物体运动测量系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于确定物体运动的测量设备，可用于建筑、冶金、仓储物流、海洋物流、生产自动化和能源行业。


背景技术：

2.一种用于测量物体运动的系统(ru 2623829 c1，(medvedeva marina vladimirovna等)，2017年6月29日)，其包括安装在测量对象上的传感器(t)，沿物体运动路径排列的信号源(ss)和数据处理算法。在这种情况下，可以使用磁性标记或射频标记作为信号源，这些标记可以是唯一的，即包括多个磁体或射频标签，彼此之间具有特定的距离。在这种情况下，系统被配置为计算标记的坐标，并将每个信号源的标记(坐标)以高精度存储在内存中，这使得系统能够在重启时确定其绝对坐标。该系统的缺点是没有考虑额外的信息，例如，通过重复测量物体的位置和数学平均、环境条件(温度、湿度等)以及到信号源的距离来考虑换能器特性的非线性，这降低了确定物体运动的准确性。
3.一种测量物体运动的系统(us6351117b1，(balluff inc.)，2002年2月26日)，该系统通过使用校正因子考虑传感器特性的非线性。该系统的缺点是，通过使用存储在非易失性存储器中的校正因子来考虑非线性，这增加了测量系统的复杂性。此外，该测量运动系统不考虑环境条件(温度、湿度等)和到信号源的距离，从而降低了确定物体运动的准确性。
4.本发明的目的是提供一种用于测量物体运动的系统，能够高精度地确定物体的位置。


技术实现要素：

5.本发明的技术效果在于通过以下方式改善了确定物体位置的准确性：测量系统被配置为考虑附加信息，例如，通过从传感器位置相对于信号源的不同点重复测量物体位置并对所得数值进行统计处理(包括数学平均)以考虑传感器特性的非线性(例如，随机或系统误差、重复性和滞后)；还考虑环境条件(如温度、湿度等)和/或与信号源的距离。
6.本发明的技术效果是通过以下方式实现的：物体运动测量系统包括安装在测量物体上的传感器和布置在物体运动路径附近的信号源。所述信号源向具有传感器的移动物体发送信号，通过传感器接收关于信号源位置的输出信号，从而确定物体的位置。所述测量系统被配置为在测量信号源坐标时通过从相对于信号源的不同位置反复测量物体的位置并对所得到的值进行统计处理来考虑传感器的非线性特性，和/或考虑环境条件和/或与信号源的距离，所述非线性特性包括随机或系统误差、重复性和滞后。
7.另外，该物体运动测量系统还被配置为考虑环境条件，即影响信号源和传感器之间相互作用特性的环境因素(如温度、湿度等)，和/或与信号源的距离。
8.进一步地，在该物体运动测量系统中，使用磁性标记物、射频标记物、光源、热源、任何类型的辐射源、动能源、压力源、超声波、具有感应和/或电容物理特性的材料作为信号源。
9.信号源可以设计成通用的，即传感器从信号源接收到的信号仅在坐标上有所区别，也可以设计成唯一的，即传感器从信号源接收到的信号不仅在坐标上有所区别，还包含额外的唯一信息(用于区分一个标签与另一个标签)。在最简单的情况下，这个额外的信息可以是无线电标签的识别号码，或者磁性标记的签名(签名是指同时进入传感器灵敏度范围的两个或多个通用信号源之间的唯一距离集合)。
10.例如，通用磁性或射频标记器分别包括来自具有相同识别码的射频标记器组的一个磁铁或射频标签，唯一的磁性或射频标记器则包括多个彼此间具有一定距离的磁铁或来自具有不同识别码的射频标记器组的射频标签。
11.进一步地，在该物体运动测量系统中，使用了磁致伸缩传感器、磁能传感器(霍尔传感器)、光电传感器、电感传感器、电容传感器、射频传感器(射频天线、读写头、射频信号处理单元)、压力传感器、超声波传感器、辐射能传感器和动能传感器作为传感器。
12.除了在敏感度范围内确定信号源的坐标之外，传感器还可以识别(读取)信号源，即确定通用信号源的特征或获取有关唯一信号源的信息。关于唯一信号源的信息可能因信号源的类型而有不同的解释。例如，对于无线电标签，信息是其识别号码；对于唯一的磁性标记，信息就是其特征。
13.当使用一组具有不同识别码/单独代码的射频标签组中的射频标签时，射频传感器可以确定信号源的坐标(包括相对于其自身的坐标)及其编号(以唯一地识别信号源)。
14.上述解决方案中使用的传感器类型的一个显著特点是能够测量多个信号源的坐标。这使得在物体在空间中移动时，可以确定进入传感器灵敏度范围的信号源的坐标，从而使系统能够根据信号源的坐标来构建信号源的路径，以确定物体在空间中的位置。通过知道物体的初始坐标(例如零点)，系统可以自动确定空间中所有后续信号源的坐标。为了实现这一点，传感器需要在物体初始位置上测量其灵敏范围内一个或多个信号源的坐标。当物体移动时，系统通过传感器和信号源(信号源保持静止)的相对运动来计算物体的坐标，该相对运动发生在传感器的灵敏度范围内。当一个新的信号源进入传感器的灵敏度范围时，系统会根据物体当前的坐标计算新信号源的坐标。当物体移动并且新的信号源进入传感器的灵敏度范围时，这个过程会不断重复。通过这种方式，系统可以根据进入传感器灵敏度范围的后续信号源来确定物体的坐标。
15.在获取到物体的坐标数据后，系统会计算进入传感器灵敏度范围的信号源的坐标，并构建信号源的路径以确定物体相对于该路径的坐标。系统的这种属性被称为适应性：即系统能够构建任意排列的信号源的空间布局能力。
16.因此，本发明实现了一种自适应的路径构建原则：传感器确定通用和/或唯一信号源的坐标。在这种情况下，传感器计算空间中一个或多个信号源的相对于自身(本地坐标)的坐标，然后系统构建通用和/或唯一信号源的空间路径。基于构建的路径，系统确定其在空间中的位置。
17.物体/系统的运动测量可以在唯一的路段上进行，即通用信号源位于彼此不同距离处(保持特征的唯一性)和/或唯一信号源位于相互任何距离处(包括彼此相同距离)的路段，以及在增量路段上进行，即所有通用信号源之间的距离恒定的部分(不存在通用信号源的唯一布置)。
18.该系统可以同时计算信号源和物体的坐标，即允许定位或跟踪后者的运动。
附图说明
19.图1所示为物体运动测量系统的示例，其中传感器是磁致伸缩换能器，信号源是永磁体。
20.图2显示了磁性标记的示例。
21.图3显示了波导特性的非线性。
具体实施方式
22.图1所示为用于测量物体运动的系统示例。在该系统中，一个被称为磁致伸缩线性移动传感器(1)的传感器安装在测量物体上，而包括由永久磁体组成的磁性标记(2、3)的信号源则被布置在物体运动路径附近。传感器内部产生的电脉冲与磁体的磁场相互作用，在波导中产生磁致伸缩扭转波，该波以超声速传播。扭转波被转换成电信号。移动传感器从初始点开始跟踪其与静止磁体之间的绝对运动。
23.尽管如此，上述示例并不意味着限制权利要求的范围，本领域技术人员可以理解的是以下都可用作运动传感器：磁能传感器(霍尔传感器)、光电传感器、感应和电容传感器、射频传感器(射频天线、读取/记录头、射频信号处理单元)、压力传感器、超声波传感器、辐射能量传感器、动能传感器；而以下可用作信号源：射频标记物、光源、热源、任何类型的辐射源、动能源、压力源、超声波、具有感应和/或电容物理特性的材料。
24.磁性和射频标记物可以是通用的，即增量式(2)，即包括来自一组没有唯一识别码的射频标签中的一个磁体或射频标签；和/或独特的，即间隔式(3)，即包括来自一组具有唯一识别码的射频标签中的多个磁体或射频标签。
25.该系统将每个信号源的标记(坐标)以高精度存储在内存中，这使得系统能够在断电重启后仍能通过内存中储存的每个信号源坐标信息来确定其绝对坐标。该物体运动测量系统被配置为即使信号源改变位置也能计算信号源的坐标；从物体/传感器位置的不同点连续重复测量同一信号源的坐标以获得更高的测量精度；和/或确定与信号源之间的距离。
26.该运动测量系统通过从传感器相对于信号源的不同位置多次测量信号源的坐标，并对获得的数值进行统计处理，以及考虑到其他信息，如传感器特性的非线性(随机或系统误差、重复性和滞后等)，来提高其相对于固定信号源的位置精度。此外，该系统还考虑到影响信号源与传感器之间相互作用特性的环境因素，和/或与信号源之间距离。
27.考虑到环境条件，可以提高系统中使用的信号源(例如，磁性、射频标记)的确定精度。
28.建议通过对波导特性本身进行“平均化”，来减少波导特性非线性的影响。特性的非线性的正弦曲线的周期大约为5mm(过程值)，如图3所示。由于当物体移动时以及当重复测量物体的位置时，传感器(即波导)的长度基本上大于5mm，例如2500mm，因此，通过对获得的数值进行统计处理，可以大幅减小波导特性的非线性影响。
29.因此，考虑附加信息可以提高物体运动测量系统确定物体位置的精度。

技术特征：
1.一种物体运动测量系统，包括安装在测量物体上的传感器、布置在物体运动路径附近的信号源，所述信号源向具有传感器的移动物体发送信号，通过传感器接收关于信号源位置的输出信号，从而确定物体的位置，其特征在于，所述测量系统被配置为在测量信号源坐标时通过从相对于信号源的不同位置反复测量物体的位置并对所得到的值进行统计处理来考虑传感器的非线性特性，和/或考虑环境条件和/或与信号源的距离，所述非线性特性包括随机或系统误差、重复性和滞后。2.根据权力要求1所述的物体运动测量系统，其特征在于，使用磁性标记物、射频标记物、光源、热源、任何类型的辐射源、动能源、压力源、超声波、具有感应和/或电容物理特性的材料作为信号源。3.根据权力要求1所述的物体运动测量系统，其特征在于，这些信号源被设计成通用的，即仅通过信号源的坐标与传感器不同，以实现信号的传输；和/或被设计为唯一的，即不仅通过信号源的坐标与传感器不同，还可以通过其他方式实现信号的传输。4.根据权力要求1所述的物体运动测量系统，其特征在于，磁致伸缩传感器、磁能转换器、光电传感器、感应和电容传感器、射频传感器、压力传感器、超声波传感器、辐射能量传感器、动能传感器作为传感器使用。

技术总结
一种物体运动测量系统由安装在测量物体上的传感器、布置在物体运动路径附近的信号源，所述信号源向具有传感器的移动物体发送信号，通过传感器接收关于信号源位置的输出信号，从而确定物体的位置。所述测量系统被配置为在测量信号源坐标时通过从相对于信号源的不同位置反复测量物体的位置并对所得到的值进行统计处理来考虑传感器的非线性特性，和/或考虑环境条件和/或与信号源的距离，所述非线性特性包括随机或系统误差、重复性和滞后。所述发明的技术效果在于提高确定物体位置的精度。精度。


技术研发人员：玛丽娜
受保护的技术使用者：康斯坦丁
技术研发日：2021.10.22
技术公布日：2023/9/22