专利名称：用于加速计的弹簧安装元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及加速计和弹簧安装元件，并且更具体而言，涉及耐受极端条件特别是高温的电容性加速计和弹簧。
背景技术：
加速计用来测量加速度，并且呈若干种形式。电容性加速计具有悬挂在两个传导性板之间的弹簧上的传导性质量块，这称为震动检测质量块或惯性检测质量块。诸如空气或非活性气体的气体占据质量块和板之间的空间。该布置形成两个电容器，一个在各个板和检测质量块之间，气体用作电介质。当装置经历加速时，检测质量块运动成更靠近一个板或另一个板，从而减小检测质量块和一个板之间的间隙，同时增大检测质量块和另一个板之间的距离，从而改变电容器中的电容。通过比较电容，可确定加速度的方向和幅度。但是， 由于它们的结构的原因，大多数电容性加速计仅可沿着一个轴线来测量加速度。为了沿着不止一个轴线来测量加速度，必须为所关注的各个轴线提供一个加速计，这可能会变得复杂。另外，因为它们的材料和构造的原因，电容性加速计往往易于在例如可在燃气轮机中经历到的高温处失效。
发明内容
在本发明的一方面，提供了一种带有具有内部径向周边和外部径向周边的内部环和具有内部径向周边和外部径向周边的外部环的弹簧安装元件。多个支承元件附连到内部环的外部径向周边上且对称地设置在该外部径向周边的周围，并且附连到外部环的内部径向周边上。该多个支承元件允许内部环沿三个维度运动。在本发明的另一方面，提供了一种加速计。该加速计具有轮廓和表面积基本相同的凹的第一表面和第二表面，并且第一表面面向第二表面。至少一个导电区域在第一表面和第二表面中的各个的相应的部分上。弹簧安装元件包括具有内部径向周边和外部径向周边的内部环以及具有内部径向周边和外部径向周边的外部环。多个支承元件附连到内部环的外部径向周边上且对称地设置在该外部径向周边的周围，并且该多个支承元件附连到外部环的内部径向周边上。检测质量块附连到弹簧安装元件上，并且支承在第一表面和第二表面之间，以在它们之间运动，并且检测质量块的至少一部分是导电的。弹簧安装元件允许检测质量块沿三个维度运动。
图1是根据本发明的一方面的加速计的透视图；图2是根据本发明的一方面的加速计的透视分解图；图3-8是根据本发明的各方面的加速计的半球形表面的示意图；图9是根据本发明的一方面的调节电路的示意图；图10是根据本发明的一方面的调节电路的示意图11是根据本发明的一方面的弹簧安装元件的透视图；图12是根据本发明的一方面的弹簧安装元件的侧视图；图13是根据本发明的一方面的弹簧安装元件的俯视图；图14是根据本发明的一方面的弹簧安装元件的俯视图；图15是根据本发明的一方面的弹簧安装元件的俯视图；图16是根据本发明的一方面的弹簧安装元件的俯视图；以及图17是根据本发明的一方面的弹簧安装元件的俯视图。部件列表10加速计11第一表面12第二表面13 第一板14 第二板15 切口16 切口17 端部18 端部20检测质量块30弹簧安装元件310导电区域320-660 导电区域910 第一电容920 第二电容930调节电路940 信号1010-1060 电容1070调节电路1080 信号1085 信号1090 信号1110 内部环1120支承元件1130 外部环1300弹簧安装元件1310 内部环1320支承元件1330 外部环1331 突片1340 孑L
1500弹簧安装元件
1510内部环
1511键
1520支承元件
1530外部环
1600弹簧安装元件
1610内部环
1611孔口
1620支承元件
1630外部环
1700弹簧安装元件
1710内部环
1711孔口
1720支承元件
1730外部环
具体实施例方式参看附图，公开了根据本发明的各方面的加速计和弹簧安装元件的实例。出于阐述的目的，在图中显示了以及在后面的详细描述中阐述了许多特定细节，以便提供对本发明的各方面的全面理解。所显示和描述的细节是实例，而不限制本发明的范围。但是，将显而易见的是，可在没有这些特定细节的情况下实践本发明的各方面。在其它情形中，为了简化附图，示意性地显示了众所周知的结构和装置。如在图1和2中所看到的那样，根据一方面，加速计10包括形成于第一板13和第二板14中的、半球形凹的第一表面11和第二表面12，第一表面11面向第二表面12。虽然在实例方面显示了半球形表面，但是可使用其它构造，例如(但不限于)多边形表面、椭圆形表面、双曲线表面和抛物线表面，以及任何其它合适的表面，只要第一表面和第二表面具有基本相同的轮廓和表面积即可。第一表面11和第二表面12有基本相同的曲率半径、表面积和其它尺寸，例如(但不限于)在板13、14的深度和表面处的周长。第一表面11和第二表面12中的各个均具有是导电区域或承载导电区域的至少一部分，各个导电区域居中定位在其相应的部分的表面中心的周围。震动检测质量块或惯性检测质量块20通过基本全方向的类似弹簧的安装元件30 (例如弯曲板和/或弹簧)而悬挂在第一表面11和第二表面12之间，使得检测质量块20可在沿多个维度的运动中进行接合。虽然在实例方面显示了球形检测质量块20，但是可在本发明的范围内使用其它构造或轮廓，例如(但不限于) 多边形、椭圆形、双曲线和抛物线轮廓。弹簧安装元件30允许检测质量块沿一个维度、二个维度或三个维度运动。如已知的那样，物体在多维空间中的运动可由其沿着轴线的运动分量来描述。例如，二维运动可由沿着两个相互垂直的轴线的运动分量来描述。类似地，例如， 三维运动可由沿着三个相互垂直的轴线的运动分量来描述。检测质量块20的至少一部分是导电的。检测质量块20与第一表面11和第二表面12之间的空间25填充有用作电介质的气体。在一方面，该气体在高温处是非活性的或者具有低的活性，例如氦气，但是可使用其它气体，只要它们对于本文公开的目的具有合适的低活性即可。为了允许弹簧偏转，第一板和第二板中的各个均包括切口，例如在相应的半球形表面11、12的开口周围的平顶圆锥形切口 15、16。第一板13和第二板14的接合表面 17,18的其余部分接合和固持弯曲板。在本发明的一些方面，第一板13和第二板14、弹簧安装元件30和检测质量块20由非传导性材料制成。通过将金属涂层或传导性涂层施用到板13、14的第一表面11和第二表面12以及检测质量块20上来形成第一板11和第二板12 以及检测质量块20的导电部分。这样的涂层将具有厚度，但是只要该厚度基本均勻即可， 厚度的影响被抵除和/或是可忽略的。在高温应用中，金属涂层由具有高熔点的金属制成， 使得涂层在加速计和弹簧所遭受的高温处能保持不受干扰。在高温应用中，制造第一板13和第二板14的材料可为耐高温的陶瓷材料。对其它应用可采用其它材料，如在本发明的范围内适当的那样。虽然板13、14在图1和2中显示为圆柱形，但是在各方面可采用其它形状。类似地，虽然允许弹簧安装元件30运动的切口部分15、16显示为平顶圆锥形的，但是可应用其它形状，只要它们适应弹簧安装元件30 的适当运动即可。制造震动质量块或惯性检测质量块20的材料也可为陶瓷材料，特别是在高温应用中，但是可使用其它合适的材料。如图1中所显示的那样，弹簧安装元件30附连到检测质量块20上，使得弹簧安装元件30的内周缘随检测质量块20而运动。在其外周缘处，弹簧安装元件30由上部板13和下部板14的端部17、18保持。可包括外壳40，以将组件保持在一起，以及提供密封室来保持电介质气体。对于高温应用方面，外壳可为不锈钢、陶瓷或另一种合适的耐热材料。图1 中显示的外壳40仅是实例，并且可使用外壳的其它形状、大小、类型和组件，而不偏离本发明的各种方面的范围。如在图3和4中所看到的那样，各个半球形表面11、12均具有承载相应的导电区域310、320的一个部分。在图3和4中显示的方面，各个完整表面11、12涂覆有金属来形成导电区域310、320，但是可采用较小的涂覆区域来形成导电区域310、320，只要它们的大小相同且导电区域310、320的中心与它们所应用到的相应的表面的表面中心一致即可。各个导电区域310、320与检测质量块20形成电容器。当单个涂覆部分310、320在各个表面上时，加速计10可根据在加速计10经历加速度或至少其沿着轴线的分量时检测质量块20 的偏转引起的电容的变化，来测量加速度的沿着单个轴线的分量。例如，如在图3中看到的那样，标为Z轴的单个测量轴线穿过半球的中心。如在图5和6中所看到的那样，一方面在各个半球形表面11、12中采用是导电区域410、420、430、440、450、460、470和480或承载它们的四个部分。采用区域的组合来测量加速度或其沿三个维度的分量。八个导电区域410、420、430、440、450、460、470和480中的各个均与导电区域中的相邻的导电区域电隔离开。例如通过使表面的一部分不涂覆而在区域之间形成边界来实现电隔离。各个导电区域与间隔开的检测质量块有效地形成电容器。 相对的区域对形成可测量加速度或至少其沿着穿过相应的相对的对的轴线的分量的相对的电容器。另外，可使用相对的对的区域组或区域群来测量加速度或至少其沿着穿过相应的相对的对的区域群的轴线的分量。例如，在各方面，使用如图5和6中所看到的那样的八个导电区域的组合，允许通过例如测量加速度的沿着三个相互垂直的笛卡尔轴线的分量来测量空间中的加速度。例如，可通过比较第一组区域410和450的总电容与第二组区域430和470的总电容来实现加速度的沿着图6中所标的y轴的分量的测量，通过比较第三组区域420和460的总电容与第四组区域440和480的总电容来实现加速度的沿着图6中所标的χ轴的分量的测量，以及通过比较第五组区域410-440的总电容与第六组区域450-480 的总电容来实现加速度的沿着ζ轴的分量的测量。可使用其它设定和定向来提供类似的结果。在一方面，如在上面论述的每个半球形表面有单个导电区域的情况下，导电区域可小于它们所应用到的表面的相应的部分，只要各个导电区域的中心与其所应用的到相应的部分的表面中心一致即可。另外，导电区域应当全部为基本同样的大小。较一般的原理是由相对的导电区域或其相对的对称的组或群形成的相对的电容器对可测量沿着穿过相对的导电部分的中心和处于其初始位置上的检测质量块的中心的轴线的加速度。因此，本发明不限于如上面描述的每个半球形表面有一个或四个导电区域， 而是可如适于给定情形那样具有两个、三个、五个或更多个导电区域。如在图7和8中所看到的那样，根据一方面，备选的三轴线加速计采用彼此电隔离开的六个导电区域610、620、630、640、650、660，在各个半球形表面11、12中有三个。再次， 可通过使表面的部分不涂覆而在区域之间形成边界来实现电隔离。半球11、12使它们的导电区域有基本相同的布置，但是一个相对于另一个在x-y平面中旋转180度，以将上半球11 的区域610、620、630布置成关于检测质量块20而与下半球12的对应的区域640、650、660 相对。各个区域与间隔开的检测质量块20有效地形成相应的电容器，并且区域的相对的对 610/660,620/650和630/640可测量加速度或至少其沿着穿过相应的相对的对的区域的中心的轴线的分量。使用如在图7和8中所看到的那样的三个相对的对允许沿着三个轴线进行测量，使得可利用加速计10的恰当定向和/或应用于调节电路和/或处理硬件和/或软件中的适当的修正因子来测量加速度的沿着三个相互垂直的卡笛尔轴线的分量。如对于上面论述的对每个半球形表面采用一个和四个导电区域的方面那样，各方面的导电区域可小于它们所应用到的表面的相应的部分，只要各个导电区域的中心与其所应用到的相应的部分的表面中心一致即可。另外，导电区域在各方面应当全部为同样的大在各方面，如上面所论述的那样，检测质量块和相对的电容器对或相对的对称的电容器组或电容器群连接到调节电路上。调节电路监测各个电容器或电容器群和检测质量块之间的电容，并且提供表示相对的电容器对或相对的对称的电容器组或电容器群之间的电容差的相应的信号，例如电压。各个信号均是随监测到的电容相对于初始值的变化的程度而变化的、加速计所经历的加速度的幅度和/或方向的表示。因此，如在图9中所看到的那样，可通过将包括第一电容器或电容器组的第一电容910和包括第二电容器或电容器组920的第二电容920连接到调节电路930上来实现对加速度的单轴线测量。调节电路930提供表示第一电容910和第二电容920之间的电容差的信号940。信号940表示随第一电容910和第二电容920相对于初始值的变化的程度而变化的、加速计所经历的加速的幅度和/或方向。类似地，如在图10中所看到的那样，可通过将第一、第二、第三、第四、第五和第六电容1010-1060连接到调节电路1070上来实现对加速度的三轴线测量。同上，各个电容可为单个电容器或电容器组。调节电路1070提供表示第一电容1010和第二电容1020之间的电容差的第一信号1080，以及表示第三电容1030和第四电容1040之间的电容差的第二信号1085，以及表示第五电容1050和第六电容1060之间的电容差的第三信号1090。图11示出了根据本发明的一方面的、可用来固持检测质量块20的弹簧安装元件 30的透视图。弹簧安装元件由内部环1110、多个支承元件1120和外部环1130组成。内部环1110附连到检测质量块20上。支承元件1120可由对称地设置在内部环1110的周缘或外周边的周围且附连到周缘或外周边上的弧形材料条组成。支承元件还附连到外部环1130 的内周边上。外部环可由上部板13和下部板14的端部17、18固定(参见图2~)。检测质量块固定到内部环1110上，并且支承元件1120允许检测质量块沿三个维度全方向地运动。在设计中，支承元件的数量和形状可有所不同，如特定应用中所期望的那样。内部环1110和外部环1130以及支承元件1120可由任何合适的材料制成，包括(但不限于)金属、金属合金、塑料。例如，在高温应用中，材料可选自下者中的一个或其组合铝、铬、钴、铁、镁、钼、 镍、钢、钛、钨和钒。支承元件1120可由如全方向弹簧那样协同地起作用的半圆形或弧形材料条组成。如图12中所显示的那样，可按交错方式来布置支承元件排列。仅作为一个实例，在该多个支承元件1120的周围沿顺时针方向延伸，第一支承元件可布置成沿轴向向上(+Z轴) 凸出，沿顺时针方向的下一个支承元件可布置成沿轴向向下(-Z轴)凸出，并且可重复这个型式，直到所有支承元件均布置在内部环和外部环之间为止。换句话说，支承元件可布置成交替和交错的布置，其中，相邻的支承元件位于内部环和外部环的相对的侧上。该多个支承元件1120基本沿径向定向，并且在检测质量块20沿三个维度运动的期间有效地且可预测地支承检测质量块20。支承元件1120的布置和形状对温度影响具有减小的敏感性，因为一组支承元件(例如+-ζ轴元件)的膨胀或收缩将被相对的组支承元件(例如-ζ轴元件)抵消。另外，一侧(例如左侧)的元件将抵消另一侧(例如右侧)的元件的扩张或收缩。如可在图11和12中看到的那样，弹簧安装元件30可沿所有三个维度对称，并且该多个支承元件1120的对称性质将增强弹簧安装元件30的线性。图13示出了根据本发明的另一方面的、可用来支承检测质量块20的弹簧安装元件1300的俯视图。图13显示了在制造期间以及在支承元件1320形成为半圆形形状之前的弹簧安装元件1300。弹簧安装元件1300可由压制坯料或机制坯料形成，并且包括内部环1310、多个支承元件1320和外部环1330。多个分段突片1331形成于外部环中，并且在相邻的突片之间形成间隙或空间。图14示出了在支承元件1320形成为半圆形形状之后的弹簧安装元件1300的俯视图。可看到，在支承元件1320 “弯曲”或转弯成它们的期望形状之后，包括突片1331的外部环元件沿径向向内朝向内部环1310运动。各个相邻的支承元件1320可按与图11和 12中示出的那些类似的方式来构造，其中，一个支承元件沿+Z轴方向凸出，而相邻的支承元件沿-Z轴方向凸出。突片1331可紧密地连结到彼此上，或通过任何合适的方法(包括 (但不限于)焊接和粘合剂应用)来通过外部支承环(或多个外部支承环)而连结，或者可如特定应用中所期望的那样不连结突片。外部环1330可由上部板13和下部板14的端部17、18固定(参见图2~)。另外， 端部17、18可包括多个沿周向设置的柱和孔(未显示)。例如，柱可布置在端部18上且向上延伸，而相对的孔形成于端部17中，并且与柱的位置对准。一个或多个突片1331可具有也与端部17、18中的柱和孔对准的可选的孔1340。可将外部环1330布置在柱的上面，并且这些柱将协助阻止弹簧安装元件的不合需要的运动。显示了仅一些孔1340，但是应当理解，孔1340可存在于周向突片1331中的一个或多个中。外部环1330 (和突片1331)也可连结到第二外部环(未显示)上。第二外部环将布置在突片1331的上方和/或下方，使得第二外部环覆盖外部环1330的至少一侧，以及然后两个元件可按任何合适的方式(例如焊接、粘合剂等)连结。两个层(由第二外部环和外部环1330/突片1331形成)然后可夹在端部17和18之间。检测质量块20可构造成实心的整体元件，或者可为多件式(例如两个或更多个) 元件。仅作为一个非限制性实例，检测质量块可由两个半部形成，并且该两个半部可包括用来接合弹簧支承元件上的对应的部件的一个或多个部件。图15示出了具有内部环1510、支承元件1520和外部环1530的弹簧安装元件1500 的俯视图。内部环1510包括键元件1511。键元件可构造成沿径向向内(如所显示的那样)、沿径向向外或沿任何其它合适的方向凸出，如特定应用中所期望的那样。键元件1511 设计成接合形成于检测质量块20中的对应的凹部。图16示出了具有内部环1610、支承元件1620和外部环1630的弹簧安装元件1600 的俯视图。内部环1610包括一个或多个孔口 1611。孔口 1611可构造成任何合适的形状和数量，如特定应用中所期望的那样。孔口 1611设计成接合检测质量块20中的对应的凸出部。图17示出了具有内部环1710、支承元件1720和外部环1730的弹簧安装元件1700 的俯视图。内部环1710包括非圆形孔口 1711。孔口 1711可构造成任何合适的形状(例如长方形、多边形、椭圆形)，如特定应用中所期望的那样。孔口 1711设计成接合检测质量块 20中的一个或多个对应的凸出部。通过应用本文公开的各方面，提供了一种紧凑且稳定可靠的加速计。具体而言，提供了一种可经受住例如存在于燃气轮机中的极端温度的多轴线加速计。另外，可在物体或组件沿三个维度需要精确的弹簧支承的任何情况下使用弹簧安装元件。虽然参照一个或多个示例性方面来描述了本公开，但是本领域技术人员将理解， 可作出各种改变，并且等效物可代替本公开的元件，而不偏离本公开的范围。另外，可作出许多修改，以使特定的情形或材料适于本公开的教导，而不偏离本公开的范围。因此，意图本公开不限于作为为了执行本发明而构想的最佳模式而公开的特定方面(一个或多个)， 而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有方面。
权利要求
1.一种弹簧安装元件(30)，包括具有内部径向周边和外部径向周边的内部环(1110)； 具有内部径向周边和外部径向周边的外部环(1130)；多个支承元件(1120)，其附连到所述内部环的所述外部径向周边上且对称地设置在所述外部径向周边的周围，并且附连到所述外部环的所述内部径向周边上；以及其中，所述多个支承元件(1120)允许所述内部环沿三个维度运动。
2.根据权利要求1所述的弹簧安装元件，其特征在于，所述多个支承元件中的各个由类似弹簧的弧形部件组成。
3.根据权利要求1所述的弹簧安装元件，其特征在于，所述多个支承元件布置成交替和交错的布置，其中，所述多个支承元件中的沿周向相邻的支承元件位于所述内部环和所述外部环的相对的侧上。
4.根据权利要求1所述的弹簧安装元件，其特征在于，所述多个支承元件中的各个包含下者中的一个或其组合铝、铬、钴、铁、镁、钼、镍、钢、钛、钨和钒。
5.根据权利要求1所述的弹簧安装元件，其特征在于，所述外部环由多个分段突片 (1331)组成。
6.根据权利要求5所述的弹簧安装元件，其特征在于，所述多个分段突片(1331)中的相邻的突片连结到彼此上。
7.根据权利要求1所述的弹簧安装元件，其特征在于，所述内部环包括沿径向向内凸出的键(1511)。
8.根据权利要求1所述的弹簧安装元件，其特征在于，所述内部环包括多个孔口 (1611)。
9.根据权利要求1所述的弹簧安装元件，其特征在于，所述内部环包括至少一个孔口 (1711)。
10.一种加速计(10)，包括轮廓和表面积基本相同的凹的第一表面(1 和第二表面(16)，所述第一表面面向所述第二表面；在所述第一表面和所述第二表面中的各个的相应的部分上的至少一个导电区域； 弹簧安装元件(30)，其包括 具有内部径向周边和外部径向周边的内部环(1110)； 具有内部径向周边和外部径向周边的外部环(1130)；多个支承元件(1120)，其附连到所述内部环的所述外部径向周边上且对称地设置在所述外部径向周边的周围，并且附连到所述外部环的所述内部径向周边上；检测质量块00)，其附连到所述弹簧安装元件上，并且支承在所述第一表面和所述第二表面之间，以在它们之间运动，所述检测质量块的至少一部分是导电的；以及其中，所述弹簧安装元件(30)允许所述检测质量块00)沿三个维度运动。
全文摘要
本发明涉及用于加速计的弹簧安装元件。提供了一种带有具有内部径向周边和外部径向周边的内部环(1110)和具有内部径向周边和外部径向周边的外部环(1130)的弹簧安装元件(30)。多个支承元件(1120)附连到内部环的外部径向周边上且对称地设置在该外部径向周边的周围，并且附连到外部环的内部径向周边上。该多个支承元件(1120)允许内部环沿三个维度运动。
文档编号G01P1/00GK102565445SQ201110405010
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者吕卓民 申请人:通用电气公司