專利名稱：液壓活塞位置傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓活塞。更具體地，本發(fā)明涉及用來(lái)檢測(cè)活塞和液壓缸之間相對(duì)位置的位置傳感器。
背景技術(shù)：
液壓缸用在很多種應(yīng)用中，例如重型設(shè)備，來(lái)移動(dòng)大負(fù)載。按照傳統(tǒng)，液壓缸的控制是通過(guò)操作工進(jìn)行的，操作工以視覺(jué)方式觀察液壓缸的伸出和位置，從而操作控制機(jī)構(gòu)。然而，這種技術(shù)不精確，并且能對(duì)液壓設(shè)備和正被操作的工件造成損害。而且，這種技術(shù)不能用于操作工不能看見(jiàn)缸體的情況。為了解決這些缺點(diǎn)，已經(jīng)使用位移傳感器來(lái)測(cè)量活塞在液壓缸內(nèi)的位置。
使用各種類型的位移傳感器來(lái)測(cè)量活塞在液壓缸內(nèi)的相對(duì)位置。然而，在惡劣環(huán)境中遠(yuǎn)程測(cè)量絕對(duì)位移且具有高度可靠性的設(shè)備目前復(fù)雜且昂貴。目前使用的技術(shù)實(shí)例是磁致伸縮(Magnitostrictive)設(shè)備，這種設(shè)備使用機(jī)械信號(hào)沿著被封裝在密封金屬管內(nèi)的一對(duì)細(xì)絲的飛行時(shí)間，機(jī)械信號(hào)從磁致伸縮(magnitostrictively)導(dǎo)致的桿機(jī)械特性的變化中反射回來(lái)。
另一種技術(shù)使用絕對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器，絕對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器是檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的設(shè)備。典型地，使用齒輪、或一根鋼索或帶子來(lái)完成旋轉(zhuǎn)變換的平移，鋼索或帶子從彈簧加載的鼓輪中解開(kāi)。絕對(duì)編碼器易于承受有限范圍和/或分辨率。包括高度振動(dòng)的惡劣環(huán)境易于排除絕對(duì)蝕刻的玻璃刻度，這是由于它們的臨界對(duì)齊要求、它們對(duì)脆性破裂的易感性和對(duì)霧及污垢的不耐性。這種技術(shù)也需要頻繁歸零。
推斷位移測(cè)量，例如，通過(guò)將進(jìn)入缸體內(nèi)的體積流速對(duì)時(shí)間積分來(lái)計(jì)算缸體的轉(zhuǎn)換，遇到到一些困難。首先，這些設(shè)備是遞增的，并且需要頻繁的手動(dòng)歸零。其次，它們易于對(duì)環(huán)境影響產(chǎn)生敏感，例如溫度和密度。它們需要測(cè)量這些變量以提供精確的位移測(cè)量。最后，積分流量確定位移易于降低測(cè)量的精確性。這種技術(shù)也受到流量測(cè)量的動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍的限制。這個(gè)范圍之上和之下的流量具有很高的誤差。
用來(lái)測(cè)量活塞位置的一種技術(shù)使用電磁定向信號(hào)。然而，這種技術(shù)易于向環(huán)境發(fā)射輻射或者難以校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
用于測(cè)量液壓活塞在缸體內(nèi)的相對(duì)位置的裝置，包括桿，所述桿沿著活塞的移動(dòng)方向延伸，所述桿固定耦合到所述缸體的末端之一。所述桿配置成承載微波脈沖。滑動(dòng)件可滑動(dòng)地耦合到所述桿，并且固定耦合到所述活塞。所述滑動(dòng)件配置成引起所述微波脈沖的部分反射。桿的端部也提供反射。計(jì)算作為來(lái)自所述滑動(dòng)件和桿端部的反射微波脈沖的函數(shù)的活塞位置。


圖1是包括位置測(cè)量電路的液壓組件的側(cè)剖視圖。
圖2是用來(lái)安裝和電耦合到天線桿的罩的橫剖視圖。
圖3是耦合到天線桿的軸襯的透視圖。
圖4A是圖解活塞面上的阻抗間斷的側(cè)橫剖視圖。
圖4B是活塞和圓錐件的分解透視圖。
圖5是表示設(shè)置在活塞面內(nèi)的活塞面阻抗失配元件的橫剖視圖。
圖6是表示對(duì)天線桿的電耦合的橫剖視圖。
圖7表示包括位置測(cè)量電路方框圖的液壓系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種技術(shù)，用于測(cè)量活塞相對(duì)于液壓缸組件的缸體的位置。對(duì)于本發(fā)明，使用微波信號(hào)來(lái)測(cè)量活塞在缸體內(nèi)的相對(duì)位置。當(dāng)使用這種技術(shù)來(lái)測(cè)量活塞位置時(shí)，因?yàn)樵肼暫团c精確獲取這種測(cè)量值相關(guān)的其他問(wèn)題，有時(shí)難以獲得精確的位置測(cè)量值。
圖1是依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的液壓活塞/缸組件10的橫剖面透視圖。組件10包括缸體12，缸體12在其內(nèi)可滑動(dòng)地支撐活塞頭14。活塞14耦合到活塞桿16?；钊^14響應(yīng)于通過(guò)孔19施加到缸體12內(nèi)部或從其中退出的液壓流體18而在缸體12內(nèi)移動(dòng)。密封墊在活塞頭14周圍延伸以防止液壓流體穿過(guò)其而泄漏。
天線桿22在缸體12的方向上延伸，并且耦合到位置測(cè)量電路24。鏜孔26貫穿活塞桿16和活塞頭14，并且容納天線桿22。桿導(dǎo)向器34、40分別耦合到活塞桿16和活塞頭14，并且沿著天線桿22滑動(dòng)。如下所述，導(dǎo)向器34、40反射沿著天線桿22傳輸?shù)奈⒉}沖。通路50允許流體18穿過(guò)導(dǎo)向器34、40。在本實(shí)施例中，導(dǎo)向器34固定地耦合到天線桿22，并且在活塞桿27的鏜孔26內(nèi)滑動(dòng)，而導(dǎo)向器40固定地耦合到活塞頭14，并且沿著天線桿22滑動(dòng)。位置測(cè)量電路24通過(guò)饋通(feedthrough)接頭38耦合到天線桿22。饋通接頭38包括伸出缸體12底部52的罩38，并且將桿22耦合到位置測(cè)量電路24。
在操作中，當(dāng)液壓流體18注入或排出缸體12時(shí)，活塞14在缸體12內(nèi)滑動(dòng)?；钊?4也沿著天線桿22滑動(dòng)，天線桿22容納在活塞14的鏜孔26內(nèi)。當(dāng)活塞14在缸體12內(nèi)滑動(dòng)時(shí)，接觸導(dǎo)向器或軸襯40沿著天線桿22滑動(dòng)。盡管天線桿22圖示為固定到缸體12，但它也能固定到活塞14并且相對(duì)缸體12移動(dòng)。
位置測(cè)量電路24從耦合到天線桿22的微波信號(hào)中提供基于反射的位置輸出。在天線桿22中的兩個(gè)位置上反射微波信號(hào)即在接觸導(dǎo)向器或軸襯40上，以及在導(dǎo)向器或軸襯34中的桿端上。位置測(cè)量電路響應(yīng)于兩個(gè)反射信號(hào)之間的延時(shí)比，來(lái)確定活塞14在缸體12內(nèi)的相對(duì)位置。
在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明利用微時(shí)域反射測(cè)定法雷達(dá)(MTDR)。MTDR技術(shù)是一種飛行時(shí)間測(cè)量技術(shù)。定義明確的推動(dòng)力或脈沖微波雷達(dá)信號(hào)耦合到適當(dāng)介質(zhì)內(nèi)。雷達(dá)信號(hào)耦合到傳輸線內(nèi)，傳輸線做成雙平行導(dǎo)線的形狀。這個(gè)雙平行導(dǎo)線的幾何結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的，因?yàn)樗拗戚椛涞碾姶鸥蓴_(EMI)。擔(dān)負(fù)雷達(dá)信號(hào)的生成、雷達(dá)信號(hào)進(jìn)入傳輸線的耦合、以及反射信號(hào)的檢測(cè)的設(shè)備在這里稱為變送器。
通過(guò)沿著長(zhǎng)而細(xì)的傳輸線路，例如圖1中的天線桿22，發(fā)送雷達(dá)脈沖，并且對(duì)信號(hào)向下輸送到反射點(diǎn)和再返回而需要的時(shí)間進(jìn)行高度精確地測(cè)量，實(shí)現(xiàn)基本MTDR測(cè)量。這個(gè)反射點(diǎn)可以來(lái)自于天線桿22的遠(yuǎn)端，并且可以穿過(guò)機(jī)械體，例如導(dǎo)向器34。如果將機(jī)械體(滑動(dòng)件40)制作成沿著傳輸線的長(zhǎng)度移動(dòng)，則根據(jù)其反射脈沖的傳送時(shí)間可以確定其位置。具體地，生成和定時(shí)雷達(dá)脈沖，雷達(dá)脈沖發(fā)送到由天線桿22在導(dǎo)向器34形成的傳輸線的端部。然后，雷達(dá)脈沖與由滑動(dòng)機(jī)械體40反射的脈沖傳送時(shí)間進(jìn)行比較。這種技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量值不依賴于傳輸線周圍的介質(zhì)。
這種測(cè)量技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果需要，則充分快速地產(chǎn)生測(cè)量頻率以便及時(shí)辨別位置測(cè)量值，從而獲得活塞的速度和加速度。另外，通過(guò)適當(dāng)排列傳輸線路的幾何結(jié)構(gòu)，也可以測(cè)量角位移。
本發(fā)明涉及到改進(jìn)液壓活塞缸組件10的位置檢測(cè)的特征和配置。本發(fā)明提供改進(jìn)的功能性、可靠性、精確性和耐用性。
圖2是缸體底部52內(nèi)的罩38的橫剖視圖，并且圖解了本發(fā)明的一個(gè)方面。在組件10的一些實(shí)施例中，很難進(jìn)入缸體12的底部區(qū)域52。在這樣的配置中，很難把天線桿22安裝到缸體12。罩組件38提供一種能用來(lái)使桿22容易耦合到底部52的配置。而且，如果需要維修組件，則可以拆卸罩38。
在一個(gè)實(shí)施例中，罩38容納在缸體底部52的凹口內(nèi)，并且在其內(nèi)承載絕緣體80。絕緣體80容納天線桿22，并且設(shè)置在罩38內(nèi)。墊片82密封罩38內(nèi)的絕緣體80。桿22由螺釘84固定到絕緣體80，并且由墊片86密封。絕緣體80可以由任何適當(dāng)材料制成，例如氧化鋁之類的高強(qiáng)度陶瓷。氧化鋁非常適合于處理在安裝或操作期間出現(xiàn)的應(yīng)力。而且，氧化鋁可以進(jìn)行高度拋光以便它可以容納0環(huán)墊片來(lái)提供致密密封。
罩38通過(guò)墊片88與底部52密封。設(shè)置螺釘90用來(lái)固定罩38和底部52。設(shè)置螺釘90貫穿底部52的鏜孔92，進(jìn)入罩38的凹口94。可以使用支架94給桿22提供附加支撐。支架94具有允許液壓流體穿過(guò)的孔96。支架94可以由氮化硼或其他類似材料構(gòu)成。
在這個(gè)具體實(shí)施例中，通過(guò)導(dǎo)線100對(duì)桿22進(jìn)行電連接，導(dǎo)線100貫穿安裝在底部52內(nèi)的絕緣體102。導(dǎo)線100和螺釘84之間的耦合例如可以通過(guò)壓配合或其他適當(dāng)聯(lián)接技術(shù)。導(dǎo)線100延伸到RF耦合器104，RF耦合器104配置成連接到同軸電纜(圖2中未圖示)或類似物，并且向底部52提供接地連接。電纜耦合到圖1中所示的位置測(cè)量電路24。
在裝配到缸體12內(nèi)之前，桿22安裝在罩38內(nèi)。由于安裝在罩38內(nèi)的桿22，使罩38下降進(jìn)入底部52內(nèi)的凹口，并且使用設(shè)置螺釘90固定到適當(dāng)位置?？赡苄枰鹦短炀€桿22，可以拆卸設(shè)置螺釘90來(lái)釋放罩38，并且從底部52提起整個(gè)罩38。
對(duì)天線桿22的連接配置成減少假反射，同時(shí)提供絕緣體以便按機(jī)械方式支撐桿22。在各種部件之間使用平緩錐形和平滑過(guò)渡、以及通過(guò)使用相對(duì)于微波脈沖波長(zhǎng)具有短尺寸的部件，可以減少假反射。而且，優(yōu)選地，阻抗失配用來(lái)在天線桿22的近端上產(chǎn)生基準(zhǔn)(fudicial)脈沖。支架94可以包括提供這種阻抗失配的材料來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)脈沖。支架94通過(guò)液壓流體與絕緣體80分開(kāi)，并且可以具有范圍為8-10的介電常數(shù)。典型地，絕緣體80在缸體操作期間只遭受相對(duì)小的拉應(yīng)力和適度的壓縮負(fù)載，并且可以由與液壓油和理想溫度范圍相適合的任何絕緣材料制成。氮化硼用于支架94提供約為4的介電常數(shù)。然而，可以使用任何其他適當(dāng)材料。例如，聚四氟乙烯(PTFE)或填充玻璃的PTFE提供約2.6-2.8的介電常數(shù)，這非常適合于典型的缸體安裝?？梢赃x擇材料以滿足環(huán)境或其他要求。
圖3是耦合到天線桿22遠(yuǎn)端的軸襯(或?qū)蚱?34的透視圖，并且圖解了本發(fā)明的另一方面。軸襯34通過(guò)將桿22的遠(yuǎn)端耦合到活塞桿27的內(nèi)部來(lái)提供阻抗失配。軸襯34通過(guò)粘合劑、機(jī)械耦合或其他技術(shù)固定耦合到桿22，并且包括多個(gè)彈簧式導(dǎo)電指110。導(dǎo)電指110推靠鏜孔26的內(nèi)部以與活塞桿27進(jìn)行可靠和堅(jiān)固的物理接觸。
由于本發(fā)明的這個(gè)方面，充分減少了噪聲脈沖，該噪聲脈沖是由于桿22遠(yuǎn)端和活塞桿27之間的弱耦合而產(chǎn)生的誤差而引起的。彈簧加載的指110可以調(diào)節(jié)鏜孔26直徑變化，鏜孔26直徑變化可以出現(xiàn)在加工鏜孔26期間或者系統(tǒng)的壽命期間。盡管圖示了彈簧加載的指110，但可以使用提供堅(jiān)固電接觸的其他技術(shù)，包括使用彈簧式觸點(diǎn)、球軸承或其他技術(shù)。軸襯34可以由任何適當(dāng)導(dǎo)電材料制成，例如硬碳鋼。材料應(yīng)該與液壓流體相容。
在不同方面，彈簧加載的指110可以由帶徑向指的壓制彈簧構(gòu)成，可以包括從保持缸體向外擠壓的彈簧加載式球體或半球形，或者硬金屬絲彈簧，它們形成為接觸活塞軸錐口孔并且電連接到天線桿的末端。軸襯可以由天線桿本身構(gòu)成，并且進(jìn)行熱處理以提供需要的接觸指。觸點(diǎn)也可以由模壓成適當(dāng)設(shè)計(jì)的導(dǎo)電非金屬材料構(gòu)成。如果使用基于螺旋彈簧的觸點(diǎn)，則螺旋彈簧引起的電感可以干擾RF信號(hào)。
在另一方面，軸襯34包括介電常數(shù)接近液壓油介電常數(shù)的非導(dǎo)電材料。在這樣的實(shí)施例中，如果軸襯34和活塞桿27之間的接觸改變，則天線桿22末端上的阻抗失配基本上不改變。在這種配置中，從桿末端返回的脈沖呈現(xiàn)為符號(hào)與接觸情況相反的脈沖。在這樣的實(shí)施例中，不需要或不要求軸襯34和活塞桿27之間的電連接。在這樣的實(shí)施例中，例如，可以使用噴射模塑法由PFA制成軸襯。應(yīng)該提供緩沖區(qū)或切口以允許流體通過(guò)。也可以使用陶瓷、玻璃、聚合體或彈性天線桿端子。如果使用聚合體材料，它可以不填充或填充非導(dǎo)電材料，例如玻璃。
圖4A是表示典型活塞14面的橫剖視圖。由于活塞面幾何結(jié)構(gòu)和用液壓油作為電介質(zhì)的缸體內(nèi)經(jīng)之間的阻抗失配，沿著天線桿22傳播的微波信號(hào)在它到達(dá)活塞14面時(shí)被反射。為了精確測(cè)量活塞14的位置，重要的是從活塞14面反射的脈沖具有非常清晰的波峰。例如，在圖4A所示的配置中，活塞面122具有許多間斷，這些間斷引起微波脈沖的假反射。
在操作期間，微波脈沖沿著天線桿22傳播，并且跟隨桿22和由缸體12提供的電接地之間的接地路徑120。因?yàn)镽F信號(hào)沿著導(dǎo)線的外表面?zhèn)鞑?，所以RF信號(hào)接地路徑包括幾個(gè)阻抗失配。主要失配和用來(lái)確定活塞位置的失配是Z0/Z1失配(圖4A中的附圖標(biāo)記20/21)。然而，由于呈現(xiàn)在活塞14面122上的幾何結(jié)構(gòu)，附加阻抗失配出現(xiàn)。如圖4A中所示，將引起信號(hào)反射的其他阻抗失配包括Z0/Z2(20/22)失配、Z2/Z3(22/23)失配和Z3/Z4(23/24)失配。在這種配置中，Z0/Z2失配產(chǎn)生負(fù)前進(jìn)脈沖，而其他兩個(gè)阻抗失配產(chǎn)生正前進(jìn)脈沖，這些阻抗失配各自產(chǎn)生反射信號(hào)，反射信號(hào)可以干擾活塞14的精確位置確定。
圖4B是表示配置成覆蓋活塞14面122的護(hù)罩126的分解透視圖。優(yōu)選地，護(hù)罩126具有提供平滑過(guò)渡的形狀以減少阻抗突變的數(shù)量，從而減少假反射。在圖4B所示的實(shí)施例中，護(hù)罩126具有圓錐形。護(hù)罩126應(yīng)該具有導(dǎo)電表面，并且為RF脈沖信號(hào)提供平滑過(guò)渡路徑以跟隨由缸體12提供的電接地。這樣的配置在這兩個(gè)之間提供平滑過(guò)渡，從而減少由多個(gè)劇轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的噪聲。護(hù)罩126提供阻抗變換元件。可以使用任何適當(dāng)形狀以獲得具有理想特性的反射信號(hào)。
依照本發(fā)明的另一方面，圖5是表示活塞面阻抗失配元件128(圖7中的滑動(dòng)件40)的橫剖視圖，阻抗失配元件128耦合到活塞面122，并且可滑動(dòng)地容納天線桿22。為了獲得精確的活塞位置測(cè)量值，重要的是具有從活塞面反射的脈沖，活塞面具有可以由信號(hào)處理電路識(shí)別的適當(dāng)特性。理想的是具有清晰的活塞面反射，其顯示最小的振蕩效應(yīng)，并且具有基本上不受活塞14在缸體16內(nèi)的活塞位置的影響的幅度。另外，阻抗失配應(yīng)該允許足夠的微波信號(hào)穿過(guò)失配，以便從天線桿阻抗桿失配的末端提供強(qiáng)反射。在圖5中，活塞面阻抗失配元件120由提供阻抗失配的材料構(gòu)成，并且包括形成在其內(nèi)的油通道130。油通道130允許液壓流體穿過(guò)失配元件128。優(yōu)選地，失配元件由介電常數(shù)接近液壓流體介電常數(shù)的絕緣材料制成。例如，可以使用填充玻璃的PTFE或PSA。通常，在液壓缸內(nèi)的許多情況下，理想的是具有顯示“自恢復(fù)”特性的材料。PTFE或PSA聚合體是這樣地材料，其中粗糙區(qū)用從元件中拉出的PTFE或PSA聚合體帶“填充”。這些帶粘附到粗糙區(qū)以防止附加材料丟失。在圖5的實(shí)施例中，失配元件128設(shè)置在活塞面122內(nèi)，并且使用任何適當(dāng)方式進(jìn)行固定。例如，扣環(huán)(未圖示)可以裝配在扣環(huán)槽132內(nèi)。通過(guò)在失配元件128的外圍上提供裝配在槽132內(nèi)的小指，也可以使用搭扣配合。失配元件128應(yīng)該配置成容易沿著天線桿22的長(zhǎng)度滑動(dòng)。而且，在操作期間，失配元件128可以變形而基本上沒(méi)有退化活塞位置的測(cè)量結(jié)果。元件128可以使用搭扣配合或其他技術(shù)耦合到活塞面。
圖6是類似于圖2內(nèi)畫(huà)圈部分的橫剖視圖，表示罩38的另一實(shí)施例。在圖6中，鏜孔140貫穿底部52。導(dǎo)線100穿過(guò)鏜孔140，并且與支撐在絕緣體146內(nèi)的成形導(dǎo)電盤(pán)142和144進(jìn)行電接觸。盤(pán)142和144是彈簧式的，并且配置成在它們之間提供小開(kāi)口。盤(pán)142和144可以由盤(pán)內(nèi)的徑向縫進(jìn)行分割。這個(gè)分割允許盤(pán)142和144偏轉(zhuǎn)。盤(pán)142和144與螺釘84電接觸，從而與天線桿22進(jìn)行電接觸。可以把導(dǎo)線100壓入盤(pán)142和144之間的開(kāi)口內(nèi)，使得彈簧式盤(pán)展開(kāi)，并且與盤(pán)142和144進(jìn)行電接觸。這種配置是有利的，因?yàn)檎?8可以在底部52內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且電導(dǎo)線100能在任何角度插入盤(pán)142和144之間。優(yōu)選地，盤(pán)142和144配置成減少RF反射。例如，盤(pán)142和144可以具有普通漏斗形狀，在一個(gè)實(shí)施例中，半徑約為0.25英寸。盤(pán)142和144固定到天線桿22以便盤(pán)的直徑垂直于天線桿22的中心線。
圖7表示包括位置測(cè)量電路24的方框圖的液壓系統(tǒng)190。位置測(cè)量電路24通過(guò)導(dǎo)線100耦合到天線桿22，并且包括微波收發(fā)器182和計(jì)算電路184。微波收發(fā)器182包括按照公知技術(shù)操作的脈沖發(fā)生器186和脈沖接收器188。計(jì)算電路184根據(jù)兩個(gè)返回脈沖之間的延時(shí)比來(lái)測(cè)量活塞頭14(圖7中未圖示)相對(duì)缸體12的位置一個(gè)來(lái)自桿的末端(件34)，而一個(gè)來(lái)自滑動(dòng)件40，例如沿著桿滑動(dòng)的活塞14的面。根據(jù)這個(gè)比值，計(jì)算電路184提供位置輸出。這可以在微處理器或其他邏輯電路內(nèi)實(shí)現(xiàn)。另外，模擬電路可以配置成提供有關(guān)位置的輸出?？梢允褂闷渌麥y(cè)量技術(shù)。例如，當(dāng)活塞14接近底部52時(shí)，距離可以確定為基準(zhǔn)參考脈沖的函數(shù)，而不是使用延時(shí)。而且，天線桿22可以包括兩根導(dǎo)體，并且切換電路可以在這兩根導(dǎo)體之間進(jìn)行選擇。兩根導(dǎo)體之一可以用作參考以減少由于天線桿22上的錯(cuò)誤反射而引起的誤差。也可以使用信號(hào)處理技術(shù)，例如使用數(shù)字信號(hào)處理電路。
為了確定活塞位置，本發(fā)明使用兩個(gè)反射信號(hào)之比。一個(gè)反射信號(hào)可以從接觸點(diǎn)沿著“標(biāo)尺”桿天線進(jìn)行傳輸，而另一信號(hào)可以從桿末端進(jìn)行反射。這兩個(gè)信號(hào)的傳播時(shí)間之比可以用來(lái)確定活塞位置。這種技術(shù)不需要單獨(dú)補(bǔ)償液壓油內(nèi)的電介質(zhì)變化。
本發(fā)明的各個(gè)方面包括活塞或缸體轉(zhuǎn)換測(cè)量設(shè)備，其使用MTDR飛行時(shí)間技術(shù)。某種類型的接觸體應(yīng)該沿著傳輸線天線桿移動(dòng)來(lái)提供阻抗失配，以便在傳輸線內(nèi)產(chǎn)生反射。可以密封變送器和/或信號(hào)調(diào)節(jié)電路以防惡劣環(huán)境條件?？梢蕴峁┠M、數(shù)字或光學(xué)鏈接用于把測(cè)量的位移傳遞給外部設(shè)備。
天線桿可以固定到缸體，耦合到活塞的接觸點(diǎn)可以沿著桿長(zhǎng)度移動(dòng)。接觸點(diǎn)也可以為桿或多個(gè)桿提供支撐。支撐可以在高度振動(dòng)條件或其他壓力期間減少或防止過(guò)度偏斜?？梢蕴峁詈掀饕源┻^(guò)缸壁耦合到桿。
各種配置可以與本發(fā)明一起使用。例如，轉(zhuǎn)換元件、信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)處理電路可以安裝在位于缸體上或與其分開(kāi)的環(huán)保外殼內(nèi)。優(yōu)選地，材料適合于長(zhǎng)期暴露給碳?xì)浠衔?，例如液壓缸?nèi)出現(xiàn)的碳?xì)浠衔铩?br> 在本發(fā)明中，提供絕對(duì)測(cè)量并且不需要系統(tǒng)重新歸零。系統(tǒng)大概能用小于正或負(fù)1毫米的精確度來(lái)測(cè)量活塞位置。系統(tǒng)的最大測(cè)量長(zhǎng)度(范圍)可以按照需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且只受功率和傳輸線幾何結(jié)構(gòu)的限制。通過(guò)使用適當(dāng)材料并在變送器與傳輸線之間提供良好的靜密封，系統(tǒng)非常適合于惡劣環(huán)境。對(duì)于本發(fā)明，在天線桿近端上產(chǎn)生基準(zhǔn)(或參考)脈沖。信號(hào)處理可以忽視在接收到基準(zhǔn)脈沖之前接收的任何反射信號(hào)。這為位置計(jì)算提供了參考，并且大大減少了需要處理的信號(hào)量，以便從反射信號(hào)中消除噪聲。
盡管已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將能認(rèn)識(shí)到，可以在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行變化而不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量液壓活塞在缸體內(nèi)的相對(duì)位置的裝置，包括天線桿，所述天線桿在所述活塞的移動(dòng)方向上延伸，并且固定耦合到所述缸體，所述桿配置成在所述桿的耦合器和遠(yuǎn)端之間傳送微波脈沖；滑動(dòng)件，所述滑動(dòng)件可滑動(dòng)地耦合到所述活塞，所述滑動(dòng)件配置成引起所述微波脈沖的部分反射；微波收發(fā)器電路，所述微波收發(fā)器電路耦合到所述桿，并且配置成產(chǎn)生和接收微波脈沖；計(jì)算電路，所述計(jì)算電路配置成計(jì)算活塞位置，該活塞位置為來(lái)自所述滑動(dòng)件和所述桿遠(yuǎn)端的反射微波信號(hào)的函數(shù)；和絕緣插座，所述絕緣插座安裝在所述缸體的一端上，并且配置成容納所述天線桿并通過(guò)電絕緣體以物理方式耦合到所述桿。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括彈簧式導(dǎo)電軸襯，所述軸襯耦合到所述天線桿，并且可滑動(dòng)地容納在所述活塞的鏜孔內(nèi)，以便在它們之間提供電連接。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括絕緣軸襯，所述軸襯耦合到所述天線桿，并且可滑動(dòng)地容納在所述活塞的鏜孔內(nèi)，以便提供反射的微波脈沖。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括活塞面阻抗變換元件，所述阻抗變換元件耦合到所述活塞面，并且布置成在所述活塞面上提供平滑的阻抗變換，從而減少在所述活塞面上反射的微波脈沖內(nèi)的噪聲。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述絕緣插座包括貫穿其延伸且耦合到所述天線桿的電導(dǎo)體，所述電導(dǎo)體具有由兩個(gè)彈簧式部件形成的開(kāi)口，所述開(kāi)口配置成容納耦合到所述微波收發(fā)器的電連接器。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述兩個(gè)彈簧式部件為盤(pán)狀，并且配置成在它們的整個(gè)外圍容納所述連接器。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述缸體包括其內(nèi)形成有腔的底部，并且所述絕緣插座安裝在所述腔內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，包括將所述絕緣插座固定在所述腔內(nèi)的一付螺釘。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，包括圍繞所述絕緣插座的密封件，所述密封件將所述絕緣插座密封在所述腔內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括位于所述絕緣插座內(nèi)的電導(dǎo)體，所述電導(dǎo)體電耦合到所述天線桿。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述電導(dǎo)體耦合到電纜，所述電纜將所述天線桿電連接到所述微波收發(fā)器。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，包括將所述電導(dǎo)體密封在所述絕緣插座內(nèi)的墊片。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，包括將所述天線桿密封在所述絕緣插座內(nèi)的密封件。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括支架，所述支架安裝到所述絕緣插座，并且具有貫穿其且配置成容納所述天線桿的開(kāi)口。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述支架提供阻抗失配以產(chǎn)生反射微波脈沖。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述滑動(dòng)件包括活塞面阻抗失配元件，所述阻抗失配元件設(shè)置在所述活塞面內(nèi)，并且由所述天線桿可滑動(dòng)地進(jìn)行接收。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述活塞面阻抗失配元件包括貫穿其延伸以用作液壓流體的通道的通路。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述活塞面阻抗失配元件使用搭扣配合耦合到所述活塞。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述活塞面阻抗失配元件提供貫穿其的開(kāi)口以允許液壓流體流動(dòng)。
20.一種用于測(cè)量液壓活塞在缸體內(nèi)的相對(duì)位置的裝置，包括天線桿，所述天線桿在所述活塞的移動(dòng)方向上延伸，固定耦合到所述缸體，并且貫穿所述活塞和活塞桿，所述桿配置成在耦合器和所述桿的遠(yuǎn)端之間傳送微波脈沖；滑動(dòng)件，所述滑動(dòng)件可滑動(dòng)地耦合到所述活塞，所述滑動(dòng)件配置成引起所述微波脈沖的部分反射；微波收發(fā)器電路，所述微波收發(fā)器電路耦合到所述桿，并且配置成產(chǎn)生和接收微波脈沖；計(jì)算電路，所述計(jì)算電路配置成計(jì)算活塞位置，該活塞位置為從所述滑動(dòng)觸點(diǎn)和所述桿遠(yuǎn)端反射的微波脈沖的函數(shù)；和彈簧加載式導(dǎo)電軸襯，所述軸襯耦合到所述天線桿端部，并且可滑動(dòng)地容納在所述活塞桿內(nèi)，以便在它們之間提供電連接。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，包括絕緣插座，所述絕緣插座安裝在所述缸體的一端上，并且配置成容納所述天線桿和通過(guò)電絕緣體以物理方式耦合到所述桿。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，包括活塞面阻抗變換元件，所述阻抗變換元件耦合到所述活塞面，并且布置成在所述活塞面上提供平滑阻抗變換，從而減少在所述活塞面上反射的微波脈沖內(nèi)的噪聲。
23.如權(quán)利要求20所述的裝置，包括支架，所述支架配置成容納接近所述絕緣插座的所述天線桿。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述支架提供阻抗失配以產(chǎn)生反射微波脈沖。
25.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述滑動(dòng)件包括活塞面阻抗失配元件，所述阻抗失配元件設(shè)置在所述活塞面內(nèi)，并且由所述天線桿可滑動(dòng)地接收。
26.一種用于測(cè)量液壓活塞在缸體內(nèi)的相對(duì)位置的裝置，包括天線桿，所述天線桿在所述活塞的移動(dòng)方向上延伸，并且固定耦合到所述活塞或缸體之一，所述桿配置成在所述桿的耦合器和遠(yuǎn)端之間傳送微波脈沖；滑動(dòng)件，所述滑動(dòng)件可滑動(dòng)地耦合到所述活塞，所述滑動(dòng)件配置成引起所述微波脈沖的部分反射；微波收發(fā)器電路，所述微波收發(fā)器電路耦合到所述桿，并且配置成產(chǎn)生和接收微波脈沖；計(jì)算電路，所述計(jì)算電路配置成計(jì)算活塞位置，該活塞位置為從所述滑動(dòng)觸點(diǎn)和所述桿遠(yuǎn)端反射的微波脈沖的函數(shù)；和活塞面阻抗變換元件，所述阻抗變換元件耦合到所述活塞面，并且布置成在所述活塞面上提供平滑阻抗變換，從而減少反射微波脈沖內(nèi)的噪聲。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述活塞面阻抗變換元件包括覆蓋所述活塞面的導(dǎo)電圓錐形部件。
28.如權(quán)利要求26所述的裝置，包括絕緣插座，所述絕緣插座配置成以物理方式耦合到所述天線桿。
29.如權(quán)利要求26所述的裝置，包括活塞面阻抗失配元件，所述阻抗失配元件設(shè)置在所述活塞面內(nèi)，并且由所述天線桿可滑動(dòng)地接收。
30.一種用于測(cè)量液壓活塞在缸體內(nèi)的相對(duì)位置的裝置，包括天線桿，所述天線桿在所述活塞的移動(dòng)方向上延伸，固定耦合到所述缸體，并且貫穿所述活塞和活塞桿延伸，所述桿配置成在耦合器和所述桿的遠(yuǎn)端之間傳送微波脈沖；滑動(dòng)件，所述滑動(dòng)件可滑動(dòng)地耦合到所述活塞，所述滑動(dòng)件配置成引起所述微波脈沖的部分反射；微波收發(fā)器電路，所述微波收發(fā)器電路耦合到所述桿，并且配置成產(chǎn)生和接收微波脈沖；計(jì)算電路，所述計(jì)算電路配置成計(jì)算活塞位置，該活塞位置為從所述滑動(dòng)觸點(diǎn)和所述桿遠(yuǎn)端反射的微波脈沖的函數(shù)；和軸襯，所述軸襯耦合到所述天線桿末端，并且可滑動(dòng)地容納在所述活塞桿內(nèi)，以便在它們之間提供電絕緣耦合并且接近所述天線桿末端提供阻抗失配。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，包括活塞面失配元件，所述失配元件設(shè)置在所述活塞面內(nèi)，并且由所述天線桿可滑動(dòng)地接收。
全文摘要
使用微波脈沖測(cè)量液壓組件(10)的缸體(12)內(nèi)的活塞位置。沿著耦合到活塞(14)或缸體(12)的導(dǎo)線(22)發(fā)射微波脈沖?；瑒?dòng)件(40)可滑動(dòng)地耦合到導(dǎo)線(22)，并且與活塞(14)或缸體(12)一起移動(dòng)。位置確定為來(lái)自導(dǎo)線(22)末端和滑動(dòng)件(40)的反射的函數(shù)。
文檔編號(hào)F15B15/28GK1723349SQ200380105367
公開(kāi)日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2003年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月11日
發(fā)明者格雷戈里·C·布朗 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司