CN102187176A - 用于动力工具的检测系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种动力工具。该动力工具可以包括可运动刀片和用于检测刀片和物体之间的接触的检测系统。该检测系统可以包括将驱动信号电容耦合到可运动刀片的激励板；和与激励板通信的电路。该电路可以被配置成：从指示可运动刀片吸取的瞬时电流的刀片电流信号产生同相分量信号和正交分量信号；以及考虑同相分量和正交分量计算刀片电流信号的能量。该电路还可被编程为对刀片电流信号的能量和自适应触发阈值进行比较，以便基于刀片电流信号的能量是否大于自适应触发阈值来检测刀片和物体之间的接触。自适应触发阈值可以基于包括固定直流(DC)偏移和刀片电流信号的能量的均值的第一多个值的总和。

Description

用于动力工具的检测系统
背景技术
已经开发了用于各种制造装备和动力工具的检测或感测系统。这样的检测系统可操作成通过检测或感测操作员接近装备的某个部分或操作员接触装备的某个部分，来触发某种类型的状态缓解机制。例如，已知在台锯中使用电容式接触感测系统来检测操作员和刀片的接触。然而，这种系统难以区分可能引起状态缓解机制的误激活的某些材料。因此，需要改进的并且更鲁棒的电容式接触感测系统。
发明内容
在一个一般方面，本发明涉及具有改进的检测系统的动力工具，该检测系统能够区分动力工具的可运动刀片和被认为应引起状态缓解系统或“反应系统”的激活的第一物体之间的接触，和刀片和被认为不应引起反应系统的激活的其它物体之间的接触。被认为应引起反应系统的激活的第一物体可以是例如动力工具的操作员的手指或手。当检测到刀片和第一物体之间的接触时，可以启动状态缓解系统(或“反应系统”)，以便禁止运动刀片(例如，通过停止其运动和/或改变其位置)。这种缓解动作可以缩短刀片和第一物体接触的持续时间，从而缓解对第一物体的潜在伤害。
根据各个实施例，动力工具可以采用基于可运动刀片和激励板之间的电容产生信号的电容式接触感测系统。驱动信号源可以与激励板进行通信，并且可以产生电容耦合到可运动刀片的驱动信号。可将电流传感器耦接到激励板，以便感测刀片吸取的电流，其可被称为“刀片电流信号”。在某些实施例中，除电流传感器以外或取代电流传感器，可以存在电压传感器，以便感测刀片上的电压降(例如，“刀片电压信号”)。电路(例如，处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、定制专用集成电路(ASIC)或其它适合的模拟或数字组件)可以实现基于刀片电流信号和/或刀片电压信号来区分第一物体和其它物体之间的接触的一个或多个算法。
根据一个示例算法，对刀片电流信号的能量和自适应触发阈值进行比较。当刀片电流信号的能量级超过自适应触发阈值时，指示可运动刀片和第一物体之间的接触。可以通过任意适合方法来确定刀片电流信号的能量级。例如，处理器可以从刀片电流信号产生同相分量信号和正交分量信号。可以按照这两个值确定刀片电流信号的能量级。可以通过对固定直流(DC)偏移和刀片电流信号的能量的均值的求和来确定自适应触发阈值。根据各个实施例，自适应触发阈值还包括对应于由同相分量和正交分量形成的矢量的相位的方差的相加分量，和/或对应于感测刀片电流信号的能量的峰值检测器的输出的相加分量。
可以除了自适应触发算法之外，或结合自适应触发算法使用各种其它触发信号。例如，可以监视自适应触发阈值的改变率(例如，导数、方差等)。当改变率超过预定阈值时，可以指示第一物体和刀片之间的接触。另外，例如，频域触发信号可以指示刀片电流信号或刀片电压信号是否包括可能建议可运动刀片和第一物体之间的接触的高频人为信号。可以使用周期性触发信号来指示可能建议可运动刀片和第一物体之间的接触的刀片电流信号或刀片电压信号中的周期性的存在。
可以单独或组合使用各种触发信号。例如，可将多个不同的触发信号一起进行逻辑“或”，以便产生用于触发反应系统的一个合并信号。另外，例如可以按照多个输入信号的加权平均产生合成触发信号。应当理解，不同实施例在不同情况下表现出不同优点。然而，根据各个实施例，动力工具可以表现出区分第一物体和湿木材和/或经加压处理的木材的增加的灵敏性和能力。
附图说明
此处结合附图以示例方式描述本发明的各个实施例，其中：
图1是包括检测系统和反应系统的台锯的一个实施例的理想图；
图2是用于将刀片信号分解为I和Q分量的处理流程的一个实施例的方框图；
图3是用于检测指示第一物体和刀片之间的接触的状态的自适应触发阈值处理的一个实施例的方框图；
图4是示出了测量不同刀片状态下I和Q分量的相位的测试结果的图；
图5是包括附加自适应触发提升模块的用于检测指示第一物体和刀片之间的接触的状态的自适应触发阈值处理的另一个实施例的方框图；
图6是用于检测刀片能量信号中的高频人为信号的处理的一个实施例的方框图；
图7是用于检测刀片能量信号中的周期性的处理流程的一个实施例的方框图；和
图8是用于检测刀片与第一物体相接触的指示的基于模板的处理的一个实施例的方框图。
具体实施方式
根据各个实施例，本发明涉及具有可运动刀片的动力工具，诸如台锯。该动力工具包括用于检测刀片和物体之间的接触的基于电容式感测的检测器系统。反应系统与检测系统通信，并且当被检测系统触发时，进行状态缓解反应。
在图1的理想图中示出了根据本发明的基于电容式感测的检测系统的一个实施例，其中示出了在台锯1中实现的检测系统90。应理解，检测系统90可被用于其它类型的工具和机器(诸如其它类型的动力工具)，尤其是具有暴露的、可运动的(例如，旋转和/或往复)刀片的工具和机器，并且这些实现在本发明的范围内。例如，检测系统90还可用于便携锯，诸如电圆锯或曲线锯。
根据各个实施例，检测系统90通过在台锯1的可运动刀片22上驱动激励电压，并且检测从刀片22吸取的电流来操作。当刀片22与导电物体(诸如，操作员的手、手指或其它身体部分以及工件)相接触时，该电流和/或激励电压可以显示幅值和相位的改变。可以使用这些改变的特性有选择地触发反应系统92的操作。反应系统92可用于通过停止刀片22的运动和/或使其退出或离开切割区域来禁止刀片22。反应系统92的一个例子可以使用爆炸装药来驱动制动器(未示出)进入刀片22，阻止其运动。另外或取而代之，示例反应系统92可以落下或折叠刀片支撑部件(未示出)，使得刀片22回落到工作台14的表面之下。在于2006年3月13日提交的美国专利申请No.11/374,319中描述了示例反应系统92，其全部内容通过引用并入本文。
图1所示的检测系统90的实施例包括在线路12上产生时变信号的振荡器10。时变信号可以是任意适合的信号类型，包括例如正弦波、多个正弦波的和、啁啾波形、噪声信号等。可以选择信号频率，以优化诸如手指或手的第一物体和诸如被动力工具切割的木材或其它材料的第二物体之间的区分。该频率可以是例如1.22MHz，但是还可以使用其它频率以及非正弦波形。振荡器10以锯台14或其它金属结构作为本地接地。如图1所示，刀片22垂直布置在以锯台14(或工作表面或切割表面或平台)定义的开口内。
振荡器10可被以线路12连接，以便驱动两个电压放大器或缓冲器16、18。第一电压放大器16的输出连接到线路20，线路20可操作地耦接到锯片22，并且驱动锯片22跟随振荡器的输出。可操作地耦接到线路20的电流传感器24在线路26上提供信号，该信号被馈入以线路32连接到处理器30的放大器28。电流传感器24可以是例如电流感测变压器、电流感测电阻器、霍尔效应电流感测装置或其它适合类型的电流传感器。处理器30的输出线路34可操作地连接到反应系统92，从而如果检测到指示例如刀片22和第一物体之间的接触的预定状态，则处理器30可以触发反应系统92。
线路26上的信号指示由刀片22吸取的瞬时电流。由于在台锯操作过程中锯片22在运动，并且由于在锯的使用期限中优选地保持有效连接，所以优选地通过大致平行于刀片22安装的激励板36形成该连接。板36可由第一电压放大器16驱动，并且可以具有相对于刀片22的大的电容(例如，近似100皮法(pF))。另外，板36可以被保持在相对于刀片22的侧面的稳定位置，从而该电容在锯的操作使用期限中保持是大的。激励板36优选地被设计并且构造成当调整刀片22的高度和倾斜角时跟随刀片22。
第一物体和锯台14(或电源线接地，如果存在的话)之间的电容优选地在近似30-50pF的范围内，并且只要激励板36和锯片22之间的电容大于该值，检测阈值就不应不适当地受板到刀片的电容的改变影响。板36还可以平行于刀片22地布置在刀片22靠着刀轴37的一侧，从而刀片厚度的改变不会影响刀片22和板36之间的空隙。可以使用其它激励方法，包括通过刀轴轴承的接触或与轴或刀片的刷接触，实现相同效果。然而，激励板布置在激励连接的长期稳定性方面具有优势。
第二放大器18可被连接到防护物38，并且将防护物38驱动到与激励板36相同的电势。另外，可以但不需要监视被防护物吸取的电流。防护物38优选地在工作台14之下围绕刀片22延伸，并且在工作台14顶部与刀片22间隔一定距离。这极大地减小了刀片22和作为接地平面的工作台14(工作台不需要如图所示电连接到接地)之间的静态电容。如此处所示，防护物38可以是连续的套，或可以是在振荡器10提供的激励频率下电气等同于法拉第笼的网或其它防护装置。防护物38可以具有随刀片调整而移动的组件，或可以足够大，以便容纳刀片的调整以及可被安装在台锯上的各种刀片。防护物38优选地被设计为随着刀片调整而移动，并且包括工作台顶部14的针板区域。
处理器30可以执行各种预处理步骤，并且实现自适应触发以便检测指示第一物体和刀片22之间的接触的状态。处理器30还可以包括或具有一个或多个相关联的模数(A/D)转换器。来自电流传感器24的刀片电流信号可以被提供给该一个或多个A/D转换器，A/D转换器产生相应的数字信号。同样，在某些实施例中，可以向A/D转换器提供表示刀片22和激励板36之间的电压降的刀片电压信号，以便产生数字刀片电压信号。刀片电流信号和刀片电压信号都可以被称为刀片信号。应当理解，可以在刀片信号被转换为数字形式之前对其执行各种滤波和/或预处理。处理器30可以接收数字信号，并且基于接收到的信号执行各种数字信号处理操作和/或计算导出参数。处理器30可以接着分析经调节的刀片信号或对经调节的刀片信号执行操作，以便检测指示第一物体和刀片22之间的接触的状态。
应当理解，可以利用数字和/或模拟组件来实现检测系统90。例如，在某些实施例中，可以用包括例如滤波器、放大器等的分立模拟组件来实现处理器30的功能。另外应当理解，处理器30可被编程以便取代图1所示的一些或所有分立模拟组件，包括例如振荡器10、放大器16、18、28、电流传感器24等。另外，处理器30还可被实现为任意适合种类的数字处理装置，包括例如数字信号处理器(DSP)、片上系统(SOC)、微控制器等。处理器30可以包括集成和/或外部存储器，并且还可以包括用于存储编码指令的任意适合形式的数据存储装置。
图2是用于将刀片信号分解为I和Q分量的处理流程200的一个实施例的方框图。处理流程200可由检测系统90实现，包括例如由处理器30和/或模拟组件实现。如图所示，振荡器10的输出、刀片电流信号和刀片电压信号可以被相移、相乘和滤波，以便产生一个或两个信号的I和Q分量。I分量或同相分量可以是刀片信号的与振荡器10同相的一部分。Q分量或正交分量可以是刀片信号的与振荡器10具有90度相差的一部分。应当理解，在某些实施例中，处理器或其它组件可以仅依赖刀片电流信号，而在其它实施例中，除了或取代电流信号之外，可以使用刀片电压信号。
刀片信号的I和Q分量的幅值和/或相位可以对指示第一物体和刀片22之间的接触的状态作出响应。当没有诸如第一物体的导电物体与锯片22接触或非常靠近时，刀片22到接地(例如，工作台14)的电容相对低并且相对恒定。刀片22所吸取的电流也相对低，因此刀片电流信号的同相和正交分量两者都是小的。当第一物体非常近地接近或接触刀片22时，它表现为与接地(到大地或到工作台14)的较大电容串联的相对低的阻抗。这增加了刀片22吸取的电流。刀片信号和其I和Q分量的幅值和相位的各个其它方面可以指示第一物体和刀片22之间的接触，并且可以区分这种接触和与其它材料(诸如趋向于引起反应系统92的误激活的湿的经加压处理的木材)的接触。
图3是用于检测指示第一物体和刀片22之间的接触的状态的自适应触发阈值处理300的一个实施例的方框图。可由检测系统90的任意适合的一个或多个模拟或数字组件，诸如例如处理器30，执行处理300的各个步骤。另外，以对刀片电流信号执行操作来示例图3的实施例，然而，应当理解，除了刀片电流信号或代替刀片电流信号，可以使用刀片电压信号。在方框302，例如，如上所述，将刀片电流信号分解为I分量和Q分量。在方框304，可以去除I和Q分量的相应的直流(DC)偏移。在方框306，可以使用得到的信号来计算刀片电流的刀片能量305。例如，可以根据下面的等式(1)得到刀片电流的刀片能量305：
(1)刀片能量＝I2+Q2
在包括数字组件的示范实施例中，可以按照块能量来计算刀片能量305。块可以表示模拟刀片信号(例如，电流或电压)的预定数量的样本。例如，可以认为32个连续刀片信号样本是一个块，尽管可以使用任意适合的块大小。块能量可以是基于一个块测量的刀片信号的能量。
根据各个实施例，可以在获得刀片能量之前不去除I和Q分量的DC偏移。如果希望，可以从得到的刀片能量信号中去除DC偏移。可选择地，可以对刀片能量信号应用低通滤波器308以便去除高频人为信号。在比较器309处，可以对刀片能量305和自适应触发阈值信号322进行比较。如果刀片能量305超过自适应触发阈值信号，则比较器309可以激活反应系统92。在由数字组件执行处理300的示范实施例中，获得刀片能量还可以包括获得块能量。块能量可以是基于预定数量(N)的刀片信号样本计算的刀片能量。样本的预定数量(N)可以是任意适合的数量，包括例如32个样本。
可以基于被在加法方框310处相加的多个分量来产生自适应触发阈值信号322。例如，可以基于DC偏移312和刀片能量基于时间的均值316产生自适应触发阈值信号322。根据各个实施例，在加法节点310之前，放大器326或数字定标操作可以向均值刀片能量316施加一个增益。在各个实施例中，可以仅基于(1)DC偏移312和(2)刀片能量的均值316的和来产生自适应触发阈值信号322。然而，根据其它实施例，可以从其它分量产生自适应触发阈值信号322，以便潜在地改进性能。例如，还可以在加法方框310将峰值检测器信号314与自适应触发阈值信号322相加。峰值检测器信号314可以依据刀片能量信号中当切割湿木材或经加压处理的木材时出现的相对小的峰值。添加峰值检测器信号314可以允许当切割湿木材和/或经加压处理的木材时，自适应触发信号减少误触发。
另外，还可以基于指示由I和Q形成的矢量(IQ矢量)的相位改变的信号来产生自适应触发阈值信号322。图4是示出了在不同刀片状态下测量I和Q分量的测试结果的图400。在图400中，x轴表示时间，而y轴表示幅值。在时间点405和406之间，刀片22仅与一块经加压处理的木材接触。在点406之后，刀片22与经加压处理的木材和模拟的第一物体或操作员接触。模拟的操作员包含与电阻和电容电连接的热狗。选择热狗是因为它具有与手指类似的电容。可以选择电阻器和电容器，以便模拟穿着鞋站在地上的操作员。
再次参见图400，在时间点406之前，I和Q电流分量之间的相位差(例如，IQ矢量的相位)相对小。在点406之后，当模拟的操作员与刀片22相接触时，I和Q电流分量的相位偏离到接近180度的差。I和Q电流信号的绝对相位差可以基于切割的材料类型而变化。因此，可以通过检查I和Q电流信号之间的相位差的改变(例如，IQ矢量的方向的改变)，来对不同类型的木材感测图4示例的效果。相位差的改变可被表示为相位差的方差，或被表示为导数(例如，一阶导数)或相位差改变的其它指示。再次参见图3，可以在方框318找到IQ矢量的相位，并且可以在方框320找到相位的方差。应当理解，可以用导数或其它相位变化的指示来取代方差。根据各个实施例，数字定标操作或放大器324可以在加法组件310之前对相位方差施加预定增益。
图5是包括附加自适应触发阈值提升模块500的用于检测指示第一物体和刀片22之间的接触的状态的自适应触发处理的另一个实施例的方框图。应当理解，图5所示的处理可被检测系统90的处理器30或任意其它适合的一个或多个组件实现。自适应触发阈值提升模块500可以接收自适应触发阈值信号322作为输入，并且提供自适应触发阈值信号的改变率是否超过预定值的指示作为输出。发明人已经发现，当刀片22与某些类型的材料(诸如经加压处理的木材)相接触时，自适应触发阈值信号322急剧上升。当自适应触发阈值信号322相对于刀片能量上升得过于急剧时，比较器309的响应时间可能会减少，并且在极端情况下，触发可能被一起错失。因此，当自适应触发阈值信号322上升到大于预定的值时，自适应触发阈值提升模块500可以触发反应系统92，可以实验地确定该预定值。例如，可以进行实验以便确定与反应系统92不可接受的高反应时间相对应的自适应触发阈值信号的改变率。自适应触发阈值提升模块500可作为附加安全机制，如果自适应触发阈值信号322上升太急剧，以致于不能以足够的反应时间检测第一物体，则附加安全机制禁止刀片22。例如，模块500可由检测系统90的处理器30和/或其它模拟和/或数字组件实现。
在方框502，可以预定频率对自适应触发阈值信号322采样(例如，每32个块、每128个块等，其中块是刀片信号的N个样本的集合)。结果可以是下采样信号503。可以在方框504取采样信号的一阶导数或某种其它改变指示(例如，方差)，从而得到改变信号507。在比较器506处，对改变信号507和预定改变率508进行比较。如果改变信号507大于预定改变率508，则可以将比较器506的输出置于有效。在“或”元件512处，可将安全信号与比较器506的输出进行逻辑“或”。如果比较器309的输出或比较器506的输出被置于有效，则可以激活反应系统92。根据各个实施例，比较器506的输出可被用作独立的触发信号，而不与比较器309的输出进行“或”运算。
根据各个实施例，可以利用频域方法补充和/或代替上述的时域方法。例如，当刀片22不切割任何东西时，刀片能量的频域表示可以示出载波频率(例如，振荡器10的频率)处的尖锐谱线。当刀片22与要切割的木材或其它材料接触时，刀片能量可以增加，然而，这种增加可能相对慢。当刀片22接触第一物体时，能量可以急剧增加。这种急剧增加可以引起刀片能量信号频域内的较高频率人为信号。可以关于这些较高频率人为信号监视刀片能量信号的频域。当感测到这些较高频率人为信号时，可以指示刀片22已经与第一物体接触。应当理解，所述高频人为信号可以出现在与激励板36和刀片22相关的其它信号中，包括例如，刀片电流、从刀片电流得出的值、激励板36和刀片22之间的电压降、以及从激励板36和刀片22之间的电压降得出的值。
图6是用于检测刀片能量信号内的高频人为信号的处理600的一个实施例的方框图。可由检测系统90的处理器30和/或任意其它适合的模拟或数字组件来执行处理600。频域变换602可以接收刀片能量信号，并且得出其频谱。频域变换602可以是任意适合的频域变换，诸如离散傅立叶变换。离散傅立叶变换的例子可以包括：快速傅立叶变换、短时傅立叶变换(STFT)等。由于STFT操作导致信号的时间上的一小部分的频域表示，因此它可适用于以最小延迟时间检测高频人为信号。STFT操作可以接收在预定量的时间内取得的刀片能量的样本的组作为输入。可以单独执行每个样本组的离散傅立叶变换。另外，根据各个实施例，频域变换可以包括小波变换。与其它方法相比，小波变换可以提供高超的时间和频率分辨率。
高频人为信号检测操作604可以分析由频域变换602产生的频谱，并且确定高频人为信号是否存在。操作604可以利用任意适合的检测算法来确定高频人为信号的存在。例如，操作604可以应用峰值检测算法来寻找超过预定峰值的预定频率点以上的频率分量。高频人为信号检测操作604的输出可以是频域触发信号606。处理600可以单独使用(例如，频域触发信号606可以直接激活反应系统92)。另外，根据各个实施例，处理600可作为混合系统的一部分使用。例如，频域触发信号606可与其它触发信号进行逻辑“或”，从而导致激活反应系统92。
根据各个实施例，可以监视刀片能量或其它信号的周期性。当第一物体接触刀片22时，刀片能量的幅值可以增加。然而，由于载波(例如，振荡器10的输出)的幅值调制，这种增加可以是周期性的。因此，对刀片能量的周期性的检测可以是第一物体和刀片22之间的接触的指示。可以在与激励板36和刀片22有关的各种其它信号(包括例如，刀片电流、从刀片电流得出的值、刀片电压、从刀片电压得出的值)中观察到类似效果。
图7是用于检测刀片能量信号的周期性的处理流程700的一个实施例的方框图。可由检测系统90的处理器30和/或任意其它适合的组件执行处理流程700。可以执行倒谱分析操作702以便产生刀片能量信号或其它信号的倒谱表示。周期性检测操作704可以检测倒谱表示中的峰值，其可以指示潜在刀片能量信号的周期性。如果信号的周期性超过预定阈值，则周期性触发信号706可被置于有效。周期性触发信号706可用作反应系统92的独立触发，或者可例如通过对信号706与其它触发信号进行逻辑“或”结合其它触发信号使用。
图8是用于检测刀片22与第一物体相接触的指示的互相关性或基于模板的处理的一个实施例的方框图。刀片能量信号可被提供给滤波器组802，滤波器组802可以是模拟滤波器，或例如可被以处理器30实现。对于具有不同齿样式的刀片，基于身体和刀片的接触所产生的刀片能量，以脉冲信号构造滤波器组802内的每个滤波器。每个滤波器可以执行接收到的刀片能量信号和其脉冲响应之间的互相关。触发逻辑804可以从滤波器组802中的每个滤波器接收相关性信号。如果来自任意一个滤波器组的相关性信号超过预定阈值，则触发逻辑804可以将模板触发信号806置于有效。根据各个实施例，处理800可以接收指示安装在台锯上的刀片22的齿样式的信号(未示出)。然后，触发逻辑804可以仅考虑由对应于安装的刀片的齿样式的一个或多个滤波器输出的一个或多个相关性信号。
应当理解，频域触发信号606、周期性触发信号706和模板触发信号806可被单独用作第一物体和刀片22之间的接触的指示。在该情况下，相应的触发信号可以直接与反应系统92绑定，并且可在被置于有效时触发反应系统92。根据其它实施例，可以结合此处描述的其它触发方法使用触发信号606、706和806中的一个或多个。例如，触发信号606、706和806中的一个或多个可被与比较器309的输出进行逻辑“或”，以便形成可被设置成激活反应系统92的合并触发信号。根据各个实施例，触发信号可被加权。例如，可以给具有最高准确性和/或与实际刀片/人体接触最相关的触发信号较大权重。
方框图300、500、600、700、800的功能可被以分立的模拟或数字组件实现，或作为使用任意适合的计算机指令类型存储在存储器装置上的由处理器30执行的软件代码实现。例如，这些方框图的功能可被以上述检测系统90的组件实现。另外，根据各个实施例，图300、500的各个组件可被以由处理器30执行并且存储在存储器装置(诸如RAM、ROM或任意其它适合的存储器装置)内的固件实现。
根据各个实施例，本发明涉及一种动力工具，包括：(i)可运动刀片；和(ii)用于检测刀片和物体之间的接触的检测系统。该检测系统包括：将驱动信号电容耦合到可运动刀片的激励板；以及与激励板通信的电路。该电路被配置成：从指示可运动刀片吸取的瞬时电流的刀片电流信号产生同相分量信号和正交分量信号；考虑同相分量和正交分量计算刀片电流信号的能量；并且对刀片电流信号的能量和自适应触发阈值进行比较，以便基于刀片电流信号的能量是否大于自适应触发阈值来检测刀片和物体之间的接触，其中，自适应触发阈值基于包括固定直流(DC)偏移和刀片电流信号的能量的均值的第一多个值的总和。
根据各个实现，该动力工具进一步包括与检测系统通信的反应系统，其中，当检测到所述物体和刀片之间的接触时，检测系统触发反应系统。当自适应触发阈值的改变率超过预定值时，检测系统可以触发反应系统。自适应触发阈值的改变率可以是自适应触发阈值的导数。反应系统可以与检测系统通信。
另外，第一多个值可以进一步包括由同相分量和正交分量形成的矢量的相位的方差。第一多个值可以进一步包括由同相分量和正交分量形成的矢量的相位的基于时间的导数。第一多个值进一步包括刀片电流信号的能量的峰值。
另外，该电路可以进一步被配置为通过以预定间隔对自适应触发阈值采样，来测量自适应触发阈值的改变率。该电路可以进一步被配置为在计算刀片电流信号的能量之前从同相分量中去除直流(DC)偏移，并且从正交分量中去除DC偏移。该电路可以进一步被配置为感测第一信号内的高频人为信号，以便基于是否存在高频人为信号来检测刀片和所述物体之间的接触，其中，第一信号选自以下各项组成的组：刀片电流信号、从刀片电流信号得出的信号、可运动刀片和激励板之间的电压降、以及从可运动刀片和激励板之间的电压降得出的信号。检测高频人为信号可以包括选自由以下各项组成的组的至少一个动作：对至少一个信号执行短时傅立叶变换(STFT)和执行至少一个信号的小波分析。
该电路可进一步被配置为寻找第一信号和多个信号模板之间的相关性，以便基于第一信号和多个模板中的至少一个模板之间的相关性是否大于预定阈值，来检测刀片和物体之间的接触，其中，多个信号模板中的每一个对应于指示物体和可运动刀片之间的接触的第一信号的能量级，并且第一信号选自以下各项组成的组：刀片电流信号、从刀片电流信号得出的信号、可运动刀片和激励板之间的电压降、和从可运动刀片和激励板之间的电压降得出的信号。多个信号模板可以包括对应于具有不同齿样式的刀片的信号模板。该电路可进一步被配置为感测第一信号中的周期性，以便基于该周期性是否超过预定阈值来检测刀片和物体之间的接触，其中，第一信号选自以下各项组成的组：刀片电流信号、从刀片电流信号得出的信号、可运动刀片和激励板之间的电压降和从可运动刀片和激励板之间的电压降得出的信号。
根据其它实施例，本发明涉及一种感测物体和动力工具的可运动刀片之间的接触的方法，该动力工具包括与可运动刀片邻近定位并且电容耦接到可运动刀片的激励板。该方法可以包括以下步骤：给激励板提供驱动信号，以便将驱动信号电容耦合到可运动刀片；感测指示可运动刀片吸取的瞬时电流的刀片电流信号；从刀片电流信号产生同相分量信号和正交分量信号；考虑同相分量和正交分量计算刀片电流信号的能量；和对刀片电流信号的能量和自适应触发阈值进行比较，以便基于刀片电流信号的能量是否大于自适应触发阈值，来检测刀片和物体之间的接触，其中，自适应触发阈值基于包括固定直流(DC)偏移和刀片电流信号的能量的均值的第一多个值的总和。
根据该方法的各个实现，第一多个值可以进一步包括由同相分量和正交分量形成的矢量的相位的方差。第一多个值可以进一步包括由同相分量和正交分量形成的矢量的相位的基于时间的导数。第一多个值可以进一步包括刀片电流信号的能量的峰值。
根据另一个实施例，本发明涉及一种动力工具，该动力工具包括可运动刀片和用于检测刀片和物体之间的接触的检测系统。该检测系统可以包括：将驱动信号电容耦合到可运动刀片的激励板、和与激励板通信的电路。该电路可以：从指示可运动刀片吸取的瞬时电流的刀片电流信号产生同相分量信号和正交分量信号；考虑同相分量和正交分量来计算刀片电流信号的能量；以及测量自适应触发阈值的改变率，以便基于改变率是否超过预定值来检测刀片和所述物体之间的接触，其中，自适应触发阈值基于包括固定直流(DC)偏移和刀片电流信号的能量的均值的第一多个值的总和。
根据各个实现，该动力工具可以进一步包括与检测系统通信的反应系统，其中，当检测到物体和刀片之间的接触时，检测系统触发反应系统。自适应触发阈值的改变率可以是自适应触发阈值的导数。该电路可以进一步通过以预定间隔对自适应触发阈值采样，来测量自适应触发阈值的改变率。
根据另一个实施例，本发明涉及一种动力工具，该动力工具包括可运动刀片和用于检测刀片和物体之间的接触的检测系统。该检测系统包括：将驱动信号电容耦合到可运动刀片的激励板；和与激励板通信的电路，其中，该电路被配置成基于从以下各项组成的组中选择的至少一个信号的周期性是否超过预定阈值，来检测物体和可运动刀片之间的接触：刀片电流信号、从刀片电流信号得出的信号、刀片电压信号和从刀片电压信号得出的信号。
根据另一个实施例，本发明涉及一种动力工具，该动力工具包括可运动刀片和用于检测刀片和物体之间的接触的检测系统。该检测系统包括：将驱动信号电容耦合到可运动刀片的激励板；用于产生第一信号的、耦连到激励板的信号传感器，第一信号选自以下各项组成的组：指示可运动刀片吸取的瞬时电流的刀片电流信号和指示激励板和刀片之间的瞬时电压降的刀片电压信号；以及与激励板通信的电路，其中，该电路被配置成基于第一信号和多个信号模板中的一个信号模板之间的相关性是否超过预定阈值，来检测物体和可运动刀片之间的接触，其中，每个信号模板对应于指示物体和可运动刀片之间的接触的第一信号的能量级。
根据另一个实施例，本发明涉及一种动力工具，该动力工具包括可运动刀片和用于检测刀片和物体之间的接触的检测系统。该检测系统包括：将驱动信号电容耦合到可运动刀片的激励板；用于产生信号的、耦接到激励板的信号传感器，该信号选自以下各项组成的组：指示可运动刀片吸取的瞬时电流的刀片电流信号、和指示激励板和刀片之间的瞬时电压降的刀片电压信号；以及与激励板通信的电路，其中，该电路被配置成基于该信号中是否存在高频人为信号，检测第一物体和可运动刀片之间的接触。
此处公开的实施例可被以数字或模拟硬件实现。一些实施例可以包括数字和模拟组件两者。应当理解，当使用特定于模拟的术语来描述本说明书中的组件时，可以取代对应的数字组件或操作。例如，此处描述的一些或所有模拟放大器可被以例如由数字信号处理器(DSP)或其它数字组件执行的数字定标操作替代。
虽然已经示出并且描述了本发明的各个实施例，但应当理解，本领域技术人员将明了其它修改、取代和替换。可以做出这些修改、取代和替换，而不脱离应根据所附权利要求确定的本发明的精神和范围。

Claims (25)

1.一种动力工具，包括：
可运动刀片；和
用于检测刀片和物体之间的接触的检测系统，该检测系统包括：
将驱动信号电容耦合到可运动刀片的激励板；和
与激励板通信的电路，其中该电路被配置成：
从指示可运动刀片吸取的瞬时电流的刀片电流信号产生同相分量信号和正交分量信号；
考虑同相分量和正交分量，计算刀片电流信号的能量；以及
对刀片电流信号的能量和自适应触发阈值进行比较，以便基于刀片电流信号的能量是否大于自适应触发阈值，来检测刀片和物体之间的接触，其中，自适应触发阈值基于包括固定直流(DC)偏移和刀片电流信号的能量的均值的第一多个值的总和。
2.如权利要求1所述的动力工具，进一步包括与检测系统通信的反应系统，其中，当检测到物体和刀片之间的接触时，检测系统触发反应系统。
3.如权利要求1所述的动力工具，其中，该第一多个值进一步包括由同相分量和正交分量形成的矢量的相位的方差。
4.如权利要求1所述的动力工具，其中，该第一多个值进一步包括由同相分量和正交分量形成的矢量的相位的基于时间的导数。
5.如权利要求1所述的动力工具，其中，该第一多个值进一步包括刀片电流信号的能量的峰值。
6.如权利要求1所述的动力工具，进一步包括与检测系统通信的反应系统，其中，当自适应触发阈值的改变率超过预定值时，检测系统触发该反应系统。
7.如权利要求6所述的动力工具，其中，自适应触发阈值的改变率是自适应触发阈值的导数。
8.如权利要求6所述的动力工具，其中，该电路进一步被配置成通过以预定间隔对自适应触发阈值采样，来测量自适应触发阈值的改变率。
9.如权利要求1所述的动力工具，其中，该电路进一步被配置成在计算刀片电流信号的能量之前，从同相分量中去除直流(DC)偏移，并且从正交分量中去除DC偏移。
10.如权利要求1所述的动力工具，其中，该电路进一步被配置成感测第一信号中的高频人为信号，以便基于是否存在高频人为信号来检测刀片和物体之间的接触，其中，该第一信号选自以下各项组成的组：刀片电流信号、从刀片电流信号得出的信号、可运动刀片和激励板之间的电压降、和从可运动刀片和激励板之间的电压降得出的信号。
11.如权利要求10所述的动力工具，其中，检测高频人为信号包括选自以下各项组成的组的至少一个动作：对至少一个信号执行短时傅立叶变换(STFT)和执行至少一个信号的小波分析。
12.如权利要求1所述的动力工具，其中，该电路进一步被配置成寻找第一信号和多个信号模板之间的相关性，以便基于第一信号和多个模板中的至少一个模板之间的相关性是否大于预定阈值，来检测刀片和所述物体之间的接触，其中，多个信号模板中的每一个对应于指示物体和可运动刀片之间的接触的第一信号的能量级，并且第一信号选自以下各项组成的组：刀片电流信号、从刀片电流信号得出的信号、可运动刀片和激励板之间的电压降、和从可运动刀片和激励板之间的电压降得出的信号。
13.如权利要求12所述的动力工具，其中，所述多个信号模板包括对应于具有不同齿样式的刀片的信号模板。
14.如权利要求1所述的动力工具，其中，该电路进一步被配置成感测第一信号的周期性，以便基于该周期性是否超过预定阈值来检测刀片和物体之间的接触，其中，该第一信号选自以下各项组成的组：刀片电流信号、从刀片电流信号得出的信号、可运动刀片和激励板之间的电压降、和从可运动刀片和激励板之间的电压降得出的信号。
15.一种感测物体和动力工具的可运动刀片之间的接触的方法，所述动力工具包括与可运动刀片邻近定位并且电容耦接到可运动刀片的激励板，该方法包括：
给激励板提供驱动信号，以便将驱动信号电容耦合到可运动刀片；
感测指示可运动刀片吸取的瞬时电流的刀片电流信号；
从刀片电流信号产生同相分量信号和正交分量信号；
考虑同相分量和正交分量计算刀片电流信号的能量；以及
对刀片电流信号的能量和自适应触发阈值进行比较，以便基于刀片电流信号的能量是否大于自适应触发阈值，来检测刀片和物体之间的接触，其中，自适应触发阈值基于包括固定直流(DC)偏移和刀片电流信号的能量的均值的第一多个值的总和。
16.如权利要求15所述的方法，其中，该第一多个值进一步包括由同相分量和正交分量形成的矢量的相位的方差。
17.如权利要求15所述的方法，其中，该第一多个值进一步包括由同相分量和正交分量形成的矢量的相位的基于时间的导数。
18.如权利要求15所述的方法，其中，该第一多个值进一步包括刀片电流信号的能量的峰值。
19.一种动力工具，包括：
可运动刀片；和
用于检测刀片和物体之间的接触的检测系统，该检测系统包括：
将驱动信号电容耦合到可运动刀片的激励板；和
与激励板通信的电路，其中，该电路被配置成：
从指示可运动刀片吸取的瞬时电流的刀片电流信号产生同相分量信号和正交分量信号；
考虑同相分量和正交分量，计算刀片电流信号的能量；以及
测量自适应触发阈值的改变率，以便基于该改变率是否超过预定值来检测刀片和物体之间的接触，其中，自适应触发阈值基于包括固定直流(DC)偏移和刀片电流信号的能量的均值的第一多个值的总和。
20.如权利要求19所述的动力工具，进一步包括与检测系统通信的反应系统，其中，当检测到物体和刀片之间的接触时，检测系统触发反应系统。
21.如权利要求19所述的动力工具，其中，自适应触发阈值的改变率是自适应触发阈值的导数。
22.如权利要求19所述的动力工具，其中，该电路进一步被配置成通过以预定间隔对自适应触发阈值采样，来测量自适应触发阈值的改变率。
23.一种动力工具，包括：
可运动刀片；和
用于检测刀片和物体之间的接触的检测系统，该检测系统包括：
将驱动信号电容耦合到可运动刀片的激励板；和
与激励板通信的电路，其中，该电路被配置成基于从以下各项组成的组中选择的至少一个信号的周期性是否超过预定阈值，来检测物体和可运动刀片之间的接触：刀片电流信号、从刀片电流信号得出的信号、刀片电压信号和从刀片电压信号得出的信号。
24.一种动力工具，包括：
可运动刀片；和
用于检测刀片和物体之间的接触的检测系统，该检测系统包括：
将驱动信号电容耦合到可运动刀片的激励板；
用于产生第一信号的、耦接到激励板的信号传感器，该第一信号选自以下各项组成的组：指示可运动刀片吸取的瞬时电流的刀片电流信号和指示激励板和刀片之间的瞬时电压降的刀片电压信号；和
与激励板通信的电路，其中，该电路被配置成基于第一信号和多个信号模板中的一个信号模板之间的相关性是否超过预定阈值，来检测物体和可运动刀片之间的接触，其中，每个信号模板对应于指示物体和可运动刀片之间的接触的第一信号的能量级。
25.一种动力工具，包括：
可运动刀片；和
用于检测刀片和物体之间的接触的检测系统，该检测系统包括：
将驱动信号电容耦合到可运动刀片的激励板；
用于产生信号的、耦接到激励板的信号传感器，该信号选自以下各项组成的组：指示可运动刀片吸取的瞬时电流的刀片电流信号和指示激励板和刀片之间的瞬时电压降的刀片电压信号；和
与激励板通信的电路，其中，该电路被配置成基于该信号中是否存在高频人为信号，来检测第一物体和可运动刀片之间的接触。
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