(57)【要約】      （修正有）【課題】基板および基板の１つまたは複数の平坦な表面上に配置されたアンテナを有するセンシング素子を含む近接センサアセンブリを開示する。【解決手段】ケーブル１２０が、基板１３０の平坦な表面に実質的に平行に通り、基板１３０の側面に取り付けられ、ケーブル１２０はセンシング素子１３１から放出される電磁場９０の方向に対して実質的に垂直に向けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の平坦表面、第２の平坦表面、および側面を含む基板であって、前記基板の前記第２の平坦表面が前記基板の前記第１の平坦表面の実質的に反対側である、基板と、
前記基板の前記第１の平坦表面および／または前記第２の平坦表面上に配置されたアンテナパターンと、
中心導体およびシールドを含むケーブルであって、前記ケーブルが、前記基板の前記側面に接続され、前記基板の前記第１の平坦表面および前記第２の平坦表面に実質的に平行である、ケーブルと、
前記ケーブルの前記中心導体を前記アンテナパターンに接続する前記基板内の第１の導電性経路と、
前記ケーブルの前記シールドを前記アンテナパターンに接続する前記基板内の第２の導電性経路と
を備えた、近接センサアセンブリ。
【請求項２】
前記基板の前記側面内の凹部に入り込んだ導電性ピンであって、前記導電性ピンが前記基板内の前記第１の導電性経路を介して前記アンテナパターンに電気的に接続され、前記ケーブルの前記中心導体が前記導電性ピンに接続される、導電性ピンをさらに備えた、請求項１記載の近接センサアセンブリ。
【請求項３】
前記基板の前記側面内の第１の穴であって、前記ケーブルの前記中心導体が、前記第１の穴の中へと挿入され、前記基板内の前記第１の導電性経路を介して前記アンテナパターンに電気的に接続される、第１の穴をさらに備えた、請求項１記載の近接センサアセンブリ。
【請求項４】
前記基板の前記第１の平坦表面または前記第２の平坦表面内の第２の穴であって、前記第２の穴が、前記中心導体を前記第１の導電性経路にはんだ付けするために前記第１の穴の中へと挿入された前記中心導体への通路を形成する、第２の穴をさらに備えた、請求項３記載の近接センサアセンブリ。
【請求項５】
前記基板の前記側面上の導電性リングであって、前記導電性リングが前記基板内の前記第２の導電性経路を介して前記アンテナパターンに電気的に接続され、前記ケーブルの前記シールドが前記導電性リングに接続される、導電性リングをさらに備えた、請求項１記載の近接センサアセンブリ。
【請求項６】
前記ケーブルが前記基板の前記側面の輪郭に適合する外形に切断される、請求項１記載の近接センサアセンブリ。
【請求項７】
前記アンテナパターンが前記基板の前記第１の平坦表面上に配置されたダイポールアンテナであり、前記第１の導電性経路が前記ダイポールアンテナの第１の部分に接続され、前記第２の導電性経路が前記ダイポールアンテナの第２の部分に接続される、請求項１記載の近接センサアセンブリ。
【請求項８】
前記アンテナパターンが前記基板の前記第１の平坦表面および前記第２の表面上に配置されたパッチアンテナであり、前記第１の導電性経路が前記基板の前記第１の平坦表面上の前記パッチアンテナの第１の部分に接続され、前記第２の導電性経路が前記基板の前記第２の平坦表面上の前記パッチアンテナの第２の部分に接続される、請求項１記載の近接センサアセンブリ。
【請求項９】
前記基板の第２の平坦表面に近接した同調空洞をさらに備えた、請求項１記載の近接センサアセンブリ。
【請求項１０】
前記基板が単一層である、請求項１記載の近接センサアセンブリ。
【請求項１１】
前記基板の前記側面が前記基板の前記第１の平坦表面および前記第２の平坦表面に対して実質的に垂直である、請求項１記載の近接センサアセンブリ。
【請求項１２】
被検査物体を検査するための検査システムであって、
前記被検査物体に近接して設置された近接センサであり、前記近接センサが、第１の平坦表面、第２の平坦表面、および側面を含む基板と、前記基板の前記第１の平坦表面および／または前記第２の平坦表面上に配置されたアンテナパターンとを備え、前記基板の前記第２の平坦表面が前記基板の前記第１の平坦表面の実質的に反対側である、近接センサと、
前記被検査物体の方へ向けて前記近接センサから電磁場を発生させる電気駆動信号を発生するための信号発生および処理コンポーネントと、
前記信号発生および処理コンポーネントと前記近接センサとを接続するケーブルであり、前記ケーブルが中心導体およびシールドを含み、前記ケーブルが、前記基板の前記側面に接続され、前記基板の前記第１の平坦表面および前記第２の平坦表面に実質的に平行である、ケーブルと、
前記ケーブルの前記中心導体を前記アンテナパターンに接続する前記基板内の第１の導電性経路と、
前記ケーブルの前記シールドを前記アンテナパターンに接続する前記基板内の第２の導電性経路と
を備えた、検査システム。
【請求項１３】
前記電気駆動信号がマイクロ波信号である、請求項１２記載の検査システム。
【請求項１４】
前記マイクロ波信号が３００ＭＨｚから３００ＧＨｚまでの間の周波数を有する、請求項１３記載の検査システム。
【請求項１５】
前記基板の前記側面内の凹部に入り込んだ導電性ピンであって、前記導電性ピンが前記基板内の前記第１の導電性経路を介して前記アンテナパターンに電気的に接続され、前記ケーブルの前記中心導体が前記導電性ピンに接続される、導電性ピンをさらに備えた、請求項１２記載の検査システム。
【請求項１６】
前記基板の前記側面内の第１の穴であって、前記ケーブルの前記中心導体が、前記第１の穴の中へと挿入され、前記基板内の前記第１の導電性経路を介して前記アンテナパターンに電気的に接続される、第１の穴をさらに備えた、請求項１２記載の検査システム。
【請求項１７】
前記基板の前記第１の平坦表面または前記第２の平坦表面内の第２の穴であって、前記第２の穴が前記中心導体を前記第１の導電性経路にはんだ付けするために前記第１の穴の中へと挿入された前記中心導体への通路を形成する、第２の穴をさらに備えた、請求項１６記載の検査システム。
【請求項１８】
前記基板の前記側面上の導電性リングであって、前記導電性リングが前記基板内の前記第２の導電性経路を介して前記アンテナパターンに電気的に接続され、前記ケーブルの前記シールドが前記導電性リングに接続される、導電性リングをさらに備えた、請求項１２記載の検査システム。
【請求項１９】
前記ケーブルが前記基板の前記側面の輪郭に適合する外形に切断される、請求項１２記載の検査システム。
【請求項２０】
前記基板の前記側面が前記基板の前記第１の平坦表面および前記第２の平坦表面に対して実質的に垂直である、請求項１２記載の検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において開示する主題は、近接センサアセンブリおよび検査システムに関係する。
【背景技術】
【０００２】
渦電流センサ、磁気ピックアップセンサ、および静電容量センサを含む近接センサは、近接センサと装置との間の距離を測定することによって、装置（例えば、タービン）の振動、動き、または他の動作特性をモニタするために使用される場合がある。動的検出の一例では、装置部品が振動するので近接センサに対する装置部品の位置の何らかの変化をモニタすることによって、装置部品の振動（例えば、タービンの回転シャフトの振動）の周波数を検出するために、近接センサを使用することができる。静的検出の一例では、機械部品が暖まり膨張して機械部品を近接センサに近づくように動かすので機械部品の膨張を検出するために、または機械部品が冷却し収縮して機械部品を近接センサから遠くへ動かすので機械部品の収縮を測定するために、近接センサを使用することができる。近接センサは、検査システムの他の部品に対する機械部品の動作特性に関する情報を提供することができる。モニタシステム、制御システムおよび検査システムは、機械部品の動作特性のグラフィック表現を表示し、機械部品の異常な動きがあるときには警告または他の指示を与える。
【０００３】
近接センサは、典型的には、シリンダの長さの一部を通り、シリンダ内の中心位置に接続されたケーブルが付いた環状／円筒形の形状を有し、ケーブルと平行な方向にセンサの先端表面から放出される近接検出信号を用いる。この円筒状近接センサの長さおよび近接検出信号の方向は、被検査物体をモニタする近接センサを取り付けるために目的の被検査物体の近くに十分なクリアランスを必要とし、被検査物体の周りに狭いクリアランスを有する領域における近接センサの使用を妨げる。また、一部の用途では、近接センサを搭載するために穴を開けることができない場所またはブラケットを取り付けられない場所には、円筒形近接センサを使用できない。
【０００４】
上記の議論は、一般的な背景情報を単に提供し、権利を主張する主題の範囲を決定する際の一助として使用することを意味しない。
【発明の概要】
【０００５】
基板および基板の１つまたは複数の平坦な表面上に配置されたアンテナを有するセンシング素子を含む近接センサアセンブリを開示する。ケーブルは、基板の平坦な表面に実質的に平行に通り、基板の側面に取り付けられ、その結果、ケーブルはセンシング素子から放出される電磁場の方向に対して実質的に垂直に向けられる。近接センサアセンブリのいくつかの開示した実施形態を実行する際に気付くことがある利点は、近接センサアセンブリが短く低い外形を有し、目的の被検査物体の周りの狭いクリアランスを有するスロット、スリット、クラック、または他の領域の内部に挿入することができることである。
【０００６】
一実施形態では、例示的な近接センサアセンブリを開示する。近接センサアセンブリは、第１の平坦表面、第２の平坦表面、および側面を含む基板であって、第２の平坦表面が基板の第１の平坦表面の実質的に反対側である、基板と、基板の第１の平坦表面および／または第２の平坦表面上に配置されたアンテナパターンと、中心導体およびシールドを含むケーブルであって、ケーブルが、基板の側面に接続され、基板の第１の平坦表面および第２の平坦表面に実質的に平行である、ケーブルと、ケーブルの中心導体をアンテナパターンに接続する基板内の第１の導電性経路と、ケーブルのシールドをアンテナパターンに接続する基板内の第２の導電性経路とを備える。
【０００７】
別の一実施形態では、被検査物体を検査するための例示的な検査システムを開示する。検査システムは、被検査物体に近接して設置された近接センサであって、近接センサが、第１の平坦表面、第２の平坦表面、および側面を含む基板と、基板の第１の平坦表面および／または第２の平坦表面上に配置されたアンテナパターンとを備え、第２の平坦表面が基板の第１の平坦表面の実質的に反対側である、近接センサと、被検査物体の方へ向けて近接センサから電磁場を発生させる電気駆動信号を発生するための信号発生および処理コンポーネントと、信号発生および処理コンポーネントと近接センサとを接続するケーブルであって、ケーブルが中心導体およびシールドを含み、ケーブルが、基板の側面に接続され、基板の第１の平坦表面および第２の平坦表面に実質的に平行である、ケーブルと、ケーブルの中心導体をアンテナパターンに接続する基板内の第１の導電性経路と、ケーブルのシールドをアンテナパターンに接続する基板内の第２の導電性経路とを備える。
【０００８】
本発明の簡単な説明は、１つまたは複数の説明のための実施形態にしたがって本明細書中に開示する主題の簡潔な概要を与えることだけを意図し、別記の特許請求の範囲によってのみ規定される特許請求の範囲を解釈するためのまたは本発明の範囲を規定するもしくは限定するための指針としては機能しない。詳細な説明において下記にさらに説明される単純化した形で説明のために選択した概念を導入するために、この簡単な説明を与える。この簡単な説明は、権利を主張する主題の鍵となる特徴または本質的な特徴を特定することを目的としないし、権利を主張する主題の範囲を決定する際の一助として使用されることも目的としていない。権利を主張する主題は、背景において記載した一部またはすべての欠点を解決する実装形態に限定されない。
【０００９】
そのために、本発明の特徴を理解することができる方式で、一部が添付した図面に図示されているある種の実施形態を参照することによって、本発明の詳細な説明を知ることができる。しかしながら、図面が本発明のある種の実施形態だけを図示し、それゆえ、本発明の範囲が他の同様に有効な実施形態を含むために、本発明の範囲を限定するように考えないことに、留意すべきである。図面を同じ割合で拡大縮小する必要がなく、一般に、本発明のある種の実施形態の特徴を説明することに重点が置かれる。図面では、様々な図の全体を通して類似の部品を示すために、類似の数字を使用する。したがって、本発明をさらに理解するために、下記の詳細な説明を参照することができ、図面に関連させて読むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な検査システムの図である。
【図２】例示的な近接センサアセンブリの横断面図である。
【図３】図２の近接センサアセンブリの内部のセンシング素子の図である。
【図４】もう１つの例示的な近接センサアセンブリの横断面図である。
【図５】さらにもう１つの例示的な近接センサアセンブリの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、被検査物体２００（例えば、タービン部品）を、測定し、モニタし、検査することができる例示的な検査システム１００の図である。検査システム１００は、ケーブル１２０によって信号発生および処理コンポーネント１８０に接続された近接センサ１１０を備え、信号発生および処理コンポーネントを、診断モニタ１９０に接続することができる。近接センサ１１０およびケーブル１２０を包括的に近接センサアセンブリ１４０と本明細書中では呼ぶ。
【００１２】
信号発生および処理コンポーネント１８０は、近接センサ１１０へ電気駆動信号を出力し、この信号が、近接センサ１１０から遠くへ発せられる電磁場９０を近接センサ１１０に発生させる。一実施形態では、電気駆動信号は、マイクロ波範囲の周波数を有する信号であり、また、マイクロ波駆動信号とも本明細書中では呼ぶ。本明細書中で使用するように、「マイクロ波」という用語は、約３００ＭＨｚ以上の、一例では、約３００ＭＨｚから約３００ＧＨｚまでの周波数を有する電気信号を呼ぶ。
【００１３】
一実施形態では、近接センサ１１０と被検査物体２００との間に容量カップリングおよび／または誘導カップリングがあるように、近接センサ１１０および被検査物体２００を、互いに十分に近くに設置する。近接センサ１１０と被検査物体２００との間の密接した距離は、電磁場９０を乱し、これが、近接センサ１１０によって感知することができる電磁場９０のパワーレベルおよび／または周波数および／または位相に影響を与える。電磁場９０のパワーレベルおよび／または周波数および／または位相は、近接センサ１１０と被検査物体との間の距離に基づいて変化し、信号発生および処理コンポーネント１８０によってモニタされて、経時的な近接センサ１１０と被検査物体２００との間の距離を決定し、この距離を、経時的な被検査物体２００の例えば、振動、位置、等、を決定するために使用することができる。
【００１４】
一実施形態では、診断モニタ１９０を、近接センサ１１０と被検査物体２００との間の距離を表す信号発生および処理コンポーネント１８０からの信号を受信する独立したコンポーネントとすることができる。診断モニタ１９０は、これらの信号を処理し、１つまたは複数の出力信号を発生することができ、出力信号を、ディスプレイ、監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システム、等などの補助コンポーネントへ送信することができ、これらの機器は、経時的な被検査物体の動作特性（例えば、振動、位置、等）および近接センサ１１０の位置に相対的な被検査物体の動作特性のテキスト表現および／またはグラフィック表現を表示することができる。
【００１５】
図２は、近接センサ１１０およびケーブル１２０を有する例示的な近接センサアセンブリ１４０の横断面図を説明する図である。図３は、図２の近接センサアセンブリ１４０の内部のセンシング素子１３１の図である。近接センサ１１０は、第１の平坦表面１３２および第１の平坦表面１３２とは実質的に反対側の第２の平坦表面１３４を有する基板１３０を含むことができる。基板の側面１３６は、基板１３０の第１の平坦表面１３２および第２の平坦表面１３４に対して実質的に垂直である。この実施形態では、基板１３０が平坦表面１３２および１３４に対して垂直である視点に関して円形の外形を有するので、基板１３０の側面１３６は、基板１３０の外縁を形成し、湾曲しているが、基板１３０および側面１３６について別の形状を使用することができる。アンテナパターン１６０を、基板１３０の第１の平坦表面１３２上に配置し、被検査物体２００に向けて電磁場９０を放出する（図１参照）。基板１３０およびアンテナパターン１６０を包括的にセンシング素子１３１と本明細書中では呼ぶ。同調空洞１１４を、基板１３０の第２の平坦表面１３４に近接させて設置することができる。同調空洞１１４を、センシング素子１３１から放出される電磁場９０の特性の同調を容易にするように設計することができる。同調空洞１１４は、後方に近接センサ１１０中へ放射する電磁場９０の一部を反射させることができ、電磁場９０を被検査物体２００へ向かせる。一実施形態では、同調空洞１１４の深さは、電気駆動信号の波長の倍数（例えば、１／２波長、１／４波長）であり、具体的なアンテナパターン１６０に基づいて調節することができる。
【００１６】
図２および図３に示した実施形態では、ケーブル１２０が、第１の平坦表面１３２およびアンテナパターン１６０を含む基板１３０に実質的に平行になるように、ケーブル１２０を近接センサ１１０の基板１３０の側面１３６に接続する。ケーブル１２０がアンテナパターン１６０に実質的に平行になるように、これゆえやはり、センシング素子１３１から放出される電磁場９０の方向に対して垂直になるように、ケーブル１２０を近接センサ１１０に送り込む。したがって、近接センサ１１０に接続されたケーブル１２０の方向に対して実質的に垂直である方向に、近接測定を行うことができる。この構成を、「直角」タイプの近接センサ１１０と呼ぶことができる。このタイプの設計は、被検査物体の近くに設置するときに近接センサ１１０およびケーブル１２０が比較的薄い外形（Ｈ）（図２参照）を有することを可能にし、目的の被検査物体２００へのアクセスを与える狭いクリアランスを有するスロット、スリット、クラック、または他の領域中へと近接センサ１１０を挿入することを可能にする。
【００１７】
近接センサアセンブリ１４０の例示的なケーブル１２０（例えば、同軸ケーブル、３軸同軸ケーブル、シールドを有するより線対）を、多芯ケーブルとすることができ、中心導体１２６（また、コアとも呼ばれる）およびシールド１２８（また、グランドとも呼ばれる）を含むことができる。近接センサ１１０のアンテナパターン１６０へのケーブル１２０に電気的に接続するために、基板１３０は、ケーブル１２０の中心導体１２６とアンテナパターン１６０との間の電気的な接続を与える第１の導電性経路１５６を含むことができる。基板１３０は、また、ケーブル１２０のシールド１２８とアンテナパターン１６０との間の電気的な接続を与える第２の導電性経路１５８を含むことができる。
【００１８】
図２および図３に示したように、一実施形態では、ケーブル１２０の中心導体１２６は、基板１３０の側面１３６内の穴の中へと延伸し、穴の中に入り込んだ導電性ピン１４６に（例えば、はんだ付け、レーザ溶接、ボンディング、等によって）接続することができ、導電性ピンが基板１３０内の第１の導電性経路１５６を介してアンテナパターン１６０に電気的に接続される。導電性ピン１４６を、基板１３０の側面１３６に穴を開けることによって形成される穴の中へと挿入することができる。一実施形態では、ケーブル１２０のシールド１２８を、基板１３０の側面１３６上の導電性リング１４８に接続することができ、導電性リングが基板１３０内の第２の導電性経路１５８を介してアンテナパターン１６０に電気的に接続される。一実施形態では、導電性リング１４８が導電性ピン１４６を取り囲む。
【００１９】
基板１３０が一緒に貼り合わせた２層以上の層からなる別の一実施形態では、基板１３０の各層上の溝内に設けられた少なくとも２つの別々の部分から導電性ピン１４６を形成することができ、基板は、層が接合されたときに導電性ピン１４６を受ける狭い空洞を形成するはずである。各層の内部のかかる溝は、ケーブル１２０の中心導体１２６の半径以上の半径を有することができる。同様に、基板１３０が一緒に貼り合わせた２層以上の層からなる場合には、基板１３０の各層内に設けられた２つの別々の部分から導電性リング１４８を形成することができ、基板は、層が接合されたときに導電性リング１４８を形成するはずである。図３に示したように、基板１３０の側面へのケーブル１２０の接続を容易にするために、基板１３０の側面１３６の輪郭に適合する外形（例えば、丸、楕円形、星形）にケーブル１２０を切断することができ、その結果、ケーブル１２０の面１２４が、基板１３０と実質的に同じ形状を有し、側面１３６に当接する。
【００２０】
図４に示したさらに別の一実施形態では、図２および図３に示したように、基板１３０の側面１３６内の導電性ピン１４６にケーブル１２０の中心導体１２６を接続することよりはむしろ、剥ぎ取ったケーブル１２０の露出した中心導体１２６を、基板１３０の側面１３６内の第１の穴１３３の中へと挿入することができ、次に基板１３０内の第１の導電性経路１５６を介してアンテナパターン１６０に（例えば、はんだ付け、レーザ溶接、ボンディング、等によって）電気的に接続することができる。一実施形態では、第１の導電性経路１５６に中心導体１２６をはんだ付けするために第１の穴１３３の中へと挿入した中心導体１２６への通路を形成するために、基板１３０の第２の平坦表面１３４内に第２の穴１３５を形成することができる。
【００２１】
図３に示した実施形態では、例示的なアンテナパターン１６０をダイポールアンテナとして構成し、第１の部分１６６が第１の導電性経路１５６および導電性ピン１４６を介してケーブル１２０の中心導体１２６に接続され、一方で第２の部分１６８が第２の導電性経路１５８および導電性リング１４８を介してケーブル１２０のシールド１２８に接続される。ある実施形態では、アンテナパターン１６０を、図３に示したような曲がりくねった形状以外の形状に配列させる。例えば、ある実施形態では、渦巻きまたはアコーデオンタイプのパターンを含むように配列させることができる。
【００２２】
図５に示した別の一実施形態では、アンテナパターン１７０を、基板１３０の第１の平坦表面１３２および第２の平坦表面１３４の両方の上に配置することができる。例えば、アンテナパターン１７０を、第１の平坦表面１３２の少なくとも一部を覆う導電性材料（例えば、金属）の第１のパッチ１７６、および（例えば、接地面を形成する）第２の平坦表面１３４を覆う導電性材料の第２のパッチ１７８の形のパッチアンテナとすることができる。近接センサ１１０のアンテナパターン１７０へのケーブル１２０に電気的に接続するために、基板１３０は、ケーブル１２０の中心導体１２６とアンテナパターン１７０の導電性材料の第１のパッチ１７６との間の電気的な接続を与える第１の導電性経路１５６を含むことができる。基板１３０は、また、ケーブル１２０のシールド１２８とアンテナパターン１７０の導電性材料の第２のパッチ１７８との間の電気的な接続を与える第２の導電性経路１５８を含むことができる。
【００２３】
この明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するため、および任意の装置またはシステムを作成することおよび使用すること、ならびに任意の組み込んだ方法を実行することを含む本発明を当業者が実施することもやはり可能にするために例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者なら思い付く別の例を含むことができる。かかる別の例が特許請求の範囲の文面から逸脱しない構造的要素を有する場合、またはかかる別の例が、特許請求の範囲の文面と見せ掛けだけの差異を有する等価な構造的要素を含む場合には、かかる別の例が、特許請求の範囲の範囲内であるように意図している。
【符号の説明】
【００２４】
９０  電磁場
１００  検査システム
１１０  近接センサ
１１４  同調空洞
１２０  ケーブル
１２６  中心導体
１２８  シールド
１３０  基板
１３１  センシング素子
１３２  第１の平坦表面（基板）
１３３  第１の穴
１３４  第２の平坦表面（基板）
１３５  第２の穴
１３６  側面（基板）
１４０  近接センサアセンブリ
１４６  導電性ピン
１４８  導電性リング
１５６  第１の導電性経路
１５８  第２の導電性経路
１６０  アンテナパターン
１６６  第１の部分（アンテナパターン）
１６８  第２の部分（アンテナパターン）
１７０  アンテナパターン
１７６  導電性材料の第１のパッチ
１７８  導電性材料の第２のパッチ
１８０  信号発生および処理コンポーネント
１９０  診断モニタ
２００  被検査物体
【図１】
2013104875.tif 000003
【図２】
2013104875.tif 000004
【図３】
2013104875.tif 000005
【図４】
2013104875.tif 000006
【図５】
2013104875.tif 000007
【外国語明細書】
2013104875000001.pdf