电感式接近传感器及校准电感式接近传感器的方法技术

本发明专利技术涉及一种电感式接近传感器及校准电感式接近传感器的方法，该传感器包括一个振荡器，该振荡器包括一个第一电感电容电路和一个第二电感电容电路，其中一个电感电容电路的电感对外部目标的敏感性比另一个电感电容电路的电感高。该传感器还包括一个交流电驱动，对每个电感电容电路的驱动均为同相，并且取决于两个电感电容电路的电压差。该传感器可以耦合到一个使用电源并在传感器内触发校准程序的校准设备。在回应触发信号时，传感器内的一个校准处理器执行校准程序，调整电感电容电路，并指出校准是否成功完成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
电感式接近传感器一般根据涡电流抵消振荡器(ECKO)原理设计。在这种接近传感器中，使用电感电容(LC)振荡器在电感器的线圈附近产生交流(AC)磁场，这样，当金属目标接近线圈时，便可以在目标中产生涡电流。产生的涡电流会产生能量损耗，以减弱或停止LC振荡器。一般来说，这种接近传感器采用电子电路来检测振荡幅度的变化，并将检测到的幅度变化与预先确定的限值相比较。如果振荡器的振荡幅度将至限值以下，接近传感器的输出将会更新，表明目标在接近传感器的附近出现。然而，这种根据涡电流抵消振荡器(ECKO)原理设计的电感式接近传感器存在许多缺点，例如，由于它们的高热敏性，造成它们能感应到的距离非常短。事实上，如果目标为有色金属，这种传感器所能感应的距离比铁质目标还要短得多。此外，由于电感式接近传感器无法排除外界的磁场干扰，因此这些磁场可能影响感应线圈中使用的铁芯，造成传感器的失灵。另外，电感式接近传感器还存在切换速度过慢的问题。为了达到非铁质目标和铁质目标之间相同的感应距离，提格斯(Tigges)(美国专利号5，264，733)采用了一个发射线圈以及两个接收线圈的设计取代传统的涡电流损耗方法来检测磁场干扰。由于在同样的时间内操作频率增加了，铁质和非铁质目标便能以相似方式影响AC磁场，这样，当操作频率足够高时，便可以实现非铁质目标和铁质目标之间相同的感应距离。此外，提格斯还通过三个空心线圈的设计，使传感器能够排除外界磁场的干扰。然而，由于提格斯仅仅依靠相对位移，机械几何以及线圈的旋转来设置感应距离，因此感应距离无法通过电气方式来调整，而且由于机械零件的热变形，很可能导致温度漂移。另外，由于必须使用至少三个线圈才能实现所述的发射线圈和接收线圈，物理成本可能会很闻。另外一种利用变压器耦合原理的多线圈设计是由库恩(Kuhn)(美国专利号7，463，020)专利技术的。库恩将所有线圈在印刷电路板(PCB)的表面排列成一个同心圆，并采用一个发射线圈和至少两个接收线圈与PCB —起形成线圈组，同时确保各线圈之间的耦合因子的稳定性以及可重复性。接收线圈位于同一个平面内，这样传感器在感应目标时，其敏感性会比另外两种方法相对较低。另外一种实现非铁质目标和铁质目标之间相同的感应距离的方法是由提格斯等人(美国专利号4，879，531)专利技术的。提格斯等人采用了一种包括两个LC槽的振荡器。第一个LC槽决定了振荡的频率，而第二个LC槽包括一个感应线圈，用于将振荡放大。为了实现非铁质目标和铁质目标之间相同的感应距离，第一个槽的谐振频率和第二个槽的临界阻抗被谐调至第二个槽的阻抗频率性质交点的坐标上，分别受到非铁质目标和铁质目标的影响。然而，Tigges的方法需要使用复杂的谐调程序才能实现相同的感应距离。此外，热敏度问题可能会限制感应距离，同时多使用两个线圈会增加额外的成本。托米奥卡(Tomioka)等人(美国专利号5,034,704)也使用了两个LC槽来实现非铁质目标和铁质目标之间相同的感应距离。在实践应用时，Tomioka还采用了振荡器电路，与提格斯的专利技术存在类似的优缺点。将电感式接近传感器安装在金属材料上可能导致传感器的感应距离发生变化，在更极端的情况下，甚至可能锁定传感器的输出，造成传感器失灵。文献中介绍和实践了多种不同的护罩设计技术，主要包括替换感应线圈周围的金属环(即被动接近)以及使用补充线圈(即主动接近)等。用这些方法可以保护电感式接近传感器，使用拥有标准的感应距离，但对于拥有较长感应距离的传感器来说，这种护罩在效果上就会产生很大的问题。 由于其出色的苛刻环境适应能力(例如灰尘、潮湿、存在化学液体等)，电感式接近传感器已被广泛应用。对于安装材料所造成的影响，也可以通过在线校准方法或学习机制来抵消。但不幸的是，替换传感器上的调整按钮可能减少传感器的密封等级。为了解决这个问题，一些传感器在设计上采用了控制箱，并使用线缆以“麻花辫”形将控制箱连接到传感器。该控制箱包括一个控制模块，用于给传感器编程，并抵消金属安装材料所造成的影响。不过，使用控制箱会大大增加产品的成本。此外，传感器安装后，需要先打开电源才能进行校准程序。而使用控制箱进行校准的传感器可能偶尔需要重新校准，造成传感器在工作过程中发生故障。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供一种，可解决现有技术的等问题。本专利技术的技术方案是一个电感式接近传感器，其包括一个振荡器，包括一个第一电感电容电路和一个第二电感电容电路，其中一个电感电容电路的电感对于外部目标的敏感度比另一个电感电容电路的电感高；以及每个电感电容电路均有一个交流电驱动。对每个电感电容电路的驱动均为同相，并且取决于两个电感电容电路的电压差。本专利技术中，其中电压差应用到差分放大器，该差分放大器控制每个电感电容电路中的电流流动。本专利技术中，还包括一个信号处理电路，该电路可以通过检测外部目标在至少一个电感电容电路中造成的幅度变化，来指出是否存在外部目标，以及外部目标所处的位置。本专利技术中，还包括至少一个相位检测器，该检测器可以通过确定电感电容电路中电压的超前相位，来识别目标为铁质目标或非铁质目标。本专利技术中，在超前相位达到预设的限值时，其中至少一个相位检测器识别目标为铁质目标或非铁质目标。本专利技术中，其中电压差控制电流镜像电路中的电流，该电路控制流向每个电感电容电路中的电流。本专利技术中，其中对外部目标的敏感度较低的电感器会在振荡器中提供正反馈。本专利技术中，其中对外部目标的敏感度较高的电感电容电路为线圈，而敏感度较低的电感为电感器发出。本专利技术中，还包括一个可变电容器，该可变电容器耦合到至少一个电感电容电路，并将两个电感电容电路的谐振频率谐调至大约相等。本专利技术中，还包括一个电压控制模块，该模块通过控制流向每个电感电容电路中的电流，来控制每个电感电容电路中的电压。本专利技术中，其中第一电感电容电路设计在差分放大器的非反相输入和地面之间，而第二电感电容电路设计在差分放大器的反相输入和地面之间。本专利技术中，其中第一和第二电感电容电路中的至少一个包括感应线圈。 本专利技术还公开了一种校准电感式接近传感器的方法，该方法包括安装传感器将一个校准设备耦合到电感式接近传感器，并通过该校准设备获取电源以及触发校准程序；使用从校准设备获取的电源来执行校准程序；通过校准设备指出校准成功完成。本专利技术中，还包括通过生成一列指令脉冲来执行校准程序。该指令脉冲包括一列可以启动校准程序的逻辑信号。本专利技术还公开了一个电感式接近传感器，包括一个密封外壳；外壳内有一个带有电感电容电路的感应电路；外壳内有一个校准处理器，该校准处理器通过回应外部触发信号来运行校准程序，调整电感电容电路，以及指明校准是否成功完成。本专利技术中，还包括一个耦合到传感器的校准设备，该校准设备使用电源并触发校准程序。本专利技术所述电感式接近传感器的优点及有益效果可以从下面的实施例得到体现。附图说明图I为本专利技术的一个实例中的一个电感式接近传感器的差分振荡器的结构图。图2为不存在金属目标时，使用本专利技术的一个实例中描述的电感式接近传感器获取的差分振荡器的电压波形的曲线图。图3为存在金属目标时,使用本专利技术的一个实例中描述的电感式接近传感器获取的差分振荡器的电压波形的曲线图。图4为本专利技术的一个买例中的一个电感式接近传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.04 US 12/554,6581.一个电感式接近传感器，其特征在于，其包括 一个振荡器，包括ー个第一电感电容电路和ー个第二电感电容电路，其中ー个电感电容电路的电感对于外部目标的敏感度比另ー个电感电容电路的电感高；以及 每个电感电容电路均有ー个交流电驱动，对每个电感电容电路的驱动均为同相，并且取决于两个电感电容电路的电压差。2.如权利要求I所述的电感式接近传感器，其特征在于，其中电压差应用到差分放大器，该差分放大器控制每个电感电容电路中的电流流动。3.如权利要求I所述的电感式接近传感器，其特征在于，还包括ー个信号处理电路，该电路可以通过检测外部目标在至少ー个电感电容电路中造成的幅度变化，来指出是否存在外部目标，以及外部目标所处的位置。4.如权利要求I所述的电感式接近传感器，其特征在于，还包括至少ー个相位检测器，该检测器可以通过确定电感电容电路中电压的超前相位，来识别目标为铁质目标或非铁质目标。5.如权利要求4所述的电感式接近传感器，其特征在于，在超前相位达到预设的限值时，其中至少ー个相位检测器识别目标为铁质目标或非铁质目标。6.如权利要求I所述的电感式接近传感器，其特征在于，其中电压差控制电流镜像电路中的电流，该电路控制流向每个电感电容电路中的电流。7.如权利要求I所述的电感式接近传感器，其特征在于，其中对外部目标的敏感度较低的电感器会在振荡器中提供正反馈。8.如权利要求I所述的电感式接近传感器，其特征在于，其中对外部目标的敏感度较高的电感电容电路为线圈，而敏感度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫华，
申请(专利权)人：陈卫华，
类型：发明
国别省市：