無觸點式電阻測量的製作方法

2023-04-22 22:02:11

本發明一般涉及測量電參數，並且更具體地涉及無觸點式(contactless)電阻測量。

背景技術：

在許多情況下，從遠程測量位置跨越距離電阻的材料(或空氣)的間隙的無觸點式電阻測量是期望的。一個示例是測量掩埋在完全密封設備(例如，鋰離子電池組)中的熱敏電阻器的電阻。該電阻的無觸點式測量(在此也被稱為非接觸式(non-contact)測量)可以提供針對操作資格和遠程系統的保護的信息(與溫度相關)。許多其他應用採用熱敏電阻器，這些應用通過觸點實際上是不可訪問的，諸如汽車應用中的流體溫度測量和旋轉機械諸如電動機繞組。

另一個示例是針對配置控制的電阻測量。如果掩埋在產品內的電阻器通過外部無觸點式系統被測量，那麼該測量結果可以提供產品配置的指示。例如，如果嵌入在高容量產品中的電阻器具有指示獨特信息(諸如批號、認證、到期日期或其他參數信息(如電池單元的數量、容器尺寸、批次校準信息))的電阻，那麼該電阻的測量識別所述(多個)參數。

在其他情況下，接觸式電阻測量是可能的，但是是有問題的。一個示例是測量醫療流體的電阻。例如，血液/試劑混合物(例如，血液/葡萄糖混合物)的電阻可以與關於血液的有用信息(如血液/葡萄糖水平)有關。通過將混合物沉積在測試條上，然後該測試條通過連接器被插入儀表中來常規地執行電阻測量。儀表使用電流源和電壓測量來確定血液/試劑混合物的電阻。然而，在足夠的測試周期後，連接器易於汙染和最終失效。需要有效的材料和工藝成本來使在測試條與儀表連接器接口之間的連接器接口足夠穩健以改善汙染/失效問題。血液/試劑混合物電阻的成本有效的無觸點式測量可以有利地消除對連接器接口的需要。

技術實現要素：

在描述的示例中，在未與電阻物理接觸/連接的情況下，測量該電阻。待測量的電阻元件被物理地連接為無源電路的一部分。在未物理接觸電阻元件的情況下，電磁場(E)被用於在無源電路中產生激勵。基於電磁場上的激勵的作用，確定電阻元件的電阻。

附圖說明

圖1示出根據示例實施例的非接觸式電阻測量的電路。

圖2示出根據示例實施例的支持非接觸式電阻測量的布置。

圖3示出根據示例實施例的支持測試數據採集的布置。

圖4示出根據示例實施例的測試數據採集操作。

圖5以圖形形式示出根據示例實施例的由測試數據採集操作產生的資料庫。

圖6示出根據示例實施例的獲得校準關係的操作。

圖7示出根據示例實施例的非接觸式電阻測量操作。

具體實施方式

針對簡單且成本有效的無觸點式電阻測量，示例實施例利用LDC1000電感數字轉換器的能力。該常規的測量設備購自德克薩斯儀器股份有限公司，並且其相應的數據表通過引用併入本文。LDC1000被設計成測量渦流損耗以支持位置測量和接近度(proximity)測量。示例實施例識別LDC1000可以被用於獲得如以下詳細描述的遠程電阻的精確的無觸點式測量。

參照圖1，並且如在LDC1000數據表中描述的，LDC1000對與金屬目標(圖1中未示出)中的渦流損耗相關聯的「虛擬電阻」(Rs(d))進行測量，該金屬目標位於遠離LDC1000的距離處。LDC1000控制電壓源Vs的操作，從而產生作為電感器15和電容器16的函數的電磁場E。該場E在上述金屬目標中生成渦流，並且LDC1000測量由於由渦流引起的場E的變化導致的注入回到電感器/電容器布置15/16的能量。

示例實施例使用與遠程電阻元件11並聯的電感器17和(可選地)調諧電容器18以形成無源電路19，該遠程電阻元件將被非接觸地測量。例如，整個無源電路19將被嵌入在高容量產品中，而不僅僅是電阻元件11。在一些實施例中，電感器17與電感器15有相同的結構(即，與電感器15相同)，並且電容器18與電容器16相同。LDC1000可以用如在LDC1000的數據表中描述的相同的方式被使用，除了用如圖1所示的無源電路19替代上述金屬目標。在LDC1000的常規的使用中，「接近度(PROXIMITY)」讀數由LDC1000的圖形用戶界面(GUI)配套軟體產生，並且該讀數對應於上述的金屬目標中的渦流損耗。根據示例實施例，由GUI軟體產生的PROXIMITY讀數與電阻元件11的電阻有關。

圖2示出根據示例實施例的支持無觸點式遠程電阻測量的布置。圖2的布置維持LDC1000與無源電路19(在一些實施例中被嵌入在封閉的材料中)之間的預定位置關係。如圖所示，一些實施例使用可變間隔件(spacer)20(例如，聚碳酸酯材料)，該間隔件20維持LDC1000和無源電路19被選擇的間隔件距離(也可參見圖1中的d)分開，其中電感器15和17的繞組軸線被維持成基本上彼此同軸對準，大體上如軸線21所示。許多合適的技術和結構在用於影響和維持上述預定位置關係是常規可用的。LDC1000通過合適的連接器22和電纜23組件被連接到合適的計算機24。在一些實施例中，計算機24是臺式機或膝上型個人電腦，並且電纜/連接器組件22/23是USB組件。

LDC1000能夠將其PROXIMITY讀數提供到計算機24上的其配套GUI軟體。可變間隔件20允許針對LDC1000的電感器15與無源電路19的電感器17之間的多個已知的間隔距離(參見圖1中的d)採集PROXIMITY讀數。針對給定的距離和未知電阻11，PROXIMITY讀數可以相對於對應的測試數據(如針對多個不同的已知電阻在相同的距離處獲取的PROXIMITY讀數)被評估。通過此評估，電阻元件11的電阻可以被確定(或被插值(interpolated)或被推測)。

在一些實施例中，通過提供具有與可變電阻並聯連接的電感器17(和可選地電容器18)的無源電路來收集上述測試數據。通過被選擇的距離分開的LDC1000和無源電路，PROXIMITY讀數針對多個不同的已知電阻被獲取。然後，該過程可以針對多個不同的間隔距離中的每一個而重複。

圖3示出根據示例實施例的支持測試數據採集的布置。在一些實施例中，圖3的布置與圖2的布置相同，除了可變電阻器35(例如，一些實施例中的電位計)替代無源電路19中的未知電阻11(參見圖1和圖2)。可變電阻器35被布置成與電感器17(和在一些實施例中的電容器18)並聯以構造「測試」無源電路以便採集測試數據。該「測試」無源電路通常由圖3中的19』指定。可變電阻器35可以提供多個已知電阻值以在測試數據採集中使用。如圖3所示，可變電阻器35通過合適地可拆換跳線39可拆卸地連接到無源電路19』，並且還通過相似的可拆換跳線可拆卸地連接到歐姆表38。這允許可變電阻器35從「測試」無源電路19』移除，然後連接到歐姆表38，然後使用歐姆表38設置成期望的電阻，然後從歐姆表38斷開，並且然後重新連接到無源電路19』以便測試測量。

為了校準的目的，一些實施例提供「校準」無源電路，所述「校準」無源電路與實際產品中的無源電路19被構造得相同，無源電路19的電阻將被測量(例如，如圖1所配置的並且被嵌入在高容量產品中)，但是所述「校準」無源電路包含上述「已知」電阻值(例如，10K歐姆+/-1％)中的一個以替代圖1中的未知電阻11。該「校準」無源電路被設置成與無源電路19(參見圖1和圖2)幾乎位於相同位置，所述無源電路19被設置在實際產品中並且其電阻11未知。校準電路的已知電阻(其也在上述測試數據採集期間被測量)的測量提供確定在測試數據採集期間被施加在已知電阻的測量和未知電阻的測量之間的校準關係的機會。以這種方式，可以達到減少因素的影響，所述因素諸如耦合的可變性、附近的金屬物體，以及(更一般地)在測試數據採集期間實際操作條件和在未知電阻測量期間實際操作條件之間的差異。

圖4示出根據示例實施例的上述測試數據採集操作。在41處設置間隔件距離，並且在42處設置電阻(可變電阻器)，PROXIMITY讀數在43處被獲取，並且然後在44處與間隔件距離和電阻一起被記錄。如45處所示，42-44的操作針對多個不同的(已知)電阻被重複。如46處所示，41-45的操作針對多個間隔件距離被重複。

測試數據採集完成後，已經在44處記錄的信息針對多個間隔件距離中的每一個提供多個電阻及其分別對應的PROXIMITY讀數。該信息可以被用來構造合適的資料庫(DB)，電阻值可以針對PROXIMITY讀數和間隔件距離的給定組合從該資料庫獲得。這樣的資料庫的一個示例以圖形形式在圖5的50處示出，其中PROXIMITY與電阻的曲線51中的每條曲線對應於標註間隔件距離的相應的一個。最左邊的曲線對應於最大的標註間隔件距離(圖5示例中的146密耳)，並且間隔件距離從左至右減小，其中最右邊的曲線對應於最小的標註間隔件距離(圖5示例中的38密耳)。針對在給定的間隔件距離處所獲取的給定的PROXIMITY讀數，曲線51提供的信息可以被用於確定電阻元件11的未知電阻。

圖6示出根據示例實施例的用於獲得校準關係的上述操作。在61處，已知電阻在「校準」無源電路內被設置，該「校準」無源電路以其他方式被構造(例如，嵌入產品中)得與包含未知電阻11(也可參見圖1和圖2)的無源電路19相同。在62處設置間隔件距離。在近似(幾乎是實際的)獲取未知電阻的PROXIMITY讀數的操作條件的操作條件下，在63處獲取PROXIMITY讀數。在64處該PROXIMITY讀數與間隔件距離一起被使用以從由圖4的操作所產生的資料庫獲得對應的電阻。在65處，已知電阻(如在61處所設置的)和在64處獲得的資料庫電阻被使用(例如，被比較)以為在如62處設置的當前間隔件距離處測量的電阻建立校準關係。如66處所示，62-65的操作可以被重複以獲得針對多個間隔件距離的校準關係。

圖7示出根據示例實施例的用於非接觸式電阻測量的上述操作。在71處設置間隔件距離後，在72處獲取PROXIMITY讀數。在73處，該PROXIMITY讀數和間隔件距離被用於從由圖4的操作產生的資料庫中獲得電阻。在一些實施例中，然後，使用由圖6的操作產生的校準關係，在74處校準獲得的電阻以產生校準電阻。一些實施例省略了校準，如虛線所示。如75處所示，一些實施例針對多個間隔件距離重複71-74的操作。在76處，進行期望的電阻確定。在各種實施例中，76處的確定為以下中之一：使用在單個間隔件距離處獲取的單個PROXIMITY讀數所獲得的僅單個資料庫電阻值；通過校準使用在單個間隔件距離處獲取的單個PROXIMITY讀數獲得的單個資料庫電阻值所確定的單個校準電阻值；使用在多個間隔件距離處分別獲取的多個PROXIMITY讀數分別獲得的多個資料庫電阻值的結合(combine)(例如，求平均)的結果；以及通過校準多個資料庫電阻值分別確定的多個校準電阻值的結合(例如，求平均)的結果，該多個資料庫電阻值通過使用在多個間隔件距離處分別獲取的多個PROXIMITY讀數分別被獲得。

在測量熱敏電阻器電阻的一些實施例中，針對使用的每個間隔件距離，在多個不同的溫度下獲取相對於圖4-7的上述每個PROXIMITY讀數，從而提供指示PROXIMITY讀數、熱敏電阻器電阻和溫度之間的關係的附加信息。

LDC1000進一步能夠將電感測量讀數與其上述PROXIMITY讀數一起提供到計算機24(參見圖2)上的GUI軟體。一些實施例使用電感測量來幫助將上述電阻確定標準化(normalize)為間隔件距離的函數。

如從前述明顯可見的，示例實施例提供簡單的、綜合的、低成本的非接觸式電阻測量。示例實施例可以在惡劣的環境中被實施。其他優點包括簡單的操作、低成本測量設備(例如，LDC1000)、消除各種產品中存在的連接器以及不需要增加連接器的新的用例的實現。

在描述的實施例中修改是可能的，並且在權利要求書的範圍內，其他實施例是可能的。