(57)【要約】      （修正有）【課題】静電容量の変化を検出して近接する物体を検知する静電容量式近接検知センサーにおいて、検出電極の形状、設置状況の変化に対して感度を自動的に調整し、また静電火花に対応する新たな素子を追加することなく対応できる、使いやすくローコストなセンサーを提供する。【解決手段】検知電極に被検知物が近接したことを静電容量の変化から検知する近接検知センサーにおいて、前記静電容量を経時的に計測する静電容量計測手段と、経時的に計測した計測値の早い変化を除去したフィルター値を出力するフィルター値演算手段と、フィルター値に対応して決められた近接検知判定値を出力する近接検知判定値演算手段と、前記計測値が前記フィルター値より前記判定値以上変化したことを検出する判定手段からなる近接検知センサー。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知電極に被検知物が近接したことを静電容量の変化から検知する近接検知センサーにおいて、前記静電容量を経時的に計測する静電容量計測手段と、経時的に計測した計測値の早い変化を除去したフィルター値を出力するフィルター値演算手段と、フィルター値に対応して決められた近接検知判定値を出力する近接検知判定値演算手段と、前記計測値が前記フィルター値より前記判定値以上変化したことを検出する判定手段からなる近接検知センサー。
【請求項２】
請求項１において、前記検知電極は大地と略平行に架設された導電体で、検知範囲に合わせてその長さを変化させることを特徴とした近接検知センサー。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記静電容量計測手段が発振手段を含み、前記発振手段の発振素子がＣＭＯＳインバーターであり、その出力端子に接続した抵抗の他端に検知電極と、コイルとそれぞれ一端が接地されたコンデンサーによる共振回路の一端、を接続したことを特徴とした近接検知。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電容量の変化を検出して近接する物体を検知する近接検知センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より静電容量の変化を検出して近接する物体を検知するセンサーが知られている。この種のセンサーを開示する文献としては、例えば下記特許文献１がある。この特許文献１で開示された実施例は検出電極とした手摺に接近する物体による静電容量の変化を検出するセンサーが、手摺の長さや絶縁体の厚み等による静的状態における静電容量値の変化に対応して、コンデンサーの静電容量の値を変化させて設定する事で感度変化に対応している。また静電火花除去手段として手摺にネオン管を接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６００７９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、静電容量の変化を検出して近接する物体を検知する静電容量式近接検知センサーにおいて、検出電極の形状、設置状況の変化に対して感度を自動的に調整し、また静電火花に対応する新たな素子を追加することなく対応できる、使いやすくローコストな近接検知センサーを提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、第一の発明は検知電極に被検知物が近接したことを静電容量の変化から検知する近接検知センサーにおいて、前記静電容量を経時的に計測する静電容量計測手段と、経時的に計測した計測値の早い変化を除去したフィルター値を出力するフィルター値演算手段と、フィルター値に対応して決められた近接検知判定値を出力する近接検知判定値演算手段と、前記計測値が前記フィルター値より前記判定値以上変化したことを検出する判定手段からなる近接検知センサー。
【０００６】
第二の発明は請求項１において、前記検知電極は大地と略平行に架設された導電体で、検知範囲に合わせてその長さを変化させることを特徴とした近接検知センサー。
【０００７】
第三の発明は請求項１又は２において、前記静電容量計測手段が発振手段を含み、前記発振手段の発振素子がＣＭＯＳインバーターであり、その出力端子に接続した抵抗の他端に検知電極と、コイルとそれぞれ一端が接地されたコンデンサーによる共振回路の一端、を接続したことを特徴とした近接検知センサー。  
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば検知電極の形状、設置状況を変更しても近接検知判定値を近接検知判定値演算手段により適切に調整でき、感度を自動補正する事ができる。またローコストなＣＭＯＳインバータを用いた回路でありながら静電火花に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例全体を示すブロック図である。
【図２】本発明の発振手段実施例を示す回路図である。
【図３】本発明のソフトウェア実施例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施例について図を用いて説明する。図１は本発明の実施例全体を示すブロック図で、図１中の検知電極１１は大地等との間に静電容量を持ち、電極の形状、距離等により一定の値となる。この検知電極に被検知物体が接近すると接近に伴って前記静電容量が増加する方向に変化する。
【００１１】
具体的には、検知電極を半径４ｍｍ，の円柱とし大地上０．２ｍに設置するとその単位長あたりの静電容量Ｃ１は下記の計算式で求められ、長さを１ｍとすると
Ｃ１＝２πε／log（２ｈ／ａ）＝１２．１ｐＦ    となる。
（ａ：円柱の半径、ｈ：大地からの高さ、ε：誘電率）
検知範囲を広くするため検知電極の長さを２倍にすれば、その静電容量Ｃ２は２４．２ｐＦとなる。また検知対象物の大きさが異なり、電極の高さｈを変更した場合でも検知電極の直径ａを同じ比率で大きくすれば単位長さあたりの静電容量は変化しない事がわかる。上記０．２ｍの高さに設置するのはネコの検知を想定しているが、これを犬などのより大きい被検知対象物を検知する場合はその大きさに合わせ、たとえば高さを０．４ｍ、検知電極半径を８ｍｍにすればよい。
【００１２】
検知電極の高さと半径が同じで長さが１ｍの時と２ｍの場合に検知電極に同じ物体が接近した場合の静電容量の増加分ΔＣｘは物体の大きさが１ｍより充分小さければ同じなので、それぞれの静電容量はＣ１ｘ＝１２．１＋ΔＣｘ，Ｃ２ｘ＝２４．２＋ΔＣｘとなる。
【００１３】
図１中の静電容量測定手段１２は、この実施例では静電容量により発振周波数が変化する発振回路と、その発振周波数を計測する発振周波数計測手段で実現される。発振回路例を図２に示す。２１，２２はＣＭＯＳインバーターで２１は発振素子として、２２はバッファとして作動する。本回路は外部からの火花放電対策の特別な部品を使用せず、コイル２３・コンデンサー２５・抵抗２６を検知電極に接続し静電気入力を分散する事で、特に静電気に弱いＣＭＯＳインバーターを保護している。コイル２３・コンデンサー２４・コンデンサー２５及び検知電極と大地の静電容量Ｃｘで共振回路を構成しており、その発振周波数ｆ０は下記の式で求められる。
ｆ０＝１／２π√（Ｌ２３・Ｃ２４・（Ｃ２５＋Ｃｘ）／（Ｃ２５＋ｃ２４＋Ｃｘ））
ここでＣ２４＞＞Ｃ２５，Ｃ２４＞＞Ｃｘとすると下記のように近似できる。
ｆ０＝１／２π√（Ｌ２３・（Ｃ２５＋Ｃｘ））
【００１４】
具体的にＬ２３＝３３ｍＨ、Ｃ２５＝５ｐＦ、その定常状態での発振周波数ｆ１０＝２１１．８７ｋＨであれば、Ｃｘ＝１２．１ｐＦで検知電極の長さが１ｍと計算できる。被検知物が接近して増加する静電容量をΔＣｘ１＝１ｐＦとすると、被検知物が接近した時の発振周波数ｆ１０Δ１ｘ＝２０５．９３ｋＨとなる。その差は５．９４ｋＨである。また同様に検知電極が２ｍの場合はそれぞれｆ２０＝１６２．１３ｋＨ、ｆ２０Δ１ｘ＝１５９．４３ｋＨとなる。その差は２．７０ｋＨである。このように検知電極の長さを変化させると定常発振周波数も変化し、また同じ被検知物が接近した場合でもその周波数変化幅も異なる。
【００１５】
発振周波数計測手段は一定時間ごとに入力される発振回路のパルス数をカウントすることによって実現できる。具体的には１００ｍＳごとに積算されたパルス数をマイクロコンピュターに取り込むソフトウェアーによって実現し、その全体のフローチャートを図３に示す。パルスが入力されるたびに３１のパルスカウントアップルーチンで１づつカウントアップし、１００ｍＳごとに３３のパルス数カウント取り込みルーチンで取り込む。１００ｍＳごとのカウント数を周波数演算３３で１０倍にすることによって周波数を演算する。最新の演算した周波数をｆｘｎとする。
【００１６】
図１中のフィルター演算手段１３は１００ｍＳごとに演算される周波数の値をフィルタリングし瞬時的な変化や非常にゆっくりとした変化等を除去する。具体的には前回の演算した周波数をｆｘｎ−１，その前をｆｘｎ−２として順番に記憶しその１００回分の平均値を求めることで実現する。このフィルター演算結果の値をｆｙとすると
ｆｙ＝（ｆｘｎ＋ｆｘｎ−１＋・・・・・・・・・＋ｆｘｎ−９９）／１００
と表せる。図３中のフィルター演算３５の部分で実現する。
【００１７】
図１中の近接検知判定値演算手段１４はｆｙの値により近接判定値ｆＨの値を決める。検知電極の長さが１ｍか２ｍかｆｙの値によって判別して、それぞれ被検知物が近接した時の静電容量の変化によって変化する発振周波数値をｆＨとして設定している。
ｆｙ＞（ｆ１０＋ｆ２０）／２  の時  ｆＨ＝５．９４ｋＨ
ｆｙ＜（ｆ１０＋ｆ２０）／２  の時  ｆＨ＝２．７０ｋＨ
近接判定値ｆＨはこの実施例では２段階の切り替えにしたが、段数を多くしても、また計算式より求めることも可能である。また回路、素子などの浮遊容量等の影響で計算式とずれる場合もあり、実測して周波数ｆｙと判定値ｆＨを求めマップ化しても良い。
【００１８】
図１中の判定手段１５はｆｘｎとｆｙとｆＨを比較し被検知物が近接したかどうかを図３中の検知判定ルーチン３７で判定する。被検知物が近接すると静電容量が増加するが、発振周波数は低下するのでｆｘｎが低下した場合に近接と判断する。ｆｘｎとｆｙ−ｆＨを比較し、ｆｘｎ＜ｆｙ−ｆＨなら被検知物近接と判定して検知信号を出力する。この実施例では周波数の値で近接検知を判定したが、発振周波数から静電容量Ｃｘ（検知電極の長さ），ΔＣｘ１を計算しΔＣｘ１＞１ｐＦの時に近接検知を判定することも可能である。同様にフィルター演算手段、近接検知判定手段も静電容量で実現することも可能である。また静電容量を電圧値、デューティー比などに置き換えて実現することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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