液压活塞位置传感器的信号处理的制作方法

专利名称：液压活塞位置传感器的信号处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及液压活塞。更具体地，本发明涉及用来检测活塞和液压缸之间相对位置的位置传感器。
背景技术：
液压缸用在很多种应用中，例如重型设备，来移动大负载。按照传统，液压缸的控制是通过操作工进行的，操作工以视觉方式观察液压缸的伸出和位置，从而操作控制机构。然而，这种技术不精确，并且能对液压设备和正被操作的工件造成损害。而且，这种技术不能用于操作工不能看见缸体的情况。为了解决这些缺点，已经使用位移传感器来测量活塞在液压缸内的位置。
使用各种类型的位移传感器来测量活塞在液压缸内的相对位置。然而，在恶劣环境中远程测量绝对位移且具有高度可靠性的设备目前复杂且昂贵。目前使用的技术实例是磁致伸缩(Magnitostrictive)设备，这种设备使用机械信号沿着被封装在密封金属管内的一对细丝的飞行时间，机械信号从磁致伸缩(magnitostrictively)导致的杆机械特性的变化中反射回来。
另一种技术使用绝对旋转编码器，绝对旋转编码器是检测旋转的设备。典型地，使用齿轮、或一根钢索或带子来完成旋转变换的平移，钢索或带子从弹簧加载的鼓轮中解开。绝对编码器易于承受有限范围和/或分辨率。
包括高度振动的恶劣环境易于排除绝对蚀刻的玻璃刻度，这是由于它们的临界对齐要求、它们对脆性破裂的易感性和对雾及污垢的不耐性。这种技术也需要频繁归零。
推断位移测量，例如，通过将进入缸体内的体积流速对时间积分来计算缸体的转换，遇到到一些困难。首先，这些设备是递增的，并且需要频繁的手动归零。其次，它们易于对环境影响产生敏感，例如温度和密度。它们需要测量这些变量以提供精确的位移测量。最后，积分流量测量来确定位移易于降低测量的精确性。这种技术也受到流量测量的动态检测范围的限制。这个范围之上和之下的流量具有很高的误差。
用来测量活塞位置的一种技术使用电磁定向信号。然而，这种技术易于向环境发射辐射或者难以校准。

发明内容
用于测量液压活塞在缸体内的相对位置的装置包括杆，所述杆沿着活塞的移动方向延伸，所述杆固定耦合到所述活塞或缸体之一。所述杆配置成承载微波(包括超宽带RF和雷达)脉冲。滑动件可滑动地耦合到所述杆，并且固定耦合到所述活塞或缸体之一的另一个上。所述滑动件配置成引起所述微波脉冲的部分反射。杆的端部也提供反射。计算作为来自所述滑动件和杆端部的反射微波脉冲的函数的活塞位置。


图1是包括位置测量电路的液压组件的侧剖视图。
图2是基准(fudicial)幅度-位移的曲线图。
图3是简化方框图，表示与本发明的天线杆一起使用的三导线配置和相关电子电路。
图4是简化方框图，表示使用位置反馈的控制电路。
图5是与活塞位置测量电路一起使用的输入/输出电路的简化方框图。
图6是表示微波收发器的方框图。
具体实施例方式
本发明提供一种技术，用于测量活塞相对于液压缸组件的缸体的位置。对于本发明，使用微波信号来测量活塞在缸体内的相对位置。当使用这样的技术来测量活塞位置时，因为噪声和与精确获取这种测量值相关的其他问题，有时难以获得精确的位置测量值。
图1是依据本发明一个实施例的液压活塞/缸组件10的横剖面透视图。组件10包括缸体12，缸体12在其内可滑动地支撑活塞头14。活塞14耦合到活塞杆16。活塞头14响应于通过孔19施加到缸体12内部或从其中退出的液压流体18而在缸体12内移动。密封件在活塞头14周围延伸以防止液压流体穿过其而泄漏。
天线杆22在缸体12的方向上延伸，并且耦合到位置测量电路24。镗孔26贯穿活塞杆16和活塞头14，并且容纳天线杆22。杆导向器34和40分别耦合到活塞杆16和活塞头14，并且沿着天线杆22滑动。如下所述，导向器34、40反射沿着天线杆22传输的微波脉冲。通路50允许流体18穿过导向器34，40。在本实施例中，导向器34固定地耦合到天线杆22，并且在活塞杆27的镗孔26内滑动，而导向器40固定地耦合到活塞头14，并且沿着天线杆22滑动。位置测量电路24通过馈通(feedback)接头38耦合到天线杆22。优选地，馈通接头38包括伸出缸体12底部52的罩38，并且将杆22耦合到位置测量电路24。
在操作中，当液压流体18注入或排出缸体12时，活塞14在缸体12内滑动。活塞14也沿着天线杆22滑动，天线杆22容纳在活塞14的镗孔26内。当活塞14在缸体12内滑动时，接触导向器或轴衬40沿着天线杆22滑动。尽管天线杆22图示为固定到缸体12，但它也能固定到活塞14并且相对缸体12移动。
位置测量电路24从耦合到天线杆22的微波信号中提供基于反射的位置输出。在天线杆22中的三个位置上反射微波信号在底部38上(基准脉冲)、在接触导向器或轴衬40上，以及在导向器或轴衬34中的杆端上。位置测量电路响应来自基准和活塞面与来自基准和天线杆端部的反射信号之间的延时之比，来确定活塞14在缸体12内的相对位置。
在优选实施例中，本发明利用时域反射测定法(TDR)。TDR技术是一种飞行时间测量技术。定义明确的推动力或脉冲微波雷达信号耦合到适当介质内。雷达信号耦合到传输线内，传输线做成双平行(或同轴)导线的形状。这个双平行导线的几何结构是优选的，因为它限制辐射的电磁干扰(EMI)。担负雷达信号的生成、雷达信号进入传输线的耦合、以及反射信号的检测的设备在这里称为变送器。
通过沿着长而细的传输线路，例如图1中的天线杆22，发送雷达脉冲，并且对信号向下输送到反射点和再返回而需要的时间进行高度精确地测量，实现基本TDR测量。这个反射点可以来自于天线杆22的远端，并且可以穿过机械体，例如导向器34。如果将机械体(滑动件40)制作成沿着传输线的长度移动，则根据其反射脉冲的传送时间可以确定其位置。具体地，生成和定时雷达脉冲，雷达脉冲发送到由天线杆22在导向器34形成的传输线的端部。然后，雷达脉冲与由滑动机械体40反射的脉冲传送时间进行比较。这种技术的一个优点是测量值不依赖于传输线周围的介质。
这种测量技术的一个优点是，如果需要，则充分快速地产生测量频率以便及时辨别位置测量值，从而获得活塞的速度和加速度。另外，通过适当排列传输线路的几何结构，也可以测量角位移。
罩38可以配置成通过部分反射微波信号产生“基准”脉冲。基准脉冲可以由位置测量电路24使用来启动信号处理，并且提供确定缸体12底部52的位置的参考脉冲。位置测量电路24在接收这个基准脉冲之前不需要处理信号。
使用反射微波脉冲确定位置时的一个问题是，当活塞头14处于完全收缩的位置时，它是不准确的。这是由于当活塞面接近缸体底部52时趋于消失的活塞头上的阻抗失配。当活塞面接近底部52时，大阻抗(例如130欧姆)开始减少，因为活塞面接地。在完全收缩的位置上，缸筒阻抗很受活塞影响，并且相对低(例如小于20欧姆)。在这种情况下，基准反射和活塞面反射都相对小，并且实质上一起合并成单个反射脉冲。这使地在完全关闭位置附近进行测量困难并且不准确。当活塞面接近天线杆22的远端时，这种脉冲合并也出现。这可以通过加长杆进行处理。
当活塞14处于完全伸出的位置时，来自杆22端部的干扰可以对从活塞面反射的脉冲产生干扰。反射表现为散开的双脉冲。一方面，信号处理用来确定实际活塞位置。例如，曲线拟合可以是将反射拟合成抛物线。然后，使实际活塞位置与拟合抛物线相配。
一方面，当活塞14接近底部52附近的完全收缩位置时，本发明使用交替位置测量技术。图2是基准幅度-位移的曲线图，幅度单位为伏特，位移单位为毫米。如图2中所示，在图1的罩38附近产生的基准脉冲的幅度与活塞位移有关。基准幅度的这个变化出现，因为活塞面的接地平面对基准阻抗失配有影响。在完全收缩位置上，基准脉冲的幅度基本上单调地降低到最小值。在微波脉冲波长的约一半时，基准脉冲的幅度开始降低。当活塞接近完全收缩位置时，活塞位置测量电路24可以使用基准幅度的测量值来确定活塞位置。在一些实施例中，测量电路24可以使用基准幅度和飞行数据的时间来确定活塞位置。这个测量在接近完全收缩位置时控制活塞位置的应用中可以是重要的。当活塞接近它行程的末端和靠近机械制动器时，降低活塞位移的速度常常是理想的。这样可以减少对机械制动器的磨损。使用查询表、多项式方程或其他技术，可以把活塞位置确定为基准幅度的函数。
图3表示本发明的另一方面，包括与微波收发器电路130的方框图耦合的天线杆22的横剖视图。本发明的这个方面包括使用三部件传输线系统来获得位置测量值。如图3中所示，在本实施例中，天线杆22包括中心参考导体导体100，中心参考导体100沿着中空圆柱形外感应导体102的内部延伸。在一端通过实心绝缘体104把中心导体100固定在导体102内。许多支架106沿着导体100的长度支撑它。支架106具有贯穿其的孔以允许中空感应导体102充满液压流体18。在天线杆22的远端上，导电或非导电(绝缘支架)支架108将导体100固定到导体102。
由于本发明的这个方面，参考导体100可以用来产生参考脉冲。外感应导体102与活塞14相互作用以产生表示活塞位置的脉冲。这种配置提供许多好处。导体配置减少了外部辐射，这就减少了对其他电气设备的干扰，并且能有助于满足各种调整需求，这些需求可以是对各种调整的需求。在一些实施例中，第三传输线可以包括缸体外壳。这样提供了关于传感杆元件的电接地，以保护它们不受缸体外部电介质的假变化，例如，由于泥或碎屑的覆盖。参考导体100提供独立的反射路径，用于检测天线杆22的外观位置。参考导体100消除来自活塞面的、可以扭曲来自杆端的反射的假主要和次要反射。对于本实施例，使用沿着感应导体102发送的微波脉冲来测量活塞面的位置。沿着参考导体100发送参考脉冲，参考脉冲用来确定天线杆22的端部位置。
在图3中，微波收发器电路130配置成沿着中心参考导体100或感应导体102交替发送和接收脉冲。电路130包括RF发送/接收电路132和时钟定时电路134。杆模拟门136的端部耦合到RF发送/接收电路132和中心参考导体100。活塞面模拟门138耦合到RF发送/接收电路132和感应导体102。在操作中，时钟定时电路134向门136提供信号选择输出，以及通过反相器140向门138提供信号选择输出。门136和138交替通电、以把RF发送/接收电路有选择地耦合到中心参考导体100或外感应导体102。门136和138配置成将参考导体100或感应导体102交替耦合到RF接地142或RF发送/接收电路132。使用这种配置，单个RF发送/接收电路132可以用来根据需要从参考导体100或感应导体102中获得测量值。尽管图示的配置使用缸体12作为第三导线，但在另一实施例中，单独的第三导线围绕感应导体102以提供接地。而且，可以随意使用不同的导线形状和配置。
使用本发明的活塞位置测量技术，如图4的实施例中所示可以实现控制系统150。控制系统150可以实施任何控制技术，例如在计算中使用积分或微分的控制技术。控制功能的实例包括比例(P)、积分(I)或微分(D)，以及它们的任何组合。在图4中，控制系统150耦合到液压缸12。通过控制液压控制阀152来供应或抽出缸体12内的液压流体，控制活塞头14(图4中未图示)在缸体12内的位置。依据本发明，使用天线杆22和液压活塞位置测量电路24来确定活塞头14在缸体12内的位置。在求和节点156上接收想要的位置命令154。在节点156上，从想要的位置命令154中减去由测量电路24测量的实际位置，并且将输出提供给控制电路160。控制电路160可以按照模拟、数字或混合技术来实现，并且提供任何想要的控制函数。在一个实施例中，控制函数是由求和节点156提供的差值158的积分或微分函数。来自控制电路160的控制输出162是差信号158和控制输出162的至少一个先前值的函数。提供控制信号162来控制阀驱动电路162，阀驱动电路162驱动液压控制阀152，从而将活塞头14根据需要定位在液压缸12内。
在一些实施例中，施加到液压缸的负载在操作期间将变化很大。这样的负载变化能在使用控制电路160提供的活塞定位中产生错误。大负载可以在定位中引起过渡冲击，因为包含的大质量或压力将使活塞移出想要的设定点。可以用来补偿这种负载的一种技术使用压力传感器170，压力传感器170配置成检测施加到液压缸12的液压流体的压力。所检测的压力输出172提供给转换电路176。转换电路176将检测压力172转换成表示施加到液压缸12的负载的值。控制电路160可以配置成使控制信号162是施加到液压缸12的负载的函数，所述负载被检测成转换压力信号。另外，控制信号可以是活塞速度的函数。而且，控制函数可以配置成提供“缓冲”。“缓冲”指的是活塞接近完全伸出或完全收缩位置时的速度减少。缓冲可以减少由活塞撞击它的机械制动器而引起的损害。
控制函数的各种常数可以根据需要或根据各种负载条件或缓冲参数进行调整或调节。通过估计液压缸上的负载，安全信息例如过载条件可以传递给操作工。控制电路可以配置成将活塞位置保持在当前位置上或依据警报情形的出现将活塞移到安全位置。电路可以与控制阀152或液压缸12整体配置在一起，或者进行远程设置。
图5是表示与液压活塞位置测量电路24一起使用的输入/输出电路的方框图。如图5中所示，依据本发明的这个方面，系统200包括耦合到活塞位置测量电路24的离散输入/输出逻辑202。离散I/O逻辑202耦合到输出级204，输出级204具有许多输入/输出连接(线路)。这些连接可以提供接点闭合以响应指定事件或者输出或接收数据。数据总线连接206也提供给I/O逻辑202，数据总线连接206可以用于耦合到计算机系统208，例如PC或手提式通信装置。
通过提供模拟限位开关的输出，离散输入/输出线可以用于对现有系统的反向兼容性。这些输出可以提供电压电平或电流电平的变化或者提供开关闭合，以响应达到阈值的活塞位置或活塞速度。如果缸体达到预定温度或者没做自诊断，则可以提供类似输出。
各种输入/输出线路的功能可以随意进行编程。例如，一个输入/输出线路可以配置成在活塞到达特定位置时提供输出，或者重新配置成提供与活塞速度相关的输出。在另一实例中，用于限位开关配置的阈值设定点可以进行调节。例如，输入线路可以设定到与限位开关应该改变状态的位置相对应的电压。如果施加到输入线路的电压改变了，则限位开关触发器阈值电平将变化到由新电压表示的新位置或速度。通过离散I/O连接或者通过数据总线206，使用输入功能可以控制输出功能的编程和配置，并且使用PC或手提式通信装置可以进行编程。数据总线206可以是硬连线或者根据需要使用无线通信技术。
离散I/O线也可以用来提供报警功能。通过I/O线可以报告的一些实例报警条件包括液压流体的过高温度，电子电路的过高温度，电子电路的分操作温度，电子电路自检故障，范围之外的测量，天线断路，天线短路，超出最大速度，或电子缓冲故障。当与控制器一起使用时，例如图4中所示的控制器，使用输入线路也可以调节具体控制功能和常数。因为离散I/O线的功能可以根据需要进行编程，所以减少了需要耦合到活塞位置测量电路24的总接线。而且，使用活塞位置测量电路24来提供限位开关功能性，使传统限位开关的耐久性增加，限位开关随着使用可以堵塞或破碎，或者覆盖有碎屑。
离散I/O逻辑202用来控制I/O级204以获得想要的功能性。使用模拟或数字电路或混合式结构可以实现I/O级204。在微处理器内，或者如果可应用，使用较不复杂的逻辑技术，例如可编程逻辑控制器(PLC)，可以实现I/O级204。数据通信可以通过任何适当的技术，包括例如HART、CAN、Fieldbus或等标准。I/O线可以分享用来传送电力和/或位置信号的同一连接。
图6是表示依据本发明各方面的微波收发器电路130的一个实施例的方框图。电路130包括连接到天线杆22的方向采样器230。脉冲发生器232和234耦合到方向采样器，并且由来自时钟236的信号来启动。时钟信号通过固定延迟238进行延迟，并且施加到脉冲发生器232，以及通过施加到脉冲发生器234的电压控制延迟240进行延迟。电压控制延迟240提供延迟，所述延迟是来自固定延迟238的电压反馈242的函数。来自电压控制延迟240的输出施加到低通滤波器244。电压控制延迟240也是来自斜坡发生器246的斜坡和来自电压偏移248的电压的函数。
来自方向采样器230的差动输出提供给差动-单个终止接收放大器。采样器230提供包含有关活塞位置的信息的采样输出信号。采样输出信号由模拟-数字转换器252以可调整采样速率的方式进行转换。数字计算设备254，例如高速数字信号处理器(DSP)或微处理器，从模拟-数字转换器252中接收数字化采样输出，并且用来确定活塞位置。计算设备254提供复位斜坡发生器246的斜坡复位输出。位置输出信号可以例如提供给数字-模拟转换器，数字-模拟转换器可以提供表示活塞位置的模拟量。
通过数字-模拟转换器256将斜坡参考信号提供给斜坡发生器246。通过数字-模拟转换器258将偏移电压信号提供给电压偏移248。
在操作实例中，微波收发器130使用单个时钟在2千兆赫产生脉冲微波信号。斜坡发生器用来向接收脉冲发生器提供电压延迟。当接收的脉冲与来自接收脉冲发生器234的延迟脉冲一致时，方向采样器230提供单个脉冲输出。方向采样器产生等时模拟波形。在本发明中，数字信号处理的使用允许电路用波形操作，在波形中返回脉冲与假信号合并在一起。例如，当来自活塞的反射脉冲接近来自基准的反射脉冲时，这就可能出现。与负前进脉冲合并的正前进脉冲在两个脉冲将趋向消除时，将呈现为小脉冲。两个正或两个负前进脉冲将合并和“涂抹”以致于难以确定准确的脉冲位置。可以使用数字信号处理技术确定脉冲位置，包括阈值或斜率检测、曲线拟合算法、傅里叶分析或等。
对于计算设备254，模拟-数字转换器252的采样速率可以配置成使扫描范围接近缸体长度。而且，所关心的特定部分波形内的采样数量可以增加，以提高精确度。计算设备254也非常适合于在活塞14快速移动时使用，因为计算设备254能有助于减少潜在误差。计算设备254可以按照200MHz或更大的时钟频率进行操作。这给更多的更新提供缩减的等待时间。通过使用数字-模拟转换器256和258控制斜坡发生器的操作，也可以增加更新率。使用数字-模拟转换器258可以调节偏移电压，以便微波收发器电路130可以与天线22分开，并且定位在远程位置上，远离液压缸可以操作的敌对环境。通过调节偏移电压，可以调节电路以忽略由电缆线路增加的距离。对于特殊安装，可以根据需要调节偏移。使用斜坡参考数字-模拟转换器256可以控制斜坡信号的高度。对于特定扫描范围而言，这样允许通过最优化斜坡高度来增加更新率。数字-模拟转换器260可以用来提供恒定发射功率。例如，随着元件老化或由于温度影响，发射脉冲的幅度可以波动。发射功率的小变化将增加电子处理中的误差。数字-模拟转换器260可以给操作放大器提供动力，操作放大器控制发射晶体管以保持恒定发射功率。数字-模拟转换器256、258和260由计算设备254或其他逻辑进行控制。这些值的调节和设定可以在制造期间、安装期间或系统使用期间完成。使用内部软件可以设定这些值，或者通过用户或其他界面进行编程。
尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将能认识到，可以在形式和细节方面进行变化而不脱离本发明的实质和范围。
权利要求
1.一种用于测量液压活塞在缸体内的相对位置的装置，包括天线杆，所述天线杆在所述活塞的移动方向上延伸，并且固定地耦合到所述缸体，所述杆配置成在所述杆的耦合器和远端之间传送微波脉冲；滑动件，所述滑动件可滑动地耦合到所述活塞，所述滑动件配置成引起所述微波脉冲的部分反射；基准件，所述基准件耦合到所述天线杆的近端，并且配置成响应于微波脉冲产生基准参考反射；微波收发器电路，所述微波收发器电路耦合到所述天线杆，并且配置成产生和接收微波脉冲；和计算电路，所述计算电路配置成计算活塞位置；其中，当所述活塞接近所述基准件时，基准参考反射的幅度与活塞位置相关，并且当所述活塞接近所述基准件时，所述计算电路根据所述基准参考脉冲的幅度计算活塞位置。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述天线杆包括由外导体环绕的参考导体。
3.如权利要求1所述的装置，包括控制器，所述控制器配置成向液压致动器提供作为活塞位置的函数控制信号。
4.如权利要求1所述的装置，包括可编程离散输入/输出线路。
5.如权利要求1所述的装置，包括数字计算设备，所述数字计算设备配置成处理作为反射微波脉冲和变送器电路内延迟的脉冲的函数的信号。
6.如权利要求1所述的装置，其中活塞位置和基准参考反射的幅度之间的关系基本上是单调的。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述计算电路使用查询表计算活塞位置。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述计算电路使用多项式方程计算活塞位置。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述计算电路根据由所述滑动件反射的微波脉冲的延时计算活塞位置。
10.一种用于测量液压活塞在缸体内的相对位置的装置，包括天线杆，所述天线杆在所述活塞的移动方向上延伸，并且固定耦合到所述缸体，所述杆配置成在所述杆的耦合器和远端之间传送微波脉冲，所述天线杆包括至少部分位于外导线内的参考导体；滑动件，所述滑动件可滑动地耦合到所述天线杆的外导体，并且能随着活塞在缸体内移动而滑动，从而引起所述微波脉冲的部分反射；微波收发器电路，所述微波收发器电路耦合到所述天线杆，并且配置成产生和接收微波脉冲；和计算电路，所述计算电路配置成计算活塞位置，该活塞位置为在所述外导体上承载的反射微波脉冲和在所述天线杆的参考导体上承载的反射微波脉冲的函数。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述外导线具有管状形状。
12.如权利要求10所述的装置，包括切换电路，所述切换电路配置成把所述微波收发器有选择地耦合到所述天线杆的外导体。
13.如权利要求10所述的装置，其中所述参考导体包括沿着所述外导体内部延伸的细长导体。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述参考导体沿着所述外导体的中心延伸。
15.如权利要求10所述的装置，其中所述外导线具有管状形状。
16.如权利要求10所述的装置，还包括基准件，所述基准件耦合到所述天线杆以产生基准参考反射，其中当所述活塞接近所述基准件时，计算作为反射基准参考脉冲的幅度的函数的活塞位置。
17.如权利要求10所述的装置，包括控制器，所述控制器向液压致动器提供作为活塞位置的函数的控制信号。
18.如权利要求10所述的装置，包括可编程离散输入/输出线路。
19.如权利要求10所述的装置，包括数字计算设备，所述数字计算设备配置成处理作为反射微波脉冲和延迟微波脉冲的函数的信号。
20.一种用于测量液压活塞在缸体内的相对位置的装置，包括天线杆，所述天线杆在所述活塞的移动方向上延伸，并且固定耦合到所述缸体，所述杆配置成在所述杆的耦合器和远端之间传送微波脉冲；滑动件，所述滑动件可滑动地耦合到所述活塞，所述滑动件配置成引起所述微波脉冲的部分反射；基准件，所述基准件耦合到所述天线杆的近端，并且配置成响应于微波脉冲产生基准参考反射；微波收发器电路，所述微波收发器电路耦合到所述天线杆，并且配置成产生和接收微波脉冲；计算电路，所述计算电路配置成计算活塞位置，该活塞位置为来自所述滑动件的微波脉冲部分反射的函数；和控制电路，所述控制电路配置成响应于命令输入和活塞位置向液压致动器提供控制信号，所述控制信号是活塞位置的积分或微分中至少一个的函数。
21.如权利要求20所述的装置，包括压力传感器，所述压力传感器配置成检测来自所述液压致动器的液压流体的压力，其中所述控制信号还是检测压力的函数。
22.如权利要求20所述的装置，其中所述天线杆包括位于外导体内的参考导体。
23.如权利要求20所述的装置，其中当所述活塞接近所述基准件时，计算作为从所述基准件反射的微波脉冲幅度的函数的活塞位置。
24.如权利要求20所述的装置，包括可编程离散输入/输出线路。
25.如权利要求20所述的装置，包括数字计算设备，所述数字计算设备配置成处理作为反射微波脉冲和延迟微波脉冲的函数的信号。
26.如权利要求20所述的装置，其中当所述活塞接近缸体端部时，所述控制电路在控制信号内提供缓冲。
27.一种用于测量液压活塞在缸体内的相对位置的装置，包括天线杆，所述天线杆在所述活塞的移动方向上延伸，并且固定耦合到所述缸体，所述杆配置成在耦合器和所述杆的远端之间传送微波脉冲；滑动件，所述滑动件可滑动地耦合到所述活塞，所述滑动件配置成引起所述微波脉冲的部分反射；基准件，所述基准件耦合到所述天线杆的近端，并且配置成响应于微波脉冲产生基准参考反射；微波收发器电路，所述微波收发器电路耦合到所述天线杆，并且配置成产生和接收微波脉冲；计算电路，所述计算电路配置成计算活塞位置，该活塞位置为来自所述滑动件的微波脉冲部分反射的函数；和控制电路，所述控制电路包括具有多个可编程功能的输入/输出(I/O)连接。
28.如权利要求27所述的装置，其中所述输入/输出连接包括开关输出。
29.如权利要求27所述的装置，其中所述输入/输出连接包括电压电平输出。
30.如权利要求27所述的装置，其中所述输入/输出连接包括电流电平输出。
31.如权利要求27所述的装置，其中所述输入/输出连接包括用于接收限位开关功能设定点的输入。
32.如权利要求27所述的装置，其中所述输入/输出连接提供报警条件输出。
33.如权利要求32所述的装置，其中所述报警条件选自下列一组条件，即过高温度，分操作温度，范围之外的测量，自检故障，天线断路，天线短路，超过的最大速度，以及电子缓冲故障。
34.如权利要求27所述的装置，包括在对所述输入/输出连接功能的编程中使用的输入。
35.如权利要求27所述的装置，包括控制器，所述控制器向液压致动器提供作为活塞位置的函数的控制信号。
36.如权利要求27所述的装置，包括数字计算设备，所述数字计算设备配置成处理作为反射微波脉冲和延迟微波脉冲的函数的信号。
37.一种用于测量液压活塞在缸体内的相对位置的装置，包括天线杆，所述天线杆在所述活塞的移动方向上延伸，并且固定耦合到所述缸体，所述杆配置成在所述杆的耦合器和远端之间传送微波脉冲；滑动件，所述滑动件可滑动地耦合到所述活塞，所述滑动件配置成引起所述微波脉冲的部分反射；基准件，所述基准件耦合到所述天线杆的近端，并且配置成响应于微波脉冲产生基准参考反射；微波收发器电路，所述微波收发器电路耦合到所述天线杆，并且配置成产生和接收微波脉冲；和计算电路，所述计算电路配置成计算活塞位置，该活塞位置为从所述滑动件中反射的微波脉冲的延时的函数，所述计算电路包括数字计算设备，所述数字计算设备配置成以数字化方式处理从所述微波收发器中接收的信号。
38.如权利要求37所述的装置，其中所述计算电路控制所述微波收发器的操作。
39.如权利要求38所述的装置，包括数字-模拟转换器，所述数字-模拟转换器配置成将来自所述计算电路的数字输出转换成控制所述微波收发器操作的模拟信号。
40.如权利要求37所述的装置，其中所述计算电路控制所述微波收发器的扫描范围。
41.如权利要求37所述的装置，其中所述计算电路控制所述微波收发器的分辨率。
42.如权利要求37所述的装置，其中所述计算电路控制所述微波收发器的更新率。
43.如权利要求37所述的装置，其中所述计算电路调节所述微波收发器和所述天线杆之间的距离。
44.如权利要求37所述的装置，其中所述计算电路控制所述微波收发器的发射功率。
45.如权利要求37所述的装置，包括控制器，所述控制器配置成向液压致动器提供作为活塞位置的函数的控制信号。
46.如权利要求37所述的装置，包括可编程离散输入/输出线路。
全文摘要
使用微波脉冲测量液压组件(10)的缸体(12)内活塞(14)的位置。沿着耦合到活塞(14)或缸体(10)的导线(22)发射微波脉冲。滑动件(40)可滑动地耦合到导线(22)，并且与活塞或缸体一起移动。确定为来自导线末端和滑动件的反射的函数的位置。
文档编号G01D5/48GK1723350SQ200380105368
公开日2006年1月18日 申请日期2003年12月2日 优先权日2002年12月11日
发明者格雷戈里·C·布朗, 詹姆斯·A·约翰逊, 埃里克·R·勒弗格伦 申请人:罗斯蒙德公司