WO2016037597A1 - Sensorelement eines induktiven näherungs- oder abstandssensor und verfahren zum betreiben des sensorelements - Google Patents

Sensorelement eines induktiven näherungs- oder abstandssensor und verfahren zum betreiben des sensorelements Download PDF

Info

Publication number
WO2016037597A1
WO2016037597A1 PCT/DE2014/100329 DE2014100329W WO2016037597A1 WO 2016037597 A1 WO2016037597 A1 WO 2016037597A1 DE 2014100329 W DE2014100329 W DE 2014100329W WO 2016037597 A1 WO2016037597 A1 WO 2016037597A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor element
coil
signal
element according
sensor
Prior art date
Application number
PCT/DE2014/100329
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Zoltán Kántor
Zoltán PÓLIK
Zoltán KANYÁR
Szabolcs HERCZEG
János VISZT
Reider TAMÁS
Original Assignee
Balluff Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Balluff Gmbh filed Critical Balluff Gmbh
Priority to US15/509,556 priority Critical patent/US10516394B2/en
Priority to CN201480081810.2A priority patent/CN106716836B/zh
Priority to DE112014006936.1T priority patent/DE112014006936A5/de
Priority to PCT/DE2014/100329 priority patent/WO2016037597A1/de
Publication of WO2016037597A1 publication Critical patent/WO2016037597A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/952—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/366—Electric or magnetic shields or screens made of ferromagnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/9505—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/9502—Measures for increasing reliability
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/952—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils
    • H03K2017/9527—Details of coils in the emitter or receiver; Magnetic detector comprising emitting and receiving coils
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/945—Proximity switches
    • H03K2217/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K2217/952—Detection of ferromagnetic and non-magnetic conductive targets

Definitions

  • the invention is based on a sensor element of an inductive approximation or. Distance sensor according to the preamble of the independent claim.
  • the invention further relates to a method for operating the sensor element of the inductive proximity or distance sensor.
  • measuring devices for object recognition which are based on different physical principles, such as inductive distance sensors, inductive proximity sensors, micro pulse transducer, magneto inductive displacement sensors, magnetically coded displacement and angle measuring systems and, for example, optoelectronic distance sensors.
  • the measuring devices determine, for example, the position of a moving object with respect to a position sensor or the distance of a moving object from the position sensor or, for example, simply the presence of a measuring object.
  • a inductive proximity sensor is described which allows an increased switching distance. The increased switching distance is achieved by shielding the inductive sensor.
  • the shield is realized with a metallic plate and a housing of non-ferromagnetic material surrounding a ferrite core.
  • the ferrite core is wound with a coil.
  • an inductive proximity sensor which identifies an excitation coil, which is surrounded according to a first embodiment of a receiving coil.
  • a two-part receiving coil is provided, wherein the two partial coils are arranged with respect to a measuring object or with respect to the measuring direction behind the exciter coil.
  • the published patent application DE 197 40 774 A1 describes an inductive proximity sensor which has both exciter coils and two receiver coils.
  • the two receiver coils are positioned between the two excitation coils with respect to the sensor axis.
  • the two excitation coils are energized in opposite directions.
  • the published patent application DE 101 22 741 A1 describes a metal detector which has two exciter coils and one receiver coil. All coils are concentrically positioned on a common axis. The two excitation coils are dimensioned with respect to their numbers of turns and / or their dimensions and the energized in the two transmitting coils excitation currents with respect to their mutual phase angles and / or in terms of their amplitudes such that the excited by the two excitation coils in the receiving coil fluxes compensate each other.
  • an inductive proximity sensor has become known which, according to one embodiment, has two exciter coils and two receiver coils, which are arranged concentrically with respect to the measurement object, each with the same diameter behind one another. The transmitting coils and the receiving coils alternate with each other, wherein the measurement object is arranged next to the first transmission coil.
  • the inductive proximity sensor described in the published patent application DE 10 2007 010 467 A1 contains two exciter coils as well as two receiver coils arranged symmetrically to the excitation coils coaxially within the exciter coils.
  • the receiver coils are connected in series in opposite directions.
  • a shield of the coaxial coil arrangement is provided.
  • the depth of the inductive proximity sensor is greater than the diameter.
  • the disclosure EP 751 623 A1 describes a proximity sensor which has a resonance circuit which contains a coil wound on a ferrite core.
  • the known inductive proximity sensor can be realized with a large ratio of width to depth, but has an increased sensitivity to a disturbing external electromagnetic field. The achievable switching distance depends on the material factor.
  • the published patent application DE 10 2006 040 550 A1 describes an inductive proximity sensor which contains a sensor element with two excitation coils and two receiving coils positioned symmetrically in relation to the excitation coils and connected in opposite directions.
  • the sensor element is housed in a cylindrical stainless steel housing un, which has an Au texgewinde.
  • a lid is provided which consists of non-magnetic stainless steel.
  • a pre-damping element is provided whose properties correspond to those of the cover and the housing at the detection surface. to compensate for the influences of the cover and the housing at the detection surface.
  • Publication EP 1 296 160 A1 discloses an inductive proximity sensor which has an exciter coil and a receiver coil, which are arranged on both sides of a printed circuit board.
  • the circuit board may have magnetic properties to provide a magnetic partition.
  • the sensor element contains two excitation coils and a receiving coil.
  • the excitation coils simultaneously provide magnetic fields with opposite polarity.
  • the receiver coil is arranged between the two exciter coils.
  • the invention is based on the object of specifying a sensor element of an inductive proximity or distance sensor and a method for operating the sensor element with which a high switching distance can be achieved while at the same time being highly insensitive to interference.
  • the invention is based on a sensor element of an inductive proximity sensor or distance sensor, which contains a coil arrangement with at least one excitation coil and at least one receiving coil, wherein an electrically conductive shield is proceeding, which includes a shielding cup which surrounds the coil arrangement laterally and on the rear side.
  • the inventive sensor element of the inductive proximity or distance sensor is characterized in that the shield further includes a flange which is provided on the front side of the sensor element, which is electrically conductively connected to the shielding cup and which completely surrounds the coil assembly.
  • front side and rear side of the sensor element are always to be considered in the present application with respect to the measurement object, with the front side being closest to the measurement object.
  • the sensor element according to the invention allows a large switching distance or a large approach range of a measurement object, wherein the measurement object together with the sensor element according to the invention forms the inductive proximity sensor or inductive distance sensor.
  • the lateral parts of the shielding cup weaken particularly laterally. existing higher frequency electromagnetic signal components.
  • the sensor element according to the invention is suitable in particular for a flush installation in an electrically conductive surface.
  • the flange at the front end as part of the shield which is to completely enclose the coil assembly, decouples in particular the two half-spaces, which are located in front of and behind the front side of the sensor element.
  • the shielding effect consists in particular in that eddy currents can form in the flange.
  • the flange prevents sensitivity of the sensor element to metallic objects located on the rear side of the sensor element.
  • the shielding effect of the flange as part of the shield supports the possibility of completely flush installation of the sensor element according to the invention in an electrically conductive surface, wherein only one recess in the region of the coil assembly of the sensor element in the electrically conductive surface should be present.
  • the sensor element according to the invention can be realized with a comparatively large width-depth ratio, so that a comparatively large approximation detection range or a large switching distance can be achieved.
  • a freely configurable sensor function can be specified.
  • a material selectivity with respect to the material of the test object can be specified. Equally, however, it is also possible to specify an independence from the material of the test object which corresponds to a factor 1 operation.
  • a first embodiment provides that the screening cup is made of one piece. is manufactured.
  • the shielding cup can therefore be produced inexpensively, for example by deep drawing.
  • the shielding cup and the flange are made of one piece. As a result, the production of the entire shield of shielding cup and flange is inexpensive.
  • the flange may be as a solid metallic part or preferably realized as a metal foil.
  • the foil allows a cost saving.
  • the coil arrangement contains at the rear end an excitation coil used as a compensation coil.
  • the excitation coil provided on the rear side of the sensor element, relative to the detection direction, and used as a compensation coil makes it possible in particular to compensate for the influence which is present through the rear side of the shielding cup.
  • the compensation coil exciter current with regard to the signal rise and / or the current maximum and / or the signal drop, a high compensation of a background signal occurring due to the asymmetrical shielding of the coil arrangement can be achieved, which is measured without the measurement object.
  • an embodiment provides that the coil arrangement is arranged on layers of a multilayer board. Additionally or alternatively, an electronic unit arranged on at least one layer of the multilayer board can be provided. This measure results in the shortest possible cable routing of the connecting lines between the coil assembly and the electronics unit including the electronic unit. With this measure, on the one hand the signal-to-noise ratio increases further and on the other hand a cost-effective realization of the sensor element according to the invention becomes possible. An alternative or further savings possibility is given by the fact that the rear part of the shielding cup is realized as a metallic layer on at least one layer of the multilayer board.
  • the assembly of the coil unit is particularly simple when the shield cup is soldered to the multilayer board. Accordingly, it may additionally or alternatively be provided that the flange is realized as at least one metallic circumferential layer on the foremost layer of the multilayer board.
  • a simple assembly is also achieved in that the shielding cup has at least one projection for fixing the Ablechers to the multilayer board.
  • sensor element of the inductive proximity sensor or of the inductive distance sensor relate to signal processing.
  • each exciter coil is connected to a voltage controlled current source which provides the field current of the exciter coil.
  • the controlled current source allows the targeted specification of characteristics of the excitation current such as the temporal current profile and / or a maximum current.
  • a further development of this embodiment provides that an ohmic resistor is connected in parallel with the exciter coil or with all the exciter coils. Due to the ohmic component, the resistor connected in parallel, in addition to the inductance of the excitation coil, supports stable operation of the current source.
  • a signal shaper is provided at the input of the voltage-controlled current source, which is preferably realized as a band-pass filter.
  • a simple current signal shaping is achieved, starting from a rectangular signal which, for example, from a micro-signal Controller is provided.
  • the bandpass filter suppresses high frequency signal components of the original square wave signal which the voltage controlled current source would not follow and saturate. At the same time low-frequency signal components and in particular the DC component, which would lead to very high power consumption, which is also undesirable.
  • a discontinuous operation of the current source due to an offset of the current source is avoided in that a DC voltage is connected to the output of the signal former.
  • a saturation of the current source in the negative direction is thereby effectively avoided, so that at least a small excitation current flows at each time of the excitation period.
  • a two-stage amplifier For signal conditioning of the measuring voltage provided by the at least one receiving coil, a two-stage amplifier is preferably provided.
  • at least the first stage of the two-stage amplifier is a capacitor-coupled transimpedance amplifier, whose amplification factor can be set by passive components, in order to allow an adaptation of the sensor element to the measurement task with simple means.
  • a development of the embodiment with the two-stage amplifier provides a switchable signal attenuator, which is connected between the two amplifier stages.
  • the signal attenuator enables a particularly simple adaptation of the peak voltages occurring at the output of the first amplifier stages to the second amplifier stage and thus effectively prevents an overdriving of the second amplifier stage.
  • the signal attenuator is preferably controlled by the microcontroller with a time delay with respect to the beginning of an excitation current pulse, which is set to a value at which the signal maximum at the input of the second amplifier stage can be lowered in a targeted manner.
  • the sensor element is arranged with the coil assembly and the shield in a housing which has a greater width than depth, wherein the depth is related to the sensor direction.
  • a housing is particularly suitable for the above-mentioned flush mounting in a larger area, which may be metallically conductive in particular due to the shielding.
  • the method for operating the sensor element according to the invention provides for a determination of the distance of a measurement object from the sensor element or a determination of the approach of a measurement object to the sensor element.
  • the time profile of the exciter current flowing in at least one exciter coil and / or a maximum of the excitation current are preferably determined in such a way that the background signal contained in an output signal obtained from a measurement voltage which is present without a measurement object is minimized.
  • the setting of the predetermined time profile of the exciter current and / or the maximum of the excitation current are expediently determined experimentally. The minimization of the background signal allows high gain of the measurement object-induced useful signal without saturating the second amplifier stage.
  • a digital subtraction of the background signal from the output signal can be additionally performed.
  • Optimal adaptation to the measurement task can be achieved by setting the time profile of the excitation current and / or the maximum of the excitation current in such a way that the sensitivity of the output signal with respect to a specific measurement object is maximized.
  • the at least one parameter of the exciter current is preferably determined experimentally. If several Characteristics are set, preferably all parameters are determined experimentally.
  • a further improvement in the operation of the sensor element according to the invention is achieved by additionally taking into account the temperature of the exciter coil in determining the time course of the exciter current and / or the maximum of the exciter current.
  • the temperature can for example be measured with a sensor or calculated from a measurement of the internal resistance of the exciter coil.
  • the inductive distance sensor or the inductive proximity sensor for determining the magnetic and / or electrical properties of the measurement object based on an evaluation of the output signal with respect to the maxima and / or the temporal waveform used.
  • the measurement objects of interest are measured at a known distance and the resulting output signals are stored for later comparison.
  • FIG. 1 shows a partially sectioned isometric view of a sensor element according to the invention
  • FIG. 2 shows an isometric view of the sensor element with solder joints and solder joints according to another embodiment
  • FIG. 3 shows an embodiment of a flange as part of a shielding of the sensor element
  • FIG. 4a shows an isometric view of the housing
  • FIG. 4b shows an exploded view of a housing in which the sensor element is installed
  • FIG. 5 shows an interconnection of a coil arrangement of the sensor element according to the invention
  • FIG. 6 shows a block diagram of an electronic unit for operating the sensor element
  • FIG. 7 shows two signal curves of an output signal
  • FIG. 8 shows four signal curves of an output signal as a function of a measurement object whose approximation to the sensor element or its distance is to be detected by the sensor element and
  • FIG. 9 shows three such signal curves of an output signal as a function of the measurement object.
  • FIG. 1 shows a partially sectioned isometric view of a sensor element 10 according to the invention.
  • the sensor element 10 is part of an inductive proximity sensor. tion sensor, in which the approximation of a measuring object 14 is detected to the sensor element 10, or part of an inductive distance sensor, wherein the distance 16 of the measuring object 14 is detected by the sensor element 10.
  • the measuring object 14 is located on the front side of the sensor element 10 with respect to the measuring direction 18, the approach of the measuring object 14 or the distance 16 of the measuring object 14 from the sensor element 10 being considered with reference to a sensor surface 20 which is located on the sensor surface 10 front side of the sensor element 10 should preferably be formed flush with a flange 22 of the sensor element 10.
  • the flange 22 is part of a shield which further includes a shielding cup 24 surrounding a coil assembly 26 laterally and on the rear side of the coil assembly 26 with respect to the direction of measurement 18.
  • the shield containing the flange 22 and the shield cup 24 is made of an electrically conductive material.
  • the shielding cup 24 is made of brass or another electrically highly conductive material, for example.
  • the material thickness may for example be in the range of 1 millimeter.
  • the material is preferably non-ferromagnetic, but may also be ferromagnetic.
  • the shielding cup 24 in particular shields high-frequency signal components on the rear side of the sensor element 10. As a result, at least the higher-frequency signal components optionally reach metal parts arranged on the rear side of the sensor element 10, such as, for example, mounting parts. Furthermore, the shield cup 24 prevents electromagnetic excitations laterally around the coil assembly 26. As a result, a flush mounting of the sensor element 10 according to the invention in a surface which may be metallically conductive, possible.
  • the flange 22 should extend as far as possible to the limits of a sensor housing shown below.
  • the flange 22 effects an electromagnetic separation of the two half spaces on the front side and on the rear side of the flange 22, with respect to the measuring object 14.
  • the electromagnetic field of exciting coils T, C which would extend to the rear side of the screening cup 24, are effectively suppressed by the flange 22 due to the formation of eddy currents in the flange 22.
  • a sensitivity of the sensor element 10 to metallic objects, which are present on the rear side of the sensor element 10 and would act as a measurement object, are thereby effectively suppressed.
  • the shielding cup 24 is preferably made in one piece, wherein the shielding cup 24 can be produced for example by deep drawing a circular metal part.
  • the shielding cup 24 is electrically conductively connected to the flange 22.
  • the shielding cup 24 and the flange 22 are made in one piece.
  • the flange 22 may, for example, be realized as a metal foil, which is electrically contacted with the shield cup 24 at least at some connection points not shown in greater detail.
  • the coil assembly 26 is realized by means of a multilayer board 28, wherein in the embodiment of four layers of the multilayer board 28 is assumed.
  • the multilayer board 28 is a one-piece component. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, however, the four layers of the multilayer board 28 are shown spaced apart from each other, which in practice is treated as an optimization parameter and is secured by a printed circuit board.
  • a first receiving coil R + is provided, followed by the first exciting coil T, further followed by a second receiving coil R- and followed by a second exciting coil C on the the rear side of the coil assembly 26.
  • the second exciter coil C is referred to below as the compensation coil C.
  • the coils R +, T, R-, C are each arranged on a layer of the multilayer board 28.
  • an eight-layer multilayer board 28 is provided, wherein the coils R +, T, R-, C are formed distributed on each of two adjacent layers distributed.
  • two or more coils R +, T, R-, C are arranged on a single layer of the multilayer board 28.
  • FIG. 2 likewise shows an isometric rear view of the sensor element 10 according to the invention.
  • Those parts which coincide with the parts shown in FIG. 1 are each given the same reference numerals. This agreement also applies to the following figures.
  • Figure 2 shows an embodiment of the sensor element 10 according to the invention, in which on the rear side of the multilayer board 28 solder pads 30 are provided, on which the shielding cup 24 is soldered by means of solder joints 34.
  • solder pads 30 are provided, on which the shielding cup 24 is soldered by means of solder joints 34.
  • the flange 22 is formed simultaneously.
  • one or more projections (not shown in detail in FIG. 2) of the shielding cup 24 can be provided, which can penetrate into corresponding depressions of the multilayer board 28, whereby both the mechanical strength and the correct positioning of the shielding cup 24 with respect to the coil arrangement 26 can be ensured.
  • an electronic unit 32 which is electrically connected to the coils R +, T, R-, C, resulting in a shortest possible routing , In the exemplary embodiment shown, however, such connections of the coils R +, T, R-, C with the electronics unit 32 are not shown.
  • Figure 1 are for generalization unspecified connection points of the coils R +, T, R-, C of the coil assembly 26 registered.
  • Figure 3 shows an embodiment of the flange 22 in which the flange 22 is configured as a conductive metal foil, which is fixed on the front side of the multilayer board 28 or in the inside of a front housing part, for example by gluing.
  • the entire flange 22 - as shown in Figure 2 - formed from the layers of the multilayer board 28. In principle, even layers of the multilayer board 28 can still be in the shielding cup 24.
  • the flange 22 has a circular opening 40 in the region of the coil arrangement 26.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the flange 22, at the corners of which at least one recess 46 and / or at least one bevel 48 are provided.
  • the recess 46 or bevel 48 allows easy mounting of the sensor element 10 in a housing.
  • the housing 50 includes a rear housing part 54 and a front housing part 56. Due to the shield 22, 24, the sensor element 10 or the housing 50 can have a comparatively large width 42 compared to the depth 44 have, wherein the depth 44 is related to the measuring direction 18. As a result, a large range of proximity of the measuring object 14 to the sensor element 10 or a large distance 16 of the measuring object 10 from the sensor element 10 becomes possible, in which switching of the sensor element 10 occurs.
  • the housing 50 has, for example, a width 42 of 40 millimeters and can be configured square.
  • the depth 44 may be for example 10 millimeters.
  • the approximation area of the measurement object 14 to the sensor element 10 or the distance 16, in which the Sensor element 10 in the presence of the measuring object 14 switches in the range of a few 10 millimeters, for example, be 20 millimeters.
  • Figure 4b shows an exploded view of such a housing 50, in which the sensor element 10 is installed.
  • the housing 50 with the sensor element 10 forms an inductive proximity sensor 52, in which the approach of the measurement object 14 to the sensor element 10, or forms an inductive distance sensor 52, in which the distance 16 of the measurement object 14 is detected by the sensor element 10 respectively.
  • both housing parts 54, 56 46 corresponding to the recesses formations 58 are provided.
  • a bevel 48 corresponding to the shape 59 is provided in the front housing part 56 .
  • the bevel 48 prevents incorrect positioning of the sensor element 10 in the housing 50.
  • the bevel 48 and the recesses 46 of the flange 22 allow a reliable fixation of the sensor element 10 in the housing 50th
  • the multilayer printed circuit board 28 contains recesses 55 into which corresponding projections 57 of the shielding cup 24 engage in the mounted state of the sensor element 10.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view through the coils R +, T, R-, C and their interconnection.
  • the coils R +, T, R-, C can be arranged on different layers of the multilayer board 28 not shown in detail.
  • Section shown rectangle to indicate that the coils R +, T, R-, C may have a plurality of turns.
  • the two receiving coils R +, R- are connected in opposite directions relative to the measuring direction 18 and are connected in series.
  • the opposing interconnection should also be expressed by the terms R + and R-.
  • the coils R +, T, R - C can preferably be arranged distributed on two adjacent layers of an eight-layer multilayer board 28.
  • FIG. 6 shows a block diagram of the electronic unit 32 for operating the sensor element 10.
  • a microcontroller 58 provides a first and a second rectangular output signal 60, 62, from which exciter currents iT, iC of the exciter coils T, C are obtained.
  • the two rectangular output signals 60, 62 are provided to a first and a second signal shaper 66, 68, respectively, which are realized in each case as bandpass filters, for example.
  • the signal formers 66, 68 form continuous exciter currents iT, iC from the rectangular output signals 60, 62, each having a predetermined time characteristic.
  • the signal formers 66, 68 are realized, for example, as passive bandpass filters.
  • the bandpass filters first suppress higher-frequency signal components of the original rectangular output signals 60, 62. This prevents saturation of subsequent electronic components, which could occur due to the steep-edged signals.
  • the bandpass filter suppress low-frequency signal components of the original rectangular output signals 60, 62, in particular their DC part, which generates no measurement information because of the corresponding constant current proportion of the excitation currents iT, iC, but provides an undesirable contribution to the energy consumption of the entire system.
  • the cutoff frequencies of the bandpass filters can be, for example, between ten and a few hundred kilohertz.
  • the excitation currents iT, iC are provided by voltage controlled current sources 70, 72. Saturation of the voltage controlled current sources 70, 72 may occur not only by a too steep drive, but also by a discontinuous operation in which the excitation currents iT, iC would fall to zero. This case could occur when the drive signals 74, 76 of the voltage controlled current sources 70, 72 either fall to zero or when the voltage controlled current sources 70, 72 have an input voltage offset.
  • a DC voltage 82 is added to the output signals 78, 80 of the signal formers 66, 68, so that the exciter currents iT, iC can not fall to zero at any time during the duration of the excitation and data acquisition.
  • adders 84, 86 are provided which add the DC voltage 82 provided by a DC voltage source 88 to the output signals 78, 80 of the signal formers 66, 68, respectively.
  • the adders 84, 86 provide the drive signals 74, 76 to the voltage controlled current sources 70, 72.
  • the exciter currents iT, iC can be established as a function of the temperature of the coil arrangement 26.
  • the output signal 92 of a temperature determination 94 is made available to the microcontroller 58, which increases or decreases the maxima of the excitation currents iT, iC by changing the amplitude of at least one rectangular output signal 60 or 62 as a function of the temperature of the coil arrangement 26.
  • the temperature of the coil arrangement 26 can be effected, for example, by means of an internal resistance measurement of at least one coil R +, T, R-, C.
  • a not shown in detail temperature sensor may be provided.
  • parallel resistors 98, 99 are provided, which are connected in parallel to the excitation coils T, C. , Such a parallel resistor 98, 99 ensures a stable operation of the voltage-controlled current source 70, 72 due to the in addition to the inductance of the excitation coil T, C present ohmic component in the load circuit.
  • the exciter currents iT, iC are provided, for example, by a respective field effect transistor or bipolar transistor contained in the voltage-controlled current sources 70, 72, which are driven by an operational amplifier.
  • the inductances of the excitation coils T, C are, for example, in the range of 12 microhenries and have, for example, an ohmic resistance of 18 ohms at room temperature.
  • the parallel resistors 98, 99 are set to a value between 100-470 ohms.
  • the receiving coils R +, R- are connected in series with each other in series.
  • the measuring voltage 100 induced in the receiving coils R +, R- is made available to an amplifier 102, which is preferably realized in two stages.
  • the first amplifier stage 104 of the amplifier 102 is preferably realized as a capacitor-coupled transimpedance amplifier.
  • a digitally switchable signal attenuator 108 is preferably provided, which enables a signal adaptation to the second amplifier stage 106.
  • the microcontroller 58 includes a functional block 1 10, which provides a digital control signal 1 12 for the signal attenuator 108.
  • the digital control signal 1 12 is determined by the function block 1 10 in response to the output signal U of the amplifier 102, in such a manner that an overdriving of the second amplifier stage 106 of the amplifier 102 is avoided.
  • the determination of the digital control signal 1 12 is suitably made adaptive.
  • the digital control signal 12 preferably does not attenuate the entire signal evenly.
  • a time delay is provided with respect to the beginning of an exciter current pulse iT, iC, which ensures that the attenuation only occurs in the region of the signal maximum between the two Strengthener 104, 106 of the amplifier 102 occurring signal is effective. On the one hand, this ensures a high overall amplification of the measuring voltage 100, but avoids overloading of the second amplifier stage 106.
  • FIG. 7 shows a possible output signal U of the amplifier 102 as a function of the time t.
  • the first time waveform 120 shown by the solid line, corresponds to a time waveform that would occur without the second exciting coil C acting as a compensation coil.
  • the second time waveform 122 which is shown with the broken line, is achieved with the second excitation coil C acting as a compensation coil, which is operated with an excitation current iC, the time course and the amplitude of the time course or the maximum of the excitation current iT of first excitation coil T may differ.
  • the second temporal signal curve 122 corresponds, for example, to the minimum achievable background signal without an existing measurement object 14.
  • the output signal U is represented by relative units, but the numbers can correspond to volt data.
  • the second time waveform 122 shown in FIG. 7, which corresponds to the background signal, can be subtracted from the output signal U.
  • a temperature-dependent background signal can furthermore be subtracted from the output signal U for temperature compensation.
  • the temperature-dependent background signal can be determined experimentally or calculated by the microcontroller 58 as a function of the temperature from stored temperature coefficients.
  • FIG. 8 shows four temporal signal curves 140-146 as a function of time t, which occur at the same distance 16 for different measuring objects 14.
  • the solid line corresponds to a first temporal signal curve 140 which occurs in the case of a measurement object 14 which is not present.
  • the first temporal signal curve 140 thus corresponds to the background signal, which is preferably subtracted in the microcontroller 58 from the output signal U.
  • the second temporal signal course 142 for example, corresponds to a measurement object 14 made of steel
  • the third temporal signal curve 144 corresponds for example to a measurement object 14 made of aluminum
  • the fourth temporal signal course 146 corresponds, for example, to a stainless steel measurement object 14.
  • the output signal U obtained from the measurement voltage 100 is represented in relative units, the However, numbers can be, for example, volts.
  • FIG. 9 shows the curves 156, 158, 160 corresponding to the second, third and fourth temporal signal curves 142-146, the curves 156, 158, 160 being respectively calculated by subtracting the background signal 140 from the signal curves 142, 144, 146, and wherein the first signal maxima 150, 152, 154 of the temporal signal curves 156, 158, 160 as well as the times t1, t2, t3 are entered, at which the first signal maxima 150, 152, 154 occur. Furthermore, signal minima of the signal curves 156, 158, 160 occur at certain times, which are not entered in greater detail.
  • measuring objects 14 of different material are measured at a predetermined distance 16 and the resulting time signal waveforms 142, 144, 146 or 156, 158, 160 in a not further shown memory of the microcontroller 58 for later comparison with the output signal U of the amplifier 102 are deposited.
  • the sensor element 10 can be operated with stored reference signal profiles in such a way that detection of the material of the measurement object 14 is possible.
  • different measurement objects 14 can be distinguished from one another.
  • An identification of the material of the measurement object 14 is easily possible on the basis of a determination of the different times t1, t2, t3 at which the first signal maxima 150, 152, 154 of the time signal waveforms 156, 158, 160 occur.
  • a detection and a comparison of the signal maxima 150, 152, 154 can be made.
  • the in FIG. 9 shows signal minima which are not described in detail and which also occur at specific times, and are used for the comparison.
  • the sensor element 10 according to the invention can also be operated independently of the material of the measurement object 14, with which a so-called
  • Factor-1 operation of the inductive distance sensor or inductive proximity sensor is possible.
  • a comparison of the temporal signal waveforms 142, 144, 146 or 156, 158, 160 is also made with stored in a memory reference signal waveforms, but in this case not on the material of the measuring object 14 is distinguished, but independent of the material of the measuring object 14, the approach of the measuring object 14 to the sensor element 10 is determined or a certain distance 16 of the measuring object 14 is detected by the sensor element 10, in which the sensor element 10 switches.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Es werden ein Sensorelement (10) eines induktiven Näherungssensors oder Abstandssensors (12), das eine Spulenanordnung (26) mit wenigstens einer Erregerspule (T, C) und wenigstens einer Empfangsspule (R+, R-) enthält, und mit einer elektrisch leitfähigen Abschirmung, die einen Abschirmbecher (24) enthält, der die Spulenanordnung (26) seitlich und auf der hinteren Seite umgibt, sowie ein Verfahren zum Betreiben des Sensorelements (10) vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Sensorelement (10) zeichnet sich dadurch aus, dass die Abschirmung weiterhin einen Flansch (22) enthält, der auf der vorderen Seite des Sensorelements (10) vorgesehen ist, der mit dem Abschirmbecher (24) elektrisch leitend verbunden ist und der die Spulenanordnung (26) vollständig umschließt.

Description

Beschreibung
Titel
Sensorelement eines induktiven Näherunqs- oder Abstandssensor und Verfahren zum Betreiben des Sensorelements
Die Erfindung geht aus von einem Sensorelement eines induktiven Näherungsbzw. Abstandssensors nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben des Sensorelements des induktiven Näherungs- bzw. Abstandssensors.
Stand der Technik
Die Anmelderin bietet, beispielsweise unter dem zur Anmelderin führenden Internet-Link: http://www.Balluff.com, Messvorrichtungen zur Objekterkennung an, die auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen, wie beispielsweise induktive Abstandssensoren, induktive Näherungssensoren, Micropuls-Wegaufnehmer, magneto-induktive Wegsensoren, magnetcodierte Weg- und Winkel-Messsysteme und beispielsweise opto-elektronische Abstandssensoren. Die Messvorrichtungen ermitteln beispielsweise die Position eines beweglichen Objekts in Bezug auf einen Positionssensor bzw. den Abstand eines beweglichen Objekts von dem Positionssensor oder beispielsweise einfach die Anwesenheit eines Messobjekts. In der Patentschrift US 5 801 531 A ist induktiver Näherungssensor beschrieben, der einen erhöhten Schaltabstand ermöglicht. Der erhöhte Schaltabstand wird durch eine Abschirmung des induktiven Sensors erreicht. Die Abschirmung wird mit einer metallischen Platte und einem Gehäuse aus nicht ferromagnetischem Material realisiert, welche einen Ferritkern umgeben. Der Ferritkern ist mit einer Spule bewickelt.
In der Offenlegungsschrift DE 38 39 386 A1 ist ein induktiver Näherungssensor beschrieben, der eine Erregerspule ausweist, die gemäß einer ersten Ausführung von einer Empfangsspule umgeben ist. Gemäß einer anderen Ausführung ist eine zweiteilige Empfangsspule vorgesehen, wobei die beiden Teilspulen in Bezug auf ein Messobjekt bzw. in Bezug auf die Messrichtung hinter der Erregerspule angeordnet sind. Unterschieden werden können Messobjekte, die ferromagnetisch sind oder elektrisch leitend, aber nicht ferromagnetisch sind.
Die Offenlegungsschrift DE 197 40 774 A1 beschreibt einen induktiven Näherungssensor, der sowohl zwei Erregerspulen als auch zwei Empfangsspulen aufweist. Die beiden Empfangsspulen sind, bezogen auf die Sensorachse, zwischen den beiden Erregerspulen positioniert. Die beiden Erregerspulen werden gegensinnig bestromt.
In der Offenlegungsschrift DE 101 22 741 A1 ist ein Metalldetektor beschrieben, der zwei Erregerspulen und eine Empfangsspule aufweist. Sämtliche Spulen sind konzentrisch auf einer gemeinsamen Achse positioniert. Die beiden Erregerspulen sind bezüglich ihrer Windungszahlen und/oder ihrer Abmessungen derart dimensioniert und die in die beiden Sendespulen eingespeisten Erregerströme bezüglich ihrer gegenseitigen Phasenlagen und/oder bezüglich ihrer Amplituden derart bemessen, dass sich die von den beiden Erregerspulen in die Empfangsspule angeregten Flüsse gegenseitig kompensieren. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 007 620 A1 ist ein induktiver Näherungssensor bekannt geworden, welches gemäß einer Ausführungsform zwei Erregerspulen und zwei Empfangsspulen aufweist, die in Bezug auf das Messobjekt konzentrisch mit jeweils gleichem Durchmesser hintereinander angeordnet sind. Die Sendespulen und die Empfangsspulen wechseln sich gegenseitig ab, wobei dem Messobjekt am nächsten die erste Sendespule angeordnet ist.
Der in der Offenlegungsschrift DE 10 2007 010 467 A1 beschriebene induktive Näherungssensor enthält zwei Erregerspulen sowie zwei symmetrisch zu den Erregerspulen koaxial innerhalb der Erregerspulen angeordnete Empfangsspulen. Die Empfangsspulen sind gegensinnig in Reihe geschaltet. Vorgesehen ist eine Abschirmung der koaxial aufgebauten Spulenanordnung. Die Tiefe des induktiven Näherungssensors ist größer als der Durchmesser.
In der Offenlegungsschrift EP 751 623 A1 ist ein Näherungssensor beschrieben, der eine Resonanzschaltung aufweist, welche eine auf einem Ferritkern gewickelte Spule enthält. Der bekannte induktive Näherungssensor kann mit einem großen Verhältnis von Breite zu Tiefe realisiert werden, weist jedoch eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber einem störenden externen elektromagnetischen Feld auf. Der erzielbare Schaltabstand hängt von dem Materialfaktor ab.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2006 040 550 A1 beschreibt einen induktiven Näherungssensor, der ein Sensorelement mit zwei Erregerspulen und zwei symmetrisch zu den Erregerspulen positionierten, gegensinnig in Reihe geschalteten Empfangsspulen enthält. Das Sensorelement ist in einem zylindrischen Edelstahlgehäuse un tergebracht, welches ein Au ßengewinde aufweist. An der Detektionsfläche am vorderen Ende des Gehäuses bezogen auf das Messobjekt ist ein Deckel vorgesehen der aus unmagnetischem Edelstahl besteht. Am hinteren Ende des Sensorelements bezogen auf das Messobjekt ist ein Vorbedämpfungselement vorgesehen, dessen Eigenschaften denen des Deckels und des Gehäuses an der Detektionsflä- che zur Kompensation der Einflüsse des Deckels und des Gehäuses an der Detek- tionsfläche entsprechen soll.
Aus der Offenlegungsschrift EP 1 296 160 A1 ist ein induktiver Näherungssensor bekannt geworden, der eine Erregerspule und eine Empfangsspule aufweist, die auf beiden Seiten einer Leiterplatte angeordnet sind. Die Leiterplatte kann magnetische Eigenschaften aufweisen, um eine magnetische Trennwand bereitzustellen.
In der US-Offenlegungsschrift 201 1 /0089938 A1 ist ein induktiver Näherungssensor beschrieben, dessen Sensorelement zwei Erregerspulen und eine Empfangsspule enthält. Die Erregerspulen Stellen gleichzeitig Magnetfelder mit entgegengesetzter Polung bereit. Die Empfangsspule ist zwischen den beiden Erregerspulen angeordnet. Vorgesehen ist ein Abgleich des Sensorelements in Abwesenheit eines Messobjekts. Vorgesehen sein kann weiterhin ein Abgleich des Sensorelements in Anwesenheit eines stationären Objekts.
In der Offenlegungsschrift WO 2012/140265 A2 ist eine Weiterbildung des in der US-Offenlegungsschrift 201 1 /0089938 A1 beschriebenen induktiven Näherungssensors angegeben, welche eine Vorgabe der Erregerströme für die Erregerspulen mit den unterschiedlichsten zeitlichen Signalverläufen vorsieht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorelement eines induktiven Nä- herungs- oder Abstandssensor und ein Verfahren zum Betreiben des Sensorelements anzugeben, mit welchen ein hoher Schaltabstand bei gleichzeitig einer hohen Unempfindlichkeit gegenüber Störungen erreicht werden kann.
Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale jeweils gelöst. Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Sensorelement eines induktiven Näherungssensors oder Abstandssensors, der eine Spulenanordnung mit wenigstens einer Erregerspule und wenigstens einer Empfangsspule enthält, wobei eine elektrisch leitfähige Abschirmung vorgehen ist, die einen Abschirmbecher enthält, der die Spulenanordnung seitlich und auf der hinteren Seite umgibt. Das erfindungsgemäße Sensorelement des induktiven Näherungs- bzw. Abstandssensors zeichnet sich dadurch aus, dass die Abschirmung weiterhin einen Flansch enthält, der auf der vorderen Seite des Sensorelements vorgesehen ist, der mit dem Abschirmbecher elektrisch leitend verbunden ist und der die Spulenanordnung vollständig umschließt.
Die Begriffe„vordere Seite" bzw.„hintere Seite" des Sensorelements sind in der vorliegenden Anmeldung stets in Bezug auf das Messobjekt zu betrachten, wobei die vordere Seite am nächsten zu Messobjekt liegen soll.
Das erfindungsgemäße Sensorelement ermöglicht einen großen Schaltabstand bzw. einen großen Annäherungsbereich eines Messobjekts, wobei das Messobjekt zusammen mit dem erfindungsgemäßen Sensorelement den induktiven Näherungssensor bzw. induktiven Abstandssensor bildet.
Die seitliche und die auf der hinteren Seite des Sensorelements vorgesehene Abschirmung mittels des Abschirmbechers schirmt insbesondere die an der hinteren Seite des Sensorelements vorhandenen höherfrequenten elektromagnetischen Signalkomponenten ab, sodass die höherfrequenten Signalkomponenten der von den Erregerspulen abgestrahlten elektromagnetischen Felder metallische Oberflächen, beispielsweise Montagekomponenten, die auf der hinteren Seite des Sensorelements positioniert sind, nur abgeschwächt oder überhaupt nicht erreichen.
Die seitlichen Teile des Abschirmbechers schwächen insbesondere seitlich vor- handene höherfrequente elektromagnetische Signalkomponenten ab. Dadurch eignet sich das erfindungsgemäße Sensorelement insbesondere für einen bündigen Einbau in eine elektrisch leitfähige Fläche.
Der Flansch am vorderen Ende als Teil der Abschirmung, welche die Spulenanordnung vollständig umschließen soll, entkoppelt insbesondere die beiden Halbräume, die sich vor bzw. hinter der vorderen Seite des Sensorelements befinden. Die Abschirmungswirkung besteht insbesondere darin, dass sich in dem Flansch Wirbelströme ausbilden können. Der Flansch verhindert insbesondere eine Empfindlichkeit des Sensorelements gegenüber metallischen Objekten, die sich auf der hinteren Seite des Sensorelements befinden. Die Abschirmungswirkung des Flansches als Teil der Abschirmung unterstützt die Möglichkeit des vollständig bündigen Einbaus des erfindungsgemäßen Sensorelements in eine elektrisch leitfähige Fläche, wobei nur eine Aussparung im Bereich der Spulenanordnung des Sensorelements in der elektrisch leitfähigen Fläche vorhanden sein soll.
Das erfindungsgemäße Sensorelement kann mit einem vergleichsweise großen Breite-Tiefe- Verhältnis realisiert werden, sodass ein vergleichsweise großer Annä- herungs-Detektionsbereich bzw. ein großer Schaltabstand erreicht werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Sensorelement kann eine frei konfigurierbare Sensorfunktion vorgegeben werden. Zum einen kann eine Material-Selektivität in Bezug auf das Material des Messobjekts vorgegeben werden. Gleichermaßen kann aber auch eine Unabhängigkeit vom Material des Messobjekts vorgegeben werden, die einem Faktor-1 -Betrieb entspricht.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensorelements eines induktiven Näherungssensors bzw. des induktiven Abstandssensors sind jeweils Gegenstände von abhängigen Vorrichtungsansprüchen.
Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass der Abschirmbecher aus einem Stück ge- fertigt ist. Der Abschirmbecher kann daher kostengünstig, beispielsweise durch Tiefziehen hergestellt werden.
Weiterhin kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass der Abschirmbecher und der Flansch aus einem Stück gefertigt sind. Dadurch wird die Fertigung der gesamten Abschirmung aus Abschirmbecher und Flansch kostengünstig.
Der Flansch kann als ein massives metallisches Teil sein oder vorzugsweise als Metallfolie realisiert sein. Die Folie ermöglicht eine Kosteneinsparung.
Andere Ausgestaltungen betreffen die Spulenanordnung.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Spulenanordnung am hinteren Ende eine als Kompensationsspule eingesetzte Erregerspule enthält. Die auf der hinteren Seite des Sensorelements, bezogen auf die Detektionsrichtung, vorgesehene, als Kompensationsspule eingesetzte Erregerspule ermöglicht eine Kompensation insbesondere des Einflusses, der durch die hintere Seite des Abschirmbechers vorhanden ist. Insbesondere kann durch eine geeignete Festlegung des Kompensationsspulen-Erregerstroms hinsichtlich des Signalanstiegs und/oder des Strommaximums und/oder des Signalabfalls eine hohe Kompensation eines aufgrund der unsymmetrischen Abschirmung der Spulenanordnung auftretenden Hintergrundsignals erzielt werden, welches ohne Messobjekt gemessen wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Spulenanordnung auf Schichten einer Multi- layer-Platine angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann eine auf zumindest einer Schicht der Multilayer-Platine angeordnete Elektronikeinheit vorgesehen sein. Mit dieser Maßnahme ergibt sich eine möglichst kurze Leitungsführung der Verbindungsleitungen zwischen der Spulenanordnung und der Elektronikeinheit einschließlich der Elektronikeinheit. Mit dieser Maßnahme erhöht sich einerseits der Störabstand weiter und andererseits wird eine kostengünstige Realisierung des erfindungsgemäßen Sensorelements möglich. Eine alternative oder weitere Einsparungsmöglichkeit ist dadurch gegeben, dass der hintere Teil des Abschirmbechers als eine metallische Schicht auf zumindest einer Schicht der Multilayer-Platine realisiert ist.
Die Montage der Spuleneinheit ist besonders einfach, wenn der Abschirmbecher mit der Multilayer-Platine verlötet wird. Entsprechend kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass der Flansch als zumindest eine metallische umlaufende Schicht auf der vordersten Schicht der Multilayer-Platine realisiert ist.
Eine einfache Montage wird auch dadurch erreicht, dass der Abschirmbecher wenigstens eine Auskragung zur Fixierung des Abschirmbechers an der Multilayer- Platine aufweist.
Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensorelements des induktiven Näherungssensors bzw. des induktiven Abstandssensors betreffen die Signalverarbeitung.
Vorzugsweise ist jede Erregerspule mit einer spannungsgesteuerten Stromquelle verbunden, welche den Erregerstrom der Erregerspule bereitstellt. Die gesteuerte Stromquelle ermöglicht die gezielte Vorgabe von Kenngrößen des Erregerstroms wie beispielsweise der zeitliche Stromverlauf und/oder ein Strommaximum.
Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass zu der Erregerspule bzw. zu sämtlichen Erregerspulen ein ohmscher Widerstand parallel geschaltet ist. Der parallel geschaltete Widerstand unterstützt aufgrund der ohmschen Komponente zusätzlich zur Induktivität der Erregerspule einen stabilen Betrieb der Stromquelle.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass am Eingang der spannungsgesteuerten Stromquelle ein Signalformer vorgesehen ist, der vorzugsweise als ein Bandpassfilter realisiert ist. Mit dieser Maßnahme wird eine einfache Stromsignal-Formung erzielt, ausgehend von einem Rechteck-Signal, welches beispielsweise von einem Micro- Controller bereitgestellt wird. Das Bandpassfilter unterdrückt hochfrequente Signalkomponenten des ursprünglichen Rechteck-Signals, welchen die spannungsgesteuerte Stromquelle nicht folgen und in Sättigung bringen würde. Gleichzeitig werden niederfrequente Signalkomponenten und insbesondere die Gleichsignal- Komponente, welche zu sehr hohem Stromaufwand führen würden, der ebenfalls unerwünscht ist.
Eine diskontinuierliche Arbeitsweise der Stromquelle aufgrund eines Offsets der Stromquelle wird dadurch vermieden, dass auf den Ausgang des Signalformers eine Gleichspannung geschaltet ist. Eine Sättigung der Stromquelle in negativer Richtung wird dadurch wirkungsvoll vermieden, sodass zu jedem Zeitpunkt der Erregungsdauer zumindest ein geringer Erregerstrom fließt.
Zur Signalaufbereitung der von der wenigstens einen Empfangsspule bereitgestellten Messspannung ist vorzugsweise ein zweistufiger Verstärker vorgesehen. Hierbei sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung vor, dass zumindest die erste Stufe des zweistufigen Verstärkers ein kondensatorgekoppelter Transimpedanz-Verstärker ist, dessen Verstärkungsfaktor durch passive Bauteile einstellbar ist, um eine Anpassung des Sensorelements an die Messaufgabe mit einfachen Mitteln zu ermöglichen.
Eine Weiterbildung der Ausgestaltung mit dem zweistufigen Verstärker sieht einen schaltbaren Signalabschwächer vor, der zwischen die beiden Verstärkerstufen geschaltet ist. Der Signalabschwächer ermöglicht eine besonders einfache Anpassung der am Ausgang der ersten Verstärkerstufen auftretenden Spitzenspannungen an die zweite Verstärkerstufe und verhindert dadurch wirkungsvoll eine Übersteuerung der zweiten Verstärkerstufe. Der Signalabschwächer wird vorzugsweise vom Microcontroller mit einer Zeitverzögerung in Bezug auf den Beginn eines Erregerstrompulses angesteuert, welche auf einen Wert festgelegt ist, bei welchem gezielt das Signalmaximum am Eingang der zweiten Verstärkerstufe abgesenkt werden kann. Ein bereits erwähnter wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Sensorelements wird dadurch erzielt, dass das Sensorelement mit der Spulenanordnung und der Abschirmung in einem Gehäuse angeordnet ist, welches eine größere Breite als Tiefe aufweist, wobei die Tiefe auf die Sensorrichtung bezogen ist. Ein solches Gehäuse ist besonders geeignet zum bereits erwähnten bündigen Einbau in eine größere Fläche, welche insbesondere aufgrund der Abschirmmaßnahmen metallisch leitfähig sein kann.
Das Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Sensorelements sieht eine Ermittlung des Abstands eines Messobjekts von dem Sensorelement oder eine Ermittlung der Annäherung eines Messobjekts an das Sensorelement vor.
Hierbei werden vorzugsweise der zeitliche Verlauf des in wenigstens einer Erregerspule fließenden Erregerstroms und/oder ein Maximum des Erregerstroms derart festgelegt, dass das in einem aus einer Messspannung gewonnenen Ausgangssignal enthaltene Hintergrundsignal, welches ohne Messobjekt vorhanden ist, minimiert wird. Die Einstellung des vorgegebenen zeitlichen Verlaufs des Erregerstroms und/oder des Maximums des Erregerstroms werden zweckmäßigerweise experimentell ermittelt. Die Minimierung des Hintergrundsignals ermöglicht hohe Verstärkung des messobjekt-induzierten Nutzsignals, ohne die zweite Verstärkerstufe in Sättigung zu bringen.
Bei der Signalauswertung kann zusätzlich eine digitale Subtraktion des Hintergrundsignals vom Ausgangssignal vorgenommen werden.
Eine optimale Anpassung an die Messaufgabe kann dadurch erfolgen, dass der zeitliche Verlauf des Erregerstroms und/oder das Maximum des Erregerstroms derart festgelegt werden, dass die Empfindlichkeit des Ausgangssignals in Bezug auf ein bestimmtes Messobjekt maximiert wird. Die wenigstens eine Kenngröße des Erregerstroms wird vorzugsweise experimentell ermittelt. Sofern mehrere Kenngrößen festzulegen sind, werden vorzugsweise sämtliche Kenngrößen experimentell ermittelt.
Eine weitere Verbesserung beim Betreiben des erfindungsgemäßen Sensorelements wird dadurch erzielt, dass zusätzlich die Temperatur der Erregerspule bei der Festlegung des zeitlichen Verlaufs des Erregerstroms und oder des Maximums des Erregerstroms berücksichtigt wird. Die Temperatur kann beispielsweise mit einem Sensor gemessen oder aus einer Messung des Innenwiderstands der Erregerspule berechnet werden.
Eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit, das Nutzsignal/Hintergrund- Verhältnis zu optimieren besteht darin, dass sämtliche Erregerspulen gleichzeitig mit einem jeweiligen Stromimpuls beaufschlagt werden.
Aufgrund der Tatsache, dass unterschiedliche Materialien des Messobjekts zu unterschiedlichen Maxima und zeitlichen Verläufen des Ausgangssignals führen, kann der induktive Abstandssensor bzw. der induktive Näherungssensor zur Ermittlung der magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften des Messobjekts anhand einer Bewertung des Ausgangsignals hinsichtlich der Maxima und/oder des zeitlichen Signalverlaufs herangezogen werden. Hierzu werden bei bekanntem Abstand die interessierenden Messobjekte ausgemessen und die resultierenden Ausgangssignale zum späteren Vergleich gespeichert.
Es ist daher möglich, das Sensorelement abhängig von den elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Materials des Messobjekts zu betreiben. Alternativ hierzu ist es aber auch insbesondere möglich, das Sensorelement unabhängig von diesen Eigenschaften des Messobjekts zu betreiben, sodass ein sogenannter Fak- tor-1 -Betrieb vorgesehen werden kann, bei welchem das Messergebnis unabhängig vom Material des Messobjekts bereitgestellt wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensorelements ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurzbeschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt eine teilweise geschnittene isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensorelements,
Figur 2 zeigt eine isometrische Ansicht des Sensorelements mit Lötstellen und Lötverbindungen gemäß einer anderen Ausgestaltung,
Figur 3 zeigt eine Ausgestaltung eines Flansches als Teil einer Abschirmung des Sensorelements,
Figur 4a zeigt eine isometrische Ansicht des Gehäuses,
Figur 4b zeigt eine Explosionszeichnung eines Gehäuses, in welches das Sensorelement eingebaut ist,
Figur 5 zeigt eine Verschaltung einer Spulenanordnung des erfindungsgemäßen Sensorelements,
Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Elektronikeinheit zum Betreiben des Sensorelements,
Figur 7 zeigt zwei Signalverläufe eines Ausgangssignals,
Figur 8 zeigt vier Signalverläufe eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Messobjekt, dessen Annäherung an das Sensorelement oder dessen Abstand vom Sensorelement erfasst werden soll und
Figur 9 zeigt drei solcher Signalverläufe eines Ausgangssignals in Abhängigkeit vom Messobjekt.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine teilweise geschnittene isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensorelements 10. Das Sensorelement 10 ist Teil eines induktiven Nähe- rungssensors, bei dem die Annäherung eines Messobjekts 14 an das Sensorelement 10 erfasst wird, oder Teil eines induktiven Abstandssensors, bei welchem der Abstand 16 des Messobjekts 14 von dem Sensorelement 10 erfasst wird.
Das Messobjekt 14 befindet sich, bezogen auf die Messrichtung 18, auf der vorderen Seite des Sensorelements 10, wobei die Annäherung des Messobjekts 14 bzw. der Abstand 16 des Messobjekts 14 von dem Sensorelement 10 in Bezug auf eine Sensorfläche 20 betrachtet wird, die auf der vorderen Seite des Sensorelements 10 vorzugsweise bündig mit einem Flansch 22 des Sensorelements 10 ausgebildet sein soll.
Der Flansch 22 ist Teil einer Abschirmung, welche weiterhin einen Abschirmbecher 24 enthält, der eine Spulenanordnung 26 seitlich und auf der hinteren Seite der Spulenanordnung 26 in Bezug auf die Messrichtung 18 umgibt. Die den Flansch 22 und den Abschirmbecher 24 enthaltende Abschirmung ist aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt.
Der Abschirmbecher 24 ist beispielsweise aus Messing oder einem anderen elektrisch gut leitfähigen Material gefertigt. Die Materialdicke kann beispielsweise im Bereich von 1 Millimeter liegen. Das Material ist bevorzugt nicht ferromagnetisch, kann jedoch auch ferromagnetisch sein. Der Abschirmbecher 24 schirmt insbesondere hochfrequente Signalanteile auf der hinteren Seite des Sensorelements 10 ab. Dadurch erreichen zumindest die höherfrequenten Signalanteile gegebenenfalls auf der hinteren Seite des Sensorelements 10 angeordnete Metallteile, wie beispielsweise Montageteile nicht. Weiterhin verhindert der Abschirmbecher 24 elektromagnetische Anregungen seitlich um die Spulenanordnung 26 herum. Dadurch wird ein bündiger Einbau des erfindungsgemäßen Sensorelements 10 in eine Fläche, die metallisch leitfähig sein kann, möglich.
Der die Abschirmung vervollständigende Flansch 22, der die Spulenanordnung 26 vollständig umschließt, ermöglicht die Ausbildung von Wirbelströmen. Der Flansch 22 sollte sich möglichst weit bis an die Grenzen eines nachfolgend gezeigten Sensorgehäuses erstrecken. Der Flansch 22 bewirkt eine elektromagnetische Trennung der beiden Halbräume auf der vorderen Seite und auf der hinteren Seite des Flansches 22, bezogen auf das Messobjekt 14. Das elektromagnetische Feld von Erregerspulen T, C welche sich bis auf die hintere Seite des Abschirmbechers 24 erstrecken würden, werden vom Flansch 22 aufgrund der Ausbildung von Wirbelströmen im Flansch 22 wirksam unterdrückt. Eine Empfindlichkeit des Sensorelements 10 gegenüber metallischer Gegenstände, die auf der hinteren Seite des Sensorelements 10 vorhanden sind und die als Messobjekt wirken würden, werden dadurch wirksam unterdrückt.
Der Abschirmbecher 24 ist vorzugsweise einstückig ausgeführt, wobei der Abschirmbecher 24 beispielsweise durch Tiefziehen eines kreisrunden Metallteils hergestellt werden kann. Der Abschirmbecher 24 ist mit dem Flansch 22 elektrisch leitfähig verbunden. Vorzugsweise ist deshalb vorgesehen, dass auch der Abschirmbecher 24 und der Flansch 22 einstückig gefertigt sind. Der Flansch 22 kann beispielsweise als Metallfolie realisiert sein, welche zumindest an einigen, nicht näher gezeigten Verbindungsstellen mit dem Abschirmbecher 24 elektrisch kontaktiert ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Spulenanordnung 26 mittels einer Multilayer-Platine 28 realisiert ist, wobei im Ausführungsbeispiel von vier Schichten der Multilayer-Platine 28 ausgegangen wird.
Die Multilayer-Platine 28 ist ein einstückiges Bauteil. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die vier Schichten der Multilayer-Platine 28 jedoch mit einem Abstand zueinander gezeigt, der in der Praxis als Optimierungsparameter behandelt und leiterplattentechnisch gesichert wird.
Auf der vorderen Seite der Spulenanordnung 26 ist eine erste Empfangsspule R+ vorgesehen, gefolgt von der ersten Erregerspule T, weiterhin gefolgt von einer zweiten Empfangsspule R- und gefolgt von einer zweiten Erregerspule C auf der hinteren Seite der Spulenanordnung 26. Die zweite Erregerspule C wird im Folgenden als Kompensationsspule C bezeichnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spulen R+, T, R-, C jeweils auf einer Schicht der Multilayer-Platine 28 angeordnet. Zweckmäßigerweise wird eine achtlagige Multilayer-Platine 28 vorgesehen, wobei die Spulen R+, T, R-, C auf je zwei benachbarten Schichten verteilt herausgebildet werden. Rein prinzipiell ist es auch möglich, dass zwei oder mehr Spulen R+, T, R-, C auf einer einzigen Schicht der Multilayer-Platine 28 angeordnet sind.
Figur 2 zeigt ebenfalls eine isometrische Rückansicht des erfindungsgemäßen Sensorelements 10. Diejenigen Teile, die mit den in Figur 1 gezeigten Teilen übereinstimmen, sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Vereinbarung gilt auch für die folgenden Figuren.
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensorelements 10, bei welchem auf der hinteren Seite der Multilayer-Platine 28 Lötflächen 30 vorgesehen sind, auf denen der Abschirmbecher 24 mittels Lötverbindungen 34 verlötet ist. Mittels der Multilayer-Platine 28 ist gleichzeitig der Flansch 22 herausgebildet.
Zusätzlich oder alternativ können auch eine oder mehrere in Figur 2 nicht näher gezeigten Auskragungen des Abschirmbechers 24 vorgesehen sein, die in entsprechenden Vertiefungen der Multilayer-Platine 28 eindringen können, wodurch sowohl die mechanische Festigkeit als auch die richtige Positionierung des Abschirmbechers 24 bezüglich der Spulenanordnung 26 sichergestellt werden können.
Gemäß einer Ausgestaltung kann auf einer oder mehreren Schichten, im gezeigten Ausführungsbeispiel auf der hintersten Schicht der Multilayer-Platine 28 eine Elektronikeinheit 32 vorgesehen sein, welche mit den Spulen R+, T, R-, C elektrisch verbunden ist, wobei sich eine kürzestmögliche Leitungsführung ergibt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind jedoch derartige Verbindungen der Spulen R+, T, R-, C mit der Elektronikeinheit 32 nicht gezeigt. In Figur 1 sind zur Verallgemeinerung nicht näher bezeichnete Anschlusspunkte der Spulen R+, T, R-, C der Spulenanordnung 26 eingetragen.
Figur 3 zeigt eine Ausgestaltung des Flansches 22, bei welcher der Flansch 22 als eine leitfähige Metallfolie ausgestaltet ist, welche auf der Vorderseite der Multilayer- Platine 28 oder in der Innenseite eines vorderen Gehäuseteils beispielsweise durch Kleben befestigt ist. Vorteilhafterweise wird der gesamte Flansch 22 - wie in Figur 2 gezeigt - aus den Schichten der Multilayer-Platine 28 gebildet. Rein prinzipiell können auch Schichten der Multilayer-Platine 28 noch im Abschirmbecher 24 liegen. Der Flansch 22 weist eine kreisförmige Öffnung 40 im Bereich der Spulenanordnung 26 auf.
In Figur 3 ist eine Ausgestaltung des Flansches 22 gezeigt, an dessen Ecken wenigstens eine Ausnehmung 46 und/oder wenigstens eine Abschrägung 48 vorgesehen sind. Die Ausnehmung 46 bzw. Abschrägung 48 ermöglicht eine einfache Montage des Sensorelements 10 in einem Gehäuse.
Figur 4a zeigt eine isometrische Ansicht des zusammengebauten Gehäuses 50. Das Gehäuse 50 enthält ein hinteres Gehäuseteil 54 und ein vorderes Gehäuseteil 56. Aufgrund der Abschirmung 22, 24 kann das Sensorelement 10 bzw. das Gehäuse 50 eine vergleichsweise große Breite 42 im Vergleich zur Tiefe 44 aufweisen, wobei die Tiefe 44 auf die Messrichtung 18 bezogen ist. Dadurch wird ein großer Annäherungsbereich des Messobjekts 14 an das Sensorelement 10 bzw. ein großer Abstand 16 des Messobjekts 10 von dem Sensorelement 10 möglich, bei welchem ein Schalten des Sensorelements 10 auftritt.
Das Gehäuse 50 weist beispielsweise eine Breite 42 von 40 Millimetern auf und kann quadratisch ausgestaltet sein. Hierbei kann die Tiefe 44 beispielsweise 10 Millimeter betragen. Bei diesen Abmessungen kann der Annäherungsbereich des Messobjekts 14 an das Sensorelement 10 bzw. der Abstand 16, bei welchem das Sensorelement 10 bei Anwesenheit des Messobjekts 14 schaltet, im Bereich von einigen 10 Millimetern, beispielsweise bei 20 Millimetern liegen.
Figur 4b zeigt eine Explosionszeichnung eines solches Gehäuses 50, in welches das Sensorelement 10 eingebaut wird. Das Gehäuse 50 mit dem Sensorelement 10 bildet einen induktiven Näherungssensor 52, bei dem die Annäherung des Messobjekts 14 an das Sensorelement 10, oder bildet einen induktiven Abstandsensor 52, bei dem der Abstand 16 des Messobjekts 14 von dem Sensorelement 10 jeweils erfasst wird.
In beiden Gehäuseteilen 54, 56 sind zu den Ausnehmungen 46 korrespondierende Ausformungen 58 vorgesehen. Insbesondere im vorderen Gehäuseteil 56 ist eine zur Abschrägung 48 korrespondierende Ausformung 59 vorgesehen.
Die Abschrägung 48 verhindert eine falsche Positionierung des Sensorelements 10 im Gehäuse 50. Die Abschrägung 48 und die Ausnehmungen 46 des Flansches 22 ermöglichen eine zuverlässige Fixierung des Sensorelements 10 im Gehäuse 50.
Bei dem in Figur 4b gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die Multilayer-Platine 28 Aussparungen 55, in welche im montierten Zustand des Sensorelements 10 korrespondierende Auskragungen 57 des Abschirmbechers 24 eingreifen.
Erforderliche Verbindungskabel und/oder Steckereinsätze des induktiven Näherungssensors 52 sind aus Gründen der Vereinfachung in den Figuren nicht dargestellt.
Figur 5 zeigt ein schematisches Schnittbild durch die Spulen R+, T, R-, C sowie deren Verschaltung. Die Spulen R+, T, R-, C können auf unterschiedlichen Schichten der nicht näher gezeigten Multilayer-Platine 28 angeordnet sein. Mit den im
Schnittbild gezeigten Rechtecken soll angedeutet werden, dass die Spulen R+, T, R-, C eine Vielzahl von Windungen aufweisen können. Im gezeigten Ausführungs- beispiel wird davon ausgegangen, dass die beiden Empfangsspulen R+, R- bezogen auf die Messrichtung 18 gegensinnig geschaltet und in Serie geschaltet sind. Die gegensinnige Verschaltung soll auch durch die Bezeichnungen mit R+ bzw. R- zum Ausdruck gebracht werden. Wie bereits erwähnt, können die Spulen R+, T, R- C vorzugsweise auf je zwei benachbarten Schichten einer achtlagigen Multilayer- Platine 28 verteilt angeordnet werden.
Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild der Elektronikeinheit 32 zum Betreiben des Sensorelements 10. Ein Microcontroller 58 stellt ein erstes und zweites rechteckförmi- ges Ausgangssignal 60, 62 bereit, aus welchen Erregerströme iT, iC der Erregerspulen T, C gewonnen werden.
Die beiden rechteckförmigen Ausgangssignale 60, 62 werden einem ersten bzw. einem zweiten Signalformer 66, 68 zur Verfügung gestellt, die beispielsweise jeweils als Bandpassfilter realisiert sind. Die Signalformer 66, 68 formen aus den rechteckförmigen Ausgangssignalen 60, 62 stetig verlaufende Erregerströme iT, iC mit jeweils einem vorgegebenen zeitlichen Stromverlauf. Die Signalformer 66, 68 sind beispielsweise als passive Bandpassfilter realisiert. Die Bandpassfilter unterdrücken zunächst höherfrequente Signalkomponenten der ursprünglichen rechteck förmigen Ausgangssignale 60, 62. Dadurch wird eine Sättigung von nachfolgenden elektronischen Komponenten verhindert, die aufgrund der steilflankigen Signale auftreten könnte. Weiterhin unterdrücken die Bandpassfilter niederfrequente Signalkomponenten der ursprünglichen rechteckförmigen Ausgangssignale 60, 62, insbesondere deren DC-Teil, der wegen des entsprechenden konstanten Stromanteils der Erregerströme iT, iC keine Messinformation generiert, aber einen ungewünschten Beitrag zum Energieverbrauch des Gesamtsystems liefert. Die Eckfrequenzen der Bandpassfilter können beispielsweise zwischen zehn und ein paar hundert Kilohertz liegen.
Die Erregerströme iT, iC werden von spannungsgesteuerten Stromquellen 70, 72 bereitgestellt. Eine Sättigung der spannungsgesteuerten Stromquellen 70, 72 kann nicht nur durch eine zu steilflankige Ansteuerung auftreten, sondern auch durch einen diskontinuierlichen Betrieb, bei welchem die Erregerströme iT, iC bis auf null fallen würden. Dieser Fall könnte auftreten, wenn die Ansteuersignale 74, 76 der spannungsgesteuerten Stromquellen 70, 72 entweder bis auf null fallen oder wenn die spannungsgesteuerten Stromquellen 70, 72 einen Eingangsspannungs-Offset aufweisen. Vorzugsweise wird deshalb zu den Ausgangssignalen 78, 80 der Signalformer 66, 68 jeweils eine Gleichspannung 82 addiert, damit die Erregerströme iT, iC zu keinem Zeitpunkt während der Dauer der Erregung und Datenerfassung bis auf null abfallen können. Hierzu sind Addierer 84, 86 vorgesehen, welche die von einer Gleichspannungsquelle 88 bereitgestellte Gleichspannung 82 jeweils zu den Ausgangssignalen 78, 80 der Signalformer 66, 68 addieren. Die Addierer 84, 86 stellen die Ansteuersignale 74, 76 der spannungsgesteuerten Stromquellen 70, 72 bereit.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Erregerströme iT, iC in Abhängigkeit von der Temperatur der Spulenanordnung 26 festgelegt werden können. Hierzu wird das Ausgangssignal 92 einer Temperaturermittlung 94 dem Microcontroller 58 zur Verfügung gestellt, welcher die Maxima der Erregerströme iT, iC durch die Änderung der Amplitude wenigstens eines rechteckförmi- gen Ausgangssignals 60 oder 62 in Abhängigkeit von der Temperatur der Spulenanordnung 26 erhöht oder vermindert. Die Temperatur der Spulenanordnung 26 kann beispielsweise anhand einer Innenwiderstands-Messung zumindest einer Spule R+, T, R-, C erfolgen. Gegebenenfalls kann ein nicht näher gezeigter Temperatursensor vorgesehen sein.
Die Erregerströme iT, iC fliesen durch die erste Erregerspule T bzw. durch die weite, als Kompensationsspule wirkende zweite Erregerspule C zu einer Schaltungsmasse 96. Gemäß einer Ausgestaltung sind Parallel-Widerstände 98, 99 vorgesehen, die parallel zu den Erregerspulen T, C geschaltet sind. Ein solcher Parallel-Widerstand 98, 99 stellt eine stabile Arbeitsweise der spannungsgesteuerten Stromquelle 70, 72 aufgrund der zusätzlich zur Induktivität der Erregerspule T, C vorhandenen ohmschen Komponente im Lastkreis sicher. Die Erregerströme iT, iC werden beispielsweise von jeweils einem in den spannungsgesteuerten Stromquellen 70, 72 enthaltenen Feldeffekttransistor oder Bipolartransistor bereitgestellt, welche mit einem Operationsverstärker angesteuert werden. Die Induktivitäten der Erregerspulen T, C liegen beispielsweise im Bereich von 12 Mikrohenry und weisen beispielsweise einen ohmschen Widerstand von 18 Ohm bei Raumtemperatur auf. Die Pa- rallel-Widerstände 98, 99 werden beispielsweise auf einen Wert zwischen 100 - 470 Ohm festgelegt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Empfangsspulen R+, R- in Serie miteinander gegensinnig geschaltet sind. Die in die Empfangsspulen R+, R- induzierte Messspannung 100 wird einem Verstärker 102 zur Verfügung gestellt, der vorzugsweise zweistufig realisiert ist. Die erste Verstärkerstufe 104 des Verstärkers 102 ist vorzugsweise als kondensatorgekoppelter Transimpedanz-Verstärker realisiert. Zwischen der ersten Verstärkerstufe 104 und der zweiten Verstärkerstufe 106 ist vorzugsweise ein digital schaltbarer Signalabschwächer 108 vorgesehen, der eine Signalanpassung an die zweite Verstärkerstufe 106 ermöglicht.
Die Microcontroller 58 enthält einen Funktionsblock 1 10, welcher ein digitales Steuersignal 1 12 für den Signalabschwächer 108 bereitstellt. Das digitale Steuersignal 1 12 wird vom Funktionsblock 1 10 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal U des Verstärkers 102 festgelegt, und zwar derart, dass eine Übersteuerung der zweiten Verstärkerstufe 106 des Verstärkers 102 vermieden wird. Die Festlegung des digitalen Steuersignals 1 12 wird zweckmäßigerweise adaptiv vorgenommen. Das digitale Steuersignal 1 12 schwächt vorzugsweise nicht das gesamte Signal gleichmäßig ab. Vorteilhafterweise ist eine Zeitverzögerung in Bezug zum Beginn eines Erregerstrompulses iT, iC vorgesehen, welche dafür sorgt, dass die Ab- schwächung nur im Bereich des Signalmaximums des zwischen den beiden Ver- stärkerstufen 104, 106 des Verstärkers 102 auftretenden Signals wirksam ist. Damit wird einerseits eine hohe gesamte Verstärkung der Messspannung 100 sichergestellt, jedoch eine Übersteuerung der zweiten Verstärkerstufe 106 vermieden.
Figur 7 zeigt ein mögliches Ausgangssignal U des Verstärkers 102 in Abhängigkeit von der Zeit t. Der erste zeitliche Signalverlauf 120, der mit der durchgezogenen Linie dargestellt ist, entspricht einem zeitlichen Signalverlauf, der ohne die zweite, als Kompensationsspule wirkende Erregerspule C auftreten würde. Der zweite zeitliche Signalverlauf 122, der mit der unterbrochenen Linie dargestellt ist, wird mit der als Kompensationsspule wirkenden zweiten Erregerspule C erzielt, die mit einem Erregerstrom iC betrieben wird, dessen zeitlicher Verlauf und dessen Amplitude vom zeitlichen Verlauf bzw. vom Maximum des Erregerstroms iT der ersten Erregerspule T abweichen kann. Der zweite zeitliche Signalverlauf 122 entspricht beispielsweise dem minimal erzielbaren Hintergrundsignal ohne vorhandenes Messobjekt 14. Das Ausgangssignal U ist mit relativen Einheiten dargestellt, wobei die Zahlenangaben jedoch Volt-Angaben entsprechen können.
Zur weiteren Kompensation kann der in Figur 7 gezeigte zweite zeitliche Signalverlauf 122, der dem Hintergrundsignal entspricht, vom Ausgangssignal U abgezogen werden. Ein temperaturabhängiges Hintergrundsignal kann weiterhin vom Ausgangssignal U zur Temperaturkompensation subtrahiert werden. Das temperaturabhängige Hintergrundsignal kann experimentell ermittelt oder vom Mikrokontroller 58 in Abhängigkeit von der Temperatur aus gespeicherten Temperaturkoeffizienten berechnet werden.
Figur 8 zeigt vier zeitliche Signalverläufe 140 - 146 in Abhängigkeit von der Zeit t, die bei verschiedenen Messobjekten 14 bei gleichem Abstand 16 auftreten. Die durchgezogene Linie entspricht einem ersten zeitlichen Signalverlauf 140, der bei einem nicht vorhandenen Messobjekt 14 auftritt. Der erste zeitliche Signalverlauf 140 entspricht somit dem Hintergrundsignal, das vorzugsweise im Microcontroller 58 vom Ausgangssignal U subtrahiert wird. Der zweite zeitliche Signalverlauf 142 entspricht beispielsweise einem Messobjekt 14 aus Stahl, der dritte zeitliche Signalverlauf 144 entspricht beispielsweise einem Messobjekt 14 aus Aluminium und der vierte zeitliche Signalverlauf 146 entspricht beispielsweise einem Edelstahl- Messobjekt 14. Das aus der Messspannung 100 gewonnene Ausgangssignal U ist in relativen Einheiten dargestellt, wobei die Zahlenangeben jedoch beispielsweise Volt-Angaben sein können.
In Figur 9 sind die des zweiten, dritten und vierten zeitlichen Signalverlaufs 142 - 146 entsprechenden Verläufe 156, 158, 160 dargestellt, wobei die Verläufe 156, 158, 160 jeweils durch Subtrahieren des Hintergrundsignals 140 von den Signalverläufen 142, 144, 146 berechnet sind, und wobei die ersten Signalmaxima 150, 152, 154 der zeitlichen Signalverläufe 156, 158, 160 sowie die Zeitpunkte t1 , t2, t3 eingetragen sind, an welchen die ersten Signalmaxima 150, 152, 154 auftreten. Weiterhin treten zu bestimmten, nicht näher eingetragenen Zeiten Signalminima der Signalverläufe 156, 158, 160 auf.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass Messobjekte 14 aus unterschiedlichem Material bei einem vorgegebenen Abstand 16 vermessen werden und die sich ergebenden zeitlichen Signalverläufe 142, 144, 146 oder 156, 158, 160 in einem nicht näher gezeigten Speicher des Microcontroller 58 zum späteren Vergleich mit dem Ausgangssignal U des Verstärkers 102 hinterlegt werden.
Aus den Figuren 8 und 9 ist unmittelbar ersichtlich, dass das Sensorelement 10 mit hinterlegten Referenz-Signalverläufen derart betrieben werden kann, dass eine Erkennung des Materials des Messobjekts 14 möglich ist. Dadurch können unterschiedliche Messobjekte 14 voneinander unterschieden werden. Eine Identifizierung des Materials des Messobjekts 14 ist einfach anhand einer Ermittlung der unterschiedlichen Zeitpunkte t1 , t2, t3 möglich, an welchen die ersten Signalmaxima 150, 152, 154 der zeitlichen Signalverläufe 156, 158, 160 auftreten. Alternativ oder zusätzlich können eine Erfassung und ein Vergleich der Signalmaxima 150, 152, 154 vorgenommen werden. Weiterhin alternativ oder zusätzlich können auch die in Figur 9 nicht näher eingetragenen Signalminima, die ebenfalls zu bestimmten Zeiten auftreten, erfasst und für den Vergleich herangezogen werden.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Sensorelement 10 aber auch unabhän- gig vom Material des Messobjekts 14 betrieben werden, womit ein sogenannter
Faktor-1 -Betrieb des induktiven Abstandssensors bzw. induktiven Näherungssensors möglich wird. In diesem Fall wird ebenfalls ein Vergleich der zeitlichen Signalverläufe 142, 144, 146 oder 156, 158, 160 mit in einem Speicher hinterlegten Referenz-Signalverläufen vorgenommen, wobei jedoch in diesem Fall nicht nach dem Material des Messobjekts 14 unterschieden wird, sondern unabhängig vom Material des Messobjekts 14 die Annäherung des Messobjekts 14 an das Sensorelement 10 ermittelt bzw. ein bestimmter Abstand 16 des Messobjekts 14 vom Sensorelement 10 erkannt wird, bei welchem das Sensorelement 10 schaltet.

Claims

Ansprüche
1 . Sensorelement eines induktiven Näherungssensors oder Abstandssensors (12), das eine Spulenanordnung (26) mit wenigstens einer Erregerspule (T, C) und wenigstens einer Empfangsspule (R+, R-) enthält, mit einer elektrisch leitfähigen Abschirmung, die einen Abschirmbecher (24) enthält, der die Spulenanordnung (26) seitlich und auf der hinteren Seite umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung weiterhin einen Flansch (22) enthält, der auf der vorderen Seite des Sensorelements (10) vorgesehen ist, der mit dem Abschirmbecher (24) elektrisch leitend verbunden ist und der die Spulenanordnung (26) vollständig umschließt.
2. Sensorelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmbecher (24) aus einem Stück gefertigt ist.
3. Sensorelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmbecher (24) und der Flansch (22) aus einem Stück gefertigt sind.
4. Sensorelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (22) als Metallfolie realisiert ist.
5. Sensorelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (26) an ihrer hinteren Seite eine als Kompensationsspule eingesetzte Erregerspule C enthält.
6. Sensorelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Spulenanordnung (26) auf Schichten (30) einer Multilayer-Platine (28) angeordnet ist.
7. Sensorelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektronikeinheit (32) auf zumindest einer Schicht (30) der Multilayer-Platine (28) angeordnet ist.
8. Sensorelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Teil des Abschirmbechers (24) aus wenigstens einer metallischen Schicht einer mehrlagigen Leiterplatte realisiert ist.
9. Sensorelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmbecher (24) mit der Multilayer-Platine (28) verlötet ist.
10. Sensorelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (22) aus mindestens einer metallischen Schicht der Multilayer-Platine (28) realisiert ist.
1 1 . Sensorelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmbecher (24) wenigstens eine Auskragung zur Fixierung des Abschirmbechers (24) an der Multilayer-Platine (28) aufweist.
12. Sensorelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zu der Erregerspule (T, C) ein ohmscher Widerstand (98, 99) parallel geschaltet ist.
13. Sensorelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule (T, C) mit einer spannungsgesteuerten Stromquelle (70, 72) verbunden ist, welche den Erregerstrom (iT, iC) der Erregerspule (T, C) bereitstellt.
14. Sensorelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur An- steuerung der spannungsgesteuerten Stromquelle (70, 72) ein Signalformer (66, 68) zur Formung des zeitlichen Stromverlaufs (130) des Erregerstroms (iT, iC) vorgesehen ist.
15. Sensorelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalformer (66, 68) ein Bandpassfilter enthält, welches niederfrequente und hö- herfrequente Signalanteile unterdrückt.
16. Sensorelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Addition einer Gleichspannung (82) auf das Ausgangssignal (78, 80) des Signalformers (66, 68) vorgesehen ist.
17. Sensorelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Microcontroller (58) zur Bereitstellung eines digitalen Ausgangssignals (60, 62) zur Ansteuerung des Signalformers (66, 68) vorgesehen ist.
18. Sensorelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein zweistufiger Verstärker (102) zur Verstärkung der von der wenigstens einen Empfangsspule (R+, R-) bereitgestellten Messspannung (100) vorgesehen ist.
19. Sensorelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Verstärkerstufe (104) des zweistufigen Verstärkers (102) ein kondensatorgekoppelter Transimpedanz-Verstärker ist.
20. Sensorelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Verstärkerstufen (104, 106) ein digital schaltbarer Signalabschwächer (108) vorgesehen ist.
21 . Sensorelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Microcontroller (58) einen Funktionsblock (1 10) enthält, der ein digitales Steuersignal (1 12) für den Signalabschwächer (1 08) bereitstellt, der weiterhin eine Zeitverzögerung enthält, deren Verzögerungszeit von einem zeitlichen Signalverlauf (142, 144, 146) des Ausgangssignals (U) des Verstärkers (102) abhängt, wobei die Verzögerungszeit derart festgelegt ist, dass eine Ab- schwächung des zwischen den beiden Verstärkerstufen (104, 106) auftreten- den Signals im Bereich des Signalmaximums auftritt, sodass eine Übersteuerung der zweiten Verstärkerstufen (106) vermieden wird.
22. Sensorelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (10) mit der Spulenanordnung (26) und der Abschirmung (22, 24) in einem Sensorgehäuse (50) angeordnet sind, welches eine größere Breite (54) als Tiefe (56) aufweist, wobei die Tiefe (56) auf die Messrichtung (18) bezogen ist.
23. Sensorelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (50) bündig abschließend in eine metallische Fläche eingebaut ist.
24. Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements (10) nach einem der Ansprüche 1 - 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (16) eines Messobjekts (14) an das Sensorelement (10) ermittelt wird oder dass ein Schalten des Sensorelements (10) bei einem bestimmten Abstand (16) des Messobjekts (14) vom Sensorelement (10) vorgegeben wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf des in wenigstens einer Erregerspule (T, C) fließenden Erregerstroms (iT, iC) derart festgelegt wird, dass das in der Messspannung (100) oder im Ausgangssignal (U) des Verstärkers (102) enthaltene Hintergrundsignal, welches ohne Messobjekt (14) vorhanden ist, minimiert wird.
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Strommaximum (136) des in wenigstens einer Erregerspule (T, C) fließenden Erregerstroms (iT, iC) derart festgelegt wird, dass das in der Messspannung (100) oder im Ausgangssignal (U) des Verstärkers (102) enthaltene Hintergrundsignal, welches ohne Messobjekt (14) vorhanden ist, minimiert wird.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet dass eine Subtraktion des Hintergrundsignals vom Ausgangssignal (U) des Verstärkers (102) vorgenommen wird.
28. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Stromverlauf (130) des Erregerstroms (iT, iC) und/oder das Strommaximum (136) festgelegt werden, dass die Empfindlichkeit des Sensorelements (10) in Bezug auf ein Messobjekt (14) aus einem bestimmten Material maxi- miert wird.
29. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstrom (iT, iC) in Abhängigkeit von der Temperatur der wenigstens einen Erregerspule (T, C) festgelegt wird.
30. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Erregerspulen (T, C) gleichzeitig mit einem Erregerstrom (iT, iC) beaufschlagt werden.
31 . Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften des Messobjekts (14) anhand einer Bewertung des Ausgangssignals (U) des Verstärkers (102) hinsichtlich des Signalmaximums (150, 152, 154) und/oder des zeitlichen Signalverlaufs (142, 144, 146; 156, 158, 160) ermittelt werden.
32. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (10) unabhängig von den elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Materials des Messobjekts (14) betrieben wird.
33. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (10) abhängig von den elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Materials des Messobjekts (14) betrieben wird.
PCT/DE2014/100329 2014-09-09 2014-09-09 Sensorelement eines induktiven näherungs- oder abstandssensor und verfahren zum betreiben des sensorelements WO2016037597A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/509,556 US10516394B2 (en) 2014-09-09 2014-09-09 Sensor element of an inductive proximity or distance sensor containing coil arrangement having electrically-conductive shielding with flange completely enclosing the coil arrangement and method for operating the sensor element
CN201480081810.2A CN106716836B (zh) 2014-09-09 2014-09-09 感应式接近度传感器或距离传感器的传感器元件和用于操作所述传感器元件的方法
DE112014006936.1T DE112014006936A5 (de) 2014-09-09 2014-09-09 Sensorelement eines induktiven Näherungs- oder Abstandssensor und Verfahren zum Betreiben des Sensorelements
PCT/DE2014/100329 WO2016037597A1 (de) 2014-09-09 2014-09-09 Sensorelement eines induktiven näherungs- oder abstandssensor und verfahren zum betreiben des sensorelements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/DE2014/100329 WO2016037597A1 (de) 2014-09-09 2014-09-09 Sensorelement eines induktiven näherungs- oder abstandssensor und verfahren zum betreiben des sensorelements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016037597A1 true WO2016037597A1 (de) 2016-03-17

Family

ID=51897025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2014/100329 WO2016037597A1 (de) 2014-09-09 2014-09-09 Sensorelement eines induktiven näherungs- oder abstandssensor und verfahren zum betreiben des sensorelements

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10516394B2 (de)
CN (1) CN106716836B (de)
DE (1) DE112014006936A5 (de)
WO (1) WO2016037597A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018189533A (ja) * 2017-05-09 2018-11-29 オムロン株式会社 近接センサおよび方法
DE102017009572A1 (de) 2017-10-14 2019-04-18 Audi Ag Radarabsorbierendes Flächenelement für ein einen Radarsensor aufweisendes Karosseriebauteil sowie Karosseriebauteil eines Fahrzeugs mit einem Radarsensor
EP4102723A1 (de) 2021-06-10 2022-12-14 Turck Holding GmbH Näherungssensor
WO2023135317A1 (de) 2022-01-17 2023-07-20 Bia Kunststoff- Und Galvanotechnik Gmbh & Co. Kg Elektrisch sensitives bedienelement

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6911672B2 (ja) * 2017-09-25 2021-07-28 オムロン株式会社 近接センサの製造方法および近接センサの製造システム
DE102017219858A1 (de) * 2017-11-08 2019-05-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Magnetfeldsensors und zugehörige Magnetfeldsensoranordnung
KR20210035002A (ko) * 2019-09-23 2021-03-31 삼성전자주식회사 스타일러스 펜을 검출하는 전자 장치 및 그 동작 방법
CN111722290A (zh) * 2020-07-22 2020-09-29 上海索迪龙自动化有限公司 一种电容式接近传感器
DE102020122594A1 (de) * 2020-08-28 2022-03-03 Balluff Gmbh Elektronikmodul, Sensorgeräte, Satz von Sensorgeräten und Verfahren zum Betreiben eines Sensorgeräts
EP3961926A1 (de) * 2020-08-31 2022-03-02 Melexis Bulgaria Ltd. Näherungssensorvorrichtung und -system
DE102021122810A1 (de) * 2021-09-03 2023-03-09 Turck Holding Gmbh Miniaturisierter, induktiver Näherungssensor und Verfahren zur Detektion eines Erfassungskörpers
CN115684633B (zh) * 2022-12-30 2023-03-10 四川新川航空仪器有限责任公司 一种磁转速传感器

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3839386A1 (de) 1988-11-22 1990-05-23 Schaller Automation Induktiver naeherungssensor
EP0492029A1 (de) * 1990-12-21 1992-07-01 Detra Sa Induktiver Näherungssensor
DE4338084A1 (de) * 1992-11-19 1994-05-26 Murata Manufacturing Co Mehrschichtsubstrat
EP0751623A1 (de) 1995-06-30 1997-01-02 Carlo Gavazzi AG Induktiver Näherungsschalter
DE19740774A1 (de) 1996-09-18 1998-03-19 Ifm Electronic Gmbh Induktiver Näherungsschalter
US5801531A (en) 1996-01-18 1998-09-01 Read-Rite Corporation Apparatus and method for testing magnetic heads using translational slides and a rotatable arm
DE10122741A1 (de) 2001-05-10 2002-11-14 Bosch Gmbh Robert Detektor zur Ortung metallischer Gegenstände
EP1296160A1 (de) 2001-09-21 2003-03-26 Senstronic (Société Anonyme) Induktiver Näherungsschalter
DE10350733A1 (de) * 2003-10-20 2005-05-25 Werner Turck Gmbh & Co. Kg Induktiver Näherungsschalter mit Differenzspulenanordnung
WO2006084675A1 (de) * 2005-02-08 2006-08-17 Firma Pepperl + Fuchs Gmbh Induktiver näherungsschalter basierend auf dem kopplungsfaktor-prinzip
DE102005007803A1 (de) * 2005-02-21 2006-08-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Detektion von in einem Medium eingeschlossenen Objekten sowie Messgerät zur Durchführung des Verfahrens
DE102006040550A1 (de) 2005-08-31 2007-03-01 Ifm Electronic Gmbh Induktiver Näherungsschalter
DE102007010467A1 (de) 2007-03-01 2008-09-04 I F M Electronic Gmbh Induktiver Näherungsschalter
US20100207611A1 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 Sick Ag Proximity sensor
US20110089938A1 (en) 2009-10-19 2011-04-21 Icontrols, K.S. Device and Method for the Detection of Electrically Conducting Objects
EP2493076A1 (de) * 2011-02-22 2012-08-29 Rockwell Automation Technologies, Inc. Induktiver Näherungssensor
WO2012140265A2 (de) 2011-04-15 2012-10-18 Icontrols, K.S. Vorrichtung und verfahren zur detektion von elektrisch leitfähigen gegenständen
EP2533139A2 (de) * 2011-06-06 2012-12-12 Wacom Co., Ltd. Positionserkennungsvorrichtung, Anzeigevorrichtung und tragbare Vorrichtung

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3292052A (en) * 1963-09-19 1966-12-13 Cutler Hammer Inc Proximity switching system
DE2951968C2 (de) 1979-12-22 1984-03-29 Eduard 7303 Neuhausen Hermle Elektrischer Näherungsschalter
DE3477423D1 (en) * 1983-06-15 1989-04-27 Nippon Steel Corp Method for measuring transformation rate
US4804912A (en) * 1987-05-14 1989-02-14 Kamyr Ab Apparatus for electromagnetically measuring the distance between two opposing grinding surfaces
DE4102542A1 (de) 1991-01-29 1992-07-30 Turck Werner Kg Induktiver naeherungsschalter
EP0936739A1 (de) * 1998-02-17 1999-08-18 Optosys SA Induktiver Näherungsschalter
US6424145B1 (en) * 2000-02-29 2002-07-23 Eldec Corporation Inductive proximity sensor for detecting ferromagnetic, non-permeable or magnet targets
DE10012830A1 (de) * 2000-03-16 2001-09-20 Turck Werner Kg Elektronischer Näherungsschalter
DE10048290C5 (de) 2000-09-29 2005-12-08 Balluff Gmbh Induktiver Sensor
US7394243B2 (en) 2001-03-15 2008-07-01 Omron Corporation Proximity sensor
DE102006045427A1 (de) * 2006-09-26 2008-04-10 Siemens Ag Detektionseinheit zur Anordnung in einer Felderzeugungseinheit eines MR-Geräts
CN103123400B (zh) * 2011-11-20 2015-10-21 常州中科煜明科技有限公司 一种高精度金属检测传感器装置
US10031251B2 (en) * 2012-10-04 2018-07-24 Chemring Sensors And Electronic Systems, Inc. Shieldings for metal detector heads and manufacturing methods thereof

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3839386A1 (de) 1988-11-22 1990-05-23 Schaller Automation Induktiver naeherungssensor
EP0492029A1 (de) * 1990-12-21 1992-07-01 Detra Sa Induktiver Näherungssensor
DE4338084A1 (de) * 1992-11-19 1994-05-26 Murata Manufacturing Co Mehrschichtsubstrat
EP0751623A1 (de) 1995-06-30 1997-01-02 Carlo Gavazzi AG Induktiver Näherungsschalter
US5801531A (en) 1996-01-18 1998-09-01 Read-Rite Corporation Apparatus and method for testing magnetic heads using translational slides and a rotatable arm
DE19740774A1 (de) 1996-09-18 1998-03-19 Ifm Electronic Gmbh Induktiver Näherungsschalter
DE10122741A1 (de) 2001-05-10 2002-11-14 Bosch Gmbh Robert Detektor zur Ortung metallischer Gegenstände
EP1296160A1 (de) 2001-09-21 2003-03-26 Senstronic (Société Anonyme) Induktiver Näherungsschalter
DE10350733A1 (de) * 2003-10-20 2005-05-25 Werner Turck Gmbh & Co. Kg Induktiver Näherungsschalter mit Differenzspulenanordnung
WO2006084675A1 (de) * 2005-02-08 2006-08-17 Firma Pepperl + Fuchs Gmbh Induktiver näherungsschalter basierend auf dem kopplungsfaktor-prinzip
DE102005007803A1 (de) * 2005-02-21 2006-08-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Detektion von in einem Medium eingeschlossenen Objekten sowie Messgerät zur Durchführung des Verfahrens
DE102006040550A1 (de) 2005-08-31 2007-03-01 Ifm Electronic Gmbh Induktiver Näherungsschalter
DE102007010467A1 (de) 2007-03-01 2008-09-04 I F M Electronic Gmbh Induktiver Näherungsschalter
US20100207611A1 (en) * 2009-02-13 2010-08-19 Sick Ag Proximity sensor
DE102010007620A1 (de) 2009-02-13 2010-09-02 Sick Ag Näherungssensor
US20110089938A1 (en) 2009-10-19 2011-04-21 Icontrols, K.S. Device and Method for the Detection of Electrically Conducting Objects
EP2493076A1 (de) * 2011-02-22 2012-08-29 Rockwell Automation Technologies, Inc. Induktiver Näherungssensor
WO2012140265A2 (de) 2011-04-15 2012-10-18 Icontrols, K.S. Vorrichtung und verfahren zur detektion von elektrisch leitfähigen gegenständen
EP2533139A2 (de) * 2011-06-06 2012-12-12 Wacom Co., Ltd. Positionserkennungsvorrichtung, Anzeigevorrichtung und tragbare Vorrichtung

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018189533A (ja) * 2017-05-09 2018-11-29 オムロン株式会社 近接センサおよび方法
DE102017009572A1 (de) 2017-10-14 2019-04-18 Audi Ag Radarabsorbierendes Flächenelement für ein einen Radarsensor aufweisendes Karosseriebauteil sowie Karosseriebauteil eines Fahrzeugs mit einem Radarsensor
EP4102723A1 (de) 2021-06-10 2022-12-14 Turck Holding GmbH Näherungssensor
DE102021114948A1 (de) 2021-06-10 2022-12-15 Turck Holding Gmbh Näherungssensor
WO2023135317A1 (de) 2022-01-17 2023-07-20 Bia Kunststoff- Und Galvanotechnik Gmbh & Co. Kg Elektrisch sensitives bedienelement

Also Published As

Publication number Publication date
CN106716836A (zh) 2017-05-24
US10516394B2 (en) 2019-12-24
US20170302273A1 (en) 2017-10-19
DE112014006936A5 (de) 2017-06-22
CN106716836B (zh) 2020-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016037597A1 (de) Sensorelement eines induktiven näherungs- oder abstandssensor und verfahren zum betreiben des sensorelements
EP1797462B1 (de) Sensor zur ortung metallischer objekte sowie verfahren zur auswertung von messsignalen eines solchen sensors
EP1853941B1 (de) Verfahren zur detektion von in einem medium eingeschlossenen objekten sowie messgerät zur durchführung des verfahrens
DE102006053023B4 (de) Induktiver Näherungsschalter
EP2312338B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Detektion von elektrisch leitfähigen Gegenständen
WO2010084146A1 (de) Sensorvorrichtung für ein target, in welchem wirbelströme erzeugbar sind, und verfahren zur detektion
EP3282586B1 (de) Induktiver näherungssensor
EP1842085A1 (de) Sensor zur ortung metallischer objekte sowie messger[t mit einem solchen sensor
EP2904429B1 (de) Verfahren und sensoreinheit zur ortung und/oder erkennung metallischer oder metall enthaltender objekte und materialien
DE10350733B4 (de) Induktiver Näherungsschalter mit Differenzspulenanordnung
WO2012140265A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur detektion von elektrisch leitfähigen gegenständen
EP3830560B1 (de) Induktive analyse metallischer objekte
DE102011115030A1 (de) Berührungslos arbeitender Wegmesssensor und Verfahren zur berührungslosen Wegstreckenmessung
DE102004047190A1 (de) Detektor zur Ortung metallischer Objekte
EP0654685A2 (de) Einrichtungen und Verfahren zum Erkennen von Metallgegenständen
DE102006054095A1 (de) Ultraschallsensor sowie Verfahren zum Betrieb eines Ultraschallsensors
EP2936212B1 (de) Sensor zur ortung metallischer oder magnetischer objekte
EP3314310B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur erfassung eines gegenstandes
EP3824323B1 (de) Detektor zum detektieren von elektrisch leitfähigem material
DE102012015200A1 (de) Induktiver Näherungsschalter
EP3569466B1 (de) Sensor zum erfassen von metallteilen, sowie verfahren zum abschwächen eines magnetischen feldes
DE102012202825A1 (de) Induktiver Näherungsschalter
DE102004032258B4 (de) Induktiver Näherungssensor
DE19858713C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis von im Boden befindlichen Metallobjekten
EP3569467B1 (de) Sensor zum erfassen von metallteilen, sowie verfahren zum abschwächen eines magnetischen feldes

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14796678

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15509556

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112014006936

Country of ref document: DE

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112014006936

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14796678

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1