УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ КОНТАКТА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО КОНТАКТА МЕЖДУ УСТРОЙСТВОМ ОБНАРУЖЕНИЯ КОНТАКТА И ОБЪЕКТОМ Российский патент 2015 года по МПК G01K7/42 G01K13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству обнаружения контакта, способу работы устройства обнаружения контакта и диагностическому устройству, содержащему устройство обнаружения контакта. Изобретение дополнительно относится к компьютерной программе.

Уровень техники

Европейская патентная заявка ЕР 1767913 A1 раскрывает микродатчик для получения информации о тепловом потоке. Микродатчик содержит стенку теплосборника и радиатор теплоотвода, где радиатор теплоотвода и стенка теплосборника разделены плоским металлическим слоем с распределенными тепловыми соединениями. Радиатор теплоотвода образован пористым основанием, которое направляет тепловой поток так, что между двумя соответствующими тепловыми соединениями обеспечено высокое напряжение Зеебека. Напряжение Зеебека связано с температурой. Раскрытый микродатчик должен использоваться, главным образом, для измерения высоких температур, таких как 800°C. Микродатчик может также использоваться в качестве контактного датчика для обнаружения физического контакта. Физический контакт между микродатчиком и объектом при определенных обстоятельствах вызывает изменение напряжения, если объект обладает температурой, отличной от температуры микродатчика. Это изменение напряжения может быть обнаружено.

Документ US 4,399,824 А показывает устройство сигнализации при ослаблении крепления зонда, в котором чувствительный к температуре элемент, выполненный с возможностью крепления к телу, периодически нагревается и эффекты самонагревания чувствительного к температуре элемента отслеживают для определения, не отделился ли чувствительный к температуре элемент от тела. Устройство сигнализации выполнено с возможностью считывания разности количества тепла, рассеянного чувствительным к температуре элементом, когда оно остается в контакте с телом, к которому он прикреплен, и когда он отделился от тела.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства обнаружения контакта для обнаружения физического контакта между устройством обнаружения контакта и объектом, в котором повышена надежность устройства обнаружения контакта.

Упомянутая задача решается настоящим изобретением, определенным в независимых пунктах формулы.

В первом варианте настоящего изобретения представлено устройство обнаружения контакта для обнаружения физического контакта между устройством обнаружения контакта и объектом, в котором устройство обнаружения контакта содержит:

- нагреватель для обеспечения модулированного теплового потока,

- блок формирования теплового сигнала, выполненный с возможностью формирования модулированного теплового сигнала в зависимости от модулированного теплового потока,

- блок определения контакта для определения сигнала индикации контакта, указывающего по меньшей мере наличие или отсутствие физического контакта в зависимости от сформированного модулированного теплового сигнала.

Контактный датчик, раскрытый в ЕР 1767913 А1, не в состоянии обнаружить физический контакт между объектом и контактным датчиком, если объект обладает той же самой температурой, что и контактный датчик. Если контактный датчик и объект обладают одной и той же температурой, физический контакт не вызывает изменение теплового потока и, таким образом, например, не вызывает никакого изменения в измеренном напряжении или измеренной температуре. В этом случае физический контакт остается необнаруженным.

Обнаружение контакта, осуществляемое с помощью датчика контакта, раскрытого в ЕР 1767913 А1, может быть нарушено изменением температуры окружающей среды. Существенное изменение температуры окружающей среды может вызывать изменение температуры части датчика контакта, приводя, таким образом, к ложной индикации контакта датчиком контакта.

Датчик контакта, соответствующий уровню техники, является ненадежным.

Так как нагреватель устройства обнаружения контакта в первом варианте изобретения обеспечивает модулированный тепловой поток, то по меньшей мере чувствительная к температуре контактная поверхность устройства обнаружения контакта принимает модулированную температуру. Тем самым обеспечено, что вероятность изменения величины модулированного теплового потока, влияющего на модулированный тепловой сигнал, увеличивается, если устройство обнаружения контакта физически входит в контакт с объектом: при контакте с объектом, например при контакте кожи человека с устройством обнаружения контакта, часть модулированного теплового потока переходит к объекту или дополнительный тепловой поток, приходящий от объекта, суммируется с модулированным тепловым потоком, обеспечиваемым нагревателем.

Поскольку блок формирования теплового сигнала формирует модулированный тепловой сигнал в зависимости от модулированного теплового потока, при изменении модулированного теплового потока модулированный тепловой сигнал также испытывает отклонение. Модулированный тепловой поток, который действует на модулированный тепловой сигнал, изменяется, не только если температура чувствительной к температуре контактной поверхности устройства обнаружения контакта отличается от температуры объекта: изобретение основано дополнительно на принятии во внимание того факта, что полная теплоемкость, которая используется нагревателем, также изменяется, если устройство обнаружения контакта физически входит в контакт с объектом. Поэтому параметр, определяющий форму модулированного теплового потока, такой как скорость изменения модулированного теплового потока и/или амплитуда модулированного теплового потока, также изменяется. Поэтому, если возникает физический контакт между объектом и устройством обнаружения контакта, изменение модулированного теплового сигнала, который формируется в зависимости от модулированного теплового потока, можно считать гарантированным.

Блок определения контакта предпочтительно, обнаруживая отклонение такого модулированного теплового сигнала, определяет сигнал индикации контакта, указывающий наличие физического контакта в зависимости от модулированного теплового сигнала. Так как очень маловероятно, что температура объекта изменяется таким же образом, как модулированный тепловой поток, или что физический контакт между объектом и устройством обнаружения контакта не изменяет общую теплоемкость, наличие или отсутствие физического контакта между устройством обнаружения контакта, соответствующим первому варианту изобретения, и объектом обнаруживается, можно сказать, гарантированно. Сигнал индикации контакта указывает по меньшей мере наличие или отсутствие физического контакта. Предпочтительно, величина сигнала индикации контакта характеризует дополнительные параметры контакта, такие как качество контакта.

Нагреватель предпочтительно обеспечивает периодический модулированный тепловой поток. Скорость изменения модулированного теплового потока предпочтительно больше, чем общая скорость изменения температуры окружающей среды. В предпочтительном варианте осуществления частота модулированного теплового потока составляет приблизительно 1 Гц.

Модулированный тепловой поток, обеспечиваемый нагревателем, может иметь любую форму, например форму периодического прямоугольного сигнала, синусоиды, пилообразного сигнала, сигнала с широтной импульсной модуляцией или псевдослучайного сигнала. В частности, форма модулированного теплового потока, обеспечиваемого нагревателем, может быть квадратом упомянутых выше форм.

Поскольку тепловой поток, обеспечиваемый нагревателем, модулируется, эффективный тепловой поток предпочтительно может поддерживаться низким, чтобы избежать существенного самонагревания устройства обнаружения контакта или части устройства обнаружения контакта. Это дополнительно обладает преимуществом низкого потребления мощности устройством обнаружения контакта.

Предпочтительно, модулем формирования теплового сигнала является термометр. Термометр предпочтительно измеряет температуру чувствительной к температуре контактной поверхности устройства обнаружения контакта. В этом случае модулированный тепловой сигнал является измеренной температурой.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления блок формирования теплового сигнала является термоэлементом, выполненным с возможностью формирования модулированного электрического сигнала в качестве модулированного теплового сигнала в зависимости от модулированного теплового потока.

В еще одном дополнительном предпочтительном варианте осуществления блок формирования теплового сигнала является термопарой, выполненной с возможностью формирования модулированного электрического сигнала в качестве модулированного теплового сигнала в зависимости от модулированного теплового потока.

В другом предпочтительном варианте осуществления нагреватель устройства обнаружения контакта реализован посредством терморезистора, соединенного с источником электропитания.

Следует понимать, что в рамках настоящего описания понятие «терморезистор» относится ко всем классам температурно-зависимых резисторов, обладающих положительным или отрицательным температурным коэффициентом, таким как термистор или резистивный термометр.

В предпочтительном варианте осуществления терморезистором, соединенным с источником электропитания, является термистор. Он обладает преимуществом очень небольшого размера и низкой цены. Например, термистор может иметь размер приблизительно (0,5) мм³ при незначительной стоимости. Поэтому устройство обнаружения контакта предпочтительно может быть встроено в другие устройства. Термистор может обладать как положительным, так и отрицательным температурным коэффициентом.

Предпочтительно, терморезистор соединен с чувствительной к температуре контактной поверхностью устройства обнаружения контакта.

В этом варианте осуществления модулированный тепловой сигнал может быть, например, измеренным напряжением на терморезисторе, измеренным током, проходящим через терморезистор, измеренным значением потребляемой терморезистором мощности, измеренным сопротивлением терморезистора или измеренной температурой терморезистора. Блок формирования теплового сигнала, выполненный с возможностью формирования модулированного теплового сигнала, тогда реализован как соответствующее измерительное устройство, такое как вольтметр, амперметр, измеритель мощности или термометр.

Если самонагревание терморезистора нежелательно, эффективный тепловой поток может поддерживаться низким. Это дает преимущество низкого потребления мощности устройством обнаружения контакта. В другом варианте осуществления эффективный тепловой поток поддерживают высоким, так что температура теплового сопротивления наиболее вероятно больше, чем температура объекта, физический контакт которого с устройством обнаружения контакта должен быть обнаружен. Это также повышает надежность устройства обнаружения контакта.

Предпочтительно, источник электропитания нагревателя устройства обнаружения контакта выполнен с возможностью обеспечения модулированного тока через терморезистор. Модулированный ток, поданный на терморезистор, создает модулированный тепловой поток. В этом варианте осуществления модулированный тепловой сигнал, формируемый блоком формирования теплового сигнала, может быть напряжением, измеренным на терморезисторе. Этот вариант осуществления имеет преимущество дополнительного уменьшения размеров, так что нагреватель может быть сконструирован как несложный источник тока, непосредственно соединенный с терморезистором.

Альтернативно, предпочтительно, источник электроэнергии выполнен с возможностью обеспечения подачи модулированного напряжения на термосопротивление. Для формирования определенных путей модулированного теплового потока может быть предпочтительным подавать на терморезистор модулированное напряжение вместо модулированного тока, поскольку источники напряжения обычно менее сложны для осуществления. В этом варианте осуществления модулированный тепловой сигнал может быть измеренным током или измеренным напряжением. В последнем случае резистор по существу с постоянным сопротивлением предпочтительно включен последовательно с терморезистором, так что напряжение на терморезисторе не равно модулированному напряжению, обеспечиваемому источником напряжения.

Во всех вариантах осуществления устройства обнаружения контакта блок определения контакта содержит демодулятор для демодуляции модулированного теплового сигнала, чтобы сформировать демодулированный сигнал, и выполнен с возможностью определения сигнал индикации контакта в зависимости от демодулированного сигнала.

Этот предпочтительный вариант осуществления устройства обнаружения контакта, соответствующий первому варианту изобретения, имеет то преимущество, что влияние температуры окружающей среды снижено и надежность устройства обнаружения контакта дополнительно повышена. Сформированный демодулированный сигнал содержит вновь получаемую информацию, несущую параметры, характеризующие модулированный тепловой поток, такие как амплитуда, фаза или рабочий цикл модулированного теплового потока или частота периодического модулированного теплового потока. Поскольку, например, частота периодического модулированного теплового потока значительно отличается от скорости изменения температуры окружающей среды, демодулированный сигнал по существу независим от температуры окружающей среды. Поэтому блок определения контакта получает сигнал индикации контакта только из сигнала, который почти исключительно зависит от модулированного теплового потока, а не из температуры окружающей среды. Поэтому надежность устройства обнаружения контакта еще более повышена.

Предпочтительно, демодулятор выполнен с возможностью демодуляции модулированного теплового сигнала синфазно с модулированным тепловым потоком. Этот предпочтительный вариант осуществления имеет то преимущество, что дополнительно снижено влияние температуры окружающей среды. Дополнительно, этот вариант осуществления имеет то преимущество, что могут применяться несложные функции демодуляции. В этом варианте осуществления блок определения контакта выполнен с возможностью обнаружения фазы модулированного теплового потока, например посредством обнаружения сигналов в шуме такими способами, как синфазное или квадратурное синхронное детектирование, согласованный фильтр, анализ в частотной области, такой как быстрое преобразование Фурье или дискретное косинусное преобразование или извлечение одиночного тона.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления демодулятор блока определения контакта устройства обнаружения контакта содержит:

- первый вычислительный блок, выполненный с возможностью определения постоянного компонента модулированного теплового сигнала и вычитания постоянного компонента модулированного теплового сигнала из модулированного теплового сигнала, чтобы сформировать первый переменный сигнал,

- умножитель для умножения первого переменного сигнала на второй переменный сигнал для формирования промежуточного сигнала, причем второй переменный сигнал является синфазным с модулированным тепловым потоком,

- блок вычисления среднего значения для усреднения промежуточного сигнала, чтобы сформировать демодулированный сигнал.

Этот предпочтительный вариант осуществления демодулятора блока определения контакта устройства обнаружения контакта является примером варианта осуществления, который обеспечивает существенную независимость демодулированного сигнала от изменения температуры окружающей среды. Модулированный тепловой поток HF_DC(t), обеспечиваемый нагревателем, может быть выражен, например, в соответствии с уравнением (1)

где HF₀ является по существу постоянной составляющей модулированного теплового потока, A₁sin(ωt) - переменная составляющая, где A₁ характеризует амплитуду переменной составляющей, ω - частота переменной составляющей и t - время. E₁(t) характеризует остаточный член, вызванный обычными побочными эффектами. Например, если модулированный тепловой поток обеспечен посредством генерации синусоидального тока, этот остаточный член пропорционален квадрату синусоиды.

Однако модулированный тепловой поток, обеспечиваемый нагревателем, может иметь любую другую форму, отличную от синусоидальной, например форму периодического прямоугольного сигнала, пилообразного сигнала, сигнала с широтной импульсной модуляцией или псевдослучайного сигнала. В частности, форма модулированного теплового потока, обеспечиваемого нагревателем, может принимать квадратичную характеристику вышеупомянутых форм.

В соответствии с модулированным тепловым потоком согласно уравнению (1) блок формирования теплового сигнала формирует модулированный тепловой сигнал HS_DC(t) согласно уравнению (2)

где HS₀ является составляющей, по существу зависящей от температуры окружающей среды T_amb. Если устройство обнаружения контакта находится в физическом контакте с объектом, эта составляющая также зависит от температуры T_obj объекта. Переменная составляющая модулированного теплового сигнала характеризуется членом A₂(C_obj)sin(ωt). Амплитуда А₂ переменной составляющей зависит от местоположения объекта, находится ли он в контакте с устройством обнаружения контакта. Физический контакт изменяет общую теплоемкость, которая используется нагревателем. Общая теплоемкость, используемая нагревателем, зависит от теплоемкости C_obj объекта, если объект находится в контакте с устройством обнаружения контакта. Эта теплоемкость C_obj объекта также зависит от температуры T_obj объекта. Поскольку блок формирования теплового сигнала формирует модулированный тепловой сигнал в зависимости от модулированного теплового потока, остаточный член E₂(t) остается частью модулированного теплового сигнала.

Первый вычислительный блок демодулятора блока определения контакта выполнен с возможностью определения постоянной составляющей HS_CONST модулированного теплового сигнала и вычитания постоянной составляющей HS_CONST из модулированного теплового сигнала HS_DC(t), чтобы сформировать первый переменный сигнал HS_AC согласно уравнению (3)

Первый переменный сигнал поэтому по существу независим от температуры окружающей среды. Предпочтительно, постоянная составляющая модулированного теплового сигнала является усредненной по времени составляющей модулированного теплового сигнала.

Умножитель демодулятора блока определения контакта выполнен с возможностью умножения первого переменного сигнала HS_AC на второй переменный сигнал для формирования промежуточного сигнала HS_INTER, причем второй переменный сигнал является синфазным с модулированным тепловым потоком; например в соответствии с уравнением (4)

Предпочтительно, блок определения контакта выполнен с возможностью определения второго переменного сигнала, обнаруживая фазу модулированного теплового потока, например посредством обнаружения сигналов в шуме, используя такие способы, как синфазное или квадратурное синхронное обнаружение, согласованный фильтр, анализ в частотной области типа быстрого преобразования Фурье или дискретного косинусного преобразования или извлечения одиночного тона. Альтернативно, второй переменный сигнал может обеспечиваться блоком фазового детектирования устройства обнаружения контакта.

Блок вычисления среднего значения выполнен с возможностью усреднения промежуточного сигнала HS_INTER, чтобы сформировать демодулированный сигнал HS_DEMOD, предпочтительно посредством низкочастотной фильтрации промежуточного сигнала HS_INTER согласно уравнению (5)

где LPF является функцией низкочастотной фильтрации. В предпочтительном варианте осуществления блок вычисления среднего значения является фильтром скользящего среднего значения. В дополнительном предпочтительном варианте осуществления блок вычисления среднего значения является фильтром Баттерфорта. Предпочтительно частота среза обоих фильтров ниже, чем частота модулированного теплового потока; например ее значение приблизительно равно половине значения частоты периодического модулированного теплового потока. Сформированный демодулированный сигнал HS_DEMOD хорошо подходит для определения сигнала индикации контакта, поскольку его значение значительно изменяется, если достигнут физический контакт между устройством обнаружения контакта и объектом. Блок определения контакта определяет сигнал индикации контакта, например, посредством компаратора.

Предпочтительно, блок определения контакта содержит компаратор для сравнения демодулированного сигнала с порогом и выполнен с возможностью определения сигнала индикации контакта в зависимости от результата сравнения.

Предпочтительно, сигнал индикации контакта указывает наличие физического контакта, если значение демодулированного сигнала ниже порога, и указывает отсутствие физического контакта, если значение демодулированного сигнала выше порога. Альтернативно, предпочтительно, что сигнал индикации контакта указывает отсутствие физического контакта, если значение демодулированного сигнала ниже порога, и указывает наличие физического контакта, если значение демодулированного сигнала выше порога. В зависимости от характера модулированного теплового сигнала и определения порога предпочтительна первая или вторая из двух упомянутых выше возможностей.

В этом варианте осуществления блок определения контакта может быть выполнен с такой возможностью, что если демодулированный сигнал равен порогу, сигнал индикации контакта либо указывает наличие физического контакта, либо указывает отсутствие физического контакта.

Порог может быть постоянным заданным порогом или изменяющимся порогом. Предпочтительно, порог определяется в зависимости от сформированного модулированного теплового потока и/или в зависимости от функции демодуляции демодулятора блока определения контакта. Это имеет то преимущество, что внезапные изменения модулированного теплового сигнала могут быть обнаружены блоком определения контакта. Поэтому надежность устройства обнаружения контакта дополнительно повышается.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления устройство обнаружения контакта дополнительно содержит контроллер для управления нагревателем, так что модулированный тепловой поток, обеспечиваемый управляемым нагревателем, стремится осуществить заданный ход изменения температуры терморезистора.

Например, контроллер является пропорционально-интегрирующим контроллером. Источник электропитания тогда реализуется посредством источника напряжения или тока с пропорционально-интегрирующим управлением. Контроллер может, таким образом, быть встроен в нагреватель, альтернативно он располагается вне нагревателя.

В этом варианте осуществления блок формирования теплового сигнала предпочтительно является блоком измерения потребляемой мощности и выполняется с возможностью формирования значения потребляемой мощности нагревателя в качестве модулированного теплового сигнала. При контакте с объектом температура терморезистора получает отклонение. Поскольку контроллер управляет нагревателем так, что потребление энергии нагревателем отклоняется в сторону, противоположную отклонению температуры терморезистора, отклонение температуры терморезистора снижается. Измеренное значение потребляемой мощности поэтому является соответственно модулированным тепловым сигналом, из которого должен быть получен сигнал индикации контакта.

В еще одном дополнительном предпочтительном варианте осуществления устройства обнаружения контакта нагреватель дополнительно выполняется с возможностью обеспечения постоянного теплового потока.

В этом варианте осуществления нагреватель устройства обнаружения контакта может иметь первичную функцию нагревания. Модуляция добавляется к постоянному тепловому потоку, так что по существу постоянный тепловой поток является неизмененным. Поэтому первичная функция нагревания не ограничивается и устройство обнаружения контакта остается выполненным с возможностью обнаружения физического контакта между объектом и нагревательным устройством.

Устройство обнаружения контакта по п.1 может использоваться в любой области техники, где должен обнаруживаться физический контакт.

Во втором варианте настоящего изобретения представлен способ работы устройства обнаружения контакта, при котором способ содержит следующие этапы, на которых:

- обеспечивают модулированный тепловой поток,

- формируют модулированный тепловой сигнал в зависимости от модулированного теплового потока,

- определяют сигнал индикации контакта, указывающий по меньшей мере наличие или отсутствие физического контакта, в зависимости от модулированного теплового сигнала.

В третьем варианте настоящего изобретения представляется диагностическое устройство, в котором диагностическое устройство содержит устройство обнаружения контакта, соответствующее первому варианту изобретения.

Это имеет то преимущество, что диагноз объекта может быть выполнен после того, как устройством обнаружения контакта диагностического устройства установлено наличие физического контакта между диагностическим устройством и объектом. Это преимущество особенно важно в области клинического применения.

В одном варианте осуществления диагностическое устройство, соответствующее третьему варианту изобретения, может быть медицинским устройством, таким как температурный датчик, в частности датчик температуры человеческого тела. Некоторые температурные датчики функционируют, только если они должным образом присоединены к объекту, температура которого должна быть измерена. Поэтому предпочтительно, чтобы такой температурный датчик содержал устройство обнаружения контакта, указывающее наличие или отсутствие физического контакта.

В другом варианте осуществления диагностическое устройство является устройством обнаружения размещения для обнаружения размещения устройства, например, в кровати или на стуле.

В предпочтительном варианте осуществления диагностического устройства сигнал индикации контакта, обеспечиваемый устройством обнаружения контакта, используется для управления выключателем диагностического устройства. Выключатель диагностического устройства предпочтительно используется для включения или выключения соответственно дополнительного средства обработки для диагностического устройства.

В четвертом варианте настоящего изобретения представлена программа для обнаружения физического контакта между объектом и устройством обнаружения контакта, в котором программа содержит средство управляющей программы, чтобы заставить устройство обнаружения контакта, как оно определено в п.1 формулы изобретения, выполнять этапы способа, как они определены в п.11 формулы изобретения, когда программа работает на компьютере, управляющем устройством обнаружения контакта.

Следует понимать, что устройство обнаружения контакта по п.1 формулы изобретения, способ по п.10 формулы изобретения работы устройства обнаружения контакта, диагностическое устройство по п.11 формулы изобретения и программа по п.12 формулы изобретения имеют схожие и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, в частности как это определено в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления изобретения может также быть любой комбинацией зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Эти и другие варианты изобретения будут подробно объяснены и станут очевидны со ссылкой на описанные здесь далее варианты осуществления. На следующих чертежах:

Фиг. 1 - схематичное представление примера устройства обнаружения контакта для обнаружения физического контакта между устройством обнаружения контакта и объектом в соответствии с первым вариантом изобретения,

Фиг. 2 - схематичное представление примера варианта осуществления нагревателя устройства обнаружения контакта в соответствии с первым вариантом изобретения,

Фиг. 3 - схематичное представление примера варианта осуществления блока определения контакта устройства обнаружения контакта в соответствии с первым вариантом изобретения,

Фиг. 4 - пример блок-схемы последовательности выполнения операций варианта осуществления способа работы устройства обнаружения контакта для обнаружения физического контакта между устройством обнаружения контакта и объектом в соответствии со вторым вариантом изобретения и

Фиг. 5 - схематичное представление примера диагностического устройства в соответствии с третьим вариантом изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 схематично и для примера показано устройство 100 обнаружения контакта для обнаружения физического контакта между устройством 100 обнаружения контакта и объектом 800 в соответствии с первым вариантом изобретения. Устройство 100 обнаружения контакта содержит нагреватель 110 для обеспечения модулированного теплового потока 112. Нагреватель 110 предпочтительно обеспечивает периодический модулированный тепловой поток 112. Скорость изменения модулированного теплового потока 112 предпочтительно больше, чем обычная скорость изменения температуры окружающей среды. Модулированный тепловой поток 112, обеспечиваемый нагревателем 110, может иметь любую форму, например форму периодического прямоугольного сигнала, синусоиды, пилообразного сигнала, сигнала с широтной импульсной модуляцией или псевдослучайного сигнала. В частности, форма модулированного теплового потока 112, обеспечиваемого нагревателем 110, может быть квадратом упомянутых выше форм.

Благодаря модулированному тепловому потоку 112 по меньшей мере чувствительная к температуре контактная поверхность 111 устройства 100 обнаружения контакта принимает модулированную температуру T_mod. При контакте с объектом 800, обладающим температурой T_obj, разность температур $$\Delta T=\left|T_{obj}-T_{\mathrm{mod}}\right|$$ вызывает изменение в количестве модулированного теплового потока 112, поскольку теплота течет либо от устройства 100 обнаружения контакта к объекту 800, или от объекта 800 к устройству 100 обнаружения контакта. Эта разность температур содержит переменную и по существу постоянную составляющую. Переменная составляющая вызывается модулированным тепловым потоком 112, а по существу постоянная составляющая характеризует усредненный во времени перепад температур. Поскольку очень маловероятно, что температура объекта 800 изменяется таким же образом, как модулированный тепловой поток 112, изменение теплового потока, можно сказать, гарантируется, если устанавливается контакт с объектом 800.

Например, нагреватель 110 может быть реализован в виде терморезистора 116, такого как термистор или резистивный термометр, соединенный с источником 114 электропитания, как объяснено ниже более подробно со ссылкой на фиг. 2. На фиг. 1 поверхность корпуса устройства 100 обнаружения контакта, обращенная к объекту 800, упоминается как чувствительная к температуре контактная поверхность 111. Однако чувствительную к температуре контактную поверхность 111 может формировать любая часть корпуса устройства 100 обнаружения контакта.

Устройство 100 обнаружения контакта дополнительно содержит блок 120 формирования теплового сигнала, который формирует модулированный тепловой сигнал 122 в зависимости модулированного теплового потока 112. Изменение количества модулированного теплового потока 112 поэтому вызывает изменение модулированного теплового сигнала 122.

Модулированный тепловой поток 112, который определяет модулированный тепловой сигнал 122, изменяется, не только если температура чувствительной к температуре контактной поверхности 111 устройства 100 обнаружения контакта отличается от температуры T_obj объекта 800: изобретение основано на дополнительном признании того факта, что общая теплоемкость, которая используется нагревателем 110, также изменяется, если устройство 100 обнаружения контакта физически контактирует с объектом 800. Поэтому параметр, который определяет форму модулированного теплового потока 112, такой как фаза модулированного теплового потока 112 и/или амплитуда модулированного теплового потока 112, также изменяется. Поэтому изменение модулированного теплового сигнала 122, который формируется в зависимости от модулированного теплового потока 112, можно сказать, гарантируется, если имеет место физический контакт между объектом 800 и устройством 100 обнаружения контакта.

Блок 120 формирования теплового сигнала может, например, быть реализован как измерительное устройство, которое измеряет напряжение на терморезисторе 116 нагревателя 110. В этом случае модулированный тепловой сигнал 122 должен быть измеренным напряжением.

Блок 120 формирования теплового сигнала может также быть, например, измерительным устройством, которое измеряет напряжение на терморезисторе 116 нагревателя 110. В этом случае модулированный тепловой сигнал может быть измеренным напряжением.

Блок 120 формирования теплового сигнала может также быть термометром, который измеряет температуру чувствительной к температуре контактной поверхности 111 устройства 100 обнаружения контакта. В этом случае модулированным тепловым сигналом 122 является измеренная температура.

В другом предпочтительном варианте осуществления блок 120 формирования теплового сигнала является термоэлементом, выполненным с возможностью формирования модулированного электрического сигнала, поскольку модулированный тепловой сигнал 122 зависит от модулированного теплового потока 112.

В еще одном дополнительном предпочтительном варианте осуществления блок 120 формирования теплового сигнала является термопарой, выполненной с возможностью формирования модулированного электрического сигнала, поскольку модулированный тепловой сигнал 122 зависит от модулированного теплового потока 112.

В конечном счете, устройство 100 обнаружения контакта содержит блок 130 определения контакта для определения сигнала 132 индикации контакта, указывающего по меньшей мере наличие или отсутствие физического контакта в зависимости от сформированного модулированного теплового сигнала 122, предпочтительно обнаруживая отклонение в модулированном тепловом сигнале 122.

Так как очень маловероятно, что температура объекта 800 изменяется таким же образом, что и модулированный тепловой поток 112, это отклонение в модулированном тепловом сигнале 122, можно сказать, гарантируется. Дополнительно, очень маловероятно, что физический контакт не вызывает изменение общей теплоемкости, которая используется нагревателем 110. Это изменение общей теплоемкости также вызывает изменение в модулированном тепловом сигнале. Поэтому обнаружение наличия или отсутствия физического контакта между устройством 100 обнаружения контакта и объектом 800, можно сказать, гарантируется. Поэтому надежность устройства 100 обнаружения контакта повышается.

На фиг. 2 схематично и для примера представлен вариант осуществления нагревателя 110 устройства 100 обнаружения контакта, соответствующего первому варианту изобретения. В этом варианте осуществления нагреватель 110 реализуется с помощью источника 114 электропитания и терморезистора 116. В рамках настоящего описания понятие «терморезистор» относится ко всем классам температурно-зависимых резисторов, демонстрирующих положительный или отрицательный температурный коэффициент, таких как термистор или резистивный термометр.

В предпочтительном варианте осуществления терморезистором 116, соединенным с источником 114 электропитания, является термистор 116. Он обладает преимуществом очень небольших размеров и низкой стоимости. Например, термистор 116 может иметь приблизительный размер (0,5 мм)³ при незначительной стоимости. Поэтому устройство 100 обнаружения контакта может предпочтительно встраиваться в другие устройства. Термистор 116 может обладать положительным или отрицательным температурным коэффициентом. Термистор 116 обычно изготавливается из керамики или полимера. Резистивный термометр обычно изготавливается из по существу чистого металла. Предпочтительно, терморезистор 116 соединяется с чувствительной к температуре контактной поверхностью 111 устройства 100 обнаружения контакта.

Предпочтительно, источник 114 электропитания является источником тока или источником напряжения, обеспечивающим модулированный ток или модулированное напряжение соответственно для подачи на терморезистор 116. Рассеяние мощности терморезистором 116 представляет модулированный тепловой поток 112. Этот модулированный тепловой поток 112 прямо пропорционален сопротивлению терморезистора 116. Сопротивление терморезистора 116 дополнительно является функцией температуры терморезистора 116. Терморезистор 116 может обладать положительным или отрицательным температурным коэффициентом. Если устройство 100 обнаружения контакта контактирует с объектом 800, перепад температур вызывает теплообмен между объектом 800 и устройством 100 обнаружения контакта, который создает увеличение или уменьшение значения сопротивления терморезистора 116 и поэтому уменьшение или увеличение напряжения или тока соответственно, и, в конечном счете, изменение формируемого теплового потока.

Подчеркнем, что разность температур не является абсолютным требованием для обнаружения наличия физического контакта. Отклонение в модулированном тепловом сигнале 122 может также быть результатом изменения общей теплоемкости, вызванного физическим контактом с объектом. Это изменение общей теплоемкости подразумевает отклонение в модулированном тепловом потоке 112, которое влияет на модулированный тепловой сигнал 122.

В предпочтительном варианте осуществления источник 114 электропитания является источником тока, который обеспечивает модулированный ток. Модулированный тепловой сигнал 122, предпочтительно, является измеренным напряжением терморезистора 116, и блоком 120 формирования теплового сигнала, следовательно, является вольтметр.

В альтернативном предпочтительном варианте осуществления источник 114 электропитания является источником напряжения, который обеспечивает модулированное напряжение. Модулированный тепловой сигнал 122, предпочтительно, является измеренным током терморезистора 116 и блоком 120 формирования теплового сигнала, следовательно, является амперметр. В этом варианте осуществления блоком 120 формирования теплового сигнала может также быть вольтметр. В этом случае дополнительное сопротивление по существу постоянного сопротивления предпочтительно соединяется последовательно с терморезистором 116.

В зависимости от формы желаемого модулированного теплового потока 112 может быть предпочтителен источник тока или источник напряжения.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления источником 114 электропитания управляет контроллер 117 устройства 100 обнаружения контакта, так что модулированный тепловой поток 112, обеспечиваемый управляемым нагревателем 110, стремится создать заданный ход изменения температуры для терморезистора 116. Например, контроллер 117 является пропорционально-интегрирующим контроллером 117. Источник 114 электропитания при этом реализуется, например, как источник напряжения или тока с пропорционально-интегрирующим управлением. Контроллер 117 может быть встроен в нагреватель. Альтернативно, контроллер 117 может находиться вне нагревателя.

В этом варианте осуществления блок 120 формирования теплового сигнала предпочтительно является блоком измерения потребляемой мощности и выполнен с возможностью формирования значения мощности, потребляемой нагревателем 110, в качестве модулированного теплового сигнала 122. При контакте с объектом 800 температура термосопротивления 116 получает отклонение. Поскольку контроллер 117 управляет нагревателем 110, потребление мощности нагревателем 110 получает отклонение, противоположное отклонению температуры упомянутой чувствительной к температуре части, так что отклонение температуры снижается. Измеренное значение потребляемой мощности поэтому является соответствующим модулированным тепловым сигналом 122 для получения из него сигнала 132 индикации контакта.

На фиг. 3 схематично и для примера представлен предпочтительный вариант осуществления блока 130 определения контакта устройства 100 обнаружения контакта, соответствующий первому варианту изобретения. Блок определения контакта содержит демодулятор 134 для демодуляции модулированного теплового сигнала 122, чтобы сформировать демодулированный сигнал 139, и выполнен с возможностью определения сигнала 132 индикации контакта в зависимости от демодулированного сигнала 139.

Этот предпочтительный вариант осуществления устройства 100 обнаружения контакта, соответствующего первому варианту изобретения, имеет то преимущество, что влияние температуры окружающей среды снижается и надежность устройства 100 обнаружения контакта дополнительно повышается. Сформированный демодулированный сигнал 139 содержит вновь полученную информацию, несущую параметры, характеризующие модулированный тепловой поток 112, такие как амплитуда, фаза или рабочий цикл модулированного теплового потока 112 или частота периодического модулированного теплового потока 112. В том случае когда частота периодического модулированного теплового потока 112 значительно отличается от скорости изменения температуры окружающей среды, демодулированный сигнал 139 по существу независим от температуры окружающей среды. Поэтому блок 130 определения контакта получает сигнал 132 индикации контакта только из сигнала, который зависит почти исключительно от модулированного теплового потока 112, а не от температуры окружающей среды. Поэтому надежность устройства 100 обнаружения контакта 100 снова повышается.

В этом предпочтительном варианте осуществления демодулятор 134 содержит первый вычислительный блок 131, выполненный с возможностью определения постоянной составляющей модулированного теплового сигнала 122 и вычитания постоянной составляющей модулированного теплового сигнала 122 из модулированного теплового сигнала 122, чтобы получить первый переменный сигнал 136.1. Предпочтительно, эта постоянная составляющая является составляющей, усредненной по времени.

Модулированный тепловой поток HF_DC(t) (112), обеспечиваемый нагревателем 110, может, например, быть выражен в соответствии с уравнением (1)

где HF₀ является по существу постоянной составляющей модулированного теплового потока 112, A₁sin(ωt) - переменная составляющая, в которой A₁ характеризует амплитуду переменной составляющей, ω - частота переменной составляющей и t - время. E₁(t) характеризует остаточный член, вызванный обычными побочными эффектами. Например, если модулированный тепловой поток 112 обеспечивается посредством формирования синусоидального тока, этот остаточный член пропорционален квадрату синусоиды.

Однако модулированный тепловой поток 112, обеспечиваемый нагревателем 110, может иметь любую другую форму, отличную от синусоидальной, например форму периодического прямоугольного сигнала, пилообразного сигнала, сигнала с широтной импульсной модуляцией или псевдослучайного сигнала. В частности, форма модулированного теплового потока 112, обеспечиваемая нагревателем 110, может быть квадратом упомянутых выше форм.

В соответствии с модулированным тепловым потоком 112 уравнения (1) блок 120 формирования теплового сигнала формирует модулированный тепловой сигнал HS_DC(t) (122) согласно уравнению (2)

где HS₀ - составляющая, по существу зависящая от температуры T_amb окружающей среды. Если устройство 100 обнаружения контакта находится в физическом контакте с объектом 800, эта составляющая также зависит от температуры T_obg объекта 800. Переменная составляющая модулированного теплового сигнала 122 характеризуется членом A₂(C_obj)sin(ωt). Амплитуда А₂ переменной составляющей зависит от местоположения объекта 800, находится ли он в контакте с устройством 100 обнаружения контакта. Физический контакт изменяет общую теплоемкость, которая используется нагревателем 110. Общая теплоемкость, используемая нагревателем 110, зависит от теплоемкости C_obj объекта 800, если объект 800 находится в контакте с устройством 100 обнаружения контакта. Эта теплоемкость C_obj объекта 800 также зависит от температуры T_obj объекта 800. Поскольку блок 120 формирования теплового сигнала формирует модулированный тепловой сигнал 122 в зависимости от модулированного теплового потока 112, остаточный член E₂(t) остается частью модулированного теплового сигнала 122.

Первый вычислительный блок 131 демодулятора 134 блока 130 определения контакта выполнен с возможностью определения постоянной составляющей HS_CONST модулированного теплового сигнала 122 и вычитания постоянной составляющей HS_CONST из модулированного теплового сигнала HS_DC(t) (122), чтобы сформировать первый переменный сигнал HS_AC(t) (136.1) согласно уравнению (3)

Первый переменный сигнал HS_AC(t) (136.1), следовательно, по существу независим от температуры окружающей среды.

Демодулятор 134 дополнительно содержит умножитель 133. Умножитель 133 демодулятора 134 блока 130 определения контакта выполнен с возможностью умножения первого переменного сигнала HS_AC (136.1) на второй переменный сигнал 136.2 для формирования промежуточного сигнала HS_INTER (138), причем второй переменный сигнал 136.2 является синфазным с модулированным тепловым потоком 112; например согласно уравнению (4)

Предпочтительно, блок 130 определения контакта выполнен с возможностью определения второго переменного сигнала 136.2, обнаруживая фазу модулированного теплового потока 112, например посредством обнаружения сигналов в шуме, такими способами, как синфазное или квадратурное синхронное обнаружение, согласованный фильтр, анализ в частотной области, такой как быстрое преобразование Фурье или дискретное косинусное преобразование или извлечение одиночного тона. Альтернативно, второй переменный сигнал 136.2 может обеспечиваться устройством 141 обнаружения фазы устройства 100 обнаружения контакта.

В конечном счете, демодулятор 134 дополнительно содержит блок 135 вычисления среднего значения. Блок 135 вычисления среднего значения выполнен с возможностью усреднения промежуточного сигнала HS_INTER (138), чтобы сформировать демодулированный сигнал HS_DEMOD (139), предпочтительно, с помощью низкочастотной фильтрации промежуточного сигнала HS_INTER (138), в соответствии с уравнением (5)

где LPF является функцией низкочастотной фильтрации. В предпочтительном варианте осуществления блок вычисления среднего значения 135 является фильтром скользящего среднего значения. В дополнительном предпочтительном варианте осуществления блок 135 вычисления среднего значения является фильтром Баттерфорта. Предпочтительно, частота среза обоих фильтров ниже, чем частота модулированного теплового потока 112, например ее значение приблизительно равно половине значения частоты периодического модулированного теплового потока 112. Сформированный демодулированный сигнал HS_DEMOD (139) хорошо подходит для определения сигнала 132 индикации контакта, поскольку его значение значительно изменяется, когда возникает физический контакт между устройством 100 обнаружения контакта и объектом 800.

Предпочтительно, блок 130 определения 130 контакта дополнительно содержит компаратор 137 для сравнения демодулированного сигнала 139 с порогом и выполнен с возможностью определения сигнала 132 индикации контакта в зависимости от результата сравнения. Предпочтительно, сигнал 132 индикации контакта указывает наличие физического контакта, если величина демодулированного сигнала 139 ниже порога, и указывает отсутствие физического контакта, если величина демодулированного сигнала 139 выше порога. Альтернативно, предпочтительно, что сигнал 132 индикации контакта указывает отсутствие физического контакта, если величина демодулированного сигнала 139 ниже порога, и указывает наличие физического контакта, если величина демодулированного сигнала 139 выше порога. В зависимости от характера модулированного теплового сигнала 122 и определения порога предпочтительны первая или вторая из упомянутых выше двух возможностей.

В этом варианте осуществления блок 130 определения контакта может быть выполнен с такой возможностью, что если демодулированный сигнал 139 равен порогу, сигнал 132 индикации контакта указывает либо наличие физического контакта, либо отсутствие физического контакта.

Порог может быть постоянным заданным порогом или изменяющимся порогом. Предпочтительно, порог определяется в зависимости от сформированного модулированного теплового потока 112 и/или в зависимости от функции демодуляции демодулятора 134 блока 130 определения контакта. Преимущество при этом состоит в том, что внезапные изменения модулированного теплового сигнала 122 могут быть обнаружены блоком 130 определения контакта. Поэтому надежность устройства 100 обнаружения контакта дополнительно повышается.

Устройство 100 обнаружения контакта для обнаружения физического контакта между устройством 100 обнаружения контакта и объектом 800, соответствующее первому варианту изобретения, может работать в соответствии со способом 400, показанным на фиг. 4. На первом этапе 410 обеспечивается модулированный тепловой поток 112. Это может быть сделано, используя терморезистор 116, соединенный с источником 114 электропитания, причем источник 114 электропитания обеспечивает модулированный ток или модулированное напряжение. Предпочтительно обеспечивается периодический модулированный тепловой поток 112, в котором скорость изменения модулированного теплового потока 112 предпочтительно больше, чем обычная скорость изменения температуры окружающей среды.

Обеспечиваемый модулированный тепловой поток 112 может иметь любую форму, например форму периодического прямоугольного сигнала, синусоиды, пилообразного сигнала, сигнала с широтной импульсной модуляцией или псевдослучайного сигнала. В частности, форма модулированного теплового потока 112, обеспечиваемого нагревателем 110, может быть квадратом упомянутых выше форм.

Благодаря модулированному тепловому потоку 112 по меньшей мере чувствительная к температуре контактная поверхность 111 устройства 100 обнаружения контакта принимает модулированную температуру T_mod. При контакте с объектом 800, обладающим температурой T_obj, разность температур $$\Delta T=\left|T_{obj}-T_{\mathrm{mod}}\right|$$ вызывает изменение величины модулированного теплового потока 112, поскольку теплота идет либо от устройства 100 обнаружения контакта 100 к объекту 800, либо от объекта 800 к устройству 100 обнаружения контакта. Эта разность температур содержит переменную и по существу постоянную составляющую. Переменная составляющая вызывается модулированным тепловым потоком 112, по существу постоянная составляющая характеризуется усредненным во времени перепадом температур. Поскольку очень маловероятно, что температура объекта 800 изменяется таким же образом, как модулированный тепловой поток 112, изменение теплового потока, можно сказать, гарантируется, если устанавливается контакт с объектом 800.

На втором этапе 420 модулированный тепловой сигнал 122 формируется в зависимости от модулированного теплового потока 112. Это может быть сделано, используя термометр и формируя температурный сигнал в качестве модулированного теплового сигнала 122. Изменение величины модулированного теплового потока 112 поэтому вызывает изменение модулированного теплового сигнала 122.

На третьем этапе 430 сигнал 122 индикации контакта, индицирующий по меньшей мере наличие или отсутствие физического контакта, определяется в зависимости от модулированного теплового сигнала 122. Предпочтительно, этот этап выполняется, обнаруживая отклонение в модулированном тепловом сигнале 122.

Так как очень маловероятно, что температура объекта 800 изменяется таким же образом, как модулированный тепловой поток 112, этот отклонение в модулированном тепловом сигнале 122 является, можно сказать, гарантированным.

Обеспечиваемый модулированный тепловой поток 112, который определяет модулированный тепловой сигнал 122, изменяется, не только когда температура чувствительной к температуре контактной поверхности 111 устройства 100 обнаружения контакта отличается от температуры T_obj объекта 800: изобретение основано на дополнительном признании того факта, что общая теплоемкость, которая используется модулированным тепловым потоком 112, также изменяется, если устройство 100 обнаружения контакта физически контактирует с объектом 800. Поэтому параметры, которые определяют форму модулированного теплового потока 112, такие как частота модулированного теплового потока 112, и/или скорость изменения модулированного теплового потока 112, и/или амплитуда модулированного теплового потока 112, также изменяются.

Поэтому изменение модулированного теплового сигнала 122, который формируется в зависимости от модулированного теплового потока 112, можно сказать, гарантировано, если возникает физический контакт между объектом 800 и устройством 100 обнаружения контакта. Поэтому обнаружение наличия или отсутствия физического контакта между устройством 100 обнаружения контакта и объектом 800, можно сказать, гарантируется.

На фиг. 5 схематично и для примера показано диагностическое устройство 500, соответствующее третьему варианту изобретения. Диагностическое устройство содержит устройство 100 обнаружения контакта из первого варианта изобретения.

Преимущество здесь заключается в том, что диагноз объекта может быть выполнен после того, как устройством обнаружения контакта диагностического устройства установлено наличие физического контакта между диагностическим устройством 500 и объектом. Это преимущество имеет особое значение в области клинических применений.

В одном варианте осуществления диагностическое устройство 500, соответствующее третьему варианту изобретения, может быть медицинским устройством, таким как температурный датчик, в частности датчик температуры человеческого тела. Некоторые чувствительные к температуре элементы функционируют только тогда, когда они должным образом присоединены к объекту, температура которого должна измеряться. Поэтому предпочтительно, если такой температурный датчик содержит устройство 100 обнаружения контакта, указывающее наличие или отсутствие физического контакта.

В другом варианте осуществления диагностическое устройство 500 является устройством обнаружения размещения для обнаружения размещения устройства, например, в кровати или на стуле.

В предпочтительном варианте осуществления диагностического устройства 500 сигнал 132 индикации контакта, обеспечиваемый устройством 100 обнаружения контакта, используется для управления выключателем 510 диагностического устройства 500. Выключатель 510 диагностического устройства 500 предпочтительно используется для включения или выключения соответственно дополнительного средства 520 обработки диагностического устройства.

В описанных выше вариантах осуществления для формирования демодулированного сигнала используются определенные уравнения. Сигнал индикации контакта определяется в зависимости демодулированного сигнала. В других вариантах осуществления для формирования демодулированного сигнала могут использоваться другие уравнения.

Также в описанном выше варианте осуществления определенное средство обработки блока определения контакта выполнено с возможностью осуществления описанных выше уравнений. В других вариантах осуществления это средство обработки выполнено с возможностью осуществления дополнительных уравнений, чтобы сформировать демодулированный сигнал. В частности, блок определения контакта может содержать альтернативное построение и/или альтернативный набор средств обработки для определения сигнал индикации контакта, как описано в упомянутых выше вариантах осуществления.

В описанном выше варианте осуществления сигнал индикации контакта указывает по меньшей мере наличие или отсутствие физического контакта. В других вариантах осуществления сигнал индикации контакта служит для дополнительных целей, таких как работа выключателя.

Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при практическом осуществлении заявленного изобретения, исходя из изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения.

Следует понимать, что расположение элементов на соответствующем чертеже служит, главным образом, цели понятности описания; оно не связано ни с каким фактическим геометрическим расположением частей изготовленного устройства, соответствующего изобретению.

В формуле изобретения понятие «содержащий» не исключает другие элементы или этапы и единственное число не исключает множественное число.

Единый блок или устройство может выполнять функции нескольких пунктов, приведенных в формуле изобретения. Простой факт, что определенные критерии приводятся во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих критериев не может использоваться для достижения преимущества.

Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничение объема изобретения.

Настоящее изобретение относится к устройству обнаружения контакта для обнаружения физического контакта между устройством обнаружения контакта и объектом, к способу работы устройства обнаружения контакта, диагностическому устройству, содержащему устройство обнаружения контакта и, дополнительно, к компьютерной программе. Изобретение направлено на повышение надежности контактных датчиков. Устройство обнаружения контакта содержит нагреватель для обеспечения модулированного теплового потока. Модулированный тепловой сигнал формируется в зависимости от модулированного теплового потока. Физический контакт с объектом вызывает изменение модулированного теплового потока, который формирует модулированный тепловой сигнал. Поскольку тепловой поток модулируется, изменение в модулированном тепловом сигнале, можно сказать, гарантируется. Блок определения контакта устройства обнаружения контакта, предпочтительно посредством демодулятора, получает из модулированного теплового сигнала сигнал индикации контакта, указывающий по меньшей мере наличие или отсутствие физического контакта.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для обнаружения контакта между устройством обнаружения контакта и объектом. Настоящее изобретение относится к устройству обнаружения контакта для обнаружения контакта между устройством обнаружения контакта и объектом, к способу работы устройства обнаружения контакта для обнаружения контакта между устройством обнаружения контакта и объектом и диагностическому устройству. Устройство (100) обнаружения контакта содержит нагреватель (110) для обеспечения модулированного теплового потока (112). Модулированный тепловой сигнал (122) формируется в зависимости от модулированного теплового потока (112). Физический контакт с объектом (800) вызывает изменение модулированного теплового потока (112), что влияет на модулированный тепловой сигнал (122). Поскольку тепловой поток модулируется, изменение в модулированном тепловом сигнале (122) гарантируется. Блок (130) определения контакта устройства (100) обнаружения контакта получает из модулированного теплового сигнала (122), предпочтительно посредством демодулятора (134), сигнал (132) индикации контакта, указывающий по меньшей мере присутствие или отсутствие физического контакта. Технический результат - повышение надежности контактных датчиков. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство (100) обнаружения контакта для обнаружения физического контакта между устройством (100) обнаружения контакта и объектом (800), причем устройство (100) обнаружения контакта содержит:
нагреватель (110) для обеспечения модулированного теплового потока (112),
блок (120) формирования теплового сигнала, выполненный с возможностью формирования модулированного теплового сигнала (122) в зависимости от модулированного теплового потока (112),
блок (130) определения контакта для определения сигнала (132) индикации контакта, указывающего по меньшей мере наличие или отсутствие физического контакта, в зависимости от сформированного модулированного теплового сигнала (122), причем блок (130) определения контакта содержит демодулятор (134) для демодуляции модулированного теплового сигнала (122), чтобы сформировать демодулированный сигнал (139), и выполнен с возможностью определения сигнала (132) индикации контакта в зависимости от демодулированного сигнала (139),
причем демодулятор (134) содержит:
первый вычислительный блок (131), выполненный с возможностью определения постоянной составляющей модулированного теплового сигнала (122) и вычитания постоянной составляющей модулированного теплового сигнала (122) из модулированного теплового сигнала (122) для формирования первого переменного сигнала (136.1),
умножитель (133) для умножения первого переменного сигнала (136.1) на второй переменный сигнал (136.2) для формирования промежуточного сигнала (138), причем второй переменный сигнал (136.2) является синфазным с модулированным тепловым потоком (112),
блок (135) вычисления среднего значения для усреднения промежуточного сигнала (138), чтобы сформировать демодулированный сигнал (139).

2. Устройство (100) обнаружения контакта по п.1, в котором нагреватель (110) реализован в виде терморезистора (116), соединенного с источником (114) электропитания.

3. Устройство (100) обнаружения контакта по п.2, в котором источник (114) электропитания выполнен с возможностью обеспечения модулированного тока для терморезистора (116).

4. Устройство (100) обнаружения контакта по п.2, в котором источник (114) электропитания выполнен с возможностью обеспечения модулированного напряжения для терморезистора (116).

5. Устройство (100) обнаружения контакта по п.1, в котором демодулятор (134) выполнен с возможностью демодуляции модулированного теплового сигнала (122), синфазного с модулированным тепловым потоком (112).

6. Устройство (100) обнаружения контакта по п.1, в котором блок (130) определения контакта содержит компаратор (137) для сравнения демодулированного сигнала (139) с пороговым значением и выполнен с возможностью определения сигнала (132) индикации контакта в зависимости от результата сравнения.

7. Устройство (100) обнаружения контакта по п.2, дополнительно содержащее контроллер (117) для управления нагревателем (110) так, что модулированный тепловой поток (112), обеспечиваемый управляемым нагревателем (110), стремится создать заданный ход изменения температуры терморезистора (116).

8. Устройство (100) обнаружения контакта по п.1, в котором нагреватель (110) дополнительно выполнен с возможностью обеспечения постоянного теплового потока.

9. Способ (400) работы устройства (100) обнаружения контакта для обнаружения физического контакта между устройством (100) обнаружения контакта и объектом (800), причем способ (400) содержит этапы, на которых:
обеспечивают модулированный тепловой поток (112),
формируют модулированный тепловой сигнал в зависимости от модулированного теплового потока,
формируют демодулированный сигнал (139) путем демодуляции модулированного теплового сигнала, и
определяют сигнал индикации контакта, указывающий по меньшей мере наличие или отсутствие физического контакта в зависимости от модулированного теплового сигнала, в котором сигнал индикации контакта определяют в зависимости от демодулированного сигнала,
причем демодуляция модулированного теплового сигнала содержит этапы, на которых:
определяют постоянную составляющую модулированного теплового сигнала (122) и вычитают постоянную составляющую модулированного теплового сигнала (122) из модулированного теплового сигнала (122) для формирования первого переменного сигнала (136.1),
умножают первый переменный сигнал (136.1) на второй переменный сигнал (136.2) для формирования промежуточного сигнала (138), причем второй переменный сигнал (136.2) является синфазным с модулированным тепловым потоком (112), и
усредняют промежуточный сигнал (138), чтобы сформировать демодулированный сигнал (139).

10. Диагностическое устройство (500), содержащее устройство (100) обнаружения контакта по п.1.