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(cè)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(cè)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(chǔ)上，通過(guò)將電渦流信號(hào)分為強(qiáng)弱兩段，并將弱信號(hào)段進(jìn)一步放大以獲取更高的靈敏度，以增加檢測(cè)距離，但這樣會(huì)造成環(huán)境噪聲的進(jìn)一步放大并干擾正常檢測(cè)信號(hào)，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(cè)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(guò)被檢測(cè)體對(duì)發(fā)射接收的互感系數(shù)的影響來(lái)確定被檢測(cè)體的位置，這種方式可以采用無(wú)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(cè)距離的提升，一般也只能做到2倍檢測(cè)距離。傳感器的IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢測(cè)體是Imm厚的360號(hào)鐵(Fe360)，對(duì)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)體的檢測(cè)距離為標(biāo)稱檢測(cè)距離，采用上述方案的電渦流式傳感器存在一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是對(duì)不同性質(zhì)金屬的檢測(cè)距離相對(duì)Fe360衰減很大，比如檢測(cè)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(cè)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(hào)；
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(hào)；
一接收線圈:與所述兩發(fā)射線圈平行設(shè)置，并聯(lián)有一電容器，在所述兩發(fā)射信號(hào)的感應(yīng)下產(chǎn)生兩感應(yīng)信號(hào)；
信號(hào)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(yīng)信號(hào)并對(duì)所述感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理得到輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)反相控制所述兩電流控制器；
MCU:連接所述信號(hào)處理系統(tǒng)，為所述信號(hào)處理系統(tǒng)配置參數(shù)，并對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)行處理得到金屬物質(zhì)的位置信息。
較佳地，所述信號(hào)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(yīng)信號(hào)并對(duì)該兩路感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行差分處理得到一差分放大信號(hào)。較佳地，所述移相電路對(duì)所述差分放大信號(hào)，移相后的所述差分信號(hào)經(jīng)所述同步解調(diào)電路輸出兩路解調(diào)信號(hào)。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(duì)所述兩路解調(diào)信號(hào)進(jìn)行積分比較得到所述輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)控制所述脈沖驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生反相電流。較佳地，所述輸出信號(hào)輸入到所述控制計(jì)算系統(tǒng)經(jīng)所述控制計(jì)算系統(tǒng)采樣計(jì)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(cè)距離大幅度提高，最大檢測(cè)距離可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)距離的5 7倍；
2)采用移相采樣技術(shù)，對(duì)各種金屬檢測(cè)距離近乎無(wú)衰減，相對(duì)金屬鐵，對(duì)銅、鋁的檢測(cè)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(qiáng)，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(shí)際使用者可通過(guò)非常簡(jiǎn)單的操作，即可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)距離的自動(dòng)校準(zhǔn)，不需更換傳感器即可快速根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整好檢測(cè)距離。當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的電流原理示意 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的移相電路示意 圖3為本發(fā)明實(shí)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(shí)施例提供的移相取樣示意圖。
具體實(shí)施例方式下方結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例一種衰減系數(shù)為I的電感式傳感器，其用于感測(cè)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(hào)；
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(hào)；
一接收線圈:與所述兩發(fā)射線圈平行設(shè)置，并聯(lián)有一電容器，在所述兩發(fā)射信號(hào)的感應(yīng)下產(chǎn)生兩感應(yīng)信號(hào)；
信號(hào)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(yīng)信號(hào)并對(duì)所述感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理得到輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)反相控制所述兩電流控制器；
MCU:連接所述信號(hào)處理系統(tǒng)，為所述信號(hào)處理系統(tǒng)配置參數(shù)，并對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)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(gè)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(shí)施例并不代表本發(fā)明，本實(shí)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(gè)優(yōu)選例，具體還可以設(shè)置為其它各種形狀，在此不一一舉例說(shuō)明。所述脈沖驅(qū)動(dòng)電路包括兩個(gè)脈沖振蕩器以及兩個(gè)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(dòng)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(dòng)電流，脈沖驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)輸出兩路脈沖驅(qū)動(dòng)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(dòng)電流和第二脈沖驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生并生成第一發(fā)射信號(hào)與第二發(fā)射信號(hào)，感應(yīng)線圈E接收所述第一發(fā)射信號(hào)和第二發(fā)射信號(hào)并分別生成兩路感應(yīng)信號(hào)，兩路感應(yīng)信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理系統(tǒng)。如圖1所示，所述信號(hào)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(gè)差分放大器，同步解調(diào)電路包括一個(gè)同步解調(diào)器，積分電路包括一個(gè)積分器；其中所述差分放大器接收所述兩路感應(yīng)信號(hào)并對(duì)該兩路感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行差分處理得到一差分放大信號(hào)，所述移相電路對(duì)所述差分放大信號(hào)移相，移相后的所述差分信號(hào)經(jīng)所述同步解調(diào)電路輸出兩路解調(diào)信號(hào)，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(duì)所述兩路解調(diào)信號(hào)進(jìn)行積分比較得到所述輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)控制所述脈沖驅(qū)動(dòng)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(hào)通過(guò)電流控制器驅(qū)動(dòng)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(gè)感應(yīng)信號(hào)通過(guò)差分放大器得到兩個(gè)線圈的感應(yīng)信號(hào)的差分值并經(jīng)過(guò)同步解調(diào)器解調(diào)出兩個(gè)信號(hào)，積分器對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行積分比較，并將比較值反相控制電流控制器，使驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈的電流反相變化，通過(guò)這個(gè)循環(huán)最終使差分放大器的輸出值恒為“O”。當(dāng)有金屬物體接近發(fā)射和接收線圈的磁場(chǎng)，并產(chǎn)生渦流破壞接收線圈的輸出平衡，即不為“0”，此信號(hào)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?？梢杂靡韵聰?shù)學(xué)關(guān)系來(lái)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(yīng))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(duì)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(guò)調(diào)節(jié)其他參數(shù)可以改變距離。如圖4所示，圖中當(dāng)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(chǎng)時(shí)，由于金屬的初始磁導(dǎo)率等不同，導(dǎo)致相同距離產(chǎn)生的變化幅值不一樣，這樣通過(guò)傳統(tǒng)傳感器檢測(cè)不同金屬材質(zhì)，檢測(cè)距離就會(huì)產(chǎn)生衰減。分析不同金屬材質(zhì)與檢測(cè)距離的信號(hào)幅值曲線，圖3是相同檢測(cè)距離時(shí)，鐵磁性金屬和非鐵磁性金屬產(chǎn)生的信號(hào)幅值曲線，這些曲線雖然峰峰值差別很大，但曲線之間會(huì)有交叉點(diǎn)，提取交叉點(diǎn)處的變量值即代表不同金屬材料在相同檢測(cè)位置的信息，由于本系統(tǒng)采樣點(diǎn)始終保持在脈沖的中間點(diǎn)，通過(guò)采用移相電路調(diào)整信號(hào)的相位，將信號(hào)交叉點(diǎn)移至脈沖中點(diǎn)位置，即可達(dá)到對(duì)不同金屬檢測(cè)距離無(wú)衰減功能。本發(fā)明技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果
本發(fā)明抵消絕大部分外部干擾信號(hào)(共模信號(hào))，而對(duì)需要的檢測(cè)信息(差模信號(hào))有效，使系統(tǒng)具有極強(qiáng)抗擾能力，而不影響本身性能，由于具備這些性能，在很多復(fù)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(duì)不同被測(cè)材料檢測(cè)距離無(wú)衰減的性能在自動(dòng)化等行業(yè)很多場(chǎng)合可以發(fā)揮重要作用，在一些場(chǎng)合使用傳統(tǒng)電感式傳感器時(shí)，每次更換被檢材料就需要重新校準(zhǔn)檢測(cè)距離，給使用帶來(lái)很大麻煩，而如果采用光電產(chǎn)品，雖然對(duì)被檢材料沒(méi)有要求，但對(duì)表面反射率要求苛刻，對(duì)使用環(huán)境要求高 ，而采用本發(fā)明方案，對(duì)被檢材料(金屬)無(wú)嚴(yán)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(zhǔn)檢測(cè)測(cè)距離的場(chǎng)合，可以采用一鍵校準(zhǔn)功能，操作十分方便、簡(jiǎn)易；
本發(fā)明方案采用軟件調(diào)校，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，可大幅降低生產(chǎn)過(guò)程的人工成本。以上公開(kāi)的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒(méi)有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式
。顯然，根據(jù)本說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書(shū)選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)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(shū)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(cè)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(hào)； 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(hào)； 一接收線圈:與所述兩發(fā)射線圈平行設(shè)置，并聯(lián)有一電容器，在所述兩發(fā)射信號(hào)的感應(yīng)下產(chǎn)生兩感應(yīng)信號(hào)； 信號(hào)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(yīng)信號(hào)并對(duì)所述感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理得到輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)反相控制所述兩電流控制器； MCU:連接所述信號(hào)處理系統(tǒng)，為所述信號(hào)處理系統(tǒng)配置參數(shù)，并對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)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(hào)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(yīng)信號(hào)并對(duì)該兩路感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行差分處理得到一差分放大信號(hào)。
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(duì)所述差分放大信號(hào)移相，移相后的所述差分信號(hào)經(jīng)所述同步解調(diào)電路輸出兩路解調(diào)信號(hào)。
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(duì)所述兩路解調(diào)信號(hào)進(jìn)行積分比較得到所述輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)控制所述脈沖驅(qū)動(dòng)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(hào)輸入到所述控制計(jì)算系統(tǒng)經(jīng)所述控制計(jì)算系統(tǒng)采樣計(jì)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(kāi)了一種衰減系數(shù)為1的電感式傳感器，用于感測(cè)金屬，其包括兩脈沖振蕩器，分別產(chǎn)生脈沖振蕩信號(hào)；分別連接一個(gè)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(hào)；一接收線圈在所述兩發(fā)射信號(hào)的感應(yīng)下產(chǎn)生兩感應(yīng)信號(hào)；信號(hào)處理系統(tǒng)接收所述接收線圈產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)并對(duì)所述感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理得到輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)反相控制所述兩電流控制器；MCU為所述信號(hào)處理系統(tǒng)配置參數(shù)，并對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)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(cè)距離大幅度提高,采用移相采樣技術(shù)，對(duì)各種金屬檢測(cè)距離近乎無(wú)衰減，性能穩(wěn)定。
文檔編號(hào)G01B7/00GK103175551SQ20131006923
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海蘭寶傳感科技股份有限公司