[发明专利]一种电容接近开关传感器

说明书

本发明公开了一种电容接近开关传感器，用于检测其与被测金属面的距离，其包括：检测极板，与被测金属面相对设置，二者构成外电容；电源，其正极通过第一电感与供电端连接；其负极与接地端连接并通过第二电感与公共端连接；供电端和接地端之间连接有第二电容；第一电感和第二电感构成差模电感；驱动模块，其负极与公共端连接，其正极与供电端连接；驱动模块用于生成驱动信号，并将驱动信号耦合至检测极板，信号处理模块，与第二电感的两端耦合，通过检测第二电感两端的电压变化以检测外电容。本发明通过单一极板与被测目标构成的外电容实现目标检测，极板电容不作为检测依据，外电容的电容值更加稳定。

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别涉及一种电容接近开关传感器。

背景技术

电容接近开关是以各类电容器作为传感元件，是将机械量转换成电容变化量的一种装置。电容接近开关即电容式传感器可分为变面积型、变极距型、变介质型三种类型。传统的电容接近开关检测技术，传感器内置的双面覆铜PCB板为电容器作为被测对象，其变化量作为感测距离的依据。

电容接近开关现有的技术方案主要有三种，电容器参与振荡器工作产生的振荡信号变化、电容器充放电时间变化、电容器与参考电容比较的差值变化。

电容器参与振荡器工作，接近开关的电容极板作为振荡回路的一部分，使得振荡器输出信号的频率、幅度、周期发生变化，接近开关与被测物之间的距离大小反应了变化程度，从而得出变量与距离的关系。见图9，两个极板之间距离恒定，构成极板电容。当被测物体接近时，通过这两个极板所检测出的电容量会发生变化，通过检测电容的变化量可以检测被测物体的大致距离。

电容器充放电时间变化，被测物靠近接近开关的电容极板，极板电容量发生变化。周期性的脉冲电流对电容极板进行充放电，由于极板电容量的变化，导致极板电容上的充放电电压发生变化，变化的差值即是被测物离电容极板的距离关系，距离越近则时间差值越大。见图10。

电容器与参考电容比较，即是被测极板电容与固有电容做比较，通过对极板电容和参考电容同时施加周期性的脉冲信号，分别产生随被测物距离变化的可变信号，和固有的标准信号，两组信号进行差分放大处理，同时有益于对共模干扰的抑制作用。见图11。

上述现有技术的缺点为：

a)极板电容受PCB的材质以及热膨胀系数影响，应用于接近开关的极板及PCB板，材质的差异，以及材质的热膨胀系数大小，对极板自身的电容量影响较大。

b)受寄生电容影响，由于极板电容自身的电容量在10pF级别左右，线路以及其他器件的寄生电容均在pF级别相对比重较大，整个系统不只检测极板电容量变化，同时寄生电容也参与了信号计算过程，对检测结果造成了不利的影响。

c)受填充材料的影响，接近开关内部一般需要填充树脂材料，为了固定内部电路板及结构组件，也能起到IP防水性能，但是填充材料其介电常数的大小及变化关系到极板电容的稳定，填充材料存在长期蠕变的现象不利于电容接近开关的长期稳定性。

d)现有技术方案将极板电容变化转换成电压电流信号变化的灵敏度低，因此传统电容接近开关检测距离较近，无法实现远距离检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种电容接近开关传感器，该电容接近开关传感器采用单一极板，并将目标物的被测面作为另一电极，实现了目标物的接近检测，解决了现有技术中检测极板自电容的方式所存在问题。

本发明的技术方案是，一种电容接近开关传感器，用于检测其与被测金属面的距离，所述被测金属面与接地端连接；所述电容接近开关传感器包括：

检测极板，与所述被测金属面相对设置，二者构成外电容；

电源，其正极通过第一电感与供电端连接；其负极与所述接地端连接并通过第二电感与公共端连接；所述供电端和所述接地端之间连接有第二电容；所述第一电感和所述第二电感构成差模电感；