專利名稱：傳感器組件和用于傳感器組件中的微波發(fā)射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請大體涉及動(dòng)力系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及傳感器組件和用于傳感器組件中的微波發(fā)射器。
背景技術(shù)：
已知的機(jī)器在運(yùn)行期間可展示振動(dòng)或其它異常行為。可使用一個(gè)或多個(gè)傳感器來測量和/或監(jiān)測這種行為，以及確定例如在機(jī)器傳動(dòng)軸中展示的振動(dòng)量、機(jī)器傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度，以及/或者運(yùn)行中的機(jī)器或馬達(dá)的任何其它運(yùn)行特性。通常，這樣的傳感器耦聯(lián)到機(jī)器監(jiān)測系統(tǒng)上，機(jī)器監(jiān)測系統(tǒng)包括多個(gè)監(jiān)測器。監(jiān)測系統(tǒng)接收來自ー個(gè)或多個(gè)傳感器的信號(hào)，對信號(hào)執(zhí)行至少ー個(gè)處理步驟，并且將經(jīng)修改的信號(hào)傳輸?shù)皆\斷平臺(tái)，診斷平臺(tái)對用戶顯示度量。
至少ー些已知的機(jī)器使用渦電流傳感器來測量機(jī)器構(gòu)件中的振動(dòng)和/或機(jī)器構(gòu)件的位置。但是，使用已知的渦電流傳感器可受到限制，因?yàn)檫@樣的傳感器的檢測范圍僅為渦電流感測元件的直徑的大約一半。其它已知的機(jī)器使用光學(xué)傳感器來測量機(jī)器構(gòu)件的振動(dòng)和/或位置。但是，由于有污染物，已知的光學(xué)傳感器可變得結(jié)垢，并且提供不精確的度量，并且從而，可能不適于エ業(yè)環(huán)境。另外，已知的光學(xué)傳感器可能不適于通過液體介質(zhì)和/或包含微粒的介質(zhì)來檢測機(jī)器構(gòu)件的振動(dòng)和/或位置。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于微波傳感器組件中的微波探測器，其包括發(fā)射器本體和耦聯(lián)到發(fā)射器本體上的發(fā)射器。發(fā)射器包括第一部分、第二部分，以及將第一部分耦聯(lián)到第二部分上的連接部分。當(dāng)接收到至少ー個(gè)微波信號(hào)時(shí)，第一部分和第二部分產(chǎn)生電磁場，并且當(dāng)物體定位在電磁場內(nèi)時(shí)，會(huì)對發(fā)射器引起加載。在另ー個(gè)實(shí)施例中，提供了ー種微波傳感器組件，其包括發(fā)射器本體和耦聯(lián)到發(fā)射器本體上的發(fā)射器。發(fā)射器包括第一部分、第二部分，以及將第一部分耦聯(lián)到第二部分上的連接部分。當(dāng)接收到至少ー個(gè)微波信號(hào)時(shí)，第一部分和第二部分產(chǎn)生電磁場。微波傳感器組件還包括信號(hào)處理裝置，該信號(hào)處理裝置耦聯(lián)到發(fā)射器上，以將至少ー個(gè)微波信號(hào)傳輸?shù)桨l(fā)射器，以及基于接收自發(fā)射器的信號(hào)來計(jì)算接近性度量。在又一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于測量機(jī)器構(gòu)件相對于發(fā)射器的接近性的方法。該方法包括將至少一個(gè)微波信號(hào)傳輸?shù)桨l(fā)射器，發(fā)射器包括第一部分、第二部分，以及將第一部分耦聯(lián)到第二部分上的連接部分。當(dāng)接收到至少ー個(gè)微波信號(hào)時(shí)，第一部分和第二部分產(chǎn)生電磁場。該方法還包括根據(jù)該至少ー個(gè)微波信號(hào)來產(chǎn)生電磁場，產(chǎn)生表不電磁場的中斷的加載信號(hào)，以及基于加載信號(hào)來計(jì)算機(jī)器構(gòu)件與發(fā)射器的接近性。


圖I是示例性動(dòng)カ系統(tǒng)的框圖。
圖2是可用于圖I中顯示的動(dòng)カ系統(tǒng)的示例性傳感器組件的框圖。圖3是可用于圖2中顯示的傳感器組件的示例性發(fā)射器本體的透視圖。圖4是可用于圖2中顯示的傳感器組件的示例性微波發(fā)射器的正視圖。圖5是可用于圖2中顯示的傳感器組件的另ー個(gè)示例性微波發(fā)射器的正視圖。圖6是可用于圖2中顯示的傳感器組件的又一個(gè)示例性微波發(fā)射器的正視圖。圖7是可用于圖2中顯示的傳感器組件的另ー個(gè)示例性微波發(fā)射器的正視圖。
具體實(shí)施例方式圖I顯示了包括機(jī)器102的示例性動(dòng)カ系統(tǒng)100。在該示例性實(shí)施例中，機(jī)器102可為(但不限于僅為)風(fēng)カ渦輪機(jī)、水電渦輪、燃?xì)廨啓C(jī)或壓縮機(jī)。備選地，機(jī)器102可為·在動(dòng)カ系統(tǒng)中使用的任何其它機(jī)器。在該不例性實(shí)施例中，機(jī)器102旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸104,傳動(dòng)軸104耦聯(lián)到諸如發(fā)電機(jī)的負(fù)載106上。在該示例性實(shí)施例中，傳動(dòng)軸104至少部分地由容納在機(jī)器102和/或負(fù)載106內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)軸承(未顯示)支承。備選地或另外，軸承可容納在單獨(dú)的支承結(jié)構(gòu)108內(nèi)，諸如齒輪箱，或者容納在使得動(dòng)カ系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣起作用的任何其它結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)。在該示例性實(shí)施例中,動(dòng)カ系統(tǒng)100包括至少ー個(gè)傳感器組件110,其測量和/或監(jiān)測動(dòng)カ系統(tǒng)100的機(jī)器102、傳動(dòng)軸104、負(fù)載106和/或使得系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣起作用的任何其它構(gòu)件的至少ー個(gè)運(yùn)行狀況。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，傳感器組件110是接近性傳感器組件110，其定位成緊鄰傳動(dòng)軸104，以測量和/或監(jiān)測限定在傳動(dòng)軸104和傳感器組件110之間的距離(未在圖I中顯示)。在該示例性實(shí)施例中，傳感器組件110使用微波信號(hào)來測量動(dòng)カ系統(tǒng)100的構(gòu)件相對于傳感器組件110的接近性，諸如靜態(tài)接近性和/或振動(dòng)接近性。如本文所用，用語“微波”指的是接收和/或傳輸具有介于大約300兆赫(MHz)和大約300千兆赫(GHz)之間的ー個(gè)或多個(gè)頻率的信號(hào)的信號(hào)或成分。備選地，傳感器組件110可測量和/或監(jiān)測動(dòng)カ系統(tǒng)100的任何其它構(gòu)件，以及/或者可為使得動(dòng)カ系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣起作用的任何其它傳感器或換能器組件。在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)傳感器組件110定位在動(dòng)カ系統(tǒng)100內(nèi)的任何位置上。另外，在該示例性實(shí)施例中，至少ー個(gè)傳感器組件110耦聯(lián)到用于處理和/或分析傳感器組件110所產(chǎn)生的ー個(gè)或多個(gè)信號(hào)的診斷系統(tǒng)112上。在運(yùn)行期間，在該示例性實(shí)施例中，機(jī)器102的運(yùn)行可導(dǎo)致動(dòng)カ系統(tǒng)100的ー個(gè)或多個(gè)構(gòu)件(諸如傳動(dòng)軸104)相對于至少ー個(gè)傳感器組件110改變位置。例如，可對構(gòu)件引起振動(dòng)，以及/或者在動(dòng)カ系統(tǒng)100內(nèi)的運(yùn)行溫度改變時(shí)，構(gòu)件可膨脹或收縮。在該示例性實(shí)施例中，傳感器組件110測量和/或監(jiān)測構(gòu)件相對于各個(gè)傳感器組件110的接近性和/或位置，并且將表示構(gòu)件的實(shí)測接近性和/或位置的信號(hào)(在下文中稱為“接近性度量信號(hào)”)傳輸?shù)皆\斷系統(tǒng)112，以進(jìn)行處理和/或分析。圖2是可用于動(dòng)カ系統(tǒng)100 (在圖I中顯示)的示例性傳感器組件110的示意圖。在該示例性實(shí)施例中，傳感器組件110包括信號(hào)處理裝置200和通過數(shù)據(jù)管道204而耦聯(lián)到信號(hào)處理裝置200上的探測器202。在該示例性實(shí)施例中，探測器202包括耦聯(lián)到探測器殼體208上以及/或者定位在探測器殼體208內(nèi)的發(fā)射器206。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，探測器202是包括微波發(fā)射器206的微波探測器202。因而，在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器206具有在微波頻率范圍內(nèi)的至少ー個(gè)共振頻率。在該示例性實(shí)施例中，信號(hào)處理裝置200包括耦聯(lián)到傳輸功率檢測器212、接收功率檢測器214和信號(hào)調(diào)節(jié)裝置216上的定向耦合裝置210。在該示例性實(shí)施例中，信號(hào)調(diào)節(jié)裝置216包括信號(hào)發(fā)生器218、減法器220和線性化器222。當(dāng)微波信號(hào)傳輸通過發(fā)射器206吋，發(fā)射器206發(fā)射電磁場224。在運(yùn)行期間，在該示例性實(shí)施例中，信號(hào)發(fā)生器218產(chǎn)生具有等于或大致等于發(fā)射器206的共振頻率的微波頻率(在下文中稱為“微波信號(hào)”)的至少ー個(gè)電信號(hào)。信號(hào)發(fā)生器218將微波信號(hào)傳輸?shù)蕉ㄏ蝰詈涎b置210。定向耦合裝置210分離微波信號(hào)，并且將微波信號(hào)的至少一部分傳輸或引導(dǎo)到傳輸功率檢測器212，以及將微波信號(hào)的其余部分傳輸或引導(dǎo)到發(fā)射器206。在微波信號(hào)傳輸通過發(fā)射器206時(shí)，電磁場224從發(fā)射器206中發(fā)射出且離開探測器殼體208。如果諸如傳動(dòng)軸104或機(jī)器102 (在圖I中顯示)和/或動(dòng)カ系統(tǒng)100的另ー個(gè)構(gòu)件的物體進(jìn)入電磁場224和/或改變在電磁場224內(nèi)的相對位置，則在 物體和場224之間可出現(xiàn)電磁耦合。更具體而言，由于在電磁場224內(nèi)存在物體，以及/或者由于這種物體運(yùn)動(dòng)的原因，電磁場224可被中斷，例如，這是由于在物體內(nèi)引起了電感和/或電容性效應(yīng)，電感和/或電容性效應(yīng)可導(dǎo)致電磁場224的至少一部分作為電流和/或電荷而以電感的方式和/或以電容的方式耦聯(lián)到物體上。在這種情況下，發(fā)射器206失諧(即發(fā)射器206的共振頻率降低和/或改變)，并且對發(fā)射器206引起加載。對發(fā)射器206引起的加載會(huì)導(dǎo)致反射的微波信號(hào)(在下文中稱為“失諧加載信號(hào)”)通過數(shù)據(jù)管道204而傳輸?shù)蕉ㄏ蝰詈涎b置210。在該示例性實(shí)施例中，與微波信號(hào)的功率幅度和/或相位相比，失諧加載信號(hào)具有更低的功率幅度和/或不同的相位。另外，在該示例性實(shí)施例中，失諧加載信號(hào)的功率幅度取決于物體與發(fā)射器206的接近性。定向耦合裝置210分離失諧加載信號(hào)，并且將失諧加載信號(hào)的至少一部分傳輸或引導(dǎo)到接收功率檢測器214，以及將失諧加載信號(hào)的其余部分傳輸或引導(dǎo)到信號(hào)發(fā)生器218。在該示例性實(shí)施例中，接收功率檢測器214基于失諧加載信號(hào)來確定功率的量，以及/或者確定包含在失諧加載信號(hào)內(nèi)的功率的量，并且將表示失諧加載信號(hào)功率的信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)節(jié)裝置216。傳輸功率檢測器212基于微波信號(hào)來確定功率的量，以及/或者確定包含在微波信號(hào)內(nèi)的功率的量，并且將表示微波信號(hào)功率的信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)節(jié)裝置216。在該示例性實(shí)施例中，減法器220接收微波信號(hào)功率和失諧加載信號(hào)功率，并且計(jì)算微波信號(hào)功率和失諧加載信號(hào)功率之間的差異。減法器220將表示計(jì)算出的差異的信號(hào)(在下文中稱為“功率差異信號(hào)”)傳輸給線性化器222。在該示例性實(shí)施例中，功率差異信號(hào)的幅度與限定在電磁場224內(nèi)的物體(諸如傳動(dòng)軸104)和探測器202和/或發(fā)射器206之間的距離226(即，距離226被稱為物體接近性)成比例，諸如成反比或成指數(shù)比例。取決于發(fā)射器206的特性，諸如例如，發(fā)射器206的幾何構(gòu)造，功率差異信號(hào)的幅度可至少部分地展示相對于物體接近性的非線性關(guān)系。在該示例性實(shí)施例中，線性化器222將功率差異信號(hào)變換成電壓輸出信號(hào)(8卩“接近性度量信號(hào)”)，電壓輸出信號(hào)展示物體接近性和接近性度量信號(hào)的幅度之間的基本線性的關(guān)系。另外，在該示例性實(shí)施例中，線性化器222以適于在診斷系統(tǒng)112內(nèi)進(jìn)行處理和/或分析的比例因子來將接近性度量信號(hào)傳輸?shù)皆\斷系統(tǒng)112(在圖I中顯示)。在該示例性實(shí)施例中，接近性度量信號(hào)具有伏每毫米的比例因子。備選地，接近性度量信號(hào)可具有使得診斷系統(tǒng)112和/或動(dòng)カ系統(tǒng)100能夠如本文描述的那樣起作用的任何其它比例因子。圖3是可用于傳感器組件110的示例性發(fā)射器本體300和數(shù)據(jù)管道204的透視圖。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器本體300定位在探測器殼體208 (在圖2中顯示)內(nèi)，并且/或者耦聯(lián)到探測器殼體208上。另外，發(fā)射器206 (在圖2中顯示)耦聯(lián)到發(fā)射器本體300上。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器本體300包括前表面302和相反的后表面304。發(fā)射器206耦聯(lián)到前表面302上，并且/或者與前表面302 —體地形成。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器本體300是基本平的印刷電路板，并且發(fā)射器206包括與發(fā)射器本體前表面302 —體地形成以及/或者耦聯(lián)到發(fā)射器本體前表面302上的一個(gè)或多個(gè)軌跡(trace)或?qū)w(未在圖3中顯示)。在該示例性實(shí)施例中，軌跡或?qū)w由銅和/或由使得發(fā)射器206能夠如本文描述的那樣起作用的任何其它傳導(dǎo)性材料制成。備選地，發(fā)射器206和/或發(fā)射器本體300可構(gòu)造和/或建造成使得傳感器組件110能夠如本文描述的那樣起作用的任何其它布置?！ぴ谠撌纠詫?shí)施例中，數(shù)據(jù)管道204包括內(nèi)部導(dǎo)體306和外部導(dǎo)體308，外部導(dǎo)體308基本包圍內(nèi)部導(dǎo)體306，使得導(dǎo)體306和308同軸。在該示例性實(shí)施例中，數(shù)據(jù)管道204是將發(fā)射器206耦聯(lián)到信號(hào)處理裝置200 (在圖2中顯示)上的半剛性電纜204。備選地，數(shù)據(jù)管道204是使得傳感器組件110能夠如本文描述的那樣起作用的任何其它電纜或管道。在該示例性實(shí)施例中，內(nèi)部導(dǎo)體306和外部導(dǎo)體308耦聯(lián)到發(fā)射器本體300和/或發(fā)射器206上，以使得能夠通過發(fā)射器206從信號(hào)處理裝置200中傳輸出微波信號(hào)。在運(yùn)行期間，至少一個(gè)微波信號(hào)通過內(nèi)部導(dǎo)體306和外部導(dǎo)體308而傳輸?shù)桨l(fā)射器206。在微波信號(hào)傳輸通過發(fā)射器206時(shí),會(huì)發(fā)射電磁場224(在圖2中顯不)。如上面更全面地描述的那樣，基于對發(fā)射器206引起的加載來確定接近性度量。圖4是可用于傳感器組件110 (在圖2中顯示)的示例性微波發(fā)射器400的正視圖。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器400耦聯(lián)到發(fā)射器本體300的前表面302上，并且從前表面302的中心402沿徑向向外延伸。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器400包括與發(fā)射器本體前表面302 —體地形成以及/或者耦聯(lián)到發(fā)射器本體前表面302上的多個(gè)導(dǎo)體404或軌跡。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器400包括第一部分406、第二部分408，以及將第一部分406耦聯(lián)到第二部分408上的連接部分410。發(fā)射器400還包括基本被第一部分406、第二部分408和連接部分410包圍的內(nèi)部部分412。在該示例性實(shí)施例中，第一部分406、第二部分408、連接部分410和內(nèi)部部分412與前表面302基本共面，使得發(fā)射器400不會(huì)從前表面302沿軸向向外延伸大的距離。備選地，發(fā)射器400和/或發(fā)射器本體300可包括任何數(shù)量的發(fā)射器部分，并且/或者可為使得微波傳感器組件110能夠如本文描述的那樣起作用的任何形狀。在該示例性實(shí)施例中，第一部分406包括在中心402的周圍居中地對準(zhǔn)彼此的多個(gè)基本弧形的節(jié)段414。備選地，節(jié)段414可具有使得發(fā)射器400能夠如本文描述的那樣起作用的任何其它形狀或構(gòu)造。在該示例性實(shí)施例中，節(jié)段414包括徑向最外部節(jié)段416和徑向最內(nèi)部節(jié)段418。在該示例性實(shí)施例中，節(jié)段414還包括耦聯(lián)到徑向最外部節(jié)段416和/或徑向最內(nèi)部節(jié)段418上的至少ー個(gè)中間節(jié)段420。各個(gè)節(jié)段414沿徑向?qū)?zhǔn)中心402，并且通過至少ー個(gè)節(jié)段端422而耦聯(lián)到相鄰的節(jié)段414上。各個(gè)節(jié)段端422相對于各個(gè)其它節(jié)段端422交替地隔開。更具體而言，第一半徑424沿著第一部分406的第一邊緣426延伸通過中心402，而第二半徑428則沿著第一部分406的第二邊緣430延伸通過中心402。在該不例性實(shí)施例中，在第一部分406的徑向內(nèi)部端432處的節(jié)段端422基本抵靠著第一半徑424而定位，并且下一個(gè)徑向外部節(jié)段端422基本抵靠著第二半徑428而定位。隨后的徑向外部節(jié)段端422交替地抵靠著第一半徑424和第二半徑428而定位。在該示例性實(shí)施例中，徑向最外部節(jié)段416具有大于各個(gè)其它節(jié)段414的寬度436的寬度434。另外，在節(jié)段414與中心402隔開增大的徑向距離時(shí)，節(jié)段414在長度上有所增加。更具體而言，徑向最內(nèi)部節(jié)段418具有小于中間節(jié)段420的弧長438的弧長438，并且中間節(jié)段弧長438小于徑向最外部節(jié)段416的弧長438。在該示例性實(shí)施例中，第二部分408基本類似于第一部分406。因此，第二部分408的節(jié)段414和節(jié)段端422基本類似于第一部分406的節(jié)段414和節(jié)段端422。應(yīng)當(dāng)認(rèn)可，可對第一部分406和/或第二部分408的形狀和/或構(gòu)造作出修改。例如，第一部分406和/或第二部分408可包括任何數(shù)量的節(jié)段414和/或節(jié)段端422。另夕卜，第一半徑424和第二半徑428將前表面302分成第一象限440、第二象限442、第三象限444和第四象限446。雖然示出了第一部分406定位在第一象限440內(nèi)，但是， 第一部分406可備選地延伸到第二象限442、第三象限444和/或第四象限446中。另外，雖然示出了第二部分408定位在第四象限446內(nèi)，但是，第二部分408可備選地延伸到第一象限440、第二象限442和/或第三象限444中。在該示例性實(shí)施例中，連接部分410是基本圓形和/或基本弧形的，并且定位在中心402的周圍。連接部分410將第一部分406的徑向內(nèi)部端432電耦聯(lián)到第二部分408的徑向內(nèi)部端432上。在該示例性實(shí)施例中，內(nèi)部部分412是基本圓形的，并且定位在中心402的周圍。內(nèi)部部分412耦聯(lián)到數(shù)據(jù)管道204的內(nèi)部導(dǎo)體306上(兩者均在圖3中顯示)，并且數(shù)據(jù)管道204的外部導(dǎo)體308 (在圖3中顯示)耦聯(lián)到第一部分406和/或第二部分408上。在該示例性實(shí)施例中，內(nèi)部部分412基本由第一部分406、第二部分408和連接部分410包圍或圍繞。另外，內(nèi)部部分412與第一部分406、第二部分408和連接部分410隔開間隙448。在該示例性實(shí)施例中，當(dāng)諸如微波信號(hào)的信號(hào)傳輸通過內(nèi)部部分412時(shí)，內(nèi)部部分412以電容的方式耦聯(lián)到第一部分406、第二部分408和連接部分410上。在運(yùn)行期間，至少一個(gè)微波信號(hào)通過數(shù)據(jù)管道204而傳輸?shù)桨l(fā)射器400。微波信號(hào)被內(nèi)部導(dǎo)體306傳輸?shù)絻?nèi)部部分412。在微波信號(hào)傳輸通過內(nèi)部部分412時(shí),在內(nèi)部部分412和第一部分406、第二部分408和連接部分410之間出現(xiàn)電容性耦聯(lián)?？邕^間隙448的電容性耦聯(lián)引起通過第一部分406、第二部分408和連接部分410的電流，使得電磁場224 (在圖2中顯示)從發(fā)射器400(即，從部分406、408、410和412)發(fā)射出。第一部分406、第二部分408和/或連接部分410中的電流通過外部導(dǎo)體308回到信號(hào)處理裝置200。如上面更全面地描述的那樣，基于對發(fā)射器400引起的加載來確定接近性度量。第一部分406和第二部分408的沿徑向隔開的節(jié)段414，以及內(nèi)部部分412和第一部分406、第二部分408和連接部分410之間的電容性耦聯(lián)促進(jìn)提供頻率穩(wěn)定性，使得發(fā)射器400可由于物體的存在和/或物體相對于發(fā)射器400的相對運(yùn)動(dòng)而可控地和/或可預(yù)測地失諧。
圖5是可用于傳感器組件110 (在圖2中顯不)的另ー個(gè)不例性微波發(fā)射器500的正視圖。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器500耦聯(lián)到發(fā)射器本體300的前表面302上，并且從前表面302的中心502沿徑向向外延伸。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器500包括與發(fā)射器本體前表面302 —體地形成以及/或者耦聯(lián)到發(fā)射器本體前表面302上的多個(gè)導(dǎo)體504或軌跡。備選地，發(fā)射器500包括與發(fā)射器本體前表面302 —體地形成以及/或者耦聯(lián)到發(fā)射器本體前表面302上的單個(gè)導(dǎo)體504。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器500包括第一部分506、第二部分508，以及將第一部分506耦聯(lián)到第二部分508上的連接部分510。在該示例性實(shí)施例中，第一部分506、第二部分508和連接部分510與前表面302基本共面，使得發(fā)射器500不會(huì)從前表面302沿軸向向外延伸大的距離。備選地，發(fā)射器500和/或發(fā)射器本體300可包括任何數(shù)量的發(fā)射器部分，并且/或者可為使得微波傳感器組件110能夠如本文描述的那樣起作用的任何形狀。 第一部分506包括徑向內(nèi)部端512和徑向外部端514。第一部分506還包括多個(gè)沿徑向隔開的、基本圓形的節(jié)段516，節(jié)段516沿第一或順時(shí)針方向以基本螺旋形形狀從徑向內(nèi)部端512延伸到徑向外部端514。第二部分508包括徑向內(nèi)部端518和徑向外部端520。第二部分508還包括多個(gè)沿徑向隔開的、基本圓形的節(jié)段522，節(jié)段522沿不同于第一方向的第二方向(即逆時(shí)針方向)以基本螺旋形形狀從徑向內(nèi)部端518延伸到徑向外部端520。在該示例性實(shí)施例中，第一部分506的徑向內(nèi)部端512耦聯(lián)到數(shù)據(jù)管道204的內(nèi)部導(dǎo)體306 (兩者均在圖3中顯示)上，而第二部分508的徑向內(nèi)部端518則耦聯(lián)到數(shù)據(jù)管道204的外部導(dǎo)體308上。在備選實(shí)施例中，第一部分506的徑向內(nèi)部端512耦聯(lián)到外部導(dǎo)體308上，而第二部分508的徑向內(nèi)部端518則耦聯(lián)到內(nèi)部導(dǎo)體306上。在另ー個(gè)實(shí)施例中，外部導(dǎo)體308不耦聯(lián)到第一部分506的徑向內(nèi)部端512或第二部分508的徑向內(nèi)部端518上。在這種實(shí)施例中，發(fā)射器500可比該示例性實(shí)施例展示更小的頻率穩(wěn)定性。在該示例性實(shí)施例中，連接部分510是基本直線的。連接部分510將第一部分506的徑向外部端514電耦聯(lián)到第二部分508的徑向外部端520上。另外，連接部分510分開第一部分506與第二部分508,使得在第一部分506和第二部分508之間限定間隙524。在備選實(shí)施例中，第二部分508的節(jié)段522沿第一方向(即順時(shí)針方向)以基本螺旋形形狀從徑向內(nèi)部端518延伸到徑向外部端520。在這種實(shí)施例中，連接部分510基本對角地延伸跨過前表面302 (相對于中心線(未顯示)平分第一部分506和第二部分508)，以將第一部分506的徑向外部端514耦聯(lián)到第二部分508的徑向外部端520上。在運(yùn)行期間，至少一個(gè)微波信號(hào)通過數(shù)據(jù)管道204而傳輸?shù)桨l(fā)射器500。微波信號(hào)被內(nèi)部導(dǎo)體306傳輸?shù)降谝徊糠?06的徑向內(nèi)部端512。微波信號(hào)沿順時(shí)針方向傳輸通過第一部分506，傳輸通過連接部分510，并且沿順時(shí)針方向傳輸通過第二部分508。在微波信號(hào)傳輸通過發(fā)射器500時(shí)，發(fā)射(例如從部分506、508和510)電磁場224 (在圖2中顯示)。第一部分506、第二部分508和/或連接部分510中的電流通過第二部分508的徑向內(nèi)部端518以及通過外部導(dǎo)體308回到信號(hào)處理裝置200。如上面更全面地描述的那樣，基于對發(fā)射器500引起的加載來確定接近性度量。與現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)射器相比,發(fā)射器500的基本螺旋的型式在緊湊的發(fā)射器本體300內(nèi)提供増加的電氣長度。另外，與現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)射器相比，發(fā)射器500的螺旋型式促進(jìn)對電磁場224發(fā)射增加量的電磁能。第一部分506和第二部分508的沿徑向隔開的節(jié)段516和522促進(jìn)提供頻率穩(wěn)定性，使得發(fā)射器500可由于物體的存在和/或物體相對于發(fā)射器500的相對運(yùn)動(dòng)而可控地和/或可預(yù)測地失諧。圖6是可用于傳感器組件110 (在圖2中顯示)的又一個(gè)示例性微波發(fā)射器600的正視圖。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器600耦聯(lián)到發(fā)射器本體300的前表面302上，并且從前表面302的中心602沿徑向向外延伸。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器600包括與發(fā)射器本體前表面302 —體地形成以及/或者耦聯(lián)到發(fā)射器本體前表面302上的多個(gè)導(dǎo)體604或軌跡。備選地，發(fā)射器600包括與發(fā)射器本體前表面302 —體地形成以及/或者耦聯(lián)到發(fā)射器本體前表面302上的單個(gè)導(dǎo)體604。在該示例性實(shí)施例中，發(fā)射器600包括第一部分606、第二部分608，以及將第一部分606耦聯(lián)到第二部分608上的連接部分610。在該示例性實(shí)施例中，第一部分606、第二部分608和連接部分610與前表面302基本共面，使得發(fā)射器600不會(huì)從前表面302沿軸向向外延伸大的距離。備選地，發(fā)射器600和/或發(fā)射器本體300可包括任何數(shù)量的發(fā)射器部分，并且/或者可為使得微波傳感器組件110能夠如本文描述的那樣起作用的任何形 狀。第一部分606包括第一端612和第二端614。第一部分606沿第一或逆時(shí)針方向以基本圓形的形狀從第一端612延伸到第二端614，以形成第一環(huán)路。第二部分608包括第一端616和第二端618。第二部分608沿不同于第一方向的第二方向(即順時(shí)針方向)以基本圓形的形狀從第一端616延伸到第二端618,以形成第二環(huán)路。另外，第一部分606的直徑620不同于(例如大于)第二部分608的直徑622。在該示例性實(shí)施例中，第一部分606的第一端612耦聯(lián)到數(shù)據(jù)管道204的內(nèi)部導(dǎo)體306 (兩者均在圖3中顯示)上，而第二部分608的第二端618則耦聯(lián)到數(shù)據(jù)管道204的外部導(dǎo)體308上。在備選實(shí)施例中，第一部分606的第一端612稱聯(lián)到外部導(dǎo)體308上,而第二部分608的第二端618則耦聯(lián)到內(nèi)部導(dǎo)體306上。在該示例性實(shí)施例中，連接部分610是基本直線的。連接部分610將第一部分606的第二端614電稱聯(lián)到第二部分608的第一端616上。在運(yùn)行期間，至少一個(gè)微波信號(hào)被數(shù)據(jù)管道204傳輸?shù)桨l(fā)射器600。微波信號(hào)被內(nèi)部導(dǎo)體306傳輸?shù)降谝徊糠?06的第一端612。微波信號(hào)沿逆時(shí)針方向傳輸通過第一部分606,傳輸通過連接部分610,并且沿順時(shí)針方向傳輸通過第二部分608。在微波信號(hào)傳輸通過發(fā)射器600時(shí),發(fā)射(例如從部分606、608和610)電磁場224 (在圖2中顯不)。第一部分606、第二部分608和/或連接部分610中的電流通過第二部分608的第二端618以及通過外部導(dǎo)體308回到信號(hào)處理裝置200 (在圖2中顯示)。如上面更全面地描述的那樣，基于對發(fā)射器600引起的加載來確定接近性度量。發(fā)射器600的圓形形狀或環(huán)路形狀促進(jìn)提供頻率穩(wěn)定性，使得發(fā)射器600可由于物體的存在和/或物體相對于發(fā)射器600的相對運(yùn)動(dòng)而可控地和/或可預(yù)測地失諧。另外，發(fā)射器600的圓形形狀或環(huán)路形狀使得發(fā)射器600能夠在物體104 (在圖I中顯示)改變相對于發(fā)射器600的位置吋，除了檢測和/或接收回到信號(hào)處理裝置200的信號(hào)的幅度的變化之外，檢測和/或接收回到信號(hào)處理裝置200的信號(hào)的頻率的變化。信號(hào)處理裝置200可使用頻率和/或幅度變化來確定物體104相對于發(fā)射器600的接近性。圖7是可用于傳感器組件110 (在圖2中顯示)的另ー個(gè)示例性微波發(fā)射器700的正視圖。除非另有規(guī)定，發(fā)射器700類似于發(fā)射器600 (在圖6中顯示)，并且在圖7中用圖6中使用的相同的參考標(biāo)號(hào)來標(biāo)示類似的構(gòu)件。發(fā)射器700具有與發(fā)射器600類似的形狀，只是發(fā)射器700包括各自包括多個(gè)基本直線的節(jié)段706的第一部分702和第二部分704。第一部分702的直線節(jié)段706形成具有第一直徑708的基本多邊形的環(huán)路。第二部分704的直線節(jié)段706形成具有不同于第一直徑708的第二直徑710的基本多邊形的環(huán)路。另外，與發(fā)射器600相比，第一部分702和第二部分704的直線節(jié)段706促進(jìn)發(fā)射額外的輻射。另外，第一部分702沿第一方向或順時(shí)針方向以基本圓形的形狀從第一端612延伸到第二端614，以形成具有直線節(jié)段706的環(huán)路。第二部分704沿不同第一方向的第二方向(即逆時(shí)針方向)以基本圓形的形狀從第一端616延伸到第二端618，以形成具有直線節(jié)段706的環(huán)路。在其它方面，發(fā)射器700基本類似于發(fā)射器600那樣起作用。上面描述的實(shí)施例提供用于測量機(jī)器構(gòu)件的接近性的高效且成本有效的傳感器 組件。傳感器組件用微波信號(hào)激勵(lì)發(fā)射器。發(fā)射器包括通過連接部分而耦聯(lián)在一起的第一部分和第二部分。當(dāng)諸如機(jī)器構(gòu)件的物體定位在場內(nèi)吋，由場中斷的原因，對發(fā)射器引起加載。傳感器組件基于對發(fā)射器引起的加載來計(jì)算物體對發(fā)射器的接近性。本文描述的微波發(fā)射器的形狀和/或構(gòu)造促進(jìn)提供頻率穩(wěn)定的電磁場，以用于測量物體和發(fā)射器之間的接近性。在上面詳細(xì)地描述了傳感器組件和微波發(fā)射器的示例性實(shí)施例。傳感器組件和發(fā)射器不限于本文描述的具體實(shí)施例，而是相反，傳感器組件和/或發(fā)射器的構(gòu)件可獨(dú)立地并且與本文描述的其它構(gòu)件和/或步驟分開來使用。例如，發(fā)射器也可與其它測量系統(tǒng)和方法結(jié)合起來使用，并且不限于僅用本文描述的傳感器組件或動(dòng)カ系統(tǒng)來實(shí)踐發(fā)射器。相反，示例性實(shí)施例能與許多其它度量和/或監(jiān)測應(yīng)用結(jié)合起來實(shí)施和使用。雖然可能在一些圖中顯示了本發(fā)明的多種實(shí)施例的具體特征，而未在其它圖中顯示，但這僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，圖的任何特征可結(jié)合任何其它圖的任何特征來參照和/或聲明。本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意于處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于微波傳感器組件(110)中的微波探測器(202)，所述微波探測器包括 發(fā)射器本體(300);以及 耦聯(lián)到所述發(fā)射器本體上的發(fā)射器(400)，所述發(fā)射器包括 第一部分(406)； 第二部分(408);以及 將所述第一部分耦聯(lián)到所述第二部分上的連接部分(410)，其中，當(dāng)接收到至少一個(gè)微波信號(hào)時(shí)，所述第一部分和所述第二部分產(chǎn)生電磁場(224)，以及其中，當(dāng)物體定位在所述電磁場內(nèi)時(shí)，會(huì)對所述發(fā)射器弓丨起加載。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波探測器(202)，其特征在于，所述第一部分(506)和所述第二部分(508)中的至少一個(gè)具有基本螺旋形形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波探測器(202)，其特征在于，所述第一部分(506)沿第一方向以基本螺旋形形狀延伸，并且所述第二部分(508)沿不同于所述第一方向的第二方向以基本螺旋形形狀延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波探測器(202)，其特征在于，所述第一部分(606)和所述第二部分￠08)中的各個(gè)形成基本圓形的環(huán)路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波探測器(202)，其特征在于，所述第一部分(606)的直徑(620)不同于所述第二部分￠08)的直徑￠22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波探測器(202)，其特征在于，所述發(fā)射器(400)進(jìn)一步包括內(nèi)部部分(412)，所述第一部分(406)和所述第二部分(408)基本包圍所述內(nèi)部部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波探測器(202)，其特征在于，當(dāng)所述至少一個(gè)微波信號(hào)傳輸通過所述內(nèi)部部分時(shí)，所述內(nèi)部部分(412)以電容的方式耦聯(lián)到所述第一部分(406)和所述第二部分(408)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微波探測器(202)，其特征在于，所述發(fā)射器本體(300)是基本平的，所述第一部分(406)和所述第二部分(408)沿著所述發(fā)射器本體的表面延伸。
9.一種微波傳感器組件(110),包括 發(fā)射器本體(300)； 耦聯(lián)到所述發(fā)射器本體上的發(fā)射器，所述發(fā)射器包括 第一部分(406)； 第二部分(408);以及 將所述第一部分耦聯(lián)到所述第二部分上的連接部分(410)，其中，當(dāng)接收到至少一個(gè)微波信號(hào)時(shí)，所述第一部分和所述第二部分產(chǎn)生電磁場(224);以及 信號(hào)處理裝置(200)，其耦聯(lián)到所述發(fā)射器上，以將至少一個(gè)微波信號(hào)傳輸?shù)剿霭l(fā)射器，以及基于接收自所述發(fā)射器的信號(hào)來計(jì)算接近性度量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的微波傳感器組件(110)，其特征在于，所述微波傳感器組件(110)進(jìn)一步包括將所述發(fā)射器(400)耦聯(lián)到所述信號(hào)處理裝置(200)上的數(shù)據(jù)管道(204)，所述數(shù)據(jù)管道包括內(nèi)部導(dǎo)體(306)和外部導(dǎo)體(308)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傳感器組件和用于傳感器組件中的微波發(fā)射器。一種用于微波傳感器組件(110)中的微波探測器(202)包括發(fā)射器本體(300)和耦聯(lián)到發(fā)射器本體上的發(fā)射器(400)。發(fā)射器包括第一部分(406)、第二部分(408)，以及將第一部分耦聯(lián)到第二部分上的連接部分(410)。當(dāng)接收到至少一個(gè)微波信號(hào)時(shí)，第一部分和第二部分產(chǎn)生電磁場(224)，并且當(dāng)物體定位在電磁場內(nèi)時(shí)，會(huì)對發(fā)射器引起加載。
文檔編號(hào)G01B7/00GK102840819SQ201210209919
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者高宇軒, J.A.亞諾蒂, B.L.謝克曼, 李瑢宰 申請人:通用電氣公司