CN101109614A - “8”字形线圈测距传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种“8”字形线圈测距传感器，检测线圈(L)呈“8”字形，由大小及匝数相同的左右两个矩形线圈(La、Lb)构成，且左右两个矩形线圈(La、Lb)的绕向相反。该种传感器能抵消空间分布的磁场对检测结果的干扰，检测精度高，检测结果准确，尤其适用于磁悬浮车***等环境中有较强磁场分布场合的测距。

Description

“8”字形线圈测距传感器

技术领域

本发明涉及一种非接触测距传感器。

背景技术

现有的非接触检测的测距传感器中，主要的一类是基于电磁感应原理实现测量距离的，它是利用传感器内的一个检测线圈来检测传感器与被测金属体之间距离。其原理是：检测线圈的电感为L＝N²μS/2δ，N为线圈匝数；μ空气的导磁率；S为线圈围成的面积；δ为线圈与被测金属体表面的距离；其中空气的导磁率为常数，线圈绕成后N与S为定值，故电感L是检测线圈与被测金属体表面的距离值δ的函数；当线圈与被测金属体表面的距离发生变化时，线圈的电感量也会发生变化。如在检测线圈馈入高频交流信号，该交流电会在检测线圈内产生感生电动势，而该感生电动势的大小与线圈的电感量有关，并进而与检测线圈与被检测物体表面距离有关；从而通过检测线圈中的电信号进行分析处理，可得到检测线圈与被测金属物体表面的距离。

由这种传感器的工作原理知道，若空间存在磁场分布，磁场的存在将会影响线圈中产生的感生电动势的大小，从而影响检测的精度。尤其是将这种传感器用于检测磁悬浮车的轨道与电磁铁之间距离时，由于磁悬浮***存在着强的磁场，因此现有的这类传感器的检测结果将极不可靠，甚至不能工作。另外，现有传感器只有一个用于检测的线圈，可靠性无法保证，不能应用于一些对可靠性要求较高的场合。

发明内容

本发明的目的是提供一种“8”字形线圈测距传感器，该种传感器能抵消空间分布的磁场对检测结果的干扰，检测精度高，检测结果准确，尤其适用于磁悬浮车***等环境中有较强磁场分布场合的测距。

本发明为实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种“8”字形线圈测距传感器，包括高频信号源，高频信号源的信号送入检测线圈，检测线圈输出的检测信号由信号处理电路进行处理，其结构特点是：检测线圈呈“8”字形，由大小及匝数相同的左右两个矩形线圈构成，且左右两个矩形线圈的绕向相反。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：“8”字形状的检测线圈由绕向相反的大小及匝数相同的左右两个矩形线圈组成，因此，当空间分布有磁场时，磁场在两个线圈产生的感生电动势相同，但由于左侧线圈中的电流方向和右侧线圈中的电流方向相反，从而使得中两个线圈中的感生电动势对整个检测线圈中交流信号输出的影响，相互抵减。对均匀分布的外界磁场则可以完全抵消；而对非均匀分布的空间的磁场，由于两个线圈相距很近，在该近距离范围内的磁场分布的变化较小，本发明也可以基本上抵消磁场对检测结果的影响。由于本发明能够有效抵消磁场对检测结果的影响，故其检测精度高，检测结果准确，尤其适用于磁悬浮***等环境中有较强磁场分布场合的测距。

上述的检测线圈为两个，两个检测线圈分别与各自的高频信号源及信号处理电路相连，两个信号处理电路的输出还与一比较电路相连；两个检测线圈在空间上重叠但在左右方向上错开排列，其错开的距离为一个矩形线圈宽度的1/3～2/3，并使两个检测线圈的互感为零。

这样由两个“8”字形状的检测线圈和其对应的信号源及信号处理电路构成了两路冗余的检测通道。并且两线圈在空间上重叠并交错后，实现两个线圈之间互感为零。其原理说明如下：在图3中，当一个检测线圈(通电线圈)通以高频交流电时，将有磁场穿过另一个检测线圈(感应线圈)。如果感应线圈的左矩形线圈和右矩形线圈中穿过等量的且方向相同的磁通时，由于感应线圈为绕向相反的两矩形线圈组成的“8”字线圈，感应线圈中将不会产生感应电压，即两个检测线圈的互感为零。当两个检测线圈的位置完全重合时，由于通电线圈的左、右矩形线圈的磁场均分别最大地穿过感应线圈的左、右矩形线圈，也即使感应线圈的左、右矩形线圈穿过最大的等量且方向相反的磁通，此时互感最大。随着两个线圈逐渐向一侧错开，以向右侧错开为例：则感应线圈中的右侧矩形线圈穿过的通电线圈中的右侧矩形线圈中的磁通量减少；感应线圈的左侧矩形线圈中穿过通电线圈的右侧线圈的磁通量从无到有逐渐增多、另一方面穿过通电线圈左侧矩形线圈中的磁通量则逐渐减少，两线圈的互感减少；当两个检测线圈错位的距离在小于线圈宽度的1/2附近，感应线圈的左侧矩形线圈中穿过通电线圈的右侧线圈的磁通量减去通电线圈左侧线圈的磁通量等于感应线圈中的右侧矩形线圈穿过的通电线圈中的右侧矩形线圈中的磁通量时，也即此时感应线圈的左矩形线圈和右矩形线圈中穿过等量的且方向相同的磁通，两线圈的互感为零。

从而，两线圈之间不会产生干扰，保证两路通道的测量数据相互独立。分别得到两个独立的距离测量数据，同时送入比较单元进行比较，若两者之间的误差大于预先设定的阈值，发出故障报警信号，说明某一测量通道在处理过程中出现故障，提示检测维修。一方面保证检测的高可靠性，适用于对检测可靠性要求高的场合；另一方面，可通过对两个独立数据的统计处理，可有效提高检测的精度和准确性。

上述的两个检测线圈与其对应连接的高频信号源的频率不同，可以使两个线圈在信号提取时谐振频率相错，进一步减小相互干扰。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例的电原理框图。

图2是本发明实施例的检测线圈中两个矩形线圈的绕向示意图，图中箭头表示馈入电流的流动方向，左矩形线圈的右侧部分与右矩形线圈的左侧部分实际是重叠的，但为了观察方便，将该重叠部分进行了左、右平移，使其相互错开。

图3是本发明实施例的两个检测线圈空间分布位置示意图，图中实线为上面的一个检测线圈，虚线为叠在下面的另一检测线圈的露出部分，箭头表示馈入电流的方向。

具体实施方式

图1、2、3示出，本发明的一种具体实施方式为：一种“8”字形线圈测距传感器，包括高频信号源S，高频信号源S的信号送入检测线圈L，检测线圈L输出的检测信号由信号处理电路进行处理，检测线圈L呈“8”字形，由大小及匝数相同的左右两个矩形线圈La、Lb构成，且左右两个矩形线圈La、Lb的绕向相反。

检测线圈L为两个，两个检测线圈L分别与各自的高频信号源S及信号处理电路PS相连，两个信号处理电路PS的输出还与一比较电路CS相连；两个检测线圈L在空间上重叠但在左右方向上错开排列，其错开的距离d为一个矩形线圈La、Lb宽度D的1/3～2/3，并使两个检测线圈L的互感为零。其错开距离的具体值，可在该距离范围内通过几次摆放，并测定互感值后加以确定。一旦确定后，对同样大小和形状的检测线圈则无需重复测定。具体方法是：在一个线圈中通以高频信号电流，在宽度D的1/3～2/3的范围内移动两面线圈的距离，测量另一线圈中的开路电压，当测得的开路电压为零时，两线圈的互感为零。

从图2、3可以看出，由于检测线圈中两个左右两个矩形线圈的绕向相反，使信号源S馈入的电流在两个矩形线圈中的流向相反，一个为顺时针，则另一个必为反时针。

两个检测线圈(L)与其对应连接的高频信号源S的频率不同。

Claims (3)

1.一种“8”字形线圈测距传感器，包括高频信号源(S)，高频信号源(S)的信号送入检测线圈(L)，检测线圈(L)输出的检测信号由信号处理电路进行处理，其特征在于：所述的检测线圈(L)呈“8”字形，由大小及匝数相同的左右两个矩形线圈(La、Lb)构成，且左右两个矩形线圈(La、Lb)的绕向相反。

2.根据权利要求1所述的一种“8”字形线圈测距传感器，其特征在于：所述的检测线圈(L)为两个，两个检测线圈(L)分别与各自的高频信号源(S)及信号处理电路(PS)相连，两个信号处理电路(PS)的输出还与一比较电路(CS)相连；两个检测线圈(L)在空间上重叠但在左右方向上错开排列，其错开的距离(d)为一个矩形线圈(La、Lb)宽度(D)的1/3～2/3，并使两个检测线圈(L)的互感为零。

3.根据权利要求2所述的一种“8”字形线圈测距传感器，其特征在于：所述的两个检测线圈(L)与其对应连接的高频信号源(S)的频率不同。

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