一种高频电感式接近开关的制作方法

本实用新型涉及电感式接近开关领域，具体为一种高频电感式接近开关。

背景技术：

电感式接近开关是一种用于检测移动金属部件的接近开关，其原理是LC振荡回路产生的高频振荡，在电感L周围辐射出高频交变磁场，电感L即作为传感器感应面，置于传感器前方。当具有导电能力的物体进入磁场，根据感应定律，金属在接近感应面时内部产生涡流，涡流吸收振荡能量，使得接近开关内的振荡减弱，LC振荡能量被削弱，振幅因此而减小，将这一过程转换为开关信号，由此识别出有无金属物体接近。

传统电感式接近开关的设计采用集成芯片，不但成本高昂、容易断货，且功能单一，问题性差，存在温度漂移，易出现无动作，输出频率受限与集成芯片的性能，存在通用性差，常常无法满足对高输出频率、长感应距离、高温性、以及多种形式输出的要求，且抗干扰能力弱等问题，迫切需要加以改进。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供了一种新型的高频电感式接近开关，且本实用新型PCB电路板电路自主设计，采用电阻、电容、三极管、二极管等分立元器件为核心构建，集过载、短路、反极性保护于一身，尤其是有效提高了传感器的输出开关频率，且成本低、减少断货情况发生；电路实现低温漂，高输出频率，大电流输出。

为实现所述技术目的，本实用新型的技术方案是：一种高频电感式接近开关，包括电磁头、PCB电路板，金属外壳；所述PCB电路板以分立电子器件的形式整合了电源电路、LC振荡电路、F/V转换电路、信号处理电路、输出电路；

所述PCB电路板穿插在所述金属外壳内，金属外壳通过前盖和后盖扣合密封，且所述PCB电路板固定于所述后盖并内嵌于前盖上；

所述电磁头焊接于PCB电路板一端；所述LC振荡电路是以电流镜像三极管为核心配合电感L和与之并联的电容C构建，LC自激振荡电路是由所述电磁头缠绕线圈形成的电感L和纳法拉级电容C组成；

所述F/V转换电路包括放大电路和RC滤波电路，且所述放大电路接入所述LC自激振荡电路振荡信号输出端，RC滤波电路连接于所述放大电路的放大输出上；所述信号处理电路通过异或门逻辑电路将所述RC滤波电路的输出电压转化为布尔信号并经过输出电路输出为开关量。

进一步，所述电源电路包括3～36V直流电源，串联磁珠，并设置滤波电容并联于所述直流电源上，且所述直流电流源通过TVS管接地。

进一步，所述滤波电容外部接LDO稳压电路，所述LDO稳压电路采用NPN/PNP三极管构建的电压隔离电路、电压跟随电路、电压反馈电路整合，将所述直流电源恒定至电压VCC，且电压VCC连接LC振荡电路、F/V转换电路、信号处理电路、输出电路。

进一步，所述放大电路由NPN型三极管构成，且NPN型三极管基级接入所述LC自激振荡电路振荡信号输出端，NPN型三极管集电极通过电容接地；放大后的振荡信号接入所述RC滤波电路。

进一步，所述异或门逻辑电路的异或输入端一端接所述RC滤波电路输出端，另一异或输入端接地线或直流电源电压的一种。

进一步，所述输出电路包括功率晶体管放大电路、NPN输出模块或PNP输出模块的一种，所述功率晶体管放大电路的放大输出接NPN输出模块或PNP输出模块的一种，进一步通过输出线输出开关量，且所述输出线上串联输出指示灯。

作为本实用新型的优选，所述纳法拉级电容C精度不低于±0.35％，温漂不大于20PPM/℃；所述纳法拉级电容C外设置温度补偿电路，且所述温度补偿电路由正温度系数的热敏电阻构建。

作为本实用新型的优选，所述电磁头由无盖罐状屏蔽圈和柱体芯组成一体，所述线圈缠绕于柱体芯上形成的电感L并接入所述电源电路；所述电磁头由铁氧体材料制成，所述线圈采用漆包线绕制。

作为本实用新型的优选，所述后盖为带线胶塞或插接件的一种；所带线胶塞内贯穿电线并连接所述输出线；所述插接件通过四芯航空插头插于所述输出线上。

作为本实用新型的优选，所述金属外壳上设置孔，通过孔在金属外壳内灌入透明胶体；同时设置导光柱穿过孔扣合在所述输出指示灯上。同时本实用新型还设计了保护电路，所述保护电路包括：低阻值电阻，NPN型三极管；所述输出电路输出端串联所述低阻值电阻，同时该电阻两端并联于所述NPN型三极管的发射极和基极；该三极管C极接输出电路的信号输入端，保护电路接入所述信号处理电路和所述输出电路，出现短路事件时，低阻值电阻压降增大，超过0.7V时导通该NPN型三极管的发射极和基极；三极管CE极导通，将控制输出电路的信号接地，输出放大电路截止，输出关闭，从而达到短路保护的目的。

以上所述所有元器件采用SMT封装于所述PCB电路板上。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型PCB电路板电路自主设计，采用电阻、电容、三极管、二极管等分立元器件为核心构建，集过载、短路、反极性保护于一身，尤其是有效提高了传感器的输出开关频率，且成本低、减少断货情况发生；电路实现低温漂，高输出频率，大电流输出。

2)设计温度补偿设计，产品稳定，降低温漂和误动作；输出频率高、感应灵敏；

3)采用导光柱设计，工艺简单、指示效果好、安装维护方便；

4)通过金属外壳和电路两方面优化，抗电磁干扰能力强，防护等级高；

5)针对因温度引起的振荡电路中三极管β值，电容容值的漂移而导致的振荡能量的变化的问题。

附图说明

图1是本实用新型的电路模块原理图；

图2是本实用新型的电磁头结构示意图；

图3是本实用新型后盖为带线胶塞的安装结构示意图；

图4是本实用新型后盖为插接件的安装结构示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种高频电感式接近开关，包括电磁头、PCB电路板8，金属外壳5；所述PCB电路板以分立电子器件的形式整合了电源电路、LC振荡电路、F/V转换电路、信号处理电路、输出电路；当被测金属物靠近电磁头时，被测金属物内部感应出涡流，涡流产生的磁场反作用于电磁头，削弱LC自激振荡电路的振荡电流和振幅，该变化被F/V转换电路处理为变化的直流电压信号，再送入信号处理电路变成数字开关量，并通过输出 电路输出。

所述PCB电路板8穿插在所述金属外壳5内，金属外壳5通过前盖3和后盖扣合密封，且所述PCB电路板8固定于所述后盖并内嵌于前盖3上；前后盖起到了保护电磁头PCB电路板，及密闭的作用。

所述电磁头焊接于PCB电路板一端；所述LC振荡电路包括双三极管镜像电路和LC自激振荡电路，LC自激振荡电路是由所述电磁头缠绕线圈形成的电感L和纳法拉级电容C组成，两者结合成的LC自激振荡电路振幅低，振荡电流小，起振快，电磁头前方被测金属物移开后迅速起振，重建电磁场，起振时间的缩短有效提高输出频率。

所述F/V转换电路包括放大电路和RC滤波电路，且所述放大电路接入所述LC自激振荡电路振荡信号输出端，F/V转换电路采用RC滤波的方式，将放大电路放大后的正弦波信号转换成直流电压信号，电压信号的电压高低反映为LC振荡电路振幅的大小，进一步反映为被测金属物距离电磁头的远近。其中RC滤波电路，结构可靠，信号转换延时小，转换效率高。

所述信号处理电路通过异或门逻辑电路将所述RC滤波电路的输出电压转化为布尔信号并经过输出电路输出为开关量。

进一步，所述电源电路包括3～36V直流电源，串联磁珠，并设置滤波电容并联于所述直流电源上，且所述直流电流源通过TVS管接地。

进一步，所述滤波电容外部接LDO稳压电路，所述LDO稳压电路采用NPN/PNP三极管构建的电压隔离电路、电压跟随电路、电压反馈电路整合，将所述直流电源恒定至电压VCC，且电压VCC连接LC振荡电路、F/V转换电路、信号处理电路、输出电路。

进一步，所述放大电路由NPN型三极管构成，且NPN型三极管基级 接入所述LC自激振荡电路振荡信号输出端，NPN型三极管集电极通过电容接地；放大后的振荡信号接入所述RC滤波电路。

进一步，所述异或门逻辑电路的异或输入端一端接所述RC滤波电路输出端，另一异或输入端接地线或直流电源电压的一种；用异或门逻辑电路代替比较器等集成信号处理芯片，不仅降低了生产成本，且输出更加稳定，开关速度和输出速度高，反应灵敏。

进一步，所述输出电路包括功率晶体管放大电路、NPN输出模块或PNP输出模块的一种，所述功率晶体管放大电路的放大输出接NPN输出模块或PNP输出模块的一种，进一步通过输出线输出开关量，且所述输出线上串联输出指示灯。其中功率晶体管放大电路的输出电流可高达200MA，速度可达1500Hz；NPN开路输出电路和PNP开路输出电路有常开常闭之分，并可按照要求跳线选择。

作为本实用新型的优选，所述纳法拉级电容C精度不低于±0.35％，温漂不大于20PPM/℃；所述电容C外设置温度补偿电路，且所述温度补偿电路由正温度系数的热敏电阻构建。

作为本实用新型的优选，如图2所示，所述电磁头由无盖罐状屏蔽圈1和柱体芯2组成一体，所述线圈缠绕于柱体芯2上形成的电感L并接入所述电源电路；所述电磁头由铁氧体材料制成，所述线圈采用漆包线绕制。电磁头的设计使得电磁场约束于无盖罐状屏蔽圈1开口，加强了感应面抗周围其他物质干扰的能力。

作为本实用新型的优选，如图3和图4所示，所述后盖为带线胶塞9或插接件11的一种；所带线胶塞9内贯穿电线10并连接所述输出线；所述插接件11通过四芯航空插头插于所述输出线上。用户看按需选择插件式或带线式。

作为本实用新型的优选，所述金属外壳5上设置孔12，通过孔12在金属外壳5内灌入透明胶体；同时设置导光柱6穿过孔12扣合在所述输出指示灯上；金属外壳5上还设置螺纹，并配合两个螺母，使用户使用起来使用方便，且金属材质的外壳还具有电磁屏蔽的作用。对金属外壳5内灌胶，固定了内部各组件，且有绝缘的作用，提高了感应开关抗静电能力。

同时本实用新型还设计了保护电路，所述保护电路包括：低阻值电阻，NPN型三极管；所述输出电路输出端串联所述低阻值电阻，同时该电阻两端并联于所述NPN型三极管的发射极和基极；该三极管C极接输出电路的信号输入端，保护电路接入所述信号处理电路和所述输出电路，出现短路事件时，低阻值电阻压降增大，超过0.7V时导通该NPN型三极管的发射极和基极；三极管CE极导通，将控制输出电路的信号接地，输出放大电路截止，输出关闭，从而达到短路保护的目的。

以上所述所有元器件采用SMT封装于所述PCB电路板上。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。