(57)【要約】【課題】自由振動波の位相ズレ成分を簡単な回路構成で精度良く検出する。【解決手段】検出コイルＬとコンデンサＣとを接続してなる共振回路２を駆動し、該共振回路２から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出装置（近接センサ１０）であって、共振回路２に対して所定数の駆動信号を出力し、駆動信号出力停止後に共振回路２から減衰状に出力される自由振動波を、該自由振動波の電圧０地点を検出するゼロクロス回路１１に入力し、該ゼロクロス回路１１の出力に基づいて自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出する。【選択図】図１
2008236723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出装置であって、
前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力し、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波を、該自由振動波の電圧０地点を検出するゼロクロス回路に入力し、該ゼロクロス回路の出力に基づいて自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数だけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させることを特徴とする請求項１記載の検出装置。
【請求項３】
前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを直列に接続した直列共振回路であることを特徴とする請求項１又は２記載の検出装置。
【請求項４】
前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを並列に接続した並列共振回路であることを特徴とする請求項１又は２記載の検出装置。
【請求項５】
一回の検出処理における前記自由振動波カウント処理の繰り返し回数、及び／又は、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数を変更する手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の検出装置。
【請求項６】
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出方法であって、
前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力し、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波を、該自由振動波の電圧０地点を検出するゼロクロス回路に入力し、該ゼロクロス回路の出力に基づいて自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出することを特徴とする検出方法。
【請求項７】
前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数だけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させることを特徴とする請求項６記載の検出方法。
【請求項８】
前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを直列に接続した直列共振回路であることを特徴とする請求項６又は７記載の検出方法。
【請求項９】
前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを並列に接続した並列共振回路であることを特徴とする請求項６又は７記載の検出方法。
【請求項１０】
一回の検出処理における前記自由振動波カウント処理の繰り返し回数、及び／又は、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数を変更することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出装置に関し、特に、磁気的な特性変化に基づいて金属の近接、変位、材質、応力、温度、疲労、損傷、欠陥などを検出する検出装置及び検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出コイルを備える検出装置が知られている。例えば、特許文献１に記載される近接センサは、検出コイルを含む高周波発振回路を備えた高周波発振型近接スイッチであり、金属が検出コイルに近接したとき、高周波発振回路の発振振幅や発振周波数が変化することを利用し、金属の近接や材質を判定するようになっている。すなわち、高周波発振回路の発振振幅や発振周波数は、金属との近接距離に応じて変化するだけでなく、金属の材質（透磁率、導電率などの違い）に応じて変化するのであり、例えば、振幅測定方式の近接スイッチでは、磁性金属（鉄など）の近接を良好に検出でき、周波数測定方式の近接スイッチでは、非磁性金属（アルミなど）の近接を良好に検出できる。また、両方式を兼ね備えた近接スイッチでは、磁性金属及び非磁性金属の近接を良好に検出でき、かつ、金属の材質判定も良好に行うことができる。
【特許文献１】特許第２５５０６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来における周波数測定方式の検出装置は、高周波発振を継続しつつ、その僅かな位相ズレを測定しているため、同期検波回路などの複雑な回路が必要になり、振幅測定方式の検出装置に比べて、著しく高価になるという問題がある。また、僅かな位相ズレをデジタル回路で検出することも可能ではあるが、この場合には、極めて高速で動作するカウンタやＣＰＵが必要になるため、却ってコスト高となる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作された本発明の検出装置は、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出装置であって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力し、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波を、該自由振動波の電圧０地点を検出するゼロクロス回路に入力し、該ゼロクロス回路の出力に基づいて自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出することを特徴とする。このような検出装置によれば、振動波の位相ズレ成分を簡単な回路構成で精度良く検出することが可能になる。すなわち、共振回路から減衰状に出力される自由振動波にあっては、強制振動波に比して位相ズレ成分が明確に現れるだけでなく、位相ズレ成分が振動波の数だけ蓄積されるので、回路構成が複雑な同期検波回路や、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレ成分を高精度に検出することができる。しかも、所定数の自由振動波をカウントする自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するので、共振回路の基準共振周波数にかかわらず、任意の分解能で位相ズレ成分を検出することができる。つまり、本発明に係る位相ズレ検出の分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、共振回路の基準共振周波数に依存しないので、検出対象に応じて共振回路の基準共振周波数を最適化しつつ、高分解能の位相ズレ検出を行うことができる。また、自由振動波をゼロクロス回路に入力し、ゼロクロス回路の出力に基づいて自由振動波の数をカウントするので、コンパレータやＡ／Ｄ変換回路を用いる場合に比べ、自由振動波の数や位相ズレを正確かつ高速に検出することができる。つまり、ゼロクロス回路は、自由振動波の電圧０地点を検出するので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。また、ゼロクロス回路は、２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力するため、入力電圧を多値（例えば、８ビット）に変換するＡ／Ｄ変換回路などを用いる場合に比べ、高速な処理が可能になる。
また、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数だけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させることを特徴とする。このような検出装置によれば、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、位相ズレ成分の検出精度をさらに向上させることができる。しかも、自由振動波カウント処理の繰り返しタイミングは、ゼロクロス回路による電圧０地点の検出にもとづいて決定されるので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、自由振動波カウント処理の繋ぎ目における時間的な誤差を最小化し、当該時間的な誤差の蓄積を抑えることができる。
また、前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを直列に接続した直列共振回路であることを特徴とする。このような検出装置によれば、直列共振回路の作用によって、最大でソース電圧のＱ倍（Ｑ：共振回路の良好度）の電圧を検出コイルに印加し、直列共振回路から振幅の大きい自由振動波を出力することができるので、自由振動波カウント数を多くし、検出精度を更に高めることができる。しかも、本発明では、ゼロクロス回路を介して自由振動波をカウントするので、減衰した振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができ、その結果、自由振動波カウント数を更に多くすることができる。
また、前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを並列に接続した並列共振回路であることを特徴とする。このような検出装置によれば、直列共振回路を用いる場合に比して、共振回路から出力される自由振動波の振幅を小さくし、ノイズの発生を抑制できるので、ノイズの影響を受けやすい装置の近傍でも検出を行うことができる。しかも、本発明では、ゼロクロス回路を介して自由振動波をカウントするので、並列共振回路から出力される振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。
また、一回の検出処理における前記自由振動波カウント処理の繰り返し回数、及び／又は、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数を変更する手段を備えることを特徴とする。このような検出装置によれば、使用条件に応じて自由振動波カウント数や繰り返し回数を変更し、検出精度や応答性能を調整することができる。
また、本発明の検出方法は、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う検出方法であって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力し、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波を、該自由振動波の電圧０地点を検出するゼロクロス回路に入力し、該ゼロクロス回路の出力に基づいて自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出することを特徴とする。このような検出方法によれば、振動波の位相ズレ成分を簡単な回路構成で精度良く検出することが可能になる。すなわち、共振回路から減衰状に出力される自由振動波にあっては、強制振動波に比して位相ズレ成分が明確に現れるだけでなく、位相ズレ成分が振動波の数だけ蓄積されるので、回路構成が複雑な同期検波回路や、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレ成分を高精度に検出することができる。しかも、所定数の自由振動波をカウントする自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するので、共振回路の基準共振周波数にかかわらず、任意の分解能で位相ズレ成分を検出することができる。つまり、本発明に係る位相ズレ検出の分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、共振回路の基準共振周波数に依存しないので、検出対象に応じて共振回路の基準共振周波数を最適化しつつ、高分解能の位相ズレ検出を行うことができる。また、自由振動波をゼロクロス回路に入力し、ゼロクロス回路の出力に基づいて自由振動波の数をカウントするので、コンパレータやＡ／Ｄ変換回路を用いる場合に比べ、自由振動波の数や位相ズレを正確かつ高速に検出することができる。つまり、ゼロクロス回路は、自由振動波の電圧０地点を検出するので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。また、ゼロクロス回路は、２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力するため、入力電圧を多値（例えば、８ビット）に変換するＡ／Ｄ変換回路などを用いる場合に比べ、高速な処理が可能になる。
また、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数だけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させることを特徴とする。このような検出方法によれば、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、位相ズレ成分の検出精度をさらに向上させることができる。しかも、自由振動波カウント処理の繰り返しタイミングは、ゼロクロス回路による電圧０地点の検出にもとづいて決定されるので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、自由振動波カウント処理の繋ぎ目における時間的な誤差を最小化し、当該時間的な誤差の蓄積を抑えることができる。
また、前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを直列に接続した直列共振回路であることを特徴とする。このような検出方法によれば、直列共振回路の作用によって、最大でソース電圧のＱ倍（Ｑ：共振回路の良好度）の電圧を検出コイルに印加し、直列共振回路から振幅の大きい自由振動波を出力することができるので、自由振動波カウント数を多くし、検出精度を更に高めることができる。しかも、本発明では、ゼロクロス回路を介して自由振動波をカウントするので、減衰した振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができ、その結果、自由振動波カウント数を更に多くすることができる。
また、前記共振回路は、検出コイルとコンデンサとを並列に接続した並列共振回路であることを特徴とする。このような検出方法によれば、直列共振回路を用いる場合に比して、共振回路から出力される自由振動波の振幅を小さくし、ノイズの発生を抑制できるので、ノイズの影響を受けやすい装置の近傍でも検出を行うことができる。しかも、本発明では、ゼロクロス回路を介して自由振動波をカウントするので、並列共振回路から出力される振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。
また、一回の検出処理における前記自由振動波カウント処理の繰り返し回数、及び／又は、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数を変更することを特徴とする。このような検出方法によれば、使用条件に応じて自由振動波カウント数や繰り返し回数を変更し、検出精度や応答性能を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
次に、本発明の基本的な検出原理を示す参考例と、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。
【０００６】
［参考例］
図１は、参考例に係る検出装置（近接センサ）の構成を示すブロック図である。この図に示される検出装置は、金属の近接を検出する近接センサ１であって、共振回路２及び検出回路３を備えて構成されている。共振回路２は、検出コイルＬにコンデンサＣを接続して構成され、検出回路３から出力される駆動信号により駆動される。検出回路３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、コンパレータ４などが内蔵された１チップマイコンを用いて構成され、ＲＯＭに書き込まれたプログラムに従い、後述する位相ズレ検出処理を行う。
【０００７】
検出回路３は、共振回路２を駆動し、該共振回路２から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて、金属の近接を検出するにあたり、共振回路２に対して所定数（一又は複数）の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するようになっている。これにより、振動波の位相ズレ成分を簡単な回路構成で精度良く検出することが可能になる。
【０００８】
すなわち、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波にあっては、強制振動波に比して位相ズレ成分が明確に現れるだけでなく、位相ズレ成分が振動波の数だけ蓄積されるので、回路構成が複雑な同期検波回路や、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレ成分を高精度に検出することができる。しかも、所定数の自由振動波をカウントする自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するので、共振回路２の基準共振周波数にかかわらず、任意の分解能で位相ズレ成分を検出することができる。つまり、上記のように行われる位相ズレ検出の分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、共振回路２の基準共振周波数に依存しないので、検出対象に応じて共振回路２の基準共振周波数を最適化しつつ、高分解能の位相ズレ検出を行うことができる。なお、自由振動波カウント処理では、自由振動波の１波を１としてカウントしてもよいし、自由振動波の半波を１としてカウントしてもよい。
【０００９】
また、検出回路３は、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させるようになっている。このようにすると、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを増やすだけで、位相ズレ成分の検出精度をさらに向上させることができる。
【００１０】
次に、検出装置１の具体的な構成について説明する。
【００１１】
参考例に係る近接センサ１の共振回路２は、検出コイルＬにコンデンサＣを直列に接続した直列共振回路により構成されている。このようにすると、直列共振回路の作用によって、最大でソース電圧（例えば５Ｖ）のＱ倍（例えば８倍）の電圧を検出コイルＬに印加できるので、共振回路２から振幅の大きい自由振動波を出力することができる。これにより、自由振動波カウント数を多くし、測定精度を更に高めることができる。
【００１２】
なお、検出コイルＬに印加される最大電圧ＶＬＭＡＸは、以下に示す式で求めることができる。ただし、ω０は共振角周波数、Ｌは検出コイルＬのインダクタンス、Ｒは検出コイルＬの抵抗、ＣはコンデンサＣのキャパシタンス、ＶＳはソース電圧、Ｑは共振回路の良好度である。
【００１３】
【数１】
2008236723.tif 000003
【００１４】
検出回路３は、駆動パルス信号によって共振回路２を強制振動させるにあたり、複数の駆動パルス信号により共振回路２を強制振動させた後、駆動信号出力を停止することができる。このようにすると、単発の駆動パルス信号で共振回路２を強制振動させる場合に比べ、強制振動波の振幅を大きくできる。特に、強制振動波の振幅が最大になるように所定の共振周波数で数発（例えば６発）の駆動パルス信号を出力すれば、駆動信号出力停止後に共振回路２から出力される自由振動波の振幅をより大きくし、測定精度を更に高めることが可能になる。
ちなみに、共振回路２を強制振動させる共振周波数ｆは、以下に示す式で求めることができる。
【００１５】
【数２】
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【００１６】
検出回路３は、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波を、コンパレータ４を介して入力する。コンパレータ４は、入力電圧（第一入力電圧）と基準電圧（第二入力電圧）とを比較し、その大小に応じて２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力する信号変換モジュールである。
【００１７】
次に、自由振動波における位相ズレの蓄積作用（増幅作用）について、図２〜図１０を参照して説明する。
【００１８】
図２は、駆動パルス信号波形（ａ点）及び共振回路の振動波形（ｂ点）を示す説明図である。この図に示すように、検出回路３は、所定電圧（例えば５Ｖ）の駆動パルス信号を出力し、共振回路２を強制振動させる。このとき、本実施形態では、所定の共振周波数で数発（例えば６発）の駆動パルス信号を出力することにより、検出コイルＬに最大電圧（例えば４０Ｖ）を印加させる。そして、駆動パルス信号の出力を停止した後は、共振回路２から複数の自由振動波が減衰状に出力される。
【００１９】
図３は、十数個目の自由振動波を拡大した説明図、図４は、検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図、図５は、検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図である。これらの図に示すように、共振回路２から出力される自由振動波は、十数個目であっても検出に十分な振幅を保っている。ここで、検出コイルＬに金属が近接すると、検出コイルＬから発生する磁束が近接した金属に磁気的に干渉し、自由振動波の位相が進む。金属の近接に伴う自由振動波の位相ズレは、強制振動波に比べて明確に現れるだけでなく、自由振動波の個数分だけ蓄積されるので、低速なカウンタでも高精度に位相ズレを測定することが可能になる。
【００２０】
また、図４及び図５に示すように、自由振動波の位相ズレは、検出コイルＬに金属が近づくほど大きくなるので、自由振動波の位相ズレにもとづいて、検出コイルＬと金属の距離を高精度に測定することが可能になる。図１０は、金属の近接距離（ｍｍ）と位相ズレ（μｓｅｃ）の関係を示しており、検出コイルＬに金属が近づくほど自由振動波の位相ズレが大きくなることが解る。特に、１０〜２０個目の自由振動波を見ている位相ズレデータにあっては、位相ズレが１０〜２０倍に加算されているので、極めて高精度な距離測定（変位測定）が可能になる。
【００２１】
図６は、自由振動波形（ｂ点）とコンパレータ出力（ｃ点）の関係を示す説明図、図７は、検出コイルに金属が近接していないときのコンパレータ出力を示す拡大図、図８は、検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとのコンパレータ出力を示す説明図、図９は、検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとのコンパレータ出力を示す説明図である。これらの図に示すように、共振回路２から出力される自由振動波は、十数個目であっても検出に十分な振幅を保っているので、コンパレータ４によって明確な矩形波に変換することができる。ここで、検出コイルＬに金属が近接すると、コンパレータ出力波形の位相が進む。図８及び図９から明らかなように、金属の近接に伴う位相ズレは、自由振動波の個数が増えるほど蓄積され、測定が容易になる。
【００２２】
次に、自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用（蓄積作用）について、図１１を参照して説明する。
【００２３】
図１１は、自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用を示す説明図である。この図に示す波形は、一回の検出処理における共振回路２の出力波形であって、２発の駆動パルス信号を出力して、共振回路２を強制振動させた後、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、カウント数が所定数５に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数５に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を１０回繰り返した場合の波形であり、上側の波形は、下側の波形よりも金属を近づけた場合を示している。この図から明らかなように、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数繰り返すと、自由振動波の位相ズレが増幅される。これにより、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、金属の近接に伴う位相ズレの測定精度を飛躍的に向上させることができる。
【００２４】
次に、検出回路３の検出処理手順について、図１２を参照して説明する。
【００２５】
図１２は、検出回路の検出処理手順を示すフローチャートである。この図に示すように、検出回路３は、まず、コンパレータ４のＲＥＦ電圧（基準電圧）を設定した後（Ｓ１）、カウンタクリア処理（Ｓ２）と、自由振動波カウント処理（Ｓ３〜Ｓ５）と、自由振動波カウント処理の繰り返し処理（Ｓ６、Ｓ７）と、検出信号出力処理（Ｓ８、Ｓ９）とからなる検出処理を繰り返し実行する。
【００２６】
カウンタクリア処理は、繰り返し回数カウンタ及び時間計測カウンタをクリアする処理である（Ｓ２）。また、自由振動波カウント処理は、強制振動波の振幅が最大になるように、共振回路２に対して所定の共振周波数で数発の駆動パルス信号を出力した後（Ｓ３）、自由振動波カウンタをクリアし（Ｓ４）、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントすると共に、カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する処理である（Ｓ５）。また、繰り返し処理は、自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングで、繰り返し回数カウンタをインクリメントすると共に（Ｓ６）、繰り返し回数カウンタが所定数Ｍに達したか否かを判断し（Ｓ７）、該判断結果がＹＥＳになるまで、自由振動波カウント処理（Ｓ３〜Ｓ５）を繰り返す処理である。また、検出信号出力処理は、自由振動波カウント処理の繰り返し回数が所定数Ｍになったら、時間計測カウンタ値を読み込むと共に（Ｓ８）、読み込んだ時間計測カウンタ値を所定の検出信号形式（例えば、近接距離信号）に変換して出力する処理である（Ｓ９）。
【００２７】
［実施例］
次に、本発明の実施例について、図１３〜図１５を参照して説明する。ただし、参考例と共通の部分については、参考例と同じ符号を付けることにより、参考例の説明を援用する。
【００２８】
図１３に示すように、本発明の実施例に係る検出装置（近接センサ１０）は、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波を、該自由振動波の電圧０地点を検出するゼロクロス回路１１に入力し、該ゼロクロス回路１１の出力に基づいて自由振動波の数をカウントする点が参考例に係る検出装置（近接センサ１）と相違している。このようにすると、コンパレータ４やＡ／Ｄ変換回路を用いる場合に比べ、自由振動波の数や位相ズレを正確かつ高速に検出することができる。つまり、ゼロクロス回路１１は、自由振動波の電圧０地点（０電圧に交差した地点）を検出するので、基準電圧と比較するコンパレータ４に比べ、振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる（図１４参照）。また、ゼロクロス回路１１は、２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力するため、入力電圧を多値（例えば、８ビット）に変換するＡ／Ｄ変換回路などを用いる場合に比べ、高速な処理が可能になる。
【００２９】
また、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数だけ繰り返すにあたり、自由振動波カウント処理の繰り返しタイミングを、ゼロクロス回路１１による電圧０地点の検出にもとづいて決定することができるので、基準電圧と比較するコンパレータ４に比べ、自由振動波カウント処理の繋ぎ目における時間的な誤差を最小化し、当該時間的な誤差の蓄積を抑えることができる。
【００３０】
また、共振回路２を、検出コイルＬとコンデンサＣとを直列に接続した直列共振回路とするにあたり、ゼロクロス回路１１を介して自由振動波をカウントすれば、減衰した振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントできるので、自由振動波カウント数を更に多くできるという利点がある。
【００３１】
また、共振回路２を、検出コイルＬとコンデンサＣとを並列に接続した並列共振回路とするにあたり、ゼロクロス回路１１を介して自由振動波をカウントすれば、並列共振回路から出力される振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントできるという利点がある。
【００３２】
また、検出回路３には、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎや、一回の検出処理における自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する設定数変更手段を設けることができる。このようにすると、使用条件に応じて自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを変更し、検出精度や応答性能を調整することができる。例えば、検出精度が優先される状況では、一回の検出処理における合計カウント数（Ｎ×Ｍ）が多くなるように自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを増やし、また、応答性能が優先される状況では、一回の検出処理における合計カウント数（Ｎ×Ｍ）が少なくなるように自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを減らすことができる。また、自由振動波の減衰が大きく、自由振動波のカウント数Ｎを多くできない状況にあっては、自由振動波カウント数Ｎを減らし、かつ、繰り返し回数Ｍを増やすことにより、要求精度を満たすことができる。
【００３３】
なお、自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍの変更は、検出回路３の内部判断で実行しても良いし、外部からの設定数変更信号にもとづいて実行するようにしても良い。以下、外部からの設定数変更信号にもとづいて変更する場合を例として、自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍの変更処理手順を説明する。
【００３４】
図１５に示す設定数変更処理では、まず、設定数変更信号の入力を判断し（Ｓ１１）、該判断結果がＹＥＳの場合は、設定数変更信号に含まれる自由振動波カウント数及び繰り返し回数を読み取り（Ｓ１２）、所定のタイミングで自由振動波カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍを変更する（Ｓ１３）。自由振動波カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍを変更するタイミングは、設定数変更信号の入力タイミングにもとづいて決定しても良いし、位相ズレ検出処理の検出サイクルにもとづいて決定しても良い。そして、設定数変更信号の入力タイミングにもとづいて決定する場合は、自由振動波カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍの即時変更が可能になるが、位相ズレ検出処理の途中で変更すると、不具合が生じる可能性があるため、現在実行中の位相ズレ検出処理を中止した上で、自由振動波カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍを変更し、その後、新たな位相ズレ検出処理を開始することが好ましい。また、位相ズレ検出処理の検出サイクルにもとづいて決定する場合は、現在実行中の位相ズレ検出処理が終わるのを待ち、次回の位相ズレ検出処理が開始されるまでの間に、自由振動波カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍを変更することが好ましい。
【００３５】
叙述の如く構成された本実施例によれば、検出コイルＬとコンデンサＣとを接続してなる共振回路２を駆動し、該共振回路２から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行う近接センサ１０であって、共振回路２に対して所定数の駆動信号を出力し、駆動信号出力停止後に共振回路２から減衰状に出力される自由振動波を、該自由振動波の電圧０地点を検出するゼロクロス回路１１に入力し、該ゼロクロス回路１１の出力に基づいて自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するので、振動波の位相ズレ成分を簡単な回路構成で精度良く検出することが可能になる。
【００３６】
すなわち、共振回路２から減衰状に出力される自由振動波にあっては、強制振動波に比して位相ズレ成分が明確に現れるだけでなく、位相ズレ成分が振動波の数だけ蓄積されるので、回路構成が複雑な同期検波回路や、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレ成分を高精度に検出することができる。しかも、所定数の自由振動波をカウントする自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するので、共振回路２の基準共振周波数にかかわらず、任意の分解能で位相ズレ成分を検出することができる。つまり、本発明に係る位相ズレ検出の分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、共振回路２の基準共振周波数に依存しないので、検出対象に応じて共振回路２の基準共振周波数を最適化しつつ、高分解能の位相ズレ検出を行うことができる。
【００３７】
また、自由振動波をゼロクロス回路１１に入力し、ゼロクロス回路１１の出力に基づいて自由振動波の数をカウントするので、コンパレータやＡ／Ｄ変換回路を用いる場合に比べ、自由振動波の数や位相ズレを正確かつ高速に検出することができる。つまり、ゼロクロス回路１１は、自由振動波の電圧０地点を検出するので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。また、ゼロクロス回路１１は、２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力するため、入力電圧を多値（例えば、８ビット）に変換するＡ／Ｄ変換回路などを用いる場合に比べ、高速な処理が可能になる。
【００３８】
また、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数だけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させるので、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、位相ズレ成分の検出精度をさらに向上させることができる。しかも、自由振動波カウント処理の繰り返しタイミングは、ゼロクロス回路１１による電圧０地点の検出にもとづいて決定されるので、基準電圧と比較するコンパレータに比べ、自由振動波カウント処理の繋ぎ目における時間的な誤差を最小化し、当該時間的な誤差の蓄積を抑えることができる。
【００３９】
また、共振回路２を、検出コイルＬとコンデンサＣとを直列に接続した直列共振回路とした場合には、直列共振回路の作用によって、最大でソース電圧のＱ倍（Ｑ：共振回路の良好度）の電圧を検出コイルＬに印加し、直列共振回路から振幅の大きい自由振動波を出力することができるので、自由振動波カウント数を多くし、検出精度を更に高めることができる。しかも、ゼロクロス回路１１を介して自由振動波をカウントするので、減衰した振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができ、その結果、自由振動波カウント数を更に多くすることができる。
【００４０】
また、共振回路２を、検出コイルＬとコンデンサＣとを並列に接続した並列共振回路とした場合は、直列共振回路を用いる場合に比して、共振回路２から出力される自由振動波の振幅を小さくし、ノイズの発生を抑制できるので、ノイズの影響を受けやすい装置の近傍でも検出を行うことができる。しかも、ゼロクロス回路１１を介して自由振動波をカウントするので、並列共振回路から出力される振幅の小さい自由振動波でも正確にカウントすることができる。
【００４１】
また、一回の検出処理における自由振動波カウント処理の繰り返し回数や、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数を変更する手段を備えるので、使用条件に応じて自由振動波カウント数や繰り返し回数を変更し、検出精度や応答性能を調整することができる。
【００４２】
なお、本発明は、前記実施例に限定されないことは勿論であって、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて検出を行うものであれば、近接センサに限らず、その他の各種検出装置及び検出方法に適用できることは言うまでもない。また、前記実施例では、検出回路から出力される駆動信号で共振回路を直接駆動しているが、電磁誘導などにより共振回路を間接的に駆動させる検出装置でも実施することができる。例えば、検出コイルとは別個に設けられる励磁コイルを駆動し、該駆動に応じて励磁コイルから発生する交流磁界の変化を検出コイル（共振回路）で検出する検出装置にも好適に用いることができる。また、前記実施例では、一回の検出処理において自由振動波カウント処理をＭ回繰り返すが、本発明は、一回の検出処理において自由振動波カウント処理を繰り返さない検出装置でも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】参考例に係る検出装置（近接センサ）の構成を示すブロック図である。
【図２】駆動パルス信号波形（ａ点）及び共振回路の振動波形（ｂ点）を示す説明図である。
【図３】十数個目の自由振動波を拡大した説明図である。
【図４】検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときの位相ズレを示す説明図である。
【図５】検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときの位相ズレを示す説明図である。
【図６】自由振動波形（ｂ点）とコンパレータ出力（ｃ点）の関係を示す説明図である。
【図７】検出コイルに金属が近接していないときのコンパレータ出力を示す拡大図である。
【図８】検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときのコンパレータ出力を示す説明図である。
【図９】検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときのコンパレータ出力を示す説明図である。
【図１０】金属の近接距離と位相ズレの関係を示すグラフである。
【図１１】自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用を示す説明図である。
【図１２】検出回路の検出処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例に係る検出装置（近接センサ）の構成を示すブロック図である。
【図１４】（Ａ）はコンパレータを用いた場合の作用説明図、（Ｂ）はゼロクロス回路を用いた場合の作用説明図である。
【図１５】検出回路の設定数変更処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１    近接センサ（参考例）
２    共振回路
３    検出回路
４    コンパレータ
１０  近接センサ（実施例）
１１  ゼロクロス回路
Ｃ    コンデンサ
Ｌ    検出コイル
【図１】
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【図２】
2008236723.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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