JPH071314B2 - 背後部材検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、合板や石膏ボードからなる壁材や天井材の背
後にあって壁材や天井材を取り付ける胴縁、間柱、野縁
等の支柱や、壁や天井の背後に配設された水道管、電線
管等を検知する背後部材検知装置に関するものである。

［背景技術］ 一般に合板や石膏ボード等の壁材や天井材により壁や天
井が形成されている場合であって、壁に時計や額を取り
付けたり、天井や壁に照明を取り付けたりするときに
は、壁材や天井材を取り付けるために壁材の背部に設け
られた支柱（間柱、胴縁、野縁等）を探し出し、釘やフ
ックを支柱に装着することが必要であり、また空調機等
を取り付けるときには、壁や天井内に埋設された水道管
や電線管を避けて穴をあける必要がある。しかしなが
ら、一般に壁材や天井材の表面は化粧シートを貼着した
り塗装を施すことによって表面仕上げがなされているか
ら、支柱や水道管や電線管等の背後部材の位置を目視に
よって探し出すのは困難である。

したがって、従来はハンマー等で壁材や天井材の表面を
たたき、生じる音が背後部材の有無により変化すること
を利用して背後部材の位置を検知する方法が一般に用い
られていた。しかしながら、石膏ボード等では背後部材
の有無による音の変化が少ないものであるから、熟練し
た人でなければこの方法による背後部材の検知は困難で
ある。

このような問題を解消するために、第４図に示すよう
に、センサ部として電極板１を設け、この電極板１の周
囲の誘電率の変化を検出することにより壁や天井の背後
部材を検知するようにした装置が考えられている。この
装置は、電極板１により周囲の静電容量を検出して抵抗
R₁，R₂、可変抵抗VR₁とともに時定数回路を形成し、こ
の時定数に基づいて一対の単安定マルチバイブレータ1
1,12を動作させ、両単安定マルチバイブレータ11,12の
出力パルスのパルス幅の差を時間差検出回路13により検
出した後、時間差検出回路13の出力を積分回路14により
積分し、積分回路14の出力レベルが所定値に達するとス
イッチング回路15を作動させて報知手段である発光ダイ
オードLEDを点灯させるようにしたものである。ところ
で、壁等の材質や厚みに応じて電極板１により検出され
る周囲の静電容量は変化するから、上記構成の装置にお
いては使用環境に応じて最大感度で使用できるように、
動作の基準値を自動設定する基準値設定回路16が設けら
れている。すなわち、この基準値設定回路16は単安定マ
ルチバイブレータ12の時定数回路にバイアス電圧を付与
することにより時定数を使用環境に応じて可変し、使用
環境に応じた最大感度に設定された時点でそのバイアス
電圧を保持するように構成されている。したがって、バ
イアス電圧により基準値が設定されるのであり、そのバ
イアス電圧はコンデンサＣの端子電圧として得られるよ
うになっている。すなわち、電源を投入するとスイッチ
素子Ｓを導通状態としてコンデンサＣを充電し、最大感
度に設定されたことが検出されるとスイッチ素子Ｓを非
導通としてコンデンサＣの充電を停止するのである。ま
た、コンデンサＣの端子電圧はボルテージフォロワVfを
介して抵抗R₁，R₂の接続点に印加される。ここに、スイ
ッチ素子ＳおよびボルテージフォロワVfとしては小型か
つ安価である点から従来よりCMOSが用いられており、次
のような問題を有している。すなわち、CMOSはスレショ
ルドにばらつきがあり、第４図回路のようにスイッチ素
子Ｓの導通時間をコンデンサＣと抵抗R₃との時定数回路
により設定している場合に、第５図に示すように、コン
デンサＣの端子電圧の最大値にばらつきが生じることに
なり、ボルテージフォロワVfの出力電圧の調節範囲がば
らつくのである。したがって、製品の仕様を一定にする
には、初期状態を設定するバイアス電圧の調節範囲のも
っとも狭いものに合わせることになり、その結果、装置
が適用できる壁厚の範囲が小さくなるという問題があっ
た。

［発明の目的］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであって、その
目的とするところは、コンデンサを充電する過程でコン
デンサの端子電圧を設定する代わりに、コンデンサを一
旦充電してから放電する過程でコンデンサの端子電圧を
設定するようにし、もって基準値の設定範囲を大きくと
れるようにした背後部材検知装置を提供することにあ
る。

［発明の開示］ （構成） 本発明に係る背後部材検知装置は、周囲の誘電率の変化
を電気信号に変換するセンサ部と、センサ部の出力が予
め設定された基準値に達すると支柱が存在すると判断し
て検知出力が得られる検知手段と、周囲の環境に応じて
上記基準値を設定する基準値設定回路とを備え、基準値
設定回路は、コンデンサを有するとともにコンデンサの
端子電圧に呼応して基準値を設定し、電源投入時にコン
デンサを充電して支柱の有無とは無関係に検知出力が得
られる状態に基準値を設定した後、コンデンサを放電す
る放電回路に設けたスイッチ素子を導通状態としてコン
デンサを放電し検知出力が得られなくなった直後の時点
でスイッチ素子を非導通状態としてコンデンサの放電を
停止することにより基準値を保持するように設定されて
成るものであり、コンデンサの放電過程で基準値の設定
を行なうことにより、他の部品のスレショルド等のばら
つきによる基準値の設定範囲のばらつきを防止したもの
である。

（実施例） 第１図に示すように、１枚の主電極板1aと、主電極板1a
の両側に配設された一対の副電極板1b,1cとを備えた電
極板１をセンサ部としている。主電極板1aは可変抵抗VR
₁の一端に接続されて第１の時定数回路を形成し、また
両副電極板1b,1cは互いに接続されるとともに電源を３
分する可変抵抗VR₁および抵抗R₁，R₂のうちの可変抵抗V
R₁と抵抗R₁との接続点に接続されて第２の時定数回路を
形成する。各時定数回路は、一対の単安定マルチバイブ
レータ11,12の各時定数をそれぞれ設定するのであっ
て、一方の単安定マルチバイブレータ11の反転出力と他
方の単安定マルチバイブレータ12の非反転出力とは時間
差検出回路13に入力される。時間差検出回路13は両単安
定マルチバイブレータ11,12からの入力レベルが共に
“L"である期間に相当する出力パルスを出力し、この出
力パルスは積分回路14により積分される。積分回路14の
出力レベルがスイッチング回路15で設定された基準レベ
ルに達すると、スイッチング回路15は検知出力を出し報
知手段である発光ダイオードLED₁，LED₂を点灯させるよ
うになっている。ここに、両発光ダイオードLED₁，LED₂
はスイッチング回路15への入力レベルに応じて点滅す
る。以上のようにして、時定数回路を含む単安定マルチ
バイブレータ11,12、時間差検出回路13、積分回路14、
スイッチング回路15により検知手段が構成される。

スイッチング回路15は、積分回路14の出力の反転増幅す
るトランジスタＱと、一対のコンパレータ21a,21bと、
抵抗R₃〜R₅とを備えている。また、トランジスタＱのコ
レクタには出力抵抗R₆が接続され、トランジスタＱのエ
ミッタには増幅率を設定するための可変抵抗VR₂が接続
されている。両コンパレータ21a,21bの出力端間には抵
抗R₇と発光ダイオードLED₁との直列回路が挿入され、一
方のコンパレータ21bの出力端と電源の負側端との間に
は抵抗R₈と発光ダイオードLED₂との直列回路が挿入され
ている。

検知動作は第２図の右半分に示すようにして行なわれ
る。すなわち、第２図（ａ）（ｂ）に示すように、電極
板１により検出される静電容量と可変抵抗VR₁および抵
抗R₂，R₃とにより時定数が設定され、第２図（ｃ）
（ｄ）に示すように、その時定数に対応したパルス幅の
パルスが各単安定マルチバイブレータ11,12の出力に得
られる。両単安定マルチバイブレータ11,12の出力は時
間差検出回路13に入力され、第２図（ｅ）のように、両
単安定マルチバイブレータ11,12の出力パルス幅の差に
対応した、換言すれば、両単安定マルチバイブレータ1
1,12の出力レベルがともに“L"となる期間のパルス幅に
相当するパルスが得られる。時間差検出回路13の出力は
積分回路14により積分され、積分回路14の出力として時
間差検出回路13の出力パルス幅に応じてレベルが増大す
る出力が得られる。したがって、スイッチング回路15に
設けたトランジスタＱの出力レベルは、第２図（ｆ）に
示すように、時間差検出回路13の出力パルス幅の増大に
伴なって減少することになる。検知動作を行なっている
ときには、スイッチング回路15のコンパレータ21a,21b
の基準レベルは一定値に設定されており、トランジスタ
Ｑの出力レベルが設定値以下となると、第２図（ｇ）の
ように、一方のコンパレータ21aの出力レベルが“H"と
なって発光ダイオードLED₁が点灯し、さらに出力レベル
が低下すると、第２図（ｈ）のように、他方のコンパレ
ータ21bの出力レベルが“H"となって発光ダイオードLED
₂が点灯するようになっている。しかるに、壁や天井に
背後部材が存在しているときには、主電極1aで検出され
る静電容量が増大して単安定マルチバイブレータ11の時
定数が大きくなるから、時間差検出回路13の出力パルス
幅が増大し、その結果、支柱にある程度近付くと発光ダ
イオードLED₁が点灯することになる。さらに背後部材の
中心に近付くと発光ダイオードLED₁の消灯とともに発光
ダイオードLED₂が点灯するのである。

ところで、抵抗R₁，R₂の接続点には基準値設定回路16か
らのバイアス電圧が印加されており、このバイアス電圧
により単安定マルチバイブレータ12の時定数が可変とな
っている。基準値設定回路16は、ダイオードD₁〜D₃、コ
ンデンサC,C₁，C₂、抵抗R₉〜R₁₄、CMOSよりなる一対の
スイッチ素子S₁，S₂、CMOSよりなるボルテージフォロワ
Vf、インバータＩ、ノア回路NORからなり、スイッチ素
子S₁，S₂およびボルテージフォロワVfは１個の集積回路
により構成されている。上記バイアス電圧はコンデンサ
Ｃの端子電圧をボルテージフォロワVfにより取り出して
付与されるのであり、ボルテージフォロワVfはコンデン
サＣの端子電圧を反転するように構成されている。すな
わち、コンデンサＣの端子電圧が高くなるほどボルテー
ジフォロワVfの出力電圧は低下する。この基準値設定回
路16は、電源投入時にコンデンサＣの端子電圧を変化さ
せることにより、単安定マルチバイブレータ12の時定数
を変化させ、それによって、主電極1aによって検知可能
な静電容量の最小値を使用環境に応じて自動設定する。

次に、基準値設定回路16の動作を第２図の左半分を用い
て説明する。まず、電源を投入すると、コンデンサC₁が
抵抗R₃を介して充電され、コンデンサC₁の端子電圧が低
い間はスイッチ素子S₁は導通状態であるから、コンデン
サＣが抵抗R₃，R₉，R₁₀、ダイオードD₁等を介して充電
される。コンデンサＣへの充電時定数は十分に短く設定
され、コンデンサC₁への充電時定数はそれよりも長く設
定されている。また、コンデンサC₂は電源投入と同時に
抵抗R₁₄を介して、また抵抗R₅，R₆，R₁₂およびダイオー
ドD₂，D₃を介して充電されており、ノア回路NORの一方
の入力レベルは電源投入からしばらくの間は“L"となっ
ている。また、コンパレータ21aの非反転入力端の入力
レベルが“L"であるからコンパレータ21aの出力レベル
は“L"であって、ノア回路NORの出力レベルは、第２図
（ｉ）に示すように、“H"となっている。また、第２図
（ｊ）に示すように、インバータＩの出力レベルが“L"
であるから、コンパレータ21bの非反転入力端が“L"
で、第２図（ｈ）のようにコンパレータ21bの出力レベ
ルが“H"となり、発光ダイオードLED₂が点灯する。とこ
ろで、このときスイッチ素子S₂は導通しており、コンデ
ンサＣは抵抗R₁₁を介して放電されている。すなわち、
電源投入時には充電と放電とが同時になされているが、
放電時定数は充電時定数に比較して十分に大きく設定さ
れているから、コンデンサＣの端子電圧はスイッチ素子
S₁が導通している間はすぐに上昇する。コンデンサC₁の
端子電圧が上昇してスイッチ素子S₁が非導通状態となる
と、コンデンサＣは第２図（ｋ）に示すように放電のみ
行なうのであり、それに伴なって抵抗R₁，R₂の接続点の
電位は第２図（ｌ）に示すように次第に上昇する。すな
わち、第２図（ｂ）に示すように、単安定マルチバイブ
レータ12に接続された時定数回路の時定数が徐々に減少
し、第２図（ｄ）に示すように、単安定マルチバイブレ
ータ12の出力パルス幅が徐々に小さくなる。こうして両
単安定マルチバイブレータ11,12の出力パルス幅が略等
しくなると、第２図（ｅ）に示すように、それまで無出
力であった時間差検出回路13から微少パルスが得られ、
積分回路14の出力レベルが若干上昇して第２図（ｆ）の
ようにトランジスタＱのコレクタの電位が若干下がる。
この時点で、第２図（ｇ）のようにコンパレータ21aの
出力レベルが“H"となり、ノア回路NORの抵抗R₁₃側の入
力レベルが“H"となるから、第２図（ｉ）のようにノア
回路NORの出力レベルが“L"となり、インバータＩの出
力レベルが“H"となって、スイッチ素子S₂が非導通状態
となり、コンデンサＣの放電が停止する。また、第２図
（ｈ）のように発光ダイオードLED₂は消灯する。この瞬
間にコンパレータ21a,21bの非反転入力端の基準電圧は
抵抗R₃，R₉で電源電圧を分圧した値となるから、両コン
パレータ21a,21bの非反転入力端への印加電圧が下が
り、両発光ダイオードLED₁，LED₂はともに消灯する。つ
まり、発光ダイオードLED₂が消灯した後、発光ダイオー
ドLED₁が一瞬点灯し、すぐに消灯する。以後はコンデン
サＣの端子電圧は一定に保たれるのであり、時定数回路
へのバイアス電圧の初期値が設定されることになる。こ
のバイアス電圧の設定により、時間差検出回路13から極
めて小さい幅の出力パルス得られる状態となるから、背
後部材を検出するとすぐに時間差検出回路13から幅の広
いパルスが得られるようになり、高い感度での検知動作
が行なえるのである。

以上のようにして、コンデンサＣを一旦充電した後、そ
の放電過程でバイアス電圧の設定を行なうから、第３図
に示すように、スイッチ素子S₁，S₂やボルテージフォロ
ワVfを構成するCMOSの特性にばらつきがあっても、電圧
調節範囲には影響がなくなり、その結果、使用できる壁
の厚みの範囲が製品ごとにばらつくということがなくな
るのである。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、周囲の誘電率の変化を電気信号
に変換するセンサ部と、センサ部の出力が予め設定され
た基準値に達すると支柱が存在すると判断して検知出力
が得られる検知手段と、周囲の環境に応じて上記基準値
を設定する基準値設定回路とを備え、基準値設定回路
は、コンデンサを有するとともにコンデンサの端子電圧
に呼応して基準値を設定し、電源投入時にコンデンサを
充電して支柱の有無とは無関係に検知出力が得られる状
態に基準値を設定した後、コンデンサを放電する放電回
路に設けたスイッチ素子を導通状態としてコンデンサを
放電し検知出力が得られなくなった直後の時点でスイッ
チ素子を非導通状態としてコンデンサの放電を停止する
ことにより基準値を保持するように設定されて成るもの
であり、コンデンサの放電過程で基準値の設定を行なう
から、他の部品のスレショルド等のばらつきによる基準
値の設定範囲のばらつきが防止されるという利点を有す
るのである。その結果、適用できる壁厚の範囲を大きく
しながらも各製品の性能を一定にすることができるので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図中の対応する各部の信号を示すタイムチャート、
第３図は同上の要部の動作説明図、第４図は従来例を示
すブロック図、第５図は同上の動作説明図である。 １は電極板、11,12は単安定マルチバイブレータ、13は
時間差検出回路、14は積分回路、15はスイッチング回
路、16は基準値設定回路、Ｃはコンデンサ、S₁，S₂はス
イッチ素子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周囲の誘電率の変化を電気信号に変換する
   センサ部と、センサ部の出力が予め設定された基準値に
   達すると支柱が存在すると判断して検知出力が得られる
   検知手段と、周囲の環境に応じて上記基準値を設定する
   基準値設定回路とを備え、基準値設定回路は、コンデン
   サを有するとともにコンデンサの端子電圧に呼応して基
   準値を設定し、電源投入時にコンデンサを充電して支柱
   の有無とは無関係に検知出力が得られる状態に基準値を
   設定した後、コンデンサを放電する放電回路に設けたス
   イッチ素子を導通状態としてコンデンサを放電し検知出
   力が得られなくなった直後の時点でスイッチ素子を非導
   通状態としてコンデンサの放電を停止することにより基
   準値を保持するように設定されて成ることを特徴とする
   背後部材検知装置。