CN112880799A - 安全冗余传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全冗余传感器。该安全冗余传感器包括弹性元件，在弹性元件上至少包含一个应变敏感区，在应变敏感区设置至少两个应变检测单元，每个应变检测单元包含至少一个应变检测元件；多个模数传感器和微处理器，每个应变检测单元接入一个模数传感器，模数传感器用于将应变检测单元的检测结果转变为数字信号，模数传感器将数字信号发送到一个微处理器。本发明提出了一种安全冗余传感器，适用于高空作业平台，能对称重传感器进行安全冗余。

Description

安全冗余传感器

技术领域

本发明高空作业设备技术领域，尤其涉及一种应用于高空作业平台的安全冗余传感器。

背景技术

为了充分保证高空作业平台设备的安全，应用于高空作业平台的传感器就需要进行冗余设计。通过多组应变敏感区设计、多组应变检测单元和多路检测电路最大限度的降低传感器的平均危险失效间隔时间MTTF_D。

现有技术中国实用新型专利申请CN201765035U也具有输出两个桥路的功能，它的主要作用是通过两个桥路的共同作用实现二维测力功能。即，通过两个输出桥路之和测量传感器垂向载荷；通过两个输出桥路之差测量传感器的横向载荷。如果两个桥路中的任意一个桥路故障，那么传感器的二维测力功能也就失效。因此其并不具备安全冗余的功能，反而相比常规的单路输出传感器，发生故障的概率更高。

现有技术中国发明专利申请CN103335699也具有两组应变敏感区设计，但是在任意时刻，只有一个应变敏感区发生作用。即，小载荷时，应变区A起作用，应变区B不起作用，输出应变区A信号；大载荷时，应变区A不起作用，应变区B起作用，输出应变区B信号。因此任意时刻，它只有一路信号输出，并不具备多个应变敏感区同时作用，且同时输出多个应变敏感区信号的作用。所以，该专利并不具备安全冗余的功能。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种安全冗余传感器，适用于高空作业平台，能对称重传感器进行安全冗余。

具体地，本发明提出了一种安全冗余传感器，包括弹性元件，在所述弹性元件上至少包含一个应变敏感区，在所述应变敏感区设置至少两个应变检测单元，每个所述应变检测单元包含至少一个应变检测元件；

多个模数传感器和微处理器，每个所述应变检测单元接入一个所述模数传感器，所述模数传感器用于将所述应变检测单元的检测结果转变为数字信号，所述模数传感器将所述数字信号发送到一个微处理器。

根据本发明的一个实施例，所述弹性元件具有一个加载端和一个固定端，所述加载端用于承受平台载荷，所述固定端用于支撑固定所述安全冗余传感器，所述应变敏感区设置在所述加载端和固定端之间。

根据本发明的一个实施例，所述应变敏感区是基于剪切变形的盲孔设计或弯曲变形的通孔设计。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器包括一状态信息阈值数据库，该状态信息阈值数据库中保存对应于不同的所述安全冗余传感器应用状态的状态信息阈值，所述微处理器根据所述数字信号计算所述安全冗余传感器的状态信息，比较所述状态信息和状态信息阈值以获得所述安全冗余传感器的故障信息。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器还包括一存储单元，所述存储单元用于存储所述状态信息阈值数据库。

根据本发明的一个实施例，每个所述应变检测单元包含两个应变检测元件，每个所述应变检测元件为半桥应变计。

根据本发明的一个实施例，每个所述应变检测单元包含两个应变检测元件，两个所述应变检测元件组成半桥应变计。

根据本发明的一个实施例，所述应变敏感区设有两个应变检测单元，每个所述应变检测单元包含两个应变检测元件，两个所述应变检测单元所包含的四个应变检测单元组成一路惠斯通桥。

根据本发明的一个实施例，所述处理单元还包括存储单元，用于存储所述紧固力状态信息矩阵。

本发明提供的一种安全冗余传感器适用于高空作业平台，能对称重传感器进行安全冗余。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1A示出了本发明一个实施例的安全冗余传感器的结构示意图。

图1B是图1A在俯视方向上的结构示意图。

图2A示出了本发明另一个实施例的安全冗余传感器的结构示意图。

图2B是图2A在俯视方向上的结构示意图。

图3A示出了本发明另一个实施例的安全冗余传感器的结构示意图。

图3B是图3A在俯视方向上的结构示意图。

图4示出了本发明另一个实施例的安全冗余传感器的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

安全冗余传感器 100 弹性元件 101

第一应变敏感区 102 第一应变检测单元 103

第二应变检测单元 104 第一应变检测元件 105

第二应变检测元件 106 第三应变检测元件 107

第四应变检测元件 108 第一模数传感器 109

第二模数传感器 110 加载端 111

固定端 112 第二应变敏感区 113

第三应变检测单元 114 第四应变检测单元 115

第五应变检测元件 116 第六应变检测元件 117

第七应变检测元件 118 第八应变检测元件 119

第一微处理器 120 第二微处理器 121

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

图1A示出了本发明一个实施例的安全冗余传感器的结构示意图。图1B是图1A在俯视方向上的结构示意图。图4示出了本发明另一个实施例的安全冗余传感器的结构示意图。如图所示，一种安全冗余传感器100主要包括弹性元件101。在弹性元件101上包含一个第一应变敏感区102。在该第一应变敏感区102设置两个应变检测单元分别是第一应变检测单元103和第二应变检测单元104。每个应变检测单元各自包含两个应变检测元件，其中第一应变检测单元103包含第一应变检测元件105和第二应变检测元件106。第二应变检测单元104包含第三应变检测元件107和第四应变检测元件108。第一应变检测元件105～第四应变检测元件108中的每一个可为板桥应变计组合。由第一、第二应变检测元件105、106组成惠斯通桥路SG1，第三、第四应变检测元件107、108组成惠斯通桥路SG2。

在本实施例中，设置有两个模数传感器和两个微处理器。第一应变检测单元103接入第一模数传感器109，第一模数传感器109用于将第一应变检测单元103的检测结果转变为数字信号。第一模数传感器109将该数字信号发送到第一微处理器120。第二应变检测单元104接入第二模数传感器110，第二模数传感器110用于将第二应变检测单元104的检测结果转变为数字信号。第二模数传感器110将该数字信号发送到第二微处理器121。

较佳地，参考图1，弹性元件101具有一个加载端111和一个固定端112。加载端111用于承受平台载荷，固定端112用于支撑固定安全冗余传感器100。应变敏感区设置在加载端111和固定端112之间。

较佳地，应变敏感区是基于剪切变形的盲孔设计或弯曲变形的通孔设计。

较佳地，微处理器包括一状态信息阈值数据库(图未示)。该状态信息阈值数据库中保存对应于不同的安全冗余传感器100应用状态的状态信息阈值，微处理器根据数字信号计算安全冗余传感器100的状态信息，比较状态信息和状态信息阈值以获得安全冗余传感器100的故障信息。更佳地，微处理器还包括一存储单元，存储单元用于存储状态信息阈值数据库。

图2A示出了本发明另一个实施例的安全冗余传感器的结构示意图。图2B是图2A在俯视方向上的结构示意图。如图所示，安全冗余传感器100的弹性元件101具有一个加载端111和一个固定端112。在加载端111和固定端112中间设计有两个应变敏感区，分别是第一应变敏感区102和第二应变敏感区113。第一应变敏感区102和第二应变敏感区113可以是基于剪切变形的盲孔设计，也可以是弯曲变形的通孔设计。第一应变敏感区102布置有第一应变检测单元103。第二应变敏感区113布置有第二应变检测单元104。其中，第一应变检测单元103由第一应变检测元件105和第二应变检测元件106组成。第二应变检测单元104由第三应变检测元件107和第四应变检测元件108组成。第一应变检测元件105～第四应变检测元件108中的每一个皆可为半桥应变计。相应的，第一、第二应变检测元件106组成惠斯通桥路SG1；第三、第四应变检测元件108组成惠斯通桥路SG2。惠斯通桥路SG1和惠斯通桥路SG2分别经过两路第一模数传感器109和第二模数传感器110转变为数字信号，反映了载荷的原始数据，并将其各自送入第一微处理器120和第二微处理器121，从而实现载荷数字化的多重化安全设计。

图3A示出了本发明另一个实施例的安全冗余传感器的结构示意图。图3B是图3A在俯视方向上的结构示意图。安全冗余传感器100的弹性元件101具有一个加载端111和一个固定端112。在加载端111和固定端112中间设计有两个应变敏感区，分别是第一应变敏感区102和第二应变敏感区113。第一应变敏感区102和第二应变敏感区113可以是基于剪切变形的盲孔设计，也可以是弯曲变形的通孔设计。第一应变敏感区102布置有第一、第二应变检测单元103、104。第二应变敏感区113布置有第三、第四应变检测单元114、115。其中，每个应变检测单元设置两个应变检测元件组成。第一应变检测单元103由第一应变检测元件105和第二应变检测元件106组成；第二应变检测单元104由第三应变检测元件107和第四应变检测元件108组成；第三应变检测单元114由第五应变检测元件116和第六应变检测元件117组成；第四应变检测单元115由第七应变检测元件118和第八应变检测元件119组成。第一～第八应变检测元件105、106、107、108、116、117、118、119中的每两个皆可组合为半桥应变计。即由第一、第二应变检测元件105、106组成的半桥应变计、第三、第四应变检测元件107、108组成的半桥应变计、第五、第六应变检测元件116、117组成的半桥应变计及第七、第八应变检测元件118、119组成的半桥应变计组合。相应的，第一应变检测元件105～第四应变检测元件108组成惠斯通桥路SG1；第五应变检测元件116～第八应变检测元件119组成惠斯通桥路SG2。惠斯通桥路SG1和惠斯通桥路SG2分别经过两路第一模数传感器109和第二模数传感器110转变为数字信号，反映了载荷的原始数据，并将其各自送入第一微处理器120和第二微处理器121，从而实现载荷数字化的多重化安全设计。容易理解的，也可以在本实施例中的由八个应变检测元件组成的四个半桥应变计中的每一个半桥应变计配置一个模数传感器和微处理器，即各自通过四个模数传感器和四个微处理器来实现载荷数字化的多重化安全设计。

本发明提供的一种安全冗余传感器，在其弹性元件上可以设置至少一个应变敏感区，在每个应变敏感区可以设置至少两个应变检测单元，每个应变检测单元可以包含至少一个应变检测元件。因此，该安全冗余传感器可以根据高空作业平台系统的具体需要，对应变敏感区和应变检测单元中的一项，或数项进行多重化设计，以实现不同等级的安全冗余设计。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (8)

1.一种安全冗余传感器，包括弹性元件，在所述弹性元件上至少包含一个应变敏感区，在所述应变敏感区设置至少两个应变检测单元，每个所述应变检测单元包含至少一个应变检测元件；

多个模数传感器和微处理器，每个所述应变检测单元接入一个所述模数传感器，所述模数传感器用于将所述应变检测单元的检测结果转变为数字信号，所述模数传感器将所述数字信号发送到一个微处理器。

2.如权利要求1所述的安全冗余传感器，其特征在于，所述弹性元件具有一个加载端和一个固定端，所述加载端用于承受平台载荷，所述固定端用于支撑固定所述安全冗余传感器，所述应变敏感区设置在所述加载端和固定端之间。

3.如权利要求1所述的安全冗余传感器，其特征在于，所述应变敏感区是基于剪切变形的盲孔设计或弯曲变形的通孔设计。

4.如权利要求1所述的安全冗余传感器，其特征在于，所述微处理器包括一状态信息阈值数据库，该状态信息阈值数据库中保存对应于不同的所述安全冗余传感器应用状态的状态信息阈值，所述微处理器根据所述数字信号计算所述安全冗余传感器的状态信息，比较所述状态信息和状态信息阈值以获得所述安全冗余传感器的故障信息。

5.如权利要求4所述的安全冗余传感器，其特征在于，所述微处理器还包括一存储单元，所述存储单元用于存储所述状态信息阈值数据库。

6.如权利要求1所述的安全冗余传感器，其特征在于，每个所述应变检测单元包含两个应变检测元件，每个所述应变检测元件为半桥应变计。

7.如权利要求1所述的安全冗余传感器，其特征在于，每个所述应变检测单元包含两个应变检测元件，两个所述应变检测元件组成半桥应变计。

8.如权利要求1所述的安全冗余传感器，其特征在于，所述应变敏感区设有两个应变检测单元，每个所述应变检测单元包含两个应变检测元件，两个所述应变检测单元所包含的四个应变检测单元组成一路惠斯通桥。

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