CN111315628B - 传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测磁场变化的传感器装置(1)，磁场变化由沿传感器装置(1)的纵向方向(L)接近的或沿纵向方向(L)运动经过传感器装置(1)的对象引起。根据本发明规定，传感器装置(1)包括至少一个接收线圈(10)，关于纵向方向(L)布置在接收线圈(10)上游或下游的、交流电流供电的发射线圈(30)，以及两个补偿线圈(11，12)，关于纵向方向(L)其中一个补偿线圈布置在发射线圈(30)的上游，而另一个布置在发射线圈(30)的下游，两个补偿线圈(11，12)分别被由发射线圈(30)产生的磁场穿过，并且被电气串联连接，使得由发射线圈(30)的磁场在两个补偿线圈(11，12)中感应出的电压具有不同的符号，并且接收线圈(10)和两个补偿线圈(11，12)电气串联连接，其中选择线圈的电极性，使得作用在接收线圈(10)和两个补偿线圈(11，12)上的干扰磁场(M)在接收线圈(10)中感应出电压，该电压具有与在两个补偿线圈(11，12)中感应出的电压不同的符号。

Description

传感器装置

技术领域

本发明涉及一种用于检测磁场变化、特别是用于探测接近或穿过传感器装置的对象的传感器装置。

背景技术

例如在德国的公开文献DE 101 37 519 A1中描述了一种传感器装置，其以检测由于轨道车辆的驶过轨道的铁轮引起的磁场变化为基础。

在铁路技术领域中，干扰磁场在很大程度上由钢轨电流引起，钢轨电流由电气轨道车辆或电气机车馈送到轨道中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种传感器装置，该传感器装置对干扰磁场尽可能不敏感，并且即使在干扰场影响的情况下也能够实现可靠的对象识别。

根据本发明，该技术问题通过根据本发明的传感器装置来解决。在以下描述中还给出了根据本发明的传感器装置的有利的设计方案。

因此，根据本发明规定，传感器装置包括至少一个接收线圈，关于传感器装置的纵向方向布置在接收线圈上游或下游的、交流电流供电的发射线圈，以及两个补偿线圈，关于该纵向方向，其中一个补偿线圈布置在发射线圈的上游，而另一个布置在发射线圈的下游，两个补偿线圈分别被由发射线圈产生的磁场穿过，并且被电气串联连接，使得由发射线圈的磁场在两个补偿线圈中感应出的电压具有不同的符号，并且接收线圈和两个补偿线圈电气串联连接，其中选择线圈的电极性，使得作用在接收线圈和两个补偿线圈上的干扰磁场在接收线圈中感应出电压，该电压具有与在两个补偿线圈中感应出的电压不同的符号。

根据本发明的传感器装置的主要优点在于，两个补偿线圈的布置，补偿线圈与接收线圈的电气连接以及电压的由此形成的符号差异可以实现，在信号检测期间完全抑制或者至少明显抑制穿过线圈的干扰场(例如，钢轨电流的磁场)。

优选地，在确定的磁场变化的情况下，传感器装置产生对象识别信号，该对象识别信号表示接近的移动经过的对象。如果在接收线圈和补偿线圈的串联电路上下降的电压达到或超过预先给定的阈值或突然改变，那么例如可以产生对象识别信号。

优选地，发射线圈的纵向轴线平行于或至少基本上平行于传感器装置的纵向方向，或者本身形成传感器装置的纵向方向。

优选地，接收线圈的纵向轴线和两个补偿线圈的纵向轴线分别垂直于或至少基本上垂直于发射线圈的纵向轴线取向。

优选地，分别布置和/或设计两个补偿线圈，使得由发射线圈产生的磁场在两个补偿线圈中感应出大小相同的、具有不同符号(对应于180°的相移)的电压。

优选地，两个补偿线圈是结构相同的，并且关于发射线圈镜像对称地布置。

也视为有利的是，布置和/或设计接收线圈和两个补偿线圈，使得由干扰磁场在接收线圈中感应出的电压与由在两个补偿线圈中感应出电压形成的总电压一样大，并且通过干扰场在由接收线圈和两个补偿线圈组成的串联电路上感应出的电压为零或至少近似为零。

关于线圈的电气连接视为有利的是，至少一个电容器与两个补偿线圈的串联电路并联连接，并且与这两个补偿线圈一起形成补偿振荡电路，至少一个电容器与接收线圈并联连接，并且与接收线圈一起形成接收振荡电路，并且补偿振荡电路的谐振频率与接收振荡电路的谐振频率相同，或者补偿振荡电路的谐振频率范围至少与接收振荡电路的谐振频率范围重叠。

可以将传感器装置实施为两通道。在这种情况下，所提到的两个补偿线圈和所提到的接收线圈优选形成传感器装置的第一通道。优选地，两个另外的补偿线圈和另外的接收线圈形成传感器装置的第二通道，其中两个另外的补偿线圈中的一个布置在发射线圈的上游，另一个布置在发射线圈的下游，并且发射线圈布置在两个接收线圈之间。

在其他方面，可以以有利的方式规定，补偿线圈或补偿线圈中的至少一个和/或一个或多个接收线圈分别通过彼此电气连接的两个或多个子线圈形成。

此外，本发明还涉及一种具有钢轨，特别是铁轨的装置，在钢轨上安置有如上面描述的传感器装置。

有利的是，将传感器装置安装在钢轨上，使得传感器装置的纵向方向和/或传感器装置的发射线圈的纵向方向(或纵向轴线)对应于钢轨纵向方向。

一个或多个接收线圈和发射线圈优选位于相同的水平面内。补偿线圈优选地同样位于一个水平面内，无论是位于与发射线圈相同的平面内还是位于另外的、特别是与其平行的平面内。

在优选的设计方案中规定，补偿线圈与钢轨头的距离大于一个或多个接收线圈与钢轨头的距离。在这种设计方案中有利的是，补偿线圈位于比一个或多个接收线圈和发射线圈所在的水平面更深的水平面中。

在视为是特别有利的实施变型方案中规定，一个或多个接收线圈和补偿线圈分别相对于水平线倾斜，或者这些线圈的纵向轴线相对于竖直线倾斜，其中一个或多个接收线圈面向钢轨头，并且补偿线圈背向钢轨头。

附图说明

下面参照实施例更详细地阐述本发明。在此示例性地：

图1示出了在其上安装有单通道传感器装置的实施例的铁轨，

图2以电路图的形式示出了根据图1的传感器装置的部件的电气连接，并且

图3至6示出了安装在钢轨上的两通道的传感器装置的实施例。

在附图中，为了清楚起见，针对相同或可比较的部件始终使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了单通道的传感器装置1的实施例，该单通道的传感器装置1适合于检测磁场变化并且适合于检测诸如轨道车辆的铁轮的对象。在对象识别的情况下，传感器装置1产生对象识别信号。

传感器装置1包括接收线圈10、两个补偿线圈11、12和发射线圈30。发射线圈利用交流电压Us(参见图2)运行，可以将电容器C与发射线圈并联连接(参见图2)。

接收线圈10可以关于传感器装置1的纵向方向L布置在发射线圈30上游或下游。在根据图1的实施例中，沿纵向方向L观察，接收线圈10位于发射线圈30的下游。发射线圈30的纵向方向L30规定了传感器装置的纵向方向L。

再次关于纵向方向L，两个补偿线圈11和12中的一个位于发射线圈30的上游，另一个位于发射线圈30的下游。

传感器装置1安置在适于引导轨道车辆并且例如可以是铁轨的钢轨40的侧壁上。传感器装置1位于钢轨40的钢轨头50的下方。传感器装置1的部件优选地被安置在壳体70中，该壳体70固定在，例如螺纹连接在钢轨40的侧壁上。

此外，在图1中示出了干扰磁场M，该磁场例如可以由流过钢轨40的钢轨电流引起。这种钢轨电流通常在电气运行的轨道车辆驶过钢轨40时出现。

在根据图1的实施例中，接收线圈10的纵向轴线L10、补偿线圈11的纵向轴线L11和补偿线圈12的纵向轴线L12垂直于或至少基本上垂直于(±15°)传感器装置10的纵向方向L取向

关于探测在钢轨40上行驶的车辆，选择传感器装置1在钢轨40上的布置，使得传感器装置1的纵向方向L以及发射线圈30的纵向方向L30平行于钢轨40的钢轨纵向方向。

优选地，由发射线圈30产生的磁场在两个补偿线圈中产生相同大小的、具有不同符号的电压。在其中一个补偿线圈布置在发射线圈30的上游而另一个布置在发射线圈30的下游并且就此而言两个补偿线圈11和12中的磁场方向不同的情况下，已经产生了不同的电压符号。如果两个补偿线圈11和12结构相同并且相对于发射线圈30镜像对称地布置，则可以特别容易地实现由发射线圈30的磁场感应出的相同大小的电压。

为了避免探测错误，或者为了将干扰磁场M对产生对象识别信号的影响最小化，接收线圈30的布置和尺寸与两个补偿线圈11和20的布置和尺寸相协调，更确切地说，由干扰磁场M在接收线圈10中感应出的电压与由干扰磁场M在两个补偿线圈11和12中感应出的总电压一样大，并且此外具有相反的符号。

优选地，两个补偿线圈11和12位于同一平面中，在图1中利用附图标记80表示该平面。优选地，接收线圈10和发射线圈30同样位于共同的平面中，其在图1中具有附图标记90。在根据图1的实施例中，平面80在空间上位于平面90的下方。换言之，在根据图1的实施例中，补偿线圈11和12到钢轨头50的距离大于接收线圈10和发射线圈30到钢轨头的距离。

图2在细节上详细示出了传感器装置1的线圈的电气连接。可以看到，两个补偿线圈11和12电气串联连接，更确切地说，通过发射线圈30的磁场在两个补偿线圈11和12中感应出的电压具有不同的符号。因此，发射线圈30的磁场在两个补偿线圈11和12的串联电路上不产生总电压(补偿电压)Ucomp1。

此外，图2示出了，接收线圈10与由两个补偿线圈11和12组成的串联电路同样电气串联连接，其中选择线圈的电极性，使得作用在接收线圈10和两个补偿线圈11和12上的干扰磁场M(参见图1)在接收线圈10中感应出电压，该电压具有与在两个补偿线圈11和12中感应出的电压不同的符号。有利的是，通过干扰场M在接收线圈10中感应出的电压Ue1与由两个补偿线圈11和12组成的串联电路上的总电压Ucompl一样大。在这种情况下，通过干扰场M引起的总电压U1为零或至少近似为零。

U1＝Ucompl+Uel≈0

在通过干扰磁场M引起的电压感应的情况下，电压Ucompl与Uel的符号的差异通过在图2中示出的线圈相对于彼此的电气连接实现。

优选地，第一电容器C1与接收线圈10并联，并且优选地，第二电容器C2与由补偿线圈11和12组成的串联电路并联。第一电容器C1与接收线圈10一起形成具有谐振频率f1的接收振荡电路SE。第二电容器C2与由两个补偿线圈11和12组成的串联电路一起形成具有谐振频率f2的补偿振荡电路SK。

在考虑到通过两个补偿线圈11和12导致的良好的补偿效果的情况下有利的是，接收振荡电路SE的谐振频率f1与补偿振荡电路SK的谐振频率f2大小相同，或者两个振荡电路的谐振频率范围至少重叠。

为了振荡电路SE和SK的衰减，可以将电阻R1以及R2与电容器C1和C2串联连接。

可以评估线圈10、11和12的串联电路上的总电压U1来产生对象识别信号：当总电压U1阶跃式地变化或者达到或超过预先给定的阈值时，例如可以产生对象识别信号。

图3示出了安装在钢轨40上的两通道的传感器装置1的实施例。不同于根据图1的传感器装置1地，根据图3的传感器装置1被设计为两通道，并且具有接收通道A和B。接收通道A通过接收线圈10和两个补偿线圈11和12形成，它们的布置、工作方式和电气连接已经结合图1和图2进行了阐述。

传感器装置1的通道B通过另外的接收线圈20以及两个另外的补偿线圈21和22形成，它们的布置与通道A的线圈的布置镜像对称。因此，结合参照图1和2的接收线圈10以及补偿线圈11和12的实施方案相应适用于第二接收线圈20以及另外的补偿线圈21和22。

在根据图3的实施例中，补偿线圈11、12、21和22位于同一平面80中，更确切地说，沿传感器装置1的纵向方向L或沿钢轨40的纵向方向观察，补偿线圈11、12、21和22被依次布置。

图4示出了由铁轮120的轮缘130驶过的两通道的传感器装置1的另外的实施例。根据图4的传感器装置1具有已经结合图3阐述的部件、即发射线圈30、两个接收线圈10和20以及四个补偿线圈11、12、21和22。关于线圈的工作方式，结合图1至图3的实施方案相应适用于根据图4的实施例。

不同于根据图3的实施例，补偿线圈在根据图4的实施变型方案中成对地彼此并排布置(当沿钢轨纵向方向观察时)。因此可以看到，补偿线圈11和21虽然位于同一平面80中，但是补偿线圈11与钢轨40的距离小于补偿线圈21与钢轨40的距离。因此，可以将补偿线圈11称为位于内部的补偿线圈，并且将补偿线圈21称为位于外部的补偿线圈。补偿线圈12和22以相似的方式彼此并排布置。

图5示出了两通道的传感器装置1的实施例，其中接收线圈和补偿线圈所在的平面80和90分别相对于水平线倾斜；因此，接收线圈和补偿线圈的纵向轴线相对于竖直线倾斜。因此从图5中可以看出，接收线圈10或其纵向轴线L10面向钢轨40的钢轨头50，相反地，补偿线圈11和21或其纵向轴线L11和L21背向钢轨头50。同样地，在图5中未示出的接收线圈20和同样未示出的补偿线圈12和22以相应的方式倾斜地布置。

通过接收线圈10和20向轮缘或钢轨头50的倾斜实现了接收线圈的特别高的灵敏度；补偿线圈11、12、21和22的相反的倾斜减小了钢轨头50对补偿线圈的影响。

图6示出了两通道的传感器装置1的实施例，其中补偿线圈11、12、21和22分别比接收线圈10和20距离发射线圈30更远。在根据图6的设计方案中，所有的线圈10、11、12、20、21、22和30可以布置在同一平面中，并且与钢轨40的钢轨头50分别具有相同的竖直距离。在根据图6的实施例中，线圈10、11和12属于一个接收通道，而线圈20、21和22属于第二接收通道。

虽然在细节上通过优选的实施例对本发明进行了详细的说明和描述，但是本发明却不限于所公开的示例并且本领域技术人员可以从中导出其他的变型方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于检测磁场变化的传感器装置(1)，所述磁场变化由沿所述传感器装置(1)的纵向方向(L)接近的或沿纵向方向(L)运动经过所述传感器装置(1)的对象引起，

其特征在于，

-所述传感器装置(1)包括至少一个接收线圈(10)，关于所述纵向方向(L)布置在所述接收线圈(10)上游或下游的、交流电流供电的发射线圈(30)，以及两个补偿线圈(11，12)，关于所述纵向方向(L)，其中一个补偿线圈布置在所述发射线圈(30)的上游和另一个布置在所述发射线圈(30)的下游，

-所述两个补偿线圈(11，12)分别被由所述发射线圈(30)产生的磁场穿过，并且被电气串联连接，使得由所述发射线圈(30)的磁场在所述两个补偿线圈(11，12)中感应出的电压具有不同的符号，并且

-所述接收线圈(10)和所述两个补偿线圈(11，12)电气串联连接，其中选择线圈的电极性，使得作用在所述接收线圈(10)和两个补偿线圈(11，12)上的干扰磁场(M)在所述接收线圈(10)中感应出电压，所述电压具有与在所述两个补偿线圈(11，12)中感应出的电压不同的符号。

2.根据权利要求1所述的传感器装置(1)，其特征在于，

-所述接收线圈(10)和所述两个补偿线圈(11，12)的纵向轴线(L10，L11，L21)分别垂直于或至少基本上垂直于所述发射线圈(30)的纵向轴线(L30)取向，并且

-所述发射线圈(30)的纵向轴线(L30)平行于或至少基本上平行于所述传感器装置(1)的纵向方向(L)取向。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置(1)，其特征在于，分别布置和/或设计所述两个补偿线圈(11，12)，使得由所述发射线圈(30)产生的磁场在所述两个补偿线圈(11，12)中感应出大小相同、具有不同符号的电压。

4.根据权利要求1或2所述的传感器装置(1)，其特征在于，所述两个补偿线圈(11，12)是结构相同的，并且关于所述发射线圈(30)镜像对称地布置。

5.根据权利要求1或2所述的传感器装置(1)，其特征在于，布置和/或设计所述接收线圈(10)和所述两个补偿线圈(11，12)，使得

-由干扰磁场(M)在所述接收线圈(10)中感应出的电压与由在所述两个补偿线圈(11，12)中感应出电压形成的总电压一样大，并且

-通过干扰磁场(M)在由所述接收线圈(10)和所述两个补偿线圈(11，12)组成的串联电路上感应出的电压为零或至少近似为零。

6.根据权利要求1或2所述的传感器装置(1)，其特征在于，至少一个电容器(C2)与所述两个补偿线圈(11，12)的串联电路并联连接，并且与所述两个补偿线圈一起形成补偿振荡电路(SK)，至少一个电容器(C1)与所述接收线圈(10)并联连接，并且与所述接收线圈一起形成接收振荡电路(SE)，并且所述补偿振荡电路(SK)的谐振频率与所述接收振荡电路(SE)的谐振频率相同，或者所述补偿振荡电路(SK)的谐振频率范围至少与所述接收振荡电路(SE)的谐振频率范围重叠。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述补偿线圈(11，12)中的至少一个和/或至少一个接收线圈(10)通过彼此电气连接的两个或更多个子线圈形成。

8.根据权利要求1或2所述的传感器装置(1)，其特征在于，

-所述传感器装置(1)是两通道的，

-所述两个补偿线圈(11，12)和所述接收线圈(10)形成所述传感器装置(1)的第一通道，

-两个另外的补偿线圈(21，22)和另外的接收线圈(20)形成所述传感器装置(1)的第二通道，

-所述两个另外的补偿线圈(21，22)中的一个布置在所述发射线圈(30)的上游，另一个布置在所述发射线圈(30)的下游，并且

-所述发射线圈(30)布置在所述接收线圈(10，20)之间。

9.一种具有钢轨(40)的装置，其特征在于，传感器装置(1)是根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置(1)，并且将所述传感器装置(1)安装在钢轨(40)上，使得所述传感器装置(1)的纵向方向(L)对应于钢轨纵向方向。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，一个接收线圈(10)或多个接收线圈(10，20)和发射线圈(30)位于同一水平面中。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，补偿线圈(11，12)位于同一水平面内。

12.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述补偿线圈(11，12)与钢轨头的距离大于所述一个接收线圈(10)或多个接收线圈(10，20)与钢轨头的距离。

13.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述补偿线圈(11，12)位于比所述一个接收线圈(10)或多个接收线圈和发射线圈(30)所在的水平面(90)更深的水平面(80)中。

14.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述一个接收线圈(10)或多个接收线圈和补偿线圈(11，12)分别相对于水平线倾斜，或者这些线圈的纵向轴线(L10，L11，L12)相对于竖直线倾斜，其中所述一个接收线圈(10)或多个接收线圈面向钢轨头，并且所述补偿线圈(11，12)背向钢轨头。

15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述钢轨(40)是铁轨。

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