CN101910909A - 用于工业检验手持仪的电池和功率管理 - Google Patents

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Abstract

公开了一种工业检验手持仪(10)，其包括用于为手持仪提供功率的电池组件(30)，其中，电池组件包括用于连接电池充电器的连接器(44)、用于与手持仪中的处理器(100)通信的电池电路、连接在电池电路上以用于提供电池组件中剩余电量的视觉指示的在电池组件的表面上的电池电量指示器(50)。还公开了一种用于工业检验手持仪的功率管理的方法，其包括a)调整作为图像信号处理器的增益值的函数的用于摄影机照明的功率输出值以及b)根据插管位置在预定坐标区域之内还是之外，调整用于附连在手持仪上的插管的联接的功率输出值。

Description

用于工业检验手持仪的电池和功率管理
技术领域
本发明大致涉及一种检验设备，并且更具体地说涉及用于工业检验手持仪的电池组件和功率管理。
背景技术
工业检验设备(例如内窥镜或管道镜)可包括手持仪，其通过电缆或其它连接器件而栓系在基本单元上。在这种构造中，虽然是手持仪实际上执行检验活动，但是基本单元包含大量的工业检验设备所需要的硬件和处理能力。例如，基本单元可包括手持仪执行检验所需要的电源(power supply)和光源。利用支持手持仪的操作的基本单元的缺点为限制了利用这样的手持仪(即，该手持仪必须始终保持栓系在基本单元上，基本单元又时常需要连接在电功率源上)执行检验的人员的灵活性和轻便性。
对于需要基本单元的缺点的一种可能的解决方法是将工业检验设备所需要的硬件和处理能力中的一些或全部从基本单元重新定位到手持仪上，从而消除了对在这两个装置之间的栓系连接的需求。例如，可将电源和光源设于手持仪中而非将这些装置设于基本单元中。然而，为了保持手持仪的轻便性，这种电源必须采用电池组件的形式，其提供了足够用于执行检验的电池寿命，而不需要频繁地对电池组件进行再充电或更换电池组件。提供一种具有电池组件和功率管理的手持仪有利于提供用于执行检验的足够的电池寿命。
发明内容
在本发明的一种实施例中，公开了一种工业检验手持仪，其包括用于为手持仪提供功率的电池组件，其中，电池组件包括用于连接电池充电器的连接器、用于与手持仪中的处理器通信的电池电路、以及连接在电池电路上以用于提供电池组件中剩余电量(charge)的视觉指示的在电池组件的表面上的电池电量指示器。还公开了一种用于工业检验手持仪的功率管理的方法，该方法包括以下步骤：对于插管为摄影机照明(illumination)设置第一最大功率输出值，监测图像信号处理器以确定图像信号处理器的增益值低于预定的增益值，并且为摄影机照明设置较低的第二最大功率输出值以增加增益值。公开了用于工业检验手持仪的功率管理的附加方法，其包括以下步骤：为附连在手持仪上的插管的联接(articulation)设置第一最大功率输出值，监测操作员控制器(controls)以确定对于第一预定量的时间不存在联接，监测插管的位置以确定插管位置是在预定坐标区域之内还是之外，并减少或断开联接功率以保持插管位置。
附图说明
图1是没有安装电池组件的工业检验手持仪的透视图。
图2是用于工业检验手持仪的电池组件的透视图。
图3是用于工业检验手持仪的电池组件的分解图。
图4是没有安装电池组件的工业检验手持仪的手柄内部的透视图。
图5是用于功率管理的工业检验手持仪的电子装置的方框图。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的优选实施例制成的工业检验手持仪10。虽然图1将本发明的优选实施例描绘作为工业影像内窥镜，但是本发明也适用于其它类型的工业检验设备(例如其它利用涡电流和超声技术的非破坏性试验装置)。图1的手持仪10包括用于为使用者提供视觉信息的显示器12、用于容纳电池组件30(未显示)的手柄14、用于操作手持仪10的控制按钮16和控制操纵杆18、以及用于执行对象的视觉检验的插管20。除了显示器12之外，手持仪10还可包括在检验期间或在检验之后用于连接至外部显示器(例如VGA监测器)(未显示)的接口。手柄14的内部包括用于容纳并保持电池组件30(未显示)的导轨22。
图2显示了用于工业检验手持仪10的电池组件30的透视图，而图3显示了电池组件30的分解图。优选实施例的电池组件30包括由前盖32、电池罩壳34和端盖36组成的外壳，其有效地包纳了组件30的内部硬件。弹性垫圈39包围电池罩壳34的端部，在该端部处端盖36接触手持仪10的手柄14的末端。这个外壳包括定位肋条38，其与如图4中所示在手持仪10的手柄14的内部上的导轨22对准，从而使电池组件30滑动到手柄14中和从手柄14中滑出。外壳由聚碳酸酯塑料制成，从而提供保护免受跌落和常规乱用的影响。
电池组件30包括安置在前盖32和电池单元48之间的泡沫端盖70。在优选的实施例中，电池单元48是两个锂离子电池，但可使用其它电池类型和单元数量。电池组件30还包括电池功率触头40，以用于提供在电池电路板46和如图4中所示的手持仪10的触头24之间的电连接。电池组件30还具有电池通信触头41，其提供了通信线路，使得手持仪10可向电池组件30查询关于诊断数据、温度、剩余运行时间、充电进程以及维护数据的信息，并将其显示在手持仪显示器12上。电池电路板46提供了安全电路系统、充电电路以及信号发生，用以与电池组件30通信。
端盖36的外表面包括用于连接至定位在电池电路板46上的DC连接器44的开口42。在开口42之后提供了密封件43，以提供湿气阻挡(moisture barrier)。这个DC连接器44可连接在附连至AC输出口或12V运载工具电源的充电器(未显示)上，以便在检验期间和检验之后对电池单元48进行涓流充电。如果情形允许在检验期间充电(例如接近AC输出口)，那么这将允许不受限制的检验时间。电池组件30不需要安装在手持仪10的手柄14中以对电池单元48充电。
端盖36的外表面还包括电池电量指示器50，其包含LED52并通过膜片开关54而连接在电池电路板46上，以用于提供如由电池电路板46所监测的电池组件30中剩余功率水平的视觉指示。当使用者想要接收用于电池组件30的剩余电池电量的指示时，使用者可按下电池电量指示器50，从而按下膜片开关54，其有效地请求电池电路板46确定剩余电池电量，并点亮电池电量指示器50中的恰当数量的LED52以指示剩余容量。电池电量指示器50还可在电池组件30进行充电时指示充电进程。
在优选的实施例中，端盖36的外表面还包括转动连接器56(例如直角转动连接器)，以用于使电池组件闭锁机构60解锁，该电池组件闭锁机构60将电池组件30保持在手持仪10的手柄14内。转动连接器56可通过硬币或其它合适的工具来操作。定位销(dowel pin)58限制了转动连接器56在顺时针和逆时针方向上的旋转。在转动连接器56之后提供了O形环59以提供湿气阻挡。转动连接器闭锁机构60包括转动连接器轴62(其包含从其表面垂直延伸的短的柱脚64)，以及在柱脚64上施加顺时针作用力的转动连接器弹簧66。转动连接器闭锁机构60的构件通过穿过所有构件的螺钉68而保持在一起。
如在图4中可看出的那样，手持仪10的手柄14的内部包括手持仪电池闭锁容纳器80，以用于容纳并保持转动连接器闭锁机构60。当电池组件30插入到手持仪10的手柄14中至这样的位置(即，在该位置中，转动连接器闭锁机构60接触手持仪电池闭锁容纳器80的倾斜的斜面(ramped incline)82)时，倾斜的斜面82造成转动连接器轴62和柱脚64克服转动连接器弹簧66的作用力而以逆时针方式旋转。当电池组件30完全插入到手持仪10的手柄14中时，转动连接器轴62的柱脚64超出手持仪电池闭锁容纳器80的倾斜的斜面82，并通过手持仪电池闭锁容纳器80的倾斜的斜面82的后侧和转动连接器弹簧66而保持就位。在这完全插入的位置中，电池组件的弹性垫圈39在端盖36接触手持仪10的手柄14的末端的地方提供了密封。在这点上，电池闭锁容纳器80的弹簧84在转动连接器闭锁机构60上施加压力，试图迫使电池组件30离开手柄14。然而，因为转动连接器轴62的柱脚64通过手持仪电池闭锁容纳器80的倾斜的斜面82的后侧和转动连接器弹簧66而保持就位，所以仅当转动连接器56有意地在逆时针方向上被旋转时，柱脚64才超出倾斜的斜面82的后侧，以便将电池组件30弹出手柄14。这个要求避免了电池组件30无意中从手持仪14中分开或取出。
为了使利用由电池组件30提供功率的未栓系的手持仪10的可能的检验时间最大化，手持仪10内的电子装置以多种方式管理电池组件30的功率消耗。图5是用于功率管理的工业检验手持仪10的电子装置的方框图。手持仪10的各个构件由电池组件30提供功率，该电池组件30连接在功率分配点104上，所有构件都连接在该功率分配点104上。手持仪10的功率管理通过微处理器100和听觉/视觉(A/V)处理器102来协调。如以下所描述的那样，这些装置中一个或两者通过监测和/或控制手持仪10的构件和所连接装置的操作而管理手持仪10的功率消耗，其包括电池组件30、功率分配点104、操作员控制器子系统(或电路系统)106、操作员控制器照明子系统108、显示器子系统110、VGA连接器子系统112、内部存储器114、外部存储器116、图像信号处理器118、摄影机照明子系统120、联接子系统122以及控制插管20的联接电缆的促动器124。
在为手持仪10加电(power up)时，微处理器100通过将绝对最大功率输出值传送给多个手持仪构件(包括操作员控制器照明子系统108、显示器子系统110、摄影机照明子系统120以及联接子系统122)而建立了正常功率模式。这些子系统的功率输出可以各种方式被限制，包括使用数字式电位计、逻辑信号或脉宽调制技术。如以下所描述的那样，通过功率管理系统或通过藉由使用屏幕12菜单的使用者偏好可降低这些正常功率输出值。
手持仪10实现功率管理的一种方式是监测操作员控制器子系统106的空闲时间。操作员控制器子系统106提供了在微处理器100和用于操作手持仪10的控制按钮16及控制操纵杆18之间的接口。控制器可如优选实施例中所示的那样定位在手持仪10上，或者可远程定位(例如通过通信网络)。微处理器100针对任何使用者输入(例如按压控制按钮16，其造成逻辑电平上的变化，或者使控制操纵杆18运动，其造成电压上的变化)而监测操作员控制器子系统106的状态。在接收到各个使用者输入之后，A/V处理器102将空闲时间计数器复位，以开始跟踪自从存在使用者输入以来的时间。如果在第一可编程的预定量时间(例如五分钟)之后没有使用者输入，那么A/V处理器102将消息显示在显示器12上，以便警告使用者并将消息发送给微处理器100，以便从正常功率模式进入到空闲功率保存模式(idle powerconservation mode)。微处理器100通过将减少的最大功率输出值传送给操作员控制器照明子系统108(减低控制按钮16的照明的亮度)、显示器子系统110(减低显示器12的亮度)、摄影机照明子系统120(限制用于照明的对插管20的功率输出)、以及联接子系统122(限制可用于控制插管运动的功率)，从而建立空闲功率保存模式。如果在第二可编程的预定量时间(例如五分钟)之后没有使用者输入，那么A/V处理器102将消息显示在显示器12上，以便警告使用者并将消息发送给微处理器100，以便从空闲功率保存模式进入睡眠模式。微处理器100通过传送指令以断开操作员控制器照明子系统108、显示器子系统110、摄影机照明子系统120以及联接子系统122，从而建立了睡眠模式。如果在第三可编程的预定量时间(例如五分钟)之后没有使用者输入，那么A/V处理器102将消息显示在显示器12上，以便警告使用者手持仪10将从睡眠模式进入停机模式。在停机模式中，A/V处理器102与内部存储器114(例如非易失性闪速存储器，如微SD卡)和外部存储器116(例如USB存储驱动器或网络适配器)通信，从而以有顺序的方式安全地关闭和保存数据文件。一旦已经保存文件，A/V处理器102就将消息发送给微处理器100，以便通过切断对连接在功率分配点104上的所有手持仪10构件(包括与插管20相关联的电子装置)的功率供应，从而进入停机模式。
当处于空闲功率保存模式或睡眠模式时，手持仪10可通过任何操作员接口控制器的操纵(包括按压控制按钮16或使控制操纵杆18运动)而返回正常功率模式。然而一旦处于停机模式，必须使用手持仪10的功率键以返回正常功率模式。如果期望不管不活动(inactivity)周期使手持仪10保持正常功率模式以用于整个检验，那么通过使用屏幕12菜单，使用者能够使空闲功率保存模式和睡眠模式完全无效。
微处理器100还监测VGA连接器子系统112，其产生VGA输出，以确定是否存在任何VGA监视器被连接。如果微处理器100确定没有VGA监视器被连接的，那么其传送指令以断开VGA连接器子系统112。
除了监测操作员控制器子系统106和VGA连接器子系统112的活动或不活动之外，微处理器100还通过电池组件30的通信触头41来监测电池组件30的剩余电量或电池寿命。不管使用者活动/不活动或偏好，如果微处理器100确定接近完全放电的条件(例如少于七分钟运行时间)，则微处理器100指示A/V处理器102将消息显示在显示器12上，以警告使用者有限的电池寿命，并且手持仪将进入放电功率保存模式。如同在之前描述的延长的不活动的情况中那样，微处理器100通过将减少的最大功率输出值传送给操作员控制器照明子系统108(减低控制按钮16的照明亮度)、显示器子系统110(减低显示器12的亮度)、摄影机照明子系统120(限制用于照明的对插管20的功率输出)、以及联接子系统122(限制可用于控制插管120运动的功率)，从而建立放电功率保存模式。如果监测电池组件30的剩余电量的微处理器100确定几乎是完全放电的条件(例如小于一分钟运行时间)，则微处理器100指示A/V处理器102显示消息在显示器12上，以警告使用者有限的电池寿命，并且手持仪10将进入停机模式。如同在之前描述的延长的不活动的情况中那样，在停机模式中，A/V处理器102与内部存储器114(例如非易失性闪速存储器，如微SD卡)和外部存储器116(例如USB存储驱动器或网络适配器)通信，从而以有顺序的方式安全地关闭和保存数据文件。
因为摄影机照明子系统120(其包括用于插管20的摄影机的光源)抽取显著量的手持仪10的功率，所以需要予以特别注意，将该功能所需要的功率最小化。例如，如果使用者没有正观察现场影像(livevideo)，但相反地以非现场影像(non-live video)模式操作手持仪时(例如在显示器12上操作菜单屏幕或者观察或回放之前记录数据)，则A/V处理器将消息传送给微处理器(不需要现场影像)，之后微处理器100传送指令，以断开摄影机照明子系统120。微处理器100还监测图像信号处理器118以在没有浪费任何光的情况下确定最佳图像所需要的光数量。图像信号处理器118的其中一个功能是设置来自插管20中的摄影机成像器的图像信号所必要的增益或放大，从而在传输到A/V处理器102之前产生最佳图像。总地说来，如果提供的照亮比最佳图像所需要的照亮小，则图像信号处理器118的增益比如果存在比最佳图像所需要的更大的照亮时的更大。微处理器100连续监测图像信号处理器118的增益值，并且如果增益值低于预定的将产生最佳图像的增益值(即存在太多光)时，那么微处理器100传送指令以减少摄影机照明子系统120的最大功率输出。
联接子系统122及相关联的X和Y促动器(例如电动机)124(其分别在X和Y方向上控制插管20的联接电缆)也抽取显著量的功率。如之前所描述的那样，根据手持仪10所处的功率模式(例如正常功率模式或放电功率消耗模式)，微处理器100将预定的最大功率输出值传送给联接子系统122。当使用者操作控制操纵杆18以使插管20运动时，联接子系统122提供了分配的(allotted)预定的最大功率，以使插管20运动到所期望的(X，Y)位置。在控制操纵杆18停止之后，微处理器100使计数器复位，以便开始跟踪自从存在插管20的任何联接以来的时间。因为将插管20保持就位的作用力和相关功率显著小于使插管20运动所需要的作用力或功率，所以如果在可编程的预定量的时间(例如五秒)之后没有联接，那么微处理器100将在插管20静止的同时开始保存功率的过程。
首先，因为将插管20保持就位的作用力和相关功率依赖于插管20以离笔直位置有多远的方式而被联接(即相对接近笔直位置的插管20的位置相对于在离笔直位置180°的位置需要更少的功率以被保持)，所以微处理器100基于促动器124而确定插管20的位置(X，Y)。其次，一旦已知插管20的位置(X，Y)，微处理器100就确定该位置是在包含离笔直位置不远的插管20位置的特定的(X，Y)坐标区域之内还是之外。如果插管20的位置(X，Y)在这个区域之外，微处理器100将保持该位置所需要的降低的功率输出值传送给联接子系统122。如果插管20的位置(X，Y)在这个区域之内，那么插管20可主要通过系统中内在的摩擦力而保持就位。因此，微处理器100传送指令以断开联接子系统122。另外，微处理器100还在各个X，Y促动器124上产生短路。这些短路(其可通过驱动MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)而在各个促动器电动机上形成)造成电动机作为发电机而操作，从而产生机械阻力以阻碍插管20的任何运动。当手持仪10在非现场影像模式(例如在显示器12上操作菜单屏幕或者观察或回放之前记录数据)下操作时，可采取这些相同的功率节省步骤。不管插管20是在该区域之外还是之内，当使用者使控制操纵杆18运动以使插管20运动时，根据手持仪10所处的功率模式(例如正常功率模式或放电功率消耗模式)，微处理器100将预定的最大功率输出值传送给联接子系统122以容许运动。
除了由微处理器100和A/V处理器102执行的自动化功率管理监测之外，手持仪10还提供了基于使用者偏好而管理功率消耗的能力。例如通过使用屏幕12菜单，使用者可为插管20选择数量减少的摄影机照明，其造成微处理器100将所选择的最大功率输出值传送给摄影机照明子系统120。类似地，使用者可为显示器12选择数量减少的背光，其造成微处理器100将所选择的最大功率输出值传送给操作员控制器照明子系统108。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还可使本领域中的技术人员能够构造并使用本发明。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有并非不同于权利要求字面语言的结构元件，或者如果这些其它示例包括与权利要求语言无实质差异的等同的结构元件，那么这些其它示例意在处于权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种工业检验手持仪包括：
用于为使用者提供视觉信息的显示器；
用于操作所述手持仪的控制模块；
用于为所述手持仪提供功率的电池组件；以及
用于容纳所述电池组件的手柄；
其中，所述电池组件包括
至少一个电池单元；
用于连接电池充电器以便对所述至少一个电池单元进行充电的连接器；
用于与所述手持仪中的处理器通信的电池电路，其中，所述处理器监测关于所述电池组件的信息；以及
连接在所述电池电路上以用于提供所述电池组件中剩余电量的视觉指示的在所述电池组件的表面上的电池电量指示器。
2.根据权利要求1所述的工业检验手持仪，其特征在于，所述至少一个电池单元是锂离子电池。
3.根据权利要求1所述的工业检验手持仪，其特征在于，所述连接器是DC连接器。
4.根据权利要求1所述的工业检验手持仪，其特征在于，所述电池电量指示器包括膜片开关。
5.根据权利要求1所述的工业检验手持仪，其特征在于，所述电池电量指示器包括多个LED，以用于提供所述电池组件中的剩余电量的所述视觉指示。
6.根据权利要求1所述的工业检验手持仪，其特征在于，所述电池组件还包括由转动连接器操作的基于弹簧的闭锁部件，以用于与所述手持仪手柄的基于弹簧的容纳部件接合，以用于容纳并保持所述电池组件。
7.根据权利要求1所述的工业检验手持仪，其特征在于，所述电池组件还包括密封部件，以用于当所述电池组件完全插入所述手柄中时提供密封所述手持仪手柄。
8.根据权利要求1所述的工业检验手持仪，其特征在于，所述手持仪未连接到基本单元上。
9.一种用于工业检验手持仪的功率管理的方法，所述方法包括如下步骤：
对附连在所述手持仪上的插管为摄影机照明设置第一最大功率输出值；
监测图像信号处理器，所述图像信号处理器从附连在所述手持仪上的所述插管中接收图像，以确定所述图像信号处理器的增益值小于预定的增益值；并且
为所述摄影机照明设置小于所述第一最大功率输出值的第二最大功率输出值，从而将所述图像信号处理器的所述增益值增加至所述预定的增益值。
10.根据权利要求9所述用于工业检验手持仪的功率管理的方法，其特征在于，所述手持仪未连接到基本单元上，并且包括用于为所述手持仪提供功率的电池组件。
11.一种用于工业检验手持仪的功率管理的方法，所述方法包括如下步骤：
为附连到所述手持仪上的插管的联接设置第一最大功率输出值，其中，所述插管的运动由多个促动器来操作；
监测操作员控制器，以确定对于第一预定量的时间不存在联接；
监测所述插管的位置，以确定所述插管位置处于预定的坐标区域之外；并且
为所述联接设置小于所述第一最大功率输出值的第二最大功率输出值，所述第二最大功率输出值足以将所述插管保持就位。
12.根据权利要求11所述的用于工业检验手持仪的功率管理的方法，其特征在于，所述手持仪未连接到基本单元上，并且包括用于为所述手持仪提供功率的电池组件。
13.一种用于工业检验手持仪的功率管理的方法，所述方法包括如下步骤：
为附连到所述手持仪上的插管的联接设置第一最大功率输出值，其中，所述插管的运动由多个促动器来操作；
监测操作员控制器，以确定对于第一预定量的时间不存在联接；
监测所述插管的位置，以确定所述插管位置处于预定的坐标区域之内；并且
断开用于所述联接的功率。
14.根据权利要求13所述的用于工业检验手持仪的功率管理的方法，其特征在于，所述方法还包括在各个所述促动器上产生短路的步骤。
15.根据权利要求13所述的用于工业检验手持仪的功率管理的方法，其特征在于，所述手持仪未连接到基本单元上，并且包括用于为所述手持仪提供功率的电池组件。
16.一种用于工业检验手持仪的功率管理的方法，所述方法包括如下步骤：
为所述手持仪的至少一个构件设置第一最大功率输出值；
监测所述手持仪的操作员控制器，以确定对于第一预定量的时间不存在使用者输入；
为所述手持仪的所述至少一个构件设置小于所述第一最大功率输出值的第二最大功率输出值；
监测所述手持仪的操作员控制器，以确定对于第二预定量的时间不存在使用者输入；并且
断开所述手持仪的至少一个构件。
17.根据权利要求16所述的用于工业检验手持仪的功率管理的方法，所述方法还包括如下步骤：
监测所述手持仪的操作员控制器，以确定对于第三预定量的时间不存在使用者输入；
关闭并保存打开数据文件；并且
断开所述手持仪。
18.根据权利要求16所述的用于工业检验手持仪的功率管理的方法，其特征在于，所述手持仪未连接到基本单元上，并且包括用于为所述手持仪提供功率的电池组件。
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