[发明专利]传感器及传感器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电感式操作的传感器，尤其适用于测量金属物体的距离和位置。

背景技术

电感式传感器用于许多技术领域的测量工作，监控设备和器件或者用于工艺自动化。通常，传感器分为简单的开关传感器和连续距离传感器。第一种传感器也被称为接近开关，因为当金属物体靠近到一定距离时，他们会产生开关信号。然而，当物体接近时，第二种传感器传递与距离相关的信号，因此，这些传感器被用于测量距离和位置。

电感式传感器必不可少地至少包括交流电源供电的线圈。当金属物体接近这个线圈时，产生两种基本效应。在金属中感应出涡流，该涡流阻碍原始励磁电流（楞次定律）并且在线圈中产生一个内部反馈。该效应主要发生在导电性良好的材料制造的物体中，不管它们是不是铁磁体。如果是铁磁体还发生另一个效应。当铁磁材料制造的物体接近线圈时，线圈的电感量变化，该变化也能用于检测所述的物体。

通常电感式传感器使用铁磁体磁芯，以便增加线圈的电感量。此外，线圈的电磁场可以被引导穿过磁芯，从而产生更大的测量和开关距离。

无磁芯的涡流传感器代表电感式传感器的特殊类型。由于线圈的电感量低，它们的工作频率必须比包含磁芯的电感式传感器高得多。

狭义的电感式传感器需要铁磁体磁芯来增加线圈电感量和引导电磁场。这些传感器经常采用E型截面的罐形磁芯。罐形磁芯有容纳线圈的凹槽。除了前表面之外，线圈被铁磁材料的E型截面环绕，导致了高效的磁场布局。于是，磁通线被强烈地集中在前表面，使得测量磁场被导向待测量的物体。然而，根据其各自的应用场合可以采用各种不同的磁芯形状。最简单的磁芯由圆筒形的线圈主体与缠绕在其周围的线圈组成。磁芯通常包括铁氧体主体，由压紧的粉状铁氧体烧结制成。这种磁芯的缺点是其材料非常易碎，烧结后极易破裂。此外，任何后续的加工不再可能，或者只有采用昂贵的工艺技术才能进行后续加工。

传统的传感器线圈由铜线制成，以空芯线圈的形式或者绕制在非金属的线圈主体上。还有其他一些众所周知的线圈制造方案。例如，应用在电路板上的平面线圈。这里，所述的线圈布设在在电路板表面上的轨迹或者平面金属箔。为了增加电感量，也可以在电路板上形成若干层线圈，再通过通孔连接体把线圈的各层连接起来。制作在多层陶瓷基片上的线圈特别适用于高温应用。使用这种所谓的LTCC（低温共烧陶瓷）技术或者HTCC（高温共烧陶瓷）技术，若干层陶瓷基片可以通过烧结的方式连接在一起，以便形成小型化的模块。在烧结之前，可以在各个独立的陶瓷薄膜层上布设电路和线圈，并且通过通孔连接体连接各层。在烧结之后，线圈构成小型化的模块，该模块可以抵抗高的机械应力和热应力。

线圈连接到电子电路，通常置于传感器壳体内。该电子电路包括用于产生交流电压的振荡器，并且解调线圈的信号。根据评估的目的，可以使用振幅、频率、相位或者这些参数的结合。

由于采用非接触主动检测原理，电感式传感器尤其适用于那些测量物体没有反馈的地方。因此，它们特别适用于恶劣的环境条件下。灰尘、污垢、水、油或者其他的污染物都不会影响测量信号。但是，为了保护传感器不受这些环境影响，线圈必须是密封的。在简单的传感器中可以用塑料盖帽做到这一点。在更恶劣的环境条件下，传感器可以采用不锈钢整体制造的壳体。然而，在这些全金属传感器中，由于不锈钢也会产生涡流，不锈钢壳体会对传感器造成不利影响。因此，这些传感器的灵敏度会低于使用塑料盖帽的传感器。作为另一种可选方案，还可以使用陶瓷盖帽，陶瓷盖帽对测量信号没有影响，并且能够更好地抵御外来影响。这里，陶瓷盖帽覆盖在传感器的前面，传感器的铁氧体磁芯和线圈置于其后。为了防止过多地损失测量范围，盖帽不能太厚。陶瓷盖帽的缺点是成型困难，并且尤其是在撞击和振动应力下容易破裂。