專利名稱：聲波轉(zhuǎn)矩傳感器的制作方法
聲波轉(zhuǎn)矩傳感器技術(shù)領(lǐng)域?qū)嵤├话愣陨婕皞鞲衅餮b置、系統(tǒng)和方法，具體而言涉及聲 波扭感器裝置、系統(tǒng)和方法。實(shí)施例另外涉及無源聲波傳感器裝置，例如表面聲波(SAW)裝置以及測(cè)量各種結(jié)構(gòu)的機(jī)械質(zhì)量的傳感器。 實(shí)施例另外涉及用于轉(zhuǎn)矩檢測(cè)的無線感測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
采用聲波元件來測(cè)量轉(zhuǎn)矩的無源傳感器在本領(lǐng)域中是公知的。轉(zhuǎn) 矩測(cè)量裝置是一種新興技術(shù)，廣泛應(yīng)用于汽車、運(yùn)輸、鐵路及其它類 似領(lǐng)域中以用于變速箱和底盤等用途，這僅僅是舉了幾個(gè)實(shí)例。聲波 傳感器使用了機(jī)械波或聲波作為感測(cè)機(jī)制，聲波傳感器故此得名。當(dāng) 聲波傳播穿過材料的表面或者在材料表面上傳播時(shí)，對(duì)傳播路徑的特 性的任何改變將影響波的速度、相位與/或幅值。因工作于非常高的頻率，這些極高的質(zhì)量值(高Q值)感測(cè)裝置 可以利用詢問脈沖來無線地激勵(lì)，并且能夠測(cè)量諧振頻率響應(yīng)，由此 允許計(jì)算應(yīng)變。通過使用恰當(dāng)?shù)拇虬?packaging)和算法從返回的信 號(hào)推導(dǎo)出所感測(cè)特性的值，由此可以感測(cè)轉(zhuǎn)矩。這些裝置可成本有效 地制造，非常穩(wěn)定，并且與其20世紀(jì)的電阻計(jì)對(duì)應(yīng)物相比提供了顯著 更高的性能。不同于傳統(tǒng)的絲式應(yīng)變計(jì)，聲波轉(zhuǎn)矩傳感器可以機(jī)械地存儲(chǔ)能量。 一旦被供應(yīng)特定量的能量(例如，通過無線電頻率)，這些裝置可以工 作而不需要笨重的振蕩器或者輔助電源。這種能力已經(jīng)被利用于許多 無線/無源感測(cè)操作，例如輪胎壓力傳感器、以及動(dòng)力傳動(dòng)系效率的優(yōu) 化。當(dāng)聲波裝置用于傳感器應(yīng)用時(shí)，應(yīng)用于叉指式換能器(IDT)的 電脈沖的效果是致使該裝置用作換能器。電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波，該聲波 通過壓電基板傳輸?shù)狡渌麵DT。當(dāng)聲波到達(dá)IDT時(shí)，該換能過程反向， 產(chǎn)生電信號(hào)。該輸出信號(hào)具有特征諧振頻率，或者具有依賴于包括IDT 間距的幾何結(jié)構(gòu)的許多因素的延遲時(shí)間。由于IDT間距隨基板變形時(shí)的應(yīng)變/應(yīng)力而改變，通過測(cè)量聲波裝置頻率或延遲時(shí)間可以監(jiān)視該條 件的任何變化。對(duì)通過使用聲波裝置來測(cè)量軸或其它轉(zhuǎn)矩傳輸元件中的轉(zhuǎn)矩的已 知方法予以描述，該軸或其它轉(zhuǎn)矩傳輸元件可以使用粘合劑安裝在底 座上且該聲波轉(zhuǎn)矩傳感器隨后永久焊接到該軸上。圖1說明現(xiàn)有技術(shù)的示例的側(cè)視圖，其中聲波轉(zhuǎn)矩裝置2永久焊接到可旋轉(zhuǎn)軸4上。注 意，在圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)配置中，只能通過破壞將聲波轉(zhuǎn)矩裝置2 連接到可旋轉(zhuǎn)軸4的焊接來移除聲波轉(zhuǎn)矩裝置2,因此導(dǎo)致對(duì)聲波轉(zhuǎn)矩 裝置2的損壞。本新設(shè)計(jì)旨在通過可以移除該轉(zhuǎn)矩裝置進(jìn)行維修和替 換的方式來附著該轉(zhuǎn)矩裝置。概言之，本說明書中所公開的裝置和相關(guān)方法可以延長這些聲波 轉(zhuǎn)矩傳感器的工作壽命，減小消費(fèi)者的總成本，同時(shí)促進(jìn)感測(cè)效率的 提升。發(fā)明內(nèi)容為了便于理解這些實(shí)施例所特有的創(chuàng)新特征，提供了下述發(fā)明內(nèi) 容，但該發(fā)明內(nèi)容并非旨在成為全面的描述。通過整體上考慮整個(gè)說 明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要，可以全面地理解這些實(shí)施例的各個(gè) 方面。因此，這些實(shí)施例的一個(gè)方面是提供一種改進(jìn)的扭轉(zhuǎn)感測(cè)裝置、 系統(tǒng)和方法。這些實(shí)施例的另一方面是提供一種轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置與/或系統(tǒng)，其可 以可移除地附著以利于維修和替換。這些實(shí)施例的又一方面是提供一種轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)，其可以使用可 變形狀的保持器(retainer)以及一個(gè)或更多相關(guān)連接器而被可移除地 附著。如此處所述，現(xiàn)在可以獲得前述方面和其它目的與優(yōu)點(diǎn)。公開了 一種轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)，其包括可移除地附著到軸的聲波傳感器，其中利 用該可變形狀保持器的該聲波裝置的移除，便于該轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置的維 修和替換。取決于該轉(zhuǎn)矩檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮和具體目的，例如聲波 諧振器、表面聲波延遲線、表面橫波以及表面聲波濾波器的其它聲波 裝置也可以可移除地附著到該可旋轉(zhuǎn)軸。


附圖進(jìn)一步說明了本發(fā)明，并與本發(fā)明的具體實(shí)施例一起用于解 釋本發(fā)明的原理，其中貫穿各個(gè)圖示，相同的附圖標(biāo)記用于表示相同 的或者功能相似的元件，且附圖包括在說明書中并構(gòu)成說明書的 一部 分。圖1示出現(xiàn)有技術(shù)配置的側(cè)視圖，其中聲波轉(zhuǎn)矩裝置永久地焊接到可旋轉(zhuǎn)軸上；圖2 (a)示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例適于使用的聲波轉(zhuǎn)矩裝置的側(cè)視圖， 其中該聲波轉(zhuǎn)矩裝置通過至少一個(gè)連接器和可變形狀保持器可移除地 附著到可旋轉(zhuǎn)軸；圖2 (b)示出依據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的圖2 (a)中所示的聲波轉(zhuǎn)矩裝置 的分解圖；圖3示出依據(jù)一個(gè)實(shí)施例可以實(shí)施的聲波轉(zhuǎn)矩裝置的側(cè)視圖，其 中該聲波轉(zhuǎn)矩裝置通過粘合劑可移除地附著到可旋轉(zhuǎn)軸；圖4示出依據(jù)優(yōu)選實(shí)施例可以實(shí)施的多個(gè)聲波轉(zhuǎn)矩裝置的側(cè)視 圖，其中該多個(gè)聲波轉(zhuǎn)矩裝置可移除地附著到由馬達(dá)動(dòng)態(tài)激勵(lì)的可旋 轉(zhuǎn)軸；圖5示出依據(jù)優(yōu)選實(shí)施例適于使用的具有SAW諧振器轉(zhuǎn)矩感測(cè)裝 置的無源聲波傳感器系統(tǒng)；以及圖6示出使用詢問單元操作圖1的無源聲波轉(zhuǎn)矩傳感器系統(tǒng)的原理。
具體實(shí)施方式
在這些非限制性示例中討論的具體值和配置可以變化，且引用它 們僅是為了說明至少一個(gè)實(shí)施例，而不是旨在限制其范圍.圖2 (a)示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例適于使用的聲波轉(zhuǎn)矩裝置8的側(cè)視 圖，其中聲波轉(zhuǎn)矩裝置8通過至少一個(gè)連接器10和可變形狀保持器9 可移除地附著到軸4。圖2 (a)所示的軸4在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)6，這僅僅是 出于說明的目的。注意，圖2 (a)所示的聲波轉(zhuǎn)矩裝置8在此僅僅出 于說明目的而予以描述，并且不應(yīng)視作是該實(shí)施例的限定特征。相反， 為了描述一個(gè)實(shí)施例可以被實(shí)施的情形而提供了聲波轉(zhuǎn)矩裝置8。圖2(a)的實(shí)施例因此僅僅是出于示例性和教導(dǎo)的目的而提供的，且可以 根據(jù)設(shè)計(jì)考慮而調(diào)整或改變。注意，在圖2 (a)、圖2 (b)、圖3和圖 4中，相同或相似部件或元件通常用相同附圖標(biāo)記表示。圖2 (b)示出依據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的圖2 (a)所示的聲波轉(zhuǎn)矩裝置8 的分解圖.注意，圖2 (a)所示的聲波轉(zhuǎn)矩裝置8的圖示包括多個(gè)連 接器IO，每個(gè)連接器10位于方形保持器9的相等邊的中點(diǎn)。同樣，圖 2 (b)的實(shí)施例僅僅是出于說明的目的而提供的，且可以根據(jù)設(shè)計(jì)考 慮而調(diào)整或改變。這種考慮可包括基于本發(fā)明期望應(yīng)用的保持器9的 各種幾何形狀，由此引起至少一個(gè)前述連接器10的位置改變。圖3示出依據(jù)一個(gè)實(shí)施例可以實(shí)施的聲波轉(zhuǎn)矩裝置8的側(cè)視圖， 該聲波轉(zhuǎn)矩裝置8通過可變形狀保持器9和粘合劑12可移除地被附著。 粘合劑12包括可移除的形式，以便于聲波轉(zhuǎn)矩裝置8的維修和替換. 圖3所示的軸4在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)6，這僅僅是出于說明的目的.圖4示出依據(jù)優(yōu)選實(shí)施例可以實(shí)施的多個(gè)聲波轉(zhuǎn)矩裝置8的側(cè)視 圖，該多個(gè)聲波轉(zhuǎn)矩裝置8可移除地附著到由馬達(dá)14沿順時(shí)針方向6 動(dòng)態(tài)激勵(lì)的軸4。圖4所示的聲波轉(zhuǎn)矩裝置8的布置僅僅是是示例性的， 且可以根據(jù)設(shè)計(jì)考慮而調(diào)整或改變。在1992年10月15日授權(quán)給 Lonsdale等人的W091/13832, "Method and Apparatus for Measuring Strain"中，公開了其中可以實(shí)施本說明書所公開的方法和系統(tǒng)其中之 一或更多的轉(zhuǎn)矩測(cè)量應(yīng)用的一個(gè)非限制性示例。在W091/13832中， 多個(gè)聲波轉(zhuǎn)矩裝置以互補(bǔ)對(duì)的形式附著到可旋轉(zhuǎn)軸，使得一個(gè)聲波轉(zhuǎn) 矩裝置處于壓力下且另一聲波轉(zhuǎn)矩裝置處于張力下。處理該多個(gè)聲波 轉(zhuǎn)矩裝置的輸出諧振頻率信號(hào)，以得到由可旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的動(dòng)轉(zhuǎn)矩.參考附圖的圖5，其示出依據(jù)優(yōu)選實(shí)施例可實(shí)施的具有聲波轉(zhuǎn)矩 感測(cè)裝置的無源聲波轉(zhuǎn)矩傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)100包含具有 壓電基板102的聲波轉(zhuǎn)矩感測(cè)裝置101;耦合到該基板的換能器103、 104;以及集成在裝置101內(nèi)的天線106、 107。參考圖6，其示出使用詢問單元操作圖5的無源聲波轉(zhuǎn)矩傳感器 系統(tǒng)的原理，該無源聲波轉(zhuǎn)矩傳感器系統(tǒng)100適于并布置成從詢問單 元170接收詢問信號(hào)160以及將輸出響應(yīng)150傳輸?shù)皆儐枂卧?70,以 實(shí)現(xiàn)感測(cè)裝置101對(duì)位于交互區(qū)域109或其附近的可旋轉(zhuǎn)軸的電學(xué)性 能的遠(yuǎn)程感測(cè)。詢問信號(hào)160可以是高頻電磁波，例如RF信號(hào)。注意， 一般而言，優(yōu)選的是SAW(濾波器、諧振器和延遲線)轉(zhuǎn) 矩感測(cè)元件或者SAW裝置(濾波器、諧振器和延遲線)的取向布置成 與軸的中心線成一角度.理想地，該角度應(yīng)該為45度。此外，重要的 是注意，此處公開的實(shí)施例可以應(yīng)用于寬廣范圍的各種應(yīng)用，包括汽 車、運(yùn)輸、鐵路及其它類似領(lǐng)域用于變速箱和底盤等用途。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，上文公開的以及其它特征和功能的變型 或者其備選，可以期望地組合成到許多不同系統(tǒng)或應(yīng)用。此外，本領(lǐng) 域技術(shù)人員隨后可以進(jìn)行各種現(xiàn)在無法預(yù)料或者無法預(yù)期的備選、調(diào) 整、變型或改進(jìn)，這些也由下述權(quán)利要求書所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)矩傳感器，包括可變形狀保持器；以及通過所述可變形狀保持器可移除地附著到可旋轉(zhuǎn)軸的聲波裝置，其中所述聲波裝置利用所述可變形狀保持器的可移除附著，便于所述聲波裝置的維修和替換。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述聲波裝置包括至少一個(gè)表 面聲波諧振器。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述聲波裝置包括至少一個(gè)表 面聲波延遲線部件。
4. 一種轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)，包括 可變形狀保持器；以及通過可變形狀保持器可移除地附著到所述可旋轉(zhuǎn)軸的至少一個(gè)無 線聲波轉(zhuǎn)矩傳感器，其中所述無線聲波轉(zhuǎn)矩傳感器利用所述可變形狀 保持器的可移除附著，便于所述轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)的維修和替換。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)無線聲波轉(zhuǎn)矩傳 感器包括至少一個(gè)表面聲波諧振器。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)無線聲波轉(zhuǎn)矩傳 感器包括至少一個(gè)表面聲波延遲線部件。
7. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)無線聲波轉(zhuǎn)矩傳 感器包括至少一個(gè)表面橫波部件。
8. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)無線聲波轉(zhuǎn)矩傳 感器包括至少一個(gè)表面聲波濾波器。
9. 一種轉(zhuǎn)矩傳感器方法，包括通過可變形狀保持器將聲波裝置可移除地附著到旋轉(zhuǎn)軸； 監(jiān)視所述聲波裝置以檢測(cè)轉(zhuǎn)矩測(cè)量的至少 一個(gè)屬性；以及 移除所述聲波裝置以便于所述聲波裝置的維修和替換。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述聲波裝置包括至少一個(gè) 表面聲波諧振器。
全文摘要
本發(fā)明涉及聲波轉(zhuǎn)矩傳感器。一種用于測(cè)量轉(zhuǎn)矩的裝置、系統(tǒng)和方法，包括通過可變形狀保持器而可移除地附著到旋轉(zhuǎn)軸的聲波裝置，其中利用該可變形狀保持器的該聲波裝置的移除便于該轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置的維修和替換。該聲波裝置可以使用一個(gè)或更多連接器而可移除地附著到旋轉(zhuǎn)軸。例如聲波諧振器、表面聲波延遲線、表面聲波濾波器、以及表面橫波的其它聲波裝置也可以可移除地附著到該可旋轉(zhuǎn)軸以測(cè)量轉(zhuǎn)矩。
文檔編號(hào)G01L3/10GK101283247SQ200680037394
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者F·W·欣茨, J·Z·劉, R·J·哈斯肯, R·M·安德魯斯, S·J·馬吉, S·L·班耶 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國際公司