專利名稱：具有動能電力配置的無線傳感器的制作方法
具有動能電力配置的無線傳感器
背景技術(shù)：
壓實機機械被廣泛地應(yīng)用于建筑工程中以壓實土壤、浙青、砂礫和其他類似材料。 典型的這種機械包括以受控頻率和振幅振動同時按壓在待壓實的材料的表面上的機構(gòu)。這種機械和控制是在2006年8月15日授予Potts的美國專利No. 7，089，823中公開的一種機械控制，該專利的公開內(nèi)容作為參考并入本文。Potts示出了使用壓實輥內(nèi)的振動機械的振動壓實機。當(dāng)所述壓實機機械行駛在增強壓實處理的表面上時，振動被給予所述輥。每個振動機構(gòu)通常包括繞公共軸轉(zhuǎn)動的重量，通過關(guān)于所述公共軸而偏軸地定位所述重量而在轉(zhuǎn)動期間產(chǎn)生程度變化的不平衡。通過改變偏軸重量的相對位置從而改變質(zhì)量的平均分布，由所述配置產(chǎn)生的振動的振幅被改變。改變繞其公共軸的重量的轉(zhuǎn)動速度改變了由所述配置產(chǎn)生的振動的頻率。已知的是通過監(jiān)控被返回到壓實機機械的反射的振動來確定材料的壓實程度。這些反射的振動可以通過裝載在所述機械上的適當(dāng)?shù)膫鞲衅鞲袦y。事實上，所述振動可以通過所述輥從壓實表面經(jīng)過，并且由在輥支撐物上或在輥支撐物附近恰當(dāng)定位的傳感器檢測。眾所周知，最優(yōu)壓實因材料不同而變化，而優(yōu)選的是材料不被壓實得過多或過少。為實現(xiàn)此目的，壓實的程度可以由機械上的接收動能的反射的傳感器確定。所述傳感器被安裝為距機械控制器一定距離，并且因此，傳感器的輸出必須被提供到機械控制器，通常由電纜提供。此外，傳感器通常需要電源，而這種電力還基于額外的電線或電纜被提供。然而，這種電線或電纜可以因許多原因而存在問題。例如，所述電線或電纜分布到可能處于惡劣環(huán)境的機械的各個部分，使得所述電線或電纜被相當(dāng)快地破壞或破裂。進一步地，傳感器電線和電纜可以限制機械組件的相對移動。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實的系統(tǒng)向壓實機機械提供表示被感測的表面壓實的傳感器信號。所述傳感器信號可以被提供到安裝在壓實機機械上的控制器。所述系統(tǒng)包括用于感測壓實并且提供表示被感測的表面壓實的信號的傳感器。所述傳感器被安裝在壓實機機械的壓實輥支撐物上。所述系統(tǒng)進一步包括振動-電能轉(zhuǎn)換器，其與傳感器一起安裝在壓實輥支撐物上并且承受振動。所述轉(zhuǎn)換器將振動轉(zhuǎn)換為電能并且將該能量提供到傳感器。所述系統(tǒng)還包括由來自振動-電能轉(zhuǎn)換器的電能供電并且響應(yīng)于所述傳感器以發(fā)射傳感器信號的發(fā)射機。最后，所述系統(tǒng)具有在所述機械上的接收機，該接收機用于接收來自發(fā)射機的傳感器信號并且將該傳感器信號提供到控制器。所述振動-電能轉(zhuǎn)換器可以包括具有永久磁體的發(fā)電機。所述發(fā)電機可以包括線性永久磁體發(fā)電機。一種用于感測表面壓實并且向壓實機機械提供表示表面壓實的傳感器信號的方法，所述表面壓實由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起，所述方法包括以下步驟當(dāng)輥使用振動-電能轉(zhuǎn)換器振動時，將壓實機機械輥的振動運動轉(zhuǎn)換為電能，將所述電能提供到振動壓實輥支撐物上的振動傳感器，由振動傳感器產(chǎn)生信號并且將該信號提供到短程發(fā)射機，并且將所述信號無線地發(fā)射到所述機械。所述方法可以進一步包括以下步驟由接收機接收無線發(fā)射到所述機械的信號，并且之后將接收到的信號提供到機械控制器。所述接收到的信號之后可以顯示在所述機械的顯示器上。所述方法可以進一步包括以下步驟 基于傳感器信號控制壓實機機械的操作。所述方法可以進一步包括以下步驟感測反射的振動以提供壓實水平的指示。將所述信號無線地發(fā)射到所述機械的步驟可以包括經(jīng)由無線電傳輸將所述信號無線地發(fā)射到所述機械的步驟。所述系統(tǒng)可以進一步包括第二發(fā)射機和第二接收機，所述第二發(fā)射機用于使所述機械與傳感器通信，所述第二接收機用于接收來自所述第二發(fā)射機的通信。此外，所述系統(tǒng)可以包括連接到傳感器的電池，該電池用于結(jié)合所述轉(zhuǎn)換器對傳感器供電。所述方法可以進一步包括以下步驟從所述壓實機機械向傳感器無線通信。所述方法還可以包括以下步驟使用結(jié)合所述轉(zhuǎn)換器的電池對所述傳感器供電。


圖1是振動壓實機的側(cè)視圖，其中振動壓實機的一些部分被去除以揭示內(nèi)部組件；圖2是傳感器和控制器以及相關(guān)聯(lián)組件的示意性框圖；圖3是振動-電能轉(zhuǎn)換器的第一變型；圖4是振動-電能轉(zhuǎn)換器的第二變型；以及圖5是圖2中的傳感器和控制器以及相關(guān)聯(lián)組件的變型的示意性框圖，其中相同元件被標記為與圖2中使用的相同的附圖標記。
具體實施例方式圖1是具有振動機構(gòu)12和14的振動壓實機機械10的示例性側(cè)視圖。如所公知的，例如振動壓實機機械10的機械可以用于增大密度，即最新鋪設(shè)的材料16的壓實層，所述材料例如為浙青、其他含浙青的混合物、土壤、砂礫、或其他可壓實的材料。所述振動壓實機機械10可以包括可轉(zhuǎn)動地安裝到主框架22并且圍繞各自的振動機構(gòu)12和14的一對壓實鼓或輥18和20。所述主框架22支撐發(fā)動機M，該發(fā)動機M用于生成機械能或電能以推進壓實機機械10。一對電源沈和28以傳統(tǒng)方式或任意其他適當(dāng)?shù)姆绞竭B接到發(fā)動機24。電源沈和觀可以是發(fā)電機、流體泵或任意其他適合于推進壓實機機械10、提供電力到振動機構(gòu)12 和14并且提供電力到機械子系統(tǒng)和與壓實機機械10相關(guān)聯(lián)的電力系統(tǒng)的電源。將意識到可以使用其中僅有單個振動壓實輥的壓實機機械。振動機構(gòu)12和14可以可操作地耦接到各自的電機30和32。雖然每個壓實鼓或輥18和20均被顯示為僅具有一個振動機構(gòu)，但如果需要，可以在鼓18和20中的一者或兩者中使用額外的振動機構(gòu)。在電源26和觀提供電力的情況下，電機30和32可以是電動機，例如直流電動機。可替換地，在電源沈和觀提供機械能或水能的情況下，電機30和32 可以是流體電動機。在任何情況下，電機30和32按需要經(jīng)由適合的電線或電纜、繼電器、 熔斷器、流體管道或控制閥而可操作地耦接到電源26和28，所述電線或電纜、繼電器、熔斷器、流體管道或控制閥未被示出。
壓實機機械10包括控制器34，該控制器34可以用于控制由振動機構(gòu)12和14中的一者或兩者產(chǎn)生的振動的振幅和頻率?？刂破?4可以可操作地耦接到操作者或用戶界面36，所述用戶界面36允許壓實機機械10的用戶或操作者改變由振動機構(gòu)12和14產(chǎn)生的振動的特性，設(shè)置期望的振動控制模式，并且確定壓實機鼓18和20中的一者或兩者是否應(yīng)該被引起振動。顯示器37響應(yīng)于控制器34，并且允許操作者查看操作狀態(tài)或與壓實機機械10相關(guān)聯(lián)的狀況。用戶界面36可以經(jīng)由導(dǎo)電電纜、光纖或例如射頻、紅外和超聲通信等無線通信鏈路連接到控制器34和壓實機機械10的其他元件。圖2中示出了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于感測由壓實機機械10引起的表面壓實并且向安裝在壓實機機械10上的控制器34提供指示被感測的表面壓實的傳感器信號。所述系統(tǒng)包括傳感器50，該傳感器50用于感測壓實并且在線路52上提供指示被感測的表面壓實的信號。傳感器50可以被安裝在例如框架22等壓實輥支撐物上，或者其可以被安裝為與壓實機機械10的鼓或輥18的軸支撐物相鄰。所述系統(tǒng)進一步包括振動-電能轉(zhuǎn)換器54，該振動-電能轉(zhuǎn)換器M與傳感器50 —起安裝在壓實輥支撐物22上并且承受振動，該振動轉(zhuǎn)換為之后被提供到所述傳感器50的電能。由來自振動-電能轉(zhuǎn)換器M的電能供電的發(fā)射機56響應(yīng)于傳感器50。傳感器56無線地發(fā)射傳感器信號到所述機械10上的接收機58。 接收機58自所述發(fā)射機56接收所述傳感器信號，并且將該傳感器信號提供到控制器34。 控制器34之后在顯示器37上顯示關(guān)于壓實的信息以便操作者查看，或者控制器34可以其他方式使用壓實信息，例如改變由輥18和20施加到材料16的表面的振動的振幅或頻率。 然而，將意識到控制器34可以簡單地安排壓實信息，并且開發(fā)機械在其上行進的材料的壓實程度的數(shù)據(jù)庫。這種信息稍后可以被其他儀器使用。圖3和4示出了可以使用的類型的振動-能量轉(zhuǎn)換器的兩個變型。在圖3中的振動-能量轉(zhuǎn)換器中，永久磁體60在外殼64內(nèi)的支撐橫桿62上滑動。所述外殼由非金屬材料制成，從而使其不將線圈66從由移動磁體產(chǎn)生的波動的磁場屏蔽。磁體60可以具有在相對側(cè)上的一對盤簧68和70，從而使所述磁體60在通過振動而從橫桿62的中心點移開后仍傾向于返回到橫桿62的中心。磁體60的移動在線圈66中產(chǎn)生電流。另一方面，在圖4 中的振動-能量轉(zhuǎn)換器中，一對恒定磁體72和74提供恒定磁場，可移動的線圈76在其沿線圈支撐物80上的橫桿78滑動時經(jīng)過所述恒定磁場。線圈76的移動使線圈中產(chǎn)生電流。 將意識到兩個變型均是線性永久磁體發(fā)電機。圖1和2中所示的系統(tǒng)經(jīng)由短程發(fā)射機56提供被感測的振動信號到控制器34，所述短程發(fā)射機56無線地發(fā)射所述信號到機械控制器34。自所述信號獲得的壓實信息能夠被顯示和/或用于控制所述機械的操作?？商鎿Q地，壓實信息可以被簡單地存儲以便稍后使用。圖2示出了用于將振動信號發(fā)射到控制器34的無線電發(fā)射機。然而，應(yīng)該理解可以使用其他短程傳輸技術(shù)，包括紅外傳輸。圖5示出了提供傳感器50和控制器34之間的雙向通信的圖2中的傳感器、控制器和相關(guān)聯(lián)的組件的變型。為此，控制器34可以經(jīng)由短程無線電發(fā)射機60將信號發(fā)送到接收機62。接收機62之后將接收到的信號提供到振動傳感器50。通過這種配置，控制器 34可以無線地引起傳感器50中的多種改變。例如，傳感器50的設(shè)置可以被調(diào)節(jié)。這些設(shè)置包括傳感器50的數(shù)據(jù)報告速率和濾波參數(shù)?？商鎿Q地，如果傳感器50是存儲固件的類型，則控制器34可以使新的固件被下載到傳感器50。
將注意到，圖5示出了與供電的振動傳感器50、無線電發(fā)射機56和接收機62相關(guān)聯(lián)的額外的電池64。同樣可以被包括在圖2中的系統(tǒng)中的電池64作為主電源或僅在沒有振動(并且由此沒有來自轉(zhuǎn)換器M的電力)期間的時間段中為傳感器50、無線電發(fā)射機56和接收機62提供電源。如果需要，電池64可以是主電源并且可以在轉(zhuǎn)換器M經(jīng)歷振動并由此提供電力輸出時被再充電。所述傳感器可以工作周期的方式被開啟和關(guān)閉，從而降低所消耗的來自電池64的電量。所述實施例的其他方面、目的和優(yōu)點可以通過對附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求的研究而獲得。
權(quán)利要求
1.一種用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向安裝在所述壓實機機械上的控制器提供表示被感測的表面壓實的傳感器信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括傳感器，其用于感測壓實并且提供表示被感測的表面壓實的信號，所述傳感器被安裝在所述壓實機機械的壓實輥支撐物上，振動-電能轉(zhuǎn)換器，其與所述傳感器一起安裝在所述壓實輥支撐物上并且承受振動， 所述振動-電能轉(zhuǎn)換器將所述振動轉(zhuǎn)換為電能，所述電能被提供到所述傳感器，發(fā)射機，其由來自所述振動-電能轉(zhuǎn)換器的電能供電并且響應(yīng)于所述傳感器，用于發(fā)射所述傳感器信號，以及在所述機械上的接收機，該接收機用于接收來自所述發(fā)射機的所述傳感器信號并且將所述傳感器信號提供到所述控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向安裝在所述壓實機機械上的控制器提供表示被感測的表面壓實的傳感器信號的系統(tǒng)，其中所述振動-電能轉(zhuǎn)換器包括具有永久磁體的發(fā)電機。
3.如權(quán)利要求2所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向安裝在所述壓實機機械上的控制器提供表示被感測的表面壓實的傳感器信號的系統(tǒng)，其中所述發(fā)電機包括線性永久磁體發(fā)電機。
4.一種用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向所述壓實機機械上的控制器提供表示表面壓實的傳感器信號的方法，所述方法包括以下步驟 當(dāng)所述輥使用振動-電能轉(zhuǎn)換器振動時，將壓實機機械輥的振動運動轉(zhuǎn)換為電能；將所述電能提供到振動壓實輥支撐物上的振動傳感器；由所述振動傳感器產(chǎn)生信號并且將該信號提供到短程發(fā)射機，并且將所述信號無線地發(fā)射到所述機械。
5.如權(quán)利要求4所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向所述壓實機機械上的控制器提供表示表面壓實的傳感器信號的方法，所述方法進一步包括以下步驟由接收機接收無線發(fā)射到所述機械的信號，并將所接收的信號提供到機械的控制器。
6.如權(quán)利要求5所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向所述壓實機機械上的控制器提供表示表面壓實的傳感器信號的方法，所述方法進一步包括以下步驟在所述機械上的顯示器上顯示所接收到的信號。
7.如權(quán)利要求4所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向所述壓實機機械上的控制器提供表示表面壓實的傳感器信號的方法，所述方法進一步包括以下步驟基于所述傳感器信號控制所述壓實機機械的操作。
8.如權(quán)利要求4所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向所述壓實機機械上的控制器提供表示表面壓實的傳感器信號的方法，所述方法進一步包括以下步驟感測反射的振動以提供壓實水平的指示。
9.如權(quán)利要求4所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向所述壓實機機械上的控制器提供表示表面壓實的傳感器信號的方法，其中將所述信號無線地發(fā)射到所述機械的所述步驟包括經(jīng)由無線電傳輸將所述信號無線地發(fā)射到所述機械的步驟。
10.一種用于感測返回到壓實機機械的振動并且向安裝在所述壓實機機械上的控制器提供表示被感測的振動的傳感器信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括振動-電能轉(zhuǎn)換器，其被安裝在所述壓實機機械上并且承受振動，所述振動-電能轉(zhuǎn)換器將所述振動轉(zhuǎn)換為電能，傳感器，其被安裝在所述壓實機機械上，所述傳感器用于感測所述機械上的振動并且提供表示這種振動的信號，所述傳感器被定位為與所述控制器相距一定距離并且由來自所述振動-電能轉(zhuǎn)換器的電能供電，無線電發(fā)射機，其由來自所述振動-電能轉(zhuǎn)換器的電能供電并且響應(yīng)于所述傳感器， 用于發(fā)射所述傳感器信號，以及在所述機械上的無線電接收機，該無線電接收機用于接收來自所述發(fā)射機的所述傳感器信號并且將所述傳感器信號提供到所述控制器。
11.如權(quán)利要求10所述的用于感測返回到壓實機機械的振動并且向安裝在所述壓實機機械上的控制器提供表示被感測的振動的傳感器信號的系統(tǒng)，其中所述振動-電能轉(zhuǎn)換器包括具有永久磁體的發(fā)電機。
12.如權(quán)利要求11所述的用于感測返回到壓實機機械的振動并且向安裝在所述壓實機機械上的控制器提供表示被感測的振動的傳感器信號的系統(tǒng)，其中所述發(fā)電機包括線性永久磁體發(fā)電機。
13.一種用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且提供表示被感測的表面壓實的傳感器信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括傳感器，其用于感測壓實并且提供表示被感測的表面壓實的信號，所述傳感器被安裝在所述壓實機機械的壓實輥支撐物上，振動-電能轉(zhuǎn)換器，其與所述傳感器一起安裝在所述壓實輥支撐物上并且承受振動， 所述轉(zhuǎn)換器將電能提供到所述傳感器，第一發(fā)射機，其由來自所述振動-電能轉(zhuǎn)換器的電能供電并且響應(yīng)于所述傳感器，用于發(fā)射所述傳感器信號，以及在所述機械上的第一接收機，該第一接收機用于接收來自所述第一發(fā)射機的所述傳感器信號。
14.如權(quán)利要求13所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且提供表示被感測的表面壓實的傳感器信號的系統(tǒng)，其中所述振動-電能轉(zhuǎn)換器包括具有永久磁體的發(fā)電機。
15.如權(quán)利要求14所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且提供表示被感測的表面壓實的傳感器信號的系統(tǒng)，其中所述發(fā)電機包括線性永久磁體發(fā)電機。
16.如權(quán)利要求13所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且提供表示被感測的表面壓實的傳感器信號的系統(tǒng)，進一步包括第二發(fā)射機和第二接收機，所述第二發(fā)射機用于從所述機械向所述傳感器通信，所述第二接收機用于接收來自所述第二發(fā)射機的通信。
17.如權(quán)利要求13所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且提供表示被感測的表面壓實的傳感器信號的系統(tǒng)，進一步包括連接到所述傳感器的電池，該電池用于結(jié)合所述轉(zhuǎn)換器對所述傳感器供電。
18.一種用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向所述壓實機機械提供表示表面壓實的傳感器信號的方法，所述方法包括以下步驟當(dāng)所述輥使用振動-電能轉(zhuǎn)換器振動時，將壓實機機械輥的振動運動轉(zhuǎn)換為電能；將所述電能提供到振動壓實輥支撐物上的振動傳感器；由所述振動傳感器產(chǎn)生信號并且將該信號提供到短程發(fā)射機，并且將所述信號無線地發(fā)射到所述壓實機機械。
19.如權(quán)利要求18所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向所述壓實機機械提供表示表面壓實的傳感器信號的方法，所述方法進一步包括以下步驟從所述壓實機機械向所述傳感器無線通信。
20.如權(quán)利要求18所述的用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向所述壓實機機械提供表示表面壓實的傳感器信號的方法，所述方法進一步包括以下步驟結(jié)合所述轉(zhuǎn)換器使用電池對所述傳感器供電。
全文摘要
用于感測由具有振動壓實輥的類型的壓實機機械引起的表面壓實并且向安裝在所述壓實機機械上的控制器提供表示被感測的表面壓實的傳感器信號的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)包括傳感器，該傳感器用于感測壓實并且提供表示被感測的表面壓實的信號。所述傳感器被安裝在壓實機機械的壓實輥支撐物上。所述系統(tǒng)包括振動-電能轉(zhuǎn)換器，其與所述傳感器一起安裝在壓實輥支撐物上并且承受振動。所述轉(zhuǎn)換器將振動能量轉(zhuǎn)換為電能，所述電能可以被提供到所述傳感器和發(fā)射機。所述發(fā)射機由來自所述振動-電能轉(zhuǎn)換器的電能供電，并且發(fā)射所述傳感器信號到所述機械上的接收機。所述接收機將傳感器信號提供到用于所述機械的控制器。
文檔編號E01C19/28GK102292502SQ201080005198
公開日2011年12月21日 申請日期2010年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者E·沃爾夫 申請人:卡特彼勒特林布爾控制技術(shù)有限責(zé)任公司