CN101495394A - 用于确定竖直位置的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在执行具有竖直位移分量的定位任务的过程中确定物体的竖直间距的装置和方法。所述目的，即提供在执行具有竖直位移分量的定位任务的过程中确定物体的竖直间距的装置和方法，所述装置和方法或利用它们可以以很小的装置耗费在发生断电后很简单地实现竖直距离的确定，这个目的通过用于确定竖直间距的装置以这种方式得到解决，即，在第一物体(1)上设置至少一个第一压力传感器(4)，在第二物体(2)上设置至少一个第二压力传感器(5)，还设有评估装置，其中在执行定位的过程中物体(1，2)相对彼此的竖直位置发生变化，并且物体(1，2)的位置之间的竖直位移分量能够通过此评估部件从第一和第二压力传感器(4，5)所测量的压力值的差确定。

Description

用于确定竖直位置的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于在执行具有竖直位移分量的定位任务期间确定物体的竖直间距的装置和方法。

背景技术

具有竖直位移分量的典型定位任务例如是对电梯井道内的电梯厢进行定位。电梯通常需要被定位在几乎毫米的精度内，以便不会在与各楼层地板的过渡处产生任何的入口棱角或者台阶。电梯的控制装置特别需要识别电梯位于哪一楼层上，以根据电梯使用者的控制指令对电梯进行控制。迄今已经使用不同的系统来确定所述位置。因此，在各楼层处使用二进制位置传感器是已知的，该位置传感器仅仅给电梯发出信号，指出电梯已经到达一楼层并可以开始其减速行程。这些传感器具有这样的缺点，即特别是在电力发生故障的情况下不能精确地确定电梯的位置并且需要长的参考行程。还已知在电梯厢上设置编码符号和评估这些编码符号的光电装置对。这虽然在断电时仅需要相对较短的参考行程，但是在电梯井道中应用编码标记的花费相对巨大。最后，还已知使用旋转编码器，旋转编码器结合齿带在驱动装置的位置的帮助下识别电梯的绝对位置。然而，用于确定物体的竖直间距的这种装置的安装耗费、空间要求和成本都很高。同样的情况也适用于通过信号线和超声脉冲来确定电梯厢位置的普通装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于，提供用于在执行具有竖直位移分量的定位任务期间确定物体的竖直间距的装置和方法，该装置和方法，或者通过该装置和方法，可以在设备花费很低的情况下，很容易地确定竖直间距，即使是在电力发生故障后。

根据本发明的第一种教导，所述的目的是通过一种以下类型的装置实现的，其中，在第一物体上设置至少第一压力传感器，在第二物体上设置至少第二压力传感器，还设有评估部件，其中在执行定位期间所述物体相对彼此的竖直位置发生变化，并且所述物体的位置之间的竖直位移分量可通过所述评估部件从第一和第二压力传感器所测量的压力值的差来确定。

通常，用压力传感器测量气压，从而两个压力传感器之间的竖直间距及物体相对于彼此的间距可以从所测量的气压值的差通过气压高度公式加以确定。通过形成压差，特别是由天气引起的气压波动的影响被抑制了，从而使精确确定间距变成可能。此外，两个压力传感器通常受到一样的温度漂移，因此，通过形成压差，温度漂移的影响也消除了。原则上，还可以设想压力传感器测量其他不同的压力，例如，如果物体的定位发生在水下，也可以测量水柱的压力。与用于测量竖直位置的已知装置，例如电梯厢的控制装置相比，在根据本发明的装置中，断电不会引起电梯厢竖直位置的丧失。更确切地说，电力一发生故障，电梯厢的竖直位置马上可以用本发明的装置精确地确定，因为即使是在电力发生故障后，压力差也是保持不变的。特别地，通过本发明的装置还可以可靠地识别出物体的竖直间距极其缓慢地发生的变化，例如，电梯厢高度的缓慢下落。根据本发明的装置还因为其极小的空间需求和安装费用而脱颖而出，因为其只需要安装压力传感器和评估部件。

根据本发明的第一种实施方式，在第一和/或第二压力传感器上设有测量温度的部件。由于该措施，气压测量可以直接通过所述测量温度的部件校正，因此提高了精度。

一种用于确定物体的竖直间距的特别简单的装置可以这样实现，即在静止物体上设置第一压力传感器。在相对于第一物体可动地布置的第二物体上设置第二压力传感器。例如，第一压力传感器可以固定地设置在电梯的控制装置中，第二压力传感器可以装配到电梯厢中，从而电梯厢相对于第一压力传感器的竖直位置可以通过评估部件来确定。第二压力传感器优选设置在电梯厢内部，以减小因空气流入和流出电梯井道而引起的压力波动，例如因电梯厢的运动引起的压力波动。

为了提高用于确定竖直位置的压差测量的精度，优选采用电容式硅压力传感器。这些传感器通常被构造成CMOS(互补金属氧化物半导体)部件，其特别是能够测量非常小的压差。优选地，用于测量温度的部件优选一体形成到电容式硅压力传感器中。

根据下一种有利的实施方式，如果设有至少一个另外的位置传感器，该传感器的位置信号被评估部件另外用来确定物体相对于彼此的竖直间距，就可以进一步提高本发明的装置在确定间距时的精度及其动态性。

优选地，至少一个二进制位置传感器，至少一个加速度传感器，至少一个增量编码器和/或至少一个光学位移测量传感器设置作为另外的传感器。如果位置传感器的位置是严格地预先确定的，那么二进制位置传感器例如可以用来校正压力测量值。这使得例如装配有二进制位置传感器的电梯通过加装压力传感器得到改进，使得电梯即使是在断电后也可以在相当短的时间内再次使用，并且避免了缓慢的参考行程。加速度传感器也可以通过二重积分从一个物体的运动的加速度信号计算出位移长度，并因此能以更高的动态性对物体的运动做出反应。这同样也适用于增量编码器或者光学位移测量传感器。光学位移测量传感器能够直接确定位移或者通过测量速度间接地确定位移。

优选地，评估部件允许执行自我监测，从而装置能够例如在压差值偏离另外的传感器的值的情况下产生状态信号或者例如干扰信号。自我监测的结果也可以用来例如启动对压力传感器的测量值进行校正。

还可以设想提供允许装置的冗余运行的部件，其中这些部件将间距确定从使用压力传感器的压差测量切换到另外的传感器，反之亦然。

根据本发明的第二种教导，上述公开的目的可以通过将根据本发明的用在电梯、起重机或者高层货架系统中执行定位任务期间确定物体的竖直间距的装置来实现。如上面已经描述的，就在电梯、起重机、货架或者搬运系统中的应用而言，根据本发明的装置特别提供在发生断电时具有明显的好处，即通过压差测量确定绝对竖直间距，而不需要缓慢的参考定位。例如，已经陈述过，在电梯中，可以在电梯厢中设置第一压力传感器，在电梯的控制装置中位置固定地设置第二压力传感器，从而可以通过压差测量确定电梯厢相对于电梯控制装置上的压力传感器的绝对位置。这同样适用于起重机，特别是起重机吊钩或者其铲斗。货架和搬运系统常常具有用于定位的类似电梯的部件，并需要实现类似的定位任务，从而使用本发明的装置也是有利的。不仅在所提及的技术领域，而且在需要进行具有竖直位移分量的定位任务的其它领域，根据本发明的装置确保了，在电力发生故障的情况下用很少的设备耗费就能确定物体的竖直间距。同时，空间要求和安装费用也非常低。

根据本发明的第三种教导，上述公开的目的通过这种方法实现，即在第一物体和第二物体上各设一压力传感器，并且由评估部件通过压差测量确定两个位置之间的竖直间距。如所陈述的，利用根据本发明的方法，在电力发生故障的情形下，物体相对于彼此的竖直间距可以以可靠的方式非常容易地加以确定。

另外，为了提高根据本发明确定竖直间距的精度和动态性，还使用至少一个二进制位置传感器、至少一个加速度传感器、至少一个增量编码器和/或光学位移测量传感器的测量信号来校正间距测量。所提到的用于确定竖直位置的传统传感器通常在竖直间距测量上具有较高的动态性和更好的精度。然而，只有结合压差测量，这些传感器测量才能实现极其方便、节约空间地并且在断电时可靠地确定物体的竖直间距，因为由于压差测量，物体相对彼此的位置在断电后也是已知的。

测量可靠性的进一步提高是根据本发明的方法的另一种实施方式实现的，其中，评估部件使用另外的测量信号执行传感器和/或整个装置的自我监测，以确定物体的竖直间距。该自我监测可以周期性地和/或基于另外的测量信号发生。

目前具有很多种可能性来提高和构造根据本发明的装置和根据本发明的方法。为此，一方面参照权利要求1和8的从属权利要求，另一方面参照结合附图的实施方式的描述。附图以示例性视图示出了根据本发明的用于确定物体(例如电梯)的竖直间距的装置的一种实施方式。

附图说明

图1示出了其中容纳有电梯厢2的电梯井道1。

具体实施方式

图1示出了其中容纳有电梯厢2的电梯井道1，电梯厢的竖直位置由驱动装置3来改变。为了确定电梯厢2在电梯井道1中的竖直位置，现在例如在电梯井道的天花板上设置第一压力传感器4，在电梯厢中设置第二压力传感器5。压力传感器4、5的压力测量值通过评估部件进行相减，该评估部件在图中没有示出。通过压力差，从第一压力传感器4的竖直位置和布置在电梯厢2中的压力传感器5的竖直位置之间的气压差的气压关系可以确定间距。所述压力传感器通常被设计成CMOS部件，并且在竖直位置确定中的分辨率可达8cm。在图1所示的实施方式中，一方面设置二进制位置传感器6，另一方面设置光学位移测量传感器7来提高电梯厢定位的精度。电梯厢一到达二进制位置传感器6的水平，该传感器就发出控制信号。所述二进制位置传感器可以由光电装置对或由其它近似传感器来实现。

在使用图中未示出的评估部件的情况下，二进制位置传感器6的信号和特别是光学位移测量传感器7的信号可以被用来执行自我监测，以提高压差测量的测量可靠性。通过在用于确定间距的信号之间进行切换来实现冗余。

在发生断电的情况下，电梯厢2在电梯井道1内的位置可很容易地被快速确定，因为例如距电梯井道1的天花板的间距可以很容易地通过压力传感器4和5之间的测量差来确定。由于电力发生故障后的位置信息，电梯厢能够通过驱动装置3控制，直到下一个位置传感器6被启动来参考定位电梯的精确位置。从这个意义上讲，电梯的持续较长时间的参考行程就必要了。在这里，为了简便起见，在本实施方式中所示的第一压力传感器4的位置仅仅显示出在电梯的井道1中。通常说来，这个位置不是最理想的，因为在电梯井道1中由于空气流进流出会发生压力波动。因此，压力传感器4优选设置在靠近电梯控制装置且不会受到压力波动影响的位置处。

如果没有二进制位置传感器6，电梯厢2的精确位置也可以用光学位移测量传感器7来确定，该传感器测量电梯厢相对于电梯井道壁的运动。光学位移测量传感器7能够在压差测量的基础上提高确定电梯厢2的竖直位置的精度和动态性，光学位移测量传感器例如测量电梯厢2相对于电梯导轨的运动，电梯的导轨在图中并未示出。为此，可以用导轨上应用的标记和/或导轨表面本身的特征来确定位移长度。然而，测量动态性的提高和间距确定的精度的提高还可以通过例如图中未示出的设置在电梯驱动装置3中的增量编码器，结合由两个压力传感器4、5之间的压差测量确定的间距来实现。

Claims (10)

1.一种用于在执行具有竖直位移分量的定位任务期间确定物体的竖直间距的装置，在第一物体(1)上设置至少第一压力传感器(4)，在第二物体(2)上设置至少第二压力传感器(5)，这两个压力传感器(4，5)测量环境压力，特别是气压或者水压，还设有评估部件，在执行定位期间，所述物体(1，2)相对彼此的竖直位置发生变化，并且所述物体(1，2)的位置之间的竖直位移分量能通过所述评估部件从第一压力传感器(4)和第二压力传感器(5)所测量的压力值的差确定，其特征在于，设有至少一个另外的位置传感器(6，7)，所述位置传感器的测量信号被所述评估部件另外用来确定所述物体相对彼此的竖直间距。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述第一压力传感器(4)和/或第二压力传感器(5)上设有用于测量温度的部件。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一压力传感器(4)设置在静止的物体(1)上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，设有电容式硅压力传感器(4，5)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，设有至少一个二进制位置传感器(6)、至少一个加速度传感器，至少一个增量编码器和/或至少一个光学位移测量传感器(7)作为另外的传感器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述评估部件允许执行自我监测。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置在电梯、起重机、货架系统或搬运系统中的应用。

8.一种用于在执行具有竖直位移分量的定位任务期间确定物体的竖直间距的方法，特别是使用根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，在第一物体和第二物体上各设置一压力传感器，这两个压力传感器测量环境压力，特别是气压或者水压，由评估部件通过压差测量来获得两个位置之间的竖直间距，并且所述评估部件使用至少一个另外的位置传感器的测量信号来确定所述物体相对于彼此的竖直间距。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，另外使用至少一个二进制位置传感器、至少一个加速度传感器、至少一个增量编码器和/或至少一个光学位移测量传感器的至少一个测量信号校正所述间距的确定。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述评估部件使用所述的另外的测量信号执行所述传感器和/或整个装置的自我监测以确定物体的竖直间距。

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