专利名称：接近度传感器接口装置及其使用方法
技术领域：
本发明的领域一般涉及接近度传感器和相关金属目标之间的空气间隙的測量，并更特别涉及用来检验接近度传感器和金属目标之间的正确的空气间隙的接近度传感器接
口装置。
背景技术：
在一种应用中，由于在传感器装置自身的边界内以及检修门所处的通常区域内的有限空间约束，因此用于受压检修门的接近度传感器难以机械测试。接近度传感器的合适装配(机械放置)是提供检修门的闭锁(或未闭锁)状况的真实指示的关键。当接近度传感器在这种应用中没有合适放置时，一种结果是错误指示，这可能导致不必要的飞行延迟。当前，有三种解决方案用来在检修门应用中确保合适地机械放置接近度传感器。在第一种解决方案中，机械地使用修改过的上弯测隙规在预集成或最终组装和输送处机械装配检修门。然而，有限的空间约束使其实质上不可能机械装配接近度传感器。更具体地，由于传感器装置里的空间相对紧密，因此难以将硬的测隙规放入该空间来成功測量接近度传感器及其目标机构之间的间隙。此外，当前利用的修改的上弯测隙规不准确并难以插入空气间隙。也难以应用泥土或计量学橡胶，因为检修门传感器应用是滑动联结。因此，在成型介质中捕捉真实的空气间隙也是非常不准确的。第二种解决方案是内部接近度传感器装配帮助，其是在维护膝上计算机上可用的工具，该工具提供电子装配接近度传感器的能力。该装置和程序利用飞行器的机载接近度传感器数据集中器和通用处理�？槔匆杂胧导实孛娌僮�/飞行完全相同的方式驱动/询问传感器。然而，该解决方案假设飞行器上动カ可用。在大多数检修门装配制造顺序中，在预集成处安装门并且装配接近度传感器。因此，系统和飞行器动カ可能不必然可用。已知另一装置电子装配接近度传感器。然而，该装置是相对大的单元，因此将装置方便地放置在封闭飞行器空间内来测试接近度传感器是有问题的。更具体地，该接近度传感器装置需要基准电感器，以便确定接近度传感器表面和相关目标机构之间的空气间隙。
发明内容
在ー个方面中，提供了ー种用来确定接近度传感器相对于目标装置是否处于可接受位置的接近度传感器接口装置(PSID)。该装置包括频率发生器、处理装置、与处理装置关联的存储器、显示器和RC电路。处理装置被编程为将频率发生器生成的信号路由通过接近度传感器和RC电路ー规定的时间段。处理装置还被编程为测量RC电路的放电时间。处理装置进ー步被编程为使显示器基于放电时间提供接近度传感器和目标装置的相对位置是否在规定的公差内的指示。在另一方面中，提供了ー种用来确定接近度传感器相对于目标机构是否处于可接受位置的方法。该方法包括将已知频率的信号施加到接近度传感器和电气耦合到接近度传感器的RC电路ー规定的时间段，用处理装置測量RC电路的放电时间，以及基于放电时间提供接近度传感器和目标装置的相对位置是否在规定的公差内的显示指示。所讨论的特征、功能和优点可以在本发明的各种实施例中独立实现，或可以在其它实施例中组合，其它实施例的进ー步细节可以參考下面描述和附图看出。
图I是飞行器生产和维修方法学的流程图。 图2是飞行器的框图。图3是接近度传感器接ロ装置(PSID)的示意图。图4示出当接近度传感器远离其意在目标时图3的PSID上的示例显示。图5示出当接近度传感器与其意在目标处于正确(即标称)距离时图3的PSID上的示例显示。图6示出当接近度传感器非�？拷湟庠谀勘晔蓖�3的接近度传感器接口装置上的示例显示。图7示出封装在手持外壳中的PSID的例子。图8示出图7的PSID上的示例显示，其示出当PSID在间隙测量模式时输出的最小、最大和标称间隙。图9示出当PSID在Go/NoGo模式并且接近度传感器远离其意在目标时图7的PSID上的示例显示。图10示出当PSID在Go/NoGo模式并且接近度传感器与其意在目标处于正确(即标称)距离时图7的PSID上的示例显示。图11示出当PSID在Go/NoGo模式并且接近度传感器非�？拷湟庠谀勘晔蓖�7的PSID上的示例IXD显示。图12描绘了阶段I测试台(test rig)，其中可以相对于传感器位置调整目标位置。图13示出图12的目标和传感器之间的间隙。图14描绘了阶段II测试台，其中可以相对于传感器位置调整插销目标位置。图15示出图14的插销目标和传感器之间的间隙。图16是示出RC电路的模拟从而表征接近度传感器接口装置的响应的图表。图17示出用来处理从PSID中传感器接收的输入的一个微控制器引起的相移。图18是使用阶段I测试台标绘RC电路的RC时间相对于目标和传感器之间的间隙的图表。图19是使用阶段II测试台标绘RC电路的RC时间相对于插销目标和传感器之间的间隙的图表。
具体实施例方式在此描述的实施例涉及接近度传感器接口装置(PSID)，该装置是能够与例如部署在空中交通工具上的接近度传感器接ロ连接的便携、手持、自供电的电子装置。PSID是用来“电子地”装配这类电感型接近度传感器的间隙测量装置。更具体地，描述的PSID是电子测量由接近度传感器感知的间隙的装置，感知的间隙在接近度传感器及其对应的金属目标之间。接近度传感器及其对应的金属目标之间的间隙有时称为空气间隙。如进ー步描述，PSID是能够驱动和询问接近度传感器的便携、手持、自供电单元。PSID能够驱动和询问接近度传感器，而不论例如飞行器上是否供电。在下面进ー步描述的一个实施例中，装置利用简单频率发生器和RC电路来提供空气间隙的測量。RC电路在其经由驱动的接近度传感器(一般是电感型接近度传感器)充电之后衰减的时间的測量值可以被转换为感知的空气间隙。在校准后，PSID使用现有飞行器传感器作为测量工具，并报告通过传感器及其对应目标记录的感知的空气间隙。如下面进ー步解释的，PSID的当前实施例以两种模式操作间隙测量模式和Go/No-Go模式。具体參考附图，在如图I所示的飞行器制造和维修方法100和如图2中所示的飞行器200的背景下描述本公开的实施例。在预生产期间，飞行器制造和维修方法100可以包括飞行器200的规格和设计102与材料采购104。在生产期间，进行飞行器200的组件和配件制造106与系统集成108。此后，飞行器200可以经历检验和运送110，以便置于服役中112。在由客户服役时，飞行器200计划例行维护和维修114(其也可以包括修改、重配置、翻新等)。飞行器制造和维修方法100的每个过程可以由系统集成商、第三方和/或操作员(例如客户)执行或实行。为了该说明，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于例如任何数量的销售商、分包商和供应商；以及操作员可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。 如在图2中示出，通过飞行器制造和维修方法100生产的飞行器200可以包括机身202以及多个系统204和内部206。系统204的例子包括推进系统208、电气系统210、液压系统212和环境系统214中的ー个或多个。在该例子中可以包括任何数量的其它系统，并且已知这些系统中的许多包括接近度传感器。虽然示出了航空例子，但是本公开的原理可以应用于其它エ业，例如汽车エ业。可以在飞行器制造和维修方法100的阶段的一个或多个期间使用在此描述的设备和方法。例如但不限于，可以用相似于在飞行器200服役时生产的组件或配件的方式制造或生产对应于组件和配件制造106的组件或配件。同样，可以在组件和配件制造106与系统集成108期间利用ー个或多个设备实施例、方法实施例或其组合，例如但不限于为了充分加快飞行器200的组装或減少其成本。另夕卜，可以在检验和运送110期间利用ー个或多个设备实施例、方法实施例或其组合，例如但不限于为了合格性测试采用接近度传感器的所述组件或配件以便满足检验测试要求。相似地，可以在飞行器200服役时利用设备实施例、方法实施例或其组合的ー个或多个，例如但不限于在系统集成108和/或维护和维修114期间，以确定各零件是否相互连接和/或相互配对。出于说明和描述目的给出了不同有利实施例的描述，这些描述无意是穷尽性的或将实施例限制于所公开的形式。许多修改和变化对于本领域技术人员将是明显的。进ー步地，不同有利实施例可以提供与其它有利实施例相比不同优点。挑选和描述所选的实施例是为了最好地解释实施例的原理、实际应用，并且使本领域技术人员能够理解具有适合于设想的具体使用的各种修改的各种实施例的公开。如上面提到，PSID的实施例以两个模式操作，间隙测量模式和Go/No-Go模式。间隙测量模式用来报告间隙，以英寸为单位。在实施例中，以三个值实际报告间隙1)最小(Gap Min), 2)最大间隙(GapMax)，以及3)标称间隙(Gap Nom)。间隙输出范围的原因是电感的性质。具体地，PSID仅可以记录“感知的”间隙而不是实际间隙。例如，两个分离的构造配置在传感器正面和目标之间会具有相同物理间隙(使用測量头测量)，但ー个目标垂直偏移ー些距离。即使物理间隙相同，但因为向传感器呈现的目标表面积较少而引起电感改变，所以偏移配置的“感知的”间隙更大。
为了补偿该感知间隙现象，PSID的实施例使用的间隙测量方法学实际基于两个传感器响应曲线。该传感器响应包络由高响应(最优情況)和低响应(最差情況)曲线划界。首先配置传感器/目标，使目标与传感器正面相对(true to)，然后隔开有效范围从而生成高响应曲线。然后将配置改变为最坏情况配置(基于该具体装置的全面公差分析包括的角度和垂直错位)，重复测试从而生成低响应曲线。然后，传感器响应包络由这些曲线的两个之间包围的区域和最小/最大间隙定义，该最小/最大间隙定义由对应的装配需求定义。如果装置中的全部组件满足全部制造公差，那么传感器/目标配置应不再超过这些曲线中的任一曲线。对于每个输出，装置基于校准数据报告对应的Gap Min(低响应)和Gap Max (高响应)。当前Gap Nom简单地是Gap Min和Gap Max的算术平均。如果发现该值不必需，那么其可以被改善或消除。现实中，真实间隙最可能在这两个值之间某处，也许稍微更靠近Gap Max值。这个原因是间隙是在飞行器未增压的情况下检测的，因此目标更可能在放松状态中并因此人为増加了电感。所报告的间隙范围应该被解释为如果Gap Min或Gap Max都不分别超过装配间隙最小值或装配间隙最大值，那么应该认为安装符合装配需求。如果3 σ标准差用来生成传感器响应曲线的误差，并且总传感器响应包络用误差条(error bars)封装，那么真实间隙落入间隙范围报告结果内有99. 7%置信度。Go/No-Go模式简单地说是经由“燃料计”型配置图形示出间隙测量值的视觉エ具。输出由两个限制条定义，该两个限制条代表具体传感器/目标安装所定义的最大和最小间隙要求。移动针示出在限制条内的当前传感器间隙测量值。该模式也可以指示“Go”或“No-Go”，从而向用户快速提供当前传感器间隙是否可接受。图3是示出互连到接近度传感器302的PSID 300的一个实施例的示意图。PSID300包括接受用户输入的处理装置310和RC电路320。处理装置被配置为驱动显示器330。在示出实施例中，处理装置310包括频率信号发生器340、查找表350和至少ー个输入360，输入360通过内部开关362与待测的接近度传感器302的第一引线380和频率发生器340接ロ连接。待测的接近度传感器302的第二引线382连接到RC电路320的第一引线390。RC电路320的第二引线392连接到地394。在一个实施例中，开关362是由处理装置310控制的内部开关。在示出实施例中，引线380实际连接到处理装置310的单个引脚364。如由开关362的图示所示的，引脚364可以在输入功能(将信号路由到输入360)和输出功能(将来自频率信号发生器340的信号路由到接近度传感器302的引线380)之间改变状态。换句话说，引脚364在输出状态，其供应频率信号，并且当其在输入状态时，允许处理装置310通过输入360測量RC衰减时间。在所示的实施例中，RC电路320的电阻器396和电容器398并联，并且在所示的实施例中，电阻器396是电气连接的可变电阻器，使得RC电路320的參数可以通过改变与RC电路320关联的电阻来变化。从示意图可以明显得出，PSID 300是可以驱动和询问接近度传感器302的便携、手持、自供电单元。频率信号发生器340驱动接近度传感器302并随后对RC电路320充电。在RC电路320放电时，其电压降通过开关362馈送并且进入处理装置310的输入360以便分析。如上所述，PSID 300将电子装置简化为简单的频率发生器和RC电路，以提供对接近度传感器和其目标机构之间的空气间隙的測量。更具体地，在一个实施例中，RC电路320在其经由驱动的接近度传感器302充电之后衰减的时间的测量值可以转换为感知的空 气间隙。在一个实施例中，接近度传感器320由PWM频率发生器(频率发生器340)驱动，其将已知频率的信号输入到电感型接近度传感器302中。同吋，RC电路320由接近度传感器302给予的输出电压充电。因为接近度传感器302的实施例是电感性的，所以当通过频率信号激励传感器302时，传感器302在传感器正面前方生成磁场。当已知频率的信号被编程进入处理装置310时，该信号在规定量的时间内有效，然后关闭。处理装置310 (例如微控制器)此后立刻切換到输入模式，允许RC电路320放电回到处理器310以便分析。处理装置310被编程为测量RC电路320用来放电的时间量，例如以时间为单位。时间测量装置可以由高速计数器或等效电路构成，其分辨率足以恰当地捕捉RC电路从其充电电压状态衰减到靠近或处于零伏的预定阈值电压的RC电路放电时间。充电量并且因此其放电时间与接近度传感器302的传感器正面和关联的目标机构之间的感知的间隙直接成正比。在一个实施例中，处理装置被配置有查找表，该查找表描述RC电路320的放电时间和传感器302正面与目标机构之间的间隙之间的关系。因为目标机构以均匀方式干扰磁�。云湎喽杂诖衅髡娴木嗬虢谋銻C电路320的充电水平，并且因此改变RC电路320的放电时间。在一个实施例中，测量装置310每秒循环多次该过程，所以PSID 300的输出将连续提供输出放电时间的指示，并且在间隙改变时提供接近度传感器302及其目标机构之间的间隙的实时数据。參考图4-6描述了该指示的一个实施例。PSID 300用来电子装配接近度传感器302，代替上面描述的机械计量。传感器的电子装配意味着不需要用修改工具机械装配接近度传感器。由于空间约束，至少在某些接近度传感器应用中，电子装配也比机械装配更准确。在实施例中，PSID 300包括集成电源，其驱动其自身和待测接近度传感器302，所以PSID 300是独立単元。因此，不需要飞行器电源来电子装配传感器，如某些应用中所做的。关键组件是经由测量间隙的接近度传感器302并联连接到频率信号发生器340的RC电路320。利用的接近度传感器是电感型的，由电感器线圈制作而没有在板处理电子装置。当接近度传感器302被“脉冲触发”吋，频率信号发生器340在规定量的时间输出具有一组频率的正弦波电压。接着，来自接近度传感器302的RMS电压输出经由接近度传感器302自身的电感性质调制，因为传感器302正面生成的磁场受对应的金属目标影响。该电压电平随后经由RC电路320捕捉，然后快速測量RC电路320衰减到低于某个阈值(大约I. 4VDC)花费的时间。微控制器用作处理装置310以经由RCHME命令捕捉该时间。已经示出，该时间输出(以毫秒为单位)与传感器302和目标之间的物理间隙成比例，而且该输出对于允许装置用作准确/精确间隙測量工具的可接受精度是可重复的。图4示出当接近度传感器302远离其意在目标410时图3的PSID300上的示例显示400。如在图4中所见，公共七段显示422中的仅ー个“末段” 420被示为照亮或闪烁。图5示出当接近度传感器302与其意在目标410处于正确(即标称)距离时图3的PSID 300上的示例显示400。如在图5中所见，公共七段显示422中的两个“末段”420 和424被示为照亮或闪烁。图6示出当接近度传感器302非�？拷湟庠谀勘�410时图3的PSID 300上的示例显示400。如在图6中所见，公共七段显示422中的仅ー个“末段”424被示为照亮或闪烁。显然，可以在工具300上利用另ー类型的显示，例如相同(或不同)顔色的単独LED。为了真正的便携性，PSID 300的至少ー个实施例意在完全独立运行，所以PSID300上的小型显示器(例如七段显示器422)指示目标接近、目标标称或目标远离状況。该指示可以进ー步简化为传感器Go/NoGo，以便容易使用。在此提到的飞行器增压门应用中，PSID 300容易连接到传感器302，并且增压门(例如，在一个应用中传感器302的目标机构)来回移动从而检验部署在增压检修门上的接近度传感器在门安装期间恰当地装配。PSID 300可以在测试台上校准，该测试台在接近度传感器302和目标之间提供已知的间隙，从而确保恰当的操作和生产准备。參考在图4-6中示出的PSID 300的示图，主要组件包括处理装置310 (例如同样能够提供频率发生器的微控制器)、七段显示器422 (在图3中示为显示器330)和电源(电池450)。考虑各种实施例。例如，用来操作显示器330的信号可以被路由到计算机或能够沿关于图4-6描述的那些线提供区别显示的其他类型的装置以及七段显示器422。可以利用许多视觉指示符组合。PSID 300也可以包括连接器460，其在PSID 300和接近度传感器302之间提供容易连接/断开的机构。在一个实施例中，PSID 300封装在外壳500中，其例子在图7中示出。外壳500包括手枪握把样式从而允许手持使用PSID 300。外壳500包括显不器510,例如具有背光选项的IXD或LED显示器。另外，外壳500被配置为容纳用户输入按钮520、通电/断电开关530、PC连接端ロ 540、外部电源端ロ(未示出)以及传感器连接器560。图8示出图7的显示器510上的示例输出显示512。输出512将间隙输出示为间隙最小值514和间隙最大值516之间的范围。也示出了间隙标称值518。图9示出图7的显示器510上的示例输出显示570。当接近度传感器302远离其意在目标时显示输出显示570。如在图9中所见，限制条572可见于输出显示570的左侧上，并且箭头符号“ >>>”574可见于输出显示570的右侧上。“NoGo”图例576也在输出显示570上提供。图10示出图7的显示器510上的示例输出显示580。当接近度传感器302与其意在目标处于正确(即标称)距离时显示输出显示580。如在图10中所见，限制条582和584分别可见于输出显示580的左侧和右侧上，并且“ O ”符号586可见于在显示580的中心上，以及“Go”图例588可见于显示器580上。图11示出图7的显示器510上的示例输出显示590。当接近度传感器302非�？拷湟庠谀勘晔毕允臼涑鱿允�590。如在图11中所见，限制棒592可见于输出显示590的右侧上，并且箭头符号“〈くぐ’594可见于输出显示570的左侧上。“NoGo”图例596也在输出显示570上提供。总之，在此描述的PSID 300是便携、手持、自供电的接近度传感器装配装置，其允许对例如飞行器增压门传感器进行电子装配。电子装配这些传感器的能力代替机械的传感器装配。例如，PSID 300直接连接到安装在飞行器上的接近度传感器，井能够驱动和询问接近度传感器。在PSID 300连接到接近度传感器302并且金属目标在传感器正面上来回移动时， 生成表现其自身的信号作为到显示器或ニ级处理装置的可量化且可重复的输出。在一类应用中，如果维修飞行器的航空公司和主要检修设施需要安装替换传感器井随后按规格装配该替换传感器，那么他们可以利用PSID 300。由于在工作间中安装和装配门的时间减少，因此发现通过利用PSID 300节省了成本。由于装配传感器时使用PSID300不需要飞行器电源，因此门安装程序可以更早并且在一次作业中完成，所以实现了额外的成本节省。在一个实施例中，使用具有测微计的单轴运动平台来设置接近度传感器302和目标410之间的已知间隙，从而校准PSID 300，以便捕捉RC衰减输出。然后，将针对那个具体传感器/目标配置的这些RC衰减值存储在处理装置320内。考虑以下实施例，其中处理装置被配置为存储不同接近度传感器/目标组合的RC衰减值，每个传感器/目标配置的RC衰减值使用相似校准步骤确定。接近度传感器和目标的某些实施例可能需要不同的RC电路，其中电阻器396和电容器398的ー个或多个具有不同值。因此，可以将切换包括到PSID300中，从而允许用不同RC组合进行测试和/或用存储在PSID 300内的多个RC衰减值进行测试。上面定义了一种用来校准PSID 300的方法。具体地，金属目标向固定在原位的接近度传感器的正面移动，直到目标和传感器正面建立接触，然后金属目标移动离开接近度传感器的正面到规定间隙距离。然后操作PSID 300获得输出值，由此定义间隙距离和输出值之间的关系，可以在处理装置中查找表内将该关系制成表格。重复这些步骤，从而生成其他的间隙距离与输出值，以便存储在查询表内。已经开发了ー组工程要求来为PSID 300建立基线。主要要求是用来确定PSID300在准度、精度和分辨率方面的间隙测量能力的关键要求。其他要求是用来更好地理解可能影响PSID的操作的其它因素以及建立关于怎样补偿这些影响的初步建议的非关键要求。其他要求也包括PSID的控制接口和封装从而解决诸如测试仪表的人机工程学和人为因素的问题。主要要求提出了. 060 ±. 040英寸(.020-. 100英寸)的目标范围，以符合当前检修门装配需求。在该范围内，门乘务员机构(door crewmechanics)请求原型以距离(英寸)单位输出间隙测量。因此，PSID300的当前实施例被编程为经由合适传递函数将时间(微秒)単位的输出值关联到距离(英寸)単位。在建立关联之后，测试PSID从而确定其准度、精度和分辨率。PSID 300的测试在两个分离阶段中实施。阶段I测试建立原型的可重复性并确定方法学是否胜任间隙测量。阶段I测试也包括最优化研究以改善PSID 300的灵敏度，从而为测量建立最优可能分辨率。图12是阶段I测试台600的图示，其包括X-Y-Z线性运动轴台602从而调整目标604相对于传感器606的位置。图13提供传感器606和目标604之间的间隙610的详图。阶段I测试也建立时间和距离输出之间的关联，从而允许PSID以距离(英寸)单位输出间隙测量。为了最小化变化性并为实际间隙确保标准，机器制造圆形目标(目标604)以便以纯正面(pure head-on)配置用在阶段I测试台600中。包括的目标604稍大于传感器606的正面，以尽可能向传感器606呈现大的表面积，从而使测试输出标准化并使信号损失最小化。测试台600使用x-y-z和旋转台602制作，从而得到建立全部测试參数所需的5个自由度。对于阶段I，目标604的正面以传感器606的轴为中心，并平行于传感器正面设置。在测试期间，使用线性定位台中的ー个移动目标604远离传感器606，从而设置间隙。当示出PSID 300的传感器间隙输出具有足够的可重复性和可靠性时，阶段I测试成功。阶段II测试使用测试台700校准PSID 300，如在图14中示出，测试台700包括插销的模型(mOCked-Up)702作为传感器606的目标。模型插销702相似于当前在787飞机上利用的插销的ー个。为了捕捉门和周围组件的复合材料层叠中机械公差表现的变化性，阶段II测试利用两个分离配置来全面建立传感器响应包络。图15是传感器606和插销模型702的详图，其提供了传感器606和插销702之间的间隙704的视图。在第一配置中，利用“对齐的”配置，仅间隙作为变量。这种配置建立高响应曲线，或具体安装曾经经历的“最优情況”。在第二配置中，使用全公差层叠错位来建立低响应曲线，或具体安装曾经经历的“最差情況”。该现象称为通过接近度传感器感知的“感知间隙”，因为不可能预先确定实际构造配置是什么。真实间隙在由高响应曲线和低响应曲线定义的有界区域内某处。由于在该测试配置中固有的较大的悬臂カ矩臂，引起的挑战之ー是调零测试台。具体地，难以确定目标何时接触传感器正面，因此容易超过真实的零点并且对传感器/目标接ロ施加预负荷。因为当目标移动离开传感器并且该干扰释放时，初始间距设置仍为零， 所以超过真实的零点使测试结果偏移。为解决该问题，开发了调零程序，将.002英寸的任意间隙与对应的.002英寸测微计一起使用从而建立零间隙。测微计首先设定为.002英寸，并且在测试台700中松开传感器。然后将.002英寸测隙规插入间隙，并且将传感器606向前推动直到其刚好保持测隙规。通过触感，测隙规应刚好轻轻地捕获间隙，并当其拉出时供应轻微阻力。在满足该情况时，接着将传感器606锁定在原位，注意不要对将传感器606保持在原位的夹钳施加太多扭矩。最后，将测试台700的测微计设置回到零从而建立零间隙状況。RC电路最优化为了优化RC电路(图3中的320)，必须确定电路实现的理想RC常数(电阻对电容的比率)和对PSID 300的RC电路320施加脉冲的频率。通常，来自微控制器(处理装置310)的正弦波电压脉冲(VSIN)将对电容器398充电，电容器398的电荷基于该比率(RCTIME τ = RX C)以设定速率衰减。第一考虑是挑选以下RC组合，其允许电容器398快速充满电，但电容器398的电荷以足够捕捉有用的RCTIME值的速率衰减。由于固有的系统误差，当VSIN脉冲关闭时随着电感传感器302变化电容器398放电的电流速率，需要多次捕捉和计算RCIIME。将这些值求平均从而提供基本形式信号噪声处理并且输出单RCHME值。模拟RC电路320从而表征PSID的响应，如在图16中示出。这在挑选频率和VSIN脉冲截止时间时变得非常有用。在选择频率吋，记录脉冲截止的时间(RCHME从该点測量)是重要的。本质上，交流电(AC)重复“拉升”和“拉低”电容器398的电荷。因此，频率和脉冲时间值被选择为使得当电压在其最高可能值时，脉冲停止并且微控制器310立即开始计算RCIIME。如在图16中可见，由于电压迅速升高和降低，挑选不对应峰值电压的频率截止时间可能导致无响应，因为电压已经处在过低的电平以至于不能计算可使用的RCHME值。 在一个实施例中，用于处理装置310的微控制器以电压高开始其脉冲，这在VSIN脉冲中导致了 90度左相移，由此类似于余弦曲线，如图17中示出。不考虑该问题会导致挑选了如下脉冲截止时间，其得到没有达到峰值的电压，这会导致RCTME的非常小的响应或零响应。阶段I测试包括调整RC值和针对零间隙和全开(无限)间隙状况获得RCHME。优化准则是零间隙和无限间隙之间的RCHME増量最大，但针对RCHME捕捉值的标准差(最干净数据)最小。较大的增量是期望的，因为这得到间隙值之间更精细的分辨率并允许原型如同测微计操作。具体地，开始于10千欧电阻和O. I微法电容，使用RC十进位箱修改电阻，直到发现符合上面指定准则的电阻值。通常，结果说明电阻越高，RCTME増量越大。然而，同样观察到较大的RCHME増量导致较大的标准差，因此实现最优化点需要权衡。重复这些步骤直到确定针对该具体RC配置的平衡最小/最大RCHME增量对标准差的最优化点。在发现该最优化点时，接着将合适的电阻器/电容器组件硬连线到板中，从而锁住RC电路以便随后测试。基于最优化研究，发现用于该原型配置的最优化RC常数值为R = 65千欧，并且C = O. I微法。在某些实施例中，平均算法用来在每个测量的间隙距离稳定输出。例如，PSID 300被操作来在每个测量的间隙收集多个RCHME，并且计算这些值的平均数。找到单个平均RCTIME值而不是多个原始的RCHME值，从而减小每个脉冲和RCHME的每个计算在时序上的微差引入的变化。通常，求平均采用的数据点越多，输出值越稳定。数据分析PSID 300的测试程序包括以下步骤在与传感器的预定间隙距离、角度和垂直偏移处设置目标，并且针对该间隙收集RCHME值。该数据生成用来在间隙和RCHME之间建立关联的间隙对RCHME曲线。在操作中，PSID操作来基于测量的RCHME而输出间隙值(以英寸为単位)。分析示出，间隙测量能力对于允许装置可以由飞行器机构现场使用的要求是可重复并且可靠的。为了恰当地分析原始数据，重组织并分类原始数据，使得RCHME变为自变量，间隙变为因变量。其原因是，必须在RCTME和间隙之间建立关联，使得原型可以以距离(英寸)単位输出恰当的间隙。在通过RCHME分类数据之后，进行T测试以及良好工程判断，从而识别并去除数据异常值。
在这些异常值数据点去除之后，用阶段I (a)采集的数据绘图并在图18的图表800中示出。阶段I (a)的主要目标是验证原型可重复并可靠。在这个阶段，设置测试台，使目标表面平行于传感器正面，并且目标完全覆盖传感器。该配置没有角度错位和垂直偏移。唯ー变量是间隙。这等效于不考虑制造公差的“最优情況”(高响应)情形。为此以及为了所有的随后测试，将数据分析到±3标准差，这使实际间隙在传感器响应包络内的置信度为99. 7%。仍參考图18，图表800的数据从共117个测试运行获得，其中从O. 000英寸到O. 120英寸以O. 002英寸增量采集数据。图表800上的高亮区域802表示PSID 300的有效范围，即在典型的传感器装配安装上机构观察到的间隙范围。如示出，标准差与间隙相比非常�。甘臼占氖莘浅？芍馗床⑶铱煽俊Ｍ急�800也示出PSID 300怎样报告间隙。在现�。琍SID基于传感器装置的感知间隙測量RCHME值。垂直描绘该RCHME值，直到其与传感器响应曲线交叉，然后水平描绘从而获得间隙。例如，I860的RCHME指示具有O. 001英寸标准差的O. 057英寸间隙。因此， 间隙为.057±.001英寸。重要的是注意到，在背光IXD包括到PSID 300中并开启时，具有大量的电カ吸取。电源应能够维持该电カ需求，从而确保PSID的稳定与恰当的操作。为了在实验室测试中确保稳定电力，PSID配备电源，该电源能够调节到装置的输入电流，从而最小化电カ品质成为数据中误差的来源。测试的下ー阶段包括使用产品型目标，用来模拟在飞行器装置环境中发现的实际状況。阶段II (a)在笔直(straight on)配置中使用代表性(卡ロ型)插销目标，其中公差和装配不导致任何角度错位或垂直偏移。由于传感器/目标组件的紧密接近和传感器的电感特性，这种配置应产生“高响应”曲线。阶段11(b)使用该相同的代表性目标，但包括由工程设计和装配要求指定的最大“最坏情況”角度错位和垂直偏移。由于传感器/目标组件的较大间隙和传感器的电感特性，该配置应产生“低响应”曲线。因为电感传感器将针对这两个不同配置输出几乎不同的值，所以关键是良好表征两条曲线以给出两条传感器响应边界曲线，其包络了传感器能够检测到的间隙(感知间隙)。这两条曲线定义了该具体传感器/目标配置的传感器响应包络。来自阶段11(a)和阶段11(b)测试的结果在图19的图表900中示出。注意到，针对每个RCHME值示出的范围由上曲线和下曲线限制，上曲线是每个RCTME值的“最优”情况加上3 σ标准差,下曲线是甸个RCTIME值的“最差”情况减去3 σ标准差。该范围确保测得的实际间隙落入由原型PSID报告的Gap Min/Gap Max值内的置信度大约是99. 7%。如图表900示出，其提供了对应于典型的传感器安装间隙值范围的可使用RCTIME输出的良好范围。例如，在RCHME 1640，该数据指示间隙的真值在O. 039和O. 068英寸之间。因此，通过测量该RCHME输出，PSID将报告间隙范围是Gap Min = . 039，Gap Max=· 068，GapNom = · 054，或近似O. 054±0. 015英寸。实际间隙位于该报告间隙范围之间某处的置信度为99. 7%。上面示出的标称间隙简单地是Gap Min和Gap Max的算术平均。在实际中，由于详细零件公差和安装的本质，实际间隙最可能更靠近高响应曲线。零件不可能全部达到公差谱的最坏情况那端，而是在统计的RSS带宽内某处，所以感知间隙可能稍微更靠近实际间隙。
重要的是注意到，良好屏蔽应包括到设计中，从而最小化可能由外部电子装置源引入的干扰。如果干扰不能被屏蔽，那么一种选择是改变PSID的输出频率，以尝试使输出高于噪声并且稳定数据。对于将用PSID 300测量的每个接近度传感器放置，需要校准装置从而捕捉该具体传感器的传感器响应包络，由此基于放电时间定义该具体传感器的预定公差，确保接近度传感器和目标装置的相对位置在预定公差内。接近度传感器的传感器响应包络是由在此描述的两条曲线(高响应曲线和低响应曲线)约束的区域。如上面描迷，“高响应”指代目标安置在传感器正面的前面，并以离散的间隙增量移动离开从而确定每间隙距离电感怎样改变时接近度传感器的电感。在该状况下，目标与传感器笔直安置，没有角度/垂直错位。因此，假设全部制造公差在可接受范围内，那么该传感器响应应该产生接近度传感器曾经打算物理感测的最高电感。 “低响应”指代目标安置在传感器正面的前面，并以离散的间隙增量移动离开从而确定每间隙距离电感怎样改变时接近度传感器的电感。在该状况下，目标用最坏情况角度/垂直错位安置(通过对安装的公差叠加分析确定)。因此，再次假设全部制造公差在可接受范围内，那么该传感器响应应该产生接近度传感器曾经打算物理感测的最低电感。如上面关于图14和15描述，门闭锁目标相对于对应的接近度传感器被夹持并且安置。线性运动台用来设置足够捕捉传感器响应曲线所需的各种间隙。用来捕捉原型校准数据点的基线间隙増量是以.002英寸增量从.000到.120英寸，从而足够覆盖装配要求范围(· 020- 100 英寸)。通过该设置，为传感器/目标安装定义校准过程的步骤在下面概述。测试台包括代表性产品传感器和目标。PSID在原始RC时间衰减值中捕捉输出，并且使用数学处理器来执行数据分析/曲线拟合计算。校准过程包括针对高响应配置测试台、设置间隙和測量/记录每个间隙的RCHME值。然后针对低响应配置测试台、设置间隙，并且测量和记录每个间隙的RCHME值。“颠倒”该过程，其中RCHME值是自(x轴)变量并且间隙是因(y轴)变量。对于每个可应用的RCTME值，从上面校准数据点计算平均间隙和标准差，并使标准差乘以3从而得到3 σ标准差，使得到的传感器响应包络是99. 7%置信度。接着可以计算下面两条曲线高响应曲线=高响应间隙平均值+3 σ标准差低响应曲线=低响应间隙平均值_3 σ标准差在这些曲线的每条上，应用曲线拟合(例如6阶多项式曲线拟合近似)来为这些曲线导出y = Ax6+Bx5+Cx4+Dx3+Ex2+Fx+G形式的曲线拟合方程，其中X = RC时间衰减(毫秒)，y =计算的间隙(英寸)，A、B、C、D、E、F、G是系数。将校准数据加载到PSID中。在一个实施例中，可以使用不具有昂贵的板上数学协处理器的低成本微控制器。在该实施例中，曲线拟合近似可以在外部处理器(例如PC)上使用合适电子表格和/或数学软件执行。在计算出上面的校准数据点之后，下面步骤概述了将这些点加载到PSID中的程序将高响应曲线加载到装置中作为由平均间隙+3σ标准差构成的显式数据校准点，并将低响应曲线加载到装置中作为由平均间隙_3 σ标准差构成的显式数据校准点。将计算的间隙值加载到地址位置中，地址位置被设置为等于针对该具体间隙测量的RCHME值。例如，如果.002英寸的实际间隙得到1730的RCHME输出，那么在装置上存储该间隙值的地址设置为“1730”。因此，微控制器仅需要输入RCHME值，返回值将是对应的间隙。对于第二曲线，为了避免数据重叠，该值被存储在偏移某个固定值的地址寄存器中。微控制器将该固定值加到RCHME值，并且在存储对应的间隙值之前将其设置为地址寄存器。由于装置的分辨率，许多RCHME值存储在EEPROM中。人工将其输入到PSID中是耗时的过程。因此，可以使用自动过程来将大量校准数据点自动输入到PSID中。可以使用具有通信协议的各种软件来经由PSID的PC连接端ロ 540实现数据传送。PSID的初始实施例使用查询表过程，其需要大量存储器来保存所有校准数据点，但不需要过多计算能力。改进的PSID实施例需要非常少的存储器来保存方程系数，但需要许多计算能力计算间隙。因此，一些实施例包括数学协处理器或等效物，并且上面描述的校 准步骤变为接着，针对该具体传感器/目标配置将从曲线拟合导出的系数加载到装置中。通过将系数加载到装置中，接着微控制器可以使用曲线拟合方程为测量的每个RCHME衰减值计算间隙，然后相应地输出间隙。将RCHME关联到间隙值对于用户显然的是，装置必须将测量的RCHME(RC电路衰减时间)值(以毫秒为単位)与间隙值(以英寸为单位)关联，从而报告恰当的感知间隙范围。作为信号调节的基础形式，当装置向传感器施加脉冲时，装置实际上向该传感器施加多次脉冲(脉冲数量取决于微控制器能够处理而不溢出的变量大小)，并对这些值求平均从而产生单个RCHME平均值。然后，进ー步处理该值从而获得对应的间隙值。计算RCHME衰减平均值并且接着将其输入到搜索算法中，从而搜索高响应/低响应查询表，寻找相应的Gap Max和Gap Min值。取出这些值并且然后报告。注意到，表中一些地址可能是“空”的，没有间隙数据。在一个实施例中，用任意固定值填充这些空地址，以用作检验变量。当捜索算法检测到该检验变量时，提示跳过到下一个地址去尝试找到最靠近的间隙值。同样，因为方程是用±3σ标准差导出的，所以測量在以下方面具有99. 7%置信度实际物理间隙在该感知间隙范围值内某处。在此描述的改进实施例中，计算RCHME平均值并且然后将其输入到高响应/低响应方程(具有其各自的系数)，并且计算并报告GapMax和Gap Min值。同样，因为方程是用±3σ标准差导出的，所以測量在以下方面具有99. 7%置信度实际物理间隙在该感知间隙范围值内某处。在选择微控制器时重要考虑是变量存储器管理，例如确保微控制器具有足够的容量来存储控制器捕捉和处理的全部数据。同样，微控制器的变量存储器管理应包括处理溢出错误的合适协议。理想地，溢出错误应导致程序終止和错误报告。然而，并非全部变量存储器管理算法都这样做。某些简单返回零，或截短变量并用较小值继续。这些状况应被避免，或包括鲁棒检验码以确保微控制器输出合适值。操作假设PSID如上面概述一祥完全校准，PSID的操作包括将系统连接器(如果附加)从要被检查的传感器移除。然后安装PSID到传感器的接ロ连接器。向PSID供电，并且PSID初始化。然后从菜单中选择合适的传感器。关闭并恰当地闭锁门，转动把手直到插销完全啮合，并按压“Pulse Sensor”按钮从而取得间隙度数。记录间隙读数(范围)并确定安装装配是否“良好/不好(Go/No-Go) ”。重复间隙測量3次，这是确保稳定间隙度数所需的。关闭PSID，移除接ロ连接器，并重安装飞行器系统线缆连接器(如果可用)。如果PSID包括“自动调零”特征，那么在关闭和闭锁门之前运行如下步骤在用户提示下，用高响应芯棒(slug)完全安装井覆盖传感器正面，并按压“Pulse Sensor”按钮从而捕捉该数据点。在用户提示下，用低响应芯棒完全安装井覆盖传感器正面，并按压“PulseSensor”按钮从而捕捉该数据点。在用户提示下，完全移除全部芯棒，确保传感器完全“打开”，并按压“Pulse Sensor”按钮从而捕捉该数据点。现在将这些数据点存储在装置中，用干“自动调零”算法中，以恰当地调整间隙值。该“自动调零 ”特征用来补偿传感器和传感器之间由于制造和其它固有公差而导致的变化。本书面描述使用例子来公开包括最优模式的各种实施例，从而使本领域技术人员能够实施这些实施例，包括制作和使用任何装置或系统并执行任何包括的方法。专利性范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它例子。如果这些其它例子具有与权利要求的文字语言并非不同的结构元素，或如果这些其它例子包括与权利要求的文字语言没有实质不同的等效结构元素，那么它们意图在权利要求的范围内。
权利要求
1.ー种用来确定接近度传感器相对于目标装置是否处于可接受位置的接近度传感器接口装置，即PSID，所述PSID包括 频率发生器； 处理装置； 与所述处理装置关联的存储器； 显不器；以及 RC电路，所述处理装置被编程为将所述频率发生器生成的信号路由通过所述接近度传感器和所述RC电路ー规定的时间段，所述处理装置被编程为測量所述RC电路的放电时间，所述处理装置进ー步被编程为使所述显示器基于所述放电时间提供所述接近度传感器和目标装置的相对位置是否在规定的公差内的指示。
2.根据权利要求I所述的PSID，其中所述存储器包括存储在其中的传感器响应包络，所述传感器响应包络针对至少ー个具体的接近度传感器定义。
3.根据权利要求I所述的PSID，其中所述存储器包括存储在其中的传感器响应包络，所述传感器响应包络包括 高响应曲线，所述高响应曲线通过所述接近度传感器在所述目标和所述传感器之间的离散间隙增量处的电感变化定义，其中所述目标和所述传感器之间没有角度或垂直错位；以及 低响应曲线，所述低响应曲线通过所述接近度传感器在所述目标和所述传感器之间的离散间隙增量处的电感变化定义，其中所述目标和所述传感器之间具有最坏情况的角度或垂直错位。
4.根据权利要求I所述的PSID，其中所述可编程装置被编程为使所述显示器将指示提供为Go/No-Go指示，所述可编程装置被编程为将所述放电时间与所述传感器和所述目标之间的距离关联，并确定关联的距离是否在定义的公差内。
5.根据权利要求4所述的PSID，其中在所述显示器上的Go/No-Go指示包括指示两个限制棒之间的间隙测量的可视工具，所述两个限制棒分别指示最小间隙要求和最大间隙要求，如由具体的传感器和目标装置定义的。
6.根据权利要求I所述的PSID，其中所述处理装置包括所述频率发生器和所述存储器中的至少ー个。
7.根据权利要求I所述的PSID，其中所述处理装置被编程为 多次測量所述RC电路的放电时间；以及 将所测得的放电时间求平均从而确定单个放电时间。
8.根据权利要求I所述的PSID，其中所述PSID被封装为手持単元，并且包括接ロ以便连接到部署的接近度传感器。
9.ー种用来确定接近度传感器相对于目标机构是否处于可接受位置的方法，所述方法包括 将已知频率的信号施加到所述接近度传感器和电气耦合到所述接近度传感器的RC电路ー规定的时间段； 用处理装置測量所述RC电路的放电时间；以及 基于所述放电时间，提供所述接近度传感器和所述目标装置的相对位置是否在规定的公差内的指示。
10.根据权利要求9所述的方法，其中測量所述RC电路的放电时间包括測量基于所述接近度传感器和所述目标机构之间的相对定位和距离而变化的放电时间。
11.根据权利要求9所述的方法，进ー步包括针对该具体的接近度传感器定义传感器响应包络。
12.根据权利要求9所述的方法，其中提供显示包括确定所述接近度传感器响应是否落入高响应曲线和低响应曲线内，所述高响应曲线通过所述接近度传感器在所述目标和所述传感器之间的离散间隙增量下的电感变化定义，其中所述目标和所述传感器之间没有角度或垂直错位，所述低响应曲线通过所述接近度传感器在所述目标和所述传感器之间的离散间隙增量下的电感变化定义，其中所述目标和所述传感器之间具有最坏情况的角度或垂直错位。
13.根据权利要求9所述的方法，其中提供显示包括通过以下步骤将显示指示提供为Go/No-Go指示将所述放电时间与所述传感器和所述目标之间的距离关联，并且确定关联的距离是否在定义的公差内。
14.根据权利要求9所述的方法，其中測量所述放电时间包括 多次測量所述RC电路的放电时间；以及 将所测得的放电时间求平均从而确定所述RC电路的单个放电时间。
全文摘要
本发明涉及一种用来确定接近度传感器相对于目标装置是否处于可接受位置的接近度传感器接口装置(PSID)。PSID包括频率发生器、处理装置、与处理装置关联的存储器、显示器和RC电路。处理装置被编程为将频率发生器生成的信号路由通过接近度传感器和RC电路一规定的时间段，并且处理装置被编程为测量RC电路的放电时间。处理装置进一步被编程为使显示器基于放电时间提供接近度传感器和目标装置的相对位置是否在规定的公差内的指示。
文档编号G01B7/14GK102650513SQ20121004548
公开日2012年8月29日 申请日期2012年2月24日 优先权日2011年2月24日
发明者A·C·鲁姆巴 申请人:波音公司
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
