本发明专利技术描述了一种用于测量一个或多个测试点中的温度或其它物理量的装置，其中通过非接触式传输实现系统的旋转机械元件(1)和固定部件(5)之间的信号和能量的传输，其中非接触式信号传输基于差分电容性耦合，并且非接触式能量传输基于电感性耦合。该装置包括：电子测量模块(3)，其安装在旋转元件(1)上，其中所述测量模块(3)处理来自附接到旋转元件(1)的一个或多个温度传感器1‑n(2)的信号，其中所述温度传感器1‑n(2)被线连到电子测量模块(3)；以及固定接收电子模块(4)，其安装在系统的固定部件(5)上。该电子测量模块(3)位于旋转元件(1)的表面的一部分上，在该部分处预期具有最低工作温度，其中电子模块(3)具有不会干扰旋转机械元件(1)的功能的尺寸。本发明专利技术提供使用电阻式传感器对旋转离合器组件上的高工作温度的测量，在旋转元件(1)上提供低安装空间占用和小质量测量电路。通过允许测量模块(3)的超低功率操作的概念实现最小空间占用和小质量，该概念允许利用用于非接触式能量传输的小元件，特别是用于从磁场收集能量的接收线圈。通过使用电阻式温度传感器、低功率传感器信号调制器、基于差分电容性耦合的信号传输、以及允许在接收线圈中感应的低输入电压下工作以从磁场收集能量，来实现超低功耗。所述装置的构思还提供了在保持高温测量精度的同时，实现基于扩展温度范围的电子元件的测量系统的可能性。
A device for measuring temperature or other physical quantities of a rotating component for signal and energy transmission between a rotating component and a fixed component by means of non-contact transmission.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对借助非接触式传输实现旋转部件与固定部件间信号和能量传输的旋转组件测量温度或其它物理量的装置
本专利技术涉及用于对旋转物体测量物理量的更广泛的非接触式遥测领域，具体地说，本专利技术涉及干式离合器旋转部件或类似的机械组件(例如电动机的任何旋转组件、盘式制动器、旋转车轮、旋转轴或支撑在定子中的任何旋转机械元件)的温度测量。测量的温度借助近电场从系统的旋转侧传输到固定侧，而旋转侧的测量模块由从在系统固定侧产生的磁场收集的能量供能。本专利技术具体地被设计用于这样的应用：其中在系统旋转侧安装电子测量模块的空间极其有限，并且其中主要要求之一是实现系统的最小尺寸，其中系统实现的其它可能性是通过使用可在扩展温度范围内生产的电子元件。
技术介绍
技术问题干式摩擦离合器是属于连接/断开型离合器的类别的机械组件，其能够使从驱动系统到被驱动系统的旋转运动动力的传输接合或脱离，其中在离合器脱离的情况下(即，无动力传输时)，驱动系统和被驱动系统通常具有不同的转速。在法向力的影响下，借助至少两个盘之间的摩擦力实现扭矩传输。法向力的控制使得扭矩传输逐渐增加/减小，并因此引起一定程度的滑动，从而导致在连接离合器时，驱动元件与被驱动元件之间逐渐速度均衡，并且在使离合器断开连接时，被驱动元件逐渐减速。对干式离合器旋转元件的摩擦表面的温度进行测量可以提供有用的信息，可以使用该信息执行离合器状态监视、故障预测、传动系元件控制的算法优化等。从温度测量系统获得的信息可用于两个基本应用场景，即用于原型车辆模型测试，以及用于在大批量车辆生产中安装温度测量系统。虽然在原型车辆模型测试的情况下，可以接受大幅修改离合器机械设计以便安装额外的传感器和测量系统来测试离合器的工作状态和性能，在大批量生产中，任何额外的传感器和测量系统都必须对离合器机械设计具有最小影响，并且所有测量元件必须能够被容纳在极小的空间内且具有小质量，以避免对离合器机械设计和其旋转部件的平衡产生不希望的影响，同时实现最佳温度测量特性和精度。在当前已知的实践中通常使用的离合器旋转元件温度间接估计法不如实际直接测量那样可靠和准确。用于温度测量的非接触式方法(例如使用非接触式红外温度传感器或热像仪)在本申请中是不可接受的，因为在现实的离合器机械组件实现中，对于温度测量没有清晰的关注点视线。因此，重要的是使得能够借助附接到离合器旋转元件的温度传感器直接在离合器旋转元件上进行直接温度测量，该离合器旋转元件借助非接触式遥测方法将有关测量温度的信息发送到系统的固定部件。离合器温度可以通过采用不同的传感器类型来测量，从而实现有源或无源的温度测量方法。有源温度测量方法意味着来自传感器的信号借助专用有源电子设备而被处理，该有源电子设备还将有关测量温度的信息发送到系统的固定部件。无源温度测量方法不需要有源电子元件来处理来自传感器的信号，因为温度是根据与温度相关的电路元件参数(电容或电感)的变化推导出来的，并且该变化通过非接触式技术在系统的固定部件上被感测到。例如，可以通过检测作为LC电路中介电常数或磁导率的温度依赖性的结果的电路谐振频率变化来实现电路元件参数变化的无源非接触式读出。无源温度测量的优点是相对简单的电路实现，因为在旋转侧没有有源电子模块，因此，没有将限制有源电路电子元件的操作的潜在高温问题。无源温度测量的缺点涉及测量精度、非线性、可重复性、可靠性、传感器实现、需要使用特殊材料等问题，因此这些方法在实际应用中尚未得到广泛采用。因此，本专利技术基于提供更好测量精度和可靠性的对干式离合器旋转元件的温度测量的有源方法。本专利技术并非仅限于温度测量，还可以应用于其它物理量的测量。在实际操作条件下(例如在车辆中)测量的干式离合器旋转元件摩擦区域的最大预期温度大约高达250℃，然而在故障条件下或者在非常规的情况下，预期测量甚至更高的温度，大约高达350℃。干式离合器旋转元件中的温度分布使得通常能够识别预期温度低于上述温度的部件(通常高达125℃)，但是在不利的条件下，温度可以达到高很多的值，高达大约200℃。因此，有利的是将用于测量干式离合器旋转元件摩擦区域温度的温度传感器置于必须测量最高温度的位置，同时所述传感器本身被线连到有源电子模块，该有源电子模块被放置或安装在旋转元件的这样的部件中：在该部件处，预期具有最低工作温度，并且在最不利的条件下，在该部件处，温度不超过测量电路实现中使用的有源电子元件的温度范围之上的值。对干式离合器旋转元件的直接温度测量的特定挑战是用于安装温度测量遥测模块的极其有限的空间，其必须确保对离合器机械设计和旋转部件平衡的最小影响，即不影响旋转元件的功能。电子测量模块必须能够在高要求工作条件下进行温度测量和可靠操作，所述工作条件包括高环境温度、由机械旋转系统的加速或减速引起的高冲击和振动、高转速、脏环境、高电磁干扰环境等。这种环境条件大大限制了可用于必须在实际应用中可靠地工作的测量系统实现的组件和技术的选择。考虑到实现最小尺寸的首要要求，为非接触式供电提供足够的能量尤其具有挑战性，这增加了实现用于非接触式能量传输的电感性耦合解决方案的难度。紧耦合遥测系统中的信号传输可以借助电感性或电容性耦合实现。尽管用于测量有关旋转元件的参数的大多数遥测系统使用电感性耦合来进行信号传输，但是由于在信号传输线圈中需要相对大的电流，这种方法对功耗具有负面影响。电容性耦合在能量要求方面更有利，因为信息借助开路中的电压控制电极发送，这在小电极电容和相对小的信号载波频率的假设下能够实现最小功耗。测量系统功耗与必须使用非接触技术发送和接收的能量直接相关，并且该能量也与旋转元件上的能量收集线圈的物理尺寸直接相关。为了在旋转元件上实现最小接收线圈尺寸和测量模块的最小质量，有必要确保传感器模块功率要求在微瓦或毫瓦范围内，并且以数十或数百毫伏或更多的非常低电平的电压工作。另一挑战是电子模块必须可靠执行操作的高环境工作温度，在实际条件下，该温度可能高于125℃。125℃的温度是标准电子元件(汽车级元件)的标称上限，因为对于高于125℃的温度，只生产特殊用途组件(对于扩展温度范围)，并且这些组件的选择非常有限(根据技术实现，这些组件可被发现在最高达230℃的范围内)。在这种条件下采用有源温度测量方法的情况下，有必要确保这样的测量模块概念：即，其也可以通过使用来自扩展温度范围的有限的组件选择来实现，使其适应甚至高达200℃的温度范围，在最不利的条件下，该温度范围进而是实际应用中的离合器旋转元件的较冷部件的预期温度上限。现有遥测方案和用于对旋转元件测量温度和其它参数的系统实现不能提供这样的技术方案：该技术方案利用在系统的旋转侧的最小尺寸的遥测模块，通过实现微瓦或毫瓦范围的功率消耗，并使用小线圈来借助电感性耦合传输电力，从系统旋转侧(次级侧)的小电压电平(数十或数百毫伏或更多)获得电力供应(这对于实现模块安装的最小空间要求以及实现对旋转组件的平衡具有可忽略的影响的最小质量很重要)，来允许在最高达200℃的环境中操作测量模块。本专利技术的第一目标是通过同时实现最小功耗来确保安装在旋转元件上的遥测测量模块的最小尺寸。本专利技术的第二目标是实现一种确保对旋转元件或其它类型旋转元件的旋转摩擦表面测量温度或其它物理参数的高精度的装置。相关技术的描述由本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于测量温度或其它物理量的装置，其中通过非接触式传输实现系统的旋转机械元件(1)与固定部件(5)之间的信号和能量的传输，其中信号的所述非接触式传输借助电容性耦合实现，并且电力的非接触式传输借助电感性耦合实现，其中所述装置包括：电子测量模块(3)，其位于所述旋转机械元件(1)上，所述测量模块(3)能够处理来自被附接到所述旋转元件(1)的一个或多个温度传感器1‑n(2)的信号，其中所述温度传感器1‑n(2)被线连到所述电子测量模块(3)；以及固定接收电子模块(4)，其被设置在所述系统的所述固定部件(5)上，所述元件(1)相对于所述固定部件旋转；所述电子测量模块(3)包括发射电极对(8)，该发射电极对被设置用于差分电容信号发射，其中所述固定接收电子模块(4)包括接收电极对(14)，该接收电极对被设置用于在时段Tmj中对从所述发射电极(8)发送的信号进行差分电容信号接收，在所述时段期间，所述测量模块(3)和(4)相互电容性和电感性耦合，所述装置的特征在于所述电子测量模块(3)被设置在所述旋转元件(1)的表面的一部分上，其中所述表面的所述一部分在工作条件期间相对于所述旋转元件(1)的其它部分达到最低温度，所述电子模块(3)具有不会干扰所述旋转机械元件(1)的功能的尺寸，所述电子模块(3)包括：‑一个或多个FM调制器(6)；差分驱动电路(7)，所述差分驱动电路借助差分电容性耦合控制用于信号发射的发射电极(8)；‑一个或多个接收线圈(9)，其用于从由所述固定电子模块(4)产生的磁场收集用于所述测量模块(3)的供电的能量，其中所述接收线圈(9)被设置在所述发射电极(8)直接下方；‑电源电路(10)，其用于为所述测量模块(3)提供电力供应；以及‑电容器(11)，其在所述电子测量模块(3)和所述固定电子模块(4)不相互磁耦合期间提供电力供应。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.22 HR P20160924A1.一种用于测量温度或其它物理量的装置，其中通过非接触式传输实现系统的旋转机械元件(1)与固定部件(5)之间的信号和能量的传输，其中信号的所述非接触式传输借助电容性耦合实现，并且电力的非接触式传输借助电感性耦合实现，其中所述装置包括：电子测量模块(3)，其位于所述旋转机械元件(1)上，所述测量模块(3)能够处理来自被附接到所述旋转元件(1)的一个或多个温度传感器1-n(2)的信号，其中所述温度传感器1-n(2)被线连到所述电子测量模块(3)；以及固定接收电子模块(4)，其被设置在所述系统的所述固定部件(5)上，所述元件(1)相对于所述固定部件旋转；所述电子测量模块(3)包括发射电极对(8)，该发射电极对被设置用于差分电容信号发射，其中所述固定接收电子模块(4)包括接收电极对(14)，该接收电极对被设置用于在时段Tmj中对从所述发射电极(8)发送的信号进行差分电容信号接收，在所述时段期间，所述测量模块(3)和(4)相互电容性和电感性耦合，所述装置的特征在于所述电子测量模块(3)被设置在所述旋转元件(1)的表面的一部分上，其中所述表面的所述一部分在工作条件期间相对于所述旋转元件(1)的其它部分达到最低温度，所述电子模块(3)具有不会干扰所述旋转机械元件(1)的功能的尺寸，所述电子模块(3)包括：-一个或多个FM调制器(6)；差分驱动电路(7)，所述差分驱动电路借助差分电容性耦合控制用于信号发射的发射电极(8)；-一个或多个接收线圈(9)，其用于从由所述固定电子模块(4)产生的磁场收集用于所述测量模块(3)的供电的能量，其中所述接收线圈(9)被设置在所述发射电极(8)直接下方；-电源电路(10)，其用于为所述测量模块(3)提供电力供应；以及-电容器(11)，其在所述电子测量模块(3)和所述固定电子模块(4)不相互磁耦合期间提供电力供应。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电子测量模块(3)的面积在1cm2至20cm2的范围内，高度在5至20mm的范围内。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述模块(3)和(4)相互电容性耦合时，通过使用其间存在电容C11和C22的所述电极对(8)和(14)，借助差分电容性耦合实现信号传输，其中所述发射电极对(8)由包含测量信息的差分信号驱动，所述测量信息通过由电容C11和C22定义的电容网络被发送到接收侧，并且所接收的差分信号在所述系统的所述接收侧的对应电极对(14)上被检测。4.根据权利要求1至3所述的装置，其特征在于，所述FM调制器(6)的每个输出被连接到多路复用器(19)的输入或模拟求和电路(21)的输入，或者，每个所述温度传感器(2)通过模拟多路复用器(19)被连接到单个FM调制器(6)。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，定时电路(20)被连接到多路复用器(19)，所述多路复用器(19)在时隙TK中选择信道1-n中的一个，在时隙Tk中调制信号从该信道被发送到所述差分驱动电路(7)。6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，多个FM调制器(6)的输出被连接到模拟求和电路(21)的输入，其中来自所述求和电路(21)的输出信号在不在时间上被多路复用的情况下进一步被转发到所述驱动电路(7)，所述输出信号的频谱包含每个所述FM调制器(6)的所有频率分量的贡献。7.根据权利要求4、5和6所述的装置，其特征在于，每个FM调制器(6)表示一信道1-n，其中每个信道1-n被分配一单独的...
【专利技术属性】
技术研发人员：H·扎波，M·西弗雷克，Z·斯塔勒，D·克拉斯，
申请(专利权)人：萨格勒布大学电气工程与计算学院，
类型：发明
国别省市：克罗地亚,HR
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