專利名稱：用于確定轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方法和配置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物體的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的確定，并且特別是涉及提供有關(guān)機(jī) 器安全性能的重復(fù)速度測(cè)量的優(yōu)選方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的非接觸測(cè)量基于感應(yīng)、電容、磁性或采用光線的解決方法， 其中檢測(cè)器、也就是短距離接近開(kāi)關(guān)通常設(shè)置成非?？拷D(zhuǎn)動(dòng)物體的 軸，并且可以作為檢測(cè)器脈沖來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量緊固在軸的圓柱形表面上的 一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)部件的經(jīng)過(guò)。這種對(duì)應(yīng)部件的特征在于系統(tǒng)的無(wú)源部 件。在此類型的速度測(cè)量中，典型的脈沖頻率是一個(gè)脈沖/軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在 這種情況下，測(cè)量稱為稀疏脈沖測(cè)量。由于稀疏脈沖測(cè)量的性質(zhì)，它 不很精確，并且在速度改變時(shí)存在測(cè)量延遲。
轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的這種測(cè)量的目的在于提供實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的信息，并不 是可以用作控制速度的反饋信息的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動(dòng)速度的精確測(cè)量結(jié)果。傳 統(tǒng)稀疏脈沖測(cè)量的任務(wù)通常是產(chǎn)生有關(guān)機(jī)器安全性能的笫二測(cè)量結(jié) 果。在某些操作條件下，通常需要轉(zhuǎn)動(dòng)速度的兩次獨(dú)立測(cè)量，并且這 涉及例如安全設(shè)備的操作。
為了重復(fù)測(cè)量，在第二測(cè)量只用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，不需要通過(guò) 精確并通常高成本的檢測(cè)器來(lái)進(jìn)行兩次重復(fù)測(cè)量。
接觸轉(zhuǎn)速計(jì)和脈沖檢測(cè)器通常用來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。另外，磁化或 其它非接觸編碼環(huán)可以固定軸上。考慮到其相對(duì)高的成本以及安裝難 度，這種裝置的使用與所述接觸解決方法相對(duì)應(yīng)。
為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器安全性和重復(fù)測(cè)量，因此需要提供一種安裝簡(jiǎn)單并 且低成本和可靠的可靠測(cè)量方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種方法和以解決所述問(wèn)題的方式實(shí) 施這種方法的設(shè)備。本發(fā)明的目的通過(guò)在其特征通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求限 定的方法和配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中披
本發(fā)明基于如下的思想，即轉(zhuǎn)動(dòng)物體特別是在其軸的端部處放置
傳感器，以響應(yīng)由放置在軸端部外部的檢測(cè)器產(chǎn)生的查詢。根據(jù)這些 查詢的功率，可以確定傳感器相對(duì)于檢測(cè)器的位置，由此指示轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn) 動(dòng)的速度變化。傳感器和檢測(cè)器的組合最好是用于通過(guò)相對(duì)于物體中 的識(shí)別器放置傳感器并通過(guò)檢測(cè)器讀取識(shí)別器內(nèi)的信息來(lái)識(shí)別物體的RFID。
本發(fā)明的方法和配置的優(yōu)點(diǎn)在于所需設(shè)備安裝的顯著簡(jiǎn)化。安裝 不需要任何準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)或測(cè)量。檢測(cè)器和傳感器的機(jī)械放置對(duì)于本發(fā)明 的配置的操作和方法不重要。在該配置中，還可以使用不同尺寸的傳 感器，而不需要任何特殊接頭。
用于本發(fā)明的這種可以制成非常環(huán)保，這是由于該裝置不取決于 軸承或其它磨損機(jī)械部件。在工業(yè)應(yīng)用中，例如對(duì)于測(cè)量裝置通常困 難的條件下，這是非常顯著的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的設(shè)備不受到被測(cè)量物體的振動(dòng)和相應(yīng)干擾。振動(dòng)可以由 于軸的振動(dòng)或者被測(cè)量的滾動(dòng)的傳遞造成。同樣設(shè)備的維護(hù)簡(jiǎn)單，這 是由于在完成總體清理時(shí)就足以將其清潔。
與被測(cè)量的軸的條件相比，該配置的檢測(cè)器可以放置在較為便利 的環(huán)境下，換言之，例如在樹(shù)脂玻璃之后。
本發(fā)明的配置與系統(tǒng)控制器的布線只需要兩個(gè)連接器， 一個(gè)連接 器用于輔助功率供應(yīng)裝置，并且一個(gè)連接器用于傳遞信號(hào)。


現(xiàn)在將通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例并參考附圖更加詳細(xì)描述本發(fā)明，附圖中
圖1表示本發(fā)明配置的總體視圖；以及 圖2表示獲得的功率曲線的總體視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示本發(fā)明配置的構(gòu)造的總體視圖。在該配置中，傳感器2 放置在軸1的端部處。檢測(cè)器3繼而固定就位，其方式是它在軸以及 軸外周表面的外部。傳感器定位在例如滾動(dòng)軸的端部的轉(zhuǎn)動(dòng)物體內(nèi)， 其方式是在物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器和檢測(cè)器之間的距離隨著物體的位置 角度而變化。傳感器2還可安裝成使其讀取檢測(cè)器3。檢測(cè)器經(jīng)由傳遞 信號(hào)的連接裝置連接在系統(tǒng)控制器4上，并且系統(tǒng)控制器還經(jīng)由信號(hào) 連接裝置連接在處理控制器或相應(yīng)的高級(jí)系統(tǒng)上。
用于本發(fā)明的檢測(cè)器和傳感器是RFID (無(wú)線電頻率識(shí)別)系統(tǒng)的 一部分，并且通過(guò)檢測(cè)器是有源的而且傳遞有關(guān)系統(tǒng)頻率的查詢的方 式操作。傳感器接收查詢并且從查詢中獲得傳遞所需的能量，并且以 預(yù)定方式在無(wú)線電路徑上答復(fù)查詢。在與物體識(shí)別相關(guān)的公知應(yīng)用 中，RFID傳感器將其獨(dú)特的識(shí)別編碼傳遞到檢測(cè)器以響應(yīng)來(lái)自于檢測(cè) 器的查詢。
按照本發(fā)明的方法，根據(jù)檢測(cè)器和傳感器之間的傳遞功率來(lái)確定 轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的方法和配置中，通過(guò)傳感器傳遞的信息中并不 都是所感興趣的東西，而是檢測(cè)器或傳感器傳遞功率，從中按照本發(fā) 明確定轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
在本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，檢測(cè)器以規(guī)則時(shí)間間隔傳遞查詢， 并且檢測(cè)器3的傳遞功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得傳感器2剛好足以接收檢測(cè) 器的查詢。在傳感器答復(fù)查詢時(shí)，下一個(gè)查詢的傳遞功率減小預(yù)定量， 例如3dB的步驟。如果沒(méi)有從傳感器接收到對(duì)于檢測(cè)器查詢的答復(fù)， 傳遞功率繼而增加預(yù)定量，例如ldB的步驟。在根據(jù)傳感器的答復(fù)或 未答復(fù)，通過(guò)減小和增加傳遞功率，以所述方式進(jìn)行操作，獲得周期 傳遞查詢的功率圖表的周期正弦波曲線，并且該曲線的頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)物 體的頻率相對(duì)應(yīng)，并且曲線因此指示物體的轉(zhuǎn)動(dòng)。
傳遞功率按照該實(shí)施例進(jìn)行調(diào)節(jié)，以響應(yīng)是否接收到對(duì)于檢測(cè)器 發(fā)出的查詢的答復(fù)。所需傳遞功率的數(shù)量大致與距離的平方成正比。 那么可以形成聯(lián)系的最低傳遞功率在軸上的傳感器最靠近檢測(cè)器時(shí)最 低。類似地，在檢測(cè)器和傳感器之間的距離最長(zhǎng)時(shí)，那么可以形成聯(lián) 系的最低傳遞功率最高。
按照本發(fā)明方法的第二實(shí)施例，檢測(cè)器3以規(guī)則時(shí)間間隔使用恒 定功率傳遞查詢。傳感器2接收查詢并且傳遞對(duì)于檢測(cè)器3的答復(fù)。 在此實(shí)施例中，通過(guò)檢測(cè)器接收的功率被確定成檢測(cè)并確定轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn) 動(dòng)。以所述方式，在功率和距離之間存在平方律關(guān)系，由此通過(guò)檢測(cè) 器接收的功率隨著檢測(cè)器和傳感器之間的距離由于轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)改變而改 變。通過(guò)測(cè)量接收功率，因此獲得正弦波曲線，其中一個(gè)循環(huán)與轉(zhuǎn)動(dòng) 物體的一次轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。
在本發(fā)明配置的一個(gè)實(shí)施例中，控制器4以所述方式調(diào)節(jié)檢測(cè)器3 的傳遞功率，并且收集有關(guān)是否接收傳遞查詢的答復(fù)的信息。系統(tǒng)控 制器從收集的功率信息確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度并且將其傳遞到較高的控制級(jí)。 除了轉(zhuǎn)動(dòng)速度之外，還可以確定單獨(dú)的導(dǎo)出量，例如角加速度、操作
速度或者轉(zhuǎn)動(dòng)角度。所述導(dǎo)出量還可在系統(tǒng)控制器4限定，由此系統(tǒng) 控制器將計(jì)算數(shù)值傳遞給較高級(jí)。
其中尋求最低可能的傳遞功率的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例還可在平均 相對(duì)電磁干擾下操作。該系統(tǒng)還不受污物影響，這是由于污物通常對(duì) 于電磁輻射透明。清楚的是對(duì)于變化的情況需要留下某些調(diào)節(jié)空間， 以便增加信號(hào)電平。
由于信號(hào)是數(shù)字的，判定電平總是歸零的。查詢和答復(fù)的推測(cè)在 答復(fù)信號(hào)-噪音比例低于15dB時(shí)結(jié)束。傳遞到對(duì)應(yīng)部件的功率高于所 述比例至少6dB，即查詢的信號(hào)-噪音比例至少是22dB。
根據(jù)獲得的功率曲線計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)速度或角速度，其方式是從功率曲 線直接獲得的轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過(guò)流逝的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間來(lái)劃分。換言之，在轉(zhuǎn)動(dòng) 物體轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，例如從所使用的功率的最小值到下一個(gè)最小值來(lái)研
究所獲得的功率曲線的循環(huán)。此循環(huán)過(guò)程中所流逝的時(shí)間因此是一圈 的時(shí)間，并且角速度可容易計(jì)算。除了整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，在物體轉(zhuǎn)動(dòng)半團(tuán)時(shí)， 可以限定從最小傳遞功率的峰值到其最小值的時(shí)間。角度和速度測(cè)量 的分辨率取決于查詢頻率、更新間隔以及功率分辨率。
本發(fā)明的第二實(shí)施例確定由檢測(cè)器接收的功率的大小，并且該系 統(tǒng)控制器以所述方式從所獲得的功率曲線計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及可能的導(dǎo) 出量。按照本發(fā)明，系統(tǒng)控制器還可以計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并且導(dǎo)出量以 較高階計(jì)算。
在使用本發(fā)明時(shí)，適當(dāng)選擇比特率、傳遞頻率(即載體頻率)以 及查詢頻率，可以影響時(shí)間分辨率和所測(cè)量的最大速度。在任何情況 下，與傳統(tǒng)稀疏脈沖方法相比，本發(fā)明提供更好的角度分辨率。
按照本發(fā)明配置的實(shí)施例，兩個(gè)傳感器2、 5定位在轉(zhuǎn)動(dòng)物體內(nèi)。 兩個(gè)傳感器的使用還使其可以找出轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。這兩個(gè)傳感 器的相對(duì)位置不需要準(zhǔn)確限定。相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸來(lái)說(shuō)，傳感器之間的適 當(dāng)角度差別例如是大約60-90度。由于每個(gè)傳感器只答復(fù)其本身的查 詢，可以確定轉(zhuǎn)動(dòng)方向。與每個(gè)傳感器相關(guān)的功率曲線具有與傳感器 的相位角差別相對(duì)應(yīng)的時(shí)間差。轉(zhuǎn)動(dòng)方向例如可以從正弦功率曲線的 峰值的級(jí)別檢測(cè)。這種配置和方法的實(shí)施例提供可以僅利用 一個(gè)檢測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)。
圖2表示通過(guò)本發(fā)明獲得的功率曲線12、 15的總體視圖。在使用 兩個(gè)傳感器2、 5的同時(shí)獲得這些功率曲線。附圖表示轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng) 方向使得提供功率曲線12的傳感器在提供功率曲線15的傳感器之前 沖擊最靠近檢測(cè)器的點(diǎn)。圖2的曲線不包括該配置和方法的離散的類 型，而是該曲線形成為連續(xù)的實(shí)例。但是清楚的是本發(fā)明形成由離散 點(diǎn)形成的曲線類型。通過(guò)本發(fā)明獲得的這些功率曲線的離散點(diǎn)之間的 時(shí)間間隔在使用恒定查詢頻率時(shí)恒定。
以上，參考特別是RFID系統(tǒng)的部件描述了本發(fā)明。但是，本發(fā)明 還通過(guò)采用其它的相應(yīng)技術(shù)來(lái)使用，其中查詢的能量用于答復(fù)的傳 遞。
可以通過(guò)本發(fā)明確定其轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)物體幾乎是任意的。轉(zhuǎn)動(dòng)物體 可以是其轉(zhuǎn)動(dòng)軸半徑至少是大約5cm的巻筒、滾筒。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白的是，隨著技術(shù)進(jìn)步，本發(fā)明的基本 思想可以許多不同方式來(lái)利用。本發(fā)明及其實(shí)施例因此不局限于所述 的實(shí)例，而是在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方法，包括如下步驟將傳感器(2)布置在轉(zhuǎn)動(dòng)物體(1)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸端部處并離開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)軸一定距離；將檢測(cè)器(3)布置在轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的端部外部，其方式是傳感器和檢測(cè)器之間的距離隨著物體圍繞其轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)而變化；將來(lái)自于檢測(cè)器(3)的查詢傳遞給傳感器(2)；通過(guò)傳感器(2)接收查詢，并且為了響應(yīng)查詢，將來(lái)自于傳感器(2)的答復(fù)傳遞給檢測(cè)器(3)；確定用于信號(hào)傳遞的功率；以及根據(jù)信號(hào)傳遞功率的變化來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其特征在于該方法還包括如下步驟檢測(cè)器以規(guī)則間隔傳遞查詢，并且通過(guò)檢測(cè)器(3)傳遞的查詢的傳遞功率變化以響應(yīng)通過(guò)傳感器(2)傳遞的答復(fù)，其方式是如果從傳感器接收答復(fù)，下一個(gè)查詢的傳遞功率減小，并且如果沒(méi)有從傳感器接收答復(fù)，下一個(gè)查詢的傳遞功率增加，在這種情況下被確定的功率是檢測(cè)器的傳遞功率。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，響應(yīng)從傳感器接收答 復(fù)而減小的傳遞功率大于響應(yīng)未接收答復(fù)而增加的傳遞功率，最好是 傳遞功率減小3dB的步驟，而增加ldB的步驟。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，該方法還包括根據(jù)確定的功率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的步驟，同時(shí)確定的功率作 為轉(zhuǎn)動(dòng)物體的位置角度的函數(shù)變化。
4. 如權(quán)利要求l-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)動(dòng)物體具 有布置其上的兩個(gè)傳感器(2、 5)，并且使用相互不同的編碼進(jìn)行傳 感器的查詢，由此檢測(cè)器(3)布置成將查詢交替地傳遞到傳感器，以 便確定用于信號(hào)傳遞的兩個(gè)不同功率，并且從兩個(gè)功率確定轉(zhuǎn)動(dòng)物體 的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
5. 如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，傳感器是從 由檢測(cè)器傳遞的查詢中接收能量的無(wú)源部件，并且傳感器和檢測(cè)器特 別是RFID部件。
6. —種用于檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的配置，包括布置在轉(zhuǎn)動(dòng)物體(1)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸端部處并離開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)軸一定距離的傳感器(2);布置在轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的端部外部的檢測(cè)器(3)，其方式是傳 感器和檢測(cè)器之間的距離隨著物體圍繞其轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)而變化；檢測(cè)器(3)配置成將查詢傳遞給傳感器(2);傳感器(2)配置成接收查詢，并且為了響應(yīng)查詢，將答復(fù)傳遞給 檢測(cè)器(3)，并且該配置還包括確定用于信號(hào)傳遞的功率的裝置；以及根據(jù)信號(hào)傳遞功率的變化來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的裝置，其特征在于檢 測(cè)器(3)配置成以規(guī)則間隔傳遞查詢，并且通過(guò)檢測(cè)器(3)傳遞的 查詢的功率配置成可以調(diào)節(jié)，其方式是在檢測(cè)器(3)接收答復(fù)時(shí)，下 一個(gè)查詢的傳遞功率減小，并且如果檢測(cè)器(3)沒(méi)有接收答復(fù)，下一 個(gè)查詢的傳遞功率增加，由此在這種配置中被使用的信號(hào)傳遞功率是 檢測(cè)器查詢中所使用的功率。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，響應(yīng)接收答復(fù)而減小 檢測(cè)器(3)的傳遞功率大于響應(yīng)未接收答復(fù)而增加的傳遞功率，最好 是傳遞功率減小3dB的步驟，而增加ldB的步驟。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征在于，該配置還包括系 統(tǒng)控制器(4)，系統(tǒng)控制器與檢測(cè)器信號(hào)連接，并且配置成根據(jù)確定 的功率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，同時(shí)確定的功率作為轉(zhuǎn)動(dòng)物體的 位置角度的函數(shù)變化。
9. 如權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，兩個(gè)傳感器 (2、 5)配置在轉(zhuǎn)動(dòng)物體上，并且傳感器相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸相互之間以一定角度定位，由此檢測(cè)器布置成以獨(dú)特識(shí)別編碼將查詢交替地傳遞到 傳感器，并且該配置確定用于信號(hào)傳遞的兩個(gè)功率以便確定轉(zhuǎn)動(dòng)物體 的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
10. 如權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，傳感器(2、 5)是從由檢測(cè)器傳遞的查詢中接收能量以便傳遞的無(wú)源部件，并且傳 感器和檢測(cè)器特別是RFID部件。
全文摘要
一種用于檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方法和配置。該方法包括如下步驟將傳感器(2)布置在轉(zhuǎn)動(dòng)物體(1)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸端部處并離開(kāi)轉(zhuǎn)動(dòng)軸一定距離；將檢測(cè)器(3)布置在轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的端部外部，其方式是傳感器和檢測(cè)器之間的距離隨著物體圍繞其轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)而變化；將來(lái)自于檢測(cè)器(3)的查詢傳遞給傳感器(2)；通過(guò)傳感器(2)接收查詢，并且為了響應(yīng)查詢，將來(lái)自于傳感器(2)的答復(fù)傳遞給檢測(cè)器(3)；確定用于信號(hào)傳遞的功率；以及根據(jù)信號(hào)傳遞功率的變化，確定轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G01P3/00GK101206228SQ20071016005
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
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