CN101443590A - 用于耦接装置的连接状态感测 - Google Patents

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CN101443590A CNA2007800171535A CN200780017153A CN101443590A CN 101443590 A CN101443590 A CN 101443590A CN A2007800171535 A CNA2007800171535 A CN A2007800171535A CN 200780017153 A CN200780017153 A CN 200780017153A CN 101443590 A CN101443590 A CN 101443590A
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Abstract

一种耦接装置，包括限定流体流动通道(230)的主体(220)，以及能够在未连接状态和连接状态之间移动的阀元件(240)。耦接装置还包括耦接到阀元件的磁体(265)，以及耦接到主体的传感器(275)，传感器被构造成当阀元件在未连接状态和连接状态之间移动时感测磁体的磁通量的变化，从而确定耦接装置的连接状态。

Description

用于耦接装置的连接状态感测
本申请于2007年3月13日作为PCT国际专利申请提交，对于除美国之外的所有指定国，该申请的申请人是名称为Colder Products公司的美国国有公司，只对于指定国美国该申请的申请人是美国公民William John Rankin，本申请要求2006年3月13日提交的序列号为60/743,468的美国临时专利申请的优先权。
背景技术
用于连接两个或多个流体流动管线的快速连接/断开耦接装置的使用已经在许多工业领域变得普遍。例如，快速连接/断开耦接装置被用于将流体源连接到各种类型的设备。
在许多应用中，证实各种耦接装置是连接着的由此使得流体能根据需要通过连接装置被输送是很重要的。例如，耦接装置被用在冷却系统中，用于将冷却剂源连接到如复杂计算机系统的设备。如果耦接装置没有完全连接或者意外地断开，那么冷却剂的流动可以被停止，由此损害了计算机系统的冷却系统。这会导致计算机系统的损坏。用于监视这些连接的现有系统包括由服务人员完成对连接的手工检查。
发明内容
这里公开的示例性实施方式一般地涉及用于感测耦接装置的连接状态的系统和方法。
根据一个方面，一种耦接装置，包括限定流体流动通道的主体，以及能够在未连接状态和连接状态之间移动的阀元件。耦接装置还包括耦接到阀元件的磁体，以及耦接到主体的传感器，传感器被构造成当阀元件在未连接状态和连接状态之间移动时感测磁体的磁通量的变化，从而确定耦接装置的连接状态。
附图说明
现在将参照附图，所述附图不一定按比例绘制，在附图中：
图1图示了流体分配系统的示例性实施方式；
图2图示了示例性耦接装置的截面图；
图3图示了图2中耦接装置的另一个截面图；以及
图4图示了用于传感器组件的电路的示例性示意图。
具体实施方式
这里所公开的示例性实施方式一般涉及用于感测耦接装置的连接状态的系统和方法。在示例性实施方式中，耦接装置被用于将流体源连接到例如处理设备的另一个装置。
这里所使用的术语“流体”包括可被制成能够流动的任意物质。这包括但不限于液体、气体、颗粒状或粉末状固体、两种或多种流体的混合物或乳液、固体在液体或气体中的悬浮液等。
现在参照图1，示出了示例性的流体分配系统100。系统100包括流体源102和一个处理设备104。系统100还包括主控制器140。
来自于流体源102的流体通过流体管线106、108以及耦接装置110、120而被运送到处理设备104。图1中的耦接装置110、120被示成处于未连接状态。当耦接装置110与耦接装置120互相配合以形成连接状态时，流体从流体源102经过流体管线106、耦接装置110、120以及流体管线108而被输送到设备104。其它构造也是可能的。
耦接装置120包括传感器130，该传感器130被编设成感测耦接装置120的连接状态。例如，在图示的实施方式中，传感器130被编设成感测耦接装置120与耦接装置130是未连接、部分连接还是完全连接。在可替换的实施方式中，传感器130没有包括在耦接装置120上，而是包括在耦接装置110上。
在示例性实施方式中，传感器130感测与耦接装置120相关联的一个或多个部件的位置从而感测耦接装置120的连接状态。举例来说以及如下进一步描述的，在一个实施方式中，传感器130感测耦接装置120内的阀元件的位置从而确定耦接装置120的连接状态。在另一个实施方式中，传感器130被编设成感测其它部件从而确定连接状态。例如，在一个可替换的实施方式中，传感器130被编设成感测耦接装置110相对于耦接装置120的位置从而确定连接状态。
在图示的示例中，耦接装置120包括收发器135，该收发器135构造成与主控制器140的收发器145通信。例如，在一个实施方式中，耦接装置120的传感器130将耦接装置120的连接状态发送到主控制器140。
在示例性实施方式中，耦接装置120与主控制器140之间的通信通过双向串行接口提供。在一个示例中，通信通过在耦接装置120和主控制器140之间延伸的单个线缆提供。在一个实施方式中，RS-232协议被用于耦接装置120和主控制器140之间的通信。其它可能的实施方式包括数据收发器53，该数据收发器53使用无线协议如蓝牙、IEEE801.11、Zigbee或者有线协议如RS-232、RS-485、以太网或USB进行双向通信。在另一个可能的实施方式中，使用光纤线缆。在有线的实施方式中，收发器135、145被有线连接件替换。
在一个实施方式中，主控制器140经由有线或无线装置连接到多耦接器系统中的各个耦接装置。在另一个可能的实施方式中，主控制器140通过有线或无线方式连接到多耦接器系统中的一个耦接装置，其中各个耦接器链接到其它耦接器以形成一个链。在另一个实施方式中，使用现有技术中已知的多点(multi-drop)协议，例如RS-485协议。
主控制器140构造成用于监视一个或多个耦接装置(如耦接装置120)的连接状态。如果耦接装置120的连接状态改变，那么这种改变被耦接装置120的传感器130感测到并且通过收发器135被发送到主控制器140，主控制器能够进行监视并基于连接状态的变化提供警报和/或基于连接状态的变化更改系统100的控制。例如，如果耦接装置120应该连接到耦接装置110，但是耦接装置120变为从耦接装置110断开，那么耦接装置120的未连接状态被发送到主控制器140，主控制器140可发出警报，停止来自于流体源102的流体的流动，和/或停止设备104。
现在参照图2至4，示出了耦接装置210的示例性实施方式。耦接装置210包括主体220以及干路222(有时称作适配器或终端)。还包括位于流动通道230上的阀元件240，该流动通道230限定成通过主体220和干路222。阀元件240被弹簧250偏压到关闭位置，由此使得阀元件240的密封件225与主体220的肩部223相接触，从而阻止流体流经耦接装置210。其它密封构造也是可能的。
图2中耦接装置210示为处于未连接状态。当在连接过程中互配耦接装置(如插件)与阀元件240的前表面227相接触时，阀元件240在X方向上克服弹簧250轴向地移动。当阀元件240在X方向上移动时，密封件225不再与主体220的肩部223相接触，从而形成流体流路以允许流体流经主体220和干路222的流动通道230。当互配耦接装置完全地连接到耦接装置210时，连接状态被确定。当互配耦接装置被插入到耦接装置210中而使阀元件240在X方向上部分地移动以建立连接状态时，形成了中间的部分连接状态。
当互配耦接装置随后被移走时，阀元件240在与X方向相反的方向上被弹簧250偏压，直到密封件225与肩部223相接触从而阻止流体流经流动通道230。这又成为未连接状态。
在示例性实施方式中，耦接装置210还包括位置保持装置290，该位置保持装置290将耦接装置210保持在其连接状态，并且还允许耦接装置210连接到互配耦接装置以及从互配耦接装置断开。在一些实施方式中，装置290是快速连接/断开组件，例如在2002年5月21日提交的美国专利No.6,649,829中公开的装置，此处通过引用而将该专利的内容包含在本文中。
干路222可以连接到延伸到流体源(如流体源102)的软管或其它导管或者连接到其它设备(例如设备104)。
耦接装置210还包括传感器组件270，该传感器组件270被编设成感测耦接装置210的连接状态。在所示示例中，传感器组件270包括安装到电路板277上的位置传感器275。一般地，位置传感器275被编设成感测阀元件240关于位置传感器275的相对位置，从而判断耦接装置210的连接状态。在所示实施方式中，位置传感器275是磁性位置传感器，例如由明尼苏达州的Honeywell of Plymouth公司生产的产品号为HMC1501的位移传感器。
磁体265被结合到阀元件240的后部260中。在所示实施方式中，磁体265是由钕制成的永磁体，不过也可以使用其它材料。在这种构造中，当阀元件240在X方向上移动时，位置传感器275能够感测在阀元件240的后部260中磁体265位置的变化，从而判断耦接装置210的连接状态。
例如，现在参照图3，在阀元件240的后部260中的磁体265呈现出磁通量310。位置传感器275被编设成测量由磁体265呈现出的磁通量310的角度。当阀元件240和磁体265响应于被连接到耦接装置210的互配耦接装置而在X方向上移动时，磁通量310的角度改变，位置传感器275被编设成感测磁通量310的角度的变化。在示例性实施方式中，位置传感器275输出与由位置传感器275感测到的磁通量310的角度成比例的电压。如下面进一步描述的，在图示的实施方式中，将来自于位置传感器275的电压与阈值相比较，从而确定耦接装置210的连接状态。
有关结合到耦接装置中的磁体和传感器的其它细节可以在2005年3月17日提交的序列号为60/662,665的美国临时申请中找到，这里通过引用将该申请的内容包含在本文中。
现在参照图4，示出了用于传感器组件270的示例电路410的示意图。模块420是磁性位置传感器。模块420在管脚1和8上提供与磁通量的角度相关电压，所述磁通量的角度从模块420中心感测。例如，在一个实施方式中，管脚1和8上的电压与磁通量角度的正弦成比例。
来自于模块420的信号经过滤波器部分430，从而使来自于外部磁场的干扰最小。放大器模块440放大来自于模块420的信号。电容器450进一步对信号进行滤波并使放大器模块440稳定。模块460是电压比较器，其比较放大器模块440的电压输出与电位计470的电压输出。电位计470被用于设置转变点，耦接装置在该转变点被认为处于连接状态。模块460的输出被用于驱动场效应晶体管(FET)480，该场效应晶体管480充当电路410的输出端。模块490被用于吸收可能在输出中出现的任何瞬时电压尖脉冲。电源部分495形成用于电路410的电源。
在示例性实施方式中，电路410被编设成将位置传感器275的输出与阈值进行比较(参见模块460和电位计470)。如果输出小于阈值，那么确定耦接装置210处于未连接状态。如果输出等于或大于阈值，那么确定耦接装置210处于连接状态。如上所述，传感器组件270可以编设成将耦接装置210的连接状态发送到主控制器。
在一些实施方式中，位置传感器275被编设成测量磁通量310的角度的变化，该磁通量310的角度的变化表示磁体265的数量级为百分之一、千分之一或万分之一英寸的移动。在这种实施方式中，传感器组件270可被编设成测量中间或部分连接的连接状态，或者被编设成判断阀元件的位置。例如，可使用多个阈值来指示未连接、部分连接以及完全连接的连接状态。其它配置也是可能的。例如，在一个可替换的实施方式中，传感器组件270被编设成仅仅将来自于位置传感器275的电压输出发送到主控制器，并且主控制器可被编设成基于该电压输出来判断耦接装置210的连接状态。
在图示的实施方式中，包括位置传感器275和电路板277的传感器组件270被成型在耦接装置210的主体220内。在可替换的实施方式中，传感器组件270可通过其它方式耦接到耦接装置210，例如使用连接器或粘结剂将传感器组件270附接到耦接装置210。
在所示示例中，磁体265耦接到阀元件240的后部260，并且在磁体265周围形成盖板用于将磁体265密封在盖板内。盖板可由与主体220、阀元件240以及流经耦接装置210的流体相容的一种或多种材料制成。在示例性实施方式中，盖板由聚合材料如乙缩醛制成。也可使用其它材料。
在图示的实施方式中，磁体265在位置传感器275处产生的磁场强度至少为80高斯，以允许位置传感器275正常地工作。在所示示例中，位置传感器275和磁体265之间的距离大约是0.400英寸。在可替换的实施方式中，位置传感器275和磁体265之间的距离可根据磁体的强度和尺寸以及所使用传感器的类型而改变。例如，如果使用较大的磁体，那么位置传感器和较大磁体之间的距离可以增加。
通过将传感器275放置在距磁体265的一定距离(例如0.400英寸)之内，由磁体265产生的磁通量310就能足够强大从而减少由相邻耦接装置中的磁体所产生的任何干扰。
在一个可替换的实施方式中，模块460和电位计470可用可以被编设成判断阀的位置的微控制器或微处理器替换。微控制器可以被编设成将判断出的位置发送到主控制器140。
在示例性实施方式中，对于电路410，从未连接到连接状态的转变阈值可在制造过程中使用插入到耦接装置210中的“校准”插件被校准。“校准”插件一般由硬质非磁性材料加工成紧公差。调整电位计(参见图4中的电位计470)被调整从而使得输出指示校准插件在适当位置情况下的连接状态。也可以使用其它方法进行校准。
在可替换的实施方式中，传感器和/或磁体可处于不同的位置。例如，在一个可替换的实施方式中，磁体可位于互配耦接装置(如插件)的端部附近，传感器可定位成能够在互配耦接装置被插入到耦接装置中时测量磁体在互配耦接装置上的位置，从而感测耦接装置的连接状态。这种构造可例如用于无阀耦接装置。其它构造也是可能的。
在其它可替换的实施方式中，其它类型的偏压元件可以与弹簧结合使用和/或替换弹簧使用。例如，在一个可替换的实施方式中，磁体被用作偏压元件。磁体被位于耦接装置主体上的另一个磁体所排斥。磁体之间的排斥力可使阀保持在未连接状态，直到另一个耦接装置被连接并且抵抗排斥力将阀元件移动到连接状态。其它构造也是可能的。
尽管在这里所公开的示例中使用磁体和被构造成用于感测磁通量的传感器被用，但是在可替换的实施方式中，可以使用其它类型的传感器。例如，在一些可替换的实施方式中，磁场强度可使用霍尔效应或GMT传感器测量。在其它实施方式中，可以使用磁阻传感器或涡流传感器远程地感测位置。在其它实施方式中，可以利用非磁性系统例如光学装置来使用光检测器和光源测量耦接装置的状态。其它替换也是可能的。
在一些实施方式中，这里公开的一个或多个耦接装置还包括射频识别(RFID)标识。这种标识携带可为制造中或传送中的物品提供标识的数据，所述物品例如流体分配应用中的消耗品，或者需要追踪或标识的任何物品。典型地，RFID系统包括天线或线圈、RFID收发器以及发射应答器或RFID标识。由收发器天线发射的无线电信号激活RFID标识，允许其被读取或写入。天线可具有非常多种类的形状和尺寸以适合于具体的应用。使用RFID标识和嵌入其中的阅读器的耦接装置已在美国专利No.6,649,829中公开。
尽管这里所公开的示例性的耦接装置被描述成与主控制器通信，然而在可替换的实施方式中，耦接器的输出端可包括在耦接器上或者在处理设备上的灯，该灯用于向操作者发出关于连接状态的警报(例如耦接装置上的红灯可以指示未连接状态)。在其它实施方式中，连接状态可以通过电子测量来指示。
此外，尽管这里所公开的示例性实施方式已经描述了有关用于流体输送的耦接装置，但是在可替换的实施方式中，这里所公开的耦接装置也可以用于其它系统。例如，在一个可替换的实施方式中，耦接装置可以用于具有流体输送或不具有流体输送的机械耦接装置中。例如，在一个实施方式中，耦接装置可用于指示耦接装置是否机械地耦接到另一个装置。在其它实施方式中，耦接装置可用在电子耦接装置中，用于指示电子耦接装置是否连接到另一个装置。
上述各种实施方式仅通过说明方式给出，不应该被解释为是限制性的。本领域技术人员可以轻易地认识到，可以对上述实施方式进行各种改进和改变而不会脱离本公开的或所附权利要求的真实精神和范围。

Claims (20)

1.一种耦接装置，包括：
主体，所述主体限定流体流动通道；
阀元件，所述阀元件能够在未连接状态和连接状态之间移动；
磁体，所述磁体耦接到所述阀元件或所述主体中的一个；以及
传感器，所述传感器耦接到所述阀元件或所述主体中的另一个，所述传感器被构造成当所述阀元件在未连接状态和连接状态之间移动时感测所述磁体的磁通量的变化从而判断耦接装置的连接状态。
2.如权利要求1所述的耦接装置，其中，所述传感器被构造成测量磁通量的角度从而判断连接状态。
3.如权利要求1所述的耦接装置，其中，所述传感器被构造成判断多个连接状态。
4.如权利要求3所述的耦接装置，其中，所述多个连接状态包括未连接状态、连接状态和部分连接状态。
5.如权利要求1所述的耦接装置，其中，所述传感器被构造成判断所述阀元件相对于所述主体的位置。
6.如权利要求1所述的耦接装置，还包括收发器，所述收发器被构造成传送指示所述耦接装置的连接状态的信号。
7.一种流体耦接系统，所述系统包括：
第一耦接装置，所述第一耦接装置连接到流体源；
第二耦接装置，所述第二耦接装置连接到流体的目的地，所述第二耦接装置包括：
限定流体流动通道的主体；
弹簧；
通过弹簧能够在未连接状态和连接状态之间移动的阀元件；
耦接到所述阀元件的磁体；以及
耦接到所述主体的传感器，所述传感器被构造成当所述阀元件在未连接状态和连接状态之间移动时感测所述磁体的磁通量的变化从而判断所述第二耦接装置的连接状态；
其中，所述第一耦接装置被连接到所述第二耦接装置，使得所述阀元件被推入到所述主体中从而从未连接状态变化到连接状态；并且
其中，当所述阀元件在未连接状态和连接状态之间移动时，所述传感器感测磁通量的变化。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述传感器被构造成测量磁通量的角度从而判断连接状态。
9.如权利要求7所述的系统，其中，所述传感器被构造成判断多个连接状态。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述多个连接状态包括未连接状态、连接状态和部分连接状态。
11.如权利要求7所述的系统，其中，所述传感器被构造成判断所述阀元件相对于所述主体的位置。
12.如权利要求7所述的系统，还包括收发器，所述收发器被构造成传送指示所述第二耦接装置的连接状态的信号。
13.如权利要求12所述的系统，还包括主控制器，其中，所述主控制被构造成接收指示所述第二耦接装置的连接状态的信号，并且其中所述主控制器基于所述第二耦接装置的连接状态控制来自于源的流体的流动。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述收发器使用有线或无线连接将连接状态发送到主控制器。
15.一种判断耦接装置的连接状态的方法，所述方法包括：
将磁体安置在所述耦接装置的第一部件上；
将传感器安置在所述耦接装置的第二部件上；
当所述耦接装置被连接时，允许所述第一部件相对于所述第二部件移动；以及
通过测量所述磁体的磁通量角度的改变来判断所述耦接装置的连接状态。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：
将所述磁体耦接到所述耦接装置的阀；以及
将所述传感器耦接到所述耦接装置的外壳。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述判断步骤还包括判断所述阀相对于所述外壳的位置。
18.如权利要求15所述的方法，其中，所述判断的步骤还包括判断多个连接状态。
19.如权利要求15所述的方法，还包括发送连接状态。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述发送步骤还包括将连接状态发送到主控制器。
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