電容式感測探針運動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供了各種方法和系統(tǒng)以控制探針朝容器中持有的流體移動。探針移向流體，以獲取容器中流體的樣本。為了獲取樣本，探針被致動以撞擊流體表面并以預(yù)定距離通過流體表面。其結(jié)合了探針本身的電容式感測用來支持接近引擎，用于控制該探針的運動。該接近引擎基于電容測量，并且在某些情況下基于探針的位置信息而確定探針的速度。該接近引擎確保探針擊中容器中的流體表面，以便獲取樣本，同時確保探針不會碰到容器的底部。
【專利說明】電容式感測探針運動控制系統(tǒng)
[0001 ]優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)
[0002]本申請是要求于2014年I月28 日提交、題為 “CAPACITIVE SENSING PROBE MOT1NCONTROL SYSTEM”的美國非臨時專利申請序列號14/165971的優(yōu)先權(quán)的國際專利申請，其在此通過引用以其整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]所公開的技術(shù)涉及關(guān)于水位感測的控制系統(tǒng)，并且更具體地，涉及應(yīng)用于水位感測的電容式感測的探針運動控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]水位感測器檢測流動的物質(zhì)(包括流體，漿液，顆粒材料和粉末)的水位。由于重力，流體和流化固體流動成為在他們的容器中基本處于靜止(或其他物理邊界)，而大多數(shù)散裝固體傾斜與峰值成角度。被測定的物質(zhì)可以是在容器內(nèi)。水位測量可以是連續(xù)的或點值。連續(xù)的水位感測器測量在指定范圍內(nèi)的水位，并確定物質(zhì)在某個地方的確切量，而點水位感測器僅指示該物質(zhì)是否在感測點的上方或下方。通常后者檢測過高或低的水位。
[0005]有許多物理和應(yīng)用程序變量影響工業(yè)和商業(yè)流程的最佳水平監(jiān)測方法的選擇。選擇標(biāo)準(zhǔn)可以包括以下的一種或多種:相(流體、固體或漿液)、溫度、壓力或真空、化學(xué)介質(zhì)的介電常數(shù)、介質(zhì)密度(比重)、攪拌(動作)、聲或電噪聲、振動、機械沖擊、罐或箱大小和形狀。應(yīng)用約束也是重要的，其可以包括:價格、精度、外觀、反應(yīng)率、易于校準(zhǔn)或編程、物理尺寸和儀器的安裝、監(jiān)測或控制連續(xù)或離散(點)水位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]提供了各種方法和系統(tǒng)以控制朝向在容器中流體移動的探針。探針移向流體，以獲取容器中流體的樣本。為了獲取樣本，探針被致動以撞擊流體表面并以預(yù)定的距離通過流體表面。其結(jié)合了探針本身的電容式感測用于支持接近引擎，用于控制該探針的運動。該接近引擎基于電容式測量確定探針的速度，并且在某些情況下，基于探針的位置信息。該接近引擎確保探針擊中容器中的流體的表面，以便獲取樣本，同時確保探針不會碰到容器的底部。
【附圖說明】
[0007]為了提供本公開內(nèi)容的更完整理解和其特征和優(yōu)點，結(jié)合附圖參考下面的描述，其中，類似的參考數(shù)字表示相同的部件，其中:
[0008]圖1示出根據(jù)本公開的一些實施例的高分辨率電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)的示例性實施方式；
[0009]圖2示出根據(jù)本公開的一些實施例，在控制系統(tǒng)中利用高分辨率電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換器和運動控制引擎的示例性配置；
[0010]圖3示出根據(jù)本公開的一些實施例的探針位置與電容的示例性曲線圖(探針接近空試官);
[0011]圖4示出根據(jù)本公開的一些實施例的探針位置與電容的示例性曲線圖(探針接近非空試管);
[0012]圖5示出根據(jù)本公開的一些實施例的探針和板之間的距離與電容(對于對應(yīng)于三個探針的三個不同系列的數(shù)據(jù)，每個探針接近在三個不同流體水位的非空試管)的示例性曲線圖；
[0013]圖6示出根據(jù)本公開的一些實施例，探針和板之間的距離與基于空試管的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的電容的示例性曲線圖(對于對應(yīng)于三個探針的三個不同系列的數(shù)據(jù)，每個探針接近在三個不同流體水位的非空試管);
[0014]圖7示出根據(jù)本公開的一些實施例，探針和板之間的距離與在圖6中所示的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)集的電容變化的示例性曲線圖(對于對應(yīng)于三個探針的三個不同系列的數(shù)據(jù)，每個探針接近在三個不同流體水位的非空試管)；
[0015]圖8示出根據(jù)本公開的一些實施例的讀數(shù)與電容的示例性接近圖；
[0016]圖9示出根據(jù)本公開的一些實施例，一旦符合流體表面的探針位置與電容的示例性圖；
[0017]圖10示出根據(jù)本公開的一些實施例，由向容器移動探針的控制系統(tǒng)可使用方法的示例性流程圖；
[0018]圖11示出根據(jù)本公開的一些實施例的位置信息對電容測量的示例性冪級數(shù)函數(shù)估計;和
[0019]圖12A-B示出根據(jù)本公開的一些實施例的可用來控制系統(tǒng)的兩個示例性電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于測量電容。
【具體實施方式】
[0020]理解電容式感測
[0021]電容式感測是基于電容耦合的技術(shù)。電容式感測器可檢測電容感測器附近的材料的特性，諸如電介質(zhì)混合物的特性。該材料可以是導(dǎo)電的和/或具有不同于其周圍的介電。電容性感測用于許多不同類型的感測器，包括那些以檢測和測量接近度、位置或位移、濕度、流體水位和加速度。電容式感測已成為如更受歡迎，用于檢測電容變化的電容式感測器變得更加精確和可靠。例如，電容感測器用于許多設(shè)備，諸如膝上型觸控板、數(shù)字音頻播放器、計算機顯示器、移動電話、移動設(shè)備、平板電腦等。由于他們的通用性、可靠性和耐用性以及相對于機械開關(guān)降低的成本，設(shè)計工程師繼續(xù)選擇電容式感測器。本發(fā)明著重于如何使用電容感測，用于控制探針朝容器中的流體表面移動，并且在一些情況下，如何確定容器中的流體的水位。
[0022]電容感測系統(tǒng)通常提供在包括兩個充分導(dǎo)電物體的系統(tǒng)中的電容器，S卩，導(dǎo)電性“板”。特別是，電容式感測器可以測量在一個或多個這些導(dǎo)電物體的表面上的電荷，以確定電容器的電容。電容將提供在兩個導(dǎo)電物體之間形成的電容器中的電介質(zhì)混合物的一些指示。這些充分導(dǎo)電物體中的一個或兩個可以是電極(例如，使用充分導(dǎo)電材料形成的)，其中該電極被激發(fā)源刺激以產(chǎn)生電場。這些充分導(dǎo)電物體中的一個或兩個可由電容式感測器(例如，通過電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC))讀取，以確定充分導(dǎo)電物體上的表面電荷量，其中該表面電荷測量，即電容測量，提供由系統(tǒng)形成的電容器的兩個“板”之間的電容的指示。
[0023]圖1示出根據(jù)本公開的一些實施例的用于電容感測系統(tǒng)的高分辨率電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(⑶C)的示例性實現(xiàn)。CDC與電容器Csensqr接口，S卩，具有檢測電極的電容。電容器的板之一被連接到激勵源，它提供了在電容器Csensqr的電壓V。由激發(fā)源提供的電壓V(除了方波激勵信號，可以提供任何合適的波形)依次提供荷輸入到電容器。CDC測量感測電極上的表面電荷Q。因為Q具有與電容C和電壓V的直接關(guān)系，表面電荷的測量從而提供了電容測量。CDC可以連續(xù)米樣通過Csenscir的電荷。
[0024]在一些實施例中，測量被提供給積分器，用于量化的比較器和數(shù)字濾波器(組合可依賴于CDC的具體實現(xiàn))。一般地，輸出提供數(shù)字信號，其表示由電容式感測器所進行的電容測量。然后該數(shù)字信號可以被提供給處理器，用于進一步處理。
[0025]在試管或容器中水位檢測的不同方法
[0026]診斷儀器必須與小容器流體工作，諸如測試管、試管和試劑瓶。流體水位必須是已知的，用于(移動)探針和容器之間的適當(dāng)接口，用于吸樣(即，獲取剛在流體的表面下方的樣本)。通常情況下，診斷儀器可需要I毫米精度和小于0.5mm的分辨率。這些系統(tǒng)的挑戰(zhàn)包括保持高速的移動探針、環(huán)境敏感性、一致性、復(fù)雜性和成本。
[0027]容器的一種類型是試管，其是圓形或正方形橫截面的小管，一端密封，由塑料、玻璃或熔凝石英(為UV光)制成并設(shè)計以容納用于光譜實驗的樣本。一次性塑料試管通常用于快光譜測定法，其中，速度比高精度更重要。
[0028]診斷儀器可以經(jīng)常移動大量試管，同時探針或多個探針以相對快的速度采樣每個試管。探針典型地包括中空管，具有尖頭用于通過該管的中空部分提起流體的樣本。探針允許流體樣本的精確量被提升/吸出容器。探針最好位于或基本上接近流體的表面下的規(guī)定深度，以最大化容器中現(xiàn)有樣本的使用(樣本足夠但不會太大)。出于這個原因，準(zhǔn)確的水位感測和探針的控制是對于提供有效的吸樣系統(tǒng)是很重要的。
[0029]—般而言，許多機制可用來測量流體水位。超聲波，雷達和激光的解決方案是可能的，但也是非常昂貴的。試管內(nèi)診斷(IVD)系統(tǒng)可以采用射頻(RF)信號，以確定相對于流體表面的探針位置。這個系統(tǒng)已知是相當(dāng)嘈雜的。它是一個EMI發(fā)射，這可能是一個問題。這也是從外界電磁輻射干擾非常敏感。
[0030]水位感測中電容感測的一個實施包括:將多個感測器置于罐之內(nèi)或之外的離散水位，以檢測離散水位(例如，滿罐、罐空和其它固定的流體水位)。這個實現(xiàn)對于尺寸相當(dāng)大和永久(不易一次性的)的容器和其中低分辨率水位測量是可以容忍的應(yīng)用是實用的。對于其中使用試管或類似的測試樣本容器的應(yīng)用，試管一個接一個就位，探針比較容易對于給定的試管對齊，或?qū)τ谠谠嚬芤粋?cè)的電容式感測器探針對于給定的試管對齊。另外，雖然該方法用于確定絕對填充量是優(yōu)異的，而沒有精確的電機控制，確定相對于流體表面的探針位置是非常困難的。
[0031]在水位感測中電容感測的另一實現(xiàn)包括:將兩個導(dǎo)電探針置于由容器保持的流體(其長度從容器的頂部向容器的底部延伸)，以監(jiān)視水位的變化。如果導(dǎo)電探針可以保持在容器中靜止并在流體水位監(jiān)視操作的全部過程中淹沒在流體中，該實現(xiàn)是實用的。由于在診斷設(shè)備設(shè)置中的污染問題，在流體里面放置該探針是不實際的。探針需要每次試驗后被丟棄或清潔。
[0032]控制系統(tǒng)中改進的電容式感測
[0033]控制系統(tǒng)的一個目的是使用運動控制引擎以足夠的速度移動探針，同時具有探針位置相對于流體表面的足夠的測量精度，以預(yù)測在容器中的即將接觸流體表面。采用電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)，控制系統(tǒng)(例如，包括接近引擎)從電容式感測器獲取電容測量作為輸入。使用電容測量和可選的運動控制引擎的探針的位置信息，具有控制系統(tǒng)的接近引擎的處理器可發(fā)送信號到運動控制引擎(或傳送指示運動控制引擎發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù))，以適當(dāng)?shù)匾苿犹结槼萜髦械牧黧w表面，并一旦探針擊中流體表面停止探針。
[0034]采用電容式感測優(yōu)于RF電平感測解決方案，因為電容式感應(yīng)不受到EMI敏感性的影響，CDC的代爾塔-西格瑪調(diào)制趨于過濾了這一點。CDC也可過濾掉電源線頻率的干擾。
[0035]改進的感測電容
[0036]在本公開中，進行電容測量的電容器包括兩個端子/平板:導(dǎo)電板，其位于保持流體的容器的下方，和移動探針本身。激勵信號被施加到電容器的一個端子/板，另一端/板連接到電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)的輸入。無論哪個端子連接到激勵信號或CDC輸入，所測量的電容可以是相同的。所測量的電容的絕對值可取決于板和探針的形狀因子，電介質(zhì)的構(gòu)成，從探針到板的距離，和其他環(huán)境因素。注意，該電介質(zhì)可包括空氣，流體，和用于保持所述流體(按順序從探針到板的試管下方)的試管。當(dāng)探針接近板時，該控制系統(tǒng)利用該介質(zhì)混合性質(zhì)的改變。
[0037]在它的最簡單的形式中，電容器可以被描述為兩個平行板，它們之間具有介電材料。電容的值隨著板尺寸，一個板相對于另一個的取向，以及介電常數(shù)等因素而改變。通過利用這些變量，電容感測器可以測量不常用電容器的電容的變化值，以確定相對于流體表面的探針位置。
[0038]在控制系統(tǒng)中設(shè)置用于電容式感測器的電容器是獨特的、非平凡的。本發(fā)明利用裝置，其中電容感測器的電容的兩個“板”是通過向容器中的流體移動探針和容器下方的導(dǎo)電板形成。通過并入探針本身用于電容測量，并在探針下方提供相對非侵入性的導(dǎo)電板，該設(shè)置有利地降低了機械系統(tǒng)的復(fù)雜性。并入探針本身作為電容器的極板也可有利地允許進行更好的測量，其可更直接反映探針到流體表面的相對距離。
[0039]移動探針可以是高度導(dǎo)電的(例如，用金屬制成)或足夠的導(dǎo)電性(例如，用塑料或復(fù)合物制造，使得所述探針可以是一次性的)。容器下方的導(dǎo)電板可以用任何合適的導(dǎo)電材料制成。導(dǎo)電板的形狀和尺寸可以根據(jù)應(yīng)用而變化。優(yōu)選地，導(dǎo)電板容器的底部的尺寸和形狀相匹配。
[0040]改進的控制系統(tǒng)
[0041]本公開的控制系統(tǒng)基于輸入向容器移動探針，包括電容感測器的電容測量(例如，涉及CDC)以及從電機控制引擎探針的可選位置信息。該控制系統(tǒng)可輸出信號，用于控制運動控制引擎，用于移動探針。在這個控制系統(tǒng)中，電容測量和位置信息可被認(rèn)為是用于調(diào)節(jié)運動控制引擎的反饋信息。
[0042]圖2表示根據(jù)本公開的一些實施例，在控制系統(tǒng)中利用兩個高分辨率電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及運動控制引擎的示例性配置。該控制系統(tǒng)200包括其上具有接近引擎202的處理器，電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)204，運動控制引擎206，和存儲器208?？刂葡到y(tǒng)200被配置為控制探針210朝向(以及遠離)容器214中的流體212移動。流體212可具有流體表面216。
[0043]用于將電容器的電容測量(S卩，指示探測器210和容器下方的導(dǎo)電板224之間的電容218的測量值)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的⑶C 204可以包括改性的八-2模數(shù)轉(zhuǎn)換器(400。&-2ADC基于電荷平衡結(jié)構(gòu)，其中有相比于參考電壓的未知輸入電壓。每個輸入，未知和參考，在相同的電容上充電，使兩者比較。當(dāng)ADC用作CDC，此結(jié)構(gòu)稍有改變。在這種情況下，該裝置提供了已知激勵信號，其可以(I)經(jīng)由同軸電纜連接220到CDC到探針而提供到探針，或(2)經(jīng)由同軸電纜連接226到CDC而提供到導(dǎo)電板224。由于輸入是目前已知的，電荷平衡結(jié)構(gòu)用于確定相對于已知參照電容的未知輸入電容的值。在實踐中，這種方法可用于辨別阿托法拉(AF，或10~-18法拉)數(shù)量級上的電容差異。
[0044]該接近引擎202(實施其上或作為一個或多個處理器，和/或通過一個或多個處理器上執(zhí)行的指令提供，其中指令被存儲在存儲器208)耦合到CDC 204的輸出，并且被配置成從CDC 204接收指示電容218測量的電容測量。在某些情況下，測量可以由CDC 204存儲在存儲器208，并可以由接近引擎202訪問(或者可通過接近引擎202讀取)。該接近引擎202可以使用測量來確定用于控制運動控制引擎206的信號。接近引擎202可以發(fā)送信號到運動控制引擎206，以向流體和/或容器移動探針。傳送信號到運動控制引擎可包括:由該接近引擎202存儲該信號在存儲器208(或數(shù)據(jù))，并且使運動控制引擎206可訪問信號，以調(diào)整探針210的移動(或指示探針210移動一定的距離和/或以一定的速度)。
[0045]運動控制引擎206被配置為根據(jù)一定距離(例如，固定步驟)，或根據(jù)一定速度(例如，根據(jù)在存儲器208表示距離或速度的數(shù)據(jù))移動探針。探針的位置信息和其朝向容器移動可由運動控制引擎206確定和提供。例如，位置信息可以從在距離近的運動得到。在另一實例中，位置信息可以從在一段時間的過去速度得到。在某些情況下，對于步進電機，位置信息可以通過發(fā)送給馬達用于旋轉(zhuǎn)一定度數(shù)的脈沖數(shù)量而得。度的角運動可以被轉(zhuǎn)換為直線距離，并提供了探針的位置信息。運動控制引擎206可寫位置信息到存儲器208，并且可以提供給該接近引擎202，用于處理位置信息。值得注意的是，位置信息不需要用于控制系統(tǒng)的正確操作，但也可以用作反饋信息，以協(xié)助或改進控制系統(tǒng)。進一步指出，由電機控制引擎提供的位置信息只提供探針的位置估計，并且可能并不總是很準(zhǔn)確或精確。
[0046]表征電介質(zhì)混合
[0047]因為探針的運動控制是基于電容測量和任選的相對于導(dǎo)電板的探針的位置信息，首先必須了解電介質(zhì)組合的特性，以預(yù)測探針何時將達到流體表面?；诹黧w本身和在應(yīng)用中使用的容器，介質(zhì)混合物的特征可以有所不同，因為流體與容器本身的差異可影響電容讀數(shù)。此外，電容測量本身可以依賴于探針和導(dǎo)電板。
[0048]當(dāng)探針接近板(在某些情況下，當(dāng)探針的位置信息或數(shù)據(jù)增加或減少)時，電容增大。這種變化的性質(zhì)已被觀察到冪級數(shù)函數(shù)(二次)。但冪級數(shù)的系數(shù)在探針的路徑中流體中的存在下變化。由于流體具有比空氣更大的介電常數(shù)，當(dāng)流體變得探針和板塊之間的電介質(zhì)的更高比例，電容更迅速地增大。當(dāng)探針接近非常接近流體表面，所測量的電容值加速。這可用于確定鄰近流體表面(即，到流體表面的相對距離，或者探針如何接近流體表面)。此外，如果用戶可以表征系統(tǒng)無流體存在，有可能以這樣的方式標(biāo)準(zhǔn)化測量數(shù)據(jù):它僅僅反映電介質(zhì)組合，并具體而言該混合物對流體的影響。該系統(tǒng)可經(jīng)配置以確定流體表面的實際水位/位置。
[0049]基準(zhǔn)數(shù)據(jù):空試管
[0050]圖3示出根據(jù)本公開的一些實施例的探針位置與電容的示例性曲線圖(探針接近空試管)。該數(shù)據(jù)示出了被配置為向空試管移到約90毫米的探針。O毫米對應(yīng)于起始位置，90_對應(yīng)于更接近空試管和空試管下方的導(dǎo)電板的結(jié)束位置。當(dāng)探針移向空試管和空試管下方的導(dǎo)電板更近，探針位置值增加。根據(jù)設(shè)置，規(guī)模和可能的位置的值可以不同。
[0051]當(dāng)探針接近空容器，電容隨著探針和空試管之間的距離減小。一般來說，電容反比于兩個電容板之間的距離。當(dāng)該距離越小，電容也更大。因此，圖3中所示的數(shù)據(jù)集示出了隨著探針接近空試管時電容增長(即，探針的位置信息/測量增加)。雖然不是主要的貢獻，當(dāng)探針朝向空試管接近并稍微有助于電容的增加，空試管作為電介質(zhì)混合的部分的比例增加。此外，數(shù)據(jù)顯示:當(dāng)探針越來越接近到空試管，斜率上升。如果位置信息是已知的，在其中試管非空以除去試管對電容測量的影響的設(shè)置中，此基準(zhǔn)數(shù)據(jù)可用于標(biāo)準(zhǔn)化電容測量。
[0052]功率系列模型和不連續(xù)性:非空試管
[0053]圖4示出根據(jù)本公開的一些實施例的探針位置與電容的示例性曲線圖(探針接近非空試管)。在這個例子中，試管在其中保持流體，流體水位在探針的位置信息方面測定在約76.1毫米。從圖中，特征可以相對于所述流體/探針關(guān)系注意。一旦探針已與流體接觸，電容曲線存在不連續(xù)性。大的跳躍之后的測定值顯示為接觸之前測定的值的倍數(shù)。進一步指出，當(dāng)探針通過流體移動，所測量的值的變化很少。不連續(xù)性是如此之大，預(yù)定電容的閾值(或某一其它合適觸發(fā)準(zhǔn)則)可用于檢查不連續(xù)性(指示該探針擊中流體表面，或者該探針很可能已經(jīng)觸及容器中的流體表面)。由于該控制系統(tǒng)的目的是在已知的小的距離向流體插入探針，此行為是重要的控制系統(tǒng)，因為它可用于確定探針何時應(yīng)該停止朝向試管下方的導(dǎo)電板移動。
[0054]示例:三種不同流體水位的電容值
[0055]圖5示出根據(jù)本公開的一些實施例的探針和板之間的距離與電容(對于對應(yīng)于三個探針的三個不同系列的數(shù)據(jù)，每個探針接近在三個不同流體水位的非空試管)的示例性曲線圖。隨著探針與導(dǎo)電板之間的距離減小(即，探針位置信息值增加)，則電容增加，如圖4的曲線圖觀察。顯示三個系列數(shù)據(jù)的該圖示出電容相關(guān)于流體水位的差異。在不同的流體水位和探針位置信息的已知數(shù)據(jù)可用于根據(jù)由已知數(shù)據(jù)顯示出的傳播確定確切的流體水位。它可以表明:在探針和導(dǎo)電板之間的相等距離，電容對于更滿的試管是最高的(例如，具有在77.1毫米的流體水位)，電容對于較不滿的試管更低(例如，具有85.2毫米的流體水位)，并且電容對于甚至更少填充的試管是最低的(例如，具有在89.2毫米的流體水位)。_6] 示例:三種不同流體水位的電容值
[0057]圖6示出根據(jù)本公開的一些實施例，探針和板之間的距離與基于空試管的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的電容的示例性曲線圖(對于對應(yīng)于三個探針的三個不同系列的數(shù)據(jù)，每個探針接近在三個不同流體水位的非空試管)。本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化可以包括:基于具有相同的探針的位置信息的空試管觀察的相應(yīng)電容值而減去或除以測量/生電容值。通過標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，觀察到差異或擴散，由此標(biāo)準(zhǔn)電容值對于下部的流體水位顯著變小。如圖所示的曲線圖，規(guī)格化的電容測量在77.1毫米(較滿)的流體水位最高，在85.2毫米的流體水位(較不滿)較低，在89.2毫米(最不滿)的流體水位最低。這可用于確定流體表面是否是非常接近試管的底部是有用的，因此必須小心不要驅(qū)動探針通過底部。如見于圖6中，曲線之間的傳播是顯而易見(比圖5中所示的原始數(shù)據(jù)更明顯)，因此可以用作在各種流體水位和探針位置信息的已知數(shù)據(jù)，以根據(jù)傳播以確定確切的流體水位。它進一步指出，對于標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，曲線的斜率也比原始數(shù)據(jù)的斜率較大。斜率的更劇烈變化可是比較有用/有益于設(shè)置斜坡的閾值或改變電容變化與位置變化的估計斜率。
[0058]示例:三種不同的流體水位，電容值相關(guān)于探針位置的斜率
[0059]圖7示出根據(jù)本公開的一些實施例，探針和板之間的距離與在圖6中所示的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)集的電容變化的示例性曲線圖(對于對應(yīng)于三個探針的三個不同系列的數(shù)據(jù)，每個探針接近在三個不同流體水位的非空試管)。除了使用電容測量的原始值，控制系統(tǒng)可以另外或替代地利用斜率的增加，即電容變化對探針位置的變化，以控制探針對流體的運動。斜率允許控制系統(tǒng)來預(yù)測探針如何接近流體表面并檢測電容的不連續(xù)以檢測探針是否命中流體表面。如在圖中看到地，預(yù)定的斜率閾值(或某一其它合適觸發(fā)準(zhǔn)則)可用于確定探針是否達到接近容器中的流體表面。
[0060]斜率可以不同方式被確定(或估計)。斜率可以通過在適當(dāng)?shù)奈恢眯畔⒌淖兓噪娙莸淖兓瘉泶_定。但是，位置信息并不總是可用。因此，該斜坡可以在運行期間估計，簡單地基于在電容測量的連續(xù)讀數(shù)(改變非常快，以規(guī)則/周期性間隔，而探針在讀取之間或多或少的相同距離移動)，或附近的電容讀取在非常短的時間間隔進行(例如，當(dāng)探針移動時的幾毫秒內(nèi))之間的電容變化進行。當(dāng)進行電容讀取時，當(dāng)探針基本恒定的速度移動，一個示例性系統(tǒng)可以83赫茲一樣快在讀取之間非常短的時間間隔得到電容測量。當(dāng)探針以基本上恒定的速度移動，在一個示例性系統(tǒng)中的測量結(jié)果可具有50ms以上的間隔，而對于另一個示例性系統(tǒng)的時間間隔可以是5毫秒或更小。
[0061 ] 示例:接近曲線圖
[0062]圖8示出根據(jù)本公開的一些實施例的讀數(shù)與電容的示例性接近圖。這種接近曲線圖說明電容以周期性的間隔在不同的讀取的行為(不過，所述探針如何快速朝容器移動未示出)。所示的接近輪廓顯示使用修改后的指數(shù)移動平均如何過濾數(shù)據(jù)。任何類型的合適過濾器(例如，其它移動平均過濾器，或平滑功能)可用于在操作期間過濾數(shù)據(jù)，以在電容測量過濾掉噪聲。第一組讀取(例如，1-23)表明電容的快速上升，這是移動平均在一開始追趕的假象，而不是在實際原始電容測量急劇增加的結(jié)果。最后一組過濾數(shù)據(jù)的讀取表現(xiàn)幾乎是垂直線(例如，793向上)，急劇增加的電容，它表示原始電容測量實際的跳躍。
[0063]示例:基于電容式讀數(shù)水平測定
[0064]圖9示出根據(jù)本公開的一些實施例，一旦符合流體表面的探針位置與電容的示例性圖。該圖說明，當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到探針已達到流體表面的電容測量，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化時，可用于推斷流體水平(示出了可在圖7中看到的傳播)。并非簡單地檢測該探針靠近流體水平，可使用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的該圖來確定液位的絕對高度。這使得控制系統(tǒng)檢測流體水平何時對于獲取進一步的樣品變得過低，并如果愿望是對試管重復(fù)進行則避免驅(qū)動探針太靠近杯的底部?？商鎿Q地，如果位置擊中預(yù)定位置閾值以避免駕駛探針太靠近杯的底部，位置信息(如果有)可被用作單獨或額外的檢查以停止探針。
[0065]接近方法
[0066]圖10示出根據(jù)本公開的一些實施例，由向容器移動探針的控制系統(tǒng)可使用方法的示例性流程圖。該示例性方法1000提供了探針朝容器中的流體的表面移動，同時進行電容測量以及可選的位置信息。此方法允許將探針朝向流體表面盡快移動，但當(dāng)探針靠攏到流體表面時減慢探針。一旦撞擊流體表面或達到流體表面下方的預(yù)定距離，該方法也停止探針。
[0067]在該圖中示出了用于控制向在其中具有流體的容器的探針移動的方法。探針可以已經(jīng)以第一速度移動，例如在每第二個X毫米)(框1002)。該接近引擎可以(可選地)從電機控制引擎接收位置信息(框1004)，以及從電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)電容測量接收(框1006)。這些步驟的順序可以不同。這是可能的，這取決于數(shù)據(jù)帶寬，位置信息不可用而電容測量可用，或當(dāng)位置信息可用而電容測量不可用。
[0068]該接近引擎可以檢查電容測量是否超過預(yù)定的電容閾值(檢查1008)。若電容測量值超過(或符合或超過)預(yù)定的電容閾值，則確定所述探針很可能已經(jīng)擊中流體表面。因此，該接近引擎會導(dǎo)致探針停止移動(框1010)。這將允許探針表面刺透后很快停止(例如，取決于系統(tǒng)配置參數(shù)，表面下方少至0.05-0.25_)。如果電容測量沒有超過預(yù)定的電容閾值，則該方法繼續(xù)。
[0069]該接近引擎可以檢查電容測量的相對于位置信息的斜率是否超過(或符合或超過)預(yù)定斜率閾值(檢查1012)，這可表明該探針達到接近在所述流體的表面容器(例如，δ-?Ο 毫米從流體表面，或甚至更小距離，例如從流體表面離開 l-2mm，取決于測量的準(zhǔn)確度和速度)。如果電容測量相對于位置信息的斜率超過預(yù)定的斜率閾值，該接近引擎導(dǎo)致探測通過以第二速度(例如，Y毫米/秒)移動所述探針以減速(框1014)。如果電容測量相對于位置信息沒有超過所述預(yù)定的閾值斜率，該方法繼續(xù)，以及例如循環(huán)回到框1004。
[0070]為了說明方法，以下段落描述用于控制向其中具有流體的容器移動探針的示例性方法。該方法包括:在接近引擎從電容傳感器接收第一電容測量，其中，所述第一電容測量指示探針和容器下方的導(dǎo)電板之間的電容。有利地，該接近引擎可以從電容測量推斷出探針到流體表面的接近程度?；谠撾娙轀y量，該接近引擎可確定適當(dāng)移動探針的第一速度，和該接近引擎可以發(fā)送第一信號到運動控制引擎，用于以第一速度將探針朝容器移動。例如，根據(jù)不同的電容測量，該接近引擎可以在朝向容器中的流體加快或減慢探針。
[0071]在某些實施例中，該方法可進一步包括接收來自運動控制引擎的第一位置信息，其中，第一位置測量指示探針相對于所述導(dǎo)電板的位置?？蛇M一步基于第一位置信息確定第一速度。例如，位置信息可以標(biāo)準(zhǔn)化，斜率確定用于減慢探針和/或電平確定，以防止探針在下一吸樣走得太遠到試管。
[0072]在某些實施例中，該方法可進一步包括:如果第一電容測量值超過預(yù)定電容閾值，第一速度為零以停止向容器移動探針。這使得接近引擎一旦檢測電容測量的不連續(xù)則停止探針的運動，因為預(yù)定電容閾值表示該探針很可能已經(jīng)擊中容器內(nèi)流體的表面。
[0073]在一些實施例中，該方法可以進一步包括:接近引擎接收來自電容傳感器的第二電容測量和第三電容測量。第二電容測量和第三電容測量各自表示探針和容器下方的導(dǎo)電板之間形成的電容。電容測量(即，進行連續(xù)讀的電容測量或很短的時間間隔內(nèi)的電容測量)使得估計電容測量相對于位置信息的斜率(即使位置信息不可用)。為了確定斜率，該接近引擎確定(或計算)第二電容測量和第三電容測量之間的電容變化?；谧x之間電容的變化，斜率可以估算。
[0074]在一些實施例中，該接近引擎從運動控制引擎接收第二位置信息和第三位置信息，其中，所述第二位置信息和第三位置信息分別表示相對于所述導(dǎo)電板的探針的位置。第二和第三電容測量和位置信息使所述電容測量相對于位置信息的斜率被確定(而不是僅由電容測量估計)。為了確定斜率，該接近引擎確定(或計算)第二電容測量和第三電容測量之間的電容變化，并確定第二位置信息和第三位置信息之間位置的變化?；谶@兩個變化，可確定斜率。
[0075]斜率可以影響該探針應(yīng)移動的速度。因此，該接近引擎可以發(fā)射第二信號到運動控制引擎，用于以第二速度朝容器移動探針，其中所述第二速度是基于斜率(或估計斜率)確定的。如果斜率(或估計斜率)超過預(yù)定的斜率閾值，所述第二速度被設(shè)定為比所述第一速度更慢，以減緩所述探針的運動。這一條件可表明該探針達到接近容器中的流體的表面。
[0076]在某些情況下，電容傳感器，用或在電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器工作，被配置為測量所述探針和具有包括空氣，在容器中的流體和容器的電介質(zhì)混合物中的導(dǎo)電板之間的電容(從探針到導(dǎo)電板的順序)。如果基準(zhǔn)測量是可用的(例如，諸如圖3中所示的數(shù)據(jù))，該基準(zhǔn)數(shù)據(jù)可用于提供容器對電容的貢獻的模型。圖11示出根據(jù)本公開的一些實施例的位置信息對電容測量的示例性功率擬合估計。具體地講，示出示例性冪級數(shù)擬合基準(zhǔn)電容測量(例如，逆轉(zhuǎn)X電源配合)，其可用于基于觀察到的位置信息內(nèi)插基準(zhǔn)電容測量。利用該模型，第一電容測量、第二電容測量和/或第三電容測量可以基于冪級數(shù)被標(biāo)準(zhǔn)化，其表示包括與從探針向空容器移動得到的電容測量的位置信息的測量數(shù)據(jù)的函數(shù)。有利的是，當(dāng)探針移近到流體表面，標(biāo)準(zhǔn)化電容測量的斜率變化比在原始電容測量的斜率變化更為明顯。這使得該系統(tǒng)具有更健壯的預(yù)定斜率閾值(或某一其它觸發(fā)準(zhǔn)則)，用于準(zhǔn)確地確定或查明探針何時非常接近流體表面。
[0077]配置端子、接地和激勵源
[0078]圖12A-B示出根據(jù)本公開的一些實施例的可用來控制系統(tǒng)的兩個示例性電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于測量電容。在圖12A中，所示的系統(tǒng)對應(yīng)于采用浮動電容傳感器的CDC的示例性框圖，其中被感測電容器的兩個終端/板從地面被隔離。在圖12B中，該系統(tǒng)示出對應(yīng)于使用單端或差分電容傳感器的CDC的示例性框圖，其中電容器的一個端子/板被感測連接到地。
[0079]值得注意，公開的這些方法和系統(tǒng)在此使用這兩種類型的⑶C。選擇哪個終端/板以激發(fā)和從終端/板讀取(即，探針或容器下方的導(dǎo)電板)可以取決于應(yīng)用。一般來說，浮動雙端的電容傳感器可以是更敏感(可以獲得更好的電容測量)，高于單端電容性傳感器。對于復(fù)雜性的原因，如果期望更簡單的設(shè)計，應(yīng)用可代替使用單端電容式傳感器(例如，以避免信號連接到探針和導(dǎo)電板)。
[0080]在一個實施例中，電容傳感器(CDC)被配置成通過提供激發(fā)源到探針和從導(dǎo)電板讀第一電容測量而獲取第一電容測量。在另一個實施例中，電容傳感器(CDC)被配置成通過提供激發(fā)源到導(dǎo)電板和從導(dǎo)電板讀第一電容測量而獲取第一電容測量。這些實施例可以使用圖12A所示的示例性系統(tǒng)來實現(xiàn)。
[0081]在一個實施例中，電容傳感器(CDC)被配置成通過接地導(dǎo)體板、提供激發(fā)源到探針和從探針讀取所述第一電容的測量而獲取第一電容測量?？商娲?，所述電容傳感器(CDC)被配置成通過接地探針、提供激發(fā)源到導(dǎo)電板和從導(dǎo)電板讀取第一電容測量而獲取第一電容測量。這些實施例可以使用圖12B所示的示例性系統(tǒng)來實現(xiàn)。
[0082]系統(tǒng)和方法的變型
[0083]另外，在上述各實施例的討論中，電容器、時鐘、DFF、分頻器、電感器、電阻器、放大器、開關(guān)、數(shù)字核心、晶體管和/或其它組件可容易地被替換、取代或以其它方式修改，以適應(yīng)特定的電路需求。此外，應(yīng)該指出，使用互補的電子設(shè)備、硬件、軟件等提供用于實現(xiàn)本公開的教導(dǎo)的同樣可行的選擇。
[0084]在一個示例實施例中，任何數(shù)目的電路和用于提供系統(tǒng)用于控制向著圖的容器運動探針的組件可以在相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備的電路板來實現(xiàn)。該板可以是一般的電路板，可以裝在電子設(shè)備的內(nèi)部電子系統(tǒng)的各種組件，并進一步為其他外圍設(shè)備提供連接器。更具體地，電路板可以提供電連接，通過其該系統(tǒng)的其它部件可電通信。根據(jù)特定的配置需求、處理需求、計算機設(shè)計等，任何合適的處理器(包括數(shù)字信號處理器、微處理器、支撐芯片組等)、計算機可讀非臨時性存儲元件等可以被適當(dāng)?shù)芈?lián)接到所述板。其他組件(諸如，外部存儲、另外的傳感器、用于音頻/視頻顯示器的控制器以及外圍設(shè)備)可以通過電纜被連接到電路板插入式卡，或集成到板本身。
[0085]在另一不例實施例中，圖的電路可以被實現(xiàn)為單獨的t旲塊(例如，具有相關(guān)聯(lián)的部件和電路被配置為執(zhí)行特定的應(yīng)用程序或功能的設(shè)備)或?qū)崿F(xiàn)為插件模塊到應(yīng)用電子設(shè)備的特定硬件。需要注意，本公開的具體實施例可以容易地包括在芯片上(SOC)包的系統(tǒng)中，無論是在部分或全部。SOC表示計算機或其它電子系統(tǒng)的組件集成到單個芯片的1C。它可以包含數(shù)字、模擬、混合信號以及經(jīng)常射頻功能:所有這些都可以在單個芯片襯底上提供。其他實施例可以包括多芯片模塊(MCM)，具有多個位于單一的電子封裝內(nèi)并配置成彼此通過電子封裝密切相互作用獨立的1C。在各種其它實施例中，控制電路可以在一個或多個硅芯，被實現(xiàn)在專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和其他的半導(dǎo)體芯片。
[0086]此外，還必須要注意，所有的規(guī)格、尺寸以及且本文所概述的關(guān)系(例如，處理器，邏輯運算，數(shù)量等)只被提供用于示例和教學(xué)的目的。這樣的信息可以變化相當(dāng)大，而不脫離本公開的精神，或所附權(quán)利要求的范圍。說明書只適用于非限制性示例，因此，它們應(yīng)被理解為這樣。在前面的描述中，示例實施例已經(jīng)參考特定的處理器和/或部件安排描述。可以對這樣的實施方式進行各種修改和改變，而不脫離示例和所附權(quán)利要求的范圍。說明書和附圖相應(yīng)地應(yīng)被視為示例性的而不是限制性的意義。
[0087]在某些情況下，本文中所討論的特征可以適用于醫(yī)療系統(tǒng)，科學(xué)儀器，食品加工，化學(xué)加工，以及其中朝向流體表面控制探針狀物體的運動是所希望的任何應(yīng)用程序。在另一些示例方案中，本公開的教導(dǎo)可以適用于工業(yè)市場，包括涉及控制探針的運動的流體表面，以幫助驅(qū)動生產(chǎn)率、效率和可靠性的過程控制系統(tǒng)。
[0088]注意，利用本文提供的許多例子，相互作用可以在兩個、三個、四個或更多個電部件來描述。然而，這已只為清楚和示例的目的進行。但是應(yīng)當(dāng)理解，該系統(tǒng)可以以任何合適的方式合并。沿著類似的設(shè)計方案，任何示出的組件、模塊和圖的元件可以以各種可能的配置相結(jié)合，所有這些顯然在本說明書的范圍之內(nèi)。在某些情況下，可能會更容易通過只引用電元件的有限數(shù)量來描述一個或多個一組給定流的功能。但是應(yīng)當(dāng)理解的是，圖和其教導(dǎo)的電路是容易可擴展的，并且可以容納大量的組件，以及更復(fù)雜/精密的安排和配置。因此，提供的示例不應(yīng)該限制范圍或抑制電路的廣泛教導(dǎo)為可能應(yīng)用于其它無數(shù)架構(gòu)。
[0089]注意，在本說明書中，包含在“一個實施例”、示例實施例”、“實施例”、“另一實施例”、“一些實施例”、“各種實施例”、“其他實施例”、“替代實施例”等中引用的各種特征(例如，元件、結(jié)構(gòu)、模塊、組件、步驟、操作、特性等)旨在表示，任何這樣的功能都包含在本公開內(nèi)容的一個或多個實施例，而是可或可以在相同的實施例被組合。
[0090]許多其它改變，替代、變化、改變和修改可以領(lǐng)域技術(shù)人員確定，它的目的是，本發(fā)明包括落入實施例和所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有這樣的改變、替換、變化、改變和修改。為了協(xié)助美國專利商標(biāo)局(USPTO)以及本申請發(fā)布的任何專利的任何讀者解釋所附權(quán)利要求書，
【申請人】希望指出本申請:(a)不打算任何所附權(quán)利要求書援引35USC第112條第六
(6)，因為它存在于申請的公布日期，除非“裝置，用于”或“步驟，用于”專門用于特定權(quán)利要求;和(b)不打算由本說明書中的任何陳述以否則不體現(xiàn)在所附的權(quán)利要求的任何方式來限制本公開內(nèi)容。
[0091]其它注釋、示例和實施
[0092]示例I是用于控制探針朝向其中具有流體的容器移動的方法，該方法包括:從一個電容傳感器接收第一電容測量容器，其中，所述第一電容的測量指示所述探針和下方的導(dǎo)電板之間的電容;和發(fā)送第一信號給運動控制引擎，以第一速度朝容器移動探針，其中，所述第一速度是基于所述第一電容測量確定。
[0093]在示例2中，根據(jù)示例I的方法可任選地包括:接收來自運動控制引擎的第一位置信息，其中，所述第一位置信息是表示探針相對于導(dǎo)電板的的位置；以及其中所述第一速度基于第一位置信息確定。
[0094]在示例3中，根據(jù)示例1-2中任一項的方法可任選地包括:如果所述第一電容測量值超過預(yù)定電容閾值，第一速度是零以停止探針朝著容器的運動。
[0095]在示例4中，根據(jù)示例1-3中的任一項的方法可任選地包括指示該探針很可能已經(jīng)擊中在容器中的流體表面的預(yù)定電容閾值。
[0096]在示例5中，根據(jù)該方法示例1-4可以選擇性地包括任何一個:接收來自電容傳感器的第二電容測量和第三電容測量，其中，第二電容測量和第三電容測量各自表示探針和容器下方的導(dǎo)電板之間形成的電容;確定第二電容測量和第三電容測量之間電容的改變，以估計表示電容變化相對于位置信息改變的斜率;和發(fā)送第二信號給運動控制引擎用于以第二速度朝容器移動探針，其中所述第二速度是基于電容的變化來確定。
[0097]在示例6中，根據(jù)示例1-5中的任一項的方法可任選地包括:如果在電容的變化超過預(yù)定斜率閾值，所述第二速度小于所述第一速度，以減緩探針的運動。
[0098]在示例7中，根據(jù)示例1-7的任一項所述的方法可以任選地包括:指示所述探針到達靠近在容器中的流體表面的預(yù)定斜率閾值。
[0099]在示例8中，根據(jù)示例1-7的任一項的方法可任選地包括:電容傳感器被配置以測量所述探針和具有包括空氣，在容器中的流體和容器的電介質(zhì)混合物中的導(dǎo)電板之間的電容。
[0100]在示例9中，根據(jù)示例1-8的任一項的方法可任選地包括:基于表示測定數(shù)據(jù)的冪級數(shù)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化第一電容測量，包括從探測器向空容器移動得到的位置信息對電容測量。
[0101]在示例10中，根據(jù)示例1-9的任一項的方法可以任選包括:基于表示測定數(shù)據(jù)的冪級數(shù)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化第二電容測量和所述第三電容測量，包括從探測器向空容器移動得到的位置信息對電容測量。
[0102]在示例11中，根據(jù)示例1-10中的任一項的方法可任選地包括:電容式傳感器被配置成通過提供激發(fā)源到探針和從導(dǎo)電板讀第一電容測量進行第一電容測量。
[0103]在示例12中，根據(jù)示例1-11中任一項的方法可任選地包括電容傳感器被配置為通過提供激發(fā)源到導(dǎo)電板和從導(dǎo)電板讀第一電容測量進行第一電容測量。
[0104]在示例13中，根據(jù)示例1-12中的任一項的方法可任選地包括電容傳感器被配置為通過接地導(dǎo)體板，提供激發(fā)源到探針和從探針讀出第一電容測量而進行第一電容測量。
[0105]示例14是用于控制探針朝向其中具有流體的容器的移動的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于從電容傳感器轉(zhuǎn)換測量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號;運動控制引擎，用于向容器移動探針;耦合到所述電容數(shù)字變換器的輸出的接近引擎，經(jīng)配置:接收來自電容傳感器的第一電容測量，其中所述第一電容測量指示探針和容器下方的導(dǎo)電板之間的電容;和發(fā)送第一信號給運動控制引擎，以第一速度朝容器移動所述探針，其中所述第一速度是基于所述第一電容測量來確定。
[0106]在示例15中，根據(jù)示例14的系統(tǒng)可任選地包括:如果所述第一電容測量值超過預(yù)定電容閾值，第一速度是零以停止朝著容器運動探針。
[0107]在示例16中，根據(jù)示例14-15中任一項的系統(tǒng)可任選地包括該接近引擎還被配置成:接收來自電容傳感器的第二電容測量和第三電容測量，其中所述第二電容測量和第三電容測量各自表示探針和容器下方的導(dǎo)電板之間形成的電容;確定在第二電容測量和第三電容測量之間電容的改變，以估計表示電容變化相對于位置信息改變的斜率;和發(fā)送第二信號給運動控制引擎用于以第二速度朝容器移動探針，其中所述第二速度是基于電容變化所確定的。
[0108]在示例17中，根據(jù)示例14-16中任一項的系統(tǒng)可任選地包括:基于表示測定數(shù)據(jù)的冪級數(shù)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化第一電容測量，包括從探測器向空容器移動得到的位置信息對電容測量。
[0109]在示例18中，根據(jù)示例14-17中任一項的系統(tǒng)可任選地包括:該接近引擎還被配置為從運動控制引擎接收第一位置信息，其中，所述第一位置信息表示所述探針相對于導(dǎo)電板的位置;且其中進一步基于第一位置信息確定第一速度。
[0110]在示例19中，根據(jù)示例14-18中任一項的系統(tǒng)可任選地包括指示該探針很可能已經(jīng)擊中在容器中流體表面的預(yù)定電容閾值。
[0111]在示例20中，根據(jù)示例14-19中的任一項可任選的系統(tǒng)包括:如果在電容的變化超過預(yù)定斜率閾值，所述第二速度小于所述第一速度以減緩探針的運動。
[0112]在示例21中，根據(jù)示例14-20中任一項的系統(tǒng)可任選地包括指示該探針達到接近容器中的流體表面的預(yù)定斜率閾值。
[0113]在示例22中，根據(jù)示例14-21中任一項的系統(tǒng)可任選地包括:電容傳感器被配置以測量所述探針和具有包含空氣的電介質(zhì)混合物，在容器中的流體以及容器的導(dǎo)電板之間的電容。
[0114]在示例23中，根據(jù)示例14-22中任一項的系統(tǒng)可任選地包括:基于表示測定數(shù)據(jù)的冪級數(shù)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化第二電容測量和所述第三電容測量，包括從探測器向空容器移動得到的位置信息對電容測量。
[0115]在示例24中，根據(jù)示例14-23中任一項的系統(tǒng)可任選地包括:電容傳感器被配置為通過提供激發(fā)源到探針和從導(dǎo)電板讀取第一電容測量而進行第一電容測量。
[0116]在示例25中，根據(jù)示例14-24中任一項的系統(tǒng)可任選地包括:電容傳感器被配置為通過提供激發(fā)源到導(dǎo)電板和從導(dǎo)電板讀取第一電容測量而進行第一電容測量。
[0117]在示例26中，根據(jù)示例14-25中任一項的系統(tǒng)可任選地包括:電容感測器被配置為通過接地導(dǎo)體板，提供激發(fā)源到探針，并從探針讀出第一電容測量而進行第一電容測量。
[0118]示例I是其上存儲具有用于控制探針朝向具有流體的容器移動的指令的非臨時性計算機可讀存儲介質(zhì)，其中所述指令在由至少一個處理器執(zhí)行時，致使所述至少一個處理器執(zhí)行如下操作:接收來自電容感測器的第一電容測量，其中，所述第一電容測量指示探針和容器下方的導(dǎo)電板之間的電容;和發(fā)送第一信號給運動控制引擎以第一速度朝容器移動探針，其中所述第一速度是基于所述第一電容測量來確定。
[0119]在示例II中，根據(jù)示例I的介質(zhì)可任選地包括:如果所述第一電容測量值超過預(yù)定電容閾值，第一速度是零，以停止探針朝著容器的運動。
[0120]在示例III中，根據(jù)示例I或II的介質(zhì)可任選地包括至少一個處理器被進一步配置成執(zhí)行以下操作:接收來自電容感測器第二電容測量和第三電容測量，其中，第二電容測量和第三電容測量各自表示探針和容器下方的導(dǎo)電板之間形成的電容;確定在第二電容測量和第三電容測量之間電容的改變來估計表示電容變化相對于位置信息改變的斜率;和發(fā)送第二信號給運動控制引擎用于以第二速度朝容器移動探針，其中所述第二速度是基于電容變化所確定。
[0121]示例A是一種包括用于執(zhí)行示例1-13中的任一項的方法的裝置。
[0122]在示例B中，示例A的裝置可任選地包括用于執(zhí)行該方法的裝置，包括處理器和存儲器。
[0123]在示例C中，示例B的裝置可任選地包括所述存儲器包括機器可讀指令，在被執(zhí)行時，使得所述設(shè)備執(zhí)行所述方法。
[0124]在示例D中，權(quán)利要求37-39中任一項的裝置，其中該裝置是計算系統(tǒng)。
[0125]示例E包括至少一個計算機可讀介質(zhì)，包括指令，當(dāng)被執(zhí)行時，示例1-13中的任一項的方法或?qū)崿F(xiàn)示例14-26中的任一項和A-D的裝置或系統(tǒng)。
[0126]需要注意，上面描述的裝置的所有可選特征也相對于本文描述的所述方法或過程來實現(xiàn)，和在示例細(xì)節(jié)可以在一個或多個實施例中的任何地方使用。
[0127]在第一示例中，提供了一種系統(tǒng)(其可以包括任何適當(dāng)?shù)碾娐贰⒎诸l器、電容器、電阻器、電感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、DFFS、邏輯門、軟件、硬件、鏈接等)可以是任何部分類型的計算機，它可以進一步包括耦合到多個電子分量的電路板。該系統(tǒng)可以包括裝置，用于使用第一時鐘計時從數(shù)字核心到宏的第一數(shù)據(jù)輸出的數(shù)據(jù)，所述第一時鐘是宏時鐘;裝置，用于使用第二時鐘計時從宏的第一數(shù)據(jù)輸出進入物理接口的數(shù)據(jù)，所述第二時鐘是物理接口時鐘；裝置，用于使用宏時鐘計時從數(shù)字核心的第一復(fù)位信號到所述宏的復(fù)位輸出，第一復(fù)位信號輸出用作第二復(fù)位信號;裝置，用于利用第三時鐘采樣第二復(fù)位信號，它提供比所述第二時鐘的速率更大的時鐘速度，以產(chǎn)生采樣的復(fù)位信號;和裝置，用于響應(yīng)于所采樣的復(fù)位信號的過渡，復(fù)位物理接口的第二時鐘到預(yù)定狀態(tài)。
[0128]在這些情況下(見上文)，’裝置，用于’可包括使用本文所討論的任何適當(dāng)?shù)姆至?，以任何合適的軟件、電路、集線器、計算機代碼、邏輯、算法、硬件、控制器(但不限于)、接口、鏈路、總線、通信通道等。在第二示例中，該系統(tǒng)包括存儲器，其還包含機器可讀指令，當(dāng)執(zhí)行時導(dǎo)致系統(tǒng)執(zhí)行上面討論的任何活動。
【主權(quán)項】
1.一種用于控制探針朝向具有流體的容器移動的方法，該方法包括: 從電容感測器接收第一電容測量，其中，所述第一電容的測量指示探針和容器下方的導(dǎo)電板之間的電容;和 發(fā)送第一信號給運動控制引擎，用于以第一速度朝容器移動探針，其中所述第一速度是基于所述第一電容測量來確定。2.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括: 從所述運動控制引擎接收第一位置信息，其中，所述第一位置信息表示探針相對于導(dǎo)電板的位置;和 其中，第一速度進一步基于第一位置信息確定。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，如果所述第一電容測量值超過預(yù)定電容閾值，所述第一速度是零，以停止探針朝著容器運動。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)定電容閾值表示該探針很可能已經(jīng)擊中容器中的流體表面。5.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括: 從電容感測器接收第二電容測量和第三電容測量，其中，第二電容測量和第三電容測量各自表不探針和容器下方的導(dǎo)電板之間形成的電容； 確定第二電容測量和第三電容測量之間的電容變化，以估計表示電容變化相對于位置信息的改變的斜率;和 發(fā)送第二信號給運動控制引擎用于以第二速度朝容器移動探針，其中所述第二速度基于電容變化確定。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，如果電容變化超過預(yù)定斜率閾值，第二速度小于所述第一速度，以減緩探針運動。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，該預(yù)定斜率閾值表示該探針達到接近容器中的流體表面。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電容式感測器被配置成測量所述探針和具有包含空氣的電介質(zhì)混合物的導(dǎo)電板、容器中的流體和所述容器之間的電容。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一電容測量是基于表示測量數(shù)據(jù)的冪級數(shù)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，所述測量數(shù)據(jù)包括從向空容器移動探針得到的位置信息對電容測量。10.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第二電容測量和第三電容測量是基于表示測量數(shù)據(jù)的冪級數(shù)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，所述測量數(shù)據(jù)包括從向空容器移動探針得到的位置信息對電容測量。11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電容式感測器被配置成通過向探針提供激發(fā)源和從導(dǎo)電板讀取第一電容測量而獲取第一電容測量。12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電容式感測器被配置成通過向?qū)щ姲逄峁┘ぐl(fā)源和從導(dǎo)電板讀第一電容測量而獲取第一電容測量。13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電容式感測器被配置成通過接地導(dǎo)體板，向探針提供激發(fā)源，并從探針讀出所述第一電容測量而獲取第一電容測量。14.一種用于控制探針朝向其中具有流體的容器移動的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將電容感測器的測量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號； 運動控制引擎，用于向容器移動探針； 耦合到所述電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出的接近引擎，經(jīng)配置以: 從電容感測器接收第一電容測量，其中，所述第一電容的測量指示探針和容器下方的導(dǎo)電板之間的電容的;和 發(fā)送第一信號給運動控制引擎，用于以第一速度朝容器移動探針，其中所述第一速度是基于所述第一電容測量來確定。15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，如果所述第一電容測量值超過預(yù)定電容閾值，所述第一速度是零，以停止探針朝著容器運動。16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，該接近引擎進一步被配置成: 從電容感測器接收第二電容測量和第三電容測量，其中，第二電容測量和第三電容測量各自表不探針和容器下方的導(dǎo)電板之間形成的電容； 確定第二電容測量和第三電容測量之間的電容變化，以估計表示電容變化相對于位置信息的改變的斜率;和 發(fā)送第二信號給運動控制引擎用于以第二速度朝容器移動探針，其中所述第二速度基于電容變化確定。17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述第一電容測量是基于表示測量數(shù)據(jù)的冪級數(shù)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，所述測量數(shù)據(jù)包括從向空容器移動探針得到的位置信息對電容測量。18.—種其上具有指令的非臨時性計算機可讀存儲介質(zhì)，用于控制探針朝向具有流體的容器移動，其中，當(dāng)由至少一個處理器執(zhí)行所述指令時致使所述至少一個處理器執(zhí)行以下操作: 從電容感測器接收第一電容測量，其中，所述第一電容的測量指示探針和容器下方的導(dǎo)電板之間的電容的;和 發(fā)送第一信號給運動控制引擎，用于以第一速度朝容器移動探針，其中所述第一速度是基于所述第一電容測量來確定。19.如權(quán)利要求18所述的介質(zhì)，其中，如果所述第一電容測量值超過預(yù)定電容閾值，所述第一速度是零，以停止探針朝著容器運動。20.如權(quán)利要求18所述的介質(zhì)，其中，所述至少一個處理器還被配置為執(zhí)行以下操作: 從電容感測器接收第二電容測量和第三電容測量，其中，第二電容測量和第三電容測量各自表不探針和容器下方的導(dǎo)電板之間形成的電容； 確定第二電容測量和第三電容測量之間的電容變化，以估計表示電容變化相對于位置信息的改變的斜率;和 發(fā)送第二信號給運動控制引擎用于以第二速度朝容器移動探針，其中所述第二速度基于電容變化確定。
【文檔編號】G01F23/26GK105917199SQ201580005033
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年1月15日
【發(fā)明人】J·E·斯卡利特, T·G·奧德懷爾, C·W·海德
【申請人】亞德諾半導(dǎo)體集團