具有均衡装置的线性位置传感器制造方法及图纸

具有均衡装置的线性位置传感器。本装置可以检测出液压缸的直线延伸长度、速度和加速度。该液压缸形成一长度可变的同轴谐振腔。在控制器的控制下，一射电发送部分及一射电接收部分用于测定腔的谐振频率。该接收部分包括一比较电路用以提高传感器的灵敏度及消除对液压缸谐振频率的虚假检测、液压缸的直线延伸长度是作为谐振频率的函数而测定的。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的说来涉及一种测定在缸体内或缸筒内活塞和活塞杆位置的装置，更具体地说是涉及一种采用射电频率信号测定活塞位置的装置。在液压缸的领域里，人们提出了用电气方法探测及显示液压缸部件的位移或利用液压缸部件的位移来进行控制的种种系统。传统的传感器有不少严重的缺点，部分是因为传统的传感器安装难度较大以及传感器所处的环境条件比较苛刻。在重型装备工业中液压系统所用的传感器由于工作环境较差更容易受到损害。液压缸通常都设置在受到保护比较少的地方而且受到诸如高的g力，比较大的温差变化，尘埃，水，碎屑等的影响，这些不利环境很有可能导致电气及机械方面的故障。为重型装备工业提供适用的传感器的一种途径是使用射频信号。1988年4月12日授予Bitar等人的美国专利4，737，705中揭示了这样一种系统。Bitar等人的系统把一个斜坡射频信号送入一个由液压缸组成的同轴谐振腔。当液压缸的谐振频率发送出去时，接收天线所接收到的信号达到峰值，该谐振频率与液压缸的线性延伸长度有一一的对应关系，因此，通过测定液压缸的谐振频率，就可以测出液压缸的延伸长度。所接收的信号的峰值是通过与一阈值相比较而加以检测的。然后，谐振频率是通过修改所发射的信号的测得频率以调整阈值和实际峰值之间的差异而决定的。这个调节对位置的测定带来了误差，因为所发射信号和实际谐振频率之间的差异是随着液压缸的谐振频率，阈值的精确度以及液压缸尺寸和形状的不同而不同的。所发送的信号的频率是通过测定所发送的信号的若干循环的周期而测定的。当达到阈值时，Bitar等人的系统就使该频率保持恒定。这也增加了产生误差的可能性，因为液压缸的延伸长度是有可能变化的，从而也改变了腔的谐振频率。此外，误差还可能由系统的噪声以及信号发射机的频率漂移所引起。而且，传感器的电气部件的制造容差也可能造成误差。例如，所接收到的信号及阈值通常都只有几十毫伏，而电气部件的制造容差的变化可能造成几百毫伏的差异或误差，这些变化所造成的噪声以及其他来源的噪声都可能导致谐振频率检测时的误触发。本专利技术的目的旨在克服上述一个或多个所存在的问题。本专利技术的一个方面是提供检测在液压缸的缸体或缸筒内移动的活塞及活塞杆的线性位置的装置。本装置向液压缸内发送一个电磁信号并检测液压缸内的此电磁波信号，然后将此电磁波信号与一个预定的恒定量进行比较。本装置以液压缸的延伸长度作为频率信号的函数而测定液压缸的延伸长度。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的一射频线性位置传感器的方框图，图中的传感器包括三个部分一发射部分，一接收部分和一控制部分;图2是图1所示实施例的射频线性位置传感器的较详细的功能方框图;图3是图2接收部分的电气示意图。现请参阅图1。图中，本专利技术的装置102可以测定通常的液压汽缸108的活塞104及其活塞杆106的位置。本专利技术的装置102也可以用来测定活塞104及其活塞杆106的速度及加速度。液压汽缸的线性延伸长度可以用多种装置及方法通过使用射频信号进行测定。活塞杆106的总长度是LT，它可以在液压缸108的缸体或缸筒110内移动。活塞杆106和缸体110组成一个可变的同轴腔112。该同轴腔112的长度LC，等于总长度LT减去活塞杆106伸在外面部分的长度LE加上缸筒110端壁的厚度。因此，测定了空腔112的长度LC以后，就可以直接得出延伸在外面的杆的长度LE，作为活塞杆106延伸长度的指示值。本专利技术的装置102检测活塞104及活塞杆106相对于缸体110的位置的目的是直接显示所检测到的位置或用于控制例如建筑工业施工车辆工作台的位置的系统中。本装置的信号发射部分114产生一电磁信号并将此电磁信号发送到同轴的谐振腔112中。该电磁信号的频率可在一预定最小和最大值之间变化。例如可在50兆赫到1.6千兆赫之间变化。信号发射部分114包括一耦合单元122，该耦合单元122可以包括一天线，一电场或磁场探头或直接和活塞杆106相连接，最好该耦合单元122是一个环行天线，环行天线122可以从缸筒头或缸筒壁进入空腔。在本专利技术的一个实施例中，环形天线122进入空腔112并与缸体或缸筒110的侧壁的内表面或缸筒头电气相连。在另一个实施例中，该环形天线122进入空腔112并与活塞杆106电气相连。本专利技术的接收部分116从同轴腔112内部检测电磁波信号。接收部分116检测所接收的信号和一阈值之间的斜坡相交或相截条件并响应于对应具有所述斜坡条件的电磁信号的频率而产生一频率信号。所述斜坡相交或相截条件是指检测出的电压-频率曲线与阈值电压之间的相交或相截。在本专利技术的一个实施例中，接收部分116检测一个正的斜坡相截条件之后相应地产生一个第一频率信号，然后再检测一个负的斜坡相截条件，同时相应地产生一第二频率信号。正的斜坡相交或相截条件发生在谐振的低频侧，负的斜坡相交或相截条件发生在谐振的高频侧。在又一个实施例中，接收部分116检测出电磁波信号的一个斜坡相交或相截条件，然后跟踪斜坡相交或相截条件的频率，并相应地产生一第一频率信号。所述接收部分116包括一接收耦合单元120。该接收耦合单元120最好是一如上所述的环形天线。本专利技术的控制部分118接收频率信号并相应地测定活塞和活塞杆104、106的位置。此外，控制部分118还包括测定活塞及活塞杆104，106的速度和加速度的装置。所述同轴谐振腔112具有类似于短的同轴传输线的响应特性。液压缸108包括一导电环(图中未画出)以提供缸体110及活塞杆106之间的电气连接。当腔体112被射电信号激发时，除了谐振频率附近以外，它具有高的插入损失，更具体地说，如果空腔112的长度LC是传送到同轴腔112内的信号的半波长的整数倍，部分射频线就与腔体112发生耦合，激发出一横向电磁场(TEM)，所谓横向电磁场就是沿着同轴腔112传输的两个波的叠加。腔112中存在的这种随时间变化的电磁场使接收耦合单元120检测出一个同频率的信号。每个整数倍都是一个谐波或谐振频率。理想的同轴腔的谐振频率由下式给出fres= (n)/2 ｜ (C)/((Er)1/2) × 1/(Lc) ｜式1 (n＝1，2，3……)式中，C＝3×1010cm/s，fres是激励频率，Er是腔内流体的相对介电常数。第一谐波相应于n＝1，第二谐波相应于n＝2，等等。同轴腔体112的谐振频率与上述理想方程给出的谐振频率是不完全相同的，因为腔体112的几何形状可以发生偏差，此外也与实际的耦合结构的效果有关。但是，在腔体112的实际谐振频率和液压缸缸体LC的长度之间存在一一对应关系，它与理想腔体的偏差可通过对每一类液压缸进行校准来加以解决。在本专利技术的一个实施例中，位置测定部分118通过测定同轴谐振腔112的谐振频率而测出活塞和活塞杆104及106的位置。同轴谐振腔112的谐振频率是频率信号的一个函数。在较佳实施例中，通过测量周期来测定具体的频率。例如，在一个实施例中，接收部分116跟踪正斜坡相交或相截的频率。该频率然后加以调整以把阈值与实际谐振之间的差异考虑进去。调整以后的值然后被用作同轴腔112的谐振频率。在另一个实施例中，谐振频率的周期是作为第一、第二频率信号(分别对应于正和负的斜坡相截或相交条件)的函数而测定的，它的一般表达式是Pres＝f(P1，P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可以检测出在液压缸缸筒内移动的活塞、活塞杆的线性位置的装置，该装置包括：产生一电磁波信号并将电磁波信号发送到液压缸内的部分，该电磁信号具有可在预定的最小值和最大值之间变化的频率；探测所述液压缸内电磁波信号并相应产生一放大后的信号 的装置；接收表明复位条件的复位信号的接收部分，它接收放大后的信号，把该放大后的信号与一预定的恒定值进行比较并且在没有复位信号的情况下相应地产生一频率锁定信号；接收所述频率锁定信号并进而测定活塞和活塞杆的位置的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼E摩根，
申请(专利权)人：履带拖拉机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]