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基于电感式接近开关的烟条缺包检测装置设计与实现

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中国机械 2024年第4期 7-11页

作者：李一林苏爱华杜晓枫广西中烟工业有限责任公司南宁卷烟厂南宁市烟草专卖局(公司)

在烟条的包装过程中，存在将少于10包烟直接包装成烟条的严重缺陷。为解决此问题，设计基于电感式接近开关的烟条缺包检测装置。该检测装置主要包括光电传感器1、电感式接近开关、光电传感器2、推杆、提升器和暂存台。连续的烟条在暂存... 详细信息

在烟条的包装过程中，存在将少于10包烟直接包装成烟条的严重缺陷。为解决此问题，设计基于电感式接近开关的烟条缺包检测装置。该检测装置主要包括光电传感器1、电感式接近开关、光电传感器2、推杆、提升器和暂存台。连续的烟条在暂存台上被推杆间歇性地向前推，间断期内，10个电感式接近开关分别检测对应位置烟包中铝制内衬纸，在烟包包装过程中已有完善的内衬纸折叠不良和缺失的检测和剔除装置，当未全部检测到内衬纸即可认为缺少烟包。光电传感器2检测推杆的缩回状态，以此确定启动电感式接近开关实现连续烟条的逐条检测的时间点；设计电感式接近开关的安装位置，杜绝检测中的漏检和误检，实现100%的检测准确性。安装后运行至今已超过三年，还未出现缺包烟条反馈。该检测装置具有一定的通用性，除工业外，商业的物流系统中也可以使用部分装置组装检测烟条，防止缺包的烟条流入市场，进一步保证客户手中的烟条质量。

关键词：烟条电感式接近开关缺包检测

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电感式接近开关的应用经验

电工技术 1999年第12期 40-41页

作者：刘宝振天津七0七研究所

接近开关是一种传感器,它可以无接触地控制物体的运动,并能精确地定位。由于其应用技术的先进性是无可争议的,所以正逐步取代传统的机械式行程开关。其优越性在液压传动的控制中尤其显著.液压传动中的油气混合所形成的空穴现象,往往使... 详细信息

接近开关是一种传感器,它可以无接触地控制物体的运动,并能精确地定位。由于其应用技术的先进性是无可争议的,所以正逐步取代传统的机械式行程开关。其优越性在液压传动的控制中尤其显著.液压传动中的油气混合所形成的空穴现象,往往使机械传动产生突然性的高速冲击。

关键词：接近开关传感器电感式接近开关

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电感式接近开关在自制教具中应用三例

教学仪器与实验 2008年第12期24卷 35-36页

作者：王健浩浙江省温州市龙湾区永强中学

电感式接近开关（如图1a）由振荡器、开关电路及放大输出电器三大部分组成。振荡器产生交变磁场，当金属目标接近这一磁场并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处... 详细信息

电感式接近开关（如图1a）由振荡器、开关电路及放大输出电器三大部分组成。振荡器产生交变磁场，当金属目标接近这一磁场并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式控制目的。其直流型输出状态接口（如图1b）有常闭和常开两种结构。

关键词：电感式接近开关自制教具应用交变磁场金属目标控制器件输出状态振荡器

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高可靠性电感式接近开关的实现

高可靠性电感式接近开关的实现

作者：杨家俊扬州大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,接近开关越来越广泛地应用于各个领域,但每个领域对接近开关的需求也皆不相同,因此产生了许多不同种类的接近开关。而电感式接近开关以稳定性好,抗干扰能力强的特点,比其他类型的接近开关更适合用于复杂的环境中,因此电... 详细信息

进入21世纪以来,接近开关越来越广泛地应用于各个领域,但每个领域对接近开关的需求也皆不相同,因此产生了许多不同种类的接近开关。而电感式接近开关以稳定性好,抗干扰能力强的特点,比其他类型的接近开关更适合用于复杂的环境中,因此电感式接近开关也越来越被广泛地被使用。随着工业和航天技术的不断发展,对电感式接近开关提出了更苛刻的指标,不仅要求结构更简单,集成度更高,在性能上也要求响应动作距离更远,检测距离精度更高,还要在较宽的温度区间内依旧可长时间可靠地工作。因此论文针对在宽温度范围内长时间稳定工作的高可靠性电感式接近开关进行研究,具有重要的实际意义。论文研究了高可靠性电感式接近开关的实现方法。为达到较高的可靠性,接近开关将振荡电路与比较电路集成在一起。振荡电路中选频电路中的电感采用罐型磁芯与线圈,既达到了远距离测量和振荡频率所需要的电感值,同时又可屏蔽外部磁场的干扰,提高电感式接近开关的测量精度。论文对电感式接近开关在宽温度下长时间稳定工作进行了研究。对电感式接近开关的元器件进行了热设计,保证所有的元器件在工作温度区间内都可正常工作。在较宽的温度范围内,温度对电感式接近开关的影响,表现为对振荡电路的幅值大小的影响。为此,设计了一套热敏电阻串并联网络用于补偿接近开关,使得振荡电路的幅值大小在宽温度范围区间内为恒定值,从而实现了电感式接近开关的宽温度范围测量。对于高可靠性电感式接近开关的实现,论文对逐个模块的工作原理进行了研究,包括振荡电路,比较电路,热敏电阻串并网络电路,输出电路,在此基础上设计了高可靠性电感式接近开关的电路。电感式接近开关中的振荡电路,选用了较大增益的放大电路来实现远距离的测量,该振荡电路中选频电路的大线圈既作为测量电磁场的发射器,同时又作为距离测量信息的接收器;振荡电路中选频电路的小线圈有助于实现远距离测量;通过比较器对振荡电路的接收信号与参考电压的对比,来控制接近开关的输出,输出电路的高低电平表示目标物体接近距离的响应。当金属板靠近时,大线圈的电感值受到电磁感应的影响而减小,导致振荡电路停振,从而使接近开关的输出信号从1转为0,即实现开关的跳变;针对可靠性指标的要求,对电感式接近开关的可靠性进行了预测设计,从而作为器件选型的依据。论文采用Candence和Multisim对高可靠性电感式接近开关的性能进行了仿真验证,并在此基础上,制作了高可靠性电感式接近开关的样机并进行实验,对25个样机进行了 10天的可靠性测试,实验和测试结果验证了论文中电感式接近开关设计方法的正确性。

关键词：电感式接近开关温度补偿可靠性测试

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宽温度、远距离测量的电感式接近开关研究

宽温度、远距离测量的电感式接近开关研究

作者：王明南扬州大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,各个领域对接近式开关的需求越来越大。由于多方面的需求,接近式开关正朝着多元化方向发展。针对不同的应用场合,应选择满足要求的接近开关。因电容式接近开关易受到一些非金属污染物的影响,而电感式接近开关具有结构简... 详细信息

进入21世纪以来,各个领域对接近式开关的需求越来越大。由于多方面的需求,接近式开关正朝着多元化方向发展。针对不同的应用场合,应选择满足要求的接近开关。因电容式接近开关易受到一些非金属污染物的影响,而电感式接近开关具有结构简单、抗干扰能力强等优点,这使得电感式接近开关的应用越来越广泛。当前随着航天、工业的发展,对电感式接近开关的要求也越来越高,不仅要求有更小的体积、更高的测量精度、更远的检测范围,还要能在恶劣的环境下正常工作。为此,论文针对宽温度范围、远距离测量的电感式接近开关展开研究,具有重要的实际意义。论文研究了电感式接近开关的远距离测量技术。采用了桥式差分电感检测电路,并详细分析了桥式差分电感检测电路的工作原理。基于桥式差分电感检测电路的测量方法,可抵消绝大部分外部干扰信号(共模噪声信号),而尽可能确保所检测信息(差模信号)有效,从而使系统具备极强的抗干扰能力。为了获得更远距离的检测,论文采用了发射线圈互补的结构,并用电力电子技术中的全桥逆变电路实现振荡激励电路,从而增强了磁场强度,实现远距离测量。论文研究了电感式接近开关的宽温度范围应用技术。论文提出探头与桥式差分电感检测电路分开设计的方法,将探头放在环境相对恶劣的环境中,而将测量电路放在环境温度较好的环境下,并且选用工作温度范围较宽的器件。通过ANSYS温度场的仿真研究了 PCB器件布局方法,从而实现电感式接近开关在宽温度范围下的应用技术。论文在研究桥式差分电感检测电路的基础上,提出一种衰减系数为1的电感式接近开关实现方法。论文中电感式接近开关的电子测量电路由调理电路和FPGA构成;当目标金属物接近感应面时,检测线圈的电感量发生变化产生电感增量,并随着接近距离的变化而变化,这个变化的电感增量信号通过调理电路检测放大后送到FPGA,在FPGA中通过查询接近距离表得到目标金属物的接近距离,对于不同的目标金属物,可查询相应的接近距离表,从而实现衰减系数为1的电感式接近开关,即在同一感应距离可检测多种目标金属物。在桥式差分电感检测电路的设计过程中,论文研究了通过通用阻抗变换器和JFET结型场效应管的导通电阻实现参考电感的工作原理,并提出了一种基于积分-比例积分微分(I-PID)控制器的测量自动校零方法。在桥式差分电感检测电路中,论文提出由FPGA输出JFET的门极控制信号以实现JFET的可变导通电阻,从而实现所述参考电感的可调。当电感式接近开关远离实测物体时,将FPGA中检测到的电感增量信号通过积分-比例积分微分控制器调节,得到的调节信号用于控制JFET的门极便得到相应的导通电阻,使得桥式差分电感检测电路中的等效参考电感与检测线圈的感量相等,从而致使桥式差分电感检测电路的输出为0,即实现了电感式接近开关的自动调零。这一技术有助于电感式接近开关批量生产的一致性和高可靠性,同时避免了参考电感难以精准制作的缺点。论文采用ANSYS和PSPICE软件对所研究电感式接近开关的关键技术进行了仿真,在仿真的基础上初步设计了电感式接近开关的桥式差分电感检测电路和FPGA算法,并制作了验证样机,在样机平台上对铁、铝、铜三种不同金属进行了实验,测试数据表明论文所研究的电感式接近开关技术能实现远距离和衰减系数为1的测量。从而验证了论文所采用的理论和设计方法的可行性和正确性。

关键词：电感式接近开关宽温度范围远距离测量桥式差分电感检测电路

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宽温度高可靠电感式接近开关综合设计

宽温度高可靠电感式接近开关综合设计

作者：吴纪昌哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

基于涡流检测原理的电感式接近开关是广泛应用于汽车、机械制造、工业设施、和航空航天等领域的基本机电组件。具有体积小、质量小、精度高、能够适应水、油等恶劣检测环境等优点,已经逐步取代了传统机械式行程开关。但其存在的一些问题... 详细信息

基于涡流检测原理的电感式接近开关是广泛应用于汽车、机械制造、工业设施、和航空航天等领域的基本机电组件。具有体积小、质量小、精度高、能够适应水、油等恶劣检测环境等优点,已经逐步取代了传统机械式行程开关。但其存在的一些问题,如工作距离在极端温度下的偏移大和耐力学可靠性差等,限制了其在严酷温度和复杂力学环境下的应用。因此,本课题以实现电感式接近开关的高精度、宽温度和高可靠为目标,研究电感式接近开关检测探头、电路和整机结构的原理和设计方案。首先,研究电感式接近开关检测探头的检测特性,设计高灵敏度的检测探头。通过等效电路分析,研究电磁检测探头的阻抗参数随靶标距离的变化关系,明确其工作原理。针对电磁检测探头的检测特性,采用有限元仿真分析方法对检测探头的磁场强度、涡流分布和阻抗特性进行计算分析,分析了关键设计参数对探头检测距离和灵敏度的影响,据此完成接近开关的磁芯设计。结合磁场仿真分析、互感计算分析和集肤效应分析,完成对检测探头的线圈绕组的设计。其次,研究电感式接近开关的电路原理及功能实现,设计全部基于国产器件的小型化和低功耗的调理电路。通过对各类型谐振电路的性能分析,选择适用于电感式接近开关的谐振电路拓扑结构,而后基于小信号模型和起振判据计算分析,确定电路元件设计参数。在此基础上,针对谐振电路输出信号特点,兼顾小型化目标进行信号处理电路的拓扑结构设计。基于Spice模型进行电感式接近开关调理电路的仿真分析,验证设计方案的可行性和基本性能。然后,研究电感式接近开关的温度补偿方法,实现其温度稳定性的提升。通过理论分析和实验测试,找出电感式接近开关工作距离产生温度漂移的原因,据此对谐振电路进行温度补偿设计使其输出信号温度稳定性提高。针对仍存在的小幅谐振电路输出信号温度偏移在信号处理电路环节采用基于热敏电阻网络的温度补偿方法使热稳定性达到指标要求,并进行实验验证接近开关性能。最后,通过对接近开关电路结构的耐力学仿真分析,明确了其耐力学可靠性的不足,对接近开关整体结构进行耐力学可靠性优化设计,并通过模态分析和谐响应分析的仿真计算验证优化设计方案在耐力学可靠性上对接近开关性能的提升,在提高接近开关的耐力学可靠性的同时,减小接近开关的体积。

关键词：电感式接近开关检测探头温度稳定性模态分析

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远距离电感式接近开关的实现

远距离电感式接近开关的实现

作者：赵玉银扬州大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,接近开关的应用越来越广泛,需求量也越来越大。由于不同的领域需要使用不同的接近开关,因此接近开关的种类也越来越多。不同的行业与工作环境对接近开关的功能要求不一样,因此在选择接近开关时需要满足测量要求。因其他... 详细信息

进入21世纪以来,接近开关的应用越来越广泛,需求量也越来越大。由于不同的领域需要使用不同的接近开关,因此接近开关的种类也越来越多。不同的行业与工作环境对接近开关的功能要求不一样,因此在选择接近开关时需要满足测量要求。因其他类型的接近开关连接电路复杂且测量精度易受环境影响,而电感式接近开关灵活性好,抗干扰能力强,这使得电感式接近开关的使用率不断提高。随着工业与航天技术的不断发展,电感式接近开关不仅在结构上要求简单灵活,在性能上也要求感应范围更大,测量精度更高,还要能够在极低温或极高温的环境下稳定工作。因此,论文针对能够在恶劣环境下进行远距离测量的电感式接近开关进行研究,具有重要的实际意义。论文研究设计了分离式和集成式两种电感式接近开关的实现方法。分离式电感式接近开关使用了两套互补的差分发射线圈增大了接近开关的检测距离,采用桥式差分电路作为电子测量电路,并详细阐述了测量电路的工作原理。基于桥式差分电感检测的电路,保留了有用的差模信号,抵消了绝大部分的共模信号,增强了分离式电感式接近开关的抗干扰能力。集成式电感式接近开关使用了高效能的振荡器和耦合线圈,确保了集成式电感式接近开关达到最大的感应距离,模块化分析了集成式电感式接近开关的工作原理,耦合线圈系统的使用能够保证集成式电感式接近开关不会受到频率转换器或焊接时强磁场的干扰。论文对电感式接近开关能够在恶劣环境下稳定工作进行了研究设计。分离式电感式接近开关提出将接近开关的探头与检测电路分开的方法,即将接近开关的检测探头置于极高温或极低温环境中,而将检测电路放在正常的温度下,选用宽温度的器件实现分离式接近开关在恶劣环境下的精确测量。集成式电感式接近开关通过热敏电阻网络的自适应调节使其在温度较高或较低时能够实现远距离测量,通过ICEPAK仿真软件对集成式电感式接近开关的PCB温度场进行了仿真,研究了印制电路板的器件布局方法,从而保证集成式电感式接近开关能够在恶劣环境下稳定工作。在设计分离式电感式接近开关的桥式差分电感检测电路过程中,论文研究了阻抗匹配器的原理和JFET等效电阻的使用,提出将两者结合实现桥式电路中参考电感的方法,并根据此种方法提出了一种基于积分-比例积分(I-PI)控制器的自动校零方法。桥式差分电感检测电路的输出电压被送到I-PI控制器中进行调节,控制器输出一个控制电压Vctrl到JFET的栅极,控制JFET的等效电阻使得参考电感与检测电感相等,此时桥式差分电感检测电路上下桥臂达到平衡状态,输出电压为0,即实现了电感式接近开关的自动调零。在自动调零基础上论文提出基于FPGA的衰减系数为1的分离式电感式接近开关实现方法,当目标物位于开关的感应范围内时,检测线圈的电感会发生变化,变化的电感量被送到后级的FPGA中,根据变化的电感量在FPGA中查询与之对应的接近距离表,即可得到目标物的接近距离。当靠近的目标物材料不同,接近距离表也不同,切换至与之对应的接近距离表实现距离补偿即可实现衰减系数为1的分离式电感式接近开关,即在同一感应范围检测所有的金属。对于集成式电感式接近开关的实现,论文研究了包括振荡模块、比较模块、输出模块,电阻调节模块,耦合线圈模块五个模块工作原理,在此基础上设计了集成式电感式接近开关的电路原理图。高效能振荡模块的使用使得开关的感应范围足够大,从而实现远距离测量;比较模块通过输出高低电平控制着感应灯的亮与不亮;输出模块通过输出高低电平来代表是否有金属物靠近;电阻调节模块设计中采用了热敏电阻网络和可调节电阻,热敏电阻网络使得接近开关在高温或低温环境中可以稳定工作,可调节电阻使得接近开关的感应范围可调,用户可根据自己需求调节使用;线圈模块采用耦合的空心线圈,大线圈作为发射线圈,小线圈作为接收线圈,当有金属物靠近时,线圈自动调整检测,从而实现同一感应距离检测出所有金属物,即衰减系数为1。论文采用Candence、Multisim和Icepak对分离式和集成式电感式接近开关的功能进行了仿真验证,并在仿真的基础上设计了接近开关的两种不同的电路原理图并制作了验证样机,在样机平台上针对不同金属物在不同温度环境下进行了实验,实验结果验证了论文中电感式接近开关设计原理的正确性。

关键词：电感式接近开关远距离测量衰减系数为1