液压放气阀系统 |
|||||||
| 申请号 | CN201280051132.6 | 申请日 | 2012-10-15 | 公开(公告)号 | CN103889532B | 公开(公告)日 | 2016-03-02 |
| 申请人 | 伊顿公司; | 发明人 | S·N·杜里; U·P·德雷; | ||||
| 摘要 | 一种放气 阀 （50），其具有壳体，在壳体中具有液压 流体 ，在壳体内安装有第一 声波 传感器 以使得该第一声波传感器（57） 覆盖 在液压流体中，在壳体内还安装有第二声波传感器（56）以便其可检测存在于壳体中的空气是否足以通过打开放气阀（59）排向外部，并且其中所述第一声波传感器和所述第二声波传感器与放气阀都电气地连接至放气 控制器 （65）。在优选的 实施例 中，所述第一和第二声波传感器是剪切 水 平 表面声波传感器 的类型。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种供液压系统使用的放气阀(50)，其包括： |
||||||
| 说明书全文 | 液压放气阀系统技术领域背景技术[0002] 在高压液压系统运行之前，在飞机液压系统中采用放气阀以用于从液压回路处移除不需要的空气来预防意外的并且有害的运行异常。由于特定的飞行状态，常规的放气阀不能用于某些高性能的飞机，主要为用于军事用途的那些飞机。高G负荷和倒飞模式不允许在经历这些飞行状态时排放液压系统中的空气。因此，有必要采用传感器以用于确定在液压系统中是否存在空气，并然后在飞机以适当的飞行模式飞行时电子地打开放气阀来排出空气。常规的放气阀通常在飞行员手动地触发放气阀回路的情况下排气。可在排气阀中采用例如发光二极管和光电二极管的传感器以用于指示在液压系统中存在空气并然后向飞行员发送信号，即需要激活放气阀中的通气孔。在Dirkin等名下的美国专利公开号2010/0319791 A1公开了这样的系统。在Dirkin的系统中两个LED和光电晶体管和三个透明窗用于感测空气的存在。当由与光电晶体管和LED连接的电路检测到空气时，将信号发送至驾驶舱以使得放气阀可被激活。此系统受制于一些操作的限制，这些限制包括透明窗起雾和光电晶体管的故障。 [0003] 其他在所属领域中已知的放气系统包括在Silverwater等名下的美国专利号4,524,793和4,813,446所示出的放气系统。这些现有技术的装置提供用于在液压泵启动的时候仅采用空气和液压油之间的压差来移动活塞从而控制放气过程的方式自动地排放空气。由于这种系统是自激发的并且不能由机组人员或电子控制系统控制，所以空气是自动排放的并且每次发生排放时并未顾及飞机的飞行模式。这就提出了存在于高性能飞机中的问题，这些问题是由于不能在某些飞行状态中排放空气。同样，这种类型的放气阀不如工业中所需要的用于高性能飞机中的放气阀一样可靠或可信赖。 发明内容 [0004] 示例性电子控制式放气阀系统提供了可靠的解决方案，该方案用于每当液压室中的空气水平超过借助于一个或多个声波传感器测定的设定水平时，则从液压系统中排放空气。一个传感器可位于当其浸在油中时设定特征波传播传递函数的位置，而第二传感器可位于液压室内所允许的空气的最低可允许的水平。电子控制系统处理由声波传感器产生的信号并且使用这些信号以决定是否应该打开放气阀从而允许从液压系统中排出空气。排出阀可为电磁阀或MEMS类型阀或其他类型的排气阀机构，其可快速地激活并且具有比较低的电功率要求。 [0005] 在飞机放气阀中采用声波传感器是新颖的并且提供了包括低成本、(高)可靠性、易于安装、低维护保养、(高)准确性和扩充的功能性这几种优点。此外，这种类型的高级传感器可用作预测健康管理系统的主体部分。声波传感器可为几个不同类型和构型中的一个，然而所属领域中已知的优选方案为剪切水平表面声波(SH-SAW)装置。这种类型的装置用在现有放气阀系统中以用于感测基于液压油的系统中空气的存在的效果特别好并且可导致更紧凑的封装，该紧凑的封装更易于放置在飞机内。 [0006] 示例性放气阀系统特别适用于在飞机中，其中可精确地感测空气并且当飞机处于适当的飞行状态时排出空气。当放气阀系统连接至飞行控制系统时，自动操作可代替手动操作。示例性的系统安装在最高点处，在该最高点处收集液压系统中的空气并且即使在没有人工干预的飞行期间也会有效地放气并且即使在飞机处于高G(高重力)或倒转的方向时也不会允许流体自加压液压油箱泄露。在放气阀中声波传感器的使用提供了更准确的并且更可靠的液压系统中空气的排放。这些声波传感器是可靠的并且与现有传感器相比会相对便宜。声波传感器的输出可电气地连接至例如计算机的电路，以使得输入和输出信号可得到处理并且在用于排出液压系统中多余的空气的激活信号被发送至放气阀时被用于控制。或者，传感器可电气地连接至控制放气阀的独立电路。此电路可与飞行计算机系统通讯，该计算机系统在飞机处于有利于打开放气阀的飞行模式时发送信号。附图说明 [0007] 图1为声波传感器的第一实施例的透视图。 [0008] 图2为声波传感器的第二实施例的透视图。 [0009] 图3为声波传感器的第三实施例的透视图。 [0010] 图4为包括声波传感器的测试装置的截面图。 [0011] 图5为包括声波传感器的替代实施例的测试装置的截面图。 [0012] 图6为图4中示出的声波传感器的响应图；以及 [0013] 图7为示例性放气阀的截面图。 具体实施方式[0014] 参照下文的讨论并且同样参照附图，详细地示出了所公开的系统和方法的示例性方法。尽管附图代表了某些可能的方法，但是不必按照比例和某些特性而增大、移动、或局部地切开附图以用于更好的示出并且解释本公开。此外，本文中提出的描述并不意将权利要求书详尽的或在其他方面上限制或约束于附图中所示的和下文详细描述中所公开的精确的形式和构型。 [0015] 此外，在下文的讨论中可引入一些常数。在某些情况下提供了常数的示例的值。在其他情况下，并未给出特定值。常数的值取决于相关联的硬件的特性和这些特性的相互关系还取决于与本公开系统相关联的环境条件和运行条件。 [0016] 现参照附图的图1，为声波传感器10的第一实施例的透视图，该声波传感器10可感测液压油特性并且利用已知为剪切水平表面声波(SH-SAW)装置的机构。输入变换器12利用适当的薄膜工艺和类似的方式形成在压电衬底14的表面上；输出变换器16利用例如本领域所熟知的光刻技术的薄膜工艺也形成在压电衬底14的表面上。电信号提供至输入变换器12，输入变换器12会产生声波，声波传播至输出(接收)变换器16，输出(接收)变换器16会产生电信号，该电信号可用于确定例如围绕压电衬底的液压油的流体的性质。与声波传感器接触的介质的物理的、化学的、生物的或电子的性质中的变化会造成由输入变换器12产生的声波的振荡频率中相应的变化，由输出变换器16感测由输入变换器12产生的声波并且产生输出电信号，该电信号可连接至电路或计算机。相同的原理用于检测液体是否存在，当压电衬底接触到存在并且包围声波传感器的液体和/或空气时，即可实现检测是否存在液体。 [0017] 现参照附图的图2，示出了声波传感器10A的第二替代实施例。通过将输入变换器12A和输出变换器16A再构造至安装在压电圆盘14A上的局部嵌套的环形中从而使声波传感器10A形成为圆盘型。此构型尤其可适用于紧密包装的情况，其中由目标物体来决定介质的性质。嵌套的输入和输出变换器12A、16A设置用于紧凑的几何结构并且降低了生产成本。 [0018] 现参照附图的图3，以透视图示出声波传感器10B的第三替代实施例。此传感器10B包括输入变换器12B和输出变换器16B，该输入变换器12B和输出变换器16B采用薄膜或微加工技术形成在膜18的表面上，该膜形成在与硅衬底22附接的压电层20的顶部。 [0019] 现参照附图的图4-6，示出了声波传感器130A、130B的结构和测试结果。图4为测试声波传感器130A的截面图，声波传感器130A包括覆盖传感薄膜215的流体200，传感薄膜215形成在第一电极220上，采用薄膜工艺或附接至AT石英衬底210的方式结合或形成第一电极220的组件。在衬底210的另一面上为第二电极225，其形成或结合或附接至衬底210。O型环230用于将容置环235密封至衬底210并且支持测试流体200，以使得其接触传感薄膜215。 [0020] 图5为测试声波传感器130b的截面图，声波传感器130b包括覆盖第一电极320的流体300，该第一电极附接至AT石英衬底310。在衬底310的另一面上为第二电极325，其形成或结合或附接至衬底310。O型环330用于将容置环335密封至衬底310并且支持测试流体300，以使得其接触第一电极320。 [0021] 测试在图4中示出声波传感器130A并且在图6中以声波传感器130A的剖视图以及真实的声波的形状示出测试结果。第一电极220和第二电极225跨接在电压电源250的两端，该电压电源250提供了频率约为25至500MHz的交变信号至第一和第二电极220、225以用于激发声波传感器130A形成声波150。 [0022] 例如为10A、10B或10B的声波传感器通常为表面声波(SAW)型装置并且在收发器电子设备的无线电频段和中频段两者中充当带通滤波器。通讯市场之外的新应用包括气压传感器、化学传感器和用于例如感测蒸气、湿度和温度的商业应用的传感器的用途。当采用在放气阀中并且特别地采用在供飞机使用的放气阀中时，声波传感器是低成本的、耐用的、灵敏的并且是可信的。 [0023] 声波传感器是如此命名的，即由于其检测方法依赖于穿过支承层或在支承层的表面上传播的声波。随着声波传播穿过材料或材料表面，对传播路径的特性的任何改变影响了声波的速度和/或振幅。通过测量声波的频率或幅相特性可检测行进中的声波的速度的变化，然后该测量频率或幅相特性可由电路或者计算机处理以输出被测量的物理量的特性。 [0024] 本发明示例性的声波传感器10、10A、10B使用压电材料来产生声波。向输入变换器12、12A、12B提供频率约为25至500MHz的震荡电流，输入变换器12、12A、12B产生传播穿过衬底的机械应力并且然后由输出变换器14、14A、14B转换回电场并且然后输出至电路或计算机以用于处理。 [0025] 借助类似用于制造集成电路的光刻工艺可有效地制造示例性声波传感器10A、10B、10C。在可用于声波传感器和装置的各种压电材料之中，最流行的是石英(SiO2)，钽酸锂(LiTaO3)，和铌酸锂(LiNbO3)。每种压电材料均具有其自身唯一的特性，例如成本、温度效应、衰减和传播速度。 [0026] 传播穿过衬底的声波称为体波。最通用的体声波(BAW)装置为厚度剪切模式(TSM)共振器和剪切-水平声板模式(SH-APM)传感器。如果波在衬底的表面上传播，则认为该波是表面波。最广泛采用的表面波装置为表面声波传感器和剪切-水平表面声波(SH-SAW)传感器，目前所使用的剪切水平表面声波(SH-SAW)传感器还称为表面横波(STW)传感器。 [0027] 声波装置可用于感测许多不同的物理常数，这些常数涵盖了气体然而当设备与液体接触的时候仅有这些常数的子集会起作用。TSM，SH-APM和SH-SAW都会产生波，该波主要以剪切水平方向传播。剪切水平波不会显著地辐射入液体，因此没有由液体造成的波的显著的衰减。这种特性使得这些特殊声波装置适用于在——例如示例性放气系统的液压油的——液体中使用。在示例性声波感测系统中示出SH-SAW型装置。(参见图1-3和图7)。 [0028] SAW型传感器在上文描述的声波传感器中具有最高的灵敏度并且通常在25MHz至500MHz之间运行。在感测液体的情况下，SH-SAW应该被使用，这是由于波传播模式从竖直剪切SAW传感器改为剪切-水平的SAW传感器，该剪切水平SAW传感器急剧地降低了当例如液压油的液体与传感器接触时波的损失。采用SH-SAW传感器可显著地降低液体的衰减效应，这使得该传感器适用于检测例如液压油的液体的存在和特性。声波传感器10、10A、10B示出为SH-SAW型装置。由此装置可检测的现象的范围可由采用在装置上的涂层所决定。这些设备可通过使用材料涂镀装置来检测气体或液体的特性，该材料在暴露至感兴趣的气体或液体时会发生变化。在涂层中的变化造成了波的传播的改变，这可用于计算气体或液体的特性。因此可容易地检测出是否存在液体。如果特定的声波传感器对温度变化敏感，则可采用第二声波传感器，其安装在衬底的非应力区中或者可用于补偿温度的变化的物理地分离的装置中。 [0029] 现参照附图的图7，示出现有的示例性放气阀系统50的剖视图。放气阀系统50包括壳体51，该壳体51连接至液压油箱并且用O型环52密封以防止任何外部泄露。来自液压油箱的液压流体54和液压流体54内的空气会进入通路53并且空气会与油分离从而形成体积55。两个声波传感器56和57与图1-3中的任一个所示出传感器的相似，该声波传感器56和57安装至壳体51中。传感器57会以此方式安装以使得其总会浸于液压流体54中并且充当温度补偿器。传感器56安装至壳体51内预定的高度并且运行作为液体感测SH-SAW声波传感器。当其浸入油中，排气阀59保持关闭并且此时传感器56发送信号通知气体出现在体积55中，然后排气阀59打开以用于将空气排出体积55。于是油代替了排出的空气。 [0030] 将来自传感器56、57的输出信号送至放气控制器65，其处理并且然后分别比较来自传感器56、57的两个信号并且利用结果来决定是否关闭或打开排气阀59。控制器65可为独立电路或更大的多功能的处理电路的一部分或其可连接至飞行计算机系统67。放气阀59可为电磁阀或压电操控型阀或基于音圈的操控器或其他类型的开闭阀装置。阀59关闭或打开通路60以用于允许空气从体积55行进到通路中，从此处可将空气穿过排放孔62排出系统之外。放气阀59可构造成在未出现激活信号时是常闭的。放气阀控制器65是可包括微处理器的电路，该微处理器设定成处理来自声波传感器56、57的电信号。然后如果空气取代液压油出现在体积55中，则放气阀控制器65可传送信号以用于激活放气阀59。随后从体积55中释放空气并且由液压流体取代空气。这时传感器56和57应产生大约相同的输出信号，并且控制器65会移除放气阀59处的激活信号并且放气阀59会关闭。视情况地，当飞机以有助于从液压系统的排放空气的模式运行时，飞行计算机系统67连接至放气控制器65以用于发送信号。 [0031] 特别地示出并且结合上述的示例描述本公开，这些示例仅为示例性的示出用于执行本公开的最佳形式。所属领域的技术人员应当理解的是，在实施本发明中可采用本文所描述的本公开的示例的各种替代而不背离下文权利要求书中所定义的本公开的精神和范围。其意图为下文权利要求定义本公开的范围并且因此涵盖这些权利要求的范围中的方法和装置。本公开的描述应当理解为包括本文所描述的部件的所有新颖的并且不是显而易见的组合，并且可将出现在此申请或后续申请中的权利要求给予这些部件的任何新颖的并且不是显而易见的结合。此外，前面的示例是示例性的，并且没有单一的特征或部件对此申请或后续申请中所要求的所有可能的组合而言是必要的。 |
||||||
