用于定位金属的或磁性的物体的传感器

摘要

本发明涉及一种用于定位金属的或磁性的物体的传感器，具有两个发射线圈和一个接收线圈，其中，接收线圈以第一和第二接收分线圈的形式构造成。第一发射线圈和第一接收分线圈布置在第一平面中。第二发射线圈和第二接收分线圈布置在第二平面中。第一发射线圈和第一接收分线圈和第二发射线圈和第二接收分线圈相对于一个垂直地通过所述平面的公共的中轴线相互间被转动地布置。此外第一接收分线圈不同于第二接收分线圈地构成。

权利要求

1.用于定位金属的或磁性的物体的传感器，具有两个发射线圈(1，3)和一个接收线圈，其中，接收线圈由两个接收分线圈(2，4)形成，其中，第一发射线圈(1)和第一接收分线圈(2)布置在一个平面中，其中，第一直线(14)在中点(6)上与第二直线(24)垂直地相交，其中，第一发射线圈(1)与第一直线(14)镜像对称地布置，其中，第一接收分线圈(2)与第一直线(14)镜像对称地布置，其中，第一发射线圈(1)和第一接收分线圈(2)对称地相对于第二直线(24)相对置地布置，其中，第二发射线圈(3)和第二接收分线圈(4)布置在第二平面中，其中，在第二平面的第二中点(7)上另一个第一直线(25)和另一个第二直线(26)垂直地相交，其中，第二发射线圈(3)与另一个第一直线(25)镜像对称地布置，其中，第二接收分线圈(4)与另一个第一直线(25)镜像对称地布置，其中，第二发射线圈(3)和第二接收分线圈(4)对称地相对于另一个第二直线(26)相对置地布置，其中，第一中点(6)和第二中点(7)布置在中轴线上，其中，中轴线垂直于两个平面，其中，第一直线(14)和另一个第一直线(25)以一个角度相互间被转动地布置，和其中，第一接收分线圈(2)和第二接收分线圈(4)不同地构成并且具有不同的电感。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中，第一直线(14)和另一个第一直线(25)以65°- 

70°的一个角度相互间被转动地布置。

3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，接收分线圈(2，4)的绕圈限制不同的面积。

4.根据权利要求3所述的传感器，其中，接收分线圈(2，4)具有不同的数量的绕圈。

5.根据权利要求3所述的传感器，其中，第一接收分线圈(2)的绕圈的平均直径不同于第二接收分线圈(4)的绕圈的平均直径。

6.根据权利要求3所述的传感器，其中，第一接收分线圈(2)的绕圈与第二接收分线圈(4)的绕圈相比较，相互间具有不同的间距。

7.根据权利要求3所述的传感器，其中，第一接收分线圈(2)的绕圈的部分圆形的和/或直线的区段与第二接收分线圈(4)的绕圈相比较，相互间具有不同的间距。

8.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，设置有传感器电子装置(15)，其中，传感器电子装置(15)被构造成用于向发射线圈(1，3)供给电流和评价接收分线圈(2，4)的接收信号，其中，传感器电子装置(15)构造成用于向发射线圈供给周期性交变的发射电流。

9.根据权利要求8所述的传感器，其中，所述发射电流是正弦形的。

10.根据权利要求8所述的传感器，其中，传感器电子装置构造成用于与接收线圈的接收信号无关地向发射线圈(1，3)供给具有固定的相位和/或固定的振幅的传感器电流。

11.根据权利要求10所述的传感器，其中，传感器电子装置构造成用于不仅按照振幅而且按照相位评价接收线圈的接收信号。

说明书

用于定位金属的或磁性的物体的传感器

[0001] 本发明涉及一种按照权利要求1的用于定位金属的或磁性的物体的传感器。现有技术

[0002] 在现有技术中由WO2010/133328A1已知一种用于定位金属的或磁性的物体的传感器，其中，设置两个发射线圈和一个接收线圈。发射线圈和接收线圈感应地相互耦联并且为了使相互作用脱耦被部分地重叠地布置。此外设有调节电路，它被设置用于将接收线圈中的接收电压衰减至零。第一发射线圈与第一接收线圈以前布置在第一平面中。第二发射线圈与第二接收线圈布置在第二平面中。第一平面的发射和接收线圈相对于第二平面的发射和接收线圈被转动一个角度。此外各在一个平面中布置的成对的发射和接收线圈的公共的中心轴线相互间被移动。

[0003] 本发明的公开

[0004] 本发明的任务在于提供一种改进的用于定位金属的和磁性的物体的传感器。

[0005] 该任务通过按照权利要求1的传感器来解决。

[0006] 本发明的其他的有利的实施方式在从属权利要求中给出。

[0007] 相对于已知的现有技术，该传感器的优点在于，不同的平面的线圈结构的中心轴线不需要移动，这种移动导致信噪比变差。

[0008] 另一个优点在于通过改变接收分线圈的电感补偿制造公差。由此补偿开关、焊桥等等的制造公差和时间上的和依赖于环境条件改变的电特性。在现有技术中，制造公差的类似的补偿要求中心轴线的附加移动，当线圈作为印刷线圈布置在单个印刷电路板的正面和背面上时，这是不可能的。

[0009] 本发明的另一个优点在于，两个发射线圈的欧姆电阻和电感在制造公差的范围中是相同的并且因此激励发射线圈的交流电压的相同的振幅和相位导致相同的发射电流。这便于对发射线圈的同时的电感的和电容的补偿（调整）。

[0010] 在一个实施方式中，由接收分线圈的绕圈围住的面积是不同的。由此可以以简单的方式产生不同的电感，它此外被精确地确定。

[0011] 在一个实施方式中，接收分线圈的绕圈的数量是不同的。

[0012] 在另一个实施方式中，第一接收分线圈的绕圈的平均直径不同于第二接收分线圈的绕圈的平均直径。

[0013] 在另一个实施方式中，第一接收分线圈的绕圈，尤其是绕圈的部分圆形的和/或直线的区段，与第二接收分线圈的绕圈相比较，相互间具有不同的间距。

[0014] 本发明在下面借助于附图进行详细解释。附图所示:

[0015] 图1是具有接收分线圈的第一发射线圈，

[0016] 图2是具有第二接收分线圈的第二发射线圈，

[0017] 图3是在两个平面中上下设置的发射和接收分线圈，

[0018] 图4是另一个第一发射线圈和另一个第一接收分线圈，

[0019] 图5是另一个第二发射线圈和另一个第二接收分线圈，

[0020] 图6是图4和5的另外的发射和接收分线圈的上下设置，和

[0021] 图7是一个电路装置的示意图，其用于对发射线圈通电路和评价接收线圈的接收信号。

[0022] 该传感器的一个基本原理在于，借助于发射线圈产生电磁场并且借助于接收线圈探测磁性的或金属的物体对该电磁场的干扰。在接收线圈中，通过由发射线圈产生的电磁场依据麦克斯韦方程产生接收电压。如果传感器在磁性的或金属的物体的附近运动，那么电磁场改变。这又引起接收电压的改变。接收电压的改变借助于传感器电子装置探测和评价。接收线圈和发射线圈的协调调整相当昂贵并且例如会受到接收线圈的制造误差的极大影响。

[0023] 为了改善传感器相对于制造误差的稳定性，有利的是，接收线圈以两个接收分线圈进行构造并且用于产生电压的接收分线圈的电感，即敏感性在相同的电磁场中不同地进行设计。为此接收分线圈例如可以具有不同的数量的绕圈。此外接收分线圈的绕圈可以限制不同大小的面积。由一个绕圈限制的每个面积对该电感都是有价值的。电感中的差异例如为较大具有电感的接收分线圈的电感0.1%或更多。

[0024] 图1在示意图中示出第一发射线圈1，它的绕圈以D形状构成和布置在传感器的第一平面中。第一发射线圈1具有带有圆弧形的区段12的绕圈，这些圆弧形的区段与直线区段13连接。圆弧形的第一区段12相互间对称地布置。最外的圆弧形的区段12几乎形成一个完整的半圆。最外的圆弧形的区段12具有径向的第一中点6。通过第一中点6画出第一直线14，它在第一平面中延伸。垂直于第一直线14画出第二直线24，它也在第一平面中延伸。第一发射线圈1的直线区段13垂直于第一直线14布置。第一发射线圈1的直线区段13和圆弧形的区段12与第一直线14镜像对称地布置。圆弧形的区段的径向的中点沿着第一直线14布置。各个圆弧形的区段12的半径例如各相差一个相同的值。各单个圆弧形的区段12的长度从外向内例如各以相同的值减小。

[0025] 在第一发射线圈1的平面中布置第一接收分线圈2，它的绕圈也以D形状构成。第一接收分线圈2具有绕圈带有圆弧形的区段12的绕圈，圆弧形的区段与直线区段13连接。圆弧形的第一区段12相互间对称地布置。最外的圆弧形的区段12几乎形成一个完整的半圆。最外的圆弧形的区段12具有作为圆中点的第一中点6。直线区段13垂直于第一直线14布置。第一接收分线圈2的直线区段13和圆弧形的区段12与第一直线14镜像对称地布置。圆弧形的区段12的径向的中点沿着第一直线14布置。各单个圆弧形的区段12的半径例如分别以相同的值相差别。各单个圆弧形的区段12的长度从外向内例如分别以相同的值减小。

[0026] 第一发射线圈1和第一接收线圈2相对置地相对于第二直线24基本上镜面对称地布置。在示出的实施例中第一接收分线圈2与第一发射线圈1近似相同地构成。第一发射线圈1具有相同的数量的绕圈和圆弧形的区段12具有与第一接收分线圈2的绕圈相同的半径。

[0027] 第一发射线圈1具有第一接头8，18。第一接收分线圈2具有第二接头9和通向第二平面的镀通孔（通孔金属化）19。通过第一接头8，18向第一发射线圈供给发射电流。通过第二接头9在第一接收分线圈2处截取接收信号。

[0028] 图2示出第二发射线圈3，它布置在传感器的第二平面中，它的绕圈也以D形状构成。第二发射线圈3具有带有圆弧形的区段12的绕圈，圆弧形的区段与直线区段13连接。圆弧形的第一区段12相互间对称地布置。最外的圆弧形的区段12几乎形成一个完整的半圆。最外的圆弧形的区段12具有径向的第二中点7。通过第二中点7画入另一个第一直线25，它布置在第二平面中。垂直于另一个第一直线24画入另一个第二直线26，它布置在第二平面中。直线区段13垂直于另一个第一直线25布置。第二发射线圈3的直线区段13和圆弧形的区段12与另一个第一直线25镜像对称地布置。圆弧形的区段的径向的中点沿着另一个第一直线25布置。各单个圆弧形的区段12的半径例如分别相差相同的值。各单个圆弧形的区段12的长度从外向内例如分别以相同的值减小。

[0029] 在第二发射线圈3的平面中布置第二接收分线圈4，它的绕圈也以D形状构成。第二接收分线圈4具有带有圆弧形的区段12的绕圈，圆弧形的区段与直线区段13连接。圆弧形的第一区段12相互间对称地布置。最外的圆弧形的区段12几乎形成一个完整的半圆。第二接收分线圈4的最外的圆弧形的区段12具有作为圆中点的第二中点7。直线区段13垂直于另一个第一直线25布置。第二接收分线圈4的直线区段13和圆弧形的区段12与另一个第一直线25镜像对称地布置。圆弧形的区段的径向的中点沿着另一个第一直线25布置。各单个圆弧形的区段14的半径例如分别相差相同的值。第二发射线圈3和第二接收分线圈4相对于另一个第二直线26镜面对称地在相对置的侧面上布置。各单个圆弧形的区段12的长度从外向内例如分别以相同的值减小。

[0030] 第二发射线圈3具有第三接头10，20，通过它们输入第二发射线圈3的发射电流。此外第二接收线圈4经由镀通孔19与第一接收分线圈2连接。第二接收分线圈4具有第四接头11，通过它可以截取由第一和第二接收分线圈2，4探测的接收信号。

[0031] 第二发射线圈3与第一发射线圈1相同地构成。第二接收分线圈4不同于第一接收分线圈2地构成。在示出的实施例中，第二接收分线圈4具有附加的内绕圈，其具有附加的内圆弧形的区段12和直线区段13。第二接收分线圈4的最外的圆弧形的区段具有与第二发射线圈3的最外的圆弧形的区段12相同的半径。依据选择的实施方案，第二接收分线圈4也可以具有附加的外绕圈。

[0032] 图3在示意图中示出按照在一个传感器中的布置图1和2的两个发射线圈1，3和两个接收分线圈3，4的布置，在该传感器中两个平面上下布置。在此例如第一发射线圈1和第一接收分线圈2布置在印刷电路板的第一侧上和第二发射线圈3和第二接收分线圈4布置在印刷电路板的第二侧上。第一和第二接收分线圈2，4连接到接收线圈。发射和接收分线圈如此地布置，即第一和第二中点6，7重合。两个平面的发射和接收分线圈被相互相对转动，由此第一直线14和另一个第一直线25相互间具有角度。在示出的示例中，该角度为约45°。对于具有40绕圈、4cm直径和1.5mm的平面的间距的线圈，典型的角度位于65°和70°之间的区域中。

[0033] 第二接收分线圈4在示出的示例中具有比第一接收分线圈2较大数量的绕圈数，其中，第二接收分线圈4的绕圈数以一个整数值或者以一个分数值较大。

[0034] 依据实施方式，第一接收分线圈2的绕圈数的数量也可以大于第二接收分线圈4的绕圈数的数量。第一和第二发射线圈1，3最好相同地构成，即它们具有相同的绕圈数和用于圆弧形的第一区段12的相同的半径。

[0035] 图4示出另一个实施方式传感器的第一平面，其中，第一发射线圈1具有以D形状布置的绕圈。第一发射线圈1具有带有圆弧形的区段12的绕圈，圆弧形的区段与直线区段13连接。圆弧形的第一区段12相互间对称地布置。最外的圆弧形的区段12具有作为圆中点的第一中点6。通过第一中点6画入在第一平面中的第一直线14。垂直于第一直线14画入在第一平面中的第二直线24。直线区段13垂直于第一直线14布置。第一发射线圈1的直线区段13和圆弧形的区段12与第一直线14镜像对称地布置。圆弧形的区段12的径向的中点沿着第一直线14布置。各单个圆弧形的区段的半径例如分别相差相同的值。

[0036] 在第一发射线圈1的第一平面中布置第一接收分线圈2，它的绕圈也以D形状构成。第一接收分线圈2具有带有圆弧形的区段12的绕圈，圆弧形的区段与直线区段13连接。圆弧形的第一区段12相互间对称地布置。最外的圆弧形的区段12具有作为圆中点的径向的第一中点6。直线区段13垂直于第一直线14布置。第一接收分线圈2的直线区段13和圆弧形的区段14与第一直线14镜像对称地布置。圆弧形的区段的径向的中点沿着第一直线14布置。各单个圆弧形的区段12的半径例如分别相差相同的值。第一发射线圈1和第一接收分线圈2镜面对称地相对置地相对于第二直线24布置。

[0037] 第一接收分线圈2具有与第一发射线圈1相同的数量的绕圈，但是第一接收分线圈2的最外的圆弧形的第一区段12具有比第一发射线圈1的最外的圆弧形的第一区段12较大的半径。因此第一接收分线圈的绕圈的平均直径大于第一发射线圈1的绕圈的平均直径。

[0038] 图5示出传感器的该另一个实施方式的第二平面，具有第二发射线圈3和第二接收分线圈4。第二发射线圈3具有带有圆弧形的区段12的绕圈，圆弧形的区段与直线区段13连接。圆弧形的第一区段12相互间对称地布置。最外的圆弧形的区段12具有作为圆中点的第二中点7。通过第二中点7在第二平面中画入另一个第一直线25。垂直于另一个第一直线24在第二平面中画入另一个第二直线26。直线区段13垂直于另一个第一直线25布置。第二发射线圈3的直线区段13和圆弧形的区段12与另一个第一直线25镜像对称地布置。圆弧形的区段的径向的中点沿着另一个第一直线25布置。各单个圆弧形的区段12的半径例如分别相差相同的值。

[0039] 在第二发射线圈3的第二平面中布置第二接收分线圈4，它的绕圈也以D形状构成。第二接收分线圈4具有带有圆弧形的区段12的绕圈，圆弧形的区段与直线区段13连接。圆弧形的第一区段12相互间对称地布置。最外的圆弧形的区段12具有作为圆中点的第二中点7。
直线区段13垂直于另一个第一直线25布置。直线区段13和圆弧形的区段12与另一个第一直线25镜像对称地布置。圆弧形的区段的径向的中点沿着另一个第一直线25布置。各单个圆弧形的区段14的半径例如分别相差相同的值。

[0040] 第二发射线圈3具有第三接头10，20，通过它们输入第二发射线圈3的发射电流。第二接收分线圈4具有第四接头11，通过它可以截取由第二接收分线圈4探测的接收信号。此外第二接收分线圈4经由镀通孔19与第一接收分线圈2连接和形成接收线圈。

[0041] 第二发射线圈3与第一发射线圈1相同地构成。图5的第二接收分线圈4不同于图4的第一接收分线圈2地构成。在示出的实施例中，第二接收分线圈4具有另一个外圆弧形的区段12，它具有比第一接收分线圈2的最外的圆弧形的区段12较大的半径。第二接收分线圈4的最外的圆弧形的区段具有与第二发射线圈3的最外的圆弧形的区段12相同的半径。第二发射线圈3具有相同的数量的绕圈。因此第一接收分线圈2的绕圈的平均的半径大于第二接收分线圈4的绕圈的平均的半径。依据选择的实施方案，第一接收分线圈2也可以具有一个具有较大的半径的绕圈。

[0042] 第二发射线圈3和第二接收分线圈4相对于另一个第二直线26在相对置的侧上布置。

[0043] 第二发射线圈3具有圆弧形的最外的第一区段12，它具有比图4的第一接收分线圈2的圆弧形的最外的第一区段12较大的半径。第二发射线圈3和第二接收分线圈4的圆弧形的第一区段12相对于第二中点7对称地布置。

[0044] 图6示出传感器的第一和第二平面的布置，其具有图4和5的第一发射线圈1和第一接收分线圈2和第二发射线圈3和第二接收分线圈4。在此第一发射线圈1和第一接收分线圈2，例如布置在印刷电路板的第一侧上和第二发射线圈3和第二接收分线圈4布置在印刷电路板的第二侧上。第一和第二接收分线圈2，4连接成一个总线圈。发射和接收分线圈如此地布置，即第一和第二中点6，7重合。但是如从图4和5中可以清楚地看见的那样，该布置被相互相对转动，即第一直线14和另一个第一直线25被相互相对地转动一个固定的角度，尤其是65°-70°。

[0045] 依据选择的实施方式，传感器的第一和第二接收分线圈可以不仅在绕圈数上而且在圆弧形的区段12的平均的半径上都有差异。

[0046] 图7在示意图中示出电路1，5，用于对发射线圈1，3通电流和用于评价接收分线圈2，4的接收信号。电路15具有用于对发射线圈1，3通电流的通电流单元16和用于评价接收分线圈2，4的电压信号的评价单元17。通电流单元16和评价单元17可以经由控制线路21连接。
由此例如可以将通过接收分线圈2，4探测的电压的大小传递到通电流单元16。此外由此例如可以将其中一个发射电流或两个发射电流的相位传递到评价单元17。通电流单元16例如这样地构成，即发射线圈的电流的振幅和/或相位被预先给定并且与接收分线圈2，4的接收信号无关。评价单元17例如这样地构成，在接收分线圈2，4处接收的信号不仅按照振幅而且按照相位评价。依据接收信号可以识别在监控单元的传感器的区域中的金属的或磁性的物体。

[0047] 所描述的布置尤其适用于在两个平面中构造发射和接收分线圈，其中，该两个平面布置在一个单个的印刷电路板的正面和背面上。线圈在此可以以印刷线圈的形式构成，其中，线圈的电线路被印刷在印刷电路板上。

[0048] 依据选择的实施方式，发射线圈和接收分线圈也可以具有不同于D形状的形状，尤其是作为圆线圈构成。