阻抗测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电子阻抗测量装置(300)，其包括：‑被称为测量支路的支路(102)，其包括待测阻抗(Z

Impedance measuring device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阻抗测量装置
本专利技术涉及一种用于测量阻抗的装置，且特别是在对于物体的电容式检测的应用中的电容阻抗的装置。本专利技术还涉及一种利用这样的阻抗测量装置进行物体的电容式检测的装置，以用于检测物体的接近和/或接触。本专利技术还涉及一种装备有这种装置的设备和机器人。本专利技术的领域非限制性地是阻抗测量装置的领域，并且特别是在用于附近物体的电容式检测的接口中使用的阻抗测量装置的领域，尤其是在机器人领域。
技术介绍
已知基于对形成在电容式检测电极与所述物体之间、被称为电极-物体电容的电容进行测量的物体的电容式检测一段时间了。文献FR2756048描述了这种检测。通常，该电容式检测使用零方法阻抗测量装置，也称为阻抗测量电桥。测量电桥包括被称为测量支路的支路和参考支路，所述测量支路包括被称为测量源的源Vm和待测阻抗(即由电极-物体电容形成的阻抗)，所述参考支路包括被称为参考源的源Vr和被称为参考阻抗的阻抗。通过平衡测量电桥来进行阻抗测量，以使在两个支路中流动的电流或两个支路的端子处的电压的代数和为零。平衡电桥的解决方案包括与控制变量k成正比地改变参考源Vr的电压(Vr＝k.V0)，以补偿平衡误差。对于物体的电容式检测，该解决方案给出了电极-物体电容Cm的测量值，并且事实上需要进行取反以便获得电极与物体之间的距离。现在，由于这种取反，当需要量化n位上的距离时，有必要利用数字系统在不必要的高位数(例如2n位)上进行电极-物体电容的测量。这实现起来是昂贵的。另一种解决方案包括改变与控制变量k成正比的测量源Vm的电压(Vm＝k.V0)，以补偿平衡误差。对于物体的电容式检测，该解决方案给出了与电极与物体之间的距离成正比的测量值，且因此实现起来成本较低。但是，该解决方案无法并行化，因为它需要改变用于每个测量电极的测量支路的电压，并且引入了泄漏电容干扰。本专利技术的目的是克服上述缺点。本专利技术的另一个目的是提出一种以较低成本来实现的用于测量阻抗的可并行化的装置，特别是在物体的电容式检测的情况下。本专利技术的另一个目的是提出一种用于测量阻抗的可并行化的装置，该装置允许在物体的电容式检测的情况下更快地进行检测。
技术实现思路
利用一种电子阻抗测量装置实现这些目的中的至少一个，该电子阻抗测量装置包括：-被称为测量支路的支路，其包括待测阻抗；和-被称为参考支路的至少一个支路，其包括被称为参考阻抗的阻抗；其特征在于该电子阻抗测量装置还包括：-被称为检测电子设备的电子设备，其配置为提供误差信号，该误差信号取决于所述至少一个参考支路中流动的电流与测量支路中流动的电流的代数和；和-被称为调节装置的至少一个装置，其与控制变量成反比地改变所述参考支路中的至少一个中的电流。应当注意，如果电流反相或具有相反极性，则其代数和对应于差值。根据实施例，控制变量能够是数值、和/或由数字系统生成。换言之，不同于现有技术的装置，其中，电流与控制变量成比例地调节，根据本专利技术的装置与控制变量成反比地改变参考支路中的电流。将参考图1至图3更详细地解释所述差值。因此，根据本专利技术的阻抗测量装置是可并行化的，因为该阻抗测量装置不需要改变测量支路的电压。此外，根据本专利技术的装置的实施成本较低，因为在现有技术的装置给出的测量值与阻抗成反比的情况下，根据本专利技术的装置给出的测量值与阻抗成正比。因此，根据本专利技术的装置可以避免取反运算，并因此避免了相关联的成本和时间。在本申请中，为简单起见，自变量基于具有幅度为代数的(V、V0、Vr等)的角频率信号ω的正弦条件，并且“阻抗”是指考虑或不考虑频率/角频率时，阻抗的实部和/或虚部的值。特别地，在本申请中，“阻抗Z”：-在纯电容值为“C”的情况下，表示为Z＝1/C或Z＝1/(jωC)；-在纯电感值为“L”的情况下，表示为Z＝L或Z＝jωL；和-在纯电阻值为“R”的情况下，表示为Z＝R；其中“ω”是角频率，并且j是虚部单位。然而，众所周知，能够通过使用各种替代信号(例如方波信号、三角信号等)来实现本专利技术，并且相同的自变量是可适用的。在本申请中，“物体”表示能够位于传感器和/或诸如配备有传感器的机器人的装置的环境中的任何物体或人。在本申请中，当两个交变电位在给定频率下包括相同的交变分量时，所述两个交变电位在所述给定频率下是相同的。因此，在所述频率下相同的两个电位中的至少一个还能够包括例如与所述给定频率不同的频率的DC分量和/或AC分量。类似地，当两个交变电位在工作频率下没有相同的AC分量时，所述两个交变电位在所述工作频率下是不同的。在本申请中，为了避免文本过载，术语“接地电位”或“一般接地电位”表示电子设备(或诸如机器人的装置)的参考电位，该参考电位能够例如为电接地。此接地电位能够对应于地电位，或者对应于与地电位连接或不连接的另一个电位。此外，还应记得，通常，如果这些物体与环境中的物体(或电极)之间的重叠表面足够大，不与特定电位直接电接触的物体(电浮动物体)倾向于通过存在于其环境中的其他物体(例如大地或电极)的电位下的电容耦合而极化。在根据本专利技术的装置中，对于至少一个参考支路，调节设备能够与控制变量成反比地改变输送到所述参考支路的电压的幅度。换言之，能够与控制变量成反比地调节在所述参考支路中存在的参考阻抗处传递的电压。在这种情况下，根据非限制性实施例，调节装置能够包括放大器，该放大器的增益与控制变量成反比地变化，并且布置在电压源的下游。电压源能够传递例如表示为V0的具有固定幅度的交流电压。放大器施加与例如以k表示的控制变量成反比的增益G。然后，传递到表示为Zr的参考阻抗的表示为Vr的电压为Vr～V0/k。在这种情况下，表示为Ir的电流在参考阻抗Zr中流动，并因此在参考支路中流动，该电流遵循以下关系：Ir＝Vr/Zr～V0/(k.Zr)。因此，电流与控制变量k成反比。特别地，调节装置能够包括：-放大器，特别是反相放大器，以及-至少一个第一数字电位器，其被用作所述放大器的输入电阻，并且其电阻与控制变量成比例地调节。特别地，所述第一数字电位器能够是数字电位器，其电阻具有值Rt(p)＝k.R，其中例如R对应于放大器的反馈电阻的值，以保持单位增益。在这种情况下，对于非反相放大器，放大器的增益G遵循关系式G～(1+1/k)，并且对于反相放大器，所述放大器的增益遵循G～-1/k，其中k为控制变量。在使用反相放大器的情况下，电压源优选地传递与传递到测量支路的电压相同极性或同相的交流电压V0。在使用非反相放大器的情况下，电压源优选地传递与传递到测量支路的电压相反极性或反相的电压V0。根据特别有利的可选特征，调节装置能够包括至少一个第二数字电位器，其电阻与控制变量成比例地控制，与第一数字电位器串联安装，并且具有比所述第一电位器更高的分辨率和/或更低的最大电阻，特别是比率为10。因此，通过使用利用第一数字电位器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子阻抗测量装置(300；400；500；600)，其包括：/n-被称为测量支路的支路(102)，其包括待测阻抗(Z

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171010 FR 17594811.一种电子阻抗测量装置(300；400；500；600)，其包括：
-被称为测量支路的支路(102)，其包括待测阻抗(Zm)；和
-被称为参考支路的至少一个支路(104)，其包括被称为参考阻抗的阻抗(Zr)；
其特征在于，所述电子阻抗测量装置还包括：
-被称为检测电子设备的电子设备(106)，其配置为提供误差信号(Vs)，所述误差信号取决于所述至少一个参考支路(104)中流动的电流(Ir)与测量支路(102)中流动的电流(Im)的代数和；和
-被称为调节装置的至少一个装置(402；602、604)，其与控制变量(k)成反比地改变所述至少一个参考支路中的电流(Ir)。


2.根据前述权利要求所述的装置(300；400；500)，其特征在于，对于至少一个参考支路(104)，所述调节装置(402)被配置为与控制变量(k)成反比地改变传递到所述参考支路(104)的电压的幅度。


3.根据前述权利要求所述的装置(400；500)，其特征在于，所述调节装置包括放大器(402)，所述放大器的增益与控制变量(k)成反比地变化，并且被布置在电压源(V0)的下游。


4.根据权利要求2所述的装置(400；500)，其特征在于，所述调节装置包括：
-放大器(404)，和
-至少一个第一数字电位器(408)，其被用作所述放大器(404)的输入电阻器，并且所述至少一个第一数字电位器的电阻与控制变量(k)成比例地调节。


5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(600)，其特征在于，对于至少一个参考支路(104)，所述调节装置被配置为与控制变量(k)成比例地改变所述参考支路(104)的参考阻抗(Zr)。


6.根据前述权利要求所述的装置(600)，其特征在于，所述调节装置包括：
-串联布置的一组至少两个阻抗(6020-6027)，和
-至少一个、特别是多个可控开关(6040-6047)，其每个设置为使所述阻抗(6020-6027)之一短路或不短路。


7.根据前述权利要求之一所述的装置(700)，其特征在于，所述装置包括：
-至少两个参考支路(1041-1042)，其包括不同类型的参考阻抗(Zr,1、Zr,2)；和/或
-至少两个参考支路(1041-1042)，其包括相同类型的参考阻抗(Zr,1、Zr,2)，并且由正交信号供电。


8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(300；400；500；600)，其特征在于，所述检测电子设备(106)包括电荷放大器(108)，所述电荷放大器在待测阻抗(Zm)与所述至少一个参考阻抗(Zr)之间的所述至少一个参考支路(104)与测量支路(102)的接合点处连接，并且配置为提供误差信号(Vs)，所述误差信号取决于测量支路(102)的电流(Im)与所述至少一个参考支路(104)的电流(Ir)的代数和。


9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括布置在检测电子设备(106)下游的幅度解调器(110、902)。


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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·尼尔，
申请(专利权)人：FOGALE纳米技术公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR