CZ2013822A3 - Bezkontaktní magnetický senzor polohy magnetických nebo elektricky vodivých objektů - Google Patents
Bezkontaktní magnetický senzor polohy magnetických nebo elektricky vodivých objektů Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2013822A3 CZ2013822A3 CZ2013-822A CZ2013822A CZ2013822A3 CZ 2013822 A3 CZ2013822 A3 CZ 2013822A3 CZ 2013822 A CZ2013822 A CZ 2013822A CZ 2013822 A3 CZ2013822 A3 CZ 2013822A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- sensor
- excitation
- magnetic field
- coil
- magnetic
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 71
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 58
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 5
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 5
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
- H03K17/945—Proximity switches
- H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
- H03K17/9517—Proximity switches using a magnetic detector using galvanomagnetic devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
- G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
- G01N27/9046—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents by analysing electrical signals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/09—Magnetoresistive devices
- G01R33/096—Magnetoresistive devices anisotropic magnetoresistance sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
- G01V3/10—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Bezkontaktní magnetický senzor polohy magnetických nebo elektricky vodivých objektů sestává alespoň z jedné budící cívky (10) připojené na zdroj (20) střídavého signálu. V dutině budící cívky (10) je umístěn senzor (40) magnetického pole, jehož výstup je připojen na vstup zesilovače (60). Senzor obsahuje modulátor buzení (21), který je připojen ke zdroji (20) střídavého budícího signálu. Výstup zesilovače (60) je spojen se vstupem filtru (80) typu dolní propust, se vstupem filtru (81) typu pásmová propust a se vstupem filtru (82) typu horní propust. Zdroj (20) střídavého signálu generuje střídavý, s výhodou obdélníkový, proud a tím je v blízkosti budící cívky (10) vytvářeno střídavé magnetické pole, které interaguje s materiály v blízkosti budící cívky (10). Senzorem (40) magnetického pole může být anizotropní magnetoresistor AMR nebo Hallova sonda. V případě AMR senzoru je budící signál budící cívky (10) připojen přes oddělovací kapacitor (30) přímo k flipovacímu vstupu cívky AMR senzoru. Díky soufázovosti buzení cívky (10), a tudíž i generovaného střídavého pole, a modulaci výstupu senzoru flipovacím obvodem dochází k řízenému usměrnění výstupního signálu ze senzoru a vlastní demodulaci výstupního signálu. Výstup senzoru je pak možné využít pro snímání polohy, detekci přiblížení nebo diskriminaci materiálů v blízkosti cívky.
Description
Předmětem vynálezu je bezkontaktní senzor polohy magnetických nebo elektricky vodivých objektů schopný detekovat objekty i za kovovým krytem. Senzor využívá metodu vlastní demodulace signálu.
Dosavadní stav techniky
Bezkontaktní senzory polohy/přiblížení jsou známy a hojně používány již řadu let. Nejčastěji využívají optických metod, kapacitních metod, ultrazvukových nebo magnetických/indukčních metod nebo jejich kombinací. Senzory přiblížení či polohy se využívají takřka ve všech průmyslových odvětvích. Bezkontaktní měření polohy se s výhodou využívá na automatických linkách v průmyslové automatizaci i v automobilovém a leteckém průmyslu.
Standardní senzory přiblížení/polohy indukčního typu jsou založeny na generování vířivých proudů v přiblíženém vodivém objektu, viz např. patenty U^O 13229174, US6803I757 a USU042j876. Další rozsáhlou skupinou senzorů polohy/přiblížení jsou senzory Afk A A Λ Λ ίγ \j \j pracující s proměnným magnetickým obvodem (viz např. U£15)027^)66) nebo se saturovatelným jádrem cívky - viz např. US 4^19^62, USj4^87|486, US^40^71, EP (^538^37 Bl. Posledním typem je magnetický senzor polohy využívající detekce stejnosměrného magnetického pole permanentního magnetu - viz např. JP^3460363 a US^-84^16.
Senzory pracující na indukčním principu, C)br. 1, se skládají z budící cívky 10 napájené ze zdroje 20 střídavého proudu. Senzor snímá polohu vodivého nebo feromagnetického objektu 50. V závislosti na poloze dochází ke změně indukčnosti cívky buď vlivem přiblíženého vodivého objektu, nebo permanentního magnetu. Výstupní zesilovač 60 s obvodem zpracování signálu 61 obvykle vyhodnocuje ztráty v cívce, které převádí na dvoustavovou nebo spojitou informaci o poloze předmětu. Při přiblížení detekovaného objektu 50 vodivého materiálu se v něm indukují vířivé proudy působící svým magnetickým polem proti poli, které je vyvolalo. Tím dochází ke snížení indukčnosti budící cívky 10, zvýšení ztrát a celkovému snížení činitele jakosti budící cívky. Tyto změny jsou po zesílení v zesilovači 60 detekovány ve vyhodnocovacím obvodu 61 a převáděny na měřenou veličinu. Pro detektory přiblížení se velmi často využívají cívky buzené v rezonanci a vysazení oscilací RLC obvodu při přiblížení vodivého objektu nebo změna frekvence RLC obvodu při přiblížení nebo oddálení vodivého materiálu (Tumanski S, Thin film magnetoresistive sensors, ISBN-10: 0750307021, ISBN-13: 978-0750307024, Edition: lst, IOP (2001) a Ripka P. Magnetic Sensors and Magnetometers, ISBN-10: 1580530575, ISBN-13: 978-1580530576, w
Artech House Publishing (2001)). Indukční senzory pracují na budících frekvencích l<100 kHz. Výhodou tohoto řešení je jednoduchá a levná konstrukce. Nevýhodu indukčních metod je závislost indukovaného napětí na frekvenci, čím vyšší frekvence, tím vyšší indukované napětí a citlivost senzoru. Z tohoto důvodu tyto senzory obecně nelze použít při kmitočtech nižších než 1 kHz. Na druhou stranu klesá se zvyšující frekvencí hloubka vniku a senzor je ovlivňován parazitními kapacitami.
Magnetické pole způsobené vířivými proudy může být místo samotné indukční cívky měřeno pomocí jiného senzoru magnetického pole. Příkladem může být AMR/GMR senzor umístěný v budicí cívce, který měří celkové magnetické pole, Obr. 2. Na Obr. 2 je blokové schéma senzoru přiblížení/polohy využívající indukční cívky 10 buzené zdrojem střídavého signálu 20. Senzor snímá polohu vodivého nebo feromagnetického objektu 50. Výsledné pole vzniklé kombinací buzení cívky a blízkého vodivého objektu 50 nebo permanentního magnetu je snímáno senzorem magnetického pole 40. Signál ze senzoru je zesílen zesilovačem 60 a vyhodnocen synchronním demodulátorem 61. Výstup demodulátoru je míronosnou veličinou. V přítomnosti vodivého objektu 50 klesá celkové měřené pole díky účinkům vířivých proudů v detekovaném vodivém objektu 50.
Této metody se hojně využívá v defektoskopii a pro nedestruktivní testování materiálů
Y r v 9 na přítomnost nehomogenit a poruch celistvosti US20120E74'319, , vy y vy y vy v A A Λ
US^88^46, US^504]363, EF*0228^73. V posledních třech uvedených dokumentech jsou na úpravu výstupního signálu magnetického senzoru použity dolní propust pro filtraci šumu nebo extrakci střední hodnoty signálu, nebo pásmová propust jako filtrace rušení před dalším vyhodnocením signálu. Hlavní nevýhodou tohoto řešení je konstrukční složitost vyžadující jak vhodný flipovací obvod AMR senzoru, tak synchronní demodulaci signálu ze senzoru.
Mezi další nevýhodu zmíněných řešení patří, že senzory jsou schopny detekovat pouze daný typ materiálu, na který jsou konstruovány. Nejsou schopny rozlišit detekované materiály nebo kombinace různých materiálů.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody odstraňuje bezkontaktní magnetický senzor polohy magnetických nebo elektricky vodivých objektů sestávající z alespoň jedné budící cívky připojené na zdroj střídavého signálu, kde v dutině budící cívky je umístěn senzor magnetického pole. Výstup senzoru magnetického poleje připojen na vstup zesilovače, jehož výstup je připojen na vstup filtru typu dolní propust, na vstup filtru typu pásmová propust a na vstup filtru typu horní propust. Zapojení dále obsahuje modulátor buzení. Podstatou nového řešení je, že modulátor buzení senzoru magnetického pole je připojen ke zdroji střídavého budícího signálu cívky.
Je výhodné, když je zdroj střídavého budicího signálu zdrojem obdélníkového signálu.
Senzor magnetického pole může být například tvořen Hallovou sondou nebo anizotropním magnetorezistorem. V případě použití anizotropního magnetorezistoru je modulátor buzení senzoru magnetického pole tvořen oddělovacím kapacitorem. Jeden konec oddělovacího kapacitoru je připojen na flipovací vstup anizotropního magnetorezistoru a druhý konec je spojen se zdrojem střídavého budicího napětí budící cívky.
Výhodou navrhovaného senzoru je citlivost senzoru na stejnosměrné magnetické pole i na střídavé pole způsobené vířivými proudy ve vodivých materiálech. Senzor je schopen detekovat široké množství materiálů a rozlišovat, který materiál je v daném okamžiku detekován. Detekované materiály jsou elektricky vodivé nemagnetické, například Al, Cu, magneticky měkké materiály, magneticky tvrdé materiály, tedy permanentní magnety, nebo kombinace výše uvedených materiálů.
Oproti standardnímu řešení, navržený senzor značně zjednodušuje potřebnou elektroniku k vyhodnocování signálu ze senzoru. Využívá princip vlastní demodulace, kdy je výstup senzoru magnetického pole modulován shodným nebo odvozeným signálem jako vlastní budící cívka.
Objasnění výkresů
Na Obr. 1 a na Obr.2 jsou schematicky uvedeny dosud známé senzory polohy respektive přiblížení kovových nebo elektricky vodivých objektů
Obr. 3 znázorňuje blokové schéma senzoru přiblížení/polohy využívající vlastní demodulace podle předkládaného řešení.
Cívka 10 je buzena signálem z generátoru 20, Flipovací obvod senzoru magnetického pole 40 (Anizotropní magnetoresistor) je přes oddělovací kapacitor 30 připojen ke stejnému zdroji budicího signálu 20. Výstupní signál ze senzoru je zesílen zesilovačem 60 a zpracován různými typy filtrů 80,81.,82. Senzor umožňuje snímat přiblížení-polohu vodivého nebo feromagnetického objektu 50 přes kryt z vodivého materiál 70.
Obr. 4.1 zobrazuje časový průběh napětí budící cívky.
Na Obr. 4. 2 je časový průběh flipovacího proudu anizotropního magnetoresistoru tvořícího zde senzor magnetického pole.
Obr. 4.3 zobrazuje časový průběh výstupního napětí předmětného senzoru, pokud je umístěn v nulovém magnetické poli a v blízkosti senzoru není umístěn žádný vodivý objekt ani permanentní magnet. Stejnosměrná hodnota průběhu je dána velikostí magnetického pole generovaného přímo budicí cívkou.
Obr. 4.4 zobrazuje časový průběh výstupního napětí v případě, že senzor měří externí magnetické pole nenulové hodnoty - například se v blízkosti senzoru nachází permanentní magnet.
Obr. 4.5zobrazuje časový průběh výstupního napětí senzoru v případě, že je v blízkosti senzoru umístěn vodivý objekt,
Obr. 4.6 zobrazuje časový průběh výstupního napětí senzoru v případě, že senzor měří přiblížení/polohu objektu, kterým je permanentní magnet, přes vodivý kryt (Al) 70.
Obr. 5.1 až 5.4 zobrazují průběhy výstupního napětí po zpracování výstupu senzoru Uout pomocí filtrů typu dolní propust Ui, pásmová propust U2 a horní propust U3.
Příklady uskutečnění vynálezu
Podstatou popisovaného vynálezu je senzor polohy/přiblížení využívající vylepšenou j· metodu detekce materiálů. Senzor, znázorněný schematicky na Qbr. 3, obsahuje zdroj 20 střídavého, s výhodou z obdélníkového budícího signálu, budící cívku 10 nebo soustavu cívek, modulátor 21 buzení, senzor 40 magnetického pole umístěný v dutině budící cívky 10, jehož výstup je připojen na vstup zesilovače 60. Modulátor 21 buzení senzoru 40 magnetického pole je připojen ke zdroji 20 střídavého budícího signálu. Výstup zesilovače 60 je spojen se vstupem filtru 80 typu dolní propust, se vstupem filtru 81 typu pásmová propust a se vstupem filtru 82 typu horní propust. Zde je uveden příklad, kdy senzor umožňuje snímat přiblížení-polohu vodivého nebo feromagnetického objektu 50 přes kryt z vodivého materiál 70.
Zdroj 20 střídavého signálu pro budící cívku 10 generuje proud s obdélníkovým průběhem s danou frekvencí f a amplitudou I. Zdroj 20 střídavého signálu je připojen ke kontaktům budicí cívky W. Proud I procházející budící cívkou 10 generuje střídavé magnetické pole, které v detekovaném blízkém vodivém materiálu indukuje vířivé proudy. Senzor 40 magnetického pole je umístěn ve středu budící cívky 10 tak, že jeho osa citlivosti je totožná s osou budící cívky 10, tedy s normálou budící cívky 10 procházející jejím pomyslným středem. Senzorem 40 magnetického pole může být anizotropní magnetoresistor (AMR) nebo Hallova sonda. Vlastní AMR senzor se skládá z vlastního AMR prvku, který měří magnetické pole, flipovací cívky, případně kompenzační cívky. Budicí signál cívky je přes oddělovací kapacitor 30 připojen přímo k flipovacímu vstupu cívky AMR senzoru. Tím by při působení externího stejnosměrného magnetického pole docházelo k modulaci výstupu senzoru. Díky soufázovosti buzení budicí cívky j_0, a tudíž generovaného střídavého pole, a modulaci výstupu senzoru 40 magnetického pole dochází k řízenému usměrnění výstupního signálu ze senzoru a vlastní demodulaci výstupního signálu. Kapacitor 30 zajišťuje flipování AMR prvku pomocí úzkých proudových pulsů. Tím dochází k vlastní demodulaci výstupu senzoru 40 magnetického pole bez nutnosti přidružené elektroniky nebo synchronního demodulátoru. Sdružené účinky pole budicí cívky 10, pole vířivých proudů v blízkém vodivém materiálu, a externího magnetického pole jsou snímány magnetoresistorem nebo jiným senzorem magnetického pole. Výstup senzoru 40 magnetického pole je zesílen zesilovačem 60, na jehož výstupu 90 je napětí Uout, které je zpracováváno třemi základními filtry, a to filtrem 80 typu dolní propust, filtrem 81 typu pásmová propust a filtrem 82 typu horní propust.
r
Výstupní signál senzoru může vypadat dle 0br. 4.1 až 4.6 a 5.1 až 5.4. Ua je napětí v první půlperiodě budícího signálu a Ub je napětí v druhé půlperiodě budícího signálu. Toto napětí je složeno z několika složek. Složka Uac je úměrná velikosti pole generovaného samotnou budící cívkou 10, případně zesíleného, působením blízkého magneticky měkkého materiálu. Složka Upc je úměrná externímu stejnosměrnému magnetickému poli vytvořenému například permanentním magnetem nebo magnetickým polem Země.
Tučně vyznačené části jsou způsobeny vířivými proudy vznikajícími působením budícího pole na objekty 50 z elektricky vodivých materiálů.
Při filtraci signálu filtrem 80 typu dolní propust se získá napětí Ui, které odpovídá střední hodnotě signálu Uout· Ui je podle rovnice (3) rovno hodnotě Uac, což je přímo úměrné velikosti pole generovaného budící cívkou 10 případně zesíleného magneticky měkkým materiálem v její blízkosti.
Při filtraci signálu filtrem 81 typu pásmová propust nastaveným na frekvenci shodnou s budícím signálem f, se získá signál U2, jehož rozkmit, tedy hodnota špička-špička, je dle rovnice (4) roven 2 Upc, a tudíž přímo úměrný měřenému externímu stejnosměrnému poli.
Při filtraci signálu filtrem 82 typu horní propust se získá signál U3, který odpovídá pouze účinkům vířivých proudů a tudíž přiblížení objektu 50 z vodivého materiálu.
Ua=Uac+Udc (1)
Ub=Uac-Udc (2)
Ui=(Ua+Ub)/2=Uac
U2(p.př(UA-UB)=2UDc (3) (4)
Při detekci střídavého magnetického pole pracuje senzor již od velmi nízkých budicích frekvencí, kde mají senzory pracující na indukčním principu malou citlivost. Citlivost AMR senzoru je frekvenčně nezávislá do frekvencí pod 100kHz.
Hloubka vniku magnetického pole závisí u vodivých materiálů na frekvenci budícího pole. Se zvyšující se frekvencí klesá hloubka vniku. Díky použití AMR senzorů, jako detektoru magnetického pole je možné volit nízké budící frekvence, tím zvyšovat hloubku vniku. S výhodou je pak tento senzor možné použít pro měření polohy objektů za krytem z elektricky vodivého materiálu.
Jak již bylo uvedeno, oproti standardnímu řešení, navržený senzor značně zjednodušuje potřebnou elektroniku k vyhodnocování signálu ze senzoru. Využívá princip vlastní demodulace, kdy je výstup senzoru magnetického pole modulován shodným nebo odvozeným signálem jako vlastní budicí cívka.
Filtrací výstupního signálu senzoru je možné diskriminovat detekované materiály podle jejich elektrických a magnetických vlastností. To je zejména výhodné v situaci, kdy detekovaný materiál není předem znám.
Kromě detektoru přiblížení senzor funguje i jako senzor polohy objektů za elektricky vodivou překážkou. Je možné měřit polohu objektu z feromagnetického materiálu za překážkou z vodivého neferomagnetického materiálu, například hliník nebo měď. V případě, že se detekovaný objekt 50, jehož poloha se měří, ukrývá za plechem z magnetického materiálu je možné měřit polohu objektu tak, že magnetický materiál krytu 70 uvedeme do stavu magnetického nasycení.
Senzor zároveň měří stejnosměrnou složku pole tak i odezvu vířivých proudů. Vyhodnocením výstupního signálu je možné získat informaci o poloze ale i o typu přiblíženého materiálu. Z výstupní odezvy senzoru je možné rovněž rozlišit detekované materiály na vodivé, feromagnetické a jejich kombinace.
n
Podle uvedeného řešení bylo vyrobeno zařízení, které je zobrazené na Qbr. 1. Skládá v V , se z budící cívky 10 kruhového průřezu s 75 závity o průměru 4ťjmm a délce 2ψηιη. Budicí a a cívka 10 je napájena ze zdroje 20 střídavého signálu proudem obdélníkového průběhu o amplitudě 70mA p-p a frekvenci 1kHz. Frekvence může být i jiná v závislosti na požadované
A . Λ hloubce vniku. Budicí cívka 10 vytváří v místě senzoru 40 magnetického pole, kterým zde je AMR senzor, střídavé magnetické pole o velikosti 115'^Vm. Flipování senzoru 40 magnetického pole je zajištěno interní cívkou v senzoru 40 magnetického pole s pulsním proudem o velikosti 1.2Ap-p díky vybíjením kapacitoru 30 o velikosti 6.8nF. Modulátor buzení 30 je tvořen kapacitorem, který je přímo připojen k budícímu signálu ze zdroje 20 střídavého signálu 30Vp-p. Ve středu budicí cívky lp se nachází senzor 40 magnetického pole HMC1001. Výstup senzoru 40 magtnetického poleje zesílen zesilovačem 60 a podstoupen pro další zpracování signálu pomocí jednotlivých filtrů.
Průmyslová využitelnost
Senzor s vlastní demodulací lze využít pro detekci polohy/přiblížení objektu za krytem z elektricky vodivých materiálů jako jsou hliníkový plech, pozinkovaný železný plech atd. Senzor lze využít jako koncový spínač umístěný za plechovým krytem nebo jako koncový spínač s detekcí fáze zavírání. Senzor lze rovněž s výhodou využít jako detektor kovových částí za krytem z vodivých kovů.
Předmětný senzor je možné využít pro nedestruktivní bezkontaktní defektoskopii tloušťky/stavu stěn zásobníků, potrubí přes kovový kryt a vrstvu izolace. Ze srovnávacího měření je možné určovat stupeň koroze nebo narušení vnitřní stěny.
Předmětný senzor lze použít k diskriminaci materiálů na elektricky vodivé, magneticky měkké a magneticky tvrdé nebo jejich kombinace. Pro každou složku lze navíc měřit její velikost a tak odhadovat blízkost předmětu, jeho polohu nebo velikost.
Claims (4)
1. Bezkontaktní magnetický senzor polohy magnetických nebo elektricky vodivých objektů sestávající z alespoň jedné budící cívky (10) připojené na zdroj (20) střídavého budícího signálu, kde v dutině budící cívky (10) je umístěn senzor (40) magnetického pole, jehož výstup je připojen na vstup zesilovače (60) a výstup tohoto zesilovače (60) je připojen na vstup filtru (80) typu dolní propust, na vstup filtru (81) typu pásmová propust a na vstup filtru (82) typu horní propust, a dále obsahující modulátor (21) buzení, vyznačující se tím, že modulátor buzení (21) senzoru (40) magnetického poleje připojen ke zdroji (20) střídavého budícího signálu cívky (10).
2. Bezkontaktní magnetický senzor podle nároku 1, vyznačující se tím, že, zdroj (20) střídavého budícího signálu je zdroj obdélníkového signálu.
•9
3. Bezkontaktní magnetický senzor podle nároku 1 nebo 2;vyznačující se tím, že senzor (40) magnetického poleje tvořen Hallovou sondou.
4. Bezkontaktní magnetický senzor podle nároku 1 nebo 2,vyznačující se tím, že senzor (40) magnetického poleje tvořen anizotropním magnetorezistorem a modulátor buzení (21) senzoru (40) magnetického poleje tvořen oddělovacím kapacitorem (30), jehož jeden konec je připojen na flipovací vstup anizotropního magnetorezistoru a druhý konec je spojen se zdrojem (20) střídavého budícího napětí budící cívky (10).
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-822A CZ304954B6 (cs) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | Bezkontaktní magnetický senzor polohy magnetických nebo elektricky vodivých objektů |
| PCT/CZ2014/000117 WO2015058733A1 (en) | 2013-10-25 | 2014-10-17 | Contactless magnetic sensor of the magnetic or electrically conductive objects´position |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-822A CZ304954B6 (cs) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | Bezkontaktní magnetický senzor polohy magnetických nebo elektricky vodivých objektů |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2013822A3 true CZ2013822A3 (cs) | 2015-02-04 |
| CZ304954B6 CZ304954B6 (cs) | 2015-02-04 |
Family
ID=51845258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-822A CZ304954B6 (cs) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | Bezkontaktní magnetický senzor polohy magnetických nebo elektricky vodivých objektů |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304954B6 (cs) |
| WO (1) | WO2015058733A1 (cs) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9817078B2 (en) | 2012-05-10 | 2017-11-14 | Allegro Microsystems Llc | Methods and apparatus for magnetic sensor having integrated coil |
| US10495699B2 (en) | 2013-07-19 | 2019-12-03 | Allegro Microsystems, Llc | Methods and apparatus for magnetic sensor having an integrated coil or magnet to detect a non-ferromagnetic target |
| US10145908B2 (en) | 2013-07-19 | 2018-12-04 | Allegro Microsystems, Llc | Method and apparatus for magnetic sensor producing a changing magnetic field |
| US9823092B2 (en) | 2014-10-31 | 2017-11-21 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensor providing a movement detector |
| US9958480B2 (en) | 2015-02-10 | 2018-05-01 | Qualcomm Incorporated | Apparatus and method for a current sensor |
| US10078117B2 (en) * | 2015-09-30 | 2018-09-18 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensors and methods using mixing in a magnetoresistance element |
| CN105954806B (zh) * | 2016-04-20 | 2018-05-22 | 上海海事大学 | 一种基于巨磁电阻和正交偏置调制的金属探测方法及装置 |
| US10012518B2 (en) | 2016-06-08 | 2018-07-03 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensor for sensing a proximity of an object |
| US10641842B2 (en) | 2017-05-26 | 2020-05-05 | Allegro Microsystems, Llc | Targets for coil actuated position sensors |
| US10310028B2 (en) | 2017-05-26 | 2019-06-04 | Allegro Microsystems, Llc | Coil actuated pressure sensor |
| US10324141B2 (en) | 2017-05-26 | 2019-06-18 | Allegro Microsystems, Llc | Packages for coil actuated position sensors |
| US10996289B2 (en) | 2017-05-26 | 2021-05-04 | Allegro Microsystems, Llc | Coil actuated position sensor with reflected magnetic field |
| US11428755B2 (en) | 2017-05-26 | 2022-08-30 | Allegro Microsystems, Llc | Coil actuated sensor with sensitivity detection |
| US10837943B2 (en) | 2017-05-26 | 2020-11-17 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensor with error calculation |
| US10591320B2 (en) | 2017-12-11 | 2020-03-17 | Nxp B.V. | Magnetoresistive sensor with stray field cancellation and systems incorporating same |
| US10823586B2 (en) | 2018-12-26 | 2020-11-03 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensor having unequally spaced magnetic field sensing elements |
| US11061084B2 (en) | 2019-03-07 | 2021-07-13 | Allegro Microsystems, Llc | Coil actuated pressure sensor and deflectable substrate |
| US10955306B2 (en) | 2019-04-22 | 2021-03-23 | Allegro Microsystems, Llc | Coil actuated pressure sensor and deformable substrate |
| US11237020B2 (en) | 2019-11-14 | 2022-02-01 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensor having two rows of magnetic field sensing elements for measuring an angle of rotation of a magnet |
| US11280637B2 (en) | 2019-11-14 | 2022-03-22 | Allegro Microsystems, Llc | High performance magnetic angle sensor |
| US11262422B2 (en) | 2020-05-08 | 2022-03-01 | Allegro Microsystems, Llc | Stray-field-immune coil-activated position sensor |
| US11493361B2 (en) | 2021-02-26 | 2022-11-08 | Allegro Microsystems, Llc | Stray field immune coil-activated sensor |
| US11578997B1 (en) | 2021-08-24 | 2023-02-14 | Allegro Microsystems, Llc | Angle sensor using eddy currents |
| CN113945608B (zh) * | 2021-09-30 | 2024-11-01 | 中国计量大学 | 一种基于磁电传感器的磁感应相移测量系统 |
| CN114706025B (zh) * | 2022-04-15 | 2024-03-22 | 深圳技术大学 | 一种基于磁电效应的谐振式dc磁传感器 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US484116A (en) | 1892-10-11 | Egon lothae schmitz | ||
| US4042876A (en) | 1976-04-29 | 1977-08-16 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Eddy current gauge for monitoring displacement using printed circuit coil |
| US4140971A (en) | 1977-11-10 | 1979-02-20 | Electromagnetic Sciences, Inc. | Proximity detection system utilizing a movable magnet for saturating an inductor core wherein the rise time of a plurality of such inductors are compared |
| US4587486A (en) | 1981-12-08 | 1986-05-06 | Werner Turck Gmbh & Co., Kg | Switch for detecting a magnetic field |
| EP0228473B1 (en) * | 1985-07-03 | 1992-01-22 | Nippon Steel Corporation | Apparatus for non-destructively inspecting flaw of metal materials utilizing magnetic field |
| DE3544809A1 (de) | 1985-10-02 | 1987-04-02 | Turck Werner Kg | Magnetfeldabhaengiger, elektronischer annaeherungsschalter |
| DE3903278C2 (de) | 1989-02-03 | 1995-09-28 | Rexroth Mannesmann Gmbh | Induktive Wegaufnehmeranordnung |
| JPH0785074B2 (ja) * | 1990-11-22 | 1995-09-13 | 東京瓦斯株式会社 | 金属材探傷装置 |
| US5351004A (en) | 1991-10-15 | 1994-09-27 | Eldec Corporation | Saturable core proximity sensor including a flux director and a magnetic target element |
| JP3460363B2 (ja) | 1995-03-02 | 2003-10-27 | 株式会社デンソー | 非接触型位置センサ |
| US6504363B1 (en) * | 2000-03-07 | 2003-01-07 | Teodor Dogaru | Sensor for eddy current testing and method of use thereof |
| US6888346B2 (en) * | 2000-11-28 | 2005-05-03 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Magnetoresistive flux focusing eddy current flaw detection |
| US6803757B2 (en) | 2001-10-02 | 2004-10-12 | Bentley Nevada, Llc | Multi-coil eddy current proximity probe system |
| JP3987941B2 (ja) * | 2005-03-14 | 2007-10-10 | 国立大学法人 岡山大学 | 磁気的インピーダンス計測装置 |
| JP4776696B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2011-09-21 | コミサリア ア レネルジ アトミク | 金属物の欠陥の非破壊評価方法および装置 |
| US9678175B2 (en) * | 2010-07-26 | 2017-06-13 | Radiation Monitoring Devices, Inc. | Eddy current detection |
| US8717012B2 (en) | 2011-04-28 | 2014-05-06 | The United States of America as respresented by the United States National Aeronautics and Space Administration | Eddy current probe for surface and sub-surface inspection |
| DE102012004308B4 (de) | 2012-03-01 | 2018-09-20 | Atlas Elektronik Gmbh | Annäherungssensor und Verfahren zum Bestimmen der Annäherung an einen elektrisch leitfähigen Körper |
-
2013
- 2013-10-25 CZ CZ2013-822A patent/CZ304954B6/cs not_active IP Right Cessation
-
2014
- 2014-10-17 WO PCT/CZ2014/000117 patent/WO2015058733A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ304954B6 (cs) | 2015-02-04 |
| WO2015058733A1 (en) | 2015-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ2013822A3 (cs) | Bezkontaktní magnetický senzor polohy magnetických nebo elektricky vodivých objektů | |
| US7038444B2 (en) | System and method for in-line stress measurement by continuous Barkhausen method | |
| US7622916B2 (en) | Detector | |
| US6871553B2 (en) | Integrating fluxgate for magnetostrictive torque sensors | |
| GB2262346A (en) | Detecting defects in steel material | |
| CN105954806A (zh) | 一种基于巨磁电阻和正交偏置调制的金属探测方法及装置 | |
| Cheng | Magnetic flux leakage testing of reverse side wall-thinning by using very low strength magnetization | |
| Ripka et al. | AMR proximity sensor with inherent demodulation | |
| CN103439405A (zh) | 铁芯与铁氧体芯合成多功能电磁检测传感器及其检测方法 | |
| ATE343127T1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur in situ-ermittlung des umwandlungsgrads einer nichtmagnetischen phase in eine ferromagnetische phase eines metallischen werkstücks | |
| CN102087245B (zh) | 基于非晶合金的电磁检测传感器 | |
| JP6388672B2 (ja) | 硬貨検出システム | |
| JP3651268B2 (ja) | 磁気測定方法及び装置 | |
| Singh et al. | Thickness evaluation of aluminium plate using pulsed eddy current technique | |
| JPH0784021A (ja) | 微弱磁気測定装置及びそれを用いた非破壊検査方法 | |
| WO2005095943A1 (en) | System and method for in-line stress measurement by continuous barkhausen technique | |
| RU2672978C1 (ru) | Способ обнаружения дефектов в длинномерном ферромагнитном объекте | |
| Majima et al. | Thickness measurements using extremely low frequency eddy current testing via TMR Sensors operated with AC modulation | |
| RU2262123C1 (ru) | Индукционный измерительный преобразователь для металлоискателя | |
| RU2046379C1 (ru) | Способ обнаружения магнитных объектов и устройство для его осуществления | |
| JP3956279B2 (ja) | センサ | |
| Tehranchi et al. | Imaging Metal Surface Cracks with Giant Magnetoimpedance Sensor | |
| RU2231287C2 (ru) | Локатор инородных тел | |
| Baltag et al. | Sensor with ferrofluid for magnetic measurements | |
| Vyhnanek et al. | AMR gradiometer for mine detection and sensing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20231025 |