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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(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢測體是Imm厚的360號鐵(Fe360)，對這個標(biāo)準(zhǔn)檢測體的檢測距離為標(biāo)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(shè)置，并聯(lián)有一電容器，在所述兩發(fā)射信號的感應(yīng)下產(chǎn)生兩感應(yīng)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(yīng)信號并對所述感應(yīng)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(yīng)信號并對該兩路感應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)，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(dāng)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(shè)置，并聯(lián)有一電容器，在所述兩發(fā)射信號的感應(yīng)下產(chǎn)生兩感應(yīng)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(yīng)信號并對所述感應(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)信號，兩路感應(yīng)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(yīng)信號并對該兩路感應(yīng)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(yīng)信號通過差分放大器得到兩個線圈的感應(yīng)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(dāng)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?？梢杂靡韵聰?shù)學(xué)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(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(dāng)不同材質(zhì)的金屬(鐵磁性材質(zhì)和非鐵磁性材質(zhì))接近磁場時，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(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(zhǔn)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(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)檢測測距離的場合，可以采用一鍵校準(zhǔn)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(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(shè)置，并聯(lián)有一電容器，在所述兩發(fā)射信號的感應(yīng)下產(chǎn)生兩感應(yīng)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(yīng)信號并對所述感應(yīng)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(yīng)信號并對該兩路感應(yīng)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(yīng)下產(chǎn)生兩感應(yīng)信號；信號處理系統(tǒng)接收所述接收線圈產(chǎn)生的感應(yīng)信號并對所述感應(yīng)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