CN1251409C - 学习型接近探测器 - Google Patents

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Abstract

一种自适应接近探测器，用于提供目标存在或不存在的双态输出信号。探测器包括处理单元，并且根据相对于其环境调节的短学习模式(AC)、根据相对于其环境和目标的长学习模式(AL)及根据相应于正常操作模式的工作模式来进行操作。探测器包括由学习模式中处理单元所驱动的并与探测级相连的可变数字存储电阻器，因此数字电阻器值的变化引起开关阈值的变化。在工作模式中，处理单元处于备用状态且数字电阻器保持在其设置操作值。

Description

学习型接近探测器
技术领域
本发明涉及一种学习型接近探测器，例如电感类型的、提供目标存在或不存在的双态输出信号，并且具有为实现相对于目标和相对于环境的探测器量程自适应的学习模式。
背景技术
探测距离特指从一种探测器变化到另一种探测器的装置，以及对于同一探测器根据安装和环境条件变化，具体说是嵌入到金属块的电感探测器。此外，某些应用需要探测器的灵敏性可以根据其用途而变化。因此，这对于能够在其使用位置上调节接近探测器量程是有用的。
除了相应探测器正常操作模式的工作模式以外，在调节探测器期间具有学习模式的探测器是已知的(参见文献EP0740716)。在DE4331555中，还提出了通过使用处理单元调节的接近探测器，处理单元与非易失性存储器相连，在由抽样信号所引发的学习阶段，存储通过比较内计数器的值和传感器探测信号的值所确定的开关阈值。此外，在文献DE4006893中，接近探测器的调节部分由依靠数字字驱动几个电阻元件的非易失性存储器构成，其中只可以通过操作员的操作来确定该存储器的变化方向。
发明内容
本发明的目的在于设计一种接近探测器，不仅能够根据所探测的目标类型，而且还能够根据探测器总体环境来调节探测量程，因此其可以自动和快速适应不同的多种应用。还应该象所期望那样防止探测器在工作模式中太大的耗电量，使得不会超过可接受的泄漏电流，特别是对于具有双线类型输出的接近探测器。这意味着探测器应该能够在没有对于处理单元的额外消耗、以及在与处理单元相连存储器中不存储根据学习模式的开关阈值的工作模式中工作。此外，在学习模式期间，当采用简单的和经济的解决方案时，操作员给探测器发送指令以及接收表示探测器当前状态的反馈信息的可能性是重要的。总之，期望所使用的解决方案提供影响深远的小型化探测器。
由于这个原因，本发明描述的接近探测器包括：传感器单元，能够根据目标距离提供模拟信号；探测级，能够提供通过模拟信号和开关阈值之间的比较所产生的探测信号；输出级，用于为提供探测器输出信号将探测信号增强和整形；和处理单元，用于接收作为输入的探测信号。该探测器是根据相应于探测器量程调节的学习模式和根据相应于探测器正常操作模式的工作模式的操作而设计的。其特征在于，探测器包括可变数字存储电阻器，由处理单元来驱动并且与探测级相连来使得该可变数字存储电阻器值的变化导致开关阈值的变化。在学习模式期间，根据探测信号的状态，处理单元作用于可变数字电阻器的值，以便确定可变数字电阻器的设置操作值，其中该设置操作值用于工作模式期间。在探测器处于工作模式期间，处理单元处于备用状态。
此外，探测器包括与处理单元相连的转换装置，特别是可以通过操作员来选择学习模式和工作模式并且还可以将探测器的状态通知给操作员。
探测器的学习模式既包括短学习模式，其中仅相对于其环境执行探测器的示教；还包括长学习模式，其中相对于其环境和相对于放置目标的探测器距离来执行探测器的示教。
附图说明
下面参照附图来描述非限制性的实施例，说明本发明的特征和优点。
图1表示的是根据本发明接近探测器的体系结构；
图2表示的是描述探测器学习模式过程的简化流程图。
具体实施方式
图1中所示的接近探测器包括在壳体10中的例如电感类型的传感器单元11，用于根据目标19例如探测器10前的金属目标的距离来提供模拟信号21。探测级12接收由传感器单元11提供的模拟信号21，并且将其与开关阈值Sc比较，以便提供由该比较所产生的双态探测信号22。
探测器10包括输出级13，用于接收作为输入的探测信号22并且其作用是增强和整形该信号22，以便从探测器10提供双态输出信号23。输出级13可以包括如二极管、半导体闸流管或金属氧化物半导体晶体管(MOS晶体管)。探测器10还包括处理单元15，其可以优先是微控制器、微处理器、逻辑电路或一些其它电路，用于接收作为输入的探测信号22和驱动存储值R的可变数字电阻器14或电位计14。可变数字存储电阻器定义为按数字变化在不按模拟方式变化的电阻器，通过逻辑信号对其进行控制并且在其内部能够存储调节值。
处理单元15可以特别对数字可变电阻器14给出命令，如将值R指定为预定值，增加或减少值R的命令以及存储值R的命令。一旦存储了值R，数字可变电阻是自给的并且即使在掉电之后保持这个值R。可变数字存储电阻器提供的优点是尤其小于几个电阻元件或电阻网络占据的空间，其提供影响影响深远的小型化探测器。此外，一旦存储了值R，可变数字存储电阻器独立操作有关处理单元。
数字可变电阻器14直接与探测级12相连，因此其值R的变化导致开关阈值Sc的变化。因此，数字电阻器14值R的变化可能导致探测信号22的状态转变，同时探测器10和目标19之间的距离保持固定。
另一方面，转换装置30与处理单元15相连并且直接安装在探测器10上。根据优选实施例，转换装置30仅由发光二极管31组成，发光二极管31由处理单元15和微型开关类型或任一其它等效单元的按钮32所驱动，以便保持解决方案的探测器10经济和小型化。
根据学习模式和工作模式来设计探测器10的操作。学习模式，其目的是执行探测器量程的调节，将在下文中描述。工作模式是探测器10的正常操作模式，其中输出信号23的状态，例如断开或闭合状态，取决于目标19和探测器10之间的距离。
通过操作转换装置30的按钮32来实现从工作模式到学习模式的转变。操作员具有在执行探测器10示教程序的两种不同方法之间的选择：短学习模式AC，其中仅相对于其环境来调节探测器10；或长学习模式AL，其中相对于其环境然后相对于放置在所期望的探测器距离DN的目标19来调节探测器10。可以通过在按钮32上施加不同的力来提供学习模式的选择。
短学习模式AC的意义在于在所考虑环境中执行探测器10最大可接受量程的调节，例如对于安装在金属或塑性支座上的探测器。长学习模式AL的意义在于其又执行其中将实际地探测目标所期望位置的调节。因此由此所获得的量程可以是所考虑环境中非常短的最大可接受量程。由于这个功能，可以获得能够根据所探测目标的类型和所使用的环境自动适应不同结构的学习型接近探测器，因此来最优化探测器的精度。
图2给出的是学习模式过程的简化流程图。在短学习模式AC以及长学习模式AL中，首先相对于其与目标19存在没有关系的环境(例如，相对于机器的构架，相对于背景等等...)来执行探测器10的示教。由于这个原因，通过将可变数字电阻器14的值R设为如最小值的极限值R0来使得处理单元15开始运行。然后处理单元15均匀地改变该值R，例如增加它，直到探测信号22切换和改变其状态。然后将相应值R称为环境探测值RE。处理单元15计算环境差值EE＝(RE-R0)/RE并且将其与处理单元内的灵敏度阈值SS相比较。
如果环境差值EE小于该灵敏度阈值SS，可以认为探测器10不会具有足够的工作储备，以保证例如电磁兼容性标准(EMC)的顺应性、小温度漂移等等...常用参数。在这种状态下，转换装置30的发光二极管31提供发生故障的信号，意味着不能正确执行学习过程(学习不能OK)并且处理单元15结束学习模式。
如果环境差值EE大于或等于灵敏度阈值SS并且如果所选择的学习模式是短学习模式AC，处理单元15计算等于减去灵敏度阈值SS的环境探测值RE的设置操作值RF，RE＝RE *(1-SS)，然后在结束学习模式前将该设置值RF提供到数字电阻器14。只要其不从处理单元15接收改变它的任一新命令，数字电阻器14就存储该设置操作值RF。
如果环境差值EE大于或等于灵敏度阈值SS并且如果所选择的学习模式是长学习模式AL，处理单元15借助二极管31请求操作员，将目标19定在操作员所期望的距离DN，以便继续进行目标的学习过程。一旦操作员已经通知了处理单元15目标19适当定位，处理单元15均匀改变数字电阻器14的值R，直到探测信号22切换和改变其状态。然后将相应值R称为目标探测值RC。处理单元15计算目标差值EC＝((RE-RC)/RE)并且将其与内部灵敏度阈值SS相比较。
如果目标差值EC小于灵敏度阈值SS，可以认为探测器10不会具有足够的工作储备，以保证例如电磁兼容性标准(EMC)的顺应性、小温度漂移等等…常用参数。在这种情况下，发光二极管31提供发生故障的信号，意味着不能正确执行学习过程(学习不能OK)并且处理单元15结束学习模式。
如果目标差值EC大于或等于灵敏度阈值SS，处理单元15计算等于目标探测值RC的设置操作值RF为，RF＝RC，然后在结束学习模式前将该设置值RC提供到数字电阻器14。只要其不从处理单元15接收改变它的任一新命令，数字电阻器14就存储该设置操作值RF。
当学习模式不能正确实现时(学习不能OK)，通过发光二极管31直接通知操作员探测器10不能在所期望的调节条件下正常操作，并因此不能在不管其环境、目标属性以及所需量程而向操作员提供保证探测器将保持其所有性能。
当正确实现学习模式(学习OK)时，探测器自动切换返回工作模式。由于数字电阻器14是自给的，并且由于来自学习模式的设置操作值RF直接存储在数字可变存储器14中，然后探测器10能够在不使用处理单元15的情况下工作。这是因为，在整个工作模式期间，处理单元15处于备用状态或处于如在“睡眠”(“SLEEP”)类型指令之后的等待状态的等效状态中。因此，可以防止探测器10消耗太多的电能并因此避免需要多个大功率的电源，同时继续保证输出信号23的低泄漏电流电平。处理单元15在学习模式结束切换到备用状态，并且当操作员适当操作按钮32以便切换到学习模式时而退出其备用状态。因此在AC或DC电源情况的工作模式中，这样一种接近探测器能够使消耗最大泄漏电流小于或等于1.5毫安。这种低泄漏电流是非常有利的，其能够使得对探测器使用双线输出技术。
同样地，为在工作模式中保持最大泄漏电流小于或等于1.5毫安，可以通过对如下一个或多个参数作用来最小化处理单元15的电能消耗：降低处理单元15的时钟脉冲频率(例如小于50千赫的频率)、降低处理单元15的电源电压(例如小于3伏的电压)、使处理单元15在工作模式中进入备用状态。
可以清楚地理解在不脱离本发明范围的情况下，可以设计出其它替换方案和细节的改进，并且还可以使用所考虑的等效方案。

Claims (11)

1.一种接近探测器，包括：
传感器装置(11)，能够根据目标(19)的距离提供模拟信号(21)；
探测级(12)，能够提供由该模拟信号(21)和开关阈值(SC)之间比较所产生的探测信号(22)；
输出级(13)，用于将该探测信号(22)增强和整形以提供输出逻辑信号(23)；和
处理单元(15)，接收作为输入的该探测信号(22)；
其中，探测器(10)是根据相应于探测器量程调节的学习模式和根据相应于探测器正常操作模式的工作模式的操作而设计的，其特征在于，所述探测器(10)包括可变数字存储电阻器(14)，在学习模式中由所述处理单元(15)驱动并且与所述探测级(12)相连来使得该可变数字电阻器(14)值的变化导致所述开关阈值(SC)的变化；以及
当所述探测器(10)处于工作模式中时，所述处理单元(15)处于备用状态。
2.根据权利要求1所述的接近探测器，其特征在于，在学习模式期间，为确定存储在所述可变数字电阻器(14)中并且在工作模式期间使用的设置操作值(RF)，所述处理单元(15)改变该可变数字电阻器(14)的值(R)，直到所述探测信号(22)被切换。
3.根据权利要求1所述的接近探测器，其特征在于，所述探测器(10)包括与所述处理单元(15)相连的转换装置(30)，可以通过操作员来选择学习模式或工作模式并且还可以将所述探测器(10)的状态通知给操作员。
4.根据权利要求3所述的接近探测器，其特征在于，所述转换装置(30)包括按钮(31)和直接安装在所述探测器(10)上的发光二极管(32)。
5.根据权利要求3所述的接近探测器，其特征在于，所述探测器(10)的学习模式既包括短学习模式(AC)，其中仅相对于其环境执行所述探测器(10)的示教；还包括长学习模式(AL)，其中相对于其环境和相对于放置目标(19)的探测器距离(DN)来执行探测器的示教。
6.根据权利要求5所述的接近探测器，其特征在于，通过所述转换装置(30)来执行在所述短学习模式(AC)和所述长学习模式(AL)之间的选择。
7.根据权利要求5所述的接近探测器，其特征在于，在相对于所述探测器的环境来对该探测器示教期间，所述处理单元(15)将所述可变数字电阻器(14)设为极限值(R0)，然后改变该可变数字电阻(14)一直到相应于所述探测信号(22)切换的环境探测值(RE)。
8.根据权利要求7所述的接近探测器，其特征在于，根据所述环境探测值(RE)和所述极限值(R0)计算环境差值(EE)，然后如果该环境差值(EE)小于包含在处理单元内的灵敏度阈值(SS)，就通过所述转换装置(30)提供故障信号和结束学习模式的信号。
9.根据权利要求8所述的接近探测器，其特征在于，在所述短学习模式(AC)中，如果环境差值(EE)大于或等于灵敏度阈值(SS)，所述处理单元(15)将所述可变数字电阻器(14)设置为设置操作值(RF)，该设置操作值(RF)等于由灵敏度阈值(SS)所减少的环境探测值(RE)，所述处理单元(15)通过所述转换装置(30)提供结束学习模式的信号并且自动切换回工作模式。
10.根据权利要求8所述的接近探测器，其特征在于，在所述长学习模式(AL)中并且在将目标(19)放置在离探测器一距离(DN)之后，所述处理单元(15)改变所述可变数字电阻器(14)，一直到相应于所述探测信号(22)切换的目标探测值(RC)。
11.根据权利要求10所述的接近探测器，其特征在于，在所述长学习模式(AL)中，所述处理单元(15)根据所述目标探测值(RC)和所述环境探测值(RE)计算目标差值(EC)，然后如果该目标差值(EC)小于包含在所述处理单元(15)中的灵敏度阈值(SS)，则通过所述转换装置(30)提供故障的信号；如果目标差值(EC)大于或等于灵敏度阈值(SS)，则所述处理单元(15)将所述数字可变电阻器(14)设置为等于目标探测值(RC)的设置操作值(RF)，该处理单元(15)通过所述转换装置(30)提供结束学习模式的信号并且自动切换回工作模式。
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