接近开关和用于探测待检测的对象的方法与流程

本发明涉及一种接近开关，一种用于探测待检测的对象的方法，以及一种将频率范围用于探测信号的用途。由此，本发明尤其涉及接近开关和自动化技术的领域。

背景技术：

接近开关尤其在自动化技术中用于探测是否存在待检测的对象。例如，这可以在生产设施中用于探测是否存在待检测的对象，以便在对象存在时执行在对象处的一个或多个工作步骤。

典型地，接近开关基于对待检测的对象的电磁的，尤其是电容式的和/或电感式的探测，其中接近开关具有振荡电路，借助于所述振荡电路发射探测信号并且只要存在，那么将接收信号接收、放大和评估。由于位于附近的待检测的对象与探测信号和由对象退回的反射信号的电磁的相互作用，可以根据接收信号求得待检测的对象是否存在。这通常需要待检测的对象由金属材料构成或至少大部分地由金属材料构成，因为在其他情况下对象与接近开关的电磁的，例如电感式的相互作用是过小的并且接近开关不能识别待检测的对象。

常规的接近开关例如从文件ep1526645a1中已知。因此，常规地，接近开关在金属对象的探测方面的使用是受限制的。如果金属对象现在靠近接近开关，那么在对象中产生涡流。这些涡流产生与激励场相反的场。该相反的场在接近开关的接收线圈中具有不同的强度。因此，所述相反的场在这两个接收线圈中感应产生大小不同的电压。这两个电压的差分信号不为零并且可以放大，以形成输出信号。因此，金属对象用作为接近开关的触发器。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供适于探测对象的接近开关和方法，所述对象由碳材料构成或至少部分由碳材料组成。

所述目的根据本发明通过具有相应的独立权利要求的特征的接近开关、方法和用途实现。有利的设计方案在从属权利要求中和在说明书中给出。

在第一方面，本发明涉及具有用于探测待检测的对象的振荡电路的接近开关，其中接近开关的特征在于，振荡电路具有在0.8mhz至20mhz的范围内的谐振频率。

在另一方面，本发明涉及一种用于借助于接近开关检测待检测的对象的方法。该方法包括借助于接近开关发射频率在0.8mhz至20mhz的范围内的探测信号。

在另一方面，本发明涉及在0.8mhz至20mhz的范围内的频率用于探测信号的用途，所述探测信号用于借助于接近开关探测待检测的对象。

谐振电路具有0.8mhz至20mhz的范围内的谐振频率的事实在此意味着，谐振频率在给定的范围内。这不要求振荡电路必须在整个给定范围内都是可激发谐振的，而仅要求谐振频率在给定范围内。谐振频率例如可以表示完全位于给定范围内的窄带频率范围。谐振频率的范围给定也不排除：谐振频率的高次谐波振荡可能超出给定范围的可能性。谐振频率在此是振荡电路可以被激发并且振荡电路可以发射和接收电磁波的频率。

用于探测待检测的对象的方法优选基于以下事实，即借助于接近开关，特别是用接近开关的振荡电路的谐振频率来发射探测信号。只要在接近开关的附近，即探测区域内存在待检测的对象，就会发生电磁的，尤其是电容式的相互作用，使得产生反射信号，然后可以由接近开关探测和评估所述反射信号。

碳材料在此尤其是至少部分地并且优选地完全由碳纤维组成的材料。碳纤维是由含碳的原材料构成的工业制造的纤维。与钢相比，碳纤维在重量和强度方面具有有利的特性，因此经常用于制造零件。碳纤维通常是抗拉的，抗弯曲的和抗腐蚀的。碳纤维通常在不存在氧气的情况下直至高达2500℃保持这些特性。碳纤维的密度为1.8g/cm³，而铝的密度为2.7g/cm³，钢的密度为7.8g/cm³。其他优点是碳纤维或碳材料的良好的导电性和导热性。碳材料也可以作为碳纤维增强塑料，碳纤维增强塑料(cfk)或也简称为(俗称为)碳纤维地存在。碳纤维增强塑料在此是一种复合材料，其中碳纤维嵌入塑料基质中。基质用于连接纤维并填充间隙。通常选择环氧树脂材料作为基质。然而，其他热固性或热塑性塑料也可以用作基质材料。

本发明提供如下优点，也能够实现对如下对象的检测或探测，所述对象至少部分地或甚至完全地由碳材料构成或至少部分地由这种碳材料构成。换言之，根据本发明，对于待检测的对象的探测不需要将待检测的对象至少部分地或甚至完全地由金属材料构成。更确切地说，本发明提供也可靠地识别由碳材料构成的对象的可能性。

0.8mhz至20mhz的谐振频率的范围提供如下优点，即在所述频率范围内能够在碳材料中产生特别有效的涡流并且据此所述频率范围特别好地适合于探测由碳材料构成的对象。此外，用于谐振频率的所述区域也允许由金属材料，例如钢构成的对象的检测或探测。

此外，本发明具有如下优点，即由碳材料构成的对象也可以可靠地以典型用于金属对象的情况的切换间距识别。例如切换间距可以位于1mm至10mm的范围内，优选切换间距可以位于5mm至40mm的范围内。切换间距在此可以与接近开关的设计方案相关，例如与壳体的直径和/或与发射线圈和/或接收线圈的直径相关。这提供如下优点，即产品设备不必改变为较小的切换间距并且还没有增加由于小的切换间距引起的提高的碰撞危险。

此外，本发明提供如下优点，即根据本发明的接近开关和根据本发明的方法不仅适合于探测碳纤维构成的对象，而且也还对于探测由金属材料构成的、待检测的对象可靠地工作。这提供如下优点，即接近开关适合于探测由碳纤维构成的对象而且也适合于检测由金属材料构成的对象。这使得在从金属对象到碳材料对象和相反的生产变换时的接近开关的替换和/或切换间距的改变是过时的进而能够实现显著的成本节约。

本发明在此与本领域技术人员的至今为止的观点和期望背道而驰，因为有时有充分的理由对接近开关使用在200khz至600khz的范围内的明显较低的频率。一方面是由于该较低的频率范围适合于探测金属材料，特别是钢；另一方面是由于使用高于600khz的频率可能是不利的，并且对接近开关提出更高的要求。例如，通常避免使用更高的频率，以避免死区和/或次级开关点的产生，并减少来自(不可检测的)金属环境的负面影响，所述金属环境可能对灵敏度产生负面影响。然而，发明人已经认识到，使用更高的频率具有优点，并且尤其对于检测由碳材料构成的对象是有利的。

优选地，振荡电路的谐振频率位于1mhz至20mhz的范围内，还更优选位于1mhz至14mhz的范围内。所述频率范围提供如下优点，所述频率范围特别好地适合于探测由碳材料构成的对象。

接近开关优选包括至少一个第一发射线圈、第二发射线圈和电容器，其中第一发射线圈、第二发射线圈和电容器形成振荡电路。对于发射线圈附加地优选也构成单独的接收线圈，所述接收线圈用作为接收线圈装置。优选地，第二发射线圈相对于第一线圈设置为，使得由探测信号引起的涡流场在待检查的对象中以尽可能少的方式影响第二发射线圈。换言之有利的是，接收线圈装置的第二线圈几乎不受涡流场影响地设置。这可以通过如下方式进行，即第一和第二发射线圈相对于彼此围住一定角度并且优选彼此成直角地设置。优选地，第一和第二发射线圈相同方式地或甚至相同地构成并且仅在其设置或定向方面不同。相同情况优选相应地适用于接收线圈。

优选地，第一发射线圈和/或第二发射线圈，优选第一发射线圈和第二发射线圈分别构成为印刷的发射线圈。这一方面提高如下优点，即线圈可以用少的耗费和用少的制造成本制造。此外，这提供如下优点，即发射线圈能够以非常低的电感制造。这尤其在如下方面是有利的，因为针对振荡电路在0.8mhz至20mhz的范围内的谐振频率方面的匹配，线圈具有非常小的电感率。例如，第一和第二线圈构成为具有例如0.4μh至4μm的范围内的电感率。

优选地，第一发射线圈和/或第二发射线圈具有在0.4μh至4μh的范围内的电感率。优选地，电容器具有在例如22pf至2200pf的范围内的电容率。

优选地，接近开关还包括用于激励振荡电路的振荡器或发生器和/或用于放大由振荡电路接收的接收信号的放大器。优选地，放大器具有至少一个滤波级和至少一个电容元件，所述滤波级和电容元件匹配于振荡电路的谐振频率。例如，一个或多个滤波级可以设计用于放大或转发在期望的频率范围内的信号并且将所述范围之外的频率滤出。发生器或振荡器优选为了激励振荡电路以产生在0.8mhz至20mhz，优选1mhz至20mhz，最优选1mhz至14mhz的范围内的电磁波而被调整。

优选地，放大器和/或发电器设计用于，减少对激励振荡电路的相位位置的外部的电容式影响。换言之，放大器优选设计用于，实现振荡电路的激励，使得外部影响可能不具有对激励信号的幅值、频率和相位位置和相应地对由振荡电路发出的电磁辐射的影响。

上文提到的和下文产生的特征和实施方式在此不仅视为以分别详尽地提到的组合形式公开，而且以其他技术方面有意义的组合形式和实施方式也包含在公开内容中。

本发明的其他细节和优点现在根据下面的实例和优选的实施方式参照附图详细阐述。

附图说明

附图示出：

图1示出例如在ep1526645a1中阐述的接近开关的基本原理的示意图；

图2示出根据一个优选的实施方式的接近开关的示意图；

图3示出用于使用根据一个优选的实施方式的接近开关的工作原理的示意图。

在下面的附图中，相同的或类似的元件在不同的实施方式中为了简单性而用相同的附图标记表示。

具体实施方式

在图1示出具有两个线圈对的接近开关100的基本原理，其中每个线圈对分别具有发射线圈s1、s2和接收线圈e1、e2。线圈与电容器一起形成电磁振荡电路。

第一线圈对由发射线圈s1和接收线圈e1形成。这两个线圈相对于彼此同轴地设置并且具有相同的缠绕方向。在功能上与所述第一线圈对间隔开设有第二线圈对，所述第二线圈对由补偿线圈s2和接收线圈装置的第二线圈e2组成，所述补偿线圈与发射线圈s1串联连接而接收线圈装置的第二线圈与接收线圈装置的第一线圈e1串联连接。补偿线圈s2和接收线圈装置的第二线圈e2同样放置在彼此上并且相对于彼此同轴地设置，然而这两个线圈彼此相反地缠绕。由两个线圈s1和s2组成的发射线圈装置与发生器2连接。所述发生器2用交变电压馈送两个线圈s1和s2。由发射线圈s1发出的励磁场在金属触发器1中(例如在待检测的对象中)产生涡流，所述金属触发器接近发射线圈s1。这涡流产生相对于励磁场的反向场。所述涡流场在接收线圈e1中与由发射线圈s1产生的励磁场叠加。由于这两个场的方向相反，有效的、在接收线圈e1中存在的磁场变弱。这具有如下结果，即在接收线圈e1中感应引起略微较小的电压。

由之前称作为补偿线圈的第二发射线圈s2产生磁场。所述磁场在第二接收线圈e2中感应引起电压。这两个接收线圈e1和e2与这两个发射线圈s1和s2配合，使得在触发器1距离远的情况下差分输出信号刚好是零。这通过如下方式实现，即在这两个线圈对中的一个线圈对(例如s1、e1)中，所述两个绕组具有相同的缠绕方向并且在另一个线圈对(例如s2、e2)中这两个线圈相反方向地缠绕。

具有补偿线圈s2的线圈对设置为，使得所述线圈对几乎不受涡流影响。这具有如下结果，即差分输出信号3不具有比现有技术中减少的份额，而是基本上由涡流场产生的电感部分组成。

图2示出根据本发明的一个优选的实施方式的接近开关。在图2中示出的实施方式中，这两个发射线圈s1和s2与电容器k形成振荡电路，所述振荡线路的振荡频率位于0.8mhz至20mhz的范围内，例如为7mhz。所述振荡频率通过放大器7的输出信号激励。放大器的输入信号是在这两个接收线圈e1和e2的点3处的差分电压信号。放大器的输出信号不仅反馈到振荡器或振荡电路中，而且经由滤波级到达提供输出信号的极限值开关8处，其中所述滤波级作为低通滤波器10工作。图2中示出的电路可以设定为，使得当触发器1距离远时系统同样振荡。在接近触发器时，发射场或探测信号变弱或被干扰，使得振荡突然中断。相反的工作方式也是可能的。在初始位置中，在距离触发器远的情况下系统不振荡。当触发器接近发射线圈s1时，所述触发器才开始振荡。

滤波级在此构成为，使得其低通滤波功能匹配于振荡电路的谐振频率，以便将振荡电路的频率尽可能有效地滤出并且得到呈尽可能分离形式的差分信号。在0.8mhz至20mhz的范围内的高的谐振频率提供如下优点，即接近开关适合于探测由碳材料构成的对象，这在频率200khz和600khz之间的常规接近开关是不可实现的。

图3示出接近开关200的功能原理的示意图，所述接近开关用于根据一个优选的实施方式的用途。接近开关包括线圈12，所述线圈可以具有铁磁体磁芯，以及电容器14。线圈12和电容器14共同形成振荡电路16，所述振荡电路可以借助于振荡器或用于振荡的发生器18。借助于确定线圈12和电容器14的尺寸，可以确定振荡电路16的振荡频率或谐振频率。在此，线圈12的电感和电容器14的电容确定为，使得振荡电路16的谐振频率位于0.8mhz至20mhz的范围内。使得第二接近开关200良好地适合用于检测由碳材料构成的对象。

借助于极限值开关20以已知的方式求得振荡器18的幅值，其中极限值开关20产生开关信号。开关信号随后由放大器22提供给输出端24以进行继续处理。

附图标记列表

100接近开关

200根据优选的实施方式的接近开关

s1、s2发射线圈

e1、e2接收线圈

q电容器

1触发器或待检测的对象

2发生器

3差分信号输出端

7放大器

8边界值开关

10低通滤波器

12线圈

14电容器

16振荡电路

18振荡器或发生器

20边界值开关

22放大器

24输出端