JPS631537B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体に接触することに依つて検出素子
の熱容量が変化し、その変化に依つて変動する電
圧をデジタル的に処理して物体の有無を検出する
物体検出装置に関する。

一般に物体の有無を検出する必要がある場合、
例えば製氷機等に於いて氷が製造されて貯氷室に
氷が一定レベルに達したか否かは光電素子あるい
は機械的サーモ手段に依つて検出するが、製氷機
等は湿気が多く且つ低温度であるため霜が付着し
たり、あるいは機械的接点が凍りついたりして誤
動作する危具を有していた。

また近年半導体技術及びエレクトロニクス技術
が進歩しLSIあるいはマイクロコンピユーター等
が実用化され、種々の方面に応用利用されてい
る。例えばエア・コンや冷蔵庫更にはシヨーケー
ス及び製氷機等の温度制御あるいは電力制御に使
用されているが、製氷機等の様に物体即ち氷の量
を検出してこれを制御する機能も温度制御及び電
力制御等と共にLSIあるいはマイクロコンピユー
タで総合的に制御することが望ましい。

本発明は上述した点に鑑みて為されたものであ
り、従来の物体検出装置とは全く異なる新規な物
体検出装置を提供するものである。以下図面を参
照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例を示すブロツク図であ
り、１は物体検出素子、２は電源部、３はＡ／Ｄ
変換器、４は制御回路である。

物体検出素子１はNPN型のトランジスタ５と、
トランジスタ５のコレクタに接続された負荷抵抗
R₀と、ベース−コレクタ間及びベース−エミツ
タ間に各々接続された分割抵抗R₁及びR₂とから
成り、トランジスタ５のコレクタ電圧を、出力と
して取り出している。このトランジスタ５は第２
図に示す如く、良熱伝導性の放熱器６、例えばア
ルミニウムで作られた一端が閉口したパイプの中
に熱的に結合して固着され、リード７は放熱器６
の他端に延在して封止部８でハーメチツクシール
されている。放熱器６に何も接触していない場
合、トランジスタ５に流れるコレクタ電流に依つ
てジヤンクシヨンに発生する熱はトランジスタ５
自身及び放熱器６の熱抵抗及び熱容量によつて決
定される熱的な時定数に従い放熱され、ジヤンク
シヨンの温度は発熱と放熱がつり合うまで上昇す
る。従つて温度依存性を有するコレクタ電流はジ
ヤンクシヨンの温度上昇に従つて増加し、コレク
タ電圧は負荷抵抗R₀の電圧降下によつて徐々に
減少し、発熱と放熱とがつり合つた時点で一定と
なる。しかし周囲温度等の初期状態に依つて決定
されるある特定な電源電圧V_cc、即ちその電圧V_cc
に依り流れるコレクタ電流で発熱する熱量が、放
熱器６から放熱される熱量よりやや大きくなる様
な電源電圧V_ccを物体検出素子１に印加すると、
その出力電圧、即ちコレクタ電圧は前述した物体
検出素子１自身の有する熱的な時定数の時間まで
は急激に減少するがその後は直線的に減少する。
第３図ａはその特性を示す。

一方熱容量の大きい物体、例えば氷９が放熱器
６に接触していると、その接触部分は氷９の溶解
熱のために０℃に固定され、熱が吸収されるため
放熱量が発熱量より大きくなり、コレクタ電圧は
第３図ｂに示す如く短時間で一定電圧となる。従
つて物体が接触している場合と接触していない場
合との差は時間が経過するに従つて大きくなる。

電源部２は制御回路４からの信号S_Bに依つて制
御され、物体の検出動作開始と同時に物体検出素
子１の初期状態を調べるために、予じめ定められ
た電圧の電源電圧V_cc1を印加し、更に信号S_Bの内
容に応じた大きさの電源電圧V_cc2を物体検出素子
１に印加するものである。Ａ／Ｄ変換器３は物体
検出素子１の出力、即ちトランジスタ５のコレク
タ電圧を周知の方法に依つて、４ビツトあるいは
８ビツト等のデジタルに変換するものであり、デ
ジタル変換されたコレクタ電圧は制御回路４に印
加される。

制御回路４は信号S_Bを出力して電源部２を制御
し、更に物体検出素子１のコレクタ電圧を測定す
る時間T₁及びT₂を決定するタイマーを内蔵する
制御部１０と、制御部１０に依つて開閉が制御さ
れ初期状態及びタイマーで決定された時間T₁及
びT₂に於いて、デジタル変換されたコレクタ電
圧値を入力する入力ゲート１１と、初期状態に於
いて入力されたコレクタ電圧値に依り物体検出素
子１の出力が前述した如く直線的に変化する様な
電圧値を計算し、更に時間T₁に於いて入力され
たコレクタ電圧値から時間T₂に於けるコレクタ
電圧の予想電圧値を計算し、記憶する演算回路１
２と、時間T₂に入力されたコレクタ電圧値と演
算回路１２で算出された予想電圧値とを比較し、
その差が予じめ定められた許容差巾にあるか否か
判定し、許容差内であれば物体無し、許容差外で
あれば物体有りを示す信号を制御信号S_Aに出力
する比較回路１３とから構成される。

次に第４図のフローチヤートを参照して動作を
説明する。

制御回路４をスタートさせると制御回路４の制
御部１１から初期状態を測定するために予じめ定
められた内容の信号S_Bが出力され、電源部２はそ
の信号S_Bの内容に従つた電圧の大きさの電源電圧
V_cc1を物体検出素子１に印加する。次に制御部１
０は入力ゲート１１を開閉し、電源電圧V_cc1に依
つて生じるコレクタ電圧（第３図の時間Ｏに於け
る電圧V_c1）がデジタル変換されて演算回路１２
に印加される。演算回路１２はデジタル変換され
たコレクタ電圧値V_c1を基に、物体が無い場合の
物体検出素子１の特性が直線的になる初期電圧値
（第３図の電圧V_c2）を得るための電源電圧V_cc2を
計算し、その結果を制御部１０に送出する。制御
部１０は計算された電圧V_cc2に応じた内容の信号
S_Bを電源部１０に出力するため、電源部１０から
は電源電圧V_cc2が物体検出素子１に印加され、コ
レクタ電圧はV_c2となる。この時制御部１０内に
内蔵されたタイマーが時間T₁に於いてタイムア
ウトする様セツトされる。時間T₁は第２図に示
したトランジスタ５及び放熱器６等で決定される
熱的な時定数と略等しいかあるいはやや大きく、
即ち、曲線的変化部分と直線的変化部分との境目
に設定する。タイマーが時間T₁に於いてタイム
アウトすると、制御部１０は入力ゲート１１を再
び開閉し、時間T₁に於けるデジタル変換された
コレクタ電圧値が演算回路１２に印加され、演算
回路１２はそのコレクタ電圧値を基に、予じめ記
憶されている直線の一次方程式に依つて、時間
T₂に於ける予想されるコレクタ電圧値を演算し、
その結果を記憶する。また制御部１１のタイマー
は次の時間T₂でタイムアウトする様に再びセツ
トされ、時間T₂になると制御部１０は入力ゲー
ト１１を開閉し、時間T₂に於けるデジタル変換
されたコレクタ電圧値が入力ゲート１１を介して
比較回路１３に印加され、一方比較回路には演算
回路１２から時間T₁の時点で演算記憶された予
想のコレクタ電圧値が印加され、それぞれが比較
される。即ち計算された電圧値と実際に時間T₂
で測定されたコレクタ電圧値との差を計算し、そ
の差が予じめ定められた許容差内であるか否か判
定する。第３図に示す如く、演算回路１２で計算
される理論上のコレクタ電圧がＣで示されるとす
ると、物体が接触していない場合の差は△V₁と
なり、物体が接触している場合の差は△V₂とな
る。従つて許容差を△V₁と△V₂との間に適当に
設定することに依つて物体の有無の判定が行なえ
る。この様に差が許容差内であれば比較回路１３
は物体無しを示す信号を制御信号S_Aに出力し、
許容差外であれば物体有りの信号を制御信号S_A
に出力する。物体の有無の判定が終了すると制御
部１０は信号S_Bに依り電源部２から物体検出素子
１への電圧印加を止め、更に物体検出素子１が冷
却するまで一定時間待機し、次の検出動作に移
る。以上の動作を繰り返えすことによつて物体の
検出が一定間隔毎に行なえるものである。

この様な制御回路４の動作に依れば、初期に於
ける物体検出素子１の出力を測定し、印加するべ
き電圧値を算出し、時間T₁に於けるコレクタ電
圧値から時間T₂に於けるコレクタ電圧値を予想
し、これと実際のコレクタ電圧値とを比較するこ
とに依つて物体の検出を行なうために、物体検出
素子１の初期温度が異なつても、これと無関係に
確実な物体検出が行なえるものである。また制御
回路１をマイクロコンピユータで構成し、上述し
た動作を予じめ組まれたプログラムで実行するこ
ともできる。この場合、タイマーが動作している
時間及び待機時間は他のプログラム、例えば温度
制御あるいは電力制御等のプログラムを行なえ
ば、物体検出と共に総合的な制御が行なえるもの
である。また物体検出素子１はパイプ状の放熱器
６を利用したため機械的に強いものが得られる。

上述の如く本発明に依れば、機械的強度のある
検出素子が使用でき、更に周囲温度に影響されな
い確実な物体検出が行なえるものであり、製氷機
等には利用価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第
２図は第１図に示された実施例に用いられる物体
検出素子の断面図、第３図は第２図に示された物
体検出素子の特性図、第４図は動作を示すフロー
チヤートである。 １……物体検出素子、２……電源部、３……
Ａ／Ｄ変換器、４……制御回路、５……トランジ
スタ、６……放熱器、７……リード、８……封止
部、９……氷、１０……制御部、１１……入力ゲ
ート、１２……演算回路、１３……比較回路であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電源電圧を供給する電源部と、PN接合部を
   有する半導体素子及び該半導体素子が熱的結合す
   るよう固着されると共に検出すべき物体が接触す
   る位置に設置され前記半導体素子に電流を流すこ
   とにより生ずる熱を放熱させるための放熱器を備
   え、前記電源電圧の供給時、前記PN接合部の温
   度上昇に応じた検出電圧を出力する検出素子と、
   該検出素子の出力が印加されると共に前記電源部
   の制御を行う制御回路とを備え、該制御回路によ
   り、予め定められた電源電圧を前記検出素子に供
   給して、該供給開始時の前記検出素子の検出電圧
   を読込み、該検出電圧に基づいて物体が無い場合
   の前記検出電圧の時間に対する特性が直線的にな
   る電源電圧を算出し、次に該算出した電源電圧を
   前記検出素子に供給して、前記直線的特性に基づ
   いて算出される予想検出電圧値と前記検出素子か
   らの実際の検出電圧値とを比較し、物体の有無を
   検出することを特徴とする物体検出装置。