一种具有位移自检测功能的计量活门的制作方法

本实用新型是一种具有位移自检测功能的计量活门，用于航空、航天及自动化机械中气、液压机械结构中，属于产品的结构技术领域。

背景技术：

计量活门在航空航天控制系统中起到计量供往发动机燃油的作用。目前，其计量原理是在衬套侧壁开槽，通过齿轮-齿条系相连接的角位移传感器或活门后端连接的线位移传感器将活门位移量转化为反馈电压信号，实现对燃油流量大小的测量及反馈。

然而传统直线式或旋转式计量活门其活门与位置传感器是独立开的，即传感器置于计量活门外侧，虽然稳定性较好，但重量及余度设计均有其局限性，传感器自重较大，空间占用也较大，面对现阶段集成化、小型化、轻量化的控制要求，其应用已显示出劣势。

电容式位移传感原理已在我国发展多年并已获得了广泛的应用，其稳定性和准确性已经在实际应用中得到了有效验证。将电容式位移传感器集成到计量活门上，由原分体式结构变成一体式组合部件，保证原有分体式元器件的各个功能，减小了其所占的重量和空间，提高综合性能。

技术实现要素：

本实用新型正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种具有位移自检测功能的计量活门，其目的是将位移检测功能集成于结构件本体，在满足甚至超过原有检测精度的情况下，减轻系统重量，减少系统体积，结构功能一体化。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种具有位移自检测功能的计量活门，该活门包括活门(1)、活门衬套(2)及位移检测模块(3)，在活门(1)上加工有活门进油阀口(4)和活门出油阀口(5)，在活门衬套(2)上加工有活门衬套进油阀口(6)和活门衬套出油阀口(7)，活门(1)套装在活门衬套(2)中，活门(1)在活门衬套(2)中沿轴向滑动，通过调节活门(1)和活门衬套(2)的相对位置，控制活门进油阀口(4)和活门衬套进油阀口(6)、活门出油阀口(5)和活门衬套出油阀口(7)的开合，其特征在于：在活门(1)的外圆柱面上，沿轴向加工一个与活门进油阀口(4)和活门出油阀口(5)的平面相垂直的平台(8)，在平台(8)上沿轴向制备交替排列的金属条带Ⅰ(9)和非金属条带Ⅰ(10)形成栅状平面结构Ⅰ，金属条带Ⅰ(9)和非金属条带Ⅰ(10)与活门进油阀口(4)和活门出油阀口(5)的平面也是垂直的，金属条带Ⅰ(9)和非金属条带Ⅰ(10)的宽度数值范围均为0.1～5mm，金属条带Ⅰ(9)和非金属条带Ⅰ(10)的厚度相等且厚度数值范围为0.05～10mm，

位移检测模块(3)安装在活门衬套(2)上，位移检测模块(3)位于所述该栅状平面结构Ⅰ的上方，在位移检测模块(3)贴近栅状平面结构的底部，制备与栅状平面结构Ⅰ相对应的栅状平面结构Ⅱ，栅状平面结构Ⅱ由交替排列的金属条带Ⅱ(11)和非金属条带Ⅱ(12)构成，在位移检测模块(3)的上通过孔将数据测试线(13)的一端与金属条带Ⅱ(11)连接，数据测试线(13)的另一端与电容传感器(14)相连；

活门(1)和活门衬套(2)的相对运动时，由于活门(1)的金属条带Ⅰ(9)与位移检测片(3)的金属条带Ⅱ(11)投影面积发生变化，导致其电容信号发生变化，通过数据测试线将信号传输给电容传感器(14)，通过信号处理单元(15)进行处理分析，获得活门(1)与活门衬套(2)相对位置变化。

金属条带Ⅰ(9)和金属条带Ⅱ(11)的材料为导电性能好且强度高的Cr、Ni、Cu、Ag或Au。

非金属条带Ⅰ(10)和非金属条带Ⅱ(12)的材料为硬度大于HV400、抗击穿电压大于500V、热膨胀系数大于6.7×10^-6℃^-1的树脂、硬质工程塑料、Al₂O₃或TiO₂。

本实用新型技术方案利用容栅的基本原理将“定栅”所需的基本结构集成在计量活门表面上，实现结构件与传感器的集成设计。基于传统精密制造技术，结合特种加工工艺，采用镀膜、喷涂等先进制备手段，在计量活门表层生成金属条带与非金属条带交替排列的位移自感知结构，使其与计量活门基体牢固接合，成为具备位移自检测功能的计量活门，计量活门与位移检测模块的金属条带材料间的热膨胀系数、化学性能接近，可用于燃油计量工作环境，可靠性高，该技术方案体积小、重量轻、成本低且适用于批量生产。

附图说明

图1为本实用新型所述计量活门的外观整体示意图

图2为本实用新型所述计量活门的活门结构示意图

图3为本实用新型所述计量活门的活门衬套结构示意图

图4为本实用新型所述计量活门的活门的平台及平台上的栅状平面结构Ⅰ的结构示意图

图5为本实用新型所述计量活门的位移检测模块上的栅状平面结构Ⅱ的结构示意图

图6为本实用新型所述计量活门的偶件行程变化测定电路的方框图

图7为本实用新型所述计量活门的位移检测模块中电容传感器检测到的信号方波行程波形的原理图

图8为本实用新型所述计量活门的位移检测模块位移信号处理过程中1/N分频计数器的波形原理图

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本实用新型技术方案作进一步地详述：

实施例一

参见附图1～5所示，选用9Cr18做为计量活门本体材料，采用超精车、镗孔、研磨等方法生成活门1、活门衬套2，在活门1的外圆柱面上切削平台8，粗糙度Ra0.8以上，平台预留厚度0.15-0.20mm，在平台上等离子喷涂TiO₂，厚度0.2-0.3mm，在喷涂后的平台切削条带矩阵，条带宽度按设计需求，深度0.1-0.15mm，等离子喷涂Cr，厚度以填充满切削条带为最优，喷涂过程中需保证涂层的平面度及一致性，磨削涂层表面至使用尺寸，在活门1的表层形成由金属条带Ⅰ9和非金属条带Ⅰ10构成的栅状平面结构Ⅰ，所有交替排列表层的结合强度大于20Mpa。

采用树脂材料构建位移检测模块本体，径向钻引线孔，预埋数据测试线13，切削下端面条带矩阵，条带宽度按设计需求，与计量活门条带矩阵配合，深度0.1-0.15mm，真空磁控镀Au，厚度以填满切削条带为最优，镀膜过程中需保证镀层的平面度及一致性，形成由金属条带Ⅱ11和非金属条带Ⅱ12构成的栅状平面结构Ⅱ，数据测试线13与金属条带Ⅱ11相接，真空磁控镀Al2O3绝缘保护层，研磨至使用尺寸，所有表层的结合强度大于10Mpa，制备出位移检测模块3，控制位移检测模块3与计量活门1的间隙为0.1-0.15mm。

实施例二

参见附图1～5所示，选用9Cr18做为计量活门本体材料，采用超精车、镗孔、研磨等方法生成活门1、活门衬套2，在活门1的外圆柱面上切削平台8，粗糙度Ra0.8以上，平台预留厚度0.25-0.3mm，在平台上刷高强度树脂，厚度大于0.3mm，在树脂上切削条带矩阵，条带宽度按设计需求，深度0.15-0.2mm，真空磁控溅射Cu，厚度以填充满切削条带为最优，镀制过程中需保证涂层的平面度及一致性，研磨涂层表面至使用尺寸，在活门1的表层形成由金属条带Ⅰ9和非金属条带Ⅰ10构成的栅状平面结构Ⅰ，所有交替排列表层的结合强度大于20Mpa。

采用硬质工程塑料构建位移检测模块本体，径向钻引线孔，预埋数据测试线13，切削下端面条带矩阵，条带宽度按设计需求，与计量活门条带矩阵配合，深度0.05-0.1mm，真空多弧离子镀Ag，厚度以填满切削条带为最优，镀膜过程中需保证镀层的平面度及一致性，形成由金属条带Ⅱ11和非金属条带Ⅱ12构成的栅状平面结构Ⅱ，数据测试线13与金属条带Ⅱ11相接，真空磁控镀Al2O3绝缘保护层，研磨至使用尺寸，所有表层的结合强度大于10Mpa，制备出位移检测模块3，控制位移检测模块3与计量活门1的间隙为0.05-0.1mm。

实施例一和实施例二具有相同的数据处理过程，参见附图6-8所示，

计量活门1在计量活门衬套2中作往复运动时，固定在计量活门衬套2上位移检测模块3检测计量活门表层电容的变化，并对信号进行电处理。

当计量活门与计量活门衬套发生相对运动时，计量活门的金属条带Ⅰ9与位移检测模块上位移检测片的金属条带Ⅱ11的投影面积发生变化，导致其电容信号发生变化，通过数据测试线13将信号传输给信号处理单元16，再通过信号处理单元16中的电容传感器15测定电容变化，并对电容信号进行电处理。实际上，电容输出信号为三角波。

即，当计量活门1在计量活门衬套2内运动时，位移检测模块上的金属条带Ⅱ11将电容信号通过数据测试线13传输给信号处理单元16，由电容传感器15检测其电容变化，根据电容传感器计算出计量活门1的运动距离就可以测出计量活门的运动情况。

如图6所示，驱动信号14驱动计量活门1运动，固定在计量活门衬套2上的位移检测模块3将信号传输给电容传感器15检测电容的变化，之后信号处理单元16对电容传感器15的检测信号三角波)进行放大和滤波，把检测信号转变为可被微处理器17辨识的信号，然后把转变好的信号输出到微处理器17。微处理器17用模/数转换器把来自信号处理单元16的模拟信号，转变为数字信号，把三角波信号按照预定的算法转换成为方波信号，如图7所示。

微处理器17与1/N分频计数器18通信，控制信号的存储及处理，1/N分频计数器18从微处理器17接收方波信号并进行1/N分频，通过1/N分频计数器18可将检测精度提高为N倍，根据希望的精确度决定N值，之后再把分频后的信号输出到微处理器17，微处理器17根据分频后的信号计算计量活门行程。

计量活门的运动方向通过比较一对方波的相位来确定，如果电容传感器15检测出的两路电容信号，一路的相位超前于另一路相位，则计量活门处于正向运动，反之，计量活门处于反向运动。

图8所示为位移变化时，信号处理1/N分频计数器的波形图。当计量活门正向运动时，按照下文公式1产生4个脉冲，而当计量活门反向运动时，按照下文公式2产生4个脉冲。

公式1和公式2，A和B代表电容传感器15检测出的两路正弦波电容信号转换而来的方波，/A和/B代表A和B信号的反信号，ΔA和ΔB代表具有1/4分频计数器的一个引发电路的波形，/ΔA和/ΔB代表ΔA和ΔB的反信号。

公式1：AxΔB+/BxΔA+Bx/ΔA+/Ax/ΔB

公式2：Ax/ΔB+/Bx/A+Bx/A+/AxΔB。