CN110869817A - 感应式的接近开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及感应式的接近开关，其具有：用于产生交变磁场的初级线圈；用于驱动初级线圈的振荡器；控制器和评估单元，该控制和评估单元与振荡器工作连接并且被设立成用于检测和评估初级线圈内的电流的幅值和相位并且用于依赖于所检测到的初级线圈内的电流地输出探测信号；并且具有用于操纵由初级线圈产生的交变磁场的至少一个补偿线圈。感应式的接近开关的特征在于，存在有分开的能控制的电流源用以驱控至少一个补偿线圈。

Description

感应式的接近开关
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的感应式的接近开关。
背景技术
按类属的感应式的接近开关具有如下部件：用于产生交变磁场的初级线圈；用于驱动初级线圈的振荡器；控制-评估单元，控制-评估单元与振荡器作用有效地连接，并且被设立成用于检测和评估初级线圈内的电流的幅值和相位，并且用于依赖于初级线圈内的被检测到的电流地输出探测信号；和用于操纵由初级线圈产生的交变磁场的至少一个补偿线圈。
具有这些特征的接近开关例如在DE 10 2006 053 023 A1中公开。在该文献中所描述的接近开关中，发送线圈反向地与补偿线圈接连，并且发送线圈和补偿线圈由共同的交变电压发生器来运行。因此，影响接近开关附近环境中的磁场的可能性受到限制。
在WO 2014/053240 A2中描述了一种感应式的接近开关，其中，通过馈入补偿电流，将基于通过初级线圈进行的电磁加载而在接收线圈中感应到的电流调节为零。测量原理在于，询问补偿电流，以便由此确认当存在待验证的物体时的差异。
在WO 2012/104086 A2中公开了一种用于将金属的物体确定方位的金属检测器，其中，在至少两个发送线圈内的电流可以被如下这样地相互调节，即，使得即使在存在待验证的金属目标时，也类似于如在WO 2014/053240 A2中所述的情况那样，连续地将由至少一个接收线圈接收到的接收线圈输出信号或由接收线圈输出信号产生的解调相位的平均值调节为零。
在感应式的接近开关中，一般性的作用机制在“Firmenschrift ifm electronic；Schulungsunterlagen efector 100-Induktive Sensoren Stand
Figure BDA0002262191270000021
2003(ifm电子公司出版物；培训手册efector 100-感应式传感器2003年3月版)”中描述。
发明内容
提供一种接近开关被视为本发明的任务，其中，可以特别灵活地影响交变磁场。
该任务通过具有权利要求1的特征的接近开关来解决。
以上所述类型的接近开关根据本发明通过如下方式被改进，即，存在有分开的、尤其与初级线圈无关的能控制的电流源用以驱控至少一个补偿线圈。
根据本发明的接近开关的有利的改进方案在如下的说明书中尤其参考从属权利要求和附图描述。
感应式的接近开关的测量原理仅就一般性而言首先在于，由被振荡器驱动的也可以被称为发送线圈的初级线圈将交变磁场送出到监测区域内，并且测量该交变磁场与也被称为目标的待验证的物体之间的相互作用。在此，主要的效应是：通过交变磁场在金属的目标中形成从振荡器汲取能量的涡流和伴随的损失。
原则上，使用感应式的接近开关也可以提供与距离有关的信号。但是因为该信号极为敏感地依赖于目标与接近开关之间的精确的相对定位，所以仅在特殊情况中如此使用。通常，感应式的接近开关被用作二元(开/关)切换的传感器。
在尤其是可以使用在根据本发明的接近开关中的最常见的评估措施中，对由于靠近中的目标所导致的振荡器的衰减进行评估。在此，当由于靠近中的目标导致的衰减大到使振动幅值下降到阈值以下时，接近开关被切换。这可以使用相对简单的电子器件来实现。
在根据本发明的感应式的接近开关的特别优选的实施变体中，控制和评估单元被设立成用于，确认初级线圈内的电流何时下降到规定的阈值以下并依赖于此地输出输出信号。原则上也可行的是，查询与初级线圈内的电流函数上单调地相关联的其他的变量，例如初级线圈的内能，并且在这些变量下降到阈值以下时，输出输出信号。
通过根据本发明所存在的能分开地且独立地被驱控的补偿线圈，改善了测量的质量。但是对于测量原理本身来说，补偿线圈和对其的独立的驱控不是必需的。
用于驱动初级线圈的振荡器通常具有谐振电路和反馈的放大器。原则上，初级线圈或发送线圈在此也通过谐振电路的电感自身形成。
在其中从通过接近中的目标所导致的振荡器的衰减推导出基本的测量信号的接近开关中，初级线圈不是真正意义上的发送线圈。当仍然提到发送线圈时，则这不意味着必需存在接收线圈。事实上，在评估衰减的接近开关中是不存在接收线圈的。术语初级线圈的使用也很少意味着必需存在次级线圈。在评估衰减的接近开关中用于测量的线圈可以被更确切地称为测量或传感器线圈。
将用以进行必需的控制和评估的尤其是因此在目标接近时对振荡器性能的变化进行评估的那些电子部件称为控制和评估单元。控制和评估单元可以通过模拟电子和/或数字电子部件形成。用于确认初级线圈内的电流的幅值和相位的控制和评估单元的部件在此也可以布置在振荡器内或是振荡器的一部分。
术语探测信号被认为是依赖于目标的接近地由接近开关输出的那个信号。在此，在特殊情况中，探测信号原则上也可以是模拟的、即与距离有关的信号。但是通常，探测信号是二元信号，即开/关信号，其给出，目标距接近开关的所确定的开关距离是近还是远。
补偿线圈被认为是可以影响由初级线圈产生的交变磁场但对于实际的测量原理来说并不是主要的另外的线圈。
应存在分开的能控制的电流源的特征一般而言指的是，用以驱动至少一个补偿线圈的电流与通过初级线圈的电流并不形成固定的、不可改变的并且在此意义下是刚性的关系。该电流源在使得通过一个补偿线圈或多个补偿线圈的电流能可变地调整的意义下应是能控制的。因此，重要的是，至少一个补偿线圈完全独立地可以通过分开的电流源被控制。
本发明已认识到，补偿线圈的驱动器与发送线圈或初级线圈的驱动器的刚性关联虽然能够实现对例如壳体或特定的装入材料的效应进行粗略的补偿，但是在至少一个补偿线圈被更灵活地驱控的情况下这些不希望的效应可以被明显更好地降低。
因此可以被视为本发明的核心构思的是，对至少一个补偿线圈的驱动被更灵活地并且尤其是与对初级线圈的馈电无关地设计，并且为此以型式为分开的能控制的、尤其是能独立控制的电流源来提供合适的技术手段。
被认为根据本发明的接近开关的明显的优点可以是，与从现有技术公知的装置相比，根据本发明的接近开关明显地更不易于受到处在接近开关的环境中的材料和零件的干扰。在此，特别重要的是，根据本发明的接近开关也可以在不同的装入情况中被个别地调整和运行。
在根据本发明的接近开关的特别优选的变体中，能控制的电流源被设立成用于控制各自的补偿线圈电流的幅值和相位。
原则上，当存在唯一的补偿线圈和所属的分开的能控制的、尤其是能独立控制的电流源时，实现了本发明的主要构思。但是以上所给出的根据本发明的优点也以特别的方式在其中存在多个补偿线圈、尤其是两个补偿线圈的变体中得以实现。
原则上也可行的是，由一个且同一个能控制的电流源驱动多个补偿线圈。当针对其中每个补偿线圈存在有自己的分开的能控制的、尤其是能独立控制的电流源时，则在对根据本发明的感应式的接近开关的个别的匹配方面还得到更多的可能性。
在对补偿线圈相对于初级线圈的具体的几何上的设计和具体的定位方面，原则上存在设计自由度。在此，本发明恰恰表现出特别的优点，这是因为基于此设计自由度可以特别好地对交变磁场的空间分布进行建模。
在此，初级线圈和一个补偿线圈或多个补偿线圈的柱形对称的布置方式被证实是特别有利的。例如，补偿线圈可以尤其完全地包围初级线圈。在此，尤其想到如下布置方式，其中，将初级线圈布置在基本上呈管形的壳体的端侧上，使得初级线圈的柱体轴线与呈管形的壳体的轴线同轴地延伸，并且其中，补偿线圈在径向于外部地包围被如此定位的初级线圈。
当补偿线圈沿轴向方向的延展大于或等于初级线圈或初级线圈的线圈芯沿该轴向方向的延展时，则包围初级线圈的补偿线圈是特别有效的。
此外已被证实特别适宜的是如下布置，其中，将至少一个补偿线圈沿轴向方向布置在初级线圈后方。
当该补偿线圈的直径大于或等于初级线圈的直径或初级线圈的线圈芯的直径时，则沿轴向方向被定位在初级线圈后方的补偿线圈是特别地有效的。
原则上，本发明可以在不具有线圈芯的感应式的接近开关中实现。但是在特别适宜的变体中，初级线圈具有线圈芯以用于成形交变磁场的场分布并且用于强化交变磁场。例如，线圈芯可以是原则上已知的形状的壳式芯，并且由原则上已知的材料制成，例如由铁氧体制成。
特别有利地，线圈芯是壳式芯，其形状与补偿线圈的形状匹配。
对于其内容纳有根据本发明的感应式的接近开关的壳体，原则上存在设计自由度。但是其中将初级线圈在呈管形的壳体内定位在端侧上的变体已被证实是特别适宜的。
例如，初级线圈、补偿线圈和能控制的电流源可以布置在方形的或柱形的、尤其是圆柱形的壳体内。
在这些种壳体几何形状中，壳体对由初级线圈发出的交变磁场的影响特别小。
在壳体的材料方面也存在设计自由度。该壳体可以由塑料制成，并且/或者原则上也可以由金属制成。本发明的特别的优点是，借助于用于至少一个补偿线圈的能控制的电流源可以灵活地响应于不同的装入情况和壳体材料。
在本发明的另一特别优选的变体中，尤其是模拟的和/或数字的控制和评估单元也被设立成用于驱控能控制的电流源。例如，该驱控可以由软件控制地进行。
在本文中此外还优选的是，控制和评估单元具有可编程的逻辑部件，尤其是微控制器，尤其是具有模拟和数字功能性的微控制器。
附图说明
本发明的另外的特性和优点在下文中结合示意性附图解释。其中：
图1：示出根据本发明的感应式的接近开关的实施例。
具体实施方式
在图1中示意性地示出的根据本发明的感应式的接近开关10的实施例作为主要部件地具有：初级线圈2，振荡器5，带有所配属的第一能控制的电流源8的第一补偿线圈3、和所配属的第二能控制的电流源6的第二补偿线圈4。这些部件安置在例如可以由金属和/或由塑料制成的壳体9内。
用于产生交变磁场的初级线圈2被安置在壳式芯1内。在可以具有例如立方形的或柱形的形状的壳体9内，具有初级线圈2的壳式芯1直接布置在端侧处。交变磁场因此可以很好地向外逸出。第一补偿线圈3径向上处在壳式芯1之外，并且沿圆周方向完全地包围此壳式芯1。沿在图1中以附图标记11标注的轴向方向，第一补偿线圈3的延展大致与壳式芯1的延展一样大。但是应注意到，在补偿线圈的具体的几何形状和具体的定位方面，原则上存在大的设计自由度。例如，补偿线圈不必以如在附图中所示的方式相对于初级线圈齐平地形成和定位。
第二补偿线圈4是扁平的线圈，并且沿轴向方向11观察处在壳式芯1后方。第二补偿线圈4基本上覆盖了壳式芯1的整个背侧。
在振荡器5内存在电子器件，以其可以检测通过初级线圈2的电流。就此而言，振荡器5的部件与控制和评估单元7的部件重叠。为了评估通过初级线圈2的电流，振荡器5与控制和评估单元7连接。
在所示的实施例中，第一能控制的电流源6和第二能控制的电流源8与振荡器5连接。这意味着，在任何情况下，由振荡器5预先给定了通过第一补偿线圈3和第二补偿线圈4的电流的频率。
第一能控制的电流源6和第二能控制的电流源8还能够实现对通过第一补偿线圈3或第二补偿线圈4的电流的幅值和相对相位分别进行个别调整。这些另外的控制可以例如如在当前实施例中那样通过相应的箭头示意地由控制和评估单元7执行。例如，控制和评估单元7可以是微控制器，其可以提供模拟和数字的功能。为了输出优选二元的切换信号，存在有接口12(示意性地示出)，该接口例如可以与总线***连接。
补偿线圈3和4用于使通过初级线圈2产生的交变磁场进行局部的场挤压。在此，检测初级线圈电流的电变量，尤其是幅值和相位。通过能控制的电流源6或8来驱控地，补偿线圈3和4产生局部的补偿场。由于在电流源6或8的情况下对幅值和相位进行调节的可能性，使得在相邻的例如在壳体边沿上的装入材料方面能实现极为灵活的匹配。在本发明中作为特别的优点实现的是，在无补偿的情况下被初级线圈2检测到的壳体的边沿上的所述装入材料能够很好地被遮蔽并且因此不再被或仅很低程度地被评估单元7检测到，而不损害对实际关注的目标的验证敏感度。
以本发明提供了新颖的感应式的接近开关，其中，通过尤其是与通过发送线圈的初级电流无关地对补偿线圈的电流进行个别的调整的基本构思，实现了在遮蔽接近开关的环境中的物体和材料方面的明显的改进。因此可以提高感应式的接近开关的可靠性。
附图标号列表
1 线圈芯
2 初级线圈
3 补偿线圈
4 补偿线圈
5 振荡器
6 能控制的电流源
7 控制和评估单元
8 能控制的电流源
9 壳体
10 感应式的接近开关
11 轴向方向
12 接口

Claims (16)

1.感应式的接近开关，其具有：
用于产生交变磁场的初级线圈(2)；
用于驱动所述初级线圈(2)的振荡器(5)；
控制器和评估单元(7)，所述控制和评估单元与所述振荡器(5)作用连接并且被设置成用于检测和评估所述初级线圈(2)内的电流的幅值和相位并用于依赖于所检测到的所述初级线圈内的电流地输出探测信号；和
用于操纵由所述初级线圈(2)产生的交变磁场的至少一个补偿线圈(3)，
其特征在于，
存在有分开的能控制的电流源(6、8)用以驱控至少一个补偿线圈(3、4)。
2.根据权利要求1所述的感应式的接近开关，其特征在于，存在多个补偿线圈(3、4)。
3.根据权利要求1或2所述的感应式的接近开关，其特征在于，针对其中每个所述补偿线圈(3、4)存在有自己的、分开的、能控制的电流源(6、8)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的感应式的接近开关，其特征在于，所述能控制的电流源(6、8)被设立成用于控制所述补偿线圈的电流的幅值和/或相位。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的感应式的接近开关，其特征在于，所述补偿线圈(3)尤其是完全包围所述初级线圈(2)。
6.根据权利要求5所述的感应式的接近开关，其特征在于，包围所述初级线圈(2)的所述补偿线圈(3)的沿轴向方向的延展大于或等于所述初级线圈(2)的沿轴向方向的延展或所述初级线圈的线圈芯的沿轴向方向的延展。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的感应式的接近开关，其特征在于，所述补偿线圈(4)沿轴向方向布置在所述初级线圈(2)后方。
8.根据权利要求7所述的感应式的接近开关，其特征在于，布置在所述初级线圈(2)后方的所述补偿线圈(4)的直径大于或等于所述初级线圈的直径或初级线圈的线圈芯的直径。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的感应式的接近开关，其特征在于，所述初级线圈(2)具有线圈芯。
10.根据权利要求9所述的感应式的接近开关，其特征在于，所述线圈芯是壳式芯。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的感应式的接近开关，其特征在于，所述初级线圈(2)在呈管形的壳体(9)内定位在端侧处。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的感应式的接近开关，其特征在于，所述初级线圈(2)、所述补偿线圈(3、4)和所述能控制的电流源(6、8)布置在方形的或柱形的、尤其是圆柱形的壳体(9)内。
13.根据权利要求12所述的感应式的接近开关，其特征在于，所述壳体由塑料和/或金属制成。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的感应式的接近开关，其特征在于，尤其是模拟和/或数字的控制和评估单元(7)也被设立成用于驱控所述能控制的电流源(6、8)。
15.根据权利要求14所述的感应式的接近开关，其特征在于，所述控制和评估单元(7)具有可编程的逻辑部件，尤其是微控制器，所述微控制器尤其是具有模拟和数字的功能。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的感应式的接近开关，其特征在于，所述控制和评估单元被设立成用于确认所述初级线圈内的电流何时下降到规定的阈值以下并且依赖于此地输出输出信号。
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