專利名稱：學(xué)習(xí)型接近探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種學(xué)習(xí)型接近探測器，例如電感類型的、提供目標(biāo)存在或不存在的雙態(tài)輸出信號，并且具有為實(shí)現(xiàn)相對于目標(biāo)和相對于環(huán)境的探測器量程自適應(yīng)的學(xué)習(xí)模式。
探測距離特指從一種探測器變化到另一種探測器的裝置，以及對于同一探測器根據(jù)安裝和環(huán)境條件變化，具體說是嵌入到金屬塊的電感探測器。此外，某些應(yīng)用需要探測器的靈敏性可以根據(jù)其用途而變化。因此，這對于能夠在其使用位置上調(diào)節(jié)接近探測器量程是有用的。
除了相應(yīng)探測器正常操作模式的工作模式以外，在調(diào)節(jié)探測器期間具有學(xué)習(xí)模式的探測器是已知的(參見文獻(xiàn)EP0740716)。在DE4331555中，還提出了通過使用處理單元調(diào)節(jié)的接近探測器，處理單元與非易失性存儲器相連，在由抽樣信號所引發(fā)的學(xué)習(xí)階段，存儲通過比較內(nèi)計(jì)數(shù)器的值和傳感器探測信號的值所確定的開關(guān)閾值。此外，在文獻(xiàn)DE4006893中，接近探測器的調(diào)節(jié)部分由依靠數(shù)字字驅(qū)動幾個(gè)電阻元件的非易失性存儲器構(gòu)成，其中只可以通過操作員的操作來確定該存儲器的變化方向。
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種接近探測器，不僅能夠根據(jù)所探測的目標(biāo)類型，而且還能夠根據(jù)探測器總體環(huán)境來調(diào)節(jié)探測量程，因此其可以自動和快速適應(yīng)不同的多種應(yīng)用。還應(yīng)該象所期望那樣防止探測器在工作模式中太大的耗電量，使得不會超過可接受的泄漏電流，特別是對于具有雙線類型輸出的接近探測器。這意味著探測器應(yīng)該能夠在沒有對于處理單元的額外消耗、以及在與處理單元相連存儲器中不存儲根據(jù)學(xué)習(xí)模式的開關(guān)閾值的工作模式中工作。此外，在學(xué)習(xí)模式期間，當(dāng)采用簡單的和經(jīng)濟(jì)的解決方案時(shí)，操作員給探測器發(fā)送指令以及接收表示探測器當(dāng)前狀態(tài)的反饋信息的可能性是重要的。總之，期望所使用的解決方案提供影響深遠(yuǎn)的小型化探測器。
由于這個(gè)原因，本發(fā)明描述的接近探測器包括傳感器單元，能夠根據(jù)目標(biāo)距離提供模擬信號；探測級，能夠提供通過模擬信號和開關(guān)閾值之間的比較所產(chǎn)生的探測信號；輸出級，用于為提供探測器輸出信號將探測信號增強(qiáng)和整形；和處理單元，用于接收作為輸入的探測信號。該探測器是根據(jù)相應(yīng)于探測器量程調(diào)節(jié)的學(xué)習(xí)模式和根據(jù)相應(yīng)于探測器正常操作模式的工作模式的操作而設(shè)計(jì)的。其特征在于，探測器包括可變數(shù)字存儲電阻器，由處理單元來驅(qū)動并且與探測級相連來使得該可變數(shù)字存儲電阻器值的變化導(dǎo)致開關(guān)閾值的變化。在學(xué)習(xí)模式期間，根據(jù)探測信號的狀態(tài)，處理單元作用于可變數(shù)字電阻器的值，以便確定可變數(shù)字電阻器的設(shè)置操作值，其中該設(shè)置操作值用于工作模式期間。在工作模式期間，處理單元處于備用狀態(tài)。
此外，探測器包括與處理單元相連的轉(zhuǎn)換裝置，特別是可以通過操作員來選擇學(xué)習(xí)模式和工作模式并且還可以將探測器的狀態(tài)通知給操作員。
探測器的學(xué)習(xí)模式既包括短學(xué)習(xí)模式，其中僅相對于其環(huán)境執(zhí)行探測器的示教；還包括長學(xué)習(xí)模式，其中相對于其環(huán)境和相對于放置目標(biāo)的探測器距離來執(zhí)行探測器的示教。
下面參照附圖來描述非限制性的實(shí)施例，說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1表示的是根據(jù)本發(fā)明接近探測器的體系結(jié)構(gòu)；圖2表示的是描述探測器學(xué)習(xí)模式過程的簡化流程圖。
圖1中所示的接近探測器包括在殼體10中的例如電感類型的傳感器單元11，用于根據(jù)目標(biāo)19例如探測器10前的金屬目標(biāo)的距離來提供模擬信號21。探測級12接收由傳感器單元11提供的模擬信號21，并且將其與開關(guān)閾值SC比較，以便提供由該比較所產(chǎn)生的雙態(tài)探測信號22。
探測器10包括輸出級13，用于接收作為輸入的探測信號22并且其作用是增強(qiáng)和整形該信號22，以便從探測器10提供雙態(tài)輸出信號23。輸出級13可以包括如二極管、半導(dǎo)體閘流管或金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(MOS晶體管)。探測器10還包括處理單元15，其可以優(yōu)先是微控制器、微處理器、邏輯電路或一些其它電路，用于接收作為輸入的探測信號22和驅(qū)動存儲值R的可變數(shù)字電阻器14或電位計(jì)14?？勺償?shù)字存儲電阻器定義為按數(shù)字變化在不按模擬方式變化的電阻器，通過邏輯信號對其進(jìn)行控制并且在其內(nèi)部能夠存儲調(diào)節(jié)值。
處理單元15可以特別對數(shù)字可變電阻器14給出命令，如將值R指定為預(yù)定值，增加或減少值R的命令以及存儲值R的命令。一旦存儲了值R，數(shù)字可變電阻是自給的并且即使在掉電之后保持這個(gè)值R?？勺償?shù)字存儲電阻器提供的優(yōu)點(diǎn)是尤其小于幾個(gè)電阻元件或電阻網(wǎng)絡(luò)占據(jù)的空間，其提供影響影響深遠(yuǎn)的小型化探測器。此外，一旦存儲了值R，可變數(shù)字存儲電阻器獨(dú)立操作有關(guān)處理單元。
數(shù)字可變電阻器14直接與探測級12相連，因此其值R的變化導(dǎo)致開關(guān)閾值Sc的變化。因此，數(shù)字電阻器14值R的變化可能導(dǎo)致探測信號22的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，同時(shí)探測器10和目標(biāo)19之間的距離保持固定。
另一方面，轉(zhuǎn)換裝置30與處理單元15相連并且直接安裝在探測器10上。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，轉(zhuǎn)換裝置30僅由發(fā)光二極管31組成，發(fā)光二極管31由處理單元15和微型開關(guān)類型或任一其它等效單元的按鈕32所驅(qū)動，以便保持解決方案的探測器10經(jīng)濟(jì)和小型化。
根據(jù)學(xué)習(xí)模式和工作模式來設(shè)計(jì)探測器10的操作。學(xué)習(xí)模式，其目的是執(zhí)行探測器量程的調(diào)節(jié)，將在下文中描述。工作模式是探測器10的正常操作模式，其中輸出信號23的狀態(tài)，例如斷開或閉合狀態(tài)，取決于目標(biāo)19和探測器10之間的距離。
通過操作轉(zhuǎn)換裝置30的按鈕32來實(shí)現(xiàn)從工作模式到學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)變。操作員具有在執(zhí)行探測器10示教程序的兩種不同方法之間的選擇短學(xué)習(xí)模式AC，其中僅相對于其環(huán)境來調(diào)節(jié)探測器10；或長學(xué)習(xí)模式AL，其中相對于其環(huán)境然后相對于放置在所期望的探測器距離DN的目標(biāo)19來調(diào)節(jié)探測器10?？梢酝ㄟ^在按鈕32上施加不同的力來提供學(xué)習(xí)模式的選擇。
短學(xué)習(xí)模式AC的意義在于在所考慮環(huán)境中執(zhí)行探測器10最大可接受量程的調(diào)節(jié)，例如對于安裝在金屬或塑性支座上的探測器。長學(xué)習(xí)模式AL的意義在于其又執(zhí)行其中將實(shí)際地探測目標(biāo)所期望位置的調(diào)節(jié)。因此由此所獲得的量程可以是所考慮環(huán)境中非常短的最大可接受量程。由于這個(gè)功能，可以獲得能夠根據(jù)所探測目標(biāo)的類型和所使用的環(huán)境自動適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)型接近探測器，因此來最優(yōu)化探測器的精度。
圖2給出的是學(xué)習(xí)模式過程的簡化流程圖。在短學(xué)習(xí)模式AC以及長學(xué)習(xí)模式AL中，首先相對于其與目標(biāo)19存在沒有關(guān)系的環(huán)境(例如，相對于機(jī)器的構(gòu)架，相對于背景等等…)來執(zhí)行探測器10的示教。由于這個(gè)原因，通過將可變數(shù)字電阻器14的值R設(shè)為如最小值的極限值RO來使得處理單元15開始運(yùn)行。然后處理單元15均勻地改變該值R，例如增加它，直到探測信號22切換和改變其狀態(tài)。然后將相應(yīng)值R稱為環(huán)境探測值RE。處理單元15計(jì)算環(huán)境差值EE＝(RE-RO)/RE并且將其與處理單元內(nèi)的靈敏度閾值SS相比較。
如果環(huán)境差值EE小于該靈敏度閾值SS，可以認(rèn)為探測器10不會具有足夠的工作儲備，以保證例如電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)(EMC)的順應(yīng)性、小溫度漂移等等…常用參數(shù)。在這種狀態(tài)下，轉(zhuǎn)換裝置30的發(fā)光二極管31提供發(fā)生故障的信號，意味著不能正確執(zhí)行學(xué)習(xí)過程(學(xué)習(xí)不能OK)并且處理單元15結(jié)束學(xué)習(xí)模式。
如果環(huán)境差值EE大于或等于靈敏度閾值SS并且如果所選擇的學(xué)習(xí)模式是短學(xué)習(xí)模式AC，處理單元15計(jì)算等于減去靈敏度閾值SS的環(huán)境探測值RE的設(shè)置操作值RF，RF＝RE*(1-SS)，然后在結(jié)束學(xué)習(xí)模式前將該設(shè)置值RF提供到數(shù)字電阻器14。只要其不從處理單元15接收改變它的任一新命令，數(shù)字電阻器14就存儲該設(shè)置操作值RF。
如果環(huán)境差值EE大于或等于靈敏度閾值SS并且如果所選擇的學(xué)習(xí)模式是長學(xué)習(xí)模式AL，處理單元15借助二極管31請求操作員，將目標(biāo)19定在操作員所期望的距離DN，以便繼續(xù)進(jìn)行目標(biāo)的學(xué)習(xí)過程。一旦操作員已經(jīng)通知了處理單元15目標(biāo)19適當(dāng)定位，處理單元15均勻改變數(shù)字電阻器14的值R，直到探測信號22切換和改變其狀態(tài)。然后將相應(yīng)值R稱為目標(biāo)探測值RC。處理單元15計(jì)算目標(biāo)差值EC＝((RE-RC)/RE)并且將其與內(nèi)部靈敏度閾值SS相比較。
如果目標(biāo)差值EC小于靈敏度閾值SS，可以認(rèn)為探測器10不會具有足夠的工作儲備，以保證例如電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)(EMC)的順應(yīng)性、小溫度漂移等等…常用參數(shù)。在這種情況下，發(fā)光二極管31提供發(fā)生故障的信號，意味著不能正確執(zhí)行學(xué)習(xí)過程(學(xué)習(xí)不能OK)并且處理單元15結(jié)束學(xué)習(xí)模式。
如果目標(biāo)差值EC大于或等于靈敏度閾值SS，處理單元15計(jì)算等于目標(biāo)探測值RC的設(shè)置操作值RF為，RF＝RC，然后在結(jié)束學(xué)習(xí)模式前將該設(shè)置值RC提供到數(shù)字電阻器14。只要其不從處理單元15接收改變它的任一新命令，數(shù)字電阻器14就存儲該設(shè)置操作值RF。
當(dāng)學(xué)習(xí)模式不能正確實(shí)現(xiàn)時(shí)(學(xué)習(xí)不能OK)，通過發(fā)光二極管31直接通知操作員探測器10不能在所期望的調(diào)節(jié)條件下正常操作，并因此不能在不管其環(huán)境、目標(biāo)屬性以及所需量程而向操作員提供保證探測器將保持其所有性能。
當(dāng)正確實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式(學(xué)習(xí)OK)時(shí)，探測器自動切換返回工作模式。由于數(shù)字電阻器14是自給的，并且由于來自學(xué)習(xí)模式的設(shè)置操作值RF直接存儲在數(shù)字可變存儲器14中，然后探測器10能夠在不使用處理單元15的情況下工作。這是因?yàn)?，在整個(gè)工作模式期間，處理單元15處于備用狀態(tài)或處于如在“睡眠”(“SLEEP”)類型指令之后的等待狀態(tài)的等效狀態(tài)中。因此，可以防止探測器10消耗太多的電能并因此避免需要多個(gè)大功率的電源，同時(shí)繼續(xù)保證輸出信號23的低泄漏電流電平。處理單元15在學(xué)習(xí)模式結(jié)束切換到備用狀態(tài)，并且當(dāng)操作員適當(dāng)操作按鈕32以便切換到學(xué)習(xí)模式時(shí)而退出其備用狀態(tài)。因此在AC或DC電源情況的工作模式中，這樣一種接近探測器能夠使消耗最大泄漏電流小于或等于1.5毫安。這種低泄漏電流是非常有利的，其能夠使得對探測器使用雙線輸出技術(shù)。
同樣地，為在工作模式中保持最大泄漏電流小于或等于1.5毫安，可以通過對如下一個(gè)或多個(gè)參數(shù)作用來最小化處理單元15的電能消耗降低處理單元15的時(shí)鐘脈沖頻率(例如小于50千赫的頻率)、降低處理單元15的電源電壓(例如小于3伏的電壓)、使處理單元15在工作模式中進(jìn)入備用狀態(tài)。
可以清楚地理解在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以設(shè)計(jì)出其它替換方案和細(xì)節(jié)的改進(jìn)，并且還可以使用所考慮的等效方案。
權(quán)利要求
1.一種接近探測器。包括傳感器裝置(11)，能夠根據(jù)目標(biāo)(19)的距離提供模擬信號(21)；探測級(12)，能夠提供由模擬信號(21)和開關(guān)閾值(SC)之間比較所產(chǎn)生的探測信號(22)；輸出級(13)，用于將探測信號(22)增強(qiáng)和整形以提供輸出邏輯信號(23)；和處理單元(15)，接收作為輸入的探測信號(22)；其中探測器(10)是根據(jù)相應(yīng)于探測器量程調(diào)節(jié)的學(xué)習(xí)模式和根據(jù)相應(yīng)于探測器正常操作模式的工作模式的操作而設(shè)計(jì)的，其特征在于，探測器(10)包括可變數(shù)字存儲電阻器(14)，在學(xué)習(xí)模式中由處理單元(15)驅(qū)動并且與探測級(12)相連來使得可變數(shù)字電阻器(14)值的變化導(dǎo)致開關(guān)閾值(SC)的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接近探測器，其特征在于，在學(xué)習(xí)模式期間，為確定存儲在可變數(shù)字電阻器(14)中并且在工作模式期間使用的設(shè)置操作值(RF)，處理單元(15)改變可變數(shù)字電阻器(14)的值(R)，直到探測信號(22)切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接近探測器，其特征在于，當(dāng)探測器(10)處于工作模式中時(shí)，處理單元(15)處于備用狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接近探測器，其特征在于，探測器(10)包括與處理單元(15)相連的轉(zhuǎn)換裝置(30)，特別是可以通過操作員來選擇學(xué)習(xí)模式或工作模式并且還可以將探測器(10)的狀態(tài)通知給操作員。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的接近探測器，其特征在于，轉(zhuǎn)換裝置(30)包括按鈕(31)和直接安裝在探測器(10)上的發(fā)光二極管(32)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的接近探測器，其特征在于，探測器(10)的學(xué)習(xí)模式既包括短學(xué)習(xí)模式(AC)，其中僅相對于其環(huán)境執(zhí)行探測器(10)的示教；還包括長學(xué)習(xí)模式(AL)，其中相對于其環(huán)境和相對于放置目標(biāo)(19)的探測器距離(DN)來執(zhí)行探測器的示教。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的接近探測器，其特征在于，通過轉(zhuǎn)換裝置(30)來執(zhí)行在短學(xué)習(xí)模式(AC)和長學(xué)習(xí)模式(AL)之間的選擇。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的接近探測器，其特征在于，相對于其環(huán)境來對探測器示教期間，處理單元(15)將可變數(shù)字電阻器(14)設(shè)為極限值(RO)，然后改變可變數(shù)字電阻(14)一直到相應(yīng)于探測信號(22)切換的環(huán)境探測值(RE)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接近探測器，其特征在于，根據(jù)環(huán)境探測值(RE)和極限值(RO)計(jì)算環(huán)境差值(EE)，然后如果環(huán)境差值(EE)小于包含在處理單元內(nèi)的靈敏度閾值(SS)，就通過轉(zhuǎn)換裝置(30)提供故障信號和結(jié)束學(xué)習(xí)模式的信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的接近探測器，其特征在于，在短學(xué)習(xí)模式AC中，如果環(huán)境差值(EE)大于或等于靈敏度閾值(SS)，處理單元(15)將可變數(shù)字電阻器(14)設(shè)置為設(shè)置操作值(RF)，其等于由靈敏度閾值(SS)所減少的環(huán)境探測值(RE)，其通過轉(zhuǎn)換裝置(30)提供結(jié)束學(xué)習(xí)模式的信號并且自動切換回工作模式。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的接近探測器，其特征在于，在長學(xué)習(xí)模式(AL)中并且在將目標(biāo)(19)放置在離探測器(DN)距離之后，處理單元(15)改變可變數(shù)字電阻器(14)，一直到相應(yīng)于探測信號(22)切換的目標(biāo)探測值(RC)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接近探測器，其特征在于，在長學(xué)習(xí)模式(AL)中，處理單元(15)根據(jù)目標(biāo)探測值(RC)和環(huán)境探測值(RE)計(jì)算目標(biāo)差值(EC)，然后如果目標(biāo)差值(EC)小于包含在處理單元(15)中的靈敏度閾值(SS)，通過轉(zhuǎn)換裝置(30)提供故障的信號；如果目標(biāo)差值(EC)大于或等于靈敏度閾值(SS)，其將數(shù)字可變電阻器(14)設(shè)置為等于目標(biāo)探測值(RC)的設(shè)置操作值(RF)，其通過轉(zhuǎn)換裝置(30)提供結(jié)束學(xué)習(xí)模式的信號并且自動切換回工作模式。
全文摘要
一種自適應(yīng)接近探測器,用于提供目標(biāo)存在或不存在的雙態(tài)輸出信號。探測器包括處理單元,并且根據(jù)相對于其環(huán)境調(diào)節(jié)的短學(xué)習(xí)模式(A
文檔編號G01B21/00GK1330451SQ0111737
公開日2002年1月9日 申請日期2001年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者雅克·伯納德, 克里斯托弗·布勞爾特 申請人:施耐德電器工業(yè)公司