ИНДУКТИВНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 2016 года по МПК H03K17/95 

Изобретение касается индуктивного бесконтактного переключателя для определения наличия объекта в изучаемой области, содержащего катушку, источник импульсов для питания указанной катушки с передачей текущих импульсов за период, больший, чем продолжительность передачи текущих импульсов, и процессинговую схему (схему обработки) и генерирования выходного сигнала, основанного на полученных напряжениях, различающихся в зависимости от смены положения объекта, причем указанные напряжения индуцируются в катушке после передачи текущего импульса путем ослабевания тока, который ранее поступал к объекту благодаря напряжению, индуцированному указанной катушкой. Далее, изобретение относится к установке и использованию такого бесконтактного переключателя вместе с источником возмущений.

Индуктивный бесконтактный переключатель такого типа описан в заявках на европейский патент EP 0936739 A1 и EP 0936741 A1. В таком бесконтактном переключателе в катушку поступают периодические передающиеся текущие импульсы с периодом, превышающим длину импульса. Посредством передачи таких текущих импульсов создается напряжение, периодически индуцируемое в объекте, которое подлежит определению. В свою очередь, напряжение индуцируется в катушке после окончания передачи текущего импульса посредством ослабевания тока, который проходит через объект благодаря ранее индуцированному напряжению. Полезный сигнал затем поступает на подходящую электронную схему, которая соответствует напряжению, полученному таким образом катушкой.

Недостатком данного бесконтактного переключателя является то, что его магнитная цепь подлежит присоединению к возмущенным полям окружающей среды. В зависимости от диапазона частот взаимодействие бесконтактного переключателя с внешними полями может понижать или сводить к нулю измерящую способность. Например, внешние поля в низкочастотном диапазоне до 500 Гц и в среднечастотном диапазоне до 10 кГц часто присутствуют, преимущественно, при применении такого рода бесконтактных переключателей. Очень важно производить определение и увеличение посредством электрической схемы бесконтактного переключателя внешних полей в диапазоне частот сигнала, как правило, в нижнем и/или среднем диапазоне частот, и исключение данных возмущений является значимым для основных функциональных возможностей бесконтактного выключателя. Как правило, исключение возмущений по всему частотному спектру является желательным для выработки выходного сигнала высокого качества.

Влияние внешних полей может быть полностью или частично подавлено - главным образом, в нижнем диапазоне частот - путем обеспечения передачи текущих импульсов с периодически обращаемой полярностью, как описано в заявке на европейский патент EP 0936739 A1. При таком подходе, однако, возмущенные поля с большими амплитудами или частотами в среднем или верхнем диапазоне частот не могут быть полностью исключены посредством обращения полярности.

Вследствие этого, целью данного изобретения является избежать, как минимум, одного из вышеуказанных недостатков и предложить бесконтактный переключатель, предусмотренный для выработки выходного сигнала, менее чувствительного к внешним возмущающим полям.

Решение, согласно изобретению, отличается признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные способы воплощения данного изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Таким образом, изобретение предполагает, что цепь подавления сигнала предусмотрена для подавления сигнала продолжительностью менее заданного времени возмущения выходного сигнала, такого как минимальный временной интервал между двумя изменениями сигнала на выходе, не опускается ниже времени возмущения.

Таким образом, целью изобретения является адаптация времени возмущений в цепи подавления сигнала, служащего в качестве дополнительного фиксированного временного параметра к фиксированному периоду времени передачи текущих импульсов, для создания благоприятного выходного сигнала бесконтактного переключателя. Согласно данному изобретению совместное применение данных двух временных параметров создает эффективный вариант, с одной стороны, для достижения требуемой нечувствительности по отношению к возмущающим полям в окружающей среде, а, с другой стороны, для предоставления необходимой степени чувствительности для определения текущего положения контролируемого объекта. Изобретение было осуществлено, в частности, с точки зрения его воплощения, при котором согласование интервала времени передачи текущих импульсов, как единственного корректируемого параметра, может привести к нежелательному компромиссу между точностью измерения и интенсивностью возмущения. Данный компромисс может быть существенно ограничен посредством предложенного сочетания, как минимум, двух корректируемых временных параметров, согласно изобретению. Преимущественно, продолжительность передачи текущих импульсов может быть подобрана дополнительно в порядке оптимизации чувствительности при определении и нечувствительности к возмущению.

Кроме того, было неожиданно обнаружено, что правильный выбор заданного значения указанного времени возмущения может позволить осуществить эффективное устранение эффектов внешнего возмущения в большом диапазоне частот или по всему спектру частот.

Предпочтительно, время возмущения является постоянным, как минимум, 0,1 мс, более предпочтительно, как минимум, 1 мс и еще более предпочтительно, как минимум, 10 мс. Таким образом, весь нижний и средний диапазоны частот могут быть учтены посредством указанной цепи подавления сигнала. Также в рамках настоящего изобретения можно осуществить такой вариант, при котором возмущения в высоком диапазоне частот, в частности, выше 100 кГц, могут в действительности ослабляться посредством электрической схемы бесконтактного переключателя. Таким образом, весь спектр частот может рассматриваться в рамках электрической схемы бесконтактного переключателя путем достижения предлагаемого заданного значения указанного времени возмущения в цепи подавления сигнала. Значение, как минимум, 0,1 мс времени возмущения может быть, в частности, избрано для вариантов применения, при которых может быть выполнено заданное подавление значимых возмущений в рамках частотного режима среды. С другой стороны, значение, как минимум, в 1 мс, может более универсально и более эффективно применяться в установленные сроки в диапазоне подавления частот. В частности, значение, как минимум, в 10 мс времени возмущения может особенно подходить для применений, при которых множество возмущений в нижнем и среднем диапазоне частот должно приниматься в расчет.

Предпочтительно, верхний предел установленного значения времени возмущения избирается с учетом ожидаемого режима перемещения контролируемого объекта для достижения достаточно быстро времени ответа выходного сигнала. Преимущественно, время возмущения может составлять максимум 1 с, более предпочтительно максимум 100 мс и еще более предпочтительно максимум 50 мс. В частности, значение в 100 мс или ниже, как правило, предоставляет хорошие результаты относительно времени ответа бесконтактного переключателя в различных вариантах применения.

Например, значение времени возмущения между 10 мс и 100 мс, как было обнаружено, производит сигнал выхода высокого качества при поддержании указанных преимуществ в конкретных вариантах применения, таких как контактная сварка с сопротивлением. Кроме того, значение, как минимум, в 20 мс времени возмущения может быть выбрано, в частности, для особенно проблемных вариантов применения, таких как контактная сварка с сопротивлением со средней частотой для эффективного гашения целого набора возникающих возмущений и обеспечения желаемой чувствительности определения.

Предпочтительно, процессинговую цепь конфигурируют для генерирования промежуточного сигнала, содержащего два сигнальных состояния и для подачи промежуточного сигнала в цепь гашения для генерирования сигнала выхода. Таким образом, самое простое применение промежуточного сигнала, предварительно обработанного таким образом, может быть осуществлено, а выполнение цепи гашения может быть упрощено. Таким образом, можно избежать выполнения более сложного фильтрующего контура, необходимость в котором возникла бы непосредственно на входе измеряемого сигнала. Например, цепь компаратора может применяться для обеспечения промежуточного сигнала.

Предпочтительно, первое сигнальное состояние промежуточного сигнала указывает на отсутствие объекта в контролируемой области, а второе сигнальное состояние указывает на наличие объекта в контролируемой области. Предпочтительно, различают два сигнальных состояния промежуточного сигнала в цепи гашения посредством, как минимум, двух переключающих состояний, более предпочтительно, как минимум, четырех переключающих состояний. Переключающие состояния могут определяться посредством цепи переключения, содержащей соответствующие переключатели. Для минимизации сложности исполнения и расходов на изготовление электронной схемы, как минимум, два из переключающих состояний предпочтительно, встроены в один блок переключения, такой как мультиплексор и/или триггер, или подобное устройство. В общих случаях, схема переключения предпочтительно конфигурирована для обеспечения обработки указанных сигнальных состояний в цепи подавления сигнала. Например, схема переключения может быть также сформирована посредством блока, в котором переключающие состояния могут быть реализованы посредством условных кодов программирования. Предпочтительно, цепь подавления сигнала дополнительно содержит как минимум, схему задержки промежуточного сигнала путем увеличения времени указанного возмущения для каждого из упомянутых сигнальных состояний.

Описанная цепь подавления сигнала бесконтактного переключателя позволяет осуществить полное подавление нежелательных частот выходного сигнала в диапазоне ниже упомянутого заранее определенного времени возмущения. Это лучший вариант по сравнению с обычным фильтром нижних частот, который в основном, позволяет только достичь ослабления сигнала за пределами критической частоты.

Согласно первому воплощению цепи подавления сигнала по отношению к каждому из двух состояний сигналов применяется то же значение указанного времени возмущения. Согласно второму воплощению цепи подавления сигнала для двух состояний сигнала применяются различные значения времени возмущения. Предпочтительно, различные значения времени возмущения для двух состояний сигнала фиксируют посредством, как минимум, одного диода в цепи подавления сигнала. Такое применение одного и того же значения или различных значений времен возмущения может быть определено в зависимости от желаемого применения бесконтактного переключателя и характеристик полей возмущения.

Предпочтительно, для обеспечения простым конструктивным исполнением цепи подавления сигнала, последняя содержит, как минимум, один элемент RC с компонентами, определяющими указанное время возмущения. В частности, простая конструкция цепи подавления сигнала может содержать мультивибратор с одним устойчивым положением. Предпочтительно, мультивибратор с одним устойчивым положением является мультивибратором с поворотным запуском для дальнейшего улучшения ответной реакции на выходной сигнал.

Предпочтительно, полярность меняют в рамках последовательности передачи текущих импульсов. Последовательность передающих текущих импульсов содержит, предпочтительно, предшествующий текущий импульс, а полярность последующего текущего импульса меняется относительно полярности предшествующего текущего импульса. Предпочтительно, это достигается посредством соответствия смены полярности в последовательности импульсов напряжения, применяемых к катушке. Таким образом, влияние возмущенных полей, в частности, в низкочастотном диапазоне, может быть снижено уже на уровне сигнала на входе, подлежащего измерению, так, что происходит повышение воздействия цепи подавления сигнала на предоставление невозмущенного выходного сигнала. Таким образом, смена полярностей между последовательностью передающих текущих импульсов в рамках заданного временного периода может использоваться как дополнительный корректируемый параметр для оптимизации чувствительности определения и интенсивности возмущения выходного сигнала бесконтактного переключателя.

Предпочтительно, чтобы указанная катушка, указанный источник импульса, процессинговая цепь и указанная цепь подавления сигнала установлены в корпус, изготовленный из металла, не обладающего ферромагнитными свойствами и имеющего удельное электрическое сопротивление выше, чем у алюминия. Более предпочтительно, чтобы указанный металл содержал нержавеющую сталь. Таким образом, прочность бесконтактного переключателя может быть увеличена так, что электронные компоненты, находящиеся в нем, будут хорошо защищены.

Предпочтительное воплощение устройства бесконтактного переключателя может содержать источник возмущения, адаптированный для создания сигнала возмущения с частотой до 50 кГц. Источник возмущения может также содержать или состоять из источника постоянного тока (DC), так как, например, прерывания или действия по включению данного источника постоянного тока могут также создавать поля возмущения. Согласно предпочтительному способу применения бесконтактного переключателя, он применяется в контактной сварке с сопротивлением. В рамках данного процесса сварки создаются поля возмущения со сравнительно большими амплитудами, так что применение описанного бесконтактного переключателя является наиболее подходящим.

Наиболее распространенные типы контактной сварки с сопротивлением включают контактную сварку с пониженной частотой в 50 Гц и со средней частотой в 1 кГц, которая впоследствии переключается на частоту в 2 кГц. Таким образом, возмущенные поля с частотой в 50 Гц создаются, главным образом, при контактной сварке с пониженной частотой. В отличие от вышеизложенного, контактная сварка при средней частоте создает возмущения с основной частотой в 2 кГц и, далее, отличительные последовательности более высоких гармонических колебаний. Согласно данному изобретению, описанный бесконтактный переключатель может применяться вместе с обоими данными процессами сварки.

Изобретение будет детально описано в следующем описании в предпочтительном примерном воплощении со ссылкой на сопутствующие чертежи, где:

Фиг.1 представляет схематичное изображение в поперечном сечении индуктивного бесконтактного переключателя;

Фиг.2A-2D - диаграммы сигналов на входе электронных схем бесконтактного переключателя, представленные на Фиг.1, иллюстрирующие его основной принцип измерения;

Фиг.3 представляет блок-схему электронных схем бесконтактного переключателя, изображенного на фиг.1;

Фиг.4 представляет основную схему соединений цепи подавления сигнала электронной схемы, представленной на Фиг.3, согласно первому воплощению изобретения;

Фиг.5 представляет основную схему соединений цепи подавления сигнала электронной схемы, представленной на Фиг.3, согласно второму воплощению данного изобретения;

Фиг.6A, 6B представляют диаграммы сигнала на входе и выходе цепи подавления сигнала, представленной на Фиг.4, при отсутствии внешних возмущений;

Фиг.6C, 6D представляют диаграммы сигнала на входе и выходе цепи подавления сигнала, представленной на Фиг.4, при наличии внешних возмущений;

Фиг.6E представляет теоретическую диаграмму зависимости напряжения от емкости цепи подавления сигнала, представленной на Фиг.4, в соответствии с сигналом на входе и сигналом на выходе, представленными на Фиг.6C и 6D;

Фиг.7 представляет основную схему соединений цепи подавления сигнала электронных схем, описанных на Фиг.3, в более общем представлении при сравнении со схемами соединений, указанных на Фиг.4 и 5; и

Фиг.8A, 8B представляют диаграммы сигнала на входе и сигнала на выходе схемы задержки в цепи подавления сигнала, представленной на Фиг.7.

Фиг.1 представляет индуктивный бесконтактный переключатель 1, содержащий катушку 2, соединенную с электрической схемой 3. Основной принцип измерения бесконтактного переключателя 1 раскрыт в заявках на европейский патент EP 0936739 A1 и EP 0936741 A1, которые, таким образом, были включены как ссылки. Как видно на Фиг.3, электрическая схема 3 содержит источник импульса 4 для подачи на катушку 2 периодических передающих текущих импульсов, мостиковую схему 5 и процессинговую схему 6 для генерирования выходного сигнала 9 в зависимости от изменения положения контролируемого объекта. Со ссылкой на Фиг.1, электронная схема 3 соединена с кабелем 7, который служит для передачи выходного сигнала 9. Катушка 2 и электронная схема 3 установлены в корпус 8, состоящий из одного куска нержавеющей стали, не обладающей ферромагнитными свойствами, и имеющий цилиндрическую форму.

Фиг.2A и 2B иллюстрируют сигналы управления, поступаемые из источника импульсов 4. Сигнал управления p(t), представленный на Фиг.2A, управляет полярностью напряжения D.C., поступающего на катушку 2. Сигнал управления s(t), представленный на Фиг.2B, состоит из периодических импульсов S1, S2, S3 с периодом T, большим, чем соответствующая длина импульса Ts. Например, период T импульсов S1, S2, S3 может находиться в диапазоне 0,1 мс, а соответствующая длина импульса Ts может приблизительно соответствовать одной пятой периода T. Период Tp сигнала управления p(t) соответствует двойному периоду T импульсов S1, S2, S3.

На Фиг.2С представлен ток Ic(t), проходящий через катушку 2. В соответствии с периодическими импульсами S1, S2, S3 сигнала управления s(t) передающие текущие импульсы Ic1, Ic2, Ic3 присутствуют в каждом периоде T с увеличением амплитуды при протекании соответствующих импульсов Ts и, впоследствии, с более быстро уменьшающейся амплитудой. Благодаря инверсии полярности, находящейся под управлением сигнала управления p(t), второй текущий импульс Ic2 имеет противоположный знак в сравнении с предшествующим и последующим текущими импульсами Ic1, Ic2, Ic3. Таким образом, взаимодействие с внешними низкочастотными полями может быть снижено, как детально описано в заявке на европейский патент EP 0936739 A1.

Если контролируемый объект находится в зоне воздействия переменного магнитного поля, вырабатываемого в катушке 2 путем передачи текущих импульсов Ic1, Ic2, Ic3, в объекте индуцируется напряжение, что приводит к затуханию тока в объекте.

На Фиг.2 D показано полученное напряжение Ui(t), которое, в свою очередь, создается в катушке 2 благодаря магнитному соединению с затухающим током в контролируемом объекте. Каждый из передающих текущих импульсов Ic1, Ic2, Ic3 вызывает сдвинутые по времени полученные импульсы напряжения Ui1, Ui2, Ui3. Полученные напряжения Ui1, Ui2, Ui3 представляют измеряемый сигнал, создающий основу для сигнала выхода 9, как подлежащий генерированию в процессинговой схеме 6. Полученные напряжения Ui1, Ui2, Ui3, как правило, обнаруживают мощность сигнала, приблизительно 100 µВ - 300 µВ, и покрывают полосу частот от 1 кГц до 100 кГц.

Как показано на Фиг.3 в схематичном виде, процессинговая схема 6 бесконтактного переключателя 1 содержит приемное окно контроля 10, цепь усиления 11, цепь сравнения 12 и цепь гашения 13. Приемное окно контроля 10 используется, в первую очередь, для управления положением во времени и продолжительностью полученных напряжений Ui1, Ui2, Ui3, подлежащих измерению. Измеренные сигналы затем усиливаются на стадии усиления 11 и, далее, обрабатываются посредством цепи сравнения 12. Таким образом, проходной сигнал 19 получают на входе в цепь гашения 13 в цифровой форме, указывающей на отсутствие или наличие контролируемого объекта относительно контролируемой области.

Фиг.4 представляет первое воплощение принципиальной схемы 13a цепи гашения 13. Основные функции цепи 13а соответствуют моностабильному мультивибратору с поворотным запуском. Промежуточный (проходной) сигнал 19 подается на вход цепи гашения 13a на участке транзистора 14. Выходной сигнал 9 цепи гашения 13a появляется на выходе из компаратора 15. Кроме того, в цепи гашения 13а предусмотрены четыре ключа SW1, SW2, SW3, SW4. Таким образом, образована коммутационная схема, позволяющая производить безупречную обработку в зависимости от текущего положения промежуточного сигнала 19. Ключи SW1 и SW3 имеют тип «нормально открыт» (NO). Ключи SW2 и SW4 имеют тип «нормально закрыт» (NC). Таким образом, ключи SW3 и SW4 используют для запоминания предыдущего состояния промежуточного сигнала 19, если изменение состояния сигнала происходит на входе транзистора 14.

Заданное время возмущений Tc1, Tc2 установлено в значении 25 мс на основании времени заряда RC-элемента 16. Это позволяет распознать четыре различных состояния переключения в цепи гашения 13a, которые могут сохраняться посредством ключей SW1, SW2, SW3, SW4. Первое состояние переключения соответствует периоду зарядки Tc1 RC-элемента 16. Второе состояние переключения соответствует периоду разрядки Tc2 RC-элемента 16. Третье состояние переключения соответствует потенциалу Vc, применяемому к емкости RC-элемента 16. Четвертое состояние переключения соответствует емкости заземленного RC-элемента 16.

В цепи 13, представленной на Фиг.4, время возмущения Tc1, Tc2 избирается равным для обоих состояний промежуточного сигнала 19.

Согласно различным вариантам воплощения цепи 13 можно выбирать различные значения времени возмущения Tc1 для первого состояния сигнала при сравнении со временем возмущения Tc2 второго состояния сигнала. Это может достигаться, например, как отражено на Фиг.5. Воплощение цепи гашения 13b, представленной на Фиг.5, соответствует одной из цепей гашения 13a, представленной на Фиг.4, с той лишь разницей, что катушка сопротивления 22 и диод 21 соединены параллельно с катушкой сопротивления 17 цепи гашения 13b. Таким образом, электрические характеристики этих двух элементов 21, 22 определяют разницу между этими двумя показателями времени возмущения Tc1, Tc2.

Фиг.6A и 6B отображают диаграммы промежуточного сигнала 19 и выходного сигнала 9 цепи гашения 13 при отсутствии внешних возмущений. Промежуточный сигнал 19, представленный на Фиг.6A, установлен в первом сигнальном состоянии в рамках периодов времени Т1 и Т3, показывая, что контролируемый объект расположен вне контролируемой области. В рамках временного периода T2 между ними промежуточный сигнал 19 установлен во втором сигнальном состоянии, обозначая то, что контролируемый объект находится внутри контролируемой области. Соответствующий выходной сигнал 9, представленный на Фиг.6B, совпадает с промежуточным сигналом 19 с двумя исключениями: во-первых, переход от первого сигнального состояния ко второму сигнальному состоянию после периода Т1 задерживается на время возмущения Tc1. Во-вторых, переход от второго сигнального состояния к первому сигнальному состоянию после периода Т2 задерживается на время возмущения Tc2.

Далее, режим работы цепи гашения 13 представлен на примере сигнала на входе 19, представленного на Фиг.6A. В рамках периода T1 на входе транзистора 14 и выходе компаратора 9 установлено нулевое напряжение. В конце периода T1 смена сигнала происходит от первого состояния ко второму состоянию на транзисторе 14 так, что ключ SW2 открывается, а ключ SW1 закрывается. Ключи SW3 и SW4 остаются в их текущем выключенном состоянии. Как следствие, емкость RC-элемента 16 является заряженной. Продолжительность сигнала в первом состоянии в рамках периода T2 превышает время заряда, соответствующее времени возмущения Tc1. Таким образом, компаратор 15 обращает состояние ключей SW3 и SW4 в противоположное, и потенциал Vc применяется к емкости RC-элемента 16.

Ситуация меняется на противоположную в конце периода Т2, когда происходит изменение сигнала от второго состояния к первому состоянию на транзисторе 14, так что ключ SW1 блокируется, а ключ SW2 является проводящим, ключи SW3 и SW4 остаются в их текущем выключенном положении. Как следствие, емкость RC-элемента 16 разряжается через сопротивление 18. Так как время разряда достаточно большое, т.е. превышает время возмущения Tc2, компаратор 15 обращает состояние ключей SW3 и SW4. Таким образом, емкость RC-элемента заземляется.

Фиг.6C представляет диаграмму промежуточного сигнала 19 цепи гашения 13 при наличии внешних возмущений. Сигнал 19 на Фиг.6C соответствует промежуточному сигналу 19, представленному на Фиг.6A, где внешние возмущения порождают дополнительные изменения сигналов между первым и вторым состоянием в рамках периодов T1 и T3. Однако каждое из дополнительных изменений сигнала имеет продолжительность T_F, что существенно меньше по сравнению со временем возмущения Tc1, Tc2. Таким образом, время заряда емкости RC-элемента не является достаточным, чтобы за период T_F изменить сигнал компаратора 15. Поэтому напряжение на входе возвращается к нулю, а ключ SW2 проводит ток, так что емкость RC-элемента 16 снова заземлена.

Фиг.6D представляет соответствующую диаграмму выходного сигнала 9 при наличии внешних возмущений, представленных на Фиг.6C. Как было представлено, дополнительные изменения промежуточного сигнала, возникающие возмущения из полей эффективно гасятся посредством цепи гашения 13. Таким образом, минимальный временной интервал между двумя изменениями выходного сигнала 9 не может опускаться меньше соответствующего времени возмущения Tc1, Tc2.

Функциональность цепей гашения 13, 13a, 13b представлена далее, на Фиг.6E, отражающей зависимость напряжения от емкости RC-элемента 16 в случае подвергшегося возмущению сигнала входа на транзистор 14, как показано на Фиг.6C. В течение периода T1 каждое из изменений сигнала с продолжительностью T_F привело к повышению напряжения на емкости. Однако, если время заряда емкости значительно меньше времени возмущения Tc1, система каждый раз возвращается к своему исходному состоянию до того, как возникнет изменение состояния на обратное посредством компаратора 15. Ситуация изменяется в конце периода T1, когда изменение сигнала превышает значение времени возмущения Tc1. Следовательно, емкость RC-элемента 16 полностью заряжается посредством потенциала Vc после реакции компаратора 15.

Фиг.7 дает более общее представление о детальных принципиальных схемах 13a и 13b цепи гашения 13 бесконтактного переключателя 1, представленного на Фиг.3. Цепь гашения 13с содержит мультиплексор 25, который соединен с выходом цепи компаратора 12 и содержит ключи для разделения между двумя сигнальными состояниями промежуточного сигнала 19. Соответственно, функциональные возможности мультиплексора 25 обеспечиваются за счет ключей SW1, SW2 более детализированных цепей гашения 13a, 13b. Таким образом, положение переключения мультиплексора 25 зависит от текущего состояния промежуточного сигнала 19. В зависимости от текущего состояния, промежуточный сигнал 19 либо проходит через первую сигнальную линию 26 для сигнала в первом сигнальном состоянии, либо через вторую сигнальную линию 27 для сигнала во втором сигнальном состоянии.

Каждая из сигнальных линий 26, 27 имеют схему задержки 28, 29. Схема задержки 29 второй сигнальной линии 27 имеет инвертор для учета обращенного сигнала второго сигнального состояния. Схема задержки 28, 29 вызывает задержку по времени, во время которой должен присутствовать сигнал на соответствующем входе схем задержки 28, 29 для того, чтобы позволить изменение сигнала, который должен присутствовать на выходе схем задержки 28, 29. Временная задержка является постоянной в схемах задержки 28, 29, как и значение времени возмущения Tc1, Tc2, соответственно. Таким образом, схемы задержки 28, 29 соответствуют функциональным характеристикам RC-элемента 16 ранее описанных цепей гашения 13a, 13b.

Триггерная схема 31 соединена с выходом схем задержки 28, 29 на конце сигнальных линий 26, 27. Два выключателя триггерной схемы 31 используются для запоминания предыдущего состояния промежуточного сигнала 19, если смена сигнального состояния происходит на входе. Данные функциональные характеристики реализуются посредством ключей SW3, SW4 ранее описанных цепей гашения 13a, 13b. На выходе триггерной схемы 31 появляется выходной сигнал 9. Кроме того, выход триггерной схемы 31 соединен с мультиплексором 25 посредством сигнальной линии 32 для обеспечения возможности осуществления изменения положения переключения мультиплексора 25, зависящего от текущего сигнального состояния.

Фиг.8A, 8B иллюстрируют основные функциональные характеристики схем задержки 28, 29 с использованием примера схемы задержки 28 первой сигнальной линии 26. Фиг.8A иллюстрирует изменение во времени сигнала 35 на входе в схему задержки 28. Фиг.8B иллюстрирует соответствующий сигнал 36 на выходе схемы задержки 28. На начальном этапе происходит первый переход от первого сигнального состояния во второе сигнальное состояние для входного сигнала 35. Продолжительность сигнала во втором сигнальном состоянии, однако, меньше, чем значение времени возмущения Tc1. Таким образом, длина импульса во втором сигнальном состоянии полностью подавляется схемой задержки 28, и не происходит никаких изменений в сигнале выхода 36 схемы задержки 28. На последующем этапе сигнала входа 35 возникает второй переход от первого сигнального состояния ко второму сигнальному состоянию продолжительностью значительно большей, чем значение времени возмущения Tc1. Как следствие, изменение сигнала выхода 36 схемы задержки 28 возникает как свойство данного перехода состояния и задерживается на значение времени возмущения Tc1.

Таким образом, режим работы цепей гашения 13a, 13b и 13c является эквивалентным, как описано выше относительно примеров сигналов, представленных на Фиг.6A-6E. Например, сигнал входа 19. представленный на Фиг.6C, может восприниматься как пример, иллюстрирующий, в дальнейшем, режим работы цепи гашения 13с: при коротких изменениях входного сигнала 19 в периоде T1 не происходит смены выходного сигнала 9, как показано на Фиг.6D. Причиной этого является то, что продолжительность данных изменений сигнала короче, чем задержка по времени Tc1, которая является неизменной для схемы задержки 28 цепи гашения 13c.

Длина сигнала в рамках периода T2 существенно больше, чем задержка по времени Tc1 схемы задержки 28. Таким образом, изменение сигнала возникает на выходе схемы задержки 28, который задерживается на значение времени возмущения Tc1 и затем поступает в триггерную схему 31. Триггерная схема 31 переключается в альтернативное состояние. Это также вызывает смену состояния переключения мультиплексора 25 посредством сигнала, передаваемого по сигнальной линии 32. В результате входной сигнал 19 теперь проходит через вторую сигнальную линию 27 через схему задержки 29.

В начале периода T3 сигнал входа возвращается в первое сигнальное состояние. Продолжительность данного периода, в котором сигнал входа остается в первом сигнальном состоянии, превышает задержку по времени Tc2, которая определяется соответствующей схемой задержки 29 во второй сигнальной линии 27. Таким образом, состояния переключения триггерной схемы 31 снова переводятся в исходное. Это также вызывает смену состояния переключения мультиплексора 25 посредством сигнала, передаваемого по сигнальной линии 32. В результате, сигнал входа 19 проходит снова через первую сигнальную линию 26, через схему задержки 28. Следующее короткое изменение сигнала в период T3 входного сигнала 19 снова короче, чем задержка по времени Tc1, которая является неизменной посредством схемы задержки 28 и, таким образом, не вызывает соответствующего изменения сигнала на выходе схемы задержки 28.

Таким образом, минимальный интервал времени между двумя изменениями сигнала выхода 9 не может быть ниже соответствующего времени возмущения Tc1, Tc2 схем задержки 28, 29; и внешние возмущения в данном диапазоне частот эффективно заглушаются.

Необходимо отметить, что изобретение не ограничивается вариантами воплощения, описанными выше с целью облегчения понимания и визуального представления и не ограничивающими конструктивные характеристики данного изобретения. В частности, изобретение было описано посредством примера особого воплощения цепи гашения. Как известно специалисту, множество других вариантов применения в электрических сетях становятся возможными для реализации цепи гашения сигнала продолжительностью меньше, чем заданное время возмущения, в электронной или аналоговой форме. Например, известны различные возможности для предоставления описанных состояний выключения в цепи гашения такого рода, в частности транзисторы, реле, мультиплексоры, триггеры или системные программы блока обработки сигналов. Предпочтительно, таким образом, ограничить данное изобретение не примерами его раскрытия, а только приведенными пунктами формулы изобретения.

Изобретение относится к области электроники, а именно к индуктивному бесконтактному переключателю, предназначенному для определения наличия объекта в контролируемой области. Переключатель содержит катушку, источник импульсного излучения для подачи его на указанную катушку с передаваемыми текущими импульсами за период времени больший, чем продолжительность указанных передаваемых текущих импульсов, и процессинговую схему для генерирования выходного сигнала, основанного на полученных напряжениях, различающихся в зависимости от смены положения объекта. Указанные полученные напряжения индуцируются в катушке после периодов продолжительности передающих текущих импульсов путем затухания токов, ранее протекающих в объекте благодаря напряжению, индуцированному указанной катушкой. Процессинговая схема содержит цепь гашения, предназначенную для гашения сигнала продолжительностью менее заданного времени возмущения указанного выходного сигнала и обеспечения минимального интервала времени между двумя изменениями указанного выходного сигнала не ниже указанного времени возмущения. Процессинговая схема выполнена с возможностью генерирования промежуточного сигнала, имеющего два сигнальных состояния, и подачи указанного промежуточного сигнала в указанную цепь гашения для генерирования упомянутого выходного сигнала. Цепь гашения содержит по меньшей мере одну схему задержки промежуточного сигнала на указанное время возмущения для каждого из указанных сигнальных состояний. Достигается снижение чувствительности к внешним возмущающим полям. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Индуктивный бесконтактный переключатель, предназначенный для определения наличия объекта в контролируемой области, содержащий катушку (2), источник импульсного излучения (4) для подачи на указанную катушку (2) передающих текущих импульсов (S1, S2, S3) излучения с периодом (Т), большим продолжительности (Ts) указанных передающих текущих импульсов, и процессинговую схему (6) для генерирования выходного сигнала (9), основанного на полученных напряжениях (Ui1, Ui2, Ui3), различающихся в зависимости от смены положения объекта, при этом указанные полученные напряжения индуцируются в упомянутой катушке (2) после периодов продолжительности (Ts) передающих текущих импульсов путем затухания токов, ранее протекающих в объекте благодаря напряжению, индуцированному указанной катушкой, отличающийся тем, что указанная процессинговая схема (6) содержит цепь гашения (13, 13a, 13b, 13c), предназначенную для гашения сигнала продолжительностью менее заданного времени возмущения (Tc1, Tc2) указанного выходного сигнала (9) и обеспечения минимального интервала времени между двумя изменениями указанного выходного сигнала не ниже указанного времени возмущения (Tc1, Tc2), при этом процессинговая схема (6) выполнена с возможностью генерирования промежуточного сигнала (19), имеющего два сигнальных состояния, и подачи указанного промежуточного сигнала (19) в указанную цепь гашения (13, 13a, 13b, 13c) для генерирования упомянутого выходного сигнала (9), причем указанная цепь гашения (13, 13a, 13b, 13c) содержит по меньшей мере одну схему задержки (16, 28, 29) промежуточного сигнала (19) на указанное время возмущения (Tc1, Tc2) для каждого из указанных сигнальных состояний.

2. Бесконтактный переключатель по п. 1, отличающийся тем, что первое состояние указанного промежуточного сигнала (19) указывает на отсутствие объекта в контролируемой области, а второе состояние промежуточного сигнала указывает на наличие объекта в контролируемой области.

3. Бесконтактный переключатель по п. 1, отличающийся тем, что в указанной цепи гашения (13, 13a, 13b, 13c) для указанных двух сигнальных состояний использованы одинаковые значения указанного времени возмущения (Tc1, Tc2).

4. Бесконтактный переключатель по п. 1, отличающийся тем, что в указанной цепи гашения (13, 13a, 13b, 13c) для указанных двух сигнальных состояний использованы различные значения указанного времени возмущения (Tc1, Tc2).

5. Бесконтактный переключатель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что два состояния указанного промежуточного сигнала (19) различаются для указанной цепи гашения (13, 13a, 13b, 13c) посредством по меньшей мере двух состояний переключения переключающей схемы (SW1, SW2, SW3, SW4, 25, 31).

6. Бесконтактный переключатель по п. 5, отличающийся тем, что указанная переключающая схема содержит по меньшей мере один мультиплексор (25), определяющий указанные состояния переключения.

7. Бесконтактный переключатель по любому из пп. 1-4, 6, отличающийся тем, что указанная катушка (2), указанный источник импульсного излучения (4), указанная процессинговая схема (6) и указанная цепь гашения (13, 13a, 13b, 13c) установлены в корпусе (8), изготовленном из металла, не обладающего ферромагнитными свойствами и имеющем удельное электрическое сопротивление более удельного электрического сопротивления алюминия.

8. Бесконтактный переключатель по п. 7, отличающийся тем, что указанный металлический корпус изготовлен из нержавеющей стали.

9. Бесконтактный переключатель по любому из пп. 1-4, 6, 8, отличающийся тем, что последовательность указанных передаваемых текущих импульсов (S1, S2, S3) содержит предшествующий текущий импульс (S1, S2) и последующий текущий импульс (S2, S3), причем полярность последующего текущего импульса обратна относительно полярности предшествующего текущего импульса.

10. Устройство для определения наличия объекта в контролируемой области, содержащее индуктивный бесконтактный переключатель по п. 1 и источник возмущения, формирующий сигналы возмущения частотой до 50 кГц.

11. Применение индуктивного бесконтактного переключателя по п.1 в качестве средства подавления внешнего возмущения при контактной сварке сопротивлением.