BG2755U1 - Система за обслужване на уязвими обекти - Google Patents

Abstract

Полезният модел се отнася до устройство за проследяване на обекти в оборудване - битови и индустриални уреди или апарати като например, хладилници, или стелажи, индустриална апаратура и др., чрез прецизно определяне на теглото и позицията на обектите. Получените в резултат на проследяването данни могат да бъдат използвани в технологиите на Интернет на Нещата (ИнН), както и за контрол и управление на различни процеси. Устройството се състои от платформа (3), съответстваща на основата на уреда или апарата (2), в четирите ъгъла на която са разположени опори (4), всяка съдържаща самостоятелен силомер Gi, свързан към електронен блок. Силомерите Gi в едно устройство (1) са снабдени с поне един еластичен предавателен механизъм (6), към който е монтиран сензор за позиция (7) и елемент за подвижно свързване (10). Устройството има също електронен блок, съдържащ захранващ, управляващ и комуникационен модул.

Description

Полезният модел се отнася до устройство за проследяване на обекти в оборудване - битови и индустриални уреди или апарати като например, хладилници, или стелажи, индустриална апаратура и др., чрез прецизно определяне на теглото и позицията на обектите. Получените в резултат на проследяването данни могат да бъдат използвани в технологиите на Интернет на Нещата (ИнН), както и за контрол и управление на различни процеси. В частност, полезният модел се отнася до устройство, предназначено за вграждане под уредите или апаратите, което се използва за разпознаване на обекти чрез пресмятане на тяхното тегло и позиция при поставяне, съхранение и изваждане от споменатото оборудване.

Предшестващо състояние на техниката

За създаване на материалните обекти, както и за промяна или запазване на определени техни свойства, се прилагат обработки, като се използват специфични уреди и апарати, наричани обобщено „оборудване”. Всяко оборудване осигурява контролируеми условия в част от пространството (работна зона), чийто обем е зададен от неговата конструкция. Поставянето на обекти в работната зона води до промяна или запазване на техни свойства, което обичайно се оценява чрез измерване на предварително определена съвкупност параметри, съответстващи на споменатите свойства. Съвременните уреди и апарати за персонална, битова или индустриална употреба, са снабдени с допълнителни модули за (само-)диагностика по време на обработките за които са предназначени, което ги превръщат в „интелигентни”. Прилагането на специфични математически модели и алгоритми за обработка на данните за текущото състояние осигурява допълнителен контрол при протичането на обработките и повишава възпроизводимостта на резултата от въздействието върху обектите.

Тъй като всички материални обекти притежават тегло, този параметър е мярка за количеството на обработваните обекти, а промяната на характеристики свързани с теглото им по време на обработка или съхранение, се използва за оценка на протичането на споменатите процеси. Напр., в патенти на САЩ № US 6489596 В2 и № US 9119501 В2, както и в заявка за патент на САЩ № US 20140373727 са разкрити методи за обработка на хранителни продукти, които са базирани на измерването на теглото на отделните съставки. В посочените изобретения не е разкрита техническата същност на сензорите за тегло, а само е посочено тяхното наличие. Един вариант за използване на електронна везна за измерване на теглото на продукти, намиращи се в минибар в хотелски стаи е разкрит в патент на САЩ № US 4891755. Разкритото средство автоматично регистрира и издава фактура за взетите продукти, както и известява персонала за нуждата от тяхната замяна. В патента е разкрито, че за работата на уреда е необходимо да се измерват промените на теглото, като се използват четири сензора за измерване на тегло с относителна точност подобра от 1/10 000. Други параметри на сензорите не са нито посочени, нито се споменава, че са важни за изпълнението на разкритата функция.

В заявки за патенти № JP 2002303479 и № JP 2007010208 са разкрити хладилници, които конструктивно са снабдени при производството им със специфични опори и хоризонтални лавици, всяка с по четири сензора за налягане, с чиято помощ се определя теглото и позицията на съхраняван продукт. В заявка за патент на САЩ № US 2014/0320647 А1, е разкрит хладилник и метод за контрол на хладилник. Хладилникът включва тяло, врати и отделение за съхранение на напитки, както и видеокамера, която наблюдава отделението за напитките, а теглото на остатъчното количество от напитките се измерва от сензор. В патент на Китай № CN 103335485 А, е разкрит „интелигентен” хладилник и метод за управление на такъв хладилник при съхранение на храни, като методът е базиран на измерване на теглото на продуктите и използва технологията на Интернет на Нещата (ИнН).

В заявка за патент на САЩ № US 2014/0252091 А1 е разкрит апарат и метод за управление на данни за продукти по спецификация на потребител. Системата използва данни за теглото за изготвяне на отчети, свързани с разнообразни данни за хранителна стойност, списък от рецепти, срок на годност и др. относима информация, налична в мрежата. В заявка за патент № US 2002/0178066 А1 е разкрит хладилник, който притежава функция за автоматично генериране на поръчка за доставка на храни и метод за ра бота с него, също на базата на данни за теглото на съхраняваните продукти.

В заявка за патент DE 102009057531 е разкрит уред за приготвяне на кафе и метод за контрол на работата на уреда. Контролът се извършва чрез оценка на положението на центъра на тежестта, който се променя при изпълнение на различни стъпки на предварително определен процес на приготвяне. Уредът сравнява текущите данни с предварително запаметени таблици с разрешени стойности на този параметър за всяка стъпка при работа. При възникване на несъответствие, уредът повтаря изпълнението на последната процесна стъпка, показва състоянието на дисплей или указва местоположението на потенциалния проблем.

Всички споменати уреди и апарати се характеризират с това, че използват измерване на теглото на обектите за контрол на тяхната работа, но техническите средства, с които се осъществяват тези функции не са разкрити, а са споменати само по принцип.

Също така, само по принцип се споменават някои параметри на техническите средства за измерване, които са необходими за, но не гарантират, функционирането на разкритите уреди и апарати. При това, за специалистите в областта е ясно, че съвкупността от характеристики, като: разделителна способност, точност, линейност, стабилност, динамичен диапазон и др. обичайни характеристики, на известните и споменавани технически средства за измерване, каквито са тензосензорите, сензорите за налягане и др. подобни, не осигуряват реализирането на разкритите функции без допълнителни средства и методи, каквито не са описани.

От полезен модел № BG 2246/04.07.2016 е известна електромеханична система на уред за измерване на сила. По-конкретно, разкритият уред за измерване на сила (тегло) се състои от платформа и четири отделни опори, в които са вградени предавателни механизми с микроелектромеханични (МЕМС) сензори. Теглото F на измервания обект е равно на сумата от аналоговите показания на сензорите. Това се постига автоматично чрез подходящо мостово свързване на сензорите, които са разположени два-по-два от различни страни на съответните предавателни механизми, при което осигуряват сензорни сигнали, чиято промяна е с различен знак при въздействие на сила. При това, споменатата сума се показва на екрана (дисплея) на устройството и е независима от положението (х. ур на центъра на тежестта на обекта. Броят на сензорите е избран с оглед на свързването им в мостова схема и, нито позволява, нито предполага получаване на информация от отделен сензор. Така, независимо от факта, че се използват четири сензора, разкритият уред осигурява един-единствен сигнал от измерването. Съответно, за всеки обект, уредът за измерване на сила не осигурява друга информация, различна от неговото тегло.

Освен това, всички споменати конструктивни решения, доколкото такива са разкрити, са предназначени за вграждане в конструкцията на конкретни уреди и апарати при тяхното производство и са съобразени със спецификата на работата на това конкретно оборудване. В резултат, гореописаните, но също и редица други известни технически решения, използвани за споменатата цел - измерване на тегло включително и за целите на ИнН, са неприложими за вече произведените и намиращи се в употреба, налични уреди, апарати, индустриална апаратура и др., които понастоящем не спадат към класа на „интелигентните“ устройства.

Обстоятелството, че в света съществуват огромен брой „стари” и „неинтелигентни” уреди, апарати и други подобни, които е рационално да бъдат използвани и през следващите години, паралелно с постоянно навлизащите в употреба нови, модерни и „интелигентни” средства, способни да работят в средата на ИнН, обуславя необходимостта да бъде създадено устройство, което да модернизира подходящо тези по-стари, но използващи се устройства, като създаде възможност за тях да бъдат прилагани технологиите на ИнН. Като очевидно това устройство следва да може да се прилага и за проследяване и контрол на ново оборудване.

По-конкретно, има необходимост от създаването на универсално прецизно устройство реагиращо на промени, свързани с теглото на обекти, служещо като универсален интелигентен М2М (Machine-to-Machine) интерфейс на различни типове оборудване. Устройството трябва да е лесно за вграждане и да е в състояние да реагира в реално време на теглото и положението на центъра на тежестта и ще генерира информация, която ще се използва автономно или може да бъде събирана, обработвана и комуникирана към отдалечено управление или средство за контрол. Това ще създаде възможност снабденият с такова устройство обичаен електроуред или апарат от по-стара генерация, да придобие „интелигентни” функции, необходими за оптимизирана автономна работа и/или работа с технологиите на ИнН.

Техническа същност на полезния модел

Настоящият полезен модел се отнася до устройство за проследяване на обекти, намиращи се в оборудване, чрез тяхното тегло и позиция. Устройството се състои от правоъгълна платформа, под която в ъглите й са монтирани четири опори със силомери G', всеки от които е снабден с еластичен предавателен механизъм, към който е монтиран сензор за преместване с динамичен диапазон от 50 000 до 500 000 интервала на измерване. Сензорите са присъединени еднообразно към предавателните механизми в силомерите, и всеки сензор е снабден с елемент за подвижно свързване към предавателен механизъм. Отношението k/К, между пружинните коефициенти k на сензорите и К - на предавателните механизми, е по-малко от 1.10’⁵. Всеки силомер G' е снабден с диференциален усилвател с точно зададен коефициент на усилване с поне пет десетични разряда и аналого-цифров преобразувател с поне осемнадесет двоични разряда, като всички генерирани цифрови сигнали s¹ от силомерите в устройството, са независими един от друг и са подадени към електронен блок. Електронният блок включва захранващ модул, снабден с поне един контролиран контакт за захранване на оборудването; управляващ модул, снабден с микроконтролер и памет с фабрично форматирани регистри, поне два от които са текущи регистри и един регистър е хронологичен; и комуникационен модул.

В един вариант на устройството, чувствителностите на силомерите G' са с относителна разлика по-малка от 2.10'⁵ и отклонение от линейна функция, по-малко от 0.01%.

В друг вариант на устройството, пружинният коефициент К на предавателния механизъм е избран да съответства на общото тегло на: оборудването, максимално допустимото количество обекти и платформата, и допълнително, предавателният механизъм е снабден с елементи за ограничаване и настройка на неговия работен ход δ. В следващ вариант на устройството, работният ход λ на сензора съответства на по-голямата от величините: работен ход δ° на предавателния механизъм, дължащ се на теглото на оборудването без обекти и работен ход δ’ на предавателния механизъм, дължащ се на максимално допустимото тегло на обекти за съответното оборудване.

В друг вариант на устройството, отношението k/К е по-малко от 1.10 ^б, диференциалният усилвател осигурява коефициент на усилване с поне шест десетични знака, аналого-цифровият преобразувател е с поне двадесет двоични разряда, а чувствителностите на силомерите G’ в устройството са с относителна разлика по-малка от 5.10'⁶, и отклонението им от линейната функция е по-малко от 0.005%.

В други варианти на устройството, предавателният механизъм е плоска пружина или пръстен.

Пояснение на приложените фигури

Фигура 1 показва схематично аксонометричен вид на обичаен уред или апарат, монтиран върху устройство за проследяване на обекти в оборудване.

Фигура 2 показва разрез на елементите на прецизен силомер, с предавателен механизъм с формата на плоска пружина.

Фигура За показва поглед отпред на елементите на прецизен силомер, с предавателен механизъм с формата на цилиндричен пръстен и елемент за настройка на работния ход, монтиран към ограничаващ елемент.

Фигура 36 показва отпред увеличен изглед на елементите на прецизен силомер, с елемент за настройка на работния ход, монтиран към еластичен предавателен механизъм с формата на цилиндричен пръстен.

Фигура 4а показва увеличен изглед на сглобка за задаване на работния ход, състояща се от корава планка, еластична пластина и регулиращ елемент.

Фигура 46 показва увеличен изглед на сглобка за задаване на работния ход състояща се от два клиновидни елемента.

Фигура 5 показва блок-схема на електронния блок на устройство за проследяване на обекти в уреди и апарати.

Фигура 6а е поглед отгоре на устройство за проследяване на обекти в оборудване.

Фигура 66 е схематичен страничен вид на устройство за проследяване на обекти в оборудване.

Примери за изпълнение на полезния модел

Пример 1

Схематичен аксонометричен вид на устройството 1 за проследяване на обекти в оборудване 2, в частност това могат да бъдат уреди или апарати, например хладилници, или стелажи, индустриална апаратура и др., е показано на фигура 1. Устройството 1 е поставено върху твърда основа и се състои от правоъгълна платформа 3, съответстваща на основата на уреда или апарата 2, за който устройството е предназначено. В четирите ъгъла на платформата 3 са разположени опори 4, всяка от които съдържа самостоятелен прецизен силомер G', свързан към електронен блок 5.

Всеки силомер G' в едно устройство 1 е снабден с поне един еластичен предавателен механизъм 6, като в един неограничаващ вариант на настоящия полезен модел, показан на фигура 2, механизмът 6 е с формата на плоска пружина с дължина 1, ширина w и дебелина d, която едностранно е запъната към опората 4. Споменатите параметри: дължина 1, дебелина d, както и непоказаната на фигурата ширина w, перпендикулярна на чертежа, определят еластичния коефициент на механизма 6, който обичайно се избира в диапазона от около 50 kH/m до над 50 МН/т, а в настоящия пример 500 кН/т. Т. напр., плоска конзола от стомана с обичайни размери, напр.: 1 = 15 mm, w = 5 mm и d = 2 mm, има пружинна константа К около 500 kH/m.

Между неподвижната опора 4 и подвижния край на плоската пружина 6, посредством носач от две части 8 и 8’ е монтиран сензор за позиция 7. Частта 8 е свързана неподвижно към механизма 6 чрез елемент 9, а частта 8’ е свързана към опората 4 посредством елемент за подвижно свързване 10, в случая винт с резба с малък ход, достъпен за работа през отвор 3 ’. Деформацията на еластичния механизъм 6, чието преместване на подвижния край е предадено на сензора 7, е резултат от действието на сили върху платформата 3, предадени посредством преходен елемент 11, разположен през съответен отвор в опората 4. Работният ход δ на механизма 6 е определен от ограничаващ елемент 12, снабден с допълнителен елемент за настройка 13.

В друг неограничаващ вариант на настоящия полезен модел, показан на фиг. За, еластичният предавателен механизъм 6 е цилиндричен пръстен, чиито параметри: диаметър, дължина 1 (перпендикулярно на равнината на фигурата) и дебелина на стената d, определят пружинния коефициент на предавателния механизъм 6, който обичайно се избира в диапазона от около 100 kH/m до 100 ΜΗ/m, в настоящия пример 1 ΜΗ/m. Всеки сензор 7 е монтиран на носач от две части 8 и 8’, които са свързани към предавателния механизъм 6 посредством елементите: 9 - за неподвижно свързване (фиксиране), и 10 - за подвижно свързване, с възможност за плавно изменяне, без хлабини, на разстоянието между елемента 8’ и точката на свързване към механизма 6. Сензорите 7 в независимите силомери G', са контактни монолитни МЕМС сензори за позиция, за предпочитане - работещи на опън, притежаващи по една фиксирана и една подвижна корави части, напр. подобни на приборите, разкрити в Международна патентна заявка с номер на публикацията WO 2015/164931. Тези сензори осигуряват постоянни точки на контакт и работят без хлабини и приплъзване, като двете части са свързани с механични еластични елементи с пружинен коефициент к. Еластичните елементи съдържат участъци с променени електрически свойства, които са чувствителни към деформация. При това, работният ход λ на еластичните механизми на сензорите 7, е избран да съответства на по-голямата от величините: работен ход δ° на предавателния механизъм 6, дължащ се на теглото на оборудването 2 без обекти, и работен ход δ’ на предавателния механизъм 6, дължащ се на максимално допустимото тегло на обекти за съответното оборудване 2.

Обичайно, стойностите на пружинните константи k на споменатите по-горе сензори 7 са в границите от 1 Η/m до 100 Η/m. Така, пружинните константи k са от 10 000 до над 10 000 000 пъти по-малки от пружинните константи К на предавателните механизми 6 и, когато са фиксирани неподвижно един към друг, общите пружинни константи на сглобките предавателен механизъм-сензор, практически не могат да бъдат повлияни (обичайно, корекция по-малка от 1.10 ^s) от присъствието на сензорите. За такива сензори е известно също така, че притежават сигнал с голяма амплитуда и висока степен на

2755 Ш линейност, при ниски нива на шумовете (вижте V. Stavrov et al., Contact position microsensors with travel ranges between 50 pm and 2 mm, Proc, of 30^th Eurosensors Conference, Budapest, September 5-7, 2016 (8153)).

Предавателните механизми 6 на силомерите G¹ са еластични податливи механизми без хлабини, способни да се деформират, при което генерират сили на реакции f на опорите 4. Всеки силомер G' осигурява аналогов сигнал а', пропорционален на споменатите сили на реакциите f на опорите а' = η./' + а₀‘ (1) където коефициентът на пропорционалност γ., е чувствителността, а αθ е стойността на сигнала при отсъствие на реакция

Силомерите във всяко устройство 1 са направени и подбрани така, че техните чувствителности γ., са изравнени (γ = γ ) с обичайна практически достижима точност, напр. 5%, а за предпочитане - по-добра от 2%. Освен това, компенсирането на сигнала на всеки силомер G' в избрано работно положение, чрез плавно механично придвижване на подвижната част на сензора 7 спрямо предавателния механизъм 6, е осигурено от съответен елемент за подвижно свързване 10. Допълнително, работният ход δ на предавателните механизми 6 на силомерите G' е: ограничен от - елемент 12 с отвор 12’ за достъп до елемента 10 за подвижно свързване, и настроен посредством елемента за настройка

13. На фигура Зае показан един пример за ограничаващ елемент 12 с регулируема височина, представляващ тръба с правоъгълно сечение и свързан към нея елемент за настройка 13, в случая, винт с фина резба.

Друг вариант на елементите за механично ограничаване и настройка на работния ход δ на предавателен механизъм с формата на цилиндричен пръстен при фиксирана височина h на ограничаващия елемент 12 с отвор 12’ за достъп до елемента за подвижно свързване 10, е показан на фигура 36. В този вариант, височината h на елемента 12 е избрана да бъде равна на диаметъра φ на предавателния механизъм 6, а работният ход δ в това изпълнение е зададен от дебелината d_s на втори елемент за настройка

14. Предавателният механизъм 6 е съединен с платформата 3 посредством преходния елемент 11, а посредством втори преходен елемент 15, е съединен с елемента за настройка 14. Съответните различни работни ходове, са осигурени посредством избор на елементи за настройка 14 с различни дебелини d_s.

В един предпочитан вариант на изпълнение на полезния модел, елементът за настройка 14 е сглобка, както е показано на фигура 4а, състояща се от една плоска корава планка 14’ и огъната еластична пластина 14”, единият край на която е фиксиран към планката 14’, а другият е преместваема плавно с помощта на регулиращ елемент 14’”. Посредством елемента 14’” е постигната плавна промяна на сумарната височина d_s на елемента за настройка 14, задаваща работния ход на еластичния предавателен механизъм 6.

Друг особено предпочитан вариант на изпълнение на полезния модел е показан на фигура 46, в който елементът за настройка 14 е сглобка от два клина 14’ и 14”, всеки с дебелина d₀ с еднакви ъгли на наклон β. Когато ъглите β на клиновете са разположени кръстосано, както е показано на фигура 4а, двете неконтактуващи страни са паралелни и чрез хоризонтално относително приплъзване и фиксиране (непоказано на фигурата), може да бъде реализирана плавна промяна на сумарната дебелина d_s, на елемента за настройка 14 в диапазона от d₀ до 2d₀. За специалистите в областта е ясно, че по аналогичен начин може да бъде ограничаван работния ход във варианти, когато височината h на ограничаващия елемент 12 и диаметъра φ на предавателния механизъм 6 са избрани да се отличават.

На специалистите е известно, че от една страна предавателните механизми 6 - цилиндрични пръстени, показани на фигура За и фигура 36, са подходящи за използване както в режим на опън, така и в режим на натиск. От друга страна, сензорите 7 също се характеризират с определен режим на работа. Въпреки, че съществуват варианти, работещи във всеки един от двата режима - на опън и на натиск, предпочитани са сензори работещи на опън, без полезният модел да се ограничава до тях. Във всички варианти на реализация обаче, избраният режим на работа на предавателния механизъм 6, определен от посоката на въздействащата сила спрямо него - към или от механизма, е необходимо да бъде съгласуван с начина на работа на сензора за преместване. Така, неочаквано бе установено, че когато предавателните механизми са цилин

2755 Ul дрични пръстени, начините на работа на двата основни елемента 6 и 7 могат да бъдат съгласувани много лесно, само посредством завъртане на пръстена 6 с вече монтиран сензор 7. Например, при еднакви режими на работа на механизма и сензора, съгласуване се постига чрез завъртане на цилиндричния пръстен, до като направлението на относително преместване на двете части на сензора 7 стане паралелно на направлението на въздействие на деформиращата сила върху пръстена 6. И обратното, при отличаващи се режими на работа, се постига съгласуване чрез завъртане на цилиндричния пръстен, докато направлението на относително преместване на двете части на сензора 7 стане перпендикулярно на направлението на деформиращата сила. Така режимът на работа на всеки предавателен механизъм 6 - цилиндричен пръстен, на опън или на натиск, само посредством завъртане на пръстена на ъгъл до 180°, може да бъде съгласуван с направлението на действащата сила и типа на най-подходящия сензор 7, с огледна всяка конкретна реализация на полезния модел. Ето защо, цилиндрични пръстени са особено предпочитан вариант за изпълнение на настоящия полезен модел.

Освен конструкцията на елементите за ограничаване 12, видът и броят на елементите за настройка 13 и 14 на работния ход δ, може да варира в съответствие, например, с размерите и тежестта на уреда или апарата, за които е предназначено устройството 1, или други специфични условия. Също така, могат да бъдат използвани и разнообразни други форми и конструкции на предавателни механизми 6, известни на специалистите в областта, вкл. например, плоски паралелограми.

При производството на устройството 1, на специализиран стенд без приложена сила, с помощта на елементите за механично подвижно свързване 10 през отвора за достъп 3’ или 12’, стойностите на аналоговите сигнали а' на силомерите G¹, се установяват да са близки до „нула”, т.е. а₀‘ ~ 0. Допълнително, с обичайни за специалистите в областта средства за компенсиране по електронен път, нивата на сензорните сигнали а' са компенсирани прецизно до стойност а₀' = 0. Така при натоварване, връзката между амплитудата на аналоговите сигнали а' на силомерите G' и съответните реакции /' на опорите 4, дължащи се напр. на теглото на поставените обекти, се описва от уравнението ^а‘⁼ γ, · (2),

Освен това, всеки силомер G' е снабден и с непоказани на фигурата, обичайни за областта, прецизен диференциален усилвател и аналогоцифров преобразувател (АЦП). За разлика от устройството за измерване на тегло, известно от полезен модел № BG 2246/04.07.2016, четирите цифрови сигнала s' (i = 1, ..., 4), генерирани от устройството 1 съгласно настоящия полезен модел, са независими, стойността на всеки съответства на сила на реакция /' на опора 4, съгласно уравнението s' = а_. /' (3), където a_i е цифровата чувствителност на силомера G'. При тези условия, сигналите на силомерите G' при пълен ход λ на сензорите за преместване 7 се характеризират с от 50 000 до 500 000 измервателни интервала. Съответно, сигналите са преобразувани в цифров вид с поне 18-битов АЦП, за предпочитане - с поне 20-битов АЦП.

Съгласно настоящият полезен модел, цифровите сигнали s' на силомерите G' в едно устройство 1, са еднакви и линейно пропорционални на силите на реакция /^с (a = const). За целта, при калибрирането в производствени условия, четирите аналогови сигнала а', получени при въздействие с една и съща, точно зададена сила на калибриране, са така допълнително усилени от съответните диференциални усилватели, че са с еднакви стойности с относителна разлика по-малка от 2.10’⁵. В настоящия пример, за предпочитане относителната разлика е по-малка от 5.10‘⁶. За целта, коефициентът на усилване на всеки диференциален усилвател, обичайно отличаващ се от коефициента на другите усилватели в едно устройство, е зададен с поне пет-, за предпочитане, с шестразрядно десетично число.

Силата, която се използва при споменатото калибриране, предизвиква ход δ¹’ на всеки от предавателните механизми 6, съответстващ на от 80% до 90% от избрания пълен ход λ на сензорите 7.

Съответно, когато силите на реакция /' са /' = 0, стойностите на сигналите s', също са s' = 0. Линейната функция, спрямо която междинните стойности на аналоговите сензорни сигнали а' са преобразувани при производството със споменатия стенд в цифров вид така, че е осигурено отклонение, което е по-малко от 0.05%, за предпочитане тук, по- малко от 0.01%. Функцията е определена от споменатите по-горе две точки на сензорната характеристика - при нулева сила и при натоварване с точно зададената сила по време на калибриране и е записана в паметта на микроконтролера. За предпочитане, записът е в постоянна памет и в процеса на използване на устройството 1, повече не се променя. Други обичайни методи и техники за линеаризиране на сензорните сигнали, известни на специалистите в областта, също могат да бъдат прилагани и са в обхвата на настоящия полезен модел.

Обработените цифрови сигнали посредством известни технически средства, са предадени чрез жично или безжично свързване към електронния блок 5. Електронният блок 5 на устройството 1 за проследяване на обекти в оборудване 2, съдържа захранващ 16, управляващ 17 и комуникационен 18 модули със съответните интерфейси, както е показано на блок-схемата на фигура 5. Захранващият модул 16 осигурява електрическа мощност за работата на останалите модули 17 и 18, както и на оборудването 2. За целта, модулът 16 е снабден със стандартизирани контакти, средства за контрол на използваната мощност от консуматора 2 и двустранен интерфейс към модула за управление 17. Данните от измерванията на силите на реакции /’ са обработени от микроконтролера на управляващия модул 17, като за извършване на изчисленията, той е снабден с вградена или външна памет, организирана при производството на устройството, в поне два блока - поне два текущи регистри и хронологичен регистър. Изчислените данни могат да бъдат изпратени от модула за комуникация 18 към поне едно външно устройство 19 или оператор, напр. за управление на процес или друг вид намеса. Модулът 18 е в състояние и да получава инструкции от външно устройство, напр. 19, и да ги предава на модула за управление 17, който след обработка, ги предава за управление на друго, допълнително външно изпълнително устройство 19’. В частност, модулът за управление 17 е в състояние да осигури управляващ сигнал за аварийно спиране на оборудването 2, посредством контролиран контакт на захранващия модул 16. За реализиране на така описаните варианти, микроконтролерът на модула за управление 17 е осигурен с необходимите интерфейсни елементи.

Пружинният коефициент на предавателните механизми 6 на всеки от измерителите G' е избран така, че да поеме без насищане тегло, превишаващо с, напр. от 10 до 20% сумарното тегло W, въздействащо на опорите 4, включващо съответно: теглото на оборудването 2, пределно допустимото тегло на добавените обекти, както и теглото на платформата 3. Съответно, измерителите G' са изработени, настроени и подбрани да съответстват на диапазони на сумарните тегла, които покриват спецификациите на оборудването за различни области на приложение.

Както е известно на специалистите в областта, при зададена стойност на силата на реакция, изборът на коравина на предавателен механизъм води до обратнопропорционална промяна на работния ход. Затова, чувствителността сг на силомерите G¹ е оптимизирана чрез избор на подходящи сензори за позиция 7, чийто работен ход λ е подходящо избран така, че да съответства на вече избраната стойност на поголямата от двете компоненти на работния ход δ на предавателните механизми 6 - работен ход δ° на предавателния механизъм 6, дължащ се на теглото на оборудването 2 без обекти, и работен ход δ’ на предавателния механизъм 6, дължащ се на максимално допустимото тегло на обекти за съответното оборудване. Безопасната работа на сензорите 7 се осигурява посредством механично ограничаване и настройка на работния ход δ на еластичните предавателни механизми 6 на силомерите G¹, чрез елементите 12, 13 и 14. За вграждане на устройството 1 за проследяване на обекти в конкретен домакински уред или индустриален апарат 2, диапазонът на сумарното тегло W и свързаните с него параметри на независимите силомери G' - пружинна константа и работен ход δ на предавателните механизми 6, са предварително избрани.

Един неограничаващ пример е хладилник, който има собствено тегло 40 kg, а когато бъде напълнен максимално с обекти (продукти), би имал общо тегло от 75 kg. Съответно, предавателният механизъм 6 е подходящо със запас 20%, да бъде избран с обхват до 90 kg. При избрана коравина на предавателния механизъм 2.10⁶ Η/m, в начално работно положение с поставен празен уред 2 върху устройството 1, механизмът 6 е деформиран с работен ход δ° = 200 pm, която деформация е предадена посредством носача с

2755 Ul две части 8 и 8’ на сензора за преместване 7, при което е генериран съответен сигнал. Тази деформация, съгласно настоящия полезен модел, в начално работно положение е компенсирана механично. При това, компенсирането на сензорния сигнал посредством елемента за подвижно свързване 10 при непроменяща се деформация δ° на предавателния механизъм 6 със споменатата стойност, наричано от специалистите в областта „нулиране”, е индикация за възстановяване на състоянието на сензора 7, в положение на предавателния механизъм 6 без деформация. Обичайно, при използване на предпочитаните сензори, работещи в режим на опън, споменатото компенсиране се извършва до постигане на контакт между двете части 8 и 8’ на носача. Така, след установяване на сензора 7 към механизма 6 в новото положение, теглото на оборудването 2 не се отчита от сензора 7, а неговите еластични елементи са с минимална деформация и осигуряват работен ход λ’, който е близък до номиналната стойност на работния ход λ. В процеса на експлоатация на устройството 1, поставянето на обекти предизвиква допълнителна деформация δ’ на предавателния механизъм 6, която в примера е не повече от δ’ = 175 pm, и тя се предава на еластичните елементи на сензора за позиция 7. Затова, за осигуряване на максимален динамичен диапазон, за силомерите G' е подходящо да се използва сензор, осигуряващ работен ход, който е със запас спрямо по-голямата от двете споменати стойности на деформациите δ° и δ’ (200 pm и 175 pm), в случая - 200 pm със запас поне 10%. Така, сензор с ход около 250 pm, пружинна константа k = 14 Н/м и динамичен диапазон с 200 000 измервателни интервала, е подходящ в описания пример, за предпочитане - с ход 220 pm и поне същия брой интервали. По този начин, всеки силомер G¹, снабден с предавателен механизъм и сензор, съгласно този пример на изпълнение на настоящия полезен модел, е осигурен с поне 140 000 интервала на измерване при отклик на теглото на обектите, което е достатъчно за работата на устройството 1.

С така описаното устройство се работи, както следва:

Най-напред устройството 1 и оборудването - уред или апарат 2 без добавени обекти, се инсталират устойчиво, а устройството 1 се захранва с електрическа енергия от мрежата, при което силомерите генерират сигнали sⁱ⁰. След това, посредством елементите за подвижно свързване 10 през отворите за достъп 3’ или 12’ на всеки силомер G' механично се компенсират сигналите s'° до достигане s'°~ 0 с практически достижима точност, като позицията на елементите 10 се фиксира трайно, напр. чрез запълване на отвора за достъп 3 ’ или 12 ’ (подходящ за варианта показан на фигура 2 и фигура За) или чрез демонтаж на накрайник за настройка (подходящ за варианта показан на фигура 36). Накрая, захранването на оборудването 2 се превключва от контакт на мрежата за захранване към контролиран контакт на модула за захранване 16, както е показано с пунктирна стрелка на фиг. 5, и оборудването 2 е готово за обичайно използване, заедно с устройството 1.

Прецизността и точността на устройството 1 са определени от чувствителността а, както и от прецизността и точността на сигналите s^ij на силомерите G', притежаващи динамичен диапазон от 50 000 до 500 000 измервателни интервала. Тези параметри са резултат от това, че за разлика от известните от нивото на техниката примери, вместо тензосензори и сензори за налягане, се използват сензори за позиция, подобни на сензорите, разкрити в Международна патентна заявка WO 2015/164931. Допълнително, такива сензори, осигуряват отношение k/К между техните пружинни константи k и съответните константи К на предавателните механизми, което типично е по-малко от 1.10‘⁵, дори може да се реализира с обичайни средства отношение по-малко от 1.10'⁶. Така, при механично компенсиране на моментното показание на тези сензори, напр. посредством елемент за подвижно свързване 10, относителната промяна на общата сила на въздействие на еластичните елементи, обичайно е по-малка от 1.10'⁵, в примерите - по-малка от 7.10'⁶. В резултат, когато в начално работно положение посредством елемента 10, показанията на сигналите s' са механично компенсирани (т.е., s' ~ 0 ~ s‘°), общата сила на реакцията на сензора 7 заедно с предавателния механизъм 6, практически не се променя. Съответно, когато в начално работно положение сигналите s' са компенсирани с точност 5% от цялата скала, за предпочитане с точност 1 %, тогава, при отклик на теглото на обектите, всеки от сензорите разполага с поне 95%, дори - с над 99%, от динамичния диапазон.

2755 Ul

Това практически е целия динамичен диапазон, в примера по-горе - 200 000 измерителни интервала. По този начин, е осигурен споменатия по-горе динамичен диапазон на силомерите G'.

В резултат от всичко това, устройството 1 съгласно настоящия полезен модел, осигурява прецизност, разделителна способност и динамичен диапазон по тегло в обичайни, нелабораторни условия, които са значително по-добри от тези параметри на известните, използвани понастоящем силомери за тази цел, вкл. такива за бита и за индустрията, както и на част от метрологичните и лабораторните силомери. Тази висока прецизност на устройството 1 при реакцията на тегло, позволява както различаване на обекти, които са неразличими по този параметър за използваните понастоящем средства за измерване, така и дава възможност за проследяване динамиката на изменение на теглото на обект, напр. при съхранение или обработка. Така, чрез измерване на силите на реакция на четирите опори, устройството 1 притежава достатъчна прецизност, линейност и разделителна способност за проследяване на обекти по време на обработката в/върху оборудване 2, като с оборудването се работи по обичайните правила. По този начин, оборудването 2, заедно с монтираното под него устройство 1 за проследяване на обекти в уреди и апарати, се превръща в съставен „интелигентен” уред, съвместим с технологиите на ИнН.

Претенции

Claims (7)

1. Устройство за проследяване на обекти, намиращи се в оборудване, чрез теглото и позицията им, състоящо се от правоъгълна платформа, под която в ъглите й са монтирани четири опори със силомери G¹, всеки от които е снабден с еластичен предавателен механизъм, към който е монтиран сензор, характеризиращо се с това, че сензорите (7) са сензори за преместване с динамичен диапазон от 50 000 до 500 000 интервала на измерване и са присъединени еднообразно към еластичните предавателни механизми (6) в силомерите G¹, като всеки сензор (7) е снабден с елемент за подвижно свързване (10) към еластичния предавателен механизъм (6), при което отношението k/К, между пружинните коефициенти k на сензорите (7) и К - на предавателните механизми (6), е по-малко от 1.10'⁵, а всеки си ломер G' е снабден с диференциален усилвател с коефициент на усилване с поне пет десетични разряда, и аналого-цифров преобразувател с поне осемнадесет двоични разряда, като всички генерирани цифрови сигнали s' от силомерите G¹ в устройството (1), са независими един от друг и са подадени към електронен блок (5), който включва захранващ модул (15), снабден с поне един контролиран контакт за захранване на оборудването; управляващ модул (17), снабден с микроконтролер и памет с фабрично форматирани регистри, поне два от които са текущи регистри и един регистър е хронологичен; и комуникационен модул (18).

2. Устройство за проследяване на обекти съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че чувствителностите на силомерите G' са с относителна разлика по-малка от 2.10’⁵ и отклонение от линейна функция, по-малко от 0.01%.

3. Устройство за проследяване на обекти съгласно претенции 1 и 2, характеризиращо се с това, че пружинният коефициент К на предавателния механизъм (6) е избран да съответства на общото тегло на: оборудването (2), максимално допустимото количество обекти и платформата (3), и допълнително, предавателният механизъм (6) е снабден с елементи за ограничаване (12) и настройка (13, 14) на работния ход δ.

4. Устройство за проследяване на обекти съгласно претенции от 1 до 3, характеризиращо се с това, че работният ход λ на сензора (7) съответства на по-голямата от величините: работен ход δ° на предавателния механизъм (6), дължащ се на теглото на оборудването (2) без обекти, и работен ход δ’ на предавателния механизъм (6), дължащ се на максимално допустимото тегло на обекти за съответното оборудване (2).

5. Устройство за проследяване на обекти съгласно претенции от 1 до 4, характеризиращо се с това, че отношението k/К е по-малко от 1.10’⁶, диференциалният усилвател е с коефициент на усилване с поне шест десетични знака, аналого-цифровият преобразувател е с поне двадесет двоични разряда, а чувствителностите на силомерите G' в устройството (1) са с относителна разлика по-малка от 5.10'⁶, и отклонението им от линейната функция е по-малко от 0.005%.

6. Устройство за проследяване на обекти съгласно претенции от 1 до 6, характеризиращо

2755 Ul се c това, че предавателният механизъм (6) е плоска пружина.

7. Устройство за проследяване на обекти съг ласно претенции от 1 до 5, характеризиращо се с това, че предавателният механизъм (6) е пръстен.