NL9600011A - Sensorsysteem. - Google Patents

Description

Titel: Sensorsysteem

De uitvinding heeft betrekking op een sensorsysteem, omvattende: ten minste één sensor die is ingericht voor het verschaffen van een elektrisch verwerkbaar sensorsignaal; een permanent met de sensor verbonden geheugen dat informatie bevat met betrekking tot de sensor; verwerkingsapparatuur die met de sensor gekoppeld kan worden via een met de sensor geassocieerde connector, welke verwerkingsapparatuur is voorzien van een sensorsignaalingang voor het ontvangen van het sensorsignaal, een uitgang voor het verschaffen van een op het sensorsignaal gebaseerd systeemuitgangssignaal, en een tussen de sensorsignaalingang en de uitgang gekoppelde eerste signaalbaan; en geheugen-uitleesmiddelen voor het uitlezen van de informatie uit het geheugen, en voor het overdragen van die informatie aan de verwerkingsapparatuur; waarbij de verwerkingsapparatuur is ingericht om het sensorsignaal te verwerken in afhankelijkheid van de ontvangen informatie.

Een dergelijk sensorsysteem is bekend uit de Britse octrooiaanvrage 2.065.890.

In het volgende wordt met de term "sensor" ook steeds een combinatie van samenwerkende sensoren bedoeld.

Sensoren of sensorcombinaties die een elektrisch verwerkbaar uitgangssignaal verschaffen, worden in grote verscheidenheid en op vele terreinen toegepast voor het meten en/of detecteren van bepaalde verschijnselen. Deze verschijnselen kunnen bijvoorbeeld van chemische, fysische of biologische aard zijn.

Bij de massafabricage van sensoren treedt het nagenoeg onvermijdelijke probleem op, dat de sensoren van exemplaar tot exemplaar enigszins verschillende eigenschappen hebben en een verschillend gedrag vertonen. Dit maakt een vergelijking van met verschillende sensoren verkregen meetresultaten moeilijk.

Weliswaar kan dit bezwaar worden ondervangen door bijvoorbeeld bij de produktie van sensoren zeer hoge maatstaven aan te leggen en/of na de produktie een zeer strenge selectie uit te voeren, danwel elke sensor voor gebruik te ijken, maar deze methoden zijn arbeidsintensief, ofwel aan de produktiezijde ofwel aan de gebruikerszijde, en duur.

Bij de gebruiker die deze problemen kent, ontstaat daardoor de neiging een sensor zo vaak mogelijk te gebruiken. Dit is echter niet altijd mogelijk. Bijvoorbeeld op medisch gebied kunnen bepaalde sensoren beter na één of enkele malen gebruik vervangen worden wegens een kans op besmetting.

Voorts kan een sensor die voor gebruik geijkt moet worden, niet snel worden ingezet.

Ook kunnen de eigenschappen van één en dezelfde sensor in de tijd variëren als gevolg van inherente verouderingsverschijnselen en/of onder invloed van omgevingsomstandigheden, zoals bijvoorbeeld temperatuur en druk.

In het verleden heeft men getracht de bovengenoemde bezwaren te elimineren door de "ideale" sensor te ontwikkelen. In de praktijk is zulks echter nagenoeg onmogelijk, zeker indien het gaat om sensoren die in grote aantallen worden vervaardigd en toegepast.

Ook is reeds voorgesteld elke sensor te voorzien van een identificatieplaatje, dat bijvoorbeeld met een kettinkje aan de sensor wordt bevestigd en waarop enkele karakteristieke gegevens van de desbetreffende sensor zijn aangegeven. Met behulp van de gegevens op het identificatieplaatje zou de gebruiker dan de door de sensor afgegeven signalen kunnen corrigeren. Deze correctie kan bijvoorbeeld plaatsvinden door een elektrische schakeling die de sensorsignalen verwerkt, zodanig met behulp van bijvoorbeeld een potentiometer of duimwielschakelaars in te stellen, dat de gewenste correctie in de elektrische schakeling plaats vindt. Deze oplossing is bijvoorbeeld toegepast bij Fleisch Flow Transducers.

Een bezwaar is, dat hierbij vergissingen kunnen optreden, zowel bij de produktie, doordat bijvoorbeeld identificatieplaatjes worden verwisseld, als bij het gebruik, doordat een identificatie-plaatje niet juist wordt afgelezen of de elektrische schakeling niet juist wordt ingesteld.

Verwisseling van identificatieplaatjes is in het bijzonder bij massaproduktie van sensoren niet denkbeeldig. Voorts is het met de hand instellen van een elektrische schakeling omslachtig en niet gebruikersvriendelijk.

In het bijzonder bij toepassing van sensoren op medisch gebied is het van groot belang de kans op vergissingen zo klein mogelijk te maken. Het instellen van de apparatuur met de hand, uitgaand van gegevens op een identificatieplaatje, is dus in feite ongewenst.

Maar ook indien de fabricagetechnieken zodanig geperfectioneerd zijn, dat bepaalde typen sensoren voldoende "ideaal" gefabriceerd kunnen worden, is het toch veelal gewenst een bepaalde bij een sensor behorende unieke informatie zodanig vast te leggen, dat deze informatie bij gebruik van de sensor direkt en zonder gevaar voor vergissingen beschikbaar is. Dergelijke informatie kan bijvoorbeeld bestaan uit het sensor-type, het typenummer, het serienummer, de productiedatum, de veilige levensduur, etc.

Hiertoe zou een identificatieplaatje zoals in het voorgaande is beschreven, kunnen worden gebruikt, doch daaraan kleven de eveneens in het voorgaande beschreven bezwaren.

De reeds genoemde Britse octrooiaanvrage 2.065.890 beoogt een oplossing te bieden voor het probleem, dat het door een sensor verschafte uitgangssignaal niet lineair is, terwijl de mate van niet-lineariteit van sensor tot sensor kan verschillen. Om dat probleem op te lossen, stelt die publicatie voor om elke sensor te voorzien van een bijbehorend geheugen met daarin opgeslagen een bij die sensor behorende correctietabel voor de lineariteit.

Een bezwaar van deze aanpak is, dat voor het opslaan van een correctietabel een vrij grote geheugencapaciteit nodig is, en dat tijdens het uitvoeren van een meting steeds de door de sensor verschafte meetwaarde vergeleken moet worden met de correctietabel, hetgeen tijdvertragend werkt.

Een verder bezwaar is, dat de sensor moet zijn voorzien van een schuifregister om de informatie te kunnen overdragen aan de verwerkingsinrichting, en dat de verwerkingsinrichting moet zijn voorzien van een vrij groot geheugen om, voorafgaand aan het uitvoeren van de metingen, de correctietabel van de sensor over te nemen.

Aldus is de door genoemde publicatie voorgestelde techniek relatief ingewikkeld en duur. De uitvinding beoogt derhalve een sensorsysteem te verschaffen waarbij het geheugen een relatief eenvoudige configuratie heeft en op relatief eenvoudige wijze kan worden uitegelezen.

Daartoe heeft een sensorsysteem van de bovengenoemde soort volgens de uitvinding het kenmerk, dat het geheugen is ondergebracht in of aan de genoemde connector.

Het geheugen kan gevormd worden door de connector zelf, waartoe de connector mechanisch kan zijn bewerkt. Het geheugen kan ook gevormd worden door een specifieke configuratie of specifieke aansluitwijze van de connectorpennen.

Ook kan het geheugen worden gevormd door een streepjescode, waarbij het huis van de connector kan dienen als drager voor die code.

Deze en andere aspecten, kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen verduidelijkt worden door de hiernavolgende beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm van een sensorsysteem volgens de uitvinding, onder verwijzing naar de tekening.

Figuur 1 toont schematisch een als veerstandsbrug ongebouwde sensor; figuur 2 toont een praktijkvoorbeeld van een van een iden-tificatieplaatje voorziene sensor; figuur 3 toont een voorbeeld van een voor een sensor toepasbare codering; figuur U toont een ander voorbeeld van een toepasbare codering; figuur 5 toont een voorbeeld van een meet- en.detectiesysteem waarmee een sensor volgens de .uitvinding kan samenverken; figuur 6 en T tonen varianten van figuur 5·

Figuur 1 toont een veerstandsbrug (brug van Wheatstone), omvattende vier veerstanden t/m R^. Deze weerstanden vormen een sensor, '’ie bijvoorbeeld een drukgevoelige sensor kan zijn. Dergelijke schakelingen zijn algemeen bekend.

Volgens de tot nu toe gevolgde produktiemethodes wordt de uitgangsspanning Vo gemeten en worden éên of meer geschikte weerstanden Rx geselecteerd en in de brug aangebracht, teneinde het brugevenvicht en de gevoeligheid van door de brug gevormde opnemer cp de gewenste wijze in te stellen.

Het gevolg is, dat een reeks opnemers wordt verkregen, die weliswaar alle zoveel mogelijk gelijk zijn, doch waarvan de gevoeligheid meestal die van de opnemer met de laagst voorkomende gevoeligheid is.

Het individueel instellen van elke opnemer is duur en tijdrovend en vergt bovendien een grote voorraad weerstanden.

Figuur 2 toont een praktijkvoorbeeld van een sensor 2, die is voorzien van een identificatieplaatje 3, dat ia het afgeheelde geval door een koordje of kettinkje U aan de sensor is bevestigd. Het betreft hier de reeds genoemde Fleisch Flow Transducer. 3ij de fabricage van deze sensoren is derhalve niet getracht tot een eenheidsprodukt te komen, doch vindt correctie van de sensoreneigenschappen plaats door de gebruiker, die daartoe uitgaande van de gegevens op het identificatieplaat je de apparatuur, welke de uitgangssignalen van de sensor verwerkt, instelt. De bezwaren van deze methode zijn reeds in het voorgaande geschetst.

Volgens de uitvinding wordt niet getracht gefabriceerde sensoren door trimmen of anderszins afregelen alle zo goed mogelijk gelijk te maken. Daarentegen worden van iedere sensor de karakteristieke eigenschappen, met betrekking tot omgevingsinvloeden, gevoeligheid en dergelijke gemeten. Een dergelijke meting was ook in het verleden reeds gebruikelijk ten behoeve van de kwaliteitscontrole.

De verkregen meetgegevens en/of andere unieke bij de sensor behorende gegevens worden volgens de uitvinding niet aangebracht op een identificatieplaatje, doch op zodanige wijze aan de sensor mee- gegeven, dat automatische verwerking daarvan plaatsvindt door de met de sensor gekoppelde apparatuur, zonder dat door de gebruiker eerst instelhandelingen dienen te worden verricht.

De meetgegevens en/of andere gegevens worden hiertoe opgeslagen in een geheugen, waarvan de inhoud automatisch en elektronisch kan worden verwerkt. Het geheugen is onlosmakelijk met de bijbehorende sensor gekoppeld. Hiertoe kan het geheugen bijvoorbeeld in het sensorhuis or m de connector van de sensor zijn ondergebracht. Het is denkbaar dat voor bepaalde toepassingen het geheugen wordt gevormd door een specifieke configuratie dan wel een specifieke aansluiting van de connectorpennen, ofwel een specifieke mechanische bewerking van het connectorhuis.

Een speciale configuratie van de connectorpennen kan worden verkregen door bijvoorbeeld de pennen volgens een bepaald patroon te plaatsen en/of iin of meer pennen op de wijze van een huissleutel te bewerken.

De verwerkende apparatuur dient dan te zijn voorzien van een voor alle mogelijke configuraties geschikte contraconnector, die zodanig is aangesloten, dat de in de connector opgeslagen informatie op de juiste wijze wordt verwerkt, dan wel van middelen om de mechanische bewerking van het connectorhuis te detecteren.

Als geheugen kan bijvoorbeeld ook worden gebruikt een magneetkaart, een op een drager aangebrachte streepjescode (barcode), een weerstandscode of een FROM (programmable read only memory).

De verwerkingsapparatuur dient vanzelfsprekend te zijn aangepast aan het te gebruiken geheugentype. Een dergelijke aanpassing biedt echter de deskundige geen problemen.

Figuur 3 toont een voorbeeld van een streepjescode, die de karakteristieke eigenschappen van een sensor belichaamt. Een dergelijke streepjescode wordt bij voorkeur op het connectorhuis aangebracht, bijvoorbeeld gedrukt, gegraveerd of ingeperst.

Figuur U toont een voorbeeld van een veerstandscode. Elke veerstand of combinatie van veerstanden R correspondeert met een binair getal, aangegeven in een tabel, velke in de ververkingsapparatuur is opgeslagen. De ververkingsapparatuur kan een microprocessor omvatten, die onder besturing van het bij een bepaalde veerstandscode behorende binaire getal bepaalde correcties uitvoert met betrekking tot het sen-sorsignaal. Een bezvaar van toepassing van de veerstandscode is dat, indien relatief veel gegevens dienen te vorden opgeslagen, grote hoeveelheden veerstanden in voorraad dienen te vorden gehouden. In eenvoudige gevallen is de veerstandscode echter goed bruikbaar.

Ook bij toepassing van de andere genoemde geheugentypen kan gebruik vorden gemaakt van een microprocessor. Dit is echter niet strikt noodzakelijk, aangezien deze geheugentypen tij het uitlezen direkt digitale signalen verschaffen.

De toepassing van een PROM als geheugen lijkt zeer geschikt. Een PROM is in de handel met zeer geringe afmetingen verkrijgbaar bij een relatief grote geheugencapaciteit van 256 bits of meer.

Een voor toepassing bij de onderhavige uitvinding geschikte PROM is bijvoorbeeld de IM 5600-5610 serie van Intersil Inc..

Een PROM kan tijdens de produktie van sensoren automatisch vorden geprogrammeerd door een computer gestuurd testsysteem, zoals bij produktie van grote aantallen gebruikt vordt.

Voorts kan, zoals reeds opgemerkt, ook het type sensor en andere unieke informatie, zoals typenummer, serienummer, produktiedatum, veilige levensduur etc. in het geheugen vorden geregistreerd, hetgeen de mogelijkheid biedt ververkingsapparatuur te ontverpen, die voor verschillende typen sensoren geschikt is.

Op deze vijze vordt een veelzijdig toepasbaar meet- en detectiesysteem verkregen dat gebruikersvriendelijk is en vaarbij het maken van bedieningsfouten uitgesloten is.

Figuur 5 toont een voorbeeld van een meet- en detectiesysteem, vaarbij de bij de sensor behorende karakteristieke gegevens door de ververkingsapparatuur vorden verwerkt. De in het bij de sensor behorende geheugen in digitele vorm opgeslagen gegevens worden in de verwerkings-apparatuur omgezet in spanningen, stromen of versterkingsfactoren waarmee de verwèrkingsapparatuur wordt ingesteld.

Het in figuur 5 getoonde meet- en detectiesysteem omvat een sensor 70 welke "bijvoorbeeld kan zijn ondergebracht in een schematisch aangegeven katheter 71· De katheter is via een door een onderbroken lijn 72 schematisch aangegeven connector verbonden met verwèrkingsapparatuur 73. In het niet aangegeven sensorhuis of in de connector is voorts een bij de sensor behorend digitaal geheugen 7^ aangebracht.

De sensor 70 ontvangt in het ouderhavige voorbeeld via de connector voedingsspanning vanuit de verwèrkingsapparatuur zoals aangegeven bij 75· Zonodig ontvangt ook het geheugen 7^ via de connector voedingsspanning.

Voorts geeft de sensor via verbindingen 76, 77 het eigenlijke sensorsignaal, respectievelijk een temperatuursignaal af.

Het temperatuursignaal wordt toegevoerd aan een eerste versterker A1 in de verwèrkingsapparatuur en het eigenlijke sensorsignaal wordt toegevoerd aan een tweede versterker A2 in de verwèrkingsapparatuur. Het uitgangssignaal van de versterker Al bestuurt^ zoals schematisch bij 78 aangegevenj de instelling van de versterker A2.

De instellingen van de versterkers A1 en A2 worden voortSj onder invloed van de door een klokgenerator 79 uit het geheugen 7^ gelezen gegevens^ bestuurd via vergrendelschakeiingen 80 en 8l voor zover het de versterkingsfactor betreft en via vergrendelschakeiingen 82 en 8U alsmede digitaal-analoogomzetter 83 en 85 voor zover het de voorspanningsinstelling betreft.

Aan de uitgang 86 van de versterker A2 verschijnt tenslotte het gecorrigeerde analoge sensorsignaal, dat op geschikte wijze verder kan worden verwerkt.

Figuur 6 toont een iets andere wijze van verwerking van de signalen en gegevens van een soortgelijke sensor als in figuur 5 getoond. Delen van figuur 6 die corresponderen met delen van figuur 5j zijn met dezelfde verwijzingscijfers aangegeven. De in de uitvoeringsvorm van figuur 6 toegepaste verwerkingsschakeling 87 omvat een microprocessor yuP, die via een bufferschakeling 88 de informatie uit het sensorgeheugen 71* overneemt en na eventuele bewerking van deze informatie de versterker A2 voor het eigenlijke sensorsignaal op de gewenste wijze instelt.

In de uitvoeringsvorm van figuur 7, waarin voor zover overeenkomend met de figuren 5 en 6 weer dezelfde verwijzingscijfers zijn gebruikt^worden de in het sensorgeheugen 74 opgeslagen digitale gegevens door de microprocessor ^iuP van de verwerkingsschakeling 90 niet gebruikt om een versterkèrsinstelling t.e besturen, doch gebruikt als rekengrootheden bij de bewerking van hèt sensorsignaal. De versterkers Al en A2 zijn nu beide vast ingesteld.

Voor zover de in het sensorgeheugen opgeslagen informatie geen aanleiding geeft tot bewerking van de sensorsignalen, kan deze informatie direkt naar de uitgang van de verwerkingsapparatuur worden doorgezonden, zonodig na omzetting in een voor verdere verwerking, bijvoorbeeld weergave, geschikte vorm.

Opgemerkt wordt dat dbin hetvoorgaancfebeschreven uitvindingsge-dachte op een groot aantal manieren in praktijk kan worden gebracht. De beschreven uitvoeringsvoorbeelden kunnen op diverse wijzen worden gemodificeerd. De gekozen methode hangt in de praktijk af van het de te corrigeren grootheden en het aantal gewenst geachte correcties, hetgeen weer nauw sacenhangt met de toegepaste sensor.

Dergelijke praktische uitvoeringsvormen liggen na het voorgaande voor de deskundige voor de hand en worden geacht binnen het kader van de uitvinding te vallen.

De uitvinding verhoogt de uitwisselbaarhéid van sensoren, en is in het bijzonder van belang voor produktie en toepassing op grote schaal van sensoren zoals bijvoorbeeld in de medische techniek en in de vliegtuigindustrie. De uitvinding verhoogt ook de mogelijkheid om weg-werpsensoren te gebruiken.

Claims (9)

1. Sensorsysteem, omvattende: ten minste één sensor die is ingericht voor het verschaffen van een elektrisch verwerkbaar sensorsignaal; een permanent met de sensor verbonden geheugen dat informatie bevat met betrekking tot de sensor; verwerkingsapparatuur die met de sensor gekoppeld kan worden via een met de sensor geassocieerde connector, welke verwerkingsapparatuur is voorzien van een sensorsignaalingang voor het ontvangen van het sensorsignaal, een uitgang voor het verschaffen van een op het sensorsignaal gebaseerd systeem-uitgangssignaal, en een tussen de sensorsignaalingang en de uitgang gekoppelde eerste signaalbaan; en geheugen-uitieesmiddelen voor het uitlezen van de informatie uit het geheugen, en voor het overdragen van die informatie aan de verwerkingsapparatuur; waarbij de verwerkingsapparatuur is ingericht om het sensorsignaal te verwerken in afhankelijkheid van de ontvangen informatie; met het kenmerk: dat het geheugen is ondergebracht in of aan de genoemde connector.

2. Sensorsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het geheugen wordt gevormd door de genoemde connector.

3. Sensorsysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de connector ten behoeve van het vervullen van de geheugenfunctie en het opnemen van de karakteristieke gegevens mechanisch is bewerkt.

4. Sensorsysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de geheugenfunctie van de connector is belichaamd in een specifieke configuratie van de connectorpennen.

5. Sensorsysteem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de geheugenfunctie van de connector is belichaamd in een specifieke aansluitwijze van de connectorpennen.

6. Sensorsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat is voorzien in een als geheugen dienende drager waarop een streepjescode (barcode) is aangebracht.

7. Sensorsysteem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het huis van de connector als drager fungeert.

8. Sensorsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het geheugen een met een code corresponderende weerstands-combinatie is.

9. Sensorsysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het geheugen een magneetkaart is.