專利名稱：感應(yīng)傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)傳感器，更具體地講，本發(fā)明涉及一種測(cè)定在傳感器附近的導(dǎo)電圖形或物體的本體和位置的感應(yīng)傳感器，另外，該感應(yīng)傳感器基本獨(dú)立于溫度和部件公差。
背景技術(shù)：
確定導(dǎo)電圖形或物體本體和位置的感應(yīng)傳感器，通常被叫做“存在傳感器”。大多數(shù)存在傳感器使用簧片開關(guān)和磁體跟蹤磁性元件的移動(dòng)。這些設(shè)備通常具有一個(gè)設(shè)置在傳感器上多個(gè)離散位置之下的簧片開關(guān)。當(dāng)把其中集成有磁體的物體放置在特定位置時(shí)，簧片開關(guān)被激發(fā)并保持閉合狀態(tài)直至移走物體。以這種方式，可以確定和跟蹤放置在傳感器上的物體的位置。
然而，這類裝置不能夠確定放置在傳感器表面上的物體的本體。僅當(dāng)把特定的、預(yù)定義的物體放置在感應(yīng)表面上預(yù)定義的位置時(shí)，這類裝置才能夠確定放置在傳感器上的物體的本體。而且如果快速地移動(dòng)物體，或如果物體占據(jù)了感應(yīng)表面上相同的位置，則這類裝置通常是不精確的。
不同于標(biāo)準(zhǔn)的簧片開關(guān)/磁性元件存在傳感器，目前已經(jīng)開發(fā)出了這樣的存在傳感器其利用感應(yīng)線圈電感的變化指示物體的位置與/或本體。在專利號(hào)為No.5791648、名稱為“感應(yīng)傳感裝置”的美國(guó)專利(以下將其稱為′648專利)中，可以發(fā)現(xiàn)這樣的存在傳感器，在此引用該專利?！?48專利的感應(yīng)傳感裝置利用嵌入在該裝置表面中的線圈矩陣。一個(gè)多路轉(zhuǎn)換器通過把各個(gè)線圈順序地連接到LC振蕩器上對(duì)它們進(jìn)行選擇，其中，各個(gè)線圈在振蕩器電路中作為電感器。任何線圈的電感變化導(dǎo)致振蕩器電路振蕩振幅和頻率的變化。通過振幅比較器把每一個(gè)線圈的振蕩振幅與至少一個(gè)電壓閾值進(jìn)行比較。通過微控制器對(duì)振幅比較器進(jìn)行取樣以檢測(cè)每一個(gè)線圈的電感。然后，微控制器給每一個(gè)線圈分配一個(gè)根據(jù)線圈的電感確定的值。通過把一個(gè)值分配給每一個(gè)線圈，微控制器確定了唯一地標(biāo)識(shí)放置在感應(yīng)傳感器裝置鄰近的物體的代碼。
盡管′648專利的感應(yīng)傳感裝置是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)簧片開關(guān)/磁性元件存在傳感器的顯著改進(jìn)，但它仍有其自己的局限性。特別是，由于溫度和部件公差方面的變化，用于檢測(cè)導(dǎo)電圖形附近的傳感線圈的自感應(yīng)變化的感應(yīng)傳感裝置的LC振蕩器易于發(fā)生振幅和頻率變化。這導(dǎo)致了振蕩器的靜態(tài)工作振幅的移動(dòng)。靜態(tài)工作振幅的移動(dòng)限制了感應(yīng)傳感裝置對(duì)因?qū)щ姴牧辖咏袘?yīng)傳感裝置引起的振幅的微小變化的檢測(cè)能力。
′648專利的感應(yīng)傳感裝置的另一個(gè)局限性在于，它僅能檢測(cè)緊靠每一感應(yīng)線圈的導(dǎo)電材料的存在或不存在，由于使用了二進(jìn)制編碼的導(dǎo)電圖形，所以這種感應(yīng)傳感裝置限制了在感應(yīng)線圈的數(shù)量給定的情況下可檢測(cè)的物體的數(shù)量。′648專利的感應(yīng)傳感裝置的又一個(gè)限制是，盡管它可以檢測(cè)導(dǎo)電物體的存在或個(gè)別位置，但它不能夠檢測(cè)這樣的物體的確切位置或位移。
鑒于此，存在著對(duì)這樣一種電子感應(yīng)傳感裝置的需求其包括提高了的靈敏度以檢測(cè)使用導(dǎo)電圖形編碼的物體，或?qū)τ诮o定的線圈尺寸在更大的傳感距離上檢測(cè)導(dǎo)電物體的存在或位置。另外，還存在著對(duì)這樣一種電子感應(yīng)傳感裝置的需求其通過自動(dòng)補(bǔ)償溫度和部件公差的變化而具有改進(jìn)的公差和穩(wěn)定性。而且還存在著對(duì)這樣一種電子感應(yīng)傳感裝置的需求其通過檢測(cè)多種導(dǎo)電狀態(tài)，對(duì)于給定的感應(yīng)線圈數(shù)量可以檢測(cè)更多數(shù)量的物體。還存在著對(duì)這樣一種電子感應(yīng)傳感裝置的需求其可以檢測(cè)物體的位置和位移。
發(fā)明概述本發(fā)明的感應(yīng)傳感系統(tǒng)在很大程序上滿足了以上所述的需求。感應(yīng)傳感系統(tǒng)通常包括傳感感應(yīng)器、參考傳感感應(yīng)器、振蕩器、反饋控制回路以及比較器。振蕩器既可以連接于傳感感應(yīng)器也可以連接于參考傳感感應(yīng)器。當(dāng)把振蕩器連接于參考傳感感應(yīng)器時(shí)，反饋控制回路建立了一個(gè)固定的參考電平。當(dāng)把傳感感應(yīng)器連接于振蕩器時(shí)，比較器把傳感感應(yīng)器的狀態(tài)與來自固定參考電平的閾值進(jìn)行比較以確定傳感感應(yīng)器電感的變化。
感應(yīng)傳感系統(tǒng)還包括在傳感感應(yīng)器和參考傳感感應(yīng)器之間進(jìn)行選擇的處理器。反饋控制回路維持基本獨(dú)立于周圍環(huán)境溫度變化、電源電壓變化以及部件公差變化的固定參考電平。傳感感應(yīng)器可以為各種配置，包括一個(gè)扁的、圓的、或方的感應(yīng)線圈以及一個(gè)三角形的或矩形的感應(yīng)線圈。可以把傳感感應(yīng)器裝入游戲板、洋娃娃或書中或位于書下的模板中以檢測(cè)書頁(yè)內(nèi)的導(dǎo)電點(diǎn)。
可以配置檢測(cè)多種導(dǎo)電狀態(tài)的感應(yīng)傳感系統(tǒng)。在這樣做的過程中，把反饋控制回路所建立的參考電平用于獲得至少兩個(gè)閾值以用于比較。不同的閾值允許檢測(cè)物體中不同的導(dǎo)電電平。在一個(gè)給定的傳感距離處，不管物體的方向如何，該系統(tǒng)可以檢測(cè)不同的導(dǎo)電電平。優(yōu)選的是使用印刷圖形或具有不同導(dǎo)電性的不同材料對(duì)物體加以編碼。特別是，可以把感應(yīng)傳感系統(tǒng)用于檢測(cè)使用三種不同導(dǎo)電狀態(tài)(例如覆蓋、未覆蓋、部分覆蓋有導(dǎo)電材料)編碼的物體的三重圖形。
感應(yīng)傳感系統(tǒng)可以使用三角形或矩形線圈創(chuàng)建可被裝入衰減器或滑動(dòng)控制器的位置傳感器。當(dāng)導(dǎo)電材料沿線圈軸線移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電壓，這一電壓與導(dǎo)電物體的位移線性成比例?？梢园堰@一電壓或其數(shù)字表示用于控制各種機(jī)械設(shè)備、音量、溫度等。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明的感應(yīng)傳感裝置的方塊圖。
圖2是實(shí)施圖1的感應(yīng)傳感裝置的詳細(xì)的電子電路圖。
圖3是具有線圈模板的書，示出了用于頁(yè)檢測(cè)的偏移導(dǎo)電點(diǎn)。
圖4示出了本發(fā)明的感應(yīng)傳感裝置中使用的用于檢測(cè)導(dǎo)電物體位移的三角形感應(yīng)線圈的結(jié)構(gòu)。
圖5描述了一個(gè)密封的導(dǎo)電衰減器的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的感應(yīng)傳感裝置具有更高的靈敏度，允許其以較大的傳感距離檢測(cè)使用導(dǎo)電圖形編碼的物體，通過自動(dòng)補(bǔ)償溫度和部件公差的變化提供了提高的公差和穩(wěn)定性，并且通過對(duì)多種導(dǎo)電狀態(tài)的檢測(cè)使可檢測(cè)的導(dǎo)電物體的個(gè)數(shù)得以增加。
I.感應(yīng)傳感裝置現(xiàn)在，參考圖1和2描述本發(fā)明的感應(yīng)傳感裝置10。如圖中所示，感應(yīng)傳感裝置10通常包括多個(gè)線圈20，每一個(gè)線圈20形成LC振蕩器22的一部分，并且把每一個(gè)線圈20連接于一個(gè)線圈多路轉(zhuǎn)換器24。線圈多路轉(zhuǎn)換器24的操作是在微控制器26的指揮下進(jìn)行的，微控制器26可以包括一個(gè)話音芯片。把LC振蕩器22的輸出導(dǎo)向峰值檢測(cè)器28，把峰值檢測(cè)器28的輸出導(dǎo)向振幅比較器30和反饋控制回路32。反饋控制回路通常由電壓比較器34和峰值檢測(cè)器/緩沖器36組成，把其輸出導(dǎo)回到LC振蕩器32。優(yōu)選的是，使用電池38為感應(yīng)傳感裝置10供電。可以把揚(yáng)聲器39連接于微控制器26以由話音芯片加以激活。
感應(yīng)傳感裝置10通過反饋控制回路自動(dòng)地調(diào)整驅(qū)動(dòng)LC振蕩器22的電壓，以保持峰值振蕩器振幅不變，并補(bǔ)償由于電源電壓或溫度變化、或部件公差所導(dǎo)致的振蕩振幅的變化。這消除了對(duì)電路中的電壓調(diào)節(jié)器的需求，并且對(duì)于給定的感應(yīng)線圈20的尺寸，提高了感應(yīng)傳感裝置10的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，因而提高了感應(yīng)傳感裝置10檢測(cè)多種導(dǎo)電狀態(tài)的能力。
感應(yīng)線圈20的個(gè)數(shù)取決于待檢測(cè)代碼圖形中所使用的位數(shù)(由待檢測(cè)代碼圖形的總個(gè)數(shù)和所使用的編碼類型即二進(jìn)制、三進(jìn)制等進(jìn)行限定)，或取決于離散位置的個(gè)數(shù)，在該離散位置檢測(cè)導(dǎo)電物體的存在。線圈的尺寸取決于傳感距離。但傳感距離也取決于被檢測(cè)的導(dǎo)電圖形的導(dǎo)電性。例如，相對(duì)于銅或鋁，可以在更大的傳感距離上檢測(cè)到銀。
為了保持多比特代碼圖形的合理尺寸，扁平傳感器線圈通常為方形或圓形，尺寸通常在大約0.5″～大約0.88″的范圍內(nèi)?？梢园丫€圈刻蝕在PC板上，或使用導(dǎo)電油墨印制在不吸收襯底上。0.75″的方形線圈通常由14匝組成。傳感距離在使用小的線圈(0.5″)的大約0.06″到使用0.88″的方形線圈的最大0.25″的范圍內(nèi)變化。較大的線圈，大于1″的，通常用于檢測(cè)兩個(gè)以上的多種導(dǎo)電狀態(tài)以便在合理的傳感距離上提供充分大的傳感器動(dòng)態(tài)范圍。
可以按任何圖形把線圈20設(shè)置在裝置10的表面上。但在該優(yōu)選實(shí)施例中，線圈20以方格圖形的形式線性地排列成行和列。在一個(gè)可選的實(shí)施例中，把線圈20按多個(gè)同心圓排列，這些同心圓允許對(duì)導(dǎo)電圖形進(jìn)行檢測(cè)，甚至是當(dāng)其在感應(yīng)線圈上旋轉(zhuǎn)時(shí)。對(duì)于在裝置10表面上的線圈20的排列的唯一要求是線圈20的圖形必須與將由感應(yīng)傳感裝置10加以讀取的物體上的導(dǎo)電元件的圖形相匹配。
在操作過程中的某些時(shí)刻，每一個(gè)線圈20作為L(zhǎng)C振蕩器22的電感器。如圖2的電路圖中所示，LC振蕩器22具有一種標(biāo)準(zhǔn)的配置，包括雙極晶體管40、偏置電阻器42、旁路電容器44以及第一和第二電容器46和48。把晶體管40的基極接地。
線圈多路轉(zhuǎn)換器24包括多個(gè)雙極晶體管50，即每一個(gè)線圈20一個(gè)，把每一個(gè)晶體管的發(fā)射極接地；以及一個(gè)電阻器52，連接在微控制器26和每一個(gè)晶體管50的基極之間。另外，線圈多路轉(zhuǎn)換器24也可以包括一個(gè)開放收集器芯片，例如74LS156(八進(jìn)制)或74LSO5(十六進(jìn)制)。在微控制器26的指揮下，線圈多路轉(zhuǎn)換器24每次把感應(yīng)線圈20之一接地。把感應(yīng)線圈20接地，通過創(chuàng)建一個(gè)通過感應(yīng)線圈20的接地路徑，可有效地把感應(yīng)線圈20連接于LC振蕩器22，從而使LC振蕩器22激活。
優(yōu)選的是微控制器26為微控制器和話音芯片的結(jié)合體。另外，也可以把話音芯片從微控制器26中去除，或也可以使用一個(gè)分立的邏輯控制器或ASIC芯片取代微控制器26。利用微控制器26順序操作不同的感應(yīng)線圈20，從而可以測(cè)定每一個(gè)感應(yīng)線圈20的狀態(tài)。
峰值檢測(cè)器28通常由第一和第二二極管51，52、第一和第二電容器54，56以及電阻器58構(gòu)成。峰值檢測(cè)器28把LC振蕩器22的輸出的負(fù)偏移箝位于地，并把LC振蕩器22的正峰值振幅轉(zhuǎn)換成可由電壓比較器34進(jìn)行比較的DC電平。
優(yōu)選的是振幅比較器30由運(yùn)算放大器60構(gòu)成，并將其用于檢測(cè)LC振蕩器22振蕩振幅的變化。振幅的變化，對(duì)應(yīng)于指示感應(yīng)線圈20附近的材料的導(dǎo)電性的感應(yīng)線圈20的電感的變化。
反饋回路32，如以上所指出的，通常由電壓比較器34和峰值檢測(cè)器/緩沖器36構(gòu)成。優(yōu)選的是電壓比較器34由運(yùn)算放大器62、二極管64(其正向壓降用于建立一個(gè)700mV的參考電壓)以及電阻器66(其向參考二極管64加偏壓)構(gòu)成。電壓比較器34用于把LC振蕩器22的DC電平輸出與參考電壓進(jìn)行比較。把運(yùn)算放大器62的輸出饋送于峰值檢測(cè)器/緩沖器36，峰值檢測(cè)器/緩沖器36通常由二極管68、電容器70、電阻器72以及雙極晶體管74構(gòu)成。把峰值檢測(cè)器/緩沖器36的輸出作為驅(qū)動(dòng)電壓提供于LC振蕩器22。
在操作過程中，微控制器26動(dòng)態(tài)地選擇任何一個(gè)未覆蓋導(dǎo)電材料的感應(yīng)線圈20用作參考線圈，并經(jīng)由線圈多路轉(zhuǎn)換器24，例如雙極晶體管50，將其接地，從而把它連接于振蕩器電路，以建立所需要的LC振蕩器22的驅(qū)動(dòng)電平。通過選擇發(fā)射極電阻即電阻器42把LC振蕩器22的標(biāo)定驅(qū)動(dòng)電平設(shè)置為反饋控制回路32的動(dòng)態(tài)范圍的中間值。通過反饋控制回路把峰值感應(yīng)線圈振幅固定在固定參考電壓上，例如700mV，從而微控制器26可以把其它感應(yīng)線圈20立刻轉(zhuǎn)接到LC振蕩器22并將它們與參考線圈進(jìn)行比較，其不會(huì)受到接近導(dǎo)電材料的影響。這導(dǎo)致了較高的傳感器檢測(cè)靈敏度和較大的動(dòng)態(tài)范圍，而且無需進(jìn)行電路調(diào)整，從而加大了針對(duì)給定線圈尺寸的傳感距離。
當(dāng)導(dǎo)電材料離任何感應(yīng)線圈20很近時(shí)，各感應(yīng)線圈20的電感和振蕩降低。當(dāng)振幅比較器30把振蕩振幅與兩個(gè)或兩個(gè)以上的參考電壓進(jìn)行比較時(shí)，它可檢測(cè)振幅的這一變化。從由二極管64所提供的固定的700mV參考電壓導(dǎo)出兩個(gè)或兩個(gè)以上的參考電壓，并由微控制器26通過改變分壓器動(dòng)態(tài)地加以選擇，其中分壓器是由第一電阻器78和第二電阻器76在振幅比較器30的正輸入端建立的(因而，也建立了轉(zhuǎn)換閾值)。如果振幅比較器30指示參考線圈振幅低于第一閾值，從而意味著導(dǎo)電材料正在覆蓋或已經(jīng)被放置在所選擇的參考感應(yīng)線圈20附近，那么微控制器26通過其軟件動(dòng)態(tài)地選擇新的未覆蓋的感應(yīng)線圈20以作為一個(gè)參考。
使用已建立的參考感應(yīng)線圈20和設(shè)置的LC振蕩器22的驅(qū)動(dòng)電平，微控制器26順序操作余下的感應(yīng)線圈20，把每一感應(yīng)線圈20的振幅與至少第一閾值進(jìn)行比較，如果希望的話，還可與更多的閾值進(jìn)行比較。在把每一感應(yīng)線圈20的振幅與僅一個(gè)第一閾值進(jìn)行比較的情況下，可以感應(yīng)傳感裝置10可被用于產(chǎn)生二進(jìn)制代碼，這一二進(jìn)制代碼對(duì)應(yīng)于印刷在物體上的標(biāo)識(shí)碼或位于由感應(yīng)線圈20所覆蓋的區(qū)域中的導(dǎo)電物體的一個(gè)位置。例如，如果感應(yīng)線圈20的電感沒有變化，且相應(yīng)地，振幅比較器30沒有檢測(cè)到振幅的變化，則可以由微控制器26為每一個(gè)感應(yīng)線圈20賦予zero(0)值。如果感應(yīng)線圈20的電感存在顯著變化，且相應(yīng)地，振幅比較器30檢測(cè)到振幅的變化，則可以由微控制器26為每一個(gè)感應(yīng)線圈20賦予one(1)的值。因此，通過對(duì)感應(yīng)線圈20的矩陣取樣，微控制器26能夠產(chǎn)生二進(jìn)制代碼。
在把每一感應(yīng)線圈20的振幅與一個(gè)以上的閾值進(jìn)行比較的情況下，感應(yīng)傳感裝置10可被用于檢測(cè)多種導(dǎo)電狀態(tài)。特別是，每一個(gè)感應(yīng)線圈20可以檢測(cè)導(dǎo)電物體的兩個(gè)或兩個(gè)以上的狀態(tài)，而不是簡(jiǎn)單地檢測(cè)導(dǎo)電材料是否存在。例如，使用印刷的條紋導(dǎo)電油墨圖形將中間導(dǎo)電狀態(tài)編碼在物體上，其中通過改變相應(yīng)感應(yīng)線圈由導(dǎo)電材料覆蓋的區(qū)域，或通過在物體中嵌入展示不同導(dǎo)電性的不同材料(例如銅和銀)，條紋的間隔和寬度可改變導(dǎo)電性。當(dāng)物體太小以致于不能容納使用多個(gè)感應(yīng)線圈的檢測(cè)時(shí)，或當(dāng)人們不希望限制物體的方向時(shí)，使用單一的線圈檢測(cè)多個(gè)導(dǎo)電狀態(tài)的能力是理想的。當(dāng)檢測(cè)一個(gè)多單元導(dǎo)電代碼圖形時(shí)，通常要求這樣做。
另外，檢測(cè)多個(gè)導(dǎo)電狀態(tài)的能力使感應(yīng)傳感裝置10能夠讀取三重導(dǎo)電圖形，并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的三進(jìn)制代碼。例如(1)如果感應(yīng)線圈20(感應(yīng)線圈20未覆蓋)的電感沒有變化，且相應(yīng)地，振幅比較器30沒有檢測(cè)到振幅的變化，則微控制器26可以為每一個(gè)感應(yīng)線圈賦予zero(0)；(2)如果感應(yīng)線圈20(感應(yīng)線圈20部分地被覆蓋)的電感存在變化，且相應(yīng)地，振幅比較器30檢測(cè)到振幅方面的變化，即振幅已下降到第一閾值之下，則微控制器26可以為每一個(gè)感應(yīng)線圈20賦予one(1)；以及(3)如果在感應(yīng)線圈20(感應(yīng)線圈20完全被覆蓋)的電感存在變化，且相應(yīng)地，振幅比較器30檢測(cè)到振幅的變化，即振幅已下降到第二閾值之下，則微控制器26可以為每一個(gè)感應(yīng)線圈20賦予two(2)。
當(dāng)使用三進(jìn)制編碼時(shí)，對(duì)于給定數(shù)目的感應(yīng)線圈20可檢測(cè)的物體的個(gè)數(shù)顯著增加。例如，在一個(gè)2.25英寸×1.5英寸的傳感區(qū)中使用6個(gè)3/4英寸的扁平、方形感應(yīng)線圈20，能夠代表63個(gè)二進(jìn)制代碼。然而，對(duì)于相同的6個(gè)感應(yīng)線圈20，當(dāng)使用三進(jìn)制編碼時(shí)，可以檢測(cè)728個(gè)唯一的代碼。然而，應(yīng)該加以注意的是，在感應(yīng)傳感裝置10上布置印制的代碼圖形時(shí)，三進(jìn)制編碼要求更高的位置精確性。
如以上所描述的，可以把感應(yīng)傳感裝置10用于多種應(yīng)用。這些應(yīng)用包括但不局限于卡的識(shí)別、對(duì)游戲板上不同位置的不同游戲件的檢測(cè)、通過洋娃娃或填充玩具的手對(duì)一個(gè)物體的觸摸對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)以及當(dāng)沿任何方向把模塑物體放置在感應(yīng)表面上時(shí)對(duì)模塑物體的識(shí)別。然后，可以把這些檢測(cè)用于觸發(fā)經(jīng)由微控制器的話音芯片和揚(yáng)聲器39所產(chǎn)生的音頻響應(yīng)，例如，可以把洋娃娃或填充玩具的手設(shè)計(jì)成包含導(dǎo)電材料。然后，可以把手放置在放置于包含感應(yīng)傳感裝置10的模板上的書的單詞或圖片上，感應(yīng)傳感裝置10包括多個(gè)印刷在柔性電路或刻蝕在PC板上的扁平感應(yīng)線圈20。當(dāng)感應(yīng)傳感裝置10檢測(cè)到手時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)于書中所選擇的單詞或圖片的一個(gè)單詞或詞組。另外，也可以把感應(yīng)傳感裝置10裝入書本身。應(yīng)該加以注意的是，在這樣一種情況中，可以把感應(yīng)傳感裝置10的某一感應(yīng)線圈20用于檢測(cè)指向書的一頁(yè)上的給定單詞的洋娃娃的手的位置，同時(shí)還可以把其它的感應(yīng)線圈20用于檢測(cè)書的本體以及所選擇的頁(yè)(手、頁(yè)、書等中的每一個(gè)使用不同的導(dǎo)電材料進(jìn)行編碼)。
軟件讀取多個(gè)書線圈的狀態(tài)以檢測(cè)印刷在書的最后一頁(yè)或封底上的書的ID代碼。軟件讀取偏移頁(yè)線圈的狀態(tài)，其中被連續(xù)頁(yè)上的導(dǎo)電點(diǎn)所覆蓋的頁(yè)線圈的號(hào)碼指示所選擇的頁(yè)。然后，軟件檢索每一本書所存儲(chǔ)的單詞/詞組話音存儲(chǔ)器地址表，并且選擇相應(yīng)于所選擇的書的所選擇的頁(yè)的這些地址的子集。然后，利用上述信息作為索引以在所選擇的頁(yè)的可能的話音地址集合中選擇相應(yīng)于在所選擇的頁(yè)上所指向的單個(gè)話音或圖片的特定話音地址，從而檢測(cè)由洋娃娃的手所覆蓋的單個(gè)單詞線圈。
關(guān)于對(duì)書頁(yè)的檢測(cè)，存在著涉及各種機(jī)械和機(jī)電檢測(cè)方式的現(xiàn)有技術(shù)。然而，這些檢測(cè)方式通常要求與頁(yè)和/或頁(yè)中的圖案區(qū)域(例如，對(duì)于光檢測(cè))的電氣連接。可以在不考慮現(xiàn)有技術(shù)要求的情況下使用感應(yīng)傳感裝置10。如圖3中所示，可以為書的每頁(yè)80印刷單一的導(dǎo)電點(diǎn)82、每頁(yè)80上的偏移量，以致于重疊起來的頁(yè)80上的點(diǎn)82每一個(gè)都覆蓋感應(yīng)線圈圖形中它們相應(yīng)的頁(yè)線圈84。實(shí)質(zhì)上，可以使用單一的隱藏的導(dǎo)電點(diǎn)82實(shí)現(xiàn)每頁(yè)80的標(biāo)記，這樣，對(duì)用戶來說，對(duì)頁(yè)80的檢測(cè)可能似乎是神奇的。然后，可以把單詞線圈86用于檢測(cè)頁(yè)80上的不同的單詞。應(yīng)該加以注意的是，感應(yīng)傳感裝置10的電子裝置被維持在書的背皮中或放置在書之下的模板中的線圈84和86的附近。
II.感應(yīng)傳感裝置--位置傳感參考圖4?，F(xiàn)在描述可以取代感應(yīng)線圈20與感應(yīng)傳感裝置10一起使用的扁平、三角形感應(yīng)線圈100。優(yōu)選的是三角形感應(yīng)線圈100是具有一個(gè)假想軸102的等腰或等邊三角形，其中，把假想軸102定義為三角形的一個(gè)角的二等分線，所述二等分線垂直于對(duì)邊104并連接于對(duì)邊104的中點(diǎn)。因此，假想軸102把三角形感應(yīng)線圈100劃分成兩個(gè)對(duì)稱的部分106。
如果取代感應(yīng)線圈20把三角形感應(yīng)線圈100連接于感應(yīng)傳感裝置10，并把一段比三角形感應(yīng)線圈100的最大寬度寬但比其長(zhǎng)度短的導(dǎo)電材料沿三角形感應(yīng)線圈100的假想軸102在緊靠三角形感應(yīng)線圈100的附近移動(dòng)，那么由感應(yīng)傳感裝置10所產(chǎn)生的所檢測(cè)到的來自LC振蕩器22的峰值電壓與沿三角形感應(yīng)線圈100的假想軸102的導(dǎo)電材料的位移線性成比例。換句話說，三角形感應(yīng)線圈100可用于產(chǎn)生與沿三角形感應(yīng)線圈100的假想軸102并距三角形感應(yīng)線圈100的扁平平面一段固定的距離上的導(dǎo)電物體的位置成比例的電壓。
然后，可以把這一電壓放大，并可由感應(yīng)傳感裝置10將其直接用作模擬控制電壓，或可以將其數(shù)字化并與微控制器26中的軟件查找表一起使用以確定導(dǎo)電物體的精確位置。當(dāng)把導(dǎo)電材料定位在三角形感應(yīng)線圈100的頂點(diǎn)108附近時(shí)，它覆蓋一個(gè)非常小的線圈區(qū)域，而當(dāng)它沿三角形感應(yīng)線圈100的假想軸102移動(dòng)時(shí)，它將覆蓋越來越大的具有多匝線圈的區(qū)域。當(dāng)導(dǎo)電材料橋接跨越線圈匝的場(chǎng)時(shí)，這將導(dǎo)致三角形感應(yīng)線圈100的自感下降，而且只要三角形感應(yīng)線圈100相對(duì)于假想軸102對(duì)稱，電感的變化是線性的。然而，當(dāng)導(dǎo)電物體到達(dá)對(duì)邊104附近的三角形感應(yīng)線圈100的區(qū)域時(shí)，在該區(qū)域線圈匝垂直于假想軸102，場(chǎng)橋接效應(yīng)減弱，三角形感應(yīng)線圈100的電感可實(shí)際地開始增加。因此，檢測(cè)線性位移的傳感區(qū)從三角形感應(yīng)線圈100的頂點(diǎn)108沿假想軸102延伸到線圈匝垂直于假想軸102的區(qū)域的邊緣，所述邊緣由線110指示。
在位移傳感器的一個(gè)可選的實(shí)施例中，可以把軸對(duì)稱的矩形線圈連接于感應(yīng)傳感裝置10。在這一情況中，當(dāng)跨過矩形線圈沿其軸向拉動(dòng)扁平導(dǎo)電材料板時(shí)，導(dǎo)電材料板將覆蓋越來越大的線圈區(qū)域，并且也沿線圈軸產(chǎn)生與導(dǎo)電板的位移線性成比例的傳感器控制電壓。
使用采用三角形感應(yīng)線圈100或矩形感應(yīng)線圈的感應(yīng)傳感裝置10檢測(cè)導(dǎo)電物體位移的能力，在位置傳感領(lǐng)域得以應(yīng)用，特別用于有毒或受污染環(huán)境中所使用的控制裝置。由于不要求導(dǎo)電材料和感應(yīng)線圈之間的物理接觸，所以利用感應(yīng)傳感裝置10的控制機(jī)制被設(shè)計(jì)為在完全密封的封閉環(huán)境中操作，適合于這樣的有毒或受污染環(huán)境，并可以從封閉環(huán)境之外外部地對(duì)其加以調(diào)整。一個(gè)具體的應(yīng)用為可用于體積控制、速度調(diào)整等的密封的衰減器或滑動(dòng)控制器。
使用感應(yīng)傳感裝置10構(gòu)造密封的衰減器，如圖5A和5B中所示，其中，感應(yīng)傳感裝置10具有三角形感應(yīng)線圈100，三角形感應(yīng)線圈100具有滑動(dòng)導(dǎo)電桿112，滑動(dòng)導(dǎo)電桿112在三角形感應(yīng)線圈100上移動(dòng)，但通過密封箱蓋113將其與線圈100分離。可以從衰減器的側(cè)面圖(圖5B)中看到三角形感應(yīng)線圈100的平面115，其中把感應(yīng)線圈100印刷在襯底材料上或刻蝕在一個(gè)PC板上。另外，如從衰減器的側(cè)面圖中所看到的那樣，優(yōu)選的是滑動(dòng)導(dǎo)電桿112包括允許桿112在控制面板蓋114之下滑動(dòng)同時(shí)由蓋子114加以捕獲的側(cè)耳116。當(dāng)移動(dòng)衰減器控制裝置的位置時(shí)，感應(yīng)傳感裝置10產(chǎn)生與其位置成比例的電壓，所述電壓被用于控制由電壓控制的電阻元件、機(jī)器速度或用于任何可由可變DC電壓或微控制器控制的應(yīng)用場(chǎng)合。具有三角形感應(yīng)線圈100的感應(yīng)傳感裝置10的另一個(gè)應(yīng)用包括以高分辨率檢測(cè)導(dǎo)電物體的位置，即其中必須檢測(cè)連續(xù)位置，而不僅僅是一系列離散位置。當(dāng)然，也可以在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)或范圍的情況下，可以得到具有三角形感應(yīng)線圈100的感應(yīng)傳感裝置10的許多其它的應(yīng)用。
在不背離本發(fā)明的基本屬性的實(shí)質(zhì)的情況下，可以以其它特定的形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，所舉例說明的實(shí)施例的各方面都應(yīng)視為示例性的而不是限制性的，對(duì)本發(fā)明范圍的限定，應(yīng)當(dāng)參考所附權(quán)利要求，而不是以上的描述。
權(quán)利要求
1.一種用于標(biāo)識(shí)或檢測(cè)導(dǎo)電物體或?qū)щ娋幋a物體的感應(yīng)傳感系統(tǒng)，所述感應(yīng)傳感系統(tǒng)包括傳感感應(yīng)器；用作參考的傳感感應(yīng)器；振蕩器，可連接于所述傳感感應(yīng)器和所述參考傳感感應(yīng)器；以及反饋控制回路，其中當(dāng)把所述振蕩器既連接于參考傳感感應(yīng)器時(shí)，該反饋控制回路建立固定參考電平；以及比較器，其中當(dāng)把所述振蕩器連接于所述傳感感應(yīng)器時(shí)，該比較器把所述傳感感應(yīng)器的狀態(tài)與從所述固定參考電平得到的閾值進(jìn)行比較以測(cè)定所述傳感感應(yīng)器電感的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)傳感系統(tǒng)，其特征在于，還包括處理器，其中該處理器在所述傳感感應(yīng)器和參考傳感感應(yīng)器之間選擇以將其連接到所述振蕩器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋控制回路基本獨(dú)立于從以下一組變化中所選擇的變化維持所述固定參考電平，所述一組變化包括周圍溫度變化、供給所述感應(yīng)傳感系統(tǒng)的電源電壓的變化以及所述感應(yīng)傳感系統(tǒng)的部件的部件公差的變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)電編碼物體由以下一組物體中選擇，所述一組物體包括多種卡、圖片、模制圖形或形狀、游戲件、車輛或拼圖板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感感應(yīng)器包括扁平感應(yīng)線圈，其中所述扁平感應(yīng)線圈被嵌入物體中，所述物體從以下一組物體中選擇，包括書和可位于書下的模板，其中所述導(dǎo)電物體包括所述書中的頁(yè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的感應(yīng)傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)電物體包括所述書中的多個(gè)頁(yè)，其中所述多個(gè)頁(yè)中的每一頁(yè)包括導(dǎo)電材料，其中每一所述導(dǎo)電材料在所述頁(yè)上與鄰近的下一頁(yè)上的所述導(dǎo)電點(diǎn)相偏移。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感感應(yīng)器包括扁平三角形感應(yīng)線圈或矩形感應(yīng)線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的感應(yīng)傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述三角形感應(yīng)線圈或所述矩形感應(yīng)線圈具有軸線，其中所述感應(yīng)傳感系統(tǒng)沿所述軸線檢測(cè)所述導(dǎo)電物體的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的感應(yīng)傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng)傳感系統(tǒng)在衰減器或滑動(dòng)控制器中實(shí)施，其中所述導(dǎo)電物體包括可調(diào)的桿或旋鈕，所述可調(diào)的桿或旋鈕在所述三角形或所述矩形感應(yīng)線圈上滑動(dòng)以產(chǎn)生控制信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的感應(yīng)傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號(hào)適于控制音量、電機(jī)速度或溫度。
11.一種用于標(biāo)識(shí)或檢測(cè)導(dǎo)電物體或?qū)щ娋幋a物體的感應(yīng)傳感系統(tǒng)，所述感應(yīng)傳感系統(tǒng)包括傳感感應(yīng)器；用作參考的傳感感應(yīng)器；振蕩器，其可連接于所述傳感感應(yīng)器和所述參考傳感感應(yīng)器；以及比較器，其中當(dāng)所述振蕩器連接于所述傳感感應(yīng)器中的每一傳感感應(yīng)器時(shí)，所述比較器將所述傳感感應(yīng)器的狀態(tài)與根據(jù)參考傳感感應(yīng)器所建立的狀態(tài)得到的多個(gè)閾值進(jìn)行比較以測(cè)定所述傳感感應(yīng)器電感的變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中所述傳感感應(yīng)器的所述狀態(tài)與多個(gè)閾值的比較，使所述感應(yīng)傳感系統(tǒng)能夠檢測(cè)所述導(dǎo)電物體中的多種導(dǎo)電狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感感應(yīng)器用于獨(dú)立于多個(gè)導(dǎo)電物體的方向在給定的傳感距離內(nèi)檢測(cè)所述多個(gè)導(dǎo)電物體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)電物體中的每一導(dǎo)電物體被編碼以展示不同的導(dǎo)電性，所述多個(gè)導(dǎo)電物體根據(jù)從以下一組類型中選擇的類型進(jìn)行編碼，所述一組類型包括材料編碼和印刷圖形編碼。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)電物體利用三重圖形進(jìn)行編碼，其中所述感應(yīng)傳感系統(tǒng)檢測(cè)三種不同的導(dǎo)電狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述三種不同的導(dǎo)電狀態(tài)從以下一組狀態(tài)中選擇，所述一組狀態(tài)包括被導(dǎo)電材料覆蓋的狀態(tài)、未被導(dǎo)電材料覆蓋的狀態(tài)以及被導(dǎo)電材料部分地覆蓋的狀態(tài)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)電物體包括多個(gè)游戲件，且其中所述傳感感應(yīng)器被裝入游戲板中。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)電物體包括多個(gè)模制物體，且其中所述傳感感應(yīng)器被裝入放置所述模制物體的游戲裝置的底座或墊中。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感感應(yīng)器被裝入洋娃娃、柔軟玩具、拼圖玩具、車輛或卡閱讀器中。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括反饋控制回路，其中當(dāng)所述振蕩器連接于所述參考傳感感應(yīng)器時(shí)，所述反饋控制回路建立固定參考電平。
全文摘要
一種感應(yīng)傳感系統(tǒng)通常包括傳感感應(yīng)器、參考傳感感應(yīng)器、振蕩器、反饋控制回路以及比較器。振蕩器既可連接于傳感感應(yīng)器，也可連接于參考傳感感應(yīng)器。當(dāng)振蕩器連接到參考傳感感應(yīng)器時(shí)，反饋控制回路建立固定參考電平。當(dāng)傳感感應(yīng)器連接到振蕩器時(shí)，比較器把傳感感應(yīng)器的狀態(tài)與來自固定參考電平的閾值進(jìn)行比較以測(cè)定傳感感應(yīng)器電感的變化。
文檔編號(hào)G01R27/26GK1520329SQ01822244
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2001年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月21日
發(fā)明者G·伯內(nèi)爾·霍爾, G 伯內(nèi)爾 霍爾 申請(qǐng)人:Ict公司