CN101316780A

CN101316780A - 包括超宽带装置的电梯系统

Info

Publication number: CN101316780A
Application number: CNA2006800254478A
Authority: CN
Inventors: 兰多尔夫·W·胡夫
Original assignee: Thyssen Elevator Capital Corp
Current assignee: Thyssen Elevator Capital Corp
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2008-12-03
Also published as: BRPI0610811A2; WO2008013515A3; EP1915309A2; WO2008013515A2; KR20080027771A; JP2008540302A

Abstract

一种电梯系统包括超宽带(UWB)技术，以监视和控制电梯系统的特性和特征、感测电梯乘员及电梯用户输入。UWB传感器布置成为了从传感器到本地或远程处理器通信数据和命令的目的与电梯轿厢通信，以便分析。可选择地，UWB传感器用来把命令通信到电梯轿厢、轿厢驱动机构、轿厢控制系统、或其它目的地。在一个实施例中，UWB传感器可以布置成极接近电梯轿厢门，以检测在其之间的人和物的存在。占用率传感器可以定位在电梯轿厢的地板、天花板或墙壁中以感测轿厢占用率。UWB传感器还可以在极接近电梯呼叫按钮处实施，以跟踪接近电梯呼叫按钮或电梯触键的乘客。在另一个实施例中的UWB传感器可以用来检测和跟踪在电梯井内电梯轿厢的位置。

Description

包括超宽带装置的电梯系统

对于相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2005年5月13日的发明名称为ELEVATOR SYSTEM INCLUDING AN ULTRA WIDEBANDDEVICE的美国临时专利申请No.60/681,100的权益，其全部内容通过引用包括在这里。

背景技术

术语“超宽带”(UWB)是相对较新的术语，常常用来描述已经称作“载体自由”、“基带”、或“脉冲”技术的技术。基本概念是产生、发射及接收短持续时间射频(RF)能量突发，如持续时间为几十皮秒(10^-12秒)至几纳秒(10^-9秒)。这些突发代表RF载波的从一至几个循环。生成波形可以是宽带的，其非常大从而可能难以确定实际的RF中心频率--因而有术语“载体自由”。某些早期的信号产生方法利用宽带微波天线的“基带”(例如，非RF)、快速上升时间脉冲激励，以产生和辐射天线的有效“脉冲”或“阶跃”响应。一些UWB系统不再利用天线的直接脉冲激励，这是因为该手段可能呈现不能适当地控制发射带宽和视在中心频率的情况。

由于UWB波形典型地具有这样的相对较短的持续时间，所以它们可以提供某些相当独特的性质。在通信中，例如，UWB脉冲可以用来在多用户网络应用中提供高数据速率性能。对于雷达应用，这些相同脉冲可以提供非常精细的范围分辨率和精确距离和/或定位测量能力。比如，已经开发了包容通信、雷达及定位应用的多功能体系结构。

这些短持续时间波形可以相对地不受移动和建筑物内环境中所观察到的多路径抵消效果的影响。当例如来自墙壁、天花板、车辆、建筑物等的强反射与直接路径信号部分或全部异相地到达时，多路径抵消发生，引起在接收机中的减小的振幅响应。通过非常短的脉冲，在反射路径到达之前直接路径可能已经到来和离开，从而不发生消隐。作为结果，UWB系统可能特别良好地适于高速、移动无线应用。另外，因为短持续时间波形，用于多用户通信的包突发和时分多路访问(TDMA)协议可以容易地实施。

由于带宽与脉冲持续时间成相反关系，所以可以使这些波形的频谱范围十分大。生成能量密度(即，每单位带宽(赫兹)发射的功率(瓦特))可以十分低。这种低能量密度可以转换成低检测概率(LPD)RF讯号。LPD讯号对于军事用途(例如，对于机密通信和雷达)或其它应用特别有价值；然而，LPD讯号也可以产生对于邻近系统的微小干扰和微小RF健康危害，这对于军事、商业、及其它应用可能是显著的。

UWB技术的其它优点可以包括低系统复杂性和低成本。UWB系统可以借助于最小RF或微波电子器件制成几乎“全数字的”。因为UWB设计的典型的RF简单性，这些系统可以是高度频率适应的，使它们能够定位在RF频谱内的任何地方。这种特征可以避免对于现有服务的干扰，同时充分利用可得到频谱。

UWB接收机技术可以使得能够以高灵敏度并在高干扰和带内干扰物存在的情况下检测UWB能量的单一脉冲。单脉冲检测能力对于高速(多Mb/s)移动无线应用可能是便利的。单脉冲检测也可以使得发射功率能够显著减小，从而对于其它系统的干扰可能性的减小。UWB检测器也可以提供响应UWB脉冲的前沿的能力，对于建筑物内、高多路径环境能够实现用于精确定位和地理定位的应用。

UWB发射机设计可以提供频率适应、带宽适应体系结构。这些体系结构可以实现UWB系统的开发，该UWB系统能与现有频谱用户共存而没有相互干扰，并且使可靠的通信所要求的波峰和平均功率水平最小。然而，某些设计可以利用天线的直接脉冲激励，这可能导致不希望的、带外辐射的大量产生，该带外辐射可能导致有害干扰。

如下列出，但仅列出了UWB技术的几个典型应用：

战术手持和网络LPI/D无线电

非LOS LPI/D地波通信

LPI/D高度计/防障雷达

军事标签(设施和人员安全性、逻辑学)

军事侵入检测雷达

军事精度地理定位系统

无人空中车辆(UAV)和无人地面车辆

(UGV)数据链路

接近引信

LPI/D无线内部通信系统

高速(20+Mb/s)LAN/WAN

高度计/防障雷达(例如，商业飞行)

防撞传感器

商业标签(例如，智能运输系统、电子标志、智能器具)

商业侵入检测雷达

商业精度地理定位系统

工业RF监视系统

UWB技术的典型雷达应用包括但不限于如下：

在单一芯片上的超低功率短距离小型雷达(ASIC)，＜$10

“穿过墙壁”的人和物的雷达成像

用于汽车、空间交通工具对接及飞行器地面交通的防撞雷达

接近传感器-优于超声波、红外线、及多普勒的优点，如对干扰较不敏感、穿过诸如混凝土等的能力

监视传感器

高度计

液位传感器

UWB技术的典型智能标签跟踪装置应用包括但不限于如下：

商品清单跟踪RFID应用

室内3D定位系统

人员跟踪/定位器

传感器网络

UWB技术的典型通信应用包括但不限于如下：

自组织网状联网

穿过建筑物墙壁的无线通信

低截获/检测概率无线电通信

用于雷达和通信的双用途系统

高带宽-低成本数据通信

PAN-用高带宽短距离数字通信代替USB和蓝牙的个人局域网。

通过下面的讨论将显而易见，UWB可以提供如下性质：

比较困难检测到

不干扰其它系统

在建筑物内部环境中多路径的高度预防

材料穿透性质-混凝土、干燥墙壁等

材料辨别性质-UWB雷达不使用多普勒效应，波形由对象位置和密度改变

频率和带宽的适应性

用于通信的通用体系结构

雷达和定位(软件可重新定义)

低功率消耗，可使用2AA电池一年

通过最少RF元件的低成本和几乎“全数字”体系结构

应该注意，UWB是RF技术，并且如任何RF技术那样，在一定情形下具有与现有系统相干扰的可能性。此外，存在可产生UWB发射的几种途径。这些技术中的一些可能比其它更易于产生有害干扰影响。例如，利用天线的直接脉冲激励的UWB系统可以产生在比天线的设计带宽显著大的频谱范围上分布的能量。(对于设计带宽，人们可以选择VSWR带宽，例如对于其电压驻波比小于某一数值，如2∶1的频率范围；或代表频率范围的辐射带宽，在该频率范围上天线图案的主瓣保持在一定限制内，如离其波峰值-3dB。)

一些技术在从天线发射之前通过脉冲成形创建UWB波形。这些技术可以提供在频率和带宽方面都可控制的优点；并且可以被用来在诸如为GPS和生命系统的安全性保留的限制带之类的限制带外操作。

可能影响干扰可能性的UWB设计的其它方面包括脉冲占空比和调制策略。典型地，脉冲占空比越高，发射的能量平均量越大。在某些UWB方案中，在信息的每单个位可以发射多个脉冲。这可能产生进一步增加发射的能量总量、或强迫设计者对于给定平均能量接受低得多的数据速率的影响。另外，具有最小脉冲间颤动的高脉冲重复频率(PRF)可能具有把这种能量进一步集中到一组频谱线中的影响。当频谱线落入到灵敏的接收机(例如，GPS)的通带中时，即使波形的“带宽”可以在数百兆赫兹上延伸，干扰也可能生成。

在“基带”体系结构(即，依赖于天线的直接脉冲激励的那些)中，对应的接收机前端典型地保持敞开，使RF滤波仅由接收天线本身进行。天线本身可能几乎不或不提供对“带外”信号和噪声的滤波。为此，这些系统中的一些在接收机放大器/检测器级之前可以包括附加的低通或带通滤波。然而，尽管有助于除去干扰，但这种附加的接收滤波也可能从希望信号中除去能量。这样的“基带”系统也可能易于产生与其它接收机的干扰。

其中接收波形与发射波形的局部复制波形基本上模板匹配的“相关接收机”，也可能对于广带噪声或脉冲性干扰几乎没有影响。这可能归因于以下情况：宽带接收机前端的任何脉冲或白高斯噪声激励可能产生具有与发射波形的那些特性相似的特性的接收波形。强带内连续波(CW)干扰方仅通过使检测器过载就可能类似地产生对于这样的接收机体系构造的大破坏。

其中相关运算可以对于脉冲持续时间选通并且与进来的位流同步的时间选通相关接收机，在减小在UWB接收机体系构造中的带内干扰的影响方面可能十分有效。UWB检测器和接收机处理器可以利用这种处理或其变形，其中通过修改的恒定假警报率(CFAR)算法可以实现对于强带内CW干扰方的附加预放。在某些检测器中，匹配滤波器处理通过使用选通量子隧道装置的积分性质可以对RF直接实现。隧道二极管作为用于检测微弱能量，如亚纳秒信号的相对灵敏装置是已知的。

不像某些扩展频谱波形(不管是直接序列DSSS还是跳频FHSS)，直接产生某些UWB波形的扩展带宽，即，没有通过诸如PN代码或跳跃(修整)图案之类的分离扩展序列的个别位调制。因而，UWB基本上可以是时域概念，其中因为在时间f与频率F之间的傅里叶变换关系的时间比例性质，短RF脉冲直接产生宽瞬时带宽信号：

f (at) &DoubleLeftRightArrow; \frac{1}{| a |} F (\frac{ω}{a})

另外，DSSS或FHSS波形在本质上典型地是恒定包。就是说，它们的瞬时振幅可以不随时间变化。对于DSSS波形，各个发射位可以进一步细分成双相调制修整间隔；而对于FHSS，各个发射位可以进一步细分成独特的频率变化。作为结果，扩展频谱波形可以具有单位(100％)占空比，即，波峰和平均功率水平相等。另一方面，对于UWB，脉冲持续时间相对于脉冲到达间隔时间可能很短。因而，波形占空比可能典型地是小百分数，并且波峰与平均值比值可能很大。

从通信观点看，两种类型系统(无论是扩展频谱还是UWB)的性能都可以由每位的有效能量与噪声频谱密度比值Eb/No确定。因为No＝kTeB，其中k是玻尔兹曼常数，Te是有效系统噪声温度并且B是瞬时带宽，所以显然，带宽越宽，通信需要的能量越多。对于UWB系统，Eb＝PT，其中P是波峰脉冲功率并且T是有效脉冲持续时间。因而，脉冲越短，对于给定的位误差率(BER)性能的必要波峰功率越高。对于扩散频谱波形，Eb也由PT给定；其中T代表位持续时间(即，NTc，其中N是所谓的处理增益，并且Tc是修整持续时间)。可以表示的是，对于等效平均功率水平，扩展频谱和UWB都具有等效的BER性能。

然而，存在UWB优于扩展频谱的某些非常重要优点。这些优点可以包括但不限于，(a)对于相对较高带宽并且由此产生的高数据通过量的实施复杂性和成本的显著降低；(b)BER性能与数据速率变化的独立性--对于恒定包波形，数字速率的加倍要求波峰和平均功率的加倍；以及(c)对于移动多路径预防和双重用途(例如，雷达和通信)应用的实际可实现设计。

在雷达的情况下，将认识到，某些传统雷达系统典型地使用在微波频率范围中的成束和反射单一频率(窄带)电磁能量，以检测、定位、及跟踪对象。这样的传统系统可以以突发的形式送出连续波。某些传统雷达系统可以跨过多个(宽带)频率以得到关于现场的更多信息。UWB雷达系统(也称作微功率脉冲雷达)或其它UWB传感器系统可以使用包含在相对较宽频带上的能量的相对较短电磁脉冲，并且可以检测比某些传统雷达系统短的距离内的对象，由此提供更大分辨率。在某些UWB雷达系统中，随着脉冲缩短，频带变宽，由此提供关于反射对象的更多信息。UWB装置因而可以提供关于对象的位置和/或结构特征或其它特征的精确的、基于向量的信息。

另外，通过使用短脉冲(例如，在亚纳秒的量级上)，可以使用相对较小功率产生信号。就是说，可以构造系统，使得只有在系统脉动的短时间期间可以抽取电流，从而功率需求在微安的量级上。仅作为例子，可以提供以同一对AA电池操作几年的UWB雷达系统。

UWB雷达系统的元件可以包括带有脉冲发生器的发射机、带有脉冲检测器的接收机、计时电路、信号处理器、及天线。仅作为例子，UWB发射机可以以2百万每秒的标称速率发射快速、宽带雷达脉冲。这种速率可以由噪声电路有意地随机化。包括发射机的元件可以发送出上升时间短达50×10^-12秒(50皮秒)的短和尖电脉冲。可以使用脉冲检测器电路的接收机可被构造成使得它只接受来自在预置距离(往返延迟时间)如从几厘米至数十米内的物体的回波。

仅作为例子，UWB雷达系统可以提供在50米量级上的范围。借助于全向天线，UWB雷达系统可以寻找在该单元周围的可调节半径内的不可见雷达泡(bubble)中的回波。定向天线可以用来把脉冲瞄准特定方向并且把增益添加到信号上。发射机和接收机天线可以分离，以建立电子“跳闸线”，从而穿过线的目标、侵入者、或其它人或对象可以触发事件，如警报或其它信号。

就使用短的、低功率脉冲导致在UWB雷达返回波上测得较少能量来说，可以迅速发射多个脉冲，并且可以平均所有返回波。如以上叙述的那样，使用跨过宽频带的短脉冲可以提供较相对较高分辨率和精度。UWB雷达系统也可能对于来自其它雷达的干扰较不敏感。另外，与UWB雷达的脉动发射有关的微波功率可以相对较低(例如，平均数十微瓦)，从而UWB雷达是医学上安全的。当然，可以制造UWB雷达，使得它发射小于蜂窝电话的功率的百万分之一。

UWB运动传感器在捕获返回信号时可以采用距离选通技术。在这种技术下，UWB装置可以只对在每个发射脉冲之后的窄时间窗口中出现的那些信号取样，提供距离波门。如果在与空间中的距离相对应的每个发射脉冲之后选择延迟时间，则接收机“波门”可以在该延迟之后打开，并且在稍后立即关闭。这样的选通可以减小接收不希望信号的可能性。UWB接收机可以构造成使得它只测量每个发射脉冲的一个延迟时间或距离波门。传感器通过在固定距离处开始并且然后检测在该距离处的平均雷达反射率的任何变化而操作。系统可以构造成，只测量在短距离波门内(与从装置到目标的固定距离相对应)的返回脉冲。系统也可以构造成，基于脉冲的长度固定波门宽度(取样时间)，而延迟时间(距离)是可调节的，正如检测灵敏度也是可调节的那样。平均数千个脉冲可以改进对于单次测量的信噪比，借此减小噪声和增大灵敏度。对于平均信号选择的阈值可以感测运动，并且可以触发开关或事件，如警报或信号。平均取样波门输出的变化可以代表在具体距离处雷达反射率的变化，并由此代表运动的变化。当然，运动也可以用UWB系统跟踪。

如以前讨论的那样，噪声源可以被有意添加到UWB雷达系统的计时电路上，从而在脉冲之间的时间量在2MHz左右变化。出于若干原因，可能希望脉冲重复速率的这种随机化、以及对在这些随机时间处的数千个样本的平均。首先，来自无线电和/或电视台谐波的干扰相反可能触发虚假警报。借助于随机化，干扰可以有效地平均到零。第二，如果每个单元的操作被随机编码并且是独特的，则多个UWB单元可以在一个附近区域被启动而不彼此干扰。换句话说，每个单元可以创建仅可由起源单元识别的图案。通过时分多路复用也可以减小或防止在UWB传感器阵列中的干扰。第三，随机化可以扩展传感器的发射频谱，使得UWB信号类似于其它传感器可能难以检测的背景噪声。来自UWB传感器的发射通过仅3m远的传统RF接收机和天线实际上可能是无法检测的。随机化脉冲重复的其它优点对于本领域的技术人员是显而易见的。

UWB传感器装置可以循环通过几个距离波门。延迟时间可以随着每个脉冲缓慢地扫过或变化(例如，每秒扫过约40次)，以通过雷达信息的连续踪迹有效地填充检测泡。换句话说，在不同时间或离装置的不同距离处可以获取样本。结果可能是可能与对象距离相关的所有返回脉冲的“等效时间”记录。等效时间回波图案可以显示在示波器上或读入计算机中。

等效时间取样也可以用来通过移动在目标区域前面的测距仪或通过使用测距仪的静止阵列形成图像。竖直轨迹可以作为来自沿目标区域的不同位置的返回信号提供。进入目标区域中的多个独立的竖直视图可以并排堆叠，允许在模型中目标区域的横截面的重建。图像重建算法可以用来解出在目标区域中对象的位置。使用这样的技术，可以呈现目标区域的全3D视图或模型。仅作为例子，通过提供埋在混凝土内的钢筋、导管等等的视图，这些技术可以用来检查混凝土地板。

UWB系统也可能能够穿透或“看穿”各种材料，包括但不限于橡胶、玻璃、水、冰、泥、混凝土、塑料、木材、墙壁、人体组织等等。这样一种穿透能力可以使得UWB装置容易隐藏。穿透给定材料的UWB信号的穿透能力可以是材料的导电率的函数。比如，UWB装置穿透厚金属比它穿透混凝土可能具有更大困难。

UWB技术的另外优点可以包括操作的清晰定义和可调节范围和/或可调节灵敏度，这可以减少虚假读取或警报。几个单元可以同时操作而没有在单元之间的干扰。借助于随机化发射，UWB装置可以很难检测到。UWB装置也可以构造成对于其它装置，包括其它UWB装置和非UWB装置，不产生干扰影响。作为传感器技术，UWB可以提供运动检测或近似、距离测量、微波图像形成、通信、或各种其它应用。UWB传感器当与其它传感器技术相比较时，可以对由温度、光、天气、电磁干扰、或其它环境条件产生的不利影响较不敏感。

UWB信号也可以沿导线或其它固体导管发送。比如，通过沿金属丝发送UWB信号以测量从测深尺的顶部向下到液面的反射电磁脉冲的通过时间，可以提供“电子测深尺”。

对于UWB装置的典型使用(用来打开和关闭水龙头的非接触开关)公开在美国专利申请公开No.2002/0171056中，其全部内容通过引用包括在这里。

典型UWB装置是由Austin，Texas的Freescale Semiconductor，Inc.提供的XS110。Freescale的XS110超宽带(UWB)方案可以提供实施直接序列超宽带(DS-UWB)和IEEE

802.15.3介质访问控制(MAC)协议的完全无线连接。芯片组可以输送支持诸如流视频、流音频、及在较低功率消耗水平下的高速率数据传输之类的应用的大于110Mbps的数据传输速率。除高数据速率之外，XS110可以支持用于移动无线连接的对等以及自组织联网。XS110包括把低噪声放大器(LNA)与RF接收机集成的RF前端和收发机芯片，该低噪声放大器具有高增益(20dB)和低增益(0dB)设置和5.6dB的高增益噪声系数，该RF接收机通过基于晶体管的脉冲创建UWB信号，形成在基带速度下操作的网络。XS110还包括把UWB基带和模数转换器(ADC)功能与多个前向误差校正(FEC)选项、快速获得及灵活跟踪相结合的基带处理器芯片。XS110还包括支撑以出现的基于TDMA的IEEE 802.15.3协议为基础的流介质应用的单芯片介质访问控制器。另外，XS110具有是在普通FR4电路板材料的单金属层上蚀刻的1″×1″平面设计的天线。XS110的其它特征包括如下：29，57，86和114Mbps的数据速率；支持IEEE 802.15.3流介质协议；能够实现线状高清晰度视频应用；750mW～3.3V功率消耗；与IEEE 802.11b/a/g、蓝牙(Bluetooth^TM)技术、全球定位系统(GPS)及基于全美国的无线系统共存；使用低成本的0.18μm CMOS和SiGe技术建造。

UWB技术的另一种典型应用包括UWB定位器。定位器也可以被策略性地放置，形成指示标的无线网络。定位器也可以用来在各种情形下寻找人，包括：在燃烧建筑物中的消防员、处于困境中的警员、在滑雪斜坡上的受伤滑雪者、在遥远区域中受伤的徒步旅行者、或在商场或游乐园等中丢失的儿童等。把定位器与诸如电视、烤箱、灯等之类的家电相组合能够实现智能家庭，其中智能家庭通过获知各居民的位置和关于这些居民各个到家时间的定位启动正确的设备。普通住宅控制功能可以自动化，如当户主够到门把手时打开的无钥匙锁、或当个人接近房间时按个人的轮廓调节光、温度、及音乐声音水平的房间。定位器也可以用来寻找个人物品，如人们的宠物、汽车、钱包、行李等等。定位器可以给出实时存货跟踪，如通过放置在零售物品上或其中。与系统链接的定位器可以给出关于采购模式和库存水平的更新信息。不像某些RFID存货系统，定位器可以创建虚拟边界，使得一个容器中的容纳物可与附近容器中的容纳物区别开。

定位器是用于普遍存在的移动互联网装置的无线“细粒”联网的实现技术。下一代互联网可以通过假借日常事物用计算机控制服务工具充满客户家庭和业务。其工作可以是解释和响应客户的需要，并且以最小妨碍的方式进行。它们可以使用贯穿环境分布的传感器和操纵装置以直接和直观方式调解人类与互联网的相互作用。为了实现普遍存在和可移动性，这些“智能事物”可以是无线的，并且能够确定精确的相对定位位置。

在电梯系统中的超宽带装置

UWB技术为电梯系统领域中的革新提供了若干机会。具体地说，并且仅作为例子，UWB技术可以用在如下电梯系统应用中：门边缘检测系统；占用率传感器系统；霍尔传感器或人员跟踪系统；无触摸夹具或按钮；及汽车定位系统。然而，将认识到，在如下例子的任一个或全部中，基于多普勒的装置可以用作对于UWB装置的替代物、补充物、和/或变形。

在电梯系统中UWB装置的一般使用

尽管下面的几个例子涉及在电梯系统中用于电梯系统、电梯乘员、及电梯用户输入的检测特性和特征的目的的UWB装置的使用，但将认识到，UWB装置可以用来服务于在电梯系统中的各种其它目的和功能。仅作为例子，电梯系统为了通信数据、命令等的目的可以采用UWB。比如，UWB为了分析和/或记录的目的可以用来把数据从传感器通信到本地或远程处理器。UWB为了响应命令和/或记录的目的可以用来把命令从用户输入装置通信到本地或远程处理器。UWB也可以用来把命令从本地或远程系统通信到电梯轿厢、轿厢驱动机构、轿厢控制系统、或其它目的地。通过UWB的发射源和/或通过UWB的发射接收器可以在电梯轿厢中、在电梯轿厢上、在电梯轿厢外、或在任何其它位置处。另外，源和/或接收器可以是UWB装置、非UWB装置、或任何其它类型的装置，包括其组合。如果希望，则电梯系统可以包括多个UWB中继器以创建通信网络。这样的中继器可以是专用中继器，或者可以是服务于其它目的的装置的一部分。在一个实施例中，多个UWB中继器定位在电梯井内。为了在电梯系统的环境中的通信目的可以使用UWB其它方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。

将认识到，UWB装置，包括UWB通信装置或网络，对于穿透拥有相对较高的导电率的材料的信号可能遇到困难。仅作为例子，在UWB传感器放置在电梯轿厢的金属壁外，并且传感器构造成检测或测量在电梯轿厢内的东西的场合，从传感器发送或回到传感器的信号可能受金属壁的不利影响。在这样的影响需要消除或者相反是有害的场合，通过在不利地影响UWB信号的通过的材料中提供“窗口”可以消除影响。比如，并且不是限制，开口可以形成在与传感器相邻的电梯轿厢壁中。开口可以保持打开，或者用诸如塑料或另一种材料的材料填充。当然，在这个例子中，这样的开口不必完全延伸通到电梯轿厢的内部。如果靠近传感器的轿厢内壁包括木材，则信号可以穿过木材而不遇到显著不利影响。传感器因而可以对轿厢的乘员保持隐蔽。其中可以包括“窗口”以消除关于具有相对较高的导电率的材料遇到的任何不利影响的其它方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。

在UWB装置的某些电梯系统应用中，可能希望监视比单一UWB装置用于监视或能够满意地监视的区域大的区域。在这样的情况下，UWB装置可以是可运动的，如通过把装置安装到导轨或用来移动UWB装置的其它装置上。可选择地，可以提供UWB装置的阵列。在使用UWB装置的阵列的场合，距离选通可以减小阵列中的装置彼此相干扰的可能性。作为另一个选择例，可以调谐或重新配置UWB装置以监视整个区域。将认识到，这样的调谐可以是动态的，如在周期性、随机、或人工基础上。控制一个UWB装置或多个UWB装置的监视区域的其它方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。

还将认识到，在讨论单一UWB装置或传感器的使用的如下例子的任一个中，可以使用多于一个的UWB装置或传感器。相应地，如这里使用的那样，诸如“UWB传感器”、“UWB装置”及其变形之类的术语应该阅读成包括复数。另外，诸如“UWB传感器”、“UWB装置”、“UWB雷达”等之类的术语应该可互换地阅读。这些相同术语应该阅读成包括与UWB装置耦接或通信的装置、处理器、系统、及其它结构。

门边缘检测器

在一个实施例中，UWB传感器用作用于一个或多个电梯门的门边缘检测器。

当门正在关闭时，一些传统电梯轿厢采用执行器机构来检测在电梯门之间人和物的存在。这样的执行器对于站在电梯门之间的人，因为有执行机构的元件与人相接触，因此可能提供不希望的结果。相应地，可能希望提供一种检测器，该检测器是可用于检测在电梯门之间的人或物的存在，而不需要与被检测物的物理接触。

在本例子中，UWB传感器用来检测在电梯门之间的人和物、或靠近电梯门边缘的人或物、或在向门开口的方向矢量上行进的人和物的存在。在这个实施例中，UWB传感器把指示这样的人和物的存在的信号(例如，“红光”信号)通信给逻辑电路，该逻辑电路构造成响应于该信号而防止门关闭。当在门之间已不再有人或物时，UWB装置停止发送信号，并且逻辑电路使门完全关闭。在又一个实施例中，UWB传感器仅当在门之间或在门边缘附近没有人或物时，才通信特定的信号(例如，“绿光”信号)。在这个实施例中，UWB传感器与逻辑电路通信，该逻辑电路构造成仅当它接收到这个信号时才关闭门。这个实施例可以区分开例如走过电梯门开口的人与走向电梯开口的人。物体大小和材料的检测、或任何其它考虑可能有助于判断是否重新打开关闭的门或在打开状态下等待更长时间段。这样的考虑可以可选择地或另外影响其它判断。采用用于门边缘检测的UWB装置的其它变化对于本领域的技术人员将是显而易见的。

占用率传感器

在一个实施例中，占用率传感器包括使用体积负载称重的UWB装置。某些传统负载称重装置测量空轿厢的重量相对于在轿厢内载有乘客和物体的轿厢的重量的差。已经看到，在使用这样的装置的某些系统中，在已经到达最大负载重量之前，轿厢可能体积载满。例如，携带几个大箱子的人可能充满轿厢的空间，而没有达到电梯轿厢的最大携带重量。在建造电梯轿厢的内部空间映像图或模型时，UWB雷达可以用来收集由体积负载称重处理器使用的3-D信息。UWB雷达的使用可以克服使用照相机和机器视觉处理以确定体积容量的某些缺点。某些传统机器视觉系统采用多种技术，以试图克服影响在照相机上看到的图像的变化环境问题。UWB对于某些变量，如变化的反射率、低光、软光、硬光、在地板上的碎屑、由于地板的潮湿或打蜡而变化的反射率、由于潮湿或灰尘引起的透镜的障碍、或其它变量，可能较不敏感。

在另一个实施例中，UWB装置用来检测在电梯轿厢中的乘员的数量。UWB装置和/或与UWB装置通信的装置可以用来计数和/或跟踪在电梯轿厢中的乘员的数量。在大厅呼叫要求电梯服务于安全楼层(secured floor)的情况下，UWB装置可以保证空轿厢输送到安全楼层，由此避免把没有安全清空的人员送到安全楼层。

在一个实施例中，一个或多个UWB传感器定位在电梯轿厢的地板下方。传感器构造成通过穿过地板检测例如脚、轮椅的轮子、或乘员存在的其它标记检测乘员的存在。传感器或与传感器通信的装置，可以包括构造成在任何适当基础或基准上区分乘员存在的标记和非乘员物体(例如，袋、箱、等等)的逻辑电路或算法。这样的基准可以包括但不必限于大小、形状、材料的类型、密度、导电率、或被检测物体的任何其它性质或特征，包括其组合。

在又一个实施例中，一个或多个UWB传感器定位在电梯轿厢的天花板中或其上方。在这个实施例中，传感器构造成通过检测例如乘员的头部来检测乘员的存在。另外，或作为选择例，UWB传感器可以放置在电梯轿厢的壁上，壁内或壁外以检测乘员存在。当然，UWB传感器可以定位在电梯轿厢上，其中、或其周围的任何一个适当位置或多个位置以检测乘员存在。

在再一个实施例中，一个或多个UWB传感器构造成通过检测或测量乘员的生物测量值而检测乘员存在。比如，UWB传感器可以构造成检测人的心跳。传感器可以构造成把感测到的心跳数据转换成乘员数量。作为另一个例子，UWB传感器可以构造成检测呼吸。传感器可以构造成把感测到的呼吸数据转换成乘员数量。为了检测、测量、和/或监视乘员存在，UWB传感器可用来检测的其它生物测量特征和现象对于本领域的技术人员将是显而易见的。

在另一个实施例中，占用率传感器包括在电梯轿厢门中、门上或其邻近定位的UWB装置。在这个实施例中，UWB装置检测进入和离开轿厢的人。仅作为例子，这样的装置可以包括定位在门的一侧处的UWB发射机、和定位在门另一侧处的UWB接收机。UWB装置因而可以包括“跳闸线”类型的构造。UWB装置可以用来或构造成测量作为进入和离开轿厢的人的函数的占用率的其它方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。

将认识到，以上占用率传感器实施例中的任一个，包括其变形，可以与其它传感器一道使用。比如，基于UWB的占用率传感器可以与传统重量传感器一道使用。可以使用其它组合。

如果希望，则UWB传感器可提供轿厢容纳物的2D映像图或3D模型。当然，在希望这样的建模或再现的场合，通过成像程序可以处理从UWB传感器得到的数据以产生有意义图像。得到和/或使用至少n部分用UWB传感器得到的占用率数据的适当方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。

霍尔传感器或人员跟踪

在一个实施例中，霍尔传感器或人员跟踪装置包括UWB装置，该UWB装置包括接近传感器。霍尔传感器或人员跟踪装置构造成沿着方向矢量计数人员。

仅作为例子，UWB装置或系统可以构造成，电梯系统“知道”谁正在接近电梯。系统可以命令电梯轿厢以追溯个人，并且在个人登上轿厢之前轿厢可以知道个人想到哪层楼。个人因而可以被带到他们的目的地，而不必触摸任何按钮或相反发出任何命令。比如，系统可以参考数据库，基于辨别个人的数据，指示接近的个人工作的楼层，并且向电梯轿厢发出命令以把个人带到该楼层。系统基于UWB定位器的存在或与个人有关的其它装置(例如，在由个人携带的卡上、等等)可以识别个人(即，检测个人的身份)。可选择地，可以在任何其它基础上、或通过任何其它手段识别个人。系统通过检测定位器可以检测在电梯外个人的存在。可选择地，系统可以通过使用UWB运动传感器检测在电梯外个人的存在。在电梯外或别处可以检测个人存在和/或身份的其它方式对于本领域的技术人员将是显而易见的，如可以使用通过这样的检测得到的数据的方式那样。

当然，在包括UWB装置的电梯系统构造成自动把乘客带到假定目的地的场合，每个轿厢仍然可以具有按钮或其它装置以允许撤销假定的目的地命令，如当乘员希望到他们一般不去的楼层时。

就在电梯系统中使用定位器而论，这样的定位器可以用来防止或允许乘员在特定楼层离开电梯。比如，在特定楼层具有限制访问的场合，定位器可以包括指示给定乘员授权访问该楼层的数据。在电梯系统的情况下UWB技术的定位器或其它表现可以用作安全装置的其它方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。

在另一个实施例中，UWB传感器检测在走廊中个人或接近电梯的个人的存在。响应这样一种检测，电梯系统发送轿厢以在对应楼层处追溯个人。就轿厢已经定位在楼层而论，电梯系统可以为要进入轿厢的个人打开门。当然，这些实施例可进行多种变化。

在另一个实施例中，UWB传感器通过检测在按压或另外致动/启动门厅按钮后面的人数可以用来帮助分派。如果相对于等待一个致动/启动门厅按钮的人群一个人正在等待，则分配器可以不同地把呼叫分配给轿厢。

在另一个实施例中，多个电梯包含诸如VIP服务之类的安全门厅呼叫。由初级人员输入的安全门厅呼叫可以由UWB传感器帮助，该UWB传感器可以帮助防止通过次级人员的安全呼叫的“搭载”。门厅传感器可以看是否一个正在等待安全呼叫，然后可以在轿厢为安全呼叫载入时进行观察。如果次级人员在初级人员后进行呼叫，则UWB传感器可以发送使安全呼叫无效的信号。

当然，这些实施例可进行多种变化。

无触摸夹具或按钮

本领域的技术人员将认识到，可能希望的是，提供可以由用户操作的夹具或按钮，而不需要用户物理地触摸夹具或按钮。仅作为例子，这样的触摸可能是不希望的，其中担心从按钮获取病毒或细菌。在一个实施例中，无触摸夹具或按钮包括构造成检测对象的方向矢量和大小的UWB装置。

UWB雷达可以检测对象的方向矢量和大小，并且在担心病毒传播的医院和公共空间或别处是有用的。材料识别或其它技术可以降低虚假对象的检测。小型全数字UWB雷达可以嵌在电梯推压按钮内部。诸如上/下按钮之类的多个按钮可以借助于密切接近的分离UWB雷达操作。通过改变波束特性，按钮的雷达可直接缩小地聚焦到直接在其按钮前面的锥。低成本和低功率要求可以使这种技术特别适于电梯应用。某些传统的无触摸开关和按钮已经使用与来自光、热、水滴、灰尘、及其它源的干扰作斗争的技术。UWB对于这些类型的干扰可能是不受影响的。UWB通信的添加也可以用作对于电梯井内或位于别处的无线收发机的按钮的通信装置。一些现有无线发射机不能穿透建筑墙壁材料，并且要求布线以到达电梯的电梯井内。作为雷达和通信装置的UWB的双重用途可以把按钮装置减小成在相同硅上的组合接近传感器和无线通信装置。UWB定位器可以与UWB雷达按钮一道使用，以当个人的手接近按钮时辨别个人并且解锁个人应该具有访问权限的锁定的安全楼层的楼层按钮。在无触摸夹具或按钮应用中可以实施的UWB技术的其它方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。

利用分离的发射机和接收机的UWB装置通过同时发射和接收脉冲并且寻找反射可以用来检测对象，如手指。来自诸如手指之类的对象的反射图案可以被存储，并且迅速与进来信号相比较。

在另一个实施例中，四个UWB装置定位在按钮的面板的四个角处，并且处理器用来调整四个信号并建造在面板前面的对象的图像映像或模型。多个图像可以用来确定方向矢量和对待致动的按钮的选择。

使用UWB技术的无触摸夹具或按钮的其它实施例在这里包括的附图中示出。

在无触摸夹具或按钮应用中可以实施的UWB技术的其它方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。

轿厢位置

可能希望的是，检测和/或跟踪电梯轿厢的位置。仅作为例子，这样的位置检测在停止处使轿厢与停止平台平齐、或对于各种其它目的可能是有用的。用来检测电梯轿厢的位置的某些技术公开在美国专利No.6,651,028中，其全部内容通过引用包括在这里。存在UWB技术可以用来提供这样的检测和/或跟踪的各种方式。这样的基于UWB的系统可以提供优于在美国专利No.6,651,028中公开的系统的若干优点。

在一个实施例中，一个或多个UWB传感器可以提供在轿厢上或轿厢内以检测轿厢位置。在这个实施例中，由传感器参考在墙壁、天花板、及/或电梯井的地板上或其中的一个或多个基准点的位置可以确定轿厢位置。在另一个实施例中，UWB装置包括高度表，并且检测作为高度的函数的轿厢位置。在又一个实施例中，UWB装置参考电梯井的底部检测轿厢位置。在再一个实施例中，UWB装置参考电梯井的顶部检测轿厢位置。除在轿厢中或其上具有UWB装置以检测轿厢位置之外或作为选择例，UWB装置可以提供在电梯井中以检测轿厢位置。这样的一个装置或多个装置可以定位在井的顶部处、在底部处、及/或在井的墙壁上。适当变化对于本领域的技术人员将是显而易见的。

还将认识到，构造成检测轿厢位置的任何UWB装置也可以用来检测轿厢速度和其它性质。

结论

已经示出和描述了本发明的各种实施例和概念，这里描述的方法和系统的进一步改变可由本领域的技术人员通过适当修改实现，而不脱离本发明的范围。已经提到几种这样的潜在选择例、修改、及变化，并且其它根据前述教导对于本领域的技术人员也将是显而易见的。

Claims

1.一种用于电梯的占用率传感器系统，包括：

电梯轿厢；和

一个或多个UWB传感器，定位成与所述电梯轿厢的内部通信，所述一个或多个UWB传感器的至少一个适于通过感测和测量在所述电梯轿厢内的乘员的生物测量值检测乘员的存在。