专利名称：具有机架安装传感器的自行车功率计的利记博彩app
具有机架安装传感器的自行车功率计
背景技术：
本发明涉及用来指示自行车手兜风期间花费的功率量的自行车功率计。更具体地，本发明涉及使用机架安装的传感器以允许产生从中确定功率的电信号的自行车功率计。自行车功率计越来越多地由职业和业余自行车手用作试验性训练的辅助工具。若干不同种类的自行车功率计是可用的，其中一些使用应变计来测量由自行车手施加于曲柄组、底托架和后轮毂的力。在有效提供表征施加力的电信号的同时，使用应变计的已知自行车功率计是相对昂贵的，并且多少有些难以安装。由于这些缺点，自行车手群体未广泛地接受自行车功率计。发明_既述本发明包括使用一个或多个应变计传感器组件的自行车功率计，这种功率计相对便宜但有效提供表征自行车手作用力的电信号，这些信号可与速度信号结合以产生实时功率测量。在最宽广的方面，本发明包括一种自行车功率计，具有后自行车机架，所述后自行车机架具有第一叉杆，所述第一叉杆具有靠近可附连轮毂的区域的相对可压缩的后部； 以及固定于相对可压缩后部的应变计传感器组件，所述应变计传感器组件具有第一和第二拉伸传感器，每个传感器包括有可变电阻元件安装在其上的第一层和用于支承第一层的第二层，第一和第二拉伸传感器的可变电阻元件彼此欧姆连接以给出代表自行车手作用力的总电阻值。替代地配置第一和第二拉伸传感器，使每个第一层呈面对关系，或使每个第二层呈面对关系。自行车功率计还包括电桥电路，所述电桥电路具有连接在第一支路中的第一和第二拉伸传感器以及连接在第二支路中的一对固定电阻；放大器，所述放大器耦合于电桥电路，用于放大代表总电阻值的信号；模-数转换器，所述模-数转换器耦合于放大器，用于将来自放大器的信号输出转换成数字信号；微机，所述微机耦合于模-数转换器，用于接收数字信号和来自关联自行车速度计的自行车速度信号，并将接收的信号转换成功率信号； 以及显示器，所述显示器耦合于微机，用于将功率信号显示给自行车手。可将自行车功率计配置成有线或无线系统。在有线系统中，这些单元全部欧姆互连。在无线系统中，发射机耦合于微机，用以接收功率信号并产生等效无线信号；而耦合于显示器的接收机接收等效无线信号，并将等效无线信号提供给显示器。在替代实施例中，后自行车机架具有第二叉杆，所述第二叉杆具有靠近可附连轮毂的区域的相对可压缩的后部；而附加的应变计传感器组件固定于该第二相对可压缩的后部。附加应变计传感器组件具有第三和第四拉伸传感器，每个传感器包括有可变电阻元件安装在其上的第一层以及用于支承第一层的第二层，第三和第四拉伸传感器的可变电阻元件彼此欧姆连接以给出代表自行车手作用力的总电阻值。替代地配置第三和第四拉伸传感器使每个第一层呈面对关系，或使每个第二层呈面对关系。在该替代实施例中，第三和第四拉伸传感器连接于电桥电路的第二支路。本发明大为有利于将自行车功率计纳入到在自行车机架的后叉杆端部具有相对可压缩结构部分的任意自行车中。整个功率计系统，或只是应变计传感器组件，可在制造时容易地固定于自行车的部件。同样，整个系统可在分销链的任意环节固定于自行车，例如在零售商环节作为附加选择。自行车手也可在购买后以相当低的成本和低工作量将自行车功率计系统追加至自行车。为了更完整地理解本发明的特性和优势，应当参照附图连同详细说明。
图1是从自行车后机架上方观察出的局部透视图，其示出叉杆端、轮毂、链条以及本发明第一实施例的应变计传感器组件；图2是沿图1的剖切线A-A得到的前视图，示出应变计传感器组件在右后叉杆的可压缩部分内表面上的安装位置；图3是使用配置为有线单元的单应变计传感器组件的自行车功率计单元的方框图；图4是使用配置为无线单元的单应变计传感器组件的自行车功率计单元的方框图；图5是示出处于三个不同位置的传感器的单应变计传感器的示意图；图6是双元件应变计传感器组件的第一实施例的示意图；图7是双元件应变计传感器组件的第二实施例的示意图；图8是从自行车后机架上方观察得到的局部透视图，其示出叉杆端、轮毂、链条以及具有两个独立应变计传感器组件的本发明第二实施例的应变计传感器组件；图9是沿图8的剖切线B-B得到的前视图，示出第二应变计传感器组件在左后叉杆的可压缩部分的内表面上的安装位置；图10是使用配置为有线单元的两个应变计传感器组件的自行车功率计单元的方框图；图11是使用配置为无线单元的两个应变计传感器组件的自行车功率计单元的方框图；图12是示出自行车手功率相对于曲柄组角位置变化的示意图。优选实施例的详述现在转向附图，图1是从自行车后机架上方观察出的局部透视图，其示出叉杆端、 轮毂、链条以及本发明第一实施例的应变计传感器组件。如图所示，自行车后机架具有叫作右叉杆12和左叉杆14的一对终端部分。借助轮轴16和限位螺母17固定在叉杆12、14之间的是后轮毂20和链轮组件22。驱动链条M缠绕经过构成链轮组件22的各链轮以响应自行车手的骑车作用力提供轮毂20的旋转运动。各叉杆12、14的端部沈、观具有比每个叉杆12、14剩下的主要部分更薄的横向厚度尺寸。固定于右叉杆12端部沈的内表面的是下面更详细描述的应变计传感器组件30。 如图2最清楚示出那样，应变计传感器组件30附连于沿右叉杆12端部沈伸出的薄幅板部分32。相比右后叉杆12更强韧的结构，幅板部分32具有相对可压缩的机械性质，因此应变计传感器组件30的物理尺寸可随着通过链条M、链轮组件22和轮轴16施加于幅板部分 32的不同力大小而改变。图5示出具有随着传感器本体的线性纵向位移以可预测量变化的欧姆电阻特性的简单拉伸传感器40。拉伸传感器40具有在其上安装薄的可变电阻元件 43的第一层42 ；以及承载第一层并为传感器40提供附加机械强度的第二底层44。传感器 40的电阻值取决于传感器本体的纵向位移。如图5所示，当传感器40沿第一方向在一个方向(图示为挠曲方向)上位移时，电阻值增大(R+r)，其中R是传感器40的静止电阻值而r 是由于沿第一方向位移的附加电阻值。同样，当传感器40沿相反方向位移时，电阻值减小 (R-r)。图6示出纳入到图1和图2所示功率计结构中的类型的应变计传感器组件30。如图所示，传感器组件30包括具有第一层42a、42b和第二层44a、44b的两个双层拉伸传感器 40a、40b。拉伸传感器40a、40b配有以(R+r)、(R-r)关系彼此相对的第一层42a、42b。随着传感器组件30因施加于右后叉杆12的幅板32的力而位移，每个拉伸传感器的总电阻等量且沿相反方向地变化。图7示出纳入图1和图2所示功率计结构的类型的替代应变计传感器组件50。如图所示，传感器组件50包括具有第一层42a、42b和第二层44a、44b的两个双层拉伸传感器 40a、40b。拉伸传感器40a、40b配有以(R-r)、(R+r)关系彼此相对的第二层44a、44b。随着传感器组件50因施加于右后叉杆12的幅板32的力而位移，每个拉伸传感器的总电阻等量且沿相反方向地变化。图3是使用配置成有线单元的单应变计传感器组件的自行车功率计的方框图。如图所示，包含应变计传感器组件30或50的拉伸传感器40a、40b以公知的惠斯通电桥电路结构连接于一对固定电阻52、54。电桥的顶部节点连接于由电池供电的电动势源Vc。电桥的底部节点连接于电路接地点。右节点连接于固定电阻52、54的一端并充当电桥电路的一个输出端。固定电阻52的第二端连接于拉伸传感器40a的一端并连接于电源电压Vc。固定电阻M的第二端连接于拉伸传感器40b的一端和电路接地点。拉伸传感器40a、40b的另一端连接在一起并充当电桥电路的另一输出端。电桥电路输出端耦合于放大器55的输入端，其中电桥信号被放大。放大器55较佳为从MAXIM公司购得的MAX4197型单元。从放大器55输出的放大信号耦合于模_数转换器 56的输入端，该模-数转换器56将放大的模拟信号转换成等效的数字信号。来自模-数转换器56的数字信号输出耦合于微机58的输入端口。在来自Microchip公司的PIC 16F73 型单元中较佳地组合模-数转换器56和微机58。来自自行车速度计(未示出)的速度信号也耦合于微机58。微机58使用已知算法处理力信号和速度信号以提供功率大小信号。 功率大小信号耦合于多功能显示器60，该多功能显示器60以自行车手可读的形式显示当前功率值。在图3实施例中，这些单元通过欧姆线连接耦合在一起。图4是使用配置成无线单元的单应变计传感器组件的自行车功率计单元的方框图。在该图中，用相同附图标记表示与图3系统中相同元件对应的元件。在图4系统中，经处理的功率信号耦合于位于传感器组件30 (50)附近的r. f发射机62的输入端。发射机62 将功率信号发送给位于多功能显示器60附近的接收机64，该接收机64将这些信号提供给多功能显示器60。
图8是从自行车后机架上方观察得到的局部透视图，其示出叉杆端、轮毂、链条以及具有两个独立应变计传感器组件的本发明第二实施例的应变计传感器组件。在附图中， 用相同附图标记表示与图1所示相同元件对应的元件，除了用附图标记30a表示传感器组件30外。第二应变计传感器组件30b固定于左叉杆14的端部观的内表面。传感器组件 30b具有与前述传感器组件30相同的结构和功能。如图9中最清楚示出的，应变仪传感器组件30b附连于沿左叉杆14的端部观延伸的薄幅板部分33。相比左后叉杆14更强韧的结构，幅板部分33具有相对可压缩的机械性质，因此应变计传感器组件30b的物理尺寸可随着通过链条对、链轮组件22和轮轴16施加于幅板部分32的不同力大小而改变。图10是使用配置为有线单元的两个应变计传感器组件30a、30b的自行车功率计单元的方框图。图11是使用配置为无线单元的两个应变计传感器组件30a、30b的自行车功率计单元的方框图。图10和图11中所示的主要元件基本与图3和图4所示的那些元件相同，除了电桥电路的结构之外。在图10和图11中，由包含第二传感器组件30b的各拉伸传感器40a、40b代替固定电阻52、54，其电连接如图所示。因此，电桥包括四个单独的可变电阻拉伸传感器40。在使用中，当自行车手施力于自行车踏板时，通过电桥电路监控力的大小并将其转换成供自行车手观察的可视功率显示信号。图12是示出自行车手功率相对于曲柄组角位置变化的示意图。在位置(a)，踏板基本为水平的，且自行车手正通过在前踏板施加最大的力。在位置(b)，踏板基本为垂直的，且自行车手正施加最小的力。在位置(c)，踏板再次是基本水平的，且自行车手正通过在前踏板施加最大的力；而在位置(d)，踏板再次是基本垂直的，且自行车手施加最小的力。现在很清楚的是，根据本发明的理念制造的自行车手功率计比使用应变计的已知自行车功率计在成本和安装便利性方面都有优势。首先，这些应变计对于安装在后轮毂附近的具有相对可压缩性薄幅板部分上是相对简单的。可在自行车厂或商业链的任何地方 (例如零售商或用户-自行车手)完成这种安装。另外，根据本发明理念制造的自行车功率计可配置成有线或无线模式，这在安装过程中给予了极大的灵活性。此外，通过采用两层的双应变计组件，获得优于单应变计设计的更大灵敏度。最后，通过采用图8-11所示的四应变计结构，可获得对骑车过程中遇到的温度变化的高度灵敏性。尽管已经参照特定实施例对本发明进行了描述，但仍然能不脱离本发明精神地采用替代性结构和等效物。例如，尽管已披露了某些电路元件，然而也可根据要求采用其它等效单元。因此，上述内容不应当解释成限定本发明，本发明是由所附权利要求书限定的。
权利要求
1.一种自行车功率计，包括后自行车机架，所述后自行车机架具有第一叉杆，所述第一叉杆具有靠近可附连轮毂的区域的相对可压缩的后部；以及固定于所述相对可压缩后部的应变计传感器组件，所述应变计传感器组件具有第一和第二拉伸传感器，每个传感器包括有可变电阻元件安装在其上的第一层和用于支承所述第一层的第二层，所述第一和第二拉伸传感器的可变电阻元件彼此欧姆连接以给出代表自行车手作用力的总电阻值。
2.如权利要求1所述的发明，其特征在于，所述第一和第二拉伸传感器配置成使每个所述第一层呈面对关系。
3.如权利要求1所述的发明，其特征在于，所述第一和第二拉伸传感器配置成使每个所述第二层呈面对关系。
4.如权利要求1所述的发明，其特征在于，还包括电桥电路，所述电桥电路具有连接在第一支路中的所述第一和第二拉伸传感器以及连接在第二支路中的固定电阻对；放大器，所述放大器耦合于所述电桥电路，用于放大代表所述总电阻值的信号；模-数转换器， 所述模-数转换器耦合于所述放大器，用于将自所述放大器输出的信号转换成数字信号； 微机，所述微机耦合于所述模-数转换器，用于接收所述数字信号和来自关联的自行车速度计的自行车速度信号，并将接收的信号转换成功率信号；以及显示器，所述显示器耦合于所述微机，用于将所述功率信号显示给自行车手。
5.如权利要求4所述的发明，其特征在于，还包括发射机，所述发射机耦合于所述微机，用以接收所述功率信号，并产生等效无线信号；以及接收机，所述接收机具有输出，所述输出耦合于所述显示器，所述接收机用以接收所述等效无线信号并将所述等效无线信号提供给所述显示器。
6.如权利要求1所述的发明，其特征在于，所述后自行车机架具有第二叉杆，所述第二叉杆具有靠近可附连轮毂的区域的第二相对可压缩的后部；以及固定于所述第二相对可压缩的后部的附加应变计传感器组件，所述附加应变计传感器组件具有第三和第四拉伸传感器，每个传感器包括有可变电阻元件安装在其上的第一层以及用于支承所述第一层的第二层，所述第三和第四拉伸传感器的所述可变电阻元件彼此欧姆连接以给出代表自行车手作用力的总电阻值。
7.如权利要求6所述的发明，其特征在于，所述第三和第四拉伸传感器配置成使每个所述第一层呈面对关系。
8.如权利要求6所述的发明，其特征在于，所述第三和第四拉伸传感器配置成使每个所述第二层呈面对关系。
9.如权利要求6所述的发明，其特征在于，还包括电桥电路，所述电桥电路具有连接在第一支路中的所述第一和第二拉伸传感器以及连接在第二支路中的所述第三和第四拉伸传感器；放大器，所述放大器耦合于所述电桥电路，用于放大代表所述总电阻值的信号； 模-数转换器，所述模-数转换器耦合于所述放大器，用于将自所述放大器输出的信号转换成数字信号；微机，所述微机耦合于所述模-数转换器，用于接收所述数字信号和来自关联的自行车速度计的自行车速度信号并将接收的信号转换成功率信号；以及显示器，所述显示器耦合于所述微机，用于将所述功率信号显示给自行车手。
10.如权利要求9所述的发明，其特征在于，还包括耦合于所述微机的发射机，用以接收所述功率信号并生成等效的无线信号；以及具有耦合于所述显示器的输出的接收机，用以接收所述等效无线信号并将所述等效无线信号提供给所述显示器。
全文摘要
一种自行车功率计，具有安装在自行车机架的后叉杆端部的相对可压缩部分上的应变计传感器组件。该相对可压缩部分靠近后轮毂并承受由自行车手施加于曲柄组并通过链条、链轮组件传递至轮毂的力。传感器组件具有两个欧姆互连的拉伸传感器，每个传感器具有承载可变电阻元件的第一层，该可变电阻元件的电阻随着可压缩部分的位移而改变；以及为第一层提供支承的第二层。传感器组件在电桥电路中连接于两个其它电阻以产生代表自行车手作用力的信号。将这些信号连同速度信号一起处理以产生功率信号，并将该功率信号提供给显示器。
文档编号G01L3/24GK102401711SQ201010290669
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者朱生勃, 黄世雄 申请人:硅谷微E股份有限公司