CN107534439A - 用于调节接近开关的方法和接近开关 - Google Patents

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Abstract

一种用于调节非接触操作接近开关的开关阈值的方法，非接触操作接近开关包括传感器(1)，用于将物理变量转换成电传感器信号S(x)；控制单元(3)，用于评估电传感器信号S(x)以及用于通过与开关阈值Sein比较来生成二进制开关信号；以及包括操作元件(4)，用于取决于控制值P来调节开关阈值；其中控制值P以非线性方式映射到操作元件(4)的移动路径上，其中当电传感器信号S(x)邻近开关阈值Sein(P)时操作元件(4)的分辨率最大并且随着距离的增加而非线性地减小，使得开关阈值Sein(P)的影响在电流传感器信号S(x)的附近是良好的，并且随着距离的增加而变得越来越粗略。此外，电传感器信号S(x)和开关阈值Sein(P)之间的正和负差Δ(Sein，P，…)使用以点模式操作的条显示器(5)来指示，其中在优选地以点模式操作的条显示器(5)和控制元件(4)的缩放之间存在线性关系。本发明还涉及用于执行该方法的接近开关。

Description

用于调节接近开关的方法和接近开关
技术领域
本发明涉及一种用于调节包括根据权利要求1的前序部分的条显示器的接近开关的方法以及用于执行该方法的接近开关。
背景技术
非接触操作接近开关广泛应用于自动化技术。它们配备有感应磁性，电容式，光学或超声传感器，将信号传输到监测区域中，并基于物理变量的变化来检测物体的存在或条件。传感器将物理变量x转换成电传感器信号S(x)，通常是电压或电流。
它们适用于检测监测区域中的对象(目标)，或者例如介质，例如，作为用于通过容器壁检测非导电材料的电容式液位传感器，或作为用于过程测量技术的流量监测器。这样的装置同样由申请人制造和分配。
将电传感器信号与比较器的开关阈值进行比较，并将其转换为二进制开关信号(开关状态信号)。这里，信号通常首先被数字化、处理和解释。开关输出的状态通常以已知方式由发光二极管(LED)指示。
DE 196 23 969 B4示出接近开关，其中可以用电位器调节开关阈值。电位器连接到电阻器网络，使得电位器位置的线性变化对应于开关距离的线性变化。
对于具有大设置范围的接近开关的调节，通常使用多圈电位器来实现必要的调节精度。缺点是调节需要若干次旋转以及没有关于旋转方向、极限和当前设置的信息可用。
美国专利号8,456,271 B1示出了接近开关，其包括多圈电位器。电位器连接到槽轮，每转一圈，前进一步，其位置可以在观察窗口中读取。
另一种已知的调节概念是基于具有一个或多个键的操作。缺点是复杂，不太直观，因此不是用户友好的调节过程。
EP 0 844 464 A1示出了这样的接近开关，其中也可以通过学习过程(教导)来设置开关距离。开关阈值和电流传感器信号均通过LED链(条形图)来指示。
DE 39 27 744 A1示出了传感器，其中类似的电传感器信号被提供给比较器网络并且由发光二极管链指示。
不利的是，比较器的开关阈值是固定的，这限制了可以显示到多个比较器以及多个发光二极管的开关阈值的数量。
发明内容
本发明的目的是在整个调节范围内实现条显示器或调节中的更精细的调节或更高的分辨率，而不会显著增加操作和条显示元件的复杂性。
该目的通过权利要求1和4的特征来实现。独立权利要求涉及本发明的有利实施例。
本发明的基本思想是以非线性，优选对数方式，在两个方向上缩放操作元件和条显示器，其中在优选实施例中，操作元件和条显示器之间存在线性关系元素。
附图说明
参照附图更详细地说明本发明。
图1示出了根据本发明的接近开关的框图；
图2示出了根据本发明的操作元件的对数缩放；和
图3示出了根据本发明的接近开关的更详细的框图。
具体实施方式
图1示出了作为框图的根据本发明的接近开关，其中传感器1配置为电容式传感器。发电机G生成提供给一个或多个第一电极的高频交流电压。它们电容耦合到它们的环境和/或第二电极，使得位移电流可以流动。
两个电极的电容耦合受到要被监测的目标2或介质2的影响。
传感器信号被整流，滤波并提供给微控制器3进行数字化和另外的处理。微控制器3控制发电机G，但也可以自行接管其功能。在任何情况下，整流器和/或微控制器接收发电机信号用于相敏整流。
微控制器3连接到操作元件4、(状态)条显示器5，这里示出为以点模式操作的条显示器5，和优选地二进制开关输出端(开关状态输出端)。点操作意味着通常只有一个LED亮起。对于内插，具有相同或不同亮度(占空比)的邻近的LED可以点亮。这尤其适用于偶数个LED的零点。对于更高的功率消耗，条显示器5也可以采用条形操作来操作。
操作元件4象征性地示出为具有标度8的旋转电位器。然而，也可以在不脱离本发明的情况下完全不同地配置操作元件。例如，它们可以是按钮、角度传感器或任何所需设计的电接口。如图所示，标度8可以是线性的，或者可以是圆弧，或者可以完全省略。
如图3所示并且稍后更详细地说明，根据本发明的控制值P到阈值Sein的映射不是线性的，而优选地是指数。理想地采用以下这样的方式选择该映射，使得再次利用与传感器信号S(x)和开关阈值Sein非线性相关的条显示器(5)获得线性关系。特别地，当在操作元件4中使用电位器时，例如ΔP＝30°的特定角度变化被精确地映射到一个LED条。
条显示器5在此被示出为线性条显示器。然而，它也可以配置为圆弧、扇形或任何离散显示元件的布置。根据本发明，具有多个LED，然而，它们并不意在排除其他可视条显示器。LED的数量可以是偶数或奇数，这取决于如何显示过零点。标有SA的LED通常为黄色LED，指示开关状态。
中间的LED指示传感器信号S(x)与设置的开关阈值Sein之间的最小差。对于外部，用于激活下一个LED的信号差在两个方向上越来越大，特别是它对数地增加。这意味着内部元件6指示较低的外部元件7，传感器信号S(x)到开关阈值Sein(P)的较大距离通过操作元件4设置。
因此，开关操作总是发生在条显示器的中心，从而在任何时候向操作者指示当前传感器信号S(x)在两个方向上远离设置的开关阈值Sein有多远，即它向操作者指示目标2或介质与传感器电极之间的耦合(衰减)是否仍然太低或已经太高以用于开关操作。此外，开关阈值Sein的位置在两个状态之间甚至是可见的。
因此，可以检测待监测的介质的目标2的任何移动，也可检测操作元件4的任何移动。因此，条显示器5在开关阈值Sein的允许值范围上操作为动态缩放窗口。
图2示出了根据本发明的条显示器5的对数刻度，其中横坐标指示传感器信号S(x)和开关阈值Sein之间的差，以及纵坐标指示与其相关的条显示元件，即LED的数量。
缩放可以在两个方向上对称或不对称配置。优选但不一定是对数的。然而，根据本发明，缩放设计成使得设置值非线性映射到操作元件4的移动路径上，其中当电传感器信号S(x)接近开关阈值Sein(P)时操作元件4的分辨率最大并且随着距离的增加而非线性地减小，使得当前测量的传感器信号S(x)处的开关阈值Sein(P)对其附近的影响很小，随着距离的增加越来越粗略。根据本发明，操作元件4采用以下这样的方式进行缩放，使得操作元件4和条显示器5之间的近似线性关系得以实现。
当条显示器5具有如图1所示的奇数个元件时，中间元件被指定为“0”，并且指示传感器信号S(x)是否在限定范围内，例如在滞后范围内零点(过零点)：Sein＝S(x)，x＝x0。
图3示出了图1所示布置的更详细的框图。特别地，微控制器3中的信号处理将被示出，而不将本发明限制在微控制器中的软件处理。
为了评估传感器信号S(x)，从传感器信号S(x)中减去开关阈值Sein(P)，并且根据本发明，将非线性地，优选对数映射到以点模式操作的条显示器5。结果，当传感器信号S(x)达到开关阈值Sein时，输出零。在这种情况下，如图所示，中间LED点亮，即达到开关阈值，并且示出为开关的二进制开关输出端A改变其状态。
与图不同的开关输端也可以直接连接到差分发生器。当然，为了避免开关输出端A和显示器LED SA的颤动，提供滞后。
阈值Sein取决于控制元件4处的控制值P和传感器信号S(x)，其中映射规则被选择为使得优选地获得操作元件4和条显示器5之间的线性关系。由于差分信号Δ(Sein，P，...)到条形显示器5上的非线性映射，映射规则也不是线性的，而是优选地指数的，而不将本发明限于指数关系。
此外，可以想到操作元件4和条显示器5之间的其他非线性映射，其优选地以点模式操作。
参考符号列表
1 传感器
2 目标(要检测的标准目标或介质)
3 控制单元
4 用于调节接近开关的操作元件
5 条显示器，优选地采用点操作
6 条显示器5的内部元件
7 条显示器5的外部元件
8 操作元件4的标度

Claims (5)

1.一种用于调节非接触操作接近开关的开关阈值的方法，所述非接触操作接近开关包括：传感器(1)，用于将物理变量转换成电传感器信号S(x)；控制单元(3)，用于评估所述电传感器信号S(x)以及用于通过与开关阈值Sein比较来生成二进制开关信号；以及操作元件(4)，用于取决于控制值P来调节所述开关阈值；其特征在于，
所述控制值P以非线性方式映射到所述操作元件(4)的移动路径上，其中当所述电传感器信号S(x)邻近所述开关阈值Sein(P)时所述操作元件(4)的分辨率最大并且随着距离的增加而非线性地减小，使得在当前测量的传感器信号S(x)处的所述开关阈值Sein(P)的影响在所述当前测量的传感器信号S(x)的附近是良好的，并且随着距离的增加而变得越来越粗略。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电传感器信号S(x)和所述开关阈值Sein(P)之间的正和负差Δ(Sein，P，...)通过条显示器(5)来指示，其中在所述条显示器(5)和控制元件(4)的缩放之间存在线性关系。
3.一种接近开关，包括：传感器(1)，用于将物理变量转换成电开关信号S(x)，其中所述物理变量能够受目标(2)的影响，并且其中所述电传感器信号S(x)的幅度取决于与所述目标(2)关联的变量x；控制单元(3)，用于评估所述电传感器信号S(x)以及用于通过与开关阈值Sein(P)比较来生成二进制开关信号，所述开关阈值Sein(P)取决于操作元件(4)的控制值P；和条显示器(5)；其特征在于，
所述条显示器(5)指示所述电传感器信号S(x)和所述开关阈值Sein(P)之间的正和负差Δ(Sein，P，...)，以及包括内部元件(6)和外部元件(7)，其中所述内部元件(6)指示所述电传感器信号S(x)和所述开关阈值Sein(P)之间较小的距离，并且所述外部元件(7)指示所述电传感器信号S(x)和所述开关阈值Sein(P)之间较大的距离。
4.根据权利要求3所述的接近开关，其特征在于，所述条显示器(5)非线性地缩放，其中所述电传感器信号S(x)和所述开关阈值Sein(P)之间的距离从标度(8)的中心开始在两个方向上朝外部增加。
5.根据权利要求4所述的接近开关，其特征在于，所述标度从所述标度(8)的中心开始朝在两个方向上朝外部对称。
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