本公開涉及一種電感傳感器(1)，該電感傳感器(1)特別地用于接近傳感器，該電感傳感器(1)包括：包括感測線圈(21)的諧振電路(2)；包括第一增益級(31)和第二增益級(32)的放大器(3)，該第一增益級(31)和該第二增益級(32)分別通過各自的調節元件(33，34)與諧振電路(2)耦合，該放大器(3)用于注入用于保持諧振電路(2)的振蕩的能量；其中，該第一增益級(31)提供實質上線性的放大，以及該第二增益級(32)提供比較器特性。
Inductive sensor for measuring device
【技術實現步驟摘要】
用于測量裝置的電感傳感器
本公開涉及包括具有至少一個感測線圈的振蕩器和具有可調增益的放大器的電感傳感器。特別地，本公開涉及調節(adapt)放大器的特性從而以可再生的方式提高電感傳感器的靈敏度的措施。
技術介紹
電感傳感器通常用于檢測感應率的變化，或者由多種物理效應引起的磁場的能量損失的變化。特別地，電感傳感器通常被應用于接近傳感器，在該接近傳感器處，導電物體是否存在于感測范圍內或者導電物體穿過該感測范圍的運動將被檢測到。電感傳感器通常具有包括諧振電路的振蕩器，該諧振電路由感測線圈和電容器形成。在操作過程中，振蕩器在感測線圈產生交變磁場時振蕩，該交變磁場受導電物體的存在的影響很大。因此，進入或離開感測線圈的感測范圍或者移入或移出該感測范圍的導電物體會造成由感測線圈產生的磁場的能量損失的變化。在操作期間，諧振電路具有諧振頻率，該諧振頻率根據感測線圈的電感和電容器的電容來被確定。通過反饋放大的方式，諧振電路被激勵以通過注入與振蕩同相的能量來維持該振蕩。此外，由于物體中渦流的產生，在感測范圍內物體的存在導致由能量損失引起的感測線圈的品質因數降低。在操作中，這導致受激振蕩的振蕩頻率的變化以及振蕩幅度的變化。在需要檢測是否存在物體或需要檢測物體的運動的應用中，通常需要對幅度變化進行分析。因此，反饋放大的特性通常被配置成獲得幅度相對于由于感測范圍內物體的存在而產生的諧振特性的變化的高靈敏度。此外，為了正常操作，放大通常被構造為線性，以在操作點提供幾乎不變的增益。然而，如果放大的增益特性過于平緩(恒量放大)，則對于給定的應用，在大幅衰減之后將振蕩帶回到操作點的恢復時間可能會過長。因此，在失諧操作模式中，例如其可以發生在電感傳感器的啟動階段或在物體提供諧振電路的高衰減時，放大需要提供非常高的增益以快速將操作帶回到具有穩定振蕩的操作點。因此，通常通過定制(customize)放大的增益特性來使這兩個并發的目標同時被滿足。調節放大器的增益特性是本領域公知的。通常，非線性半導體效用于形成增益特性。然而，使用半導體效應來形成增益特性會引入高溫依賴性并導致低再現性，使得在電感傳感器(例如接近傳感器)中應用是不適用的。此外，這些基于半導體效應的非線性增益特性不易被調諧。實質上，期望提供一種電感傳感器，該電感傳感器可以被配置有適當的增益特性，且具有相對于溫度和組件變化的高獨立性。因此，本公開的目的是提供一種電感傳感器和一種測量裝置，其實質上具有高信噪比、較低的溫度和組件變化、以及在電路失諧時將操作調回到操作點所需的較短的恢復時間。
技術實現思路
該目的已經通過根據方案1的電感傳感器、根據其他方案的測量裝置和接近傳感器裝置來實現。進一步的實施例在從屬方案中被指明。根據第一方面，提供一種電感傳感器，該電感傳感器特別地用于接近傳感器，該電感傳感器包括：包括感測線圈的諧振電路；包括第一增益級和第二增益級的放大器，該第一增益級和該第二增益級分別通過各自的調節元件與諧振電路耦合，該放大器用于注入用于保持諧振電路的振蕩的能量；其中，該第一增益級提供實質上線性的放大，以及該第二增益級提供比較器特性。上述的電感傳感器實質上具有諧振電路和放大器。該諧振電路具有感測線圈，該感測線圈在振蕩操作中在感測范圍內產生交變磁場。進入感測線圈的感測范圍的導電物體由于在該物體中產生渦流而使諧振電路中的振蕩的能量(品質因數)降低。根據放大振蕩信號的反饋耦合，放大器激勵諧振電路。因此，放大器的一個輸出被反饋至諧振電路，以補償因由寄生效應引起的、并受感測范圍內的物體影響的衰減而導致的能量損失。因此，放大器被配置成將能量注入到諧振電路中，以針對每個衰減，設置具有用于該衰減的幅度和頻率特性的特定振蕩。通過施加近乎恒定的放大，振蕩幅度很大程度上取決于振蕩的品質因數，即，取決于受感測范圍內的物體影響的感測線圈的品質因數。其次，由放大器提供放大振蕩信號，以用于進一步分析，并根據該放大振蕩信號得到傳感器信號。如上所述，為了實現電感傳感器的穩定操作，振蕩器的開環增益特性(在開環狀態下，開環增益對(versus)輸入電壓)需要被整形。為了提供振蕩器的開環增益特性(該開環增益特性具有在操作范圍內基本上恒定的增益以及明顯失諧的振蕩器的開環增益的高梯度)，放大器包括具有基本上恒定的增益(即，線性行為)的第一增益級和具有比較器特性(即，具有非常高的增益以使其實質上作為比較器)的第二增益級。基本上，該比較器特性允許通過將該第二增益級驅動到相對于其輸出的飽和狀態的方式，對小電壓進行放大。第一增益級和第二增益級被并聯耦合至諧振電路，同時，增益級的輸出以調整的加權方式被反饋至該諧振電路。這允許設置振蕩器的定義的開環增益特性，該開環增益特性主要由調節元件決定，其中，兩個增益級通過調節元件與諧振電路反饋耦合。在本文中，術語“開環”定義了從放大器和諧振電路的輸出到放大器的輸入的反饋連接的截止，其用作振蕩器的特性模型。開環增益被定義為根據在開環條件下，在諧振電路處的振蕩的電壓幅度與在放大器輸入處的變幅之比獲得的增益。此外，可以向具有線性放大的增益級和具有比較器特性的增益級提供高溫穩定性和低容差，例如，被提供為運算放大器和/或比較器。此外，調節元件可以由電阻形成，根據第一增益級的線性增益因子，并通過設置第一電阻的阻值與第二電阻的阻值之間的比值，可以對放大器的增益特性進行整形，其中，該第一增益級可以通過該第一電阻與諧振電路耦合，該第二增益級可以通過該第二電阻與諧振電路耦合。這些電阻可以用于調諧電感傳感器。特別地，至少一個調節元件可以由電子開關形成。校準單元可以被配置成控制該至少一個電子開關，特別是通過脈寬調制信號進行控制，以設置有效阻值。根據一實施例，諧振電路可以具有電容器，該電容器與感測線圈形成并聯諧振電路。此外，調節元件可以與諧振電路的相同的節點耦合，或者與諧振電路的不同的節點耦合。根據另一方面，提供一種電感傳感器裝置，該電感傳感器裝置特別是接近傳感器，該電感傳感器裝置可以包括上述的電感傳感器，其中，信號分析器被配置成接收第一增益級的輸出處的放大振蕩信號；以及，提供用于指示諧振電路的振蕩信號的幅度的傳感器信號。附圖說明結合附圖來更詳細地描述實施例，其中：圖1示意性地示出具有諧振電路和放大器的電感傳感器；圖2示出了闡明針對不同的設置，以及在感測區域內存在可檢測的物體及不存在可檢測的物體的情況下，振蕩器的開環增益特性對放大器輸入處的幅度的圖示。具體實施方式圖1示意性地示出了用于諸如接近傳感器的電感傳感器裝置的傳感器電路(電感傳感器)1。該傳感器電路1包括諧振電路2、放大器3以及校準單元4。在該電感傳感器裝置中，放大振蕩信號AOS被饋送至信號分析器5，以獲取電傳感器信號SS。可替換地，振蕩信號可以被饋送至該信號分析器5。該振蕩器2可以被配置為包括感測線圈21和電容器22的并聯諧本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種電感傳感器(1)，該電感傳感器(1)特別地用于接近傳感器，該電感傳感器(1)包括：/n包括感測線圈(21)的諧振電路(2)；/n包括第一增益級(31)和第二增益級(32)的放大器(3)，所述第一增益級(31)和所述第二增益級(32)分別通過各自的調節元件(33，34)與所述諧振電路(2)耦合，所述放大器(3)用于注入用于保持所述諧振電路(2)的振蕩的能量；/n其中，所述第一增益級(31)提供實質上線性的放大，以及所述第二增益級(32)提供比較器特性。/n
【技術特征摘要】
20181025 DE 102018126644.81.一種電感傳感器(1)，該電感傳感器(1)特別地用于接近傳感器，該電感傳感器(1)包括：
包括感測線圈(21)的諧振電路(2)；
包括第一增益級(31)和第二增益級(32)的放大器(3)，所述第一增益級(31)和所述第二增益級(32)分別通過各自的調節元件(33，34)與所述諧振電路(2)耦合，所述放大器(3)用于注入用于保持所述諧振電路(2)的振蕩的能量；
其中，所述第一增益級(31)提供實質上線性的放大，以及所述第二增益級(32)提供比較器特性。
2.根據權利要求1所述的電感傳感器(1)，其中，所述調節元件(33，34)由電阻形成。
3.根據權利要求2所述的電感傳感器(1)，其中，所述調節元件(33，34)中的至少一個調節元件包括電子開關。
4.根據權利要求3所述的電感傳感器(1)，其中，校準單元(4)被配置成控制至少一個所述電子開關，特別是通過脈寬調制信號(PWM)進行控制，以設置各個調節元件(3...
【專利技術屬性】
技術研發人員：T·庫恩，
申請(專利權)人：倍加福有限公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE
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