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專利名稱：衰減系數(shù)為1的電感式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬檢測高靈敏度傳感器，特別是一種衰減系數(shù)接近I的電感式傳感器。
背景技術(shù)：
目前超常規(guī)檢測距離的電渦流式傳感器采用的方案一種是在傳統(tǒng)電渦流傳感器技術(shù)的基礎上，通過將電渦流信號分為強弱兩段，并將弱信號段進一步放大以獲取更高的靈敏度，以增加檢測距離，但這樣會造成環(huán)境噪聲的進一步放大并干擾正常檢測信號，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，由于這些條件的限制，放大器的放大倍數(shù)被限制在一定范圍能，所以距離檢測距離只能很有限的被提升，一般只能做到常規(guī)距離的1.5 2倍。且穩(wěn)定性和一致性較難控制，不易于批量生產(chǎn)。另一種方案是采用一組發(fā)射接收線圈，通過被檢測體對發(fā)射接收的互感系數(shù)的影響來確定被檢測體的位置，這種方式可以采用無磁芯線圈，但仍然避免不了外界電磁環(huán)境的干擾，噪聲系數(shù)大，限制了檢測距離的提升，一般也只能做到2倍檢測距離。傳感器的IEC標準規(guī)定檢測體是Imm厚的360號鐵(Fe360)，對這個標準檢測體的檢測距離為標稱檢測距離，采用上述方案的電渦流式傳感器存在一個很大的缺點，就是對不同性質(zhì)金屬的檢測距離相對Fe360衰減很大，比如檢測銅、鋁，距離只有Fe360的50%以下。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種衰減系數(shù)為I的電感式傳感器，其用于感測金屬物質(zhì)，包括:
第一脈沖振蕩器與第二脈沖振蕩器，分別產(chǎn)生脈沖振蕩信號；
第一電流控制器與第二電流控制器，分別連接所述第一脈沖振蕩器與第二脈沖振蕩器產(chǎn)生第一脈沖振蕩電流與第二脈沖振蕩電流；
第一發(fā)射線圈與第二發(fā)射線圈:分別連接所述第一電流控制器與第二電流控制器，在所述第一脈沖振蕩電流與第二脈沖振蕩電流的作用下產(chǎn)生兩發(fā)射信號；
一接收線圈:與所述兩發(fā)射線圈平行設置，并聯(lián)有一電容器，在所述兩發(fā)射信號的感應下產(chǎn)生兩感應信號；
信號處理系統(tǒng):分別連接所述接收線圈和兩電流控制器，接收所述接收線圈產(chǎn)生的感應信號并對所述感應信號進行處理得到輸出信號，所述輸出信號反相控制所述兩電流控制器；
MCU:連接所述信號處理系統(tǒng)，為所述信號處理系統(tǒng)配置參數(shù)，并對所述輸出信號進行處理得到金屬物質(zhì)的位置信息。
較佳地，所述信號處理系統(tǒng)包括差分放大電路、移相電路、同步解調(diào)電路以及積分電路，所述差分電路、移相電路、同步解調(diào)電路、積分電路與移相電路依次連接。較佳地，所述差分放大電路接收所述兩路感應信號并對該兩路感應信號進行差分處理得到一差分放大信號。較佳地，所述移相電路對所述差分放大信號，移相后的所述差分信號經(jīng)所述同步解調(diào)電路輸出兩路解調(diào)信號。較佳地，所述積分電路輸入端連接所述同步解調(diào)器的輸出端，所述積分電路對所述兩路解調(diào)信號進行積分比較得到所述輸出信號，所述輸出信號控制所述脈沖驅(qū)動電路產(chǎn)生反相電流。較佳地，所述輸出信號輸入到所述控制計算系統(tǒng)經(jīng)所述控制計算系統(tǒng)采樣計算得到金屬位置信息。較佳地，其還包括狀態(tài)指示電路和電源。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
1)采用全新的多線圈組合方式，是檢測距離大幅度提高，最大檢測距離可達到標準檢測距離的5 7倍；
2)采用移相采樣技術(shù)，對各種金屬檢測距離近乎無衰減，相對金屬鐵，對銅、鋁的檢測距離衰減系數(shù)近似I ;
3)性能穩(wěn)定，抗環(huán)境干擾能力強，溫度漂移系數(shù)小，-25 °C +75 °C溫度范圍內(nèi)的溫度漂移小于10%，甚至小于5% ；
4)實際使用者可通過非常簡單的操作，即可實現(xiàn)檢測距離的自動校準，不需更換傳感器即可快速根據(jù)實際需要調(diào)整好檢測距離。當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明實施例的電流原理示意 圖2為本發(fā)明實施例提供的移相電路示意 圖3為本發(fā)明實施例提供的發(fā)射線圈組件和接收線圈組件的結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明實施例提供的移相取樣示意圖。
具體實施例方式下方結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的描述。
實施例一種衰減系數(shù)為I的電感式傳感器，其用于感測金屬物質(zhì)，其包括:
第一脈沖振蕩器與第二脈沖振蕩器，分別產(chǎn)生脈沖振蕩信號；
第一電流控制器與第二電流控制器，分別連接所述第一脈沖振蕩器與第二脈沖振蕩器產(chǎn)生第一脈沖振蕩電流與第二脈沖振蕩電流；
第一發(fā)射線圈與第二發(fā)射線圈:分別連接所述第一電流控制器與第二電流控制器，在所述第一脈沖振蕩電流與第二脈沖振蕩電流的作用下產(chǎn)生兩發(fā)射信號；
一接收線圈:與所述兩發(fā)射線圈平行設置，并聯(lián)有一電容器，在所述兩發(fā)射信號的感應下產(chǎn)生兩感應信號；
信號處理系統(tǒng):分別連接所述接收線圈和兩電流控制器，接收所述接收線圈產(chǎn)生的感應信號并對所述感應信號進行處理得到輸出信號，所述輸出信號反相控制所述兩電流控制器；
MCU:連接所述信號處理系統(tǒng)，為所述信號處理系統(tǒng)配置參數(shù)，并對所述輸出信號進行處理得到金屬物質(zhì)的位置信息。如圖3所示，第一發(fā)射線圈SI與第二發(fā)射線圈S2為兩個半圓形的螺旋狀線圈，接收線圈El為圓形的螺旋狀線圈，第一發(fā)射線圈S1、第二發(fā)射線圈S2與第一接收線圈El平行。本實施例并不代表本發(fā)明，本實施例提供的接收線圈組件和發(fā)射線圈組件的結(jié)構(gòu)和形狀僅為本發(fā)明的一個優(yōu)選例，具體還可以設置為其它各種形狀，在此不一一舉例說明。所述脈沖驅(qū)動電路包括兩個脈沖振蕩器以及兩個電流器，第一脈沖振蕩器與第一電流器連接并輸出第一脈沖驅(qū)動電流，第二脈沖振蕩器與第二電流器連接輸出第二脈沖驅(qū)動電流，脈沖驅(qū)動電路同時輸出兩路脈沖驅(qū)動電路；發(fā)射線圈SI和發(fā)射線圈S2分別接收第一脈沖驅(qū)動電流和第二脈沖驅(qū)動電流產(chǎn)生并生成第一發(fā)射信號與第二發(fā)射信號，感應線圈E接收所述第一發(fā)射信號和第二發(fā)射信號并分別生成兩路感應信號，兩路感應信號進入信號處理系統(tǒng)。如圖1所示，所述信號處理系統(tǒng)包括差分電路、移相電路、同步解調(diào)電路以及積分電路，所述差分電路、移相電路、同步解調(diào)電路、積分電路與移相電路依次連接。差分電路包括一個差分放大器，同步解調(diào)電路包括一個同步解調(diào)器，積分電路包括一個積分器；其中所述差分放大器接收所述兩路感應信號并對該兩路感應信號進行差分處理得到一差分放大信號，所述移相電路對所述差分放大信號移相，移相后的所述差分信號經(jīng)所述同步解調(diào)電路輸出兩路解調(diào)信號，所述積分電路輸入端連接所述同步解調(diào)器的輸出端，所述積分電路對所述兩路解調(diào)信號進行積分比較得到所述輸出信號，所述輸出信號控制所述脈沖驅(qū)動電路廣生反相電流。圖2為所述移相電路的不意圖。脈沖振蕩器產(chǎn)生相位相反的信號通過電流控制器驅(qū)動第一發(fā)射線圈SI和第二發(fā)射線圈S2，接收線圈El接收的兩個感應信號通過差分放大器得到兩個線圈的感應信號的差分值并經(jīng)過同步解調(diào)器解調(diào)出兩個信號，積分器對兩個信號進行積分比較，并將比較值反相控制電流控制器，使驅(qū)動發(fā)射線圈的電流反相變化，通過這個循環(huán)最終使差分放大器的輸出值恒為“O”。當有金屬物體接近發(fā)射和接收線圈的磁場，并產(chǎn)生渦流破壞接收線圈的輸出平衡，即不為“0”，此信號經(jīng)上述系統(tǒng)循環(huán)調(diào)整后，差分放大器輸出重新變?yōu)椤?”，而積分器的輸出則包含了金屬物體的位置信息。可以用以下數(shù)學關(guān)系來表述:
D=f (x, n, i, A,)
式中，D:金屬物體與線圈系統(tǒng)的距離`；
X:積分器的變化量；
n:發(fā)射和接收(感應)線圈之間的耦合系數(shù)；1:發(fā)射線圈的初始電流；
A:差分放大器的增益；上述公式為多變量函數(shù)，但一旦系統(tǒng)成型后，n，i，A將為常量，所以金屬物體對線圈系統(tǒng)的距離和積分器的變化量成一元函數(shù)關(guān)系，并且通過調(diào)節(jié)其他參數(shù)可以改變距離。如圖4所示，圖中當不同材質(zhì)的金屬(鐵磁性材質(zhì)和非鐵磁性材質(zhì))接近磁場時，由于金屬的初始磁導率等不同，導致相同距離產(chǎn)生的變化幅值不一樣，這樣通過傳統(tǒng)傳感器檢測不同金屬材質(zhì)，檢測距離就會產(chǎn)生衰減。分析不同金屬材質(zhì)與檢測距離的信號幅值曲線，圖3是相同檢測距離時，鐵磁性金屬和非鐵磁性金屬產(chǎn)生的信號幅值曲線，這些曲線雖然峰峰值差別很大，但曲線之間會有交叉點，提取交叉點處的變量值即代表不同金屬材料在相同檢測位置的信息，由于本系統(tǒng)采樣點始終保持在脈沖的中間點，通過采用移相電路調(diào)整信號的相位，將信號交叉點移至脈沖中點位置，即可達到對不同金屬檢測距離無衰減功能。本發(fā)明技術(shù)方案帶來的有益效果
本發(fā)明抵消絕大部分外部干擾信號(共模信號)，而對需要的檢測信息(差模信號)有效，使系統(tǒng)具有極強抗擾能力，而不影響本身性能，由于具備這些性能，在很多復雜電磁環(huán)境和惡劣天氣條件下都適合采用本發(fā)明方案的產(chǎn)品；
本發(fā)明方案對不同被測材料檢測距離無衰減的性能在自動化等行業(yè)很多場合可以發(fā)揮重要作用，在一些場合使用傳統(tǒng)電感式傳感器時，每次更換被檢材料就需要重新校準檢測距離，給使用帶來很大麻煩，而如果采用光電產(chǎn)品，雖然對被檢材料沒有要求，但對表面反射率要求苛刻，對使用環(huán)境要求高 ，而采用本發(fā)明方案，對被檢材料(金屬)無嚴格要求，且成本低，精度高，性能穩(wěn)定；
本發(fā)明方案智能化程度高，在一些需要經(jīng)常校準檢測測距離的場合，可以采用一鍵校準功能，操作十分方便、簡易；
本發(fā)明方案采用軟件調(diào)校，容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，可大幅降低生產(chǎn)過程的人工成本。以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施方式
。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權(quán)利要求
1.一種衰減系數(shù)為I的電感式傳感器，其用于感測金屬物質(zhì)，其特征在于，包括: 第一脈沖振蕩器與第二脈沖振蕩器，分別產(chǎn)生脈沖振蕩信號； 第一電流控制器與第二電流控制器，分別連接所述第一脈沖振蕩器與第二脈沖振蕩器產(chǎn)生第一脈沖振蕩電流與第二脈沖振蕩電流； 第一發(fā)射線圈與第二發(fā)射線圈:分別連接所述第一電流控制器與第二電流控制器，在所述第一脈沖振蕩電流與第二脈沖振蕩電流的作用下產(chǎn)生兩發(fā)射信號； 一接收線圈:與所述兩發(fā)射線圈平行設置，并聯(lián)有一電容器，在所述兩發(fā)射信號的感應下產(chǎn)生兩感應信號； 信號處理系統(tǒng):分別連接所述接收線圈和兩電流控制器，接收所述接收線圈產(chǎn)生的感應信號并對所述感應信號進行處理得到輸出信號，所述輸出信號反相控制所述兩電流控制器； MCU:連接所述信號處理系統(tǒng)，為所述信號處理系統(tǒng)配置參數(shù)，并對所述輸出信號進行處理得到金屬物質(zhì)的位置信息。
2.如權(quán)利要求1所述的衰減系數(shù)為I的電感式傳感器，其特征在于，所述信號處理系統(tǒng)包括差分放大電路、移相電路、同步解調(diào)電路以及積分電路，所述差分電路、移相電路、同步解調(diào)電路、積分電路與移相電路依次連接。
3.如權(quán)利要求2所述的衰減系數(shù)為I的電感式傳感器，其特征在于，所述差分放大電路接收所述兩路感應信號并對該兩路感應信號進行差分處理得到一差分放大信號。
4.如權(quán)利要求3所述的衰減系數(shù)為I的電感式傳感器，其特征在于，所述移相電路對所述差分放大信號移相，移相后的所述差分信號經(jīng)所述同步解調(diào)電路輸出兩路解調(diào)信號。
5.如權(quán)利要求4所述的衰減系數(shù)為I的電感式傳感器，其特征在于，所述積分電路輸入端連接所述同步解調(diào)器的輸出端，所述積分電路對所述兩路解調(diào)信號進行積分比較得到所述輸出信號，所述輸出信號控制所述脈沖驅(qū)動電路產(chǎn)生反相電流。
6.如權(quán)利要求5所述的衰減系數(shù)為I的電感式傳感器，其特征在于，所述輸出信號輸入到所述控制計算系統(tǒng)經(jīng)所述控制計算系統(tǒng)采樣計算得到金屬位置信息。
7.如權(quán)利要求1所述的衰減系數(shù)為I的電感式傳感器，其特征在于，其還包括狀態(tài)指示電路和電源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衰減系數(shù)為1的電感式傳感器，用于感測金屬，其包括兩脈沖振蕩器，分別產(chǎn)生脈沖振蕩信號；分別連接一個脈沖振蕩器產(chǎn)生兩路脈沖振蕩電流；兩發(fā)射線圈在兩路脈沖振蕩電流的作用下產(chǎn)生兩發(fā)射信號；一接收線圈在所述兩發(fā)射信號的感應下產(chǎn)生兩感應信號；信號處理系統(tǒng)接收所述接收線圈產(chǎn)生的感應信號并對所述感應信號進行處理得到輸出信號，所述輸出信號反相控制所述兩電流控制器；MCU為所述信號處理系統(tǒng)配置參數(shù)，并對所述輸出信號進行處理得到金屬物質(zhì)的位置信息。本發(fā)明采用多線圈組合方式，使檢測距離大幅度提高,采用移相采樣技術(shù)，對各種金屬檢測距離近乎無衰減，性能穩(wěn)定。
文檔編號G01B7/00GK103175551SQ20131006923
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者謝勇, 許用疆, 姜春華 申請人:上海蘭寶傳感科技股份有限公司