专利名称：接近传感器组件和检查系统的制作方法
接近传感器组件和检查系统技术领域
本文所公开的主题涉及接近传感器(proximity sensor)组件和检查系统。
背景技术：
接近传感器，包括涡电流传感器、磁拾传感器和电容传感器，可用于通过测量接近传感器和机器之间的距离来监测机器(例如，涡轮)的振动、移动或其它操作特性。在动态检测的示例中，接近传感器可用于在机器构件振动时通过监测机器构件相对于接近传感器的位置的任何变化来检测机器构件的振动(例如，涡轮的旋转轴的振动)的频率。在静态检测的示例中，接近传感器可用于在机器构件升温且膨胀而导致机器构件更靠近接近传感器移动时检测机器构件的膨胀，或者在机器构件冷却且收缩而导致机器构件更远离接近传感器移动时测量机器构件的收缩。接近传感器可向检查系统的其它构件提供与机器构件的操作特性有关的信息。监测、控制和检查系统显示机器构件的操作特性的图形表示，并且在存在机器构件的异常行为时提供警报或其它指示。
接近传感器通常具有管状/圆柱形形状，电缆被供给穿过柱体长度的一部分且连接到该柱体中的中心位置，接近检测信号从传感器的顶表面沿与电缆平行的方向发射。这种圆柱形接近传感器的长度和接近检测信号的方向需要靠近目标物体的足够间隙以便安装接近传感器来监测该物体，防止在物体周围具有较窄间隙的区域中使用接近传感器。而且，在一些应用中，圆柱形接近传感器不能用于不能钻孔或者不能设置支架来安装接近传感器的地方。
提供上文的讨论仅仅用于一般背景信息，而并不意图用于帮助确定所要求保护的主题的范围。发明内容
公开了一种带有感测元件的接近传感器组件，其具有基件和置于该基件的一个或更多平坦表面上的天线。电缆基本平行于基件的平坦表面被供给且附连到基件的侧表面，使得电缆基本垂直于从感测元件发射的电磁场的方向而定向。在接近传感器组件的一些公开实施例的实践中可实现的一个优点是，接近传感器组件具有短的、低的轮廓且能够插入槽、狭缝、裂缝或者在目标物体周围具有较窄间隙的其它区域内。
在一个实施例中，公开了一种示例性接近传感器组件。该接近传感器组件包括:基件，其包括第一平坦表面、第二平坦表面以及侧表面，其中，第二平坦表面基本上与基件的第一平坦表面相反；天线图案，其置于基件的第一平坦表面和/或第二平坦表面上；电缆，其包括中心导体和护罩，其中，电缆连接到基件的侧表面且基本平行于基件的第一平坦表面和第二平坦表面；基件中的第一导电路径，其将电缆的中心导体连接到天线图案；以及基件中的第二导电路径，其将电缆的护罩连接到天线图案。
在另一个实施例中，公开了一种用于检查物体的示例性检查系统。该检查系统包括:靠近物体定位的接近传感器，其中，接近传感器包括基件和天线图案，基件包括第一平坦表面、第二平坦表面以及侧表面，天线图案置于基件的第一平坦表面和/或第二平坦表面上，其中，第二平坦表面基本上与基件的第一平坦表面相反；信号产生和处理构件，其用于产生电驱动信号，该电驱动信号导致从接近传感器产生导向物体的电磁场；电缆，其连接信号产生和处理构件及接近传感器，其中，电缆包括中心导体和护罩，并且其中，电缆连接到基件的侧表面且基本平行于基件的第一平坦表面和第二平坦表面；基件中的第一导电路径，其将电缆的中心导体连接到天线图案；以及基件中的第二导电路径，其将电缆的护罩连接到天线图案。
本发明的该简要描述仅仅意图提供根据一个或更多说明性实施例在本文中公开的主题的简要概述，而并不用作解释权利要求或者限定或限制本发明的范围的指导，本发明的范围仅由所附权利要求限定。提供该简要描述以介绍简化形式的说明性概念选择，这些概念在下文的详细描述中进一步描述。该简要描述并不意图确认所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意图用作帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题并不限于解决背景中所提到的任何或所有缺点的实施方案。
为了理解本发明的特征，可参考某些实施例做出本发明的详细描述，这些实施例中的一些在附图中示出。然而，应当指出，附图仅仅示出本发明的某些实施例且因此不应视为其范围的限制，因为本发明的范围涵盖其它等效的实施例。附图未必按比例绘制，重点通常放在示出本发明的某些实施例的特征上。在附图中，贯穿各个视图，相同标号用于指示相同部分。因此，为了进一步理解本发明，可参考下文的详细描述，结合附图来阅读，在附图中: 图1为示例性检查系统的图； 图2为示例性接近传感器组件的侧视截面图； 图3为图2的接近传感器组件内的感测元件的图； 图4为另一个示例性接近传感器组件的侧视截面图；以及 图5为又一个示例性接近传感器组件的侧视截面图。
附图标记: 90电磁场 100检查系统 110接近传感器 114调谐腔 120电缆 126中心导体 128护罩 130基件 131感测元件 132第一平坦表面(基件) 133第一孔 134第二平坦表面(基件) 135第二孔 136侧表面(基件) 140接近传感器组件 146导电销 148导电环 156第一导电路径 158第二导电路径 160天线图案 166第一部分(天线图案) 168第二部分(天线图案) 170天线图案 176第一导电材料贴片 178第二导电材料贴片 180信号产生和处理构件 190诊断监测器 200物体。
具体实施方式
图1为可测量、监测和检查物体200 (例如，涡轮构件)的示例性检查系统100的图。检查系统100包括接近传感器110，接近传感器110由电缆120连接到信号产生和处理构件180，信号产生和处理构件180可连接到诊断监测器190。接近传感器110和电缆120在本文中统称为接近传感器组件140。
信号产生和处理构件180向接近传感器110输出电驱动信号，其导致接近传感器110产生远离接近传感器110发出的电磁场90。在一个实施例中，电驱动信号为具有处于微波范围的频率的信号，且在本文中也被称作微波驱动信号。如本文所用的，术语“微波”指带有大约300 MHz或更大的频率的电信号，且在一个示例中从约300 MHz至约300 GHz。
在一个实施例中，接近传感器110和物体200定位成彼此充分靠近，使得在接近传感器Iio与物体200之间存在电容和/或电感耦合。接近传感器110与物体200之间的紧密距离使电磁场90畸变，这影响可由接近传感器110感测的电磁场90的功率电平和/或频率和/或相位。电磁场90的功率电平和/或频率和/或相位基于接近传感器110与物体之间的距离而改变，并且由信号产生和处理构件180监测以确定在接近传感器110与物体200之间随时间推移的距离，该距离可用于确定例如物体200随时间推移的振动、位置等。
在一个实施例中，诊断监测器190可为独立构件，其从信号产生和处理构件180接收表示接近传感器Iio与物体200之间的距离的信号。诊断监测器190可处理这些信号，从而产生一个或更多输出信号，输出信号可被传输到额外构件，诸如显示器、监控和数据采集(SCADA)系统等，此类额外构件可显示物体随时间推移和相对于接近传感器110位置的操作特性(例如，振动、位置等)的文本和/或图形表示。
图2为示出具有接近传感器110和电缆120的示例性接近传感器组件140的侧视截面图的图。图3为图2的接近传感器组件140内的感测元件131的图。接近传感器110可包括基件130，基件130具有第一平坦表面132和基本上与第一平坦表面132相反的第二平坦表面134。基件的侧表面136基本上垂直于基件130的第一平坦表面132和第二平坦表面134。在此实施例中，由于基件130相对于与平坦表面132和134垂直的视角具有圆形轮廓，因而基件130的侧表面136形成基件130的周边且为弯曲的，但可使用其它形状用于基件130和侧表面136。天线图案160置于基件130的第一平坦表面132上且朝向物体200发射电磁场90 (参看图1)。基件130和天线图案160在本文中统称为感测元件131。调谐腔114可定位成靠近基件130的第二平坦表面134。调谐腔114可被设计成便于调谐从感测元件131发射的电磁场90的特性。调谐腔114可在接近传感器110中反射电磁场90的向后辐射的部分，使得电磁场90朝向物体200。在一个实施例中，调谐腔114的深度为电驱动信号的波长的倍数(例如，1/2波长、1/4波长)且可基于具体天线图案160来调難iF.0
在图2和图3所示的实施例中，电缆120连接到接近传感器110的基件130的侧表面136，使得电缆120基本平行于基件130，包括第一平坦表面132和天线图案160。电缆120可供给到接近传感器110，使得电缆110基本平行于天线图案160且因此也垂直于从感测元件131发射的电磁场90的方向。因此，可在与连接到接近传感器110的电缆120的方向基本垂直的方向上做出接近测量。这种配置可被称作“直角”型接近传感器110。这种类型的设计使得接近传感器110和电缆130在定位于物体附近时能够具有相对较薄的轮廓(H)(参看图2)，从而使得接近传感器110能够被插入槽、狭缝、裂缝或具有较窄间隙的其它区域中，提供对目标物体200的接近。
接近传感器组件140的示例性电缆120(例如，同轴电缆、三轴电缆、带护罩的双绞线)可为多导体电缆，并且可包括中心导体126 (也被称作芯)和护罩128 (也被称作地线)。为了将电缆120电连接到接近传感器110的天线图案160，基件130可包括第一导电路径156，其提供在电缆120的中心导体126与天线图案160之间的电连接。基件130还可包括第二导电路径158，其提供在电缆120的护罩128与天线图案160之间的电连接。
如图2和图3所示，在一个实施例中，电缆120的中心导体126可延伸到导电销146中且连接(例如，通过钎焊、激光焊接、粘合等)到导电销146，导电销146凹入到基件130的侧表面136中的孔中且经由基件130中的第一导电路径156电连接到天线图案160。导电销146可插入到通过在基件130的侧表面136中钻孔而形成的孔中。在一个实施例中，电缆120的护罩128可连接到基件130的侧表面136上的导电环148，该导电环148经由基件130中的第二导电路径156电连接到天线图案160。在一个实施例中，导电环148包围导电销146。
在基件130由粘合在一起的两层或更多层制成的另一个实施例中，导电销146可由位于基件130的每一层上的凹槽中的至少两个单独部分形成，当这些层接合时，凹槽将形成窄腔以接纳导电销146。每一层内的这种凹槽可具有大于或等于电缆120的中心导体126的半径的半径。类似地，如果基件130由粘合在一起的两层或更多层制成，则导电环148可由位于基件130的每一层中的两个单独部分形成，当层接合时，这两个部分将形成导电环148。如图3所示，为了便于将电缆120连接到基件130的侧表面，电缆120可被切割为匹配基件130侧表面136的外形(例如，圆形、椭圆形、星形)的轮廓，使得电缆120的面124具有与基件130基本相同的形状且将邻靠侧表面136。
在图4所示的又一个实施例中，并非如图2和图3所示将电缆120的中心导体126连接到基件130的侧表面136中的导电销146，回剥电缆120的暴露的中心导体126可插入到基件130的侧表面136中的第一孔133中，并且然后经由基件130中的第一导电路径156电连接(例如，通过钎焊、激光焊接、粘合等)到天线图案160。在一个实施例中，第二孔135可形成于基件130的第二平坦表面134中，以提供对插入第一孔133中的中心导体126的接近来将中心导体126钎焊到第一导电路径156。
在图3所示的实施例中，示例性天线图案160被配置为偶极天线，其中第一部分166经由第一导电路径156和导电销146连接到电缆120的中心导体126，而第二部分168经由第二导电路径158和导电环148连接到电缆120的护罩128。在一些实施例中，天线图案160被构造为与图3所示的蛇形形状不同的形状。例如，在一些实施例中，天线可被构造为包括螺旋或手风琴式图案。
在图5所示的另一个实施例中，天线图案170可置于基件130的第一平坦表面132和第二平坦表面134两者上。例如，天线图案170可为贴片天线，其处于覆盖第一平坦表面132的至少一部分的第一导电材料(例如，金属)贴片176和覆盖第二平坦表面134的第二导电材料贴片178的形式。为了将电缆120电连接到接近传感器110的天线图案170，基件130可包括第一导电路径156，其提供在电缆120的中心导体126与天线图案170的第一导电材料贴片176之间的电连接。基件130还可包括第二导电路径158，其提供在电缆120的护罩128与天线图案170的第二导电材料贴片178之间的电连接。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言并无实质不同的等效结构元件，则此类其它示例意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种接近传感器组件，包括: 基件，其包括第一平坦表面、第二平坦表面以及侧表面，其中，所述基件的第二平坦表面基本上与所述基件的第一平坦表面相反； 天线图案，其置于所述基件的第一平坦表面和/或第二平坦表面上； 电缆，其包括中心导体和护罩，其中，所述电缆连接到所述基件的侧表面且基本平行于所述基件的第一平坦表面和第二平坦表面； 所述基件中的第一导电路径，其将所述电缆的中心导体连接到所述天线图案；以及 所述基件中的第二导电路径，其将所述电缆的护罩连接到所述天线图案。
2.根据权利要求1所述的接近传感器组件，其特征在于，还包括导电销，所述导电销凹入到所述基件的侧表面中，其中，所述导电销经由所述基件中的第一导电路径电连接到所述天线图案，并且其中，所述电缆的中心导体连接到所述导电销。
3.根据权利要求1所述的接近传感器组件，其特征在于，还包括在所述基件的侧表面中的第一孔，所述电缆的中心导体插入所述第一孔中且经由所述基件中的第一导电路径电连接到所述天线图案。
4.根据权利要求3所述的接近传感器组件，其特征在于，还包括在所述基件的第一平坦表面或第二平坦表面中的第二孔，其中，所述第二孔提供对插入所述第一孔中的中心导体的接近以将所述中心导体钎焊到所述第一导电路径。
5.根据权利要求1所述的接近传感器组件，其特征在于，还包括在所述基件的侧表面上的导电环，其中，所述导电环经由所述基件中的第二导电路径电连接到所述天线图案，并且其中，所述电缆的护罩连接到所述导电环。
6.根据权利要求1所述的接近传感器组件，其特征在于，所述电缆被切割为匹配所述基件的侧表面的外形的轮廓。
7.根据权利要求1所述的接近传感器组件，其特征在于，所述天线图案为置于所述基件的第一平坦表面上的偶极天线，并且其中，所述第一导电路径连接到所述偶极天线的第一部分且所述第二导电路径连接到所述偶极天线的第二部分。
8.根据权利要求1所述的接近传感器组件，其特征在于，所述天线图案为置于所述基件的第一平坦表面和第二平坦表面上的贴片天线，并且其中，所述第一导电路径连接到所述基件的第一平坦表面上的贴片天线的第一部分且所述第二导电路径连接到所述基件的第二平坦表面上的贴片天线的第二部分。
9.根据权利要求1所述的接近传感器组件，其特征在于，还包括靠近所述基件的第二平坦表面的调谐腔。
10.根据权利要求1所述的接近传感器组件，其特征在于，所述基件为单层。
11.根据权利要求1所述的接近传感器组件，其特征在于，所述基件的侧表面基本垂直于所述基件的第一平坦表面和第二平坦表面。
12.—种用于检查物体的检查系统，包括: 靠近所述物体定位的接近传感器，其中，所述接近传感器包括基件和天线图案，所述基件包括第一平坦表面、第二平坦表面以及侧表面，所述天线图案置于所述基件的第一平坦表面和/或第二平坦表面上，其中，所述基件的第二平坦表面基本上与所述基件的第一平坦表面相反；信号产生和处理构件，其用于产生电驱动信号，所述电驱动信号导致从所述接近传感器产生导向所述物体的电磁�。� 电缆，其连接所述信号产生和处理构件及所述接近传感器，其中，所述电缆包括中心导体和护罩，并且其中，所述电缆连接到所述基件的侧表面且基本平行于所述基件的第一平坦表面和第二平坦表面； 所述基件中的第一导电路径，其将所述电缆的中心导体连接到所述天线图案；以及 所述基件中的第二导电路径，其将所述电缆的护罩连接到所述天线图案。
13.根据权利要求12所述的检查系统，其特征在于，所述电驱动信号为微波信号。
14.根据权利要求13所述的检查系统，其特征在于，所述微波信号具有在300MHz至300 GHz之间的频率。
15.根据权利要求12所述的检查系统，其特征在于，还包括导电销，所述导电销凹入到所述基件的侧表面中，其中，所述导电销经由所述基件中的第一导电路径电连接到所述天线图案，并且其中，所述电缆的中心导体连接到所述导电销。
16.根据权利要求12所述的检查系统，其特征在于，还包括在所述基件的侧表面中的第一孔，所述电缆的中心导体插入所述第一孔中且经由所述基件中的第一导电路径电连接到所述天线图案。
17.根据权利要求16所述的检查系统，其特征在于，还包括在所述基件的第一平坦表面或第二平坦表面中的第二孔，其中，所述第二孔提供对插入所述第一孔中的中心导体的接近以将所述中心导体钎焊到所述第一导电路径。
18.根据权利要求12所述的检查系统，其特征在于，还包括在所述基件的侧表面上的导电环，其中，所述导电环经由所述基件中的第二导电路径电连接到所述天线图案，并且其中，所述电缆的护罩连接到所述导电环。
19.根据权利要求12所述的检查系统，其特征在于，所述电缆被切割为匹配所述基件的侧表面的外形的轮廓。
20.根据权利要求12所述的检查系统，其特征在于，所述基件的侧表面基本垂直于所述基件的第一平坦表 面和第二平坦表面。
全文摘要
本发明涉及接近传感器组件和检查系统，公开了一种带有感测元件的接近传感器组件，其具有基件和置于该基件的一个或更多平坦表面上的天线图案。电缆基本平行于基件的平坦表面被供给且附连到基件的侧表面，使得电缆基本垂直于从感测元件发射的电磁场的方向而定向。
文档编号G01B7/02GK103105121SQ20121044579
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月9日 优先权日2011年11月11日
发明者B.L.�？寺�, 髙宇轩, J.L.怀特利, N.A.维勒, S.L.劳什, 李瑢宰 申请人:通用电气公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
