DE112018005953B4

DE112018005953B4 - Multi-paralleles Sensor-Array-System

Info

Publication number: DE112018005953B4
Application number: DE112018005953.7T
Authority: DE
Inventors: Philip S. Schmidt; Cal T. Swanson
Original assignee: Watlow Electric Manufacturing Co
Current assignee: Watlow Electric Manufacturing Company St Lou Us
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2038-11-20
Also published as: TWI709754B; JP2021504717A; WO2019103960A1; KR20200075889A; DE112018005953T5; DE112018005953T8; US20190154605A1; TW201925796A; JP6839790B2; KR102171326B1; US10761041B2

Abstract

Erfassungssystem (100), umfassend:- mehrere resistive Elemente (208, 310, 610), die mit mehreren Knoten (320, 620) gekoppelt sind und die an einem thermischen System (200) angeordnet sind;- mehrere Schalter (330, 630), die an die mehreren Knoten (320, 620) gekoppelt sind, wobei ein Schalter (330, 630) aus den mehreren Schaltern (330, 630) so betätigt werden kann, dass er einen Knoten (320, 620) aus den mehreren Knoten (320, 620) an einen Rücklauf-Zustand, einen Leistung-Zustand oder einen Offener-Schaltkreis-Zustand koppelt; und- ein Steuersystem (102), das an die mehreren Schalter (330, 630) gekoppelt ist und das konfiguriert ist, um die mehreren Schalter (330, 630) zu betätigen; wobei:- das Steuersystem (102) konfiguriert ist, um durch mehrere Modi zu indexieren, um eine elektrische Eigenschaft für jedes der mehreren resistiven Elemente (208, 310, 610) zu messen, indem die mehreren Schalter (330, 630) betätigt werden, wobei jeder Modus der mehreren Modi eine unterschiedliche Kombination von Leistung-Zustand, Rücklauf-Zustand oder Offener-Schaltkreis-Zustand darstellt, die auf jeden der mehreren Knoten (320, 620) angewendet wird, und- das Steuersystem (102) dazu konfiguriert ist, um für jeden der Modi eine Gesamtleistung, die von dem Erfassungssystem (100) verbraucht wird, und eine Leistung, die von einem jeden der mehreren resistiven Elemente (208, 310, 610) verbraucht wird, auf der Basis der gemessenen elektrischen Eigenschaft zu berechnen, um einen physikalischen Parameter des thermischen Systems (200) zu bestimmen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Erfassungssystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
US 2013/0105457 A1 offenbart ein Thermo-Array-System, das mehrere resistive Elemente, mehrere Schalter und ein Steuersystem umfasst. Die mehreren resistiven Elemente sind mit mehreren Knoten gekoppelt und sind an einem thermischen System angeordnet. Die mehreren Schalter sind an die mehreren Knoten gekoppelt, wobei ein Schalter aus den mehreren Schaltern so betätigt werden kann, dass er einen Knoten aus den mehreren Knoten an einen Rücklauf-Zustand, einen Leistung-Zustand oder einen Offener-Schaltkreis-Zustand koppelt. Das Steuersystem ist an die mehreren Schalter gekoppelt und ist konfiguriert, um die mehreren Schalter zu betätigen. Das Steuersystem ist konfiguriert, um durch mehrere Modi zu indexieren, um eine elektrische Eigenschaft für jedes der mehreren resistiven Elemente zu messen, indem die mehreren Schalter betätigt werden, wobei jeder Modus der mehreren Modi eine unterschiedliche Kombination von Leistung-Zustand, Rücklauf-Zustand oder Offener-Schaltkreis-Zustand darstellt, die auf jeden der mehreren Knoten angewendet wird. Bei diesem bekannten Thermo-Array-System ist das Steuersystem dazu konfiguriert, um für jeden der Modi einen Sensorstrom und eine Spannung zu berechnen, um die Temperatur des thermischen Systems zu bestimmen.
Herkömmliche Sensoren, die einen physikalischen Parameter auf der Basis einer Widerstandsänderung messen, wie Thermoelemente oder Dehnungsmessstreifen, werden in einer Vielzahl von Systemen eingesetzt. Zum Beispiel verwendet ein thermisches System, wie z. B. Sockelheizungen, Thermoelemente für das Überwachen der Temperatur einer Heizfläche. Solche Sensoren erfordern jedoch in der Regel eine vollständig isolierte Verdrahtung ( z. B. eine für die Stromversorgung und eine für den Rücklauf) oder separate Stromversorgungsleitungen für jeden Sensor und eine gemeinsame Leitung, die von allen Sensoren gemeinsam genutzt wird. Daher benötigen diese Sensoren eine beträchtliche Anzahl von Drähten, deren Integration in ein System, in dem der Platz oder der Zugang begrenzt ist, wie z. B. bei thermischen Systemen, eine Herausforderung darstellen kann. Diese und andere Fragen werden in der vorliegenden Offenlegung behandelt.
ZUSAMMENFASSUNG
Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenlegung und ist keine umfassende Offenlegung ihres vollen Umfangs oder aller ihrer Merkmale.
In einer Form stellt die vorliegende Anmeldung ein Erfassungssystem zur Verfügung. Das Erfassungssystem weist mehrere resistive Elemente, die mit mehreren Knoten gekoppelt sind, und ein Steuersystem auf, das dazu konfiguriert ist, um durch mehrere Modi zu indexieren, um eine elektrische Eigenschaft für jedes resistive Element zu messen. Jeder Modus der mehreren Modi stellt eine unterschiedliche Kombination von Leistung-Zustand, Rücklauf-Zustand oder Offener-Schaltkreis-Zustand dar, die auf jeden der mehreren Knoten angewendet ist. Das Steuersystem ist dazu konfiguriert, um für jeden der Modi eine Gesamtleistung, die von dem System verbraucht wird, und eine Leistung, die von einem jeden der resistiven Elemente verbraucht wird, auf der Basis der gemessenen elektrischen Eigenschaft zu berechnen, um einen physikalischen Parameter zu bestimmen.
In einer Form ist das Steuersystem dazu konfiguriert, um den Widerstand der resistiven Elemente, basierend auf der verbrauchten Gesamtleistung, auf der Leistung, die von einem jeden der resistiven Elemente verbraucht wird, und auf vorgespeicherten Algorithmen, zu berechnen.
In einer anderen Form ist das Steuersystem dazu konfiguriert, um mindestens einen physikalischen Parameter, nämlich Temperatur, Dehnung, Lichtintensität oder Gaskonzentration, des Erfassungssystems auf der Basis des berechneten Widerstands zu bestimmen.
In einer noch anderen Form ist das Steuersystem dazu konfiguriert, um den physikalischen Parameter basierend auf dem Widerstand der resistiven Elemente und auf vorbestimmten Korrelationsinformationen, die einen oder mehrere Widerstandswerte einem oder mehreren Werten des physikalischen Parameters zuordnen, zu bestimmen.
In einer Form verwendet das Steuersystem die Moore-Penrose-Pseudoinverse, um den Widerstand der resistiven Elemente zu bestimmen.
In einer anderen Form ist das Steuersystem dazu konfiguriert, um auf einen Offener-Schaltkreis-Zustand oder auf einen kurzgeschlossenen Zustand zu testen.
In einer noch anderen Form ist das Steuersystem dazu konfiguriert, um abgeleitete Sensorinformationen, wie zum Beispiel Gradienten und Änderungsraten, zu berechnen.
In einer anderen Form ist das Steuersystem dazu konfiguriert, um übermäßige Temperaturbereiche des Erfassungssystem zu bestimmen.
In einer anderen Form umfasst die elektrische Eigenschaft Spannung und Strom.
In einer noch anderen Form ist das Steuersystem dazu konfiguriert, um einen Gesamtleitwert der mehreren resistiven Elemente basierend auf der Gesamtleistung, die von dem Erfassungssystem verbraucht wird, und auf der Leistung, die von einem jeden der resistiven Elemente verbraucht wird, zu berechnen.
In einer anderen Form ist die Anzahl von mehreren Modi größer als oder gleich der Anzahl von resistiven Elementen.
In einer noch anderen Form ist jedes der resistiven Elemente zwischen einem Knotenpaar der mehreren Knoten verbunden.
In einer anderen Form bestehen die resistiven Elemente aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand.
In einer Form weist jeder Modus einen Satz von Spannungen auf, die linear unabhängig voneinander sind.
In einer anderen Form überträgt das Steuersystem mindestens eine der elektrischen Eigenschaften oder den physikalischen Parameter mit Hilfe einer Netzwerksteuerung an ein externes Gerät.
In einer Form wird ein Verfahren für das Messen der Temperatur eines Erfassungssystems mit mehreren resistiven Elementen, die mit mehreren Knoten gekoppelt sind, zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst ein Indexieren durch mehrere Modi, um eine elektrische Eigenschaft für jedes resistive Element zu messen. Jeder Modus der mehreren Modi stellt eine andere Kombination von Leistung-Zustand, Rücklauf-Zustand oder Offener-Schaltkreis-Zustand dar, die auf jeden der mehreren Knoten angewendet wird. Das Verfahren umfasst ein Berechnen einer Gesamtleistung, die von dem Erfassungssystem verbraucht wird, und einer Leistung, die von einem jeden der resistiven Elemente verbraucht wird, auf der Basis der gemessenen elektrischen Eigenschaft, für jeden der Modi, um einen physikalischen Parameter des Erfassungssystems zu bestimmen.
In einer anderen Form umfasst das Verfahren ein Berechnen des Widerstands der resistiven Elemente, basierend auf der Gesamtleistung, die von dem Erfassungssystem verbraucht wird, und auf der Leistung, die von einem jeden der resistiven Elemente verbraucht wird. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen des physikalischen Parameters, basierend auf dem Widerstand der resistiven Elemente und auf vorbestimmten Korrelationsinformationen, die einen oder mehrere Widerstandswerte einem oder mehreren Werten des physikalischen Parameters zuordnen.
In einer noch anderen Form wird der Widerstand der resistiven Elemente unter Verwendung der Moore-Penrose-Pseudoinversen berechnet.
In einer anderen Form ist der physikalische Parameter wenigstens einer aus Temperatur, Dehnung, Lichtintensität oder Gaskonzentration.
In einer Form umfassen die elektrischen Eigenschaften Spannung und Strom.
In einer anderen Form umfasst das Verfahren ein Berechnen eines Gesamtleitwerts der mehreren thermischen Elemente, basierend auf der Gesamtleistung, die von dem Erfassungssystem verbraucht wird, und auf der Leistung, die von einem jeden der resistiven Elemente verbraucht wird.
In einer anderen Form ist jedes der resistiven Elemente zwischen einem Knotenpaar der mehreren Knoten verbunden.
In einer noch anderen Form bestimmt das Verfahren übermäßige Temperaturbereiche des Erfassungssystems.
In einer anderen Form umfasst das Verfahren ein Testen auf einen Offener-Schaltkreis-Zustand oder auf einen kurzgeschlossenen Zustand.
In einer Form umfasst das Verfahren ein Berechnen von abgeleiteten Sensorinformationen, wie zum Beispiel Gradienten und Änderungsraten.
In einer anderen Form weist jeder Modus einen Satz von Spannungen auf, die linear unabhängig voneinander sind.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Anmeldung werden für den Fachmann nach einer Durchsicht der nachfolgenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und Ansprüche, die dieser Spezifikation beigefügt sind und einen Teil davon bilden, leicht ersichtlich werden.
Figurenliste
Mit dem Ziel, dass die Offenbarung gut verstanden werden kann, werden nun verschiedene Formen dieser beschrieben werden, die als Beispiel angegeben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:

1 ein Blockdiagramm eines Erfassungssystems in Übereinstimmung mit Lehren der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine partielle Seitenansicht eines Heizgeräts ist, das eine weiterleitende Schicht, eine Basis-Heizschicht und eine Sensoranordnung umfasst, die in Übereinstimmung mit Prinzipien der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist;
3 ist eine schematische Darstellung eines Erfassungssystems in Übereinstimmung mit Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
4 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems in Übereinstimmung mit Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
5 ist ein Netzwerkdiagramm des multi-parallelen Sensor-Arrays aus der 3;
6 ist eine beispielhafte schematische Darstellung eines multi-parallelen Drei-Draht-Sensor-Arrays in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren für ein Berechnen der Gesamtleistung für das multi-parallele Sensor-Array in Übereinstimmung mit Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
8A-8C sind schematische Darstellungen, die beispielhaft Berechnungen für die thermische multi-parallele Drei-Draht-Anordnung aus der 6 mit unterschiedlichen Erfassungsmodi in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellen.

Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sind nicht dazu gedacht, um den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgend einer Weise einzuschränken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenlegung, Anwendung oder Verwendungen einzuschränken.
Unter Bezugnahme auf die 1 misst ein Sensor-Array-System 100, das auch als Erfassungssystem bezeichnet werden kann, einen physikalischen Parameter auf der Basis des Widerstands eines Elements, dessen Widerstandswert sich mit einer Änderung des physikalischen Parameters ändert. In einer Form weist das Erfassungssystem 100 ein Steuersystem 102 und ein multi-paralleles Sensor-Array 104 ( d. h. ein Sensor-Array ) auf, das eine Vielzahl von resistiven Elementen ( nicht abgebildet) umfasst. Wie hier weiter unten beschrieben werden wird, betreibt das Steuersystem 102 das Sensor-Array 104 in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Erfassungsmodi, in denen das Sensor-Array 104 von einer Stromversorgung 106 mit Strom versorgt wird. Das Steuersystem 102 ist so konfiguriert, dass es einen Wert des physikalischen Parameters auf der Basis eines Widerstands des Sensor-Arrays 104 bestimmt. Noch genauer gesagt berechnet das Steuersystem 102 den Widerstand der resistiven Elemente des Sensor-Arrays 104 basierend auf gemessenen elektrischen Eigenschaften und auf der Gesamtleistung, die von dem Sensor-Array 104 verbraucht wird. Unter Verwendung des berechneten Widerstands bestimmt das Steuersystem 102 einen Wert des physikalischen Parameters.
Das Erfassungssystem 100 kann für eine Vielfalt von Systemen für das Messen physikalischer Parameter wie z. B. Temperatur, physikalische Verformung ( d. h. Dehnung ), Lichtintensität oder Gaskonzentration eingesetzt werden. In einem Beispiel wird das Erfassungssystem der vorliegenden Offenbarung dazu verwendet, um ein Temperaturprofil über eine Oberfläche eines Heizgeräts zu messen, das für die Halbleiter-Verarbeitung verwendet wird. Ein solches Heizsystem wird in der anhängigen US-Anmeldung mit der Serien-Nr. 13 / 598,995 beschrieben, die am 30. August 2012 eingereicht und unter der US 2013/ 0105457 A1 veröffentlicht worden ist, die gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung übertragen worden ist und deren Offenbarungen in ihrem gesamten Umfang durch Verweis hier eingeschlossen sind.
Als Beispiel wird in der 2 ein Heizgerät 200 für einen Halbleiterprozessor dargestellt. Das Heizgerät 200 weist ein Sensor-Array 202 auf, das über einer Basis-Heizschicht 204 angeordnet ist, wobei eine weiterleitende Schicht 206 zwischen der Basis-Heizschicht 204 und dem Sensor-Array 202 angeordnet ist. Das Sensor-Array 202 weist mehrere resistive Elemente 208 auf, und die Basis-Heizschicht 204 weist eine oder mehrere Heizschaltungen 210 auf, die so betrieben werden können, dass sie Wärme erzeugen. Die weiterleitende Schicht 206 ist so konfiguriert, dass sie Stromleitungen weiterleitet, die sich von der Basis-Heizschicht 204 bis zu dem Sensor-Array 202 hin erstrecken. So definiert zum Beispiel die Basis-Heizschicht 204 eine oder mehrere Öffnungen ( nicht abgebildet), die sich durch die Basis-Heizschicht 204 hindurch erstrecken, und die weiterleitende Schicht 206 definiert einen Hohlraum ( nicht abgebildet), der mit den Öffnungen in Verbindung steht. Stromleitungen werden durch die Öffnungen der Basis-Heizschicht 204 hindurch zu dem inneren Hohlraum der weiterleitenden Schicht 206 hin weitergeleitet. Von dem inneren Hohlraum aus sind die Stromleitungen mit dem Sensor-Array 202 verbunden. In einer Form wird das Sensor-Array 202 dazu verwendet, um die Temperatur des Heizgeräts 200 unter Verwendung der Lehren der vorliegenden Offenbarung zu überwachen.
Das Erfassungssystem der vorliegenden Offenbarung kann mit anderen Systemen verwendet werden und sollte nicht auf Heizgeräte für die Halbleiter-Verarbeitung, d. h. mechanische Systeme, beschränkt werden. Darüber hinaus kann das Sensor-Array auch dazu verwendet werden, um andere physikalische Parameter zu messen, und sollte nicht auf die Temperatur beschränkt werden. So kann zum Beispiel ein Array von Dehnungsmessstreifen mit strukturellen Komponenten von Brücken, Gebäuden und anderen mechanischen Systemen gekoppelt werden, um Dehnungsmessungen durchzuführen, wodurch die Anzahl der für die Durchführung der Messungen erforderlichen Drähte reduziert wird.
Ein Sensor-Array des Erfassungssystems enthält eine Vielzahl von resistiven Elementen, die mit einer Vielzahl von Leistungsknoten gekoppelt sind. Jeder Knoten kann dann an eine Stromleitung gekoppelt sein, um Leistung zu empfangen, zurück zu leiten oder in einen Offener-Schaltkreis-Zustand versetzt zu werden. So weist zum Beispiel unter Bezugnahme auf die 3 ein Sensor-Array 300 sechs resistive Elemente 310₁ bis 310₆ auf, die zusammen als resistive Elemente 310 bezeichnet werden, und weist vier Leistungsknoten 320₁ bis 320₄ auf, die zusammen als Leistungsknoten 320 bezeichnet werden. Die resistiven Elemente 310 sind auf eine multi-parallele Weise über Paare von Leistungsknoten 320 hinweg angeordnet. Da dies der Fall ist, weist jeder Leistungsknoten 320 ein resistives Element 310 auf, das zwischen ihm selbst und jedem der anderen Leistungsknoten 320 angeschlossen ist, und ist jedes resistive Element 310 zwischen einem Paar von Leistungsknoten aus der Vielzahl der Leistungsknoten 320 angeschlossen.
Als Folge hieraus ist das resistive Element 310₁ zwischen den Leistungsknoten 320₁ und 320₂ angeschlossen, ist das resistive Element 310₂ zwischen den Leistungsknoten 320₁ und 320 angeschlossen, ist das resistive Element 310₃ zwischen den Leistungsknoten 320₁ und 320 angeschlossen, ist das resistive Element 310₄ zwischen den Leistungsknoten 320₂ und 320₃ angeschlossen, ist das resistive Element 310₅ zwischen den Leistungsknoten 320₂ und 320₄ angeschlossen, und ist das resistive Element 310₆ zwischen den Leistungsknoten 320₃ und 320₄ angeschlossen. Obwohl die 3 ein Sensor-Array darstellt, das sechs resistive Elemente und vier Leistungsknoten aufweist, kann das Sensor-Array auch auf andere geeignete Art und Weise dazu konfiguriert sein, um zwei oder mehr resistive Elemente und zwei oder mehr Leistungsknoten zu haben.
Wie oben diskutiert worden ist, handelt es sich bei den resistiven Elementen 310 um Sensoren oder Geräte, deren Widerstand von einer physikalischen Eigenschaft abhängig ist. So handelt es sich zum Beispiel bei den resistiven Elementen 310 unter anderem um Widerstands-Temperaturdetektoren ( RTDs), Thermistoren, Dehnungsmessstreifen, Fotozellen und / oder Gassensoren. Die Widerstände solcher Vorrichtungen ändern sich auf Grund einer oder mehrerer der folgenden physikalischen Eigenschaften: Temperatur, physikalische Verformung, Lichtintensität und Gaskonzentration, unter anderen. Durch ein Berechnen des Widerstandes der resistiven Elemente 310 kann der Wert der physikalischen Eigenschaft auch bestimmt werden, wie weiter unten näher erläutert werden wird.
In einer Form weist das System 300 des Weiteren eine Vielzahl von Schaltern auf, die so betätigt werden können, dass sie die Vielzahl der Leistungsknoten 320 elektrisch an einen Rücklauf-Zustand ( V-), einen Leistung-Zustand ( V-) oder einen Offener-Stromkreis-Zustand koppeln. So sind zum Beispiel in der 3 vier Schalter 330₁ bis 330₄ , die zusammen als Schalter 330 bezeichnet werden, mit den Leistungsknoten 320 so gekoppelt, dass jeder Leistungsknoten 320 mit einem Schalter 330 gekoppelt ist, um wahlweise einen Rücklauf-Zustand ( V-), Leistung-Zustand ( V-) oder Offener-Stromkreis-Zustand an den Leistungsknoten anzulegen. Bei den Schaltern 330 kann es sich um einen Schaltkreis aus diskreten Elementen handeln, die Transistoren, Komparatoren und SCRs oder integrierte Bauelemente umfassen, wie z. B. Mikroprozessoren, programmierbare Logikgatter ( Field Programmable Gate Arrays, FPGAs ) oder anwendungsspezifische integrierte Schaltungen ( Application-Specific Integrated Circuits, ASICs ), wobei diese Auflistung keine Einschränkung darstellen soll.
Ein Steuerungssystem 340 ist dazu konfiguriert, um das Sensor-Array 300 zu betreiben, und es ist als ein Computersystem implementiert. So stellt zum Beispiel die 4 das Steuersystem 340 als ein Computersystem dar, das einen Prozessor 410 für das Ausführen von Befehlen umfasst, wie sie zum Beispiel in dem weiter unten beschriebenen Routing beschrieben sind. Die Befehle können in einem computerlesbaren Medium abgespeichert sein, wie zum Beispiel in dem Speicher 412 oder in den Speichergeräten 414, wie z. B. einem Plattenlaufwerk, einer CD oder einer DVD. Der Computer kann einen Anzeige-Controller 416 umfassen, der auf Anweisungen reagiert, um eine textliche oder grafische Anzeige auf einem Anzeigegerät 418 zu erzeugen, wie z. B. auf einem Computermonitor. Des Weiteren kann der Prozessor 410 mit einem Netzwerk-Controller 420 kommunizieren, der über einen Datenport verfügt, um Daten oder Anweisungen an andere Systeme zu übermitteln, wie z. B. an andere allgemeine Computersysteme. Der Netzwerk-Controller 420 kann über Ethernet oder über andere bekannte Protokolle kommunizieren, um die Verarbeitung zu verteilen oder um den Fernzugriff auf Informationen über eine Vielfalt von Netzwerktopologien zu ermöglichen, die lokale Netzwerke, Weitverkehrsnetzwerke, das Internet oder andere üblicherweise verwendete Netzwerktopologien umfassen.
In einer Form ist das Steuersystem 340 so konfiguriert, dass es die von dem resistiven Element 310 erfasste physikalische Eigenschaft auf der Basis des Widerstands der resistiven Elemente 310 und auf der Basis vorbestimmter Informationen bestimmt, die einen oder mehrere Widerstandswerte mit Werten der physikalischen Eigenschaft korrelieren. Wie hier des Weiteren beschrieben wird, bestimmt das Steuersystem 340 den Widerstand durch das Messen der elektrischen Eigenschaften der resistiven Elemente 310 in verschiedenen Modi. Das heißt, dass in einer Form das Steuersystem 340 die Schalter 330 dazu betätigt, um den Leistungsknoten 320 wahlweise Leistung zuzuführen, und um durch eine Vielzahl von Erfassungsmodi zu indexieren, um die elektrischen Eigenschaften der resistiven Elemente 310 zu messen. Erfassungsmodi sind eine Anlegen von Spannungen und / oder von Strom an die Leistungsknoten, die zu einer gewissen Verteilung der Leistung über das Netzwerk führen. Die Menge der Leistung, die an die Leistungsknoten angelegt wird, kann auf der Basis des Systems ausgewählt werden, sie ist jedoch in der Regel niedrig genug, um Spannung und / oder Strom durch die resistiven Elemente zu messen, wie z. B. 2-5 V. In einer Form wird der Widerstand der resistiven Elemente 310 auf der Basis der Leistung, die von dem Sensor-Array verbraucht wird, bestimmt. Zur Erläuterung ist das Sensor-Array aus der 3 als das in der 5 gezeigte Netzwerkdiagramm dargestellt, in dem sechs Widerstände ( d. h. g1, g2, g3, g4, g5 und g6 ) an vier Knoten ( a, b, c, d ) gekoppelt sind. Aus dem Netzwerk werden die folgenden Variablen und Beziehungen ermittelt.
Leitungsströme: $i_{w} = {[\begin{matrix} i_{a} & i_{b} & i_{c} & i_{d} \end{matrix}]}^{T}$

Leitungsspannungen: $v_{w} = {[\begin{matrix} v_{a} & v_{b} & v_{c} & v_{d} \end{matrix}]}^{T}$

Leitwerte: $g = {[\begin{matrix} g_{1} & g_{2} & g_{3} & g_{4} & g_{5} & g_{6} \end{matrix}]}^{T}$

Ströme durch Leitwerte: $i_{G} = {[\begin{matrix} i_{1} & i_{2} & i_{3} & i_{4} & i_{5} & i_{6} \end{matrix}]}^{T}$

Spannungen über Leitwerten: $v_{G} = {[\begin{matrix} v_{1} & v_{2} & v_{3} & v_{4} & v_{5} & v_{6} \end{matrix}]}^{T}$
$i_{w} = [\begin{matrix} 1 & 1 & 1 & 0 & 0 & 0 \\ - 1 & 0 & 0 & 1 & 1 & 0 \\ 0 & - 1 & 0 & - 1 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & - 1 & 0 & - 1 & - 1 \end{matrix}] i_{G} = R i_{G}$
$v_{G} = [\begin{matrix} 1 & - 1 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & - 1 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & - 1 \\ 0 & 1 & - 1 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & - 1 \\ 0 & 0 & 1 & - 1 \end{matrix}] v_{w} = D v_{w}$
$i_{G} = [\begin{matrix} g_{1} & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & g_{2} & 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & g_{3} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & g_{4} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & g_{5} & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & g_{6} \end{matrix}] v_{G} = diag (g) v_{G} = G v_{G}$
$i_{w} = R G D v_{w} = [\begin{matrix} g_{1} + g_{2} + g_{3} & - g_{1} & - g_{2} & - g_{3} \\ - g_{1} & g_{1} + g_{4} + g_{5} & - g_{4} & - g_{5} \\ - g_{2} & - g_{4} & g_{2} + g_{4} + g_{6} & - g_{6} \\ - g_{3} & - g_{5} & - g_{6} & g_{3} + g_{5} + g_{6} \end{matrix}] v_{w}$
In einer Form wird die Leistung, die von der gesamten Anordnung für jeden beliebigen Modus verbraucht wird, durch die Gleichung 1 bestimmt, in der der Operator „o“ eine Elementfür-Element-Multiplikation ( d. h. ein Hadamard-Produkt ) bezeichnet und der Zeilenvektor „s“ als die Quadrate der Schenkelspannungen definiert ist ( d. h. s = (v_g ° V_g)^T ). $p = i_{w}^{T} v_{w} = {(v_{g} \circ v_{g})}^{T} g = {((D v_{w}) \circ (D v_{w}))}^{T} g = s g$
Noch genauer gesagt wird in einer Form die gesamte Netzleistung unter Verwendung der Gleichungen 2 oder 3 bestimmt, die gemessene Leitungsspannungen Vi und gemessene Leitungsströme li verwenden. In den Gleichungen 2 und 3 gilt $g_{i j} = \frac{1}{R_{i j}};$
und w ist die Anzahl der Drähte. Indem die Gleichungen zueinander gestellt, wie dies in der Gleichung 4 gezeigt ist, wird der Leitwert ( g ) eines resistiven Elements und damit der Widerstand ( R=1 / g ) bestimmt. $P_{t o t a l} = \sum V_{i} I_{i}$
$P_{t o t a l} = \sum_{\begin{array}{l} i = 1, w - 1 \\ j = i + 1, w \end{array}} g_{i j} {(V_{i} - V_{j})}^{2}$
$\sum V_{i} I_{i} = \sum_{\begin{array}{l} i = 1, w - 1 \\ j = i + 1, w \end{array}} g_{i j} {(V_{i} - V_{j})}^{2}$
Um den Widerstand eines jeden der resistiven Elemente zu bestimmen, können mehrere Messungen durchgeführt werden. So sollte zum Beispiel, falls „n“ resistive Elemente vorhanden sind, eine Anzahl von mindestens „n“ Messungen durchgeführt werden, um eine Anzahl von „n“ Messungen der Drahtspannungen V_i und der Ströme I_i zu erhalten. Diese Messungen werden während der Anwendung der Erfassungsmodi durchgeführt, wobei jeder Erfassungsmodus Spannungen hat, die linear unabhängig voneinander sind. In einer Form ist die Anzahl der Erfassungsmodi größer als oder gleich der Anzahl der resistiven Elemente.
Unter Verwendung der Vektor-Matrix-Notation wird die Gleichung 1 in die Gleichung 5 für den k-ten Modus umgeschrieben, und die Gleichung 6 stellt die Matrix für alle Modusgleichungen dar. Aus der Gleichung 6 wird der Widerstand der resistiven Elemente berechnet, indem nach g unter Verwendung der Gleichung 7 aufgelöst wird und der Kehrwert des Leitwerts genommen wird. $p_{k} = s_{k} g_{k},$
, worin gilt $p_{k} = \sum V_{i} I_{i} s_{k} = {[\begin{matrix} {(V_{1} - V_{2})}^{2} \\ ⋮ \\ {(V_{w - 1} - V_{w})}^{2} \end{matrix}]}^{T} g_{k} = [\begin{matrix} g_{12} \\ ⋮ \\ g_{w - 1, w} \end{matrix}]$
$[\begin{matrix} p_{1} \\ ⋮ \\ p_{m} \end{matrix}] = [\begin{matrix} s_{1} \\ ⋮ \\ s_{m} \end{matrix}] g$
oder p = Sg , worin m die Anzahl der Knoten ist $g = S^{- 1} p, R = 1 / g$
Das Steuersystem 340 ist so konfiguriert, dass es durch eine Anzahl von „m“ Modi, die größer als oder gleich der Anzahl der resistiven Elemente ist, indexiert, um m Messungen zu erhalten. Wenn die Anzahl der Modi gleich der Anzahl der resistiven Elemente ist, oder wenn. mit anderen Worten, die S-Matrix quadratisch und vollwertig ist, dann wird der Leitwert ( g ) unter Verwendung der Gleichung 7 gelöst. Wenn die Anzahl der Erfassungsmodi größer als die Anzahl der resistiven Elemente ist ( d. h. nicht quadratisch ist und den vollen Rang hat), dann wird alternativ die Moore-Penrose-Pseudoinverse verwendet, um g = S⁺p zu erhalten. Da die Pseudoinverse dann gleich der Inversen ist, wenn S invertierbar ist, wird die letztere Gleichung verwendet, um g zu bestimmen, solange S den vollen Spaltenrang hat.
In einer Form weist das Erfassungssystem sowohl Messrauschen in i_w und v_w als auch numerische Fehler bei der Berechnung von S⁺p auf. Unter der Annahme, dass g für den gesamten Satz von Messungen konstant oder annähernd konstant ist, können in einer Form das Rauschen und der Fehler verringert werden, indem zusätzliche Leistungsproben genommen werden und indem eine lineare Regression ( d. h. g = (S^TS)^-1S^Tp ) verwendet wird, um g zu schätzen. Falls g nicht konstant ist, d. h. g = (f(x)) für irgend einen Parametervektor x, dann wird eine numerische nichtlineare Methode der kleinsten Quadrate verwendet, um g zu schätzen.
Sobald das Steuersystem 340 einmal den Widerstand der resistiven Elemente berechnet, wird ein Wert des physikalischen Parameters bestimmt, indem zum Beispiel vorgegebene Informationen, wie zum Beispiel eine Look-Up-Tabelle, die Widerstandswerte mit Werten der physikalischen Parameter verknüpft, verwendet werden. So wird zum Beispiel, falls es sich bei den resistiven Elementen um Thermistoren handelt, eine Look-Up-Tabelle oder ein Algorithmus verwendet, um die mit dem berechneten Widerstand verbundene Temperatur zu bestimmen.
Unterschiedliche Konfigurationen des Regelsystems 340 können das Bestimmen von übermäßigen physikalischen Parameterbereichen des Systems, ein Testen auf einen Offener-Schaltkreis-Zustand oder auf einen kurzgeschlossenen Zustand und / oder das Berechnen von abgeleiteten Sensorinformationen, wie zum Beispiel Gradienten und Änderungsraten umfassen. So ist das Steuersystem 340 zum Beispiel so konfiguriert, dass es übermäßige Bereiche von Temperatur, Druck, Lichtintensität, Gaskonzentration usw. durch Vergleich der gemessenen Werte des physikalischen Parameters mit vorgegebenen Grenzwerten bestimmt. Für den Fall, dass die gemessenen Werte größer als der vorbestimmte Grenzwert sind, kann das Steuersystem 340 so konfiguriert werden, dass es eine Warnmeldung ausgibt.
Das Steuersystem 340 kann auf unterschiedlich geeignete Arten konfiguriert sein, um auf einen Offener-Schaltkreis-Zustand oder auf einen kurzgeschlossenen Zustand zu testen. So wird zum Beispiel in einer Form ein Offener-Stromkreis-Zustand erkannt, wenn die gemessenen Widerstände sich bei hohen Größenordnungen befinden und sich dem Unendlichen nähern. Hingegen werden kurzgeschlossene Zustände erkannt, wenn die Ströme der Leistungsknoten vorgegebene Werte überschreiten.
Wie oben erwähnt worden ist, kann das Steuersystem 340 auch so konfiguriert sein, dass es abgeleitete Sensorinformationen, wie zum Beispiel Gradienten, berechnet. So berechnet das Steuersystem 340 zum Beispiel in einer Form Gradienten, indem es eine aufeinanderfolgende Reihe von mindestens zwei der gemessenen Widerstände nimmt und Gradienten-Berechnungs-Algorithmen, wie zum Beispiel Finite-Differenz, exakte Kurvenanpassung und / oder Kurvenanpassung der kleinsten Quadrate, um nur einige zu nennen, anwendet und sie mit der abgeleiteten Größe vergleicht.
Das Erfassungssystem 340 des Sensor-Arrays kann auf unterschiedliche geeignete Arten konfiguriert sein, um durch mehrere Erfassungsmodi zu indexieren, um den Widerstand der resistiven Elemente zu berechnen. Ein Beispiel für den Betrieb des Systems, das den multi-parallelen Sensor-Array aufweist, wird unter Bezugnahme auf die 6, 7 und 8A bis 8C beschrieben.
Die 6 stellt ein multi-paralleles Sensor-Array 600 dar, das drei resistive Elemente 610₁ , 610₂ und 610₃ aufweist, die zusammen als resistive Elemente 610 bezeichnet werden, und das drei Leistungsknoten 620₁ , 620₂ und 620₃ aufweist, die zusammen als Leistungsknoten 620 bezeichnet werden. Wie bei dem weiter oben beschriebenen Multi-Sensor-Array ist jedes resistive Element 610 mit einem Knotenpaar 620 gekoppelt, und kann jeder Leistungsknoten 620 so betrieben werden, dass er Leistung zuführt, zurückführt oder einen Offener-Stromkreis-Zustand einstellt, zum Beispiel mit Hilfe eines Schalters 630 ( d. h. die Schalter 630₁ , 630₂ und 630₃ in der Figur). Im Folgenden können die resistiven Elemente 610₁ , 610₂ und 610₃ auch als R₁₂, R₂₃ bzw. R₁₃ bezeichnet werden, wobei die Nummern die Leistungsknoten bezeichnen, zwischen denen das jeweilige resistive Element angeschlossen ist.
In einer Form betätigt ein Steuersystem, das dem Steuersystem 340 ähnlich ist, die Schalter 630 auf der Basis einer Vielzahl von Erfassungsmodi. So ist zum Beispiel das Erfassungssystem so konfiguriert, dass es das Sensor-Array 600 auf der Basis von drei Erfassungsmodi ( K1, K2 und K3 ), die in der Tabelle 1 weiter unten definiert sind, für das Bestimmen der Widerstände der drei resistiven Elemente 610 betreibt. In der Tabelle 1 sind die Leistungsknoten 620₁ , 620₂ und 620₃ jeweils durch PN1, PN2 und PN3 dargestellt. Die Werte 0 und 1 stehen für Rücklauf bzw. Leistung, und für jeden Erfassungsmodus wird eine andere Kombination von Leistung und Rücklauf an die Leistungsknoten 620 angelegt. In einer anderen Form ist das Erfassungssystem so konfiguriert, dass es mehr als drei Erfassungsmodi anwendet, die unterschiedliche Kombinationen von Leistung-Zustand, Rücklauf-Zustand und / oder Offener-Schaltkreis-Zustand umfassen, und es sollte nicht auf die drei weiter unten angegebenen Erfassungsmodi beschränkt sein. Tabelle 1: Erfassungmodi

Modi Knoten-Betrieb

PN1 PN2 PN3

K1 0 0 1

K2 0 1 0

K3 1 0 0
Die 7 stellt ein Beispiel für eine Erfassungsroutine 700 dar, die von dem Erfassungssystem durchgeführt werden soll, um den Widerstand jedes resistiven Elements 610 auf der Basis der elektrischen Eigenschaften zu berechnen, die während der drei Erfassungsmodi gemessen worden sind. Noch genauer gesagt wird, um das Merkmal der Widerstandsmessung des Erfassungssystems zu demonstrieren, für das folgende Beispiel angenommen, dass die Widerstände der resistiven Elemente 610₁ , 610₂ und 610₃ jeweils 1 Ω, 3 Ω und 2 Ω betragen.
Bei 710 setzt das Steuersystem den k-ten Modus auf 1 und wendet den Modus K1 auf das Sensor-Array 600 an. Als Folge hieraus sind die Knoten PN1 und PN2 an den Rücklauf und der Knoten PN3 an die Stromversorgung gekoppelt. Der Kürze halber wird die Leistung mit 1V zur Verfügung gestellt.
Im Betrieb misst das Steuersystem bei 720 die elektrischen Eigenschaften des Sensor-Arrays 600 für den angewandten Modus und speichert diese ab. So misst zum Beispiel das Steuersystem den elektrischen Strom, der durch jeden der Leistungsknoten 620₁ , 620₂ , 620₃ als i₁, i₂ bzw. i fließt, sowie die Spannung, die an die Knoten angelegt ist. Hier werden nur zu Erklärungszwecken die elektrischen Ströme durch die Leistungsknoten 620 unter Verwendung der bekannten Widerstandswerte der resistiven Elemente 610 und der Spannungen, die an die Knoten 620 angelegt sind, berechnet. So ist zum Beispiel der Strom durch den Knoten 620₁ $i_{1} = \frac{v_{1} - v_{2}}{R_{12}} + \frac{v_{1} - v_{3}}{R_{13}} = - 0.500 A,$
worin R₁₂ und R₁₃ die Widerstände der resistiven Elemente 610₁ bzw. 610₃ sind. Mit ähnlichen Berechnungen wird der Strom durch die Leistungsknoten 620₂ und 620₃ als i₂ = -0,333 A bzw. i₃ = 0,833 A bestimmt.
Unter Bezugnahme auf die 7 inkrementiert das Steuersystem k bei 730 und bestimmt bei 740, ob k größer als die Gesamtzahl der Modi ist ( d. h. k > m ). Das heißt, dass das Steuersystem bestimmt, ob das Sensor-Array durch alle Modi indexiert worden ist. Falls k kleiner als die Gesamtzahl der Modi ist, dann wendet das Steuersystem den Modus k auf das Sensor-Array bei 750 an und kehrt zu 720 zurück, um die elektrischen Eigenschaften zu messen. In Bezug auf das Sensor-Array 600 wendet das Steuersystem ausgehend von dem Modus K1 die Modi K2 und K3 an und misst die elektrischen Eigenschaften des Sensor-Arrays 600 und speichert diese ab. die Tabelle 2 weiter unten fasst den Strom durch jeden Leistungsknoten für jeden der Modi zusammen.

Tabelle 2: Elektrischer Strom

Modi i₁ i₂ i₃

K1 -0,500 -0,333 0,833

K2 -1,000 1,333 -0,333

K3 1,500 -1,000 -0,500
Wenn das Steuersystem durch alle Modi indexiert hat, dann berechnet das Steuersystem bei 760 die Gesamtleistung, die von dem Sensor-Array 600 erzeugt worden ist, für jeden der Modi K1, K2 und K3 unter Verwendung der Gleichung 2. So ist zum Beispiel für den Modus K1 die Gesamtleistung p₁ = i₁ v + i₂ v₂ + i₃ v₃ = 0,833 W. In ähnlicher Weise ist für die Betriebsarten K2 und K3 die Gesamtleistung gleich p₂ = 1,333 W und p₃ = 1,500 W. Da hier der Widerstand der resistiven Elemente 610 bekannt ist, kann die Gesamtleistung verifiziert werden, indem die Summe der Leistung, die an jedes resistive Element 610 während jedes Modus angelegt worden ist, gebildet wird. So stellen zum Beispiel die 8A, 8B und 8C die Leistung, die an jedes resistive Element 610 angelegt worden ist, für die Modi K1, K2 bzw. K3 dar. Wie dargestellt, ist für den Modus K1 die Gesamtleistung p₁ = P_R12 + P_R13 + P_R23 = 0,000 + 0,500 + 0,333 = 0,833 W, was dasselbe ist wie p₁ = i₁ v + i₂ v₂ + i₃ v₃ = 0,833 W. Als Folge hieraus ist für die Modi K1, K2 und K3 die Gesamtleistung ( p ) p₁, p₂ und p₃ und wird in der folgenden Matrix dargestellt. $p = [\begin{matrix} p_{1} \\ p_{2} \\ p_{3} \end{matrix}] = [\begin{matrix} 0.833 \\ 1.333 \\ 1.500 \end{matrix}]$
Ausgehend von 760 löst das Kontrollsystem bei 770 unter Verwendung der Gleichungen 6 und 7 nach dem Leitwert auf. Das heißt, dass das Steuersystem den Leitwert der resistiven Elemente basierend auf der ermittelten Leistung und auf der Spannungen, die für jeden Modus an die resistiven Elemente angelegt worden ist, berechnet. So gilt zum Beispiel in Bezug auf das Sensor-Array 600 für jeden Modus $s_{i} = [\begin{matrix} v_{12_{i}}^{2} & v_{13_{i}}^{2} & v_{23_{i}}^{2} \end{matrix}],$
und die S-Matrix, die alle Modi umfasst, ist eine voll-quadratische Matrix und ist weiter unten angegeben. Darüber hinaus wird für das Bestimmen des Leitwertes gemäß der Gleichung 7 die Inverse der der S-Matrix bestimmt und mit der Leistungsmatrix ( p ) multipliziert, was zu dem Leitwert für jedes resistive Element 610 führt. $S = [\begin{matrix} 0 & 1 & 1 \\ 1 & 0 & 1 \\ 1 & 1 & 0 \end{matrix}]$
$S^{- 1} = 0,5 [\begin{matrix} - 1 & 1 & 1 \\ 1 & - 1 & 1 \\ 1 & 1 & - 1 \end{matrix}]$
$g = S^{- 1} p = 0,5 [\begin{matrix} - 1 & 1 & 1 \\ 1 & - 1 & 1 \\ 1 & 1 & - 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} 0.833 \\ 1.333 \\ 1.500 \end{matrix}] = [\begin{matrix} 1.000 \\ 0.500 \\ 0.333 \end{matrix}]$
$R = 1 / g \to [\begin{matrix} R_{12} \\ R_{13} \\ R_{23} \end{matrix}] = [\begin{matrix} 1 \\ 2 \\ 3 \end{matrix}]$
Auf der Basis des weiter oben Gesagten wird der Widerstand der resistiven Elemente 610₁ ( R₁₂ ), 610₂ ( R₂₃) und 610₃ ( R₁₃ ) zu 1 Ω, 3 Ω und 2 Ω berechnet. Als Folge hieraus werden, wie hier gezeigt ist, durch den Betrieb des Sensor-Arrays 600 in Übereinstimmung mit den drei in der Tabelle 1 angegebenen Erfassungsmodi die Widerstände der resistiven Elemente 610 auf der Basis der elektrischen Eigenschaften, die während dieser Modi gemessen worden sind, berechnet. Während des Betriebs ist das Steuersystem so konfiguriert, dass es die elektrischen Eigenschaften misst ( d. h., dass es den Strom und die Spannung misst, die an jeden Knoten für jeden der Modi angelegt werden ). Diese Daten werden dann verwendet, um die gesamte verbrauchte Leistung und dann den Widerstand mit Hilfe der hier beschriebenen Algorithmen zu bestimmen.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 7 bestimmt das Steuersystem bei 780 unter Verwendung des Widerstandes den physikalischen Parameter, der durch das resistive Element 610 detektiert werden kann, unter Verwendung von vorbestimmten Korrelationsinformationen, die Algorithmen und / oder Look-Up-Tabellen umfassen können, aber nicht auf diese beschränkt sein sollen.
Das Erfassungssystem der vorliegenden Offenbarung ist so konfiguriert, dass es die Temperatur in mehreren Bereichen mit einer reduzierten Anzahl von Drähten misst, mit denen das Sensor-Array an die Stromversorgung angeschlossen werden soll. Konkret ist jedes resistive Element ein Sensor für das Messen eines physikalischen Parameters, und mit der multi-parallelen Konfiguration benötigt ein Sensor-Array, der zum Beispiel sechs Sensoren aufweist, vier Drähte. Umgekehrt benötigen herkömmliche Systeme, bei denen sich die Sensoren einen gemeinsamen Knotenpunkt teilen, immer noch 7 Drähte. Darüber hinaus wird der physikalische Parameter auf der Basis eines berechneten Widerstands bestimmt, der wiederum auf der Leistung des Systems basiert.
In Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung können die Methoden, die hier beschrieben sind, durch Softwareprogramme implementiert werden, die von einem Computersystem ausgeführt werden können. Es können des Weiteren bei einer beispielhaften, nicht eingeschränkten Ausführungsform Implementierungen eine verteilte Verarbeitung, eine verteilte Komponenten / Objekt-Verarbeitung und eine Parallel-Verarbeitung umfassen. Alternativ kann die Verarbeitung in virtuellen Computersystemen konstruiert werden, um eine oder mehrere der Methoden oder Funktionen, wie sie hier beschrieben sind, zu implementieren.
Es können des Weiteren die Methoden, die hier beschrieben sind, in einem computer-lesbaren Medium verkörpert sein. Der Begriff „computer-lesbares Medium“ umfasst ein einzelnes Medium oder mehrere Medien, wie z. B. eine zentralisierte oder verteilte Datenbank und / oder zugehörige Caches und Server, die einen oder mehrere Sätze von Befehlen speichern. Der Begriff „computer-lesbares Medium“ soll des Weiteren jedes Medium einschließen, das in der Lage ist, einen Satz von Befehlen für das Ausführen durch einen Prozessor zu speichern, zu kodieren oder zu tragen, oder das ein Computersystem dazu veranlasst, eine oder mehrere der hierin offenbarten Methoden oder Operationen auszuführen.
In anderen Ausführungsformen können dedizierte Hardware-Implementierungen, wie z. B. anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, programmierbare Logik-Arrays und andere Hardware-Vorrichtungen, dazu konstruiert sein, um eine oder mehrere der Methoden, die hier beschrieben sind, zu implementieren. Anwendungen, die die Apparate und Systeme unterschiedlicher Ausführungsformen umfassen können, können eine Vielfalt von elektronischen Systemen und Computersystemen umfassen. Eine oder mehrere Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, können Funktionen unter Verwendung von zwei oder mehr spezifischen, miteinander verbundenen Hardware-Modulen oder -Geräten mit zugehörigen Steuer- und Datensignalen implementieren, die zwischen und durch die Module oder als Teile einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung kommuniziert werden können. Als Folge hieraus umfasst das vorliegende System Software-, Firmware- und Hardware-Implementierungen.
Es wird des Weiteren darauf hingewiesen, dass jede der beschriebenen Topologien mit jeder der Verarbeitungsmethoden verwendet werden kann. Es können des Weiteren alle Merkmale, die in Bezug auf eine Topologie oder Methode beschrieben worden sind, mit den anderen Topologien oder Methoden verwendet werden.
In Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung können die Methoden, die hier beschrieben sind, durch Softwareprogramme implementiert werden, die auf einem Computersystem ausgeführt werden können. Es können des Weiteren bei einer beispielhaften, nicht eingeschränkten Ausführungsform Implementierungen eine verteilte Verarbeitung, eine verteilte Komponenten / Objekt-Verarbeitung und eine Parallel-Verarbeitung umfassen. Alternativ dazu kann die Verarbeitung in virtuellen Computersystemen dazu konstruiert werden, um eine oder mehrere der Methoden oder Funktionen, wie sie hier beschrieben sind, zu implementieren.
Es können des Weiteren die Methoden, die hier beschrieben sind, in einem computer-lesbaren Medium verkörpert sein. Der Begriff „computer-lesbares Medium“ umfasst ein einzelnes Medium oder mehrere Medien, wie z. B. eine zentralisierte oder verteilte Datenbank und / oder zugehörige Caches und Server, die einen oder mehrere Sätze von Befehlen speichern. Der Begriff „computer-lesbares Medium“ soll des Weiteren jedes Medium einschließen, das in der Lage ist, einen Satz von Befehlen für das Ausführen durch einen Prozessor zu speichern, zu kodieren oder zu tragen, oder das ein Computersystem dazu veranlasst, eine oder mehrere der hierin offenbarten Methoden oder Operationen auszuführen.
Wie ein Fachmann unschwer erkennen kann, ist die obige Beschreibung als eine Darstellung der Prinzipien der Erfindung gedacht. Diese Beschreibung ist nicht dazu gedacht, den Umfang oder die Anwendung der Erfindung einzuschränken, da die Erfindung anfällig für Modifikationen, Variationen und Änderungen ist, ohne von dem Geist der Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Erfassungssystem (100), umfassend: - mehrere resistive Elemente (208, 310, 610), die mit mehreren Knoten (320, 620) gekoppelt sind und die an einem thermischen System (200) angeordnet sind; - mehrere Schalter (330, 630), die an die mehreren Knoten (320, 620) gekoppelt sind, wobei ein Schalter (330, 630) aus den mehreren Schaltern (330, 630) so betätigt werden kann, dass er einen Knoten (320, 620) aus den mehreren Knoten (320, 620) an einen Rücklauf-Zustand, einen Leistung-Zustand oder einen Offener-Schaltkreis-Zustand koppelt; und - ein Steuersystem (102), das an die mehreren Schalter (330, 630) gekoppelt ist und das konfiguriert ist, um die mehreren Schalter (330, 630) zu betätigen; wobei: - das Steuersystem (102) konfiguriert ist, um durch mehrere Modi zu indexieren, um eine elektrische Eigenschaft für jedes der mehreren resistiven Elemente (208, 310, 610) zu messen, indem die mehreren Schalter (330, 630) betätigt werden, wobei jeder Modus der mehreren Modi eine unterschiedliche Kombination von Leistung-Zustand, Rücklauf-Zustand oder Offener-Schaltkreis-Zustand darstellt, die auf jeden der mehreren Knoten (320, 620) angewendet wird, und - das Steuersystem (102) dazu konfiguriert ist, um für jeden der Modi eine Gesamtleistung, die von dem Erfassungssystem (100) verbraucht wird, und eine Leistung, die von einem jeden der mehreren resistiven Elemente (208, 310, 610) verbraucht wird, auf der Basis der gemessenen elektrischen Eigenschaft zu berechnen, um einen physikalischen Parameter des thermischen Systems (200) zu bestimmen.
Erfassungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem (102) konfiguriert ist, um den Widerstand der resistiven Elemente (208, 310, 610) basierend auf der verbrauchten Gesamtleistung, auf der Leistung, die von einem jeden der resistiven Elemente (208, 310, 610) verbraucht wird, und auf vorgespeicherten Algorithmen zu berechnen, wobei vorzugsweise der Widerstand unter Verwendung der Moore-Penrose-Pseudoinversen bestimmt wird.
Erfassungssystem (100) nach Anspruch 2, wobei das Steuersystem (102) konfiguriert ist, um mindestens einen physikalischen Parameter, nämlich Temperatur, Dehnung, Lichtintensität oder Gaskonzentration, des Erfassungssystems (100) basierend auf dem berechneten Widerstand, und vorzugsweise basierend auf dem berechneten Widerstand und auf vorbestimmten Korrelationsinformationen, die einen oder mehrere Widerstandswerte einem oder mehreren Werten des physikalischen Parameters zuordnen, zu bestimmen.
Erfassungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem (102) konfiguriert ist, um mindestens eines oder mehrere der folgenden Dinge auszuführen: - Testen auf einen Offener-Schaltkreis-Zustand oder auf einen kurzgeschlossenen Zustand; - Berechnen von abgeleiteten Sensorinformationen, wie zum Beispiel Gradienten und Änderungsraten; - Bestimmen von übermäßigen Temperaturbereichen des Erfassungssystems (100); und - Berechnen eines Gesamtleitwerts der mehreren resistiven Elemente (208, 310, 610) basierend auf der Gesamtleistung, die von dem Erfassungssystem (100) verbraucht wird, und auf der Leistung, die von einem jeden der resistiven Elemente (208, 310, 610) verbraucht wird.
Erfassungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von mehreren Modi größer als oder gleich der Anzahl von resistiven Elementen (208, 310, 610) ist.
Erfassungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei jedes der resistiven Elemente (208, 310, 610) zwischen einem Knotenpaar der mehreren Knoten (320, 620) verbunden ist.
Erfassungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die resistiven Elemente (208, 310, 610) aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand bestehen.
Erfassungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei jeder Modus einen Satz von Spannungen aufweist, die linear unabhängig voneinander sind.
Erfassungssystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem (102) konfiguriert ist, um mindestens eine der elektrischen Eigenschaften oder den physikalischen Parameter über eine Netzwerksteuerung an ein externes Gerät zu übertragen.
Verfahren für das Messen eines physikalischen Parameters eines thermischen Systems (200) unter Verwendung eines Erfassungssystems (100) mit mehreren resistiven Elementen (208, 310, 610), die mit mehreren Knoten (320, 620) gekoppelt sind, wobei das Verfahren umfasst: - Indexieren durch mehrere Modi, um eine elektrische Eigenschaft für jedes der mehreren resistiven Elemente (208, 310, 610) zu messen, wobei jeder Modus der mehreren Modi eine andere Kombination von Leistung-Zustand, Rücklauf-Zustand oder Offener-Schaltkreis-Zustand darstellt, die auf jeden der mehreren Knoten (320, 620) angewendet wird; und - Berechnen einer Gesamtleistung, die von dem Erfassungssystem (100) verbraucht wird, und einer Leistung, die von einem jeden der mehreren resistiven Elemente (208, 310, 610) verbraucht wird, basierend auf der gemessenen elektrischen Eigenschaft, für jeden der Modi, um den physikalischen Parameter des thermischen Systems (200) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin umfassend: - Berechnen des Widerstands der resistiven Elemente (208, 310, 610), basierend auf der Gesamtleistung, die von dem Erfassungssystem (100) verbraucht wird, und auf der Leistung, die von einem jeden der resistiven Elemente (208, 310, 610) verbraucht wird, vorzugsweise unter Verwendung der Moore-Penrose-Pseudoinversen; und - Bestimmen des physikalischen Parameters, basierend auf dem Widerstand der resistiven Elemente (208, 310, 610) und auf vorbestimmten Korrelationsinformationen, die einen oder mehrere Widerstandswerte einem oder mehreren Werten des physikalischen Parameters zuordnen.
Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin umfassend ein Berechnen eines Gesamtleitwerts der mehreren thermischen Elemente (208, 310, 610), basierend auf der Gesamtleistung, die von dem Erfassungssystem (100) verbraucht wird, und auf der Leistung, die von einem jeden der resistiven Elemente (208, 310, 610) verbraucht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin umfassend ein Bestimmen von übermäßigen Temperaturbereichen des Erfassungssystems (100).
Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin umfassend ein Testen auf einen Offener-Schaltkreis-Zustand oder auf einen kurzgeschlossenen Zustand.
Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin umfassend ein Berechnen von abgeleiteten Sensorinformationen, wie zum Beispiel Gradienten und Änderungsraten.