JP5526230B2 - 接触検出装置及びその動作方法 - Google Patents
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Description
対象物との物理的な接触を検出する接触検出装置であって、
変調された熱流を提供するヒータと、
前記変調された熱流に応じて変調されたヒート信号を生成するヒート信号生成部と、
生成された前記変調されたヒート信号に依存して、前記物理的な接触の有無を少なくとも示す接触検知信号を生成する接触判断部と
を有する接触検出装置である。
変調された熱流を提供するヒータと、
前記変調された熱流に応じて変調されたヒート信号を生成するヒート信号生成部と、
生成された前記変調されたヒート信号に依存して、前記物理的な接触の有無を少なくとも示す接触検知信号を生成する接触判断部と
を有する接触検出装置である。
前記変調されたヒート信号の内の定常的な成分を判別し、前記変調されたヒート信号の内の該定常的な成分を前記変調されたヒート信号から除去し、第1の変動信号を生成する第1の算出部と、
前記第1の変動信号と、前記変調されたヒート信号と同相である第2の変動信号とを乗算し、中間信号を生成する乗算部と、
前記中間信号を平均化し、復調信号を生成する平均値算出部とを有する。
ここで、HF0は変調された熱流のうち実質的に変動しない成分(non-altering component)であり、A1・sin(ω)は変動する成分又は交流成分(altering component)であり、A1は変動成分の振幅を表し、ωは変動成分の周波数を表し、tは時間を表す。E1(t)は一般的な副次的な影響(common side effects)による誤差の項を表す。例えば、変調された熱流が正弦波電流を生成することで提供される場合、その誤差項は正弦波の二乗に比例する。
ここで、HS0は周囲の温度Tambに実質的に依存する成分である。この成分は、接触検出装置が対象物に物理的に接触すると、対象物の温度Tobjにも依存するようになる。変調されたヒート信号の変動成分は、A2(Cobj)・sin(ω)という項により特徴付けられる。変動成分の振幅A2は対象物の位置に依存し、対象物が接触検出装置に接触しているか否かによって異なる。物理的な接触は、ヒータによる全体的な熱容量を変化させる。対象物が接触検出装置に接触していた場合、ヒータによる全体的な熱容量は対象物の熱容量Cobjに依存することになる。対象物のこの熱容量Cobjも対象物の温度Tobjに依存する。ヒート信号生成部が、変調された熱流に依存して変調されたヒート信号を生成する場合、変調されたヒート信号の一部に誤差項E2(t)が残る。
従って第1の変動信号HSACは周囲の温度から実質的に独立している。好ましくは、変調されたヒート信号の定常的な成分は、変調されたヒート信号の時間平均化された成分である。
好ましくは、接触判断部は変調された熱流の位相を検出することで第2の変動信号を判別し、その場合において、例えば、同相又は直交同期検出、整合フィルタ、周波数領域分析(例えば、高速フーリエ変換、離散コサイン変換)又はシングルートン抽出等によりノイズ中の信号を検出することで、第2の変動信号を判別してもよい。あるいは、第2の変動信号は接触検出装置の位相検出部により提供されてもよい。
ここで、LPFはローパスフィルタリング又は低域フィルタリングの機能による処理を表す。好ましい形態において、平均値算出部は移動平均化フィルタである。別の好ましい形態において、平均値算出部はバタワースフィルタ(butterworth filter)である。これら双方のフィルタのカットオフ周波数は変調された熱流の周波数より低いことが好ましく、例えばその値は周期的な変調された熱流の周波数値の半分に近似的に等しい。生成された復調信号HSDEMODは接触検知信号を判別するのに非常に適している。なぜなら、接触検出装置及び対象物の間に物理的な接触が生じると、その値は大きく変化するからである。接触判断部は例えば比較器又はコンパレータを用いて接触通知信号を決定又は生成する。
変調された熱流を提供し、
前記変調された熱流に依存する変調されたヒート信号を生成し、
前記変調されたヒート信号に依存して、前記物理的な接触の有無を少なくとも示す接触検知信号を生成するステップ
を有する動作方法である。
ここで、HF0は変調されたヒートフロー112のうち実質的に変動しない成分であり、A1・sin(ω)は変動する成分であり、A1は変動成分の振幅を表し、ωは変動成分の周波数を表し、tは時間を表す。E1(t)は一般的な副次的な影響(common side effects)による誤差の項を表す。例えば、変調されたヒートフロー112が正弦波電流を生成することで提供される場合、その誤差項は正弦波の二乗に比例する。
ここで、HS0は周囲の温度Tambに実質的に依存する成分である。この成分は、接触検出装置100が対象物800に物理的に接触すると、対象物の温度Tobjにも依存するようになる。変調されたヒート信号122の変動成分は、A2(Cobj)・sin(ω)という項により特徴付けられる。変動成分の振幅A2は対象物800の位置に依存し、対象物が接触検出装置100に接触しているか否かによって異なる。物理的な接触は、ヒータ110による全体的な熱容量を変化させる。対象物800が接触検出装置100に接触していた場合、ヒータ110による全体的な熱容量は対象物800の熱容量Cobjに依存することになる。対象物800のこの熱容量Cobjも対象物800の温度Tobjに依存する。ヒート信号生成部120が、変調されたヒートフロー112に依存して変調されたヒート信号122を生成する場合、変調されたヒート信号122の一部に誤差項E2(t)が残る。
従って第1の変動信号HSAC(136.1)は周囲の温度から実質的に独立している。
好ましくは、接触判断部130は変調されたヒートフロー112の位相を検出することで第2の変動信号136.2を判別し、その場合において、例えば、同相又は直交同期検出、整合フィルタ、周波数領域分析(例えば、高速フーリエ変換、離散コサイン変換)又はシングルートン抽出等によりノイズ中の信号を検出する手段を利用しもよい。或いは、第2の変動信号136.2は接触検出装置100の位相検出部141により提供されてもよい。
ここで、LPFはローパスフィルタリング又は低域フィルタリングの機能による処理を表す。好ましい形態において、平均値算出部135は移動平均化フィルタである。別の好ましい形態において、平均値算出部135はバタワースフィルタ(butterworth filter)である。これら双方のフィルタのカットオフ周波数は変調されたヒートフロー112の周波数より低いことが好ましく、例えばその値は周期的な変調されたヒートフロー112の周波数値の半分に近似的に等しい。生成された復調信号HSDEMOD(139)は接触検知信号132を判別するのに非常に適している。なぜなら、接触検出装置100及び対象物800の間に物理的な接触が生じると、その値は大きく変化するからである。
Claims (12)
- 対象物との物理的な接触を検出する接触検出装置であって、
変調された熱流を提供するヒータと、
前記変調された熱流に応じて変調されたヒート信号を生成するヒート信号生成部と、
生成された前記変調されたヒート信号に依存して、前記物理的な接触の有無を少なくとも示す接触検知信号を生成する接触判断部と
を有し、前記接触判断部は、前記変調されたヒート信号を復調して復調信号を生成し、該復調信号に依存する前記接触検知信号を作成する復調部を有する、接触検出装置。 - 前記ヒータが、電源に接続された熱抵抗により実現されている、請求項1記載の接触検出装置。
- 前記電源が、変調された電流を前記熱抵抗に提供する、請求項2記載の接触検出装置。
- 前記電源が、変調された電圧を前記熱抵抗に提供する、請求項2記載の接触検出装置。
- 前記復調部は、前記変調された熱流と同じ位相で、前記変調されたヒート信号を復調する、請求項1記載の接触検出装置。
- 前記復調部が、
前記変調されたヒート信号の内の定常的な成分を判別し、前記変調されたヒート信号の内の該定常的な成分を前記変調されたヒート信号から除去し、第1の変動信号を生成する第1の算出部と、
前記第1の変動信号と、前記変調されたヒート信号と同相である第2の変動信号とを乗算し、中間信号を生成する乗算部と、
前記中間信号を平均化し、復調信号を生成する平均値算出部と
を有する、請求項1記載の接触検出装置。 - 前記接触判断部が、前記復調信号を閾値と比較し、比較結果に応じた前記接触検知信号を生成する比較器を有する、請求項1記載の接触検出装置。
- 当該接触検出装置が前記ヒータを制御するコントローラを更に有し、制御された前記ヒータからの前記変調された熱流が前記熱抵抗の所定の一連の温度変化を示すようにする、請求項2記載の接触検出装置。
- 前記ヒータが定常的な熱流を提供するようにも形成されている、請求項1記載の接触検出装置。
- 接触検出装置及び対象物の間の物理的な接触を検出する該接触検出装置の動作方法であって、
変調された熱流を提供し、
前記変調された熱流に依存する変調されたヒート信号を生成し、
前記変調された熱流を復調することで復調信号を生成し、
前記変調されたヒート信号に依存する前記物理的な接触の有無を少なくとも示す接触検知信号を前記復調信号に依存して生成するステップ
を有する、接触検出装置の動作方法。 - 請求項1記載の接触検出装置を有する診断装置。
- 対象物と接触検出装置との間の物理的な接触を検出するために前記接触検出装置を制御するコンピュータ上で動作するコンピュータプログラムであって、請求項1記載の接触検出装置に請求項10記載の動作方法を実行させる、コンピュータプログラム。
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