專利名稱：傳感器信號采樣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器信號采樣。概述根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于處理來自傳感器的信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述系統(tǒng)被配置為根據(jù)信號的期望形狀來改變，例如，減小所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣速率。
通過改變采樣速率，可以減小給定信號的采樣數(shù)量。減小采樣數(shù)量可以有助于節(jié)省功率。減小采樣數(shù)量還可以有助于減小所使用的處理能力和存儲器的總量。系統(tǒng)可以包括控制器，所述控制器被配置為提供信號到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，從而改變采樣速率。信號可以觸發(fā)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器進行采樣。第η個采樣(η為正整數(shù))的采樣時間t可以遵循以下關(guān)系tn=func (η)其中fUnc(n)在信號的過程中是單調(diào)函數(shù)，例如，單調(diào)遞增函數(shù)。函數(shù)可以被選擇為使得在信號峰值的上半部內(nèi)期望的采樣點的數(shù)量(N+1)優(yōu)選地在3和10之間或者更加優(yōu)選地在3和5之間。采樣時間可以以比等差級數(shù)更快的速率增加，例如以幾何速率增加。在第η個采樣和第(n+1)個采樣之間的時間間隔Λ tn+1可以為 Δ tn+1= Δ tn+cn其中Atn是第(η-I)個采樣和第η個采樣之間的時間間隔，而c是正數(shù)，即c>0。第η個采樣(η為正整數(shù))的采樣時間tn可以遵循以下關(guān)系tn=a+t0ekn其中a是偏移，其可以是零，即a=0,或者可以是正數(shù)，即a>0, t0是初始米樣時間，而k大于0，即k>0。k值可以使用以下公式來計算
1 ft )k =—· log γ-
N Vm J其中(N+1)是位于期望值扒和^之間的信號峰值上半部內(nèi)的期望采樣點的數(shù)量。(N+1)的值可以至少為3。(N+1)的值可以不大于10，并且可選擇地不大于5。k值可以不大于O. 5,并且可選擇地不大于大約O. 3。k值可以大于O. 05。第η個采樣(η為正整數(shù))的采樣時間tn可以遵循以下關(guān)系tn=a+t0kn其中a是偏移，其可以為零，即a=0,或者可以是正數(shù)，即a>0, t0是初始米樣時間，而k大于1，即k>l。k值可以被計算為使得在信號峰值的上半部內(nèi)期望的采樣點的數(shù)量(N+1)優(yōu)選地在3和10之間或者更加優(yōu)選地在3和5之間。第η個采樣(η為正整數(shù))的采樣時間tn可以遵循以下關(guān)系tn=a+t0np其中a是偏移，其可以為零，即a=0,或者a可以是正數(shù)，即a>0, t0是初始米樣時間，而P大于I,即P>1。系統(tǒng)可以是微控制器或者包括微控制器。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了包括傳感器和用于處理來自傳感器信號的系統(tǒng)的裝置，其中所述系統(tǒng)被操作地連接到傳感器，使得當傳感器產(chǎn)生信號時，由模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收信號。裝置可以是流量計。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了包括接收模擬信號和對模擬信號數(shù)字采樣的方法，其中所述模擬信號以取決于期望形狀信號的變化的采樣速率被采樣。采樣之間的時間間隔可以單調(diào)遞增?！じ鶕?jù)本發(fā)明的第四方面，提供了傳感器和包含了模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的信號處理系統(tǒng)，其中所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣速率隨時間變化，以匹配由傳感器發(fā)出的信號的期望帶寬。附圖
簡述現(xiàn)在將參考附圖，作為示例，對本發(fā)明的確定實施方式進行描述，其中圖I示出了來自電離(ionization)流量計系統(tǒng)的平均信號脈沖的實施例；圖2示出了在渡越時間(time-of-flight)測量期間的理想脈沖；圖3示出了使用均勻采樣速率來對圖2中示出的理想脈沖進行采樣；圖4是測量的脈沖寬度隨渡越時間而變化的圖示；圖5示出了使用非均勻采樣速率來對圖2中示出的理想窄脈沖進行采樣；圖6示出了使用非均勻采樣速率來對圖2中示出的理想寬脈沖進行采樣；圖7是系統(tǒng)誤差隨k值而變化的圖不；圖8示出了具有非均勻采樣點的圖I中示出的平均信號脈沖；以及圖9是電離流量計系統(tǒng)的示意性方框圖。特定實施方式的詳細描述電離流量計電離流量計測量離子化氣云在流管內(nèi)兩個點之間往來的時間，第一個點由調(diào)制柵極定義，第二點由檢波器柵極定義。調(diào)制器柵極調(diào)制離子化氣云的極性。在檢波器柵極檢測極性變化，并且測量從調(diào)制柵極到達檢波器柵極的電離過渡的渡越時間。該測量的渡越時間隨后用于計算氣體在給定時間內(nèi)穿越系統(tǒng)的體積流率。在WO 2007068869A中描述了電離流量計的實施例，其在此以引用方式并入。信號特征對云電離中改變的檢測使用了鏡像電荷和傳感電子的原理以測量檢波器柵極上或外的電流流動。隨著電離變化接近檢波器柵極，觀測到穩(wěn)定增大的電流流動和增大的信號振幅。在電離過渡通過檢波器柵極的點觀測到峰值電流和峰值信號振幅。隨著過渡邊沿繼續(xù)遠離檢波器柵極，電流像所觀測到的信號振幅一樣都減小。找到信號峰值的時間可以確定電離過渡的渡越時間以及因此確定體積流率。圖I示出了在檢波器柵極觀測到的平均信號脈沖。信號在若干調(diào)制器過渡上平均，以減小觀測到的噪聲總量。峰值位置確定以足夠小的采樣周期采樣檢測的信號將允許峰值時間簡單地約等于峰值采樣時間。如果使用曲線擬合技術(shù)來確定峰值位置，可以使用較長的采樣周期、以及因此較少的采樣和較低的功率消耗。將信號峰值周圍的區(qū)域近似為二次方程式并將其擬合到采樣數(shù)據(jù)點提供了對峰值位置的良好估算。脈沖寬度變化觀察電離流量計系統(tǒng)內(nèi)檢測到的脈沖示出了脈沖寬度隨渡越時間而變化，從而脈沖隨著渡越時間增大而變得更寬，如在圖2的理想脈沖中所示出的。因此，任何均勻采樣機制必須具有足夠小的采樣周期，以允許以最短的所期望的渡越時間分辨最窄的所期望的脈沖寬度。這導(dǎo)致以較長渡越時間的對更寬脈沖進行采樣中的冗余以及在捕獲這些重復(fù)采樣時所做出的努力的浪費，如在圖3中所示出的?；谒^測到的在脈沖寬度和渡越時間之間的關(guān)系，使用非均勻采樣間隔提供了減小捕獲的采樣點數(shù)量同時保持峰值位置測量精確度的優(yōu)點。根據(jù)所使用的非均勻采樣機 制，以看上去類似于后續(xù)處理程序的非均勻方式進行數(shù)據(jù)采樣提供了第二個優(yōu)點。非均勻采樣間隔的確定為了確定最佳的非均勻采樣間隔，需要定量脈沖寬度和渡越時間之間的關(guān)系。對電離流量計系統(tǒng)內(nèi)信號進行的觀察示出了脈沖寬度和渡越時間之間的關(guān)系近似地為線狀，脈沖寬度與渡越時間近似地成比例，如圖4中所示出的。該觀察得出結(jié)論采樣周期應(yīng)該以類似方式增大，從而采樣η和采樣(n+1)之間的時間是η的函數(shù)。采樣時間應(yīng)該以比等差級數(shù)更快的速率增加，等差級數(shù)對應(yīng)于均勻的周期采樣。如果我們設(shè)想采樣周期與ADC采樣的數(shù)量成比例，可以得到采樣間隔的一個可能的確定
權(quán)利要求
1.一種用于處理來自傳感器的信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中所述系統(tǒng)被配置為根據(jù)所述信號的期望形狀來改變所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中第η個采樣的采樣時間tn遵循以下關(guān)系 tn=func(η) 其中func(n)是單調(diào)函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或者2所述的系統(tǒng)，其中采樣時間以比等差級數(shù)更快的速率增加。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中第η個采樣的采樣時間tn遵循以下關(guān)系 tn=a+t0ekn 其中a是偏移，該偏移能夠為零，即a=0，或者能夠是正數(shù)，即a>0，t0是初始采樣時間，且k大于O，即k > O。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中 其中(N+l)是位于期望值扒和^之間的信號峰值上半部內(nèi)的期望采樣點的數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中(N+1)至少為3。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或者6所述的系統(tǒng)，其中(N+1)不大于10，并且可選擇地不大于5。
8.根據(jù)權(quán)利要求3到7中任一項所述的系統(tǒng)，其中k不大于O.5，并且可選擇地不大于大約O. 3。
9.根據(jù)權(quán)利要求3到8中任一項所述的系統(tǒng)，其中k大于O.05。
10.根據(jù)權(quán)利要求I到4中任一項所述的系統(tǒng)，其中第η個采樣的采樣時間tn遵循以下關(guān)系tn=a+t0kn 其中a是偏移，該偏移能夠為零，即a=0，或者能夠是正數(shù)，即a>0，t0是初始采樣時間，且k大于I,即k > O。
11.根據(jù)權(quán)利要求I到4中任一項所述的系統(tǒng)，其中第η個采樣的采樣時間tn遵循以下關(guān)系 tn=a+t0np 其中a是偏移，該偏移能夠為零或者正數(shù)，即a > 0，h是初始采樣時間，并且P大于I。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)是微控制器。
13.一種裝置，包括 傳感器；以及 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)， 其中所述系統(tǒng)操作地連接到所述傳感器，使得當所述傳感器產(chǎn)生信號時，該信號由所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，所述裝置是流量計。
15.一種方法，包括 接收模擬信號；以及 對所述模擬信號進行數(shù)字采樣； 其中以變化的采樣速率對所述模擬信號進行采樣，所述變化的采樣速率取決于所述信號的期望形狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中采樣之間的時間間隔單調(diào)遞增?！?br> 全文摘要
描述了一種用于處理來自傳感器的信號的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。所述系統(tǒng)被配置為根據(jù)信號的期望形狀來改變所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣速率。
文檔編號H03M1/12GK102959870SQ201180031203
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者愛德華·科爾比, 馬太·斯淘克, 大衛(wèi)·希利, 康斯坦丁·斯特凡諾 申請人:森泰克有限公司