專利名稱：電感式接近傳感器及校準電感式接近傳感器的方法
技術領域：
本發明涉及一種電感式接近傳感器及校準電感式接近傳感器的方法。
背景技術：
電感式接近傳感器一般根據渦電流抵消振蕩器(ECKO)原理設計。在這種接近傳感器中，使用電感電容(LC)振蕩器在電感器的線圈附近產生交流(AC)磁場，這樣，當金屬目標接近線圈時，便可以在目標中產生渦電流。產生的渦電流會產生能量損耗，以減弱或停止LC振蕩器。一般來說，這種接近傳感器采用電子電路來檢測振蕩幅度的變化，并將檢測到的幅度變化與預先確定的限值相比較。如果振蕩器的振蕩幅度將至限值以下，接近傳感器的輸出將會更新，表明目標在接近傳感器的附近出現。然而，這種根據渦電流抵消振蕩器(ECKO)原理設計的電感式接近傳感器存在許多缺點，例如，由于它們的高熱敏性，造成它們能感應到的距離非常短。事實上，如果目標為有色金屬，這種傳感器所能感應的距離比鐵質目標還要短得多。此外，由于電感式接近傳感器無法排除外界的磁場干擾，因此這些磁場可能影響感應線圈中使用的鐵芯，造成傳感器的失靈。另外，電感式接近傳感器還存在切換速度過慢的問題。為了達到非鐵質目標和鐵質目標之間相同的感應距離，提格斯(Tigges)(美國專利號5，264，733)采用了一個發射線圈以及兩個接收線圈的設計取代傳統的渦電流損耗方法來檢測磁場干擾。由于在同樣的時間內操作頻率增加了，鐵質和非鐵質目標便能以相似方式影響AC磁場，這樣，當操作頻率足夠高時，便可以實現非鐵質目標和鐵質目標之間相同的感應距離。此外，提格斯還通過三個空心線圈的設計，使傳感器能夠排除外界磁場的干擾。然而，由于提格斯僅僅依靠相對位移，機械幾何以及線圈的旋轉來設置感應距離，因此感應距離無法通過電氣方式來調整，而且由于機械零件的熱變形，很可能導致溫度漂移。另外，由于必須使用至少三個線圈才能實現所述的發射線圈和接收線圈，物理成本可能會很聞。另外一種利用變壓器耦合原理的多線圈設計是由庫恩(Kuhn)(美國專利號7，463，020)發明的。庫恩將所有線圈在印刷電路板(PCB)的表面排列成一個同心圓，并采用一個發射線圈和至少兩個接收線圈與PCB —起形成線圈組，同時確保各線圈之間的耦合因子的穩定性以及可重復性。接收線圈位于同一個平面內，這樣傳感器在感應目標時，其敏感性會比另外兩種方法相對較低。另外一種實現非鐵質目標和鐵質目標之間相同的感應距離的方法是由提格斯等人(美國專利號4，879，531)發明的。提格斯等人采用了一種包括兩個LC槽的振蕩器。第一個LC槽決定了振蕩的頻率，而第二個LC槽包括一個感應線圈，用于將振蕩放大。為了實現非鐵質目標和鐵質目標之間相同的感應距離，第一個槽的諧振頻率和第二個槽的臨界阻抗被諧調至第二個槽的阻抗頻率性質交點的坐標上，分別受到非鐵質目標和鐵質目標的影響。然而，Tigges的方法需要使用復雜的諧調程序才能實現相同的感應距離。此外，熱敏度問題可能會限制感應距離，同時多使用兩個線圈會增加額外的成本。托米奧卡(Tomioka)等人(美國專利號5,034,704)也使用了兩個LC槽來實現非鐵質目標和鐵質目標之間相同的感應距離。在實踐應用時，Tomioka還采用了振蕩器電路，與提格斯的發明存在類似的優缺點。將電感式接近傳感器安裝在金屬材料上可能導致傳感器的感應距離發生變化，在更極端的情況下，甚至可能鎖定傳感器的輸出，造成傳感器失靈。文獻中介紹和實踐了多種不同的護罩設計技術，主要包括替換感應線圈周圍的金屬環(即被動接近)以及使用補充線圈(即主動接近)等。用這些方法可以保護電感式接近傳感器，使用擁有標準的感應距離，但對于擁有較長感應距離的傳感器來說，這種護罩在效果上就會產生很大的問題。
由于其出色的苛刻環境適應能力(例如灰塵、潮濕、存在化學液體等)，電感式接近傳感器已被廣泛應用。對于安裝材料所造成的影響，也可以通過在線校準方法或學習機制來抵消。但不幸的是，替換傳感器上的調整按鈕可能減少傳感器的密封等級。為了解決這個問題，一些傳感器在設計上采用了控制箱，并使用線纜以“麻花辮”形將控制箱連接到傳感器。該控制箱包括一個控制模塊，用于給傳感器編程，并抵消金屬安裝材料所造成的影響。不過，使用控制箱會大大增加產品的成本。此外，傳感器安裝后，需要先打開電源才能進行校準程序。而使用控制箱進行校準的傳感器可能偶爾需要重新校準，造成傳感器在工作過程中發生故障。
發明內容
本發明的目的是在于提供一種電感式接近傳感器及校準電感式接近傳感器的方法，可解決現有技術的等問題。本發明的技術方案是一個電感式接近傳感器，其包括一個振蕩器，包括一個第一電感電容電路和一個第二電感電容電路，其中一個電感電容電路的電感對于外部目標的敏感度比另一個電感電容電路的電感高；以及每個電感電容電路均有一個交流電驅動。對每個電感電容電路的驅動均為同相，并且取決于兩個電感電容電路的電壓差。本發明中，其中電壓差應用到差分放大器，該差分放大器控制每個電感電容電路中的電流流動。本發明中，還包括一個信號處理電路，該電路可以通過檢測外部目標在至少一個電感電容電路中造成的幅度變化，來指出是否存在外部目標，以及外部目標所處的位置。本發明中，還包括至少一個相位檢測器，該檢測器可以通過確定電感電容電路中電壓的超前相位，來識別目標為鐵質目標或非鐵質目標。本發明中，在超前相位達到預設的限值時，其中至少一個相位檢測器識別目標為鐵質目標或非鐵質目標。本發明中，其中電壓差控制電流鏡像電路中的電流，該電路控制流向每個電感電容電路中的電流。
本發明中，其中對外部目標的敏感度較低的電感器會在振蕩器中提供正反饋。本發明中，其中對外部目標的敏感度較高的電感電容電路為線圈，而敏感度較低的電感為電感器發出。本發明中，還包括一個可變電容器，該可變電容器耦合到至少一個電感電容電路，并將兩個電感電容電路的諧振頻率諧調至大約相等。本發明中，還包括一個電壓控制模塊，該模塊通過控制流向每個電感電容電路中的電流，來控制每個電感電容電路中的電壓。本發明中，其中第一電感電容電路設計在差分放大器的非反相輸入和地面之間，而第二電感電容電路設計在差分放大器的反相輸入和地面之間。本發明中，其中第一和第二電感電容電路中的至少一個包括感應線圈。
本發明還公開了一種校準電感式接近傳感器的方法，該方法包括安裝傳感器將一個校準設備耦合到電感式接近傳感器，并通過該校準設備獲取電源以及觸發校準程序；使用從校準設備獲取的電源來執行校準程序；通過校準設備指出校準成功完成。本發明中，還包括通過生成一列指令脈沖來執行校準程序。該指令脈沖包括一列可以啟動校準程序的邏輯信號。本發明還公開了一個電感式接近傳感器，包括一個密封外殼；外殼內有一個帶有電感電容電路的感應電路；外殼內有一個校準處理器，該校準處理器通過回應外部觸發信號來運行校準程序，調整電感電容電路，以及指明校準是否成功完成。本發明中，還包括一個耦合到傳感器的校準設備，該校準設備使用電源并觸發校準程序。本發明所述電感式接近傳感器的優點及有益效果可以從下面的實施例得到體現。
圖I為本發明的一個實例中的一個電感式接近傳感器的差分振蕩器的結構圖。圖2為不存在金屬目標時，使用本發明的一個實例中描述的電感式接近傳感器獲取的差分振蕩器的電壓波形的曲線圖。圖3為存在金屬目標時,使用本發明的一個實例中描述的電感式接近傳感器獲取的差分振蕩器的電壓波形的曲線圖。圖4為本發明的一個買例中的一個電感式接近傳感器的結構圖。圖5為本發明的一個實例中的一個差分振蕩器的說明圖。圖6為本發明的一個實例中的一個差分振蕩器的說明圖，該振蕩器包括一個簡單的晶體管的電路。圖7為本發明的一個實例中的一個電感式接近傳感器所使用的相位檢測電路和決策電路的結構圖。
圖8為本發明的一個實例中的超前相位檢測電路的原理圖。圖9為與圖7和圖8中所不的相位檢測和決策電路相關的波形圖。圖10為本發明的一個實例中的校準設備的說明圖。圖11為本發明的一個實例中的校準設備的詳細說明圖。圖12為本發明的一個實例中的一個電感式接近傳感器內存中儲存的校準程序的流程圖。
具體實施例方式為使對本發明的結構特征及所達成的功效有更進一步的了解與認識，用以較佳的實施例及附圖配合詳細的說明，說明如下
本發明的實例體現為一個電感式接近傳感器，其包括一個振蕩器，該振蕩器包括一個第一電感電容電路以及一個第二電感電容電路，此外在每個電感電容電路上各帶有一個交流電驅動。其中一個電感電容電路中的電感器對于外部目標的敏感度比另一個電路高。對每個電感電容電路的驅動均為同相，并且取決于兩個電感電容電路的電壓差。對外部目標敏感度較低的電感器會給振蕩器發送一個正反饋。對外部目標敏感度較高的電感可以由一個線圈發出，而對外部目標敏感度較低的電感可以由一個電感器發出。第一電感電容電路可以設計在差分放大器的非反相輸入和地面之間，而第二電感電容電路可以設計在差分放大器的反相輸入和地面之間。第一和第二電感電容電路中至少應該有一個包括感應線圈。電壓差可以應用到通過電感電容電路控制電流流動的差分放大器。可以使用電壓差來控制電流鏡像電路中的電流，而電流鏡像電路用來控制通往各電感電容電路的電流。該電感式接近傳感器還可以包括一個相位檢測器，通過確定電感電容電路的電壓中的超前相位來識別鐵質目標或非鐵質目標，當超前相位達到預先設定的限值時，相位檢測器便可以識別鐵質目標或非鐵質目標。該電感式接近傳感器可以包括一個可變電容器，該電容器應耦合到至少其中一個電感電容電路。可以使用可變電容器將兩個電感電容電路諧調到大約相同的諧振頻率。該電感式接近傳感器可以包括一個電壓控制模塊，該模塊通過控制流向電感電容電路的電流來控制電感電容電路的電壓。該電感式接近傳感器可以包括一個信號處理電路，通過檢測外部目標在至少一個振蕩幅度或兩個電感電容電路之間的相對相位差中造成的變化，指出外部目標是否存在及其所處位置。本發明的另一個實例體現為一個校準電感式接近傳感器的方法和相應的設置，它包括一個傳感器以及一個耦合到傳感器的校準設備。可以使用該校準設備來獲取電源并對傳感器啟用校準程序。使用從校準設備的獲取的電源可以在傳感器中執行校準程序，同時可以通過校準設備來表明已成功校準。校準程序可以通過生成一列指令脈沖來執行，該指令脈沖包括一列邏輯信號來啟動校準程序。本發明的另一個實例體現為一個電感式接近傳感器的方法和相應的設置，它包括一個密封的外殼，一個傳感器電路以及一個校準處理器。該傳感器電路包括一個處于外殼中的電感電容電路和一個校準處理器。該校準處理器可以對外部觸發信號做出反應，運行校準程序。該電感式接近傳感器可以包括一個耦合到傳感器的校準設備，并由此獲取電源和觸發校準程序。圖I為本發明的一個實例中的一個電感式接近傳感器(未標出)的差分振蕩器100的結構圖。該電感式接近傳感器使用電線圈在傳感器的感應面周圍生成交流電(AC)磁場，并可以在多個行業應用中感應或檢測是否存在金屬目標及其所處位置。AC磁場可以在位于磁場中的任意金屬材料中感應到渦電流。渦電流會消耗一些磁場能量，并生成副磁場，以抵消電線圈所生成的磁場(即主磁場)。金屬材料所產生的影響可以通過主線圈被檢測至IJ，并由電子電路進行處理生成傳感器輸出，以指出是否存在金屬目標及其所處位置。該電感式接近傳感器采用一個差分振蕩器，包括兩個電感電容(LC)槽電路以不同的感應距離來感應金屬目標。差分LC振蕩器100包括一個第一電感電容槽電路,它包括電感器L1和電容C1,在差分放大器125的非反相輸入120和地面130之間連接。該差分LC振蕩器還包括一個第二電感電容槽電路，它包括電感器L2和電容器02，在差分放大器120的反相輸入135和地面 130之間連接。差分放大器140的輸出電壓控制兩個壓控電源I1和I2，它們輪流將電流輸入其對應的LC槽中。具體來說，包括電感器L1和電容器C1的第一 LC槽從壓控電源I1中接收電流，而包括電感器L2和電容器C2的第二 LC槽從壓控電源I2中接收電流。閉環壓差振蕩器100包括一個LC振蕩器,其中第一個LC槽(包括L1和C1)作為其頻率選擇網絡。差分振蕩器100的振蕩幅度由第一和第二 LC槽之間的電壓差Vd確定。該電壓差可由以下公式得出Vd = V1-V2其中V1指第一 LC槽中的電壓，V2指第二 LC槽中的電壓。由于電壓Vd通過振蕩幅度以及第一和第二 LC槽中的電壓相位差(即^和^)來確定，因此通過將L1C1諧調至接近L2C2，振蕩器可以設計為低電壓運行。第一和第二 LC槽可以使用至少一個可變電容器C3或C4進行諧調。可變電容器C3或C4可以使用能通過DC電壓調整電容的二極管(例如變容二極管)來實現。可變電容器C3或C4也可以使用由可變放大器增益來控制電容的Miller電容器進行調整。由于第一和第二 LC槽之間存在電壓差，Vd需要同時使用V1和V2之間的幅度和相位差來確定，當第一和第二 LC槽，以及L1C1和L2C2被諧調至相對接近對方時，Vd信號會讓振蕩器在低電壓水平下持續運行。如圖I所示，電流Il和12可由以下公式得出I1 = A* (V1-V2) ^Gm1 以及12 = A* (V1-V2) ^Gm2其中Gm1和Gm2指I1和I2的互導。圖2為圖I所示的差分振蕩器100的電壓波形乂”^和Vd的曲線圖200。它們是在沒有金屬目標(圖中未標出)時，使用本發明的一個實例中描述的電感式接近傳感器(圖中未標出)所獲得的曲線。如上所述，Vd系根據第一和第二 LC槽之間的電壓差確認，因此，當LC槽的電壓V1和V2被諧調至接近對方時，振蕩器會在低電壓水平Vd下運行。圖3為圖I所示的差分振蕩器100的電壓波形乂”^和Vd的曲線圖300。它們是在存在金屬目標(圖中未標出)時，使用本發明的一個實例中描述的電感式接近傳感器(圖中未標出)所獲得的曲線。當金屬目標接近感應線圈時，電感器L1或L2 (其中任何一個均可能為感應線圈)的質量因數會受到影響。接近的金屬目標也可造成第一和第二 LC槽之間的相對相位差的改變，以及差分振蕩器100的振蕩幅度的改變。可以使用一個下游信號處理電路來檢測振蕩幅度或相位的改變，并將改變轉換成輸出信號，指出目標是否存在及其所處的位置。圖4為本發明的一個實例中的電感式接近傳感器400的結構圖。接近傳感器400包括一個差分振蕩器100 (如圖I所示)，并使用一個整流器和低通濾波器410將振蕩信號V1(或V2)轉換成直流(DC)信號415。DC信號415被饋給到一個電壓比較器420。使用一個處理器430 (例如微控制器)來諧調第一和第二 LC槽。處理器430還可以為比較器420提供決策限值。當金屬目標(圖中未標出)移動到傳感器400的感應距離之內時，比較器輸出425將控制傳感器輸出打開。圖5是本發明的一個實例中的差分振蕩器500的說明圖。在本實例中，差分振蕩器500包括一個第一 LC槽,它包括一個電感器L1和一個電容器C1。振蕩器500還包括一個第二 LC槽,它包括一個電感器L2和一個電容器C2。第一和第二 LC槽連接到一個差分放大器510，其輸出511控制電流通過電阻器R51和晶體管Q51流到電阻器R52。差分放大器510推進該電流通過由電流鏡像組成的晶體管Q51、Q53和Q54流動到第一和第二 LC槽。圖6為本發明的一個實例中的一個差分振蕩器600的說明圖,該振蕩器包括一個簡單的晶體管的電路。振蕩器600包括一個晶體管Q62和一個電阻器R61，用于為晶體管Q61提供基本偏壓值。第一 LC槽(包括一個電感器L1和一個電容器C1)中的AC電壓Vl通過電阻器R64轉移到晶體管Q62的發射器以及晶體管Q61的基座629。差分振蕩器600還包括一個第二 LC槽(包括一個電感器L2和一個電容器C2)。第二 LC槽中的AC電壓被標記為V2。如圖6所示，在上述設定下，電阻器R65中的電壓等于V1-V2。
JZ — P在本實例中，電流A被輸入到第二 LC槽。同一個電流還會流過發射
機Q61的發射器628。在本實例中假設所有相關的晶體管都具有高電流增益，這樣它們的基部電流效應就會降到最低，與相應的發射器和收集器的電流相比，甚至可以忽略不計。因此，本實例假設差分振蕩器600中所有相關晶體管的Ilfeftss=這樣，便可以推測同一
個電流I2將流過晶體管Q61和Q63的發射器和收集器。此外，晶體管Q63和Q64以及電阻
器R62和R63會組成一個電流鏡像，這樣WR63 = I2^R62,或1! =。顯然，當R63 =
R62, I1 = I2時。I2的鏡像電流I1會輸入到第一 LC槽。與圖I中的電路相比，可以清楚的看到差分放大器的電壓增益A= 1，且VCCS的互
^I與圖I所示的差分振蕩器100類似，差分振蕩器600的振蕩也是通過電壓差Vd =V1-V2來維持。可變電容器C3和C4可用來諧調第一和第二 LC槽的諧振頻率，以確保傳感器的附近不存在金屬目標時，可以通過較小的電壓差Vd來維持振蕩。一旦金屬目標進入傳感器創造的磁場，振蕩電壓Vd將增加。在首選實例中，電感器L2包括一個感應線圈(例如印刷電路板(PCB)跟蹤)，電感、器L1包括一個片式電感器，一般不會受到目標的影響。電容器C1諧調至LfC1的積稍大于L2*C2的積，且讓差分振蕩器在相對高頻率(例如1-2兆赫左右)但低電壓幅度水平下運行。當金屬目標接近時,感應線圈L2的電感會增加。在高頻率下,感應線圈L2增加的電感值在鐵質目標和非鐵質目標時幾乎相同，L2電感值的增加會提高電壓Vl和V2之間的相位差，因此Vd = V1-V2的幅度也會相應增加，造成振蕩幅度的增加。所增加的幅度可以使用控制傳感器輸出的下游信號處理電路(圖中未標出)來檢測。在一個實例中，下游電路可以通過整流器和LP濾波器410，電壓比較器420和處理器430來實現，如圖4所示。相應的，本實例在鐵質和非鐵質目標情況下可以實現相似的感應距離。本實例中的接近傳感器對于其感應線圈的感應變化具有高敏感度。差分振蕩器的感應變化對于溫度的變化也具有級高的抵抗力。因此，本實例中的接近傳感器在鐵質和非鐵質目標情況下均可實現較遠的感應距離。此外，由于當目標接近傳感器時，振蕩器的幅度就會增加，因此振蕩器永遠不會停止，造成，傳感器的高切換頻率。當振蕩器停止時(例如當幅度降至0時)，可能需要很長時間才能恢復運行，重新感應目標。這可以增加傳感器的相應時間，并降低其切換頻率。另外，由于本實例沒有在接近傳感器中采用鐵芯，因此對外界磁場干擾均由很高的抵抗力。在一個實例中,可以選擇第一 LC槽的電感器和電容器L1C1來確保振蕩頻率低于臨界頻率。該臨近頻率指鐵質目標進入傳感器附近，造成感應線圈的感應值L2增加，以及非鐵質目標進入傳感器附近，造成感應線圈的感應值L2減少時的頻率。在該實例中，LfC1的值被諧調為與L2*C2的值相同，但不同的是LfC1擁有更高的質量因數。當傳感器的附近不存在目標時，LC槽電壓Vl和V2之間沒有相位差。然而，由于第一 LC槽L1C1擁有比第二 LC槽L2C2更高的質量因數，則振蕩器的振蕩幅度可以設計的相對較低。相應的，當鐵質目標進入接近傳感器附近時，Vl的相位會推進V2的相位，而當非鐵質目標進入接近傳感器附近時，Vl的相位會拖后V2的相位。圖7為本發明的一個實例中的電感式接近傳感器(圖中未標出)所使用的相位檢測和決策電路700的結構圖。相位檢測和決策電路700會生成一個可用于控制傳感器輸出的信號。相位檢測和決策電路700使用兩個零交叉電路(分別為ZCDl和ZCD2)將電壓Vl和V2轉換為相應的矩形波SI和S2。矩形波SI和S2被饋給到超前相位檢測器電路，分別為Ph. D. I和Ph. D. II，以生成與超前相位成比例的模擬信號。一旦超前相位檢測器電路Ph. D. I的輸出值達到第一個預設限值，鐵質輸出790的狀態將改變，表明存在鐵質目標。類似的，當超前相位檢測器電路Ph. D. II的輸出值達到第二個預設限值，非鐵質輸出795的狀態將改變，表明存在非鐵質目標。第一和第二限值可以調整成不同的值，確保接近傳感器可以實現鐵質目標和非鐵質目標情況下相似的感應距離。可以使用一個邏輯或門785來邏輯組合超前相位檢測器電路的輸出值，以實現所有金屬相同的感應功能。相位檢測和決策電路700還包括至少兩個電壓比較器VC71和VC72。電壓比較器的限值(THl和TH2)可以選擇，以抵消鐵質和非鐵質目標造成的相位轉換差值。通過抵消相位轉換差值，相位檢測和決策電路700便能確保實現鐵質目標和非鐵質目標情況下相同 的感應距離。
圖8為本發明的一個實例的超前相位檢測電路800 (Ph. D)的原理圖。超前相位檢測電路800包括一對D型觸發器UlA和U1B，一對邏輯與門U2A和U2B，一對邏輯反相器U3A和U3B，一個邏輯或門U4A，以及一個包括電阻器R81和電容器C81的低通濾波器。Ph. D電路800可以確保僅在輸入信號S2同相推進輸入信號SI時才會做出輸出響應,否則輸出信號將被設置為零。Ph. D.電路800采用一個連接到電源電壓Vcc的上拉電阻R82，向連接到該上拉電阻的插腳提供邏輯“ I ”。圖9為與圖7和圖8中所示的相位檢測和決策電路相關的波形圖。具體為波形VI、V2、SI和S2，以及當S2推進SI時(即V2推進VI)的超前相位邏輯輸出值LP的說明圖。當S2拖后SI時(即V2拖后VI)，LP保持為零。圖10為本發明的一個實例中使用的校準方法1000的說明圖。校準方法1000包括一個校準設備1020，該校準設備通過連接器或電纜1030連接到傳感器1010(連接類型可根據傳感器的不同而改變)。在運行時，校準設備1020向傳感器1010的指令輸入發送一列指令脈沖，發出開始進行校準程序的信號。校準程序會抵消傳感器安裝條件所造成的影響。 傳感器校準設備1020以電氣方式與傳感器1010結合在一起，并向傳感器1010發送校準指令。在回應校準指令時，駐留程序會在傳感器的內存中控制并校準傳感器1010。校準設備1020還為傳感器提供電源，并包括若干控制按鈕和一個狀態顯示屏。指令脈沖包括一列預定長度的邏輯信號。為了防止校準發生錯誤，指令脈沖必須足夠復雜，以便不會被誤讀為不規則噪音。通過對傳感器的變量，例如振蕩器或放大器增益、系統敏感度、頻率或相位、斷路水平等變量進行調整，消除周圍安裝金屬造成的影響，便可以在傳感器1010中實現校準。例如，為了校準圖4所示的接近傳感器，校準設備1020可以調整電容器C3或C4中的至少一個。校準幾乎可以立即完成。校準設備1020還可以包括一個或多個指示器1040 (如LED指示燈)，用于證明校準的狀態。例如，指示器1040可以指出校準是否已經成功完成，或者失敗。校準失敗可能是因為不正確的安裝所致，也可能是因為感應面被異物堵塞(如被金屬碎屑等)。圖11為圖10所示的校準設備1020的實例說明圖。校準設備1020包括一個一次性電池或可充電電池1120。如果使用可充電電池，應使用離線電池充電器1110對電池進行充電。當可充電電池電量耗盡時,離線電池充電器1110使用電源插頭1160為電池充電。校準設備1020還包括一個電池供電的電源管理電路1130，用于開啟電子校準設 備和已安裝的傳感器(即需要校準的傳感器)。電源管理電路1130調整和管理來自電池1120的電力。電源管理電路1130可以使用升壓型開關穩壓器或商業上可用的電池管理模塊來實現。該電路為控制器電路1140以及需要校準的傳感器提供電源電壓。控制器電路1140還會發送指令脈沖到傳感器，并可使用微控制器電路或數字電路(如可編程邏輯陣列集成電路)來實現。控制器電路1140從控制按鈕1050 (如圖10所示)接收控制信息，并向需要校準的傳感器發送校準指令脈沖。電路1140還可以向一個或多個顯示屏1040(如圖10所示)發送校準設備狀態信息。該電路1140還可以為電源管理電路1130提供控制和信號處理能力。校準設備1020還可以包括一個外殼或外罩,用以容納電子器件,夕卜殼上可安放一個或多個控制按鈕1170，方便操作員啟動校準程序，外殼上還可以安放一個或多個顯示屏(例如LED顯示屏)1180，指出校準的狀態，同時還可以安放一個連接器1190，將校準設備連接到傳感器。可以使用電阻負載1150來校準雙線AC/DC傳感器。在此情況下，電阻負載將由控制電路1140控制，以串聯方式連接到傳感器。圖12為本發明的一個實例中的一個電感式接近傳感器內存中儲存的校準程序的流程圖。一旦傳感器接收到來自校準設備的校準指令，校準程序將啟動1210。關鍵參數經過測量1220，它們可以是一些因數，例如振蕩幅度或相位信號。校準程序1230確定是否未達到預設的目標值。如果預設的目標值達到1240，則無需進行進一步的調整，校準已成功完成。如過預設的目標值未達到1250，校準程序將繼續運行，確認調整器(如可變電容器)是否已達到限值1260。如果調整器已達到限值1270，則無法進行進一步的調整，校準以失敗告終1280。如果調整器未達到限值1290，調整器將一步增加1295。綜上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非用來限定本發明實施的范圍，凡依本發明權利要求范圍所述的形狀、構造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應包括于本 發明的權利要求范圍內。
權利要求
1.一個電感式接近傳感器，其特征在于，其包括 一個振蕩器，包括ー個第一電感電容電路和ー個第二電感電容電路，其中ー個電感電容電路的電感對于外部目標的敏感度比另ー個電感電容電路的電感高；以及 每個電感電容電路均有ー個交流電驅動，對每個電感電容電路的驅動均為同相，并且取決于兩個電感電容電路的電壓差。
2.如權利要求I所述的電感式接近傳感器，其特征在于，其中電壓差應用到差分放大器，該差分放大器控制每個電感電容電路中的電流流動。
3.如權利要求I所述的電感式接近傳感器，其特征在于，還包括ー個信號處理電路，該電路可以通過檢測外部目標在至少ー個電感電容電路中造成的幅度變化，來指出是否存在外部目標，以及外部目標所處的位置。
4.如權利要求I所述的電感式接近傳感器，其特征在于，還包括至少ー個相位檢測器，該檢測器可以通過確定電感電容電路中電壓的超前相位，來識別目標為鐵質目標或非鐵質目標。
5.如權利要求4所述的電感式接近傳感器，其特征在于，在超前相位達到預設的限值時，其中至少ー個相位檢測器識別目標為鐵質目標或非鐵質目標。
6.如權利要求I所述的電感式接近傳感器，其特征在于，其中電壓差控制電流鏡像電路中的電流，該電路控制流向每個電感電容電路中的電流。
7.如權利要求I所述的電感式接近傳感器，其特征在于，其中對外部目標的敏感度較低的電感器會在振蕩器中提供正反饋。
8.如權利要求I所述的電感式接近傳感器，其特征在于，其中對外部目標的敏感度較高的電感電容電路為線圈，而敏感度較低的電感為電感器發出。
9.如權利要求I所述的電感式接近傳感器，其特征在于，還包括ー個可變電容器，該可變電容器耦合到至少ー個電感電容電路，并將兩個電感電容電路的諧振頻率諧調至大約相等。
10.如權利要求I所述的電感式接近傳感器，其特征在于，還包括ー個電壓控制模塊，該模塊通過控制流向每個電感電容電路中的電流，來控制每個電感電容電路中的電壓。
11.如權利要求I所述的電感式接近傳感器，其特征在于，其中第一電感電容電路設計在差分放大器的非反相輸入和地面之間，而第二電感電容電路設計在差分放大器的反相輸入和地面之間。
12.如權利要求I所述的電感式接近傳感器，其特征在于，其中第一和第二電感電容電路中的至少ー個包括感應線圈。
13.一種校準電感式接近傳感器的方法，其特征在于，該方法包括 安裝傳感器 將ー個校準設備耦合到電感式接近傳感器，并通過該校準設備獲取電源以及觸發校準程序； 使用從校準設備獲取的電源來執行校準程序； 通過校準設備指出校準成功完成。
14.如權利要求13所述的校準電感式接近傳感器的方法，其特征在于，還包括通過生成一列指令脈沖來執行校準程序。該指令脈沖包括一列可以啟動校準程序的邏輯信號。
15.一個電感式接近傳感器，其特征在于，包括 ー個密封外殼； 外殼內有ー個帶有電感電容電路的感應電路； 外殼內有ー個校準處理器，該校準處理器通過回應外部觸發信號來運行校準程序，調整電感電容電路，以及指明校準是否成功完成。
16.如權利要求15所述的電感式接近傳感器，其特征在于，還包括一個耦合到傳感器的校準設備，該校準設備使用電源并觸發校準程序。
全文摘要
本發明涉及一種電感式接近傳感器及校準電感式接近傳感器的方法，該傳感器包括一個振蕩器，該振蕩器包括一個第一電感電容電路和一個第二電感電容電路，其中一個電感電容電路的電感對外部目標的敏感性比另一個電感電容電路的電感高。該傳感器還包括一個交流電驅動，對每個電感電容電路的驅動均為同相，并且取決于兩個電感電容電路的電壓差。該傳感器可以耦合到一個使用電源并在傳感器內觸發校準程序的校準設備。在回應觸發信號時，傳感器內的一個校準處理器執行校準程序，調整電感電容電路，并指出校準是否成功完成。
文檔編號G01V3/10GK102687399SQ201080038498
公開日2012年9月19日 申請日期2010年8月25日 優先權日2009年9月4日
發明者陳衛華 申請人:陳衛華