CN102066982A - 用于隔离传感器的旋转振动的装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于传感器的旋转振动隔离器。该隔离器包括包围传感器的第一外壳和包围第一外壳的第二外壳，其中外壳之间具有球形间隙。流体被提供到该间隙中，该流体的密度足够用以支撑中性浮力条件下的第一外壳。第一和第二外壳通过低弹簧常数的弹簧来连接。

Description

用于隔离传感器的旋转振动的装置

技术领域

本发明涉及用于将诸如感测设备的设备与旋转振动隔离的装置。其在将航空电磁传感器与旋转振动隔离方面得到了特别应用。

背景技术

可以使用航空勘测装备来检测地球的特定地球物理特性。通常，这样的装备用于测绘(map)诸如块状(massive)硫化镍的导电矿体。导电矿石的存在引起地球的电阻抗的局部变形(distortion)。该变形可以通过飞机后面拖着的感测装备来检测，该感测装备被布置用于确定地球对以特定频率从飞机传送的电磁脉冲的响应。

实际上，这样的感测装备的限制之一是其对旋转振动的易感性。由于地球的局部磁场一般是单方向的，因此该场内的传感器的旋转可以在测量到的场强度和方向方面产生显著的变化。当传感器被拖在飞机后面时，飞机的高度或方向的变化或者甚至侧风(cross-winds)的变化可以引起传感器的旋转振动，从而导致显著误差并且限制了传感器产生有用结果的能力。

旋转振动的问题关于以低发射器频率进行的、通常与较深的矿体相关联的测量特别尖锐。

本发明试图提供一种用于至少部分地将感测装备与旋转振动隔离的装置。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于传感器的旋转振动隔离器，该隔离器包括包围传感器的第一外壳和包围第一外壳的第二外壳，该第二外壳通过至少一个弹性构件连接到第一外壳，第一和第二外壳之间的空间填充有流体，其中，该流体的密度足够用以支撑中性浮力条件下的第一外壳。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于隔离传感器的旋转振动的方法，该方法用于隔离旋转振动，其包括：将传感器放置在第一外壳内；将第一外壳放置在第二外壳内；通过至少一个弹性构件将第二外壳连接到第一外壳；以及用流体填充第一和第二外壳之间的空间，其中，该流体的密度足够用以支撑中性浮力条件下的第一外壳。

这样的布置允许流体用作阻尼万向节(damped gimbal)，其限制振动(特别是旋转振动)从第二外壳传递到第一外壳从而传递到传感器。

流体可以是液体，诸如水或油。在传感器是电磁传感器的情况下，流体不应该是导电的。

为了实现中性浮力，第一外壳连同其内含物的质量(mass)必须等于将由第一外壳取代的流体的质量。为了实现该质量，可能需要在第一外壳内包括额外的块。额外的块优选地由高密度材料(诸如具有10g·cm^-3以上密度的材料)形成。在本发明的一个优选形式中，额外的块由钽、钨或铅形成。

在本发明的优选形式中，第一外壳和第二外壳两者均是基本球形的，其中第二外壳具有大于第一外壳的外半径大约10％的内半径。

优选地，第一外壳包括多个额外的块。这可包括与第一外壳的三个正交轴的每个相关联的至少一个(优选地两个)额外的块。

每个块的定位(诸如其距第一外壳的中心的径向距离)可通过调整装置来调整。优选地，调整装置可以从第二外壳的外部进行控制。在本发明的实施例中，这是通过将额外的块安装在可以从第二外壳的外部进行旋转的螺纹上来实现的。

优选地，第一和第二外壳通过多个弹性构件(诸如具有低弹簧系数的弹簧)来连接。弹性构件被布置成允许第二外壳相对于第一外壳相对大的、突然的移动而没有故障，以及允许相对慢地使第一外壳跟随这样的移动而返回到与第二外壳对准。

优选地，第二外壳具有可用于容易地接近其内的流体的装置，以便根据需要而添加流体或去除流体。

流体的密度可通过添加诸如糖的可溶性物质来调整或细微地调节。适当的可溶性物质将不会使得流体变成导电的或磁性的。所使用的流体连同任何可溶性添加物不应该与第一或第二外壳化学反应。

附图说明

参照本发明的隔离装置的优选实施例来进一步描述本发明将是方便的。其它实施例是可能的，因此，以下讨论的特殊性不应被理解为代替本发明的之前描述的一般性。在附图中：

图1是本发明的旋转振动隔离器的一般概念性横截面表示；

图2是图1的旋转振动隔离器内的第一外壳的一般概念性横截面表示；

图3是包围图2的第一外壳的第二外壳的一般概念性横截面表示；以及

图4是图2的第一外壳内的可调整块的横截面视图。

具体实施方式

参照附图，示出了旋转振动隔离器10，其被布置用于装入诸如航空电磁传感器的传感器12。传感器12例如通过相对刚性弹簧15而被支撑在第一外壳14内。而第一外壳14又装在第二外壳16中，并且通过多个弹性构件(即，弹簧18)连接到第二外壳16。第一和第二外壳14、16两者均是基本球形的并且是同心的，其中第一外壳14具有比第二外壳16的内部半径小的外部半径。第一外壳14和第二外壳16之间所得到的球形间隙20填充有支撑流体22，该支撑流体22在该实施例中是诸如油或水的液体。

在图2中更详细地示出了第一外壳14。第一外壳14由使用内部凸缘26安装在一起的两个半球24形成。各个内部凸缘26被布置成使用螺栓孔28而从第一外壳14的外部用螺栓固定(bolt)在一起。内部凸缘包括弹性封接(诸如O-环形封接30)，以防止流体进入第一外壳14中。将意识到，内部凸缘的使用允许第一外壳14的外表面基本为球形的。

第一外壳14在其内安装有传感器(未示出)。第一外壳14还具有环绕其内表面放置的主要块32和多个可调整块34。

主要块32由适当密度的材料制成。可以设想到，密度超过10g·cm^-3并且优选地超过15g·cm^-3的材料将是特别有用的。附图的实施例提出了钽，但是也可使用其它密度的材料，诸如钨或铅。主要块32的质量足够用以使得第一外壳14以及其内包含的所有东西的总质量接近如以下将讨论的其期望的质量。

可调整块34优选地位于第一外壳14的三个正交轴的各个端，其中一共设置了六个可调整块34。可调整块连同主要块32之和被选择成使得第一外壳14精确地为其期望的质量。

如以下将描述的，可调整块34安装在螺纹杆上。

第一外壳还包括电通过点(through-point)38。电通过点38被布置成允许电功率传递到第一外壳14中并从而传递到传感器12中，以及允许通过第一外壳14传递来自传感器12的信号。电通过点38被封接以防止流体进入。

第一外壳14优选地由丙烯酸材料形成，但是也可使用其它适当的材料，诸如适当的塑料。

在图3中更详细地示出了第二外壳16。该外壳由两个带凸缘的半球40、以与第一外壳14类似的方式构成。与第一外壳14对比，第二外壳16的凸缘42位于外部。这是为了防止从第二外壳16的内表面的突出。凸缘42被布置成用螺栓固定在一起，并且通过O-环形44封接。

第二外壳16包括用于弹簧18的多个安装点46。每个安装点46从第二外壳14的内表面凹陷，并且由此从第二外壳14的外表面向外突出。

每个弹簧18从安装点46延伸到第一外壳14。该布置使得当每个弹簧18处于中性位置时，第一外壳14在第二外壳16内精确地居中。

第二外壳16包括可封接的填充点(未示出)，通过该可封接的填充点可以导入流体。第二外壳16还包括电连接48，其可以经由电通过点38与传感器12通信。

在使用时，选择适当的流体22。可能的流体包括水、油以及防冻剂。可以设想到，适当的流体将是如下流体：其没有呈现出导电性和磁性，不腐蚀或溶解第一或第二外壳，并且在可能要经历的环境条件下具有适当的物理特性。一旦选择了流体22，则可进行关于将由第一外壳取代的该流体的质量(以该流体在使用时可能呈现的密度进行测量，其可以是以高度进行测量)的计算。

为了使第一外壳实现中性浮力，必须将其质量调整成等于所计算出的流体的取代质量。这是通过提供适当大小的主要块32和可调整块34来实现的。细微的调节可通过调整流体的密度来实现，例如通过添加糖或其它适当的可溶性材料来实现。

还将需要微调第一外壳14内的重量分布，以排除任何由于未对准的重量而导致旋转的趋势。这是通过使用图4中示出的机构，操纵可调整块34的径向距离来完成的。

每个可调整块34位于螺纹杆50上。螺纹杆50安装在内螺纹套管52内。该布置使得套管52内的杆50的旋转引起可调整块34沿第一外壳14的半径的纵向移动。

螺纹杆50的远离可调整块34的外端设置有槽54或其它接合装置。

在对准的定位处，第二外壳16设置有易弯曲转向(turning)机构56。转向机构56被布置成使得在提供有从第二外壳16的外部施加的小轴向力时，转向机构56将从间隙20延伸并且与槽54接合。转向机构56从第二外壳16的外部的旋转然后将引起杆50的旋转，并且由此引起可调整块34的径向移动。

可调整块34可以被调整，以确保第一外壳的质心位于中心。

在使用时，第二外壳16可被拖在飞机后面。飞机方向或其它外部力的任何突然的变化可引起第二外壳16的突然移动。然而，流体22的存在显著地减缓了第一外壳14和传感器12的相关联的移动。弹簧18的存在将使得第一外壳14缓慢地与第二外壳16重新对准，其中，弹簧18被选择成具有低弹簧系数并且具有高弹性度。

当第二外壳16经受振动时，流体将大大减缓该振动以使得不影响传感器12。

在附图的实施例中，第二外壳16具有大约400mm的外径，其中内径为大约340mm。第一外壳具有大约300mm的外径。这意味着需要大约5升的流体。

对本领域技术人员来说明显的修改和变化被认为在本发明的范围内。

Claims (17)

1.一种用于传感器的旋转振动隔离器，所述隔离器包括包围所述传感器的第一外壳和包围所述第一外壳的第二外壳，所述第二外壳通过至少一个弹性构件连接到所述第一外壳，所述第一和第二外壳之间的空间填充有流体，其中，所述流体的密度足够用以支撑中性浮力条件下的所述第一外壳。

2.根据权利要求1所述的旋转振动隔离器，其中，所述流体是液体。

3.根据权利要求2所述的旋转振动隔离器，其中，所述流体是水或油。

4.根据权利要求2或3所述的旋转振动隔离器，其中，所述流体包括溶解的物质，以实现期望的密度。

5.根据任一前述权利要求所述的旋转振动隔离器，其中，额外的块包括在所述第一外壳内，以实现中性浮力。

6.根据权利要求5所述的旋转振动隔离器，其中，所述额外的块由具有10g.cm^-3以上密度的材料形成。

7.根据权利要求5或6所述的旋转振动隔离器，其中，所述第一外壳包括多个额外的块。

8.根据权利要求7所述的旋转振动隔离器，其中，所述额外的块包括与所述第一外壳的三个正交轴的每个相关联的至少一个额外的块。

9.根据权利要求8所述的旋转振动隔离器，其中，每个块的定位是能够通过调整装置来调整的。

10.根据权利要求9所述的旋转振动隔离器，其中，所述调整装置能够从所述第二外壳的外部进行控制。

11.根据任一前述权利要求所述的旋转振动隔离器，其中，所述第一外壳和所述第二外壳两者均是基本球形的。

12.根据权利要求11所述的旋转振动隔离器，其中，所述第二外壳具有大于所述第一外壳的外半径大约10％的内半径。

13.根据任一前述权利要求所述的旋转振动隔离器，其中，所述第一和第二外壳通过多个弹性构件来连接。

14.一种用于隔离传感器的旋转振动的方法，所述方法用于隔离旋转振动，其包括：将感测装置放置在第一外壳内；将所述第一外壳放置在第二外壳内；通过至少一个弹性构件将所述第二外壳连接到所述第一外壳；以及用流体填充所述第一和第二外壳之间的空间，其中，所述流体的密度足够用以支撑中性浮力条件下的所述第一外壳。

15.根据权利要求14所述的用于隔离旋转振动的方法，还包括以下步骤：向所述第一外壳添加额外的块，以实现中性浮力。

16.根据权利要求15所述的用于隔离旋转振动的方法，还包括以下步骤：调整所述额外的块的位置，以使得所述第一外壳的质心位于中心。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的用于隔离旋转振动的方法，还包括以下步骤：通过向所述流体添加能够溶性物质，调整所述流体的密度。

Images