BRPI1102459A2

BRPI1102459A2 - sensor de proximidades

Info

Publication number: BRPI1102459A2
Application number: BRPI1102459-3A
Authority: BR
Inventors: John Kenneth Tillotson
Original assignee: Honeywell Int Inc
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-11-06
Also published as: EP2391009A2; EP2391009B1; US20130320996A1; CA2740277C; CA2740277A1; EP2391009A3; US9110118B2; US20110285404A1; US8319500B2

Abstract

SENSOR DE PROXIMIDADE. Um sensor de proximidade inclui um circuito relativamente simples para monitoração da integridade. O sensor de proximidade inclui um oscilador de ga'nho variável, um circuito de realimentação, e um circuito de determinação da proximidade. O oscilador de ganho variável tem um ganho, que varia com a proximidade de um alvo com uma bobina de sensor, gera um sinal elétrico oscilante com uma magnitude de amplitude substancialmente constante, e gera um sinal de energia representativo da energia elétrica necessária para manter as oscilações. O circuito de realimentação fornece realimentação para o oscilador, e o circuito de determinação da proximidade, com base no sinal de energia, fornece um sinal de proximidade representativo da proximidade do alvo com a bobina de sensor. O circuito de monitoração da integridade também recebe o sinal elétrico oscilante e fornece um sinal do estado de integridade representativo da integridade do sensor de proximidade.

Description

SENSOR DE PROXIMIDADE

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção geralmente se refere a sensores de proximidade e, mais particularmente, se refere a um sensor de proximidade que implementa um sistema relativamente simples de monitoração da integridade.

FUNDAMENTOS

Sensores de proximidade têm sido há tempos usados para detectar, quando um dispositivo ou componente está dentro de uma distância predeterminada (ou seja, nas proximidades) de num local de referência. Em muitos casos, os sinais gerados por um sensor de proximidade podem ser usados para seletivamente ativar e desativar várias partes de um sistema. Por exemplo, se um sensor de proximidade detectar que um dispositivo ou componente está dentro de uma distância predeterminada de um local de referência, isso pode indicar uma configuração indesejada. Em tal caso, o sinal de saida do sensor de proximidade pode ser usado para desativar um sistema (ou parte dele). Inversamente, se um dispositivo ou componente, estando dentro de uma distância predeterminada de um local de referência, for uma configuração desejada, a sinal de saida do sensor de proximidade pode ser usado para ativar um sistema (ou parte dele).

Os sensores de proximidade foram implementados, usando várias configurações. Uma configuração particular é normalmente referida, como a configuração do oscilador supressor de correntes de Foucault (ECKO). Com essa configuração, a amplitude de um oscilador de ganhos fixos é reduzida ou eliminada, quando um dispositivo ou componente estiver dentro de uma distância predeterminada do sensor de proximidade. A amplitude do oscilador é comparada a ura valor limite, que fornece um sinal binario com base nessa comparação.

Uma desvantagem dos sensores de proximidade ECKO é que uma operação errônea ou defeituosa do circuito pode provocar falsas indicações de proximidade. Para resolver esse inconveniente, os sistemas de alta confiabilidade podem incluir vários sensores de proximidade ECKO, de modo que um circuito operando com defeito ou erro possa ser detectado. Isso, no entanto, pode aumentar o peso e o custo global do sistema. Além disso, a adição de circuitos internos de diagnóstico a um sensor de proximidade pode ser difícil e cara.

Portanto, há necessidade de um sensor de proximidade, que inclua circuitos de diagnóstico, que possam ser implementados de forma relativamente simples e barata. A presente invenção atende, pelo menos, dessa necessidade.

SUMÁRIO

Em uma modalidade, e apenas a titulo de exemplo, um sensor de proximidade inclui um oscilador de ganho variável, um circuito de realimentação, um circuito de determinação da proximidade, e um circuito de monitoração da integridade. O oscilador de ganho variável é adaptado para receber energia elétrica e inclui uma bobina de sensor. O oscilador de ganho variável tem um ganho, que varia com a proximidade de um alvo com a bobina de sensor. O oscilador de ganho variável é acoplado para receber um sinal de realimentação, e é configurado, em resposta ao sinal de realimentação, para gerar um sinal elétrico oscilante com uma magnitude de amplitude substancialmente constante, e gerar um sinal de energia representativo da energia elétrica recebida pelo oscilador de ganho variável. O circuito de realimentação é acoplado para receber o sinal elétrico oscilante, e é configurado, em resposta ao mesmo, para fornecer o sinal de realimentação. O circuito de determinação da proximidade é acoplado para receber o sinal de energia, e é configurado, em resposta ao mesmo, para fornecer um sinal de proximidade representativo da proximidade do alvo com a bobina de sensor. O circuito de monitoração da integridade é acoplado para receber o sinal elétrico oscilante, e é configurado, em resposta ao mesmo, para fornecer um sinal do estado de integridade representativo da integridade do sensor de proximidade.

Em outra modalidade, um sensor de proximidade inclui um oscilador de ganho variável, um circuito de realimentação, um circuito de determinação da proximidade, ura circuito de monitoração da integridade, e um circuito de saída. 0 oscilador de ganho variável é adaptado para receber energia elétrica, e inclui uma bobina de sensor. 0 oscilador de ganho variável tem um ganho, que varia com a proximidade de um alvo com a bobina de sensor. O oscilador de ganho variável é acoplado para receber um sinal de realimentação, e é configurado em resposta ao sinal de realimentação, para gerar um sinal elétrico oscilante com uma magnitude de amplitude substancialmente constante, e gerar um sinal de energia representativo da energia elétrica recebida pelo oscilador de ganho variável. 0 circuito de realimentação é acoplado para receber o sinal elétrico oscilante, e é configurado em resposta ao mesmo, para fornecer o sinal de realimentação. O circuito de determinação da proximidade é acoplado para receber o sinal de energia, e é configurado em resposta ao mesmo, para fornecer um sinal de proximidade representativo da proximidade do alvo com a bobina de sensor. O circuito de monitoração da integridade é acoplado para receber o sinal elétrico oscilante e um sinal de temperatura representativo da temperatura do sensor de proximidade. O circuito de monitoração da integridade é configurado, em resposta ao sinal elétrico oscilante e ao sinal de temperatura, para fornecer um sinal do estado de integridade representativo da integridade do sensor de proximidade. 0 circuito de saída é acoplado para receber o sinal de proximidade e o sinal do estado de integridade, e é configurado, após seu recebimento, para fornecer um sinal de saída, que é representativo da proximidade do alvo com a bobina de sensor e da integridade do sensor de proximidade.

Além disso, outros recursos e características desejáveis do sensor de proximidade tornar-se-ão aparentes a partir da descrição detalhada subseqüente e das reivindicações anexas, tomadas em conjunto com os desenhos anexos e os fundamentos anteriores.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente invenção será descrita, a seguir, em conjunto com as figuras de desenho, onde números similares indicam elementos similares, e em que:

a FIG. 1 mostra um diagrama funcional de blocos de uma modalidade de um sensor de proximidade, de acordo com a presente invenção; e

a FIG. 2 ilustra um diagrama esquemático de um circuito especial, que pode ser usado para implementar o sensor de proximidade da FIG. 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A descrição detalhada que se segue é meramente de natureza exemplíficativa, e não se destina a limitar a invenção ou a aplicação e os usos da invenção. Além disso, não há intenção de estar vinculado a qualquer teoria apresentada nos fundamentos anteriores, ou à descrição detalhada a seguir.

Referindo-se primeiro à FIG. 1, é ilustrado um diagrama funcional de blocos de uma modalidade de um sensor de proximidade 100. O sensor de proximidade retratado 100 inclui um oscilador de ganho variável 102, um circuito de realimentação 104, um circuito de determinação da proximidade 106, e um circuito de monitoração da integridade 108. O oscilador de ganho variável 102 é configurado, ao ser alimentado com energia elétrica, para gerar um sinal elétrico oscilante 112. A freqüência do sinal elétrico oscilante 112 é estabelecida pelos componentes, que compõem um circuito ressonante não ilustrado. Na modalidade retratada, uma bobina de sensor 114 compreende pelo menos um desses componentes. O oscilador de ganho variável 102 é adicionalmente configurado, de modo que seu ganho varie com a proximidade de um alvo 116 para a bobina de sensor 114. Em especial, como retratado adicionalmente na FIG. 1, o oscilador de ganho variável 102 é acoplado para receber um sinal de realimentação 118. O sinal de realimentação 118 faz com que o ganho do oscilador de ganho variável 102 varie, de forma que o sinal elétrico oscilante 112 tenha uma magnitude de amplitude substancialmente constante. Sem o sinal de realimentação, a magnitude de amplitude do sinal de oscilação iria variar de acordo com as variações da proximidade do alvo 116 para a bobina de sensor 114.

0 sinal de realimentação 118 é fornecido para o oscilador variável ganho 102 pelo circuito de realimentação 104. Em particular, o circuito de realimentação 104 é acoplado para receber o sinal elétrico oscilante 112 do oscilador de ganho variável 102, e é configurado, em resposta ao mesmo, para fornecer o sinal de realimentação 118. A maneira específica, em que o circuito de realimentação 104 gera o sinal de realimentação 118, será descrita em detalhes mais adiante.

Além de gerar o sinal elétrico oscilante 112, o oscilador de ganho variável 102 fornece um sinal de energia 122. O sinal de energia 122, que é fornecido para o circuito de determinação da proximidade 106, é representativo da energia elétrica recebida pelo oscilador de ganho variável 102. O circuito de determinação da proximidade 106 é configurado, em resposta ao sinal de energia 122, para fornecer um sinal de proximidade 124 representativo da proximidade do alvo 116 com a bobina de sensor 114.

O circuito de monitoração da integridade 108 também é acoplado para receber o sinal elétrico oscilante 112 do oscilador de ganho variável 102. O circuito de monitoração da integridade 108, em resposta ao sinal elétrico oscilante 112, fornece um sinal do estado de integridade 126, que é o representativo da integridade do sensor de proximidade. Na modalidade retratada, o sinal do estado de integridade 126 e o sinal de proximidade 124 são fornecidos a um circuito de saída 128. 0 circuito de saída 128 é configurado, após o recebimento desses dois sinais 124, 126, para fornecer um sinal de saída do sensor 132. 0 sinal de saída do sensor 132 é representativo da proximidade do alvo e da integridade do sensor de proximidade.

Cada um dos blocos de circuito acima descritos, que compõem o sensor de proximidade 100, pode ser implementado usando qualquer uma das numerosas configurações de circuito. Um diagrama esquemático de uma implementação especial preferida do sensor de proximidade 100, ilustrando configurações específicas de circuito de cada um dos blocos funcionais de circuito acima descrito, é retratado na FIG. 2, e com referência à mesma, será agora descrito.

Começando com o oscilador de ganho variável 102, vê-se que esse circuito é implementado, usando a conhecida configuração de circuito oscilador Colpitts, e inclui um circuito de transistor 202 e um circuito tanque ressonante 204. O circuito de transistor 202 inclui um transistor 206, uma pluralidade de resistores de polarização 208 (208-1, 208-2, 208-3), e um diodo 209. O transistor 206 é implementado, usando um transistor bipolar tipo N PN, o qual, como é do conhecimento geral, inclui um terminal coletor 212, um terminal de base 214, e um terminal emissor 216. Será apreciado que o circuito de transistor 202 pode ser alternativamente implementado, usando um transistor bipolar tipo PNP, ou usando outros tipos de transistores.

Os resistores de polarização 208 são selecionados para limitar o consumo de corrente, caso o alvo 116 esteja muito mais próximo da bobina de sensor 114, do que de uma distância de detecção nominal. Os resistores de polarização 208 são dimensionados para limitar a unidade de base disponível para o transistor 206, após o integrador 228 (abaixo discutido) atingir a maior voltagem de alimentação positiva. Isso reduz o consumo de energia. 0 diodo 209 compensa as variações na voltagem base-emissor" do transistor 206. Isso permite que o recurso de limitação de corrente atue sobre a temperatura.

Dois dos resistores de polarização 208-1, 208-2 são conectados ao terminal de base do transistor 214, e são, portanto, aqui referidos como resistores de base 208-1, 208-2. O terceiro resistor de polarização 208-3 é conectado ao terminal de emissor do transistor 216 e é, portanto, aqui referido como o resistor de emissor 208-3. Um dos resistores de base 208-1 é conectado entre o terminal de base do transistor 214 e um nó de referência do circuito 218. Um capacitor de derivação 222 é conectado em paralelo a esse resistor de base 208-1 e mantém o terminal de base do transistor 214 em um valor fixo. O outro resistor de base 208-2 é ligado a receber o sinal de realimentação 118. Como acima descrito, o sinal de realimentação 118 varia o ganho do circuito de transistor 202 para neutralizar os efeitos, que as variações de proximidade do alvo 116 (não mostrado na FIG. 2) com a bobina de sensor 114 possuem sobre a magnitude de amplitude do sinal elétrico oscilante 112.

Como se pode ver, as variações no ganho do circuito de transistor 202 resultam em variações da energia elétrica que o oscilador de ganho variável 102 precisa para manter suas oscilações. Na modalidade descrita, as variações na energia elétrica fornecida ao oscilador de ganho variável 102 são medidas através do resistor de emissor 208-3. Em particular, como o ganho do circuito do transistor 2 02 varia, a quantidade de energia elétrica, que o oscilador de ganho variável 102 precisa para manter suas oscilações, varia, resultando em variações da magnitude da corrente que flui através do resistor de emissor 208-3. Assim, a magnitude da queda de voltagem através do resistor de emissor 208-3 é representativa da energia elétrica sendo fornecida para o oscilador de ganho variável 102, e essas variações constituem o sinal de energia 122, que é fornecido para o circuito de determinação da proximidade 106.

O circuito tanque ressonante 204 inclui a bobina de sensor 114 e dois capacitores 224 (224-1, 224-2), que formam um divisor capacitivo de voltagem. Como é do conhecimento geral, a freqüência do sinal elétrico oscilante 112 é estabelecida pelos valores dos componentes da bobina de sensor 114 e dos capacitores 224. Na modalidade descrita, um dos capacitores 224-1 tem um de seus terminais conectado à bobina de sensor 114 e ao terminal de coletor do transistor 212, e seu outro terminal conectado ao terminal de emissor do transistor 216. Esse capacitor 224-1 é o principal capacitor de sintonia do circuito tanque ressonante 204. O outro capacitor 224-2, que é conectado entre o terminal de emissor do transistor216 e o nó de referência de circuitos 218, mantém as oscilações do circuito tanque ressonante 204.

O circuito de realimentação 104, como acima mencionado, é acoplado para receber o sinal elétrico oscilante 112 do oscilador de ganho variável 102, e é configurado, em resposta ao mesmo, para fornecer o sinal de realimentação 118. Para implementar essa funcionalidade, o circuito de realimentação inclui um demodulador de amplitude 226 e um circuito integrador 228. O demodulador de amplitude 226, que inclui um diodo 232, um capacitor234, e um resistor 236, recebe o sinal elétrico oscilante112 do oscilador de ganho variável 102 e, em resposta, fornece um sinal de voltagem demodulada para o circuito integrador 228. Mais especificamente, o demodulador de amplitude 226 mede os picos negativos do sinal elétrico oscilante 112.

O circuito integrador 228 é acoplado para receber o sinal de voltagem demodulada do circuito demodulador 226. 0 circuito integrador 228 é configurado, em resposta ao sinal de voltagem demodulada, para fornecer o sinal de realimentação 118. Na modalidade descrita, o circuito integrador 228 inclui um amplificador operacional 238, um capacitor de realimentação 242, e dois resistores 244 (244- 1, 244-2) que estabelecem uma voltagem de referência. Com essa configuração, se a magnitude de amplitude do sinal elétrico oscilante 112 começar a diminuir, devido, por exemplo, ao alvo 116 se mover para próximo da bobina de sensor 114, então a voltagem demodulada no capacitor 234 irá aumentar. Quando essa voltagem aumenta acima da voltagem de referência estabelecida pelos resistores 244, a saida do circuito integrador 228 e, assim, o sinal de realimentação 118, irá aumentar no sentido positivo. O sinal de realimentação 118 vai aumentar, assim, a polarização no transistor 20 6, o que aumenta seu ganho e corrige a queda da magnitude de amplitude. Quando a magnitude de amplitude desejada for atingida, a saida do circuito integrador 228 para de aumentar. Por outro lado, se a magnitude de amplitude do sinal elétrico oscilante 112 começar a aumentar, devido, por exemplo, ao alvo 116 se afastar da bobina de sensor 114, então a voltagem demodulada sobre o capacitor 234 irá diminuir. Quando essa voltagem diminuir abaixo da voltagem de referência estabelecida pelos resistores 244, a saida do circuito integrador 228 e, assim, o sinal de realiraentação 118, vai diminuir na direção negativa. 0 sinal de realimentação 118 irá, assim, diminuir a polarização sobre o transistor 206, o que diminui seu ganho e corrige o aumento da magnitude de amplitude. Quando a magnitude de amplitude desejada for atingida, a saida do circuito integrador 228 para de diminuir.

O circuito de determinação da proximidade 106 é acoplado para receber o sinal de energia 122. Como a energia elétrica sendo fornecida para o oscilador de ganho variável 102 varia com a proximidade do alvo 116 com a bobina de sensor 114, o sinal de energia 122 pode ser usado para determinar a proximidade do alvo 116 com a bobina de sensor 114. Na modalidade descrita, o circuito de determinação da proximidade 106 inclui um circuito de filtro passa-baixo 2 4 6, e um circuito comparador de perto/ longe 248. O circuito de filtro passa-baixo 246 é ligado ao resistor de emissor 208-3 e, portanto, recebe o sinal de energia 122. O circuito de filtro passa-baixo 24 6, que compreende dois resistores 252 (252-1, 252-2) e dois capacitores 254 (254-1, 254-2) conectados como um filtro passa-baixo de dois pólos, filtra o sinal de energia 122 e fornece o sinal de energia filtrado para o circuito comparador de perto/ longe 248.

O circuito comparador de perto/ longe 248 recebe o sinal de energia filtrado do circuito de filtro passa-baixo .24 6 e, era resposta a esse sinal, fornece o sinal de proximidade 124. Na modalidade descrita, o circuito comparador de perto/ longe 248 é configurado, de modo que o sinal de proximidade 124 seja fornecido em duas diferentes magnitudes de amplitude, dependendo da relativa proximidade do alvo 116 com a bobina de sensor 114. Para implementar essa funcionalidade, o circuito comparador de perto/ longe24 8 inclui um amplificador operacional 256 e uma pluralidade de resistores 258 (258-1, 258-2, 258-3). A entrada inversora do amplificador operacional 256 é ligada ao circuito de filtro passa-baixo 246 e, assim, recebe o sinal de energia filtrado do mesmo. A entrada não-inversora do amplificador operacional 256 é conectada para receber uma voltagem de referência, que é estabelecida por dois resistores 258-1, 258-2. O terceiro resistor 258-3, que é um resistor de realimentação, que é conectado entre a saida e a entrada não-inversora do amplificador operacional 256, estabelece histerese para o circuito comparador de perto/ longe 248.

A partir da descrição acima, pode ser, assim,

apreciado que o sinal de proximidade 124 é um sinal binário. Isto é, um circuito comparador de perto/ longe 248 fornece o sinal de proximidade 124 em uma primeira magnitude de amplitude, quando o alvo 116 estiver dentro de uma primeira distância determinada da bobina de sensor 114 (por exemplo, o alvo 116 estiver relativamente "perto" da bobina de sensor 114) e, em uma segunda magnitude de amplitude, pelo menos quando o alvo 116 não estiver dentro de uma segunda distância predeterminada da bobina de sensor 114 (por exemplo, o alvo 116 estiver relativamente "longe" da bobina de sensor 114). Na modalidade descrita, a primeira magnitude de amplitude é um valor relativamente alto (por exemplo, estado lógico ALTO) , quando o alvo 116 estiver longe da bobina de sensor 114, e é um valor relativamente baixo (por exemplo, estado lógico BAIXO), quando o alvo 116 estiver perto da bobina de sensor 114.

Antes de descrever o circuito de monitoração da integridade representado 108 em mais detalhes, vê-se que o sensor de proximidade representado 100 também inclui dois resistores 262 (262-1, 262-2) conectados entre o circuito de filtro passa-baixo 246 e a entrada não-inversora do amplificador operacional 256. Será apreciado que esses dois resistores 262 são opcionais, e podem, portanto, não ser incluídos em algumas modalidades. No entanto, ura desses dois resistores 262, quando incluído, fornece compensação de temperatura para o circuito de determinação da proximidade 106. As pessoas hábeis na arte irão apreciar que variações de pacotes do sensor podem resultar em uma variedade de detecção dos erros de distância induzidos por variação de temperatura. Esta configuração de circuito resistívo prevê compensação relativamente simples de uma vasta gama de erros de temperatura, permitindo que o projeto básico seja reutilizado para outras aplicações semelhantes. Se a detecção da distância aumentar com a temperatura, o resistor 2 62-2 é usado para fornecer correção. Inversamente, se a detecção da distância diminuir com a temperatura, então o resistor 262-1 é usado. 0 grau de compensação é modelado pelo valor do resistor, e não exige um termistor com valor diferente 276 (abaixo discutido).

Passando agora a uma descrição do circuito de monitoração da integridade 108, esse circuito inclui um circuito retificador 264, um circuito de filtro passa-baixo 266, um circuito interruptor ativo/ inativo 268, um circuito sensor de temperatura 272, e um circuito comparador de integridade 274. O circuito retificador 264 é acoplado para receber o sinal elétrico oscilante 112 do oscilador de ganho variável 102, de preferência, através de um capacitor de bloqueio 27 5. O circuito retificador 2 64 retifica o sinal elétrico oscilante 112, e fornece um sinal de CC para o circuito do filtro passa-baixo 266. O circuito de filtro passa-baixo 266 filtra o sinal de CC e fornece um sinal de CC filtrado ao circuito interruptor ativo/inativo 268. Como se pode ver, a magnitude da voltagem do sinal de CC filtrado pode variar com a magnitude de amplitude do sinal elétrico oscilante 112.

O circuito interruptor ativo/inativo 268 é acoplado para receber o sinal de CC filtrado e, em resposta ao sinal de CC filtrado, fornece um sinal de integridade do oscilador. O circuito interruptor ativo/inativo 268 é configurado para estar em um estado condutor (ON), ou um estado não condutor (OFF), com base na magnitude da voltagem do sinal de CC filtrado. Em especial, quando o oscilador de ganho variável 102 estiver funcionando corretamente, a magnitude de amplitude do sinal elétrico oscilante 112 e, concomitantemente, a magnitude da voltagem do sinal de CC filtrado terá um valor, que faz com que o circuito interruptor ativo/inativo 2 68 vá para seu estado condutor (ON). Inversamente, se o oscilador de ganho variável 102 não estiver funcionando corretamente (ou não operando de todo), a magnitude de amplitude do sinal elétrico oscilante 112 e, concomitantemente, a magnitude da voltagem do sinal de CC filtrado, terá um valor, que faz com que o circuito interruptor ativo/inativo 268 vá para o seu estado não-condutor (OFF). Assim, pode-se afirmar que o sinal de integridade do oscilador é um sinal binário. Ou seja, a magnitude de amplitude do sinal de integridade do oscilador terá um valor relativamente alto (por exemplo, estado lógico ALTO), quando o oscilador de ganho variável 102 estiver funcionando corretamente, e um valor relativamente baixo (por exemplo, estado lógico BAIXO), quando o oscilador de ganho variável 102 não estiver funcionando corretamente (ou não operando de todo). Na modalidade representada, circuito interruptor ativo/inativo 268 é implementado, usando um MOSFET. Será apreciado, no entanto, que vários outros tipos de transistores, ou outros dispositivos ou circuitos, que seletivamente comutam entre os estados condutor e não-condutor, podem ser também utilizados.

O circuito sensor de temperatura 272 é configurado para detectar a temperatura do sensor de proximidade 100 e fornecer um sinal de temperatura representativo da temperatura detectada. O circuito sensor de temperatura 272 inclui um termistor 276 e um resistor 278, ligados em série para formar um divisor de voltagem. 0 termistor 276, pelo menos na modalidade descrita, é implementado através de um termistor de coeficiente de temperatura positiva. Em modalidades alternativas, no entanto, um termistor com coeficiente de temperatura negativa poderia ser usado. Em ambos os casos, a queda de voltagem através do termistor 276 e, assim, o sinal de temperatura, varia com a temperatura do sensor de proximidade 100.

0 circuito comparador de integridade 274 é acoplado para receber o sinal de temperatura do circuito sensor de temperatura 272, e o sinal de integridade do oscilador do circuito interruptor ativo/inativo 2 68. Esse circuito comparador de integridade 27 4 é configurado, após a recepção do sinal de temperatura e do sinal de integridade do oscilador, para fornecer o sinal do estado de integridade 12 6 para o circuito de saida 128. O circuito comparador de integridade 274 inclui um amplificador operacional 282 e uma pluralidade de resistores 284 (284-1, 284-2, 284-3). A entrada inversora do amplificador operacional 282 é conectada ao circuito sensor de temperatura 272 e, portanto, recebe o sinal da temperatura dela. A entrada não-inversora do amplificador operacional 282 é acoplada para receber o sinal de integridade do oscilador a partir do circuito interruptor ativo/ inativo 268, através de dois dos resistores 284-1, 284-2. 0 terceiro resistor 284-3, que é um resistor de realimentação, que é conectado entre a saida e a entrada não-inversora do amplificador operacional 282, estabelece histerese do circuito comparador de integridade 274. Assim, pode-se afirmar que o sinal do estado de integridade 126 é um sinal biná rio. Ou seja, o circuito comparador de integridade 274 fornece o sinal do estado de integridade 126 em uma magnitude de amplitude relativamente elevada (por exemplo, estado lógico ALTO), quando o sinal de integridade do oscilador estiver em um estado lógico ALTO, e a temperatura do sensor de proximidade 100 estiver em, ou abaixo de, primeira temperatura predeterminada, e em uma magnitude de amplitude relativamente baixa (por exemplo, estado lógico BAIXO), quando o sinal de integridade do oscilador estiver em um estado lógico BAIXO, ou a temperatura do sensor de proximidade 100 estiver em, ou acima de, uma segunda temperatura predeterminada, que é superior à primeira temperatura predeterminada. Será apreciado que as primeira e segunda temperaturas predeterminadas podem variar.

O circuito de saída 128 inclui um circuito de adição 286 e um circuito conversor de voltagem em corrente 288. O circuito de adição 286, que na modalidade descrita é implementado como um nó de adição, é acoplado para receber o sinal da proximidade 124 do circuito comparador de perto/ longe 248, e o sinal do estado de integridade 126 do circuito comparador de integridade 274. O circuito de adição 286, após a recepção do sinal de proximidade 124 e do sinal do estado de integridade 126, fornece um sinal de adição, que é representativo da adição aritmética desses sinais. A partir das descrições dos circuitos anteriores, pode ser facilmente entendido que o sinal de adição, pelo menos na modalidade descrita, de preferência, terá valores de magnitude de voltagem substancialmente discretos. Em especial, quando o sinal do estado de integridade 126 estiver em um estado lógico ALTO, o sinal de adição terá uma primeira magnitude de voltagem, se o sinal de proximidade 12 4 estiver em um estado lógico BAIXO, e terá uma segunda maior magnitude de voltagem, se o sinal de proximidade estiver em um estado lógico ALTO. Se, no entanto, o sinal do estado de integridade 126 estiver em um estado lógico BAIXO, então o sinal de adição terá uma terceira magnitude de voltagem, que é menor que a primeira magnitude de voltagem, se o sinal de proximidade 124 estiver em um estado lógico BAIXO, e terá uma quarta magnitude de voltagem, que é intermediária entre as primeira e segunda magnitudes de voltagem, se o sinal de proximidade 124 estiver em um estado lógico ALTO.

O sinal de adição é fornecido para o circuito conversor de voltagem em corrente 288. 0 circuito conversor de voltagem em corrente 2 88, após a recepção do sinal de adição, fornece o sinal de saída do sensor 132. 0 circuito conversor de voltagem em corrente 288 é configurado, de modo que a magnitude de corrente do sinal de saída do sensor 132 varie, de acordo com a magnitude da voltagem do sinal de adição. Na modalidade descrita, o circuito conversor de voltagem em corrente 2 88 é implementado como um conversor convencional de 4-20 ma, embora seja apreciado que ele poderia ser implementado, usando vários outros dispositivos. Além disso, ele poderia ser eliminado em algumas modalidades. No entanto, na modalidade descrita, será facilmente percebido que o sinal de saída do sensor 132, como o sinal de adição, pode potencialmente ter quatro magnitudes de corrente substancialmente discretas.

A tabela a seguir apresenta alguns exemplos dos valores da magnitude de voltagem e corrente do sinal de adição e do sinal de saída do sensor 132 para os vários estados do sensor de proximidade 110. Na tabela a seguir, "ATIVO E FRIO" correspondem ao sinal do estado de integridade 126 estando em estado lógico ALTO, "INATIVO" corresponde ao sinal do estado de integridade 126 estando em um estado lógico BAIXO, "PERTO DO ALVO" corresponde ao sinal de proximidade 124 estando no estado lógico BAIXO, e "LONGE DO ALVO" corresponde ao sinal de proximidade 124 estando no estado lógico ALTO. Será apreciado que esses valores são apenas exemplos de uma modalidade preferencial em particular, e que esses valores podem variar em outras modalidades, quando necessário ou desejado.

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Tabela 1

0 sensor de proximidade 100 descrito na FIG. 2 poderia ser implementado sem ura ou mais dos circuitos descritos e retratados. Por exemplo, o circuito sensor de temperatura 272 e o circuito comparador de integridade 274 poderiam, em modalidades alternativas, ser eliminados. Em tais modalidades, o sinal de integridade do oscilador é acoplado ao circuito de adição 286.

Embora pelo menos uma modalidade exemplar tenha sido apresentada na descrição detalhada anterior da invenção, deve ser apreciado que existe um grande número de variações. Também deve ser apreciado que a modalidade exemplar ou modalidades exemplares são apenas exemplos, e não se destinam a limitar, de nenhuma maneira, o alcance, aplicabilidade, ou configuração da invenção. Pelo contrário, a descrição acima detalhada irá proporcionar às pessoas hábeis na arte um roteiro prático para a implementação de uma modalidade exemplar da invenção. Entende-se que várias mudanças podem ser feitas na função e arranjo dos elementos descritos em uma modalidade exemplar, sem se afastar do âmbito de aplicação da invenção, tal como estabelecido nas reivindicações anexas.

Claims

1. SENSOR DE PROXIMIDADE, caracterizado pelo fato de compreender: oscilador de ganho variável (102) adaptado para receber energia elétrica, o oscilador de ganho variável (102) incluindo uma bobina de sensor e tendo um ganho, que varia com a proximidade de um alvo com a bobina de sensor, o oscilador de ganho variável (102) acoplado para receber um sinal de realimentação e configurado, em resposta ao sinal de realimentação, para (i) gerar um sinal elétrico oscilante com uma magnitude de amplitude substancialmente constante, e (ii) gerar um sinal de energia representativo da energia elétrica recebida pelo oscilador de ganho variável; circuito de realimentação (104) acoplado para receber o sinal elétrico oscilante e configurado, em resposta ao mesmo, para fornecer o sinal de realimentação; circuito de determinação da proximidade (106) acoplado para receber o sinal de energia e configurado, em resposta ao mesmo, para fornecer um sinal de proximidade representativo da proximidade do alvo com a bobina de sensor; e circuito de monitoração da integridade (108) acoplado para receber o sinal elétrico oscilante e configurado, em resposta ao mesmo, para fornecer um sinal do estado de integridade representativo da integridade do sensor de proximidade.

2. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender: circuito de saida (128) acoplado para receber o sinal da proximidade e o sinal do estado de integridade e configurado, após o recebimento do mesmo, para fornecer um sinal de saida, que é representativo da proximidade do alvo com a bobina de sensor (114) e da integridade do sensor de proximidade.

3. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do circuito de realimentação (104) compreender: demodulador de amplitude (226) acoplado para receber o sinal elétrico oscilante e configurado, em resposta ao mesmo, para fornecer um sinal de voltagem demodulada; e circuito integrador (228) acoplado para receber o sinal de voltagem demodulada e configurado, em resposta ao mesmo, para fornecer o sinal de realimentação.

4. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do circuito de determinação da proximidade (106) compreender: circuito de filtro passa-baixo (246) acoplado para receber o sinal de energia e fornecer um sinal de energia filtrado; e circuito comparador de perto/ longe (248) acoplado para receber o sinal de energia filtrado e configurado, em resposta ao mesmo, para fornecer o sinal de proximidade (i) em um estado lógico BAIXO, quando o alvo estiver dentro de uma primeira distância predeterminada da bobina de sensor e (ii) em um estado lógico ALTO, pelo menos, quando o alvo não estiver dentro de uma segunda distância predeterminada da bobina de sensor.

5. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de: o circuito de monitoração da integridade (108) compreender um circuito sensor de temperatura (27 2) configurado para detectar a temperatura do sensor de proximidade e fornecer um sinal de temperatura representativo da mesma; e o sinal do estado de integridade ser ainda representativo da temperatura pelo menos relativa do sensor de proximidade.

6. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato do circuito de monitoração da integridade ainda incluir: circuito retificador (264) acoplado para receber o sinal elétrico oscilante e configurado, após o recebimento do mesmo, para corrigir o sinal elétrico oscilante e fornecer um sinal de CC; circuito de filtro passa-baixo (266) acoplado para receber o sinal de CC e configurado, após o recebimento do mesmo, para fornecer um sinal de CC filtrado; e circuito interruptor ativo/ inativo (2 68) acoplado para receber o sinal de CC filtrado e configurado, após o recebimento do mesmo, para fornecer um sinal de integridade do oscilador.

7. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do sinal de integridade do oscilador ser fornecido em: um estado lógico BAIXO, se o sinal elétrico oscilante tiver uma magnitude de amplitude inferior a uma magnitude de amplitude predeterminada; e um estado lógico ALTO, se o sinal elétrico oscilante tiver uma magnitude de amplitude, que não é menor do que a magnitude de amplitude predeterminada.

8. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato do circuito de monitoração da integridade (108) ainda incluir: circuito comparador de integridade (274) acoplado para receber o sinal de temperatura do circuito sensor de temperatura (272), e o sinal de integridade do oscilador, do circuito do interruptor ativo/ inativo (268), o circuito comparador de integridade (274) configurado, após o recebimento do sinal de temperatura e do sinal de integridade do oscilador, para fornecer o sinal do estado de integridade.

9. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato do sinal do estado de integridade ser fornecido em: um estado lógico ALTO, quando a temperatura do sensor de proximidade for inferior ou igual a uma primeira temperatura predeterminada, e o sinal de integridade do oscilador for um estado lógico ALTO; e um estado lógico BAIXO, quando a temperatura do sensor de proximidade for maior ou igual a uma segunda temperatura predeterminada, ou o sinal de integridade do oscilador for um estado lógico BAIXO.

10. SENSOR (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender: circuito de saída (128) acoplado para receber o sinal da proximidade e o sinal do estado de integridade, e configurado, após o recebimento do mesmo, para fornecer um sinal de saida, que é representativo da proximidade do alvo com a bobina de sensor e da integridade do sensor de proximidade, o circuito de saída incluindo: circuito de adição (286) acoplado para receber o sinal de proximidade e o sinal do estado de integridade, e configurado, após o recebimento do mesmo, para fornecer um sinal de adição representativo de uma adição aritmética do mesmo; e circuito conversor de voltagem para corrente (288) acoplado para receber o sinal de adição e fornecer o sinal de saída.