专利名称：位移探测装置以及位移探测方法
技术领域：
本发明涉及一种检测探测对象物的位移的位移探测装置以及位移探测方法。
背景技术：
作为用于检测探测对象物的位移的位移检测传感器，已知的有作为在对象物中产生的因涡流引起的振荡强度、振荡频率的变化来检测与对象物的距离的变化的、自激振荡型位移检测传感器和共振型位移检测传感器。自激振荡型位移检测传感器，通过电感器得到振荡，将从振荡的电感器输出的磁通贴近对象物，来根据振荡强度、振荡周期的变化检测与对象物的距离变化。因此，当使多个自激振荡型位移检测传感器接近时，由相互接近的其他的自激振荡型位移检测传感器发出的磁通会对振荡状态产生影响，而变得无法检测正确的振荡强度的变化。为了防止这种现象，要考虑加入磁性屏蔽，而这样一来成本变高，同时也难以进行完全的屏蔽。
另一方面，共振型位移检测传感器，通过晶体振荡器等外部振荡器得到应该叠加在驱动电压上的频率，来驱动共振电路。此时，虽然由各个电感器输出磁通，但是因为外部振荡器振荡的振荡频率相同，所以可减轻邻接影响。在相关的公知文献中，有特开2003-298403号公报、特开平9-101106号公报。
发明内容
但是，在共振型位移检测传感器中，存在这样的问题由于在各个传感器中构成共振电路的电感器以及电容器的容量变化，共振频率发生变化。即，因为在电感器中存在由绕线的形状变化和温度变化引起的电感变化，在电容器中存在时效变化和温度变化，所以电感以及电容器的容量的积变化，故此共振频率变化。结果，由于共振频率的变化，而振幅的强度(输出电压)降低，故此可能无法正确地检测对象物的位移。
本发明，是为解决上述课题而形成的，其目的在于在共振型位移探测装置中，降低或者排除共振电路的特性变化的影响，来提高位移探测精度。
为了解决上述课题，作为检测探测对象物的位移探测系统，其特征在于具备共振电路，其具有与探测对象物相向的检测用线圈，并与共振频率相对应来输出共振电压；可变频率振荡电路，其可以在第1频率与第2频率之间反复变更振荡频率；驱动电路，其将可变频率振荡电路振荡的频率叠加在驱动电压上施加给共振电路；和位移检测器，其使用由共振电路输出的共振电压来检测探测对象物的位移。据此，尤其可以降低或者排除共振电路的特性变化的影响，来提高位移探测精度。
图1是表示具备多个位移探测装置的位移探测系统的一个构成例的说明图；图2是例示构成位移探测装置的线圈与位移探测对象物的位置关系的说明图；图3是表示通过位移探测装置检测位移探测对象物的位移的探测方法的说明图；图4是表示由可变振荡器连续输出的频率的变化情况的说明图；图5是表示由可变振荡器离散输出的频率的变化情况的说明图；图6是表示由位移探测装置得到的共振电压的一个例子的说明图；图7是表示由某个位移探测装置得到的共振电压的一个例子的说明图；图8是概略表示作为纸张厚度的检测机构临近设置地具备多个位移探测装置的适用位移探测系统的适用例的说明图上；图9是概略表示图8所示的适用例中的间隙G探测机构的说明图；图10是概略表示涉及其他实施方式的位移探测系统(位移探测装置)的结构例子的说明图。
具体实施例方式
下面，一边参照附图，一边根据实施例对位移探测装置以及位移探测方法进行说明。
参照图1～图3对涉及本发明的具备多个位移探测装置的位移探测系统的概略构成进行说明。图1是概略表示涉及本实施方式的具备多个位移探测装置的位移探测系统的一个构成例的说明图。图2是表示涉及本实施方式的构成位移探测装置的线圈与位移探测对象物的位置关系的说明图。图3是表示涉及本实施方式的基于位移探测装置的位移探测对象物的位移的检测方法的说明图。
图1所示的位移探测系统10，具备3个位移探测装置20a、20b和20c。此外，位移探测系统10，也可具备2个或者4个或4以上的位移探测装置20。在各个位移探测装置20a、20b和20c，连接有通用的可变振荡器30。可变振荡器30，例如，为在从第1频率到第2频率的规定范围内反复可以变更振荡频率(驱动频率)的频率可变型振荡器，例如，可以使用电压控制振荡器(VCO)、数字式计数器IC。可变振荡器30的振荡频率，例如为数M赫兹，该重复周期为数百μs。最好预先估计位移探测装置20(后面说到的共振电路21)所能取的共振频率范围，然后确定第1频率以及第2频率以使其包含所估计的频率范围。
各个位移探测装置20a、20b和20c，具备共振电路21；驱动电路22，其对共振电路21施加驱动电压；检波部23，其探测由共振电路21输出的振幅(共振电压)的峰值；和检测部24，其根据由检波部23输出的共振电压的峰值的位移检测位移探测对象物的位移。此外，检波部23和检测部24形成位移检测器。
控制位移探测系统10的控制电路40与可变振荡器30、以及各个位移探测装置20a、20b和20c的驱动电路22、检测部24连接。控制电路40具备CPU、存储器和输入输出部。控制电路40，执行可变振荡器30的振荡频率的指示的处理；根据基于由检测部24检测的共振电路21的输出电压的位移探测对象物T的位移的探测的报告的处理；和探测出位移的位移探测对象物的处理。
共振电路21，被构成为具备线圈211和电容器212的并联LC电路。线圈211作为位移探测部来工作，如图2所示，间隔规定的间隙G与位移探测对象物T相向地设置。涉及本发明的位移探测装置20a、20b和20c通过间隙G的位移，检测位移探测对象物T的位移，例如，厚度的变化。
检波部23，具备二极管231、保持电容器232和放电电阻233。保持电容器232和放电电阻233并联连接，两者231、233的一端与共振电路21以及检测部24连接，另一端接地。放电电阻233，例如，其电阻值被决定为，使其在频率变更的重复周期的1个周期内消耗由保持电容232所保持的功率。检波部23，除此而外，也可以使用采样/保持电路和A/D转换电路实现。通过检波部23，由保持电容器232保持从共振电路21输出的电压值(振幅)中、最高的电压值(峰值)。由保持电容器232保持的功率在频率变更的重复周期的1个周期内，经由放电电阻233消耗。通过该重复，在每个频率周期(每个扫描)检测输出电压的峰值。
检测部24，根据由检波部23检测的电压值的变动，检测探测对象物的位移。关于具体的方法参照图3进行说明。图3图示出了共振电路21以驱动频率f0为共振频率的情况下的、对于驱动频率的输出电压(振幅)的变化。当对共振电路21施加叠加了共振频率f0的驱动电压时，在作为位移探测部工作的线圈211和位移探测对象物T的间隙G大的情况下，得到间隙G大的共振电压(输出电压的峰值)Vgl。另一方面，当位移探测对象物T的厚度增大，而线圈211与位移探测对象物T的间隙G减小时，由于在位移探测对象物T产生的涡流，与共振电路21的Q值相当的参数发生变化，共振频率变高，而共振电压下降。结果，在同一驱动频率f0下，得到间隙G小的共振电压Vgs。
因此，通过检测在驱动频率f0的、共振电压Vgl与共振电压Vgs的差(间隙变化)，可以检测位移探测对象物T的位移。当检测位移探测对象物T的位移时，将位移检测信号从检测部24发送给控制电路40，控制电路40，例如，将其作为历史存储在非易失性存储器中，或者对位移探测对象物T的输送机构发送指示，使其将探测出位移的位移探测对象物T与其他的位移探测对象物T不同地进行保管。
参照图4～图7对涉及本实施方式的位移探测装置20a、20b和20c的作用进行说明。图4是表示由涉及本实施方式的可变振荡器连续输出的频率的变化的情况的说明图。图5是表示由涉及本实施方式的可变振荡器离散输出的频率的变化的情况的说明图。图6是表示由涉及本实施方式的位移探测装置得到的共振电压的一个例子的说明图。图7是表示由某个位移探测装置得到的共振电压的一个例子的说明图。
本实施例的可变振荡器30，根据控制电路40的指示，可以如图4所示对于时间轴连续地重复变化振荡频率，或者也可以如图5所示对于时间轴离散地(阶梯状地)重复变化振荡频率。在图4和图5中，横轴表示经过时间，纵轴表示振荡频率。而且，在图4中同时还记述了使振荡频率连续变化时的波形概念。
如上所述，在共振型位移检测传感器中，根据在各个传感器中构成共振电路的电感器以及电容器的容量的变化，共振频率可以变化为多个驱动频率，例如变化为fr1、fr2。结果，如图6所示，对于驱动频率的共振电路21所表示的输出电压的特性，在驱动频率为共振频率fr1时，表示LG1(间隙G大)、SG1(间隙G小)，在驱动频率为共振频率fr2时，表示LG2(间隙G大)、SG2(间隙G小)。因此，例如在驱动频率被固定在规定的频率fr的情况下，在驱动频率变化成为共振频率fr1或者fr2时，则无法检测共振电压(输出电压的峰值)。
即，如图7所示，在某个共振型位移探测装置中，因为共振频率与驱动频率不一致，所以间隙G大的输出电压Vgl成为比共振电压Vgl peak还低的值。结果，间隙G大的输出电压Vgl与间隙G小的输出电压Vgs的电压差变小，而无法高精度地探测间隙的变化。
但是，在涉及本实施方式的位移探测系统10中，预先估计共振电路21所能取的共振频率范围，决定驱动频率的变动范围f1～f2使其包括已估计的共振频率范围，控制电路40，通过可变振荡器30，使驱动频率在第1频率f1～第2频率f2之间重复变化。因此，如图6所示，检测部24，在共振电路21的共振频率为fr1的情况下，在驱动频率变化为fr1时，作为峰值可以得到间隙G大时的共振电压Vgl1。另外，检测部24，在共振电路21的共振频率为fr2的情况下，在驱动频率变化为fr2时，作为峰值可以得到间隙G大的共振电压Vgl2。
另一方面，当位移探测对象物T接近(位移)线圈211时，检测部24，将间隙G小的共振电压Vgs1或者Vgs2作为峰值进行检测。检测部24，求取在间隙G大时得到的输出电压的峰值(共振电压值)和在间隙G小时得到的输出电压的峰值的差，在差为规定值以上时，检测出在位移探测对象物T中已经存在厚度变化、通过位置变化等的位移。
在本实施例中，因为使驱动频率在第1频率到第2频率之间周期地变化，所以作为从共振电路21输出的间隙G大时的输出电压可以得到峰值大的共振电压。即，在共振频率fr1、fr2下，可以得到间隙G大的共振电压Vgl1以及Vgl2，这些间隙G大的共振电压Vgl1以及Vgl2与间隙G小的共振电压Vgs1以及Vgs2的电压差变得明显，所以可以高精度地严格区别间隙变化。即，可以正确地检测位移探测对象物T的位移。而且，涉及本实施例的位移探测装置20中的、驱动频率的重复周期(扫频周期)为数百μs，所以在通过位移探测对象物T时可以充分地检测位移探测对象物T的位移。
关于涉及本实施例的位移探测系统10的应用例子，参照图8以及图9进行说明。图8是概略表示作为纸张厚度的检测机构临近设置地具备多个位移探测装置的适用位移探测系统的适用例的说明图。图9是概略表示图8所示的适用例中的间隙G探测机构的说明图。
在图8的例子中，使用了具备3个位移探测装置20的位移探测系统10，而且为了便于说明只图示出了各个位移探测装置20的线圈211。参照图9进行详细地说明，纸张厚度的检测结构100，具备多个摇臂101、轴102、作为位移探测对象物T的被探测片103和旋转辊104。各个摇臂101的一端由轴102可自由摇动地支持。在各个摇臂101的另一端自由旋转地配备有被设置为与纸张110的正面和反面旋转接触的、用于引导纸张110的旋转辊104。在被检测片103的上方设置规定的间隙来设置位移探测装置20的线圈211。
当纸张110通过旋转辊104时，摇臂101根据纸张110的厚度如图9中的箭头所示以轴102为轴进行摆动。由于摇臂101摆动，被探测片103和线圈211之间的间隙发生位移，探测纸张110的厚度。例如如图8所示，在纸张110上附着附着物111，例如附着纸带的情况下，当纸张110的附着物111附着部分通过旋转辊104时，摇臂101仅大致向上方位移附着物111厚度。结果，被检测片103和线圈211之间的间隙发生位移，探测出在纸张110上附着有附着物111。
如上述说明过的那样，根据本实施例，使驱动频率在第1频率～第2频率之间重复变动以使包含构成位移探测系统10的各个位移探测装置20所能取的共振频率，，所以即使在位移探测装置的电感器以及电容器的容量发生变化时，也可以探测间隙G大时的共振电压。
因此，例如，可以正确地探测由于在纸张110上附着的附着物111的厚度而缩小的间隙G所导致下降的共振电压的变化。即，因为可以将间隙G大时的共振电压与间隙G小时的共振电压的电压差做成足够大，所以可以高精度地探测由于在纸张110上附着的附着物111的厚度而引起的共振电压的下降。结果，可以提高附着着附着物111的纸张110的探测精度。而且，在涉及本实施例的位移探测系统10中的驱动频率的重复周期(扫频周期)，为数百μs，所以在通过纸张100时可以充分探测在纸张110上附着的附着物111。
而且，因为涉及本实施方式的位移探测系统10，具备共振型位移探测装置20a、20b和20c，所以可以将多个位移探测装置20靠近设置。
·其他实施方式(1)在上述实施例中，是通过可变振荡器30使驱动频率在第1频率～第2频率之间重复变化，但也可以只按规定的定时使驱动频率从第1频率向第2频率变化。例如，可以通过具备图10所示的结构来实现。图10是概略地表示涉及其他实施例的位移探测系统(位移探测装置)的构成例子的说明图。该位移探测装置，在与可变振荡器30以及检测装置24连接的控制电路40中具备作为存储器的存储部41，并将探测到的共振电路21的共振频率存储在存储部41中。控制电路40，通过将存储的共振频率作为驱动频率使用来探测位移探测对象物T的位移。
即，控制电路40，是以纳入了位移探测系统10中的装置，例如在现金处理装置没有进行现金的支付、存入的定时，或者以规定的时间间隔，通过可变振荡器30，使驱动频率从第1频率向第2频率变化，由检测器24来检测共振电路21的输出电压表示峰值(共振电压)的频率，即检测共振频率，并将其存储在存储部41中。之后，控制电路40，在下次共振频率的探测定时到来之前，将存储在存储部41中的共振频率作为驱动频率使用，将叠加了该驱动频率的驱动电压施加给位移探测装置20的共振电路21，来探测位移探测对象物T的位移。
根据该位移探测装置，在探测位移探测对象物T的位移时，因为总可以将此前不久探测到的共振频率作为驱动频率使用，所以可以加大间隙G大时的共振电压与间隙G小时的共振电压的电压差，故可以提高位移探测对象物T的位移的探测精度。
(2)在上述实施例中，使用具备3个位移探测装置20的位移探测系统10进行了说明，但是即使对于具备1个、2个或者4个以上的位移探测装置20的位移探测系统10，也可以得到同样的效果。
以上，根据实施例对位移探测系统10、位移探测装置20以及位移探测方法进行了说明，但上述的实施方式，是为了使本发明容易理解，并非是限定本发明的。当然，本发明，在不脱离其主旨以及权利要求范围的情况下，可以进行变更、改良，同时，在本发明中包括与其等价的内容。
权利要求
1.一种位移探测系统，其具有探测探测对象物、靠近配置的多个位移探测装置，其特征在于，上述多个位移探测装置的各自，具备共振电路，其具有与上述探测对象物相向的检测用线圈，并根据共振频率输出共振电压；可变频率振荡电路，其可以在第1频率与第2频率之间可重复地变更振荡频率；驱动电路，其将上述可变频率振荡电路振荡的频率叠加在驱动电压上施加给上述共振电路；和位移检测器，其使用由上述共振电路输出的共振电压检测上述探测对象物的位移。
2.根据权利要求1所述的位移探测系统，其特征在于，上述第1频率和上述第2频率，至少包括上述振荡电路所能取的共振频率的范围；上述可变频率振荡电路，在上述第1频率和上述第2频率之间连续地变化频率。
3.根据权利要求1所述的位移探测系统，其特征在于，上述第1频率和上述第2频率，至少包括上述振荡电路所能取的共振频率的范围；上述可变频率振荡电路，在上述第1频率和上述第2频率之间离散地变化频率。
4.根据权利要求1所述的位移探测系统，其特征在于，上述位移检测器，检测在上述探测对象物和上述检测用线圈的间隙大时的由上述共振电路输出的第1共振电压、和在上述探测对象物和上述检测用线圈的间隙小时的由上述共振电路输出的第2共振电压。
5.根据权利要求4所述的位移探测系统，其特征在于，上述位移检测器，在检测出的上述第1共振电压和上述第2共振电压的差为规定值以上时，检测出上述探测对象物发生了位移。
6.根据权利要求1所述的位移探测系统，其特征在于，上述位移检测器，具有检波部，其与上述共振电路连接而另一端接地；和检测部，其根据由上述检波部所检测的输出电压值的变动来检测上述探测对象物的位移。
7.根据权利要求6所述的位移探测系统，其特征在于，上述检波部，具有保持电容器和与上述保持电容器并联连接的放电电阻；上述保持电容器，保持由上述共振电路所输出的电压值中、电压值最高的峰值。
8.根据权利要求7所述的位移探测系统，其特征在于，上述放电电阻，在变更频率的一个周期内消耗在上述保持电容器中保持的电功率。
9.根据权利要求1所述的位移探测系统，其特征在于，具备存储由上述共振电路探测的共振频率的存储部；上述位移检测器，对上述可变频率振荡电路要求上述存储的共振频率的频率振荡，叠加振荡的上述共振频率后将驱动电压施加给上述共振电路，使用由上述共振电路输出的上述共振电压来检测上述探测对象物的位移。
10.根据权利要求1所述的位移探测系统，其特征在于，具有引导纸张的旋转辊和支撑上述旋转辊的摇臂，将上述检测用线圈与通过上述旋转辊摆动的上述摇臂相向地配置。
11.一种探测探测对象物的位移的位移探测方法，其特征在于，在第1频率与第2频率之间重复变更振荡频率；将上述变更的振荡频率叠加在驱动电压上，将其施加给包含与探测对象物相向的检测用线圈的共振电路；使用由上述共振电路对应共振频率所输出的共振电压来检测上述探测对象物的位移。
12.根据权利要求11所述的位移探测方法，其特征在于，将由上述共振电路探测的共振频率存储在存储装置中；用已存储的上述共振频率叠加在上述驱动电压上，将其施加给包含上述检测用线圈的上述共振电路。
全文摘要
本发明的目的在于，在共振型位移探测装置中，降低或者排除共振电路的特性变化的影响，来提高位移探测精度。在位移探测系统(10)中，预先估计共振电路(21)所能取的共振频率范围，决定驱动频率的变动范围f1～f2使其包括已估计的共振频率范围，由可变振荡器(30)在第1频率f1～第2频率f2之间重复变化驱动频率。因此，在共振电路21的共振频率为fr1的情况下，在驱动频率变化为fr1时，可以得到间隙G大时的共振电压Vg11。另外，在共振电路21的共振频率为fr2的情况下，在驱动频率变化为fr2时，可以得到间隙G大的共振电压Vg12。
文档编号G01D5/20GK1699912SQ20051007092
公开日2005年11月23日 申请日期2005年5月17日 优先权日2004年5月20日
发明者加纳光成, 森章, 林逸树, 中林宗治 申请人:日立欧姆龙金融系统有限公司