專利名稱：具有傳感器和信號處理設(shè)備的傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個傳感器裝置，其具有一個檢測測量參數(shù)作為傳感器信號的傳感器和一個處理傳感器信號的信號處理設(shè)備，其包含一個使傳感器信號與一個比較值或開關(guān)值進(jìn)行比較的并且依賴于比較產(chǎn)生開關(guān)信號的開關(guān)級。
背景技術(shù)：
在一個如此的、公開于EP-A-1203933中的傳感器裝置中可以遠(yuǎn)程確定比較值或開關(guān)值的參數(shù)。盡管如此開關(guān)信號僅僅依賴于該比較值和開關(guān)值，并且絕對不包含超越這方面的函數(shù)。
常常在自動化技術(shù)中需要如此的附加函數(shù)，并且以已知的方式通過具有模擬輸出端、模擬輸入模塊和復(fù)雜SPS編程的傳感器實現(xiàn)該附加函數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，如此形成一個傳感器裝置，即產(chǎn)生要簡單處理的二進(jìn)制開關(guān)信號以特別用于過程控制，其中所述開關(guān)信號不僅僅依賴于比較值和開關(guān)值而且還包含另外的參數(shù)函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明由此解決該任務(wù)，即在信號處理設(shè)備中包含一個形成傳感器信號函數(shù)的函數(shù)級，其中該函數(shù)包含傳感器信號的時間導(dǎo)數(shù)或改變一個加法系數(shù)的傳感器信號值，并且其中該函數(shù)級的輸出信號形成開關(guān)級的比較值或開關(guān)值或形成開關(guān)信號的禁止信號/導(dǎo)通信號。
本發(fā)明傳感器裝置的優(yōu)點特別在于，產(chǎn)生簡單處理的二進(jìn)制開關(guān)信號，其不僅依賴于測量參數(shù)而且也還包含測量參數(shù)或其它參數(shù)的所希望的函數(shù)?？梢匀∠ǔＤM傳感器輸出信號的相應(yīng)復(fù)雜編程。
通過在從屬權(quán)利要求中列舉的措施有益地能夠擴展并改善在權(quán)利要求1中給出的傳感器裝置。
開關(guān)級適當(dāng)?shù)匦纬蔀楸容^器、特別是窗口比較器。
在傳感器裝置的第一有益設(shè)計方案中函數(shù)級包括一個形成傳感器信號的一階或二階時間導(dǎo)數(shù)的微分級和該微分級輸出信號的閾值級，該閾值級的輸出信號再度形成開關(guān)信號的禁止信號或者導(dǎo)通信號。為此以禁止信號/導(dǎo)通信號作為控制信號加載到開關(guān)信號的、特別形成為與門的禁止和導(dǎo)通級。只有當(dāng)在該范圍內(nèi)的信號變化低于一個可調(diào)節(jié)的極限值時，才在開關(guān)極形成為窗口比較器的情況下例如產(chǎn)生一個開關(guān)信號。
在傳感器裝置的另一個有益設(shè)計方案中函數(shù)級包括一個形成傳感器信號時間導(dǎo)數(shù)的微分級和一個形成函數(shù)s0-k×s′的分函數(shù)級，其中分函數(shù)級的輸出信號形成比較值或開關(guān)值，其中s0是一個可預(yù)定的測量參數(shù)極限開關(guān)值，并且k是一個可預(yù)定的系數(shù)。如果例如選擇一個觸發(fā)另外開關(guān)過程的開關(guān)位置值作為可預(yù)定的測量參數(shù)極限開關(guān)值，則在馬上快到達(dá)該開關(guān)位置之前對于另外的過程可以依賴速度地產(chǎn)生一個觸發(fā)時刻。
在另一個有益的設(shè)計方案中函數(shù)級包括一個在預(yù)定的時刻用于傳感器信號的存儲級和一個用于已存儲的傳感器信號與補償值相加的加法級，其中加法級的輸出信號形成比較值或開關(guān)值。在該設(shè)計方案中例如一個位置信號在確定的事件下存儲在存儲級中并且然后與補償值相加，其中然后在達(dá)到該函數(shù)值時觸發(fā)開關(guān)信號。
例如位置或者運動或壓力或力或流量用作測量參數(shù)。


在附圖中示出了本發(fā)明三個實施例，在下面的描述中詳細(xì)闡述這三個實施例。
圖1以具有一個微分級和一個閾值級作為函數(shù)級的方框圖指出了第一實施例，圖2以具有一個微分級和一個形成時間導(dǎo)數(shù)函數(shù)的子函數(shù)級作為函數(shù)級的方框圖指出了第二實施例，圖3以具有一個存儲級和一個加法級作為函數(shù)級的方框圖指出了本發(fā)明的第三實施例。
具體實施例方式
在圖1中示出的傳感器裝置中，用于檢測測量參數(shù)、比如位置、運動、壓力或力或另外參數(shù)的傳感器10經(jīng)過一個窗口比較器11和與門12的輸入端連接。此外，傳感器10的輸出端經(jīng)過一個用于形成傳感器信號s的一階時間導(dǎo)數(shù)s′的微分級13和一個閾值級14連接，該閾值級14在第一導(dǎo)數(shù)值s′小于預(yù)先規(guī)定的極限值k時產(chǎn)生一個輸出信號。微分級13與閾值級14一起形成函數(shù)級15。閾值級14的輸出信號施加到與門12的第二輸入端上并形成窗口比較器11的輸出信號的禁止或?qū)ㄐ盘?，其在?dǎo)通情況下、也就是在閾值級14的輸出端上有信號的情況下，在傳感器的輸出端上產(chǎn)生一個數(shù)字開關(guān)信號A。
微分級13也可以用于形成傳感器信號s的二階導(dǎo)數(shù)s″。此外可以視應(yīng)用情況不同地配置閾值級14，也就是如果超過極限值k或如果一階或二階導(dǎo)數(shù)處于兩個極限值之間，則例如也產(chǎn)生一個輸出信號。一個另外的禁止和導(dǎo)通級也可以用于替換與門12，其依賴于閾值級14的輸出信號禁止或?qū)ù翱诒容^器11的輸出信號。
在圖1中示出的實施例的一個實際應(yīng)用例如是一個夾具應(yīng)用。傳感器10測量夾具10的位置、也就是例如夾具鉗嘴的間距。在抓住一個構(gòu)件時夾具進(jìn)入一個位置，該位置在位置S1和S2之間作為窗口比較器11的極限位置。如果夾具檢測到構(gòu)件，其速度降為值0并因此低于極限k。因為位置處在窗口比較器11的窗口范圍內(nèi)部，所以產(chǎn)生一個開關(guān)信號A，其表明夾具在部件上的正確位置。
可是如果夾具在故障情況下沒有抓住構(gòu)件，則其以大于極限值k的速度通過窗口范圍，如此防止一個錯誤開關(guān)信號，其例如可能觸發(fā)錯誤的過程鏈。
在圖1中示出的實施例的另一個應(yīng)用是在流體傳感技術(shù)中的泄漏監(jiān)控。對此傳感器10形成為壓力傳感器。如果在一個已調(diào)整的壓力窗口中通過窗口比較器11附加地分析壓力信號的變化速度，則這導(dǎo)致定性地推斷出成分的密度。對此可以通過極限值k調(diào)整最大允許的泄漏率。
在圖2中示出的第二實施例中，傳感器10不僅直接與比較器16的輸入端而且經(jīng)過一個函數(shù)級17與該比較器16的第二輸入端連接。該函數(shù)級17包括一個用于形成傳感器信號s的一階時間導(dǎo)數(shù)s′的微分級18和一個用于形成函數(shù)s0-k×s′的分函數(shù)級19，其中s0是可預(yù)定的測量參數(shù)極限開關(guān)值并且k是可預(yù)定的系數(shù)。s0和k可以可變地施加到分函數(shù)級19上或固定或可調(diào)整地存儲。
如果傳感器信號與函數(shù)級17的輸出信號一致，則比較器16輸出端產(chǎn)生一個數(shù)字開關(guān)信號B。對此比較器16例如也可以形成為閾值級，通過函數(shù)級17的輸出信號預(yù)定該閾值級的閾值。
第二實施例在實踐中的應(yīng)用情況例如是依賴位置的處理過程的時鐘時間優(yōu)化。對此優(yōu)化作業(yè)過程并由此提高時鐘時間。例如在一個自動化過程中兩個汽缸Z1和Z2執(zhí)行不同的連續(xù)任務(wù)。汽缸Z1上的開關(guān)信號觸發(fā)汽缸Z2上的過程。為了能夠補償由于信號時延、閥門開關(guān)時間、壓力建立等產(chǎn)生的空載時間，應(yīng)在該時刻之前不久觸發(fā)汽缸2上的過程，在該時刻汽缸1到達(dá)其終點位置或觸發(fā)位置。為此，在用于觸發(fā)汽缸Z2的開關(guān)時刻之前不久觀測汽缸Z1或其活塞的速度變化，并通過函數(shù)級17檢測它。速度變化與系數(shù)k相乘，該系數(shù)不依賴于另外量的并因此附加地允許系統(tǒng)特有地匹配開關(guān)時刻的提前量。積k×s′的數(shù)值因此確定了開關(guān)時刻被提前多少，也就是多早產(chǎn)生開始汽缸Z2上的過程的信號B。對此測量參數(shù)極限值s0相當(dāng)于汽缸Z1的這個位置，在該位置必須原本地、也就是沒有提前開關(guān)時刻地觸發(fā)汽缸Z2。
第二實施例的另一個應(yīng)用是在流體技術(shù)應(yīng)用中優(yōu)化時鐘時間，例如在流體傳感技術(shù)的填充過程中。為此傳感器10形成為通量或者流式傳感器并且連續(xù)記錄填充過程。由此監(jiān)控填充的時間變化，如此能夠在原本的、在達(dá)到某一最小體積之后停止氣體注入的負(fù)荷開關(guān)時刻之前相應(yīng)提前并因此優(yōu)化時鐘時間地開始后面的過程。
在圖3中示出的、傳感器裝置的第三實施例中，傳感器10不僅直接與比較器16的輸入端連接，而且經(jīng)過一個函數(shù)級20與比較器16的第二輸入端連接。對此該函數(shù)級20包括一個信號存儲級21和一個用于分別在信號存儲級21中存儲的存儲值與一個補償值Δs相加的加法級22。如果存儲信號D設(shè)置為存儲過程的觸發(fā)信號，則信號存儲級21把分別施加的傳感器信號s作為存儲值s3存儲。同在第二實施例中一樣，如果傳感器信號s與函數(shù)級20的輸出信號一致或者達(dá)到該信號，則形成一個輸出端方面的開關(guān)信號C。
在實踐中的一個應(yīng)用情況是例如具有超聲焊極(Sonotrode)的超聲波焊接。在許多焊接過程中，在原本的焊接過程時超聲焊極擠壓要焊接的工件一個定義的間距Δs之前，超聲焊極首先行駛到接觸要焊接的工件。也即，在實際的結(jié)構(gòu)中超聲焊極首先移向有公差的接觸位置S3，在該位置通過開關(guān)信號D觸發(fā)原本的焊接過程。然后在到達(dá)位置S3+Δs時中斷焊接過程。焊接質(zhì)量主要依賴于擠壓深度Δs。就根據(jù)圖3的實施例來說，此時在到達(dá)接觸位置時通過信號D存儲位置S3。然后，如果到達(dá)位置S3+Δs，則比較器16切換并產(chǎn)生開關(guān)信號C，通過該開關(guān)信號結(jié)束焊接過程。由此保證恒定質(zhì)量的焊接。例如可以根據(jù)第一實施例產(chǎn)生在到達(dá)接觸位置時觸發(fā)存儲過程的信號D。
第三實施例的另外應(yīng)用情況是依賴于力的壓入過程，例如安裝過程。對此可以典型地以兩個分步驟實施壓入過程。在第一分步驟中定位相應(yīng)部件然后在第二步驟中以一個確定的力壓入部件。在第一分步驟中根據(jù)公差或不同的反作用力產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力S3，通過形成為壓力傳感器的傳感器10可以檢測該預(yù)應(yīng)力。以該壓力S3開始，然后以一個附加的壓力Δs一起實現(xiàn)原本的壓入過程。通過第三實施例簡單實現(xiàn)該過程。
所描述的傳感器裝置可以集成在一個傳感器模塊中，其例如與一個具有二進(jìn)制輸入端的SPS連接。作為對此的一個選擇替換方案，除了傳感器10之外的電子元件集成在一個獨立的設(shè)備中或集成在SPS或另外的控制設(shè)備中。
例如通過在微控制器中的功能實現(xiàn)在所描述的傳感器裝置中的描述的功能塊。
權(quán)利要求
1.具有一個檢測測量參數(shù)作為傳感器信號(s)的傳感器(10)和一個處理該傳感器信號(s)的信號處理設(shè)備的傳感器裝置，其包含一個使傳感器信號(s)與一個比較值或開關(guān)值比較的并且依賴于比較產(chǎn)生開關(guān)信號的開關(guān)級(11；16)，其特征在于，在信號處理設(shè)備中包含一個形成傳感器信號(s)的函數(shù)的函數(shù)級(15；17；20)，其中該函數(shù)含有傳感器信號(s)的時間導(dǎo)數(shù)(s′、s″)和一個改變了加法系數(shù)(Δs)的傳感器信號值，并且其中函數(shù)級的輸出信號形成開關(guān)級(16)的比較值或開關(guān)值或開關(guān)信號的禁止/導(dǎo)通信號。
2.按照權(quán)利要求1的傳感器裝置，其特征在于，開關(guān)級(11；16)形成為比較器或窗口比較器。
3.按照權(quán)利要求1或2的傳感器裝置，其特征在于，函數(shù)級(15)包括形成傳感器信號(s)的一階或二階時間導(dǎo)數(shù)(s′、s″)的微分級(13)和一個用于微分級(13)輸出信號的閾值級(14)，該閾值級的輸出信號形成禁止和導(dǎo)通信號。
4.按照權(quán)利要求3的傳感器裝置，其特征在于，以作為控制信號的禁止/導(dǎo)通信號加載到開關(guān)信號的特別形成為與門的禁止和導(dǎo)通級(12)上。
5.按照權(quán)利要求3或4的傳感器裝置，其特征在于，閾值級(14)的輸出信號在時間導(dǎo)數(shù)(s′)的值低于極限值(k)時形成導(dǎo)通信號。
6.按照權(quán)利要求1或2的傳感器裝置，其特征在于，函數(shù)級(17)包括一個形成傳感器信號(s)的時間導(dǎo)數(shù)(s′)的微分級(18)和一個形成函數(shù)s0-k×s′的分函數(shù)級(14)，其中函數(shù)級(17)的輸出信號形成比較值或開關(guān)值，其中s0是一個可預(yù)定的測量參數(shù)極限開關(guān)值并且k是一個可預(yù)定的系數(shù)。
7.按照權(quán)利要求1或2的傳感器裝置，其特征在于，函數(shù)級(20)包括一個在可預(yù)定的時刻用于傳感器信號(s)的存儲級(21)和一個用于把在存儲級(21)中存儲的傳感器信號(s3)與補償值(Δs)相加的加法級(22)，其中函數(shù)級(20)的輸出信號形成比較值或開關(guān)值。
8.按照權(quán)利要求7的傳感器裝置，其特征在于，用于探測達(dá)到預(yù)定測量參數(shù)的裝置的輸出信號形成傳感器信號在存儲級(21)中的存儲過程的觸發(fā)信號(D)。
9.按照上述權(quán)利要求之一的傳感器裝置，其特征在于，測量參數(shù)是位置或移動或壓力或力或流量。
全文摘要
建議一種具有一個檢測測量參數(shù)作為傳感器信號(s)的傳感器(10)和一個處理該傳感器信號的信號處理設(shè)備的傳感器裝置，其包含一個使傳感器信號(s)與一個比較值或開關(guān)值比較的并且依賴于比較產(chǎn)生開關(guān)信號(B)的開關(guān)級(16)。在信號處理設(shè)備中包含一個形成傳感器信號(s)的函數(shù)的函數(shù)級(17)，其中該函數(shù)含有傳感器信號(s)的時間導(dǎo)數(shù)(s′)，并且其中函數(shù)級(17)的輸出信號形成開關(guān)級(16)的比較值或開關(guān)值。由此可以簡單地產(chǎn)生要處理的二進(jìn)制開關(guān)信號，其不僅依賴于傳感器信號，而且也可以包含從中推導(dǎo)出的函數(shù)和附加參數(shù)。
文檔編號G01D18/00GK101059355SQ200710101279
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者D·沃納, A·塞茨 申請人:費斯托合資公司