってい
る。 本回路が組込まれた測定器具を実際に使用する場合には
壁面に密着させた状態で可変抵抗165を調整して発光
ダイード178,179が点灯状態かららようと消灯状
態になるようにしておいで、壁面に沿って移動させれば
、背後に空気以外の物が存在する箇所では面状電極16
0.161間に構成されるコンパレ−タ4が増大して発
光ダイオードが点灯しはじめ、発光ダイオード182が
点灯することにより、下地材の存在する箇所に最も近接
した事が感知され同時にブリ′−音でも判別可能になっ
ている。 この状態でスイッチ101を切り替えてコイルのインダ
クタンスの変化を感知することにより、発見した下地材
が磁性体か否かを判断することができる。 (効果) 本発明により周囲の1m率を感知するための面状電極と
、周囲の透磁率を感知するためのコイルが一体化されて
しかも小形化できる。誘電率は静電現象に、透磁率は磁
気的現象に木質的型費を及ぼJ性質であることから、本
発明のセンサは小型一体化された静電磁気センサと言え
る。本センサtよ上記したように壁面の下地材の探知器
具などに応用でき、従来別々の器具を必要としていたと
ころをひとつの器具で達成可能にするなどきわめて実用
性の高い発明となっている。本センナは上記の例に限ら
ず多様な応用に供しえるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図から第7図の各(イ)は本発明の各種実施例に係
わるセンナの平面図を丞し、第1図、第2図、第4図、
第6図、第7図の各(ロ)は各(イ)の(Ll)−(ロ
)11断面図を示し、第3図と第5図の各(口〉は各セ
ンサの側面図を示し、第4図くハ)はコイル部分の斜視
図を示している。 第8図は本センサの利用に適した回路の一例を示す図で
あり、第9図は第8図の回路における各所の電圧の変化
を示す図である。 11.21,31,41,51,61.71    面
状電極22.32,42,52. 72    面状電
極16、26.36.46.5G、 66、76   
 ]イル13.23,33./13,53,63.73
    基板14.24,34. 54       
基板出願人     礒 井 誠 二 部 代理人     岡田英彦(外2名) 町\ 第 6  図(イ) ニア6b 第 7  図(イ) D−2−m=r\く;ニ二二二I「11\〈=ゴニニ]
ニスレ、/2本−jレト(163)第9図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)面状電極とコイルが偏平な形状に一体化されたこ
    とを特徴とする静電磁気センサ。
  2. (2)面状電極が複数枚組込まれたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の静電磁気センサ。
  3. (3)面状電極とコイルが一枚の基板上にパターン化さ
    れて形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項ないし第2項記載の静電磁気センサ。
JP61023384A 1986-02-05 1986-02-05 静電磁気センサ Expired - Lifetime JP2590312B2 (ja)

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