[发明专利]具有均衡装置的线性位置传感器

说明书

本发明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。

本发明的目的旨在克服上述一个或多个所存在的问题。

本发明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。

图1是根据本发明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，本发明的装置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。本发明的装置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L_T，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L_C，等于总长度L_T减去活塞杆106伸在外面部分的长度L_E加上缸筒110端壁的厚度。因此，测定了空腔112的长度L_C以后，就可以直接得出延伸在外面的杆的长度L_E，作为活塞杆106延伸长度的指示值。本发明的装置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。在本发明的一个实施例中，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。