JP3044938B2 - 静電容量形変位センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静電容量を用いて物体ま
での距離を検知する静電容量形の変位センサに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】静電容量によって物体の有無を検出する
静電容量形の近接スイッチが用いられている。このよう
な静電容量形近接スイッチでは、発振回路の特定の端子
を電極としており、物体の近接によってその電極の静電
容量が大きくなった場合に発振が開始する。従ってその
出力を包絡線検波して物体の有無を判別するように構成
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるにこのような従
来の静電容量形近接スイッチでは、発振条件が回路定数
のばらつきに大きく依存するため、近接スイッチの固体
差が大きくなる。又温度ドリフトも大きいため安定して
物体を検出することができなかった。又検出物体との距
離を静電容量値として検出するため、電極を被検出物体
に近づける必要がある。しかしながら電極と他の電子回
路部との間を大きくすれば、電極の固定の静電容量値が
大きくなる。従って電極部と電子回路部とを分離する、
いわゆるアンプ分離型のセンサを構成することが難しい
という欠点があった。

【０００４】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、検出物体の接近を高精度で測定
できるようにすると共に、センサ部と他の電子回路部と
を分離してセンサ部を小型化できるようにすることを技
術的課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、検知電極と、
検知電極に芯線の一端が接続されたシールド線と、シー
ルド線の芯線の他端に入力端が接続され、その出力端が
シールド線のアースラインに接続されたバッファ回路
と、入力端にバッファ回路の出力端が接続され、その出
力端とバッファ回路の入力端との間に帰還抵抗が接続さ
れ、ヒステリシスを有し、検知電極と検知物体との間の
静電容量及び帰還抵抗に基づく周期によって発振するシ
ュミットトリガインバータと、シュミットトリガインバ
ータの発振周期を検知する周期カウンタと、を具備し、
該周期に基づいて物体までの距離を検知することを特徴
とするものである。

【０００６】

【作用】このような特徴を有する本発明によれば、検知
電極と物体との容量及びシュミットトリガインバータの
帰還抵抗の抵抗値により定まる発振周波数によってシュ
ミットトリガインバータより連続的に発振する発振出力
が得られる。この発振周期を検知することによって物体
までの距離を検出するようにしている。検知電極とシュ
ミットトリガインバータの入力端との間をシールド線及
びバッファ回路により接続し、バッファ回路の出力をシ
ールド線のアースラインに接続している。そのため検知
電極とシュミットトリガインバータの入力端と検知電極
の電位差がなくなる。このためセンサ回路と電子回路部
との距離を大きくすることができ、センサ部の分離型の
センサを実現できることとなる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例による静電容量形近
接センサの全体構成を示すブロック図である。本図にお
いて検知電極１は一定の面積を有する電極であって、近
接スイッチの前面に固定される。そしてこの検知電極１
にはヒステリシスを有するシュミットトリガインバータ
２が接続される。シュミットトリガインバータ２には図
示のように帰還抵抗Ｒが入出力端間に接続されている。
この検知電極１と接地端間に物体が存在すればその間で
静電容量が生じる。この静電容量Ｃｄは次式で示され
る。 Ｃｄ＝εＳ／ｄ ここでＳは検知電極１の面積，ｄは物体までの距離，ε
は空気中の誘電率である。

【０００８】シュミットトリガインバータ２はこの静電
容量Ｃｄと帰還抵抗Ｒを時定数として発振するものであ
って、その出力は周期カウンタ３に与えられる。周期カ
ウンタ３はこのシュミットトリガインバータによる発振
回路の発振周期を測定するものであって、その出力はリ
ニアライザ４に与えられる。リニアライザ４は周期の変
化を物体までの距離に対する変化として直線化するもの
である。リニアライザ４の出力は表示回路５によって表
示され、又比較回路６より所定の閾値で比較されて、物
体の有無の判別信号として出力回路７より出力される。

【０００９】次に本実施例の動作を説明する。まず電源
を投入すると、シュミットトリガインバータ２の電源電
圧は図２（ａ）に示すようにすぐに立上る。シュミット
トリガインバータ２は一定のヒステリシスを有するた
め、その入力レベルは最初は０レベルであり、帰還抵抗
Ｒを介して徐々にコンデンサＣｄが充電される。従って
電極１の電位は図２（ｂ）に示すように徐々に上昇す
る。そしてシュミットトリガインバータ２の閾値を越え
れば出力は反転する。図２（ｃ）はシュミットトリガイ
ンバータ２の出力を示している。反転後は抵抗Ｒを介し
てコンデンサＣｄの容量が放電することとなる。

【００１０】以後は図２（ｂ），（ｃ）に示すように一
定の周期で充放電を繰り返し、この周波数で発振する。
ここで物体が接近していなければＣｄは小さい値である
ため、高い周波数で発振する。そして物体が接近すれば
その物体までの距離をｄとすると、発振周期は検知電極
１と物体までの距離ｄにほぼ比例している。従ってその
周期を周期カウンタ３によって計数し、リニアライザ４
を介して直線化することによって物体までの距離を表示
することができる。この場合には物体の面積が固定され
ている必要があるため、同一の物体までの距離を測定す
るものとする。又リニアライザ４はこの物体を規定の位
置に設定したときの出力によってあらかじめ校正してお
くものとする。こうすれば物体までの距離を正確に表示
することができる。又その物体までの距離に基づいたス
イッチング信号を出力することも可能となる。

【００１１】次に本発明の第２実施例について図３を用
いて説明する。本実施例では検知電極１とシュミットト
リガインバータ２の入力端の間をシールド線で連結する
ことによって検知電極を有するセンサ部と電子回路部と
を分離できるようにしている。即ちシールド線１１の芯
線の一端に検知電極１を接続し、他端にバッファ回路１
２の入力端を接続する。又バッファ回路１２の出力端を
前述したシュミットトリガインバータ２に接続する。又
出力端をシールド線１１のアースラインに接続する。又
帰還抵抗Ｒはシュミットトリガインバータ２の出力とバ
ッファ回路１２の入力端に接続しておく。その他の構成
は第１実施例と同様である。ここで検知電極１とシール
ド線のアースライン間との電極の静電容量をＣｏとす
る。

【００１２】このように構成すればシールド線１１の芯
線と検知電極１との接続点ｄと、シールド線のアース線
とバッファ回路１２の入力端との接続点ｅとは常に同位
相，同電圧となる。そのため検知電極１に対して静電容
量Ｃｏの影響はなくなる。このためシールド線１１によ
って検知電極を有するセンサ部と電子回路部とを分離す
ることができる。

【００１３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、シュミットトリガインバータを用いて常時発振さ
せ、その発振周期を検知するようにしているため、物体
までの距離を正確に検知することができる。又シールド
線を用いて電子回路部とセンサ部を分離することができ
るため、センサ部を小型化することができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による静電容量形センサの
全体構成を示すブロック図である。

【図２】本実施例の動作を示すタイムチャートである。

【図３】本発明の第２実施例による静電容量形変位セン
サの構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 検知電極 ２ シュミットトリガインバータ ３ 周期カウンタ ４ リニアライザ ５ 表示回路 ６ 比較回路 ７ 出力回路 １１ シールド線 １２ バッファ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検知電極と、 前記検知電極に芯線の一端が接続されたシールド線と、 前記シールド線の芯線の他端に入力端が接続され、その
   出力端が前記シールド線のアースラインに接続されたバ
   ッファ回路と、 入力端に前記バッファ回路の出力端が接続され、その出
   力端と前記バッファ回路の入力端との間に帰還抵抗が接
   続され、ヒステリシスを有し、前記検知電極と検知物体
   との間の静電容量及び前記帰還抵抗に基づく周期によっ
   て発振するシュミットトリガインバータと、 前記シュミットトリガインバータの発振周期を検知する
   周期カウンタと、 を具備し、該周期に基づいて物体までの距離を検知する
   ことを特徴とする静電容量形変位センサ。