JPH01145501A - 誘導近接センサー - 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、センサー・ハウジングと；センサー・ハウジ
ングを通る対称な平面のいづれかの側に置かれ、検出さ
れる物体又は基準部材の方向に面する前方部においてそ
れぞれのコイルを開放状態にする１片の磁気材料によっ
て部分的に取り囲まれｊ；測定コイル及び基準コイルと
；両コイルに交流信号を供給し、そして−物体が接近す
るとき基準コイルの特性に関して測定コイルの特性の変
化を測定し、そしてそれに基づいて距離又は物体の存在
を決定する電子回路と；を具備する、電気伝導率を有す
る物体を検出する誘導近接センサーに関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点測定コイ
ルと、側部と後部において測定コイルを取り囲みそして
検出すべき金属物体の方向に面する前部を開放する磁気
材料のブロックと、測定コイルに交流信号を供給しそし
てコイルの特性を測定し金属物体への距離を決定する電
子回路とを備えた誘導近接センサーが、フランス国特許
出願Ａ−２，３４６，６７９号から公知である。

このような誘導近接センサーにより、測定コイルの磁場
内の金属物体の存在又は接近する場合、損失電流又は渦
電流が該金属物体に生成される。

該物体の有限なインピーダンスの結果として、これによ
って損失が生じ、その結果、測定コイルの等価損失抵抗
が変化させられる。測定コイルの自己インダクタンスも
また変化する。該損失抵抗及び／又は自己インダクタン
スは電子回路にて測定され、該物体への距離が決定され
る。損失抵抗と自己インダクタンスは、該距離によるだ
けでなく、コイルの寸法、磁気（コア）材料、及び温度
の影響に依存する。

センサーに方向性感度を与えるために、磁気材料のブロ
ックは、銅のような導電材料の遮蔽リングによって取り
囲まれる。これは、測定コイルの前部と後部における磁
気Ｈ場を中和する。磁気材料中の残存するＢ場は、測定
コイルの特性、測定コイルにおける電流および磁気材料
の特性によって、十分に決定される。

磁気材料の理想的でない性質はＢ磁場に反映され、そし
てこのためセンサーの感度に反映される。

特に、磁気材料の温度依存性は、検出性能全体に大きな
影響を与える。磁気材料の温度係数の広がりは温度係数
自身とほぼ等しい大きさであるために、通常の補償技術
は、実際には適切ではない。

温度の影響の結果として、コイルの特性における変化は
、検出距離における最大許容精度が与えられたとき、最
大検出距離を決定する。

温度変化による損失抵抗及び／又は自己インダクタンス
におけるドリフトを、センサーにおけるＮＴＣ抵抗器に
よって補償することができる。しかし、磁気材料におけ
る損失は、そのような抵抗器により十分には補償するこ
とができない。正確な補償のためには、磁気材料の各コ
アに対して個々のＮＴＣ抵抗器を有することが必要であ
る。

西独特許出願Ａ−３，２２８．５２４号から、電気伝導
率を有する物体の検出のための別の誘導近接センサーが
、その特許請求の範囲第１項により公知である。このセ
ンサーは、２つの別々の磁気回路を使用し、その内の一
方は測定コイ゛ルからなり、そして他方は基準コイルか
らなる。２つのコイルは、単一信号源を有する電子回路
から駆動され、そしてコンデンサーを用いてかつ信号源
周波数の調整により、共振状態にもたらされる。測定回
路に関する基準回路の電圧の位相のずれが測定され、そ
して距離の尺度として使用される。このセンサーの欠点
は、少なくとも１つの回路の該必要とされる調整と、両
磁気回路における磁場の相互の影響とにある。このため
、クロストークを防止しそしてこれにより良好な感度を
獲得するために、両方の回路の間に遮蔽を備えることが
必要である。さらに、両磁気回路を、互いに非常に等し
く作ることはできない。

公知のセンサーはまた、特定の温度において、センサー
の検出距離、即ち、検出される物体と出力信号が生成さ
れるセンサーとの間の距離、を正確に調整する可能性に
欠ける。

本発明の目的は、上記の問題を除去し、そして広範囲の
かつ調整可能な検出範囲を有し、更に温度の影響と電気
及び／又は磁気干渉場に極めて感応しにくい、非常に正
確な誘導近接センサーを提供することである。

問題点を解決するための手段 上記の目的は、本発明により、発明の詳細な説明の冒頭
にて述べられた形式の誘導近接センサーにおいて達成さ
れる。そしてこの場合、２つのコイルを囲む磁気材料の
断片はブロックを形成する同一の均質な材料から本質的
に形成され、相互クロストークを抑止するために、両コ
イルによって生成された磁場を遮蔽するための手段がセ
ンサー・ハウジングにおいて備えられ、そして各コイル
の電子回路は、周波数選択測定を行うための独自の発信
器を備えた別個の同期検出器を有し、検出距離における
磁気材料と測定コイルの特性の変化の影響が、電子的に
補償される。

センサー・ハウジングにおける該遮蔽手段は、均質な磁
気材料のブロックを囲む導電材料の遮蔽リングであり、
前部と後部においてＨ場を中和し、そしてセンサーの感
度は測定側と基準側とに限定される。リングは有限のイ
ンピーダンスを有するために、これは幾らかの減衰を引
き起こし、その結果、センサーの感度はある程度減少す
る。

本発明によるセンサーにおいて、磁気材料のブロックは
、１片の均質な磁気材料、あるいは対称平面において相
互に並ぶ２片の本質的に同一の均質な磁気材料からなる
。また、センサー・ノ１ウジング中の該遮蔽は、２片の
本質的に同一の均質な磁気材料が対称平面において距離
をおいて互いに対向して位置するように実現させること
ができる。

このようにして、２つの事実上同一のセンサー、即ち、
測定コイルと基準コイルが得られ、これらは、同−又は
本質的に同一の磁気材料を共有する。

このため、両センサーは、磁気材料に関して同−又は実
質的に同一の性質を有し、そして２つのコイルに関して
同一の性能を有する。結局、コイルの線材の特性は、非
常に申し分なく一定に保たれる。その結果、１片又は２
片の磁気材料の場合における磁気材料の性能に関して、
直接又は間接測定の助けをかりて、測定センサーの補償
が達成され、そしてコイルの性能に関して、間接測定の
助けをかりて測定センサーの補償が達成される。

２つのコイルの特性は、互いに独立に測定される。この
目的のために、各コイルは、特定周波数の発信器信号を
有する電子回路から駆動される。

測定コイルの特性は周波数ｆ１において測定され、そし
て基準コイルの特性は周波数ｆ２において測定される。

両コイルの間のクロストークを十分に減少させるために
、この測定は、例えば同期検出回路の助けをかりて、周
波数選択式に行われなければならない。この駆動の結果
として、２つのコイルは、各々、磁気材料においてＢ磁
゛場（Ｂ＝μＨ１この場合μは、磁気材料の透磁率であ
る）を生成する。磁気材料の高透磁率の結果として、測
定コイルの近傍における、測定コイルによって生成され
たＢ場の磁力線は磁気材料を通過し、Ｂ場は、基準コイ
ルによって実質的に閉鎖されない。

逆に、また、基準コイルによって生成されたＢ場は、測
定コイルによって実質的に閉鎖されない。

さらに、銅遮蔽リングが存在するならば、第１コイル又
は第２コイルによって生成されたＨ場が、第２コイル又
は第１コイルによって実質的に閉鎖されないことを、銅
遮蔽リングは確実なものとする。このようにして、２つ
のコイルの磁場の十分に有効な遮蔽は、互いに近接して
位置したとしても、達成される。

電気伝導率を有する検出すべき物体とセンサー即ち測定
コイルとの間の距離がこうして測定される。基準コイル
の反対側には、既知の固定距離において、例えば金属板
の基準部材が位置する。この実施態様において、電子回
路が出力信号を送出するならば、そして測定コイルの損
失抵抗値、自己インダクタンス値、又はこれらの値の組
み合わせが、基準コイルのそれらの値と等しいかあるい
は大きいならば、検出距離は基準距離に等しい。

例えば金属の物体が大きな距離にあると、２つのコイル
の測定された特定量ΔＳｐの差は、金属物体からセンサ
ー薫での距離と基準板からセンサーまで距離の差の尺度
である。ΔＳｐが特定の調整可能な値よりも大きいなら
ば、電子回路をして出力信号を送出させることにより、
検出距離を結果的に調整することができる。特定の検出
距離をまた、基準金属板なしに調整することができる。

１つの実施態様において、遮蔽リングは、磁気材料のブ
ロックの周囲の一部分を僅かに超える。

僅かの寸法のこの拡張は、２つのコイルによって生成さ
れたＨ場のクロストークを十分に減少させるために適切
である。しかし、リングの小さな拡張と、その結果上じ
るコイルにおけるリングの低い減衰効果の結果として、
センサーの差分感度、即ち、金属物体の変位によって生
じたコイルの特定量における変化は、遮蔽リングが磁気
材料のブロックの全周囲を超えて延びるならば、より大
きくなる。この結果、金属物体を、より大きな距離にお
いて検出することができる。

別の実施態様において、遮蔽リングは、磁気材料のブロ
ックの全周囲を超えて伸張する。この実施態様は、所謂
「完全遮蔽」取り付はセンサーを形成し、例えばロボッ
ト腕等の金属物体に取り付けることができる。また、遮
蔽リングを、磁気材料のブロックの周囲を超えて基準コ
イル側に突出させ、そしてその際、基準コイルの反対側
の特定距離において基準板の機能を果たさせるようにす
ることができる。ここではまた、基準コイルの損失抵抗
と自己インダクタンスは、突出する遮蔽リングの後ろに
位置する金属物体の存在に依存せずあるいは実質的に依
存しない。また、遮蔽リングを、金属板または銅板によ
って基準コイル側において閉鎖することができる。

周波数選択測定を行うために、測定コイルと基準コイル
に対して独自の発信器を備えた別々の同期検出器を使用
する、上記の実施態様における電子回路は、例えば５　
Ｑ　Ｈｚ干渉信号のような周囲の干渉を抑止するために
有効に使用することができる。

さらに別の実施態様において、２つの発信器は、２つの
コイルの個々の駆動信号の間のクロストークの影響を減
少させるために、周波数のずれを有することができる。

実施例 本発明を、図面を参照して、例示の実施態様に基づき、
さらに詳細に説明する。

第１ａ図と第１ｂ図に示された公知の誘導近接センサー
において、Ｌｌは測定コイルを示し、８は磁気材料のブ
ロックを示し、そして３は検出される接近金属物体、例
えば金属板、を示す。第１ａ図におけるセンサーは、所
謂「非遮蔽」形であり、接近する金属物体から離れた該
センサーの近傍において、金属が存在しないように取り
付けられなければならない。第１ｂ図は、所謂「完全遮
蔽」形の公知のセンサーであり、例えばロボット腕等の
金属保持器に取り付けることができる。該センサーは、
磁場を遮蔽するために、磁気材料のブロックの回りに、
例えば銅の遮蔽リング４を有する。多分、金属小板を、
磁気材料のブロックの後部に配置することもできる。こ
の構造の結果として、測定コイルの等価の損失抵抗及び
自己インダクタンスは、センサーの前方部における金属
物体の存在又は接近にのみ依存する。

第１ｃ図に示された公知のセンサーの電子回路は、例え
ば負インピーダンス発信器である発信器５と、検出器６
と、比較器７とを具備する。負インピーダンスの値は、
発信器において示される外部抵抗によって決定される。

該発信器には、センサー測定コイルによって形成される
ＬＣ回路が結合される。ＬＣ回路の等価（損失）並列抵
抗が、金属物体の接近の結果として特定値を超えるなら
ば、発信器は停止する。発信器の停止は、有益な信号を
与えるために用いられる。この比較的単純な原理は、高
い精度が必要とされない限り適切である。前述のように
、温度変化によるコイル線の抵抗および磁気材料におけ
るドリフトの結果として生ずる検出距離の不正確さは、
さらに大きな問題となる。例えば磁気材料における損失
の温度係数は、温度係数自身と同じ程度の広がりを宵す
る。

第２図は、本発明によるセンサーの一般原理を示す。Ｌ
２は基準コイルを示し、９は金属基準板を示し、そして
ＩＯはセンサーの対称横断平面を示す。この基礎的な図
式において、磁気材料は、１片からなるとして示される
。測定コイルＬｌおよび基準コイルＬ２の特性は、電子
回路の別個の部分によって、互いに独立に測定される。

この目的のために、測定コイルは周波数ｆｌを有する信
号により駆動され、そして基準コイルは周波数ｆ２を有
する信号により駆動され、その結果、これらのコイルは
、各々、磁気材料中にＢ磁場を生成する。磁気材料の透
磁性の結果として、測定コイルによって生成されたＢ磁
場は、基準コイルによって実質的に閉鎖されず、またそ
の逆も成り立つ。

示された遮蔽リング４は、測定コイルによって生成され
たＨ磁場が、基準コイルによって実質的に閉鎖されず、
また逆も成り立つことを保証する。

この構造は、２つのコイルが互いに接近していても、２
つのコイルの間に有効な遮蔽を達成する。

電子回路において、金属板３のようの金属物体が接近又
は存在するならば、測定コイルＬｌの特性と基準コイル
Ｌ２の対応する特性との間の差が測定される。センサー
は鏡面対称構造であり、コイルＬｌとＬ２は同一であり
、かつ磁気材料は均質であるために、両コイルが同一の
信号（同一周波数と同一振幅）により駆動されるならば
、測定コイルの等価損失抵抗と自己インダクタンスは、
検出される板３が基準測定板９の距離ｄ２に等しい距離
ｄｉにあるとき、基準コイルのそれと等しくなるであろ
う。この結果として、正確な距離検出が温度に独立して
可能である。同時に、磁気材料のブロックが均質な材料
の１片又は２片からなるならば、該材料の特性は、所謂
直接又は間接測定により、基準コイルの助けをかりて決
定される。

測定コイルと基準コイルとが、可能な限り同一であるな
らば、測定コイルの特性は、所謂間接測定により決定さ
れる。

第３ａ図乃至第３ｃ図に示された所謂「完全遮蔽」取り
付は形式のセンサーは、各々、遮蔽リング４を備える。

該遮蔽リングは、基準コイル側で少しの距離だけ突出し
、これにより基準板９の機能を行う。ここでまた、基準
コイルＬ２の等価損失抵抗と自己インダクタンスは、突
出する遮蔽リングの後ろに位置する金属物体の存在に依
存せずあるいは実質的に依存しない。突出する遮蔽リン
グの端部はまた、金属または銅板によって閉鎖すること
ができる。再び、測定コイルの特定量と基準コイルの対
応する量における差を、調整可能な値を有する電子回路
において比較することにより、センサーの検出距離を調
整することができる。温度の影響は再び最小である。

第３ａ図において、ブロック８は１片の均質な材料から
作製された磁気材料からなり、その結果、該材料の特性
は再びコイルによって直接に測定される。第３ｂ図にお
いて、ブロック８は２片の木質的に同一の均質な磁気材
料からなり、その結果、測定コイルＬ１の回りに位置す
る磁気材料の特性は、基準コイルＬ２の回りに位置する
磁気材料の特性を決定することによって間接的にに測定
される。

第３ｃ図に示された実施態様において、ブロック８は、
再び２片の本質的に同一の均質な材料から作製された磁
気材料からなり、この２片は対称平面の両方の側におい
て互いに間隔をあけられる。

測定コイルの回りの磁気材料の特性は、再び、間接測定
によって決定される。温度の変動による両コイルおよび
関連コイル材料の抵抗と自己インダクタンスにおけるド
リフトは、検出距離に影響を与える。２つのコイルと磁
気材料のコアとの間の大きな温度差という危険性がこの
実施態様において存在するために、この実施態様は、第
３ａ図と第３ｂ図よりも幾分不正確である。

第４ａ図乃至第４ｃ図に示された所謂「非遮蔽」取り付
は形式のセンサーは、磁気材料のブロックの周囲に小さ
な距離だけ広がる遮蔽リングを有する。このリングの目
的は、再び、２つのコイルによって生成されたＨ場のク
ロストークを十分に抑止することである。この遮蔽リン
グの小さな広がりの結果として、センサーの差分感度は
、　「完全遮蔽」取り付は形式のそれよりも幾分大きく
、その結果大きな検出距離が達成される。

第３ｃ図と第４ｃ図に示された実施態様において、遮蔽
板が、遮蔽リングの代わりに、又は組み合わせて、遮蔽
機能のために配置される。

上記の実施態様において、金属基準板を、センサーの後
部に存在させることができる。その時、センサーは、該
基準板の後ろに位置する金属物体にもはや感応せず、そ
の結果、例えば、電子回路をその位置に置くことができ
る。

前述のように、２つのコイルの対応する特定量は、特定
の周波数にて測定されなければならない。

例えば、第３ｃ図と第４ｃ図の場合のように、２つのコ
イルの間にカプリングが全く存在しないならば、特定量
の測定は、２つの同一信号、即ち同一周波数と同一振幅
、によって駆動することにょり行うことができる。

この測定のために、コンデンサーが、第５図に示された
ように、測定コイルに並列に、そしてまた基準コイルに
並列に配置される。測定コイルＬｌを含む回路は共振周
波数ｆｌを有し、そして基準コイルＬ２を含む回路は共
振周波数ｆ２を有する。測定回路は周波数ｆｏｓｌを有
する信号１ｉｎ１により駆動され、そして基準回路、は
周波数ｆｏｓ２を有する信号により駆動される。理想的
な場合には、ｆｏｓｌ＝ｆｌかつｆｏｓ２−ｆ２である
。測定回路の振幅は、測定コイルの自己インダクタンス
Ｌｌと等価損失抵抗Ｒ１の間の比の尺度であり、そして
同じことは、基準コイルＬ２の比Ｌ２／Ｒ２に適用され
る。同時に、共振周波数ｆｌとｆ２は、測定コイルと基
準コイルの自己インダクタンスの尺度である。回路電圧
ａ又はｂの振幅は、ピーク検出器２０．２１．又は同期
検出器２２．２３の助けをかりて検出することができる
。検出器の後ろに組み込まれた低域フィルター２４は検
出の帯域幅を決定し、そして該フィルターは、検出器の
出力に存在しそして通過帯域の外にある干渉信号を抑止
する。

２つの回路を駆動する両信号の周波数ｆｓ’ｏｌとｆ　
ｓｏ２は、周波数電圧変換器２８．２９の助けをかりて
決定される。再変換器の出力直流電圧における差は、両
コイルの自己インダクタンスの値の差の尺度である。こ
の差分信号は、差動増幅器３０　（Ａからの電圧）の後
にて得られる。低域フィルター２４の後の直流電圧にお
ける差は、差動増幅器６１（Ｂからの電圧）の後にて得
られ、そして両コイルの比Ｌ／Ｒの差の尺度である。Ａ
とＢにおける電圧は、加算器６２を用いて、一定の比に
おいて互いに加算される。それから加算器の出力電圧は
、比較器２５における調整可能電圧Ｖｒｅｆと比較され
、Ｄにおける出力電圧を与える。検出距離は、この調整
可能な値によって設定することができる。同期検出器２
２．２３の各々には、同期検出に関連した局部発信器２
６．２７が結合される。

センサーの事実上総ての実施態様において、小さな寄生
カプリングがコイルの間に発生し、そしてこれは、２つ
の回路における信号の間の寄生クロストークを生じさせ
る。こうして、周波数ｆ。

ｓ２を有する干渉電流源が測定回路において発生し、そ
してこれは、周波数ｆｏｓｌを有する所望の信号のほか
に、回路に周波数ｆｏｓ２を有する干渉電圧を送出する
。これはまた、基準回路の干渉信号にもあてはまる。

ピーク検出器が使用されるならば、所望の信号の振幅は
直流電圧Ｕｇに変換され、そして干渉信号の振幅は直流
電圧Ｕｓｌに変換され、その結果、２つの直流電圧Ｕ　
ｇ　十Ｕ　ｓ　ｌの和が出力において生成される。この
直流電圧のほかに、周波数（ｆｏｓｌ−ｆｏｓ２）を有
する干渉信号が存在する。

寄生カプリングによる干渉直流電圧Ｕｓｌは、周波数ｆ
ｏｓｌとｆｏｓ２が互いに等しいか否かに拘わらず、常
に発生する。寄生カプリングによる検出された干渉信号
Ｕｓｌは、共振測定回路自身のフィルター作用によって
のみ減少させられる。

ｆｏｓｌが近似的にｆｌに等しくかつｆｏｓ２が近似的
にｆ２に等しいならば、２つの発信器信号の間の周波数
差は、このフィルター作用を使用するために、共振測定
回路の帯域幅の半分よりも大きくなければならない。

同期検出器が使用されるならば、周波数ｆｏｓｌを有す
る所望の信号の振幅は、該所望信号の振幅の尺度である
直流電圧Ｕｇに変換される。周波数ｆｏｓ２を有する干
渉信号Ｕｓ２は、周波数（ｆｏｓｌ−ｆｏｓ２）を有す
る干渉信号Ｕｓに変換される。この信号は、検出器の後
のフィルターによって抑止することができる。この目的
のために、２つの駆動信号の間の周波数差は、該フィル
ターの帯域幅、即ち検出帯域幅、よりも大きくなければ
ならない。もちろん、該干渉信号はまた、ピーク検出器
における場合のように、共振測定回路によってフィルタ
ーされる。このフィルター作用を再び使用するために、
２つの発信器の間の周波数差は、共振測定回路の帯域幅
の半分よりも大きくなければならない。

回路の発信器周波数と共振周波数が正確に等しい場合、
即ちｆｏｓｌ＝ｆｌ−ｆｏｓ２−ｆ２の場合に、雨検出
器は、直流電圧Ｕｇのほかに寄生カプリングにより干渉
直流電圧Ｕｓを送出する。

測定回路に続くピーク検出器は、こうして電圧Ｕｇａ＋
Ｕｓａを測定し、そして基準回路に結合された検出器は
、電圧Ｕｇｂ＋Ｕｓｂを測定する。

その時、周波数電圧変換器２８．２９と増幅器３０のな
いセンサーの検出距離は、次式が妥当であるならば、温
度に独立に調整することができる。

Ｕｓａ−Ｕｓｂ＝Ｋｌ　　（Ｕｇａ−Ｕｇｂ）＋に２、
（１） この場合Ｋｌとに２は、定数である。Ｋ１はまた、■よ
りも小さくなければならず、そしてこれは、回路の間の
小さなカプリング係数に対して満足される。

実際に、２つの発信器信号の間の周波数のずれによるフ
ィルタリングによって干渉を抑止することは都合が良い
。しかし、この結果として、小さな誤差がセンサー・シ
ステムに発生する。しかしながら、この誤差は、良好な
フィルター作用のために必要であるよりも大きくない周
波数のずれを選ぶことによって、低く保つことができる
。

電子回路において、コイルの等個直列抵抗から導出され
た量は、該抵抗がコイルの自己インダクタンスと直列で
あるために、測定される。このため、測定コイルが位置
する共振回路の等価並列抵抗が測定される。この並列抵
抗は、次式によって与えられる。

Ｒｐ＝　（１／　（４π”））（Ｌ／Ｃ）（１／Ｒｓ）
ここでＲｐ−回路の等価並列抵抗、 Ｒｓ＝コイルの等個直列抵抗、 Ｌ＝コイルの自己インダクタンス、 Ｃ＝：ｌイルの並列キャパシタンス、 である。

回路の並列キャパシタンスにおける小さな変動による共
振周波数の小さな変化は、コイルの自己インダクタンス
と等個直列抵抗に無視することのできる影響を有する。

両コイルとそれらの損失は互いに正確に等しいことが仮
定される。２つのコイルにおけるキャパシタンスを互い
に僅かに相異させることにより、小さな差が２つの回路
の共振周波数に導入される。この結果、両共振回路の抵
抗Ｒｓと並列抵抗Ｒｐの間の比、即ち「利得」、は異な
る。これは、２つの検出器における利得の差によって、
簡単な方法で補償することができる。

これにより、温度変化による２つのセンサー・コイルの
ＬとＲｓにおける等しい変化は、検出距離に影響しない
という結果が達成される。

コイルの磁気材料の特性が２つの異なる周波数において
測定されるという事実の結果として生ずるシステムにお
ける残りの誤差は、前述のように、絶対的に必要な周波
数のずれを超えない周波数のずれを選択することにより
、非常に低く保つことができる。

駆動信号の周波数が駆動回路の共振周波数に正確には等
しくないならば、これは、直流電圧Ｕｓ３を生成し、こ
の電圧は、回路共振において発生する電圧から減算され
る。式（１）においてＵｓ３はまた電圧Ｕｓに含められ
なければならないが、式（１）が再び満足されるならば
、Ｕｓ３はセンサーの動作に影響しない。

要約すると、寄生カプリングが２つのセンサー・コイル
の間に存在するならば、干渉信号をフィルタリングする
ために、２つの回路の駆動信号の間に周波数のずれを与
えることが、同期検出の場合に都合が良いと述べられる
。

上記は、非遮蔽取り付はセンサーに適用可能である。第
３図に示されたような完全遮蔽取り付はセンサーの場合
に、突出するリングは、基準回路の離調（ｄｅｔｕｒｉ
ｎｇ）となる。該離調は、必要ならば、所望の周波数の
ずれを達成するために、回路にコンデンサーを与えるこ
とによって補足することができる。

駆動信号は、センサー・コイルが発信器回路の一部を形
成しない外部発信器によって、あるいはセンサー・コイ
ルが発信器回路の一部を形成する内部発信器によっての
、両方により生成することができる。

第６図は、外部発信器の場合の実施態様を示す。

コイルＬｌを駆動するために使用される発信器信号１ｊ
ｎｌは、回路の共振周波数に等しい周波数を有さなけれ
ばならない。この目的のために、発信器信号の周波数を
共振周波数に調整する発信器制御ループが必要である。

第６図は、発信器３２．９０度移相器３６、ミキサー３
５、ループ・フィルター３３、及び増幅器３４を含むフ
ェイズロックループ３８を示し、このループ３８は、共
振回路の電圧と共振回路への電流が同位相であることを
確実なものとする。発信器３２からの１発信着信号はま
た、同期検出器３１に対する局部発信器信号として使用
することができる。同一構造は、基準コイルＬ２を含む
共振回路を駆動するために適用可能である。

寄生カプリングが２つのセンサー・コイルの間に存在す
るならば、基準コイルＬ２のための駆動信号は、測定コ
イルＬ１にクロストーク効果を有し、そして周波数ｆｏ
ｓ２を有する干渉信号は、コイルＬｌを含む共振回路に
並列な電流源として生成される。干渉電流が回路の通過
帯域内にあるならば、干渉信号の減衰は発生しない。そ
れから、回路の干渉電圧は、制御ループにおける周波数
（ｆｏｓｌ−ｆｓｏ２）を有する干渉信号に達する。

発信器信号における該干渉信号の影響は、制御ループの
フィルター作用によって決定される。干渉成分が制御回
路の通過帯域の外にあるならば、効果は減少される。

殆ど常に、ｆｏｓｌは近似的にｆｌに等しくそしてｆｏ
ｓ２は近似的にｆ２に等しいために、（ｆｏｓｌ−ｆｏ
ｓ２）が共振回路の帯域幅の半分よりも大きくそしてま
た発信器制御ループのループ帯域幅よりも大きい程度に
、２つの発信器の間の周波数差を大きくすることによっ
て、２つのフィルターのフィルター作用から利益を得る
ことが可能である。

発信器制御ループにおける干渉信号は、発信器周波数ｆ
ｏｓｌが共振周波数ｆｌにもはや等しくなく、そしであ
る程度ｆｏｓ２の方向に移動するという結果を有する。

新らしい周波数ｆｏｓｌ＝ｆｌ＋Δｆｌを有する発信器
信号は、さらに、周波数（ｆｏｓｌ−ｆｏｓ２）を有す
る干渉信号により周波数変調される。

金属板が接近するならば、測定コイルの等価損失抵抗が
変化するだけでなく、コイルの自己インダクタンスも、
ある程度変化する。この結果として、回路の共振周波数
は僅かの変化を受ける。このため、発信器制御ループは
、これを調整するために、好ましくは検出帯域幅よりも
大きな、十分に大きなループ帯域幅を有さなければなら
ない。

増幅器３４からの発信器３２の駆動信号は、測定コイル
Ｌ１を有する共振回路の離調の尺度であり、そしてこの
ためこのコイルの自己インダクタンスの尺度である。こ
のようにして、コイルＬｌの自己インダクタンスは、発
信器制御ループが同期検出器の機能を果たすような周波
数選択方式において測定される。このようにして、周波
数電圧変換器が実現される。

第７図は、内部発信器による駆動に関する場合の実施態
様を示す。この場合、共振回路は、発信器回路に直接に
組み込まれ、その結果、外部発信器の場合のような制御
ループはもはや必要ではない。２つのセンサー・コイル
の間の寄生カプリングは、再び、クロスト−りを引き起
こし、そして外部発信器の駆動の場合に説明されたよう
な総ての寄生効果がまた、ここで発生する。しかし、こ
の場合、発信器制御ループにおけるフィルター作用は存
在せず、その結果として、クロストークの効果はこの場
合より大きい。こうして、発信器周波数が互いに接近し
て選ばれるならば、注入同期が発生し、その結果、再発
信器の周波数は互いに等しくなる。この結果と、式（１
）の定数Ｋｌが殆どｌになるために、センサーは使用で
きなくなる。また、コイルＬｌとＬ２の自己インダクタ
ンスの値の差を測定することは不可能になる。即ち、測
定コイル側に金属物体が接近する結果として、２つの検
出器の出力電圧は、同程度に変化する。

２つの検出器の間の差電圧は変化を受けず、その結果、
金属物体の検出は不可能となる。

上記において、比Ｌ／Ｒは、共振における回路電圧の振
幅を測定することによって測定され、回路の駆動信号Ｉ
】ｎの振幅は一定に保たれる（第６図参照）。また、等
価損失抵抗の値が変化するとき、回路電圧の振幅が共振
において一定にとどまるように、電流ｉｉｎを制御ルー
プで調整することが可能である。その時、ｌｉｎの振幅
を調整する量は、比Ｌ／Ｈの尺度となる。

この目的に対する可能な実施態様を第７図に示す。共振
回路が発信器回路の一部を形成する所謂内部発信器４２
が、コイルの駆動信号を生成するために使用され、そし
て増幅器４４とミキサー４５を具備する。該駆動信号の
振幅は調整可能な電流源５０によって調整される。この
電流源は、同期検出器４１．ループ・フィルター４３、
入力において調整可能な電圧源を有する増幅器４６、及
び調整可能な電流源５０を具備するループによって、回
路の振幅を決定する検出器からの電圧が電圧Ｖａｍｐに
一定に保たれるように、調整される。

その時、電流源５０を調整する駆動電圧は、比Ｌ／Ｒの
尺度である。基準コイルＬ２が組み込まれる同様の回路
ももちろん存在する。２つの回路の駆動電圧は、それぞ
れ、フィルター４７と４８を通して差動増幅器４９に送
られ、そして検出距離を調整するために、調整可能な電
圧源Ｖｒｅ　ｆと再び比較される。

コイルの自己インダクタンスがまた周波数選択測定の助
けをかりて測定される可能な実施態様を第８図に示す。

共振回路が発信器回路の一部を形成しない所謂外部発信
器３８は、コイルの駆動信号を生成するために使用され
、そして第６図に示されたようなフェイズロックループ
を具備し、ミキサー４５が追加される。回路の振幅は、
第７図に示されたような、同期検出器４１．ループ・フ
ィルター４３、及び増幅器４６の助けをかりて決定され
る。基準コイルＬ２が収められる同様の回路が備えられ
る。

両回路の電流源５０の駆動電圧は、それぞれ、フィルタ
ー４７と４８を通して差動増幅器５１に供給される。そ
れから、この増幅器の出力信号は、両コイルの比Ｌ／Ｈ
の差の尺度となる。再発信器３２の駆動信号は、フィル
ター５４．５５を通して差動増幅器５３に適用される。

この増幅器の出力信号は、両コイルの自己インダクタン
スの値の差の尺度である。再出力信号は、加算器５２に
おいて、互いに任意の比で加算される。それから、信号
は比較器４９に適用される。検出距離の調整は、調整可
能な電圧源Ｖｒｅ　ｆを用いて可能である。

本発明の主なる特徴及び態様は以下のとおりである。

■、　センサー・ハウジングと： センサー・ハウジングを通る対称平面の各々の側に置か
れた測定コイルおよび基準コイルと、ここで、各々のコ
イルは、検出される物体又は基準部材の方向に面する前
方部においてそれぞれのコイルを開放状態とする１片の
磁気材料によって部分的に取り囲まれる；両コイルに交
流信号を供給し、そして物体が接近するとき基準コイル
の特性に関する測定コイルの特性における変化を測定し
そして距離又は物体の存在を決定するための電子回路と
； を具備する、電気伝導率を有する物体を検出する誘導近
接センサーであって、 ２つのコイルの回りの磁気材料の核用がブロックを形成
する同一の均質な材料から本質的に形成され、 両コイルによって生成された磁場を遮蔽する手段がセン
サー・ハウジング中に備えられ、これにより相互クロス
トークを抑止し、 そして各コイルに対する電子回路は、周波数選択測定を
行うための独自の発信器を備えた別個の同期検出器を有
し、これによって、検出距離における磁気材料と測定コ
イルの特性の変化の影響が電子的に補償されることを特
徴とする誘導近接センサー。

２、同期検出器の再発信器は互いに周波数のずれを有す
ることを特徴とする上記ｌに記載の誘導近接センサー。

３、均質な磁気材料のブロックは本質的に同一の均質な
磁気材料の２つのサブブロックから構成され、このサブ
ブロックは該対称平面において互いに隣接し、そして一
方のサブブロックは測定コイルを囲みそして他方のサブ
ブロックは基準コイルを囲むことを特徴とする上記ｌに
記載の誘導近接センサー。

４、相互クロストークを抑止するためのセンサー・ハウ
ジング中の該遮蔽手段は、磁気材料のブロックの回りに
配置された導電材料の遮蔽リングからなることを特徴と
する上記ｌに記載の誘導近接センサー。

５、遮蔽リングは磁気材料のブロックの周囲の一部を超
えて延びることを特徴とする上記３および４に記載の誘
導近接センサー。

６、遮蔽リングは磁気材料のブロックの周囲の幅を超え
て延びることを特徴とする上記３および４に記載の誘導
近接センサー。

７、遮蔽リングは基準コイル側に付加的に突出し、その
結果基準部材の機能が得られることを特徴とする上記３
および４に記載の誘導近接センサー　〇 ８、該遮蔽手段は、均質磁気材料のブロックが本質的に
同一の均質な磁気材料の２つの分離したサブブロックか
らなり、これらのサブブロックは対称平面の各々の側に
おいて互いに対向して間隔をあけられ、一方のサブブロ
ックは測定コイルを囲みして他方のサブブロックは基準
コイルを囲むように、センサー・ハウジングの実現を具
備することを特徴とする上記ｌに記載の誘導近接センサ
９、遮蔽板は磁気材料の２つの磁気材料の間に備えられ
ることを特徴とする上記８に記載の誘導近接センサー。

１０、測定コイルおよび基準コイルの特性はコイルの等
価損失抵抗であることを特徴とする上記ｌに記載の誘導
近接センサー。

１１、測定コイルおよび基準コイルの特性はコイルの自
己インダクタンスであることを特徴とする上記ｌに記載
の誘導近接センサー。

１２、測定コイルおよび基準コイルの特性はコイルの等
価損失抵抗と自己インダクタンスの組み合わせであるこ
とを特徴とする上記ｌに記載の誘導近接センサー。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図と第１ｂ図は公知の誘導近接センサーの実施態
様を示す図であり、第１ｃ図はそれに関連電子回路を示
す図。 第２図は、本発明による誘導近接センサーの原理を示す
図。 第３ａ〜３ｃ図は、本発明によるセンサーの「完全遮蔽
」取り付は形式の実施態様を示す図。 第４ａ〜４０図は、本発明によるセンサーの「非遮蔽」
取り付は形式の実施態様を示す図。 第５図は、本発明による電子回路を有するセンサーの基
本回路図。 第６図は、外部発信器によって駆動されるコイルの電子
回路の回路図。 第７図は、内部発信器によって駆動されるコイルの電子
回路の回路図。 第８図は、外部発信器によって駆動されるコイルと同期
振幅検出器に関する電子回路の回路図。 Ｌｌ・・・・測定コイル、 Ｌ２・・・・基準コイル、 ３・・・・金属物体、 ４・・・・遮蔽リング、 ５・・・・発信器、 ６・・・・検出器、 ７．２５．４９・・・・比較器、 ８・・・・磁気材料のブロック、 ９・・・・金属基準板、 ＩＯ・・・・対称横断平面、 ２０．２１・・・・ピーク検出器、 ２２．２３・・・・同期検出器、 ２４・・・・低域フィルター、 ２６．２７・・・・局部発信器、 ２８．２９・・・・周波数電圧変換器、３０．４９．５
１，５３．６１・・・・差動増幅器、３１．４１・・・
・同期検出器、 ３２・・・・発信器、 ３３．４３・・・・ループ・フィルター、３４．４４・
・・・増幅器、 ３５．４５・・・・ミキサー、 ３６・・・・９０度移相器、 ３８・・・・フェイズロックループ、 ４２・・・・内部発信器、 ４６・・・・増幅器、 ４７．４８・・・・フィルター、 ５０・・・・電流源、　　　へ ５２．６２・・・・加算器、 ５４．５５・・・・フィルター。 ！ 口口 Ｈ 手続補正書（肱） 昭和６３年１２月２４日 特許庁長官　　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 昭和６３年特許願第２０８４６１号 ２、発明の名称 誘導近接センサー ３゜補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　カテナ・プロダクト・デベロップメント・ベー・
ブイ ５、補正命令の日付　昭和６３年１１月２９日（発送日
）６、補正の対象 ７、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　センサー・ハウジングと； センサー・ハウジングを通る対称平面の各々の側に置か
   れた測定コイルおよび基準コイルと、ここで、各々のコ
   イルは、検出される物体 又は基準部材の方向に面する前方部においてそれぞれの
   コイルを開放状態とする１片の磁気材料によって部分的
   に取り囲まれる； 両コイルに交流信号を供給し、そして物体が接近すると
   き基準コイルの特性に関する測定コイルの特性における
   変化を測定しそして距離又は物体の存在を決定するため
   の電子回路と； を具備する、電気伝導率を有する物体を検出する誘導近
   接センサーであって、 ２つのコイルの回りの磁気材料の該片がブロックを形成
   する同一の均質な材料から本質的に形成され、 両コイルによって生成された磁場を遮蔽する手段がセン
   サー・ハウジング中に備えられ、これにより相互クロス
   トークを抑止し、 そして各コイルに対する電子回路は、周波数選択測定を
   行うための独自の発信器を備えた別個の同期検出器を有
   し、これによって、検出距離における磁気材料と測定コ
   イルの特性の変化の影響が電子的に補償されることを特
   徴とする誘導近接センサー。