CN1209691A - 非接触式接近开关 - Google Patents

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E·胡夫加尔德
J·斯泰恩基尔赫纳
W·克勒门斯
J·维克尔
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Abstract

非接触式接近开关,用于识别至少一个可预先设定的间隔,该间隔位于一个第一物体(1)和一个与该物体做相对运动的第二物体(2,10)之间,本发明的特征是,在第一物体(1)上装有一个磁敏角度传感器(7),该传感器有一个与作用在其上的磁场方向相关的传感器输出信号,并且在第二物体(2)上固定有一个具有控制磁场(11)的控制磁铁(9),当在第一物体(1)和第二物体(2,10)之间出现预先设定的间隔时,在角度传感器(7)内的控制磁场(11)产生一个开关状态—磁场方向(5),该方向与第一物体(1)和第二物体(2,10)之间的另一个预先设定的间隔所对应的角度传感器(7)内的基本状态—磁场方向(6)是不同的。

Description

非接触式接近开关
本发明涉及一种非接触式接近开关，用于识别至少一个可预先设定的间隔，该间隔位于一个第一物体和一个与该物体做相对运动的第二物体之间。
在公知的以磁敏传感器为基础的非接触式接近开关中，在第一物体上装有一个永久磁铁，在第二物体上装有一个簧片继电器，当该继电器与永久磁铁之间达到特定的间隔时，由于继电器内部磁力线密度的变化，使继电器动作。磁力线密度变化的探测通过簧片继电器进行是容易受到外部干扰磁场的影响的，这些干扰磁场存在于周围的磁敏系统中。而且继电器也容易因振动失灵。
在阿.比德森的文章中，见“磁阻传感器，电子元件和应用”第8卷，第4期，222-239页，在第235页上公开了一种接近开关，其中有一个相对永久磁铁可移动的磁阻传感器。在这种公知的接近开关中，开关电平必须选得很高，从而减小对外部干扰磁场的敏感性。
本发明的任务是，提供一种上述类型的、改进的非接触式接近开关，其对干扰的敏感性特别是对外部干扰磁场和振动的敏感性与公知的接近开关相比得到改善。
以上任务通过权利要求1所述的非接触式接近开关得到解决。本发明所述非接触式接近开关的有利的改进结构体现在从属权利要求2-7中。所述非接触式接近开关的优选用途体现在权利要求8-10中。
根据本发明，在第一物体上装有一个磁敏角度传感器，该传感器有一个与作用在其上的磁场方向相关的传感器输出信号，并且在第二物体上固定有一个具有控制磁场的控制磁铁，当在第一物体和第二物体之间出现预先设定的间隔时，在角度传感器内的控制磁场产生一个开关状态一磁场方向，该方向与第一物体和第二物体之间的另一个预先设定的间隔所对应的角度传感器内的基本状态一磁场方向是不同的，而且磁敏角度传感器对应一个偏置磁场，该磁场确定基本状态一磁场线方向。
一般而言，磁敏角度传感器是一个磁敏传感器，具有至少一种与传感器内部磁场方向相关的电特性或其他特性，该特性可作为传感器输出信号使用。传感器内的磁场方向例如可通过一个外部磁铁产生。作为一个磁敏角度传感器的一个实例是所谓的GMR(吉安特磁敏电阻)传感器，它的电阻值取决于传感器内部的磁场方向，其详细结构见文献WO94/15223。
在本发明所述的一个优选的实施例中，所述非接触式接近开关的控制磁场线方向和基本状态一磁场线方向非平行布置。在这种结构中，当达到探测距离时，即从基本状态一磁场线方向向控制磁场线方向过渡时，实现最大的传感器信号的变化。但是显然也可在两个磁场方向中选择任何其他不等于0的角度。角度越小，传感器信号的变化也就越小，因此必须提高传感器信号处理电路的灵敏度。
在本发明所述的一个优选的实施例中，所述的非接触式接近开关具有一个偏置磁铁，它产生磁敏角度传感器所需的偏置磁场。偏置磁铁的磁场确定了磁敏角度传感器的基本状态磁场线的方向。当出现了第一和第二物体之间的需要识别的间隔时，控制磁铁的磁场和偏置磁场在角度传感器的范围内叠加。两个磁场的强度采取合适的大小，使得在角度传感器在该位置上的控制磁场超过偏置磁场，从而使角度传感器内的有效磁场线方向符合控制磁铁的磁场方向。
控制磁铁的磁场线方向和基本状态磁场线方向在磁敏角度传感器内产生不同的传感器输出信号。磁敏角度传感器在控制磁铁有足够的接近距离时，将从基本状态过渡到开关状态。本发明所述非接触式接近开关的一种优选的方案是，用上述GMR(吉安特磁敏电阻)传感器作为磁敏角度传感器。控制磁铁和偏置磁铁最好使用永久磁铁。但是它们也可使用电磁铁。后者的优点是，在预先设置的距离上，磁敏角度传感器从基本状态过渡到开关状态的动作可通过改变控制磁铁或偏置磁铁的磁场强度进行调节。
下面对照附图1-9所示的5个实施例对本发明所述非接触式接近开关作进一步的说明。
图1表示第一个实施例的示意图；
图2表示第二个实施例的示意图；
图3表示第三个实施例的示意图；
图4表示第四个实施例的示意图；
图5表示第五个实施例的示意图；
图6表示传感器输出信号曲线的实例的示意图；
图7表示装有本发明所述非接触式接近开关的一个移动电话的示意图；
图8表示装有本发明所述非接触式接近开关的一个汽车的示意图；
图9表示装有本发明所述非接触式接近开关的一个冰箱和/或冷藏柜的示意图。
在图中所示的各个实施例中，具有相同或等效的器件均使用相同的附图标记。
如图1的实施例所示，在壳体1，例如一个移动电话的壳体中，装有一个磁敏角度传感器，它是一个磁敏电阻(例如GMR)，其旁边设置一个偏置磁铁8。在壳体1上有一个翻盖2，例如一个上述移动电话的可打开的受话器部分，它可翻转地固定在壳体1上。在翻盖2上有一个控制磁铁9，其控制磁场为11，其控制磁场方向5(开关状态的磁场方向)和磁敏角度传感器的基本状态磁场方向6是非平行的。然而，控制磁场方向5和基本状态磁场方向6可以包括任何不等于0度或360度的其他角度。
磁敏角度传感器7的基本状态磁场方向6是通过偏置磁铁8的磁场确定的。
当控制磁铁9接近磁敏角度传感器7时，该传感器受到控制磁铁9的磁场的影响逐渐增强，并且由于偏置磁场和控制磁场的叠加而脱离其基本状态。当壳体1和翻盖2之间达到预定的间隔时，例如合上翻盖2时，磁敏角度传感器7内的磁场线方向相对于基本状态磁场方向6例如转动了180度，角度传感器7此时出现了与基本状态不同的电阻(输出信号)，该电阻对应于所述开关状态。输出信号的改变在一个合适的运算电路中进行处理。
控制磁铁和偏置磁铁例如可以是永久磁铁或电磁铁。
图2所示的实施例是一个按钮开关，包括一个按钮3，它通向外壳1内，在外壳1内固定着一个控制磁铁9。按钮3的基本位置通过一个位于外壳1外面的处在一个按钮3的压板10和一个外壳外壁之间的弹簧4保持。在外壳1内有一个起到磁敏角度传感器7的作用的磁敏电阻，它通过一个设置在其旁边的偏置磁铁8确定了一个固定的基本状态。
控制磁铁9和偏置磁铁8的磁场方向5和7相互之间是非平行的。
朝外壳1的方向按下按钮3时，控制磁铁9和角度传感器7之间的距离缩小，所以传感器受控制磁铁9的磁场的影响逐渐加强，并且由于偏置磁场和控制磁场的叠加而脱离其基本状态。角度传感器7此时出现了电阻的变化(输出信号)。
当按钮达到预定位置时，即外壳1和压板10之间达到特定的距离时，磁敏角度传感器7内的磁场方向相对基本状态磁场线方向6偏转一个与该距离相对应的值，在该例中为180度。角度传感器7此时和基本状态相比改变了其电阻(输出信号)，该电阻对应于所述开关状态。输出信号的改变在一个合适的运算电路中进行处理。
图3所示的实施例基本上等于上述实施例，只是控制磁铁相对于偏置磁铁转动了90度布置。该实施例的工作原理和上述的相同。
在图4中所示的实施例同样涉及第二个实施例所述的一个按钮开关。两者的区别在于，该实施例中没有偏置磁铁。其中的磁敏角度传感器7的基本状态相当于按钮没有按下的状态，它是通过控制磁铁9确定的，该磁铁平行于一个运动轴线移动，在该轴线上控制磁铁9可在按下按钮3时移动。在该例中，磁敏角度传感器7当按钮3没有按下时处在基本状态，刚好位于控制磁铁9的下面，该控制磁铁的磁场在其内部水平分布。在磁敏角度传感器7内的基本状态磁场方向6同样也是水平分布的。
当将按钮3按下时，控制磁铁9从角度传感器7中被压出，所以角度传感器7进入垂直分布的控制磁场5的范围内，并且和控制磁铁9的端面平行，该控制磁铁9相对于基本状态磁场方向6转动了90度。由于以上过程，磁敏角度传感器7在按下按钮3时产生了一个与基本状态不同的电阻。
图5所示的实施例基本上相当于上述按钮开关。其区别仅在于，在按钮3位于静止位置(基本状态)时，从压板10方向上看，控制磁铁9位于角度传感器7之前，在按钮3位于按下位置时，从压板10方向上看，控制磁铁9位于角度传感器7之后(在图5中通过虚线表示出控制磁铁9｀的位置)。控制磁铁9在按钮3按下过程中从角度传感器7旁边经过，所以角度传感器7的磁场方向一共偏转了180度，从而使角度传感器7产生最大的阻值改变。
当控制磁铁9经过角度传感器7时将产生信号的变化(从位置A运动到位置B)，其变化曲线见图6所示。图中的水平轴表示按钮运动的路程s，垂直轴表示比值ΔR/R，其中的R代表角度传感器7的电阻值。当控制磁铁9从A向B运动时，ΔR/R首先在角度传感器内的磁场方向开始改变前恒定保持在点x1，然后在角度传感器7的磁场方向偏转期间连续地增大，达到点x2，在该点上角度传感器7的磁场方向偏转180度，达到最大值。通过角度传感器7的信号运算电路，按钮开关的开关点可在任何处在曲线的上升区间内的位于点x1和x2之间的值中匹配选择，这样便可以简单的方式调节按钮开关的灵敏度。图1至图4所示的实施例也具有类似的信号曲线。
本发明所示接近开关的优点在于，在第一和第二物体之间不仅可探测一个距离，而且可探测不同的距离值。这些距离值只需要对应一个唯一的ΔR/R值即可。
在图4和图5结合表示的实施例中，在使用一个GMR传感器作为角度传感器7的情况下，其不需要在基本状态或开关状态下始终处在控制磁铁磁场的影响范围内，因为GMR传感器将在测量层内持续保持其磁化方向，直到下一个由外界磁场引起的翻转磁化出现为止。
在所述非接触式接近开关在移动电话20中应用的一个优选实施例(图7)中，所述移动电话具有一个可从听筒部分21翻开的受话器部分22，在打开和合上受话器22的同时，可将移动电话20打开或关闭，其中的受话器部分22或听筒部分21上装有控制磁铁9，与之对应，听筒部分21或受话器部分22上装有磁敏角度传感器7。
同样也可将所述的非接触式接近开关用于汽车内部照明装置中作为车门开关(图8)，或者在冰箱和/或冷藏柜的内部照明装置中作为柜门开关(图9)。
本发明当然不仅限于以上所述的实施例。它可以一般性地应用在各种需要识别一个第一物体向一个第二物体接近的场合。

Claims (10)

1、非接触式接近开关，用于识别至少一个可预先设定的间隔，该间隔位于一个第一物体(1)和一个与该物体做相对运动的第二物体(2,10)之间，本发明的特征是，在第一物体(1)上装有一个磁敏角度传感器(7)，该传感器有一个与作用在其上的磁场方向相关的传感器输出信号，并且在第二物体(2)上固定有一个具有控制磁场(11)的控制磁铁(9)，当在第一物体(1)和第二物体(2,10)之间出现预先设定的间隔时，在角度传感器(7)内的控制磁场(11)产生一个开关状态一磁场方向(5)，该方向与第一物体(1)和第二物体(2,10)之间的另一个预先设定的间隔所对应的角度传感器(7)内的基本状态一磁场方向(6)是不同的，而且磁敏角度传感器(7)对应一个偏置磁场(12)，该磁场确定基本状态一磁场线方向(6)。
2、如权利要求1所述的非接触式接近开关，其特征是，角度传感器(7)在第一物体(1)和第二物体(2,10)之间未出现预先设定的间隔时，处在控制磁铁(9)的磁场范围内，在该范围内的磁场方向与开关状态磁场方向(5)不同，从而使控制磁铁(9)产生偏置磁场(12)。
3、如权利要求1所述的非接触式接近开关，其特征是，基本状态一磁场线方向(6)由一个偏置磁铁(8)产生。
4、如权利要求1至3中任何一项所述的非接触式接近开关，其特征是，基本状态一磁场方向(6)和开关状态一磁场方向(5)非平行布置。
5、如权利要求1至4中任何一项所述的非接触式接近开关，其特征是，磁敏角度传感器(7)是一个GMR传感器。
6、如权利要求1至5中任何一项所述的非接触式接近开关，其特征是，控制磁铁(9)和/或偏置磁铁(8)是永久磁铁。
7、如权利要求1至6中任何一项所述的非接触式接近开关，其特征是，控制磁铁(9)和/或偏置磁铁(8)是电磁铁。
8、如权利要求1至7中任何一项所述的非接触式接近开关在移动电话(20)中的应用，所述移动电话具有一个可从听筒部分(21)翻开的受话器部分(22)，在打开和合上受话器(22)的同时可将移动电话(20)打开或关闭，其中的受话器部分(22)或听筒部分(21)上装有控制磁铁(9)，并且听筒部分(21)或受话器部分(22)上装有磁敏角度传感器(7)。
9、如权利要求1至7中任何一项所述的非接触式接近开关在汽车内部照明装置中作为车门开关的应用，其中至少有一个车门上装有控制磁铁(9)或者磁敏角度传感器(7)，并且在车身的门框上装有磁敏角度传感器(7)或控制磁铁(9)。
10、如权利要求1至7中任何一项所述的非接触式接近开关在冰箱和/或冷藏柜的内部照明装置作为柜门开关的应用，其中有一个冰箱门和/或冷藏柜门上装有控制磁铁(9)或者磁敏角度传感器(7)，并且在冰箱和/或冷藏柜的门拉手上装有磁敏角度传感器(7)或控制磁铁(9)。
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