用于防护屏障物的电子安全器件的制作方法
【专利摘要】一种用于防护屏障物的电子安全器件，该电子安全器件包括：具有识别码(IID)的应答器(2)；用于接收来自应答器(2)的返回信号(SRX)的收发器件(3)，应答器(2)可相对于收发器(3)移动并且适合于按照当前距离(di)来布置；当距离(di)低于或高于参考距离(dr)时被开关的电路(S，S')；以及具有与收发器(3)连接以处理返回信号(SRX)并生成用于开关电子电路(S，S')的第一输出信号(SOUT)的主电子电路(5)的控制和开关装置(4)。收发器件(3)适合于处理返回信号(SRX)以生成具有依据距离(di)而变化的电参数(P)的控制信号(SC)，控制信号(SC)是具有频率(fC)的周期信号，并且具有在当前距离(di)低于或等于参考距离(dr)时具有以频率(fC)为中心的中间间隔(F1)的第一频谱，以及具有在距离(di)高于参考距离(dr)时具有相对于中间间隔(F1)移位的横向间隔(F2，F3)的第二频谱，参数(P)与包含于中间间隔(F1)内的或者包含于横向间隔(F2，F3)之一内的频率值相关联。
【专利说明】用于防护屏障物的电子安全器件
【技术领域】
[0001]本发明一般在电子安全器件领域得到应用，并且特别地涉及用于防护屏障物的电子安全器件。
【背景技术】
[0002]许多电子安全器件是已知的，它们适合用于工业设备的防护屏障物，并且被设计在突发事件或者对用户造成危害的情况下，断开电路。
[0003]特别地，这样的已知器件包括与屏障物的固定部分相关联的第一部分以及与屏障物的运动部分(例如，保护部件、门等)相关联的第二部分，以监测其打开及关闭状态并且在屏障物打开时停止设备的操作。
[0004]也就是，器件包括被设计依据在固定部分与运动部分之间的距离将它们自身的电状态由闭合改变为断开或者反过来的一个或多个开关。
[0005]例如，只有在两个部分彼此距离很小或者零距离时，开关才可以电闭合。
[0006]此类安全器件的特别常见的类型使用与运动部分相关联的射频识别(RFID)应答器，并且适合于与锚定于固定部分的且具有适合于接收由应答器发送的识别信号并将该信号与存储于其内的码比较的读取头的收发器件通信。
[0007]因而，当两个码匹配时，器件闭合电路，由此允许设备的操作。
[0008]该配置防止了任何意外或欺骗性驱动，因为电路若要闭合需要在收发器件与明确界定的应答器之间的通信。
[0009]然而，这些解决方案同样具有缺点，因为任何干扰可能导致读取错误以及所产生的失效。
[0010]为了克服这样的缺点，开发出了具有设计用于防止任何故障的控制电路的此类安全器件的形式。
[0011]例如，EP0968567公开了前文所描述类型的电子安全器件，在该电子安全器件中，设计用于检查由应答器发送的识别码是否匹配存储于读取头内的码的微处理器控制电路被双式地提供。
[0012]特别地，每个控制电路都被设计用于单独地检查所接收到的信号并且将所接收到的识别码与所存储的码进行比较。
[0013]驱动信号将只有在两个控制电路所接收的识别码都匹配所存储的码时才被生成。
[0014]虽然该器件提供更高的安全度，但是由于控制电路的冗余性，它仍然遭受某些缺点，所述缺点之一是复制所有控制元件所需的明显的电路复杂性。
[0015]而且，在应答器与读取头之间的距离通过检测所接收到的返回信号的幅度来估计，该返回信号会由于在器件周围的区域内的杂散干扰而容易改变。
[0016]而且，控制电路直接对所接收到的信号的波形操作，并且这可能引入会显著改变幅值的畸变，尤其是在故障的情况下。
[0017]这种解决方案的另一种缺点在于:所接收到的信号对背景噪声的免疫不佳，并且这样的信号只能够通过给控制电路提供高度有效的且相对昂贵的滤波器来适当地检测出，所述滤波器必须以特别精确的方式进一步居中于信号传输频率附近，所述滤波器具有对市场上可购得的各种类型的应答器的滤波特征的不佳的适应性。
[0018]而且，用于监测所接收到的信号的幅度的器件以及检查元件的提供进一步降低使用具有不同传输频率的各种类型的RFID应答器的可能性。
[0019]最后，用于监测所接收到的信号的电平的器件被连接于读取头的天线的下游，并且可能受到电子安全器件安装于其内的外部环境的温度的影响。
【发明内容】
[0020]本发明的目的是通过提供高度有效的且相对成本有效地用于防护屏障物的电子安全器件来克服上述缺点。
[0021]一个特定的目的是提供难以篡改(tamper)的且确保高安全度的用于防护屏障物的电子安全器件。
[0022]本发明的另一个目的是提供能够以特别精确的方式来估计运动部分与固定部分之间的距离的用于防护屏障物的电子安全器件。
[0023]本发明的又一个目的是提供对环境中的噪声和杂散干扰高度免疫的用于防护屏障物的电子安全器件。
[0024]本发明的再一个目的是提供使用数量更少的构件且需要相对低的制造成本的用于防护屏障物的电子安全器件。
[0025]本发明的还有一个目的是提供确保高度通用性的且能够使用各种类型的RFID应答器的用于防护屏障物的电子安全器件。
[0026]将在下文更好地解释的这些及其他目的通过根据权利要求1所界定的电子安全器件来实现。
[0027]本发明的有利实施例根据从属的权利要求来获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]本发明的进一步特征及优点依据阅读根据本发明的用于防护屏障物的电子安全器件的优选的、非排他性的实施例的详细描述将变得更加明显，所述实施例借助于附图来描述为非限制性的实例，在附图中:
[0029]图1是本发明的安全器件的第一实施例的透视图；
[0030]图2是图1的开关的简化框图；
[0031]图3是包括两个信号的时间图的图1的第一细节的视图；
[0032]图4是图3的信号频谱的第一表示；
[0033]图5是图3的信号频谱的第二表示；
[0034]图6是图2的第二细节的视图；
[0035]图7是图5的第三细节的流程图；
[0036]图8是图5的第四细节的流程图。
【具体实施方式】[0037]参照上述附图，用于防护屏障物的电子安全器件(通常由数字I指示)可以安装到具有一个或多个安全电路S、S’的防护屏障物或工作区(未示出且本身已知)。
[0038]特别地，屏障物可以包括固定的工作区界定框和可移动部分，这适合于允许其内的操作员进行受控访问。
[0039]器件I可以电连接至一个或多个预警、紧急或报警安全电路S、S’，用于在保护部件的运动部分被打开或被关闭的同时触发后者(S，S’)，由此确保所要求的安全性。
[0040]本发明的用于防护屏障物的电子安全器件I包括被设计为锚定于屏障物的可移动部分的应答器2，其中识别码Iid存储在屏障物的可移动部分中。
[0041]而且，器件包括被设计为锚定于屏障物的固定部分且适合于将射频激励信号Stx传输给应答器2以及从应答器2处接收与识别码Iid相关联的返回信号Skx的收发器件3。
[0042]而且，提供控制和开关装置4，该控制和开关装置4连接至收发器件3并且具有与收发器件3连接的且适合于检索及处理从信号Skx中提取出的识别码Iid并生成用于开关与屏障物相关联的至少一个电路S、S’的第一输出信号Smjt的主电子电路5。
[0043]根据本发明的特有特征，收发器件3适合于处理返回信号Skx以生成具有随收发器件3与应答器2的当前距离Cli而改变的至少一个电参数P的控制信号S。。
[0044]收发器件3可以被设计用于生成控制信号S。，其电参数与返回信号Skx的电参数不同。这样的参数可以是由应答器2发送的返回信号Skx的电参数的瞬时值的函数。
[0045]便利的是，控制和开关装置4可以包括适合于接收控制信号S。并依据它来改变第一输出信号Sotjt的从电子电路6。
[0046]因而，当控制信号S。具有与低于或高于预定参考距离4的与收发器件3和应答器2之间的距离Cli相关联的电参数P时，第一输出信号Sot可以驱使控制和开关装置4断开或闭合安全电路S、S’。
[0047]在本发明的非限制性的示例性的配置中，如附图所示，器件I可以被设计为在收发器件3与应答器2之间的距离Cli低于或等于参考距离4时闭合两个安全电路S、S’。
[0048]相反地，当该距离Cli高于参考距离4时，器件I可以断开安全电路S、S’，由此预警:防护部件的运动部分已经被断开。
[0049]便利的是，应答器2可以包括含有识别码且适合于利用由收发器件3发送的激励信号Stx来自行供电的电子标签7。
[0050]特别地，激励信号可以是射频类型的，具有对应于电子标签7的操作频率的基本上恒定的频率。
[0051]例如，收发器件3可以生成其频率为基本上125kHz的基本上为周期性的激励信号，允许各种市场上可购得的应答器2自行供电。
[0052]收发器件3可以包括天线8，用于发送激励信号Stx以及接收返回信号SKX。
[0053]而且，返回信号可以具有与激励信号相同的频率或不同的频率。
[0054]便利的是，由收发器件3生成的控制信号可以是周期类型的，具有基本上随时间恒定的重复频率f。。
[0055]如图3所更好示出的，控制信号S。可以基本上为具有2kHz的重复频率fc的方波类型。
[0056]在本发明的特别有利的方面，这样的控制信号可以被用作用于位于收发器件3的下游的主电子电路5的同步信号。
[0057]收发器件3可以被设计使用返回信号Skx来生成含有应答器2的识别码Iid的识别
信号Sid。
[0058]因而，收发器件3可以给主电子电路5提供识别信号Sid和控制信号S。，两者均示出于图3中。
[0059]后者(S。)可以被用来确定在收发器件3与应答器2之间的即时距离Cli以及用来同步识别信号Sid的接收和处理。
[0060]便利的是，从电子电路6可以适合于通过对周期控制信号S。的频率分析来确定电参数P。
[0061]实际上，在收发器件3与应答器2之间的距离的任何变化会导致控制信号的高电平部分9的时长与其低电平部分10的时长之比r的瞬间变化，并且这样的比率r可能在一个或多个重复周期T。内改变。
[0062]比率r的瞬间变化可以导致控制信号S。的频谱相对于常见方波周期信号的频谱的改变。
[0063]如果收发器件3处于与应答器2间的距离Cli低于参考距离火之处，则控制信号S。将具有第一频谱，如图4所示，该第一频谱的分布基本上与具有以重复频率f。为中心的主功率峰的高斯曲线是可比较的。
[0064]相反地，如果收发器件3处于与应答器2间的距离Cli高于参考距离火之处，则控制信号S。将具有第二频谱，如图5所示，该第二频谱的能量分布具有以重复频率f。为中心的次峰以及相对重复频率移位的两个基本上对称的主峰。
[0065]在前一种情形中，第一中间频率间隔F1可以被界定，该频率间隔F1以重复频率为中心，与主峰的最闻能量对应。
[0066]但是，在第二种情形中，相对于第一间隔F1移位的两个横向频率间隔F2、F3各自对应于相应的对称峰的最闻能量。
[0067]因而，从电子电路6可以被设计使电参数P同与对应于通过对控制信号S。的频谱的分析而检测到的最高能量峰的频率成比例的数量相关联。
[0068]如果在收发器件3与应答器2之间的距离低于或等于参考距离，则电参数P将与包含于中间间隔匕内的频率值相关联，然而如果这样的距离Cli高于参考距离4，则电参数P将与包含于横向间隔F2、F3之一内的频率值相关联。
[0069]然而，应当注意，虽然控制信号具有随距离改变的比率r，但是它仍然可以保留周期类型，其重复频率在预定的平均值周围经受微量的变化。
[0070]便利的是，如图6所示，主电子电路5包括与收发器件3连接以分别接收控制信号Sc和识别信号Sid的至少一个第一输入11和一个第二输入12,以及用于第一输出信号Smjt的至少一个第一输出13。
[0071]而且，主电子电路5可以包括用于存储待由开关I识别的一个或多个应答器2的至少一个参考码Idkef的存储部分14。
[0072]便利的是，主处理单元5可以包括适合于从存储部分14取出所存储的参考码Idkef并将其与在第二输入12处的识别码进行比较的第一微处理器处理单元15。
[0073]第一微处理器15可以被设计为检测主处理单元的第一输入11处的控制信号Sc，以将它用作同步信号。
[0074]在这种情况下，使用由控制信号S。提供的同步，第一处理器15可以检测在同第二输入12处的识别信号Sid相关联的识别码Iid与所存储的参考码Idkef的之一的之间的匹配性。
[0075]便利的是，第一处理器15可以响应于由处理器执行的在同识别信号Sid相关联的识别码Iid与一个或多个所存储的参考码Idkef之间的比较而将第一激活信号Sia发送给从电子电路6。
[0076]适当地，从电子电路6可以包括与收发器件3连接以从其处接收控制信号Sc的至少一个第三输入16以及用于第二输出信号Sotj/的至少一个第二输出17。
[0077]而且，从电子电路6可以包括具有适合于界定用于分析控制信号Sc的频谱并生成电参数P的数字滤波装置的可编程部分19的第二处理器18。
[0078]数字滤波装置可以被设计用于通过将其与控制信号S。的电参数P关联来检测出与频谱的能量峰对应的频率。
[0079]便利的是，数字滤波装置的频率可以以控制信号Sc的重复频率fc为中心，并且可以具有固定的或可变的带宽W，如图5所更好地示出的。
[0080]第二微处理器18可以响应于与控制信号Sc的电参数P关联的值来生成第二激活信号S2A，并且可以将此类第二激活信号S2a发送给主电子电路5。
[0081]有利地，主电子电路5和从电子电路6适合于依据第二激活信号S2a来生成相应的
第一输出信号Sotjt和第二输出信号S’ ―。
[0082]实际上，主电子电路5可以被设计为根据由第一处理器15执行的处理以及第二激活信号S2a两者来生成相应的第一输出信号S.。
[0083]另一方面，从电子电路6可以被设计为根据由第二处理器18执行的处理以及第一激活信号Sia两者来生成相应的第二输出信号S’ ―。
[0084]便利的是，开关装置4可以包括至少一个第一半导体开关20和一个第二半导体开关21，并且每个半导体开关可以具有适合于连接到一个或多个安全电路S、S’的输出端子
22、22’，23、23’，以及连接到主电子电路5和从电子电路6的相应的第一输出13和第二输出17的输入端子24、25,以从主电子电路5和从电子电路6处接收第一输出信号Smjt和第二输出信号S’ ουτ。
[0085]如同图6更好地示出的，第一半导体开关20和第二半导体开关21可以包括一对功率晶体管，例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)类型的功率晶体管等，该功率晶体管的输入通过由相应的主电子电路5或从电子电路6生成的第一输出信号Sotjt或第二输出信号S，ουτ来控制。
[0086]在所示的配置中，主电子电路5或从电子电路6的每个都可以连接至至少一个个体晶体管20、21，并且可以被设计用于将相应的第一输出信号Sott和第二输出信号S’ ουτ发送到个体晶体管20、21的输入24、25，所述输出信号被同步并且被独立地生成以提高安全电路S和S’的开关的安全性。
[0087]便利的是，主电子电路5和从电子电路6的每个可以包括与相应的半导体开关元件20、21关联的且适合于控制其操作的各自的反馈电路26、27。
[0088]第一处理器15和第二处理器18可以被设计为生成相应的第一输出信号Sotjt和第二输出信号S’ TOT，用于在相应的反馈电路指示其内的异常时稳定地断开及闭合晶体管。
[0089]在另一方面，本发明涉及用于主电子电路5的处理方法，如图7所示，该处理方法包括:第一步骤a)检索存储于存储部分14内的参考码Idkef,以及步骤b)将该参考码Idkef与同第二输入12处的识别信号Sid相关联的识别码Iid比较。
[0090]此外还提供步骤c):生成第一激活信号Sia并将其发送给从电子电路6，该第一激活信号Sia响应于在步骤b)期间所执行的比较的结果来生成。
[0091]如果比较步骤b)具有否定(NO)的结果，则主电子电路5将准备执行后面的步骤a):检索参考码Idkef，并且将以在步骤c)期间生成并发送的适当的激活信号Sia来向从电子电路6指示该状态。
[0092]相反地，如果比较步骤b)具有肯定的结果，则主电子电路5将以第一激活信号Sia向从电子电路6指示该状态，并且将执行步骤d):响应于接收到第一激活信号S1A，检索由从电子电路6发送的第二激活信号S2A。
[0093]如果步骤d)检测到肯定的第二激活信号S2a，表明在收发器件3与应答器2之间的距离低于或等于参考距离，则主电子电路5将执行步骤e):生成第一输出信号Sott并将其发送到控制和开关装置4。
[0094]相反地，如果步骤d)检测到否定的第二激活信号S2a，表明在收发器件3与应答器2之间的距离Cli高于参考距离4，则主电子电路5将准备执行后面的步骤a):检索参考码
Ideefo
[0095]同样地，如同图8所更好地示出的，可以描述与从电子电路6相关联的处理方法。
[0096]该方法包括步骤f):确定与对应于控制信号S。的频率峰的主能量峰的频率相关联的可变电参数P。
[0097]便利的是，将存在步骤g):将该电参数P与对应于参考距离d,的值比较，随后是步骤h):依据由参数P假定的值来生成第二激活信号S2a并将其发送到主电子电路5。
[0098]如果电参数P与低于或等于参考距离火的在收发器件3与应答器2之间的距离Cli相关联，则将存在步骤i):检测由主电子电路5发送的第一激活信号Sia，并且如果该信号是肯定信号，则将存在步骤I):生成第二输出信号S’ ουτ并将其发送到控制和开关装置4。
[0099]否则，如果步骤i)检测到否定的第一激活信号Sia，则从电子电路将准备执行新的步骤f):确定电参数P。
[0100]上述公开内容清楚地表明:本发明实现了预期目标，特别是提供确保高度安全性的且具有紧凑尺寸的并且能够用于各种不同的安全电子电路中的用于防护屏障物的电子安全器件的目标。
[0101]本发明的器件在所附权利要求中所公开的本发明概念之内可允许众多更改及变动。在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的器件的所有细节都可以由其他技术上等同的部分来替代，并且材料可以根据不同的需要而变化。
[0102]虽然用于防护屏障物的安全电子器件已经具体参照附图进行了描述，但是在本公开内容及权利要求中提到的数字只是为了更好地理解本发明而使用的，并且不应意指以任何方式来限定所声明的范围。
【权利要求】
1.一种用于防护屏障物的电子安全器件，其中所述屏障物包括固定部分和可移动部分，所述器件包括: 被设计为锚定于所述屏障物的所述可移动部分并且其内存储有识别码(Iid)的应答器(2)； 能够锚定于所述屏障物的所述固定部分的且适合于从所述应答器(2)接收与所述识别码(Iid)相关联的返回信号(Skx)的收发器件(3); 所述应答器(2)可相对于所述收发器件(3)移动并且适合于定位在相对于所述收发器(3)的当前距离(Cli)处； 与所述屏障物相关联的并且适合于在所述当前距离(di)低于或高于预定参考距离(dr)时开关的至少一个电路(S，S’ )； 控制和开关装置(4)，具有与所述收发器件(3)连接的用于处理所述返回信号(Skx)并响应于所述识别码(Iid)生成第一输出信号(Stot)以开关所述至少一个电路(S，S’ )的主电子电路(5)； 其中所述收发器件(3)适合于处理所述返回信号(Skx)，以生成控制信号(Sc)，所述控制信号(Sc)具有依据当前距离(Cli)而变化的电参数(P)； 其特征在于:所述控制信号(S。)是具有预定重复频率(f。)的周期信号，具有在所述当前距离(Cli)低于或等于所述参考距离(cQ时具有以所述重复频率(fc)为中心的中间间隔(F1)的第一频谱， 并且具有在所述当前距离(Cli)高于所述参考距离(cQ时具有相应地相对于所述第一中间间隔(F1)移位的横向间隔(F2，F3)的第二频谱，所述电参数⑵与频率值相关联，所述频率值要么是被包含于所述中间间隔(F1)中，要么是被包含于所述横向间隔(F2, F3)中的一个中，以促进所述至少一个电路(S，S’ )的开关。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于:所述控制和开关装置(4)包括与所述主电子电路(5)连接且适合于依据所述控制信号(S。)来改变所述第一输出信号(Smjt)的从电子电路(6)。
3.根据权利要求1或2所述的器件，其特征在于:所述控制信号(S。)具有基本上恒定的重复频率(fc)。
4.根据权利要求2所述的器件，其特征在于:所述从电子电路(6)包括适合于界定用于分析所述控制信号(S。)的频谱并生成所述至少一个可变电参数(P)的数字滤波装置的可编程区(19) ο
5.根据权利要求4所述的器件，其特征在于:所述数字滤波装置具有基本上以所述控制信号(S。)的所述重复频率(f。)为中心的固定的或可变的带宽(W)。
6.根据任意前述权利要求所述的器件，其特征在于:所述收发器件(3)适合于处理所述返回信号(Skx)，以生成包含所述应答器⑵的所述识别码(Iid)的识别信号(Sid)。
7.根据权利要求6所述的器件，其特征在于:所述主电子电路(5)具有与所述收发器件(3)连接以分别接收所述控制信号(S。)和所述识别信号(Sid)的至少一个第一输入(11)和一个第二输入(12)以及用于所述第一输出信号(Squt)的至少一个第一输出(13)。
8.根据权利要求2至7中的任一项所述的器件，其特征在于:所述从电子电路(6)包括与所述收发器件(3)连接以接收所述控制信号(Sc)的至少一个第三输入(16)以及用于第二输出信号(s’ out)的至少一个第二输出(17)。
9.根据任意前述权利要求所述的器件，其特征在于:所述主电子电路(5)包括:用于存储至少一个参考码(Idkef)的存储区(14);以及第一微处理器处理单元(15)，适合于将所述识别码(Iid)与所述至少一个参考码(Idkef)比较并检测所述控制信号(S。)以生成待发送给所述从电子电路(6)的第一激活信号(Sia)。
10.根据权利要求4至9中的任一项所述的器件，其特征在于:所述从电子电路(6)适合于依据所述至少一个电参数(P)来生成第二激活信号(S2a)并且将其发送给所述主电子电路(5)。
11.根据权利要求10所述的器件，其特征在于:所述主电子电路(5)适合于依据所述第二激活信号(S2a)来生成所述第一输出信号(Smjt),并且所述从电子电路(6)适合于依据所述第一激活信号(Sia)来生成所述第二输出信号(S’ ουτ)。
12.根据权利要求8至10中的任一项所述的器件，其特征在于:所述控制和开关装置(4)包括分别与所述电子电路(5，6)的所述第一输出(13)和所述第二输出(17)连接以分别接收所述第一输出信号(Som)和所述第二输出信号(S’oUT)的第一半导体开关(20)和第二半导体开关(21)，所述开关(20，21)能够与一个或多个电路(S，S’ )连接以便对它们进行开关。
13.根据权利要求12所述的器件，其特征在于:所述电子电路(5，6)包括与相应的半导体开关(20， 21)关联以控制它们的操作的各自的反馈电路(26，27)。
【文档编号】H03K17/00GK103891142SQ201280052015
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2011年12月29日
【发明者】G·皮扎托 申请人:皮扎托电气有限公司