[發(fā)明專利]電感式位移測量傳感器和用于操作所述傳感器的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380075585.7
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN105122009B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 佐爾坦·波利克;佐爾坦·坎特
• 申請（專利權(quán)）人: 巴魯夫公司
• 主分類號: G01D5/20
• 分類號: G01D5/20
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國,吳啟超

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及電感式位移測量傳感器和用于操作所述傳感器的方法。

背景技術(shù)

以無接觸方式工作的電感式位移測量系統(tǒng)是測量技術(shù)領域中已知的。因此，具有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)的對應傳感器布置出現(xiàn)在US 5,898,304A1中，其中提供了測量線圈和評估單元，用來進行對測量信號的檢測、處理和評估。

其中所描述的ANN包括輸入層、至少一個(隱蔽的)中間層、輸出層，以及在兩個單獨層之間的連接點處提供的加權(quán)。在學習階段確定相應加權(quán)因數(shù)的適合值，在所述學習階段中，在具有已知材料并且與傳感器隔開已知距離的數(shù)個不同目標物體上進行測試測量。傳感器布置應適于不取決于相應目標物體的材料來確定距離和厚度。

在所提及的位移測量系統(tǒng)中，由測量線圈測量的電感數(shù)據(jù)需要借助于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)進行頻譜分析。這樣做的依據(jù)是測量的頻譜對與目標物體相隔的空間距離的相依性。在頻譜分析期間，對測量的瞬時不同的電壓和電流變量執(zhí)行特別是數(shù)值計算，這意味著相當大的計算工作量，并且阻礙了傳感器的緊湊構(gòu)造方法以及節(jié)約成本的實現(xiàn)方式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目標是指定在開頭提及的類型的電感式位移測量傳感器，其消除了所提及現(xiàn)有技術(shù)的缺點。

本發(fā)明是基于如下認識：這里涉及的位移測量系統(tǒng)或?qū)奈灰茰y量傳感器不需要所提及的頻譜分析，因為與測量的瞬時變化信號相比，計算出的頻率頻譜并不包含額外信息，所述頻率頻譜是根據(jù)所述信號計算出的。另外，根據(jù)目前的研究結(jié)果，在基于ANN的頻率頻譜評估時沒有發(fā)現(xiàn)對距離測量有用的頻譜或時間特征。

與此相反，本發(fā)明提出直接借助于ANN，即，在無需中間頻譜分析的情況下，來評估由測量線圈檢測到的瞬時變化信號。優(yōu)選因此由ANN評估來自要測量的目標物體的脈沖響應，所述脈沖響應是由發(fā)射器線圈所發(fā)射的非周期性(瞬態(tài))信號引起。脈沖響應大致上是由在目標物體中感生的渦電流和磁性極化生成。ANN供應目標物體的距離數(shù)據(jù)作為輸出信號。

根據(jù)本發(fā)明的位移測量傳感器具有特性線，所述特性線不取決于周圍溫度或傳感器的操作溫度以及將被測量的目標物體的相應材料。在這個特性線中，應用由位移測量傳感器供應的結(jié)果數(shù)據(jù)(例如，距離數(shù)據(jù))，對上(versus)以另一種方式確定的實際距離。針對根據(jù)本發(fā)明的位移測量傳感器產(chǎn)生的特性線優(yōu)選地形成為線性的，或表示至少嚴格單調(diào)運行的曲線。在線性進程的理想情況中，特性線的梯度大致上對應于值1。

由于借助于ANN直接評估電感檢測的測量信號，即，在不要求中間頻譜分析的情況下，這樣大大減少了傳感器結(jié)果的硬件開支，因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，實現(xiàn)了緊湊得多的構(gòu)造。例如，從而允許將ANN和另外要求的邏輯電路整合到微控制器中，因此可明顯減少生產(chǎn)成本。

根據(jù)本發(fā)明的電感式位移測量傳感器適于確定將被測量的金屬目標物體的距離、空間方位、厚度和材料性質(zhì)，具有本文描述的優(yōu)點。

必須注意，可根據(jù)傳感器的使用目的以如下這種方式對ANN進行配置或編程：實現(xiàn)了特定于材料的測量，而不是所提及的不取決于材料的測量。

還必須強調(diào)，位移測量傳感器可以只是優(yōu)選地用于電感式工作的位移測量系統(tǒng)，并且根本上也能夠在具有本文針對非電感式工作的位移測量系統(tǒng)所描述的優(yōu)點的情況下使用，其中評估對應的脈沖響應。非電感式工作的位移測量傳感器的實例是光學方式、聽覺方式(超聲)或以電容方式工作的傳感器。

附圖說明

圖1借助于框圖、使用距離傳感器的實例，展示了根據(jù)本發(fā)明的位移測量傳感器的示例性實施方案；

圖2展示人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)的示例性實施方案；

圖3示出在測量信號之間的典型的瞬時連接、數(shù)字化波形和輸入數(shù)據(jù)；

圖4展示根據(jù)本發(fā)明的用來示教或訓練圖1所示的距離傳感器的方法的示例性實施方案；

圖5使用接近開關(guān)的實例來展示根據(jù)本發(fā)明的用于操作圖1所示的距離傳感器的方法的示例性實施方案；

圖6展示特性線圖，用來比較用ANN計算出的距離數(shù)據(jù)與以另一種方式測量的參考數(shù)據(jù)。

具體實施方式

圖1所示的電感式距離傳感器1包括：(模擬)傳感器或測量變換器10、計時單元20、用來使檢測信號數(shù)字化的數(shù)字化單元30、信號評估單元40以及輸出單元50。在示例性實施方案中，提及的功能部件布置在單個殼體5中。計時單元20、數(shù)字化單元30以及信號評估單元40具體是在微控制器4中實施。距離傳感器1另外還包括這里沒有展示的電壓供應源。