CN108923776B - 电感式圆柱形远距离检测接近开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种电感式圆柱形远距离检测接近开关，旨在提供一种检测距离＞6mm的接近开关。本发明通过下述技术方案予以实现：线圈组件(4)采用包含一个尺寸增大至1/4倍，轴向剖面为弓字形的铁芯(8)及其环槽壳体，线圈围绕所述环槽壳体中央圆柱凸台，被非金属的剖面为L形的线圈骨架(9)隔离，线圈引线通过铁芯的引线孔连接嵌在安装架卡槽内印制板上的解调电路(5)，解调电路根据LC振荡电路中频率计算公式调整LC振荡电路中的固定电容C，在保证电路频率f不变的情况下，将电容C缩小2‑2.5倍，解调电路重新匹配增大的电感值，用至少变为1.5倍的电感值感受和检测6mm更远距离靶标的运动。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测距离大于6mm毫米的电感式圆柱形接近开关。
背景技术
接近传感器(含接近开关)是理想的电子开关量传感器。在航空领域中，接近传感器、接近开关作为终点电门、微动开关等接触式位置开关的升级换代产品，得到了广泛运用。接近传感器中仅包含线圈组件，输出信号为电感信号，电感信号需通过专用解调控制电路将其转换为开关量信号；接近开关是将解调电路进行了微型化集成设计，将其内置于接近传感器中，输出信号直接为开关量信号。当被检测体接近传感器的感应区域，开关就能无接触、无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程。它具有使用寿命长、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强、反应灵敏、体积小、重量轻、安装调校方便等特点，在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节。接近传感器(接近开关)根据不同的检测原理，可以分为电感式、电容式、磁感应式、光电式、超声波式。电感式接近开关是外界的金属性物体对传感器的高频—振荡产生非接触式感应作用,通俗地讲，就是电感式接近开关本身产生一个磁场，当有金属物体接近这个磁场时，会引起开关内原磁场强度的变化，从而实现非接触监测目标。
电感式接近开关感应距离一般只有几毫米。当有物体靠近接近开关的时候，只有这些物体距离接近开关的距离在它的灵敏程度的范围之内，接近开关才可以有效的感知到这些物体的存在，输出正确的开关量信号。目前，特别是在航空领域，能满足其严酷环境要求及可靠性的电感式圆柱形接近开关检测距离在仅在1.5mm～2.5mm之间；在需求远距离位置检测(4mm～6mm)时，只能选用矩形接近传感器配合解调单元，矩形接近传感器在安装、重量、体积等方面均不及圆柱形接近传感器。但，由于目前电感式圆柱形接近开关检测距离较小，且为了保证信号的准确及防止发生碰撞，对被检测的运动机构的运动控制精度要求较高。因此，在一定程度上限制了此类接近开关的应用，以及对飞机的运动机构设计等造成不便。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种检测距离大，环境适应性强、安装方便且检测距离可达＞6mm的电感式圆柱形远距离检测接近开关。
本发明的目的可以通过以下措施来达到。一种电感式圆柱形远距离检测接近开关，包括：安装架固定在金属外壳内的线圈组件、解调电路及供外部采集设备采集的插座，其特征在于：线圈组件包含一个尺寸增大至1/4倍，轴向剖面为弓字形的铁芯及其环槽壳体，线圈围绕所述环槽壳体中央圆柱凸台，被非金属的剖面为L形的线圈骨架隔离，解调电路根据LC振荡电路中频率计算公式调整LC振荡电路中的固定电容C，在保证电路频率f不变的情况下，将电容C缩小2-2.5倍，解调电路重新匹配增大的电感值，用至少变为1.5倍的电感值感受和检测6mm更远距离靶标的运动；靶标位置信号通过LC振荡电路产生振荡信号，振荡信号的幅值随线圈电感L的变化而变化，检波电路拾取LC振荡电路振荡信号的振荡幅值，将检波后的电平信号送入比较电路，比较电路根据电源转换电路提供的基准电压，将检波电平信号振荡幅值与基准电压进行比较，把比较后产生的高低电平开关量信号输出至信号转换电路，信号转换电路针对高低电平开关量信号进行放大、反向或转换成通断信号处理为开关量信号，将处理后的开关量信号输出至插座。
本发明相比于现有技术具有如下效果。
检测距离大。本发明在电感式传感器原有的技术上进行革新，改进线圈组件4，将铁芯8材料改为高磁导率、涡流损耗小、高低温变化小的铁镍软磁合金如1J79，提高线圈品质因数；线圈组件4中线圈骨架9及铁芯8的直径由13.5mm增大到18mm来增加线圈匝数及面积，加强线圈组件电感值，使电感由20mH变为50mH，使其能感受更远距离靶标的运动。根据LC振荡电路中频率计算公式调整LC振荡电路中的固定电容C，在保证电路频率f不变的情况下，将电容C缩小2.5倍，使其能和增大的电感值重新匹配，使传感器拥有更长的检测距离，能保证达到检测大于6mm距离的目标。通过这种将电容C缩小2-2.5倍，解调电路5重新匹配增大的电感值，用至少变为1.5倍的电感值感受和检测6mm更远距离靶标的运动的设计，提高了检测及定位的稳定性，同时也避免被测物撞击传感器感应头，延长传感器的使用寿命。
环境适应性强。本发明检测面及外壳采用一体式全金属封装不锈钢壳，将线圈组件4与解调电路5同时安装固定在金属外壳2内，在内部完成了电感信号的解调工作，直接输出开关量电信号，输出信号便于其它设备直接进行采集。将金属外壳2与插座3通过焊接的方式形成密闭腔体，能保护内部的线圈组件4及解调电路5不受外部湿热、霉菌、盐雾、砂尘、淋雨等环境的影响，具有抗机械振动、冲击、抗磁场干扰，宽温度范围等特性，可应用于强振动冲击、易腐蚀及快速温变的场合。同时，高达IP68的防护等级使之可以耐受气体、液体的侵入，即使在恶劣的环境下也能提供极佳的防护。另外，形成全金属屏蔽层，大大提高电磁兼容适应性和较宽的温度适用范围，工作环境温度可达-55～+100℃。
便于安装。本发明外壳上有M20的标准螺纹，作为产品机械接口，产品电气接口采用标准GJB599A系列接插件，安装使用方便。感应面及外壳采用全不锈钢圆柱形金属壳体，金属感应面开关比标准普通开关有更好的防护性能，可降低因撞击摩擦而对开关造成的损坏。
附图说明
图1是本发明电感式圆柱形远距离检测接近开关构造示意图。
图2是图1的剖视图。
图3是线圈组件的剖视图。
图4是解调电路的原理示意图。
图中：1.磁性金属靶标，2.金属外壳，3.插座，4.线圈组件，5.解调电路，6.安装架，7.波形弹簧，8.铁芯，9.线圈骨架，10.引线孔。
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。
具体实施方式
参阅图1、图2。在以下描述的实施例中，一种电感式圆柱形远距离检测接近开关，包括：安装架6固定在金属外壳2内的线圈组件4、解调电路5及供外部采集设备采集的插座3。为了减小对线圈组件电感的影响，金属外壳2选用退磁处理的圆柱形不锈钢，且壳体外部制有螺纹。金属外壳2及插座3通过焊接的方式形成密闭腔体。线圈组件4与解调电路5通过安装架6固定在金属外壳2内，线圈组件4与安装架6之间设有能增加压紧及减振的波形弹簧7。线圈组件4的引线通过引线孔10连接到解调电路5的印制板上。解调电路5嵌在安装架6的卡槽内。金属外壳2与插座3通过焊接的方式形成密闭腔体，感应面及金属外壳2采用全不锈钢圆柱形金属壳体，金属靶标1为磁性材料，旨在增大线圈组件4随距离变化的电感差值。金属靶标1与电感式圆柱形远距离检测接近开关互相独立，成套使用。
参阅图3。线圈组件4包含一个尺寸增大至1/4倍，轴向剖面为弓字形的铁芯8及其环槽壳体，线圈围绕所述环槽壳体中央圆柱凸台，被非金属的剖面为L形的线圈骨架9隔离，线圈引线通过铁芯8的环槽上的引线孔10孔引出连接到解调电路5。
参阅图4。解调电路5包括：顺次串联的LC振荡电路、检波电路、比较电路和输出开关量的信号转换电路，以及向LC振荡电路提供共模电压，向检波电路提供恒流源，向比较电路提供基准电压的电源转换电路，为所述电源转换电路和信号转换电路供电的外部电源。LC振荡电路包含产生的电感L的线圈组件和固定电容C；电源转换电路将外部源提供的10V～28V的直流电稳压到8V作为解调电路的工作电压，通过分压产生4V共模基准电压作为比较电路的标准电压。靶标位置信号通过LC振荡电路产生振荡信号，振荡信号的幅值随线圈电感L的变化而变化，检波电路拾取LC振荡电路振荡信号的振荡幅值，将检波后的电平信号送入比较电路，比较电路根据电源转换电路提供的基准电压，将检波电平信号振荡幅值与基准电压进行比较，把比较后产生的高低电平开关量信号输出至信号转换电路，信号转换电路针对高低电平开关量信号进行放大、反向或转换成通断信号处理为开关量信号，将处理后的开关量信号输出至插座3。
Claims (10)
1.一种电感式圆柱形远距离检测接近开关，包括安装架(6)，固定在金属外壳(2)内的线圈组件(4)和解调电路(5)，及供外部采集设备采集的插座(3)，所述插座连接于金属外壳(2)的一侧端部，其特征在于：线圈组件(4)包含一个尺寸增大至1/4倍和沿接近开关长度方向的轴向中心剖面为弓字形的铁芯(8)，铁芯(8)的弓字形的开口朝着远离插座(3)的一侧，弓字形的开口为背离插座(3)的两个开口，铁芯(8)为柱状结构，其位于金属外壳(2)远离插座(3)一段的内部，且其中轴线与金属外壳(2)的中轴线基本一致；
铁芯(8)包括环槽壳体和位于环槽壳体中心处、并与环槽壳体连接的中央圆柱凸台，线圈围绕在中央圆柱凸台上，并位于所述环槽壳体内，中央圆柱凸台上套装有非金属的线圈骨架(9)，线圈骨架(9)位于环槽壳体的槽体内，且与环槽壳体邻近插座(3)的侧面存在间隙；线圈骨架(9)沿接近开关长度方向的轴向中心剖面为L形，L形的短边与中央圆柱凸台接触，L形的长边邻近环槽壳体靠近插座(3)的侧面，线圈被线圈骨架(9)隔离在环槽壳体的中上部；槽壳体邻近插座(3)的一侧设置有引线孔(10)，线圈组件(4)的引线通过引线孔(10)连接在解调电路(5)的印制板上；
解调电路(5)根据LC振荡电路中频率计算公式调整LC振荡电路中的固定电容C，在保证电路频率f不变的情况下，将电容C缩小2-2.5倍，解调电路(5)重新匹配增大的电感值，用至少变为1.5倍的电感值感受和检测6mm更远距离靶标的运动；靶标位置信号通过LC振荡电路产生振荡信号，振荡信号的幅值随线圈电感L的变化而变化，检波电路拾取LC振荡电路振荡信号的振荡幅值，将检波后的电平信号送入比较电路，比较电路根据电源转换电路提供的基准电压，将检波电平信号振荡幅值与基准电压进行比较，把比较后产生的高低电平开关量信号输出至信号转换电路，信号转换电路针对高低电平开关量信号进行放大、反向或转换成通断信号处理为开关量信号，将处理后的开关量信号输出至插座(3)。
2.根据权利要求1所述的电感式圆柱形远距离检测接近开关，其特征在于，为了减小对线圈组件电感的影响，金属外壳(2)选用退磁处理的圆柱形不锈钢，且壳体外部制有螺纹。
3.根据权利要求1所述的电感式圆柱形远距离检测接近开关，其特征在于，金属外壳(2)及插座(3)通过焊接的方式形成密闭腔体。
4.根据权利要求1所述的电感式圆柱形远距离检测接近开关，其特征在于，线圈组件(4)与解调电路(5)通过安装架(6)固定在金属外壳(2)内，线圈组件(4)与安装架(6)之间设有能增加压紧及减振的波形弹簧(7)。
5.根据权利要求4所述的电感式圆柱形远距离检测接近开关，其特征在于，解调电路(5)嵌在安装架(6)的卡槽内。
6.根据权利要求1所述的电感式圆柱形远距离检测接近开关，其特征在于，线圈组件(4)具有一个E形截面中空圆筒体的铁芯(8)，带有圆台筒体的线圈骨架(9)装配在铁芯(8)E形截面中心中空盲孔圆筒体上，线圈绕组漆包线围绕线圈骨架(9)圆台筒体包裹在铁芯(8)的环槽中，线圈引线通过铁芯(8)环槽上的引线孔(10)孔引出连接解调电路(5)。
7.根据权利要求1所述的电感式圆柱形远距离检测接近开关，其特征在于，解调电路(5)包括：顺次串联的LC振荡电路、检波电路、比较电路和输出开关量的信号转换电路，以及向LC振荡电路提供共模电压，向检波电路提供恒流源，向比较电路提供基准电压的电源转换电路。
8.根据权利要求1所述的电感式圆柱形远距离检测接近开关，其特征在于，LC振荡电路包含线圈组件产生的电感L和固定电容C；电源转换电路将外部电源提供的10V～28V的直流电稳压到8V作为解调电路的工作电压，通过分压产生4V共模基准电压作为比较电路的标准电压。
9.根据权利要求1所述的电感式圆柱形远距离检测接近开关，其特征在于，金属外壳(2)与插座(3)通过焊接的方式形成密闭腔体，感应面及金属外壳(2)采用全不锈钢圆柱形金属壳体。
10.根据权利要求1所述的电感式圆柱形远距离检测接近开关，其特征在于，金属靶标(1)为磁性材料，旨在增大线圈组件（4）随距离变化的电感差值。
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