CN102625901A - 用于沿着设置有识别标签的电缆检测扭转的监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测电缆的扭转的方法，所述方法包括以下步骤：设置一种电缆，所述电缆具有外表面并且沿着纵向方向延伸，所述电缆设置有至少一个识别标签，所述识别标签优选为射频识别标签的，所述识别标签布置在位于横向于纵向方向获得的横截平面中的标签角位置，所述至少一个标签存储标签识别码并且能够发射标签电磁信号；探询至少一个识别标签以接收标签电磁信号，以及检测标签电磁信号，其中检测标签电磁信号的步骤包括读取标签识别码和确定至少一个识别标签的标签角位置的步骤。在另一个方面中，本发明涉及一种用于电缆的扭转监测系统，所述电缆包括至少一个识别标签。优选地，电缆设置有多个识别标签，多个识别标签中的每个标签均布置在相应的标签角位置。

Description

用于沿着设置有识别标签的电缆检测扭转的监测方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于检测电缆的机械扭转的监测方法和系统。

背景技术

用于重型应用并且尤其用于移动设备(诸如移动港口起重机、船转岸集中箱起重机、卸船机、展延器、采矿和采掘装备、以及风车和风力发电厂)的电缆特别设计成耐受严酷的环境条件和诸如张力和转矩的高机械应力。在本说明书中，当提及用于重型应用以及特别但非排外地用于移动设备的电缆时，我们通常指的是重型电缆。

在德国专利申请No.3934718中提供了一种重型电缆的示例，在所述专利申请中描述了一种用于矿场中的联合采煤机的铠装拖曳电缆。

WO 01/78086公开了一种电缆，所述电缆尤其用于应用在诸如起重机或贮物架系统的拾取系统中。所述电缆包括具有第一导体的线芯，所述第一导体完全被承受应力的第一基体所包围并且嵌入在所述第一基体中。至少另一个层围绕承受应力的第一基体布置，并且具有在所述另一个层中的至少另一个导体，所述另一个导体完全被承受应力的第二基体所包围并且嵌入在所述第二基体内。据称，电缆中的承受应力的基体允许在整个电缆中分布应力，并且因此显著减小了螺旋前进(corkscrew)效应。

US 6,247,359描述了一种设备，所述设备用于识别是否需要更换合成纤维绳索，所述合成纤维绳索由放置在一起并且由承重芳族聚酸胺纤维束制成的绞合线的至少两个同心层构成，所述设备包括在绳索的外部表面上可见的指示装置，所述指示装置用于检测并且从视觉上指示绳索围绕其纵向轴线的旋转位置。

本申请人已经发现，根据沿着电缆长度的彩色线条或者标记的视觉检测来评估电缆扭转的传统方法常常不可靠，因为这些传统方法严重依赖电缆外表面的状态，例如这些传统方法受到污垢或划痕的影响。而且，这些方法通常无法提供关于施加到电缆上的扭转的定量数据。

非接触式转矩传感器广泛应用于测量交通工具的轴或动力传动系统部件中在运转期间的应力。

US 2007/0241890描述了一种设备，所述设备用于测量至少一个物理特性，例如，交通工具的轴或动力传统系统部件的转矩。射频(RF)标签与轴相连，以便有助于与射频读取器通讯。射频标签能够存储动力传动系统部件的诸如转矩的物理特性。射频读取器包括用于发送调制的射频通信的发射器，所述射频通信向射频标签以及相关的传感器提供电力并且触发响应的通信信号，所述响应的通信信号表示检测到的转矩。频率标签读取器毗邻动力传动系统部件定位，并且可操作地读取由射频标签所发射的信号。在快速循环中，射频标签可以连续地被射频调制器/读取器触发和读取，以便有助于连续地监测待检测对象。

嵌入在电缆中的射频识别(“RFID”)元件能够帮助定位和识别电缆。射频识别元件或应答器能够将关于电缆的信息(例如，识别号、部署时间、生产批次)提供给远程射频识别读取器，而不需要直接接触或操作电缆。这在诸如当电缆埋入地下、悬挂空中、或者安装在电缆槽中的情况中尤其有用。

US 2007/0120684公开了一种电缆识别系统，所述电缆识别系统与内置在电缆中的射频识别一起使用，电缆中包括射频识别标签，每个所述射频识别标签均具有响应器，所述响应器包括在无物理接触的情况下可操作的无线电发射机/接收机以及存储装置，所述系统包括外部信息存储设备，所述存储设备存储关于存储在存储装置中的识别数据的全部信息，所述存储装置包含在包括在内置射频识别的电缆中的所有射频识别标签中。公开了一种天线，所述天线用于射频识别读取器，所述射频识别读取器具有一对半圆筒形构件。据称，通过使用这种类型的天线，虽然不能检测每个射频识别标签的准确定位，但是来自天线的包含在射频识别标签中的信息能够被有效检测到，不管标签在电缆中的位置。

US 2008/0204235公开了一种光缆，所述光缆包括多个射频识别应答器和延伸电缆长度的绝缘带条，所述射频识别应答器沿着带条的长度周期性布置，其中，所述射频识别应答器报告信息，所述信息能够帮助定位和识别电缆。每个射频识别元件均具有唯一的编码，从而提供了为那个电缆所特有的制造参数的记录。对于电缆的增量长度，唯一的编码可以是特有的。

在一些应用中，诸如在重型应用中，在卷绕阶段和退绕阶段期间，将电缆转移到装备卷筒以及对所述电缆进行强制引导都可能产生非期望的扭转，所述扭转能够沿着电缆长度变化。尽管通常建议在操作和安装移动装备中的电缆中需要注意，诸如将电缆从初始卷筒直接转移到电缆卷筒，同时避免方向变化或初始卷绕方向的反转，但是工作条件可能会引起所述电缆产生相对较大并且突然的扭矩。另外，诸如导向装置、滑轮系统和补及系统的用于电缆活动的其它系统可能会涉及电缆在操作期间发生扭转，尤其在应用需要高速操作和/或在电缆配线(payout)中的多次电缆转向时。

本申请人已经解决了在使用中的电缆中检测存在地扭转的问题，并且解决了可靠测量电缆的实际部署的问题，这能够在电缆的整个使用寿命中加以实施。

发明内容

由于在正常运转期间所施加的机械应力，重型电缆的一般使用寿命通常相对较短，并且根据应用，能够从几个月到几年不等。本申请人已经发现，有利的是提供一种监测系统，所述监测系统允许在电缆运转期间控制所述电缆中(尤其是重型电缆中)的扭转。通过了解电缆扭转状态的时间演变，能够按照时间表并且方便地实施电缆的有效定期维护。

特别地，本申请人已经意识到有利的是，通过对应于移动装备的预计电缆将经受显著扭转应力的地方的部件放置监测系统而在原位置监测电缆的实际使用。

在尤其重型的多种应用中，电缆的一个端部固定到移动装备(如用于吊起集装箱或货物的起重机或者矿场装备)的卷筒中，电缆的相对的端部固定到电力供应单元，用于向电缆供应电力和/或传输数据和控制信号。电力供应单元通常位于固定位置，而移动装备穿过货物或物资的选定活动区域。

本申请人已经意识到，特别有利的是记录至少一个纵向电缆部分的电缆扭转的时间变化，即，电缆部分沿着其长度的扭转状态的变化，所述扭转可能会通过疲劳损坏所述电缆并且缩短电缆的使用寿命。

特别地，通过向电缆提供至少一个通过读取装置能够检测的识别标签，能够测量标签的角位置的变化，并且因此推断出电缆的局部旋转状态，所述标签径向地布置在可检测的角位置中。由此，如果电缆在其端部中的至少一个端部处是固定的或不动的，那么则能够推断出电缆是否沿着电缆长度在某一位置处经受扭转(因而转矩)。

在本说明书以及所附的权利要求中，“扭转”指的是当电缆的一个端部沿着一个方向旋转(扭曲)并且相对的端部被固定(或不动)或者沿着相反的方向扭曲时所产生应力和变形状态。在电缆长度的第一纵向部分扭曲并且第二纵向部分被固定或沿着相反的方向扭曲时也可以产生扭转。

在一方面中，本发明涉及一种用于监测电缆扭转的方法，所述方法包括以下步骤：提供一种具有外表面并沿着纵向方向延伸的电缆，所述电缆设置有至少一个识别标签，所述识别标签布置在位于横向于纵向方向获得的横截平面中的角位置，所述至少一个标签存储标签识别码并且能够发射标签电磁信号；探询至少一个识别标签，以接收标签电磁信号；以及检测标签电磁信号，其中检测标签电磁信号的步骤包括以下步骤：读取标签识别码和确定至少一个识别标签的标签角位置。

在另一个方面中，本发明涉及一种用于电缆的扭转监测系统，所述扭转监测系统包括：具有外表面并沿着纵向方向延伸的电缆，所述电缆设置有至少一个识别标签，所述识别标签布置在位于横向于纵向方向获得的横截平面中的标签角位置，所述至少一个标签存储了标签识别码并且能够发射标签电磁信号；和至少一个读取装置，所述读取装置围绕电缆外表面的至少一个部分布置并且用于探询至少一个标签，以便读取所述标签的标签识别码并检测所述标签的标签角位置。

在优选的实施例中，读取装置相对于电缆布置成包围电缆的外表面(优选地是圆周的外表面)，并且允许电缆相对于读取装置能够运动。

在一个实施例中，监测系统包括以预定距离相互间隔放置的第一和第二读取装置，并且电缆相对于两个读取装置能够运动。通过由第一读取装置测量至少一个标签的第一角位置以及由第二读取装置测量同一标签的第二角位置并且通过确定第一和第二角位置之间的差来估计电缆的纵向部分的局部旋转状态。

在一些优选的实施例中，电缆包括沿着电缆长度布置的多个识别标签，多个识别标签中的每个标签均存储各自的标签识别码并且能够发射电磁信号。根据待监测的电缆的种类以及根据基于电缆制造商的经验对所述电缆性能的要求能够选定紧邻的标签之间的纵向距离。每个标签均径向地布置在各自的角位置中。通过确定多个标签的角位置的变化，能够推断出在电缆的多个纵向部分中的局部旋转状态。

特别地，多个识别标签的两个毗邻的标签的角度差能够提供电缆的沿着其长度的扭转状态的测绘。

在优选的实施例中，至少一个识别标签是射频(RF)识别标签(即射频识别标签)，所述射频识别标签能够发射频信号，并且至少一个读取装置用于读取由射频标签所发射的射频信号。

附图说明

参照附图在下文中将更加充分地描述本发明，在所述附图中，示出了本发明的一些但非全部实施例。描绘实施例的这些附图是不按比例绘制的示意性表示。

图1是本发明的实施例中的电缆的局部透视图；

图2是沿着图1的线条A-A的示意性剖视图，并且与图1相比，所述图2示出了内部电缆结构的更多细节；

图3是电缆的俯视平面图，例示了在电缆已经承受扭曲之后识别标签沿着电缆长度的分布；

图4是图3的电缆的沿着线条B-B的剖视图；

图5是根据本发明的实施例的电缆扭转监测系统的概略性描绘；

图6是本发明的实施例中的读取装置的示意性透视图；

图7是根据本发明的另一个实施例的电缆扭转监测系统的概略性描绘；

图8是用于重型应用的移动装备的示意性透视图，所述移动装备由重型电缆供给电力，并包括根据本发明的实施例的扭转监测系统；

图9和图10是图8的移动装备的侧视图，分别示出了移动装备相对于电缆电源单元沿着相反的前进方向运行；

图11是用于重型应用的移动装备的示意性透视图，所述移动装备由重型电缆供给电力，并包括根据本发明的另一个实施例的扭转监测系统；

图12是风车的概略性描绘，所述风车包括根据本发明的又一个实施例的扭转监测系统。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的电缆(尤其是重型电缆)的示意性透视图。图2示意性图解了图1的电缆的沿着线条A-A的剖视图。为了提高图1的清晰性，所述图1没有图解在图2中所示出的电缆内部结构的全部细节。电缆1沿着中央纵向轴线Z延伸并且包括三个围绕中央纵向轴线Z径向布置的线芯2。例如，线芯2提供三相电力传输。每个线芯2均能够具有传统结构，例如，所述线芯2包括导电体12，诸如由根据传统方法绞合在一起的一束镀锡铜电线所形成的铜导体。在相对于每个导电体12的径向外部位置中，设置有绝缘层17。在一些电缆构造中，导电体能够被多个层所包围。例如，绝缘层能够被夹在两个半导体材料层之间，所述层由聚合基材料制成，所述聚合基材料能够逐层挤压在导体12的外部。电缆1可以是低压或中压电力电缆，其中，低压表示最高为1千伏的电压，而中压表示从1千伏到60千伏的电压。

中央线状构件19沿着中央纵向轴线Z布置。在图2所示的实施例中，电缆包括两个例如呈绞合的镀锡铜电线束形式的接地导线7。尤其对于中压应用，接地导线的电线束可以被半导体层所包围。接地导线7相对于中央线状构件19布置在径向外部，并且沿着电缆的纵向方向与线芯2绞合在一起。特别地，依照传统方法，线芯2和接地导线7均围绕中央线状构件19呈螺旋形地卷绕。

线芯的数量和/或接地导线的数量仅仅为示例性的，以便提供电缆并且尤其是重型电缆的示例。

电缆1优选地包括光纤元件3，所述光纤元件3包括多根光纤，例如6根到18根光纤，用于传输控制信号、语音、视频和其它数据信号。光纤元件3能够与线芯2和接地导线7绞合在一起。

在本文中，线芯2和接地导线7和/或光纤元件3(如果存在的话)被统称为电缆的纵向结构元件。用于重型应用的电缆通常设计成耐用并且可弯曲。在一些实施例中，电缆1可以包括聚合物填料20，所述聚合物填料20挤压在中央线状构件19周围，由于所述聚合物填料20具有保持中央线状构件径向外部的纵向结构元件之间的距离以及填充位于所述元件径向内部的间隙空间的功能，因此所述聚合物填料20有时被称作托架分离件(cradle separator)。托架分离件20能够由诸如丁腈橡胶基弹性体的半导电的弹性体所形成。纵向结构元件被优选地具有弹性特性的内护套11所包围，例如被乙丙橡胶基弹性体所包围，以便保持电缆内的几何稳定性。替代使用内护套，可以利用填充位于结构元件径向外部的间隙空间的多个间隙填充件获得电缆的形状的稳定，所述结构元件任选性地被增强带条所覆盖(图中未示出示例)。

应当理解的是，因为本发明本不局限于电缆内的结构元件的数量或具体的内部结构，所以电缆结构的上述描述仅仅代表重型电缆的可能结构中的一种。例如，电缆线芯可以是用于电力输送的一般的相线芯、用于传送控制信号的线芯或传送电力以及控制信号的线芯。

具体参照图1，多个识别标签16a、16b、16c、...沿着电缆长度布置在电缆的周向延伸的外周表面上，所述识别标签能够被读取装置检测。因为附图仅仅描绘了电缆的局部透视图，所以附图中所示出的识别标签的数量仅仅为示例性。在本文中，识别标签指的是在无物理接触(即，无接触)的前提下便能够被读取装置读取并且尤其能够使用电磁场传输单一识别码的装置。多个识别标签中的一个标签的识别码相对于多个标签中的其它标签的识别码是唯一的。

外套14环绕内护套11，例如通过挤压在所述内护套11上施加所述外套14。在优选实施例中，识别标签内置在电缆结构中，优选地布置在电缆的外套下方，以便提供机械和磨损保护以抵御外部环境。在一些实施例中，识别标签放置在内护套11的外表面上。在图解的电缆中，为了提高电缆的抗扭强度，增强层15在施加外套14之前被施加在内护套11的外表面上，所述增强层15诸如人造丝的编织物或双螺旋线，例如聚酯人造丝，例如由

制成的。

射频识别标签16a、16b、16c....能够粘合在内护套11上或者所述射频识别标签能够通过将增强层15(如果存在)或外套14施加在所述射频识别标签的顶部而被固定。

在优选的实施例中，识别标签是射频识别(RFID)标签。射频识别读取系统的操作的基本原理本身已知。射频识别标签能够被读取装置远程询问，并且读取装置和远程标签之间能够通过射频(RF)信号进行通讯。每个射频识别标签基本上均为应答器，所述应答器包括：通常在微型芯片中的用于存储数据信息的存储电路和用于接收和发射射频信号的天线。另外，每个标签均包括用于调制和解调射频信号的射频模块。存储在存储电路中的数据信息包含诸如二进制编码的单一识别码。任选地，数据信息可以包含其它识别电缆的数据，诸如所述电缆的制造日期、电缆长度、电缆类型等等。优选地，存储电路存储与标签的沿着电缆长度的纵向位置有关的信息数据。

如果射频识别标签监测来自读取装置的询问信号，那么所述射频识别标签可以是有源型的(active type)。当检测到针对有源标签的询问信号时，标签响应可以是使用来自内部电池或电源的电磁信号。替代地，不同于有源射频识别标签，无源型射频识别标签没有内部电池和电源。当来自读取装置的射频波到达标签天线时，无源标签产生电磁场。这种电磁场向标签提供电力并且使所述标签能够将存储在存储电路中的信息发回到读取装置。

优选地使用无源射频识别标签，这是因为无源射频识别标签通常比有源标签便宜，并且可以具有较长的寿命，与重型电缆的平均使用寿命相比，无源射频识别标签的使用寿命实际上是无限的。优选地，每个射频识别标签均包括与非易失性存储微芯片结合成一体的片上天线，其中结合有射频调制器/解调器。

为了增加电缆对机械应力的耐受度，重型电缆的外套通常由通过固化而变坚硬的聚合材料制成，例如所述外套由挤压在内层(例如，内护套11)上的增强的模制固化的重型热固弹性体(例如氯丁橡胶(PCP)或橡胶合成物)制成。适于重型电缆外套的大部分弹性体材料均需要在挤压之后进行固化处理，所述固化处理通常在180℃-200℃的温度条件下实施几分钟。

本申请人已经发现，识别标签需要承受为制成电缆所需的制造处理的相对高温。而且，期望的是标签抵抗电缆的急弯曲，所述急弯曲经常发生在动态应用中，例如在机动装置中所应用的重型电缆。

优选地，射频标签包封在变硬的树脂中，所述树脂具有扁豆状或半个扁豆状的形状以便提高机械阻力。变硬的树脂可以例如是环氧树脂。

例如，射频识别标签可以具有矩形的形状，所述矩形的形状具有50mm2到500mm2的面积以及1mm到5mm的厚度。

适于本发明的射频识别标签的示例是由Microsensys GmbH商业化生产的D7-TAG 2K、D7-TAG 16K和D7-TAG 32K。

在图1中，假设电缆处于基本未扭曲(即，无扭转)状态。在本文中，所使用的术语“基本未扭曲的状态”描述的是一种电缆的初始基准状态，所述初始基准状态可以对应于在从由制造商所提供的初始卷筒操作所述电缆(即，如制造的那样“as-manufactured”)之前，例如，在将所述电缆转移到卷绕和锚固卷筒或补给(tender)和滑轮系统之前的条件。然而，在与重型电缆有关的大多数实际情况下，基准状态指的是安装在机动装备或风车中之后的电缆，即在从原始卷筒传送之后并且在被应用之前从而在承受相关扭转应力之前的电缆。

扭曲状态包括与大体未扭曲状态不同的任何电缆状态。

在优选的实施例中，电缆的多个识别标签均沿着母线布置在电缆的外周表面上，所述母线在图1中用附图标记18表示并且可以基本平行于中央纵向轴线Z。以此种方式，当电缆处于基本未扭曲状态时，相对于相应的虚拟轴线，每个所述标签均以几乎相等的例如在±10°内的角度定位，所述虚拟轴线位于垂直于中央纵向轴线并且穿过标签的电缆横截面中，并且假设如此限定的虚拟轴线相互平行。

标签的沿着电缆的母线(下文的基准母线)的初始布置可以简化将标签放置在电缆的内部结构内的制造处理。然而，在本发明的范围内，标签的沿着电缆长度的初始近似纵向对准不是必须的，并且通常i-标签(其中i＝1、2、....、n，其中n是多个标签中的标签的数量)与基准角度α_i ⁰相关，所述基准角度α_i ⁰对应于基本未扭曲的状态。

在工作状态中，电缆可能会承受扭力和相关的旋转，所述扭力和旋转能够存在于沿着电缆的不同部分中并且在沿着电缆的不同部分中有所不同。图3是电缆的局部俯视平面视图，所述图3例示了当图1的电缆已经承受显著的扭转应力时的扭曲状态。示出了射频识别标签16a到16f。例如，可以假设电缆的一个端部被固定并且扭转发生在电缆的纵向部分。由于电缆旋转，在电缆长度的一部分中，射频识别标签相对于附图标记18指示的母线产生角偏差。特别地，在图3的示例中，射频识别标签16c、16d、16e、16f均定位在与附图标记18指示的母线不同的母线上。

图4是图3的沿着线条B-B获取的剖视图，所述线条B-B垂直于诸如中央纵向轴线Z的电缆纵向轴线并且穿过射频识别标签16e。在所描绘的电缆的横截平面中，穿过标签16e的虚拟轴线21相对于虚拟基准轴线22形成角度α₁，所述虚拟基准轴线22位于横过附图标记18指示的母线的同一横截面中。由电缆旋转产生的角度变化被限定为Δα₁＝α₁-α₁ ⁰，其中α₁是实际角位置(扭曲状态)，α₁ ⁰是标签16e的基准角度。

通常，通过已知多个标签中的每个标签的基准角度α_i ⁰(i＝1，2，....，n)，并且通过在某一时间(例如在电缆操作期间)测量i-标签的角位置α_i，能够确定角度变化Δα_i，所述角度变化Δα_i表示在电缆的在位于i-标签附近的电缆纵向部分中的旋转状态。因为电缆受限于其端部中的至少一个端部-或者因为连接到电力供应系统或因为在所述电缆的一部分长度中的摩擦，所以不等于零的角度变化的值表示在沿着电缆的某些位置处存在扭转应力。

在附图所图解的实施例中，假定两个毗邻的射频识别标签之间的沿着轴线Z的纵向距离为基本恒定值ζ，例如ζ＝1m。然而，如以下更加详细描述的那样，应当理解的是，不必以规则间距沿着电缆长度放置识别标签。

根据本发明的主要方面，读取装置能够检测识别标签，所述读取装置构造成测量多个识别标签中的至少一个标签的相对于电缆纵向轴线在横截平面中的角位置。优选地，横截平面是垂直于电缆纵向轴线的平面。图5示意性图解了用于监测电缆51中的扭转的扭转监测系统的本发明的实施例，所述电缆51包括沿着电缆长度布置的多个射频识别标签52a、52b、....、52e。标签内置在电缆中，例如，所述标签布置在电缆外套的下面(未示出电缆的内部结构)。具有环状形状的射频识别读取装置50相对于电缆51布置成环绕电缆的对应于电缆的某一纵向部分的圆周外表面。

射频识别标签将单一的标签识别码存储在它们的存储电路中(例如，微芯片)，并且所述射频识别标签优选地是无源标签。

一般而言，读取装置包括至少一个收发器，其中，所述收发器包括：探询源，所述探询源联接到用于发射和接收位于探询区域中的探询信号的天线；和检测器，所述检测器用于处理由标签在探询区域中所产生的信号，所述检测器也联接到天线。当无源射频识别标签是探询区域时，所述射频识别标签发出由探询信号所触发的标签射频信号。返回的标签射频信号被读取装置的天线所接收并且被传输到检测器，所述检测器解码响应(即，“读取”识别码和其它可能的编码数据)并且识别标签。

至少一个收发器发射激活标签的射频载波信号并且由收发器所产生的电磁场在标签天线中感应出小电流。特别地，当射频识别标签穿过收发器的探询区域时，即，射频识别标签能够被激活并且因此被收发器所读取的区域。然后，读取装置解码编码在标签存储电路中的数据，从而唯一地识别标签。

读取装置扫描电缆的外圆周表面，以便检测位于或穿过探询区域的射频识别标签。当检测第i-射频识别标签时，所述第i-射频识别标签的角位置α_i也被检测。读取装置可以存储i-标签的解码的识别码和测量得到的角位置，或将数据传递给控制单元(未示出)。优选地，将数据提供给诸如个人计算机(PC)或可编程控制器(PLC)的控制单元，所述控制单元易于处理所接收到的数据。在一些实施例中，控制单元构造成使i-标签与基准角位置α_i ⁰相关，并且由此计算角度变化Δα_i，所述角度变化Δα_i表示电缆的局部扭转，并且通常表示电缆在沿着电缆长度的某些地方或在某些电缆纵向部分处承受扭转状态。当计算得出多个毗邻的标签的角度变化时，可以确定代表角度变化随电缆长度的变化的曲线，并且所述曲线与由基准角位置对比电缆长度的基准曲线进行比较，或与由先前测量所确定的曲线进行比较。

在一些实施例中，读取装置50被放置在相对于移动电缆的固定位置中，所述移动电缆通常能够沿着在图5中用双箭头54表示的相反的纵向方向运动，使得电缆的不同的纵向部分穿过读取装置的探询区域或多个探询区域，并且因此通过读取装置能够检测不同的射频识别标签。

在电缆来回通过读取装置的情况下，能够在不同的时间测量多个标签中的同一射频识别标签。这允许在不同的时间通过连续读取同一个射频识别标签来估测电缆的局部旋转状态。

特别地，读取装置50第一次检测i-标签并且测量所检测的标签的第一角位置。存储与i-标签有关的第一角位置，例如将所述第一角位置存储在连接到读取装置的控制单元中。一段时间以后，当i-标签再次穿过读取装置时，所述读取装置第二次检测i-标签并且测量第二角位置。第一角位置能够被作为基准角位置，当i-标签穿过读取装置的探询区域并且因此再次被检测到时，所述i-标签的角位置的连续测量结果能够与第一角位置关联，以便确定在i-标签附近的电缆纵向部分的旋转状态的时间演变。

能够例如通过比较由多个标签的沿着电缆长度的基准角位置所描绘的基准曲线和由在连续穿过读取装置之后在不同时间测量得到的角位置所形成的一条或多条曲线而分析角位置的时间演变。

在一些实施例中，角度变化是与同一标签相关的第一角位置(例如，基准角位置)和第二角位置之间的差。因为读取装置通常能够测量0和2π之间的角度，所以在给定时间t，i-标签的“真实的”角度变化的测量考虑电缆的可能一个或多个2π旋转。因为电缆能够沿着两个可能的方向旋转(顺时针或逆时针)，这两个不同的方向可以例如通过将正的角度值分配给顺时针而将负的角度值分配给逆时针(或者反之亦然)来加以区别。为了确定i-标签(i＝1、2、....、n)在时间t的角度变化，通过评估每个标签在基准时间t₀的角位置和优选地纵向位置来确立电缆角度基准测量值，所述基准时间t₀可以对应于例如电缆的安装时刻。评估值是基准角位置α_i ⁰(i-标签的基准角度)。例如，靠近电缆的固定端部的第一标签，例如1-标签具有基准角位置α₁ ⁰。当读取装置在采集时间t1读取到角位置α₁的值(0到2π之间的测量值)时，根据下述方式计算得到对应的“真实”角度值α₁ ^T，即，1-标签在时间t1的旋转角度。角度α₁ ^T是介于(α₁-2π)、α₁和(α₁+2π)之间的值，其减去基准值α₁ ⁰后包括在-π和+π之间(三个所提及的值中的仅一个值能够满足条件)。然后通过(α₁ ^T-α₁ ⁰)给出“真实”角度变化Δα₁。

接下来的步骤是检测毗邻的标签。因为一些标签可能偶尔被读取装置所遗漏，所以两个紧邻的标签之间或更一般地两个依次测量的标签之间的距离应当足够小，使得电缆的在两个紧邻的标签之间的角度扭转包括在-π和+π之间(顺时针或逆时针，不包括极值，例如，-π＜(α_i ^T-α_i-1 ^T)＜+π)。如果不能满足这个条件，则不能确定电缆是顺时针转动还是逆时针转动，并且继而不可能确定被检测的标签的“真实的”角度和“真实的”角度变化。毗邻的标签(例如2-标签)的测量将给出测量值α₂，所述测量值α₂在时间t2＞t1时获得并且始终在0和2π之间。“真是的”角位置α₂ ^T通过比较三个值(α₂-2π)、α₂以及(α₂+2π)和之前最后测量的标签的最后真实的角位置(即α₁ ^T)确定。三个值中的仅一个值减去α₁ ^T结果为包含在-π和+π之间的值，并且所述值是“真实的”角度值α₂ ^T。然后，通过(α₂ ^T-α₂ ⁰)给出2-标签的对应的“真实的”角度变化，其中α₂ ⁰是2-标签的基准角度。对下一个被测量的标签重复用于确定2-标签的角度变化的处理步骤，并且通常能够重做所述处理步骤以便确定多个被检测标签的角度变化。

然而，应当理解的是，本发明并不局限于用于确定射频识别标签的时间角度变化的算法的特定选择。

图6是根据本发明的优选的实施例的读取装置的概略性透视图。读取装置40包括中空的圆筒状主体41，所述圆筒状主体41在第一端部和相对的第二端部处开口，以便电缆能够纵向地运动贯穿所述圆筒状主体。在图6中用附图标记46表示圆筒状主体的对称的纵向轴线。圆筒状主体具有内径d₁和外径d₂。优选地，圆筒状主体的内径d₁与待测量的电缆的外径的差值不大于2cm。

尽管在附图中未示出，但是分别位于圆筒状主体的入口和出口处的两对正交辊引导电缆进入和离开圆筒状主体，从而防止电缆外护套和圆筒状主体内表面之间的摩擦。辊能够沿着纵向轴线46定位，并且所述辊能够例如固定在活动装备的框架结构上。

用于探询射频识别标签的第一组多个42收发器天线芯片43和第二组多个44收发器天线芯片45(在附图中用虚线表示)围绕圆筒状主体41的内表面布置，以便形成收发器的两个环形列。第一组和第二组多个收发器芯片沿着圆筒状主体41的轴线46轴向地间隔开。优选地，第一组多个42收发器芯片定位在主体46的第一开口端部附近，第二组多个44收发器芯片定位在主体的相对的第二开口端部附近。第一列的中心和第二列的中心之间的间隔用LR表示，所述间隔例例如能够在100mm到500mm之间。

第一组和第二组多个收发器芯片中的每个收发器芯片均能够是传统类型的，并且包括探询源和检测器，所述探询源和所述检测器均联接到布置在芯片表面上的天线。每个收发器均连接到集成的供给馈电电子电路，使得所述收发器用作射频识别阅读器，并且电子电路与个人计算机或可编程逻辑控制器相连(无线或通过有线连接)，所述个人计算机或所述可编程逻辑控制器处理检测得到的信息数据。芯片天线可以具有例如矩形形状，并且可以是2-3cm长以及1cm宽，并且所述芯片天线的长度优选地沿着纵向轴线46布置。在典型的构造中，收发器芯片的尺寸大约对应于设置在芯片上的天线的尺寸，例如对应于盘绕在芯片表面的天线电线的尺寸或者天线的印制在芯片表面的有图案的区域的尺寸。

为了便于围绕电缆安装读取装置，并且便于可能在承载读取装置的移动设备的特定部分上安装读取装置，所述读取装置能够包括由两个半圆筒形构件(未示出)所形成的圆筒状主体，所述两个半圆筒形构件能够以任何传统方式机械地接合，诸如相互铰接。

第一组和第二组多个收发器芯片中的每个中的收发器芯片均围绕圆筒状主体的内表面以给定的圆周距离相互隔开安装，具体地，每组多个收发器的收发器均以预定的读取角位置径向间隔开来，以便每个收发器均能够与相应的读取角位置相关。每个收发器均通过单一的读取识别码来识别。

收发器构造成环绕电缆并且读取来自射频识别标签的信息，所述射频识别标签围绕整个电缆的圆周以预定的角度布置在读取装置的电磁区域内。在图6中，示出了第二组多个芯片中的收发器芯片45j的示例性角位置β_j。在穿过芯片45j并且正交于对称轴线46的横截平面中获得相对于基准轴线47的读取角位置β_j，所述基准轴线47在同一横截平面中并且正交于轴线46。

在一实施例中，收发器芯片的中心布置成以恒定的角距离相互分开。

在一些实施例中，每组多个收发器芯片中的收发器芯片均径向地布置，使得它们的中心在共同的横截平面中并排布置，所述共同的横截平面正交于对称轴线46。在那种情况下，第一组和第二组多个收发器芯片之间的间隔L_R为两个共同的横截平面之间的轴向距离。

优选地，两组多个收发器芯片相互错开，即，所述两组多个收发器芯片布置在内表面的圆周平面上，使得相对于位于内表面的圆周平面中的纵向轴线，第一组多个42中的每个芯片均定位在与第二组多个44中的每个芯片的那些角位置不同的角位置处。在一实施例中，对于两个环形列而言，收发器芯片的数量相同以及它们的角距离相等。选择两个环形芯片列之间的角偏移，或交错程度，使得位于圆筒内表面上并且平行于圆筒对称轴线46的轴线仅仅与第一列中或第二列中的一个收发器芯片相交。当装备有多个射频识别标签的电缆运动通过读取装置40的圆筒状主体，并且忽略电缆在读取装置的相对较短的长度内的旋转时，射频识别标签沿着平行或近似平行于圆筒对称轴线的线路运动，并且通过第一列或第二列的收发器芯片检测到所述射频识别标签。如在下文将更加详细描述的那样，这能够提高读取装置的角分辨率。

更普遍地，环形列的两个紧邻的收发器之间的角距离和天线的尺寸一起确定了测量的角分辨率。特别地，相对较小的圆周距离可能会使当读取射频识别时两个紧邻的收发器相互干扰。尽管理想情况下，应该通过单个收发器读取射频识别标签，但是中空的圆筒状主体的尺寸限制(例如由于探询源的附近到电缆的外表面必须被测量)实际设定了收发器之间的角距离的范围，所述范围也取决于普通商售的收发器芯片的尺寸。在一些构造中，例如，当待测量的标签处于位于两个收发器芯片之间的角位置处时，即当标签角位置定位于两个相应的收发器的探询区域的重叠部内时，可能会发生同时通过多于一个的收发器检测同一个射频识别标签的情况。

例如，每个环形列中的紧邻的收发器芯片之间的角距离为20°到30°，并且优选地所述角距离是能够避免干扰的最小值。在一实施例中，在装置内两列之间沿着运动电缆的纵向方向的间隔LR足够大以至于能够利用第一列的芯片或第二列的芯片清楚地检测运动标签的情况下，读取装置的两个错开的收发器列具有30°的角距离和15°的交错偏移，从而提供了15°的名义角分别率。

每个收发器均与读取装置中的读取识别码和读取角位置相关，其中所述读取识别码存储在收发器芯片中，并且读取角位置能够从控制单元中获取，所述控制单元例如是个人计算机，并且处理信息数据。当读取射频识别标签时，控制单元存储标签识别码并且使所述识别码与检测标签的收发器的读取角位置联系起来。在一些实施例中，因为通过读取识别码来识别检测标签的收发器，所以控制单元使所述识别码与读取角位置联系起来。如果在射频识别标签穿过读取装置时，多于一个的收发器检测同一个所述射频识别标签，那么将选定单个角位置，例如检测值的平均值。

在一实施例中(附图中未示出)，读取装置包括单个收发器环形列，所述收发器环形列围绕圆筒状主体的内表面布置。环形列中的收发器芯片的中心可以位于正交于纵向轴线的共面中，所述共面放置在圆筒状主体的任意轴向位置处或者放置在沿着主体的长度分布的不同的正交平面上。

尽管优选地是至少一组多个收发器布置成包围电缆的外表面，但是本发明包括这样的读取装置，在所述读取装置中至少一组多个收发器包围电缆外表面的至少一个部分。

图7是根据本发明的另一个实施例的用于监测电缆51中的扭转的扭转监测系统的示意性图解，所述电缆51包括多个射频识别标签52a、52b、....52d、52e....，所述射频识别标签沿着电缆的长度布置。相同的附图标记用于表示具有与图5的元件相同或相似的功能的部件。为了清楚起见，仅仅用附图标记表示了标签52d和52e。监测系统包括第一读取装置30和第二读取装置31，所述第一读取装置30和所述第二读取装置31相对于彼此布置在固定的位置，并且以固定并且已知的距离L_C分开，所述距离L_C可以例如在安装所述第一读取装置30和所述第二读取装置31时测量得到。电缆51能够相对于读取装置沿着至少一个纵向方向58运动，使得射频识别标签能够被两个读取装置在不同的时间进行检测。具体地，i-标签在穿过第一读取装置30时被检测，并且测量得到第一角位置α_i ¹。在经过距离L_C之后，同一i-标签被第二读取装置31监测，并且测量得到第二角位置α_i ²。例如，L_C可以是20cm到200cm。

对于同一标签而言，测量得到的第一和第二角位置之间的角度变化Δα_i＝α_i ¹-α_i ²表示电缆的旋转状态，所述旋转状态致使电缆以扭转状态从一个读取装置运动到其它读取装置。如果电缆具有至少一个固定的端部，那么角度变化表示在扭转已经发生在两个读取装置之间的电缆中。根据电缆纵向运动的方向，电缆首先穿过第一读取装置30或首先穿过第二读取装置31。在以上描述中，假设电缆从第一读取装置运动到第二读取装置。应当理解的是，电缆能够相对于读取装置沿着相反的纵向方向运动。

第一和第二读取装置30和31环绕电缆的外圆周表面，并且包括各自的圆筒状主体32和33。

两个读取装置30和31中的每个均构造成检测并且解码存储在i-标签中的识别码以及检测标签的角位置。如参照图6更加详细描述的那样，每个读取装置均能够包括至少一组多个收发器，所述至少一组多个收发器径向布置成包围待测量的电缆的外圆周。包含在标签识别码中的数据以及测量得到的角位置被传递给至少一个控制单元。

在一实施例中，监测系统包括第一和第二控制单元(未示出)，所述第一和第二控制单元例如通过有线连接或无线连接分别连接到第一和第二读取装置，并且用于处理由两个读取装置所接收到的数据。在另一个实施例中，监测系统包括一个控制单元，所述控制单元能够通过无线或有线连接与两个读取装置通讯。每个射频识别标签均通过唯一的标签识别码来识别，并且通过由单一的读取识别码所识别的名义上的一个收发器来检测，所述单一读取识别码与读取角位置有关。在两个读取装置隔开的情况下，每个收发器的读取识别码优选对于两个读取装置来说单一的，以便能够使所述识别码与在扭转监测系统内的任意一个读取装置联系起来。标签沿着电缆的空间顺序是已知的，并且能够存储在控制单元中例如，所述空间顺序可以由制造商提供。通过已知空间顺序，控制单元能够得到两个读取装置之间的电缆运动方向。不同的获取时间表征i-标签的不同通过方式。

在一些实施例中，能够限定角度变化的阈值，如果超过所述阈值，则认为电缆永久损坏并且因此所述电缆将被替换。然而，在大多数实际情况下，阈值可以表示电缆的“警告”状况，在所述“警告”状况中扭转可能还没有永久地损坏电缆，但是可能会导致电缆磨损。在一实施例中，如果超过阈值预定倍数，则估测出电缆发生疲劳损坏。

射频识别标签具有实际的读取距离，所述实际的读取距离取决于所选择的射频和射频识别标签的天线的尺寸和形状。本申请人已经注意到，如果读取距离太短，那么由于电缆和读取装置之间的相对运动，可能无法准确地检测射频识别标签。另一方面，如果读取距离太长，由沿着电缆纵向方向紧邻的两个射频识别标签所发射的射频信号可能会互相干扰，这对测量的准确性不利。优选地，射频识别标签具有在0.5cm到20cm范围内的读取距离。在上述实施例中，射频识别标签(以及至少一个读取装置)的工作频率大约为13.56MHz。

通常，沿着电缆紧邻的识别标签之间的距离可能是随机的或未知的。然而，优选的是该距离等于或大于最小距离ζ₀，所述最小距离ζ₀允许分辨两个紧邻的标签的检测。分辨两个紧邻的标签的读取的能力取决于电缆穿过读取装置的速度(例如在电缆的卷绕/展开期间)，所述速度可以典型地在1m/s到4m/s之间。在一些实施例中，最小距离ζ₀是0.5m。

如上所述，尽管优选的是读取装置用于检测多个识别标签中的大体每个标签，但是本发明包括这样的一种监测系统，在所述监测系统中读取装置不依次读取所有紧邻的标签。如果电缆穿过一个或多个读取装置的速度大于检测每个穿过探询区域的标签所允许的最大速度，那么就会发生上述情况。在一实施例中，最大速度是4-5m/s。例如，读取装置可能遗漏穿过其探询区域或多个探询区域中的标签。在标签的读取被忽略的情况下，角度值被指定给遗漏的标签。例如，由在那个标签上先前最后一次测量所确定的角度值可以被指定为虚构的角度值。替代地，可以指定在遗漏的标签在探询区域中穿过之前或之后在紧接着被测量的毗邻的标签上所确定的角度值。在一实施例中，角度值与穿过被测量的标签的标签顺序对比的曲线的多项式插值可以用于获得待指定给遗漏的标签的角度值。

根据读取装置的设计，还可能发生的是，在射频识别标签单次穿过所述装置期间，该射频识别标签被测量不只一次。参照图6图解的实施例，当来自不同列的两个收发器或在同一列中的两个紧邻的收发器检测同一标签时，可能会发生这种情况。在紧邻的读取涉及同一标签的情况下，控制单元中的算法可以被设定为考虑并且存储仅单个值。

图8是用于重型应用的移动装备的示意性透视图，所述移动装备由重型电缆供给电力，所述移动装备包括根据本发明的实施例的扭转监测系统。在不意欲限制本发明的可能性应用的前提下，图8的实施例示出了重型起重机70，所述重型起重机70用于将诸如货物以及尤其集装箱移动横穿港口中的码头的集装箱码头的选定区域。重型起重机70在由电力传输站(未示出)进行控制并且供给电力的同时提起并且转移集装箱，所述电力传输站通常位于距离起重机很远的地方。重型起重机70可以是龙门起重机，所述龙门起重机沿着由双箭头73所表示的相对的水平方向在一对固定的轨道74a和74b上运转。龙门起重机70的支撑结构包括桥83，所述桥83通常设置有绞盘台车(winchtrolley)，所述绞盘台车垂直于起重机的移动而运动，以便吊起集装箱(在附图中未示出台车和起吊系统)。

重型电缆71向龙门起重机供给电力，所述重型电缆71连接到起重机的电源单元81，用于向起重机的所有活动供应电力，并且优选地用于发出和接收用于远程控制起重机操作的控制数据。尽管在附图中没有示出，但是传统电力电缆可以连接起重机电源单元81和远处的电力传输站。

重型电缆71围绕电缆卷筒75卷绕，所述电缆卷筒75固定在起重机结构的横侧部上。电缆卷筒75可以是机动化的，以便允许卷筒在两个方向上旋转。

重型电缆71的一个端部固定到起重机电源单元81，并且相对的端部固定在电缆卷筒75处，所述相对的端部典型地固定在电缆卷筒75的被称作供应中心的中心处，所述供应中心对应于卷筒的旋转轴线76。因而，当在起重机的快速水平运动期间电缆围绕卷筒卷绕阶段和退绕时，重型电缆在两个端部处被限制。通过电缆导向装置77将电缆71引导到起重机电源单元81，所述电缆导向装置77用于强制侧向引导离开卷筒75的竖直悬挂的电缆。

本申请人已经发现，即使在设计良好的电缆导向装置中，在起重机运动期间电缆也能发生显著的扭曲。在图8所示的示例中，电缆导向装置77包括相对于起重机移动的方向相对定位的一对导向辊78a和78b，以便允许在起重机相对于起重机电源单元在任意一侧轨道上运动期间引导电缆。起重机电源单元能够被放置在轨道旁边的相对于轨道的长度的中部位置处。根据传统设计，每个导向辊78a和78b均能够包括滚动轴承84，所述滚动轴承84安装成V形槽或异型轨道(profile rail)。导向辊相对于进入导向装置的电缆的竖直方向形成偏转角。图9和图10是图8的起重机的平面图，所述平面图示出了沿着分别用箭头86和87表示的相对的向前方向从起重机的电源单元的运动。

根据本发明的实施例，重型电缆71包括多个射频识别标签，所述射频识别标签沿着电缆长度布置在径向分布的角位置中(附图中未示出标签)。例如，电缆71可以具有参照图1和图2描述的结构。起重机70设置有监测系统，所述监测系统包括读取装置80，所述读取装置80能够探询并且识别包含在电缆中的射频识别标签，并且能够检测被识别的标签的角位置。读取装置80被放置在导向辊77附近。在图8-10的实施例中，读取装置被诸如牙槽板(图8中可见)的传统的固定元件79安装到导向装置77的上部部分。读取装置布置在导向装置的入口处，以便在竖直悬吊的电缆的即将被任一导向辊偏转的纵向部分处进行监测。

读取装置80成型为环绕电缆71并且检测电缆的整个圆周表面上的射频识别标签的角位置。在一实施例中，读取装置80是参照附图6描述的类型的。

优选地，角分辨率不大于30°，更加优选地不大于15°。

读取装置80逻辑上连接到控制单元，所述控制单元构造成处理并且存储读取的射频识别信息数据，所述射频识别信息数据包括标签识别码和测量得到的与每个读取的射频识别数据有关的角位置。控制单元(附图中未示出)可以是微处理器，所述微处理器与读取装置相连，例如连接到读取装置。测量得到的数据例如通过以太网电缆从控制单元传递到电气控制面板82，所述电气控制面板82典型地设置用于对用于起重机以及卷筒的所有运动的电动机的运转进行电气控制。控制面板82安装在起重机的支撑结构的侧框架的一个侧部上，并且包括诸如以太网转换器的电光(EO)媒介转换器。在控制面板82的电光转换器的输出端处，例如多模光纤的光纤(未示出)沿着起重机的框架延伸，以便例如通过光纤旋转接合件连接到同一类型的包括在重型电缆中的光纤，这种光纤旋转接合件通常用于允许应用其它光纤传送控制和数据信号通过重型电缆并且由此传送到电力传输站。能够对应于卷筒的供给中心放置光纤旋转接合件。离开电光转换器的光纤承载光学数据，所述光学数据包含由读取装置所检测的(经过转换的)数据。以此种方式，从扭转监测系统所获得的数据能够被在远离起重机的地方显示和/或分析，例如在电力传输站中显示和/或分析。将电光转换器连接到卷筒的供给中心的光纤和将控制单元连接到电光转换器的以太网电缆可以在起重机的框架结构内部延伸并且因此在图8-10中未示出。替代地，可以使用无线通讯来将数据从读取装置80传输到处理数据的工作站。

尽管在图8-10中的实施例中读取装置定位于导向装置的入口处，但是应当理解，其它构造也是可能的。例如，读取装置能够放置在导向辊端部附近，或相应的读取装置能够定位在每个导向辊端部的附近，以便测量电缆沿着起重机的两个运转方向在导向装置出口处的旋转。

因为电缆在两个端部处被限制，所以检测到电缆中的角度变化，并且因此检测到电缆的旋转状态，表示在电缆中的某些位置处存在扭转应力。

图11是用于重型应用的移动装备的示意性透视图，所述移动装备由重型电缆供给电力，所述移动设备包括根据本发明的另一个实施例的扭转监测系统。相同的附图标记用于表示具有与图8-10中的元件相同或相似的功能的相同部件。相对于图8-10示出的实施例，图11的扭转监测系统包括第一和第二读取装置92和91。第一读取装置92布置在导向装置93的入口处，所述导向装置93包括单个导向辊，而第二读取装置91靠近导向辊的出口放置。读取装置91和92均能够通过诸如各自的牙槽板94和95的传统的固定元件固定到电缆导向装置93的结构。第一和第二读取装置构造成环绕重型电缆71，所述重型电缆71在不同的时间穿过第一和第二读取装置。电缆穿过第一和第二读取装置的顺序取决于电缆是卷绕到卷筒75上还是从卷筒75上退绕。第一和第二读取装置分开固定的已知距离。能够根据参照图7所描述的方法测量电缆从放置有第一读取装置91的固定点到放置有第二读取装置92的第二固定点的角度演变。重型电缆71连接到定位于轨道74a的端部附近的电源单元96。

每个读取装置91和92均连接到相应的控制单元或连接到单个控制单元，所述控制单元构造成存储并处理由读取装置所检测得到的信息数据。与参照图8所描述的相似，控制单元或多个控制单元均通过电缆(诸如以太网电缆)连接到控制面板82。假设i-标签沿着从电缆卷筒到导向装置的方向(即，退绕阶段)穿过读取装置的探询区域，则第一读取装置92检测角位置α_i ¹，第二读取装置91检测角位置α_i ²。不等于零或大于给定阈值的角度变化(α_i ¹-α_i ²)表示电缆的旋转状态。

本发明的特定方面涉及一种重型起重吊车，所述起重吊车包括：支撑结构；安装在框架结构上的卷筒；围绕卷筒卷绕并且具有第一和第二端部的电缆；布置(例如安装在)在支撑结构上的导向装置，所述电缆穿过所述卷筒下游并且进入所述导向装置(例如，在导向装置的至少一个导向辊上通过)；扭转监测系统，所述扭转监测系统包括至少一个读取装置，所述读取装置布置成环绕电缆的在卷筒下游的部分；以及连接到至少一个读取装置的控制单元。

本发明的特定实施例涉及一种风车发电机。

图12是用于发电的风车的概略性剖视图。风车110包括沿着纵向轴线布置的塔112和在所述塔顶部的机舱111。机舱111容纳有本身已知的装置，所述装置用于将叶片116的转动能转化成电能，并且包括发电系统(图中未示出)和用虚线表示的变压器115。机舱用于相对于塔的轴线枢转，以便跟随风向的变化。

电力电缆113设置在风车中以便将机舱111中的变压器115连接到塔底部114，在所述塔底部114处，所产生的电力被传送到配电网或直接分送到终端用户。

典型地，电力电缆113是三极电缆并且通常包括三个绝缘的供电导线和三根接地导线，每根所述接地导线均定位在形成在两个毗邻的供电导线之间的间隙区域中。三根供电导线和三根接地导线螺旋地卷绕，并且整个组件被电缆外套连续覆盖。

电缆沿着风车塔竖直布置，所述电缆的第一部分113a自由地悬吊在塔内部，所述电缆的第二部分113b例如通过固定工具117固定在塔的侧壁上。典型地，电缆长度大约为18-20m，然而塔的高度是60-100m。由于机舱在顺时针方向和逆时针方向的旋转运动，电力电缆承受交替的扭转应力循环。特别地，扭转应力产生在电缆的自由地定位在塔内的长度部分(从变压器出来并且在被固定到塔的侧壁之前悬吊在所述塔内的电缆的长度部分)中。因此，随着机舱旋转，第一部分113a围绕其轴线扭转。通常，风车被操作沿着给定的方向(例如，顺时针)旋转三到五转(每次360°)，然后转换旋转方向(例如，沿着相反的方向，如逆时针，转五转)。平均而言，因为风向通常在24小时内不会变化超过180°，所以风车一天转一转。

电力电缆113设置有至少一个射频识别标签，所述射频识别标签沿着电缆长度布置，所述电缆长度在风车塔内竖直延伸。因为电缆113在两个相对的端部处被限制并且没有承受沿着塔的轴线的大体纵向的活动，所以通过为电缆提供单个射频识别标签(图中未示出)能检测扭转应力。优选地，射频识别标签设置在电缆的悬吊部分中，更加优选地，设置在经受旋转的机舱的附近。在制造阶段期间，射频识别标签可以被包括在电缆结构中，或者在安装电缆之前或安装电缆之后，所述射频识别标签能够被附接到电缆外护套。

读取装置118对应于设置有射频识别标签的电缆部分设置。读取装置能够是参照图6所描述的那种类型的，其包括径向布置的收发器芯片的至少一个环形列。

尽管优选的是与识别标签的基准角位置有关的信息数据存储在远离电缆的位置处，例如存储在连接到读取装置的控制单元中或存储在远程个人计算机中，以便简化可检测扭转的电缆的制造，但是本发明涵盖这样的一种电缆，在所述电缆中沿着电缆布置的多个识别标签中的每个均包括存储单元，所述存储单元存储与基准角位置有关的信息。

根据一方面，本发明针对一种电缆，所述电缆沿着中央纵向轴线延伸并且包括沿着电缆长度布置的多个识别标签，所述多个识别标签中的至少一个标签包括存储单元，其中所述存储单元存储与至少一个标签的相对于电缆横截面的虚拟轴线的基准角位置有关的信息，所述虚拟轴线在垂直于中央纵向轴线的平面中穿过标签。优选地，多个标签中的每个标签均包括存储单元，所述存储单元均存储与基准角位置有关的信息。

尽管在具体实施方式中参考了电缆，但是本发明涵盖用于测量光缆或控制电缆的扭转的方法和系统，其中需要检测和监测扭转。

Claims (22)

1.一种用于监测电缆扭转的方法，所述方法包括以下步骤：

设置电缆，所述电缆具有外表面并且沿着纵向方向延伸，所述电缆设置有至少一个识别标签，所述识别标签布置在横向于所述纵向方向的横截平面中的标签角位置，所述至少一个标签存储标签识别码并且能够发射标签电磁信号；

探询所述至少一个识别标签，以便接收所述标签电磁信号；和

检测所述标签电磁信号，其中，检测所述标签电磁信号的步骤包括读取所述标签识别码并且确定所述至少一个识别标签的所述标签角位置的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个识别标签是能够发射射频(RF)电磁信号的射频识别(RFID)标签，并且探询所述至少一个识别标签的步骤包括发射探询射频信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，至少一个射频识别标签是无源型的，并且发射探询射频信号的步骤触发所述至少一个射频识别标签发射标签射频信号。

4.根据权利要求1到3中的任一项所述的方法，其中，探询所述至少一个识别标签的步骤通过至少一个读取装置来实施，所述读取装置能够发射探询电磁信号，并且能够接收由所述至少一个识别标签所发射的标签电磁信号。

5.根据权利要求1到4中的任一项所述的方法，其中：

探询步骤包括以下步骤：从至少一组多个收发器发射探询电磁信号，所述收发器径向布置成包围所述电缆的所述外表面的至少一个部分，并且所述收发器以预定的读取角位置径向地间隔开；

通过所述多个收发器中的至少一个收发器实施检测标签电磁信号的步骤；以及

确定至少一个标签的标签角位置的步骤包括使检测到的标签电磁信号与实施检测的至少一个收发器相关。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，使检测到的标签电磁信号与所述至少一个收发器相关的步骤包括：使读取的标签识别码与实施检测的所述至少一个收发器的读取角位置相关。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，使检测到的标签电磁信号与至少一个收发器相关的步骤包括：使检测到的标签信号与实施检测的至少一个收发器的读取角位置相关，所述读取角位置用作标签角位置。

8.根据权利要求5到7中的任一项所述的方法，其中，所述至少一组多个收发器的收发器围绕共同的圆周平面并排布置，所述共同的圆周平面横切所述电缆的所述纵向方向获得。

9.根据权利要求5到8中的任一项所述的方法，其中，至少一组多个收发器包括第一组多个收发器和第二组多个收发器，所述第一组多个收发器和第二组多个收发器沿着所述读取装置的长度轴向间隔开，使得所述第一组多个收发器和第二组多个收发器包围所述电缆的外表面的在不同纵向位置处的至少一个部分。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一组多个收发器的收发器径向分布在等距间隔开的第一读取角位置处，所述第二组多个收发器的收发器径向分布在等距间隔开的第二读取角位置处，所述第一读取角位置和第二读取角位置相互错开。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一组多个收发器和所述第二组多个收发器的收发器径向分布成使得所述第一组多个收发器中的每个收发器的所述读取角位置与所述第二组多个收发器中的每个收发器的所述读取角位置不同。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电缆包括多个识别标签，所述多个识别标签沿着电缆长度布置在相应的标签角位置。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，探询所述多个标签中的至少一个标签通过应用至少一个读取装置来实施，所述读取装置包括至少一组多个收发器，所述收发器径向布置成包围所述电缆的外表面的至少一个部分，并且所述方法在探询所述多个识别标签中的至少一个识别标签的步骤之前还包括使所述电缆相对于所述至少一个读取装置运动的步骤。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，使所述电缆相对于所述至少一个读取装置运动的步骤包括使所述电缆在相反的轴向方向上运动，以便使所述至少一个识别标签能够在随后的时间穿过所述至少一组多个收发器。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，检测步骤包括确定所述至少一个识别标签在第一获取时间的第一标签角位置和同一标签在随后的第二获取时间的第二标签角位置，并且所述方法还包括计算读取的所述第一标签角位置和所述第二标签角位置之间的角度变化的步骤，所述角度变化表示所述电缆在沿着所述电缆长度的所述至少一个标签附近的旋转状态的时间演变。

16.根据权利要求1到14中的任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

存储所述至少一个标签的检测到的标签识别码和标签角位置；

使所述标签识别码与基准角位置相关；以及

确定测量到的角位置和基准角位置之间的角度变化，所述角度变化表示所述电缆在沿着所述电缆长度的所述至少一个标签附近的旋转状态。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，探询多个标签中的至少一个标签的步骤通过应用第一读取装置和第二读取装置来实施，所述第二读取装置以预定的读取距离与所述第一读取装置间隔开，第一读取装置和第二读取装置中的每个均包括各自的第一组多个收发器和第二组多个收发器，所述第一组多个收发器和第二组多个收发器径向布置成包围所述电缆的外表面的至少一个部分。

18.根据权利要求17所述的方法，所述方法在探询多个识别标签中的至少一个识别标签的步骤之前还包括以下步骤：使所述电缆相对于所述第一读取装置和第二读取装置运动，以便使所述至少一个识别标签能够在随后的时间穿过所述第一组多个收发器和第二组多个收发器。

19.一种用于电缆的扭转监测系统，所述系统包括：

电缆，所述电缆具有外表面并且沿着纵向方向延伸，所述电缆设置有至少一个识别标签，所述识别标签布置在位于横向于所述纵向方向获得的横截平面中的标签角位置，所述至少一个标签存储标签识别码，并且能够发射标签电磁信号；以及

至少一个读取装置，所述读取装置围绕所述电缆的外表面的至少一个部分布置，并且用于探询所述至少一个标签，以便读取所述标签的标签识别码并且检测所述标签的标签角位置。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述至少一个读取装置包括至少一组多个收发器，所述收发器径向布置成包围所述电缆的外表面的至少一个部分，所述收发器在预定的读取角位置处径向间隔开。

21.根据权利要求20所述的系统，所述系统还包括至少一个控制单元，所述控制单元逻辑上连接到所述至少一个读取装置，并且用于处理标签识别码和使所述标签识别码与实施检测的所述至少一个收发器的读取角位置相关。

22.根据权利要求20或21所述的系统，其中，所述至少一个读取装置还包括中空的圆筒状主体，所述主体具有内表面和外表面，所述内表面面向所述电缆的外表面，其中所述至少一组多个收发器围绕所述中空的圆筒状主体的所述内表面径向间隔开。

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