CN104567951A - 双余度电感式接近传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种双余度电感式接近传感器，旨在提供一种灵敏度高、抗干扰能力强，能测试较大距离位移，具有双通道的电感式传感器。发明通过下述技术方案予以实现：两个独立的检测线圈组合分别插入两个门形铁芯各两脚，组成两个传感部组件（14），同置于矩形金属外壳（5）的同一个矩形腔体内。两个传感部组件的铁芯芯体（1）开口端面紧贴壳体感应面（9）内表面；插座三针引出两个输出信号和一个共用接线，两个传感部组件各有一条引线（12）共同与插座（4）的插针A相连，而两个传感部组件各有另一条引线分别与插座的插针B和C相连，同时输出两个电感信号，即AB和AC输出，形成双余度通道。发明能同时提供两个相似但又独立的信号。

Description

双余度电感式接近传感器

技术领域

本发明是关于主要用于测定活动对象与目标有较大距离（接近点为≤6mm）、高可靠性的双余度电感式接近传感器。

背景技术

电感式接近传感器是一种具有感知物体接近能力的器件。现有技术中由感应部件、壳体、电连接器三大部分组成的电感式接近传感器，是利用传感器对所接近铁磁体具有的敏感特性，识别物体接近距离并输出电感变化量信号的产品。该产品信号通过不同芯片解算，可形成连续量的曲线，也可形成一个点的开关量。其感应部件主要由检测线圈及磁体组成。在理论上，根据法拉第定律：电流流经线圈，将产生磁场，同时，磁场中的线圈会产生电感。按此理论，做成接近传感器。该产品输出的电感，由专用芯片对特定电感值进行解算，获得特定电感值的特定信号。这就是独立单通道电感式接近传感器和相关电路。

目前，用于测定活动对象与目标距离的电感式接近传感器，均为单通道，为增加可靠性和系统解算需要，以及工位设置和重量、体积等考虑，市场急切要求双通道电感式接近传感器并保持单通道测量较大距离功能的产品。所谓双通道传感器，又称为双余度传感器，它由两个主要功能独立且相似的传感器构成。在现有技术中，因电感信号相互严重干扰和体积、重量等约束，我国此类电感式接近传感器的文献报道还很少。而在外形确定且体积较小的情况下，测试距离越大，技术难度越大，更增添了研制该类传感器的难度。

发明内容

本发明的任务是提供一种灵敏度高、抗干扰能力强，能测试较大距离位移变化（接近点为≤6mm），具有双通道性能的双余度电感式接近传感器。

本发明的目的可以通过以下措施来达到。本发明提供的一种双余度电感式接近传感器，具有一个供电信号输出的插座4、两个传感部组件和与插座4固联一起的矩形壳体，其特征在于，所述的传感部组件14由多层软磁带材料制成的卧式门形磁屏蔽组件2和门形铁芯芯体1及检测线圈3构成的感应部件23组成；两个传感部组件14分别置于矩形金属外壳5同一个矩形腔体内，两个串联线圈分别插入门形铁芯1两脚，铁芯芯体1开口端面紧贴壳体感应面9内表面；插座4三针引出两个输出信号和一个共用接线，两个传感部组件各有一条引线12共同与插座4的插针A相连，而两个传感部组件各有另一条引线分别与插座4的插针B和插针C相连，插针A与插针B和插针A与插针C同时形成双余度通道，输出两个电感信号。

本发明相比于现有技术具有如下效果。

本发明用采用两个由整体软磁材料制成的门形铁芯和分别套入门形铁芯两只脚上的各一组检测线圈。检测线圈是绕制在矩形柱状绝缘骨架上的铜漆包线线圈。它在电流流经线圈时，可以产生稳定的电感。通过对该电感的测定能够实现对距离的测定。

本发明采用两个传感部组件各有一条引线12共同与插座4的插针A相连，而两个传感部组件各有另一条引线分别与插座4的插针B和插针C相连，形成AB和AC的双余度通道，能够在一个检测点上输出两个独立的电感信号。而且仍保持单通道时所具有的能测试特定电感值（例如5mH）的较大的接近距离，即该距离值也为6mm，进而解决了现有技术单通道不能提供双信号（或叫双余度）的问题或能提供双信号但不能达到测试6mm接近距离的问题。

多层磁屏蔽组件形成对传感部组件隔磁，减小两传感部组件的相互感应影响。本发明采用多层软磁带材料制成的卧式门形磁屏蔽组件2和门形铁芯。两个串联检测线圈3分别插入两个门形铁芯两脚，分别置于矩形金属外壳5两个对称结构的两个矩形腔体内，从设计和工。结构简单、灵敏度高、可对一些参数进行非接触的连续测量。

本发明电感式传感器重复性好，比较稳定，输出阻抗小、抗干扰能力强、对工作环境要求不高。

本发明是外形与单通道相近，重量相似的双通道电感式接近传感器，即在一个产品上输出两个独立的电感信号，并能测试较大距离位移变化的长方体形电感式接近传感器。由于本发明为双余度，所以它既具有单通道的优点，还具有能独立输出两个信号的功能。二者相比较，双通道更为结构简单，零件少，体积小，检测点设置方便。与两个独立的单通道传感器比较，显然具有如下优点：

1.被测对象载体的工位点是单点，易于设计和安排；而单通道则需设计两个相同的工位安装点，且两工位需相距40mm以上（为防止传感器相互影响，要求各自距离为40mm以上），这样，使载体设计检测点有较大难度；

2.在体积、重量等方面，双通道优于单通道许多；

3.传输电缆：双通道比单通道少两条。

附图说明

图1是本发明双余度电感式接近传感器的主视图,是在图2的A-A位置的剖面视图。

图2是图1的B-B位置的剖面俯视图。

图3是本发明一个感应部件的示意图。

图4是图1磁屏蔽组件的示意图。

图5是传感部组件结构示意和双通道工作原理图。

图中：1.铁芯芯体，2.磁屏蔽组件，3.检测线圈，4.插座，5.壳体，6.方耳，7.垂直方耳，8.封盖，9.感应端面，10.安装板，11.紧固螺钉，12.引线，13.骨架，14.传感部组件，15.磁力线，16.靶标（被测物），17. 气隙（即检测距离），18绝缘胶粘剂,19.内屏蔽层，20.第二屏蔽层，21.第三屏蔽层，22.外屏蔽层，23.感应部件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

在图1～图2描述的双余度电感式接近传感器实施例中，它有一个带通孔的四个方耳，供电信号输出的插座4和与插座4固联一起的长方体形壳体5以及由检测线圈及磁体构成的传感部组件。接近传感器主体外形为长方体形，带有四个方耳和插座，感应面为长方形平面。该4个方耳的四通孔，供使用者安装本传感器用。为便于产品安装，四个方耳相互垂直，两个方耳6和垂直方耳7分别位于壳体的两端。插座4的三针引出两个输出信号和一个共用接线。该接近传感的壳体是由耐腐蚀材料作成。长方体形壳体内只有一个矩形腔，其内装配有两个传感部组件14，传感部组件14由多层软磁带材料制成的卧式门形磁屏蔽组件2和感应部件组成，分别被各一颗紧固螺钉11，通过安装板10压紧固定。

两个传感部组件14结构相同，均主要由一个铁芯芯体1、一组检测线圈3、一组磁屏蔽组件2形成。检测线圈3由分别套在门形铁芯1两只脚上的两个线圈组合串连形成，检测线圈由两个线圈组合串连形成，线圈组合由铜漆包线绕制在矩形骨架上，被绝缘捆扎好的线圈组合入端和出端用引线引出，与矩形骨架共同形成完好的独立组件。

铁芯芯体1是一个由整块软磁材料制成的门形铁芯，检测线圈3由铜漆包线绕制在方形骨架上和另一个同样线圈串联相接。磁屏蔽组件2由多层软磁带组成，置于感应部件23外表面。两个传感部组件由各自的门形磁屏蔽组件2进行磁屏蔽，磁屏蔽采用逐层降低磁感应强度梯度的原理，内屏蔽层19使左传感部组件产生的外围磁感第一次衰减，让内屏蔽层中磁力线沿磁阻小的路径进入远离另一传感部组件的空气中，不让左传感部组件产生的外围磁感更多地扩散，内层与第二屏蔽层20之间磁感应强度的梯度变小，使第二层、第三层的磁屏蔽效果好。

所述的铁芯芯体1是一个由整块软磁材料制成的门形铁芯，铁芯两脚的横截面为矩形；它的两个矩形脚插入检测线圈3的两个矩形骨架的矩形中空部，形成感应部件23。检测线圈3由铜漆包线绕制在矩形骨架上和另一个同样线圈串联相接；磁屏蔽组件是由如图4所示的多层软磁带做成的卧式门形组件。所组成的双余度电感式接近传感器是一个长方体形大距离电感式接近传感器。两传感部组件共四条引线由插座4引出。插座4三针引出两个输出信号和一个共用接线，两个传感部组件各有一条引线12共同与插座4的插针A相连，而两个传感部组件各有另一条引线分别与插座4的插针B和插针C相连，插针A与插针B和插针A与插针C同时形成双余度通道，输出两个电感信号。

图2中所示的感应面序号9为最小纯平面，叫做感应面9。感应面9是工作距离的计量起点，与平行于感应面9的目标块即靶标16之间的距离QX是气隙(17)，技术上也叫做工作气隙，它的大小影响线圈的电感量。插座4与壳体5相应的外表面熔融密封焊接在一起（此工序最后进行）。当两个传感部组件在壳体外调试好后，如图2所示放入壳体相应位置，用胶固定，检测两个传感部组件工作正常否，不正常，则取出重新调特性，直至合格。这时，装上安装板10，将安装板10点焊在壳体5的壁上。紧固螺钉11通过安装板10的螺纹孔拧入，压紧传感部组件抵紧在感应面9的内表面。从安装板10的其它孔，灌注绝缘胶粘剂18，填充两个传感部组件之间及其本身和其它空隙处，填充量以到安装版上表面为可。紧固螺钉11有两颗，分别压紧两个传感部组件。两个传感部组件的共四条引线12通过安装板10的相近光孔穿出，引入壳体5与插座相配的大圆孔内备用。将四条引线12与测试设备相连，再次检测两传感部组件工作正常否，不合格件淘汰，合格件则将封盖8密封固定。再次通过四条引线12与测试设备相连，检测两传感部组件工作正常否，不合格件淘汰，合格件则将引线12分别与插座4的插针对应焊接。采用真空电子束焊将插座4与壳体5密封熔融焊接在一起形成产品。

参阅图3、图4。传感部组件制作：一个感应部件23与一个磁屏蔽组件2构成一个传感部组件。感应部件由一个软磁材料制成的门形铁芯芯体1和检测线圈3组成。检测线圈3由分别套在门形铁芯1两只脚上的两个线圈组合串连形成。铁芯芯体1是一个门形物，它由整块软磁材料制成。线圈组合由铜漆包线螺旋缠绕在矩形骨架13上形成。骨架13是一个矩形柱状空心绝缘固体物，柱状空心是为门形铁芯芯体1的两脚插入而设置的，骨架框架应采用损耗小、电绝缘性能好、热膨胀系数小的材料。铁芯芯体1的矩形脚穿入矩形骨架13的中空部位，组成传感部组件中的感应部件23（见图3），感应部件有两条引线12，引线12分别与线圈的入端和出端焊接，便于电流进入和流出。磁屏蔽组件由多层磁屏蔽件组成，层数由屏蔽要求决定，如产品体积、允许残磁量等，本实施例采用图4所示四层结构。磁屏蔽组件2由四层磁屏蔽层组成，内屏蔽层19和外屏蔽层22采用导磁率较高但又较易饱和的材料，中间两层第二屏蔽层20，第三屏蔽层21采用DT4电工纯铁，该多层磁屏蔽组件只做成卧式门形状，即只作三面（见图4），不需做成四面封口状。开口端放在远离另一传感部组件一端。内、外层材料各厚约0.2mm，中间层材料厚约0.3mm左右。磁屏蔽层均做成“门”形，开口端远离另一传感部组件，示意如图1。将一个感应部件与一个磁屏蔽组件粘接在一起，构成一个传感部组件。

本发明依据原理是：根据法拉第电磁理论，当电流流经检测线圈3中的线圈绕组时，线圈周围会产生磁场，门形铁芯芯体1的磁阻最小，磁力线15通过铁芯芯体1的一脚，穿过空气隙17，进入由软磁材料作成的靶标16，再穿过空气隙，进入门形铁芯芯体1的另一脚，与磁力线起点重合，形成磁力线闭合回路。当气隙17（检测距离）变化时，磁场的磁感应强度发生变化，线圈的电感随之发生变化。这是经典原理，既是单通道，也是双通道磁感应原理。但这原理所确定的现象还有一个表现，即左感应部件产生的磁场影响右感应部件，右感应部件产生的磁场影响左感应部件，使双方的电感特性极不稳定，无确切数据可采。于此，根据磁屏蔽理论，采取各感应部件进行各自磁屏蔽，使左右感应部件相互影响到产品能接受的程度：即开、断左感应部件电路时，右感应部件电感数据变化不大于0.005mH(测量距离6mm时，电感量为5mH)为可以；同理，开、断右传感部组件电路时，左传感部组件电感数据变化不大于0.005mH(测量距离6mm时，电感量为5mH)为可以。门形磁屏蔽组件2采用逐层降低磁感应强度梯度的原理做成，感应部件23加上磁屏蔽组件2组成1组件。以左传感部组件为例，即让内屏蔽层19使左传感部组件产生的外围磁感第一次衰减，即让内屏蔽层中磁力线，沿磁阻小的路径，进入远离另一传感部组件的空气中，空气磁阻大不会形成饱和，所以内屏蔽层易于饱和，不让左传感部组件产生的外围磁感更多地扩散，这样内层与第二屏蔽层20之间磁感应强度的梯度变小，使第二层、第三层的磁屏蔽效果好。外屏蔽层22与内层原理一样，只不过它是使最外层的磁感不会更多地向左传感部组件扩散。采用磁屏蔽层不进行四围封闭的理由是：如果封闭，则磁力线在低磁阻路径中就闭合，磁感应强度衰减不明显，只不过产生一个新的传递磁源，起到的屏蔽作用就很小。本发明做过原理比较试验，开口磁屏蔽结构比闭合的磁屏蔽结构屏蔽效果明显许多。由于本传感器是由两个独立的电感式传感部组件构成，所以该两组件之间的磁屏蔽至关重要。

Claims (10)

1.一种双余度电感式接近传感器，具有一个供电信号输出的插座（4）、两个传感部组件和与插座（4）固联一起的矩形壳体，其特征在于，所述的传感部组件（14）由多层软磁带材料制成的卧式门形磁屏蔽组件（2）和门形铁芯芯体（1）及检测线圈（3）构成的感应部件（23）组成；两个传感部组件（14）分别置于矩形金属外壳（5）同一个矩形腔体内，两个串联线圈分别插入门形铁芯（1）两脚，铁芯芯体（1）开口端面紧贴壳体感应面（9）内表面；插座（4）三针引出两个输出信号和一个共用接线，两个传感部组件各有一条引线（12）共同与插座（4）的插针A相连，而两个传感部组件各有另一条引线分别与插座（4）的插针B和插针C相连，插针A与插针B和插针A与插针C同时形成双余度通道，输出两个电感信号。

2.根据权利要求1所述的双余度电感式接近传感器，其特征在于，接近传感器主体外形为长方体形，带有四个方耳和插座，感应面为长方形平面，四个方耳相互垂直，两个方耳（6）和垂直方耳（7）分别位于壳体的两端。

3.根据权利要求1所述的双余度电感式接近传感器，其特征在于，两个传感部组件由各自的门形磁屏蔽组件（2）进行磁屏蔽，磁屏蔽采用逐层降低磁感应强度梯度的原理，内屏蔽层（19）使左传感部组件产生的外围磁感第一次衰减，让内屏蔽层中磁力线沿磁阻小的路径进入远离另一传感部组件的空气中，不让左传感部组件产生的外围磁感更多地扩散，内层与第二屏蔽层（20）之间磁感应强度的梯度变小，使第二层、第三层的磁屏蔽效果好。

4.根据权利要求1所述的双余度电感式接近传感器，其特征在于，两个传感部组件结构相同，均由一个感应部件（23）和一组磁屏蔽组件（2）形成。

5.根据权利要求1所述的双余度电感式接近传感器，其特征在于，检测线圈（3）由分别套在门形铁芯（1）两只脚上的两个线圈组合串连形成，检测线圈由两个线圈组合串连形成，线圈组合由铜漆包线绕制在矩形骨架上，被绝缘捆扎好的线圈组合入端和出端用引线引出，与矩形骨架共同形成完好的独立组件。

6.根据权利要求1所述的双余度电感式接近传感器，其特征在于，所述的铁芯芯体（1）是一个由整块软磁材料制成的门形铁芯，铁芯脚的横截面为矩形，它的两个矩形脚插入检测线圈（3）的两个矩形骨架的矩形中空部，形成感应部件（23）。

7.根据权利要求3所述的双余度电感式接近传感器，其特征在于，长方体形壳体制只有一个矩形腔，其内装配有两个传感部组件（14），传感部组件由多层软磁带材料制成的卧式门形磁屏蔽组件（2）和感应部件组成，分别被各一颗紧固螺钉（11），通过安装板（10）压紧固定。

8.根据权利要求1所述的双余度电感式接近传感器，其特征在于，两个传感部组件之间及其本身和其它空隙处，由绝缘胶粘剂（18）灌注填充。

9.根据权利要求1所述的双余度电感式接近传感器，其特征在于，当电流流经检测线圈（3）中的线圈绕组时，线圈周围会产生磁场，门形铁芯芯体（1）的磁阻最小，磁力线（15）通过铁芯芯体（1）的一脚，穿过空气隙（17），进入由软磁材料作成的靶标（16），再穿过空气隙，进入门形铁芯芯体（1）的另一脚，与磁力线起点重合，形成磁力线闭合回路。

10.根据权利要求1所述的双余度电感式接近传感器，其特征在于，两个传感部组件的共四条引线（12）通过安装板（10）的相近光孔穿出，引入壳体（5）与插座相配的大圆孔内备用。