CN102666353B - 采用电容传感器的相对于乘员输送机的人的检测 - Google Patents

Abstract

一种用于相对于乘员输送机来检测人的系统包括：驱动电路，用于将振荡驱动信号提供给配置成响应所述振荡驱动信号而向第二电极产生电场的电容传感器的第一电极。检测电路连接到电容传感器，并且产生作为电容传感器的电容的函数的输出，使得检测电路例如在人进入第一与第二电极之间的电场时感测电容传感器的电容的变化。控制器响应由检测电路所感测的电容的变化而有选择地调整乘员输送机的操作模式。

Description

采用电容传感器的相对于乘员输送机的人的检测

技术领域

一般来说，本发明涉及乘员输送机，更具体来说，涉及用于检测相对于乘员输送机的人的位置的系统。

背景技术

诸如自动扶梯和移动走道之类的乘员输送机用于有效地将乘员从第一位置输送到第二位置。典型自动扶梯包括多个活动阶梯，活动阶梯链接在一起，并且附连到在自动扶梯的各端的一对链轮齿上行进的链条，其中链轮齿之一由机器驱动。栏杆位于活动阶梯的每侧，并且各栏杆包括与阶梯同时移动的活动扶手。典型移动走道包含与自动扶梯相同的许多组件，不同的是走道基本上是平坦而不是倾斜的，并且使用垫板来代替阶梯。

为了安全、维护或能量成本节省，乘员感测系统已经用于停止或触发乘员输送机的操作。通常，这些乘员感测系统在入口和出口大门处或者沿乘员输送机的长度已经使用多个传感器，以便检测是否有人接近入口和出口大门或者搭乘乘员输送机。这些传感器已经是光学传感器、红外传感器、压电传感器或RF发射器。由于所需传感器的数量随着乘员输送机的长度增加而增加，所以这些系统的安装和维护可能是极为昂贵的。

发明内容

本发明是一种用于相对于乘员输送机来检测人的系统。该系统包括：驱动电路，用于提供振荡驱动信号；电容传感器，具有配置成响应振荡驱动信号而向第二电极产生电场的第一电极；检测电路，连接到电容传感器以检测电容传感器的电容的变化；以及控制器。当人中断第一与第二电极之间的电场时，检测电路感测电容传感器的电容的变化，并且产生作为电容的函数的输出。基于检测电路所感测的变化，控制器例如通过控制乘员输送机启动、减速、加速、停止或阻止启动，来有选择地调整乘员输送机的操作模式。

本发明具有至少两种应用：检测乘员输送机的栏杆之间的人，以及检测乘员输送机的机器间里的人。为了检测乘员输送机的栏杆之间的人，将电信号提供给第一栏杆上的第一电极，以便在第一电极与相对第一栏杆的第二栏杆上的第二电极之间的空间中生成电场。当乘员出现在乘员输送机上时，检测到第一与第二电极之间的电容的变化。乘员输送机的操作作为所检测的电容变化的函数来被控制。为了检测乘员输送机的机器间中的人，将电信号传送给位于机器间中的感测导线（sense wire），以便在导线与机器间中的电隔离组件之间创建电场。人在机器间中的出现将中断该电场，并且改变感测导线与组件之间的电容。电容的这种变化使用检测电路来被检测，并且乘员输送机的操作作为所检测的电容变化的函数来被控制。

附图说明

图1是乘员输送机的透视图，其中包括容纳乘员输送机的驱动系统的部分的机器间。

图2是与按照本发明的实施例的乘员输送机配合使用的检测系统的框图。

图3A-3F是示出本发明的检测系统的示范操作模式的简图。

图4A-4C是示出乘员输送机的栏杆上的导电材料的示范配置的简图。

图5是示出乘员输送机上的电极的备选配置的简图。

具体实施方式

本发明涉及相对于诸如自动扶梯、移动走道等的乘员输送机的人的位置的检测。图1是自动扶梯10的透视图，自动扶梯10包括第一平台12、第二平台14、阶梯16的连续环、扶手18、限定其间的乘员搭乘区的栏杆22、驱动系统24和机器间26、28。阶梯16从第一平台12延伸到第二平台14。栏杆22沿阶梯16的侧面从第一平台12延伸到第二平台14，并且扶手18与各栏杆22滑动地接合。驱动系统24配置成以恒定速度并且相互同步地驱动阶梯16和扶手18。驱动系统24的第一部分位于机器间26中，而驱动系统24的第二部分位于机器间28中。

本发明涉及相对于自动扶梯10的人的位置的检测。在任何给定时间，人在沿自动扶梯10搭乘的同时可位于栏杆22之间的乘员搭乘区中，或者在自动扶梯没有移动时提供维护辅助的同时可位于机器间26、28中或者栏杆22之间。基于人的位置，为了效率和安全原因，可期望启动或停止驱动系统24，或者阻止驱动系统24启动。本发明使用电场来检测相对于自动扶梯10的人的位置，并且将该信息传送给检测电路，以便确定是否需要启动或停止驱动系统24。

图2是按照本发明的实施例的检测系统30的框图。检测系统30包括驱动电路32(它包括振荡器34、放大器36、模式选择器37和阻抗匹配网络38)、电容传感器40和检测电路42。检测电路42包括比较器44和控制器45，并且与自动扶梯10的逻辑电路46进行通信。

控制器45将电流提供给振荡器34，振荡器34生成电信号50。来自控制器45的控制信号还路由至模式选择器37，以便命令模式选择器37按照三种模式之一来驱动电容传感器40：吸收模式、传输模式或加载模式。

振荡器34通常是基于晶体(压电)的振荡器，或者直接由控制器45的输出来驱动。振荡器34能够工作在100 kHz至1 MHz的范围，但是优选地在100-150 kHz之间进行操作。由振荡器34所创建的电信号50是低功率振荡驱动信号，其被限制到小于500 mW的功率。电信号50由放大器36来放大，并且通过模式选择器37以及在示范实施例中可采用一个或多个变抗器所实现的阻抗匹配网络38来传送给电容传感器40。阻抗匹配网络38由控制器45的输出来控制，并且确保将电信号50有效地传递给电容传感器40，而不管传感器40的变化电容。将电信号50施加到电容传感器40，以便在电容传感器40的第一电极54与第二电极56之间创建静电场52。

当人57位于第一电极54与第二电极56之间时，扰动在准静电场52中发生。这种扰动是检测器电路42能检测的。检测电路42包括比较器44以及控制器45，其与逻辑系统46进行通信。基于从电容传感器40所接收的输出，比较器44向控制器45输出第一电极54与第二电极56之间的电压差。控制器45是运行用于处理来自比较器44的输出的算法的微处理器。在一些实施例中(下面针对图3A-3F更详细地论述)，这些算法使用若干检测模式来处理来自比较器44的输出，以便搜索随时间的电容的模式和差，以指示人、多人的存在或者其它状况。控制器45与逻辑系统46进行通信。基于电容传感器40的电容的所检测的变化，控制器45和逻辑系统46确定是否需要乘员输送机的操作模式的变化(即，启动、停止或减缓乘员输送机或者甚至阻止乘员输送机启动)。

这个系统基于如下前提进行操作：人的介电常数明显高于空气的介电常数。电容的等式如下：

其中，C是单位为法拉的电容，ε_r是第一电极54与第二电极56之间的物体的介电常数(或相对电容率)，ε₀是真空中的电容率(8.854×10^-12 F/m)，Λ是第一电极54和第二电极56重叠的单位为平方米的面积，以及d是第一电极54与第二电极56之间单位为米的距离。对于空气，介电常数ε_r大约为1.00。对于人体，介电常数ε_r大致在60与90之间，取决于各种因素。因此，电容传感器40的电容在人体处于第一电极54与第二电极56之间时将显著变化。电容的这种变化将由检测电路42来检测。更接近空气的介电常数的材料、例如纸(ε_r=3.5)或橡胶(ε_r=7)将不会引起大的电容变化，并且因而可不是能检测的(但是一些科学论文指示，实验表明，能够检测小至0.05×10^-18 F的电容变化)。

如上所述，电容传感器40和检测电路42可工作在三种检测模式的任一种。这些模式是吸收(或分流)模式、传输模式和加载模式。图3A-3F是详细示出这三种检测模式的简图。

图3A-3B示出吸收模式的电容传感器40。第一电极54向第二电极56产生电场52(例如准静电场)。当没有主体存在于第一电极54与第二电极56之间时，第二电极56接收稳态强度的电场52(其中电场52的一部分分流到地)。当主体57(例如人或其它物体)存在于第一电极54与第二电极56之间时，如图3B所示，电场52被扰动，使得第二电极56接收更弱的电场52，因为电场52的一部分通过主体57分流到地，而没有到达第二电极56。

图3C-3D示出传输模式的电容传感器40。第一电极54向第二电极56产生电场52(例如准静电场)(其中电场52的一部分分流到地)。当没有主体存在于第一电极54与第二电极56之间时，第一电极54与第二电极56之间的电容具有固定值。当主体57(例如人或其它物体)存在于第一电极54与第二电极56之间时，如图3D所示，场产生器变为相互电容地耦合的第一电极54和主体57的组合，并且这个场产生器与第二电极56之间的电容根据主体57的特性和位置而改变。

图3E-3F示出加载模式的电容传感器40。第一电极54产生电场52(例如准静电场)，其至少一部分分流到地(第二电极56在这种模式中没有用作电容传感器)。当主体57(例如人或其它物体)存在于邻近第一电极54 (即，第一电极54与第二电极56之间)时，如图3F所示，电场52被扰动并且通过主体57分流到地，从而产生基于主体57的特性和位置随第一电极54与主体57之间的电容而改变的能检测的加载效果。作为对第一电极54的替代或补充，第二电极56也可在这种模式中产生电场。

对于这种技术在乘员输送机中的使用存在至少两种应用：检测自动扶梯10上(具体在栏杆22之间)的人，并且检测机器间26、28中的人。以上所述并且如图2所示的电路可适用于这两种应用，其中在实现电容传感器40的方面具有细微变化。在所检测的人是自动扶梯10上的乘员的情况下，栏杆22形成或支承电容传感器40的第一和第二电极54、56。在所检测的人是机器间26、28中的维护人员的情况下，感测导线充当第一电极54，并且接地机械充当第二电极56，以便形成电容传感器40。下面将更详细论述这些应用的每个的具体细节。

为了采用形成电容传感器40的栏杆22来检测乘员输送机的栏杆22之间的人，导电材料施加到各栏杆22，以便创建电容传感器40。这特别可适用于具有非导电表面、如玻璃表面的栏杆22。重要的是，导电材料与围绕栏杆22的非导电表面的任何金属部分充分间隔开，因为这些金属部分主要充当接地。如果导电材料过于靠近金属部分，则电信号可分流到这些接地金属部分，并且因而检测系统的范围和灵敏度降低。但是，可允许检测系统的有限数量的小部分接近栏杆的导电部分，以便进行必要的电路连接。

图4A-4C是示出导电材料60能够施加到栏杆22的非导电表面62以便创建电容传感器40的若干示范方式的简图。图4A示出其中网格或透明导电膜60a层合到栏杆22的非导电表面62的实施例。这个网格或透明导电膜60a可在非导电表面62的制造期间来施加，或者可在以后施加到非导电表面62，以便改造现有乘员输送机。图4B示出其中玻璃本身包括在玻璃制造过程中形成的导电元件60b的实施例。图4C示出其中导电贴花纸60c附于非导电表面62的实施例。虽然其它方法可用于将导电材料60施加到各栏杆22的非导电表面62，但重要的是，导电材料60没有过于接近包围非导电表面62的金属部分的任一个，因为这些金属部分主要充当接地。如果导电材料60过于接近这些接地区域，则信号可分流到这些接地区域，这会引起降低的灵敏度和范围。对于其中栏杆22是金属的应用，它将需要与相对的栏杆22电隔离。

如上所述，栏杆22的面积(更具体来说是设置在栏杆22上的导电材料60的表面积)在人接近或处于栏杆22之间时直接影响电容的变化(并且因而影响检测灵敏度)。在较长自动扶梯上，导电表面的长度能够变得稍微谐振的，并且作用就像天线。在这类情况下，传播电场可存在于栏杆22上，并且干扰周围电子装置。在这类应用中，在栏杆22的每个内表面上，导电表面60能够分为两个或更多部分，如可选划分线63所示。将复用器添加到检测电路42将允许多个部分与检测电路42的其它组件进行通信。备选地，多个比较器44可用于允许这些部分与控制器46进行通信。

在操作中，当因自动扶梯10上的人的存在而由电容传感器40检测到电容的变化时，检测电路42可确定是否改变自动扶梯10的操作。例如，当人接近自动扶梯10并且进入栏杆22之间的空间时，自动扶梯10能够从低功率或能量节省模式“唤醒”，并且从较慢速度直接或逐渐进入常规传输模式。如果人处于自动扶梯10上并且存在紧急情况，则自动扶梯10能够进入缓和停止模式，以便防止突然停止。另外，如果人位于已停止自动扶梯10上，则人的检测能够用于避免启动自动扶梯10。

检测系统30还能够用于检测机器间26、28中的人。机器间26、28各位于邻近阶梯16和栏杆22(如图1所示)。为了检测机器间26、28中的人，将驱动系统24和/或各机器间26、28中的其它导电组件接地。感测导线(未示出)安装在机器间26、28中(优选地在中间高度)，并且是与接地隔离的，以便形成第一电极54。接地组件形成第二电极56。以上针对图2所述的相同电路也用于创建电场52供机器间应用。

当机器间26中没有人时，感测导线与诸如驱动系统24之类的接地组件之间的电容是恒定的。当人或另一个物体进入机器间26时，感测导线与诸如驱动系统24之类的接地组件之间的电容因人的介电常数或电容率与空气的介电常数或电容率之间的差而发生变化。电容的这种变化由检测电路42按照与以上针对图2所述的相同或相似方式来检测。如果在机器间26中检测到人，则自动扶梯10的操作被禁用(即，送往电动机的所有电力被切断，以便确保没有部件正在移动)。

这两种应用的每种(即，创建栏杆之间或者机器间中的电容传感器)可使用如图2所示所配置的独立电路，或者它们可共用电路。还可包含本领域已知的附加电路和传感器，以便防止某些状况(例如温度和湿度)的变化可对电容感测布置具有的有害影响。

图5是示出实现本发明的检测系统的乘员输送机上的电极的备选配置的简图。第一电极54和第二电极56(图2)可位于栏杆22上(如位置70a和70b所示)、可位于乘员输送机的内铺板上(如位置72a和72b所示)、可位于乘员输送机的内边缘上(如位置74a和74b所示)，或者可位于这些位置的一个或多个的组合处。需要电极的适当电隔离，以便通过这些配置的任一种来实现检测系统的电容感测功能性。在示范实施例中，阶梯16或者阶梯16及其伴随阶梯链条用于提供到固定电位(例如接地)的被电隔离的连接，其中电极被连接以便实现检测的上述加载模式。

虽然参照示范实施例描述了本发明，但本领域的技术人员会理解，可进行各种变更，并且等效方案可代替其中的元件，而没有背离本发明的范围。另外，可进行许多修改以使具体情况或材料适合本发明的教导，而没有背离其本质范围。因此，预期本发明并不局限于所公开的具体实施例，相反，本发明包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (22)

1.一种用于相对于具有结构组件和乘员搭乘区的乘员输送机来检测人的系统，所述系统包括：

驱动电路，用于提供振荡驱动信号；

电容传感器，具有配置成响应所述振荡驱动信号而向第二电极产生电场的第一电极；

检测电路，连接到所述电容传感器，所述检测电路感测所述电容传感器的电容的变化，并且产生作为电容的函数的输出，其中电容的变化由所述第一与第二电极之间的电场中的人的存在而引起；以及

控制器，响应检测电路输出而有选择地调整所述乘员输送机的操作模式。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二电极设置在位于所述乘员搭乘区的相对侧上的乘员输送机结构组件的部分上。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一电极包括设置在位于所述乘员搭乘区的第一侧上的乘员输送机结构组件上的导电材料，并且所述第二电极包括设置在位于与第一侧相对的所述乘员搭乘区的第二侧上的乘员输送机结构组件上的导电材料。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述乘员输送机结构组件是栏杆，所述第一电极包括所述乘员搭乘区的一侧上的栏杆的导电表面，而第二电极包括位于所述乘员搭乘区的相对侧上的栏杆的导电表面。

5.如权利要求4所述的系统，其中，所述栏杆由非导电材料来形成，并且导电材料设置在位于所述乘员搭乘区的相对侧上的栏杆的表面上。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述非导电材料是玻璃。

7.如权利要求5所述的系统，其中，所述导电材料粘附于非导电的栏杆的表面。

8.如权利要求5所述的系统，其中，所述导电材料与非导电的栏杆整体地形成。

9.如权利要求5所述的系统，其中，所述导电材料分为多个部分。

10.如权利要求9所述的系统，其中，复用器连接所述部分，以便向所述检测电路传送所述电容传感器的输出。

11.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一电极包括位于所述乘员输送机的机器间中的感测导线，并且所述第二电极包括所述机器间中的接地组件。

12.如权利要求1所述的系统，所述驱动电路还包括：

振荡器，用于创建振荡驱动信号；

放大器，连接到所述振荡器，以便放大所述振荡驱动信号；

阻抗匹配网络，连接在所述放大器与所述电容传感器之间；以及

模式选择器，能操作成驱动所选模式的所述电容传感器。

13.如权利要求12所述的系统，其中，所述振荡器的频率为100 kHz至1 MHz。

14.如权利要求12所述的系统，其中，所述振荡器的频率为100 kHz至150 kHz。

15.如权利要求1所述的系统，其中，所述检测电路包括：

比较器，配置成感测所述电容传感器的电容的变化，并且产生作为所述电容传感器的电容的函数的输出。

16.一种检测乘员输送机的第一与第二栏杆之间的乘员的方法，所述方法包括：

将电信号提供给所述第一栏杆上的第一电极，以便在所述第一电极与相对所述第一栏杆的第二栏杆上的第二电极之间生成电场；

检测所述第一与第二电极之间的电容的变化，其中电容的变化由所述第一与第二电极之间的电场中的人的存在而引起；以及

作为电容的所检测的变化的函数来控制所述乘员输送机的操作。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述第一电极包括设置在所述第一栏杆的表面上的导电材料，并且所述第二电极包括设置在所述第二栏杆的表面上的导电材料。

18.如权利要求16所述的方法，其中，所述电信号是低功率振荡驱动信号。

19.如权利要求16所述的方法，其中，所述电信号的频率为100 kHz至1 MHz。

20.一种检测乘员输送机的机器间中的人的方法，所述方法包括：

将电信号传送给位于所述机器间中的感测导线，以便在所述导线与所述机器间中与所述感测导线电隔离的导电组件之间创建电场；

检测所述感测导线与所述导电组件之间的电容的变化，其中电容的变化由所述感测导线与导电组件之间的电场中的人的存在而引起；以及

作为电容的所检测的变化的函数来控制所述乘员输送机的操作。

21.如权利要求20所述的方法，其中，所述电信号是低功率振荡驱动信号。

22.如权利要求20所述的方法，其中，所述电信号的频率为100 kHz至1 MHz。