JPS622486B2

JPS622486B2 -

Info

Publication number: JPS622486B2
Application number: JP55167091A
Authority: JP
Inventors: Sanpei Kayano; Kyoharu Kamimura; Koji Kageyama
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1980-11-26
Filing date: 1980-11-26
Publication date: 1987-01-20
Also published as: JPS5790831A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は鉄鋼プラントによつて製造される鋼材
のように低温度から高温度までの広範囲の温度を
有する被検出体の検出に好適する光電スイツチに
関する。

例えば鉄鋼プラントにおいては溶鉱炉から得ら
れた融解状態である高温度の銑鉄に始まつて段階
的に圧延等がくり返され最終的に低温状態である
各種鋼材が製造されている。

ところで上述した各種鋼材を製造するラインに
おいては、その鋼材の有無を検出して自動制御す
ることが行なわれている。しかし前述したように
各種ラインにおける鋼材の温度は高温度から低温
度まで広範囲にわたり、且つその雰囲気は湿気塵
埃等もあり極めて悪い条件の中で鋼材を検出しな
ければならない。

従来技術では夫々の鋼材の温度の悪影響を受け
ない多種類の検出器を用いなければならなかつ
た。例えば投光器と受光器とを配してその間で鋼
材を検出する方法も従来より用いられているが、
装置が必ず２台必要であつた。あるいは輻射光を
検出し所定の温度範囲の鋼材を検出する方法も用
いられているが、低温度状態での鋼材検出が不安
定或いは不可能であつた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、例えば−10℃程度の低温度から1300℃
程度の高温度の被検出体を一台で確実に検出する
ことができる光電スイツチを提供するにある。

以下本発明の一実施例につき図面を参照して説
明する。

先ず、第１図乃至第３図に従つて全体の概略的
構成について述べる。１は筐体であり、これはケ
ース２とカバー３とから構成されている。このケ
ース２は周壁４、前壁５及び後壁６によつて密閉
形の略矩形状に形成され、その後壁６には外方に
向けて鍔部７が突設されている。又、ケース１の
前壁５には略矩形状の窓部８が形成され、この窓
部８には該窓部８の一部をなす透明板９が気密に
嵌め込み装着されている。更に、ケース２の前壁
５には窓部８の周囲部から内方に膨出する如くに
して膨出壁１０が形成され、その膨出壁１０内は
中央仕切壁１１により投光室１２及び受光室１３
に仕切られている。前記カバー３は周壁１４及び
前壁１５によつて後端面が開口する略矩形箱状に
形成され、その前壁１５には略矩形状の開口部１
６が形成されているとともに、周壁１４内面には
略螺旋状に案内突条１７が突設されている。そし
て、このカバー３は前記ケース２にその周壁４を
覆うように嵌合され、後端開口部が鍔部７にねじ
止め等により取付けられている。この結果、ケー
ス２の周壁４とカバー３の周壁１４との間には流
通路１８が形成され、更にケース２の前壁４とカ
バー３の前壁１４との間には窓部８の前面側上方
に位置し前記流通路１８に連通するスリツト状の
吐出孔部１９が形成される。そして、前記流通路
１８は案内突条１７によつて略螺旋状をなすよう
に形成されるものである。２０は前記ケース２の
後壁６に取付けられた空気供給口体であり、これ
は前記流通路１８の後方部に連通して該流通路１
８内にコンプレツサ等の空気供給源（図示せず）
からの冷却用空気を供給するようになつている。
一方、２１は赤外線を発光する発光ダイオード等
からなる発光素子であり、これは、前記膨出壁１
０における投光室１２側の奥壁に配設され、その
投光室１２の前端部に装着された投光レンズ２２
に対応するようになつている。２３はシリコンフ
オトトランジスタ等からなる第１の受光素子であ
り、これは、前記膨出壁１０の上壁に受光室１３
に臨んで配設され、その受光室１３内に45゜の傾
斜状態に装着された半透明ミラー２４に受光軸と
直角方向たる上方から対応するようになつてい
る。２５は前記受光室１３の前端部に装着された
受光レンズである。２６はシリコンフオトトラン
ジスタ等からなる第２の受光素子であり、これ
は、前記膨出壁１０の受光室１３側の奥壁に配設
され、前記半透明ミラー２４に後方から対応する
ようになつている。尚、２７及び２８は前記受光
室１３内の上部及び奥部に夫々受光素子２３及び
２６と対向して配設された可視光しや断用のフイ
ルタである。又、２９は前記ケース２の後壁６に
取付けられた動作表示灯、３０及び３１は夫々該
後壁６に取付けられた電源用コネクタ及び信号用
コネクタである。３２は前記ケース２内に配設さ
れたプリント基板からなる回路基板であり、これ
には回路装置３３が構成されている。

さて、この回路装置３３について第４図を参照
して説明する。先ず、発光素子２１及び第１の受
光素子２３に関連する反射光検出系回路３４につ
いて述べる。３５は矩形パルス状の発振出力を発
生する発振回路であり、その発振出力は駆動回路
３６を介して発光素子２１に与えられるようにな
つており、これによつて発光素子２１は例えば
940nｍのパルス変調赤外線を発生するようにな
つている。又、前記第１の受光素子２３は300n
ｍ〜1100nｍの受光帯域を有するもので、その検
出電気信号はACアンプ（これは実際にはプリア
ンプとメインアンプとからなる。）３７を介して
同期検波回路３８に一方の入力信号として与えら
れるようになつている。そして、この同期検波回
路３８は、他方の入力信号として前記発振回路３
５の発振出力が与えられるようになつていて、検
出電気信号と発振出力との同期をとつた上で例え
ば正（＋）極性のパルス出力信号を発生する。更
に、この同期検波回路３８のパルス出力信号は積
分回路３９に与えられ、該積分回路３９の積分出
力信号はシユミツト回路等からなる波形整形回路
４０に与えられ、その波形整形回路４０は上記積
分出力信号が一定レベル以上になるとハイレベル
（Ｈ）の検出出力信号を発生するようになつてい
る。次に、第２の受光素子２６に関連する輻射光
検出系回路４１につき述べる。前記第２の受光素
子２６は300nｍ〜1100nｍの受光帯域を有するも
ので、その検出電気信号は例えば蓄積効果受光方
式の変調回路４２の一方の入力信号として与えら
れ、該変調回路４２には他方の入力信号として発
振回路４３の矩形パルス状の発振出力が与えられ
るようになつている。この場合、蓄積効果受光方
式の変調回路４２は周知の構成（必要ならば、オ
プトエレクトロニクスハンドブツク第83頁、第84
頁、第86頁及び第87頁〜株式会社オーム社昭和49
年３月31日発行参照）であるので、以下第６図を
参照して概略的構成を説明する。即ち、変調回路
４２は、原理的には、フオトトランジスタからな
る第２の受光素子２６のコレクタが電源端子４２
ａに接続され、該第２の受光素子２６のエミツタ
が抵抗４２ｂを介してアースされ、その受光素子
２６のエミツタと抵抗４２ｂとの共通接続点に出
力端子４２ｃが接続されて構成されている。而し
て、電源端子４２ａに発振回路４３から第７図ａ
で示すようにパルス幅（マーク幅）Taのパルス
が時間（スペース幅）Tbずつの間隔で加えられ
ると、出力端子４２ｃには第７図ｂで示すように
（TbI_L）／Ｃ_Bｃなるピーク値を有し且つｈ_FEＣ_B
cR_Lなる時定数を有するレベル出力信号V₀が得ら
れる。ここで、Ｉ_Lは受光素子２６のコレクタ・
エミツタ間のｐ−ｎ接合が逆バイアスされている
状態においてフオトダイオードとして働いて得ら
れる光電流、ｈ_FEは受光素子２６の電流増幅率、
Ｃ_Bｃは受光素子２６のコレクタ、ベース間に逆
バイアスをかけた時の接合容量、Ｒ_Lは抵抗４２
ｂの抵抗値である。そして、変調回路４２は、被
検出体の温度が低くて受光素子２６に対する輻射
光レベルが低い時には受光素子２６の電荷減少が
小さいので、前記ピーク値の変化分が小さくレベ
ル出力信号は発生しない。而して、前記変調回路
４２のレベル出力信号はACアンプ４４を介して
同期検波回路４５の一方の入力信号として与えら
れるようになつている。又、この同期検波回路４
５は、他方の入力信号として前記発振回路４３の
発振出力が与えられていて、レベル出力信号と発
振出力との同期をとつた上で例えば正極性のパル
ス出力信号を発生する。更に、この同期検波回路
４５のパルス出力信号は積分回路４６に与えら
れ、該積分回路４６の積分出力信号はシユミツト
回路等からなる波形整形回路４７に与えられ、そ
の波形整形回路４７は上記積分出力信号が一定レ
ベル以上（被検出体からの輻射光が一定量以上）
となるとハイレベルの検出出力信号を発生するよ
うになつている。一方、前記反射光検出系回路３
４の検出出力信号たる波形整形回路４０の検出出
力信号及び輻射光検出系回路４１の検出出力信号
たる波形整形回路４７の検出出力信号はオア回路
４８に与えられるようになつており、そのオア回
路４８の出力信号は動作表示灯２９に与えられる
とともにリレー４９の励磁コイル４９Ａに与えら
れるようになつている。そして、動作表示灯２９
はオア回路４８からハイレベルの出力信号が与え
られると通電点灯され、リレー４９は励磁コイル
４９Ａがオア回路４８からハイレベルの出力信号
が与えられて通電されると作動しリレースイツチ
４９Ｂの常閉側接点ｂを開放し常開側接点ａを閉
成させるようになつている。尚、このリレースイ
ツチ４９Ｂの接点出力は信号用コネクタ３１を介
して外部に取出されるようになつている。又、５
０は前記回路装置３３に定電圧直流電源を与える
直流電源回路であり、これには電源用コンセント
３０を介して交流電源が加えられるようになつて
いる。

次に、上記構成の本実施例の作用につき第５図
を参照して説明する。

回路装置３３に直流電源回路５０から直流定電
圧電源を与えると、先ず発振回路３５の発振出力
が駆動回路３６を介して発光素子２１に与えら
れ、該発光素子２１はパルス変調赤外線Ａを投光
レンズ２２及び透明板９を介して被検出体５１に
照射する。そして、被検出体５１に照射されたパ
ルス変調赤外線Ａは該被検出体５１によつて反射
されて反射パルス変調赤外線Ｂとなり、これが透
明板９及び受光レンズ２５を介して受光室１３内
に入光し、その50％は半透明ミラー２４によつて
反射されてフイルタ２７を介して第１の受光素子
２３に入光し、残りの50％は半透明ミラー２４を
透過してフイルタ２８を介して第２の受光素子２
６に入光する。又、被検出体５１から放射される
輻射光Ｃも同様にして受光室１３内に入光し、同
様にしてその50％が第１の受光素子２３に入光し
残りの50％が第２の受光素子２６に入光する。こ
の場合、被検出体５１の温度が500℃以下の時に
は、被検出体５１から放射される輻射光Ｃ
（900nｍ以下）のレベルＤは、第５図ａで示すよ
うに、第１の受光素子２３の飽和レベルＪより低
いため、この輻射光Ｃを重畳して反射パルス変調
赤外線Ｂが第１の受光素子２３に入光する。従つ
て、第１の受光素子２３の検出電気信号としての
第５図ａで示すパルス出力信号Ｆの交流分たる交
流信号を増幅するACアンプ３７の出力信号Ｇは
第５図ｂで示すようになり、これに基づいて波形
整形回路４０は第５図ｄで示すようにハイレベル
の検出出力信号Ｉを発生する。又、被検出体５１
の温度が500℃以上の中温度の場合には、輻射光
ＣのレベルＤが第１の受光素子２３の飽和レベル
Ｊに次第に近づくようになつてACアンプ３７の
出力信号Ｇのピークレベルが低くなる。そして、
被検出体５１の温度が略700℃の場合には、第１
の受光素子２３が飽和レベルＪに達してしまい、
ACアンプ３７の出力信号Ｇが反射光動作レベル
Ｅより小さくなり、出力されなくなる。従つて、
波形整形回路４０の出力信号はローレベル（Ｌ）
となる。以上のように、反射光検出系回路３４に
おいては被検出体５１の温度が略700℃以上の場
合にはその輻射光Ｃに基づく直流分のレベル上昇
により検出動作不安定或いは不可能となるもので
ある。一方、被検出体５１の温度が500℃以下の
低温度の場合には、前述したように輻射光Ｃのレ
ベルＤが低いことにより第２の受光素子２６に対
する輻射光Ｃの入光量は非常に低く、該第２の受
光素子２６の電荷減少は小さく、従つてACアン
プ４４は出力信号を発生しない。そして、被検出
体５１の温度が略500℃の場合には、輻射光Ｃは
所定波長たる略900nｍとなつてそのレベルＤが
高くなり、従つて第２の受光素子２６の入光量が
第５図ａで示す輻射光動作レベルＮ以上となつ
て、該第２の受光素子２６の蓄積電荷の放電量が
増加し、その補充分としてその受光素子２６に発
振回路４３から与えられる発振出力が増加するよ
うになり、よつてACアンプ４４が第５図ｃで示
すようにレベル出力信号Ｋを発生する。そして、
このレベル出力信号Ｋに基づいて波形整形回路４
７が第５図ｅで示すようにハイレベルの検出出力
信号Ｍを発生することになる。以上のように、輻
射光検出系回路４１においては被検出体５１の温
度が略500℃以下の場合には輻射光ＣのレベルＤ
が低くて検出動作が不安定或いは不可能となるも
のである。而して、前記波形整形回路４０及び４
７のハイレベルの検出出力信号Ｉ及びＭはオア回
路４８に与えられるので、該オア回路４８はハイ
レベルの出力信号を発生するようになり、これに
基づいて動作表示灯２９が点灯作動し且つリレー
４９が作動してそのリレースイツチ４９Ｂが常閉
側接点ｂを開放し常開側接点ａを閉成するように
切換わる。尚、本発明者の実験によれば、反射光
検出系回路３４により被検出体５１が−10℃程度
の低温度の場合でも確実な検出動作を行なうこと
ができ、且つ輻射光検出系回路４１により被検出
体５１が1300℃程度の高温度の場合でも確実な検
出動作を行なうことができるという結果が得られ
ている。

さて、以上のような回路装置３３の検出動作中
は、空気供給口体２０を介して流通路１８に空気
供給源から冷却用空気を供給する。而して、流通
路１８に供給された冷却用空気は、案内突条１７
によりケース２の周壁４の外面を略螺旋状に案内
されつつ前方側に流通して該ケース２を冷却する
ようになり、その後流通路１８の前端部から吐出
孔部１９に送気されて該吐出孔部１９から下方に
向けて吐出されるようになり、従つて窓部８にお
ける透明板９の前面側に存在する湿気、塵埃等は
その吐出流によつて吹き飛ばされるようになると
ともに、該吐出流は一種のエアカーテンとなつて
透明板９の前面に対する湿気・塵埃等の付着を防
止する。

このように本実施例によれば、同一の筐体１内
に、パルス変調赤外線Ａを被検出体５１に照射し
その反射パルス変調赤外線Ｂを検出する反射光検
出系回路３４と被検出体５１から放射される輻射
光Ｃを検出する輻射光検出系回路４１とを設け
て、夫々の検出出力信号Ｉ及びＭのオア出力を得
るようにしたので、−10℃程度の低温度から1300
℃程度の高温度までの広範囲にわたる温度の被検
出体５１を一台で確実に検出できるものであり、
しかも輻射光検出系回路４１の下限検出温度と反
射光検出系回路３４の上限検出温度との近傍たる
約500℃から約700℃の中温度領域においては両回
路３４，４１の検出出力信号Ｉ，Ｍがともに生ず
るように設定したので、被検出体の温度領域中に
不安定検出動作を生ずるような部分が生ずること
を確実に防止し得、従つて、被検出体として広範
囲にわたる種々の温度の鋼材を検出する必要のあ
る鉄鋼プラントに好適し、多種類の検出器を用い
る必要がなくて自動化上極めて便利である。更
に、本実施例によれば、第１の受光素子２３及び
第２の受光素子２６に対する入光を半透明ミラー
２４によつて50％づつに分光するようにしたの
で、両者の入光は同軸上となり、従つて各受光素
子２３及び２６は被検出体５１の同一部分からの
反射パルス変調赤外線Ｂ及び輻射光Ｃを検出する
ことになつて温度の高低による検出位置の狂いを
生ずることはない。

又、本実施例によれば、筐体１をケース２とカ
バー３とから構成して両者の間に流通路１８を形
成し、この流通路１８に冷却用空気を流通させる
ようにしたので、ケース２を効果的に冷却するこ
とができて、該ケース２内に配設された回路装置
３３の構成素子が熱影響を受けることなく良好に
動作することができ、従つて、鉄鋼プラント等の
ように高温度雰囲気場所に効果的である。しか
も、本実施例によれば、流通路１８を流通する劣
却用空気をケース２とカバー３との前端部間に形
成した吐出孔部１９から窓部８の透明板９の前面
側に吐出させるようにしたので、透明板９の前面
側に存在する湿気、塵埃等が吐出孔部１９からの
空気流によつて吹き飛ばされるようになつて透明
板９に付着することがなく、従つて透明板９に湿
気、塵埃等が付着することにより赤外線、輻射光
の透過が阻害されるという如き不具合が全くな
く、高湿度雰囲気場所及び塵埃雰囲気場所にも好
適するものである。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例にの
み限定されるものではなく、例えば筐体１の形
状、構造等は適宜選定すればよい等、要旨を逸脱
しない範囲内で適宜変形して実施し得ることは勿
論である。

本発明は以上説明したように、筐体内にパルス
変調赤外線を被検出体に向けて照射する発光素子
を設け、前記筐体内に前記被検出体から反射され
るパルス変調赤外線及び該被検出体から放射され
る輻射光を受光する第１及び第２の受光素子を設
け、そして、この第１の受光素子の電気信号が交
流信号の時にこれを検出する反射光検出系回路並
びに前記第２の受光素子の電気信号が所定波長以
上で且つ所定量以上の輻射光に基づくレベル信号
の時にこれを検出する輻射光検出系回路を設ける
構成としたので、例えば−10℃程度の低温度から
1300℃程度の高温度までの広範囲にわたる温度を
有する被検出体であつてもこれを一台で確実に検
出でき、特に約500℃から約700℃までの中温度領
域において動作不安定状態となることを確実に防
止できる光電スイツチを提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はケー
スとカバーとを分解して示す斜視図、第２図は縦
断側面図、第３図は第２図−線に沿う断面
図、第４図は回路装置のブロツク線図、第５図ａ
乃至ｅは作用説明用の各部の波形図、第６図は変
調回路の原理的構成図、第７図ａ及びｂは同回路
の波形図である。図面中、１は筐体、２はケース、３はカバー、
８は窓部、１８は流通路、１９は吐出孔部、２１
は発光素子、２３は第１の受光素子、２４は半透
明ミラー、２６は第２の受光素子、３３は回路装
置、３４は反射光検出系回路、４１は輻射光検出
系回路、５１は被検出体を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１筐体内に設けられパルス変調赤外線を被検出
体に向けて照射する発光素子と、前記筐体内に設
けられ前記被検出体から反射されるパルス変調赤
外線を受けてこれを検出して電気信号に変換する
第１の受光素子と、この第１の受光素子より出力
されて増幅された受光信号が所定の値以上で検出
信号を得る反射光検出系回路と、前記筐体内に設
けられ前記被検出体から放射される輻射光を検出
する第２の受光素子と、この第２の受光素子の検
出信号を蓄積効果変調しその交流信号を増幅して
前記輻射光が所定波長以上で且つ所定量以上の場
合にこれを検出する輻射光検出系回路と、前記
夫々の検出系回路の出力のオア回路とを具備して
なる光電スイツチ。２筐体は前面部にパルス変調赤外線及び輻射光
を透過させる窓部を有するケースと、このケース
の周壁を覆い該周壁との間に冷却用空気を流通さ
せる流通路を形成するカバーとから構成され、該
カバーと前記ケースとの前端部間には、前記流通
路を流通した冷却用空気を前記窓部の前面側に吐
出させる吐出孔部が形成されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の光電スイツ
チ。３パルス変調赤外線と輻射光とを同一軸上で且
つ同一受光素子にて受光可能な構造と、前記受光
素子を２個夫々90゜の角度に配した構造とを形成
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の光電スイツチ。