專利名稱：使用通信介質(zhì)進行交互的移動和固定主體系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彼此交互的移動和固定設(shè)備。更特別地，本發(fā)明涉及移動和固定設(shè)備 與另一設(shè)備的交互。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種使功率和通信從一個主體提供給另一個的可移動和固定主體的系 統(tǒng)?？赡艽嬖谒鱿到y(tǒng)與諸如處理器之類的另一主體經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)的連接。


圖1是使用遙測技術(shù)的可移動傳感器(movable sensor)和/或其與固定設(shè)備之 間的通信網(wǎng)的說明性示例的圖示；圖2是可移動傳感器的轉(zhuǎn)子電子模塊電路的圖示；圖3是可移動傳感器的卡鉗(caliper)耦合模塊電路的圖示；圖4是用于可移動傳感器的信號處理模塊電路的圖示；以及圖5是用于可移動傳感器的系統(tǒng)配置的圖示。
具體實施例方式可能期望用于從移動主體(通常為旋轉(zhuǎn)軸)向固定主體或基站進行快速的數(shù)據(jù) (即用于轉(zhuǎn)矩(torque)、溫度、角度等的低電平信號)發(fā)送和傳輸。這應(yīng)在從固定主體或基 站向移動主體提供功率供應(yīng)的同時實現(xiàn)，并且在系統(tǒng)的移動主體與任何固定組件之間沒有 任何物理接觸。本系統(tǒng)可以是包括RF無線遙測技術(shù)的機械硬件設(shè)備、電子設(shè)備、固件和軟件的組 合?！氨尽敝傅氖潜旧暾埖谋景l(fā)明。利用與氣隙變壓器技術(shù)組合的遙測技術(shù)，除提供固定主 體與移動主體之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸之外，可以向移動主體(即，機械硬件，通常為旋轉(zhuǎn)傳感 器的形式)提供功率。系統(tǒng)的基本元件可以包括移動主體形式的機械硬件、位于移動主體 上的轉(zhuǎn)子電子模塊(即RTE)、作為移動主體的一部分的旋轉(zhuǎn)天線、作為固定主體或基站的 一部分或遠離固定主體或基站的卡鉗耦合模塊(即CCM)和作為固定主體或基站的一部分 的信號處理模塊(即SPM)。其它元件可以是系統(tǒng)的一部分。本系統(tǒng)的基本元件可以包括使用工業(yè)以太網(wǎng)作為從信號處理模塊到卡鉗耦合模 塊的通信介質(zhì)。另外，以太網(wǎng)的使用可以有利于卡鉗耦合模塊的容易設(shè)置和監(jiān)控，并最終有 利于來自移動(或可移動)主體的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)可以允許用戶向移動主體上的多個設(shè)備提供功率并同時允許用戶從移動 主體上的多個設(shè)備收集數(shù)據(jù)以便在固定主體內(nèi)或在后者主體外進行后續(xù)處理。本系統(tǒng)可以 包括移動主體上的一個或多個設(shè)備、固定主體上的一個或多個設(shè)備及其之間傳輸功率和數(shù) 據(jù)的路線。為了操作該系統(tǒng)，用戶可以將固定主體放置為非常接近于移動主體并以無線方 式向諸如不確定旋轉(zhuǎn)體的移動主體提供功率。然后，移動主體上的任何設(shè)備可以被接收到的功率激勵并開始利用遙測技術(shù)以及氣隙變壓器技術(shù)與固定主體通信。遙測機制主要是為了解決從旋轉(zhuǎn)軸進行數(shù)據(jù)獲取的問題而設(shè)計的，其可以使用在 例如66. 78MHz下工作的RF變壓器以跨越固定底座-移動主體間隙傳輸功率并使用同一 RF 載波的幅移鍵控(ASK)數(shù)字信號調(diào)制來向移動主體發(fā)送有限數(shù)目的代碼并接收從移動主 體到固定主體的測量數(shù)據(jù)?？梢栽谝苿又黧w處對具有代碼的RF載波進行解調(diào)。而且，可以 在從移動主體發(fā)送時用RF載波上的ASK對測量數(shù)據(jù)進行調(diào)制?？梢栽诠潭ㄖ黧w處對測量 數(shù)據(jù)進行解調(diào)?？梢允褂闷渌N類的調(diào)制和解調(diào)。對于移動和固定主體之間的傳輸，可以將RF載波頻率及圍繞其周圍的邊帶選擇 為以便適合在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)無線頻帶范圍內(nèi)，雖然該產(chǎn)品不是被分類為“有意輻 射體”并因此不需要符合適用于無線電設(shè)備的章程(即RF發(fā)射不需要符合相關(guān)電磁兼容性 (EMC)章程)。例如，移動主體與固定主體之間的數(shù)據(jù)速率可以是423千比特/秒。此速率可以 允許將系統(tǒng)開發(fā)為用于一個參數(shù)的高速測量和多個參數(shù)的較低速測量(例如，MUX版本)。圖1的系統(tǒng)20可以包括多個主要組件，諸如移動主體21形式的機械硬件/傳感 器、(在中心或在外圍)位于移動主體上的轉(zhuǎn)子電子模塊(即RTE)24、作為移動主體的一 部分的旋轉(zhuǎn)天線131和具有接近于旋轉(zhuǎn)天線的固定天線134的卡鉗耦合模塊33 (即CCM)。 CCM 22可以是固定主體或基站的一部分。該系統(tǒng)還可以包括信號處理模塊23 (即SPM)，其 可以是固定主體或基站22的一部分，或者遠離站或模塊22。系統(tǒng)20還可以包括工具箱軟 件和以太網(wǎng)通信介質(zhì)。移動主體21可以具有兩個凸緣30和40，在其之間具有中心軸或管狀剛性連接件 49。此中心件49可以具有與之接合的應(yīng)變儀33以用于感測凸緣30與40之間的轉(zhuǎn)矩。對 于系統(tǒng)的應(yīng)用，可以將傳動軸耦合到一個凸緣且可以將負載驅(qū)動軸耦合到另一凸緣。遙測系統(tǒng)對于(但不限于)線尾生產(chǎn)測試設(shè)備、加工機械內(nèi)及研究和發(fā)展試驗單 元環(huán)境中的轉(zhuǎn)矩測量任務(wù)而言非常有效。信號處理模塊(SPM) 23可以使用兩個微處理器來處理工作負荷。一個處理器可以 處理與移動主體的通信，且另一處理器可以處理與模擬輸出和外部世界的通信。先前，可能已存在SPM 23 (也包括RF發(fā)生器)與無源CCM 22之間的RF同軸電 纜連接。電纜長度靈敏度和電纜損壞可能導(dǎo)致可靠性或其它問題；但為了避免這些，本CCM 22可以包括RF發(fā)生器、解調(diào)器和本質(zhì)(essential)數(shù)字信號處理模塊，其將允許CCM作為 測量數(shù)據(jù)的獨立提供者進行操作，使用工業(yè)以太網(wǎng)作為通信介質(zhì)(其可以是本系統(tǒng)的關(guān)鍵 部分)?？梢允褂闷渌ㄐ沤橘|(zhì)，諸如互聯(lián)網(wǎng)LAN、WAN等。為了使核心設(shè)計“適應(yīng)未來”達到五至十年的時間段，可以用CCM中的ARM-7 (32 位)處理器和SPM中的另一個來取代現(xiàn)有SPM 23的Atme 1 AVR (8位)處理器架構(gòu)，并且這 將允許以每秒17，656采樣的快速獲取速率處理完整的19位轉(zhuǎn)矩測量數(shù)據(jù)，并應(yīng)能夠驅(qū)動 多個輸出通道(使用從普通數(shù)據(jù)流驅(qū)動的多個SPM)，每個具有獨立的測距和濾波。ARM-7 處理器還可以在不需要附加處理模塊的情況下處理以太網(wǎng)通信。在圖1中，可能將移動主體模塊21的RTE 24視為實際上具備足夠的能力-具有 24位低噪聲前端-和遙測協(xié)議以充分利用RTE 24能力。溫度測量設(shè)施的添加可以允許在 CCM 22處以數(shù)字方式進行溫度補償，而不使用轉(zhuǎn)距測量應(yīng)變儀電橋內(nèi)的模擬方法。可以注意保持CCM22和RTE 24之間的向后和向前兼容性以避免現(xiàn)場服務(wù)問題。RTE 24可以包括 對遙測協(xié)議的修訂-包括對消息處理例程的改進，以充分利用系統(tǒng)的附加能力。RTE 24可 以從軸轉(zhuǎn)矩傳感器和/或另一種傳感器接收并處理信號。RTE 24的某些細節(jié)在圖2中示
出ο可以將系統(tǒng)20的物理布局和外觀配置為允許創(chuàng)建具有快速數(shù)字輸出(以太網(wǎng)) 的獨立傳感器系統(tǒng)，該快速數(shù)字輸出(以太網(wǎng))將允許用戶進行從卡鉗耦合模塊(CCM) 22 到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(常常是本系統(tǒng)的重要部分)的直接連接。對于仍需要模擬輸出(即， 模擬和數(shù)字)的那些用戶，可以提供新型的信號處理模塊(SPM) 23，具有將多個SPM級聯(lián)以 提供針對每個數(shù)據(jù)輸入提供多個輸出的選擇的能力。如果存在市場需求，則可以提供網(wǎng)關(guān)設(shè)備以支持特定的總線連通性，諸如CAN(控 制局域網(wǎng))或Profibus ?？梢灾苯訌南嚓P(guān)CCM的以太網(wǎng)端口驅(qū)動此類網(wǎng)關(guān)?？梢杂貌灰髮④浖虞d到用戶的個人計算機(PC)上的基于HTML的工具箱來 取代基于VB6 的工具箱軟件。HTML(超文本標(biāo)記語言)工具箱的優(yōu)點在于其可以在具有 可用Internet Explorer的任何PC上運行并在與目標(biāo)CCM 22或SPM 23相同的網(wǎng)絡(luò)上。 為了提供諸如wizards的復(fù)雜特征，可能要求諸如可以由Javascript 、Java Applets 、 VBscript 和DHTML(動態(tài)HTML)提供的更高級功能。此類軟件可能需要從CCM或SPM運 行。CCM 22和SPM 23均可以支持用于配置和校準(zhǔn)的網(wǎng)頁界面。應(yīng)只需要對一個客戶 端的支持。web界面應(yīng)非常友好地具有菜單和圖形以通過校準(zhǔn)等幫助用戶。該界面可能需 要“保存”配置文件并能夠稍后恢復(fù)以提供個性化傳輸。本系統(tǒng)可以通過定義固定與旋轉(zhuǎn)部分之間的遙測協(xié)議來獲得轉(zhuǎn)矩傳感器進行的 測量的全精度和速度。RF電路可以位于卡鉗耦合模塊22而不是信號處理模塊23上，從而 消除對卡鉗耦合模塊22與信號處理模塊23之間的RF電纜的需要。在卡鉗耦合模塊22處 可能存在用于標(biāo)準(zhǔn)速度傳感器或速度和角度編碼器的輸入，因此開啟除轉(zhuǎn)矩之外的速度和 功率測量的可能性?？梢栽诳ㄣQ耦合模塊22與信號處理模塊23之間提供快速以太網(wǎng)鏈路 以允許想在數(shù)字世界中工作的用戶具有使用傳感器21和卡鉗耦合模塊22作為獨立系統(tǒng)而 不需要任何其它組件的能力。SPM 23可以是包括CCM 22的基站的一部分。信號處理模塊23可以包括DIN導(dǎo)軌安裝版本或被其取代，該DIN導(dǎo)軌安裝版本具 有用于能夠提供較高性能輸出通道和現(xiàn)場總線接口的模塊的多個擴展槽。軟件“工具箱”可 以包括具有新“直觀(intuitive) ”樣式的軟件或被其取代，該新“直觀”樣式的軟件可以通 過以太網(wǎng)鏈路以HTML運行。該取代可以允許通過LAN或直接連接進行設(shè)置和監(jiān)控，包括快 速數(shù)據(jù)記錄，并提供具有web瀏覽器的設(shè)備的可訪問性。這些改變可以允許具有完全獨立 設(shè)定(例如，參數(shù)選擇、縮放(scaling)和濾波)的真實多范圍和/或多通道操作，并提供 高度的未來適應(yīng)性以滿足競爭性的挑戰(zhàn)。在圖1中，卡鉗耦合模塊22和信號處理模塊23可以經(jīng)由總線19互連?？偩€19 可以是或包括通信介質(zhì)，諸如以太網(wǎng)、LAN、WAN、因特網(wǎng)等。處理模塊23可以使用兩個處理 器來處理工作負荷。模塊23的工具箱的擴展可以包括不屬于模塊23的各種設(shè)施并導(dǎo)致兩 個處理器之間的可能不容易糾正的工作負荷不平衡。一個結(jié)果是處理器之一可以以幾乎全 容量運行，并且，進一步的工具箱擴展可能對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量產(chǎn)生不利影響?？梢杂镁哂袑⒃试S以至少約每秒17，656采樣的快速獲取速率處理全19位轉(zhuǎn)矩測量數(shù)據(jù)并允許驅(qū)動多 個輸出通道(每個具有獨立的測距和濾波)的技術(shù)的單個處理器設(shè)計來取代雙重處理器架 構(gòu)。該單個處理器還可以在不需要附加模塊的情況下處理以太網(wǎng)?？梢杂肈allas 型DS18S20單線數(shù)字式溫度計來獲得模塊21中的溫度測量?？?以通過向其添加終止墊來改進溫度計。溫度計可以具有-55至+125攝氏度(C)的工作溫 度、9-位分辨率(0. 5度C)，并在-10至+85度C范圍內(nèi)具有士0. 5度C的準(zhǔn)確度，在整個 范圍內(nèi)具有士2度C的準(zhǔn)確度。可以將溫度計熱接合到轉(zhuǎn)矩傳感器。RTE 24所進行的狀況監(jiān)控可以包括從時鐘恢復(fù)電路25到監(jiān)視狗(watchdog) /監(jiān) 控器26計時器的反饋，以便在發(fā)生時鐘惡化(corruption)的情況下可以觸發(fā)復(fù)位(圖2)。 另外，可以將來自已恢復(fù)電源27的反饋提供給模塊RTE 24的微處理器中的(24位)Σ Δ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 28以允許監(jiān)控RF耦合效率。可以進行用于附加增益電阻器29的提供或 添加以供在對于模塊24而言期望或需要較高增益的情況下使用。可以重新定義轉(zhuǎn)子遙測電子模塊24的遙測協(xié)議以允許全24位精密測量的傳輸， 具有三個工作模式，包括8，828Hz下的24位、17，656Hz下的16位和8，828Hz下的16位(為 向后兼容而提供)的模式?？梢詮暮练?伏特源引導(dǎo)校準(zhǔn)以有利于更好的生產(chǎn)靈活性?？?以將模塊24裝配為用讀取器48讀取Dallas 單線數(shù)字式溫度計芯片47。可以添加狀況監(jiān) 控和監(jiān)視狗復(fù)位。可以添加用于測量在模塊24接收到的RF功率電平的能力。而且，在發(fā) 生處理器毀壞的情況下可以添加自動復(fù)位。可以存在用于模塊24的擴展分路校準(zhǔn)(shunt cal)消息。為了避免轉(zhuǎn)距測量數(shù)據(jù)流中的破壞，可以將溫度和狀況結(jié)果附加于分路校準(zhǔn)消 息并僅在請求時可用。還可以發(fā)送模塊21和RTE 24序號以進行肯定識別并用于TEDS(換 能器電子數(shù)據(jù)表)。關(guān)于附加細節(jié)，還可以參看圖2，圖2是模塊或移動主體21的轉(zhuǎn)子或旋轉(zhuǎn)電子模 塊24的圖示。時鐘恢復(fù)模塊25可以向處理器31的監(jiān)視狗監(jiān)控器26提供13. 56MHz信號 并向電源27提供信號。可以從外部RF載波生成模塊25的本地時鐘。電源27可以在5V DC下輸出約100mA?？梢詫㈦娫?7的輸出34連接到監(jiān)視狗 /監(jiān)控器模塊26和具有電阻器或應(yīng)變儀33的惠斯登電橋電路的一個端子。電橋電路的電 阻可以約為300歐姆，但不一定限于300歐姆。電橋電路可以是附著或接合到系統(tǒng)20的軸 管49(圖1)的一系列應(yīng)變儀33。管的纏繞可以產(chǎn)生來自應(yīng)變儀的讀數(shù)。與線路34相對的 電橋電路的端子可以連接到地35。其它兩個端子36和37可以連接到自動調(diào)零放大器38。 端子36還可以經(jīng)由分路校準(zhǔn)電阻器39連接到分路校準(zhǔn)模塊41。模塊41可以連接到處理 器31的內(nèi)部總線43并具有到地35的連接。電阻器39可以具有約50ppm/度C的變化，但 此類變化可以是另一值。增益電阻器29可以約為100歐姆并具有約15ppm/度C的變化， 但不一定限于15ppm/度C。電阻器29可以具有另一歐姆值。增益電阻器29可以連接到放 大器38。放大器38的輸出可以進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器28。時鐘恢復(fù)模塊25的另一輸出可以向旋轉(zhuǎn)天線32提供6. 78MHz信號。天線32的 另一端可以連接到調(diào)制器模塊42。調(diào)制器42可以連接到處理器31的內(nèi)部總線43。可以 將關(guān)于轉(zhuǎn)矩幅值的信息提供給調(diào)制器42，以便從天線32發(fā)出具有所述信息的已調(diào)信號，所 述天線32隨著轉(zhuǎn)子電子模塊中的其它電子裝置而旋轉(zhuǎn)。ADC 28的輸出可以進入數(shù)字濾波器44。濾波器44輸出可以進入總線43。關(guān)于轉(zhuǎn)矩的信息可以在來自濾波器44的信號中并進入調(diào)制器42。監(jiān)視狗/監(jiān)控器26可以連接 到總線43。EEPROM和程序閃速存儲器模塊45可以具有到總線43的連接以用于序號、mV/ V校準(zhǔn)和模式。而且，控制模塊46可以連接到總線43。而且，可能存在具有到處理器31中 的“單線”讀取器48的輸出的可選“1線”溫度計47。讀取器48可以連接到總線43?？梢詫⒖ㄣQ耦合模塊22構(gòu)造成自容式測量設(shè)備。模塊51 (圖3)的RF電路可以 位于CC模塊22中而不是在信號處理模塊23中。而且，RF電路的尺寸可以是小的并具有 有效熱沉(heat sink)。模塊23可以被設(shè)計為用于相當(dāng)高的環(huán)境溫度。RF電路可以經(jīng)由 內(nèi)部數(shù)據(jù)總線61連接到具有高速和足夠大的存儲器的ARM 32位微處理器52?？赡艽嬖?用于經(jīng)由LAN或到網(wǎng)關(guān)設(shè)備的直接連接進行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)?0/100基帶T以太網(wǎng)端口 53， 以及用于啟動加載器和用于手持式指示器的附加RS-232端口 54。該電路可以被設(shè)計為接 受來自速度傳感器或速度和角度編碼器(利用基準(zhǔn)脈沖)的輸入。該電路可以具有用于控 制和遠程激活的輸入端和輸出端。例如，可以存在由跨接連接器的兩個引腳的觸點閉合所 發(fā)起的分路校準(zhǔn)?？ㄣQ耦合模塊22可以具有以太網(wǎng)協(xié)議棧(stack)55，其具有用于設(shè)置和監(jiān)控的 HTML工具箱。棧55可以包括在遠程PC上創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)記錄能力?？梢源嬖谟糜诟?達約每秒5000個結(jié)果的速度下的可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)腡CP/IP協(xié)議?？梢杂捎脩艚?jīng)由LAN來設(shè) 置IP(網(wǎng)際協(xié)議)地址和端口號?？梢源嬖诠┰趯⒖焖贁?shù)據(jù)流式傳輸至到用戶獲取系統(tǒng)的 專用線上時使用的可選UDP/IP協(xié)議。卡鉗耦合模塊22可以具有啟動加載器以允許在不需要內(nèi)部訪問的情況下進行軟 件的現(xiàn)場更新。而且，模塊22可以具有通過從被進行轉(zhuǎn)矩測量的軸的速度和角度傳感器讀 取正交輸入77來確定速度和角位置的能力。可以使得可通過以太網(wǎng)鏈路獲得速度、角度和 功率測量數(shù)據(jù)?？梢杂杏媚K22直接根據(jù)mV/V數(shù)據(jù)輸入進行校準(zhǔn)并基于將由用戶提供的 可編輯轉(zhuǎn)換表將校準(zhǔn)信息轉(zhuǎn)換成工程單位的能力，所述工程單位諸如為N-m、N-Cm、kgf-Cm、 ft-lbf、in-lbf、in-ozf0圖3是卡鉗耦合模塊22的電路的圖示。RF模塊51可以連接到接近于(例如，5 至6毫米，但可以是更大或更小距離)模塊21的天線32的固定天線56。RF模塊51可以 具有連接到天線56的一端的調(diào)制器57和連接到天線的另一端的解調(diào)器58。模塊51還可 以具有連接到調(diào)制器57和解調(diào)器58的載波發(fā)生器59。RF模塊51可以經(jīng)由連接60連接 到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線61。處理器52可以具有連接到處理器52內(nèi)的總線65的以太網(wǎng)棧55、輸入縮放模塊 62、輸出縮放模塊63和數(shù)字濾波器64?？偩€65可以連接到被連接到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線61的總 線66和總線67。在處理器52中還有連接到總線66的校準(zhǔn)和線性化模塊68、數(shù)字I/O映 射模塊69和時鐘71?？蛇x的動態(tài)溫度補償模塊72可以連接到總線66。EEPROM和程序閃 速存儲器模塊73可以連接到總線67。棧55、濾波器64、時鐘71和模塊62、63、68、69、72和 73可以經(jīng)由總線65、66和67在它們自己之間和與內(nèi)部數(shù)據(jù)總線61通信。而且，處理器52 和RF模塊51的組件可以經(jīng)由總線61、總線60和總線65、66和67通信。所述組件還可以 經(jīng)由所述總線和總線74和75從卡鉗耦合模塊22的外面向10/100基帶T以太網(wǎng)端口 53 和RS-232端口 54進行通信。以太網(wǎng)端口 53可以具有TCP/IP和/或UDP/IP協(xié)議。連接 到外部總線61的還可以有用于以具有從0. IHz至200kHz的頻率范圍但不一定限于該頻率范圍的TTL形式傳送來自模塊77的正交輸入的總線76。來自模塊77的輸入可以包括來自 接近于軸的速度和角度傳感器的信號，其中轉(zhuǎn)矩傳感器正在對該軸進行測量。可以存在經(jīng)由總線79連接到內(nèi)部總線61的模塊78的LED或其它種類的顯示器 和指示器。可以經(jīng)由連接到總線61的其它總線從總線79和61向模塊78提供關(guān)于功率、 轉(zhuǎn)子活動性、分路校準(zhǔn)、模式及其它項目的信息?？梢源嬖诮?jīng)由連接總線82連接到總線61的數(shù)字I/O模塊81。模塊81可以與由 總線82和61經(jīng)由連接到總線61的其它總線所連接的遠程分路校準(zhǔn)、一個或多個輸入端和
輸出端有關(guān)。而且，結(jié)合在卡鉗耦合模塊22中的可以是用于提供模塊的某些電氣需要的(PSU) 非隔離電源83。信號處理模塊23可以經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)電纜連接到卡鉗耦合模塊22。在正常使用 中，以太網(wǎng)連接可以是經(jīng)由LAN(非無線)并使用TCP/IP通信。對于快速模式，使用UDP/ IP，可能需要到傳感器的直接以太網(wǎng)連接。模塊23可以具有裝配有24伏電源的DIN導(dǎo)軌 以便易于在設(shè)備機柜中安裝。該模塊可以提供用于其它通信方法的接口?？梢岳靡蕴W(wǎng) 或RS-232作為標(biāo)準(zhǔn)?？梢愿鶕?jù)期望或需要提供RS-485和USB作為標(biāo)準(zhǔn)?？梢酝ㄟ^實際上 任何通信端口或經(jīng)由手持式顯示器或個人數(shù)字助理(PDA)來設(shè)置和監(jiān)控數(shù)據(jù)。該模塊可以 包括I/O、完全隔離、具有LED通告(annunciation)、和TEDS中繼器(r印eater)的四個通 道。模塊23可以用于遠程分路校準(zhǔn)、及外部觸發(fā)和事件監(jiān)控?？梢源嬖谠试S將“個性化”傳 輸?shù)搅硪恍盘柼幚砟K以進行容易的現(xiàn)場服務(wù)的可移除TEDS模塊?！皞€性化”可以指出場 定義默認值和/或客戶定義默認值?？梢杂赡K23提供標(biāo)準(zhǔn)模擬輸出以用于以下功能，諸如0至士 10伏的模擬電壓， 其是非隔離的且具有2000Hz帶寬；和4至約20mA的電流環(huán)路，其是非隔離且具有300Hz帶 寬。同時，可以存在頻率輸出，其為對于10士5、60士20、或60士30kHz而言可兼容且可選的 RS-485?？梢韵鄬τ诙喾N功能為模塊23提供插件模塊?？梢源嬖诰哂杏糜陔妷骸㈦娏鳝h(huán)路 或頻率的雙通道隔離模擬輸出的插件。可以存在0至約10伏的四個通道模擬電壓的插件模 塊，以供與MUX版本配合使用，并且在非隔離的、IOOHz帶寬下。插件模塊可以用于RS-485、 USB,CANopen,DeviceNet,Profibus,Profinet等。可以存在用于CF(緊湊式閃存)卡的模 ±夬，該CF卡用于數(shù)據(jù)記錄或特殊用戶程序存儲。具有例如帶有7段LED的IOmm高度的六 位數(shù)字的顯示器是另一插件模塊。可以存在一個或多個附加插件模塊。信號處理模塊23可以使用可配置IIR(無限脈沖響應(yīng))或參數(shù)FIR(有限脈沖響 應(yīng))濾波器。模塊23可以對數(shù)字輸出通道使用濾波。單獨的輸出模塊可以是可配置的以 提供每個通道完全獨立的濾波。然而，根據(jù)在任何時間活動的通道的數(shù)目，可以存在速度限 制?？s放比例可以是相對于模塊23的因數(shù)。轉(zhuǎn)矩、速度、角度和功率測量可能已被卡 鉗耦合模塊22轉(zhuǎn)換成工程單位并以數(shù)字方式遞送到模塊23。模塊23插件輸出模塊可以被 獨立地縮放至任何期望或所需范圍。當(dāng)使用高靈敏度時(諸如大于標(biāo)稱范圍的10 1)，對 準(zhǔn)確度的影響可以取決于測量鏈的模擬元件和傳感器的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。關(guān)于遠程訪問，信號處理模塊23可以提供到模塊22的路徑。因此，可以在不需要知道模塊22的IP地址的情況下，從模塊23保持實際上所有設(shè)置。相對于多傳感器操作， 來自多個卡鉗耦合模塊22的數(shù)據(jù)可以被路由到一個信號處理模塊23中并被遞送到多個輸 出端。對處理速度的限制可以適用于多傳感器模式中。圖4是信號處理(SPM)模塊23電子裝置的圖示。可以存在經(jīng)由微處理器總線87 和88連接到數(shù)據(jù)總線86的微處理器85。在微處理器85內(nèi)部的總線88可以連接到總線 87和88。輸入縮放模塊91和輸出縮放模塊92可以連接到總線88。參數(shù)映射模塊93和以 太網(wǎng)棧94可以連接到總線88。數(shù)據(jù)記錄和觸發(fā)模塊95和參數(shù)數(shù)字濾波器96可以連接到總線87。數(shù)字I/O映射 模塊97和時鐘98可以連接到總線87。EEPROM和程序閃速存儲器模塊99可以連接到總線 88?？梢源嬖谶B接到微處理器85的內(nèi)部總線88的可選閃速存儲器擴展或CF卡模塊101?？梢源嬖谟糜陉P(guān)于連接到數(shù)據(jù)總線86的模塊102中的功率、轉(zhuǎn)子活動性、分路校 準(zhǔn)和模式的指示的一組LED?？梢杂赡K102提供其它指示。連接到數(shù)據(jù)總線86的數(shù)字 I/O模塊103可以提供用于TEDS、遠程分路校準(zhǔn)、另一輸入等和一個或多個輸出的接口。SPM模塊23的另一總線104可以連接到數(shù)據(jù)總線86。可以存在連接到總線104 的非隔離0士 10伏的電壓模塊105，其在-3dB下具有2000Hz的帶寬。連接到總線104的 還可以是非隔離RS485接口電路的10士5KHz、60士20或士30KHz的頻率模塊106。電流模 塊107可以連接到總線104。模塊107可以用于非隔離的4mA至約20mA，在零轉(zhuǎn)矩下具有 12mA，且在-3dB下具有約300Hz的帶寬?？梢源嬖谟糜赟PM 23的電源單元(PSU) 108。其 可以取約24VDC或其它源值的輸入。連接到數(shù)據(jù)總線86的可以是具有TCP/IP或UDP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)模塊111，其具 有10/1000基帶T接口。用于RS-232接口的模塊112可以連接到數(shù)據(jù)總線86。可選模塊 113 116可以連接到數(shù)據(jù)總線86。模塊113可以用于0士 IOV的隔離雙通道或非隔離四 通道電壓，在_3dB下具有2000Hz的帶寬。模塊114可以用于隔離雙通道頻率，10士5Kz、 60士20或士30ΚΗζ。模塊115可以是隔離雙通道電流，4 200mA，在零轉(zhuǎn)矩下為12mA， 在_3dB下具有300Hz的帶寬。模塊116可以用于其它接口，諸如CAN、DeviceNet、Prof ibus、 USB、I/O、RS485、顯示器等。圖5是可旋轉(zhuǎn)接口系統(tǒng)120的圖示。系統(tǒng)120可以與圖1的系統(tǒng)20具有相關(guān)性。 系統(tǒng)120可以應(yīng)用于轉(zhuǎn)矩測量機構(gòu)或其它旋轉(zhuǎn)感測設(shè)備。系統(tǒng)120的旋轉(zhuǎn)傳感器部分121 可以包括旋轉(zhuǎn)印刷電路天線131。部分121可以與圖1中的系統(tǒng)20的部分21具有相關(guān)性。 天線131可以安裝在印刷電路132上。天線131可以連接到旋轉(zhuǎn)電子模塊133。模塊133 和天線131可以分別與圖1和2的模塊24和天線32具有相關(guān)性。電子模塊133可以包括 被設(shè)計為用于測量旋轉(zhuǎn)相關(guān)參數(shù)和/或其它參數(shù)的一個或多個傳感器。電子模塊133可以 將感測和/或測量的參數(shù)轉(zhuǎn)換成遙測型信號，其可以由能夠相對于與所感測和/或測量的 參數(shù)相關(guān)聯(lián)的站、觀測器或部分122旋轉(zhuǎn)的天線131發(fā)出。部分122可以與圖1中的模塊 22具有某些相關(guān)性。系統(tǒng)120的卡鉗耦合部分122的另一天線134可以從天線131接收 遙測型信號。并且，此類信號可以從天線134向天線131發(fā)出。并且，可以從天線134向天 線131發(fā)出功率信號，因為天線134和131可以分別類似于用于向模塊121傳輸功率以便 對電子模塊133供電的氣隙變壓器的初級和次級線圈。天線134可以與圖3中的天線56 具有相關(guān)性。天線131、32和134、56之間的距離可以是達到5 6mm的相當(dāng)量的氣隙。然而，所述氣隙可以大于或小于5 6mm。在其之間傳輸信號和功率期間，天線131、32可以與 CCM 122,22的主體相距差不多6英寸?？梢苑謩e由卡鉗耦合模塊135來處理和提供往來于天線134的某些信號。CCM 122 的模塊135可以具有用于信號調(diào)節(jié)和用于在數(shù)據(jù)總線或以太網(wǎng)136上提供信號的處理器和 相關(guān)聯(lián)電子裝置，所述數(shù)據(jù)總線或以太網(wǎng)136連接到系統(tǒng)120的信號處理部分123。部分 123可以與圖1的SPM 23具有某些相關(guān)性?？梢韵蚰K135提供二十四伏DC功率158?？?以使用其它類型的功率(諸如DC或AC的其它電壓)作為替代。處理模塊123、23可以處于明顯遠離耦合部分122、22的位置。處理模塊123、23 還可以向耦合模塊122、22提供信號。模塊122、22又可以調(diào)節(jié)信號以便如本文所述的那樣 以無線方式發(fā)射到移動主體121、21。主體121另外可以具有隨著旋轉(zhuǎn)天線131、印刷電路132和電子模塊133 —起旋轉(zhuǎn) 的輪狀設(shè)備141。設(shè)備141可以以與組件131、132和133相同或不同的速度旋轉(zhuǎn)。模塊122 的傳感器142可以接近于設(shè)備141以便獲得具有設(shè)備141的速度和角度信息并繼而具有關(guān) 于組件131 133的類似信息的信號。即使部分121中的箭頭137可以指示組件131 133 的順時針旋轉(zhuǎn)，此類旋轉(zhuǎn)也可以替代地是逆時針的、振動的、或各種運動或非運動的組合。來自傳感器142的信號可以進入卡鉗耦合模塊122部分135以便適合于經(jīng)由數(shù)據(jù) 總線或以太網(wǎng)136被發(fā)送到模塊123的信號處理部分151。部分或處理器151可以處理速 度和角度信息信號。而且，結(jié)合這些信號，可以由處理器151來處理和分析來自部分135、 天線134和131及電子模塊133的旋轉(zhuǎn)傳感器信號。處理器151可以具有用于容易提供現(xiàn) 場服務(wù)的插件TEDS “個性化”設(shè)備152。處理器151或模塊123可以根據(jù)需要具有擴展槽 153。可以向模塊123提供二十四伏DC功率154?？梢允褂闷渌愋偷墓β?諸如DC或 AC的其它電壓)作為替代。CCM 122、22(部分135)可以具有用于到例如用于本地顯示器和現(xiàn)場裝置的可選 PDA 156的連接161的RS-232接口。到PDA 156的連接161可以是例如有線、光纖、RF、 IR的連接、和/或其它種類的連接。以太網(wǎng)或其它網(wǎng)連接136可以連接到具有實際上的任 何web瀏覽器的裝置和監(jiān)控器155。連接136可以相當(dāng)短或長達幾百英尺。膝上型計算機 157或計算機可以經(jīng)由連接159連接到卡鉗耦合模塊122 (部分135)。可以提供以太網(wǎng)和 RS-232作為用于對接的標(biāo)準(zhǔn)。而且，如果需要，可以提供RS-485、USB和/或其它對接作為 標(biāo)準(zhǔn)。在本說明書中，某些問題可以具有假設(shè)或預(yù)測性，雖然是以另一種方式或時態(tài)陳 述的。雖然已相對于至少一個說明性示例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本 說明書后將清楚許多變更和修改。因此，意圖在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)盡可能廣泛地將隨附權(quán)利 要求解釋為包括所有此類變更和修改。
1權(quán)利要求
一種傳感器系統(tǒng)，包括可旋轉(zhuǎn)傳感器(21、121)；卡鉗耦合模塊(22、122)，其用于支持可旋轉(zhuǎn)傳感器(21、121)；第一電磁耦合器(131、32)，其被附著和連接到所述可旋轉(zhuǎn)傳感器(21、121)；第二電磁耦合器(134、56)，其被連接到所述卡鉗耦合模塊(22、122)并接近于第一電磁耦合器(131、32)；以及信號處理模塊(23、123)，其經(jīng)由通信介質(zhì)(19)連接到所述卡鉗耦合模塊(22、122)。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括能夠從通信介質(zhì)(19)獲得的基于HTML的工具箱；并且其中所述基于HTML的工具箱能夠在不被下載到信號處理模塊(23、123)或用戶的計算 機的情況下獲得。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括經(jīng)由通信介質(zhì)(19)連接到卡鉗耦合模塊(22、122)和/ 或信號處理模塊(23、123)的一個或多個附加信號處理模塊。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述信號處理模塊(23、123)用于訪問網(wǎng)頁界面以用于配 置和/或校準(zhǔn)。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括附著于所述可旋轉(zhuǎn)傳感器(21、121)的組件(141)；以及 位于接近所述組件(141)處的組件傳感器(142)；并且 其中，所述組件傳感器(142)用于檢測速度和/或角位置；并且 所述可旋轉(zhuǎn)傳感器(21、121)用于檢測轉(zhuǎn)矩。
6.一種實現(xiàn)移動主體與固定主體之間的交互的方法，包括以無線方式(131、32、134、56)從所述固定主體(22、122)向所述移動主體(21、121)提 供電功率；以無線方式(131、32、134、56)在固定主體(22,122)處從移動主體(21,121)接收數(shù) 據(jù)；以及經(jīng)由通信介質(zhì)(19)將固定主體(22、122)連接到信號處理模塊(23、123)。
7.權(quán)利要求6的方法，還包括經(jīng)由通信介質(zhì)(19)在固定主體(22、122)和信號處理模塊(23、123)之間移動數(shù)據(jù)；并且其中所述通信介質(zhì)(19)是互聯(lián)網(wǎng)、以太網(wǎng)、WAN、LAN、或等效物。
8.權(quán)利要求6的方法，還包括經(jīng)由信號處理模塊(23、123)向固定主體(22、122)對象提供路徑；并且 其中這種路徑允許在不需要固定主體(22、122)的網(wǎng)際協(xié)議地址等的情況下調(diào)整和/ 或保持來自信號處理模塊(23、123)的設(shè)置。
9.權(quán)利要求6的方法，還包括從多個固定主體(22、122)獲得數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)將被路由 到一個信號處理模塊(23、123)并且遞送到一個或多個輸出端。
10.一種數(shù)據(jù)系統(tǒng)，包括 可移動組件(21、121)；固定組件(22、122)，其接近于所述可移動組件(21、121)；以及處理組件(23、123)，能夠經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)(19)連接到固定組件(22、122)；并且 其中所述固定組件(22、122)與可移動組件(21、121)具有無線連接(131、32、134、56)以用 于傳輸數(shù)據(jù)和功率；所述數(shù)據(jù)包括來自可移動組件(21、121)和/或固定組件(22、122)的轉(zhuǎn)矩、速度和/ 或角度信息；并且所述數(shù)據(jù)能夠經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)(19)被傳輸?shù)教幚斫M件(23、123)。
全文摘要
移動或旋轉(zhuǎn)主體(21、121)與固定主體(22、122)具有相互之間的無線通信鏈路(131、32、134、56)。通信鏈路(131、32、134、56)可以包括RF遙測技術(shù)。固定主體(22、122)可以以無線方式向旋轉(zhuǎn)主體(21、121)提供功率。移動主體(21、121)可以是用于確定轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、角位置、功率等的旋轉(zhuǎn)傳感器。固定主體(22、122)還可以經(jīng)由通信介質(zhì)(19)與處理模塊(23、123)交互。通信介質(zhì)(19)可以是以太網(wǎng)或等效物。
文檔編號G01L3/10GK101911717SQ200880124036
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者B·P·杜菲, C·A·諾瓦克 申請人:霍尼韋爾國際公司