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TWI847421B - 電訊號還原系統及電訊號還原方法 - Google Patents

電訊號還原系統及電訊號還原方法 Download PDF

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TWI847421B
TWI847421B TW111147598A TW111147598A TWI847421B TW I847421 B TWI847421 B TW I847421B TW 111147598 A TW111147598 A TW 111147598A TW 111147598 A TW111147598 A TW 111147598A TW I847421 B TWI847421 B TW I847421B
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葉哲愷
林志哲
黃肇達
林式庭
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財團法人工業技術研究院
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Abstract

一種電訊號還原系統包括訊號產生器及運算器。訊號產生器具有時間常數，用於經觸發而產生多個訊號值，該些訊號值對應時間區間內的多個時間點，該些訊號值包括指定值，該些時間點包括指定時間點，指定值對應指定時間點。運算器電性連接訊號產生器並根據該些時間點及該些訊號值執行微分運算或積分運算以產生基礎值，計算關聯於時間常數的更正常數，計算更正常數及基礎值的乘積以作為更正值，計算更正值及指定值之和以作為還原值，並輸出還原值。本發明亦提出一種電訊號還原方法。

Description

電訊號還原系統及電訊號還原方法
本發明係關於一種電訊號還原系統及電訊號還原方法，特別是一種可應用於壓電式的力量感測器及電阻電容電路等訊號產生器的電訊號還原系統及電訊號還原方法。
力量感測器(例如，壓電式力量感測器)可應用於鍛造工具機台，透過力量感測來監控工具機台的加工狀態。然而，目前的力量感測器無法即時正確地還原輸入之力量的波形。舉例而言，壓阻式的力量感測器所需的量測時間較長，無法即時還原輸入力量的波形。而壓電式力量感測器在承受的力量不再增加(力量為固定值)時，其該力量對應的波形會呈水平形式。但因壓電式力量感測器中的壓電元件之RC效應，會使壓電式力量感測器輸出之電訊號(例如，電壓)波形成衰退形式之波形，而非水平形式的波形。
鑒於上述，本發明提供一種電訊號還原系統及電訊號還原方法以解決上述問題。
依據本發明一實施例的一種電訊號還原系統包括訊號產生器及運算器。訊號產生器具有時間常數，用於經觸發而產生多個訊號 值，該些訊號值對應時間區間內的多個時間點，該些訊號值包括指定值，該些時間點包括指定時間點，指定值對應指定時間點。運算器電性連接訊號產生器並根據該些時間點及該些訊號值執行微分運算或積分運算以產生基礎值，計算關聯於時間常數的更正常數，計算更正常數及基礎值的乘積以作為更正值，計算更正值及指定值之和以作為還原值，並輸出還原值。
依據本發明一實施例的一種電訊號還原系統，包括訊號產生器以及運算器。訊號產生器具有時間常數，用於經觸發而產生多個訊號值，該些訊號值對應時間區間內的多個時間點，該些訊號值包含指定值，該些時間點包含指定時間點，指定值對應指定時間點。運算器電性連接訊號產生器並根據該些時間點及該些訊號值執行微分運算及積分運算以產生基礎值，計算關聯於時間常數的更正常數，計算更正常數及基礎值的乘積以作為更正值，計算更正值及指定值之和以作為還原值，並輸出還原值。
依據本發明一實施例的一種電訊號還原系統，適用於壓電式力量感測器，包括：第一電路板、訊號產生器及運算器。訊號產生器包括：設置於第一電路板上用以感測力量的壓電感測元件、電性連接壓電感測元件的讀取電路、電性連接讀取電路的類比數位轉換器，以及電性連接類比數位轉換器的濾波器。訊號產生器具有時間常數，力量觸發訊號產生器產生多個訊號值，該些訊號值對應時間區間內的多個時間點，該些訊號值包含指定值，該些時間點包含指定時間點，指定值對應指定時間點。運算器電性連接濾波器，運算器根據該些時間點及該些訊 號值執行積分運算以產生積分值，設定基礎值為積分值且設定更正常數為時間常數的倒數，計算更正常數及基礎值的乘積以作為更正值，運算器計算更正值及指定值之和以作為還原值並輸出還原值。
依據本發明一實施例的一種電訊號還原方法，包括藉由運算器執行：從訊號產生器取得多個訊號值和時間常數，其中該些訊號值對應時間區間內的多個時間點，該些訊號值包含指定值，該些時間點包含指定時間點，指定值對應指定時間點；根據指定時間點及該些訊號值執行微分運算或積分運算以產生基礎值；計算關聯於時間常數的更正常數且計算更正常數及基礎值的乘積以作為更正值；以及計算更正值及指定值之和以作為還原值，並輸出還原值。
綜上所述，依據本發明一或多個實施例所示的電訊號還原系統及電訊號還原方法，能夠即時還原輸入力量的波形，即能夠在降低量測反應時間的同時，輸出受力過程中的正確波形。因此，當力量感測器在承受力量時，能夠準確還原工具機或工件所承受的力量大小及其受力過程。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
A1,A2,A3,A4,A5,A6:電訊號還原系統
11,21,31,41,51,61:訊號產生器
12,22,32,42,52,62:運算器
33,43,53,63:時間常數元件
211,311,411,511:壓電感測元件
212,312,412,512,612:讀取電路
213,313,413,513,613:類比數位轉換器
214,314,414,514,614:濾波器
611:RC電路
421,621:中央處理器
422,622,54:儲存元件
423,623,55:顯示螢幕
431,531,631:微控制器
432,532,632:記憶體
433:質量塊
521:積分器
522:乘法器
523:加法器
633:方波產生器
E1:第一電極
E2:第二電極
PZ:壓電元件
N1:力量
Qp:電荷
OP:運算放大器
R:電阻
R1:第一電阻
R2:第二電阻
R3:第三電阻
R4:第四電阻
R5:第五電阻
Rp:並聯電阻
Cp:電容
C1:第一電容
C2:第二電容
V0:電壓輸出端
SW1:第一開關
SW2:第二開關
PCB1:第一印刷電路板
PCB2:第二印刷電路板
PCB3:第三印刷電路板
PCB4:第四印刷電路板
PCB5:第五印刷電路板
f(t 1)、f(t 2)...f(t n-1)及f(t n ):訊號值
Vr(t 1)，Vr(t 2)....，V(t n ):還原值
C1到C14:曲線
S1,S3,S5,S7,S301,S303,S305,S307,S309,S501,S503,S505,S701:步驟
圖1係依據本發明第一實施例所繪示的電訊號還原系統的方塊圖。
圖2係依據本發明一實施例所繪示的電訊號還原方法的流程圖。
圖3係依據本發明另一實施例所繪示的電訊號還原方法的流程圖。
圖4係依據本發明第二實施例所繪示的電訊號還原系統的示意圖。
圖5係依據本發明第三實施例所繪示的電訊號還原系統的示意圖。
圖6係依據本發明第四實施例所繪示的電訊號還原系統的示意圖。
圖7係依據本發明第五實施例所繪示的電訊號還原系統的示意圖。
圖8係依據本發明第六實施例所繪示的電訊號還原系統的示意圖。
圖9A係繪示輸入至壓電型的力量感測器的輸入力量波形；圖9B係繪示壓電型的力量感測器的經還原值重建後的還原電壓的波形；圖9C係繪示壓電型的力量感測器的輸出電壓的波形。
圖10係繪示電阻電容電路之輸入電壓、充電型訊號及放電型訊號。
圖11係繪示在充電型訊號的例子中，輸入至電阻電容電路的輸入電壓為階梯式函數波形、電阻電容電路的輸出電壓波形以及經還原值重建後的還原電壓波形。
圖12係繪示在放電型訊號的例子中，輸入至電阻電容電路的輸入電壓為階梯式函數的波形、電阻電容電路的輸出電壓波形以及經還原值重建後的還原電壓波形。
圖13係繪示輸入至電阻電容電路的輸入電壓為正弦波(sine wave)的波形、電阻電容電路的輸出電壓波形以及經還原值重建後的還原電壓波形。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實 施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
依據本發明一或多個實施例的電訊號還原系統以及電訊號還原方法可應用於力量感測器(例如，壓電型的力量感測器)產生的多個訊號值(放電型訊號值)，以將該些放電型訊號值還原成相同或相近於輸入至力量感測器的多個力量值(第一物理量)。依據本發明一或多個實施例的電訊號還原系統以及電訊號還原方法亦可應用於電阻電容電路(RC電路，由電阻及電容串聯而成)產生的多個訊號值(充電型訊號值或放電型訊號值)，以將該些充電型訊號值或放電型訊號值還原成相同或相近於輸入至電阻電容電路的多個電壓值(第二物理量)。
請參考圖1，圖1係依據本發明第一實施例所繪示的電訊號還原系統的方塊圖。如圖1所示，電訊號還原系統A1包含訊號產生器11以及運算器12，其中運算器12電性連接於訊號產生器11。
訊號產生器11例如為如前述的壓電型的力量感測器或是由電阻及電容串聯而成的電阻電容電路(RC circuit)。運算器12為具有運算能力的元件，例如為中央處理器(CPU)、微控制器(MCU)、微處理器(MPU)、特定應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或多個微處理器(microprocessor)之集成，本發明不予以限制。
具有一時間常數(τ)的訊號產生器11可用於在一時間區間內產生多個訊號值。舉例而言，當具有一波形的力量N1在一時間 區間內，連續將多個力量值(第一物理量)施加於訊號產生器11(例如，壓電型的力量感測器)時，訊號產生器11可產生多個訊號值(f(t 1)、f(t 2)...f(t n-1)及f(t n ))。該些訊號值(f(t 1)、f(t 2)...f(t n-1)及f(t n ))對應於該時間區間內的多個時間點(t1，t2，t3...，tn)，且該些訊號值包含指定值(f(t n ))，該些時間點包含指定時間點(t n )，其中指定值(f(t n ))對應於指定時間點(t n )。該些訊號值(f(t 1)、f(t 2)、f(t 3)...f(t n-1)及f(t n ))代表該壓電型的力量感測器在對應於該些時間點(t 1，t 2，t 3...，t n )的多個力量的感測值。在理想的情況下，訊號產生器11在承受多個力量值後，會產生與該些力量值有線性關係的多個預期信號值(expected signal value)。利用該些預期信號值及一「電壓值對應力量值」的表格或利用該些預期信號值及一「電壓值對應力量值」的數學函數，可求得相近於或相同於力量N1的多個力量值。但由於受到壓電型的力量感測器之時間常數的影響，前述多個訊號值會隨著時間而衰退。因此，該些訊號值並不會與該些預期信號值相同或相近。為了正確求得在一時間區間內施加在該訊號產生器11之力量N1的多個正確的力量值，本發明將訊號產生器11的時間常數輸入運算器12，然後運算器12將該些訊號值轉換成多個還原值(Vr(t 1)，Vr(t 2)....，Vr(t n ))，其中該些還原值會相近於或相同於該些預期信號值。
運算器12能夠根據該些時間點及該些訊號值執行微分運算及/或積分運算以產生基礎值且運算器12能夠根據時間常數、基礎值及指定值求得還原值及輸出還原值。
為了更詳細說明運算器12計算及輸出還原值的實現方式，請一併參考圖1及圖2，其中圖2係依據本發明一實施例所繪示的電訊號還原方法的流程圖。圖2所示的電訊號還原方法可由圖1的運算器12執行。
圖2繪示了電訊號還原方法，其中電訊號還原方法包括步驟S1、步驟S3、步驟S5及步驟S7。以下段落將對各步驟內容進行說明。
於步驟S1，運算器12從訊號產生器11取得對應多個時間點(t 1，t 2，t 3...，t n )的多個訊號值((t 1)、f(t 2)、f(t 3)...，f(t n ))及時間常數(τ)，其中該些訊號值包含指定值(f(t n ))，該些時間點包含指定時間點(t n )，指定值對應指定時間點。具體地，於步驟S1，運算器12取得的該些訊號值可以是訊號產生器11感測到力量N1而被觸發產生的多個訊號值，其中訊號產生器11包含壓電感測元件。於步驟S1，訊號產生器11也可包含RC電路，其中運算器12取得的該些訊號值可以是該RC電路在放電時產生的多個訊號值或該RC電路在充電時產生的多個訊號值。
於步驟S3，運算器12根據指定時間點及該些訊號值執行微分運算或積分運算以產生基礎值。於步驟S5，運算器12計算關聯於時間常數的更正常數且計算更正常數及基礎值的乘積以作為更正值。具體地，於步驟S3及S5，運算器12根據指定時間點及該些訊號值執行微分運算以產生微分值作為基礎值，或執行積分運算以產生積分值作為基礎值，以及計算出更正常數。運算器12將更正常數與基礎值的乘 積作為更正值，其中計算基礎值及更正值的細部計算方式將於後參考圖3詳述。進一步而言，若該些訊號值屬於放電型訊號值，運算器12係根據該些時間點及該些訊號值執行積分運算以產生積分值作為基礎值(C(t n ))，且運算器12計算時間常數(τ)的倒數
Figure 111147598-A0305-02-0010-1
作為更正常數(κ)。若該些訊號值屬於充電型訊號值，運算器12係根據該些時間點及該些訊號值執行微分運算以產生微分值作為基礎值(C(t n ))且運算器12設定時間常數(τ)作為更正常數(κ)。
於步驟S7，運算器12計算更正值(Vc(t n ))及指定值(f(t n ))之和以作為還原值(Vr(t n ))，並輸出該還原值。具體地，運算器12以更正值與指定值之和作為還原值，其中所述還原值即為運算器12對訊號產生器11產生之訊號值進行重建後的數值。該些還原值的數值可與該些預期信號值相同或近似且該些還原值所形成的波形可與該些預期信號值所形成的波形相同或相似。利用該些還原值，可以進一步求得最初施加於訊號產生器11的多個物理量(例如，力量或電壓)。舉例而言，當訊號產生器11為壓電感測元件時，可利用該些還原值及一「電壓值對應力量值」的表格，或利用該些還原值及一「電壓值對應力量值」的數學函數，可求得相近於或相同於力量N1的多個力量值。此外，利用該些力量值求得的一波形也會相同或相似於力量N1的波形。
請接著參考圖1及圖3，其中圖3係依據本發明另一實施例所繪示的電訊號還原方法的流程圖。圖3所示的電訊號還原方法可由圖1的運算器12執行。
如圖3所示，電訊號還原方法可包含步驟S301、步驟S303、步驟S305、步驟S307、步驟S309、步驟S501、步驟S503、步驟S505以及步驟S701。根據步驟S301的判斷結果，運算器12執行步驟S303、S305及S501，或執行步驟S307、S309及S503。另需說明的是，圖2的步驟S3可包括圖3的步驟S301、S303、S305、S307及S309。圖2的步驟S5可包括圖3的步驟S501、S503及S505。圖2的步驟S7可包括圖3的步驟S701。
於步驟S301，運算器12判斷多個訊號值(f(t 1)、f(t 2)、f(t 3)...，f(t n ))是否為放電型訊號。具體地，於步驟S301中，該些訊號值是已被數位化之訊號值，運算器12可根據該些時間點(t 1，t 2，t 3...，t n )及該些訊號值(f(t 1)、f(t 2)、f(t 3)...，f(t n ))執行判斷運算，用以判斷該些訊號值屬於多個放電型訊號或多個充電型訊號。若訊號產生器11的類型已預存於運算器12中，則運算器12亦可透過訊號產生器11的類型判斷該些訊號值屬於放電型訊號或充電型訊號。舉例而言，若訊號產生器11的類型為壓電感測元件，則運算器12已將訊號產生器11的類型預存於運算器12中，因此可判斷該些訊號值屬於放電型訊號。若訊號產生器11的類型為由電阻及電容串聯而成的電阻電容電路(RC circuit)，當電阻電容電路用於產生該些訊號值時，該些訊號值可能包含多個放電型訊號值或多個充電型訊號值。運算器12可於判斷該些訊號值呈增加趨勢時，判斷該些訊號值屬於充電型訊號。運算器12可於判斷該些訊號值呈下降趨勢時，判斷該些訊號值屬於放電型訊號。
為便於說明，假設時間常數為τ及假設前述的時間區間的多個時間點為t 1到t n ，則對應於此時間區間的多個訊號值可包括f(t 1)、f(t 2)...f(t n-1)及f(t n )，該些時間點中的指定時間點可為t n ，該些訊號值中的指定值可為f(t n )。
若運算器12於步驟S301的判斷結果為「是」，運算器12執行步驟S303：利用多個訊號值(f(t 1)、f(t 2)、f(t 3)...，f(t n ))及相對應的多個時間點(t 1，t 2，t 3...，t n )計算出一積分值。具體地，若運算器12於步驟S301判斷該些訊號值屬於放電型訊號，於步驟S303，運算器12計算出的積分值可為：
Figure 111147598-A0305-02-0012-2
。運算器12可利用多種數值積分(numerical integration)的方法(例如，中點法(Midpoint Rule)、梯形法(Trapezoidal Rule)等)來求得積分值
Figure 111147598-A0305-02-0012-4
。
於步驟S305，運算器12設定基礎值C(t n )為該訊號值之積分值。具體地，運算器12可透過下式(1)設定對應於指定時間點t n 的基礎值C(t n )。
Figure 111147598-A0305-02-0012-5
於步驟S501，運算器12設定更正常數為時間常數的倒數。具體地，於步驟S501，運算器12可透過下式(2)根據時間常數τ設定更正常數k，即更正常數k為時間常數τ的倒數。
Figure 111147598-A0305-02-0012-6
於步驟S505，運算器12計算在指定時間點t n 時之更正值為「更正常數」乘以「基礎值」。具體地，於步驟S505，運算器12可透過下式(3)計算在指定時間點t n 的更正值V c (t n )。
Figure 111147598-A0305-02-0013-7
接著，於步驟S701，運算器12計算在指定時間點t n 時之還原值為「指定值」加「更正值」。具體地，於步驟S701，運算器12可透過下式(4)計算放電型訊號在指定時間點t n 對應的還原值V r (t n )。
Figure 111147598-A0305-02-0013-8
若運算器12於步驟S301的判斷結果為「否」，運算器12執行步驟S307：計算訊號值(指定值f(t n ))在指定時間點t n 之微分值。具體地，若運算器12於步驟S301判斷訊號值屬於充電型訊號，於步驟S307，運算器12計算出指定值f(t n )在指定時間點t n 之微分值可為：f'(t n )。運算器12可利用多種數值微分(numerical differentiation)的方法(例如，有限差分法(finite difference method))來求得微分值f'(t n )。
於步驟S309，運算器12設定基礎值C(t n )為該訊號值(指定值f(t n ))之微分值f'(t n )。具體地，於步驟S309，運算器12可透過下式(5)設定對應於指定時間點t n 的基礎值C(t n )。
C(t n )=f'(t n ) (5)
於步驟S503，運算器12設定更正常數為時間常數。具體地，於步驟S503，運算器12可透過下式(6)根據時間常數τ設定更正常數k，即更正常數k為時間常數τ。
k=τ (6)
於步驟S505，運算器12可透過下式(7)計算在指定時間點t n 的更正值V c 。
V c (t n )=τ×f'(t n ) (7)
接著，於步驟S701，運算器12可透過下式(8)計算充電型訊號的在指定時間點t n 對應的還原值V r 。
V r (t n )=f(t n )+V c (t n )=f(t n )+τ×f'(t n ) (8)
請接著參考圖4，其中圖4係依據本發明第二實施例所繪示的電訊號還原系統的示意圖。依據本發明第二實施例的電訊號還原系統A2包括訊號產生器21以及電性連接於訊號產生器21的運算器22，其中電訊號還原系統A2較佳適用於壓電式力量感測器。運算器22可為中央處理器或微處理器。
訊號產生器21具有時間常數，用於經觸發而產生多個訊號值。舉例而言，訊號產生器21可於感測到力量時被觸發而產生多個訊號值。
如圖4所示，訊號產生器21包括壓電感測元件211、讀取電路212、類比數位轉換器(ADC)213、濾波器214以及第一電路板PCB1，其中第一電路板PCB1可以包含印刷電路板、基板或IC載板。壓電感測元件211設置於第一電路板PCB1上。讀取電路212電性連接於壓電感測元件211及類比數位轉換器213。類比數位轉換器213更電性連接於濾波器214。
如圖4所示，壓電感測元件211可包括第一電極E1、第二電極E2以及壓電元件PZ，其中壓電元件PZ例如是由石英製成。壓電感測元件211在感測到力量N1時，壓電元件PZ上產生與力量N1呈 正相關的電荷Qp(或第一電極E1與第二電極E2之間的電壓差V)，以使訊號產生器21產生該些訊號值。
讀取電路212可包括運算放大器OP、第一電阻R1、第二電阻R2、並聯電阻Rp以及電容Cp。第一電阻R1、第二電阻R2與運算放大器OP形成反相閉迴路的放大器。並聯電阻Rp及電容Cp連接於運算放大器OP的非反相輸入端，且並聯電阻Rp及電容Cp的兩端分別連接於第一電極E1及第二電極E2以讀取電荷Qp(或第一電極E1與第二電極E2之間的電壓差V)，進而由讀取電路212輸出對應於電荷Qp的類比訊號。
類比數位轉換器213從讀取電路212接收類比訊號後，執行類比數位轉換程序，以將類比訊號轉換成數位訊號，並輸出數位訊號。濾波器214從類比數位轉換器213接收數位訊號，並對數位訊號執行濾波程序以濾除雜訊，進而產生該些訊號值(f(t 1)、f(t 2)、f(t 3)...，f(t n ))，其中該些訊號值分別具有對應的該些對應的時間點(t 1，t 2，t 3...，t n )。
運算器22連接於濾波器214的輸出端，用於根據該些時間點(t 1，t 2，t 3...，t n )及該些訊號值(f(t 1)、f(t 2)、f(t 3)...，f(t n ))執行積分運算以產生一積分值。運算器22設定基礎值為積分值及設定更正常數為時間常數的倒數，計算更正常數與基礎值的乘積以作為更正值，以及計算更正值與指定值之和以作為還原值，並輸出該還原值。簡言之，運算器22可執行上述圖2的步驟S1、S3、S5及S7，及/或圖3的步驟S301、S303、S305、S501、S505及S701。
另需說明的是，圖4所示的壓電感測元件211及讀取電路212的各內部結構及元件組成僅為示例，本發明不對壓電感測元件211及讀取電路212的組成予以限制。
另外，在圖4的實施例中，讀取電路212可與類比數位轉換器213及濾波器214整合於同一個特殊應用積體電路晶片(application-specific integrated circuit chip，ASIC chip)。又或者，壓電感測元件211與讀取電路212可設置於同一第一電路板PCB1上，而類比數位轉換器213及濾波器214則設置於一第二電路板PCB2上其中第一電路板PCB1及第二電路板PCB2可以包含印刷電路板、基板或IC載板。
請接著參考圖5，其中圖5係依據本發明第三實施例所繪示的電訊號還原系統的示意圖。依據本發明第三實施例的電訊號還原系統A3包括訊號產生器31、運算器32以及時間常數元件33，其中訊號產生器31電性連接於運算器32以及時間常數元件33且運算器32電性連接於時間常數元件33。第三實施例的訊號產生器31可與第二實施例的訊號產生器21相同，第三實施例的運算器32可與第一實施例的運算器12及/或第二實施例的運算器22相同，故於此不再贅述第三實施例的訊號產生器31及運算器32的詳細說明。
第三實施例的電訊號還原系統A3與第一實施例的電訊號還原系統A1及第二實施例的電訊號還原系統A2的不同處在於，電訊號還原系統A3更包括時間常數元件33。
如圖5所示，時間常數元件33電性連接於運算器32及訊號產生器31，且較佳是電性連接於訊號產生器31的濾波器314。時間常數元件33可按照一量測程序來量測訊號產生器31的時間常數。然後，時間常數元件33將時間常數輸出至運算器32，以由運算器32執行上述圖2的步驟S1、S3、S5及S7，及/或圖3的步驟S301、S303、S305、S501、S505及S701。時間常數元件33量測時間常數的量測程序如下段所述。
首先，時間常數元件33觸發訊號產生器31以產生多個電性訊號。接著，讀取電路312讀取壓電感測元件311產生的電荷，類比數位轉換器313將對應於該電荷的類比訊號轉換為數位訊號，並由濾波器314對此數位訊號進行濾波。經濾波後的多個訊號為數位電壓訊號且多個訊號值可表示為f(t 1)、f(t 2)、f(t 3)...，f(t n )。時間常數元件33從前述多個訊號值(f(t 1)、f(t 2)、f(t 3)...，f(t n ))中，找出最大的訊號值(f 0)及對應的時間點(t i )。時間常數元件接著找出最大的輸出電壓值(f 0)的0.5倍的訊號值(0.5f 0)所對應的時間點(t i+1)。然後計算半衰期所需的時間，即0.5倍的訊號值所對應的時間點減最大的輸出電壓值所對應的時間點(T 1/2=t i+1-t i )。時間常數元件可基於半衰期計算出時間常數，
Figure 111147598-A0305-02-0017-9
。以上計算時間常數的方法亦可由運算器32執行。
訊號產生器31的時間常數是電阻值與電容值的函數。因此，當訊號產生器31的電阻值與電容值發生變異時，時間常數的大小也會產生變異。此時，若無法即時取得更新後的時間常數，運算器 32便無法計算出正確的還原值。此外，訊號產生器31的電阻值與電容值會隨著時間逐漸老化而產生變異。因此，訊號產生器31在不同的使用環境條件(例如，溫度與濕度)下，訊號產生器31的電阻值與電容值也會產生變異。
藉著時間常數元件33觸發訊號產生器31產生多個訊號值，運算器32可以求得更新後的時間常數。如此，即使訊號產生器31長期地在不同的環境下使用，運算器32仍可計算出正確的還原值。
另外，相似於上述，訊號產生器31的壓電感測元件311可設置於第一電路板PCB1上，而讀取電路312可與類比數位轉換器313及濾波器314整合於同一個特殊應用積體電路晶片(ASIC chip)。又或者，壓電感測元件311與讀取電路312可設置於同一第一電路板PCB1上，而類比數位轉換器313及濾波器314則設置於一第二電路板(如圖6所示的第二電路板PCB2)上，其中第一電路板PCB1及第二電路板可以包含印刷電路板、基板或IC載板。
請接著參考圖6，其中圖6係依據本發明第四實施例所繪示的電訊號還原系統的示意圖。依據本發明第四實施例的電訊號還原系統A4包括訊號產生器41、運算器42以及時間常數元件43。訊號產生器41電性連接於運算器42及電性連接於時間常數元件43。運算器42電性連接於時間常數元件43。訊號產生器41的壓電感測元件411與讀取電路412設置於第一印刷電路板PCB1上，其中第一電路板PCB1可以包含印刷電路板、基板或IC載板。類比數位轉換器413與濾波器414設置於第二印刷電路板PCB2上，其中第二電路板PCB2可以包含 印刷電路板、基板或IC載板。微控制器431與記憶體432可透過第三印刷電路板PCB3設置於質量塊433上，其中第三電路板PCB3可以包含印刷電路板、基板或IC載板。或者，在另一實施例中，微控制器431與記憶體432可設置於第三印刷電路板PCB3。壓電感測元件411可設置在第一印刷電路板PCB1上，而讀取電路412、類比數位轉換器413與濾波器414共同設置於第二印刷電路板PCB2上。
訊號產生器41的壓電感測元件411、讀取電路412、類比數位轉換器413及濾波器414可分別與第二實施例及/或第三實施例的壓電感測元件211/311、讀取電路212/312、類比數位轉換器213/313及濾波器214/314相同，故於此不再贅述第四實施例的訊號產生器41的詳細說明。
運算元件42可包括中央處理器421、儲存元件422以及顯示螢幕423，其中中央處理器421電性連接或無線通訊連接於儲存元件422，儲存元件422電性連接或無線通訊連接於顯示螢幕423。所述「無線通訊連接」是指可無線傳遞訊號的連接方式，例如透過藍芽、Wi-Fi、無線射頻識別(RFID)或近場通訊(NFC)等的無線通訊連接。中央處理器421可為工業電腦中的處理器、個人電腦或平板電腦中的處理器，儲存元件422可為揮發性記憶體，較佳為非揮發性記憶體(Non-Volatile Memory，NVM)，例如為唯讀記憶體(Read-only Memory，ROM)、電子抹除式可複寫唯讀記憶體(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)或快閃記憶體。
在本實施例中，時間常數元件43可包括微控制器431、記憶體432以及質量塊433，其中微控制器431與記憶體432彼此電性連接。微控制器431電性連接於運算器42的儲存元件422。記憶體432可為揮發性記憶體，較佳為非揮發性記憶體，例如為唯讀記憶體、電子抹除式可複寫唯讀記憶體或快閃記憶體。質量塊433用於觸發訊號產生器41產生多個電性訊號並透過讀取電路412，類比數位轉換器413及濾波器414產生對應於多個時間點(t 1，t 2，t 3...，t n )的多個電壓訊號值f(t 1)、f(t 2)、f(t 3)...，f(t n )。微控制器431依據該些電壓訊號值、該些時間點及前述量測程序求出時間常數(τ)後，微控制器431可將時間常數儲存至記憶體432及將時間常數輸出至運算器42(例如，輸出時間常數至中央處理器421或儲存元件422)。
意即，在訊號產生器41輸出該些訊號值且時間常數元件43輸出時間常數(τ)後，運算器42的中央處理器421即可執行上述圖2的步驟S1、S3、S5及S7，及/或圖3的步驟S301、S303、S305、S501、S505及S701產生還原值(Vr(t n ))。中央處理器421在產生還原值後，可將還原值輸出至儲存元件422以由儲存元件422儲存還原值，且顯示螢幕423更可從儲存元件422讀取還原值，並顯示還原值。
另需特別說明的是，圖6所示的運算器42及時間常數元件43的各內部結構及元件組成僅為示例。例如，運算器42可僅包括中央處理器421，或可僅包含中央處理器421以及儲存元件422或顯示螢幕423。時間常數元件43可包含微控制器431以及質量塊433，本發明不對運算器42及時間常數元件43的組成予以限制。
另外，在訊號產生器41包括壓電感測元件411的實施例(適用於壓電式力量感測器的實施例)中，觸發訊號產生器41產生該些訊號值的方式可包括：首先對壓電感測元件411施加一持續增加的力，使壓電感測元件411產生持續增加的電荷Qp。此時，訊號產生器41所產生該些訊號值會是持續遞增(成長)的訊號值。當對壓電感測元件411施加的力量不再增加時，訊號產生器41所產生該些訊號值會因讀取電路412的放電效應而成為持續遞減(衰退)的數值。在前述求取時間常數的量測程序中，微控制器431依據遞增的該些訊號值、遞減的該些訊號值、該些時間點求出時間常數(τ)。另外，在本實施例中，在前述求取時間常數的量測程序中，對壓電感測元件411施加一力量的方式可包括：將質量塊433直接放置於壓電感測元件411上以利用重力觸發訊號產生器41以產生該些訊號值或對壓電感測元件411施加一方形波的力量以利用外力觸發訊號產生器41以產生該些訊號值。在本實施例中，具有質量塊433的時間常數元件43可以是分離式的設計，而無須與訊號產生器41及運算器42整合於同一設備中。例如，訊號產生器41及運算器42可設置於工具機上，而時間常數元件43可由保養維修人員隨身攜帶。如此，保養維修人員可方便地定期更新訊號產生器41的時間常數，以使運算器42可長期穩定地計算出正確的還原值。
請接著參考圖7，其中圖7係依據本發明第五實施例所繪示的電訊號還原系統的示意圖。依據本發明第五實施例的電訊號還原系統A5包括訊號產生器51、運算器52以及時間常數元件53，其中訊號產生器51電性連接運算器52及時間常數元件53，以藉由時間常數 元件53量測訊號產生器51的時間常數。運算器52更電性連接於時間常數元件53。第五實施例的訊號產生器51的壓電感測元件511、類比數位轉換器513及濾波器514可與第二實施例到第四實施例的壓電感測元件、類比數位轉換器及濾波器相同，故不再於此贅述。
如圖7所示，時間常數元件53包括第一開關SW1及微控制器531，且第一開關SW1及微控制器531設置於同一第四印刷電路板PCB4上，其中第四電路板PCB4可以包含印刷電路板、基板或IC載板。訊號產生器51的讀取電路512另包括第二開關SW2。第一開關SW1及第二開關SW2分別電性連接於壓電感測元件511。當第一開關SW1閉合(ON)且第二開關開啟(OFF)時，可利用電壓源V將控制電壓輸入至壓電感測元件511，以對壓電感測元件511進行充電，其中該控制電壓可觸發訊號產生器51產生持續遞增的該些訊號值。接著，第一開關SW1開啟(OFF)且第二開關SW2閉合(ON)，以使壓電感測元件511及讀取電路512進行放電，進而使訊號產生器51產生持續遞減的該些訊號值。微控制器531可依據遞增的該些訊號值、遞減的該些訊號值、該些時間點及前述量測程序求出時間常數。在本實施例中，時間常數元件53控制第一開關SW1及第二開關SW2的開啟狀態，使控制電壓觸發訊號產生器51產生該些訊號值。在本實施例中，具有第一開關SW1的時間常數元件53可與訊號產生器51及運算器52整合於同一設備中。如此，時間常數元件53可利用微控制器531即時控制第一開關SW1及第二開關SW2，以協助即時更新時間常數，使運算器52可即時地計算出正確的還原值。
另外，電訊號還原系統A5的運算器52可包括積分器521、乘法器522以及加法器523，其中積分器521電性連接於濾波器514且電性連接於時間常數元件53的微控制器531，以取得時間常數。在另一實施例中，積分器521電性連接於濾波器514且乘法器522電性連接於時間常數元件53的微控制器531(圖未示)，以取得時間常數。微控制器531設定更正常數(κ)為時間常數的倒數
Figure 111147598-A0305-02-0023-10
(步驟S501)。積分器521可根據該些時間點(t 1，t 2，t 3...，t n )及該些訊號值((f(t 1)、f(t 2)、f(t 3)...，f(t n ))執行上述的積分運算以產生積分值(步驟S303)。該積分值可為一基礎值(C(t n ))。乘法器可計算更正常數(κ)與基礎值(C(t n ))之乘積作為更正值(Vc(t n ))(步驟S305及S505)。加法器可計算指定值(f(t n ))與更正值(Vc(t n ))之和作為還原值(Vr(t n ))(步驟S701)。
在一實施態樣中，運算器52的積分器521、乘法器522以及加法器523可分別以一個微處理器或多個微處理器的集成(integrated)實現。在另一實施態樣中，運算器52亦可為一個中央處理器(CPU)、一個微控制器(MCU)、一個微處理器(MPU)、多個微處理器的集成或運算電路，而積分器521、乘法器522以及加法器523分別為運行於運算器52(運算電路)的軟體模組(例如，應用程式)。
另外，在運算器52為中央處理器或微處理器的實施態樣中，積分器521、乘法器522以及加法器523分別為運行於運算器52的軟體模組。電訊號還原系統A5可更包括特定應用積體電路晶片，其中該特定應用積體電路晶片與壓電感測元件511設置在同一電路板(例 如，圖4的第一電路板PCB1)上，其中讀取電路512、類比數位轉換器513、濾波器514及運算器52可設置於該特定應用積體電路晶片中。在運算器52為微控制器的實施態樣中，微控制器與壓電感測元件511設置於相同的的第一電路板PCB1(例如，圖4的第一電路板PCB1)上。
此外，運算器52同樣可電性連接於儲存元件54且儲存元件54可電性連接於顯示螢幕55。據此，儲存元件54可儲存運算器52輸出的在多個時間點的多個還原值。因此，儲存元件54可儲存經還原後的訊號波形。顯示螢幕55可讀取及顯示儲存元件54所存的還原值及還原後的訊號波形。
請接著參考圖8，其中圖8係依據本發明第六實施例所繪示的電訊號還原系統的示意圖。依據本發明第六實施例的電訊號還原系統A6包括訊號產生器61、運算器62以及時間常數元件63。訊號產生器61電性連接於運算器62以及時間常數元件63。運算器62電性連接於時間常數元件63。訊號產生器61可設置於第四電路板PCB4上，時間常數元件63可設置於第五電路板PCB5上，其中第四電路板PCB4及第五電路板PCB5可以包含印刷電路板、基板或IC載板。第六實施例的運算器62可與第四實施例的運算器42相同，故於此不再贅述第六實施例的運算器62的詳細說明。
第六實施例的訊號產生器61包括電阻電容電路(RC circuit)611、讀取電路612、類比數位轉換器613及濾波器614。如圖8所示，RC電路611由電阻R及第一電容C1串聯而成。包含電阻 電容電路611的訊號產生器61用於產生多個訊號值(電壓值)。該些訊號值包含多個放電型訊號值或多個充電型訊號值。類比數位轉換器613電性連接電阻電容電路611及電性連接濾波器614，其中類比數位轉換器613及濾波器614可與前述第二實施例到第五實施例所述的類比數位轉換器及濾波器相同。
讀取電路612可包括第一電阻R1、第二電阻R2與運算放大器OP形成的反相閉迴路的放大器。運算放大器OP的非反相輸入端電性連接於RC電路611，運算放大器OP的輸出端則電性連接於類比數位轉換器613。讀取電路612讀取運算放大器OP的輸出訊號後，會產生及輸出類比訊號。該類比訊號經類比數位轉換器613轉換成數位訊號，再由濾波器614對數位訊號進行濾波進而產生該些訊號值f(t 1)、f(t 2)...f(t n-1)及f(t n )。
時間常數元件63可包括微控制器631、記憶體632及方波產生器633，其中微控制器631及記憶體632的實現方式可與第四實施例及/或第五實施例的微控制器及記憶體相同，故不於此贅述。方波產生器633包括第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5及第二電容C2。第三電阻R3電性連接於方波產生器633的放大器的電壓輸出端V0與輸入端，以及電性連接於第二電容C2。第四電阻R4電性連接於方波產生器633的放大器的電壓輸出端V0與另一輸入端，以及電性連接於第五電阻R5。方波產生器633的電壓輸出端V0電性連接訊號產生器61的RC電路611的電阻R，以對訊號產生器61輸入方波形電壓訊號(如圖10中之寬虛線C4所示)。該方波形電壓訊號觸發訊號產生器61以產 生該些訊號值(如圖10中窄虛線C5所示)。該些訊號值可分類為持續遞增的該些訊號值(如圖10中之時間t1到時間t2的充電型訊號值(電壓值))及持續遞減的該些訊號值(如圖10中之時間t2到時間t3的放電型訊號值(電壓值))。微控制器631依據遞增的該些訊號值、遞減的該些訊號值、該些時間點及前述量測程序求出時間常數。在本實施例中，時間常數元件63的方波產生器633觸發訊號產生器61產生該些訊號值，進而使運算器62求得時間常數。
換言之，運算器62的中央處理器621可執行上述圖2的步驟S1、S3、S5及S7，及/或圖3的步驟S301、S303(或S307)、S305(或S309)、S501(或S503)、S505及S701，以求出還原值。
此外，運算器亦可透過微控制器實現，並且可連接於個人電腦、筆記型電腦、工業電腦或平板電腦的儲存元件及顯示螢幕，以將還原值輸出至儲存元件儲存，及由顯示螢幕顯示還原值及顯示經還原值重建後的還原電壓的波形。
請參考圖9A及圖9B。圖9A係繪示輸入至壓電型的力量感測器(例如圖4中之壓電型的力量感測器211)的力量波形，其中圖9A所示的力量波形(如圖9A之曲線C1所示)的橫軸為時間且單位為毫秒(ms)，縱軸為力量且單位為公斤重(Kgw)。圖9C係繪示壓電型的力量感測器輸出的多個訊號值(電壓值)的波形。圖9B係繪示經還原值重建後的還原電壓波形。在圖9C中，曲線C3表示力量感測器輸出的多個訊號值的波形。在圖9B中，曲線C2表示經多個還原值重建後的還原電壓波形。如圖9A所示，在從時間t1到時間t2的時間段中， 輸入至壓電型的力量感測器的力量波形呈現水平的狀態，此即輸入的力量不再增加的階段。如圖9C所示，力量感測器之多個訊號值的波型(如圖9C之曲線C3所示)明顯與圖9A所示的力量波形(如圖9A之曲線C1所示)波形明顯不同。然而，在經依據本發明一或多個實施例的還原值重建後的還原電壓波形(如圖9B之曲線C2所示)可與力量波形(如圖9A之曲線C1所示)相近甚至相同。
請參考圖10，其中圖10係繪示電阻電容電路(例如，圖8訊號產生器61中之電阻電容電路611)之輸入電壓(第二物理量)及電阻電容電路之多個輸出電壓(訊號值)。在圖10中，寬虛線C4所呈現的是電阻電容電路之輸入電壓，其為方波形式的電壓。窄虛線C5所呈現的是電阻電容電路之輸出電壓。換言之，在圖10中的寬虛線C4可代表輸入圖8訊號產生器61的輸入電壓且窄虛線C5可代表圖8訊號產生器61產生的多個訊號值。如圖10所示，方波形式的輸入電壓包括在時間t1到時間t2的第一水平段及在時間t2到時間t3的第二水平段。對應於第一水平段的窄虛線C5所示，電阻電容電路在充電時量測到的多個輸出電壓(訊號值)為呈現逐步上升趨勢的充電型訊號。對應於第二水平段的窄虛線C5所示，電阻電容電路在放電時量測到的輸出電壓(訊號值)為呈現逐步下降趨勢的放電型訊號。
請參考圖11，圖11繪示在電阻電容電路產生充電型訊號階段(對應圖10中的時間t1到時間t2)，電阻電容電路的輸入電壓(第二物理量)的波形(圖11中的寬虛線C6)、電阻電容電路的輸出電壓(訊號值)的波形(圖11中的窄虛線C7)以及經還原值重建後的 還原電壓(還原訊號)的波形(圖11中的實線C8)，其中輸入電壓的波形為圖10中，時間t1到時間t2之間，電壓值為1.0V0的常數波形。
在此例子中，輸入電壓為階梯式函數，多個輸出電壓(訊號值)的波形呈緩慢成長的狀態，且可以下式(9)表示：
Figure 111147598-A0305-02-0028-11
 其中V 0為輸入電壓值，τ為時間常數，在此例子中τ=1，V 0=1。
如圖11所示，經還原值重建後的還原電壓(還原訊號波)的波形(圖11中的實線C8)與輸入電壓(第二物理量)的波形(圖11中的寬虛線C6的水平段部分)具有高相似度。用於重建還原電壓的波形(還原訊號波形)的還原值可以下式(10)求得或以下式(11)之數值方法求得。
f *(t n )=f(t n )+τ×f'(t n ) (10)
Figure 111147598-A0305-02-0028-12
其中f *(t n )為在指定時間點t n 的還原值，f(t n )為在指定時間點t n 的訊號值，f(t n-1)為在指定時間點t n-1的訊號值，f'(t n )為f(t n )在指定時間點t n 的微分值，τ為時間常數。
利用上述(11)計算還原值的方法，也可以應用至圖3中S307、S309、S503、S505及S701等步驟。舉例而言，式11中
Figure 111147598-A0305-02-0028-13
計算出的數值即是S307中該些訊號值在指定時間點(t n )的微分值f'(t n )且是S309中所設定的基礎值(C(t n ))。式11中的
Figure 111147598-A0305-02-0028-14
所求得的值，即是S505中的更正值(Vc(t n ))。另外，式11所求得的值(f *(t n ))即是S701中在指定時間點(t n )的還原值(Vr(t n ))。
請參考圖12，其中圖12係繪示在電阻電容電路(例如，圖8訊號產生器61中之電阻電容電路611)產生放電型訊號階段(圖10中，時間t2到時間t3)，輸入至電阻電容電路的輸入電壓(第二物理量)(圖12中的寬虛線C9)、電阻電容電路的輸出電壓(訊號值)(圖12中的窄虛線C10)以及經還原值重建後的還原電壓(還原訊號)(圖12中電壓接近1.0V0的實線C11)，其中輸入電壓波形為圖10中，時間t2到時間t3之間，電壓值為0.0V0的常數波形。值得注意的是，在產生放電型訊號階段所求得的還原訊號波形，可視為電阻電容電路在輸入一電壓值為1.0的電壓後，在電阻電容電路不具有放電效應時，電阻電容電路中的電容所具有的固定電壓值1.0之波形。
另一方面，透過將電阻電容電路初始放電時的初始輸出電壓值減去電阻電容電路放電期間的還原電壓值，即可得到電阻電容電路在放電期間的輸入電壓值。在此例子中，輸入電壓為電壓值為0.0V0的常數波形，輸出電壓波形為指數衰減(exponential decay)波形(即對應圖10中，在時間t2到時間t3的第二水平段的窄虛線C5)。此輸出電壓波形可以下式(12)表示：
Figure 111147598-A0305-02-0029-15
 其中V 0為輸入電壓的值，τ為時間常數，在圖12的例子中τ=1，V 0=1。
如圖12所示，經還原值重建後的還原電壓的波形(實線C11)可視為電阻電容電路不具有放電效應時，電容所具有的固定電壓值1.0的波形。此外，將電阻電容電路初始放電時的初始輸出電壓值(1.0)減去放電期間的還原電壓值(實線C11)，即可得到與輸入電壓的波形 (寬虛線C9)高度相似的波形。用於重建還原電壓的波形的還原值可以下式(13)求得或以下式(14)之數值方法求得。
Figure 111147598-A0305-02-0030-16
Figure 111147598-A0305-02-0030-17
 其中f *(t n )為在指定時間點t n 的還原值，f(t n )為在指定時間點t n 的指定值(即在指定時間點t n 的輸出電壓)，1/τ為電阻電容電路的時間常數的倒數。
利用上述式(14)計算還原值的方法，也可以應用至圖3中S303、S305、S501、S505及S701等步驟。舉例而言，式14中的
Figure 111147598-A0305-02-0030-18
計算出的數值即是S303中該些訊號值在指定時間點(t n )的積分值且是S305中所設定的基礎值(C(t n ))。式14中的
Figure 111147598-A0305-02-0030-19
所求得的值，即是S505中的更正值(Vc(t n ))。另外，式14所求得的值(f *(t n ))即是S701中在指定時間點(t n )的還原值(Vr(t n ))。
另外，當使用式(13)或式(14)計算還原值f *(t n )時，可利用拉普拉斯轉換(Laplace Transform)，將式12中的時域函數(time domain function)f dis (t)轉換為一個S域函數(S domain function)F(s)。然後，在S域中，將此S域函數F(s)與
Figure 111147598-A0305-02-0030-20
相乘 後，可得到另一個S域函數
Figure 111147598-A0305-02-0030-21
，其中τ為一時間常數。再將此S域函數F *(s)透過反拉普拉斯轉換(Inverse Laplace Transform)後，可得到如下式(15)的另一時域函數。
Figure 111147598-A0305-02-0030-22
利用該些時間點(t 1，t 2，t 3...，t n )、該些訊號值((f(t 1)、f(t 2)、f(t 3)...，f(t n ))及上述的式(15)也可以求出在指定時間點t n 的還原值
Figure 111147598-A0305-02-0031-23
，其中式(15)所求出的還原值
Figure 111147598-A0305-02-0031-25
會實質上等與式14所求出的還原值(f *(t n ))。因此，利用具有拉普拉斯轉換及反拉普拉斯轉換功能的套裝軟體(例如：MATLAB®)，可以容易地計算出多個放電型輸出訊號的多個還原值。
請參考圖13，其中圖13係繪示輸入至電阻電容電路(例如，圖8訊號產生器61中之電阻電容電路611)的輸入電壓(第二物理量)的波形、電阻電容電路的輸出電壓(訊號值)的波形以及經還原值重建後的還原電壓波形，其中輸入電壓的波形為正弦波(sine wave)。
圖13中的寬虛線C12是輸入至電阻電容電路的輸入電壓的波形(輸入電壓波形)且此輸入電壓的波形為正弦波。窄虛線C13是電阻電容電路的輸出電壓的波形(輸出電壓波形)，且此輸出電壓波形為充電型訊號波形。實線C14為電阻電容電路重建後的還原電壓波形(還原訊號波形)。
在此例子中，輸入電壓的波形(寬虛線C12)為正弦波的波形，輸出電壓的波形(窄虛線C13)則呈經拉伸後的正弦波的波形。如圖13所示，經還原值重建後的還原電壓波形(實線C14)與輸入電壓的波形(寬虛線C12)具有高相似度，其中用於建立還原電壓波形的還原值可以上式(10)求得或上式(11)求得。
綜上所述，依據本發明一或多個實施例所示的電訊號還原系統及電訊號還原方法，能利用訊號產生器產生的多個訊號值，求得 多個還原值以即時地求得施加於訊號產生器之物理量(例如，力量或電壓)及重建該物理量的波形。因此，當壓電式力量感測器在承受一力量時，本發明能夠利用還原值，即時地且準確地求得力量感測器所承受的力量大小及重建該力量的波形。此外，當一輸入電壓施加於一電阻電容電路時，本發明能夠利用所求得還原值，即時地且準確地求得施加於電阻電容電路的輸入電壓及重建該輸入電壓的波形。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
S1,S3,S5,S7:步驟

Claims (30)

  1. 一種電訊號還原系統，包括：一訊號產生器，具有一時間常數，用於經觸發而產生多個訊號值，該些訊號值對應一時間區間內的多個時間點，該些訊號值包含一指定值，該些時間點包含一指定時間點，該指定值對應該指定時間點；以及一運算器，電性連接該訊號產生器並根據該些時間點及該些訊號值執行微分運算或積分運算以產生一基礎值，計算關聯於該時間常數的一更正常數，計算該更正常數及該基礎值的一乘積以作為一更正值，計算該更正值及該指定值之和以作為一還原值，並輸出該還原值。
  2. 如請求項1所述之電訊號還原系統，其中該運算器係根據該些時間點及該些訊號值執行該積分運算以產生一積分值作為該基礎值，該運算器計算該時間常數的倒數作為該更正常數。
  3. 如請求項2所述之電訊號還原系統，另包含一時間常數元件，該時間常數元件電性連接該訊號產生器以量測該訊號產生器的該時間常數。
  4. 如請求項3所述之電訊號還原系統，其中該時間常數元件包含一質量塊及一微控制器，當該質量塊觸發該訊號產生器產生該些訊號值，該微控制器依據該些訊號值及該些時間點求出該時間常數。
  5. 如請求項3所述之電訊號還原系統，其中該時間常數元件包含一第一開關及一微控制器，當該第一開關電性連接該訊號產生器用以控制對該訊號產生器輸入一電壓，該電壓觸發該訊號產生器產生該些訊號值，該微控制器依據該些訊號值及該些時間點求出該時間常數。
  6. 如請求項1所述之電訊號還原系統，其中該運算器係根據該些時間點及該些訊號值執行該微分運算以產生一微分值作為該基礎值，該運算器設定該時間常數作為該更正常數。
  7. 如請求項6所述之電訊號還原系統，另包含一時間常數元件，該時間常數元件電性連接該訊號產生器以量測該訊號產生器的該時間常數。
  8. 如請求項7所述之電訊號還原系統，其中該時間常數元件包含一方波產生器及一微控制器，該方波產生器電性連接該訊號產生器以對該訊號產生器輸入一方波形電壓訊號，當該方波形電壓訊號觸發該訊號產生器產生該些訊號值時，該微控制器依據該些訊號值及該些時間點求出該時間常數。
  9. 一種電訊號還原系統，包括：一訊號產生器，具有一時間常數，用於經觸發而產生多個訊號值，該些訊號值對應一時間區間內的多個時間點，該些訊號值包含一指定值，該些時間點包含一指定時間點，該指定值對應該指定時間點；以及一運算器，電性連接該訊號產生器並根據該些時間點及該些訊號值執行微分運算及積分運算以產生一基礎值，計算關聯於該時間常數的一更正常數，計算該更正常數及該基礎值的一乘積以作為一更正值，計算該更正值及該指定值之和以作為一還原值，並輸出該還原值。
  10. 如請求項9所述之電訊號還原系統，另包含一時間常數元件，該時間常數元件電性連接該訊號產生器以量測該訊號產生器的該時間常數。
  11. 如請求項10所述之電訊號還原系統，其中該時間常數元件包含一方波產生器及一微控制器，該方波產生器電性連接該訊號產生器以對該訊號產生器輸入一方波形電壓訊號，當該方波形電壓訊號觸發該訊號產生器產生該些訊號值時，該微控制器依據該些訊號值及該些時間點求出該時間常數。
  12. 如請求項11所述之電訊號還原系統，其中該運算器根據該些時間點及該些訊號值執行一判斷運算，用以判斷該些訊號值為多個放電型訊號或多個充電型訊號。
  13. 如請求項12所述之電訊號還原系統，其中該些訊號值為該些放電型訊號，該運算器執行該積分運算以產生一積分值，該運算器設定該基礎值為該積分值且設定該更正常數為該時間常數的一倒數。
  14. 如請求項12所述之電訊號還原系統，其中該些訊號值為該些充電型訊號，該運算器執行該微分運算以產生一微分值，該運算器設定該基礎值為該微分值且設定該更正常數為該時間常數。
  15. 如請求項9所述之電訊號還原系統，其中該訊號產生器包括一電阻及一電容串聯而成的一電阻電容電路，該電阻電容電路用於產生該些該些訊號值，該些訊號值包含多個放電型訊號值或多個充電型訊號值。
  16. 如請求項15所述之電訊號還原系統，其中該訊號產生器包括一類比數位轉換器及一濾波器，該類比數位轉換器電性連接該電阻電容電路且電性連接該濾波器。
  17. 一種電訊號還原系統，適用於壓電式力量感測器，包括： 一第一電路板；一訊號產生器，包括：一壓電感測元件，設置於該第一電路板上用以感測一力量；一讀取電路，電性連接該壓電感測元件；一類比數位轉換器，電性連接該讀取電路；以及一濾波器，電性連接該類比數位轉換器；其中，該訊號產生器具有一時間常數，該力量觸發該訊號產生器產生多個訊號值，該些訊號值對應一時間區間內的多個時間點，該些訊號值包含一指定值，該些時間點包含一指定時間點，該指定值對應該指定時間點；以及一運算器，其中該運算器電性連接該濾波器，該運算器根據該些時間點及該些訊號值執行積分運算以產生一積分值，該運算器設定一基礎值為該積分值且設定一更正常數為該時間常數的一倒數，該運算器計算該更正常數及該基礎值的一乘積以作為一更正值，該運算器計算該更正值及該指定值之和以作為一還原值並輸出該還原值。
  18. 如請求項17所述之電訊號還原系統，另包含一時間常數元件，該時間常數元件電性連接該濾波器以量測該訊號產生器的該時間常數。
  19. 如請求項18所述之電訊號還原系統，其中該時間常數元件包含一質量塊及一微控制器，該微控制器透過一電路板設置於該質量塊上，當該質量塊觸發該訊號產生器的該壓電感測元件以產生該些訊號值，該微控制器依據該些訊號值及該些時間點求出該時間常數。
  20. 如請求項18所述之電訊號還原系統，其中該時間常數元件另包含一第一開關及一微控制器，該第一開關及該微控制器設置於另一電路板上，該讀取電路另包含一第二開關，該第一開關閉合且該第二開關開啟以使一電壓輸入至該壓電感測元件而對該壓電感測元件進行充電，該第一開關開啟且該第二開關閉合以使該壓電感測元件進行放電而使該訊號產生器產生該些訊號值，該微控制器依據該些訊號值及該些時間點求出該時間常數。
  21. 如請求項17所述之電訊號還原系統，其中該讀取電路設置於該第一電路板上，該類比數位轉換器及該濾波器置於一第二電路板上，該運算器為一中央處理器或微處理器。
  22. 如請求項17所述之電訊號還原系統，另包含一特定應用積體電路晶片，其中該特定應用積體電路晶片設置於該第一電路板上，該讀取電路、該類比數位轉換器及該濾波器設置於該特定應用積體電路晶片中。
  23. 如請求項22所述之電訊號還原系統，其中該運算器為一微控制器，該微控制器設置於該第一電路板上。
  24. 如請求項17所述之電訊號還原系統，另包含一特定應用積體電路晶片，其中該特定應用積體電路晶片設置於該第一電路板上，該讀取電路、該類比數位轉換器、該濾波器及該運算器設置於該特定應用積體電路晶片上，該運算器為一運算電路，該運算電路包含一積分器、一乘法器及一加法器，該積分器根據該些時間點及該些訊號值執行該積分運算以產生該積分值，該乘法器計算該乘積，該加法器計算該和。
  25. 一種電訊號還原方法，包括藉由一運算器執行：從一訊號產生器取得多個訊號值和一時間常數，其中該些訊號值對應一時間區間內的多個時間點，該些訊號值包含一指定值，該些時間點包含一指定時間點，該指定值對應該指定時間點；根據該指定時間點及該些訊號值執行微分運算或積分運算以產生一基礎值；計算關聯於該時間常數的一更正常數且計算該更正常數及該基礎值的乘積以作為一更正值；以及計算該更正值及該指定值之和以作為一還原值，並輸出該還原值。
  26. 如請求項25所述之電訊號還原方法，其中根據該指定時間點及該些訊號值執行該微分運算或該積分運算以產生該基礎值包括：根據該指定時間點及該些訊號值執行該積分運算，以產生一積分值作為該基礎值，且其中該更正常數為該時間常數的一倒數。
  27. 如請求項25所述之電訊號還原方法，其中根據該指定時間點及該些訊號值執行該微分運算或該積分運算以產生該基礎值包括：根據該指定時間點及該些訊號值執行該微分運算，以產生一微分值作為該基礎值，且其中該更正常數為該時間常數。
  28. 如請求項25所述之電訊號還原方法，其中根據該指定時間點及該些訊號值執行該微分運算或該積分運算以產生該基礎值包括：判斷該些訊號值為多個放電型訊號或多個充電型訊號； 當該些訊號值屬於該些放電型訊號時，根據該指定時間點及該些訊號值執行該積分運算，以產生一積分值作為該基礎值，其中該更正常數為該時間常數的倒數；以及當該些訊號值屬於該些充電型訊號時，根據該指定時間點及該些訊號值執行該微分運算，以產生一微分值作為該基礎值，其中該更正常數為該時間常數。
  29. 如請求項25所述之電訊號還原方法，更包括：藉由一類比數位轉換器及一濾波器對一原始電訊號執行一類比數位轉換程序及一濾波程序而產生該些訊號值。
  30. 如請求項25所述之電訊號還原方法，更包括：藉由一壓電感測元件感測一力量來觸發該些訊號值。
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