CN1264044A - 检测位置的装置 - Google Patents

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Abstract

一种检测可以沿预定传输路径移动的物体位置的装置,包括声信号波导;位于可移动物体上的信号输入耦合器,在声信号波导的两端的信号输出耦合器各连接到求值单元,该求值单元确定声信号传播时间和产生表示传输路径上可移动物体瞬时位置的信号,其中校准信号输入耦合器连接到用于校准声信号的校准声信号发生器,该发生器被提供在一个信号输出耦合器上。求值单元,从校准声信号到另一个信号输出耦合器通过的校准路径计算连续确定的位置的校正变量和校准声信号通过校准路径的传播时间。

Description

检测位置的装置
本发明涉及一种用于检测可以沿预定路径移动的物体位置的装置。该装置可用于控制电梯轿厢(lift cage)或类似物的位置并由此根据楼层确保其在预定的位置停止。
欧洲专利0 694 792公开了一种该类型的用于检测可移动物体位置的装置具有声信号波导和一种把声信号耦合到声信号波导的信号输入耦合器，该声信号波导沿传输路径延伸并具有预定、均匀的声音传播速度，该信号输入耦合器连接到信号发生器并位于可移动物体上。在这种情况下，信号输出耦合器被安置在声信号波导的两端并且每个信号输出耦合器连到一计数器，这两个计数器由时钟发生器定时并被连接到减法器该减法器用于该两个计数器的输出信号。可以由求值单元处理减法器的输出信号以形成表示传输路径上可移动物体的瞬时位置的信号，减法器的输出信号作为来自一点的声耦合信号的传播时间差的测量值，在该点声信号耦合到信号输出耦合器。信号输入耦合器以大于声音从传输路径的一端到另一端的传播时间的信号空间(signalspacing)操作。
通过求值单元和在其内部实现的计算算法，赋予从声音输入耦合器到声音输出耦合器的传播时间测量的一个位置值。特别在电梯结构中，由每层的同平面层的点校准求值单元，在该点向每层赋予计算算法(algorithm)的结果而该电梯位置与该数值有关。由于在建筑物和/或声信号波导长度方面由温度引起的变化，或作为温度和扩散影响的结果引起声信号波导中声音速度变化，而，在同平面层的点(flush level point)和通过校准的有关数值之间的赋值被偏移。
德国专利3 608 384还公开了一种方法，在通过确定声脉冲的传播时间测量所传输的距离时，在测量部分侧提供校准(calibration)部分，以使能把传播时间的测量结果转换成尽可能精确的传输长度。但是，将测量和校准部分在物理上彼此分开的情况，是为了实际的测量可与校准测量同时执行。
本发明的目的是提供一种检测可以沿预定路径移动的物体位置的装置，通过该装置可以简单和精确地在很长的传输路径上将可移动物体移动到预定的位置。
从下面和权利要求书的描述中，本发明的其它目的、实施例和优点将变得更加明显。
一种根据本发明检测可以沿预定传输路径移动的物体位置的装置包括
声信号波导，该声信号波导沿传输路径延伸并具有预定、均匀的声音传播速度；
位于可移动物体上的信号输入耦合器，用于把定时的声信号耦合到声信号波导，
安置在声信号波导的两端的信号输出耦合器并且各被连接到求值单元，该求值单元用于确定一位置的声信号传播时间差在该位置声信号耦合到信号输出耦合器和用于产生表示传输路径上可移动物体瞬时位置的信号，
其中校准信号输入耦合器(calibration signal input coupler)，连接到用于校准声信号的校准声信号发生器(calibration acoustic signal generator)，该校准信号输入耦合器被提供在一个信号输出耦合器上，该求值单元(evaluation unit)从该校准声信号到另一信号输出耦合器所经过的校准路径(calibration path)计算连续确定的位置的校正变量(correction variable)和计算校准声信号通过校准路径的传播时间。
参照附图中示意说明的优选实施例将更详细地解释本发明。
图1表示根据本发明示意的检测位置的装置；
图2表示涉及传输操作中来自图1装置的信号的时序图；
图3表示涉及校准过程中来自图1装置的信号的时序图。
可专门用于检测电梯轿厢位置的用于检测位置的装置，包括例如钢轨或特别是金属线的沿预定传输路径延伸的声信号波导1，例如电梯轿厢的可移动物体2可以沿该传输路径往返移动。具有预定、均匀声音传播速度的声信号波导1在两端以制动方式被夹持或固定在制动夹持件或固定件(dampingclamp or mounting)3。
可移动物体2携带一信号输入耦合器4该耦合器4经信号匹配电路4′连接到例如为振荡器的信号发生器5。特别是电感操作的信号输入耦合器4把包括从信号发生器5周期接收的同步脉冲S的声信号耦合到声信号波导1。同步脉冲S具有大于声信号从声信号波导1的一端到另一端的传播持续时间的时钟周期。
另外，信号输入耦合器4耦合附加脉冲M，特别是在同步脉冲S的每个时钟周期期间的大量的附加脉冲M。附加脉冲M的时钟周期是沿传输路径方向实现例如用于刹车和移动物体2到准确位置所需的距离分辨率。
标记同步脉冲，即在求值期间可以区别于附加脉冲M。可以这样进行该标记(marking)，例如通过其时钟周期是附加脉冲M时钟周期的适当倍数，另外通过其相对于附加脉冲M的时间偏移，例如，参照图2第一行由信号发生器5产生的脉冲串的一半时钟周期。然后，每种情况下预定数目m的附加脉冲M跟随同步脉冲S。
但是，也可以用其它方式进行该标记，因此同步脉冲S可以通过调制脉冲宽度、脉冲高度等区别于附加脉冲M。
要耦合的同步和附加脉冲S、M可以是例如单脉冲或脉冲串、或周期频移键控的短电磁脉冲。
每种情况下，信号输出耦合器6安置在声信号波导(accovstic signalwaveguide)1的两端。该信号输出耦合器最好是压电信号输出耦合器，但也可以使用电感或电容操作的信号输出耦合器。
每个信号输出耦合器(signal output coupler)6连接到信号匹配电路7，每种情况下信号匹配电路7的输出线通向计数器8。由例如是振荡器的时钟发生器9为两个计数器8定时。时钟发生器9的时钟周期远远低于声音从声信号波导1的一端到另一端的传播时间，并根据期望的路径测量分辨率来选择。两个计数器8的输出馈送到减法器10，减法器10形成两个计数器8的输出信号的差值，并把其馈送到例如一个微处理器的一求值单元(evaluationunit)11，在求值单元11中求值减法器10的输出信号。
同步脉冲S用于向求值单元11表示下一对附加脉冲属于彼此相关，即各第n个(也就是说第1、第2、第3等)，附加脉冲M在各同步脉冲S之后不同的时间Ta和Tb到达两个信号输出耦合器6(图2标为A和B)，为了求值单元11可以检测或确定相关附加脉冲M之间的相关绝对时间差Ta-Tb＝ΔT，和因此物体2的位置。
主要进行关于附加信号M用于检测该位置的求值，但是在这点上也可以求值同步脉冲S，尤其是首先(但不排它)当特别标记不同的第m个附加脉冲以使以这种方式用作同步脉冲S时。
如果可移动物体2位于信号输出耦合器6之间的中心，则两个计数器8的输出相等并且它们的差为零。如果物体2(在垂直路径的情况下)在中心之上，则连接到上面的信号输出耦合器6的计数器8的输出小于另一个的输出。由减法器10确定的在声信号波导1中彼此相关附加脉冲M的传播时间差和声信号波导1的已知声速给出了可移动物体2距中心的距离。因此，如果可移动物体2位于中心的下面，则时间差具有不同的符号，所以也能知道可移动物体2是位于中心之上或之下，也就是说因此可以计算可移动物体2的精确位置。由求值单元11产生的数字或模拟位置信号可用于跟踪控制。
求值单元11的监视电路12(watchdog)可用于简单监视测量路径，在输入耦合信号的整个时间输入耦合是恒定的。在存在损害的情况下能衰减声信号波导1的信号，此时由减法器10确定的时间差超过了预定值，监视电路12对比响应以便触发适当的告警等信号。
为了校准的目的，连接到用于输出校准声信号的校准声信号发生器13的校准信号输入耦合器(calibration signal input coupler)14被集成到信号输出耦合器6中，和为了执行校准，在不执行位置确定时的周期期间，即物体2是处在静止期间，激活校准信号输入耦合器14，例如校准信号输入耦合器14具有对其加入的电压。在该过程中，校准声信号通过两个信号输出耦合器6之间已知长度的整个校准路径，和求值单元11从校准声信号到另一个信号输出耦合器通过的校准路径计算连续确定的位置的校正变量和校准声信号通过校准路径的传播时间。
相应的信号输出耦合器6也可以自身设置成为校准信号输入耦合器，并能耦合到校准声信号发生器13。
从图3可以看出，包含来自信号输入耦合器4的信号P(具有例如1ms的基本的恒定时钟周期)的信号流被中断预定的时间，在该预定时间移动物体2处于静止，而耦合了来自校准声信号发生器13的一系列校准脉冲E。校准脉冲E可以例如在两个相对长的例如100ms的脉冲之间形成，校准脉冲E例如是一系列可以具有例如0.1ms时钟周期的多个短脉冲。
通过每个校准周期，因此该系统再次适应在其测量分辨率内的机械测量路径。作为校准的结果，为达到测量路径的实际长度补偿诸如作为建筑物高度改变的结果或作为由于温度和/或扩散效应(temperature and/or diffusioneffects)引起的声信号波导中声音速度改变的结果出现的线性误差。这使得以金属线的形式使用简单声信号波导成为可能。
在没有任何电缆(cabling)的情况下，信号输出耦合器6、控制单元11和校准声信号发生器13之间的同步是可能的。例如电梯的电梯轿厢的可移动物体2只需提供用于中断声信号的耦合的设备该声信号用于位置检测，例如响应物体2的停止或响应电梯轿厢门或类似物的关闭动作的信号发生器5′，以使信号发生器5或信号输入耦合器4在预定时间不操作，以使在测量脉冲和校准脉冲之间不出现碰撞。在最简单的实施例中，该设备包括中断器用于操作信号发生器5或信号输入耦合器4的电压。如果相应的信号输出耦合器6在预定时间期间没有接收到任何信号，该预定时间略微大于同步脉冲S的时钟周期，则所述耦合器经合适的电路启动测量周期，因为电压被加到校准声信号发生器13。
由钢制成的声信号波导1的声速大约为5300m/s。在188ns的时间分辨率时，为此目的5.3MHz的时钟发生器频率是必要的，测量路径的位置分辨率是1mm。
代替耦合到信号发生器5，可以由求值单元11触发信号输入耦合器4以便把声信号耦合到声信号波导1。信号输入耦合器4也可以经电信号触发该求值单元11以便确定声信号每次耦合到声信号波导1的瞬时起始以使求值单元11进行求值。
虽然已经参照优选实施例表示和描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员而言很明显可以进行许多改变和改进而不超出权利要求所定义的本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种检测可以沿预定传输路径移动的物体(2)的位置的装置，包括：
声信号波导(1)，该声信号波导沿传输路径延伸并具有预定、均匀的声音传播速度；
位于可移动物体(2)上的信号输入耦合器(4)，用于把定时的声信号耦合到声信号波导(1)，
在声信号波导(1)两端的信号输出耦合器(6)各被连接到求值单元(11)，该求值单元用于确定来自一位置的声信号传播时间差在该位置声信号耦合到信号输出耦合器(6)和用于产生表示传输路径上可移动物体(2)瞬时位置的信号，
其特征在于
校准信号输入耦合器(4)连接到用于校准声信号的校准声信号发生器(13)该发生器(13)被提供在一个信号输出耦合器(6)上，求值单元(11)从该校准声信号到另一信号输出耦合器(6)所经过的校准路径计算连续决定的位置的校正变量(correct varible)和计算校准声信号在该校准路径上的传播时间
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于校准声信号发生器(13)和校准信号输入耦合器(14)被集成到一个信号输出耦合器(6)中。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于可移动物体(2)具有当物体(2)处于静止时用于启动校准操作的设备。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于启动校准操作的设备具有中断器(5′)用于操作信号发生器(5)和/或信号输入耦合器(4)的电压，和连接到校准声信号发生器(13)的信号输出耦合器(6)在没有信号的预定时间之后启动校准声信号发生器(13)。
5.根据权利要求1到4的任何一个所述的装置，其特征在于声信号波导(1)是金属线。
6.根据权利要求1到5的任何一个所述的装置，其特征在于信号输入耦合器(4)耦合作为声信号的同步脉冲(S)和位于其间的大量的附加脉冲(M)，该同步脉冲的时钟周期大于从传输路径的一端到另一端的声音传播时间。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于相对于附加脉冲(M)标记同步脉冲(S)。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于同步脉冲(S)的时钟相对于附加脉冲(M)时钟随时间的推移被偏移。
9.根据权利要求6到8的任何一个所述的装置，其特征在于同步脉冲(S)和附加脉冲(M)都馈送到求值单元(11)以确定传播时间差。
10.根据权利要求5到9的任何一个所述的装置，其特征在于每一个信号输出耦合器(6)连接到计数器(8)，所述计数器(8)连接到减法器(10)后者用于两个计数器(8)的输出信号。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于用于计数器(8)的时钟发生器(9)以预计的路径测量分辨率所需要的最小频率操作。
12.根据权利要求1到11的任何一个所述的装置，其特征在于信号输出耦合器(6)是电容、电感或压电输出耦合器。
13.根据权利要求7到16的任何一个所述的装置，其特征在于求值单元(11)包括监视器电路(12)如果减法器(10)确定的时间差超过预定值触发告警信号。
14.根据权利要求1到13的任何一个所述的装置，其特征在于可移动物体是电梯。
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