专利名称：通用感应式邻近探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能用感应式邻近探测器(Proximity detector)，即一种可以在磁性和非磁性两种情况下以大致相同的探测范围探测磁性物体和非磁性物体的探测器。
感应式邻近探测器一般包括一具有LC振荡电路的模拟振荡器，该振荡电路有一等效损耗电阻并由一电流源激励；该振荡器可把一金属物体的接近转换成表征该振荡的一个量的模拟变化，具体讲是由该等效损耗电阻R的改变造成的振荡幅度的变化。
已经提出或实现了多种探测手段用于以相同探测距离探测磁性物体和非磁性物体。
欧洲专利EP-393 359描述了一种感应式邻近探测器，它有一振荡电路，该电路由一代表一石英振荡器提供的振荡振幅的直流电来供电。该探测器要求在用含铁(ferrouS)物体和非铁(non-ferrous)物体分别得到的特征曲线的交叉点处对该振荡电路特有的阻抗和频率进行校准。
EP-399 563公开了一种可探测磁性物体和非磁性物体的感应式邻近探测器，为此目的使用了两个LC振荡电路，其中一个振荡电路中的线圈可受磁性物体的影响，而另一振荡电路中的线圈则不受影响。
另一方面，还已知(德国专利DE-33 20 509)利用被控制在振荡器频率的直流电源以耦合的发射极向振荡器的振荡电路供电。该装置无法进行上述意义下的通用探测。
本发明的目的是用感应式邻近探测器通过简单测量并以低成本探测大致相同探测距离上的磁性物体和非磁性物体。
按照本发明，该探测器包括一具有一LC振荡电路的模拟振荡器，以及-一产生固定频率的波且连接到该模拟振荡器的电流源的控制输入端的主振荡器，-该模拟振荡器和主振荡器用频率调谐装置调谐；-由主振荡器控制的该电流源无论有无物体存在都提供一个等于主波频率的频率并与主波同相的振荡直流电。
流经振荡电路的等效损耗电阻的振荡电流最好呈方波形状，脉冲的宽度随模拟振荡器的振荡相对于主振荡器的振荡的相移而变化。
该模拟振荡器最好为发射极耦合型，电流源在模拟振荡的负半周中提供振荡电流脉冲。
下面结合
本发明的实施例。
图1为本发明感应式邻近探测器的方框图；图2示出形成图1所示探测器的一部分的例子；图3示出主振荡器提供的电压；图4A、4B、5A、5B、6A和6B示出探测器在不同工作状态下的振荡电路的振荡电压和激励电流；图7示出在一选择的探测应用中的该探测器的一部分。
图1所示感应式邻近探测器用于无差别地以相同探测范围探测磁性和非磁性金属物体。它包括一模拟振荡器10，该振荡器10一方面具有一由一电容C和一受被探测物体影响的电感线圈L并联而组成的振荡电路11，另一方面具有各种主动和被动元件，以12表示。该模拟振荡器通常以振荡电路的谐振频率1/2π
振荡，其目的是把一连续维持的振荡送至端子B，该振荡的特性在一金属物体靠近该线圈的发生改变。
B处得到的振荡被加到一处理电路13上，该处理电路13举例来讲包括一振荡峰值幅度检测器和一个对检测到的峰值幅度与一代表适于该探测器的探测范围的阈值Vs进行比较的信号比较器。该比较器的输出信号送到一经端子15连接至外部充电和供电电路的输出级14的控制电路。
该邻近探测器还包括一提供一确定频率的振荡的主振荡器16，该确定频率并不随着金属物体的靠近或离开而变动。该振荡器可为石英型。在主振荡器16输出端A处获得的振荡和例如为了获得所需大小的频率F而经分频后加到向该振荡器10供电以激励其并联的谐振电路11的电流源18的控制输入端17。从该电流源提供给LC电路11的电流为一具有强加频率的脉冲电流，该强加的频率等于适合于该振荡电路11的频率。一频率调谐电路19用来在没有金属物体时把适合于LC电路11的频率调节到主振荡器16的频率，好的调谐可提高探测精度。下文描述的耦合装置确保模拟振荡器10与主振荡器16的弱耦合。
应该指出，元件12、13和18可一起集成在市场有售的集成电路中。
在图2实施例中，模拟振荡器10为发射极耦合型。它包括两个双极型晶体管T1、T2，这两个晶体管的发射极互连且连接到电流源18的一个主端子上，该电流源的另一主端子接地。内部产生或来自外部充电和供电电路的一极化电压Vcc接到T1的基极和T2的集电极，而点B一方面接到T2的基极，另一方面接到T1的集电极。谐振电路11接在Vcc与点B之间；电路11的等效损耗电阻用电阻R表示。谐振时，电流源18输出的电流等于流经损耗电阻的电流。
一个包括例如一电阻的耦合阻抗Z连接点A与点B，以便扩大两振荡器10和16的捕捉范围(capture range)。
图3到6B用来说明本发明感应式邻近探测器的工作情况。图3表示由振荡器16提供的振荡为一频率为F的电压方波VA。在没有金属物体时，其电压受主振荡器16控制的电流源18输出的频率为F的电流I的脉冲与电压波VA的负半周同相(见图4B)。振荡电路11产生一与主振荡VA同相的振荡VB，其值围绕Vcc上下振荡，其振幅至多等于T1、T2的VBM(见图4A)。
当含铁或磁性金属物体靠近时，该振荡电路的损耗电阻减小，振荡VB衰减，其峰值从值VBM降至值VBM1(图5A)。由于频纺F的大小选定在数百KHZ量级，因此物体的存在只稍稍改变电感L，并且振荡VB相对主振荡VA只发生极小的相移。因此注入到该振荡电路的电流与其两端的电压VB仍保持大致同相(图5B)。
当非铁或非磁性物体靠近时，振荡电路的损耗电阻只稍稍减小，而其电感大大减小。因此振荡VD只稍稍衰减，但如图6A中虚线所示，其相对主振荡VA的相移很大。由于振荡器10对该部分仅在振荡VB的负半周期间允许注入电流I，结果电流方脉冲的宽度按照相移的大小而大大减小(见图6B)；每一脉冲的上升沿与VA的下降沿同步，而该脉冲的下降沿与Vcc从VB到上升值的经过同步。电流源供给振荡电路的能量从此时起是该非磁性物体的靠近的一个模拟函数，振荡VD的幅度峰值VBM2可以达到一个与同一距离处有磁性物体存在时得到的峰值幅度VBM1相接近的值。
应该看到，该模拟振荡器的作用相当于一相位解调器。LC电路的频率只要与主振荡频率稍稍解谐，即可精确调节磁性和非磁性物体的探测范围。所得到的耦合允许模拟振荡器的频率相对主振荡器的频率有足够大的偏离容限而又不致脱钩(unhooking)。
实用中，上述感应式邻近探测器需要作校准，包括用调谐电路19的调节装置对振荡电路11的频率与主振荡器16提供的频率F进行调谐。它还需要校准激励该模拟振荡器的电流的幅度，以便把探测范围规定为离开该物体的距离，对此模拟振荡器的峰值电压VBM等于处理电路的阈值VS，这种校准是邻近探测器常用的。
在一派生的应用中，若把频率F选择成小于所谓的临界频率，并且如果处理电路13包括一适合于各种大小的相移和幅度减小的逻辑和电子处理装置，则该通用探测器也可适配为选择性地探测磁性物体和非磁性物体。该临界频率可定义为LC电路的激励频率，其线圈的电感实际上在磁性物体相对探测器的距离改变时保持为恒定的。这种情况中(见图7)，处理电路13可包括在振荡VB的振幅和相移分别达到阈值VS和φS时分别提供一衰减信号和一相移信号的幅度检测器13a和相位检测器13b；该处理电路还包括一个处理这些个信号的鉴别逻辑电路13c，以便识别所探测到的物体的磁性或非磁性。
权利要求
1.一种探测磁性和非磁性金属物体的感应式邻近探测器，包括-具有一LC振荡电路(11)并由一电流源(18)供电的模拟振荡器(10)，该振荡器把一物体的靠近转换成表征该振荡的一个量，包括其幅度的模拟变化；-处理该振荡幅度的电路；其特征在于，它包括-提供固定频率(F)的主波并接到该模拟振荡器(10)的电流源(18)的控制输入端(17)的主振荡器(16)；-该模拟振荡器与该主振荡器用频率调谐装置(19)调谐；-无论有无物体存在，该电流源都提供一频率等于主波频率(F)且与主波同相位的振荡电流，注入该振荡电路的该电流在磁性物体靠近时大致保持为常数并且是非磁性物体的靠近的模拟函数。
2.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，流过所述振荡电路(11)的等效损耗电阻(R)的振荡电流(I)为方波形状，其脉冲宽度作为模拟振荡器的振荡(VB)相对于主振荡器的振荡(VA)的相移(φ)的函数而变化。
3.如权利要求2所述的探测器，其特征在于，该模拟振荡器(10)为发射极耦合型，电流源(18)在模拟振荡(VB)的负半周中提供所述振荡电流脉冲。
4.如权利要求1到3之一所述的探测器，其特征在于，所述模拟振荡器(10)与所述主振荡器(16)用一预定的耦合阻抗(Z)相连，以便扩大其捕捉范围。
5.如权利要求4所述的探测器，其特征在于，所述模拟振荡器的频率是亚临界的；所述处理电路包括一个在模拟振荡器(10)的幅度和相移(VB)分别达到各自阈值时分别提供一衰减信号和一相移信号的幅度探测器和相位探测器；以及一个处理这些信号的鉴别逻辑电路，用于区别开磁性物体与非磁性物体。
全文摘要
一种通用感应式邻近探测器，包括一振荡器，该振荡器的振荡电路由一电流源供电。一控制该电流源18的固定频率主振荡器16耦合到该振荡器10上，使得该电流源用脉冲直流电来激励该振荡电路。
文档编号G01V3/10GK1156255SQ9611139
公开日1997年8月6日 申请日期1996年9月8日 优先权日1995年9月8日
发明者克里斯托菲·盖查德, 斯蒂芬·依芬 申请人:施耐德电器公司