專(zhuān)利名稱(chēng)：用于確定豎直位置的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在執(zhí)行具有豎直位移分量的定位任務(wù)期間 確定物體的豎直間距的裝置和方法。
背景技術(shù)：
具有豎直位移分量的典型定位任務(wù)例如是對(duì)電梯井道內(nèi)的電梯 廂進(jìn)行定位。電梯通常需要被定位在幾乎毫米的精度內(nèi)，以便不會(huì) 在與各樓層地板的過(guò)渡處產(chǎn)生任何的入口棱角或者臺(tái)階。電梯的控 制裝置特別需要識(shí)別電梯位于哪 一 樓層上，以根據(jù)電梯使用者的控 制指令對(duì)電梯進(jìn)行控制。迄今已經(jīng)使用不同的系統(tǒng)來(lái)確定所述位置。 因此，在各樓層處使用二進(jìn)制位置傳感器是已知的，該位置傳感器 僅僅給電梯發(fā)出信號(hào)，指出電梯已經(jīng)到達(dá)一樓層并可以開(kāi)始其減速 行程。這些傳感器具有這樣的缺點(diǎn)，即特別是在電力發(fā)生故障的情 況下不能精確地確定電梯的位置并且需要長(zhǎng)的參考行程。還已知在 電梯廂上設(shè)置編碼符號(hào)和評(píng)估這些編碼符號(hào)的光電裝置對(duì)。這雖然 在斷電時(shí)僅需要相對(duì)較短的參考行程，但是在電梯井道中應(yīng)用編碼 標(biāo)記的花費(fèi)相對(duì)巨大。最后，還已知使用旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器 結(jié)合齒帶在驅(qū)動(dòng)裝置的位置的幫助下識(shí)別電梯的絕對(duì)位置。然而， 用于確定物體的豎直間距的這種裝置的安裝耗費(fèi)、空間要求和成本 都很高。同樣的情況也適用于通過(guò)信號(hào)線和超聲脈沖來(lái)確定電梯廂 位置的普通裝置。

發(fā)明內(nèi)容
有筌于此，本發(fā)明的目的在于，提供用于在執(zhí)行具有豎直位移 分量的定位任務(wù)期間確定物體的豎直間距的裝置和方法，該裝置和方法，或者通過(guò)該裝置和方法，可以在設(shè)備花費(fèi)很低的情況下，很 容易地確定豎直間距，即使是在電力發(fā)生故障后。
根據(jù)本發(fā)明的第一種教導(dǎo)，所述的目的是通過(guò)一種以下類(lèi)型的 裝置實(shí)現(xiàn)的，其中，在第一物體上設(shè)置至少第一壓力傳感器，在第 二物體上設(shè)置至少第二壓力傳感器，還設(shè)有評(píng)估部件，其中在執(zhí)行 定位期間所述物體相對(duì)彼此的豎直位置發(fā)生變化，并且所述物體的 位置之間的豎直位移分量可通過(guò)所述評(píng)估部件從第一和第二壓力傳 感器所測(cè)量的壓力值的差來(lái)確定。
通常，用壓力傳感器測(cè)量氣壓，從而兩個(gè)壓力傳感器之間的豎 直間距及物體相對(duì)于^皮此的間距可以乂人所測(cè)量的氣壓值的差通過(guò)氣 壓高度公式加以確定。通過(guò)形成壓差，特別是由天氣引起的氣壓波 動(dòng)的影響被抑制了，從而使精確確定間距變成可能。此外，兩個(gè)壓 力傳感器通常受到一樣的溫度漂移，因此，通過(guò)形成壓差，溫度漂 移的影響也消除了。原則上，還可以設(shè)想壓力傳感器測(cè)量其他不同 的壓力，例如，如果物體的定位發(fā)生在水下，也可以測(cè)量水柱的壓 力。與用于測(cè)量豎直位置的已知裝置，例如電梯廂的控制裝置相比， 在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，斷電不會(huì)引起電梯廂豎直位置的喪失。更 確切地說(shuō)，電力一發(fā)生故障，電梯廂的豎直位置馬上可以用本發(fā)明 的裝置精確地確定，因?yàn)榧词故窃陔娏Πl(fā)生故障后，壓力差也是保 持不變的。特別地，通過(guò)本發(fā)明的裝置還可以可靠地識(shí)別出物體的 豎直間距極其緩慢地發(fā)生的變化，例如，電梯廂高度的緩慢下落。 根據(jù)本發(fā)明的裝置還因?yàn)槠錁O小的空間需求和安裝費(fèi)用而脫穎而 出，因?yàn)槠渲恍枰惭b壓力傳感器和評(píng)估部件。
根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施方式，在第一和/或第二壓力傳感器上 設(shè)有測(cè)量溫度的部件。由于該措施，氣壓測(cè)量可以直.4妾通過(guò)所述測(cè) 量溫度的部件校正，因此提高了精度。
一種用于確定物體的豎直間距的特別簡(jiǎn)單的裝置可以這樣實(shí) 現(xiàn)，即在靜止物體上設(shè)置第一壓力傳感器。在相對(duì)于第一物體可動(dòng) 地布置的第二物體上設(shè)置第二壓力傳感器。例如，第一壓力傳感器
5可以固定地設(shè)置在電梯的控制裝置中，第二壓力傳感器可以裝配到 電梯廂中，從而電梯廂相對(duì)于第一壓力傳感器的豎直位置可以通過(guò) 評(píng)估部件來(lái)確定。第二壓力傳感器優(yōu)選設(shè)置在電梯廂內(nèi)部，以減小 因空氣流入和流出電梯井道而引起的壓力波動(dòng)，例如因電梯廂的運(yùn) 動(dòng)引起的壓力波動(dòng)。
為了提高用于確定豎直位置的壓差測(cè)量的精度，優(yōu)選采用電容 式硅壓力傳感器。這些傳感器通常被構(gòu)造成CMOS (互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體)部件，其特別是能夠測(cè)量非常小的壓差。優(yōu)選地，用于
測(cè)量溫度的部件優(yōu)選一體形成到電容式硅壓力傳感器中。
根據(jù)下一種有利的實(shí)施方式，如果設(shè)有至少一個(gè)另外的位置傳 感器，該傳感器的位置信號(hào)被評(píng)估部件另外用來(lái)確定物體相對(duì)于彼 此的豎直間距，就可以進(jìn)一 步提高本發(fā)明的裝置在確定間距時(shí)的精 度及其動(dòng)態(tài)性。
優(yōu)選地，至少一個(gè)二進(jìn)制位置傳感器，至少一個(gè)加速度傳感器， 至少一個(gè)增量編碼器和/或至少一個(gè)光學(xué)位移測(cè)量傳感器設(shè)置作為另 外的傳感器。如果位置傳感器的位置是嚴(yán)格地預(yù)先確定的，那么二 進(jìn)制位置傳感器例如可以用來(lái)校正壓力測(cè)量值。這使得例如裝配有 二進(jìn)制位置傳感器的電梯通過(guò)加裝壓力傳感器得到改進(jìn)，使得電梯 即使是在斷電后也可以在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)再次使用，并且避免了緩 慢的參考行程。加速度傳感器也可以通過(guò)二重積分從一個(gè)物體的運(yùn) 動(dòng)的加速度信號(hào)計(jì)算出位移長(zhǎng)度，并因此能以更高的動(dòng)態(tài)性對(duì)物體 的運(yùn)動(dòng)做出反應(yīng)。這同樣也適用于增量編碼器或者光學(xué)位移測(cè)量傳 感器。光學(xué)位移測(cè)量傳感器能夠直接確定位移或者通過(guò)測(cè)量速度間 接地確定位移。
優(yōu)選地，評(píng)估部件允許熱行自我監(jiān)測(cè)，從而裝置能夠例如在壓 差值偏離另外的傳感器的值的情況下產(chǎn)生狀態(tài)信號(hào)或者例如干擾信 號(hào)。自我監(jiān)測(cè)的結(jié)果也可以用來(lái)例如啟動(dòng)對(duì)壓力傳感器的測(cè)量值進(jìn)
行校正。
還可以設(shè)想提供允許裝置的冗余運(yùn)行的部件，其中這些部件將
6間距確定從使用壓力傳感器的壓差測(cè)量切換到另外的傳感器，反之亦然。
根據(jù)本發(fā)明的第二種教導(dǎo)，上述公開(kāi)的目的可以通過(guò)將根據(jù)本 發(fā)明的用在電梯、起重機(jī)或者高層貨架系統(tǒng)中執(zhí)行定位任務(wù)期間確 定物體的豎直間距的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。如上面已經(jīng)描述的，就在電梯、 起重機(jī)、貨架或者搬運(yùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用而言，根據(jù)本發(fā)明的裝置特別 提供在發(fā)生斷電時(shí)具有明顯的好處，即通過(guò)壓差測(cè)量確定絕對(duì)豎直 間距，而不需要緩慢的參考定位。例如，已經(jīng)陳述過(guò)，在電梯中， 可以在電梯廂中設(shè)置第 一壓力傳感器，在電梯的控制裝置中位置固 定地設(shè)置第二壓力傳感器，從而可以通過(guò)壓差測(cè)量確定電梯廂相對(duì) 于電梯控制裝置上的壓力傳感器的絕對(duì)位置。這同樣適用于起重機(jī)， 特別是起重機(jī)吊鉤或者其鏟斗。貨架和搬運(yùn)系統(tǒng)常常具有用于定位 的類(lèi)似電梯的部件，并需要實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的定位任務(wù)，從而使用本發(fā)明 的裝置也是有利的。不僅在所提及的技術(shù)領(lǐng)域，而且在需要進(jìn)行具 有豎直位移分量的定位任務(wù)的其它領(lǐng)域，根據(jù)本發(fā)明的裝置確保了 ， 在電力發(fā)生故障的情況下用很少的設(shè)備耗費(fèi)就能確定物體的豎直間 距。同時(shí)，空間要求和安裝費(fèi)用也非常低。
根據(jù)本發(fā)明的第三種教導(dǎo)，上述公開(kāi)的目的通過(guò)這種方法實(shí)現(xiàn)， 即在第一物體和第二物體上各設(shè)一壓力傳感器，并且由評(píng)估部件通 過(guò)壓差測(cè)量確定兩個(gè)位置之間的豎直間距。如所陳述的，利用根據(jù) 本發(fā)明的方法，在電力發(fā)生故障的情形下，物體相對(duì)于彼此的豎直 間距可以以可靠的方式非常容易地加以確定。
另外，為了提高根據(jù)本發(fā)明確定豎直間距的精度和動(dòng)態(tài)性，還 使用至少一個(gè)二進(jìn)制位置傳感器、至少一個(gè)加速度傳感器、至少一 個(gè)增量編碼器和/或光學(xué)位移測(cè)量傳感器的測(cè)量信號(hào)來(lái)校正間距測(cè) 量。所提到的用于確定豎直位置的傳統(tǒng)傳感器通常在豎直間距測(cè)量 上具有較高的動(dòng)態(tài)性和更好的精度。然而，只有結(jié)合壓差測(cè)量，這 些傳感器測(cè)量才能實(shí)現(xiàn)極其方便、節(jié)約空間地并且在斷電時(shí)可靠地 確定物體的豎直間距，因?yàn)橛捎趬翰顪y(cè)量，物體相對(duì)彼此的位置在斷電后也是已知的。
測(cè)量可靠性的進(jìn)一步提高是根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種實(shí)施方 式實(shí)現(xiàn)的，其中，評(píng)估部件使用另外的測(cè)量信號(hào)執(zhí)行傳感器和/或整 個(gè)裝置的自我監(jiān)測(cè)，以確定物體的豎直間距。該自我監(jiān)測(cè)可以周期 性地和/或基于另外的測(cè)量信號(hào)發(fā)生。.
目前具有很多種可能性來(lái)提高和構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的裝置和根據(jù)
本發(fā)明的方法。為此， 一方面參照權(quán)利要求1和8的從屬權(quán)利要求， 另 一 方面參照結(jié)合附圖的實(shí)施方式的描述。附圖以示例性視圖示出' 了根據(jù)本發(fā)明的用于確定物體(例如電梯)的豎直間距的裝置的一 矛卜實(shí)》&方式。


圖1示出了其中容納有電梯廂2的電梯井道1。
具體實(shí)施方式
.
圖1示出了其中容納有電梯廂2的電梯井道1,電梯廂的豎直 位置由驅(qū)動(dòng)裝置3來(lái)改變。為了確定電梯廂2在電梯井道1中的豎 直位置，現(xiàn)在例如在電梯井道的天花板上設(shè)置第一壓力傳感器4,在 電梯廂中設(shè)置第二壓力傳感器5。壓力傳感器4、 5的壓力測(cè)量值通 過(guò)評(píng)估部件進(jìn)行相減，該評(píng)估部件在圖中沒(méi)有示出。通過(guò)壓力差， 從第一壓力傳感器4的豎直位置和布置在電梯廂2中的壓力傳感器5 的豎直位置之間的氣壓差的氣壓關(guān)系可以確定間距。所述壓力傳感 器通常被設(shè)計(jì)成CMOS部件，并且在豎直位置確定中的分辨率可達(dá) 8cm。在圖l所示的實(shí)施方式中， 一方面設(shè)置二進(jìn)制位置傳感器6， 另一方面設(shè)置光學(xué)位移測(cè)量傳感器7來(lái)提高電梯廂定位的精度。電 梯廂一到達(dá)二進(jìn)制位置傳感器6的水平，該傳感器就發(fā)出控制信號(hào)。 所述二進(jìn)制位置傳感器可以由光電裝置對(duì)或由其它近似傳感器來(lái)實(shí) 現(xiàn)。
在使用圖中未示出的評(píng)估部件的情況下，二進(jìn)制位置傳感器6的信號(hào)和特別是光學(xué)位移測(cè)量傳感器7的信號(hào)可以被用來(lái)執(zhí)行自我
監(jiān)測(cè)，以提高壓差測(cè)量的測(cè)量可靠性。通過(guò)在用于確定間距的信號(hào) 之間進(jìn)行切換來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余。
在發(fā)生斷電的情況下，電梯廂2在電梯井道1內(nèi)的位置可很容 易地一皮快速確定，因?yàn)槔?巨電梯井道1的天花^反的間距可以卩艮容 易地通過(guò)壓力傳感器4和5之間的測(cè)量差來(lái)確定。由于電力發(fā)生故 障后的位置信息，電梯廂能夠通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置3控制，直到下一個(gè)位 置傳感器6被啟動(dòng)來(lái)參考定位電梯的精確位置。從這個(gè)意義上講， 電梯的持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的參考行程就必要了。在這里，為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)， 在本實(shí)施方式中所示的第一壓力傳感器4的位置僅僅顯示出在電梯 的井道1中。通常說(shuō)來(lái)，這個(gè)位置不是最理想的，因?yàn)樵陔娞菥纋 中由于空氣流進(jìn)流出會(huì)發(fā)生壓力波動(dòng)。因此，壓力傳感器4優(yōu)選設(shè) 置在靠近電梯控制裝置且不會(huì)受到壓力波動(dòng)影響的位置處。
如果沒(méi)有二進(jìn)制位置傳感器6，電梯廂2的精確位置也可以用 光學(xué)位移測(cè)量傳感器7來(lái)確定，.該傳感器測(cè)量電梯廂相對(duì)于電梯井 道壁的運(yùn)動(dòng)。光學(xué)位移測(cè)量傳感器7能夠在壓差測(cè)量的基礎(chǔ)上提高 確定電梯廂2的豎直位置的精度和動(dòng)態(tài)性，光學(xué)位移測(cè)量傳感器例 如測(cè)量電梯廂2相對(duì)于電梯導(dǎo)4九的運(yùn)動(dòng)，電梯的導(dǎo)軌在圖中并未示 出。為此，可以用導(dǎo)軌上應(yīng)用的標(biāo)記和/或?qū)к壉砻姹旧淼奶卣鱽?lái)確 定位移長(zhǎng)度。然而，測(cè)量動(dòng)態(tài)性的提高和間距確定的精度的提高還 可以通過(guò)例如圖中未示出的設(shè)置在電梯驅(qū)動(dòng)裝置3中的增量編碼器， 結(jié)合由兩個(gè)壓力傳感器4、 5之間的壓差測(cè)量確定的間距來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于在執(zhí)行具有豎直位移分量的定位任務(wù)期間確定物體的豎直間距的裝置，在第一物體(1)上設(shè)置至少第一壓力傳感器(4)，在第二物體(2)上設(shè)置至少第二壓力傳感器(5)，這兩個(gè)壓力傳感器(4，5)測(cè)量環(huán)境壓力，特別是氣壓或者水壓，還設(shè)有評(píng)估部件，在執(zhí)行定位期間，所述物體(1，2)相對(duì)彼此的豎直位置發(fā)生變化，并且所述物體(1，2)的位置之間的豎直位移分量能通過(guò)所述評(píng)估部件從第一壓力傳感器(4)和第二壓力傳感器(5)所測(cè)量的壓力值的差確定，其特征在于，設(shè)有至少一個(gè)另外的位置傳感器(6，7)，所述位置傳感器的測(cè)量信號(hào)被所述評(píng)估部件另外用來(lái)確定所述物體相對(duì)彼此的豎直間距。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述第一壓力 傳感器(4)和/或第二壓力傳感器(5)上設(shè)有用于測(cè)量溫度的部件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述第一壓 力傳感器(4)設(shè)置在靜止的物體(1 )上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，設(shè) 有電容式硅壓力傳感器(4, 5)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，設(shè) 有至少一個(gè)二進(jìn)制位置傳感器(6)、至少一個(gè)加速度傳感器，至少 一個(gè)增量編碼器和/或至少 一 個(gè)光學(xué)位移測(cè)量傳感器(7 )作為另外的 傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所 述評(píng)估部件允許執(zhí)行自我監(jiān)測(cè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置在電梯、起重機(jī)、 貨架系統(tǒng)或搬運(yùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
8. —種用于在執(zhí)行具有豎直位移分量的定位任務(wù)期間確定物體 的豎直間距的方法，特別是使用根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述 的裝置，其中，在第一物體和第二物體上各設(shè)置一壓力傳感器，這兩個(gè)壓力傳感器測(cè)量環(huán)境壓力，特別是氣壓或者水壓，由評(píng)估部件 通過(guò)壓差測(cè)量來(lái)獲得兩個(gè)位置之間的豎直間距，并且所述評(píng)估部件 使用至少一個(gè)另外的位置傳感器的測(cè)量信號(hào)來(lái)確定所述物體相對(duì)于 彼此的豎直間距。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，另外使用至少一 個(gè)二進(jìn)制位置傳感器、至少一個(gè)加速度傳感器、至少一個(gè)增量編碼 器和/或至少一個(gè)光學(xué)位移測(cè)量傳感器的至少一個(gè)測(cè)量信號(hào)校正所述 間距的確定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述評(píng)估部件使 用所述的另外的測(cè)量信號(hào)執(zhí)行所述傳感器和/或整個(gè)裝置的自我監(jiān)測(cè) 以確定物體的豎直間距。
全文摘要
本發(fā)明涉及在執(zhí)行具有豎直位移分量的定位任務(wù)的過(guò)程中確定物體的豎直間距的裝置和方法。所述目的，即提供在執(zhí)行具有豎直位移分量的定位任務(wù)的過(guò)程中確定物體的豎直間距的裝置和方法，所述裝置和方法或利用它們可以以很小的裝置耗費(fèi)在發(fā)生斷電后很簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)豎直距離的確定，這個(gè)目的通過(guò)用于確定豎直間距的裝置以這種方式得到解決，即，在第一物體(1)上設(shè)置至少一個(gè)第一壓力傳感器(4)，在第二物體(2)上設(shè)置至少一個(gè)第二壓力傳感器(5)，還設(shè)有評(píng)估裝置，其中在執(zhí)行定位的過(guò)程中物體(1，2)相對(duì)彼此的豎直位置發(fā)生變化，并且物體(1，2)的位置之間的豎直位移分量能夠通過(guò)此評(píng)估部件從第一和第二壓力傳感器(4，5)所測(cè)量的壓力值的差確定。
文檔編號(hào)B66B1/34GK101495394SQ200780027012
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者I·門(mén)希, K·馬茨克爾, M·施塔斯策夫斯基 申請(qǐng)人:弗拉巴股份公司