改變檢測(cè)系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于在受到背景漂移的背景中檢測(cè)特定參數(shù)的改變和證明特定參數(shù)的改變合格的改變檢測(cè)系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括：傳感器（100），用于感測(cè)改變；累加器（300），用于以相對(duì)較短的周期的第一時(shí)間間隔來對(duì)感測(cè)到的改變進(jìn)行累加，并在每個(gè)第一時(shí)間間隔的末端提供指示相對(duì)于參考值的累加的改變的輸出；比較器（400），用于將累加器（300）的輸出與預(yù)定的改變合格條件進(jìn)行比較，和當(dāng)滿足改變合格條件時(shí)，提供指示合格的改變的輸出信號(hào)并將累加器（300）的輸出重置為參考值；以及補(bǔ)償器（500），用于在相對(duì)較長(zhǎng)的周期的第二時(shí)間間隔的末端處，如果累加器的輸出小于改變合格值則將累加器（300）的輸出向著參考值調(diào)節(jié)，從而至少部分對(duì)背景漂移進(jìn)行補(bǔ)償。
【專利說明】改變檢測(cè)系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改變檢測(cè)的系統(tǒng)和方法，尤其是涉及一種用于控制電氣設(shè)備的操作的改變檢測(cè)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，大多數(shù)改變檢測(cè)系統(tǒng)通過使用參數(shù)測(cè)量的方法來實(shí)現(xiàn)。已知的參數(shù)改變檢測(cè)系統(tǒng)的方法通常依賴于測(cè)量感測(cè)節(jié)點(diǎn)和固定參考值或閾值處的參數(shù)的強(qiáng)度之間的差異。在測(cè)量的差異超過閾值時(shí)，斷定檢測(cè)到合格的改變。所述方法的缺點(diǎn)包括有限的動(dòng)態(tài)范圍，局限于一次上電校準(zhǔn)或易受環(huán)境因素(諸如漂移或噪音)的干擾。
[0003]本發(fā)明通過提供新的或其他的改進(jìn)的改變檢測(cè)系統(tǒng)和方法想要減少或至少減輕所述缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種用于在受到背景漂移的背景中檢測(cè)特定參數(shù)的改變和證明特定參數(shù)的改變合格的改變檢測(cè)系統(tǒng)，該改變檢測(cè)系統(tǒng)包括:
[0005]傳感器，用于感測(cè)所述改變；
[0006]累加器，用于以相對(duì)較短的周期的第一時(shí)間間隔來對(duì)由所述傳感器感測(cè)到的所述改變進(jìn)行累加，并在每個(gè)第一時(shí)間間隔的末端提供指示相對(duì)于參考值的累加的改變的輸出；
[0007]比較器，用于將所述累加器的輸出與預(yù)定的改變合格條件進(jìn)行比較，當(dāng)滿足所述改變合格條件時(shí)，提供指示合格的改變的輸出信號(hào)并將所述累加器的輸出重置為參考值；以及
[0008]補(bǔ)償器，在相對(duì)較長(zhǎng)的周期的第二時(shí)間間隔的末端處，如果所述累加器的輸出小于改變合格值則將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)，從而至少部分對(duì)所述背景漂移進(jìn)行補(bǔ)償。
[0009]優(yōu)選地，所述比較器的輸出信號(hào)包括指示合格的改變的第一輸出信號(hào)和用于將所述累加器的輸出重置為參考值的第二輸出信號(hào)。
[0010]優(yōu)選地，所述補(bǔ)償器包括計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器用于對(duì)第二時(shí)間間隔計(jì)數(shù)，以及所述比較器的輸出信號(hào)還被安排為重置所述計(jì)時(shí)器以從開始對(duì)第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0011]還優(yōu)選地，所述比較器的輸出信號(hào)包括分開的輸出信號(hào)，以重置所述計(jì)時(shí)器，從而從開始對(duì)第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0012]還優(yōu)選地，所述計(jì)時(shí)器適于按照周期對(duì)第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)并當(dāng)重置時(shí)開始新的周期。
[0013]還優(yōu)選地，補(bǔ)償器包括交叉參考檢測(cè)器，用于跨過參考值來檢測(cè)累加器的輸出并作為響應(yīng)重置計(jì)時(shí)器來從開始對(duì)第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0014]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述累加器適于具有其自己的輸出，所述輸出相對(duì)于參考值以一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的單元值指示累加的改變。
[0015]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述補(bǔ)償器適于將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)預(yù)定的單元值。
[0016]更優(yōu)選地，所述補(bǔ)償器適于將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)一個(gè)所述預(yù)定的單元值。
[0017]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述改變檢測(cè)系統(tǒng)包括提供在傳感器與累加器之間的信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器用于將由傳感器感測(cè)的所述改變從第一形式轉(zhuǎn)換成用于由所述累加器操作的第二形式。
[0018]更優(yōu)選地，所述傳感器適于輸出模擬信號(hào)，以及所述信號(hào)處理器適于將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于由所述累加器操作的數(shù)字信號(hào)。
[0019]進(jìn)一步更優(yōu)選地，所述信號(hào)處理器包括頻率跟蹤環(huán)路。
[0020]還進(jìn)一步更優(yōu)選地，所述頻率跟蹤環(huán)路包括連接到第一頻率除法器的感測(cè)振蕩器，該感測(cè)振蕩器用于從傳感器接收信號(hào)，還包括連接到第二頻率除法器的參考振蕩器、提供輸出以及頻率除法器所連接到的頻率檢測(cè)器和從輸出到頻率除法器中的一個(gè)頻率除法器以用于調(diào)節(jié)所述一個(gè)頻率除法器從而使得其輸出與另一個(gè)頻率除法器的輸出基本上相匹配的反饋路徑。
[0021]還進(jìn)一步更優(yōu)選地，所述第一頻率除法器是可變頻率除法器，以及所述第二頻率除法器是固定頻率除法器。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種用于在受到背景漂移的背景中檢測(cè)特定參數(shù)的改變和證明特定參數(shù)的改變合格的方法，該方法包括:
[0023]提供傳感器，該傳感器用于感測(cè)所述改變；
[0024]提供累加器，該累加器用于以相對(duì)較短的周期的第一時(shí)間間隔來對(duì)由所述傳感器感測(cè)到的所述改變進(jìn)行累加，并在每個(gè)第一時(shí)間間隔的末端提供指示相對(duì)于參考值的累加的改變的輸出；
[0025]提供比較器，該比較器用于將所述累加器的輸出與預(yù)定的改變合格條件進(jìn)行比較，以及當(dāng)滿足所述改變合格條件時(shí)，提供指示合格的改變的輸出信號(hào)并將所述累加器的輸出重置為參考值；以及
[0026]提供補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器在相對(duì)較長(zhǎng)的周期的第二時(shí)間間隔的末端處，如果所述累加器的輸出小于改變合格值則將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)，從而至少部分對(duì)所述背景漂移進(jìn)行補(bǔ)償。
[0027]優(yōu)選地，所述改變檢測(cè)方法包括在所述比較器的輸出信號(hào)中提供指示合格的改變的第一輸出信號(hào)和用于將所述累加器的輸出重置為參考值的第二輸出信號(hào)。
[0028]優(yōu)選地，所述改變檢測(cè)方法包括在所述補(bǔ)償器提供計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器用于對(duì)第二時(shí)間間隔計(jì)數(shù)，以及將所述比較器的輸出信號(hào)安排為還重置所述計(jì)時(shí)器以從開始對(duì)第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0029]還優(yōu)選地，所述改變檢測(cè)方法包括在所述比較器的輸出信號(hào)中提供分開的輸出信號(hào)，以重置所述計(jì)時(shí)器，從而從開始對(duì)所述第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0030]還優(yōu)選地，所述改變檢測(cè)方法包括使用所述計(jì)時(shí)器來按照周期對(duì)第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)并當(dāng)重置時(shí)開始新的周期。[0031]還優(yōu)選地，所述改變檢測(cè)方法包括在所述補(bǔ)償器中提供交叉參考檢測(cè)器，該交叉參考檢測(cè)器用于跨過所述參考值來檢測(cè)所述累加器的輸出并作為響應(yīng)重置所述計(jì)時(shí)器來從開始對(duì)第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0032]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述改變檢測(cè)方法包括使所述累加器適于具有其自己的輸出，所述輸出相對(duì)于參考值以一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的單元值指示累加的改變。
[0033]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述改變檢測(cè)方法包括使所述補(bǔ)償器適于將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)預(yù)定的單元值。
[0034]更優(yōu)選地，所述改變檢測(cè)方法包括使得所述補(bǔ)償器適于將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)一個(gè)所述預(yù)定的單元值。
[0035]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述改變檢測(cè)方法包括在所述傳感器與累加器之間提供信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器用于將由所述傳感器感測(cè)的所述改變從第一形式轉(zhuǎn)換成用于由所述累加器操作的第二形式。
[0036]更優(yōu)選地，所述改變檢測(cè)方法包括使所述傳感器適于輸出模擬信號(hào)，以及使所述信號(hào)處理器適于將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于由所述累加器操作的數(shù)字信號(hào)。
[0037]進(jìn)一步更優(yōu)選地，所述信號(hào)處理器包括頻率跟蹤環(huán)路。
[0038]還進(jìn)一步更優(yōu)選地，所述頻率跟蹤環(huán)路包括連接到第一頻率除法器的感測(cè)振蕩器，該感測(cè)振蕩器用于從所述傳感器接收信號(hào)，還包括連接到第二頻率除法器的參考振蕩器、提供輸出以及所述頻率除法器所連接到的頻率檢測(cè)器和從輸出到頻率除法器中的一個(gè)頻率除法器以用于調(diào)節(jié)所述一個(gè)頻率除法器從而使得其輸出與另一個(gè)頻率除法器的輸出基本上相匹配的反饋路徑。
[0039]還進(jìn)一步更優(yōu)選地，所述第一頻率除法器是可變頻率除法器，以及所述第二頻率除法器是固定頻率除法器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]現(xiàn)在將僅通過示例的方式，參考附圖來更加具體地描述本發(fā)明，其中:
[0041]圖1是根據(jù)本發(fā)明的改變檢測(cè)系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式的示意性功能框圖，所述系統(tǒng)包括累加器、補(bǔ)償器和比較器；
[0042]圖2是圖1的累加器的示意性功能框圖；
[0043]圖2A-1至2A-4是圖2的累加器的各個(gè)輸入和輸出處的信號(hào)的示意性波形圖；
[0044]圖3是圖1的補(bǔ)償器的示意性功能框圖；
[0045]圖4是圖1的補(bǔ)償器的示意性功能框圖；
[0046]圖4A-1和圖4A-2是圖4的補(bǔ)償器的輸入和輸出處的信號(hào)的示意性波形圖；
[0047]圖5是圖1的改變檢測(cè)系統(tǒng)和方法的信號(hào)處理器的示意性功能框圖；以及
[0048]圖5A-1和圖5A-2是圖5的信號(hào)處理器的輸入和輸出處的信號(hào)的示意性波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]參考附圖，示出了根據(jù)改變檢測(cè)方法并實(shí)施本發(fā)明的用于在受到背景漂移的背景中檢測(cè)特定參數(shù)的改變和證明特定參數(shù)的改變合格的改變檢測(cè)系統(tǒng)。通過提連接在一起的供傳感器100、信號(hào)處理器200、累加器300、比較器400和補(bǔ)償器500以形成圖1所示的電路來建立該改變檢測(cè)系統(tǒng)。通過其來檢測(cè)改變和證明改變合格的參數(shù)可以是任何合適的物理參數(shù)，諸如電壓、電流、光亮、壓力、磁場(chǎng)、電阻、電容、電感和熱量等。改變檢測(cè)系統(tǒng)和方法可以用于控制電氣設(shè)備的操作，諸如利用位于燈基座上的傳感器100來開啟和關(guān)閉臺(tái)燈。
[0050]是通常規(guī)定的感測(cè)節(jié)點(diǎn)的傳感器100可以采用以下各種形式中的一者，諸如電線(螺線或絕緣的銅線)、導(dǎo)線環(huán)路或線圈、PCB跡或圖案等。傳感器100用于通過參考其攜帶的并在其輸出101處呈現(xiàn)的信號(hào)來感測(cè)或獲得改變，所述信號(hào)然后被反饋到累加器300并被累加器300接收以用于操作，然后由信號(hào)處理器200處理成合適的形式。
[0051]傳感器100，和任何電氣導(dǎo)體一樣，一般從周圍的環(huán)境(所謂的背景信號(hào))中獲得和攜帶通常非常弱的但是可以檢測(cè)到的電磁性質(zhì)的電信號(hào)。背景信號(hào)總是通過背景漂移和/或累加的系統(tǒng)錯(cuò)誤噪聲而受到連續(xù)的小改變，當(dāng)在附近的環(huán)境中存在通過尤其是由諸如人的指頭的另一個(gè)信號(hào)載體的接近或隨后的離開引起的附近環(huán)境中的突然改變時(shí)，還有突變或瞬間的改變，該突變或瞬間的改變更明顯。在上述瞬間的改變的情況下，由傳感器100生成的信號(hào)瞬間改變其頻率或頻率的圖案，以及在傳感器的輸出101處呈現(xiàn)的該改變由信號(hào)處理器200處理和轉(zhuǎn)換成改變信號(hào)Λ IN。
[0052]信號(hào)處理器200具有輸出201和包括數(shù)字輸出電路(例如，頻率檢測(cè)器)208，該數(shù)字輸出電路208在輸出201處提供一比特?cái)?shù)字信號(hào)，該一比特?cái)?shù)字信號(hào)為改變?chǔ)?IN。一比特?cái)?shù)字形式的改變?chǔ)│梢詾镮或0，1代表以一個(gè)方向的改變(例如，頻率的增加)，0代表以相反方向的改變(例如，頻率的減少)或沒有改變(即，在頻率上沒有改變)，參見圖2Α-1和5Α-2。
[0053]累加器300是數(shù)字電路，該數(shù)字電路以相對(duì)較短的周期的預(yù)定的第一時(shí)間間隔Tl(被稱為檢測(cè)期間(period)或周期(cycles))接收和累加由傳感器100感測(cè)的改變?chǔ)?IN，然后在其輸出301處在每個(gè)第一時(shí)間間隔Tl或檢測(cè)周期的末端提供指示相對(duì)于參考值的累加的改變I的信號(hào)。可以是信號(hào)處理器200的一部分的振蕩器以例如用于累加器的檢測(cè)和累加操作的256Hz的頻率來生成時(shí)鐘信號(hào)，從而時(shí)間間隔Tl大約為4ms。累加器300的輸出301被編程為例如“10000000”的初始參考值作為二進(jìn)制形式的字節(jié)值，所述初始參考值也是在上電或重置累加器300時(shí)的值。
[0054]通過累加改變?chǔ)?IN,累加器300具有其輸出信號(hào),所述輸出信號(hào)表不在每個(gè)檢測(cè)周期中在一個(gè)方向上改變的累加的改變§，例如，對(duì)于“ I ”的每個(gè)改變△ IN增加，或在相反方向上改變的累加的改變I，例如，對(duì)于“O”的每個(gè)改變?chǔ)?IN減少。累加器300存儲(chǔ)值，即，累加的改變§，其以初始參考值開始并在時(shí)間過程中根據(jù)改變△ IN來改變。在可替換的模擬系統(tǒng)中，累加器300是集成電路。
[0055]更具體地，累加的改變§將對(duì)于“ I ”的每個(gè)改變?chǔ)?IN增加一級(jí)，或?qū)τ凇癘”的每個(gè)改變?chǔ)│瓬p少一級(jí)?？梢栽趫D2Α-4中看到示出了相對(duì)于時(shí)間(即，X軸)關(guān)于參考值(即，在I軸上的值零)的累加的改變△ IN的變化的產(chǎn)生的波形。所述一級(jí)具有沿I軸的恒定的高度或值，以及其表示預(yù)定的單元值，累加的改變i相對(duì)于參考值以一個(gè)或多個(gè)單元值改變。
[0056]在一般的環(huán)境中，當(dāng)一部分由背景和系統(tǒng)噪音所引起的背景漂移可以認(rèn)為是隨機(jī)的時(shí)，其通常保持在小的范圍內(nèi)。所`以，由累加器300存儲(chǔ)的累加的改變§一般關(guān)于參考值在小的范圍內(nèi)擺動(dòng)，例如，在參考值以上或以下兩級(jí)(圖2A-4)。[0057]參考累加器400，其是具有一對(duì)第一和第二輸出401和402的另一個(gè)數(shù)字電路，所述第一和第二輸出可以是來自公共輸出的兩個(gè)路徑。比較器400被編程為將累加器300的輸出301處的累加的改變§與預(yù)定的改變合格條件進(jìn)行比較。當(dāng)改變合格條件滿足時(shí)，比較器400將在其第一輸出401處提供指示正在識(shí)別的合格的改變的輸出信號(hào)，以及將要經(jīng)由第二輸出402在累加器300的輸出301處將值(即，累加的改變g)重置回初始參考值“10000000”。
[0058]在該特定的實(shí)施方式中，預(yù)定的改變合格條件是從參考值“ 10000000”(即，預(yù)定的范圍)增加(即，以一個(gè)通常規(guī)定的方向的改變)或減少(即，以相反的方向的改變)三個(gè)上述的級(jí)。由第一比較電路403檢測(cè)為增加來檢測(cè)條件，以及由第二比較電路404為減少來檢測(cè)條件，通過OR (或)門405來將其所述第一比較電路和第二比較電路的輸出組合以觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，該單穩(wěn)態(tài)電路轉(zhuǎn)而在輸出401和402處提供輸出信號(hào)以指示合格的改變的檢測(cè)以及重置累加器300。單穩(wěn)態(tài)電路406用于制約輸出并維持輸出穩(wěn)定。
[0059]通常指示用戶手指接近傳感器100 (例如，在臺(tái)燈的基座上)的第一輸出401處的合格的改變條件可以用于照明電路中，從而開啟和關(guān)閉燈。
[0060]圖4A-1中 ，增加三級(jí)的改變合格條件在時(shí)間tl處滿足，以及在隨后的時(shí)間t2處檢測(cè)到減少三級(jí)的改變合格條件，由此在每個(gè)情況中累加的改變S瞬間重置到零(即，初始參考值“10000000”)。圖4A — 2將輸出401和402處的輸出信號(hào)顯示為第一瞬間的正脈沖和第二瞬間的負(fù)脈沖。
[0061]通過其輸出301被重置為初始參考值“10000000”，累加器300將改變的或新的條件作為背景，或者被初始化，以及從而準(zhǔn)備用于從所述背景檢測(cè)下一個(gè)改變。該行為將合格的改變作為背景和連續(xù)地延伸本主題的改變檢測(cè)系統(tǒng)和方法的動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍。
[0062]如果從用戶的手指接近傳感器100引起第一改變，則可能由手指隨后的離開引起接下來的改變，該改變也可以由本主題的改變檢測(cè)系統(tǒng)和方法來檢測(cè)，如圖4A-1和4A-2中的波形所示。在某個(gè)段的時(shí)間周期內(nèi)的所述雙合格的改變可以作為來自用戶的用于操作電氣設(shè)備的確認(rèn)的信號(hào)。
[0063]現(xiàn)在參考補(bǔ)償器500，其具有輸出501、計(jì)時(shí)器502、暫停電路503和交叉參考檢測(cè)器504。計(jì)時(shí)器502對(duì)相對(duì)長(zhǎng)的周期(例如，500ms)的預(yù)定的第二時(shí)間間隔T2進(jìn)行計(jì)數(shù)，所述第二時(shí)間間隔的到期被安排為觸發(fā)暫停電路503以在輸出501處提供信號(hào)C。信號(hào)6用作暫停信號(hào)，該暫停信號(hào)被反饋以重置計(jì)數(shù)器，從而其再?gòu)拈_始(即，從下一個(gè)計(jì)數(shù)周期開始)對(duì)時(shí)間間隔T2進(jìn)行計(jì)數(shù)。在沒有檢測(cè)到合格的改變的一般的環(huán)境中，將以2Hz的頻率(對(duì)應(yīng)于500ms的周期)周期性地重復(fù)時(shí)間間隔T2，其可以稱為更新周期。
[0064]在補(bǔ)償器輸出501也連接到累加器300的情況下的信號(hào)O的最主要的使用，在累加的改變I小于或保持小于預(yù)定的改變合格值(即，三級(jí))或還沒有檢測(cè)到合格的改變時(shí)，要在當(dāng)前的或每個(gè)涉及的時(shí)間間隔T2內(nèi)(B卩，在500ms的預(yù)定的時(shí)間周期上)將存儲(chǔ)在累加器300中的累加的改變i(顯現(xiàn)在其輸出301處)向著參考值調(diào)節(jié)一級(jí)(其是和上面所述相同的級(jí))。
[0065]由信號(hào)0的調(diào)節(jié)用來提供對(duì)背景漂移的至少部分補(bǔ)償，雖然一般較小的所述背景漂移可以是相對(duì)長(zhǎng)期(例如，幾個(gè)小時(shí))的主要由大氣條件(即，溫度、濕度和/或壓力)中的改變引起的改變或變化。調(diào)節(jié)使得累加器300中存儲(chǔ)的值逐漸地(例如，一級(jí))靠近主要的背景條件，即，背景調(diào)節(jié)，從而使得累加器300能為了最優(yōu)的操作適應(yīng)背景漂移或噪音。所以，信號(hào)C也被稱為補(bǔ)償信號(hào)C。
[0066]除了上述暫停以外，還有兩種在其中執(zhí)行計(jì)時(shí)器502的重置的條件。
[0067]首先，當(dāng)檢測(cè)到合格的改變時(shí)，在其第二輸出也連接到計(jì)時(shí)器502的情況下，比較器400將計(jì)時(shí)器502重置以開始下一個(gè)計(jì)數(shù)周期，在和相同的輸出402相同的時(shí)間重置或恢復(fù)累加器輸出301 (即，累加的改變§)成初始參考值“10000000”，即，背景初始化?；謴?fù)累加器300的重置信號(hào)可以作為背景初始化信號(hào)INIT_BG，其也在累加器500中重置計(jì)時(shí)器502。
[0068]第二，在跨過和/或達(dá)到初始參考值的累加器輸出301檢測(cè)到累加的改變i時(shí)，交叉參考檢測(cè)器504將重置計(jì)時(shí)器502以開始下一個(gè)計(jì)數(shù)周期。在所述兩個(gè)條件中，在累加器從關(guān)于大概初始狀態(tài)(即，其存儲(chǔ)的值正達(dá)到或剛跨過參考值“ 10000000”)重新開始時(shí)，計(jì)時(shí)器501應(yīng)該也重新開始新的計(jì)數(shù)周期以最大化補(bǔ)償器500的效果。
[0069]根據(jù)上面所述，補(bǔ)償器500連續(xù)監(jiān)控累加器300的輸出301 (即，累加的改變§)并確定是否以及合適需要背景調(diào)節(jié)，然后執(zhí)行背景調(diào)節(jié)。
[0070]對(duì)于電路設(shè)計(jì)，累加器300包括可逆計(jì)數(shù)器302，該可逆計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)累加的改變S并具有用作累加器輸出301的輸出、一對(duì)分別控制計(jì)數(shù)器302的正向和反向(計(jì)數(shù))輸入的多路復(fù)用器303和304、和在輸出301監(jiān)控累加的改變I的比較器電路305。計(jì)數(shù)器302具有連接到補(bǔ)償器輸出402的重置引腳，用于由背景初始化信號(hào)INIT_BG在檢測(cè)到合格的改變時(shí)進(jìn)行重置。如果累加的改變S大于或等于初始參考值，補(bǔ)償器電路305將輸出邏輯“1”，或者如果累加的改變i小于初始參考值，將輸出邏輯“O”。
[0071]多路復(fù)用器303和304被安排為一般將傳感器100 (B卩，改變?chǔ)?IN)的輸出傳遞到計(jì)數(shù)器302，或偶爾在由來自補(bǔ)償器500的補(bǔ)償信號(hào)觸發(fā)時(shí)傳遞補(bǔ)償器電路305的輸出。
[0072]在每個(gè)檢測(cè)周期期間，多路復(fù)用器304和305傳遞改變?chǔ)?IN以觸發(fā)計(jì)數(shù)器302來對(duì)于“ I ”改變?chǔ)?IN計(jì)數(shù)加I，或?qū)τ凇?O ”改變?chǔ)?IN計(jì)數(shù)減I (圖2Α-1和2Α-4 )。從而，可逆計(jì)數(shù)器302參考時(shí)間間隔Tl (即，檢測(cè)周期)被時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，以及對(duì)于每個(gè)時(shí)間間隔Tl計(jì)數(shù)器302根據(jù)顯現(xiàn)在其正向或逆向輸入處的信號(hào)來正向或反向計(jì)數(shù)。該操作將對(duì)于累加器300周期性重復(fù)，以從傳感器100收集信息，直到達(dá)到補(bǔ)償信號(hào)<6(圖2Α-2)。
[0073]當(dāng)達(dá)到時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，即，補(bǔ)償信號(hào)C，比較電路305對(duì)計(jì)數(shù)器的正向和逆向輸入短暫地進(jìn)行控制，并調(diào)節(jié)計(jì)數(shù)器地存儲(chǔ)的累加的改變§(圖2Α-4)。如果累加的改變§大于或等于初始參考值時(shí)，比較器電路305將觸發(fā)計(jì)數(shù)器302計(jì)數(shù)減1，或者如果累加的改變S小于初始參考值時(shí)，計(jì)數(shù)加1，從而將累加的改變S向著參考值靠近調(diào)節(jié)一級(jí)。該操作將在沒有上述合格的改變的情況下在暫停時(shí)進(jìn)行。
[0074]當(dāng)檢測(cè)到合格的改變時(shí)，背景初始化信號(hào)INIT_BG (圖2A_3)將重置計(jì)數(shù)器302以具有零存儲(chǔ)值，即，零累加的改變I ,由此累加器300將基于新的狀態(tài)繼續(xù)操作。
[0075]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到用于處理傳感器100的輸出的處理器200，其本質(zhì)上是頻率跟蹤環(huán)路。對(duì)于電路設(shè)計(jì)，有連接到可變頻率除法器203的感測(cè)振蕩器202、連接到固定頻率除法器206的參考振蕩器205、以及提供輸出201和兩個(gè)頻率除法器203和206其輸出連接到的頻率檢測(cè)器(即，數(shù)字輸出電路)208。輸出201處的信號(hào)經(jīng)由從輸出201延伸到可變頻率除法器203的反饋路徑209反饋以用于調(diào)節(jié)可變頻率除法器。[0076]感測(cè)振蕩器202將由傳感器100感測(cè)的物理參數(shù)(諸如該實(shí)施方式中的電容)轉(zhuǎn)換成隨著感興趣的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的瞬時(shí)改變而單向改變的頻率。各個(gè)形式的振蕩器，包括RC、LC、LRC或具有用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行充電/放電或激勵(lì)傳感器100處的電感的恒定電流源的振蕩器，是該感測(cè)振蕩器202的可能備選。
[0077]可變頻率除法器203將感測(cè)振蕩器202的輸出劃分以創(chuàng)建輸出頻率204“Fv+ Δ Fv"用于頻率檢測(cè)器208檢測(cè)，所述輸出頻率隨著傳感器100處的物理參數(shù)而改變。該頻率除法器203的除數(shù)將基于反饋信號(hào)經(jīng)由路徑209隨著頻率檢測(cè)器208的輸出(在201)而改變，從而驅(qū)動(dòng)“Fv+Λ Fv”基本上匹配或平均匹配固定頻率除法器206的輸出頻率207 “Fr+Λ Fr”，由此執(zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn)操作。輸出頻率“Fv+AFv”可以是上述確定時(shí)間間隔Tl的256Hz時(shí)鐘信號(hào)，或可以包括上述265Hz時(shí)鐘信號(hào)。
[0078]參考振蕩器205可以是RC振蕩器、LC振蕩器、LRC振蕩器、受控電流源振蕩器或水晶振蕩器等。固定頻率除法器206使用參考振蕩器205的輸出作為輸入并將其分成某固定數(shù)目以產(chǎn)生頻率檢測(cè)器208的“Fr+ Λ Fr”以與“Fv+ Δ Fv”進(jìn)行比較。
[0079]頻率檢測(cè)器208比較“Fv+Λ Fv”和“Fr+Λ Fr”，并在輸出201產(chǎn)生信號(hào)，所述信號(hào)表示“Fv+AFv”和“Fr+AFr”之間的差。頻率檢測(cè)器208的輸出信號(hào)(在201)可以是全數(shù)值差，或者只是指示“Fv+AFv”頻率204是高于還是低于“Fr+AFr”的符號(hào)比特。輸出信號(hào)從而處理指示在傳感器100處的瞬時(shí)改變量的信息。該信號(hào)還正被用作用于證明傳感器100感測(cè)的改變合格的輸入。
[0080]利用該處理技術(shù)，信號(hào)處理器200將傳感器100感測(cè)的改變轉(zhuǎn)換成其輸出201處的信號(hào)，以提供指示改變量的信息，同時(shí)可變頻率除法器203將補(bǔ)償背景漂移和系統(tǒng)噪聲
坐寸ο
[0081]應(yīng)該注意，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也能夠在參考振蕩器側(cè)和固定振蕩器側(cè)使用可變頻率除法器。在參考側(cè)使用可變頻率除法器具有進(jìn)一步的郵電，其中多個(gè)可變頻率除法器可以用于多點(diǎn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，其中對(duì)于每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)一個(gè)可變頻率除法器，以用于檢測(cè)相同的物理參數(shù)或者甚至不同的物理參數(shù)?；蛘?，在使用可受載頻率除法器的情況下，能夠?qū)τ诰哂姓粫r(shí)間多路復(fù)用的多點(diǎn)檢測(cè)的每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)具有一個(gè)除法器值。
[0082]還應(yīng)該注意的是，作為具有除數(shù)等于“I”的特定情況，固定頻率除法器可以去除以及操作原理仍然保持。
[0083]上述一起使用頻率跟蹤環(huán)路和瞬時(shí)改變合格技術(shù)提供了簡(jiǎn)單且容易集成的高性能瞬時(shí)改變檢測(cè)器。用作參考的固定頻率振蕩器205的精度變少，因?yàn)樯鲜鲎詣?dòng)校準(zhǔn)操作連續(xù)消除尤其是由傳統(tǒng)方法中的參考固定振蕩器205的缺點(diǎn)引起的累積的系統(tǒng)噪聲效應(yīng)。
[0084]可以理解，根據(jù)如何生成該時(shí)鐘信號(hào)，上述第一時(shí)間間隔Tl可以是規(guī)律的，或者可以是不規(guī)律的。例如，在時(shí)間間隔Tl通過感測(cè)振蕩器202生成的情況下，其是不規(guī)律的。
[0085]應(yīng)該注意的是，單端傳感器或感測(cè)節(jié)點(diǎn)可以應(yīng)用到附近或觸摸感測(cè)等。不同的感測(cè)節(jié)點(diǎn)可以應(yīng)用到附近、觸摸、介電感測(cè)等。例如，可以用不同的電容感測(cè)來執(zhí)行在適當(dāng)精確的目標(biāo)區(qū)域上的非傳導(dǎo)管內(nèi)的流體/氣體接口流的感測(cè)。單端傳感器也可以用于流體檢測(cè)。
[0086]可以想象，所述的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，諸如級(jí)或級(jí)數(shù)或單元值以及檢測(cè)周期和更新周期的頻率和其相關(guān)的周期，僅僅是作為該特定實(shí)施方式中的示例的方式而被描述。所述數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)的選擇基于電路設(shè)計(jì)、物理參數(shù)選擇的本質(zhì)、要使用的背景或環(huán)境以及所需的靈敏度或響應(yīng)性等按照需要或者所理解的來改變。從而，當(dāng)如上所述預(yù)定的改變合格值被選擇為三級(jí)時(shí)，在不同的實(shí)施方式中能夠通過參考不同的級(jí)數(shù)(例如，兩級(jí))來斷定合格的改變。
[0087]本發(fā)明的改變檢測(cè)系統(tǒng)和方法并入了連續(xù)的背景漂移和/或噪聲補(bǔ)償、連續(xù)的自動(dòng)校準(zhǔn)和實(shí)際上無限的動(dòng)態(tài)范圍，適于在寬范圍的感測(cè)產(chǎn)品中使用，所述感測(cè)產(chǎn)品包括但不限于電容傳感器和流體傳感器。從而，改變檢測(cè)系統(tǒng)或方法具有以下優(yōu)點(diǎn)，即通常其消除了或至少很大地減輕了背景漂移和系統(tǒng)噪聲的影響，以及改善了瞬時(shí)改變檢測(cè)的動(dòng)態(tài)范圍。
[0088]僅通過示例的方式給出了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對(duì)所述的實(shí)施方式做出各種其他的修改和/或改變。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在受到背景漂移的背景中檢測(cè)特定參數(shù)的改變和證明特定參數(shù)的改變合格的改變檢測(cè)系統(tǒng)，該改變檢測(cè)系統(tǒng)包括: 傳感器，該傳感器用于感測(cè)所述改變； 累加器，該累加器用于以相對(duì)較短的周期的第一時(shí)間間隔來對(duì)由所述傳感器感測(cè)到的所述改變進(jìn)行累加，并在每個(gè)第一時(shí)間間隔的末端提供指示相對(duì)于參考值的累加的改變的輸出； 比較器，該比較器用于將所述累加器的輸出與預(yù)定的改變合格條件進(jìn)行比較，和當(dāng)滿足所述改變合格條件時(shí)，提供指示合格的改變的輸出信號(hào)并將所述累加器的輸出重置為參考值；以及 補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器用于:在相對(duì)較長(zhǎng)的周期的第二時(shí)間間隔的末端處，如果所述累加器的輸出小于改變合格值則將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)，從而至少部分對(duì)所述背景漂移進(jìn)行補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述比較器的輸出信號(hào)包括指示合格的改變的第一輸出信 號(hào)和用于將所述累加器的輸出重置為所述參考值的第二輸出信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述補(bǔ)償器包括計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器用于對(duì)所述第二時(shí)間間隔計(jì)數(shù)，以及所述比較器的輸出信號(hào)還被安排為重置所述計(jì)時(shí)器以從開始對(duì)所述第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述比較器的輸出信號(hào)包括分開的輸出信號(hào)，該分開的輸出信號(hào)用于重置所述計(jì)時(shí)器，從而從開始對(duì)所述第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述計(jì)時(shí)器適于按照周期對(duì)所述第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)并當(dāng)重置時(shí)開始新的周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述補(bǔ)償器包括交叉參考檢測(cè)器，該交叉參考檢測(cè)器用于跨過所述參考值來檢測(cè)所述累加器的輸出并作為響應(yīng)重置所述計(jì)時(shí)器來從開始對(duì)所述第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述累加器適于具有其自己的輸出，該輸出相對(duì)于所述參考值以一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的單元值指示所述累加的改變。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述補(bǔ)償器適于將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)預(yù)定的單元值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述補(bǔ)償器適于將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)一個(gè)所述預(yù)定的單元值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，所述改變檢測(cè)系統(tǒng)包括提供在所述傳感器與所述累加器之間的信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器用于將由所述傳感器感測(cè)的所述改變從第一形式轉(zhuǎn)換成用于由所述累加器操作的第二形式。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述傳感器適于輸出模擬信號(hào)，以及所述信號(hào)處理器適于將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于由所述累加器操作的數(shù)字信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述信號(hào)處理器包括頻率跟蹤環(huán)路。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述頻率跟蹤環(huán)路包括連接到第一頻率除法器的感測(cè)振蕩器，該感測(cè)振蕩器用于從所述傳感器接收信號(hào)，所述頻率跟蹤環(huán)路還包括連接到第二頻率除法器的參考振蕩器、提供輸出以及頻率除法器所連接到的頻率檢測(cè)器和從所述輸出到所述頻率除法器中的一個(gè)頻率除法器以用于調(diào)節(jié)所述一個(gè)頻率除法器從而使得其輸出與另一個(gè)頻率除法器的輸出實(shí)質(zhì)上相匹配的反饋路徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的改變檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述第一頻率除法器是可變頻率除法器，以及所述第二頻率除法器是固定頻率除法器。
15.一種用于在受到背景漂移的背景中檢測(cè)特定參數(shù)的改變和證明特定參數(shù)的改變合格的方法，該方法包括: 提供傳感器，該傳感器用于感測(cè)所述改變； 提供累加器，該累加器用于以相對(duì)較短的周期的第一時(shí)間間隔來對(duì)由所述傳感器感測(cè)到的所述改變進(jìn)行累加，并在每個(gè)第一時(shí)間間隔的末端提供指示相對(duì)于參考值的累加的改變的輸出； 提供比較器，該比較器用于將所述累加器的輸出與預(yù)定的改變合格條件進(jìn)行比較，以及當(dāng)滿足所述改變合格條件時(shí)，提供指示合格的改變的輸出信號(hào)并將所述累加器的輸出重置為參考值；以及 提供補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器用于:在相對(duì)較長(zhǎng)的周期的第二時(shí)間間隔的末端處，如果所述累加器的輸出小于改變合格值則將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)，從而至少部分對(duì)所述背景漂移進(jìn)行補(bǔ)償。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的改變檢測(cè)方法，該改變檢測(cè)方法包括在所述比較器的輸出信號(hào)中提供指示合格的改變的第一輸出信號(hào)和用于將所述累加器的輸出重置為所述參考值的第二輸出信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的改變檢測(cè)方法，該改變檢測(cè)方法包括在所述補(bǔ)償器提供計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器用于對(duì)第二時(shí)間間隔計(jì)數(shù)，以及將所述比較器的輸出信號(hào)安排為還重置所述計(jì)時(shí)器以從開始對(duì)所述第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的改變檢測(cè)方法，該改變檢測(cè)方法包括在所述比較器的輸出信號(hào)中提供分開的輸出信號(hào)，所述分開的輸出信號(hào)用于重置所述計(jì)時(shí)器，從而從開始對(duì)所述第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的改變檢測(cè)方法，該改變檢測(cè)方法包括使用所述計(jì)時(shí)器來按照周期對(duì)所述第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)并當(dāng)重置時(shí)開始新的周期。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的改變檢測(cè)方法，該改變檢測(cè)方法包括在所述補(bǔ)償器中提供交叉參考檢測(cè)器，該交叉參考檢測(cè)器用于跨過所述參考值來檢測(cè)所述累加器的輸出并作為響應(yīng)重置所述計(jì)時(shí)器來從開始對(duì)所述第二時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求15-20中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的改變檢測(cè)方法，該改變檢測(cè)方法包括使所述累加器適于具有其自己的輸出，該輸出相對(duì)于所述參考值以一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的單元值指示累加的改變。
22.根據(jù)權(quán)利要求15-20中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的改變檢測(cè)方法，該改變檢測(cè)方法包括使所述補(bǔ)償器適于將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)預(yù)定的單元值。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的改變檢測(cè)方法，該改變檢測(cè)方法包括使得所述補(bǔ)償器適于將所述累加器的輸出向著所述參考值調(diào)節(jié)一個(gè)所述預(yù)定的單元值。
24.根據(jù)權(quán)利要求15-20中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的改變檢測(cè)方法，該改變檢測(cè)方法包括在所述傳感器與所述累加器之間提供信號(hào)處理器，該信號(hào)處理器用于將由所述傳感器感測(cè)的所述改變從第一形式轉(zhuǎn)換成用于由所述累加器操作的第二形式。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的改變檢測(cè)方法，該改變檢測(cè)方法包括使所述傳感器適于輸出模擬信號(hào)，以及使所述信號(hào)處理器適于將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于由所述累加器操作的數(shù)字信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的改變檢測(cè)方法，其中所述信號(hào)處理器包括頻率跟蹤環(huán)路。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的改變檢測(cè)方法，其中所述頻率跟蹤環(huán)路包括連接到第一頻率除法器的感測(cè)振蕩器，該感測(cè)振蕩器用于從所述傳感器接收信號(hào)，所述頻率跟蹤環(huán)路還包括連接到第二頻率除法器的參考振蕩器、提供輸出以及頻率除法器所連接到的頻率檢測(cè)器和從輸出到所述頻率除法器中的一個(gè)頻率除法器以用于調(diào)節(jié)所述一個(gè)頻率除法器從而使得其輸出與另一個(gè)頻率除法器的輸出實(shí)質(zhì)上相匹配的反饋路徑。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的改變檢測(cè)方法，其中所述第一頻率除法器是可變頻率除法器，以及所述第二頻 率除法器是固定頻率除法器。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK103455021SQ201210177350
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】謝潮聲, 陳安邦, 李俊青, 鄧志強(qiáng) 申請(qǐng)人:科域半導(dǎo)體有限公司