CN1082664C - 用于监控传输物品传输时间的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监控运输物品的传输时间的装置和方法，其中邮寄物品的运动由一带有加速传感器的装置来记录，其测量值被存储并输向一分析装置，在每一预置的循环时间T中确定出预置数目为k的由预置数目为M的谱线组成的频谱以确定预置数目为N的测量值，对k个频谱进行积分，使得在每一循环时间T结束时正好只存在M条积分谱线，并把积分的频谱存入一存储器中，这里，在整个传输过程中的测量值都存入存储器中，以便在传输结束时对传输过程进行分析。

Description

用于监控传输物品传输时间的装置和方法

本发明涉及监控传输物品传输时间的领域。

为监控邮寄物品的传输时间通常装配所谓的传输时间测试仪器，该测试仪器与需传输的邮寄物品一起发出，并具备用于记录邮寄物品流程的装置。已经公开的这种类型的装置包括一个运动传感器，记录邮寄物品在整个邮寄过程中的运动。在传输中出现的力作用在传感器上，由传感器测得的值在一个运动-时间图中记录下来。如果邮寄物品处于静止状态，即不发生传输，则不进行记录。应用这样的装置可以确定，邮寄物品例如数小时传输后是否以不允许的方式被完全搁置了数天。

由传输时间测试仪器记录的运动-时间图可在一个中央站进行评价，并通过实测值与标准值的比较，可以确定发送或寄发中的可能的停止的位置，因为通常情况下的传输路径和传输时间是已知的。一种传输时间监控仪器也已经周知，该仪器具有用于收集测量数据的存储器和一个分析电路(Auswerteelektronik)。运动传感器、测量数据的存储器和分析电路被安置在一个部分可弯曲的底座上，并且其厚度相当于普通信的厚度(5mm)。这一传输时间监控仪器可以在信件分选机中被处理，并且在邮局的信件处理机中的硬度测量时不被剔选出来。

在1979年3月出版的第10期出版物《Markt und Technik》的第60-62页公开了一种用于监控运输物品的冲击负载的方法和装置，该装置具有一个加速传感器，其测量值被存储并传输给一个分析装置。这里，对三个分量x，y和z的信号进行积分。积分得到的数值被存储在一存储器中。辅助数据被数字化。

该已知的装置具有这样的缺点：该装置只能探测运动和静止状态，但却不能断定在运动状态时实际遇到的运动种类，或者所使用的传输工具的种类。

本发明的任务是：提供一种用于监控传输物品的传输时间的装置和方法，使用该装置和方法可以确定在输运过程中遇到的输运工具的类型、运输事件和运动种类。

根据本发明的一个方面，提供了一种监控运输物品传输时间的方法，该方法中，邮寄物品的运动通过带有加速传感器的监控装置被记录，其测量值被存储并传输给一分析装置，其特征在于，在每一预置的循环时间T中确定出预置数目为k的由预置数目为M的谱线组成的频谱以确定预置数目为N的测量值，对k个频谱进行积分，使得在每一循环时间T结束时正好只存在M条积分谱线，并把积分的频谱存入一存储器中，这里，在整个传输过程中的测量值都存入存储器中，以便在传输结束时对传输过程进行分析。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于完成监控运输物品传输时间的方法的装置，其中邮寄物品的运动由带有加速传感器的监控装置记录，其测量值被存储并传向一分析装置，其特征在于，在所述分析装置中，在每一预置的循环时间T中测量值被数字化，并且由预置数目为N的测量值计算出预置数目为k的频谱，其中每个频谱由预置数目为M的谱线组成，并进行对k个频谱的积分，把积分结果存入一存储器中，这里，所述分析装置含有对运动传感器的测量值的给定数目的积分频谱进行计算和存储的装置。

根据本发明的一个优选实施例，在一个具有一个其测量值被存储并输送给一个分析装置的运动探测器的监控装置中，在每个预定的循环周期T，传感器的测量值被数字化，并且由N个测量值中计算出k个频谱，对k个频谱进行积分并把积分得到的频谱存入一个存储器中。

本发明在应用窄带通滤波器的条件下也可以实现确定频谱。

本发明尤其使得对传感器测量值的节省能量和存储空间的分析成为可能。

该方法的灵敏度与动能的匹配这样实现：随着动能的增加而减少积分的频谱的数目k。

在本发明的一个优选实施例中，只有当动能大于一个预定的最小动能Sm时才计算频谱，这样可以节约能量。

一个简单的动能的标度是在一预定测量间隔中相邻测量值间的距离大小的和或者相邻测量值的离散。

通过对积分的谱的非线性压缩可以进一步节省存储空间。

在灵敏度为常数情况下的最小动能的值的匹配通过参数变化匹配来实现。

对可供利用的电池能的最佳利用这样来实现：根据在运动传感器负荷下测得的所使用的测试装置的供电电压来控制积分的频谱的数目k和循环时间T。

考虑到低温下用于供电的电池的容量的可能减小，当供电电压低于一给定值时，运动传感器被关闭，然后当供电电压取第二个给定值时，运动传感器再次被激活。

下面根据附图举例说明本发明。

图1表示取空信筒、街道运输、飞机运输和信件投递时的积分强度谱。

图2表示与强度有关的频谱的计算的流程图。

图3表示与强度有关的不同传感循环。

图4表示在自动功率消耗控制时的电压曲线。

图5表示属于图4所示电压曲线的状态转变。

在本发明的一个优选实施例中，该装置由一加速度传感器、一带有集成模/数转换器的微控制器和一存储器(尤其是随机存取存储器)组成。为使这种装置可在信件分选机中被处理，并且在邮局的信件处理机的硬度测量中不被剔除出，该装置构成C6标准信的形式。运动传感器给出与加速度成比例的传感器信号，该信号由模/数转换器数字化。在微控制器中通过傅里叶变换将信号进行进一步处理成频谱，这些频谱以压缩的形式被存在存储器中。在测量值获取结束之后，读出存储的谱并对其进行分析。这里，进行频谱与运输过程中装置的运动过程的对应，因为不同的运输手段，如汽车、火车、人力运输、飞机，具有不同特点的谱曲线，因而可以确定运送过程中的时间序列。

图1表示四种运输类型即取空信筒、街道运输、飞机运输、投递信件的特征强度谱。除了确定运输手段或运动类型外，还可以确定每个遇到的运输事件，如发出、到达、速度的改变等，因为这些事件反映在由本发明的装置记录的运输工具的一定的振荡特性里。使用8、16、24和32Hz的频谱尤其具有优点。

下面详细解释按照本发明的方法的一个实施例。参见图2，其中QTL表示质量测试信件，SFT表示特殊傅里叶变换，QD表示静止探测。根据图2所示的流程图该方法周期性地工作，例如周期T＝60秒。循环开始后首先测量一个静止状态。在信的传送需数天的情况下，静止状态占整个传送时间的很大份额，可能占50-95％。因此，对它的辨认有很大的意义。静止状态的探测基本上可通过频谱函数的分析来进行，但使用单独的探测方法或单独的静止探测器进行探测速度快、在一定条件下灵敏度高，并且由此产生的相对于灵敏度来说的能量需求较低。

循环开始时，打开传感器的供电电压，并等到电压值到达传感器的预定的开始电压值。在此考虑到传感器按照指数函数以特征起振时间Ts起振。传感器的起振时间例如可以选为由施如上供电电压到传感器输出电压升至静止态终值的1/2LSB(最低有效位)时之间的时间。在起振曲线的前部进行静止探测。静止探测应该以尽量高的灵敏度进行，这样，即使在很低的运动强度下也能准确分辨运动状态。另一方面，频谱函数的计算在这一范围是不必需的。因此，静止的探测使用传感器信号的全部能量。全部能量的标度是在一确定的测量间隔中传感器信号的离散(标准偏差的平方)，或者曲率，即在确定的测量间隔人相邻测量值间距离大小的和。在后一标度中运用了：起振曲线的曲率与传感器振动激励的程度有关。

在按照图2的流程图中进行对N个扫描值的距离的相加。 $S=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}|y_i-y_{i+1}|$

如果

S＜S_TH(N)，

则被判定为静止状态。运动探测的灵敏度取决于：S_TH(N)与绝对静止曲率值S(Ruhe)靠得有多近。

在传感器的起振曲线的前部完成静止状态探测之后，在曲线后部进行频谱函数的计算，这样，在静止态探测器识别出“运动”以后，其频谱在同一传感器周期被测定。在这种情况下，静止态探测器和频谱的计算必须这样彼此调整：由静止态探测器识别的运动状态被确认为不为0的频谱。在高灵敏度时静止态探测器的稳定功能可通过S_TH(N)自动参量匹配来实现。为此，S_TH(N)被分为两项

S_TH(N)＝S_base+S_par

S_base是阈值S_TH(N)的匹配基值，而S_par是常参量部分，它确定运动探测的灵敏度。匹配基值S_base在曲率计算后通过取S_base和实际曲率值S的最小值而确定。

S_base＝min(S_base，S)

使用该参量匹配使得阈值S_TH(N)的基值总是最佳地保持在静止曲率值。静止探测和频谱计算之间的一致这样来保证：在所有的频谱强度均为0的情况下，在静止态探测识别出运动后，阈值的基值升高1。如果阈值的基值S_basc向下漂移，或当只在静止态探测期间发生短暂的运动，以及在后来的频谱测量时间内没有发生运动，也发生这种情况。如果在后一种情况基值被错误地增加，则在后续周期中的静止态探测及相应的参数匹配中会对其进行纠正。

在能量标度S计算及基值S_base的参数匹配之后进行对静止的测试5。若该测试结果为正(j)，则切断传感器供电电压。若结果为负(N)则进行中间强度的测试，S＞S_medi，其中S_medi为一预定值，表示中间动能。若该测试结果为负(N)，则对表示低强度特征的给定数目的谱进行积分。若该测试结果为正(j)，接着进行高强度测试，S＞S_high，若该测试结果为负则该运动被归类为中强度运动，若测试结果为正(j)则该运动被归类为高强度运动。

按照运动强度被分类为低强度、中强度或高强度，对大、中、小数目的谱进行积分。对由N个传感信号的扫描值求得的k个频谱的积分相当于对k个频谱取平均值，以减小统计波动的影响。由于这种波动的影响在低强度时较高，即随着强度的增加而减小，所以随着强度的增加累加的频谱的数目可以减少。低强度时优选的对其积分的频谱数为k＝80，中强度时为k＝40，高强度时为k＝20。

由于测量值是时间分立的信号，所以最好用分立傅里叶变换的公式，而且积分11以累加的形式完成。根据分立傅里叶变换公式，在四个谱线F1、F2、F3和F4的优选情况下，它们均由实部和虚部组成F_m＝Re_m+Im_m，其中m＝1，…，4。谱线的实部和虚部Re_m和Im_m由连续的测量值F₀，F₁，…，F₇表示：

Re₁＝F(f₀-f₄)+Fcos(π/4)(f₁+f₇-f₃-f₅)

Im₁＝F(f₂-f₆)+Fcos(π/4)(f₁+f₃-f₅-f₇)

Re₂＝F(f₀-f₂+f₄-f₆)

Im₂＝F(f₁+f₅-f₃-f₇)

Re₃＝F(f₀-f₄)+Fcos(π/4)(f₃+f₅-f₁-f₇)

Im₃＝F(f₆-f₂)+Fcos(π/4)(f₁+f₃-f₅-f₇)

Re₄＝F(f₀+f₂+f₄+f₆-f₁-f₃-f₅-f₇)

Im₄＝0

这里F为一因子，适当地选取本因子，以使舍入误差最小(F≈16)。

通过对k个频谱的分立的谱成分｜Fm｜_i求和来实现频谱积分11。 ${\mathrm{SF}}_m=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\mathrm{Fm}\right|}_i$

这里，采取近似的方法，舍去平方项和开方项，这样是有好处的。

｜F_m｜＝max(｜Re_m｜，｜Im_m｜)

强度响度范围(Dynamikbereich)在10⁵的数量级。因此，为了减少对用于存储频谱所需要的存储器要求，对积分频谱线进行非线性的压缩13是有好处的，这样，强度的范围就减少一个数量级而变为10⁴。这样可以将每两个谱线写入存储器的一位中。在一个优选实施例中，压缩是通过查表来完成的。这里，压缩表中的值按指数函数

g(n)＝AW^*bⁿ

来确定。这样该压缩表为

n	g(n)
		0	AW*b0
1	AW*b1
		2	AW*b2
…	…
		14	AW*b14

这里，AW是最小的表项，确定系统的最低灵敏度。最大的表项为AW^*B¹⁴。压缩表的动态(Dynamik)特性由B确定，并可从AW和AW·B¹⁵算得。在非线性压缩13完成以后，进行对频谱的存储14，最好在随机存取存储器中。

如在叙述基值的参数匹配中提到的那样，将傅里叶变换的结果反馈到阈值的基值，以获得静态探测器和傅里叶变换之间的响应门限的最佳同步。该参数匹配15发生在频谱存入随机存取存储器之后。参数匹配完成之后该循环的传感器的电压供应被切断(16)。

图3表示三种不同的传感器周期，分别为高强度周期、低强度周期和静止探测QD周期。可以看出，在高强度情况下，静态探测和傅里叶变换SFT都发生在传感器或传感器电压U_sens的瞬变区域。而在低强度情况下，需要对较大数目的测量值积分，傅里叶变换发生在瞬态曲线的后部。而在静态探测中，传感器电压在QD结束后直接被切断。

图4表示为供应电压而应用在一个按照本发明的装置中的电池的空载电压和加载传感器时的电池电压在温度变化情况下与时间T的关系。其中，U_batt表示电池电压。考虑到电池容量的减小，这样是有利的：装置的功率消耗与当时可用的容量，或者说测得的电压，相匹配。这一匹配最好这样实现：使累加的谱的数目，或循环时间(或分析的测量值的数目)，或两者与电池容量相匹配。

下表中表示了一优选的与温度有关的功率匹配。

功率状态(PS)	特性	循环时间〔s〕	最大积分
				0	正常运行	60	80
1	降低功率运行1	60	20
				2	降低功率运行2	4*60	20
3	降低功率运行3	16*60	20
				4	暂停功率运行	16*60	传感器开路
5	睡眠模式	开路	传感器开路

具有不同的循环时间和不同的积分的频谱数的不同的功率状态PS对应于不同的电压。原理上讲，在温度控制的功率匹配中，如果在加载传感器时的电池电压U_LSENS低于极限电压值U₂，功率消耗将被降低。

在图4中，首先测得的负载电压U_LSENS大于U₂，装置处于正常状态PS0。此时的能量消耗由实际的运动强度确定。循环时间保持在60s；在静止时间装置处于静止状态，在运动状态最好由运动强度计算由20、40或80谱组成的总谱。

如果U_LSENS下降到低于U₂，则装置转向PS1，在该状态下功率消耗减小。只要测得的电压U_LSENS不小于U2-dU且不大于U2+H，该系统就停留在PS1。参数H在从PS1到PS0的转换中作为滞后以防止系统开始振荡。

下面的关系普遍适用于状态的转变：

如果U_L＜U₂-idU，转向PS(i+1)

如果U_L＞U₂-(i-1)dU+H，转向PS(i-1)

这里U_L为空载电压。若实际的负载电压U_LSENS下降超出边界值U5，这里U5＝U2-N·du，则在t2时刻转向所谓的暂停状态(PS4)。在暂停状态传感器停止工作，余下的电池容量用作数据的保持。

在暂停状态，即在不加载传感器情况下，在多个普通的循环时间内，测量电池电压U_LADU。这将导致U_LADU大于U_LSENS；参见图4中的时刻t2。通过转向暂停状态，电池可以在一定范围内再生，因为在这种情况下电池只需驱动较小的负载。这将导致空载电压的上升，虽然电池容量并没有真正增大。出于这个原因，只有在测得的U_LADU升高至少dU_LADU＝U1-U3时，才实行由暂停状态到状态PS3的转换。这一情况被表示在图4的时刻T3。量DOADU应解释为参数。

在电池寿命结束时，电压测量时的负载可能导致电池电压的击穿，并进而导致存储数据的丧失。因此如果在暂停状态时测量电压小于一确定阈值U4，则转入不可逆转的睡眠状态PS5。该睡眠状态不转向其他功率状态，时间也同样少地被记录。

图5表示了按照本发明的装置的自动匹配功率消耗情况下的状态转换。

Claims (17)

1.监控运输物品传输时间的方法，该方法中，邮寄物品的运动通过带有加速传感器的监控装置被记录，其测量值被存储并传输给一分析装置，其特征在于，在每一预置的循环时间T中确定出预置数目为k的由预置数目为M的谱线组成的频谱以确定预置数目为N的测量值，对k个频谱进行积分，使得在每一循环时间T结束时正好只存在M条积分谱线，并把积分的频谱存入一存储器中，这里，在整个传输过程中的测量值都存入存储器中，以便在传输结束时对传输过程进行分析。

2.按照权利要求1的监控运输物品传输时间的方法，其特征在于，在确定频谱之前，测量值被数字化。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于，频谱的计算通过一个或数个带通滤波器完成。

4.按照权利要求1至3之一的方法，其特征在于，探测邮寄物品的动能，只有在该动能大于一预置的最小动能S_m时才计算频谱。

5.按照权利要求4的方法，其特征在于，运用在一预置的测量间隔内的相邻测量值的距离大小的和或相邻测量值的离散作为动能的量度。

6.按照权利要求4的方法，其特征在于，对其积分的频谱的数目k随着动能的增加而减小。

7.按照权利要求1的方法，其特征在于，在积分的频谱存入存储器之前对其进行非线性的压缩。

8.按照权利要求4的方法，其特征在于，以这种方式进行对最小动能值S_m的匹配：S_m＝S_base+S_par，其中S_par是一常量，确定运动探测的灵敏度，而S_base表示静态时阈值的匹配基值，在每次计算出能量标度S后按照S_base＝Min(S_base，S)重新计算，这里，能量标度S为静止探测时N个扫描值的距离的和。

9.按照权利要求1的方法，其特征在于，对其积分的频谱的数目，和/或循环周期T根据测试装置的在运动传感器负荷状态下测得的供电电压而被改变。

10.按照权利要求9的方法，其特征在于，在供电电压低于一给定值(U₅)时运动传感器停止工作，测量没有传感器负载情况下的电池电压(U_LADU)，只有当该电池电压超出一给定值时，运动传感器再次被激活。

11.按照权利要求10的方法，其特征在于，当测得的电池电压降到低于一给定值(U₄)时进行向不可逆转的睡眠状态的转换。

12.按照权利要求1的方法，其特征在于，k＝20或40或80。

13.按照权利要求1的方法，其特征在于，运用频率为8、16、24和32赫兹的谱。

14.用于完成监控运输物品传输时间的方法的装置，其中邮寄物品的运动由带有加速传感器的监控装置记录，其测量值被存储并传向一分析装置，其特征在于，在所述分析装置中，在每一预置的循环时间T中测量值被数字化，并且由预置数目为N的测量值计算出预置数目为k的频谱，其中每个频谱由预置数目为M的谱线组成，并进行对k个频谱的积分，把积分结果存入一存储器中，这里，所述分析装置含有对运动传感器的测量值的给定数目的积分频谱进行计算和存储的装置。

15.按照权利要求14的装置，其特征在于，分析装置具有一用于对积分的频谱在其被存储之前进行压缩的装置。

16.按照权利要求14或15的装置，其特征在于，通过所述分析装置进行对静止状态和具有预置动能的运动状态的探测。

17.按照权利要求14的装置，其特征在于，所述分析装置具有一用于与电池容量有关的功率消耗匹配的装置，在该装置中，积分频谱的数目k，和/或被分析的测量值的数目被改变。

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