CN101059355B - 具有传感器和信号处理设备的传感器装置 - Google Patents

Abstract

建议一种具有一个检测测量参数作为传感器信号(s)的传感器(10)和一个处理该传感器信号的信号处理设备的传感器装置，其包含一个使传感器信号(s)与一个比较值或开关值比较的并且依赖于比较产生开关信号(B)的开关级(16)。在信号处理设备中包含一个形成传感器信号(s)的函数的函数级(17)，其中该函数含有传感器信号(s)的时间导数(s′)，并且其中函数级(17)的输出信号形成开关级(16)的比较值或开关值。由此可以简单地产生要处理的二进制开关信号，其不仅依赖于传感器信号，而且也可以包含从中推导出的函数和附加参数。

Description

具有传感器和信号处理设备的传感器装置

技术领域

本发明涉及一个传感器装置，其具有一个检测测量参数作为传感器信号的传感器和一个处理传感器信号的信号处理设备，其包含一个使传感器信号与一个比较值或开关值进行比较的并且依赖于比较产生开关信号的开关级。

背景技术

在一个如此的、公开于EP-A-1203933中的传感器装置中可以远程确定比较值或开关值的参数。尽管如此开关信号仅仅依赖于该比较值和开关值，并且绝对不包含超越这方面的函数。

常常在自动化技术中需要如此的附加函数，并且以已知的方式通过具有模拟输出端、模拟输入模块和复杂SPS编程的传感器实现该附加函数。

发明内容

本发明的任务在于，如此形成一个传感器装置，即产生要简单处理的二进制开关信号以特别用于过程控制，其中所述开关信号不仅仅依赖于比较值和开关值而且还包含另外的参数函数。

根据本发明由此解决该任务，即在信号处理设备中包含一个形成传感器信号函数的函数级，其中该函数包含传感器信号的时间导数或改变一个加法系数的传感器信号值，并且其中该函数级的输出信号形成开关级的比较值或开关值或形成开关信号的禁止信号/导通信号。

具体地，本发明提供一种具有一个检测测量参数作为传感器信号的传感器和一个处理该传感器信号的信号处理设备的传感器装置，其包含一个使传感器信号与一个比较值或开关值比较的并且依赖于比较产生开关信号的开关级，其中，在信号处理设备中包含一个形成传感器信号的函数的函数级，该函数级包括形成传感器信号的一阶或二阶时间导数的微分级和一个用于微分级输出信号的阈值级，该阈值级的输出信号形成禁止或导通信号。

根据本发明的另一种具有一个检测测量参数作为传感器信号的传感器和一个处理该传感器信号的信号处理设备的传感器装置，其包含一个使传感器信号与一个比较值或开关值比较的并且依赖于比较产生开关信号的开关级，其中，在信号处理设备中包含一个形成传感器信号的函数的函数级，该函数级包括一个形成传感器信号的时间导数的微分级和一个形成函数s₀-k×s′的分函数级，其中函数级的输出信号形成比较值或开关值，s₀是一个可预定的测量参数极限开关值并且k是一个可预定的系数，s，是传感器信号的一阶时间导数。

根据本发明的又一种具有一个检测测量参数作为传感器信号(s)的传感器和一个处理该传感器信号的信号处理设备的传感器装置，其包含一个使传感器信号与一个比较值或开关值比较的并且依赖于比较产生开关信号的开关级，其中，在信号处理设备中包含一个形成传感器信号的函数的函数级，该函数级包括一个在可预定的时刻用于传感器信号的存储级和一个用于把在存储级中存储的传感器信号与补偿值相加的加法级，其中函数级的输出信号形成比较值或开关值。

本发明传感器装置的优点特别在于，产生简单处理的二进制开关信号，其不仅依赖于测量参数而且也还包含测量参数或其它参数的所希望的函数。可以取消通常模拟传感器输出信号的相应复杂编程。

通过在本申请中列举的措施有益地能够扩展并改善上述给出的传感器装置。

开关级适当地形成为比较器、特别是窗口比较器。

在传感器装置的第一有益设计方案中函数级包括一个形成传感器信号的一阶或二阶时间导数的微分级和该微分级输出信号的阈值级，该阈值级的输出信号再度形成开关信号的禁止信号或者导通信号。为此以禁止信号/导通信号作为控制信号加载到开关信号的、特别形成为与门的禁止和导通级。只有当在该范围内的信号变化低于一个可调节的极限值时，才在开关极形成为窗口比较器的情况下例如产生一个开关信号。

在传感器装置的另一个有益设计方案中函数级包括一个形成传感器信号时间导数的微分级和一个形成函数s₀-k×s′的分函数级，其中分函数级的输出信号形成比较值或开关值，其中s₀是一个可预定的测量参数极限开关值，并且k是一个可预定的系数。如果例如选择一个触发另外开关过程的开关位置值作为可预定的测量参数极限开关值，则在马上快到达该开关位置之前对于另外的过程可以依赖速度地产生一个触发时刻。

在另一个有益的设计方案中函数级包括一个在预定的时刻用于传感器信号的存储级和一个用于已存储的传感器信号与补偿值相加的加法级，其中加法级的输出信号形成比较值或开关值。在该设计方案中例如一个位置信号在确定的事件下存储在存储级中并且然后与补偿值相加，其中然后在达到该函数值时触发开关信号。

例如位置或者运动或压力或力或流量用作测量参数。

附图说明

在附图中示出了本发明三个实施例，在下面的描述中详细阐述这三个实施例。

图1以具有一个微分级和一个阈值级作为函数级的方框图指出了第一实施例，

图2以具有一个微分级和一个形成时间导数函数的子函数级作为函数级的方框图指出了第二实施例，

图3以具有一个存储级和一个加法级作为函数级的方框图指出了本发明的第三实施例。

具体实施方式

在图1中示出的传感器装置中，用于检测测量参数、比如位置、运动、压力或力或另外参数的传感器10经过一个窗口比较器11和与门12的输入端连接。此外，传感器10的输出端经过一个用于形成传感器信号s的一阶时间导数s′的微分级13和一个阈值级14连接，该阈值级14在第一导数值s′小于预先规定的极限值k时产生一个输出信号。微分级13与阈值级14一起形成函数级15。阈值级14的输出信号施加到与门12的第二输入端上并形成窗口比较器11的输出信号的禁止或导通信号，其在导通情况下、也就是在阈值级14的输出端上有信号的情况下，在传感器的输出端上产生一个数字开关信号A。

微分级13也可以用于形成传感器信号s的二阶导数s″。此外可以视应用情况不同地配置阈值级14，也就是如果超过极限值k或如果一阶或二阶导数处于两个极限值之间，则例如也产生一个输出信号。一个另外的禁止和导通级也可以用于替换与门12，其依赖于阈值级14的输出信号禁止或导通窗口比较器11的输出信号。

在图1中示出的实施例的一个实际应用例如是一个夹具应用。传感器10测量夹具10的位置、也就是例如夹具钳嘴的间距。在抓住一个构件时夹具进入一个位置，该位置在位置S1和S2之间作为窗口比较器11的极限位置。如果夹具检测到构件，其速度降为值0并因此低于极限k。因为位置处在窗口比较器11的窗口范围内部，所以产生一个开关信号A，其表明夹具在部件上的正确位置。

可是如果夹具在故障情况下没有抓住构件，则其以大于极限值k的速度通过窗口范围，如此防止一个错误开关信号，其例如可能触发错误的过程链。

在图1中示出的实施例的另一个应用是在流体传感技术中的泄漏监控。对此传感器10形成为压力传感器。如果在一个已调整的压力窗口中通过窗口比较器11附加地分析压力信号的变化速度，则这导致定性地推断出成分的密度。对此可以通过极限值k调整最大允许的泄漏率。

在图2中示出的第二实施例中，传感器10不仅直接与比较器16的输入端而且经过一个函数级17与该比较器16的第二输入端连接。该函数级17包括一个用于形成传感器信号s的一阶时间导数s′的微分级18和一个用于形成函数s₀-k×s′的分函数级19，其中s₀是可预定的测量参数极限开关值并且k是可预定的系数。s₀和k可以可变地施加到分函数级19上或固定或可调整地存储。

如果传感器信号与函数级17的输出信号一致，则比较器16输出端产生一个数字开关信号B。对此比较器16例如也可以形成为阈值级，通过函数级17的输出信号预定该阈值级的阈值。

第二实施例在实践中的应用情况例如是依赖位置的处理过程的时钟时间优化。对此优化作业过程并由此提高时钟时间。例如在一个自动化过程中两个汽缸Z1和Z2执行不同的连续任务。汽缸Z1上的开关信号触发汽缸Z2上的过程。为了能够补偿由于信号时延、阀门开关时间、压力建立等产生的空载时间，应在该时刻之前不久触发汽缸2上的过程，在该时刻汽缸1到达其终点位置或触发位置。为此，在用于触发汽缸Z2的开关时刻之前不久观测汽缸Z1或其活塞的速度变化，并通过函数级17检测它。速度变化与系数k相乘，该系数不依赖于另外量的并因此附加地允许系统特有地匹配开关时刻的提前量。积k×s′的数值因此确定了开关时刻被提前多少，也就是多早产生开始汽缸Z2上的过程的信号B。对此测量参数极限值s₀相当于汽缸Z1的这个位置，在该位置必须原本地、也就是没有提前开关时刻地触发汽缸Z2。

第二实施例的另一个应用是在流体技术应用中优化时钟时间，例如在流体传感技术的填充过程中。为此传感器10形成为通量或者流式传感器并且连续记录填充过程。由此监控填充的时间变化，如此能够在原本的、在达到某一最小体积之后停止气体注入的负荷开关时刻之前相应提前并因此优化时钟时间地开始后面的过程。

在图3中示出的、传感器装置的第三实施例中，传感器10不仅直接与比较器16的输入端连接，而且经过一个函数级20与比较器16的第二输入端连接。对此该函数级20包括一个信号存储级21和一个用于分别在信号存储级21中存储的存储值与一个补偿值Δs相加的加法级22。如果存储信号D设置为存储过程的触发信号，则信号存储级21把分别施加的传感器信号s作为存储值s3存储。同在第二实施例中一样，如果传感器信号s与函数级20的输出信号一致或者达到该信号，则形成一个输出端方面的开关信号C。

在实践中的一个应用情况是例如具有超声焊极(Sonotrode)的超声波焊接。在许多焊接过程中，在原本的焊接过程时超声焊极挤压要焊接的工件一个定义的间距Δs之前，超声焊极首先行驶到接触要焊接的工件。也即，在实际的结构中超声焊极首先移向有公差的接触位置S3，在该位置通过开关信号D触发原本的焊接过程。然后在到达位置S3+Δs时中断焊接过程。焊接质量主要依赖于挤压深度Δs。就根据图3的实施例来说，此时在到达接触位置时通过信号D存储位置S3。然后，如果到达位置S3+Δs，则比较器16切换并产生开关信号C，通过该开关信号结束焊接过程。由此保证恒定质量的焊接。例如可以根据第一实施例产生在到达接触位置时触发存储过程的信号D。

第三实施例的另外应用情况是依赖于力的压入过程，例如安装过程。对此可以典型地以两个分步骤实施压入过程。在第一分步骤中定位相应部件然后在第二步骤中以一个确定的力压入部件。在第一分步骤中根据公差或不同的反作用力产生预应力S3，通过形成为压力传感器的传感器10可以检测该预应力。以该压力S3开始，然后以一个附加的压力Δs一起实现原本的压入过程。通过第三实施例简单实现该过程。

所描述的传感器装置可以集成在一个传感器模块中，其例如与一个具有二进制输入端的SPS连接。作为对此的一个选择替换方案，除了传感器10之外的电子元件集成在一个独立的设备中或集成在SPS或另外的控制设备中。

例如通过在微控制器中的功能实现在所描述的传感器装置中的描述的功能块。

Claims (12)

1.一种传感器装置，具有一个检测测量参数作为传感器信号(s)的传感器(10)和一个处理该传感器信号(s)的信号处理设备，其包含一个使传感器信号(s)与一个比较值或开关值比较的并且依赖于比较产生开关信号的开关级(11；16)，其中，在信号处理设备中包含一个形成传感器信号(s)的函数的函数级(15)，该函数级(15)包括形成传感器信号(s)的一阶或二阶时间导数(s′、s″)的微分级(13)和一个用于微分级(13)输出信号的阈值级(14)，该阈值级的输出信号形成禁止或导通信号。

2.按照权利要求1的传感器装置，其特征在于，开关级(11；16)形成为窗口比较器。

3.按照权利要求1的传感器装置，其特征在于，以作为控制信号的禁止/导通信号加载到开关信号的形成为与门的禁止和导通级(12)上。

4.按照权利要求1的传感器装置，其特征在于，阈值级(14)的输出信号在时间导数(s′)的值低于极限值(k)时形成导通信号。

5.按照权利要求1的传感器装置，其特征在于，测量参数是位置或移动或力或流量。

6.一种传感器装置，具有一个检测测量参数作为传感器信号(s)的传感器(10)和一个处理该传感器信号(s)的信号处理设备，其包含一个使传感器信号(s)与一个比较值或开关值比较的并且依赖于比较产生开关信号的开关级(11；16)，其中，在信号处理设备中包含一个形成传感器信号(s)的函数的函数级(17)，该函数级(17)包括一个形成传感器信号(s)的时间导数(s′)的微分级(18)和一个形成函数s₀-k×s′的分函数级(19)，其中函数级(17)的输出信号形成比较值或开关值，s₀是一个可预定的测量参数极限开关值并且k是一个可预定的系数，s’是传感器信号(s)的一阶时间导数。

7.按照权利要求6的传感器装置，其特征在于，开关级(11；16)形成为窗口比较器。

8.按照权利要求6的传感器装置，其特征在于，测量参数是位置或移动或力或流量。

9.一种传感器装置，具有一个检测测量参数作为传感器信号(s)的传感器(10)和一个处理该传感器信号(s)的信号处理设备，其包含一个使传感器信号(s)与一个比较值或开关值比较的并且依赖于比较产生开关信号的开关级(11；16)，其中，在信号处理设备中包含一个形成传感器信号(s)的函数的函数级(20)，该函数级(20)包括一个在可预定的时刻用于传感器信号(s)的存储级(21)和一个用于把在存储级(21)中存储的传感器信号(s3)与补偿值(Δs)相加的加法级(22)，其中函数级(20)的输出信号形成比较值或开关值。

10.按照权利要求9的传感器装置，其特征在于，开关级(11；16)形成为窗口比较器。

11.按照权利要求9的传感器装置，其特征在于，用于探测达到预定测量参数的装置的输出信号形成传感器信号在存储级(21)中的存储过程的触发信号(D)。

12.按照权利要求9的传感器装置，其特征在于，测量参数是位置或移动或力或流量。

Images