(57)【要約】  電源線、入力信号線、および電圧基準線を介してセンサ信号入力装置に接続される三線式センサの入力信号線の接続断線の有無を容易に検出できる。三線式センサは、検知手段と、前記検知手段における検知状態の変化を前記入力信号線の状態変化に反映させる回路切替手段と、所定の電圧が印加されたときに前記回路切替手段のバイパス経路として機能する保護手段と、を有する。前記保護手段の定格電圧より大きく前記保護手段を破壊しない検査電圧を印加し、前記検査電圧が印加されているときに前記入力信号線と前記保護手段を含む経路を流れる検査電流に対応して変化する検出信号の大きさと所定の閾値との比較により、前記入力信号線の接続断線の有無を判定する。【選択図】  図１
2016207962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源線、入力信号線、および電圧基準線を介してセンサ信号入力装置に接続され、
検知手段と、
前記検知手段における検知状態の変化を前記入力信号線の状態変化に反映させる回路切替手段と、
所定の電圧が印加されたときに前記回路切替手段のバイパス経路として機能する保護手段と、
を有する三線式センサに、
前記保護手段の定格電圧より大きく前記保護手段を破壊しない検査電圧を印加し、前記検査電圧が印加されているときに前記入力信号線と前記保護手段を含む経路を流れる検査電流に対応して変化する検出信号の大きさと所定の閾値との比較により、前記入力信号線の接続断線の有無を判定することを特徴とする三線式センサ接続断線検出方法。
【請求項２】
前記検査電圧をパルス状として所定期間に複数回印加する請求項１に記載の三線式センサ接続断線検出方法。
【請求項３】
前記センサ信号入力装置は、前記三線式センサの定格に応じて、前記検査電圧を変更する請求項１または２に記載の三線式センサ接続断線検出方法。
【請求項４】
前記検査電圧が印加されているときの前記検出信号の大きさと、前記検査電圧が印加されていないときの前記検出信号の大きさを、前記閾値より小さい第二の閾値と比較することにより、前記電源線と前記電圧基準線の接続断線の有無を判定する請求項１、２または３に記載の三線式センサ接続断線検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三線式センサの接続断線を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサの回路異常を検出する様々な手法が提案されている。例えば、特開平３−１７６７９６号公報には、二線式電流出力形近接スイッチをセンサとする警報回路において、待機中のセンサから常時発する漏れ電流と、センサの動作時に発生する動作電流、および短絡時に発生する短絡電流の３種の電流、又は、それらに因って誘起する電圧をそれぞれの検知回路に導入して回路異常を検知する回線異常自動検知回路が開示されている。【０００３】
また、特開２０１１−１１４４４９号公報に開示されているリモート配線チェックシステムでは、二線式センサのセンサ信号出力線にブリーダ電流を流し、ブリーダ電流およびセンサ部の動作電流の双方を含む全電流が第一の閾値に対して小さいときに断線と判断し、全電流が第二の閾値より大きいとき短絡と判断する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１７６７９６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１４４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
センサの回路異常を検知するための従来の技術は、スタンバイ電流（或いはブリーダ電流）を利用するものであり、三線式センサにおいても、センサのスタンバイ電流を利用して電源線の短絡や断線の有無を比較的容易に検出することができる。【０００６】
しかしながら、三線式センサの既製品は、センサからの入力信号線（以下、入力信号線とする）の出力論理データ出力（センサからのＯＮ／ＯＦＦデータ）にブリーダ電流を流すものとなっていない。従って、センサからの出力論理データがＯＦＦであった場合には、出力論理データを伝えるセンサからの入力信号線に電流は流れず、入力信号線の接続断線を検出することは難しかった。【０００７】
そこで本発明は、三線式センサの入力信号線の接続断線の有無を容易に検出できる三線式センサ接続断線検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る三線式センサ接続断線検出方法は、電源線、入力信号線、および電圧基準線を介してセンサ信号入力装置に接続され、検知手段と、前記検知手段における検知状態の変化を前記入力信号線の状態変化に反映させる回路切替手段と、所定の電圧が印加されたときに前記回路切替手段のバイパス経路として機能する保護手段と、を有する三線式センサに、前記保護手段の定格電圧より大きく前記保護手段を破壊しない検査電圧を印加し、前記検査電圧が印加されているときに前記入力信号線と前記保護手段を含む経路を流れる検査電流に対応して変化する検出信号の大きさと所定の閾値との比較により、前記入力信号線の接続断線の有無を判定する。【０００９】
なお、本発明の回路切替手段検知手段として、例えば、トランジスタ、無接点スイッチを使用することができる。また、保護手段として、例えば、ツェナーダイオードを使用することができる。【００１０】
前記検査電圧をパルス状として所定期間に複数回印加してもよい。【００１１】
前記センサ信号入力装置は、前記三線式センサの定格に応じて、前記検査電圧を変更するものであってもよい。【００１２】
前記検査電圧が印加されているときの前記検出信号の大きさと、前記検査電圧が印加されていないときの前記検出信号の大きさを、前記閾値より小さい第二の閾値と比較することにより、前記電源線と前記電圧基準線の接続断線の有無を判定するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る三線式センサ断線検出方法によれば、検知手段における検知状態の変化を前記入力信号線の状態変化に反映させる回路切替手段（例えば、入力信号線と電圧基準線を含む回路を検知手段の検知状態に応じて開閉するセンサのトランジスタ）のバイパス経路として機能する保護手段（例えば、定格電圧を超える印加電圧により回路切替手段が破壊されることを防止するツェナーダイオード）を電流の経路に含めることにより、三線式センサを損傷させることなく、また、付属品を用いることなく、入力信号線に検査電流を利用し、入力信号線の接続断線の有無を容易に判定することができる。【００１４】
また、検査電圧をパルス状とすることによりセンサの検知動作の妨げとなることを防止するとともに、保護手段の熱破壊を防止し、更に省電力化を図ることができる。更にまた、所定期間に複数回印加することにより、検査電流を検出する機会が増えることとなり、検出確度を高めることができる。【００１５】
更に、センサ信号入力装置が、三線式センサの定格に応じて検査電圧を変更するものであれば、検査電圧の設定誤りによるセンサの損傷防止を図ることができる。【００１６】
更にまた、検査電圧が印加されているときの検出信号の大きさと、検査電圧が印加されていないときの検出信号の大きさを、入力信号線の接続断線の有無を判定するための閾値より小さい第二の閾値と比較し、入力信号線以外の接続断線の有無を判定することにより、入力信号線の断線を他の断線と区別して特定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る三線式センサ接続断線検出方法により入力信号線の接続断線を検出するセンサとセンサ信号入力信号装置の接続状態を示す回路図である。
【図２】入力信号線の接続断線の検出に関わる信号のタイムチャート図である。
【図３】図１に示すセンサのダイオードの方向をＰＮＰ型に置き換えた回路図である。
【図４】図１に示す電流検出部を他の実施形態に置き換えた回路図である。
【図５】図１に示す電流検出部を更に他の実施形態に置き換えた回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１、図２を参照しながら、本発明に係る三線式センサ接続断線検出方式の実施形態を説明する。
接続断線の検出対象となるセンサ１は、検知手段１０を備え、電源線１１、入力信号線１２、および電圧基準線１３を介してセンサ信号入力装置２に接続されている。
【００１９】
検知手段１０は、電源線１１と電圧基準線１３に接続され、センサ信号入力装置２から供給される電力により動作し、検知状態に応じた信号を出力する。検知対象物を検知することができるものであれば検知手段１０の種別に制限はなく、光センサ、近接センサ、磁気センサなど、使用状況と目的に応じた種類のセンサを採用することができる。
【００２０】
検知手段１０の出力信号線は、入力信号線１２と電圧基準線１３を開閉接続するトランジスタ１４のベースに接続されている。トランジスタ１４は本発明の回路切替手段に相当し、検知手段１０の検知状態に応じて開閉することにより、入力信号線１２の電圧基準線１３に対する電圧が検知手段１０の検知状態に応じて変化するものとなっている。すなわち、検知手段１０における検知状態の変化を入力信号線１２の状態変化に反映させるものとなっている。
【００２１】
また、トランジスタ１４のコレクタとエミッタ間には、ツェナーダイオード１５が並列接続されている。ツェナーダイオード１５は本発明の保護手段に相当し、トランジスタ１４のバイパス経路として機能することにより、トランジスタ１４への定格電圧を超える印加電圧による破壊防止が図られている。更に、トランジスタ１４のエミッタ側（入力信号線１２側）には逆流防止ダイオード１６がトランジスタ１４に対し直列に接続され、トランジスタ１４およびツェナーダイオード１５の逆流電流による破壊防止が図られている。
【００２２】
センサ信号入力装置２は、センサ用電源２０、入出力部２１、電流検出部２２、検査用電源２３を備えている。
【００２３】
センサ用電源２０は、センサ１に電力を供給する。この実施形態において、電源電圧は２４Ｖとされている。
【００２４】
入出力部２１は、マイクロコンピュータ（ＭＣＵ）で構成され、入力信号線１２の電圧基準線１３に対する電位差により、センサ１の検知状態を判定する。図２に示すように、検知手段１０が検知対象物を検知し、検知手段１０からの出力（検知手段出力）がＯＮとなったとき、入力信号線１２の電圧基準線１３に対する電位差が生じ入力信号線１２に電流が流れる。入出力部２１は、この電位差により、検知対象物が検知されたものと判断する。
【００２５】
入出力部２１は、また、入力信号線１２に検査電圧を印加する検査用電源２３を制御し、電流検出部２２の検出信号ｄに基づいて、接続状態の判断、警報処理などを行う。
【００２６】
電流検出部２２は、電圧基準線１３に直列に挿入された検査抵抗２５と、検査抵抗２５に生じる電位差を検出する比較器２６を備える。そして、比較器２６の検出結果に対応した検出信号ｄが入出力部２１に出力される。
【００２７】
検査用電源２３は、入力信号線１２に接続される出力線を介し、ツェナーダイオード１５の定格電圧より大きくツェナーダイオード１５を破壊しないパルス状の検査電圧を、入力信号線１２に印加する。この実施形態において、検査用電圧は５０Ｖとされ、検知対象物が検知されていないと判断されたときのみ印加される。出力線には、ツェナーダイオード１５を流れる電流をツェナーダイオード１５の最大定格電流より小さく抑える、保護抵抗２４が挿入されている。
【００２８】
入力信号線１２にパルス状の検査電圧が印加されると、センサ１とセンサ信号入力装置２が正常に接続されている場合には、入力信号線１２からツェナーダイオード１５を経て電圧基準線１３に至る経路をパルス状の検査電流ｉが流れることになる。一方、入力信号線１２に接続断線がある場合には、パルス状の検査電流ｉが流れない。（図２において、時刻ｔ以降が接続断線の生じている状態を示す）
【００２９】
従って、パルス状の検査電圧が印加されているときに、パルス状の検査電流ｉが流れている場合には、入力信号線１２が接続しているものと判断できる。一方、パルス状検査電圧が印加されているときに、パルス状の検査電流ｉが流れていない場合には、入力信号線１２が接続断線しているものと判断できる。
【００３０】
なお、検査電流ｉが流れると、電流検出部２２から入出力部２１に入力される検出信号ｄの値（検査抵抗２５の両端の電位差）は検査電流ｉに対応して変化するため、この実施形態では、検出信号ｄを入出力部２１においてＡ／Ｄ変換して得られたデータに基づき、入力信号線１２の接続断線の有無を判定している。すなわち、図２に示すように、検出信号ｄが閾値ｄａ以上であれば入力信号線１２は接続状態であり、検出信号ｄが閾値ｄａより小さい場合は入力信号線１２に接続断線があると判定する。
【００３１】
また、検査電流ｉは、パルス状の検査電圧による電流と、センサ用電源２０の電源電圧によるスタンバイ電流が合成されたものであることから、入力信号線１２が断線している場合であっても流れることがある。そこで、パルス状の検査電圧が印加されているときの検出信号ｄが閾値ｄａより小さいとき、閾値ｄａより小さい第二の閾値ｄｂとの比較により他の接続断線の有無の判断を行うことにより、入力信号線１２の断線を他の断線と区別して特定する。
【００３２】
図２に示すように、パルス状の検査電圧が印加されているときの検出信号ｄが第二の閾値ｄｂ以上であり、パルス状の検査電圧が印加されていないときの検出信号ｄが第二の閾値ｄｂより小さい場合は、入力信号線１２の接続断線は無く、電源線１１および電圧基準線１３の接続断線が有ると判定する。
【００３３】
また、パルス状の検査電圧が印加されているときの検出信号ｄが第二閾値ｄｂより小さい場合は、二線以上の接続断線があると判定する。
【００３４】
なお、公知のセンサにおいて、入力信号線１２と電圧基準線１３を開閉接続するトランジスタ１４を保護するツェナーダイオード１５の定格電圧は、トランジスタ１４の最大定格電圧未満且つセンサの定格の約１．５倍で設計される。
【００３５】
そして、この実施形態では、ツェナーダイオード１５の定格電圧より十分に高い５０Ｖの電圧が検査用電源２３の出力線から保護抵抗２４を介して入力信号線１２に出力されるものとなっている。
【００３６】
ただし、ツェナーダイオード１５の電圧仕様は、センサ１の仕様（１２Ｖ仕様、２４Ｖ仕様など）により変わってくる。そこで、検査用電源２３の検査電圧は、入出力部２１の出力に応じて変更されるものとなっている。
【００３７】
検査電流ｉは微少電流であることから、周囲環境の電気信号、ノイズ、伝送ノイズなどの影響で検出できない場合もある。そこで、パルス状の検査電圧が、所定期間に複数回印加されている。パルス状検査電圧を印加する頻度は、使用環境に応じて適宜設定すればよい。例えば、１００ｍｓｅｃ毎に、５０μｓｅｃ幅のパルス状検査電圧の印加を所定の複数回とすることができる。
【００３８】
このとき、入出力部２１では、閾値以上となる検出信号ｄが所定回数続けば接続状態と判断し、閾値に満たない検出信号ｄが所定回数続けば接続断線状態と判断する。
【００３９】
検査電圧は、検知状態での印加が停止されているが、検出信号の検出に影響を及ぼすものでなければ、検知時に検査電圧を印加してもよい。
【００４０】
また、検査電圧はパルス状に限定されることはなく、センサ回路に支障がなければ、継続的に印加してもよい。
【００４１】
図１、図２に示す実施形態において、センサ１のトランジスタ１４にはＮＰＮ型が採用されているが、これをＰＮＰ型としてもよい。図３に、センサ１のトランジスタ１４としてＰＮＰ型を採用した回路図を示す。図３に示す実施形態において、電源電圧は−２４Ｖとされている。検査電圧は、電源電圧に対し必要な電位差となり基準電圧よりも低いものとされ、この実施形態では−５０Ｖとされている。それ以外の構成は図１、図２に示す実施形態と実質的に同じであるため、同符号を付し、説明は省略する。
【００４２】
既述の通り、検査電流ｉは微少電流であることから、電流検出部２２は、微少電流を増幅して検出するための回路を備えるものとすることが好ましい。
【００４３】
例えば、図４に示すように、検査電流ｉにより回路をオンとするトランジスタ２７により、飽和電圧電源２８の飽和電圧を比較器２６に印加することで、検査電流ｉを検出するものであってもよい。
【００４４】
また、図５に示すように、保護抵抗２４に生じる電位差を差動アンプ２９で増幅するものであってもよい。
【００４５】
なお、上記実施形態において、検知手段１０の検知状態の変化は、入力信号線１２の電圧基準線に対する電位差の２つの状態、すなわち、トランジスタ１４がＯＮした状態とＯＦＦした状態による２値とされているが、検知状態を反映する入力信号線の状態変化に制限はなく、連続的な状態変化（アナログ）であってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１    センサ
２    センサ信号入力装置
１０  検知手段
１１  電源線
１２  入力信号線
１３  電圧基準線
１４  トランジスタ
１５  ツェナーダイオード
１６  逆流防止ダイオード
２０  センサ用電源
２１  入出力部
２２  電流検出部
２３  検査用電源
２４  保護抵抗
２５  検査抵抗
２６  比較器
２７  トランジスタ
２８  飽和電圧電源  
２９  差動アンプ
ｄ    検出信号
ｉ    検査電流
【図１】
2016207962.tif 000003
【図２】
2016207962.tif 000004
【図３】
2016207962.tif 000005
【図４】
2016207962.tif 000006
【図５】
2016207962.tif 000007
【国際調査報告】
2016207962.tif 000008
2016207962.tif 000009
2016207962.tif 000010
2016207962.tif 000011