FI100715B - Laitteisto paikan määrittämiseksi - Google Patents

Description

100715

LAITTEISTO PAIKAN MÄÄRITTÄMISEKSI

Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen laitteisto paikan määrittämiseksi.

5

Hissien ohjausjärjestelmissä tarvitaan moneen ohjaus- tai valvontatehtävään paikkatietoa, esimerkiksi hissikorin tai sen oven paikasta. Esimerkiksi liitettäessä oven edessä olevan alueen valvontalaite, joka optisesti havaitsee lii-10 kettä, vanhaan hissiin, on tiedettävä koska ovi on sulkeutunut niin paljon, että oviliike voisi aiheuttaa häiritsevän ilmaisun. Useissa tapauksissa tieto oven paikasta saadaan "täysin auki"-koskettimen jännitteestä, joka on mitattava eristetyllä sisäänmenoasteella, joka sallii niitä yhteismuo-15 toisia jännitevaihteluja, jotka esiintyvät vanhojen hissien ohjauspiireissä. On myös tapauksia, joissa on tarpeellista tai toiminnan kannalta edullista muodostaa erillisellä anturilla ovialuesignaali, joka on aktiivinen, kun ovi on enemmän auki kuin valitun valoaukon leveys. Tällainen alue-20 tieto on aikaisemmin muodostettu esimerkiksi magneettisesti muistavalla kielikoskettimella, jossa oven kanssa liikkuva kestomagneetti avaa tai sulkee koskettimen ohitussuunnasta riippuen. Tämä ratkaisu on kuitenkin pitkäaikaisessa kovassa käytössä epäluotettava. Myös erilaisia tunnettuja kapasitii-25 visia, induktiivisia ja optisia lähestymiskytkimiä on mahdollista käyttää ovialueen paikkatiedon muodostamisessa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan nykyisiä ratkaisuja parempi laitteisto paikan määrittämiseksi. Kek-30 sinnön mukaisessa menetelmässä määritetään kahden pienen kapasitanssin suhde, jonka perusteella voidaan sitten määrittää paikka patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan mukaisesti.

35 Keksinnön muut edulliset sovellutusmuodot on esitetty muissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla voi olla hyvin monenlaisia sovellutuksia, jotka perustuvat joko esineen ohitukseen eri 100715 2 suuntiin tai esineen tarkkaan paikantamiseen tietyllä mittausalueella. Myös multipleksointia voidaan käyttää, jolloin jokainen vertailtava kapasitanssipari voidaan vapaasti sijoittaa eri etäisyyksille muista kapasitanssipareista ja 5 mittauspiireistä. Kaksi vertailtavaa kapasitanssia voidaan tarvittaessa sijoittaa myös erilleen toisistaan.

Keksinnön mukaisen ratkaisun avulla voidaan kapasitiiviset anturit erottaa mittauspiiristä suhteellisen pitkälläkin 10 välikaapelilla ilman, että mittaustarkkuus olennaisesti huononisi sähköhäiriöistä tai johtimien hajakapasitansseis-ta, jotka voivat olla kertaluokkaa suurempia kuin mitattavat kapasitanssit.

15 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista laitteistoa.

20 Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen laitteiston mittauspiirin kytkentää.

Kuvio 3 esittää erästä esimerkkiä keksinnön mukaisesta mittausanturista .

25

Kuvio 4 esittää laitteiston toimintaa toiminta-alueella.

Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen sovellutuksen ajoituskaaviota .

30

Kuvio 6 esittää esimerkkiä multipleksoinnista.

Kuviossa 1 esitetyssä keksinnön mukaisessa laitteistossa on kaksi pystysuuntaista, jonkin matkan päässä toisistaan 35 olevaa anturilevyä l, 2, jotka muodostavat kapasitiivisen kytkennän, jota kuvataan katkoviivoin esitetyillä kondensaattoreilla Cx ja C2, pystysuuntaan liikkuvan, maadoitetun 100715 3 metallilevyn 3 muodostamaan maatasoon nähden. Anturilevyt 1, 2 voidaan kiinnittää esimerkiksi hissikoriin ja liikkuva levy 3 hissin oveen.

5 Anturilevyjen 1, 2 taustaa peittävät johtavat tasot 4 on kytketty myöhemmin määriteltävään jännitteeseen Ur, joka estää kapasitanssien mittausta anturilevyjen takana oleviin maadoitettuihin rakenteisiin. Anturilevyt 1, 2 on kytketty sovituspiireihin 5 virtojen ilf i2 häiriötöntä siirtoa var-10 ten. Kummassakin sovituspiirissä on ensimmäinen diodi D1# joka on kytketty anodistaan jännitteeseen Ur ja katodistaan anturilevyyn 1, 2, sekä toinen diodi D2, joka on kytketty anodistaan anturilevyyn 1, 2 ja katodistaan mittauspiirin 8 sisääntuloon i3, i2. Sovituspiireissä on vielä diodien ja 15 anturilevyn 1, 2 välissä vaimennusvastus Rx ja ulostulossa diodin D} anodin ja diodin D2 katodin välissä poistava kondensaattori C3, joka poistaa hajakapasitanssien vaikutusta. Anturilevyt 1, 2 on kytketty välikaapelilla 6 mittauspiiriin 8. Ennen mittauspiiriä on vielä suodin 7. Jos lyhyen väli-20 kaapelin johtimien hajakapasitanssi maahan on pieni, ei tarvita johtimia ympäröivää suojavaippaa. Pitkillä etäisyyksillä käytetään suojavaippaa, joka kytketään jännitteeseen Ur.

25 Kondensaattorit ja C2 pumppaavat varausta sen perusteella, että mittauspiirin jännitekehys (esim. +8 V ja -/8 V) väräh-telee yhteismuotoisesti nollatason ja positiivisen jännitetason, esim. U0 = +15 V välillä tietyllä taajuudella, esim. f0 * 250 kHz, oskillaattorista 9 saatavan signaalin mukaises-30 ti. Sähkövaraus otetaan jännitetasosta ör ja syötetään mittauspiiriin 1 diodien ja D2 kautta keskimääräisinä virta-arvoina Ix ja I2.

On myös mahdollista kytkeä oskillaattori 9 liikkuvaan levyyn 35 3 ja maadottaa mittauspiiri, jolloin liikkuva levy 3 väräh- telee edellä kuvatulla tavalla. Piiri toimii muuten vastaavasti. Mittaustarkkuus paranee, koska liikkuvasta levystä 100715 4 kauempana olevien maatasojen kapasitanssit anturilevyihin eivät silloin tule mukaan mitattaviin kapasitansseihin.

Virrat Ix ja I2 ovat 5 Ιχ~Οΐ Uq f0 I2=CiUvf0

Ulostulotaajuudet f2 ja f2 muuttuvat virtojen ja näin ollen myös kapasitanssien suhteessa. Näin kapasitanssien avulla voidaan myöhemmin osoitetulla tavalla laskea liikkuvan levyn 10 3 paikka, kun kapasitanssien suhde tunnetaan. Taajuuksien summa on vakio.

f^f2=vakio ±2 ^2 *-2

Mittauspiiriä on esitetty yksityiskohtaisemmin kuviossa 2.

15

Liikkuvan levyn paikka x, joka esittää anturilevyjen 1, 2 keskiviivan ja liikkuvan levyn 3 keskiviivan (molemmat esitetty katkoviivoin) välistä etäisyyttä mittausalueella, määritellään myöhemmin esitettävän mukaisesti: ^ q _ q x=——-Ci+C2 20

Kuviossa 2 esitetyssä kytkennässä vastuksen R13> ja transistorin Q2 kautta syötetään vakiovirta kondensaattoriin C6, josta yhtä suuret kondensaattorit C7 ja C8 pumppaavat diodien D13 - D16 kautta virran pois muodostaen taajuuksia fx ja f2.

25 Vakiovirta saadaan transistorin Q1 kannan jännitteestä, joka perustuu vastusten R8 sekä R9 ja R10 jännitejakoon.

5 1CG715

Vastaavan piirin toimintaa jännitteen mittauksessa on selostettu FI-kuulutusjulkaisussa 87402. Piirin toimintaa voidaan kuvata yhtälöillä:

Uil^ko Ιλ 5 U±l'12=köl2 ^2~^2 -*12 joissa virrat i^' ja i12'vastaavat ulostulotaajuuksiin ver-10 rannollisia virtoja. Näistä yhtälöistä saadaan edellä esitetty taajuuksien, virtojen ja kapasitanssien suhteita.

Summavirta 122 + i12 = vakio, koska se muodostetaan vakiovir-tageneraattorilla.

15

Summavirta in' + i12' = in + i12 + I3 + I2 on likimääräisesti vakio, koska mitattaviin kapasitansseihin verrannolliset virrat I3 ja I2 ovat kertaluokkaa pienemmät kuin i31 ja i12, josta seuraa tässä tapauksessa riittävällä tarkkuudella se, 20 että taajuuksien summa on vakio.

Referenssijännite Ur hakeutuu sellaiseen arvoon, että taajuuksilla fx + f2 tapahtuva pumppaus on tasapainossa konden-saattoreihin C7 ja C8 tulevan yhteenlasketun kokonaisvirran 25 i1;1 + i12 + + I2 kanssa.

Kuviossa 2 on edellä esitetyn toiminnan aikaansaamiseksi IC-piiri ICa - ICf, jonka sisäänmenot ja ulostulot on kytketty diodien D17 - D20 ja vastusten R12 ja R13 kautta positiiviseen 100715 6 jännitteeseen +8 V sekä vastusten R14 - R19 ja transistorien Q3 ja Q4 kautta ulostuloihin fx ja f2. Referenssijännite Ur on kytketty jänniteseuraajaan IC1.

5 Samaa mittauspiiriä voidaan multipleksoinnin avulla käyttää esimerkiksi kuvion 6 tapaan usealle anturilevyparille. Tällainen multipleksointipiiri voidaan kytkeä suotimen 7 ja mittauspiirin 8 väliin. Multipleksointi suoritetaan muodostamalla kiertävät binääriosoitteet, joiden perusteella 10 muodostetaan multipleksoinnissa tarvittavat valintasignaa-lit, S(i), i=...n, jotka diodien D3 - D6 avulla kytkevät tietyn anturiparilevyn virrat vuorotellen mittauspiirin 8 sisäänmenovirroiksi I3 ja I2.

15 Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan soveltaa esimerkiksi kuvion 3 mukaisen hissioven paikan määrittämiseen keksinnön mukaisella kapasitanssimittauksella. Siinä näkyy hissikoriin kiinnitetty anturikotelo 4', johon on sijoitettu anturilevyt 1' ja 2'. Hissioveen kiinnitetty, suorakaiteen muotoinen 20 levy 3' liikkuu anturilevyjen 1', 2· edessä sopivalla etäisyydellä (niin, että mitattava kapasitanssi on sopivaa suuruusluokkaa, tyypillisesti n. 10-30 pF, kun liikkuva levy peittää anturilevyn kokonaan) niistä nuolen osoittamalla tavalla oven avautuessa (vasemmalle) tai sulkeutuessa (oi-25 kealle). Anturi on yhdistetty mittauspiiriin (ei esitetty) välikaapelilla 6'.

Kuvio 4 esittää mittauspiiristä saatavaa ovialuesignaalia kuvion 3 tapauksessa kaksipäisen nuolen osoittamalla toimin-30 ta-alueella. Vaaka-akseli esittää paikkaa S. Vasemmalla ovi on täysin auki, ja oikealla täysin suljettu. Kuviossa näkyvät kaksi käyrää kuvaavat ulostuloa liikkuvan levyn minimietäisyydellä (käyrä 10), joka kulkee MIN merkittyyn arvoon asti (MIN viittaa minimietäisyyteen, jolloin kapasitanssi on 35 ja vastaavasti käyrän arvo on maksimissaan), sekä maksi-mietäisyydellä, jolloin käyrä 11 kulkee vain MAX-arvoon asti. Kuviossa näkyvät lisäksi katkoviivoin esitettynä 100715 7 päällekytkennän ja poiskytkennän kynnysarvot seuraavien kuvien sovellutuksiin.

Kuviossa 4 on osoitettu, että käyrissä on anturilevyjen 5 keskiväliin molemmin puolin lineaarinen alue, jota voidaan käyttää tarkan paikan määrittämiseen muissa sovellutuksissa. Esimerkiksi hissin oven liikkumisesta tietylle alueelle tai sieltä pois voidaan taas käyttää esitettyjä päälle- ja poiskytkentäarvoja, kuten kuviossa 5 on esitetty.

10

Kuviossa 5 on esitetty päälle- ja poiskytkentäpulssit sekä toiminta-alue kuvion 3 anturilevyparille. Liikkuvan levyn 3' liikkuessa oikealle avautumisvaiheessa ensimmäisen levyn 1' kohdalle saadaan poiskytkentäpulssi 12, jolla ei ole vaiku-15 tusta. Sen jälkeen toinen anturilevy 2# antaa päällekytken-täpulssin 13, jolloin toiminta-alue signaali ilmoittaa oven olevan auki-alueen sisäpuolella (signaali 14 ylhäällä). Vastaavasti oven alkaessa sulkeutua saavutaan ensin toiselle levylle 2', jolloin saadaan ilman vaikutusta oleva päälle-20 kytkentäpulssi. Sen jälkeen ensimmäinen levy 1' antaa pois-kytkentäpulssin, jolloin saadaan tieto oven siirtymisestä määritellyn auki-alueen ulkopuolelle (signaali 14 alhaalla) eli paluusta alkutilanteeseen.

25 Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellu-tusmuodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (4)

100715 8

1. Laitteisto kohteen paikan määrittämiseksi kapasitiivi-sesti, johon laitteistoon kuuluu kaksi liikkeen suunnassa 5 peräkkäistä anturilevyä (1,2) sekä niistä pienen etäisyyden päässä oleva, kohteeseen kiinnitetty liikkuva levy (3), jotka anturilevyt ja liikkuva levy muodostavat kondensaattori-parin (ClrC2), sekä niihin kytketty mittauspiiri (8), sekä oskillaattori (9), jolla mittauspiiri (8) tai liikkuva levy 10 (3) saatetaan värähtelemään määrätyllä taajuudella määrätty jen jännitetasojen välillä, jolloin kondensaattoripari pumppaa varausta mittauspiirissä, tunnettu siitä, 15 että mittauspiiri (8) ohjaa kondensaattoreiden (C1,C2) varauksensa irtoa anturilevyjen (1,2) yhteyteen sovitettujen suuntaelimien (D1,D2) avulla siten, että varaus otetaan ennaltamäärätystä jännitetasosta (Ur) ja siirretään mittaus-20 piirissä oleviin kondensaattoreihin (C7,C8) kondensaatto-riparin kondensaattoreiden (Clrc2) kapasitansseihin verrannollisina keskimääräisinä virtoina (l1,I2), jotka mittauspiirissä (8) saavat aikaan mainittuihin virtoihin verrannolliset taajuudet (flff2), ja 25 että mittauspiiri (8) määrittää kohteen paikan sinänsä tunnetulla tavalla mainittujen kahden taajuussignaalin avulla laskemalla taajuuksien suhteen, joka on sama kuin kondensaattorien (ClrC2) kapasitanssin suhde, sekä määrittä-30 mällä liikkuvan levyn (3) paikan mainitun suhteen avulla kondensaattorien kapasitanssien erotuksen ja summan suhteena .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu 35 siitä, että kondensaattoriparin kondensaattoreiden (¢^,02) kapasitanssit ovat olennaisesti pienemmät kuin mittauspiirissä olevien kondensaattorien (C7,C8) kapasitanssit, jolloin 100715 9 mainittu varauksensiirto tapahtuu olennaisesti pienemmistä kondensaattoripar in kondensaattoreista (Clf C2) mittauspiiris-sä oleviin kondensaattoreihin (C7,C8), joiden kapasitanssiin vaikuttaa suuntaelimien (D!^) ja mittauspiirin (8) väliset 5 hajakapasitanssit, jolloin mainittujen hajakapasitanssien häiriövaikutus ei kohdistu mittaustulosta vääristävällä tavalla kondensaattoriparin kondensaattoreiden (ClfC2) ka-pasitansseihin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tun nettu siitä, että kondensaattoripar in kondensaattorit (C!,C2) on liitetty mittauspiiriin (8) välikaapelilla (6).

4. Patenttivaatimuksen l mukainen laitteisto, tunnettu 15 siitä, että mittauspiiriin on kytketty multipleksointipiiri (D3 - D6), jota ohjataan kiertävän osoitteen avulla, ja jonka avulla mittauspiiri mittaa useamman kondensaattoriparin varausta määrätyn aikajaon mukaisesti. 100715 10