專利名稱：一種接近傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過低頻電磁場(chǎng)測(cè)量物體接近的傳感器，屬于電子傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用于測(cè)量物體接近或物體的位移、位置、力、流量等特性的接近傳感器在現(xiàn)代工業(yè)、醫(yī)療及普通生活中起著重要的作用。其應(yīng)用包括自動(dòng)化、機(jī)器人、半導(dǎo)體、洗衣機(jī)、汽車、智能安保、生物醫(yī)學(xué)、組織工程等許多方面。應(yīng)用較普通的接近傳感器有電感式、電容式、光電式和超聲波式等不同形式。電感式傳感器由一個(gè)通有正弦波的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近磁場(chǎng)時(shí)，由于通過線圈的磁通發(fā)生變化，從而使線圈上的磁阻發(fā)生變化，通過檢測(cè)這一磁阻變化可確定物體的接近。電感式接近傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，但僅能用于探測(cè)金屬或磁性物體。如中國(guó)專利02812173.2“高頻振蕩接近傳感器”、94239856.4“交流接近傳感器”即為兩種電感式傳感器。電容式傳感器在一個(gè)電容器的兩個(gè)極板間產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，當(dāng)物體接近電場(chǎng)時(shí)，電容器的電容量發(fā)生變化，通過檢測(cè)這一變化可探測(cè)物體的接近。然而電容式傳感器需要兩個(gè)探頭，不利于微型化。此外電容式傳感器受濕度、灰塵等環(huán)境影響較大。光電式由一個(gè)發(fā)射器發(fā)射一束光束，一個(gè)接收器接收從靠近物體發(fā)射出的光。發(fā)射光與反射光的相位差會(huì)顯示傳感器與物體的距離。光電式接近傳感器的檢測(cè)距離比較遠(yuǎn)，但其檢測(cè)范圍較窄，且空氣中的微粒會(huì)影響其檢測(cè)精度。超聲波式傳感器利用超聲波的回聲定位方法檢測(cè)物體接近，檢測(cè)范圍和檢測(cè)距離都較大；但是傳感器仍然需要兩個(gè)探頭、一個(gè)發(fā)射和一個(gè)接收，且探頭與物體表面的二次回波會(huì)嚴(yán)重影響傳感精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可測(cè)量任意材料，且只需一個(gè)傳感探頭，利用MHz范圍低頻電磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的接近傳感器。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種接近傳感器，主要包括多諧振蕩器和探頭，多諧振蕩器的任一電容的任一端由導(dǎo)電線引出與探頭連接；多諧振蕩器上電以后使電容充電和放電，從而產(chǎn)生低頻振蕩；在給電容充電或放電的過程中部分電荷流入或流出探頭，且周期時(shí)間內(nèi)此電荷量的平均微變化量與頻率微變化量成正比；探頭上不斷變化的電流，向外輻射低頻電磁波；任何物體接近此探頭，均會(huì)吸收電磁波；此電磁波會(huì)反過來影響探頭上的電荷量，從而引起振蕩頻率的微改變。檢測(cè)這一微改變即可檢測(cè)外物的材質(zhì)、體積和形狀參數(shù)。
所述多諧振蕩器采用弛豫振蕩器，即對(duì)電容充放電實(shí)現(xiàn)振蕩的振蕩器均可；所述探頭金屬探頭。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、傳感器的探頭面積大小可以任意設(shè)計(jì)，形狀不受限制；且距離可延展。
2、傳感器只需要一個(gè)探頭就可對(duì)接近物體的材料性質(zhì)或厚度進(jìn)行檢測(cè)。
3、傳感器只需使用低頻低功率電磁場(chǎng)，對(duì)環(huán)境污染小。
4、采用金屬或?qū)щ娢矬w作探頭，可以傳導(dǎo)電磁場(chǎng)信號(hào)，當(dāng)探頭連接或接近此類物體時(shí)，此類物體也成為探頭，從而擴(kuò)展探測(cè)范圍。
5、由于低頻電磁場(chǎng)穿透性強(qiáng)，傳感器可透過物體進(jìn)行探測(cè)。


圖1是本發(fā)明工作原理示意圖；圖2是本發(fā)明一實(shí)施例電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明接近傳感器主要包括多諧振蕩器1和金屬探頭2，多諧振蕩器1的任一電容一端由導(dǎo)電線3引出與金屬探頭2連接。多諧振蕩器1向外輸出振蕩頻率信號(hào)，當(dāng)物體4靠近金屬探頭2時(shí)，多諧振蕩器1的輸出振蕩頻率信號(hào)發(fā)生改變；通過檢測(cè)這一頻率改變確定物體的接近及位移、位置、力、流量等情況。
如圖2所示，是本發(fā)明接近傳感器一具體實(shí)施電路。多諧振蕩器1由兩個(gè)反相器I1、I2及兩個(gè)偏置電阻R1、R2加上兩個(gè)充放電電容C1、C2構(gòu)成；電阻主要起偏置反相器使之處于振蕩工作區(qū)的作用；電容起充電和放電的作用；反相器的輸出在輸入電壓達(dá)到電平閾值時(shí)發(fā)生跳變，并與電容的充放電一起形成振蕩回路。實(shí)際工作時(shí)，用導(dǎo)電線3的一端連接任意電容的任意一端，導(dǎo)電線3的另一端連接一個(gè)金屬物作為傳感器的探頭2；探頭2上電荷變化形成的電流會(huì)產(chǎn)生低頻電磁波，并向外輻射；任何物體接近此探頭，均會(huì)吸收電磁波，也可稱為外物吸收輻射的位移電流，并產(chǎn)生寄生電磁波；此電磁波會(huì)反過來影響探頭上的電荷量，從而引起振蕩頻率的改變；此改變量與多諧振蕩器的基頻，外物的材質(zhì)、體積、形狀有關(guān)；因此，可根據(jù)多諧振蕩器的頻率變化確定物體的接近及位移、位置、力、流量等情況。
使用21MHz的傳感器及面積49mm×40mm的銅探頭，可在7厘米范圍內(nèi)有效檢測(cè)到同樣面積，1.2mm厚的各種材料的接近，也可透過人體體表檢測(cè)到心臟運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明接近傳感器在給多諧振蕩器上電以后會(huì)使電容充電和放電，從而產(chǎn)生低頻振蕩；在給電容充電或放電的過程中會(huì)有部分電荷流入或流出探頭，且周期時(shí)間內(nèi)此電荷量的平均微變化量與頻率微變化量成正比；探頭上電荷變化形成的電流會(huì)產(chǎn)生低頻電磁波，并向外輻射；任何物體接近此探頭，均會(huì)吸收電磁波，也可稱為外物吸收輻射的位移電流，并產(chǎn)生寄生電磁波；此電磁波會(huì)反過來影響探頭上的電荷量，從而引起振蕩頻率的改變；此改變量與多諧振蕩器的基頻，外物的材質(zhì)、體積、形狀有關(guān)。因此，可根據(jù)多諧振蕩器的頻率變化確定物體的接近及位移、位置、力、流量等情況。傳感器的探頭可設(shè)計(jì)成很大的面積，可延展到很長(zhǎng)的距離，也可設(shè)計(jì)成任意形狀；由于金屬或?qū)щ娢矬w可以傳導(dǎo)電磁場(chǎng)信號(hào)，當(dāng)探頭連接或接近此類物體時(shí)，此類物體也成為探頭，從而擴(kuò)展探測(cè)范圍；由于低頻電磁場(chǎng)穿透性強(qiáng)，傳感器可透過物體進(jìn)行探測(cè)。
本發(fā)明接近傳感器所述的多諧振蕩器不限于所述實(shí)施方式，凡是采用弛豫振蕩器即對(duì)電容充放電實(shí)現(xiàn)振蕩的振蕩器均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1.一種接近傳感器，其特征在于主要包括多諧振蕩器(1)和導(dǎo)電探頭(2)，多諧振蕩器(1)的任一電容的任一端由導(dǎo)電線(3)引出與導(dǎo)電探頭(2)連接；多諧振蕩器(1)上電以后使電容充電和放電，從而產(chǎn)生低頻振蕩；在給電容充電或放電的過程中會(huì)有部分電荷流入或流出探頭(2)，且周期時(shí)間內(nèi)此電荷量的平均微變化量與頻率微變化量成正比；探頭(2)上不斷變化的電流，向外輻射低頻電磁波；任何物體接近此探頭(1)，均會(huì)吸收電磁波；此電磁波會(huì)反過來影響探頭上的電荷量，從而引起振蕩頻率的微改變，進(jìn)而可檢測(cè)外物的材質(zhì)、體積和形狀參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接近傳感器，其特征在于所述多諧振蕩器(1)采用弛豫振蕩器即對(duì)電容充放電實(shí)現(xiàn)振蕩的振蕩器均可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的接近傳感器，其特征在于所述導(dǎo)電探頭(2)為金屬探頭。
全文摘要
本發(fā)明公開一種接近傳感器，主要包括多諧振蕩器和探頭，多諧振蕩器的任一電容的任一端由導(dǎo)電線引出與金屬探頭連接；多諧振蕩器上電以后使電容充電和放電，從而產(chǎn)生低頻振蕩；探頭上不斷變化的電流，向外輻射低頻電磁波；任何物體接近此探頭，均會(huì)吸收電磁波；此電磁波會(huì)反過來影響探頭上的電荷量，從而引起振蕩頻率的微改變，進(jìn)而檢測(cè)外物的材質(zhì)、體積和形狀參數(shù)。本發(fā)明只需要一個(gè)探頭就可對(duì)接近物體的材料性質(zhì)或厚度進(jìn)行檢測(cè)；只需使用低頻低功率電磁場(chǎng)，對(duì)環(huán)境污染小。探頭面積大小可以任意設(shè)計(jì)，形狀不受限制；且距離可延展。同時(shí)由于金屬或?qū)щ娢矬w可以傳導(dǎo)電磁場(chǎng)信號(hào)，當(dāng)探頭連接或接近此類物體時(shí)，此類物體也成為探頭，從而擴(kuò)展探測(cè)范圍。
文檔編號(hào)G01V3/12GK1834691SQ20061005423
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者張奔牛, 張俊乾, 郭雨晴 申請(qǐng)人:張奔牛