專利名稱：傳感器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器設(shè)備，特別是一種極限或閾值傳感器設(shè)備，具有一個用于檢測測量數(shù)量的傳感器系統(tǒng)和一個用于切換負(fù)載電路的開關(guān)設(shè)備，并且該開關(guān)設(shè)備與傳感器系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。
術(shù)語傳感器系統(tǒng)基本上被理解為在下面指任何類型的傳感器系統(tǒng)，其主要包括一個相應(yīng)的測量探頭、機(jī)械設(shè)計和一個相應(yīng)的適配或匹配電子電路。所述的匹配電子電路必然有相應(yīng)的輸出電路，用于在與傳感器系統(tǒng)有關(guān)的輸出上驅(qū)動負(fù)載電路。
在本文中作為基本類型的特定的傳感器系統(tǒng)是一種閾值傳感器系統(tǒng)，當(dāng)達(dá)到一個預(yù)先確定的值時(這個值可以是模擬或二進(jìn)制性質(zhì)的)操作一個或多個開關(guān)輸出。這樣一種閾值傳感器系統(tǒng)必然在相應(yīng)的傳感器系統(tǒng)內(nèi)將一個測量探頭或檢測器與具有評估和輸出功能的匹配電子電路組合。
在下文中這樣的傳感器系統(tǒng)被理解為涉及(例如)電感性和電容性的接近開關(guān)、光電子傳感器、超聲接近開關(guān)(proximity switch)、磁和磁場傳感器，以及電平傳感器。
這種傳感器設(shè)備的問題是在于，在用于驅(qū)動負(fù)載電路或相應(yīng)的負(fù)載輸出電路中的開關(guān)設(shè)備是作為一個晶體管或晶體管級構(gòu)成的或者另一種方案是以機(jī)電繼電器的形式構(gòu)成的。
如果對于開關(guān)設(shè)備采取晶體管解決方案，將它與傳感器的相應(yīng)的匹配電子電路構(gòu)造在一個裝置上的可能性是無可否認(rèn)地存在的。然而，一個重大的缺點是在簡單的廉價的結(jié)構(gòu)中控制電路和負(fù)載電路之間未提供電流分離，以致可能引起潛在的延遲。這個問題也可能出現(xiàn)在晶體管中，這是因為它不能切換a.c.電壓。
當(dāng)利用一個機(jī)電繼電器作為輸出電路中的開關(guān)設(shè)備時，必須考慮這樣的缺點，即相當(dāng)大的尺寸以及例如200mW相當(dāng)高的驅(qū)動功率。
還不清楚在可預(yù)見的將來，作為在機(jī)電繼電器領(lǐng)域中持續(xù)的進(jìn)一步的發(fā)展的結(jié)果，是否將能夠解決利用常規(guī)的機(jī)電繼電器解決方案的缺點，如功率消耗，HF適應(yīng)性，尺寸和最大的切換操作數(shù)量。
DE 198 54 450 A1和DE 42 05 029 C1描述了對于硅基微機(jī)械繼電器的制造方法。主要是使用半導(dǎo)體，特別是硅技術(shù)方法。微動繼電器的特征在于靜電切換原理，因而具有非常低的驅(qū)動功率。
JP 06 060 788 A公開了一種降低了能量消耗的壓電微動繼電器。
DE 41 00 634 A1公開了微機(jī)械繼電器的一種應(yīng)用。在用于測試被組裝的印刷電路板的測試設(shè)備中以類似矩陣的方式將多個微動繼電器互聯(lián)在其中。
在DE 198 46 639 A1中描述了一種對于微機(jī)械繼電器的進(jìn)一步的可能的利用。為了獲得特別高的開關(guān)電壓和電流。多個微動繼電器被串聯(lián)或并聯(lián)在開關(guān)板中。與另一種可用的保護(hù)裝置相比較，使用微動繼電器使得響應(yīng)時間非常短。
本發(fā)明的目的是提供一種傳感器設(shè)備，特別是一種在輸出部分中帶有小型化開關(guān)設(shè)備的極限或閾值傳感器設(shè)備，所述的輸出部分既允許模塊化結(jié)構(gòu)又能夠利用高的開關(guān)速度和大量的開關(guān)周期改進(jìn)對開關(guān)設(shè)備的驅(qū)動。
在一種具有權(quán)利要求1的特征的傳感器設(shè)備的情況下，依據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)了這個目的。
基本原理在于利用主要是微機(jī)械開關(guān)設(shè)備。換句話說，提供一種開關(guān)設(shè)備，具有至少一個開關(guān)元件，此元件也可被稱為微機(jī)械開關(guān)，但具有極低功率的驅(qū)動，并且例如可以按照靜電或壓電的原理工作。這種微設(shè)備最好在半導(dǎo)體芯片形式的層狀結(jié)構(gòu)情況下具有包含或許必要的電子電路的微機(jī)械部件。晶體管在小型化、低驅(qū)動功率和高開關(guān)速度等方面的優(yōu)點被保持，這是利用對于其余的傳感器設(shè)備匹配的電子電路按照與在相同裝置的框架內(nèi)相對簡單的集成可能方式相同的方法實現(xiàn)的。在這種開關(guān)設(shè)備設(shè)計的情況下，機(jī)電繼電器的優(yōu)點也被保留，特別是在開關(guān)設(shè)備的控制電路和負(fù)載電路之間的電流分離或隔離以及負(fù)載電路端接點的電流分離或隔離的優(yōu)點。依據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)備的設(shè)計和開關(guān)設(shè)備的使用必然提供一種比較簡單的開關(guān)設(shè)備的配置的可能性，用于驅(qū)動同一設(shè)備以及輸出電路，這可以容易地以模塊化電路的方式被擴(kuò)展，例如，切換幾個并且也是不同的負(fù)載電路。
根據(jù)如在微現(xiàn)力學(xué)和/或半導(dǎo)體制造方面具有常規(guī)性質(zhì)的材料和方法，所述的開關(guān)設(shè)備作為微動繼電器MR形式的微設(shè)備來實施。
為實現(xiàn)此目的，例如，基于硅來選擇微動繼電器，它可以具有一種適當(dāng)?shù)膴A層結(jié)構(gòu)，如與半導(dǎo)體部件的結(jié)構(gòu)類似，它的各層是以這樣一種方式經(jīng)處理構(gòu)成的，即進(jìn)行切換的機(jī)械元件能夠用靜電的或壓電的力(也就是負(fù)載的變化)來操縱。因此，標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動功率可以出現(xiàn)在大約10w的范圍內(nèi)。至于說到觸點的制造或斷開觸點，所述的硅微動繼電器可以與片簧的功能、彎曲條等類似地工作。美國專利5638946以舉例的方式公開了一種帶有彎曲條的繼電器。
開關(guān)設(shè)備作為一個微設(shè)備的結(jié)構(gòu)也使之可能實現(xiàn)與傳感器設(shè)備或它的匹配電子電路的集成結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以設(shè)想為例如在傳感器設(shè)備的電路板上的一個部件或分組件、或者作為一個SMD、或者也是與傳感器設(shè)備的其他匹配電子電路在一起的一種芯片的形式以及作為一個分離的芯片。
當(dāng)利用依據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)備中的開關(guān)設(shè)備時，在控制電路和負(fù)載電路之間，以及負(fù)載電路的端接點之間的電流分離被保留為一個重要的優(yōu)點。
在傳感器設(shè)備中適當(dāng)?shù)厥褂梦永^電器作為開關(guān)設(shè)備使得消除對于驅(qū)動電路和負(fù)載電路的公共電位成為可能，以致在負(fù)載電路的驅(qū)動和連線方面可以實現(xiàn)高度的靈活性。
也可以實現(xiàn)動作方向倒置。
作為微動繼電器的高輸入阻抗和在控制電路和負(fù)載電路之間的電流分離的結(jié)果，可以通過將MR相應(yīng)地插入到電路圖中的不同位置進(jìn)行動作方向倒置，為了獲得這種靈活性不需要附加的部件或進(jìn)一步的連線安排。因此，用于傳感器的裝置費用和所得到的分組件的尺寸可以保持在最小值。尤其是當(dāng)所有的部件都可以是SMD形式的時候。
與常規(guī)繼電器的使用相比較，一個重要的優(yōu)點是由于微動繼電器的高抗振動的結(jié)果引起的，其降低了差錯概率并大大地擴(kuò)展使用和應(yīng)用的范圍。
具有微動繼電器的傳感器設(shè)備的輸出電路中開關(guān)設(shè)備的設(shè)計必然不僅能實現(xiàn)在先前技術(shù)中以前所使用的部件和分組件的優(yōu)點，而且也能夠以令人覺得意外的方式提供新型的被大大簡化的驅(qū)動和開關(guān)的可能性。這也適用于傳感器設(shè)備輸出電路的多通道設(shè)計。
下面將參照表示開關(guān)設(shè)備，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及外部驅(qū)動的可能性，內(nèi)部和外部的開關(guān)或電路配置的附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明。在附圖中示出

圖1a，1b 帶有分離的信號輸入的一種微動繼電器的圖示結(jié)構(gòu)，和被縮短的符號表示。
圖1c 利用電源電壓驅(qū)動的一種不帶分離的信號輸入的微動繼電器的圖示結(jié)構(gòu)。
圖1d，1e 在利用開關(guān)元件作為常開觸點或閉合器的芯片上設(shè)計一個微動繼電器的可能性。
圖2a，2b 一個微動繼電器作為常閉觸點或帶有分離的信號輸入或不帶分離的信號輸入的開通器的符號表示。
圖3a，3b 微動繼電器的基本外部連線的可能性。
圖4a，4b 一種帶有三點端接點和內(nèi)部電流連接以及外部連線可能性的微動繼電器輸出端的簡化。
圖5a，5b 一種帶有簡化的負(fù)載電路的與圖4類似的實施方案。
圖6a，6b 一種帶有內(nèi)部電流連接和動作方向倒置的微動繼電器的實施方案。
圖7a，7b 基于兩個微動繼電器，作為一個三點傳感器的傳感器設(shè)備推挽輸出的實現(xiàn)。
圖8a，8b，8c 藉助于兩個基本上并聯(lián)的微動繼電器，部分帶有動作方向倒置，實現(xiàn)傳感器設(shè)備的兩通道實施方案。
圖9a，9b，9c 9a 一個通用的開關(guān)級；9b，c 微動繼電器對于不同的動作方向的連接可能性。
圖10a，10b 通過橋路部分或整流器橋路，一個微動繼電器可編程的動作方向倒置的可能性。
傳感器設(shè)備也可被看成為由帶有相應(yīng)的換能器的分組件組成，例如，一種電感性的傳感器，將相應(yīng)的適配或匹配電子電路與輸出電路相關(guān)聯(lián)。這種輸出電路具有至少一個相應(yīng)的開關(guān)設(shè)備，最好是一個微動繼電器MR，和至少具有一個用于切換以下的負(fù)載電路的開關(guān)元件。
圖1a到1e用被簡化的符號形式示出一個相應(yīng)的微動繼電器1，也對利用外部的連線替代方案將微動繼電器作為一個芯片構(gòu)成的可能性進(jìn)行簡明的參考展示。
圖1a到1e以舉例的方式涉及作為一個常開觸點或閉合器的微動繼電器1。
圖1a簡要地示出帶有端接點的微型繼電器1，有界的方框示出一個放大器3，由端接點VDD和VSS之間的電源電壓連續(xù)地供電。該放大器3接收輸入信號4并在輸出側(cè)上對開關(guān)2起作用，在圖1a中示出該開關(guān)處于打開狀態(tài)。
在下文進(jìn)一步的描述中，微動繼電器1被象征性地按照圖1b的閉合器的功能來使用。
圖1c示出微動繼電器1作為閉合器的另一種實施方案，其中分離的控制輸入已被略去，和通過應(yīng)用相應(yīng)的供電電壓或獲得相應(yīng)的電壓差實現(xiàn)開關(guān)功能。
圖1d和1e以舉例的方式示出對于微動繼電器及其外部連線的芯片內(nèi)部解決方法的兩種實施方案。
在依據(jù)圖1d的例子中，放大器3的一個輸入被施加到端接點VDD。與圖1e相對應(yīng)，所述的其他的實施方案示出作為反相器構(gòu)成的放大器的位于接點VSS的輸入。另一個供電電壓端接點VDD通過二極管8施加到反相器以防止極性混淆。在依據(jù)圖1e的例子中，二極管8也被省略。
微動繼電器1也可以類似方式構(gòu)成為一個常閉觸點或開通器，如圖2a，2b所示。與依據(jù)圖2a的實施方案相對應(yīng)，微動繼電器1配有一個分離的信號輸入4，和VDD和VSS之間的連續(xù)電壓源。依據(jù)圖2b，這個分離的信號輸入可被省略，然后，藉助于相應(yīng)的供電電壓和例如激活開通進(jìn)行控制，若在微動繼電器的輸入端上有控制電壓的話，可以使開關(guān)動作。
以與依據(jù)圖1d和1e的閉合器相同的方法使微動繼電器作為開通器可以實現(xiàn)片內(nèi)配置。
圖3a和3b簡要示出一種單通道應(yīng)用的傳感器設(shè)備或帶有固定動作方向的傳感器設(shè)備輸出電路10。
輸出電路10，也可被稱為裝備電路GK，在一側(cè)具有與圖1b對應(yīng)的微動繼電器1。這種微動繼電器通過連接端12，13從一個d.c.電壓源11接收它的連續(xù)d.c.電壓供應(yīng)。利用一個負(fù)載15和一個可以通過微動繼電器1的輸出端5和6的輸出切換的d.c.電壓源16。作為在微動繼電器1的開關(guān)2上電流分離的結(jié)果，負(fù)載電路可被放置在微動繼電器1的介電強(qiáng)度內(nèi)的隨機(jī)電位上。
圖3b示出與圖3a相同的結(jié)構(gòu)，但負(fù)載電路LK被簡要地示出帶有a.c.電壓源17。這就很清楚，作為關(guān)于微動繼電器1控制電路的電流隔離的結(jié)果，負(fù)載電路LK也可以用d.c.電壓供電。因此，負(fù)載電路LK可以用隨機(jī)的時變的和/或隨機(jī)極性的電壓供電，必然也適合于連接的數(shù)據(jù)線或接口。
因此，圖3a和3b簡要地表示微動繼電器1的應(yīng)用，在輸出電路10或裝備電路GK與負(fù)載電路LK的連線方面具有最高的自由度。然而，這種應(yīng)用的可能性也需要擴(kuò)大的外部連線的成本。
在依據(jù)圖3a和3b的電路的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)以下的電路或切換的可能性和連線的可能性。如圖所示，輸出電路10或裝備電路GK和負(fù)載電路LK沒有電流連接。輸出電路10和負(fù)載電路LK在傳感器設(shè)備或輸出電路10的外部或在所述的輸出電路10的內(nèi)部有電流連接，例如，相同的差電位，或在不相等的差電位的情況下電壓的相加。在電流連接的情況下，仍然是自由的輸出5或6可被設(shè)計成p-切換或n-切換方式。術(shù)語p-切換被理解為相對于正電位切換，n-切換是相對于負(fù)電位切換。
輸出電路10或負(fù)載電路可以具有不同的電壓值或幅度。輸出電路和負(fù)載電路可被接成相同或相反的方向。負(fù)載電路相對于輸出電路也可以是變化的極性。
與圖3a和3b中所示的負(fù)載電路和電壓供電電路外部連線通用連接的可能性由于應(yīng)用在輸出電路10或裝備電路GK和負(fù)載電路LK之間的電流連接，也可被大大地簡化，示于圖4a和4b中，以及在圖5a，5b中作了進(jìn)一步的簡化。
如果電流連接在傳感器設(shè)備輸出電路10和負(fù)載電路LK之間是必要的，則可以通過在微動繼電器1的開關(guān)2和對于電位VSS的連接端13之間的電流連接21在傳感器設(shè)備或輸出電路10的內(nèi)部方便地實現(xiàn)。然后，在連接端5上進(jìn)行負(fù)載電路或負(fù)載15的進(jìn)一步連線，因而也處于連接端13的電位上。在依據(jù)圖4a的例子中，這是通過負(fù)載電路LK中的d.c.電壓源16進(jìn)行的，a.c.電壓源17的a.c.電壓被迭加在上面。
要指出的是，在圖中相同的標(biāo)號表示相同的分組件和部件，所以為了簡單起見，并不是所有的分組件一定出現(xiàn)在相應(yīng)的圖中。為了簡單起見，對于依據(jù)圖3a的連接端6和13之間的內(nèi)部連接，在一種典型的非-符合連接或依據(jù)圖4a的端接類型中，可以擁有一種三線的傳感器。
按照圖4b的變動與圖4a的不同之處在于在輸出電路10內(nèi)的內(nèi)部電流連接22通過正的連接端12。因此，負(fù)載電路LK在輸出端6和連接端12上，而連接端12是處于d.c.供電電壓VDC 11的正電位上。
在依據(jù)圖4a和4b的實施方案中，按照所示的連線，施加到負(fù)載電路LK的電位可以在d.c.供電電壓11以內(nèi)或以外。
傳感器設(shè)備輸出電路10配有三個端接點并示于圖4a和4b中，因而也可被稱為三線傳感器，考慮到內(nèi)部的電流連接21或22，使它具有與圖3a，3b有關(guān)的相同優(yōu)點。特別是，仍然自由的輸出可被設(shè)計成p或n-切換方式。負(fù)載電路LK和輸出電路10可以具有不同的電壓值和幅度和/或可以被定極性成相同或相反的方向。相對于輸出電路10，負(fù)載電路LK可以具有變化的極性，并可用隨機(jī)時變的和/或隨機(jī)極性的電壓供電。
在依據(jù)圖5a和5b的例子中示出進(jìn)一步的簡化。依據(jù)圖5a負(fù)載電路的負(fù)載15被施加到輸出端5，也施加到處于d.c.供電電壓11正電位的連接端12。在圖5b的情況下負(fù)載15在輸出端6和連接端13或d.c.供電電壓11的負(fù)電位之間。
因此，在這種簡化的變型中，可以實現(xiàn)大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實施方案，其對應(yīng)于利用n-切換，p-切換，開通器和閉合器的隨機(jī)組合的標(biāo)準(zhǔn)連接類型。
依據(jù)圖4a，4b的輸出電路10的進(jìn)一步改進(jìn)示于圖6a中。在依據(jù)圖6a的實施方案中，負(fù)載電路的參考電位可以被倒置。為此目的，在連接端12上的供電電位VDD和在連接端13上的電位VSS之間提供一個反相開關(guān)24，可藉助于在WRU端點25上的動作方向倒置WRU進(jìn)行反相。當(dāng)驅(qū)動微動繼電器1和閉合開關(guān)2時，在依據(jù)圖6a的位置中用于負(fù)載電路的輸出端6轉(zhuǎn)到電位VDD。在操作動作方向倒置和切換反相開關(guān)24時，電位VSS可被施加到輸出端6。
因此，用這種方法微動繼電器1的相應(yīng)輸出可以，如所希望的那樣，施加到供電電壓的一個或另一個極，也就是可被設(shè)計成p-切換和n-切換方式。反相開關(guān)24可被構(gòu)成隨機(jī)的，適當(dāng)?shù)男问剑?，作為一種內(nèi)部橋路，一種開關(guān)邏輯電路或其他的內(nèi)部連線編程工具。
替代依據(jù)圖6a的反相開關(guān)24，可以通過使用兩個簡單的開關(guān)26，27。也可以構(gòu)成為另外的微動繼電器，利用按照圖6b的內(nèi)部連線實現(xiàn)相同的功能。
因此，有關(guān)圖4a，4b的優(yōu)點和連線的可能性被保留，而且在p-切換或n-切換方式方面被進(jìn)一步擴(kuò)展。
為了設(shè)計帶有推挽輸出29的三線傳感器，在依據(jù)圖7a的實施方案中，傳感器設(shè)備輸出電路10配有開通器形式的第二微動繼電器14。上部的微動繼電器1對應(yīng)于按照圖4b的內(nèi)部連線，而下部的第二微動繼電器14具有按照圖4a的內(nèi)部連線，微動繼電器被構(gòu)成為開通器。兩個微動繼電器的相應(yīng)的端接點5和6被引到推挽輸出29。通過信號端4在兩個微動繼電器1，14上施加相同的驅(qū)動信號。
依據(jù)圖7a，在一種切換狀態(tài)下電位VSS從連接端13施加到推挽輸出29。在其他的切換狀態(tài)下微動繼電器14打開和閉合微動繼電器1，使得推挽輸出29從連接端12接收電位VDD。
通過在VDD和輸出或VSS和輸出之間切換負(fù)載的可能性，可以利用這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)選擇動作方向。因此，推挽輸出29可以工作在交替的p-和n-切換方式中。作為這種操作模式的結(jié)果，利用電感性的負(fù)載不需要進(jìn)一步的恢復(fù)二極管。特別是在高切換頻率的情況下，這樣做降低了在傳感器設(shè)備中要消耗的功率損失。
在依據(jù)圖7a的電路功能方面的進(jìn)一步增加是由于在端點25上額外地提供可控的動作方向倒置WRU引起的。在依據(jù)圖7b的例子中，WRU端25和信號端都在驅(qū)動特定的微動繼電器1，14的邏輯電路28上。依據(jù)圖7b的利用控制WRU和可能的附加邏輯電路的連線必然使輸出變型能夠利用在傳感器或它的輸出電路10中的n-切換，p-切換，開通器和閉合器的隨機(jī)組合。
例如，控制邏輯電路也允許使用類似的微動繼電器，使得，例如，兩個微動繼電器可以，如所希望的那樣，被設(shè)計成閉合器或開通器。替代圖7b中所示的配置，WRU也可用內(nèi)部或外部橋路來實現(xiàn)。
圖7a，7b中所示的電路可用相當(dāng)簡單的方式方便地擴(kuò)展成兩通道，無電位形式。為此目的，例如，圖7a中所示的微動繼電器1，14的兩個輸出端被連通到外部，如圖8a中所示。因此，存在兩個獨立的，電流隔離的輸出5，6或5’，6’，和在依據(jù)圖8a的例子中，由于邏輯電路28帶有信號端4和WRU端2 5，兩個微動繼電器1，1’可在相同的或相反的方向被驅(qū)動。
為了利用對兩通道傳感器設(shè)備的等方向驅(qū)動獲得簡單的，反價(antivalent)的輸出，如圖8b中所示，對于下部的微動繼電器14，只需要將依據(jù)圖8a的微動繼電器1’設(shè)計成一個開通器并除去邏輯電路。
對于依據(jù)圖3a，3b的單通道型式所示的特性和優(yōu)點在依據(jù)圖8a的實施方案中以未改變的形式適用于每個單獨的信道。也應(yīng)該指出，兩個負(fù)載電路LK可如在這種兩通道形式的輸出級10中未連線在一起一樣被連線在一起，就象對于依據(jù)圖3a，3b的型式的輸出電路10和負(fù)載電路所描述的那樣。
在圖8b所示的實施方案中，上部的微動繼電器1被設(shè)計成閉合器和下部的微動繼電器14被設(shè)計為開通器，繼電器1，14可由公共的信號線4進(jìn)行控制，因而以反價(antivalent)方式切換。在本例中微動繼電器的兩條輸出線5，6或5’，6’都被接通到外部。
對于單通道型式能實現(xiàn)相同方式的與參考電位的隨機(jī)連線，如在圖8c中所示，例如，在圖6a中，所示同樣的方式也可以用于兩通道解決方案。對依據(jù)圖8b解決方案的補(bǔ)充，由于開關(guān)24內(nèi)部產(chǎn)生與連接端12的連接，或與連接端13的連接(圖8c)，導(dǎo)致用相應(yīng)的參考電位VDD或VSS的隨機(jī)連線。
除藉助于動作方向倒置驅(qū)動的反相開關(guān)24之外，也可以通過單獨的開關(guān)26，27實現(xiàn)解決方案，如圖6b中所示。
因為相應(yīng)的半導(dǎo)體-基的微動繼電器通常具有高歐姆輸入，也在控制電路和負(fù)載電路之間提供電流隔離，所以當(dāng)作為實現(xiàn)簡化驅(qū)動可能性的結(jié)果利用一個或多個微動繼電器時，對于傳感器設(shè)備的控制和輸出電路產(chǎn)生重要的優(yōu)點。在常規(guī)的機(jī)電繼電器的情況下，由于過分高的驅(qū)動電流的緣故，這樣的驅(qū)動可能性將是不可想象的。
圖9a示出一種簡化的用于常規(guī)的機(jī)電繼電器的輸入配置。在電源端32和33之間提供與晶體管35串聯(lián)的負(fù)載電阻器34，晶體管的發(fā)射極連通到端接點33。在通過基極端37驅(qū)動時，在端接點36上獲得相應(yīng)的信號。如果利用這種配置使用常規(guī)的機(jī)電繼電器，這將替代負(fù)載電阻器34。然而，當(dāng)通過端接點36和33插入一個常規(guī)的繼電器時，電阻器34將必須是如此低，以致由于太高的分路電流使這種模式成為不可能。在其他替代方案的情況下，例如，通過相應(yīng)的運算放大器的輸出級，比較器或藉助于邏輯電路驅(qū)動機(jī)電繼電器，它也將不得不設(shè)計成產(chǎn)生高的驅(qū)動電流。如果對于相應(yīng)的繼電器希望動作方向倒置，就產(chǎn)生進(jìn)一步的困難，因為這無論如何需要更多的部件并增加成本。
然而，當(dāng)利用微動繼電器1時，可以比較簡單和廉價地實現(xiàn)輸入的連線。
利用通常的開關(guān)級，如圖9a中所示?？梢园磮D9b中所示的方式將正端32和位于晶體管35集電極上的端接點36之間的微動繼電器1連接。
然而，在依據(jù)圖9c的例子中微動繼電器1處于負(fù)電源電壓33處。由于對微動繼電器1輸入連線選擇的自由度，不需要附加的部件，因而可以非常廉價實現(xiàn)所希望的動作方向倒置。因為微動繼電器1的輸入電阻可以始終被假定為遠(yuǎn)高于負(fù)載電阻器34的電阻值，關(guān)于負(fù)載電阻器的大小并不引起什么問題。
在依據(jù)圖9b和9c的電路的基礎(chǔ)上，示出只通過改變電路圖中微動繼電器1的位置如何實現(xiàn)動作方向倒置。微動繼電器1既可與負(fù)載電阻器34并行又可與晶體管35并行。這種應(yīng)用與是否微動繼電器1是作為閉合器還是開通器實施完全無關(guān)。
特別是鑒于在自動工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)約束，例如，在電源故障的情況下傳感器輸出必須假定一個預(yù)先確定的切換位置，很清楚，在實踐中可以使用所有這些變型。
如果為了匹配或適配傳感器設(shè)備的電子電路，對于所述的電子電路使用一種相應(yīng)的基礎(chǔ)裝置，可以實現(xiàn)動作方向和開關(guān)類型，n-切換等的所有組合，由于相應(yīng)的微動繼電器被以簡單方式放置在相應(yīng)裝置的適當(dāng)定位的接觸面上，不需要提供進(jìn)一步的部件。固此只通過將相應(yīng)的微動繼電器放置在電路支撐或用于輸出電路電子裝置的載體上就可以實現(xiàn)所希望的功能。
用于實施微動繼電器1的動作方向倒置的其他有利的變型示于圖10a和10b中。在圖10a中藉助于限流元件，如電阻器41進(jìn)行對微動繼電器1輸入的連線，電阻器41一端連在供電電壓VDD 32上，另一端連在微動繼電器1和與它并行設(shè)置的橋路44上。橋路44的另一端放置在信號端接點4上。另一供電電壓VSS從端接點33通過另一個限流元件，如電阻器42，供給微動繼電器1和另一個橋路45。這個橋路4 5的另一端也在信號端接點4上。這樣，藉助于橋路44，45可實現(xiàn)微動繼電器1可編程的動作方向。例如，通過分離相應(yīng)的橋路或增加或閉合相應(yīng)的橋路來進(jìn)行這項功能。這樣一種端接點的改變可以在傳感器制造期間以固定的形式進(jìn)行，或者可以，如所希望的那樣，由用戶在使用地點實施。這些橋路44，45可從外部，例如一個端子盒中接入。
微動繼電器1的可控動作方向倒置如圖10b所示，橋路整流器被連接在微動繼電器1的上游。
由于微動繼電器1特殊性能，如與控制輸入的電位無關(guān)，在輸入和輸出側(cè)之間電流的分離，和高輸入阻抗，可以以特別簡單的方式利用整流器橋路，尤其是橋路整流器46來實現(xiàn)WRU功能。
圖10b中示出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。橋路整流器46在微動繼電器1處具有自己的d.c.電壓端。通過倒置開關(guān)47、電源電壓32或33的相應(yīng)端對所述的橋路整流器應(yīng)用信號端4及倒置。
當(dāng)利用常規(guī)的機(jī)電繼電器時，這將不構(gòu)成適當(dāng)?shù)挠糜隍?qū)動繼電器的電路技術(shù)。
在依據(jù)圖10b的配置的情況下，可以通過，如所希望的那樣，插入一個可在外部接入的橋路，或者通過在相應(yīng)的控制輸入31上的控制邏輯實現(xiàn)動作方向倒置。利用相應(yīng)的預(yù)置，這種控制也可以在傳感器設(shè)備連續(xù)操作期間影響動作方向倒置。帶有參考電位的控制輸入的固定連線也是可能的。
權(quán)利要求
1.傳感器設(shè)備，特別是閾值傳感器設(shè)備，-帶有用于檢測被測量數(shù)量的傳感器系統(tǒng)，-帶有用于切換負(fù)載電路并與傳感器系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的開關(guān)設(shè)備，-為了驅(qū)動開關(guān)設(shè)備，具有一個帶控制端的控制電路，利用這些控制端使傳感器系統(tǒng)處于工作連接中，-開關(guān)設(shè)備具有一個輸出電路，可藉助于控制電路進(jìn)行切換，由此被電流分離并提供有輸出端，在至少一種開關(guān)狀態(tài)下存在電流分離，-開關(guān)設(shè)備被構(gòu)成為一種帶有近似無功率驅(qū)動的微設(shè)備，-傳感器系統(tǒng)被設(shè)計成檢測物體和/或流體物質(zhì)，-傳感器設(shè)備被構(gòu)成為與負(fù)載電路無關(guān)，和-負(fù)載電路與開關(guān)設(shè)備的輸出電路處于直接的工作連接中。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于，傳感器系統(tǒng)被構(gòu)成為一種接近開關(guān)，特別是一種電感性的、電容性的、光電的、超聲的或磁場的接近開關(guān)。
3.依據(jù)權(quán)利要求1或2的傳感器設(shè)備，其特征在于，傳感器系統(tǒng)被構(gòu)成為一種電平傳感器。
4.依據(jù)權(quán)利要求1到3之任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于開關(guān)設(shè)備(1)被構(gòu)成為一種微動繼電器，特別是硅微動繼電器形式的微設(shè)備，并且微動繼電器是基于在微觀力學(xué)和/或半導(dǎo)體技術(shù)中的常規(guī)方法和材料制造的。
5.依據(jù)權(quán)利要求1到4之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，微設(shè)備具有至少一個開關(guān)元件(2)，并且至少該開關(guān)元件(2)具有一種微觀力學(xué)結(jié)構(gòu)。
6.依據(jù)權(quán)利要求5的傳感器設(shè)備，其特征在于，開關(guān)元件(2)是可用靜電方式或壓電方式操作的。
7.依據(jù)權(quán)利要求1到6之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，開關(guān)設(shè)備(1)被構(gòu)成為一種閉合器(在1上)或開通器(在14上)，并且有一個用于驅(qū)動開關(guān)設(shè)備(1)的分離的控制輸入(4)或被耦合到開關(guān)設(shè)備(1)的電壓供電端(12，13)的開關(guān)設(shè)備的驅(qū)動裝置。
8.依據(jù)權(quán)利要求1到7之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，開關(guān)設(shè)備(1)的驅(qū)動裝置(4)以可編程的和/或固定連線方式構(gòu)成。
9.依據(jù)權(quán)利要求1到8之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，開關(guān)設(shè)備(1)中控制電路的端接點(4)和用于負(fù)載電路(15，16)的輸出端接點(5，6)被設(shè)計成負(fù)載電路的無電位切換。
10.依據(jù)權(quán)利要求1到9之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，用于負(fù)載電路(15)的開關(guān)設(shè)備(1)的輸出端接點(5，6)被連接或可在開關(guān)設(shè)備中進(jìn)行內(nèi)部連接(21，22)，或與供電電壓端(12，13)進(jìn)行外部連接。
11.依據(jù)權(quán)利要求1到10之中任何一個權(quán)利要求傳感器設(shè)備，其特征在于，為了根據(jù)開關(guān)設(shè)備(1)的供電電壓(11)的隨機(jī)切換負(fù)載電路(15)可以在負(fù)載電路(15)中提供一種分離的電源(16)。
12.依據(jù)權(quán)利要求1到11之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，負(fù)載電路(15)可被連接到開關(guān)設(shè)備(1)的供電電壓端(12，13)。
13.依據(jù)權(quán)利要求1到12之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，輸出電路(10)連通到外部作為一種三線端子(5，12，13；6，12，13)。
14.依據(jù)權(quán)利要求13的傳感器設(shè)備，其特征在于，三線端子的兩端(12，13)處于供電電壓上，提供一個可驅(qū)動的反相開關(guān)(24)用于可切換的負(fù)載電路端(6)，且可切換的負(fù)載電路端(6)可藉助于反相開關(guān)(24)以交替方式與供電電壓端(12，13)之一相連接。
15.依據(jù)權(quán)利要求13到14之中的一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，可切換的負(fù)載電路端(6)可藉助于兩個開關(guān)(26，27)連接到供電電壓端(12，13)之一，開關(guān)(26，27)在相反方向中可控制。
16.依據(jù)權(quán)利要求1到15之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，為了兩通道控制負(fù)載電路，利用輸出電路(10)內(nèi)的驅(qū)動裝置并行地驅(qū)動兩個微動繼電器(1，1’；1，14)，且至少負(fù)載電路的輸出端(5，6，5’，6’)被引到外部。
17.依據(jù)權(quán)利要求16的傳感器設(shè)備，其特征在于兩個微動繼電器(1，1’；1，14)可在相同(1，1’)或相反(1，14)方向中被切換。
18.依據(jù)權(quán)利要求1到17之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，負(fù)載電路(15)或幾個不同的負(fù)載電路(15)的驅(qū)動裝置也被設(shè)計成具有動作方向倒置設(shè)備(24，25，26，27)。
19.依據(jù)權(quán)利要求1到18之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，在微動繼電器(1)的驅(qū)動電路中提供一個XOR元件(異或)。特別是一個橋路整流器(46)，用以將微動繼電器的動作方向倒置。
20.依據(jù)權(quán)利要求1到19之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，為了選擇微動繼電器(1)的動作方向，提供可閉合的和/或可分離的橋路部分(44，45)和電阻器(41，42)。
21.依據(jù)權(quán)利要求1到20之中任何一個權(quán)利要求的傳感器設(shè)備，其特征在于，微動繼電器(1)所希望的功能，例如，動作方向的倒置，可以通過將微動繼電器在電路中重新定位，特別是重新定位微動繼電器的輸入結(jié)構(gòu)或匹配電子電路，來獲得而基本上不需要附加的部件。
22.一種具有以下部分的微設(shè)備的使用-帶有控制端的控制電路，用于幾乎無功耗地驅(qū)動微設(shè)備，-帶有一個可藉助于控制電路切換和電流分離的輸出電路，并具有輸出端，其在至少一種開關(guān)狀態(tài)中又具有電流分離功能，-作為一種用于切換在傳感器設(shè)備中的負(fù)載電路的開關(guān)設(shè)備，此傳感器設(shè)備特別是一種閾值傳感器設(shè)備，具有-用于檢測被測量數(shù)量的傳感器系統(tǒng)，-此傳感器系統(tǒng)與微設(shè)備的控制電路工作連接，-此傳感器系統(tǒng)被構(gòu)成為用于檢測物體或流體物質(zhì)，-此傳感器系統(tǒng)被構(gòu)成為與負(fù)載電路無關(guān)，和-負(fù)載電路與開關(guān)設(shè)備的輸出電路處于直接的工作連接中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傳感器設(shè)備，特別是一種極限或閥值傳感器設(shè)備，包括一個用于檢測外部測量數(shù)量的傳感器系統(tǒng)、一個用于切換負(fù)載電路的開關(guān)設(shè)備。已知的藉助于晶體管或機(jī)電繼電器的開關(guān)設(shè)備設(shè)計總是必須盡可能兼顧電子功能、電路的設(shè)計和傳感器設(shè)備上的結(jié)構(gòu)安排或涉及所述傳感器設(shè)備的結(jié)構(gòu)安排。由本發(fā)明所提供的解決方案是一種開關(guān)系統(tǒng)，其帶有幾乎無功耗的驅(qū)動裝置，并在控制電路和輸出電路之間具有電流分離或隔離，此傳感器系統(tǒng)被構(gòu)成為與負(fù)載電路無關(guān)。
文檔編號G08C13/00GK1476529SQ01819311
公開日2004年2月18日 申請日期2001年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月22日
發(fā)明者W·費伊, E·克勞斯, W 費伊, 退 申請人:佩珀爾+富克斯有限責(zé)任公司