專利名稱：檢測位置的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測可以沿預(yù)定路徑移動的物體位置的裝置。該裝置可用于控制電梯轎廂(lift cage)或類似物的位置并由此根據(jù)樓層確保其在預(yù)定的位置停止。
歐洲專利0 694 792公開了一種該類型的用于檢測可移動物體位置的裝置具有聲信號波導(dǎo)和一種把聲信號耦合到聲信號波導(dǎo)的信號輸入耦合器，該聲信號波導(dǎo)沿傳輸路徑延伸并具有預(yù)定、均勻的聲音傳播速度，該信號輸入耦合器連接到信號發(fā)生器并位于可移動物體上。在這種情況下，信號輸出耦合器被安置在聲信號波導(dǎo)的兩端并且每個信號輸出耦合器連到一計數(shù)器，這兩個計數(shù)器由時鐘發(fā)生器定時并被連接到減法器該減法器用于該兩個計數(shù)器的輸出信號?？梢杂汕笾祮卧幚頊p法器的輸出信號以形成表示傳輸路徑上可移動物體的瞬時位置的信號，減法器的輸出信號作為來自一點的聲耦合信號的傳播時間差的測量值，在該點聲信號耦合到信號輸出耦合器。信號輸入耦合器以大于聲音從傳輸路徑的一端到另一端的傳播時間的信號空間(signalspacing)操作。
通過求值單元和在其內(nèi)部實現(xiàn)的計算算法，賦予從聲音輸入耦合器到聲音輸出耦合器的傳播時間測量的一個位置值。特別在電梯結(jié)構(gòu)中，由每層的同平面層的點校準(zhǔn)求值單元，在該點向每層賦予計算算法(algorithm)的結(jié)果而該電梯位置與該數(shù)值有關(guān)。由于在建筑物和/或聲信號波導(dǎo)長度方面由溫度引起的變化，或作為溫度和擴散影響的結(jié)果引起聲信號波導(dǎo)中聲音速度變化，而，在同平面層的點(flush level point)和通過校準(zhǔn)的有關(guān)數(shù)值之間的賦值被偏移。
德國專利3 608 384還公開了一種方法，在通過確定聲脈沖的傳播時間測量所傳輸?shù)木嚯x時，在測量部分側(cè)提供校準(zhǔn)(calibration)部分，以使能把傳播時間的測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成盡可能精確的傳輸長度。但是，將測量和校準(zhǔn)部分在物理上彼此分開的情況，是為了實際的測量可與校準(zhǔn)測量同時執(zhí)行。
本發(fā)明的目的是提供一種檢測可以沿預(yù)定路徑移動的物體位置的裝置，通過該裝置可以簡單和精確地在很長的傳輸路徑上將可移動物體移動到預(yù)定的位置。
從下面和權(quán)利要求書的描述中，本發(fā)明的其它目的、實施例和優(yōu)點將變得更加明顯。
一種根據(jù)本發(fā)明檢測可以沿預(yù)定傳輸路徑移動的物體位置的裝置包括聲信號波導(dǎo)，該聲信號波導(dǎo)沿傳輸路徑延伸并具有預(yù)定、均勻的聲音傳播速度；位于可移動物體上的信號輸入耦合器，用于把定時的聲信號耦合到聲信號波導(dǎo)，安置在聲信號波導(dǎo)的兩端的信號輸出耦合器并且各被連接到求值單元，該求值單元用于確定一位置的聲信號傳播時間差在該位置聲信號耦合到信號輸出耦合器和用于產(chǎn)生表示傳輸路徑上可移動物體瞬時位置的信號，其中校準(zhǔn)信號輸入耦合器(calibration signal input coupler)，連接到用于校準(zhǔn)聲信號的校準(zhǔn)聲信號發(fā)生器(calibration acoustic signal generator)，該校準(zhǔn)信號輸入耦合器被提供在一個信號輸出耦合器上，該求值單元(evaluation unit)從該校準(zhǔn)聲信號到另一信號輸出耦合器所經(jīng)過的校準(zhǔn)路徑(calibration path)計算連續(xù)確定的位置的校正變量(correction variable)和計算校準(zhǔn)聲信號通過校準(zhǔn)路徑的傳播時間。
參照附圖中示意說明的優(yōu)選實施例將更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明示意的檢測位置的裝置；圖2表示涉及傳輸操作中來自圖1裝置的信號的時序圖；圖3表示涉及校準(zhǔn)過程中來自圖1裝置的信號的時序圖。
可專門用于檢測電梯轎廂位置的用于檢測位置的裝置，包括例如鋼軌或特別是金屬線的沿預(yù)定傳輸路徑延伸的聲信號波導(dǎo)1，例如電梯轎廂的可移動物體2可以沿該傳輸路徑往返移動。具有預(yù)定、均勻聲音傳播速度的聲信號波導(dǎo)1在兩端以制動方式被夾持或固定在制動夾持件或固定件(dampingclamp or mounting)3。
可移動物體2攜帶一信號輸入耦合器4該耦合器4經(jīng)信號匹配電路4′連接到例如為振蕩器的信號發(fā)生器5。特別是電感操作的信號輸入耦合器4把包括從信號發(fā)生器5周期接收的同步脈沖S的聲信號耦合到聲信號波導(dǎo)1。同步脈沖S具有大于聲信號從聲信號波導(dǎo)1的一端到另一端的傳播持續(xù)時間的時鐘周期。
另外，信號輸入耦合器4耦合附加脈沖M，特別是在同步脈沖S的每個時鐘周期期間的大量的附加脈沖M。附加脈沖M的時鐘周期是沿傳輸路徑方向?qū)崿F(xiàn)例如用于剎車和移動物體2到準(zhǔn)確位置所需的距離分辨率。
標(biāo)記同步脈沖，即在求值期間可以區(qū)別于附加脈沖M。可以這樣進行該標(biāo)記(marking)，例如通過其時鐘周期是附加脈沖M時鐘周期的適當(dāng)倍數(shù)，另外通過其相對于附加脈沖M的時間偏移，例如，參照圖2第一行由信號發(fā)生器5產(chǎn)生的脈沖串的一半時鐘周期。然后，每種情況下預(yù)定數(shù)目m的附加脈沖M跟隨同步脈沖S。
但是，也可以用其它方式進行該標(biāo)記，因此同步脈沖S可以通過調(diào)制脈沖寬度、脈沖高度等區(qū)別于附加脈沖M。
要耦合的同步和附加脈沖S、M可以是例如單脈沖或脈沖串、或周期頻移鍵控的短電磁脈沖。
每種情況下，信號輸出耦合器6安置在聲信號波導(dǎo)(accovstic signalwaveguide)1的兩端。該信號輸出耦合器最好是壓電信號輸出耦合器，但也可以使用電感或電容操作的信號輸出耦合器。
每個信號輸出耦合器(signal output coupler)6連接到信號匹配電路7，每種情況下信號匹配電路7的輸出線通向計數(shù)器8。由例如是振蕩器的時鐘發(fā)生器9為兩個計數(shù)器8定時。時鐘發(fā)生器9的時鐘周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于聲音從聲信號波導(dǎo)1的一端到另一端的傳播時間，并根據(jù)期望的路徑測量分辨率來選擇。兩個計數(shù)器8的輸出饋送到減法器10，減法器10形成兩個計數(shù)器8的輸出信號的差值，并把其饋送到例如一個微處理器的一求值單元(evaluationunit)11，在求值單元11中求值減法器10的輸出信號。
同步脈沖S用于向求值單元11表示下一對附加脈沖屬于彼此相關(guān)，即各第n個(也就是說第1、第2、第3等)，附加脈沖M在各同步脈沖S之后不同的時間Ta和Tb到達(dá)兩個信號輸出耦合器6(圖2標(biāo)為A和B)，為了求值單元11可以檢測或確定相關(guān)附加脈沖M之間的相關(guān)絕對時間差Ta-Tb＝ΔT，和因此物體2的位置。
主要進行關(guān)于附加信號M用于檢測該位置的求值，但是在這點上也可以求值同步脈沖S，尤其是首先(但不排它)當(dāng)特別標(biāo)記不同的第m個附加脈沖以使以這種方式用作同步脈沖S時。
如果可移動物體2位于信號輸出耦合器6之間的中心，則兩個計數(shù)器8的輸出相等并且它們的差為零。如果物體2(在垂直路徑的情況下)在中心之上，則連接到上面的信號輸出耦合器6的計數(shù)器8的輸出小于另一個的輸出。由減法器10確定的在聲信號波導(dǎo)1中彼此相關(guān)附加脈沖M的傳播時間差和聲信號波導(dǎo)1的已知聲速給出了可移動物體2距中心的距離。因此，如果可移動物體2位于中心的下面，則時間差具有不同的符號，所以也能知道可移動物體2是位于中心之上或之下，也就是說因此可以計算可移動物體2的精確位置。由求值單元11產(chǎn)生的數(shù)字或模擬位置信號可用于跟蹤控制。
求值單元11的監(jiān)視電路12(watchdog)可用于簡單監(jiān)視測量路徑，在輸入耦合信號的整個時間輸入耦合是恒定的。在存在損害的情況下能衰減聲信號波導(dǎo)1的信號，此時由減法器10確定的時間差超過了預(yù)定值，監(jiān)視電路12對比響應(yīng)以便觸發(fā)適當(dāng)?shù)母婢刃盘枴?br> 為了校準(zhǔn)的目的，連接到用于輸出校準(zhǔn)聲信號的校準(zhǔn)聲信號發(fā)生器13的校準(zhǔn)信號輸入耦合器(calibration signal input coupler)14被集成到信號輸出耦合器6中，和為了執(zhí)行校準(zhǔn)，在不執(zhí)行位置確定時的周期期間，即物體2是處在靜止期間，激活校準(zhǔn)信號輸入耦合器14，例如校準(zhǔn)信號輸入耦合器14具有對其加入的電壓。在該過程中，校準(zhǔn)聲信號通過兩個信號輸出耦合器6之間已知長度的整個校準(zhǔn)路徑，和求值單元11從校準(zhǔn)聲信號到另一個信號輸出耦合器通過的校準(zhǔn)路徑計算連續(xù)確定的位置的校正變量和校準(zhǔn)聲信號通過校準(zhǔn)路徑的傳播時間。
相應(yīng)的信號輸出耦合器6也可以自身設(shè)置成為校準(zhǔn)信號輸入耦合器，并能耦合到校準(zhǔn)聲信號發(fā)生器13。
從圖3可以看出，包含來自信號輸入耦合器4的信號P(具有例如1ms的基本的恒定時鐘周期)的信號流被中斷預(yù)定的時間，在該預(yù)定時間移動物體2處于靜止，而耦合了來自校準(zhǔn)聲信號發(fā)生器13的一系列校準(zhǔn)脈沖E。校準(zhǔn)脈沖E可以例如在兩個相對長的例如100ms的脈沖之間形成，校準(zhǔn)脈沖E例如是一系列可以具有例如0.1ms時鐘周期的多個短脈沖。
通過每個校準(zhǔn)周期，因此該系統(tǒng)再次適應(yīng)在其測量分辨率內(nèi)的機械測量路徑。作為校準(zhǔn)的結(jié)果，為達(dá)到測量路徑的實際長度補償諸如作為建筑物高度改變的結(jié)果或作為由于溫度和/或擴散效應(yīng)(temperature and/or diffusioneffects)引起的聲信號波導(dǎo)中聲音速度改變的結(jié)果出現(xiàn)的線性誤差。這使得以金屬線的形式使用簡單聲信號波導(dǎo)成為可能。
在沒有任何電纜(cabling)的情況下，信號輸出耦合器6、控制單元11和校準(zhǔn)聲信號發(fā)生器13之間的同步是可能的。例如電梯的電梯轎廂的可移動物體2只需提供用于中斷聲信號的耦合的設(shè)備該聲信號用于位置檢測，例如響應(yīng)物體2的停止或響應(yīng)電梯轎廂門或類似物的關(guān)閉動作的信號發(fā)生器5′，以使信號發(fā)生器5或信號輸入耦合器4在預(yù)定時間不操作，以使在測量脈沖和校準(zhǔn)脈沖之間不出現(xiàn)碰撞。在最簡單的實施例中，該設(shè)備包括中斷器用于操作信號發(fā)生器5或信號輸入耦合器4的電壓。如果相應(yīng)的信號輸出耦合器6在預(yù)定時間期間沒有接收到任何信號，該預(yù)定時間略微大于同步脈沖S的時鐘周期，則所述耦合器經(jīng)合適的電路啟動測量周期，因為電壓被加到校準(zhǔn)聲信號發(fā)生器13。
由鋼制成的聲信號波導(dǎo)1的聲速大約為5300m/s。在188ns的時間分辨率時，為此目的5.3MHz的時鐘發(fā)生器頻率是必要的，測量路徑的位置分辨率是1mm。
代替耦合到信號發(fā)生器5，可以由求值單元11觸發(fā)信號輸入耦合器4以便把聲信號耦合到聲信號波導(dǎo)1。信號輸入耦合器4也可以經(jīng)電信號觸發(fā)該求值單元11以便確定聲信號每次耦合到聲信號波導(dǎo)1的瞬時起始以使求值單元11進行求值。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實施例表示和描述了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言很明顯可以進行許多改變和改進而不超出權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種檢測可以沿預(yù)定傳輸路徑移動的物體(2)的位置的裝置，包括聲信號波導(dǎo)(1)，該聲信號波導(dǎo)沿傳輸路徑延伸并具有預(yù)定、均勻的聲音傳播速度；位于可移動物體(2)上的信號輸入耦合器(4)，用于把定時的聲信號耦合到聲信號波導(dǎo)(1)，在聲信號波導(dǎo)(1)兩端的信號輸出耦合器(6)各被連接到求值單元(11)，該求值單元用于確定來自一位置的聲信號傳播時間差在該位置聲信號耦合到信號輸出耦合器(6)和用于產(chǎn)生表示傳輸路徑上可移動物體(2)瞬時位置的信號，其特征在于校準(zhǔn)信號輸入耦合器(4)連接到用于校準(zhǔn)聲信號的校準(zhǔn)聲信號發(fā)生器(13)該發(fā)生器(13)被提供在一個信號輸出耦合器(6)上，求值單元(11)從該校準(zhǔn)聲信號到另一信號輸出耦合器(6)所經(jīng)過的校準(zhǔn)路徑計算連續(xù)決定的位置的校正變量(correct varible)和計算校準(zhǔn)聲信號在該校準(zhǔn)路徑上的傳播時間
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于校準(zhǔn)聲信號發(fā)生器(13)和校準(zhǔn)信號輸入耦合器(14)被集成到一個信號輸出耦合器(6)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于可移動物體(2)具有當(dāng)物體(2)處于靜止時用于啟動校準(zhǔn)操作的設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于啟動校準(zhǔn)操作的設(shè)備具有中斷器(5′)用于操作信號發(fā)生器(5)和/或信號輸入耦合器(4)的電壓，和連接到校準(zhǔn)聲信號發(fā)生器(13)的信號輸出耦合器(6)在沒有信號的預(yù)定時間之后啟動校準(zhǔn)聲信號發(fā)生器(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4的任何一個所述的裝置，其特征在于聲信號波導(dǎo)(1)是金屬線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5的任何一個所述的裝置，其特征在于信號輸入耦合器(4)耦合作為聲信號的同步脈沖(S)和位于其間的大量的附加脈沖(M)，該同步脈沖的時鐘周期大于從傳輸路徑的一端到另一端的聲音傳播時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于相對于附加脈沖(M)標(biāo)記同步脈沖(S)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于同步脈沖(S)的時鐘相對于附加脈沖(M)時鐘隨時間的推移被偏移。
9.根據(jù)權(quán)利要求6到8的任何一個所述的裝置，其特征在于同步脈沖(S)和附加脈沖(M)都饋送到求值單元(11)以確定傳播時間差。
10.根據(jù)權(quán)利要求5到9的任何一個所述的裝置，其特征在于每一個信號輸出耦合器(6)連接到計數(shù)器(8)，所述計數(shù)器(8)連接到減法器(10)后者用于兩個計數(shù)器(8)的輸出信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于用于計數(shù)器(8)的時鐘發(fā)生器(9)以預(yù)計的路徑測量分辨率所需要的最小頻率操作。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11的任何一個所述的裝置，其特征在于信號輸出耦合器(6)是電容、電感或壓電輸出耦合器。
13.根據(jù)權(quán)利要求7到16的任何一個所述的裝置，其特征在于求值單元(11)包括監(jiān)視器電路(12)如果減法器(10)確定的時間差超過預(yù)定值觸發(fā)告警信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13的任何一個所述的裝置，其特征在于可移動物體是電梯。
全文摘要
一種檢測可以沿預(yù)定傳輸路徑移動的物體位置的裝置,包括聲信號波導(dǎo);位于可移動物體上的信號輸入耦合器,在聲信號波導(dǎo)的兩端的信號輸出耦合器各連接到求值單元,該求值單元確定聲信號傳播時間和產(chǎn)生表示傳輸路徑上可移動物體瞬時位置的信號,其中校準(zhǔn)信號輸入耦合器連接到用于校準(zhǔn)聲信號的校準(zhǔn)聲信號發(fā)生器,該發(fā)生器被提供在一個信號輸出耦合器上。求值單元,從校準(zhǔn)聲信號到另一個信號輸出耦合器通過的校準(zhǔn)路徑計算連續(xù)確定的位置的校正變量和校準(zhǔn)聲信號通過校準(zhǔn)路徑的傳播時間。
文檔編號B66B1/36GK1264044SQ0010168
公開日2000年8月23日 申請日期2000年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月29日
發(fā)明者赫爾曼·赫普坎 申請人:K·A·施莫沙爾公司