專利名稱：用于檢測傳動帶磨損和監(jiān)視帶傳動系統(tǒng)性能的裝置和方法
用于檢測傳動帶磨損和監(jiān)視帶傳動系統(tǒng)性能的裝置和方法
背景技術(shù)：
在動力傳輸領(lǐng)域中，帶傳動^J是連接旋轉(zhuǎn)元件的優(yōu)選部件。傳統(tǒng)地
它們一般分為兩大類非同步和同步帶傳動機(jī)構(gòu)。在車輛中，廣泛地使用 這兩類。非同步傳動機(jī)構(gòu)是用于驅(qū)動諸如水泵、空調(diào)壓縮機(jī)、動力轉(zhuǎn)向泵 和交流發(fā)電機(jī)單元這樣的零件的優(yōu)選部件。通常稱作定時傳動機(jī)構(gòu)的同步 傳動機(jī)構(gòu)是用于驅(qū)動頂置凸輪軸系統(tǒng)的優(yōu)選部件，并廣泛使用在內(nèi)燃機(jī)中 受驅(qū)組件需要同步的地方。圖1中顯示了這種傳動機(jī)構(gòu)的一個例子。
定時帶一fci玻璃纖維、機(jī)織物、橡膠和其他各種聚合物的復(fù)合物。 所有這些材料都表現(xiàn)出壓電特性它們在變形的同時能產(chǎn)生電荷。在正常 操作條件下，在帶運(yùn)行通過鏈輪齒和滑輪時，帶通過張緊力和彎曲力變形。 這些變形產(chǎn)生了電荷。由于帶材料相對高的電阻，電荷存在的時間足夠長 以至可^L檢測到。由壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷與張緊力成比例。這種特性已經(jīng) 成功地應(yīng)用在力傳感器和加速計中。
在此所述的本發(fā)明適用于這兩種類型的傳動機(jī)構(gòu)，但特別適用于定時 傳動機(jī)構(gòu)。帶比使用的其他部件(即鏈條或齒輪傳動機(jī)構(gòu))更經(jīng)濟(jì)、不怎 么復(fù)雜且更有效。帶的主要缺點是很難確定它們的壽命或在車輛壽命中帶 可能潛在故障的點。至今為止，視覺檢測是檢驗帶傳動機(jī)構(gòu)及其相關(guān)組件 的狀態(tài)的唯一方式。然而，這是非常麻煩且不切實際的過程。定時傳動機(jī) 構(gòu)由于易污染的弱點因而通常封閉地操作，并且在視覺檢測之前移除外殼 通常是非常費(fèi)力的工序。此外，對于人眼來說帶和其他組件的損害通常是 不可見的，視覺檢測證明是沒有效率的。此外，帶的故障會導(dǎo)致車輛或傳 動M變得不能操作，且由于具有現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的較高壓縮比的屬性，當(dāng)故 障引發(fā)不同步以及氣閥^與活lJf並撞的危險時，有故障的帶通常導(dǎo)致內(nèi) 燃機(jī)受到很大的損害。
盡管定時帶已利用了改進(jìn)的材料和增強(qiáng)的齒幾何學(xué)獲得了相當(dāng)大的 M,但對于整個定時傳動系統(tǒng)來說，結(jié)構(gòu)上的4L艮并沒有解決壽命預(yù)期 的問題。帶傳動機(jī)構(gòu)壽命預(yù)期的不確定性以及較高的維修成本和隨之來的 消費(fèi)者的不滿意迫H良動機(jī)制造商在設(shè)計和使用這種傳動機(jī)構(gòu)時以相當(dāng)大的安全裕度進(jìn)行計算。結(jié)果，帶被制造得比需要的寬得多，并且?guī)Оl(fā)生 變化的推薦的英里數(shù)被謹(jǐn)慎地設(shè)為較低。帶使用壽命的不確定性已經(jīng)強(qiáng)迫 發(fā)動機(jī)制造商和定時傳動^設(shè)計者考慮返回使用鏈條而不使用帶。市場 上向著免維護(hù)發(fā)動機(jī)的趨勢已特別強(qiáng)化了這種考慮.盡管如此，發(fā)動機(jī)制 造商很不情愿轉(zhuǎn)為鏈條，并通過任何可能的方式進(jìn)行多年的嘗試來解決該 難題。
現(xiàn)有技術(shù)顯示出關(guān)于聲稱可處理該問題的一些發(fā)明的積極活動。現(xiàn)有 的許多觀點不能解決該問題，且很大程度上對產(chǎn)業(yè)化并不實際。大量的方 案并沒有引起投資者的注意，因為它們不足以證明所涉及的額外成本或設(shè)
計挑戰(zhàn)。這是要求帶的變化設(shè)計的一類方案。美國專利US6181239和美國 專利US6523400提出下述一種方案，即其中通過嵌在帶中的線或金屬結(jié)構(gòu) 的破損或變化的電感或電容來檢測帶磨損。對于制造帶的本領(lǐng)域熟練技術(shù) 人員來說，這種方案是不切實際的。在帶中"金屬結(jié)構(gòu)將意味著大大偏 離制造方法，并且對于這種金屬結(jié)構(gòu)對帶整體耐久力的影響，引入了極大 的不確定性。帶制造商對于任何設(shè)計變化都傾向于非常保守的方案，使得 這種類型的方案的實施非常不可靠。而且，與這種計劃相關(guān)的成本將使產(chǎn) 品非常昂貴。另一個缺點是，這種方案僅用于OEM安裝的帶。在汽車工 業(yè)配件市場上，與特定發(fā)動機(jī)傳動機(jī)構(gòu)一起使用的帶通常由幾個制造商制 造。用于服務(wù)的帶通常來自與由OEM安裝的帶不同的制造商。
還認(rèn)識到基于機(jī)械的、光電的或開/關(guān)切換傳感裝置的發(fā)明(其中典 型示例是美國專利US6569046)要求使用光學(xué)或機(jī)械的開關(guān)來響應(yīng)破損帶 的跑偏,，美國專利US4626230要求使用這種開關(guān)檢測有故障的齒或輪 齒，所有這些都達(dá)不到目標(biāo)。這些裝置易于受到污染，且易于給出錯誤的 報警或變得不可靠，因為它們保持靜止并僅在被保護(hù)的帶損害之后才被觸 發(fā)。此外，因為不能模擬所需的輸入，所以不可能檢查這種裝置的功能。 由于M報警的可能性，它們必須被校準(zhǔn)，以響應(yīng)如當(dāng)帶已經(jīng)顯著出現(xiàn)故 障時發(fā)生的系統(tǒng)中嚴(yán)重的混亂。這幾乎不給駕駛者警告或者不給警告。

發(fā)明內(nèi)容
通過非接觸方式檢測傳動帶的破損和損害的本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)中 所述的那些提供了顯著的改進(jìn)，因為其提供了通過檢測對帶的任何影響或 有害的輸入以及對帶的任何物理或結(jié)構(gòu)損害來監(jiān)視傳動機(jī)構(gòu)的性能的部 件。對于本領(lǐng)域任何熟練技術(shù)人員來說，假如在沒有異常輸入值的最佳條 件下工作，顯然圖l所示的定時系統(tǒng)中使用的帶與鏈條一樣持久耐用。帶過早出現(xiàn)故障的大多數(shù)情形是由于異常，如在帶遭受了與其相連的組件的 故障行為之后，或者被像發(fā)動機(jī)和工業(yè)機(jī)器中通常使用的油、冷卻劑和其 他液劑這樣的流體污染，或者暴露到像滲透過泄漏外殼的灰塵、冰、水和 石片這樣的外部污垢。本質(zhì)上，本發(fā)明可用于監(jiān)視傳動帶以防任何這種異 常影響的發(fā)生。從本發(fā)明已有實施獲得的另一個優(yōu)點是對帶傳動機(jī)構(gòu)不需
要進(jìn)^i殳計變化，這與現(xiàn)有技術(shù)中所述的發(fā)明相反。本發(fā)明提供了一個可 靠的系統(tǒng)來確定帶傳動機(jī)構(gòu)的壽命并能使設(shè)計人員對如何提高整個系統(tǒng) 質(zhì)量而釆取多種策略。
在具有均勻強(qiáng)度的新帶中，壓電電荷均勻分布。新的傳感器對于電荷 密度的變化比較靈敏，因此在輸出信號中不具有很大變化。當(dāng)帶由于使用 而磨損時，帶的一些部分變得比較弱，并當(dāng)在發(fā)動;WMt過程中施加負(fù)載 時表現(xiàn)出較大的變形應(yīng)變，這就隨之導(dǎo)致在該帶區(qū)域中更大的壓電效應(yīng)和 更高的局部電荷密度。該新的傳感器檢測到該更高的局部電荷，導(dǎo)致信號 幅度增大。因而，信號幅度越大，所述帶越弱。所述傳感器還檢測由所述 帶的介電特性的動態(tài)變化導(dǎo)致的電容特性的變化。
本發(fā)明的特征在于與MPU (微處理單元)耦接的非接觸傳感器。所 述傳感器利用一個或幾個電容險測元件進(jìn)行^M乍，所述一個或幾個電^r 測元件耦合進(jìn)一個電路并設(shè)計為檢測介電常數(shù)的變化或電容的變化。所述 傳感器還檢測在系統(tǒng)的正常操作過程中當(dāng)所述帶張緊的結(jié)構(gòu)材料通過電 容檢測元件時由所述帶引起的壓電效應(yīng)所導(dǎo)致的靜電電容。在所述帶傳動 機(jī)構(gòu)的操作過程中，所述帶的壓電特性產(chǎn)生積累在所述帶中的電荷或類似 的靜電，其與所述帶遭受到的變形成比例。因為磨損的帶部分將具有較大
的變形并因此從所述傳感器產(chǎn)生轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高信號電平的較高電荷，所以可 利用所述效果作為帶磨損的指示。以下述方式放置所逸險測元件，即其產(chǎn)
來的特定關(guān)鍵模式相對應(yīng)的信號響應(yīng)。典型檢測的模式為基本的帶特征、 自然和嚙合頻率的跨距振動、帶齒導(dǎo)致的瞬時RPM和每旋轉(zhuǎn)一次的信號 事件。導(dǎo)致?lián)p害的帶磨損一般在帶上的一個位置開始，傳感器將檢測該位 置并產(chǎn)生每帶一個的旋轉(zhuǎn)信號事件(之后稱作OPRSE )。
污染將導(dǎo)致由任何檢測元件記錄的帶的介電常數(shù)和/或靜電電容以及 永久性或半永久性壓電行為的變化，并導(dǎo)致信號閾值整體變化。^耦合 組件的初始故障將導(dǎo)致帶張力的變化。張力變化將導(dǎo)致在正常^Mt過程中 由所述帶的跨距重新表現(xiàn)出的振動特征的偏移。此外，所述帶傳動機(jī)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)特征也發(fā)生變化。特征的變化可直接與帶張力的定量增加或減小有聯(lián)
系，ilXt于帶傳動領(lǐng)域的任何熟練技術(shù)人員來說是顯而易見的。由檢測電 路得到的信號可由任意數(shù)量的信號處理方法處理?；谀M的信號可被進(jìn) 一步調(diào)節(jié)并耦合到能進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和信號分析的任何裝置。然而，本發(fā)明 最優(yōu)實現(xiàn)為獨(dú)立的裝置，其中通過嵌在傳感器結(jié)構(gòu)內(nèi)的MPU(微處理單 元)執(zhí)行的DSP (數(shù)字信號處理)算法來分析所i^擬信號。最終的數(shù)據(jù) 被存儲在傳感器結(jié)構(gòu)的板上，且根據(jù)終端用戶的策略，可通過外部PLC
(可編程邏輯控制器)或車輛控制器中的算法進(jìn)一步分析該數(shù)據(jù)，或者將 其存儲用于傳輸給中心數(shù)據(jù)庫。
[11該功能將給用戶(OEM)提供幾個優(yōu)點，如允許維修間隔的非線 性方案，即當(dāng)帶或其他定時傳動組件需要維修時，在到達(dá)預(yù)定英里數(shù)之前， 車輛發(fā)出信號(i^j"于具有嚴(yán)格工作周期的車輛，如救援、法律強(qiáng)制或出 租車輛來說尤其有益)。尤其是如果在保修期期間出現(xiàn)故障，在嚴(yán)重的損 害或功能缺失發(fā)生之前檢測傳動故障的早期信號可節(jié)省較大的成本。根據(jù) 收集的數(shù)據(jù)，用戶可產(chǎn)生主動的響應(yīng)，即發(fā)布維修報告。根據(jù)收集的數(shù)據(jù)， 用戶可產(chǎn)生是什么組成了定時傳動機(jī)構(gòu)的維修壽命以及如何最好地設(shè)計 傳動機(jī)構(gòu)的談彎。帶可做的更窄，由此在在意空間節(jié)省的地方節(jié)省幾毫米 的空間.在用作市場上銷售的工具時，本發(fā)明可減小或消除當(dāng)前帶傳動機(jī) 構(gòu)不可靠的這種觀點，讓車輛最終用戶放心。上面提到的優(yōu)點還可直接用 于工業(yè)帶傳動系統(tǒng)。
詳細(xì)描述和優(yōu)選的實施方式
[12結(jié)合下面的附圖，從下面的詳細(xì)描述和優(yōu)選實施方式可以更好地理解 本發(fā)明。


[13圖1顯示了檢測裝置在適當(dāng)位置的帶傳動W^的正視圖； [14圖2顯示了檢測裝置和相鄰帶結(jié)構(gòu)的截面圖； [15圖3顯示了典型帶結(jié)構(gòu)的截面圖； [16圖4顯示了典型帶結(jié)構(gòu)的側(cè)視17圖5顯示了帶的正視圖，其描述了當(dāng)?shù)湫蛶э@示出暴露的纖芯和典型 的結(jié)構(gòu)缺陷時的故障模式；
[18圖6顯示了帶的側(cè)視圖，其描述了單個帶齒結(jié)構(gòu)的故障；圖7顯示了帶傳動機(jī)構(gòu)的正視圖，其描述了在兩個組件之間的帶跨距 中的典型的振動模式；
圖8顯示了典型帶結(jié)構(gòu)的截面圖，其描述了檢測元件的優(yōu)選垂直放置；
圖9顯示了帶的側(cè)視圖，其描述了檢測元件的優(yōu)選垂直放置；
圖10顯示了典型帶結(jié)構(gòu)的截面圖，其描述了檢測元件的優(yōu)選平行放
置；
圖11顯示了帶的側(cè)視圖，其描述了檢測元件的優(yōu)選平行放置；
圖12顯示了典型帶結(jié)構(gòu)的截面圖，其描述了檢測元件的優(yōu)選水平放
置；
圖13顯示了帶的側(cè)視圖，其描述了檢測元件的優(yōu)選水平放置；
圖14是顯示檢測元件的優(yōu)選構(gòu)造方法的正視圖15是顯示檢測元件的優(yōu)選構(gòu)造方法的正視圖16是顯示檢測元件的優(yōu)選構(gòu)造方法的正視圖17是顯示檢測元件的優(yōu)選構(gòu)造方法的正視圖18是顯示優(yōu)選檢測元件的正視圖19顯示了具有示例優(yōu)選實施例的完整檢測裝置的典型定時傳動機(jī) 構(gòu)的一部分的正視圖20顯示了與圖19中相同的檢測裝置的輔助圖21顯示了帶的截面圖，其描述了檢測元件/拾取裝置的優(yōu)選位置以 及元件如何與電路連接；
圖22顯示了框圖，其描述了通過檢測裝置的主要組件的信號通路以 及與傳感器外部的裝置的通訊；
圖23顯示了在55Hz跨距振動時產(chǎn)生的信號；
圖24顯示了圖23中的信號的頻鐠；
圖25顯示了在30Hz跨距振動時產(chǎn)生的信號；
圖26顯示了圖25中的信號的頻鐠；
圖27顯示了用于拾取每旋轉(zhuǎn)一次事件的信號；
圖28顯示了帶齒脈沖的信號；圖29顯示了帶的側(cè)視圖，其描述了檢測元件的橫截面；
圖30顯示了帶的側(cè)視圖，其描述了利用信號抵消的兩個檢測元件的 優(yōu)選垂直放置；
圖31顯示了帶齒脈沖的信號和帶污染的影響。
優(yōu)選實施方式的描述
本發(fā)明的特征是一種檢測裝置和信號分析方法，其尤其適用于描述帶 傳動^的操作M并且預(yù)測當(dāng)帶和/或其相關(guān)組件何時應(yīng)當(dāng)替換，以避免 傳動機(jī)構(gòu)故障。此外，本發(fā)明的特征在于圖22中所示的電子電路51和檢 測元件36，其通過與電容(electrocapacitive)和壓電特性耦合的電容部 件操作，以不用接觸帶就可收集信號數(shù)據(jù)。檢測元件36能通過靜止結(jié)構(gòu) (即帶的外殼)檢測帶。該檢測的屬性使其尤其適用于從通過的帶上檢測 動態(tài)諧波和瞬變事件。電容、電容量和壓電檢測電路的本領(lǐng)域任何熟練技 術(shù)人員都可通過多個方式實現(xiàn)所述電路。公開文獻(xiàn)Capacitive Sensors Design and Applications,Larry K Baxter，IEEE，Piscataway，NJ是這種電路 示例的較好來源。優(yōu)選在該公開文獻(xiàn)中所述的使用MOS(金屬氧化物半 導(dǎo)體)晶體管的新方案，因為其元件可易于集成為混合的信號電路，但就
本發(fā)明而言，可使用具有適當(dāng)特性的任何電容險測電路。該部分電路稱作 模擬電路51。耦合到模擬電路中的檢測元件設(shè)置在目標(biāo)帶結(jié)構(gòu)周圍，以最 好地產(chǎn)生理想的信號輸入。檢測元件51由兩個相鄰設(shè)置的產(chǎn)生特定電容 并投射出電容場的電極組成。所述電極朝向帶目標(biāo)，以使得帶變化的介電 特性將以下述方式影響所述電容場，即使得由耦合的模擬電路51檢測到 的電極的電容發(fā)生變化。所述檢測元件還通過感應(yīng)耦合的方式檢測積累在 帶上的電容電荷，這是帶材料復(fù)合物的壓電材料特性的結(jié)果。
如圖8和9中所示，橫跨帶結(jié)構(gòu)設(shè)置的檢測元件36將導(dǎo)致針對通過 的齒結(jié)構(gòu)21的信號響應(yīng)。圖28中顯示了所述元件的信號響應(yīng)，其中距離 80對應(yīng)于帶17的齒間距。
就本發(fā)明而言，如圖8, 9和圖13所示間隔多個帶齒間距16地i殳置 的兩個或多個檢測元件36， 38將具有增加所述通過齒的信號響應(yīng)的效果。
如圖19和20中所示在帶移動的主要方向上縱向取向的檢測元件37 將主要導(dǎo)致(針對帶跨距14的如圖7中所示的橫向移動27的)信號響應(yīng)。 橫向移動一fcl自然的或誘發(fā)的跨距振動的結(jié)果。圖23顯示了圖7中所 示的具有振動周期84和幅度73的自然跨距振動27的典型信號響應(yīng)。圖24顯示了所述信號的頻鐠，其中74表示帶跨距14的自然頻率71。具有 等于三個或更多個帶齒間距16的長度的檢測元件37不受通過帶齒的影 響，因此將用作帶齒產(chǎn)生的嚙合信號(meshing signal)的過濾器。如果與 嚙合相關(guān)的頻率70存在于帶跨距14的橫向移動26，則檢測元件將僅檢測 該與嚙合相關(guān)的頻率70。
如圖21中所示，由幾個檢測元件36， 37和38組成的傳感器使用多 路復(fù)用開關(guān)50與模擬電路51連接。所述多路復(fù)用開關(guān)由圖22中所示的 MPU53控制并可以根據(jù)使用的DSP策略的需要從每個檢測元件36， 37 和38單獨(dú)、整體地或任意組合地采樣信號。
如圖30中所示，兩個檢測元件36以如下特別的布置位于帶的相對或 相同側(cè)即它們的間隔為半個帶間距45的增量，因而一個面對齒頂端， 而另一個面對根部。如圖30中所示，通過信號46， 47的屬性彼此抵消81, 該檢測元件構(gòu)造導(dǎo)致由通過帶齒20引起的信號響應(yīng)的顯著減小，其中圖 表81圖解了該抵消。當(dāng)傳感器查看OPRSE (每旋轉(zhuǎn)一次的信號事件)或 查看內(nèi)部結(jié)構(gòu)損害(即帶的磨損)時，這尤其有利。當(dāng)檢測到由于帶17 的結(jié)構(gòu)缺陷或磨損而導(dǎo)致的損害時出現(xiàn)OPRSE。在多數(shù)情形中，帶損害 在一個點開始，在進(jìn)一步的操作期間，帶損害將擴(kuò)展，導(dǎo)致整個帶故障。 OPRSE是帶17出現(xiàn)故障并應(yīng)i^il替換的信號。圖5顯示了通常由OPRSE 表示的兩種帶損害初始繩索破損22和聚合物缺陷23。圖6顯示了由于 欠缺的齒結(jié)構(gòu)24或破裂的齒25導(dǎo)致的對帶17的損害。這些類型的損害 在信號跟蹤中表現(xiàn)為清楚可辨的信號事件。圖27中顯示了所述信號 的一個例子，其中信號峰值79代表帶上一個特定點處的所述OPRSE，而 距離78代表經(jīng)過所述檢測元件的一個完整的帶旋轉(zhuǎn)。在與閾值電平比較 之前或之后，可將多個周期上的信號峰值79加和，以避免雜散信號和錯 誤的警報。
如果在圖1中所示的傳動機(jī)構(gòu)中使用的帶17被諸如在帶上留下殘渣 的油、發(fā)動機(jī)冷卻劑或任意流體污染物這樣的流體污染，導(dǎo)致其介電和/ 或電容特性發(fā)生充分變化，則傳感器組件將檢測到所述流體的存在并如圖 31中所示記錄在整個信號閾值中的偏移，其中82表示污染之前測量的信 號電平，83表示在污染之后測量的信號電平。
圖l顯示了本發(fā)明作為用于帶傳動機(jī)構(gòu)的監(jiān)視裝置的一個主要應(yīng)用，
動機(jī)構(gòu)。在所述帶傳動機(jī)構(gòu)中，新的傳感器30靠近凸輪軸鏈輪7設(shè)置
ii在該位置中，傳感器30最佳裝配，從而監(jiān)視傳動機(jī)構(gòu)，并檢測對帶17的 任何異常輸入以及檢測對帶的損害。因為傳感器30通過非接觸方式操作， 所以其如圖2中所示以充分的間隙34和35間隔開，從而不干擾移動的帶 結(jié)構(gòu)17。如圖22中虛線框中所示，傳感器30具有嵌在其結(jié)構(gòu)中的所有檢 測元件36, 37， 38和電子裝置，這能使所述傳感器自動地操作。傳感器 30與車輛發(fā)動機(jī)拴制器連接并通常用作主車輛發(fā)動機(jī)控制器58的從動裝 置并通過配線31或無線天線32與控制器通訊。信號路徑如下檢測元件 36借助電場72檢測所述帶17。元件36通過圖21中所示的多路復(fù)用部件 50耦合到模擬電路51。所述電路產(chǎn)生模擬信號61,該模擬信號61通過 A/D轉(zhuǎn)換器52轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流并存儲在微處理單元MPU53中。MPU53 通過內(nèi)嵌的算法進(jìn)行數(shù)字信號處理DSP。適當(dāng)?shù)腄SP對于數(shù)字信號分析 領(lǐng)域的任何熟練技術(shù)人員來說都是/^的。
傳感器組件30可作為一個具有內(nèi)嵌電池電源的獨(dú)立單元^Mt，這能 4吏操作獨(dú)立于車輛電源。這種選擇尤其適用于售后服務(wù)應(yīng)用。
結(jié)合在傳感器組件30中的電子裝置使用一系列的汽車通訊協(xié)議(如 LIN (局部互連網(wǎng))或CAN (控制器區(qū)域網(wǎng))57，或者這種協(xié)議的衍生物 (圖22))通過有線或無線方式與車輛通訊。
結(jié)合在傳感器組件30中的電子裝置具有內(nèi)嵌的用算法預(yù)編程的^t控 制器53，如果帶或傳動機(jī)構(gòu)即將出現(xiàn)故障，該微控制器53能根據(jù)檢測到 的信號進(jìn)行獨(dú)立的判斷。
傳感器組件30可用作系統(tǒng)監(jiān)視工具，其中所述傳感器可周期性地、 或根據(jù)需求給車輛控制器ECU58傳輸存儲的定時傳動性能^lt，如帶張 力或凸輪軸扭轉(zhuǎn)特征。所述性能M可在車輛裝配有通訊上行^的情況 下以無線方式傳輸?shù)杰囕v制造商，或者所述性能參數(shù)可在通常預(yù)定的保養(yǎng) 地點下載到車輛OEM59資料庫。
除了調(diào)整元件的表面面積之外，還在實現(xiàn)理想的檢測長度和電容值的 條件下以多個方式制造所述檢測元件，所述條件決定了檢測元件對電容效 應(yīng)的靈翁:度。所^本險測元件由通過電介質(zhì)組分彼此間隔開預(yù)設(shè)距離的 兩個金屬結(jié)構(gòu)組成。圖14顯示了由兩個平行的銅跡線40和41組成的檢 測元件，所述跡線40和41使用標(biāo)準(zhǔn)的電子工業(yè)電路板制造方法蝕刻在 PCB (印刷電路板)39上。圖15顯示了由形狀為U形的銅跡線41包圍 的銅跡線40如何在在保持較小印跡的同時增大所述檢測元件電容。圖16顯示了形狀為馬蹄形的兩個銅跡線40和41 。圖17顯示了通過#^個都覆 蓋有電介質(zhì)的兩個配線40和41擰在一起來形成檢測元件的另一個方式。 配線護(hù)層的厚度界定了組成電極的兩個配線之間的距離。圖29顯示了被 焊接到電介質(zhì)材料的相對兩側(cè)的兩個金屬板或條42，其中它們之間的距離 等于目標(biāo)帶17帶齒間距的距離16的一半或4^P。該檢測元件結(jié)構(gòu)適于檢 測通過的帶齒結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的方法實施例
與模擬電路51連接的檢測元件36， 37和38輸出如圖28中所示的 連續(xù)調(diào)制的模擬交流信號。所述信號被轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信號并傳輸?shù)脚c模 擬電路51耦接的存儲和計算單元MPU53。根據(jù)所述信號，結(jié)合的DSP 算法計算瞬時的帶傳動速度。
與模擬電路51連接的檢測元件37輸出如圖23和25中所示的連續(xù) 調(diào)制的模擬交流信號。所述信號被轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信號并傳輸?shù)脚c模擬電 路51耦接的存儲和計算單元MPU53。根據(jù)所述信號，結(jié)合有DSP算法 的MPU53計算靠近所述檢測元件的特定帶跨距的自然頻率74。對于帶 傳動領(lǐng)域的任何熟練技術(shù)人員來說，所計算的頻率74與帶跨距中的張力 水平有關(guān)。因此，如圖26中頻率76的變化表示帶張力的偏移。監(jiān)視所
的方式。此外，如果圖25中所示的信號表現(xiàn)出額外的頻率內(nèi)容，如被包 圍的部分77中所示，所述信號就表示額外引起的帶跨距移動。所述頻率 成分通常與帶和鏈輪齒嚙合部26有關(guān)，并與測量的通過帶齒20的頻率 信號相同。由于施加給所述帶結(jié)構(gòu)的錯誤張力，上述現(xiàn)象將因所述嚙合 部26中的錯位而惡化。結(jié)合了 DSP算法的MPU53的另一部^i殳計成監(jiān) 視所述頻率的發(fā)生和幅度并將所述信號與預(yù)定的操作極限進(jìn)行比較。如 果所述信號閾值超過所述操作極限，嵌有算法的MPU53產(chǎn)生一故障帶傳 動報警。
在計算(DSP)凸輪軸的扭轉(zhuǎn)相位角時利用由通過齒20產(chǎn)生的信號。 將所述數(shù)據(jù)編譯為傳動扭轉(zhuǎn)特征，并用于診斷帶傳動機(jī)構(gòu)的操作條件的變 化。
嵌在傳感器30中的MPU53具有結(jié)合的DSP算法，所述DSP算法監(jiān) 視來自檢測元件36, 37， 38和42的信號并確定目標(biāo)帶17或帶傳動^ 是否表現(xiàn)出可導(dǎo)致帶17或帶傳動機(jī)構(gòu)故障的操作行為。如果將要產(chǎn)生故障，所述算法產(chǎn)生用于通知駕駛員/操作者該車輛應(yīng)立即維修的故障代碼，
或者將所述故障代碼傳送給車輛OEM或維修供應(yīng)商，以進(jìn)行進(jìn)一步的動 作。
傳感器30通過連接器33與車輛束線連接。內(nèi)嵌的算法使用數(shù)字網(wǎng)絡(luò) 通訊協(xié)議LIN/CAN57通過束線與車輛ECU (發(fā)動機(jī)控制單元)通訊。
權(quán)利要求
1. 一種確定在正常操作條件下移動的復(fù)合聚合物和纖維帶的物理和結(jié)構(gòu)條件的方法，包括當(dāng)帶部分移動時通過電容檢測裝置檢測所述帶部分的瞬時動態(tài)介電和電容量特性，以產(chǎn)生瞬時動態(tài)電容信號，從同時存在的任意靜電電容信號分離由所述檢測裝置的至少一個檢測元件產(chǎn)生的所述瞬時動態(tài)電容信號，將所述瞬時動態(tài)電容信號與動態(tài)電容信號的閾值電平進(jìn)行比較，以及響應(yīng)于所述瞬時動態(tài)電容信號周期性地突破動態(tài)電容信號的所述閾值電平，激發(fā)輸出信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中在激發(fā)所述輸出信號之前，在電容信號進(jìn)行加和。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述輸出信號是報警信號。
4. 一種電^r測裝置，其包括適于與正常移動的復(fù)合聚合物和纖維 帶相鄰設(shè)置的至少 一個檢測元件，當(dāng)所述帶移過所述檢測裝置時，所述檢測元件適于響應(yīng)于所述帶的 介電特性的動態(tài)變化而產(chǎn)生周期性變化的電信號，和電計算部件，該電計算部件包括至少一個模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器、微處理 器以及響應(yīng)于周期性突破所述帶介電特性的動態(tài)變化的閾值電平而提供 輸出信號的部件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容檢測裝置，其中在所述帶之上和至少 一側(cè)聚集有多個檢測元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容險測裝置，其中在沿所述帶的移動方 向上的位置處，與所述帶相鄰地間隔設(shè)置多個檢測元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電^r測裝置，其中所述輸出信號是報警 信號。
8. —種確定在正常操作4Ht下移動的復(fù)合聚合物和纖維帶的物理條 件的方法，包括當(dāng)帶部分移動時通過檢測裝置檢測所述帶部分的瞬時動態(tài)靜電場， 以產(chǎn)生瞬時動態(tài)信號，從同時存在的任意靜電信號分離由所述檢測裝置的至少一個檢測元 件產(chǎn)生的所述瞬時動態(tài)信號，將所述瞬時動態(tài)信號與動態(tài)信號的閾值電平進(jìn)行比較，以及響應(yīng)于所述瞬時動態(tài)信號周期性地突破動態(tài)信號的所述閾值電平，^JL輸出信號。
9. 根，，利要求8所述的，法，其中在^JL所述輸出信號，，，；在 進(jìn)行加和。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述輸出信號是報警信號。
11. 一種檢測裝置，包括適于與正常移動的復(fù)合聚合物和纖維帶相 鄰設(shè)置的至少 一個檢測元件，當(dāng)所述帶移過所述檢測裝置時，所述檢測元件適于響應(yīng)于所述帶的 靜電場的動態(tài)變化而產(chǎn)生周期性變化的電信號，和電計算部件，包括至少一個模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器、微處理器以及響應(yīng)于件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的檢測裝置，其中在所述帶之上和至少一 側(cè)聚集有多個檢測元件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的檢測裝置，其中在沿所述帶的移動方向 上的位置處，與所述帶相鄰地間隔設(shè)置多個檢測元件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的檢測裝置，其中所述輸出信號是報警信號。
15. —種確定在正常操作條件下移動的復(fù)合聚合物和纖維帶的物理 條件和磨損的方法，包括當(dāng)帶部分移動時通過非接觸電荷傳感器檢測由所述帶部分中存在的 壓電耦合產(chǎn)生的電荷，從而響應(yīng)于帶部分的瞬時電荷密度產(chǎn)生信號。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述信號與所述電荷密度成 比例。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在^U1輸出信號之前，對在 選定的時間周期上產(chǎn)生的突破特定閾值電平的信號進(jìn)行加和。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述輸出信號是報警信號。
19. 一種檢測裝置，包括與的移動方向?qū)R的至少一個導(dǎo)電檢測元 件、與所述帶的移動方向垂直的至少一個導(dǎo)電檢測元件以及位于與所述 帶的移動方向平行的平面內(nèi)的至少一個導(dǎo)電檢測元件，所述檢測裝置構(gòu)造成至少部分地包圍移過其間的所述帶的 一部分。
全文摘要
一種裝置和方法，其能通過非接觸傳感器監(jiān)視環(huán)帶和相關(guān)的帶傳動系統(tǒng)的磨損和異常功能，確定帶傳動系統(tǒng)的狀態(tài)并檢測帶和系統(tǒng)故障的早期階段。具有一個和幾個獨(dú)立傳感器元件的檢測單元與所述帶相鄰或靠近設(shè)置，由此監(jiān)視所述帶操作的幾個同時出現(xiàn)的正常模式。所述傳感器可連續(xù)通過處理收集的信號并檢測結(jié)構(gòu)損壞來確定整個定時傳動機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定。通過與所述傳感器集成的微控制器處理所收集的數(shù)據(jù)。所述用于監(jiān)視環(huán)帶磨損或異常功能的裝置和方法使用非接觸電容器陣列，該非接觸電容器陣列由與所述帶相鄰或靠近設(shè)置并與如下的電路連接的一個或幾個檢測元件組成，該電路適用于檢測與由所述帶表現(xiàn)出來的電容和壓電效應(yīng)相關(guān)的動態(tài)電容變化。所述裝置能進(jìn)一步通過檢測所述帶是否受到相關(guān)組件的異常功能的影響，監(jiān)視與所述帶相關(guān)的驅(qū)動組件。所述傳感器在所述帶傳動機(jī)構(gòu)的正常操作過程中連續(xù)監(jiān)視所述帶。所述傳感器尤其適用于檢測當(dāng)前在車間、工業(yè)和汽車應(yīng)用中使用的且特征在于具有纖維線承載芯的聚合物基質(zhì)的帶。
文檔編號G01M13/02GK101443644SQ200780011906
公開日2009年5月27日 申請日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者馬茨·利波夫斯基 申請人:馬茨·利波夫斯基