(57)【要約】油圧アセンブリのシリンダ内のピストン位置が、マイクロ波パルスを用いて測定される。前記マイクロ波パルスは、前記ピストンまたはシリンダに接続された導体に沿って発せられる。スライド部材は、前記導体にスライド可能に接続され、前記ピストンまたはシリンダと共に移動する。位置は、前記導体および前記スライド部材の端部からの反射の関数として測定される。
2006509973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダに固定的に結合されたピストンの移動方向に延びるアンテナロッドであって、結合部と該アンテナロッドの遠位端部の間にマイクロ波パルスを伝えるように構成されたアンテナロッド、
ピストンにスライド可能に結合され、前記マイクロ波パルスの部分的な反射を引き起こすように構成されたスライド部材、
マイクロ波パルスを生成および受信するように構成された、前記ロッドに接続されたマイクロ波トランシーバ回路、
前記スライド部材および前記ロッド遠位端部からの反射マイクロ波パルスの関数としてピストン位置を計算するように構成された計算回路、および
前記アンテナロッドを収容し、電気的絶縁体を介して前記シリンダに前記ロッドを物理的に結合するように構成された、シリンダの一方の端部に取り付けられた絶縁レセプタクルからなるシリンダ内の油圧ピストンの相対的な位置を測定するための装置。
【請求項２】
前記アンテナロッドに結合され、電気的な接続をその間に提供するように前記ピストンのボア内にスライド可能に収容されるバネ荷重伝導性ブッシングを含む請求項１の装置。
【請求項３】
前記アンテナロッドに結合され、反射マイクロ波パルスを提供するように前記ピストンのボア内にスライド可能に収容される絶縁ブッシングを含む請求項１の装置。
【請求項４】
前記ピストンの表面に結合され、前記ピストン表面に滑らかなインピーダンス変化を提供し、それによって前記ピストン表面で反射されたマイクロ波パルス内のノイズを低減するピストン表面インピーダンス変化要素を含む請求項１の装置。
【請求項５】
前記絶縁レセプタクルが、それを通って延び、前記アンテナロッドに結合し、前記マイクロ波トランシーバに接続された電気的コネクタを収容するように構成された２つのバネ荷重部材によって形成される開口部を有する電気的導体を含む請求項１の装置。
【請求項６】
前記２つのバネ荷重部材が円盤状であり、それらの全周辺の前記コネクタを収容するように構成された請求項５の装置。
【請求項７】
前記シリンダが、その中に形成された空洞を有するベースを含み、前記絶縁レセプタクルが当該空洞内に配置される請求項１の装置。
【請求項８】
前記空洞内の前記絶縁レセプタクルを固定する止めネジを含む請求項７の装置。
【請求項９】
前記空洞内の前記絶縁レセプタクルを封止する、前記絶縁レセプタクルの周囲のシールを含む請求項７の装置。
【請求項１０】
前記アンテナロッドに電気的接続された前記絶縁レセプタクル内の電気的導体を含む請求項１の装置。
【請求項１１】
前記電気的導体が、前記アンテナロッドを前記マイクロ波トランシーバに電気的に接続する電気配線に接続する請求項１０の装置。
【請求項１２】
前記絶縁レセプタクル内に電気的導体を封止するガスケットを含む請求項１０の装置。
【請求項１３】
前記絶縁レセプタクル内に前記アンテナロッドを封止するシールを含む請求項１０の装置。
【請求項１４】
前記絶縁レセプタクルに取り付けられる支持部を含み、前記アンテナロッドを収容するように構成されたそこを貫通する開口部を有する請求項１の装置。
【請求項１５】
前記支持部が反射マイクロ波パルスを生成するようにインピーダンス不整合を提供する請求項１４の装置。
【請求項１６】
前記スライド部材が、前記ピストン表面内に設置され、前記アンテナロッドによってスライド可能に収容されるピストン表面インピーダンス不整合要素を含む請求項１の装置。
【請求項１７】
前記ピストン表面インピーダンス不整合要素が、油圧流体の通路用にそれを通って延びる通路を含む請求項１６の装置。
【請求項１８】
前記ピストン表面インピーダンス不整合要素が、スナップ止めで前記ピストンに結合する請求項１６の装置。
【請求項１９】
前記ピストン表面インピーダンス不整合要素が、油圧流体がそこを通って流れるのを可能にする開口部を提供する請求項１６の装置。
【請求項２０】
シリンダに固定的に結合されたピストンの移動方向に延び、前記ピストンとピストンロッドとを通って延びるアンテナロッドであって、結合部と該アンテナロッドの遠位端部の間にマイクロ波パルスを伝えるように構成されたアンテナロッド、
ピストンにスライド可能に結合され、前記マイクロ波パルスの部分的な反射を引き起こすように構成されたスライド部材、
マイクロ波パルスを生成および受信するように構成された、前記ロッドに接続されたマイクロ波トランシーバ回路、
前記スライド接触部および前記ロッド遠位端部からの反射マイクロ波パルスの関数としてピストン位置を計算するように構成された計算回路、および
前記アンテナロッド端部に接続され、その間に電気的接続を提供するように前記ピストンロッド内にスライド可能に収容されるバネ荷重伝導性ブッシングからなるシリンダ内の油圧ピストンの相対的な位置を測定するための装置。
【請求項２１】
前記アンテナロッドを収容するように構成された前記シリンダの一方の端部に装着され、電気的絶縁体を介して前記ロッドを前記シリンダに物理的に結合する絶縁レセプタクルを含む請求項２０の装置。
【請求項２２】
ピストン表面に滑らかなインピーダンス変化を提供し、それによって前記反射マイクロ波パルス内のノイズを低減するように配置されたピストン表面に結合されたピストン表面インピーダンス変化要素を含む請求項２０の装置。
【請求項２３】
前記絶縁レセプタクルに隣接した前記アンテナロッドを収容するように構成された支持部を含む請求項２０の装置。
【請求項２４】
前記支持部が、反射マイクロ波パルスを生成するようにインピーダンス不整合を提供する請求項２３の装置。
【請求項２５】
前記スライド部材が、前記ピストン表面内に設置され、前記アンテナロッドによってスライド可能に収容されるピストン表面不整合要素を含む請求項２３の装置。
【請求項２６】
ピストンまたはシリンダの一つに固定的に結合されたピストンの移動方向に延びるアンテナロッドであって、結合部と該アンテナロッドの遠位端部の間にマイクロ波パルスを伝えるように構成されたアンテナロッド、
ピストンにスライド可能に結合され、前記マイクロ波パルスの部分的な反射を引き起こすように構成されたスライド部材、
マイクロ波パルスを生成および受信するように構成された、前記ロッドに接続されたマイクロ波トランシーバ回路、
前記スライド部材および前記ロッド遠位端部からの反射マイクロ波パルスの関数としてピストン位置を計算するように構成された計算回路、および
前記ピストン表面に滑らかなインピーダンス変化を提供し、それによって前記反射マイクロ波パルス内のノイズを低減するように配置されたピストン表面に結合されるピストン表示面インピーダンス変化要素からなるシリンダ内の油圧ピストンの相対的な位置を測定するための装置。
【請求項２７】
前記ピストン表面インピーダンス変化要素が、前記ピストン表面を覆う伝導性の円錐形部材からなる請求項２６の装置。
【請求項２８】
前記アンテナロッドに物理的に結合するように構成された絶縁レセプタクルを含む請求項２６の装置。
【請求項２９】
前記ピストンの表面に設置され、前記アンテナロッドによってスライド可能に収容されるピストン表面インピーダンス不整合要素を含む請求項２６の装置。
【請求項３０】
シリンダに固定的に結合されたピストンの移動方向に延び、前記ピストンとピストンロッドとを通って延びるアンテナロッドであって、結合部と該アンテナロッドの遠位端部の間にマイクロ波パルスを伝えるように構成されたアンテナロッド、
ピストンにスライド可能に結合され、前記マイクロ波パルスの部分的な反射を引き起こすように構成されたスライド部材、
マイクロ波パルスを生成および受信するように構成された、前記ロッドに接続されたマイクロ波トランシーバ回路、
前記スライド接触部および前記ロッド遠位端部からの反射マイクロ波パルスの関数としてピストン位置を計算するように構成された計算回路、および
その間の電気的に絶縁された結合および前記アンテナロッド端部に隣接するインピーダンス不整合を提供するように、前記アンテナロッド端部に結合され、前記ピストンロッド内にスライド可能に収容されるブッシングからなるシリンダ内の油圧ピストンの相対的な位置を測定するための装置。
【請求項３１】
ピストン表面内に設置され、前記アンテナロッドによってスライド可能に収容されるピストン表示面不整合要素を含む請求項３０の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の背景
本発明は油圧ピストンに関する。より詳細には、本発明は、ピストンと油圧シリンダとの間の相対的な位置を感知するために使用される位置センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧シリンダは、重機などの広く様々な用途において、大きな負荷を移動させるために使用される。従来では、油圧シリンダの制御は、油圧シリンダの伸張量および位置を視覚的に観察し、それに従って制御機構を操作するオペレータを介して行われてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この技術は不正確で、油圧機器や操作されている工作物（work piece）を損傷することがある。さらに、この技術は、オペレータがシリンダを見ることができない状況では使用することができない。これらの欠点に取り組むために、油圧シリンダ内のピストンの位置を測定するのに変位センサが使用されてきた。
【０００４】
油圧シリンダ内のピストンの相対的な位置を測定するために、様々なタイプの変位センサが使用される。しかしながら、苛酷な環境における絶対的な変位を遠隔的に測定するための信頼性の高い装置は、今のところ複雑で高価である。現在使用されている技術例としては、密封された金属チューブ内に収められた一対の細線を伝わる、電磁超音波的に誘発されたロッドの機械的性質の変化から反射される機械的信号の伝播時間を用いる電磁超音波装置がある。
【０００５】
別の技術は、回転を感知する装置である、絶対回転位置検出器（absolute rotary encoder）を使用する。
回転変換機への転換は、典型的には、ギヤ、あるいはバネ荷重ドラムから伸びるケーブルかテープによってなされる。絶対回転位置検出器は、範囲および／または解析能力が限定される傾向がある。
【０００６】
高レベルの振動を含む苛酷な環境は、厳密な調整が必要なこと、脆性のために破壊され易いこと、および霧と埃に対する不耐性によって、エッチングされた絶対ガラス目盛を観察することを困難にする傾向がある。この技術は、さらに周波数の再初期化を必要とする。
【０００７】
時間をかけてシリンダ内に流れ込む容積流量を積分することによって、シリンダの平行移動を計算するような推測変位測定には、いろいろな難しさがある。第１に、これらの装置は増分式で、頻繁に手動の再初期化をしなければならない。第２に、これらの装置は、温度および密度などの環境の影響に敏感である傾向があり、正確な変位測定を提供するために、それらの変数の測定を必要とする。最後に、変位を決定するために流量を積分することは、測定の正確さを低減する傾向がある。この技術は、さらに、流量測定感知技術の動的な感知範囲によって制限される。この範囲の上下の流量は、誤差が非常に大きい。
【０００８】
ピストン位置を測定するために用いられる技術は、電磁気爆発（electromagnetic burst）を使用する。しかしながら、この技術は、周囲に放射線を放射しやすく、較正が難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
シリンダ内の油圧ピストンの相対的な位置を測定するための装置は、シリンダの一端部に固定して結合されたピストンの移動の方向に沿って延びるロッドを含む。このロッドは、マイクロ波パルスを伝えるように構成されている。スライド部材は、ロッドにスライド可能に結合され、かつピストンに固定的に結合される。スライド部材は、マイクロ波パルスの一部を反射するように構成される。ロッドの端部も反射を提供する。ピストン位置は、スライド部材およびロッド端部からの反射マイクロ波パルスの関数として計算される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、油圧シリンダアセンブリのシリンダに関するピストンの位置を測定するための技術を提供する。本発明では、シリンダ内のピストンの相対的な位置を測定するために、マイクロ波信号が用いられる。このような技術がピストン位置を測定するために使用される場合、正確な測定値の取得に関連するノイズおよび他の問題によって、正確に位置測定を行うのは難しいことがある。
【００１１】
図１は、本発明の１つの実施例による油圧ピストン／シリンダアセンブリ１０の斜視断面図である。アセンブリ１０は、その中でピストンヘッド１４がスライド可能に動くシリンダ１２を含む。ピストン１４は、ピストンロッド１６に結合されている。ピストンヘッド１４は、開口部１９を通ってシリンダ１２内に流入、又はシリンダ１２内から流出される油圧流体１８に応じてシリンダ１２内を移動する。油圧流体がそこを通って漏出するのを防ぐように、ピストンヘッド１４のまわりには封止が施される。
【００１２】
アンテナロッド２２は、シリンダ１２と同方向に延び、位置測定回路２４に接続される。ボア（穴）２６は、ピストンロッド１６およびピストンヘッド１４を通って延び、アンテナロッド２２を収容する。ロッドガイド３４および４０は、それぞれピストンロッド１６およびピストンヘッド１４に連結され、アンテナロッド２２に沿ってスライドする。ガイド３４、４０は、以下に詳述されるように、アンテナロッド２２に沿って伝達されるマイクロ波パルスを反射する。通路５０は、流体１８がガイド３４、４０を通り抜けることを可能にする。本実施例では、ガイド３４は、アンテナロッド２２に固定的に結合され、ピストンロッド２７のボア２６内をスライドし、ガイド４０は、ピストンヘッド１４に固定的に結合され、アンテナロッド２２に沿ってスライドする。位置測定回路２４は、フィードスルー結合部３８を通ってアンテナロッド２２に結合される。フィードスルー結合部は、シリンダ１２のベース５２から延びるカップ３８を含み、ロッド２２を位置測定回路２４に接続する。
【００１３】
動作においては、油圧流体１８がシリンダ１２内に流入され、シリンダ１２から流出されるのにしたがって、ピストン１４がシリンダ１２内をスライドする。ピストン１４は、さらに、ピストン１４のボア２６内に収容されるアンテナロッド２２に沿ってスライドする。ピストン１４がシリンダ１２内を移動するのにしたがって、固定ガイドまたはブッシング４０がアンテナロッド２２に沿って動く。アンテナロッド２２は、シリンダ１２に固定されて示されているが、それはピストン１４に固定され、シリンダ１２に関して動くこともできる。他のアンテナロッド構成が使用可能である。
【００１４】
位置測定回路２４は、アンテナロッド２２に接続されるマイクロ波信号からの反射に基づいて位置出力を提供する。マイクロ波信号は、アンテナロッド２２上の２つの位置（固定ガイドまたはブッシング４０、およびガイドまたはブッシング３４のロッド端部）で反射される。位置測定回路は、シリンダ１２内のピストン１４の相対的な位置を測定するために、２つの反射信号間の時間遅延の比に応答する。
【００１５】
好ましい実施例では、本発明は、マイクロタイムドメイン反射測定レーダ（Micro Time Domain Reflectometry Radar：ＭＴＤＲ）を利用する。ＭＴＤＲ技術は、伝播時間の測定技術である。はっきりと定義されたインパルスあるいはパルスマイクロ波レーダ信号が、適当な媒体に接続される。レーダ信号は、デュアルパラレルコンダクタの形状に作られた伝送路に接続される。このデュアルパラレルコンダクタ形態は、放射電磁気妨害（ＥＭＩ）を制限するので望ましい。レーダ信号の生成、伝送路へのレーダ信号の接続、および反射信号の感知の役割を果たす装置は、本明細書では変換器と呼ばれる。
【００１６】
基本的なＭＴＤＲ測定は、図１のアンテナロッド２２のような長細い伝送路に沿ってレーダパルスを送り、信号が１つの反射点まで行って戻るまでに要した時間を極めて正確に測定することによって達成される。この反射点は、アンテナロッド２２の遠位端部であり、ガイド３４のような機械的な物体を終端にしてもよい。機械的な物体（スライド部材４０）が、伝送路の長さに沿って移動するように構成される場合、その位置は、その反射パルスの伝播時間から測定される。具体的には、ガイド３４の位置であるアンテナロッド２２によって形成される伝送路の端部へ送られる基準レーダパルスが生成され、反射されたパルスの時間が計られる。その後、これは、スライド機構物体４０によって反射されたパルス伝播時間と比較される。この技術の１つの利点は、測定が伝送路周辺の媒体の影響を受けないということである。
【００１７】
この測定技術の１つの利点は、所望ならば、位置測定値を時間で微分して、ピストンの速度および加速度を取得できるように、測定の頻度を十分迅速にできるということである。さらに、伝送路の配置を適切に定めることによって、油圧アクチュエータの角変位または回転を測定することもできる。
【００１８】
本発明は、油圧ピストンシリンダアセンブリ１０の位置検出を向上させる機能および構成を意図している。本発明は、向上された機能性、信頼性、正確さおよび便利さを提供する。
【００１９】
図２は、シリンダベース５２内のカップ３８の断面図であり、本発明の１つの態様を示す。アセンブリ１０のいくつかの実施例では、シリンダ１２のベース領域５２にアクセスするのは非常に難しい。そのような構成では、アンテナロッド２２をシリンダ１２に装着するのは非常に難しい。カップアセンブリ３８は、ロッド２２を容易にベース５２に結合するために使用することができる構成を提供する。さらに、カップ３８は、アセンブリの修理が必要な場合に取り外すことができる。
【００２０】
１つの実施例では、カップ３８は、シリンダベース５２のくぼみに収容され、その内部に絶縁体８０を保持する。絶縁体８０は、アンテナロッド２２を収容し、カップ３８の中に配置される。ガスケット８２は、絶縁体８０をカップ３８内に封止する。ロッド２２は、ネジ８４で絶縁体８０に固定され、ガスケット８６によって封止される。絶縁体８０は、アルミナのような高い強度のセラミックなどの任意の適切な材料で作られる。アルミナは、装着または操作の間に発生する応力を処理するのによく適している。さらに、アルミナは、緊密な封止を提供するためにＯリングガスケットを収容するように、よく研磨されることができる。
【００２１】
カップ３８は、ガスケット８８によってベース５２に封止される。止めネジ９０は、カップ３８とベース５２を固定するために使用される。止めネジ９０は、ベース５２のボア９２を通って延び、カップ３８のくぼみ９３の中に達する。ロッド２２は、支持部９４を用いてさらに支えられる。支持部９４は、油圧流体が通過することを可能にする開口部９６を有する。支持部９４は、ホウ素硝酸塩あるいは他の同様の物質からなる。
【００２２】
この特別な具体的実施例では、ロッド２２への電気的接続は、ベース５２内に保持された絶縁体１０２を通って延びる導体１００によって形成される。導体１００とネジ８４とは、例えば、圧入または他の適当な取り付け技術によって結合される。導体１００は、同軸ケーブル（図２に示されない）、または同種のものに接続するために構成されるＲＦ結合部１０４にまで延び、ベース５２を接地する。ケーブルは、図１に示される位置測定回路２４に結合する。
【００２３】
ロッド２２は、シリンダ１２に組み込む前に、カップ３８に装着される。カップ３８内に装着されたロッド２２と共に、カップ３８は、ベース５２のくぼみの中に収められ、止めネジ９０を用いて適所に固定される。万一アンテナロッド２２を取り外すことが必要ならば、止めネジ９０がカップ３８から外されて、カップ３８全体をベース５２から取り外すことができる。
【００２４】
アンテナロッド２２への結合は、ロッド２２を機械的に支持するための絶縁体を提供する一方で、擬似反射を低減するように構成される。擬似反射は、様々な構成要素間のゆるやかなテーパおよび滑らかな移行手段を使用して、またマイクロ波パルスの波長に関して短い寸法を有する構成要素を使用することによって低減される。さらに、アンテナロッド２２の近位端部で固定基準パルスを生成するために、インピーダンス不整合が用いられるのが望ましい。支持部９４は、該固定基準パルスを生成するように、そのようなインピーダンス不整合を提供する材料からなる。支持部９４は、油圧流体によって絶縁体８０から分離され、８〜１０の範囲の誘電率を有する。典型的には、絶縁体８０は、シリンダ操作中に、比較的に小さな引張応力および適度な圧縮負荷を受けるのみで、油圧オイルと所望の温度範囲で融和性（compatible）を持つ、任意の絶縁材料で作られる。支持部９４用のホウ素硝酸塩の使用は、約４の誘電率を提供する。しかしながら、任意の他の適切な材料を使用することができる。例えば、四ふっ化エチレン樹脂（polytetra-fluoroethylene：ＰＴＦＥ）、またはガラス入り（glass-filled）ＰＴＦＥは、典型的なシリンダ装置に十分に適している約２．６〜２．８の誘電率を提供する。その材料は、環境またはその他の要件を満たすように選択される。
【００２５】
図３は、ロッド２２の遠位端部に結合されたブッシング（あるいはガイド）３４の斜視図であり、本発明の別の態様を示す。ブッシング３４は、ピストンロッド２７の内側にロッド２２の遠位端部を連結することによって、インピーダンス不整合を提供する。ブッシング３４は、接着剤、機械的結合、または他の技術によって、ロッド２２に固定的に結合され、複数のバネ荷重伝導性フィンガー１１０を含む。伝導性フィンガー１１０は、ピストンロッド２７に、しっかりとかつ密接に、物理的に接触するように、ボア２６の内部に押しつけられる。
【００２６】
本発明のこの態様によって、ロッド２２の遠位端部とピストンロッド２７との間の弱い結合により誤差を生じるノイズパルスは、本質的に低減される。バネ荷重フィンガー１１０は、ボア２６の機械加工中、あるいはシステムの寿命期間中に発生するボア２６の直径の変化に合わせて調節することができる。バネ荷重フィンガー１１０が示されたが、強固な電気的な接続を提供するための他の技術が、バネ荷重結合、ボールベアリング、あるいは他の技術の使用を含み採用される。ブッシング３４は、硬い炭素鋼などの任意の適切な伝導性材料で作られる。材料は、油圧流体と融和性がなければならない。
【００２７】
様々な態様では、バネ荷重フィンガー１１０は、放射状のフィンガーを備えた型押しバネで作られ、保持シリンダから外側へ押すバネ荷重球または半球、あるいはピストン軸のカウンターボアと接触するように形成された堅い線バネからなり、アンテナロッドの端部に電気的に接続する。ブッシングは、アンテナロッド自身からなり、必要な接触フィンガーを提供するように熱加工される。その接触部は、適切な型に成型された伝導性の非金属材料から作られる。螺旋形のスプリングベース接合が使用される場合、コイルバネによって引き起こされるインダクタンスが、ＲＦ信号と干渉する可能性がある。
【００２８】
別の態様では、ブッシング３４は、油圧オイルの誘電率に近い誘電率を有する非伝導性の材料からなる。そのような実施例では、ロッドアンテナ２２の端部でのインピーダンス不整合は、ブッシング３４とピストンロッド２７との間の接触が変化しても本質的に変わらない。この構成では、ロッドの端部からの反射パルスは、接触する場合とは逆の符号のパルスとして現われる。そのような実施例では、ブッシング３４とピストンロッド２７との間の電気的接続は必要ないか所望されない。そのような実施例では、ブッシングは例えばＰＦＡの射出成形を使用して製作される。逃し領域またはカットアウトが、流体が通過するのを可能にするために提供される。セラミック、ガラス、ポリマーあるいはエラストマーのアンテナロッドターミネータを使用することもできる。高分子材料が使用される場合、それは空洞であるか、またはガラスなどの非伝導性材料で満たされる。
【００２９】
図４Ａは、ピストン１４の典型的な表面（face）を示す断面図である。マイクロ波信号がピストン１４の表面に到達すると、ピストン表面形状と誘電体として油圧オイルを備えたシリンダ内径との間のインピーダンス不整合によって、アンテナロッド２２に沿って伝わるマイクロ波信号が反射される。ピストン１４の位置を正確に測定するために、ピストン１４の表面から反射されたパルスが、極めて適切に限定されたピークを有することは重要である。例えば、図４Ａに示される構成では、ピストン表面１２２は、マイクロ波パルスの擬似反射を引き起こす幾つかの不連続部を有する。
【００３０】
動作中には、マイクロ波パルスは、アンテナロッド２２に沿って伝わり、続いてロッド２２とシリンダ１２とによって提供される電気的接地との間の接地経路１２０に伝わる。ＲＦ信号が導体の外部表面に沿って伝わるので、接地へのＲＦ信号経路は、様々なインピーダンス不整合を含む。第一の不整合、およびピストン位置を識別するために使用される不整合は、Ｚ０／Ｚ１不整合（図４Ａの符号２０／２１）である。しかしながら、追加のインピーダンス不整合が、ピストン１４の表面１２２の形状により発生する。信号に反射を生じる他のインピーダンス不整合は、図４Ａに示されるＺ０／Ｚ２（２０／２２）不整合、、Ｚ２／Ｚ３（２２／２３）、およびＺ３／Ｚ４（２３／２４）不整合を含む。この構成では、Ｚ０／Ｚ２不整合は、負のパルスを生成する一方で、他の２つのインピーダンス不整合は正のパルスを生成する。これらのインピーダンス不整合の各々は、ピストン１４の正確な位置の識別を妨げる反射信号を生成する。
【００３１】
図４Ｂは、ピストン１４の表面１２２を覆うように構成されたシュラウド（shroud）１２６を示す分解斜視図である。シュラウド１２６は、急なインピーダンス変化を起す要因の数を低減し、それによって擬似反射を低減するために、滑らかな変化を提供する形状を有するのが望ましい。図４Ｂに示される実施例では、シュラウド１２６は円錐形を有する。シュラウド１２６は、伝導性の表面を有し、シリンダ１２によって提供される電気的接地へ続くように、ＲＦパルス信号に、滑らかな移行経路を提供する。このような構成は、２つの間の滑らかな変化を与え、したがって、多数の急激な変化によって生成されるノイズは低減される。シュラウド１２６はインピーダンス変化要素を提供する。任意の適切な形状が、所望の特性を有する反射信号を得るために使用される。
【００３２】
本発明の別の態様によれば、図５は、ピストン表面１２２に結合され、アンテナロッド２２をスライド可能に収容するピストン表面インピーダンス不整合要素１２８（図１のスライド要素４０）を示す断面図である。正確なピストン位置を測定するために、ピストン表面からの反射パルスが、信号処理回路によって識別される適切な特性を有することは重要である。最小限のリンギングを示し、シリンダ１６内のピストン１４のピストンの位置によって大きな影響を受けない振幅を有する、適切に限定されたピストン表面反射を有するのが望ましい。さらに、インピーダンス不整合は、その不整合を通過する十分なマイクロ波信号がアンテナロッドの端部からの強い反射をインピーダンスロッド不整合に提供するようにするべきである。図５では、ピストン表面インピーダンス不整合要素１２８は、インピーダンス不整合を提供するような物質から作られ、そこに形成されたオイル通路１３０を含む。オイル通路１３０は、油圧流体が不整合要素１２８を通過するのを可能にする。不整合要素は、油圧流体の誘電率に近い誘電率を有する絶縁材料で構成される。例えば、ガラス入りＰＴＦＥあるいはＰＳＡが使用される。一般的には、油圧シリンダの多くの実例において、「自己修復（self healing）」特性のある材料を有するのが望ましい。ＰＴＦＥまたはＰＦＡはそのような材料であり、荒い領域は、不整合要素から得られるＰＴＦＡまたはＰＦＡポリマーストリングスで「満たされる（filled in）」。これらのストリングスは、付加的な材料損失を防ぐために荒い領域に付着する。図５の実施例では、不整合要素１２８は、ピストン表面１２２内にはめ込まれ、任意の適切な手段を用いて固定される。例えば、スナップリング（図示されず）が、スナップリング溝１３２の中に収まる。スナップ止めは、溝１３２に収まる不整合要素１２８の外周上に、小さなフィンガーを提供することによっても、行うことができる。不整合要素１２８は、アンテナロッド２２の長さに沿って容易にスライドするように構成される。さらに、動作中には、不整合要素１２８は、ピストン位置測定を本質的に低下することなく変形されてもよい。不整合要素１２８は、スナップ止め、または他の技術を使用して、ピストン表面に結合することができる。
【００３３】
図６は、カップ３８の別の実施例を示し、図２の円で囲まれた部分に類似の断面図である。図６では、ボア１４０はベース５２を通って延びる。導体１００は、ボア１４０を通って収容され、絶縁体１４６内に保持される輪郭成形された伝導性ディスク１４２および１４４と電気的に接続する。ディスク１４２および１４４は、バネ荷重され、その間に小さな開口部を提供するように構成される。ディスク１４２および１４４は、ディスク内の放射状のスロットによって細分化される。この細分化によって、ディスクに１４２と１４４は偏向する。ディスク１４２および１４４は、ネジ８４で電気的に接続され、それによってアンテナロッド２２との電気的接続を形成する。導体１００は、ディスク１４２と１４４との間の開口部内に押し入れられ、バネ荷重ディスクを広げてディスク１４２および１４４と電気的に接続する。カップ３８はベース５２内で回転可能であり、電気的導体１００は任意の角度でディスク１４２と１４４との間に挿入できるという点で、この構成は有利である。ディスク１４２および１４４は、ＲＦ反射を低減するように構成されるのが望ましい。例えば、ディスク１４２および１４４は、一般的な漏斗形を有し、１つの実施例では、半径約０．２５インチである。ディスク１４２および１４４は、アンテナロッド２２に固定されるので、ディスクの直径はアンテナロッド２２の中心線に垂直である。
【００３４】
図７は、位置測定回路２４のブロック図を含む油圧システム１９０を示す。位置測定回路２４は、導体１００を介してアンテナロッド２２に接続され、マイクロ波トランシーバ１９２および計算回路１９４を含む。マイクロ波トランシーバ回路１９２は、既知の技術によって作動するパルス発生器１９６およびパルス受信器１９８を含む。計算回路１９４は、ロッド（部材３４）の端部からとロッドに沿ってスライドするピストン１４の表面であるスライド部材４０からとの２つのリターンパルス間の時間遅延の比に基づいて、シリンダ１２に関するピストンヘッド１４（図７に図示されず）の位置を測定する。この比に基づいて、計算回路１９４は位置出力を提供する。このことは、マイクロプロセッサあるいは他の論理回路内で実行される。さらに、アナログ回路は、位置に関連する出力を提供するために構成される。他の測定技術が使用可能である。例えば、ピストン１４がベース５２に近い時、距離は、時間遅延を用いる代わりに固定基準パルスの振幅の関数として測定される。さらに、アンテナロッド２２は２つの導体を含み、スイッチング回路が２つの導体のどちらかを選択する。アンテナロッド２２上の誤反射による誤りを低減するために、２つの導体のうちの一つが基準として使用される。デジタル信号処理回路を使用するような信号処理技術を使用することもできる。
【００３５】
本発明は、ピストン位置を測定するために２つの反射信号間の比を使用する。一つの反射信号は、接点から「計量棒（dipstick）」ロッドアンテナに沿って送信され、他の信号は、ロッドの端部から反射される。これらの２つの信号の伝播時間の比が、ピストン位置を測定するために使用される。そのような技術は、油圧オイルの誘電性変化に対する分離補償を必要としない。
【００３６】
本発明の様々な態様は、飛行技術のＭＴＤＲ時間を使用するピストンまたはシリンダ変位測定装置を含む。伝送路内に反射を引き起こすようにインピーダンス不整合を提供するために、あるタイプの接触本体が、伝送路アンテナロッドに沿って移動する。変換器および／または信号調整電子機器が、苛酷な環境状態から封止される。アナログ、デジタルあるいは光学的なの接続路が、測定された変位を外部装置に伝えるために提供される。
【００３７】
アンテナロッドはシリンダに固定され、ピストンへ接触点はロッドの長さに沿って移動する。接点は、さらに一つまたは複数のロッドに対する支えを提供する。その支えは、高振動状態あるいは他のストレス中の過度の偏差を低減または防ぐことができる。結合部は、シリンダ壁を通ってロッドに結合するように提供される。
【００３８】
様々な構成を本発明と共に使用することができる。例えば、変換要素、信号発生器および信号処理電子機器は、環境上保護された囲いの中、またはシリンダから離れた空間上に設置される。構成要素は、油圧シリンダ内に存在するような炭化水素への長期的な接触について融和性を有するのが望ましい。
【００３９】
本発明では、絶対的な測定値が提供され、システムの再初期化は必要ない。本システムは、プラス−マイナス１ミリメートル未満の正確さでピストン位置を測定することができるだろう。本システムの最大測定長（スパン）は、要求に応じて調節可能であり、電力および伝送路形状によってのみ制限される。本システムは、適切な構成要素を使用し、変換器と伝送路との間に確実に安定した封止を提供すること与えることによって、苛酷な環境に十分に適応する。本発明によって、起点（あるいは基準）パルスが、アンテナロッドの近位端部で生成される。信号処理は、起点パルスが受信される前に受信されるすべての反射信号を無視する。これは位置計算に基準を提供し、反射信号からノイズを取り除くのに必要な信号処理の量を非常に低減する。
【００４０】
本発明は好ましい実施例に関して説明されたが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱しないで、形状および細部において変形できることを認識できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】位置測定回路を含む油圧アセンブリの半断面図である。
【図２】アンテナロッドに取り付けて電気的に接続するために使用されるカップの断面図である。
【図３】アンテナロッドに結合するブッシングの斜視図である。
【図４Ａ】ピストンの表面のインピーダンス不連続を示す断面図である。
【図４Ｂ】ピストンおよび円錐片の分解斜視図である。
【図５】ピストン表面に収められたピストン表面インピーダンス不整合要素を示す断面図である。
【図６】アンテナロッドへの電気的接続を示す断面図である。
【図７】位置測定回路のブロック図を含む油圧装置を示す。
【符号の説明】
【００４２】
１０……油圧ピストン／シリンダアセンブリ、  １２……シリンダ、  １４……ピストンヘッド、  １６……ピストンロッド、  １８……油圧流体、  １９……開口部、  ２２……アンテナロッド、  ２４……位置測定回路、  ２６……ボア（穴）、  ２７……ピストンロッド、  ３４，４０……ロッドガイド、  ３８……フィードスルー結合部、  ５０……通路、  ５２……ベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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