CN102016515A - 模块式传感器组件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于执行测量或校准的模块式传感器组件，包括：检测模块(100)，其包括带螺纹接头(104)、第一滑环导电轨(110)以及第二滑环导电轨(111)；基部模块(202)，其包括带螺纹容座(122)、第一导体(310)以及第二导体(311)；其中，通过将带螺纹接头(104)旋拧到带螺纹管座(122)中来将检测模块(100)可拆卸地安装到基部模块(202)上，从而形成在第一滑环导电轨(110)和第一导体(310)之间的第一电连接，以及在第二滑环导电轨(111)和第二导体(311)之间的第二电连接。

Description

模块式传感器组件
发明背景
本发明一般涉及模块式传感器组件，并且更具体而言，涉及将可拆卸的检测模块(sensing module)机械连接和电连接到基部模块上。
压力、温度、电流等的传感器用于宽范围的工业和用户应用中，包括构件和仪器的测量和校准。针对各种测量或校准任务而使用一种测量或校准系统的柔性可通过提供可与相同的基部模块一起使用的可拆卸的检测模块来实现。取决于特定的应用，测量或校准系统应当能够在苛刻的环境、振动、冲击及其它操作条件下操作。对于涉及压力测量或校准的应用而言，检测模块和基部模块之间的连接应当能够经受高压。
已知的解决方案，例如可从康涅狄格州新城镇的Dresser Inc.公司获得的Heise PTE-I手持式压力校准仪、可从华盛顿州塔科马市的Hotek Technologies公司获得的BETAGAUGE II压力记录校准仪、可从俄亥俄州克利夫兰市的Meriam Process Technologies公司获得的MFT 4000多功能模块式校准仪、可从华盛顿州埃弗雷特市的Transmation Inc.公司获得的Quickcal 190自动压力校准仪，大部分采用可安装在基部模块内部的检测模块。例如在手持式应用(在其中，基部单元的大小极为重要)中，将检测模块安装在基部模块内部可为不期望的。相反，将检测模块安装在基部模块外部造成了与提供可靠的机械连接和电连接有关的挑战。
因此，存在对提供将可拆卸的检测模块可靠地机械连接(包括耐压)和电连接到基部模块上的机构和方法的需要。存在确保各个模块(即发送模块和基部模块)经受环境、处理、存储及其它操作条件的能力不依赖于匹配在一起的模块的另外的需要。
发明简述
公开了一种用于执行测量或校准的模块式传感器组件，包括：检测模块，其包括带螺纹接头(spigot)、第一滑环导电轨(slip ringconductive track)以及第二滑环导电轨；基部模块，其包括带螺纹管座、第一导体以及第二导体；其中，通过将带螺纹接头旋入带螺纹管座中来将检测模块可拆卸地安装到基部模块上，从而形成在第一滑环导电轨和第一导体之间的第一电连接，以及在第二滑环导电轨和第二导体之间的第二电连接。
附图简述
图1示出了测量或校准装置的检测模块和基部模块之间的接口的一个实施例的分解图。
图2示出了测量或校准装置的检测模块和基部模块之间的接口的一个实施例的截面图。
图3示出了适于容纳两个检测模块的测量或校准装置的基部模块的一个实施例。
图4示出了测量或校准装置的检测模块和基部模块之间的接口的一个实施例的截面图。
图5示出了测量或校准装置的检测模块和基部模块之间的数据接口的物理层的采样实现的一个实施例的电气图。
附图未必按比例绘制，相反，重点大体而言放在说明本发明的原理上。在附图中，相同的标号用来指示各个图中的相同的部件。
发明详述
提供了一种模块式传感器组件，其包括测量或校准装置的基部模块，以及可在外部安装到基部模块上的一个或多个可互换的检测模块。图1显示了检测模块和基部模块的接口的一个实施例的分解图，并且图2显示了其截面。在一方面，可提供检测模块100，取决于例如压力传感器、电压传感器、温度传感器、湿度传感器、流量传感器、压力校准模块、电压校准模块、电流校准模块等的应用要求。本领域技术人员将理解这样的事实，即，可以检测模块的备选类型和构造来实践本发明，因此本文阐明的描述不意在将本发明的实践约束或限制于任何特定类型的检测模块。
检测模块100可在外部安装到基部模块202上，如图3中最佳地看到的那样。图3示出了适于容纳两个检测模块100和101的基部模块202。在备选实施例中，基部模块202可适于容纳一个或多个检测模块100。
再次参看图1和2，在一方面，检测模块100的构件可结合在壳体102中。在一方面，检测模块100可具有基本圆柱形形状因素(formfactor)。在另一方面，检测模块100可包括带螺纹接头104。带螺纹接头104可提供将检测模块100以机械的方式附连到基部模块202的接口部件120上。带螺纹接头104可以可旋拧的方式(threadably)附连到具有带内螺纹部分的基部模块容座122上。可通过操作员将接头104置于基部模块容座122中并且相对于基部模块202旋转检测模块100来迫使检测模块100与基部模块202接合。因此，带螺纹接口可允许仅使用操作员的手动作力来建立可靠地将检测模块100机械连接到基部模块202上。
在另一方面，接头104的直径106可为检测模块100和基部模块202之间的接口的仅受控的尺寸，从而允许检测模块100以多种形状因素且以连续的尺寸成形，以满足备选应用需要，以及适于有利于通过操作员的手稳固地握持检测模块100。
在另一方面，接头104可为中空的，即可具有开口132，该开口132可与基部模块容座122中的开口134一起允许气体或液体在检测模块100和基部模块202的内部容积之间自由运动，这对于某些应用(例如气动或液力压力测量或校准)而言可为必要的。
在一个实施例中，可密封检测模块100和基部模块202之间的机械连接部，以经受高的压力值，这例如对于涉及气动或液力压力测量或校准的应用而言可为必要的。例如，在一个实施例中，检测模块100和基部模块202之间的机械连接部可经受达1000bar的压力值。在一个实施例中，连接部的环境密封可由一个或多个O形环302，303提供，如在图4中最佳地看到的那样。
在另一方面，检测模块100和基部模块202两者可在彼此断开连接时保持密封。图4示出了配备有隔离阀304的基部模块接口部件120，当无检测模块100连接到基部模块202上时，隔离阀304在正常关闭状态中由加载弹簧306支承，因此关闭到基部模块202的开口。当检测模块100可旋转地上紧并且连接到基部模块202上时，隔离阀304可由接头104推到打开状态。相反，当检测模块100正在可旋转地松开并且与基部模块202断开连接时，隔离阀304返回到其正常关闭状态，从而防止气体或液体从基部模块202中排出。本领域技术人员将理解这样的事实，即，隔离阀304的其它设计处于本发明的精神和范围内。
在另一方面，检测模块100可包括一个或多个滑环导电轨110，111，从而在检测模块100和基部模块202的构件之间提供电联接。在一个实施例中，如在图2中最佳地看到的那样，滑环导电轨110在基部模块202和检测模块100之间提供功率输送。滑环导电轨111在基部模块202和检测模块100之间提供数据传输。本领域技术人员将理解这样的事实，即，提供功率输送、数据输送及其它功能的一个或多个导电轨处于本发明的范围和精神内。
在一个实施例中，滑环导电轨110，111可由嵌入非导电材料(例如塑料)中的贵金属镀层提供。
在一个实施例中，如在图4中最佳地看到的那样，以弹簧加载销(spring loaded pin)310，311形式的一对导体可安装在基部模块202的接口部件120上，并且可适于在检测模块100和基部模块202连接在一起时与相应的滑环导电轨110，111进行电接触。销310，311可由导电材料制成，并且可电联接到基部模块202的数据传输和功率传输电路上。
在又一方面，接头104和基部模块容座122可由导电材料制成，并且适于载有检测模块100和基部模块202之间的电接地连接。
在一个实施例中，检测模块100和基部模块102之间的双向数据传输可通过包括如本文所描述的那样与弹簧加载销311接触的滑环导电轨111的单个数据线执行。单线接口可提供半双工串行数据传输，并且根据以下采样规范来操作：1个起始位、8个数据位、1个停止位、奇数奇偶校验、115千波特(Kbaud)。在图5中显示了数据接口的物理层的采样实现的电气图。在检测模块100侧的通用异步接收/发送器(UART)402可在单个数据线路404上经由两个同相集电极开路驱动器(open collector driver)406和407与基部模块202侧上的UART 403通讯，驱动器406，407对两个UART的相应的传输端口408，409的输出进行缓冲。当传输端口被驱动成高电平时，数据线路404可通过上拉电阻410拉高。两个UART的相应的接收端口412，413可联接到数据线路404上，从而通过单个数据线路404提供半双工串行数据通讯。
功率线路420可由如本文所描述的那样与弹簧加载销310接触的第二滑环导电轨110提供，并且接地线路430可由如本文所描述的那样与基部模块容座122接触的导电接头104提供。
在又一方面，可采用专用的硬件和软件协议，以有利于在通过滑环导电轨111和一个或多个电刷或销提供的数据传输线路上进行数据交换。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等同结构元素，则这种其它实例意图处于权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于执行测量或校准的模块式传感器组件，包括：
检测模块，其包括带螺纹接头、第一滑环导电轨以及第二滑环导电轨；
基部模块，其包括带螺纹容座、第一导体以及第二导体；以及
其中，通过将所述带螺纹接头旋入所述带螺纹容座中来将所述检测模块可拆卸地安装到所述基部模块上，从而形成在所述第一滑环导电轨和所述第一导体之间的第一电连接，以及在所述第二滑环导电轨和所述第二导体之间的第二电连接。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一电连接提供从所述基部模块到所述检测模块的功率传输，而所述第二电连接提供所述基部模块和所述检测模块之间的数据传输。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，电接地连接形成于所述带螺纹接头和所述带螺纹容座之间。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述基部模块还包括基部模块内部容积，并且所述检测模块还包括检测模块内部容积；以及
其中，所述带螺纹接头还包括第一开口，并且所述带螺纹容座还包括第二开口，所述第一开口和所述第二开口允许气体或液体在所述检测模块内部容积和所述基部模块内部容积之间自由运动。
5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述基部模块还包括用于控制所述气体或液体通过所述第二开口的运动的隔离阀，所述隔离阀处于正常关闭状态，并且构造成在所述检测模块安装到所述基部模块上时由所述带螺纹接头推动到打开状态。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一导体是弹簧加载销。
7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一滑环导电轨模制到塑料基底中。
8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述检测模块具有基本圆柱形形状因素。
9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述检测模块选自由下者组成的组：压力传感器、电压传感器、温度传感器、湿度传感器、流量传感器、压力校准模块、电压校准模块以及电流校准模块。
10.一种将检测模块可拆卸地安装到基部模块上以形成用于执行测量或校准的模块式传感器组件的方法，所述方法包括：
将所述检测模块的带螺纹接头旋入所述基部模块的带螺纹容座中，从而形成
在所述检测模块的第一滑环导电轨和所述基部模块的第一导体之间的第一电连接，以及
在所述检测模块的第二滑环导电轨和所述基部模块的第二导体之间的第二电连接。
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