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【発明の名称】 物体検出方法および物体検出装置
【発明者】 【氏名】山本 泰久
【住所又は居所】大阪府吹田市広芝町15番32号 株式会社ノーケン内

【要約】 【課題】収束待ちのための時間を少なくできかつ残響振動の振幅を大きくでき、さらに、振幅の大きさを一定にできる物体検出方法および物体検出装置を提供する。

【解決手段】振動素子2を振動板1に当接させ、基本発振回路21から方形波信号を発振させ、打出波生成回路22は方形波のパルス幅を短くしてパルス状の打出波を生成して振動素子2に与えて加振する。振動素子2は打出波に応じて残響振動し、粉体が振動板1に付着すると残響振動成分のレベルが小さくなり、その残響振動成分が振動判別回路30によって予め定める基準値と比較され、粉体の有無が判別される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、前記振動板の加振に前記振動板の振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを使用し、前記加振パルスの立上り時および立下り時の双方を前記振動板の加振に利用するようにしたことを特徴とする、物体検出方法。
【請求項2】 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、前記振動板の振動の波長の2以上の整数倍となる時間間隔で加振パルスを印加するようにしたことを特徴とする、物体検出方法。
【請求項3】 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、前記振動板の加振に振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを使用し、前記振動板の振動の波長の2以上の整数倍となる時間間隔で前記加振パルスを印加するようにしたことを特徴とする、物体検出方法。
【請求項4】 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、前記振動板の振動が減衰するまでの時間よりも長い周期で発振する基本発振回路と、前記基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で前記振動板の振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを生成する打出波生成回路と、前記振動板の振動振幅を検出して、前記粉体等が前記振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えた、物体検出装置。
【請求項5】 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、前記振動板の振動の波長の2以上の整数倍となる周期で発振する基本波発振回路と、前記基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で加振パルスを生成する打出波生成回路と、前記振動板の振動振幅を検出して、前記粉体等が前記振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えた、物体検出装置。
【請求項6】 振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、前記振動板の振動の波長の2以上の整数倍となる周期で発振する基本発振回路と、前記基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で前記振動板の波長のほぼ半波長となる加振パルスを生成する打出波生成回路と、前記振動板の振動振幅を検出して、前記粉体等が前記振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えた、物体検出装置。
【請求項7】 さらに、前記加振パルスの影響をキャンセルするための打出波遮断回路を含む、請求項4ないし6のいずれかに記載の物体検出装置。
【請求項8】 前記基本発振回路は、方形波発振回路と、前記振動板の振動を計測する時間を設定する計測時間生成回路と、前記振動板の振動に同期した同期信号を生成する同期信号発生回路と、前記計測時間生成回路からの信号と前記同期信号発生回路からの同期信号に基づいて、前記振動板の振動の波長の2以上の整数倍となる時間間隔を持ったリセット信号を生成し、前記方形波発振回路をリセットするリセット回路とを備えた、請求項4ないし7のいずれかに記載の物体検出装置。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、物体検出方法および物体検出装置に関し、特に、振動板に圧電素子のような振動素子を当接させて加振パルスを振動素子に供給して振動させ、粉体等を検出するような物体検出方法および物体検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図14は振動板に振動素子を当接させて振動板を振動させ、粉体等を検出する従来の物体検出方法を説明するための図であり、図15は図14のa点,b点の振動波形図の一例であり、図16は検出物の有無による振動の減衰の違いを示す波形図の一例である。
【0003】図14に示すように、振動板1に圧電素子のような振動素子2を当接させて、振動素子2に発振回路3から図15(b)に示す方形波信号を印加すると、電圧が変化するときに振動素子2に歪が生じ、振動板1が加振されて振動を発生する。その振動は振動板1が検出物に接触していなければ、たとえば図16(b)のようにゆっくり減衰するが、振動板1が検出物に接触していると図16(a)のように早く減衰する。そこで、一定時間後の振動の大きさを計測することにより、検出物の有無を検出する方法が従来から行われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法では、振動板1に発生する振動は図15(b)に示す方形波信号の電圧変化時のみで発生するため、効率よく振動させることができず、外部振動などの外乱や取り付けの影響を受けやすくなる。
【0005】また、振動板1に振動が残っている状態で振動板1を加振すると、振動板1を加振するタイミングにより、振動板1の振動と干渉して振幅が大きくなったり、小さくなったりするため、安定した計測ができず、振動板1の振動が完全になくなるまで加振することができなかった。そのため、計測に時間がかかり、追従性が悪くなると同時に、外部振動などの外乱や取付けの影響を受けやすくなるという問題があった。
【0006】それゆえに、この発明の主たる目的は、計測時間を短くして追従性をよくし、効率よく振動板を加振することで振動板の振動を大きくして外部振動などの外乱や取付けの影響を小さくし、振動の大きさを一定にして安定に動作する物体検出方法および物体検出装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、振動板の加振に振動板の振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを使用し、加振パルスの立上り時および立下り時の双方を振動板の加振に利用するようにしたことを特徴とする。
【0008】これによりパルスの立上り時および立下り時の双方を加振に利用して残響振動を大きくできるため、外部の影響を受けにくくなり、低いエネルギーで効率よく加振できる。
【0009】他の発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、振動板の振動の波長の2以上の整数倍となる時間間隔で加振パルスを印加するようにしたことを特徴とする。
【0010】振動の波長に無関係に加振した場合、加振の時点が振動の立上り時点か立下り時点かによって加振効率が大きく変わるため、振動がほぼ収束(停止)するまで待たなければ安定した計測はできなかったが、この発明では振動板の波長の2以上の整数倍となる間隔で加振パルスを印加することで、振動が収束(停止)していなくても加振効率が一定となり、安定して計測できると同時に加振の間隔を短くして振動を大きくできる。
【0011】さらに、他の発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法において、振動板の加振に振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを使用し、振動板の振動の波長の2以上の整数倍となる時間間隔で加振パルスを印加するようにしたことを特徴とする。
【0012】これによりパルスの立上り時および立下り時の双方を加振に利用して振動を大きくできるため、外部の影響を受けにくくなり、低いエネルギーで効率よく加振でき、振動が収束(停止)していなくても加振効率が一定となり、安定して計測できると同時に加振の周期を短くして振動を大きくできる。
【0013】さらに、他の発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、振動板の振動が減衰するまでの時間よりも長い周期で発振する基本発振回路と、基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で振動板の振動の波長のほぼ半波長となる加振パルスを生成する打出波生成回路と、振動板の振動振幅を検出して、粉体等が振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えたことを特徴とする。
【0014】さらに、他の発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、振動板の振動の波長の2以上の整数倍となる周期で発振する基本波発振回路と、基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で加振パルスを生成する打出波生成回路と、振動板の振動振幅を検出して、粉体等が振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えたことを特徴とする。
【0015】さらに、他の発明は、振動板に振動素子を当接させて該振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出装置において、振動板の振動の波長の2以上の整数倍となる周期で発振する基本発振回路と、基本発振回路の出力の立上り時または立下り時、またはその両方で振動板の波長のほぼ半波長となる加振パルスを生成する打出波生成回路と、振動板の振動振幅を検出して、粉体等が振動板に接触したか否かを判別する振動判別回路を備えたことを特徴とする。
【0016】さらに、加振パルスの影響をキャンセルするための打出波遮断回路を含む。また、基本発振回路は、方形波発振回路と、振動板の振動を計測する時間を設定する計測時間生成回路と、振動板の振動に同期した同期信号を生成する同期信号発生回路と、計測時間生成回路からの信号と同期信号発生回路からの同期信号に基づいて、振動板の振動の波長の2以上の整数倍となる時間間隔を持ったリセット信号を生成し、方形波発振回路をリセットするリセット回路とを備えたことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の物体検出方法を説明するためのモデル図であり、図2はこの発明の物体検出方法に基づく振動波形の一例を示す波形図であり、図3はこの発明の物体検出方法に基づく振動波形と従来方法による振動波形との比較を示す波形図である。
【0018】図1(a)に示すように、円板状の振動板1の中央部に円板状の振動素子2を貼り付け、振動板1の周囲を固定した状態で振動素子2に立上りの加振パルスを印加すると、振動板1は右方向に移動する。そして、振幅が最大となって図1(b)に示すように振動板1が元に戻る方向(左方向)に移動しているときに、振動素子2に立下りの加振パルスを印加すると、振動板1は左方向への移動が助長され、振幅が増幅される。なお、振動素子2を振動板1に貼り付ける方法により、図1(a)とは逆方向に振動する。
【0019】図1(c)に示すように振動板1が元の位置に戻ったときに振動素子2に立下りの加振パルスを印加すると、振幅が最大になる。これは図2(b)に示すように加振パルスとして振動板1の振動のほぼ半波長となる矩形パルスを使用することで実現でき、図3(b)に示した従来の加振による振動振幅に比べて、この発明による振動振幅(図3(a))の方が約2倍となっている。図2および図3では矩形パルスが1個の場合で説明しているが、矩形パルスを複数個使用しても同様である。
【0020】図4はこの発明の他の実施形態における物体検出方法に基づく振動波形の一例を示す波形図であり、図5はこの発明の他の実施形態における物体検出方法に基づく振動波形と従来方法による振動波形との比較を示す波形図である。
【0021】この発明の他の実施形態では、図1(a)に示すように振動素子2に立上りの加振パルスを印加すると、振動板1は右方向に移動する。次に、振動素子2に立上りの加振パルスを印加するタイミングを振動板1が図1(d)の状態となったときに行なうようにすると、振動板1の振幅が増幅されると同時に加振後の振動振幅は安定した再現性を示すようになる。
【0022】これは図4(b)に示すように振動板1の振動の波長の2以上の整数倍となる時間間隔で加振パルスを印加することで実現でき、加振パルスを印加するタイミングは従来のように振動が完全に減衰停止した後に行う必要がないため、振動板1を短時間に繰り返し加振できるので、計測を必要最小限の時間で行うことができ、繰り返し波形も安定する。
【0023】さらに、この発明の他の実施形態では、振動板1の振動のほぼ半波長となる矩形パルスを使用し、振動板1の振動の波長の2以上の整数倍となる時間間隔で加振パルスを印加する。これにより、図5(a)に示すように、振動振幅は図5(b)に示す従来の振動振幅の約4倍となっており、繰り返し波形も一定して安定している。
【0024】図6はこの発明の物体検出方法に基づく検出物の有無に対する振動板の振動波形図であり、図7は従来の方法による検出物の有無に対する振動板の振動波形図である。
【0025】検出物の有無に対する振動板1の振動波形を比較すると、図7に示す従来の波形では電圧軸が50mVであるのに対して図6に示すこの実施形態の波形では電圧軸が0.2Vになっており、外部振動などの外乱や取付けの影響を受けにくくなっていると同時に検出物の有無による電圧の変化が大きくなり、検出が容易になって動作が安定していることがわかる。
【0026】次に、この発明の物体検出方法に基づく物体検出装置について説明する。図8はこの発明の物体検出装置の原理図である。図8において、基本波発振回路21は振動板1の振動の波長の2以上の整数倍の周期で発振信号を生成して打出波生成回路22に与える。打出波生成回路22は発振信号の立下り時に振動板1の波長のほぼ半波長となる矩形パルスを生成し、振動素子2に与えて振動板1を振動させる。
【0027】振動素子2は振動板1に発生する振動を受信し、振動判別回路30に与える。振動判別回路30は受信信号を予め定める基準値と比較し、振動板1に粉体等の物体が接触しているか否かを判別する。なお、矩形パルスは1個でも複数個でもよい。
【0028】この例では、基本発振回路21は振動板1の振動の波長における2以上の整数倍の周期で発振信号を生成し、発振信号の立下り時で加振パルスを生成するため、振動板1の振動が完全になくなるまで待つことなく振動板1を加振することができるので、計測時間を短くして追従性がよくなるとともに、外部振動などの外乱や取付けの影響を軽減し、振動の大きさを一定にして安定に動作させることができる。
【0029】また、矩形パルスを振動板1の振動の波長におけるほぼ半波長とすることで立上り時および立下り時の双方を振動板1の加振に利用できるため、効率よく振動板1を振動させることができ、外部の影響を受けにくくなる。
【0030】なお、基本発振回路21および矩形パルスの双方を使用することによって効果をより大きくすることができるが、いずれか一方のみでも十分な効果を奏することができる。
【0031】図9はこの発明の物体検出装置の改良例を示すブロック図である。この例は振動判別回路30が加振パルスの影響を受けないように、振動素子2と振動判別回路30との間に加振パルスの影響をキャンセルするための打出波遮断回路31を設けたものである。
【0032】図10はこの発明のさらに他の実施形態における物体検出装置のブロック図であり、振動板1の振動の波長の2以上の整数倍となる周期で発振信号を生成する基本発振回路21をより具体的に示したものである。この例では、計測時間生成回路33は打出波生成回路22からの加振パルスに基づいて、振動板1の振動を計測する時間を設定する信号を生成する。同期信号発生回路34は振動板1の振動に同期した同期信号を発生する。リセット回路35は計測時間生成回路33で生成された計測時間設定信号と同期信号発生回路34で発生した同期信号とに基づいて、振動板1の振動の波長の2以上の整数倍となる時間間隔を持ったリセット信号を生成し、方形波発振回路32をリセットする。
【0033】このように同期信号発生回路34により同期をとることにより、残響振動波形信号を計測に必要な長さだけ出力し、収束待ちのための時間を少なくしかつ残響振動の振幅の大きさを一定にすることができる。
【0034】図11はこの発明のさらにその他の実施形態における物体検出装置のブロック図であり、図10のリセット回路をより詳細に示したものである。図12は図11の各部の波形図であり、特に、図12(a)は図11の方形波発振回路32の発振波形図であり、図12(b)は加振パルス波形図であり、図12(c)は計測時間生成回路33の計測時間設定信号波形図であり、図12(d)は同期信号発生回路34の同期信号波形図である。
【0035】図11において同期信号発生回路34からの同期信号は抵抗R1を介してトランジスタTR1のベースに与えられるとともにダイオードD1および抵抗R2を介してトランジスタTR2のベース与えられる。計測時間生成回路33からの計測時間設定信号はダイオードD2および抵抗R2を介してトランジスタTR2のベースに与えられる。方形波発振回路32のリセット信号はトランジスタTR1のコレクタから与えられる。
【0036】また、振動判別回路30および同期信号発生回路34が加振パルスの影響を受けないように、加振パルスの影響をキャンセルするための打出波遮断回路31が設けられている。
【0037】計測時間生成回路33の計測時間設定信号が図12(c)に示すように「H」レベルに設定されると、トランジスタTR2が導通してトランジスタTR1が非導通状態となり、同期信号発生回路34の同期信号の状態にかかわらず方形波発振回路32はリセットされない。
【0038】計測時間生成回路33の計測時間設定信号が「L」レベルになると、同期信号発生回路34の同期信号が図12(d)のC点からA点の間で「H」レベルである場合もトランジスタTR2は導通状態となるため、トランジスタTR1は非導通状態となり、方形波発振回路32はリセットされない。
【0039】計測時間生成回路33の計測時間設定信号が「L」レベルになったとき、同期信号発生回路34の同期信号が図12(d)のA点からB点の間で「L」レベルである場合は、トランジスタTR1,TR2が非導通状態となる。そして、同期信号発生回路34の同期信号が図12(d)のB点で「H」レベルになったとき、トランジスタTR1は導通状態となり、方形波発振回路32をリセットし、初期状態に戻すため、打出波生成回路22は加振パルスを生成して振動素子2に印加し、振動板1を振動させる。
【0040】上述のごとく、この実施形態によれば、基本発振回路21は使用部品などのばらつきの影響を受けることなく、振動板1の振動の波長の2以上の整数倍の周期で発振信号を生成することができる。
【0041】図13はこの発明の物体検出装置の外観図であり、(a)上面図であり、(b)は正面図である。筐体50は中空円筒状に形成されており、筐体50の下部には振動板1が装着されており、振動板1の内面には図11に示すように振動素子2が貼り付けられている。そして、筐体50の内部には図11で示した振動検出回路が収納されている。筐体50の上部から電源供給や粉体の検知出力を引き出すためのケーブル51が引き出されている。筐体50は粉体が貯蔵される槽内に設置されるか、あるいは振動板1が槽内に向くように、槽の壁面に取付けられる。
【0042】したがって、この実施形態では、小型の物体検出装置として構成できる。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0043】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、振動板に振動素子を当接させて振動素子を振動させ、粉体等を検出する物体検出方法および物体検出装置において、基本発振回路で振動板の振動の波長の2以上の整数倍の周期の発振信号を発生させ、加振パルスを生成するため、振動板の振動が完全になくなるまで待つことなく振動板を加振することができるので、計測時間を短くして追従性がよくなるとともに、外部振動などの外乱や取付けの影響を軽減し、振動の大きさを一定にして安定に動作させることができる。
【0044】また、矩形パルスを振動板の振動の波長のほぼ半波長とすることで立上り時および立下り時の双方を振動板の加振に利用できるため、効率よく振動板を振動させることができ、外部の影響を受けにくくなる。
【出願人】 【識別番号】000233790
【氏名又は名称】株式会社ノーケン
【住所又は居所】大阪府吹田市広芝町15番32号
【出願日】 平成13年12月10日(2001.12.10)
【代理人】 【識別番号】100064746
【弁理士】
【氏名又は名称】深見 久郎 (外2名)
【公開番号】 特開2003−172784(P2003−172784A)
【公開日】 平成15年6月20日(2003.6.20)
【出願番号】 特願2001−375580(P2001−375580)