ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ПРИБЛИЖЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H03K17/945 

Изобретение относится к области импульсной технике, в частности к устройствам бесконтактного определения положения металлических элементов управления, и может найти применение при проектировании и реализации устройств управления станками с ЧПУ, автоматическими линиями.

Известно устройство [1], представляющее собой индуктивный датчик, срабатывающий при приближении к его активной зоне токопроводящего предмета, например металлической пластинки. Известное устройство [1] состоит из металлического корпуса, в одном торце которого размещен чувствительный элемент - катушка индуктивности, которая имеет одну или несколько обмоток, размещенных в чашеобразном ферритовом сердечнике, открытая сторона которого является чувствительной поверхностью устройства. Внутри корпуса размещена электронная схема, содержащая компоненты LC-генератора синусоидального напряжения, амплитудный детектор, пороговое устройство, например триггер Шмидта, выходной транзисторный ключ. Второй торец корпуса известного устройства [1] используется для крепления либо разъема, либо кабеля для соединения устройства с источником питания и потребителем полезного сигнала. В данном устройстве используемый ферритовый сердечник выполнен в виде чаши с внутренним керном, при этом высота внутреннего керна практически равна высоте боковой стенки. Зона чувствительности известного устройства [1] близка к области пространства, ограниченной конусоподобной фигурой, основание которой определяется створом чашеобразного ферритового сердечника, а высота - как геометрическими размерами сердечника, так и параметрами электронной схемы. Недостатком устройства [1] является небольшое относительное расстояние срабатывания, определяемое примерно в 30...35% от размера диаметра корпуса. Это в основном обусловлено формой поля чувствительного элемента.

Известно устройство [2], ферритовый сердечник которого имеет также вид чашки, но с существенно меньшей высотой боковой стенки по сравнению с центральным керном. Такая форма сердечника приводит к изменению формы поля чувствительного элемента за счет увеличения его протяженности над районом боковой стенки сердечника, а также приводит к уплощению передней зоны чувствительности, что в итоге при той же чувствительности электронной схемы приводит к увеличению расстояния срабатывания устройства. Данное устройство [2] является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству.

Известные устройства [1] и [2] хорошо реализуемы при небольших расстояниях срабатывания, определяемых значениями максимум в десятки миллиметров, однако при необходимости получить датчик с расстоянием срабатывания в сотни миллиметров известные технические решения не могут быть использованы. Существенно увеличивается сложность изготовления ферритового сердечника известной геометрии требуемых габаритов, а также резко возрастает его цена, особенно при небольшой производственной программе выпуска подобных устройств.

Обеспечить возможность изготовления индуктивных датчиков приближения на большие расстояния срабатывания, упрощение конструкции таких датчиков и снижения их себестоимости позволяет предлагаемое устройство благодаря тому, что ферритовый сердечник выполнен в виде отдельных П-образных элементов, створы которых направлены в одну сторону и охватывают обмотку катушки индуктивности, при этом длина кернов створа может быть разной.

Предлагаемое устройство изображено на фиг.1 и фиг.2, при этом показаны только области чувствительных элементов. Устройство содержит (см. фиг.1) каркас 1 катушки индуктивности, П-образные ферритовые сердечники 2, обмотку 3 катушки индуктивности. Каркас может быть выполнен из диэлектрического материала, например из пластмассы, текстолита и т.п., известными методами из известных материалов. П-образные сердечники 2 размещаются в каркасе, например, посредством системы пазовых элементов (литьем при изготовлении каркаса с закладными элементами и т.п.) таким образом, что створом направлены в одну сторону и охватывают обмотку 3 катушки индуктивности, образуя активную поверхность датчика приближения. Обмотка 3 катушки индуктивности входит в колебательный контур LC-генератора устройства. Порядок размещения П-образных сердечников 2 может быть как регулярным, так и не регулярным, что позволяет формировать желаемую форму чувствительного пространства датчика приближения. Форма каркаса 1 может быть такой, что перемычки П-образных сердечников 2 будут находиться как бы в одной плоской поверхности (см. фиг.1), или такой, что они будут находиться как бы в одной конической поверхности (см. фиг.2). Такие варианты расположения П-образных сердечников 2 позволяют при неизменных их геометрических размерах формировать (в некоторых пределах) желаемую форму чувствительного пространства датчика приближения. Кроме того, при использовании П-образных сердечников 2 с неравными по длине кернами створа диапазон возможных вариаций увеличивается. Обмотка 3 катушки индуктивности и ее ферритовый сердечник в виде набора П-образных сердечников 2 образуют чувствительный элемент устройства.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. При подаче напряжения питания на электронную схему (условно не показано) в LC-генераторе возникает электромагнитный колебательный процесс, в результате чего со стороны активной поверхности, т.е. со стороны створа П-образных сердечников 2, образуется электромагнитное поле, конфигурация которого определяется в основном геометрией расположения П-образных сердечников и их конфигурацией. В исходном состоянии при отсутствии в чувствительной зоне устройства металла выходной транзистор закрыт. При внесении в электромагнитное поле чувствительного элемента металла происходят изменения параметров электромагнитных колебаний LC-генератора, которые (изменения) детектируются и поступают на пороговое устройство. Пороговое устройство срабатывает при заданном изменении параметров колебаний LC-генератора, что приводит, в свою очередь, к открыванию выходного транзисторного ключа. Удаление металла из чувствительной зоны устройства приводит электронную схему в исходное состояние.

Предлагаемая реализация ферритового сердечника катушки индуктивности устройства в виде набора П-образных сердечников существенно расширяет возможности удовлетворения различных технических требований к индуктивным датчикам приближения в части конфигурации чувствительного пространства при использовании практически одних и тех же компонентов, формирующих сердечник катушки индуктивности. Получение кернов разной длины одного П-образного сердечника может быть обеспечено применением известных методов механической обработки ферритовых материалов. Данная конструкция устройства позволяет создавать датчики приближения с уникальными свойствами на основе типовых, освоенных промышленностью ферритовых элементов.

Источники информации

1. Интернет-документ www/balluff.ru.

2. Каталог фирмы TURCK - TURCK Sensors Catalog, 1994 г., стр.В5.

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам обнаружения приближения металлического управляющего элемента. Может найти применение при создании станков с ЧПУ и автоматических технологических линий. Техническим результатом является упрощение конструкции, снижение себестоимости и увеличение расстояния срабатывания. Сущность изобретения состоит в том, что сердечник катушки индуктивности LC-генератора формируется набором П-образных ферритовых элементов. Створы элементов направлены в одну строну и охватывают обмотку катушки индуктивности. Керны могут быть разной длины. Обеспечивается формирование различных конфигураций чувствительной зоны датчика при использовании типовых ферритовых элементов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Индуктивный датчик приближения, содержащий корпус, чувствительный элемент в виде катушки индуктивности с ферритовым сердечником и электронную схему, отличающийся тем, что ферритовый сердечник выполнен в виде отдельных П-образных элементов, створы которых направлены в одну сторону и охватывают обмотку катушки индуктивности.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина кернов створа П-образного сердечника может быть разной.