CN203396407U - 衰减系数为1的电感式传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种衰减系数为1的电感式传感器，用于感测金属，其包括两脉冲振荡器，分别产生脉冲振荡信号；分别连接一个脉冲振荡器产生两路脉冲振荡电流；两发射线圈：在两路脉冲振荡电流的作用下产生两发射信号；一接收线圈：在所述两发射信号的感应下产生两感应信号；信号处理系统：接收所述接收线圈产生的感应信号并对所述感应信号进行处理得到输出信号，所述输出信号反相控制所述两电流控制器；MCU：为所述信号处理系统配置参数，并对所述输出信号进行处理得到金属物质的位置信息。本实用新型采用多线圈组合方式，使检测距离大幅度提高，采用移相采样技术，对各种金属检测距离近乎无衰减，性能稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种金属检测高灵敏度传感器，特别是一种衰减系数接近1的电感式传感器。
背景技术
目前超常规检测距离的电涡流式传感器采用的方案一种是在传统电涡流传感器技术的基础上，通过将电涡流信号分为强弱两段，并将弱信号段进一步放大以获取更高的灵敏度，以增加检测距离，但这样会造成环境噪声的进一步放大并干扰正常检测信号，增加了系统的不稳定性，由于这些条件的限制，放大器的放大倍数被限制在一定范围能，所以距离检测距离只能很有限的被提升，一般只能做到常规距离的1.5～2倍。且稳定性和一致性较难控制，不易于批量生产。
另一种方案是采用一组发射接收线圈，通过被检测体对发射接收的互感系数的影响来确定被检测体的位置，这种方式可以采用无磁芯线圈，但仍然避免不了外界电磁环境的干扰，噪声系数大，限制了检测距离的提升，一般也只能做到2倍检测距离。
传感器的IEC标准规定检测体是1mm厚的360号铁（Fe360）,对这个标准检测体的检测距离为标称检测距离，采用上述方案的电涡流式传感器存在一个很大的缺点，就是对不同性质金属的检测距离相对Fe360衰减很大，比如检测铜、铝，距离只有Fe360的50%以下。
实用新型内容
为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种衰减系数为1的电感式传感器，其用于感测金属物质，包括：
第一脉冲振荡器与第二脉冲振荡器，分别产生脉冲振荡信号；
第一电流控制器与第二电流控制器，分别连接所述第一脉冲振荡器与第二脉冲振荡器产生第一脉冲振荡电流与第二脉冲振荡电流；
第一发射线圈与第二发射线圈：分别连接所述第一电流控制器与第二电流控制器，在所述第一脉冲振荡电流与第二脉冲振荡电流的作用下产生两发射信号；
一接收线圈：与所述两发射线圈平行设置，并联有一电容器，在所述两发射信号的感应下产生两感应信号；
信号处理系统：分别连接所述接收线圈和两电流控制器，接收所述接收线圈产生的感应信号并对所述感应信号进行处理得到输出信号，所述输出信号反相控制所述两电流控制器；
MCU：连接所述信号处理系统，为所述信号处理系统配置参数，并对所述输出信号进行处理得到金属物质的位置信息。
较佳地，所述信号处理系统包括差分放大电路、移相电路、同步解调电路以及积分电路，所述差分放大电路、移相电路、同步解调电路、积分电路与移相电路依次连接。
较佳地，所述差分放大电路接收所述两路感应信号并对该两路感应信号进行差分处理得到一差分放大信号。
较佳地，所述移相电路对所述差分放大信号，移相后的所述差分放大信号经所述同步解调电路输出两路解调信号。
较佳地，所述积分电路输入端连接所述同步解调电路的输出端，所述积分电路对所述两路解调信号进行积分比较得到所述输出信号，所述输出信号控制所述脉冲驱动电路产生反相电流。
较佳地，所述输出信号输入到所述MCU经所述MCU采样计算得到金属位置信息。
较佳地，其还包括状态指示电路和电源。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
1）采用全新的多线圈组合方式，是检测距离大幅度提高，最大检测距离可达到标准检测距离的5～7倍；
2）采用移相采样技术，对各种金属检测距离近乎无衰减，相对金属铁，对铜、铝的检测距离衰减系数近似1；
3）性能稳定，抗环境干扰能力强，温度漂移系数小，-25℃～+75℃温度范 围内的温度漂移小于10%，甚至小于5%；
4）实际使用者可通过非常简单的操作，即可实现检测距离的自动校准，不需更换传感器即可快速根据实际需要调整好检测距离。
当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本实用新型实施例的电流原理示意图；
图2为本实用新型实施例提供的移相电路示意图；
图3为本实用新型实施例提供的发射线圈组件和接收线圈组件的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的移相取样示意图。
具体实施方式
下方结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的描述。
实施例
一种衰减系数为1的电感式传感器，其用于感测金属物质，其包括：
第一脉冲振荡器与第二脉冲振荡器，分别产生脉冲振荡信号；
第一电流控制器与第二电流控制器，分别连接所述第一脉冲振荡器与第二脉冲振荡器产生第一脉冲振荡电流与第二脉冲振荡电流；
第一发射线圈与第二发射线圈：分别连接所述第一电流控制器与第二电流控制器，在所述第一脉冲振荡电流与第二脉冲振荡电流的作用下产生两发射信号；
一接收线圈：与所述两发射线圈平行设置，并联有一电容器，在所述两发射信号的感应下产生两感应信号；
信号处理系统：分别连接所述接收线圈和两电流控制器，接收所述接收线圈产生的感应信号并对所述感应信号进行处理得到输出信号，所述输出信号反相控制所述两电流控制器；
MCU：连接所述信号处理系统，为所述信号处理系统配置参数，并对所述输出信号进行处理得到金属物质的位置信息。
如图3所示，第一发射线圈S1与第二发射线圈S2为两个半圆形的螺旋状线圈，接收线圈E1为圆形的螺旋状线圈，第一发射线圈S1、第二发射线圈S2与第一接收线圈E1平行。本实施例并不代表本实用新型，本实施例提供的接收线圈组件和发射线圈组件的结构和形状仅为本实用新型的一个优选例，具体还可以设置为其它各种形状，在此不一一举例说明。
所述脉冲驱动电路包括两个脉冲振荡器以及两个电流器，第一脉冲振荡器与第一电流器连接并输出第一脉冲驱动电流，第二脉冲振荡器与第二电流器连接输出第二脉冲驱动电流，脉冲驱动电路同时输出两路脉冲驱动电路；发射线圈S1和发射线圈S2分别接收第一脉冲驱动电流和第二脉冲驱动电流产生并生成第一发射信号与第二发射信号，感应线圈E接收所述第一发射信号和第二发射信号并分别生成两路感应信号，两路感应信号进入信号处理系统。
如图1所示，所述信号处理系统包括差分放大电路、移相电路、同步解调电路以及积分电路，所述差分放大电路、移相电路、同步解调电路、积分电路与移相电路依次连接。差分放大电路包括一个差分放大器，同步解调电路包括一个同步解调器，积分电路包括一个积分器；其中所述差分放大器接收所述两路感应信号并对该两路感应信号进行差分处理得到一差分放大信号，所述移相电路对所述差分放大信号移相，移相后的所述差分放大信号经所述同步解调电路输出两路解调信号，所述积分电路输入端连接所述同步解调电路的输出端，所述积分电路对所述两路解调信号进行积分比较得到所述输出信号，所述输出信号控制所述脉冲驱动电路产生反相电流。图2为所述移相电路的示意图。
脉冲振荡器产生相位相反的信号通过电流控制器驱动第一发射线圈S1和第二发射线圈S2，接收线圈E1接收的两个感应信号通过差分放大器得到两个线圈的感应信号的差分值并经过同步解调电路解调出两个信号，积分器对两个信号进行积分比较，并将比较值反相控制电流控制器，使驱动发射线圈的电流反相变化，通过这个循环最终使差分放大器的输出值恒为“0”。当有金属物体接近发射和接收线圈的磁场，并产生涡流破坏接收线圈的输出平衡，即不为“0”，此信号经上述系统循环调整后，差分放大器输出重新变为“0”，而积分器的输出则包含了金属物体的位置信息。可以用以下数学关系来表述：
D＝f(x,η,i,A,)
式中，D：金属物体与线圈系统的距离；
X：积分器的变化量；
η：发射和接收（感应）线圈之间的耦合系数；
i：发射线圈的初始电流；
A：差分放大器的增益；
上述公式为多变量函数，但一旦系统成型后，η,i,A将为常量，所以金属物体对线圈系统的距离和积分器的变化量成一元函数关系，并且通过调节其他参数可以改变距离。
如图4所示，图中当不同材质的金属（铁磁性材质和非铁磁性材质）接近磁场时，由于金属的初始磁导率等不同，导致相同距离产生的变化幅值不一样，这样通过传统传感器检测不同金属材质，检测距离就会产生衰减。分析不同金属材质与检测距离的信号幅值曲线，图3是相同检测距离时，铁磁性金属和非铁磁性金属产生的信号幅值曲线，这些曲线虽然峰峰值差别很大，但曲线之间会有交叉点，提取交叉点处的变量值即代表不同金属材料在相同检测位置的信息，由于本系统采样点始终保持在脉冲的中间点，通过采用移相电路调整信号的相位，将信号交叉点移至脉冲中点位置，即可达到对不同金属检测距离无衰减功能。
本实用新型技术方案带来的有益效果
本实用新型抵消绝大部分外部干扰信号（共模信号），而对需要的检测信息（差模信号）有效，使系统具有极强抗扰能力，而不影响本身性能，由于具备这些性能，在很多复杂电磁环境和恶劣天气条件下都适合采用本实用新型方案的产品；
本实用新型方案对不同被测材料检测距离无衰减的性能在自动化等行业很多场合可以发挥重要作用，在一些场合使用传统电感式传感器时，每次更换被检材料就需要重新校准检测距离，给使用带来很大麻烦，而如果采用光电产品，虽然对被检材料没有要求，但对表面反射率要求苛刻，对使用环境要求高，而采用本实用新型方案，对被检材料（金属）无严格要求，且成本低，精度高，性能稳定；
本实用新型方案智能化程度高，在一些需要经常校准检测测距离的场合， 可以采用一键校准功能，操作十分方便、简易；
本实用新型方案采用软件调校，容易实现自动化生产，可大幅降低生产过程的人工成本。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种衰减系数为1的电感式传感器，其用于感测金属物质，其特征在于，包括：
第一脉冲振荡器与第二脉冲振荡器，分别产生脉冲振荡信号；
第一电流控制器与第二电流控制器，分别连接所述第一脉冲振荡器与第二脉冲振荡器产生第一脉冲振荡电流与第二脉冲振荡电流；
第一发射线圈与第二发射线圈：分别连接所述第一电流控制器与第二电流控制器，在所述第一脉冲振荡电流与第二脉冲振荡电流的作用下产生两发射信号；
一接收线圈：与所述两发射线圈平行设置，并联有一电容器，在所述两发射信号的感应下产生两感应信号；
信号处理系统：分别连接所述接收线圈和两电流控制器，接收所述接收线圈产生的感应信号并对所述感应信号进行处理得到输出信号，所述输出信号反相控制所述两电流控制器；
MCU：连接所述信号处理系统，为所述信号处理系统配置参数，并对所述输出信号进行处理得到金属物质的位置信息。
2.如权利要求1所述的衰减系数为1的电感式传感器，其特征在于，所述信号处理系统包括差分放大电路、移相电路、同步解调电路以及积分电路，所述差分放大电路、移相电路、同步解调电路、积分电路与移相电路依次连接。
3.如权利要求2所述的衰减系数为1的电感式传感器，其特征在于，所述差分放大电路接收所述两路感应信号并对该两路感应信号进行差分处理得到一差分放大信号。
4.如权利要求3所述的衰减系数为1的电感式传感器，其特征在于，所述移相电路对所述差分放大信号移相，移相后的所述差分放大信号经所述同步解调电路输出两路解调信号。
5.如权利要求4所述的衰减系数为1的电感式传感器，其特征在于，所述积分电路输入端连接所述同步解调电路的输出端，所述积分电路对所述两路解调信号进行积分比较得到所述输出信号，所述输出信号控制所述脉冲驱动电路产生反相电流。
6.如权利要求5所述的衰减系数为1的电感式传感器，其特征在于，所述输出信号输入到所述MCU经所述MCU采样计算得到金属位置信息。
7.如权利要求1所述的衰减系数为1的电感式传感器，其特征在于，其还包括状态指示电路和电源。
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