FI109625B - Järjestely kontaktin havaitsemiseen - Google Patents

Description

109625

JÄRJESTELY KONTAKTIN HAVAITSEMISEEN

Keksinnön kohteena on järjestely kahden esineen välisen kontaktin havaitsemi-5 seen ja havaintoa mahdollisesti seuraavien toimenpiteiden suorittamiseen. Keksinnön mukaisen järjestely soveltuu erityisesti turvareunaksi oviin, laitteiden liikkuviin osiin.

Ovien automaattinen sulkeutuminen saattaa muodostaa turvallisuusriskin. Sullo keutuvan tai avautuvan oven liikkuvien osien väliin voi jäädä henkilön tai eläimen kehon osa. Väliin voi jäädä myös vaatekappale, selkärepun hihna tai muu vastaava. Tilanne saattaa olla erittäin vaarallinen esimerkiksi linja-auton ovien tapauksessa. Mikäli kuljettaja ei huomaa tapausta saattaa liikkeelle lähtevä linja-auto vetäistä henkilöä kohtalokkain seurauksin.

15 Oviin on tästä syystä kehitetty eri tyyppisiä turvaratkaisuja. Tavallisimmat näistä ovat erilaiset rajakytkimet, jotka toimivat kosketuksen tapahtuessa. Kytkin voi olla mekaaninen tai kytkentä voi tapahtua pneumaattisen tai hydraulisen välityksen kautta. Lisäksi on olemassa pietsoresistiivisiä ja kapasitiivisia kytkimiä, joiden toiminta perustuu siihen, että anturina toimivan elementin resistanssi tai ka-20 pasitanssi muuttuu puristuksen vaikutuksesta. Näiden lisäksi on olemassa optisia järjestelyjä, joissa valotien katkaiseva esine aiheuttaa varotoimet. Myöskin on tunnettua käyttää ultraäänitutkaa oven tiellä olevien esineiden tunnistamiseen.

Kaikki nämä ratkaisut pystyvät tunnistamaan myös staattisen puristuksen, jonka 25 väliin jäävä esine aiheuttaa.

Ongelmana mekaanisissa ratkaisuissa liittyvät mekaniikkaan ja sähköisiin kontakteihin. Optiset ratkaisut ovat herkkiä likaantumiselle. Pietsoresistiiviset ja ka-pasitiiviset ratkaisut eivät useinkaan ole kovin herkkiä pienille esineille. Puristuksen paikkaa ei pystytä toteamaan ja vähitellen tapahtuvat materiaalimuutokset 30 pienentävät herkkyyttä edelleen tai elektroniikan kynnystaso on asetettava niin korkealle, ettei vääriä hälytyksiä synny häiritsevässä määrin.

Pietsosähköiset ratkaisut perustuvat materiaaleihin, jotka muuttaessaan muotoaan muuttavat myös sisäistä varausjakautumaa. Tämä muutos voidaan havaita materiaalin pinnalle kiinnitettyjen metallielektrodien avulla. Nämä ratkaisut ovat 35 herkkiä toteamaan puristuksen dynaamiset vaiheet, mutta staattinen puristus on hyvin vaikea ellei mahdoton havaita. Lisäksi näin toteutetun anturin sähköinen 2 109625 impedanssi on suuri, joten ratkaisu on hyvin herkkä sähköisille häiriöille. Jos suojattavan alueen pinta-ala on suuri joudutaan se riittävän herkkyyden aikaansaamiseksi jakamaan useaan eri osaan ja varustaa kukin osa omalla esivahvisti-mellaan. Tämä lisää järjestelmän monimutkaisuutta ja samalla herkkyyttä virhe-5 toiminnoille.

Kuvatun kaltaisia turvallisuusongelmia esiintyy mm. Linja-autojen, junien rakennusten, hissien ja laitteiden ovissa, ikkunoissa ja luukuissa.

10 Toimivan ratkaisun on täytettävä ainakin seuraavat ehdot: 1) Vaaratilanteen luotettava detektointi 2) Minimaalinen väärien hälytysten antaminen 3) Korkea toimintavarmuus 15 4) Helppo asennus ja käyttöönotto 5) Helppo huollettavuus 6) Alhaiset perus- ja käyttökustannukset

Keksinnön mukaisella ratkaisulla voidaan nykytekniikan ongelmat poistaa ja to-20 teuttaa vaatimusten mukainen järjestely ovien, ikkunoiden, koneenosien tms. turvallisuuden lisäämiseksi. Keksinnölle on tunnusomaista se, mikä käy ilmi patenttivaatimusten tunnusmerkkiosista.

» · • · · .,,,: Keksintöä havainnollistetaan seuraavilla piirroksilla, joista • · : 25 - kuva 1 esittää erään toteutusvaihtoehtoa periaatteellisella lohkokaaviotasolla • « · | - kuva 2 esittää siirtojohtoon lähetettäviä ja sieltä vastaanotettavia pulsseja • · · - kuva 3 esittää keksinnön mukaista järjestelyä ovien turvareunana • · ::: - kuva 4 esittää erästä keksinnön mukaista siirtojohtoa • » - kuva 5 esittää erästä toista keksinnön mukaista siirtojohtoa 30 - kuva 6 esittää kontaktiin tulevien siirtojohtojen kesken muodostuvaa siirto- johtoa

Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukaisen järjestelyn toimintaa kuvaava lohko-kaavio. Järjestely sisältää pulssigeneraattorin PULSE GENERATOR ja vastaan-35 ottimen RECEIVER näiden toimintaa ja signaalinkäsittelyä suorittavan prosesso-,···. rin PROCESSOR , johon ovat liitetty myös ohjausvälineet, joita ei ole esitetty ku- »t · 3 109625 vassa, laitteen toiminnan ohjaamiseksi, näyttövälineet DISPLAY esimerkiksi kontaktipaikan osoittamiseksi ja hälytyssignaali ALARM, jolla voidaan ohjata hä-lytysvälineitä. PROCESSOR voi olla myös suoraan tai välillisesti liitetty tiedonsiirtovälineisiin, joiden avulla PROCESSOR välineiden tilaa ja niiden käsittelemää 5 informaatiota voidaan välittää eteenpäin langallisesti tai langattomasti ja mahdollisesti liittyä paikallisverkkoon tai laajempiin verkkoihin kuten esimerkiksi puhelin verkkoon tai Internetiin. PULSE GENERATOR on liitetty siirtojohtoon PSTL (Pressure Sensitive Transmission Line), joka on toteutettu siten, että sen sähköiset ominaisuudet muuttuvat, kun johtoon kohdistuu ulkopuolinen paine. PSTL 10 sisältää johteet TLC1 (Transmission Line Conductor) ja TLC2 sekä niiden välisen eristeen DEM (DielElectric Material). PROCESSOR ohjaa PULSE GENERATOR ja RECEIVER lohkojen toimintaa muunmuassa SYNC ohjauksella, joka aktivoi PULSE GENERATOR lohkon lähettämään siirtojohtoon PSTL lyhyen pulssin TRP (Transmission Pulse), joka on esitetty kuvassa 2. TRP:n edetessä siirtojoh-15 dossa PSTL se lopulta päätyy PSTL:n päätteeseen TERM. Jos TERM:n impedanssi poikkeaa PSTL.n ominaisimpedanssista syntyy heijastus, jonka voimakkuus riippuu impedanssien epäsovituksesta. Tunnetusti heijastuskerroin on p = (ZPDTL - ZTERM)/(ZPDTL+ZTERM), missä ZPDTL on siirtojohdon ominaisimpedanssi ja ZTERM on päätteen TERM 20 impedanssi. Mikäli PSTL ei sisällä muita impedanssin epäjatkuvuuskohteita saapuu heijastus RCP2 (Received Pulse) viiveen TD2 (Time Delay) kuluttua, joka vastaa pulssin etenemisnopeutta v, eli TD2=2*L/v, missä L on PSTL:n pituus. Havaitessaan heijastuvan signaalin RECEIVER lähettää PROCESSOR välineille ....: merkkisignaalin DETECTED. Mikäli PSTL:ssä on jokin muu impedanssin epäjat- . ·. : 25 kuvuuskohta saapuu vastaanottimeen RECEIVER heijastus viiveen TD1 kuluttua.

: Luonnollisesti TD1<TD2. Epäjatkuvuuskohdan etäisyys pulssin lähtökohdasta on .···. L1=TD1*v/2. Tätä informaatiota voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi siten, että linja-auton kuljettajalle on järjestetty näyttövälineet, DISPLAY jotka osoittavat paikan, jossa havaittu puristus tapahtuu. Tämä auttaa tilanteen nopeaa arviointia ja ... 30 selvittämistä. Näyttövälineet voivat olla esimerkiksi valodiodirivi, jossa valolähteen kirkkaudella, värillä, ajallisella vaihtelulla tai näiden jollain yhdistelmällä osoitetaan ': * havaitun puristuman asema. Näyttövälineet voidaan toteuttaa millä tahansa tun- netulla tekniikalla, näitä ovat mm. Nestekide, kaasupurkaus, muovi, elektrolumi-nesenssi, elektrokromaatit, katodisädeputki, mekaaninen indikaattori, tai valo-35 projektori. Näyttö välineiden lisäksi tai ilman niitä voidaan puristumatilanne osoit-.·“. taa äänimerkkivälineillä, kuten summerilla, kaiuttimella, kellolla tai muulla ääni- 4 109625 informaatiota tuottavalla laitteella. Ääni-informaatioon luetaan tässä myöskin syntetisoitu tai ennalta tallennettu puhe.

Joissain tapauksissa voi olla edullista, että havaittu kosketus johtaa myös jonkin kappaleen, kuten esimerkiksi oven, liikkeen pysähtymiseen tai liikkeen suunnan 5 vaihtumiseen.

Tietyn viiveen kuluttua tullutta heijastusta voidaan käyttää siirtojohdon kunnon valvonnassa. Mikäli heijastusta ei tule lainkaan, on siirtojohto tai siihen liitetty elektroniikka viallinen.

10 Siirtojohto voi toimia myös resonaattorina ja tällöin siihen liitetyn oskillaattorin taajuus on matalimmillaan silloin kun viive on pitkä (esim. TD2) ja suurimmillaan kun viive on lyhyt (TD1). Mikäli heijastusta ei tule lainkaan oskillaattori sammuu tai värähtelee satunnaisella taajuudella. Tällöin siirtojohtoon syötetään energia olennaisesti jatkuvana värähtelynä.

15 Siirtojohtoja , PSTL1 ja PSTL2 voi olla sijoitettuna kuvan 3 esittämällä tavalla molemmilla kontaktiin tulevilla pinnoilla. Näitä voidaan käyttää esimerkiksi ovien DOOR1 ja DOOR2. Näihin siirtolinjoihin voidaan liittää omat elektroniikkayksik-könsä EU1 ja EU2. Tällöin aikaansaadaan varmistus, koska kumpikin järjestelmä voi yksinään havaita kontaktin.

20 Lisäksi kaksi kontaktiin tulevaa pintaa voi muodostaa siirtojohdon kuvan 6 esittämällä tavalla. Tällöin kontaktiin tuleviin pintoihin voi liittyä kolme siirtojohtoa PSTL1, PSTL2 ja PSTL3. Haluttaessa voi siirtojohtoja kerrostaa useampia ja teh-·;·. dä detektoinnista luotettavampi kuin vähäisemmällä siirtojohtomäärällä olisi saa- vutettavissa.

• · : 25 Koska detektio perustuu impedanssin muutokseen siirtojohdon puristuessa on .·. ; syytä toteuttaa siirtojohto siten, että puristuksen vaikutuksesta siirtojohdon joh-

.···. teen ja/tai eristeen ominaisuudet muuttuvat voimakkaasti. Kappaleen OTBD

(Object To Be Detected) vaikutuksesta puristuva siirtojohdon johde voi taipuessaan mennä poikki kuvan 4 esittämällä tavalla. Siirtojohdon dielektrinen eriste voi 30 muuttaa ominaisuuksia puristuessaan. Tällainen ratkaisu on esitetty kuvassa 5, I" jossa dielektrinen aine DEMS puristuessaan kasvattaa permittiviteettiä. Tässä • * ';· tapauksessa dielektrisen aineen sisällä olevat kaasukuplat puristuvat kokoon tai • » · kaasu poistuu puristuman alta. Tällöin dielektrinen kerroin kasvaa.

': ’ * · Dielektrisen DEMS kerroksen ominaisuuden muuttuminen voidaan järjestää myös 35 tapahtuvan siten, että dielektrinen aine on nestemäistä ja kosketuksen tapahtu-. · · ·. essa puristuu pois johteiden välistä.

s 109625 Sähkömagneettisten häiriöiden kannalta on useissa tapauksissa edullista järjestää siirtojohdon ulommainen johde kytketyksi elektroniikan ja myös esimerkiksi auton runkoon. Tämä kytkentä voi olla suora galvaaninen tai esimerkiksi matala-5 taajuisten virtojen rajoittamiseksi kapasitiivinen tai suurtaajuisten virtojen rajoittamiseksi induktiivinen kytkentä. Kuvatulla järjestelyllä vaimennetaan esimerkiksi matkapuhelimien aiheuttamia häiriöitä.

Harhahälytysten vähentämiseksi PROCESSOR välineet voivat edellyttää useamman kuin yhden merkkisignaalin DETECTED saapumista olennaisesti peräk-10 käin lähetettyjä pulsseja TRP vastaavasti. Mikäli TRP pulssien toistotaajuus on esimerkiksi 10 kHz niin yhden sekunnin aikana voidaan rekisteröidä jo 10 000 tapahtumaa ja mikäli tietyn raja-arvon (esim. 80 %) suurempi lukumäärä johtaa DETECTED pulssin saapumiseen aikana, joka osoittaa kosketuksen tapahtuneen, lähettää PROCESSOR vastaavan tiedon näyttövälineille DISPLAY ja mah-15 dollisesti hälytyssignaalin ALARM.

Järjestelmä voi myös sopeutua ympäristön ja laitteiston hitaisiin muutoksiin tällaisia ovat asteittainen siirtojohdon materiaalien muuttuminen tai lian kertyminen kosketuspinnoille. Tämä voi edellyttää vastaanotetun signaalin digitaalista käsittelyä ja adaptiivisia suodattimia. Sumea logiikka on eräs menetelmä, jolla adaptii-20 visuus voidaan ainakin osaksi aikaansaada. Mukautuvassa järjestelmässä poikkeustilanne havaitaan selvästi hidasta muuttumista voimakkaamman kosketuksen vaikutuksesta.

],.; Järjestelyyn voidaan myös usealla eri tavalla toteuttaa varmistukset ja valvonnat . . 25 laitteiston toiminnalle. Tämä on mahdollista kytkemällä kaksi tai useampi rinnak- ! ! kainen siirtojohto elektroniikkaan. Samaan valvottavaan kohteeseen voidaan si- joittaa kaksi tai useampi siirtojohto. Esimerkiksi linja-auton vastakkain sulkeutu-!:: vissa ovipuoliskoissa on kummassakin puoliskossa itsenäinen siirtojohtojärjestely.

‘Lisäksi vastakkain tulevat siirtojohdot PSTL1 ja PSTL2 kuvassa 6 voivat muo-30 dostaa kolmannen siirtojohdon PSTL3, jonka ominaisuuksia voidaan valvoa. Näin ’;;; ’ voidaan lisätä järjestelmän toimintavarmuutta.

: : Vaikka sähköinen siirtojohto on useassa tapauksessa edullinen ratkaisu voi siir- ·:*·: tojohto olla myös akustinen. Tällainen on esimerkiksi putki, jossa ääniaallot ete- 35 nevät. Pinta-aaltoa kuljettava siirtojohto on myös käyttökelpoinen tai vaikkapa • ·, värähtelevä lanka, johon tapahtuva kosketus johtaa värähtelyn muuttumiseen.

6 109625

Edellä on kuvattu vain joitakin keksinnön mukaisen järjestelyn suoritusmuotoja. Useita muitakin suoritusmuotoja voidaan ajatella oheisten patenttivaatimusten ilmaiseman keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (10)

1. Järjestely kahden toisiinsa nähden liikkuvan esineen välisen mekaanisen kosketuksen havaitsemiseksi tunnettu siitä, että siihen kuuluu yksi tai useampi 5 siirtojohto (PSTL) sähköisen, akustisen tai mekaanisen energian kuljettamiseksi ja mainittujen kappaleiden kosketus sillä alueella, jossa mainittu siirtojohto (PSTL) on, kosketus aiheuttaa muutoksen mainitun siirtojohdon (PSTL) energian välitykseen liittyvissä ominaisuuksissa ja tämä muutos havaitaan järjestelmään kuuluvilla välineillä (RECEIVER, PROCESSOR) joko energian heijastumisena tai ίο energian välityskyvyn muutoksena tai molempina.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely tunnettu siitä, että mainittu energia johdetaan siirtojohtoon (PSTL) yhtenä tai useampana ajallisesti rajoitettuna pulssina (TRP). 15

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely tunnettu siitä, että mainittu energia johdetaan siirtojohtoon (PSTL) olennaisesti jatkuvana värähtelynä.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely tunnettu siitä, ... että kosketuksen paikkainformaatio saadaan energian etenemiseen liittyvästä aikainformaatiosta, kuten esimerkiksi energian heijastuman (RCP) rekisteröimi- . . sen ajankohdasta suhteessa lähetysajankohtaan tai energian värähtelyjakson • · t · » ; 1 pituudesta. 25 • ·

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely tunnettu siitä, * · · · ’ että mainittu siirtojohto (PSTL) on kiinnitetty ensimmäiseen kappaleeseen (DOOR1), kuten esimerkiksi kulkuvälineen oveen ja jonkin toisen kappaleen, ku- ten henkilön kehon osan, vaatekappaleen osan, kantolaukun osan, kosketus ’...: 30 mainittuun kappaleen (DOOR1) siihen osaan jossa mainittu siirtojohto (PSTL) on : rekisteröidään ja mainittu rekisteröinti johtaa toimenpiteeseen, kuten esimerkiksi » 1 1 :" ’: hälytykseen tai ensimmäisen kappaleen liikkeen pysähtymiseen tai suunnan ♦ 1 · muuttumiseen. 1 35

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely tunnettu siitä, että siirtojohto (PSTL) on sähköinen siirtojohto, jonka johteiden läheinen dielektri- 109625 nen materiaali on järjestetty muuttamaan dielektristä ominaisuuttaan kosketuksen vaikutuksesta, esimerkiksi siten, että dielektrinen aine sisältää ainakin osaksi kokoonpuristuvaa materiaalia kuten kaasua.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely tunnettu siitä, että siirtojohto (PSTL) on sähköinen siirtojohto, jonka johteiden läheinen dielektrinen aine on ainakin osaksi järjestetty kosketuksen vaikutuksesta muuttamaan paikkaansa.

7 109625

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely tunnettu siitä, että se sisältää yhden tai useamman siirtojohdon (PSTL), siirtojohtoon energiaa syöttävät välineet (PULSE GENERATOR) ja energiaa vastaanottavat välineet (RECEIVER) ja näiden toimintaa ohjaavat välineet (PROCESSOR) ja signalointi-järjestelyn välineiden tilan ja mahdollisesti kosketuspaikan ilmaisemiseksi (DISP-

15 LAY) ja kosketuksen tapahtuman osoittamiseksi (ALARM).

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely tunnettu siitä, että tieto kosketustapahtumasta on järjestetty välitettäväksi eteenpäin , esimerkiksi osaksi tietoverkon tai tietoverkkojen välityksellä langallisesti tai langattomas- 20 ti.

• · ‘ . 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely tunnettu siitä, . [ että siirtojohdon päätteestä (TERM) heijastuvaa signaalia käytetään laitteiston toiminnan arviointiin. 25 1 « · • « 9 109625