CN105806550B - 气动式过滤器 - Google Patents

Abstract

公开了一种调谐传感器系统。所述调谐传感器系统可从外部环境通过压力入口端口接收非定常压力。所述压力可具有大体上静态的第一分量和以相对高频率变化的第二分量。所述压力入口端口可将所述非定常压力传导到调谐路径。所述调谐路径可过滤所述非定常压力，从而阻挡所述第二分量并且连通所述第一分量，诸如供压力传感器使用。所述调谐传感器系统可以是紧凑的并且可将一个或多个转弯包括在所述调谐路径中，使得所述压力入口端口和所述传感器之间的距离小于所述调谐路径的长度。所述调谐路径可完全在所述调谐传感器系统的所述支撑结构内，从而简化所述紧凑且模块化系统的安装、移除和维护。

Description

气动式过滤器

技术领域

本公开涉及压力感测的领域。更具体地，本公开涉及具有气动式过滤器的调谐传感器系统。

背景技术

某些飞行器可能在围绕飞行器的关键区域包括靠近压力入口端口诸如皮托静压端口中产生压力波动。由于飞行器的大气数据系统内的压力传感器的准确性和精确性，这些波动可被测量和/或混叠。将采集自压力传感器的压力数据用作大气数据计算和飞行控制系统的输入值。波动导致压力数据的不期望的误差，有害地影响了大气数据计算和飞行控制系统性能。先前的实施方式包括在传感器和压力入口端口之间安装具有较长长度的管，这减弱压力波动的影响；然而，这种长度的管通常被引导通过飞行器，从而提出了设计上的挑战并且引起不期望的维护行为。

发明内容

根据本发明的各个方面，公开了一种模块化调谐传感器系统。所述模块化调谐传感器系统可包括主体和包封构件，所述主体具有与压力入口端口流体连通的调谐路径，所述包封构件具有限定所述主体的调谐路径的一部分且大体上密封所述调谐路径以免渗漏的大体上平面结构。所述压力入口端口可具有设置在所述包封构件中的孔。所述模块化调谐传感器系统还可具有传感器终端，所述传感器终端具有被限定穿过所述主体并且与所述调谐路径流体连通的孔。

公开了一种调谐传感器系统。所述调谐传感器系统可包括压力入口端口和调谐路径，所述压力入口端口从外部环境接收具有第一分量(具有大体上静态的压力)和第二分量(具有高频率可变压力) 的非定常压力，所述调谐路径从所述压力入口端口接收所述非定常压力并且将所述第一分量传导到传感器终端并且阻挡所述第二分量。

公开了一种气动式过滤的方法。所述方法可包括在压力入口端口处接收非定常压力，其中所述非定常压力具有第一分量(具有大体上静态的压力)和第二分量(具有可变压力)，从而将来自所述压力入口端口的非定常压力传导到设置在主体中的调谐路径，从而将所述非定常压力的第一分量传递到传感器终端并且阻挡所述非定常压力的第二分量。

附图说明

当结合以下附图参考具体实施方式和权利要求时可获得对本公开的更为完整的理解，其中全部附图中相同的参考数字表示相似元件，以及：

图1示出了根据各种实施方案的调谐传感器系统的各种功能单元的框图；

图2示出了根据各种实施方案的调谐传感器系统的调谐路径的各种特征结构的框图；

图3示出了根据各种实施方案的调谐传感器系统的各种行为；

图4A-4C示出了根据各种实施方案的包括模块化调谐传感器系统的调谐传感器系统的示例实施方案的视图。

具体实施方式

以下描述仅为各种示例实施方案，并且不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，以下描述旨在提供对实施各种实施方案，包括最佳模式的适宜说明。如将变得明显，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对这些实施方案中所描述的元件的功能和布置作出各种改变。此外，任何对单数的引用包括复数实施方案，并且任何对一个以上的部件或步骤的引用可包括单数实施方案或步骤。可在所有图中使用表面阴影线表示不同的部分，但并非必须表示相同或不同的材料。

为了简洁起见，本文可能不会详细描述用于制造和构建的常规技术。另外，本文中所含的各个附图中所示出的连接线旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理耦接。应注意，在实际的构建法中，可以存在许多另选的或其他的功能关系或物理连接。此外，任何对附接、固定、连接等的引用均可以包括永久的、可移除的、临时的、局部的、全部的和/或任何其他可能的附接选项。另外，任何对无接触(或类似短语)的引用还可以包括减少接触或者最小接触。

如本文所用，“阻挡”意指充分地减弱振幅以对后续过程无害。例如，阻挡高频率压力变化意指减弱压力变化的大小，直到它对试图测定远离变化偏差的静压分量的传感器无害。在各种情况下，诸如参考本文的讨论，其中滚降频率包括3-dB点(下文讨论)，“阻挡”意指振幅减弱至少3分贝。

飞机通常使用空气压力入口端口与压力传感器结合以感测外部气压。静压和动压均被感测。例如，可通过皮托静压系统感测静压以测定气压高度，同时可通过空速指示系统感测动压以测定空速。空气压力入口端口处的外部气压可包含不期望的噪声，诸如由推进器、局部气流湍流、飞行控制面致动和其他原因产生的变化。这样，所感测的压力可波动或以其他方式变化。因此，可能期望滤出这些波动或其他变化。

此外，可能期望靠近压力入口端口共同定位传感器以将费力的维护任务诸如渗漏检查和密封操作减到最小。因此，本文提出了解决这些考虑的各种系统等等。

参考图1，调谐传感器系统2可包括压力入口端口6。压力入口端口6可包括对准飞行器的外表面中的开口的孔。在各种实施方案中，压力入口端口6可包括邻近期望被评估的压力的任何其他表面的孔，诸如对准推进系统表面(例如，涡轮发动机结构)中的开口的孔。压力入口端口6可接收非定常压力4。

非定常压力4可包括具有不期望的变化的气压。例如，非定常压力4可以是叠加有高频率变化(诸如由旋转推进器引起的压力变化)的大体上静态的压力。因此非定常压力4可具有包括大体上静态的压力的第一分量和包括高频率(例如，大体上变化的)分量的第二分量。如将要讨论的，调谐路径8可被构造成阻挡包括高频率分量的第二分量，但传递包括大体上静态的压力的第一分量。参考图3，调谐路径8可设计为使得滚降频率36对应于设置在第一分量和第二分量之间的频率。

调谐传感器系统2可包括调谐路径8。调谐路径8可包括压力入口端口6和传感器10之间的流体导管，由此非定常压力4的至少一部分被传导至传感器10。例如，调谐路径8可包括一定长度的管，所述管被构造成将非定常压力4的大体上静态的分量传导至传感器10，但是阻挡高频率压力变化传导至传感器10。

调谐传感器系统2可包括传感器10。传感器10可包括压力传感器和/或与调谐路径8流体连通的换能器。传感器10可包括压电传感器元件、压阻式传感器元件、电容传感器元件或任何合适的传感器元件，由此可评估流体压力。传感器可评估流体的流体压力并且产生电子信号以供其他系统诸如航空电子设备使用。

如上面已简要地提到，调谐传感器系统可包括调谐路径8。调谐路径8可包括另外的特征结构。例如，参考图2，调谐路径8可包括形状28、半径30、长度32。此外，参考图2和3，响应于形状28、半径30和长度32，调谐路径8可表现出行为34。

形状28可包括具有圆形横截面的管状结构。然而，在另外的实施方案中，形状28可包括椭圆形结构或可包括梯形结构(以包括锐角转角以通过驻波引起高频率排斥)或可包括多个横截面形状之间转变的结构(以引起阻抗撞击)。此外，形状28可包括通道或沟槽结构而不是管状结构。如此，形状28可包括任何结构，由此在压力入口端口6和传感器10之间传导非定常压力4的第一分量并且排斥非定常压力4的第二分量。

半径30可包括考虑从压力入口端口6至传感器10的传导延迟和考虑允许压力入口端口6和传感器10之间的非定常压力4的第一分量的传导同时排斥非定常压力4的第二分量而选择的任何尺寸。在各种实施方案中，半径是可变的，虽然在另外的实施方案中，半径是恒定的。半径30可包括约0.03英寸(约0.76 mm)。

相似地，长度32可包括考虑压力入口端口6和传感器10的传导延迟和考虑允许压力入口端口6和传感器10之间的非定常压力4的第一分量的传导同时排斥非定常压力4的第二分量而选择的任何长度。长度32可包括任何距离。例如，长度32可包括约一英尺(约30.4cm)或更多。例如，长度32可包括约五英尺(约1.5米)。

响应于形状28、半径30和长度32，调谐路径8可表现出行为34。例如，行为34可包括低通滤波器行为。低通滤波器行为可包括滚降频率36。滚降频率36可为设置在非定常压力4的第一分量和非定常压力4的第二分量之间的频率，并且可指示在压力入口端口6和传感器10之间传导的非定常压力4的上限频率分量。滚降频率可表示行为34的3-dB点。这样，可表现出低通滤波器行为。在另外的实施方案中，调谐路径8可包括带通滤波器行为或共振行为或响应于形状28、半径30和长度32的任何期望的行为。

现参考图4A-4C，调谐传感器系统2(图1和2)可以模块化调谐传感器系统3实现。例如，除另外的部件之外，模块化调谐传感器系统3可包括调谐传感器系统2的部件。此外，模块化调谐传感器系统3可包括可邻近压力入口端口6的期望的位置方便地安装的紧凑型子系统。

因此，模块化调谐传感器系统3可包括主体12和包封构件14。模块化调谐传感器系统3还可包括传感器10。主体12可包括大体上平面的结构。主体可具有大体上圆形的轮廓，虽然可设想任何期望的结构和轮廓。例如，主体12可为具有大体上梯形的轮廓的立方体。包封构件14可包括对应于主体12的至少一个面并且被布置以机械(诸如通过紧固件)接合到主体12的结构。最后，调谐传感器系统3可包括传感器10。传感器10(暂且参考图1)可被安装到主体12的传感器安装板16。

参考图1和图4A-4C，主体12可包括调谐路径8。调谐路径8可包括设置在主体12中的通道。在各种实施方案中，调谐路径8包括半圆形轮廓，例如图2中示出的圆形轮廓的一半。

主体12还可包括传感器安装板16。传感器安装板16可包括支撑传感器10并且将传感器10定位成与调谐路径8流体连通的结构。在各种实施方案中，传感器安装板16包括垂直于主体12的表面平面延伸的梯形凸台。

主体还可包括传感器终端26。传感器终端26可接收期望被感测的从调谐路径8引入的压力，并且可将此压力传导至安装在传感器安装板16中的传感器10。因此，可将传感器终端26定位成与主体12的调谐路径8流体连通。在各种实施方案中，传感器终端26包括限定在主体12中且由主体12界定的孔，所述主体12邻近传感器安装板16并且与调谐路径8流体连通。传感器终端26可接收非定常压力4的第一分量并且将它传达到传感器10。

主体12还包括主体安装硬件20。主体安装硬件20可包括由此主体12可与包封构件14接合的任何特征结构。例如，在各种实施方案中，主体安装硬件20包括对准以允许紧固件穿过主体12并且进入/穿过包封构件14插入的紧固件孔。在另外的实施方案中，主体安装硬件20包括对正构件诸如对准栓或包括被构造成对应于包封构件14的特征结构的沟槽和/或脊线，诸如对应的包封构件14的包封构件安装硬件22。

主体12可包括压力入口端口接口24。压力入口端口接口24可包括由主体12限定并且对应于包封构件14的压力入口端口6而对准的空隙。压力可被引导通过包封构件14的压力入口端口6，并且可通过压力入口端口接口24从包封构件14的压力入口端口6传导到主体12的调谐路径8。在各种实施方案中，压力入口端口接口24包括大体上盘形的空隙，所述空隙由主体12限定并且设置在主体12的环形中心。压力入口端口接口24可设置在调谐路径8的一个端部并且可与调谐路径8和包封构件14的压力入口端口6流体连通。

包封构件14可包括大体上平面的结构。包封构件14可具有大体上圆形的轮廓，虽然可设想任何期望的结构和轮廓，前提条件是包封构件14对应于主体12的至少一个面，并且被布置成诸如通过紧固件机械接合到主体12。包封构件14可限定主体12的调谐路径8的一部分，从而密封调谐路径8以免渗漏(例如，与外部环境流体连通，不同的是在包封构件14的压力入口端口6(和传感器终端和/或传感器10))。在各种实施方案中，包封构件14可使用包封平面限定主体12的调谐路径8的一部分。在另外的实施方案中，包封构件14可使用半圆形轮廓限定主体12的调谐路径8的一部分；例如图2中示出的圆形轮廓的一半并且对应主体12的那个。

包封构件14可包括压力入口端口6。压力入口端口6可接收期望被感测的从外部环境引入的压力并且可将此压力传导至调谐路径8。因此，包封构件14的压力入口端口6可被定位成与主体12的调谐路径8流体连通。在各种实施方案中，压力入口端口6定位在包封构件14的环形中心。压力入口端口6可对应于调谐路径8的压力入口端口接口24的位置并且可与调谐路径8的压力入口端口接口24流体连通。压力入口端口6可接收非定常压力4。非定常压力4可包括具有不期望的变化的气压。例如，非定常压力4可以是叠加有高频率变化(诸如由旋转推进器引起的压力变化)的大体上静态的压力。

包封构件14可包括包封构件安装硬件22。包封构件安装硬件22可包括由此包封构件14可与主体12接合的任何特征结构。例如，在各种实施方案中，包封构件安装硬件22包括对准以允许紧固件穿过主体12并且进入/穿过包封构件14插入的紧固件孔。在另外的实施方案中，包封构件安装硬件22包括对正构件诸如对准栓或包括被构造成对应于主体12的特征结构的沟槽和/或脊线，诸如对应的主体12的主体安装硬件20。

特别参考图4C以及图2，调谐路径8可包括一个或多个转弯38。通过在调谐路径8中并入一个或多个转弯38，调谐路径8可实现期望的长度32(图2)，但是可能占据完全设置在主体12和包封构件14的尺寸界限内的紧凑的空间。因此，传感器10可靠近压力入口端口6安装，但是非定常压力4可行进非常长的距离以在压力入口端口6和传感器10之间传递。压力入口端口6和传感器终端26之间的距离可小于调谐路径8的长度。例如，在一些实施方案中，其中主体12和包封构件14均具有圆形轮廓和约3-1/2英寸 (约8.9 cm)的半径，则调谐路径8可具有约一英尺 (约0.3 m)或更多的长度32，例如约五英尺(约1.5 m)。

调谐路径8可在主体12的压力入口端口接口24处终止。压力入口端口接口24可设置在调谐路径8的一个端部并且可与调谐路径8和包封构件14的压力入口端口6流体连通。

调谐路径8可在传感器终端26处终止。传感器终端26可设置在从主体12的压力入口端口接口24的调谐路径8的相对终端处。传感器终端26可与调谐路径8和传感器安装板16流体连通，并且可以还与可安装在传感器安装板16中的传感器10流体连通的方式定位。

参考图1-4C和已讨论的调谐传感器系统2和模块化调谐传感器系统3的各个方面，调谐传感器系统2和/或模块化调谐传感器系统3可由许多不同的材料或材料的组合制成。例如，系统的各种部件可由金属制成。例如，主体12和包封构件14的各个方面可包括金属，诸如钛、铝、钢或不锈钢，虽然它也可包括被构造为提供支撑的多种其他材料诸如例如，复合材料、陶瓷、塑料、聚合物、合金、玻璃、基料、环氧树脂、聚酯、丙烯酸类树脂或具有期望的材料性质诸如耐热性、强度、刚度或重量的任何材料或材料的组合。在各种实施方案中，本文所公开的调谐传感器系统2和/或模块化调谐传感器系统3的各个部分由不同的材料或材料的组合制成和/或可包括涂料。例如，调谐路径8的内部可包括具有纹理诸如以校准高频率排斥特性的涂料。相似地，各种垫圈和密封件可在诸如孔处或主体12和包封构件14的接合处被引入并且包括橡胶、有机硅、塑料或任何期望的材料。

在各种实施方案中，调谐传感器系统2和/或模块化调谐传感器系统3可包括适于当在飞行器工作环境中经受磨损时加强或增强系统的回弹力和/或支撑或达到其他的期望的电磁、化学、物理或材料性质例如重量、耐热性、热导率、雷达标记、铁磁体性质、延展性、强度、耐久性和其他性质的多种材料或任何材料配置。

虽然已在飞行器应用的上下文中描述了本文所述的系统；然而，技术人员将会知道按照本公开，本文所述的系统可用于各种其他应用中，例如，不同的交通工具，诸如汽车、货车、公交车、火车、船和潜水器，太空交通工具，包括载人和不载人的轨道和次轨道交通工具或任何其他交通工具或装置，或者结合工业过程或推进系统或具有对压力感测的需要的任何其他系统或过程使用。

本文已经参照具体实施方案描述了益处、其他优点以及问题的解决方案。另外，本文中所含的各个附图中所示出的连接线旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理耦接。应注意，在实际系统中，可以存在许多另选的或其他的功能关系或物理连接。然而，所述益处、优点、问题解决方案，以及可使得任何益处、优点或问题解决方案出现或变得更为显著的任何元件，都不应解释为是本发明的关键、必需或必要的特征结构或元件。因此本发明的范围只由所附权利要求书予以限制，其中，提到单数的元件并不旨在意指“一个和仅一个”，除非另有明确表示，相反是表示“一个或多个”。另外，在权利要求中使用类似于“A、B、或C中的至少一个”的短语的情况下，旨在将所述短语解释为意指A单独可以出现在实施方案中，B单独可以出现在实施方案中，C单独可以出现在实施方案中，或要素A、B和C的任何组合可以出现在单个实施方案中；比如，A和B、A和C、B和C、或A和B和C。

本文提供了系统、方法和设备。在本文的详细描述中，提及“各个实施方案”、“一个实施方案”、“实施方案”、“示例实施方案”等等表明所描述的实施方案可包括某一特定特征结构、结构或特性，但是每个实施方案可能不一定包括该特定特征结构、结构或特性。此外，此类措词不一定是指同一实施方案。此外，当结合一个实施方案来描述某一特定特征结构、结构或特性时，应当认为，无论是否明确描述，使得此类特征结构、结构或者特性结合其他实施方案实现是在本领域的技术人员知识范围内的。在阅读描述之后，如何在替选的实施方案中实施本公开内容对于相关的(一个或多个)领域的技术人员将是明显的。

此外，本公开中元件、部件、或方法步骤不意图贡献于公众，不论在权利要求中所述元件、部件、或方法步骤是否被明确地记载。本文中权利要求要素不应在美国法典第35卷第112条第f项的规定下进行解释，除非要素使用短语“用于...的装置”被明确地记载。如本文中所使用的，术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”或其任何其他变换形式旨在涵盖非排他的包括，以使得包括一系列元件的过程、方法、物品或设备并不仅仅包括这些元件，还可以包括未明确列出或这些过程、方法、物品或设备所固有的其他元件。

Claims (20)

1.一种模块化调谐传感器系统，其包括：

主体，其具有与压力入口端口流体连通的调谐路径；

包封构件，其具有限定所述主体的所述调谐路径的一部分且大体上密封所述调谐路径以免渗漏的大体上平面的结构；和

所述压力入口端口，其具有设置在所述包封构件中的孔；和

传感器终端，其具有被限定穿过所述主体并且与所述调谐路径流体连通的孔，

其中，所述调谐路径由所述包封构件的表面和所述主体的相对的表面形成。

2.根据权利要求1所述的模块化调谐传感器系统，

其中所述调谐路径包括设置在所述主体中并且从所述压力入口端口接收非定常压力的通道，以及

其中，所述压力入口端口与外部环境流体连通。

3.根据权利要求2所述的模块化调谐传感器系统，

其中所述非定常压力包括具有大体上静态的压力的第一分量和具有高频率可变压力的第二分量，以及

其中所述调谐路径阻挡所述第二分量并且将所述第一分量从所述压力入口端口传递至所述传感器终端。

4.根据权利要求1所述的模块化调谐传感器系统，其中所述调谐路径包括多个转弯，由此所述压力入口端口和所述传感器终端之间的距离小于所述调谐路径的长度。

5.根据权利要求1所述的模块化调谐传感器系统，

所述主体还包括具有由所述主体限定并且对应于所述包封构件的所述压力入口端口对准的空隙的压力入口端口接口。

6.根据权利要求5述的模块化调谐传感器系统，所述压力入口端口还包括大体上盘形的空隙，所述空隙由所述主体限定并且设置在所述主体的环形中心。

7.根据权利要求1所述的模块化调谐传感器系统，

所述主体还包括主体安装硬件，并且所述包封构件还包括包封构件安装硬件，

由此紧固件可穿过所述主体和所述包封构件中的至少一个插入，并且所述主体和所述包封构件可保持彼此大体上固定机械连通。

8.根据权利要求1所述的模块化调谐传感器系统，其中所述主体还包括传感器安装板，并且其中所述传感器终端还被限定穿过所述传感器安装板的表面。

9.根据权利要求8所述的模块化调谐传感器系统，其还包括附接到所述传感器安装板并且与所述传感器终端流体连通的传感器。

10.根据权利要求3所述的模块化调谐传感器系统，其中所述调谐路径包括：

具有圆形横截面的管状结构的形状；

约0.03英寸的半径；和

至少一英尺的长度。

11.根据权利要求10所述的模块化调谐传感器系统，其中所述调谐路径包括响应于所述形状、所述半径和所述长度而表现的行为。

12.根据权利要求11所述的模块化调谐传感器系统，其中所述行为包括具有设置在所述第一分量和所述第二分量之间的滚降频率的低通滤波器。

13.根据权利要求11所述的模块化调谐传感器系统，其中所述行为包括带通滤波器。

14.一种调谐传感器系统，其包括：

主体；

包封构件；

压力入口端口，其接收来自外部环境的非定常压力，所述非定常压力带有具有大体上静态的压力的第一分量和具有高频率可变压力的第二分量；和

调谐路径，其从所述压力入口端口接收所述非定常压力并且将所述第一分量传导至传感器终端并且阻挡所述第二分量，

其中，所述调谐路径由所述包封构件的表面和所述主体的相对的表面形成。

15.根据权利要求14所述的调谐传感器系统，其中所述调谐路径包括：

具有圆形横截面的管状结构的形状；和

约0.03英寸的半径。

16.根据权利要求14所述的调谐传感器系统，其中所述调谐路径包括具有设置在所述第一分量和所述第二分量之间的滚降频率的低通滤波器。

17.根据权利要求14所述的调谐传感器系统，其中所述压力入口端口和所述传感器终端之间的距离小于所述调谐路径的长度。

18.根据权利要求14所述的调谐传感器系统，其中所述调谐路径包括转弯。

19.根据权利要求14所述的调谐传感器系统，其还包括与所述传感器终端流体连通并且响应于所述第一分量提供电子信号的传感器。

20.一种气动式过滤的方法，其包括：

接收压力入口端口处的非定常压力，其中所述非定常压力具有带有大体上静态的压力的第一分量和带有可变压力的第二分量；

将所述非定常压力从所述压力入口端口传导到设置在主体中的调谐路径；

将所述非定常压力的所述第一分量传递到传感器终端；以及

阻挡所述非定常压力的所述第二分量，

其中，所述调谐路径由包封构件的表面和所述主体的相对的表面形成。

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