控制数字式传感器用的方法和相应 的数字式传感器 本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所限定的方法，以及一种根据权利要求11的前序部分所限定的传感器。
在美国的Allegro Microsystems公司给出的消费者信息“HallEffect IC Applications Guide”的第4-65和4-66页中，公开并描述了若干种数字式霍尔传感器(参见图6和图7)，指出它们特别适合作为机械限位开关和位置传感器使用。那些将霍尔元件给出的模拟式响应信号转换为不同的数字式输出信号用的集成化施密特触发器，也属于这类霍尔元件。由于存在有集成化地磁性死区，所以这类施密特触发器具有一定的开关滞后，从而使得在触发霍尔元件用的磁场强度增大时，动作点处的高斯值将比释放点处的更高。所述的这种滞后是防止输出信号出现振荡或跳动所需要的，因而是有意义的。在经过了动作点之后，输出信号将逐渐降低，而当通过了释放点之后，输出信号将增加至比较高的值。如果通过永久磁铁相对于霍尔元件的移动而产生一个磁场，则在永久磁铁朝向霍尔元件移动的过程中，必然将会产生一个输出信号变化，就象永久磁铁由所述霍尔元件处离开而达到另一距离时所会发生的那样。
这种数字式传感器(诸如霍尔传感器或具有磁阻型或感应型传感元件的接近程度传感器等等)可以被使用在纱线处理技术中，比如说以无接触纱线检测用的纱线传感器的形式使用在纱线供给器中(参见EP-B-0171516)，以便能产生出控制诸如驱动器上的纱线络筒用的控制信号，从而可以不论纱线的使用量为多大，均可以使存储轮毂上的纱线存储部分保持为预定的尺寸。这种数字式传感器甚至可以用作为纱线断裂传感器。一个永久磁铁以可移动方式支撑在存储轮毂上，进而可以通过纱线来移动该永久磁铁。这种传感器可以响应永久磁铁的移动量，也可以响应与它之间的距离变化。诸如霍尔传感器等等的数字式传感器的价格相当合理，而且也相当可靠。然而它的缺点在于，当一个永久磁铁或一个由磁性材料和/或电磁磁通传导材料构成的部件相对于传感元件的移动方向不同时，输出信号会在两者之间相距不同的距离处发生变化。所述的这一缺点使得它不能给出反映移动和/或纱线是否存在的准确信息。而且，诸如霍尔传感器等等的数字式传感器所具有的滞后，还使得在配置有几个纱线传感器的同一种或相同的纱线供给器中、在一个生产系统中会产生有摆动，由于这两个缺点所导致的不确定的控制关系，将肯定、并且是经常地使纱线存储部分的尺寸过大或过小，从而使纱线供给器的运行产生混乱。在这种类型的传感器中，传感元件也可以不采用霍尔元件，而是采用磁阻型或感应型传感元件，只要它能够反映一个由磁性材料和/或电磁磁通传导材料构成的部件与它之间的距离变化，并且能够使它的输出信号随接近程度或称距离的变化而变化即可。
本发明的目的是提供一种如下所述的方法及其一种数字式传感器，这种传感器具有不会影响到距离检测的、使这种接近程度传感器具有所需要的开关精度所需要的滞后。
所述的目的可以通过由权利要求1和由独立权利要求11所限定的特征技术来实现。
根据这种方法，由于仅仅对在动作点处的磁场强度是否达到了预定值的情况进行检测，而使传感器在对输出信号进行取样之前被断开，进而使得在取样过程中开关元件的释放点可以被忽略，从而使得获得开关精度所需要的滞后将不会影响到对距离的检测，即使采用的是霍尔元件或一个磁阻型传感元件时也是如此。因此，输出信号的变化总是在永久磁铁与传感元件之间相距某一相同的距离处被检测到。在这种实施形式中，可以消除原有传感器对距离检测的不确定性，而这种不确定性是由于存在有为具有适当功能所需要的滞后所必然会产生的，而且在这种实施形式中，数字式传感器的开关高可靠性还可以得到保存。采用这种方法控制的传感器的特征在于可以与永久磁铁和传感元件之间的相对移动方向无关，而在同一距离处高精度地检测输出信号变化，所以在用这种传感器进行距离检测时具有相当高的精度。时钟式断续器控制着传感器的导通和断开时间。
在根据权利要求2所限定的方法构造的实施形式中，传感器可以在预定的时间周期中保持导通，以便能够确保对输出信号实施检测或取样所需要的适当关系。
在根据权利要求3所限定的方法构造的实施形式中，还可以通过频率调谐的方式，分别快速地或立刻地对输出信号实施检测。
在分别根据权利要求4或5所限定的方法构造的实施形式中，还可以采用控制技术，以低能耗方式实施非常有效地检测。
对于根据权利要求6所限定的方法构造的实施形式，在传感器已经被导通之后，确实存在有适当的检测关系。
而且，根据权利要求7所限定的方法构造的实施形式，适用于相对不常见或经常出现的输出信号变化的实例，根据权利要求8所限定的方法构造的实施形式，适用于时常出现的输出信号变化的实例。
在根据权利要求9所限定的频率变化范围内可以有效地确保距离检测精度。
而且，根据权利要求10所限定的这种方法可以通过低成本的方式实施，而且还可以利用现代微处理器的有效性和可应用性，根据所需要检测的方法参数而适当的加以改变。
根据权利要求12所构造的实施例的结构构成简单。因而它特别适用于将断续器配置在诸如霍尔元件等等的传感元件与接地点之间。
根据权利要求13所构造的实施例具有更高的可靠性，可以长时间运行，而且能量消耗相当低。
根据权利要求14所构造的实施例可以获得高精度的开关关系，而且这一开关关系不会受到干扰电压峰值或由电子噪音产生的干扰的影响。
根据权利要求15构造的、具有一个微处理器的实施例的结构构成简单。
根据权利要求16构造的实施例可以在距离检测方面获得更高的精度。
根据权利要求17所构造的实施例，其中传感器被用作为纱线供给器中的纱线传感器。所配置的纱线传感器不仅可以检测纱线存储部分的尺寸(最小和最大纱线传感器，基准纱线传感器)，进而对位于驱动器上的络筒实施控制，还可以取代纱线断裂传感器，在检测到纱线断裂时产生一个断开信号或称一个报警信号。所使用的这种纱线传感器的一个特别的优点就是所获得的控制信号仅仅与该永久磁铁或一个由磁性材料和/或电磁磁通传导材料构成的部件与传感元件之间的距离精确相关，而与该永久磁铁或部件是朝向传感元件移动还是远离传感元件移动无关。
下面参考附图，对为实现本发明的目的而构造的各种实施形式作进一步的说明。
图1为表示一个数字式传感器用的示意性说明图。
图2为表示彼此相关的若干个时间曲线图。
图3为表示具有至少一个纱线传感器的纱线供给器用的示意性说明图。
一种根据图1(示意性说明图)构造的数字式传感器S包含有一个诸如霍尔元件等等的传感元件H，一个集成化的、具有运行滞后的数字式开关元件T，可以用微处理器MP适当构成的一个数值计算回路和一个时钟回路，以及一个断续器U。也可以不设置时钟回路，而是设置与数值计算回路相分离的时钟式断续器。而且微处理器MP也可以设置在传感器S的外部，并仅仅与该传感器S相连接，以分别进行信号的接收或发送。
在这一实例中，传感元件H采用的是一个霍尔元件，它的一个输入端部通过导电连接体10与诸如+5伏的电压源+V相连接，另一个输入端部通过导电连接体2接地。该传感元件H给出的响应信号通过导电连接体4传递至与该传感器S形成为一体的开关元件T处，而该开关元件T的输出侧又通过导电连接体6与构成数值计算回路用的微处理器MP上的触点Z相连接。这一开关元件T在具有有意设置的某一滞后的条件下运行，并且由施密特触发器5实施控制，以便将传感元件H输出的模拟式响应信号W变换成数字式输出信号Y(1或0)。在导电连接体2中包含有一个时钟式断续器U，后者通过带有时钟生成电压脉冲X的导电连接体7与一个NPN三极管8的基板相连接。在所描述的这个实施例中，该脉冲是由微处理器MP产生的。在导电连接体7中还配置有一个电阻器R。配置在导电连接体9中的对地电容器C与断续器U平行设置。导电连接体9上的连接点设置在断续器U与传感元件的输入端之间。
可以通过一个强度变化的磁场M，即可以通过一个永久磁铁P沿着双向箭头3所示的方向相对于传感元件H的移动来触发该传感元件H。也可以不采用这种传感元件H，而是采用某种磁阻型传感元件。当然，还可以采用某种对一个金属或至少包含有金属的部件P的距离变化或称接近程度敏感的感应型传感元件。
传感元件H输出(通过导电连接体4)模拟式响应信号W，该信号随着磁场强度M的变化而变化。开关元件T与传感器S、即与施密特触发器5形成为一体，并用于由模拟式响应信号W中产生数字式输出信号Y(1或0)。微处理器MP通过在触点Z处对这一数字式输出信号Y实施取样或称检测，便可以根据这一数字式输出信号Y生成控制信号Z’。
开关元件T在动作点处，当磁场强度M达到预定的高斯值时(当永久磁铁P朝向传感元件方向移动时)被导通，并使输出信号Y取为电压电位，即取为值0。当磁场强度M减弱时(即永久磁铁远离时)，开关元件T将在释放点处断开，从而使输出信号Y取为比较高的信号电位1，然而由于存在有滞后，它将很快在比释放点处低的位置处再次达到高斯值。这意味着输出电压出现了由0至1的变化，而当传感元件H与永久磁铁P之间为另一距离时，输出电压又将由1变为0。然而利用时钟式断续器U，便可以将两个输出信号变化中的一个，即位于释放点处的那一个，由微处理器MP检测出的输出信号Y中消除掉，其方式是使用断续器U在对每一输出信号Y进行检测之前断开传感元件H，并且在到达所述检测之前再次接通传感元件H。在被断开的时间中，微处理器将不能检测到所述的一个输出信号的变化，即由1至0的变化，而只能检测出所述的、由0变为1的输出信号的变化是否已经出现。因此按下述的方式，该微处理器将仅仅能检测到所述的一个输出信号的变化，即由0变为1的变化是否已经发生，而不论永久磁铁P的相对移动方向(沿着双向箭头3所示的方向)朝向哪一个方向均是如此。
在图2中的曲线图Ⅰ中示出了沿着时间轴t变化着的电压脉冲X，微处理器MP可利用这一电压脉冲触发断续器U，对传感元件H实施导通和断开。传感元件H在各个时间点“ti”处被导通，并直到下一个时间点“to”处才被断开。而且传感元件H被导通和断开的持续时间最好具有相等的长度(其频率可以为300赫兹)。
在曲线图Ⅱ中示出了位于时间轴t之上的磁场M的变化，或称永久磁铁P的距离变化曲线。曲线图Ⅲ示出了在传感元件H实施响应动作期间，位于时间轴t上的输出信号Y的变化曲线。在每一个导通的时间(在时间点ti至时间点to之间)周期中，只要磁场强度M比较弱(永久磁铁P距传感元件H比较远)，输出信号Y即被取为值1。在被断开的时间(在时间点to至时间点ti之间)周期中，输出信号Y取为值0。然而如果永久磁铁P已经到达距传感元件H足够近的位置处，该输出信号Y将被保持为值0。在被导通的时间周期中，如果永久磁铁P已经到达距传感元件H足够远的位置处时，输出信号Y将再次取为比较高的值1。曲线图Ⅳ示出了由微处理器MP在时间点t1、t2、t3检测到的输出信号Y，而且在这一实例中，时间点t1、t2、t3分别位于被导通的时间(在时间点ti至时间点to之间)周期中的接近于导通时间周期中点位置处的时间点处。最后一幅曲线图Ⅴ示出了微处理器MP根据在时间点t1、t2、t3处检测到的输出信号所生成的控制信号Z’，在永久磁铁P靠近传感元件H的时间周期中，微处理器MP将不生成控制信号Z’。
正如曲线图Ⅲ中的右边部分所示，输出信号Y仅仅在满足下述条件时才可以被检测出来，即传感元件H已经被断开，而且在更早一些的时间里永久磁铁P与传感元件H之间已经达到另一个相距位置处，使得除了前一个输出信号变化(即由0变为1)之外，已经出现过的另一个输出信号变化(即由1变为0)将被忽略掉时。
正如图3所示，根据图1构造的数字式传感器可以被作为纱线传感器而配置在纱线供给器F中。在所述纱线供给器F的壳体11中，一个络筒被设置在驱动器12(比如说为一个电动机)上，以通过静态存储轮毂驱动位于元件14上的络筒，在该轮毂上可以形成有一个由纱线络筒构成的纱线存储部分，而且可以根据需要由这种纱线存储部分上提供出图中未示出的、诸如编织机等等的纺织机械所使用的纱线。不论该纺织机械的使用量是多大，位于驱动器12上的所述络筒均保持有足够大量的存储纱线G，从而可以确保所述存储部分的尺寸即不过大，也不过小。在存储轮毂13中配置有一个永久磁铁P或一个由磁性材料和/或电磁磁通传导材料构成的部件，并且通过弹簧17将其向外偏置压在供给器16上。可以根据在永久磁铁P和/或所述部件的作用范围内是否存在有纱线，而使该永久磁铁P位于被拉回至存储轮毂13的位置处，或是位于被由所述存储轮毂处抛开的位置处。仅仅在永久磁铁P与传感元件H、即纱线传感器S中的霍尔元件之间相距某一个距离时，才向驱动器12上的络筒的控制装置15发出控制信号。可以利用这种控制信号而驱动位于驱动器12上的络筒运行或使其加速运行，以更新纱线存储部分，或是停止位于驱动器12上的络筒运行或使其减速运行，以防止纱线存储部分超过预定的尺寸。这种纱线传感器S与如图1所示的传感器S相类似，并且可以用来根据与永久磁铁P间的距离是否达到预先精确设定的值而发出控制信号，这种控制信号与所述永久磁铁P是正在接近该传感元件还是由该传感元件处离开无关。
在图3所示的虚线部分中仅仅示出了一个纱线传感器S，但是根据需要也可以再设置一个相同的纱线传感器，还可以将其设置为纱线断裂传感器。