本國際PCT專利申請要求2014年3月31日提交的美國臨時專利申請序列號61/972,668的優(yōu)先權(quán)，所述美國臨時專利申請的全部內(nèi)容以引用方式并入本文。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于檢測傳感器從受控元件機械斷開的系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及用于檢測可變差動變壓器與可變差動變壓器所附接到的受控元件之間的機械斷開的系統(tǒng)。例如，受控元件可連接到飛機上的控制表面。

相關(guān)技術(shù)討論

現(xiàn)有技術(shù)有很多設(shè)計來檢測連接到受控元件的傳感器是否適當(dāng)操作的設(shè)備的實例。

正如所期望的，現(xiàn)有技術(shù)包括用于確定傳感器是否已與受控元件(包括飛機上的控制元件)斷開的設(shè)備的實例。

傳感器斷開設(shè)備的許多現(xiàn)有技術(shù)實例依賴于生成的電信號的比較來檢測可變差動變壓器，諸如線性可變差動變壓器("LVDT")或旋轉(zhuǎn)可變差動變壓器("RVDT")的故障情況。

盡管有檢測LVDT或RVDT傳感器(及其相關(guān)聯(lián)的受控元件)是否正在可接受范圍內(nèi)操作的方法的若干實例，但是存在對可替代方法的需求。

具體地說，存在對在操作期間檢測LVDT或RVDT傳感器的機械故障的方法的需求。

發(fā)明概述

本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中的明顯不足中的一個或多個。

本發(fā)明提供用于檢測可變差動變壓器與受控元件之間的連接的機械故障的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括可變差動變壓器，所述可變差動變壓器具有包封第一線圈的外殼；外殼中的孔，其中所述孔鄰近第一線圈；設(shè)置在孔中的芯；可連接在第一端部處的孔與第二端部處的受控元件之間的軸；以及連接到軸的偏置元件。響應(yīng)于軸的斷裂，偏置元件使芯移動到可至少由第一線圈檢測的超出范圍的位置。

本發(fā)明還提供設(shè)置在孔中的芯以使得芯在孔內(nèi)滑動，所述超出范圍的位置對應(yīng)于遠(yuǎn)離受控元件的最大位置。結(jié)合這個實施方案，可變差動變壓器可為LVDT。

還設(shè)想的是，本發(fā)明提供設(shè)置在孔中的芯以使得芯在孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而使得超出范圍的位置對應(yīng)于孔中的芯的最大旋轉(zhuǎn)。結(jié)合這個實施方案，可變差動變壓器可為RVDT。

本發(fā)明還提供包括在第一線圈附近設(shè)置的第二線圈和第三線圈的實施方案。如果是這樣，超出范圍的位置可由第二線圈或第三線圈中的至少一個來檢測。

在本發(fā)明的系統(tǒng)的實施方案中，線圈由用于傳導(dǎo)電流的導(dǎo)線線圈組成。

在其他設(shè)想的實施方案中，芯可為磁體或磁化材料中的至少一種。

設(shè)想的是，偏置元件可為彈簧。如果是這樣，彈簧可為螺旋彈簧。

在LVDT的情況下，系統(tǒng)可包括設(shè)置在彈簧周圍的彈簧套，其中彈簧套在軸斷裂后與軸一起移動。

在LVDT的情況下，系統(tǒng)可包括設(shè)置在軸上的彈簧板和設(shè)置在軸上以將彈簧板連接到軸的至少一個突出部。所述彈簧板被設(shè)想在軸斷裂后與軸一起移動。

在本發(fā)明的系統(tǒng)的實施方案中，軸的第二端部可包括螺紋區(qū)段和大直徑區(qū)段，所述大直徑區(qū)段鄰近螺紋區(qū)段、在軸的第一端部與第二端部之間。所述大直徑區(qū)段被設(shè)想成接合彈簧套。

在一個設(shè)想的實施方案中，螺紋區(qū)段適于接合受控元件內(nèi)的活塞。

在另一個設(shè)想的實施方案中，偏置元件鄰近控制元件設(shè)置。

設(shè)想的是，偏置元件可鄰近可變差動變壓器的外殼設(shè)置。

還設(shè)想的是，系統(tǒng)可包括連接到軸的桿件，其中偏置元件在連接點與桿件之間連接。在此，偏置元件可鄰近受控元件設(shè)置在可變差動變壓器的外殼的外部?？商娲?，偏置元件可設(shè)置在可變差動變壓器的外殼內(nèi)。

根據(jù)以下討論，本發(fā)明的其他方面將變得明顯。

附圖簡述

參考附圖描述本發(fā)明的一個或多個實施方案，其中：

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的連接到控制元件的LVDT傳感器的示意圖；

圖2是用于檢測傳感器與控制元件之間的機械斷開的系統(tǒng)的第一實施方案的圖形表示，所述控制元件與飛機上的控制表面相關(guān)聯(lián)，其中系統(tǒng)被以與LVDT連接的狀態(tài)示出；

圖3是如圖2所示的用于檢測傳感器與控制元件之間的機械斷開的系統(tǒng)的實施方案的圖形表示，其中系統(tǒng)被以與LVDT斷開的狀態(tài)示出；

圖4是用于檢測傳感器與控制元件之間的機械斷開的系統(tǒng)的第二實施方案的圖形表示，所述控制元件與飛機上的控制表面相關(guān)聯(lián)，其中系統(tǒng)被以與LVDT連接的狀態(tài)示出；

圖5是如圖4所示的用于檢測傳感器與控制元件之間的機械斷開的系統(tǒng)的實施方案的圖形表示，其中系統(tǒng)被以與LVDT斷開的狀態(tài)示出；

圖6是圖2所示的用于檢測傳感器與控制元件之間的機械斷開的系統(tǒng)的第一實施方案的變型的圖形表示，其中系統(tǒng)被以與LVDT連接的狀態(tài)示出；以及

圖7是用于檢測傳感器與控制元件之間的機械斷開的系統(tǒng)的第三實施方案的圖形表示，其中系統(tǒng)被以與RVDT連接的狀態(tài)示出。

本發(fā)明實施方案的詳述

現(xiàn)在將結(jié)合其一個或多個實施方案描述本發(fā)明。單獨實施方案的元件被設(shè)想成可替代其他實施方案中的元件。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在了解以下討論后將會了解一個或多個變型和/或等效物。那些變型和等效物被認(rèn)為由本發(fā)明所涵蓋，如同本文所述的一樣。

圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳感器系統(tǒng)10的圖形表示。傳感器系統(tǒng)10包括通過軸14連接到控制元件16的LVDT 12。LVDT 12被設(shè)想成具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的構(gòu)造。

類似于LVDT 12，控制元件16被設(shè)想成具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的構(gòu)造。具體地說，控制元件16被設(shè)想成并入連接到飛機上的控制表面的液壓致動器。例如，控制元件16可為控制所述控制表面的定位并且因此控制飛機的空氣動力特性的液壓操作的活塞。控制表面包括但不限于飛機的方向舵、副翼、縫翼、襟翼等。

如應(yīng)對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，LVDT 12通常結(jié)合與飛機上的一個或多個控制表面相關(guān)聯(lián)的控制元件16來使用。LVDT 12緊湊且重量輕。此外，LVDT 12可靠地產(chǎn)生指示控制表面的位置的信號。

LVDT 12被設(shè)想成包括具有中心孔20的外殼18。芯22被設(shè)置在軸14的一個端部處并且滑動地設(shè)置在外殼18內(nèi)的孔20中。LVDT 12的外殼18容納初級繞組24、第一次級繞組26和第二次級繞組28。在外殼18內(nèi)，次級繞組26、28與初級繞組24側(cè)面相接。常規(guī)地，繞組24、26、28通過粘合劑(諸如環(huán)氧樹脂)固定在外殼18中。

如圖1所示，軸14和芯22彼此連接。因此，當(dāng)控制元件16被致動時，軸14在芯22中起作用以使芯22相對于繞組24、26、28移動。在芯相對于繞組24、26、28移動時，芯22引起生成電信號，所述電信號與芯22相對于繞組24、26、28的位置成比例。電信號用作對系統(tǒng)的輸出以用于控制飛機上的控制表面。

如圖1所示，初級線圈24建立LVDT 12的主感測區(qū)30。第一次級繞組26建立第一次級感測區(qū)32。第二次級繞組28建立第二次級感測區(qū)34。在正常操作期間，芯22被設(shè)想成鄰近主感測區(qū)30定位。在控制元件響應(yīng)于控制表面的位置改變時，芯22將被拉動成接近第一次級感測區(qū)32，或者被推動成接近第二次級感測區(qū)34。由箭頭36指示軸14和芯22的行進(jìn)方向。在芯22相對于感測區(qū)30、32、34移動時，LVDT 12生成由飛機上的計算機系統(tǒng)進(jìn)一步處理的不同位置信號。

為了冗余，應(yīng)注意飛機上的每個控制表面通常附接到兩個LVDT 12。通過這種取向，如果兩個LVDT 12中的一個發(fā)生故障，則從LVDT 12接收位置信號的系統(tǒng)可確定存在故障。簡單地，這兩個LVDT 12將生成不同的輸出信號。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，傳感器系統(tǒng)10無法確定兩個LVDT 12中的哪一個正在生成錯誤的信號。系統(tǒng)感知到的只是兩個LVDT 12正生成不同的信號，并且因此感知到存在與LVDT 12所連接到的控制表面相關(guān)聯(lián)的故障。

如應(yīng)從圖1顯而易見的，如果連接到控制元件16的兩個LVDT 12中的一個的軸14斷裂，那么芯22將不再以既定方式在外殼18內(nèi)移動。另一方面，來自功能性LVDT 12的位置信號將隨著控制表面的位置的變更而繼續(xù)改變。然而，從LVDT 12接收位置信號的計算機系統(tǒng)不太可能能夠區(qū)分兩個LVDT 12的位置信號。換句話說，從LVDT 12接收位置信號的計算機系統(tǒng)不太可能能夠確定兩個信號中的哪一個正提供用于控制相關(guān)聯(lián)的飛行表面的正確信息。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)40的第一設(shè)想實施方案的圖形表示。如將通過以下討論變得顯而易見的，術(shù)語“傳感器系統(tǒng)”40旨在廣義理解為是指設(shè)備及其相關(guān)聯(lián)部件，如本文所描述的。

如圖2所示，傳感器系統(tǒng)40包括LVDT 42。如圖7所示，傳感器系統(tǒng)94包括RVDT 96。本文所描述的傳感器系統(tǒng)40、94(以及其他)的實施方案被設(shè)想成結(jié)合可變差動變壓器(“VDT”)來使用，不論所述可變差動變壓器是否是線性或旋轉(zhuǎn)類型(或者現(xiàn)在已知或在將來開發(fā)的任何其他類型)。因此，本發(fā)明不應(yīng)被理解為限于LVDT 42或RVDT 96。

繼續(xù)參考圖2，LVDT 44包括圍封初級線圈46、第一次級線圈48和第二次級線圈50的外殼44。芯52可滑動地設(shè)置在外殼44中的孔54內(nèi)。連接到軸56的一個端部的芯52在箭頭58的方向上與軸56一起滑動。

如圖2中還示出的，LVDT 42通過軸56連接到受控元件60?！笆芸卦?0是由另一裝置、系統(tǒng)、方法等控制的任何元件?！笆芸卦?0涵蓋控制元件16，諸如通常用來操縱飛機上的控制表面的類型。換句話說，術(shù)語控制元件”60旨在涵蓋比連接到飛機上的控制表面的那些裝置更廣類別的裝置。

受控元件60被設(shè)想成是雙向、液壓致動的氣缸等。因此，受控元件60包括外殼62，所述外殼62具有可滑動地設(shè)置在所述外殼62中的活塞64。

軸56的第一端部連接到芯52。軸56的第二端部包括大直徑區(qū)段66和螺紋區(qū)段68。螺紋區(qū)段68通過連接器70(諸如緊固件)連接到活塞64。在連接到活塞64的情況下，軸56和芯52與活塞64一起移動。因此，芯52在LVDT 42內(nèi)的移動與活塞64的移動相關(guān)聯(lián)。因此，由LVDT 42生成的位置信號準(zhǔn)確地反映出活塞64以及因此連接到受控元件60的控制表面的位置。

軸56的第二端部穿過彈簧套72，所述彈簧套72緊靠受控元件60的外殼62。彈簧套72將彈簧74包入其中。彈簧74施加對抗彈簧套72的偏置。因此，如果軸56萬一例如在斷裂點76處斷裂，那么彈簧74推壓彈簧套72。由于彈簧套72與軸56之間的連接，當(dāng)彈簧74在彈簧套72上推動時，彈簧74使軸56移位以使得芯52移動到鄰近第二次級線圈50的位置。

在圖2示出的傳感器系統(tǒng)40的布置中，鑒于到活塞64和外殼62的接近度，斷裂點76是軸56可能斷裂的位置。盡管在這個特定位置處識別出斷裂點76，應(yīng)注意本發(fā)明不限于檢測在所識別的特定位置中的斷裂點76。

圖3示出在軸56在斷裂點76處已存在斷裂后的狀態(tài)下的傳感器系統(tǒng)40。在此說明中，芯52被示出處于斷開狀態(tài)。在斷開狀態(tài)中，芯52被鄰近第二次級線圈50定位。因此，芯52生成與第二次級線圈50一致的位置信號。

設(shè)想的是，在LVDT 42的斷開狀態(tài)中，芯52將被移動到孔54中的位置，所述位置在LVDT 42的正常操作范圍之外。在芯52處于非操作位置中(即，在正常操作范圍之外)的情況下，第二次級線圈50將生成對應(yīng)的位置信號，所述位置信號在LVDT 42的正常操作范圍之外。在芯52被定位在“超出范圍”的情況下，對于飛機上的飛行系統(tǒng)來說基于由LVDT 42生成的位置信號而容易地檢測到LVDT 42已遭受機械故障變得可能。

如圖3所示，初級線圈46與主感測區(qū)78相關(guān)聯(lián)。第一次級線圈48與第一次級感測區(qū)80相關(guān)聯(lián)。第二次級線圈50與第二次級感測區(qū)82相關(guān)聯(lián)。因此，當(dāng)在斷裂點76處已存在斷裂后芯52通過彈簧74移位時，第二次級感測區(qū)82通過生成“超出范圍”信號來生成指示LVDT 42的機械故障的位置信號。

如對本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)顯而易見的是，線圈46、48、50被設(shè)想成是由纏繞導(dǎo)線制成的導(dǎo)電線圈。當(dāng)將電流施加到線圈46、48、50時，線圈生成電磁場。芯52被設(shè)想成是改變或擾亂由線圈46、48、50生成的電磁場的磁體或磁化材料。由于磁感應(yīng)，芯52與線圈46、48、50相互作用，以使得可由LVDT 42生成位置信號。

圖4是傳感器系統(tǒng)84的第二設(shè)想實施方案的圖形表示。

傳感器系統(tǒng)84與傳感器系統(tǒng)40基本上相同。在這個實施方案中，已移除彈簧套72并且利用彈簧板86來代替。彈簧板86通過一個或多個突出部88連接到軸56。

當(dāng)軸56在斷裂點76處存在斷裂時，彈簧74施加對抗彈簧板86的偏置力以將芯52推入與第二次級線圈50相關(guān)聯(lián)的第二次級感測區(qū)82的非正常范圍中。

圖4示出處于連接狀態(tài)中的傳感器系統(tǒng)84，其中LVDT 42正根據(jù)正常操作參數(shù)來操作。

圖5示出在軸56在斷裂點76處斷裂后處于斷開狀態(tài)(或“超出范圍”狀態(tài))的傳感器系統(tǒng)84。

在一個設(shè)想的變型中，彈簧74可鄰近LVDT 42的外殼44定位。換句話說，本發(fā)明不應(yīng)認(rèn)為是限于其中彈簧74被鄰近受控元件60的外殼62設(shè)置的布置。

如還應(yīng)顯而易見的，彈簧74被示出為是螺旋彈簧。然而，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可采用任何其他類型的偏置裝置或元件。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)90。傳感器系統(tǒng)90的這個實施方案是圖1和圖2示出的傳感器系統(tǒng)40的變型。如應(yīng)顯而易見的，這種變型也適用于圖4和圖5示出的傳感器系統(tǒng)80。

在傳感器系統(tǒng)90中，軸56被直接連接到移動元件92。如應(yīng)顯而易見的，在這種變型中，軸56未連接到外殼62內(nèi)的活塞64。相反，軸56被直接連接到移動元件92，所述移動元件92可為與飛機上的控制表面一起移動的外殼或其他部件。

如圖所示，軸56被設(shè)想成利用連接器70內(nèi)部連接到移動元件，正如同傳感器系統(tǒng)40。如應(yīng)顯而易見的，然而，可按與單獨安裝位置相關(guān)聯(lián)的具體情況所需要或所期望的任何方式來連接軸56。就這一點而言，應(yīng)注意在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，傳感器系統(tǒng)40、80的實施方案也可依賴于除連接器70以外的連接器。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)94的第三實施方案的圖形表示。這個實施方案應(yīng)用用于檢測RVDT 96與受控元件60之間的機械斷開的原理。

在圖7中，未示出受控元件60。

傳感器系統(tǒng)94包括具有外殼98和中心軸100的RVDT 96。芯102被安裝在軸100上并且在箭頭104的方向上在孔132內(nèi)旋轉(zhuǎn)。RVDT 96包括初級線圈106、第一次級線圈108和第二次級線圈110。正如先前的實施方案，芯102被設(shè)想成相對于初級線圈106定向在穩(wěn)定狀態(tài)(或正常操作)狀況中。如圖7所示，初級線圈106可與第一鐵芯112相關(guān)聯(lián)，第一次級線圈108可與第二鐵芯114相關(guān)聯(lián)，并且第二次級線圈110可與第三鐵芯116相關(guān)聯(lián)。

關(guān)于傳感器系統(tǒng)94，桿件118連接到軸110。彈簧120(或其他偏置元件)在桿件118與連接點122之間連接。如果在RVDT 96與相關(guān)聯(lián)的受控元件60之間存在機械斷開，那么彈簧120將芯102偏置到第二次級線圈110，如由箭頭124所指示。

雖然桿件118、彈簧120和連接點124被示出位于RVDT 96內(nèi)，應(yīng)注意這些元件可位于RVDT 96外部，正如在上文描述的傳感器系統(tǒng)40、84、90中那樣。桿件118、彈簧120和連接點122的位置對于本發(fā)明的操作不是關(guān)鍵的。

進(jìn)一步參考圖7，應(yīng)注意初級線圈106與主感測區(qū)126相關(guān)聯(lián)。第一次級線圈108與第一次級感測區(qū)128相關(guān)聯(lián)。類似地，第二次級線圈110與第二次級感測區(qū)130相關(guān)聯(lián)。

結(jié)合LVDT 42和RVDT 94描述了主感測區(qū)78、126，第一次級感測區(qū)80、128和第二次級感測區(qū)82、130。在兩個實施方案中，第二次級感測區(qū)82、130是被選擇為針對芯52、102的超出范圍或故障位置的默認(rèn)位置。如應(yīng)顯而易見的，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，超出范圍或故障位置可與第一次級感測區(qū)80、128相關(guān)聯(lián)地選擇。

如以上所指出，傳感器系統(tǒng)40、84、90、94不被視為限于LVDT 42或RVDT 96。類似地，傳感器系統(tǒng)40、84、90、94不被視為限于其中VDT(即，LVDT 42或RVDT 96)包括第一線圈(即，初級線圈)46、106、第二線圈(即，第一次級線圈)48、108和第三線圈(即，第二次級線圈)50、110的構(gòu)造。相反，設(shè)想的是，VDT 42、96可通過依賴芯52、102和僅一個線圈(諸如第一線圈46、106)來操作。如應(yīng)顯而易見的，可使用兩個或更多個芯52、102。類似地，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可使用兩個或更多個線圈46、106、48、108、50、110。

關(guān)于傳感器系統(tǒng)40、84、90、94，應(yīng)注意孔54、132僅僅是外殼44、98內(nèi)的空間。盡管孔54、132的橫截面是圓形的，但是孔54、132需要具有任何預(yù)定形狀。因此，盡管本文中使用術(shù)語“孔”54、132，但是這個術(shù)語不應(yīng)理解為限于任何特定形狀。

已結(jié)合一個或多個實施方案描述了本發(fā)明。設(shè)想的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，來自一個實施方案的特征可替代其他實施方案中的特征。此外，如應(yīng)對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，存在應(yīng)對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的實施方案的多種變型和等效物。本發(fā)明旨在涵蓋這些變型和等效物，如同本文所述的一樣。