CN116981956A

CN116981956A - 三角测量传感器的像素域现场校准

Info

Publication number: CN116981956A
Application number: CN202280019610.9A
Authority: CN
Inventors: 韦德·奥伯普里勒
Original assignee: Bonner Engineering Co
Current assignee: Bonner Engineering Co
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2023-10-31

Abstract

设备及相关联的方法涉及一种现场可调距离传感器，该现场可调距离传感器被配置成通过在一个或更多个已知距离处的校准，将传感器的传递函数在位置域中平移基本上恒定的值。在说明性示例中，传递函数可以将多个距离与描述光信号在接收器上的位置的相对应的位置向量相关。例如，接收器可以生成对应于从目标反射的光信号在接收器上的位置的检测信号。例如，控制电路可以响应于检测信号生成位置向量。例如，可以根据目标的已知距离和位置向量来生成校准常数(C)。例如，C可用于在位置域中平移传递函数。各种实施例可以有利地减小距离传感器中的非线性误差。

Description

三角测量传感器的像素域现场校准

相关申请的交叉引用

本申请是Wade Oberpriller等人于2021年5月19日提交的题为“Pixel DomainField Calibration of Triangulation Sensors”的序列号为17/303,061的美国申请的延续申请，并要求该美国申请的权益。

本申请和序列号为17/303,061的美国申请都要求Wade Oberpriller等人于2021年3月9日提交的题为“Non-Contact Motion Detection Sensor Utilizing Distance andIntensity Statistics”的序列号为63/158,697的美国临时申请的权益。

本申请通过引用将前述申请的全部内容并入本文。

本申请的主题可与下列申请的主题具有共同的发明人和/或可以与下列申请的主题相关：

Wade Oberpriller等人于2020年10月15日提交的题为“Image-Based JamDetection”的序列号为17/072,028的美国申请；

Wade Oberpriller等人于2019年10月16日提交的题为“Imaging System UsingTriangulation”的序列号为62/916,087的美国申请；以及，

Wade Oberpriller等人于2019年10月21日提交的题为“Imaging System UsingTriangulation”的序列号为62/924,020的美国申请。

本申请通过引用将前述申请的全部内容并入本文。

技术领域

各种实施例总体上涉及距离传感器的现场校准(field calibration)。

背景

距离传感器可用于各种工业、商业和/或住宅环境。作为示例而非限制，距离传感器可用于监测操作员存在、运动、堵塞存在、质量控制或以上的某种组合。距离传感器可以例如被配置成检测检测窗口中、传感器前面的任何点处或它们的某种组合中对象的存在。

距离传感器可以例如被配置成根据反射的电磁信号到一个或更多个感测元件上的空间位置来确定距离。作为示例而非限制，基于空间位置的距离传感器可以包括红外传感器、激光(三角测量)传感器或它们的某种组合。例如，传感器可以包括：被配置成发射电磁信号的至少一个发射器、被配置成接收电磁信号的反射的至少一个感测元件以及被配置成根据反射的电磁信号在至少一个感测元件上的位置来确定距离的控制电路。

概述

装置及相关联的方法涉及一种现场可调距离传感器，该现场可调距离传感器被配置成通过在一个或更多个已知距离处的校准，将传感器的传递函数在位置域中平移基本上恒定的值。在说明性示例中，传递函数可以将多个距离与描述光信号在接收器上的位置的相对应的位置向量相关。例如，接收器可以生成对应于从目标反射的光信号在接收器上的位置的检测信号。例如，控制电路可以响应于检测信号生成位置向量。例如，可以根据目标的已知距离和位置向量来生成校准常数(C)。例如，C可用于在位置域中平移传递函数。各种实施例可以有利地减小距离传感器中的非线性误差。

各种实施例可以实现一个或更多个优点。例如，一些实施例可以有利地重新校准传感器，以减小由位置(例如，像素位置)相对于传感器的距离传递函数的移位引入的误差。在多种实施例中，可以基于单次测量和校准有利地生成校准常数。多种实施例可以通过多个校准周期和/或距离有利地减小在特定距离处和/或以特定采样周期进行的测量的随机误差。多种实施例可以有利地根据(预定)校准阈值(例如，测量周期、时间)进行校准和/或保持校准。在多种实施例中，可以有利地从反射信号在接收器上的位置来确定(经校准的)距离。

提供经校准的查找表(LUT)(例如，距离:位置、校正:距离、校正:位置向量)的多种实施例可以有利地减小或消除测量距离和实际距离之间的误差，同时最小化和/或消除运行时性能成本(runtime performance cost)。在多种实施例中，例如，可以通过应用经校准的传感器特性分布(characteristic profile)来有利地校准距离。在多种实施例中，例如，可以通过检索根据经校准的传感器特性分布而生成的距离校正来有利地校准距离。

多种实施例可以通过利用到目标的距离和从目标反射的光束在接收器上的位置之间的在距离域中的非线性关系，有利地提高相对于线性零位/满量程示教方法(linearnull/span teach method)的精度。多种实施例可以有利地提供(例如，使用一个或更多个校准点的)更精确和/或更简单的(现场)校准方法。

在多种实施例中，通过传感器传递函数的位置域移位进行校准可以有利地将误差减小到在预定精度阈值内。例如，多种实施例可以通过在一个或更多个已知距离处存在一个或更多个目标来有利地提供快速现场校准，从而提高和/或恢复精度。在多种实施例中，可以有利地将函数校准到在一个或更多个示教距离(taught distance)处每个传感器的精度误差的幅度。

在附图和下面的描述中阐述多种实施例的细节。从描述和附图以及从权利要求中，其他特征和优点将是明显的。

附图简述

图1描绘了在示例性用例场景中的示例性现场可校准距离传感器(FCDS)。

图2描绘了操作FCDS的示例性方法。

图3描绘了被配置成生成传感器位置向量校准常数的FCDS的示例性框图。

图4描绘了校准图3的FCDS的示例性方法。

图5描绘了操作图3的FCDS以通过应用传感器位置向量校准常数来确定距离的示例性方法。

图6描绘了被配置成根据传感器位置向量校准常数生成经校准的距离查找表的FCDS的示例性框图。

图7描绘了校准图6的FCDS的示例性方法。

图8描绘了操作图6的FCDS以通过从经校准的距离查找表中检索经校准的距离来确定距离的示例性方法。

图9描绘了被配置成生成距离传感器特性曲线拟合校准常数的FCDS的示例性框图。

图10描绘了校准图9的FCDS的示例性方法。

图11描绘了操作图9的FCDS以通过应用曲线拟合校准常数确定距离校正来确定距离的示例性方法。

图12描绘了被配置成生成距离校正查找表的FCDS的示例性框图。

图13描绘了校准图12的FCDS的示例性方法。

图14描绘了操作图12的FCDS以通过应用从距离校正查找表中检索的距离校正来确定距离的示例性方法。

图15描绘了示例性三角测量传感器几何结构。

图16描绘了在老化过程(aging process)之后距离传感器中的示例性精度误差。

图17A描绘了使用零位/满量程示教方法进行校准的示例性结果。

图17B描绘了通过在位置域中的恒定移位来校准与图17A中所示的相同传感器的示例性结果。

图18描绘了用于距离传感器的像素:距离传递函数的示例性像素域移位。

图19描绘了单点像素域移位现场校准的示例性归一化偏移结果。

图20描绘了图19中描绘的单点像素域移位现场校准的示例性残差精度结果。

图21描绘了老化过程之后距离传感器的示例性归一化精度误差分布的曲线拟合。

图22描绘了使用图21中描绘的曲线拟合的单点距离域现场校准的示例性残差精度结果。

在各个绘图中的相似参考符号表示相似的元素。

说明性实施例的详细描述

为了帮助理解，本文档进行了如下组织。首先，为了帮助介绍对各种实施例的讨论，参照图1-图2介绍了现场可校准距离传感器(FCDS)系统100。第二，该介绍引出了参照图2-图14对FCDS的一些示例性实施例的描述。第三，参照图15-图21，描述了本文公开的FCDS装置和方法在示例性用例中的应用。最后，本文档讨论了与FCDS相关的另外的实施例、示例性应用和方面。

图1描绘了示例性用例场景中的示例性现场可校准距离传感器(FCDS)。在所描绘的系统100中，FCDS105设置有发射器110(例如，一个或更多个发射器电路)和处于(例如，由工厂配置的)第一配置115A的发射器透镜。发射器110发射通过处于配置115A的发射器透镜的电磁信号(EMS)120A(例如，光束)。EMS120A从在距离FCDS105的距离DT处的目标125反射。EMS120的至少一些部分从目标反射，生成反射EMS(REMS)130A。REMS 130A穿过处于(例如，由工厂配置的)第一配置135A的接收器透镜并撞击接收器140。

如图所示，接收器140包括多个空间分布的感测元件。例如，接收器140可以被配置为多像素(例如，1D、2D、3D)像素阵列。每个像素可以例如包括单独的感测元件。每个元件例如可以是光敏元件。作为示例而非限制，光敏元件可以是光电二极管和/或其他光电元件。

控制器150(例如，控制电路、处理器、ASIC、FPGA)可以根据REMS130A撞击在接收器140上的位置确定测量距离。在所描绘的示例中，REMS130A穿过处于第一配置135A的透镜以撞击接收器140的第一像素145A。控制器150可以例如基于第一像素145A在接收器140上的位置来确定第一测量距离(DM1)。接收器140可以例如生成对应于像素145A的激活的信号。作为示例而非限制，控制器150可以根据信号确定第一位置向量。控制器150可以(例如，从查找表中)检索对应于第一位置向量的距离。

作为示例而非限制，发射器透镜的第一配置115A、EMS120A、REMS130A和接收器透镜的第一配置135A可以对应于出厂时FCDS105的配置(例如，“新”配置)。在所描绘的示例中，发射器透镜已经从第一配置115A移位到第二配置115B。同样，接收器透镜已经从第一配置135A移位到第二配置135B。例如，配置的变化可对应于部件的老化、应力、冲击、振动、其他(机械)输入或它们的某种组合。在多种实施例中，外壳、透镜、发射器、接收器、发射和/或反射EMS的光路中的其他部件或它们的某种组合可能相对于彼此移位。

如图所示，相对于FCDS105的外壳、发射器110和接收器140，透镜配置的变化导致光路的相对应的变化。发射器110发射EMS120B，其相对于先前(例如，原始)路径向下移动。EMS120B击中目标125，并且EMS120B的至少一些部分反射成为REMS130B。至少由于发射器透镜的配置的变化，REMS130B沿着与REMS130A不同的路径行进。

此外，当REMS130B穿过处于第二配置135B的接收器透镜时，改变的配置导致相对于接收器140的原始路径的进一步的变化。因此，REMS130B在第二像素145B上击中接收器140。因此，例如，尽管目标125相对于FCDS105的距离DT没有变化，但FCDS105可能确定不同的(例如，不准确的)测量距离(DM2)。

在所描绘的示例中，用户155操作输入元件160。输入元件160可操作地耦合到控制器。输入元件160可以被配置成生成校准信号。控制器150可以通过进入示教模式(teachmode)来对校准信号进行响应。在示教模式中，控制器150可以将由第二REMS130B生成的至少一个位置向量与用于校准的对应于目标125的至少一个预期位置向量和/或距离进行比较。在各种实施例中，作为示例而非限制，比较可以直接执行(例如，直接比较位置向量)、间接执行(例如，在查找相对应的值、应用函数之后)或它们的某种组合。

在所描绘的示例中，曲线图165描绘了空间(例如，像素)域传递函数，该空间(例如，像素)域传递函数定义了(1)水平轴上到目标的(物理)距离和(2)竖直轴上REMS(例如，130A、130B)在接收器140上(例如，由位置向量定义的)的位置之间的相关性。例如，第一传递函数170可以对应于FCDS105的初始校准(例如，由工厂校准)。例如，第二传递函数175可以对应于老化和/或应激源(stressor)之后FCDS105的实际传递函数。例如，当透镜处于配置115B和135B时，第二传递函数175可以定义REMS在传感器(例如，接收器140)上的位置和到目标的相对应的测量距离之间的关系。如所示，在空间域中，传递函数的移位基本上是恒定的。在所描绘的示例中，如第二传递函数175所示，(初始)传递函数170已经在位置(例如，像素)域中向上移位了恒定的位置(例如，像素位置)偏移。

在校准操作期间(例如，在示教模式中)，控制器150可以根据校准目标125的真实距离(DT)和由于像素145B被REMS130B激活而生成的实际(测量)位置向量VM，生成至少一个校正常数C。如所示，校正常数C可以被配置成在位置(例如，像素)域中将当前传递函数175往回朝向期望的(例如，初始、精确)传递函数170移位。因此，控制器150可以有利地重新校准FCDS105以减小由传递函数的移位引入的误差。

在多种实施例中，如所示，校准可以在现场执行。在多种实施例中，作为示例而非限制，校准可以以单点校准来执行。例如，目标可能存在于已知距离(例如，DT)处，并且FCDS105被操作以进入示教模式。传感器可以基于已知距离和(例如，根据被REMS130B撞击的像素145B生成的)测量位置向量之间的比较来重新校准。可以基于单次测量和校准有利地生成校准常数。

在多种实施例中，一个或更多个目标可以存在于一个或更多个已知距离处。例如，一个、两个、三个或更多个目标可以存在于一个或更多个已知距离处。例如，每个目标可存在于一个、两个、三个或更多个已知距离处。作为示例而非限制，所得位置向量和/或相对应的(未校准)测量距离可以被平均和/或以其他方式被用来生成校准常数C。因此，可以有利地减小和/或消除在特定距离处或以特定采样周期进行的测量的随机误差。

图2描绘了操作FCDS的示例性方法。在所描绘的方法200中，传感器(例如105//)接收起始信号205。作为示例而非限制，起始信号可以是自动生成的信号、编程生成的信号、手动生成的信号或它们的某种组合。作为示例而非限制，起始信号可以对应于通电、预定操作的开始(例如，传送带激活、机器防护激活)、其他适当的触发或它们的某种组合。

如果传感器已被校准210，则该方法进行到在步骤230中测量距离。如果传感器尚未被校准210，则该方法进行到确定传感器是否可以被自动校准215。如果传感器不能被自动校准215，则该过程等待校准信号被接收(例如，通过编程，经由来自用户的手动输入)220。插入件可以被自动校准215，或者校准信号已经被接收到220，则执行校准225。在多种实施例中，作为示例而非限制，可以按照至少参照图4、图7、图10和图13所描述的方式执行校准。

一旦传感器被校准225，或者如果传感器已经被校准210，则该方法进行到在步骤230中测量距离。在多种实施例中，可以以一次、周期性、重复、连续或它们的某种组合方式来测量距离。在多种实施例中，可以例如按照至少参照图5、图8、图11和图14如所描述的方式来测量距离。

在传感器已经测量了230距离之后，如果该过程不继续235(例如，距离测量完成)，则该方法结束。如果该过程继续235，则确定是否已经达到240校准阈值。在多种实施例中，作为示例而非限制，校准阈值可以是周期计数(例如，在X个周期后重新校准)、定时器(例如，在Y个时间单位后重新校准)或它们的某种组合。如果未达到240校准阈值，则该方法返回到步骤230以测量距离。如果已经达到240校准阈值，则该方法返回到步骤215以重新校准并继续测量。因此，多种实施例可以有利地根据(预定)校准阈值进行校准和/或保持校准。

图3描绘了被配置成生成传感器位置向量校准常数的FCDS的示例性框图。所描绘的FCDS 300包括处理器305。处理器305可操作地耦合到发射器110和接收器(例如，空间分布的接收器阵列)140(例如，与发射器110和接收器140电通信)。处理器305可操作地至少耦合到非易失性存储器(NVM)模块310、315、320和325(例如，与非易失性存储器(NVM)模块310、315、320和325电通信)。在多种实施例中，可以组合NVM模块和/或提供附加的NVM模块。

在所描绘的示例中，NVM模块310是位置:距离查找表(LUT)。例如，查找表可以将标识REMS在接收器140上的位置的多个位置向量中的每一个映射到相对应的测量距离值。NVM模块315包括被配置成在处理器305上作为运行时指令执行的操作程序。例如，运行时指令可以被配置成使处理器305执行至少参照图5描述的运行时操作。NVM模块320包括被配置成在处理器305上作为校准(例如，示教模式)指令执行的操作程序。例如，校准指令可以被配置成使处理器305执行至少参照图4描述的校准操作。NVM模块325包括可在校准操作期间确定的校准常数(例如C)。

在所描绘的示例中，处理器305可操作地耦合到随机存取存储器(RAM)模块330。在多种实施例中，可以组合RAM模块和/或提供附加的RAM模块。如所示，RAM模块330至少部分时间包括校准常数，例如，当在校准操作期间和/或在应用校准常数的运行时操作期间生成校准常数时。

图4描绘了校准图3的FCDS的示例性方法。在所描绘的方法400中，信号被接收405以使FCDS 300进入校准模式。例如，处理器305可以执行被存储在NVM 320中的操作。例如，校准模式可以包括示教模式，该示教模式被配置成允许用户向传感器“示教”一个或更多个准确距离。对应于校准目标与FCDS 300的真实距离(DT)的校准信号被接收410。例如，校准信号可以对应于用于校准的手动输入、编程(例如，在启动时、周期性、每个测量周期)校准命令或它们的某种组合。

对应于DT的预期位置向量(VT)被确定415。例如，可以通过从LUT NVM 310中检索对应于距离DT的位置向量来确定VT。发射器110(例如，由处理器305操作)生成420指向校准目标的光信号。从接收器140接收425对应于光信号从目标反射撞击在接收器140上的位置的检测信号。根据检测信号生成430检测位置向量(VM)，并且该检测位置向量(VM)对应于反射光信号在接收器140上的位置。

VM与VT进行比较。如果VT和VM之间的差小于(预定)校准阈值(TH)435，则不需要校准，并且过程结束。如果差不低于TH 435，则生成440校准常数(C)。在所描绘的示例中，C是(基本上)等于VT和VM之间的差的位置向量(例如，像素)移位。C然后被存储445(存储在NVM模块325中)，并且校准过程结束。因此，可以访问C以应用(例如，加、减)于测量位置向量(例如，VM)，从而生成经校准的位置向量，使得确定的距离被校准，以减小或消除测量距离和实际距离之间的误差。

图5描绘了操作图3的FCDS以通过应用传感器位置向量校准常数来确定距离的示例性方法。在所描绘的方法500中，发射光信号由发射器110生成505。例如，处理器305可以执行被存储在NVM 315中的操作，以操作发射器110和/或执行其他运行时操作。如果在接收器140上没有检测到510反射光信号，则该方法返回到步骤505。如果检测到510反射光信号，则从接收器140接收515对应于来自测量目标的反射光信号在接收器140上的位置的检测信号。根据检测信号确定520测量位置向量VM。

如果校准常数C被设置525(例如，由该方法400生成，被存储在NVM模块325中，和/或被加载到RAM模块330中)，则通过将C应用于VM来生成530经校正的位置向量VC。例如，如所示，VC＝VM+C。一旦经校正的位置向量被生成530，则根据经校正的位置向量VC生成535距离信号(DC)。如果C未被设置525(例如，没有执行校准、不需要校准)，则根据测量位置向量VM生成535DC。例如，可以通过从LUT NVM 310中检索对应于位置向量的距离来生成DC。因此，可以根据反射信号在接收器140上的位置有利地确定(经校准的)距离。例如，可以通过应用校准常数来有利地校准距离。

图6描绘了被配置成根据传感器位置向量校准常数生成经校准的距离查找表的FCDS的示例性框图。所描绘的FCDS 600包括处理器605。处理器605可操作地耦合到发射器110和接收器(例如，空间分布的接收器阵列)140(例如，与发射器110和接收器140电通信)。处理器605可操作地至少耦合到非易失性存储器(NVM)模块610、615和620(例如，与非易失性存储器(NVM)模块610、615和620电通信)。在多种实施例中，可以组合NVM模块和/或提供附加的NVM模块。

在所描绘的示例中，NVM模块610是位置:距离查找表(LUT)。查找表可以例如将标识REMS在接收器140上的位置的多个位置向量中的每一个映射到相对应的测量距离值。NVM模块615包括被配置成在处理器605上作为运行时指令执行的操作程序。运行时指令可以例如被配置成使处理器605执行至少参照图8描述的运行时操作。NVM模块620包括被配置成在处理器605上作为校准(例如，示教模式)指令执行的操作程序。校准指令可以例如被配置成使处理器605执行至少参照图7描述的校准操作。

在所描绘的示例中，处理器305可操作地耦合到随机存取存储器(RAM)模块630。在多种实施例中，可以组合RAM模块和/或提供附加的RAM模块。如所示，RAM模块630至少部分时间包括校准常数，例如当在校准操作期间生成校准常数时。

图7描绘了校准图6的FCDS的示例性方法。在所描绘的方法700中，信号被接收705，以使FCDS 600进入校准模式。例如，处理器605可以执行被存储在NVM 620中的操作。例如，校准模式可以包括示教模式，该示教模式被配置成允许用户向传感器“示教”一个或更多个准确距离。对应于校准目标与FCDS 600的真实距离(DT)的校准信号被接收710。例如，校准信号可以对应于用于校准的手动输入、编程(例如，在启动时、周期性、每个测量周期)校准命令或它们的某种组合。

对应于DT的预期位置向量(VT)被确定715。例如，可以通过从LUT NVM 610中检索对应于距离DT的位置向量来确定VT。发射器110(例如，由处理器605操作)生成720指向校准目标的光信号。从接收器140接收725对应于从目标反射撞击在接收器140上的光信号的反射的位置的检测信号。根据检测信号生成730检测位置向量(VM)，并且该检测位置向量(VM)对应于反射光信号在接收器140上的位置。

VM与VT进行比较。如果VT和VM之间的差小于(预定)校准阈值(TH)735，则不需要校准，并且过程结束。如果差不低于TH 735，则校准常数(C)被生成740。在所描绘的示例中，C是(基本上)等于VT和VM之间的差的位置向量(例如，像素)移位。然后将C应用于NVM 610中存储的LUT，以在步骤745中通过将LUT中的每个位置值移位C来生成经校准的LUT。作为示例而非限制，经校准的LUT可以覆盖先前存储在NVM 610中的LUT和/或可以被存储在存储器模块中。因此，经校准的LUT可以被访问以根据测量位置向量确定经校准的距离。经校准的LUT可以有利地减小或消除测量距离和实际距离之间的误差，同时最小化和/或消除运行时性能成本。

图8描绘了操作图6的FCDS以通过从经校准的距离查找表中检索经校准的距离来确定距离的示例性方法。在所描绘的方法800中，发射器110生成805发射光信号。例如，处理器605可以执行被存储在NVM 615中的操作，以操作发射器110和/或执行其他运行时操作。如果在接收器140上没有检测到810反射光信号，则该方法返回到步骤805。如果检测到810反射光信号，则从接收器140接收815对应于来自测量目标的反射光信号在接收器140上的位置的检测信号。根据检测信号确定820测量位置向量VM。

根据测量位置向量VM生成825距离信号(DC)。例如，DC可以通过从如至少参照图7公开的方式生成的经校准的LUT中检索(例如，从NVM 610中检索)对应于位置向量的距离来生成。因此，可以根据反射信号在接收器140上的位置有利地确定(经校准的)距离。例如，通过使用经校准的查找表，可以有利地以最小或没有运行时性能影响来校准距离。

图9描绘了被配置成生成距离传感器特性曲线拟合校准常数的FCDS的示例性框图。所描绘的FCDS 900包括处理器905。处理器905可操作地耦合到发射器110和接收器(例如，空间分布的接收器阵列)140(例如，与发射器110和接收器140电通信)。处理器905可操作地至少耦合到非易失性存储器(NVM)模块910、915、920、925和930(例如，与非易失性存储器(NVM)模块910、915、920、925和930电通信)。在多种实施例中，可以组合NVM模块和/或提供附加的NVM模块。

在所描绘的示例中，NVM模块910是位置:距离查找表(LUT)。查找表可以例如将标识REMS在接收器140上的位置的多个位置向量中的每一个映射到相对应的测量距离值。NVM模块915包括被配置成在处理器905上作为运行时指令执行的操作程序。运行时指令可以例如被配置成使处理器905执行至少参照图11描述的运行时操作。NVM模块920包括被配置成在处理器905上作为校准(例如，示教模式)指令执行的操作程序。校准指令可以例如被配置成使处理器905执行至少参照图10描述的校准操作。

在所描绘的示例中，NVM模块925包括预定曲线拟合关系。作为示例而非限制，曲线拟合关系可以包括误差和距离、误差和位置(例如，像素)之间的预定关系、其他适当的关系或它们的某种组合。在多种实施例中，作为示例而非限制，曲线拟合关系可以包括线性、多项式、指数、对数、其他适当的函数分量或它们的某种组合。NVM模块930包括可在校准操作期间确定的校准常数(例如C)。在多种实施例中，可以(例如，在校准操作期间)基于校准常数和被存储在单个存储器模块中的结果来更新预定曲线拟合。

在所描绘的示例中，处理器905可操作地耦合到随机存取存储器(RAM)模块935。在多种实施例中，可以组合RAM模块和/或提供附加的RAM模块。如所示，RAM模块935至少部分时间包括校准曲线拟合关系，例如，当在校准操作期间和/或在应用校准常数的运行时操作期间生成校准曲线拟合关系时。例如，校准曲线拟合关系可以随被存储在NVM模块925中的预定曲线拟合和被存储在NVM模块930中的校准常数而变化。

图10描绘了校准图9的FCDS的示例性方法。在所描绘的方法1000中，信号被接收1005，以使FCDS 900进入校准模式。例如，处理器905可以执行被存储在NVM 920中的操作。例如，校准模式可以包括示教模式，该示教模式被配置成允许用户向传感器“示教”一个或更多个准确距离。对应于校准目标与FCDS 900的真实距离(DT)的校准信号被接收1010。例如，校准信号可以对应于用于校准的手动输入、编程(例如，在启动时、周期性、每个测量周期)校准命令或它们的某种组合。

发射器110(例如，由处理器905操作)生成1015指向校准目标的光信号。从接收器140接收1020对应于光信号从目标反射撞击在接收器140上的位置的检测信号。根据检测信号生成1025检测位置向量(VM)，并且该检测位置向量(VM)对应于反射光信号在接收器140上的位置。根据VM生成1030测量距离信号(DM)。例如，可以通过根据VM从NVM模块910中的LUT检索距离值来生成DM。

DM与DT相比较。如果DM和DT之间的差小于(预定的)校准阈值(TH)1035，则不需要校准，并且该过程结束。如果差不低于TH 1035，则校准常数(C)被生成1040。在所描绘的示例中，根据基本上等于DT和DM之间的差的校正距离(CD)来生成C。例如，C可以是定义传感器的预定特性分布的(例如，被存储在NVM模块925中的)(二阶)多项式曲线拟合方程的(缩放)因子。然后，C被存储1045(存储在NVM模块930中)，并且校准过程结束。因此，可以访问C以将特性分布(例如，被存储在NVM模块925中的曲线拟合方程)应用于(例如，缩放)测量距离，从而生成经校准的距离。因此，经校准的距离测量结果可以减小或消除测量距离和实际距离之间的误差。

图11描绘了操作图9的FCDS以通过应用曲线拟合校准常数确定距离校正来确定距离的示例性方法。在所描绘的方法1100中，发射器110生成1105发射光信号。例如，处理器905可以执行被存储在NVM 915中的操作，以操作发射器110和/或执行其他运行时操作。如果在接收器140上没有检测到1110反射光信号，则该方法返回到步骤1105。如果检测到1110反射光信号，则从接收器140接收1115对应于来自测量目标的反射光信号在接收器140上的位置的检测信号。根据检测信号确定1120测量位置向量VM。根据被存储在NVM模块910中的LUT和VM生成1125测量距离信号(DM)。例如，处理器905可以根据VM从LUT中检索DM。

如果校准常数C被设置1130(例如，由方法1000生成，被存储在NVM模块925中，和/或被加载到RAM模块930中)，则通过将(例如，用C)校准的特性分布(例如，曲线拟合关系)应用于DM来生成1135校正距离(DS)。例如，DS可以是依赖于输入DM和C的特性分布关系的输出。一旦经校正的距离被生成1135，则根据DM和DS生成1140经校准的距离信号(DC)，并且可以输出DC作为最终测量距离。如果C未被设置1130(例如，没有执行校准、不需要校准)，则不应用校正，并且可以输出DM作为最终测量距离。因此，可以根据反射信号在接收器140上的位置有利地确定(经校准的)距离。例如，可以通过应用经校准的传感器特性分布来有利地校准距离。

图12描绘了被配置成生成距离校正查找表的FCDS的示例性框图。所示的FCDS1200包括处理器1205。处理器1205可操作地耦合到发射器110和接收器(例如，空间分布的接收器阵列)140(例如，与发射器110和接收器140电通信)。处理器1205可操作地至少耦合到非易失性存储器(NVM)模块1210、1215、1220、1225和1230(例如，与非易失性存储器(NVM)模块1210、1215、1220、1225和1230电通信)。在多种实施例中，可以组合NVM模块和/或提供附加的NVM模块。

在所描绘的示例中，NVM模块1210是位置:距离查找表(LUT)。例如，查找表可以将标识REMS在接收器140上的位置的多个位置向量中的每一个映射到相对应的测量距离值。NVM模块1215包括被配置成在处理器1205上作为运行时指令执行的操作程序。运行时指令可以例如被配置成使处理器1205执行至少参照图14描述的运行时操作。NVM模块1220包括被配置成在处理器1205上作为校准(例如，示教模式)指令执行的操作程序。例如，校准指令可以被配置成使处理器1205执行至少参照图13描述的校准操作。

在所描绘的示例中，NVM模块1225包括预定曲线拟合关系。作为示例而非限制，曲线拟合关系可以包括误差和距离、误差和位置(例如，像素)之间的预定关系、其他适当的关系或它们的某种组合。在多种实施例中，作为示例而非限制，曲线拟合关系可以包括线性、多项式、指数、对数、其他适当的函数分量或它们的某种组合。NVM模块1230包括可在校准操作期间确定的校准常数(例如C)。在多种实施例中，可以(例如，在校准操作期间)基于校准常数和被存储在单个存储器模块中的结果来更新预定曲线拟合。

在所描绘的示例中，处理器1205可操作地耦合到随机存取存储器(RAM)模块1235。在多种实施例中，可以组合RAM模块和/或提供附加的RAM模块。

图13描绘了校准图12的FCDS的示例性方法。在所描绘的方法1300中，信号被接收1305以使FCDS1200进入校准模式。例如，处理器1205可以执行被存储在NVM 1220中的操作。例如，校准模式可以包括示教模式，该示教模式被配置成允许用户向传感器“示教”一个或更多个准确距离。接收1310对应于校准目标与FCDS1200的真实距离(DT)的校准信号。例如，校准信号可以对应于用于校准的手动输入、编程(例如，在启动时、周期性、每个测量周期)校准命令或它们的某种组合。

发射器110(例如，由处理器1205操作)生成1315指向校准目标的光信号。从接收器140接收1320对应于光信号从目标反射撞击在接收器140上的位置的检测信号。根据检测信号生成1325检测位置向量(VM)，并且该检测位置向量(VM)对应于反射光信号在接收器140上的位置。根据VM生成1330测量距离信号(DM)。例如，可以通过根据VM从NVM模块1210中的LUT中检索距离值来生成DM。

DM与DT相比较。如果DM和DT之间的差小于(预定)校准阈值(TH)1335，则不需要校准，并且过程结束。如果差不低于TH 1335，则校准常数(C)被生成1340。在所描绘的示例中，根据基本上等于DT和DM之间的差的校正距离(CD)来生成C。例如，C可以是定义传感器的预定特性分布的(例如，被存储在NVM模块1225中的)(二阶)多项式曲线拟合方程的(缩放)因子。然后，生成1345校正LUT(例如，被存储在NVM模块1230中)，并且校准过程结束。例如，可以通过将经校准的特性分布(例如，被存储在NVM模块1225中用C校准的曲线拟合方程)应用于多个测量距离(例如，对应于被存储在NVM模块1210中的位置:距离LUT中的距离)以生成相对应的校正距离来生成校正LUT。然后，每个测量距离:校正距离对可以被存储在校正LUT中(例如，被存储在NVM模块1230中)。因此，可以将校正LUT应用于距离测量结果以生成经校准的距离测量结果。因此，校准可以减小或消除经校准的测量距离和实际距离之间的误差。

在多种实施例中，可以省略校正LUT。作为示例而非限制，可以通过应用校正来生成经校准的位置:距离LUT(例如，如在生成校正LUT中所讨论的那样)。例如，可以通过对于LUT中的多个距离中的每一个，将C(例如，作为特性分布的系数)应用于距离以生成经校准的距离来生成经校准的位置:距离LUT。因此，LUT中的相对应的位置向量有利地被映射到经校准的距离值。例如，这样的实施例可以有利地减小和/或消除校准的运行时性能影响。

图14描绘了操作图12的FCDS以通过应用从距离校正查找表中检索的距离校正来确定距离的示例性方法。在所描绘的方法1400中，发射器110生成1405发射光信号。例如，处理器1205可以执行被存储在NVM 1215中的操作，以操作发射器110和/或执行其他运行时操作。如果在接收器140上没有检测到1410反射光信号，则该方法返回到步骤1405。如果检测到1410反射光信号，则从接收器140接收1415对应于来自测量目标的反射光信号在接收器140上的位置的检测信号。根据检测信号确定1420测量位置向量VM。根据VM和被存储在NVM模块1210中的位置:距离LUT生成1425测量距离信号(DM)。例如，处理器1205可以根据VM从LUT中检索DM。在一些实施例(未示出)中，处理器1205可以从经校准的LUT中检索DM，并且该过程可以结束。

如果校准常数C被设置1430(例如，由方法1300生成，被存储在NVM模块1225中，和/或被加载到RAM模块1235中)，则通过从被存储在NVM模块1230中的距离:校正LUT表中检索对应于DM的校正距离(DS)来生成1435校正距离(DS)。一旦经校正的距离被生成1435，则根据DM和DS生成1440经校准的距离信号(DC)，并且可以输出DC作为最终测量距离。如果C未被设置1430(例如，未执行校准、不需要校准)，则不应用校正，并且可以输出DM作为最终测量距离。因此，可以根据反射信号在接收器140上的位置有利地确定(经校准的)距离。例如，可以通过检索根据经校准的传感器特性分布而生成的距离校正来有利地校准距离。

图15描绘了示例性三角测量传感器几何结构。在所描绘的光机械系统1500中，发射器1505(例如，LED、激光二极管、雪崩光电二极管、红外发射器)发射通过透镜1510的光束。光束从目标1515反射。反射光束穿过透镜1520(例如，准直透镜)到接收器1525上。如所示，当目标1515朝向传感器移动时，接收到的光的质心的位置沿着接收器1525(例如，空间分布的阵列)远离发射器1505移动。出于常规目的，接收器1525的“远”位置是指最靠近发射器1505的部分。如所示，目标1515朝向传感器的相等增量步长导致反射光束到接收器1525上的位置步长越来越大。

图16描绘了在老化过程之后距离传感器中的示例性精度误差。在所描绘的示例中，生产了一组传感器，并且该一组传感器由于它们自然老化并使它们经受热和机械应力而“被老化(season)”。在该老化期之后，观察并记录随距离变化的校准映射中的误差。如在所描绘的精度(mm)到距离(mm)的散点图1600中可以看到的，误差随着距离非线性增加。例如，在近范围内(在所示示例中定义为最多约500mm)，误差小于20mm。在较远的范围内(在所描绘的示例中定义为超过约500mm)，误差随距离非线性地增加。

图17A描绘了使用零位/满量程示教方法进行校准的示例性结果。在示例性精度(mm)到距离(mm)的图1700中，未校准的老化传感器的精度由散点图1705示出。传统的零位/满量程示教校准是通过利用在已知的近距离(例如，几乎0mm)和已知的远距离(例如，大约3000mm)处的目标“示教(teaching)”传感器来进行的。假设两个学习点之间的所有误差都是线性的。新的校准(例如，校准映射)被生成，以将由近校准点和远校准点定义的线性校准关系调整的距离和位置相关。零位/满量程校准后传感器的精度由散点图1710示出。可以看出，尽管最大误差减小了(例如，从在3000mm处的约260mm减小到在约1400mm处的约-70mm)，但是现在更大的误差量被引入到该范围的多个部分中。例如，在所描绘的示例中，在大约500mm处的误差从大约10mm增加到大约30mm。因为做出了线性假设，并且反射信号的位置和距离之间的关系不是线性的，所以现在误差例如在校准(示教)点之间被最大化和/或引入。

图17B描绘了通过在位置域中的恒定移位来校准与图17A所示的相同传感器的示例性结果。(未校准的)传感器被校准以在位置域中引入基本上恒定的移位。在所描绘的示例中，使用在单个已知距离处的目标来示教未校准的传感器，例如至少参照图4公开的。已知距离大于或等于500mm。基于目标的已知距离，确定来自目标的相对应的反射光束的质心的预期像素位置。将预期像素位置与反射光束的质心的实际像素位置进行比较。基于比较结果(例如，预期像素位置和实际像素位置之间的差)来确定像素位置移位(例如，作为校准常数)。跨所有距离应用该像素位置移位(校准常数)，以均匀地使关于每个距离的像素位置移位该校准常数。

在比较图1701中用散点图1715描绘所得精度相对于真实距离图。在所描绘的示例中，误差减小到基本上+/-20mm。此外，与描绘被应用于相同传感器的零位/满量程示教方法的散点图1710相比，在距离范围的中心区域内基本上没有引入误差。因此，多种实施例可以通过利用(例如，至少由图15所描绘的)在距离域中在到目标的距离和从目标反射的光束在接收器上的位置之间的非线性关系，来有利地提高相对于线性零位/满量程示教方法的精度。因此，多种实施例可以有利地提供更精确和/或更简单的(例如，使用一个或更多个校准点的)(现场)校准方法。

图18描绘了用于距离传感器的像素:距离传递函数的示例性像素域移位。作为示例而非限制，示例性图1800中描绘的传递函数可以定义距离和在接收器(例如140、1525)上的REMS位置之间的关系，该接收器例如是空间分布的光敏像素阵列。

例如，至少参照图1和图15所公开的几何结构可以例如通过如传递函数图1805所示的非线性曲线来定义。例如，传递函数图1805可以定义当被配置成在预定精度阈值内测量距离时传感器的位置:距离特性。例如，传递图1805可以表示传感器的新状况。例如，传感器可能没有老化和/或没有暴露于应激源。

作为示例而非限制，老化、应激源或它们的某种组合可能导致传递函数的移位。例如，各种部件(例如，发射器、接收器、透镜、外壳)可能已经相对于彼此移位。在第一描绘的示例中，如图1810所示，传递函数向上移位基本上恒定的值C+。因此，给定的像素位置现在对应于较短的距离。例如，在所描绘的示例中，像素位置100,000初始对应于大约500mm，而现在对应于大约400mm。因此，如果传感器仍然基于在传递函数移位之前应用的传递函数图1805来进行校准，则在500mm处，传感器将具有大约100mm的误差。

类似地，在第二描绘的示例中，如图1815所示，传递函数向下移位了基本上恒定的值C-。因此，给定的像素位置现在对应于更远的距离。例如，在所描绘的示例中，像素位置100,000现在对应于大约600mm。因此，如果传感器仍然基于在传递函数移位之前应用的传递函数图1805进行校准，则在500mm处，传感器将具有大约100mm的误差。

如所示，距离误差随距离非线性变化(如可以在图16中所见)。然而，传递函数在像素域中基本上移位了恒定量。多种实施例通过确定校准常数来提供传感器的现场校准，该校准常数实现位置:距离传递函数的基本上恒定的移位。因此，多种实施例可以有利地提供(三角测量)传感器的精确的和/或有效的(例如，单点)校准。

图19描绘了单点像素域移位现场校准的示例性归一化偏移结果。图16的散点图1600中描绘的传感器是通过以下操作来校准的：在单个距离处进行示教以生成像素移位校准常数并(例如，由类似于图18所示的传递函数定义的那样)将该像素移位校准常数应用于将像素位置:距离相关的查找表(LUT)，例如至少参照图3-图9所公开的。在每个距离处实现精度所需的像素偏移的量除以生成的像素移位校准距离，且结果在散点图1900中被表示为归一化偏移(无量纲)相对于真实距离(mm)。可以看出，该校准在实现远范围(例如，高于约500mm)的必要移位方面特别有效。

图20描绘了图19中描绘的单点像素域移位现场校准的示例性残差精度结果。图19的散点图1900中所示的相同的经校准的传感器的精度结果在散点图2000中被绘制为精度(mm)相对于真实距离(mm)。通过比较经校准的散点图2000和未校准的散点图1600可以看出，校准有效地将最大误差降低了30mm以上。未校准的误差超过+/-100mm(超出图的视野)，而经校准的误差在+/-70mm之间(异常值处)。

此外，虽然归一化偏移在越近的距离变化越大，如在图19所见，但(例如，由于关系的性质，如在图15、图16、图18所见)越近的距离对校准映射误差越不敏感。因此，校准有效地将近距离范围内的误差从大约+/-16mm降低到大约+/-4mm(降低到先前误差的大约25％)。因此，通过在位置(例如，像素)域中执行传递函数的基本上恒定的移位来进行校准有利地提高了精度。在多种实施例中，通过位置域移位校准传感器的传递函数可以有利地将误差减小到预定精度阈值内。例如，多种实施例可以通过在一个或更多个已知距离处存在一个或更多个目标来有利地提供快速现场校准，从而提高和/或恢复精度。

图21描绘了老化过程之后距离传感器的示例性归一化精度误差分布的曲线拟合。在所描绘的示例中，对于在图16中描绘的所有未校准的传感器，对照真实距离的精度误差分布的幅度被归一化，并将结果绘制在散点图2100中。在所描绘的示例中，应用二阶多项式曲线拟合2105来确定描述误差的传感器特性分布。

然后，可以通过确定一个或更多个校准常数来校准每个传感器的该(多项式)特性分布。例如，校准常数可以被配置为函数的系数(例如，加权/缩放系数)。因此，该函数可以有利地被校准为一个或更多个示教距离处每个传感器的精度误差的幅度。在多种实施例中，该方法可以有利地在离传感器更远的示教距离处(例如，在“远范围”内，例如，作为示例而非限制，超过约500mm)提供增加的精度。在多种实施例中，可以使用传感器操作范围内的任何距离。

图22描绘了使用图21中描绘的曲线拟合的单点距离域现场校准的示例性残差精度结果。在所描绘的示例2200中，图16中描绘的未校准的传感器使用距离移位校准(相对于像素移位)进行校准，例如，至少参照图9-图14公开了距离移位校准(相对于像素移位)。如通过校正因子校准，应用图21中描绘的曲线拟合。

例如，采用使用一个示教距离的模型，且曲线拟合产生以下形式的等式：

等式1：Cd＝Te*(A*Dm²+B*Dm)/(A*Tm²+B*Tm)

其中：

Cd＝距离校正量

Te＝示教误差，在示教距离处示教的精度误差

A＝根据曲线拟合确定的二阶系数

B＝根据曲线拟合确定的一阶系数

Dm＝未校正的测量距离

Tm＝在示教距离处示教的未校正的测量距离。

每个传感器的校准常数可以例如由以下等式定义：

等式2：C＝Te/(A*Tm²+B*Tm)

然后，校准常数可以被应用以根据C和未校准的测量距离Dm通过等式3来确定校正距离：

等式3：Cd＝C*(A*Dm²+B*Dm)

然后，最终经校正的距离测量结果(Dc)可以被计算为：

等式4：Dc＝Dm-Cd

在多种实施例中，距离测量结果可以通过(例如，至少参照图9-图11所公开的那样)动态(on the fly)计算Cd来在运行时进行校正、通过(例如，至少参照图12-图14所公开的那样)应用校正LUT(例如将多个距离映射到相对应的Cd的LUT)在运行时进行校正、通过生成将多个位置(例如，像素位置)映射到相对应的Dc的经校正的LUT在校准时进行校正、或以上的某种组合。

尽管已经参照附图描述了多种实施例，但是其他实施例也是可能的。例如，多种实施例可以被配置成用一个或更多个目标进行(现场)校准。例如，每个目标可以在一个或更多个已知距离处进行校准。在采用多个目标和/或距离进行校准的多种实施例中，作为示例而非限制，多个读数可以被平均、取中值或以其他方式浓缩成单个值。因此，可以生成基本上恒定的移位。

在多种实施例中，可以利用在对于特定传感器特性和/或配置对应于较高精度的距离处的至少一个目标来强制执行校准。例如，多种实施例可以被配置成仅在目标被测量为被定位在以下距离处时完成校准：至少5mm、100mm、500mm、1000mm、10000mm、更远、在它们之间、在它们的范围内、其他适当的距离阈值、或它们的某种组合。在多种实施例中，最小目标距离和/或目标距离范围可以由传感器几何结构、环境、传感器电气和/或机械特性或它们的某种组合来确定。在多种实施例中，可以提供放置夹具(例如，预定和/或可调长度的一段材料、目标保持器或它们的某种组合)，以用于在距离传感器已知距离处快速定位目标。

在多种实施例中，作为示例而非限制，传感器可以包括光学传感器，例如至少参照以下项描述的光学传感器：Wade Oberpriller等人于2020年10月15日提交的题为“IMAGE-BASED JAM DETECTION”的序列号为17/072,028的美国申请的图1、图7；Wade Oberpriller等人于2019年10月16日提交的题为“Imaging System Using Triangulation”的序列号为62/916,087的美国申请的图1、图7；以及Wade Oberpriller等人于2019年10月21日提交的题为“Imaging System Using Triangulation”的序列号为62/924,020的美国申请的图1、图7，以上美国申请的全部内容通过引用并入本文。例如，接收器可以被配置为1D像素阵列，例如至少参照被并入的申请的图1描述的那样。

在多种实施例中，到接收器上的反射REMS(例如，光信号)可导致大致为钟形或高斯的(例如，如至少参照前述和并入的申请的图3B所公开的)分布。例如，该分布可以散布在多像素接收器的多个像素上。多种实施例可以确定分布的质心。多种实施例可以例如在像素之间插值以确定质心的位置。因此，多种实施例可以有利地以亚像素(sub-pixel)精度数字重建REMS的质心的位置。

在多种实施例中，传感器可以被配置成参照背景和/或在没有背景的情况下检测距离。例如，多种实施例可以被配置成参照背景(例如，背景模式)和/或在无背景模式(backgroundless mode)的情况下检测堵塞。作为示例而非限制，这样的实施例可以被配置为至少参照以下申请的图1-图4而公开的那样：Wade Oberpriller等人于2021年3月9日提交的题为“NON-CONTACT MOTION DETECTION SENSOR UTILIZING DISTANCE AND INTENSITYSTATISTICS”的序列号为63/158,697的美国临时申请，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。例如，多种实施例可以被配置成基于在已知距离处的目标(例如，背景模式的背景、无背景模式中与传播者具有已知关系的目标)(例如，自动)进行现场校准。因此，多种实施例可以有利地在没有用户干涉的情况下自动校准。因此，多种实施例可以有利地保持更精确的读数。

例如，多种实施例可以基于例如至少参照图2所公开的预定阈值(例如，时间、周期)、在每次测量之后和/或之前、在手动输入时(例如，远程和/或本地用户发起的校准起始信号的生成)、或以上的某种组合而在被激活(例如，通电)时自动校准。

尽管已经参照附图描述了示例性系统，但是其他实现可以部署在其他工业、科学、医疗、商业和/或住宅应用中。

在各种实施例中，一些旁路电路实现可以响应于来自模拟或数字部件的信号来进行控制，模拟或数字部件可以是分立的、集成的或它们中的每一个的组合。一些实施例可以包括编程的设备、可编程的设备或其某种组合(例如，PLA、PLD、ASIC、微控制器、微处理器)，并且可以包括一个或更多个数据储存器(例如，单元、寄存器、块、页)，数据储存器提供单级或多级数字数据存储能力，并且可以是易失性的、非易失性的或其某种组合。一些控制功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。

计算机程序产品可以包含指令集合，当该指令集合由处理器设备执行时使得处理器执行规定的功能。这些功能可以结合与处理器可操作通信的受控设备来执行。可以包括软件的计算机程序产品可以存储在有形地嵌入在存储介质上的数据储存器中，所述存储介质诸如是电子、磁性或旋转存储设备，并且可以是固定的或可移动的(例如，硬盘、软盘、拇指驱动器、CD、DVD)。

尽管已经参照以上附图描述了可以便携的系统的示例，但是其他实现可以部署在其他处理应用中，例如桌面和联网环境。

例如，可以从可充电或一次性电池接收临时辅助能量输入，这可以实现在便携式或远程应用中的使用。例如，一些实施例可以与其他DC电压源(例如，电池)一起操作。可以经由整流器和适当的缩放来接收例如从50/60Hz电源端口或从便携式发电机提供的交流(AC)输入。AC(例如，正弦波、方波、三角波)输入的供应可以包括线路频率变换器，以提供电压升压、电压降压和/或隔离。

尽管已经描述了体系结构的特定特征，但是可以结合其他特征来改进性能。例如，可以使用缓存(例如，L1、L2、......)技术。可以包括随机存取存储器，例如，以提供记事本存储器(scratch pad memory)和/或加载被存储用于在运行时操作期间使用的可执行代码或参数信息。可以提供其他硬件和软件来执行操作，例如使用一个或更多个协议的网络或其他通信、无线(例如，红外)通信、存储的操作能量和电源(例如，电池)、开关和/或线性电源电路、软件维护(例如，自测、升级)等。可以提供一个或更多个通信接口来支持数据存储和相关操作。

一些系统可以被实现为可以用于各种实现的计算机系统。例如，各种实现可以包括数字电路、模拟电路、计算机硬件、固件、软件或它们的组合。装置可以在计算机程序产品中实现，该计算机程序产品被有形地体现在信息载体中，例如体现在机器可读存储设备中，以用于由可编程处理器执行；方法可以由执行指令程序的可编程处理器来执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行各种实施例的功能。各种实施例可以有利地在一个或更多个计算机程序中实现，该一个或更多个计算机程序可在可编程系统中执行，该可编程系统包括至少一个可编程处理器，其被耦合以从数据存储系统、至少一个输入设备和/或至少一个输出设备接收数据和指令并向数据存储系统、至少一个输入设备和/或至少一个输出设备传输数据和指令。计算机程序是指令集合，其可以在计算机中直接或间接地用于执行特定的活动或产生特定的结果。计算机程序可以以任何形式的编程语言编写，包括编译语言或解释语言，且其可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元部署。

作为示例，用于执行指令程序的合适处理器包括通用和专用微处理器，其可以包括任何类型计算机的单个处理器或多个处理器之一。通常，处理器从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的关键元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或更多个存储器。通常，计算机还将包括用于存储数据文件的一个或更多个大容量存储设备，或者可操作地耦合到该一个或更多个大容量存储设备以与之通信；这种设备包括磁盘，例如内部硬盘和可移动磁盘；磁光盘；和光盘。适用于有形地体现计算机程序指令和数据的存储设备包括非易失性存储器的所有形式，作为示例，包括半导体存储器设备，诸如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，诸如内置硬盘和可移动磁盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由ASIC(专用集成电路)补充或可并入ASIC中。

在一些实现中，每个系统可以用相同或相似的信息编程和/或用存储在易失性和/或非易失性存储器中的基本相同的信息初始化。例如，一个数据接口可以被配置成当耦合到适当的主机设备(诸如台式计算机或服务器)时，执行自动配置、自动下载和/或自动更新功能。

在一些实现中，一个或更多个用户界面特征可以被定制配置成执行特定功能。各种实施例可以在包括图形用户界面和/或互联网浏览器的计算机系统中实现。为了提供与用户的交互，一些实现可以在计算机上实现，该计算机具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监测器)、键盘和定点设备(例如，鼠标或轨迹球)，用户可以通过它们向计算机提供输入。

在各种实现中，系统可以使用合适的通信方法、装备和技术进行通信。例如，系统可以使用点对点通信与兼容设备(例如，能够向系统和/或从系统传输数据的设备)通信，在点对点通信中，消息通过专用物理链路(例如，光纤链路、点对点布线、菊花链)从源直接传输到接收器。系统的部件可以通过任何形式或介质的模拟或数字数据通信来交换信息，包括通信网络上基于分组的消息。通信网络的示例包括，例如，LAN(局域网)、WAN(广域网)、MAN(城域网)、无线和/或光网络、形成互联网的计算机和网络或它们的某种组合。其他实现可以通过广播到由通信网络耦合在一起的所有或基本上所有设备来传输消息，例如通过使用全向射频(RF)信号。还有其他实现可以传输以高方向性为特征的消息，例如使用定向(即，窄波束)天线传输的RF信号或可以可选地与聚焦光学器件一起使用的红外信号。使用适当的接口和协议，例如，作为示例但并非旨在限制，USB 2.0、Firewire、ATA/IDE、RS-232、RS-422、RS-485、802.11a/b/g、Wi-Fi、以太网、IrDA、FDDI(光纤分布式数据接口)、令牌环网、基于频分、时分或码分的复用技术或它们的某种组合，其他实现也是可能的。一些实现可以可选地结合诸如用于数据完整性的错误检查和纠正(ECC)的特征，或者诸如加密(例如，WEP)和密码保护的安全措施。

在各种实施例中，计算机系统可以包括物联网(IoT)设备。IoT设备可以包括嵌入了电子设备、软件、传感器、致动器和网络连接的对象，电子设备、软件、传感器、致动器和网络连接使这些对象能够收集和交换数据。IoT设备可以通过接口向另一个设备发送数据，从而与有线或无线设备一起使用。IoT设备可以收集有用的数据，然后在其他设备之间自主传输(flow)数据。

可以使用包括各种电子硬件的电路来实现模块的各种示例。作为示例而非限制，硬件可以包括晶体管、电阻器、电容器、开关、集成电路、其他模块或它们的某种组合。在各种示例中，模块可以包括在硅衬底上制造的模拟逻辑、数字逻辑、分立组件、迹线和/或存储器电路，包括各种集成电路(例如，FPGA、ASIC)，或者它们的某种组合。在一些实施例中，模块可以涉及预编程指令、由处理器执行的软件或其某种组合的执行。例如，各种模块可能涉及硬件和软件两者。

在一个说明性方面，一种现场可调距离传感器可以包括被配置成发射电磁信号的发射器。该传感器可以包括至少一个感测元件，该至少一个感测元件被配置成响应于电磁信号的反射而生成检测信号，该检测信号随电磁信号在该至少一个感测元件上的位置而变化。该传感器可以包括至少一个存储器模块，该至少一个存储器模块包括至少一个数据储存器(datastore)，该数据储存器将多个测量距离中的每一个与相对应的位置向量相关，相关性由传递函数定义。传感器可以包括被配置成在示教模式下执行校准操作的控制电路。校准操作可以包括操作发射器以向位于离至少一个感测元件已知距离处的目标发射第一电磁信号。校准操作可以包括从至少一个感测元件接收对应于第一电磁信号的反射的第一检测信号。校准操作可以包括根据第一检测信号确定第一位置向量。校准操作可以包括接收对应于已知距离的校准距离信号。校准操作可以包括，如果已知距离和数据储存器中与第一位置向量相关的距离之间的差大于校准阈值，则根据校准距离信号和第一位置向量生成校准常数，该校准常数被配置成将传递函数平移基本上恒定的位置值。

校准操作可以包括根据校准距离信号确定第二位置向量。校准操作可以包括比较第一位置向量和第二位置向量。如果第一位置向量和第二位置向量的比较结果大于校准阈值，则已知距离和数据储存器中的距离之间的差可能大于校准阈值。如果比较结果不为零，则可以根据比较结果生成校准常数。

校准常数可以是第三位置向量。第三位置向量可以基本上等于第一位置向量和第二位置向量之间的差。

校准操作可以包括存储校准常数。控制电路还可以被配置成在运行模式下执行距离测量操作，该距离测量操作包括操作发射器以发射第二电磁信号。距离测量操作可以包括从至少一个感测元件接收对应于第二电磁信号的反射的第二检测信号。距离测量操作可以包括根据第二检测信号确定测量位置向量。距离测量操作可以包括将第三位置向量应用于测量位置向量以生成经校准的位置向量。距离测量操作可以包括通过从数据储存器中检索对应于经校准的位置向量的距离来生成经校准的距离测量结果信号。

校准操作可以包括将第三位置向量应用于数据存储中的多个位置向量，以生成经校准的数据储存器。

至少一个存储器模块可以包括预定传感器特性分布。校准操作可以包括根据校准距离信号确定预期位置向量。校准操作可以包括通过确定数据储存器中对应于预期位置向量的距离来生成第一距离信号。校准操作可以包括通过确定数据储存器中对应于预期位置向量的距离来生成第二距离信号。校准操作可以包括比较第一距离信号和第二距离信号。如果第一距离信号和第二位置信号的比较结果大于校准阈值，则已知距离和数据储存器中的距离之间的差可以大于校准阈值。如果比较结果不为零，则可以根据比较结果和预定传感器特性分布生成校准常数。

预定传感器特性可以包括将距离和传感器误差相关的曲线拟合关系的至少一个参数。曲线拟合关系可以是至少二阶的多项式函数。

校准操作可以包括存储校准常数。控制电路可以被配置成在运行模式下执行距离测量操作。距离测量操作可以包括操作发射器以发射第二电磁信号。距离测量操作可以包括从至少一个感测元件接收对应于第二电磁信号的反射的第二检测信号。距离测量操作可以包括根据第二检测信号确定测量位置向量。距离测量操作可以包括通过确定数据储存器中对应于测量位置向量的距离来生成测量距离信号。距离测量操作可以包括将校准常数和预定传感器特性分布应用于测量位置向量，以生成经校准的距离信号。

校准操作可以包括根据数据储存器、预定特性分布和校准常数生成校正数据储存器。校正数据储存器可以将多个测量距离中的每一个与相对应的校正距离相关。控制电路还可以被配置成在运行模式下执行距离测量操作。距离测量操作可以包括操作发射器以发射第二电磁信号。距离测量操作可以包括从至少一个感测元件接收对应于第二电磁信号的反射的第二检测信号。距离测量操作可以包括根据第二检测信号确定测量位置向量。距离测量操作可以包括通过确定数据储存器中对应于测量位置向量的距离来生成测量距离信号。距离测量操作可以包括从数据储存器中检索第一校正距离。距离测量操作可以包括通过将第一校正距离应用于测量距离信号来生成经校准的距离信号。

校准操作可以包括根据数据储存器、预定特性分布和校准常数生成经校准的数据储存器。经校准的数据储存器可以将多个位置向量中的每一个与相对应的经校准的距离相关。

在一个说明性方面，一种现场校准距离传感器的方法可以包括提供被配置成发射电磁信号的发射器。该方法可以包括提供至少一个感测元件，该至少一个感测元件被配置成响应于电磁信号的反射而生成检测信号。检测信号可以随电磁信号在至少一个感测元件上的位置而变化。该方法可以包括提供至少一个存储器模块，该至少一个存储器模块包括将多个测量距离中的每一个与相对应的位置向量相关的数据储存器。相关性可以由传递函数来定义。该方法可以包括提供被配置成在示教模式下执行校准操作的控制电路。

校准操作可以包括操作发射器以向位于离至少一个感测元件已知距离处的目标发射第一电磁信号。校准操作可以包括从至少一个感测元件接收对应于第一电磁信号的反射的第一检测信号。校准操作可以包括根据第一检测信号确定第一位置向量。校准操作可以包括接收对应于已知距离的校准距离信号。校准操作可以包括，如果已知距离和数据储存器中与第一位置向量相关的距离之间的差大于校准阈值，则根据校准距离信号和第一位置向量生成校准常数，该校准常数被配置成将传递函数平移基本上恒定的位置值。

校准操作可以包括根据校准距离信号确定第二位置向量。校准操作可以包括比较第一位置向量和第二位置向量。如果第一位置向量和第二位置向量的比较结果大于校准阈值，则已知距离和数据储存器中的距离之间的差可以大于校准阈值。如果比较结果不为零，则可以根据比较结果生成校准常数。

校准操作可以包括存储校准常数。控制电路还可以被配置成在运行模式下执行距离测量操作。距离测量操作可以包括操作发射器以发射第二电磁信号。距离测量操作可以包括从至少一个感测元件接收对应于第二电磁信号的反射的第二检测信号。距离测量操作可以包括根据第二检测信号确定测量位置向量。距离测量操作可以包括将校准常数应用于测量位置向量以生成经校准的位置向量。距离测量操作可以包括通过从数据储存器中检索对应于经校准的位置向量的距离来生成经校准的距离测量结果信号。

校准操作可以包括将校准常数应用于数据储存器中的多个位置向量，以生成经校准的数据储存器。

描述了许多实现。然而，应当理解，可以进行各种修改。例如，如果以不同的顺序执行所公开技术的步骤，或者如果以不同的方式组合所公开系统的部件，或者如果用其他部件补充这些部件，则可以获得有利的结果。因此，在所附权利要求的范围内设想了其他实现。

Claims

1.一种现场可调距离传感器，包括：

发射器，所述发射器被配置成发射电磁信号；

至少一个感测元件，所述至少一个感测元件被配置成响应于所述电磁信号的反射而生成检测信号，所述检测信号随所述电磁信号在所述至少一个感测元件上的位置而变化；

至少一个存储器模块，所述至少一个存储器模块包括将多个测量距离中的每一个与相对应的位置向量相关的至少一个数据储存器，相关性由传递函数定义；以及，

控制电路，所述控制电路被配置成在示教模式下执行校准操作，所述校准操作包括：

操作所述发射器以向位于离所述至少一个感测元件已知距离处的目标发射第一电磁信号；

从所述至少一个感测元件接收对应于所述第一电磁信号的反射的第一检测信号；

根据所述第一检测信号确定第一位置向量；

接收对应于所述已知距离的校准距离信号；以及，

如果所述已知距离和所述数据储存器中与所述第一位置向量相关的距离之间的差大于校准阈值，则根据所述校准距离信号和所述第一位置向量生成校准常数，所述校准常数被配置成将所述传递函数平移基本上恒定的位置值。

2.根据权利要求1所述的距离传感器，所述校准操作还包括：

根据所述校准距离信号确定第二位置向量；以及，

比较所述第一位置向量和所述第二位置向量；

其中：

如果所述第一位置向量和所述第二位置向量的比较结果大于所述校准阈值，则所述已知距离和所述数据储存器中的所述距离之间的差大于所述校准阈值，

如果所述比较结果不为零，则根据所述比较结果生成所述校准常数。

3.根据权利要求2所述的距离传感器，其中，所述校准常数是第三位置向量。

4.根据权利要求3所述的距离传感器，其中，所述第三位置向量基本上等于所述第一位置向量和所述第二位置向量之间的差。

5.根据权利要求3所述的距离传感器，其中：

所述校准操作还包括存储所述校准常数，以及，

所述控制电路还被配置成在运行模式下执行距离测量操作，所述距离测量操作包括：

操作所述发射器以发射第二电磁信号；

从所述至少一个感测元件接收对应于所述第二电磁信号的反射的第二检测信号；

根据所述第二检测信号确定测量位置向量；

将所述第三位置向量应用于所述测量位置向量以生成经校准的位置向量；以及，

通过从所述数据储存器中检索对应于所述经校准的位置向量的距离来生成经校准的距离测量结果信号。

6.根据权利要求3所述的距离传感器，其中，所述校准操作还包括：将所述第三位置向量应用于所述数据储存器中的多个位置向量，以生成经校准的数据储存器。

7.根据权利要求1所述的距离传感器，所述至少一个存储器模块还包括预定传感器特性分布，并且所述校准操作还包括：

根据所述校准距离信号确定预期位置向量；

通过确定所述数据储存器中对应于所述预期位置向量的距离来生成第一距离信号；

通过确定所述数据储存器中对应于所述预期位置向量的距离来生成第二距离信号；以及，

比较所述第一距离信号和所述第二距离信号，

其中：

如果所述第一距离信号和所述第二位置信号的比较结果大于所述校准阈值，则所述已知距离和所述数据储存器中的所述距离之间的差大于所述校准阈值，以及，

如果所述比较结果不为零，则根据所述比较结果和所述预定传感器特性分布生成所述校准常数。

8.根据权利要求7所述的距离传感器，其中，所述预定传感器特性包括将距离和传感器误差相关的曲线拟合关系的至少一个参数。

9.根据权利要求8所述的距离传感器，其中，所述曲线拟合关系是至少二阶的多项式函数。

10.根据权利要求7所述的距离传感器，其中，所述校准操作还包括存储所述校准常数，以及，

操作所述发射器以发射第二电磁信号；

根据所述第二检测信号确定测量位置向量；

通过确定所述数据储存器中对应于所述测量位置向量的距离来生成测量距离信号；

以及，

将所述校准常数和所述预定传感器特性分布应用于所述测量位置向量，以生成经校准的距离信号。

11.根据权利要求7所述的距离传感器，其中：

所述校准操作还包括根据所述数据储存器、所述预定特性分布和所述校准常数生成校正数据储存器，其中，所述校正数据储存器将多个测量距离中的每一个与相对应的校正距离相关，

操作所述发射器以发射第二电磁信号；

根据所述第二检测信号确定测量位置向量；

从所述数据储存器中检索第一校正距离；以及，

通过将所述第一校正距离应用于所述测量距离信号来生成经校准的距离信号。

12.根据权利要求7所述的距离传感器，其中，所述校准操作还包括：根据所述数据储存器、所述预定特性分布和所述校准常数生成经校准的数据储存器，其中，所述经校准的数据储存器将多个位置向量中的每一个与相对应的经校准的距离相关。

13.一种现场校准距离传感器的方法，包括提供以下项：

发射器，所述发射器被配置成发射电磁信号；

至少一个存储器模块，所述至少一个存储器模块包括将多个测量距离中的每一个与相对应的位置向量相关的数据储存器，相关性由传递函数定义；以及，

根据所述第一检测信号确定第一位置向量；

接收对应于所述已知距离的校准距离信号；以及，

14.根据权利要求13所述的方法，所述校准操作还包括：

根据所述校准距离信号确定第二位置向量；以及，

比较所述第一位置向量和所述第二位置向量；

其中：

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述校准操作还包括存储所述校准常数，以及，

操作所述发射器以发射第二电磁信号；

根据所述第二检测信号确定测量位置向量；

将所述校准常数应用于所述测量位置向量以生成经校准的位置向量；以及，

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述校准操作还包括：将所述校准常数应用于所述数据储存器中的多个位置向量，以生成经校准的数据储存器。

17.根据权利要求13所述的方法，所述至少一个存储器模块还包括预定传感器特性分布，并且所述校准操作还包括：

根据所述校准距离信号确定预期位置向量；

比较所述第一距离信号和所述第二距离信号，

其中：

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述校准操作还包括存储所述校准常数，以及，

操作所述发射器以发射第二电磁信号；

根据所述第二检测信号确定测量位置向量；

以及，

19.根据权利要求17所述的方法，其中：

操作所述发射器以发射第二电磁信号；

根据所述第二检测信号确定测量位置向量；

从所述数据储存器中检索第一校正距离；以及，

20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述校准操作还包括：根据所述数据储存器、所述预定特性分布和所述校准常数生成经校准的数据储存器，其中，所述经校准的数据储存器将多个位置向量中的每一个与相对应的经校准的距离相关。