CN1614890A - 绳索位置传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对运输设施中的牵引或者运载绳索(1)在一个带沟槽的滑轮(2)上的位置进行监视的绳索位置传感器(6)，包括一个感应式距离测定单元，其能够发射出一个交变磁场(12)，并且能够探测出该磁场(12)由于绳索(1)存在于邻近区域中而发生的衰减。这种传感器适合于在至少三个邻近区域(z1，z2，z3)中对绳索进行探测，并且适合于产生一个输出信号，该输出信号包含一个用于指示所述绳索被探测出位于其中的邻近区域的信息。

Description

绳索位置传感器

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求1的前序部分的绳索传感器，并且涉及一种带有至少一个这种传感器的滑轮装置。

背景技术

已知存在有许多类型的利用绳索的运输设施，来确保对车辆进行牵引，比如滑雪吊索设备或者空中缆椅、索道或者任何类型的缆车。这些绳索在用于对它们进行导向的滑轮上运行。缆车通常包括一根或者若干根承载绳索。这种情况下，紧固在车辆上的滑轮用作车辆在其上沿着运载绳索运行的轮子。

用于绳索的滑轮带有一个用于接收绳索的圆形沟槽，并且由此限定出绳索相对于滑轮在径向和横向上的正常位置。为了所述运输设施的安全性，重要的是绳索一直在滑轮上保持其正常位置。如果某根绳索相对于所述沟槽发生了偏移从而在所述沟槽的左侧或者右侧运行，那么这就表示所述设施出现了故障，在严重的情况下有可能导致绳索发生出轨，即所述绳索完全不再位于滑轮上。为了安全原因，非常重要的是对这种不规则情形进行探测，这种不规则情形通常需要立即停止所述设施的运行。另外一种必须进行探测的异常现象是滑轮卡锁，在这种情况下，绳索将磨损滑轮，并且逐步接近滑轮的旋转轴。

在国际专利申请WO 99/27649中描述了一种用于对绳索相对于滑轮的位置进行监控的传感器。这种传感器包括若干个感应区域，其中这些感应区域能够借助于邻近探测装置对绳索的存在状态进行探测。一个具有三个感应区域的传感器具有三个信号输出，并且对于一个特定的感应区域来说，每个输出中的信号用于表示是否在该区域中探测到了绳索。一根绳索可能会同时在两个感应区域中被探测到。这种传感器包括一个用于监视各个区域的独特的邻近探测装置。所述邻近探测装置非常昂贵并且寿命有限，因为邻近探测装置的电子故障的风险需要乘以用在所述传感器中的探测装置的数目。此外，对所述传感器的合适操作进行核查也费时费力，因为必须对大量的邻近探测装置进行测试。

发明内容

本发明的目的在于避免这些缺陷，并且提供一种绳索位置传感器，其容许以高度的安全性和较低的成本对绳索相对于具有沟槽的滑轮的径向和横向位置进行监视。该目的利用一种具有独立权利要求1的特征部分所述特征的传感器来实现。其它目的来自于从属权利要求，这些从属权利要求涉及所述传感器的优选实施例，并且涉及一种包括这种传感器的滑轮装置。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行详细描述，这些附图示出了本发明的示例性实施例，也就是说：

图1一根在带有绳索位置传感器的滑轮上运行的绳索的横剖面(按照图8中的剖面A-A)，

图2图1中所示绳索和滑轮的轮廓以及图1中所示绳索位置传感器的局部纵向剖面，

图3利用图2中所示传感器中的测定单元产生出的探测信号与绳索与传感器之间距离的函数关系，

图4图2中所示绳索位置传感器的方框图，

图5用于区别三个邻近区域的相同传感器的简化布线图，

图6在一个按照图5中所示布线图的电路中当绳索以恒定速度远离滑轮时的信号与时间的关系，

图7带有两个滑轮和一根在这些滑轮上运行的绳索的滑轮装置，而

图8图1中所示滑轮装置的俯视图。

具体实施方式

图1示出了一种典型情形，为了进行监控，想到利用绳索位置传感器：一个运输设施中的牵引或者运载绳索1在一个滑轮2上运行。更具体地说，绳索位于所述滑轮上的沟槽3中，沟槽3分别利用其半径4和对称平面5确定了绳索相对于滑轮在径向和横向上的正常位置。

滑轮上的沟槽3可以或多或少地显现出来，并且可以具有不同的形状。甚至可以具有一个圆柱形中央部，由此容许绳索在该沟槽的内部以一定的自由度横向移动，但是所述滑轮在沟槽3左侧和右侧的直径仍旧大于在沟槽对称平面5中的直径。这就意味着绳索相对于滑轮上的沟槽3的偏移也会使得绳索1朝向外部径向移动。由此，必须对两种紧急状态进行探测，即绳索发生偏移(不对准)和滑轮发生卡锁，这两种紧急状态通过绳索1在相反方向上发生径向位移而变得明显，由此容许通过仅在该径向上对绳索1的位置进行监控来探测这些情形。

对绳索相对于滑轮的径向位置进行监视借助于一个感应测定单元来实现，该感应测定单元的工作过程基本上与普通感应邻近传感器中的测定单元的工作过程相同：其发射出一个交变的磁场，并且对磁场的衰减进行探测，磁场的衰减是由于在其周围存在金属物体而导致的，在本实施例中是牵引或者运载绳索1。

由于需要对绳索相对于滑轮轴线的径向位置进行监控，传感器最好被设置在滑轮上的沟槽的对称平面中，从而使得其磁场被引向所述绳索。由此，能够借助于单个感应测定单元来探测绳索相对于其在所述运输设施正常工作过程中的位置过于贴近传感器或者过于远离传感器的情形。

当传感器被设置在滑轮上的沟槽的对称平面中时，绳索的任何横向位移(平行于滑轮的轴线)均意味着绳索与传感器之间的距离增大。这就表明绳索发生了偏移，同时意味着绳索如前所述那样朝向外部发生了径向位移。为了确保这种朝向外部的位移也会导致绳索与传感器之间的距离增大，传感器最好被设置在滑轮的上游或者下游，并且与滑轮位于绳索的同一侧。在图1中示出了设置在该位置的绳索位置传感器6的轮廓。

图2示出了图1中所示绳索和滑轮的轮廓，以及绳索位置传感器的局部剖视图。所述测定单元包括一个振荡器，该振荡器包括一个振荡电路，后者带有一个具有开口铁芯8的线圈7，用于沿着主方向发射出磁场。在此，使用了一个壶形铁芯，但是也可能比如使用一个E形铁芯。所述传感器主要沿着该方向具有敏感性，并且其位于磁场中心的测定轴线10指示了该主方向。所述传感器最好被设置成使得其测定轴线10位于沟槽3的对称平面5中，从而使得一直对绳索的偏移现象进行探测，无论是朝向沟槽的左侧或者右侧。如果测定轴线10是磁场12的对称轴线，那么偏移方向将不会对探测信号产生影响。这就表明：线圈7和壶形铁芯8在形状上呈圆柱形，以便使得它们的公共轴线是磁场12的对称轴线。

传感器6具有一个外壳11，并且所述测定单元中的线圈7被设置在该外壳11的内部，通过该壳体的一个侧壁发射出磁场12。当绳索接触该侧壁的外表面时，即所谓的传感器表面13，绳索与该传感器之间的距离为零。除非以其它方式具体指出，否则邻近区域的测定距离或长度将沿着用于绳索1的测定轴线10表示，绳索1利用一个直径为30毫米(中等尺寸绳索的直径)的圆柱形金属杆来代表，其中心线14(参见图7)以90度的夹角与测定轴线10交叉。所述测定单元能够对绳索的存在状态进行探测的最大距离是该测定单元的作用范围。

对绳索1相对于滑轮2的不同情形进行探测需要一个具有足够大作用范围的磁场12的传感器6。首先，所述作用范围可以通过增大磁场的宽度而增大。如果使用了一个具有壶形铁芯8的线圈7，那么磁场12的作用范围可以通过增大铁芯的外径9而延展。但是，宽磁场12具有缺点，即传感器6将变得对绳索1相对于测定轴线10的横向位移不太敏感，其主要在绳索1横向移出磁场12时进行探测。优选的是，所使用的线圈7的铁芯8的宽度9对应于待监测的绳索1的直径，即大***于20至40毫米之间，以便使得所述磁场具有近似相同的宽度。为了仍旧获得一个足够大的传感器作用范围，所述测定单元最好被设置成使得测定磁场12足以以这样一个距离对绳索1的存在状态进行探测，即与线圈7的铁芯8的间距至少对应于铁芯8的外径的十分之六。

测定磁场相对于其宽度的这种较大作用范围意味着探测磁场的微小变化的必要性，由于振荡电路的参数，尤其是振荡电路中线圈7的欧姆电阻，会作为温度的一个函数发生变化，所以对磁场的微小变化进行探测较为困难。在本申请人的欧洲专利EP-70796中描述了一种特殊的振荡电路，其容许对温度依赖性进行补偿，并且由此增大感应测定单元的测定磁场作用范围。如果如同在本申请人的欧洲专利EP-813306中描述的那样利用热稳定电路对振荡电路进行补充，那么可以获得最大的测定范围。这种稳定电路包括一个电路，该电路用于通过对线圈7的欧姆电阻进行测定来确定出温度，和一个补偿电路，用于根据所述温度补偿振荡电路的参数变化，尤其是欧姆电阻的变化。

所述传感器适合于在其磁场12内的至少三个不同邻近区域z1、z2、z3中对绳索1进行探测，这三个区域与所述传感器相距不同的距离，并且产生一个包含一种关于绳索1被探测出的邻近区域z2的信息的传感器输出信号。邻近区域z1、z2、z3最好连续，即这些不同邻近区域之间不存在间隙也不发生重叠。这就表明：一个中间区域z2，在所述运输设施的正常工作过程中绳索的位置会在该中间区域z2内发生变化，位于邻近区域z1之后，并且位于邻近区域z3之前。邻近区域z3是异常区域，容许对不同类型的故障进行探测。

多个异常区域z1、z3可以被设置在中间区域z2之前和/或之外，以便能够更为精确地对故障的类型和/或范围进行探测。由此，比如，可以在所述中间区域之外判别出两个异常区域，来容许在偏移的绳索与出轨绳索(由此完全不存在)之间进行区别。

由于绳索1并非一个完美的金属杆，而是具有波纹表面的金属丝的组合体，所以中间区域z2最好至少具有8毫米的长度。为了永久地确保传感器13的表面与绳索1之间的安全距离，即使在由于滑轮2发生卡锁而使得绳索贴近传感器的情况下，所述中间区域最好起始于一个与传感器表面至少相距6毫米的位置处。为了确保可靠地探测出绳索1的出轨现象，所述中间区域远侧的异常区域z3的长度(或者如果设置有若干个区域那么是它们长度的总和)也至少为6毫米。由此，所述磁场最好具有至少20毫米的作用范围(6毫米+8毫米+6毫米)。

在中间区域z2中对绳索进行探测利用一个闪光LED15来指示。这主要有利于组装人员进行工作，在已经使得绳索与滑轮上的沟槽对齐(或者恰好相反)之后，将必须相对于滑轮对传感器进行定位，以便使得绳索位于该中间区域之内。

传感器的外壳11是一个金属套筒。在线圈7的侧面上，该套筒由一种非磁性材料密封起来，通常是一种合成树脂，在附图中没有示出。在另外一侧，外壳11包括一个电连接件，用于连接电源16和信号线。

如前所述，线圈7是一个感应探测单元的部件。更具体地说，它是所述测定单元中的振荡电路的一部分，所述振荡电路用于产生一个发源于线圈7的交变磁场。因此，在被测定物体(绳索)中诱发一个涡流，由此衰减所述磁场，并且最终的衰减结果由所述测定单元进行探测，用来产生一个探测信号Sd。图3示出了这种信号Sd作为绳索与传感器之间的距离X的一个函数的图表。随着距离的增大，信号的值连续增大，并且在这方面，可以说距离信号基本上与传感器与绳索之间的距离成正比例关系。

图4示出了绳索位置传感器的方框图。这种绳索位置传感器包括一个基准装置18，用于确定探测信号Sd的参考值，由此限定出所述邻近区域。为了限定出n个连续的邻近区域，需要n-1个参考值。一个比较单元19将探测信号Sd与所述参考值进行比较，并且一个信号单元20产生出一个输出信号Ss，其包含一个指示探测出绳索位于其中的区域的信息。一般来说，所述信息指示了探测出绳索位于其中的区域。输出信号Ss最好被编码处理，以便容许在单根信号线上进行传送。

为了安全原因，重要的是不仅对绳索的位置进行监控，而且对传感器的正确工作过程进行监控，所述传感器被用于进行监视。传感器包括一个监控单元21，用于向传感器的电路内周期性地注入监控脉冲，比如电压脉冲，如果注入点与输出端之间的电路处于工作状态，那么所述电压脉冲会显现在输出信号Ss中。监控脉冲最好由感应测定单元17的振荡器注入，从而使得输出信号包含一个信息，该信息指示整个测定、比较以及信号链正确工作。

所述监控单元具有至少两种在输出信号上具有不同效果的工作模式，由此容许通过观察输出信号Ss来探知监控单元的工作模式。所述信号单元根据已经探测出绳索位于其中的区域Zd对监控单元的工作模式(下面被称作“监控模式”)进行控制：该监控模式被用于对输出信号进行编码。这种解决方案提供的优点在于，输出信号中的单个周期性组成部分(监控脉冲的效果)包含安全信息以及指示绳索位置的部分或者全部信息，由此限制了输出信号的复杂度，并且有利于对其进行处理、传送和译码。

对于具有三个或者四个邻近区域的传感器来说，优选监控单元的工作模式是“启用”和“停用”，它们的特征在于分别存在和不存在周期性的监控脉冲。在这种情况下，“启用”工作模式将在绳索被探测到在一个工作区域中时被选用，即一个其在运输设施正常工作的过程中可以处于的邻近区域。实际上，传感器的正确工作过程必须尤其在所述设施正常工作的过程中得以监控。

所述信号单元最好产生一个数字输出信号，具有基本状态0或者1中任一，并且其中监控脉冲显现为数字脉冲。由此，当所述信号单元对其基本状态以及监控模式进行控制来对指示探测出绳索位于其中的区域的信息进行编码时，会获得最简单的输出信号。如果所述监控单元包括两种工作模式“启用”和“停用”，那么输出信号的基本状态0和1的组合容许对四个邻近区域进行区别。

原则上，利用一个用于存储参考值的存储器和一个用于将探测信号Sd与这些参考值进行比较并且用于产生一个数字输出信号的微型计算机，将能够对探测信号Sd进行数字化处理。这种解决方案将提供这种优点：传感器将可以被编程，由此容许轻易地对探测区域的尺寸和其它参数进行调节。但是，一个微型计算机，或者更为通常的是任何利用时序逻辑的电路，有可能经受无法预料的工作状况，在这种状况下其将会发生阻断。为了确保传感器的最大可靠性，优选的是一个仅包含组成模拟元件和组合逻辑元件的电路。就此而言，根据探测出绳索位于其中的区域对监控模式进行控制被证明是有益的。

在图5中表示出了具有三个邻近区域的这种传感器的简化电路图：感应测定单元是模拟测定单元，并且由这种模拟测定单元产生的探测信号Sd是电压Ud。所述基准装置是一个分压器，其能够确定出参考电压Uref1和Uref2。比较单元19包括两个电压比较器c1和c2，用于分别将Ud与参考电压Uref1和Uref2进行比较。信号单元20直接将比较器c2的输出信号用于传感器的输出信号Ss，仅利用输出电路22进行了放大。可以说，所述输出信号由一个组合逻辑电路从比较器c2的输出中推导出来：甚至一个用于将c2的输出端直接连接到用于输出信号的连接件16的端子(参见图2)上的简单电导体，也将代表一个组合逻辑元件。

所述监控单元在绳索被探测出位于区域z1中(Ud＜Uref1)或者z3中(Ud＞Uref2)时停用，并且仅在绳索被探测出位于中间区域z2中时启用，即当Uref1＜Ud＜Uref2时。为此，信号单元20的比较器c3会产生出一个数字信号，当绳索被探测出位于区域z1或者z3中时，其为1，当绳索被探测出位于邻近区域z2中时，其变为0。由于在比较器c1和c2的输出端处的信号已经为数字信号，所以包括比较器c3的电路是一个组合逻辑电路，从所述比较器c3中可以推导出另外一个数字信号。

图6示出了在按照图5所示布线图的电路中当绳索以恒定速率远离滑轮时不同信号与时间的关系。异常情况是第一图表，其没有表示出一个电信号，但是绳索1与传感器表面13之间的距离X不断增大。第二图表示出了探测电压Ud，其如前面参照图3阐述的那样持续增大。

所述基准装置能够确定出参考电压Uref1和Uref2，由此限定出参考距离Xref1和Xref2，它们将传感器的测定区域分成三个连续的邻近区域。由于绳索持续远离，所以在绳索分别位于区域z1、z2和z3的过程中可以分别获得三个时间周期Tz1、Tz2和Tz3。在周期Tz2中，所述监控单元被启用，并且由所述测定单元的振荡电路注入监控脉冲，由此在探测电压Ud下产生出周期性的电压脉冲23。

下面的三个图表示出了在比较器c1、c2和c3的输出端处的电压Uc1、Uc2和Uc3。在比较器c2的输出端处，监控脉冲显现为数字脉冲。信号Uc2是传感器的输出信号：该信号的基本状态(1或者0)和监控脉冲的存在与否容许确定出所探测到的绳索位于哪个区域中。仅有如果绳索被探测到位于区域z2中，比较器c3的输出为0。该信号用于控制所述监控单元的工作模式。此外，所述信号包含有所述监控脉冲的反馈，但是这并不是一个问题：因为所述监控单元能够产生这些脉冲，其可以被轻易地设计成在用于控制其自身监控模式的信号中忽略它们的回应。

图7和8示出了在一个运输设施中的滑轮装置的简化构造，包括两个滑轮2a、2b。这些滑轮的轴25利用两个横向构件24相互连接起来，所述横向构件24构成了所述装置的支撑构件。绳索位置传感器6被紧固在滑轮2a附近的该支撑构件上。应该明白的是，这种装置也可以仅包括一个滑轮，或者相反包括多个滑轮。

Claims (17)

1.用于对运输设施中的牵引或者运载绳索(1)在一个带沟槽的滑轮(2)上的位置进行监视的绳索位置传感器(6)，包括一个感应式距离测定单元(17)，该距离测定单元能够发射出一个交变磁场(12)，并且能够探测出该磁场(12)由于绳索(1)存在于邻近区域中而发生的变化，其特征在于，其适合于在磁场(12)内的至少三个不同邻近区域(z1，z2，z3)中对绳索(1)进行探测，这些邻近区域(z1，z2，z3)与传感器(6)相距不同的距离，并且适合于产生一个输出信号，该输出信号包含一个用于指示绳索(1)被探测出位于其中的邻近区域的信息。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，能够探测出所述绳索的存在状态的邻近区域(z1，z2，z3)是连续的。

3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述邻近区域(z1，z2，z3)包括一个中间区域(z2)，其在一个至少8毫米的长度上延伸，以及至少一个位于所述中间区域的近侧的邻近区域(z1)，和一个位于所述中间区域的远侧的邻近区域(z3)。

4.根据权利要求1至3中之一所述的传感器，其特征在于，所述测定单元包括一个振荡电路，该振荡电路包括一个带有开口铁芯(8)的线圈(7)，用于沿着一个主方向(10)发射出交变磁场(12)，并且该测定单元被设置成使得其在所述主方向上的测定区域范围足以对绳索(1)在这样一个位置处的存在状态进行探测，即该位置与铁芯(8)之间的距离至少对应于铁芯(8)的外径(9)的十分之六。

5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述振荡电路由一个热稳定电路进行补充，该热稳定电路包括一个电路，用于通过对线圈(7)的欧姆电阻进行测定而确定出温度，和一个补偿电路，用于根据所述温度补充振荡电路的参数的热变化，尤其是欧姆电阻的变化。

6.根据权利要求4或5所述的传感器，其特征在于，所述铁芯(8)的宽度为20至40毫米，从而使得磁场(12)具有近似相同的宽度。

7.根据权利要求1至6中之一所述的传感器，其特征在于，其测定区域具有一个对称轴线(10)，并且其适合于被安装成使得对称轴线(10)位于所述滑轮上的沟槽(3)的对称平面(5)中，并且最好使得其与滑轮(2)位于绳索(1)的同一侧。

8.根据任一前述权利要求所述的传感器，其特征在于，所述输出信号(Ss)被编码处理，以便容许在单根信号线上对其进行传送。

9.根据任一前述权利要求所述的传感器，其特征在于，所述测定单元(17)适合于产生一个模拟探测信号(Sd)，该信号(Sd)基本上与绳索(1)与传感器(6)之间的距离(X)成正比例关系，并且所述传感器包括一个基准装置(18)，利用该基准装置(18)，确定出所述探测信号的至少两个参考值，由此限定出至少三个邻近区域(z1，z2，z3)，一个比较单元(19)，用于将探测信号(Sd)与所述参考值进行比较，以及一个信号单元(20)，用于根据所述比较结果产生输出信号(Ss)。

10.根据权利要求9所述的传感器，其特征在于，其包括一个监控单元(21)，该监控单元(21)适合于将周期性监控脉冲注入所述传感器的电路内，所述监控脉冲显现于所述输出信号中，并且提供一个关于注入点与输出端之间的电路正确工作的信息，该监控单元包括至少两种利用它们在输出信号(Ss)上的效果相互区别开的工作模式，并且根据所述绳索被探测出位于其中的邻近区域(z1，z2，z3)，由信号单元(20)对所述工作模式进行控制。

11.根据权利要求9所述的传感器，其特征在于，所述测定单元(17)包括一个振荡器，该振荡器包括一个带有线圈(7)的振荡电路，所述线圈(7)用于产生交变磁场(12)，并且所述监控单元(21)将监控脉冲注入所述振荡器内，以便使得它们在输出信号(Ss)上的反馈提供一个指示整个测定、比较以及信号链正确工作的信息。

12.根据权利要求10或11所述的传感器，其特征在于，所述监控单元(21)包括一种启用和停用工作模式，它们的特征在于分别存在和不存在周期性的监控脉冲。

13.根据权利要求10至12中之一所述的传感器，其特征在于，所述输出信号(Ss)是一个基本状态为0或者1的数字信号，所述监控脉冲在该输出信号中显现为数字脉冲，并且所述信号单元(20)适合于根据所述绳索被探测出位于其中的邻近区域对输出信号的基本状态和监控模式进行控制。

14.根据权利要求13所述的传感器，其特征在于，所述探测信号(Sd)是一个探测电压(Ud)，所述监控脉冲在该探测信号(Sd)中显现为电压脉冲(23)，所述参考值被确定为参考电压(Uref1，Uref2)，所述比较单元(19)包括用于各个参考值的比较器(c1，c2)，来将各个参考值与探测电压(Ud)进行比较，并且所述信号单元(20)包括一个组合逻辑电路，该组合逻辑电路连接于比较器(c1，c2)中至少之一的输出端上，用于产生该传感器的输出信号(Ss)。

15.根据权利要求14所述的传感器，其特征在于，所述信号单元(20)包括一个组合逻辑电路，该组合逻辑电路连接于比较器(c1，c2)中至少之一的输出端上，用于产生一个确定所述监控模式的信号。

16.根据任一前述权利要求所述的传感器，其特征在于，所述基准装置(18)最多限定出四个邻近区域(z1，z2，z3)，并且最好是恰好为三个邻近区域。

17.用于具有运载或者牵引绳索的运输设施的滑轮装置，包括一个支撑构件，该支撑构件带有至少一个带沟槽的旋转滑轮(2a，2b)，和至少一个根据任一前述权利要求所述的绳索位置传感器(6)，该绳索位置传感器(6)靠近所述滑轮中之一(2a)紧固于所述支撑构件上。

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