专利名称：用于确定运动物体的运动状态的信号带和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种细长的信号带，其带有沿其纵向长度的多个信号段，本发明还涉及一种带有这种信号带的系统，以确定运动物体的运动状态。
背景技术：
在多个例如在自动化技术或输送技术的范围内的输送装置，或者升降机等形式的运动物体的情况下，为了确保有效率的工作过程以及人员的安全，对运动物体速度的确定和控制具有决定性的意义。
在升降机电梯车厢形式的运动物体的情况下，机械安全系统要经受数十年的考验，其中，作为常规牵引缆索的补充，在一起运行的部分(例如电梯车厢)上固定另一条缆索，该部分通过一个或多个导向辊偏转。
例如，在DE 299 12 544 U1中以离心力限制器的形式描述了一种这样的安全系统。在电梯车厢的预定超速达20％的情况下，例如为导向辊触发离心力装置等，其将导向辊偏置到阻塞状态，并由此触发夹紧制动器(Fangbremse)。不过，这种已知的单级机械式限速器回溯到升降机建造的开创时期(Gruenderzeit)并具有一些缺点。这些缺点在于，另一根(另一些)辊和其它的缆索的提供带来了提高的建造空间，这在总体上提高了升降装置的建造成本。此外，这种已知系统由于一同运行的安全缆索和转动的导向辊而产生明显的噪声，并仅仅适于电梯车厢的有限速度。最后，这种系统的维护昂贵，在故障情况仅仅以一定的延迟而触发，尤其在污染和老化以及恶劣的维护条件下仅仅不令人满意地工作，并且在有些应用情况下缺乏美感。
在WO 00/37348中，描述了另一种用于升降装置的安全系统，其中，设置磁的安全或制动装置以替代与运动的电梯车厢一起运行的单独的安全缆索。不过，这种系统的缺点在于，电梯车厢的安全仅基于磁原理。因此，在选择这一物理原理时没有确保运动的电梯车厢的另外的安全。
除升降机等的安全系统之外，DE 203 11 861 O1描述了一种用于确定位置和/或长度的装置，该装置带有一个具有绝对磁长度编码的支承单元和一个与该支承单元相互作用的测量单元。测量单元相对于支承单元运动，并具有磁传感器单元，其中，它与后接的电子分析单元相连。细长的支承单元单行地设置有长度编码，其中，沿着该长度编码设置带有均匀的极距(Polteilung)的多个编码段。因此，测量单元相对于支承单元的位置和/或长度的确定仅仅基于通过相对于支承单元运动的测量单元对支承单元上的相应编码段的各极性的确定。换言之，位置和/或长度的确定仅仅基于支承单元的磁原理。在基于这一特性的测量原理发生故障时，不再保证可靠地进行位置和/或长度确定。
DE 197 32 713 A1描述了用于位置确定的一种装置和一种方法，该装置和方法同样是基于磁原理。该装置包括具有测量值接收器的测量头，其中测量值发送器相对于该测量头运动。测量值发送器被设计为借助于磁材料实现的细长元件。在测量值发送器的延伸装置中，设置有平行的磁性轨道，它们以均匀的距离沿延伸方向具有相应于极距的周期性磁化。因此，该装置的缺点在于，对测量头相对于测量值发送器的位置确定仅基于磁原理。
发明内容
相应地，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于确定运动物体的位置和运动状态的信号带和系统，其中，以结构简单的装置确保一种明显更高的功能安全性。
根据本发明，所述技术问题是通过具有如权利要求1所述的特征的信号带、通过具有如权利要求19所述特征的用于确定运动物体的运动状态的系统、以及通过具有如权利要求29所述特征的用于对运动物体进行限速的装置而加以解决的。本发明的优选扩展是从属权利要求的主题。
根据本发明的细长信号带具有沿其纵向长度的信号段，其中至少分别每隔一个连续的信号段分别包含至少两种不同的信息，它们分别基于一种物理效应并可以由至少一个传感器装置确定。相应的信号段也可以包含至少各三种不同的信息，它们分别基于信号段的一种相对应的物理效应。除了在一个相应的信号段内的信息数目之外，这些信息可以分别由适当的传感器装置读出，该传感器装置可以包括至少一个用于确定信号带的信息的测量单元和一个分析电路，其中，测量单元的测量原理与信号段的相应物理效应相匹配。
如果在各个连续的信号段中包含这些信息，那么基于相同物理效应的信息就在交替的信息段内分别彼此不同。
在本发明的优选扩展中，基于相同物理效应的信息在分别每隔一个的连续信号段上彼此相一致。也就是说，在分别每隔一个信号段中的信息彼此相同。在此，可以适当地或者使所有的信号段或者使带有分别相一致的物理效应的信号段在该信号带的纵向长度上具有基本上相同的宽度。由此，以均匀交替的顺序保证了信息在信号带上的均匀分布。作为对此的替换，也可以使带有不同物理效应的信号段能够具有不同的尺寸。
在本发明的优选扩展中，该物理效应可以基于从相应的信号段发出的辐射。为此，可以为信号段设置分别发出辐射的主动发射机应答器带、线圈、无线电发射器、发光二极管等。辐射可以产生电场、磁场和/或电磁场。通过适当的传感器装置，可以使这样的场相应地得到检测，从中可以推断出信号段的各自的信息。
在本发明的优选扩展中，物理效应也可以基于各信号段的物理特性。各信号段的物理特性可以是光学特性、磁特性、热导率、与电磁波反射有关的特性等。
在优选的扩展中，信号段可以交替地各自在光学上彼此不同。这种不同大致通过以彼此对比明显的颜色进行适当的涂漆而实现，例如，以黑色和白色等。在此，作为替换的是，各个信号段的光学特性也基于其它的可以光学方式确定的结构，例如阴影、反射、不同的颜色等。
在优选的扩展中，信号段可以交替的具有各自不同的磁极化。例如，多个信号段可以具有磁南极化，而分别设置于其间的信号段可以相应地具有磁北极化。这种交替的极化可以例如通过浇铸适当的金属来实现。对此的替换是，同样可能将磁层设置在基层上。
在本发明的优选扩展中，具有交替不同的信息的一对相邻的信号段的至少一个信号段分别设置有一种不同地反射电磁波的材料。这种反射特性可以例如涉及波长在超声波和/或雷达范围内的电磁波。与电磁波反射有关的这种物理特性可以通过特定材料的层来实现，从而确保了这种金属不会不利的叠加相应信号段的上述磁效应并因其受到干扰。
有关上述物理特性充分的是，仅仅每隔一个信号段设置所述材料的层，或者对两个相邻的信号段不同地涂层，以实现对于电磁波的期望反射特性。对此替换的是，同样可能对交替的信号段以各自一种不同金属进行涂层，所述金属不同地反射例如在超声波和/或雷达范围内的相应的电磁波。为此，也可以使用非金属材料，只要能确保上述效应即可。作为涂层的补充，还可以在相应的信号段内在具有分别不同物理效应的其它区域之外设置所述金属。
在本发明的优选扩展中，信号段可以交替地具有各自不同的热导率和/或不同的温度。尤其是在彼此相邻的信号段具有不同热导率的情况下，信号段可以分别被设定不同的温度，该温度可由适当的传感器装置检测。
本发明的信号带与已知的磁介质材料相比的主要优点在于，信号带的单个信号段包含至少两种彼此不同的信息，它们分别基于不同的物理效应。这些物理效应可以利用相应地基于不同物理测量原理的适当传感器装置确定。在多个传感器装置的情况下，单个传感器装置的测量原理可以彼此不同，并且不会受到相互的影响。相应地，传感器装置或对信号带的信号段的物理效应的确定的故障，对于其余传感器装置或信号带的各个信号段的一个或其它的物理效应的确定没有影响。如果例如燃烧后在信号带的周围出现了严重的冒烟，那么各个信号段的光学特性就不能再通过光学传感器装置确定，因此尽管在这种情况下，仍然可以对北极化和南极化的确定和/或相应于电磁波对信号段的反射特性的确定，或者利用其它物理的、但非光学的效应。因此，在测量原理由于外部故障影响而失效的情况下，还可以继续利用其它的传感器进行对信号带的各个信号段的另一物理效应或另外两个物理效应的确定。由此，连同对于运动物体的定位的功能安全性被显著地提高。
每个信号段可以具有彼此叠置的材料层，这些材料层分别具有不同的物理特性。不过，在各个信号段中设置基于相应的物理特性的彼此并排的材料段是同样可能的。为此，在另一变形中可能的是，在一个相应的信号段中彼此并排地设置两个具有不同物理特性的材料段，并且在其上或其下设置具有不同物理特性的另一材料层。
在本发明的优选扩展中，可以在信号带表面上设置保护层等，所述保护层是耐磨的、耐划的和/或防油的。在此，这种保护层为信号带的具有恶劣外部条件的各种应用，确保了信号带的物理效应或特性、以及与电磁波反射有关的特性不会受到对信号带的可能损害的影响。
上述信号带特别地适用于确定运动物体的运动状态的本发明的系统。此外，这样一种系统与信号带的每个信号段的至少两种信息相匹配地包括分别至少两个传感器装置。这些传感器装置分别具有用于确定信号带的信息中的一个的至少一个测量元件，以及分析电路。各测量元件的测量原理与各信号段的物理效应中的一个相匹配，其中，传感器装置的测量原理各不相同。在此，可以在运动物体上或者设置信号带、或者设置传感器装置，使得在物体的运动时信号带和传感器装置可以彼此相对运动。
此外，该系统还包括控制装置，其中，各传感器装置的分析电路对信号段的各自的物理效应做出反应而产生电信号并将其输出至控制装置。这样设计控制装置，使得根据传感器装置的电信号可以确定该物体相对于信号带或相对于传感器装置的速度、运动方向和/或当前位置。传感器装置可以设置在运动物体上，其中信号带固定地设置于例如升降竖井内，使得该物体可以相对于信号带并与其相邻地运动。作为对此的替换，也可以将信号带设置于物体上，其中该传感器装置固定地设置于例如升降竖井等内。对应地，然后该物体可以相对于传感器装置且与其相邻地运动。
与其中每个信号段内包含三种信息的信号带相匹配的是，该系统可以根据本发明的优选扩展包括另一个传感器装置。该另一个传感器装置以相同的方式具有至少一个用于测量信号带的信息的测量元件，以及一个分析电路，其中该另一个传感器装置的测量元件的测量原理与一个信号段的物理效应相匹配，并且单个传感器装置的测量原理彼此不同。该另一个传感器装置对于一个信号段的相应效应做出反应而产生电信号并将其输出至系统的控制装置。因此，这种系统总共具有三个传感器装置，它们适当地就其测量原理而言与信号带的各自的物理效应相匹配。这种系统的优点在于，物体相对于信号带或相对于传感器装置的运动可以基于三种不同的物理原理进行确定，从而提高了系统的功能安全性。
无论有多少个传感器装置，本发明的一个主要优点在于，可以无接触地实现对信号带的物理效应或特性的确定，从而确保信号带的磨损较小而其寿命相应较高。
在本发明的优选的扩展中，由对应的传感器装置的分析电路产生的电信号是方波信号。在此，对分析电路这样编程，使得所输出的电信号的频率与运动物体的速度成正比。作为其替换的是，所输出的电信号的频率也可以与运动物体的速度成反比。此外，这样设计各传感器装置，使得所属的分析电路在异常运行状态下相对于信号带产生故障频率的电信号。异常运行状态可以例如由下列原因造成由于缺少信号带从而缺少对相应物理效应的确定，由于尤其对光学特性造成不利影响的对信号带起干扰作用的污染，由于带有错误编码的信号带，由于传感器装置的欠压或过压，由于物体的过高速度，等等。因此，通过按照本发明的系统，不仅可以实现对物体相对于信号带或传感器装置的位置或速度的确定，而且也确定了相应传感器装置相对于信号带的不允许的大的距离。因此，可以引入适当的安全措施，例如或者在具有故障频率的电信号出现之后紧接着停止该物体，或者可选地在特定位置停止该物体。
在本发明的优选实施例中，该系统可以最多包括一个基于光学原理的传感器装置。在多于三个传感器装置的情况下，设置更多的光学传感器是合适的。根据光学原理对信号带的对应光学特性的确定由于对蒸汽、烟等等形式的视觉限制的敏感度而具有优点，即，由此毫无困难地确定运动物体周围的火情(Brandentwicklung)。同样，关于确定可能的火情等足够了的是，传感器装置中的最多一个基于该光学原理。为满足传感器装置的优选的多样性，可以在这种情况下将其它传感器装置设计为磁传感器并将其设计为用于检测电磁波的反射的传感器。
在本发明的优选扩展中，控制装置可以具有多条信道，其中传感器装置分别产生至少一个施加到该控制装置的信道上的电信号。为遵守有关避免在有些应用、如尤其是升降装置等中规定的故障的安全规程，各信道可以关于其硬件和/或关于其软件彼此不同。换言之，在使用单个信道、例如使用不同处理器的条件下，从而显著地减小不同处理器同时失效的概率。此外，对运动物体的位置和/或速度的测量的安全性由此得以提高，使得持续对单个信道进行相互调整。
如果每一个所述传感器装置分别施加在控制装置的每个信道上至少一个输出信号，那么利用可以分别包括在每个信号段上带有三种不同物理信息的信号带以及与此相对应的具有分别不同的测量原理的三个传感器装置的根据本发明的系统，可以对运动物体执行非常可靠的位置和/或速度测量。这种系统的安全性方面满足“二选三”原理，也就是每三个传感器装置中在控制装置的相应的信道上施加两个输出信号。各传感器装置的电信号可以或者基于相同的物理测量原理、或者作为替换的是基于两种不同的物理测量原理。在后一情形下，每个传感器装置具有至少一个基于光学原理的测量元件，以便相应地考虑到可能的、尤其是利用这一原理可能的对火情或烟雾情况进行的确定的意义。
此外，根据本发明设置用于对运动物体进行限速的装置，这种装置包括如上所述的信号带和系统。此外，该装置具有制动装置和/或夹紧装置，它们可以分别作用于运动物体上，其中，控制装置与制动装置和夹紧装置电连接并被这样设计，使得在确定该物体速度超出第一预定门限值时，输出第一电控制信号，由此启动作用于该物体上的制动装置。此外，控制装置在确定该物体的速度超出第二预定门限值时输出第二电控制信号，由此启动作用于该物体上的夹紧装置，该夹紧装置随后直接使该物体停止。这样一种用于限制运动物体速度的装置优选适用于在升降装置中的应用，以便监视电梯车厢的速度并在必要时对其进行限制。相对于上述的用于升降装置的传统机械式安全系统，本发明的装置在应用于升降装置中时，通过因为无需在升降装置竖井的顶部空间单元或底部区域内进行安装而实现的一个较小的安装空间，通过例如信号带和传感器装置的一种节约时间且简单的安装以及由于无接触地扫描信号带而导致的低噪声运行而具有优点。
为在使用升降装置等时满足所谓升降装置准则的安全标准，根据本发明的装置在优选的扩展中可以具有至少一个保护继电器装置，该保护继电器装置接在控制装置和制动装置之间或者在控制装置和夹紧装置之间，其中，控制装置的电信号被施加到保护继电器装置上。为了进一步提高安全标准，保护继电器装置可以至少包括一个第一保护继电器和一个第二保护继电器，适当地以分别彼此分开的电路驱动它们。在此，控制装置的第一控制信号施加到第一保护继电器上，而控制装置的第二控制信号则施加到第二保护继电器上。如果控制装置由于在物体运动时的故障(例如形式为过高速度和缺少信号)而从相应的传感器装置向相应的保护继电器输出第一电控制信号或第二电控制信号，以便使该物体向所要求的那样制动或者甚至完全停止，那么在由相应的保护继电器向控制装置的各条信道发送应答消息的情况下，该物体才可能进一步地运行。然后，这种应答信号例如在操作人员清除所确定的故障并且相应的保护继电器(在单稳态继电器的情况下)复位到工作位置的情况下产生。
在本发明的优选扩展中，上述夹紧装置与可以由第二电控制信号控制的传动器装置(Aktuatoreinrichtung)相耦合。在将第二电控制信号施加到传动器装置上时，夹紧装置动作，使得运动物体或升降装置的电梯车厢由此通过夹紧装置而被停止。夹紧装置可以例如由传统的已知楔形装置(Keilvorrichtung)组成，该楔形装置以常用方式停止尤其是升降装置电梯车厢形式的运动物体。这种夹紧装置近几十年来在升降装置领域内是已知的，因而在此不再详细解释。
如果该装置具有多个夹紧装置，那么设置多个传动器装置也是适当的，即，分别为每个夹紧装置设置一个传动器装置。对于一个升降装置，也可以在需要时在向下的方向上设置两个传动器装置并在向上的方向上设置两个传动器装置，以便为夹紧装置提供足够大的驱动力。
在本发明的优选扩展中，该装置可以包括在每个信号段上分别带有三种不同的信息的信号带。与该信号带相匹配的是，可以分别设置三个传感器装置，它们基于用于确定信号带的物理效应的不同测量原理。在运动物体上，或者设置信号带或者设置传感器装置。这样配置该装置的控制装置，使得在仅有一个传感器装置的故障信号的情况下，或者在仅从该物体的一个传感器装置发出具有故障频率的电信号的情况下，不是直接地停止，而是首先停止在一个预定位置上。在此，该控制装置可以产生用于使该运动物体停止的相应的电信号。此外，也可能将另一个电控制信号施加在一个用于控制该运动物体的运动的控制单元上，以便由此使该物体停止。
因此，在升降装置中使用本发明的装置的情况下确保了对于电梯车厢的行驶运行的三个安全等级。根据第一安全等级，在仅有一个传感器装置失效时，也就是在出现一个带有故障频率的电信号的情况下，电梯车厢继续行驶直至下一站或者下一楼层，以便为随后在该处由操作人员对电梯车厢做进一步检查而停止。由于另外两个传感器装置的“安全性储备”，因而仅有一个传感器装置的失效并不直接导致电梯车厢的紧急停止，从而可以相应地有利避免乘客的恐惧和愤怒。
根据本发明的装置的第二安全等级，在根据一个传感器装置的电信号或者由优选两个传感器装置确定速度略微超出了电梯车厢的预定额定速度的情况下，由控制装置产生用于启动制动装置的第一电控制信号。通过所产生的第一电控制信号，如上所述地断开相应的保护继电器的保护电路，从而启动作用在电梯车厢上的制动装置，以便适当地降低电梯车厢的速度。可以适当地这样设定制动装置在运动过程中的作用，使得仅产生缓慢起作用的速度变化。
根据本发明装置的第三安全等级，在根据一个传感器装置的电信号或者由优选两个传感器装置确定电梯车厢的速度明显超出预定的额定速度、例如超速20％的情况下，由控制装置产生用于启动夹紧装置的第二电控制信号。第二电控制信号触发传动器装置并由此触发夹紧装置，从而直接地使电梯车厢停止。不过，夹紧装置的触发仅在紧急情况下进行，其中电梯车厢例如由于缆索断裂等而自由落下，或者电梯车厢由于其它原因而出现上行或下行超速。
根据该装置的其它保护方面，在由两个传感器装置分别向控制装置输出一个具有故障频率的电信号的情况下，该物体或电梯车厢无论所确定的速度如何都随后停止。
如上所述，本发明的装置的一般的保护方面还在于，将用于启动制动装置或夹紧装置的第一电控制信号和第二电控制信号分别施加在彼此分开的保护继电器，所述保护继电器以各自的单独电路被驱动。然后，在一个保护继电器的电路失效时，确保了分别另一个保护继电器的继续运行。
在本发明的优选扩展中，来自控制装置中的传感器装置中的一个的具有故障频率的电信号可以产生另一电信号，后者被施加到用于控制运动物体的运动的控制单元。这一控制单元可以例如是中央升降控制器，其单独与第一保护继电器和第二保护继电器相连接。如果所述另一电信号施加到中央升降控制器上，那么该中央升降控制器就与在该升降控制器中的关于速度和/或关于电梯车厢位置的其它信息相一致地产生用于中断第一保护继电器的电路的另一信号，以便制动电梯车厢或使其停止在一个预定位置。作为替换或补充的是，中央控制器也可以产生所谓的服务信号，从而通过异常运行状态的出现通知服务人员。
在本发明的优选扩展中，信号带可以安装在运动物体的运行轨道上。在用于升降装置中时，信号带适当地磁性地保持电梯车厢的运行导轨，使得无需用于信号带的单独的固定元件。
如果信号带还在其各个信号段内设置一个分别的绝对编码，那么通过按照本发明的系统不仅确定运动物体的速度和运动方向，而且也确定了物体相对于信号带或传感器装置的绝对位置。因此，在升降装置中使用这种信号带的情况下，可以模拟电梯车厢在升降竖井中的位置，这尤其可以实现多个电梯车厢沿同一运行轨道或运行导轨运行，而不会在此发生电梯车厢碰撞的危险。
本发明的其它优点和实施例由说明书及其附图给出。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述的以及下面还要详细解释的特征可以不仅以各自给出的组合、而且也以其它组合或单独地应用。
借助于在附图中的实施例示意地表示本发明，并且下面参考附图对其进行详细的说明。
图1示出了根据本发明的信号带的局部透视图。
图2示出了图1的信号带与升降装置相结合的应用。
图3示出了沿图2的线I-I的横截面视图。
图4示出了根据本发明的用于对运动物体进行限速的装置的功能结构框图，该装置被设置为在图2所示的升降装置中使用。
具体实施例方式
图1以局部透视图示出了根据本发明的信号带1。信号带1具有纵向延伸，其中沿该纵向延伸设置有各个信号段2、3。交替的信号段2、3分别包括三种不同信息，这些信息分别基于信号带的物理特性，即，光学特性、磁特性、以及有关电磁波的反射的特性。具体而言，这样设计所述信号段，使得基于相同特性的信息在交替的信号段内分别彼此不同，如下文解释的那样。
在图1所示的实施例中，所有分别每隔一个跟随的信号段2被构造为具有磁南极化，由字母“S”标识。此外，信号段2由铜质层覆盖，如以交叉阴影表示的那样。由于这些铜质层，因而信号段2包括与例如超声波的电磁波的反射有关的特定特性，最后，信号段2涂有白漆。由此信号段2获得一种特定的光学特性。作为铜的补充，也可以使用各种其它金属作为用于信号带1的涂层，只要其不影响到所述的磁特性。
作为各信号段的涂层的补充或变形，同样可能的是，在信号段的具有与其不同的物理特性的范围旁还设置有具有与电磁波反射有关的特定特性的金属。
分别设置于信号段2之间的信号段3设置有磁北极化“N”。与信号段2的不同之处在于，信号段3不由铜质层覆盖，因此它们在与超声波反射有关的特性等上与信号段2不同。最后，将信号段3涂上黑漆，从而使它们获得与信号段2不同的光学特性。
信号带1的基于各物理特性的上述不同信息可以由适当的传感器装置确定。这些传感器装置包括其测量原理与信号带的一个相应信号段的对应物理特性相匹配的测量元件，还包括将特定信息转换成适当的电信号的分析电路。
作为图1所示实施形式的补充，可能的是，单个的信号段发出由其产生不同物理效应的辐射。该辐射可以产生电场、磁场和/或电磁场。为此，可以在信号段上设置发出这种辐射的对应的技术装置，例如发射机应答器、线圈、无线电发射器、一个或多个发光二极管等。围绕一个相应的信号段产生的对应场可以由适当的且调谐到其上的传感器装置检测。
本发明的信号带1非常适用于确定相对于信号带1运动的运动物体的位置和速度。下面，示例性地将该运动物体理解为升降装置的电梯车厢，但却并不应理解为局限于这一应用目的。在将每个信号带的段与分别三个不同信息的匹配中，在升降装置的电梯车厢上分别固定三个传感器装置，与信号带的不同物理特性相匹配，所述传感器装置基于不同的物理测量原理。换言之，单个传感器装置的测量原理彼此不同。
在升降装置的行驶运行中，也就是在电梯车厢连同固定于其上的传感器装置相对于信号带1运动时，每个传感器装置分别确定信号带1的一种对应信号段2、3的信息或这种信息的变换。该信息的这种变换在传感器装置的各自的分析电路中被处理，该电路产生一个具有取决于速度的特征频率的方波信号。在此，这样对分析电路编程，使得所产生的电信号的频率随着电梯车厢相对于信号带1的递增的速度而减小。方波的输出频率可以例如以下述公式计算
f=kZ0i+vakt[Hz]]]>其中f为输出频率，单位为Hz，Z0i为对应每个传感器装置的特征量，Vakt传感器装置或电梯车厢相对于信号带的当前速度，单位为m/s，k为比例因子并且对于升降装置匹配。
通过为每个传感器装置选择特定的特征量Z0i，从而各传感器装置的输出信号的频率获得一个特定的值的范围，可以通过该值的范围得到关于对应的传感器装置的结论。
根据上述公式，方波信号的输出频率与电梯车厢的当前速度成反比。
不过，作为对此的替换，也可以将方波信号的输出频率确定为与电梯车厢的当前速度成正比，即，根据公式f＝k(Z0i+vakt)[Hz]其中，所述的参数分别对应与上述反比公式的参数。
图2示出了其中使用了信号带1的、原理上大大简化了的升降装置4。信号带1垂直地沿着升降装置的运行导轨5固定。在此，信号带1优选磁性地保持在运行导轨5上，使得不必在信号带1上安装另外的固定装置。利用悬臂6a将三个传感器装置7、8、9固定在电梯车厢6上，其中，悬臂6a适于这样地设计尺寸，使得传感器装置7、8、9在电梯车厢6的行驶运行中可以按照与信号带1相对的位置进行运动。
在图3中，以沿图2中的I-I线的横截面视图示出了运行导轨5和电梯车厢6的一部分。运行导轨5设计为T形支架的形式。信号带1磁性地保持在T形支架的中部桥(Mittelsteg)5a的表面上。设置在悬臂6a上的传感器装置7-9处于与设置在T形支架5上的信号带1相对的位置上。在升降装置的行驶运行期间，也就是在电梯车厢沿图2和图3所示y方向运动时，传感器装置7-9留在与信号带1相对的位置，使得信号带1的各种信息可以由传感器装置7-9毫无困难地确定。
传感器装置7至9分别如上所述地基于分别与信号带的对应物理特性相匹配的不同物理测量原理。具体而言，第一传感器装置7设计为磁传感器，利用其可以确定对应的信号带1的磁极化(例如，利用霍耳效应、GMR、AMR等)。第二传感器装置8设计为利用其可以确定信号带1与电磁波的反射有关的特性的传感器。为此，第二传感器装置8具有发射器，该发射器沿信号带1的方向发出例如超声波形式的电磁波。第二传感器装置8相应地也具有接收器，该接收器接收由信号带1反射的电磁波，并将此信息传递给第二传感器装置8的适当的分析电路。第二传感器装置8的分析电路根据由接收器所接收的电磁波产生相应的电信号。最后，第三传感器装置9设计为光学传感器，利用该光学传感器可以确定信号带1的纯粹光学特性。在此例中，第三传感器9对信号带1的对比色做出反应，从而可由第三传感器装置9确定信号带1的各信号段2、3上所涂的黑、白漆。换言之，物理作用原理和传感器装置的分析电路是不同的。因此，一种可以归结于外部影响的可能故障形式应优选地仅对唯一的传感器起作用。
由三个传感器装置7-9的分析电路产生的电信号施加在一个控制装置上，这样设计该控制装置，使得可以根据三个传感器装置7-9的各电信号确定电梯车厢6相对于信号带1的运动方向和/或当前位置。信号带1、设置于电梯车厢6上的各传感器装置7-9、以及控制装置组成一个本发明的系统，该系统适于确定电梯车厢6的运动状态。控制装置可以以所谓的且在下面仅仅这样示出的微控制器的形式实现，下面还将对此进行详细解释。
可以例如设置在电梯车厢6上的三个传感器装置7-9和微控制器的形式的本发明的系统的单个部件与升降竖井中总体上恶劣的使用条件相匹配。传感器装置和微控制器具有完全的接触保护和一种防止灰尘侵入的保护，并此外受到防止水的喷溅的保护。此外，系统的所谓的电器件由于移动无线电设备或无线电设备而被相对于交变的外部磁场和其它的辐射作用适当地屏蔽。各部件的壳体被这样适当地绝缘，使得例如-20℃至+85℃的环境温度不对部件的可靠运行方式造成影响。
在电梯车厢6的行驶运行中，各传感器装置7-9与信号带1的距离由于在行驶运行中出现的摆动、振动等而不是恒定的。通过传感器装置这样设定对信号带1的各种信息确定的精度，使得传感器装置在垂直方向(图2和图3所示z方向)和水平方向(图2和图3所示y方向)与信号带的偏差可以在几个毫米内变化。只要各传感器装置与信号带1的距离取一个在这一范围内的值，那么传感器装置的运行状态就是正常的。只有在各传感器装置与信号带1的距离过大并超出了上述范围时，传感器装置与信号带有关的运行位置才是异常的，这点由传感器装置通过具有故障频率的电信号来指示，如下面还将对此进行详细解释的那样。
三个传感器装置7-9的使用范围在不同的速度范围上延伸，例如在0m/s至23m/s的范围上延伸。这一范围可以又被分成多个子范围，其中传感器装置仅仅需要分别覆盖一个工作范围。此外，仅仅允许各传感器装置沿垂直方向的振荡运动将频率改变带到使其与电梯车厢6或传感器装置相对于信号带1的实际速度相对应的程度。特别是，围绕信号带1的信号段的同一侧面的振荡不应造成频率改变。应当理解，传感器装置在其中确保了电梯车厢的正常运行状态的工作范围内沿水平方向的运动不能引起频率改变。
在电梯车厢6的行驶运行中，三个传感器装置7-9以特定的速度沿信号带1的运动。分别产生的方波信号基于信号带的信息在交替的信号段2、3中的交替变化。在此，由传感器装置7-9的各个分析电路提供的方波信号的输出频率根据上述公式与电梯车厢6的速度成反比或正比。
据此，可以利用本发明的系统确定电梯车厢6的位置、运动方向和/或速度。此外，根据本发明的信号带1和系统可以是电梯车厢6的限速装置的组成部分，其中，这种装置还具有分别作用于电梯车厢上的制动装置和/或夹紧装置。在这种装置中，系统的微处理器与制动装置和夹紧装置电连接并被这样设计，使得在确定电梯车厢6的速度超出了一个预定的第一门限值时，输出一个第一电控制信号VV，从而启动作用在该物体上的制动装置。在确定电梯车厢6的速度超出一个预定的第二门限值时，由微控制器输出一个第二电控制信号VA，从而启动作用于电梯车厢上的夹紧装置，并且使得电梯车厢立刻停止。在图4所示结构图中，以原理上的示意结构表示出这种装置30。
装置30除了信号带1和传感器装置7-9之外还包括微控制器10，与该微控制器相连的、形式为第一保护继电器11和第二保护继电器12的保护继电器装置，(没有示出的)制动装置，以及连接于第一保护继电器12上的传动器13，该传动器操纵夹紧装置14。在图4的左部示出信号带1和三个传感器装置7-9，其中，将传感器装置7-9设置于电梯车厢上，并在电梯车厢的行驶运行中从信号带1旁边经过。传感器装置7-9中的每一个具有(未示出的)测量元件，这些测量元件与传感器装置的所属的分析电路相连。因此，在从信号带1旁边经过时，传感器装置7-9中的每一个与信号段2、3的各自的信息相对应地产生电信号，这些电信号被施加到微控制器10上。在图4的中部区域示出微控制器10，该微控制器包括第一信道A和第二信道B。下面还将对微控制器10的结构进行具体描述。此外，可以提供升降控制器21(图4中在右侧示出)，该升降控制器分别与微控制器10和第一和第二保护继电器11、12单独地相连接。
第一保护继电器11和第二保护继电器12分别连接在微控制器10的第一信道A和第二信道B。第一保护继电器11与传动器13相耦合，该传动器操纵夹紧装置14并可以触发该夹紧装置。第二保护继电器12作用在制动装置上并可以在对应的控制信号下将制动装置投入使用。
由图4的结构图示出的装置30可以代替具有附加缆索的传统的机械式安全系统，如同上述地作为例如用于升降装置的安全系统使用，以便限制或控制电梯车厢的速度。装置30与已知的机械式系统的区别在于较高的可靠性，该装置即使在电梯车厢以较高速度运行时也没有噪声地工作，使得尤其在非常高的建筑物中可以毫无困难地安装或改型，并且最终可以以非常简单的方式装配在升降装置内。由于省去了否则会是必要的导向辊以及用于保护缆索的配重，因而在升降竖井的顶部和底部区域不需要有专门的安装空间，从而可以进一步降低成本。
如上所述，微控制器10包括第一信道A和第二信道B。每条信道分别包括各三个定时器模块15-17，各传感器装置7-9的电信号S1-S3施加于这些定时器上。为提高装置的运行安全性，以不同的硬件构成这两条信道，例如以两种不同的处理器。微控制器10的每条信道分别可以包括RAM 21、闪存22、EEPROM 23、OSC看门狗24、CAN模块和各定时器模块15-17。微控制器10的硬件结构与一种商业上通用的电子器件相对应，正如可以在工业上提供的那样，因此下面不再详细解释其结构和其内部计算过程。
三个传感器装置7-9的电信号分别施加至一个相应的信道A、B的定时器模块15-17。接着，对施加在定时器模块上的方波信号进行相应的积分和计算，由此可以确定电梯车厢6的实际速度。为进一步提高运行安全性，进一步将第一信道A和第二信道B相互比较，从而根据第一信道A和第二信道B的计算量的比较而尽可能早地识别例如基于误差的传感器装置7-9的电信号差。
出于安全性方面的考虑，分别由彼此分开的电路驱动第一保护继电器11和第二保护继电器12。在微控制器10的每条信道上可以也连接多个保护继电器，分别以分开的电路模拟地驱动它们。各保护继电器11、12与微控制器10的单个通道A、B电连接，使得控制信号可以如下面还要详细解释的那样从信道A、B施加到对应的保护继电器11、12，并使得反馈信息可以作为回答从保护继电器11、12发送到微控制器10。
第二保护继电器12如上所述地与传动器13相耦合，该传动器操纵夹紧装置14。这种夹紧装置14可以是数十年来已知的楔形装置，其在升降装置的导轨合电梯楔形的边缘部分之间受到驱动，以用于在紧急情况下使电梯车厢停止。也可以为测试目的而在电梯车厢6停止时通过电信号SA启动传动器和停用该传动器。在测试运行结束后，可以再次投入升降装置的正常行驶运行。
下面将参考微控制器10的作用方式具体解释利用该装置进行的限速。
在电梯车厢6的行驶运行中，在第一信道和第二信道B的定时器模块15-17上，分别施加电信号S1-S3。在此，电信号S1表示第一传感器装置7的电信号，S2表示第二传感器装置8的电信号，并且相应地，S3表示第三传感器装置9的电信号。根据信号S1-S3分别在微控制器的各条信道A、B内确定电梯车厢6的实际速度。接着，将实际速度与预先设定的可靠额定速度相比较，从而在必要时产生用于控制制动装置或夹紧装置14的其它控制信号。如果所确定的实际速度超出预先设定的额定速度一个预先设定的第一门限值，也就是微小地超出该额定速度，那么就由第一信道A和/或第二信道B产生对应地施加到第一保护继电器11上的第一电控制信号VV。这起到断开驱动第一保护继电器11的电路的作用，从而触发作用于电梯车厢6上的制动装置。制动装置与电梯车厢的相互作用导致略微升高的电梯车厢6的速度降低至可靠的额定速度，或者在必要时对该电梯车厢6刹车。
如果由微控制器10确定的电梯车厢6的实际速度超出可靠的额定速度一个预定的第二门限值，也就是显著地超出该额定速度，那么就由第一信道A和/或第二信道B产生对应地施加到第二保护继电器12上的第二电控制信号VA。由于第二保护继电器12和传动器13之间的耦合，这导致传动器的触发，于是夹紧装置14被操纵。第二电控制信号VA在紧急状态下产生，在该紧急状态下，如上所述，所确定的电梯车厢的速度明显过大。因此，电梯车厢6由被触发的夹紧装置14暂时地停止。
施加到微控制器10的定时器元件15-17上的呈方波形式的传感器装置的输出信号(在图4中的左侧象征性地表示)是在速度为0时具有最高频率、在触发速度下(超出第一或第二门限值时)具有特定于传感器的最小频率、而在电梯车厢的速度较小时具有特定于传感器最高频率的脉冲波(对应于上述的反比公式)。如上面已经解释的那样，在存在异常运行功能时，例如在故障的信号带1的情况下，各传感器装置输出具有故障频率的电信号，于是同样可以产生第二电控制信号VA。
如果由第一控制信号VV触发制动装置或由第二电控制信号VA触发夹紧装置14之后，只有已由专业人员进行过运行检查，按照本发明的装置才可以继续运行。在成功的检查之后，将对应的清除信号SR，11或SR，12从各保护继电器11或12发送回到对应的信道A、B，于是可以继续升降装置正常的行驶运行。
按照本发明的装置允许在监视电梯车厢的速度时的三个安全等级。如果例如仅一个传感器故障或者向微控制器10发送具有故障频率的电信号，那么电梯车厢6的行驶继续进行直至下一楼层，其中，随后由专业人员将电梯车厢停止在一个用于进行进一步的设备检查的位置。依照更进一步的安全等级，在电梯车厢6的速度发生微小的升高时，产生第一电控制信号VV，从而为降低电梯车厢速度而启动制动装置。在第三安全等级中，在电梯车厢6的速度显著升高时，通过第二电控制信号VA利用传动器13操纵夹紧装置14，并因此使电梯车厢立刻地停止。
优选地这样设计微控制器10的软件，使得例如由于冒烟或过度污染而造成的对信号带的错误识别(这导致具有故障频率的对应的电信号)并不直接被解释为紧急情况，在该紧急情况下通常触发夹紧装置。取而代之的是，在三个传感器装置中的仅一个具有故障频率的电信号下，继续电梯车厢6的正常行驶运行直至下一楼层，并随后将电梯车厢停止在这一位置以便进行进一步的检查。本发明的装置的这种分级设计的安全架构为所运送的乘客的安全做出了实质性贡献，因为可以避免例如由于污染的信号带而造成的电梯车厢的不必要的紧急夹紧措施(Notfangmassnahmen)。
此外，可以这样设计该装置，使得在具有故障频率的电信号的条件下，在控制装置10中产生另一电控制信号，该控制信号施加在升降控制器31上。升降控制器31可以随后在考虑其它其中提供了电梯车厢的运动状态或者当前位置的信息的情况下得出结论是否对电梯车厢进行制动或使其停止，或者在哪个位置对其制动或使其停止。为此，升降控制器31将相应的信号发送给第一或第二保护继电器11、12，以便断开其相应的电路。对此作为补充或替换的是，升降控制器31也产生一个所谓的服务信号，从而告知服务人员异常运行状态的存在。
上述装置确保了利用信号带1和与其相互作用的光学和电部件实现对升降电梯车厢的速度限制或速度控制。该装置因此可以替换传统的用于对升降机进行速度限制的机械式安全系统。因为现在不必再有保护缆绳等与电梯车厢一起运动，本发明的一个主要优点在于，结合了在允许的范围内的可能较高的电梯车厢最终速度的一种低磨损、无噪声的运行。该装置根据上述安全概念毫无困难地满足了升降装置准则的要求，以及在现有技术下已知的四级安全概念的第三安全等级。
如上所述的信号带、系统和装置，也可以以相同的方式使用在其它应用中，在这些应用中重要的是要对运动物体的速度进行有效监控以及在必要时的限制。
权利要求
1.一种细长的信号带(1)，该信号带沿着其纵向长度具有若干信号段(2，3)，其中，至少每隔一个连续的信号段分别包含至少两种不同信息，这些信息分别基于一种物理效应并可以由至少一个传感器确定。
2.根据权利要求1所述的信号带(1)，其中，每隔一个连续的信号带(2，3)包含至少三种不同的信息。
3.根据权利要求1或2所述的信号带(1)，其中，所述信息包含在分别连续的信号段(2，3)中，其中，在交替的信号段(2，3)中基于相同物理效应的信息分别彼此不同。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的信号带(1)，其中，在每隔一个的连续信号段(2，3)上的基于相同物理效应的信息彼此相一致。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的信号带(1)，其中，所述物理效应基于一种从相应的信号段发出的辐射。
6.根据权利要求5的信号带(1)，其中，实施辐射产生电场、磁场、和/或电磁场。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述的信号带(1)，其中，所述物理效应基于各信号段的物理特性。
8.根据权利要求7所述的信号带(1)，其中，所述各信号段(2，3)的物理特性是光学特性、磁特性、热导率、与电磁波反射有关的特性等。
9.根据权利要求8所述的信号带(1)，其中，所述信号带(2，3)交替地具有各不相同的磁极化。
10.根据权利要求8或9所述的信号带(1)，其中，所述信号段(2，3)交替地可以分别在光学上彼此区分。
11.根据权利要求8至10中任何一项所述的信号带(1)，其中，交替具有不同的信息的一对相邻的信号段(2，3)的至少一个信号段设置有一种与相邻信号段相比不同地反射电磁波的材料。
12.根据权利要求11的信号带(1)，其中，所述材料不同地反射波长在超声波和/或雷达范围内的电磁波。
13.根据权利要求12的信号带(1)，其中，利用所述材料对对应的信号段进行涂层。
14.根据权利要求8至13中任何一项所述的信号带(1)，其中，所述信号段(2，3)交替地分别具有不同的热导率和/或不同的温度。
15.根据权利要求1至14中任何一项所述的信号带(1)，其中，所述信号段(2，3)各自的信息可由传感器装置非接触式地确定。
16.根据权利要求1至15中任何一项所述的信号带(1)，其中，所述单个信号段(2，3)分别具有绝对编码。
17.根据权利要求1至16中任何一项所述的信号带(1)，其中，具有分别相一致的物理效应的信号段(2，3)在信号带(1)的纵向长度方向上具有一个基本上相同的宽度。
18.根据权利要求1至17中任何一项所述的信号带(1)，其中，在所述信号带(1)的表面上设置有耐磨、耐划和/或防油的保护层。
19.一种用于确定运动物体的运动状态的系统，其具有-根据权利要求1至18中任何一项所述的信号带(1)，-至少两个传感器(7，8，9)，它们分别包括用于确定所述信号带(1)的信息之一的至少一个测量元件以及分析电路，其中，各测量元件的测量原理与信号段(2，3)的物理效应中的一个相匹配，并且这些传感器装置(7，8，9)的测量原理彼此不同，并且其中，将所述信号带或传感器装置设置于该物体上，使得该信号带和传感器装置可以彼此相对运动，以及-控制装置(10)，其与所述传感器装置(7，8，9)电连接，其中，各传感器装置的分析电路对信号段(2，3)的各自的物理效应做出反应而产生电信号，并将其输出至所述控制装置(10)，根据所述传感器装置(7，8，9)的该电信号可以确定该物体相对于所述信号带(1)或传感器装置的速度、运动方向和/或当前位置。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，设置有另一传感器装置，该传感器装置包括用于确定所述信号带(1)的信息之一的至少一个测量元件以及分析电路，其中，所述另一传感器装置的测量元件的测量原理与信号段(2，3)的物理效应之一相匹配，并且所述传感器装置(7，8，9)的测量原理彼此不同，其中，该另一传感器装置对信号段(2，3)的一个相应的物理效应做出反应而产生电信号，并且将其输出至所述控制装置(10)。
21.根据权利要求19或20所述的系统，其中，对应的传感器装置的所述电信号是方波信号。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述方波信号的频率与所述信号带(1)和对应的传感器装置(7，8，9)之间的相对速度成正比或反比。
23.根据权利要求19至22中任何一项所述的系统，其中，所述传感器装置(7，8，9)在有关所述信号带(1)的异常运行状态下产生具有故障频率的电信号。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，异常运行位置通过预先给定的、在至少一个传感器装置和所述信号带(1)之间的距离给出。
25.根据权利要求19至24中任何一项所述的系统，其中，所述传感器装置(7，8，9)中的最多一个基于光学测量原理。
26.根据权利要求19至25中任何一项所述的系统，其中，所述控制系统(10)具有多条信道(A、B)，并且所述传感器装置(7，8，9)分别产生至少一个电信号，所述电信号分别施加到该控制装置(10)的单个信道上。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述单个信道在其硬件和/或在其软件方面彼此不同。
28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述单个条信道(A、B)被持续地彼此调整。
29.一种用于限制运动物体速度的装置，其具有-根据权利要求19至28所述的系统，-分别作用于该运动物体上的制动装置和/或夹紧装置(14)，其中，所述控制装置(10)与制动装置和夹紧装置(14)电连接并被这样设计，使得在确定该物体的速度超出了第一预定门限值时，输出第一电控制信号(VV)，从而启动作用于该物体上的制动装置；而在确定该物体的速度超出了第二预定门限值时，输出第二电控制信号(VA)，从而启动作用于该物体上的、使该物体停止的夹紧装置(14)。
30.根据权利要求29所述的装置，其中，在所述控制装置(10)与制动装置和与夹紧装置(14)之间分别接有至少一个保护继电器装置(11、12)，其中，该控制装置(10)的电控制信号施加至所述保护继电器装置(11、12)。
31.根据权利要求30所述的装置，其中，所述保护继电器装置至少包括第一保护继电器(11)和第二保护继电器(12)，其中，第一控制信号(VV)施加至第一保护继电器(11)，而第二控制信号(VA)施加至第二保护继电器(12)。
32.根据权利要求31所述的装置，其中，所述第一保护继电器(11)和第二保护继电器(12)以分别彼此分开的电路驱动。
33.根据权利要求31或32所述的装置，其具有根据权利要求26至38所述的系统，其中，多条信道分别与至少第一保护继电器(11)和第二保护继电器(12)电连接。
34.根据权利要求29至33中任何一项所述装置，还具有传动器装置(13)，该传动器装置与夹紧装置(14)相耦合，并可由第二控制信号(VA)进行控制。
35.根据权利要求29至34中任何一项所述的装置，具有根据权利要求2至18中任何一项所述的信号带(1)，以及根据权利要求20至28中任何一项所述的系统，其中，所述物体在使用至少三个传感器装置(7，8，9)且存在来自仅仅一个传感器装置的具有故障频率的电信号时，不是直接地被停止，而是首先被停止在一个预定的位置。
36.根据权利要求35所述的装置，其中，来自传感器装置(7，8，9)中的一个的具有故障频率的所述电信号在所述控制装置(10)中产生第二电信号(VA)。
37.根据权利要求35所述的装置，其中，来自传感器装置(7，8，9)中的一个的具有故障频率的所述电信号在所述控制装置(10)中产生另一电信号，为控制运动物体的运动而将其施加到控制单元(31)上，以便使该物体停止在预定位置和/或产生服务信号等。
38.根据权利要求29至37中任何一项所述的装置，其中，在所述传感器装置(7，8，9)中的两个的故障信号下由夹紧装置(14)停止所述物体。
39.根据权利要求29至38中任何一项所述的装置，其中，所述信号带(1)被设置在运动物体的运行轨道上。
40.根据权利要求39所述的装置，其中，所述信号带(1)被磁性地保持在该运动物体的运行轨道上。
41.一种根据权利要求29至40中任何一项所述的装置、用于限制升降电梯车厢(6)速度的应用。
全文摘要
本发明涉及一种细长的信号带(1)，其具有沿其纵向长度的信号段(2，3)，所述信号段分别包含至少两个不同的信息，这些信息分别基于该信号段(2，3)的光学特性、磁特性或与电磁波反射有关的特性并可以由至少一个传感器装置(7－9)确定，其中，基于交替的信号段(2，3)中的相同特性的信息分别是彼此不同的。所述信息带(1)被使用在一种用于确定运动物体的运动状态的系统、尤其是升降装置(4)的电梯车厢(6)中。
文档编号G01B7/02GK101023016SQ200580031285
公开日2007年8月22日 申请日期2005年7月5日 优先权日2004年7月27日
发明者弗兰克·达德, 沃尔夫冈·迈斯纳, 格哈德·苏姆 申请人:蒂森克鲁普吊车有限责任公司