接近传感器与磁致伸缩扭矩传感器的集成制造技术

本发明专利技术提供了一种间隙补偿扭矩感测系统及其使用方法。系统可包括与控制器通信的磁致伸缩扭矩传感器和至少一个接近传感器。接近传感器可基本上刚性地联接到扭矩传感器的传感器头，包含在传感器头内或使用托架或其他联接机构邻近传感器头安装。扭矩传感器可感测穿过目标的磁通量，并且接近传感器可测量其自身和目标之间的间隙。控制器可从由扭矩传感器感测的磁通量来估计施加到目标的扭矩。可通过间隙测量来修改所估计的扭矩以补偿由于间隙的变化引起的目标的磁特性的变化。这样，可提高扭矩测量的准确度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】接近传感器与磁致伸缩扭矩传感器的集成相关申请本申请根据35U.S.C§119(e)要求于2018年1月8日提交的美国专利申请号15/864,627的优先权，该专利申请的全部内容据此以引用方式明确地并入本文。
技术介绍
传感器可用于多种行业以监测设备。例如，扭矩传感器可用于监测旋转机器部件(例如，轴)并输出表示施加到所监测的部件的扭矩的信号。通过将所测量的扭矩与设计规格进行比较，可确定所监测的部件是否在这些规格内操作。磁致伸缩传感器是采用磁场来测量机械应力(例如，扭矩)的一类传感器。例如，磁致伸缩扭矩传感器可产生穿透轴的磁通量，并且其可在与轴相互作用时测量磁通量。所测量的磁通量的强度可由于施加到轴的扭矩的变化而变化。因此，磁致伸缩传感器可基于磁通量测量输出表示施加到轴的扭矩的信号。
技术实现思路
虽然由磁致伸缩扭矩传感器测量的磁通量可取决于施加到所监测的部件(诸如轴)的扭矩，但也可取决于将磁致伸缩扭矩传感器与所监测的部件分开的距离或间隙。因此，所监测的部件的扭矩测量也可对此间隙的变化(例如，由于振动)敏感，并且它们可偏离轴上的实际扭矩。例如，非理想的环境可引入振动，从而引起间隙的变化，这可影响测量的灵敏度和准确度。因此，提供了用于对磁致伸缩传感器(诸如扭矩传感器)进行间隙补偿的系统和方法。在一个实施方案中，提供了磁致伸缩感测系统，并且该磁致伸缩感测系统可包括磁致伸缩传感器和至少一个接近传感器。磁致伸缩传感器可包括在近侧端部和远侧端部之间延伸的传感器头。传感器头可包含驱动极和至少一个感测极。驱动极可具有与其耦合的驱动线圈，该驱动线圈被配置为响应于驱动电流而产生第一磁通量。所述至少一个感测极可具有与其耦合的感测线圈，该感测线圈被配置为至少基于由第一磁通量与目标的相互作用产生的第二磁通量来输出第一信号。所述至少一个接近传感器可定位在传感器头内，并且其可固定到传感器头的远侧端部。所述至少一个接近传感器可远离驱动极和感测极，并且其可被配置为基于传感器头的远侧端部和目标之间的间隙来输出第二信号。在某些实施方案中，感测系统可包括与传感器头电连通的控制器。该控制器可被配置为接收第一信号和第二信号并调整第一信号以确定施加到目标的间隙补偿力。在另一个实施方案中，该力可为扭矩。在另一个实施方案中，所述至少一个接近传感器可定位成使得由驱动线圈产生的第一磁通量和由感测线圈测量的第二磁通量各自基本上不被接近传感器改变。在另一个实施方案中，所述至少一个接近传感器可包括激光接近传感器、光学接近传感器、电容式接近传感器、雷达接近传感器、微波接近传感器和涡流接近传感器中的至少一者。在另一个实施方案中，感测系统可包括相对于驱动极大致对称布置的至少两个接近传感器。第二信号可以是由所述至少两个接近传感器产生的信号的组合。例如，第二信号可以是由所述至少两个接近传感器产生的信号的平均值。在另一个实施方案中，所述至少两个接近传感器中的每个接近传感器可以是包括激光接近传感器、光学接近传感器、电容式接近传感器、雷达接近传感器、微波接近传感器和涡流接近传感器中的至少一者的传感器，其中第一接近传感器可与第二接近传感器不同。在另一个实施方案中，所述至少两个接近传感器可定位在驱动极和感测极之间或定位在两个感测极之间。在另一个实施方案中，提供了磁致伸缩感测系统，并且该磁致伸缩感测系统可包括磁致伸缩传感器和至少一个接近传感器。磁致伸缩传感器可包括在近侧端部和远侧端部之间延伸的传感器头。传感器头可包含驱动极和至少一个感测极。驱动极可具有与其耦合的驱动线圈，该驱动线圈被配置为响应于驱动电流而产生磁通量。所述至少一个感测极可具有与其耦合的感测线圈，该感测线圈被配置为至少基于由第一磁通量与目标的相互作用产生的第二磁通量来输出第一信号。所述至少一个接近传感器可定位在传感器头之外，并且其可基本上刚性地联接到该传感器头。所述至少一个接近传感器可被配置为基于传感器头的远侧端部和目标之间的间隙来输出第二信号。在某些实施方案中，感测系统可包括被配置为接收传感器头和所述至少一个接近传感器的托架。该托架可将所述至少一个接近传感器基本上刚性地联接到传感器头。在另一个实施方案中，感测系统可包括与传感器头电连通的控制器。该控制器可被配置为接收第一信号和第二信号，基于第一信号确定施加到目标的力，基于第二信号确定间隙，以及基于根据第二信号确定的间隙调节根据第一信号确定的力。在另一个实施方案中，该力可为扭矩。在另一个实施方案中，所述至少一个接近传感器可定位成使得由驱动线圈产生的第一磁通量和由感测线圈测量的第二磁通量各自基本上不被接近传感器改变。在另一个实施方案中，所述至少一个接近传感器包括激光接近传感器、光学接近传感器、电容式接近传感器、雷达接近传感器、微波接近传感器和涡流接近传感器中的至少一者。在另一个实施方案中，感测系统可包括相对于驱动极大致对称布置的至少两个接近传感器。第二信号可以是由所述至少两个接近传感器产生的信号的组合。例如，第二信号可以是由所述至少两个接近传感器产生的信号的平均值。在另一个实施方案中，所述至少两个接近传感器中的每个接近传感器可以是包括激光接近传感器、光学接近传感器、电容式接近传感器、雷达接近传感器、微波接近传感器和涡流接近传感器中的至少一者的传感器，其中第一接近传感器与第二接近传感器不同。在另一个实施方案中，所述至少两个接近传感器可定位在驱动极和感测极之间。附图说明根据以下结合附图的详细描述，将更容易理解这些和其他特征，其中：图1是示出包括间隙补偿扭矩感测系统的操作环境的一个示例性实施方案的图表，该间隙补偿扭矩感测系统具有磁致伸缩扭矩传感器和至少一个接近传感器；图2是图1的间隙补偿扭矩感测系统的一个示例性实施方案的侧向剖视图，该间隙补偿扭矩感测系统包括磁致伸缩扭矩传感器，该磁致伸缩扭矩传感器与安装在该磁致伸缩扭矩传感器的壳体内的至少一个接近传感器通信；图3是图2的磁致伸缩扭矩传感器的芯的示例性实施方案的顶视图；图4A是图2的磁致伸缩扭矩传感器的壳体的示例性实施方案的透视图；图4B是图4A的壳体的远侧端部的透明顶视图，示出了安装到该壳体的远侧端部的内表面的接近传感器；图5是图1的间隙补偿扭矩感测系统的另一个示例性实施方案的侧向剖视图，该间隙补偿扭矩感测系统包括磁致伸缩扭矩传感器，该磁致伸缩扭矩传感器与在其壳体之外联接到该磁致伸缩扭矩传感器的至少一个接近传感器通信；图6A是被配置为接收磁致伸缩传感器和所述至少一个接近传感器的托架的俯视图；并且图6B是图6A的托架的保持器的透视图，该保持器被配置为接收接近传感器；图7是包括图5的间隙补偿扭矩感测系统的操作环境的一个示例性实施方案的透视图，该间隙补偿扭矩感测系统具有磁致伸缩扭矩传感器，该磁致伸缩扭矩传感器通过托架刚性地联接到接近传感器并且相对于目标定位；并且图8是示出用于测量目标的扭矩和接近度的方法的示例性实施方案的流程图。...

【技术保护点】
1.一种磁致伸缩感测系统，包括：/n磁致伸缩传感器，所述磁致伸缩传感器包括在近侧端部和远侧端部之间延伸的传感器头，所述传感器头包含，/n驱动极，所述驱动极具有与其耦合的驱动线圈，所述驱动线圈被配置为响应于驱动电流而产生第一磁通量，和/n至少一个感测极，所述至少一个感测极具有与其耦合的感测线圈，所述感测线圈被配置为至少基于对由所述第一磁通量与目标的相互作用产生的第二磁通量的测量来输出第一信号；和/n至少一个接近传感器，所述至少一个接近传感器定位在所述传感器头内并且固定到所述传感器头的所述远侧端部，所述至少一个接近传感器远离所述驱动极和所述感测极并且被配置为基于所述传感器头的所述远侧端部和所述目标之间的间隙来输出第二信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种磁致伸缩感测系统，包括：
磁致伸缩传感器，所述磁致伸缩传感器包括在近侧端部和远侧端部之间延伸的传感器头，所述传感器头包含，
驱动极，所述驱动极具有与其耦合的驱动线圈，所述驱动线圈被配置为响应于驱动电流而产生第一磁通量，和
至少一个感测极，所述至少一个感测极具有与其耦合的感测线圈，所述感测线圈被配置为至少基于对由所述第一磁通量与目标的相互作用产生的第二磁通量的测量来输出第一信号；和
至少一个接近传感器，所述至少一个接近传感器定位在所述传感器头内并且固定到所述传感器头的所述远侧端部，所述至少一个接近传感器远离所述驱动极和所述感测极并且被配置为基于所述传感器头的所述远侧端部和所述目标之间的间隙来输出第二信号。


2.根据权利要求1所述的感测系统，包括控制器，所述控制器与所述传感器头电连通并且被配置为：
接收所述第一信号和所述第二信号；以及
使用所述第二信号来调节所述第一信号以确定施加到所述目标的间隙补偿力。


3.根据权利要求2所述的感测系统，其中所述力为扭矩。


4.根据权利要求1所述的感测系统，其中所述至少一个接近传感器定位成使得由所述驱动线圈产生的所述第一磁通量和由所述感测线圈测量的所述第二磁通量各自基本上不被所述接近传感器改变。


5.根据权利要求1所述的感测系统，其中所述至少一个接近传感器包括激光接近传感器、光学接近传感器、电容式接近传感器、雷达接近传感器、微波接近传感器和涡流接近传感器中的至少一者。


6.根据权利要求1所述的感测系统，包括相对于所述驱动极大致对称布置的至少两个接近传感器，其中所述第二信号是由所述至少两个接近传感器产生的信号的组合。


7.根据权利要求6所述的感测系统，其中所述第二信号是由所述至少两个接近传感器产生的信号的平均值。


8.根据权利要求6所述的感测系统，其中所述至少两个接近传感器中的每个接近传感器是包括激光接近传感器、光学接近传感器、电容式接近传感器、雷达接近传感器、微波接近传感器和涡流接近传感器中的至少一者的传感器，其中所述第一接近传感器与所述第二接近传感器不同。


9.根据权利要求7所述的感测系统，其中所述至少两个接近传感器定位在所述驱动极和所述感测极之间或定位在两个感测极之间。


10.一种磁致伸缩感测系统，包括：
磁致伸缩传感器，所述磁致伸缩传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹·托·卢，拉姆·亚瑟·坎贝尔，布莱恩·F·霍华德，佩卡·塔帕尼·西皮拉，大卫·福克纳，莱尔·特恩博，
申请(专利权)人：本特利内华达有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US