專利名稱：有源控制型非接觸開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種由電場或磁場變化操作的開關(guān)，特別是一種用于油氣井井下測試過程中的非接觸開關(guān)。
已有的非接觸式開關(guān)為如

圖1所示的裝置。負(fù)載R負(fù)所在的電路回路為主工作回路，這個回路需要被控制通斷?？刂企w和開關(guān)體構(gòu)成了非接觸式開關(guān)。其中開關(guān)體內(nèi)含電路，有四個引出端1、2、3、4，1、2為開關(guān)體的供電端，3、4之間對外等效為一個開關(guān)，可以表現(xiàn)為“接通”或“斷開”兩種狀態(tài)?？刂企w為一物體，如金屬體等。非接觸開關(guān)的開關(guān)體如圖1所示被接入主工作回路，主工作回路中的電源U源為開關(guān)體提供電能，用于開關(guān)體檢測控制的狀態(tài)(如控制體與開關(guān)體是否接近，控制體是否遮斷了開關(guān)體發(fā)出的信號等)，開關(guān)體將根據(jù)對控制體狀態(tài)的檢測結(jié)果，使3、4端對外表現(xiàn)為“接通”或是“斷開”狀態(tài)，從而實現(xiàn)對主工作回路的開關(guān)控制。由于控制體與開關(guān)體是非接觸的，這種開關(guān)被稱為非接觸開關(guān)。
對于某些應(yīng)用場合，這類非接觸開關(guān)具有如下兩個缺點①開關(guān)體在整個工作過程中要始終耗用電源電能，這在工業(yè)控制等大多數(shù)場合下是無關(guān)緊要的，因為開關(guān)體耗用的電能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主工作回路耗用的電能。但對某些特殊場合，電源不能無限制提供電能而被要求盡量長時間地供電，主工作回路的工作能耗因此而設(shè)計的非常小以至于開關(guān)體的能耗可以與之相當(dāng)。這時開關(guān)體的耗能是不利于主工作回路電源節(jié)能的。
②控制體對開關(guān)體的控制通常是通過機(jī)械運動以改變空間位置來實現(xiàn)的。在某些場合，控制體的機(jī)械運動或者頻繁的機(jī)械運動是難于實現(xiàn)的。
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計一種能節(jié)省主工作回路的電能，可通過電操作控制的非接觸開關(guān)。
本實用新型所說的非接觸開關(guān)也分為兩部分，即控制體和開關(guān)體，兩部分在電路及結(jié)構(gòu)上相互獨立。其特征是控制體由振蕩器，緊接其后的諧振器和接在振蕩回路中作為振蕩元件的發(fā)射線圈組成；開關(guān)體則由接收線圈和由選頻器，檢波器，濾波器及壓控開關(guān)元件組成的開關(guān)體電路構(gòu)成。
本實用新型所說的發(fā)射線圈，其線圈被纏繞在非金屬骨架上，外殼上加工有密封槽，以便安裝密封圈。
本實用新型所說的接收線圈，其線圈被密封在非金屬殼體內(nèi)，線圈的引線由插座引出，殼體兩端的密封槽可安裝密封圈，以保證插座處的密封。
對于控制體，當(dāng)振蕩器接通電源時，可產(chǎn)生固有頻率為fO的振蕩電壓，經(jīng)諧振器，可在發(fā)射線圈上產(chǎn)生交變電流，從而在線圈的周圍激起交變磁場，其頻率也為fO。
對于開關(guān)體，當(dāng)接收線圈周圍有足夠強(qiáng)度的交變磁場時，在其兩端會產(chǎn)生交變感應(yīng)電動勢，選頻器保證只有頻率為fO的交變電動勢能夠輸出到檢波器，該交變電動勢經(jīng)檢波器和濾波器進(jìn)行檢波、濾波后，可得到直流電壓U開，當(dāng)壓控開關(guān)元件得到電壓U開后，其兩個對外端將處于導(dǎo)通狀態(tài)，否則處于關(guān)斷狀態(tài)。
本實用新型具有如下優(yōu)點1、開關(guān)體接通所需的能量來自控制體，在它接通或斷開時都不消耗開關(guān)體所在主工作電路中的電能。
2、開關(guān)體只有在控制體充分接近并通電時才能打開，通過控制控制體中的供電可控制開關(guān)的通斷，而不需控制體的機(jī)械運動。
同時考慮到油氣井井下高溫、高壓、油液的工作環(huán)境，本實用新型還具有耐高溫，高壓和耐腐蝕的特點。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型；圖1.現(xiàn)有非接觸開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2.本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖3.控制體原理示意圖；圖4.開關(guān)體原理示意圖；圖5.控制體電路圖；圖6.發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)圖；圖7.開關(guān)體電路圖；圖8.接收線圈結(jié)構(gòu)圖。
如圖2，本實用新型由控制體1和開關(guān)體2組成，兩部分在電路及結(jié)構(gòu)上相互獨立?？刂企w1由振蕩器3，緊接其后的諧振器4及接在振蕩回路中作為振蕩元件的發(fā)射線圈5構(gòu)成，如圖3所示。開關(guān)體由接收線圈6，選頻器7，檢波器8，濾波器9及壓電開關(guān)元件10組成，如圖4所示。由振蕩器和諧振器組成的控制體電路的一個具體實施例如圖5所示，由選頻，檢波、濾波及壓電開關(guān)組成的開關(guān)體電路的實施例如圖7所示，其中接收線圈6與電容C3構(gòu)成選頻器7，二極管D1實現(xiàn)檢波，電容C4進(jìn)行濾波，利用三極管T的導(dǎo)通和截止實現(xiàn)開關(guān)體的接通和關(guān)斷。
對于控制體1，當(dāng)振蕩器3接通電源時，可產(chǎn)生固有頻率為fO的振蕩電壓E1，經(jīng)諧振器4，可在發(fā)射線圈5上產(chǎn)生交變電流I1，從而在線圈的周圍激起交變磁場，其頻率也為fO。
對于開關(guān)體2，當(dāng)接收線圈6周圍有足夠強(qiáng)度的交變磁場時，在其兩端會產(chǎn)生交變感應(yīng)電動勢，選頻器7保證只有頻率為fO的交變電動熱E2能夠輸出到檢波器8中，該交變電動勢經(jīng)檢波器8和濾波器9進(jìn)行檢波、濾波后，可得到直流電壓U開，當(dāng)壓控開關(guān)元件10得到電壓U開后，其兩個對外端將處于導(dǎo)通狀態(tài)，否則處于關(guān)斷狀態(tài)。
考慮到本實用新型將應(yīng)用于油氣井下，經(jīng)常處于高溫、高壓的油液中工作，本實用新型的發(fā)射線圈可以設(shè)計成如圖6所示的結(jié)構(gòu)，線圈11被纏繞在非金屬骨架12上，外殼13上加工有密封槽14以便安裝密封圈，保證線圈出線處的密封；同理，接收線圈可以設(shè)計成如圖8所示的結(jié)構(gòu)，線圈15被密封在非金屬殼體16內(nèi)，其引線由插座17引出，殼體16兩端的密封槽18可安裝密封圈，以保證插座17處的密封。
本實用新型所述的有源控制型非接觸開關(guān)有效地克服了現(xiàn)有非接觸開關(guān)的缺點，開關(guān)體部分不耗用主工作回路電源的電能，開關(guān)打開電壓U開實際上是由控制體通過發(fā)射線圈5和接收線圈6之間的感應(yīng)提供的；在控制體的發(fā)射線圈與開關(guān)體的接收線圈充分接近時，只要控制控制體所在回路中電鍵K的開關(guān)即可實現(xiàn)對開關(guān)體的開關(guān)控制而無需使控制體進(jìn)行機(jī)械運動。本實用新型還考慮了在高溫、高壓的油液中工作的情況，整個結(jié)構(gòu)可承受70MPa壓力，耐150℃高溫和20％鹽酸腐蝕，開關(guān)作用距離為±80mm。鑒于本實用新型的這些優(yōu)點，將其用于采用非接觸信號傳輸器的油氣井測試中，能大大地延長下井電池的使用時間。
權(quán)利要求1.一種有源控制型非接觸開關(guān)，由控制體(1)和開關(guān)體(2)組成，其特征是控制體由振蕩器(3)，緊接其后的諧振器(4)和接在振蕩回路中作為振蕩元件的發(fā)射線圈(5)構(gòu)成；開關(guān)體(2)則由接收線圈(6)和由選頻器(7)，檢波器(8)，濾波器(9)及壓控開關(guān)(10)組成的開關(guān)體電路構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸開關(guān)，其特征是發(fā)射線圈(5)的線圈(11)被纏繞在非金屬骨架(12)上，外殼(13)上加工有密封槽(14)，可安裝密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非接觸開關(guān)，其特征是接收線圈(6)的線圈(15)被密封在非金屬殼體(16)內(nèi)，其引線由插座(17)引出，殼體兩端的密封槽(18)可安裝密封圈。
專利摘要本實用新型涉及一種有源控制型非接觸開關(guān)，它包括控制體和開關(guān)體兩部分?？刂企w由振蕩器，諧振器和發(fā)射線圈構(gòu)成，開關(guān)體則由接收線圈、選頻器、檢波器、濾波器及壓控開關(guān)元件組成。本實用新型開關(guān)體部分不耗用主工作回路電源，開關(guān)體接通所需的能量來自控制體，開關(guān)體只有在控制體充分接近并通電時才能打開，即可通過控制控制體中的供電來控制開關(guān)的通斷而無需控制體產(chǎn)生機(jī)械運動。本實用新型還具有耐高溫、高壓和耐腐蝕的特點，特別適合于在油氣井測試時使用，可大大延長下井電池的使用時間。
文檔編號H03K17/94GK2198721SQ9421953
公開日1995年5月24日 申請日期1994年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月26日
發(fā)明者丁天懷, 王勁松, 許國實 申請人:清華大學(xué)