CN101666883A - 一种电磁传感器 - Google Patents

Abstract

一种可以减弱电、磁场干扰的电磁传感器。特征是将铁芯两磁极端部制成若干个长条形分支，一个磁极端的分支和另一个磁极端的分支交错排列在一起，每个磁极端的分支都与另一端的分支相邻，形成阵列，端面朝向需检测的区域。同时，在任两个分支之间，放置有带有磁性的隔离材料，使铁芯中的磁力线只通过分支端面前方的空间形成磁路。在铁芯两磁极端接近分支的部位，各绕有一个检测线圈，这两个检测线圈的一组异名端相连，另一组端子用以输出检测信号。整个铁芯和检测线圈、激磁线圈被封在静电屏蔽、磁屏蔽壳体内。

Description

一种电磁传感器

所属技术领域：

本发明涉及一种能检测铁磁性物质接近或通过的电磁传感器，特别是能减弱电场、磁场干扰的电磁传感器。

背景技术：

目前，公知的电磁传感器由铁磁材料制成的U形铁芯和绕在该铁芯上的信号线圈组成。铁芯的开口朝向检测区域，通过电激磁或加装永久磁铁的方法产生磁场，磁场通过铁芯和检测区域的空间形成一个闭合的磁路，当检测区域有铁磁性物质通过时，会引起该磁路的磁通量产生变化，在信号线圈中产生出感生电动势，从而判断铁磁性物质经过的时间、空间等参数。

但当传感器受到周围环境中出现的变化的电场、磁场作用时，也同样会在线圈中产生感生电动势，对检测造成干扰。

为防止电场、磁场对传感器的干扰，目前通常采用在传感器的输出端加装滤波电路的方法。但是，由于干扰源参数的不确定性，使滤波电路的参数无法精确确定，抗干扰效果不稳定。同时，由于加装滤波电路，使传感器的时间常数、耦合性能发生变化，输出信号出现相位差、衰减，影响传感器的检测精度。

发明内容：

为了克服现有的电磁传感器易受到周围环境中变化的电场、磁场干扰的不足，本发明提供一种新结构电磁传感器，该传感器可以在铁磁性物质接近或通过时产生电信号输出，并能减弱传感器周围环境中出现的电场、磁场对传感器检测结果的干扰。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：在一个铁磁性材料制成的铁芯上，通过加装永久磁铁或使用电激磁的方法，使铁芯产生磁性，在铁芯上出现两磁极，将两磁极部位制成若干个长条形分支，一个磁极端的分支和另一个磁极端的分支交错排列在一起，每个磁极端的分支都与另一端的分支相邻，形成阵列，端面朝向需检测的区域。同时，在任意两个分支之间，放置带有磁性的隔离材料，隔离材料与分支相对的面的磁极性与分支工作时的磁化极性相同。

在铁芯两接近分支的部位，各绕有一个检测线圈，这两个检测线圈的一组异名端相连，另两个端用以输出检测信号。

整个铁芯和检测线圈、激磁线圈被封闭在抗磁、导电材料(如铜、银等)制成的密闭的静电屏蔽壳体内。

整个被封闭在静电屏蔽壳体内的铁芯及线圈除分支端面部位外，其余部分再被封闭在一个由铁磁材料制成的磁屏蔽壳体内。

传感器工作原理：在传感器工作时，两个相邻分支被磁化成不同的极性，由于隔离材料处于两个相邻的分支之间，且隔离材料与分支相对的面的磁极性与分支工作时的磁化极性相同，隔离材料阻止铁芯中的磁力线在两个相邻分支的侧面沟通，使磁力线只能通过分支端面前方的检测区域空间构成回路。当有铁磁性物质通过检测区域时，切割检测区域空间内的磁力线，引起铁芯内部磁通量的变化，在两检测线圈上分别产生感生电动势，且两信号线圈的异名端感生电动势极性相反，由于两检测线圈异名端相连，因此传感器输出的电动势为两检测线圈的感生电动势之和。

当传感器外部出现电场干扰时，电场会被静电屏蔽壳体屏蔽，从而减弱电场造成的干扰。

当传感器外部出现磁场干扰时，如磁场作用在传感器磁屏蔽壳体部位，会被磁屏蔽壳体屏蔽，从而减弱磁场造成的干扰；如磁场作用在分支端面部位，会使各分支同时产生同一极性的磁化，在两信号线圈中分别产生感生电动势，且两信号线圈的异名端感生电动势极性相同，传感器输出的电动势为两检测线圈的电动势之差，从而减小磁场造成的干扰。

该传感器的分支交错排列形成的阵列可以是单列阵列、矩形阵列、圆形阵列。

该传感器的静电屏蔽壳体可以是一层，也可以是多层。同样，磁屏蔽壳体也可以是多层，以增强抗干扰效果。

附图说明：

图1是传感器结构图。

图2是使用2个激磁线圈，1个传感线圈的传感器结构图。

图3是使用2个激磁线圈，2个传感线圈的传感器结构图。

图4是2个传感线圈带调节电阻的传感器结构图。

图5是使用永久磁铁代替激磁线圈的传感器结构图。

图6是分支截面为长方形，检测窗口内分支单列排列的传感器实施例结构图。

图7是分支截面为方形，检测窗口内分支矩形排列的传感器实施例结构图。

图8是分支截面为扇形，检测窗口内分支圆形排列的传感器实施例结构图。

图1是传感器结构图，图中1a是长条形分支，1是铁磁性材料制成的铁芯，2是隔离材料，3、4是检测线圈，b、c端为检测线圈的一组异名端。5是激磁线圈，6是磁屏蔽壳体，7是静电屏蔽壳体，8是传感器检测窗口，检测窗口前方空间是传感器的检测区域。

传感器的工作原理：在传感器工作时，激磁线圈(5)接直流电源，使铁芯(1)两端的分支(1a)分别产生不同的磁极性。隔离材料(2)处于两个相邻的分支之间，由于隔离材料与分支相对的面的极性与分支工作时磁化极性相同，阻止铁芯中的磁力线在两个相邻分支的侧面构成回路，使磁力线只能通过分支端面前方的检测区域空间构成回路。当有铁磁性物质通过检测区域时，切割检测区域空间内的磁力线，引起铁芯内部磁通量的变化，在检测线圈(3、4)上分别产生感生电动势，且两检测线圈一组异名端(b端c端)极性相反，将b端c端相连，在ad端输出的电动势为检测线圈3、4的感生电动势之和，该电动势即可作为检测输出信号。

当传感器外部出现电场干扰时，电场会被线圈外部的抗磁性导电材料制成的密闭的静电屏蔽壳体(7)屏蔽，从而减弱电场造成的干扰。

当传感器外部出现磁场干扰时，如磁场作用在传感器检测窗口(8)以外的表面，磁场会被铁磁性材料制成的磁屏蔽壳体(6)屏蔽，从而减弱磁场造成的干扰；如磁场通过检测窗口到达分支阵列区域，会使各分支同时产生同一极性的磁化，在信号线圈3、4中分别产生感生电动势，且信号线圈3、4的一组异名端(b端c端)感生电动势极性相同，将b端c端相连，在ad端输出的电动势为检测线圈3、4的电动势之差，从而减小磁场造成的干扰。

该传感器结构还可以如图2所示，将激磁线圈(5)分成两个，绕在铁芯两端靠近分支(1a)的部位，检测线圈(3、4)两线圈一组异名端(b、c)相连，合成一个，绕在铁芯(1)中部，a、d端用作输出。

该传感器结构还可以如图3所示，将激磁线圈(5)分成两部分，绕在铁芯(1)两端靠近分支(1a)的部位，检测线圈(3、4)也绕在铁芯(1)两端靠近分支(1a)的部位。

该传感器结构还可以如图4所示，将两个信号线圈(3、4)产生的感生电动势接在可变电阻9、10上，经过可变电阻9、10调压后输出。

该传感器结构还可以如图5所示，不设激磁线圈，在铁芯(1)中部串联永久磁铁(11)来获得工作磁场。永久磁铁(11)在串联时，应使磁铁的两磁极部位与铁芯(1)相连。永久磁铁也可以串联在铁芯(1)的其他部位，如将若干个永久磁铁串联在分支(1a)的端部，使永久磁铁的一个磁极端与分支(1a)相连，另一个磁极端朝向检测区域。采用若干个永久磁铁在分支(1a)部位串联时，同一端的各分支(1a)必须与永久磁铁的同一极性端相连，同时，磁性隔离材料(2)与分支(1a)及永久磁铁相对的面的磁极性与分支(1a)及永久磁铁的磁极性相同。

该传感器也可以取消使铁芯产生磁性的激磁线圈或永久磁铁，依靠隔离材料(2)的磁场工作。

具体实施方式：

图6是一个分支(1a)截面为长方形，检测窗口(8)内的分支(1a)单列布置的传感器。铁芯(1)由三块铁磁材料组成，在靠近分支(1a)两块铁磁材料上，分别绕有检测线圈(3)、(4)。同时，激磁线圈(5)分成两个，也绕在靠近分支(1a)的两块铁磁体上。12个分支(1a)截面做成长方形，相互交叉排列形成单列布置。在每个分支(1a)之间放置有永磁的隔离材料(2)。整个铁芯(1)和检测线圈、激磁线圈被密闭在薄铜板制成的密闭的静电屏蔽壳体(7)内。静电屏蔽壳体(7)内灌注绝缘的填充材料(12)，充满空间缝隙，以减小铁芯(1)和线圈相对移动造成的震动噪声。封闭在静电屏蔽壳体(7)内的铁芯(1)及线圈除分支(1a)端面部位外，其余部分再被封闭在一个由坡镆合金材料制成的磁屏蔽壳体(6)内。分支(1a)端面部分没有被磁屏蔽壳体(6)封闭，形成检测窗口(8)，检测窗口前方的空间即为检测空间。

图7是一个分支(1a)截面为方形，检测窗口(8)内的分支(1a)呈矩阵布置的传感器。铁芯(1)也由三块组成，在靠近分支(1a)两块铁磁体上，分别绕有检测线圈(3)、(4)。同时，激磁线圈分成两个，也绕在靠近分支(1a)的两块铁磁体上，16个分支(1a)截面做成方形，相互交叉排列形成矩形阵列布置，每个分支(1a)套有永磁的隔离材料(2)，整个铁芯(1)和检测线圈、激磁线圈被密闭在薄铜板制成的密闭的静电屏蔽壳体(7)内。静电屏蔽壳体(7)内灌注绝缘的填充材料(12)，充满空间缝隙，以减小铁芯(1)和线圈相对移动造成的震动噪声。封闭在静电屏蔽壳体(7)内的铁芯及线圈除分支(1a)端面部位外，其余部分再被封闭在一个由坡镆合金材料制成的磁屏蔽壳体(6)内。分支(1a)端面部分没有被磁屏蔽壳体(6)封闭，形成检测窗口(8)，检测窗口(8)前面的空间即为检测空间。

图8是一个分支(1a)截面为扇形，检测窗口(8)内的分支(1a)呈圆形布置的传感器。铁芯(1)由三块组成，两个有分支(1a)的铁芯为内外相套的圆筒状，在内筒状的铁芯上，分别绕有检测线圈(4)和工作激磁线圈(5)，在外筒状的铁芯上，绕有检测线圈(3)。内筒和外筒的18个分支(1a)截面做成扇形，相互交错排列形成圆形阵列布置，其中内筒的扇形分支(1a)周边套有永磁的隔离材料(2)。整个铁芯和检测线圈、激磁线圈被密闭在薄铜板制成的密闭的静电屏蔽壳体(7)内。静电屏蔽壳体内灌注绝缘的填充材料(12)，充满空间缝隙，以减小铁芯(1)和线圈移动造成的震动噪声。封闭在静电屏蔽壳体内的铁芯及线圈除分支端面部位外，其余部分再被封闭在一个由坡镆合金材料制成的磁屏蔽壳体(6)内。分支端面没有被磁屏蔽壳体封闭部分，形成检测窗口(8)，检测窗口前面的空间即为检测空间。

Claims (5)

1、一种电磁传感器，由铁磁材料制成的铁芯(1)，检测线圈(3、4)，激磁线圈(5)或永久磁铁(11)，磁性隔离材料(2)，电、磁屏蔽壳体(6、7)组成。铁芯通过电激磁或加装永久磁铁的方法，产生两磁极性端，两个磁极端互不接触，端面朝向需检测的区域。在铁芯上靠近磁极端的位置，各绕有一个检测线圈，两个检测线圈的一组异名端相连，另两端作为检测信号输出端。整个铁芯和线圈被密闭在抗磁、导电材料制成的密闭的静电屏蔽壳体内。封闭在静电屏蔽壳体内的铁芯及线圈除磁极端端面部分外，其余部分再被封闭在一个由铁磁性材料制成的磁屏蔽壳体内。其特征是：铁芯的两个磁极端被制成若干个长条形分支(1a)，一个磁极端的分支和另一个磁极端的分支交错排列在一起，每个磁极端的分支都与另一端的分支相邻，形成阵列，且分支端面朝向需要检测的区域。同时，在任两个分支之间，放置有带有磁性的隔离材料，磁性隔离材料与分支相对的面的磁极性与分支工作时磁化极性相同。

2、如权利要求1所述的一种电磁传感器，其特征是：分支(1a)交错排列形成的阵列可以是单列阵列、矩形阵列或圆形阵列。

3、如权利要求1所述的一种电磁传感器，其特征是：磁性隔离材料(2)与分支相对的面的磁极性可以与分支工作时磁化极性不同。

4、如权利要求1所述的一种电磁传感器，其特征是：可以取消使铁芯产生磁性的激磁线圈或永久磁铁，依靠隔离材料(2)的磁场工作。

5、如权利要求1所述的一种电磁传感器，其特征是：两检测线圈可以合并成一个线圈，绕在铁芯的磁中性点处。

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