螺線管力測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種螺線管力測量系統(tǒng)(100)，包括：第一平板(112)，具有用于接收螺線管(402)的開口(108)；第二平板(114)，與第一平板(112)通過氣隙(106)分隔開；力檢測單元，位于第二平板(114)內(nèi)以便測量由螺線管(402)施加的力；耦合到第二平板(114)的高度控制設(shè)備(102)，該高度控制設(shè)備(102)被配置為調(diào)節(jié)氣隙(106)的尺寸。
【專利說明】螺線管力測量系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開實施例涉及一種螺線管力測量系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]螺線管由圍繞可移動銜鐵纏繞的電磁感應(yīng)線圈構(gòu)成。線圈被成形使得銜鐵能夠在中心移動并從中心移出，改變線圈的電感從而成為電磁體。施加到銜鐵的力使得銜鐵在增加線圈電感的方向上移動，在螺線管中的彈簧元件抵抗由磁場產(chǎn)生的力，并且將推桿朝向其原始位置偏置。
[0003]螺線管可以直接由電路來控制，并且可以具有非常低的反應(yīng)時間。螺線管被用在許多應(yīng)用中。例如，螺線管銜鐵能夠用于向某些機構(gòu)提供機械力，諸如控制氣動閥。此外，螺線管閥可用于控制各種流體的流動。
[0004]傳統(tǒng)的螺線管力測量系統(tǒng)依賴于固定的氣隙。調(diào)節(jié)氣隙的尺寸調(diào)節(jié)在螺線管操作期間所檢測到的磁通量，從而必須精確校準在力測量期間的氣隙。為了調(diào)節(jié)在傳統(tǒng)螺線管力測量系統(tǒng)中的氣隙尺寸，間隔物(例如:金屬墊片)被添加到傳統(tǒng)螺線管力測量系統(tǒng)的上板和下板之間。
[0005]然而，采用間隔物設(shè)定氣隙是耗時而且不準確的過程。在傳統(tǒng)測量系統(tǒng)中錯誤測量是常見的，因為間隔物的平行性和平坦度經(jīng)常不能設(shè)定在高精度容差級別(例如+/-5微米)內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)在此公開的方面，提供了一種用于測量螺線管力的系統(tǒng)。
[0007]根據(jù)在此的實施例的一方面，公開了一種螺線管力測量系統(tǒng)。螺線管力測量系統(tǒng)包括:第一平板，具有用于接收螺線管的開口 ；第二平板，與第一平板通過氣隙分隔；位于第二平板內(nèi)的力檢測單元，用于測量由螺線管施加的力；耦合到第二平板的高度控制設(shè)備，該高度控制設(shè)備被配置為調(diào)節(jié)氣隙的尺寸。
[0008]根據(jù)在此的另一實施例的方面，公開了一種螺線管力測量系統(tǒng)，包括:第一平板，具有用于接收螺線管的開口 ；第二平板，與第一平板通過氣隙分隔，該第二平板具有螺紋通孔；位于第二平板內(nèi)的力檢測單元，用于測量由螺線管施加的力；高度控制設(shè)備，通過通孔耦合到第二平板；耦合到高度控制設(shè)備的觸點，該觸點的頂側(cè)耦合到第一平板的底側(cè)，該觸點被配置為根據(jù)高度控制設(shè)備的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)氣隙的尺寸；以及彈簧承載螺栓系統(tǒng)，用于在高度控制設(shè)備和第一平板之間施加正向接觸力；其中，高度控制設(shè)備包括四個細紋螺釘并且觸點包括四個升降球，其中四個細紋螺釘中的每一個通過在第二平板內(nèi)的相應(yīng)通孔耦合到四個升降球中的相應(yīng)一個；其中，四個細紋螺釘每個與第一平板的中心在徑向上等距并且四個細紋螺釘與四個細紋螺釘中相應(yīng)的相鄰細紋螺釘近似90度等間距，并且其中彈簧承載螺栓系統(tǒng)包括四個彈簧承載螺栓，并且其中四個彈簧承載螺栓中的每一個均與第一平板的中心等距，并且與四個彈簧承載螺栓中相應(yīng)的相鄰彈簧承載螺栓近似90度等間距?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0009]圖1示出根據(jù)在此描述的實施例的示例性機器；
[0010]圖2示出圖1所示機器的俯視圖；
[0011]圖3示出圖1所示機器的分解圖；
[0012]圖4示出圖1所示機器的側(cè)剖視圖；
[0013]圖5示出根據(jù)在此的實施例的示例性機器的俯視圖；
[0014]圖6示出根據(jù)在此的實施例的示例性機器的俯視圖。
【具體實施方式】
[0015]在此參考附圖呈現(xiàn)本發(fā)明示例性實施例。在此相同標號始終表示相同部件。
[0016]圖1-4示出根據(jù)在此描述的實施例的螺線管力測量系統(tǒng)100的各種視圖。圖2示出如圖1所示的螺線管力測量系統(tǒng)100的俯視圖，圖3示出如圖1所示的螺線管力測量系統(tǒng)100的分解圖，圖4示出如圖1所示的螺線管力測量系統(tǒng)100的側(cè)剖視圖。
[0017]根據(jù)圖1-4，螺線管力測量系統(tǒng)100(也被稱作力測量系統(tǒng)100)包括:第一平板112(例如，升降板112)，與第一平板通過氣隙106分隔的第二平板114(例如，基座114)，耦合到第一平板112和第二平板114的觸點(例如，升降球104)，高度控制設(shè)備102 (例如，指旋螺釘102或壓電致動器)，被配置為測量螺線管402的力的換能器118，被配置為傳送來自換能器118的力讀數(shù)的電連接器116 ;銜鐵和銷組件128。力測量系統(tǒng)還包括被配置為容納螺線管402的腔室120，基座124，框架126和被配置為將基座124緊密附接到框架126的螺栓122 (或多個螺栓122)。力測量系統(tǒng)100還可包括適配器130。
[0018]在圖1-4中描述的高度控制設(shè)備102示出指旋螺釘102，然而此處的示例性實施例并不是對其的限制。例如，壓電致動器或壓電定位設(shè)備可用于控制氣隙106的高度。
[0019]第一平板112被配置為具有用于接收要測量的螺線管的開口 108(例如通孔108)。要測量的螺線管402可保持在腔室120內(nèi)，并且可下降到開口 108中。此外，升降板112可以與彈簧和螺栓110保持位置以在螺釘102和升降板112之間施加正向接觸力。
[0020]觸點104通過第二平板114中的螺紋孔耦合到高度控制設(shè)備102，使得調(diào)節(jié)高度控制設(shè)備102將調(diào)節(jié)觸點104的高度。隨著觸點104的高度增加，觸點被配置為在第二平板114上延伸，從而增加在第一平板112與第二平板114之間的氣隙。
[0021]如圖1-4所示的螺線管力測量系統(tǒng)101包括耦合到指旋螺釘102的升降球104。根據(jù)纏繞指旋螺釘102的方向，升降球104將被升高或者降低。隨著第一平板112接觸升降球104，第一平板112將因此也根據(jù)指旋螺釘102和升降球104的移動而升高或者降低。
[0022]進一步，多個指旋螺釘102可以每個耦合到相應(yīng)的升降球104。根據(jù)在此的實施例，四個指旋螺釘102可以每個耦合到相應(yīng)的升降球104?？啥ㄏ蛩膫€螺釘102以給出四個不同的平面調(diào)節(jié)設(shè)定。四個指旋螺釘102與第一平板112的中心在徑向上等距放置并且相互均勻間隔(例如，90度偏移)。
[0023]根據(jù)在此的實施例，多個彈簧和螺栓的組合110 (例如彈簧承載螺栓110)可用于更均勻地分布正向接觸力。根據(jù)一個實施例，可采用四個彈簧螺栓的組合110。四個彈簧和螺栓的組合110與第一平板112的中心在徑向上等距放置，且相互均勻間隔(例如，90度偏移)。四個彈簧和螺栓的組合110中的每一個可在如圖1所示的兩個相鄰的螺釘102之間間隔開。
[0024]換能器118被配置為通過適配器130測量在銜鐵和銷組件128上的螺線管402的力。適配器130被配置為將由銜鐵和銷組件128所接收到的力傳送到換能器118。適配器可以根據(jù)銜鐵和銷組件128來成形。銜鐵和銷組件128的形狀和組成可根據(jù)要測量的螺線管402來配置。以這種方式，螺線管力測量系統(tǒng)100可被配置為適應(yīng)各種螺線管402，而無需改變換能器118或者平板112、114。使用可定制的適配器130、銜鐵和銷組件128可允許快速適應(yīng)與各種螺線管402 —起使用的螺線管力測量系統(tǒng)100。
[0025]圖5-6示出根據(jù)在此的實施例的示例性機器的俯視圖。力測量系統(tǒng)500或600除在圖5-6上表示的那些特征和元件之外，還可包括如圖1-4中所示和上述的特征和元件。
[0026]根據(jù)圖5所示實施例，螺線管502在一個下降位置中示出。力測量系統(tǒng)500可同樣包括適配器套筒504和適配器環(huán)506。適配器套筒504被配置為包圍螺線管502。適配器套筒504可以是可互換套筒以適應(yīng)各種螺線管502。套筒504的厚度可根據(jù)螺線管502變化以允許力測量系統(tǒng)500接收各種尺寸的螺線管502。另外，不同的套筒504可采用不同的材料構(gòu)成(例如金屬或者金屬合金)以測試在由螺線管502施加的力上的不同構(gòu)成的影響(例如，模擬螺線管502的不同主體材料)。以這樣的方式，可模擬能夠組成螺線管502的不同材料構(gòu)成的影響，而無需生產(chǎn)大量各種螺線管502。適配器環(huán)506能夠被配置為適應(yīng)各種適配器套筒504和/或螺線管502。
[0027]力測量系統(tǒng)500可同樣包含如圖1-4中所描述的特征和元件，但是此處為了簡潔起見被省略。
[0028]根據(jù)圖6所不實施例,銜鐵602在上升位置中不出。力測量系統(tǒng)600可同時包括適配器環(huán)606和氣隙間隔物604。適配器環(huán)606被配置為適應(yīng)各種適配器套筒(例如，如圖5中所示的適配器套筒504)和/或螺線管(未示出)。銜鐵602能夠按需要被配置并且確定尺寸以適應(yīng)各種尺寸的螺線管(未示出)。氣隙間隔物604能夠按需要被配置并且確定尺寸以適應(yīng)各種尺寸的銜鐵。
[0029]工業(yè)實用件
[0030]螺線管力測量系統(tǒng)100可如附圖(例如圖1-4)所示來實現(xiàn)。為了測量容納在腔體120內(nèi)的螺線管402的力，螺線管402下降到第一平板112內(nèi)。另外，氣隙106對于由換能器118的精確測量，必須正確且準確的對齊。
[0031]為了適應(yīng)在第一平板112和第二平板114之間的氣隙106的微調(diào)，指旋螺釘102可以是用于向上或向下調(diào)節(jié)第一平板112的微調(diào)螺釘。螺釘102的螺紋可根據(jù)調(diào)節(jié)氣隙106所需的精確度來選擇。例如，可使用1/64毫米螺紋的微調(diào)螺釘102并且可以達到高精確度調(diào)節(jié)(至少在+/-5微米之內(nèi))。其它精細螺紋的螺釘也可用于代替1/64毫米螺紋的螺釘102。
[0032]多個螺釘102的使用可以增加第一平板112相對于螺線管402的平行性和平坦度上的控制量。
[0033]例如，使用四個等間距的1/64毫米螺紋微調(diào)螺釘102，對具有四個不同平面調(diào)節(jié)設(shè)定的第一平板112定向，能夠為第一平板112提供相對于螺線管402的平行性和平坦度的提高控制。[0034]進一步，此處所公開的螺線管力測量系統(tǒng)100可以大幅降低相對于傳統(tǒng)測量系統(tǒng)的測試螺線管力所需的時間量。
[0035]盡管出于描述的目的已經(jīng)在此示出和描述了某些實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，計劃實現(xiàn)相同目的的廣泛的備選和/或等效實施例或?qū)崿F(xiàn)方式可以替換所示出和描述的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，根據(jù)本發(fā)明的實施例可以非常廣泛的各種方式來實現(xiàn)。本申請旨在覆蓋在此討論的實施例的任何調(diào)整或變形。因此，意在根據(jù)本發(fā)明的實施例僅由本發(fā)明的權(quán)利要求及其等效來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種螺線管力測量系統(tǒng)(100)，包括: 第一平板(112)，具有用于接收螺線管(402)的開口(108)； 第二平板(114)，與所述第一平板(112)通過氣隙(106)分隔開； 力檢測單元，位于所述第二平板(114)內(nèi)以便測量由所述螺線管(402)施加的力； 高度控制設(shè)備(102)，耦合到所述第二平板(114)，所述高度控制設(shè)備(102)被配置為調(diào)節(jié)所述氣隙(106)的尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，其中，所述高度控制設(shè)備(102)包括壓電致動器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，進一步包括耦合到所述高度控制設(shè)備(102)的觸點(104)，所述觸點(104)的頂側(cè)耦合到所述第一平板(112)的底側(cè)，所述觸點(104)被配置為根據(jù)所述高度控制設(shè)備(102)的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)所述氣隙(106)的尺寸，并且其中所述第二平板(114)包括通孔(108)，所述高度控制設(shè)備(102)通過所述通孔(108)耦合到所述第二平板(114);以及所述高度控制設(shè)備(102)包括螺釘(102)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，其中，所述螺釘(102)是1/64毫米螺紋的微調(diào)螺釘(102)，并且所述觸點(104)包括升降球(104)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，進一步包括耦合到所述高度控制設(shè)備(102)的觸點(104)，所述觸點(104)的頂側(cè)耦合到所述第一平板(112)的底側(cè)，所述觸點(104)被配置為根據(jù)所述高度控制設(shè)備(102)的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)所述氣隙(106)的尺寸，其中所述高度控制設(shè)備(102)包括四個細紋螺釘(102)并且所述觸點(104)包括四個升降球，其中所述四個細紋螺釘(102)中的每一個通過在所述第二平板(114)內(nèi)的相應(yīng)通孔(108)耦合到所述四個升降球中的相應(yīng)一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，其中所述四個細紋螺釘(102)每個與所述第一平板(112)的中心在徑向上等距，并且所述四個細紋螺釘(102)與所述四個細紋螺釘(102)中相應(yīng)的相鄰細紋螺釘近似90度等間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，進一步包括: 換能器(118)，被配置為測量由所述螺線管(402)產(chǎn)生的力； 銜鐵(602)和銷組件(128)，被配置為將由所述螺線管(402)產(chǎn)生的力中繼到所述換能器(118)； 耦合到所述換能器(118)的電連接器(116)，所述電連接器(116)被配置為將由所述換能器測量的力作為電信號傳送。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，進一步包括適配器(130)，該適配器耦合在所述銜鐵(602)和銷組件(128)以及所述換能器(118)之間，所述適配器(130)被配置為將由所述螺線管(402)產(chǎn)生的力從所述銜鐵(602)和銷組件(128)中繼到所述換能器(118)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，進一步包括: 所述螺線管(402);以及 適配器套筒(504)，被配置為包圍所述螺線管(402)。
10.一種螺線管力測量系統(tǒng)(100)，包括: 第一平板(112)，具有用于接收螺線管(402)的開口(108)；第二平板(114)，與所述第一平板(112)通過氣隙(106)分隔開，所述第二平板(114)具有螺紋通孔(108)； 力檢測單元，位于所述第二平板(114)內(nèi)以便測量由所述螺線管(402)施加的力； 高度控制設(shè)備(102)，通過通孔(108)耦合到所述第二平板(114)； 耦合到所述高度控制設(shè)備(102)的觸點(104)，所述觸點(104)的頂側(cè)耦合到所述第一平板(112)的底側(cè)，所述觸點(104)被配置為根據(jù)所述高度控制設(shè)備(102)的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)所述氣隙(106)的尺寸；以及 彈簧承載螺栓(110)系統(tǒng)，用于在所述高度控制設(shè)備(102)和所述第一平板(112)之間施加正向接觸力， 其中，所述高度控制設(shè)備(102)包括四個細紋螺釘(102)并且所述觸點(104)包括四個升降球，其中所述四個細紋螺釘(102)中的每一個通過在所述第二平板(114)內(nèi)的相應(yīng)通孔(108)耦合到所述四個升降球中的相應(yīng)一個， 其中，所述四個細紋螺釘(102)每個與所述第一平板(112)的中心在徑向上等距，并且所述四個細紋螺釘(102)與所述四個細紋螺釘(102)中相應(yīng)的相鄰細紋螺釘近似90度等間距，并且 其中，所述彈簧承載螺栓(110)系統(tǒng)包括四個彈簧承載螺栓(110)，并且其中所述四個彈簧承載螺栓(110)中的每一個與所述第一平板(112)的中心在徑向上等距，并且所述四個彈簧承載螺栓(110)中的每一個與所述四個彈簧承載螺栓(110)中相應(yīng)的相鄰彈簧承載螺栓近似90度等間距。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，進一步包括: 換能器(118)，被配置為測量由所述螺線管(402)產(chǎn)生的力； 銜鐵(602)和銷組件(128)，被配置為將由所述螺線管(402)產(chǎn)生的力中繼到所述換能器(118)； 耦合到所述換能器(118)的電連接器(116)，所述電連接器(116)被配置為將由所述換能器所測量的力作為電信號傳送。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，進一步包括適配器(130)，該適配器耦合在所述銜鐵(602)和銷組件(128)以及所述換能器(118)之間，所述適配器(130)被配置為將由所述螺線管(402)產(chǎn)生的力從所述銜鐵(602)和銷組件(128)中繼到所述換能器(118)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，進一步包括: 所述螺線管(402);以及 適配器套筒(504)，被配置為包圍所述螺線管(402)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，其中所述適配器套筒(504)的厚度被配置為接收所述螺線管(402)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的螺線管力測量系統(tǒng)(100)，其中所述適配器套筒(504)被配置為采用不同于所述螺線管(402)的材料。
【文檔編號】G01M13/00GK104011523SQ201280063652
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】S·K·阿巖基, G·威野奈斯, J·文卡塔拉加萬 申請人:卡特彼勒公司