TW586001B - Temperature measuring method, object detecting method and object detecting device with vibrating-type level sensor - Google Patents

Description

坎、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 、、本發明是關於一種振動式位準感測器之溫度測定方 法、物體檢測方法及物體檢測梦 與設置於檢測管内之振動板的二=是關於-種根携 電磁鐵之線圈的振動頻率檢測 ：對向的 感測器之溫度測定方法、物體檢二有無的振動式位準 【先前技術】 Μ方法及物體檢測農置。 第10Α圖是習知振動式位 哉於Ρ1 *壯日曰T A rj时的概略方塊圖，記 載方、曰本特開平U_35l944號公報。 部1是將其基部u作為固定端 ^10A圖中，檢測管 所閉实而你i 使其則端部由閉塞部J 2 所閉塞而作為自由端。在檢測管 狀的振動片2。振動月 〕内。h有細長矩形 邻12, S ☆ 端固定於檢測管部1的閉夷 部12’另一端則設有永久磁 〕閉塞 測管部卜閉塞部12及振動片2=:自由端。因此，檢 塞部12返折，並將該返折的;：成使檢測管…在閉 樑。 作為振動片2的返折懸臂 再者，以與振動片2之 4安裝成密接於檢測管部丨的内二目二向：方式將電磁鐵 電驅動時，由於電磁鐵4所產生：。/電磁鐵4受到交流 場的相吸互斥作用，在振動^磁：與永久磁鐵3之磁 會以基部1 1作A 4 閉基部1 2及檢測管部i 在檢測：:]之=而產生返折懸臂樑的振動。 5。歪斜檢測元件5 ^文11側的内側壁設有歪斜檢測元件 疋用來檢測出檢測管部1之基部U側 314779 5 :振動振幅狀態而變換成電氣信號，並供岸至十 。放大電路6是將所輸入 兔路 第⑽、。圖是因為“ 再輸入至電磁鐵4。 疋U為知加於電磁鐵4泣 鐵4與永久磁鐵3之間 /；，L在電磁 雷* 生的相吸互斥力的圖。施* # 電磁鐵4的電流之極性與產加於 果是第1 OR P1轿-日日/ 网之磁％的關係如 鐵 β不、“糸’則與永久磁鐵3相對向的電 鐵4磁極會變成Ν極，而且在與安農於振動片2勺電磁 極之間會產生吸力，在與永久磁鐵η"極= 且振動片2的自由端在第⑽圖中會IS 丨只J艰文力量而位移。 ％工 則如==果將施加於電磁鐵4的電流之極性倒過來， 、J如弟10C圖所示，盥太Λ磁供Λ 4 1 ^λ /、水久磁鐵J相向側的電磁鐵4極性 ::轉而變成S極，而且會與振動片2之永久磁鐵 受^而與N極相。及，因此振動片2的自由端會在下測承 :而改變振動狀態。因&，藉由配合返折懸臂樑之振 ’、、、、固有振動頻率而切換施加於電磁鐵4的電流之極 十生’可持續產生振動。 ☆弟10A圖所示的例子是利用檢測元件5檢測出振動系 〇振動而變換成電氣信號，並利用放大電路6加以放大 再輪入至電磁鐵4,同時從檢測電路7輸出檢測信號。振 動的檢測元件5可使用壓電元件或加速度傳感器，但壓電 凡^容易破裂，且容易受到利用接著劑貼在檢測管所導致 之&境性及溫度特性等的影響，也有壓電元件本身之可靠 ^生低的問題。 3J4779 6 586001 之捃動切1 用日本特開平⑶2218號公報所示 测裂置的方法。此振動式位準檢測農置是 體設有激振用塵電元件及收訊用廢電元件，並！： ’再藉由收訊用屡電元件 才欢測出振動體的振動。秋 出輸入帶、^ ’將來自收訊用屢電元件的輸 振動頻^faiAimet ㈣象物接觸時的 頻率…= 接觸於被檢測對象物時的振動

電路，然後與基準電屢進行比較，告 书〔比較 象物接觸時，帶it、m 不與被檢測對 時則會變得比二ί;:，口出會變得比基準電壓低，接觸 梦而 土丰…，因此可檢測出被檢測對象物。 提高:且構Λ?:知例有檢測電路的零件數變多，成本 零件數的增加會導致可靠性降低。的問題。 【發明内容】

本^明之主要目的在於提供一種可減少 提升可靠性的振動式位準感測器之温度=數，且可 測方法及物體檢測裝置。 疋方去、物體檢 本叙明之振動式位準感測器之溫度測 設置於檢測管内之振動板的磁鐵隔著若干間隙用與， 磁鐵之線圈的特性來測定溫度者，其特徵為i。的電 的共振頻率為中心掃描預定範圍内之頻率的=振動板 線圈，並根據因為線圈之溫度所導致的電阻二*施加於 動的電流之相位角度的變化來測定溫度。阻值之變化而流 314779 7 W〜•々組你凋万法是根携 與設置於檢測管内之振動板的磁鐵隔著若干間隙相對向的 電磁鐵之線圈的振動頻率來檢測出物體之有無者，盆特微 為·以默的測定週期，將以振動板的共振頻率為中心掃 ::定範圍内之頻率的交流電施加於線圈，並且在施加交 >”L笔時’檢測出依物㈣ 伋物肢疋否接觸於振動板而產生的相位變 :匕，並根據所檢測出的相位變化來判斷物體之有無，在預 ::定週期：前半期間，根據所檢測出的相位變化來測定 :又在預疋週期之後半期間，根據溫度的測定結 所要掃描的頻率。 又 θ 2者」其他發明之振動式位準感測器之物體檢測裝置 ::的：6又置於檢測管内之振動板的磁鐵隔著若干間隙相 复^^磁鐵之線圈的振動頻率來檢測出物體之有無者， 率為ΤΓ:以預定的測定週期，將以振動板的共振頻 $^/定範圍内掃描頻率的交流電施加於線圈的交 依;由交流電施加機構施加交流料，檢測出 構 _於振動板而產生的相位變化的相位檢測機 U 由相位檢測機構所檢測出的相位變化來判斷物體 位檢測機欞」 期之前半期Fa1，根據相 在hw測輸出來測定溫度的溫度測定機構；以及 變所2期之後半期間，根據溫度測定機構之敎結果改 要知描的頻率的頻率變化機構。 率二：相位檢測機構是用來檢測出因振動板之振動頻 、又*電之掃描頻率的混合而在電磁鐵之線圈所產生的 314779 8 586001 脈衝頻率成分所導致的相位波動。 再者，相位檢測機構包含用來抽出脈衝頻率成分的淚 波器。 再者’溫度測定機構是根據因線圈溫度所導致的電阻、 值變化而產生的電流相位角的變化來測定溫度。 [發明之效果] 如以上所述，根據本發明，在振動式位準感測器中， 由於是採用一種以預定的測定週期，將以振動板的共振頰· 率為中〜掃“預疋頻率範圍的交流電施加於線圈，並藉由 物體是否接觸於振動板而產生的相位變化來判斷物體之有 無的物體檢測方法，因此可僅由驅動用的電磁鐵及永久礙 鐵構成檢測部，所此在收訊用的感測器部分不需要如習知、 般採用壓電元件或加速度傳感器，而可減少零件數，且可 提升裝置的可靠性。 而且，由於是在預定測定週期之前半期間根據所檢測 出的相位變化來測定溫度，在後半期間根據溫度的測定結鲁 果使掃描頻率範圍最適當化’因此可加快檢測裝置的響應 性。 再者，溫度測定方法是僅使用作為檢測部的驅動用電 磁鐵及永久磁鐵，因此不需要另外的熱電阻器，而可實現. 構造的簡化及大幅的成本降低。 【實施方式】 以下’利用圖面來說明本發明實施形態的振動式位準 感測器。在以下相同或相當的部分咐— 1刀I付上相同的兀件符號， 314779 低以進行G正。頻率的掃描範圍是在基準值9·4Ηζ到6.3Hz 的上下15·7ϊίζ之間。此處的基準值並不是振動板23的共 振頻率而疋相對於干擾電壓之峰值的頻率，有關於此容 後敘述。 頻千的彳▼描速度之一例是11.1 Hz/秒，也就是以1.8秒 掃描1、Hz掃描速度越慢，越可詳細觀測振動的變化， 但是町兼顧計測時間等而設定此值。 第圖疋用來說明干擾電壓（脈衝）的波形圖。將某兩 個頻率加以混合時，P知合舌&女l > τ 已知會重新產生該頻率的和以及差的 頻率成分。例如，將τι，Λ 將3 80Hz及3 85Hz的頻率加以混合時， 冒產生765Hz及5Hz的頻率成分。 疋如第3圖所說明，以11 · 1 Hz/秒的速度掃描振 動板'、振頻率的上下i5.7Hz的頻率範圍。如第4圖 所示’ _始掃描之後’掃描頻率與共振頻率是分開 二因：不,弓|起振動’且不會產生反向電流。如⑴)所示， ^知馅頻率接近共振頻率時，振動板23的振動就會開始增 加亚且在頻率一致時達到最大值，反向電流也會達到t 大值7 (111)所不，之後掃描頻率會以-^的速度持續變 板23的振動頻率會維持在⑼達到最大值的丑 振頻¥而慢慢衰減。 /、 〜1 υ的振動衰減期間使振動頻率不會變化 果頻率會變化的.驅動電流的掃描頻•、與4 不會變化的反， ώ 只+ 电健的振動頻率相互混合，会 率的發生。利用濾、座哭檑 日 衝頻 心/扣僅抽出所產生的脈衝頻率中差的頻 J2 3^779 586001 率成分（會變化），拆 x，、大小判斷粉體之有盔。 檢測部由粉體所孕楚 ^ 刀月足所覆盍以致振動板23 會發生反向電流，冰 曰振動％，並不 此原理的振動式位s 乂下即針對利用 卜 準感測器之實施形態加以詳细★兒明 第5圖是本菸日日— 汗、、、田次明。 伞^明一貫施形態的振 塊圖。第5圖中，料+ 大位準感測器的方 ^ Λ电驷40包含用來產生掃描頻率之^ 電壓的脈衝產生雷攸ζ， φ细/貝手之脈衝 … 所產生的脈衝電墨會從驅動電路 5 1經由電流檢測電 ）勡窀路 包塔52供應至電磁鐵2 1。雷、、ώ 52會檢測出流到電 電机私测電路 电路5 3。相位比較雷 η 較 貝J疋仏測出該脈衝電流盘 衝產生電路所供應之脈衝電μ的相位差。 、饮脈 粉體未接觸於檢測部時，振 扳2 J就會振動，並且在 焉£動电流產生前述脈衝成分， 成 口此在相位比較電路Μ的輸 W產生波動。粉體接觸於檢測部時，振動板2 3並不會振 動，因此不會產生此相位的波動。此相位比較電路53二輸

出會供應至平滑電路54，並且竹A JL丑作為捕獲讯唬輸入至微電腦 4〇。由於相位比較電路53的輸出是一種pwM訊號，因此 平π電路5 4會將其變換成容易處理的類比電壓。 藉由平滑電路54所變換的類比電壓會供應至帶通濾 =器（BPF)55,並且供應至内藏於微電腦4〇的1〇位元a/d 變換器42而變換成數位訊號。此數位訊號是用來作為溫度 計測用的輸入。BPF55只會檢測出5Hz附近的波動（脈衝） 成分。該檢測訊號會藉由放大電路56而放大並供應至内藏 於微電腦40的10位元A/D變換器43。經由A/D變換器 3J4779 13 43變換後的數位訊號則是作為粉體檢 3/儿 从 2 2 ΠΊ Q Ρ η 的間隔讀入微電腦40。 msec 於微電腦40連接有延遲電路58及動作 電腦40是對於所讀人的檢職號進行運算處心求出^ 峰值，亚且將該峰值與預設的設定值 ’、 疋"ΠΓ比較。再去，#々 電腦40會根據比較結果，將用來顯示被檢測物之有 號輸出至延遲電路58及動作顯示燈59。 頁…的汛 在微電腦40中與電磁鐵21的連接鬆脫時 示出不可能的溫度值，目此可將此視為錯 ：頒 57等機構發出警報。 曰由手鳴益 此外’上述實施形態是利用相位比較電路Μ檢測出波 動，但並不限定於此，亦可使用 、 機構。 丨了使用用以檢測出相位差的其他 第6圖是第5圖所示之振動式位 ^ +以測裔的計測程序 圖，弟7圖是第ό圖之計測程序中的 圖。 T日7枴肢檢測期間的詳細 微電腦40是如第6圖所示，例 宁、闽抑& 扪如以大約4秒為一個測 疋週期進行位準計測。將大約4矛，、沾 , —“、 勺心的一個測定週期中例如 刖半部分大約2 · 2秒設定為、、®声、、目丨— 疋為/皿度測夂週期，將後半大約1.8 心设疋為粉體檢測週期。前半部分 丁,刀曰h皿度測定週期中，微 笔腦40是根據A/D變換器42的數位於 缺〜 曰]数位輸出來計測溫度值。 二、、、後’微電腦4 0會藉由該測定的溫声 J疋扪/皿度值來控制粉體檢測週 期的掃描頻率範圍。 ✓皿度計測期間中，如第6阁 — 弟6圖所不，掃描頻率是固定在 314779 14 586001 5〇〇Hz，如第7圖所示，粉體檢 .t 切、釗期間開始之後0·54秒會 Γ從5°_切換至掃描開始頻率所導致的驅動電流之干 影響，因此會使A/D變換器43的輪出變成⑽⑸ 進行電壓的加入，在之德的细門4 & *之设的期間才使A/D變換器43的輸 出變成ON而讀入電壓。 沒有粉體時是如第7圖所示，會產生因脈衝電壓等所 導致的波嫩，檢測部由粉體等所覆蓋而不會振動時則 是如第7圖的粗線所示，不會發生因波動所產生的電壓。 此振幅值就是振動值。此振動值是Q至ig23(iq位元⑽ 變換器43)的值。 第8A、8B圖是第7圖之變換器43的輸入電壓波 形的實測值。f 8A^使檢測管i之前端形成自由狀態 時的波形’第8B圖是用手握住檢測管J前端時的波形圖。 如果將第8A圖及第8B圖進行對照即可明瞭，在前半期間 使檢測管1之前端形成自由狀態時與加以拘束時，波形有 明顯的不@，因此不會有粉體有無之判斷產生錯誤的情 況。 月 第9A圖及第9B圖是第5圖所示之振動式位準感測器 的溫度測定詳細圖。如第9B圖所示，電磁鐵2 1可視為包 含線圈，並且使電感XL及電阻R等效串聯連接者。當對 此電路施加交流（脈衝）電壓，則電流會因為電感XL及電阻 R所構成的相位延遲而流動。當線圈的溫度變化時，電阻 值會如前所述產生變化，但電感XL不會因溫度而變動。 因此如第9A圖所示，因溫度變化所導致之電阻變化而流 314779 15 586001 第2圖是本發明之振動式位 ^ ς si b 4g ^ 。。的原理說明圖。 =圖？率之掃描與溫度修正的關係曲線圖。 第4圖是用來說明干擾電壓(脈衝)的波形圖。 第5圖是本發明一實施形態 塊圖 圖 圖 勒式位準感測器的方 〇 第6圖是第5圖之振動式位準感測器的計測程序圖。 第7圖是第6圖之計測程序㈣體計測期間的詳細 第8Α圖及第8Β圖是A/D變換器43的輸入電壓波形 第9Α圖及第9Β圖是第5圖之振動式位準感測器的温 度測定詳細圖。 第1 Ο A圖是習知振動式位準感測器的概略方塊圖，第 1 Ο B、第1 0 C圖是表示因施加於電磁鐵4的電流而在永久 磁鐵3之間所產生的相吸互斥力的圖。 1 檢測管部 3 永久磁鐵 5 JE»斜檢測元件 7 檢測電路 12 閉塞部 22 磁鐵 3 1 電動機 40 微電腦 2 振動片 4 電磁鐵 6 放大電路 11 基部 21 電磁鐵 23 振動板 32 電池 41 脈衝產生電路 π 314779 586001 42 > 43A/D 變 換器 51 驅 動 電 路 52 電 流 檢 測電路 53 相 位 比 較 電 路 54 平 滑 電 路 55 帶 通 濾 波 器 (BPF) 5 6 放 大 電 路 57 蜂鳴 器 58 延 遲 電 路 59 動 作 顯 示 燈 XL 電 感 R 電 阻

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Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍： 1 · 一種振動式位準感測器之溫度測定方法，係利用與設置 ;才欢測^ (1)内之振動板（2 3)的磁鐵（2 2)隔著若干間隙 相對向的電磁鐵（21)之線圈的特性來測定溫度者，其特 徵為： κ 將以鈾述振動板（23)的共振頻率為中心掃描預定 乾圍内之頻率的交流電施加於前述線圈，並根據因前述 線圈之溫度所導致的電阻值變化而流動的電流之相位 角的變化來測定溫度。 2· 一種振動式位準感測器之物體檢測方法，係根據與設置 於檢測管（1)内之振動板（23)的磁鐵（22)隔著若干間隙 相對向的電磁鐵（21)之線圈的振動頻率來檢測出物體 之有無者，其特徵為： 以預定的測定週期，將以前述振動板的共振頻率為 中心掃描預定範圍内之頻率的交流電施加於前述線 圈，並且在施加前述交流電時，檢測出依前述物體是否 接觸於前述振動板而產生的相位變化，並根據前述所檢 ^出的相位變化來判斷前述物體之有無，在前述預定測 定週期之前半期間根據前述所檢測出的相位變化來測 定溫度，在前述預定週期之後半期間，根據前述溫度的 ’則定結果改變前述所要掃描的頻率。 .種振動式位準感測器之物體檢測裝置，係根據與設置 於檢測管⑴内之振動板（23)的磁鐵（22)隔著若干間隙 相對向的電磁鐵（21)之線圈的振動頻率來檢測出物體 3J4779 ]9 付徵為具有 以預定的測定调 中心在預定範圍内浐；’將以前述振動板的共振頻率為 的交流電施加機構頻率的交流電施加於前述線圈 由前述交流雷 述物體是否接觸心、;f構施加交流電時，檢測出依前 的相位檢測機構； 動板(2 3)而產生的相位變化 根據由前述;);曰〃 、 双測機構所檢測出的相位變化來 卵1物肢之有無的判斷機構； 在前述預定浪丨令 測機構之檢測輪㈣=之前半期間’根據前述相位檢 在前述預=溫度的溫度測定機構；以及 構之測定处果·’之後半期間，根據前述溫度測定機 構。、改變前述所要掃描的頻率的頻率變化機 如申請專利範圍第3項之 測裝置，1中，t、f 4準感測器之物體檢 振動板(23)之振動… '，械構疋用來檢測出因前述 入而在前、卜動頻率與所述交流電之掃描頻率的混 。而在則述電磁鐵之線圈所 致的相位波動。 的脈衝頻率成分所導 如申請專利範圍第4項之振動 測裝置，苴由二、、 準感測器之物體檢 衝頻率成分的編(55)。構…來抽出前述脈 如申請專利範圍第3項之振動式 測裝置，其中，前述溫度測定機構是：："之祕 稱疋根據因前述線圈之 3)4179 20 586001 溫度所導致的 的變化來測定 阻值之變化而產生的電流之相位角度 度。 2] 314779