CN113746216A - 移动线圈耦合感应检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动线圈耦合感应检测装置及其检测方法，包括按顺序设置的发射线圈、第一接收线圈、第二接收线圈，以及串联的移动耦合线圈和耦合电容，发射线圈两端与功率放大器相连，功率放大器与信号发生器相连，第一、第二接收线圈两端分别与第一、第二检波器相连，第一、第二检波器用于分离第一、第二接收线圈的低频信号，第一、第二检波器再分别与第一、第二比较器输入端相连，第一、第二比较器输出端与控制CPU相连，控制CPU控制连接执行器；移动耦合线圈逐渐靠近或远离发射线圈、第一和第二接收线圈时，电路中产生的感应耦合或断开耦合信号作为控制CPU控制执行器的输入条件。本发明整体小巧，采用非接触式检测，信号准确可靠。

Description

移动线圈耦合感应检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，尤其涉及移动线圈耦合感应检测装置及其检测方法。

背景技术

在许多自动化或智能设备、电子产品中都会用到不少位移、位置检测装置用以作为控制输入条件或者反馈信号等。这些检测装置通常包括接触式检测传感器和非接触式检测传感器。接触式检测传感器包括行程开关、光栅尺等，非接触式检测传感器包括霍尔感应传感器、红外感应传感器和激光传感器等等。

在工业领域，各类封装好的传感器已经比较完善，品类繁多。但这些工业领域使用的传感器通常比较昂贵，而且整体的体积都相对比较大，受成本和安装空间的限制，无法将工业领域中的这类传感器在电子产品中安装使用，尤其是在各类家用电子产品、智能家居设备中不适合使用。

随着各类家用电子产品、智能家居设备的需求不断扩大，对小型化、低成本且性能稳定的这些检测装置的需求也越来越多的，迫切需要研制出适合各类家用电子产品、智能家居设备使用的检测传感器或检测装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供移动线圈耦合感应检测装置及其检测方法，其通过设置多组线圈、移动耦合线圈和检测电路，实现非接触式位移或位置检测，检测装置整体小巧，适合在各类电子产品和智能家居设备中安装使用，整体成本低。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

移动线圈耦合感应检测装置，包括发射线圈、第一接收线圈、第二接收线圈、移动耦合线圈和耦合电容，所述发射线圈、第一接收线圈和第二接收线圈按顺序设置，所述发射线圈的两端与功率放大器相连，所述功率放大器与信号发生器相连，所述第一接收线圈、第二接收线圈的两端分别与第一检波器、第二检波器相连，所述第一检波器用于分离第一接收线圈的低频信号，所述第二检波器用于分离第二接收线圈的低频信号，所述第一检波器、第二检波器再分别与第一比较器、第二比较器输入端相连，所述第一比较器、第二比较器的输出端与控制CPU相连，所述控制CPU再控制连接执行器；串联连接的移动耦合线圈和耦合电容逐渐靠近或远离所述发射线圈、第一接收线圈和第二接收线圈时，电路中产生的感应耦合或断开耦合信号作为所述控制CPU控制所述执行器的输入触发信号。

进一步的，所述移动耦合线圈和耦合电容靠近所述发射线圈、第一接收线圈和第二接收线圈感应区过程中，所述移动耦合线圈先与所述发射线圈感应耦合，然后再与所述第一接收线圈感应耦合、最后与所述第二接收线圈感应耦合，使所述第一接收线圈和第二接收线圈通过所述移动耦合线圈与所述发射线圈感应耦合；离开感应区过程中，所述移动耦合线圈依次与所述第二接收线圈、所述第一接收线圈和所述发射线圈断开耦合。

进一步的，靠近到位时，所述移动耦合线圈的一端与所述发射线圈感应耦合，所述移动耦合线圈的另一端同时与所述第一接收线圈、所述第二接收线圈感应耦合。

进一步的，所述第一接收线圈靠近所述第二接收线圈设置，所述移动耦合线圈离开感应区后，所述第一接收线圈及所述第二接收线圈无法与所述发射线圈感应耦合。

进一步的，所述第一接收线圈与所述第二接收线圈的轴向间距满足：所述第一接收线圈和所述第二接收线圈与所述移动耦合线圈依次耦合或依次断开耦合的时间间隔大于所述控制CPU正确捕捉两个边沿脉冲信号的时间间隔。

进一步的，串联连接的所述移动耦合线圈和耦合电容的谐振频率为f0＝1/2π√LC。

进一步的，所述移动耦合线圈的线圈直径小于或大于所述发射线圈、第一接收线圈、第二接收线圈的线圈直径，靠近或远离感应区过程中所述移动耦合线圈从所述发射线圈、第一接收线圈和第二接收线圈的圈内或圈外穿过。

进一步的，所述执行器包括控制阀或控制开关。

根据上述的移动线圈耦合感应检测装置的检测方法，包括如下步骤：

S1、系统通电自检，待机；

S2、移动耦合线圈和耦合电容逐渐靠近所述发射线圈、第一接收线圈和第二接收线圈的感应区；

S3、移动耦合线圈和耦合电容移动到所述发射线圈的感应区时，串联的移动耦合线圈和耦合电容电路产生与所述发射线圈相同频率的交变电信号；移动耦合线圈和耦合电容继续移动到所述第一接收线圈的感应区时，所述第一接收线圈线路中产生与所述移动耦合线圈和耦合电容相同频率的交变电信号；所述移动耦合线圈和耦合电容)继续移动到所述第二接收线圈的感应区时，所述第二接收线圈线路中产生与所述移动耦合线圈和耦合电容相同频率的交变电信号，即所述第一接收线圈和第二接收线圈线路在一定的时间间隔内依次产生与所述发射线圈相同频率的交变电信号；

S4、所述第一检波器、第二检波器隔离并滤除交流信号，输出直流电平信号至所述第一比较器、第二比较器，控制CPU接收到所述第一比较器、第二比较器信号后，控制所述执行器执行相应动作；

S5、所述移动耦合线圈和耦合电容依次离开所述第二接收线圈、所述第一接收线圈和所述发射线圈的感应区，在一定的时间间隔内依次断开耦合；

S6、所述第一检波器、第二检波器隔离并滤除交流信号，输出直流电平信号至所述第一比较器、第二比较器，控制CPU接收到所述第一比较器、第二比较器信号后，控制所述执行器执行相应的动作。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过设置由发射线圈、接收线圈、移动耦合线圈和检测控制电路组成的检测装置，能够很好的实现非接触式位移(动作)或位置检测，检测装置整体小巧，电路整体功耗低，检测信号准确，检测装置适合在各类电子产品和智能家居设备中安装使用。

2、本发明设置两个接收线圈，在移动耦合线圈靠近或远离动作时，能够在间隔时间内在电路中感应耦合产生用以作为控制输入条件的上升沿或下降沿信号，能够可靠识别出移动耦合线圈是在靠近还是在远离，从而能够可靠的控制执行器，准确可靠完成设定的目的。

3、本发明发射线圈、接收线圈和检测控制电路适合安装于固定的物体中，移动耦合线圈和耦合电容组合适合安装在移动的物体部件中，移动的物体部件相对于固定的物体移动时能够可靠被检测出，检测装置整体成本低，非常适合在采用普通低电压电池供电的产品中使用，如抽拉式水龙头、电子产品、智能家居等产品中使用。

附图说明

图1为本发明移动线圈耦合感应检测装置的示意图。

图2为移动耦合线圈与发射线圈、两个接收线圈感应耦合的示意图。

图3为移动耦合线圈靠近第一、第二接收线圈时的信号示意图。

图4为移动耦合线圈远离第一、第二接收线圈时的信号示意图。

附图标记说明：

1、发射线圈；2、第一接收线圈；3、第二接收线圈；4、移动耦合线圈；5、耦合电容；6、功率放大器；7、信号发生器；8、第一检波器；9、第二检波器；10、第一比较器；11、第二比较器；12、控制CPU；13、执行器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

参见图1-4所示，移动线圈耦合感应检测装置，包括发射线圈1、第一接收线圈2、第二接收线圈3、移动耦合线圈4和耦合电容5，所述发射线圈1、第一接收线圈2和第二接收线圈3按顺序设置，所述发射线圈1的两端与功率放大器6相连，所述功率放大器6与信号发生器7相连，所述第一接收线圈2、第二接收线圈3的两端分别与第一检波器8、第二检波器9相连，所述第一检波器8用于分离第一接收线圈2的低频信号，所述第二检波器9用于分离第二接收线圈3的低频信号，所述第一检波器8、第二检波器9再分别与第一比较器10、第二比较器11输入端相连，所述第一比较器10、第二比较器11的输出端与控制CPU12相连，所述控制CPU12再控制连接执行器13；串联连接的移动耦合线圈4和耦合电容5逐渐靠近或远离所述发射线圈1、第一接收线圈2和第二接收线圈3时，电路中产生的感应耦合或断开耦合信号作为所述控制CPU12控制所述执行器13的输入触发信号。

所述移动耦合线圈4和耦合电容5靠近所述发射线圈1、第一接收线圈2和第二接收线圈3感应区过程中，所述移动耦合线圈4先与所述发射线圈1感应耦合，然后再与所述第一接收线圈2感应耦合、最后与所述第二接收线圈3感应耦合，使所述第一接收线圈2和第二接收线圈3通过所述移动耦合线圈4与所述发射线圈1感应耦合；离开感应区过程中，所述移动耦合线圈4依次与所述第二接收线圈3、所述第一接收线圈2和所述发射线圈1断开耦合。靠近到位时，所述移动耦合线圈4的一端与所述发射线圈1感应耦合，所述移动耦合线圈4的另一端同时与所述第一接收线圈2、所述第二接收线圈3感应耦合；发射线圈1、第一接收线圈2、第二接收线圈3和移动耦合线圈4的绕线匝数满足相互感应耦合要求。所述第一接收线圈2靠近所述第二接收线圈3设置，所述移动耦合线圈4离开感应区后，所述第一接收线圈2及所述第二接收线圈3无法与所述发射线圈1感应耦合。

所述第一接收线圈2与所述第二接收线圈3的轴向间距满足：所述第一接收线圈2和所述第二接收线圈3与所述移动耦合线圈4依次耦合或依次断开耦合的时间间隔大于所述控制CPU12正确捕捉两个边沿脉冲信号的时间间隔；电路中控制CPU12正确捕捉两个边沿脉冲信号的时间间隔通常为微秒级，两个接收线圈的感应耦合或断开耦合的时间间隔为毫秒级时就可以满足要求。

串联的所述移动耦合线圈4和耦合电容5的谐振频率为f0＝1/2π√LC，其中L为移动耦合线圈4的阻抗值，C为耦合电容5的电容值。

工作时，信号发生器7用于产生频率为f0的正弦信号，该正弦信号通过功率放大器6驱动发射线圈1，发射线圈1的信号通过电-磁-电的转换在移动耦合线圈4和耦合电容5构成的串联电路中产生频率为f0感应电流。第一检波器8用于隔离并滤除第一接收线圈2接收的高频交流信号，留下低频的直流电平。第二检波器9用于隔离并滤除第二接收线圈3接收的高频交流信号，留下低频的直流电平。第一比较器10将第一检波器8输出的模拟信号转换成数字信号并通过Vref来设置模拟信号的有效阈值，第二比较器11将第二检波器9输出的模拟信号转换成数字信号并通过Vref来设置模拟信号的有效阈值。控制CPU12有两个定时器捕捉口CAP与CAP1，分别用于捕捉第一比较器10、第二比较器11的边沿脉冲信号，并计算两个边沿脉冲信号的延时；控制CPU12通过捕捉第一比较器10、第二比较器11的边沿脉冲信号(上升沿或下降沿)来判断移动耦合线圈4是靠近还是远离感应区，并以此判断结果作为控制执行器13的控制输入条件。

所述移动耦合线圈4的线圈直径小于或大于所述发射线圈1、第一接收线圈2、第二接收线圈3的线圈直径，靠近或远离感应区过程中所述移动耦合线圈4从所述发射线圈1、第一接收线圈2和第二接收线圈3的圈内或圈外穿过。线圈直径根据需要选择，便于安装固定在各类产品中使用。

所述执行器13包括控制阀或控制开关。可用于作为控制水流的开关，如当设有移动耦合线圈4和耦合电容5的出水软管抽离龙头弯管上设置的发射线圈1、第一接收线圈2、第二接收线圈3时，执行器13打开、出水；当软管回缩至原位后执行器13关闭。

根据上述的移动线圈耦合感应检测装置的检测方法，其包括如下步骤：

S1、系统通电自检，待机；

S2、初始状态为移动耦合线圈4和耦合电容5远离发射及收线线圈感应区时，移动耦合线圈4和耦合电容5逐渐靠近所述发射线圈1、第一接收线圈2和第二接收线圈3的感应区；

S3、移动耦合线圈4和耦合电容5移动到所述发射线圈1的感应区时，串联的移动耦合线圈4和耦合电容5电路产生与所述发射线圈1相同频率的交变电信号；移动耦合线圈4和耦合电容5继续移动到所述第一接收线圈2的感应区时，所述第一接收线圈2线路中产生与所述移动耦合线圈4和耦合电容5相同频率的交变电信号；所述移动耦合线圈4和耦合电容5继续移动到所述第二接收线圈3的感应区时，所述第二接收线圈3线路中产生与所述移动耦合线圈4和耦合电容5相同频率的交变电信号，即所述第一接收线圈2和第二接收线圈3线路在一定的时间间隔内依次产生与所述发射线圈1相同频率的交变电信号；

S4、所述第一检波器8、第二检波器9隔离并滤除交流信号，输出直流电平信号至所述第一比较器10、第二比较器11，控制CPU12接收到所述第一比较器10、第二比较器11信号后，控制所述执行器13执行相应动作；

S5、所述移动耦合线圈4和耦合电容5依次离开所述第二接收线圈3、所述第一接收线圈2和所述发射线圈1的感应区，在一定的时间间隔内依次断开耦合；

S6、所述第一检波器8、第二检波器9隔离并滤除交流信号，输出直流电平信号至所述第一比较器10、第二比较器11，控制CPU12接收到所述第一比较器10、第二比较器11信号后，控制所述执行器13执行相应的动作或反向复原动作。

初始状态为移动耦合线圈4和耦合电容5靠近发射及收线线圈时，移动耦合线圈4和耦合电容5逐渐远离感应区，其操作步骤过程相反。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.移动线圈耦合感应检测装置，其特征在于：包括发射线圈(1)、第一接收线圈(2)、第二接收线圈(3)、移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)，所述发射线圈(1)、第一接收线圈(2)和第二接收线圈(3)按顺序设置，所述发射线圈(1)的两端与功率放大器(6)相连，所述功率放大器(6)与信号发生器(7)相连，所述第一接收线圈(2)、第二接收线圈(3)的两端分别与第一检波器(8)、第二检波器(9)相连，所述第一检波器(8)用于分离第一接收线圈(2)的低频信号，所述第二检波器(9)用于分离第二接收线圈(3)的低频信号，所述第一检波器(8)、第二检波器(9)再分别与第一比较器(10)、第二比较器(11)输入端相连，所述第一比较器(10)、第二比较器(11)的输出端与控制CPU(12)相连，所述控制CPU(12)再控制连接执行器(13)；串联连接的移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)逐渐靠近或远离所述发射线圈(1)、第一接收线圈(2)和第二接收线圈(3)时，电路中产生的感应耦合或断开耦合信号作为所述控制CPU(12)控制所述执行器(13)的输入触发信号。

2.根据权利要求1所述的移动线圈耦合感应检测装置，其特征在于：所述移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)靠近所述发射线圈(1)、第一接收线圈(2)和第二接收线圈(3)感应区过程中，所述移动耦合线圈(4)先与所述发射线圈(1)感应耦合，然后再与所述第一接收线圈(2)感应耦合、最后与所述第二接收线圈(3)感应耦合，使所述第一接收线圈(2)和第二接收线圈(3)通过所述移动耦合线圈(4)与所述发射线圈(1)感应耦合；离开感应区过程中，所述移动耦合线圈(4)依次与所述第二接收线圈(3)、所述第一接收线圈(2)和所述发射线圈(1)断开耦合。

3.根据权利要求2所述的移动线圈耦合感应检测装置，其特征在于：靠近到位时，所述移动耦合线圈(4)的一端与所述发射线圈(1)感应耦合，所述移动耦合线圈(4)的另一端同时与所述第一接收线圈(2)、所述第二接收线圈(3)感应耦合。

4.根据权利要求1或2所述的移动线圈耦合感应检测装置，其特征在于：所述第一接收线圈(2)靠近所述第二接收线圈(3)设置，所述移动耦合线圈(4)离开感应区后，所述第一接收线圈(2)及所述第二接收线圈(3)无法与所述发射线圈(1)感应耦合。

5.根据权利要求1或2所述的移动线圈耦合感应检测装置，其特征在于：所述第一接收线圈(2)与所述第二接收线圈(3)的轴向间距满足：所述第一接收线圈(2)和所述第二接收线圈(3)与所述移动耦合线圈(4)依次耦合或依次断开耦合的时间间隔大于所述控制CPU(12)正确捕捉两个边沿脉冲信号的时间间隔。

6.根据权利要求1或2所述的移动线圈耦合感应检测装置，其特征在于：串联的所述移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)的谐振频率为f0＝1/2π√LC。

7.根据权利要求1或2所述的移动线圈耦合感应检测装置，其特征在于：所述移动耦合线圈(4)的线圈直径小于或大于所述发射线圈(1)、第一接收线圈(2)、第二接收线圈(3)的线圈直径，靠近或远离感应区过程中所述移动耦合线圈(4)从所述发射线圈(1)、第一接收线圈(2)和第二接收线圈(3)的圈内或圈外穿过。

8.根据权利要求1所述的移动线圈耦合感应检测装置，其特征在于：所述执行器(13)包括控制阀或控制开关。

9.根据权利要求1所述的移动线圈耦合感应检测装置的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、系统通电自检，待机；

S2、移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)逐渐靠近所述发射线圈(1)、第一接收线圈(2)和第二接收线圈(3)的感应区；

S3、移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)移动到所述发射线圈(1)的感应区时，串联的移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)电路产生与所述发射线圈(1)相同频率的交变电信号；移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)继续移动到所述第一接收线圈(2)的感应区时，所述第一接收线圈(2)线路中产生与所述移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)相同频率的交变电信号；所述移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)继续移动到所述第二接收线圈(3)的感应区时，所述第二接收线圈(3)线路中产生与所述移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)相同频率的交变电信号，即所述第一接收线圈(2)和第二接收线圈(3)线路在一定的时间间隔内依次产生与所述发射线圈(1)相同频率的交变电信号；

S4、所述第一检波器(8)、第二检波器(9)隔离并滤除交流信号，输出直流电平信号至所述第一比较器(10)、第二比较器(11)，控制CPU(12)接收到所述第一比较器(10)、第二比较器(11)信号后，控制所述执行器(13)执行相应动作；

S5、所述移动耦合线圈(4)和耦合电容(5)依次离开所述第二接收线圈(3)、所述第一接收线圈(2)和所述发射线圈(1)的感应区，在一定的时间间隔内依次断开耦合；

S6、所述第一检波器(8)、第二检波器(9)隔离并滤除交流信号，输出直流电平信号至所述第一比较器(10)、第二比较器(11)，控制CPU(12)接收到所述第一比较器(10)、第二比较器(11)信号后，控制所述执行器(13)执行相应的动作。

Images