JP7809545B2 - Proximity switch and its manufacturing method - Google Patents
Proximity switch and its manufacturing methodInfo
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Description
本発明は、物体の有無を非接触で検出する近接スイッチに関するものである。 The present invention relates to a proximity switch that detects the presence or absence of an object without contact.
従来より、金属性物体の有無を非接触で検出する近接スイッチが様々な分野で利用されている。近接スイッチは、コイルから発生させた高周波磁界に金属製の物体が接近すると物体中に渦電流が流れ、渦電流損が発生し発振回路が影響を受けることを利用して、物体の有無を検出する。 Proximity switches, which detect the presence or absence of metallic objects without contact, have traditionally been used in a variety of fields. Proximity switches detect the presence or absence of an object by taking advantage of the fact that when a metallic object approaches a high-frequency magnetic field generated by a coil, eddy currents flow in the object, causing eddy current loss and affecting the oscillator circuit.
近接スイッチは、周囲温度の変化によってコイルの特性が変化し、動作距離が変動してしまうことが知られている。近接スイッチの動作距離の温度による変動を低減する技術として、例えば図１０に示すような発振回路が使用されている。図１０の回路は、トランジスタＱ１～Ｑ４と、コイルＬ１と、キャパシタＣ１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、電流源ＩＳと、ＮＴＣサーミスタＴＨ１とから構成される。 It is known that proximity switches experience changes in coil characteristics due to changes in ambient temperature, causing the operating distance to fluctuate. One technique for reducing temperature-related fluctuations in the operating distance of proximity switches is to use an oscillator circuit such as the one shown in Figure 10. The circuit in Figure 10 consists of transistors Q1 to Q4, a coil L1, a capacitor C1, resistors R1 and R2, a current source IS, and an NTC thermistor TH1.
図１０の発振回路では、ＮＴＣサーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１によって帰還電流に温度特性を持たせることで、近接スイッチの動作距離が仕様範囲内になるように設計されている。温度による動作距離の変動が小さくなるＮＴＣサーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１の定数を選定する必要があるが、限られた定数から選定するため、発振回路の特性とＮＴＣサーミスタＴＨ１の特性には差があり、検出精度向上および検出可能範囲拡大の弊害となっていた。また、ＮＴＣサーミスタＴＨ１を使用するため、負の特性を持つ必要があり、コイルＬ１の設計範囲が限定されていた。 The oscillator circuit in Figure 10 is designed to keep the operating distance of the proximity switch within its specified range by giving the feedback current a temperature characteristic using the NTC thermistor TH1 and resistor R1. It is necessary to select constants for the NTC thermistor TH1 and resistor R1 that minimize temperature-related fluctuations in operating distance, but because the constants are selected from a limited range, there is a difference between the characteristics of the oscillator circuit and the NTC thermistor TH1, which is an obstacle to improving detection accuracy and expanding the detectable range. Furthermore, the use of the NTC thermistor TH1 requires it to have a negative characteristic, which limits the design range of the coil L1.
図１１に、特許文献１に開示された別の近接スイッチの構成を示す。図１１の検出部２２は、検出コイル１６とキャパシタ１７とを含む。発振回路３４は、高周波の励振電流を生成し、検出部２２を励振する。これにより、検出コイル１６から高周波磁界が発生する。高周波磁界中に物体が接近すると、電磁誘導現象により物体中に誘導電流が流れ、熱損失が発生し、発振振幅が減衰するか、あるいは発振自体を維持できなくなる。このような発振状態の変化に基づいて、物体の有無、または物体までの距離を検出できる。 Figure 11 shows the configuration of another proximity switch disclosed in Patent Document 1. The detection unit 22 in Figure 11 includes a detection coil 16 and a capacitor 17. An oscillation circuit 34 generates a high-frequency excitation current and excites the detection unit 22. This causes a high-frequency magnetic field to be generated from the detection coil 16. When an object approaches the high-frequency magnetic field, an induced current flows in the object due to electromagnetic induction, causing heat loss and attenuating the oscillation amplitude or making it impossible to maintain oscillation. Based on these changes in the oscillation state, it is possible to detect the presence or absence of an object, or the distance to the object.
Ａ／Ｄ変換回路３６は、検出部２２の両端に生じる電圧をＡ／Ｄ変換する。制御演算回路３２は、Ａ／Ｄ変換回路３６からのデジタル信号を処理して、物体までの距離を示す信号を算出し、算出した信号を記憶部４０に格納されている特性パラメータ４２を用いて補償する。制御演算回路３２は、補償した距離出力をしきい値処理した結果を物体の有無を示す検出結果として出力する。 The A/D conversion circuit 36 A/D converts the voltage generated across the detection unit 22. The control and calculation circuit 32 processes the digital signal from the A/D conversion circuit 36 to calculate a signal indicating the distance to the object, and compensates the calculated signal using characteristic parameters 42 stored in the memory unit 40. The control and calculation circuit 32 performs threshold processing on the compensated distance output, and outputs the result as a detection result indicating the presence or absence of an object.
近接スイッチの製造時には、周囲温度を変化させながら、内部温度センサ３８または外部温度センサ４４によって近接スイッチの筐体内温度を測定すると共に物体までの距離の検出結果を取得し、異なる温度について取得した温度測定値と距離の検出結果とに基づいて近接スイッチに固有の特性パラメータ４２を決定して、記憶部４０に設定する。 When manufacturing a proximity switch, the temperature inside the proximity switch's housing is measured using the internal temperature sensor 38 or external temperature sensor 44 while the ambient temperature is changed, and the distance to the object is detected. Based on the temperature measurements and distance detection results obtained at different temperatures, characteristic parameters 42 specific to the proximity switch are determined and set in the memory unit 40.
図１１に示した近接スイッチでは、図１０に示したようなＮＴＣサーミスタが不要となるが、高精度の補償のために近接スイッチ内に温度センサを設ける必要があり、また検出コイル部と温度測定部の温度差が製造時と異なる場合には動作距離がずれるという課題があった。 The proximity switch shown in Figure 11 does not require an NTC thermistor like the one shown in Figure 10, but a temperature sensor must be installed inside the proximity switch for high-precision compensation, and there is also the issue of the operating distance shifting if the temperature difference between the detection coil section and the temperature measurement section differs from that at the time of manufacture.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、近接スイッチ内にサーミスタ、または温度センサを設けることなく、検出コイル自体の温度特性を用いて温度による近接スイッチの動作距離の変動を抑えることができる近接スイッチとその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made to solve the above problems, and aims to provide a proximity switch and a manufacturing method thereof that can suppress fluctuations in the operating distance of a proximity switch due to temperature by using the temperature characteristics of the detection coil itself, without installing a thermistor or temperature sensor inside the proximity switch.
本発明の近接スイッチは、コイルおよびキャパシタを含む共振回路と、前記共振回路を励振して前記コイルから磁界を発生させるように構成された発振回路と、前記共振回路の発振周波数を検出するように構成された発振周波数検出部と、前記共振回路の発振振幅に応じた信号を出力するように構成された発振状態検出部と、前記発振周波数と物体の有無判定のためのしきい値との関係を予め記憶するように構成された記憶部と、物体検出動作時に前記発振周波数検出部によって検出された発振周波数に対応するしきい値を前記記憶部から取得し、前記発振振幅に応じた信号をしきい値処理することにより、近傍の物体の有無を判定するように構成された判定部と、前記判定部の判定結果を出力するように構成された出力部とを備えることを特徴とするものである。 The proximity switch of the present invention is characterized by comprising: a resonant circuit including a coil and a capacitor; an oscillator circuit configured to excite the resonant circuit and generate a magnetic field from the coil; an oscillation frequency detection unit configured to detect the oscillation frequency of the resonant circuit; an oscillation state detection unit configured to output a signal corresponding to the oscillation amplitude of the resonant circuit; a memory unit configured to pre-store the relationship between the oscillation frequency and a threshold value for determining the presence or absence of an object; a determination unit configured to obtain from the memory unit a threshold value corresponding to the oscillation frequency detected by the oscillation frequency detection unit during object detection operation and determine the presence or absence of a nearby object by threshold processing a signal corresponding to the oscillation amplitude; and an output unit configured to output the determination result of the determination unit.
また、本発明の近接スイッチの１構成例は、近接スイッチの製造時に、前記発振振幅に応じた信号を物体の有無判定のためのしきい値とし、このしきい値と前記発振周波数検出部によって検出された発振周波数との組を前記関係を示す特性データとして前記記憶部に格納するように構成された特性データ決定部をさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の近接スイッチの１構成例において、前記特性データ決定部は、近接スイッチの製造時に、異なる周囲温度毎に得られた前記特性データに基づいて、前記発振周波数と前記しきいとの関係を近似した関数を求めて前記記憶部に格納し、前記判定部は、前記記憶部に記憶された関数により、前記発振周波数検出部によって検出された発振周波数に対応するしきい値を取得することを特徴とするものである。
また、本発明の近接スイッチの１構成例において、前記特性データ決定部は、近接スイッチの製造時に、異なる周囲温度毎に得られた前記特性データに基づいて、前記発振周波数と前記しきいとの関係を近似した関数を求め、予め定められた発振周波数測定桁数分に対応するしきい値を前記関数から計算して、計算したしきい値を、対応する発振周波数と共に前記記憶部に格納し、前記判定部は、前記発振周波数検出部によって検出された発振周波数に対応するしきい値を前記記憶部から取得することを特徴とするものである。
Furthermore, one configuration example of the proximity switch of the present invention is characterized in that it further comprises a characteristic data determination unit configured, when the proximity switch is manufactured, to use a signal corresponding to the oscillation amplitude as a threshold value for determining the presence or absence of an object, and to store in the memory unit a pair of this threshold value and the oscillation frequency detected by the oscillation frequency detection unit as characteristic data indicating the relationship.
In addition, in one configuration example of the proximity switch of the present invention, the characteristic data determination unit calculates a function that approximates the relationship between the oscillation frequency and the threshold based on the characteristic data obtained for each different ambient temperature during the manufacture of the proximity switch, and stores the function in the memory unit, and the judgment unit obtains the threshold value corresponding to the oscillation frequency detected by the oscillation frequency detection unit using the function stored in the memory unit.
In one configuration example of the proximity switch of the present invention, the characteristic data determination unit determines a function that approximates the relationship between the oscillation frequency and the threshold based on the characteristic data obtained for each different ambient temperature during manufacture of the proximity switch, calculates a threshold value corresponding to a predetermined number of digits of oscillation frequency measurement from the function, and stores the calculated threshold value in the memory unit together with the corresponding oscillation frequency, and the judgment unit obtains from the memory unit the threshold value corresponding to the oscillation frequency detected by the oscillation frequency detection unit.
また、本発明の近接スイッチの製造方法は、温度設定可能な環境に近接スイッチが配置され、前記近接スイッチから所定の動作距離だけ離れた位置に物体が配置された状態で、前記近接スイッチの共振回路の発振周波数を検出する第１のステップと、前記共振回路の発振振幅に応じた信号を検出する第２のステップと、前記発振振幅に応じた信号を物体の有無判定のためのしきい値とし、近接スイッチの物体検出動作時に発振周波数に対応するしきい値取得のために参照される記憶部に、前記第１のステップで検出した発振周波数と前記しきい値との組を近接スイッチの特性データとして格納する第３のステップとを含み、予め定められた異なる周囲温度毎に前記第１、第２、第３のステップを実行することを特徴とするものである。 The method for manufacturing a proximity switch of the present invention includes a first step of detecting the oscillation frequency of the resonant circuit of the proximity switch, with the proximity switch placed in a temperature-configurable environment and an object placed a predetermined operating distance from the proximity switch; a second step of detecting a signal corresponding to the oscillation amplitude of the resonant circuit; and a third step of using the signal corresponding to the oscillation amplitude as a threshold for determining the presence or absence of an object, and storing the pair of the oscillation frequency detected in the first step and the threshold as characteristic data of the proximity switch in a memory unit that is referenced to obtain the threshold corresponding to the oscillation frequency during object detection operation of the proximity switch, and is characterized in that the first, second, and third steps are performed for each of different predetermined ambient temperatures.
また、本発明の近接スイッチの製造方法の１構成例において、前記第３のステップは、異なる温度毎に得られた前記特性データに基づいて、前記発振周波数と前記しきいとの関係を近似した関数を求めて前記記憶部に格納するステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の近接スイッチの製造方法の１構成例において、前記第３のステップは、異なる温度毎に得られた前記特性データに基づいて、前記発振周波数と前記しきいとの関係を近似した関数を求め、予め定められた発振周波数測定桁数分に対応するしきい値を前記関数から計算して、計算したしきい値を、対応する発振周波数と共に前記記憶部に格納するステップを含むことを特徴とするものである。
In addition, in one configuration example of the method for manufacturing a proximity switch of the present invention, the third step is characterized by including a step of calculating a function that approximates the relationship between the oscillation frequency and the threshold based on the characteristic data obtained for each different temperature, and storing the function in the memory unit.
In addition, in one configuration example of the method for manufacturing a proximity switch of the present invention, the third step is characterized by including a step of obtaining a function that approximates the relationship between the oscillation frequency and the threshold based on the characteristic data obtained for each different temperature, calculating a threshold value corresponding to a predetermined number of digits of oscillation frequency measurement from the function, and storing the calculated threshold value in the memory unit together with the corresponding oscillation frequency.
本発明によれば、製造時に記憶部に記憶させた発振周波数としきい値との関係により、発振周波数に対応するしきい値を取得し、このしきい値に基づいて発振振幅に応じた信号をしきい値処理することにより、近接スイッチ内にサーミスタや温度センサを設けることなく、検出コイル自体の温度特性を用いて温度による近接スイッチの動作距離の変動を抑えることができ、物体の検出精度を向上させることができる。 According to this invention, the threshold value corresponding to the oscillation frequency is obtained from the relationship between the oscillation frequency and the threshold value stored in the memory unit during manufacturing, and the signal corresponding to the oscillation amplitude is threshold-processed based on this threshold value. This makes it possible to suppress temperature-related fluctuations in the operating distance of the proximity switch using the temperature characteristics of the detection coil itself, without having to install a thermistor or temperature sensor inside the proximity switch, thereby improving the accuracy of object detection.
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本実施例の近接スイッチの構成を示すブロック図である。本実施例の近接スイッチは、コイルＬ１とこれと並列なキャパシタＣ１とを含むＬＣ共振回路１と、ＬＣ共振回路１を励振してコイルＬ１から磁界を発生させる発振回路２と、ＬＣ共振回路１の発振振幅に応じた信号ａを出力する発振状態検出部３と、コイルＬ１の両端に生じる電圧波形を２値化するコンパレータ４と、ＬＣ共振回路１の発振周波数ｆを検出する発振周波数検出部５と、近接スイッチの製造時に発振振幅に応じた信号ａを物体の有無判定のためのしきい値ｔｈとし、しきい値ｔｈと発振周波数検出部５によって検出された発振周波数ｆとの組を近接スイッチの特性データとして決定する特性データ決定部６と、発振周波数ｆとしきい値ｔｈとの関係を記憶する記憶部７と、物体検出動作時に発振周波数検出部５によって検出された発振周波数ｆに対応するしきい値ｔｈを記憶部７から取得し、発振振幅に応じた信号ａをしきい値処理することにより、近傍の物体の有無を判定する判定部８と、判定部８の判定結果を出力する出力部９とを備えている。 An embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a proximity switch according to this embodiment. The proximity switch according to this embodiment includes an LC resonant circuit 1 including a coil L1 and a capacitor C1 connected in parallel thereto; an oscillator circuit 2 that excites the LC resonant circuit 1 to generate a magnetic field from the coil L1; an oscillation state detector 3 that outputs a signal a corresponding to the oscillation amplitude of the LC resonant circuit 1; a comparator 4 that digitizes the voltage waveform generated across the coil L1; an oscillation frequency detector 5 that detects the oscillation frequency f of the LC resonant circuit 1; a characteristic data determiner 6 that determines, during the manufacture of the proximity switch, the signal a corresponding to the oscillation amplitude as a threshold value th for determining the presence or absence of an object and determines the pair of the threshold value th and the oscillation frequency f detected by the oscillation frequency detector 5 as characteristic data for the proximity switch; a memory 7 that stores the relationship between the oscillation frequency f and the threshold value th; a determiner 8 that obtains from the memory 7 the threshold value th corresponding to the oscillation frequency f detected by the oscillation frequency detector 5 during object detection operation and determines the presence or absence of a nearby object by threshold-processing the signal a corresponding to the oscillation amplitude; and an output unit 9 that outputs the determination result of the determiner 8.
まず、本実施例の近接スイッチの製造工程について説明する。図２は近接スイッチの製造工程を説明するフローチャートである。
製造時には、近接スイッチが恒温槽内に収容される。恒温槽内においては、図３に示すように近接スイッチのＬＣ共振回路１から所定の動作距離ＳＤ（本実施例では例えば３ｍｍ）だけ離れた位置に金属製の物体１００が配置される。そして、図示しない温度制御装置は、恒温槽の槽内温度（近接スイッチの周囲温度）を予め定められた温度に設定する（図２ステップＳ１００）。
First, the manufacturing process of the proximity switch of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
During manufacturing, the proximity switch is housed in a thermostatic chamber. As shown in Figure 3, a metal object 100 is placed in the chamber at a predetermined operating distance SD (e.g., 3 mm in this embodiment) from the LC resonant circuit 1 of the proximity switch. A temperature control device (not shown) then sets the temperature inside the thermostatic chamber (the ambient temperature of the proximity switch) to a predetermined temperature (step S100 in Figure 2).
ＬＣ共振回路１は、コイルＬ１と、コイルＬ１と並列に接続されたキャパシタＣ１とを含む。発振回路２は、高周波の励振電流をＬＣ共振回路１に供給して、ＬＣ共振回路１を励振する。これにより、コイルＬ１から高周波磁界が発生する。 The LC resonant circuit 1 includes a coil L1 and a capacitor C1 connected in parallel with the coil L1. The oscillator circuit 2 supplies a high-frequency excitation current to the LC resonant circuit 1 to excite it. This causes a high-frequency magnetic field to be generated from the coil L1.
コンパレータ４は、コイルＬ１の両端に生じる電圧波形（発振波形）を基準電圧に基づいて２値化する。
発振周波数検出部５は、２値化された発振波形をカウントすることにより、ＬＣ共振回路１の発振周波数ｆ（共振周波数）を検出する（図２ステップＳ１０１）。
The comparator 4 binarizes the voltage waveform (oscillation waveform) generated across the coil L1 based on a reference voltage.
The oscillation frequency detector 5 detects the oscillation frequency f (resonance frequency) of the LC resonant circuit 1 by counting the binarized oscillation waveform (step S101 in FIG. 2).
一方、発振状態検出部３は、コイルＬ１の両端に生じる電圧を検出することにより、ＬＣ共振回路１の発振振幅に応じた信号ａを出力する（図２ステップＳ１０２）。 Meanwhile, the oscillation state detection unit 3 detects the voltage across the coil L1 and outputs a signal a corresponding to the oscillation amplitude of the LC resonant circuit 1 (step S102 in Figure 2).
温度制御装置は、恒温槽の槽内温度が安定した時点で、特性データの取得を指令する指令信号を近接スイッチに対して出力する。
特性データ決定部６は、温度制御装置から指令信号が入力されたときに、発振状態検出部３が検出した発振振幅に応じた信号ａを物体の有無判定のためのしきい値ｔｈとし、発振周波数検出部５が検出したＬＣ共振回路１の発振周波数ｆとしきい値ｔｈとの組を近接スイッチの特性データとして記憶部７に格納する（図２ステップＳ１０３）。
When the temperature inside the thermostatic bath becomes stable, the temperature control device outputs a command signal to the proximity switch to command acquisition of characteristic data.
When a command signal is input from the temperature control device, the characteristic data determination unit 6 uses the signal a corresponding to the oscillation amplitude detected by the oscillation state detection unit 3 as the threshold value th for determining the presence or absence of an object, and stores the pair of the oscillation frequency f of the LC resonant circuit 1 detected by the oscillation frequency detection unit 5 and the threshold value th in the memory unit 7 as characteristic data of the proximity switch (step S103 in Figure 2).
次に、温度制御装置は、予め定められた全ての温度について特性データを取得し終えていない場合には（図２ステップＳ１０４においてＮＯ）、恒温槽の槽内温度を、特性データを取得し終えていない別の温度に設定する（図２ステップＳ１００）。 Next, if the temperature control device has not yet acquired characteristic data for all predetermined temperatures (NO in step S104 in Figure 2), it sets the temperature inside the thermostatic bath to another temperature for which characteristic data has not yet been acquired (step S100 in Figure 2).
こうして、予め定められた異なる温度毎にステップＳ１０１～Ｓ１０３の処理が行われ、異なる温度ごとに特性データが記憶部７に格納される。
ステップＳ１００～Ｓ１０３の処理では、例えば恒温槽の槽内温度を段階的に上げていくので、特性データを取得できた温度が離散的な値となる。
In this way, the processes of steps S101 to S103 are performed for each different predetermined temperature, and the characteristic data for each different temperature is stored in the storage unit 7.
In the processing of steps S100 to S103, for example, the temperature inside the thermostatic bath is increased in stages, so that the temperatures at which characteristic data can be acquired are discrete values.
そこで、特性データ決定部６は、記憶部７に記憶された特性データの補間を行う（図２ステップＳ１０５）。具体的には、特性データ決定部６は、温度毎に得られた特性データ（ｆ1，ｔｈ1），（ｆ2，ｔｈ2），（ｆ3，ｔｈ3），・・・・に基づいて、ＬＣ共振回路１の発振周波数ｆとしきい値ｔｈとの関係を近似した関数を最小二乗法により求める。特性データ決定部６は、求めた関数を記憶部７に格納する。 Therefore, the characteristic data determination unit 6 interpolates the characteristic data stored in the storage unit 7 (step S105 in FIG. 2). Specifically, the characteristic data determination unit 6 uses the least squares method to determine a function that approximates the relationship between the oscillation frequency f of the LC resonant circuit 1 and the threshold value th, based on the characteristic data ( f1 , th1 ), ( f2 , th2 ), ( f3 , th3 ), ... obtained for each temperature. The characteristic data determination unit 6 stores the determined function in the storage unit 7.
図４は周囲温度によるコイルＬ１のインピーダンスＺの変化の１例を示す図である。図４の横軸は物体１００との距離ＳＤである。このように、温度によってコイルＬ１のインピーダンスＺが変化することにより、発振周波数ｆと発振振幅に応じた信号ａとが変化することが分かる。 Figure 4 shows an example of how the impedance Z of coil L1 changes with ambient temperature. The horizontal axis of Figure 4 represents the distance SD from the object 100. As can be seen, the change in impedance Z of coil L1 with temperature causes changes in the oscillation frequency f and the signal a corresponding to the oscillation amplitude.
図５は温度毎に測定した発振周波数ｆの１例を示す図である。図６は温度毎に測定したしきい値ｔｈ（発振振幅に応じた信号ａ）の１例を示す図である。
動作距離ＳＤを３ｍｍとし、図５のＳＤ＝３ｍｍのデータ（□印５００の位置のデータ）と図６のＳＤ＝３ｍｍのデータ（□印６００の位置のデータ）とに基づいて、発振周波数ｆとしきい値ｔｈとの関係を記載すると、図７のようになる。発振周波数ｆとしきい値ｔｈとの関係を近似した関数は、ｔｈ＝－０．００５３ｆ2＋６．９７４５ｆ－２２９２．４となる。図７の点線Ｌは、この関数を示している。
Fig. 5 is a diagram showing an example of the oscillation frequency f measured at each temperature, and Fig. 6 is a diagram showing an example of the threshold value th (signal a according to the oscillation amplitude) measured at each temperature.
If the operating distance SD is 3 mm, and the relationship between the oscillation frequency f and the threshold value th is plotted based on the data for SD = 3 mm in Figure 5 (data at the position of square 500) and the data for SD = 3 mm in Figure 6 (data at the position of square 600), the result is as shown in Figure 7. The function that approximates the relationship between the oscillation frequency f and the threshold value th is th = -0.0053f 2 + 6.9745f - 2292.4. The dotted line L in Figure 7 shows this function.
まず、本実施例の近接スイッチの物体検出時の動作を図８を参照して説明する。上記と同様に、発振回路２が高周波の励振電流をＬＣ共振回路１に供給することにより、コイルＬ１から高周波磁界が発生する。 First, the operation of the proximity switch of this embodiment when detecting an object will be described with reference to Figure 8. As described above, when the oscillator circuit 2 supplies a high-frequency excitation current to the LC resonant circuit 1, a high-frequency magnetic field is generated from the coil L1.
発振周波数検出部５は、ステップＳ１０１と同様にコンパレータ４によって２値化された発振波形をカウントすることにより、ＬＣ共振回路１の発振周波数ｆ（共振周波数）を検出する（図８ステップＳ２００）。 The oscillation frequency detection unit 5 detects the oscillation frequency f (resonance frequency) of the LC resonant circuit 1 by counting the oscillation waveform digitized by the comparator 4, as in step S101 (step S200 in Figure 8).
発振状態検出部３は、ステップＳ１０２と同様にコイルＬ１の両端に生じる電圧を検出することにより、ＬＣ共振回路１の発振振幅に応じた信号ａを出力する（図８ステップＳ２０１）。 The oscillation state detection unit 3 detects the voltage across the coil L1, as in step S102, and outputs a signal a corresponding to the oscillation amplitude of the LC resonant circuit 1 (step S201 in Figure 8).
判定部８は、発振周波数検出部５が検出した発振周波数ｆを記憶部７に記憶されている関数に代入することにより、発振周波数ｆに対応するしきい値ｔｈを取得する（図８ステップＳ２０２）。 The determination unit 8 obtains the threshold value th corresponding to the oscillation frequency f by substituting the oscillation frequency f detected by the oscillation frequency detection unit 5 into a function stored in the memory unit 7 (Step S202 in Figure 8).
そして、判定部８は、発振状態検出部３が検出した発振振幅に応じた信号ａをしきい値処理することにより、近傍の物体の有無を判定する（図８ステップＳ２０３）。上記のとおり、コイルＬ１からの高周波磁界中に物体が接近すると、電磁誘導現象により物体中に誘導電流が流れ、熱損失が発生し、発振振幅が減衰するか、あるいは発振自体を維持できなくなる。判定部８は、信号ａがしきい値ｔｈよりも大きい場合、“０”（物体無し）を出力し、信号ａがしきい値ｔｈ以下の場合、“１”（物体有り）を出力する。 Then, the determination unit 8 determines whether or not an object is nearby by thresholding the signal a corresponding to the oscillation amplitude detected by the oscillation state detection unit 3 (step S203 in Figure 8). As described above, when an object approaches the high-frequency magnetic field from coil L1, an induced current flows in the object due to the electromagnetic induction phenomenon, causing heat loss and attenuating the oscillation amplitude or making it impossible to maintain oscillation. If the signal a is greater than the threshold value th, the determination unit 8 outputs "0" (no object present), and if the signal a is equal to or less than the threshold value th, it outputs "1" (object present).
出力部９は、しきい値処理によって得られた判定結果を外部に出力する（図８ステップＳ２０４）。 The output unit 9 outputs the judgment result obtained by threshold processing to the outside (step S204 in Figure 8).
こうして、本実施例では、物体の有無を非接触で検出することができる。本実施例では、製造時に記憶部７に記憶させた発振周波数ｆとしきい値ｔｈとの関係により、発振周波数ｆに対応するしきい値ｔｈを取得し、このしきい値ｔｈに基づいて発振振幅に応じた信号ａをしきい値処理することにより、近接スイッチ内に温度センサを設けることなく、温度による近接スイッチの動作距離ＳＤの変動を抑えることができ、物体の検出精度を向上させることができる。 In this way, in this embodiment, the presence or absence of an object can be detected without contact. In this embodiment, the threshold value th corresponding to the oscillation frequency f is obtained from the relationship between the oscillation frequency f and the threshold value th stored in the memory unit 7 during manufacturing. By performing threshold processing on the signal a corresponding to the oscillation amplitude based on this threshold value th, it is possible to suppress fluctuations in the operating distance SD of the proximity switch due to temperature without installing a temperature sensor within the proximity switch, thereby improving the accuracy of object detection.
なお、本実施例では、発振周波数ｆとしきい値ｔｈとの関係を近似した関数を記憶部７に格納し、判定部８が、記憶部７に記憶された関数により、発振周波数検出部５によって検出された発振周波数ｆに対応するしきい値ｔｈを取得するようにしているが、これに限るものではない。 In this embodiment, a function that approximates the relationship between the oscillation frequency f and the threshold value th is stored in the memory unit 7, and the determination unit 8 obtains the threshold value th corresponding to the oscillation frequency f detected by the oscillation frequency detection unit 5 using the function stored in the memory unit 7, but this is not limited to this.
例えば特性データ決定部６は、ステップＳ１０５において関数を求めた後に、予め定められた発振周波数測定桁数分に対応するしきい値ｔｈを関数から計算して、計算したしきい値ｔｈを、対応する発振周波数ｆと共に記憶部７に格納するようにしてもよい。こうして、特性データ決定部６は、特性データの補間を行う。判定部８は、発振周波数検出部５が検出した発振周波数ｆに対応するしきい値ｔｈを記憶部７から取得すればよい（ステップＳ２０２）。 For example, after determining the function in step S105, the characteristic data determination unit 6 may calculate a threshold value th corresponding to a predetermined number of digits of oscillation frequency measurement from the function, and store the calculated threshold value th together with the corresponding oscillation frequency f in the storage unit 7. In this way, the characteristic data determination unit 6 interpolates the characteristic data. The judgment unit 8 may obtain the threshold value th corresponding to the oscillation frequency f detected by the oscillation frequency detection unit 5 from the storage unit 7 (step S202).
本実施例で説明した発振周波数検出部５と特性データ決定部６と記憶部７と判定部８と出力部９とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および外部とのインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図９に示す。コンピュータは、ＣＰＵ２００と、記憶装置２０１と、インタフェース装置（Ｉ／Ｆ）２０２とを備えている。 The oscillation frequency detection unit 5, characteristic data determination unit 6, memory unit 7, judgment unit 8, and output unit 9 described in this embodiment can be realized by a computer equipped with a CPU (Central Processing Unit), a memory device, and an interface with the outside, and a program that controls these hardware resources. An example configuration of this computer is shown in Figure 9. The computer is equipped with a CPU 200, a memory device 201, and an interface device (I/F) 202.
Ｉ／Ｆ２０２には、発振状態検出部３のハードウェアと出力部９のハードウェア等が接続される。本発明の近接スイッチの動作および近接スイッチの製造方法を実現させるためのプログラムは記憶装置２０１に格納される。ＣＰＵ２００は、記憶装置２０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。 The I/F 202 is connected to the hardware of the oscillation state detection unit 3 and the hardware of the output unit 9. The program for realizing the operation of the proximity switch and the method for manufacturing the proximity switch of the present invention is stored in the storage device 201. The CPU 200 executes the processing described in this embodiment in accordance with the program stored in the storage device 201.
本発明は、近接スイッチに適用することができる。 This invention can be applied to proximity switches.
１…ＬＣ共振回路、２…発振回路、３…発振状態検出部、４…コンパレータ、５…発振周波数検出部、６…特性データ決定部、７…記憶部、８…判定部、９…出力部、Ｌ１…コイル、Ｃ１…キャパシタ。 1...LC resonant circuit, 2...oscillation circuit, 3...oscillation state detection unit, 4...comparator, 5...oscillation frequency detection unit, 6...characteristic data determination unit, 7...storage unit, 8...determination unit, 9...output unit, L1...coil, C1...capacitor.
Claims (5)
前記共振回路を励振して前記コイルから磁界を発生させるように構成された発振回路と、
前記共振回路の発振周波数を検出するように構成された発振周波数検出部と、
前記共振回路の発振振幅に応じた信号を出力するように構成された発振状態検出部と、
前記発振周波数と物体の有無判定のためのしきい値との関係を予め記憶するように構成された記憶部と、
物体検出動作時に前記発振周波数検出部によって検出された発振周波数に対応するしきい値を前記記憶部から取得し、前記発振振幅に応じた信号をしきい値処理することにより、近傍の物体の有無を判定するように構成された判定部と、
前記判定部の判定結果を出力するように構成された出力部とを備えることを特徴とする近接スイッチ。 a resonant circuit including a coil and a capacitor;
an oscillator circuit configured to excite the resonant circuit to generate a magnetic field from the coil;
an oscillation frequency detection unit configured to detect an oscillation frequency of the resonant circuit;
an oscillation state detection unit configured to output a signal corresponding to the oscillation amplitude of the resonant circuit;
a storage unit configured to store in advance a relationship between the oscillation frequency and a threshold value for determining the presence or absence of an object;
a determination unit configured to obtain a threshold value corresponding to the oscillation frequency detected by the oscillation frequency detection unit during an object detection operation from the storage unit, and to determine the presence or absence of an object in the vicinity by threshold-processing a signal corresponding to the oscillation amplitude;
an output unit configured to output a determination result from the determination unit.
近接スイッチの製造時に、前記発振振幅に応じた信号を物体の有無判定のためのしきい値とし、このしきい値と前記発振周波数検出部によって検出された発振周波数との組を前記関係を示す特性データとして前記記憶部に格納するように構成された特性データ決定部をさらに備えることを特徴とする近接スイッチ。 2. The proximity switch according to claim 1,
a characteristic data determination unit configured to, during manufacture of the proximity switch, use a signal corresponding to the oscillation amplitude as a threshold for determining the presence or absence of an object, and to store in the memory unit a pair of this threshold and the oscillation frequency detected by the oscillation frequency detection unit as characteristic data indicating the relationship.
前記特性データ決定部は、近接スイッチの製造時に、異なる周囲温度毎に得られた前記特性データに基づいて、前記発振周波数と前記しきい値との関係を近似した関数を求めて前記記憶部に格納し、
前記判定部は、前記記憶部に記憶された関数により、前記発振周波数検出部によって検出された発振周波数に対応するしきい値を取得することを特徴とする近接スイッチ。 3. The proximity switch according to claim 2,
the characteristic data determination unit determines a function that approximates the relationship between the oscillation frequency and the threshold value based on the characteristic data obtained for each different ambient temperature during manufacturing of the proximity switch, and stores the function in the storage unit;
The proximity switch is characterized in that the determination unit obtains a threshold value corresponding to the oscillation frequency detected by the oscillation frequency detection unit using a function stored in the memory unit.
前記共振回路の発振振幅に応じた信号を検出する第２のステップと、
前記発振振幅に応じた信号を物体の有無判定のためのしきい値とし、近接スイッチの物体検出動作時に発振周波数に対応するしきい値取得のために参照される記憶部に、前記第１のステップで検出した発振周波数と前記しきい値との組を近接スイッチの特性データとして格納する第３のステップとを含み、
予め定められた異なる周囲温度毎に前記第１、第２、第３のステップを実行することを特徴とする近接スイッチの製造方法。 a first step of detecting an oscillation frequency of a resonant circuit of a proximity switch in a temperature-configurable environment, with an object being placed at a predetermined operating distance from the proximity switch;
a second step of detecting a signal corresponding to the oscillation amplitude of the resonant circuit;
a third step of using a signal corresponding to the oscillation amplitude as a threshold value for determining the presence or absence of an object, and storing a pair of the oscillation frequency detected in the first step and the threshold value as characteristic data of the proximity switch in a memory unit that is referenced to acquire a threshold value corresponding to the oscillation frequency during an object detection operation of the proximity switch;
A method for manufacturing a proximity switch, comprising carrying out the first, second and third steps for each of different predetermined ambient temperatures.
前記第３のステップは、異なる温度毎に得られた前記特性データに基づいて、前記発振周波数と前記しきい値との関係を近似した関数を求めて前記記憶部に格納するステップを含むことを特徴とする近接スイッチの製造方法。 5. The method for manufacturing a proximity switch according to claim 4 ,
The method for manufacturing a proximity switch is characterized in that the third step includes a step of calculating a function that approximates the relationship between the oscillation frequency and the threshold value based on the characteristic data obtained at different temperatures and storing the function in the memory unit.
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