CN101356451A - 传感器阵列和用于传感器阵列的传感器 - Google Patents

Abstract

公开了一种包括多个传感器装置的传感器阵列，该传感器包括电磁辐射源、接收器，以及控制装置，所述控制装置被设计为使用所述源发射电磁辐射并通过评价反射的辐射来确定所述源发射的电磁辐射从物体的反射表面到所述接收器所经过的距离。本发明的多个传感器装置中的传感器装置操作在不同的频率下或使用时分复用。本发明还提出了用于传感器阵列的传感器装置，设计所述控制装置在不同频率下或通过时分复用测量所述距离。

Description

传感器阵列和用于传感器阵列的传感器

技术领域

本发明涉及分别根据权利要求1和3的前序部分的传感器阵列和传感器。

背景技术

TOF传感器(飞行时间传感器)发射光并使用反射的光来确定光从反射表面返回传感器所经过的距离。例如，这可以通过测量光脉冲自光源，经过反射表面，返回传感器所需要的时间来实现。另一种可能性是调制光的振荡并比较反射回来的光的振荡的相位与发射的光的相位。已知调制频率可以通过相位的差异来确定光路的长度。

例如，这样的传感器可以用于监视例如电梯的门系统以防止物体或人被门卡住。

发明内容

本发明基于扩展引言中描述的类型的传感器的使用领域的目的，特别地，能够操作它们使其不易受到干扰。

通过权利要求1和3的特征来实现该目的。

独立权利要求详细说明了本发明的优点和有利的改进。

本发明基于具有多个传感器装置的传感器阵列，每个所述传感器装置包括例如电磁辐射具体而言光的源、用于接收所述电磁辐射的接收器、以及控制装置，所述控制装置被设计为使用所述源发射电磁辐射并被设计为通过评价反射的辐射来确定所述源发射的电磁辐射从物体的反射表面到所述接收器所经过的距离。本发明的主旨是所述多个传感器装置中的传感器操作在不同的频率。

该过程可以操作具有至少一个其它的传感器(适宜的多个其它的传感器)的传感器阵列并同时避免由于相互影响而产生的测量误差。

该过程基于这样的知识，在引言中描述的所述类型的传感器装置仅仅在这样的情况下可靠地运作，评价的反射回的辐射是所述传感器装置自身发射的电磁辐射。当评价讨论的传感器时，如果其它传感器同时发射了会被误解光，那么该原则会被打破。结果，难以确定甚至不可能确定从所述传感器到反射表面之间的距离。例如，当讨论的传感器评价由邻近的传感器发射并通过反射表面到达讨论的传感器的电磁辐射时，便会出现这样的情况。如此确定的到物体的距离，通常不是正确的距离。根据本发明，通过使用不同的频率来避免这种情况。基本上，还可以使用时分多路复用来操作所述传感器装置。

所述不同的频率涉及所述电磁辐射的调制频率，也可以涉及其自身的载波频率，还可以既涉及所述调制频率又涉及所述载波频率。两种测量均可以避免传感器装置的相互影响。

例如，在存在两个邻近的控制装置的情况下，时分多路复用可以避免同时进行测量或避免测量重叠，以便在所述测量期间，一个传感器不会被另一传感器干扰。

在一种情况下，提供传感器装置的输入和输出用于该目的。可以使用所述输出为邻近的传感器装置提供信号，该信号表明所述传感器装置正在进行测量，因此所述邻近的传感器不应进行其自身的测量。

所述传感器可以在所述输入处接收来自邻近的传感器装置的对应信号。这可以控制所述传感器以便可以避免具有不希望的干扰风险的同时测量。

具体而言，只要一个装置正在进行测量，将信号施加到其它的传感器装置的对应的输出或输入，该信号为所述其它的装置发出应该等待的信号。例如，只要一个装置正在进行测量，另一个器件在开始另一测量之前等待随机确定的一段时间。以该方式，为所有的传感器同等地提供进行测量的选择。

可以设计输入或输出用于电通信、光通信或其它类型的有线或无线的通信。

在本发明的另一优选的实施例中，在进行实际测量之前，控制装置进行不发射光的测量。如果该控制装置接收到信号，很明显另一控制装置正在进行测量。然后进行“测试测量”的所述控制装置将在预先确定或随机的一段时间之后重复该测试测量，如果该测试的结果是积极的，控制装置将开始实际测量。同样可以设想，传感器装置发射的电磁辐射具体而言光，包含代码。例如，发射的信号包含低强度的信号部分，具体而言周期。结果，传感器装置可以相互通信而不会显著地干扰实际测量的结果。使用序列号的编码使得传感器装置可以收集涉及在检测区域中活跃的装置的数目的信息。如果测量包括多个曝光操作，可以将涉及所述测量的结束时间的信息设置到进行的所述曝光操作中。

在又一优选的实施例中，在测量周期中，基于存在的其它传感器装置的数目，所述传感器装置可以适应测量时间。为了该目的，在适应过程中，传感器装置可以检测其它器件是否正在同时进行距离测量，如果是这样的情况，便检测有多少其它的装置正在同时进行距离测量。例如，基于0.5个红外照射操作循环，第二装置可以以适应的方式对应地将其测量持续时间移入空闲时段半个操作循环。在第三传感器装置向其它装置指示(例如，通过周期性干扰)它们必须缩短其操作周期之前，第三装置将首先确定不存在可用的测量时间。

根据涉及的传感器装置的数目，可以重复该操作并且该操作为各传感器装置产生了相应地分开的测量持续时间。该过程相对于完整的循环自动减小了测量持续时间，其中在完整的循环中多于两个的传感器可能重叠。在两个传感器的情况下，优选地，测量时间仅仅互相匹配，如上面描述的，不会导致测量持续时间的减小。

本发明另一基本方面涉及传感器装置，其包括：例如电磁辐射具体而言光的源、用于接收所述电磁辐射的接收器、以及控制装置，所述控制装置被设计为使用所述源发射电磁辐射并被设计为通过评价反射的辐射来确定所述源发射的电磁辐射从物体的反射表面到所述接收器所经过的距离。所述传感器的主旨在于所述控制装置被设计为在不同的频率下或使用时分多路复用测量所述距离。

作为该测量的结果，所述传感器装置本身可以避免不希望的干扰。这简化了具有多个传感器装置的阵列，希望该多个传感器装置并行操作而不互相干扰。在该情况下，传感器装置不必在其制造期间就被设置为不出现干扰。此外，干扰可以在安装位置处被确定，并可以使用适宜的方法来消除干扰，例如，在阵列包括多个传感器装置的情况下，将传感器装置设定至不同的频率。

优选地可以改变调制频率。然而，同样可以通过控制装置改变载波频率。

例如，可以通过DIP开关、外部提供的信号或自动地调谐所述频率。为了该目的，在本发明的一个优选的实施例中，所述控制装置具有在不同的频率下操作的至少两个光源。根据需要，然后可以在光源之间切换。

在本发明的另一优选的实施例中，当存在另一传感器装置时，所述控制装置被设计为寻找可以防止所述测量重叠的操作模式。例如，如果一个传感器装置检测到另一传感器装置工作在相同的频率例如调制频率，该过程使控制装置能够寻找可以避免检测传感器装置重叠的另一调制频率。

基本上，可以使用软件设定传感器装置中的振荡器频率。当开始时，每个传感器装置进行测量而不发射光。如果接收到信号，对于测量，该装置不等待轮到其进行测量的顺序的到来而是改变其调制频率。如果装置检测频率并且确定所述频率没被另一装置使用，该装置便可以在该频率下进行实际距离测量。

为了能够可靠并有效地限定相对于其它传感器的频率，下文提出了在距离测量期间变化频率。例如，在预先确定的测量时间期间，例如20ms，例如频率每100微秒改变一次。也可以连续变化频率。因此，另一传感器装置使用的频率的有害重叠将仅发生在相对小的测量间隔内，这对整个测量没有显著的影响。具体而言，当其它的一个或多个传感器装置根据相同的原则工作时，这同样适用，除非其它的一个或多个传感器装置恰好同时改变频率，然而，这可以通过引入随机方面排除。

如果在距离测量的时长内频率保持恒定，该时长将优选地小于测量的持续时间，例如，小于1/10，优选地小于1/100，最优选地，小于1/1000。所述时长还可以仅约为用于调制载波信号的信号的一个周期。

在该情况下，频率改变为1％，优选地为5％，更优选地，大于约10％。

频率差异越大，无干扰的测量结果所需要的测量时间越短。

为了避免两个或多个传感器装置同时改变频率，可以任意选择第一频率。

此外，优选地，频率可以被可选地或另外地任意地改变。

在本发明的一个特定的优选实施例中，所述控制装置被设计为进行测量而不发射光以便检测在特定频率处是否存在信号，并基于是否存在所述频率，如果合适基于检测所述频率的时间，来选择第一频率。优选地，在每个测量中使用这样的频率，该频率被相同地预先确定并可以用于识别传感器装置。在距离测量期间，然后可以改变频率超过10次，优选地超过100次，更优选地，超过1000次。

在一个简单实施例中，可以人工地设定频率。同样，一种简单的设定方案为在预先确定的时间之后自动地改变频率。可以使用开关，例如DIP开关人工设定频率。这同样可以设定这样的时间，在所述时间之后自动改变频率。

同样可以依赖于在测试期间检测到的干扰的程度来改变频率。如果检测到的干扰较小，那么可以较小程度地改变频率。为了避免重叠，下文提出了将接收器匹配到发射的光的频率。例如，所述接收器可以仅评价窄频率范围内的信号，而不管其它频率的信号。

依赖于被调制到载波信号上的信号的频率范围，距离测量是模糊(ambiguous)或不模糊的。如果从发射机，经过物体，返回接收器的距离大于用于调制的信号的波长，那么测量是模糊的。然而，在较短波长的情况下，测量更为精确。为了获得精确的测量，可以首先在第一频率范围内的频率下进行第一测量，并在第二频率范围内的频率下进行第二测量，选择第一频率范围以便可以得到精确但模糊的测量，而第二频率范围能够得到不模糊的测量。然后两种测量的重叠提供了不模糊并精确的测量。同样可以通过相关的两个模糊的测量来获得不模糊的测量。

在本发明的一个优选的实施例中，在匹配距被测物体的距离的频率范围内进行测量以便可以获得具有最佳的测量精度并不模糊的测量。

所述频率可以在电磁辐射范围内，例如雷达或光。然而，同样可以使用在声音范围内的频率。优选地将多个传感器装置的阵列设置在机壳中。

附图说明

在附图中示例了本发明的多个示例性实施例，并通过在下面说明附加的优点和细节更加详细地解释了本发明的多个示例性实施例。

图1到图3分别示出了卷门上传感器阵列的不同实施例的示意图。

具体实施方式

图1示例了两个传感器装置1、2。这些传感器装置1、2监视用于打开或关闭开口3的卷门4。传感器1、2具有监视区域5、6。监视区域5、6在中央区域8中重叠。重叠区域8会导致不正确的测量，这使得传感器装置1、2不能可靠工作。

通过连接7将传感器装置1、2电连接到彼此。在内部，连接连接每个传感器的输入或输出(未示例)。如果传感器装置1将进行测量，那么进行检测以确定是否有来自传感器装置2的输出的信号，来自传感器装置2的输出的信号表示传感器装置2的电流测量操作被施加到传感器装置1的输入1上。如果是这样的情况，优选地设计传感器装置1使其进入等待位置经过预定的，可选地随机的，的时长，然后如果输入信号表明传感器2没有正在进行测量，传感器1重新开始测量操作。优选地，在连接7上不存在来自各传感器装置的信号直到进行进一步测量为止，也就是说，直到下一个光照阶段。这是由于各传感器装置正在评价测量的数据或相对简单的处于等待阶段而导致的。如果两个传感器装置恰好操作在相同的方式，同时测量永远不会发生，因为只要另一传感器装置是激活的，每一个传感器装置都不会开始测量。

图2示例了本发明的另一示例性实施例。在开口的过梁区域中，在开口13之上设置传感器装置11、12，可以使用卷门14关闭开口13。传感器装置11、12具有各自的探测区域15、16，然而，各自的探测区域15、16在区域18中重叠。在传感器装置11、12之间不存在电连接。在传感器装置11或12开始实际距离测量之前，首先在自身不发射光的情况下测量。如果不能测量到信号，用实际距离测量继续测量。否则，传感器装置等待预定或随机的时长，然后在无光照的情况下重新开始测量，如果没有测到干扰信号，随后进行实际距离测量。

图3示例了两个传感器装置21、22。这些传感器装置21、22监视用于打开或关闭开口23的卷门24。传感器21、22具有监视区域25、26。监视区域25、26在中央区域28中重叠。为了获得可靠的检测，传感器装置21、22使用不同的调制频率。

在开始操作期间，传感器装置21、22等待随机的时长。传感器装置中的一个，例如传感器装置21，具有较短的等待时间。因此，传感器21进行第一测试测量，在第一测试测量期间以初始调制频率进行测量而不照射探测区域25。如果在该测量期间没有检测到其它信号，传感器装置21以该频率进行距离测量。在等待一段时间之后，传感器22同样以测试测量开始，以相同的开始频率进行测量而不照射探测区域26。如果这时传感器21仍在操作，第二传感器22将检测到代表覆盖区域28的对应调制频率的信号，然后第二传感器22将改变调制频率。在这之后是新的测试测量，其中以新的频率进行实际距离测量。在多个传感器的情况下，可以重复该过程直至找到空闲频率。

图3还可以解释为存在具有不同载波频率的两个传感器装置21、22。一个传感器装置例如传感器装置21所发射的光具有例如约850nm的波长。发射的光可以是调幅或脉冲的。传感器装置21的接收部分(未示例)仅对820nm到880nm范围内的波长敏感。第二传感器装置22发射波长约920nm的光，其接收器仅对900nm到950nm的频率范围的光敏感。显然作为结果，传感器装置21和22将不会互相影响。

尽管附图仅示出了两个传感器，但是本发明还可以以多于两个传感器的相应方式“操作”。

Claims (22)

1.一种具有多个传感器装置的传感器阵列，所述传感器装置包括例如电磁辐射具体而言光的源、所述电磁辐射的接收器、以及控制装置，所述控制装置被设计为使用所述源发射电磁辐射并被设计为通过评价所述反射的辐射来确定所述源发射的电磁辐射从物体的反射表面到所述接收器所经过的距离，特征在于，所述多个传感器装置中的传感器装置(1、2、11、12、21、22)操作在不同的频率或使用时分多路复用。

2.根据权利要求1的传感器阵列，特征在于，设计至少一个控制装置以匹配传感器装置(21、22)的频率与另一传感器装置的频率以便获得不同的频率或者以便操作所述传感器装置使得在时间上所述传感器装置不会彼此影响。

3.一种传感器装置，具体而言，其用于根据上述权利要求中的一项的传感器阵列，包括例如电磁辐射具体而言光的源、所述电磁辐射的接收器、以及控制装置，所述控制装置被设计为使用所述源发射电磁辐射并被设计为通过评价反射的辐射来确定通过所述源发射的电磁辐射从物体的反射表面到所述接收器所经过的距离，特征在于，设计所述控制装置以便在不同的频率下或使用时分多路复用测量所述距离。

4.根据权利要求3的传感器装置，特征在于，设计所述控制装置以便可以设定不同的频率。

5.根据权利要求3或4的传感器装置，特征在于，提供在不同的频率下操作的两个光源。

6.根据权利要求3的传感器装置，特征在于，当存在另一传感器(21、22)时，所述控制装置被设计为寻找可以防止测量重叠的操作模式。

7.根据权利要求3到6中的一项的传感器装置，特征在于，设计所述控制装置以预先确定在与周围区域中存在的至少另一传感器装置(22)不同的频率下操作所述传感器装置(21)。

8.根据权利要求3到7中的一项的传感器装置，特征在于，可以改变调制频率。

9.根据权利要求6到8中的一项的传感器装置，特征在于，可以改变载波频率。

10.根据权利要求3到9中的一项的传感器装置，特征在于，至少在距离测量期间可以变化所述频率。

11.根据权利要求3到10中的一项的传感器装置，特征在于，至少在距离测量期间所述频率保持恒定。

12.根据权利要求3到11中的一项的传感器装置，特征在于，可以任意选择第一频率。

13.根据权利要求3到12中的一项的传感器装置，特征在于，可以任意选择频率改变。

14.根据权利要求3到13中的一项的传感器装置，特征在于，所述控制装置被设计为进行测量但不发射光，以便检查在特定的频率处是否存在信号，并且可以基于是否存在所述信号来选择第一频率。

15.根据权利要求3到14中的一项的传感器装置，特征在于，提供人工设定装置用于预先确定频率。

16.根据权利要求3到15中的一项的传感器装置，特征在于，在预先确定的一段时间之后，可以自动地改变频率。

17.根据权利要求3到16中的一项的传感器装置，特征在于，可以基于在测试期间检测的干扰的程度，改变所述频率。

18.根据权利要求3到17中的一项的传感器装置，特征在于，可以将接收器匹配到所述发射的光的所述频率。

19.根据权利要求3到18中的一项的传感器装置，特征在于，可以在第一频率范围内的频率下进行第一测量，并且可以在第二频率范围内的频率下进行第二测量，选择所述第一频率范围以便可以得到精确但模糊的测量，所述第二测量能够用于设定所述第一测量的不模糊性。

20.根据权利要求3到19中的一项的传感器装置，特征在于，在测量最精确的频率范围内进行所述测量。

21.根据权利要求3到20中的一项的传感器装置，特征在于，基于所述测量的距离控制所述频率。

22.根据权利要求3到21中的一项的传感器装置，特征在于，设计所述传感器装置接收来自另一传感器装置的信号以便匹配时分多路复用。

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