接近开关专利技术综述论文_吴一帆

摘要：接近开关是与运动部件无机械接触而能动作的位置开关，亦称无接触开关或无触点行程开关。接近开关是传感器家族中众多种类中的一个，它既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等，并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。在机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业，作为一种位置传感器，它能通过传感器与物体之间的位置关系变化，将非电量或电磁量转化为所希望的电信号，从而达到控制或测量的目的。

一、技术原理概况与发展状况

常见的接近开关根据不同的分类方法可分为以下几种，如图1所示：

图1 接近开关核心技术分解

二、接近开关专利发展分析

2.1接近开关申请量统计

图2 接近开关技术领域历年专利申请量统计（incoPat）

接近开关自1958年被Pepperl和Fuchs拥有的Mannheim实验室发明以来，一直不断被改进。到了二十世纪六十年代，人们开始意识到接近开关良好的使用寿命在自动化应用中的价值。十年后，下一代技术问世，用户可根据需要改变有源传感器的外形，且引入了不同范围的电压放大器，使接近开关应用的场景更加多元。到了八十年代后期，随着接近开关的不断普及以及市场对其需求量不断增加，接近开关的专利申请量稳步提高。

二十世纪九十年代，接近开关被引入了集成电路，这一时期出现了一个专利申请量的小高峰，而在九十年代末，二十一世纪初，当时掌握接近开关核心技术的国家如日本等多家制造企业出现了经济衰退和巨额亏损，各大公司都在原有的技术上稳步改进，导致申请量一度下降。

进入二十一世纪后，对接近开关结构原理上的改进有所减少，专利重点集中在接近开关的性能提升上，以满足各种不同的应用场景。接近开关在不同领域的应用往往能改变人机交互方式，提高性能，甚至提供更人性化的便利。

2.2接近开关主要技术演进

图3 接近开关主要技术发展演进图

电感式接近开关的出现依赖于半导体三极管和LC振荡电路，其中半导体三极管作为一种重要的半导体器件，其放大作用和开关作用极大的促进了电子技术飞速发展。另外，在LC振荡电路中，具有放大电路的自激振荡。利用上述原理，电感式接近开关的雏形早在1962年公开的专利GB910630 A中就已经出现。

电感式接近开关的形式在80年代以后，有了显著的发展。专利US4513257A提出了引入辅助线圈的概念。专利US5264733A则引入了差分磁场感应线圈的结构，这种结构很大程度上克服了周围温度对距离检测精度的影响。同样的，申请日为2000年的专利DE10012830A1也利用差分信号以减小接近开关对温度和周围物理干扰。

而电容式接近开关的原理至少早在专利US3743865A中公开。该发明通过谐振电路中的电容极板连接参考电位，改善了当触发开关的人体电位不为地电位时的开关无效问题。

对电容式接近开关的改进主要体现在与电感式接近开关的结合，以达到检测多种类型的效果，另外，电容式接近开关可作为良好的人体检测的特性，使其在生活中应用更为广泛。如申请日为1972年的专利US3764819A就提出了一种应对工业生产的电感式与电容式相结合的接近开关，实现了检测人手而不受其他金属和绝缘材料的影响。而申请日为1991年的专利US5270710A则提出一种同时针对接近和触摸两种触发方式的结构。进入二十一世纪，电容式接近开关被更多利用与生活领域，如车载设备的背光控制等，实现了与系统相结合。

三、重点申请人和专利申请趋势分析

日本电子设备制造商欧姆龙集团因为长期掌握世界领先的传感与控制技术，保有了大量接近开关核心技术，总量达到了280篇（含同族）。而其中接近90%在日本国内申请，少数在欧洲专利局和美国专利商标局申请。其余还有西门子公司、IFM电子、富士电机、图尔克集团、施耐德电气、福特环球技术等公司。随着科技的发展，接近开关技术发展已经不仅限于开关本身，结合各种应用场合和阈值算法的改进，才能满足日益革新的市场，因此提供资源整合解决方案的公司也涌现出大量专利申请。

五、总结

本文从接近开关技术的分类及发展概况入手，并对相应的典型技术方案及专利进行分析，有助于审查员全面了解接近开关的基本发展态势，对设计接近开关领域的审查工作有较大帮助。

参考文献

[1]钱金川，朱守敏.接近开关在自动化控制中的应用[J].江苏电器，2006(5):30-35

[2]邓重一.接近开关原理及其应用[J].自动化博览,2003(5):35-38.

[3]彭月祥,王凤全.接近开关及其应用[J].电气开关,1998,(5):1-2.

[4]互联网,Fifty years old: the proximity switch, http://www.controlengeurope.com/article/20839/Fifty-years-old--the-proximity-switch.aspx,2008.11

论文作者:吴一帆

论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期

论文发表时间:2020/4/29

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