一种防干扰的电感式接近开关测量系统及方法
阅读说明：本技术 一种防干扰的电感式接近开关测量系统及方法 (Anti-interference inductive proximity switch measuring system and method ) 是由 杨瑞民 范晓辉 赵玉磊 周黎姣 贾广福 韩俊宏 木子尼·克劳迪奥 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：一种防干扰的电感式接近开关测量系统及方法,包括处理器、低通滤波器、交流电桥、金属靶标、差分采集处理电路、混频模块和A/D转换电路；处理器的一路、低通滤波器和交流电桥依次连接,金属靶标设置在交流电桥侧面；交流电桥有两路输出,两路输出均连接到差分采集处理电路,差分采集处理电路、混频模块和A/D转换电路依次连接,A/D转换电路输出端连接处理器。本发明大大提高了接近开关的抗干扰能力,在保障测量距离的同时,解决了接近开关之间互相干扰的问题,大大提高接近开关的输出性能,实现了接近开关近距离成对或多个使用的应用。(An anti-interference inductive proximity switch measuring system and method comprises a processor, a low-pass filter, an alternating current bridge, a metal target, a differential acquisition processing circuit, a frequency mixing module and an A/D conversion circuit; one path of the processor, the low-pass filter and the alternating current bridge are sequentially connected, and the metal target is arranged on the side face of the alternating current bridge; the alternating current bridge is provided with two paths of outputs which are connected to the differential acquisition processing circuit, the frequency mixing module and the A/D conversion circuit are sequentially connected, and the output end of the A/D conversion circuit is connected with the processor. The invention greatly improves the anti-interference capability of the proximity switch, solves the problem of mutual interference between the proximity switches while ensuring the measurement distance, greatly improves the output performance of the proximity switch, and realizes the application of the proximity switch in pairs or multiple uses at a short distance.)
技术领域
本发明属于接近开关测量
技术领域
，特别涉及一种防干扰的电感式接近开关测量系统及方法。背景技术
电感式接近开关基于电涡流的原理检测导电金属。电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置接近开关，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用能产生电磁场的振荡感应头在接近金属物体时，能使金属物体表面产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减。感应头震荡信号在内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。
接近开关不会磨损和损伤被检测对象，反应速度快，使用寿命长，同时能够适应水中、油等恶劣的检测环境，但是易受周围其他接近开关影响。
部分接近开关也可以成对使用，但是测量距离一般不超过4mm，这是因为探头本身辐射能量不够，故检测距离短，影响其他接近开关能力也差。
因此，解决接近开关之间互相影响的本质是，提高电感式接近开关的抗干扰能力，尤其是成对使用或者双余度使用环境下，抵抗其他接近开关的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防干扰的电感式接近开关测量系统及方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明有以下技术效果：
一种防干扰的电感式接近开关测量系统，包括处理器、低通滤波器、交流电桥、金属靶标、差分采集处理电路、混频模块和A/D转换电路；处理器的一路、低通滤波器和交流电桥依次连接，金属靶标设置在交流电桥侧面；交流电桥有两路输出，两路输出均连接到差分采集处理电路，差分采集处理电路、混频模块和A/D转换电路依次连接，A/D转换电路输出端连接处理器。
进一步的，交流电桥包括测试桥臂和补偿桥臂，测试桥臂包括测试电容、测试线圈和测试电阻，测试电容、测试线圈和测试电阻依次连接；补偿桥臂包括补偿电容、补偿线圈和补偿电阻，补偿电容、补偿线圈和补偿电阻依次连接；测试桥臂输出第二采集信号，补偿桥臂输出第一采集信号。
进一步的，金属靶标位于测试线圈侧面。
进一步的，测试桥臂和补偿桥臂在未加金属靶标影响的前提下，阻抗状态完全一致；第二采集信号和第一采集信号连接差分采集处理电路。
进一步的，处理器输出TTL激励信号，低通滤波器限制频率小于所述TTL激励信号频率的倍。
进一步的，差分采集处理电路输出待测正弦信号，待测正弦信号、第一采集信号、第二采集信号和TTL激励信号含有相同频率f，幅值和相位各不相同。
进一步的，处理器的另一路连接混频模块；混频模块内的滤波电路含有限制频率f，滤波电路与混频模块内的乘法电路组成带通滤波器，带通滤波器的限制频率为范围是[f-f,f+f]；将TTL激励信号和待测正弦信号相乘，并通过所述混频模块内的滤波电路，形成所述模拟量信号。
进一步的，经过混频模块的乘法电路和滤波电路后，得到的模拟量信号仅保留相乘之后的常数分量。
进一步的，一种防干扰的电感式接近开关测量方法，包括以下步骤：
处理器产生TTL激励信号，经过低通滤波器后形成一个和TTL激励信号同频率的正弦信号，正弦信号进入交流电桥形成测试回路；
交流电桥输出的第一采集信号和第二采集信号，通过差分采集处理电路后，输出的待测正弦信号和TTL激励信号一起进入混频模块，得到模拟量信号；
模拟量信号的大小会随着金属靶标距离接近开关探头的距离变化而产生相应的变化，模拟量信号经过A/D转换电路后，数字量信号送入处理器，处理器通过集总电路解算出金属靶标距离接近开关探头的距离。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明采用锁相放大原理进行信号处理，使产品只对某一特定范围的频率信号敏感，对其他频率范围的信号不敏感。通过设置相邻接近开关不同频率敏感区间，不仅大大提高了接近开关在环境中的抗干扰能力，也提高了接近开关抵抗周围其他接近开关的干扰，解决开关之间相互干扰的情况。
本发明大大提高了接近开关的抗干扰能力，在保障测量距离的同时，解决了接近开关之间互相干扰的问题，大大提高接近开关的输出性能，实现了接近开关近距离成对或多个使用的应用。
附图说明
图1为该专利原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1，本发明公开了一种防干扰的电感式接近开关测量方法，包括处理器10，低通滤波器12，交流电桥14和金属靶标15，构成主功能电路。第一采集信号16和第二采集信号17，通过差分采集处理电路18、混频模块20和A/D转换电路22处理后，送入处理器10，得到金属靶标15和探头之间距离的信息。其中送入处理器10的信号，随着金属靶标15和探头之间距离的变化而变化。本发明采用锁相放大原理进行信号处理，使产品只对某一特定范围的频率信号敏感，对其他频率范围的信号不敏感。通过设置相邻接近开关不同频率敏感区间，不仅大大提高了接近开关在环境中的抗干扰能力，也提高了接近开关抵抗周围其他接近开关的干扰，解决开关之间相互干扰的情况。
处理器10产生TTL激励信号11，经过低通滤波器12后形成一个和TTL激励信号11同频率的正弦信号13，正弦信号13进入交流电桥14形成测试回路。交流电桥输出的第一采集信号16和第二采集信号17，通过差分采集处理电路18后，输出的待测正弦信号19和TTL激励信号一起进入混频模块20，得到模拟量信号21。模拟量信号21的大小会随着金属靶标15距离接近开关探头的距离变化而产生相应的变化。模拟量信号21经过A/D转换电路22后，数字量信号23送入处理器10。处理器10通过集总电路的电路理论可以解算出金属靶标15距离接近开关探头的距离。
所述低通滤波器12具有限制频率，所述限制频率小于所述TTL激励信号11频率的2倍。
所述交流电桥14包含测试桥臂和补偿桥臂，测试桥臂由测试电容31、测试线圈32和测试电阻33组成；补偿桥臂由补偿电容34、补偿线圈35和补偿电阻36组成。
通过调整测试桥臂和补偿桥臂中的参数，使得两个桥臂在未加金属靶标15影响的前提下，阻抗状态完全一致。
测试线圈32装于产品探头位置，测试线圈32内部信号的大小跟随金属靶标15距离探头的距离发生变化。
所述第一采集信号16、所述第二采集信号17，以及所述待测正弦信号19与所述TTL激励信号11含有相同频率f1，但幅值和相位各不相同。
所述差分采集处理电路18，将所述第一采集信号16和所述第二采集信号17做矢量差，形成所述待测正弦信号19。
所述待测正弦信号19的幅值和相位，与金属靶标15距离探头的距离相关，距离的大小会影响其幅值和相位的大小。
所述混频模块20，将所述TTL激励信号11和所述待测正弦信号19相乘，并通过所述混频模块20内的滤波电路，形成所述模拟量信号21。
所述混频模块20内的滤波电路含有限制频率f2，所述滤波电路与乘法电路组成带通滤波器，所述带通滤波器的限制频率为范围是[f1-f2,f1+f2]，通过调整f1和f2，可达到抵抗周围环境干扰和周围其他接近开关干扰的效果。
经过混频模块20的乘法电路和滤波电路后，得到的所述模拟量信号21仅保留相乘之后的常数分量。
所述新型防干扰的电感式接近开关测量方法包含微处理器40，所述微处理器40适于按照权利要求书执行7至11中任一项所述的的方法和步骤。
所述微处理器40可集成微处理器10，差分采集处理电路18，混频模块20，模数转换电路22。
本发明解决的问题如下：
电感式接近开关，容易受到周围其他接近开关的影响，在需要成对或成组使用，且互相之间距离不远的情况下，需要解决开关之间相互干扰的情况。
本发明专利技术方案如下：
本发明采用处理器产生方波，通过低通滤波器后，生成TTL原始激励。原始激励进入交流电桥，通过调节交流电桥参数，使交流电桥的两个桥臂内的电容和电感谐振。
交流桥臂中的电感，分别位于测试探头和接近开关内部，接近开关内部的电感用于温度补偿。
对交流桥臂的输出信号进行差分采集，差分采集的输出信号是一个与靶标距离成正比的正弦信号，正弦信号的频率与原始激励频率一致。
差分采集输出的正弦信号，进入混频模块，混频模块具备频率选择功能，可以得到某一个特定频率的幅值和相位信息。电路中混频模块的选择频率设置为和原始激励频率一致，这样就可以极大的消除其他频率信号对接近开关的干扰。
本发明中需要成对使用的接近开关，其内部原始激励设置为相近，但不同的频率，这样便极大的消除了互相靠近的两个接近开关之间的电磁干扰，保证每个接近开关都可以正常工作使用。
图1中图中包含微处理器10，其中微处理器10发出TTL原始激励信号11，经过低通滤波器12后，变成同频正弦信号13。
同频正弦信号13进入交流电桥14。交流电桥包含测试回路和补偿回路，测试回路由测试电容31，测试线圈32，测试电阻33组成，补偿回路由补偿电容34，补偿线圈35，补偿电阻36组成。
分别调整测试回路的测试电容31和测试线圈32参数，补偿回路的补偿电容34和补偿线圈35参数，使测试回路和补偿回路谐振，并保持测试回路和补偿回路电参数一致。
补偿回路用来对接近开关做温度补偿。
测试回路输出信号17和补偿回路输出信号16进入差分采集电路18，测试回路输出信号17，补偿回路输出信号16以及差分采集电路18的差分输出信号19，都是与TTL原始激励同频的正弦信号。
差分输出信号19的相位和幅值，分别与测试线圈的电感和等效电阻相关。
差分输出信号19经过混频电路20，输出模拟量信号21，该模拟量信号包含差分输出信号19与TTL原始激励信号11之间的相位信息以及差分输出信号19自身的幅值信息。
模拟量信号21被模数转换电路22转换为数字信号23，送入微处理器10。
差分输出信号19的大小取决于测试回路输出信号17和补偿回路输出信号16的大小。
测试回路输出信号17的大小取决于测试线圈32电参数在测试回路中的相对大小。
补偿回路输出信号16的大小取决于补偿线圈35电参数在补偿回路中的相对大小。
测试线圈32电参数的大小受到测试靶标和测试探头的距离、温度，以及其他环境影响。
补偿线圈35电参数的大小受到温度、其他环境的影响，对测试靶标和测试探头的距离不敏感。
成对或成组安装的接近开关，内部TTL原始激励11的频率，相互接近，各不相同。
同样的，内部TTL原始激励11的频率不同，带来同频正弦信号13、测试回路输出信号17、补偿回路输出信号16、差分输出信号19的频率也与其他接近开关不同。
图1的实施方案中，微处理器10，差分采集处理电路18，混频电路20，模数转换电路22，可采用独立硬件电路实现，也可集成到微处理器40中。
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