用于可旋转元件的传感器制造技术

传感器单元(10)可安装在平台(3)上的可旋转元件(5)上，平台(3)本身是可移动的，并且包括：方向传感器，布置成获取取决于传感器单元的方向的测量值；处理器，布置成从测量值导出表示可旋转元件的方向的旋转位置信号；以及缓冲器，布置成缓冲由方向传感器在预定时间段内获取的一系列近期测量值。处理器导出旋转位置信号进行校正，以基于缓冲器中缓冲的一系列测量值的整体来补偿平台的运动对测量值的影响。

Sensors for Rotating Elements

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可旋转元件的传感器
本专利技术涉及一种用于可旋转元件的传感器。
技术介绍
在许多应用中，希望感测可旋转的可旋转元件的方向，例如以在可旋转元件的操作期间提供安全性。在可旋转元件的机械故障或致动系统(可以是例如气动的)失效的情况下，则可旋转元件可能不在预期位置，这可能产生安全问题。存在各种类型的感测技术用于感测连续旋转的可旋转元件的旋转。然而，这种传感技术通常依赖于由连续运动产生的周期性测量值，并且因此不能直接应用于可在有限旋转范围内旋转的可旋转元件，或者其中方向的变化通常偶尔发生的地方。当可旋转元件安装在本身可移动的平台(例如浮动平台或移动车辆或摇摆容器，例如可用于海上钻井或勘探的浮动平台)上时，本专利技术的第一方面解决了潜在的困难。理论上，如果传感器单元设置有方向传感器以检测可旋转元件的绝对方向，那么所获取的测量值受平台的运动影响，而不仅仅是可旋转元件相对于平台的方向(旋转位置)。这可能导致难以感测可旋转元件的方向，并且可能导致错误的感测。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种可安装在自身可移动的平台上的可旋转元件上的传感器单元，该传感器单元包括：方向传感器，布置为获取取决于传感器单元的方向的测量值；处理器，布置为从测量值中导出表示可旋转元件的方向的旋转位置信号；缓冲器，布置为缓冲由方向传感器在预定时间段内获取的一系列近期测量值，其中处理器布置为导出旋转位置信号，从而进行校正以基于缓冲器中缓冲的一系列测量值的整体补偿平台运动对测量值的影响。传感器单元安装在可旋转元件上并包括方向传感器，该方向传感器获取取决于传感器单元的方向的测量值。原则上，这种测量值允许简单且可靠地检测可旋转元件的旋转位置。特别地，它允许使用比具有足够可靠的感测的典型外部传感器更简单的传感器类型。类似地，传感器单元可以具有相对低的功耗，允许使用诸如电池等内部电源并且能够长时间运行。如上所述的当可旋转元件安装在本身可移动的平台上时的潜在困难问题通过在缓冲器中缓冲在预定时间段内获取的一系列近期测量值并使用所缓冲的一系列测量值的整体进行校正以补偿平台运动对测量值的影响来解决。已经意识到平台的运动可以通过在预定时间段内在缓冲器中缓冲的一系列测量值的整体来表征，尽管传感器单元安装在可旋转元件上。这是因为平台随平台移动，因此与可旋转元件相对于平台的移动相比，该移动通常以相对慢的速率发生，例如在浮动平台的情况下主要由波浪引起。因此，在预定时间段内获取的一系列测量值的整体表征平台的运动，并且可用于进行校正，该校正在从测量值导出旋转位置信号时补偿该运动。处理器还可以布置为将元数据与旋转位置信号相关联。这种元数据可以包括以下中的一个或多个：时间信息、传感器标识、可旋转元件标识、可旋转元件转圈次数、可旋转元件处于打开位置的计数、可旋转元件处于关闭位置的计数、可旋转元件速度、可旋转元件加速度、可旋转元件角度、电池电量水平、方向传感器信号水平、信号极化、天线信号强度、传感器位置、信号三角测量以及位置，位置可以由传感器单元中的地理定位单元检测。传感器单元还可以包括无线通信接口，该无线通信接口布置为无线地传送旋转位置信号。这允许远程定位传感器单元，而无需进行有线连接。这减少了安装困难并避免了与电线损坏相关的风险。传感器单元可以进一步包括光源并且布置为调制光源的光输出以表示可旋转元件的方向。这允许提供适合在远程位置使用的无线传感器单元，而不需要进行电连接，因为可以监控光源的输出。此外，根据本专利技术的第一方面，提供了一种与传感器单元的操作相对应的方法。本专利技术的第二方面涉及使用加速度计获取取决于传感器单元的方向的测量值。原则上，加速度计适合于通过检测相对于惯性坐标系的加速度来检测可旋转元件的方向，因此指示由于地球的重力场引起的加速度方向。此外，加速度计提供具有相对低功耗的解决方案，这在许多应用中和/或在可旋转元件远程定位的地方是重要的，例如以减少维护要求。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于可旋转元件的传感器单元，该传感器单元可安装在可旋转元件上，该传感器单元包括：加速度计，布置为获取表示相对于惯性坐标系并且取决于传感器单元的方向的测量值的加速度；处理器，布置为从测量值导出表示可旋转元件的方向的旋转位置信号；低通滤波器，布置为对从方向传感器提供给处理器的测量值进行滤波。虽然加速度计适合于在良性条件下可靠地检测可旋转元件的方向，但是在许多应用中，存在由于可旋转元件旋转的力与可旋转元件上来自振动和冲击(例如，来自碰撞或撞击)的其他力相比较小的变化引起的困难。当可旋转元件旋转(这是期望被感测到的)时，这些力的作用可能掩盖加速度的变化。然而，提供低通滤波器允许从振动和/或冲击引起的可旋转元件上的力中去除信号，而不需要对处理器中的测量值进行低通滤波，从而降低的传感器单元的功耗。进一步根据本专利技术的第二方面，提供了一种与传感器单元的操作相对应的方法。附图说明现在将参考附图通过非限制性示例描述本专利技术的实施例，在附图中图1是包括可旋转元件和传感器元件的第一类型组件的侧视图；图2是包括可旋转元件和传感器元件的第二类型组件的侧视图；图3是浮动平台的示意图，组件可以安装在浮动平台上；图4至8是具有不同安装布置的传感器单元的立体图；图9和10是安装在阀手轮上的传感器单元的立体图；图11是安装在棘轮带上的传感器单元的立体图；图12是安装在门把手上的传感器单元的立体图；图13是安装在起重机臂上的传感器单元的立体图；图14是安装在运输容器上的多个传感器单元的立体图；图15是安装在管道上的传感器单元的剖视图；图16是安装在装有流体的罐上的传感器单元的剖视图；图17是指板闩锁组件的立体图，该指板闩锁组件上安装有传感器单元；图18是传感器单元的壳体的剖视图；图19是垂直于图17的剖视图截取的传感器单元的电子元件的剖视图；图20是传感器单元的传感器电路图；图21是传感器电路的一个实施方式中的加速度计芯片的详细图；图22是传感器电路执行的感测方法的流程图；图23是在感测方法中导出旋转位置信号的步骤的流程图；以及图24是监控系统的示图。具体实施方式图1示出了第一类型的组件2，其包括安装元件3和通过铰链6可旋转地安装在安装元件3上的可旋转元件5。可旋转元件6可在有限的旋转范围内旋转。在该非限制性示例中，可旋转元件5从铰链6大致线性地延伸，并且具有大约90°的有限旋转范围，在打开位置O和关闭位置C之间延伸。传感器单元10安装在可旋转元件5上。图2示出了第二类型的组件2，其包括安装元件3和通过轴6可旋转地安装在安装元件3上的可旋转元件5。可旋转元件6可在有限的旋转范围内旋转。在该非限制性示例中，可旋转元件5具有圆形形状并且具有有限的旋转范围，该旋转范围可以是一整圈或多圈(不一定是多圈完整的圈)。在图2中，示出了传感器元件10垂直对准的第一位置V和传感器元件水平对准的第二位置H，但这些不是旋转范围的极限。传感器单元10安装在可旋转元件5上。在这两个示例中，可旋转元件2安装在安装元件3上，但是传感器单元10同样可以是不是这样安装的可旋转元件2，但是可以在使用中旋转以使其方向改变，一些示例以下给出。因此，更一般地，可旋转元件2可以是其方向可以改变的任何可旋转元件。传感器单元10可以以任何合适的方式安装在可旋转元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可安装在平台上的可旋转元件上的传感器单元，所述平台本身是可移动的，所述传感器单元包括：方向传感器，所述方向传感器布置为获取取决于所述传感器单元的方向的测量值；以及处理器，所述处理器布置为从所述测量值导出表示所述可旋转元件的方向的旋转位置信号；以及缓冲器，所述缓冲器布置为缓冲所述方向传感器在预定时间段内所获取的一系列近期测量值，其中，所述处理器布置为，在导出所述旋转位置信号的过程中，对所述旋转位置信号进行校正以基于所述缓冲器中缓冲的一系列测量值的整体来补偿所述平台的运动对所述测量值的影响。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.09 GB 1618910.2;2017.01.25 GB 1701273.3;201.一种可安装在平台上的可旋转元件上的传感器单元，所述平台本身是可移动的，所述传感器单元包括：方向传感器，所述方向传感器布置为获取取决于所述传感器单元的方向的测量值；以及处理器，所述处理器布置为从所述测量值导出表示所述可旋转元件的方向的旋转位置信号；以及缓冲器，所述缓冲器布置为缓冲所述方向传感器在预定时间段内所获取的一系列近期测量值，其中，所述处理器布置为，在导出所述旋转位置信号的过程中，对所述旋转位置信号进行校正以基于所述缓冲器中缓冲的一系列测量值的整体来补偿所述平台的运动对所述测量值的影响。2.根据权利要求1所述的传感器单元，其中，所述处理器布置为通过以下方式导出所述旋转位置信号：根据所述缓冲器中缓冲的一系列测量值的整体，校正连续测量值以补偿所述平台的运动对所述测量值的影响；以及从校正后的连续测量值导出所述旋转位置信号。3.根据权利要求2所述的传感器单元，其中，所述处理器布置为通过以下方式执行校正所述测量值的步骤：从所述缓冲器中缓冲的一系列测量值的整体中导出估计由所述平台的运动引起的连续测量值的分量；以及从所述连续测量值中减去所导出的估计由所述平台的运动引起的所述连续测量值的分量，以导出校正后的测量值。4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元，其中，所述处理器具有可以执行处理的活动状态和不能执行处理的非活动状态，所述处理器在所述非活动状态下比在所述活动状态下消耗更少的功率，所述缓冲器用于连续缓冲所述一系列近期测量值；所述传感器单元还包括传感器处理单元，所述传感器处理单元布置为监控所缓冲的一系列近期测量值，并在所述一系列近期测量值超过阈值条件时向所述处理器提供中断信号，以及所述处理器布置为在接收到所述中断信号之前处于所述非活动状态，并在接收到所述中断信号时进入所述活动状态以导出所述旋转位置信号。5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元，其中，所述预定时间段是至少20秒、优选地至少30秒。6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元，其中，所述旋转位置信号表示所述可旋转元件的当前方向的值。7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器单元，其中，所述旋转位置信号表示所述可旋转元件的当前方向是处于打开位置、闭合位置还是中间位置。8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元，其中，所述方向传感器是加速度计，并且所述测量值表示相对于惯性坐标系的加速度。9.根据权利要求8所述的传感器单元，其中，所述传感器单元还包括低通滤波器，所述低通滤波器布置为对从所述方向传感器提供给所述处理器的测量值进行滤波。10.根据权利要求9所述的传感器单元，其中，所述低通滤波器具有至多50Hz、优选至多25Hz的截止频率。11.根据权利要求8至10中任一项所述的传感器单元，其中，所述加速度计是微机电系统设备。12.根据权利要求8至11中任一项所述的传感器单元，还包括模数转换器，所述模数转换器布置为对从所述低通滤波器提供给所述处理器的滤波后的测量值进行模数转换。13.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元，其中，所述处理器还布置为将元数据与所述旋转位置信号相关联。14.根据权利要求13所述的传感器单元，其中，所述元数据包括以下中的一个或多个：时间信息、传感器标识、可旋转元件标识、可旋转元件转圈的数量、可旋转元件处于打开位置的计数、可旋转元件处于闭合位置的计数、可旋转元件速度、可旋转元件加速度、电池电量水平、方向传感器信号水平。15.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元，其中，所述传感器单元还包括地理定位单元，所述地理定位单元布置为检测所述传感器单元的位置，并且所述元数据包括由所述地理定位单元检测到的位置。16.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元，还包括光源，所述传感器单元布置为调制由所述光源输出的光以表示所述可旋转元件的方向。17.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元，其中，所述平台是浮动平台。18.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元，其中，所述传感器单元安装在所述可旋转元件上。19.根据权利要求18所述的传感器单元，其中，所述可旋转元件安装在安装元件上，所述安装元件安装在所述平台上，并且所述可旋转元件可在有限的旋转范围内旋转。20.根据权利要求19所述的传感器单元，其中，所述有限的旋转范围小于整圈。21.根据前述权利要求中任一项所述的传感器单元，还包括无线通信接口，所述无线通信接口布置为无线地传送所述旋转位置信号。22.一种传感器系统，包括：多个根据权利要求21所述的传感器单元；以及监控系统，所述监控系统包括至少一个无线通信收发器，所述收发器布置为无线地从所述传感器单元接收旋转位置信号。23.根据权利要求22所述的传感器系统，其中，所述监控系统包括多个无线通信收发器和中央单元，所述无线通信收发器还布置为与所述中央单元无线通信，以将所述旋转位置信号中继到所述中央单元。24.根据权利要求22或23所述的传感器系统，其中，所述监控系统布置为比较来自不同传感器单元的旋转位置信号并检测所述旋转位置信号的异常。25.一种组件，包括：安装元件；可旋转地安装在所述安装元件上的可旋转元件，根据权利要求1至21中任一项所述的安装在所述可旋转元件上的传感器单元。26.一种感测可旋转元件在平台上的方向的方法，所述平台本身是可移动的，所述方法包括：使用安装在所述可旋转元件上的传感器单元获取取决于所述传感器单元的方向的测量值；在缓冲器中缓冲在预定时间段内获取的一系列近期测量值，以及从所述测量值中导出表示所述可旋转元件的方向的旋转位置信号，根据所述缓冲器中缓冲的一系列测量值的整体进行校正以补偿所述平台的运动对所述测量值的影响。27.根据权利要求26所述的方法，其中，导出旋转位置信号的步骤包括：根据所述缓冲器中缓冲的一系列测量值的整体，校正连续测量值以补偿所述平...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦·帕特里克·约翰·芬利，约翰·马克·牛顿，安德鲁·亨利·约翰·拉金斯，马修·威廉·戴维斯，格兰特·尼科尔斯，
申请(专利权)人：萨兰达有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB