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专利名称：电感式传感器装置以及具有电感式传感器装置的电感式接近传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于采集由于靠近电感式传感器装置的影响侧的区域的对象所 引起的磁场变化的电感式传感器装置，其中，该传感器装置包括至少一个线圈系统，该线圈 系统具有被交流供电的发送线圈以及第一和第二接收线圈。
背景技术：
由公开的欧洲专利文献EP O 340 660 A2公知一种以车轮传感器形式的用于探测 轨道连接车轮的这样的电感式传感器装置。
一般地，在这种车轮或计轴传感器中，该车轮或计轴传感器具有分开的发送器和 接收器，即通常具有至少一个发送线圈以及至少一个接收线圈，发送器和接收器布置在铁 路轨道的相同或不同侧。通过从其上压过或从旁边经过的车轮在传感器的接收系统中基于 由于车轮或其轮缘(Spurkranz)的电感影响，通常产生以钟形曲线构成的滚动曲线形式的 接收电压。依据各自的极性和线圈布置，在此通常在超过或低于固定的阈值时识别车轮。在 作为车轮传感器的情况下，实际的电感式传感器装置在必要时直接布置在轨道上，而车轮 传感器的分析电路可以与电感式传感器装置分开地布置，例如在通常相距几米的轨道连接 外壳中。独立于此的是，结合车轮或计轴传感器所使用的电感式传感器装置的有效区域限 制到压过的车轮的过程区域。
除了轨道车辆还存在其它类型的与轨道连接的或由轨道引导的车辆，诸如具有橡 胶轮胎的由轨道引导的车辆、磁悬浮列车、悬挂轨道车或也称为单轨列车的单轨道引导的 车辆，其尤其应用在城铁范围内。在此，从各个车辆的操作者方面也可能存在对电子的路段 空闲报告的期望，该报告满足高的安全要求。但是因为相应的车辆通常没有车轮或者其不 是由铁或金属构造，在这种情况下根据电感作用原理对车轮的探测通常不予考虑。尽管如 此，在该情况下原则上可以考虑，以探测或计数车辆或车厢本身代替探测车轮，从而得出关 于路段片段的占用状态的结论。与上述对车辆本身探测不同的，也可以例如在各个车辆上 安装特殊对齐的金属面，在使用电感作用原理的情况下可以探测该金属面。独立于具体的 实施方式，在此与通常的车轮或计轴传感器相比，当然需要具有明显较大的有效区域的电 感式传感器装置。为此的原因是，车辆的侧面所需的活动余地通常比轨道引导的车轮的活 动余地明显更大，从而在电感式传感器装置和待探测的对象之间需要较大的距离。发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开始部分所述类型的可灵活并 在多方面使用的电感式传感器装置。
按照本发明，上述技术问题通过用于采集由于靠近电感式传感器装置的影响侧的 区域的对象所引起的磁场变化的电感式传感器装置来解决，其中传感器装置包括至少一个 线圈系统，该线圈系统具有被交流供电的发送线圈以及第一和第二接收线圈，其中，两个接收线圈反向串联连接，相对于影响侧第一接收线圈布置在发送线圈之前并且第二接收线圈 布置在发送线圈之后，并且屏蔽相对于影响侧被设置在第二接收线圈之后。
在本发明的范围内，电感式传感器装置的这样的侧被称为“影响侧”，该侧被设置 为在电感式传感器的特定应用中用于探测靠近其的对象，使得在影响侧的范围内通过磁场 形成在其内可以探测对象的有效区域或探测区域。这意味着，为其运行这样布置或安装电 感式传感器装置，使得待探测的对象在电感式传感器装置的影响侧的区域中或沿着电感式 传感器装置的影响侧运动或靠近。在此，“靠近”在概念“接近开关”或“接近传感器”的意 义上通常被理解为，待探测的对象相对于磁场、即有效区域运动，从而最终通过电感式传感 器探测到对象的出现。为此需要待探测的对象由金属组成或者是导电的。
按照本发明，两个接收线圈反向串联连接，即按照反接互相连接。这一点提供了如 下优点在没有影响的情况下、即在待探测的对象没有出现时尽可能地抵消通过发送线圈 在两个接收线圈中感应出的接收电压。对于待探测的对象靠近传感器的情况，发送线圈的 磁场以如下形式失真或改变，即接收线圈的电压不再互相抵消。这一点导致如下结果，即接 收线圈的部分电压互相不同并且串联连接的接收线圈的从中产生的电压变化可以用于探 测对象。由此通过两个接收线圈的反接，电感式传感器装置对于干扰影响的抗干扰性得到 明显提高。这种电感式传感器装置的抗干扰性的提高尤其还为可以实现在更远的距离以可 靠的方式探测对象创造了前提条件。
按照本发明的电感式传感器装置的特征还在于，相对于影响侧，第一接收线圈布 置在发送线圈之前并且第二接收线圈布置在发送线圈之后。换句话说，发送线圈布置在 第一接收线圈和第二接收线圈之间，其中第一接收线圈布置在比第二接收线圈更靠近影响 侦牝并由此更靠近电感式传感器装置的探测区域。由此产生，第二接收线圈鉴于其功能基本 上作为补偿线圈，也就是说，主要用于补偿干扰场。为此的原因在于，第二接收线圈比第一 接收线圈与影响侧并且由此与电感式传感器装置的探测区域相距更大的距离，并且由此不 受或只相对微小地受到靠近的或从旁边经过的对象的影响。相反，干扰场依据其起源通常 以相似的方式对两个接收线圈产生影响。相应的干扰场可能是通过例如在传感器装置附近 延伸的电流电缆或者通过空间上相邻的电部件(例如以其它传感器装置的形式)引起的。基 于两个接收线圈反向串联连接，由此优选地至少尽可能地补偿相应的干扰。
按照本发明的电感式传感器装置的特征还在于，相对于影响侧，屏蔽被设置在第 二接收线圈之后。优选地，在此屏蔽由抗磁材料组成，例如以金属形式。借助屏蔽，电感式 传感器装置的背面、即与影响侧相对的那一侧被屏蔽，由此排除了可能的取决于各自的安 装情况(例如由于围绕的金属)的电感式传感器装置的失谐。结合线圈系统的线圈的布置 以及接收线圈的反向连接，在此可以有利地避免了关于电感式传感器装置的安装地点的限 制。
总之，按照本发明的电感式传感器装置由此提供如下优点，使得其特别是抗干扰 的并且基于此尤其可以在多方面并灵活地使用。在此要指出的是，发送线圈和接收线圈的 布置也是具有优势的，即对于每一个线圈(也就是既对于发送线圈也对于两个接收线圈)电 感式传感器装置的长度或者外壳的长度可以在沿着待探测对象的运动方向被充分利用。由 此使待探测的对象的特别大的作用长度成为可能，由此实现电感式传感器装置的特别高的 灵敏度。此外还由此为下述内容创造了前提条件，即发送线圈可以被构造成具有相对大的直径，即例如在20至30cm的数量级中。通过发送线圈的相应的大的直径使电感式传感器 装置关于其探测区域具有相对大的有效范围成为可能。这一点提供了如下优点，即可以探 测与电感式传感器装置相距相对大的距离从旁边经过或靠近的对象，即例如车辆。因此电 感式传感器装置也可以在这种情况下应用，在该情况下对象以相对大的距离从旁边经过或 者在电感式传感器装置与待探测的对象之间能够出现不同的距离。
优选地，这样扩展按照本发明的电感式传感器装置，使得发送线圈的纵轴和/或 第一接收线圈的纵轴和/或第二接收线圈的纵轴基本上垂直于影响侧对齐。通过至少一个 线圈以其纵轴垂直于影响侧地并且由此基本上也垂直于待检查对象的通常的运动方向地 对齐，实现了电感式传感器装置的特别高的灵敏度。优选地，在此既将发送线圈也将接收线 圈的纵轴垂直于影响侧对齐。
按照另一种特别优选的扩展，这样构造按照本发明的电感式传感器装置，使得发 送线圈的纵轴和接收线圈的纵轴基本上相对应。这意味着，发送线圈的纵轴与两个接收线 圈的纵轴重合。通过由此实现的电感式传感器装置的结构对称性一方面得出关于抑制干扰 的优点；另一方面由此也实现传感器装置的特别简单且紧凑的结构形式。
原则上，两个接收线圈可以就其几何结构、其匝数及其与发送线圈的距离而言是 相同的。
按照另一种特别优选的实施方式，这样突出按照本发明的电感式传感器装置，即 第一接收线圈就其几何结构和/或其匝数和/或其与发送线圈的距离而言与第二接收线圈 不同。这一点提供如下优点，使得可以针对各自的情况合适地选择接收线圈的各个接收电 压。由此例如可以通过有针对性地调整在发送线圈和各个接收线圈之间的距离在静止状态 下、即在电感式传感器装置不受影响的状态下，预定各个接收线圈的接收电压。
原则上可以考虑，至少一个线圈、特别是发送线圈具有铁芯。但是为了避免磁饱和 效应通常具有优势的是，发送线圈和/或第一接收线圈和/或第二接收线圈根据按照本发 明的电感式传感器装置的另一种特别优选的实施方式由空心线圈构成。
优选地，还可以这样扩展按照本发明的电感式传感器装置，使得发送线圈和/或 接收线圈分别接入到振荡电路。这一点提供了如下优点，使得提高了发送电压或接收电压 的各自的幅度并且可以增加频率选择性，由此能够进一步改善干扰抑制。
优选地，还可以这样构造按照本发明的电感式传感器装置，使得侧面地与线圈系 统错开地布置另一个线圈系统。这意味着，两个线圈系统关于影响侧这样侧面地错开，使得 在待探测的对象靠近时借助两个线圈系统产生时间上错开的信号。鉴于随后对信号进行分 析在此可以有利地实现对象的运动方向的确定，即例如车辆的运行方向。
要指出的是，在电感式传感器装置具有两个线圈系统的情况下，屏蔽可以由同时 对两个线圈系统进行屏蔽的一个部件的形式，也可以由对两个线圈系统中的一个各自进行 屏蔽的两个部件的形式构成。
此外，本发明还包括一种电感式接近传感器，该电感式接近传感器具有按照本发 明的电感式传感器装置，或具有按照本发明的电感式传感器装置的前述的优选的扩展的电 感式传感器装置，以及具有与接收线圈相连的分析电路。
按照本发明的电感式接近传感器的优点原则上相应于按照本发明的电感式传感 器装置或其优选的扩展，从而与此相关地参见相应的上述实施方式。
此外要指出的是，鉴于按照本发明的电感式接近传感器，电感式传感器装置尤其 可以连接到已经结合其它应用(例如通常的计轴传感器)被开发、测试并公布的分析电路。 特别地考虑到分析电路的通常相对高成本的安全检查，例如在采用电感式接近传感器时为 实现铁轨或线段空闲报告所大概需要的安全检查，由此关于开销和成本得出明显的优点。 由此例如存在如下可能性为探测单轨列车的车厢而开发的电感式传感器装置与本来为车 轮轨道系统的计轴传感器而开发的分析电路相连接。
优选地，这样构造按照本发明的电感式接近传感器，使得电感式传感器装置和分 析电路布置在不同的外壳中。这一点提供了基本优点，即可以空间上退耦电感式传感器装 置和分析电路。由此特别地还易化了前面描述的可能性，电感式传感器装置与为其它应用 而采用的类型的分析电路相连。
按照另一种特别优选的实施方式，按照本发明的电感式接近传感器被构造为用于 探测与轨道连接的车辆或用于探测与轨道连接的车辆的部件。这一点是具有优势的，因为 由此实现了如下可能性特别地对于没有车轮的与轨道连接的车辆实现了例如在线段空间 报告系统的范围内特别抗干扰且由此特别可靠的对车辆的探测。但是原则上按照本发明的 电感式接近传感器还适用于探测具有车轮或轴的与轨道连接的车辆或者适用于探测这种 车辆的车轮或轴，从而按照本发明的电感式接近传感器可以有利地在多方面得到应用。


下面结合实施例对本发明作进一步的说明。为此
图I以示意性截面图示出了按照本发明的电感式传感器装置的一种实施例，和
图2示出了按照本发明的电感式传感装置的实施例的示意性电路图。
为了清楚起见在附图中为功能相同或基本相同的部件使用相同的附图标记。
具体实施方式
图I以示意性截面图示出了按照本发明的电感式传感器装置的一种实施例。所示 出的电感式传感器装置10具有影响侧15，对象100靠近该影响侧或者从左向右从旁边经过 该影响侧。对象100例如可以是车厢或由轨道引导的车辆的金属部件。
电感式传感器装置10具有线圈系统20，该线圈系统20由发送线圈30、第一接收 线圈40和第二接收线圈50组成。相应于图I的图示，第一接收线圈40在此相对于影响侧 15布置在发送线圈30之前并且第二接收线圈50相对于影响侧15布置在发送线圈30之 后。假设两个接收线圈40、50为了抑制干扰场反向串联连接，即按照反接互相连接。
此外，电感式传感器装置10具有屏蔽60，该屏蔽60在所述实施例的范围内应当是 抗磁金属板。屏蔽60相对于影响侧15设置在第二接收线圈50之后，即在电感式传感器装 置的背向影响侧15的背面的方向上。电感式传感器装置10的线圈系统20由屏蔽60优选 这样与背面屏蔽，使得降低或避免外部的干扰影响。
相应于图I的图示，线圈系统20以及屏蔽60安装在外壳70中。
现在只要例如可以是金属板的对象100侵入电感式传感器装置10的探测区域，发 送线圈30的场就这样类型地失真，使得接收线圈40、50的电压变得不同或更加不同。因 此，串连连接的接收线圈40、50的电压变化可以用于探测以金属平面或金属部件形式的对象100，该金属平面或金属部件例如可以是车辆底盘或者轨道连接的车辆的车厢壁。通过屏 蔽60放大地偏转磁场线，从而在接收线圈40、50几何结构相同的情况下可以不同地选择与 发送线圈30的距离，以便在静止状态下，即在电感式传感器装置10不受影响的状态下，获 得接收电压的补偿。
为了探测更远的对象100，发送线圈30具有合适的大的直径。依据各自的情况在 此直径例如可以位于大约20至50cm的数量级。但是发送线圈30也可以具有更小或更大 的直径。此外，具有另一个相应的线圈系统的结构也可以是适宜的，由此使识别对象100的 运动方向成为可能。
在图I的实施例中，发送线圈30与接收线圈40和50的纵轴重合并且垂直于影响 侧15地对齐，即在所示的实施例中也垂直于对象100的运动方向。发送线圈30和接收线 圈40、50被实施为空心线圈，从而避免由于线圈铁芯的饱和效应的可能的干扰影响。
图2示出了按照本发明的电感式传感器装置的实施例的示意性电路图。在此仅示 意性地表示电感式传感器装置10以用于示出电感式传感器装置的简化电路图。
相应于图2的图示，发送线圈30和按照反接互相连接的接收线圈40、50分别如下 地接入振荡电路，即发送线圈30与电容器35 —起构成发送振荡电路。以类似的方式接收 线圈40、50与电阻45和电容器55也可以构成接收振荡电路。在此，在图2中以Us表示发 送振荡电路的发送电压并且以Ue表示接收振荡电路的接收电压。依据各自的情况，发送电 压Us的有效值例如可以位于30至60V的数量级并且接收电压Ue的有效值在静止状态下、 即在没有待检查对象的情况下例如会明显低于IV。通过将发送器和接收器设计为振荡电路 有利地提高了频率选择性，由此抑制了具有其它频率的干扰。
上面描述的电感式传感器装置可以与相应的与接收振荡电路相连的分析电路一 起用于实现电感式接近传感器。在此，特别是通过电感式传感器装置以及分析电路可以空 间上互相分开地布置在不同外壳中，已经可用的分析电路或分析电子器件还可以用于相应 的电感式接近传感器，该分析电路或分析电子器件满足例如在轨道空闲报告的范围内的高 的安全要求，从而例如替代车轮或轴，探测列车或载人车厢。由此，所描述的电感式传感器 装置不仅相对于干扰影响特别稳健，而且此外还可以特别灵活并在多方面被使用。
权利要求
1.一种电感式传感器装置(10)，用于采集由于靠近所述电感式传感器装置(10)的影响侧(15)的区域的对象(100)所引起的磁场变化，其中，所述传感器装置(10)包括至少一个线圈系统(20)，该线圈系统具有被交流供电的发送线圈(30)以及第一和第二接收线圈(40，50)，其特征在于 -所述两个接收线圈(40，50)反向串联连接； -相对于所述影响侧(15)，所述第一接收线圈(40)布置在所述发送线圈(30)之前并且所述第二接收线圈(50)布置在所述发送线圈(30)之后；并且 -相对于所述影响侧(15)，屏蔽(60)被设置在所述第二接收线圈(50)之后。
2.根据权利要求I所述的电感式传感器装置，其特征在于，所述发送线圈(30)的纵轴和/或所述第一接收线圈(40)的纵轴和/或所述第二接收线圈(50)的纵轴基本上垂直于所述影响侧(15)地对齐。
3.根据权利要求I或2所述的电感式传感器装置，其特征在于，所述发送线圈(30)的纵轴和所述接收线圈(40，50)的纵轴基本上相对应。
4.根据上述权利要求中任一项所述的电感式传感器装置，其特征在于，所述第一接收线圈(40)就其几何结构和/或其匝数和/或其与发送线圈的距离而言与所述第二接收线圈(50)不同。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电感式传感器装置，其特征在于，所述发送线圈(30)和/或所述第一接收线圈(40)和/或所述第二接收线圈(50)被构造为空心线圈。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电感式传感器装置，其特征在于，所述发送线圈(30)和/或所述接收线圈(40，50)分别接入到振荡电路。
7.根据上述权利要求中任一项所述的电感式传感器装置，其特征在于，与所述线圈系统(20)侧面错开地布置另一个线圈系统。
8.—种电感式接近传感器，具有根据上述权利要求任一项所述的电感式传感器装置以及与接收线圈(40，50)相连的分析电路。
9.根据权利要求8所述的电感式接近传感器，其特征在于，所述电感式传感器装置(10)和所述分析电路布置在不同的外壳中。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的电感式接近传感器，其特征在于，所述电感式接近传感器被构造为用于探测与轨道连接的车辆或用于探测与轨道连接的车辆的部件。
全文摘要
本发明涉及一种电感式传感器装置(10)，用于采集由于靠近所述电感式传感器装置(10)的影响侧(15)的区域的对象(100)所引起的磁场变化，其中所述传感器装置(10)包括至少一个线圈系统(20)，该线圈系统具有被交流供电的发送线圈(30)以及第一和第二接收线圈(40，50)。在此，这样构造按照本发明的电感式传感器装置(10)，使得所述两个接收线圈(40，50)反向串联连接，相对于所述影响侧(15)，所述第一接收线圈(40)布置在所述发送线圈(30)之前并且所述第二接收线圈(50)布置在所述发送线圈之后，并且相对于所述影响侧(15)，屏蔽(60)被设置在所述第二接收线圈(50)之后。本发明还涉及一种具有电感式传感器装置(10)的电感式接近传感器。
文档编号G01D5/20GK102985792SQ201180033594
公开日2013年3月20日 申请日期2011年7月5日 优先权日2010年7月8日
发明者R.弗雷斯 申请人:西门子公司