DE4022889A1

DE4022889A1 - Magnetic field sensitive inductive proximity switch - uses sensor plate of high permeability soft magnetic material

Info

Publication number: DE4022889A1
Application number: DE19904022889
Authority: DE
Inventors: Gerno Soyck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1992-01-23

Abstract

The proximity switch has a HF generator with an oscillator coil (1) and an associated thin sensor plate (2) of a soft magnetic metallic glass, or a NiFe alloy, exhibiting a high permeability. Pref. the oscillator coil (1) is wound around a magnetic core (3) with an E-shaped cross-section, the sensor plate (2) fitted across the end of the core (3), so that it lies at a defined distance from the oscillator coil (1). ADVANTAGE - Relatively simple switch with high sensitivity.

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetfeldgesteuerten induktiven Näherungsschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a magnetic field-controlled inductive Proximity switch according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Näherungsschalter ist aus der europäischen Patentschrift Nr. 02 68 580 bekannt und besteht aus einem Hochfrequenzgenerator, bei dem der Oszillatorspule eine sehr dünne Sensorplatte aus einem weichmagnetischen Metallglas material oder aus einer Nickel-Eisen-Legierung fest zugeordnet ist. Dabei steht die Anordnung in Wirkverbindung mit einer Auswertungsschaltung, die den Grad der Beeinflussung des Oszillators durch das zu erfassende Fremdmagnetfeld jeweils in einen Schaltvorgang umsetzt.Such a proximity switch is from the European Patent No. 02 68 580 known and consists of a High frequency generator, in which the oscillator coil is a very thin sensor plate made of soft magnetic metal glass material or made of a nickel-iron alloy is. The arrangement is in operative connection with one Evaluation circuit that influences the degree of influence Oscillator by the external magnetic field to be detected in each case converted into a switching process.

Bei der bekannten Anordnung bildet sich durch das elektro magnetische Wechselfeld der Oszillatorspule in der Sensor platte ein Wirbelstromfeld aus, das einen großen Teil der elektromagnetischen Energie in Joule′sche Wärme umsetzt und zugleich das elektromagnetische Eigenfeld schwächt. Diese Wirbelstromverluste führen zu einer Bedämpfung des Hoch frequenzgenerators, die sich als merkliches Absinken des Oszillatorstroms darstellt. Gelangt jetzt die Sensorplatte des Näherungsschalters in den Erfassungsbereich eines magne tischen Gleich- oder Wechselfeldes, so wird das betreffende Wirbelstromfeld der Sensorplatte abgeschwächt, womit die Bedämpfung des Hochfrequenzgenerators entfällt und dessen (Wieder-)Anschwingen zu einem schaltungstechnisch auswert baren Anstieg des Oszillatorstromes führt.In the known arrangement is formed by the electro alternating magnetic field of the oscillator coil in the sensor flattened out an eddy current field that a large part of the converts electromagnetic energy into Joule heat and at the same time weakens the electromagnetic field. These Eddy current losses dampen the high frequency generator, which is a noticeable drop in the Represents oscillator current. Now get the sensor plate of the proximity switch in the detection range of a magne equidistant or alternating field, so the relevant Eddy current field of the sensor plate weakened, with which the There is no damping of the high-frequency generator and its (Re) oscillation to a circuit technology evaluation bar increase in the oscillator current leads.

Bezweckt man dagegen unter praktischen Gesichtspunkten ein umgekehrtes Verhalten des induktiven Näherungsschalters, indem dieser auf Annäherung oder Intensivierung eines Fremd magnetfeldes mit einem deutlichen Absinken des Oszillator stromes reagiert, so steht dazu bisher nur eine Ausführung nach der deutschen Patentschrift Nr. 32 44 507 zur Verfügung. Hierbei ist die Oszillatorspule mit einem Schalenkern aus Ferrit versehen und dieser Kern in sich durch einen homogenen Jochkörper magnetisch geschlossen. Aufgrund dessen bewirkt die Annäherung eines Magnetfeldes bzw. dessen Intensivierung eine Bedämpfung des schwingenden Oszillators, mit welcher ein Abfallen des Oszillatorstromes einhergeht.On the other hand, one aims from a practical point of view reverse behavior of the inductive proximity switch, by this on approaching or intensifying a stranger magnetic field with a significant drop in the oscillator Stromes reacts, so far there is only one version according to German Patent No. 32 44 507. Here, the oscillator coil is made with a shell core Ferrite and this core in itself by a homogeneous Yoke body magnetically closed. Because of this, it works the approximation of a magnetic field or its intensification a damping of the oscillating oscillator, with which a drop in the oscillator current is associated.

Dieser bekannte Näherungsschalter mit der gleichen Funktion hat jedoch in praxi den Nachteil, für heutige Anforderungen nicht ansprechempfindlich genug zu sein oder in konstruktiver Beziehung nicht klein genug gebaut werden zu können.This known proximity switch with the same function has the disadvantage in practice, however, for today's requirements not being responsive enough or being constructive Relationship cannot be built small enough.

Der Erfindung liegt aufgrund dessen die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Näherungsschalter auf ein Fremdmagnetfeld mit einem Absinken des Oszillatorstromes reagieren zu lassen und ihn in Anlehnung an die eingangs bezeichnete Umkehraus führung empfindlicher wie kleiner auszubilden.The invention is therefore based on the object the generic proximity switch to an external magnetic field to react with a decrease in the oscillator current and it based on the reversal described at the beginning to train managers more sensitive and smaller.

Diese Aufgabe wird bei einem magnetfeldgesteuerten induktiven Näherungsschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Intensivierung des magnetischen Feldes den durch eine hochpermeable Sensorplatte vorbedämpften und über ein Nachstellen der Rückkopplung wieder entdämpften Oszillator definiert bedämpft.This task is done with a magnetic field controlled inductive Proximity switch according to the preamble of the claim solved according to the invention in that the intensification of magnetic field through a highly permeable sensor plate pre-damped and via an adjustment of the feedback again damped oscillator defined damped.

Demgemäß wird das in der Sensorplatte entstehende und dem schwingenden Oszillator Energie entziehende Wirbelstromfeld durch verstärkte Energiezufuhr aus dem Oszillator kompensiert und dessen Bedämpfung rückgängig gemacht. Insofern bewirkt nunmehr die Überlagerung eines äußeren Magnetfeldes, das elektromagnetische Eigenfeld innerhalb der Sensorplatte zu schwächen und die Wirbelstromverluste überwiegen zu lassen. Daraus ergibt sich eine Bedämpfung des (voll ausgesteuerten) Oszillators und demzufolge ein erhebliches Absinken des Oszillatorstromes. Dagegen stellen sich nach Entfernen bzw. Abschwächen des Magnetfeldes der vorherige Schwingzustand und das Wiederansteigen des Oszillatorstromes ein.Accordingly, the resulting in the sensor plate and the vibrating oscillator energy depriving eddy current field compensated by increased energy supply from the oscillator and undone its damping. So far now the superposition of an external magnetic field, the own electromagnetic field within the sensor plate weaken and let the eddy current losses outweigh. This results in a damping of the (fully modulated) Oscillator and consequently a significant drop in the Oscillator current. In contrast, after removal or Weakening the magnetic field the previous vibrational state and the rise of the oscillator current.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach dem Merkmal des Anspruchs 2 läßt es sich durch das Material und die Anordnung der Sensorplatte in Relation zu der Oszillatorspule (mit oder ohne Kern) erreichen, daß die Bedämpfung des Oszillators durch das sich stetig ändernde magnetische Fremdfeld unstetig, z. B. wegabhängig in Intervallen, erfolgt. Dabei kann es sich im sensitiven Bereich auch um mehrere Intervalle gleichen oder unterschiedlichen Abstandes und gleicher oder unterschied licher Länge handeln.According to a development of the invention according to the feature of Claim 2 it can by the material and the arrangement the sensor plate in relation to the oscillator coil (with or without core) achieve that the damping of the oscillator by the constantly changing external magnetic field is discontinuous, e.g. B. depending on the path in intervals. It can be in sensitive area also over several intervals same or different distance and same or different act length.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 3 ist vorgesehen, daß der Sensorplatte eine richtungsempfindliche oder peilfähige Form und Anordnung zuteil wird. Zugleich oder für sich allein soll die Sensorplatte außerdem durch ein oder mehrere Permanent magnetstücke an sich oder in ihrer Nähe vormagnetisiert werden können. Mittels dieser Maßnahmen lassen sich Ansprechempfind lichkeit, Baugröße und Richtcharakteristik des Näherungs schalters (weiterreichend) beeinflussen und nach Bedarf ver ändern.According to the features of claim 3 it is provided that the Sensor plate a direction-sensitive or bearing-capable form and order is given. At the same time or on its own the sensor plate also by one or more permanent magnet pieces are magnetized on themselves or in their vicinity can. With these measures, responsiveness can be lightness, size and directional characteristic of the approximation influence (more far-reaching) switch and ver to change.

In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigtIn the accompanying drawing, an embodiment of the Invention shown and described in more detail below. It shows

Fig. 1 die der Oszillatorspule eines induktiven Näherungs schalters zugeordnete(n) Sensorplatte(nausführungen); Fig. 1, the oscillator coil of an inductive proximity switch associated (n) sensor plate (nausführungen);

Fig. 2 die graphische Darstellung der Oszillatorströme von verschiedenen Ausführungen über dem Annäherungsweg bzw. der Intensivierung eines Fremdmagnetfeldes. Fig. 2 shows the graphical representation of the oscillator currents of different designs over the approach path or the intensification of an external magnetic field.

Bei dem in Fig. 1 der Zeichnung schematisch dargestellten Sensorelement des induktiven Näherungsschalters ist der mit 1 bezifferten Oszillatorspule in definierter Gestalt und Distanz eine sehr dünne Sensorplatte 2 aus einem hochpermea blen Metallglasmaterial oder einer Nickel-Eisen-Legierung zugeordnet und als solche im Verbund des IN-Schalters auf das zu erfassende äußere Magnetfeld ausgerichtet. - Wie strichliniert angedeutet, kann die Oszillatorspule auch auf einem konzentrischen Schalenkern 3 oder einem offenen Mantelkern angeordnet sein und die folienhafte Sensorplatte 2 zu dessen Schenkeln einen definierten Luftspalt besitzen. - Des weiteren sind in Fig. 1 als Beispiel für eine der mög lichen Formen und Größen der Sensorplatte 2 ebenfalls strich liniert deren seitliche Erstreckung über die Kontur des Kerns hinaus sowie eine gegen das Magnetfeld konkav gewölbte Aus führung dargestellt. Mit Ziffer 4 sind zwei Fermanentmagnet stücke bezeichnet, die für einen Sonderzweck an bzw. in Nähe der Sensorplatte 2 eine Vormagnetisierung derselben bewirken.In the sensor element of the inductive proximity switch shown schematically in FIG. 1, the oscillator coil numbered 1 is assigned in a defined shape and distance a very thin sensor plate 2 made of a highly permeable metal glass material or a nickel-iron alloy and as such in the composite of IN -Switch aligned to the external magnetic field to be detected. - As indicated by dashed lines, the oscillator coil can also be arranged on a concentric shell core 3 or an open jacket core and the film-like sensor plate 2 has a defined air gap to the legs thereof. - Furthermore, are shown in Fig. 1 as an example of one of the possible shapes and sizes of the sensor plate 2 also dashed lines whose lateral extent beyond the contour of the core and a concave against the magnetic field from execution shown. With number 4 two permanent magnet pieces are referred to, which cause the same for a special purpose on or in the vicinity of the sensor plate 2 .

Da der Oszillator des Näherungsschalters nach seiner Bedämpfung durch die Sensorplatte 2 im Wege des Nachstellens der Rück kopplung wieder in den Schwingzustand versetzt worden ist, führt die Begegnung des Sensors mit einem Fremdmagnetfeld aufgrund wachsender bis überwiegender Bedämpfung durch Wirbel stromverluste schon in beachtlichem Abstand zu einem rapiden Abfall des Oszillatorstromes. Dieser Vorgang ist in dem Dia gramm nach Fig. 2, bei welchem der Oszillatorstrom I_o über dem Annäherungsweg s des Magnetfeldes aufgetragen ist, mit der Kennlinie 6 der Funktion eines induktiven Näherungs schalters nach der europäischen Patentschrift Nr. 02 68 580 mit der Kennlinie 5 und der Funktion nach der deutschen Patentschrift Nr. 32 44 507 mit der Kennlinie 7 gegenüber gestellt. Ein Vergleich der Kennlinien 6 und 7 macht ersicht lich, daß die erfindungsgemäße Anordnung vorteilhafterweise wesentlich ansprechempfindlicher und genauer reagiert. - Darüber hinaus veranschaulicht die Kennlinie 8 eine inter mittierende Bedämpfung des Oszillators durch das sich stetig nähernde bzw. in seiner Intensität sich steigernde Magnetfeld. Since the oscillator of the proximity switch after its damping by the sensor plate 2 has been put back into the oscillating state by adjusting the feedback, the encounter of the sensor with an external magnetic field due to increasing to predominant damping due to eddy current losses leads to a rapid rate at a considerable distance Falling oscillator current. This process is in the diagram according to FIG. 2, in which the oscillator current I _o is plotted over the approach path s of the magnetic field, with the characteristic curve 6 of the function of an inductive proximity switch according to European Patent No. 02 68 580 with the characteristic curve 5 and the function according to German Patent No. 32 44 507 with the characteristic curve 7 compared. A comparison of the characteristic curves 6 and 7 makes it clear that the arrangement according to the invention advantageously reacts much more responsively and accurately. - In addition, the characteristic curve 8 illustrates an intermittent damping of the oscillator by the magnetic field, which is approaching steadily or increasing in intensity.

Wie ersichtlich, können dabei ebenso die Dämpfungszeiten wie auch die Intervalle unterschiedlich bemessen sein.As can be seen, the damping times as well the intervals must also be dimensioned differently.

Claims

1. Magnetic field-controlled inductive proximity switch, consisting of a high-frequency generator, in which the oscillator coil ( 1 ) has a very thin sensor plate ( 2 ) made of a soft magnetic metal glass material or made of a nickel-iron alloy, with an evaluation circuit that determines the degree of influence of the oscillator by the external magnetic field to be detected in each case in a switching operation, characterized in that the intensification of the magnetic field damped the vorbe by a highly permeable sensor plate ( 2 ) and damped in a defined manner by adjusting the feedback again oscillator.

2. Inductive proximity switch according to claim 1, characterized records that the damping of the oscillator by the continuously changing magnetic field discontinuous, e.g. B. depending on the route at intervals.

3. Inductive proximity switch according to claims 1 or 2, characterized in that the sensor plate ( 2 ) has a "direction sensitive" (direction finding) shape and arrangement and / or by one or more permanent magnet pieces ( 4 ) on themselves or in their vicinity is premagnetized.