DE202022102223U1 - sensor system - Google Patents
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Abstract
System (1) mit einem Sensorsystem (2) mit mindestens einem ersten Sensor (3) in einem ersten Sensorgehäuse (4) und mindestens einem zweiten Sensor (5) in einem zweiten Sensorgehäuse (6), wobei die Sensoren (3, 5) über eine Schnittstelle (7) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Sensorgehäuse (4, 6) eine gemeinsame Steuer- und Auswerteeinheit (8) für den ersten Sensor (3) und den zweiten Sensor (5) angeordnet ist, wobei die Sensoren (3, 5) berührungslose Winkelmesssensoren (9) sind, wobei die Sensorgehäuse (4, 6) beabstandet zueinander an jeweils einem beweglichen Schenkel (10, 11) angeordnet sind. System (1) with a sensor system (2) with at least one first sensor (3) in a first sensor housing (4) and at least one second sensor (5) in a second sensor housing (6), the sensors (3, 5) being over an interface (7) are connected to one another, characterized in that a common control and evaluation unit (8) for the first sensor (3) and the second sensor (5) is arranged in one of the sensor housings (4, 6), the Sensors (3, 5) are non-contact angle measuring sensors (9), the sensor housings (4, 6) being arranged at a distance from one another on a movable leg (10, 11).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a sensor system according to the preamble of claim 1.
Es sind Winkelsensoren bekannt, die beispielsweise auf magnetischem Prinzip beruhen. An einem Drehgelenk zwischen zwei Schenkeln wird hierzu an dem Drehpunkt beispielsweise ein Magnet montiert, der sich bei einer Bewegung gegenüber dem Winkelsensor dreht und von dem Winkelsensor erfasst wird. Der Winkelsensor erfasst die Rotation des Magneten und gibt eines dem Drehwinkel proportionales Ausgangssignal ab.Angle sensors are known which are based, for example, on the magnetic principle. For this purpose, a magnet is mounted on a swivel joint between two legs at the pivot point, which rotates relative to the angle sensor during a movement and is detected by the angle sensor. The angle sensor detects the rotation of the magnet and emits an output signal that is proportional to the angle of rotation.
Die Montage muss prinzipbedingt immer am Drehgelenk erfolgen. Eine mechanische Adaption ist daher vorgegeben. Nicht nur der Winkelsensor muss unmittelbar am Drehgelenk sitzen, sondern auch der Gebermagnet. Der Abstand zwischen Magnet und Winkelsensor ist vorgegeben und darf meist nur wenige Millimeter betragen. Die Ausrichtung zwischen Sensor und Magnet lässt nur kleine mechanische Toleranzen zu.In principle, assembly must always be carried out on the swivel joint. A mechanical adaptation is therefore required. Not only must the angle sensor be located directly on the swivel joint, but also the encoder magnet. The distance between the magnet and the angle sensor is specified and can usually only be a few millimeters. The alignment between sensor and magnet only allows small mechanical tolerances.
Eine Winkelmessung mit lagebasierten Sensoren ist ebenfalls bekannt und kommt zum Beispiel an Baggerarmen zum Einsatz, um eine genaue Position eines Baggerlöffels in Bezug zur Bodenoberfläche zu erfassen. Hierbei wird an jedem einzelnen beweglichen Arm des Baggers ein Lagesensor eingesetzt, welche dann in einer zentralen Steuerung ausgewertet werden.Angle measurement with position-based sensors is also known and is used, for example, on excavator arms to record an exact position of an excavator bucket in relation to the ground surface. A position sensor is used on each individual movable arm of the excavator, which is then evaluated in a central control system.
Hier ist nachteilig eine zentrale Steuereinheit notwendig. Die Steuereinheit wird meist im Komplettsystem angeboten und ist somit teuer und für den Endkunden unflexibel. The disadvantage here is that a central control unit is necessary. The control unit is usually offered as a complete system and is therefore expensive and inflexible for the end customer.
Möchte der Anwender nur den Winkel zweier Schenkel messen, ist die Lösung sehr aufwändig.If the user only wants to measure the angle of two legs, the solution is very complex.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Winkel zwischen zwei zueinander drehbaren Schenkeln einfacher zu erfassen.One object of the invention is to make it easier to detect the angle between two mutually rotatable legs.
Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein System mit einem Sensorsystem mit mindestens einem ersten Sensor in einem ersten Sensorgehäuse und mindestens einem zweiten Sensor in einem zweiten Sensorgehäuse, wobei die Sensoren über eine Schnittstelle miteinander verbunden sind, wobei in einem der Sensorgehäuse eine gemeinsame Steuer- und Auswerteeinheit für den ersten Sensor und den zweiten Sensoren angeordnet ist, wobei die Sensoren berührungslose Winkelmesssensoren sind, wobei die Sensorgehäuse beabstandet zueinander an jeweils einem beweglichen Schenkel angeordnet sind.The object is achieved according to claim 1 by a system with a sensor system with at least a first sensor in a first sensor housing and at least a second sensor in a second sensor housing, the sensors being connected to one another via an interface, with a common control in one of the sensor housings - and evaluation unit for the first sensor and the second sensors is arranged, the sensors being non-contact angle measuring sensors, the sensor housings being arranged at a distance from one another on a movable leg.
Die Winkelmessung erfolgt damit indirekt und muss nicht direkt am Drehgelenk erfolgen. Die Sensorgehäuse bzw. die Sensoren können dabei jeweils beabstandet zu einem Drehgelenk der beiden Schenkel angeordnet sein. Die Sensoren bzw. Sensoreinheiten können an quasi beliebigen Positionen auf den zwei zueinander beweglichen Schenkeln montiert werden.The angle measurement is therefore carried out indirectly and does not have to be done directly on the swivel joint. The sensor housing or the sensors can each be arranged at a distance from a swivel joint of the two legs. The sensors or sensor units can be mounted in virtually any position on the two mutually movable legs.
In der Steuer- und Auswerteeinheit werden die Informationen des ersten Sensors und des zweiten Sensors ausgewertet. Die Abweichung von der einen Lage in dem ersten Sensor zur anderen Lage in dem zweiten Sensor ergibt den Winkel mit der die Sensoren bzw. Sensorgehäuse und somit die Schenkel zueinander stehen. Der Winkel ist unabhängig der Gesamtlage der beiden Sensoren bzw. Sensoreinheiten, da lediglich die relative Lage von der einen zur anderen Sensoreinheit bewertet wird.The information from the first sensor and the second sensor is evaluated in the control and evaluation unit. The deviation from one position in the first sensor to the other position in the second sensor results in the angle at which the sensors or sensor housing and thus the legs are relative to one another. The angle is independent of the overall position of the two sensors or sensor units, since only the relative position of one sensor unit to the other is evaluated.
Es können optional auch mehr als zwei Sensoren bzw. Sensoreinheiten, also eine Vielzahl von Sensoren mit jeweils Sensorgehäusen aneinandergereiht und miteinanderverbunden werden, so dass alle Sensoren mit einer einzigen gemeinsamen Steuer- und Auswerteeinheit verbunden sind, um die Winkelstellung weiterer Gelenke zu ermitteln und direkt auszugeben.Optionally, more than two sensors or sensor units, i.e. a large number of sensors, each with sensor housings, can be lined up and connected to one another, so that all sensors are connected to a single common control and evaluation unit in order to determine the angular position of other joints and output it directly .
Die Sensoren stellen beispielsweise außer dem Drehwinkel auch die Lage des Gesamtsystems in Bezug zur Erdachse zur Verfügung. Damit könnte beispielsweise ermittelt werden, ob eine absolute Lageabweichung der einzelnen Schenkel oder einer ganzen Anlage stattgefunden hat. Damit stehen Zusatzinformation über die Lage und damit den Zustand der Anlage zur Verfügung.For example, in addition to the angle of rotation, the sensors also provide the position of the entire system in relation to the earth's axis. This could, for example, be used to determine whether an absolute positional deviation of the individual legs or of an entire system has occurred. This provides additional information about the location and thus the condition of the system.
Die vorliegende Erfindung erlaubt eine einfache Montage, da die Messung und die Anordnung der Sensoren nicht am Drehgelenk direkt erfolgen muss. Weiter müssen keine engen mechanischen Toleranzen eingehalten werden. Vielmehr können die Sensoren nahezu in beliebiger Anordnung bzw. Lage an den Schenkeln angeordnet werden. Die Montageposition an den Schenkeln kann fast beliebig gewählt werden.The present invention allows for easy assembly because the measurement and arrangement of the sensors do not have to be done directly on the swivel joint. Furthermore, no tight mechanical tolerances have to be maintained. Rather, the sensors can be arranged on the legs in almost any arrangement or position. The mounting position on the legs can be chosen almost arbitrarily.
Die Erfindung erlaubt eine einfache Inbetriebnahme ohne notwendige Kenntnisse bei der Berechnung des Winkels anhand von Lageinformationen. Es wird bereits der Winkel der beiden Schenkel zueinander durch die Steuer- und Auswerteeinheit ausgegeben.The invention allows easy commissioning without the need for knowledge when calculating the angle based on position information. The angle of the two legs to one another is already output by the control and evaluation unit.
Das System ist robust gegenüber Verschmutzungen, da die Winkelmessung gekapselt in den Sensorgehäusen erfolgt.The system is robust against contamination because the angle measurement is encapsulated in the sensor housings.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Winkelmesssensor mindestens drei Beschleunigungssensoren auf, wobei die Beschleunigungssensoren für drei zueinander orthogonale Achsen vorgesehen sind und/oder drei Gyrometer angeordnet sind für drei zueinander orthogonale Achsen. Damit kann die Lage der Sensorgehäuse im Raum eindeutig festgestellt werden. Ein Beschleunigungssensor ist ein Sensor, der seine Beschleunigung misst. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass die auf eine Testmasse wirkende Trägheitskraft bestimmt wird. Somit kann bestimmt werden, ob eine Geschwindigkeitszunahme oder-abnahme stattfindet.In a further development of the invention, the angle measuring sensor has at least three acceleration sensors, the acceleration sensors being provided for three mutually orthogonal axes and/or three gyrometers being arranged for three mutually orthogonal axes. This allows the position of the sensor housings in space to be clearly determined. An accelerometer is a sensor that measures your acceleration. This is done, for example, by determining the inertial force acting on a test mass. This makes it possible to determine whether an increase or decrease in speed is taking place.
In den letzten Jahren haben miniaturisierte Beschleunigungssensoren zunehmend Bedeutung erlangt. Diese sind mikro-elektro-mechanische Systeme (MEMS) und werden meist aus Silicium hergestellt. Diese Sensoren sind Feder-Masse-Systeme, bei denen die „Federn“ nur wenige µm breite Silicium-Stege sind und auch die Masse aus Silicium hergestellt ist. Durch die Auslenkung bei Beschleunigung kann zwischen dem gefedert aufgehängten Teil und einer festen Bezugselektrode eine Änderung der elektrischen Kapazität gemessen werden.In recent years, miniaturized acceleration sensors have become increasingly important. These are micro-electro-mechanical systems (MEMS) and are usually made of silicon. These sensors are spring-mass systems in which the “springs” are silicon bars that are only a few µm wide and the mass is also made of silicon. Due to the deflection during acceleration, a change in the electrical capacity can be measured between the spring-suspended part and a fixed reference electrode.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Sensorsystem mindestens ein Magnetometer auf.In a further development of the invention, the sensor system has at least one magnetometer.
Ein Magnetometer, umgangssprachlich auch als Teslameter oder Gaußmeter bezeichnet, ist eine sensorische Einrichtung zur Messung magnetischer Flussdichten. Magnetische Flussdichten werden in der Einheit Tesla (T) gemessen, und übliche Messbereiche von Magnetometern bewegen sich in einem Größenbereich von circa 10 Tesla bis 15 Tesla. Wegen des großen Wertebereiches kommen unterschiedliche Messverfahren unter dem Begriff „Magnetometer“ zum Einsatz. Beispielsweise sind Hall-Sensoren bevorzugte Magnetometer. Mit dem Magnetometer kann die Lage zu dem Erdmagnetfeld ermittelt werden.A magnetometer, also known colloquially as a teslameter or gaussmeter, is a sensory device for measuring magnetic flux densities. Magnetic flux densities are measured in the unit Tesla (T), and common measuring ranges of magnetometers are in the range of approximately 10 Tesla to 15 Tesla. Because of the large range of values, different measuring methods are used under the term “magnetometer”. For example, Hall sensors are preferred magnetometers. The magnetometer can be used to determine the position of the earth's magnetic field.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Schnittstelle eine drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle. Eine drahtgebundene Schnittstelle besteht beispielsweise aus einer Leitung oder einem Kabel zwischen den Sensorgehäusen. Weiter ist beispielsweise eine drahtgebundene Schnittstelle von dem Sensorgehäuse mit der Steuer- und Auswerteeinheit zur Weiterleitung des Ausgangssignals vorgesehen. Bei der drahtlosen Schnittstelle kann es sich um eine Funkschnittstelle, beispielsweise eine Bluetooth-Schnittstelle oder Ähnliches handeln. Beispielsweise ist eine Funkschnittstelle von dem Sensorgehäuse mit der Steuer- und Auswerteeinheit zur Weiterleitung des Ausgangssignals vorgesehen.In a further development of the invention, the interface is a wired or wireless interface. A wired interface consists, for example, of a line or cable between the sensor housings. Furthermore, for example, a wired interface is provided from the sensor housing to the control and evaluation unit for forwarding the output signal. The wireless interface can be a radio interface, for example a Bluetooth interface or something similar. For example, a radio interface is provided from the sensor housing to the control and evaluation unit for forwarding the output signal.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Sensorsystem einen digitalen und/oder analogen Ausgang auf. Bei dem digitalen Ausgang kann es sich beispielsweise um einen digitalen Schaltausgang handeln. Jedoch kann auch eine digitale Schnittstelle zur Ausgabe der Messwert vorgesehen sein. Beispielsweise handelt es sich bei der digitalen Schnittstelle um eine I/O-Link Schnittstelle. Weiter kann der digitale Ausgang durch ein gängiges Bussystem gebildet sein. Bei dem analogen Ausgang kann es sich beispielsweise um eine Schnittstelle mit beispielsweise einem Stromausgang von 4 bis 20 mA handeln.In a further development of the invention, the sensor system has a digital and/or analog output. The digital output can be, for example, a digital switching output. However, a digital interface can also be provided to output the measured values. For example, the digital interface is an I/O-Link interface. Furthermore, the digital output can be formed by a common bus system. The analog output can be, for example, an interface with, for example, a current output of 4 to 20 mA.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Sensorsystem Vibrationssensoren auf. Die Vibrationssensoren können beispielsweise durch die Beschleunigungssensoren gebildet sein. Durch die Vibrationssensoren können mechanische Schwing-/Schockbelastungen detektiert werden und so beispielsweise unzulässige mechanische Belastungen angezeigt und ausgegeben werden.In a further development of the invention, the sensor system has vibration sensors. The vibration sensors can be formed, for example, by the acceleration sensors. The vibration sensors can detect mechanical vibration/shock loads and, for example, display and output impermissible mechanical loads.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Sensorsystem Temperatursensoren auf. Durch die Temperatursensoren können Messkorrekturen auf Basis von der erfassten Temperatur durchgeführt werden. Weiter können die erfassten Temperaturwerte auf dem Ausgang ausgegeben werden.In a further development of the invention, the sensor system has temperature sensors. The temperature sensors can be used to make measurement corrections based on the recorded temperature. The recorded temperature values can also be output at the output.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Sensorsystem mindestens einen Speicher, mindestens Mittel zum Einlernen von Winkelwerten und mindestens eine Vergleichseinheit auf, um die gemessenen Winkel mit den gespeicherten Winkeln zu vergleichen und abhängig von dem Vergleich Signale auf dem Ausgang auszugeben.In a further development of the invention, the sensor system has at least one memory, at least means for teaching angle values and at least one comparison unit in order to compare the measured angles with the stored angles and to output signals at the output depending on the comparison.
Dadurch sind die Sensoren einlernbar bzw. teachbar. Dabei kann beispielsweise ein Ausgabewert zu einer Grundposition festgelegt werden. Beispielsweise kann ein Nullpunkt festgelegt werden.This means that the sensors can be learned or taught. For example, an output value can be set for a basic position. For example, a zero point can be set.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:
-
1 bis 4 jeweils ein Sensorsystem.
-
1 until4 one sensor system each.
In den nachfolgenden Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.In the following figures, identical parts are provided with identical reference numbers.
Die Schenkel 10, 11 sind beispielsweise über ein Drehgelenk 13 miteinander verbunden. Die Sensorgehäuse 4, 6 bzw. die Sensoren 3, 5 sind dabei jeweils beabstandet zu dem Drehgelenk 13 der beiden Schenkel 10, 11 angeordnet. Die Sensoren 3, 5 bzw. Sensoreinheiten können an quasi beliebigen Positionen auf den zwei zueinander beweglichen Schenkeln 10, 11 montiert werden.The
In der Steuer- und Auswerteeinheit 8 werden die Informationen des ersten Sensors 3 und des zweiten Sensors 5 ausgewertet. Die Abweichung von der einen Lage in dem ersten Sensor 3 zur anderen Lage in dem zweiten Sensor 5 ergibt den Winkel mit der die Sensoren 3, 5 bzw. Sensorgehäuse 4, 6 und somit die Schenkel 10, 11 zueinander stehen. Der Winkel ist unabhängig von der Gesamtlage der beiden Sensoren 3, 5 bzw. Sensoreinheiten, da lediglich die relative Lage von dem einen Sensor zu dem anderen Sensor bewertet wird.The information from the
Es können gemäß
Die Sensoren 15 stellen beispielsweise außer dem Drehwinkel auch die Lage des Gesamtsystems in Bezug zur Erdachse zur Verfügung. Damit könnte beispielsweise ermittelt werden, ob eine absolute Lageabweichung der einzelnen Schenkel 16 oder einer ganzen Anlage stattgefunden hat. Damit stehen Zusatzinformation über die Lage und damit den Zustand der Anlage zur Verfügung.For example, in addition to the angle of rotation, the
Die Sensoren 15 können nahezu in beliebiger Anordnung bzw. Lage an den Schenkeln 16 angeordnet werden. Die Montageposition an den Schenkeln 16 kann fast beliebig gewählt werden.The
Der Winkelmesssensor 9 weist optional mindestens drei Beschleunigungssensoren auf, wobei die Beschleunigungssensoren für drei zueinander orthogonale Achsen vorgesehen sind und/oder drei Gyrometer angeordnet sind für drei zueinander orthogonale Achsen. Damit kann die Lage der Sensorgehäuse im Raum eindeutig festgestellt werden.The
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Beispielsweise weist das Sensorsystem 2 einen digitalen und/oder analogen Ausgang auf. Bei dem digitalen Ausgang kann es sich beispielsweise um einen digitalen Schaltausgang handeln. Jedoch kann auch eine digitale Schnittstelle zur Ausgabe der Messwerte vorgesehen sein. Beispielsweise handelt es sich bei der digitalen Schnittstelle um eine I/O-Link Schnittstelle. Weiter kann der digitale Ausgang durch ein gängiges Bussystem gebildet sein. Bei dem analogen Ausgang kann es sich beispielsweise um eine Schnittstelle mit beispielsweise einem Stromausgang von 4 bis 20 mA handeln.For example, the
Beispielsweise weist das Sensorsystem 2 Vibrationssensoren auf. Die Vibrationssensoren können beispielsweise durch die Beschleunigungssensoren gebildet sein. Durch die Vibrationssensoren können mechanische Schwing-/Schockbelastungen detektiert werden und so beispielsweise unzulässige mechanische Belastungen angezeigt und ausgegeben werden.For example, the sensor system has 2 vibration sensors. The vibration sensors can be formed, for example, by the acceleration sensors. The vibration sensors can detect mechanical vibration/shock loads and, for example, display and output impermissible mechanical loads.
Beispielsweise weist das Sensorsystem 2 Temperatursensoren auf. Durch die Temperatursensoren können Messkorrekturen auf Basis von der erfassten Temperatur durchgeführt werden. Weiter können die erfassten Temperaturwerte auf dem Ausgang ausgegeben werden.For example, the sensor system has 2 temperature sensors. The temperature sensors can be used to make measurement corrections based on the recorded temperature. The recorded temperature values can also be output at the output.
Beispielsweise weist das Sensorsystem 2 mindestens einen Speicher, mindestens Mittel zum Einlernen von Winkelwerten und mindestens eine Vergleichseinheit auf, um die gemessenen Winkel mit den gespeicherten Winkeln zu vergleichen und abhängig von dem Vergleich Signale auf dem Ausgang auszugeben.For example, the
Bezugszeichen:Reference symbol:
- 11
- Systemsystem
- 22
- SensorsystemSensor system
- 33
- erster Sensorfirst sensor
- 44
- erstes Sensorgehäusefirst sensor housing
- 55
- zweiter Sensorsecond sensor
- 66
- zweites Sensorgehäusesecond sensor housing
- 77
- Schnittstelleinterface
- 88th
- Steuer- und AuswerteeinheitControl and evaluation unit
- 99
- WinkelmesssensorenAngle measuring sensors
- 1010
- Schenkelleg
- 1111
- Schenkelleg
- 1212
- MagnetometerMagnetometer
- 1313
- DrehgelenkSwivel joint
- 1414
- SensorgehäuseSensor housing
- 1515
- Sensorsensor
- 1616
- Schenkelleg
Claims (8)
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DE202022102223U1 true DE202022102223U1 (en) | 2023-08-09 |
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Cited By (1)
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US20210364283A1 (en) * | 2020-05-20 | 2021-11-25 | Roche Diagnostics Operations, Inc. | Sample container spring check apparatus |
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2022
- 2022-04-26 DE DE202022102223.2U patent/DE202022102223U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |