电容式感测探针运动控制系统技术方案

提供了各种方法和系统以控制探针朝容器中持有的流体移动。探针移向流体，以获取容器中流体的样本。为了获取样本，探针被致动以撞击流体表面并以预定距离通过流体表面。其结合了探针本身的电容式感测用来支持接近引擎，用于控制该探针的运动。该接近引擎基于电容测量，并且在某些情况下基于探针的位置信息而确定探针的速度。该接近引擎确保探针击中容器中的流体表面，以便获取样本，同时确保探针不会碰到容器的底部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权数据本申请是要求于2014年1月28日提交、题为“CAPACITIVE SENSING PROBE MOTION CONTROL SYSTEM”的美国非临时专利申请序列号14/165971的优先权的国际专利申请，其在此通过引用以其整体并入本文。
所公开的技术涉及关于水位感测的控制系统，并且更具体地，涉及应用于水位感测的电容式感测的探针运动控制系统。
技术介绍
水位感测器检测流动的物质(包括流体，浆液，颗粒材料和粉末)的水位。由于重力，流体和流化固体流动成为在他们的容器中基本处于静止(或其他物理边界)，而大多数散装固体倾斜与峰值成角度。被测定的物质可以是在容器内。水位测量可以是连续的或点值。连续的水位感测器测量在指定范围内的水位，并确定物质在某个地方的确切量，而点水位感测器仅指示该物质是否在感测点的上方或下方。通常后者检测过高或低的水位。有许多物理和应用程序变量影响工业和商业流程的最佳水平监测方法的选择。选择标准可以包括以下的一种或多种：相(流体、固体或浆液)、温度、压力或真空、化学介质的介电常数、介质密度(比重)、搅拌(动作)、声或电噪声、振动、机械冲击、罐或箱大小和形状。应用约束也是
重要的，其可以包括：价格、精度、外观、反应率、易于校准或编程、物理尺寸和仪器的安装、监测或控制连续或离散(点)水位。
技术实现思路
提供了各种方法和系统以控制朝向在容器中流体移动的探针。探针移向流体，以获取容器中流体的样本。为了获取样本，探针被致动以撞击流体表面并以预定的距离通过流体表面。其结合了探针本身的电容式感测用于支持接近引擎，用于控制该探针的运动。该接近引擎基于电容式测量确定探针的速度，并且在某些情况下，基于探针的位置信息。该接近引擎确保探针击中容器中的流体的表面，以便获取样本，同时确保探针不会碰到容器的底部。附图说明为了提供本公开内容的更完整理解和其特征和优点，结合附图参考下面的描述，其中，类似的参考数字表示相同的部件，其中：图1示出根据本公开的一些实施例的高分辨率电容至数字转换器(CDC)的示例性实施方式；图2示出根据本公开的一些实施例，在控制系统中利用高分辨率电容至数字转换器和运动控制引擎的示例性配置；图3示出根据本公开的一些实施例的探针位置与电容的示例性曲线图(探针接近空试管)；图4示出根据本公开的一些实施例的探针位置与电容的示例性曲线图(探针接近非空试管)；图5示出根据本公开的一些实施例的探针和板之间的距离与电容(对于对应于三个探针的三个不同系列的数据，每个探针接近在三个不同流体
水位的非空试管)的示例性曲线图；图6示出根据本公开的一些实施例，探针和板之间的距离与基于空试管的数据标准化的电容的示例性曲线图(对于对应于三个探针的三个不同系列的数据，每个探针接近在三个不同流体水位的非空试管)；图7示出根据本公开的一些实施例，探针和板之间的距离与在图6中所示的标准化数据集的电容变化的示例性曲线图(对于对应于三个探针的三个不同系列的数据，每个探针接近在三个不同流体水位的非空试管)；图8示出根据本公开的一些实施例的读数与电容的示例性接近图；图9示出根据本公开的一些实施例，一旦符合流体表面的探针位置与电容的示例性图；图10示出根据本公开的一些实施例，由向容器移动探针的控制系统可使用方法的示例性流程图；图11示出根据本公开的一些实施例的位置信息对电容测量的示例性幂级数函数估计；和图12A-B示出根据本公开的一些实施例的可用来控制系统的两个示例性电容至数字转换器，用于测量电容。具体实施方式理解电容式感测电容式感测是基于电容耦合的技术。电容式感测器可检测电容感测器附近的材料的特性，诸如电介质混合物的特性。该材料可以是导电的和/或具有不同于其周围的介电。电容性感测用于许多不同类型的感测器，包括那些以检测和测量接近度、位置或位移、湿度、流体水位和加速度。电容式感测已成为如更受欢迎，用于检测电容变化的电容式感测器变得更加精确和可靠。例如，电容感测器用于许多设备，诸如膝上型触控板、数字
音频播放器、计算机显示器、移动电话、移动设备、平板电脑等。由于他们的通用性、可靠性和耐用性以及相对于机械开关降低的成本，设计工程师继续选择电容式感测器。本专利技术着重于如何使用电容感测，用于控制探针朝容器中的流体表面移动，并且在一些情况下，如何确定容器中的流体的水位。电容感测系统通常提供在包括两个充分导电物体的系统中的电容器，即，导电性“板”。特别是，电容式感测器可以测量在一个或多个这些导电物体的表面上的电荷，以确定电容器的电容。电容将提供在两个导电物体之间形成的电容器中的电介质混合物的一些指示。这些充分导电物体中的一个或两个可以是电极(例如，使用充分导电材料形成的)，其中该电极被激发源刺激以产生电场。这些充分导电物体中的一个或两个可由电容式感测器(例如，通过电容至数字转换器(CDC))读取，以确定充分导电物体上的表面电荷量，其中该表面电荷测量，即电容测量，提供由系统形成的电容器的两个“板”之间的电容的指示。图1示出根据本公开的一些实施例的用于电容感测系统的高分辨率电容至数字转换器(CDC)的示例性实现。CDC与电容器CSENSOR接口，即，具有检测电极的电容。电容器的板之一被连接到激励源，它提供了在电容器CSENSOR的电压V。由激发源提供的电压V(除了方波激励信号，可以提供任何合适的波形)依次提供荷输入到电容器。CDC测量感测电极上的表面电荷Q。因为Q具有与电容C和电压V的直接关系，表面电荷的测量从而提供了电容测量。CDC可以连续采样通过CSENSOR的电荷。在一些实施例中，测量被提供给积分器，用于量化的比较器和数字滤波器(组合可依赖于CDC的具体实现)。一般地，输出提供数字信号，其表示由电容式感测器所进行的电容测量。然后该数字信号可以被提供给处理器，用于进一步处理。在试管或容器中水位检测的不同方法诊断仪器必须与小容器流体工作，诸如测试管、试管和试剂瓶。流体水位必须是已知的，用于(移动)探针和容器之间的适当接口，用于吸样(即，获取刚在流体的表面下方的样本)。通常情况下，诊断仪器可需要1毫米精度和小于0.5mm的分辨率。这些系统的挑战包括保持高速的移动探针、环境敏感性、一致性、复杂性和成本。容器的一种类型是试管，其是圆形或正方形横截面的小管，一端密封，由塑料、玻璃或熔凝石英(为UV光)制成并设计以容纳用于光谱实验的样本。一次性塑料试管通常用于快光谱测定法，其中，速度比高精度更重要。诊断仪器可以经常移动大量试管，同时探针或多个探针以相对快的速度采样每个试管。探针典型地包括中空管，具有尖头用于通过该管的中空部分提起流体的样本。探针允许流体样本的精确量被提升/吸出容器。探针最好位于或基本上接近流体的表面下的规定深度，以最大化容器中现有样本的使用(样本足够但不会太大)。出于这个原因，准确的水位感测和探针的控制是对于提供有效的吸样系统是很重要的。一般而言，许多机制可用来测量流体水位。超声波，雷达和激光的解决方案是可能的，但也是非常昂贵的。试管内诊断(IVD)系统可以采用射频(RF)信号，以确定相对于流体表面的探针位置。这个系统已知是相当嘈杂的。它是一个EMI发射，这可能是一个问题。这也是从外界电磁辐射干扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制探针朝向具有流体的容器移动的方法，该方法包括：从电容感测器接收第一电容测量，其中，所述第一电容的测量指示探针和容器下方的导电板之间的电容；和发送第一信号给运动控制引擎，用于以第一速度朝容器移动探针，其中所述第一速度是基于所述第一电容测量来确定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.28 US 14/165,9711.一种用于控制探针朝向具有流体的容器移动的方法，该方法包括：从电容感测器接收第一电容测量，其中，所述第一电容的测量指示探针和容器下方的导电板之间的电容；和发送第一信号给运动控制引擎，用于以第一速度朝容器移动探针，其中所述第一速度是基于所述第一电容测量来确定。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：从所述运动控制引擎接收第一位置信息，其中，所述第一位置信息表示探针相对于导电板的位置；和其中，第一速度进一步基于第一位置信息确定。3.如权利要求1所述的方法，其中，如果所述第一电容测量值超过预定电容阈值，所述第一速度是零，以停止探针朝着容器运动。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定电容阈值表示该探针很可能已经击中容器中的流体表面。5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：从电容感测器接收第二电容测量和第三电容测量，其中，第二电容测量和第三电容测量各自表示探针和容器下方的导电板之间形成的电容；确定第二电容测量和第三电容测量之间的电容变化，以估计表示电容变化相对于位置信息的改变的斜率；和发送第二信号给运动控制引擎用于以第二速度朝容器移动探针，其中所述第二速度基于电容变化确定。6.如权利要求5所述的方法，其中，如果电容变化超过预定斜率阈值，第二速度小于所述第一速度，以减缓探针运动。7.如权利要求6所述的方法，其中，该预定斜率阈值表示该探针达到接近容器中的流体表面。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述电容式感测器被配置成测量所述探针和具有包含空气的电介质混合物的导电板、容器中的流体和所述容器之间的电容。9.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一电容测量是基于表示测量数据的幂级数函数标准化，所述测量数据包括从向空容器移动探针得到的位置信息对电容测量。10.如权利要求5所述的方法，其中，所述第二电容测量和第三电容测量是基于表示测量数据的幂级数函数标准化，所述测量数据包括从向空容器移动探针得到的位置信息对电容测量。11.如权利要求1所述的方法，其中，所述电容式感测器被配置成通过向探针提供激发源和从导电板读取第一电容测量而获取第一电容测量。12.如权利要求1所述的方法，其中，所述电容式感测器被配置成通过向导电板提供激发源和从导电板读第一电容测量而获取第一电容测量。13.如权利要求1所述的方法，其中，所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·斯卡利特，T·G·奥德怀尔，C·W·海德，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛;BM