用于检测在接触检测设备与对象之间的物理接触的接触检测设备

摘要

本发明涉及一种用于检测在接触检测设备(100)与对象(800)之间的接触的接触检测设备(100)、一种方法(400)、一种诊断设备，并且还涉及一种计算机程序。本发明设法提高接触传感器的可靠性。接触检测设备(100)包括用于提供调制热流(112)的加热器(110)。依据调制热流(112)来生成调制热信号(122)。与对象(800)的物理接触引起影响调制热信号(122)的调制热流(112)的变化。因为该热流是调制的，所以准确保了调制热信号(122)的变化。接触检测设备(100)的接触确定单元(130)从调制热信号(122)中，优选通过解调器(134)，得到接触指示信号(132)，所述接触指示信号至少指示物理接触的存在或不存在。

说明书

技术领域

本发明涉及一种接触检测设备、一种操作接触检测设备的方法以及一 种包括接触检测设备的诊断设备。本发明还涉及一种计算机程序。

背景技术

欧洲专利申请EP1767913A1公开了一种用于捕获热流的微传感器。该 微传感器包括集热器墙和吸热设备，其中该吸热设备和该集热器墙由具有 分布式的热电偶接合(thermal junction)的平面金属层来分隔。该吸热设备 由多孔基板形成，该多孔基板引导热通量，使得在两个相应的热电偶接合 之间获得高的塞贝克电压。塞贝克电压用于指示温度。所公开的微传感器 应当主要被用于测量高温，例如800℃。该微传感器也可以被用作用于检测 物理接触的接触传感器。如果对象表现出与微处理器的温度不同的温度， 则微传感器与对象之间的物理接触在某些情况下引起电压的变化。该电压 的变化是可检测的。

发明内容

本发明的一个目的是提供接触检测设备，用于检测在该接触检测设备 与对象之间的物理接触，其中提高了该接触检测设备的可靠性。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于检测在接触检测设备与对象 之间的物理接触的接触检测设备，其中所述接触检测设备包括：

-用于提供调制热流的加热器；

-热信号生成单元，其被配置为依据调制热流来生成调制热信号；

-用于依据所生成的调制热信号来确定接触指示信号的接触确定单 元，其中所述接触指示信号至少指示是否存在该物理接触。

本发明基于以下认识：如果对象表现出与接触传感器相同的温度，则 上述现有技术的接触传感器无法检测对象与接触传感器之间的物理接触。 如果接触传感器和对象两者表现出相同的温度，则物理接触不会引起热流 的变化，并且由此不会引起例如测量的电压或测量的温度的变化。在该情 况下，物理接触无法被检测。

本发明基于以下进一步的认识：环境温度的变化可以破坏利用上述现 有技术的接触传感器所实施的接触检测。环境温度的显著变化会引起接触 传感器的一部分的温度变化，因而错误地导致接触传感器指示接触。

因此，现有技术的接触传感器缺乏可靠性。

因为本发明的第一方面的接触检测设备的加热器提供了调制热流，所 以该接触检测设备的至少温度敏感接触表面呈现调制温度。因此确保了， 如果接触检测设备物理接触对象，则影响调制热信号的调制热流的量的变 化的可能性增加：当利用接触检测设备接触对象(例如人的皮肤)时，调 制热流的一部分流向对象或者来自对象的附加热流相当于由加热器提供的 调制热流。

因为热信号生成单元依据所述调制热流来生成调制热信号，所以如果 调制热流发生变化则调制热信号也出现偏离。如果接触检测设备的温度敏 感接触表面的温度不同于对象的温度，则不仅仅是影响调制热信号的调制 热流发生变化：本发明基于以下进一步的认识，即如果接触检测设备物理 接触该对象，则由加热器馈送的总热容也发生变化。因而，定义调制热流 的形状的参数(例如调制热流的变化率和/或调制热流的振幅)也发生变化。 因此，如果对象与接触检测设备之间进行物理接触，则准确保了依据调制 热流所生成的调制热信号的变化。

接触确定单元依据调制热信号来确定指示物理接触的接触指示信号， 优选地通过检测调制热信号的这种偏离来确定指示物理接触的接触指示信 号。因为对象的温度与调制热流以相同的方式进行变化或者对象与接触检 测设备之间的物理接触不改变总热容是最不可能的，所以准确保了能够检 测到本发明的第一方面的接触检测设备与对象之间的物理接触是否存在。 该接触指示信号至少指示了该物理接触的存在或不存在。优选地，接触指 示信号的幅度表示该接触的其他参数，例如接触的性质。

加热器优选提供周期性的调制热流。调制热流的变化率优选大于环境 温度的通常变化率。在优选的实施例中，调制热流的频率大约为1Hz。

由加热器提供的调制热流可以具有任何形状，例如周期性的矩形信号 的形状、正弦波的形状、锯齿信号的形状、脉宽调制信号的形状或伪随机 信号的形状。特别地，由加热器提供的调制热流的形状可以呈现上述形状 的平方特性。

因为由加热器提供的热流是调制的，所以可以优选保持低的有效热流， 以便避免接触检测设备或接触检测设备的部分的实质上的自加热。这还具 有接触检测设备的功耗低的优点。

优选地，热信号生成单元是温度计。温度计优选测量接触检测设备的 温度敏感接触表面的温度。在该情况下，调制热信号是测量的温度。

在进一步优选的实施例中，热信号生成单元是热电堆，该热电堆被配 置为依据调制热流生成调制电信号作为调制热信号。

在进一步优选的实施例中，热信号生成单元是热电偶，该热电偶被配 置为依据调制热电流生成调制电信号作为调制热信号。

在另一优选的实施例中，接触检测设备的加热器由连接到电源的热电 阻器来实现。

应当理解的是，在本说明书的范围内，词语“热电阻器”指的是表现 出正温度系数或负温度系数的所有类别的温度相关的电阻器，例如热敏电 阻器或电阻温度计。

在优选的实施例中，连接到电源的热电阻器是热敏电阻器。这具有非 常小的尺寸及低成本的优点。例如，热敏电阻器可以以忽略不计的成本具 有近似(0.5mm)³的尺寸。因而，该接触检测设备可以有利地集成在其他 设备中。热敏电阻器可以表现出正温度系数或负温度系数。

优选地，热电阻器连接到接触检测设备的温度敏感接触表面。

在该实施例中，调制热信号可以是例如热电阻器的测量电压、流过热 电阻器的测量电流、热电阻器的测量功耗值、热电阻器的测量电阻或者热 电阻器的测量温度。然后，通过诸如电压表、电流表、功率表或温度计之 类的相应的适当测量设备来实现被配置为生成调制热信号的热信号生成单 元。

如果不期望热电阻器的自加热，则可以保持低的有效热流。这具有接 触检测设备的功耗低的优点。在另一实施例中，保持高的有效热流，使得 热电阻器的温度尽可能大于对象的温度，其中将要对该对象与接触检测设 备的物理接触进行检测。这再次增大了接触检测设备的可靠性。

优选的是，接触检测设备的加热器的电源被配置为向热电阻器提供调 制电流。馈送到热电阻器的调制电流引起调制热流。在该实施例中，由热 信号生成单元生成的调制热信号可以是热电阻器的测量电压。该实施例具 有进一步减小尺寸的优点，这是因为加热器可以由直接连接到热电阻器的 低复杂性的电流源构成。

可替代地，该电源优选被配置为向热电阻器提供调制电压。为了生成 调制热流的特定过程(course)，可以有利的是向热电阻器提供调制电压而 不是调制电流，这是因为电压源通常实施起来较不复杂。在该实施例中， 调制热信号可以为测量电流或测量电压。在后者的情况下，优选将电阻值 基本上恒定的电阻器与该热电阻器串联，以使热电阻器的电压不等于电压 源提供的调制电压。

在接触检测设备的所有实施例中，优选的是，接触确定单元包括用于 对调制热信号进行解调以生成解调信号的解调器，并且接触确定单元被配 置为依据解调信号来确定接触指示信号。

本发明的第一方面的接触检测设备的该优选实施例具有以下优点：减 小环境温度的影响并且进一步提高接触检测设备的可靠性。所生成的解调 信号包含恢复信息，该恢复信息承载表示调制热流的参数，例如调制热流 的振幅、相位或占空比，或者周期性调制热流的频率。因为例如周期性调 制热流的频率显著不同于环境温度的变化率，所以解调信号基本上与环境 温度无关。因而，接触确定单元仅从几乎完全取决于调制热流而不取决于 环境温度的信号中得到接触指示信号。因而，再次增大了接触检测设备的 可靠性。

优选地，解调器被配置为解调与调制热流同相位的调制热信号。该优 选实施例具有进一步减小环境温度的影响的优点。而且，该实施例具有可 以应用低复杂的解调函数的优点。在该实施例中，接触确定单元被配置为 例如通过检测噪声中的信号，例如同相检测或正交同步检测、匹配滤波器、 诸如快速傅里叶变换或离散余弦变换或单声提取(single tone extraction)之 类的频域分析等来检测调制热流的相位。

在又一优选实施例中，接触检测设备的接触确定单元的解调器包括：

-第一计算单元，其被配置为确定调制热信号的恒定分量并且将调制 热信号的恒定分量从调制热信号中减去以生成第一交变信号，

-用于将第一交变信号与第二交变信号相乘以生成中间信号的乘法 器，其中第二交变信号与调制热流同相位，

-用于求中间信号的平均值以生成解调信号的平均值计算单元。

接触检测设备的接触确定单元的解调器的该优选实施例是确保解调信 号基本与环境温度的变化无关的示例性实施例。加热器提供的调制热流 HF_DC(t)可以例如根据方程(1)来表示：

HF_DC(t)＝HF₀+A₁·sin(ωt)+E₁(t)，             (1)

其中HF₀为调制热流的基本上非交变的分量，A₁·sin(ωt)为交变分量，其中A₁表示交变分量的振幅，ω表示交变分量的频率，并且t表示时间。E₁(t)表示 由常见的副作用引起的误差项。例如，如果通过生成正弦电流来提供调制 热流，则该误差项与正弦波平方成比例。

然而，加热器提供的调制热流可以具有除了正弦形状外的其他任何形 状，例如周期性矩形信号的形状、锯齿信号的形状、脉宽调制信号的形状 或伪随机信号的形状。特别地，加热器提供的调制热流的形状可以呈现上 述形状的平方特性。

根据方程(1)的调制热流，热信号生成单元根据方程(2)生成调制 热信号HS_DC(t)：

HS_DC(t)＝HS₀(T_amb，T_obj)+A₂(C_obj)·sin(ω·t)+E₂(t)，    (2)

其中HS₀为基本上取决于环境温度T_amb的分量。如果接触检测设备与对象物 理接触，则该分量还取决于对象的温度T_obj。调制热信号的交变分量由 A₂(C_obj)·sin(ω·t)项来表示。交变分量的振幅A₂取决于对象的位置，无论其是 否与接触检测设备相接触。物理接触改变了由加热器馈送的总热容。如果 对象与接触检测设备相接触，则由加热器馈送的总热容取决于对象的热容 C_obj。对象的该热容C_obj还取决于对象的温度T_obj。因为热信号生成单元依据 调制热流生成调制热信号，所以误差项E₂(t)属于调制热信号的部分。

接触确定单元的解调器的第一计算单元被配置为确定调制热信号的恒 定分量HS_CONST，并且被配置为根据方程(3)从调制热信号HS_DC(t)中减去恒 定分量HS_CONST以生成第一交变信号HS_AC：

HS_AC＝HS_DC-HS_CONST。    (3)

第一交变信号因此基本上与环境温度无关。优选地，调制热信号的恒 定分量为调制热信号的时间平均分量。

接触确定单元的解调器的乘法器被配置为将第一交变信号HS_AC与第二 交变信号相乘以生成中间信号HS_INTER，该第二交变信号与调制热流同相位； 例如根据方程(4)：

HS_INTER＝HS_AC·sin(ωt)。         (4)

优选地，接触确定单元被配置为通过检测调制热流的相位来确定第二 交变信号，例如通过检测噪声中的信号，例如同相检测或正交同步检测、 匹配滤波器、诸如快速傅里叶变换或离散余弦变换或单声提取之类的频域 分析来确定第二交变信号。可替代地，可以由接触检测设备的相位检测单 元来提供第二交变信号。

平均值计算单元被配置为求中间信号HS_INTER的平均值以生成解调信号 HS_DEMOD，优选地通过根据方程(5)对中间信号HS_INTER进行低通滤波以生成 解调信号HS_DEMOD：

HS_DEMOD＝LPF(HS_INTER)，       (5)

其中LPF为低通滤波函数。在优选的实施例中，平均值计算单元为移动平 均滤波器。在进一步优选的实施例中，平均值计算单元为巴特沃斯滤波器。 优选地，两种滤波器的截止频率低于调制热流的频率；例如它的值近似等 于周期性调制热流的频率值的一半。所生成的解调信号HS_DEMOD非常适合用 于确定接触指示信号，这是因为如果接触检测设备与对象之间进行物理接 触，则解调信号HS_DEMOD值会显著地变化。接触确定单元例如通过比较器来 确定接触指示信号。

优选的是，接触确定单元包括用于将解调信号与阈值进行比较的比较 器，并且接触确定单元被配置为根据比较的结果来确定接触指示信号。

优选地，如果解调信号的值低于该阈值，则接触指示信号指示存在物 理接触；并且如果解调信号的值高于该阈值，则接触指示信号指示不存在 物理接触。可替代地，优选的是，如果解调信号的值低于该阈值，则接触 指示信号指示不存在物理接触；并且如果解调信号的值高于该阈值，则接 触指示信号指示存在物理接触。取决于调制热信号的性质以及阈值的定义， 上述两种可能性中的第一种或第二种是有利的。

在该实施例中，接触确定单元可以被配置为如果解调信号等于该阈值， 则接触指示信号要么指示存在物理接触，要么指示不存在物理接触。

阈值可以为恒定的预先定义的阈值或者变化的阈值。优选地，依据所 生成的调制热流和/或依据接触确定单元的解调器的解调函数来定义该阈 值。这具有以下优点：接触确定单元能够检测调制热信号的突然变化。因 此，进一步提高了接触检测设备的可靠性。

在又一优选实施例中，接触检测设备还包括用于控制加热器的控制器， 以使由受控制的加热器提供的调制热流设法实现热电阻器的温度的预先定 义过程。

例如，控制器为比例积分控制器。然后，例如由比例积分控制的电流 源或电压源来实现电源。该控制器可以因此被集成在加热器中，或者可替 代地，该控制器可以布置在加热器外部。

在该实施例中，热信号生成单元优选为功耗测量单元，并且被配置为 生成加热器的功耗值，将其作为调制热信号。当接触对象时，热电阻器的 温度发生偏离。因为控制器控制加热器，加热器的功耗以与热电阻器的温 度偏离相反的方式偏离，由此减小了温度的偏离。因此，测量的功耗值是 适当的调制热信号以从中得出接触指示信号。

在接触检测设备的又一有利实施例中，加热器还被配置为提供恒定的 热流。

在该实施例中，接触检测设备的加热器可以具有加热的首要功能。调 制被加入到恒定的热流中以使得基本上恒定的热流不变。因此，加热的首 要功能不被妨碍，并且接触检测设备依然适于检测对象与加热设备之间的 物理接触。

权利要求1中的接触检测设备可以被应用于将要检测物理接触的任何 技术领域中。

在本发明的第二方面中，提出了一种操作接触检测设备的方法，其中 该方法包括以下步骤：

-提供调制热流，

-依据调制热流来生成调制热信号，

-依据调制热信号来确定接触指示信号，该接触指示信号至少指示是 否存在物理接触。

在本发明的第三方面中，提出了一种诊断设备，其中该诊断设备包括 本发明的第一方面的接触检测设备。

这具有以下优点：可以在诊断设备的接触检测设备确认了诊断设备与 对象之间的物理接触之后执行对对象的诊断。该优点在临床应用领域中尤 其显著。

在一个实施例中，本发明的第三方面的诊断设备可以为医学设备，例 如温度传感器，特别是人体温度传感器。一些温度传感器仅在它们被适当 附着到温度待测量的对象上时才起作用。因此，如果这样的温度传感器包 括指示是否存在物理接触的接触检测设备，则它是有利的。

在另一实施例中，诊断设备是用于对装置(例如床或椅子)的占用进 行检测的占用检测设备。

在诊断设备的优选实施例中，接触检测设备提供的接触指示信号被用 于操作诊断设备的开关。诊断设备的开关优选被应用于分别激活或去激活 诊断设备的其他处理装置。

在本发明的第四方面中，提出了一种用于检测在对象与接触检测设备 之间的物理接触的计算机程序，其中该计算机程序包括程序代码模块，该 程序代码模块用于当该计算机程序在控制接触检测设备的计算机上运行 时，使得如在权利要求1中定义的接触检测设备执行如在权利要求11中定 义的方法的步骤。

应当理解的是，权利要求1中的接触检测设备、权利要求11中的操作 接触检测设备的方法、权利要求12中的诊断设备以及权利要求13中的计 算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，特别是如在从属权利要求中所 定义的那样。

应当理解的是，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求与各自的 独立权利要求的任意组合。

附图说明

参考下文描述的实施例将使本发明的这些或其他方面变得显而易见并 且清楚。在下列附图中：

图1示意性并且示例性示出了根据本发明第一方面的用于检测在接触 检测设备与对象之间的物理接触的接触检测设备的表示；

图2示意性并且示例性示出了根据本发明第一方面的接触检测设备的 加热器的实施例的表示；

图3示意性并且示例性示出了根据本发明第一方面的接触检测设备的 接触确定单元的实施例的表示；

图4示例性示出了流程图，该流程图说明了根据本发明第二方面的用 于操作接触检测设备的方法的实施例，并且该接触检测设备用于检测接触 检测设备与对象之间的物理接触；以及

图5示意性并且示例性示出了根据本发明第三方面的诊断设备的表示。

具体实施方式

图1示意性并且示例性示出了根据本发明第一方面的用于检测在接触 检测设备100与对象800之间的物理接触的接触检测设备100。接触检测设 备100包括用于提供调制热流112的加热器110。加热器110优选提供周期 性的调制热流112。调制热流112的变化率优选大于环境温度的通常变化 率。由加热器110提供的调制热流112可以具有任何形状，例如周期性的 矩形信号的形状、正弦波的形状、锯齿信号的形状、脉宽调制信号的形状 或伪随机信号的形状。特别地，由加热器110提供的调制热流112的形状 可以呈现上述形状的平方特性。

归因于调制热流112，接触检测设备100的至少温度敏感接触表面111 呈现调制温度T_mod。当与表现出温度T_obj的对象800相接触时，由于热从接 触检测设备100流到对象800或者热从对象800流到接触检测设备100，因 此温度差ΔT＝|T_obj-T_mod|引起调制热流112的量的变化。该温度差包括交变分 量和基本上非交变的分量。交变分量由调制热流112引起，基本上非交变 的分量表示时间平均温度差。因为对象800的温度与调制热流112以相同 的方式变化是最不可能的，所以如果进行与对象800的接触，则准确保了 热流的变化。

例如，如下文参照图2更详细解释的，可以由与电源114连接的诸如 热敏电阻器或电阻温度计之类的热电阻器116来实现加热器110。在图1 中，接触检测设备100的面向对象800的外壳表面被称为温度敏感接触表 面111。然而，接触检测设备100的外壳的任何部分都可以形成温度敏感接 触表面111。

接触检测设备100还包括依据调制热流112生成调制热信号122的热 信号生成单元120。调制热流112的量的变化由此引起调制热信号122的变 化。

如果接触检测设备100的温度敏感接触表面111的温度不同于对象800 的温度T_obj，则不仅仅是影响调制热信号122的调制热流112发生变化：本 发明基于以下进一步的认识，即如果接触检测设备100物理接触对象800， 则由加热器110馈送的总热容也发生变化。因此，定义调制热流112的形 状的参数(例如调制热流112的相位和/或调制热流112的振幅)也发生变 化。因此，如果对象800与接触检测设备100之间进行物理接触，则准确 保了依据调制热流112所生成的调制热信号122的变化。

热信号生成单元120可以例如由测量加热器110的热电阻器116的电 压的测量设备来实现。在该情况下，调制热信号122将是测量电压。

热信号生成单元120也可以是对接触检测设备100的温度敏感接触表 面111的温度进行测量的温度计。在该情况下，调制热信号122是测量温 度。

在另一优选实施例中，热信号生成单元120为热电堆，该热电堆被配 置为依据调制热流112生成调制电信号作为调制热信号122。

在又一优选实施例中，热信号生成单元120为热电偶，该热电偶被配 置为依据调制热流112生成调制电信号作为调制热信号122。

最后，接触检测设备100包括用于依据所生成的调制热信号122，优选 通过检测调制热信号122的偏离来确定接触指示信号132的接触确定单元 130，该接触指示信号132至少指示是否存在物理接触。

因为对象800的温度与调制热流112以相同方式变化是最不可能的， 所以准确保了调制热信号122的偏离。此外，物理接触不引起由加热器110 馈送的总热容的变化是最不可能的。该总热容的变化也引起调制热信号的 变化。因此准确保了对接触检测设备100与对象800之间的物理接触的存 在或不存在的检测。因此，增大了接触检测设备100的可靠性。

图2示意性并且示例性示出了根据本发明的第一方面的接触检测设备 100的加热器110的实施例的表示。在该实施例中，加热器110由电源114 和热电阻器116来实现。在本说明书的范围内，词语“热电阻器”指的是 表现出正温度系数或负温度系数的所有类别的温度相关的电阻器，例如热 敏电阻器或电阻温度计。

在优选的实施例中，连接到电源114的热电阻器116是热敏电阻器116。 这具有非常小的尺寸及低成本的优点。例如，热敏电阻器116可以以忽略 不计的成本具有近似(0.5mm)³的尺寸。因而，该接触检测设备100可以 被有利地集成在其他设备中。热敏电阻器116可以表现出正温度系数或负 温度系数。热敏电阻器116通常由陶瓷或聚合物构成。电阻温度计通常由 充分纯的金属构成。优选地，热电阻器116连接到接触检测设备100的温 度敏感接触表面111。

优选地，电源114是向热电阻器116相应提供调制电流或调制电压的 电流源或电压源。热电阻器116的功率耗散(dissipation)表示调制热流112。 该调制热流112与热电阻器116的电阻成正比。热电阻器116的电阻还是 热电阻器116的温度的函数。热电阻器116可以表现出正温度系数或负温 度系数。如果接触检测设备100接触对象800，则温度差引起在对象800 与接触检测设备100之间的热变换，该热变换引起热电阻器116的电阻值 的增大或减小，并且因而分别引起电压或电流的减小或增大，并且最终引 起所生成的热流的变化。

应当强调的是，温度差不是物理接触的存在检测的绝对要求。调制热 信号122的偏离也可以是由与对象的物理接触引起的总热容的变化导致的。 总热容的该变化暗示了影响调制热信号122的调制热流112的偏离。

在优选的实施例中，电源114是提供调制电流的电流源。调制热信号 122优选为热电阻器116的测量电压，并且热信号生成单元120因此优选为 电压表。

在可替代的优选实施例中，电源114是提供调制电压的电压源。调制 热信号122优选为热电阻器116的测量电流，并且热信号生成单元120因 此优选为电流表。在该实施例中，热信号生成单元120也可以是电压表。 在该情况下，优选将电阻基本上恒定的附加电阻串联连接到热电阻器116。

取决于所期望的调制热流112的形状，电流源或者电压源可以是有利 地。

在进一步的优选实施例中，电源114由接触检测设备100的控制器117 来控制，以使受控制的加热器110所提供的调制热流112设法实现热电阻 器116的温度的预先定义过程。例如，控制器117是比例积分控制器。然 后，例如由比例积分控制的电流源或电压源来实现电源114。该控制器117 可以被集成在加热器中。可替代地，控制器117可以布置在加热器外部。

在该实施例中，热信号生成单元120优选为功耗测量单元，并且被配 置为生成加热器110的功耗值作为调制热信号122。当接触对象800时，热 电阻器116的温度发生偏离。因为控制器117控制加热器110，所以加热器 110的功耗以与所述温度敏感部分的温度偏离相反的方式偏离，如此减小了 温度偏离。测量的功耗值由此是适当的调制热信号122以从中得出接触指 示信号132。

图3示意性并且示例性示出了根据本发明的第一方面的接触检测设备 100的接触确定单元130的优选实施例的表示。该确定单元包括用于解调调 制热信号122以生成解调信号139的解调器134，并且该确定单元被配置为 依据解调信号139来确定接触指示信号132。

本发明的第一方面的接触检测设备100的该优选实施例具有以下优点： 减小了环境温度的影响，并且进一步提高了接触检测设备100的可靠性。 所生成的解调信号139包含恢复信息，该恢复信息承载表示调制热流112 的参数，例如调制热流112的振幅、相位或占空比，或者周期性调制热流 112的频率。因为例如周期性调制热流112的频率显著不同于环境温度的变 化率，所以解调信号139基本上与环境温度无关。因而，接触确定单元130 仅从几乎完全取决于调制热流112而不取决于环境温度的信号中得到接触 指示信号132。因而，再次增大了接触检测设备100的可靠性。

在该优选实施例中，解调器134包括第一计算单元131，该第一计算单 元被配置为确定调制热信号122的恒定分量，并且从调制热信号122中减 去调制热信号122的恒定分量以生成第一交变信号136.1。优选地，该恒定 分量为时间平均分量。

加热器110提供的调制热流HF_DC(t)(112)可以例如根据方程(1)来 表示：

HF_DC(t)＝HF₀+A₁·sin(ωt)+E₁(t)，        (1)

其中HF₀是调制热流112的基本上非交变的分量，A₁·sin(ωt)为交变分量，其 中A₁表示交变分量的振幅，ω表示交变分量的频率，并且t表示时间。E₁(t) 表示由常见的副作用引起的误差项。例如，如果通过生成正弦电流来提供 调制热流112，则该误差项与正弦波平方成比例。

然而，加热器110提供的调制热流112可以具有除了正弦形状外的其 他任何形状，例如周期性矩形信号的形状、锯齿信号的形状、脉宽调制信 号的形状或伪随机信号的形状。特别地，加热器110提供的调制热流112 的形状可以呈现上述形状的平方特性。

根据方程(1)的调制热流112，热信号生成单元120根据方程(2)生 成调制热信号HS_DC(t)(122)：

HS_DC(t)＝HS₀(T_amb，T_obj)+A₂(C_obj)·sin(ω·t)+E₂(t)，    (2)

其中HS₀是基本上取决于环境温度T_amb的分量。如果接触检测设备100与对 象800物理接触，则该分量还取决于对象800的温度T_obj。调制热信号122 的交变分量由A₂(C_obj)·sin(ω·t)项来表示。交变分量的振幅A₂取决于对象800 的位置，无论它是否与接触检测设备100接触。物理接触改变了由加热器 110馈送的总热容。如果对象800与接触检测设备100接触，则加热器110 馈送的总热容取决于对象800的热容C_obj。对象800的该热容C_obj还取决于 对象800的温度T_obj。因为热信号生成单元120依据调制热流112生成调制 热信号122，所以误差项E₂(t)属于调制热信号122的部分。

接触确定单元130的解调器134的第一计算单元131被配置为确定调 制热信号122的恒定分量HS_CONST，并且根据方程(3)从调制热信号HS_DC(t) (122)中减去恒定分量HS_CONST来生成第一交变信号HS_AC(136.1)：

HS_AC＝HS_DC-HS_CONST。    (3)

第一交变信号HS_AC(136.1)由此基本上与环境温度无关。

解调器134还包括乘法器133。接触确定单元130的解调器134的乘法 器133被配置为将第一交变信号HS_AC(136.1)与第二交变信号136.2相乘 以生成中间信号HS_INTER(138)，该第二交变信号136.2与调制热流112同相 位；例如根据方程(4)：

HS_INTER＝HS_AC·sin(ωt)。    (4)

优选地，接触确定单元130被配置为通过检测调制热流112的相位来 确定第二交变信号136.2，例如通过检测噪声中的信号，例如同相检测或正 交同步检测、匹配滤波器、诸如快速傅里叶变换或离散余弦变换或单声提 取等频域分析来确定第二交变信号136.2。可替代地，可以由接触检测设备 100的相位检测单元141提供第二交变信号136.2。

最后，解调器134还包括平均值计算单元135。平均值计算单元135 被配置为求中间信号HS_INTER(138)的平均值以生成解调信号HS_DEMOD(139)， 优选地通过根据方程(5)对中间信号HS_INTER(138)进行低通滤波来生成 解调信号HS_DEMOD(139)：

HS_DEMOD＝LPF(HS_INTER)，    (5)

其中LPF为低通滤波函数。在优选的实施例中，平均值计算单元135为移 动平均滤波器。在进一步的优选实施例中，平均值计算单元135为巴特沃 斯滤波器。优选地，两种滤波器的截止频率低于调制热流112的频率；例 如它的值近似等于周期性调制热流112的频率值的一半。所生成的解调信 号HS_DEMOD(139)非常适合用于确定接触指示信号132，这是因为如果接触 检测设备100与对象800之间进行物理接触，则解调信号HS_DEMOD的值显著 地变化。

优选地，接触确定单元130还包括用于将解调信号139与阈值进行比 较的比较器137，并且接触确定单元130被配置为依据比较的结果来确定接 触指示信号132。优选地，如果解调信号139的值低于该阈值，则接触指示 信号132指示存在物理接触；并且如果解调信号139的值高于该阈值，则 接触指示信号132指示不存在物理接触。可替代地，优选的是，如果解调 信号139的值低于该阈值，则接触指示信号132指示不存在物理接触；并 且如果解调信号130的值高于该阈值，则接触指示信号132指示存在物理 接触。取决于调制热信号122的特性以及阈值的定义，上述两种可能性中 的第一种或第二种是有利的。

在该实施例中，接触确定单元130可以被配置为如果解调信号139等 于该阈值，则接触指示信号132要么指示存在物理接触，要么指示不存在 物理接触。

该阈值可以为恒定的预先定义的阈值或者变化的阈值。优选地，依据 所生成的调制热流112和/或依据接触确定单元130的解调器134的解调函 数来定义该阈值。这具有以下优点：接触确定单元130能够检测调制热信 号122的突然变化。因此，进一步提高了接触检测设备100的可靠性。

可以根据在图4中说明的方法400来操作本发明的第一方面的用于检 测在接触检测设备100与对象800之间的物理接触的接触检测设备100。在 第一步骤410中，提供调制热流112。这可以使用连接到电源114的热电阻 器116来完成，其中电源114提供调制电流或调制电压。优选地，提供周 期性调制热流112，其中调制热流112的变化率优选大于环境温度的通常变 化率。

所提供的调制热流122可以具有任何形状，例如周期性的矩形信号的 形状、正弦波的形状、锯齿信号的形状、脉宽调制信号的形状或伪随机信 号的形状。特别地，由加热器110提供的调制热流112的形状可以呈现上 述形状的平方特性。

归因于调制热流112，接触检测设备100的至少温度敏感接触表面111 呈现调制温度T_mod。当与表现出温度T_obj的对象800相接触时，由于热从接 触检测设备100流到对象800或者热从对象800流到接触检测设备100，因 此温度差ΔT＝|T_obj-T_mod|引起调制热流112的量的变化。该温度差包括交变分 量和基本上非交变的分量。交变分量由调制热流112引起，基本上非交变 的分量表示时间平均的温度差。因为对象800的温度与调制热流112以相 同的方式变化是最不可能的，所以如果进行与对象800的接触，则准确保 了热流的变化。

在第二步骤420中，依据调制热流112生成调制热信号122。这可以通 过使用温度计并且生成作为调制热信号122的温度信号来完成。调制热流 112的量的变化因此引起调制热信号122的变化。

在第三步骤430中，依据调制热信号122来确定至少指示物理接触的 存在或不存在的接触指示信号132。优选地，该步骤通过检测调制热信号 122的偏离来执行。

因为对象800的温度与调制热流112以相同的方式变化是最不可能的， 所以准确保了调制热信号122的偏离。

如果接触检测设备100的温度敏感接触表面111的温度不同于对象800 的温度T_obj，则不仅仅是所提供的影响调制热信号122的调制热流112发生 变化：本发明基于以下进一步的认识，如果接触检测设备100物理接触对 象800，则由调制热流112馈送的总热容也发生变化。因此，定义调制热流 112的形状的参数(例如调制热流112的频率和/或调制热流112的变化率 和/或调制热流112的振幅)也发生变化。

因此，如果对象800与接触检测设备100之间进行物理接触，则准确 保了依据调制热流112所生成的调制热信号122的变化。因此，准确保了 对接触检测设备100与对象800之间的物理接触的存在或不存在的检测。

图5示意性并且示例性示出了根据本发明的第三方面的诊断设备500 的表示。该诊断设备包括本发明的第一方面的接触检测设备100。

这具有以下优点：可以在诊断设备500与对象之间的物理接触由诊断 设备的接触检测设备确认之后执行对对象的诊断。该优点在临床应用的领 域中尤其显著。

在一个实施例中，本发明的第三方面的诊断设备500可以是医学设备， 例如温度传感器，特别是人体温度传感器。一些温度传感器仅在它们被适 当附着到温度待测量的对象上时才起作用。因此，如果这样的温度传感器 包括指示是否存在物理接触的接触检测设备100，则它是有利的。

在另一实施例中，诊断设备500是用于对装置(例如床或椅子)的占 用进行检测的占用检测设备。

在诊断设备500的优选实施例中，接触检测设备100所提供的接触指 示信号132被用于操作诊断设备500的开关510。诊断设备500的开关510 优选被应用于分别激活或去激活诊断设备的其他处理装置520。

在上述实施例中，特定方程被用于生成解调信号。依据解调信号来确 定接触指示信号。在其他实施例中，可以使用其他方程来生成解调信号。

同样在上述实施例中，接触确定单元的特定处理装置被配置为执行上 述方程。在其他实施例中，这些处理装置被配置为执行其他方程以生成解 调信号。特别地，接触确定单元可以包括如上述实施例中所描述的用于确 定接触指示信号的处理装置的替代布置和/或替代集合。

在上述实施例中，接触指示信号至少指示物理接触的存在或不存在。 在其他实施例中，接触指示信号用于其他目的，例如操作开关。

通过对附图、说明书和所附权利要求书的研究，本领域技术人员在实 践所要求保护的发明时可以理解和实施所公开的实施例的其他变型。

应当理解的是，各个图中的元件的布置主要用作清楚描述的目的；它 并不与根据本发明所制造的设备的部分的任何实际几何形状布置有关。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠 词“一个”或“一种”并不排除“多个”或“多种”。

单个单元或单个设备可以实现在权利要求中叙述的多项功能。在相互 不同的从属权利要求中叙述了某些手段这一事实并不表示这些手段的组合 不可以被使用以便获利。

权利要求中的任何附图标记不应被理解为对保护范围的限制。

本发明涉及一种用于检测在接触检测设备与对象之间的物理接触的接 触检测设备、一种操作接触检测设备的方法、一种包括接触检测设备的诊 断设备，并且进一步涉及一种计算机程序。本发明设法提高接触传感器的 可靠性。接触检测设备包括用于提供调制热流的加热器。依据调制热流来 生成调制热信号。与对象的物理接触引起影响调制热信号的调制热流的变 化。因为热流是调制的，所以准确保了调制热信号的变化。接触检测设备 的接触确定单元从调制热信号中(优选通过解调器)得到至少指示物理接 触的存在或不存在的接触指示信号。