[發明專利]傳感器及傳感器的制造方法

有效

• 申請號: 201210162899.8
• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN102798333A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: R·霍寧克卡;S·施米得德;G·舒豪莫斯
• 申請（專利權）人: 微－埃普西龍測量技術有限兩合公司
• 主分類號: G01B7/00
• 分類號: G01B7/00;G01B7/14;H01F17/06;H01F27/24
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 亓云

技術領域

本發明涉及一種電感式操作的傳感器，尤其適用于測量金屬物體的距離和位置。

背景技術

電感式傳感器用于許多技術領域的測量工作，監控設備和器件或者用于工藝自動化。通常，傳感器分為簡單的開關傳感器和連續距離傳感器。第一種傳感器也被稱為接近開關，因為當金屬物體靠近到一定距離時，他們會產生開關信號。然而，當物體接近時，第二種傳感器傳遞與距離相關的信號，因此，這些傳感器被用于測量距離和位置。

電感式傳感器必不可少地至少包括交流電源供電的線圈。當金屬物體接近這個線圈時，產生兩種基本效應。在金屬中感應出渦流，該渦流阻礙原始勵磁電流（楞次定律）并且在線圈中產生一個內部反饋。該效應主要發生在導電性良好的材料制造的物體中，不管它們是不是鐵磁體。如果是鐵磁體還發生另一個效應。當鐵磁材料制造的物體接近線圈時，線圈的電感量變化，該變化也能用于檢測所述的物體。

通常電感式傳感器使用鐵磁體磁芯，以便增加線圈的電感量。此外，線圈的電磁場可以被引導穿過磁芯，從而產生更大的測量和開關距離。

無磁芯的渦流傳感器代表電感式傳感器的特殊類型。由于線圈的電感量低，它們的工作頻率必須比包含磁芯的電感式傳感器高得多。

狹義的電感式傳感器需要鐵磁體磁芯來增加線圈電感量和引導電磁場。這些傳感器經常采用E型截面的罐形磁芯。罐形磁芯有容納線圈的凹槽。除了前表面之外，線圈被鐵磁材料的E型截面環繞，導致了高效的磁場布局。于是，磁通線被強烈地集中在前表面，使得測量磁場被導向待測量的物體。然而，根據其各自的應用場合可以采用各種不同的磁芯形狀。最簡單的磁芯由圓筒形的線圈主體與纏繞在其周圍的線圈組成。磁芯通常包括鐵氧體主體，由壓緊的粉狀鐵氧體燒結制成。這種磁芯的缺點是其材料非常易碎，燒結后極易破裂。此外，任何后續的加工不再可能，或者只有采用昂貴的工藝技術才能進行后續加工。

傳統的傳感器線圈由銅線制成，以空芯線圈的形式或者繞制在非金屬的線圈主體上。還有其他一些眾所周知的線圈制造方案。例如，應用在電路板上的平面線圈。這里，所述的線圈布設在在電路板表面上的軌跡或者平面金屬箔。為了增加電感量，也可以在電路板上形成若干層線圈，再通過通孔連接體把線圈的各層連接起來。制作在多層陶瓷基片上的線圈特別適用于高溫應用。使用這種所謂的LTCC（低溫共燒陶瓷）技術或者HTCC（高溫共燒陶瓷）技術，若干層陶瓷基片可以通過燒結的方式連接在一起，以便形成小型化的模塊。在燒結之前，可以在各個獨立的陶瓷薄膜層上布設電路和線圈，并且通過通孔連接體連接各層。在燒結之后，線圈構成小型化的模塊，該模塊可以抵抗高的機械應力和熱應力。

線圈連接到電子電路，通常置于傳感器殼體內。該電子電路包括用于產生交流電壓的振蕩器，并且解調線圈的信號。根據評估的目的，可以使用振幅、頻率、相位或者這些參數的結合。

由于采用非接觸主動檢測原理，電感式傳感器尤其適用于那些測量物體沒有反饋的地方。因此，它們特別適用于惡劣的環境條件下。灰塵、污垢、水、油或者其他的污染物都不會影響測量信號。但是，為了保護傳感器不受這些環境影響，線圈必須是密封的。在簡單的傳感器中可以用塑料蓋帽做到這一點。在更惡劣的環境條件下，傳感器可以采用不銹鋼整體制造的殼體。然而，在這些全金屬傳感器中，由于不銹鋼也會產生渦流，不銹鋼殼體會對傳感器造成不利影響。因此，這些傳感器的靈敏度會低于使用塑料蓋帽的傳感器。作為另一種可選方案，還可以使用陶瓷蓋帽，陶瓷蓋帽對測量信號沒有影響，并且能夠更好地抵御外來影響。這里，陶瓷蓋帽覆蓋在傳感器的前面，傳感器的鐵氧體磁芯和線圈置于其后。為了防止過多地損失測量范圍，蓋帽不能太厚。陶瓷蓋帽的缺點是成型困難，并且尤其是在撞擊和振動應力下容易破裂。