(57)【要約】【課題】交流ブリッジ方式の静電容量型近接センサでは、ブリッジがバランスすると出力電圧がおのずと低くなり、相対的にノイズの影響を受けやすく静電容量の微小変化に対して検出感度と動作安定度が低いという欠点があり、ガラスや合成樹脂等の絶縁体でできたアンプルやスピッツ管中の少量の薬液の液面を検出する場合には、安定的に運用することが至難であった。【解決手段】検出用電極１３と対象物との間に生ずる静電容量をインダクタ１１とコンデンサ１２とからなる共振回路の一部として組み込んだ共振回路を、励振電源１で駆動される可変電流源１０を介して励振し、励振電圧と共振電圧との位相差を位相検波器１４で検出するように構成し、共振点付近では共振容量のわずかの変化で、励振電圧に対する共振電圧の位相が敏感に変化することを利用する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出用電極と対象物との間に生ずる静電容量を、インダクタとコンデンサとからなる共振回路の一部として組み込んだ共振回路を、励振電源で駆動される可変電流源を介して励振し、励振電圧と共振電圧との位相差を位相検波器で検出するように構成した位相検波方式静電容量型近接センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、探針もしくは平板状電極からなる検出用電極と対象物との間に生ずる静電容量の変化を検出して対象物の接近、離脱を検知する近接センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】従来、この種の近接センサとして、検出用電極と対象物との間に生ずる静電容量を交流ブリッジの一辺に組み込み、当該ブリッジのバランス状態を検出する方式の近接センサが知られていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】しかし、交流ブリッジ方式の静電容量型近接センサでは、ブリッジそのものの特性として、バランスが崩れているときには出力電圧が高いものの、完全にバランスした状態では出力電圧が消失するという性質があり、通常、ブリッジをバランスさせた状態、あるいはバランスに近い状態で使用するため、基本的に出力電圧が低い状態で使わざるを得ず、ノイズの影響を受けやすいことから、ブリッジに高い励振電圧を印加できない場合や静電容量の微小変化に対しては高いＳＮ比を確保できず検出感度と動作安定度が低いという欠点があった。特に、ガラスや合成樹脂等の絶縁体でできたアンプルやスピッツ管の中に入った少量の薬液の液面を検出するような場合には、静電容量の変化が極めて小さく、長期にわたって安定的に運用することは至難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】本発明による位相検波方式静電容量型近接センサは、検出用電極と対象物との間に生ずる静電容量をインダクタとコンデンサとからなる共振回路の一部として組み込み、共振点付近では共振容量のわずかの変化で、励振電圧に対する共振電圧の位相が敏感に変化することと、共振点付近では共振電圧が最大になり、共振回路そのものがノイズ成分を濾波する性質があることから高いＳＮ比を保ったまま位相検波できることを利用する。【０００５】また、並列共振回路を励振するには回路の良度指数Ｑを低下させないため、通常、抵抗値の高い抵抗器を介して励振電源に接続するが、そうすると励振電流値が低下し、安定した共振状態を維持しにくくなり、後段に接続される検波回路などの負荷の影響も受けやすくなる欠点があった。本発明では、こうした事態を避けるため、励振電源で駆動される可変電流源を介し、良度指数Ｑを低下させることなく必要にして十分な励振電力を供給できるように構成する。
【発明の効果】
【０００６】本発明によれば、電流源の持つ高い出力インピーダンスと高い駆動能力とにより、共振回路からなるセンサ部を十分な電力で励振でき、ノイズに埋もれた微弱な信号ではなく常に大振幅の信号を取り出すことができ、しかも微少な容量変化を敏感に検出できる位相検波方式静電容量型近接センサを提供することができる。
【実施例】
【０００７】図１は、代表的な交流ブリッジ方式の静電容量型近接センサの構成例で、１はブリッジの励振電源、２は被検出静電容量で、抵抗器３，４とコンデンサ５とでブリッジを構成している。６は差動増幅器、７は出力端子である。このような構成を液面検出に適用した場合、液体の体積が大きいか、あるいは容器が導電性物質でできていて対地静電容量が大きい場合なら良好に動作する。しかし、容器が絶縁体で、しかも薬液の体積が小さくなると液面の検出が極めて難しくなる。【０００８】図２は、共振回路における励振周波数の変化に対する挙動を示した共振特性図で、横軸は周波数ｆ、縦軸は共振電圧Ｖｏと共振位相φである。図において８は共振電圧Ｖｏの周波数特性、９は共振位相φの周波数特性であり、図のように共振点ｆｏ付近では周波数の変化に対し電圧はあまり変化しないのに対し、位相は大きく変化する性質がある。【０００９】図３は、本発明を液面検出に適用した実施例である。図において１は励振電源、１０は励振電源１で駆動される電流源で、トランジスタや演算増幅器等で構成され、可変電流源として既知の手段を用いる。１１は共振回路を構成するインダクタ、１２は同じく共振回路を構成するコンデンサ、１３は液面に接近もしくは離脱する探針で、検出用電極として働く。１４は励振電源１と共振回路の出力との位相差を検出する位相検波器、７は位相検波器の出力端子、１５は模式的に表した絶縁体の容器に入った薬液、１６は薬液の対地静電容量である。【００１０】図４は本発明の実施例の動作を説明するための共振特性図で、図２と同じく横軸は周波数、縦軸は共振電圧Ｖｏと共振位相φである。図においてｆｄは励振周波数、実線で示した８と９は探針１３が薬液に触れていないときの共振特性で、共振周波数は薬液の対地静電容量１６が加わらないために励振周波数ｆｄよりも若干高く、破線は探針の先端が薬液に触れているかあるいは薬液中にあるときの共振特性で、共振周波数は薬液の対地静電容量１６が加わるために励振周波数ｆｄよりも若干低い。今、探針１３が薬液に触れている状態から薬液が消費されて液面が下がり、両者が離れる過程を考えると、当初、位相検波器１４の出力端子７には位相差がφｆであることを示す信号が出ている。しかし、両者が離れた瞬間、同出力端子には位相差がφｅになったことを示す信号が出力される。共振周波数の変化に伴う共振位相の変化は大きいので、本発明による位相検波方式静電容量型近接センサを用いれば、液面の変化を高感度かつ高安定度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の交流ブリッジ方式静電容量型近接センサの構成図
【図２】共振回路の共振特性
【図３】本発明の実施例
【図４】本発明の動作原理を示す共振特性
【符号の説明】
【００１２】１          励振電源
２          被検出静電容量
３，４      抵抗器
５          コンデンサ
６          差動増幅器
７          出力端子
８          共振電圧の周波数特性
９          共振位相の周波数特性
１０        可変電流源
１１        インダクタ
１２        コンデンサ
１３        探針
１４        位相検波器
１５        絶縁体容器に入った薬液
１６        薬液の対地静電容量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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