CN1801173A - 代码读出器的传感头 - Google Patents

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Abstract

一种用于读出至少部分导电代码的代码读出器的传感头，所述传感头包括读出电极和测量电子线路，读出电极的尖头设置成以电容方式与代码耦合。测量电子线路配置成将信号输入到所述读出电极，并且测量来自读出电极的所述信号的响应，以便确定读出电极和其周围环境之间的阻抗变化。此外，本发明涉及相应的方法、代码读出器、电子装置和移动装置。

Description

代码读出器的传感头
技术领域
本发明涉及代码读出器的用于读出至少部分导电代码的传感头，所述传感头包括读出电极和测量电子线路，所述读出电极的尖头设置成以电容方式与代码耦合。本发明还涉及用代码读出器读出至少部分导电代码的方法。此外，本发明涉及代码读出器、电子装置和移动装置，包括用于读出至少部分导电代码的传感头。
背景技术
形成用于不同产品的不同的机器可读代码是已知的。一种方法是用不太导电的基底材料上的至少部分导电材料形成代码。例如，所述代码可以用导电墨水形成在纸上或显示板上。在一些情况下，也可以用其他透明或不透明的表面来覆盖所述导电代码。可以通过读出装置用电的方式读出所述代码，所述读出装置把更导电的代码材料与不太导电的基底材料区别开并且相对于所述代码而移动。
已经开发出用于读出导电代码的不同解决方案。在美国专利5,159,181中给出一种解决方案，所述专利公开了一种电容式代码读出器。所述代码读出器基于利用代码读出器电极以电容方式识别导电代码，与代码宽度对应地设置所述读出器电极。相应地，在代码读出器电极的位置上，在代码中形成耦合区域。当代码读出器处于代码的位置时，代码读出器电极和代码构成电路，并且检测到各电极之间的交流电流(AC)。为使其功能可靠，所述解决方案要求代码和代码读出器预先相互对准以及精确的读出方向。由于这种原因，所述解决方案主要适合于所谓卡片读出器自动化，其中包括所述代码的卡片由电动机辅助引向代码读出器。在手动移动代码读出器的应用中，所述解决方案不能可靠工作，这时与代码有关的速度、距离、位置和/或代码读出器的移动方向都可能变化。
美国专利5,453,602公开了一种读出导电代码的方法。在所述专利中，公开了三种不同的读出代码的方案。在每一种公开的解决方案中，传感头都包括分离的发生器板极和检测器板极以及至少一个接地板极或安全板极，测量电子线路把信号输入到分离的发生器板极并从检测器板极测量已输入的信号的响应。公开的解决方案的物理尺寸稍大，这就是为什么它们较好地适应不同卡片出器的自动化，其中包括所述代码的卡片由电动机辅助引向代码读出器，而不是手持式代码读出器。
发明内容
现在，发明了一种解决方案，所述解决方案能简化机械结构，使传感头更小。
为实现此目的，本发明的代码读出器的传感头的主要特征在于：测量电子线路设置成把信号输入到读出电极，以及测量所述读出电极对所述信号的响应，以便确定读出电极和其周围环境之间的阻抗变化。本发明的方法的主要特征在于：把测量电信号输入到所述读出电极并且从所述读出电极测量所述信号的响应，以便确定读出电极和其周围环境之间的阻抗变化。本发明的代码读出器、电子装置和移动装置的主要特征在于：测量电子线路设置成把信号输入到所述读出电极，以及从所述读出电极测量所述信号的响应，以便确定读出电极和其周围环境之间的阻抗变化。
在本发明一个有利的实施例中，传感头只包括一个读出电极和测量电子线路。为了读出导电代码，测量所述读出电极和其环境之间的电容，由于读出电极的尖头和代码之间的电容耦合，读出电极尖头下的代码使所述电容发生变化。电容的测量是通过把AC电压输入到读出电极来实现的，所述AC电压在读出电极的尖头周围产生电场。除了读出电极外，如果需要，所述传感头可以包括一个或一个以上的隔离电极，以便限定在与读出电极相关的所需区域上由读出电极产生的电场，从而提高读出的空间分辨率。
读出电极与传感头的电子线路，尤其例如前置放大器相连。传感头的不同部分，例如前置放大器可以用几种不同方式实现。在一个实施例中，使用电容电桥。在另一个实施例中，前置放大器的电源电压是脉冲电压。而基于所谓开关电容器技术的前置放大器用于一个实施例中。
在一个实施例中，使用足够高的读出频率和足够高的灵敏度的前置放大器读出代码，并且把信号从读出电极的尖头耦合到代码的导电部分。利用以这种方式实现的传感头，有可能在不预定代码读出器的移动速度、位置或方向的情况下，用可靠的手持方式高分辨率地读出代码。由传感头读出的代码数据被收集在控制单元中，所述控制单元识别读出的代码信息中实际代码的开始图案和结束图案。根据实际代码的几何结构和/或电气特性，控制单元形成描述所述实际代码的数据。
本发明的不同实施例提供了优于现有技术解决方案的几个优点。根据实施例的实现方法，本发明可以提供例如以下优点中的一个或多个：
-由于读出电极的尖头不需要与在待读出的代码中形成的耦合区域对准，因而使得有可能进行手持操作，
-便于手持应用，传感头允许在每个方向上更加倾斜，因为不是两个或两个以上电极，而是一个电极的尖头保持与待读出的代码接近就足够了，
-由于不需要分离的发生器电极和检测器电极，因而简化了传感头的机械结构，
-由于由电极构成的结构的物理尺寸可以较小，因而提高了空间分辨率，即，可以读出更密集的代码，和/或
-由于简化了结构，因而降低了传感头的制造成本。
可以以这样的方式实现根据本发明的读出技术，即，它基本上不会干扰电子装置和/或数据传送。这使得在需要的时候可以以相同的结构布置代码读出器和其他功能。例如，代码读出器可以与移动装置、通信装置、电子笔记本和/或掌上型计算机连接。代码读出器也可以是一个分离的单元，它借助于恰当的数据传送技术与其他装置，例如移动装置、通信装置和电子笔记本和/或掌上型计算机连接。
附图说明
下面将参照附图更详细地说明本发明，附图中
图1示出本发明的代码读出器，
图2示出代码读出器的方框图，
图3示出传感头的实施例的原理结构，
图4至7示出不同斩波放大器的电子线路的实现方案，
图8示出另一个实施例的代码读出器，以及
图9示出一个系统。
为了清晰起见，各图仅仅示出为理解本发明所需的细节。为了强调本发明的特征，对于理解本发明不需要的结构和细节，以及对于本专业的技术人员来说是显而易见的部分都从图中省略。
具体实施方式
当按照本发明说明代码读出器1时，我们用导电墨水印制在纸上的条形代码作为代码2，条形代码的大小为几个厘米范围。但是所述代码可以与例子中给出的代码不同，例如其形状、大小、基底或导电材料可以不同。
图1示出本发明的代码读出器1的实施例以及导电代码2的一部分。在所述例子中，代码读出器1设计成笔状。代码读出器1的尖头包括传感头11，其中设置读出电极。
图2用图形示出代码读出器1的实施例。根据例子，代码读出器1包括传感头11和控制单元14。传感头11包括读出电极12和测量电子线路13。控制单元14包括用于处理由传感头11产生的数据以便确定代码2的装置。读出电极12的尖头的大小和形状可以改变，但是已经发觉，电极12的尖头的直径最好小于1mm。在实际测试中，已经发现，合适测量结果为50至300μm。读出电极12的尖头可以用绝缘体保护，绝缘体的厚度最大为几十微米。读出电极12的尺寸和布局尤其对利用所述装置能检测到代码2多窄的部分以及对测量电子线路13所需多高的分辨率都会产生影响。测量电极设置成感测读出电极及其环境之间的阻抗变化。
图3示出代码读出器1的传感头11的一种可能的结构。包括模块131、132、133、134和135的测量电子线路13设置成测量电极及其环境之间的容抗。所述传感头11也包括一个读出电极12，所述读出电极的尖头以电容方式连接到被读出的代码2上。利用图2给出的读出电极12的尖头的尺寸，由代码2引起的被测电容的变化一般在几十毫微微法拉到几毫微微法拉的范围内。脉冲振荡器131产生AC信号，所述AC信号可以是例如具有恒定频率和幅度的方波。脉冲震荡器131的频率可以是例如100KHz、1MHz或几兆赫兹，这取决于例如所用放大器电路的类型。斩波放大器132把AC电压输入到读出电极12，所述读出电极在读出电极尖头的周围产生电场。读出电极12的尖头尺寸很小，使得读出电极和代码2之间的电容显著地小于代码到其周围环境的电容耦合。这样，输入到读出电极12的电压不会对代码2的电位产生明显的影响。在读出电极的尖头周围可以具有一个或一个以上的隔离电极17，所述隔离电极把电场限定在所需的区域，因而提高了读出的空间分辨率。隔离电极17通常连接到电子线路的接地电压。当导电代码2受传感头11的读出电极12尖头的影响时，读出电极和其周围环境之间的电容就会改变。这可以从斩波放大器132的输出信号中的幅度和/或信号波形的变化看出。抗混淆滤波器133从所述信号滤除谐波频率(脉冲震荡器131的多个频率)，同时也滤除这些频率中的噪声。这时，相移器134以这样的方式移动抗混淆滤波器133的输出信号的相位，即，与脉冲震荡器131输出的信号相比，相移器的输出信号具有0度或180度的相移。检测器135输出与相移器134的输出信号幅度成正比的DC信号。一般地说，检测器135包括通过模拟开关和其后面的低通滤波器实现的乘法器。代码2的识别是以测量的检测器135的输出信号为基础的。图3涉及的斩波放大器132可以用几种不同的方法实现，下面给出几个有用的例子。
图4和5给出了基于电容测量电桥的斩波放大器电路135，图5中示出所述斩波放大器电路的自动平衡耦合。在这些解决方案中，如果在读出电极12的尖头周围存在隔离电极17，就可以将其连接到所述电子线路的接地电压。同样，读出电极12和前置放大器之间的导线可以配备有静电屏蔽，在这些解决方案中，所述静电屏蔽可以连接到所述电子线路的接地电压。读出电极12连接到放大器的非倒相输入端上，并用虚线电容器Cm给出了读出电极12的等效电路。C1、C2和C3与Cm一起构成电容性测量电桥。除了这些电容器外，尤其是放大器的输入电容和连接到测量电桥的导线的寄生电容(图中没有示出)会影响测量电桥的平衡。Cf是前置放大器的反馈电容。Rb和Rf为前置放大器的偏压电阻。在图5中，Vcfixed为固定的DC电压，Ccadj为DC电压，通过根据传感头11的输出信号调节它们，代码读出器1的控制单元14就能设置平衡的测量电桥。在图5的配置中，Cf可以较小，因而可以在没有超过放大器的线性工作范围(例如由测量电桥的电容值的温度漂移引起)的危险的情况下，使前置放大器的输出对Cm的变化更加灵敏。从脉冲震荡器131接收与图4和5右手侧的波形一致的CHOP信号。当把待读出的代码2置于读出电极12下面时，Cm的电容值增加，这使前置放大器的输出信号发生变化，基本上如图4和5右手侧图解说明的。均匀线说明在读出电极12的尖头下没有代码的情况下斩波放大器132的输出信号，虚线说明当代码2处于读出电极12的尖头下面时斩波放大器132的输出信号。放大器的有限带宽会使输出信号边缘变成圆形。
图6示出基于对前置放大器电源电压斩波的斩波放大器132。在此解决方案中，如果在读出电极12的尖头周围存在隔离电极17，那么，所述隔离电极可以连接到所述电子线路的接地电压。同样，读出电极12和前置放大器之间的导线可以配备有静电屏蔽，在此解决方案中，所述静电屏蔽可以耦合到CHOP信号中。读出电极12连接到放大器的非倒相输入端，用虚线电容器Cm表示读出电极12的等效电路。其他虚线电容表示影响工作的最重要的寄生电容的等效电路。Cin为前置放大器的输入电容，Cp为读出电极12和放大器之间连接到斩波放大器132的其他元件的导线的寄生电容，Rb1和Rb2为前置放大器的偏压电阻，Rf1和Rf2为前置放大器增益的反馈电阻，Vc为传感头的电源电压，而Cs为前置放大器的正电源电压的整流电容器。从脉冲震荡器131接收与图右手侧的波形一致的CHOP信号。当待读出的代码2处在读出电极12尖头下时，Cm的电容值增加，这使前置放大器的输出信号发生变化，基本上如图右手侧上图解说明的。均匀线说明在读出电极12的尖头下没有代码2的情况下前置放大器的输出信号，虚线说明当代码处于读出电极尖头下时前置放大器的输出信号。输出信号的边缘峰值是由放大器的有限带宽引起的。
在图7的实施例中，使用基于所谓开关电容器技术的前置放大器。在本解决方案中，所述开关电容器技术也特别适应图3给出的其他模块的实现。在本解决方案中，如果在读出电极12的尖头周围存在隔离电极17，那么，所述隔离电极可以连接到所述电子线路的接地电压。同样，读出电极12和前置放大器之间的导线可以配备有静电屏蔽，在本解决方案中，所述静电屏蔽可以连接到所述电子线路的接地电压。读出电极12连接到开关S1，用虚线电容器Cm示出读出电极12的等效电路。前置放大器的输出信号还受放大器的输入电容和信号导线的寄生电容(图中未示出)的影响。Cf为前置放大器的反馈电容。Vbias为DC电压。由从脉冲震荡器131接收的与图右手侧的信号波形一致的CHOP1和CHOP2信号控制开关S1和S2。当待读出的代码2处在读出电极12下面时，Cm的电容值增加，这使前置放大器的输出信号发生变化，基本上如图右手侧上图解说明的。均匀线说明在读出电极12的尖头下没有代码2时的输出信号，虚线说明当代码处于读出电极尖头下面时前置放大器的输出信号。例如放大器电路的有限带宽和开关的阻抗使输出信号的边缘变成圆形。
图8用图形示出代码读出器1的实施例。根据所述实施例的代码读出器1包括传感头11和控制单元14。本实施例中的控制单元14与数据处理单元15相连，所述数据处理单元配置成处理由代码2组成的控制数据。此外，例子中示出数据传送单元16，代码读出器1通过数据传送单元与其他装置和/或系统相连。
可以以这样的方式实现本发明的读出技术，即，它基本上不干扰电子装置和/或数据传送。这使得在需要时有可能以相同的结构布置代码读出器1和其他功能。例如，代码读出器1可以连接到移动装置、通信装置、电子笔记本和/或掌上型计算机。代码读出器1也可以是分离单元，它可以借助于合适的数据传送技术与其他装置，例如移动装置、通信装置和电子笔记本和/或掌上型计算机连接。在一个实施例中，可以利用触摸屏的记录笔以相同的结构设置代码读出器1，在这种情况下有可能利用同一单元读出代码和控制所述装置。例如可以利用红外(IR)或蓝牙技术在代码读出器1和其他装置之间传送数据。
通过配置代码读出器与一些其他系统连接，有可能提供和使用不同服务。例如，图9示出系统组合件，所述系统组合件包括代码读出器1、通信装置3和服务器4。在所述例子中，代码读出器1处于与通信装置3连接的数据传送中，但是所述装置也可以在内部。通信装置3配置成与服务器4相连。
例如，利用代码读出器1，有可能读出报纸中的代码2，所述代码包括因特网中一些主页的地址数据。代码读出器1对代码2译码并确定上述地址数据，所述地址数据传送给通信设备3。然后通信设备3形成与上述主页的服务器4的连接。
通过用各种方法组合与上述本发明的各种实施例相关的模块和结构，就能根据本发明的精神产生各种实施例。因此，上面给出的例子不能被解释为对本发明的限制，本发明的各种实施例可以在后面的权利要求书中给出的本发明特征范围内自由变化。

Claims (13)

1.一种读出至少部分导电代码的代码读出器的传感头，所述传感头包括读出电极和测量电子线路，所述读出电极的尖头设置成以电容方式与所述代码耦合，其中，所述测量电子线路设置成将信号输入到所述读出电极以及测量来自所述读出电极的所述信号的响应，以便确定读出电极和其环境之间的阻抗变化。
2.如权利要求1所述的传感头，其中，所述传感头还包括一个或一个以上的隔离电极，以便限定由所述读出电极产生的电场。
3.如权利要求1所述的传感头，其中，所述测量电子线路包括用于产生信号的斩波放大器，所述斩波放大器电子线路是以电容测量电桥为基础的。
4.如权利要求1所述的传感头，其中，所述测量电子线路包括用于产生信号的斩波放大器，所述斩波放大器电子线路是以电源电压的斩波为基础的。
5.如权利要求1所述的传感头，其中，所述测量电子线路包括用于产生信号的斩波放大器，所述斩波放大器电子线路是以开关电容器技术为基础的。
6.一种利用代码读出器读出至少部分导电代码的方法，所述代码读出器的传感头至少包括读出电极和测量电子线路，所述读出电极的尖头设置成以电容方式与所述代码耦合，其中，利用所述测量电子线路把信号输入到所述读出电极并测量来自所述读出电极的所述信号的响应，以便确定所述读出电极和其周围环境之间的阻抗变化。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述传感头还包括一个或一个以上的隔离电极，以便限定由所述读出电极产生的电场。
8.如权利要求6所述的方法，其中，利用测量电子线路形成所述信号，所述测量电子线路包括基于电容测量电桥的斩波放大器。
9.如权利要求6所述的方法，其中，利用测量电子线路形成所述信号，所述测量电子线路包括基于电源电压斩波的斩波放大器。
10.如权利要求6所述的方法，其中，利用测量电子线路形成所述信号，所述测量电子线路包括基于开关电容技术的斩波放大器。
11.一种用于读出至少部分导电代码的代码读出器，所述代码读出器包括读出电极和测量电子线路，所述读出电极的尖头设置成以电容方式与所述代码耦合，其中，所述测量电子线路设置成把信号输入到所述读出电极并且测量来自所述读出电极的所述信号的响应，以便确定所述读出电极和其周围环境之间的阻抗变化。
12.一种电子装置，它包括用于读出至少部分导电代码的传感头，所述传感头包括读出电极和测量电子线路，所述读出电极的尖头设置成以电容方式与代码耦合，其中，所述测量电子线路设置成将信号输入到所述读出电极并测量来自所述读出电极的所述信号的响应，以便确定所述读出电极和其周围环境之间的阻抗变化。
13.一种移动装置，它包括用于读出至少部分导电代码的传感头，所述传感头包括一个读出电极和测量电子线路，所述读出电极的尖头设置成以电容方式与代码耦合，其中，所述测量电子线路设置成将信号输入到所述读出电极，并测量读出电极对所述信号的响应，以便确定读出电极和其周围环境之间的阻抗变化。
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