用于检测磁场变化的传感器装置以及具有至少一个这种传感器装置的轨道交通设备的制作方法

在用于检测磁场变化的以用于计轴的车轮传感器形式的传感器装置中，通常将双传感器系统、也就是具有两个传感器单元的传感器装置用于识别行驶方向。在此，由两个传感器单元检测的接收信号在车轮经过时这样随时间叠加，使得可以由一系列的信号在分析装置中确定行驶方向。因此在相应的双系统中，接收信号的叠加在行驶方向识别领域中具有重要意义。在此需要考虑的是，相应的双系统通常在共同的壳体中沿轨道纵向相继地布置在轨道上，由此由于物理原因在车轮经过时只产生有限的信号叠加，其特性尤其取决于各个待检测的车辆的直径。因此，接收信号的叠加对于直径较小的车轮或者一般来说在相应的接收信号影响相对较小时通常由于靠近传感器装置或者在传感器装置旁边运动经过的车轮而减小。这最终可能导致干扰，使得就与两个传感器单元连接的分析装置而言，由于低于最小叠加时间而不能可靠地配置这两个传感器单元的信号并且由此最终不再能够可靠地识别行驶方向。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于检测磁场变化的传感器装置，所述磁场变化由沿着运动方向靠近传感器装置的或者沿着运动方向从传感器装置旁边运动经过的对象引起，所述传感器装置特别高效并且尤其能够特别可靠地识别对象的运动方向。

该技术问题按本发明通过一种用于检测磁场变化的传感器装置解决，所述磁场变化由沿着运动方向靠近传感器装置的或者沿着运动方向从传感器装置旁边运动经过的对象引起，其中，所述传感器装置具有两个传感器单元，其中，传感器单元中的每一个均包括两个接收线圈以及相对于运动方向布置在接收线圈之间的交流供电的发送线圈，其中，两个传感器单元的接收线圈的纵轴线基本上垂直于运动方向地定向，其中，两个传感器单元的发送线圈的纵轴线基本上平行于运动方向地定向，其中，两个传感器单元的发送线圈相对于运动方向前后相继地布置，并且其中，传感器装置设计为，使得两个传感器单元的发送线圈产生彼此相反定向的磁通。

因此，按照本发明的用于检测由沿着运动方向靠近传感器装置的或者沿着运动方向从传感器装置旁边运动经过的对象引起的磁场变化的传感器装置的特征首先在于，其具有两个传感器单元。因此，所述传感器单元设计为适用于识别靠近传感器装置的或者在传感器装置旁边运动经过的对象的运动方向的双传感器系统。

在此按照本发明，传感器单元中的每一个均包括两个接收线圈以及相对于运动方向布置在接收线圈之间的交流供电的发送线圈。因此，通过交流供电的相应发送线圈产生磁场或者磁通，其变化通过靠近的或者运动经过的对象借助接收线圈探测。

按照本发明的传感器装置的特征还在于，两个传感器单元的接收线圈的纵轴线垂直于或者至少基本上垂直于运动方向地定向。这意味着传感器装置针对其按照规定的运行恰恰这样布置或者安装，使得两个传感器单元的接收线圈的纵轴线这样定向，以使待探测的对象沿运动方向垂直于接收线圈纵轴线地靠近传感器装置或者从传感器装置旁边运动经过。

按照本发明，两个传感器单元的发送线圈的纵轴线平行于或者至少基本上平行于运动方向地定向。因此，发送线圈以及接收线圈的纵轴线尤其也相互垂直或者至少基本上相互垂直。

按照本发明的传感器装置的两个传感器单元的发送线圈相对于运动方向前后相继地布置。此外，按照本发明的传感器装置设计为，使得传感器单元的发送线圈产生彼此相反定向的磁通。

按照本发明的传感器装置是有利的，因为由于发送和接收线圈的布置和定向以及发送线圈的反向磁通，两个传感器单元的借助相应接收线圈检测的接收信号具有特别显著的随时间变化的叠加。这尤其在信号水平较小时是有利的，因为由两个传感器单元的接收信号的过少叠加时间引起的干扰在结合了对待探测对象的运动方向的识别的情况下得以避免或者相比之前已知的传感器装置至少得以降低。此外，通过相邻的传感器单元的影响，由靠近的或者运动经过的对象引起的磁场或者磁通的偏转或变化能够被有利地利用，使得按照本发明的传感器装置具有在对象探测方面特别高的灵敏度。

根据按照本发明的传感器装置的一种特别优选的实施形式，两个传感器单元的发送线圈和接收线圈相对于运动方向前后相继地布置。这意味着传感器装置的全部总共六个线圈沿运动方向前后相继地布置。这具有的优点是，避免了两个传感器单元或者其线圈系统之间的干扰并且能够可靠地探测对象以及其运动方向。

有利地，按照本发明的传感器装置也可以这样扩展设计，使得对于两个传感器单元中的每一个都这样布置接收线圈，以使相应的传感器单元的发送线圈的纵轴线在发送线圈之外与相关的传感器单元的接收线圈相交。换而言之这意味着，相应的传感器单元的接收线圈和发送线圈基本上布置在一个平面中。对于以安装在轨道上的车轮传感器的形式的传感器装置的情况，相应的传感器单元的接收线圈以及发送线圈水平地布置在相同高度上。

根据按照本发明的传感器装置的另一特别优选的实施形式，对于两个传感器单元中的每一个，接收线圈分别逆时针地相互串联。这具有的优点是，接收线圈的逆时针连接以及其相对于相应发送线圈的布置使得由运动经过或者靠近的对象引起的信号电压相加，而由外部干扰磁场引起的接收干扰电压通过接收线圈的逆时针连接而被减去并且由此完全或者至少在很大程度上抵消或者消除。在此需要考虑的是，感应式工作的传感器装置通常对于频率与相应传感器装置的工作频率一致的干扰比较敏感。在使用形式为车轮传感器的传感器装置的情况下，例如可由于轨道电流产生相应的干扰电压。在此，机车头的流过轨道的回路导线电流(或者其谐波部分)产生干扰信号，其以拍频(Schwebungen)的形式由传感器装置接收。相应的拍频通常不能轻易地与由运动经过的轨行机车车轮的影响引起的信号分隔开或者区分开。此外，干扰例如也可能通过具有相同工作频率的相邻传感器装置引起。与相应干扰信号的类型和来源无关，按照本发明的传感器装置的之前提到的优选扩展设计由于两个传感器单元的相应接收线圈的逆时针连接而具有特别显著的对干扰的敏感度。在此有利地，为了实现尽可能好的干扰场抵销，两个接收线圈对于两个传感器单元中的每一个而言被相同地构造，使得它们在其几何形状以及绕组数量方面一致。

优选地，按照本发明的传感器装置也可以这样扩展设计，使得相对于运动方向，两个传感器单元的两个接收线圈之一分别布置在两个传感器单元的发送线圈之间并且相关的接收线圈具有相同的卷绕方向。这是有利的，因为由此尤其在两个传感器单元的叠加区域中，也就是对于待探测对象的对两个相关的接收线圈具有显著影响的那些位置，产生尤其在可靠识别对象的运动方向这方面特别有利的信号特性。

根据按照本发明的传感器装置的另一特别优选的实施形式，对于两个传感器单元中的每一个，相应的传感器单元的接收线圈相对于运动方向与相应的传感器单元的发送线圈对称地布置。在发送线圈方面的相应对称布置是有利的，因为由此产生了特别简单和节省空间的传感器装置结构，并且由于对称性可以特别灵活地使用传感器装置。

优选地，按照本发明的传感器装置也可以这样扩展设计，使得两个传感器单元的发送线圈被供以相同频率的交流电。这具有的优点是，不需要提供不同频率的交流电流或者交流电压，并且同时实现了由发送线圈产生的磁通在数值上一致，由此形成了与之相关的对称构造，其在可靠探测对象以及其运动方向方面特别有利。按照本发明的传感器装置在此可以有利地这样设计，使得其具有为两个传感器单元的发送线圈供应交流电的发电机。

根据按照本发明的传感器装置的另一特别优选的实施形式，所述传感器装置具有包围两个传感器单元的壳体。这是有利的，因为由此相较于同样可考虑的其中每个传感器单元均具有各自的壳体的实施形式而言，节省了成本和空间。

根据按照本发明的传感器装置的另一优选扩展设计，所述传感器装置包括与两个传感器单元的接收线圈连接的分析装置。所述分析装置能够分别单独地也能够相互组合地分析两个传感器单元的接收信号。由此既有利于探测相应的对象的可靠性又有利于识别对象的运动方向的可靠性。

原则上可以考虑，分析装置与两个传感器单元共同布置在一个壳体中。这尤其应用在以下情况下，在这些情况下不会由此对运行以及必要时对分析装置的维护(例如由于边界条件或者环境条件)产生不利。

优选地，按照本发明的传感器装置也可以这样扩展设计，使得所述分析装置布置在与传感器单元分隔开的壳体中。根据相应的应用情况，由此尤其在机械或电力干扰对分析装置的影响方面、在可供分析装置使用的空间方面和/或在分析装置的可接近性方面产生优势。因此，例如尤其在使用形式为车轮传感器的传感器装置的情况下通常有利的是，与直接安装在轨道上的传感器单元相间隔地布置分析装置。由此，相应的分析装置在这种情况下一般安装在通常与传感器单元距离几米远的轨道连接壳体中。由此一方面在可供分析装置使用的空间以及对直接作用在轨道区域内的机械或者电力干扰因素方面产生优势。另一方面在维护和维修工作时能够有利地接近分析装置，而维修人员不用直接在轨道上的危险区域中工作。

根据按照本发明的传感器装置的另一特别优选的实施形式，对于两个传感器单元中的每一个，发送线圈和/或接收线圈分别是振荡电路的组成部分。这在提供足够的磁通方面尤其对于发送线圈是有利的。

优选地，按照本发明的传感器装置也可以这样扩展设计，使得对于两个传感器单元中的每一个，发送线圈和/或接收线圈不具有铁磁性材料。相应的线圈不具有铁磁性材料的设计具有的优点是，减少或者避免了由此感应的干扰影响。

原则上，按照本发明的传感器装置可以用于任何用途，也就是尤其用于探测任何类型的对象。这包括例如在工业自动化领域中的用途。

根据按照本发明的传感器装置的另一特别优选的实施形式，所述传感器装置设计为用于检测磁场变化的车轮传感器，所述磁场变化由以车轮形式的对象引起，所述车轮在轨道上沿着以轨道纵向形式的运动方向靠近所述车轮传感器或者沿着轨道纵向从所述车轮传感器旁边运动经过。这是有利的，因为相应的车轮传感器在铁路自动化领域存在多样的应用并且由于传感器装置的传感器单元在轨道上的布置而通常受到显著的干扰因素影响。此外，尤其在将相应的车轮传感器用于轨道空闲检测时，可靠地探测靠近的或者运动经过的车轮以及其运动或行驶方向具有更重要的意义。因此，在将传感器装置设计为车轮传感器的情况下特别能够展现按照本发明的传感器装置的优点。

本发明还包括一种轨道交通设备，尤其是轨道空闲检测设备，其具有至少一个按照本发明的传感器装置或者至少一个按照本发明的传感器装置的按照前述优选扩展设计之一的传感器装置。

以下根据实施例进一步阐述本发明。在附图中：

图1以示意图示出具有按照本发明的传感器装置的一个实施例的布局的立体侧视图并且

图2以另一示意图示出按照图1的实施例的按照本发明的传感器装置的局部的俯视图。

出于直观性原因，在附图中相同或者作用相同的部件使用相同的附图标记。

图1以示意图示出具有按照本发明的传感器装置的一个实施例的布局的立体侧视图。所示的传感器装置1形式为布置在轨道100的区域中的车轮传感器。在此，传感器装置1布置在轨道内侧上并且在其探测区域方面这样向上定向，使得其探测轨行机车的靠近传感器装置1或者在传感器装置1旁边运动经过的火车车轮的运行面或者轮缘。

传感器装置1包括两个传感器单元10和20，它们分别具有两个接收线圈12、13或者22、23。在此，相对于由轨道纵向给定的运动方向5，在接收线圈12、13或者22、23之间分别布置有交流供电的发送线圈11或者21。

与图1的视图相应地，两个传感器单元10、20的接收线圈12、13或者22、23的纵轴线12a、13a、22a、23a垂直于形式为轨道纵向的运动方向5定向。相对地，发送线圈11、21这样布置，使得它们的纵轴线11a、21a平行于运动方向5并且因此垂直于接收线圈12、13、22、23的纵轴线12a、13a、22a、23a地定向。此外可以看出，两个传感器单元10、20的发送线圈11、21以及接收线圈12、13、22、23相对于运动方向5分别相间隔地前后相继地，也就是沿着轨道纵向观察“成一行”地布置。

基于发送线圈11、21的定向和布置，所述发送线圈产生基本上水平地沿着轨道100延伸的磁场或者磁通60、70。因此，基于接收线圈12、13、22、23的纵轴线12a、13a、22a、23a的垂直于运动方向5的定向，发送线圈11、21在相应的接收线圈12、13或者22、23中感应电压，在不存在使场畸变的材料的情况下，由于接收线圈12、13、22、23处于磁场或者磁通60、70中央的位置，所述电压非常小。然而，轨道100的轨道头110引起场畸变，由此产生场不对称性，所述场不对称性即使在没有运动经过的车轮影响的情况下也导致接收线圈12、13、22、23的以信号稳恒电压形式的接收信号。

按照在图1中示出的磁通60、70，相对于两个传感器单元10、20中的每一个，这都导致磁场线分别沿逆时针方向流过传感器单元10、20的相应两个接收线圈12、13或者22、23，因此由于对称的结构原则上对于左侧的传感器单元10的两个接收线圈12、13产生具有反向相位的同样高的信号电压。相同的描述类似地适用于右侧的传感器单元20的两个接收线圈22、23。然而如之后将根据图2详细阐述的那样，每个传感器单元10、20的接收线圈12和13或者22和23有利地分别沿逆时针相互串联。这导致由接收线圈12、13或者22、23检测的由磁通60、70作用产生的信号电压有利地叠加。相比之下，在图1中在左侧传感器单元10的区域内用附图标记80表示并且例如可能由轨道电流引起的外部干扰磁场这样穿过相关的传感器单元10的接收线圈12、13，使得接收干扰电压由于接收线圈12、13的逆时针连接而被减去，也就是说完全地或者至少基本上消除。

在图1中所示的传感器装置1的特征还尤其在于，两个传感器单元10、20的发送线圈11、21产生彼此相反定向的磁通60、70。有利地，共同构成双系统的传感器单元10、20在此具有相同的工作频率，由此用相同频率的交流电为两个传感器单元10、20的发送线圈11、21供电。这例如可以由此实现，即两个传感器单元10、20的发送线圈11、21分别与为发送线圈11、21提供交流电的发电机相连，出于直观性原因在图1中没有显示发电机。

在车轮沿运动方向5经过或通过时，也就是在此处从左向右运动时，左侧的传感器单元10首先产生接收信号。如果车轮继续转动，则结果导致右侧的传感器单元20的发送线圈21的场也越来越强烈地畸变。然而，这种场畸变附加地影响左侧传感器单元10的右侧接收线圈13中的接收信号或者接收电压，使得接收信号也就是接收电压的幅值升高并且由此使这种接收信号在车轮经过时整体上保持更长时间或者相对较慢地减小。这种效应有利地是对称的，使得从传感器装置1旁边经过的车轮形式的对象在传感器装置1的中央分别导致中间的接收线圈13、22的接收电压在两个发送线圈11、21的磁场或者磁通60、70参与的情况下升高。与接收信号的提高相结合，由此导致了在车轮经过时信号叠加的提高。这恰恰在信号水平较小时是有利的，因为由此避免了由于过少的叠加时间导致的干扰。最后这使得传感器装置1借助两个传感器单元10、20即使在困难条件下也能特别可靠地探测靠近的或者运动经过的车轮以及尤其是相关车轮的运动方向5。

由图1还可以识别出，对于两个传感器单元10、20中的每一个，这样布置接收线圈12、13或者22、23，使得传感器单元10、20的发送线圈11或21的纵轴线11a、21a在相应的发送线圈11或21外部与传感器单元10、20的接收线圈12、13或22、23相交。换而言之这意味着，发送线圈11、21和接收线圈12、13、22和23基本上水平地布置在相同高度上。

有利地，传感器装置1这样设计，使得相对于运动方向5分别在传感器单元10、20的发送线圈11、21之间布置两个接收线圈13或22之一并且相关的接收线圈13、22具有相同的绕组方向。由此实现了两个传感器单元10、20的信号叠加的进一步提高。

相应于图1的视图，相应传感器单元10或者20的接收线圈12、13或者22、23相对于运动方向5对称于相应的传感器单元10或者20的发送线圈11或者21地布置。相应的对称布置既在传感器装置的空间需求方面也在其灵活的可使用性方面是有利的。

在所示实施例中，传感器装置1具有包围两个传感器单元10、20的壳体30。

在布置于两个传感器单元10、20的发送线圈11、21之间的接收线圈13、22方面需要注意的是，原则上这两个接收线圈13、22的位置可以相互交换。因此在这种情况下，参照图1的视图，传感器单元10包括接收线圈12和22并且传感器单元20包括接收线圈13和23，也就是所述这两个传感器单元10、20均相对于运动方向5、也就是在此情况下相对于轨道纵向“叠加”。接收线圈13、21的位置的相应交换是可行的，因为发送线圈11、21的磁通60、70的相反定向对于相关的接收线圈13、22产生了形式为具有相同符号的电压的接收信号。因此有利地能够根据相应的情况和要求改变接收线圈12、13、22、23的接收电压的叠加。

此外需要指出，作为对图1所示的备选，传感器10和20也可以相对于轨道100倾斜地或者翻转地布置。因此在这种情况下，包括发送线圈11、21以及接收线圈12、13、22、23的整个系统围绕平行于轨道纵向的轴线旋转地布置。

发送线圈11、21以及接收线圈12、13、22、23有利地完全不具有铁磁性材料，也就是构造为空气线圈。此外，所述线圈可以有利地设计为振荡电路的组成部分，由此根据相应的情况实现敏感度的提高。

图2以另一示意图示出按照图1的实施例的按照本发明的传感器装置的局部的俯视图。在此，与图1不同，出于直观性原因只显示了传感器装置1的左侧传感器单元10。与之无关地，按照图1所示的传感器装置1具有其它同样布置在轨道头110的区域中的相应传感器单元。

传感器单元10与图1中的视图相似地包括发送线圈11以及两个接收线圈12和13。按照图2的视图，接收线圈12、13在此沿逆时针相互串联，因此两个接收线圈12、13的单独的接收信号相减并且可以作为信号电压U被截取。按照图2的实施例，将信号电压U输入分析装置40，所述分析装置与传感器单元10相间隔地布置在单独的壳体50中，所述壳体例如可以是轨道连接壳体的组成部分。如已经结合图1阐述的那样，通过逆时针地连接两个接收线圈12、13，有利地在很大程度上抵销了例如可能由轨道电流引起的干扰场。

与前述实施形式相应地，按照本发明的传感器装置1的根据附图阐述的实施例具有的优点是，尤其通过发送线圈11、21产生的反向磁通60、70导致接收线圈12、13或者22、23的信号叠加的提高，这恰恰在信号水平较小时在避免由于过少的叠加时间导致的干扰方面是有利的。此外，有利地通过每个传感器单元10、20的不同符号的两个接收信号或接收电压的相减和相邻的传感器单元10或20对相应的接收电压的附加影响，多次地利用了由运动经过或者靠近的对象引起的场偏转。这在很大程度上有利地影响了传感器装置1的总信号特性，使得其具有更高的敏感度。此外，具有发送线圈11、21以及接收线圈12、13、22、23的传感器装置1的场抵销结构还有利地提高了对外部来源的抗干扰性。因此，前述传感器装置1特别高效并且尤其允许特别可靠地识别待探测对象的运动方向。