CN1645070A - 用于监视测量仪器的对准的方法和设备以及测量仪器 - Google Patents

用于监视测量仪器的对准的方法和设备以及测量仪器 Download PDF

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Abstract

用以监视测量仪器，尤其是天平(1000)的对准的方法和设备(150)。监视设备(150)装备有基于气泡水平仪原理的具有充以液体(11)的容器(10)的倾斜传感器(1)，液体(11)中形成有气泡(12)。气泡(12)的位置通过辐射元件(D1)以及传感器元件(D2)而以光学方式被测量。优选是发光二极管的辐射元件(D1)和优选是光电二极管的传感器元件(D2)一起定义了传感器轴线(sx)，只要传感器轴线平行于重力的轴线延伸，气泡就位于传感器轴线(sx)的中央。此外，至少两个参考元件(D3；D3’)位于传感器元件(D2)侧面，用以测试辐射的强度是否在允许范围之内。在监视设备(150)内自动地进行功能测试以验证其是在正常工作。

Description

用于监视测量仪器的对准的方法和设备以及测量仪器
技术领域
本发明涉及用于监视测量仪器的对准(alignment)的方法和设备，其中该监视设备装备有倾斜传感器。本发明还涉及测量仪器，特别是装备有监视设备的天平。
背景技术
测量仪器，特别是诸如热重(thermo-gravimetric)仪、重力法水分测定(gravimetric moisture-determination)仪器或天平之类的重力法测量仪器，必须满足有关在使用这些仪器的地点如何设置它们的特殊要求。这尤其适用于装备有用于测量砝码重量的称重单元(cell)和载荷接收器的天平。理想地，天平被设置在天平的测量轴线——即，应该与待测重物的重力的作用线重合的轴线——处于重力场的方向上。该理想位置也可以称为天平的参考位置。如果正常情况下垂直于称重盘平面的天平测量轴线，相对于重力场以一定角度倾斜，那么称重结果将得到一个反映物体实际重量乘以该倾斜角度的余弦的一个值。
这就是为什么满足官方认证要求的天平通常装备有倾斜传感器和调平设备，所述调平设备允许天平被设定到由倾斜传感器所指示的参考位置。例如被传送到显示单元的电子倾斜传感器的传感器信号，指示正常情况下与天平的测量轴线对准的传感器轴线偏离重力场方向多少。调平设备，包括例如两个轴向可调的天平支脚，其使得传感器轴线以及由此的测量轴线与重力轴线的偏离能够被校正。
DE 32 34 372 A1[1]中公开了一种具有电子倾斜传感器的天平，其中传感器信号没有被用来校正天平的位置，而是用来对天平的与倾斜相关的误差进行数字校正。根据[1]，倾斜传感器可以具有摆质量或者有着气泡的部分填充的液体容器，其中通过光学或者感应装置检测可移动元件的位置。
JP 61 108 927 A2[2]中公开了一种由气泡水平仪构成的电子倾斜传感器，具有保存了部分填充导电液体、有气泡的容器。根据[2]，该倾斜传感器被用在天平中，并且当失去水平的状况达到极限值时触发声音警报。
DE 38 00 155 A1[3]中详细描述了气泡水平仪的主要构造。根据[3]中提出的观点，倾斜角可以从气泡水平仪直接读取。
JP 58033114中公开了一种具有气泡水平仪的装置，其中该气泡水平仪具有位于一侧的发光元件和位于另一侧的多个光学传感器。透光彩色液体以形成气泡的方式被封闭在半球形容器中。该容器本身被封闭在立方形透明外壳中。光学传感器被布置在立方形外壳外部。来自发光元件的光线穿过液体和气泡，落在光学传感器上。如果该气泡水平仪被置于倾斜位置，则气泡移动离开原来位置，光学传感器的信号变化。倾斜的角度和方向都通过该设备被检测。
DE 43 16 046 C1中描述了一种具有可变形摆锤的光电倾斜测量系统，其中摆锤被构造成与发射器和接收器单元配合的双平行弹簧链接。除了检测二极管，在接收器侧还可以布置参考二极管，用来检测和补偿诸如温度和电压变化之类的不希望出现的外来因素的影响。
DE 199 31 679 A1中描述了工作于二维的具有非常高灵敏度的倾斜仪。其具有包括布置于下侧的光源的气泡水平仪。光电传感器，优选是基于CCD(电荷耦合设备)技术的类型的光电传感器，延伸穿过气泡水平仪的顶部。
如果天平没有设置自动倾斜监视装置，那么在与产品质量有关的称重过程中，需要在称重过程开始之前检查气泡水平仪并检验天平的水平位置。但是，实践中并不总是坚持这一规则。另一个方面，在有自动监视的情况下，监视设备可能出现故障。一方面有可能警报被触发，但是倾斜角度并没有超出其预定限制；另一方面可能出现超出限制甚至很长一段操作时间，但没有触发警报。两种错误都可能有严重的后果。对于第一种错误，虚假警报(也称为“假阳性”)可能导致测量或者生产过程的不必要的中断。对于第二种错误(也称为“假阴性”)，测量和/或生产过程继续，而不管已经超出了规定的容许极限的事实。
发明内容
因此，本发明的目的是要提供一种用于监视测量仪器，尤其是天平的状况的改进的方法和改进的倾斜检测设备，以及提供一种装备有监视设备的测量仪器，尤其是天平。
具体而言，本发明的目的是提出一种在超出倾斜角的至少一个极限值时确保精确检测并且基本上避免虚假消息或虚假警报问题的方法和监视设备。
此外，监视设备应该具有简单的构造和成本效率高的设计，并且其应该简单地用在天平或者其他测量设备中。而且，监视性能应该不受诸如电气和光学元件的部件的特性变化或者诸如杂散光的外来因素的负面影响。
因此，根据本发明的测量仪器应该接收有关失去水平位置的优化监视监测。
满足以上目的的方案通过分别具有权利要求1、8和14中所指定的特征的方法、监视设备和测量仪器来提供。其他权利要求中定义了本发明的有利的进一步改进的实施例。
所述方法和设备起到监视测量仪器，尤其是天平的对准的作用。为了实现该功能，监视设备具有倾斜传感器，该传感器基于气泡水平仪的原理，即，具有部分填充有液体因此形成气泡的容器。
气泡的位置是可以通过位于气泡一侧的辐射发射器元件和位于气泡的相反侧的辐射传感元件用光学方式测量的。优选为发光二极管的发射器元件和优选为光电二极管的传感器元件定义了传感器轴线，如果该传感器轴线平行于重力场的方向，则该轴线穿过气泡的中心。
此外，至少两个辐射传感参考元件被侧向布置为位于传感器元件的侧面，以检验辐射强度在允许范围内。为了检查监视设备，在该监视设备内自动进行功能测试。
这样，可以检测和校正发射器元件发射的和/或参考元件接收的辐射强度的变化，例如，由于提供给发射器元件的功率变化或者由于光路中元件的色彩变化造成的变化。如果来自发射器元件的光强度例如过低，那么以上结构防止了这样的问题，即：气泡被错误地认为位于传感器轴线上并且衰减来自发射器元件的光，而事实上气泡处于传感器轴线以外的位置上。换句话说，防止了倾斜被错误地记录为位于容限范围之内的情形。相反，如果来自发射器元件的光强度过高，那么该创造性的结构还可以防止这样的问题，即：气泡被错误地认为位于传感器轴线以外，其中它不会衰减来自发射器元件的光，而事实上气泡居于传感器轴线的中央。这样，该创造性的结构还防止了倾斜被错误地记录为位于容限范围之外的情形。
如上所述设计并不复杂的倾斜传感器由此可以记录来自发射器的辐射强度何时过高或者过低，并且这可以通过简单措施被校正，现在将对所述措施进行描述。
以电子方式被监视的倾斜传感器或者气泡水平仪可以被布置在测量仪器外壳内部的封闭空间中。通过这种结构，倾斜传感器与外来光隔离。但是气泡的位置不能再通过视觉检查来检验了。
在优选实施例中，倾斜传感器或者气泡水平仪以这样一种方式布置在外壳上，使得气泡的位置能够被视觉检验，以便使电子监视能够通过由使用者进行的视觉检验的可能性而得以补充。由于辐射元件是小尺寸的，因此它不会妨碍对气泡的视觉检查。优选地通过将辐射、传感和参考元件选择为工作于一定波长范围上，来防止来自外来光的与气泡的电子监视的可能的干扰，所述波长范围例如是红外范围，其基本上位于引起干扰的外来光的范围之外。
对测量的外来影响可以通过发射周期或者非周期脉冲形式的辐射来进一步抑制，所述脉冲优选间隔5至15毫秒并且具有5至15毫秒的脉冲宽度。例如，脉冲可以以10毫秒间隔的恒定周期或者略微波动的周期彼此跟随并具有5毫秒的脉冲宽度。所希望的辐射强度通过改变脉冲的高度来设定。具有周期特性的干扰信号可以通过使用波动周期长度来进一步地抑制。
参考元件优选沿穿过传感器元件的直线排列，使得如果气泡处于传感器轴线中央，参考元件就不接收已经穿过气泡的光线。传感器元件从而传送对应于被气泡衰减了的辐射强度的传感器信号，而参考元件传送对应于未被气泡衰减的辐射强度的传感器信号。参考元件所指示的辐射强度因此可以被用作参考值，用于校正辐射强度。利用更为复杂的电子电路，传感器元件的信号还可以被规格化，即，作为与参考元件所产生的表示未被衰减的辐射水平的信号的比率而被测量，使得结果可以成为独立于辐射发射元件所产生的辐射的强度的信号。
但是，最有利地，传感器元件与参考元件所发出的信号借助于比较器来评价。根据这一思想，传感器元件的输出信号与第一阈值相比较，该第一阈值对应于限定出倾斜允许范围的气泡距传感器轴线的距离。两个参考元件的输出信号借助于窗口比较器而与较低的、第二阈值和较高的、第三阈值比较，其中该后两个阈值定义了辐射强度的允许范围，并从而定义了提供给辐射发射元件的电力范围。
所有比较器的输出信号在一处理器中被周期地询问和评价，其中优选地：
a)每一次指示失去水平状况的第一阈值未被达到或者被超出时，一倾斜计数器分别朝着第一或者第二极限值变化，和/或
b)每一次区别足够的辐射强度和不足的辐射强度的第二阈值未被达到时，一强度计数器在从第三极限值向第四极限值的方向上变化，和/或
c)每一次指示辐射强度过大的第三阈值被超出时，强度计数器在从第四极限值向第三极限值的方向上变化，和/或
d)在测试序列期间已经记录了错误之后，一功能计数器在朝着第五极限值的方向上变化，和/或
e)在倾斜测量期间已经记录了错误之后，功能计数器在朝着第五极限值的方向变化，或者一错误计数器在朝着第六极限值的方向上变化。
通过使用倾斜计数器、强度计数器、功能计数器和错误计数器，可以抑制可能在有些情况下只出现一次的瞬时不规则性，从而避免不必要的错误消息。
当达到第一或者第二极限值时，给出倾斜处于容限范围之内或者之外的信号，并且如果需要可以停止测量或生产过程。
当达到第三或者第四极限值时，辐射强度或者，更为具体的，提供给辐射发射元件的电力根据需要而变化，以使辐射强度回到允许范围内。
当达到第五或者第六极限值时，触发一信号以指示错误状况，并且如果测量或者生产过程正在进行，那么如果需要可以将其停止。
当然，也可以在不对错误消息进行过滤的情况下处理错误消息。
以上描述的所有过滤器功能可以借助于软件程序而廉价地实现。所有极限值优选地存储在电子存储器中并且是可以有选择地变化的。阈值优选地可以借助于能被处理器，例如晶体管所控制的电阻而被有选择地调节。类似地，以脉冲形式施加于辐射发射元件的工作电压优选地可以借助于处理器被控制。
附图说明
以下参考附图给出对本发明的更为详细的描述，其中：
图1示出根据本发明的具有倾斜传感器1的天平1000，其中传感器1以对使用者可见的方式被集成在天平外壳中；
图2示出倾斜传感器1’，其传感器轴线sx与重力的轴线gx对准，并且由有着圆柱形容器10的气泡水平仪构成，具有布置在倾斜传感器上方的辐射发射元件D1和布置在下方的传感器元件D2，其中圆柱形容器10两端用透明平板密封充有液体11并留有气泡12；
图3示出处于向右歪斜的倾斜位置的图2的倾斜传感器1’；
图4示出根据本发明的倾斜传感器1，其由类似于图2的气泡水平仪构成，具有布置在倾斜传感器上方的辐射发射元件D1和布置在下方的传感器元件D2以及两个参考元件D3、D3’；
图5示出处于向左歪斜的倾斜位置的图4的倾斜传感器1；
图6示出连接到图4的倾斜传感器1的电路布置；
图7示出当倾斜传感器1处于图4所示的水平位置时，图6的电路布置中分配给传感器元件D2的第一比较器CMP1的输入信号uE11、uE12的时间图形(time profile)；
图8示出当倾斜传感器1处于图5所示的位置时，第一比较器CMP1的输入信号uE11、uE12的时间图形；
图9示出分别被分配给参考元件D3和D3’的第二比较器CMP2和第三比较器CMP3的各自的输入信号uE21、uE22和uE31、uE32的典型时间图形；
图10示出根据本发明的具有处理器4的监视设备，其中处理器4借助于用作A/D转换器的比较器级3接收倾斜传感器1的输出信号，还通过D/A转换器2进一步连接到倾斜传感器1的辐射发射元件D1，并且还连接到输入/输出单元5；
图11示出第一流程图，其图示了在处理器4中发生的操作步骤；
图12示出第二流程图，其图示了图11所示传感器测试中的操作步骤；以及
图13示出具有第二优选构造的倾斜传感器1。
具体实施方式
图1图示说明了根据本发明的具有倾斜传感器1的天平1000，该传感器1以对使用者可见的方式被集成在天平外壳1001中。根据气泡水平仪的原理工作的倾斜传感器1是根据本发明的监视设备的一部分。这样，当倾斜传感器1的输出信号在监视设备中借助于处理器而被处理时，倾斜还可以通过由使用者进行的视觉检查来被监视。因此，可以简单地通过看一眼气泡水平仪或者倾斜传感设备1来检验监视设备的错误消息，并且作为这种布置的结果，天平1000的操作方便性得到了提高。天平的超出容限范围的倾斜可以通过高度可调的对准支脚1002来校正。
图2示意地图示了倾斜传感器1’，其传感器轴线sx与重力的轴线gx对准，并且由有着圆柱形容器10的气泡水平仪构成，该圆柱形容器10部分地充有液体11以便形成气泡12。辐射发射元件D1被布置在倾斜传感器的顶部，而传感器元件D2被布置在下侧。同样的倾斜传感器1’在图3中被示出为以角度α向右歪斜，使得传感器轴线sx相对于重力轴线gx倾斜角度α。容器10两端用透明平板密封。气泡漂浮处的上平板的内壁略微弯曲。在图2中，气泡12位于由辐射发射元件D1和传感器元件D2的位置定义的传感器轴线sx上。在图3中，气泡12已经响应于容器10的歪斜而移至左侧。所以，在图2所示情形下，辐射元件D1所发射的辐射穿过气泡并且被折射和反射效应所衰减。相反，在图3所示情形下，辐射不被气泡12所衰减，使得传感器元件D2产生更强的输出信号。因此，传感器元件D2的输出信号可以被提供给比较器，例如图6中所示的比较器CMP1，其中输出信号与阈值uE11比较，选择该阈值以使得传感器元件D2的输出信号在传感器所接收的辐射已经被气泡所衰减时处于阈值uE11之下，并且在传感器所接收的辐射没有被气泡衰减时处于阈值uE11之上。这样，比较器CMP1的输出信号uOUT1的逻辑电平1指示了倾斜传感器1的角度位置对应于在容限范围内的天平1000的水平状况，而逻辑电平0指示超出容限范围的倾斜。
参考文件[4]，柏林，1999年，Springer Verlag出版的U.Tietze，Ch.Schenk的Halbleiterschaltungstechnik(Semiconductor circuit Design)(半导体电路设计)，第11版，第二次印刷，610-612页中描述了这种类型的比较器。
但是，如果由于例如能量供应中的变化、器件的与温度相关的特性、由例如透明平板的色彩变化引起的沿辐射路径的衰减增大，或者由于传感器元件D2的性能变化，在辐射元件D1的辐射强度中出现变化，则有可能传感器元件D2的输出信号变化至使得天平1000的倾斜不能再基于给定的阈值uE11而被准确地监视的程度。为了校正这种情形，可以考虑重新调节阈值uE11，但是这种方案会涉及相当大的复杂程度和费用。
所以，本发明提出使用由根据图2的气泡水平仪构成的倾斜传感器1，其具有布置在顶部的辐射发射元件D1以及布置在下侧的传感器元件D2和两个参考元件D3、D3’。和前面的段落中描述的布置一样，传感器轴线sx由辐射元件D1和传感器元件D2定义。只要传感器轴线sx大致与重力的轴线gx对准，气泡12就位于传感器轴线上。参考元件D3、D3’被布置在传感器元件D1的两侧，优选地位于当气泡在传感器轴线中央时，从辐射元件接收到的辐射不被气泡12所衰减的位置处。
为示出一个例子，图4还图示说明了容器10的局部，该容器具有上玻璃平板101和下玻璃平板102，它们被固定在圆柱筒部分103中并封闭了液体11，其中形成有气泡12。下玻璃平板102进一步覆盖有挡光板14，挡光板14具有允许辐射元件D1所发射的辐射落入传感器D2和参考元件D3、D3’上、但是阻挡来自其他方向的外来光通过的开口。作为减少外来光影响的另一种已知的可能性，辐射元件D1和/或传感器元件D2和参考元件D3、D3’可以装备有窄带宽的滤光器。
图5示出了向左歪斜了角度α使得气泡12移至右侧，并且来自辐射元件D1的辐射基本上没有衰减地到达传感器元件的倾斜传感器1。气泡现在位于从辐射元件D1到第二参考元件D3’的光路上。第一参考元件D3仍然接收未被衰减的水平的辐射。如果倾斜传感器向右侧歪斜同样角度α，则情况相反，在这种情况下第二参考元件D3’接收来自辐射元件D1的、基本上没有衰减的辐射。
这样，所接收到的辐射的强度可以借助于参考元件D3、D3’而被监视。通过将参考元件D3、D3’的输出信号与两个阈值uE21、uE31(在图6中被示为至比较器CMP2、CMP3的输入电压)比较，可以校验辐射强度是否在允许范围内。如果参考元件D3、D3’的输出信号中的一个超出了较高的阈值uE31，则辐射强度过高。如果两个参考元件D3、D3’的输出信号都达不到较低的阈值，则辐射强度过低。基于对辐射强度的这种评价，可以在需要时做出校正。
作为校正辐射强度的手段，图6的电路布置中的发送器模块100包括向辐射元件D1提供脉冲形式的工作电流iD1的可控电流源111，其中脉冲的长度和周期间隔依赖于控制信号uPT而其脉冲高度依赖于参考电压UREF。参考电压UREF由电压源110提供，电压源110具有借助于控制信号uPWM而被控制的开关S1，开关S1根据被传送于处理器4的第一输出端子处的控制信号uPWM的占空比，通过电阻R1对电容器C1充电和放电。通过改变占空比，或者，换句话说，通过调制控制信号uPWM的脉冲宽度，电容器C1被充电至所需控制电压UST。来自处理器4的第二输出端子412的控制信号UPT，以优选的5至15毫秒的周期性或者非周期性间隔，切换电流源111开启和关闭以发出脉冲宽度在5至15微秒范围内的脉冲。尤其优选的是，周期间隔约为10毫秒而脉冲持续时间为8至10微秒。处理器4以协同的、略微延迟的时序，询问比较器CMP1、CMP2和CMP3(以及图中未示出的用于第二参考元件D3’的比较器CMP2’和CMP3’)的输出，其中这些比较器通过各自的输入端421、422、423、424和425连接到处理器4。比较器CMP1接收传感器元件D2的输出信号，而比较器CMP2、CMP3接收参考元件D3的输出信号，比较器CMP2’、CMP3’接收参考元件D3’的输出信号。图6中的比较器模块200、300和300’(模块300’仅以示意方式指示)对它们各自的输入信号进行模/数转换，而发送器模块100对来自处理器4的输出端子411的信号进行数/模转换。
图6还示意性地图示说明了结合到发送器模块100的电路中的辐射发射元件D1、结合到第一比较器模块200的电路中的传感器元件D2，和结合到第二比较器模块300的电路中的参考元件D3。
传感器元件D2的输出信号通过具有电阻器R2、R3和电容器C2的R/C高通滤波器被传送到第一比较器CMP1的反相输入端，比较器CMP1的正相输入端被连接到由电阻器R4和R5形成的分压器，该分压器提供代表第一阈值的电压uE11。在第一阈值被超出时显示逻辑0的第一比较器CMP1的输出端被连接到处理器4的输入端421。
传感器元件D3的输出信号通过具有电阻器R6、R7和电容器C3的R/C高通滤波器被传送到共同构成了窗口比较器(参见参考文件[4]第611-612页)的第二比较器CMP2和第二比较器CMP3的反相输入端。比较器CMP2和CMP3的正相输入端被连接到由电阻器R8、R9、R11、R12、R14和可变控(variably controllable)的电阻器R10构成的可变分压器。可变分压器被构造成使得第二比较器CMP2的正相输入端接收代表较低的第二阈值的电压uE21，而第三比较器CMP3的正相输入端接收代表较高的第三阈值的电压uE31。指示了第二或者也可能是第三阈值是否被超出的第二比较器CMP2和第三比较器CMP3的输出端被连接到处理器4的相应的输入端422和423。
较高的第三阈值被超出的状况意味着较低的第二阈值也已经被超出，因此第二比较器的输出信号uOUT2在这种情况下应该同样指示逻辑0。如果不是这种情况，则对处理器4所接收的输入信号的评价优选被编程以断定出现错误(参见下面的表：“比较器输出信号的评价”)。
图7图示说明了如果倾斜传感器1处于图4所示水平状况，在发出辐射脉冲期间辐射发射元件D1中的电流iD1的时间图形，以及对应的由第一比较器CMP1所接收到的输入信号uE11、uE12的时间图形。在电流iD1在时间TA处急剧上升之后，电压uE12增大但是并未升至代表第一阈值的电压uE11之上，使得比较器CMP1的输出信号uOUT1保持不变。这样，在时间TB处第一比较器CMP1的输出端被发现处于逻辑电平1。
图8图示说明了如果倾斜传感器1处于图5所示的失去水平的状况，在发出辐射脉冲期间辐射发射元件D1中的电流iD1的时间图形，以及对应的由第一比较器CMP1所接收到的输入信号uE11、uE12的时间图形。在这种情况下，第一比较器CMP1的反相输入端处的电压uE12在时间TC处上升至代表第一阈值的电压uE11之上，因此在时间TB处第一比较器CMP1的输出端被发现处于逻辑电平0。
图9图示说明了第二比较器CMP2和第三比较器CMP3处的各自的输入信号uE21、uE22和uE31、uE32的典型时间图形。示出了这样一种情形，其中比较器CMP2和CMP3的反相输入端处的电压uE22或者uE32(uE22＝uE32)在时间TD处上升至代表较低的第二阈值的电压uE21之上，使得在时间TB处第二比较器CMP2的输出端被发现处于逻辑电平0。但是，代表较高的第三阈值的电压电平uE31未被超出，因此在时间TB处第三比较器CMP3的输出端被发现处于逻辑电平1，这指示了辐射强度在预定范围之内。
图10示出了根据本发明的监视设备150的框图，该监视设备具有倾斜传感器1，包括了比较器模块200、300、300’的比较器组3，用于控制辐射发射元件D1的D/A转换器2，以及连接到处理器4的输入/输出单元5(人机界面MMI)。输入/输出单元5包括例如发光二极管的信号器元件51、52、53，例如液晶显示器的指示器单元54，以及例如键盘或者触敏显示单元的输入单元55的配置。装备有存储在存储器单元41中的操作程序43的处理器4，可以例如由天平1000的主处理器或者由分立的处理器来构成，在所述处理器中实现应用程序42，该应用程序用于评价比较器信号uOUT1、uOUT2和uOUT3，还用于控制辐射发射元件D1，以用信号表示天平1000的状况，以及如果可能的话用于控制依赖于天平状况的测量和生产过程。
图11示出了具有根据应用程序42所需要执行的操作步骤的第一流程图。在第一等待循环之后，在时间TA发出脉冲，从而在时间TB取得比较器信号uOUT1、uOUT2和uOUT3(以及连接到第二参考元件D3’的第二比较器模块300’的比较器信号uOUT2’和uOUT3’，第二比较器模块300’类似于第一比较器模块300，因此图中未详细示出)的数字值。随后，从表中查找对应于所检测到的比较器信号uOUT1、uOUT2、uOUT3、uOUT2’和uOUT3’的组合并且描述了天平1000以及监视设备150的状态的状态值。
以下是该表的摘选，给出了比较器信号uOUT1、uOUT2、uOUT3、uOUT2’和uOUT3’的一些典型组合。每种情况中逻辑值0意味着相应比较器CMP1、......所监视的阈值已经被超出。
表：比较器输出信号的评价
比较器模块200   比较器模块300        比较器模块300’
情况#   CMP1uOUT1  CMP2uOUT2  CMP3uOUT3   CMP2’uOUT2’   CMP3’uOUT3’ 状态
    1     0   0     0     0     0 强度过高
    2     0   0     1     0     0 强度过高
    3     1   1     1     1     1 强度过低
    4     0   1     0     0     1 错误
    5     0   0     1     1     0 错误
    6     0   0     1     1     1 失去水平的状况
    7     1   0     1     0     1 容限范围内的水平
    ...     ...   ...     ...     ...     ... ...
    32
在该表的情况1和2中，窗口比较器之一中的较高阈值，即，比较器CMP3和CMP3’中的一个或者两个的参考值被超出，其结果是辐射强度被记录为过高。
在情况3中，没有阈值被超出，相应地辐射强度被记录为过低。
在情况4和5中，发现较高的第三阈值之一被超出，但未同时发现对较低的第二阈值的越过已经触发了相应的比较器CMP2或者CMP2’。这指示了比较器模块200、300、300’中的故障。
在情况6中，第一比较器CMP1已经切换到0，而窗口比较器之一，在该情况下为比较器组合CMP2/CMP3，指示辐射强度处于预定范围之内。这指示了失去水平的状况。
在情况7中，第一比较器CMP1没有切换到0，因为气泡12保持处于相对于传感器轴线sx的中央位置。这指示了正确地处于水平的状况。
为了防止在单次出现检测到功能性错误、失去水平错误或者强度超出容限范围之后的虚假警报，通过增减和递减单个的计数器，即倾斜计数器、错误计数器和强度计数器来计数评价结果。如果发现强度过高或者过低，则强度计数器被递增或者递减，并且错误计数器被递减。信号只有在计数器之一中达到极限值时，例如通过开关分别指示容限范围内的倾斜的状况—超出容限范围的倾斜的状况—系统错误的状况的发光二极管51、52、53才被打开。如果已经达到极限值，指示辐射强度超出预定范围，则通过调节对辐射元件D1的电力供应，即二极管电流iD1，校正这种状况。
如果第一等待循环还没有结束，则程序通过一个测试循环，以确定第二等待循环是否结束。如果结束，则进行图12中分立的框图中所示的功能测试，该功能测试用于验证模块和部件是否正常工作。
在进行该功能测试的过程中，第一步骤包括将辐射强度设为零(iD1＝0)或者将其仅上升至比较器CMP1、...尚不被允许切换它们的逻辑输出的范围之中。从而，如果在该测试中比较器CMP1、...切换其输出，则这被记录为导致功能计数器递减的一次错误。在第二步骤中，辐射强度上升至至少第一比较器CMP1(倾斜比较器)和窗口比较器之一的比较器CMP2、CMP3或者CMP2’、CMP3’应该从逻辑1切换到逻辑0的范围之中。如果比较器CMP2、CMP3或者CMP2’、CMP3’未能切换，则记录一次错误并且功能计数器递减。如果没有发现切换失效，则功能计数器递增。然后，功能计数器的内容被评价，如果达到相应的极限值则发信号表示功能错误。
已经在优选实施例中描述了根据本发明的方法、监视设备150以及天平1000。但是，基于本发明所教导的思想，可以实现更多的实施例。具体而言，创造性的倾斜传感器1还可以与不同构造的比较器电路和评价程序一起使用。这里所描述的利用应用软件42对比较器信号的评价尤为有利。但是，通过将创造性的思想用作基础，本领域的普通技术人员将能够将此应用程序改变以适应给定的要求。
为了满足其他设计要求，倾斜传感器或者更具体而言，气泡水平仪，可以实现为其他的构造。图13示出了根据本发明的、但略微朝右下方倾斜的倾斜传感器的顶视图。气泡12仍然处于辐射发射元件D1与传感器元件D2之间的光路上，但是已经朝控制圈13移动了，控制圈13允许通过视觉确定倾斜是否仍然在允许范围之内，并且提供对倾斜大小在允许范围之内还是之外以及倾斜度的方向的一个视觉参考。如以上提到的，在利用由使用者进行的视觉检查来辅助电子监视方面有着特殊的有利之处，但是倾斜的大小和倾斜度方向也可以通过使用至少一个或者两个更多的参考元件D32、D33来以电子方式确定。作为一种优选配置，参考元件D3、D3’被布置在第一测量轴线mx上，而另外的两个参考元件D32、D33被布置在垂直于第一测量轴线mx延伸的第二测量轴线my上。只要气泡12沿着第二测量轴线my移动，监视设备就依照以上比较器输出信号评价表中的情况#7记录状况，除了可能达到其中第一比较器CMP1从逻辑1切换到逻辑0的一点。气泡12沿第二测量轴线my迁移的方向现在可以从所述另外的参考元件D32、D33以及与它们相关联的比较器来确定。例如，如果连接到参考元件D32的比较器切换其逻辑电平，则气泡12已经迁移至辐射元件D1和参考元件D32之间的位置。
倾斜传感器1和监视设备150可以被特别有利地用在天平1000中。但是，不言而喻的是，倾斜传感器1和监视设备150还可以被用在任何其他类型的测量装置中。
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参考标号列表
1             倾斜传感器
10            容器
11            液体
12            气泡
13            控制圈
14            挡光板
100           发送器模块
101           上玻璃平板
102           下玻璃平板
103           圆柱筒部分
110           电压源
111           电流源
150           监视设备
1000          天平
1001          天平外壳
1002          可调支脚
1003          进入单元
2             数/模转换器
200           第一比较器模块
3             模/数转换器—比较器组
300、300’    第二比较器模块
4             处理器
41              存储器单元
411、412        输出端子
42              软件应用程序
421-425         输入端子
430             总线/系统总线
43              操作系统
5               输入/输出单元
51、52、53      发光二极管
54              指示单元、液晶显示器
55              键盘、触敏显示屏
C1、C2          电容器
CMP1、...       比较器、运算放大器
D1              辐射元件(发光二极管)
D2              传感器元件(光电二极管)
D3、D3’        参考元件(光电二极管)
R1、...、R13    电阻器
S1              开关
T1              开关晶体管

Claims (15)

1、一种用于通过监视设备(150)监视测量仪器，尤其是天平(1000)的对准的方法，该监视设备(150)装备有根据气泡水平仪原理工作的倾斜传感器(1)，所述倾斜传感器包括其中充有形成有气泡(12)的液体(11)的容器(10)，其中所述气泡(12)的位置通过布置在所述气泡(12)的第一侧并用以发射辐射的辐射元件(D1)，以及通过布置在所述气泡(12)的第二侧并用以接收所述辐射的传感器元件(D2)而以光学方式被测量，其中所述辐射元件(D1)和所述传感器元件(D2)一起定义出传感器轴线(sx)，其中至少两个参考元件(D3；D3’)位于处在所述第二侧的所述传感器元件(D2)的两侧，分别在相对所述传感器元件的相反位置上，并且其中所述参考元件用于测试所述辐射的强度是否在允许范围之内，其特征在于：在所述监视设备(150)内自动执行一功能测试以验证所述监视设备(150)是在正常工作。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述辐射元件(D1)发射红外范围内的辐射，和/或所述传感器元件(D2)以及与所述传感器元件(D2)直线对准的所述两个参考元件(D3；D3’)被设计成可有选择地接收红外范围内的辐射，和/或所述两个参考元件(D3；D3’)以这样一种方式布置，使得当所述气泡(12)处于所述传感器轴线(sx)的中央时所接收到的辐射不穿过所述气泡(12)。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：通过第一比较器(CMP1)，将所述传感器元件(D2)的输出信号与第一阈值(uE11)比较，所述第一阈值代表用于确定所述气泡(12)距所述传感器轴线(sx)的距离是否在对应于允许的倾斜的范围之内的量度，并且通过第二和第三比较器(CMP2，CMP3；CMP2’，CMP3’)，可以将分别相关联的参考元件(D3；D3’)的输出信号各自与较低的第二阈值(uE21)和较高的第三阈值(uE31)比较，其中这两个阈值(uE21、uE31)定义了所述辐射的强度的允许范围，从而定义了需要提供给优选为发光二极管的所述辐射元件(D1)的电力的范围。
4、如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：所述辐射以脉冲形式周期或者非周期地发射，所述脉冲优选地以5至15毫秒间隔彼此相随并且具有5至15微秒的脉冲宽度，和/或将要提供给所述辐射元件(D1)的电力是通过所述脉冲的高度的变化而确定的。
5、如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述监视设备受到控制，其中
a)通过一测试序列，所述辐射的强度被增大至一水平，该水平被设计以产生位于所述第二阈值(uE21)之下的所述传感器和参考元件(D2，D3，D3’)的输出信号，由此，与所述第一、第二和第三阈值相关联的比较器(CMP1；CMP2，CMP3；CMP2’，CMP3’)的输出信号(uOUT1、uOUT2、uOUT3)被评价，并且如果所述输出信号指示阈值(uE11、uE21、uE31)已经被超出，则记录一错误，和/或
b)通过所述测试序列，所述辐射的强度被增大至一水平，该水平被设计以产生位于所述第一和第三阈值(uE11，uE31)之上的所述传感器和参考元件(D2，D3，D3’)的输出信号，由此，与所述第一、第二和第三阈值相关联的比较器(CMP1；CMP2，CMP3；CMP2’，CMP3’)的输出信号(uOUT1，uOUT2，uOUT3)被评价，并且如果所述输出信号指示阈值(uE11，uE21，uE31)还没有达到，则记录一错误，和/或
c)在倾斜测量期间，如果与较低的第二阈值(uE21)相关联的比较器(CMP2；CMP2’)的输出信号(uOUT2)指示所述第二阈值(uE21)还没有达到，并且如果与较高的第三阈值(uE31)相关联的比较器(CMP3；CMP3’)的输出信号(uOUT3)指示所述第三阈值(uE31)已经被超出，则记录错误，和/或
d)在倾斜测量期间，如果与较高的第三阈值(uE31)相关联的比较器(CMP3；CMP3’)的输出信号(uOUT3)指示所述第三阈值(uE31)已经被超出，则记录所述辐射的强度过大，和/或
e)在倾斜测量期间，如果所有比较器(CMP1；CMP2，CMP3；CMP2’，CMP3’)的输出信号(uOUT1，uOUT2，uOUT3)指示它们各自的阈值(uE11，uE21，uE31)还没有达到，则记录所述辐射的强度不足。
6、如权利要求4或5所述的方法，其特征在于所有比较器(CMP1；CMP2，CMP3；CMP2’，CMP3’)的输出信号(uOUT1，uOUT2，uOUT3)在处理器(4)中被处理，其中
a)每一次指示失去水平状况的所述第一阈值(uE11)没有达到或者被超出时，分别朝着第一极限值或者第二极限值改变一倾斜计数器，和/或
b)每一次用于区别足够的辐射强度与不足的辐射强度的所述第二阈值(uE21)没有达到时，在从第三极限值向第四极限值的方向上改变一强度计数器，和/或
c)每一次指示所述辐射强度过大的所述第三阈值(uE31)被超出时，在从所述第四极限值向所述第三极限值的方向上改变所述强度计数器，和/或
d)在所述测试序列期间已经记录了一错误之后，在朝着第五极限值的方向上改变一功能计数器，和/或
e)在所述倾斜测量期间已经记录了一错误之后，在朝着所述第五极限值的方向上改变所述功能计数器，或者在朝着第六极限值的方向上改变一错误计数器。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
a)在已经达到所述第一或第二极限值之后，用信号表示一容限范围之内或者之外的倾斜，并且如果需要，则停止测量过程，和/或
b)在已经达到所述第三或第四极限值之后，所述辐射的强度，或者更为具体而言，提供给所述辐射元件(D1)的电力，根据需要被调节，和/或
c)在已经达到所述第五或第六极限值之后，用信号表示对应于所述第五和/或第六极限值的错误，并且如果需要，则停止测量过程。
8、一种用于执行权利要求1至7中的一个所述的方法的监视设备(150)，其中所述监视设备(150)装备有根据气泡水平仪原理工作的倾斜传感器(1)，所述倾斜传感器包括其中充有形成有气泡12的液体(11)的容器(10)，其中所述气泡(12)的位置通过布置在所述气泡(12)的第一侧并用以发射辐射的辐射元件(D1)以及通过布置在所述气泡(12)的第二侧并用以接收所述辐射的传感器元件(D2)而以光学方式被测量，其中所述辐射元件(D1)和所述传感器元件(D2)一起定义出一传感器轴线(sx)，其中至少两个参考元件(D3；D3’)位于处在所述第二侧的所述传感器元件(D2)的两侧，分别在相对所述传感器元件的相反位置上，并且其中所述参考元件用以测试所述辐射的强度是否在允许范围之内，其特征在于：所述监视设备(150)包括用于自动执行一功能测试以验证所述监视设备(150)是在正常工作的装置。
9、如权利要求8所述的监视设备(150)，其特征在于：所述辐射元件(D1)被设计以发射红外范围内的辐射，和/或所述传感器元件(D2)以及优选地布置在穿过所述传感器元件(D2)的直线上的所述两个参考元件(D3，D3’)被设计以有选择地接收红外范围内的辐射，和/或所述两个参考元件(D3，D3’)以这样一种方式被布置以使只要所述气泡(12)基本上处于所述传感器轴线(sx)的中央，则由所述参考元件接收到的辐射就不经过所述气泡(12)。
10、如权利要求8或9所述的监视设备(150)，其特征在于：通过第一比较器(CMP1)，将所述传感器元件(D2)的输出信号与第一阈值(uE11)比较，所述第一阈值代表用于确定所述气泡(12)距所述传感器轴线(sx)的距离是否在对应于允许的倾斜的范围之内的量度，并且通过第二和第三比较器(CMP2，CMP3；CMP2’，CMP3’)，可以将分别相关联的参考元件(D3；D3’)的输出信号各自与较低的第二阈值(uE21)和较高的第三阈值(uE31)比较，其中所述两个阈值(uE21、uE31)定义了所述辐射的强度的允许范围，从而定义了需要提供给优选为发光二极管的所述辐射元件(D1)的电力的范围。
11、如权利要求8、9或10所述的监视设备(150)，其特征在于：所有比较器(CMP1；CMP2，CMP3；CMP2’，CMP3’)的输出信号(uOUT1，uOUT2，uOUT3)被处理器(4)所接收，所述处理器可操作用于：
a)每一次指示失去水平状况的所述第一阈值(uE11)没有达到或者被超出时，分别朝着第一极限值或第二极限值改变一倾斜计数器，和/或
b)每一次用于区别足够的辐射强度与不足的辐射强度的所述第二阈值(uE21)没有达到时，在从第三极限值向第四极限值的方向上改变一强度计数器，和/或
c)每一次指示所述辐射强度过大的所述第三阈值(uE31)被超出时，在从所述第四极限值向所述第三极限值的方向上改变所述强度计数器，和/或
d)在所述测试序列期间已经记录了一错误之后，在朝着第五极限值的方向上改变一功能计数器，和/或
e)在所述倾斜测量期间已经记录了一错误之后，在朝着所述第五极限值的方向上改变所述功能计数器，或者在朝着第六极限值的方向上改变一错误计数器。
12、如权利要求11所述的监视设备(150)，其特征在于：
a)在已经达到所述第一或第二极限值之后，一容限范围之内或者之外的倾斜可以通过信号器元件(51、52)和/或指示器单元(54)用信号表示，并且如果需要可停止测量过程，和/或
b)在已经达到所述第三或第四极限值之后，所述辐射的强度，或者更为具体而言，提供给所述辐射元件(D1)的电力，可以相应地被改变，和/或
c)在已经达到所述第五或第六极限值之后，分别对应于所述第五或第六极限值的错误可以通过所述信号器元件(51、52)和/或所述指示器单元(54)用信号表示，并且如果需要，可以停止测量过程。
13、如权利要求8至12中的一个所述的监视设备(150)，其特征在于：所述气泡(12)在所述倾斜传感器(1)中的位置还可以通过视觉被检查。
14、一种具有如权利要求8至13中的一个所述的监视设备(150)的测量仪器，特别是天平(1000)。
15、如权利要求14所述的测量仪器，其特征在于：连接到所述监视设备(150)的所述倾斜传感器(1)可以以这样一种方式安装在所述测量仪器的外壳(1001)上，使得所述气泡脱离所述传感器轴线(sx)的偏离是可见的。
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