CN103378836A - 电感式接近传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电感式接近传感器,其用于确定导电物体的存在和/或距离,所述电感式接近传感器被设计成评估以模拟信号的形式的振荡,模拟信号的幅度依赖于导电物体的存在或不存在和/或依赖于导电物体的距离。根据本发明,电感式接近传感器包括至少一个A/D转换器,其将模拟信号转换成数字输入信号;并且包括至少一个混合器,其将数字输入信号乘以数字参考信号以便形成数字输出信号,其中数字参考信号与数字输入信号相同或者仅与数字输入信号相差一常数因子。本发明还涉及一种用于借助接近传感器确定导电物体的存在和/或距离的方法。

Description

电感式接近传感器
本发明涉及电感式接近传感器,其被设计成评估以模拟信号形式的振荡,所述模拟信号的幅度依赖于导电物体的存在或不存在和/或依赖于导电物体的距离,以及,本发明涉及确定导电物体的存在和/或距离的方法。
电感式接近传感器基于涡流法则检测导电金属。以定向的方式辐射到空间中的交变磁场例如通过由线圈和电容器所组成的电谐振电路的方式(LC谐振电路)来产生。如果导电物体(在下文中也称为“目标”)移动进入交变场的范围内,则通过该交变场在目标中感生出涡流,该涡流反过来引起一磁场,该磁场与现有的磁场方向相反。涡流的生成从激励磁场带走能量,并因此影响线圈的阻抗或者使LC谐振电路衰减。由LC谐振电路输出的输出信号将谐振电路的振荡映射为电流曲线或电压曲线。在这一方面,输出信号通常具有近似于谐振电路的谐振频率的频率,其中所述谐振电路能够以该谐振频率激励,特别是被激励很好地产生振荡。在输出信号的频带内的振荡强度在谐振频率附近处的频率范围内减少。
输出信号的振荡幅度代表了关于谐振电路的衰减的测量值,并由此允许检测和确定目标到一元件的距离,在所述元件上具有振荡的模拟信号易受到目标的影响。该元件例如能够为接近传感器的传感器元件。该目标例如能够为开关凸轮,所述开关凸轮能够经由接近传感器触发开关信号。
有必要精确地从LC谐振电路的输出信号确定幅度信息,用于可靠地确定目标的存在和/或距离。这通常借助于模拟电路进行,所述模拟电路例如包括模拟逆变器。此外,经常在相应的装置或方法中仅提供阈值检测,而不是连续的距离测量。在这种情况下,模拟电路例如具有峰值检测器或者比较器。一种习惯上的并且在现有技术中经常使用的检测方法例如包括:使用后续滤波来模拟整流LC谐振电路的输出信号;以及,经由比较器来得出经滤波的信号与开关阈值的比较。
影响LC谐振电路的阻抗的温度变化能够导致输出信号的歪曲。因此已经提出了补偿该效应的方法。这样一个方法在例如欧洲专利EP0070796B1的说明书中有所描述。该申请所公开的对温度影响的模拟补偿需要相对复杂和/或昂贵的电路。
目标对谐振电路的输出信号的影响在很大程度上依赖于距离,这是因为在邻近区域中的磁场在空间上按3次方而降低。因此,在目标和传感器之间典型的开关距离等于几毫米。距离检测的质量和与实现比较大的开关距离相关的可能性特别依赖于谐振电路的开始信号的测量精度。因此,有优势的是,在其处理的最早可能时间将模拟输出信号转换成数字信号,以便最大程度地排除外部的电磁干扰的影响。电感式接近传感器的谐振电路的模拟输出信号的数字化,其例如在DE102007007551A1的公开说明书中有所描述。本文所公开的电路将模拟输入信号转换成数字脉冲发生调制数据流,其直接对应于谐振电路的振荡幅度。本文所公开的数字化的类型是基于具有反馈的复杂电路。
本发明的根本目标是允许电感式接近传感器以尽可能简单且尽可能廉价的方式来安全且鲁棒地操作。
该目标是通过具有权利要求1的特征的电感式接近传感器和通过具有权利要求11的特征的、用于确定导电物体的存在和/或距离的方法来实现的。优选的方面是独立权利要求的对象。
根据本发明的电感式接近传感器的特征在于,其包括至少一个A/D转换器和至少一个混合器,该A/D转换器将模拟输出信号转换成用于混合的数字输入信号。在这个方面,提供混合器以便将数字输入信号与数字参考信号相乘从而形成数字输出信号,其中所述数字参考信号与数字输入信号相同,或者与数字输入信号仅相差一常数因子。
因为要通过电感式接近传感器评估的模拟信号已经在早先的处理阶段转换成数字输入信号,则根据本发明的电感式接近传感器关于外部的电磁干扰影响而言是特别鲁棒的。在信号的数字化之后,该信号仍然包括能够从其幅度获取距离信息的振荡。然而,因为信号是以数字形式来呈现的,则出于该目的而被提供的信号的进一步处理有可能数字地以简单的方式进行,并因此不必通过复杂的模拟电路来实现。数字混合器输入信号特别包括作为连续信号(以数字采样值的形式)的完整的距离信息。因此,不仅目标的存在能够通过与阈值的比较来检测,而且能够输出关于目标的距离的连续的测量值。如果仅预期进行二元的存在性探测,则开关距离能够以简单的方式通过以数字形式存储阈值来确定或修改。
根据本发明的实现进一步提出,数字输入信号是通过混合器与数字参考信号相乘。在这一方面,混合器代表独立的数字处理单元,或者能够被设计为例行程序的一部分,例如使用微处理器。根据本发明,数字参考信号与数字输入信号的区别仅在于,其乘以了一个常数因子,该常数因子能够等于一,从而使得在这种情况下数字输入信号与数字参考信号是相同的。在这一方面,数字输入信号乘以数字参考信号的乘法运算对应于数字输入信号的平方,并且可选地,比例为一常数因子。所述平方代表针对从数字输入信号获取幅度信息的实质性步骤。
如果要通过电感式接近传感器评估的信号被认为是谐波震荡或者多个谐波震荡的叠加,则以下关于两个正弦函数的乘积的公式适用于在混合器中的乘法:
U1·sin(2·π·f1·t)·U2·sin(2·π·f2·t)=1/2·U1·U2·(cos(2·π·(f1-f2)·t)-cos(2·π·(f1+f2)·t)),
其中U1和U2是幅度,而f1和f2是振荡的频率,并且t指明时间。如果两个相乘的振荡在其频率上无差别(即f1=f2=f),并且仅通过在其幅度上乘以常数因子A,从而得到
U·sin(2·π·f·t)·A·U·sin(2·π·f·t)=1/2·A·U2·(1-cos(2·π·2f·t))。
因此,振荡的乘积具有一振荡部分,其具有双倍的频率2f和常数分量。在这一方面,相乘的振荡的幅度1/2·A·U2对于双倍频率的振荡分量和常数分量都起作用,从而使得幅度信息能够以简单的方式从常数分量的量提取。在这一方面,事实上通过平方和通过乘以1/2·A来修改幅度在对于距离信息的确定上不具有不利影响,这是因为在一方面,能够容易地完成计算回原始幅度U,而在另一方面,振荡的幅度U无论以何种方式通常都不与目标距离线性相关。因此,唯一重要的是,幅度信息能够清楚地与目标距离相关联,例如通过校准或理论计算。通过平方或者通过任何其他的乘法都不会对其产生不利的影响。
关于通过绝对值形式对信号进行校正的习惯方式,信号的常数分量的平方的优势特别是源于以下事实,即以绝对值形式,通常的校正射频部分通过应用量函数来产生,而所述量函数能够叠加在实际信号上,使得信息丢失或被篡改。该效应通过平方来避免,这导致电感式接近传感器的较高的精度。
因此,根据本发明的电感式接近传感器使得有可能在一方面以简单的方式通过在信号处理刚一开始时进行信号的数字化以确保关于电磁干扰影响的鲁棒性,并且在另一方面使得来自模拟信号的振荡的幅度信息可通过将数字输入信号实质上乘以其自身来得到。此外,该数字化打开了数字信号处理的各种其他的可能性,比如信号的数字滤波和数字线性化,原本需要用于这些信号处理的特别设计模拟电路。
通过在混合器中的乘法运算生成的、具有距离信息的数字输出信号能够通过电感式接近传感器以数字形式直接输出。然而,还能够提供D/A转换器,其首先将数字输出信号转换成要被最终输出的输出信号。
振荡能够通过外部发射器或者通过被集成到接近传感器中的发射器产生,并且能够通过在电感式接近传感器中的接收器探测。由导电物体所造成的振荡的衰减能够被探测到,特别是当涡流通过振荡的交变场感生出时,能够随后被探测到,并且根据如上所述的发明来评估。
然而,电感式接近传感器优选地包括具有谐振电路的传感器元件,该谐振电路特别是LC谐振电路。而且,被应用到电感式接近传感器的模拟信号对应于该谐振电路的振荡。谐振电路代表简单的、产生模拟振荡信号的可能性,所述模拟振荡信号更直接依赖于由导电物体所导致的衰减,其中所述衰减通过由谐振电路所导致的交变场在物体中感生出的涡流产生。如所述,谐振电路的幅度信息(其为关于振荡的衰减的量度)随后根据本发明评估。在电感式接近传感器中集成具有谐振电路的传感器元件特别允许电感式接近传感器的紧凑结构。
按照根据本发明的电感式接近传感器的优选实施方式,其包括了第一低通滤波器,该第一低通滤波器在信号方向上排列在混合器之后。低通滤波器使得有可能从数字输出信号解除较高频率部分,从而使得特别是常数分量被输出,如上所示,在该常数分量中包括有幅度信息,并且因包括有距离信息。
第一低通滤波器优选地具有一限制频率,该限制频率小于振荡频率的两倍。因此,低通滤波器允许在该限制频率以下的频率实质上未改变地通过,并且从信号过滤掉在该限制频率以上的频率。因为该限制频率小于振荡频率的两倍,特别地由于混合器中的乘法产生的频率部分被过滤掉,并且与进入混合器的信号相比特别地将频率翻倍。
在一个特别有优势的实施方式中,第一低通滤波器实质上仅允许被引导通过滤波器的信号的常数分量通过。低通滤波器的限制频率被相应地选择为特别低,因此不仅仅对具有通过混合翻倍的频率的部分进行滤波,此外还对例如由干扰影响所导致的、现有的其他振荡部分进行滤波,从而使得在数字输出信号的常数分量中所包含的距离信息能够以更高的精度确定。
根据本发明的电感式接近传感器的另一个优选的实施方式中,其包括滤波设备,该滤波设备在信号方向上被设置在混合器之前,并且将被引导通过该滤波设备的信号的常数分量分离出来。该常数分量的分离能够特别以数字方式进行,因此能够省略另一个模拟组件。理想地,在混合器之前,从其转换出的模拟信号或数字输入信号毫无疑问均不应具有常数分量,这是因为振荡(特别是当其由谐振电路产生时)实质上应当均有纯正弦振荡或者正弦振荡的叠加。然而,可能出现在实际使用的组件中,特别是在A/D转换器中容易出现的情况是,信号具有确定的常数分量(偏置),该常数分量也可能是时变的(偏置漂移)。上述具有滤波设备的实施方式具有的优势在于,这样一个偏置或者这样一个偏置漂移已经在用于确定混合器中的幅度信号的第一步骤之前被消除。以这种方式确保了在混合器中的乘法的功能,即生成具有距离信息的常数分量,因为否则的话距离信息将由偏置篡改。
如果滤波设备包括第二低通滤波器(其实质上仅允许信号的常数分量通过)和减法器,其中减法器和第二低通滤波器被设置成使得减法器输出未经滤波的信号与由低通滤波器输出的信号的常数分量之间的差的话,则这是特别优选的。第二低通滤波器和减法器以这种方式配合作为一单元,使得被引导通过该单元的信号的常数分量被最终分离掉。这对应于可选择地用作上述滤波设备的高通滤波器的功能。
使用术语“第二”低通滤波器是为了关于以上被进一步表述的“第一”低通滤波器进行区别,并且不应当被理解为使得其中确定无疑地提供了“第二”低通滤波器而非“第一”低通滤波器的实现将是不可能的。
因此,根据内奎斯特-香农理论,在从模拟信号到混合器的数字输入信号的变换中没有损失信息,在A/D转换器中以其采样模拟信号的频率是在被采样信号中具有最高频率的部分的至少两倍大。如果不是这种情况,具有位于采样频率一半以上的频率的部分被确定无疑地改变成具有正确的幅度但具有过低频率的数字信号,这也被称为频谱混叠(aliasing)。在这一方面,有可能的是,相应于不同频率的模拟信号部分被映射到数字信号中的相同频率上,并因此被叠加,从而使得信息丢失。然而,如果要被转换的模拟信号仅仅具有在被定义的范围(频带)中的频率,则有可能的是,尽管以根据内奎斯特-香农理论而言过低的频率进行采样,但是模拟信号的频率被确定无疑地映射到数字信号中的不同频率上,而在数字信号中不会发生原本不同的频率的叠加。因此,尽管频率改变,也不会有信息丢失。事实上,尽管采样频率非常低,仍能够无信息损失地进行模拟信号的数字化,然而这仅适用于特定的适合的扫描频率。这样一个适合的采样频率的直接选择(根据内奎斯特-香农理论,该采样频率实际上过低)对应于所谓的带通欠采样原理。
因为要由电感式接近传感器评估的振荡(特别是当其由谐振电路生成时)是实际上仅包括在围绕(主)振荡频率(例如谐振电路的谐振频率)的被定义的频带内的频率部分的信号,以上列举的带通欠采样原理能够被应用到该信号。
在根据本发明的电感式接近传感器的一个可能的实施方式中,A/D转换器具有一采样频率,其大于振荡频率的两倍。在这种情况下,实质上满足了内奎斯特-香农理论。具有这样一个用于采样模拟信号的采样频率的A/D转换器的使用不需要进一步考虑可能的频移。
根据本发明的电感式接近传感器的特别优选的实施方式中,根据带通欠采样原理,A/D转换器的采样频率相反对应于一适合的频率。如果模拟信号的整个频带在以一采样频率采样之后被转移到数字输入信号中的频率,使得在模拟信号中没有两个不同的频率被转移到在数字信号中的相同的频率的话,则该采样频率能够随后被精确地认为是适合的。带通欠采样的优势还包括能够使用商业化的且廉价的、具有射频频带(例如在540kHz的振荡的(主)频率附近,以及例如400kHz的典型采样率)的振荡的A/D转换器,并且不必使用具有根据内奎斯特-香农理论的采样频率(即近似1.1MHz或更高)的A/D转换器。这种具有相对高的采样频率的A/D转换器与具有较低采样频率的A/D转换器相比将会明显昂贵得多并且具有明显较高的功率消耗。因为比如混合器的另一个处理单元(其例如能够通过微处理器实现)例如不得不以相应较高的脉冲工作,则已经为用于实时处理数字信号的采样频率设置了实际的上限。相反,通过使用带通欠采样,电感式接近传感器的振荡频率也能够非常高。低采样频率特别使得小脉冲的进一步数字信号处理成为可能,因此其还能够被实现为软件。
在根据本发明的电感式接近传感器的另一个优选的实施方式中,A/D转换器具有一采样频率,该采样频率能够被动态适配于振荡的频率的变化和/或模拟信号的带宽的变化。根据带通欠采样原理,当采样频率位于振荡频率的两倍以下时,这样一个调整是特别有优势的。在这种情况下,因为采样频率不能够按照需要自行选择,但是如上所述必须要被适当地选择,则如果模拟信号的频带改变的话,可能必须要执行对采样频率的适当调整。模拟信号的频带中的改变能够包括,例如振荡的带宽和/或频率的改变。
此外,该目标是通过具有权利要求11的特征的方法来实现的。根据本发明的方法的优势和特别优选的方面导致了一种来自根据本发明的装置的相应实施方式的上述说明并且有利的类似方式。
根据本发明的方法的一个特别有优势的实施方式包括修改数字输入信号和/或数字输出信号,以补偿对模拟信号的温度影响。在这一方面,对模拟信号的温度影响例如能够是对电感式接近传感器的谐振电路或对单独的接近传感器组件的温度影响的结果。对测量结果的温度影响会干扰电感式接近传感器是已知的,并且基本上是可以理解的。因此能够执行这种影响的依赖温度的补偿。如果这种补偿被应用于数字信号的话,则是特别有优势的,这是因为作为通过微处理器方式进行数字信号处理的一部分,例如,信号的不同操作有可能以特别简单的方式实现。在这一方面,数字温度补偿能够例如通过插值或者通过使用查询表来进行。
按照根据本发明的电感式接近传感器的特别优选的实施方式,其包括一微处理器,该微处理器适于执行一些方法步骤,这些方法步骤是按照根据本发明的方法的或者按照该方法的特别优选的实施方式的。这些方法步骤在微处理器中的实现代表了特别灵活且简单的实施方式,这是由于作为独立单元的微处理器能够执行多个不同的方法步骤。
如果将电感式接近传感器的至少一个A/D转换器集成到微处理器中,这是特别优选的。在这种情况下,电感式接近传感器能够被制造为单个模块,或者如果电感式接近传感器包括传感器元件的话,则由两个模块即传感器元件和微处理器制造。
根据本发明的电感式接近传感器的另一个有优势的实施方式提出:所述电感式接近传感器包括专用集成电路(ASIC),该专用集成电路适于执行一些方法步骤,这些方法步骤是按照根据本发明的方法的或者按照根据本发明的方法的特别优选的实施方式的。特殊ASIC的使用确保了电感式接近传感器的高度集成化。ASIC能够被设计为关于所需的方法步骤被优化,从而使得这些方法步骤能够被特别有效地执行,例如快速和/或节能地执行。此外随着大量生产,专用集成电路的使用能够比例如一般可使用的微处理器的使用更加廉价。
本发明将在下文中根据示例性的实施方式和所附示意图来详细说明。其中显示了:
图1是根据本发明的电感式接近传感器的实施方式的框图。
根据本发明的电感式接近传感器10在图1中被显示为框图10。接近传感器10包括具有LC谐振电路14的传感器元件12,其中LC谐振电路14由线圈16和电容器18所组成,并且能够被特别地激励以产生在围绕谐振频率的频率范围中的振荡。被提供用于操作谐振电路14和整个电感式接近传感器10的电流/电压源未被示出。LC谐振电路14的振荡被传感器元件12输出为模拟信号22。LC谐振电路14的振荡依赖于导电物体(目标)20与传感器元件12的距离衰减,其特别具有对模拟信号22的幅度的影响。
LC谐振电路14的模拟信号22被尽可能直接地提供至A/D转换器24以便数字化该模拟信号22,并因此极大地降低受到电磁干扰影响的倾向性。A/D转换器24具有小于LC谐振电路14的谐振频率的两倍的采样频率。因此根据内奎斯特-香农理论,模拟信号22的频率不能够被不变地转移到数字输入信号26,而是映射到较低的频率上。A/D转换器24的采样频率对应关于LC谐振电路14的谐振频率被适当调整的采样频率并且对应模拟信号22的带宽,并且尽管采样频率小,A/D转换器24允许根据带通欠采样原理将模拟信号22的频带清楚地转移到由A/D转换器输出的数字输入信号26的频带。包括在振荡幅度中的距离信息由此得以保持并且不会被篡改。
由A/D转换器24输出的数字输入信号26接着通过滤波设备27,其包括第二低通滤波器28和减法器30。在这一方面,数字输入信号26被提供至第二低通滤波器28,同时作为被减数被未经滤波地提供至减法器30。第二低通滤波器28基本上能够仅让数字输入信号26的常数分量通过,其作为减数被提供至减法器30。因此,在减法器30中,从数字输入信号26减去数字输入信号26的常数分量,从而使得滤波设备27输出不具有之前可能存在的常数分量的数字输入信号26'(在下文中,所述数字输入信号在其通过滤波设备27之后通过参考符号26'指示)。作为LC谐振电路14的偏置的结果,这样一个常数分量可能已经存在于模拟信号22中。然而,在数字输入信号26还可能由A/C转换器24导致偏置。这样一个偏置(偏置漂移)的缓慢改变通过使第二低通滤波器28和减法器30共同作用作为滤波设备27来从数字输入信号26可靠地移除。
术语“数字输入信号”在此处被用于通过A/D转换器24数字化的信号,其被输入至混合器32–有选择地经过比如滤波设备27的中间阶段–(因此为“输入信号”)。在所描述的实施方式中,数字输入信号26通过滤波设备27消去其常数分量,并随后作为被相应修改的数字输入信号26'输入至混合器32。
被消去了可能的常数分量的数字输入信号26'被提供至混合器32的两个输入端,在该混合器中进行两个输入信号26'的乘法运算。在所示实施方式中,两个输入信号26'是相同的;然而,在本发明的框架内,其还能够相差一个常数的因子。通过混合器32输出的数字输出信号34相应于被消去了常数分量的数字输入信号26'的平方。由于这种平方,根据关于三角函数的乘积的法则,数字输出信号34由两个通常不同的部分所组成:在一方面,数字输出信号34具有振荡部分,该振荡部分的频率特别对应于数字输入信号26'的频率的双倍;而在另一方面,在数字输出信号34中通过平方产生了新的常数分量以及所述常数分量的量对应于数字输入信号26'的振荡幅度的平方的一半。因为关于目标20与传感器元件12的距离的信息被包括在模拟信号22的振荡幅度中,该信息现在能够由数字输出信号34的常数分量的量直接确定。
在本实施方式中,数字输出信号34为此目的被提供至第一低通滤波器36,该第一低通滤波器36基本上仅仅允许所列举的数字输出信号34的常数分量通过,而同时倍频部分被过滤掉。由第一低通滤波器36输出的数字信号随后代表了关于目标20与电感式接近传感器10的传感器元件12的距离的直接的连续量度。
因为距离信息以数字形式来表示,其能够以简单的方式进一步偏置。例如,通过补偿温度在距离测量值上的影响来提供数字温度补偿,并且其未在此处显示。另外,数字输出信号能够根据校准或理论计算在进一步处理数字信号期间(其同样未在图1中显示)被方便地线性化,从而使得数字输出信号的值正比于目标20距离传感器元件12的距离。
在所示实施方式中,被这样处理的数字输出信号34通过D/A转换器38的方式被最终转换成模拟输出信号并输出。在这一方面,模拟输出信号具有被处理的数字输出信号34的量,并因此具有作为电压值的距离信息。可选择地,距离信息有可能被输出为模拟输出信号的电流。
在图1的实施方式中,A/D转换器24,具有第二低通滤波器28和减法器30的滤波设备27,混合器32以及第一低通滤波器36是微处理器40的组件,在所述微处理器40中滤波过程、减法和乘法被实现为软件,并且包括作为集成模块的A/D转换器24。
参考标记列表
10      电感式接近传感器
12      传感器元件
14      LC谐振电路
16      线圈
18      电容器
20      导电物体,目标
22      模拟信号
24      A/D转换器
26,26'  数字输入信号
27      滤波器设备
28      第二低通滤波器
30      减法器
32      混合器
34      数字输出信号
36      第一低通滤波器
38      D/A转换器
40      微处理器

Claims (18)

1.一种电感式接近传感器(10),所述电感式接近传感器(10)用于确定导电物体(20)的存在和/或距离,所述电感式接近传感器(10)被设计成评估以模拟信号(22)的形式的振荡,所述模拟信号(22)的幅度依赖于所述导电物体(20)的存在或不存在和/或依赖于所述导电物体(20)的距离,
其特征在于
所述电感式接近传感器(10)包括:
至少一个A/D转换器(24),其将所述模拟信号(22)转换成数字输入信号(26、26');以及,
至少一个混合器(32),其将所述数字输入信号(26、26')乘以数字参考信号以形成数字输出信号(34),
其中所述数字参考信号与所述数字输入信号(26、26')相同或者仅与所述数字输入信号(26、26')相差一常数因子。
2.如权利要求1所述的装置,
其特征在于
所述电感式接近传感器包括传感器元件(12),所述传感器元件(12)具有谐振电路(14),特别是具有谐振频率的LC谐振电路,其中所述谐振电路提供模拟信号(22),所述模拟信号(22)依赖于所述导电物体所导致的所述谐振电路(14)的衰减。
3.如权利要求1或2所述的装置,
其特征在于
所述电感式接近传感器(10)包括第一低通滤波器(36),所述第一低通滤波器(36)在信号方向上设置在所述混合器(32)之后。
4.如权利要求3所述的装置,
其特征在于
所述第一低通滤波器(36)具有一限制频率,所述限制频率小于所述振荡的频率的两倍。
5.如权利要求3或4所述的装置,
其特征在于
所述第一低通滤波器(36)优选地实质上仅允许被引导通过所述第一低通滤波器(36)的信号的常数分量通过。
6.如前述权利要求中至少一项所述的装置,
其特征在于
所述电感式接近传感器(10)包括滤波设备(27),所述滤波设备(27)在信号方向上被设置在所述混合器(32)之前,并且被引导通过所述滤波设备(27)的信号的常数分量通过所述滤波设备(27)被分离出来。
7.如权利要求6所述的装置,
其特征在于
对所述常数分量的分离通过所述滤波设备(27)以数字形式进行。
8.如权利要求6或7所述的装置,
其特征在于
所述电感式接近传感器(10)的滤波设备(27)包括:
第二低通滤波器(28),其优选地仅允许被引导通过所述低通滤波器(28)的信号的常数分量通过;以及
减法器(30),所述第二低通滤波器和所述减法器被设置成使得所述减法器(30)输出在未经滤波的信号与所述信号的常数部分之间的差。
9.如前述权利要求中至少一项所述的装置,
其特征在于
所述A/D转换器(24)具有一采样频率,所述采样频率大于所述振荡的频率的两倍,或者所述采样频率对应于根据带通欠采样原理的一适合的频率。
10.如前述权利要求中至少一项所述的装置,
其特征在于
所述A/D转换器(24)具有一采样频率,所述采样频率能够被动态适配于所述振荡的频率的变化和/或所述模拟信号(22)的带宽的变化。
11.一种通过电感式接近传感器(10)确定导电物体(20)的存在和/或距离的方法,所述电感式接近传感器(10)被设计成评估以模拟信号(22)的形式的振荡,所述模拟信号(22)的幅度依赖于导电物体(20)的存在或不存在和/或依赖于所述导电物体(20)的距离,
其特征在于
所述方法包括:
-将所述模拟信号(22)转换成数字输入信号(26、26');以及
-将所述数字信号(26、26')转换成数字输出信号(34),
其中所述转换包括:
-将所述数字输入信号(26、26')与数字参考信号相乘,其中所述数字参考信号与所述数字输入信号(26、26')相同或者仅与所述数字输入信号(26、26')相差一常数因子。
12.如权利要求11所述的方法,
其特征在于
将所述数字信号(26、26')转换成数字输出信号(34)还包括:
-对相乘信号进行低通滤波,使得优选地实质上仅保留所述相乘信号的常数分量。
13.如权利要求11或12所述的方法,
其特征在于
所述方法还包括:
-从所述数字输入信号(26)分离出所述数字输入信号(26)的常数分量。
14.如权利要求11至13中任一项所述的方法,
其特征在于
将所述模拟信号(22)转换成数字输入信号(26)还包括:
-动态调整被用于将所述模拟信号(22)转换成数字输入信号(26、26')的A/D转换器(24)的采样频率以适应所述振荡的频率的变化和/或所述模拟信号(22)的带宽的变化。
15.如权利要求11至14中任一项所述的方法,
其特征在于
所述方法还包括:
-修改所述数字输入信号(26、26')和/或所述数字输出信号(34),用于补偿对所述模拟信号(22)的温度影响。
16.如权利要求1至10中任一项所述的装置,
其特征在于
所述电感式接近传感器(10)包括微处理器(40),所述微处理器(40)适于执行按照根据权利要求11至15所述的方法的方法步骤。
17.如权利要求16所述的装置,
其特征在于
所述电感式接近传感器(10)的至少一个A/D转换器(24)被集成到所述微处理器(40)中。
18.如权利要求1至10中任一项所述的装置,
其特征在于
所述电感式接近传感器(10)包括专用集成电路(ASIC),所述专用集成电路适于执行按照根据权利要求11至15所述的方法的方法步骤。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105577341A (zh) * 2014-11-03 2016-05-11 英飞凌科技股份有限公司 通信设备和方法
CN106470031A (zh) * 2015-08-20 2017-03-01 发那科株式会社 使用了感应式接近传感器的双触摸开关
CN109373881A (zh) * 2014-01-21 2019-02-22 新光电机株式会社 位移传感器

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015100555A1 (de) * 2015-01-15 2016-07-21 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Füllstandmessgerät
US9945695B2 (en) * 2015-05-20 2018-04-17 Simmonds Precision Products, Inc. Proximity sensor
WO2017086200A1 (ja) * 2015-11-17 2017-05-26 日本システム開発株式会社 変位センサおよび距離調節装置
WO2017223523A1 (en) 2016-06-24 2017-12-28 Stanley Black & Decker Inc. Systems and methods for locating a stud
US10908312B2 (en) 2016-06-24 2021-02-02 Stanley Black & Decker Inc. Systems and methods for locating a metal object
CN106643826B (zh) * 2016-11-02 2019-02-15 中国科学院电子学研究所 Lc谐振式传感器的检测电路及检测方法
JP6965658B2 (ja) * 2017-09-25 2021-11-10 オムロン株式会社 近接センサ
DE102017124407B4 (de) * 2017-10-19 2020-07-02 Minebea Intec Aachen GmbH & Co. KG Verfahren zur Signalauswertung, Auswerteeinheit sowie Metallsuchgerät
JP6923849B2 (ja) * 2018-01-29 2021-08-25 オムロン株式会社 近接センサ及び検出距離の変更方法
US11054395B2 (en) 2018-03-07 2021-07-06 Raytheon Company Inductive sensor device with reference sensor
US10816316B2 (en) 2018-08-07 2020-10-27 Raytheon Company Inductive sensor device with local analog-to-digital converter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1138248A (zh) * 1995-04-28 1996-12-18 施耐德电器公司 接近探测器
DE10025662A1 (de) * 2000-05-24 2001-12-06 Balluff Gebhard Feinmech Näherungssensor
US20110001548A1 (en) * 2007-12-14 2011-01-06 Dieter Genschow Device and method for detecting an approach or contact

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH655414B (zh) 1981-07-17 1986-04-15
GB8510732D0 (en) * 1985-04-26 1985-06-05 Univ Edinburgh Oil debris monitor
US5418456A (en) * 1992-06-17 1995-05-23 Westinghouse Electric Corporation Monitoring pilger forming operation by sensing periodic lateral displacement of workpiece
US5919090A (en) * 1995-09-14 1999-07-06 Grips Electronic Gmbh Apparatus and method for data gathering in games of chance
US6196371B1 (en) * 1996-06-28 2001-03-06 Coinstar, Inc. Coin discrimination apparatus and method
IL135874A0 (en) * 1997-11-03 2001-05-20 Harris Corp Receiver for a reconfigurable radio system and method therefor
DE19947380A1 (de) * 1999-10-01 2001-04-05 Abb Research Ltd Näherungssensor und Verfahren zu seinem Betrieb
US6484974B1 (en) * 2001-09-10 2002-11-26 Union Switch & Signal, Inc. Controller for switch machine
JP4385825B2 (ja) * 2004-03-31 2009-12-16 オムロン株式会社 近接センサ
DE102007007551A1 (de) 2007-02-15 2008-08-21 Sick Ag Induktiver Näherungssensor
DE102009028619B4 (de) * 2008-08-25 2011-12-22 Ifm Electronic Gmbh Induktiver Näherungsschalter mit selbstschwingendem Gegentaktmischer
US8401600B1 (en) * 2010-08-02 2013-03-19 Hypres, Inc. Superconducting multi-bit digital mixer
US9014307B2 (en) * 2013-02-25 2015-04-21 Itron, Inc. Radio to analog-to-digital sample rate decoupled from digital subsystem

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1138248A (zh) * 1995-04-28 1996-12-18 施耐德电器公司 接近探测器
DE10025662A1 (de) * 2000-05-24 2001-12-06 Balluff Gebhard Feinmech Näherungssensor
US20110001548A1 (en) * 2007-12-14 2011-01-06 Dieter Genschow Device and method for detecting an approach or contact

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109373881A (zh) * 2014-01-21 2019-02-22 新光电机株式会社 位移传感器
CN105577341A (zh) * 2014-11-03 2016-05-11 英飞凌科技股份有限公司 通信设备和方法
US10050649B2 (en) 2014-11-03 2018-08-14 Infineon Technologies Ag Communication devices and methods
CN105577341B (zh) * 2014-11-03 2019-11-29 英飞凌科技股份有限公司 通信设备和方法
CN106470031A (zh) * 2015-08-20 2017-03-01 发那科株式会社 使用了感应式接近传感器的双触摸开关
US10439609B2 (en) 2015-08-20 2019-10-08 Fanuc Corporation Redundant touch switch using induction proximity sensors

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Publication number Publication date
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