JPH07131321A - 磁気近接センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気近接センサの出力信号を、被検出物体と
ヘッド間の距離に比例した直線状信号に、高精度で補正
する。 【構成】 発振回路40はヘッド4と被検出物体7間の距離
に応じて、出力信号が変化し、検波増幅回路41を経て出
力される。補正時は、検出スイッチ1を、ヘッド4と被検
出物体7の間が所定距離になった時に作動させ、演算回
路3に入力された信号値を、シフトスパン回路5にフィー
ドバックする。記憶回路2には、複数種類の被検出物体
に対応した補正値が記憶され、複数回の検出スイッチ1
の押圧後に、該出力信号の値に対応した補正値が、演算
回路3に読み込まれる。測定時は、該補正値と演算回路3
に入力される信号との演算により、直線化補正が行なわ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発振回路に接続された
検出コイルと被検出物体との距離が変わることにより、
検出コイルのインダクタンスが変化し、その変化に伴い
発振回路の出力信号も変化することを利用して、被検出
物体の接近を感知する磁気近接センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、検出コイルから被検出物体までの
距離に応じた値のアナログ信号を出力する磁気近接セン
サが知られている。一例としては、図４に示すものがあ
る(特開昭６２−３６９１０参照)。ヘッド(４)は検出コ
イル(42)を具え、ヘッド(４)は発振回路(40)に接続す
る。発振回路(40)の出力信号は、被検出物体の接近に伴
って変化し、該出力信号を検波増幅回路(41)により検波
・増幅した後に、直線化回路(96)により、ヘッド(４)と
被検出物体(７)間の距離に比例した直線状の信号に補正
する。

【０００３】直線化回路(96)の入力端子(９)と検波増幅
回路(41)との間に、演算増幅器(90)を接続する。演算増
幅器(90)の非反転入力側には、可変抵抗(92)と抵抗Ｒz
を介して、電源Ｅ１が接続され、演算増幅器(90)の反転
入力端子と出力端子間には、可変抵抗(91)が接続されて
いる。検波増幅回路(41)と演算増幅器(90)の反転入力端
との間には、抵抗Ｒyが接続されている。入力端子(９)
と電源電圧端子(93)の間には、抵抗Ｒ０〜Ｒ４が直列に
接続され、入力端子(９)とアース(94)間には、抵抗Ｒ５
〜Ｒ７が直列に接続されている。また、直線化回路(96)
の出力側には、演算増幅器(95)が接続され、入力端子
(９)と該演算増幅器(95)の反転入力端の間に抵抗Ｒｉ0
が接続されている。演算増幅器(95)の反転入力端と、抵
抗Ｒ０と抵抗Ｒ１の接続点の間には、ダイオードＤ1と
抵抗Ｒi1が、反転入力端と、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続
点の間には、ダイオードＤ２と抵抗Ｒi2が、……反転入
力端と、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６の接続点の間には、ダイオ
ードＤ７と抵抗Ｒｉ5が、反転入力端と抵抗Ｒ６と抵抗
Ｒ７の接続点の間には、ダイオードＤ８と抵抗Ｒｉ6
が、夫々直列に接続されている。ダイオードＤ１〜Ｄ４
は、入力端子(９)向きに接続され、ダイオードＤ７、Ｄ
８はダイオードＤ１〜Ｄ４とは逆向きに接続されてい
る。演算増幅器(95)の反転入力端子と出力端子の間に
は、帰還抵抗Ｒfが接続され、非反転入力端には、基準
電圧Ｅ０が与えられている。

【０００４】ヘッド(４)と被検出物体(７)が接している
状態では、入力端子(９)に印加される電圧は、電源電圧
端子(93)の電圧よりも高く、ダイオードＤ７、Ｄ８はＯ
Ｎとなっている。ヘッド(４)と被検出物体(７)が離間す
るに伴って、入力端子(９)に印加される電圧は低くな
り、ダイオードＤ８、Ｄ７が順にＯＦＦとなる。従っ
て、増幅率がヘッド(４)と被検出物体(７)との距離に応
じて、階段状に減少する。ヘッド(４)と被検出物体(７)
の間隔が所定距離になり、入力端子(９)の電圧と、電源
電圧端子(93)の電圧が同一となると、全てのダイオード
がＯＦＦになる。被検出物体(７)とヘッド(４)間の距離
が、所定距離以上に離れると、ダイオードＤ４〜Ｄ１が
順にＯＮになる。従って、増幅率がヘッド(４)と被検出
物体(７)との距離に応じて、階段状に増加する。尚、入
力端子(９)に加えられる電圧を一定レベルだけシフトす
るには、可変抵抗(92)を操作して、演算増幅器(90)の非
反転入力端に印加される電圧を変え、入力電圧の変化度
合を変えるには、可変抵抗(91)を操作する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の磁気近接センサ
では、より高精度に出力値の直線性を得るには、ダイオ
ードや抵抗を増やす必要があり、回路が大型化する。さ
らに、被検出物体の形状や種類が異なれば、入力電圧が
異なるので、同一の磁気近接センサでは、直線化された
出力が得られず対応できない。本発明は、複雑に変化す
る入力電圧に対応でき、回路が大型化せず、被検出物体
の形状や種類に応じ、出力信号をヘッドと被検出物体間
の距離に比例した直線状に補正することを、高い精度で
行なうことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】磁気近接センサは、検出
コイル(42)を設けたヘッド(４)と、該ヘッド(４)に接続
した発振回路(40)と、発振回路(40)からの出力信号を検
波増幅する検波増幅回路(41)と、被検査物体(７)の近接
測定時に、検波増幅回路(41)からの出力信号を一定量シ
フトし、かつ回転修正するシフトスパン回路(５)と、測
定に先立ち、検波増幅回路(41)からの出力信号全域に亘
る一定のシフト量と回転修正量を決定して、シフトスパ
ン回路(５)にフィードバック伝送し、また所定時に入力
された検波増幅回路(41)からの出力信号に基づき、入力
信号を直線状の信号に補正する直線化補正値を決定し、
かつ測定時には、検波増幅回路(41)からの出力信号と該
補正値との演算により、直線化補正を行ない、補正後の
信号を出力する演算回路(３)と、演算回路(３)に接続さ
れ、演算回路(３)が直線化補正演算を行なう時の補正値
が記憶された記憶回路(２)とを具えている。記憶回路
(２)には、複数種類の被検出物体(７)に夫々対応した補
正値が記憶されている。演算回路(３)には、測定に先立
ち、距離Ｌが第１及び第２の基準値となる位置で作動さ
せて、演算回路(３)がシフト量及び回転修正量を決定す
る時に、演算回路(３)が検波増幅回路(41)の出力信号を
取込むべくタイミング信号を出力し、かつ、更に距離Ｌ
が所定値となる位置で作動させて、演算回路(３)が検波
増幅回路(41)の出力信号を取り込み、補正値を決定して
記憶回路(２)から読み込むべくタイミング信号を出力す
る検出スイッチ(１)が接続されている。

【０００７】

【作用】ヘッド(４)と被検出物体(７)間の距離に応じ
て、検出コイル(42)の自己インダクタンスが変化するの
で、発振回路(40)からの出力信号が変化する。測定に先
立ち、検出スイッチ(１)を、距離Ｌが第１及び第２の基
準値となった時に夫々作動させ、発振回路(40)から検波
増幅回路(41)を通った出力信号の値を、演算回路(３)に
入力する。演算回路(３)は、入力された値に基づき、検
波増幅回路(41)からの出力信号全域に亘るシフト量と回
転修正量を決定し、シフトスパン回路(５)にフィードバ
ックする。更に、検出スイッチ(１)を作動させると、先
に演算回路(３)に入力された値と合わせて、記憶回路
(２)からは、適切な補正値が演算回路(３)に読み込まれ
る。測定時には、検波増幅回路(41)の出力信号は、シフ
トスパン回路(５)により、一定量シフト及び回転修正さ
れ、演算回路(３)に入力される。演算回路(３)内の補正
値と入力信号の演算により、距離Ｌに比例した直線状の
信号が出力される。

【０００８】

【発明の効果】ヘッド(４)と被検出物体(７)間の所定箇
所で得られるデータに基づいて、検波増幅回路(41)から
の出力信号に対する最も近似した補正値を選択している
ので、被検出物体(７)の形状や大きさにより、検波増幅
回路(41)からの出力信号がバラついても、高い精度で直
線状に補正して出力できる。また、複数種類の材質に応
じた非直線性補正値を記憶回路(２)に記憶させているの
で、１つの磁気近接センサで、複数種類の材質の検出が
可能である。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。図１に示すように、磁気近接センサは、発
振回路(40)に接続されたヘッド(４)と、検波増幅回路(4
1)と、シフトスパン回路(５)と、Ａ／Ｄコンバータ(６)
と、演算回路(３)と、Ｄ／Ａコンバータ(８)を具える。
磁気近接センサの外方には、操作釦(図示せず)が設けら
れ、磁気近接センサを用いる時には、予め操作釦(図示
せず)を操作して、被検出物体(７)の種類を選択してお
く。ヘッド(４)は検出コイル(42)を具え、発振回路(40)
が発振状態においては、高周波磁界を形成する。ヘッド
(４)と被検出物体(７)の距離Ｌが変化すれば、検出コイ
ル(42)の自己インダクタンスも変化し、発振回路(40)か
らの出力信号の振幅及び周波数が変化する。該出力信号
は検波増幅回路(41)によって、検波・増幅される。検波
増幅された出力信号は、シフトスパン回路(５)に入力さ
れる。

【００１０】シフトスパン回路(５)は、測定時には入力
された信号を一定量シフトし、かつ距離Ｌに対する入力
電圧を回転修正する。かかるシフト及び回転修正を行な
うのは後述するように、演算回路(３)での演算を行ない
やすくするためである。Ａ／Ｄコンバータ(６)は、シフ
トスパン回路(５)からのアナログ信号をデジタル信号に
変換する。Ａ／Ｄコンバータ(６)の出力側は、演算回路
(３)に接続し、演算回路(３)には、記憶回路(２)と、検
出スイッチ(１)が接続している。演算回路(３)は、また
シフトスパン回路(５)にフィードバック接続(50)してい
る。記憶回路(２)には、Ａ／Ｄコンバータ(６)を通った
デジタル信号に対応した複数の非直線性補正値が記憶さ
れている。

【００１１】検出スイッチ(１)は手動式であり、被検出
物体(７)とヘッド(４)間が任意の距離になった時に作動
させる。検出スイッチ(１)は、ＯＮ信号を発した後、す
ぐにＯＦＦに戻る。本実施例に於いては、被検出物体
(７)として、アルミニウム、ステンレス、鉄の３種類を
想定し、記憶回路(２)には夫々の材質ごとに、複数の非
直線性補正値が記憶されている。図３(a)は、被検出物
体(７)がアルミニウムの補正値を、図３(b)は鉄の補正
値を、夫々被検出物体(７)とヘッド(４)間の距離の関数
として示したものである。演算回路(３)からの出力デー
タは、図１に示すＤ／Ａコンバータ(８)によってアナロ
グ出力化される。

【００１２】(直線化補正値の設定)発振回路(40)が一定
周波数で発振した状態で、被検出物体(７)がヘッド(４)
に接近・離間すると、ヘッド(４)のインダクタンスが変
化する。検出コイル(42)からのアナログ出力は、一般的
に図２(a)に一点鎖線で示す略Ｓ字状の曲線を描き、ヘ
ッド(４)のインダクタンスの変化により、振幅及び周波
数が変化する。かかるアナログ出力を直線状に補正する
補正値を設定する場合は、以下のように行なう。まず、
ヘッド(４)を被検出物体(７)に当てる。図１に示す検出
スイッチ(１)をＯＮにする。このときの発振回路(40)か
らの出力は、検波増幅回路(41)により、検波・増幅され
た後に、シフトスパン回路(５)を通り、Ａ／Ｄコンバー
タ(６)によりデジタル化されて、演算回路(３)に一旦記
憶される。記憶される値を、図７(a)に黒点で示す。

【００１３】次に、ヘッド(４)を被検出物体(７)から徐
々に離す。ヘッド(４)からのアナログ信号は、Ａ／Ｄコ
ンバータ(６)により、デジタル化され、演算回路(３)に
入力される。ヘッド(４)と被検出物体(７)との距離Ｌ
が、定められた最大距離Ｌ１となった時に、検出スイッ
チ(１)を再びＯＮにする。このとき演算回路(３)に入力
された値も、一旦演算回路(３)に記憶される。かかる値
を、図７(a)に白点で示す。

【００１４】検出スイッチ(５)が２回目に作動すると、
演算回路(３)は、図７(a)に示すように、１回目に記憶
した値と、内部に記憶された基準レベルＶ１との差によ
り、検波増幅回路(41)からの出力信号を、一定レベルだ
けシフトさせる量Ｖ２を決定する。さらに、図７(b)に
示すように、１回目及び２回目に記憶した値を、一定レ
ベルだけシフトした後に、図７(c)に示すように、基準
レベルＶ１に設定された１回目の値を中心として、２回
目の値を一定電圧Ｖ３に達するように回転修正する。２
回目の値が一定電圧に達するまでの回転修正量θを計算
し、先に決定したシフト量Ｖ２とともに、シフトスパン
回路(５)にフィードバック伝送する。シフトスパン回路
(５)は、入力されるシフト量Ｖ２及び回転修正量θを記
憶する。

【００１５】更に、ヘッド(４)と被検出物体(７)との距
離が最大距離Ｌ１の１／２である箇所Ｌ２に、ヘッド
(４)を移動させて、検出スイッチ(１)をＯＮにする。発
振回路(40)からの信号は、検波増幅回路(41)を通って、
シフトスパン回路(５)によって一定量シフト及び回転修
正され、演算回路(３)に入力される。即ち、被検出物体
(７)と検出コイル(42)とが接した時、距離Ｌ１だけ離れ
た時、距離Ｌ２だけ離れた時の３箇所で、検出スイッチ
(１)をＯＮにする。検出スイッチ(１)が３回目に押圧さ
れると、先に演算回路(３)に入力された２箇所のデータ
と合わせて、３箇所の値に合致した適切な補正値が記憶
回路(３)から呼出される。被検出物体(７)の種類は、予
め設定されているので、上記３箇所における出力値のデ
ータによって、記憶回路(２)内に記憶された各種の非直
線性補正値の中から最も近似した補正値ＤＸが選択され
る。図２(a)の二点鎖線は、補正値ＤＸを距離の関数と
して、連ねた曲線である。補正値ＤＸは、図１に示す演
算回路(３)に送られ記憶される。

【００１６】(測定時)被検出物体(７)の接近量を測定す
る時には、発振回路(40)から検波増幅回路(41)を経た信
号が、シフトスパン回路(５)によりシフト及び回転修正
される。シフトスパン回路(５)には、検波増幅回路(41)
から、図６(a)に示すようなアナログ信号が入力され
る。入力信号の電圧は、距離Ｌに対し、略Ｓ字を描くよ
うに変化する。図６(b)に示すように、一定レベルＶ２
だけシフトし、距離Ｌが０の時の入力値は、基準レベル
Ｖ１に合わせられる。さらに、Ｖ１に合わせられた距離
Ｌが０のときの入力値を中心として、入力された信号全
体を回転修正量θだけ、回転させる。即ち、入力電圧の
距離Ｌに対する傾きを変更して、図６(C)に実線で示す
ような信号に修正して、出力する。

【００１７】シフトスパン回路(５)からの出力信号は、
Ａ／Ｄコンバータ(６)を介して、検出デジタル信号ＤＳ
として、演算回路(３)に入力される。図２(a)に示す一
点鎖線は、検出デジタル信号ＤＳを距離の関数として、
連ねた曲線である。図１に示す演算回路(３)は先に記憶
した補正値ＤＸと、演算回路(３)に入力される検出デジ
タル信号ＤＳとの平均(ＤＳ＋ＤＸ)／２を演算する。こ
の演算を行なうことによって、検出デジタル値ＤＳＲが
得られる。検出デジタル値ＤＳＲは、図２(b)に示すよ
うに、一定の区間に於いて、ヘッド(４)と被検出物体
(７)間の距離に比例して増加する直線状の軌跡を示し、
演算回路(３)から出力される。検出デジタル値ＤＳＲ
は、Ｄ／Ａコンバータ(８)により、アナログ値に変換さ
れ外部に出力される。かかる距離Ｌに比例した直線状の
出力信号を得ることにより、被検出物体(７)のヘッド
(４)への接近量が、容易に検出できる。

【００１８】本発明に於いては、ヘッド(４)と被検出物
体(７)間の３箇所から得たデータで、最も近似した非直
線性補正値ＤＸを選択しているので、被検出物体(７)の
形状や大きさにより、検出デジタル信号ＤＳがバラつい
ても、高い精度で、直線状に補正し出力できる。また、
シフトスパン回路(５)により補正すべき入力信号を一定
レベルに揃えているので、直線化補正が楽になる。ま
た、複数種類の材質の非直線性補正値を記憶回路(２)に
記憶させているので、被検出物体(７)の材質に応じて、
磁気近接センサを使い分ける必要がなく、便利である。

【００１９】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。例えば、検出スイッチ(１)は手動式とした
が、被検出物体(７)とヘッド(４)の距離を計る装置と組
合せて、自動的に行なう方法も可能である。また、ヘッ
ド(４)と被検出物体(７)間の３箇所でのデータで、最も
近似した非直線性補正値ＤＸを選択しているが、３箇所
以上のデータで非直線性補正値ＤＸを選択すれば、更に
高精度の直線化補正データが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁気近接センサ全体のブロック図である。

【図２】(a)は検出デジタル値及び補正値を、距離の関
数として表わしたグラフであり、(b)は補正後のデジタ
ル値を、距離の関数として表わしたグラフである。

【図３】(a)は被検出物体がアルミニウムの時の補正値
を、距離の関数として表わしたグラフであり、(b)は同
上の鉄の時のグラフである。

【図４】従来の磁気近接センサのブロック図である。

【図５】従来の磁気近接センサのダイオードの動作状態
と、直線化回路の増幅率を示す図である。

【図６】シフトスパン回路の動作を示すグラフである。

【図７】演算回路の一連の動作を示すグラフである。

【符号の説明】

(１) 検出スイッチ (２) 記憶回路 (３) 演算回路 (７) 被検出物体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出コイル(42)を具えたヘッド(４)と、
   該ヘッド(４)に接続した発振回路(40)と、該ヘッド(４)
   と被検出物体(７)との距離Ｌによる発振回路(40)の出力
   信号の変化を利用して、被検出物体(７)の近接を検索
   し、かつ入力された信号を、距離Ｌに比例した略直線状
   の信号に補正して出力する直線化補正手段を具えた磁気
   近接センサに於いて、 発振回路(40)からの出力信号を検波増幅する検波増幅回
   路(41)と、 検波増幅回路(41)の出力側に接続され、被検出物体(７)
   の近接量を測定する時に、入力された信号を全域に亘っ
   て一定量シフトし、かつ距離Ｌに対する入力電圧の変化
   度合を変更する回転修正を施すシフトスパン回路(５)
   と、 測定に先立ち、検波増幅回路(41)からの出力信号全域に
   亘る一定のシフト量と回転修正量を決定して、シフトス
   パン回路(５)にフィードバック伝送し、また所定時に入
   力された検波増幅回路(41)からの出力信号に基づき、入
   力信号を直線状の信号に補正する直線化補正値を決定
   し、かつ測定時には、検波増幅回路(41)からの出力信号
   と該補正値との演算により直線化補正を行ない、補正後
   の信号を出力する演算回路(３)と、 演算回路(３)に接続され、演算回路(３)が直線化補正演
   算を行なう時の補正値が記憶された記憶回路(２)と、 演算回路(３)に接続され、測定に先立ち、距離Ｌが第１
   及び第２の基準値となる位置で作動させて、演算回路
   (３)がシフト量及び回転修正量を決定する際に、演算回
   路(３)が検波増幅回路(41)の出力信号を取込むべくタイ
   ミング信号を出力し、かつ、更に距離Ｌが所定値となる
   位置で作動させて、演算回路(３)が検波増幅回路(41)の
   出力信号を取込み、直線化補正値を決定して記憶回路
   (２)から読み込むべくタイミング信号を出力する検出ス
   イッチ(１)とを有する磁気近接センサ。
2. 【請求項２】 複数種類の被検出物体(７)に対応した補
   正値が記憶された記憶回路(２)が演算回路(３)に接続さ
   れたことを特徴とする請求項１に記載の磁気近接セン
   サ。