專利名稱：用于確定轉動運動的方法和配置的制作方法
技術領域：
本發明涉及物體的轉動運動的確定，并且特別是涉及提供有關機 器安全性能的重復速度測量的優選方法。
背景技術：
傳統的非接觸測量基于感應、電容、磁性或采用光線的解決方法， 其中檢測器、也就是短距離接近開關通常設置成非常靠近轉動物體的 軸，并且可以作為檢測器脈沖來準確測量緊固在軸的圓柱形表面上的 一個或多個對應部件的經過。這種對應部件的特征在于系統的無源部 件。在此類型的速度測量中，典型的脈沖頻率是一個脈沖/軸轉動，在 這種情況下，測量稱為稀疏脈沖測量。由于稀疏脈沖測量的性質，它 不很精確，并且在速度改變時存在測量延遲。
轉動運動的這種測量的目的在于提供實際轉動運動的信息，并不 是可以用作控制速度的反饋信息的準確轉動速度的精確測量結果。傳 統稀疏脈沖測量的任務通常是產生有關機器安全性能的笫二測量結 果。在某些操作條件下，通常需要轉動速度的兩次獨立測量，并且這 涉及例如安全設備的操作。
為了重復測量，在第二測量只用來檢測轉動運動時，不需要通過 精確并通常高成本的檢測器來進行兩次重復測量。
接觸轉速計和脈沖檢測器通常用來進行準確測量。另外，磁化或 其它非接觸編碼環可以固定軸上。考慮到其相對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應。
為了實現機器安全性和重復測量，因此需要提供一種安裝簡單并 且低成本和可靠的可靠測量方法。

發明內容
因此本發明的目的在于提供一種方法和以解決所述問題的方式實 施這種方法的設備。本發明的目的通過在其特征通過獨立權利要求限 定的方法和配置來實現。本發明的優選實施例在從屬權利要求中披
本發明基于如下的思想，即轉動物體特別是在其軸的端部處放置
傳感器，以響應由放置在軸端部外部的檢測器產生的查詢。根據這些 查詢的功率，可以確定傳感器相對于檢測器的位置，由此指示轉動運 動的速度變化。傳感器和檢測器的組合最好是用于通過相對于物體中 的識別器放置傳感器并通過檢測器讀取識別器內的信息來識別物體的RFID。
本發明的方法和配置的優點在于所需設備安裝的顯著簡化。安裝 不需要任何準確對準或測量。檢測器和傳感器的機械放置對于本發明 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。
用于本發明的這種可以制成非常環保，這是由于該裝置不取決于 軸承或其它磨損機械部件。在工業應用中，例如對于測量裝置通常困 難的條件下，這是非常顯著的優點。
本發明的設備不受到被測量物體的振動和相應干擾。振動可以由 于軸的振動或者被測量的滾動的傳遞造成。同樣設備的維護簡單，這 是由于在完成總體清理時就足以將其清潔。
與被測量的軸的條件相比，該配置的檢測器可以放置在較為便利 的環境下，換言之，例如在樹脂玻璃之后。
本發明的配置與系統控制器的布線只需要兩個連接器， 一個連接 器用于輔助功率供應裝置，并且一個連接器用于傳遞信號。


現在將通過優選實施例并參考附圖更加詳細描述本發明，附圖中
圖1表示本發明配置的總體視圖；以及 圖2表示獲得的功率曲線的總體視圖。
具體實施例方式
圖1表示本發明配置的構造的總體視圖。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軸的端部的轉動物體內， 其方式是在物體轉動時，傳感器和檢測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器3。檢測器經由傳遞 信號的連接裝置連接在系統控制器4上，并且系統控制器還經由信號 連接裝置連接在處理控制器或相應的高級系統上。
用于本發明的檢測器和傳感器是RFID (無線電頻率識別)系統的 一部分，并且通過檢測器是有源的而且傳遞有關系統頻率的查詢的方 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 預定方式在無線電路徑上答復查詢。在與物體識別相關的公知應用 中，RFID傳感器將其獨特的識別編碼傳遞到檢測器以響應來自于檢測 器的查詢。
按照本發明的方法，根據檢測器和傳感器之間的傳遞功率來確定 轉動運動。在本發明的方法和配置中，通過傳感器傳遞的信息中并不 都是所感興趣的東西，而是檢測器或傳感器傳遞功率，從中按照本發 明確定轉動運動。
在本發明的方法的實施例中，檢測器以規則時間間隔傳遞查詢， 并且檢測器3的傳遞功率進行調節，使得傳感器2剛好足以接收檢測 器的查詢。在傳感器答復查詢時，下一個查詢的傳遞功率減小預定量， 例如3dB的步驟。如果沒有從傳感器接收到對于檢測器查詢的答復， 傳遞功率繼而增加預定量，例如ldB的步驟。在根據傳感器的答復或 未答復，通過減小和增加傳遞功率，以所述方式進行操作，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動物 體的頻率相對應，并且曲線因此指示物體的轉動。
傳遞功率按照該實施例進行調節，以響應是否接收到對于檢測器 發出的查詢的答復。所需傳遞功率的數量大致與距離的平方成正比。 那么可以形成聯系的最低傳遞功率在軸上的傳感器最靠近檢測器時最 低。類似地，在檢測器和傳感器之間的距離最長時，那么可以形成聯 系的最低傳遞功率最高。
按照本發明方法的第二實施例，檢測器3以規則時間間隔使用恒 定功率傳遞查詢。傳感器2接收查詢并且傳遞對于檢測器3的答復。 在此實施例中，通過檢測器接收的功率被確定成檢測并確定轉動運 動。以所述方式，在功率和距離之間存在平方律關系，由此通過檢測 器接收的功率隨著檢測器和傳感器之間的距離由于轉動運動改變而改 變。通過測量接收功率，因此獲得正弦波曲線，其中一個循環與轉動 物體的一次轉動相對應。
在本發明配置的一個實施例中，控制器4以所述方式調節檢測器3 的傳遞功率，并且收集有關是否接收傳遞查詢的答復的信息。系統控 制器從收集的功率信息確定轉動速度并且將其傳遞到較高的控制級。 除了轉動速度之外，還可以確定單獨的導出量，例如角加速度、操作
速度或者轉動角度。所述導出量還可在系統控制器4限定，由此系統 控制器將計算數值傳遞給較高級。
其中尋求最低可能的傳遞功率的系統和方法的實施例還可在平均 相對電磁干擾下操作。該系統還不受污物影響，這是由于污物通常對 于電磁輻射透明。清楚的是對于變化的情況需要留下某些調節空間， 以便增加信號電平。
由于信號是數字的，判定電平總是歸零的。查詢和答復的推測在 答復信號-噪音比例低于15dB時結束。傳遞到對應部件的功率高于所 述比例至少6dB，即查詢的信號-噪音比例至少是22dB。
根據獲得的功率曲線計算轉動速度或角速度，其方式是從功率曲 線直接獲得的轉動角度通過流逝的轉動時間來劃分。換言之，在轉動 物體轉動一圈時，例如從所使用的功率的最小值到下一個最小值來研
究所獲得的功率曲線的循環。此循環過程中所流逝的時間因此是一圈 的時間，并且角速度可容易計算。除了整個轉動，在物體轉動半團時， 可以限定從最小傳遞功率的峰值到其最小值的時間。角度和速度測量 的分辨率取決于查詢頻率、更新間隔以及功率分辨率。
本發明的第二實施例確定由檢測器接收的功率的大小，并且該系 統控制器以所述方式從所獲得的功率曲線計算轉動速度以及可能的導 出量。按照本發明，系統控制器還可以計算轉動速度，并且導出量以 較高階計算。
在使用本發明時，適當選擇比特率、傳遞頻率(即載體頻率)以 及查詢頻率，可以影響時間分辨率和所測量的最大速度。在任何情況 下，與傳統稀疏脈沖方法相比，本發明提供更好的角度分辨率。
按照本發明配置的實施例，兩個傳感器2、 5定位在轉動物體內。 兩個傳感器的使用還使其可以找出轉動物體的轉動方向。這兩個傳感 器的相對位置不需要準確限定。相對于轉動軸來說，傳感器之間的適 當角度差別例如是大約60-90度。由于每個傳感器只答復其本身的查 詢，可以確定轉動方向。與每個傳感器相關的功率曲線具有與傳感器 的相位角差別相對應的時間差。轉動方向例如可以從正弦功率曲線的 峰值的級別檢測。這種配置和方法的實施例提供可以僅利用 一個檢測器的優點。
圖2表示通過本發明獲得的功率曲線12、 15的總體視圖。在使用 兩個傳感器2、 5的同時獲得這些功率曲線。附圖表示轉動物體的轉動 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 沖擊最靠近檢測器的點。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的實例。但是清楚的是本發明形成由離散 點形成的曲線類型。通過本發明獲得的這些功率曲線的離散點之間的 時間間隔在使用恒定查詢頻率時恒定。
以上，參考特別是RFID系統的部件描述了本發明。但是，本發明 還通過采用其它的相應技術來使用，其中查詢的能量用于答復的傳 遞。
可以通過本發明確定其轉動的轉動物體幾乎是任意的。轉動物體 可以是其轉動軸半徑至少是大約5cm的巻筒、滾筒。
本領域普通技術人員將明白的是，隨著技術進步，本發明的基本 思想可以許多不同方式來利用。本發明及其實施例因此不局限于所述 的實例，而是在權利要求的范圍內變化。
權利要求
1.一種檢測轉動運動的方法，包括如下步驟將傳感器(2)布置在轉動物體(1)的轉動軸端部處并離開轉動軸一定距離；將檢測器(3)布置在轉動物體的轉動軸的端部外部，其方式是傳感器和檢測器之間的距離隨著物體圍繞其轉動軸轉動而變化；將來自于檢測器(3)的查詢傳遞給傳感器(2)；通過傳感器(2)接收查詢，并且為了響應查詢，將來自于傳感器(2)的答復傳遞給檢測器(3)；確定用于信號傳遞的功率；以及根據信號傳遞功率的變化來檢測轉動運動，其特征在于該方法還包括如下步驟檢測器以規則間隔傳遞查詢，并且通過檢測器(3)傳遞的查詢的傳遞功率變化以響應通過傳感器(2)傳遞的答復，其方式是如果從傳感器接收答復，下一個查詢的傳遞功率減小，并且如果沒有從傳感器接收答復，下一個查詢的傳遞功率增加，在這種情況下被確定的功率是檢測器的傳遞功率。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，響應從傳感器接收答 復而減小的傳遞功率大于響應未接收答復而增加的傳遞功率，最好是 傳遞功率減小3dB的步驟，而增加ldB的步驟。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，該方法還包括根據確定的功率來確定轉動物體的轉動速度的步驟，同時確定的功率作 為轉動物體的位置角度的函數變化。
4. 如權利要求l-3任一項所述的方法，其特征在于，轉動物體具 有布置其上的兩個傳感器(2、 5)，并且使用相互不同的編碼進行傳 感器的查詢，由此檢測器(3)布置成將查詢交替地傳遞到傳感器，以 便確定用于信號傳遞的兩個不同功率，并且從兩個功率確定轉動物體 的轉動方向。
5. 如權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，傳感器是從 由檢測器傳遞的查詢中接收能量的無源部件，并且傳感器和檢測器特 別是RFID部件。
6. —種用于檢測轉動運動的配置，包括布置在轉動物體(1)的轉動軸端部處并離開轉動軸一定距離的傳感器(2);布置在轉動物體的轉動軸的端部外部的檢測器(3)，其方式是傳 感器和檢測器之間的距離隨著物體圍繞其轉動軸轉動而變化；檢測器(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，并且為了響應查詢，將答復傳遞給 檢測器(3)，并且該配置還包括確定用于信號傳遞的功率的裝置；以及根據信號傳遞功率的變化來檢測轉動運動的裝置，其特征在于檢 測器(3)配置成以規則間隔傳遞查詢，并且通過檢測器(3)傳遞的 查詢的功率配置成可以調節，其方式是在檢測器(3)接收答復時，下 一個查詢的傳遞功率減小，并且如果檢測器(3)沒有接收答復，下一 個查詢的傳遞功率增加，由此在這種配置中被使用的信號傳遞功率是 檢測器查詢中所使用的功率。
7. 如權利要求6所述的裝置，其特征在于，響應接收答復而減小 檢測器(3)的傳遞功率大于響應未接收答復而增加的傳遞功率，最好 是傳遞功率減小3dB的步驟，而增加ldB的步驟。
8. 如權利要求6或7所述的裝置，其特征在于，該配置還包括系 統控制器(4)，系統控制器與檢測器信號連接，并且配置成根據確定 的功率來確定轉動物體的轉動速度，同時確定的功率作為轉動物體的 位置角度的函數變化。
9. 如權利要求6-8任一項所述的裝置，其特征在于，兩個傳感器 (2、 5)配置在轉動物體上，并且傳感器相對于轉動軸相互之間以一定角度定位，由此檢測器布置成以獨特識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傳遞的兩個功率以便確定轉動物體 的轉動方向。
10. 如權利要求6-9任一項所述的裝置，其特征在于，傳感器(2、 5)是從由檢測器傳遞的查詢中接收能量以便傳遞的無源部件，并且傳 感器和檢測器特別是RFID部件。
全文摘要
一種用于檢測轉動運動的方法和配置。該方法包括如下步驟將傳感器(2)布置在轉動物體(1)的轉動軸端部處并離開轉動軸一定距離；將檢測器(3)布置在轉動物體的轉動軸的端部外部，其方式是傳感器和檢測器之間的距離隨著物體圍繞其轉動軸轉動而變化；將來自于檢測器(3)的查詢傳遞給傳感器(2)；通過傳感器(2)接收查詢，并且為了響應查詢，將來自于傳感器(2)的答復傳遞給檢測器(3)；確定用于信號傳遞的功率；以及根據信號傳遞功率的變化，確定轉動運動。
文檔編號G01P3/00GK101206228SQ20071016005
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月21日 優先權日2006年12月22日
發明者H·約恩素 申請人:Abb有限公司