COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY 誘導近接センサーの感度解析誘導近接センサーは対象金属体との距離に比例するアナログ信号を受け取って、その位置と大きさと材質を検出します。誘導センサーはコイルを内蔵した磁気開回路で構成されます。コイルのプロパティ（複素インピーダンスなど）は回路の磁気抵抗に依存します。センサー周辺の金属体が磁気回路に影響し、インピーダンスやコイルの Q 値に変化が生じます。電子回路は僅かな変化も検出し、指定の長さ単位に変換します。図 1: センサー断面図センサーの形状は、CST STUDO SUITE の STEP インターフェイスを通じてインポートされました（図 2）。コイルも同様にしてインポートしますが、こちらは簡略化してファセット表現にします。検出対象の金属体モデルはパラメータ化し、センサーとの距離に対応する S パラメータや入力インピーダンスが求められるようにします。図 2: STEP 形式でインポートした誘導センサーの 3D モデル二次四面体メッシュにより形状を離散化し（図 3）、CST MW STUDIO の周波数領域ソルバーで電磁界の解を求めます。 COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY 図 3: 四面体メッシュ表現による 3D モデルさまざまなコンフィギュレーションでセンサーと対象金属体の磁束密度と電流密度を計算した結果を図 4、５、6 に示します。図 4: 距離 2.5mm の磁束密度（対象金属体を含む）図 5: 2.5mm 距離の電流密度 COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY 図 6: 共振周波数 6MHz コイルの電流密度複素インピーダンスは S パラメータ（図 7: R + jωL と周波数の相関）から直接導出可能です。共振周波数は 6MHz とすることができます。図 7: 複素インピーダンスと周波数の相関 Q 値は周波数に対するセンサーの効率を表します（図 8）。感度の尺度は下式で与えられます：図 8: Q 値の式 Q-Sensitivity と Q-Measure を図 9 に示します。Q-Sensitivity が最大となる 100kHz 付近が良い作業点です。Q 値が一定となる 300kHz は、対象との距離が検出できないブラインドスポットとなります。 COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY 図 9: 周波数との相関：Q-Factor（上）と Q-Measure（下）上記複素インピーダンスに広帯域で適合するセンサーの等価回路を図 10 に示します。図 10: 等価回路表現（上）とインピーダンスのカーブフィッティング（下）まとめ：誘導近接センサーの解析と設計に向けた応用例として、S パラメータの導出と回路の最適化をまじえた 3D 電磁界シミュレーションをご紹介しました。禁無断転載株式会社エーイーティー〒215-0033 神奈川県川崎市麻生区栗木 2-7-6 TEL (044) 980 – 0505 （代) 不許複製 ©2013 AET,Inc