СИСТЕМА И СПОСОБ ИНДИКАЦИИ РАССТОЯНИЯ
SYSTEM AND METHOD OF DISTANCE INDICATION

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к технике измерения расстояния и, более точно, к системе и способу для индикации расстояния между связанными между собой конструкционными элементами, используя модуляцию электромагнитной волны.
Предлагаемая система и способ предназначены для использования в широком диапазоне областей применения и сред. Один пример подходящего применения - использование заявляемой системы и способа в пневматическом элементе подвески, в частности, в пневматической подвеске транспортного средства. Система и способ по изобретению будут подробно обсуждены ниже со ссылками на известные устройства, в которых используются такие взаимосвязанные элементы пневматической подвески. Однако следует понимать, что данная система и способ могут найти более широкое применение и не ограничиваться приведенными здесь примерами, которые являются просто вариантами подходящих областей применения. В настоящее время используется множество устройств и способов, чтобы контролировать положение одного конструкционного элемента относительно другого. Например, часто используются датчики механической связи, которые включают один или несколько элементов связи между смежными конструкционными элементами, такими как компоненты подвески транспортного средства, и рамой или кузовом этого транспортного средства. Элементы связи обычно представляют собой электрическую цепь с переменным резистором или другими подходящими элементами, сопротивление которых изменяется в ответ на движение элементов связи. Электронное контрольное устройство (ЭКУ) или другое подходящее устройство затем определяет относительное положение одного конструкционного элемента к другому на основании соответствующего изменения напряжения на переменном резисторе или соответствующего изменения тока через резистор. Однако такие устройства имеют ряд недостатков, которые обычно связаны с их непрерывным использованием. Одна проблема, связанная с использованием механических связей, в частности, в системе подвески транспортного средства, состоит в том, что элементы механической связи часто подвергаются физическому воздействию, например, ударам частиц грязи от шоссе. Это может привести к повреждению элементов связи или к их полному выходу из строя. В результате, такое устройство больше не функционирует должным образом или вообще не работает.
Другая проблема, связанная с датчиками механической связи, состоит в том, что электронные компоненты этого датчика обычно подвергаются воздействию тяжелых условий окружающей среды (например, экстремальные значения температуры, вода, грязь, соль), которые обычно действуют на транспортное средство, едущее по шоссе. В результате такого воздействия электронные компоненты датчиков могут быть подвергнуты действию коррозии и не в состоянии нормально функционировать. Из-за этих или других проблем, один или несколько датчиков механической связи могут не реагировать на условия эксплуатации в какой-либо момент времени. Таким образом, обычно требуются регулярный осмотр и замена таких датчиков.
Еще один недостаток датчиков механической связи состоит в том, что эти датчики установлены отдельно от других компонентов подвески. В результате обычно требуется дополнительное время и усилия для установки этих компонентов в процессе сборки. Кроме того, обычно требуются дополнительные усилия для устранения люфта при установке и работе механических элементов. Таким образом, такие датчики требуют неоправданно значительных усилий и места для их установки и эксплуатации.
Как альтернатива механическим датчикам связи, предлагаются бесконтактные датчики, которые используют звуковые волны или волны давления, идущие через жидкую передающую среду, обычно на сверхзвуковой частоте, для определения положения одного конструкционного элемента относительно другого. Одним примером такого применения является сверхзвуковой датчик, используемый для определения высоты элемента подвески, например пневматической подвески. При таком использовании сверхзвуковой датчик крепится на одном конечном элементе пневматической подвески и посылает сверхзвуковые волны через камеру пружины пневматической подвески к противоположному конечному элементу. Волны отражаются от соответствующего противоположного конечного элемента, и расстояние между ними определяется обычным способом. Одно преимущество такого устройства по сравнению с устройством механической связи состоит в том, что сверхзвуковой датчик, по меньшей мере, частично защищен от неблагоприятного воздействия дороги. Однако использование сверхзвуковых датчиков также связано с рядом недостатков. Один такой недостаток состоит в том, что эти датчики относительно дороги и связаны с нежелательной тенденцией увеличения издержек производства. Кроме того, стоимость замены датчика, который поврежден из-за внешнего воздействия, увеличивается соответственно.
Еще один недостаток состоит в том, что сверхзвуковые датчики требуют цели для отражения сверхзвуковых волн обратно на датчик для того, чтобы определить расстояние между целевыми элементами. Если такая цель не будет предоставлена, то сверхзвуковые волны не будут отражены назад и, таким образом, правильное определение расстояния не будет обеспечено. Таким образом, для надлежащей работы сверхзвуковых датчиков должна быть предоставлена целевая область. В частности, это может вызвать проблемы там, где конструктивные компоненты ограничивают возможности для создания целевой области. Это также проблема для существующих компонентов оборудованием со сверхзвуковыми датчиками, где у существующих компонентов нет подходящей целевой области.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система индикации расстояния в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения включает передатчик для передачи первой электромагнитной волны. Система также имеет приемопередатчик, который крепится на определенном расстоянии от передатчика. Приемопередатчик оперативно получает первую электромагнитную волну и передает вторую электромагнитную волну. Приемопередатчик также оперативно модулирует вторую электромагнитную волну по расстоянию. Приемник крепится отдельно от приемопередатчика и оперативно принимает вторую модулированную электромагнитную волну.
В системе индикации расстояния указанный приемопередатчик может модулировать указанную вторую электромагнитную волну, используя одну из амплитудной модуляции и частотной модуляции.
Указанная первая электромагнитная волна может передаваться, используя первую несущую, имеющую первую частоту, и указанная вторая электромагнитная волна может передаваться, используя вторую несущую, имеющую вторую частоту.
Первая частота может находиться в диапазоне от примерно 30 кГц до примерно 300 МГц, а вторая частота в диапазоне от примерно 300 кГц до примерно 6 ГГц.
Система индикации расстояния в соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения для соответствующей системы подвески транспортного средства, содержащей соответствующий блок пневматической подвески с первым и вторым конечными элементами и упругой стенкой, расположенной между ними, включает передатчик, установленный рядом с первым конечным элементом для передачи первой электромагнитной волны, и приемопередатчик, установленный рядом со вторым конечным элементом на определенном расстоянии от передатчика. Приемопередатчик оперативно получает первую электромагнитную волну и передает вторую электромагнитную волну. Приемопередатчик также оперативно модулирует вторую электромагнитную волну по расстоянию. Приемник крепится отдельно от приемопередатчика и оперативно принимает вторую модулированную электромагнитную волну.
Блок пневматической подвески в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения включает первый конечный элемент, второй конечный элемент, расположенный на расстоянии от первого конечного элемента, и упругую стенку, которая установлена между первым и вторым конечными элементами, и, по меньшей мере, частично формирует воздушную камеру между ними. Первый приемопередатчик крепится на первом конечном элементе и включает первую антенну для передачи первой электромагнитной волны и вторую антенну для приема второй электромагнитной волны. Второй приемопередатчик крепится на втором конечном элементе, на определенном расстоянии от первого приемопередатчика. Второй приемопередатчик включает первую антенну, служащую для приема первой электромагнитной волны, вторую антенну, предназначенную для передачи второй электромагнитной волны, и процессор, электрически связанный с первой и второй антеннами. Процессор получает электрический сигнал, указывающий на расстояние от первой антенны второго приемопередатчика. Процессор также модулирует характеристику второй электромагнитной волны относительно электрического сигнала.
Указанная модулированная характеристика второй электромагнитной волны является одной характеристикой в виде амплитуды или частоты.
Указанный первый передатчик включает передающую часть, установленную на первом конечном элементе, и приемную часть, установленную рядом с первым конечным элементом.
Первый приемопередатчик включает передатчик, электрически связанный с указанной первой антенной этого блока, причем указанный передатчик работает на частоте от примерно 30 кГц до примерно 300 МГц. Второй приемопередатчик включает передатчик, электрически связанный с указанной второй антенной этого блока, причем указанный передатчик работает на частоте от примерно 300 кГц до примерно 6 ГГц.
Второй приемопередатчик индуктивно связан с указанным первым приемопередатчиком и включает цепь питания, электрически связанную с указанной первой антенной, служит для сбора электрической энергии благодаря индуктивной связи с первым приемопередатчиком.
Второй приемопередатчик включает датчик, электрически связанный с указанным процессором, при этом указанный датчик служит для передачи сигнала на указанный процессор, соответствующего сигналу на входе указанного второго приемопередатчика и второго конечного элемента.
Указанный датчик является одним из устройств в виде акселерометра, термопары или датчика давления.
Указанный процессор оперативно формирует характеристику указанной второй электромагнитной волны относительно указанного расстояния и указанный сигнал датчика.
Процессор включает одно из устройств в виде преобразователя напряжения и частоты, микропроцессора, микроконтроллера или микрокомпьютера.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ определения расстояния между первым и вторым конечными элементами пневматической подвески, который включает использование передатчика, который крепится рядом с первым конечным элементом и осуществляет передачу первой электромагнитной волны, приемопередатчик, который устанавливается на расстоянии от передатчика, установленного рядом со вторым конечным элементом и служит для передачи второй электромагнитной волны. Способ дополнительно включает формирование электрического сигнала в приемопередатчике, используя первую электромагнитную волну, и модулирование второй электромагнитной волны по расстоянию между передатчиком и приемопередатчиком. Способ включает определение расстояния между передатчиком и приемопередатчиком, на основе второй модулированной электромагнитной волны.
Способ может дополнительно включать модуляцию указанной второй несущей, используя модулирующий сигнал, основанный на амплитудной модуляции или частотной модуляции, чтобы сформировать указанную вторую модулированную электромагнитную волну.
Модуляция второй несущей включает формирование указанного модулирующего сигнала на базе указанного электрического сигнала.
Способ предусматривает стадию установки приемника отдельно от указанного приемопередатчика, при этом указанный приемник принимает указанную вторую модулированную электромагнитную волну и извлекает из нее модулирующий сигнал.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 - система индикации расстояния в соответствии с настоящим изобретением, показанная в рабочем состоянии на транспортном средстве.
Фигура 2 - вид сбоку, частично в поперечном разрезе, одного примерного варианта блока пневматической подвески, включающего систему индикации расстояния в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 3 - схематическое представление одного примерного варианта системы индикации расстояния в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 4 - схематическое представление другого примерного варианта системы индикации в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 5 - схематическое представление одного примерного варианта приемопередатчика в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 6 - схематическое представление еще одного примерного варианта приемопередатчика в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обратимся теперь к чертежам, на которых показаны примерные варианты воплощения настоящего изобретения без его ограничения данным вариантом. На фигуре 1 показано транспортное средство 100, имеющее подрессоренную массу, такую, например, как кузов транспортного средства 102, и неподрессоренную массу, такую, например, как оси 104 и колеса 106. Между подрессоренной и неподрессоренной массами транспортного средства установлено множество демпфирующих элементов, например, амортизаторов 108, закрепленных соответствующим образом. Дополнительно, множество пневматических упругих элементов, например, блоков пневматической подвески 110 расположено между подрессоренной и неподрессоренной массами транспортного средства рядом с колесом 106 и амортизаторами 108.
Транспортное средство 100 также включает систему подачи сжатого газа 112, которая сообщается с блоками пневматической подвески 110 и оперативно выборочно подает в блоки подвески и выпускает из них сжатый газ. Система пневматической подвески 112 включает источник сжатого газа, например, компрессор 114, и может включать емкость для хранения газа, например, баллон 116 для приема и хранения сжатого газа, поступающего от источника сжатого газа. Система 112 может дополнительно включать подходящую систему выхлопа газа, например, глушитель 118 для вывода отработанных газов из системы.
Система пневматической подвески 112 может сообщаться с упругими элементами любым подходящим способом. Например, система 112 может включать клапан в сборе 120 или другое подходящее устройство или узел для выборочного распределения газа под давлением между источниками сжатого газа или источниками и упругими элементами. Как показано в примерном варианте воплощения изобретения на фигуре 1, компрессор 114, баллон 116 и глушитель 118 сообщаются по потоку газа с клапаном в сборе 120. Кроме того, блоки пневматической подвески 110 сообщаются по потоку газа с клапаном в сборе 120 через линии подачи газа 122. Таким образом, клапан в сборе 120 может быть выборочно открыт для подачи сжатого газа от компрессора и/или баллона к одному или нескольким бокам пневматической подвески. Кроме того, клапан в сборе 120 может быть выборочно открыт, чтобы выпустить газ под давлением из одного нескольких блоков пневматической подвески через глушитель 118 или другое подходящее устройство. Следует понимать, что описанная выше система пневматической подвески и ее работа являются просто примерами, и что любая другая подходящая среда под давлением, система и/или способ эксплуатации могут в равной мере использоваться в настоящем изобретении.
Транспортное средство 100 также включает систему управления подвеской 124 для выборочного воздействия на один или несколько компонентов системы подвески, например, на амортизаторы 108, блоки пневматической подвески 110 и/или системы подачи сжатого газа 112. Система управления подвеской 124 включает электронное управляющее устройство 126, соединенное с одним или несколькими элементами клапана в сборе 120, например, через линию связи 128, для выборочного воздействия и/или эксплуатации этой подвески. Кроме того, электронное управляющее устройство 126 сообщается с блоками пневматической подвески 110 соответствующим способом, например, через линии связи 130.
Системы управления подвеской, такие как система управления 124, могут быть различными. Например, система управления 124 может использоваться для регулирования высоты (т.е. выборочно поднимать или опускать подрессоренную массу транспортного средства). В другом примере системы управления подвеской, например, в системе управления 124 могут использоваться для выравнивания (т.е. поддерживать подрессоренную массу транспортного средства, в основном, на определенном уровне). С учетом этой общей связи с контролем высоты и регулированием, в системе управления подвеской обычно используют один или несколько датчиков высоты или датчиков расстояния, чтобы контролировать высоту и/или ориентацию транспортного средства. Известны и широко используются различные датчики высоты и/или устройства индикации расстояния, как обсуждено в одном из предыдущих разделов этого описания. Как альтернативное устройство, блоки пневматической подвески 110 включают системы индикации расстояния в соответствии с настоящим изобретением, которые излучают электромагнитные волны 132 и 134, чтобы определить и сообщить данные о высоте транспортного средства или расстояния между двумя транспортными средствами и элементами системы подвески.
Один примерный вариант пневматического элемента подвески в соответствии с настоящим изобретением показан на фигуре 2 в виде блока пневматической подвески 200, который включает первый или верхний конечный элемент 202, второй или нижний конечный элемент 204, и гибкую упругую стенку 206, закрепленную между ними. Первый или верхний конечный элемент 202 на фигуре расположен вдоль соответствующего верхнего компонента транспортного средства, UVC и второй или нижний конечный элемент 204 расположен вдоль соответствующего нижнего компонента транспортного средства LVC. Верхние и нижние компоненты транспортного средства могут, например, быть частями подрессоренной и неподрессоренной масс транспортного средства или могут быть связаны с этими частями. Кроме того, следует отметить, что первый и второй конечные элементы могут быть соответственно закреплены на верхних и нижних компонентах транспортного средства любым подходящим способом, например, путем использования соединителей (не показаны). Кроме того, следует понимать, что блок пневматической подвески 200, показанный на фигуре 2, представляет собой конструкцию типа пневматической подвески с обкатывающей диафрагмой. Однако, понятно, что эта конструкция является просто примерной, и что любая другая подходящая конструкция может также быть использована.
Упругая стенка 206, по меньшей мере, частично определяет камеру пружины 208, расположенную между конечными элементами 202 и 204. Соответствующая линия FLN, как одна из линий 122 подачи газа под давлением на фигуре 1, например, сообщается с камерой пружины 208 через отверстие, выполненное в одном из конечных элементов блока пневматической подвески, в частности, канал 210, проходящий через первый конечный элемент 202. Подходящий соединитель или фитинг 212 могут использоваться, чтобы поддерживать рабочее сообщение линии подачи газа под давлением FLN с камерой пружины 208 по каналу 210.
Блок пневматической подвески 200 также включает систему индикации расстояния (без номера позиции), которая содержит первый приемопередатчик 214 и второй приемопередатчик 216, расположенный на расстоянии D1 от первого приемопередатчика. Первый приемопередатчик 214 может сообщаться с одним или несколькими устройствами или элементами через токопроводящую нагрузку 218.
Например, токопроводящая нагрузка 218 может быть элементом линии связи 130 на фигуре 1, проходящей между блоком пневматической подвески 110 и электронным управляющим устройством 126. Кроме того, электроэнергия может поступать от внешнего источника питания (не показан), например, от генератора переменного тока или от батареи транспортного средства. Однако, как показано на фигуре 2, второй приемопередатчик 216 является предпочтительно радиопередатчиком. Таким образом, связь со вторым приемопередатчиком 216 осуществляется, используя первую электромагнитную волну EW1 и вторую электромагнитную волну EW2.
В примерном варианте воплощения изобретения, показанном на фигуре 2, первый приемопередатчик 214 установлен на первом конечном элементе 202, а второй приемопередатчик 216 установлен на втором конечном элементе 204. Первый и второй приемопередатчики могут быть закреплены на конечных элементах любым подходящим способом, например, используя подходящие соединители, клей, кронштейны или интегрируя (например, сваркой) приемопередатчик или его компоненты с конечным элементом. Следует понимать, что такое устройство является просто примерным вариантом, и что любые компоненты системы индикации расстояния в соответствии с настоящим изобретением могут быть установлены в других положениях, ориентации и/или с помощью других устройств. Как показано на фигуре 2, первый и второй приемопередатчики могут использоваться в несогласованной ориентации. Так, в примерном варианте воплощения изобретения, показанном на фигуре 2, второй приемопередатчик 216 расположен приблизительно в центре на втором конечном элементе, тогда как первый приемопередатчик 214 расположен снаружи на внешней кромке первого конечного элемента. Точно так же первый приемопередатчик 214 может произвольно включать вторую часть 214А, которая монтируется отдельно от первой части и связана с одним или несколькими другими устройствами или элементами через токопроводящую нагрузку 218А. В таком устройстве первая часть может быть передающей частью, а вторая часть может быть приемной частью. Однако любая другая подходящая конфигурация, устройство или способ работы могут использоваться альтернативно. Кроме того, следует понимать, что расстояние D2 между первым приемопередатчиком 214 и первым конечным элементом 202, и расстояние D3 между вторым приемопередатчиком 216 и вторым конечным элементом 204, как правило, будет фиксированным расстоянием. Специалисты в данной области техники знают, что расстояние между приемопередатчиками, которое представлено как размер D1 на фигуре 2, может также представлять высоту блока пневматической подвески 200, обозначенную размером D4, и что другие размеры или расстояния могут быть определены аналогичным образом.
Один примерный вариант воплощения изобретения в виде системы индикации расстояния 300 схематично показан на фигуре 3 и включает первый приемопередатчик 302 и второй приемопередатчик 304, расположенный на расстоянии D1 от первого приемопередатчика 302. Первый приемопередатчик 302 соединен с подходящим внешним источником питания, таким как батарея или генератор переменного тока транспортного средства, например, через токопроводящую нагрузку 306. Кроме того, первый приемопередатчик 302 может быть соединен с одной или несколькими другими системами и/или элементами 308, например, через подходящую токопроводящую нагрузку 310.
Первый приемопередатчик 302 включает передатчик 312 и первую антенну 314, соединенную с передатчиком. Соответственно, стабилизированное напряжение может быть подано на передатчик 312 от внешнего источника питания (не показан) через нагрузку 306. Альтернативно, первый приемопередатчик 302 может включать цепь питания 316, связанную с токопроводящей нагрузкой 306 для получения электрической энергии от подходящего источника питания. Цепь 316 может быть выходом кондиционированной электроэнергии соответствующего напряжения и/или тока для использования в работе других компонентов приемопередатчика 302. Например, цепь питания 316, показанная на фигуре 3, электрически соединенной с передатчиком 312, обеспечивает кондиционированную электроэнергию для этого передатчика. Передатчик 312 является рабочим и выдает 1 прямоугольный импульсный сигнал, который передается, как первая электромагнитная волна EW1, используя первую антенну 314.
Приемопередатчик 302 также включает приемник 318, электрически соединенный с цепью питания 316, и вторую антенну 320, электрически соединенную с приемником 318. Второй приемопередатчик 304 включает первую рабочую антенну 322, которая получает первую электромагнитную волну EW1. Второй приемопередатчик также включает вторую рабочую антенну 324, которая передает вторую электромагнитную волну EW2, принимаемую второй антенной 320 первого приемопередатчика 302 и поступающую в приемник 318 этого приемопередатчика. Второй приемопередатчик 304 может формировать модулирующий сигнал, соответствующий входному сигналу, действующему на соединенные компоненты системы индикации расстояния, такие как конструкционные компоненты, на которых крепится второй приемопередатчик, и использовать модулирующий сигнал для формирования такой характеристики, как частота или амплитуда второй электромагнитной волны EW2. Приемник оперативно извлекает модулирующий сигнал из второй электромагнитной волны и формирует выходной сигнал, передаваемый на другие устройства и/или системы подходящим способом, например, компоненты или устройства 308 через токопроводящую нагрузку 310. Альтернативно, первый приемопередатчик 302 может включать процессор 326, соединенный с цепью питания 316, которая обеспечивает кондиционированную электроэнергию. Кроме того, процессор 326 находится в электрической связи с приемником 318 и может получать сформированный таким образом выходной сигнал. Процессор может затем декодировать или транслировать выходной сигнал как данные и/или другую информацию, например данные, связанные с расстоянием, значением ускорения, уровнем температуры, уровнем давления или другие входные параметры. Данные и/или другая информация могут быть переданы на другие устройства или системы, например, в систему или сеть транспортного средства 328, например, через токопроводящую нагрузку 330.
При работе первая электромагнитная волна EW1 передается от первого приемопередатчика 302, используя первую антенну 314, и принимается первой антенной 322 второго приемопередатчика 304. В одном примерном варианте воплощения изобретения первая антенна 322 второго приемопередатчика 304 включает индуктивный элемент (не показан) или другую подходящую цепь или компонент, и первая электромагнитная волна EW1 формирует электрический выход поперек или вдоль этого индуктивного элемента, чтобы обеспечивать электропитание второго приемопередатчика 304. Альтернативно, второй приемопередатчик 304 может быть подключен к отдельному источнику электроэнергии, вместо того чтобы использовать индуктивное соединение с первым приемопередатчиком 302. специалисты в данной области техники знают, что свойства электромагнитных волн меняются в зависимости от расстояния, пройденного электромагнитной волной, по известным зависимостям. Таким образом, используя подходящие вычисления, устройства или сравнение, расстояние, пройденное первой электромагнитной волной EW1 (т.е. расстояние D1 между первым и вторым приемопередатчиками), может быть определено вторым приемопередатчиком и передано первому приемопередатчику или другому компоненту. Альтернативно, сигнал, соответствующий расстоянию, пройденному первой электромагнитной волной EW1, и/или другие данные или информация могут быть переданы со второго приемопередатчика на подходящее устройство или компоненты для приема волны EW1 и определения расстояния и/или других данных или информации. Такие подходящие компоненты могут включать, например, приемник 318 и/или процессор 326 первого приемопередатчика.
Другой примерный вариант системы индикации расстояния 400 показан на фигуре 4 и включают передающую часть 402, приемную часть 404 и приемопередатчик 406. Передающая часть 402 содержит передатчик 408 и антенну 410, соединенную с передатчиком, который оперативно формирует прямоугольный импульсный сигнал, который передается как первая электромагнитная волна EW1, используя антенну 410. Передатчик 408 может получать кондиционированную электроэнергию от внешнего источника питания через подходящую токопроводящую нагрузку, например, нагрузку 412. Альтернативно, передающая часть 402 может включать цепь питания 414, которая получает электроэнергию от внешнего источника питания и обеспечивает выход электроэнергии для передатчика 408.
Приемная часть 404 включает приемник 416 и антенну 418, электрически соединенную с приемником 416. Кондиционированная электроэнергия может быть получена от внешнего источника электроэнергии через токопроводящую нагрузку, например, нагрузку 420. Альтернативно, цепь питания 422 может быть включена в приемную часть 404, которая может получать электроэнергию от внешнего источника питания и подавать кондиционированную электроэнергию на приемник.
Приемник 416, показанный на фигуре 4, электрически соединен с компонентом или устройством 424 через токопроводящую нагрузку 426, и принимает поступающие на него сигналы. Альтернативно, процессор 428 может быть включен в приемную часть 404, которая электрически соединена с цепью питания 422 и приемником 416. Процессор 428, если он предусмотрен, может обрабатывать поступающие выходные данные, сигналы и/или другую информацию для других компонентов или систем, таких как транспортное средство или системная сеть 430, например, через подходящее устройство соединения, например, через токопроводящую нагрузку 432. Приемопередатчик 406, показанный на фигуре 4, расположен на расстоянии D1 от передающей части 402. В этом случае первая электромагнитная волна EW1 проходит расстояние D1 и принимается первой антенной 434 приемопередатчика 406. Приемопередатчик 406 принимает вторую электромагнитную волну EW2 от второй антенны 436. Электромагнитная волна EW2 модулирована для передачи сигналов, данных и/или другой информации, передаваемых приемной части 404, способом, подобным обсужденному способу выше по отношению к системе индикации расстояния 300. Система 400 отличается от системы индикации расстояния 300, однако, в этой конструкции приемная часть 404 может быть установлена и закреплена отдельно от передающей части 402. Вместе с тем, приемная часть 404 расположена на расстоянии D5 от приемопередатчика 406, которое больше расстояния D1. Однако следует понимать, что расстояние D5 является просто репрезентативным расстоянием, которое может отличаться от расстояния D1, и что таким образом может быть представлено расстояние больше или меньше, чем расстояние D1.
Один примерный вариант приемопередатчика, например, в виде приемопередатчиков 216, 304 и 406, которые, соответственно, показаны и обсуждены на фигурах 2-4, показан на фигуре 5 как приемопередатчик 500, который включает первую антенну 502 и вторую антенну 504. Первая антенна 502 оперативно принимает первую электромагнитную волну EW1 и может включать индуктивный элемент (не показан) или другое подходящее устройство или компоненты. Первая электромагнитная волна EW1 формирует электрический сигнал поперек или вдоль этого индуктивного элемента для подачи электроэнергии на приемопередатчик. Приемопередатчик 500 также включает цепь питания 506, электрически связанную с первой антенной 502. Цепь питания 506 может функционировать для подачи электрической энергии, передаваемой поперек или вдоль антенны 502 первой электромагнитной волной EW1. Альтернативно, может быть использован отдельный источник питания, например батарея (не показана). Процессор 508 электрически соединен с антенной 502 и цепью питания 506 через электрические провода 510 и 512, соответственно. Цепь питания 506 служит для подачи питания на процессор, что, соответственно, является условием для его работы. Кроме того, электрический сигнал с антенны 502 подается в процессор 508 по электрическому проводу 510, и с выхода процессора модулирующий сигнал передается на передатчик 514 по электрическому проводу 516. В одном примерном варианте воплощения изобретения выход сигнала модуляции процессором зависит от расстояния между устройством или компонентом, который передает первую электромагнитную волну (например, приемопередатчик 302 или часть передатчика 402) и приемопередатчик 500. Цепь питания 506 также соединена с передатчиком 514 электрическим проводом 518 и подает электроэнергию к этому передатчику. Передатчик 514 оперативно формирует прямоугольный импульсный сигнал и объединяет прямоугольный импульсный сигнал с модулирующим сигналом от процессора 508 для передачи второй электромагнитной волны EW2, используя вторую антенну 504.
В одном примерном варианте воплощения изобретения, процессор 508 может быть использован для передачи или преобразования электрического сигнала, полученного из антенны 502, в модулирующий сигнал, изменяемый по амплитуде и/или по частоте, в котором изменения в амплитуде и/или частоте соответствуют уровню напряжения или тока электрического сигнала, поступающего из антенны. Следует отметить, что уровень напряжения и/или тока электрического сигнала, поступающего из антенны, будет изменяться в зависимости от расстояния, пройденного первой электромагнитной волной, которое соответствует расстоянию между приемопередатчиками или другими элементами. Таким образом, измерение расстояния может быть передано, как изменение по частоте и/или по амплитуде электромагнитной волны. Следовательно, электромагнитная волна EW2 модулирована по расстоянию между первым и вторым приемопередатчиками. Модулированная электромагнитная волна может быть получена приемным устройством или компонентами, например, первым приемопередатчиком 302 или приемной частью 404, которая может извлечь модулирующий сигнал и передать его на различные компоненты или системы, которые могут определить расстояние на основе этого сигнала. Альтернативно, приемное устройство или компоненты могут преобразовать модулирующий сигнал или иным образом определить расстояние на основе модуляции второй электромагнитной волны EW2 и выходные данные и/или информацию, соответствующую этому расстоянию.
Одним примером подходящего устройства для использования в качестве процессора 508 является управляемый генератор или преобразователь напряжение-частота, который оперативно обеспечивает выход переменной частоты в ответ на изменения входного напряжения. Подходящий преобразователь напряжение-частота поставляется Национальной полупроводниковой корпорацией, Санта-Клара, Калифорния под обозначение продукта LM231AN.
Другим примерным вариантом воплощения изобретения являются приемопередатчики 216, 304, 406 и 500, которые показаны и обсуждены на фигурах 2-5. На фигуре 6 показан приемопередатчик 600, который включает первую антенну 602 и вторую антенну 604. Приемопередатчик 600 также включает цепь питания 606, электрически связанную с антенной 602, и служит для сбора электрической энергии, наведенной в первой антенне, как подробно обсуждено выше. Процессор 608 подключен к цепи питания 606 через электрические провода 610 и получает электрическую энергию, которая, соответственно, обеспечивает работу этого устройства. Первый датчик 612 включен между антенной 602 и процессором 608 с помощью проводов 614 и 616. В одном примерном варианте воплощения изобретения датчик 612 реагирует на выходной сигнал, связанный с расстоянием, пройденным первой электромагнитной волной EW1, как обсуждено выше, и передает выходной сигнал на процессор 608. Аналогично процессору 508 в приемопередатчике 500, первый датчик 612 может оперативно изменять частоту и/или амплитуду выходного сигнала в ответ на изменения напряжения и/или тока от антенны 602 по проводу 614. Альтернативно, в качестве датчика 612 может использоваться аналого-цифровой преобразователь или другое подходящее устройство, которое получает входной сигнал с провода 614 и передает цифровой выходной сигнал на процессор 608 по проводу 616. Точно так же процессор 608 может включать другое устройство, например, программируемый микропроцессор, микроконтроллер или микрокомпьютер, который способен принимать цифровой сигнал от датчика и формировать модулирующий сигнал, соответствующий расстоянию, пройденному первой электромагнитной волной.
Процессор выдает модулирующий сигнал на передатчик 618 через электрический провод 620. Передатчик 618 электрически связан с цепью питания 606 через электрический провод 622. Передатчик формирует второй прямоугольный импульсный сигнал и объединяет его с модулирующим сигналом, чтобы создать вторую модулированную электромагнитную волну EW2, которая передается второй антенной 604.
В одном примерном варианте воплощения изобретения приемопередатчик 600 может также включать один или несколько дополнительных компонентов, таких как датчики 614 и 616. Следует отметить, что могут быть использованы компоненты любого подходящего числа, типа и/или вида, например, датчики, реагирующие на выходные сигналы, датчики, указывающие входной сигнал, действующий на другую часть или компоненты, например, датчики ускорения, давления или температуры. Как показано на фигуре 5, датчик 614 включен между цепью питания 606 и процессором 608 через токопроводящие элементы 628 и 630. Кроме того, датчик 616 является электропроводным элементом между цепью питания и процессором через токопроводящие элементы 632 и 634. Примеры подходящих датчиков включают, например, акселерометры; датчики температуры, например, термопары, и датчики давления.
Если используются дополнительные компоненты, например, датчики 624 и/или 626, то процессор 608 предпочтительно будет оперативно получать выходные сигналы от этих компонентов, так же как и от датчика 612. Процессор может затем передавать сигналы или данные и/или информацию соответствующему приемному устройству или компоненту. Один подходящий пример включает процессор 608, объединяющий или кодирующий различные выходные сообщения и формирующий модулирующий сигнал для передачи данных и/или информации от датчиков или других компонентов. Альтернативно могут использоваться схемы кодирования сигнала, причем такое кодирование осуществляется со сдвигом частот, например, фазовая манипуляция. Затем передатчик 612 модулирует несущую, используя модулирующий сигнал и данные и/или информацию для передачи первому приемопередатчику, используя вторую электромагнитную волну EW2, как обсуждено выше. После этого первый приемопередатчик или приемная часть может извлечь и декодировать модулирующий сигнал как выходной сигнал, данные и/или информацию, полученную от нескольких датчиков. Первая электромагнитная волна EW1 и вторая электромагнитная волна EW2, соответственно, основаны на первом и втором прямоугольных сигналах с немодулированной несущей. Прямоугольные импульсные сигналы с немодулированной несущей могут быть сформированы любым подходящим способом, и одним примерным вариантом является их формирование соответствующим передатчиком. Например, первый прямоугольный импульсный сигнал может быть сформирован передатчиком 312 или 408. Точно так же второй прямоугольный импульсный сигнал может быть сформирован передатчиком 514 или 618. Следует отметить, что для сигналов несущей могут использоваться любые подходящие свойства и/или характеристики. Например, сигналы несущей могут передаваться на любой подходящей частоте, например, от примерно 20 кГц до примерно 30 ГГц. В одном примерном варианте воплощения изобретения первая электромагнитная волна EW1 основана на первом сигнале несущей, имеющем частоту в диапазоне от примерно 30 кГц до примерно 300 МГц. Кроме того, такой примерный вариант воплощения изобретения включает вторую электромагнитную волну EW2, на основе второго сигнала несущей, имеющего частоту в диапазоне от примерно 300 кГц до примерно 6 ГГц. Однако следует понимать, что альтернативно могут использоваться любая подходящая частота или диапазон частот.
Хотя настоящее изобретение было описано на конкретных примерах его реализации, и значительное внимание было здесь уделено структурным взаимосвязям между компонентами, следует понимать, что могут быть сделаны различные изменения и модификации в показанных на чертежах и описанных вариантах воплощения изобретения, не выходя из духа и объема изобретения. Соответственно, настоящее описание должно быть интерпретировано просто как пример, а не ограничение настоящего изобретения. Точно так же следует понимать, что все такие модификации и изменения являются частью настоящего изобретения, объем которого определяется формулой изобретения.