DE112015000536T5 - Bewegungssteuersystem für kapazitive Erfassungssonde - Google Patents

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Abstract

Es werden verschiedene Verfahren und Systeme zum Steuern einer Sonde, die sich in Richtung eines in einem Behälter gehaltenen Fluids bewegt, bereitgestellt. Die Sonde wird in Richtung des Fluids bewegt, um eine Probe des Fluids in dem Behälter zu nehmen. Um eine Probe zu nehmen, wird die Sonde betätigt, um auf die Fluidoberfläche aufzutreffen und um einen vorgegebenen Abstand durch die Fluidoberfläche zu gehen. Zur Unterstützung einer Annäherungsmaschine zum Steuern der Bewegung der Sonde wird die kapazitive Erfassung verwendet, die die Sonde selbst enthält. Die Annäherungsmaschine bestimmt auf der Grundlage der Kapazitätsmessungen und in einigen Fällen auf der Grundlage von Positionsinformationen der Sonde die Geschwindigkeit der Sonde. Die Annäherungsmaschine stellt sicher, dass die Sonde auf die Oberfläche des Fluids in dem Behälter auftrifft, um eine Probe zu nehmen, während sie sicherstellt, dass die Sonde nicht auf den Boden des Behälters auftrifft.

Description

  • PRIORITÄTSDATEN
  • Diese Anmeldung ist eine internationale Patentanmeldung, die die Priorität der nicht vorläufigen US-Patentanmeldung, lfd. Nr. 14/165.971, eingereicht am 28. Januar 2014 und mit dem Titel ”CAPACITIVE SENSING PROBE MOTION CONTROL SYSTEM” beansprucht, die hier in ihrer Gesamtheit durch Literaturhinweis eingefügt ist.
  • TECHNISCHES GEBIET DER OFFENBARUNG
  • Die offenbarte Technologie bezieht sich auf Steuersysteme, die die Pegelerfassung umfassen, und insbesondere auf ein Sondenbewegungs-Steuersystem, das eine kapazitive Erfassung umfasst, wie sie auf die Pegelerfassung angewendet wird.
  • HINTERGRUND
  • Pegelsensoren detektieren den Pegel von Substanzen, die strömen, einschließlich Flüssigkeiten, Schlämmen, gekörnter Materialien und Pulver. Fluide und fluidisierte Festkörper strömen wegen der Schwerkraft, um in ihren Behältern (oder in anderen physikalischen Begrenzungen) im Wesentlichen eben zu werden, während sich die meisten massiven Festkörper unter einem Böschungswinkel zu einer Spitze ablagern. Die zu messende Substanz kann sich innerhalb eines Behälters befinden. Die Pegelmessung kann entweder kontinuierlich sein oder können Punktwerte sein. Kontinuierliche Pegelsensoren messen den Pegel innerhalb eines spezifizierten Bereichs und bestimmen die genaue Menge der Substanz an einer bestimmten Stelle, während Punktpegelsensoren nur angeben, ob die Substanz über oder unter dem Erfassungspunkt ist. Allgemein detektieren die Letzteren Pegel, die übermäßig hoch oder niedrig sind.
  • Es gibt viele physikalische Variablen und Anwendungsvariablen, die die Auswahl des optimalen Pegelüberwachungsverfahrens für industrielle und kommerzielle Prozesse beeinflussen. Die Auswahlkriterien können eines oder mehrere der Folgenden enthalten: Phase (flüssig, fest oder Schlamm), Temperatur, Druck oder Unterdruck, Chemie, Dielektrizitätskonstante des Mediums, Dichte (relative Dichte) des Mediums, Bewegung (Verhalten), akustisches oder elektrisches Rauschen, Schwingung, mechanischen Stoß, Größe und Form des Tanks oder Vorratsbehälters. Die Anwendungsbeschränkungen sind ebenfalls wichtig, wobei sie enthalten können: Preis, Genauigkeit, Aussehen, Ansprechrate, Leichtigkeit der Kalibrierung oder Programmierung, physikalische Größe und Montage des Instruments, Überwachung oder Steuerung kontinuierlicher oder diskreter (Punkt-)Pegel.
  • ÜBERSICHT
  • Es werden verschiedene Verfahren und Systeme zum Steuern einer Sonde, die sich in Richtung eines in einem Behälter gehaltenen Fluids bewegt, bereitgestellt. Die Sonde wird in Richtung des Fluids bewegt, um eine Probe des Fluids in dem Behälter zu nehmen. Um eine Probe zu nehmen, wird eine Sonde betätigt, damit sie auf die Fluidoberfläche auftrifft und um einen vorgegebenen Abstand durch die Fluidoberfläche geht. Die kapazitive Erfassung, die die Sonde selbst integriert, wird verwendet, um eine Annäherungsmaschine zum Steuern der Bewegung der Sonde zu unterstützen. Die Annäherungsmaschine bestimmt die Geschwindigkeit der Sonde auf der Grundlage von Kapazitätsmessungen und in einigen Fällen auf der Grundlage von Positionsinformationen der Sonde. Die Annäherungsmaschine stellt sicher, dass die Sonde auf die Oberfläche des Fluids in dem Behälter auftrifft, um eine Probe zu nehmen, während sie sicherstellt, dass die Sonde nicht auf den Boden des Behälters auftrifft.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Um ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Offenbarung und ihrer Merkmale und Vorteile bereitzustellen, wird Bezug genommen auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile repräsentieren, in denen:
  • 1 eine beispielhafte Implementierung eines hochauflösenden Kapazitäts-Digital-Umsetzers (CDC) in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung zeigt;
  • 2 eine beispielhafte Konfiguration zeigt, die sowohl einen hochauflösenden Kapazitäts-Digital-Umsetzer als auch eine Bewegungssteuermaschine in einem Steuersystem in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung nutzt;
  • 3 eine beispielhafte graphische Darstellung der Sondenposition in Abhängigkeit von der Kapazität (wobei sich die Sonde einer leeren Küvette annähert) in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung zeigt;
  • 4 eine beispielhafte graphische Darstellung der Sondenposition in Abhängigkeit von der Kapazität (wobei sich die Sonde einer nicht leeren Küvette annähert) in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung zeigt;
  • 5 eine beispielhafte graphische Darstellung des Abstands zwischen der Sonde und der Platte in Abhängigkeit von der Kapazität (für drei verschiedene Datenreihen, die drei Sonden entsprechen, die sich jeweils einer nicht leeren Küvette bei drei verschiedenen Fluidpegeln annähern) in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung zeigt;
  • 6 eine beispielhafte graphische Darstellung des Abstands zwischen der Sonde und der Platte in Abhängigkeit von der Kapazität, die auf der Grundlage von Daten von einer leeren Küvette normiert sind (für drei verschiedene Datenreihen, die drei Sonden entsprechen, die sich jeweils einer nicht leeren Küvette bei drei verschiedenen Fluidpegeln annähern), in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung zeigt;
  • 7 eine beispielhafte graphische Darstellung des Abstands zwischen der Sonde und der Platte in Abhängigkeit von der Änderung der Kapazität der normierten Datensätze, die in 6 gezeigt sind (für drei verschiedene Datenreihen, die drei Sonden entsprechen, die sich jeweils einer nicht leeren Küvette bei drei verschiedenen Fluidpegeln annähern), in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung zeigt;
  • 8 eine beispielhafte graphische Darstellung der Annäherung der Ablesezahl in Abhängigkeit von der Kapazität in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung zeigt;
  • 9 eine beispielhafte graphische Darstellung der Sondenposition beim Auftreffen auf die Fluidoberfläche in Abhängigkeit von der Kapazität in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung zeigt;
  • 10 einen beispielhaften Ablaufplan eines Verfahrens, das durch ein Steuersystem, das eine Sonde in Richtung eines Behälters bewegt, verwendbar ist, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung zeigt;
  • 11 einen beispielhaften Potenzreihen-Funktionsschätzwert von Positionsinformationen in Abhängigkeit von Kapazitätsmesswerten in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung zeigt; und
  • 12A–B zwei beispielhafte Kapazitäts-Digital-Umsetzer, die mit dem Steuersystem zum Messen der Kapazität verwendbar sind, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung zeigen.
  • BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER OFFENBARUNG
  • Verständnis der kapazitiven Erfassung
  • Die kapazitive Erfassung ist eine Technologie, die auf der kapazitiven Kopplung beruht. Ein kapazitiver Sensor kann Eigenschaften eines oder mehrerer Materialien in der Nähe eines kapazitiven Sensors wie etwa Eigenschaften eines Dielektrikumgemischs detektieren. Die Materialien können entweder leitfähig sein und/oder ein anderes Dielektrikum als ihre Umgebungen aufweisen. Die kapazitive Erfassung wird in vielen verschiedenen Typen von Sensoren, einschließlich jener zum Detektieren und Messen der Nähe, der Position oder Verlagerung, der Feuchtigkeit, des Fluidpegels und der Beschleunigung, verwendet. Während kapazitive Sensoren zum Detektieren von Änderungen der Kapazität genauer und zuverlässiger werden, wird die kapazitive Erfassung verbreiteter. Kapazitive Sensoren werden z. B. in vielen elektronischen Vorrichtungen wie etwa in Laptop-Touchpads, digitalen Audiospielern, Computeranzeigen, Mobiltelephonen, mobilen Vorrichtungen, Tablets usw. verwendet. Entwurfsingenieure wählen kapazitive Sensoren weiter wegen ihrer Vielseitigkeit, Zuverlässigkeit und Robustheit und Kostensenkung gegenüber mechanischen Schaltern. Die vorliegende Offenbarung konzentriert sich darauf, wie die kapazitive Erfassung zum Steuern einer Sonde, die sich in Richtung der Oberfläche eines Fluids in einem Behälter bewegt, zu verwenden ist, und in einigen Fällen darauf, wie der Pegel des Fluids in dem Behälter zu bestimmen ist.
  • Üblicherweise stellen kapazitive Erfassungssysteme in dem System einen Kondensator bereit, der zwei verschiedene leitende Objekte, d. h. leitfähige ”Platten”, umfasst. Insbesondere kann der kapazitive Sensor die Oberflächenladung auf einem oder auf mehreren dieser leitfähigen Objekte messen, um die Kapazität des Kondensators zu ermitteln. Die Kapazität würde eine bestimmte Angabe des Dielektrikumgemischs in dem Kondensator, das zwischen den zwei leitfähigen Objekten gebildet ist, bereitstellen. Ein oder beide dieser ausreichend leitfähigen Objekte können eine Elektrode sein (z. B. unter Verwendung ausreichend leitfähiger Materialien gebildet sein), wobei die Elektrode mit einer Erregungsquelle stimuliert wird, um ein elektrisches Feld zu erzeugen. Ein oder beide dieser ausreichend leitfähigen Objekte können durch den kapazitiven Sensor (z. B. über einen Kapazitäts-Digital-Umsetzer (CDC)) ausgelesen werden, um die Menge der Oberflächenladung auf dem ausreichend leitfähigen Objekt zu bestimmen, wobei der Oberflächenladungsmesswert, d. h. der Kapazitätsmesswert, eine Angabe der Kapazität zwischen zwei ”Platten” eines durch das System gebildeten Kondensators bereitstellt.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Implementierung eines hochauflösenden Kapazitäts-Digital-Umsetzers (CDC) für ein kapazitives Erfassungssystem in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Der CDC ist mit einem Kondensator CSENSOR, d. h. mit dem Kondensator, der eine Erfassungselektrode aufweist, verbunden. Eine der Platten des Kondensators ist mit einer Erregungsquelle verbunden, die eine Spannung V über den Kondensator CSENSOR bereitstellt. Die durch die Erregungsquelle bereitgestellte Spannung V (die außer einem Rechteckschwingungs-Erregungssignal irgendeine geeignete Signalform bereitstellen kann) stellt wiederum die Ladungseingabe in den Kondensator bereit. Der CDC misst die Oberflächenladung Q auf der Erfassungselektrode. Da Q eine direkte Beziehung mit der Kapazität C und mit der Spannung V besitzt, stellt die Messung der Oberflächenladung somit einen Kapazitätsmesswert bereit. Der CDC kann die durch CSENSOR gehende Ladung ununterbrochen abtasten.
  • In einigen Ausführungsformen wird der Messwert für einen Integrator, für einen Komparator zur Quantisierung, für ein digitales Filter bereitgestellt (wobei die Kombination von der spezifischen Implementierung des CDC abhängen kann). Allgemein stellt die Ausgabe ein digitales Signal bereit, das die durch den kapazitiven Sensor genommenen Kapazitätsmesswerte repräsentiert. Daraufhin kann das digitale Signal für einen Prozessor zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden.
  • Verschiedene Verfahren zur Pegelerfassung in einer Küvette oder in einem Behälter
  • Die Diagnoseinstrumentierung muss mit Fluiden in kleinen Behältern wie etwa Reagenzgläsern, Küvetten und Reagenzflaschen arbeiten. Für die richtige Grenzfläche zwischen (bewegten) Sonden und Behältern zum Probenansaugen (d. h., um eine Probe direkt unter der Oberfläche des Fluids zu nehmen) müssen Fluidpegel bekannt sein. Eine typische Diagnoseinstrumentierung kann eine Genauigkeit von 1 mm und eine Auflösung von weniger als 0,5 mm erfordern. Die Herausforderungen für diese Systeme enthalten, eine hohe Geschwindigkeit für die bewegte Sonde, Umgebungsempfindlichkeit, Konsistenz, Komplexität und die Kosten zu erhalten.
  • Ein Typ eines Behälters ist eine Küvette, die ein kleines Rohr mit einem kreisförmigen oder quadratischen Querschnitt ist, das an einem Ende abgedichtet ist, das aus Kunststoff, Glas oder Quarzglas (für UV-Licht) hergestellt ist und das dafür ausgelegt ist, Proben für spektroskopische Experimente zu halten. In schnellen spektroskopischen Assays, wo die Geschwindigkeit wichtiger als die hohe Genauigkeit ist, werden häufig Einwegkunststoffküvetten verwendet.
  • Die Diagnoseinstrumentierung kann häufig eine große Anzahl von Küvetten bewegen, während eine Sonde oder mehrere Sonden jede Küvette mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit abtasten. Üblicherweise umfasst eine Sonde ein hohles Rohr mit einer spitz zulaufenden Spitze, um durch den hohlen Abschnitt des Rohrs eine Probe des Fluids anzuheben. Die Sonde ermöglicht, dass eine genaue Menge der Probe des Fluids aus dem Behälter angehoben/angesaugt wird. Um die Verwendung der verfügbaren Probe in dem Behälter zu maximieren (ausreichend, aber nicht zu viel abzutasten), wird die Sonde vorzugsweise bei oder im Wesentlichen in der Nähe einer vorgeschriebenen Tiefe unter der Oberfläche des Fluids positioniert. Aus diesem Grund sind eine genaue Pegelerfassung und Pegelsteuerung der Sonde wichtig für die Bereitstellung eines effektiven Probenansaugsystems.
  • Allgemein gesagt können zum Messen des Fluidpegels viele Mechanismen verwendet werden. Es sind Ultraschall-, Radar- und Laserlösungen möglich, die aber sehr teuer sein können. In-vitro-Diagnosesysteme (IVD-Systeme) können Hochfrequenzsignale (HF-Signale) nutzen, um die Probenposition in Bezug auf die Fluidoberfläche zu bestimmen. Es ist bekannt, dass dieses System recht verrauscht ist. Es ist ein EMI-Emitter, was ein Problem sein kann. Außerdem ist es sehr empfindlich für eine Störung von äußerer elektromagnetischer Strahlung.
  • Eine Implementierung der kapazitiven Erfassung bei der Pegelerfassung enthält das Anordnen mehrerer Sensoren bei diskreten Pegeln innerhalb oder außerhalb eines Tanks, um diskrete Pegel innerhalb des Tanks (z. B. Tank voll, Tank leer oder andere feste Fluidpegel) zu detektieren. Diese Implementierung ist praktisch für Behälter, die recht groß und dauerhaft (nicht leicht wegwerfbar) sind, und für Anwendungen, bei denen Pegelmessungen mit niedriger Auflösung tolerierbar sind. Für eine Anwendung, bei der Küvetten oder ähnliche Testprobenbehälter verwendet werden, werden die Küvetten nacheinander in die richtige Position bewegt, wobei die Sonde für eine gegebene Küvette verhältnismäßig leicht fehlausgerichtet wird oder ein kapazitiver Sensor an der Seite einer Küvette für eine gegebene Küvette verhältnismäßig leicht fehlausgerichtet wird. Obgleich dieses Verfahren zur Bestimmung absoluter Füllpegel ausgezeichnet sein kann, ist es außerdem ohne genaue Motorsteuerung sehr schwierig, die Sondenposition relativ zu der Fluidoberfläche zu bestimmen.
  • Eine andere Implementierung der kapazitiven Erfassung bei der Pegelerfassung enthält das Anordnen zweier leitfähiger Sonden (deren Länge vom oberen Ende des Behälters zu dem Boden des Behälters verläuft) in dem durch einen Behälter gehaltene Fluid, um Fluidpegeländerungen zu überwachen. Diese Implementierung ist praktisch, falls die leitfähigen Sonden während der Gesamtheit der Fluidpegelüberwachungsoperation in dem Behälter feststehend gehalten werden können und in das Fluid eingetaucht gehalten werden können. Wegen Verunreinigungsproblemen in einer Diagnoseausrüstungsumgebung ist das Anordnen einer solchen Sonde innerhalb des Fluids nicht praktisch. Die Sonden müssten nach jedem Test entsorgt oder gereinigt werden.
  • Verbesserte kapazitive Erfassung in einem Steuersystem
  • Eine Aufgabe eines Steuersystems ist es, die Sonde unter Verwendung einer Bewegungssteuermaschine mit ausreichender Geschwindigkeit zu bewegen, während es eine ausreichende Messgenauigkeit der Position der Sonde in Bezug auf die Oberfläche des Fluids gibt, um einen bevorstehenden Kontakt mit der Oberfläche des Fluids in dem Behälter vorherzusagen. Das Steuersystem (z. B. eine Annäherungsmaschine) nimmt kapazitive Messwerte von einem kapazitiven Sensor als Eingabe unter Verwendung eines Kapazitiv-Digital-Umsetzers (CDC). Ein Prozessor mit einer Annäherungsmaschine des Steuersystems kann unter Verwendung der Kapazitätsmesswerte und optional von Positionsinformationen der Sonde von einer Bewegungssteuermaschine Signale an die Bewegungssteuermaschine senden (oder Daten zur Anweisung der Bewegungssteuermaschine senden), um die Sonde geeignet in Richtung der Oberfläche des Fluids in dem Behälter zu bewegen und um die Sonde anzuhalten, wenn die Sonde auf die Oberfläche des Fluids auftrifft.
  • Da die kapazitive Erfassung keine EMI-Anfälligkeit erleidet, da der Delta-Sigma-Modulator in dem CDC dazu neigt, diese herauszufiltern, ist die Verwendung der kapazitiven Erfassung gegenüber HF-Pegelerfassungslösungen überlegen. Außerdem kann der CDC eine Störung bei Stromnetzfrequenzen herausfiltern.
  • Der verbesserte Kondensator, der erfasst wird
  • In der vorliegenden Offenbarung umfasst der Kondensator, von dem die Kapazitätsmessungen vorgenommen werden, zwei Anschlüsse/Platten: eine leitfähige Platte, die unter dem Behälter, der ein Fluid hält, sitzt, und die bewegte Sonde selbst. An einen Anschluss/eine Platte des Kondensators wird ein Erregungssignal angelegt und der andere Anschluss/die andere Platte ist mit dem Kapazitiv-Digital-Umsetzereingang (CDC-Eingang) verbunden. Unabhängig davon, welcher Anschluss mit dem Erregungssignal oder mit dem CDC-Eingang verbunden ist, kann die gemessene Kapazität dieselbe sein. Der Absolutwert der gemessenen Kapazität kann von den Formfaktoren der Platte und der Sonde, von dem Aufbau des Dielektrikums, von dem Abstand von der Sonde zu der Platte und von anderen Umgebungsfaktoren abhängen. Es wird angemerkt, dass das Dielektrikum (in der Reihenfolge von der Sonde zu der Platte unter der Küvette) Luft, ein Fluid und eine Küvette zum Halten des Fluids enthalten kann. Das Steuersystem nutzt das sich ändernde Wesen dieses Dielektrikumgemischs, während sich die Sonde der Platte annähert.
  • In seiner einfachsten Form kann ein Kondensator als zwei parallele Platten mit einem dielektrischen Material zwischen ihnen beschrieben werden. Der Wert der Kapazität variiert neben anderen Faktoren mit der Plattengröße, mit der Orientierung einer Platte gegenüber der anderen und mit der Dielektrizitätskonstante. Unter Nutzung dieser Variablen kann ein kapazitiver Sensor den sich ändernden Wert der Kapazität eines unüblichen Kondensators messen, um die Sondenposition relativ zu der Oberfläche des Fluids zu bestimmen.
  • Der Aufbau des Kondensators für den kapazitiven Sensor in dem Steuersystem ist einzigartig und nicht trivial. Die vorliegende Offenbarung nutzt eine Vorrichtung, bei der die zwei ”Platten” des Kondensators für den kapazitiven Sensor durch die in Richtung des Fluids in dem Behälter bewegte Sonde und durch eine leitfähige Platte unter dem Behälter gebildet sind. Ein solcher Aufbau verringert vorteilhaft die Komplexität des mechanischen Systems, indem er die Sonde selbst für die kapazitiven Messungen integriert und eine verhältnismäßig wenig störende leitfähige Platte unter der Sonde bereitstellt. Das Integrieren der Sonde selbst als eine Platte des Kondensators kann außerdem vorteilhaft ermöglichen, dass eine bessere Messung vorgenommen wird, die den relativen Abstand der Sonde zu der Fluidoberfläche direkter widerspiegeln könnte.
  • Die bewegte Sonde kann gut leitfähig sein (z. B. mit Metall hergestellt sein) oder ausreichend leitfähig sein (z. B. mit einem Kunststoff oder Verbundwerkstoff hergestellt sein, so dass die Sonde ein Einwegartikel ist). Die leitfähige Platte unter dem Behälter kann mit irgendeinem geeigneten leitfähigen Material hergestellt sein. Die Form und die Größe der leitfähigen Platte können in Abhängigkeit von der Anwendung variieren. Vorzugsweise ist die leitfähige Platte an die Größe und an die Form des Bodens des Behälters angepasst.
  • Das verbesserte Steuersystem
  • Das Steuersystem der vorliegenden Offenbarung bewegt die Sonde auf der Grundlage einer oder mehrerer Eingaben, die Kapazitätsmesswerte von einem kapazitiven Sensor enthalten (der z. B. einen CDC umfasst) und optional Positionsinformationen der Sonde von der Motorsteuerung enthalten, in Richtung des Behälters. Das Steuersystem kann Signale zum Steuern der Bewegungssteuermaschine zum Bewegen der Sonde ausgeben. In diesem Steuersystem können die Kapazitätsmesswerte und die Positionsinformationen als Rückkopplungsinformationen zum Einstellen der Bewegungssteuermaschine angesehen werden.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Konfiguration, die sowohl einen hochauflösenden Kapazitäts-Digital-Umsetzer als auch eine Bewegungssteuermaschine in einem Steuersystem in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung nutzt. Das Steuersystem 200 enthält einen Prozessor, der eine Annäherungsmaschine 202 daran, einen Kapazitiv-Digital-Umsetzer (CDC) 204, eine Bewegungssteuermaschine 206 und einen Speicher 208 aufweist. Das Steuersystem 200 ist dafür konfiguriert, die Bewegung der Sonde 210 in Richtung des in dem Behälter 214 gehaltenen Fluids 212 (sowie von ihm weg) zu steuern. Das Fluid 212 kann eine Fluidoberfläche 216 aufweisen.
  • Der CDC 204 zum Umsetzen von Kapazitätsmesswerten des Kondensators (d. h. Messwerten, die die Kapazität 218 zwischen der Sonde 210 und der leitfähigen Platte 224 unter dem Behälter angeben) in ein digitales Signal kann einen geänderten Delta-Sigma-Analog-Digital-Umsetzer (Delta-Sigma-ADC) enthalten. Delta-Sigma-ADCs beruhen auf einer Ladungsbilanzarchitektur, bei der eine unbekannte Eingangsspannung mit einer Referenzspannung verglichen wird. Jede Eingabe, unbekannt und Referenz, ordnet auf gleichen Kondensatoren eine Ladung an, um den Vergleich der zwei zu ermöglichen. Wenn der ADC als ein CDC verwendet ist, ist diese Struktur geringfügig geändert. In diesem Fall stellt die Vorrichtung ein bekanntes Erregungssignal bereit, das entweder (1) über eine Koaxialverbindung 220 zu dem CDC für die Sonde oder (2) über eine Koaxialverbindung 226 zu dem CDC für die leitfähige Platte 224 bereitgestellt werden kann. Da die Eingabe jetzt bekannt ist, wird die Ladungsbilanzarchitektur verwendet, um den Wert der bekannten Eingangskapazität im Vergleich zu der bekannten Referenzkapazität zu bestimmen. In der Praxis kann dieses Verfahren verwendet werden, um Kapazitätsdifferenzen in der Größenordnung von Attofarad (aF oder 10^–18 Farad) zu unterscheiden.
  • Die Annäherungsmaschine 202 (die in einem oder mehreren Prozessoren oder als einer oder mehrere Prozessoren implementiert ist und/oder die durch Anweisungen bereitgestellt wird, die in einem oder in mehreren Prozessoren ausgeführt werden, wobei die Anweisungen im Speicher 208 gespeichert sind) ist mit dem Ausgang des CDC 204 gekoppelt und ist dafür konfiguriert, von dem CDC 204 Kapazitätsmesswerte zu empfangen, die die Kapazität 218 angeben. In einigen Fällen können die Messwerte durch den CDC 204 im Speicher 208 gespeichert werden und können sie für die Annäherungsmaschine 202 zugreifbar gemacht werden (oder durch die Annäherungsmaschine 202 gelesen werden). Die Annäherungsmaschine 202 kann die Messwerte verwenden, um Signale zum Steuern der Bewegungssteuermaschine 206 zu bestimmen. Die Annäherungsmaschine 202 kann ein Signal an die Bewegungssteuermaschine 206 senden, um die Sonde in Richtung des Fluids und/oder des Behälters zu bewegen. Das Senden des Signals an die Bewegungssteuermaschine kann enthalten, dass das Signal (oder die Daten) durch die Annäherungsmaschine 202 im Speicher 208 gespeichert wird oder dass das Signal für die Bewegungssteuermaschine 206 zugreifbar gemacht wird, um die Bewegung der Sonde 210 einzustellen (oder um die Sonde 210 anzuweisen, sich über einen bestimmten Abstand und/oder mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu bewegen).
  • Die Bewegungssteuermaschine 206 ist dafür konfiguriert, die Sonde in Übereinstimmung mit einem bestimmten Abstand (z. B. einem festen Schritt) oder in Übereinstimmung mit einer bestimmten Geschwindigkeit (z. B. in Übereinstimmung mit Daten im Speicher 208, die diesen Abstand oder diese Geschwindigkeit angeben) zu bewegen. Durch die Bewegungssteuermaschine 206 können Positionsinformationen der Sonde und ihrer Bewegung in Richtung des Behälters bestimmt und bereitgestellt werden. Die Positionsinformationen können z. B. von früheren Messungen des Abstands hergeleitet werden. In einem anderen Fall können die Positionsinformationen von einer früheren Geschwindigkeit über eine Zeitdauer hergeleitet werden. In einigen Fällen können die Positionsinformationen für einen Schrittmotor durch die Anzahl der Impulse, die an den Motor gesendet werden, um ihn eine bestimmte Anzahl von Grad zu drehen, hergeleitet werden. Die Winkelbewegung in Grad kann in einen linearen Abstand übersetzt werden und die Positionsinformationen der Sonde bereitstellen. Die Bewegungssteuermaschine 206 kann die Positionsinformationen in den Speicher 208 schreiben und die Positionsinformationen können für die Annäherungsmaschine 202 zur Verarbeitung verfügbar gemacht werden. Es wird angemerkt, dass Positionsinformationen für den richtigen Betrieb des Steuersystems nicht erforderlich sind, dass diese aber als Rückkopplungsinformationen verwendet werden können, um das Steuersystem zu unterstützen oder zu verbessern. Ferner wird angemerkt, dass durch eine Motorsteuermaschine bereitgestellte Positionsinformationen nur einen Schätzwert der Position der Sonde bereitstellen und nicht immer sehr genau oder präzise sein können.
  • Charakterisierung des Dielektrikumgemischs
  • Da die Bewegungssteuerung der Sonde auf den Kapazitätsmessungen und optional auf den Positionsinformationen der Sonde relativ zu der leitfähigen Platte beruht, müssen die Eigenschaften des Dielektrikumgemischs verstanden werden, um vorherzusagen, wann die Sonde auf die Fluidoberfläche auftreffen würde. Da der Unterschied des Fluids und des Behälters selbst die Kapazitätsablesungen beeinflussen kann, kann sich die Charakteristik des Dielektrikumgemischs auf der Grundlage des Fluids selbst und des in der Anwendung verwendeten Behälters unterscheiden. Darüber hinaus können die Kapazitätsmesswerte selbst von der Sonde und von der leitfähigen Platte abhängen.
  • Während sich die Sonde der Platte annähert (in einigen Fällen, während die Sondenpositionsinformationen oder Sondenpositionsdaten zunehmen oder abnehmen) nimmt die Kapazität zu. Es ist beobachtet worden, dass das Wesen dieser Änderung eine Potenzreihenfunktion (quadratisch) ist. Allerdings ändern sich die Koeffizienten in dieser Potenzreihe in Anwesenheit eines Fluids auf dem Weg der Sonde. Da das Fluid eine viel größere Dielektrizitätskonstante als Luft aufweist, nimmt die Kapazität schneller zu, während das Fluid ein höherer Prozentsatz des Dielektrikums zwischen der Sonde und der Platte wird. Wenn sich die Sonde sehr nahe an die Fluidoberfläche annähert, beschleunigt sich der gemessene Kapazitätswert. Dies kann verwendet werden, um die Nähe zu der Fluidoberfläche (d. h. den relativen Abstand zu der Fluidoberfläche oder wie nahe die Sonde der Fluidoberfläche ist) zu bestimmen. Falls ein Nutzer ein System ohne vorhandenes Fluid charakterisieren kann, ist es außerdem möglich, die Messdaten in der Weise zu normieren, dass sie nur das Dielektrikumgemisch und insbesondere den Einfluss des Fluids in diesem Gemisch widerspiegeln. Das System kann dafür konfiguriert sein, den tatsächlichen Pegel/die tatsächliche Position der Fluidoberfläche zu bestimmen.
  • Basisdaten: leere Küvette
  • 3 zeigt eine beispielhafte graphische Darstellung der Sondenposition in Abhängigkeit von der Kapazität (wobei sich die Sonde einer leeren Küvette annähert) in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Die Daten zeigen eine Sonde, die dafür konfiguriert ist, sich etwa 90 mm in Richtung einer leeren Küvette zu bewegen. 0 mm entspricht einer Anfangsposition und 90 mm entspricht einer Endposition, die näher an der leere Küvette und an der leitfähigen Platte unter der leeren Küvette ist. Während sich die Sonde näher in Richtung der leeren Küvette und der leitfähigen Platte unter der leeren Küvette bewegt, nehmen die Sondenpositionswerte zu. Die Skale und die möglichen Positionswerte können sich in Abhängigkeit von dem Aufbau unterscheiden.
  • Während sich die Sonde dem leeren Behälter annähert, nimmt die Kapazität zu, während der Abstand zwischen der Sonde und der leeren Küvette abnimmt. Allgemein gesagt hängt die Kapazität invers mit dem Abstand zwischen den zwei kapazitiven Platten zusammen. Wenn der Abstand kleiner ist, ist die Kapazität größer. Dementsprechend zeigt der in 3 gezeigte Datensatz, dass die Kapazität wächst, während sich die Sonde der leeren Küvette annähert (d. h. während die Sondenpositionsinformationen/der Sondenpositionsmesswert zunimmt). Obgleich dies kein Hauptbeitrag ist, nimmt der Anteil der leeren Küvette als Teil des Dielektrikumgemischs zu und trägt geringfügig zu der Erhöhung der Kapazität bei, während sich die Sonde der leeren Küvette annähert. Darüber hinaus zeigen die Daten eine Zunahme des Anstiegs, während die Sonde der leeren Küvette immer näher kommt. In einem Aufbau, in dem die Küvette nicht leer ist, können diese Basisdaten verwendet werden, um Kapazitätsmesswerte zu normieren, falls Positionsinformationen bekannt sind, um die Wirkung der Küvette auf die Kapazitätsmessung zu entfernen.
  • Potenzreihenmodell und Diskontinuität: nicht leere Küvette
  • 4 zeigt eine beispielhafte graphische Darstellung der Sondenposition in Abhängigkeit von der Kapazität (wobei sich die Sonde einer nicht leeren Küvette annähert, während die Sondenpositionswerte zunehmen) in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung. In diesem Beispiel hält die Küvette Fluid darin, wobei der Fluidpegel hinsichtlich der Positionsinformationen der Sonde näherungsweise bei 76,1 mm gemessen wird. Aus der graphischen Darstellung kann eine Charakteristik in Bezug auf die Fluid/Sonden-Beziehung festgestellt werden. Wenn die Sonde einen Kontakt mit dem Fluid hergestellt hat, gibt es eine Diskontinuität der Kapazitätskurve. Der Messwert nach dem großen Sprung scheint ein Mehrfaches des Werts zu sein, der gemessen wird, unmittelbar bevor der Kontakt hergestellt wird. Ferner wird angemerkt, dass sich der Messwert sehr wenig ändert, während die Sonde durch das Fluid bewegt wird. Die Diskontinuität ist so groß, dass ein vorgegebener Kapazitätsschwellenwert (oder andere geeignete Auslösekriterien) verwendet werden können, um auf die Diskontinuität (die angibt, dass die Sonde auf die Fluidoberflächen aufgetroffen ist oder dass die Sonde die Oberfläche des Fluids in dem Behälter wahrscheinlich berührt hat) zu prüfen. Da eine Aufgabe dieses Steuersystems ist, die Sonde einen bekannten kleinen Abstand in das Fluid einzuführen, ist dieses Verhalten für das Steuersystem wichtig, da es verwendet werden kann, um zu bestimmen, wann die Sonde aufhören sollte, sich in Richtung der leitfähigen Platte unter der Küvette zu bewegen.
  • Beispiel: Kapazitätswerte für drei verschiedene Fluidpegel
  • 5 zeigt eine beispielhafte graphische Darstellung des Abstands zwischen der Sonde und der Platte in Abhängigkeit von der Kapazität (für drei verschiedene Datenreihen, die drei Sonden entsprechen, die sich jeweils einer nicht leeren Küvette bei drei verschiedenen Fluidpegeln annähern) in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Wie in der graphischen Darstellung in 4 ebenfalls beobachtet wird, nimmt die Kapazität zu, während der Abstand zwischen der Sonde und der leitfähigen Platte abnimmt (d. h., während die Sondenpositionsinformationswerte zunehmen). Diese graphische Darstellung zeigt drei Datenreihen, die die Differenz der Kapazität in Bezug auf den Fluidpegel darstellen. Um den genauen Fluidpegel in Übereinstimmung mit der von den bekannten Daten gezeigten Verteilung zu bestimmen, können bekannte Daten bei verschiedenen Fluidpegeln und Sondenpositionsinformationen verwendet werden. Es kann gezeigt werden, dass die Kapazität bei demselben Abstand zwischen der Sonde und der leitfähigen Platte für eine vollere Küvette (z. B., die einen Fluidpegel bei 77,1 mm aufweist) am höchsten ist, dass die Kapazität für eine weniger volle Küvette (die z. B. einen Fluidpegel bei 85,2 mm aufweist) niedriger ist und dass die Kapazität für eine noch weniger gefüllte Küvette (die z. B. einen Fluidpegel bei 89,2 mm aufweist) am niedrigsten ist.
  • Beispiel: normierte Kapazitätswerte für drei verschiedene Fluidpegel
  • 6 zeigt eine beispielhafte graphische Darstellung des Abstands zwischen der Sonde und der Platte in Abhängigkeit von der Kapazität, die auf der Grundlage von Daten von der leeren Küvette normiert ist (für drei verschiedene Datenreihen, die drei Sonden entsprechen, die sich jeweils einer nicht leeren Küvette bei drei verschiedenen Fluidpegeln annähern), in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Die Normierung innerhalb des Kontexts dieser Offenbarung kann das Subtrahieren oder Dividieren des Kapazitätsmesswerts/Kapazitätsrohwerts auf der Grundlage eines mit einer leeren Küvette, die dieselben Sondenpositionsinformationen aufweist, beobachteten entsprechenden Kapazitätswerts enthalten. Durch Normieren der Daten wird eine Differenz oder Verteilung beobachtet, wobei der normierte Kapazitätswert für niedrigere Fluidpegel deutlich kleiner ist. Wie in der graphischen Darstellung gezeigt ist, sind die normierten Kapazitätsmesswerte für einen Fluidpegel bei 77,1 mm (voller) am höchsten, für einen Fluidpegel bei 85,2 mm (weniger voll) niedriger und für einen Fluidpegel bei 89,2 mm (am wenigstens voll) am niedrigsten. Dies kann nützlich sein, um zu bestimmen, ob die Fluidoberfläche dem Boden der Küvette sehr nahe ist, so dass darauf geachtet werden muss, die Sonde nicht durch den Boden anzutreiben. Wie in 6 zu sehen ist, ist die Verteilung zwischen den Kurven offensichtlich (offensichtlicher als in den in 5 gezeigten Rohdaten) und kann somit als bekannte Daten bei verschiedenen Fluidpegeln und Sondenpositionsinformationen verwendet werden, um in Übereinstimmung mit der Verteilung den genauen Fluidpegel zu bestimmen. Ferner wird angemerkt, dass der Anstieg der Kurven für die normierten Daten ebenfalls stärker als der Anstieg der Rohdaten ist. Die drastischere Änderung des Anstiegs kann nützlicher/vorteilhaft für die Einstellung eines Schwellenwerts des Anstiegs oder des geschätzten Anstiegs der Änderung der Kapazität in Abhängigkeit von der Änderung der Position sein.
  • Beispiel: Anstieg der Kapazitätswerte in Bezug auf die Sondenposition für drei verschiedene Fluidpegel
  • 7 zeigt eine beispielhafte graphische Darstellung des Abstands zwischen der Sonde und der Platte in Abhängigkeit von der Änderung der Kapazität der in 6 gezeigten normierten Datensätze (für drei verschiedene Datenreihen, die drei Sonden entsprechen, die sich jeweils einer nicht leeren Küvette bei drei verschiedenen Fluidpegeln annähern) in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Außer der Verwendung von Rohwerten für Kapazitätsmessungen kann das Steuersystem außerdem oder alternativ die Zunahme des Anstiegs, d. h. die Änderung der Kapazität über die Änderung der Sondenposition, nutzen, um die Bewegung der Sonde in Richtung des Fluids zu steuern. Der Anstieg ermöglicht, dass das Steuersystem vorhersagt, wie nahe die Sonde der Fluidoberfläche ist, und die Diskontinuität der Kapazität detektiert, um zu detektieren, ob die Sonde auf die Fluidoberfläche aufgetroffen ist. Wie in der graphischen Darstellung zu sehen ist, kann ein vorgegebener Anstiegsschwellenwert (oder können andere geeignete Auslösekriterien) verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Sonde nahe an die Fluidoberfläche in dem Behälter reicht.
  • Der Anstieg kann auf verschiedene Arten bestimmt (oder geschätzt) werden. Der Anstieg kann durch Dividieren der Änderung der Kapazität durch die Änderung der Positionsinformationen bestimmt werden. Allerdings sind nicht immer Positionsinformationen verfügbar. Somit kann der Anstieg während des Betriebs einfach auf der Grundlage der Änderung der Kapazität zwischen aufeinanderfolgenden Ablesungen von Kapazitätsmesswerten (die sehr schnell, in regelmäßigen/periodischen Intervallen, während sich die Sonde zwischen Ablesungen bei mehr oder weniger demselben Abstand bewegt, vorgenommen werden) geschätzt werden oder können nahegelegene Kapazitätsmesswerte innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls (z. B. innerhalb von Millisekunden, während sich die Sonde bewegt) genommen werden. Ein beispielhaftes System kann Kapazitätsmesswerte nicht langsamer als 83 Hz mit einem sehr kurzen Zeitintervall zwischen den Ablesungen erhalten, während sich die Sonde zu der Zeit, zu der die kapazitiven Ablesungen vorgenommen werden, im Wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Die Messwerte in einem beispielhaften System können ein Intervall von 50 ms oder mehr aufweisen, während das Intervall für ein anderes beispielhaftes System 5 ms oder weniger sein kann, während sich die Sonde mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit bewegt.
  • Beispiel: graphische Darstellung der Annäherung
  • 8 zeigt eine beispielhafte graphische Darstellung der Annäherung der Ablesezahl in Abhängigkeit von der Kapazität in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Diese graphische Darstellung der Annäherung stellt das Verhalten der Kapazität bei verschiedenen Ablesungen in periodischen Intervallen dar (wobei aber nicht gezeigt ist, wie schnell sich die Sonde in Richtung des Behälters bewegt). Das gezeigte Annäherungsprofil stellt Daten dar, die unter Verwendung eines exponentiellen Gleitmittelwerts gefiltert worden sind. Zum Filtern der Daten während des Betriebs kann irgendein Typ eines geeigneten Filters verwendet werden, wobei z. B. andere Gleitmittelwertfilter oder Glättungsfunktionen verwendet werden können, um Rauschen in den Kapazitätsmesswerten herauszufiltern. Der erste Ablesungssatz (z. B. 1–23) zeigt einen schnellen Anstieg der Kapazität, der ein Artefakt des Gleitmittelwerts, der zu Beginn aufholt, und kein Ergebnis einer steilen Zunahme der tatsächlichen Kapazitätsrohmesswerte ist. Der letzte Satz von Ablesungen gefilterter Daten zeigt eine fast vertikale Linie (z. B. ab 793), eine steile Zunahme der Kapazität, die einen tatsächlichen Sprung der Kapazitätsrohmesswerte repräsentiert.
  • Beispiel: Pegelbestimmung auf der Grundlage von Kapazitätsablesungen
  • 9 zeigt eine beispielhafte graphische Darstellung der Sondenposition beim Auftreffen auf die Fluidoberfläche in Abhängigkeit von der Kapazität in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Diese graphische Darstellung stellt dar, dass der Kapazitätsmesswert, wenn er normiert ist, verwendet werden kann, um den Fluidpegel (der die Verteilung darstellt, die in 7 zu sehen ist) zu folgern, wenn das Steuersystem detektiert, dass die Sonde auf die Fluidoberfläche aufgetroffen ist. Anstatt einfach zu detektieren, dass die Sonde dem Fluidpegel nahe ist, kann unter Verwendung dieser graphischen Darstellung normierter Daten die absolute Höhe des Fluidpegels bestimmt werden. Dies ermöglicht, dass das Steuersystem detektiert, wann der Fluidpegel zu niedrig wird, um weitere Proben zu nehmen, und vermeidet, dass die Sonde dem Boden der Küvette zu nahe angetrieben wird, falls die Ansaugung für die Küvette wiederholt werden soll. Alternativ können Positionsinformationen (falls verfügbar) als eine getrennte oder zusätzliche Prüfung verwendet werden, um die Sonde anzuhalten, falls die Position einen vorgegebenen Positionsschwellenwert trifft, um zu vermeiden, dass die Sonde dem Boden der Küvette zu nahe angetrieben wird.
  • Annäherungsverfahren
  • 10 zeigt einen beispielhaften Ablaufplan eines Verfahrens, das von einem Steuersystem, das eine Sonde in Richtung eines Behälters bewegt, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung verwendet werden kann. Das beispielhafte Verfahren 1000 stellt einen Mechanismus bereit, um die Sonde in Richtung der Oberfläche des Fluids in dem Behälter zu bewegen, während Kapazitätsmesswerte und optional Positionsinformationen berücksichtigt werden. Dieses Verfahren ermöglicht, die Sonde so schnell wie möglich in Richtung der Fluidoberfläche zu bewegen, verlangsamt die Sonde aber, wenn die Sonde der Fluidoberfläche nahekommt. Außerdem hält das Verfahren die Sonde an, wenn sie auf die Fluidoberfläche aufgetroffen ist oder einen vorgegebenen Abstand unter der Fluidoberfläche erreicht hat.
  • In dieser Figur ist das Verfahren zum Steuern der Bewegung der Sonde in Richtung eines Behälters, der darin Fluid aufweist, dargestellt. Die Sonde kann sich bereits mit einer ersten Geschwindigkeit, z. B. X Millimeter pro Sekunde, bewegen (Kasten 1002). Die Annäherungsmaschine kann (optional) von der Motorsteuermaschine Positionsinformationen empfangen (Kasten 1004) und von dem Kapazitäts-Digital-Umsetzer (CDC) einen oder mehrere Kapazitätsmesswerte empfangen (Kasten 1006). Die Reihenfolge dieser Schritte kann sich unterscheiden. In Abhängigkeit von der Datenbandbreite ist es möglich, dass keine Positionsinformationen verfügbar sind, während Kapazitätsmesswerte verfügbar sind, oder dass keine Kapazitätsmesswerte verfügbar sind, während Positionsinformationen verfügbar sind.
  • Die Annäherungsmaschine kann prüfen, ob der Kapazitätsmesswert einen vorgegebenen Kapazitätsschwellenwert übersteigt (Prüfung 1008). Falls der Kapazitätsmesswert den vorgegebenen Kapazitätsschwellenwert übersteigt (oder erfüllt oder übersteigt), wird bestimmt, dass die Sonde wahrscheinlich auf die Fluidoberfläche aufgetroffen ist. Dementsprechend würde die Annäherungsmaschine veranlassen, dass sich die Sonde zu bewegen aufhört (Kasten 1010). Dies würde die Sonde nach Durchdringen der Oberfläche sehr schnell (z. B. in Abhängigkeit von Systemkonfigurationsparametern nicht mehr als 0,05–0,25 mm unter der Oberfläche) anzuhalten ermöglichen. Falls der Kapazitätsmesswert den vorgegebenen Kapazitätsschwellenwert nicht überstiegen hat, wird das Verfahren fortgesetzt.
  • Die Annäherungsmaschine kann prüfen, ob der Anstieg der Kapazitätsmesswerte in Bezug auf Positionsinformationen einen vorgegebenen Anstiegsschwellenwert übersteigt (oder erfüllt oder übersteigt) (Prüfung 1012), was angeben kann, dass die Sonde die Nähe der Oberfläche des Fluids in dem Behälter erreicht (z. B. in Abhängigkeit von der Genauigkeit und Geschwindigkeit der Messungen von der Fluidoberfläche 5–10 mm entfernt ist oder von der Fluidoberfläche noch weniger wie etwa 1–2 mm entfernt ist). Falls der Anstieg der Kapazitätsmesswerte in Bezug auf Positionsinformationen den vorgegebenen Anstiegsschwellenwert übersteigt, veranlasst die Annäherungsmaschine, dass die Sonde verlangsamt wird, indem sie den Anstieg mit einer zweiten Geschwindigkeit (z. B. Y mm/s) bewegt (Kasten 1014). Falls der Anstieg der Kapazitätsmesswerte in Bezug auf die Positionsinformationen den vorgegeben Schwellenwert nicht übersteigt, wird das Verfahren fortgesetzt und z. B. zum Kasten 1004 zurückgeschleift.
  • Um das Verfahren zu veranschaulichen, beschreiben die folgenden Passagen ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern der Bewegung einer Sonde in Richtung eines Behälters, der darin ein Fluid aufweist. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines ersten Kapazitätsmesswerts bei einer Annäherungsmaschine von einem kapazitiven Sensor, wobei der erste Kapazitätsmesswert die Kapazität zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter angibt. Vorteilhaft kann die Annäherungsmaschine aus dem Kapazitätsmesswert folgern, wie nahe die Sonde der Fluidoberfläche ist. Die Annäherungsmaschine kann auf der Grundlage des Kapazitätsmesswerts eine erste Geschwindigkeit bestimmen, die zum Bewegen der Sonde geeignet ist, und die Annäherungsmaschine kann ein erstes Signal an die Bewegungssteuermaschine senden, um die Sonde mit einer ersten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen. Zum Beispiel kann die Annäherungsmaschine die Sonde in ihrer Annäherung in Richtung des Fluids in dem Behälter in Abhängigkeit von dem Kapazitätsmesswert beschleunigen oder verlangsamen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Empfangen erster Positionsinformationen von einer Bewegungssteuermaschine enthalten, wobei der erste Positionsmesswert die Position der Sonde relativ zu der leitfähigen Platte angibt. Ferner kann auf der Grundlage der ersten Positionsinformationen die erste Geschwindigkeit bestimmt werden. Die Positionsinformationen können z. B. bei der Normierung, bei der Anstiegsbestimmung zum Verlangsamen der Sonde und/oder bei der Pegelbestimmung, um zu verhindern, dass die Sonde bei der nächsten Probenansaugung zu weit in die Küvette geht, verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner enthalten, dass die erste Geschwindigkeit null ist, um die Bewegung der Sonde in Richtung des Behälters anzuhalten, falls der erste Kapazitätsmesswert einen vorgegebenen Kapazitätsschwellenwert übersteigt. Dies ermöglicht, dass die Annäherungsmaschine die Bewegung der Sonde anhält, wenn eine große Diskontinuität der Kapazitätsmesswerte detektiert wird, da der vorgegebene Kapazitätsschwellenwert angibt, dass die Sonde wahrscheinlich auf die Oberfläche des Fluids in dem Behälter aufgetroffen ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner enthalten, dass die Annäherungsmaschine von dem kapazitiven Sensor einen zweiten Kapazitätsmesswert und einen dritten Kapazitätsmesswert empfängt. Der zweite Kapazitätsmesswert und der dritte Kapazitätsmesswert geben jeweils die Kapazität an, die zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter gebildet ist. Die Kapazitätsmesswerte (d. h. die Kapazitätsmesswerte aufeinanderfolgender Ablesungen oder die Kapazitätsmesswerte, die innerhalb eines kurzen Zeitintervalls genommen werden) ermöglichen, dass ein Anstieg der Kapazitätsmesswerte in Bezug auf Positionsinformationen geschätzt wird (selbst wenn keine Positionsinformationen verfügbar sind). Um den Anstieg zu bestimmen, bestimmt (oder berechnet) die Annäherungsmaschine eine Änderung der Kapazität zwischen dem zweiten Kapazitätsmesswert und dem dritten Kapazitätsmesswert. Der Anstieg kann auf der Grundlage der Änderung der Kapazität zwischen den Messwerten geschätzt werden.
  • In einigen Ausführungsformen empfängt die Annäherungsmaschine von einer Bewegungssteuermaschine zweite Positionsinformationen und dritte Positionsinformationen, wobei die zweiten Positionsinformationen und die dritten Positionsinformationen jeweils die Position der Sonde relativ zu der leitfähigen Platte angeben. Die zweiten und die dritten Kapazitätsmesswerte und die Positionsinformationen ermöglichen, dass ein Anstieg der Kapazitätsmesswerte in Bezug auf die Positionsinformationen bestimmt wird (anstatt nur aus den Kapazitätsmesswerten geschätzt zu werden). Um den Anstieg zu bestimmen, bestimmt (oder berechnet) die Annäherungsmaschine eine Änderung der Kapazität zwischen dem zweiten Kapazitätsmesswert und dem dritten Kapazitätsmesswert und bestimmt sie eine Änderung der Position zwischen den zweiten Positionsinformationen und den dritten Positionsinformationen. Auf der Grundlage der zwei Änderungen kann ein Anstieg bestimmt werden.
  • Der Anstieg kann die Geschwindigkeit beeinflussen, mit der sich die Sonde bewegen sollte. Dementsprechend kann die Annäherungsmaschine an die Bewegungssteuermaschine ein zweites Signal senden, um die Sonde mit einer zweiten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die zweite Geschwindigkeit auf der Grundlage des Anstiegs (oder des geschätzten Anstiegs) bestimmt wird. Falls der Anstieg (oder der geschätzte Anstieg) einen vorgegebenen Anstiegsschwellenwert übersteigt, wird die zweite Geschwindigkeit kleiner als die erste Geschwindigkeit eingestellt, um die Bewegung der Sonde zu verlangsamen. Diese Bedingung gibt wahrscheinlich an, dass die Sonde die Nähe der Oberfläche des Fluids in dem Behälter erreicht.
  • Der kapazitive Sensor, der in einigen Fällen mit oder in einem Kapazitäts-Digital-Umsetzer arbeitet, ist dafür konfiguriert, die Kapazität zwischen der Sonde und der leitfähigen Platte zu messen, die ein Dielektrikumgemisch aufweist, das (in dieser Reihenfolge von der Sonde zu der leitfähigen Platte) Luft, das Fluid in dem Behälter und den Behälter umfasst. Falls Basismesswerte (wie etwa z. B. die in 3 gezeigten Daten) verfügbar sind, können die Basisdaten verwendet werden, um ein Modell für den Beitrag des Behälters zu der Kapazität bereitzustellen. 11 zeigt einen beispielhaften Leistungsanpassungsschätzwert von Positionsinformationen in Abhängigkeit von Kapazitätsmesswerten in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Genauer ist eine veranschaulichende Potenzreihenanpassung von Basiskapazitätsmesswerten (z. B. eine umgekehrte x-Potenzanpassung) gezeigt, die verwendet werden kann, um auf der Grundlage beobachteter Positionsinformationen einen Basiskapazitätsmesswert zu interpolieren. Unter Verwendung des Modells können der erste Kapazitätsmesswert, der zweite Kapazitätsmesswert und/oder der dritte Kapazitätsmesswert auf der Grundlage einer Potenzreihenfunktion normiert werden, die Messdaten repräsentiert, die Positionsinformationen in Abhängigkeit von Kapazitätsmesswerten umfassen, die vom Bewegen der Sonde in Richtung des leeren Behälters erhalten werden. Vorteilhaft ist die Änderung des Anstiegs des normierten Kapazitätsmesswerts, während sich die Sonde näher zu der Fluidoberfläche bewegt, ausgeprägter als die Änderung des Anstiegs des Kapazitätsrohmesswerts. Dies ermöglicht, dass das System einen robusteren vorgegebenen Anstiegsschwellenwert (oder andere Auslösekriterien) aufweist, um genau zu bestimmen oder zu ermitteln, wann die Sonde der Oberfläche des Fluids sehr nahe ist.
  • Konfigurieren der Anschlüsse, der Masse und der Erregungsquelle
  • Die 12A–B zeigen zwei beispielhafte Kapazitäts-Digital-Umsetzer (CDCs), die mit dem Steuersystem verwendbar sind, um eine Kapazität zu messen, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung. In 12A entspricht das gezeigte System einen veranschaulichenden Blockschaltplan eines CDC, der schwebende kapazitive Sensoren verwendet, wobei beide Anschlüsse/Platten des Kondensators, die erfasst werden, gegen die Masse isoliert sind. In 12B entspricht das gezeigte System einem veranschaulichenden Blockschaltplan eines CDC, der kapazitive Eintaktsensoren oder Differentialsensoren verwendet, wo ein Anschluss/eine Platte des Kondensators, der bzw. die erfasst wird, mit der Masse verbunden ist.
  • Es wird angemerkt, dass die hier offenbarten Verfahren und Systeme mit beiden Typen von CDCs verwendbar sind. Die Wahl, welcher Anschluss/welche Platte erregt werden soll und von welchem Anschluss/welcher Platte gelesen werden soll (d. h. von der Sonde oder von der leitfähigen Platte unter dem Behälter), kann von der Anwendung abhängen. Allgemein gesagt kann der schwebende kapazitive Zweitaktsensor empfindlicher sein (bessere Kapazitätsmesswerte erhalten) als kapazitive Eintaktsensoren. Aus Komplexitätsgründen kann die Anwendung stattdessen die kapazitiven Eintaktsensoren verwenden (um z. B. eine Signalkonnektivität sowohl zu der Sonde als auch zu der leitfähigen Platte zu vermeiden), falls ein einfacherer Entwurf gewünscht ist.
  • In einer Ausführungsform ist der kapazitive Sensor (der CDC) dafür konfiguriert, den ersten Kapazitätsmesswert zu nehmen, indem eine Erregungsquelle für die Sonde bereitstellt wird und der erste Kapazitätsmesswert von der leitfähigen Platte abgelesen wird. In einer anderen Ausführungsform ist der kapazitive Sensor (der CDC) dafür konfiguriert, den ersten Kapazitätsmesswert dadurch zu nehmen, dass für die leitfähige Platte eine Erregungsquelle bereitgestellt wird und der erste Kapazitätsmesswert von der leitfähigen Platte abgelesen wird. Diese Ausführungsformen können unter Verwendung des in 12A gezeigten veranschaulichenden Systems implementiert werden.
  • In einer Ausführungsform ist der kapazitive Sensor (der CDC) dafür konfiguriert, den ersten Kapazitätsmesswert durch Erden der leitfähigen Platte, Bereitstellen einer Erregungsquelle für die Sonde und Ablesen des ersten Kapazitätsmesswerts von der Sonde zu nehmen. Alternativ ist der kapazitive Sensor (der CDC) dafür konfiguriert, den ersten Kapazitätsmesswert durch Erden der Sonde, Bereitstellen einer Erregungsquelle für die leitfähige Platte und Ablesen des ersten Kapazitätsmesswerts von der leitfähigen Platte zu nehmen. Diese Ausführungsformen können unter Verwendung des in 12B gezeigten veranschaulichenden Systems implementiert werden.
  • Varianten der Systeme und Verfahren
  • In den obigen Diskussionen der Ausführungsformen können die Kondensatoren, Taktgeber, DFFs, Teiler, induktiven Komponenten, Widerstände, Verstärker, Schalter, der digitale Kern, die Transistoren und/oder die anderen Komponenten leicht ersetzt, substituiert oder auf andere Weise geändert werden, um an bestimmte Schaltungsanordnungsanforderungen anzupassen. Darüber hinaus wird angemerkt, dass die Verwendung ergänzender elektronischer Vorrichtungen, Hardware, Software usw. gleichfalls eine praktikable Option bietet, um die Lehren der vorliegenden Offenbarung zu implementieren.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform können irgendeine Anzahl elektrischer Schaltungen und Komponenten zum Bereitstellen des Systems zum Steuern der Bewegung einer Sonde in Richtung eines Behälters der FIGUREN auf einer Platine einer zugeordneten elektronischen Vorrichtung implementiert sein. Die Platine kann eine allgemeine Leiterplatte sein, die verschiedene Komponenten des internen elektronischen Systems der elektronischen Vorrichtung halten kann und ferner Verbinder für andere Peripheriegeräte bereitstellen kann. Genauer kann die Platine die elektrischen Verbindungen bereitstellen, durch die die anderen Komponenten des Systems elektrisch kommunizieren können. Mit der Platine können auf der Grundlage bestimmter Konfigurationsnotwendigkeiten, Verarbeitungsbedarfe, Computerentwürfe usw. irgendwelche geeigneten Prozessoren (einschließlich digitaler Signalprozessoren, Mikroprozessoren, Unterstützungschipsätze usw.), computerlesbaren nicht temporären Speicherelemente usw. geeignet gekoppelt sein. An die Platine können andere Komponenten wie etwa eine externe Ablage, zusätzliche Sensoren, Controller für die Audio/Video-Anzeige und Peripherievorrichtungen als Steckkarten, über Kabel oder in die Platine selbst integriert angeschlossen sein.
  • In einer anderen beispielhaften Ausführungsform können die elektronischen Schaltungen und Komponenten der FIGUREN als selbstständige Module (z. B. als eine Vorrichtung mit zugeordneten Komponenten und mit einer zugeordneten Schaltungsanordnung, die dafür konfiguriert sind, eine spezifische Anwendung oder Funktion auszuführen) implementiert sein oder als Steckmodule in anwendungsspezifischer Hardware elektronischer Vorrichtungen implementiert sein. Es wird angemerkt, dass bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung entweder teilweise oder als Ganzes leicht in einer Einchipsystembaugruppe (SOC-Baugruppe) enthalten sein können. Ein SOC repräsentiert eine IC, die Komponenten eines Computers oder eines anderen elektronischen Systems in einem einzelnen Chip integriert. Sie kann digitale Funktionen, analoge Funktionen, Mischsignalfunktionen und häufig Hochfrequenzfunktionen enthalten: von denen alle auf einem einzelnen Chipsubstrat bereitgestellt sein können. Andere Ausführungsformen können ein Mehrchipmodul (MCM) mit mehreren getrennten ICs, die sich innerhalb einer einzelnen elektronischen Baugruppe befinden und dafür konfiguriert sind, über die elektronische Baugruppe eng zusammenzuwirken, enthalten. In verschiedenen anderen Ausführungsformen können die Verstärkungsfunktionalitäten in einem oder in mehreren Siliciumkernen in anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), frei programmierbaren logischen Anordnungen (FPGAs) und anderen Halbleiterchips implementiert sein.
  • Außerdem muss angemerkt werden, dass alle Spezifikationen, Dimensionen und Beziehungen, die hier dargelegt sind (z. B. die Anzahl der Prozessoren, die Logikoperationen usw.), nur beispielhaft und zur Lehre gegeben worden sind. Diese Informationen können erheblich geändert werden, ohne von den Erfindungsgedanken der vorliegenden Offenbarung oder von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Die Beschreibungen betreffen nur ein nichteinschränkendes Beispiel und sind dementsprechend zu verstehen. In der vorstehenden Beschreibung sind beispielhafte Ausführungsformen in Bezug auf bestimmte Prozessor- und/oder Komponentenanordnungen beschrieben worden. An diesen Ausführungsformen können verschiedene Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Zeichnungen als veranschaulichend anstatt in einem beschränkenden Sinn anzusehen.
  • In bestimmten Kontexten können die hier diskutierten Merkmale auf medizinische Systeme, wissenschaftliche Instrumente, die Lebensmittelverarbeitung, die chemische Verarbeitung und irgendeine Anwendung, bei der die Steuerung der Bewegung eines sondenartigen Gegenstands in Richtung einer Fluidoberfläche erwünscht ist, anwendbar sein. In abermals anderen beispielhaften Szenarien können die Lehren der vorliegenden Offenbarung in den Industriemärkten anwendbar sein, die Prozesssteuersysteme enthalten, die die Bewegungssteuerung einer Sonde eine Fluidoberfläche, die die Produktivität, Effizienz und Zuverlässigkeit ansteuern hilft, umfassen.
  • Es wird angemerkt, dass bei den hier gegebenen zahlreichen Beispielen das Zusammenwirken hinsichtlich zweier, dreier, vierer oder mehrerer elektrischer Komponenten beschrieben sein kann. Allerdings erfolgte dies nur zur Klarheit und beispielhaft. Es wird gewürdigt werden, dass das System auf irgendeine geeignete Weise vereinigt werden kann. Zusammen mit ähnlichen Entwurfsalternativen können irgendwelche der dargestellten Komponenten, Module und Elemente der FIGUREN in verschiedenen möglichen Konfigurationen kombiniert werden, die zweifellos alle im umfassenden Schutzumfang dieser Beschreibung liegen. In bestimmten Fällen kann es leichter sein, eine oder mehrere der Funktionalitäten eines gegebenen Satzes von Abläufen nur durch Bezugnahme auf eine beschränkte Anzahl elektrischer Elemente zu beschreiben. Es sollte gewürdigt werden, dass die elektrischen Schaltungen der FIGUREN und ihre Lehren leicht skalierbar sind und an eine große Anzahl von Komponenten sowie kompliziertere/anspruchsvollere Anordnungen und Konfigurationen angepasst werden können. Dementsprechend sollen die gegebenen Beispiele den Schutzumfang der umfassenden Lehren der elektrischen Schaltungen, wie sie potentiell auf eine Vielzahl anderer Architekturen angewendet werden können, nicht einschränken oder unterbinden.
  • Es wird angemerkt, dass in dieser Beschreibung auf verschiedene Merkmale (z. B. Elemente, Strukturen, Module, Komponenten, Schritte, Operationen, Eigenschaften usw.) Bezug genommen wird, die in ”der einen Ausführungsform”, ”einer beispielhaften Ausführungsform”, ”einer Ausführungsform”, ”einer anderen Ausführungsform”, ”bestimmten Ausführungsformen” ”verschiedenen Ausführungsformen”, ”anderen Ausführungsformen”, ”einer alternativen Ausführungsform” und dergleichen enthalten sind, bedeuten sollen, dass irgendwelche solchen Merkmale in einer oder in mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten sind, aber nicht oder nicht notwendig in denselben Ausführungsformen kombiniert zu sein brauchen.
  • Vom Fachmann auf dem Gebiet können zahlreiche andere Änderungen, Substitutionen, Varianten, Abänderungen und Abwandlungen ermittelt werden, wobei die vorliegende Offenbarung alle solche Änderungen, Substitutionen, Varianten, Abänderungen und Abwandlungen, wie sie im Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche liegen, enthalten soll. Um das Patent- und Warenzeichenamt der Vereinigten Staaten (USPTO) und zusätzlich alle Leser irgendeines auf der Grundlage dieser Anmeldung erteilten Patents bei der Interpretation der angefügten Ansprüche zu unterstützen, möchte der Anmelder anmerken, dass der Anmelder: (a) beabsichtigt, dass sich irgendwelche der beigefügten Ansprüche nur dann auf den Paragraphen sechs (6) des 35 USC, Abschnitt 112, wie er zum Zeitpunkt der Einreichung vorliegt, berufen, wenn in den bestimmten Ansprüchen die Wörter ”Mittel zum” oder ”Schritt zum” spezifisch verwendet sind; und (b) diese Offenbarung in keiner Weise durch irgendeine Aussage in der Beschreibung, die nicht auf andere Weise in den angefügten Ansprüchen widerspiegelt ist, einzuschränken beabsichtigt.
  • ANDERE ANMERKUNGEN, BEISPIELE UND IMPLEMENTIERUNGEN
  • Beispiel 1 ist ein Verfahren zum Steuern der Bewegung einer Sonde in Richtung eines Behälters, der ein Fluid darin aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines ersten Kapazitätsmesswerts von einem kapazitiven Sensor, wobei der erste Kapazitätsmesswert die Kapazität zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter angibt; und Senden eines ersten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer ersten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die erste Geschwindigkeit auf der Grundlage des ersten Kapazitätsmesswerts bestimmt wird.
  • In Beispiel 2 kann das Verfahren nach Anspruch 1 optional Folgendes enthalten: Empfangen erster Positionsinformationen von einer Bewegungssteuermaschine, wobei die ersten Positionsinformationen die Position der Sonde relativ zu der leitfähigen Platte angeben; und wobei die erste Geschwindigkeit ferner auf der Grundlage der ersten Positionsinformationen bestimmt wird.
  • In Beispiel 3 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 1–2 optional enthalten, dass die erste Geschwindigkeit null ist, um die Bewegung der Sonde in Richtung des Behälters anzuhalten, falls der erste Kapazitätsmesswert einen vorgegebenen Kapazitätsschwellenwert übersteigt.
  • In Beispiel 4 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 1–3 optional enthalten, dass der vorgegebene Kapazitätsschwellenwert angibt, dass die Sonde wahrscheinlich auf die Oberfläche des Fluids in dem Behälter aufgetroffen ist.
  • In Beispiel 5 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 1–4 optional enthalten: Empfangen eines zweiten Kapazitätsmesswerts und eines dritten Kapazitätsmesswerts von dem kapazitiven Sensor, wobei der zweite Kapazitätsmesswert und der dritte Kapazitätsmesswert jeweils die Kapazität angeben, die zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter gebildet ist; Bestimmen einer Änderung der Kapazität zwischen dem zweiten Kapazitätsmesswert und dem dritten Kapazitätsmesswert, um einen Anstieg zu schätzen, der die Änderung der Kapazität in Bezug auf eine Änderung von Positionsinformationen angibt; und Senden eines zweiten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer zweiten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die zweite Geschwindigkeit auf der Grundlage der Änderung der Kapazität bestimmt wird.
  • In Beispiel 6 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 1–5 optional enthalten: dass die zweite Geschwindigkeit kleiner als die erste Geschwindigkeit ist, falls die Änderung der Kapazität einen vorgegebenen Anstiegsschwellenwert zum Verlangsamen der Bewegung der Sonde übersteigt.
  • In Beispiel 7 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 1–7 optional enthalten: dass der vorgegebene Anstiegsschwellenwert angibt, dass die Sonde die Nähe der Oberfläche des Fluids in dem Behälter erreicht.
  • In Beispiel 8 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 1–7 optional enthalten: dass der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, die Kapazität zwischen der Sonde und der leitfähigen Platte zu messen, die ein Dielektrikumgemisch aufweist, das Luft, das Fluid in dem Behälter und den Behälter umfasst.
  • In Beispiel 9 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 1–8 optional enthalten: dass der erste Kapazitätsmesswert auf der Grundlage einer Potenzreihenfunktion normiert wird, die Messdaten repräsentiert, die Positionsinformationen in Abhängigkeit von Kapazitätsmesswerten, die von der Bewegung der Sonde in Richtung des leeren Behälters erhalten werden, umfassen.
  • In Beispiel 10 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 1–9 optional enthalten: dass der zweite Kapazitätsmesswert und der dritte Kapazitätsmesswert auf der Grundlage einer Potenzreihenfunktion normiert werden, die Messdaten repräsentiert, die Positionsinformationen in Abhängigkeit von Kapazitätsmesswerten, die von der Bewegung der Sonde in Richtung des leeren Behälters erhalten werden, umfassen.
  • In Beispiel 11 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 1–10 optional enthalten: dass der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, den ersten Kapazitätsmesswert dadurch zu nehmen, dass eine Erregungsquelle für die Sonde bereitgestellt wird und der erste Kapazitätsmesswert von der leitfähigen Platte abgelesen wird.
  • In Beispiel 12 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 1–11 optional enthalten, dass der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, den ersten Kapazitätsmesswert dadurch zu nehmen, dass für die leitfähige Platte eine Erregungsquelle bereitgestellt wird und der erste Kapazitätsmesswert von der leitfähigen Platte abgelesen wird.
  • In Beispiel 13 kann das Verfahren nach einem der Beispiele 1–12 optional enthalten, dass der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, den ersten Kapazitätsmesswert dadurch zu nehmen, dass die leitfähige Platte geerdet wird, für die Sonde eine Erregungsquelle bereitgestellt wird und der erste Kapazitätsmesswert von der Sonde abgelesen wird.
  • Beispiel 14 ist ein System zum Steuern der Bewegung einer Sonde in Richtung eines Behälters, der ein Fluid darin aufweist, wobei das System Folgendes umfasst: einen Kapazitiv-Digital-Umsetzer zum Umsetzen von Messwerten von einem kapazitiven Sensor in ein digitales Signal; eine Bewegungssteuermaschine, um die Sonde in Richtung des Behälters zu bewegen; eine Annäherungsmaschine, die mit dem Ausgang des Kapazitiv-Digital-Umsetzers gekoppelt ist, wobei die Annäherungsmaschine konfiguriert ist zum: Empfangen eines ersten Kapazitätsmesswerts von dem kapazitiven Sensor, wobei der erste Kapazitätsmesswert die Kapazität zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter angibt; und Senden eines ersten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer ersten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die erste Geschwindigkeit auf der Grundlage des ersten Kapazitätsmesswerts bestimmt wird.
  • In Beispiel 15 kann das System nach Beispiel 14 optional enthalten, dass die erste Geschwindigkeit null ist, um die Bewegung der Sonde in Richtung des Behälters anzuhalten, falls der erste Kapazitätsmesswert einen vorgegebenen Kapazitätsschwellenwert übersteigt.
  • In Beispiel 16 kann das System nach einem der Beispiele 14–15 optional enthalten, dass die Annäherungsmaschine ferner zu Folgendem konfiguriert ist: Empfangen eines zweiten Kapazitätsmesswerts und eines dritten Kapazitätsmesswerts von dem kapazitiven Sensor, wobei der zweite Kapazitätsmesswert und der dritte Kapazitätsmesswert jeweils die Kapazität angeben, die zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter gebildet ist; Bestimmen einer Änderung der Kapazität zwischen dem zweiten Kapazitätsmesswert und dem dritten Kapazitätsmesswert, um einen Anstieg zu schätzen, der die Änderung der Kapazität in Bezug auf die Änderung der Positionsinformationen angibt; und Senden eines zweiten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer zweiten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die zweite Geschwindigkeit auf der Grundlage der Änderung der Kapazität bestimmt wird.
  • In Beispiel 17 kann das System nach einem der Beispiele 14–16 optional enthalten, dass der erste Kapazitätsmesswert auf der Grundlage einer Potenzreihenfunktion normiert wird, die Messdaten repräsentiert, die Positionsinformationen in Abhängigkeit von Kapazitätsmesswerten, die vom Bewegen der Sonde in Richtung des leeren Behälters erhalten werden, umfassen.
  • In Beispiel 18 kann das System nach Anspruch 14–17 optional enthalten, dass die Annäherungsmaschine ferner zum Empfangen erster Positionsinformationen von einer Bewegungssteuermaschine konfiguriert ist, wobei die ersten Positionsinformationen die Position der Sonde relativ zu der leitfähigen Platte angeben; und wobei die erste Geschwindigkeit ferner auf der Grundlage der ersten Positionsinformationen bestimmt wird.
  • In Beispiel 19 kann das System nach einem der Beispiele 14–18 optional enthalten, dass der vorgegebene Kapazitätsschwellenwert angibt, dass die Sonde wahrscheinlich auf die Oberfläche des Fluids in dem Behälter aufgetroffen ist.
  • In Beispiel 20 kann das System nach einem der Beispiele 14–19 optional enthalten: dass die zweite Geschwindigkeit kleiner als die erste Geschwindigkeit ist, falls die Änderung der Kapazität einen vorgegebenen Anstiegsschwellenwert zum Verlangsamen der Bewegung der Sonde übersteigt.
  • In Beispiel 21 kann das System nach einem der Beispiele 14–20 optional enthalten, dass der vorgegebene Anstiegsschwellenwert angibt, dass die Sonde die Nähe der Oberfläche des Fluids in dem Behälter erreicht.
  • In Beispiel 22 kann das System nach einem der Beispiele 14–21 optional enthalten, dass der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, die Kapazität zwischen der Sonde und der leitfähigen Platte zu messen, die ein Dielektrikumgemisch aufweist, das Luft, das Fluid in dem Behälter und den Behälter umfasst.
  • In Beispiel 23 kann das System nach einem der Beispiele 14–22 optional enthalten, dass der zweite Kapazitätsmesswert und der dritte Kapazitätsmesswert auf der Grundlage einer Potenzreihenfunktion normiert werden, die Messdaten repräsentiert, die Positionsinformationen in Abhängigkeit von Kapazitätsmesswerten, die von der Bewegung der Sonde in Richtung des leeren Behälters erhalten werden, umfassen.
  • In Beispiel 24 kann das System nach einem der Beispiele 14–23 optional enthalten, dass der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, den ersten Kapazitätsmesswert dadurch zu nehmen, dass eine Erregungsquelle für die Sonde bereitgestellt wird und der erste Kapazitätsmesswert von der leitfähigen Platte abgelesen wird.
  • In Beispiel 25 kann das System nach einem der Beispiele 14–24 optional enthalten, dass der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, den ersten Kapazitätsmesswert dadurch zu nehmen, dass für die leitfähige Platte eine Erregungsquelle bereitgestellt wird und der erste Kapazitätsmesswert von der leitfähigen Platte abgelesen wird.
  • In Beispiel 26 kann das System nach einem der Beispiele 14–25 optional enthalten, dass der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, den ersten Kapazitätsmesswert dadurch zu nehmen, dass die leitfähige Platte geerdet wird, für die Sonde eine Erregungsquelle bereitgestellt wird und der erste Kapazitätsmesswert von der Sonde abgelesen wird.
  • Beispiel I ist ein nicht temporäres computerlesbares Ablagemedium, auf dem Anweisungen gespeichert sind, um die Bewegung einer Sonde in Richtung eines Behälters zu steuern, der darin ein Fluid aufweist, wobei die Anweisungen, wenn sie durch wenigstens einen Prozessor ausgeführt werden, veranlassen, dass der wenigstens eine Prozessor die folgenden Operationen ausführt: Empfangen eines ersten Kapazitätsmesswerts von einem kapazitiven Sensor, wobei der erste Kapazitätsmesswert die Kapazität zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter angibt; und Senden eines ersten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer ersten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die erste Geschwindigkeit auf der Grundlage des ersten Kapazitätsmesswerts bestimmt wird.
  • In Beispiel II kann das Medium nach Beispiel I optional enthalten, dass die erste Geschwindigkeit null ist, um die Bewegung der Sonde in Richtung des Behälters anzuhalten, falls der erste Kapazitätsmesswert einen vorgegebenen Kapazitätsschwellenwert übersteigt.
  • In Beispiel III kann das Medium nach Beispiel I oder II optional enthalten, dass der wenigstens eine Prozessor ferner dafür konfiguriert ist, die folgenden Operationen auszuführen: Empfangen eines zweiten Kapazitätsmesswerts und eines dritten Kapazitätsmesswerts von dem kapazitiven Sensor, wobei der zweite Kapazitätsmesswert und der dritte Kapazitätsmesswert jeweils die Kapazität angeben, die zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter gebildet ist; Bestimmen einer Änderung der Kapazität zwischen dem zweiten Kapazitätsmesswert und dem dritten Kapazitätsmesswert, um einen Anstieg zu schätzen, der die Änderung der Kapazität in Bezug auf eine Änderung von Positionsinformationen angibt; und Senden eines zweiten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer zweiten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die zweite Geschwindigkeit auf der Grundlage der Änderung der Kapazität bestimmt wird.
  • Beispiel A ist eine Vorrichtung, die Mittel zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Beispiele 1–13 umfasst.
  • In Beispiel B kann die Vorrichtung aus Beispiel A optional enthalten, dass die Mittel zum Ausführen des Verfahrens einen Prozessor und einen Speicher umfassen.
  • In Beispiel C kann die Vorrichtung aus Beispiel B optional enthalten, dass der Speicher maschinenlesbare Anweisungen umfasst, die, wenn sie ausgeführt werden, veranlassen, dass die Vorrichtung das Verfahren ausführt.
  • In Beispiel D ist die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37–39 ein Computersystem.
  • Beispiel E enthält wenigstens ein computerlesbares Medium, das Anweisungen umfasst, die, wenn sie ausgeführt werden, das Verfahren nach einem der Beispiele 1–13 implementieren oder die Vorrichtung oder das System nach einem der Beispiele 14–26 und A–D verwirklichen.
  • Es wird angemerkt, dass alle oben beschriebenen optionalen Merkmale der Vorrichtung ebenfalls in Bezug auf das Verfahren oder den Prozess, das bzw. der hier beschrieben ist, implementiert werden können und dass die Spezifika in den Beispielen irgendwo in einer oder in mehreren Ausführungsformen verwendet werden können.
  • In einem ersten Beispiel wird ein Steuersystem bereitgestellt (das irgendeine geeignete Schaltungsanordnung, irgendwelche geeigneten Dividierer, Kondensatoren, Widerstände, induktiven Komponenten, ADCs, DFFs, Logikgatter, irgendwelche geeignete Software, Hardware, irgendwelche geeigneten Verbindungen usw. enthalten kann), das Teil irgendeines Typs eines Computers sein kann, der ferner eine Leiterplatte enthalten kann, die mit mehreren elektronischen Komponenten gekoppelt ist. Das System kann Mittel zum Takten von Daten von dem digitalen Kern an eine erste Datenausgabe eines Makros unter Verwendung eines ersten Takts, wobei der erste Takt ein Makrotakt ist; Mittel zum Takten der Daten von der ersten Datenausgabe des Makros in die physikalische Schnittstelle unter Verwendung eines zweiten Takts, wobei der zweite Takt ein Takt einer physikalischen Schnittstelle ist; Mittel zum Takten eines ersten Rücksetzsignals von dem digitalen Kern an eine Rücksetzausgabe des Makros unter Verwendung des Makrotakts, wobei die erste Rücksetzsignalausgabe als ein zweites Rücksetzsignal verwendet wird; Mittel zum Abtasten des zweiten Rücksetzsignals unter Verwendung eines dritten Takts, der eine höhere Taktrate als die Rate des zweiten Takts bereitstellt, um ein abgetastetes Rücksetzsignal zu erzeugen; und Mittel zum Zurücksetzen des zweiten Takts auf einen vorgegebenen Zustand in der physikalischen Schnittstelle in Ansprechen auf einen Übergang des abgetasteten Rücksetzsignals enthalten.
  • In diesen Fällen (oben) können die 'Mittel zum' die Verwendung irgendeiner hier diskutierten geeigneten Komponente zusammen mit irgendwelcher geeigneten Software, irgendeiner geeigneten Schaltungsanordnung, irgendeinem geeigneten Hub, Computercode, irgendwelcher geeigneten Logik, irgendwelcher geeigneten Algorithmen, irgendwelcher geeigneten Hardware, irgendeines geeigneten Controllers, irgendeiner geeigneten Schnittstelle, irgendeiner geeigneten Verbindung, irgendeines geeigneten Busses, irgendeines geeigneten Kommunikationspfads usw. enthalten (sind darauf aber nicht beschränkt). In einem zweiten Beispiel enthält das System einen nicht temporären computerlesbaren Speicher, der ferner maschinenlesbare Anweisungen umfasst, die, wenn sie ausgeführt werden, veranlassen, dass das System irgendwelche der oben diskutierten Aktivitäten ausführt.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Steuern der Bewegung einer Sonde in Richtung eines Behälters, der ein Fluid darin aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines ersten Kapazitätsmesswerts von einem kapazitiven Sensor, wobei der erste Kapazitätsmesswert die Kapazität zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter angibt; und Senden eines ersten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer ersten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die erste Geschwindigkeit auf der Grundlage des ersten Kapazitätsmesswerts bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen erster Positionsinformationen von einer Bewegungssteuermaschine, wobei die ersten Positionsinformationen die Position der Sonde relativ zu der leitfähigen Platte angeben; und wobei die erste Geschwindigkeit ferner auf der Grundlage der ersten Positionsinformationen bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Geschwindigkeit null ist, um die Bewegung der Sonde in Richtung des Behälters anzuhalten, falls der erste Kapazitätsmesswert einen vorgegebenen Kapazitätsschwellenwert übersteigt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgegebene Kapazitätsschwellenwert angibt, dass die Sonde wahrscheinlich auf die Oberfläche des Fluids in dem Behälter aufgetroffen ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: Empfangen eines zweiten Kapazitätsmesswerts und eines dritten Kapazitätsmesswerts von dem kapazitiven Sensor, wobei der zweite Kapazitätsmesswert und der dritte Kapazitätsmesswert jeweils die Kapazität angeben, die zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter gebildet ist; Bestimmen einer Änderung der Kapazität zwischen dem zweiten Kapazitätsmesswert und dem dritten Kapazitätsmesswert, um einen Anstieg zu schätzen, der die Änderung der Kapazität in Bezug auf eine Änderung von Positionsinformationen angibt; und Senden eines zweiten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer zweiten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die zweite Geschwindigkeit auf der Grundlage der Änderung der Kapazität bestimmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweite Geschwindigkeit kleiner als die erste Geschwindigkeit ist, falls die Änderung der Kapazität einen vorgegebenen Anstiegsschwellenwert zum Verlangsamen der Bewegung der Sonde übersteigt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der vorgegebene Anstiegsschwellenwert angibt, dass die Sonde die Nähe der Oberfläche des Fluids in dem Behälter erreicht.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, die Kapazität zwischen der Sonde und der leitfähigen Platte zu messen, die ein Dielektrikumgemisch aufweist, das Luft, das Fluid in dem Behälter und den Behälter umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Kapazitätsmesswert auf der Grundlage einer Potenzreihenfunktion normiert wird, die Messdaten repräsentiert, die Positionsinformationen in Abhängigkeit von Kapazitätsmesswerten, die von der Bewegung der Sonde in Richtung des leeren Behälters erhalten werden, umfassen.
  10. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der zweite Kapazitätsmesswert und der dritte Kapazitätsmesswert auf der Grundlage einer Potenzreihenfunktion normiert werden, die Messdaten repräsentiert, die Positionsinformationen in Abhängigkeit von Kapazitätsmesswerten, die von der Bewegung der Sonde in Richtung des leeren Behälters erhalten werden, umfassen.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, den ersten Kapazitätsmesswert dadurch zu nehmen, dass eine Erregungsquelle für die Sonde bereitgestellt wird und der erste Kapazitätsmesswert von der leitfähigen Platte abgelesen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, den ersten Kapazitätsmesswert dadurch zu nehmen, dass für die leitfähige Platte eine Erregungsquelle bereitgestellt wird und der erste Kapazitätsmesswert von der leitfähigen Platte abgelesen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der kapazitive Sensor dafür konfiguriert ist, den ersten Kapazitätsmesswert dadurch zu nehmen, dass die leitfähige Platte geerdet wird, für die Sonde eine Erregungsquelle bereitgestellt wird und der erste Kapazitätsmesswert von der Sonde abgelesen wird.
  14. System zum Steuern der Bewegung einer Sonde in Richtung eines Behälters, der ein Fluid darin aufweist, wobei das System Folgendes umfasst: einen Kapazitiv-Digital-Umsetzer zum Umsetzen von Messwerten von einem kapazitiven Sensor in ein digitales Signal; eine Bewegungssteuermaschine, um die Sonde in Richtung des Behälters zu bewegen; eine Annäherungsmaschine, die mit dem Ausgang des Kapazitiv-Digital-Umsetzers gekoppelt ist, wobei die Annäherungsmaschine zu Folgendem konfiguriert ist: Empfangen eines ersten Kapazitätsmesswerts von dem kapazitiven Sensor, wobei der erste Kapazitätsmesswert die Kapazität zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter angibt; und Senden eines ersten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer ersten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die erste Geschwindigkeit auf der Grundlage des ersten Kapazitätsmesswerts bestimmt wird.
  15. System nach Anspruch 14, wobei die erste Geschwindigkeit null ist, um die Bewegung der Sonde in Richtung des Behälters anzuhalten, falls der erste Kapazitätsmesswert einen vorgegebenen Kapazitätsschwellenwert übersteigt.
  16. System nach Anspruch 14, wobei die Annäherungsmaschine ferner zu Folgendem konfiguriert ist: Empfangen eines zweiten Kapazitätsmesswerts und eines dritten Kapazitätsmesswerts von dem kapazitiven Sensor, wobei der zweite Kapazitätsmesswert und der dritte Kapazitätsmesswert jeweils die Kapazität angeben, die zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter gebildet ist; Bestimmen einer Änderung der Kapazität zwischen dem zweiten Kapazitätsmesswert und dem dritten Kapazitätsmesswert, um einen Anstieg zu schätzen, der die Änderung der Kapazität in Bezug auf die Änderung der Positionsinformationen angibt; und Senden eines zweiten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer zweiten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die zweite Geschwindigkeit auf der Grundlage der Änderung der Kapazität bestimmt wird.
  17. System nach Anspruch 14, wobei der erste Kapazitätsmesswert auf der Grundlage einer Potenzreihenfunktion normiert wird, die Messdaten repräsentiert, die Positionsinformationen in Abhängigkeit von Kapazitätsmesswerten, die vom Bewegen der Sonde in Richtung des leeren Behälters erhalten werden, umfassen.
  18. Nicht temporäres computerlesbares Ablagemedium, auf dem Anweisungen gespeichert sind, um die Bewegung einer Sonde in Richtung eines Behälters zu steuern, der darin ein Fluid aufweist, wobei die Anweisungen, wenn sie durch wenigstens einen Prozessor ausgeführt werden, veranlassen, dass der wenigstens eine Prozessor die folgenden Operationen ausführt: Empfangen eines ersten Kapazitätsmesswerts von einem kapazitiven Sensor, wobei der erste Kapazitätsmesswert die Kapazität zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter angibt; und Senden eines ersten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer ersten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die erste Geschwindigkeit auf der Grundlage des ersten Kapazitätsmesswerts bestimmt wird.
  19. Medium nach Anspruch 18, wobei die erste Geschwindigkeit null ist, um die Bewegung der Sonde in Richtung des Behälters anzuhalten, falls der erste Kapazitätsmesswert einen vorgegebenen Kapazitätsschwellenwert übersteigt.
  20. Medium nach Anspruch 18, wobei der wenigstens eine Prozessor ferner dafür konfiguriert ist, die folgenden Operationen auszuführen: Empfangen eines zweiten Kapazitätsmesswerts und eines dritten Kapazitätsmesswerts von dem kapazitiven Sensor, wobei der zweite Kapazitätsmesswert und der dritte Kapazitätsmesswert jeweils die Kapazität angeben, die zwischen der Sonde und einer leitfähigen Platte unter dem Behälter gebildet ist; Bestimmen einer Änderung der Kapazität zwischen dem zweiten Kapazitätsmesswert und dem dritten Kapazitätsmesswert, um einen Anstieg zu schätzen, der die Änderung der Kapazität in Bezug auf eine Änderung von Positionsinformationen angibt; und Senden eines zweiten Signals an die Bewegungssteuermaschine, um die Sonde mit einer zweiten Geschwindigkeit in Richtung des Behälters zu bewegen, wobei die zweite Geschwindigkeit auf der Grundlage der Änderung der Kapazität bestimmt wird.
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