专利名称：改进的转动信号耦合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转动信号耦合器，即，用于在可以相对彼此转动的两个部件之间提供信号耦合的装置。
公布的国际专利申请WO 91/13832描述了一种特别适用于测量施加到轴上的转矩的应变测量方法和设备。所述的方法和设备使用了安装在轴上的表面声波(SAW)装置。这种装置需要使高频信号，一般是射频(RF)信号在SAW装置和其相关联的驱动/测量电路之间通过。如果SAW装置所连接的轴只转过小的角度范围，则SAW装置可以硬接线到其相关联的驱动/测量电路。然而，WO 91/13832中描述了转矩测量技术的很多应用，它们不易受到SAW装置和其相关联的驱动/测量电路之间的硬接线的影响，并且这些应用需要使用转动信号耦合装置，以便实现所需的连接。
公布的国际专利申请WO 96/37921公开了一种转动信号耦合装置，它可以用于以RF频率为SAW装置提供所需的耦合。所述的装置包括一对传输线，每个传输线包括导电轨道和相关的接地平面。轨道各自基本上是圆形的，而且每个轨道限定一间隙，使得每个轨道和其相关的接地平面形成传输线。轨道共轴地布置在承载SAW装置的轴的周围，一个轨道和其相关的接地平面固定到轴上，而另一个轨道和其相关的接地平面固定到该轴所穿过的轴承上。各轨道由薄的电解质材料片或小的空气间隙间隔开。固定到轴承上的轨道的一端连接到驱动/测量电路，并且固定到轴上的轨道的一端连接到SAW装置上。轨道与驱动电路和SAW装置的各个接点相对的轨道端部可以接地或者可以为断路。
上述转动信号耦合器具有的特性阻抗在宽的频率范围内基本上恒定。然而，已经发现该装置在通过耦合器的信号的相变和衰减方面不能令人满意，已经发现该信号取决于耦合器的固定和可动部件的相对转动位置。这些相变和衰减变化是极不希望有的，因为它们使来自SAW装置的信号的译码变得特别复杂。
公布的英国专利申请GB 2 328 086A公开了一种具有电容器的转动信号耦合器，该电容器横过间隙连接在一个或两个轨道之间。这就大大减少了相变和衰减变化的问题。
然而，虽然GB 2 328 086A中所述的耦合器在小直径的轴(即，轴的直径为20mm或更小)上令人满意地工作，但是所述耦合器在用于较大直径的轴时并不表现得有效。特别是，具有安装在相邻平行平面中的定子和转子轨道的耦合器(见附图的
图1)已被证明不适用于75mm或更大的轴直径。这种结构被将要通过耦合器的RF信号的波长限制。而且，耦合器的定子和转子轨道的直径取决于结构的速度常数(其中速度常数是媒介的电介质常数的平方根)。虽然可以通过使用低的电介质材料和因此增加速度常数来使前述结构有利地适用于较大直径的轴，但是改进很小，并不能在直径为75mm或更大的轴上得到令人满意的性能。
本发明提供了一种转动信号耦合器，其包括固定到第一支承件上的基本为圆形的第一轨道；固定到第二支承件上的基本为圆形的第二轨道，该第二支承件可以相对于第一支承件转动，第一和第二轨道与可转动的第二支承件的转动轴线共轴并且彼此邻近，以便在其间提供信号耦合；连接到第一轨道上的第一端子；连接到第二轨道上的第二端子；其中，所述轨道中的一个内具有至少两个间隙，这些间隙形成分离的轨道部分之间的断电点，分离的轨道部分彼此电连接。
本发明以上和另外的特征和优点将从下面对其优选实施例的说明中变得明显，仅通过实例参考附图给出该实施例，其中图1示意地示出了GB 2 329 086A中公开的现有技术的转动信号耦合器；图2示意地示出了本发明的第一实施例的转子；图3示意地示出了与图2的转子相关联的电路；以及图4示意地示出了与第一实施例的定子相关联的电路。
首先参考图1，所示的现有技术的耦合器1被示意地示出，以便在同轴电缆2和同轴电缆3之间提供信号耦合。在所示的耦合器中，同轴电缆2连接到驱动器/测量电路，并且同轴电缆3连接到安装在轴5上的SAW装置4。因此耦合易于实现驱动器/测量电路和SAW装置之间的信号连接，以便测量施加在轴5上的转矩。
耦合器1包括通过适当装置紧固到固定的支承件上的第一部件6和紧固到轴5上的第二部件7。部件6、7彼此面对，并且实际上由小的空气间隙或薄的绝缘材料片间隔开。部件6、7的间距在图中被放大了，使得部件6的结构可以看得更加清楚。实际上，部件6、7大概间隔很小的量，一般为1-5mm。
部件6包括绝缘材料片8，该绝缘材料片在其远离部件7的一侧上支承着金属屏蔽件9。类似地，部件7包括绝缘材料片10，该绝缘材料片在其远离部件6的一侧上支承着金属屏蔽件11。屏蔽件9在很多应用中将例如通过连接到同轴电缆2的屏蔽件12上而接地。屏蔽件11一般将例如通过同轴电缆3的屏蔽件13电连接到轴5上。轴5一般将被接地，因此屏蔽件9和11电连接。
第一部件6上形成有两个环形轨道14、15。在基本的结构中，将只存在一个轨道，但在更复杂的结构中，可以存在几个附加的轨道。附加的轨道可以用于与附加的装置信号耦合。例如，如果两个单独的SAW装置被紧固到轴上，则两个单独的轨道将用于提供与这些装置的耦合。
轨道14、15可以包括任何合适的材料，例如铜箔。
轨道14、15采取完整的圆的形式，只是有一间隙16形成每个轨道中的断电点。轨道14的一端连接到同轴电缆2的芯部17。如果使用了附加的轨道例如轨道15，就将有适当的电缆连接与其相关联。为了表示的目的，只示出了外部轨道14连接到电缆上。在所示的耦合器中，轨道14上与芯部17的接点相对的端部连接到同轴电缆的屏蔽件12和屏蔽件9上。然而，另外的结构也可以是希望的。例如，轨道上远离同轴电缆的接点的端部可以为断路(除了下面提到的附加电容器以外)。
部件7邻近部件6的面上形成有轨道，这些轨道与图6的轨道成镜像，如上所述。部件7的外部轨道的一端连接到同轴电缆3的芯部18，并且该轨道的相对端连接到同轴电缆3的屏蔽件13和部件7的屏蔽件11。和部件6的轨道14一样，部件7的该轨道可以在与芯部18的接点相对的端部处留下断路。
每个轨道14横过间隙16连接有一电容器。该电容器可以是固定的电容器或者可以对电路的电容作出一些调节的可变电容器。该电容器的尺寸将这样选择，使得电路被调整为其带宽比设备应用中期望遇到的频带稍宽一些。其目的是小程度地调整电路，但是留下足够宽的带宽以提供在整个期望的使用频率范围内基本上恒定的耦合特性。一般地，在屏蔽件9、11接地的位置，支承件8、10的厚度为1.5mm，外部轨道14的内直径为40mm，径向延伸5mm，电容器19的电容值将大约为30PF。这个值类似于轨道和屏蔽件9、11之间的电容。这种装置在185-215MHz的频率范围内将一般具有基本上均匀的传输特性。
每对配合的轨道中的每个轨道可以装设有电容值基本上相同的电容器。另外，虽然如图所示的电容器19物理上定位在部件6、7上，但是也可以使电容器物理上定位成远离部件，并且例如通过在相关联的同轴电缆的芯部和屏蔽件之间进行电连接而横过间隙16实现电连接。
现在参考图2到4，示出了改进的转动信号耦合器的部件。除了下面讨论的改进之外，改进的耦合器与图1中所示的现有技术的耦合器相同，因此，在附图中，相同的元件已经标以相同的参考标记。
在图2中，示出了改进的耦合器的转子部件7。然而为了清楚起见，SAW装置4(与轴5相连)和相关联的同轴电缆13并未示出。改进的耦合器的转子部件7与图1中所示的现有技术的耦合器的不同之处在于，轨道102、104(安装在从图2中不能看到的部件7的平表面上)被分成两半。由于轨道102、104设置在图2中的隐藏表面上，所以该轨道102、104在图2中用虚线示出。
可以看出，两个半部中的轨道102、104的结构导致了每个轨道具有两个间隙106、108。在所示的实施例中，外部轨道102的两个半部通过同轴电缆110彼此连接，该同轴电缆安装在图2中可见的部件7的平表面上的半圆形路径上。设置连接装置(图2中未示出)以便将同轴电缆110通过部件7的厚度电连接到外部轨道102的两个半部上。同轴电缆110在其第一端连接到外部轨道102的第一半圆半部的第一端部上。同轴电缆110的第二端(远离同轴电缆110的该第一端)连接到外部轨道102的第二半圆半部的第一端部上。外部轨道102的第一和第二半圆半部的第一端部在直径上彼此相对。对于外部轨道102的每个半圆半部，第二端部(远离同轴电缆110所连接的第一端部)通过部件7的厚度连接到屏蔽件11上。这些连接点在图3的示意电路图中由参考标记112表示。如图1的耦合器中所示，本实施例的屏蔽件11通过同轴电缆3的屏蔽件13接地(见图3)。还有，一可变电容器114连接到外部轨道102的两个半圆半部的第二端部上。然而电容器的应用是可选的。
在所示的实施例中，内部轨道104没有连接到SAW装置，并且其两个半圆半部没有彼此连接。然而，内部轨道104以及甚至另外的轨道可以被连接，如上面关于外部轨道102描述的那样。以这种方式，耦合器可以用于一个以上的SAW装置。
如图1的耦合器中所示，附图中所示的改进的耦合器结合有安装在承载结构(未示出)上的定子部件6(见图4)，轴5可以在该承载结构中转动。然而，改进的耦合器的定子部件与现有技术的耦合器的定子部件的不同之处在于，其上安装的轨道116设置在两个半圆半部中。这些半圆半部布置成安装在转子部件7上的相配合的半圆轨道半部的镜像，并且通过同轴电缆118彼此连接，如上面参考转子部件7描述的那样。而且，同轴电缆118位于定子部件6的与轨道116相对的一侧上，同轴电缆118和半圆轨道半部的第一端部借助于适当的装置通过定子部件6的厚度彼此电连接。
对于轨道116的每个半圆半部，第二端部(远离同轴电缆118所连接的第一端部)通过部件6的厚度连接到屏蔽件9上。这些连接点在图4中由参考标记120表示。如图1的耦合器中所示，本实施例的屏蔽件9通过同轴电缆2的屏蔽件12接地。尽管没有电容器设置在所示的定子部件6上，但是电容器可以连接到两个轨道半部上。
本发明并不局限于上述的特定实施例。另外的结构和合适的材料对本领域的普通技术人员来说是明显的。例如，安装在定子和转子部件上的轨道可以设置有两个以上的间隙。因此轨道可以被分成三份或四份，或者以其他方式分割。实际上，定子或转子部件其中之一可以设置有以常规方式布置的轨道(例如，只具有单个间隙的轨道)。
权利要求
1.一种转动信号耦合器，其包括固定到第一支承件上的基本为圆形的第一轨道；固定到第二支承件上的基本为圆形的第二轨道，该第二支承件可以相对于第一支承件转动，第一和第二轨道与可转动的第二支承件的转动轴线共轴并且彼此邻近，以便在其间提供信号耦合；连接到第一轨道上的第一端子；连接到第二轨道上的第二端子；其中，所述轨道中的一个内具有至少两个间隙，这些间隙形成分离的轨道部分之间的断电点，分离的轨道部分彼此电连接。
2.根据权利要求1所述的转动信号耦合器，其特征在于，分离的轨道部分通过安装在相关联的支承件上的装置彼此电连接，相关联的支承件是固定所述轨道部分的该支承件。
3.根据权利要求2所述的转动信号耦合器，其特征在于，用于使分离的轨道部分电连接的所述装置延伸通过所述相关联的支承件的厚度，并且位于与固定所述轨道部分的所述支承件的该侧相对的所述支承件的一侧上。
4.根据权利要求2或3所述的转动信号耦合器，其特征在于，用于使分离的轨道部分电连接的所述装置沿着基本为半圆形的路径延伸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转动信号耦合器，其特征在于，所述轨道中的所述一个具有两个间隙，这些间隙提供了基本为半圆形状的两个分离的轨道部分。
6.根据权利要求5所述的转动信号耦合器，其特征在于，用于使分离的轨道部分电连接的装置的第一端连接到所述轨道部分中的一个的第一端部上，以及其中所述电连接装置的第二端连接到所述轨道部分中的另一个的第一端部上，两个轨道部分的第一端部在直径上彼此相对。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转动信号耦合器，其特征在于，分离的轨道部分通过包括同轴电缆的装置彼此电连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转动信号耦合器，其特征在于，所述轨道中的另一个内具有至少两个间隙，这些间隙形成分离的轨道部分之间的断电点，分离的轨道部分彼此电连接。
9.根据权利要求8所述的转动信号耦合器，其特征在于，轨道布置成彼此的镜像，第一轨道包括分离的轨道部分，这些分离的轨道部分彼此电连接的方式与第二轨道的分离的轨道部分彼此电连接的方式相同。
10.一种基本上如前面参考附图所述的转动信号耦合器。
全文摘要
本发明涉及一种转动信号耦合器，也就是说用于在可以相对彼此转动的两个部件之间提供信号耦合的装置。所提供的耦合器包括固定到第一支承件(未示出)上的基本为圆形的第一轨道；和固定到第二支承件(10)上的基本为圆形的第二轨道(102)，该第二支承件可以相对于第一支承件转动。第一和第二轨道与可转动的第二支承件(10)的转动轴线共轴并且彼此邻近，以便在其间提供信号耦合。第二轨道(102)内具有至少两个间隙(106、108)，这些间隙形成分离的轨道部分之间的断电点。分离的轨道部分彼此电连接(110)。由此可以用直径相对较大的可转动支承件改进信号耦合。
文档编号H01P5/18GK1441976SQ0181260
公开日2003年9月10日 申请日期2001年5月10日 优先权日2000年5月10日
发明者A·朗斯代尔, B·朗斯代尔 申请人:传感技术有限公司