CN1174549C - 具有电感回馈振荡电路的感应式邻近传感器 - Google Patents

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Abstract

一种具有电感回馈振荡电路的感应式邻近传感器包括一个负载电阻，及初级和次级线圈这样地布置，即这两个线圈之间的互感磁通明显地小于每个线圈的自感磁通。

Description

具有电感回馈振荡电路的感应式邻近传感器
技术领域
本发明涉及具有由两个耦合线圈组成的谐振电路的感应式邻近传感器。
背景技术
使用谐振电路的感应式邻近传感器是公知的。例如可参见US-A-4,942,372.这种传感器根据以下原理工作：当在传感器附近无金属物体时，由施感谐振的振荡器构成的测量电路以一定的幅值振荡，该幅值依赖于振荡器固有损耗(电路线圈中的欧姆电阻损耗，线圈磁路中的磁滞损耗)。金属物体的接近将引起由该物体中感应的傅科电流(涡流)形成的损耗，并由此引起振荡幅值的降低。该幅值与一个参考值相比较可以检测出金属物体的存在。
这类传感器的一个严重缺点在于对谐振电路固有损耗的敏感。
实际上，当温度变化时，电路的固有损耗变化并引起的振荡幅值的改变。
为了估价这种温度依赖性，出现了使用二个磁耦合线圈的方法，例如在专利DE 40 32 001 C2及CH 655 414 A5中所描述的方法。但是，这些方法的实施相当复杂。本发明的目的是提出一种新型传感器，它易于被实施并能克服上述缺点。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供具有电感回馈振荡电路的感应式邻近传感器，它包括：
一个放大器，它包含一个第一输入、一个第二输入和一个输出；
一个初级线圈，它连接于所述放大器的第一输入和输出之间；
一个次级线圈，它与所述放大器的第一输入相连接；
一个电容器，它与所述初级线圈并联
一个负载电阻，它与所述初级线圈并联，其中所述负载电阻的值这样地选择，即在振荡状态下，该电阻的欧姆损耗明显地大于初级线圈的欧姆损耗；及其中初级线圈和次级线圈被这样地布置，即这两个线圈之间的互感磁通明显地小于每个线圈的自感磁通。
附图说明
以下说明中，将参照附图对本发明作详细描述，附图为：
-图1表示该技术中一般公知的一个电感回馈式振荡器的原理图；
-图2表示根据本发明的振荡器的原理图；
-图3表示根据本发明的初级及次级线圈布置的第一个例子；
-图4表示图3中线圈的自感及互感磁通；
-图5表示根据本发明的初级及次级线圈布置的第二个例子；
-图6表示根据本发明的传感器的一个实施例。
具体实施方式
图1表示一个电感回馈式振荡器的原理图。该振荡器包括一个初级线圈10，在它的两端并联了一个电容器12，电阻RP代表振荡器所有损耗的电阻，即包括欧姆电阻损耗、磁滞损耗及在位于目标物附近时傅科电流(涡流)引起的损耗。次级线圈11与初级线圈10相耦合，这两个线圈之间的耦合由互感M的标记来表示。次级线圈11的一端接地，另一端连接到放大器14的输入电阻R1上。无电感回馈时，放大器的增益由g＝-RP/R1给出。设K＝U2/U1，它为在电感耦合作用下初级及次级电压的比。振荡的条件则给出为：
         g·k≥1。
在恒定温度及无目标物时，如果选择R1，使得g·k稍大于1，则振荡被建立。
当我们使一个金属物体靠近初级线圈时，在目标物中傅科电流(涡流)损耗的作用下，电阻RP减小，这使得振荡停止。
由于RP也依赖于欧姆电阻损耗及磁滞损耗，易于理解：使用该电路的传感器的工作是不可靠的，除非由傅科电流引起的损耗比电路的固有损耗大得多才行。在此情况下，目标物必须非常靠近传感器，换句话说，该传感器的灵敏度非常低。
为了克服这个缺点，本发明建议了图2的电路。在该电路中，增加了一个负载电阻RL，其阻值明显地小于无目标物时的电阻RP。因此，当RP随着温度变化时，由电阻RL及RP并联得到的等效电阻实际上保持恒定。
但是，这样做时，没有对初级及次级线圈的布置采取措施，实际上，该传感器变得不灵敏，因为乘积g·k实际保持不变。
图3表示根据本发明的初级及次级线圈的布置的第一个例子。初级线圈10是由放置在铁氧体罐形铁心31中的线圈构成的。该罐形铁心被放置在绝缘材料盒内，后者也被兼用作次级线圈11的线圈架。
图4表示图3中初级及次级线圈的自感及互感磁通。通过该布置，初级线圈的自感磁通φ1(仅与初级线圈耦合的磁通)以及次级线圈的自感磁通φ2明显地大于这两个线圈之间的互感磁通φ12。一个金属目标物41的接近将引起这两个线圈之间耦合磁通φ12的明显减小并由此使系数K减小。在此情况下，当目标物接近时图2的振荡器将停振，这因为乘积g·k小于1。
图5表示根据本发明的初级及次级线圈布置的第二个例子。初级线圈10由放置在铁氧体罐形铁心31中的线圈构成。在后侧52上(与露于目标物的一侧相反的侧上)，次级线圈11被绕在设在沿铁氧体罐形铁心51轴上的铁氧体杆53上。
图6表示根据本发明的传感器的一个实施例。该传感器包括一个振荡器61；一个整流器62；具有参考电压Vref1的第一比较器63，它根据其输入电压是大于还是小于Vref1来指示待检测的目标物的存在或不存在；具有参考电压Vref2＜Vref1的第二比较器64。该比较器的输出作用于开关65，以使得当幅值低于Vref2时使放大器14的增益增大。该电路能使振荡维持在低于该电压上。以此方式，可以改善传感器的转换频率。

Claims (6)

1.一种用于感应式邻近传感器具有电感回馈的振荡电路，该振荡电路包括：
一个放大器，它包含一个第一输入、一个第二输入和一个输出；
一个初级线圈，它连接于所述放大器的第一输入和输出之间；
一个次级线圈，它与所述放大器的第一输入相连接；
一个电容器，它与所述初级线圈并联；
一个负载电阻，它与所述初级线圈并联；
其中所述负载电阻的值小于无目标物时由所述初级线圈和所述电容器组成的振荡器所有的损耗电阻；
及其中初级线圈和次级线圈被这样地布置，即这两个线圈之间的互感磁通小于每个线圈的自感磁通。
2.根据权利要求1的振荡电路，其中：所述初级线圈含有放置在铁氧体罐形铁心(31)中的线圈，而所述次级线圈是由线圈构成，它被布置在绝缘材料线圈架之中。
3.根据权利要求1的振荡电路，其中：所述初级线圈含有放置在铁氧体罐形铁心(31)中的线圈，而所述次级线圈被绕在设在沿铁氧体罐形铁心轴上的铁氧体杆上的后侧。
4.一种感应式邻近传感器，包含具有电感回馈的振荡电路，该振荡电路包括：
一个放大器，它包含一个第一输入、一个第二输入和一个输出；
一个初级线圈，它连接于所述放大器的第一输入和输出之间；
一个次级线圈，它与所述放大器的第一输入相连接；
一个电容器，它与所述初级线圈并联；
一个负载电阻，它与所述初级线圈并联，其中所述负载电阻的值小于无目标物时由所述初级线圈和所述电容器组成的振荡器所有的损耗电阻；及其中初级线圈和次级线圈被这样地布置，即这两个线圈之间的互感磁通小于每个线圈的自感磁通；
该传感器还包括：
一个整流电路，它被连接到所述放大器输出之处；一个具有第一参考电压(Vref1)的第一比较器，它被连接到所述整流电路的输出之处并指示待测目标物的存在或不存在；一个具有第二参考电压(Vref2)的第二比较器，它被连接到所述整流电路的输出之处，而所述第二参考电压小于所述第一参考电压，所述第二比较器作用于一个开关以改善所述放大器的增益。
5.根据权利要求4的感应式邻近传感器，其中：所述初级线圈含有放置在铁氧体罐形铁心(31)中的线圈，而所述次级线圈是由线圈构成的，它被布置在绝缘材料线圈架之中。
6.根据权利要求4的感应式邻近传感器，其中：所述初级线圈含有放置在铁氧体罐形铁心(31)中的线圈，而所述次级线圈被绕在设在沿铁氧体罐形铁心轴上的铁氧体杆上的后侧。
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