JPS5932932Y2 - インダクタンスの微小変化検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はインダクタンスの瞬時微小変化を検出するセン
サーの改良に関する。

従来インダクタンスの微小変化を検出する方法としては
、（１）ブリッジ回路を用いてインダクタンス変化を電
圧変化として検出する方法、（２）インダクタンスを共
振回路として構成し発振周波数の変化として検出する方
法、（３）同様に共振回路の同調電圧のズレとして検出
する方法などがある。

今 元のインダクタンスをＬｏ、渡北分を△Ｌとすると
、これらの各の方法における検出感度は理想的には次の
様に決する。

すなわち、１のブリッジ法では′△”’Ｌ ｏ に、
２の周波数法ではｒ−に比例する。

ただ３の場合は、共振回路に含１れる実効抵抗成分Ｒｏ
が理想的に極めて小さい場合、その回路の同調度Ｑ＝ω
ＯＬＯ／Ｒ０（ω０は共振周波数）に比例し、ｔｓ Ｌ
７ 、Ｌ ｏよりも変化比が増大する。

しかし、いずれの方法にしても、変化分が１０（−６０
ｄｂ）以下の場合実用的には検出感度の安定性は極めて
乏しくなる欠点を有する。

、そこで本考案は、インダクタンスの一６０ｄｂ以下の
極めて微小な変化分をも高感度に検出できかつその安定
度を補償できる新規な検出装置を提案するものであって
、その特徴は次の通りである。

インダクタンスの変化を周波数変化として検出する方法
において、元の周波数ｆｏに対する変化分△ｆの比△ｆ
／ｆｏに比例した電気量（例えば電圧）を検出する従来
の方法に対し、基準周波数発生回路を新たに設けて元の
周波数ｆｏと差動的に動作させ、その出力に対する変化
分の比すなわち△ｆ／（ｆｏ−ｆｓ）を検出することに
より、従来の検出比△ｆ よりも高感度化を計るも
のであ／ｆ。

る。

そして、ｆｓをｆｏに近い値に設定すれば相当な高感度
が得られる。

更にｆｏの変動に対しては、その変化量を上記基準周波
数発生回路に負帰還させ、（ｆｏ−ｆｓ）がす定となる
ように追従制御して安定化を計っている。

通常ｆＯの変動は周囲温度等によって緩慢に変化するも
のであり、その制御速度はそれに追従する程度の遅いも
のでよい。

したがって、瞬時的に変化する信号成分は自然変動（以
下、ドリフトという）に影響されることなく、安定して
検出することができる。

以上の構成から、本考案のセンサーによれば従来のもの
に比し一２０ｄｂ以上の高感度化が計られ、実用的に極
めて有効である。

以下、実施例につき本考案の詳細を添付図面によって説
明する。

図にかいて、１は検出コイル、２は発信回路で検出コイ
ル１の定数に応じて発振する。

３はバッフアンプ、４はローパスフィルタで検出コイル
の定数に応じた周波数ｆｘ以上の外乱によって誘発する
高周波雑音周波数をここで減衰を計る。

５はフェーズコンパレータで検出コイルからの周波数ｆ
ｏと電圧制御発振器１７からの基準周波数ｆｓを混合す
る回路である。

６はローパスフィルタで、フェーズコンパレータの出力
の中で（ｆｏ＋ｆｓ）の高周波成分を減衰させ、（ｆｏ
ｆｓ）の低周波成分のみ取出す回路である。

７はバッフアンプ、８は周波数変化を電圧変化に変換す
るためのローパスフィルタで、カットオフ周波数を（ｆ
ｏ−ｆｓ）周波数より小さく設定し、周波数に対する電
圧の減衰騎性の最も効率の良い部分に（ｆｏ−ｆｓ）ａ
投する。

９はバッファアンプ、 １０は整流回路でローパスフィ
ルタ８で振幅変調された（ｆｏ−ｆｓ）に相当する電圧
を直流に変換する。

１１は差動アンプで前述の（ｆｏ ｆｓ）に相当する
電圧ｅｏと、定電圧電源Ｅから可変抵抗ＶＲ１で分圧さ
れた基準電圧ｅｓとを入力としてこれを互いに相殺し、
通常この出力はＯボルトに調整される。

すなわち、上記の１〜１１の回路系では、検出コイル１
の発振する周波数ｆＯに特に周囲温度によるドリフトも
無くまた基準周波数ｆｓが一定ならば、差動アンプ１１
の出力は通常Ｏボルトに調整されているが、検出コイル
１に物体が近接し周波数変化△ｆを生じると、差動アン
プ１１は△ｆに比例した電圧△ｅを発生する。

１２は差動アンプで、定電圧電源Ｅから可変抵抗ＶＲ２
で分圧された設作電圧ｅｃよりも前記電圧△ｅが太きけ
れば、信号電圧Ｅｓ１ｇを出力する。

一方、検出コイル１にドリフトを生じた場合も同様に差
動アンプ１１の出力にドリフト電圧ｅｄを生じるが、こ
の電圧は前述の設定電圧ｅｃよりも小さい段階で飽和ア
ンプ１３で増幅検知される。

１４は後段の積分回路１５の入力を制限する減衰器で、
積分回路の自走数Ｒ−Ｃと共に後段の電圧制御発振器１
７の制御速度を調節する。

１６は加算回路で、積分回路１５からの制御電圧を、低
電圧電源Ｅを可変抵抗ＶＲ３で分圧されるバイアス電圧
と加算する。

このバイアス電圧は、電圧制御発振器１７の発振周波数
の初期値ｆｓを設定する電圧となる。

したがって、電圧制御発振器１７は通常ｆｓで発振して
いるカヘ ドリフト電圧ｅｄが生じると直ちに飽和ア
ンプ１３で増幅され、ドリフトの方向に応じて＋Ｅまた
は−Ｅボルトの電圧として検出され、積分回路で遅延が
かかつて、電圧制御発振器１７ば基準周波数ｆｓを中心
に常にオン・オフ制御された状態となる。

次にその作用及び効果について説明すると、（１）検出
コイルの発振周波数ｆｏを、８，９゜１０の周波数−電
圧変換回路で直接変換すると、周波数変化△ｆに対する
電圧変化は△ｆ／ｆｏに比例した電圧変化しか検出され
ないが、基準周波数ｆｓで元の周波数ｆｏを減殺するこ
とにより電圧変化は△ｆ／（ｆＯ−ｆｓ）となってｆｏ
／（ｆｏ−ｆｓ）倍増加する。

例えば、検出コイル側がｆｏ＝５０ＫＨｚで発振しそし
て信号周波数がＩＨｚ変化した場合、従来の方法では変
化比は５０Ｘ１０”−３となるが、仮に基準周波数ｆｓ
＝４９ＫＨｚで混合すればフェーズコンパレータ５の出
力（ｆ ｏ−ｆ ｓ ） ＝ Ｉ ＫＨｚ となり、
変化ＩＨｚに対する電圧変化比は１×１０−３となって
、５０倍感度が増加したことになる。

ｆｓをｆｏに近い値に設定する程感度は向上する。

（２） ドリフトｅｄは飽和アンプ１３によってその
極性のみ判別しオン・オフ制御しているため、従来のよ
うなｅｄの遅延動作に比べて原理的にハンチングを起す
要因もなく安定である。

すなわち、信号増幅系の遅れ位相角θ、（この場合整流
回路の沢波回路の定数によって決する）と制御系の遅延
回路での遅れ角θ２の和が１８８近くになると、ｆｏの
ドリフトに対して正帰還状態となってハンチングを起こ
すようになるが、この場合は制御系の積分回路は単に制
御の速さを決定しているのみで遅れ要素とはならず、し
たがってハンチングを生じることがない。

このことは、ドリフトが比較的速い周期で変動しても、
制御の速度をどこ１でも追従させることができることを
意味し、例えば検出コイルのドリフト（遅い）以外の回
路系のドリフト（比較的速い）の補償も可能となり、雑
音レベルを低下して検出感度を向上させるのに役立って
いる。

ただし通常は、信号レベルの変化はドリフトの変化に比
して十分速く変化するので、実用レベルとしては信号レ
ベルには補正がかかることはない。

（３）以上二つの主要な効果により、−９０ｄｂ以下の
微小変化の検出が可能となり、従来のものより一２０ｄ
ｂ以上に感度が向上シフ、実用的に顕著な効果が得られ
た。

以上の説明においてはインダクタンス型センサーについ
て述べたが、例えばコンデンサ型センサーでもよく、本
考案は周波数変化に置換できるすべてのセンサーに応用
することができる。

そして本考案の検出装置は、車両検出器、物体の近接ス
イッチ、金属の材質鑑別器等に極めて有効に適用するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案実施例の構成ブロック線図である。 １・・・・・・検出コイル、２・・・・・・発信回路、
３・・・・・・バッファアンプ、４・・パ°゛ローパス
フィルタ、５・・・・・・フェーズコンパレータ、６・
・・・・・ローパスフィルタ、７°°°・・・バッファ
アンプ、８・・・・・・ローパスフィルタ（周波数−電
圧変換用）、９・・・・・・バッファアンプ、１０・・
・・・・整流回路、１１・・・・・・差動アンプ、１２
・・・・・・差動アンプ、１３・・・・・・飽和アンプ
、１４・・・・・・減衰器、１５・・・・・・積分回路
、１６・・・・・・加算回路、１７・・・・・・電圧制
御発振器、ｆｏ・・・・・・検出コイル周波数、ｆｓ・
・・・・・基準周波数、ｅｏ・・・・・・（ｆｏ−ｆｓ
）相当電圧、ｅｓ・・・・・・ｅｏ相殺用基準電圧、
ｅｄ・・・・・・ドリフト電圧、△ｅ・・・・・・△ｆ
・・・・・・相当電圧、ｅｃ・・・・・・設定電圧、Ｅ
ｓ１ｇ ・・・・・・信号電圧。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 検出コイル１２発信回路２．ローパスフィルタ４からの
   検出コイル発振周波数ｆｏをフェーズコンパレータ５で
   電圧制御発振器１７からの基準周波数ｆｓで減殺し、ロ
   ーパスフィルタ６、ローパスフィルタ８．整流回路１０
   で減殺周波数ｆｏ ｆｓに相当する直流電圧ｅ□を出
   力し、差動アンプ１１においてこの直流電圧ｅｏを相殺
   してち・き、検出コイル１への物体の近接等により発生
   した周波数変化△ｆに相等する差動アンプ１１からの出
   力△ｅが設定電圧ｅ。 を超えたとき差動アンプ１２から信号電圧Ｅｓ１ｇ
   を出力検出回路にち−いて； 前記検出コイル１の発振周波数ｆＯのドリフトによる前
   記差動アンプ１１の出力ｅｄに追従し該出力ｅｄが前記
   設定電圧ｅ。 よりも小さい段階にち・いて前記電圧制御発振器１７の
   発振基準周波数ｆｓを制御し前記減殺周波数ｆ。 −ｆｓを一定に保持するための飽和アンプ１３．減衰器
   １４．積分回路１５、加算回路１６による制御回路を有
   して成り；検出コイルの微小周波数変化を高感度で検出
   すると共に、検出コイルのドリフトに対する安定度を補
   償されたことを特徴とするインダクタンスの微小変化検
   出装糺