專利名稱：用于控制電感器溫度穩(wěn)定性的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電感器溫度穩(wěn)定性的控制，更特別地涉及用于控制接近探測器(proximityprobe)的探測線圈溫度穩(wěn)定性的方法和裝置。
技術(shù)背景至少一些已知的旋轉(zhuǎn)和往復(fù)機器使用渦流或者接近探測器以有助于 監(jiān)視機器振動或者電機位置性能。接近探測器操作的環(huán)境可能會相對苛 刻。通常，接近探測器輸出與在目標對象例如機器的旋轉(zhuǎn)軸或者旋轉(zhuǎn)元 件軸承的外環(huán)和接近探測器的探測線圈之間的距離有關(guān)的信號。在目標 和接近探測器的探測線圈之間的間隙或者距離需要保持在接近探測器的 線性范圍內(nèi)，用于提供機器振動性能的準確和穩(wěn)定測量。因此，為了提 供準確和穩(wěn)定的測量，接近探測器應(yīng)該在所有的操作環(huán)境條件下都保持 在線性操作范圍內(nèi)。與接近探測器有關(guān)的電子器件通常包含振蕩電路，該振蕩電路的振 蕩幅度取決于探測線圈的導(dǎo)電性。當(dāng)電路振蕩時，探測線圈具有流過其 中的交流電流，從而引起探測線圈以交流磁場的形式輻射能量。當(dāng)將目 標對象置于由探測線圈發(fā)出的交流場中時，目標對象吸收來自探測線圈 的部分輻射能量。該能量的吸收是源于在目標中產(chǎn)生渦流的交流場，其 循環(huán)以便對抗產(chǎn)生它們的交流場。受到目標對象吸收的總能量與目標對 象和探測線圈之間的距離有關(guān)。目標離探測線圈越近，因為渦流原理目 標從探測線圈中吸收的能量越多。因此，振蕩電路的振蕩幅度將隨著在 探測線圈和目標之間的距離的變化而變化。在寬范圍的電路和環(huán)境條件下提供準確和穩(wěn)定的測量能力至少部分 取決于探測線圈的性能，包括用于纏繞線圈的導(dǎo)線的材料和直徑、接近 探測器系統(tǒng)的電子器件和系統(tǒng)的操作頻率。探測線圈和其余的電子器件 通常具有寬范圍的容許偏差(tolerance),例如增益、偏置電壓、偏置電
流和溫度系數(shù)。因此，每一產(chǎn)品單元必須被初始校準以包含這些容許偏 差。此外，接近探測器的探測線圈通常包含溫度漂移誤差之源，其試圖 在最終產(chǎn)品中被補償。在探測線圈中溫度漂移誤差之源歸因于線圈-溫度相關(guān)電阻和線 圈。隨探測線圈的這種溫度相關(guān)的電阻和線圈的電感對溫度漂移誤差之 源造成影響，這導(dǎo)致了不準確的接近探測器測量，從而產(chǎn)生在目標和探 測線圈之間的間隙改變的假象。這種接近探測器溫度穩(wěn)定性的不一致導(dǎo) 致不可預(yù)知的以及不穩(wěn)定的測量，即使當(dāng)接近探測器在其操作的線性范 圍內(nèi)工作。對于這種不一致性的補償對于促進溫度相關(guān)誤差來說通常僅 僅部分有效。發(fā)明內(nèi)容在一個實施例中， 一種組裝接近探測器的方法，包括確定用于探測器的線圈導(dǎo)線尺寸和線圈幾何形狀，使得當(dāng)線圈受到大約150千赫至大 約350千赫的激勵頻率激勵時，線圈的電阻-溫度曲線接近不變，并且調(diào) 整線圈幾何形狀使得線圈的電阻-溫度曲線基本上不變。在另一個實施例中， 一種接近探測器的構(gòu)造，通過測量在探測器和 與旋轉(zhuǎn)機器有關(guān)的目標之間的間隙監(jiān)控旋轉(zhuǎn)機器，該接近探測器包括配 置其位置磁性接近該線圈第一側(cè)上的目標的線圈和接近該線圈的第二相 對側(cè)設(shè)置的調(diào)節(jié)盤，所述線圈包括用于探測器的線圈導(dǎo)線尺寸和線圈幾 何形狀，使得當(dāng)線圈受到大約150千赫至大約350千赫的激勵頻率激勵 時，線圈的電阻-溫度曲線接近不變，其中在第一線圈和該調(diào)節(jié)盤之間的 距離是可變化的以產(chǎn)生線圈的預(yù)定標度參數(shù)。在又一實施例中， 一種系統(tǒng)，用于確定在渦流接近探測器和目標之 間確定的間隙，其包括接近探測器和調(diào)節(jié)盤，該接近探測器包括配置其 位置磁性接近線圈第一側(cè)上的目標的線圈，使得輸出信號與在接近探測 器和目標之間的距離有關(guān)，所述線圈包括用于探測器的線圈導(dǎo)線尺寸和 線圈幾何尺寸，使得線圈受到大約150千赫至大約350千赫的激勵頻率 激勵時，線圈的電阻-溫度曲線接近恒定，該調(diào)節(jié)盤接近線圈的第二相對 側(cè)設(shè)置，其中在第一線圈和調(diào)節(jié)盤之間的距離是可變換的以產(chǎn)生線圈的 預(yù)定標度參數(shù)。該系統(tǒng)還包括連接該接近探測器的電路，該電路配置成
將激勵頻率傳輸給接近探測器并且接受來自該接近探測器的輸出信號。


圖1是接近探測器系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的典型接近探測器的分解透視圖；和 圖3是圖2所示的接近探測器的典型組裝方法的流程圖。
具體實施方式
圖1是接近探測器系統(tǒng)100的示意圖。接近探測器系統(tǒng)100配置成 監(jiān)控目標對象例如機器(未示出)的旋轉(zhuǎn)軸102。接近探測器系統(tǒng)100 包括接近探測器104，該接近探測器104包括溫度穩(wěn)定電感器106、電 子電路108和監(jiān)控系統(tǒng)110。通常，接近探測器104可操作地連接于電 子電路108并且相鄰旋轉(zhuǎn)軸102設(shè)置用于監(jiān)控其振動或者電機位置特 性。接近探測器104使用渦流以產(chǎn)生表示旋轉(zhuǎn)軸102和電感器106之間 的間隙112的信號。接近探測器104包括磁性耦合于電感器106用于設(shè) 定接近探測器104輸出的標度范圍(scalerange)的調(diào)節(jié)盤114。接近探測器104確定了容納電感器116和調(diào)節(jié)盤114的公共外殼。 在典型實施例中，接近探測器104由經(jīng)處理的模壓材料118的塊材形成， 該模壓材料確定具有前端120和后端122的密封裝。電感器106通常對 稱設(shè)置在接近探測器104中。沿著接近探測器104的最前方部分制造整 體形成的厚度126基本上均勻的保護探測器尖端124。模壓材料118基 本上包圍電感器106緊鄰的前端部120并且安置從后端122發(fā)源的部分 電纜128。調(diào)節(jié)盤114是可調(diào)節(jié)的，使得可以選擇和保持電感器106和 調(diào)節(jié)盤114之間的距離138,從而有助于控制接近探測器104的輸出特 性。在典型實施例中，電纜128包括多軸電纜，該多軸電纜包括電連接 于電感器106的第一引線142的中心導(dǎo)線140和電連接于電感器106的 第二引線146的同軸導(dǎo)線144,其中中心導(dǎo)線72和同軸導(dǎo)線74由絕緣 體或電介質(zhì)148隔開。在典型實施例中，編織套管150外接同軸導(dǎo)線144 并且由絕緣體152從其中分離出來。編制套管150提供額外的屏蔽以及 機械集成于電纜128。電纜128延伸至密封118的后端116的外部并且 將電感器106連接于電子電路108以在它們之間提供輸出信號和功率輸入。電子電路108可操作地連接于電感器106用于從電感器106以交流 磁場158的形式輻射能量至旋轉(zhuǎn)軸102并且用于接收來自電感器106的 信號。旋轉(zhuǎn)軸102吸收部分這種輻射能量并且通過電子電路108接收的 來自電感器106的信號作為在旋轉(zhuǎn)軸102和電感器106之間的距離的函 數(shù)。因此，旋轉(zhuǎn)軸102越接近電感器106，源于旋轉(zhuǎn)軸102中感應(yīng)的渦 流旋轉(zhuǎn)軸102吸收的能量越多。特別地，由軸102對輻射能量的吸收在軸102中產(chǎn)生渦流地交流磁 場158的結(jié)果，其循環(huán)以便對抗產(chǎn)生它們的磁場158。這種行為引起線 圈電阻變化。此外，在緊密相鄰的導(dǎo)體中電流的相互作用，電感器106 的匝數(shù)，產(chǎn)生了響應(yīng)于交流電流的電阻隨溫度的變化。因此，在電感器 106的緊密相鄰匝中電流地相互作用和在軸102中電流的作用產(chǎn)生響應(yīng) 于交流電流的溫度漂移和增益變化。在典型實施例中，根據(jù)系統(tǒng)性能需 要和接近探測器104的操作環(huán)境進行預(yù)先選定電感器106的尺寸和電感 器106包含的導(dǎo)線的尺寸。例如，距離112可以確定接近探測器104和 電感器106的直徑。系統(tǒng)的操作頻率根據(jù)電感器106的尺寸以及用于形 成電感106的導(dǎo)線的電特性和尺寸確定。系統(tǒng)以特定頻率操作，從而提 供可以接受的溫度穩(wěn)定性。該頻率可以理論上而確定，例如使用計算機 編程根據(jù)導(dǎo)線組成、直徑和線圈繞組的幾何構(gòu)造確定頻率。這提供了系 統(tǒng)將操作的基線頻率。該系統(tǒng)在其操作溫度范圍內(nèi)進行反復(fù)測試以確定 最佳操作頻率。在典型實施例中，當(dāng)在150千赫至350千赫頻率之間工 作時，渦流電流系統(tǒng)是溫度穩(wěn)定的。特別地，在大約267千赫頻率下操 作時，對于構(gòu)造如此處所描述的50mm直徑探測器來說，該系統(tǒng)是溫度 穩(wěn)定的。使用確定的頻率，電阻-溫度曲線的線性根據(jù)經(jīng)驗確定。為了提高 在整個期望的范圍內(nèi)電阻-溫度曲線的線性，可以調(diào)節(jié)電感器106的電感 值，例如通過增加或者去除電感器106的繞組匝，使得由電感器106和 目標對象(例如軸102)產(chǎn)生的影響電感器IO溫度穩(wěn)定性的溫度漂移和 增益變化基本上相互抵消，其導(dǎo)致溫度穩(wěn)定接近探測器104。因此，在 機器監(jiān)控的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的溫度變化的情況中，溫度補償接近探測器保持
在旋轉(zhuǎn)軸102和電感器106之間的間隙U2保持者準確的表示。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的典型接近探測器104的分解透視圖。接 近探測器104包括容納電感器106和調(diào)節(jié)盤114的公共外殼116。在典 型實施例中，接近探測器104由模壓材料118形成，該模壓材料118確 定了具有前端120和后端122的密封裝。電感器106在接近探測器104 中通常對稱設(shè)置。沿著接近探測器104的最前端部制造整體形成的厚度 126基本上均勻的保護探測器尖端124。模壓材料118基本上包圍電感 器106緊鄰的前端120。饋通軸套202從后端122延伸以引導(dǎo)和保護電 感器106的電纜128 (在圖2中未示出)。軸套202包括貫通其中的孔204 和螺紋部分206,該螺紋部分206配置成以螺紋方式與調(diào)節(jié)盤114的螺 紋部分208嚙合。調(diào)節(jié)盤114的調(diào)盤是可調(diào)的，使得在電感器106和調(diào) 節(jié)盤114之間的距離可以選擇并且保持，從而有助于控制接近探測器104 的輸出特性。焊接環(huán)210有助于將殼體212密封到外殼116上。圖3是(圖2所示的)接近探測器104的典型組裝方法300的流程 圖。該方法包括確定用于探測器的線圈導(dǎo)線尺寸和線圈幾何形狀，使得 當(dāng)該線圈受到大約150千赫至大約350千赫的頻率激勵時，線圈的電阻-溫度曲線接近恒定302，調(diào)節(jié)線圈幾何形狀，使得線圈的電阻-溫度曲線 基本上恒定304。根據(jù)接近探測器的應(yīng)用選擇線圈的幾何形狀。在典型實施例中，選 擇50mm直徑的探測器。選擇線圈的幾何形狀還包括選擇導(dǎo)線直徑和材 料。在操作期間施加給該探測器的激勵使用例如基于確定操作頻率的算 法的計算機來確定，其中該操作頻率有助于減少探測器輸出的溫度相關(guān) 的。在典型實施例中，該算法使用選擇的線圈幾何形狀和線圈導(dǎo)線尺寸 和電特性以確定在大約150千赫至大約350千赫之間的操作頻率。在線 圈和目標之間的不同間隙距離對該線圈進行的輸出測試。在一個這種測 試中，探測器的周圍溫度在探測器的實際溫度極限之間變化。反復(fù)調(diào)節(jié) 該線圈的幾何形狀以獲得基本上恒定的線圈的電阻-溫度曲線。例如，添 加或者去除線圈匝以控制線圈電感，使得激勵頻率相應(yīng)變化。在典型實 施例中，大約267千赫的操作頻率是最終的操作頻率。此外，在實施例 中調(diào)節(jié)盤包括設(shè)置于線圈遠離目標的線圈相對側(cè)上的不銹鋼盤。當(dāng)激勵
信號施加于該線圈時，該調(diào)節(jié)盤磁性耦合于該線圈。該調(diào)節(jié)盤以螺紋方 式連接于從線圈外殼的側(cè)面延伸出的軸套。線圈的標度參數(shù)通過將調(diào)節(jié) 盤旋擰到更接近該線圈或者遠離線圈來進行控制。當(dāng)輸出標度尺寸確定 在預(yù)定數(shù)值時，調(diào)節(jié)盤位于適當(dāng)位置并且該接近探測器進一步組裝。溫度穩(wěn)定接近探測器系統(tǒng)的上述實施例提供了用于監(jiān)控機器的節(jié)省 成本并且穩(wěn)定的器件。更具體地，制造接近探測器的線圈使得選擇的操 作頻率基本上減輕線圈輸出的溫度相關(guān)性。結(jié)果，提供了有助于提高接近探測器的準確性和可重復(fù)性的接近基監(jiān)控系統(tǒng)。以上詳細描述監(jiān)控系統(tǒng)的典型實施例。示出的監(jiān)控系統(tǒng)元件不限于 在此描述的特定實施例，而是監(jiān)控系統(tǒng)的每一元件可以不受在此描述地 其它元件限制自由和單獨地使用。例如，上述監(jiān)控系統(tǒng)元件還可以與其 它監(jiān)控系統(tǒng)組合使用。盡管根據(jù)各種特定實施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該 知道在本發(fā)明的精神和范圍之中本發(fā)明可以以各種形式實施。部件列表10 溫度穩(wěn)定電感器72 中心導(dǎo)線74 同軸導(dǎo)線100 接近探測器系統(tǒng)102 旋轉(zhuǎn)軸104 接近探測器106 電感108 電子電路110 監(jiān)控系統(tǒng)112 間隙114 調(diào)節(jié)盤116 外殼118 模壓材料120 前端122 后端124 保護探測器尖端126 厚度128 電纜138 距離140 中心導(dǎo)線142 第一引線144 同軸導(dǎo)線146 第二引線148 絕緣體或者電介質(zhì)150 編織套管152 絕緣體158 磁場202 軸套204 孔206 螺紋部分208 螺紋部分210 焊接環(huán)212 殼體300 方法302 確定304 調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1、一種接近探測器(104)，配置成通過測量所述探測器和與旋轉(zhuǎn)機器有關(guān)的目標之間的間隙(112)來監(jiān)控一旋轉(zhuǎn)機器，所述接近探測器包括配置成其位置磁性地接近該線圈第一側(cè)上的該目標的線圈，所述線圈包括用于探測器的線圈導(dǎo)線尺寸和線圈幾何形狀，使得當(dāng)線圈受到大約150千赫至大約350千赫的激勵頻率激勵時，線圈的電阻-溫度曲線近似不變；和接近該線圈的第二相對側(cè)設(shè)置的調(diào)節(jié)盤(114)；其中，在第一線圈和該調(diào)節(jié)盤之間的距離(138)是可變化的以產(chǎn)生用于線圈的預(yù)定標度參數(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的接近探測器(104)，其中所述線圈包括用于 探測器的線圈導(dǎo)線尺寸和線圈幾何形狀，使得當(dāng)線圈受到大約267千赫 的激勵頻率激勵時，線圈的電阻-溫度曲線接近恒定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的接近探測器(104)，其中所述線圈包括DC 導(dǎo)線電阻和鄰近效應(yīng)導(dǎo)線電阻，其導(dǎo)致與溫度有關(guān)的串連電阻。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的接近探測器(104)，其中所述線圈包括多匝 導(dǎo)線和配置成有助于減少以預(yù)定頻率操作時線圈的溫度相關(guān)的幾何形 狀。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1的接近探測器(104)，其中所述線圈包括多匝 導(dǎo)線和根據(jù)操作過程中鄰近探測器和目標之間的距離的幾何形狀。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1的接近探測器(104)，其中所述線圈包括接近 50mm的線圈直徑。
7、 一種用于確定渦流接近探測器和目標之間確定的間隙(112)的 系統(tǒng)(100),所述系統(tǒng)包括接近探測器(104)，包括配置成其位置磁性接近在線圈第一側(cè)上的該目標的線圈，使得輸出 信號在接近探測器和目標之間的距離有關(guān)，所述線圈包括用于探測器的 線圈導(dǎo)線尺寸和線圈幾何尺寸，使得線圈受到大約150千赫至大約350千赫的激勵頻率激勵時，線圈的電阻-溫度曲線接近恒定；和接近線圈的第二相對側(cè)設(shè)置的調(diào)節(jié)盤(114),其中第一線圈和調(diào)節(jié) 盤之間的距離(138)是可變換的以產(chǎn)生用于線圈的預(yù)定標度參數(shù)；以 及連接所述接近探測器的電子電路，該電子電路配置成將激勵頻率傳 輸給接近探測器并且接受來自該接近探測器的輸出信號。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)(100),其中所述線圈包括用于探測器 (104)的線圈導(dǎo)線尺寸和線圈幾何形狀，使得當(dāng)線圈受到大約267千赫的激勵頻率激勵時，線圈的電阻-溫度曲線接近恒定。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)(100)，其中所述線圈包括DC導(dǎo)線電 阻和鄰近效應(yīng)導(dǎo)線電阻，其導(dǎo)致的溫度相關(guān)的串連電阻。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)(100)，其中所述線圈包括多匝導(dǎo)線和 配置成有助于減少以預(yù)定頻率操作時線圈的溫度有關(guān)的幾何形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于控制電感器溫度穩(wěn)定性的方法和系統(tǒng)。該方法包括確定用于探測器的線圈導(dǎo)線尺寸和線圈幾何形狀，使得當(dāng)該線圈受到大約150千赫至大約350千赫的頻率激勵時，線圈的電阻-溫度曲線接近恒定，以及調(diào)節(jié)線圈幾何形狀，使得線圈的電阻-溫度曲線基本上恒定。
文檔編號H03K17/95GK101126647SQ200710138510
公開日2008年2月20日 申請日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月19日
發(fā)明者B·B·鮑爾茲 申請人:通用電氣公司