CN1245888A - 一种用于液压缸的位置检测装置 - Google Patents

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Abstract

位置检测装置包括一有活塞(26)的液压缸(20)。超声波收发装置(31)在活塞(26)的移动范围之外置于活塞(26)的一端。一传感器检测活塞(26)是否处于预定的位置。CPU(45)向超声波收发装置(31)发出电信号,以发射超声波,并且还接收来自装置(31)之表示反射波的电信号。CPU(45)计算活塞(26)的位置值,其是传播时间的函数,该时间是指从超声波发射到被接收的时间。当活塞(26)处于基准位置时,确定波速。并计算活塞(26)的当时位置。

Description

一种用于液压缸的位置检测装置
本发明涉及一种用于移动物体的位置检测装置。具体地说，本发明涉及一种用于检测活塞在工程车辆之液压缸内位置的装置。
常用的叉车设置有用于升降货物的车叉。一些叉车还装配有自动控制装置，这种控制装置用于将车叉升降到一预定的位置上。这种自动控制装置需要一个车叉高度传感器，以连续检测车叉的高度。
卷筒式的车叉高度传感器在本领域内是公知的。一个卷筒式传感器包括导线，用于卷绕导线的卷筒和一个旋转传感器，例如电位计。导线的一端被连接到一内部支架上。旋转传感器检测卷筒的旋转。车叉的高度是根据卷筒的旋转位置而被检测的。
但是，导线是外露的。因此，当叉车工作时，导线就可能通过与其它物体的接触而损坏，这种接触可能切断导线或损坏电位计。从而降低了传感器的可靠性。
为解决上述问题，引入了一种利用超声波传感器的车叉高度检测装置。这种车叉高度检测装置包括一用于升降车叉的提升油缸和一个设置于提升油缸内的超声波传感器。超声波传感器检测活塞在提升油缸内的位置。车叉的高度以检测到的活塞位置为基础。具体地说，提升油缸包括一个圆筒形的壳体，一容纳于壳体内的活塞和一个超声波元件。超声波元件设置于圆筒形壳体的底部。超声波元件向活塞的端面发射超声波，并接收反射回来的超声波。超声波元件与活塞之间的距离或活塞的位置可根据超声波的传播时间或从超声波输出至接收到反射波的时间被计算出来。车叉的高度可根据检测到的活塞位置计算出来。与卷筒式传感器不同，超声波高度检测装置的工作部件不是外露的。因此，高度检测装置就不易损坏，从而提高了可靠性。
但是，超声波传感器的检测精度低。源于超音元件的超声波通过圆筒形壳体或储油室内的油传播。如图6所示，超声波的传播速度(声速)根据油的温度而变化。从而，当活塞停留在某一位置上时，超声波传感器检测到的位置就会根据油的温度而变化，如图7所示。提升油缸内的油温被周围的温度和叉车的工作时间所改变。油的温度变化降低了车叉高度检测装置的检测精度。
因此，检测到的活塞位置包括由于油的温度而产生的误差，因此不能检测到车叉的精确位置。另外，低精度的高度检测又降低了车叉控制的精确性。
为了从超声波元件发射超声波，一个振荡信号被传送到超声波传感器内的超声波振荡器。一旦开始振荡，那么当振荡信号停止后，超声波元件不会立刻停止振荡。当振荡信号衰减时，超声波振荡还将在一段时间内继续。这就叫做回响。
如图11所示，存在于超声波元件中的回响形成一个电压信号。因此，如果在回响时，超声波元件接收到超声波的反射，那么反射波就会与回响混合，其中超声波是由超音振荡器产生的。就是说，反射波与回响没有区别。这就降低了检测值的可靠性。因而，使用具有这种超声波元件的车叉高度传感器就产生了一个问题。当车叉位于最低位置上时，提升油缸的位置非常靠近超声波元件。此时，被活塞反射回来的超声波就可能与超音元件产生的连续超声波干涉，从而不能精确检测到活塞的位置或车叉的高度。
因此，本发明的一个目的是提供一种位置检测装置，用于连续精确地检测一移动物体的位置。
为实现上述目的及其它目的并且根据本发明的目的提供一种用于液压缸内活塞的位置检测装置。活塞可通过流体或流体压力在一预定范围内轴向移动。该位置检测装置包括一设置于工作缸内的超声波收发装置，一基准位置检测装置和一台计算机。收发装置在活塞移动范围之外设置于靠近工作缸的一端。该收发装置根据电信号通过流体向活塞的反射面发射超声波。该收发装置接收由活塞反射回来的超声波，并产生一个与反射波对应的电信号。基准位置检测装置检测活塞是否处于预定的基准位置。计算机向收发装置输送一个电子发射信号，该电信号使收发装置发射超声波信号。计算机还接收来自收发装置的电子接收信号。计算机计算出一个时间值，该时间值表示从发射超声波到接收到反射波的时间。计算机还计算出速度显示值，该值表示当活塞位于基准位置时超音信号的速度。此外，计算机还根据速度显示值和时间值的当时读数计算出活塞的当时位置。
本发明可应用于具有活塞的液压缸。活塞可通过流体压力在一预定范围内轴向移动。该液压缸包括一个设置于液压缸内的超声波收发装置和一个基准位置检测装置。该收发装置在活塞的移动范围之外靠近液压缸的一端设置。该收发装置根据电信号通过流体向活塞的反射表面发射超声波。收发装置接收被活塞反射回来的超声波并产生一个与反射波对应的电信号。基准位置检测装置检测活塞是否处于预定的基准位置。
本发明可用于包括机具、支架和位置检测装置的工业车辆。支架可使机具移动。位置检测装置检测支架的位置。这种位置检测装置包括一检测机具位置的计算机。
本发明可用于具有活塞的液压缸。液压缸包括一发射元件和一接收元件。发射元件设置于液压缸内，以向活塞的反射表面发射超声波。接收元件设置于液压缸内并与发射元件分开。该接收元件接收被活塞反射回来的超声波。
本发明可应用于位置检测装置，该检测装置用于检测液压缸内活塞的位置。该位置检测装置包括一发射元件、一接收元件和一计算机。发射元件设置于液压缸内，并设置于活塞的移动范围之外。该发射元件根据电信号通过流体向活塞的反射表面发射超声波。接收元件设置于液压缸内，并设置于活塞的移动范围之外。接收元件与发射元件分开。接收元件接收被活塞反射回来的超声波，并产生一个与反射波对应的电信号。计算机向发射元件输送一个电信号，以使发射元件发射超声波。计算机接收电信号，该电信号与来自接收元件的反射超声波对应。计算机计算出一个距离检测值，该值为传播时间的函数，其中传播时间是指从超声波被发射到接收到反射波的时间。
本发明可应用于工业车辆，这种工业车辆包括机具、用于移动机具的支架、用于检测支架位置的位置检测装置和用于移动支架的液压缸。液压缸包括一活塞。
另外，本发明还可体现在用于检测液压缸内活塞位置的方法。这种方法包括：通过流体从一固定位置向活塞周期性发射超声波信号；接收反射回来的超声波信号；测量从超声波信号被发射到接收到反射回来的超声波信号的时间；判断活塞是否处于基准位置，其中基准位置位于距固定位置有一预定距离处；当活塞处于基准位置上时，根据测得的时间和基准位置，计算出表示超声波信号速度的速度显示值；并根据该速度显示值和测得之时间的当时读数，计算出活塞的当时位置。
本发明还体现在用于检测液压缸内活塞位置的另一方法中。该方法包括：通过流体从第一位置向活塞发射超声波信号；在第二位置接收反射回来的超声波信号，其中第一位置与第二位置有一定间隔；测定从超声波信号被发射至接收到反射回来的超声波信号的时间；根据测得的时间计算活塞的当时位置。
结合附图，通过以下的说明及通过体现本发明之原理的实施例将会清楚本发明的其它方面及优点。
结合附图，参照对本发明之最佳实施例的说明，将会更好地理解本发明及其目的和优点，其中附图：
图1为一示意图，该图示出了根据本发明第一实施例的高度检测装置；
图2为一放大的局部剖视图，该图示出了图1的提升油缸；
图3为一侧视图，该图示出了装配有图1之高度检测装置的叉车；
图4为一示意图，该图示出了根据本发明之第二实施例的高度检测装置；
图5为一剖视图，该图示出了根据本发明第三实施例的高度检测装置；
图6为一曲线图，该图示出了液压油的温度与油中的声速之间的关系；
图7为一曲线图，该图示出了液压油的温度与检测到的活塞位置之间的关系；
图8为一剖视图，该图示出了根据本发明第四实施例的高度检测装置；
图9为一放大的局部剖视图，该图示出了图8的提升油缸；
图10为一曲线图，该图示出了图8之高度检测装置上的超声波发射元件和接收元件所产生的电压信号；
图11为一曲线图，该图示出了超声波发射-接收元件所产生的电压信号。
现在，参照图1至3，对根据本发明第一实施例之用于叉车的高度检测装置进行说明。
如图3所示，一工程车辆或叉车10包括支架组件12，该组件设置于车底架11的前部。支架组件12包括一对外支架13和一对内支架14。内支架14设置于外支架13内部，并可相对外支架13升降。一提升托架16设置于内支架14内部。一负载装置或车叉15被提升托架16所支承。提升托架16悬挂在链条19上，并可相对内支架14升降。链条19与设置于一个内支架14之上端的链轮18啮合。链条19的另一端与横梁17相连接，该横梁17又使外支架13组合一起。一对倾斜油缸与底架11连接，以使外支架13倾斜。每个倾斜油缸62都包括一杆件63，杆63的远端与对应的外支架13连接。
一对液压缸或液压提升油缸20设置于支架组件12之后。每个提升油缸20都包括一缸体21和一活塞杆22，其中缸体21固定在相应的外支架13上。每个活塞杆22的上端都与对应的内支架14连接。
如图1所示，每个提升油缸20的缸体21都包括一圆筒形的壳体23、一底座24和一杆套25。一活塞26被容纳于壳体23内并与活塞杆22的下端连接。
一空气室27在活塞26之上形成于缸体21内。一储油室28在活塞26之下形成。空气室27与一空气出口29相连接。
一止动台肩30形成于底座24的顶部。止动台肩30通过接触活塞26的底面而限制活塞26向下的移动。一传感器室32形成于止动台肩30之下方，以容纳一超声波发射装置31。一口结构33形成于腔室32的侧壁上。油通过口33供给储油室28或从储油室28排出。该口结构33通过一个流量调节阀(未示出)与一控制阀(未示出)连接。该控制阀设置于底架11内，并由一提升杆所控制。
一限位开关39被连接到左侧外支架13的背后。内支架14被一系梁所连接。用于启动限位开关39的卡爪41被连接到系梁40的背后。限位开关39和卡爪41检测车叉15是(否)处于基准位置HR。
车叉15的高度之范围为从0到HMAX。当车叉15处于基准位置HR时，限位开关39被卡爪41所启动。
活塞26的位置与车叉15的高度相对应。活塞26在从0到SMAX的范围内移动。活塞26的基准位置SR与车叉15的基准位置HR相对应。活塞26的基准位置SR也可与车叉15的任一高度相对应，所说的任一高度等于或大于0而小于中间高度(HMAX/2)。例如，活塞26的位置SR可与为零的车叉高度对应。
如图2所示，超声波收发装置31包括一壳体34，一隔音材料35，一超声波元件36和一顶盖37。壳体34被拧入底座24的底部。隔音材料35被固定到壳体34的上端。超声波元件36被固定到隔音材料35的顶部。一对信号导线38被连接到起声波元件36上，并从壳体34的底部延伸。顶盖37覆盖住超声波元件36和隔音材料35。
超声波元件36包括一个正对活塞26底部的发射-接收表面，以发射和接收超声波。当其通过导线38接收具有预定频率的高频信号时，超声波元件36将会振荡，以从发射-接收表面向活塞26的底部发射超声波。接着，超声波元件36通过发射-接收表面接收被活塞26的底部反射回来的超声波，并根据反射波的波幅由导线38输出一个信号。
参照图1，超声波收发装置31的导线38被连接到底架11内的控制单元42上。该控制单元42包括一发射-接收电路43和一微型计算机44。导线38与发射-接收电路43相连接。发射-接收电路43与微型计算机44相连接。限位开关39也与微型计算机44相连接。
发射-接收电路43具有传统的电路结构，并包括一发射器回路和一接收器回路(二者均未示出)。发射器回路包括一个振荡回路和一激励回路，而接收器回路包括一个放大器、一个带通回路、一个检测装置和一个比较装置。微型计算机44命令发射-接收电路43在某一时间并在一定期限内起振超声波元件36。当从超声波元件接收到具有大于预定值波幅的信号时，发射-接收电路43将向微型计算机44输出一个检测脉冲信号。
微型计算机44包括一中央处理器(CPU)45、一只读存储器(ROM)46、一随机存取存储器(RAM)47和一计算器48。ROM46内存储着可由CPU执行的程序和表示基准位置SR的数据。
CPU45控制着发射-接收回路43，从而使超声波收发装置31在某一时间发射一定期限的超声波。在超声波的发射之间的周期设定为大于当活塞26位于位置SMAX上时超声波从超声波收发装置31发出到返回接收装置31的传播时间。在每个周期内，CPU45都会由计算器48测定出从超声波被发射至接收到反射回来的超声波的时间。CPU45将测得的时间设定为经历的时间tX，它与活塞26的当时位置对应。CPU45在每次发射超声波时都要测定和更新该经过的时间tX。
当接收到来自限位开关39的检测信号时，CPU45可判断活塞26是处于基准位置SR。此时，CPU45将一基准时间tR存储在RAM47中。基准时间tR等于限位开关39检测到活塞26处于基准位置SR上时当时经过的时间tX。CPU45利用当时测定的经过时间tX，存储的基准时间tR及基准位置SR。根据如下等式(1)计算出活塞26的当时位置SX。检测经过时间tX时的油温基本等于测定基准时间tR时的油温。
SX＝tX.v×SR/(tR.v)＝tX×SR/tR     (1)
数值v表示超声波在油中的速度。数值v是油之温度的函数。
参照等式(1)，在某一油温下，当活塞26处于基准位置SR上时的经过时间tX被设定为基准时间tR。因此，比率SR/tR为一个校正系数，用该系数乘以经过时间tX。该校正系数为超声波在当时油温下的速度v。因此，校正系数SR/tR有时又被称为速度显示值。因此，利用校正系数SR/tR，就可计算出由基准位置SR测得的活塞26之位置SX。换言之，活塞26的位置SX被精确地校正，因考虑了油的温度。
数值tX.v为一距离检测值，数值tR.v为一当基准位置SR被检测时的距离检测值。数值SR/(tR.v)为基准位置SR与检测到的基准位置SR的距离之比。
每次当CPU45接收到源于限位开关39的检测信号时，或者每次当限位开关检测基准位置SR时，CPU45都用最近检测到的经过时间tX更新基准时间tR。接着，CPU45将更新的基准时间tR存储在RAM47中。这样，CPU45就可更新校正系数SR/tR，从而使校正系数SR/tR与当时的油温对应。因此，即使油的温度变化，活塞26的位置SX也可被精确地检测出来。
CPU45参照预定的公式利用算得的活塞26之位置SX计算出车叉15的高度。
现在说明高度检测装置的操作。
起动叉车10使控制单元42内的微型计算机44启动。此时，CPU45使用基准时间tR的初始值，例如当油的温度为20℃时的时间tR。CPU45根据利用公式(1)连续测得的经过时间tX和基准时间tR计算出活塞的位置SX。
当操作人员控制提升杠杆(未示出)以接通或关闭控制阀，从而向储油室28供油或从储油室28排油时，活塞26就会被升高或降低。活塞26的移动将使活塞杆22伸出或缩回，这样就可以升高或降低车叉15。因此，使车叉15的高度改变。
根据CPU45的命令，超声波收发装置31发射超声波。超声波通过油到达活塞26的底部，然后被反射。接下来，反射回来的波被收发装置31所接收。从超声波被发射至接收到反射波的时间决定于油的温度。当接收到被反射的超声波时，超声波收发装置31向发射-接收电路43输出一个接收信号。接着，发射-接收电路43向微型计算机44输出一个检测信号。CPU45利用计算器48测定从其命令收发装置31发射超声波到CPU45接收到一检测信号的时间。然后，CPU45用测得的时间更新经过时间tX。该更新后的经过时间tX表示当时的活塞位置SX。
当车叉15处于基准位置HR时，限位开关39向微型计算机44发出一个检测信号。根据接收到的检测信号，CPU45将在当时测得的经过时间tX设定为与基准位置SR对应的基准时间tR，并将该基准时间tR存储在RAM47中。直到下次更新基准时间tR，CPU45计算活塞26的位置SX时，假设油的温度与测得时间tR时的温度相同。当车叉15移动时，CPU45利用公式(1)根据新测得的经过时间tX、基准位置SR和基准时间tR计算出活塞的位置SX，当完成这些计算时，从上次被更新基准时间tX起还未经过多少时间，故当时的油温度与测定基准时间tR时的油温基本相同。因此，计算出的活塞位置SX是一个精确值，因该值考虑了油的温度。
当提升油缸20往复移动时，活塞26反复通过限位开关39，这样就增加了油的温度。活塞26每次通过基准位置SR时，该限位开关39就会输出一个检测信号。CPU45每次接收到一新的限位开关39的检测信号时，CPU45就会用一个与当时油温相应的值更新存储于RAM47中的基准时间tR。CPU45根据最近测得的tX、基准位置SR和更新的基准时间tR便可利用公式(1)得到活塞的位置SX。因此，即使油的温度改变，由于考虑了当时油的温度，故活塞的位置SX可被精确计算出来。
图1至3的高度检测装置具有以下优点。
(1)车叉15每次通过基准位置HR时，基准时间tR都要被更新。就是说，基准时间tR不断地反映了当时油的温度，这就消除了由于油的温度改变而产生的活塞位置的误差。从而，可精确而连续地检测到车叉15的高度。因此，基于车叉15之位置所进行的各种控制就会精确了。
(2)不用测定油的温度就可检测到活塞的位置SX。从而，提升油缸20不需要温度传感器检测油的温度。此外，传统的提升油缸可被用作提升油缸20。
(3)限位开关39设置于低于车叉15之移动范围中部的较低范围内。而车叉15经常在较低的范围内移动。因此，基准时间tR经常被更新。从而可精确检测车叉15的位置。
(4)由于超声波的传播与接收仅由一个传感器或超声波接收装置31来完成，因此接收装置31可被装配在较小直径的提升油缸内。换言之，就可在小直径的提升油缸内精确检测活塞26的位置SX。
(5)基准位置SR由限位开关39检测出来。由于限位开关39比较便宜，因此，就可以在不明显增加制造成本的前提下实现车叉位置的精确检测。
参照图4，对本发明之第二实施例作出说明。图4的装置与图1至3的装置区别之处在于：图4中的装置设置有多个限位开关50、51和52，由微机44执行的程序不同于图1至3之实施例中的程序。类似或相同的附图标记表示与图1-3对应的类似或相同部件。
限位开关50、51、52分别在基准位置HR1、HR2、HR3连接到左侧的外支架13上。车叉的基准位置HR1、HR2、HR3与活塞26的基准位置SR1、SR2、SR3对应。限位开关50、51、52分别检测活塞26是否处于基准位置SR1、SR2、SR3之一的位置上。位置HR1、HR2、HR3分别与下部高度范围、中部高度范围和上部高度范围对应。限位开关50至52由卡爪41启动，并与控制单元42的微机44相连接。
与图1至3的实施例相同，CPU45检测从命令超声波接收装置31发射超声波到接收装置31接收到相应的反射波的时间。接着，CPU45将测得的时间存储在RAM47中作为一个与活塞26之位置对应的经过时间tX。
当接收到源于限位开关50至52之一的检测信号时，CPU45将测得的时间存储在RAM47中作为相应于限位开关50至52之基准位置SR1、SR2、SR3的基准时间tR。CPU45基于最近测得的经过时间tX、存储的基准时间tR和与基准时间tR对应的基准位置SR1、SR2、SR3并利用如下的公式计算出活塞26的位置SX。
SX＝tX.v×SR(N)/tR.v＝tX×SR(N)/tR    (2)
其中SR(N)为位置SR1、SR2、SR3之一。
公式(2)基本与图1至3之实施例的公式(1)相同。但在图4的实施例中，基准位置SR1、SR2、SR3之一被用作基准位置SR(N)。
现在对图4之高度检测装置的操作作出说明。
当叉车10被起动，并且车叉从最下边的位置向最上边的位置移动时，限位开关50、51、52分别连续检测基准位置SR1、SR2、SR3。当接收到限位开关50至52之一的检测信号时，CPU45将经过时间tX存储为一个用于相应位置SR1、SR2、SR3的基准时间tR。CPU45根据刚刚测得的经过时间tX、基准时间tR和与基准时间tR对应的基准位置SR1、SR2、SR3之一并利用公式(2)计算出活塞26的位置Sx。
当车叉15在较高的高度范围上工作时，活塞26则在提升油缸20之一有限的上部范围内移动。因此，基准位置SR1、SR2不是由限位开关50、51来检测。但是基准位置SR3经常被检测。从而，使基准时间tR经常被更新，并在考虑油的温度情况下精确计算出活塞的位置Sx。
在图4的实施例中，设置有三个基准位置SR1、SR2、SR3，它们分别与车叉15之下部高度范围、中部高度范围和上部高度范围对应。因此，当车叉15以较长的时间在一有限的高度范围内工作时，至少可以检测到一个基准位置SR(N)，从而更新基准时间tR。这样就能够实现车叉15之高度的精确检测。
在第三实施例中，不是检测车叉15的高度，而是直接检测活塞26的高度，因为车叉15的高度与活塞的位置对应。
如图5所示，用一磁体60和一磁性接近传感器61替代了限位开关39、50、51、52和卡爪41。磁体60与接近传感器61可检测活塞26的位置。磁体60被固定到活塞20的圆周表面上。接近传感器61被固定于圆筒形壳体23的外表面上，以检测活塞26的基准位置SR。接近传感器61的位置这样被确定：当活塞26处于基准位置SR时，传感器61能够检测到磁体60。
由于活塞26不会剧烈地振动，因此传感器61能够精确检测活塞26的位置。而且，磁体60被设置于缸体21内并且没有外露。因此，即使有外物击打缸体21，磁体60也不会损坏。由于磁体60不与接近传感器61接触，因此持续使用也不会磨损磁体60和传感器61。这样，基准位置SR的检测就能够长期保持精确。
参照图8和9对根据本发明第四实施例的高度检测装置进行说明。图8和9的实施例与图1至6的实施例区别之处在于：所采用的超声波收发装置129设置一独立的发射装置和应用一独立的接收装置。在图8和9的实施例中，省去了限位开关39和卡爪41。
如图8和9所示，超声波收发装置129设有一超声波发射装置132和一超声波接收装置133。一收发装置129的壳体134包括一发射器凸起135和一接收器凸起136。隔音材料137设置于发射器凸起135的顶部。一发射元件138固定于隔音材料137的顶部。发射元件138发射超声波。隔音材料139设置于接收器凸起136的顶部。一用于接收超声波的接收元件140固定于隔音材料139的顶部。接收元件140接收超声波。发射器凸起135、隔音材料137及发射元件138被一顶盖141所覆盖。接收凸起136、隔音材料139及接收元件140被一顶盖141所覆盖。发射装置132包括发射凸起135、隔音材料137和发射元件138。接收装置133包括接收凸起136、隔音材料139和接收元件140。
一对导线142穿过壳体134连接到发射元件138上。一对导线143穿过壳体134连接到接收元件140上。导线142、143与设置于车底架11上的控制单元42相连接。
发射元件138包括一发射表面，该表面正对活塞26的底部。接收元件140包括一接收表面，该表面正对活塞26的底部。当通过导线142接收到发射信号时，发射元件138就会振荡以从发射表面向活塞26的底部发射超声波。接收元件140接收被活塞26底部反射回来的超声波并根据接收到的波幅通过导线143输出一个接收信号。
基于接收到一微机45的控制信号，该发射-接收电路43输出一个发射信号，从而发射元件138以一预定的频率振荡。另外，当从接收元件140接收到一个预定幅度或较大幅度的信号时，该发射-接收电路43就会向微机44输出一个检测脉冲信号。
CPU45用计算器48测定从发射超声波到CPU45接收到来自发射接收电路43的检测信号时的时间。CPU45计算出对应于计算器48所测时间的距离。另外，CPU45将检测到的距离与车叉15的高度联系起来。此时，就可使用检测到的距离。或者，使用预定的公式得到对应于车叉15之高度的高度值。
当CPU45发出命令时，发射元件138发射超声波。超声波在活塞26的底面被反射。反射波被接收元件140所接收。从发射超声波到接收到反射波的时间与活塞26的位置或车叉15的高度相对应。当接收到反射波时，接收元件140向发射接收电路43输出一个接收信号。发射接收电路43向微机44输出一个检测信号，该检测信号与接收信号对应。CPU45用计算器48测定从命令发射元件138发射超声波到CPU45接收到相应的检测信号时的时间。根据测得的时间，CPU45计算出到活塞26的距离值。
如果车叉15位于最下边的位置上，那么活塞26与发射装置132及接收装置133之间的距离就极短。当发射元件138发射超声波时，该接收元件140接收被活塞26反射的超声波，但此时仍留有(回响)振荡。如图10所示，当通过反射波而产生一接收信号时，就会由于回响产生一个电压信号。但是，与发射元件138分开的接收元件140接收反射波。因此，发射-接收电路43不会通过接收元件140接收基于回响的信号。换言之，发射-接收电路43仅接收基于反射波的接收信号。因此，即使存在回响，反射波到达接收元件140时，或者如果活塞26非常靠近超声波收发装置129，CPU45也能够不受发射元件138回响之振荡的影响精确检测活塞26的位置。从而，可在提升油缸20的整个移动范围内精确检测车叉15的高度。
在该实施例中，发射元件138与接收元件140作为一个装置可拆卸地连接到提升油缸20上。因此，元件138、140易于连接到提升油缸20上，或从其上拆卸下来。而发射元件138和接收元件140可形成于分开的传感器壳体上。这样，发射元件138和接收元件140就可单独连接到提升油缸20上或单独从提升油缸20上拆卸下来。
本领域的技术人员应该清楚：在不脱离本发明的范围内，可以许多其它的具体形式实施本发明。具体地说，应该理解：本发明可以如下的方式被实施。
在图示的实施例中，发射-接收电路43和微机44可与超声波传感器31、129组成一体。这样，超声波收发装置31、129就可以直接输出一个活塞位置Sx的距离检测值。可根据微机的距离检测值控制车叉15的高度，其中微机设置于车底架上。底架上的微机不必控制超声波的发射或计算活塞26的位置。因此，底架上的微机仅执行非常少的程序，从而减轻了微机的工作负荷。
在图1至4的实施例中，限位开关39、50、51、52可用非接触式的开关例如接近开关和光电开关所代替。所说的接近开关包括霍尔元件式接近开关、磁阻接近开关和高频止动式接近开关，其中霍尔元件式接近开关为一磁性传感器。光电开关可包括发射光电开关、反射式光电开关和光导纤维式光电开关。非接触型传感器具有无磨损的部件，这就使设备能够长期地精确检测车叉的高度。
本发明可用于检测一个倾斜油缸62之行程的装置，其中倾斜油缸62与支架部件12相连接。倾斜油缸62的行程表示支架部件12的倾角。因此，可根据检测到的行程连续检测支架部件12的倾角。这种结构可以不考虑油的温度通过检测倾斜油缸62的活塞位置而检测要被检测的所述倾角。从而，使基于支架部件12之倾角而进行的控制将会精确。
这种机具不只限于图示的车叉15，而是可包括侧移车叉、铰接车叉、转动车叉、钩环夹、轧辊夹、RAM或其它公知的机具。
图示的实施例可应用于其它具有液压缸的工程车辆。例如，这些实施例可用于载重车辆或建筑施工车辆。本发明还可应用于各种工作缸，而不限于油缸，例如用于液压缸和流体缸。例如，本发明可应用于通过液压缸控制铲斗的铲车，本发明还可应用于高的提升作业的车辆，这种车辆设置有悬臂，可通过伸缩液压缸控制悬臂的角度。
本发明的实施例仅是说明性的而不是限制性的。本发明并非局限于给出的具体说明，而是可在所附权利要求书的范围内作出修改。

Claims (32)

1.一种用于液压缸内活塞(26)的位置检测装置，其中活塞(26)可在一预定的范围内通过流体和流体压力轴向移动，这种位置检测装置包括一设置于液压缸内的超声波收发装置(31)，收发装置(31)在活塞(26)的移动范围之外靠近液压缸(20、62)的一端设置，其中收发装置(31)根据一电信号通过流体向活塞(26)的反射表面发射超声波，其中收发装置(31)接收被活塞(26)反射回来的超声波并产生一与反射波对应的电信号；该位置检测装置之特征在于：
一基准位置检测装置(39、41；50-52；60、61)，用于检测活塞(26)处于一预定的基准位置；和
一计算机(45)，用于向收发装置(31)发出一电子发射信号，使收发装置(31)发射超声波信号；该计算机还用于接收来自收发装置(31)的电子接收信号；计算机(45)计算出从超声波被发射到反射波被接收的时间值；计算机(45)计算出速度显示值，该显示值表示活塞(26)处于基准位置上时超声波信号的速度，计算机(45)根据速度显示值和当时的时间值读数计算出活塞(26)的当时位置。
2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于：所说的基准位置为第一基准位置，并且包括一个与第一基准位置不同的第二基准位置，其中基准位置检测装置(50-52)检测活塞(26)是否位于一个基准位置上，当活塞(26)移向任何一个基准位置时，计算机(45)就会更新速度显示值。
3.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于：液压缸(20、62)形成叉车(10)的一部分，并且叉车(10)包括一与液压缸(20、62)连接的支架(13、14)和可被支架(13、14)移动的机具。
4.根据权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于：所说的液压缸包括一沿大致的垂直方向升降支架(14)的提升油缸(20)，其中所说的机具包括一车叉(15)。
5.根据权利要求4所述的位置检测装置，其特征在于：所说的基准位置位于活塞(26)的移动范围内，活塞的移动范围与机具的移动范围对应。
6.根据权利要求5所述的位置检测装置，其特征在于：所说的基准位置位于活塞(26)的移动范围内，该位置低于活塞(26)的中间位置。
7.根据权利要求4所述的位置检测装置，其特征在于：所说的叉车(10)包括一外支架(13)和一内支架(14)，内支架(14)可被提升液压缸(20)升高和降低，所说的基准位置检测装置包括一卡爪(41)，该卡爪与内支架(14)相连接，还包括一限位开关(39)并连接到外支架(13)上。
8.根据权利要求3所述的位置检测装置，其特征在于：所说的液压缸为一倾斜液压缸(62)，该液压缸用于使支架(13)倾斜，其中所说的机具包括一车叉(15)。
9.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于：所说的基准位置检测装置(39，41；50-52)包括一开关。
10.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于：所说的基准位置检测装置包括一非接触式传感器(60、61)。
11.根据权利要求10所述的位置检测装置，其特征在于：所说的基准位置检测装置包括一设置于活塞(26)上的被检测部件(60)和设置于一固定部件(21)上的传感器部件(61)，其中传感器部件(61)可检测所说的被检测部件(60)。
12.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于：所说的收发装置(31)包括一个发射-接收元件(31)，该元件可发射并接收超声波。
13.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于：所说的计算机(45)利用如下的等式计算活塞(26)的当时位置：
Sx＝tX×SR/tR
其中Sx表示当时的活塞(26)之位置，tX表示当时的时间值，SR表示当活塞(26)位于基准位置上时，从收发装置(31)到活塞(26)的距离，tR表示当活塞(26)位于基准位置上时，检测到的时间值。
14.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于：所说的速度显示值表示超声波的速度，并且可通过将活塞(26)处于基准位置上时从活塞(26)到收发装置(31)的距离除以当活塞(26)处于基准位置上时的时间值而计算出来。
15.一种具有活塞(26)的液压缸，其中活塞(26)可通过流体的压力在一预定范围内轴向移动，这种液压缸包括一设置于液压缸(20、62)内的超声波收发装置(31)，收发装置(31)在活塞(26)的移动范围之外靠近液压缸(20、62)的一端设置，收发装置(31)根据电信号通过流体向活塞(26)的反射表面发射超声波，收发装置(31)接收被活塞(26)反射回来的超声波并产生一与反射波对应的电信号；所说的液压缸之特征在于：一个基准位置检测装置(39，41；50-52；60、61)用于检测活塞(26)处于一预定的基准位置上。
16.一种工程车辆，其包括：
一机具；
一支架(13、14)，用于移动机具；
一位置检测装置，用于检测支架(13、14)的位置，其中所说的位置检测装置包括：
一用于移动支架(13、14)的液压缸(20、62)，其中液压缸(20、62)包括一活塞(26)，活塞(26)可通过流体压力在一预定的范围内轴向移动；
一超声波收发装置(31)设置于液压缸(20、62)内，该收发装置(31)在活塞(26)的移动范围之外靠近液压缸(20、62)的一端设置，其中收发装置(31)根据电信号通过流体向活塞(26)的反射表面发射超声波，收发装置(31)接收被活塞(26)反射回来的超声波并产生一与反射波对应的电信号；其特征在于：
一基准位置检测装置(39，41；50-52；60、61)用于检测活塞(26)处于一预定的基准位置上；
一计算机(45)用于向收发装置(31)输出一电子发射信号，以使收发装置(31)发射超声波，计算机还用于接收来自收发装置(31)的电子接收信号，其中计算机(45)计算从超声波被发射到反射波被接收的时间值，计算机(45)计算速度显示值，该速度显示值表示当活塞(26)处于基准位置上时，超声波信号的速度，计算机(45)根据速度显示值和时间值的当时读数计算活塞(26)的当时位置，从而检测与活塞(26)之位置对应的机具位置。
17.根据权利要求16所说的工程车辆，其特征在于：所说的车辆为叉车(10)，所说的液压缸包括一提升液压缸(20)，用于沿基本垂直的方向升降支架(14)；所说的机具包括一车叉(15)。
18.根据权利要求16所说的工程车辆，其特征在于：所说的车辆为叉车(10)，所说的液压缸包括一倾斜液压缸(62)，该倾斜液压缸用于使支架(13)倾斜；所说的机具包括一车叉(15)。
19.一种具有活塞(26)的液压缸，活塞(26)可通过流体及流体压力在一预定的范围内轴向移动，所说的液压缸之特征在于：
一发射元件(138)设置于液压缸(20、62)内，以向活塞(26)的反射表面发射超声波；
一接收元件(140)设置于液压缸(20、62)内，所说的接收元件(140)与发射元件(138)分开，接收元件(140)接收被活塞(26)反射回来的超声波。
20.根据权利要求19所述的液压缸，其特征在于，还包括一用于支承发射元件(138)和接收元件(140)的壳体，所述的壳体与发射及接收元件(138、140)一起可拆卸地连接到液压缸(20、62)上。
21.一种用于液压缸(20、62)内的活塞位置检测装置，其中活塞(26)可通过流体及流体压力在一预定的范围内轴向移动，所述的位置检测装置之特征在于：
一发射元件(138)设置于液压缸(20、62)内，发射元件(138)设置于活塞(26)的移动范围之外，其中发射元件(138)根据电信号通过流体向活塞(26)的反射表面发射超声波；
一接收元件(140)设置于液压缸(20、62)内，该接收元件(140)设置于活塞(26)的移动范围之外，接收元件(140)与发射元件(138)分开，接收元件(140)接收被活塞(26)反射回来的超声波并产生一与反射波对应的电信号；和
一计算机(45)用于向发射元件(138)输出一电子发射信号，以使发射元件(138)发射超声波，计算机还接收来自接收元件(140)并与反射波对应的电信号，其中计算机(45)计算一距离检测值，该值为传播时间的函数，所说的传播时间是指从超声波被发射到超声波被接收时的时间。
22.根据权利要求21所述的位置检测装置，其特征在于：所说的液压缸(20、62)形成叉车(10)的一部分，而且叉车(10)包括一连接到液压缸(20、62)上的支架(13、14)和可被支架(13、14)移动的机具。
23.根据权利要求22所述的位置检测装置，其特征在于：所说的液压缸是一提升液压缸(20)，该提升液压缸(20)有选择地升高和降低用于升降机具的支架(14)，计算机(45)计算机具的高度，该高度与计算出来的活塞(26)之位置相对应。
24.根据权利要求23所述的位置检测装置，其特征在于，还包括用于控制机具高度的控制装置，其中机具的高度与计算出来的活塞(26)之位置相对应，所说的控制装置根据计算出来的活塞(26)之位置控制机具的高度。
25.根据权利要求22所述的位置检测装置，其特征在于：所说的液压缸为一个倾斜液压缸(62)，该液压缸用于使支架(13)倾斜，其中所说的机具包括一车叉(15)。
26.根据权利要求21所述的位置检测装置，其特征在于，还包括一基准位置检测装置(39，41；50-52；60，61)，用于检测活塞(26)处于一预定的基准位置上，其中计算机(45)确定当活塞(26)被检测到处于基准位置时的速度显示值，计算机(45)根据速度显示值和传播时间的当时读数计算活塞(26)的当时位置。
27.一种工程车辆，包括：
一机具；
一支架(13、14)，用于移动机具；
一位置检测装置，用于检测支架(13、14)的位置；
一液压缸(20、62)用于移动支架(13、14)，该液压缸(20、62)包括活塞(26)，活塞(26)可通过流体压力在一预定的范围内轴向移动，其特征在于：
一发射元件(138)设置于液压缸(20、62)内，该发射元件(138)设置于活塞(26)的移动范围之外，发射元件(138)根据电信号通过流体向活塞(26)的反射表面发射超声波；
一接收元件(140)设置于液压缸(20、62)内，该接收元件(140)设置于活塞(26)的移动范围之外，接收元件(140)与发射元件(138)分开设置，接收元件(140)接收被活塞(26)反射的超声波并产生一与反射波对应的电信号；和
一计算机(45)用于向发射元件(138)输出一电子发射信号，以使发射元件(138)发射超声波，计算机还接收来自接收元件(140)并与反射波对应的电信号，其中计算机(45)计算一距离检测值，该值为传播时间的函数，所说的传播时间是指从超声波被发射到超声波被接收时的时间。
28.根据权利要求27所述的工程车辆，其特征在于：所说的车辆为叉车(10)，其中液压缸包括一用于沿大体的垂直方向升降支架(14)的提升液压缸(20)，所说的机具包括一车叉(15)。
29.根据权利要求28所述的工程车辆，其特征在于：所说的车辆为叉车(10)，其中液压缸包括一用于使支架(14)倾斜的倾斜液压缸(62)，所说的机具包括一车叉(15)。
30.一种用于检测活塞(26)在液压缸(20、62)中之位置的方法，其包括：
通过流体周期性从一固定位置向活塞(26)发射超声波；
接收反射回来的超声波；
测量从超声波信号被发射到反射的超声波信号被接收的时间；其特征在于以下步骤：
判断活塞(26)是处于一基准位置上，其中基准位置距固定位置为一预定距离；
当活塞(26)处于基准位置时，根据测定的时间和基准位置计算速度显示值，该显示值表示超声波信号的速度；
根据速度显示值和所测时间的当时读数计算活塞(26)的当时位置。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，包括：如果活塞(26)返回到基准位置，那么就更新速度显示值。
32.一种检测活塞(26)在液压缸(20、62)中之位置的方法，其包括：
通过流体周期性地从第一位置向活塞(26)发射超声波，其特征在于以下步骤：
在第二位置上接收被反射回来的超声波信号，其中第一位置与第二位置隔开设置；
测量从超声波信号被发射到被反射的超声波信号被接收时的时间；
根据测定的时间计算活塞(26)的当时位置。
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