CN101387709B - 具有被切换的线圈的感应式临近检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种感应式临近检测器，包括由振荡器(2)以谐振激励的且包括对要被检测的金属目标(4)敏感的检测线圈(10)的振荡电路(1)，其特征在于：所述振荡电路(1)包括参考线圈(11)，该参考线圈(11)被布置为提供关于要被检测的金属目标(4)的互感，该互感充分低于所述检测线圈(10)关于该金属目标(4)的互感；所述振荡电路(1)包括开关(13)，该开关(13)能够采取两个位置以交替地连接每个线圈(10，11)；所述检测器包括连接到所述线圈(10，11)的处理装置(3)，该处理装置(3)能够确定所述检测器附近是否存在金属目标(4)。

Description

具有被切换的线圈的感应式临近检测器

技术领域

本发明涉及一种感应式临近检测器，其能够检测金属目标，而无论目标的性质(钢、不锈钢、铝、黄铜等)如何。

背景技术

感应式临近检测器是熟知的非接触式传感器，当例如金属对象的目标被放置在检测器的检测区域内时，其可检测到该目标的存在。依据目标离检测器的距离，其提供指示目标存在或不存在的二进制输出信号或者模拟输出信号。

美国文献5,624,733公开了一种能够检测金属目标的存在的感应式临近检测器。此检测器包括振荡器(generator)电路，其中布置有传输线圈和被该传输线圈分开、串联连接并以相反方向缠绕以产生差分电压的两个检测线圈。当金属目标被带入范围内时，差分电压被抵消。

该文献中描述的配置可以检测不同的金属目标，无论它们的性质(钢、不锈钢、铝、黄铜等)如何。但是，该检测器呈现出与其线圈位置相关的非常高的敏感度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种感应式临近检测器，其能够检测金属目标的存在，而无论目标的性质(钢、不锈钢、铝、黄铜等)如何，且其可靠性不随时间变化。本发明的检测器对其线圈的位置缺陷具有特别少的敏感度，且不受可能影响检测结果的温度漂移的干扰。

通过一种感应式临近检测器来实现该目的，该感应式临近检测器包括由振荡器(generator)以谐振激励的并且包括对要被检测的金属目标敏感的检测线圈的振荡电路，其特征在于：

-所述振荡电路包括参考线圈，该参考线圈被布置为提供关于要被检测的金属目标的互感，该互感充分低于所述检测线圈关于该金属目标的互感，

-所述振荡电路包括开关，其能够采取两个位置以交替地连接每个线圈，

-所述检测器包括连接到所述线圈的处理装置，其能够确定所述检测器附近是否存在金属目标。

根据本发明，所述线圈以相同技术制造，并且因此二者以相同的方式随温度和时间漂移。

根据本发明，所述振荡器和处理装置例如为所述两个线圈所共用，并且所述振荡电路包括也被所述两个线圈共用的电容器。

根据一特定的特征，所述处理装置包括用于确定当所述开关处于其每一个位置时测量的信号的频率的装置。

根据另一特定的特征，所述处理装置从所测量的频率中减去参考频率。

根据本发明的另一特定的特征，所述处理装置确定振荡电路对于开关的每个位置的振荡频率的频率差值，并将所获得的差值与通过学习而获得的阈值比较，以确定检测器附近是否存在金属目标。

根据本发明，所述参考线圈具有例如确定的配置，以便对于所述检测线圈和金属目标呈现几乎为零的互感。在此情况下，参考线圈例如具有8字配置。

根据本发明另一特定的特征，所述检测线圈具有环形绕组。

根据另一特定的特征，所述检测线圈和参考线圈被同轴放置。

根据另一特定的特征，所述开关为模拟电子开关。

附图说明

通过参照以示例的方式给出的并通过附图表现的实施例，其它特征和优点将在下面的详细描述中变得显而易见，其中：

图1示出在本发明中所采用的原理；

图2表示本发明的检测器的示意图；

图3表示在本发明的检测器中采用的两个线圈。

具体实施方式

本发明的检测器包括：并联LC型振荡电路1，其例如由电流振荡器2以谐振激励，电流振荡器2能够向振荡电路1传送其频率应当被调谐到振荡电路1的谐振频率的电流；以及处理装置3，可以提供用于指示检测器附近是否存在金属目标4的二进制输出信号。在图2中，以包括线圈40和电阻器41的电路来表示目标4。

检测器的振荡电路1包括两个线圈10、11以及两个线圈共用的电容器12，该电容器12具有预定的电容值并与两个线圈10、11并联设置。该两个线圈由相同的技术制造，并且例如被同轴放置。

第一线圈是检测线圈10，当其被连接至振荡电路1时，其对金属目标4的临近敏感。第二线圈为参考线圈11，其对目标4的临近具有较低的灵敏度。换句话说，布置参考线圈11是为了提供其关于要被检测的目标4的互感M，该互感M充分低于检测线圈关于该同一个目标4的互感。

参考图1，检测线圈10具有以环形或方形形状的传统绕组，以最大化当目标4位于检测器的范围内时与目标4的磁耦合系数。可以设想其它形状，例如考虑到检测器外壳的形状而进行设想。

为了相对于检测线圈10在连接时对金属目标具有较低的灵敏度，参考线圈11可以以确定的方式位于检测器内。这样，参考线圈11例如被放置在检测线圈之后以便当该目标处于检测器的范围内时最小化与后者的耦合(附图1)。在这种配置中，参考线圈11也可以采用环形或方形形状并可以与检测线圈10相同。这种配置特别好地适用于非水下检测器。

作为一种变形，参考线圈11可以被构造成使得本质上关于目标4以及关于检测线圈10都呈现几乎为零的互感(M_11-10)。为此，参考线圈11可以例如包括串联连接并以相反方向缠绕、且具有相等的部分S1和S2的两个绕组，以使得当其被连接时，能形成方向相反的两个磁场(图3)。参考图3，参考线圈11例如具有8字配置。当然，也可以设想其他配置，只要当在存在目标4和检测线圈10的情形下连接该线圈时，通过该线圈产生的总通量为零或几乎为零。使用具有如下所述的确定的固有配置的参考线圈11特别适合于检测器在水下的情形。当然，为了尽可能地最小化目标与参考线圈之间的耦合，具有该特定形状的参考线圈11也可以如图1中所示被放置在检测线圈10之后。

根据本发明，检测器还包括处理装置3，其可以检测所述检测器附近是否存在金属目标4。处理装置3例如提供输出信号5，其可以例如为用于指示检测器附近是否存在目标4的二进制信号。处理装置例如包括：检测级30，用于放大并整形从振荡电路1接收的检测信号；以及处理单元31，用于分析所接收的信号并决定检测状态。这些处理装置3由两个线圈10、11共用。

根据本发明，振荡电路包括开关13，其能够交替地将检测线圈10和参考线圈11并联连接到电容器12。开关13的类型例如为模拟电子开关。开关13由例如处理装置3发出的切换命令来驱动。因此，可以依据以下公式，在根据两个线圈10、11的电感值的两个值之间切换检测器的振荡频率：

$F=1/2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}$

根据本发明，根据所测量的振荡电压V_LC，处理装置3因此根据开关的位置交替地确定振荡频率F₁以及F₂。对于每次测量，处理装置3减去固定的参考频率F_REF，以增加测量的精确度/时间比。实际上，测量频率F所需要的获取时间由以下关系给出：

$t_{\mathrm{acq}}=\frac{F}{\mathrm{dF}\×F_{\mathrm{clock}}}$

其中，F表示所测量的频率，dF表示所测量的频率的间隔(resolution)，并且F_clock表示计数频率。为了减少获取时间t_acq，一种经济可行的方法因此涉及通过从所测量的频率F中减去参考频率F_REF来减小所测量的频率。

处理单元31因此而确定F₁-F_REF以及F₂-F_REF，然后计算这两个表达式之间的差值。利用比较器，计算出的差值随后与所存储的阈值V₀进行比较，以决定检测器附近是否存在金属目标4。阈值V₀在先前的学习步骤中被获得并被存储在检测器的处理单元31的存储装置中。通过将金属目标安置于范围内并存储适时测量的频率F₁与F₂之间的差值V₀来实现学习步骤。

一旦完成学习，则处理单元31不断地比较差值F₁-F₂与阈值V₀，并因此生成表示检测器附近是否存在金属目标4的输出信号5。

显然，在不背离本发明的上下文的情况下，可以设想其它的变形、细节改进、以及利用等同手段的类似设计。

Claims (12)

1.一种感应式临近检测器，包括由振荡器(2)以谐振激励的且包括对要被检测的金属目标(4)敏感的检测线圈(10)的振荡电路(1)，其特征在于：

-所述振荡电路(1)包括参考线圈(11)，该参考线圈(11)被布置为提供关于要被检测的金属目标(4)的互感，该互感充分低于所述检测线圈(10)关于该金属目标(4)的互感，

-所述振荡电路(1)包括开关(13)，该开关(13)能够采取两个位置以交替地连接每个线圈(10，11)，

-所述检测器包括连接到所述线圈(10，11)的处理装置(3)，该处理装置(3)能够确定所述检测器附近是否存在金属目标(4)。

2.根据权利要求1所述的检测器，其特征在于：所述处理装置(3)为所述两个线圈(10，11)所共用。

3.根据权利要求1或2所述的检测器，其特征在于：所述振荡电路包括被所述两个线圈(10，11)共用的电容器(12)。

4.根据权利要求1所述的检测器，其特征在于：所述振荡器(2)为所述两个线圈(10，11)所共用。

5.根据权利要求1所述的检测器，其特征在于：所述处理装置包括用于确定当所述开关(13)位于其每一个位置时测量的信号的频率的装置。

6.根据权利要求5所述的检测器，其特征在于：所述处理装置(3)从所测量的频率(F₁，F₂)中减去参考频率(F_ref)。

7.根据权利要求1所述的检测器，其特征在于：所述处理装置(3)确定所述振荡电路对于开关(13)的每个位置的振荡频率(F₁，F₂)的频率差值，并将所获得的差值与通过学习而获得的阈值(V₀)比较，以确定检测器附近是否存在金属目标(4)。

8.根据权利要求1所述的检测器，其特征在于：所述参考线圈(11)具有确定的配置，以便对于所述检测线圈(10)和金属目标(4)呈现几乎为零的互感。

9.根据权利要求8所述的检测器，其特征在于：所述参考线圈(11)具有8字配置。

10.根据权利要求9所述的检测器，其特征在于：所述检测线圈(10)具有环形绕组。

11.根据权利要求10所述的检测器，其特征在于：所述检测线圈(10)和参考线圈(11)被同轴放置。

12.根据权利要求1所述的检测器，其特征在于：所述开关(13)为模拟电子开关。

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