专利名称：非接触式传感器的制作方法
技术领域：
本发明是关于利用包括线圈振荡电路振荡振幅的变化来判别金属物体的有无或在测量到金属物体距离的用途方面使用的非接触式传感器。
背景技术：
作为这种非接触式传感器，有根据用户的调整操作可变设定能检测检测对象的金属体(以下简称为「物体」。)的范围(检测距离)的非接触式传感器。作为其代表性的产品，有通过把可变电阻装入振荡电路内并对该可变电阻的转动操作使流到振荡电路的反馈电路电流变化的非接触式传感器。
在下列的专利文献1中，以上述结构的非接触式传感器作为现有技术的例子时，提出了改进其结构类型的传感器。在该改进型的传感器中，内装包括多组电阻和开关的串联电路的灵敏度调整电路，通过由微机控制的用在切换灵敏度调整上的电阻组合，来控制供给谐振电路的反馈电流量(参照专利文献1的图1)。此外，该专利文献1还公开了通过切换决定反馈电流的电流密勒电路的电阻来调整反馈电流量的非接触式传感器(参照专利文献1的图15。)[专利文献1]专利第3440566号公报发明内容在借助可变电阻调整反馈电流大小的场合，因为可变电阻的转动量和检测距离的关系是非线性的，所以存在不容易掌握为得到要求的检测距离所需操作量的状态。因此，工作人员需要反复调整操作和根据其调整确认传感器运作，并存在调整费时间的这个问题。
另外，就用户进行调整操作类型的非接触式传感器来说，调整的适当与否依赖于工作人员的直觉和经验，用于调整后的振荡振幅在检测物体后是否有适当灵敏度的指标都没表示出。
另外，在配置多个同性能的非接触式传感器以后对各传感器设定同一检测距离的场合，最好使各传感器灵敏度相等。但是，用现有可变电阻进行调整的传感器，不能正确地掌握操作量那样的手法，而且即使因手稍动，也会有产生调整偏差的可能性，所以对各传感器进行相等调整是困难的。即使一个熟练人员对各传感器进行调整，根据同样的理由，也难以避免每个传感器灵敏度产生偏差。
另一方面，按照专利文献1上公开的非接触式传感器，因为按照微机的控制决定电阻的组合，因而如果设定多个电阻，就能根据要设置的检测距离进行适当的灵敏度调整。但是，设置多个电阻会使部件个数增多，存在机体大型化和增加成本的这个问题。而且，这种非接触式传感器中，没有设置把灵敏度设定得如何通知给用户的装置。
本发明就是着眼于上述的问题提出的，把因通过用数字控制调整给振荡电路的反馈电路施加电压的大小而用少数部件就能精密地调整灵敏度作为第1目的。
另外，本发明把在根据工作人员的调整操作调整灵敏度的场合通过消除无设定的灵敏度偏差或采用表示用于设定最佳灵敏度指标来提高灵敏度调整精度作为第2目的。
本发明的非接触式传感器具有包括线圈的振荡电路、用上述振荡电路的振荡振幅检测金属物体的检测装置、输出由上述检测装置得到的检测结果的输出装置、和调整振荡振幅相对上述线圈与金属物体的距离变化的变化状态的调整装置。
在上述非接触式传感器的检测装置中可以包括通过将上述振荡幅度与规定的阈值比较来判别物体有无的判别装置。也可以包括通过与预定振荡幅度值的表对照等来测量从上述线圈到物体距离的测定装置。这些判别装置和测定装置可以把包括比较器等的逻辑运算电路作为构成，但优选的是，由与装置功能的程序设定的计算机构成。
输出装置可以具有把由上述检测装置得到的检测结果(物体的有无、到物体的距离等)作为数字量或模拟量的信号输出给外部电路的构成。另外，调整装置可以调整振荡幅度变化的大小相对线圈与金属物体距离的变化或能进行振荡幅度达到规定阈值时的上述距离大小变化那样的调整等。
本发明的第1非接触式传感器可以按下述方式构成内装为了能使反馈电流量随着施加在上述振荡电路上的电压变化而设计的反馈电路，并且上述调整装置由作为包括以数字量表示施加在上述振荡电路内的反馈电路上的电压电平生成调整信号的信号生成装置、和对上述调整信号进行模拟转换向上述反馈电路输出的信号输出装置构成。
上述调整装置当中，优选的信号生成装置是，与上述判别装置和测定装置同样由计算机构成，然而由逻辑运算电路构成也行。信号输出装置可由用于对上述信号生成装置生成调整信号进行模拟转换的D/A转换器能构成。还有，在这个信号输出装置中也可以包括缓冲器和电压移位用的电路等。
按照上述构成的非接触式传感器，因为可以在设定施加振荡电路的反馈电路上的电压电平作为数字量的调整信号以后，把模拟转换该调整信号所得到的电压信号输出给反馈电路，所以可以对每个适合D/A转换分辨率的确定单位控制电压电平。所以，即使如专利文献1那样没有并联设置多个电路，也能以细小单位调整电流，能精密地调整灵敏度。
在上述非接触式传感器优选的方案中，设置灵敏度调整用的操作部和用于显示表示上述调整信号值的信息或表示振荡幅度大小信息的显示部。而且，上述调整装置的信号生成装置根据上述操作部的操作设定调整信号值。还有，在该非接触式传感器上设置用信号生成装置设定的调整信号值或用在该调整信号模拟转换后的信号向上述反馈电路输出时的振荡幅度控制上述显示部上显示的显示控制装置。
上述的操作部和显示部，可以设置在构成传感器本体的机体(传感器具有包括线圈等的检测部和放大部的场合是放大部)上。操作部可作成按钮式开关和数字输入用的键盘，但不限于此，由控制杆和电位器构成也可以。而且该操作部具有输入上述调整信号值本身的构成，然而不限于此，也可以间接地输入显示调整信号值的信息。例如也可以把调整信号分为多个电平，选择其中之一进行操作。
显示部可以作成显示上述调整信号和振荡幅度值本身的数值显示器。或者，也可以构成为能显示表示条线、圆线等曲线图和数值电平的符号。而且，也可以为了能够高精度读取数值在进行曲线显示的场合而添加读出曲线用的存储器。
信号生成装置，能够根据按钮开关的操作次数和电位器的转动量等设定调整信号值将其供给上述信号输出装置。显示控制装置，可用调整信号或其值供给信号输出装置以后所测定的振荡幅度值生成适合上述显示部方式的显示用信息，向显示部输出。还有，优选的是，这个显示控制装置也由计算机构成。
按照上述的结构，当工作人员进行用于调整灵敏度的操作时，可以通过使施加在反馈电路上电压随着操作而变化来调整振荡幅度。在这里，如果预先显示适合工作人员调整的调整信号值或振荡幅度值，则可以通过以能在显示部上显示表示其提示数值的信息方式进行调整操作来设定适当的灵敏度。而且，即使在具有同一性能的多个非接触式传感器上设定相同检测距离的场合，也能通过基于显示部的显示进行调整操作相等来设定相等的传感器间的灵敏度。还有，可以使表示调整信号值的信息和表示振荡幅度大小的信息的两者能并行显示在显示部上。而且，也可以使两者切换显示。
其次，在有关上述第1非接触式传感器的其他优选的方案中，在上述调整装置可以设置使信号生成装置反复执行以一定单位阶跃性地变更上述调整信号值的处理直到上述振荡幅度变为规定值的控制装置和登记上述振荡幅度成为规定值时的调整信号值的登记装置。
在上述方式中，所谓振荡幅度的「规定的数值」，可以根据为了判个别物体的有无预先设定的阈值，或者振荡成为饱和状态时的振荡幅度来设定。该设定可以根据使用的振荡电路特性和传感器的用途来进行。
例如，在用振荡幅度变化发生范围被限定的硬振荡型的振荡电路检测物体有无的场合，可以把以足够裕度低于上述阈值的数值作为规定的数值。而且在用振荡幅度带有缓慢地变化特性的振荡电路测定处于检测距离范围内物体距离的场合，可以把低于饱和电平的值作为上述规定值。还有，这时的规定值优选的是无论检测距离变成了多少，都能变为在物体经过以对应该检测距离的位置为中心的规定范围移动期间产生充分幅度变化变场合的振荡幅度电平(在与检测距离对应的位置得到的电平)。
而且上述的实施方式中，在登记装置中可以包括用于保存登记对象的调整值的存储器。
按照这个方案，当工作人员把检测对象的物体配置在要求位置的，可以通过信号生成装置的反复运作，一边自动地测量变更反馈电流值一边测定振荡幅度。在这里当所测定的振荡幅度变为能高精度检测物体的状态时，就能登记那个时候的调整信号值作为适合的值。以后就能根据所登记的调整信号调整反馈电流的量，所以能高精度地进行物体有无的判别和距离的测量。
还有，在第1非接触式传感器中，可以设置用于测定周围温度的温度测定装置(温度传感器等)，并且在上述调整装置的信号生成装置中可以包括根据由上述温度测定装置的测定值校正上述调整信号值的校正装置。按照这种结构，即使在设定了适当灵敏度以后周围温度变动，也能根据其变动能校正调整信号值，所以可提供能抵抗温度变化大的非接触式传感器。
在本发明的第2非接触式传感器中，内装为了能使反馈电流量变化随施加在振荡电路中的电压变化而设计的反馈电路以便，同时设置用于设定加到该反馈电路上的电压值的操作部，和表示上述电压设定值的信息或表示振荡幅度信息的显示部。而且，使上述调整装置以下述方式设定能与上述操作部的设定相对应的电压施加使振荡电路内的反馈电路上。
在上述方式中，操作部和显示部可以是与就上述第1非接触式传感器描述过的结构同样地构成。
调整装置可以具有与第1非接触式传感器一样的信号生成装置和信号输出装置。但是，该第2非接触式传感器的调整装置不限于数字控制，也可以包括通过调整上述反馈电路的电阻值来控制施加电压的方式(装入上述可变电阻的方式和切换多个电阻的方式)。
按照第2非接触式传感器，可以在工作人员进行了电压值设定操作的时候，显示表示其电压设定值或振荡幅度大小信息。因此，可以通过在显示部显示出规定的信息以前进行设定操作，来根据检测距离设定适当的灵敏度。而且，可以消除同一性能传感器设定同一检测距离场合的传感器间灵敏度的偏差并提高测量精度。
上述第2非接触式传感器中，，可以用表示以上述操作部设定的电压或表示与施加该电压的振荡电路振荡幅度对应的数值的数值显示部作为上述显示部。还有，在显示与施加电压对应数值的场合，所显示的数值不限于施加电压值本身，除偏离值等外，还能显示进行了乘以规定系数等校正以后的电压值。而且，通过把电压值的倒数、电压值代入规定运算式显示特别得到的数值。但是，这个第2非接触式传感器也能进行用曲线和条码等的模拟显示而不用数值显示。
还有，在关于本发明的非接触式传感器中，在上述调整装置中，可以设定在用操作部设定电压以后控制对反馈电路施加电压的电压控制装置。该电压控制装置调整施加的电压，以使上述施加电压从用于根据来自外部的信号设定为振荡幅度不与上述金属物体反应的大小的电压变到大于应正常设定电压并能使得自其变化经过规定时间后变成上述应正常应设定的电压。
上述方式可以适用于为了防止在近旁配置多个非接触式传感器的状态下传感器间的互相干涉而使各传感器间歇运作的场合。来自外部的信号可从控制上述间歇运作的外部机器输入。而且，不用外部机器，通过上述多非接触式传感器间相互进行通信，也能控制间歇运作。这种场合下，可以考虑把从其他传感器发送的信号可作为上述来自外部的信号。例如，在各传感器中，如果把以与金属物体可能响应的大小进行振荡的状态看作「运作状态」，则从非运作状态转换到运作状态时或从运作状态转换到非运作状态时，就能向其他传感器发送表示其转换的信号。
在来自外部的信号取得某种状态的场合，各非接触式传感器的反馈电路，在其他传感器处于运作状态时对金属物体没有响应的大小的振荡幅度(近于零的幅度是所希望的。)产生的那样的电压变成为施加的状态，或变成为电压完全不施加的状态。然而当随外部信号的变化而变成为可运作的状态时，施加电压就变成比预先灵敏度调整时设定电压大的电压。进而，该电压经过规定时间又变成上述灵敏度调整时设定的电压。
按照上述的方式，因为在刚从非运作状态转换到运作状态的以后，反馈电路内瞬时带有很大的电压，所以自信号输入以后会增大振荡幅度，而且直到此后振荡幅度稳定之前需要的时间也能缩短。所以，应答速度快，可以提供能抵抗上升时噪声的非接触式传感器。
按照本发明，借助于数字控制调整加到振荡电路的反馈电路上的电压大小，并在反馈电路中通过反馈相应于施加电压大小的电流来控制振荡状态，所以能减少部件个数，同时能决定反馈电流精细地调整。所以能根据振荡电路的特性和检测距离精细地调整灵敏度。
而且，在本发明中，因为可以在根据工作人员的操作调整灵敏度的场合一边确认由操作加到反馈电路的电压大小或由该电压调整的振荡幅度大小一边进行调整操作，所以很容易进行对适当灵敏度调整的作业。而且，即使对同一性能传感器设定同一检测距离的场合等，也通过一边确认显示内容一边进行工作，可减少传感器间灵敏度的偏差，并能进行高精度的测定。
图1是表示应用本发明的非接触式传感器外观立体图。
图2是表示放大部2的显示部和操作部详细结构的俯视图。
图3是表示非接触式传感器的电结构方框图。
图4是表示振荡电路结构例电路图。
图5是表示振荡电路结构例电路图。
图6是表示振荡电路结构例电路图。
图7是表示振荡电路结构例电路图。
图8是表示振荡电路结构例电路图。
图9是表示振荡振幅和距离的特性曲线与灵敏度的关系曲线。
图10是表示振荡振幅和距离的特性曲线其他例子曲线。
图11是表示调整作业程序的流程图。
图12是表示调整作业程序的流程图。
图13是表示对多种测头部的灵敏度调整例曲线。
图14是表示非接触式传感器电结构其他例方框图。
图15是表示根据温度变化的灵敏度调整例曲线。
图16是表示进行间歇运作场合的控制例说明图。
图17是表示非接触式传感器电结构其他例方框图。
图18是表示非接触式传感器电结构其他例方框图。
图19是表示非接触式传感器电结构其他例方框图。
具体实施例方式
图1表示有关本发明—实施的非接触式传感器外观。本实施例的非接触式传感器分别经过屏蔽电缆4、5连接测头部1、前置放大部3、和包括CPU的放大部2而成。测头部1和前置放大部3，是起该非接触式传感器的检测部的作用，根据从测头部1的检测面到检测对象的金属物体(以下，称作「物体」。)的距离大小而使输出变化的检测信号(表示振荡振幅)。放大部2用这个检测信号判别物体的有无，并将判别结果送到外部。
在本实施例放大部2的上面，设定包括多个开关的操作部22和显示部21，而且上方用盖部200保护起来。图2是表示取下了盖部200时的上面详细结构，图中，分别在左手侧设置显示部21，在右手侧设置操作部22。
显示部21是把LED灯211(以下，简单地称作「灯211」。)和4个LED显示器212作为1组，2组排列这种组合(以下，把第1组的灯211和LED显示器212的组合称作「显示部21a」，第2组的灯211和LED显示器212的组合称作「显示部21b」。)。还有，第1组的显示部21a由红色的LED构成，第2组的显示部21b由绿色的LED而构成。
在上述操作部22上设置2个选择键221、222、确定键223、转换开关224、225等。选择键221、222和确定键223是设定模式下使用的。而且，转换开关开关224是用于转换上述设定模式和正常运作模式的开关，另一个转换开关225是用于转换物体检测时运作后述输出电路27(从输出电路27来的接通/断开信号)的开关。还有，在设定模式下，在上述显示部21上显示表示设定用项目的文字列和设定值的数值，要根据对选择键221、222的操作一边转换显示一边根据对确定键222的操作确定项目选择和设定值。
在上述设定模式下，包括用于能在用户要求的位置检测物体的灵敏度调整。这一调整是通过从操作部22输入规定大小的调整值并根据该调整值控制振荡电路的反馈电流来进行的。以下将该调整值叫做「灵敏度调整值」。
本实施例中，在某一方的显示部21(例如显示部21a)上显示了灵敏度调整值的初始值以后，根据选择键221，222的操作变更其所显示的数值，最终把确定键盘223操作时正在显示的数值确定为灵敏度调整值。还有，灵敏度调整值的初始值是0，用选择键221的操作只减去1(但是，没有负值。)，用选择键222的操作就加上1。
图3表示上述非接触式传感器的电路结构例。
在本非接触式传感器中，装入用于检测金属物体的振荡电路10。在这个振荡电路10中，除由线圈L和电容C构成的谐振电路11外，还包括信号检测电路12、反馈电路13等。还有，其中谐振电路11配备在测头部1中，信号检测电路12和反馈电路13配备在前置放大部23中。还有，可以认为CPU20中包括存入了程序等存储器。
另一方面，放大部2，除上述的CPU20外，还内装检波电路23、A/D转换器24、D/A转换器25、电压调整电路26、输出电路27、电源电路28等。而且，上述的显示部21和操作部22连接到CPU20。
检波电路23和A/D转换器24设置在从上述振荡电路10到CPU20的输入路线上。而且将D/A转换器25和电压调整电路26连接到从CPU20到振荡电路10的输出路线上。但是，检波电路23和电压调整电路26也可以装入前置放大部23中。
电压调整电路26由缓冲器和电压移位电路等构成。电源电路28，除CPU20外，经过上述屏蔽电缆4也向振荡电路10供应电源。
输出电路27是用于给外部机器输出对物体的检测结果的，输出表示物体的有无的二进制信号。以下，把该二进制信号称作接通/断开信号，设表示「物体有」的场合为「接通状态」。还有，在使用于测定到物体的距离用途的场合，输出电路27能输出与测定的距离大小相应的电压信号。
还有，虽然上述检波电路23通常检波信号检测电路12取出的信号，然而由于振荡电路10的结构不同，有时也如图中点划线所示连接到谐振电路11上。
在上述方式中，振荡电路10的振荡振幅随着物体靠近上述测头部1而变小。检波电路23生成表示该振荡振幅大小的检测信号。该检测信号通过A/D转换器24进行数字转换，然后被输入CPU20。该数据输入是按照图未示出的定时发生电路输出脉冲，每隔一定时间间隔进行的，CPU20把每时读出输入数据作为那个时刻的振荡振幅测定值，以每规定数单位平均该测定值。然后，通过将该平均化测定值与上述存储器内的阈值进行比较，判别物体的有无，从输出电路27输出其判别结果。而且，可以通过用平均后的测定值和存储器内的变换表对照，求出距物体的距离。
CPU20响应操作部22的键操作生成表示灵敏度调整值的8位数字信号。以下，把这个信号称作「灵敏度调整信号」。该灵敏度调整信号，在设定模式时，每次操纵选择键盘224、225都被更新，同时输送到上述显示部21和D/A转换器25。而且，当对灵敏度调整值进行确定操作时，CPU20把该确定值保存到存储器内。进而在实测模式下，CPU20把从存储器读出的灵敏度调整值送给D/A转换器25，控制振荡电路10的工作。
由D/A转换器25模拟转换后的灵敏度调整信号，经过电压调整电路26送给振荡电路10的反馈电路13。反馈电路13是为了使在谐振电路11上的反馈电流大小随着该灵敏度调整信号电压的电平变化而设计。
图4表示上述非接触式传感器中振荡电路10的具体例。还有，在从本图4到图8的振荡电路10的具体例中，用虚线框包围表示与上述图1的谐振电路11、信号检测电路12、反馈电路13对应的部分。
图4的振荡电路10的主要部分与上述专利文献1上公开的一样。如果简单地说明结构，则在由上述线圈L1、电容CL构成的谐振电路11的一端上，经过电阻R1、二极管D1、D2的串联电路，连接到射极跟随器的晶体管Q1的基极。
晶体管Q1的发射极连接到电阻R2、R3、R4的串联电路上，而且，电阻R2、R3间连接的分路连接到晶体管Q2的基极上。在晶体管Q2的集电极上连接由晶体管Q3、Q4(PNP型)组成的电流密勒电路。晶体管Q3的发射极经过电阻R6连接到电源Vcc上，集电极和基极同样连接到晶体管Q2上。另一晶体管Q4的发射极经过电阻R7连接到上述电压调整电路26上，集电极连接到上述谐振电路11的反馈路线上。
还有，在本实施例中，在专利文献1的图1的灵敏度调整电路21和图16的灵敏度调整电阻Re相对应的位置，即晶体管Q2与接地电位之间设置固定电阻R8。
在上述结构中，谐振电路11的信号经过二极管D1、D2输入到晶体管Q1的基极以后，输入到晶体管Q2的基极。而且，通过上述晶体管Q1和电阻R2、R3、R4构成的信号检测电路12来取出上述谐振电路11信号变化，并送给上述检波电路23。
在上述电流密勒电路的晶体管Q3中，流过与流到晶体管Q2的电流相同大小的电流。另一方面，虽然晶体管Q4发射极的电位和晶体管Q3一侧的发射极的电位变成相等，然而因为晶体管Q4电压调整电路26相连接，所以可以根据电压调整电路26的输出与发射极的电压差，控制流入晶体管Q4的电流量。即，当从D/A转换器25来的灵敏度调整信号增大时，电压调整电路26的输出与晶体管Q4发射极的电压差也增大，流入晶体管Q4的电流也就增加。
图5表示振荡电路10的第2个例子。该电路的主要部分是和上述图4同样，然而上述电压调整电路26和D/A转换器25，经过电阻R8与晶体管Q2的发射极连接。另一方面，晶体管Q4的发射极与晶体管Q3同样连接到电源Vcc上。还有，关于其他的结构，由于使用与图4相同的符号，所以省略说明。
在本第2个例子中，通过施加在电阻R8两端的电压，即电压调整电路26的输出与晶体管Q2的发射极的电压差来控制流到晶体管Q2的集电极电流。所以，当从D/A转换器25来的灵敏度调整信号增大时，晶体管Q2的集电极电流也就增加，与此相应，从晶体管Q4来的反馈电流也增加。
图6是表示振荡电路10的第3个例子。该振荡电路10的谐振电路11是2个电容C1、C2的串联电路与线圈L1并联的电路。在该谐振电路11上，连接着PNP型的晶体管Q11。由用该晶体管Q11和第2晶体管Q12组成的电流密勒电路构成反馈电路13。而且，使夹着在电容C1、C2间的连接线与晶体管Q11的发射极的连接线上中间安装的电阻R11，起信号检测电路12作用。还有，本实施例中，在谐振电路11上直接连接检波电路23。
分别将晶体管Q12的发射极连接到低于电源Vcc的规定电位V1，集电极和基极经过电阻R13连接到接地电位。而且，上述晶体管Q11的发射极，经过电阻R12连接到电压调整电路26。
就上述的振荡电路10来说，给晶体管Q11的发射极，输入由上述电阻R11取出的信号，随该信号变化的电流就从晶体管Q11向谐振电路11反馈。在这里，晶体管Q11的发射极电位和晶体管Q12的发射极相同，然而因为连接到电压调整电路26，由于其输出电压影响而使电流大小变化。就是，当从D/A转换器25来的灵敏度调整信号增大时，电压调整电路26的输出和晶体管Q11的发射极的电压差增大，随之也增加反馈电流。
图7表示振荡电路10的第4个例子。本例子的谐振电路11是与图6同样的结构，然而信号检测电路12是由电容C3、C4、运算放大器OP1和下拉电阻R21等构成。而且，反馈电路13是由构成电流密勒电路的晶体管Q21、Q22(NPN型)，电阻R22、R23、R24、R25、R26等构成。
上述运算放大器OP1经过电容C3输入谐振电路11的信号，带负反馈放大信号。其放大输出经过电容C4被输入给检波电路23，同时经过电阻R23被输入给晶体管Q21、22的基极。还有，在对该基极的输入线上配备电阻R25。
上述晶体管Q22的集电极经过电阻R24连接到电源Vcc上，其发射极接地。而且，晶体管Q21的集电极连接到电源Vcc上，而且发射极一侧的连接路线向2方向分路，其一方经过电阻R26连接到电压调整电路26，而另一路线变成为向包括电阻R22的谐振电路11的反馈路线。
在上述晶体管Q21内，流动着随谐振电路11信号变化的电流。该电流从晶体管Q21的发射极经过电阻R22向谐振电路11反馈。这里，当来自D/A转换器25的灵敏度调整信号增大时，电压调整电路26的输出与晶体管Q21的发射极的电压差就增大，其结果，反馈电流增加。
图8表示上述振荡电路10的第5个例子。在本例中，把与上述图4、5例同样的谐振电路11连接到包括运算放大器OP2的信号检测电路12。而且，在反馈电路13上设置由NPN型的晶体管Q31、Q32组成的电流密勒电路。
在信号检测电路12中，除运算放大器OP2外还设置电阻R31、R32和电容C5。谐振电路11的信号，由电阻R31、R32取出后输入给运算放大器OP2。该运算放大器OP2的放大输出经过电容C5送给检波电路23和反馈电路13。
晶体管Q31和Q32的基极和晶体管Q32的集电极经过电阻35连接到接地电位。而且晶体管Q32的发射极接到负电位Vee。另一晶体管Q31的集电极接到谐振电路11，其发射极一侧的连接线分路以后，一路经过电阻R33连接到上述信号检测电路12的电容C5，另一路经过电阻R34连接到电压调整电路26。
本实施例中，电流从谐振电路11经过晶体管Q31向电压调整电路26的方向流动。也就是，在振荡振幅变为负侧时，由晶体管Q1从谐振电路11引入电流，所以振荡振幅在负侧将增大，向谐振电路11供应能量。这时的反馈电流由晶体管Q31的发射极与电压调整电路26的输出的电压差来决定。
还有，在上述5个振荡电路10的例子当中，图4、5结构的振荡电路10以下述的方式工作在物体经过只离开线圈规定距离的地点(假设为A点。)与其后方规定地点(假设为B点。)之间移动期间的振荡振幅产生很大变化，在A点之前几乎不振荡，在B点以后振荡变为饱和状态。将这样的振荡状态称为「硬振荡」。
另一方面，就图6、7、8结构的振荡电路10来说，振荡振幅随着物体与线圈的距离缓慢地变化直到达到某一电平。将这种振荡状态称为「軟振荡」。无论是使用哪种结构的振荡电路的场合，振荡振幅从大于规定阈值的状态到成为小于上述阈值的状态时，都能使上述接通/断开信号成为接通状态。而且在需要测定距物体距离的场合使用軟振荡型的振荡电路10。这时，把下一个图9(1)中示出的各特性曲线表格化数据存入存储器内，采用把与设定的灵敏度相对应的特性曲线和振荡振幅测定值对照的方法，可以求出距离。
按照上述图4～8中示出的振荡电路10，都能通过使从D/A转换器25来的灵敏度调整信号变化来调整谐振电路11上的反馈电流，并且能调整振荡振幅。在这里，因为原有的灵敏度调整信号是表示灵敏度调整值的8位构成的数字信号，所以通过使灵敏度调整值每次变化1比特，来使加到反馈电路13上的电压以一定单位变化。所以可以比电阻转换进行灵敏度调整的场合更简单地对灵敏度进行精密的调整。
其次，图9(1)是把线圈到物体的距离与振荡振幅的关系作成曲线的图，表示两者关系随着上述灵敏度调整值变化。还有，曲线图中示出的曲线(以下，称作「特性曲线」。)是使用了上述图6～8的軟振荡型振荡电路10时得到的。而且横轴的距离是以额定检测距离(制造厂保证能检测的检测距离)为100，并将实际物体的距离规一化后表示。
在该曲线图中，特性曲线P0表示灵敏度调整值为0时的关系，特性曲线P255表示灵敏度调整值为最大的255时的关系。对应其他灵敏度调整值的特选曲线沿着从曲线P0朝着曲线P255的方向(用图中的箭头F表示的方向)，从灵敏度调整值从小的开始程序排列。
按照该曲线图，如果是额定距离范围，则灵敏度调整值越大，振荡振幅就越大。但是，由于振荡振幅因受电路内的内部电压影响而饱和，所以一旦灵敏度调整值增大后振荡振幅靠近饱和状态时，灵敏度反而降低。
例如，在图9(1)的曲线图中，在从距离轴的A点到B点的范围测定到物体距离的场合，振荡振幅相对A、B间距离的变化(对每条曲线以三角形斜率典型地表示。)越大就越能提高测定精度。即，可以求出各曲线的斜率作为表示灵敏度的参数。
图9(2)是把各曲线灵敏度值与各自A点振荡振幅建立对应关系后的曲线图。如该曲线图所示，振荡振幅越大灵敏度越高直到振荡振幅变成某值D，其后，随着振荡振幅接近饱和，灵敏度将减少。而且，对应于灵敏度峰值的特性曲线，随检测距离变动。所以，如果事先对每个检测距离求出与灵敏度峰值对应的特性曲线时，则通过设定与该曲线对应的灵敏度调整值就能使物体的检测处理精度变成最佳的状态。
图10表示使用了上述图3、4中示出的硬振荡型振荡电路10时的特性曲线。还有，该图中，也设灵敏度调整值0时的特性曲线为P0，设灵敏度调整值255时的特性曲线为P255。由其他灵敏度调整值得到的特性曲线位于P0、P255之间。
在这种振荡电路10的场合，无论哪条曲线，振荡振幅变化的斜率都是相同的，然而变化发生的范围，灵敏度调整值越大就越向前方移动。所以可以预先求出用户想要检测物体的位置(图中的C点)包含在振荡振幅变化范围内的那样特性曲线Px，并通过设定与该曲线Px对应的灵敏度调整值来稳定地检测上述物体。
而且，如后述的图15所示，振荡电路10的振荡振幅有可能随温度变化等外在原因而变化。因此，在使用有如图10那样特性的振荡电路10的场合，从线圈到C点的距离比额定检测距离还大时，工作就会不稳定，有不能正确检测物体的可能性。所以，上述C点需要设置在靠近额定检测距离前方。
在以上述图1～3结构的非接触式传感器使用硬振荡型的振荡电路10的场合，鉴于上述的观点，用户要按照如下一个图11所示的作业调整灵敏度。还有，在这个图11和下一个图12中，把各步骤(STEP)简称为ST。以下的说明中也照此使用ST。
该程序从将非接触式传感器的测头部1定位在规定位置以后开始。首先，在最初的ST1中在距从测头部1隔开规定距离的位置配置检测对象的物体。在下一个ST2中根据从上述设定模式中的菜单选择灵敏度调整模式等操作，把灵敏度调整值设定为初始值零。
在该状态下，增大灵敏度调整值直到从传感器来的输出变成接通状态(判别为「物体有」的状态)为止(ST3、4)，然后，当变成为接通状态时，就校验此刻显示部21上所显示的灵敏度调整值。如果在这里显示的数值是小于规定下限值T1，则ST5就为「NO」，就在ST7中执行使上述物体向测头部1靠近的处理。而且，在所显示的数值为大于规定上限值T2的场合，ST6成为「NO」，就在ST8中执行使上述物体远离测头部1的处理。
在执行了使物体靠近部1的处理或远离测头部1的处理以后，返回ST2，通过再设定操作来灵敏度调整值使置零。以下与上述同样，一边逐渐增大灵敏度调整值，一边确认得到接通输出时的灵敏度调整值。
当在规定时刻接通输出时的灵敏度调整值进入到下限值T1与上限值T2之间时，ST5、6同时为「YES」，就结束调整作业。
按照上述的程序，用户将物体配置在只离开测头部1要求距离的位置，进行灵敏度调整直到上述接通/断开信号从断开状态转移到接通状态。在这里设定与额定检测距离对应的特性曲线灵敏度为下限值T1，在物体的现在位置远离额定检测距离的场合，因为以小于上述T1的灵敏度调整值变为输出接通状态，所以需要进行使物体向前面移动。于是，可以在决定能稳定检测物体的检测距离的同时，进行设定适合于其检测距离的灵敏度。还有，对上限值T2而言，设定与用户目的对应的数值就行，把最大的255设定为T2也行。
其次，因为在以测定到物体的距离的目的使用軟振荡型振荡电路10的场合，通常设定用户打算要测定的最大距离作为检测距离，所以优选的是，一边维持其检测距离一边调整灵敏度。这里，如图9(1)所示，在设定检测距离附近的振荡振幅变化很小或振荡振幅接近饱和状态的场合下，因为检测精度变成不稳定，所以需要选择灵敏度调整值，以便得到适合其检测距离的灵敏度(图9(2)的峰值附近灵敏度)。
但是，一般的用户并不熟悉如图9示出的那种振荡特性意义。尤其初次进行灵敏度调整的场合，完全没有掌握适合于检测距离的灵敏度调整值可能性很大。所以，需要以指标替换上述灵敏度调整值来支持调整操作。
考虑到上述问题以后，在图1～3的结构的非接触式传感器上使用軟振荡型振荡电路10的场合，在上述显示部21上显示上述A/D转换器24来的输出值，即要显示振荡振幅值。而且可以按照如图12示出这样的流程来执行调整作业的程序。
在图12的程序中，用户也在与打算设定的检测距离对应的位置上配置了物体以后把初始灵敏度调整值设定为O(ST11、12)。然后增加设定灵敏度调整值的数值，直到振荡振幅显示达到规定值D(ST13、14)。还有，上述D的数值需要大于用于物体有无判别的阈值，并且，小于饱和状态的振荡振幅。而且，如果选取检测距离用某个数值后也把与那个检测距离对应位置的振荡振幅设为上述D，则也必需能显示前后位置之间振荡振幅充分大的变化。优选的是，当考虑到这一点和每个灵敏度调整值的振荡状态时，设饱和状态下振荡振幅的70％左右数值为D。
按照上述的程序，因为用户哪个能使振荡振幅变为适合检测的状态而设定灵敏度调整数值，一边能不管用户设定的检测距离设定良好的灵敏度。
因为按照上述图11、12示出的程序，都能一边在显示部21上显示用于调整的指标一边进行调整作业。所以，即使以同样条件使用一性能的多个传感器的场合，也能就1台传感器，在进行了按照上述程序设定以后，通过对其余的传感器进行调整使其显示与最初对传感器的调整结束时刻所显示的数值相同值，借此可以消除传感器间的灵敏度偏差，并进行精度高的测定。还有，在軟振荡型非接触式传感器中，如果在对最初的传感器以图12的程序进行了灵敏度设定以后，如果使显示转换为灵敏度调整值，则也可以对其他传感器把灵敏度调整值作为指标而进行同样的设定。
其次，上述图11、12的程序，都是由用户执行的，也可以用CPU20一边每次更新灵敏度调整值一边调整振荡振幅的大小。这时，在使用硬振荡型振荡电路10的场合下，可以执行对灵敏度调整值的更新直到振荡振幅达到物体检测用的阈值。而且，在使用軟振荡型振荡电路10的场合下，可以执行灵敏度调整值的更新直到振荡振幅达到上述D的数值。
而且，对于硬振荡型振荡电路10，振荡振幅达到阈值时的灵敏度调整值小于上述下限值T1的场合，优选的是通过在显示部21上显示误码等来向用户传递其要旨。
其次，按照图1示出的结构，因为前置放大部23与测头部1一起构成检测部，所以虽然需要对每个测头部1制作前置放大部23，然而也可以把放大部2制作成能供多种测头部1通用的结构。在这种场合下就放大部2来说，可以给每个测头部1设定与其特性相应的最佳灵敏度。
图13(1)是举例表示振荡振幅与距离的关系不同的3个测头部1(在该图中，为方便起见，而称作测头部A、B、C。)。图13(2)表示对图13(1)的各个特性曲线用使现有技术中电阻值变化的方法进行调整的结果，图13(3)表示对各特性曲线用本实施例的灵敏度调整值进行调整的结果。
在对进行通过转换可变电阻用于灵敏度调整的调整场合，就用户来说，难以掌握电位器的适当操作量。其结果如图13(2)所示，因调整后的振荡振幅变化随着测头部1的种类不同而不同，而存在设定灵敏度偏差大的问题。
与此相反，在本实施例的非接触式传感器中，如上述的那样，可以一边显示表示振荡振幅的数值一边调整灵敏度调整值。所以，如图13(3)所示，可以通过以使得各测头部振荡振幅差缩小的方式对每个测头部调整灵敏度调整值减少测头部间的灵敏度偏差。
还有，按照图3结构的非接触式传感器，因为可以由CPU20决定反馈电流值，所以可以根据传感器的设定环境和使用目的进行更精密的控制。
图14表示能随着传感器周围温度变化控制振荡振幅的结构。还有因为该图的主要结构与图3示出的相同，所以这里附有和图3相同的符号，并省略详细说明。
在该图14的实施例中，在测头部1(这里图未示出。)和放大部2上分别设置温度传感器61、62，同时在放大部2上设置用于把由温度传感器61、62得到的测定值输入给CPU20的输入部29。还有，在附属于CPU20的存储器内预先装入用于根据温度校正灵敏度调整值的校正表。该校正表，将温度值分类为多个分区，将灵敏度调整值的校正值与这些每个分区建立对应关系。
而且，也可以将温度传感器设置在测头部1、放大部2的两者之一上。特别是在测头部1置于温度变化大的场所情况下，在测头部1上设置温度传感器是优选的。
图15表示周围温度基于25度、60度、-10度时的距离与振荡振幅的关系并根据温度信息的校正原理。
图15(1)是有关各温度校正前的特性曲线。据此，当周围温度上升时振荡振幅增大，当周围温度下降时，振荡振幅就减小。
图15(2)表示校正了60度时的特性曲线和-10度时的特性曲线的例子，其中使这两条曲线分别符合25度时的特性曲线。
CPU20基于上述的原理，并根据温度测量值从校正操作部22输入的灵敏度调整值，输出其校正后的数值作为灵敏度调整信号。还有，这个校正所需要的校正值可以从上述存储器的校正表读出来。
例如，预先设定规定的温度(例如25度)作为常温，当温度传感器61、62检出的温度高于常温时，通过把灵敏度调整值校正到小于输入值的值来缩小振荡振幅。而且，当温度传感器61、62检出的温度低于常温时，通过把灵敏度调整值校正到大于输入值的值来增大振荡振幅。
下面的图16表示在附近位置使用多个非接触式传感器场合的控制中利用上述灵敏度调整信号的例子。
在使多个非接触式传感器接近配置的场合下，与现有技术传感器相比，为了防止传感器间的互相干涉而执行使各传感器交替转换地振荡控制。图16(1)是该控制的具体例，使3个传感器A、B、C轮流地在相同长度的期间振荡。还有，可以根据外部主机来的控制信号，而且通过传感器间的互相通信来控制各传感器振荡的转换。
按照上述的控制，无论哪个传感器都能不受其他传感器的工作影响地进行物体检测处理。
但是，在现有技术的控制中，如图16(2)所示，因为在振荡上升的时刻，没有输出足够大小的信号，所以使到振荡稳定前的时间T延长，在该期间有受到噪声影响的危险。
与此相反，在上述图3的结构非接触式传感器中，如图16所示，可以使振荡上升时刻的灵敏度调整信号比原来的设定值大，然后执行灵敏度调整信号返回原来值这样的控制。因此能使振荡稳定前的时间T比现有的时间大幅度缩短，并能进行稳定的检测。
其次，至此，虽然作为例子说明了检测振荡振幅型的非接触式传感器，但是本发明也能应用于频率检波型的非接触式传感器。图17中表示其应用例。
在本实施例的非接触式传感器中，振荡电路10的结构与图3相同，但在放大部2中配备频率计数器201来代替检波电路23和A/D转换器24。在本实施例中，可以通过使从D/A转换器25来的灵敏度调整信号增减来增减电流的反馈量，并且可以调整振荡频率。
本实施中，也能通过由操作部22输入灵敏度调整值来设置与其输入值对应的灵敏度。而且，在本实施例中，也能通过调整灵敏度调整值直到表示频率计数器201的表示调整的显示表示出规定值来，并设定适合物体的检出灵敏度。
图18表示幅度检波型非接触式传感器的其他例子。还有，本实施例的非接触式传感器主要结构也是与上述图3相同，并详细地表示各结构与电源电路28的关系。
在本实施例的非接触式传感器中，配备包括可变电阻Re的电位器作为操作部22来代替上述图2的结构。该可变电阻Re的一端接地电位，另一端经过电阻R41连接到正电位V。而且，将可变电阻Re与电阻R41的连接线连接A/D转换器202。该A/D转换器202与检波电路23一例的A/D转换器24相同，并连接到CPU20。
上述的A/D转换器202检测可变电阻Re和电阻R41之间的电位。CPU20取出该检测电位作为电位器的操作量，将转换为规定的数值后在显示部21上显示出来。同时CPU20把上述显示部21输出的数值作为灵敏度调整信号输出给D/A转换器25。
按照这种结构，可以数值化电位器的转动量后向用户指明，从而可以消除设定的偏差。而且，可以通过数字量的灵敏度调整信号以每次一定单位地调整反馈电流。
下面的图19是使上述图18的结构的变型例的图，对于共同结构而言附加与图18同样的符号。在本实施例的非接触式传感器中，把与上述检波电路23连接的电路置换为来自A/D转换器24信号的信号处理电路203，同时要把该信号处理电路203与输出电路27直接连接起来。因为信号处理电路203包括比较器等，所以可以将检波后的信号与规定阈值比较，并把表示其比较结果的接通/断开信号向输出电路27输出。
按照该构成，因为可以不经过CPU20就能进行物体有无的判定，所以能使传感器的应答变快。
还有，在上述的各实施例中，虽然都通过调整施加在振荡电路10的反馈电路13上的电压来调整反馈电流，但是也可以使用进行电流控制的电路和IC等调整振荡电路10的反馈电流。在这种场合，也能根据从CPU20来的灵敏度调整信号值来控制电流量。
权利要求
1.一种非接触式传感器，具有包括线圈的振荡电路、用上述振荡电路的振荡振幅检测金属物体的检测装置、输出由上述检测装置得到的检测结果的输出装置、和调整振荡振幅相对上述线圈与金属物体的距离变化的变化状态的调整装置，其特征是在上述振荡电路中，内装为了使反馈电流量随施加的电压变化而设计的反馈电路，在上述调整装置中，包括生成以数字量表示施加在上述振荡电路内的反馈电路上的电压电平的调整信号的信号生成装置、和将上述调整信号模拟转换后输出给上述反馈电路的信号输出装置。
2.按照权利要求1所述的非接触式传感器，其特征是设有用于灵敏度调整的操作部、和显示表示上述调整信号值的信息或表示振荡振幅大小的信息的显示部，上述调整装置的信号生成装置具有根据上述操作部的操作设定调整信号值并用由上述信号生成装置设定的调整信号值或该调整信号模拟转换后的信号向上述反馈电路输出时的振荡振幅控制上述显示部显示的显示控制装置。
3.按照权利要求1所述的非接触式传感器，其特征是在上述调整装置中，包括对上述信号生成装置反复执行以一定单位阶跃式变更上述调整信号值的处理直到上述振荡振幅变为规定值的控制装置、和登记上述振荡振幅变成规定值时的调整信号值的登记装置。
4.按照权利要求1～3中任意一项所述的非接触式传感器，其特征是设有用于测定周围温度的温度测定装置，在上述调整装置的信号生成装置中，包括根据由上述温度测定装置得到的测定值校正上述调整信号值的校正装置。
5.一种非接触式传感器，具有包括线圈的振荡电路、用上述振荡电路的振荡振幅检测金属物体的检测装置、输出由上述检测装置得到的检测结果的输出装置、和调整振荡振幅相对上述线圈与金属物体的距离变化的变化状态的调整装置，其特征是在上述振荡电路中，内装为了使反馈电流量随施加的电压变化而设计的反馈电路，并设置用于设定施加在该反馈电路上的电压值的操作部、和用于显示表示上述电压设定值的信息或表示振荡振幅的信息的显示部，上述调整装置以能使根据上述操作部的设定而变化的电压施加在上述振荡电路内的反馈电路上的方式构成。
6.按照权利要求5所述的非接触式传感器，其特征是上述显示部是显示由上述操作部所设定的电压或与施加有该电压的振荡电路的振荡振幅对应的数值的数值显示部。
7.按照权利要求1～6中任意一项所述的非接触式传感器，其特征是在上述调整装置中，包括电压控制装置，该电压控制装置调整上述施加电压，以便使施加在上述反馈电路上的电压从用于根据来自外部的信号设定为对上述金属物体没有响应的大小的振荡振幅的电压变到比应正常设定的电压大的电压，再自其变化起经过规定时间后变为上述应正常设定的电压。
全文摘要
在由包括振荡电路(10)的检测部和具有用振荡电路(10)的振荡振幅检测金属体的功能的放大部(2)构成的非接触式传感器中，设置操作部(22)。在设定模式下，当由操作部(22)进行设定灵敏度调整用的调整值(灵敏度调整值)操作时，CPU(20)生成表示该灵敏度调整值的数字量的灵敏度调整信号并输出给D/A转换器(25)。用D/A转换器(25)模拟转换后的灵敏度调整信号，经过电压调整电路(26)送给反馈电路(13)。因为反馈电路(13)是以使反馈电流量随施加的电压而变化的方式而设计的，所以可以向谐振电路(11)反馈与灵敏度调整信号值对应大小的电流，并控制振荡振幅。以少数部件就能精密地调整灵敏度。
文档编号G08B1/00GK1677062SQ200510060178
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者藤森信裕, 元氏知史, 大槻秀智 申请人:欧姆龙株式会社