CN103109386A - 用于降低多个压电组件的监测部件中的能量消耗的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于降低多个压电组件的监测部件中的能量消耗的设备(1，4)，该设备(1，4)包括：多个压电组件(102，104，106；72，74，76)；监测部件(122，124，126；62，64)，用于监测压电组件(102，104，106；72，74，76)的状态，所述监测部件(122，124，126；62，64)具有活动和不活动两种状态；以及其中：压电组件(102，104，106；72，74，76)相互并联连接以及与电流检测电路(132；68)并联连接，电流检测电路(132；68)包括：i)开关(54)；ii)电阻器(52)，并联连接到所述开关(54)；以及iii)控制器(58)，具有活动和不活动两种状态，控制器(58)配置成：响应控制器(58)处于不活动状态而断开开关(54)；以及-响应控制器(58)处于活动状态而闭合开关(54)，开关(54)的闭合触发监测部件(122，124，126；62)从其不活动状态到其活动状态的状态改变。本专利申请还具有独立方法权利要求。

Description

用于降低多个压电组件的监测部件中的能量消耗的设备和方法
技术领域
本发明涉及传感器技术，以及具体来说，涉及采用压电组件的传感器。
背景技术
在采用多个压电组件并且必须在相应监测部件中监测每个压电组件的机器、装置和系统中，即使在没有使用压电组件的时候，因为监测倾向于消耗功率，所以功率消耗也较高。
发明内容
本发明的目的是在没有压电组件是活动的时候降低多个压电组件的监测部件中的功率消耗。
这个目的能够通过使用如独立权利要求1所述的设备以及通过使用如独立权利要求8所述的方法来实现。
从属权利要求描述设备的有利实施例。
用于降低多个压电组件的监测部件中的能量消耗的设备包括多个压电组件以及用于监测压电组件的状态的监测部件，所述监测部件具有活动和不活动两种状态。
在该设备中，压电组件相互并联连接以及与电流检测电路并联连接，电流检测电路包括：i) 开关；ii) 电阻器，并联连接到所述开关；以及iii) 控制器，具有活动和不活动两种状态，控制器配置成：
-   响应控制器处于不活动状态而断开开关；以及
-   响应控制器处于活动状态而闭合开关，开关的闭合触发监测部件从其不活动状态到其活动状态的状态改变。
一种用于降低多个压电组件的监测部件中的能量消耗的方法，该方法的特征在于下列步骤：
-   使用按照本发明的设备来检测多个压电组件的活动；
-   响应检测到没有所述压电组件是活动的而断开所述设备中的开关，由此触发监测部件到不活动状态的状态改变；以及
-   响应检测到所述压电组件的至少一个是活动的而闭合所述设备中的开关，由此触发监测部件到活动状态的状态改变。
发明的优点
通过设备和方法，在没有使用压电组件的时候能够降低多个压电组件的监测部件中的功率消耗。
本发明人已经注意到，在他们已知的采用了多个压电组件的所有早期机器、装置和系统中，使用了每个压电组件的特定监测电路，或者每个压电组件已经连接到复用器。为了监测压电组件，每个特定监测电路必须轮询相应压电组件，或者如果选择了复用器解决方案，则复用器必须连续轮询每个压电组件。两种解决方案均消耗大量功率。
本设备利用关于单个电流检测电路能够用于监测多个压电组件的活动以及如果检测到活动则触发监测部件的状态改变的发现。通过使用单个电流检测电路，能够节省功率，因为功率消耗在没有压电组件是活动的时候不再与将被监测的压电组件的数量成比例。
具体来说，在单个电流检测电路执行下列步骤时能够节省功率：
i)  响应检测到没有所述压电组件是活动的而断开设备中的开关，由此触发监测部件到不活动状态的状态改变；以及
ii) 响应检测到所述压电组件的至少一个是活动的而闭合设备中的开关，由此触发监测部件到活动状态的状态改变。
对于使复用器监测多个压电组件的方式以及具有用于各压电组件的专用监测电路的方式，这种方式均是有用的。
如果监测部件是或者包括各连接到相应压电组件的多个监测电路，则该设备实现对于各压电组件存在专用监测电路的配置中的能量节省。
如果监测部件是或者包括连接到模数转换器的复用器，其中复用器的输入连接到相应压电组件，则该设备实现存在监测多个压电组件的复用器的配置中的能量节省。
如果电流检测电路包括配置成将参考电压与压电传感器的任一个的电压进行比较并且在足够高的电流的情况下将控制器的状态改变为活动的电压比较器，则电流检测电路能够按照特别简单的方式来自动化。
如果电流检测电路还包括配置成周期地测量电阻器上的电压并且在足够高的电压的情况下将控制器的状态改变为活动的模数转换器，则电流检测电路能够以数字方式来实现，并且由于周期地执行测量的事实，能够采用该设备来实现能量节省。
最有利地，该设备是传感器设备，具体来说是接触传感器。传感器设备则最有利地是机器、装置或系统的用户接口的一部分。
附图说明
下面参照附图所示的示例更详细地论述方法以及设备的示范实施例，附图包括：
图1是本发明的组件的示意图；
图2是电流检测电路的示意图；
图3是电流检测电路的另一个实施例的示意图；以及
图4是将电流检测电路用于从不活动到活动状态的改变的三路测量电路的一个实施例的示意图。
在所有附图中，相同参考标号表示相似技术特征。
具体实施方式
如果监测许多压电组件的电信号，则要求每个压电组件一个监测设备，或者许多压电元件通过复用器连接到一个监测设备。在第一种情况下，电流消耗随压电元件的量而增加，因为各监测器需要电流以进行操作。在第二种情况下，必须采用复用器选择压电组件来连续轮询各压电组件。连续轮询需要电流以进行操作。在两种情况下，当没有压电元件正产生信号时，对于可能的长持续时间均要求大量电力。另外，在两种情况下，功率消耗均随压电组件元件的量而增加。
相应地，期望能够当不存在活动的同时挂起监测电路的操作，以及能够对于任何数量的压电元件使用单个触发器电路来开始监测电路的操作。
本发明的共同发明人已经发现，有可能仅使用单个活动检测电路来检测多个压电元件的活动。
虽然设备和方法的以下描述在示范实施例中使用三个压电组件，但是应当理解，压电组件的数量能够改变，而并不局限于三个。
现在更详细参照本发明，图1中示出电路114，电路114具有各由监测电路所监测的三个压电组件，即，连接到第一监测电路122的第一压电组件102、连接到第二监测电路124的第二压电组件104和连接到第三监测电路126的第三压电组件106。压电组件102、104、106各连接到电流检测电路132。监测电路122、124和126的回路各连接到电流检测电路132。
监测电路122、124和126具有两种状态：活动和不活动。在不活动状态中，监测电路122、124和126没有测量来自对应压电组件102、104或106的信号。在活动状态中，它们测量来自对应压电组件102、104或106的信号，并且因此使用更多电力。在监测电路122、124和126处于不活动状态的同时压电组件102、104、106具有任何活动时，电流将流经电流检测电路132，这将使它触发监测电路122、124和126从其不起作用状态（passive state）到其活动状态的状态改变。监测电路122、124、126因与压电传感器102、104或106的状态无关的外部事件而可在活动与不活动状态之间进行转变。
图2示出包括电阻器52、连接到控制器58的第一输出133的数控开关54以及连接到控制器58的第一输入134的电压比较器56的电流检测电路132的一个实施例。当控制器58处于其不活动状态时，它正监测电压比较器56的输出，使开关54保持在其断开位置。在足够高的电流、即触发电压电平的情况下，比较器56将改变其输出133的状态。这种状态改变由控制器58来检测，控制器58进入其活动状态，并且将开关54的状态改变为其闭合位置。当控制器58进入其不活动状态时，它通过将开关54的状态改变为其断开位置来启用电流检测电路132。
设备1、4可处于活动状态，例如当它正与外部电路进行通信时，而与压电组件102、104、106、72、74、76的状态无关。
控制器58在满足以下全部标准时可进入不活动状态：
i)  在压电组件102、104、106、72、74、76的任一个上不存在可检测活动；以及
ii) 不存在除了测量压电组件102、104、106、72、74、76之外的正进行任务，例如与控制器58外部的电路进行通信或者运行控制器内部的软件或硬件任务。
控制器58在满足以下标准的任一个时可退出不活动状态：
i)  电压比较器56触发控制器58的活动状态；或者
ii) 控制器58外部的电路需要进行通信，并且由此触发控制器58的活动状态。
图3示出其中不存在比较器56的电流检测电路68的另一个实施例。改为使用控制器58中的模数转换器681来周期地测量电阻器52上的电压。
图4示出测量电路60的一个实施例，测量电路60包括连接到复用器62的三个压电组件72、74、76，即，连接到电阻器82和复用器62的第一输入621的第一压电组件72、连接到电阻器84和复用器62的第二输入622的第二压电组件74以及连接到电阻器86和复用器62的第三输入623的第三压电组件76。复用器62能够将其输入621、622、623其中之一连接到模数转换器64。压电组件72、74、76的每个连接到电流检测电路68。电阻器82、84、86的每个连接到电流检测电路68。
本发明使控制器58以及诸如复用器62和模数转换器64之类的周围电路能够保持为完全不活动，从而当不存在要测量的相关信号的同时消耗最少量电力。在检测到活动时，将控制器58和外围电路激活到高功率状态中。
本发明实现所被监测压电组件元件的量无关的极低功率消耗。

Claims (8)

1.一种用于降低多个压电组件的监测部件中的能量消耗的设备(1，4)，所述设备(1，4)包括：
-   多个压电组件(102，104，106；72，74，76)；
-   监测部件(122，124，126；62，64)，用于监测所述压电组件(102，104，106；72，74，76)的状态，所述监测部件(122，124，126；62，64)具有活动和不活动两种状态；
以及其中：
-   所述压电组件(102，104，106；72，74，76)相互并联连接以及与电流检测电路(132；68)并联连接，所述电流检测电路(132；68)包括：i) 开关(54)；ii) 电阻器(52)，并联连接到所述开关(54)；以及iii) 控制器(58)，具有活动和不活动两种状态，所述控制器(58)配置成：
-   响应所述控制器(58)处于所述不活动状态而断开所述开关(54)；以及
-   响应所述控制器(58)处于所述活动状态而闭合所述开关(54)，所述开关(54)的闭合触发所述监测部件(122，124，126；62)从其不活动状态到其活动状态的状态改变。
2.如权利要求1所述的设备(1)，其中：所述监测部件(122，124，126)是或者包括各连接到相应压电组件(102，104，106)的多个监测电路(122，124，126)。
3.如权利要求1所述的设备(4)，其中：所述监测部件(62，64)是或者包括连接到模数转换器(64)的复用器(62)，所述复用器(62)的输入(621，622，623)连接到相应压电组件(72，74，76)。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的设备(1，4)，其中：所述电流检测电路(132)包括电压比较器(56)，所述电压比较器(56)配置成将参考电压(VTRIGREF)与所述压电传感器(102，104，106)的任一个的电压进行比较，并且在足够高的电流的情况下将所述控制器(58)的状态改变成活动。
5.如权利要求1至3中的任一项所述的设备(1，4)，其中：所述电流检测电路(132)还包括模数转换器，所述模数转换器配置成周期地测量所述电阻器(52)上的电压，并且在足够高的电压的情况下将所述控制器（58）的状态改变成活动。
6.如以上权利要求中的任一项所述的设备(1，4)，其中，所述装置(1，4)是传感器设备。
7.如权利要求6所述的设备(1，4)，其中，所述传感器设备是机器、装置或系统的用户接口的一部分。
8.一种用于降低多个压电组件(102，104，106；72，74，76)的监测部件中的能量消耗的方法，所述方法的特征在于下列步骤：
-   使用如以上权利要求1至7中的任一项所述的设备(1，4)来检测多个压电组件(102，104，106；72，74，76)的活动；以及
-   响应检测到没有所述压电组件(102，104，106；72，74，76)是活动的而断开所述设备(1，4)中的开关，由此触发所述监测部件(122，124，126；62，64)到不活动状态的状态改变；
-   响应检测到所述压电组件(102，104，106；72，74，76)的至少一个是活动的而闭合所述设备(1，4)中的开关，由此触发所述监测部件(122，124，126；62，64)到活动状态的状态改变。
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