本發(fā)明涉及一種非接觸式位置和/或距離傳感器和/或一種用于根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求操作所述非接觸式位置和/或距離傳感器的方法。

背景技術(shù)：

在計(jì)量領(lǐng)域，已知非接觸式工作的位置和/或距離傳感器。文件us5898304a1公開(kāi)具有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)的對(duì)應(yīng)傳感器布置，其中設(shè)有電感應(yīng)線圈和估算單元，可借助所述電感應(yīng)線圈和評(píng)估單元檢測(cè)、處理和評(píng)估相應(yīng)測(cè)量的感應(yīng)信號(hào)。

本文描述的ann包括輸入層、至少一個(gè)(隱蔽)中間層、輸出層和設(shè)置在兩個(gè)單獨(dú)層之間的連接點(diǎn)處的權(quán)重。在學(xué)習(xí)或培訓(xùn)階段確定加權(quán)因子的合適值，其中在具有已知材料的多個(gè)不同目標(biāo)對(duì)象(目標(biāo))上并且距傳感器已知距離進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量。傳感器布置意圖適合用于確定距離和厚度，而不管考慮中的目標(biāo)對(duì)象的材料。

就前述距離測(cè)量系統(tǒng)而言，由測(cè)量線圈測(cè)量測(cè)量的感應(yīng)信號(hào)或感應(yīng)數(shù)據(jù)經(jīng)受借助于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)的光譜分析。這種情況的基礎(chǔ)是測(cè)量光譜對(duì)距目標(biāo)對(duì)象的空間距離的依賴性。就光譜分析而言，具體對(duì)隨時(shí)間改變的測(cè)定量進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，更確切地說(shuō)在當(dāng)前情況下為電壓和電流。然而，前述數(shù)值計(jì)算要求大量的計(jì)算工作并且因此妨礙傳感器的緊湊設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性實(shí)現(xiàn)方式。

文件ep1462661a1公開(kāi)一種用于流體活塞-氣缸布置的位置傳感器，所述位置傳感器具有多個(gè)基本相同的傳感器元件，借助所述多個(gè)基本相同的傳感器元件覆蓋大的檢測(cè)范圍。具體地，在此情況下選擇傳感器元件的與評(píng)估和/或進(jìn)一步處理最相關(guān)的信號(hào)。在本文中傳感器布置包括由布置在氣缸壁中的霍耳效應(yīng)傳感器形成的傳感器陣列，所述傳感器陣列具有在活塞的移動(dòng)方向上彼此間隔的至少兩個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器并且還具有可通過(guò)電流作用的線圈。具體地，可借助由線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)根據(jù)線圈電流調(diào)節(jié)霍爾效應(yīng)傳感器的切換點(diǎn)。這種方法不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)單獨(dú)霍爾效應(yīng)傳感器的電子選擇，而且實(shí)現(xiàn)單獨(dú)霍爾效應(yīng)傳感器之間的內(nèi)插，由此霍爾效應(yīng)傳感器的數(shù)目可保持低，同時(shí)具有高精度的位置檢測(cè)。

文件de19751853a1公開(kāi)一種用于具有分離檢測(cè)區(qū)域的感應(yīng)位置傳感器的掃描器元件，所述感應(yīng)位置傳感器還包括具有相同或相似測(cè)量原理的傳感器元件。檢測(cè)區(qū)域由交替布置的導(dǎo)電不導(dǎo)電分區(qū)組成，其中掃描器元件包括載體元件，用于產(chǎn)生均勻電磁激勵(lì)場(chǎng)的多個(gè)激勵(lì)元件以及一或多個(gè)扁平傳感器繞組布置在所述載體元件上。具體地，具有不同周期性的傳感器繞組的兩個(gè)相鄰掃描軌跡和與掃描軌跡側(cè)向相鄰的相應(yīng)激勵(lì)元件布置在載體元件上，使得在掃描軌跡區(qū)域中形成均勻的電磁激勵(lì)場(chǎng)。

此外，文件wo94/08258a1公開(kāi)一種用于對(duì)物體沿著通道的移動(dòng)進(jìn)行分類的方法，其中使用沿著物體的移動(dòng)方向布置并且布置在通道內(nèi)的多個(gè)傳感器以便檢測(cè)物體。這里，對(duì)應(yīng)通過(guò)事件的片段化表示借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的問(wèn)題是指定以上提及類型的位置傳感器和/或距離傳感器，其進(jìn)一步發(fā)展本文詳述的現(xiàn)有技術(shù)。

本發(fā)明基于使位置傳感器和/或距離傳感器配備有至少兩個(gè)探針或傳感器元件以及聯(lián)合地評(píng)估借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從至少兩個(gè)傳感器元件遞送的測(cè)量信號(hào)的概念。

對(duì)應(yīng)測(cè)量單元優(yōu)選地具有至少兩個(gè)傳感器元件，所述至少兩個(gè)傳感器元件可被經(jīng)測(cè)量變量以及可能的測(cè)量和環(huán)境條件影響并且具有物理上等效或類似的測(cè)量或操作原理，但是優(yōu)選地具有不同的特征曲線。具有先前提及的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)評(píng)估單元優(yōu)選地被校準(zhǔn)過(guò)程或者教授/學(xué)習(xí)過(guò)程訓(xùn)練。

就根據(jù)本發(fā)明的位置傳感器和/或距離傳感器而言，可提出至少兩個(gè)傳感器元件靜態(tài)地或動(dòng)態(tài)地操作，例如在脈沖操作下操作。

就先前提及的校準(zhǔn)或?qū)W習(xí)過(guò)程而言，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在不同條件下關(guān)于特定測(cè)量變量被優(yōu)選地針對(duì)每個(gè)傳感器元件訓(xùn)練，從而使得可確定測(cè)量變量與這些條件無(wú)關(guān)。因此，當(dāng)產(chǎn)生訓(xùn)練數(shù)據(jù)記錄時(shí)可將傳感器元件和/或測(cè)量電子設(shè)備的任何不準(zhǔn)確考慮在內(nèi)時(shí)，使得由于根據(jù)本發(fā)明對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)評(píng)估的穩(wěn)健性增大，對(duì)應(yīng)制造公差對(duì)后續(xù)測(cè)量基本沒(méi)有影響。

就固有地已知制造過(guò)程而言，如果人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)與溫度無(wú)關(guān)的評(píng)估功能的訓(xùn)練需要記錄每個(gè)傳感器在廣泛溫度范圍內(nèi)的直接測(cè)量信號(hào)(具體地由于取決于溫度的信號(hào)檢測(cè)所需的浪費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間段)，那么可能是不利的。除了與溫度相關(guān)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)檢測(cè)之外，還可檢測(cè)制造溫度數(shù)據(jù)，并且訓(xùn)練數(shù)據(jù)記錄可補(bǔ)充有模擬測(cè)量信號(hào)以實(shí)現(xiàn)其他溫度值。

出于以上提及的原因，可另外使用經(jīng)濟(jì)性傳感器元件(例如具有磁場(chǎng)探針或印刷線圈的那些)。優(yōu)化的印刷電路板技術(shù)也可用于電感式和電容式位置和/或距離傳感器，其中生產(chǎn)成本、信號(hào)強(qiáng)度和任何潛在客戶專屬限制(例如外殼、安裝尺寸等)被視作主要優(yōu)化參數(shù)，這與借助電子信號(hào)處理或基于方程的數(shù)學(xué)評(píng)估進(jìn)行的主要測(cè)量信號(hào)的評(píng)估相比簡(jiǎn)單得多。

另外，可提供與現(xiàn)有技術(shù)相反具有顯著更大的可能測(cè)量長(zhǎng)度與出于此目的所必須的傳感器長(zhǎng)度的比率的位置/距離傳感器，實(shí)際上具有實(shí)際無(wú)限制測(cè)量能力的任何設(shè)計(jì)(例如，客戶專用設(shè)計(jì))也是可能的。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的使用另外實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的延伸評(píng)估，包括誤差和功能診斷，并且出于預(yù)設(shè)或校準(zhǔn)位置/距離傳感器目的設(shè)想用戶友好型設(shè)定幫助。

先前提及的校準(zhǔn)或教授/學(xué)習(xí)過(guò)程的執(zhí)行根據(jù)給定測(cè)量情形具有以下另外優(yōu)點(diǎn)中的一或多個(gè)：

-以上提及的單獨(dú)傳感器元件的特性曲線或(交叉)靈敏度之間的差異在至少兩個(gè)傳感器信號(hào)評(píng)估中被減去并且甚至不再包括在評(píng)估中。

-有待測(cè)量的目標(biāo)對(duì)象(對(duì)象)的材料屬性相應(yīng)地同樣不對(duì)評(píng)估產(chǎn)生影響。

-關(guān)于傳感器元件布置、更確切地說(shuō)關(guān)于其在縱向方向上的間隔(其在適當(dāng)情況下應(yīng)盡可能等距)和在橫向方向上的偏差的可能的不規(guī)則性同樣對(duì)評(píng)估沒(méi)有影響。

-評(píng)估并不假定當(dāng)前測(cè)量變量與實(shí)際測(cè)量信號(hào)之間或者其他變量與測(cè)量信號(hào)之間的任何分析或基于法律的關(guān)聯(lián)或評(píng)估算法，因?yàn)槿斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)(大范圍的復(fù)雜非線性系統(tǒng)可由其模擬或模仿)可基于合適的訓(xùn)練數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練。評(píng)估并不需要規(guī)則特性曲線，即，評(píng)估并不需要線性或非線性相關(guān)(1/x、1/x²或sin/cos等)。

-傳感器元件并不是必須屏蔽周圍感應(yīng)影響(例如，安裝、輻射、外部磁場(chǎng)等)。這是因?yàn)槿绻陨咸峒暗膶?duì)測(cè)量變量或測(cè)量信號(hào)的影響不能被單獨(dú)分析但是測(cè)量信號(hào)包含/獲得有關(guān)測(cè)量變量的清晰信息，那么此信息由相應(yīng)訓(xùn)練的ann檢索。

-評(píng)估并不需要對(duì)應(yīng)評(píng)估單元的輸出信號(hào)的任何后續(xù)處理。

-評(píng)估既不需要單獨(dú)傳感器元件的物理測(cè)量原理的均勻性也不需要其類似性。

-出于以上提及的原因，還可提供具有多個(gè)傳感器元件(“多元件傳感器”)的傳感器，其中經(jīng)遞送傳感器信號(hào)的評(píng)估并不依賴于對(duì)單獨(dú)傳感器元件的主要測(cè)量信號(hào)之間的相關(guān)和有待測(cè)量變量與以上提及的影響變量的了解。

-就以上提及的多元件傳感器而言，這還可被設(shè)計(jì)為可以說(shuō)是“通用探針”，其具有多個(gè)整合測(cè)量遠(yuǎn)離，其中不僅可檢測(cè)金屬，而且還可檢測(cè)其他材料諸如塑料。

-借助相應(yīng)一致的平臺(tái)(其可與多個(gè)產(chǎn)品(目標(biāo))一起使用)，還可減少位置/距離傳感器的單獨(dú)部件的成本。

就根據(jù)本發(fā)明的方法而言，前提條件還可以是至少一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遞送輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)指示從至少兩個(gè)傳感器元件遞送的信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量和/或由至少一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的評(píng)估的評(píng)估質(zhì)量。從根據(jù)本發(fā)明的位置和/或距離傳感器遞送的結(jié)果因此甚至更加有意義。

最后，就根據(jù)本發(fā)明的方法而言，前提條件可以是從至少兩個(gè)傳感器元件遞送的信號(hào)是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)波形并且充當(dāng)至少一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)。對(duì)此類波形的評(píng)估為根據(jù)本發(fā)明的評(píng)估或者為根據(jù)本發(fā)明的位置和/或距離傳感器遞送甚至更加可靠的位置和/或距離結(jié)果。

附圖說(shuō)明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)的位置/距離傳感器的基本結(jié)構(gòu)。

圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)的原則上的結(jié)構(gòu)。

圖3示出本文關(guān)注的位置/距離傳感器的兩階段評(píng)估設(shè)備的示例性實(shí)施方式。

圖4-22示出根據(jù)本發(fā)明的位置和/或距離傳感器的不同應(yīng)用示例或不同示例性實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

從wo2014/146623a1已知本文包括的感應(yīng)位置/距離傳感器，所述傳感器在脈沖激勵(lì)模式下操作，其中由傳感器元件中的目標(biāo)對(duì)象致使的經(jīng)檢測(cè)瞬態(tài)感應(yīng)電壓被數(shù)字化并且借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)評(píng)估因此所獲得的數(shù)字信號(hào)。ann在本文中被訓(xùn)練成使得接近目標(biāo)對(duì)象或目標(biāo)的距離和/或位置被檢測(cè)或識(shí)別為與其金屬條件無(wú)關(guān)?；蛘?，前提條件可以是與距離相反，目標(biāo)對(duì)象的條件或質(zhì)量有待被檢測(cè)或確定為與實(shí)際距離無(wú)關(guān)。

根據(jù)本發(fā)明的位置/距離傳感器包括多個(gè)傳感器元件、具體而言包括至少兩個(gè)傳感器元件，由所述多個(gè)傳感器元件遞送的信號(hào)由ann評(píng)估，其中這些傳感器元件檢測(cè)或感測(cè)一致物理變量或不同物理變量。另選地或除此之外，可提供同樣相應(yīng)地檢測(cè)和評(píng)估測(cè)量情況和/或測(cè)量期間存在的環(huán)境條件，例如測(cè)量設(shè)備的金屬安裝或外殼或金屬罩或者周圍溫度。并且，另選地或除此之外，可提供為了評(píng)估的目的對(duì)由單獨(dú)傳感器元件使用的物理原理進(jìn)行分類，例如關(guān)于以下各項(xiàng)對(duì)其進(jìn)行分類：傳感器元件的幾何結(jié)構(gòu)或物理布置；從傳感器元件遞送的信號(hào)的均勻性；以及一或多個(gè)傳感器元件的靈敏度、串?dāng)_行為、測(cè)量分辨率和可檢測(cè)測(cè)量范圍。

在下文描述的示例性實(shí)施方式中，將描述在一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)方向或尺寸上的位置和/或距離測(cè)量，包括有待檢測(cè)的目標(biāo)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的檢測(cè)。另外，目標(biāo)對(duì)象的空間移動(dòng)或者同時(shí)目標(biāo)對(duì)象的不同物理屬性或材料變量也可利用本文描述的位置/距離傳感器進(jìn)行檢測(cè)。

就下文描述的根據(jù)本發(fā)明的傳感器而言，原則上可在以下三種傳感器類型或傳感器布置之間進(jìn)行區(qū)分：

1.自身基本上完全相同的傳感器元件的一維、二維或三維布置(陣列)，其中單獨(dú)傳感器元件沿著有限區(qū)域、有限體積內(nèi)的靈敏軸、靈敏圓或圓弧或者沿著不規(guī)則表面或軌跡布置。

2.根據(jù)相同或相似物理原理操作的傳感器元件的布置(陣列)或群組(集群)，其中所述傳感器元件具有不同的測(cè)量屬性，諸如主要相對(duì)于有待檢測(cè)的測(cè)量變量并且可能地相對(duì)于上述不同測(cè)量情況和/或周圍屬性的不同靈敏度或交叉靈敏度。

3.各自根據(jù)不同物理原理操作的傳感器元件的布置(陣列)或群組(集群)，其中所述傳感器元件例如依據(jù)主要相對(duì)于有待檢測(cè)的測(cè)量變量并且可能地相對(duì)于上述不同測(cè)量情況和/或周圍屬性的不同靈敏度或交叉靈敏度。

就根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量布置而言，次要測(cè)量原理區(qū)別于主要測(cè)量原理，例如，就感應(yīng)測(cè)量而言，自感應(yīng)或像變壓器的傳感器元件并不被認(rèn)為是類似的，或者就光學(xué)主要測(cè)量原理而言，基于能量的傳感器元件測(cè)量飛行時(shí)間和/或根據(jù)三角測(cè)量原理進(jìn)行測(cè)量，也就是說(shuō)，還考慮了根據(jù)不同物理原理操作的傳感器元件。

另外，應(yīng)指出可通過(guò)組合上述三種類型得出其他傳感器類型。因此，根據(jù)類型1的布置可由自身完全相同的傳感器單元形成，其中每個(gè)傳感器單元具有電容性工作傳感器元件和電感性工作傳感器元件兩者。這種類型的傳感器單元接著提供兩個(gè)主要測(cè)量信號(hào)。

還應(yīng)指出傳感器元件中的一或多個(gè)另外可包括溫度換能器或溫度傳感器，以便檢測(cè)上述對(duì)應(yīng)周圍溫度(如上述環(huán)境條件)。

圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的用于檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象的屬性或參數(shù)(諸如目標(biāo)對(duì)象的距離、位置或材料)的位置/距離傳感器的基本結(jié)構(gòu)主要包括預(yù)處理模塊105，所述預(yù)處理模塊105連接到傳感器模塊100使得信號(hào)和/或數(shù)據(jù)可在其間交換，以預(yù)處理從傳感器模塊100遞送的至少兩個(gè)主要或原傳感器信號(hào)103。傳感器模塊100包括至少兩個(gè)傳感器元件(未示出)，所述至少兩個(gè)傳感器元件提供上述至少兩個(gè)主要傳感器信號(hào)103。這種預(yù)處理模塊還執(zhí)行必要的信號(hào)適配以便將以此方式供應(yīng)的信號(hào)107供應(yīng)給人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)110。ann110的輸出信號(hào)繼而供應(yīng)給后處理模塊115，借助所述后處理模塊115對(duì)從ann110遞送的輸出信號(hào)113進(jìn)行后處理以借助輸出模塊120(例如屏幕模塊120)進(jìn)行對(duì)應(yīng)顯示，并且供應(yīng)給輸出模塊120作為后處理信號(hào)117。借助輸出模塊120根據(jù)特定傳感器類型在適當(dāng)時(shí)候?qū)珉妷捍笮』蛘邔?duì)應(yīng)信號(hào)的電流大小進(jìn)行適配。

在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，傳感器模塊100基于相同或不同物理測(cè)量原理包括具體預(yù)定數(shù)目的傳感器元件(在此說(shuō)明中未示出)。這些測(cè)量原理可以是電感、電容、光學(xué)、磁性、磁致伸縮或其他物理操作原理。傳感器元件布置在傳感器模塊100內(nèi)的預(yù)定幾何位置?；诓煌瑴y(cè)量原理的傳感器元件可以下文描述的合適方式一起工作或協(xié)作以便提高位置/距離傳感器的檢測(cè)質(zhì)量或靈敏度。

借助由預(yù)處理模塊105預(yù)處理的上述信號(hào)，可執(zhí)行主要傳感器信號(hào)103的歸一、放大、縮放、數(shù)字化、掃描速率減少、濾波、優(yōu)先評(píng)估、截?cái)?即，信號(hào)分量分離或者對(duì)應(yīng)信號(hào)減少)等，借助其產(chǎn)生或優(yōu)化ann110所必須的輸入數(shù)據(jù)107的必要數(shù)據(jù)質(zhì)量和/或必要數(shù)據(jù)格式。就此信號(hào)預(yù)處理而言，可使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的合適的數(shù)學(xué)方法。由于信號(hào)預(yù)處理，預(yù)處理信號(hào)107的數(shù)目和/或內(nèi)容可清楚地區(qū)別于主要傳感器信號(hào)103。

ann110具有圖2所示的輸入層(預(yù)處理傳感器信號(hào)供應(yīng)給所述輸入層)、至少一個(gè)隱藏中間層(也在圖2中示出)和具體數(shù)目的輸出神經(jīng)元，借助所述輸出神經(jīng)元產(chǎn)生ann110的輸出數(shù)據(jù)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被訓(xùn)練成使得其從供應(yīng)的測(cè)量信號(hào)107提取對(duì)應(yīng)于有待檢測(cè)的目標(biāo)對(duì)象(目標(biāo))的對(duì)應(yīng)參數(shù)的具體參數(shù)。這些參數(shù)例如是傳感器模塊100與目標(biāo)對(duì)象之間的距離、傳感器元件上方的目標(biāo)對(duì)象的位置、目標(biāo)對(duì)象的材料、目標(biāo)對(duì)象的機(jī)械強(qiáng)度和/或表面屬性等。ann110將預(yù)處理傳感器信號(hào)107轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)或示出數(shù)據(jù)113，所述輸出信號(hào)或示出數(shù)據(jù)113與目標(biāo)對(duì)象的以上提及的屬性相關(guān)。

借助上述后處理模塊115，ann110的輸出數(shù)據(jù)113另外可被濾波、截?cái)唷⒉逖a(bǔ)和/或改編成上述輸出模塊120的必要輸入信號(hào)。輸出模塊120包括出于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大和/或前述改編目的所必須的設(shè)備。

應(yīng)指出由于借助ann110進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理，根據(jù)本發(fā)明準(zhǔn)備的位置/距離傳感器潛在地需要與現(xiàn)有技術(shù)相比更加強(qiáng)力的微控制器或者類似的數(shù)據(jù)采集和/或數(shù)據(jù)處理單元。由于下文描述的ann的學(xué)習(xí)或校準(zhǔn)，另外需要與現(xiàn)有技術(shù)相比更加強(qiáng)力的具有顯著計(jì)算能力的校準(zhǔn)裝置。

ann110可被設(shè)置為固有地已知“前饋”網(wǎng)絡(luò)并且作為同樣固有地已知“復(fù)發(fā)(神經(jīng))網(wǎng)絡(luò)”。圖2示出本文包括的前饋ann110的典型結(jié)構(gòu)。布置在輸入層200與中間層210的神經(jīng)元之間的連接線已經(jīng)僅出于說(shuō)明的目的以虛線方式示出。

ann包括輸入層200、至少一個(gè)中間層210(其不可見(jiàn)或者被隱藏(隱藏層))和輸出層220。輸入層200的每個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)或者每個(gè)輸入神經(jīng)元201-205經(jīng)由預(yù)定權(quán)重因素207連接到布置在中間層210中的每個(gè)隱藏神經(jīng)元211-216。布置在中間層210中的每個(gè)隱藏神經(jīng)元211-216經(jīng)由預(yù)定權(quán)重因素207連接到布置在輸出層220中的每個(gè)輸出神經(jīng)元221。

假設(shè)ann具有多于一個(gè)隱藏中間層210，那么所有輸入神經(jīng)元201-205接著經(jīng)由預(yù)定權(quán)重因素連接到布置在第一中間層210中的每個(gè)神經(jīng)元，其中先前隱藏的中間層的每個(gè)神經(jīng)元經(jīng)由預(yù)定權(quán)重因素連接到后續(xù)隱藏中間層的每個(gè)神經(jīng)元，并且其中最后隱藏的中間層的所有神經(jīng)元連接到輸出層220的每個(gè)輸出神經(jīng)元。

每個(gè)神經(jīng)執(zhí)行由對(duì)應(yīng)先前層提供并且通過(guò)預(yù)定權(quán)重因素起作用的值的固有地已知求和并且借助神經(jīng)功能評(píng)估所得總和。在求和期間，可在每個(gè)神經(jīng)元的輸入端處添加對(duì)應(yīng)閾值(“偏差”)或者向其添加對(duì)應(yīng)閾值(“偏差”)。神經(jīng)功能的評(píng)估結(jié)果構(gòu)成相應(yīng)神經(jīng)元的輸出值。固有地已知函數(shù)(例如至少局部線性函數(shù)、∑函數(shù)、雙曲線函數(shù)或符號(hào)函數(shù))可被認(rèn)為是神經(jīng)功能。

布置在輸出層220中的唯一輸出神經(jīng)元221提供整個(gè)ann110的輸出值。輸入層200和輸出層220連接到ann110的環(huán)境或者連接到預(yù)處理單元105和后處理單元115，然而前述隱藏層或中間層210不能直接從外部進(jìn)入。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明具有二階段評(píng)估模式的評(píng)估單元的示例性實(shí)施方式，其中布置有兩個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ann1400和ann2405。在本示例中，單獨(dú)傳感器元件基于相同物理原理工作并且形成一維或多維布置(陣列)。應(yīng)指出一致物理測(cè)量原理并非二階段或多階段評(píng)估模式的這種應(yīng)用的前提。

主要傳感器信號(hào)410(也就是說(shuō)從傳感器元件遞送的原始信號(hào))首先供應(yīng)個(gè)ann1400的輸入端或輸入層(本文未示出)。ann1400被訓(xùn)練以確定一或多個(gè)必要影響變量或參數(shù)(例如目標(biāo)對(duì)象與前述布置(陣列)傳感器元件之間的距離z)以便對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行線性位置確定。另選地或除此之外，ann1400可提供主要傳感器信號(hào)歸一化所必須的數(shù)據(jù)。來(lái)自ann1400的對(duì)應(yīng)輸出數(shù)據(jù)415首先供應(yīng)給預(yù)處理模塊420，所述預(yù)處理模塊420在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中是基于規(guī)則的。另外，主要傳感器信號(hào)供應(yīng)425給預(yù)處理模塊420。根據(jù)上述方式預(yù)處理的數(shù)據(jù)接著供應(yīng)430給ann2405或者供應(yīng)給ann2的輸入層(未示出)。

與ann1400相反，ann2405被訓(xùn)練以計(jì)算并且遞送435主要測(cè)量變量或測(cè)量參數(shù)，以及目標(biāo)對(duì)象關(guān)于前述布置(陣列)傳感器元件的位置。

應(yīng)指出ann1400、并且具體地ann2405的輸出節(jié)點(diǎn)的精確數(shù)目取決于實(shí)際應(yīng)用。因此，就傳感器元件的三維或空間布置而言，ann2405可基于x軸、y軸和z軸向目標(biāo)對(duì)象提供位置數(shù)據(jù)。

下文將描述根據(jù)本發(fā)明的位置和/或距離傳感器的多個(gè)其他應(yīng)用示例或示例性實(shí)施方式。

實(shí)施例1.1：

在當(dāng)前情況下并且通過(guò)舉例，圖4a所示的具有ann的位置傳感器具有六個(gè)電感式傳感器元件(se1、se2、...、se6)505-530的布置(陣列)500。在此情況下，基本測(cè)量變量是目標(biāo)對(duì)象(目標(biāo))535沿著x軸540的位置。z距離545在本文中被認(rèn)為是補(bǔ)充測(cè)量值。傳感器元件505-530中的每一個(gè)以感應(yīng)方式對(duì)導(dǎo)電和/或鐵磁目標(biāo)對(duì)象材料感應(yīng)或反應(yīng)。振蕩器(圖4b)的振幅隨著目標(biāo)對(duì)象在x方向上的移動(dòng)而改變。如果目標(biāo)對(duì)象沿著傳感器布置500以固定z距離545移動(dòng)，那么單獨(dú)傳感器元件505-530的結(jié)果振蕩器振幅(s1、s2、...、s6)取決于目標(biāo)對(duì)象(圖4b)的x位置。這種振幅依賴通常是隆起形的，其中基本對(duì)稱的隆起的中間值對(duì)應(yīng)于相應(yīng)傳感器元件的位置。振幅的最大變化在本文中取決于對(duì)應(yīng)z距離。單獨(dú)傳感器信號(hào)的可能偏移和適應(yīng)可借助預(yù)處理階段(未示出)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

實(shí)施例1.2：

圖5a所示的傳感器模塊具有形成為電測(cè)量線圈(se1、...、se4)的多個(gè)(更確切地在當(dāng)前情況下并且通過(guò)舉例為四個(gè))傳感器元件600-615。檢測(cè)從測(cè)量線圈遞送的電壓，以相位敏感方式620-635對(duì)其進(jìn)行解調(diào)，并且將其饋送到ann的輸入層640(未示出)中。目標(biāo)對(duì)象645的當(dāng)前位置可借助ann基于這些主要傳感器信號(hào)來(lái)確定。除了傳感器元件600-615的所示布置(陣列)之外，在當(dāng)前情況下并且通過(guò)舉例另外設(shè)有五個(gè)電激勵(lì)線圈(ec1、ec2、...、ec5)650-670的布置(陣列)，所述布置(陣列)例如從諧波電壓或當(dāng)前信號(hào)675被饋送，更確切地說(shuō)其方式為使得在具體時(shí)刻相鄰激勵(lì)線圈始終具有相反磁極性。對(duì)于當(dāng)前或預(yù)定z距離，每個(gè)傳感器元件具有圖5b所示的具體波特性(s1、s2、s3、s4)，其中波幅取決于當(dāng)前z距離。

實(shí)施例1.3：

圖6a所示的位置/距離傳感器具有發(fā)光二極管(led)700(例如在可見(jiàn)頻率范圍或在紅外頻率范圍下工作的led)和光電二極管列705。led700發(fā)射聚焦光束702，從而在目標(biāo)對(duì)象710的表面上形成照射光斑715。在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，從目標(biāo)對(duì)象710反向散射的光720借助菲涅爾透鏡725指向光電二極管列705。光電二極管(圖6b)處的強(qiáng)度分布結(jié)果是目標(biāo)對(duì)象710的距離的度量，在當(dāng)前情況下為主要測(cè)量變量。反射光720的強(qiáng)度另外取決于(表面)顏色并且取決于目標(biāo)對(duì)象710的表面形態(tài)或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述(表面)顏色和表面形態(tài)或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在當(dāng)前情況下被處理為互補(bǔ)測(cè)量變量。在圖6b中，展示光電二極管列705上的針對(duì)兩個(gè)不同目標(biāo)距離x1、x2以及針對(duì)兩個(gè)不同光散射系數(shù)r1、r2的強(qiáng)度分布。借助控制單元730讀取從光電二極管遞送的測(cè)量信號(hào)(s1、s2、s3等)并將其供應(yīng)給ann(未示出)的輸入層735。

ann的使用在此示例性實(shí)施方式中特別有利，因?yàn)閘ed或透鏡各自的幾何結(jié)構(gòu)必須是理想的。另外，所示整體緊湊的傳感器可被適配成客戶專用安裝幾何結(jié)構(gòu)，并且具體地生產(chǎn)成本可顯著減少。

另外，ann的輸入數(shù)據(jù)的數(shù)目減少由于主要測(cè)量信號(hào)的預(yù)處理而可以是有利的。例如，假設(shè)光電二極管列具有128二極管元件，ann的輸入數(shù)據(jù)的數(shù)目通過(guò)對(duì)每8個(gè)相鄰二極管元件的強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行求和可減少到剛好16。

實(shí)施例1.4：

在當(dāng)前情況下并且通過(guò)舉例，圖7a所示的示例性實(shí)施方式包括兩個(gè)電感式激勵(lì)元件845、850(每個(gè)優(yōu)選地利用電機(jī)交流電進(jìn)行操作)以及六個(gè)電感式接收器元件800-825(其在當(dāng)前情況下被形成為設(shè)有鐵氧體磁芯的電機(jī)線圈)的布置(陣列)830。接收器元件800-825對(duì)金屬目標(biāo)對(duì)象敏感，其中如圖7b所示的單獨(dú)接收器元件的主要傳感器信號(hào)取決于目標(biāo)對(duì)象835的x位置和y位置或者與此位置數(shù)據(jù)相關(guān)。測(cè)量信號(hào)另外包括與傳感器元件的布置830與目標(biāo)對(duì)象835之間的距離z840相關(guān)的信息，所述信息在當(dāng)前情況下以互補(bǔ)測(cè)量變量的形式被處理。ann(未示出)存取目標(biāo)對(duì)象835的x位置和y位置并且可另外提供以上提及的有限測(cè)量范圍中的z信息840。應(yīng)指出與基于變壓器原理的所示電感式傳感器元件相反，還可設(shè)置自我電感式或電容地檢測(cè)信息的傳感器元件。還應(yīng)提到傳感器元件800-825的所示布置830可擴(kuò)展或者可在x方向和y方向上延伸。

實(shí)施例1.5：

在圖8所示的示例性實(shí)施方式中，假設(shè)目標(biāo)對(duì)象本身通過(guò)旋轉(zhuǎn)永磁體900來(lái)形成并且模擬磁場(chǎng)傳感器905-925(例如基于霍爾效應(yīng)、amr或gmr)圍繞此目標(biāo)對(duì)象布置。由于磁目標(biāo)對(duì)象900的旋轉(zhuǎn)致使傳感器元件的輸出信號(hào)周期性改變并且因此目標(biāo)對(duì)象的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)角可以固有地已知方式源自供應(yīng)給ann(未示出)的輸入層930的傳感器信號(hào)，所以旋轉(zhuǎn)式編碼器可配備有所示布置。這里，ann遞送歸一化sin/cos輸出數(shù)據(jù)。借助合適的后處理步驟，還可產(chǎn)生增量輸出數(shù)據(jù)，例如高分辨率數(shù)字正交信號(hào)。在此示例性實(shí)施方式中，ann的優(yōu)點(diǎn)在于以下事實(shí)：磁場(chǎng)傳感器905-925的位置和磁目標(biāo)對(duì)象900的準(zhǔn)確外觀或形式并非必須是規(guī)則的或理想的，由此最小化關(guān)于本文關(guān)注的傳感器開(kāi)發(fā)的可能的設(shè)計(jì)局限或約束條件。

實(shí)施例2.1：

在圖9a-9c所示的示例性實(shí)施方式中，兩個(gè)或更多個(gè)傳感器線圈1000、1005布置在鐵磁芯1010中或周圍，其中線圈1000、1005中的每一個(gè)充當(dāng)對(duì)應(yīng)lc振蕩電路1015、1020的電感式部分，這些電感式部分交替操作。因?yàn)檎袷庪娐吩趥鞲衅黝^內(nèi)的位置不同，振蕩電路1015、1020的所得電機(jī)振蕩器電壓1025、1030對(duì)關(guān)于目標(biāo)對(duì)象距離和目標(biāo)對(duì)象(未示出)和/或傳感器線圈1000、1005的金屬環(huán)境(被稱為環(huán)境條件)的不同程度敏感。經(jīng)檢測(cè)振蕩器電壓1025、1030各自被解調(diào)1035、1040并且被供應(yīng)給ann(未示出)的輸入層1045，其中ann被訓(xùn)練以據(jù)此計(jì)算目標(biāo)對(duì)象距離、更確切地說(shuō)具體地與以上提及的環(huán)境條件無(wú)關(guān)。

圖9a-9c所示的三種不同的實(shí)現(xiàn)方式更確切地關(guān)注：在示例(a)中，兩個(gè)線圈1000、1005布置在鐵氧體磁芯1010的兩個(gè)不同開(kāi)口區(qū)域或凹陷1050、1055中。在示例(b)中，兩個(gè)線圈1000、1005布置在鐵氧體磁芯1010的相同凹陷1060內(nèi)。在示例(c)中，相反地，兩個(gè)線圈1065中的一個(gè)完全布置在鐵氧體磁芯1010外并且充當(dāng)電感式傳感器元件。

就圖9a接下來(lái)展示的測(cè)量曲線而言，更確切地就未安裝測(cè)量情形(e1)和安裝在鋼結(jié)構(gòu)(e2)中的傳感器單元而言，振蕩器振幅取決于距離，即，針對(duì)兩個(gè)可能的安裝情形e1、e2展示兩個(gè)嵌入式傳感器單元s1、s2的特性曲線。

圖9a-9c所示的電機(jī)線圈還可用于固定操作，原因在于兩個(gè)線圈中的一個(gè)是lc振蕩電路的一部分并且變得與對(duì)應(yīng)放大器一起振蕩，然而另一個(gè)線圈充當(dāng)變壓器布置的次級(jí)線圈并且從第一線圈接收串?dāng)_信號(hào)。lc振蕩電路的振蕩幅度以及接收器線圈中感應(yīng)的電壓的相位和大小受到目標(biāo)對(duì)象的距離和測(cè)量條件(例如，目標(biāo)對(duì)象材料、安裝材料、安裝幾何結(jié)構(gòu)等)的影響。

實(shí)施例2.2：

在圖10所示的示例性實(shí)施方式中，設(shè)有鐵氧體磁芯1100的電感式傳感器線圈1105用作lc振蕩電路1110的一部分，其中并聯(lián)連接的電容器1115-1125借助低電阻模擬多路調(diào)制器1130各自交替不同電容值連接以便檢測(cè)不同頻率的振蕩電路振幅。借助常規(guī)a/d轉(zhuǎn)換器(本文未示出)也被數(shù)字化的對(duì)應(yīng)解調(diào)幅值1135供應(yīng)給ann(未示出)的輸入層1140。由于先前提及的環(huán)境條件的影響和目標(biāo)對(duì)象的材料同樣在不同振蕩頻率之間不同，ann可被訓(xùn)練以確定與先前提及的條件無(wú)關(guān)的目標(biāo)對(duì)象距離。

實(shí)施例2.3：

圖11示出以上提及的“類型2”傳感器，其具有無(wú)芯激勵(lì)線圈1200，所示測(cè)量系統(tǒng)借助所述無(wú)芯激勵(lì)線圈1200由高頻磁場(chǎng)激勵(lì)或者由對(duì)應(yīng)能量1202供應(yīng)。所述系統(tǒng)還包括布置在各個(gè)位置的測(cè)量線圈1205-1220，借助所述測(cè)量線圈1205-1220檢測(cè)與目標(biāo)對(duì)象1225及其基于材料的性質(zhì)相關(guān)的位置無(wú)關(guān)的信息。由每個(gè)傳感器元件1205-1220檢測(cè)的信號(hào)1230-1245首先以相位敏感方式1250-1265解調(diào)。所得解調(diào)電壓信號(hào)供應(yīng)給ann(未示出)的輸入層1270，所述輸入層1270被訓(xùn)練以基于電壓信號(hào)計(jì)算傳感器1205-1220與目標(biāo)對(duì)象1225之間的距離，所述距離與目標(biāo)對(duì)象1225的材料性質(zhì)無(wú)關(guān)。測(cè)量線圈1205-1220可在幾何形狀上以不同方式布置，其中這些測(cè)量線圈1205-1220各自可具有關(guān)于目標(biāo)對(duì)象1225和/或其材料的不同測(cè)量靈敏度。根據(jù)特別有利的布置，測(cè)量線圈對(duì)在相反方向上彼此串聯(lián)連接。由于單獨(dú)線圈元件中感應(yīng)的大多數(shù)電壓源自激勵(lì)線圈的直接串?dāng)_，所以從激勵(lì)線圈1200遞送的磁激勵(lì)信號(hào)可甚至由單獨(dú)線圈元件的非光學(xué)旋轉(zhuǎn)次數(shù)抑制，并且不管怎樣可實(shí)現(xiàn)更高信號(hào)放大和改進(jìn)的信噪比。

圖11所示的線圈布置還可在脈沖操作下應(yīng)用或使用，更確切地，如果激勵(lì)線圈在當(dāng)前脈沖而不是高頻激勵(lì)下操作并且感應(yīng)接收器信號(hào)以高掃描速率而不是所描述解調(diào)被數(shù)字化并存儲(chǔ)，那么與時(shí)間無(wú)關(guān)的波形的經(jīng)選擇數(shù)據(jù)元件供應(yīng)給ann的輸入層的接收器線圈。

實(shí)施例2.4：

在圖12所示的示例性實(shí)施方式中，設(shè)有不同大小和幾何結(jié)構(gòu)的電容式測(cè)量傳感器元件1300-1310，其中經(jīng)測(cè)量電容借助對(duì)應(yīng)電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(cdc)1315-1325被數(shù)字化并且這樣數(shù)字化的傳感器信號(hào)應(yīng)用到ann(未示出)的輸入層1330。傳感器元件1300-1310具有與目標(biāo)對(duì)象(未示出)和周圍環(huán)境(具體地為金屬環(huán)境)相比不同的靈敏度，其中ann被訓(xùn)練成使得其可確定傳感器與目標(biāo)對(duì)象之間的距離，所述距離與周圍環(huán)境無(wú)關(guān)。

實(shí)施例2.5：

在圖13a中，示出位置敏感、多層(le、ls1、...、ls4)和基本平面轉(zhuǎn)換器1400的示例性實(shí)施方式。所示多層線圈印刷電路板具有激勵(lì)線圈1402和多個(gè)電感式接收器線圈1405-1420。接收器線圈1405-1420的幾何結(jié)構(gòu)未必以規(guī)則形式形成(如圖13a所示)，而是可關(guān)于信號(hào)強(qiáng)度、信噪比和/或生產(chǎn)成本進(jìn)行優(yōu)化。利用布置在轉(zhuǎn)換器1400上方的金屬目標(biāo)對(duì)象1425，每個(gè)單獨(dú)接收器線圈1405-1420根據(jù)目標(biāo)對(duì)象1425的位置1430遞送不同信息或信號(hào)s1、s2、s3、s4(圖13b)。鑒于以上提及的不規(guī)則性，此信息不能被以解析方式(即，基于公式)評(píng)估。ann(本文未示出)的使用優(yōu)點(diǎn)在于以下事實(shí)：其無(wú)論如何可被訓(xùn)練成能夠基于此信息確定或估計(jì)目標(biāo)對(duì)象的距離和/或位置。

應(yīng)指出即使現(xiàn)有領(lǐng)域已知的當(dāng)前類型的平面轉(zhuǎn)換器(其具有sin/cos形或者甚至線性測(cè)量特性)通常還具有實(shí)際測(cè)量情形中的干涉屬性，評(píng)估結(jié)果借以仍必須經(jīng)受下游線性過(guò)程。

實(shí)施例2.6：

在圖14所示的示例性實(shí)施方式中，確定布置在載體元件1502的間隙或空隙1500中的光學(xué)上不透明的目標(biāo)對(duì)象1505的x位置和y位置。借助順序通電1512的發(fā)光二極管(led)的布置(陣列)1510照射光電二極管的布置(陣列)1515，使得可檢測(cè)到目標(biāo)對(duì)象1505的光影。檢測(cè)從由led和光電二極管形成的所有對(duì)遞送的光強(qiáng)度矩陣1520并將其供應(yīng)給ann的輸入層(在當(dāng)前情況下未示出)。ann被訓(xùn)練成使得其可基于此信息確定目標(biāo)對(duì)象的x位置和y位置。另外，可利用所述信息根據(jù)互補(bǔ)測(cè)量變量確定目標(biāo)對(duì)象的大小。

實(shí)施例3.1：

圖15所示的多傳感器具有多個(gè)傳感器元件2000-2010，所述多個(gè)傳感器元件2000-2010容納在外殼或傳感器頭2002中并且在物理上以完全不同的方式工作，更確切地在當(dāng)前示例性實(shí)施方式中利用電容式2000、電感式2005、光學(xué)式(本文未示出)和/或以基于霍爾效應(yīng)方式2010工作的測(cè)量原理進(jìn)行工作。借助具有輸入層2015的ann(未示出)評(píng)估從這些傳感器元件2000-2010遞送并且在適當(dāng)情況下以上述方式后處理2012、2013的測(cè)量信號(hào)以便因此檢測(cè)任何目標(biāo)對(duì)象2020-2030的存在，更確切地說(shuō)具體地與其材料無(wú)關(guān)。目標(biāo)對(duì)象的材料可以是例如金屬2020、非金屬諸如塑料、液體2030或者甚至生物體2025。

實(shí)施例3.2：

圖16所示的示例性實(shí)施方式涉及相匹配傳感器單元形成或者由根據(jù)相同物理測(cè)量原理2100-2120操作的傳感器單元形成的位置傳感器，其中每個(gè)傳感器單元2100-2120具有電容式傳感器元件2125(在當(dāng)前情況下僅示出傳感器單元2120)和電感式傳感器元件2130。從傳感器元件遞送的主要傳感器信號(hào)供應(yīng)給ann(未示出)的輸入層2135。由于電感式傳感器元件2130對(duì)導(dǎo)電材料和鐵磁材料均敏感，并且電容式傳感器元件2125另外對(duì)電介質(zhì)材料敏感，可借助ann設(shè)置可檢測(cè)金屬和非金屬目標(biāo)對(duì)象2140的位置傳感器。

應(yīng)指出除了先前提及的主要傳感器信號(hào)之外，在ann的評(píng)估中可考慮同樣從傳感器元件遞送的可以說(shuō)呈互補(bǔ)傳感器信號(hào)形式的溫度數(shù)據(jù)2145。

實(shí)施例3.3：

在圖17所示的示例性實(shí)施方式或應(yīng)用示例中，光學(xué)距離傳感器2200布置在窗口2205中，所述窗口2205具有由光學(xué)上透明的導(dǎo)電氧化層形成的電容式傳感器2210。從電容式2210和光學(xué)2200傳感器元件遞送的測(cè)量信號(hào)供應(yīng)給ann(在當(dāng)前情況下未示出)的輸入層。先前提及的不同測(cè)量信號(hào)的這種類型的接合實(shí)現(xiàn)對(duì)各自具有非常不同機(jī)械和/或電氣屬性的各種目標(biāo)對(duì)象的可靠檢測(cè)，并且另外實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)的有效抑制。

實(shí)施例3.4：

在圖18a所示的示例性實(shí)施方式中，配備有鐵氧體磁芯2300的常規(guī)電感式傳感器線圈2305用作lc振蕩電路2310的一部分。同時(shí)檢測(cè)振蕩電路2310的解調(diào)電壓2315(另外參見(jiàn)圖18b)和頻率2320(另外參考圖18c)，并且將這兩個(gè)信息片段供應(yīng)給ann(未示出)的輸入層2325作為主要傳感器信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，可設(shè)置與材料無(wú)關(guān)的距離傳感器，因?yàn)楦鶕?jù)考慮中的目標(biāo)對(duì)象的距離，由不同材料組成的目標(biāo)對(duì)象具有顯著不同且典型振幅和頻率的特性線對(duì)。

實(shí)施例3.6：

在圖19所示的示例性實(shí)施方式中，具有多個(gè)測(cè)量線圈的傳感器系統(tǒng)由布置在外殼或傳感器頭2502中的多層印刷電路板(pcb)的不同層2500-2510形成。所述系統(tǒng)根據(jù)兩個(gè)不同測(cè)量原理工作，更確切地根據(jù)電感式測(cè)量原理2515工作，其中以上提及的測(cè)量線圈2500-2510中的一或多個(gè)用作接收器線圈，并且其中目標(biāo)對(duì)象2520影響接收器線圈中感應(yīng)的電壓。第二測(cè)量原理在本質(zhì)上是電容性的2525，其中檢測(cè)測(cè)量線圈2500-2510中的一或多個(gè)的電容?？刂茊卧驕y(cè)量單元2530根據(jù)這兩個(gè)測(cè)量原理2515、2525借助常規(guī)切換模塊2535進(jìn)行交替測(cè)量，其中一或多個(gè)電感式2515和一或多個(gè)電容式2525測(cè)量信號(hào)用作主要測(cè)量信號(hào)并且將其供應(yīng)給ann(未示出)的輸入層2540以便基于此信息確定目標(biāo)對(duì)象距離和任選地互補(bǔ)測(cè)量變量(諸如目標(biāo)對(duì)象材料)。

實(shí)施例3.7：

在圖20所示的示例性實(shí)施方式中，借助具有輸入層2610的ann(未示出)評(píng)估、組合從固有地已知基于超聲波的距離傳感器或轉(zhuǎn)換器2600遞送的測(cè)量信號(hào)和從電容式傳感器元件2605遞送的測(cè)量信號(hào)。這種類型的測(cè)量系統(tǒng)有利地實(shí)現(xiàn)對(duì)不能反射超聲波的目標(biāo)對(duì)象2615和/或已經(jīng)相對(duì)靠近傳感器外殼2620定位或者根據(jù)具體測(cè)量原理已經(jīng)太靠近定位的目標(biāo)對(duì)象的檢測(cè)。

在下文中，描述了另外的示例性實(shí)施方式，其中針對(duì)傳感器元件進(jìn)行兩個(gè)傳感器信號(hào)的上述評(píng)估，所述評(píng)估是基于相同測(cè)量原理或者至少類似測(cè)量原理，但是基于不同特性曲線。

圖21a至圖21c示出使用配備有六個(gè)線圈的線性測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的數(shù)據(jù)。測(cè)量系統(tǒng)在時(shí)分多路復(fù)用操作模式下工作，即，在任何給定時(shí)刻單獨(dú)六個(gè)線圈中始終僅存在一個(gè)線圈操作，其中單獨(dú)線圈各自自我電感式操作。振蕩幅度充當(dāng)傳感器信號(hào)。

圖21a至圖21c所示的測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)于ann的原始信號(hào)(圖21b)、預(yù)處理信號(hào)(圖21c)和輸出信號(hào)(圖21a)。在此示例性實(shí)施方式中，ann包括19個(gè)隱藏神經(jīng)元和一個(gè)輸出神經(jīng)元，所述神經(jīng)元被訓(xùn)練以確定目標(biāo)對(duì)象的位置?；趯?duì)應(yīng)于并未用于ann訓(xùn)練的目標(biāo)對(duì)象位置的信號(hào)模式檢驗(yàn)測(cè)量精度或測(cè)量質(zhì)量。

如可從圖21a看出的，沿著縱坐標(biāo)標(biāo)繪、在目標(biāo)對(duì)象的位置的大約±20mm的區(qū)域中、沿著值為0的參考位置周圍的橫坐標(biāo)標(biāo)繪的ann的輸出信號(hào)(“網(wǎng)絡(luò)輸出”)基本上對(duì)應(yīng)于標(biāo)繪的理想曲線(“理想特征曲線”)。從圖21b還明顯的是單獨(dú)線圈的原始測(cè)量信號(hào)構(gòu)成向下降落的貝爾曲線2700、2705，所述貝爾曲線2700、2705在信號(hào)方向(縱坐標(biāo))上起始于在基線處基本上水平延伸的稍微不同的水平曲線2710、2715。還可從圖21c看出的，貝爾曲線2700、2705就振幅而言借助以上提及的原始數(shù)據(jù)2700-2715的預(yù)處理來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化，更確切地在當(dāng)前示例性實(shí)施方式中各自被歸一化為值1，并且沿著橫坐標(biāo)反射2720、2725，并且圖21b所示的在基線處延伸的水平線2710、2715的波動(dòng)已經(jīng)克服2730。應(yīng)指出圖21c所示的曲線的歸一化僅對(duì)于目標(biāo)對(duì)象的固定預(yù)定距離有效，并且因此針對(duì)不同距離必須重新執(zhí)行。

圖22a示出示例性實(shí)施方式，其中位置敏感傳感器由多層印刷電路板2800(“多層pcb”)形成。這種傳感器類型構(gòu)成具有單輸入端和多輸出端的變壓器。層2825(其在當(dāng)前情況下為最低的層)對(duì)應(yīng)于激勵(lì)線圈，其中另外的層2805-2820構(gòu)成感測(cè)接收器線圈。由激勵(lì)線圈2825激勵(lì)的電場(chǎng)對(duì)單獨(dú)接收器線圈2805-2820的電磁穿透或聯(lián)接取決于接收器線圈2805-2820的對(duì)應(yīng)線圈幾何結(jié)構(gòu)，并且具體地取決于目標(biāo)對(duì)象的位置或距離，如從下文描述的圖22b將變得明顯。

如還可從圖22a看出的，接收器線圈2805-2820由彼此串聯(lián)連接的片段2830-2855組成并且具有交替極性。激勵(lì)線圈2825之后的層2820在本文中對(duì)應(yīng)于相對(duì)長(zhǎng)波正弦信號(hào)，并且后續(xù)層2815對(duì)應(yīng)于余弦信號(hào)，所述余弦信號(hào)同樣是相對(duì)長(zhǎng)波信號(hào)，并且下一個(gè)后續(xù)層2810對(duì)應(yīng)于相對(duì)短波正弦信號(hào)，并且最上層2805繼而對(duì)應(yīng)于相對(duì)短波余弦信號(hào)。因此提供具有相對(duì)長(zhǎng)波輸出和相對(duì)短波輸出的兩個(gè)正弦/余弦對(duì)。

目標(biāo)對(duì)象的位置依賴是以下事實(shí)結(jié)果：接收器線圈2805-2820中的每一個(gè)具有不同傳感器特性或者具有不同特性曲線，但是所有曲線受制于相同物理測(cè)量原理。

圖22b中的測(cè)量曲線示出以上提及的四個(gè)接收器線圈2805-2820、確切地借以作出目標(biāo)對(duì)象位置的粗略估計(jì)的兩個(gè)相對(duì)長(zhǎng)波正弦/余弦對(duì)2860、2865并且還有借以可能作出相對(duì)精確的位置確定的兩個(gè)相對(duì)短波正弦/余弦對(duì)2870、2875的兩個(gè)信號(hào)群。短波數(shù)據(jù)不提供有關(guān)當(dāng)前波段的任何信息，然而此階段信息從長(zhǎng)波線圈對(duì)2815、2820遞送，因?yàn)檫@些階段信息僅覆蓋圖22c所示的大約100mm測(cè)量區(qū)域內(nèi)的一個(gè)波段。

應(yīng)指出圖22b展示另外的測(cè)量曲線，更確切地總共八個(gè)曲線，其中剩余曲線對(duì)應(yīng)于如先前提及的正交相位等。還應(yīng)指出信號(hào)分布曲線非常強(qiáng)烈地從理想正弦曲線或余弦曲線偏離，其中精確信號(hào)分布曲線高度取決于傳感器與目標(biāo)對(duì)象之間的距離。

圖22c至圖22e示出就圖22a所示的位置敏感傳感器而言通常產(chǎn)生的評(píng)估數(shù)據(jù)。因此，圖22c示出從ann遞送的根據(jù)目標(biāo)對(duì)象的實(shí)際x位置、更確切地說(shuō)針對(duì)不同目標(biāo)對(duì)象距離z的位置輸出數(shù)據(jù)。圖22d還示出從ann遞送的根據(jù)目標(biāo)對(duì)象的實(shí)際x位置、同樣更確切地說(shuō)針對(duì)不同目標(biāo)對(duì)象距離z的距離數(shù)據(jù)。最后，圖22e示出從ann遞送的根據(jù)目標(biāo)對(duì)象的實(shí)際z距離、更確切地說(shuō)在三個(gè)不同x位置(確切地x＝50,95和140mm)測(cè)量的距離數(shù)據(jù)。應(yīng)指出在圖22c至圖22e所示的示例中，圖22b所示的信號(hào)群用作ann的輸入數(shù)據(jù)。

權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)

1.用于確定目標(biāo)對(duì)象的距離或空間定向的非接觸式位置和/或距離傳感器，其特征在于，設(shè)有形成傳感器模塊(100)的至少兩個(gè)傳感器元件并且借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(110)共同評(píng)估從所述至少兩個(gè)傳感器元件遞送的傳感器信號(hào)(103)，其中所述傳感器模塊(100)被連接到預(yù)處理模塊(105)，使得信號(hào)和/或數(shù)據(jù)可在所述傳感器模塊(100)與所述預(yù)處理模塊(105)之間交換以對(duì)從所述傳感器模塊(100)遞送的所述至少兩個(gè)傳感器信號(hào)(103)進(jìn)行預(yù)處理，并且其中所述預(yù)處理信號(hào)(107)被供應(yīng)給所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(110)。

2.如權(quán)利要求1所述的位置和/或距離傳感器，其特征在于，所述至少兩個(gè)傳感器元件可能受到相應(yīng)測(cè)量變量和可能測(cè)量和/或環(huán)境條件的影響。

3.如權(quán)利要求2所述的位置和/或距離傳感器，其特征在于，所述至少兩個(gè)傳感器元件各自是基于物理上不同的操作原理。

4.如權(quán)利要求2所述的位置和/或距離傳感器，其特征在于，所述至少兩個(gè)傳感器元件是基于物理上等效或類似的操作原理并且各自具有不同特性曲線。

5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的位置和/或距離傳感器，其特征在于，所述至少兩個(gè)傳感器元件靜態(tài)地或動(dòng)態(tài)地操作。

6.如權(quán)利要求5所述的位置和/或距離傳感器，其特征在于，所述前述動(dòng)態(tài)操作對(duì)應(yīng)于脈沖操作。

7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的位置和/或距離傳感器，其特征在于，所述至少一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(110)由校準(zhǔn)或?qū)W習(xí)過(guò)程關(guān)于從所述至少兩個(gè)傳感器元件遞送的所述傳感器信號(hào)(103)訓(xùn)練。

8.如權(quán)利要求7所述的位置和/或距離傳感器，其特征在于，就所述校準(zhǔn)或?qū)W習(xí)過(guò)程而言，所述至少一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(110)在不同測(cè)量和/或環(huán)境條件下針對(duì)所述對(duì)應(yīng)測(cè)量變量進(jìn)行訓(xùn)練。

9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的位置和/或距離傳感器，其特征在于，所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(110)的輸出信號(hào)被供應(yīng)給后處理模塊(115)，借助所述后處理模塊(115)對(duì)從所述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(110)遞送的輸出信號(hào)(113)進(jìn)行后處理以借助輸出模塊(120)來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)顯示。

10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的位置和/或距離傳感器，其特征在于，設(shè)有兩個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(400、405)，其中從所述傳感器元件遞送的傳感器信號(hào)(410)供應(yīng)給所述兩個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(400)中的第一個(gè)，所述第一人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(400)的所述輸出數(shù)據(jù)(415)供應(yīng)給預(yù)處理模塊(420)，并且以此方式預(yù)處理的所述數(shù)據(jù)供應(yīng)(430)給所述兩個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(405)中的第二個(gè)。

11.如權(quán)利要求10所述的位置和/或距離傳感器，其特征在于，從所述傳感器元件遞送的所述傳感器信號(hào)(410)另外供應(yīng)(425)給所述預(yù)處理模塊(420)。

12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于操作非接觸式位置和/或距離傳感器的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(110)由校準(zhǔn)或?qū)W習(xí)過(guò)程關(guān)于從所述至少兩個(gè)傳感器元件供應(yīng)的所述傳感器信號(hào)(103)訓(xùn)練。

13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，就所述校準(zhǔn)或?qū)W習(xí)過(guò)程而言，所述至少一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(110)針對(duì)所述至少兩個(gè)傳感器元件中的每一個(gè)在不同條件下針對(duì)所述對(duì)應(yīng)測(cè)量變量進(jìn)行訓(xùn)練。

14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(110)被訓(xùn)練成使得其從所述預(yù)處理傳感器信號(hào)(107)提取對(duì)應(yīng)于待檢測(cè)的所述目標(biāo)對(duì)象的對(duì)應(yīng)參數(shù)的具體參數(shù)。

15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，前述參數(shù)涉及所述傳感器模塊(100)與所述目標(biāo)對(duì)象之間的距離、所述傳感器元件上方的所述目標(biāo)對(duì)象的位置、或所述目標(biāo)對(duì)象的表面屬性。

16.如權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(110)將所述預(yù)處理傳感器信號(hào)(107)轉(zhuǎn)換成與所述目標(biāo)對(duì)象的所述前述屬性相關(guān)的輸出信號(hào)(113)。

17.如權(quán)利要求12至16中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(110)遞送輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)指示從所述至少兩個(gè)傳感器元件遞送的所述傳感器信號(hào)(103)的信號(hào)質(zhì)量。

18.如權(quán)利要求12至17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，從所述至少兩個(gè)傳感器元件遞送的所述傳感器信號(hào)(103)構(gòu)成靜態(tài)或動(dòng)態(tài)波形并且充當(dāng)所述至少一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)。