DE102004032258A1 - Inductive proximity sensor adjusts effect of metallic device on reference and sensor coils to provide same sensitivity for ferro and non-ferromagnetic materials - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen induktiven Näherungssensor, umfassend eine Sensorspuleneinrichtung zur Detektion eines metallischen Targets und eine Referenzspuleneinrichtung mit mindestens einer Spule.The The invention relates to an inductive proximity sensor comprising a Sensor coil device for detecting a metallic target and a reference coil device with at least one coil.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abgleichen eines induktiven Näherungssensors, welcher eine Referenzspuleneinrichtung und eine Sensorspuleneinrichtung umfaßt, wobei diese gegenüber einer metallischen Umgebungseinrichtung nicht abgeschirmt sind.The The invention further relates to a method for balancing an inductive Proximity sensor, which a reference coil device and a sensor coil device comprises being facing this a metallic environmental device are not shielded.
Aus
der
Durch die unterschiedlich beeinflußbaren Spulen ist eine Sensorspuleneinrichtung und eine Referenzspuleneinrichtung gebildet.By the differently influenced coils is a sensor coil device and a reference coil device educated.
Bei induktiven Näherungssensoren ist die Beeinflussung des Schwingkreises abhängig von elektromagnetischen Eigenschaften des metallischen Targets, welches zu detektieren ist. Beispielsweise bedämpfen ferromagnetische Metalle den Schwingkreis stärker, da zusätzliche Energieverluste durch die Umpolung des remanenten Magnetfelds entstehen. Bei paramagnetischen Metallen wird der Schwingkreis weniger stark bedämpft, jedoch wird die Schwingkreisinduktivität wesentlich stärker verändert (insbesondere reduziert) als bei ferromagnetischen Metallen.at inductive proximity sensors is the influence of the resonant circuit dependent on electromagnetic Properties of the metallic target to be detected. For example, dampen ferromagnetic metals, the resonant circuit stronger because additional Energy losses caused by the reversal of the remanent magnetic field. In paramagnetic metals, the resonant circuit is less strong attenuated However, the resonant circuit inductance is much more changed (in particular reduced) than in ferromagnetic metals.
Durch das Vorsehen einer Sensorspuleneinrichtung und einer Referenzspuleneinrichtung läßt sich ein Näherungssensor realisieren, welcher mindestens bezüglich eines Schaltabstands oder eines Schaltabstandsbereiches die gleiche Empfindlichkeit gegenüber einem Gegenstand aus einem ferromagnetischen Material und nicht-ferromagnetischen Material aufweist ("Faktor 1"-Näherungssensor).By the provision of a sensor coil device and a reference coil device let yourself a proximity sensor realize which at least with respect to a switching distance or a switching distance range the same sensitivity to a Object made of a ferromagnetic material and non-ferromagnetic Material has ("factor 1 "-Näherungssensor).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Näherungssensor der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er universell einsetzbar ist.Of the Invention is based on the object, an inductive proximity sensor to improve the type mentioned so that it can be used universally is.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten induktiven Näherungssensor erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Referenzspuleneinrichtung und die Sensorspuleneinrichtung so angeordnet und so ausgebildet sind, daß eine definierte Differenz des Bedämpfungseinflusses einer metallischen Umgebungseinrichtung auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung eingestellt ist, mindestens wenn die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung in einer bestimmten Position zu der Umgebungseinrichtung sind, und daß der Einfluß der Umgebungseinrichtung auf ein Sensorausgangssignal eliminiert ist.These Task is in the aforementioned inductive proximity sensor according to the invention thereby solved, that the Reference coil means and the sensor coil means arranged and are designed so that a defined difference of the damping effect a metallic environmental device on the sensor coil means and the reference coil device is set, at least when the Sensor coil device and the reference coil device in one certain position to the environmental device, and that the influence of the environmental device to a sensor output is eliminated.
Eine metallische Umgebungseinrichtung beeinflußt die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung, wenn diese nicht abgeschirmt sind. Die Umgebungseinrichtung kann beispielsweise Teil einer Anwendung sein oder selber Teil des Näherungssensors sein. Wenn die Bedämpfungseinflußdifferenz (bezogen auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung) definiert eingestellt wird und der entsprechende Differenzwert bekannt ist, dann läßt sich der Bedämpfungseinfluß der metallischen Umgebungseinrichtung hardwaremäßig und/oder softwaremäßig eliminieren, so daß ein Sensorausgangssignal von der metallischen Umgebungseinrichtung nicht beeinflußt wird.A metallic environment affects the sensor coil means and the reference coil means, if not shielded. For example, the environment device may be part of an application or itself part of the proximity sensor be. When the damping influence difference (relative to the sensor coil device and the reference coil device) is defined and the corresponding difference value known is, then lets itself the damping effect of the metallic Environment device hardware and / or eliminate by software, so that one Sensor output signal from the metallic environmental device not affected becomes.
Das Sensorausgangssignal ist dabei ein Signal, welches von einer Auswerteeinrichtung abgegeben wird. Die Auswerteeinrichtung kann intern in einem Gehäuse des induktiven Näherungssensors angeordnet sein oder extern. Das Sensorausgangssignal ist beispielsweise ein Schaltsignal oder ein analoges (Abstands-)Signal.The Sensor output signal is a signal which from an evaluation is delivered. The evaluation device can be located internally in a housing of the inductive proximity sensor be arranged or external. The sensor output signal is for example a switching signal or an analog (distance) signal.
Beispielsweise kann durch entsprechende Anordnung und Ausbildung der Referenzspuleneinrichtung die Bedämpfungseinflußdifferenz auf im wesentlichen Null gestellt werden, so daß der Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung kompensiert ist. Für einen solchen Näherungssensor ist dann die metallische Umgebungseinrichtung "unsichtbar", so daß diese das Detektionsergebnis für den eigentlichen Meßgegenstand, nämlich das metallische Target, im wesentlichen nicht beeinflußt.For example can by appropriate arrangement and design of the reference coil means the damping influence difference be set to substantially zero, so that the damping effect of the environmental device to the sensor coil means and the reference coil means is compensated. For such a proximity sensor is then the metallic environment "invisible", so that this is the detection result for the actual measurement object, namely that metallic target, essentially unaffected.
Bei definiert eingestelltem Bedämpfungseinflußdifferenzwert ist es auch grundsätzlich möglich, daß in einer Auswerteeinrichtung des Näherungssensors beispielsweise eine softwaremäßige Kompensation erfolgt, um so den Einfluß der metallischen Umgebungseinrichtung zu eliminieren.At defined damping Einflußeinflußdifferenzwert it is also possible in principle, that in an evaluation of the approx sensors, for example, a software compensation takes place, so as to eliminate the influence of the metallic environmental device.
Erfindungsgemäß wird ein Näherungssensor bereitgestellt, welcher bezogen auf ein Sensorsignal ein zu detektierendes metallisches Target "sieht", während eine metallische Umgebungseinrichtung "unsichtbar" ist.According to the invention is a Proximity sensor provided, which is based on a sensor signal to be detected metallic Target "sees" while a metallic environmental device is "invisible".
Insbesondere sind die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung so angeordnet und so ausgebildet, daß die Umgebungseinrichtung eine definierte Signaländerungsdifferenz zwischen der Sensorspuleneinrichtung und der Referenzspuleneinrichtung bewirkt. Das metallische Target beeinflußt die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung und es werden entsprechende Signale erzeugt. Die Umgebungseinrichtung beeinflußt die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung ebenfalls. Wenn die Signaländerungsdifferenz aufgrund der Beeinflussung durch die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung bekannt ist, dann läßt sich dadurch die Beeinflussung aufgrund des metallischen Targets (als eigentlichen Meßgegenstand) ermitteln. Insbesondere ist es vorgesehen, daß die Signaländerungsdifferenz auf im wesentlichen Null eingestellt wird, so daß Änderungen im Sensorsignal des Näherungssensors allein aufgrund von Abstandsänderungen des metallischen Targets zu einer aktiven Sensorfläche bestimmt sind und die Abstandsänderungen ermittelbar sind.Especially are the sensor coil device and the reference coil device arranged and designed so that the environmental device a defined signal change difference between the sensor coil device and the reference coil device causes. The metallic target affects the sensor coil means and the reference coil means and there are corresponding signals generated. The environmental device affects the sensor coil device and the reference coil device as well. When the signal change difference due to the influence of the sensor coil means and the reference coil device is known, then can be thereby the influence due to the metallic target (as actual measurement object) determine. In particular, it is provided that the signal change difference is set to substantially zero, so that changes in the sensor signal of Proximity sensor solely due to distance changes of the metallic target to an active sensor surface are and the distance changes can be determined.
Insbesondere sind die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung so angeordnet und ausgebildet, daß die Umgebungseinrichtung eine definierte Induktivitätsänderungsdifferenz zwischen der Sensorspuleneinrichtung und der Referenzspuleneinrichtung bewirkt. Der wesentliche Bedämpfungseinfluß der metallischen Umgebungseinrichtung ist eine Induktivitätsänderung an der Sensorspuleneinrichtung und eine Induktivitätsänderung an der Referenzspuleneinrichtung. Der Bedämpfungseinfluß führt auch zu einer (direkten) Güteänderung, wobei die Induktivitätsänderung einen weiteren (in der Regel größeren) Beitrag in der Güteänderung darstellt. Wenn die Differenz dieser Induktivitätsänderungen definiert eingestellt wird und insbesondere auf im wesentlichen Null eingestellt wird, dann läßt sich der Einfluß der metallischen Umgebungseinrichtung auf das Sensorsignal eliminieren. (Bei einem Differenzwert, welcher ungleich Null ist, der jedoch bekannt ist, kann grundsätzlich beispielsweise softwaremäßig und/oder schaltungstechnisch der Einfluß aus dem Sensorsignal eliminiert werden.) Especially are the sensor coil device and the reference coil device arranged and designed so that the environmental device a defined inductance change difference between the sensor coil device and the reference coil device causes. The essential damping effect of the metallic Ambient device is an inductance change at the sensor coil device and an inductance change the reference coil device. The damping effect also leads to a (direct) quality change, where the inductance change another (usually larger) contribution in the quality change represents. When set the difference of these inductance changes defined and in particular is set to substantially zero, then you can the influence of eliminate metallic environmental device to the sensor signal. (For a difference value, which is not equal to zero, but the known is, basically for example, software and / or circuitry the influence be eliminated from the sensor signal.)
Wenn die Einstellung derart ist, daß die Bedämpfungsänderungen nicht gleich oder näherungsweise gleich sind (d.h. die Bedämpfungsänderungsdifferenz zwischen Sensorspuleneinrichtung und Referenzspuleneinrichtung nicht verschwindet), dann ist günstigerweise eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, welche ein Sensorausgangssignal erzeugt, in dem der unterschiedliche Bedämpfungseinfluß auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung durch Berücksichtigung der bekannten Bedämpfungseinflußdifferenz herausgerechnet ist. Durch die Vorgabe der definierten Bedämpfungseinflußdifferenz kann die Auswerteeinrichtung aus den Signalen, die sie erhält, den unterschiedlichen Bedämpfungseinfluß herausrechnen und ein Sensorausgangssignal erzeugen, welches um den unterschiedlichen Bedämpfungseinfluß "bereinigt" ist, das heißt es läßt sich eine softwaremäßige Kompensation durchführen. Wenn die Bedämpfungseinflußdifferenz Null ist, ist eine solche Kompensation nicht notwendig.If the setting is such that the Bedämpfungsänderungen not equal or approximate are the same (i.e., the damping change difference between sensor coil device and reference coil device not disappears), then it is convenient an evaluation device is provided, which is a sensor output signal generated in which the different damping effect on the Sensor coil device and the reference coil device through consideration the known attenuation influence difference is calculated out. By specifying the defined attenuation influence difference can the evaluation of the signals it receives, the calculate out different damping effects and generate a sensor output signal which varies by the different Damping influence is "cleaned up", that is, it can be a software compensation carry out. When the damping influence difference Zero, such compensation is not necessary.
Die Bedämpfungseinflußdifferenz läßt sich über die Anordnung der Referenzspuleneinrichtung in einem Gehäuse und/oder die Fläche der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung und/oder die Windungszahl der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung einstellen. Auch weitere Einstellungsmöglichkeiten können vorgesehen sein.The Bedämpfungseinflußdifferenz can be over the Arrangement of the reference coil device in a housing and / or the area the at least one coil of the reference coil device and / or the number of turns of the at least one coil of the reference coil device to adjust. Also other settings can be provided be.
Über Abstand und/oder Winkellage der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung zu einer Gehäuseseite läßt sich der Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung auf die Referenzspuleneinrichtung einstellen und dadurch wiederum die Bedämpfungseinflußdifferenz definiert einstellen.About distance and / or angular position of the at least one coil of the reference coil device a housing side let yourself the damping effect of the environmental device adjust to the reference coil device and thereby turn the Bedämpfungseinflußdifferenz set defined.
Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, daß um die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung mindestens eine Leiterbahnschleife angeordnet ist. Diese kann eine Kurzschlußwindung bilden, über die eine Induktivitätseinstellung für die Referenzspuleneinrichtung möglich ist.It For example, it can also be provided that around the at least one coil the reference coil device at least one conductor loop is arranged. This can form a short circuit turn over the an inductance setting for the reference coil device possible is.
Es ist dann vorteilhaft, wenn ein Abgleichswiderstand in Reihe mit der mindestens einen Leiterbahnschleife geschaltet ist. Dadurch ergibt sich eine weitere Einstellungsmöglichkeit. Es kann dabei auch vorgesehen sein, daß der Abgleichswiderstand extern beeinflußbar ist, um so extern, beispielsweise über einen Teach-In-Vorgang, die Induktivität der Referenzspuleneinrichtung einzustellen und damit wiederum die Induktivitätsänderung aufgrund der Umgebungseinrichtung einstellen zu können. Dadurch wiederum läßt sich die Bedämpfungseinflußdifferenz einstellen.It is advantageous if a balancing resistor in series with the at least one conductor loop is connected. Thereby results in a further setting possibility. It can also be provided be that the Balancing resistance can be influenced externally, so externally, for example via a Teach-in process, the inductance adjust the reference coil device and thus turn the inductance due to the environment setting. Thereby again it is possible set the damping influence difference.
Es kann auch vorgesehen sein, daß die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung teilweise abgedeckt und/oder abgeschirmt ist und dabei insbesondere zu einer Umgebungseinrichtung hin abgeschirmt ist. Beispielsweise ist die entsprechende Abdeckungseinrichtung oder Abschirmungseinrichtung zu einer Montageseite des Näherungssensors hin angeordnet. Dadurch läßt sich wiederum die Induktivität der Referenzspuleneinrichtung definiert einstellen, um so wiederum die Induktivitätsänderung einstellen zu können und die Bedämpfungseinflußdifferenz.It can also be provided that the at least one coil of the reference coil device is partially covered and / or shielded and is shielded in particular to an environmental device out. For example, the corre sponding Covering device or shielding arranged towards a mounting side of the proximity sensor. As a result, in turn, the inductance of the reference coil means can be set defined, so as to be able to adjust the inductance change again and the Einämpfungseinflußdifferenz.
Beispielsweise ist an einem Träger für die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung eine Metallschicht angeordnet, um so für eine Abdeckung bzw. Abschirmung zu sorgen.For example is on a carrier for the least a coil of the reference coil device a metal layer arranged, so for to provide a cover or shielding.
Es kann auch vorgesehen sein, daß eine Abdeckung oder Abschirmung verschieblich ist. Insbesondere ist diese Abdeckung oder Abschirmung von außerhalb eines Gehäuses des induktiven Näherungssensors feststellbar positionierbar. Dadurch läßt sich, je nach Positionierung der Abdeckung bzw. Abschirmung, der Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung einstellen und somit die Bedämpfungseinflußdifferenz einstellen. Die Einstellung kann beispielsweise während eines Teach-in-Vorgangs erfolgen.It can also be provided that a Cover or shield is movable. In particular, this is Cover or shield from outside of a housing of the inductive proximity sensor lockable positionable. This can be, depending on the positioning the cover or shielding, the damping effect of the environmental device adjust and thus the damping effect difference to adjust. The setting may be, for example, during a Teach-in process done.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung in einer Differenzschaltung angeordnet sind und/oder eine Differenzauswertung von Signalen der Referenzspuleneinrichtung und der Sensorspuleneinrichtung erfolgt. Dadurch läßt sich die Referenzspuleneinrichtung eben als Referenz nutzen, um so beispielsweise einen Faktor 1-Näherungsschalter zu realisieren.All It is particularly advantageous if the sensor coil device and the reference coil means are arranged in a differential circuit and / or a differential evaluation of signals of the reference coil device and the sensor coil device takes place. This can be done just use the reference coil device as a reference, for example a factor 1 proximity switch too realize.
Die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung können dazu in einer Brückenschaltung angeordnet sein wie beispielsweise einer L-C-Brückenschaltung oder in einer L-R-Brückenschaltung, wie sie in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2004 020 978.2 vom 22. April 2004 beschrieben ist.The Sensor coil means and the reference coil means can do so in a bridge circuit be arranged such as an L-C bridge circuit or in a L-R-bridge circuit, as stated in the unpublished German Patent Application No. 10 2004 020 978.2 of April 22, 2004 is.
Es ist möglich, daß die metallische Umgebungseinrichtung Teil des Näherungssensors ist und dabei insbesondere einen nichtabschirmenden Teil eines Gehäuses des Näherungssensors bildet.It is possible, that the metallic environmental device is part of the proximity sensor and in the process in particular a non-shielding part of a housing of the Proximity sensor forms.
Es kann auch vorgesehen sein, daß die metallische Umgebungseinrichtung eine Montagebasis für den Näherungssensor bildet. Die metallische Umgebungseinrichtung ist dann Teil einer Anwendung, wie beispielsweise ein Maschinenteil, an dem der Näherungssensor zu montieren ist.It can also be provided that the metallic environment means a mounting base for the proximity sensor forms. The metallic environment is then part of a Application, such as a machine part, where the proximity sensor to assemble.
Um eine unterschiedliche Beeinflussung der Sensorspuleneinrichtung und der Referenzspuleneinrichtung durch das metallische Target (als eigentlicher Meßgegenstand) zu erzielen, sind diese vorzugsweise zueinander beabstandet.Around a different influence on the sensor coil device and the reference coil means through the metallic target (as actual measurement object) to achieve, they are preferably spaced from each other.
Es kann vorgesehen sein, daß die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung parallel beabstandet sind. Es läßt sich dann ein flacher Näherungssensor realisieren.It can be provided that the Sensor coil device and the reference coil device in parallel are spaced. It can be then a flat proximity sensor realize.
Es ist auch möglich, daß die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung oder eine oder mehrere Spulen der Referenzspuleneinrichtung in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Dies kann für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein. Beispielsweise läßt sich dadurch ein Näherungssensor realisieren, welcher mehr als eine Montageseite aufweist.It is possible, too, that the Sensor coil device and the reference coil device or a or a plurality of coils of the reference coil means at an angle are arranged to each other. This can be advantageous for certain applications be. For example, can be thereby a proximity sensor realize, which has more than one mounting side.
Es ist dann günstig, wenn die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung in einem Winkel zu einer Montageseite des Näherungssensors angeordnet ist. Je nach Montageseite kann dann die Referenzspuleneinrichtung durch die Umgebungseinrichtung beeinflußt werden, wobei der definierte Differenzwert eingestellt ist.It is then cheap, if the at least one coil of the reference coil device in is arranged at an angle to a mounting side of the proximity sensor. Depending on the mounting side can then be the reference coil device the environmental device are influenced, the defined Difference value is set.
Universelle Einsatzmöglichkeiten ergeben sich, wenn mindestens zwei Montageseiten vorgesehen sind.universal applications arise if at least two mounting sides are provided.
Günstigerweise ist die Referenzspuleneinrichtung bezogen auf eine aktive Sensorfläche hinter der Sensorspuleneinrichtung angeordnet. Die Sensorspuleneinrichtung dient zur Detektion des metallischen Targets, um beispielsweise eine Schaltfunktion bereitzustellen. Damit hier eine große Empfindlichkeit vorliegt, sollte sie in der Nähe eines aktiven Sensorendes angeordnet sein.conveniently, is the reference coil device with respect to an active sensor surface behind the Sensor coil device arranged. The sensor coil device serves to detect the metallic target, for example to provide a switching function. So here is a great sensitivity present, she should be near be arranged an active sensor end.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die Sensorspuleneinrichtung bezogen auf eine Montageseite des Näherungssensors (in Richtung von der Montageseite zu der Sensorspuleneinrichtung) vor der Referenzspuleneinrichtung angeordnet ist.Out for the same reason it is favorable when the sensor coil device with respect to a mounting side of the Proximity sensor (in the direction from the mounting side to the sensor coil device) the reference coil device is arranged.
Es kann auch vorgesehen sein, daß die Sensorspuleneinrichtung seitlich zu der Referenzspuleneinrichtung angeordnet ist.It can also be provided that the Sensor coil device laterally to the reference coil means is arranged.
Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Referenzspuleneinrichtung mindestens teilweise zwischen einem Schaltungsträger und der Sensorspuleneinrichtung angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine leichte Herstellbarkeit. Beispielsweise ist es dadurch auch möglich, die relative Position der Referenzspuleneinrichtung in einem Gehäuse zu ändern, um so auch extern den Bedämpfungseinfluß ändern zu können.at an embodiment it is envisaged that the Reference coil device at least partially between a circuit carrier and the sensor coil device is arranged. This results an easy manufacturability. For example, it is the same possible, change the relative position of the reference coil device in a housing to so also externally change the damping effect can.
Es ist auch möglich, daß die Referenzspuleneinrichtung mindestens teilweise auf einem Schaltungsträger angeordnet ist. Dadurch erleichtert sich die Montage, da sich die Referenzspuleneinrichtung integral auf dem Schaltungsträger (welcher die weiteren Komponenten eines Schwingkreises und eine Auswerteeinrichtung trägt) herstellen läßt.It is also possible for the reference coil device to be arranged at least partially on a circuit carrier. As a result, the assembly, since the reference coil means integrally on the circuit carrier (which the wide ren components of a resonant circuit and an evaluation device carries) can produce.
Weitere Einstellungsmöglichkeiten ergeben sich, wenn die Referenzspuleneinrichtung eine Mehrzahl von Spulen umfaßt. Dadurch ergeben sich Einstellungsmöglichkeiten für die Gesamt-Spulenfläche, die Windungszahlen, die geometrische Anordnung usw. Ferner ist eine Anpassung an bestimmte Anwendungen möglich.Further settings arise when the reference coil means a plurality of Coils included. This results in setting options for the total coil area, the Windungszahlen, the geometric arrangement, etc. Further, a Adaptation to specific applications possible.
Es können dabei mehrere Spulen in einer Ebene angeordnet sein oder unterschiedliche Spulen auch in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein.It can while several coils are arranged in a plane or different Coils may also be arranged in different planes.
Insbesondere sind dann Spulen der Referenzspuleneinrichtung in Reihe geschaltet, um so eine Gesamtinduktivität für die Referenzspuleneinrichtung bereitzustellen. Auch eine zumindest partielle Parallelschaltung ist grundsätzlich möglich.Especially then coils of the reference coil device are connected in series, as a total inductance for the To provide reference coil device. Also at least partial Parallel connection is basically possible.
Es ist auch möglich, daß Spulen der Referenzspuleneinrichtung zu unterschied lichen Seiten des Näherungssensors ausgerichtet sind. Dies kann für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein, beispielsweise für Anwendungen, bei denen der Näherungssensor bündig in eine Ausnehmung oder dergleichen eingebaut wird.It is possible, too, that coils the reference coil means to different union sides of the proximity sensor are aligned. This can be for certain applications, for example for applications, where the proximity sensor flush is installed in a recess or the like.
Für bestimmte Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung mit ihrer Windungsachse im wesentlichen parallel zu einer Sensorachse angeordnet ist; insbesondere dann, wenn die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung parallel zueinander ausgerichtet sind und eine Montageseite einer aktiven Sensorfläche parallel gegenüberliegt.For certain Applications, it is advantageous if the at least one coil of the Reference coil device with its winding axis substantially is arranged parallel to a sensor axis; especially then, when the sensor coil means and the reference coil means are aligned parallel to each other and a mounting side of a active sensor surface parallel opposite.
Ein Näherungssensor mit kleinen Abmessungen läßt sich realisieren, wenn die mindestens eine Spule der Referenzspuleneinrichtung eine Flachspule ist. Gleiches gilt grundsätzlich auch, wenn die Spule oder Spulen der Sensorspuleneinrichtung Flachspulen sind.One Proximity sensor with small dimensions can be realize when the at least one coil of the reference coil device a flat coil is. The same applies in principle even if the coil or coils of the sensor coil means are flat coils.
Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich ein Näherungssensor mit einem quaderförmigen Gehäuse realisieren.By the solution according to the invention can be a proximity sensor realize with a cuboid housing.
Insbesondere ist das Gehäuse nichtabschirmend ausgebildet. Es läßt sich beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial herstellen. Dadurch wiederum ist die Herstellung vereinfacht und die Herstellungskosten sind verringert.Especially is the case non-shielding trained. It can be, for example, out produce a plastic material. This, in turn, is the production simplified and the production costs are reduced.
Es kann vorgesehen sein, daß die Bedämpfungsbeeinflussung der Referenzspuleneinrichtung extern einstellbar ist. Ein Nutzer kann dann den Näherungssensor an einer Anwendung so anpassen, daß die metallische Umgebungseinrichtung für den Näherungssensor bezogen auf ein Sensorsignal "unsichtbar" ist. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines Teach-In-Vorgangs erfolgen.It can be provided that the Bedämpfungsbeeinflussung the reference coil device is externally adjustable. A user then can the proximity sensor adapt to an application so that the metallic environmental device for the proximity sensor is "invisible" relative to a sensor signal. This can be, for example as part of a teach-in process.
Es ist beispielsweise möglich, die Position der Referenzspuleneinrichtung in einem Gehäuse einzustellen, um eine externe Einstellung der Bedämpfungsbeeinflussung zu ermöglichen.It is possible, for example, to set the position of the reference coil device in a housing, to allow an external adjustment of the damping effect.
Es ist auch denkbar, daß die magnetischen Eigenschaften der mindestens einen Spule der Referenzspuleneinrichtung über die Einstellung einer Position eines Spulenkerns einstellbar sind. Beispielsweise ist der Spulenkern als Ferritkern stiftförmig ausgebildet und seine Stellung ist feststellbar variierbar. Je nach Stellung wiederum ergeben sich unterschiedliche Induktivitätswerte für die Spule oder Spulen. Es ist dann wiederum der Bedämpfungseinfluß einstellbar und dadurch die Bedämpfungseinflußdifferenz.It is also conceivable that the magnetic properties of the at least one coil of the reference coil device via the Setting a position of a bobbin are adjustable. For example the coil core is formed as a ferrite core pin-shaped and his Position can be determined variably. Depending on the position again result in different inductance values for the coil or coils. It then in turn the damping effect is adjustable and thereby the damping influence difference.
Insbesondere ist der Näherungssensor als Faktor 1-Schalter ausgebildet, d. h. als Schalter, bei dem das Detektionsergebnis mindestens bezogen auf einen bestimmten Schaltabstand und einen bestimmten Schaltabstandsbereich unabhängig vom Material des metallischen Targets ist.Especially is the proximity sensor designed as a factor 1 switch, d. H. as a switch, where the Detection result at least related to a specific operating distance and a certain switching distance range regardless of the material of the metallic Targets is.
Der erfindungsgemäße Näherungssensor umfaßt mindestens einen Schwingkreis, welcher durch Annäherung des Targets beeinflußbar ist; der mindestens eine Schwingkreis ist mittels der Sensorspuleneinrichtung und der Referenzspuleneinrichtung gebildet. Beispielsweise umfaßt ein Schwingkreis die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung oder es sind zwei getrennte, aber aneinander gekoppelte Schwingkreise vorgesehen, wobei der eine die Sensorspuleneinrichtung umfaßt und der andere die Referenzspuleneinrichtung.Of the The proximity sensor according to the invention comprises at least a resonant circuit which can be influenced by approaching the target; the at least one resonant circuit is by means of the sensor coil device and the reference coil means. For example, includes a resonant circuit the sensor coil device and the reference coil device or they are two separate but coupled oscillating circuits provided, one of which comprises the sensor coil means and the others, the reference coil device.
Günstigerweise weist die Referenzspuleneinrichtung eine kleinere Spulenfläche auf als die Sensorspuleneinrichtung. Dadurch ergibt sich ein gutes Nutzsignal.conveniently, the reference coil device has a smaller coil area as the sensor coil means. This results in a good signal.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, um ein Sensorausgangssignal zu erhalten, welches im wesentlichen unbeeinflußt von der metallischen Umgebungseinrichtung ist.Of the Invention is also based on the object, a method of the initially to provide a sensor output signal, which is substantially unaffected by the metallic environment is.
Dies wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Referenzspuleneinrichtung so modifiziert wird oder eine Signalauswertung durch eine Auswerteeinrichtung so eingestellt wird, daß ein unterschiedlicher Bedämpfungseinfluß der Umgebungseinrichtung auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung bezogen auf ein Sensorausgangssignal im wesentlichen eliminiert ist.This becomes according to the invention by the method mentioned in the introduction solved, that the Reference coil device is modified or a signal evaluation is adjusted by an evaluation that a different Damping influence of the environmental device to the sensor coil means and the reference coil means substantially eliminated based on a sensor output is.
Es ist dann der unterschiedliche Bedämpfungseinfluß im wesentlichen kompensiert, so daß für ein Differenzsignal der Sensorspuleneinrichtung und der Referenzspuleneinrichtung die metallische Umgebungseinrichtung im wesentlichen "unsichtbar" ist. Die Kompensation kann direkt am Bedämpfungseinfluß erfolgen, so daß Signale der Sensorspuleneinrichtung und Referenzspuleneinrichtung im wesentlichen gleich beeinflußt sind, oder die Kompensation kann rechnerisch durch die Auswerteeinrichtung erfolgen.It is then the different damping effect substantially compensated, so that for a difference signal the sensor coil means and the reference coil means the metallic environmental device is essentially "invisible". The compensation can take place directly at the influence of damping, so that signals the sensor coil means and reference coil means substantially influenced the same are, or the compensation can be calculated by the evaluation respectively.
Der Abgleich wird insbesondere dann durchgeführt, wenn die Sensorspuleneinrichtung in einer bestimmten Position zur metallischen Umgebungseinrichtung ist. Beispielsweise ist der abzugleichende induktive Näherungssensor an der metallischen Umgebungseinrichtung montiert.Of the Adjustment is carried out in particular when the sensor coil device in a certain position to the metallic environment is. For example, the inductive proximity sensor to be adjusted is mounted on the metallic environmental device.
Die Modifikation des Bedämpfungseinflusses kann durch Positionierung der Referenzspuleneinrichtung an einem Gehäuse und/oder Einstellung der Induktivität der Referenzspuleneinrichtung und/oder Einstellung der Abdeckung oder Abschirmung einer oder mehrerer Spulen der Referenzspuleneinrichtung erfolgen. Es läßt sich beispielsweise in einem Teach-In-Vorgang die Referenzspuleneinrichtung so beeinflussen, daß ein bestimmter Bedämpfungseinfluß der metallischen Umgebungseinrichtung eingestellt wird, und zwar derart, daß dieser Bedämpfungseinfluß sich mit dem Bedämpfungseinfluß auf die Sensorspuleneinrichtung kompensiert. Die Referenzspuleneinrichtung ist dazu vorzugsweise von außen modifizierbar, indem beispielsweise deren Position innerhalb eines Gehäuses feststellbar einstellbar ist und/oder die Induktivität einstellbar ist und/oder die Abdeckung bzw. Abschirmung einstellbar ist. Die entsprechenden Einstellungsparameter werden dann modifiziert, bis man eine Kompensation der Bedämpfungseinflüsse erhält.The Modification of the damping effect can by positioning the reference coil means on a casing and / or adjustment of the inductance of the reference coil device and / or Adjusting the cover or shielding one or more coils the reference coil device take place. It can be, for example, in a Teach-in process affect the reference coil device so the existence certain damping effect of the metallic Environment is set, in such a way that this Damping influence with the damping effect on the Sensor coil device compensated. The reference coil device is preferably from the outside modifiable by, for example, their position within a housing is detectably adjustable and / or the inductance adjustable is and / or the cover or shield is adjustable. The corresponding Setting parameters are then modified until a compensation of the Damping influences receives.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawing of the closer explanation the invention. Show it:
Ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Näherungssensors,
welches in
Der
Näherungssensor
Das
Gehäuse
Das
Gehäuse
In
dem Gehäuse
Die
Sensorachse
Die
Referenzspuleneinrichtung
Die
Fläche
der Spule der Referenzspuleneinrichtung
Die
Referenzspuleneinrichtung
Weitere
Schaltungskomponenten des Näherungssensors
Die
Spule der Sensorspuleneinrichtung
Die
Sensorspuleneinrichtung
Beispielsweise ist es auch möglich, ein Signal dadurch zu gewinnen, daß bei einem Schwingkreis mit einer Sensorspule und einer Referenzspule ein Schwingkreisspannungssignal und ein Spulenspannungssignal einem subtrahierenden Verstärker zugeführt werden. Dies ist ebenfalls in der genannten nicht vorveröffentlichten Anmeldung beschrieben.For example it is also possible to gain a signal that in a resonant circuit with a sensor coil and a reference coil an oscillating circuit voltage signal and a coil voltage signal is supplied to a subtracting amplifier. This is also described in the aforementioned non-prepublished application.
Es
ist beispielsweise auch möglich,
den Schwingkreis als Schwingkreisbrücke mit wenigstens zwei Kondensatoren
und wenigstens zwei durch von außen herangeführten Gegenstände (Target
Es
kann vorgesehen sein, daß der
Näherungssensor
Bei
dem in
Da
die Sensorspuleneinrichtung
Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, daß in Relation
zu der Sensorspuleneinrichtung
Erfindungsgemäß wird der
Bedämpfungseinfluß so eingestellt,
daß mindestens,
wenn der Näherungssensor
Insbesondere
ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
daß die
Sensorspuleneinrichtung
Die
Einstellung einer definierten Bedämpfungseinflußdifferenz
für die
Sensorspuleneinrichtung
Die
Einstellung der Bedämpfungseinflußdifferenz,
wenn von einer gegebenen Sensorspuleneinrichtung
Es
ist dabei auch möglich,
daß die
Referenzspuleneinrichtung
Eine
Bedämpfungsbeeinflussung
(zur Einstellung der Bedämpfungseinflußdifferenz)
ist auch möglich,
wie schematisch in
Eine
weitere Einstellungsmöglichkeit
besteht darin, eine oder mehrere Spulen der Referenzspuleneinrichtung
Eine
solche Abschirmungsmöglichkeit
ist schematisch in
Es
kann eine verschiebliche Abdeckung bzw. Abschirmung
Es
ist grundsätzlich
möglich,
daß die
definierte Einstellung der Bedämpfungseinflußdifferenz in
dem Schwingkreis, bezogen auf die Sensorspuleneinrichtung
Grundsätzlich kann
es auch vorgesehen sein, daß die
Bedämpfungseinflußdifferenz
von außen
einstellbar ist. Eine solche Beeinflussung ist beispielsweise über Einstellung
des Widerstandswerts des Abgleichswiderstands
Es
ist auch alternativ oder zusätzlich
möglich,
die Einstellung der Bedämpfungseinflußdifferenz über Änderung
der mechanischen Position der Referenzspuleneinrichtung
Beispielsweise
ist das Einstellelement
Beispielsweise
ist eine Einstellbarkeit auch dadurch möglich, daß die (mindestens eine) Referenzspule
der Referenzspuleneinrichtung
Auch über die
Positionierung der Abdeckung bzw. Abschirmung
Es
ist beispielsweise auch möglich,
den Bedämpfungseinfluß auf die
Referenzspuleneinrichtung
In
Es
ist eine Referenzspuleneinrichtung
Diese
Einstellung erfolgt insbesondere bei der Herstellung des Näherungssensors
Bei
dem in
Ferner
liegen bei den Ausführungsbeispielen gemäß
Bei
einem dritten Ausführungsbeispiel,
welches in
Der
Näherungssensor
In
dem Gehäuse
In
dem Gehäuse
Die
Referenzspuleneinrichtung
Die
Referenzspuleneinrichtung
Es
kann auch vorgesehen sein, daß eine
definierte Bedämpfungseinflußdifferenz
eingestellt ist, wenn sowohl die Umgebungseinrichtung
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Näherungssensors,
welches in
Die
Sensorspuleneinrichtung
Es
ist eine Referenzspuleneinrichtung
Die
Teilspule
Die
Sensorspuleneinrichtung
Der
Näherungssensor
Die
Referenzspuleneinrichtung
Ansonsten
funktioniert der Näherungssensor
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß bezogen auf eine vorgegebene Sensorspuleneinrichtung die Referenzspuleneinrichtung definiert angeordnet und ausgebildet wird, um eine bestimmte Bedämpfungseinflußdifferenz zu der Sensorspuleneinrichtung einzustellen. Vorzugsweise wird diese Differenz auf den Wert Null eingestellt. Dadurch "sieht" der Näherungssensor die metallische Umgebungseinrichtung nicht, während er ein zu detektierendes metallisches Target sieht. Nach "vorne", d. h. zu der aktiven Sensorfläche hin, läßt sich also ein Detektionsvorgang durchführen. Nach "hinten", d. h. zu der metallischen Umgebungseinrichtung hin, ist eine Kompensation durchgeführt.It is according to the invention provided that related to a given sensor coil means the reference coil means defined and formed to a certain attenuation influence difference to adjust to the sensor coil device. Preferably, this will Difference set to the value zero. As a result, the proximity sensor "sees" the metallic environmental device while it is a metallic target to be detected sees. After "forward", d. H. to the active one sensor surface down, lets go So perform a detection process. After "back", d. H. to the metallic environment out, a compensation is performed.
Diese Kompensation kann dabei auch, wenn ein bekannter, definierter Wert der Bedämpfungseinflußdifferenz eingestellt ist, über die Auswerteeinrichtung beispielsweise softwaremäßig und/oder schaltungstechnisch erfolgen.These Compensation can also, if a known, defined value the damping influence difference is set, over the evaluation device, for example, software and / or circuit technology respectively.
Es ist dadurch möglich, erfindungsgemäße Näherungssensoren teilbündig auf eine Metallplatte aufzuschrauben, ohne daß eine Abschirmung des Näherungssensors notwendig ist.It is thereby possible Proximity sensors according to the invention partially flush Screw on a metal plate without a shield of the proximity sensor necessary is.
Es ist möglich, die Einstellung des definierten Werts der Bedämpfungseinflußdifferenz bei der Herstellung durchzuführen. Es ist aber auch möglich, eine externe Einstellmöglichkeit für einen hergestellten Näherungssensor vorzusehen, um beispielsweise über einen Teach-In-Vorgang den Gesamteinfluß (d. h. den kombinierten Einfluß auf die Sensorspuleneinrichtung und die Referenzspuleneinrichtung) zu "eliminieren". Es läßt sich dann die Beeinflussung der Spulen des Näherungssensors (d. h. Sensorspulen und Referenzspulen) durch Metallteile einer Anwendung oder des Sensors selber eliminieren.It is possible, the setting of the defined value of the damping influence difference to carry out during manufacture. But it is also possible, one external adjustment for one prepared proximity sensor provide, for example, about a teach-in process the overall influence (i.e., the combined influence on the Sensor coil device and the reference coil means) to "eliminate". It can be then influencing the coils of the proximity sensor (i.e., sensor coils and Reference coils) through metal parts of an application or the sensor eliminate yourself.
Insbesondere ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Näherungssensor über eine der aktiven Sensorfläche gegenüberliegende Montageseite an einer metallischen Anwendung zu montieren.Especially Is it possible, a proximity sensor according to the invention via a the active sensor surface opposing Mounting side to a metallic application.
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