专利名称：电磁推敲式物体检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及物位传感器，特别指一种电磁推敲式物体检测装置。
背景技术：
本申请人在《单摆式接近开关》专利(99249969. 0)申报中，曾经提出了一种单摆式物体检测方法及装置，采用电磁铁周期性地吸引铁质摆锤使其在空气中不断地作单摆运动，并通过物位信号采集部件对摆锤的运动状态进行检测，摆动则发出无料信号，停止摆动时发出有料信号。经过多年的应用实践，发现它有五个不足之处1、安装时需保证摆锤与电磁铁之间的间隙在6-12mm之间，间隙太小则摆幅不够，太大则吸拢不过来，都会影响其正常使用；2、它靠电磁吸力驱动摆锤摆动，其吸引力的大小与二者间隙的平方成反比，只有加大电磁铁的安匝数和铁芯截面积来提高最大允许间隙，因此产品相对来说比较笨重，耗用材料多、功耗大，吸力不理想，不能使产品小型化，制作成本高，亦不利于生产及运输；3、 功耗大不能制作成二线制，不利于代换二线制电容式物位开关，而且需要单独的摆动信号采集部件，使得结构复杂化；4、由于电磁吸力与粘附力方向一致，使得粘附变得更加容易， 所以抗物料粘附能力不够；5、不能耐高温高压。其他常用的物位开关如阻旋式、音叉式、电容式、射频导纳式、振动棒式物位开关也都有其各自的局限性，阻旋式物位开关长时间工作后，机械容易磨损锈蚀卡死，甚至造成电机损坏，使用寿命低。音叉式物位开关由于物料的粘附作用，容易在音叉间积料而停振，或长期振动易使音叉产生机械疲劳或断叉，可靠性不高。电容式或射频导纳式物位开关因物料粘附作用，其测量电极易挂料，产生误信号，灵敏度受温漂与时漂的影响大。振动棒式物位开关起振电压高、共鸣管长、压电元件容易受环境和温度的影响，也容易破裂，灵敏度随被检测物料的不同而不同，存在可靠性低的问题。同时也由于在高温、高压、高湿、高粘附等恶劣工况下的物体检测目前还没有很理想的产品。
发明内容
本发明的目的是设计一种电磁推敲式物体检测装置，不但能减少零件数量， 节约成本、降低功耗、安装简单、节能环保，还能在各种恶劣工况下对各种物料进行可靠检测，不论是常温常压还是高温高压工况，不论是固体还是液体，不论是流动性好的颗粒物料还是流动性差的粉状物料，不论是高潮湿易粘附的物料还是冲击力大可能砸坏物位开关的大块物料，以及其他物体检测难题，本电磁推敲式物位传感器的物体检测方法及装置都能很好地解决它，而且灵敏度高、准确可靠、免维护、使用寿命长。本发明的目的是通过如下技术方案实现的
本发明包括磁性摆杆和设置在磁性摆杆一侧的电磁铁，及控制电磁铁驱动磁性摆杆摆动并将电磁铁采集到的磁性摆杆摆动的信号进行放大、处理并延时输出的电子模块，其中
所述的磁性摆杆由一吊挂装置将磁性摆杆吊设在主体外壳的一侧；主体外壳内设置电磁铁，电磁铁由电磁铁芯和电磁线圈组成；所述的电子模块包括电源电路、脉冲产生电路、脉冲驱动电路、信号放大电路、信号处理电路、信号延时输出电路，以上电路均设置在主体外壳内或与主体外壳隔离另行封装。本发明的结构原理
本发明是一种电磁推敲式物位传感器的物体检测装置，是利用电磁铁3推动悬吊在其附近的磁性摆杆5在气体、液体、固体三类介质中摆动并根据采集到与之摆动状态相对应的电压信号的振幅或相位等的明显不同而判断出固体介质或液体介质有无的方法，其特征在于磁性摆杆5悬吊在电磁铁铁芯31附近，可全方位自由摆动，磁性摆杆5由永磁体摆锤 51和探测摆杆52组成，其中永磁体摆锤51由一外壳内设置永磁体构成，永磁体磁极为上下分布，并且永磁体摆锤51固定在探测摆杆52上并靠近电磁铁铁芯31，电磁铁3具有驱动与信号采集二方面的功能，脉冲产生电路22和脉冲驱动电路23控制在电磁铁线圈32中流过周期性的脉冲电流，使电磁铁3产生脉冲电磁场，调整永磁体摆锤51与电磁场的磁极方向，使二者之间产生同性相斥的磁场推力将磁性摆杆5向外推离至与电磁铁3若干距离，脉冲电流消失后电磁场也随即消失，磁性摆杆5随即回摆或者敲打并又吸附在电磁铁铁芯31 上，如此反复，磁性摆杆5在回摆与敲打电磁铁铁芯31的过程中引起穿过电磁铁线圈32中的磁通产生变化进而由于电磁感应产生对应于磁性摆杆5摆动的电压信号，此感应电压信号的极性、振幅、宽度、相位、频率等参数都与磁性摆杆5摆动的方向、速度、幅度、频率等相对应，由于磁性摆杆5在气体、液体、固体三类介质中摆动所受到的阻尼明显不同，在气体介质中受到的阻尼最小可以忽略，感应出的电压信号最强，在液体介质中受到的阻尼居中， 相对于气体介质中磁性摆杆5摆动要偏于缓慢，有些迟滞，因此其感应出的电压信号的相位有些滞后，幅度、频率、持续时间等都有所减小，在固体中受到的阻尼最大以致于不能摆动而没有感应出电压信号，信号处理电路25将根据磁性摆杆5在气体、液体、固体三类介质中摆动而被电磁铁3所感应出的电压信号的振幅或相位等的明显不同就可判断出固体介质或液体介质的有无。本发明具有以下优点和有益效果
1、由于磁性摆杆5吸附在电磁铁3上，二者间隙非常小，因此电磁铁3通电后与磁性摆杆5的同性相斥的推动力非常大，就可大幅缩小电磁铁3的体积，节省了材料，降低了生产、 运输及保管成本，同时功耗也大为降低，就可生产出微功耗的二线制产品，安装使用时就可减少布线成本，节约能源。2、电磁铁3具有驱动与信号采集二方面的功能，电磁铁线圈32通电即电生磁起驱动作用，推动磁性摆杆5摆动，断电即磁生电起信号采集作用，将磁性摆杆5摆动产生的磁通变化感应出与之对应的电压信号，就可省掉物位信号采集部件，既简化了生产工艺，又节省了材料，还减少了一个故障环节，提高了可靠性。还可选用耐高温的永磁体摆锤52和选用耐高温的电磁线绕制电磁铁线圈32，将其置于高温工况下，并将电子模块2置于常温处， 就可制作出分体式耐高温的产品。3、因为磁场可穿透空气隙和非导磁性物质，所以电磁铁3就可隔着不锈钢或其他非导磁性材料来驱动并检测磁性摆杆5的摆动，实现驱动力的无接触传递和磁场的无接触检测，就可制作出静密封而耐高压的产品，
4、由于变吸力为推力驱动，电磁推动力与粘附力方向相反，所以其抗粘附力大为增强， 通过调整磁性摆杆5的长度和粗细，或在其底部加装叶片、或圆柱体、或圆球体、或圆锥体
4等阻尼部件，就可改变其阻尼大小，从而制作出适应颗粒料、粉料、块料等各种物料检测的产品，增加磁性摆杆5的长度还可避免物料形成空洞引起的误动作，而且磁性摆杆5不停地敲打外壳4起除灰自清洁作用。 5、只要是能引起磁性摆杆5摆动的阻尼发生变化的物体都能予以检测，不但能检测出固体或液体介质的有无，还能检测出二种介质分层界面，如油水分界面、液体与泡沫分界面、污水与污泥分界面、水泥流质化与非流质化界面等。所以本电磁推敲式物体检测装置具有灵敏度高、准确可靠、适用面广、免维护、使用寿命长等优点。一切采用其他单独的磁性摆杆5摆动信号采集部件的实施例都属于本发明的保护范围，比如磁敏电阻传感器、霍尔接近传感器、电涡式传感器、电感式接近传感器、压电元件、加速度传感器等。
图1是本发明的原理框图。图2是本发明实施例1的剖面图。图3是本发明实施例2的剖面图。图4是本发明实施例4的剖面图。图5是本发明实施例5的剖面图。图6是本发明外观示意图之一。图7是本发明外观示意图之二。图8是本发明外观示意图之三。图中标号
1、引出线，2、电子模块，3、电磁铁，4、外壳，5、磁性摆杆，6、引出线接口，7、支架，8、固定吊孔，9、活动吊环，10、安装法兰，11、安装套管，12、仓板，13、散热片，14、套管法兰，15、连接导线，16、密封罩，21、电源电路，22、脉冲产生电路，23、脉冲驱动电路，24、信号放大电路， 25、信号处理电路，26、信号延时输出电路，31、电磁铁铁芯，32、电磁铁线圈，51、永磁体摆锤，52、探测摆杆。
具体实施例方式
本发明包括磁性摆杆5和设置在磁性摆杆5 —侧的电磁铁3，及控制电磁铁3驱动磁性摆杆5摆动并将电磁铁3采集到的磁性摆杆5摆动的信号进行放大、处理并延时输出的电子模块2，其中
所述的磁性摆杆5由一吊挂装置将磁性摆杆5吊设在主体外壳4的一侧；主体外壳4 内设置电磁铁3，电磁铁3由电磁铁芯31和电磁线圈32组成；
所述的电子模块2包括电源电路21、脉冲产生电路22、脉冲驱动电路23、信号放大电路 24、信号处理电路25、信号延时输出电路26，以上电路均设置在主体外壳4内或与主体外壳 4隔离另行封装。 本发明所述的磁性摆杆5由永磁体摆锤51和探测摆杆52组成，其中永磁体摆锤 51由一外壳内设置永磁体构成，永磁体磁极为上下分布，并且永磁体摆锤51固定在探测摆杆52上并靠近电磁铁铁芯31。脉冲产生电路22产生脉冲信号，并连接到脉冲驱动电路23， 然后连接电磁铁线圈32产生脉冲电磁场，与设在电磁铁3 —侧的永磁体摆锤51产生相斥的磁场推力。所述的永磁体摆锤51设置为回摆敲击电磁铁铁芯31，其中，信号放大电路M 连接电磁铁线圈32并将其采集到的磁性摆杆5摆动的感应电压信号放大并连接至信号处理电路25，信号处理电路25根据磁性摆杆5摆动阻尼有无引起采集信号的振幅或相位的变化来判断物体有无，并将物体位置信号连接到信号延时输出电路沈延时后输出报警。所述的吊挂装置包括支架7和固定吊孔8及可摆动吊环9，或可摆动弹片，或可摆动弹簧、或可摆动软线。所述的永磁体摆锤51为短圆柱体，或为长圆柱体，或为圆球体，或为圆锥体，或为方体；所述的探测摆杆52为短管，或为长管，或为直管，或为弯管，或为长管并底部固定阻尼部件，阻尼部件为叶片，或圆柱体，或圆球体，或圆锥体。所述的主体外壳4为竖式安装， 或者横式安装，其中，可将电子模块2和电磁铁3置于主体外壳4内作常温物体检测，或将电磁铁3与磁性摆杆5置于高温高压的仓内，电子模块2置于常温常压的仓外作为高温物体检测，或者将电磁铁线圈32、电磁铁铁芯31的部分铁芯和电子模块2置于仓外，电磁铁铁芯31的另一部分铁芯和磁性摆杆5置于高温高压仓内作为超高温物体检测，或者只让探测摆杆52的延长部分与被测物料接触，其余部分置于物料触及不到的位置可作为远距离物体检测。电磁铁3设有驱动与信号采集二方面结构，电磁铁3通电即电生磁产生推动力，断电即磁生电而采集磁性摆杆5摆动信号，还可另设磁敏电阻传感器，或霍尔接近传感器，或电涡式传感器，或电感式接近传感器，或压电元件，或加速度传感器其中之一的独立部件来采集信号。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。实施例一
在图1、图2、图6、图7中，本电磁推敲式物体检测装置属顶部竖装型，设计由引出线1、 电子模块2、电磁铁3、磁性敲击组件及外壳4组成，在外壳4的顶部设有一引出线接口 6，引出线接口 6带有管螺纹，用线管一端拧入引出线接口 6，另一端固定在仓顶仓板12上，安装高度就可根据线管的长度自由调节，线管不但将引出线1保护引出仓外还起安装固定本电磁推敲式物体检测装置的作用，磁性敲击组件由磁性摆杆5、活动吊环9、固定吊孔8、支架7 等组成，支架7固定在外壳4上，并在支架7上设一固定吊孔8做摆动的支点，磁性摆杆5与固定吊孔8之间用一个或多个不锈钢活动吊环9进行活动连接并悬吊在电磁铁铁芯31附近，可全方位自由摆动，磁性摆杆5由永磁体摆锤51和探测摆杆52组成，其中永磁体摆锤 51由一外壳内设置永磁体构成，永磁体磁极为上下分布，并且永磁体摆锤51固定在探测摆杆52上并靠近电磁铁铁芯31。引出线1从电子模块2上引出，电子模块2与电磁铁3相连接，二者都固定在外壳4内，电子模块2包括电源电路21、脉冲产生电路22、脉冲驱动电路23、信号放大电路M、信号处理电路25、信号延时输出电路沈，脉冲产生电路22与脉冲驱动电路23相连，脉冲驱动电路23与电磁铁线圈32相连，电磁铁线圈32与信号放大电路 24相连，信号放大电路M与信号处理电路25相连，信号处理电路25与信号延时输出电路 26相连，电源电路21与上述各电路都相连，引出线1与信号延时输出电路沈和电源电路21 相连，电磁铁3具有驱动与信号采集二方面的功能，在无物料阻挡的情况下磁性摆杆5会悬吊在电磁铁铁芯31附近或吸附在电磁铁铁芯31上，本电磁推敲式物体检测装置通电后，先由脉冲产生电路22产生脉冲信号并输送到脉冲驱动电路23后控制在电磁铁线圈32中流过周期性的脉冲电流，使电磁铁3产生脉冲电磁场，调整永磁体摆锤51与电磁场的磁极方向，使二者之间产生同性相斥的磁场推力，因电磁铁3固定在外壳4内，磁性摆杆5可全方位自由摆动，所以磁场推力只能将磁性摆杆5向外推离至与电磁铁3若干距离，脉冲电流消失后电磁场也随即消失，磁性摆杆5随即回摆或者敲打并又吸附在电磁铁铁芯31上，如此反复，磁性摆杆5在回摆与敲打电磁铁铁芯31的过程中引起穿过电磁铁线圈32中的磁通产生变化进而由于电磁感应产生对应于磁性摆杆5摆动的电压信号，此感应电压信号的极性、振幅、宽度、相位、频率等参数都与磁性摆杆5摆动的方向、速度、幅度、频率等相对应， 由于磁性摆杆5在气体、液体、固体三类介质中所受到的阻尼明显不同，在气体介质中受到的阻尼最小可以忽略，感应出的电压信号最强，在液体介质中受到的阻尼居中，相对于气体介质中磁性摆杆5摆动要偏于缓慢，有些迟滞，因此其感应出的电压信号的相位有些滞后， 幅度、频率、持续时间等都有所减小，在固体中受到的阻尼最大以致于不能摆动而没有感应出电压信号，信号放大电路M将来自电磁铁线圈32感应的电压信号放大并输入到信号处理电路25，信号处理电路25将根据磁性摆杆5在气体、液体、固体三类介质中摆动而被电磁铁3所感应出的电压信号的振幅或相位等的明显不同就可判断出固体介质或液体介质的有无，并将此物体位置位信号输入到信号延时输出电路沈经过若干时间延时后经引出线1 引出作指示、报警、自动控制等用。实施例二
在图1、图3、图8中，本电磁推敲式物体检测装置属侧面横装型，其外壳4 一端连接磁性敲击组件，另一端设有一安装法兰10用来将本电磁推敲式物体检测装置直接固定在仓板12上，或固定在安装套管的法兰14上，安装法兰10上设出线孔，其它结构连接方式与实施例一同。实施例三
本实施例属高温高压型电磁推敲式物体检测装置，实施例一和例二的电磁推敲式物体检测装置中的电磁铁线圈32都采用耐高温的电磁线，比如H级电磁线耐温180度，C级电磁线耐温220度，铁氟龙绝缘电磁线可耐温260度，陶瓷绝缘电磁线可耐温500度，磁性摆杆5上固定的永磁体52都选用铁氧体、钕铁硼、钐钴、铝镍钴等耐高温的磁体，这样将电磁铁3及磁性摆杆5置于仓内高温处，将对不耐高温的电子模块2置于常温处，电子模块2与电磁铁线圈32之间用连接导线15相连成分体式耐温结构，其它结构连接方式与实施例一和例二同，就构成高温高压型电磁推敲式物体检测装置。实施例四
在图4中，本实施例属超高温高压型电磁推敲式物体检测装置，由于铁芯的磁阻小，磁场可在铁芯中高效率传导，将电磁铁铁芯31 —端加长使其穿过不锈钢法兰10伸入仓内若干长度，铁芯31与不锈钢法兰10采用无缝连接，在料仓板12上开孔并焊接安装套管11， 在安装套管11的另一端焊接有套管法兰14，不锈钢法兰10与套管法兰14用螺栓固定在一起，为了防止铁芯31锈蚀，可在铁芯31外套一层不锈钢保护套管4，磁性敲击组件固定在仓内的铁芯31或铁芯外的不锈钢保护套管4上，磁性摆杆5悬吊在仓内铁芯31 —端，电磁铁线圈32及另外一部分铁芯31位于安装法兰10仓外一侧，在电磁铁外壳及仓外的铁芯 31上固定散热片13，减少仓内高温对电磁铁线圈32的热辐射及热传导，以保证电磁铁线圈 32温度在允许范围内，这样磁性摆杆5上固定的永磁体52可选用钐钴、铝镍钴等耐高温的磁体，最高耐温可达到600多度，将电子模块2置于常温处，电子模块2与电磁铁线圈32之间用连接导线15相连，就构成了超高温高压型电磁推敲式物体检测装置，其它结构连接方式与例一同。 实施例五
在图5中，本实施例属远距离测量型电磁推敲式物体检测装置，将电子模块2、电磁铁 3、外壳4与磁性摆杆5置于仓顶的密封罩16内，并将探测摆杆52下端延长，探测摆杆52 的底端所处位置即为测量位置，探测摆杆52为直管，或者为弯管，或者在其底部固定阻尼部件，阻尼部件为叶片、或圆柱体、或圆球体、或圆锥体，使电磁铁3与永磁体摆锤51部分自始至终不与物料接触，只让探测摆杆52下端延长部分与物料接触，所以磁性摆杆5的下端在其正常摆动范围内除被测物料外空无一物，对于强粘附、或者强腐蚀性、或者磨损大、或者强冲击力可能砸毁传感器的块状物料做到安全可靠的远距离检测，比如强酸强碱溶液、 水泥砂浆、熔化的浙青、块石等，兼有非接触测量的各项优点和接触测量的可靠性，其它结构连接方式与例一同。本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
权利要求
1.一种电磁推敲式物体检测装置，其特征在于包括磁性摆杆(5)和设置在磁性摆杆 (5 ) 一侧的电磁铁(3 )，及控制电磁铁(3 )驱动磁性摆杆(5 )摆动并将电磁铁(3 )采集到的磁性摆杆(5)摆动的信号进行放大、处理并延时输出的电子模块(2)，其中所述的磁性摆杆(5)由一吊挂装置将磁性摆杆(5)吊设在主体外壳(4)的一侧；主体外壳(4)内设置电磁铁(3)，电磁铁(3)由电磁铁芯(31)和电磁线圈(32)组成；所述的电子模块(2)包括电源电路(21)、脉冲产生电路(22)、脉冲驱动电路(23)、信号放大电路(24)、信号处理电路(25)、信号延时输出电路(26)，以上电路均设置在主体外壳 (4)内或与主体外壳(4)隔离另行封装。
2.根据权利要求1所述的电磁推敲式物体检测装置，其特征在于所述的磁性摆杆(5) 由永磁体摆锤(51)和探测摆杆(52)组成，其中永磁体摆锤(51)由一外壳内设置永磁体构成，永磁体磁极为上下分布，并且永磁体摆锤(51)固定在探测摆杆(52)上并靠近电磁铁铁芯(31)。
3.根据权利要求1所述的电磁推敲式物体检测装置，其特征在于脉冲产生电路(22)产生脉冲信号，并连接到脉冲驱动电路(23)，然后连接电磁铁线圈(32)产生脉冲电磁场，与设在电磁铁(3) —侧的永磁体摆锤(51)产生相斥的磁场推力。
4.根据权利要求3所述的电磁推敲式物体检测装置，其特征在于所述的永磁体摆锤 (51)设置为回摆敲击电磁铁铁芯(31)，其中，信号放大电路(24)连接电磁铁线圈(32)并将其采集到的磁性摆杆(5)摆动的感应电压信号放大并连接至信号处理电路(25)，信号处理电路(25)根据磁性摆杆(5)摆动阻尼有无引起采集信号的振幅或相位的变化来判断物体有无，并将物体位置信号连接到信号延时输出电路(26)延时后输出报警。
5.根据权利要求1所述的电磁推敲式物体检测装置，其特征在于所述的吊挂装置包括支架(7)和固定吊孔(8)及可摆动吊环(9)，或可摆动弹片，或可摆动弹簧、或可摆动软线。
6.根据权利要求3所述的电磁推敲式物体检测装置，其特征在于所述的永磁体摆锤 (51)为短圆柱体，或为长圆柱体，或为圆球体，或为圆锥体，或为方体；所述的探测摆杆(52)为短管，或为长管，或为直管，或为弯管，或为长管并底部固定阻尼部件，阻尼部件为叶片，或圆柱体，或圆球体，或圆锥体。
7.根据权利要求1所述的电磁推敲式物体检测装置，其特征在于所述的主体外壳(4) 为竖式安装，或者横式安装，其中，可将电子模块(2)和电磁铁(3)置于主体外壳(4)内作常温物体检测，或将电磁铁(3)与磁性摆杆(5)置于高温高压的仓内，电子模块(2)置于常温常压的仓外作为高温物体检测，或者将电磁铁线圈(32)、电磁铁铁芯(31)的部分铁芯和电子模块(2)置于仓外，电磁铁铁芯(31)的另一部分铁芯和磁性摆杆(5)置于高温高压仓内作为超高温物体检测，或者只让探测摆杆52的延长部分与被测物料接触，其余部分置于物料触及不到的位置可作为远距离物体检测。
8.根据权利要求1所述的电磁推敲式物体检测装置，其特征在于电磁铁(3)设有驱动与信号采集二方面结构，电磁铁(3)通电即电生磁产生推动力，断电即磁生电而采集磁性摆杆(5)摆动信号，还可另设磁敏电阻传感器，或霍尔接近传感器，或电涡式传感器，或电感式接近传感器，或压电元件，或加速度传感器其中之一的独立部件来采集信号。
全文摘要
本发明涉及物位传感器，特别指一种电磁推敲式物体检测装置。本发明包括磁性摆杆和设置在磁性摆杆一侧的电磁铁，及控制电磁铁驱动磁性摆杆摆动并将电磁铁采集到的磁性摆杆摆动的信号进行放大、处理并延时输出的电子模块，其中所述的磁性摆杆由一吊挂装置将磁性摆杆吊设在主体外壳的一侧；主体外壳内设置电磁铁，电磁铁由电磁铁芯和电磁线圈组成；所述的电子模块包括电源电路、脉冲产生电路、脉冲驱动电路、信号放大电路、信号处理电路、信号延时输出电路，以上电路均设置在主体外壳内或与主体外壳隔离另行封装。本发明具有灵敏度高、准确可靠、适用面广、免维护、使用寿命长等优点。
文档编号G01F23/22GK102155968SQ20111005467
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者陈益华 申请人:陈益华