CN102981183A

CN102981183A - 感应式检测器的屏蔽双线圈多层组件

Info

Publication number: CN102981183A
Application number: CN201210321373XA
Authority: CN
Inventors: J.伯纳德; P-M.查理尔
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE; Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-09-03
Also published as: EP2565683B1; US9182514B2; US20130057300A1; CN102981183B; FR2979712B1; EP2565683A1; FR2979712A1

Abstract

本发明涉及一种感应式检测器中使用的屏蔽双线圈多层组件。该多层组件包括多个堆叠的平行隔开层，即：包括用于第一线圈的第一屏蔽元件的层（C1），包括第一线圈的全部或部分的层（C2），包括第二线圈的全部或部分的层（C3），包括用于第二线圈的第一屏蔽元件的层（C4）。

Description

感应式检测器的屏蔽双线圈多层组件

技术领域

本发明涉及在感应式检测器（inductive detector）中使用的多层组件。该多层组件具体包括两个隔开的线圈。

背景技术

专利申请EP2017652A1描述了如图1中展现的感应式接近检测器。它包括：例如通过电流发生器2以谐振激励的并联LC型的振荡电路1，该电流发生器2适用于将电流发送到振荡电路1，其频率必须被调谐成振荡电路1的谐振频率；和处理部件3，使得能够传递表示金属目标4存在于或不存在于检测器附近的二进制输出信号。在图1中，目标4是以包括线圈40和电阻器41的电路的形式来表示的。检测器的振荡电路1包括两个线圈10、11以及用于该两个线圈的公共电容器12，该公共电容器12具有确定的电容且与两个线圈10、11并联。该两个线圈使用相同技术来制造，并且例如被同轴地放置。第一线圈是检测线圈10，当该检测线圈10连接到振荡电路1时，其对金属目标4的接近敏感。第二线圈是基准线圈11，其对目标4的接近具有低灵敏度。换句话说，基准线圈11被安排成相对于待检测的目标4具有互感系数M，其相当大地小于检测线圈相对于相同目标4的互感系数。

这两个线圈利用相同的技术来制造，并且例如每一个采用铜线绕组方式制作。

在上述的感应式接近检测器的配置中，出现三个缺陷：

每个线圈的自感会针对温度随着时间漂移，

两个线圈的相对位置以及线圈相对于可选的嵌入安装环（flush mountingring）的位置会针对温度随着时间漂移，

由于两个线圈的寄生电容的变化，范围会漂移。

发明内容

本发明的目的是提供解决上面列出的三个缺陷的解决方案。

通过一种在感应式检测器中使用的多层组件来实现这一目的，其特征在于，它包括至少四个堆叠的平行隔开层，即：

包括用于第一线圈的第一屏蔽元件的层，

包括第一线圈的层，

包括第二线圈的层，

包括用于第二线圈的第一屏蔽元件的层，

所述层通过多个连接层而相互隔开，所述连接层之一称为中间连接层，其具有比将其他层相互隔开的那些连接层更大的确定厚度。

根据一个特征，多层组件包括具有用于屏蔽第一线圈的第二元件的附加层。

根据另一特征，多层组件包括具有用于屏蔽第二线圈的第二元件的附加层。

根据另一特征，多层组件包括具有连接到第一线圈的线圈的附加层。

根据另一特征，多层组件包括具有连接到第二线圈的线圈的附加层。

根据另一特征，每个线圈被开放屏蔽环包围。

根据第一实施例，本发明的多层组件由整体多层印刷电路形成。

根据第二实施例，多层组件包括装配在一起的第一多层印刷电路、间隔条和第二多层印刷电路，该间隔条形成中间连接层。

本发明也涉及一种电感式接近检测器，其包括一外壳，在所述外壳中布置一振荡电路，该振荡电路通过发生器被谐振激励并且包括对待检测的金属目标敏感的检测线圈，振荡电路包括基准线圈，该基准线圈被安排成相对于待检测的金属目标具有一互感系数，该互感系数相当大地小于检测线圈相对于金属目标的互感系数，该检测器包括与线圈连接的处理部件并且使得能够确定在检测器的附近存在或不存在金属目标，该检测器在其外壳内包括如上面定义的多层组件，并且检测线圈是在多层组件的第二层中制作的，以及基准线圈是在多层组件的第三层中形成的。

附图说明

在参考附图的下列详细描述中，其他特征和优点将明显，附图中：

图1呈现了本发明的感应式接近检测器的电路图，

图2A、2B和2C呈现了以透视法观察的本发明的多层组件，分别具有四个传导层、六个传导层或八个传导层，

图3示出了以透视法观察的本发明的多层组件的示例性实施例，

图4呈现了以截面观察的本发明的一层，包括一线圈，

图5呈现了以截面观察的本发明的一层，包括一屏蔽元件。

具体实施方式

在描述的剩余部分以及附图中，将会理解，每个传导层是通过由合成绝缘材料组成的连接层相互隔开的。该合成绝缘材料针对温度并且随着时间在尺寸上必须稳定。例如，可以使用FR4。因此多层印刷电路将包括多个层面上的平行层，每个层面包括电磁轨（track），每层通过连接层相互隔开。

本发明涉及在如关于图1如上所述的感应式检测器中使用的多层组件。

本发明的多层组件使得能够克服上述缺陷，因为它使得能够保持：

每个线圈的尺寸稳定性（dimensional stability），

两个线圈之间的稳定距离，

两个线圈相对于嵌入安装环的位置的稳定性。

而且，它使得能够：

降低每个线圈的电容性灵敏度，因此全面降低感应式检测器的电容性灵敏度，

避免检测器与周围材料的相对介电常数的漂移相关联的任何范围变化。

根据本发明，本发明的多层组件例如是圆柱体形式，例如具有适用于检测器的形状的横截面（在附图中，该横截面是圆形的），并且它包括至少四个堆叠的平行层，也就是说，两个线圈层和两个外部层，每层包括一屏蔽元件。

如图4中所展现的，每个线圈以电磁轨200的形式布置，该电磁轨200是以螺旋的形式并且从例如铜的传导材料制成的。每个线圈在螺旋的每个末端处包括两个连接点。

有利地，配备有线圈的每一层可以包括围绕该线圈的开放屏蔽环201，以便保护它的侧面不受电容性影响。该屏蔽环如图4中所展现。

如图5中所展现的，每个屏蔽元件例如以多个中断的同心电磁轨100的形式制成。所讨论层中的每个屏蔽元件所占据的表面面积优选地大于所讨论层中的每个线圈所占据的表面面积。

参考图2A，本发明的具有四层的多层组件具有如下结构：

第一层C1，包括用于屏蔽第一线圈的第一元件，

第二层C2，包括第一线圈并且可选地包括围绕该第一线圈的开放屏蔽环，

第三层C3，包括第二线圈并且可选地包括围绕该第二线圈的开放屏蔽环，

第四层C4，包括用于屏蔽该第二线圈的第二元件。

如上所述，所述层中的每一层通过连接层相互隔开。根据本发明，将第二层C2与第三层C3隔开的连接层（称作中间连接层CLm）优选地具有比隔开其它层的薄层更大的厚度（e）。因此该中间连接层CLm的厚度（e）确定隔开两个线圈的距离。

为了更大的效果，多层组件可以包括一个或多个附加内屏蔽层，因此形成五层或六层的组件。如图2B中所展现的，六层的组件包括以下结构：

第一层C10，包括用于屏蔽第一线圈的第一元件，

第二层C20，包括第一线圈并且可选地包括围绕该第一线圈的开放屏蔽环，

第三层C30，包括用于屏蔽第一线圈的第二元件，

第四层C40，包括用于屏蔽第二线圈的第一元件，

第五层C50，包括第二线圈并且可选地包括围绕该第二线圈的开放屏蔽环，

第六层C60，包括用于屏蔽第二线圈的第二元件。

针对具有四层的实施例，将第三层C30与第四层C40隔开的中间连接层CLm优选地具有比隔开其它层的薄层更大的厚度（e）。因此该中间连接层CLm的厚度（e）确定隔开两个线圈的距离。

有利地，每个线圈也可被分布在两层上而不是仅仅一层上，因此使得能够增加线圈的品质因数（quality factor）。对于每个线圈，因此本发明的多层组件可以包括附加层，即总计至少七层或八层。如图2C中所展现的，八层的组件包括以下结构：

第一层C100，包括用于屏蔽第一线圈的第一元件，

第二层C200，包括第一线圈的第一部分并且可选地包括围绕第一线圈的该第一部分的开放屏蔽环，

第三层C300，包括第一线圈的第二部分并且可选地包括围绕第一线圈的该第二部分的开放屏蔽环，

第四层C400，包括用于屏蔽第一线圈的第二元件，

第五层C500，包括用于屏蔽第二线圈的第一元件，

第六层C600，包括第二线圈的第一部分并且可选地包括围绕第二线圈的该第一部分的开放屏蔽环，

第七层C700，包括第二线圈的第二部分并且可选地包括围绕第二线圈的该第二部分的开放屏蔽环，

第八层C800，包括用于屏蔽第二线圈的第二元件。

针对前面的实施例，将第四层C400与第五层C500隔开的中间连接层CLm优选地具有比隔开其它层的薄层更大的厚度（e）。因此该中间连接层CLm的厚度（e）确定隔开两个线圈的距离。

在具有六层或八层的变型中，第一线圈由此通过它的第一屏蔽元件、它的第二屏蔽元件以及可选地它的开放屏蔽环而受保护免于电容性影响，并且第二线圈通过它的第一屏蔽元件、它的第二屏蔽元件以及可选地它的开放屏蔽环而受保护免于电容性影响。

本发明的多层组件可以是如图2A到图2C中展现的整体多层印刷电路的形式。

在图3中展现的示例性实施例中，本发明的多层组件可以包括被设计成装配在一起的多个隔开的元件。这些元件由第一多层印刷电路Ci1和第二多层印刷电路Ci2组成，并且被设计成装配在间隔条E的任一侧上，该间隔条E由合成材料制成，所述间隔条E形成该组件的中间连接层CLm。在图3中，所展现的组件具有六层，但是应当理解为，根据所采用的结构，它可以包括四层、八层或更多层。

因此，根据将要使用的结构，每个印刷电路包括两层、三层或四层（或更多）。间隔条E以及每个印刷电路Ci1、Ci2包括例如补充的装配部件，以便相互固定。一旦被装配，多层组件类似于图2A到图2C之一中展现的多层组件。形成中间连接层的间隔条E的厚度使其能够确定分隔两个线圈的距离。

根据本发明，第一线圈被用来形成关于图1如上所述的感应式检测器的检测线圈10。第二线圈则被用来形成感应式检测器的基准线圈11。

本发明的多层组件被设计成直接容纳于检测器的外壳中，并且每个线圈随后关于图1如上所述地连接。

Claims

1.一种感应式检测器中使用的多层组件，其特征在于，它包括至少四个堆叠的平行隔开层，即：

包括用于第一线圈的第一屏蔽元件的层（C1,C10,C100），

包括第一线圈的层（C2,C20,C200），

包括第二线圈的层（C3,C50,C600），

包括用于第二线圈的第一屏蔽元件的层（C4,C60,C800），

且其特征在于，所述层通过多个连接层（CL）而相互隔开，所述连接层之一称为中间连接层（CLm），其具有比将其他层相互隔开的那些连接层（CL）的厚度更大的确定厚度（e）。

2.如权利要求1的多层组件，其特征在于，它包括具有用于屏蔽第一线圈的第二元件的附加层（C30,C400）。

3.如权利要求1或2的多层组件，其特征在于，它包括具有用于屏蔽第二线圈的第二元件的附加层（C40,C500）。

4.如权利要求1到3之一的多层组件，其特征在于，它包括具有连接到第一线圈的线圈的附加层（C300）。

5.如权利要求1到4之一的多层组件，其特征在于，它包括具有连接到第二线圈的线圈的附加层（C700）。

6.如权利要求1到5之一的多层组件，其特征在于，每个线圈被开放屏蔽环包围。

7.如权利要求1到6之一的多层组件，其特征在于，它由整体多层印刷电路形成。

8.如权利要求1到6之一的多层组件，其特征在于，它包括装配在一起的第一多层印刷电路（Ci1）、间隔条（E）和第二多层印刷电路（Ci2），该间隔条（E）形成中间连接层（CLm）。

9.一种电感式接近检测器，其包括一外壳，在所述外壳中布置一振荡电路（1），该振荡电路（1）通过发生器（2）被谐振激励并且包括对待检测的金属目标（4）敏感的检测线圈（10），振荡电路（1）包括基准线圈（11），该基准线圈（11）被安排成相对于待检测的金属目标（4）具有一互感系数，该互感系数相当大地小于检测线圈（10）相对于金属目标（4）的互感系数，该检测器包括与线圈（10,11）连接的处理部件（3）并且使得能够确定在检测器的附近存在或不存在金属目标（4），其特征在于，该电感式接近检测器在其外壳内包括如先前权利要求之一定义的多层组件，并且检测线圈（10）是在多层组件的第二层中制作的，以及基准线圈是在多层组件的第三层中形成的。