採用電容傳感器的相對於乘員輸送機的人的檢測的製作方法
2023-06-29 00:59:21
專利名稱：採用電容傳感器的相對於乘員輸送機的人的檢測的製作方法
技術領域：
一般來說，本發明涉及乘員輸送機，更具體來說，涉及用於檢測相對於乘員輸送機的人的位置的系統。
背景技術：
諸如自動扶梯和移動走道之類的乘員輸送機用於有效地將乘員從第一位置輸送到第二位置。典型自動扶梯包括多個活動階梯，活動階梯連結在一起，並且附連到在自動扶梯的各端的ー對鏈輪齒上行進的鏈條，其中鏈輪齒之一由機器驅動。欄杆位於活動階梯的每側，並且各欄杆包括與階梯同時移動的活動扶手。典型移動走道包含與自動扶梯相同的許多組件，不同的是走道基本上是平坦而不是傾斜的，並且使用墊板來代替階梯。為了安全、維護或能量成本節省，乘員感測系統已經用於停止或觸發乘員輸送機的操作。通常，這些乘員感測系統在入口和出口大門處或者沿乘員輸送機的長度已經使用多個傳感器，以便檢測是否有人接近入口和出口大門或者搭乘乘員輸送機。這些傳感器已經是光學傳感器、紅外傳感器、壓電傳感器或RF發射器。由於所需傳感器的數量隨著乘員輸送機的長度增加而增加，所以這些系統的安裝和維護可能是極為昂貴的。
發明內容
本發明是一種用於相對於乘員輸送機來檢測人的系統。該系統包括驅動電路，用於提供振蕩驅動信號；電容傳感器，具有配置成響應振蕩驅動信號而向第二電極產生電場的第一電極；檢測電路，連接到電容傳感器以檢測電容傳感器的電容的變化；以及控制器。當人中斷第一與第二電極之間的電場時，檢測電路感測電容傳感器的電容的變化，並且產生作為電容的函數的輸出。基於檢測電路所感測的變化，控制器例如通過控制乘員輸送機啟動、減速、加速、停止或阻止啟動，來有選擇地調整乘員輸送機的操作模式。本發明具有至少兩種應用檢測乘員輸送機的欄杆之間的人，以及檢測乘員輸送機的機器間裡的人。為了檢測乘員輸送機的欄杆之間的人，將電信號提供給第一欄杆上的第一電極，以便在第一電極與相對第一欄杆的第二欄杆上的第二電極之間的空間中生成電場。當乘員出現在乘員輸送機上時，檢測到第一與第二電極之間的電容的變化。乘員輸送機的操作作為所檢測的電容變化的函數來被控制。為了檢測乘員輸送機的機器間中的人，將電信號傳送給位於機器間中的感測導線(sense wire),以便在導線與機器間中的電隔離組件之間創建電場。人在機器間中的出現將中斷該電場，並且改變感測導線與組件之間的電容。電容的這種變化使用檢測電路來被檢測，並且乘員輸送機的操作作為所檢測的電容變化的函數來被控制。
圖I是乘員輸送機的透視圖，其中包括容納乘員輸送機的驅動系統的部分的機器間。
圖2是與按照本發明的實施例的乘員輸送機配合使用的檢測系統的框圖。圖3A-3F是示出本發明的檢測系統的示範操作模式的簡圖。圖4A-4C是示出乘員輸送機的欄杆上的導電材料的示範配置的簡圖。圖5是示出乘員輸送機上的電極的備選配置的簡圖。
具體實施例方式本發明涉及相對於諸如自動扶梯、移動走道等的乘員輸送機的人的位置的檢測。圖I是自動扶梯10的透視圖，自動扶梯10包括第一平臺12、第二平臺14、階梯16的連續環、扶手18、限定其間的乘員搭乘區的欄杆22、驅動系統24和機器間26、28。階梯16從第一平臺12延伸到第二平臺14。欄杆22沿階梯16的側面從第一平臺12延伸到第二平臺14，並且扶手18與各欄杆22滑動地接合。驅動系統24配置成以恆定速度並且相互同步地 驅動階梯16和扶手18。驅動系統24的第一部分位於機器間26中，而驅動系統24的第二部分位於機器間28中。本發明涉及相對於自動扶梯10的人的位置的檢測。在任何給定時間，人在沿自動扶梯10搭乘的同時可位於欄杆22之間的乘員搭乘區中，或者在自動扶梯沒有移動時提供維護輔助的同時可位於機器間26、28中或者欄杆22之間。基於人的位置，為了效率和安全原因，可期望啟動或停止驅動系統24，或者阻止驅動系統24啟動。本發明使用電場來檢測相對於自動扶梯10的人的位置，並且將該信息傳送給檢測電路，以便確定是否需要啟動或停止驅動系統24。圖2是按照本發明的實施例的檢測系統30的框圖。檢測系統30包括驅動電路32 (它包括振蕩器34、放大器36、模式選擇器37和阻抗匹配網絡38)、電容傳感器40和檢測電路42。檢測電路42包括比較器44和控制器45，並且與自動扶梯10的邏輯電路46進行通信。控制器45將電流提供給振蕩器34，振蕩器34生成電信號50。來自控制器45的控制信號還路由至模式選擇器37，以便命令模式選擇器37按照三種模式之ー來驅動電容傳感器40 :吸收模式、傳輸模式或加載模式。振蕩器34通常是基於晶體(壓電)的振蕩器，或者直接由控制器45的輸出來驅動。振蕩器34能夠工作在100 kHz至I MHz的範圍，但是優選地在100-150 kHz之間進行操作。由振蕩器34所創建的電信號50是低功率振蕩驅動信號，其被限制到小於500 mW的功率。電信號50由放大器36來放大，並且通過模式選擇器37以及在示範實施例中可採用一個或多個變抗器所實現的阻抗匹配網絡38來傳送給電容傳感器40。阻抗匹配網絡38由控制器45的輸出來控制,並且確保將電信號50有效地傳遞給電容傳感器40,而不管傳感器40的變化電容。將電信號50施加到電容傳感器40,以便在電容傳感器40的第一電極54與第二電極56之間創建靜電場52。當人57位於第一電極54與第二電極56之間時,擾動在準靜電場52中發生。這種擾動是檢測器電路42能檢測的。檢測電路42包括比較器44以及控制器45，其與邏輯系統46進行通信。基於從電容傳感器40所接收的輸出，比較器44向控制器45輸出第一電極54與第二電極56之間的電壓差。控制器45是運行用於處理來自比較器44的輸出的算法的微處理器。在一些實施例中(下面針對圖3A-3F更詳細地論述)，這些算法使用若干檢測模式來處理來自比較器44的輸出，以便搜索隨時間的電容的模式和差，以指示人、多人的存在或者其它狀況。控制器45與邏輯系統46進行通信。基於電容傳感器40的電容的所檢測的變化，控制器45和邏輯系統46確定是否需要乘員輸送機的操作模式的變化(即，啟動、停止或減緩乘員輸送機或者甚至阻止乘員輸送機啟動)。這個系統基於如下前提進行操作人的介電常數明顯高於空氣的介電常數。電容的等式如下
(.=En *******
其中，C是單位為法拉的電容，ε r是第一電極54與第二電極56之間的物體的介電常數(或相對電容率)，ε ^是真空中的電容率(8. 854Χ 10_12 F/m)，A是第一電極54和第二電極56重疊的單位為平方米的面積，以及d是第一電極54與第二電極56之間單位為米的距離。對於空氣，介電常數ε ^大約為I. 00。對於人體，介電常數ε ^大致在60與90之間，、取決於各種因素。因此，電容傳感器40的電容在人體處於第一電極54與第二電極56之間時將顯著變化。電容的這種變化將由檢測電路42來檢測。更接近空氣的介電常數的材料、例如紙(ε r=3. 5)或橡膠(ε r=7)將不會引起大的電容變化，並且因而可不是能檢測的(但是ー些科學論文指示，實驗表明，能夠檢測小至O. 05X 10_18 F的電容變化)。如上所述，電容傳感器40和檢測電路42可工作在三種檢測模式的任ー種。這些模式是吸收(或分流)模式、傳輸模式和加載模式。圖3A-3F是詳細示出這三種檢測模式的簡圖。圖3A-3B不出吸收模式的電容傳感器40。第一電極54向第二電極56產生電場52 (例如準靜電場)。當沒有主體存在於第一電極54與第二電極56之間時,第二電極56接收穩態強度的電場52 (其中電場52的一部分分流到地)。當主體57 (例如人或其它物體)存在於第一電極54與第二電極56之間時,如圖3B所不，電場52被擾動,使得第二電極56接收更弱的電場52，因為電場52的一部分通過主體57分流到地，而沒有到達第二電極56。圖3C-3D不出傳輸模式的電容傳感器40。第一電極54向第二電極56產生電場52 (例如準靜電場)(其中電場52的一部分分流到地)。當沒有主體存在於第一電極54與第二電極56之間時,第一電極54與第二電極56之間的電容具有固定值。當主體57 (例如人或其它物體)存在於第一電極54與第二電極56之間時,如圖3D所不,場產生器變為相互電容地耦合的第一電極54和主體57的組合，並且這個場產生器與第二電極56之間的電容根據主體57的特性和位置而改變。圖3E-3F不出加載模式的電容傳感器40。第一電極54產生電場52 (例如準靜電場)，其至少一部分分流到地(第二電極56在這種模式中沒有用作電容傳感器)。當主體57 (例如人或其它物體)存在於鄰近第一電極54 (即，第一電極54與第二電極56之間)時，如圖3F所示，電場52被擾動並且通過主體57分流到地，從而產生基於主體57的特性和位置隨第一電極54與主體57之間的電容而改變的能檢測的加載效果。作為對第一電極54的替代或補充,第二電極56也可在這種模式中產生電場。對於這種技術在乘員輸送機中的使用存在至少兩種應用檢測自動扶梯10上(具體在欄杆22之間)的人，並且檢測機器間26、28中的人。以上所述並且如圖2所示的電路可適用於這兩種應用，其中在實現電容傳感器40的方面具有細微變化。在所檢測的人是自動扶梯10上的乘員的情況下,欄杆22形成或支承電容傳感器40的第一和第二電極54、56。在所檢測的人是機器間26、28中的維護人員的情況下，感測導線充當第一電極54，並且接地機械充當第二電極56，以便形成電容傳感器40。下面將更詳細論述這些應用的每個的具體細節。為了採用形成電容傳感器40的欄杆22來檢測乘員輸送機的欄杆22之間的人，導電材料施加到各欄杆22，以便創建電容傳感器40。這特別可適用於具有非導電錶面、如玻璃表面的欄杆22。重要的是,導電材料與圍繞欄杆22的非導電錶面的任何金屬部分充分間隔開，因為這些金屬部分主要充當接地。如果導電材料過於靠近金屬部分，則電信號可分流到這些接地金屬部分，並且因而檢測系統的範圍和靈敏度降低。但是，可允許檢測系統的有限數量的小部分接近欄杆的導電部分，以便進行必要的電路連接。圖4A-4C是示出導電材料60能夠施 加到欄杆22的非導電錶面62以便創建電容傳感器40的若干示範方式的簡圖。圖4A示出其中網格或透明導電膜60a層合到欄杆22的非導電錶面62的實施例。這個網格或透明導電膜60a可在非導電錶面62的製造期間來施加，或者可在以後施加到非導電錶面62，以便改造現有乘員輸送機。圖4B示出其中玻璃本身包括在玻璃製造過程中形成的導電元件60b的實施例。圖4C示出其中導電貼花紙60c附於非導電錶面62的實施例。雖然其它方法可用於將導電材料60施加到各欄杆22的非導電錶面62,但重要的是,導電材料60沒有過於接近包圍非導電錶面62的金屬部分的任一個，因為這些金屬部分主要充當接地。如果導電材料60過於接近這些接地區域，則信號可分流到這些接地區域，這會引起降低的靈敏度和範圍。對於其中欄杆22是金屬的應用，它將需要與相対的欄杆22電隔離。如上所述，欄杆22的面積(更具體來說是設置在欄杆22上的導電材料60的表面積)在人接近或處於欄杆22之間時直接影響電容的變化(並且因而影響檢測靈敏度)。在較長自動扶梯上，導電錶面的長度能夠變得稍微諧振的，並且作用就像天線。在這類情況下，傳播電場可存在於欄杆22上，並且幹擾周圍電子裝置。在這類應用中，在欄杆22的每個內表面上，導電錶面60能夠分為兩個或更多部分，如可選劃分線63所示。將復用器添加到檢測電路42將允許多個部分與檢測電路42的其它組件進行通信。備選地，多個比較器44可用於允許這些部分與控制器46進行通信。在操作中，當因自動扶梯10上的人的存在而由電容傳感器40檢測到電容的變化時，檢測電路42可確定是否改變自動扶梯10的操作。例如，當人接近自動扶梯10並且進入欄杆22之間的空間時，自動扶梯10能夠從低功率或能量節省模式「喚醒」，並且從較慢速度直接或逐漸進入常規傳輸模式。如果人處於自動扶梯10上並且存在緊急情況，則自動扶梯10能夠進入緩和停止模式，以便防止突然停止。另外，如果人位於已停止自動扶梯10上，則人的檢測能夠用於避免啟動自動扶梯10。檢測系統30還能夠用於檢測機器間26、28中的人。機器間26、28各位於鄰近階梯16和欄杆22 (如圖I所示)。為了檢測機器間26、28中的人，將驅動系統24和/或各機器間26、28中的其它導電組件接地。感測導線(未示出)安裝在機器間26、28中(優選地在中間高度)，並且是與接地隔離的，以便形成第一電極54。接地組件形成第二電極56。以上針對圖2所述的相同電路也用於創建電場52供機器間應用。當機器間26中沒有人時，感測導線與諸如驅動系統24之類的接地組件之間的電容是恆定的。當人或另ー個物體進入機器間26時，感測導線與諸如驅動系統24之類的接地組件之間的電容因人的介電常數或電容率與空氣的介電常數或電容率之間的差而發生變化。電容的這種變化由檢測電路42按照與以上針對圖2所述的相同或相似方式來檢測。如果在機器間26中檢測到人，則自動扶梯10的操作被禁用(即，送往電動機的所有電カ被切斷，以便確保沒有部件正在移動)。這兩種應用的每種(B卩，創建欄杆之間或者機器間中的電容傳感器)可使用如圖2所示所配置的獨立電路，或者它們可共用電路。還可包含本領域已知的附加電路和傳感器，以便防止某些狀況(例如溫度和溼度)的變化可對電容感測布置具有的有害影響。圖5是示出實現本發明的檢測系統的乘員輸送機上的電極的備選配置的簡圖。第ー電極54和第二電極56 (圖2)可位於欄杆22上(如位置70a和70b所示)、可位於乘員輸送機的內鋪板上(如位置72a和72b所示)、可位於乘員輸送機的內邊緣上(如位置74a和74b所示)，或者可位於這些位置的一個或多個的組合處。需要電極的適當電隔離，以便通過這些配置的任一種來實現檢測系統的電容感測功能性。在示範實施例中，階梯16或者階梯16及其伴隨階梯鏈條用於提供到固定電位(例如接地)的被電隔離的連接，其中電極 被連接以便實現檢測的上述加載模式。雖然參照示範實施例描述了本發明，但本領域的技術人員會理解，可進行各種變更，並且等效方案可代替其中的元件，而沒有背離本發明的範圍。另外，可進行許多修改以使具體情況或材料適合本發明的教導，而沒有背離其本質範圍。因此，預期本發明並不局限於所公開的具體實施例，相反，本發明包括落入所附權利要求書的範圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種用於相對於具有結構組件和乘員搭乘區的乘員輸送機來檢測人的系統，所述系統包括 驅動電路，用於提供振蕩驅動信號； 電容傳感器，具有配置成響應所述振蕩驅動信號而向第二電極產生電場的第一電極； 檢測電路，連接到所述電容傳感器，所述檢測電路感測所述電容傳感器的電容的變化，並且產生作為電容的函數的輸出；以及 控制器，響應檢測電路輸出而有選擇地調整所述乘員輸送機的操作模式。
2.如權利要求I所述的系統，其中，所述第一和第二電極設置在位於所述乘員搭乘區的相對側上的乘員輸送機結構組件的部分上，並且電容的變化由所述第一與第二電極之間 的電場中的人的存在而弓I起。
3.如權利要求I所述的系統，其中，所述第一電極包括設置在位於所述乘員搭乘區的第一側上的乘員輸送機結構組件上的導電材料，並且所述第二電極包括設置在位於與第一側相對的所述乘員搭乘區的第二側上的乘員輸送機結構組件上的導電材料。
4.如權利要求I所述的系統，其中，所述乘員輸送機結構組件是欄杆，所述第一電極包括所述乘員搭乘區的一側上的欄杆的導電錶面，而第二電極包括位於所述乘員搭乘區的相對側上的欄杆的導電錶面。
5.如權利要求4所述的系統，其中，所述欄杆由非導電材料來形成，並且導電材料設置在位於所述乘員搭乘區的相對側上的欄杆的表面上。
6.如權利要求5所述的系統，其中，所述非導電材料是玻璃。
7.如權利要求5所述的系統，其中，所述導電材料粘附於非導電的欄杆的表面。
8.如權利要求5所述的系統，其中，所述導電材料與非導電的欄杆整體地形成。
9.如權利要求5所述的系統，其中，所述導電材料分為多個部分。
10.如權利要求9所述的系統，其中，復用器連接所述部分，以便向所述檢測電路傳送所述電容傳感器的輸出。
11.如權利要求I所述的系統，其中，所述第一電極包括位於所述乘員輸送機的機器間中的感測導線，並且所述第二電極包括所述機器間中的接地組件。
12.如權利要求I所述的系統，所述驅動電路還包括 振蕩器，用於創建振蕩驅動信號； 放大器，連接到所述振蕩器，以便放大所述振蕩驅動信號； 阻抗匹配網絡，連接在所述放大器與所述電容傳感器之間；以及 模式選擇器，能操作成驅動所選模式的所述電容傳感器。
13.如權利要求12所述的系統，其中，所述振蕩器的頻率為100kHz至I MHz。
14.如權利要求12所述的系統，其中，所述振蕩器的頻率為100kHz至150 kHz。
15.如權利要求I所述的系統，其中，所述檢測電路包括 比較器，配置成感測所述電容傳感器的電容的變化，並且產生作為所述電容傳感器的電容的函數的輸出。
16.—種檢測乘員輸送機的第一與第二欄杆之間的乘員的方法,所述方法包括 將電信號提供給所述第一欄杆上的第一電極，以便在所述第一電極與相對所述第一欄杆的第二欄杆上的所述第二電極之間生成電場；檢測所述第一與第二電極之間的電容的變化；以及 作為電容的所檢測的變化的函數來控制所述乘員輸送機的操作。
17.如權利要求16所述的方法，其中，電容的變化由所述第一與第二電極之間的電場中的人的存在而引起。
18.如權利要求16所述的方法，其中，所述第一電極包括設置在所述第一欄杆的表面上的導電材料，並且所述第二電極包括設置在所述第二欄杆的表面上的導電材料。
19.如權利要求16所述的方法，其中，所述電信號是低功率振蕩驅動信號。
20.如權利要求16所述的方法，其中，所述電信號的頻率為100kHz至I MHz。
21.一種檢測乘員輸送機的機器間中的人的方法，所述方法包括 將電信號傳送給位於所述機器間中的感測導線，以便在所述導線與所述機器間中與所述感測導線電隔離的導電組件之間創建電場； 檢測所述感測導線與所述導電組件之間的電容的變化；以及 作為電容的所檢測的變化的函數來控制所述乘員輸送機的操作。
22.如權利要求21所述的方法，其中，電容的變化由所述感測導線與導電組件之間的電場中的人的存在而引起。
23.如權利要求21所述的方法，其中，所述電信號是低功率振蕩驅動信號。
24.如權利要求21所述的方法，其中，所述電信號的頻率為100kHz至I MHz。
全文摘要
一種用於相對於乘員輸送機來檢測人的系統包括驅動電路，用於將振蕩驅動信號提供給配置成響應所述振蕩驅動信號而向第二電極產生電場的電容傳感器的第一電極。檢測電路連接到電容傳感器，並且產生作為電容傳感器的電容的函數的輸出，使得檢測電路例如在人進入第一與第二電極之間的電場時感測電容傳感器的電容的變化。控制器響應由檢測電路所感測的電容的變化而有選擇地調整乘員輸送機的操作模式。
文檔編號B66B29/00GK102666353SQ200980162888
公開日2012年9月12日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者A.C.蘇, A.埃爾肯, A.森格, B.R.西威爾特, G.格施溫德特納, N.C.索爾德納, W.A.費羅內西 申請人:奧的斯電梯公司