测力滑轮装置及其方法与流程

本公开涉及测力滑轮系统，更具体地涉及一种用于测量由细长柔性构件（例如绳索、带或链条）施加的力或张力的测力滑轮装置和方法。

背景技术：

1、滑轮已被人们所知数百年，长期以来在机械系统中发挥着至关重要的作用，用于改变力的方向、传递动力以及改变所施加载荷的方向。典型的滑轮包括具有圆形周边边缘和引导侧壁的轮，该轮允许引导绳索、带或链条绕滑轮轮旋转。此外，在许多利用滑轮的机械系统中，需要监测绳索、带或链条中的张力，以便监测机械系统的整体运行。

2、常规地，张力是通过测量销或轴处的反作用力并确定绳索、带或链条的改向角度来推断的。然而，常规系统和方法无法提供准确且可靠的张力确定。此外，已经进行了某些尝试以提供准确且可靠的张力确定。例如，在标题为"用于张力衰减绞车的内部缆索张力测量装置"的中国专利cn102507068b中，描述了一种系统，其中内部缆索张力测量装置包括布置在法兰套筒中的张力滑轮、轴承、施力套筒和力传感器。施加在张力滑轮上的力由施力套筒沿合力方向传递至力传感器。该构型确保稳定的张力测量，不受装置重量的影响，并适应缆索包角的变化。然而，该系统仍然存在与其安装复杂性和对特定设置的特异性相关的局限性。类似地，标题为"无线张力计"的美国专利us10107699b2描述了一种系统，其涉及引导构件穿过的滑轮布置。该系统包括张力传感器、无线网络接口和控制模块，以捕获和传输与所测量的张力相对应的数据。然而，尽管具有无线数据传输能力，该系统仍然需要物理连接线来向传感器和无线模块供电，这在此类连接不切实际或不可期望的环境中会限制其适用性。因此，存在如何以降低的复杂性提供可靠且准确的张力测量的技术问题。

3、因此，鉴于上述讨论，存在克服与用于测量张力的常规系统和常规方法相关联的上述缺点的需求。

技术实现思路

1、本公开提供了一种测力滑轮装置和一种用于测力滑轮装置的方法。本公开为如何降低复杂性提供可靠且准确的张力测量这一现有问题提供了解决方案。

2、本公开的一个目的是提供一种至少部分地克服现有技术中遇到的问题并提供改进的测力滑轮装置和用于该测力滑轮装置的方法的解决方案。

3、本公开的一个或多个目的通过所附独立权利要求中提供的解决方案来实现。本公开的有利实施方式在从属权利要求中进一步限定。

4、在一个方面，本公开提供了一种测力滑轮装置，其包括：滑轮轮，该滑轮轮具有被配置为在其周边区域的至少一部分上支撑细长柔性构件的旋转部分；固定支撑件，该固定支撑件被配置为在滑轮轮的中央区域处支承该滑轮轮；以及测力装置，该测力装置布置在该滑轮轮的旋转部分内，其中，该测力装置随该滑轮轮一起旋转，并被配置为在该细长柔性构件经过该滑轮轮时确定施加到该旋转部分的力。

5、有利地，该测力滑轮装置被配置为提供准确、实时的张力测量，而无需修改滑轮的固定支撑件或周围结构。此外，该测力滑轮装置被配置为允许改装到现有机械系统中，并消除了对外部电源或笨重布线的需求，从而提高了安装灵活性和操作安全性。此外，将一个或多个应变传感器安装在该滑轮的旋转本体中，允许使用紧凑、成本效益高的轴承，并通过直接捕获由该细长柔性构件施加的力来提高测量准确性。因此，该测力滑轮装置被配置为在各种工业和休闲应用中增强系统的适应性和精确性。

6、在另一方面，提供了一种使用滑轮装置测量力的方法，该方法包括：将细长柔性构件支撑在滑轮轮的旋转部分上；使用固定支撑件在该滑轮轮的中央区域处支承该滑轮轮；以及使用布置在该滑轮轮的旋转部分内的测力装置，在该细长柔性构件经过该滑轮轮时确定施加到该旋转部分的力，其中，该测力装置随该滑轮轮一起旋转。

7、该方法实现了本公开的测力滑轮装置的所有优点和技术效果。

8、应当理解，所有上述实施形式可以组合。应当注意，本申请中描述的所有装置、元件、电路、单元和手段都可以在软件或硬件元件中实现，或以其任何种类的组合实现。由本申请中描述的各种实体执行的所有步骤，以及被描述为由各种实体执行的功能，均意在表示相应实体适于或被配置为执行相应的步骤和功能。即使在以下对具体实施例的描述中，将由外部实体执行的特定功能或步骤未反映在该实体的执行该特定步骤或功能的特定详细元件的描述中，对于本领域技术人员而言也应当清楚，这些方法和功能可以在相应的软件或硬件元件中实现，或以其任何种类的组合实现。应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开范围的情况下，本公开的特征易于以各种组合方式组合。

9、本公开的其他方面、优点、特征和目的将从附图和结合以下所附权利要求理解的说明性实施方式的详细描述中变得明显。

1.一种测力滑轮装置（200），包括：

2.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），其中，所述测力装置（200）还包括能量采集布置（210），所述能量采集布置（210）布置在所述滑轮轮（202）的所述旋转部分内，以从所述滑轮轮（202）相对于所述固定支撑件的旋转产生电能，其中，所述能量采集布置（210）被配置为向所述测力装置（212）和传输单元（214）供电。

3.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），其中，所述细长柔性构件（110）包括以下至少一者：绳索、带或链条。

4.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），其中，所述测力装置（212）包括平面板，所述平面板上安装有一个或多个应变传感器，其中，所述一个或多个应变传感器被配置为提供两个基本上彼此正交的轴线上的应变测量。

5.根据权利要求4所述的测力滑轮装置（200），其中，所述平面板被配置为使得由施加到所述旋转部分的力产生的应变为线性应变。

6.根据权利要求4所述的测力滑轮装置（200），其中，所述细长柔性构件（208）中的张力被计算为两个基本上正交的应变测量的矢量之和。

7.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），其中，所述测力装置（212）包括电容式位移感测传感器，其电容随施加到所述旋转部分的力的变化而变化。

8.根据权利要求6所述的测力滑轮装置（200），还包括电容测量电路，所述电容测量电路被配置为通过确定预充电电极的放电速率来测量电容。

9.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），还包括传输单元（214），所述传输单元（214）与所述测力装置（212）和处理器（220）可操作地耦接，所述传输单元（214）包括无线发射器（216），所述无线发射器（216）被配置为将所确定的力传输至所述处理器（220）。

10.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），还包括储能装置，所述储能装置被配置为存储由所述能量采集布置产生的多余电能，并在所述滑轮轮（202）静止时提供电力。

11.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），还包括校准模块，所述校准模块被配置为考虑所述细长柔性构件（208）的偏转角。

12.根据权利要求10所述的测力滑轮装置（200），其中，所述校准模块包括可编程校准布置，所述可编程校准布置被配置为考虑所述细长柔性构件（208）相对于所述固定支撑件（206）的一个或多个偏转角。

13.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），其中，所述处理器（220）被配置为基于所确定的力和偏转角计算所述细长柔性构件（208）中的张力。

14.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），其中，所述能量采集布置（210）包括电磁发电机，所述电磁发电机由耦接到所述固定支撑件（206）的齿轮机构驱动。

15.根据权利要求13所述的测力滑轮装置（200），其中，所述齿轮机构包括脉冲运动机构，所述脉冲运动机构被配置为在所述滑轮轮（202）的低转速下提高所述电磁发电机的最大转速，以增强发电。

16.根据权利要求14所述的测力滑轮装置（200），其中，所述脉冲运动机构包括以下至少一者：日内瓦驱动器或磁耦合齿轮。

17.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），其中，所述测力滑轮装置（200）被配置用于以下至少一者：测量运动员使用缆索力量训练机时施加的体力、测量由缆索起重机提升的负载的重量、测量帆船游艇的升降索上的张力、测量汽车发动机中传动带的张力，或测量电气化铁路中接触网导线的张力。

18.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），其中，所述测力滑轮装置（200）被配置为作为标准滑轮的直接替代品安装，而无需修改现有的安装布置。

19.根据权利要求1所述的测力滑轮装置（200），其中，所述测力装置（212）提供应变测量数据，所述应变测量数据被处理以确定张力值，而与所述滑轮轮（202）的旋转位置无关。

20.一种使用测力滑轮装置（200）测量力的方法（700），所述方法（700）包括：