CS238733B1

CS238733B1 - Inductive sensor with slot

Info

Publication number: CS238733B1
Application number: CS249584A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Hlavonek
Original assignee: Jaroslav Hlavonek
Priority date: 1984-04-02
Filing date: 1984-04-02
Publication date: 1985-12-16

Abstract

Zapojeni se týká indukčního snímače se štěrbinou. Podstatou vynálezu je, že je tvořen resonančním obvodem, svým prvním výstupem spojeným se vstupem tvarovaciho obvodu, svým druhým výstupem spojeným s prvním vstupem zesilovače a svým vstupem spojeným s výstupem zesilovače, jehož druhý vstup je spojen s výstupem tvarovaciho obvodu, přičemž resonanční obvod je magneticky spojen přes vzduchovou mezeru se snímacím prvkem, jehož výstup je spojen se vstupem spínače a přičemž snímací prvek je tvořen jedním prvkem ze skupiny, tvořené cívkou, sériovým resonančním obvodem a paralelním resonančním obvodem. Zapojení je s výhodou možno použít jako snímač polohy, koncový snímač stroje a podobně.The circuit relates to an inductive sensor with a slot. The essence of the invention is that it is formed by a resonant circuit, its first output connected to the input of the shaping circuit, its second output connected to the first input of an amplifier and its input connected to the output of the amplifier, the second input of which is connected to the output of the shaping circuit, wherein the resonant circuit is magnetically connected via an air gap to a sensing element, the output of which is connected to the input of a switch and wherein the sensing element is formed by one element from the group consisting of a coil, a series resonant circuit and a parallel resonant circuit. The circuit can be advantageously used as a position sensor, a machine end sensor and the like.

Description

(54) Indukční snímač se štěrbinou(54) Inductive sensor with slot

Zapojeni se týká indukčního snímače se štěrbinou. Podstatou vynálezu je, že je tvořen resonančním obvodem, svým prvním výstupem spojeným se vstupem tvarovaciho obvodu, svým druhým výstupem spojeným s prvním vstupem zesilovače a svým vstupem spojeným s výstupem zesilovače, jehož druhý vstup je spojen s výstupem tvarovaciho obvodu, přičemž resonanční obvod je magneticky spojen přes vzduchovou mezeru se snímacím prvkem, jehož výstup je spojen se vstupem spínače a přičemž snímací prvek je tvořen jedním prvkem ze skupiny, tvořené cívkou, sériovým resonančním obvodem a paralelním resonančním obvodem. Zapojení je s výhodou možno použít jako snímač polohy, koncový snímač stroje a podobně.The wiring relates to an inductive sensor with a slot. The present invention provides a resonant circuit, a first output coupled to a molding circuit input, a second output coupled to a first amplifier input, and an input coupled to an amplifier output whose second input is coupled to a shaping circuit output, wherein the resonance circuit is magnetically connected through an air gap to a sensing element, the output of which is connected to the switch input, and wherein the sensing element is formed by one element of the group consisting of a coil, a series resonant circuit and a parallel resonant circuit. Preferably, the wiring can be used as a position sensor, machine end sensor, and the like.

Obr.1Fig.1

Vynález se týká indukčního snímače se štěrbinou.The invention relates to an inductive sensor with a slot.

V současné době známé indukční snímače se štěrbinou jsou konstruovány jako oscilátory se dvěma cívkami, mezi nimiž se pohybuje clona, která změnou své polohy mění vazbu oscilátoru. Tím dochází ke změně pracovního režimu oscilátoru, která má za následek změny napětí a proudu oscilátoru. Tyto změny napětí nebo proudu se vyhodnooují a na základě tohoto vyhodnocení se zjiátuje poloha clony ve štěrbině.The currently known slotted inductive transducers are designed as two coil oscillators, with an orifice moving between them, changing the position of the oscillator by changing its position. This changes the operating mode of the oscillator, which changes the voltage and current of the oscillator. These voltage or current variations are evaluated and the aperture position in the slot is determined.

Nevýhody indukčního snímače, konstruovaného podle dosavadního stavu techniky spočívají zejména v tom, že oscilátor induktivního snímače pracuje s nestabilní vazbou a nestabilním pracovním bodem a proto mé na jeho činnost vliv řada vnějších a vnitřních podmínek, jako jsou okolní teplota, kolísání napájecího napětí, tolerance parametrů použitých součástek a podobně. Také dosažitelná změna výstupního napětí nebo proudu je značně omezená. Jinou nevýhodou je velký vnitřní odpor induktivního snímače a tím i jeho malá zatížitelnost,The disadvantages of the inductive transducer constructed according to the prior art are in particular that the inductive transducer oscillator operates with an unstable coupling and an unstable operating point and therefore its operation is influenced by a number of external and internal conditions such as ambient temperature, supply voltage fluctuation, parameter tolerance used parts and the like. Also, the achievable change in the output voltage or current is considerably limited. Another disadvantage is the high internal resistance of the inductive sensor and hence its low load capacity,

Uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky do značné míry odstraňuje indukční snímač se štěrbinou podle vynálezu, jehož podstatou je, že je tvořen resonančním obvodem, svým prvním výstupem spojeným se vstupem tvarovacího obvodu, svým druhým výstupem spojeným s prvním vstupem zesilovače a svým vstupem spojeným s výstupem zesilovače, jehož druhý vstup je spojen s výstupem tvarovacího obvodu, přičemž resonanční obvod je magneticky spojen přes vzduchovou mezeru se snímacím prvkem, jehož výstup je spojen se vstupem spínače a přičemž snímací prvek je tvořen jedním prvkem ze skupiny, tvořené cívkou, sériovým resonančním obvodem a paralelním resonančním obvodem. Podstatou vynálezu rovněž je, že tvarovaci obvod je tvořen omezovačem napětí, svým výstupem spojeným se vstupem usměrňovače. Podstatou vynálezu je i to, že resonanční obvod je tvořen první cívkou a prvním kondenzátorem, zesilovač je tvořen tranzistorem a druhou cívkou, snímací prvek je tvořen třetí cívkou, omezovač napětí je tvořen první diodou, druhou diodou, Zenerovou diodou a druhým kondenzétorem a usměrňovač,»je tvořen třetí diodsu, čtvrtou diodou, třetím kondenzétorem a odporem, přičemž třetí cívka je svými výstupy připojena ke vstupům spínače, první vývod prvního kondenzátoru je spojen s prvním vývodem první cívky, s prvním vývodem odporu, s prvním vývodem třetího kondenzátoru, s katodou čtvrté diody a s emitorem tranzistoru, druhý vývod kondenzátoru je spojen β druhým vývodem první civlcy, s anodou první diody, s katodou druhé diody a s kolektorem tranzistoru, jehož báze je přes druhou cívku spojena s druhým vývodem odporu, s druhým vývodem třetího kondenzátoru a s anodou třetí diody, jejíž katoda je spojena s anodou čtvrté diody a přes druhý kondenzátor s anodou druhé diody a s anodou Zenerovy diody, jejíž katoda je spojena s katodou první diody. Konečně podstata vynálezu je i to, že zesilovač je tvořen tranzistorem a druhou cívkou, resonanční obvod je tvořen první cívkou a prvním kondenzétorem, tvarovací obvod je tvořen odporem, čtvrtou cívkou, pátou diodou a třetím kondensátorem a snímací prvek je tvořen třetí cívkou, přičemž třetí cívka je svými výstupy připojena ke vstupům spínače, první vývod prvního kondenzátoru je spojen s prvním vývodem první cívky, s prvním vývodem odporu, s prvním vývodem třetího kondenzátoru, s katodou páté diody a s emitorem tranzistoru, druhý vývod prvního kondenzátoru je spojen s druhým vývodem první cívky a s kolektorem tranzistoru, jehož báze je přes druhou cívku spojena s druhým vývodem odporu, s druhým vývodem třetího kondenzátoru a s prvním vývodem čtvrté cívky, jejíž druhý vývod je spojen s anodou páté diody.The above-mentioned disadvantages of the prior art are largely eliminated by the slit-type inductive sensor according to the invention, which consists of a resonant circuit, its first output coupled to the shaping circuit input, its second output coupled to the first amplifier input and its input coupled to the amplifier output. whose second input is connected to the output of the forming circuit, wherein the resonant circuit is magnetically coupled via an air gap to a sensing element, the output of which is connected to the switch input, and wherein the sensing element is one element of coil, serial resonant and parallel resonant circuit. It is also an object of the invention that the shaping circuit is formed by a voltage limiter with its output connected to the rectifier input. The resonant circuit is formed by a first coil and a first capacitor, the amplifier is a transistor and a second coil, the sensing element is a third coil, the voltage limiter is a first diode, a second diode, a Zener diode and a second capacitor, and a rectifier, »Is formed by a third diode, a fourth diode, a third capacitor and a resistor, the third coil being connected to the switch inputs by its outputs, the first terminal of the first capacitor being connected to the first terminal of the first coil; a fourth diode and a transistor emitter, the second capacitor terminal is connected to the second terminal of the first capacitor, the anode of the first diode, the cathode of the second diode, and the collector of the transistor whose base is connected via the second coil to the second resistor terminal; a diode whose cathode is associated with a yes and through a second capacitor with an anode of the second diode and an anode of a Zener diode, the cathode of which is connected to the cathode of the first diode. Finally, the amplifier is a transistor and a second coil, the resonant circuit is a first coil and a first capacitor, the forming circuit is a resistor, a fourth coil, a fifth diode, and a third capacitor, and the sensing element is a third coil, the coil is connected to the switch inputs, the first capacitor terminal is connected to the first coil terminal, the first resistor terminal, the third capacitor terminal, the fifth diode cathode, and the transistor emitter, the second capacitor first terminal is connected to the first terminal coil and a transistor collector whose base is connected via a second coil to a second resistance terminal, a second terminal of a third capacitor, and a first terminal of a fourth coil whose second terminal is connected to an anode of a fifth diode.

Výhody indukčního spínače se štěrbinou podle vynálezu spočívají zejména v podstatně zvýšené spolehlivosti, odolnosti vůči vlivům kolísání teploty okolí, napájecího napětí i proti vlivu rozptylu parametrů použitých součástek. Jinou výhodou je možnost dosažení podstatně větších změn výstupního napětí a proudu při malém vnitřním odporu snímače, což sebou nese i jeho zvýšenou zatížitelnost.The advantages of the inductive switch with a slot according to the invention are, in particular, substantially increased reliability, resistance to the effects of ambient temperature fluctuations, supply voltage and the influence of variation in the parameters of the components used. Another advantage is the possibility of achieving significantly larger changes in output voltage and current with low internal resistance of the sensor, which also means its increased load capacity.

Vynález hude dále blíže popsán podle přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněno blokové schéma příkladného provedení indukčního snímače se štěrbinou podle vynálezu, na na obr. 2 je znázorněno schéma zapojení prvního příkladného porovedení indukčního snímače se štěrbinou podle vynálezu a na obr. 3 je znázorněno schéma zapojení druhého příkladného provedení indukčního snímače ae štěrbinou podle vynálezu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of an exemplary slotted inductive sensor of the present invention; FIG. 2 is a schematic of a first exemplary embodiment of a slotted inductive sensor of the present invention; and FIG. shows a circuit diagram of a second exemplary embodiment of an inductive sensor and a slit according to the invention.

Na obr. 1 je znázorněno blokové schéma příkladného provedení indukčního snímače se Štěrbinou podle vynálezu. Indukční snímač je tvořen zesilovačem £, resonančním obvodem 3, tvarovacím obvodem 3, snímacím prvkem £ a spínačem £, přičemž tvarovací obvod 3 je tvořen omezovačem £ napětí, svým výstupem spojeným s usměrňovačem £, kde vstup tvarovacího obvodu 3 tvoří současně vstup omezovače 6 napětí a výstup tvarovacího obvodu 3 tvoří současně výstup usměrňovače £. Přitom je resonanční obvod 3 spojen svým prvním výstupem se vstupem tvarovacího obvodu J, svým druhým výstupem s prvním vstupem zesilovače £ a svým vstupem s výstupem zesilovače £, který je svým druhým vstupem spojen s výstupem tvarovacího obvodu 3* Resonanční obvod 3 přep vzduchovou mezeru magneticky spojen se snímacím prvkem £, který může být tvořen bu3 cívkou nebo sériovým resonančním obvodem nebo paralelním resonančním obvodem a který je svým výstupem spojen se vstupem spínače £.FIG. 1 is a block diagram of an exemplary slotted inductive sensor of the present invention. The inductive sensor consists of an amplifier 6, a resonant circuit 3, a shaping circuit 3, a sensing element 6 and a switch 6, wherein the shaping circuit 3 is formed by a voltage limiter 6, with its output connected to a rectifier 6, and the output of the forming circuit 3 simultaneously forms the output of the rectifier. The resonant circuit 3 is connected by its first output to the input of the shaping circuit J, by its second output to the first input of the amplifier 5 and by its input to the output of the amplifier 5 which is connected to the output of the shaping circuit 3 by its second input. connected to a sensor element 6, which may be either a coil or a series resonant circuit or a parallel resonant circuit, and which is connected to the switch input 6 by its output.

Na obr. 2 je znázorněno schéma zapojení prvního příkladného provedení indukčního snímače se Štěrbinou. Zesilovač £ je tvořen tranzistorem 8 a druhou cívkou £, resonanční obvod 3 je tvořen první cívkou 10 a prvním kondenzátorem ££, snímací prvek £ je tvořen třetí cívkou £3, omezovač £ napětí je tvořen první diodou £3, druhou diodou ££, Zenerovou diodou 15 a druhým kondenzátorem 16 a usměrňovač £ je tvořen třetí diodou ££, čtvrtou diodou Ifi, třetím kondenzátorem 19 a odporem 20. Třetí cívka 12 je svými výstupy připojena ke vstupům spínače £. První vývod prvního kondenzátoru .1.1 je spojen s prvním vývodem první cívky 10. prvním vývodem odporu 20, prvním vývodem třetího kondenzátoru ££, s katodou čtvrté diody 18 a s emitorem tranzistoru £. Druhý vývod prvního kondenzátoru 11 je spojen s druhým vývodem první cívky 10. s anodou první diody £3, s katodou druhé diody ££ a s kolektorem tranzistoru 8, jehož báze je přes druhou cívku £ spojena s druhým vývodem odporu 20. s druhým vývodem třetího kondenzátoru ££ a s anodou třetí diody ££. Katoda třetí diody 17 je spojena s anodou čtvrté diody ££ a přes druhý kondenzátor 16 s anodou druhé diody ££ a s anodou Zenerovy diody 15. jejíž katoda je spojena s katodou první diody £3·FIG. 2 is a schematic diagram of a first exemplary slotted inductive sensor. The amplifier 8 is formed by a transistor 8 and a second coil 8, the resonant circuit 3 is formed by a first coil 10 and a first capacitor 8, the sensing element 8 is formed by a third coil £ 3, the voltage limiter 8 is formed by a first diode £ 3, a second diode £ The zener diode 15 and the second capacitor 16 and the rectifier 8 are formed by a third diode 60, a fourth diode Ifi, a third capacitor 19 and a resistor 20. The third coil 12 is connected to the inputs of the switch 6 by its outputs. The first terminal of the first capacitor 11 is connected to the first terminal of the first coil 10 by the first terminal of the resistor 20, the first terminal of the third capacitor 48, the cathode of the fourth diode 18 and the emitter of the transistor 8. The second terminal of the first capacitor 11 is connected to the second terminal of the first coil 10, the anode of the first diode 83, the cathode of the second diode 81 and the collector of transistor 8 whose base is connected via the second coil 8 to the second terminal of the resistor 20 with the second terminal of the third. of the capacitor £ and with the anode of the third diode £. The cathode of the third diode 17 is connected to the anode of the fourth diode 60 and through the second capacitor 16 to the anode of the second diode 60 and to the anode of the Zener diode 15. whose cathode is connected to the cathode of the first diode 60

Na obr. 3 je znázorněno schéma zapojení druhého příkladného provedení indukčního snímače se štěrbinou. Zesilovač £ je tvořen tranzistorem £ a druhou cívkou £, resonanční obvod 3 3^e tvořen první cívkou 10 a prvním kondenzátorem ££, tvarovací obvod 3 de tvořen odporem 20. čtvrtou cívkou 3L> pátou diodou 22 a třetím kondenzátorem 12 a snímací prvek £ je tvořen třetí cívkou 12. Třetí cívka 12 je svými výstupy připojena ke vstupům spínačeFIG. 3 is a schematic diagram of a second exemplary slotted inductive sensor. The amplifier consists of a transistor £ £ £ and a second coil, a resonant circuit 3 3 ^e formed by the first coil 10 and the first capacitor ££, de-shaping circuit 3 formed by the 20th resistor fourth coil 3L> fifth diode 22 and third capacitor 12 and the sensor element is £ The third coil 12 is connected to the switch inputs by its outputs

První vývod prvního kondenzátoru 11 je spojen s prvním vývodem první cívky ££, s prvním vývodem odporu 2£, s prvním vývodem třetího kondenzátoru 19. s katodou páté- diody 32 a s emitorem tranzistoru £. Druhý vývod prvního kondenzátoru 11 je spojen s druhým vývodem první cívky ££ a s kolektorem tranzistoru £, jehož báze je přes druhou cívku £ spojena s druhým vývodem odporu 20. s druhým vývodem třetího kondenzátoru 19 a s prvním vývodem čtvrté cívky 31» jejíž druhý vývod je spojen s anodou páté diody 22.The first terminal of the first capacitor 11 is connected to the first terminal of the first coil 60, the first terminal of the resistor 26, the first terminal of the third capacitor 19 with the cathode of the fifth diode 32 and the emitter of the transistor 6. The second terminal of the first capacitor 11 is connected to the second terminal of the first coil 24 and to the collector of the transistor 6 whose base is connected via the second coil 24 to the second terminal of the resistor 20 with the second terminal of the third capacitor 19 and the first terminal of the fourth coil 31. connected to the anode of the fifth diode 22.

V činnosti vzniká působením zpětné vazby z rezonančního obvodu 3 na zesilovač £ na rezonančním obvodu 3 střídavé napětí. Velikost amplitudy tohoto napětí se vyhodnocuje omezovačem £ napětí, film větěí je amplituda napětí na rezonančním obvodu 3> tím více rostou výstupní impulsy omezovače £ napětí. Výstupní impulsy omezovače £ napětí se usměrňují usměrňovačem £, jehož výstupní napětí ovládá zesílení zesilovače £. V prvém a druhém příkladném provedení induktivního snímače se štěrbinou, kde základem zesilovače £ je tranzistor £, ovládá se jeho zesílení proudem kolektoru. Touto vazbou se amplituda napětí na rezonančním obvodu 3 udržuje na požadované úrovni. Rezonanční obvod 3 Má vazbu M na snímací prvek £, tvořený třetí cívkou £3, jejíž výstup je připojen na vstup spínače £. Velikost vazby M je určena polohou clony mezi rezonančním obvodem 3 a snímacím prvkem £. Vazbou M je určeno napětí, naindukované na třetí cívce £3, a toto napětí se pak dále vyhodnocuje spínačem £. V případě druhého příkladného provedení indukčního snímače provádí omezení a usměrnění napětí jediný obvod, a to tvarovací obvod 3«In operation, an AC voltage is generated by the feedback from the resonant circuit 3 to the amplifier 6 on the resonant circuit 3. The magnitude of the amplitude of this voltage is evaluated by the voltage limiter 6, the film being the amplitude of the voltage at the resonant circuit 3 the more the output pulses of the voltage limiter 6 increase. The output pulses of the voltage limiter 6 are rectified by a rectifier 6 whose output voltage controls the amplification of the amplifier 6. In the first and second exemplary embodiments of the inductive slot sensor, where the base of the amplifier 8 is a transistor 6, its gain is controlled by the collector current. By this coupling the voltage amplitude on the resonant circuit 3 is kept at the desired level. The resonant circuit 3 has a coupling M to a sensor element 6 formed by a third coil 23 whose output is connected to the switch input 6. The magnitude of the coupling M is determined by the position of the aperture between the resonant circuit 3 and the sensing element 6. The voltage M induced on the third coil 63 is determined by the coupling M and this voltage is then further evaluated by the switch 6. In the case of the second exemplary embodiment of the inductive transducer, a single circuit, the shaping circuit 3 '

Vynález je s výhodou možno použit věude tam, kde je nutno zajisit funkci při velkém rozsahu provozních teplot a napětí, při malá spotřebě a velké přesnosti snímače. Zejména je induktivní snímač se štěrbinou podle vynálezu vftodný jako snímač polohy, koncový spínač stroje a podobně.The invention is advantageously applicable wherever it is necessary to provide a function over a wide range of operating temperatures and voltages, low consumption and high sensor accuracy. In particular, the inductive slot sensor according to the invention is water-like as a position sensor, limit switch of the machine and the like.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Slot inductive sensor, characterized in that it comprises a resonant circuit (2), its first output coupled to the shaping circuit input (3), its second output coupled to the amplifier input (1), and its input coupled to the amplifier output ( 1), the second input of which is connected to the output of the forming circuit (3), the resonant circuit (2) being magnetically coupled via an air gap to the sensing element (4), the output of which is connected to the input of the switch (5); 4) is made up of one element from the group consisting of a coil, a series resonant circuit and a parallel resonant circuit.

Slot inductive sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the shaping circuit (3) is formed by a voltage limiter (6), with its output connected to the input of the rectifier (7).

3. The inductive 3-wire transducer according to claim 2, characterized in that the resonant circuit (2) is formed by a first coil (10) and a first capacitor (11), the amplifier (1) being a transistor (8) and a second coil (9). , the sensor element (4) is formed by a third coil (12), the voltage limiter (6) is formed by a first diode (13), a second diode (14), a zener diode (15) and a second capacitor (16) and a rectifier (7) is formed by a third diode (17), a fourth diode (18), a third capacitor (19) and a resistor (20), the third coil (12) being connected to the inputs of the switch (5), the first terminal of the first capacitor (11) connected with a first lead of the first coil (10), a first lead of the resistor (20), a first lead of the third capacitor (19), a cathode of the fourth diode (18) and a transistor emitter (8), the second lead of the first capacitor (11) a second lead of the first coil (10), with the anode of the first diode (13), with the cathode of the second diode (Id) and with a transistor (8) instructor whose base is connected via a second coil (9) to a second terminal of resistor (20), a second terminal of a third capacitor (19) and an anode of a third diode (17) whose cathode is connected to anode of a fourth diode ) and via a second capacitor (16) with the anode of the second diode (14) and the anode of the Zener diode (15), the cathode of which is connected to the cathode of the first diode (13).

Slot inductive sensor according to claim 1, characterized in that the amplifier (1) is formed by a transistor (8) and the second coil (9), the resonant circuit (2) is formed by the first coil (10) and the first capacitor (11). , the forming circuit (3) is formed by a resistor (20), a fourth coil (21), a fifth diode (22) and a third capacitor (19), and the sensing element (4) is formed by a third coil (12), the third coil (12) its outputs are connected to the inputs of the switch (5), the first terminal of the first capacitor (11) is connected to the first terminal of the first coil (10), the first terminal of the resistor (20), the first terminal of the third capacitor (19) (22) and the transistor emitter (8), the second terminal of the first capacitor (11) being connected to the second terminal of the first coil (10) and to the collector of the transistor (8) whose base is connected to the second resistance terminal (20) ), with a second outlet of the third capacitor (19) and a first outlet of quarter a coil (21) whose second terminal is connected to the anode of the fifth diode E (22).