專利名稱：探測頭以及用于運行探測頭的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權利要求I所述的探測頭以及根據(jù)權利要求7所述的用于運行探測頭的方法。
背景技術：
這樣的探測頭例如被用于對夾持在材料加工機、例如銑床中的エ件進行位置確定。探測頭通常是探測系統(tǒng)的組成部分，該探測系統(tǒng)常常具有靜止的發(fā)送器一接收器單元。該發(fā)送器一接收器單元通常固定在材料加工機的位置固定的元件處。探測頭可以安裝在材料加工機的可移動的元件處、例如銑軸處。在此，探測頭包括可從靜止位置偏轉的探針或可偏轉的探測元件，該探測元件在從其靜止位置偏轉出時生成開關信號。應將探測元件的靜止位置理解成探測元件的如下位置在該位置中，該探測元件與エ件不接觸。在探測元件與エ件接觸的情況下，探測元件從其靜止位置中偏轉出。 在所謂的無電纜探測系統(tǒng)的情況下，相應的開關信號由探測頭作為電磁信號、尤其是作為紅外或無線電信號傳輸給靜止的發(fā)送器一接收器單元。在該發(fā)送器一接收器單元中，探測系統(tǒng)的輸出信號被分析，以便確定開關信號的出現(xiàn)(即探測元件的偏轉)。這樣的探測頭常常為了其能量供應而具有一個或多個電池形式的電壓源。所存在的持久期望是，提高這樣的探測系統(tǒng)的可用性，因此嘗試最大化電壓源的耐用時間。在EP I 557 639 BI中例如說明了一種電池運行的探測頭，其中尤其是應該通過使用電壓轉換器來延長電池的壽命，這最終由于由所消耗的電池導致的停頓時間更少而改善了相應探測頭的可用性。

發(fā)明內容
本發(fā)明所基于的任務尤其是，提供一種探測頭以及一種用于運行探測頭的方法，其中提高探測頭的可用性。根據(jù)本發(fā)明，該任務通過權利要求I以及權利要求7的特征來解決。因此，該探測頭為了其能量供應而具有電壓源。該電壓源與電壓轉換器電連接。電壓轉換器可以由用于監(jiān)控電壓轉換器的輸入功率的裝置來操控，其中在電壓轉換器的輸出端處可以生成電壓，該電壓高于電壓源的輸出電壓。在此，此外能借助于電壓轉換器以電的方式充電的電荷存儲器與電壓轉換器的輸出端電連接。該探測頭被配置為使得
一輸出電流脈沖可以通過電荷存儲器以所定義的時間間隔輸出給具有時變的電流需求、尤其是具有脈沖形電流需求的負載；
一可以對于接下來的時間段確定在電荷存儲器處要補充的平均功率；
一根據(jù)所確定的平均功率可以確定將要由電壓轉換器從電壓源抽取的平均輸入功率的高度，并且電壓轉換器可以由所述裝置相應地操控。在操控以后，于是可以給電壓轉換器輸送該平均輸入功率，或者可以由電壓轉換器將平均輸入電流從電壓源傳送到電荷存儲器。
有利地，負載可以被構造為發(fā)送級，使得可以由發(fā)送級生成電磁信號。接下來，所述裝置可以被構造為監(jiān)控輸入功率、尤其是被構造成CPU。電壓源可以被構造成直流電壓源、尤其是一個或多個電池。接下來，此外將電池既理解成不可再充電電池，也理解成可再充電蓄電池。根據(jù)物理學中常用的術語，應將概念“功率”理解成與時間段相關的能量、在此為電能。此外，例如可以將ー個或多個電容器或者也將ー個或多個電化學雙層電容器用作電荷存儲器。有利地，電壓轉換器具有尤其是晶體管形式的開關，該開關與用于監(jiān)控輸入功率的裝置電連接。該電連接尤其是用于在脈沖寬度調制或脈沖頻率調制的意義上操控開關 。該探測頭尤其是可以包括用于確定施加在電壓轉換器的輸入端處的電壓的電路?？商娲鼗蜃鳛檠a充，探測頭可以包括用于確定施加在電荷存儲器處的電壓的電路。在本發(fā)明的一個優(yōu)選擴展方案中，用于監(jiān)控輸入功率的裝置、即例如CPU包括用于確定施加在電壓轉換器的輸入端處的電壓的電路和/或用于確定施加在電荷存儲器處的電壓的電路。此外，本發(fā)明還包括一種用于運行探測頭的方法。該探測頭為了其能量供應而具有電壓源，其中該電壓源與電壓轉換器電連接，并且該電壓轉換器由用于監(jiān)控輸入功率的裝置來操控。在此，電壓轉換器在其輸出端處生成高于電壓源的輸出電壓的電壓。此外，由電壓轉換器以電的方式充電的電荷存儲器與電壓轉換器的輸出端電連接。電荷存儲器以所定義的時間間隔分別將輸出電流脈沖輸出給具有時變電流需求的電能的負載。此外，對于接下來的時間段確定要在電荷存儲器處補充的平均功率。根據(jù)所確定的平均功率，確定由電壓轉換器要從電壓源抽取或提取的平均輸入功率的高度。電壓轉換器由所述裝置相應地操控，使得向電荷存儲器輸送要補充的平均功率。有利地，該負載為發(fā)送級，使得由發(fā)送級通過以所定義的時間間隔輸出的輸出電流脈沖分別生成電磁信號。在本發(fā)明的另一有利的擴展方案中，可以確定施加在電壓轉換器的輸入端處的電壓，并且根據(jù)該施加的電壓以及平均輸入功率來確定由電壓轉換器要從電壓源抽取的輸入電流，并且電壓轉換器由所述裝置相應地操控并且用所確定的輸入電流供應或流經(jīng)。在確定施加在電壓轉換器的輸入端處的電壓的時間期間，可以將電壓源與探測頭的功率負載分開、尤其是與電壓轉換器分開，使得確定電壓源的負荷減少情況下的電壓或電壓源的空轉電壓。有利地，確定施加在電荷存儲器處的電壓?；谒_定的施加在電荷存儲器處的電壓來確定對于接下來的時間段在電荷存儲器處要補充的平均功率。尤其是可以為了確定在電荷存儲器處要補充的平均功率而將施加在電荷存儲器處的電壓與有關的電壓的預先給定的額定值進行比較。施加的電壓也可以有利地在相應地信號制備之后作為數(shù)字值存在。有利地，電壓轉換器的操控可以借助于脈沖寬度調制來進行。在本發(fā)明的另ー擴展方案中，可以對于時間段Λ T確定要在電荷存儲器處補充的平均功率，其中該時間段是根據(jù)關系AT=Ii · T定義的。在此，T是電荷存儲器分別將輸出電流脈沖輸出給負載的時間間隔，并且η應理解為是大于或等于I的自然數(shù)。有利地，η是小于10的數(shù)。此外，電壓轉換器從電壓源抽取的輸入電流可以在時間間隔T內在至少O. 75 · T的時段上流動。該時段尤其是可以為至少O. 85 · T、有利地為至少O. 90 · T0根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選擴展方案，電壓轉換器從電壓源抽取的輸入電流在時間間隔T內在至少O. 75-T的時段上保持恒定。該時段尤其是可以為至少O. 85 ·Τ、有利地為至少 O. 90 · T0同樣，電壓轉換器從電壓源抽取的電功率可以在時間間隔T內在至少O. 75 · T的時段上保持恒定。該時段尤其是可以為至少O. 85 · Τ、有利地為至少O. 90 · T0在本發(fā)明的一個優(yōu)選擴展方案中，將時間間隔T選擇為同樣大的。有利地，所定義的時間間隔T具有5ms至IOOms之間的范圍中的長度。
有利地，輸出下一輸出電流脈沖的時間間隔可以是在其中向負載輸出輸出電流脈沖的時段的至少10倍、有利地是至少100倍。根據(jù)本發(fā)明的探測頭所具有的優(yōu)點尤其是，可以更長時間地利用電池，或者可以利用電池的更多能量，因為可以極其節(jié)省地減少電池的電功率。本發(fā)明的有利的構造方案從從屬權利要求中得知。


從下面根據(jù)附圖對實施例的描述中得出根據(jù)本發(fā)明的探測頭和方法的另外的細節(jié)和優(yōu)點。圖I示出探測系統(tǒng)的示意 圖2a不出探測頭中的電路的不意性電路 圖2b示出電壓轉換器的示意性電路 圖3a示出具有從電荷存儲器輸出的隨時間繪制的輸出電流脈沖或輸出功率的簡圖； 圖3b示出具有電荷存儲器處的隨時間的電壓的簡 圖3c示出具有輸送給電荷存儲器的隨時間的功率的簡 圖3d示出具有輸送給電荷存儲器的隨時間的電流的簡 圖4a示出具有兩個可替代地施加在電壓轉換器處的隨時間繪制的電壓的簡 圖4b示出具有由電壓轉換器從電壓源抽取的隨時間繪制的輸入功率的簡 圖4c示出具有兩個可替代地流入電壓轉換器的隨時間繪制的輸入電流的簡 圖5a示出根據(jù)第二實施例的具有在電荷存儲器處的隨時間的電壓的簡 圖5b示出根據(jù)第二實施例的具有輸送給電荷存儲器的隨時間的功率的簡 圖5c示出根據(jù)第二實施例的具有由電壓轉換器從電壓源抽取的隨時間繪制的輸入功率的簡 圖5d示出根據(jù)第二實施例的具有流入電壓轉換器的隨時間繪制的電流的簡 圖6a示出根據(jù)第三實施例的施加在電壓轉換器處的隨時間繪制的電壓的簡 圖6b示出根據(jù)第三實施例的具有由電壓轉換器從電壓源抽取的隨時間繪制的輸入功率的簡 圖6c示出根據(jù)第三實施例的流入電壓轉換器的隨時間繪制的電流的簡 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的方法的示意性流程圖。
具體實施例方式在圖I中示出了探測頭1，該探測頭I可以借助于夾緊錐體(Spannkonus)夾持到機床中。為了測量目的，在探測頭I處設置有圓柱探針1.1，該探針1.1在末端處具有檢測球(Antastkugel)ο另外，該探測系統(tǒng)包括發(fā)送器一接收器單元2，該發(fā)送器一接收器單元固定在機床的不可移動的構件3處，使得探測頭I因此相對發(fā)送器一接收器單元2是移動的、即相對于該發(fā)送器一接收器單元2可移動。在所示的實施例中，在探測頭I的圓周上分布式地設置6個發(fā)送/接收元件I. 2，這些發(fā)送/接收元件沿著圓周線分別錯開60 地固定在探測頭I處。借助于發(fā)送/接收元件I. 2，可以發(fā)送電磁信號、在此為紅外信號，該信號可以由發(fā)送器一接收器單元2接收。同樣，從發(fā)送器一接收器單元2出發(fā)到探測頭I處的發(fā)送一接收元件I. 2的相應通信也是 可能的。在所介紹的實施例中，尤其是可以由探測頭I發(fā)出所謂的就緒信號B和檢測信號A0在圖2a中示出電路的強烈簡化的電路圖，即電路如何根據(jù)第一實施例在探測頭I內布置在電路板上。與此相應地，該電路包括電壓源12，該電壓源在所示實施例中由分別具有3. 6V的標稱電壓的兩個鋰電池構成，使得在此也可以稱為直流電壓源。鋰電池被并聯(lián)，使得電壓源12在理想情況下輸出3. 6V的電壓U12。在此，電壓源12的負極與地連接。電壓源12用于尤其是給傳感器單元16、CPU 17、發(fā)送級15和接收級18供應能量。前面連接有電荷存儲器14的發(fā)送級15也可以被稱為具有時變電流需求的負載。在所介紹的實施例中，可以將具有300 μ F的電容C14的電容器用作電荷存儲器14?？商娲?，也可以使用多個并聯(lián)的電容器。另外，該電路包括RC濾波電路，該RC濾波電路由電阻21和電容器22構成。為了能夠為有關的器件提供足夠高的電壓，該電路具有電壓轉換器13、23。電壓源12與電壓轉換器13電連接并且向該電壓轉換器供應電能。因此相應地，電壓轉換器13連接在電壓源12與所述負載、即發(fā)送級15之間。根據(jù)圖2b，電壓轉換器13包括電容器13. I、線圈13. 2、晶體管13. 3以及ニ極管13. 4和另ー電容器13. 5。這些器件根據(jù)圖2b來接線。在所介紹的實施例中，電容器13. 1、13. 5分別具有10 μ F的電容。通過電壓轉換器13可以生成電壓U13mit,該電壓高于輸入電壓U13in、即高于電壓源12的電壓U12。晶體管13. 3通過CPU 17被操控為使得可以進行脈沖寬度調制PWM。如果晶體管13.3被接通，則經(jīng)過線圈13. 2的電流上升，并且在該線圈中相應地存儲能量。一旦晶體管13. 3被關斷，該線圈就通過ニ極管13. 4向電荷存儲器14饋電。因此，可以通過CPU 17來監(jiān)控或控制電壓轉換器13從電壓源12抽取的輸入功率P13in。根據(jù)圖2a，該電路在另ー電壓轉換器23之后包括兩個限壓器19、20，這兩個限壓器提供輸出電壓U19、U2tl，所述輸出電壓同時分別用作傳感器単元16以及CPU 17的輸入電壓。由于流經(jīng)電阻21的電流非常小，因此可以以良好的近似使到接收級18中的輸入電壓
與電壓U19相等。為了將探測頭I從節(jié)省電池的待機模式轉變?yōu)闇y量運行模式，由靜止的發(fā)送接收単元2發(fā)出相應的激活信號。該激活信號被探測頭I的接收級18從紅外信號轉換成電信號，該電信號然后被轉發(fā)給CPU 17。然后，從CPU 17向探測頭I中的相關構件發(fā)出與此相應的命令，使得探測系統(tǒng)或探測頭被轉變?yōu)闇y量運行模式。為了用信號通知測量運行模式在運轉，由探測頭以所定義的時間間隔T發(fā)出就緒信號B，其中當前在正常運行中，預先給定在由CPU 17發(fā)送兩個時間上相鄰的就緒信號B之間的20ms的恒定時間間隔T。在示意性地示出了用于運行探測頭I的方法的流程圖的圖7中，作為步驟I示出了就緒信號B的生成。在圖3a中示出了與發(fā)送輸出電流脈沖I14wt相關的時間圖，該輸出電流脈沖I14wt由電荷存儲器14以時間間隔T = 20ms輸出給發(fā)送級15。由于輸出電流脈沖I14wt的到達，由發(fā)送級15生成電磁信號，該電磁信號接下來被發(fā)送器一接收器單元2接收。附加地，首先應該僅僅觀察由垂直的實線、即例如圖3a中四個左邊的輸出電流脈沖I14wt示出的、即針對Wtci的就緒信號B的發(fā)送。根據(jù)輸出電流脈沖I14wt,發(fā)送級15輸送電功率P14()Ut，如這由水平短線結合圖3a中的右側縱坐標來描繪。其中存在輸出電流脈沖I14tjut的時段τ為大致20ys。通過該短的時段τ，在輸出電流脈沖I14tjut期間，數(shù)量級為8Α的比較高的電流流入發(fā)送級15中。同樣，由電荷存儲器14在該時段τ期間引出的功率P14wt為相對高的。 在圖3b中示出了電荷存儲器14處的電壓U14的變化曲線。在每次發(fā)送就緒信號B吋，電壓U14下降幾百mV并且然后在隨后對應于時間間隔T的20ms跨度上再次上升。在發(fā)出就緒信號B以后，確定電荷存儲器14處的實際電壓U14。該措施在根據(jù)圖7的流程圖中被列舉為步驟II。在此，根據(jù)圖2a的電壓U14被輸送給CPU 17，其中CPU 17包括A/D轉換器以及分壓電路，使得在那里作為關于電壓U14的高度的信息生成12位值。另外，從CPU 17的存儲器中讀出其電容C14、以及電荷存儲器14處的電壓U14的額定值U14srt (圖7中的步驟III)。接下來，然后由CPU 17根據(jù)下列公式計算要補充的能量ΛΕ
AS = l-C14-[(U14Silf-(U14)2
這在圖7中被示為步驟IV。然后，從CPU 17的存儲器中讀出時間段AT，在該時間段期間應施加要在電荷存儲器14處補充的平均功率P14in。同樣，針對有關電路的效率所存放的值Π (根據(jù)圖7的步驟V)。由于當前已經(jīng)選擇AT = Τ，因此首先讀出存放在CPU 17中的時間間隔Τ。然后在使用下列公式的情況下確定在下一時間段AT = T期間要補充的平均功率
1 14in ·
Pim=匕 EiLT
在AT = T的情況下，對于第一實施例遵守
= AE / T。在考慮到有關電路的效率的值η的情況下，現(xiàn)在可以在按照圖7的步驟VI中根據(jù)下列關系確定在時間間隔T期間在電壓轉換器13中要從電壓源12抽取或提取的平均輸入功率P13in的高度
と ia =
其中 O <77 < I。
在下ー步驟(圖7中的步驟VII)中，確定在用點突出表示的時間實際施加在電壓轉換器13處的電壓U13in。通常，該電壓Umn為基本上恒定的，因為電壓源12的輸出端處的電壓U12在該短時間內通常不波動。圖4a中示出了電壓U13in的時間變化曲線。電壓的確定同樣在CPU 17的電路中借助于A/D轉換器進行(亦參見圖2a)。由于在正常運行中，在連續(xù)發(fā)送就緒消息B期間、即在圖3a — 3d和4a — 4c中在時間Wtci期間也從電壓轉換器13抽取恒定的平均功率P14in,因此從電壓源12抽取的平均輸入功率P13in也是恒定的。在知道輸入功率P13in的所需高度的情況下，根據(jù)圖7中的步驟VIII，可以通過下列關系為當前電壓U13in確定要流經(jīng)電壓轉換器13的輸入電流Imn
丄 13in—Pl3in/Ui3in。根據(jù)針對按照時間間隔T的接下來的時段要調節(jié)的輸入電流I13in，由CPU 17調節(jié)確定的用于脈沖寬度調制的脈沖間隔比。也即因此，電壓轉換器13由CPU 17根據(jù)之前確定的在時間間隔AT = T的跨度上平均的輸入功率Pmn來操控(參見圖2a和圖7中的步驟XI)。因此，CPU 17是用于監(jiān)控輸入功率P13in的裝置。如圖4b中所示，根據(jù)該時間變化曲線，然后從電壓源12抽取或提取輸入功率P13in=因此，功率P14in根據(jù)圖3C中的變化曲線被輸送給電荷存儲器14，或者與根據(jù)圖3d的變化曲線相對應的電流I14in將流入電荷存儲器14中。根據(jù)該實施例，在時間Wtci期間，輸入功率P13in在整個時間間隔T的跨度上分別保持恒定。通過這種方式，可以實現(xiàn)電壓源12的最小載荷。同樣對最大出現(xiàn)的輸入電流I13in (圖4c)最小化，這導致?lián)p耗的減小。在本實施例中，輸入電流I13in在該運行狀態(tài)中為大致8mA。也即因此，在20ms的時間間隔T內始終有電壓轉換器13從電壓源12抽取的恒定的輸入電流Imn流動。同樣，電壓轉換器13從電壓源12抽取的電功率P13in在整個時間間隔T內保持恒定。只要不出現(xiàn)檢測，則探測頭I在時間間隔T中反復地發(fā)出就緒信號B，該就緒信號接下來被發(fā)送器一接收器單元2接收。如果探針I(yè). I被偏轉，則在傳感器單元16中生成數(shù)字信號(電壓電平從高變化為低)。該信號被轉發(fā)給CPU 17并且在那里被進ー步處理。然后，由CPU 17進ー步處理的信號被傳送給發(fā)送級15，該發(fā)送級生成電磁輻射或信號形式的檢測信號A。在所示實施例中，所述電磁信號作為紅外信號構成，但是也可以使用例如無線電信號。檢測信號A被靜止的發(fā)送ー接收器單元2接收。在發(fā)送器一接收器單元2的內部，紅外信號被轉換和制備成電信號。最后，所制備的電信號通過電纜2. 2到達位置固定的隨動電子裝置，在那里該電信號被進ー步處理。根據(jù)該實施例，在時刻t = t0確定檢測，這如上所述導致從發(fā)送級15將檢測信號A發(fā)送給發(fā)送器一接收器單元2。為此所需的電能基本上從電荷存儲器14提取，使得因此在時刻b，輸出電流脈沖I14tjut從電荷存儲器14中流出(參見圖3a)，并且相應地在時間t =t0,電荷存儲器14處的電壓U14根據(jù)圖3b下降。由于電荷存儲器14在時刻b還未達到其額定荷載，或者U14在時刻b小于電壓U腕，因此電壓U14與在正常運行中在周期性發(fā)送就緒信號B期間的情況相比進ー步下降。但是，t = t0時的電壓U14高于預先給定的最小電 壓U14min,使得因此不危及探測頭的有秩序的運行。在圖3a中以虛線示出了輸出電流脈沖I14wt，其后是檢測信號A的發(fā)出。在本實施例中，該輸出電流脈沖I14tjut大于以實線示出的為了發(fā)送就緒消息B所需的輸出電流脈沖I14wt。相同的觀察適用于所獲得的功率P14()Ut。在發(fā)出檢測信號A以后，在所示實施例中，在時間間隔T內阻止信號、即檢測信號A或就緒信號B的進ー步發(fā)出。在發(fā)出就緒信號B以后，然后在時刻t = t1=t0+T再次確定電荷存儲器14處的實
際電壓U14，并且根據(jù)公式Μ = ;.;.[(ひ 14&,)2-(U14)2]計算要補充的能量ΛΕ。由于在時刻
ち，電荷存儲器14處的電壓U14為比較低的，因此現(xiàn)在計算要補充的能量Λ E的比以前更高的值。因此類似于上述方法，確定在電荷存儲器14處要補充的平均功率/,因為T保持不變。相應地，在時刻h在考慮到效率的值η的情況下，計算由電壓轉換器13在下ー時 間間隔τ = t2-ti期間必須從電壓源12提取或抽取的平均輸入功率/= 的高度，
并且確定要導入到電壓轉換器中的輸入電流I13in。隨后，由CPU 17來調節(jié)為脈沖寬度調制所確定的脈沖間隔比。由于電壓Umn保持不變，因此在h與t2之間的時段中從電壓源12抽取較高的輸入電流I13in(圖4c)。相應地，在h與t2之間的時段內，被輸送給電荷存儲器14的電流I14in (圖3d)以及所輸送的平均功率P14in (圖3c)也升高。因此，電荷存儲器14處的電壓U14在時亥Ij t2 = h + T具有額定值U14set (圖3b)。然后在正常運行中，再次以時間間隔T發(fā)出就緒消息B，使得探測系統(tǒng)如在上述時段Wtci中那樣工作。 作為電壓源12例如可以使用能夠根據(jù)圖4a提供不同電壓U13in、U*13in的不同電池。對于U13in>U*mn的情況，得到I13in〈ri3in，因為要饋入到電壓轉換器13中的平均輸入功率P13in=Pi13in保持相同，參見圖4b和4c。電流I14in基本上取決于U13in、Ui13in的高度。在根據(jù)圖5a至5d的另ー實施例中，只要探測頭僅僅發(fā)送就緒消息B (Wtci),則探測系統(tǒng)就以類似于第一實施例的方式運行。因此在該運行狀態(tài)下，在發(fā)送就緒消息B以后，將電荷存儲器14處的電壓U14在時間間隔T中在額定值U，14Set的方向上提高，其中在第二實施例中，額定值U’ 14Set被確定為比第一實施例的額定值U14set略高。一旦進行檢測，在根據(jù)圖5a至5d的簡圖中在時刻t = t0,則僅僅觸發(fā)將檢測信號A從發(fā)送級15到發(fā)送器一接收器單元2的發(fā)送，并且從電荷存儲器14提取為此所需的電能，使得在t = t0,電荷存儲器14處的電壓U14下降。由于在第二實施例中在時刻b，電壓U14也小于U’ 14Srt，因此電壓U14與這在周期性發(fā)送就緒信號B期間的情況相比進ー步下降。在發(fā)出就緒信號A以后，在第ニ實施例中也在時間間隔T內禁止信號、即檢測信號A或就緒信號B的進ー步發(fā)送。如在第一實施例中那樣，在第二實施例中，在發(fā)出就緒消息B以后，同樣在時刻t=h確定電荷存儲器14處的實際電壓U14。但是現(xiàn)在根據(jù)下列公式來計算要補充的能量ΛΕ，:
A5'=^iC14.i[Ct/W)2-Pi4)2]}
(在此即也使用。此外該關系在第二實施例中對于確定電荷存儲器14處的實際電壓U14的所有時刻都適用)。
因此，現(xiàn)在根據(jù)公式P14is= W/Γ來確定在電荷存儲器14處要補充的功率。相應地，計算電壓轉換器13必須從電壓源12抽取的輸入功率
P、ms =は'丨(τ.n) = PuJη的高度，并且確定要導入到電壓轉換器13中的輸入電流I’ 13in。
由CPU 17根據(jù)之前確定的輸入電流I’13in來調節(jié)為脈沖寬度調制所確定的脈沖間隔比。相應地，被輸送給電荷存儲器14的功率P’14in在ち與t2之間的時段內上升，但是不像這在第一實施例中情況(參見圖5b)那樣的程度。因此，電荷存儲器14處的電壓U14的高度漸進地接近額定值U，14Set，這在圖5a中示出。由于探測頭I可以在例如為U，14Set的60%的電壓U14下無問題地運行，因此對探測頭I的沒有問題的運行不起用作的是，電壓U14在純粹計算上未完全達到額定值U’14Srt。因此在第二實施例中，用于補充電能的時段被擴大，但是未低于電荷存儲器14處的所需的最小電壓U14min。對于在ち與t3之間的時段內出現(xiàn)ー個或多個檢測過程的情況，于是進行要導入到電壓轉換器中的輸入電流I’ 13in的相應自動重新調整，使得在這種情況下也不會低 于電荷存儲器14處的所需的最小電壓U14min。根據(jù)圖6a至6c不出了第三實施例。將電荷存儲器14的輸出電流脈沖I14tjut輸出給發(fā)送級15與第一實施例類似地進行、即根據(jù)圖3a進行。同樣，圖3b、3c以及此外近似地還有3d也可應用于第三實施例。施加在電壓轉換器13處的電壓U13in應相對于第一實施例保持不變，如在圖6a中示出的那樣。但是與前述實施例不同，現(xiàn)在將輸入功率P’ ’ 13in極短時間地設置為O (圖6b)或者短時間中斷所導入的輸入電流I’’13in的輸送。恰好在這些時刻，分別確定實際電壓U13in,使得在此在一定程度上測量電壓源12的空轉電壓。因此，這樣確定的電壓U13in是用于計算平均輸入電流I’’ 13in的高度或者由電壓轉換器13要從電壓源12抽取的平均輸入功率P’’ 13in的高度的基礎。這導致作為電壓源12的越來越弱的電池不直接由于電荷存儲器14的充電而引起崩潰。因為如果確定出負荷下的電壓U13in，則該電壓在作為電壓源12的電池弱的情況下低于空轉電壓。但是在電壓U13in較低的情況下，要導入的輸入電流I13in被較高地計算，并且CPU 17將會把電壓轉換器13操控為使得該電壓轉換器13將會從電壓源12抽取較高的輸入功率P13in。相應地，作為電壓源12的弱的電池將會快速地完全崩潰。通過根據(jù)第三實施例的方法，可以至少實現(xiàn)電壓源12的延遲的失靈，對于電壓源12再次恢復的情況，該方法甚至可以顯著延長作為電壓源12的電池的壽命。在其他方面,第三實施例基本上對應于兩個第一實施例。圖3a至6c中的圖示不是按比例的，而是應僅僅顯示定性的時間關系。
權利要求
1.ー種探測頭(I )，該探測頭(I)為了其能量供應而具有電壓源(12)，其中電壓源(12)與電壓轉換器(13)電連接，并且電壓轉換器(13)能夠由用于監(jiān)控輸入功率(P13in，P’13in，P’’ 13in)的裝置(17)來操控，其中在電壓轉換器(13)的輸出端處能夠生成電壓(U13rat),該電壓(U13tjut)高于電壓源(12)的輸出電壓(U12，U13in),其中此外能夠由電壓轉換器(13)以電的方式充電的電荷存儲器(14)與電壓轉換器(13)的輸出端電連接，其中該探測頭(I)被配置為使得 一輸出電流脈沖(I14tjut)能夠通過電荷存儲器(14)以所定義的時間間隔(T)輸出給負載(15)； 一能夠對于接下來的時間段(AT)確定在電荷存儲器(24)處要補充的平均功率(P14in，P 14in， P 14in); 一根據(jù)所確定的平均功率(p14in，p’14in，P’’14in)能夠確定由電壓轉換器(13)要從電壓源(12)抽取的平均輸入功率(P13in，P’13in，P’’13in)的高度，并且電壓轉換器(13)能夠由所述裝置(17)相應地操控。
2.根據(jù)權利要求I所述的探測頭(I)，其中負載(15)是發(fā)送級，使得能夠由所述發(fā)送級生成電磁信號(A, B)。
3.根據(jù)權利要求I所述的探測頭(1)，其中電壓轉換器(13)具有尤其是晶體管形式的開關(13. 3)，所述開關(13. 3)與用于監(jiān)控輸入功率(P13in，P’13in，P’’13in)的裝置(17)電連接。
4.根據(jù)權利要求I所述的探測頭(1)，其中該探測頭(I)包括用于確定施加在電壓轉換器(13)的輸入端處的電壓(U12，U13in)的電路。
5.根據(jù)權利要求I所述的探測頭(1)，其中該探測頭(I)包括用于確定施加在電荷存儲器(14)處的電壓(U14，U13out)的電路。
6.根據(jù)權利要求I所述的探測頭(1)，其中用于監(jiān)控輸入功率(P13in，P’13in，P’’13in)的裝置(17)包括用于確定施加在電壓轉換器(13)的輸入端處的電壓(U12，U13in)的電路和/或用于確定施加在電荷存儲器(14)處的電壓(U14，U13out)的電路。
7.ー種用于運行探測頭(I)的方法，該探測頭(I)為了其能量供應而具有電壓源(12)，其中電壓源(12)與電壓轉換器(13)電連接，并且電壓轉換器(13)由用于監(jiān)控輸入功率(P13in, P’ mn，P’’ 13in)的裝置(17)來操控，其中電壓轉換器(13)在其輸出端處生成高于電壓源(12)的輸出電壓(U12，U13in)的電壓(U，其中此外由電壓轉換器(13)以電的方式充電的電荷存儲器(14)與電壓轉換器(13)的輸出端電連接，其中 ー電荷存儲器(14)以所定義的時間間隔(T)將輸出電流脈沖(I14rat)輸出給負載(15); 一對于接下來的時間段(AT)確定要在電荷存儲器(14)處補充的平均功率(P14in，P 14in， P 14in); 一根據(jù)所確定的平均功率(p14in，p’14in，P’’14in)，確定由電壓轉換器(13)要從電壓源(12)抽取的平均輸入功率(P13in，P’13in，P’’13in)的高度，并且電壓轉換器(13)由所述裝置(17)相應地操控。
8.根據(jù)權利要求7所述的用于運行探測頭(I)的方法，其中確定施加在電壓轉換器(13)的輸入端處的電壓(U12，U13in),并且根據(jù)該施加的電壓(U12，U13in)以及平均輸入功率(P13in, P’ 13in, P’’ 13in)來確定由電壓轉換器(13)要從電壓源(12)抽取的輸入電流(I13in，I’ 13in，I’’ 13in)，并且電壓轉換器(13)由所述裝置(17)相應地操控，并且被供應所確定的輸入電流(I13in, I’ 13in，I” 13in)。
9.根據(jù)權利要求7所述的用于運行探測頭(I)的方法，其中確定施加在電荷存儲器(14)處的電壓(U14，U13()Ut)，基于此確定對于接下來的時間段(AT)在電荷存儲器(14)處要補充的平均功率(P14in，P’14in，P’’14in)。
10.根據(jù)權利要求7所述的用于運行探測頭(I)的方法，其中電壓轉換器(13)的操控借助于脈沖寬度調制或脈沖頻率調制來進行。
11.根據(jù)權利要求7所述的用于運行探測頭(I)的方法，其中根據(jù)關系ΛΤ=η·Τ對于時間段(Λ Τ)確定要在電荷存儲器(14)處補充的平均功率(P14in，P’ 14in, P’’ 14in)，其中η為大于或等于I的自然數(shù)。
12.根據(jù)權利要求7所述的用于運行探測頭(I)的方法，其中電壓轉換器(13)從電壓源(12)抽取的輸入電流(I13in，I’ 13in, I’’ 13in)在時間間隔(T)內在至少O. 75 · T的時段跨度上流動。
13.根據(jù)權利要求7所述的用于運行探測頭(I)的方法，其中電壓轉換器(13)從電壓源(12)抽取的輸入電流(I13in，I’ 13in, I’’ 13in)在時間間隔(T)內在至少O. 75 · T的時段跨度上保持恒定。
14.根據(jù)權利要求7所述的用于運行探測頭(I)的方法，其中電壓轉換器(13)從電壓源(12)抽取的電功率(P13in，P’ 13in, P’’ 13in)在時間間隔(T)內在至少O. 75 · T的時段跨度上保持恒定。
15.根據(jù)權利要求7所述的用于運行探測頭(I)的方法，其中所定義的時間間隔(T)是同樣大的。
16.根據(jù)權利要求7所述的用于運行探測頭(I)的方法，其中用于輸出下ー輸出電流脈沖(I14OUt)的時間間隔(T)是向負載(15)輸出輸出電流脈沖(I14tjut)的時段(τ )的至少10倍。
17.根據(jù)權利要求7所述的用于運行探測頭(I)的方法，其中負載(15)是發(fā)送級，使得由所述發(fā)送級生成電磁信號(Α，B)。
全文摘要
探測頭以及用于運行探測頭的方法。本發(fā)明涉及一種探測頭(1)，該探測頭(1)被配置為使得輸出電流脈沖(I14out)能夠通過電荷存儲器(14)以所定義的時間間隔(T)輸出給負載(15)。此外能夠對于接下來的時間段(ΔT)確定在電荷存儲器(24)處要補充的平均功率(P14in,P’14in,P’’14in)并且根據(jù)所確定的平均功率(P14in,P’14in,P’’14in)能夠確定由電壓轉換器(13)要從電壓源(12)抽取的平均輸入功率(P13in,P’13in,P’’13in)的高度。電壓轉換器(13)能夠由裝置(17)相應地操控。此外，本發(fā)明還涉及一種用于運行該探測頭的方法。
文檔編號G01B5/012GK102692170SQ20121007953
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權日2011年3月24日
發(fā)明者K.格勒爾 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司