CN111380570B - 用于改善的传感器线固位的装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了提供改善的传感器线固位的装置、系统和相关联的组装方法。示例传感器线固位设备包括限定中空内部的筒管，该中空内部被构造成接收被插入其中的探针组件。该设备包括被卷绕在筒管的至少一部分周围的一个或多个线圈元件。一个或多个垫圈围绕筒管附接，并且一个或多个垫圈中的每一个限定一个或多个线槽。该设备包括一个或多个线的线束，并且线束的一个或多个线中的每一个被定位在一个或多个线槽内。该设备还包括被设置在位于一个或多个垫圈的线槽内的线周围的返回屏蔽元件，并且返回屏蔽元件压缩一个或多个线。

Description

用于改善的传感器线固位的装置、系统和方法

技术领域

本发明的示例性实施方案整体涉及传感器系统，并且更具体地，涉及改善传感器系统中的线固位。

背景技术

传感器系统(诸如线性可变差动变压器(LVDT))可以用于在机械运动(例如，振动、应变、力、线性运动等)和电信号(例如，电流、电压等)之间进行转换。这些传感器可以用于液压应用、发动机系统、自动柜员机(ATM)、航空航天应用以及其中需要机械运动和电信号之间转换的多种其他环境中。在这些应用中(诸如在发动机控制系统中)，传感器系统可能暴露于可能损坏传感器系统的应变、振动载荷或其他力。

发明内容

本文公开了用于提供改善的传感器线固位的系统、装置和方法。在一个实施方案中，参考要求保护的设备，提供了一种用于改善的传感器线固位的设备。该设备可以包括筒管，该筒管可以限定中空内部，该中空内部被构造成接收插入其中的探针组件。该设备可以包括卷绕在筒管的至少一部分周围的一个或多个线圈元件和围绕筒管附接的一个或多个垫圈。一个或多个垫圈中的每一个可以限定一个或多个线槽。该设备可以包括线束，该线束可以包括一个或多个线。线束的一个或多个线中的每一个可以被定位在一个或多个垫圈的一个或多个线槽内，并且可以与被插入筒管中的探针组件可通信地联接。该设备可以进一步包括被设置在位于一个或多个垫圈的一个或多个线槽内的线周围的返回屏蔽元件。返回屏蔽元件可以将线束的一个或多个线压缩在一个或多个垫圈和返回屏蔽元件之间，以便减少由线所经受的应变。

在一些实施方案中，一个或多个垫圈中的每一个可以限定各自被构造成接收线束的一个或多个线的两个线槽。在此类实施方案中，两个线槽中的每一个可以由一个或多个垫圈中的每一个的相对侧限定。

在一些情况下，该设备还可以包括被设置在筒管的第一端部上的前配件。前配件可以邻接被插入在筒管内的探针组件的一部分。在一些情况下，该设备可以包括被设置在筒管的与密封筒管第二端部的第一端部相对的第二端部上的筒塞。

在一些实施方案中，该设备可以包括卷绕在一个或多个线圈元件周围的一个或多个绝缘带层。在此类实施方案中，一个或多个线圈元件可以包括主线圈和次级线圈，并且一个或多个绝缘带层可以进一步包括第一带层、第二带层和第三带层。在此类实施方案中，主线圈可以卷绕在筒管周围，第一带层可以卷绕在主线圈周围，并且次级线圈可以卷绕在第一带层周围。第二带层也可以卷绕在次级线圈周围，返回屏蔽元件可以卷绕在第二带层周围，并且第三带层可以卷绕在返回屏蔽元件周围。

在一些情况下，返回屏蔽元件可以包括各自在与一个或多个线槽相对应的筒管的一部分周围延伸的两个半圆柱形半件。

在其他实施方案中，该设备可以包括在其中接收传感器线固位设备的壳体。在此类实施方案中，该设备可以进一步包括设置在传感器线固位设备和壳体之间的灌封化合物，以便减小传感器线固位设备和壳体之间的相对运动。

提供上述发明内容仅是为了概述一些示例性实施方案的目的，以提供对本发明一些方面的基本了解。因此，应当理解，上述实施方案仅为示例并且不应理解为以任何方式缩小本发明的范围或实质。应当理解，除了在此发明内容的那些，本发明的范围还涵盖了很多可能的实施方案，这些实施方案中的一些实施方案将在下面进一步描述。

附图说明

上面已经概括地描述了本公开的某些示例性实施方案，现在将参考附图。在本文所述的某些实施方案中，附图中所示的部件可以存在也可以不存在。一些实施方案可以包括比图中所示的那些更少(或更多)的部件。

图1为传感器组件的分解图，该传感器组件包括用于与本文所描述的一些实施方案一起使用的传感器线固位设备；

图2为根据示例性实施方案的图1的传感器线固位设备的透视图；

图3为根据示例性实施方案的图2的传感器线固位设备的分解图；

图4为根据示例性实施方案的传感器线固位设备的一部分的分解图；

图5为根据示例性实施方案的沿着图2的线A-A的传感器线固位设备的剖视图；

图6A至图6B为根据示例性实施方案的筒管、前配件和筒塞的侧视图；

图7A至图7B为根据示例性实施方案的示例探针组件的透视图；

图8A至图8B为根据示例性实施方案的图1的组装好的传感器组件的透视图；

图9为根据示例性实施方案的沿着图8A的线B-B的传感器组件的剖视图；并且

图10为传感器线固位设备的另选的实施方案的剖视图。

具体实施方式

概述

现在在下文中将参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的一些但不是全部的实施方案。实际上，这些发明可以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使本公开满足适用的法律要求。在全篇内容中，类似的标号指代类似的元件。如本文所用，术语诸如“前部”、“后部”、“顶部”等在下文提供的示例中用于说明性目的，以描述某些部件或部件的部分的相对位置。另外，如根据本公开本领域的普通技术人员将显而易见的那样，术语“基本上”和“大约”指示所引用的元件或相关联的描述在可适用的工程公差范围内是准确的。

本文描述和示出的传感器组件和传感器线固位设备可以将LVDT系统称为示例应用。如根据本公开对于本领域的普通技术人员将显而易见的那样，本文所描述的用于改善的传感器线固位的装置、系统和方法可以等同地可适用于所有类型、构型、大小等的传感器系统。换句话讲，本文的描述不应被理解为仅涉及LVDT应用。

参照图1，示出了示例传感器组件100。如图所示，传感器组件100可以包括探针组件102、传感器线固位设备200和壳体300。如下文参考图8A至图8B所示和所述，探头组件102可以被传感器线固位设备200(例如，设备200)接收(被插入其中)，并且组合的探头组件102和设备200可以被壳体300接收(例如，一起被插入在壳体300中)。传感器组件100可以在组装时被安装在发动机控制系统或其中经受高振动载荷和应变的其他类似的应用中。与本文所描述的本公开的设备200不同，缓解该应变的传统尝试已要求将磁线卷绕在引线(例如，图2中的线束206)上，并且进一步将带卷绕在所卷绕的磁线周围。如根据本公开对于本领域的普通技术人员将显而易见的那样，这些尝试在卷绕引线时需要增加的组装时间和使用者帮助。另外，当暴露于高振动载荷(例如，在发动机控制阀中超过200G)时，这些传统的卷绕尝试可能会磨损或以其他方式被损坏。

参照图2至图3，示出了示例传感器线固位设备200(例如，设备200)。设备200可以包括筒管202、一个或多个垫圈204、线束206和返回屏蔽元件208。如图3所示，筒管202可以被限定为包括中空内部的中空圆柱形元件。如所描述的和上文结合图1所示，筒管202的中空内部可以被构造成接收被插入其中的探针组件(例如，探针组件102)。如根据本公开对于本领域的普通技术人员将显而易见的那样，设备200可以被构造成使得当探针组件被插入其中时，探针被悬挂在筒管202内。换句话说，探针组件可以(例如，在下文所描述的第一端部处)被紧固成使得探针组件在筒管202内的部分不接触筒管202的内部。虽然参照圆柱形筒管202示出和描述了本公开，但本公开设想，筒管202的尺寸(例如，大小和形状)可以被确定为与具有任何大小、形状或构型的探针组件一起使用。

继续参照图2至图3，设备200可以包括围绕筒管202附接的一个或多个垫圈204(例如，磁性垫圈)。如下文参考图4至图5进一步描述的，在一些实施方案中，设备200可以包括两个(2)垫圈204，这两个垫圈沿着筒管202的长度共线定位。如对于本领域的普通技术人员将显而易见的那样，在一些情况下，垫圈204可以各自形成为单个构件，使得每个垫圈204被附接在筒管202的端部处并且沿着筒管202的长度平移。在其他实施方案中，垫圈204可以被形成为模块化组件，使得垫圈204可以在沿着筒管202的长度的任何位置处被卡扣或以其他方式附接到筒管202。虽然本文参照两个(2)垫圈204(例如，磁性垫圈)示出和描述了本公开，但本公开设想，可以在沿着筒管202的长度的任何位置处将任意数量的垫圈204附接到筒管202。

如图3所示，设备200可以进一步包括被卷绕在筒管202的至少一部分周围的一个或多个线圈元件(例如，主线圈214和次级线圈216)。如对于本领域的普通技术人员将显而易见的那样，一个或多个线圈元件可以由磁性材料形成，以便识别由探针组件(例如，探针组件102)在筒管202内的运动引起的差分电压读数。如图3所示，线圈元件214、216可以围绕筒管202的长度的至少一部分，并且在一些实施方案中可以跨越筒管202在垫圈204(例如，磁性垫圈)之间的长度。另外，如图3所示，设备200可以包括被卷绕在线圈元件214、216中的一个或多个和返回屏蔽元件208周围的一个或多个绝缘带层(例如，第一带层218、第二带层220和/或第三带层222)。如根据本公开对于本领域的普通技术人员将显而易见的那样，绝缘带层218、220、222可以操作以屏蔽线圈元件214、216以及设备200的其他元件之间的磁通(例如，绝缘)。

在图3的分解图中示出的示例性实施方案中，一个或多个线圈元件进一步包括主线圈214和次级线圈216，并且一个或多个绝缘带层包括第一带层218、第二带层220和第三带层222。在此类实施方案中，主线圈214可以被卷绕在筒管202周围，第一带层218可以被卷绕在主线圈214周围，并且次级线圈216可以被卷绕在第一带层218周围。相似地，第二带层220可以被卷绕在次级线圈216周围，返回屏蔽元件208可以被卷绕在第二带层220周围，并且第三带层222可以被卷绕在返回屏蔽元件208周围。在此类构型中，绝缘层位于磁性元件(例如，线圈元件和返回屏蔽)之间，以便屏蔽这些元件中的每一个免受其他元件的磁性效应的影响。

继续参照图2至图3，设备200可以包括线束206，该线束包括一个或多个线(例如，引线)。线束206的一个或多个线可以经由一个或多个垫圈204(例如，磁性垫圈)中的一个或多个线槽(例如，图4至图5中的线槽205)被定位。下文将参照图4至图5描述线束206的线与垫圈204的定位。线束206的线被构造成当被附接在设备200中时，与被插入在筒管202中的探针组件(例如，探针组件102)可通信地联接。如对于本领域的普通技术人员将显而易见的那样，线束206的线可以用于向被插入在筒管202中的探针组件提供电力以及传输响应于探针组件的移动而生成的信号(例如，输出递送信号)。

设备200可以进一步包括返回屏蔽元件208，该返回屏蔽元件被设置在线束206的线周围(例如，位于一个或多个垫圈204的一个或多个线槽205内)。返回屏蔽元件208可以被构造成将线束206的一个或多个线压缩在一个或多个垫圈204和返回屏蔽元件208之间，以便减少由线所经受的应变。这种压缩用作应变缓解方法，该应变缓解方法通过在返回屏蔽元件208和(多个)垫圈204之间牢固地滞止线束206(例如，引线)的线而在高振动水平下是可靠的。如上文结合主线圈214和次级线圈216所述，返回屏蔽元件208可以由磁性材料形成，以便形成用于设备200的磁屏蔽件。在一些实施方案中，如图2至图3所示，返回屏蔽元件208可以被形成为各自在与一个或多个线槽205相对应的筒管202的一部分周围延伸的两个半圆柱形半件。如下文所述，这些半圆柱形半件的位置对应于垫圈204的线槽205，以确保线束206的固位并减少由线束206经受的应变(例如，振动或其他)。

参照图4至图5，分别示出了设备200的一部分的分解图和设备200的剖视图。如上所述，设备200可以包括围绕筒管202附接的一个或多个垫圈204(例如，磁性垫圈)，并且一个或多个垫圈204中的每一个可以限定一个或多个线槽205。线束206的一个或多个线可以被定位在这些线槽205内，并且经由被设置在线周围的(多个)返回屏蔽元件208被压缩。如图4至图5所示，在一些实施方案中，一个或多个垫圈204中的每一个可以限定各自被构造成接收线束206的一个或多个线的两个线槽205。在一些另外的实施方案中，每两个线槽205可以由一个或多个垫圈204中的每一个的相对侧限定。

为了确保适当的压缩，线槽205的尺寸(例如，大小和形状)(例如，返回屏蔽元件208和垫圈204之间的距离)被优化成使得线(例如，引线)在返回屏蔽元件208和垫圈204之间始终处于压缩状态。通过经由这种压缩来牢固地滞止引线，设备200确保即使在极端振动水平(例如，超过600G的振动载荷)下也不会在线束206的连接件上形成应力。线槽205的尺寸对于确保压缩同时还确保线束206的线不被过度压缩是至关重要的。如根据本公开对于本领域的普通技术人员将显而易见的那样，过度压缩可能导致线的介电失效。另外，对垫圈204和返回屏蔽元件208的几何形状进行控制，以消除可能损坏线束206的线的锋利边缘。本公开设想线槽205的尺寸可以被确定为容纳由垫圈204接收的任何数量的任何尺寸(例如，大小和形状)的线。

虽然参照两个线槽205示出和描述了本公开，但本公开设想垫圈204可以包括被定位在垫圈204上的任何位置处的任何数量的线槽205。相似地，尽管被示出为具有一个线槽205中的线束206的三个(3)线和另一线槽205中的两个(2)线，但本公开设想，基于设备200的应用，线束206的任何数量的线可以位于任何线槽205中。另外，如图4所示，设备200可以包括接触垫圈204(例如，磁性垫圈)的一个或多个绝缘垫圈224。在一些实施方案中，绝缘垫圈224可以被定位在垫圈204和围绕筒管202的一个或多个线圈元件(例如，主线圈元件214)之间。

参考图6A至图6B，示出了筒管202的侧视图。如图所示，在一些实施方案中，设备200可以包括前配件210和筒塞212。如图所示，前配件210可以被设置在筒管202的第一端部上，并且可以被构造成邻接被插入在筒管202内的探针组件(例如，探针组件102)的一部分。如下面描述的图7A至图7B所示，探头组件的配件(例如，探头配件104)可以邻接前配件210，并且如上所述有助于探头组件悬挂在筒管202中。筒塞212可以被设置在筒管202的与第一端部相对的第二端部上，并且筒塞可以被构造成密封筒管202的第二端部。如下文所描述的图9所示，筒塞212可以防止灌封化合物进入到筒管202的内部中。

参考图7A至图7B，示出了示例探针组件102的透视图。如图所示，探针组件可以包括探针配件104、探针杆106和磁性芯108。如对于本领域的普通技术人员将显而易见的那样，磁性芯108的位置在筒管202内的移动可以通过经由与其可通信地联接的线束206传输的一个或多个线圈元件(例如，主线圈214、次级线圈216等)之间的差分电压读数来确定。因此，传感器线固位设备200操作以减小或以其他方式防止对线束206的损坏，从而确保来自探针组件102的一致且准确的读数。

参照图8A至图8B，示出了如图1所示的组装好的传感器组件的透视图，并且参照图9，示出了沿着图8A的线B-B的传感器组件的剖视图。如图9所示，传感器组件100(其包括传感器线固位设备200)可以包括被设置在传感器线固位设备和壳体之间的灌封化合物302。如对于本领域的普通技术人员将显而易见的那样，该灌封化合物302(例如，聚氨酯、硅氧烷等)可以操作以降低传感器线固位设备200和壳体300之间的相对运动。

参照图10，示出了另选的传感器线固位设备400(例如，设备400)的剖视图。如图所示，在一些实施方案中，设备400可以包括围绕筒管202附接的一个或多个垫圈204(例如，磁性垫圈)，其中每个垫圈205限定四个(4)线槽205。类似于以上参考图2至图5描述的实施方案，一个或多个(例如，四个(4))线槽205可以被构造成接收被定位在这些线槽205内的线束206(或多个线束206)的一个或多个线。如上所述，被设置在线周围的(多个)返回屏蔽元件208可以被构造成压缩线。为了确保适当的压缩，线槽205的尺寸(例如，大小和形状)(例如，返回屏蔽元件208和垫圈204之间的距离)被优化成使得线(例如，引线)在返回屏蔽元件208和垫圈204之间始终处于压缩状态。虽然本文参考限定两个(2)线槽和四个(4)线槽的实施方案描述和示出了本公开，但本公开设想，基于所期望的应用，垫圈204可以在任何位置处限定任意数量的线槽205。

本发明所属领域的技术人员在受益于前述描述和相关附图中呈现的教导之后，将想到本文所阐述的本发明的许多修改和其他实施方案。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施方案，并且修改和其他实施方案旨在被包括在所附权利要求书的范围内。尽管本文采用了特定术语，但它们仅以一般性和描述性意义使用，而不是出于限制的目的。

Claims (9)

1.一种传感器线固位设备，包括：

筒管，其中所述筒管限定中空内部，所述中空内部被构造成接收被插入其中的探针组件；

一个或多个线圈元件，所述一个或多个线圈元件被卷绕在所述筒管的至少一部分周围；

一个或多个垫圈，所述一个或多个垫圈围绕所述筒管附接，其中所述一个或多个垫圈中的每一个限定一个或多个线槽；

线束，所述线束包括一个或多个线，其中所述线束的所述一个或多个线中的每一个被定位在所述一个或多个垫圈的所述一个或多个线槽内并且被构造成与被插入在所述筒管中的所述探针组件可通信地联接；和

返回屏蔽元件，所述返回屏蔽元件被设置在位于所述一个或多个垫圈的所述一个或多个线槽内的所述线周围，其中所述返回屏蔽元件被构造成在所述一个或多个垫圈和所述返回屏蔽元件之间压缩所述线束的所述一个或多个线，以便减小由所述线经受的应变，

其中，所述返回屏蔽元件还包括各自在与所述一个或多个线槽相对应的所述筒管的一部分周围延伸的两个半圆柱形半件。

2.根据权利要求1所述的传感器线固位设备，其中，所述一个或多个垫圈中的每一个限定各自被构造成接收所述线束的一个或多个线的两个线槽。

3.根据权利要求2所述的传感器线固位设备，其中，每所述两个线槽由所述一个或多个垫圈中的每一个的相对侧限定。

4.根据权利要求1所述的传感器线固位设备，还包括被设置在所述筒管的第一端部上的前配件，其中所述前配件被构造成邻接被插入在所述筒管内的所述探针组件的一部分。

5.根据权利要求4所述的传感器线固位设备，还包括被设置在所述筒管的与所述第一端部相对的第二端部上的筒塞，其中所述筒塞被构造成密封所述筒管的所述第二端部。

6.根据权利要求1所述的传感器线固位设备，还包括被卷绕在所述一个或多个线圈元件周围的一个或多个绝缘带层。

7.根据权利要求6所述的传感器线固位设备，其中，所述一个或多个线圈元件还包括主线圈和次级线圈，并且所述一个或多个绝缘带层还包括第一带层、第二带层和第三带层，并且，其中：

所述主线圈被卷绕在所述筒管周围；

所述第一带层被卷绕在所述主线圈周围；

所述次级线圈被卷绕在所述第一带层周围；

所述第二带层被卷绕在所述次级线圈周围；

所述返回屏蔽元件被卷绕在所述第二带层周围；并且

所述第三带层被卷绕在所述返回屏蔽元件周围。

8.根据权利要求1所述的传感器线固位设备，还包括壳体，所述壳体被构造成在其中接收所述传感器线固位设备。

9.根据权利要求8所述的传感器线固位设备，还包括设置在所述传感器线固位设备和所述壳体之间的灌封化合物，以便减小所述传感器线固位设备和所述壳体之间的相对运动。

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