CN101206228A - 用于确定转动运动的方法和配置 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测转动运动的方法和配置。该方法包括如下步骤：将传感器(2)布置在转动物体(1)的转动轴端部处并离开转动轴一定距离；将检测器(3)布置在转动物体的转动轴的端部外部，其方式是传感器和检测器之间的距离随着物体围绕其转动轴转动而变化；将来自于检测器(3)的查询传递给传感器(2)；通过传感器(2)接收查询，并且为了响应查询，将来自于传感器(2)的答复传递给检测器(3)；确定用于信号传递的功率；以及根据信号传递功率的变化，确定转动运动。

Description

用于确定转动运动的方法和配置
技术领域
本发明涉及物体的转动运动的确定，并且特别是涉及提供有关机器安全性能的重复速度测量的优选方法。
背景技术
传统的非接触测量基于感应、电容、磁性或采用光线的解决方法，其中检测器、也就是短距离接近开关通常设置成非常靠近转动物体的轴，并且可以作为检测器脉冲来准确测量紧固在轴的圆柱形表面上的一个或多个对应部件的经过。这种对应部件的特征在于系统的无源部件。在此类型的速度测量中，典型的脉冲频率是一个脉冲/轴转动，在这种情况下，测量称为稀疏脉冲测量。由于稀疏脉冲测量的性质，它不很精确，并且在速度改变时存在测量延迟。
转动运动的这种测量的目的在于提供实际转动运动的信息，并不是可以用作控制速度的反馈信息的准确转动速度的精确测量结果。传统稀疏脉冲测量的任务通常是产生有关机器安全性能的第二测量结果。在某些操作条件下，通常需要转动速度的两次独立测量，并且这涉及例如安全设备的操作。
为了重复测量，在第二测量只用来检测转动运动时，不需要通过精确并通常高成本的检测器来进行两次重复测量。
接触转速计和脉冲检测器通常用来进行准确测量。另外，磁化或其它非接触编码环可以固定轴上。考虑到其相对高的成本以及安装难度，这种装置的使用与所述接触解决方法相对应。
为了实现机器安全性和重复测量，因此需要提供一种安装简单并且低成本和可靠的可靠测量方法。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种方法和以解决所述问题的方式实施这种方法的设备。本发明的目的通过在其特征通过独立权利要求限定的方法和配置来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中披露。
本发明基于如下的思想，即转动物体特别是在其轴的端部处放置传感器，以响应由放置在轴端部外部的检测器产生的查询。根据这些查询的功率，可以确定传感器相对于检测器的位置，由此指示转动运动的速度变化。传感器和检测器的组合最好是用于通过相对于物体中的识别器放置传感器并通过检测器读取识别器内的信息来识别物体的RFID。
本发明的方法和配置的优点在于所需设备安装的显著简化。安装不需要任何准确对准或测量。检测器和传感器的机械放置对于本发明的配置的操作和方法不重要。在该配置中，还可以使用不同尺寸的传感器，而不需要任何特殊接头。
用于本发明的这种可以制成非常环保，这是由于该装置不取决于轴承或其它磨损机械部件。在工业应用中，例如对于测量装置通常困难的条件下，这是非常显著的优点。
本发明的设备不受到被测量物体的振动和相应干扰。振动可以由于轴的振动或者被测量的滚动的传递造成。同样设备的维护简单，这是由于在完成总体清理时就足以将其清洁。
与被测量的轴的条件相比，该配置的检测器可以放置在较为便利的环境下，换言之，例如在树脂玻璃之后。
本发明的配置与系统控制器的布线只需要两个连接器，一个连接器用于辅助功率供应装置，并且一个连接器用于传递信号。
附图说明
现在将通过优选实施例并参考附图更加详细描述本发明，附图中：
图1表示本发明配置的总体视图；以及
图2表示获得的功率曲线的总体视图。
具体实施方式
图1表示本发明配置的构造的总体视图。在该配置中，传感器2放置在轴1的端部处。检测器3继而固定就位，其方式是它在轴以及轴外周表面的外部。传感器定位在例如滚动轴的端部的转动物体内，其方式是在物体转动时，传感器和检测器之间的距离随着物体的位置角度而变化。传感器2还可安装成使其读取检测器3。检测器经由传递信号的连接装置连接在系统控制器4上，并且系统控制器还经由信号连接装置连接在处理控制器或相应的高级系统上。
用于本发明的检测器和传感器是RFID(无线电频率识别)系统的一部分，并且通过检测器是有源的而且传递有关系统频率的查询的方式操作。传感器接收查询并且从查询中获得传递所需的能量，并且以预定方式在无线电路径上答复查询。在与物体识别相关的公知应用中，RFID传感器将其独特的识别编码传递到检测器以响应来自于检测器的查询。
按照本发明的方法，根据检测器和传感器之间的传递功率来确定转动运动。在本发明的方法和配置中，通过传感器传递的信息中并不都是所感兴趣的东西，而是检测器或传感器传递功率，从中按照本发明确定转动运动。
在本发明的方法的实施例中，检测器以规则时间间隔传递查询，并且检测器3的传递功率进行调节，使得传感器2刚好足以接收检测器的查询。在传感器答复查询时，下一个查询的传递功率减小预定量，例如3dB的步骤。如果没有从传感器接收到对于检测器查询的答复，传递功率继而增加预定量，例如1dB的步骤。在根据传感器的答复或未答复，通过减小和增加传递功率，以所述方式进行操作，获得周期传递查询的功率图表的周期正弦波曲线，并且该曲线的频率与转动物体的频率相对应，并且曲线因此指示物体的转动。
传递功率按照该实施例进行调节，以响应是否接收到对于检测器发出的查询的答复。所需传递功率的数量大致与距离的平方成正比。那么可以形成联系的最低传递功率在轴上的传感器最靠近检测器时最低。类似地，在检测器和传感器之间的距离最长时，那么可以形成联系的最低传递功率最高。
按照本发明方法的第二实施例，检测器3以规则时间间隔使用恒定功率传递查询。传感器2接收查询并且传递对于检测器3的答复。在此实施例中，通过检测器接收的功率被确定成检测并确定转动运动。以所述方式，在功率和距离之间存在平方律关系，由此通过检测器接收的功率随着检测器和传感器之间的距离由于转动运动改变而改变。通过测量接收功率，因此获得正弦波曲线，其中一个循环与转动物体的一次转动相对应。
在本发明配置的一个实施例中，控制器4以所述方式调节检测器3的传递功率，并且收集有关是否接收传递查询的答复的信息。系统控制器从收集的功率信息确定转动速度并且将其传递到较高的控制级。除了转动速度之外，还可以确定单独的导出量，例如角加速度、操作速度或者转动角度。所述导出量还可在系统控制器4限定，由此系统控制器将计算数值传递给较高级。
其中寻求最低可能的传递功率的系统和方法的实施例还可在平均相对电磁干扰下操作。该系统还不受污物影响，这是由于污物通常对于电磁辐射透明。清楚的是对于变化的情况需要留下某些调节空间，以便增加信号电平。
由于信号是数字的，判定电平总是归零的。查询和答复的推测在答复信号-噪音比例低于15dB时结束。传递到对应部件的功率高于所述比例至少6dB，即查询的信号-噪音比例至少是22dB。
根据获得的功率曲线计算转动速度或角速度，其方式是从功率曲线直接获得的转动角度通过流逝的转动时间来划分。换言之，在转动物体转动一圈时，例如从所使用的功率的最小值到下一个最小值来研究所获得的功率曲线的循环。此循环过程中所流逝的时间因此是一圈的时间，并且角速度可容易计算。除了整个转动，在物体转动半圈时，可以限定从最小传递功率的峰值到其最小值的时间。角度和速度测量的分辨率取决于查询频率、更新间隔以及功率分辨率。
本发明的第二实施例确定由检测器接收的功率的大小，并且该系统控制器以所述方式从所获得的功率曲线计算转动速度以及可能的导出量。按照本发明，系统控制器还可以计算转动速度，并且导出量以较高阶计算。
在使用本发明时，适当选择比特率、传递频率(即载体频率)以及查询频率，可以影响时间分辨率和所测量的最大速度。在任何情况下，与传统稀疏脉冲方法相比，本发明提供更好的角度分辨率。
按照本发明配置的实施例，两个传感器2、5定位在转动物体内。两个传感器的使用还使其可以找出转动物体的转动方向。这两个传感器的相对位置不需要准确限定。相对于转动轴来说，传感器之间的适当角度差别例如是大约60-90度。由于每个传感器只答复其本身的查询，可以确定转动方向。与每个传感器相关的功率曲线具有与传感器的相位角差别相对应的时间差。转动方向例如可以从正弦功率曲线的峰值的级别检测。这种配置和方法的实施例提供可以仅利用一个检测器的优点。
图2表示通过本发明获得的功率曲线12、15的总体视图。在使用两个传感器2、5的同时获得这些功率曲线。附图表示转动物体的转动方向使得提供功率曲线12的传感器在提供功率曲线15的传感器之前冲击最靠近检测器的点。图2的曲线不包括该配置和方法的离散的类型，而是该曲线形成为连续的实例。但是清楚的是本发明形成由离散点形成的曲线类型。通过本发明获得的这些功率曲线的离散点之间的时间间隔在使用恒定查询频率时恒定。
以上，参考特别是RFID系统的部件描述了本发明。但是，本发明还通过采用其它的相应技术来使用，其中查询的能量用于答复的传递。
可以通过本发明确定其转动的转动物体几乎是任意的。转动物体可以是其转动轴半径至少是大约5cm的卷筒、滚筒。
本领域普通技术人员将明白的是，随着技术进步，本发明的基本思想可以许多不同方式来利用。本发明及其实施例因此不局限于所述的实例，而是在权利要求的范围内变化。

Claims (10)

1.一种检测转动运动的方法，包括如下步骤：
将传感器(2)布置在转动物体(1)的转动轴端部处并离开转动轴一定距离；
将检测器(3)布置在转动物体的转动轴的端部外部，其方式是传感器和检测器之间的距离随着物体围绕其转动轴转动而变化；
将来自于检测器(3)的查询传递给传感器(2)；
通过传感器(2)接收查询，并且为了响应查询，将来自于传感器(2)的答复传递给检测器(3)；
确定用于信号传递的功率；以及
根据信号传递功率的变化来检测转动运动，其特征在于该方法还包括如下步骤：检测器以规则间隔传递查询，并且通过检测器(3)传递的查询的传递功率变化以响应通过传感器(2)传递的答复，其方式是如果从传感器接收答复，下一个查询的传递功率减小，并且如果没有从传感器接收答复，下一个查询的传递功率增加，在这种情况下被确定的功率是检测器的传递功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，响应从传感器接收答复而减小的传递功率大于响应未接收答复而增加的传递功率，最好是传递功率减小3dB的步骤，而增加1dB的步骤。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括根据确定的功率来确定转动物体的转动速度的步骤，同时确定的功率作为转动物体的位置角度的函数变化。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，转动物体具有布置其上的两个传感器(2、5)，并且使用相互不同的编码进行传感器的查询，由此检测器(3)布置成将查询交替地传递到传感器，以便确定用于信号传递的两个不同功率，并且从两个功率确定转动物体的转动方向。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，传感器是从由检测器传递的查询中接收能量的无源部件，并且传感器和检测器特别是RFID部件。
6.一种用于检测转动运动的配置，包括：
布置在转动物体(1)的转动轴端部处并离开转动轴一定距离的传感器(2)；
布置在转动物体的转动轴的端部外部的检测器(3)，其方式是传感器和检测器之间的距离随着物体围绕其转动轴转动而变化；
检测器(3)配置成将查询传递给传感器(2)；
传感器(2)配置成接收查询，并且为了响应查询，将答复传递给检测器(3)，并且该配置还包括：
确定用于信号传递的功率的装置；以及
根据信号传递功率的变化来检测转动运动的装置，其特征在于检测器(3)配置成以规则间隔传递查询，并且通过检测器(3)传递的查询的功率配置成可以调节，其方式是在检测器(3)接收答复时，下一个查询的传递功率减小，并且如果检测器(3)没有接收答复，下一个查询的传递功率增加，由此在这种配置中被使用的信号传递功率是检测器查询中所使用的功率。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，响应接收答复而减小检测器(3)的传递功率大于响应未接收答复而增加的传递功率，最好是传递功率减小3dB的步骤，而增加1dB的步骤。
8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，该配置还包括系统控制器(4)，系统控制器与检测器信号连接，并且配置成根据确定的功率来确定转动物体的转动速度，同时确定的功率作为转动物体的位置角度的函数变化。
9.如权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，两个传感器(2、5)配置在转动物体上，并且传感器相对于转动轴相互之间以一定角度定位，由此检测器布置成以独特识别编码将查询交替地传递到传感器，并且该配置确定用于信号传递的两个功率以便确定转动物体的转动方向。
10.如权利要求6-9任一项所述的装置，其特征在于，传感器(2、5)是从由检测器传递的查询中接收能量以便传递的无源部件，并且传感器和检测器特别是RFID部件。
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