CN109716073A - 监测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量和监测与物体或设备(126，128)相关联的多个参数的传感器单元(100)，物体或设备具有连接到其上的固定件。物体通常可以是使用诸如螺栓的固定件(122)固定的对象(诸如轨道或马达外壳)。传感器单元具有：壳体(112)，其具有用于接收穿过其中的固定件的部分(120)；传感器(114)，其被布置为测量和/或监测(i)与经由壳体固定到物体的固定件相关联的参数和/或(ii)影响物体的性能的参数；处理器(142)，其配置为处理来自传感器的数据；以及通信器(116)，其适于将所述数据传输到远程装置。传感器中的至少一个可以是电感式传感器，其可以测量抵靠物体施加到固定件的位移或力，该固定件固定到物体，所述固定件抵靠位于壳体中的弹性构件而被偏置。传感器单元可以在多种模式中的至少一种模式下操作，所述多种模式包括：第一模式，其中传感器单元以第一采样率周期性地采样一个或多个参数；第二模式，其中传感器单元检测事件的发生；以及第三模式，其中传感器单元以第二采样率周期性地监测一个或多个参数，第二采样率大于第一采样率，并且其中，在所述模式下获得的数据与系统和/或读取器可通信。

Description

监测系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于监测物品的一个或多个参数的装置和方法。更具体地，本发明涉及一种监测系统和方法，其中传感器允许测量传感器所显示的参数，并且以方便和节能的方式将测量结果输出或传输到远程位置。
背景技术
已知许多机械装置被结合到紧固件中，以允许检查紧固件，从而确保它们被适当地紧固。因为在紧固件未正确安装或紧固的情况下机械装置提供可见的指示，所以这些布置通常需要用户目视检查每个紧固件。根据使用紧固件的应用，这种检查可能不实用或者可能只是定期进行，因此不能方便地对需要进行维护工作的故障进行安排。其它布置是已知的，其中检测到紧固件的松动并且输出被发送到远程位置。虽然这样的布置可以允许快速检测故障并安排维护，但是它们通常非常复杂和昂贵，并且具有相对高的功耗水平，这需要永久电源或定期更换电池等，或者对可充电电池充电。结果是，它们可能不适合用于许多应用，例如其中提供永久电源或更换电池是不切实际或不合需要的应用。
另外，已知的系统难以配置，并且通常需要频繁调整或校准。如果需要进入限制区域，则持续维护等成本超出了传感器的成本。铁路物体就是这样一种示例。
发明
存在许多应用，其中需要周期性地测量参数，或者期望允许测量参数值，并且其中输出关于参数值的信息以例如用于在远程和/或本地位置分析。
例如，如果可以方便地输出测量值，则测量值可以用于确定是否需要执行维护工作，并且可以用于安排这种维护工作。以这种方式，可以在相对方便的时间进行一定比例的维护工作。在发生严重故障之前，使用该信息按计划的预防方式进行维护工作可能比响应于检测到严重故障而进行维护更具成本效益。
此外，测量值可以用于在例如测试、评估或校准期间确定实时值。在使用诸如螺母和螺栓的紧固件将两个或更多个部件固定在一起的情况下，有时需要监测由紧固件提供的夹紧力，以便允许用户确定紧固件仍然正确安装并施加期望的夹紧力。需要明确的是，在安装过程中可以读取、采样或记录测量值。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种监测系统，其中克服了与已知传感器装置相关联的至少一些缺点或减小了其影响。本文描述了若干方面，并且鉴于本发明的教导和内容，不同方面的特征可以是可互换的。
本发明在所附独立权利要求中被限定，现在应该参照所述独立权利要求。此外，优选特征可以在所附的从属权利要求中找到。
根据一个方面，本发明涉及一种用于测量和监测与物体或设备相关联的多个参数的传感器单元，所述物体或设备具有连接到其上的固定件，所述传感器单元具有：壳体，其具有用于接收穿过其中的固定件的部分；传感器，其布置为测量和/或监测(i)与经由壳体固定到物体的固定件相关联的参数和/或(ii)影响所述物体的性能的参数；处理器，其配置为处理来自传感器的数据；以及通信器，其适于将所述数据传输到远程装置。
所述物体通常可以是使用诸如螺栓的固定件固定的对象(例如轨道或马达外壳)。所述物体可以包含所述对象和固定件。核心功能可以是感知固定件的状态，以确保对象或附接到对象的物品被牢固地固定。
处理器和通信器可以位于壳体中。壳体的一部分可以充当夹紧区域。夹紧区域可以部分地是管状的。夹紧区域可以是叉形的。叉形可具有两个用于延伸超出固定件的突出臂。
该单元可以进行双向通信。
物体可以是诸如铁路路轨固定件的物品，或固定到建筑物或结构的马达外壳。
壳体可以具有管状部分，用于接收穿过其中的固定件。管可以是截面为三角形或正方形中的任何一种。
传感器中的至少一个可以测量与固定件相关联的参数，并且可以配置为测量紧固件和物体之间的夹紧力。测量与固定件相关联的参数的传感器中的至少一个可以是电感式传感器。
电感式传感器可以测量施加到固定件的位移或力，固定件抵靠固定件固定到的物体。所述固定件可以抵靠位于壳体中的弹性构件而被偏置。构件可以是弹性部件，例如弹簧垫片。构件可以是Belleville垫片。
壳体和传感器可适于接收附接到物体的固定件，所述固定件可由传感器接收，其中传感器具有可通过朝向或穿过抵靠其间的弹性构件的传感器的所述固定件移位的突起，突起的位移为与施加到传感器单元的力成比例。突起可以是活塞或其它这种可移位的界面。
壳体和传感器可以适于接收附接到物体的固定件，所述固定件可由传感器的活塞接收，所述活塞延伸穿过感应环，活塞相对于环的位置是可读的，使得处理器可以计算施加到传感器单元的力，活塞朝向环的位移由弹簧垫片调节。弹簧垫片可以是Belleville垫片。
由管限定的轴线可以从安装传感器单元的表面垂直延伸。
传感器单元可以被配置为与具有读取器的监测系统通信，读取器用于接收与测量参数相关联的数据，传感器单元可配置为在多种模式中的至少一种模式下操作，多种模式包括：第一模式，其中传感器单元以第一采样率周期性地采样一个或多个参数；第二模式，其中传感器单元检测事件的发生；以及第三模式，其中传感器单元以第二采样率周期性地监测一个或多个参数，第二采样率大于第一采样率，并且其中在所述模式下获得的数据与所述系统和/或读取器可通信。
传感器单元可以在包括以下中的至少一个的模式下操作：周期性地采样传感器；响应于触发器对一个或多个传感器进行采样；以及在外部刺激(例如用户交互)时对一个或多个传感器进行采样。
该单元可以配置为实时地采样或测量数据并将数据传送到远程装置，以便计算测量结果。
该单元可以适用于测量：紧固件和物体之间的夹紧力；加速度、倾斜度、压力、冲击、温度、磁场强度、电池容量/电荷、识别号、无线服务质量/信号强度、电池容量或水平、位移以及传感器单元周围存在的碳氢化合物气体水平中的至少一个。
该单元可以经由近场通信模块、无线电唤醒模块、远场通信模块、有线通信单元和无线通信单元中的至少一个与远程装置通信。该单元可以被配置为与一个或多个其它传感器单元通信、配置一个或多个传感器单元、存储、处理、中继和/或显示来自一个或多个传感器单元的数据、用作一个或多个传感器单元之间的中介和充当与其它传感器单元的接口单元。该单元可适用于双向通信。可以从远程装置校准该传感器或每个传感器。
传感器单元可以测量和监测固定件的夹紧力、固定件所经受的加速力和固定件处的温度。
在另一方面，本发明涉及一种用于测量和监测与多个物体相关联的多个参数的系统，所述多个物体具有所要求保护的通过固定件固定到所述物体的传感器单元。
在另一方面，本发明涉及一种测量和监测与具有连接到其上的固定件的物体或设备相关联的多个参数的方法，所述方法包括：安装所要求保护的传感器单元或配置所要求保护的系统，以及测量和/或监测(i)与通过壳体固定到物体的固定件相关联的参数和/或(ii)影响所述物体的性能的参数；处理来自传感器的数据；以及将所述数据传送到远程装置。
在另一方面，本发明涉及一种包括计算机可执行指令的计算机可读存储介质，所述计算机可执行指令在被执行时配置处理器以执行所要求保护的方法。
总的来说，传感器单元可以测量固定件的状态，并根据测量的参数(例如加速力、冲击、振动、碰撞和位移(LVDT))确定固定件的状态。这不仅能够检测到松动的固定件，而且还能确定或甚至预期根本原因。例如，当测量应用于诸如铁路路轨或道岔的动态安装时，测量可以检测传感器附近的缺陷。可以检测轨道之间的空隙。可以在转辙器和交叉处检测到故障或磨损，从而可以根据从相邻传感器单元获得的测量结果来评估转辙器或交叉或道岔的健康状况。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于监测物品的一个或多个状况的监测系统，该系统包括至少一个传感器单元和读取器装置，该传感器单元被布置为用于感测该物品的或与物品相关联的一个或多个参数，其中系统能够在多种模式下操作，包括：第一模式，其中传感器单元以第一采样率周期性地采样一个或多个参数，第二模式，其中传感器单元检测事件的发生；以及第三模式，其中传感器单元以第二采样率周期性地监测一个或多个参数，该第二采样率大于第一采样率，并且其中传感器单元被布置为用于与读取器装置通信以向读取器装置发送在第一、第二或第三模式下获得的数据。采样可以实时进行。在第三模式下，采样率可以基本上包括实时采样。
该系统可以在任何一种所述模式下工作，并且不限于在所有所述模式下或同时在所有所述模式下工作。需要明确的是，系统可以：定期对一个或多个传感器进行采样；在触发传感器时采样一个或多个传感器；或者响应于外部刺激(例如用户交互)对一个或多个传感器进行采样。
处理完测量结果之后，它们可以作为数据传输到系统中的另一个传感器单元、中继站、用于读取数据的便携式电子装置或远程服务器。
数据可以由读取器读取。来自系统的数据可以由中继站、用于读取数据的便携式电子装置或远程服务器中的任何一个来读取、检查和分析。便携式电子装置可以是计算机平板电脑或移动通信装置，例如移动电话。
数据只能发送到远程服务器，并从所述服务器检索数据，以便读取、查看和分析所述数据。换句话说，可以将所有数据发送到云存储器并从中进行访问以用于后续处理。
传感器单元可包括一个或多个传感器装置，包括但不限于用于感测以下中的一个或多个的装置：夹紧力、加速度、倾斜度、压力、冲击、温度、磁场强度、电池容量/电荷、识别号和无线服务质量/信号强度。
读取器设备可以包括以下中的一个或多个：处理器、存储器、近场通信模块、无线电唤醒模块、远场通信模块、有线通信单元、无线通信单元、温度计、倾斜仪和加速度计。
读取器设备可以被布置为用于执行以下操作中的一个或多个，但不限于：从一个或多个传感器单元接收数据，配置一个或多个传感器单元，存储、处理、中继和/或显示来自一个或多个传感器单元的数据，用作一个或多个传感器单元之间的中介和接口单元。读取器设备可以是便携式的并且可以包括电源。读取器设备可以是用户可配置的并且可以是可重新配置的。第一读取器设备可以包括用于人类操作的接口单元。接口单元可以与第一读取器设备集成在一起，或者可以包括单独的单元。
读取器设备可以在使用中被布置为留在现场以收集数据。读取器设备可以预先配置为以预定方式操作。
传感器单元和读取器装置可以被布置为用于双向通信。读取器装置可以被布置为校准传感器单元。
传感器单元包括处理器。传感器单元可包括一个或多个天线。传感器单元可包括近场(NF)通信单元。传感器单元可以包括远场(FF)通信单元。传感器单元可以包括低功率无线通信装置，例如蓝牙TM通信模块。传感器单元可包括到读取器装置的电缆连接。传感器单元可包括用于存储所采样数据的存储器。
根据本发明的另一方面，提供了一种监测物品的一个或多个状况的方法，该方法包括使用能够在以下模式的一个或多个下操作的传感器单元来感测物品的一个或多个参数：第一模式，其中传感器单元以第一采样率周期性地采样一个或多个参数，第二模式，传感器单元检测事件的发生；以及第三模式，其中传感器单元以第二采样率周期性地监测一个或多个参数，该第二采样率大于第一采样率，并将在第一、第二或第三模式下获得的数据传送到读取器装置。该方法可以包括在第三模式下基本上实时采样。
该方法可以在任何一种所述模式下工作，并且不限于在所有所述模式下或同时所有所述模式下工作。需要明确的是，系统可以：定期对一个或多个传感器进行采样；在触发传感器时采样一个或多个传感器；或者响应于外部刺激(例如用户交互)对一个或多个传感器进行采样。
该方法可以包括使用一个或多个传感器装置来感测所述参数或每个参数，所述传感器装置包括但不限于用于感测以下中的一个或多个的装置：夹紧力、加速度、倾斜度、压力、冲击、温度、磁场强度、电池容量/充电、识别号、无线服务质量/信号强度。该方法可以包括使用包括至少第一和第二读取器设备的读取器装置从传感器单元读取数据。第一读取器设备可以根据本文的任何陈述。第一读取器设备可以被布置为根据本文的任何陈述进行操作。第二读取器设备可以根据本文的任何陈述。第二读取器设备可以被布置为根据本文的任何陈述进行操作。传感器单元和读取器装置可以被布置为用于双向通信。该方法可以包括使用读取器装置校准传感器单元。该方法可以包括将采样数据存储在传感器单元的存储器单元中。本发明还包括一种程序，用于使装置执行监测物品的一个或多个状况的方法，该方法是根据本文的任何陈述。在另一方面，本发明提供了一种计算机可读介质上的计算机程序产品，包括当由计算机执行时使计算机执行监测物品的一个或多个状况的方法的指令，该方法是根据本文的任何陈述。
根据本发明的另一方面，提供了一种传感器装置，其包括密封的传感器壳体，在该传感器壳体中设置有对待测量的参数敏感的传感器，该传感器壳体还容纳有远场无线通信发送器，由此来自传感器的输出可无线传输到远程位置，传感器壳体包括适于与相关联紧固件配合的夹紧区域，以将壳体固定在期望位置。
远场无线通信发送器可以形成收发器的一部分，因此也能够接收信号。
例如，夹紧区域可以采用壳体的一部分的形式，其中形成开口并且紧固件(例如螺栓)的一部分可以延伸穿过该部分，螺栓在使用中施加夹紧力到夹紧区域以将壳体固定到位。在这样的布置中，该装置基本上采用垫片的形式，该垫片可以通过与其相关联的功能被描述为智能垫片。或者，夹紧区域可以限定间隔开的一对指状物，其适于在其间接收螺纹螺栓或其它紧固件的一部分，以允许螺栓或紧固件向间隔开的指状物施加夹紧力，从而将壳体夹紧到位。
传感器可采用多种形式并适于测量一系列参数。在一个优选的布置中，传感器可以适于输出指示由紧固件施加的夹紧力的大小的信号。另外或替代地，传感器可以对一个或多个其它参数敏感。例如，它可能对传感器装置所显示的振动水平、传感器的倾斜、各种气体的存在、水的存在(指示传感器装置已经浸没)和/或许多其它参数敏感。
传感器装置可以包括内部电源，例如电池(诸如可再充电电池)的形式。可替代地或另外地，它可以包括发电装置。在存在可再充电电池和发电装置的情况下，如果需要，发电装置可以适于对电池充电。在提供发电装置的情况下，其方便地采用使用传感器装置显示的振动的布置形式，以产生电输出。或者，例如，光伏电池阵列可以集成到密封壳体中。
传感器单元可以由以下中的一个或多个供电：市电电源、电池原电池、可再充电电池，其中电池再充电可以是以下形式：能量收集(例如振动、光伏、热)、感应耦合能量或硬连线连接。传感器单元可以不是永久供电的，并且可以连接到临时电源以获得传感器数据。
在另一替代方案中，壳体可包括感应环，该感应环被布置为响应于在其预定范围内的上电的感应环的存在而产生输出。应当理解，这种布置可用于为传感器装置供电和/或对其可再充电电池等充电。上电的感应环可以形成便携式手持机的一部分，以与传感器装置一起使用。传感器装置的感应环和上电的感应环可另外用作近场传输装置，由此可将控制信号传输到传感器装置。
无线通信发送器或收发器方便地包括远场无线电发送器或收发器。发送器或收发器优选地适于发送用于在位于远离传感器装置的远程位置的接入点处接收的信号。
例如，接入点可以位于距传感器装置50m的区域中的距离处。接入点可以被布置为从多个传感器装置接收信号。如果需要，接入点可以将接收的数据传输到中央数据处理设施，其中还接收和处理从其它接入点接收的数据。将数据传输到中央处理设施的方式可以采用一系列已知形式，包括有线和无线传输技术。
在提供便携式手持机的情况下，例如，如上所述，其可以包括无线通信接收器以适于接收从传感器装置传输的信号和/或从接入点传输到其的信号，以向用户提供信息和/或随后用于控制传感器装置的操作。
这种布置可以在一系列模式下操作。例如，传感器装置可以适于以基本固定的间隔向接入点输出信号。在第二操作模式下，传感器装置可操作以在感测到的参数值落在预定范围之外时将信号输出到接入点。在第三模式下，传感器装置可以被布置为将传感器输出流式传输到接入点/手持机。作为示例，该模式可以与前面概述的类型的手持机结合使用，以向传感器装置提供电力，当用户拧紧紧固件以确保紧固件施加的夹紧力处于期望的水平时，流数据对用户有用。当然，当需要时，也可以使用这些操作模式的组合。
在提供多个传感器装置的情况下，一个或多个传感器装置还可以包括接收器，该传感器装置可操作以接收由另一个传感器装置传输的信号并且传输接收到的信号和与该传感器的输出有关的用于在远程位置接收的信息。可以传输包括所接收信号和来自传感器的附加信息的单个信号。或者，可以输出两个单独的传输。应当理解，在这种布置中，每个发送器仅需要能够将信号传输到下一个传感器装置的位置。因此，可以显著降低每个无线通信装置的功率要求，同时仍允许数据长距离传输。
多个传感器单元可以形成自愈网状网络。或者其它这样的通信网络，用于可靠和有效的数据传输。
本发明可以包括本文提到的特征或限制的任何组合，除了这些特征的组合是相互排斥的或相互不一致的之外。
附图说明
参照本文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显并得以阐明。现在将仅通过示例并参照附图来描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明实施例的监测系统的示意性概图；
图2是示出根据本发明的一个实施例的传感器装置的透视图；
图3是示出处于使用状态的传感器装置的示意图；
图4和5是示出传感器装置的操作的进一步的图；
图6是示出替代的通信技术的视图；
图7是示出一种形式的传感器的视图；
图8是示出一种形式的发电装置的视图；
图9更详细地示意性地示出传感器装置；
图10更详细地示意性地示出读取器装置；
图11更详细地示意性地示出接口装置；
图12示出了适用于根据本发明实施例的装置的道岔轨；
图13示出了使用根据本发明实施例的感测装置的训练装置；
图14示出了传感器单元的分解视图；以及
图15示出了包含传感器和支撑传感器的系统部件的系统。
具体实施方式
本发明的实施例利用可以被称为一种或另一种“智能传感器”。在下面的示例中，传感器是“智能垫片”或“传感器单元”。
智能垫片是一种独立且密封的多传感器电子仪器，其提供了在嵌入式微控制器的控制下以受控和可重新配置的方式自供电和将从嵌入式传感器装置采样的数据无线传送到读取器装置的方式。
智能垫片设计为可重新配置，以优化传感器装置的采样率(由感兴趣的参数指示)并延长采集这些样本的使用寿命(功率利用率)。
垫片主要用于测量螺纹紧固件(如螺母、螺栓和螺钉)的夹紧力；这样做可以告知用户螺栓连接是松动还是正确紧固。然而，根据本发明的实施例的垫片可选地利用额外的传感器装置增强，以报告与垫片紧固到其上的铁路物体的健康和垫片本身的健康有关的其它信号。该套可选传感器装置包括但不限于夹紧力、加速度、倾斜度、冲击、实时时钟、电池电量计、无线电唤醒。
一种使用模式是“远程状况监测模式”。在这种模式下，垫片留在现场并通常远离人类用户。这里，垫片被配置为通过嵌入式实时时钟以设定的周期或时间对传感器进行采样；周期通常大于10秒。这样，垫片将包含样本值或其处理版本或由其确定的一些其它结果的数据包无线传输到读取器装置。系统可以被配置为提供确认。
除了周期性传输之外，系统还可以配置为由于参数异常(例如夹紧力的共形变化)或中断信号(例如倾斜度变化、冲击或甚至配置变化)而异步地传输数据包。这种使用模式称为“异常模式”。
在远程状况监测模式下，读取器装置的目的是接受来自垫片的消息传输、确认消息的接收(可选)并按原样或者以一些其它处理的形式将它们中继给用户。这样，读取器装置可使用标准有线或无线通信连接到更宽的网络。
如上所述通过读取器装置从垫片收集的信息(数据、通知和警报)允许远程监测目标物体和用于收集数据的部件的状况。所有垫片和读取器装置都具有唯一的识别号以允许记录所有系统部件和其在任何物体上的位置。
如上所述，感测参数的一个示例是夹紧力。除了在上述远程状况监测模式下的不频繁(但是周期性)使用之外，嵌入式传感器可以用于在“实时模式”下操作。例如，每秒对夹紧力进行十次采样允许对由扭矩扳手或扳手施加的夹紧力的施加进行观察。在这种情况下，需要重新配置目标垫片以便以适当的速率采样和传输数据。读取器装置用于与用户接口单元，例如以平板电脑(计算机)的形式一起实现这一目的。
在这种情况下，读取器装置用作可以通过导线或可选地无线连接到平板电脑的无仪表板仪器。后一种无线布置允许用户撤退到安全距离。这可以是重要的好处，因为通常垫片连接到机器或者在过程中位于现场，并且读取器装置的定位有助于安全距离操作。
从技术上讲，垫片可以直接与平板电脑或计算机“对话”。然而，一般存在于这种装置中的无线系统和协议通常与垫片提供可配置性和有效的功率利用所需的操作协议不兼容。例如，蓝牙低功耗数据有限，Wi-Fi功耗太大，2.45GHz载波频率太拥挤。
在实时模式下，许多目标垫片可以被配置为与特定读取器对话，从而产生所谓的“星形网络”。这使得能够实时观察到夹紧力施加到诸如法兰的物体，并且允许观察到例如由于螺柱拧紧模式而施加夹紧力。数据观察可以以各种形式显示，包括可以堆叠或叠加的图形。数据可以存储到本地或远程存储器等。
图1是根据本发明实施例的监测系统的示意性概图。该系统包括智能垫片SW形式的传感器装置、第一读取器R、第二读取器AP、接口I、云C和远程用户RU。当在实时监测模式下操作时或在传感器的配置期间，传感器装置SW感测物体(未示出)的参数或状况并且将数据无线地传送到第一读取器。本地附近的用户能够使用该接口与读取器进行通信，从而与传感器通信。
在远程监测模式下或者在发生异常的情况下，传感器与第二读取器(有时称为接入点)进行无线通信。远程用户可以通过云网络访问接口和/或第二读取器/接入点。
首先参照图2至图5，根据本发明的一个实施例，智能垫片形式的传感器装置总体上以100示出。传感器装置100包括壳体112，传感器114和远场无线通信发送器装置位于壳体112内。
方便地，所述发送器装置形成收发器装置116的一部分，并且将在下文中描述。然而，应该理解，在一些实施例中，它可以仅包括发送器。壳体112包括夹紧区域118，由此壳体112在使用中可以固定在期望的位置，例如固定到待监测的装置。壳体112是气密密封的，为传感器114提供保护，使得装置100适用于在一系列环境状况和一系列位置下的广泛应用中，可靠地长时间运行。壳体112不包括任何插口等，如果存在的话，插口可以允许进水，并且没有任何突出的电线或电缆，如果存在的话，电线或电缆将需要穿过壳体112，从而有进水的风险。在位于壳体112内的部件与其外部的部件之间不形成电连接。可以为传感器单元提供硬连线连接。传感器单元可以具有可更换的电池。
在所示的布置中，夹紧区域118为大致平面形状并且包括直径足够大的环形开口120，以允许螺栓122的轴延伸穿过垫片形式的开口120。在结合相关联的螺母124使用螺栓122将第一部件126和第二部件128固定在一起的情况下，如图2所示，可以理解，壳体112通过螺母124和螺栓122牢固地夹紧到部件126、128。因此，如果第一部件126和第二部件128经受移动或振动，则壳体112将经受基本相同的移动或振动。
在所示的布置中，传感器114适于监测施加到夹紧区域118的夹紧力。然而，不一定都是这种情况，如果需要，可以监测其它参数，例如如下所述。
图4示出了传感器装置100、第一读取器200、第二读取器/接入点300、接口400和500处表示的远程用户。
传感器装置100包括：控制单元142、电源144、发送器116、接收器140、近场通信单元146和传感器114。
第一读取器200包括：控制单元236、第一接收器234、第一发送器238、近场通信单元235、第二发送器237、第二接收器239、电源232和天线A。
该示例中的接口单元300包括平板电脑370。
第二读取器400包括：控制单元468，接收器462和发送器464。
如图4所示，传感器装置100适于与由内部电源232供电的手持式接收器单元或手持机230形式的第一读取器200结合使用。无线接收器装置234输出到控制单元236。远场无线接收器装置234方便地形成适当配置的收发器装置的一部分。电源232还为电感近场发送器单元238供电。电源232可以采用例如可再充电电池的形式，该可再充电电池设置为当手持机230靠近合适的电源或者连接到电源插座时被充电。电池再充电的方式可以是无线布置，但更优选地是从市电电源充电，而传感器装置100的电源是无线充电的，例如从近场充电器充电。如果需要，手持机230可以携带一系列传感器装置和/或由其供电的其它外围设备。
在使用中，当手持机230的NFC 235的天线非常接近传感器装置100的NFC 146的天线时，例如在大约10mm的距离处，手持机NFC 235将与传感器装置100内的传感器NFC 146感应耦合，NFC 146又连接到控制单元142。通过这样做，手持机230到传感器100的NFC耦合可用于为传感器100供电。它可以替代地或附加地用于对传感器10内的可再充电电池144或类似物充电。另外，NFC 耦合可以允许信号从手持机230传输到装置100，例如以控制和配置传感器100操作的方式。在该实施例中，NFC通信链路是单向通信链路，其主要目的是发起并允许手持机230和传感器100之间的安全双向远场通信。然而，应当理解，可以建立双向NFC通信的布置，允许信号从传感器100发送到手持机230，允许手持机230接收测量结果或确认数据。通过这样做，形成手持机230和传感器100之间的双向近场通信链路，这在某些情况下可能是优选的。
提供另外的发送器237和接收器239用于与用户接口400通信。这通常包括平板电脑470，并且在使用中通过电缆或者无线地连接到读取器手持机230以配置手持机230和/或从其接收数据，如稍后将描述的。
由远场无线电收发器116传输的信号可由远程接入点360形式的第二读取器300接收，该远程接入点360例如位于距装置100最远50m的距离处。接入点360包括接收信号的接收器装置362以及发送器装置364，装置362、364方便地形成收发器，由此信号可以作为确认信号发送到手持机230和/或传感器装置100。因此，如果需要，可以通过传输由传感器装置100和/或手持机230接收的确认信号来确认由接入点360接收的所有信号。如果没有收到确认，则可以记录传输失败，并且如果需要则随后重传数据。接入点360优选地被配置为从位于其远场范围内的多个装置100接收信号，如下所述。信号也可以由手持机230的接收器装置234接收。
为了确保数据和控制完整性，近场感应耦合优选地是专有布置，控制信号通过其发送到装置100。此外，装置100优选地被布置为在控制信号的接收和/或运作时经由远场收发器装置116发送确认。因此，可以确定控制信号的接收和处理，并且如果装置100接收并处理了未授权的控制信号，则确认信号的接收将提供需要补救措施的指示，以便维持装置100的正确操作。
在使用中，在传感器装置100使用感应耦合或从内部电池供电的情况下，控制单元142和传感器114可操作以向无线收发器装置116输出指示传感器114的输出的信号，并且因此输出指示由螺栓122和螺母124施加到夹紧区域118的夹紧力或传感器114所敏感的其它参数的信号，用于由无线收发器装置116向前传输以由手持机230的接收器装置234和接入点360的接收器362接收。如果需要，手持机230接收的信号可以在手持机230上处理，并从其输出信息给用户。可替代地或另外地，可以在接入点360处或在接入点360与之通信的远程处理中心566处进行处理。优选地，除了传输表示传感器输出的数据之外，还传输表示传感器装置100的身份的识别信号，从而确保接入点360知晓从传感器装置100接收到信号。
虽然如上所述，优选地传输识别信号，但是单元230还可以包括GPS装置，使得在接收信号时单元230的位置可以被记录并用作对已从其接收信号的传感器装置100的进一步认证。
如果需要，装置100可以包含存储器，并且控制单元142可以以允许装置100作为数据记录器操作的方式被配置，在需要时，取决于如下所述装置100所使用的操作模式，周期性地记录传感器114的输出但仅通过远场收发器装置116传输数据。
如图5所示，多个传感器装置100均适于与接入点360通信。接入点360又可以适于与远程处理站566通信，在远程处理站566处理从多个接入点360接收的信号。可以设想，如上所述，每个传感器单元100将与相关联的接入点360隔开最多约50m的距离。
在上文描述的布置中，设想了若干种不同的操作模式。在一种操作模式下，每个传感器装置100可以被布置为以预定间隔(例如，以六小时的间隔)输出信号。应当理解，在传输之间，需要激活传感器装置的非常少的功能，因此功耗可以主要限于获取测量结果和将信号输出到接入点360的时段。在传输之间，数据记录可以如上所述在一些布置中进行。在替代操作模式下，传感器装置100可以被布置为周期性地进行测量并且仅在从传感器114导出的测量值落在预定范围之外的情况下将信号输出到接入点360。这可以允许节省功率，但是导致在接入点360或处理站566处可用的信息较少，从而可能妨碍检测到故障的发生。
在这两种操作模式下，装置100的功率要求相当低，并且可以使用例如位于装置100内的可再充电电池并且例如使用如上所述的手持机230周期性充电来满足。因此，装置100可以以上述任一模式操作，而不需要手持机230位于其近场范围内。
在替代操作模式下，手持机230可以用于通过手持机230和装置100间的感应耦合向装置100供电，并且可以将控制信号传输到装置100以将装置100置于流传输模式，在所述流传输模式下经由远场收发器装置116基本上连续地传输传感器数据。这种操作模式可能是有益的，例如，在紧固件被装配并且用户需要知晓当前正在施加的夹紧力的情况下，允许将夹紧力调节到期望的水平。一旦达到所期望的夹紧力，手持机230就可以向装置100传输控制信号，以使其返回到其它操作模式之一。
图6示出了替代通信方案，它允许在很远的距离上进行数据传输，而不需要各个发送器具有很大的功率。在图6的布置中，提供多个传感器装置100，其中至少一些传感器装置包括远场无线发送器功能和远场接收器功能(例如收发器装置116的形式)。在使用中，具有远场收发器装置116的每个传感器装置100适于从其附近的另一传感器装置100接收信号，并传输与所接收的信号有关的信息和与其传感器114的输出有关的信息。这可以采取两个单独传输的形式，或者可以传输包括接收的信息和传感器信息两者的单个信号。以这种方式，许多传感器单元可以以菊花链形式或网络连接，以允许在延长的距离上进行数据传输，而不需要每个单独的收发器能够在该距离上进行传输。
本发明的实施例可以用于广泛的应用中，并且装置100中使用的传感器114的性质将至少在某种程度上取决于使用所述装置的应用。例如，装置100可以用于需要监测夹紧力的应用中，如上所述，通过该夹紧力将两个或更多个部件彼此夹紧。这种情况的一个示例可能是铁路，其中需要监测部件到铁路轨道的夹紧情况。除了监测夹紧负载之外，传感器装置100还可以通过在其中加入适当的传感器来监测壳体112的振动和定向，以提供可以指示地面运动等的附加信息。
在另一应用中，装置100可以被夹紧到在进行采矿、水力压裂或地面运动的区域中的固定物体，诸如建筑物、塔架或其它结构，根据所用传感器的形式，传感器的输出提供关于例如采矿或水力压裂对地面运动的冲击和/或由此类工作导致的振动幅度的数据。
其它类型的传感器可以包括在传感器壳体112中。例如，可以提供对诸如环境中某些气体的存在的参数敏感的传感器。进一步的可能性是提供对一对电极之间的电阻敏感的传感器，在传感器浸没在水中时电阻降低并且因此能够用于提供存在水、水淹的指示，或者如果提供多个装置，则作为水深测量仪。
图7示出了这种类型的传感器，其中A和B是交错的导体，形成湿度传感器。覆盖导体的水分越多，和/或导体周围大气中的水分越多，A和B之间的阻抗变化越大。如果期望通知垫片是否浸入流体和/或垫片浸入流体到何种程度(例如在铁路道岔水淹)，这可能是有用的。
可以采用的另一种传感器是霍尔效应传感器，提供指示磁场的输出。
可以将另外的传感器添加到传感器单元，例如加速度计和/或位移传感器，以能够进行例如轨道中的空隙检测、交叉噪声冲击力和转辙器移动(这在轨道切换时发生)。
在一些情况下，可能期望传感器装置100包括附加的发电装置，例如以对内部电源充电。例如，一个或多个光伏电池阵列可以集成到密封的传感器壳体112中并且可操作以产生电力。
另一种选项在图8中示出，并且包括压电元件150，所述压电元件150具有刚性地固定在壳体112内的端部和承载重物152的自由端。在使用中，如果壳体受到振动，则元件150的固定到壳体112的端部也将振动，承载在元件150的自由端处的重物152的惯性减少了元件150的该端部的移动。其结果是，将发生元件150的挠曲，从而导致产生可用于给电池等充电的电功率输出。可以相对于装置100预期显示的振动的幅度来选择重物152和元件150的尺寸，以便优化电的产生。用于发电的振动可以来自例如列车通过铁路轨道、车辆沿着道路的运动、流体通过管道等。
上文描述的传感器装置100的优点在于它们具有相对小的尺寸，但是可以是粗糙的形式，因此适合在恶劣的工作环境中使用。它们允许简单方便地进行测量并将其传输到远程位置，并且允许这样做而不需要复杂的传输方法并且没有高电力需求。
尽管在上文所述的布置中，夹紧区域118通常采用限定开口120的垫片的形式(紧固件的一部分延伸穿过该开口)，但是其它布置也是可能的。例如，夹紧区域可包括彼此间隔开的一对指状物，并且在使用中，紧固件的一部分被容纳在这对指状物之间。这仅代表一种替代方案，并且在不脱离本发明的范围的情况下，其它布置也是可能的。
转到图9，其更详细地示意性地示出了传感器装置1000。传感器装置1000包括电源1010和包括可再充电电池或电容器的存储元件。使用能量采集器1030(例如并且不限于振动能量采集器、太阳能电池或热电电池)，可以从传感器所处的环境或者扰乱传感器的信号中获得对该电源进行再充电的电力。或者，可以通过专门为此目的提供的信号对电源进行再充电，例如由读取器手持机提供并且感应耦合到所示的NFC通信单元1040的磁近场通信。这些电源信号的性质需要功率调节和管理，以便有效地为电源再充电。此外，电源1010的状态和容量由电池状态单元1050监测并且从传感器传送以便用户进行再充电。因此，电池状态和容量是呈现给CPU 1060以进行向前传输的度量。传感器装置1000在其中嵌入了直接或通过总线与CPU通信的其它传感器或功能。示出的示例包括但不限于夹紧力传感器1070、倾斜传感器1080、实时时钟1090、加速计1100、霍尔效应(磁场)传感器1110、温度传感器1120和气体浓度传感器1130。这些功能包括但不限于数据存储器、加密引擎、全球定位系统(GPS)。除了传感器之外，装置1000还在其中嵌入了开关，开关的操作取决于施加到传感器的信号或者来自传感器100所处的环境的信号。这种开关用于将传感器100从低功率(休眠)状态唤醒，并且因此用作可以使得传感器100执行特定处理的触发器或警报器。所施加的开关信号的示例包括但不限于近场通信和远场无线电唤醒信号。响应于使传感器100进行特定处理的期望，这些信号由外部装置产生。环境开关信号的示例包括但不限于倾斜开关1140、加速开关1150和冲击开关(未示出)。图9的系统可另外包括位移传感器。
为了使传感器100与外部接口，提供了两个无线通道。第一通道是近场通信NFC通道1040，其允许将功率、数据和触发信号输入到传感器100中，并允许从传感器100传输数据。第二通道是远场通道FFC 1160，它允许无线双向数据传输。附加地或替代地，可以提供低功率无线通信器，例如蓝牙连接。
传感器100还配备有无线电唤醒系统1170，其使用远场或近场传输来生成二进制信号，二进制信号的存在或不存在将传感器100从休眠状态唤醒。重要的是，该电路应该是极低功率电路或者优选地不消耗功率(即无源)的电路。用于无线电唤醒电路的信号可以从NFC 1040的天线A、NFC 1160或专用天线导出。
图10更详细地示意性地示出了读取器设备2000，其可以是图4的第一读取器(200)或第二读取器(300)。读取器包括电源2010和包括可再充电电池或电容器的存储元件。使用能量采集器单元2030(例如并且不限于振动能量采集器、太阳能电池或热电电池)，可以从读取器自身所处的环境或者从扰乱读取器的信号中获得对该电源进行再充电的功率。或者，可以通过有线装置(例如但不限于市电电源或以太网供电)对电源进行再充电。这些电源信号的性质需要功率调节和管理，以便有效地为电源再充电。此外，电源的状态和容量由电池状态单元2050监测并且从读取器传送以便用户进行再充电。因此，电池状态和容量是呈现给CPU 2060以进行向前传输的度量。
在外部与直接或通过总线2070和CPU 2060通信的其它传感器或功能进行接口的能力被嵌入在读取器内。这些传感器包括但不限于夹紧力、倾斜度、实时时钟、加速度计、霍尔效应(磁场)、温度、气体浓度等。这些功能包括但不限于数据存储器、加密引擎、全球定位系统(GPS)。
读取器能够使用有线和无线方式与其它传感器或装置进行接口(输入和输出)。此外，这些接口可以是高级通信协议、简单的数字输入和输出信号或模拟信号。
读取器提供数字通用输入和输出通道，它们允许简单的开关信号以启动处理，例如数字信号可以触发模拟通道的采样或触发到传感器10的无线传输，或数字输出可以用于使用发光二极管来发信号。
读取器还通过单元2080提供模拟输入和输出通道。模拟输入允许读取器对数据进行采样并将其存储以供使用(例如数据记录器)，或者使用采样的模拟通道来提供触发以启动处理，例如到传感器100的无线传输、向用户发送警报、存储一些数据等。模拟输出可用于产生声音警告。
读取器具有专用的无线电唤醒接口2170。该接口是快速运作接口，一旦通电就发送预定的无线电唤醒命令信号。这允许在触发事件读取器侧和无线电唤醒信号的传输之间的最小等待时间以启动数据传感器侧的采样。
读取器还具有专用的近场通道接口2040，其允许读取器凭借其近场天线A经由传感器的近场天线与传感器100通信。近场天线允许读取器利用传感器启动安全信道，以允许将功率、数据和唤醒信号传输到传感器，并允许从传感器接收数据和确认；它也可以用作近场唤醒信号。
读取器另外提供专用的远场通道接口2160，其允许读取器凭借其远场天线A经由传感器的远场天线与传感器双向通信。远场天线还可用于产生无线电唤醒信号以唤醒传感器。
读取器还具有用于无线电唤醒的专用远场通道接口2160，其允许读取器凭借其无线电唤醒远场天线A传输到传感器以便唤醒传感器。
读取器还提供标准化的无线通信接口，其允许读取器有效地与智能手机平板电脑和其它计算机装置通信。
还提供温度计2180、倾斜仪2190和加速度计2200。关于倾斜仪和加速度计，与传感器装置一样，它们都进行参数测量。这些测量可以通过垫片或读取器进行。实际上，倾斜度来自加速度。知晓传感器装置和读取器的倾斜度是有用的信息，如同知晓了传感器装置的加速度。如果读取器安装在正在移动的物体上，那么知晓读取器的加速度可以是有用的。
图11示意性地示出了用户接口装置(总体上在4000处)，包括用于观察、输入和存储数据的装置。在使用中，接口通过无线方式或通过导线连接到读取器设备，并可用于配置接口并从其接收数据。通过这种方式，可以调整接口以适应用户的需求(权限)。
接口单元4000可以是平板电脑的形式，具有显示器4010、存储器4020和控制按钮4030并具有无线和/或有线连接。
当用作读取器1(读取器)的接口以在现场进行实时监测时，优选的通信方法是无线，例如蓝牙。这允许用户从传感器远程收集数据，确保它们可以处于危险之外。
使用安全的无线通道实现垫片的重新配置。可以通过两种方式之一启动此通道。
第一种方法涉及使用近场无线通道来打开从读取器到垫片的安全对话。这有利于在车载电池耗尽的情况下为垫片提供电力。对近场通道的存在的确认是使用第二远场通道的通信，并且在系统保护通道的情况下，可以移除近场通道，使远场通道可操作。这允许简单且快速地将垫片注册到系统以用于实时操作模式。读取器通过连接到读取器的天线创建近场通道。该天线的形式允许天线被夹住并位于垫片上。虽然对于注册目的不是必需的，但是近场天线夹允许天线暂时保持在垫片上，以允许使用近场对垫片电池进行再充电。注意，可以同时实现近场的数据传输和电池充电。
垫片可以进入重新配置状态的第二种方法是借助无线电唤醒命令。在这种情况下，无源或半无源远场无线电路允许所定义的无线信号将垫片从休眠状态唤醒；受到成功的安全挑战和响应后，重新配置垫片并使用远场通道进行操作。注意，可以使用与正常使用中的垫片所使用的相同的无线通道(载波频率)来实现无线电唤醒，或者它可以使用单独的通道(不同的载波频率)。
实时监测模式和远程状况监测模式之间的主要或唯一区别是采样率。在实践中，采样方法是相同的，但是性能的差异源于以下事实：在实时监测中，来自读取器200的数据被中继到显示器400并被存储；在远程状况监测中，来自读取器300的数据必须遍历网络才能到用户500，这需要更长的时间。因此，实时监测模式下垫片的最大采样率受到读取器200到平板电脑400通信通道的带宽的限制。
因此，显然还存在与垫片到读取器无线通道相关联的最大采样带宽以及对传感器进行采样的电子器件的采样带宽，即
Ts(读取器-平板电脑)<Ts(垫片-读取器)<<Ts(传感器-垫片)
为了增加垫片的效用，就其以更高的速率进行采样以便从参数传感器提取更多信息的能力而言，需要打破采样瓶颈。为了实现这一点，垫片1000配备有快速运作存储器1020，传感器数据被写入其中。存储器允许以低于传感器采样速率的速率下载数据。这导致传感器数据的文件或剪辑以更高的速率采样。在这样做时，嵌入在垫片中的传感器的采样率现在受到存储器的写入速度的限制，并且传感器“剪辑”数据的持续时间由存储器的写入速度和存储器的容量确定。
为了有效地利用存储器提供的高采样能力，有必要为系统提供启动数据采样和将采样写入存储器的信号。垫片以两种方式实现这一点。其一，垫片配置为使用来自其中一个嵌入式传感器的异常警报来触发数据的采样和存储。这是优雅的解决方案，但由于在传感器遇到异常与获取和存储数据之前所需的有限时间之间的延迟而受到限制；这种等待时间可能会导致在触发后数据立即丢失。另一种方法是使用无线电唤醒信号来触发数据采集和存储。该外部触发具有能够在事件发生之前启动采样和存储的益处。
无线电唤醒触发由读取器2000生成，并且可以使用按钮(用户请求)启动或者从另一信号自动导出。这些信号可以是但不限于时间、温度、通信信号、到某些其它装置的控制信号等。因此，读取器必须具有获取这种信号的设备。结果是，读取器提供接口，任何形式的传感器、装置、机器、网络等可以连接到该接口，并且可以从该接口导出无线电唤醒信号。
除了使用这些接口生成无线电唤醒触发之外，这些信号还可以存储在读取器的存储器中。这样，可以使用从物体本身收集的数据来观察来自连接到物体外围的传感器的数据集。这样做可以确定原因和结果。
显然，第一和第二读取器的附加感测和存储能力使它们能够用作高速数据记录器，因为嵌入式存储器允许在方便的时间以较慢的速率(如果通信通道的限制需要的话)卸载数据。
虽然提供了相当大的灵活性，但在系统级上，智能生态系统可以传输两种类型的数据，即数据报和数据剪辑。
数据报是具有多个字段的固定长度数据包，它们是默认的数据传输方法。来自垫片的每次传输都会产生发送到智能云和数据库的数据报，但数据剪辑的传输除外。
数据剪辑的处理方式不同，因为它们是下载的文件。每次下载剪辑时，都会传输包含要下载的数据的详细信息的数据报、剪辑ID等。
结果是，智能数据库分为两个组件。
第一组件包含详细说明所有垫片数据和控制请求的数据报，这些包括组件ID的数据和有关系统的信息，在数据剪辑(数据文件)数据报的情况下，包括存储数据剪辑的地址(位置)。数据库的第二部分是存储数据剪辑的区域。
图12示出了适用于根据本发明实施例的装置的道岔轨。
尖轨用于在轨道之间移动列车。这通过在两组行车轨道110之间移动道岔轨100来实现。道岔轨的运动由马达(未示出)实现，并且必须确保正确的运动以避免脱轨的风险。道岔轨的正确移动意味着轨道正确地打开和关闭，并且轨道之间的间隔保持恒定。通过伸张杆120保持间隔。
伸张杆是这样的组件：其确保道岔和交叉上的道岔轨被正确调整(就两个轨道之间的位移而言)，并且当轨道被切换以使列车改变方向时保持该位移。通过使用必须用62500N的夹紧力、250Nm扭矩保持在一起的螺母和螺栓进行调整并保持设置。
但是，在任何时间点，操作员都可能想知晓：
1.螺母和螺栓是否正确安装？
2.接头是否正确拧紧，非过紧或过松？
3.如果接头松动则发出警告。
4.转辙器是否合规，上次检查的时间，做了什么以及接下来什么时候应该检查？
这些物体的安装和维护由人工进行，因此容易出错(过程失败)。然而，由于可用于检查这些物品的唯一仪器是扭矩扳手，这一情况更加严重。
由于以下原因，扭矩测量本质上是不可靠的。
·扭矩是预载荷测量的不良表示。
·扭矩随着接头摩擦的变化而变化。
·螺纹毛刺可导致高扭矩值，但接头松动。
·需要校准扭矩扳手。
·没有自动化系统可以显示任何特定接头已被施加扭矩。
·检查接头时，紧固件过紧或者松开并重新拧紧，都有风险。
最好的方法是测量施加在接头上的夹紧力，这就是智能垫片可以做到的。
案例研究1，转辙器和伸张杆监测。
在安装过程中，要使用的垫片已在系统中注册并配置为实时监测模式。作为此过程的一部分，特定垫片、特定读取器、特定平板电脑和特定用户都通过组件ID和用户密码进行链接。它们出现在带时间戳的数据报中。当接头被扭紧时，在平板电脑上观察施加的夹紧力。可以将紧固事件记录为数据剪辑，或者可以生成“兼容”数据剪辑。
智能生态系统保证螺栓已经安装，其已经紧固到一定规格，并且记录了所使用的仪器和实施该工作的人员。
安装完成后，可将垫片置于RCM模式，以定期测量夹紧力和其它参数发送到数据库，从而报告物体的健康状况。
物体状况数据的定期传输允许按计划维护。目前，维护是作为定期例行检查进行的。该技术能够以两种方式影响维护：首先，RCM模式数据可用于通过即时或警报维护来取代定期日常维护。
其次，在现场检查期间，该系统提供了优越的物体检查方法。
在检查期间，可以访问垫片以报告接头的现有状况，并且如果其符合要求，则不需要执行机械干预。一如既往地生成确认物体状态的数据报，从而提供维护者已评估该物体的证据，并且该事实已经与维护者一起转发给物体所有者。
通常，物体可以以不寻常的方式表现。例如，虽然伸张杆可以随时间合规，但是转辙器驱动马达或轴的调节可能由于转辙器的运动而改变，从而导致磨损。因此，轨道现在可以例如相互撞击。如果没有合适的仪器，这些事件很难(成本高)进行评估，如果需要定期进行，则更是如此。智能垫片在RCM和RTM模式下作为仪器工作的能力允许有效地检测和测量这种情况。例如，转辙器的移动可以由该转辙器上存在的所有垫片采样，只要它们在RTM模式下工作即可。例如，所有或选定的几个垫片中的板载加速度计可用于收集与垫片附接的部件的加速度曲线。(实际上，夹紧力可用于指示垫片已正确固定到物体。)随着时间的推移观察加速度曲线将使得能够观察到曲线(物体的性能)的变化，并且还允许识别这种变化背后的机制。
在该示例中，板载加速度计经历的加速度可用于触发加速度计的快速采样。或者，可以使用转辙器驱动马达的控制信号或驱动马达电流本身来产生无线电唤醒信号以触发加速度计的快速采样。在后一示例中，读取器可用于测量马达驱动信号并将其与物体的输出驱动信号进行比较，如根据安装在移动的物体的部分上的垫片记录的那样。
SW可以与例如在道岔或马达支架处的马达或致动器通信，并且交叉参考基准与实际性能。
该示例的另一方面是伸张杆相对脆弱的事实。如果其中一个从动轨道撞击(静止的)本轨，则该力具有弯曲伸张杆的能力，使其振动。可以根据加速度计数据测量和确定三个可能的轴的冲击、振动和倾斜。除此之外，可以在列车通过高架时测量其它振动，并且可以通过使用加速度计和倾斜仪来检测轨道几何形状的变化(动态和静态)。
该系统能够提供大量数据。需要以特定方式呈现此数据，这些方式由活动和用户要求确定。
数据库包括数据报和数据剪辑。这些可通过标准网络服务获得，这些服务允许电子邮件和文本警报等功能。可以在图表、表格或仪表板元素视图中查看数据。时间趋向于阈值等。
重要的功能是智能API，这是允许第三方访问数据库的软件。
数据库通过个人电脑访问，并具有偏向RCM活动的接口。
实时接口主要集中在便携式装置上，并具有一系列功能，包括配置垫片和相应地从垫片和读取器显示数据的功能。特定字段将链接到用户权限。
案例研究2：凸缘张紧训练器
密封件是石油化工、动力和加工厂中机械管道接头的重要部件。密封的成功不仅取决于具有正确夹紧力的接头，而且还取决于夹紧力施加到螺柱的力而螺柱将力施加到凸缘的顺序。在正确的步骤中未能以正确的顺序施加正确的力会导致密封件的扭结或变形，从而导致泄漏。出于这个原因，密封件制造商投入大量时间、精力和成本来教导维护团队正确安装密封件。在图13中示出了在四个拧紧螺母124下方具有四个智能垫片100的典型密封凸缘。
使用智能垫片、读取器和平板电脑，可以观察到对螺柱施加夹紧力。特别地，可以精确地监测螺柱被拧紧和施加夹紧力的顺序以确保合规性。
虽然在前述说明书中努力引起对本发明的被认为特别重要的那些特征的注意，但应该理解，申请人要求保护关于本文提及的和/或附图示出的任何可取得专利的特征或特征的组合，无论是否特别强调。
图14示出了用作垫片或“智能垫片”的替代传感器单元或类型的展开图。底座1402支撑被封闭在壳体或盖子中的电子装置1404和多个传感器部件。各种固定件和密封件1408将壳体和部件固定在一起。主传感器部件包括连接到电子装置1404的传感器头1410、呈Belleville垫片形式的弹性构件和活塞1414。活塞呈圆柱形，具有用于接合近端处的固定件的面和向远端延伸用于穿过传感器头1408的凸缘。活塞、壳体等限定管1416，所述管具有穿过其中的轴线1418。壳体是平面的，轴线1418从壳体垂直延伸。根据安装条件或位置，可能有其它布置。底座可以适于具有旋转限制特征和/或界面，以改善接合并抑制其所安装的表面上的运动。
在使用中，螺栓将穿过壳体的管部分1416，并因此穿过活塞。附接到螺栓的螺栓头或螺母将传感器单元或垫片固定为抵靠固定表面。底座1402将抵靠该表面并且螺母将在螺栓上向下紧固，直到与活塞的近端接触。传感器头1408可以通过活塞的近端进入传感器头的量来测量螺母朝向表面的位移。弹性构件或垫片(例如Belleville垫片)提供可量化的位移程度。为清楚起见，拧紧螺母的力用于使活塞抵靠弹性构件移位并允许活塞的远端移动穿过传感器头。压缩弹性构件所需的力是已知的。
传感器单元的垫片和活塞可以设置为不同的直径以适应不同的螺栓和螺母等或其它这样的固定件。
管不限于圆柱形。
弹性构件可具有多个垫片，例如Belleville垫片。
活塞的设置用于将固定件材料与传感器头隔离。以这种方式，抑制了材料对传感器的影响。此外，活塞将施加到固定件的旋转力与弹性构件隔离，这用于抑制垫片的移动。可以固定活塞以抑制旋转，从而抑制旋转到弹性构件。单独或组合地进行这些调节可以使得由于弹性构件或垫片在其边缘周围具有公差变化而发生的值的变化最小化。可以在垫片的边缘上设置平坦区域以增加承载面积并抑制变形。
图15是具有垫片100、1500的系统的概述，该系统用于从传感器单元100提取数据以将其呈现给最终用户。垫片具有通信接口I/1040(用于868MHz区域的远场通信)和I/1160(用于使用例如蓝牙的本地低能量通信)。垫片具有电源232、传感器1080、114、1120、控制器1060和输入/输出接口。通常以数据包的形式从垫片1500中提取数据以用于数据的有效和低功率传送，并且将数据发送到具有进一步处理功能和网络通信的接入点AP、RU。接入点可以通过“云”将数据包或文件格式的数据中继到远程服务器。便携式装置R、RU可用于直接从垫片、接入点和/或远程服务器中的任何一个访问数据。
应当注意，上述实施例是说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多替代实施例而不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围。在权利要求中，括号中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”和“包含”等不排除除了在任何权利要求或说明书中作为整体列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。在本说明书中，“包括”表示“包括或由……组成”，“包含”表示“包括或由……组成”。元素的单数引用不排除对这些元素的复数引用，反之亦然。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的装置权利要求中，这些装置中的若干个可以由一个和同一个硬件项来体现。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

Claims (18)

1.一种用于测量和监测与物体或设备相关联的多个参数的传感器单元，所述物体或设备具有连接到其上的固定件，所述传感器单元具有：
壳体，其具有用于接收穿过其中的固定件的部分；
传感器，其被布置为测量和/或监测(i)与经由壳体固定到所述物体的固定件相关联的参数和/或(ii)影响所述物体的性能的参数；
处理器，其被配置为处理来自所述传感器的数据；以及
通信器，其适于将所述数据传输到远程装置。
2.根据权利要求1所述的传感器单元，其中，所述壳体具有管状部分，用于接收穿过其中的固定件。
3.根据权利要求1或2所述的传感器单元，其中，测量与固定件相关联的参数的所述传感器中的至少一个被配置为测量所述紧固件和所述物体之间的夹紧力。
4.根据任一前述权利要求所述的传感器单元，其中，测量与固定件相关联的参数的所述传感器中的至少一个是电感式传感器。
5.根据权利要求4所述的传感器单元，其中，所述电感式传感器测量抵靠所述物体施加到固定件的位移或力，所述固定件固定到所述物体，所述固定件抵靠位于所述壳体中的弹性构件而被偏置。
6.根据权利要求5所述的传感器单元，其中，所述弹性构件是弹簧。
7.根据任一前述权利要求所述的传感器单元，其中，所述壳体和传感器适于接收附接到物体的固定件，所述固定件可由所述传感器接收，其中，所述传感器具有所述固定件抵靠二者之间的弹性构件朝向或穿过传感器可移位的突起，所述突起的位移与施加到所述传感器单元的力成比例。
8.根据权利要求7所述的传感器单元，其中，所述壳体和传感器适于接收附接到物体的固定件，所述固定件可由所述传感器的活塞接收，所述活塞延伸穿过感应环，所述活塞相对于所述环的位置是可读的，使得所述处理器能够计算施加到所述传感器单元的力，所述活塞朝向所述环的位移由弹簧垫片调节。
9.根据任一前述权利要求所述的传感器单元，其中，所述传感器单元被配置为与具有读取器的监测系统通信，所述读取器用于接收与测量的参数相关联的数据，所述传感器单元可配置为在多种模式中的至少一种模式下操作，所述多种模式包括：
第一模式，其中所述传感器单元以第一采样率周期性地采样一个或多个参数，
第二模式，其中所述传感器单元检测事件的发生，以及
第三模式，其中所述传感器单元以第二采样率周期性地监测一个或多个参数，所述第二采样率大于所述第一采样率，
并且其中，在所述模式下获得的数据与所述系统和/或所述读取器可通信。
10.根据任一前述权利要求所述的传感器单元，其中，所述单元可配置为实时地采样或测量数据并将数据传送到远程装置，以使得能够计算测量值。
11.根据任一前述权利要求所述的传感器单元，其中，所述单元测量：
所述紧固件和所述物体之间的夹紧力；和
以下各项中的至少一个：
加速度，
倾斜度，
压力，
冲击，
温度，
磁场强度，
电池容量/电荷，
识别号，
无线服务质量/信号强度，
电池容量或水平，
位移，和
所述传感器单元周围存在的碳氢化合物气体的水平。
12.根据任一前述权利要求所述的传感器单元，其中，所述单元经由近场通信模块、无线电唤醒模块、远场通信模块、有线通信单元和无线通信单元中的至少一个与远程装置通信。
13.根据任一前述权利要求所述的传感器单元，其中，所述单元被配置为与一个或多个其它传感器单元通信，配置一个或多个传感器单元，存储、处理、中继和/或显示来自一个或多个传感器单元的数据，用作一个或多个传感器单元之间的中介以及充当与其它传感器单元的接口单元。
14.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元，其中，所述单元适于双向通信。
15.根据任一前述权利要求所述的传感器单元，其中，所述传感器或每个传感器是从远程装置校准的。
16.一种用于测量和监测与多个物体相关联的多个参数的系统，所述物体具有用固定件固定到所述物体的根据任一前述权利要求所述的传感器单元。
17.一种测量和监测与物体或设备相关的多个参数的方法，所述物体或设备具有连接到其上的固定件，所述方法包括：
安装根据任一前述权利要求所述的传感器单元或根据权利要求16所述的系统；
测量和/或监测(i)与通过壳体固定到所述物体的固定件相关联的参数和/或(ii)影响所述物体的性能的参数；
处理来自所述传感器的数据；以及
将所述数据传送到远程装置。
18.一种计算机可读存储介质，其包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时配置处理器以执行根据权利要求17所述的方法。
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