專利名稱：多線圈材料辨別型電感式傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及傳感器領域，尤其是涉及一種用于測量金屬位置的多線圈材料辨別型電感式傳感器。
背景技術：
目前材料選擇型的電渦流式傳感器采用的方案是在傳統(tǒng)電渦流傳感器技術的基礎上，利用并聯(lián)諧振回路的諧振特征曲線對鐵磁性材料和非鐵磁性材料進行區(qū)分，基本原理如下，由電感線圈和固定高頻電容組成并聯(lián)諧振回路，當電路處于諧振狀態(tài)，諧振回路的阻抗最大，諧振頻率為f0。在沒有目標檢測體存在時，調整電容或電感使回路處于失諧狀態(tài)，也即fl位置，當有鐵磁性目標檢測體靠近時，由于電感量增加，使回路狀態(tài)往諧振狀態(tài)轉變，諧振電壓相應增加，而當非鐵磁性目標檢測體靠近時，回路狀態(tài)往相反方向變化，諧振電壓相應下降，這樣即可分辨出鐵磁性金屬和非鐵性金屬?，F(xiàn)有技術檢測距離有限，只能達到常規(guī)檢測距離；調校困難，一致性差，一定要采用磁芯以保證諧振回路具有很高的Q值；穩(wěn)定性較低，溫度漂移系數(shù)大，_25°C +70°C的溫度范圍內(nèi)，檢測距離漂移達±20%以上。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供一種多線圈材料辨別型電感式傳感器，用于感測金屬物質，其包括
發(fā)射線圈組件:在驅動電流的作用下產(chǎn)生發(fā)射信號；
脈沖驅動電路:與所述發(fā)射線圈組件連接，并為所述發(fā)射線圈組件提供脈沖驅動電
流；
感應線圈組件:與所述發(fā)射線圈組件平行設置，接收所述發(fā)射信號并產(chǎn)生感應信號；信號處理系統(tǒng):分別連接所述感應線圈組件和脈沖驅動電路，接收所述感應線圈組件產(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，所述脈沖驅動電路接收所述輸出信號產(chǎn)生反相脈沖驅動電流；
控制計算系統(tǒng):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的位置信息。較佳地，所述發(fā)射線圈組件包括兩發(fā)射線圈，所述感應線圈組件包括兩感應線圈。較佳地，所述發(fā)射線圈組件包括第一發(fā)射線圈和第二發(fā)射線圈，所述感應線圈組件包括第一感應線圈和第二感應線圈。較佳地，所述脈沖驅動電路包括第一脈沖振蕩器、第二脈沖振蕩器以及第一電流源、第二電流源，所述第一脈沖振蕩器與第一電流源連接，所述第二脈沖振蕩器與第二電流源連接，所述第一電流源與第二電流源分別在所述第一脈沖振蕩器與第二脈沖振蕩器的作用下輸出第一脈沖驅動電流與第二脈沖驅動電流。較佳地，所述第一發(fā)射線圈與第二發(fā)射線圈分別接收第一脈沖驅動電流與第二脈沖驅動電流生成第一發(fā)射信號與第二發(fā)射信號。較佳地，所述第一感應線圈與第二感應線圈分別接收所述第一發(fā)射信號和第二發(fā)射信號并分別生成第一感應信號與第二感應信號。 較佳地，所述控制系統(tǒng)包括差分電路、移相電路、同步解調電路以及積分電路，所述差分電路、移相電路、同步解調電路、積分電路與移相電路依次連接。較佳地，所述差分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信號，所述移相電路對所述差分信號進行移相，移相后的所述差分信號經(jīng)所述同步解調器輸出兩路解調信號。較佳地，所述積分電路輸入端連接所述同步解調電路的輸出端，所述積分電路對所述兩路解調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系統(tǒng)經(jīng)所述控制系統(tǒng)計算得到金屬位置信
肩、O較佳地，其還包括狀態(tài)指示電路和電源。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明采用全新的多線圈組合方式，使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3 5倍；采用移相采樣技術，根據(jù)不同材質金屬的特征曲線，即可分辨不同材質金屬；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% ；
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，本發(fā)明的任意產(chǎn)品并不局限于以上優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明實施例的電路原理示意 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構示意 圖4為本發(fā)明實施例提供的在b點取樣的移相取樣示意 圖5為本發(fā)明實施例提供的在c點取樣的移相取樣示意圖。
具體實施例方式下方結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的描述。
實施例本發(fā)明提供了一種多線圈材料辨別型電感式傳感器，用于感測金屬物質，其包括 發(fā)射線圈組件:在驅動電流的作用下產(chǎn)生發(fā)射信號；
脈沖驅動電路:與所述發(fā)射線圈組件連接，并為所述發(fā)射線圈組件提供脈沖驅動電流；
感應線圈組件:與所述發(fā)射線圈組件平行設置，接收所述發(fā)射信號并產(chǎn)生感應信號；信號處理系統(tǒng):分別連接所述感應線圈組件和脈沖驅動電路，接收所述感應線圈組件產(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，所述脈沖驅動電路接收所述輸出信號產(chǎn)生反相脈沖驅動電流；
控制計算系統(tǒng):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的位置信息。本實施例中發(fā)射線圈組件包括兩個發(fā)射線圈，接收線圈組件包括兩個接收線圈，本實施例并不代表本發(fā)明，具體發(fā)射線圈和接收線圈的數(shù)量并不局限于本實施例，本實施例提供的多線圈材料辨別型電感式傳感器優(yōu)選采用兩個發(fā)射線圈和接收線圈。如圖3所示為本實施例提供的接收線圈組件和發(fā)射線圈組件的結構圖，其中發(fā)射線圈組件包括發(fā)射線圈SI與發(fā)射線圈S2，接收線圈包括接收線圈El和接收線圈E2，發(fā)射線圈SI和發(fā)射線圈S2平行設置，接收線圈El和接收線圈E2平行設置，發(fā)射線圈SI和發(fā)射線圈S2為螺旋形，接收線圈El和接收線圈E2也為螺旋形，發(fā)射線圈SI的螺線范圍在接收線圈El螺線范圍的內(nèi)部，發(fā)射線圈S2的螺線范圍在接收線圈E2螺線范圍的內(nèi)部；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)射線圈組件的結構和形狀僅為本發(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。本發(fā)明采用全新的多線圈組合方式，使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3 5倍。所述脈沖驅動電路包括兩個脈沖振蕩器以及兩個電流源，第一脈沖振蕩器與第一電流源連接并輸出第一脈沖驅動電流，第二脈沖振蕩器與第二電流源連接輸出第二脈沖驅動電流，脈沖驅動電路同時輸出兩路脈沖驅動電路；發(fā)射線圈SI和發(fā)射線圈S2分別接收第一脈沖驅動電流和第二脈沖驅動電流產(chǎn)生并生成第一發(fā)射信號與第二發(fā)射信號，感應線圈El和感應線圈E2分別接收所述第一發(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、同步解調電路以及積分電路，所述差分電路、移相電路、同步解調電路、積分電路依次連接。差分電路包括一個差分放大器，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信號進行移相，移相后的所述差分信號經(jīng)所述同步解調器輸出兩路解調信號。。所述同步解調電路包括一個同步解調器，所述積分電路包括一個積分解調器。如圖2所示為本實施例提供的移向電路，其設于所述差分放大器與同步解調器之間。所述移相電路對所述差分放大信號進行移相，從而對本發(fā)明提供的多線圈傳感器的檢測金屬進行選擇。以鐵磁性金屬和非鐵磁性金屬為例分析不同金屬材質與檢測距離的信號幅值曲線，如圖4和圖5所示，在相同檢測距離時，鐵磁性金屬與非鐵磁性金屬產(chǎn)生的信號幅值曲線和無金屬時的信號幅值曲線，這些曲線雖然峰峰值差別很大，但曲線之間會有交叉點，各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整信號的相位，將所需信號交叉點移至脈沖中點位置，即可實現(xiàn)材料選擇的功能。其中圖3所示，將采樣點在b處，則非鐵磁性材料被屏蔽，僅對鐵磁性金屬材料檢測；圖4所示，如采樣點在c處，則鐵磁性金屬材料被屏蔽，僅對非鐵磁性材料檢測；還有第三種情況，如采樣點在b和C之間，則可同時檢測這兩種材料，且可進行區(qū)分，信號為正向變化的是鐵磁性材料，信號為負向變化的為非鐵磁性材料，通過驅動兩路輸出即可進行選擇。移相后的所述差分信號經(jīng)所述同步解調器輸出兩路解調信號，所述積分電路輸入端連接所述同步解調器的輸出端，所述積分電路對所述兩路解調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動電路的兩個脈沖電流控制器產(chǎn)生反相電流。所述輸出信號輸入到所述控制計算系統(tǒng)經(jīng)所述控制系統(tǒng)計算得到金屬位置信息。其計算原理如下:
兩個脈沖振蕩器產(chǎn)生相位相反的信號通過電流控制器驅動兩個發(fā)射線圈，接收線圈接收感應信號通過差分放大器得到兩個線圈感應信號的差分值并經(jīng)過同步解調器解調出兩個信號，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(感應)線圈系統(tǒng)的磁場，并產(chǎn)生渦流破壞接收線圈(感應)的輸出平衡，即不為“0”，此信號經(jīng)上述系統(tǒng)循環(huán)調整后，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)學關系來表述:
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；
η: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，H，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)關系，并且通過調節(jié)其他參數(shù)可以改變距離。本發(fā)明還包括指示及輸出電路以及穩(wěn)壓電源，指示電路與信號處理系統(tǒng)連接并對該信號處理系統(tǒng)中信號的運行狀態(tài)進行指示，輸出電路根據(jù)將計算驅動系統(tǒng)計算出的結果進行輸出；穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)提供高效穩(wěn)定的電源。
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，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
權利要求
1.一種多線圈材料辨別型電感式傳感器，用于感測金屬物質，其特征在于，包括發(fā)射線圈組件:在驅動電流的作用下產(chǎn)生發(fā)射信號； 脈沖驅動電路:與所述發(fā)射線圈組件連接，并為所述發(fā)射線圈組件提供脈沖驅動電流； 感應線圈組件:與所述發(fā)射線圈組件平行設置，接收所述發(fā)射信號并產(chǎn)生感應信號； 信號處理系統(tǒng):分別連接所述感應線圈組件和脈沖驅動電路，接收所述感應線圈組件產(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，所述脈沖驅動電路接收所述輸出信號產(chǎn)生反相脈沖驅動電流； 控制計算系統(tǒng):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的位置信息。
2.如權利要求1所述的多線圈材料辨別型電感式傳感器，其特征在于，所述發(fā)射線圈組件包括第一發(fā)射線圈和第二發(fā)射線圈，所述感應線圈組件包括第一感應線圈和第二感應線圈。
3.如權利要求2所述的多線圈材料辨別型電感式傳感器，其特征在于，所述脈沖驅動電路包括第一脈沖振蕩器、第二脈沖振蕩器以及第一電流源、第二電流源，所述第一脈沖振蕩器與第一電流源連接，所述第二脈沖振蕩器與第二電流源連接，所述第一電流源與第二電流源分別在所述第一脈沖振蕩器與第二脈沖振蕩器的作用下輸出第一脈沖驅動電流與第二脈沖驅動電流。
4.如權利要求3所述的多線圈材料辨別型電感式傳感器，所述第一發(fā)射線圈與第二發(fā)射線圈分別接收第一脈沖驅動電流與第二脈沖驅動電流生成第一發(fā)射信號與第二發(fā)射信號。
5.如權利要求4所述的多線圈材料辨別型電感式傳感器，其特征在于，所述第一感應線圈與第二感應線圈分別接收所述第一發(fā)射信號和第二發(fā)射信號并分別生成第一感應信號與第二感應信號。
6.如權利要求5所述的多線圈材料辨別型電感式傳感器，其特征在于，所述信號處理系統(tǒng)包括差分電路、移相電路、同步解調電路以及積分電路，所述差分電路、移相電路、同步解調電路、積分電路與移相電路依次連接。
7.如權利要求6所述的多線圈材料辨別型電感式傳感器，其特征在于，所述差分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信號，所述移相電路對所述差分信號進行移相，移相后的所述差分信號經(jīng)所述同步解調電路輸出兩路解調信號。
8.如權利要求7所述的多線圈材料辨別型電感式傳感器，其特征在于，所述積分電路輸入端連接所述同步解調電路的輸出端，所述積分電路對所述兩路解調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動電路產(chǎn)生反相電流。
9.如權利要求8所述的多線圈材料辨別型電感式傳感器，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)所述控制系統(tǒng)采樣計算得到金屬位置信息。
10.如權利要求1所述的多線圈材料辨別型電感式傳感器，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)明公開了一種多線圈材料辨別型電感式傳感器，用于感測金屬，包括發(fā)射線圈組件在驅動電流的作用下產(chǎn)生發(fā)射信號；脈沖驅動電路與所述發(fā)射線圈組件連接，并為所述發(fā)射線圈組件提供脈沖驅動電流；感應線圈組件接收所述發(fā)射信號并產(chǎn)生感應信號；信號處理系統(tǒng)接收所述感應線圈組件產(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，所述脈沖驅動電路接收所述輸出信號產(chǎn)生反相脈沖驅動電流；控制計算系統(tǒng)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)，并對所述輸出信號處理得到金屬的位置信息。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，根據(jù)不同材質金屬的特征曲線，即可分辨不同材質金屬，且性能穩(wěn)定。
文檔編號G01B7/00GK103115634SQ20131006925
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月5日 優(yōu)先權日2013年3月5日
發(fā)明者姜春華, 許用疆, 謝勇 申請人:上海蘭寶傳感科技股份有限公司