CN102016602B - 相对于旋转轴线的距离变化的检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检测围绕轴线旋转的对象上的至少一个点相对于该轴线的距离变化的方法，该方法利用位于相对于所述轴线(41)静止的位置处且能够针对附接至所述对象的至少一个谐振电路(2)发射射频场的终端(1)。所述方法包括步骤：在所述终端侧测量和记录代表所述终端的振荡电路与所述至少一个谐振电路之间的耦合的参量的最大值；以及检测所述周期性最大值的变化。

Description

相对于旋转轴线的距离变化的检测

技术领域

本发明一般涉及使用应答器的系统，该应答器为能够以非接触式或者无线的方式与终端通信的(通常是可移动的)应答器。

更具体而言，本发明涉及使用应答器用于检测围绕轴线旋转的对象上的点相对于该轴线的距离变化的系统(对于圆形对象为半径的长度变化)。下面会在轮胎中压力故障的检测的背景下更加具体地描述本发明。

背景技术

越来越多的轮胎配备有压力传感器，以检测不良充气且提醒驾驶员、检测保养服务等。

应答器系统的出现已使得能够避免轮胎的轮毂与车辆之间的有线连接。压力传感器于是与能够将信息传送至车辆(例如轮轴、挡泥板内侧等)所支撑的终端的应答器结合。应答器通常为有源应答器，即与为其提供其操作所需功率的电池(通常为可充电的电池)结合。传感器-应答器元件可以由轮毂或者由实际的轮胎支撑。

可以有其它类型的传感器与轮胎中的应答器结合。例如可以有磨损传感器。

与轮胎结合的元件包括：关于特定的所检测的参量(压力、轮胎厚度、温度)的传感器，转换成电信号的电路以及用于将信息传送至终端的应答器。此外，为检测若干不同性质的参量(例如，压力和磨损)，需要两个传感器或者甚至两个完整的元件。

由于成本明显，压力传感器通常由具有更长寿命的轮毂支撑。对于机动车辆，这导致在临时更换轮毂(例如，对于备用车轮或者安装在其它轮毂上的雪地轮胎)的情况下无法确保压力检测功能。

发明内容

期望具有用于检测轮胎压力故障的元件，相比有源应答器和压力传感器的结合，该元件更简单或者更便宜。

也期望具有用于检测轮胎的潜在问题的通用元件。

也期望具有独立于轮胎轮毂的解决方案。

也期望使用应答器的其他功能，例如用于轮胎识别的功能。

更通常地，可能也期望具有用于检测围绕轴线旋转的对象上的点相对于该轴线的距离变化的元件。

为实现所有或者部分这些目的以及其它目的，本发明的至少一个实施例提供用于检测围绕轴线旋转的对象上的至少一个点相对于该轴线的距离变化的方法，该方法利用位于相对于该轴线的固定位置处且能够针对附接至该对象的至少一个谐振电路发射射频场的终端，该方法包括：在终端侧测量和记录代表终端的振荡电路与所述至少一个谐振电路之间的耦合的参量的最大值；以及检测该周期性最大值的变化。

根据本发明的实施例，谐振电路为能够将识别标记传送至终端的应答器的元件。

根据本发明的实施例，在对象的初始状态下在终端侧测量和记录所述参量的参考值。

根据本发明的实施例，在不存在对象的情况下在终端侧测量和记录所述参量的空载值，基于该空载值与测量值的商相对于该空载值与参考值的商的变化执行所述检测。

根据本发明的实施例，调整终端的振荡电路的串联电阻，使得参考值对应于终端与谐振电路之间的最佳耦合位置。

根据本发明的实施例，选择串联电阻的值，使得空载值与参考值之间的比大致等于2。

根据本发明的实施例，所述参量为关于振荡电路中的电流或者关于其两端的电压的数据。

根据本发明的实施例，对象为安装在轮轴上的车轮的轮胎，且谐振电路在相对于轮胎胎面的固定位置上附接至该轮胎。

本发明的至少一个实施例也提供检测围绕轴线旋转的对象上的至少一个点相对于该轴线的距离的系统，该系统利用位于相对于该轴线的固定位置处且能够朝向附接至对象的谐振电路发射射频场的终端，该系统用于实现上述方法。

根据本发明的实施例，该系统还包括：用于检测旋转对象的停止或者启动的装置，和/或用于检测旋转对象的停止位置的装置，和/或用于测量旋转对象的速度的装置。

附图说明

在下文中的结合附图的具体实施例的非限制性描述中将详细地讨论本发明的上述目的、特征以及优点。

图1为车辆车轮的侧视图，示出用于检测轮胎缺陷的系统的实施例；

图2为图1所示车轮的轴向截面图；

图3非常示意性地示出可用在图1所示系统中的终端-应答器对的示例；

图4为图3所示终端的简化的框图；

图5为图3所示终端的简化的框图；

图6示出根据标准化耦合的应答器的谐振电路两端的电压的变化。

图7为在终端侧的调节电路的实施例的局部视图；

图8为示出终端的初始化阶段的实施例的流程图；

图9为示出用于检测压力缺陷的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

在不同的附图中，为相同的元件指定相同的参考标记。为了清楚，仅示出和描述有助于理解本发明的那些步骤和元件。特别地，未详细描述在应答器与终端之间的通信中可能的数据交换，本发明与任何普通通信兼容。

图1为车辆4的车轮8的非常简化的侧视图，示出用于检测轮胎缺陷的系统的实施例。

图2为在图1所示车轮的轴线位置处的竖直截面图。

车轮8包括安装在车辆4的轮轴41上的轮毂81以及安装在轮毂上的轮胎83。包括至少一个谐振电路的电子元件2与轮胎83的胎面831结合。在更高级的实施例中，元件2为电子标签(TAG)或者电磁应答器。

车辆装备有射频传输终端1，且对于更高级的实施例，该终端1与应答器通信。终端1由车辆的面对轮胎胎面831的支架(armature)支撑，例如如图所示，由连接至轮轴41且隐藏在车体的挡泥板44的内侧的支架43支撑。该特征在图1和图2中由将轮轴41连接至终端1的臂或者支撑部43的虚线示出。作为一变型，对于飞机类型的交通工具，终端可由着陆齿轮连杆的端部支撑。终端1例如经由线缆连接5或者由射频连接而被连接至数据处理系统，例如车辆的嵌入式计算机46。终端可经由嵌入式计算机46由车辆的电池供电。优选地，所有车轮配备有元件2且与终端1结合。

元件2例如附接至胎面831的内表面，如图所示，或嵌入在胎面中。使用置于胎面的内表面上的元件使得可以不需要改变轮胎83的制造或者使得能够装备现有的轮胎。作为一变型，元件2置于轮胎内侧(例如在轮毂81上)，位于使得元件2对于轮胎每转动一圈时经过终端1前面(或者至少在其范围内)的位置。

终端1和元件2相对定位成使得轮胎厚度的变化(由于磨损、过度充气或者放气引起)转化为元件2与终端1的间隔距离的改变。相对于对应正确充气的未磨损轮胎的参考距离的该距离改变于是由能够触发警报或者任何其它合适动作的终端检测出。

下面将更加具体地述及应答器，但是与终端的通信除外，该操作与由简单的谐振电路形成的元件2相同。

图3非常示意性地示出图1和图2所示的终端-应答器系统的实施例。

终端1包括由电感器L1与电容器C1、电阻器R1串联形成的串联振荡电路。该串联振荡电路由设备11控制，该设备11包括但不限于放大器或者天线耦合器以及特别是设有调制器/解调器并设有控制和数据处理电路(通常为微处理器)的传输控制和运行电路。设备11通常与不同的输入/输出电路(与车辆的嵌入式计算机46交互的元件)和/或处理电路(未示出)通信。

能够与终端1协作的元件2包括振荡电路，该振荡电路例如是并联的，由两个端子22和23之间并联的电感器L2与电容器C2形成。在简化的实施例中，该元件限于可以与电阻器(未示出)结合的这两个元件。在所示的实施例中，该元件是能够例如通过传递标识符或者其它数据而响应来自终端的询问的应答器。端子22和23于是为控制和处理电路21的输入端子。应答器2也可以包括能够为其不同的元件供电的电池24。

实际中，端子22和23连接至整流元件(未在图3中示出)的输入，该整流单元的输出形成应答器内部的电路的电源端子。这些电路通常包括存储器和用于将数据传送至终端的调制解。根据应答器类型(根据应用以及要执行的任务)，这些电路也可包括可从终端接收的信号的解调器、微处理器以及各种其它处理电路。

终端和应答器的振荡电路通常被调谐至与终端的震荡电路的激励信号的频率对应的相同频率。该高频信号(例如，13.56MHz)不仅用作用于将数据从终端传送至应答器的载波，而且用作用于位于终端的场中的应答器的远程供电载波。当应答器2在终端1的场中时，在应答器的谐振电路的端子21和23之间产生高频电压。该电压用于提供应答器的电子电路21的供电电压。该电压也可用于为电池或者应答器的其它功率储存元件24充电，当应答器不在终端的范围内时，电池或者应答器的其它功率储存元件24为电路供电。

已经提出了执行对与应答器和终端之间的耦合有关的参量的测量以估算应答器与终端分隔的距离。在美国专利6,473,028(B4231)中描述了通过应答器估计距离的技术的示例。在美国专利6,650,226(B4262)中描述了通过终端估计距离的技术的示例。这样的距离估计通常用于优化功率输送或者两个元件之间的通信。

图4示出终端1的实施例的框图。如上文所示，终端1包括由电感器或者天线L1与电容元件C1、电阻元件R1串联形成的振荡电路。在图4所示的示例中，这些元件连接在放大器或者天线耦合器14的输出端12与参考电压(通常为地)处的端子13之间。用于测量振荡电路中的电流的元件15例如插入在电容元件C1与地13之间。测量元件15属于将在下文中描述的相位调节回路。放大器14接收源自调制器16(MOD)的高频传输信号E，该调制器例如从石英振荡器(未示出)接收参考频率(信号OSC)。若需要，调制器16接收待传送的数据的信号Tx，且在与终端之间没有数据传输的情况下，提供能够驱动应答器的谐振电路的高频载波(例如，13.56MHz)。电容元件C1为可由信号CTRL控制的可变电容元件。相对于参考信号执行天线L1中的电流的相位调节。该调节为高频信号调节，即，在不存在待传送的数据的情况下对与信号E对应的载波信号的调节。通过改变终端的振荡电路的电容C1执行该调节，以保持天线中的电流与参考信号的恒定相位关系。该参考信号例如对应于由振荡器提供至调制器的信号OSC。信号CTRL由电路17(COMP)产生，该电路17具有检测相对于参考信号的相位差的功能和相应地改变元件C1的电容的功能。通过测量元件15，相位测量例如通过测量振荡电路中的电流I执行。在所示的示例中，变流器包括：在元件C1与地端子13之间的初级绕组151，以及次级绕组152，次级绕组152具有直接接地的第一端子且其另一端子提供表示测量结果的信号MES。电流至电压转换电阻器153与次级绕组152并联连接。测量结果MES被发送至比较器17，该比较器17借助于信号CTRL相应地控制电容元件C1。

在图4所示的实施例中，比较器17使用与用于解调源自应答器且可能由振荡电路接收的信号的相位解调器相同的相位解调器(未示出)。相应地，比较器17提供信号Rx，向由框18表示的终端的电子电路的其余部分回馈从应答器接收的数据的可能逆向调制(retromodualtion)。

相位调节回路的响应时间被选择为足够长，以避免干扰源自应答器的可能的逆向调制，而与应答器穿过终端的场的速度相比足够短。可提到的是相对于调制频率(例如，远程供电载波的频率13.56MHz以及用于将数据从应答器传送至终端的逆向调制频率847.5kHz)的静态调节。

作为图4所示的变流器的变型，可使用其它电流测量元件(例如，电阻器)。

在文献EP-A-0 857 981中描述了相位调节终端的示例。

图5示出应答器2的实施例。整流元件25(例如全波整流桥)被连接在振荡电路(并联的电感器或者天线L2与电容元件C2)的端子22与端子23之间。桥25的整流后的输出由平滑电容元件C₂₅连接且为电路26(ALIM)提供电压V₂₅用于管理应答器电源。电路26为用框27表示的其它应答器电路提供其操作所需的功率。在图3中，元件25、C₂₅、26和27包括框21内。在图5中，认为应答器仅在被远程供电(没有电池)时操作。电路27对谐振电路的端子22与端子23之间的数据进行采样，以在整流之前解调从终端接收的可能数据。若应答器需要将数据传送至终端，则电路27包括能够调制由应答器在终端所产生的场上形成的负载的所谓的逆向调制电容和/或电阻元件。在终端侧，该负载变化转化为其震荡电路的电流或者电压的改变(假设放大器或者天线耦合器能够提供恒定的电流)。由变流器(15，图4)或者其他测量元件测量的电流或者电压(例如，测量电容元件C1两端的电压)的该变化使得终端能够对从应答器接收的数据解码。在重要的仅为应答器检测的简化形式中，可以省略解调和逆向调制电路。

在终端侧调节相位，使得能够利用在终端振荡电路中的电流和电压测量，以当应答器在终端的场中时得出与应答器(或者简化实施例中的简单谐振电路)的耦合相关的信息。

与耦合相关的数据反应两个元件之间的距离变化。这使得能够检测轮胎厚度的变化，以及由此检测充气或者磨损问题。充气问题与磨损问题之间的区分可以通过考虑厚度变化所用的时间由计算机系统(终端或者嵌入式计算机)执行。

这些数据特别地将应答器与终端之间的耦合、也就是终端1的振荡电路与元件2的振荡电路之间的耦合系数考虑在内。该耦合系数实质上取决于应答器与终端间隔的距离。应答器的振荡电路与终端的振荡电路之间的称为k的耦合系数在0至1的范围内。该系数可以由下述公式定义：

$k=\frac{M}{\sqrt{L1L2}}$

其中，M表示终端的和应答器的振荡电路的电感器L1与L2之间的互感。

与可由与应答器成不同操作配置的终端测量的电参量有关的不同关系用于周期性地确定应答器与终端之间的距离变化。更具体而言，对于每圈(或者每n圈)检测应答器与终端之间的最小距离变化。

在终端侧可用的数据为在终端的串联振荡电路中的电流I。该电流通过下述关系与驱动振荡电路的所谓发电机电压(称为Vg)以及振荡电路的表观阻抗Z1_app有关：

$I=\frac{\mathrm{Vg}}{{Z1}_{\mathrm{app}}}$

依靠参考值调节振荡电路的相位，这允许进入终端的场中的应答器的距离变化仅转化为该振荡电路的阻抗的实部的改变。事实上，所有会关于调制频率而静态地通过由应答器形成的负载而改变虚部的变化都由相位调节回路补偿。因此确保了在静态操作中阻抗Z1_app的虚部为零。因此，阻抗Z1_app变成等于表观电阻R1_app，且可以表达为：

${Z1}_{\mathrm{app}}={R1}_{\mathrm{app}}=R1+a^2\·\frac{L2}{R2\·C2}$

其中： $a^2=\frac{k^2\·{\mathrm{\ω}}^2\·L1\·L2}{{X2}^2+{\left(\frac{L2}{R2\·C2}\right)}^2}$

其中，ω表示信号脉冲，X2表示应答器的振荡电路的阻抗的虚部(X2＝ωL2-1/ωC2)，且R2表示由应答器元件在其自身振荡电路上形成的(通过电阻器R2并联建模的电路21的元件对电感器L2和电容器C2形成的)负载。换句话说，电阻器R2表示与电容器C2和电感器L2并联的所有应答器电路(微处理器、逆向调制装置等)的等效电阻。在上述公式3中，忽略了添加至另外两项的电感器L1的串联电阻。也可以认为，该串联电阻的值通过简化而包括在电阻器R1的值中。

通过合并公式2、3和4，电流I可以如下表示：

$I=\frac{\mathrm{Vg}}{R1+k^2\·\frac{{\mathrm{\ω}}^2\·L1\·{L2}^2}{{Z2}^2\·R2\·C2}}$

其中： ${Z2}^2={X2}^2+{\left(\frac{L2}{R2\·C2}\right)}^2$

其中Z2表示应答器的阻抗。

此外，在应答器侧，可以写成：

$Z2\·I2=M\·\mathrm{\ω}\·I=k\·\sqrt{L1\·L2}\·\mathrm{\ω}\·I$

其中I2表示在应答器的振荡电路中的电流。由此：

$I2=\frac{k\·\sqrt{L1\·L2}\·\mathrm{\ω}\·I}{Z2}$

与公式4和6合并的公式8可以化简为下述表达：

I2＝a.I.                                (公式9)

在应答器的电容器C2两端恢复的电压V_C2由下述关系给出：

$V_{C2}=\frac{I2}{\mathrm{\ω}\·C2}=\frac{a\·I}{\mathrm{\ω}\·C2}$

作为第一近似，可以通过合并公式5和6写出下述公式，其中阻抗Z2的虚部X2在第一阶接近于0(电路被调谐)：

$I=\frac{\mathrm{Vg}}{R1+k^2\·\frac{L1}{L2}\·R2}$

且可以在相同条件下通过下述公式计算恢复的电压V_C2：

$V_{C2}=k\·\sqrt{\frac{L1}{L2}}\·\frac{\mathrm{Vg}}{\frac{R1}{R1}+k^2\·\frac{L1}{L2}}$

在能够于终端侧容易执行的电参量测量中，提出使用空载值和在参考耦合位置上的值。

空载值表示当在终端的场中不存在应答器时的电流和电压。在该空载操作中，终端的振荡电路的表观阻抗(称为Z1_off-load)现在仅取决于其R1、L1和C1分量。此外，由于相位调节的原因，该阻抗的虚部一直为零，因此可以写为：

$I_{\mathrm{off}-\mathrm{load}}=\frac{\mathrm{Vg}}{R1}$

对于应答器与终端之间的给定距离，建立参考耦合(称为k_ref)。该参考条件例如对应于在给出的情况下(例如当轮胎是新的且理想充气时)系统的校准或者初始化。该条件对应于应答器与终端之间的最小距离处的参考耦合。

在认为是参考耦合位置(理想充气的轮胎)的位置上，可以测量终端的振荡电路中的电流I_ref且由终端存储。

在一实施例中，振荡电路的电阻器R1是固定的。在该情况下，相对于在空载值与在初始化中记录的参考耦合下的值之间的比的耦合变化被检测出。参考耦合值是任意的且可根据轮胎不同而不同。具体而言，该实施例更适用于元件2是简单谐振电路(具有固定阻抗)的情况。

在另一实施例中，终端的振荡电路的串联电阻R1能够在正常条件(正确充气的轮胎)下优化耦合。在图4中通过框30(可控制的R1)示出该功能。这样的实施例例如使得能够使终端易于适应不同的应答器，从而适应不同的轮胎。这使得在应答器在终端的振荡电路上形成的负载方面而言应答器的各个结构更加灵活。于是电阻器R1被用于以电的方式设置终端，以将耦合系统置于所谓的最佳耦合位置上。该位置对应于从终端至应答器传输最大功率的位置。这样的实施例也使得在应答器必须与终端交换数据的情况下能够优化从终端至应答器的功率传输。

最佳耦合被定义为在应答器两端恢复的电压V_C2是最大的位置。该最佳耦合(称为k_opt)可以被表达为：

$k_{\mathrm{opt}}=\sqrt{\frac{L2\·R1}{L1\·R2}}$

通过下述公式给出最佳耦合处的参考电压V_C2opt：

$V_{{C2}_{\mathrm{opt}}}=\sqrt{\frac{R2}{R1}}\·\frac{\mathrm{Vg}}{2}$

可以根据由最佳耦合而标准化的耦合(k/k_opt)重写电流I和恢复电压V_C2的公式12和13。一直假设阻抗Z2的虚部X2接近0，获得下述公式：

$V_{C2}=2\·V_{C{2}_{\mathrm{opt}}}\·\frac{\frac{k}{k_{\mathrm{opt}}}}{1+{\left(\frac{k}{k_{\mathrm{opt}}}\right)}^2}$

以及

$I=\frac{I_{\mathrm{off}-\mathrm{load}}}{1+{\left(\frac{k}{k_{\mathrm{opt}}}\right)}^2}$

因此可以得到：

${\left(\frac{k}{k_{\mathrm{opt}}}\right)}^2=\frac{I_{\mathrm{off}-\mathrm{load}}}{I}-1$

此外，终端的电阻器R1两端的电压V_R1的值由下述公式给出：

$V_{R1}=\frac{V_g}{1+{\left(\frac{k}{k_{\mathrm{opt}}}\right)}^2}$

在最佳耦合处，即当k＝k_opt时，为：

$I_{\mathrm{opt}}=\frac{I_{\mathrm{off}-\mathrm{load}}}{2}=\frac{\mathrm{Vg}}{2\·R1},$ 以及 $V_{R1\left(\mathrm{opt}\right)}=\frac{\mathrm{Vg}}{2}.$

终端的振荡电路两端的电压由下述公式给出：

$V_{R1}=\frac{V_g}{1+{\left(\frac{k}{k_{\mathrm{opt}}}\right)}^2}$

且在最佳耦合位置上也达到值Vg/2。

关于最佳的参考耦合的数据可在训练阶段中用于得出相对于当前位置的、应答器的最佳耦合点K_opt的位置。这两个耦合系数之间的比是空载电流(I_off-load)和参考耦合处(I_ref)的电流的函数。

图6示出根据标准化的耦合k/k_opt在应答器侧恢复的电压V_C2的形状的示例。

曲线从关于零耦合的坐标轴原点(零电压)开始。这对应应答器与终端之间的、使得应答器未接收到信号的距离。对于最佳耦合系数k_opt(k/k_opt＝1)，电压V_C2达到最大值V_C2opt，然后下降至在耦合1时达到的中间值C_C2(1)。

对应零耦合的位置对应于终端的空载位置，且因此对应于空载电流(I_off-load)。在该位置上，电压V_R1等于空载值Vg。

在最佳耦合位置(k＝k_opt)，电流I_opt＝I_off-load/2且电压V_R1opt＝Vg/2。

在等于1的耦合位置k上，电流对应于

且电压V_R1等于

该位置是理论位置，因为耦合系数k＝1在实际中不可实现。

在参考位置上，可以得到下述公式：

$I_{\mathrm{k\; ref}}=\frac{I_{\mathrm{off}-\mathrm{load}}}{1+{\left(\frac{k_{\mathrm{ref}}}{k_{\mathrm{opt}}}\right)}^2}$

以及 $V_{{R1}_{k_{\mathrm{ref}}}}=\frac{\mathrm{Vg}}{1+{\left(\frac{k_{\mathrm{ref}}}{k_{\mathrm{opt}}}\right)}^2}$

因此，在训练阶段对电流I_ref或者电压V_R1kref的测量足以相对于最佳耦合k_opt确定参考耦合k_ref。这使得能够调整电阻R1的值，使得参考耦合对应于最佳耦合或者至少接近最佳耦合。

I_ref小于I_off-load/2的情况(其中V_R1ref小于Vg/2)对应于耦合大于最佳耦合的位置。

I_ref大于I_off-load/2的情况(其中V_R1ref大于Vg/2)对应于耦合小于最佳耦合的位置。

在上述两种情况中，应答器基本无法受益于可能的电压最大值V_C2opt，因为值V_C2ref小于值V_C2opt。

于是提出改变终端的串联电阻(R1)的值，使得参考耦合点对应于最佳耦合，从而受益于最大可恢复电压V_C2opt。

为此，在参考耦合处，例如在轮胎是冷的且正确充气以及车轮处在使得应答器与终端之间的距离最小的位置上时，测量电流I的值，即，电阻R1为初始值(称为R1₀)时的I_ref0。因为终端会预先已测量和存储空载值I_off-load，所以可以确定电阻R1的值是否必定改变。

若比值I_off-load/I_ref0大于2(k_ref/k_opt0＞1)，其中k_opt0表示在值R1₀时的最佳耦合，则终端-应答器系统的最佳耦合对应于距离终端比应答器被置于其上且具有电阻R1₀时更远的位置。

若比值I_off-load/I_ref0小于2(k_ref/k_opt0＜1)，则最佳耦合k_opt对应于物理上不可获得的具有电阻值R1₀的理论值。

然而，在以上两种情况下，仍可能改变电阻R1的值，使得其新的值(称为R1₁)具有与参考耦合k_ref的值一致的系统最佳耦合k_opt，以受益于对于应答器可恢复的最大电压V_C2opt。因此，通过改变串联电阻R1的值调整系统的初始最佳耦合的值，使其对应于应答器的参考耦合，即，在对于正确充气的轮胎的最小距离位置上。这意味着从值R1₀至值R1₁，使得电流I的值达到I_off-load/2，即对应于临界最佳耦合。

公式20使得可以写成：

对于值

其中

以及

对于值

(因为根据定义，R1₁使得能够达到最大耦合，这意味着I_off-load/I_ref0＝2)，其中

其中I_ref1和K_opt1分别表示关于电阻器R1的值R1₁的参考电流I_ref和最佳耦合k_opt。

上述等式系统推出：

${\left(\frac{k}{k_{\mathrm{opt}1}}\right)}^2=\frac{{R1}_0}{{R1}_1}\·{\left(\frac{k}{k_{\mathrm{opt}0}}\right)}^2$

以及： ${R1}_1={R1}_0\·(\frac{I_{\mathrm{off}-\mathrm{load}}}{I_{\mathrm{ref}0}}-1)$

因此，通过在值k_ref小于值k_opt时降低电阻器R1的值或者通过在值k_ref大于值k_opt使提高电阻器R1的值，从而设置电阻器R1的值，使得在参考位置上电流I的值达到I_off-load/2，即对应于临界最佳耦合。电阻R1的值也可以被设置为基于电阻器R1两端的电压V_R1测量以达到最佳耦合。在该情况下，电阻R1的值被设置为使得振荡电路两端的电压V_R1(或者电压V_L1C1)在最佳耦合处达到值Vg/2。

图7示出可开关的电阻器的电路的示例，可用于实现电阻选择(电阻器R31)，以在最佳耦合处初始化系统。在该示例中，电阻器R1_1ref与开关K_31min并联以及与n个电阻器R1_1i支路(i在1至n的范围内)并联。每个电阻器R1_1i与可控制的开关K_31i串联。这些开关根据所实现的测量由电路38进行控制。处于接通位置的开关K_31min使得电阻R1等于电阻32。当所有开关K_31i断开时，元件31的电阻为R1_ref。其它位置提供中间值。

图8为电阻选择方法的实施例的流程图。该流程图示出利用对电流的测量的情况，但容易转换成利用对电阻器R1两端的电压的测量。总是为表示终端的振荡电路中的电流的数据。

假设终端预先在空载状态下被初始化，且假设已存储值I_off-load(或者任何相应的数据)。这样的初始化可在制造中实现，但优选在现场(每次将轮胎就位时)实现，以考虑到与终端的环境有关的可能干扰。

由测量振荡电路中的电流的值(框51，I)开始。该值与空载值比较(框52，I＝I_off-load？)。在相等的情况下(框52的Y输出)，这意味着在场中没有应答器，返回到框51的入口。否则(框52的N输出)，认为应答器在最小距离处(在参考位置上)，在电阻值R1₀时测量出参考电流I_ref0(框53，I_ref0)。然后，空载电流与电阻R1₀时的电流之间比与常数2比较(框54，I_off-load/I_ref0＝2？)。这也就是将所测量的电流与作为空载电流的函数的值(I_off-load/2)比较。在相等的情况下(框54的Y输出)，不改变电阻R1，且以电阻R1₀验证参考，以及存储相应的电流或者其与空载电流的比(框55，ref＝ref0)。否则(框54的N输出)，从值R1₀和预先建立的比值计算电阻值R1₁(框56，＝R1₀((I_off-load/I_ref0)-1))，以及从网络31中选择最接近的值。作为一变型，调整可变电阻器。换句话说，根据第一值(R1₀)、根据所测量的数据(I_ref0)以及根据常数(I_off-load/2)选择给予电阻R1的值。然后(框57，R1＝R1₁)，振荡电路的电阻值(例如借助于图7所示的网络31)被设置为尽可能地接近所计算的值R1₁。然后，以值R1₁验证参考(框55’，ref＝ref1)，以及存储该电流的相应值和/或其与空载电流的比。在框55和55’的出口处，初始化结束(框58，结束初始化)。

图9为用于检测错误充气的方法的实施例的简化流程图。

在训练阶段中，在组装轮胎之前测量且存储空载电流(框61，I_off-load)。例如，装配工验证来自嵌入式计算机或者来自终端的、指示需要记录测量值以及需要将其作为空载测量值的控制信号。

然后，车轮与处于认为是最佳充气状态下的以及在参考位置上的轮胎组装在一起(元件2最接近终端)。该参考位置例如由轮胎上的标记指示(若所述轮胎预先装配有元件2)或者由装配工在组装时确定。

然后，开始对应于记录所述参考值的初始化阶段(框62，初始化)。对于具有可调节的电阻R1的终端，该阶段例如对应于图8所示的步骤51至58。对于简化的终端，该阶段包括记录所述参考电流或者空载电流与该参考电流的比的值。

然后，系统已准备好操作。对终端的振荡电路中电流I的测量(框63，I_curr)优选是永久的(在对于数字值的采样内)，且终端或者嵌入式计算机确定车轮每转一圈时的最大值。为此，系统仅考虑电流I的峰值。

系统计算比值Ratio_curr＝I_off-load/I_curr(框64)。

每个比Ratio_curr在任何时间或者周期性地与在参考值时存储的比值Ratio_ref＝I_off-load/I_ref比较(框65)。

解析(框66，解析)如下所述：

-若比值Ratio_curr小于参考比值Ratio_ref，这表示轮胎已相对于终端离开，因此为压力下降或者磨损。根据比值Ratio_curr的减小速度，可以区分压力下降(甚至是慢的)与磨损，磨损的变化更慢。由系统的校准确定磨损与压力下降之间的阀值(优选在其设计时)。

-若比值Ratio_curr大于参考比值Ratio_ref，相反地，这表示轮胎中的压力升高。于是可以通过设置阀值检测可能的过热。

在已调整所述参考以对应于最佳耦合的情况下，可以将比较降至比较当前比值Ratio_curr与2。

现在可以在没有任何压力传感器或者橡胶厚度测量的情况下检测压力缺陷(超压或者压力不足)和/或磨损。

也可以以简化的元件2实现这样的系统，不要求与终端通信。

然而，该系统与应答器类型的更高级版本的元件2兼容。

以上已描述了不同的实施例。可以设想不同的变型。特别地，基于以上所给出的功能说明，通过使用在终端中通常可用的工具(可编程逻辑、检测器、微处理器等)，实际实现所描述的实施例是在本领域技术人员的能力范围内的。例如，对电阻R1进行设置的粒度取决于终端的结构。此外，当设计和制造时，终端和应答器的尺寸当然优选是符合置于车辆中的终端与轮胎胎面之间的大致普通的距离范围。可以在制造时根据轮胎类型设置元件2的谐振电路的阻抗，使得参考值对于给定的车辆是尽可能稳定的，并且随不同的车辆/轮胎结合而不同。此外，尽管优选是关于轮胎的固定位置而确定参考值，但是可以设想在具有正确充气的轮胎的车辆行驶一段短的距离后通过取电流的峰值然后测量来确定该参考。

上文中已描述了用于检测组装在轮轴上的车轮的轮胎的充气或厚度的变化的方法和系统。应注意，通常，所描述的方法和系统可用于确定围绕轴线旋转的对象上的点相对于该轴线的距离变化(在圆形对象的情况下为半径的长度变化)。

也可以确定机床的飞轮的直径变化，例如反映出过热的直径增大。对于旋转木马或者回转车，可以检测相对于附接在旋转木马或者回转车上的对象的轴线的距离。通过在同一旋转对象上提供若干通过个性化识别标志可识别的应答器，可以检测不规则的变形，例如旋转的圆形对象的不圆度。

也可以确定围绕轴线旋转的元件的长度变化，例如失重状态模拟离心机的臂或者螺旋结构叶片的端部。

应注意，如果添加合适的信号处理装置，实现所述方法的系统还可用于提供关于旋转对象(例如洗碗机喷洒器)的速度和/或停止和/或启动的指示，因此可以检测其可能的阻塞。例如对于期望为其设置一个或者若干相继的停止位置的旋转木马，也可以用于确定停止位置。

Claims (19)

1.一种用于检测围绕轴线旋转的对象上的至少一个点相对于该轴线的距离变化的方法，该方法利用位于相对于该轴线(41)的固定位置处且能够针对附接至所述对象的至少一个谐振电路(L2，C2)发射射频场的终端(1)，包括步骤：

在终端侧测量和记录代表所述终端的振荡电路(L1，C1)与所述至少一个谐振电路之间的耦合的参量的最大值；以及

检测该周期性最大值的变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个谐振电路为能够将识别标志传输至所述终端的应答器元件。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述终端侧，在所述对象的初始条件下测量和记录所述参量的参考值。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述终端侧，在不存在所述对象情况下测量和记录所述参量的空载值，基于该空载值与测量值的商相对于该空载值与所述参考值的商的变化实现所述检测。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，调节所述终端的振荡电路的串联电阻(R1)，使得所述参考值对应于所述终端与所述谐振电路之间的最佳耦合位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，选择所述串联电阻(R1)的值使得所述空载值与所述参考值之间的比大致等于2。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述参量为关于所述振荡电路中的电流或者关于所述振荡电路两端的电压的数据。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述对象为组装在轮轴(41)的车轮(8)的轮胎(83)，且所述谐振电路(L2，C2)在相对于轮胎胎面的固定位置上附接至所述轮胎。

9.一种用于检测围绕轴线旋转的对象上的至少一个点相对于该轴线的距离的系统，该系统包括：位于相对于所述轴线(41)的固定位置处且能够针对附接至所述对象的谐振电路(L2，C2)发射射频场的终端(1)，所述终端(1)被配置为测量和记录代表所述终端的振荡电路(L1，C1)与所述至少一个谐振电路之间的耦合的参量的最大值；以及检测该周期性最大值的变化。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个谐振电路为能够将识别标志传输至所述终端的应答器元件。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，在所述终端上，在所述对象的初始条件下测量和记录所述参量的参考值。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，在所述终端上，在不存在所述对象情况下测量和记录所述参量的空载值，基于该空载值与测量值的商相对于该空载值与所述参考值的商的变化实现所述检测。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，调节所述终端的振荡电路的串联电阻(R1)，使得所述参考值对应于所述终端与所述谐振电路之间的最佳耦合位置。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，选择所述串联电阻(R1)的值使得所述空载值与所述参考值之间的比大致等于2。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的系统，其中，所述参量为关于所述振荡电路中的电流或者关于所述振荡电路两端的电压的数据。

16.根据权利要求9至14中任一项所述的系统，其中，所述对象为组装在轮轴(41)的车轮(3)的轮胎(83)，且所述谐振电路(L2，C2)在相对于轮胎胎面的固定位置上附接至所述轮胎。

17.根据权利要求9所述的系统，还包括用于检测所述旋转对象的停止或者启动的装置。

18.根据权利要求17所述的系统，包括用于检测所述旋转对象的停止位置的装置。

19.根据权利要求17所述的系统，包括用于测量所述旋转对象的速度的装置。

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