具有被切換的線圈的感應式臨近檢測器的製作方法

2023-04-29 02:50:41 1

專利名稱：具有被切換的線圈的感應式臨近檢測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種感應式臨近檢測器，其能夠檢測金屬目標，而無論目標 的性質(鋼、不鏽鋼、鋁、黃銅等)如何。
背景技術：
感應式臨近檢測器是熟知的非接觸式傳感器，當例如金屬對象的目標被 放置在檢測器的檢測區域內時，其可檢測到該目標的存在。依據目標離檢測 器的距離，其提供指示目標存在或不存在的二進位輸出信號或者模擬輸出信 號。
美國文獻5，624，733公開了 一種能夠檢測金屬目標的存在的感應式臨近 檢測器。此檢測器包括振蕩器(generator)電路，其中布置有傳輸線圈和被 該傳輸線圈分開、串聯連接並以相反方向纏繞以產生差分電壓的兩個檢測線 圈。當金屬目標被帶入範圍內時，差分電壓被抵消。
該文獻中描述的配置可以檢測不同的金屬目標，無論它們的性質(鋼、 不鏽鋼、鋁、黃銅等)如何。但是，該檢測器呈現出與其線圈位置相關的非 常高的敏感度。

發明內容
本發明的目的在於提供一種感應式臨近檢測器，其能夠檢測金屬目標的 存在，而無論目標的性質(鋼、不鏽鋼、鋁、黃銅等)如何，且其可靠性不 隨時間變化。本發明的檢測器對其線圈的位置缺陷具有特別少的敏感度，且 不受可能影響檢測結果的溫度漂移的幹擾。
通過一種感應式臨近檢測器來實現該目的，該感應式臨近檢測器包括由 振蕩器(generator)以諧振激勵的並且包括對要被檢測的金屬目標敏感的檢 測線圈的振蕩電路，其特徵在於
-所述振蕩電路包括參考線圈，該參考線圈被布置為提供關於要被檢測 的金屬目標的互感，該互感充分低於所述檢測線圈關於該金屬目標的互感，
-所述振蕩電路包括開關，其能夠採取兩個位置以交替地連接每個線圈， -所述檢測器包括連接到所述線圈的處理裝置，其能夠確定所述檢測器
附近是否存在金屬目標。
根據本發明，所述線圈以相同技術製造，並且因此二者以相同的方式隨
溫度和時間漂移。
根據本發明，所述振蕩器和處理裝置例如為所述兩個線圈所共用，並且 所述振蕩電路包括也被所述兩個線圈共用的電容器。
根據一特定的特徵，所述處理裝置包括用於確定當所述開關處於其每一 個位置時測量的信號的頻率的裝置。
根據另一特定的特徵，所述處理裝置從所測量的頻率中減去參考頻率。
根據本發明的另 一特定的特徵，所述處理裝置確定振蕩電路對於開關的 每個位置的振蕩頻率的頻率差值，並將所獲得的差值與通過學習而獲得的閾 值比較，以確定檢測器附近是否存在金屬目標。
根據本發明，所述參考線圈具有例如確定的配置，以便對於所述檢測線
圈和金屬目標呈現幾乎為零的互感。在此情況下，參考線圈例如具有8字配 置。
根據本發明另 一特定的特徵，所述檢測線圈具有環形繞組。 根據另 一特定的特徵，所述檢測線圈和參考線圈被同軸放置。 根據另一特定的特徵，所述開關為模擬電子開關。


通過參照以示例的方式給出的並通過附圖表現的實施例，其它特徵和優 點將在下面的詳細描述中變得顯而易見，其中 圖1示出在本發明中所採用的原理； 圖2表示本發明的檢測器的示意圖； 圖3表示在本發明的檢測器中採用的兩個線圈。
具體實施例方式
本發明的檢測器包括並聯LC型振蕩電路l,其例如由電流振蕩器2以 諧振激勵，電流振蕩器2能夠向振蕩電路1傳送其頻率應當被調諧到振蕩電 路1的諧振頻率的電流；以及處理裝置3，可以提供用於指示檢測器附近是
否存在金屬目標4的二進位輸出信號。在圖2中，以包括線圈40和電阻器 41的電^^來表示目標4。
檢測器的振蕩電路1包括兩個線圏10、 11以及兩個線圏共用的電容器 12,該電容器12具有預定的電容值並與兩個線圈10、 11並聯設置。該兩個 線圈由相同的技術製造，並且例如被同軸放置。
第一線圈是檢測線圏10,當其被連接至振蕩電路1時，其對金屬目標4 的臨近敏感。第二線圏為參考線圏11，其對目標4的臨近具有較低的靈敏度。 換句話說，布置參考線圈11是為了提供其關於要被檢測的目標4的互感M, 該互感M充分低於檢測線圈關於該同一個目標4的互感。
參考圖1，檢測線圏IO具有以環形或方形形狀的傳統繞組，以最大化當 目標4位於檢測器的範圍內時與目標4的磁耦合係數。可以設想其它形狀， 例如考慮到檢測器外殼的形狀而進行設想。
為了相對於檢測線圈IO在連接時對金屬目標具有較低的靈敏度，參考線 圈11可以以確定的方式位於檢測器內。這樣，參考線圈11例如被放置在檢 測線圈之後以便當該目標處於檢測器的範圍內時最小化與後者的耦合(附圖 1)。在這種配置中，參考線圈11也可以採用環形或方形形狀並可以與^r測A 圈IO相同。這種配置特別好地適用於非水下檢測器。
作為一種變形，參考線圈11可以被構造成使得本質上關於目標4以及關 於檢測線圈IO都呈現幾乎為零的互感(M,，一。)。為此，參考線圈11可以例 如包括串聯連接並以相反方向纏繞、且具有相等的部分Sl和S2的兩個繞組， 以使得當其被連接時，能形成方向相反的兩個磁場(圖3)。參考圖3,參考 線圈11例如具有8字配置。當然，也可以設想其他配置，只要當在存在目標 4和檢測線圈IO的情形下連接該線圈時，通過該線圈產生的總通量為零或幾 乎為零。使用具有如下所述的確定的固有配置的參考線圈11特別適合於檢測 器在水下的情形。當然，為了儘可能地最小化目標與參考線圏之間的耦合， 具有該特定形狀的參考線圈ll也可以如圖1中所示被》文置在檢測線圈10之 後。
根據本發明，檢測器還包括處理裝置3,其可以檢測所述檢測器附近是 否存在金屬目標4。處理裝置3例如提供輸出信號5，其可以例如為用於指示 檢測器附近是否存在目標4的二進位信號。處理裝置例如包括檢測級30, 用於放大並整形從振蕩電路1接收的檢測信號；以及處理單元31 ，用於分析
所接收的信號並決定檢測狀態。這些處理裝置3由兩個線圈10、 ll共用。
根據本發明，振蕩電路包括開關13，其能夠交替地將檢測線圈10和參 考線圈11並聯連接到電容器12。開關13的類型例如為模擬電子開關。開關 13由例如處理裝置3發出的切換命令來驅動。因此，可以依據以下公式，在 根據兩個線圈10、 11的電感值的兩個值之間切換檢測器的振蕩頻率
根據本發明，根據所測量的振蕩電壓P^，處理裝置3因此根據開關的位 置交替地確定振蕩頻率《以及^。對於每次測量，處理裝置3減去固定的參 考頻率F^，以增加測量的精確度/時間比。實際上，測量頻率F所需要的獲
取時間由以下關係*合出
_ F
呵_ dFxy ~~
其中，F表示所測量的頻率，"F表示所測量的頻率的間隔(resolution),
並且巧M表示計數頻率。為了減少獲取時間^， 一種經濟可行的方法因此涉 及通過從所測量的頻率F中減去參考頻率/r^來減小所測量的頻率。
處理單元31因此而確定《—F^以及巧-F，，然後計算這兩個表達式之 間的差值。利用比較器，計算出的差值隨後與所存儲的閾值F。進行比較，以 決定檢測器附近是否存在金屬目標4。閾值r。在先前的學習步驟中被獲得並被 存儲在檢測器的處理單元31的存儲裝置中。通過將金屬目標安置於範圍內並 存儲適時測量的頻率《與屍2之間的差值K。來實現學習步驟。
一旦完成學習，則處理單元31不斷地比較差值《-巧與闊值K。，並因此 生成表示檢測器附近是否存在金屬目標4的輸出信號5。
顯然，在不背離本發明的上下文的情況下，可以設想其它的變形、細節 改進、以及利用等同手段的類似設計。
權利要求
1. 一種感應式臨近檢測器，包括由振蕩器(2)以諧振激勵的且包括對要被檢測的金屬目標(4)敏感的檢測線圈(10)的振蕩電路(1)，其特徵在於:-所述振蕩電路(1)包括參考線圈(11)，該參考線圈(11)被布置為提供關於要被檢測的金屬目標(4)的互感，該互感充分低於所述檢測線圈(10)關於該金屬目標(4)的互感，-所述振蕩電路(1)包括開關(13)，該開關(13)能夠採取兩個位置以交替地連接每個線圈(10，11)，-所述檢測器包括連接到所述線圈(10，11)的處理裝置(3)，該處理裝置(3)能夠確定所述檢測器附近是否存在金屬目標(4)。
2、 根據權利要求1所述的檢測器，其特徵在於所述處理裝置(3)為 所述兩個線圈(10, 11)所共用。
3、 根據權利要求1或2所述的檢測器，其特徵在於所述振蕩電路包括 被所述兩個線圈(IO， 11)共用的電容器(12)。
4、 根據權利要求1至3中的一個所述的檢測器，其特徵在於所述振蕩 器(2)為所述兩個線圈(10， ll)所共用。
5、 根據權利要求1至4中的一個所述的檢測器，其特徵在於所述處理 裝置包括用於確定當所述開關U3)位於其每一個位置時測量的信號的頻率 的裝置。
6、 根據權利要求5所述的檢測器，其特徵在於所述處理裝置(3)從 所測量的頻率(F2 )中減去參考頻率(Fre,)。
7、 根據權利要求1至6中的一個所述的檢測器，其特徵在於所述處理 裝置(3)確定所述振蕩電路對於開關(13)的每個位置的振蕩頻率(巧，F2 ) 的頻率差值，並將所獲得的差值與通過學習而獲得的閾值(r。)比較，以確 定檢測器附近是否存在金屬目標(4 )。
8、 根據權利要求1至7中的一個所述的檢測器，其特徵在於所述參考 線圈(11)具有確定的配置，以便對於所述^r測線圏(10)和金屬目標(4) 呈現幾乎為零的互感。
9、 根據權利要求8所述的檢測器，其特徵在於所述參考線圈(ll)具有8字配置。
10、 根據權利要求1至9中的一個所述的檢測器，其特徵在於所述檢 測線圈(10)具有環形繞組。
11、 根據權利要求1至10中的一個所述的檢測器，其特徵在於所述檢 測線圏(10)和參考線圈(11)被同軸放置。
12、 根據權利要求1至11中的一個所述的檢測器，其特徵在於所述開 關(13)為模擬電子開關。
全文摘要
本發明涉及一種感應式臨近檢測器，包括由振蕩器(2)以諧振激勵的且包括對要被檢測的金屬目標(4)敏感的檢測線圈(10)的振蕩電路(1)，其特徵在於所述振蕩電路(1)包括參考線圈(11)，該參考線圈(11)被布置為提供關於要被檢測的金屬目標(4)的互感，該互感充分低於所述檢測線圈(10)關於該金屬目標(4)的互感；所述振蕩電路(1)包括開關(13)，該開關(13)能夠採取兩個位置以交替地連接每個線圈(10，11)；所述檢測器包括連接到所述線圈(10，11)的處理裝置(3)，該處理裝置(3)能夠確定所述檢測器附近是否存在金屬目標(4)。
文檔編號G01V3/10GK101387709SQ200810175628
公開日2009年3月18日 申請日期2008年7月21日 優先權日2007年7月20日
發明者米歇爾·伊曼紐爾, 雅克·伯納德 申請人:施耐德電器工業公司