CN107646063B - 锁或窗或门配件 - Google Patents

Abstract

为了同时检测锁定元件(12)的状态和窗或门的状态，提供了一种锁(11)或配件，其中至少一个线圈(13)布置在面板(14)上或扣板上的相应外表面上，其用于锁定元件(12)的开口周围设置线圈(13)。为了确定门的状态和锁舌的状态，向线圈(13)施加交流电压信号，以确定线圈的阻抗，并将所述阻抗与预定值进行比较。为了提高可靠性，可以向线圈(13)施加具有不同频率的连续信号，并且可以在所述不同频率值时确定阻抗并与预定值进行比较。或者，可以设置多个线圈，即发射线圈(13a)和至少一个接收线圈(13b)，并且当向所述发射线圈(13a)提供交流电压时，可以测量在所述接收线圈(13b)中感应的电压。

Description

锁或窗或门配件

技术领域

本发明涉及一种窗或门锁，特别是一种榫眼锁，其包含面板，扣板，可延伸穿过面板开口进入扣板开口的锁定元件，以及用于通过围绕扣板开口的线圈检测锁定元件状态的装置。本发明还涉及一种确定锁定元件状态和具有这种锁或窗或门配件的窗或门的状态的方法。

“锁定元件”不仅指的是锁闩和锁舌，而且还指锁勾或任何能够延伸出面板然后与扣板接合的元件，使得门或窗被固定在关闭位置。

现有技术

例如patcit0001:DE202011108234U中已知的可以检测门的状态是开着还是关着的锁。在该文献的[0024]段中描述了与磁体支架耦合的按钮，磁体的位置由霍尔效应传感器检测。当门关闭时，按钮被扣板压入锁的内部，可以由霍尔效应传感器检测磁体的位移。

类似地，例如patcit0002：DE102009046060A中已知的锁，其可以检测锁闩的状态，即“锁定”或“解锁”。在该文献中，磁体凹陷在锁闩中，由磁感应传感器检测磁体的位置。

这些解决方案的一个缺点是，为了能够检测锁的状态，必须机械地改变锁的结构；在第一种情况下，必须设置附加的按钮，而在第二种情况下，必须在锁闩中制造用于磁体的孔(通孔或盲孔)，这会使锁闩变得不坚固。此外，为了使每个传感器必须安装在特定位置，还需要空间。

patcit0003：DE19500054C文献中提到所述已知类型的锁。根据该文献，线圈设置在扣板后面。很明显，通过这种布置，(安装面板的)门的位置对线圈不会产生明显的影响。根据该文献，仅检测锁闩的状态，即“锁定”或“解锁”。

发明内容

本发明的目的是提供一种门或窗锁，其可以检测锁定元件的状态和窗或门的状态，而不需要对锁或窗或门配件进行重大的机械改动。

根据本发明，该目的通过所述类型的锁或窗或门配件来实现，为了检测窗或门的状态，当线圈设置在扣板的开口周围时，所述线圈设置在所述扣板的外表面；或者，除此之外，线圈设置在面板上，面板外侧和面板开口周围。

因此，面板或扣板上只需要一个线圈(除了包括在锁外的可以在任意位置的所需的电子设备)。这样的线圈可以压印在金属薄片上，优选是自粘的柔性的印刷电路板，这意味着它们可以制作得非常薄，使得所述锁的外部尺寸(所述面板厚度)和所述扣板的厚度几乎不变。因此，本发明可以安装在现有的锁或窗和门配件上。

已经发现，电测量值不仅由于锁定元件的状态而改变，并且也由于门的状态而在较小程度上改变。因此，只通过电测量就可以推断锁定元件和门的状态，而不需要额外的按钮或改造锁闩。

如果用线圈实现了最小的整体高度，那么在施加交流电压信号或交流电流信号的情况下，提供一个传感器用于测量线圈的阻抗是优选。面板或扣板仅由于线圈的厚度变厚。也就是说，可以发现，当锁闩缩回和延伸时，线圈的阻抗发生变化，并且(由于门关闭)当扣板接近于线圈附近时，线圈的阻抗在较小程度上发生变化。

确定锁定元件以及具有这种锁或窗或门配件的窗或门的状态的方法是通过向线圈施加交流电压或交流电流信号，以确定线圈的阻抗，并与它的预定值比较来实现。

通过连续地向线圈施加不同频率的信号，确定在施加这些不同频率时的阻抗，并将其与预定值进行比较，可以显著地提高确定锁定元件和窗或门配件状态的可靠性。例如，如果以三个频率测量并推断锁闩状态或门的状态，如果结果不同则可以采用多数决定法做出决定。另一方面，通常情况是在一定频率下的两个状态将产生非常相似的测量值，几乎不能区分。所以，仅出于这个原因而施加不同的频率进行测量。

如果在施加几个频率进行多次测量时，功耗当然比单次测量时更大，这在使用电池操作的情况下是不利的。如果总体高度不是考虑的要点(例如，如果在面板和/或扣板上设置凹槽)，则优选的是在面板或扣板的开口周围设置两个线圈，即发射线圈和接收线圈，并且提供一个传感器，用于当将交流电压施加到发射线圈时测量接收线圈的感应电压。特别是当门的状态改变时，感应电压比阻抗更显著地变化。因此可以避免在施加不同频率的情况下进行多次测量，从而能够最大限度地降低功耗。

如果提供附加的接收线圈，使得在发射线圈的每一侧设置接收线圈，并且如果提供传感器，用于在将交流电压施加到发射线圈时测量两个接收线圈的感应电压的差异，则可以进一步提高可靠性。

因此，三个线圈(各自被压印在金属薄片上)相邻地安装在面板上，发射线圈被对称地安装在两个接收器线圈之间，从而形成互感器的结果。如果铁芯(或其他金属)在这种布置中精确对称地安置，则在两个接收线圈中感应完全相同的电压，因此两个接收线圈之间的差分电压为零。然而，如果铁芯在一个或另一个方向上移位，则该布置变得不对称，并且铁芯越偏离，所测量的信号越大。

确定锁定元件以及具有这种锁或窗或门配件的窗或门的状态的方法是通过向发射线圈施加交流电压或交流电流信号，以确定接收线圈的电压或两个接收线圈的感应电压的差值，并将其与预定值进行比较来实现。

为了补偿长期漂移，存储测量值和基于最新测量值的平均值再指定的预定值是优选的。

视图简要说明

将参照附图更详细地说明本发明，其中：

图1示出了本发明第一实施例的榫眼锁的锁闩区域；

图2是所述榫眼锁面板的锁闩区域的俯视图；

图3是用于确定阻抗的电路；

图4示出了根据图3的电路的两个信号V1和V2；

图5示出了用铁磁锁闩和铁磁扣板测量的(基于频率的)电感；

图6示出了用铁磁锁闩和铁磁扣板测量的(基于频率的)电阻；

图7示出了用非铁磁锁闩和非铁磁扣板测量的(基于频率的)电感；

图8示出了用非铁磁锁闩和非铁磁扣板测量的(基于频率的)电阻；

图9是本发明具有一个发射线圈和两个接收线圈的第二实施例的示意图；

图10示出了第二实施例中根据所述铁芯的位置测量的电压的示意图；和

图11是用于测量所述电压的电路示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，具有锁定元件12的锁11具有安装在面板14上的线圈13，并且其绕组设置在锁定元件12周围。所述绕组位于柔性印刷电路板上并与下面的铁氧体箔粘附在一起。(Würth Elektronik，部件号354006)。

这里的锁定元件12是锁舌，但是本发明也可以用落闩来实现。术语“锁定元件”旨在包括落闩和锁舌。

为了测量阻抗，线圈13通过触点15馈送信号，适合于此目的的电路如图3所示。因此，通过具有正弦电压的正弦波发生器17经由串联电阻器(在该示例中为Rv＝100kΩ)来控制线圈13。ADI公司的IC AD9838适用于正弦波发生器。其可以提供通过寄存器进行调整的高达8MHZ的频率。此外，其处于空闲状态时几乎不消耗任何功率，这有利于使用电池操作的情况。

为了测量阻抗，提供了具有模数转换器19的微处理器18。该模数转换器19交替地测量电压V1和V2。V1是正弦波发生器17提供的电压，V2是直接施加到线圈13上的电压，即串联电阻器16和线圈13之间的电压。

典型的信号形状如图4所示。为了检测正弦信号，需要四个测量点：在第一时间点t1，在1/4周期之后(时间点t2)，在1/2周期之后(时间点t3)和在3/4周期之后(时间点t4)。由于正弦信号是周期性的，所以在之后相应的1/4周期的附加测量点理论上产生相同的结果；在实践中，这可以被用于求平均值(并因此用于提高测量精度)。由于信号是周期性的，可以通过单个模数转换器测量到，如图4所示的：在V₁(时刻t₁ to t₄)的每个四分之一周期处依次测量四个值，然后从V₂(时刻t₅ to t₈)的每个四分之一周期处测量四个值。如果需要提高精度，则可以任意重复测量多次。

例如V₁或V₂，频率f的(任意相移)正弦波可以表示如下(ω＝2πf)：

V₁＝α₁·sin(ωt)+β₁·cos(ωt)

V₂＝α₂·sin(ωt)+β₂·cos(ωt)

系数可以从测量值确定如下：

α₁＝(V₁(t₂)-V₁(t₄))/2

β₁＝(V₁(t₁)-V₁(t₃))/2

α₂＝(V₂(t₆)-V₂(t₈))/2

β₂＝(V₂(t₅)-V₂(t₇))/2

这是立即显而易见的，因为在t₂和t₄(即在之后的1/4和3/4周期)，余弦为0，因此正弦分量的最大值和最小值被测量到，在t₁和t₃(即在周期的开始和之后的1/2周期)，正弦为0，所以余弦分量的最大值和最小值被测量到。

为了确保模数转换器精确地在四分之一周期执行每次测量，以四倍测量频率fs＝4·f_meas触发。

通过线圈13的电流I与串联电阻16的电压成比例，即与V₁-V₂成比例。线圈13的电压U为V₂。

因此，我们得出：

I＝[(α₁-α₂)·sin(ωt)+(β₁-β₂)·cos(ωt)]/Rv；

并且(其中α＝(α₁-α₂)/Rv和β＝(β₁-β₂)/Rv)

I＝α·sin(ωt)+β·cos(ωt)；和

U＝α₂·sin(ωt)+β₂·cos(ωt)

如上所述，可以从测量值容易地计算系数α,β,α₂,和β₂。

线圈的阻抗可以看作欧姆电阻R和(理想)电感L的串联连接；即：

U＝R.I+L(d1/dt)

替代得出：

α₂·sin(ωt)+β₂·cos(ωt)＝R·[α·sin(ωt)+β·cos(ωt)]+

+Lω[α·cos(ωt)-β·sin(ωt)]

按sin(ωt)和cos(ωt)合并：

sin(ωt)·(α₂-Rα+Lωβ)＝cos(ωt)·(-β₂+Rβ+Lωα)

如果两边均为0，则只能求解所有t的方程；所以，R和L的两个方程结果如下：

α₂-Rα+Lωα＝0

-β₂+Rβ+Lωβ＝0

or:

Rα-Lωβ＝α₂

Rβ+Lωα＝β₂

R和L可以很容易地计算出来：

R＝(α·α₂+β·β₂)/(α²+β²)

L＝(α·β₂-β·α₂)/((α²+β²)·ω)

因此，可以仅使用基本的算术运算从测量值来计算电阻和电感，即线圈的阻抗。因此，可以利用较低功率的微处理器18，这在成本和功耗方面是最佳的。

用于正弦波发生器17的具有时钟脉冲发生器20的微处理器18使用程序21执行相应的计算。

具有铁磁锁闩和铁磁扣板的锁的典型值如图5(电感)和图6(电阻)所示，特别是对锁闩的延伸(实线)和锁闩的缩回(虚线)，在没有扣板(x)以及具有5毫米间隙(“5mm”)的扣板和具有3毫米间隙的扣板(“3mm”)时进行多次测量，频率在1kHz和1MHZ之间变化。可以看出，由于锁闩的延伸，电感急剧增加，在1kHz时效果最明显。然而，扣板也具有明显的识别效果，重要的是要记住，“3mm”和“5mm”没有区别，这二者都意味着门是关闭的。在该锁中，因此可以用1kHz的单次测量来检测“解锁/锁定”和“打开/关闭”这两种状态。在这种布置中扣板的影响很低；如果线圈未紧密地布置在锁闩周围，则它的影响会变大(并且锁闩的影响较小)。

如从图6可以看出的，在这种布置中，电阻的计算也是多余的，毕竟，测量曲线在这里非常接近，“打开/锁定”，“打开/解锁”和“5毫米/锁定”的曲线实际上是重合的。如果考虑电阻值的话，当锁闩缩回时，1MHZ处的测量值可以用作确定门是打开还是关闭的附加标准。

具有非铁磁锁闩和非铁磁扣板的锁的典型值如图7(电感)和图8(电阻)所示，特别是，分别对锁闩的延伸(实线)和锁闩的缩回(虚线)，在没有扣板(x)以及具有5毫米间隙(“5mm”)的扣板和具有3毫米间隙的扣板(“3mm”)再进行多次测量，频率在1kHz和1MHZ之间变化。

可以看出，区分各种状态实际上更加困难。使用施加1kHz频率时电阻的测量值是优选的，以便识别门是否打开(测量值低于5Ω)或闭合(测量值高于5Ω)。可以从频率大约在5kHz时测量的电感确定锁闩是否延伸，其中测量值(几乎)与门的状态无关，并且当锁闩延伸时，电感明显在9μH以下，当锁闩缩回时，刚好超过9μH。

图9示出了本发明的第二实施例，其中发射线圈13a设置在两个接收线圈13b和13c之间。从正弦波发生器17向发射线圈13a提供1.5MHz的信号。由于在该实施例中单个频率是足够的，正弦波发生器17可以由具有后续带通滤波器的方波发生器构成。两个接收线圈13b和13c位于发射线圈13a的两侧。此外，还图示出了旨在表示锁闩元件的金属体12a。只要金属体12a完全对称地布置，整体上的布置是对称的，使得由交流电压表22测量的差分电压必须为零。

然而，如果金属体12a位移了量x，则这导致可测量的差分电压随x增加而变大(见图10)。

在图11中示出了具体的电路。提供微处理器31，其在引脚GPIO(＝通用I/O，通用输入/输出触针)处提供方波电压。该方波电压在带通滤波器32中被滤波成正弦电压并施加到发射线圈13a。两个接收线圈13b，13c(实际上设置在发射线圈13a的两侧，如图9所示)被连接成使得它们的差分电压被分接并馈送到附加的带通滤波器33。该带通滤波器33滤除干扰信号。信号在随后的整流器34中被整流和放大，并馈送到微处理器31的ADC输入端(ADC＝模拟数字转换器)。

虽然可以使用一个发射线圈13a，但是也可以提供两个并联连接或如图11所示的串联连接的发射线圈13a’，13a”。由于技术原因，四层对称制造比三层更容易，这是优选的。

通过这样的布置，使用安装在面板上的线圈测量以下电压(该单元是任意选择的)：

表1

	关闭并锁定	打开并锁定	关闭并解锁	打开并解锁
					铁磁螺栓	3791	3882	3966	4004
非铁磁螺栓	3573	3712	3739	3845

可以看出，所有这些状态都可以用铁磁和非铁磁锁舌彼此清楚地区分开来。

如果线圈安装在面板上，锁的内部总是比外部有更多的金属，因此当门打开并锁解锁时，将测量到最强的信号，当门关闭并锁定(锁闩延伸)时，将测量到最弱的信号。

相反，如果线圈安装在扣板上，当门打开时，内部比外部存在更多的材料，而门关闭时，情况则相反。这改变了接收信号和馈入信号之间的相移。在这种情况下，因此也可以有利于确定相移。

从图4中可以看出，铁磁性的影响随频率的上升而急剧下降，从约100kHz开始几乎不存在。正是由于这个原因，在本实施例中选择了1.5MHz的高频。

Claims (26)

1.一种锁（11）或窗或门配件，包含面板（14），扣板，可通过所述面板（14）的开口延伸到所述扣板的开口中的锁定元件（12），以及具有至少一个设置在所述扣板开口周围的线圈（13）的用于检测所述锁定元件状态的装置，其特征在于，为了也检测窗户或门的状态，所述线圈（13）设置在扣板上，扣板的外面；通过向线圈施加交流电压或交流电流信号，以确定线圈的阻抗，并与它的预定值比较，确定锁定元件的状态以及窗或门的状态。

2.一种窗或门锁（11），包含面板（14），扣板，可通过所述面板（14）的开口延伸到所述扣板的开口中的锁定元件（12），以及用于通过线圈检测锁定元件状态的装置，其特征在于，为了检测窗或门的状态，所述线圈围绕在所述面板上，面板的外面和面板开口周围；通过向线圈施加交流电压或交流电流信号，以确定线圈的阻抗，并与它的预定值比较，确定锁定元件的状态和窗或门的状态。

3.根据权利要求1所述的锁（11）或窗或门配件，其特征在于，所述线圈（13）安装在柔性印刷电路板上。

4.根据权利要求3所述的锁（11）或窗或门配件，其特征在于，所述线圈（13）安装在自粘的柔性印刷电路板上。

5.根据权利要求1或3或4中任一项所述的锁（11）或窗或门配件，其特征在于，还包括用于在施加交流电压信号或交流电流信号时测量所述线圈（13）阻抗的传感器。

6.根据权利要求1或3或4中任一项所述的锁（11）或窗或门配件，其特征在于，在所述面板（14）或扣板的开口的周围设置两个线圈，即发射线圈（13a） 和接收线圈（13b），并且提供传感器，用于在将交流电压施加到发射线圈（13a）时测量在接收线圈（13b）中的感应电压。

7.根据权利要求6所述的锁（11）或窗或门配件，其特征在于，提供附加的接收线圈（13c），使得在所述发射线圈（13a）的每一侧上设置相应的接收器线圈（13b，13c），并且提供传感器，用于在交流电压被施加到所述发射线圈（13a）时测量在两个所述接收线圈（13b，13c）中感应电压之间的差。

8.根据权利要求2所述的窗或门锁（11），其特征在于，所述线圈（13）安装在柔性印刷电路板上。

9.根据权利要求8所述的窗或门锁（11），其特征在于，所述线圈（13）安装在自粘的柔性印刷电路板上。

10.根据权利要求2或8或9中任一项所述的窗或门锁（11），其特征在于，还包括用于在施加交流电压信号或交流电流信号时测量所述线圈（13）阻抗的传感器。

11. 根据权利要求2或8或9中任一项所述的窗或门锁（11），其特征在于，在所述面板（14）或扣板的开口的周围设置两个线圈，即发射线圈（13a） 和接收线圈（13b），并且提供传感器，用于在将交流电压施加到发射线圈（13a）时测量在接收线圈（13b）中的感应电压。

12.根据权利要求11所述的窗或门锁（11），其特征在于，提供附加的接收线圈（13c），使得在所述发射线圈（13a）的每一侧上设置相应的接收器线圈（13b，13c），并且提供传感器，用于在交流电压被施加到所述发射线圈（13a）时测量在两个所述接收线圈（13b，13c）中感应电压之间的差。

13.一种确定如权利要求5所述的锁（11）或窗或门配件的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，将交流电压或交流电流信号施加到所述线圈（13）以确定线圈（13）的阻抗，并将其与预定值进行比较。

14.根据权利要求13所述的确定锁（11）或窗或门配件的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，不同频率的信号被连续施加到所述线圈（13），在这些不同频率下的阻抗被确定，并且将其与预定值进行比较。

15.根据权利要求13或14中任一项所述的确定锁（11）或窗或门配件的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，存储每个被测量的值，并且基于最近的测量值的平均值重建预定值。

16.一种确定如权利要求6所述的锁（11）或窗或门配件的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，将交流电压或交流电流信号施加到所述发射线圈（13a）以测量接收线圈（13b）中的电压，并将其与预定值进行比较。

17.根据权利要求16所述的确定锁（11）或窗或门配件的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，存储每个被测量的值，并且基于最近的测量值的平均值重建预定值。

18.一种确定如权利要求7所述的锁（11）或窗或门配件的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，将交流电压或交流电流信号施加到所述发射线圈（13a）以测量两个接收线圈（13b，13c）之间的差分电压，并将其与预定值进行比较。

19.根据权利要求18所述的确定锁（11）或窗或门配件的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，存储每个被测量的值，并且基于最近的测量值的平均值重建预定值。

20.一种确定如权利要求10所述的窗或门锁（11）的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，将交流电压或交流电流信号施加到所述线圈（13）以确定线圈（13）的阻抗，并将其与预定值进行比较。

21.根据权利要求20所述的确定窗或门锁（11）的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，不同频率的信号被连续施加到所述线圈（13），在这些不同频率下的阻抗被确定，并且将其与预定值进行比较。

22.根据权利要求20或21中任一项所述的确定窗或门锁（11）的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，存储每个被测量的值，并且基于最近的测量值的平均值重建预定值。

23.一种确定如权利要求11所述的窗或门锁（11）的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，将交流电压或交流电流信号施加到所述发射线圈（13a）以测量接收线圈（13b）中的电压，并将其与预定值进行比较。

24.根据权利要求23所述的确定窗或门锁（11）的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，存储每个被测量的值，并且基于最近的测量值的平均值重建预定值。

25.一种确定如权利要求12所述的窗或门锁（11）的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，将交流电压或交流电流信号施加到所述发射线圈（13a）以测量两个接收线圈（13b，13c）之间的差分电压，并将其与预定值进行比较。

26.根据权利要求25所述的确定窗或门锁（11）的锁定元件（12）的状态的方法，其特征在于，存储每个被测量的值，并且基于最近的测量值的平均值重建预定值。