電感式傳感器的屏蔽方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電感式傳感器的屏蔽方法，屬于傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明公開(kāi)了一種電感式傳感器的屏蔽方法，在環(huán)狀探測(cè)線圈外面加一個(gè)環(huán)狀屏蔽線圈，該屏蔽線圈將探測(cè)線圈包圍在內(nèi)，屏蔽線圈的徑向厚度小于探測(cè)線圈的徑向厚度。本發(fā)明還公開(kāi)了一種使用該電感式傳感器的屏蔽方法的電感式傳感器。在電感式傳感器原有的探測(cè)線圈外面加一個(gè)屏蔽線圈，兩線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反且部分抵消，當(dāng)有干擾時(shí)，兩線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)同時(shí)受影響并衰減或增長(zhǎng)相同的強(qiáng)度，因此疊加后的磁場(chǎng)強(qiáng)度能保持恒定不變，諧振電壓能不衰減，既提高了電感式傳感器的抗干擾度，又不影響電感式傳感器的靈敏度。
【專利說(shuō)明】電感式傳感器的屏蔽方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電感式傳感器，特別涉及一種電感式傳感器的屏蔽方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有常見(jiàn)的電感式傳感器，分為帶鐵氧體壺形磁芯的和不帶鐵氧體壺形磁芯的。
[0003]帶鐵氧體壺形磁芯的電感式傳感器，使用鐵氧體壺形磁芯和纏繞在鐵氧體壺形磁芯上的線圈組成的線圈系統(tǒng)檢測(cè)金屬。該鐵氧體壺形磁芯的結(jié)構(gòu)為自屏蔽式，只在一個(gè)方向有開(kāi)口，因此線圈系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)只存在于該開(kāi)口方向上。如圖1a結(jié)合圖1b所示，傳感器包括一個(gè)外殼1.1，連接電纜1.3和線圈1.7纏繞在鐵氧體壺形磁芯1.5內(nèi)組成的線圈系統(tǒng)1.8，這種傳感器只在該傳感器殼體1.1的前方檢測(cè)區(qū)域1.2上存在磁場(chǎng)。這種傳感器不受輕微的電磁干擾的影響，但如果該傳感器附近有強(qiáng)烈的電磁干擾，比如焊接機(jī)器人，這可能會(huì)影響所用的鐵氧體的磁特性，從而干擾傳感器。
[0004]不帶鐵氧體壺形磁芯的電感式傳感器，線圈纏繞在塑料管上。這種傳感器的磁場(chǎng)分布較廣，為了得到一個(gè)定向的磁場(chǎng)，通常在其線圈周圍增加不同厚度的具有良好導(dǎo)電性能的金屬環(huán)或金屬管，比如使用銅將線圈側(cè)面完全包圍，削弱屏蔽線圈的徑向磁場(chǎng)，只保留其正面的磁場(chǎng)。如圖1a結(jié)合圖1c所示，傳感器包括一個(gè)外殼1.1，連接電纜1.3和線圈1.7纏繞在塑料管1.10周圍組成的線圈系統(tǒng)1.8，線圈1.7的外面還被銅環(huán)1.9包圍，使傳感器只在該傳感器殼體1.1的前方檢測(cè)區(qū)域1.2上存在磁場(chǎng)。但這種傳感器在降低周圍金屬對(duì)傳感器的影響的同時(shí)，也削弱了檢測(cè)區(qū)域1.2上的磁場(chǎng)，降低了傳感器的靈敏度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的，是提供一種電感式傳感器的屏蔽方法，既能提高電感式傳感器對(duì)外部磁場(chǎng)的抗擾度和降低周圍金屬對(duì)傳感器的影響，又不影響電感式傳感器檢測(cè)的靈敏度。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種電感式傳感器的屏蔽方法，在環(huán)狀探測(cè)線圈外面加一個(gè)環(huán)狀屏蔽線圈，該屏蔽線圈將探測(cè)線圈包圍在內(nèi)，屏蔽線圈的徑向厚度小于探測(cè)線圈的徑向厚度，屏蔽線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與探測(cè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)部分反向抵消，且兩個(gè)磁場(chǎng)同時(shí)衰減或增長(zhǎng)，使疊加后的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持恒定不變。
[0008]一種使用前述電感式傳感器的屏蔽方法的電感式傳感器，所述傳感器外殼呈圓柱形，該外殼中具有至少兩個(gè)沿外殼的軸向連續(xù)排列的環(huán)狀探測(cè)線圈，每個(gè)探測(cè)線圈的外面還至少被一個(gè)環(huán)狀屏蔽線圈包圍，屏蔽線圈的徑向厚度小于探測(cè)線圈的徑向厚度。
[0009]所述傳感器的探測(cè)線圈纏繞在塑料管上，探測(cè)線圈與屏蔽線圈之間填充有絕緣材料。
[0010]前述傳感器還包括測(cè)試電路，該測(cè)試電路包括諧振電路、分壓電路、屏蔽電路和差分放大電路，兩個(gè)探測(cè)線圈分別與諧振電容串聯(lián)組成諧振電路后并聯(lián)在電壓源輸出的輸出端，該兩組諧振電路的諧振頻率相同，產(chǎn)生的兩組諧振電壓分別經(jīng)分壓比相同的分壓電路分壓后，接差分放大電路的正、負(fù)輸入端，兩個(gè)屏蔽線圈分別經(jīng)延遲器后接差分放大電路的正、負(fù)輸入端，探測(cè)線圈與包圍在其外面的屏蔽線圈的匝數(shù)之比正比于分壓電路的分壓比。
[0011]所述傳感器的探測(cè)線圈纏繞鐵氧體壺形磁芯上，屏蔽線圈纏繞在鐵氧體壺形磁芯的外殼上。
[0012]前述傳感器還包括測(cè)試電路，該測(cè)試電路包括諧振電路、分壓電路、屏蔽電路和差分放大電路，兩個(gè)屏蔽線圈并聯(lián)在電壓源輸出的輸出端，兩個(gè)探測(cè)線圈分別與諧振電容串聯(lián)組成諧振電路，該兩組諧振電路的諧振頻率相同，產(chǎn)生的兩組諧振電壓分別經(jīng)分壓比相同的分壓電路分壓后，接差分放大電路的正、負(fù)輸入端，探測(cè)線圈與包圍在其外面的屏蔽線圈的匝數(shù)之比正比于分壓電路的分壓比。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:在電感式傳感器原有的探測(cè)線圈外面加一個(gè)屏蔽線圈，兩線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反且部分抵消，當(dāng)有干擾時(shí)，兩線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)同時(shí)受影響并衰減或增長(zhǎng)相同的強(qiáng)度，因此疊加后的磁場(chǎng)強(qiáng)度能保持恒定不變，諧振電壓能不衰減，既提高了電感式傳感器的抗干擾度，又不影響電感式傳感器的靈敏度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1a為現(xiàn)有技術(shù)電感式傳感器的外觀圖；
[0015]圖1b為現(xiàn)有技術(shù)帶有鐵氧體壺形磁芯的電感式傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖1c為現(xiàn)有技術(shù)不帶有鐵氧體壺形磁芯的電感式傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2a為本發(fā)明電感式傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2b為圖2a的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明電感式傳感器內(nèi)不帶有鐵氧體壺形磁芯的測(cè)試電路原理圖；
[0020]圖4為本發(fā)明電感式傳感器內(nèi)帶有鐵氧體壺形磁芯的測(cè)試電路原理圖；
[0021]其中:1.1-外殼，1.2-檢測(cè)區(qū)域，1.3-電纜，1.4-傳感器周圍的金屬，1.5-鐵氧體壺形磁芯，1.6-磁場(chǎng)線，1.7-線圈，1.8-線圈系統(tǒng)，1.9-短路環(huán)，1.10-塑料管，2.1-電子開(kāi)關(guān)，2.2和2.3-探測(cè)線圈，2.4-微處理器，2.5-低阻抗輸出，2.6和2.7-諧振電容，2.8和2.9-諧振電壓，2.10-差分放大器，2.11-差分信號(hào)，2.12和2.13-屏蔽線圈，2.14-緩沖器，2.15-輸出信號(hào)。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0023]如圖2a和2b所示，兩個(gè)探測(cè)線圈2.2和2.3串聯(lián)后，沿傳感器外殼的軸向連續(xù)排列外殼內(nèi)，其中探測(cè)線圈2.2在前，探測(cè)線圈2.3距前面的探測(cè)線圈2.2為5毫米，兩個(gè)探測(cè)線圈2.2和2.3的側(cè)面分別被屏蔽線圈2.12和2.13包圍，且探測(cè)線圈2.2和2.3的線圈匝數(shù)大于屏蔽線圈2.12和2.13的線圈匝數(shù)。
[0024]如圖3所示，是不帶鐵氧體壺型磁芯的電感式傳感器內(nèi)使用的測(cè)試電路。微處理器2.4控制接在電源上的電子開(kāi)關(guān)2.1，使開(kāi)關(guān)頻率為250千赫，提供一個(gè)低阻抗輸出2.5，探測(cè)線圈2.2與諧振電容2.6組成第一諧振電路，探測(cè)線圈2.3和諧振電容2.7組成第二諧振電路，兩組諧振電路的諧振頻率相同，并聯(lián)在低阻抗輸出2.5上；兩組諧振電路產(chǎn)生的諧振電壓2.8和2.9分別經(jīng)比較電阻Rl和R2以及比較電阻R3和R4的分壓后，接入差分放大器2.10的正、負(fù)輸入端；屏蔽線圈2.12環(huán)繞探測(cè)線圈2.2，屏蔽線圈2.13環(huán)繞探測(cè)線圈2.3，屏蔽線圈2.12和2.13分別經(jīng)延遲器2.14后也接在差分放大器2.10的正、負(fù)輸入端，即由分壓后的諧振電壓2.8和2.9驅(qū)動(dòng)屏蔽線圈2.12和2.13。比較電阻Rl和R2的分壓比與比較電阻R3和R4的分壓比相同，探測(cè)線圈2.2和2.3的線圈匝數(shù)大于屏蔽線圈2.12和2.13的線圈匝數(shù)，屏蔽線圈2.12和2.13與探測(cè)線圈2.2和2.3的線圈匝數(shù)比相同，且正比于比較電阻Rl和R2的分壓比。
[0025]如圖4所示，是帶鐵氧體壺型磁芯的電感式傳感器內(nèi)使用的測(cè)試電路。探測(cè)線圈2.2和2.3并聯(lián)在低阻抗輸出2.5上，低阻抗輸出2.5直接驅(qū)動(dòng)探測(cè)線圈2.2和2.3，屏蔽線圈2.12環(huán)繞探測(cè)線圈2.2，屏蔽線圈2.13環(huán)繞探測(cè)線圈2.3 ;探測(cè)線圈2.2與諧振電容2.6組成第一諧振電路，探測(cè)線圈2.3和諧振電容2.7組成第二諧振電路，兩組諧振電路產(chǎn)生的諧振電壓2.8和2.9分別經(jīng)比較電阻Rl和R2以及比較電阻R3和R4的分壓后，接入差分放大器2.10的正、負(fù)輸入端。此電路中，屏蔽線圈2.12與探測(cè)線圈2.2之間的耦合系數(shù)和屏蔽線圈2.13與探測(cè)線圈2.3之間的耦合系數(shù)足夠大。由于屏蔽線圈2.12和2.13產(chǎn)生的磁場(chǎng)很強(qiáng)，該磁場(chǎng)強(qiáng)度基本不會(huì)被在外殼1.1和短路環(huán)1.9周圍產(chǎn)生的渦流損耗減弱，因而諧振電壓2.8和2.9基本保持不變。
[0026]探測(cè)線圈2.2和2.3與屏蔽線圈2.12和2.13產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反且部分抵消，通過(guò)調(diào)整探測(cè)線圈2.2和2.3以及屏蔽線圈2.12和2.13的線圈匝數(shù)比，使探測(cè)線圈2.2和2.3與屏蔽線圈2.12和2.13產(chǎn)生的磁場(chǎng)在受到外部干擾時(shí)，衰減相同的強(qiáng)度，即探測(cè)線圈2.2和屏蔽線圈2.12疊加后的磁場(chǎng)強(qiáng)度以及探測(cè)線圈2.3和屏蔽線圈2.13疊加后的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持不變，再調(diào)整兩組諧振電路中的探測(cè)線圈2.2和2.3以及諧振電容2.6和2.7，使諧振電壓2.8和2.9沒(méi)有衰減，基本保持不變。
[0027]當(dāng)位于傳感器前端的檢測(cè)區(qū)域沒(méi)有金屬靠近時(shí)，諧振電壓2.8和2.9相同，即差分放大器2.10沒(méi)有輸出；當(dāng)位于傳感器前端的檢測(cè)區(qū)域有金屬靠近時(shí)，由于檢測(cè)線圈2.2在前，檢測(cè)線圈2.3在后，該金屬對(duì)檢測(cè)線圈2.2和2.3產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響不同，導(dǎo)致諧振電壓2.8和2.9不相同，差分放大器2.10輸出差分信號(hào)2.11，微處理器2.4通過(guò)判斷差分信號(hào)2.11來(lái)區(qū)分是否有金屬靠近傳感器。
【權(quán)利要求】
1.一種電感式傳感器的屏蔽方法，其特征在于:在環(huán)狀探測(cè)線圈外面加一個(gè)環(huán)狀屏蔽線圈，該屏蔽線圈將探測(cè)線圈包圍在內(nèi)，屏蔽線圈的徑向厚度小于探測(cè)線圈的徑向厚度，屏蔽線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與探測(cè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)部分反向抵消，且兩個(gè)磁場(chǎng)同時(shí)衰減或增長(zhǎng)，使疊加后的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持恒定不變。
2.一種使用權(quán)利要求1所述的電感式傳感器的屏蔽方法的電感式傳感器，其特征在于:所述傳感器外殼呈圓柱形，該外殼中具有至少兩個(gè)沿外殼的軸向連續(xù)排列的環(huán)狀探測(cè)線圈，每個(gè)探測(cè)線圈的外面還至少被一個(gè)環(huán)狀屏蔽線圈包圍，屏蔽線圈的徑向厚度小于探測(cè)線圈的徑向厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電感式傳感器，其特征在于:所述探測(cè)線圈纏繞在塑料管上，探測(cè)線圈與屏蔽線圈之間填充有絕緣材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電感式傳感器，其特征在于:所述傳感器還包括測(cè)試電路，該測(cè)試電路包括諧振電路、分壓電路、屏蔽電路和差分放大電路，兩個(gè)探測(cè)線圈分別與諧振電容串聯(lián)組成諧振電路后并聯(lián)在電壓源的輸出端，該兩組諧振電路的諧振頻率相同，產(chǎn)生的兩組諧振電壓分別經(jīng)分壓比相同的分壓電路分壓后，接差分放大電路的正、負(fù)輸入端，兩個(gè)屏蔽線圈分別經(jīng)延遲器后接差分放大電路的正、負(fù)輸入端，探測(cè)線圈與包圍在其外面的屏蔽線圈的匝數(shù)之比正比于分壓電路的分壓比。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電感式傳感器，其特征在于:所述探測(cè)線圈纏繞鐵氧體壺形磁芯上，屏蔽線圈纏繞在鐵氧體壺形磁芯的外殼上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電感式傳感器，其特征在于:所述傳感器還包括測(cè)試電路，該測(cè)試電路包括諧振電路、分壓電路、屏蔽電路和差分放大電路，兩個(gè)屏蔽線圈并聯(lián)在電壓源輸出的輸出端，兩個(gè)探測(cè)線圈分別與諧振電容串聯(lián)組成諧振電路，該兩組諧振電路的諧振頻率相同，產(chǎn)生的兩組諧振電壓分別經(jīng)分壓比相同的分壓電路分壓后，接差分放大電路的正、負(fù)輸入端，探測(cè)線圈與包圍在其外面的屏蔽線圈的匝數(shù)之比正比于分壓電路的分壓比。
【文檔編號(hào)】G01D3/028GK104266665SQ201410474732
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】謝勇, 姜春華 申請(qǐng)人:上海蘭寶傳感科技股份有限公司