(57)【要約】      （修正有）【課題】機械のコンポーネントの振動および位置を検出するためのセンサ組立体を提供する。【解決手段】マイクロ波センサ組立体１１０において用いるマイクロ波プローブ２０２は、放射器本体と、放射器本体に結合される放射器とを含む。放射器は、第１の部分と、第２の部分と、第１の部分を第２の部分に結合する接続部分とを含む。少なくとも１つのマイクロ波信号が受信されると、第１の部分および第２の部分は電磁場２２４を生成し、物体が電磁場の中に配置されると、放射器に負荷が誘起される。【選択図】図２
2013047668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波センサ組立体（１１０）において用いるマイクロ波プローブ（２０２）であって、前記マイクロ波プローブが、
放射器本体（３００）と、
前記放射器本体に結合される放射器（４００）と
を含み、前記放射器が、
第１の部分（４０６）と、
第２の部分（４０８）と、
前記第１の部分を前記第２の部分に結合する接続部分（４１０）と
を含み、少なくとも１つのマイクロ波信号が受信されると、前記第１の部分および前記第２の部分が電磁場（２２４）を生成し、物体が前記電磁場の中に配置されると、前記放射器に負荷が誘起される、マイクロ波プローブ。
【請求項２】
前記第１の部分（５０６）および前記第２の部分（５０８）の少なくとも１つが、実質的にらせん状の形状を有する、請求項１記載のマイクロ波プローブ（２０２）。
【請求項３】
前記第１の部分（５０６）が、第１の方向に実質的にらせん状に延び、前記第２の部分（５０８）が、前記第１の方向とは異なる第２の方向に実質的にらせん状に延びる、請求項１記載のマイクロ波プローブ（２０２）。
【請求項４】
前記第１の部分（６０６）および前記第２の部分（６０６）の各々が実質的に円形のループを形成する、請求項１記載のマイクロ波プローブ（２０２）。
【請求項５】
前記第１の部分（６０６）の直径（６２０）が、前記第２の部分（６０８）の直径（６２２）とは異なる、請求項４記載のマイクロ波プローブ（２０２）。
【請求項６】
前記放射器（４００）がさらに内側部分（４１２）を含み、前記第１の部分（４０６）および前記第２の部分（４０８）が、実質的に前記内側部分を囲む、請求項１記載のマイクロ波プローブ（２０２）。
【請求項７】
少なくとも１つのマイクロ波信号が前記内側部分を通って送信されると、前記内側部分（４１２）が、前記第１の部分（４０６）および前記第２の部分（４０８）に容量的に結合される、請求項６記載のマイクロ波プローブ（２０２）。
【請求項８】
前記放射器本体（３００）が実質的に平面であり、前記第１の部分（４０６）および前記第２の部分（４０８）が前記放射器本体の表面に沿って延びる、請求項１記載のマイクロ波プローブ（２０２）。
【請求項９】
放射器本体（３００）と、
前記放射器本体に結合される放射器であって、
第１の部分（４０６）と、
第２の部分（４０８）と、
前記第１の部分を前記第２の部分に結合する接続部分（４１０）と
を含み、少なくとも１つのマイクロ波信号が受信されると、前記第１の部分および前記第２の部分が電磁場（２２４）を生成する、放射器と、
前記放射器に少なくとも１つのマイクロ波信号を送信し、前記放射器から受信された信号に基づいて近接度の測定結果を計算するための、前記放射器に結合された信号処理デバイス（２００）と
を含む、マイクロ波センサ組立体（１１０）。
【請求項１０】
前記放射器（４００）を前記信号処理デバイス（２００）に結合するデータコンジット（２０４）をさらに含み、前記データコンジットが、内側導体（３０６）および外側導体（３０８）を含む、請求項９記載のマイクロ波センサ組立体（１１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は全般に動力系に関し、より具体的には、センサ組立体およびセンサ組立体において用いるマイクロ波放射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の機械は、動作中に振動および／または他の異常な挙動を示すことがある。１つまたは複数のセンサを用いて、そのような挙動を計測および／または監視し、たとえば、機械の駆動軸に発生した振動の量、機械の駆動軸の回転速度、および／または動作中の機械もしくはモーターの任意の他の動作特性を求めることができる。そのようなセンサは、複数の監視装置を含む機械監視システムに結合されることが多い。監視システムは、１つまたは複数のセンサからの信号を受け取り、少なくとも１つの処理ステップを信号に対して実行し、ユーザーに測定結果を表示する診断プラットフォームに、修正された信号を送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１２５２６９号明細書
【発明の概要】
【０００４】
少なくともいくつかの既知の機械は、渦電流センサを使用して、機械のコンポーネントの振動および／または位置を測定する。しかし、既知の渦電流センサの検出範囲は、渦電流感知素子の直径のわずか約半分であるため、そのようなセンサの使用は限定され得る。他の既知の機械は、光学センサを用いて、機械のコンポーネントの振動および／または位置を測定する。しかし、既知の光学センサは汚染物により汚されて測定が不正確になることがあるので、産業向けには適さないことがある。さらに、既知の光学センサは、液体の媒体および／または微粒子を含む媒体を通じた、機械のコンポーネントの振動および／または位置を検出するのには適さないことがある。
【０００５】
一実施形態では、放射器本体と、放射器本体に結合された放射器とを含む、マイクロ波センサ組立体において用いるマイクロ波プローブが提供される。放射器は、第１の部分、第２の部分、および第１の部分を第２の部分に結合する接続部分を含む。第１の部分および第２の部分は、少なくとも１つのマイクロ波信号が受信されると電磁場を生成し、物体が電磁場の中に置かれると、負荷が放射器に誘起される。
【０００６】
別の実施形態では、放射器本体と、放射器本体に結合された放射器とを含む、マイクロ波センサ組立体が提供される。放射器は、第１の部分、第２の部分、および第１の部分を第２の部分に結合する接続部分を含む。少なくとも１つのマイクロ波信号が受信されると、第１の部分および第２の部分は電磁場を生成する。マイクロ波センサ組立体は、少なくとも１つのマイクロ波信号を放射器に送信し放射器から受信された信号に基づいて近接度の測定結果を計算するための、放射器に結合された信号処理デバイスも含む。
【０００７】
さらに別の実施形態では、放射器に対する機械のコンポーネントの近接度を測定するための方法が提供される。この方法は、少なくとも１つのマイクロ波信号を、第１の部分、第２の部分、および第１の部分を第２の部分に結合する接続部分を含む放射器に、送信するステップを含む。少なくとも１つのマイクロ波信号が受信されると、第１の部分および第２の部分は電磁場を生成する。この方法は、少なくとも１つのマイクロ波信号から電磁場を生成するステップと、電磁場の乱れを表す負荷信号を生成するステップと、負荷信号に基づいて、放射器に対する機械のコンポーネントの近接度を計算するステップとも含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な動力系のブロック図である。
【図２】図１に示される動力系とともに用いられ得る、例示的なセンサ組立体のブロック図である。
【図３】図２に示されるセンサ組立体とともに用いられ得る、例示的な放射器本体の斜視図である。
【図４】図２に示されるセンサ組立体とともに用いられ得る、例示的なマイクロ波放射器の前面図である。
【図５】図２に示されるセンサ組立体とともに用いられ得る、別の例示的なマイクロ波放射器の前面図である。
【図６】図２に示されるセンサ組立体とともに用いられ得る、さらに別の例示的なマイクロ波放射器の前面図である。
【図７】図２に示されるセンサ組立体とともに用いられ得る、別の例示的なマイクロ波放射器の前面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、機械１０２を含む例示的な動力系１００を示す。例示的な実施形態では、機械１０２は、それのみには限定はされないが、風力タービン、水力発電タービン、ガスタービン、または圧縮機であってよい。あるいは、機械１０２は、動力系で用いられる任意の他の機械であってよい。例示的な実施形態では、機械１０２は、発電機のような負荷１０６に結合される、駆動軸１０４を回転させる。
【００１０】
例示的な実施形態では、駆動軸１０４は、機械１０２および／または負荷１０６の中に収容された、１つまたは複数の軸受（図示せず）により少なくとも部分的に支持される。あるいは、または加えて、軸受は、ギアボックスのような別個の支持構造１０８の中に、または、動力系１００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の他の構造またはコンポーネントの中に、収容されてもよい。
【００１１】
例示的な実施形態では、動力系１００は、機械１０２、駆動軸１０４、負荷１０６、および／または系１００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする動力系１００の任意の他のコンポーネントの、少なくとも１つの動作条件を測定および／または監視する、少なくとも１つのセンサ組立体１１０を含む。より具体的には、例示的な実施形態では、センサ組立体１１０は、駆動軸１０４とセンサ組立体１１０の間で定義される距離（図１には示されない）を測定および／または監視するための、駆動軸１０４に近接して配置された近接度センサ組立体１１０である。例示的な実施形態では、センサ組立体１１０は、マイクロ波信号を用いて、センサ組立体１１０に対する動力系１００のコンポーネントの近接度、たとえば静的な近接度および／または振動の近接度を測定する。本明細書で用いられる場合、用語「マイクロ波」は、約３００メガヘルツ（ＭＨｚ）から約３００ギガヘルツ（ＧＨｚ）の間の１つまたは複数の周波数を有する信号を受信および／または送信する、信号またはコンポーネントを指す。あるいは、センサ組立体１１０は、動力系１１０の任意の他のコンポーネントを測定および／もしくは監視してもよく、かつ／または、動力系１００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする、任意の他のセンサもしくはトランスデューサであってよい。例示的な実施形態では、各センサ組立体１１０は、動力系１００の中の任意の場所に配置される。さらに、例示的な実施形態では、少なくとも１つのセンサ組立体１１０は、センサ組立体１１０により生成される１つまたは複数の信号を処理および／または分析する際に用いる、診断システム１１２に結合される。
【００１２】
例示的な実施形態では、動作中に、機械１０２の動作により、動力系１００の１つまたは複数のコンポーネント、たとえば駆動軸１０４の、少なくとも１つのセンサ組立体１１０に対する位置が、変化することがある。たとえば、振動がコンポーネントに誘起されることがあり、かつ／または、動力系１００の中の動作温度の変化に従い、コンポーネントが膨張もしくは収縮することがある。例示的な実施形態では、センサ組立体１１０は、各センサ組立体１１０に対するコンポーネントの近接度および／または位置を測定および／または監視し、測定されたコンポーネントの近接度および／または位置を表す信号（以下、「近接度測定信号」と呼ぶ）を、処理および／または分析のために、診断システム１１２に送信する。
【００１３】
図２は、動力系１００（図１に示される）とともに用いられ得る、例示的なセンサ組立体１１０の概略的な図である。例示的な実施形態では、センサ組立体１１０は、信号処理デバイス２００と、データコンジット２０４により信号処理デバイス２００に結合されるプローブ２０２とを含む。例示的な実施形態では、プローブ２０２は、プローブ筺体２０８に結合された、かつ／またはプローブ筺体２０８の中に配置された、放射器２０６を含む。より具体的には、例示的な実施形態では、プローブ２０２は、マイクロ波放射器２０６を含むマイクロ波プローブ２０２である。したがって、例示的な実施形態では、放射器２０６は、マイクロ波の周波数領域の中に、少なくとも１つの共振周波数を有する。
【００１４】
例示的な実施形態では、信号処理デバイス２００は、送信電力検出器２１２と、受信電力検出器２１４と、信号調整デバイス２１６とに結合される、指向性結合デバイス２１０を含む。例示的な実施形態では、信号調整デバイス２１６は、信号生成器２１８、減算器２２０、およびリニアライザ２２２を含む。放射器２０６は、マイクロ波信号が放射器２０６を通じて送信されると、電磁場２２４を放射する。
【００１５】
例示的な実施形態では、動作中、信号生成器２１８は、放射器２０６の共振周波数に等しいまたはほぼ等しいマイクロ波周波数を有する、少なくとも１つの電気信号（以下、「マイクロ波信号」と呼ぶ）を生成する。信号生成器２１８は、マイクロ波信号を指向性結合デバイス２１０に送信する。指向性結合デバイス２１０は、マイクロ波信号を分離し、マイクロ波信号の少なくとも一部を送信電力検出器２１２に送信しまたは向け、マイクロ波信号の残りの部分を放射器２０６に送信しまたは向ける。マイクロ波信号が放射器２０６を通じて送信されると、電磁場２２４が放射器２０６およびプローブ筐体２０８から放射される。機械１０２（図示せず）および／または動力系１００の駆動軸１０４もしくは他のコンポーネントのような物体が、電磁場２２４に入ると、かつ／または電磁場２２４の中で相対的な位置を変えると、物体と場２２４の間に電磁結合が発生し得る。より具体的には、電磁場２２４の中に物体が存在するために、かつ／または、そのような物体の動きのために、電磁場２２４は、たとえば、電磁場２２４の少なくとも一部を電流および／または電荷として誘導的にかつ／または容量的に物体に結合させ得る、物体内で誘起される誘導的な効果および／または容量的な効果により、乱され得る。そのような例では、放射器２０６がデチューンされ（すなわち、放射器２０６の共振周波数が低下し、かつ／または変更される）、負荷が放射器２０６に誘起される。放射器２０６に誘起される負荷は、データコンジット２０４を通って指向性結合デバイス２１０に送信される、マイクロ波信号の反射（以下、「デチューンされた負荷信号」と呼ぶ）を引き起こす。例示的な実施形態では、デチューンされた負荷信号は、マイクロ波信号の電力振幅および／または位相に対して、小さな電力振幅および／または異なる位相を有する。さらに、例示的な実施形態では、デチューンされた負荷信号の電力振幅は、放射器２０６に対する物体の近接度により決まる。指向性結合デバイス２１０は、デチューンされた負荷信号を分離し、デチューンされた負荷信号の少なくとも一部を、受信電力検出器２１４に送信しまたは向け、デチューンされた負荷信号の残りの部分を、信号生成器２１８に送信しまたは向ける。
【００１６】
例示的な実施形態では、受信電力検出器２１４は、デチューンされた負荷信号に基づいて、かつ／またはデチューンされた負荷信号に含まれる、電力の大きさを求めて、デチューンされた負荷信号の電力を表す信号を、信号調整デバイス２１６に送信する。送信電力検出器２１２は、マイクロ波信号に基づいて、かつ／またはマイクロ波信号に含まれる、電力の大きさを求めて、マイクロ波信号の電力を表す信号を、信号調整デバイス２１６に送信する。例示的な実施形態では、減算器２２０が、マイクロ波信号の電力およびデチューンされた負荷信号の電力を受け取り、マイクロ波信号の電力とデチューンされた負荷信号の電力との差を計算する。減算器２２０は、計算された差を表す信号（以下、「電力差分信号」と呼ぶ）を、リニアライザ２２２に送信する。例示的な実施形態では、電力差分信号の振幅は、駆動軸１０４のような電磁場２２４の中の物体と、プローブ２０２および／または放射器２０６との間で定義される距離２２６（すなわち、距離２２６は物体の近接度として知られる）に対して比例の関係にあり、たとえば反比例し、または指数関数的に比例する。たとえば、放射器２０６の形状のような、放射器２０６の特性に応じて、電力差分信号の振幅は、物体の近接度に対して非線形の関係を少なくとも部分的に示し得る。
【００１７】
例示的な実施形態では、リニアライザ２２２は、電力差分信号を電圧出力信号（すなわち「近接度測定信号」）に変換し、この近接度測定信号は、振幅が物体の近接度と実質的に線形の関係にある。さらに、例示的な実施形態では、リニアライザ２２２は、近接度測定信号を、診断システム１１２（図１に示される）の中で処理および／または分析するのに適切な換算係数で、診断システム１１２に送信する。例示的な実施形態では、近接度測定信号は、１ミリメートルあたり数ボルトの換算係数を有する。あるいは、近接度測定信号は、診断システム１１２および／または動力系１００が本明細書で説明されたように機能することを可能にする、任意の他の換算係数を有してもよい。
【００１８】
図３は、センサ組立体１１０とともに用いられ得る、例示的な放射器本体３００およびデータコンジット２０４の斜視図である。例示的な実施形態では、放射器本体３００は、プローブ筐体２０８（図２に示される）の中に配置され、かつ／またはそれに結合される。さらに、放射器２０６（図２に示される）は、放射器本体３００に結合される。
【００１９】
例示的な実施形態では、放射器本体３００は、前面３０２および対向する背面３０４を含む。放射器２０６は、前面３０２に結合され、かつ／または前面３０２と一体的に形成される。より具体的には、例示的な実施形態では、放射器本体３００は、実質的に平面的なプリント回路基板であり、放射器２０６は１つまたは複数の配線または導体（図３には示されない）を含み、この配線または導体は、放射器本体の前面３０２と一体的に形成され、かつ／またはそれと結合される。例示的な実施形態では、配線または導体は、銅、および／または放射器２０６が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の他の導電性材料から、製造される。あるいは、放射器２０６および／または放射器本体３００は、センサ組立体１１０が本明細書で説明されたように機能することを可能にする、任意の他の構成で構成および／または構築されてもよい。
【００２０】
例示的な実施形態では、データコンジット２０４は、導体３０６および３０８が同軸となるように、内側導体３０６と、内側導体３０６を実質的に囲む外側導体３０８とを含む。例示的な実施形態では、データコンジット２０４は、（図２に示される）信号処理デバイスに放射器２０６を結合する、セミリジッドケーブル２０４である。あるいは、データコンジット２０４は、センサ組立体１１０が本明細書で説明されたように機能することを可能にする、任意の他のケーブルまたはコンジットである。例示的な実施形態では、内側導体３０６および外側導体３０８は、放射器本体３００および／または放射器２０６に結合され、マイクロ波信号を、放射器２０６を通って信号処理デバイス２００から送信できるようにする。
【００２１】
動作中、少なくとも１つのマイクロ波信号が、内側導体３０６および外側導体３０８を通って放射器２０６に送信される。マイクロ波信号が放射器２０６を通って送信されると、電磁場２２４（図２に示される）が放射される。上でより完全に説明されたように、近接度測定が、放射器２０６に誘起される負荷に基づいて行われる。
【００２２】
図４は、センサ組立体１１０（図２に示される）とともに用いられ得る、例示的なマイクロ波放射器４００の前面図である。例示的な実施形態では、放射器４００は、放射器本体３００の前面３０２と結合され、前面３０２の中心４０２から放射状に外側に延びる。例示的な実施形態では、放射器４００は複数の導体４０４または配線を含み、この導体または配線は、放射器本体の前面３０２と一体的に形成され、かつ／またはそれに結合される。
【００２３】
例示的な実施形態では、放射器４００は、第１の部分４０６と、第２の部分４０８と、第１の部分４０６を第２の部分４０８に結合する接続部分４１０とを含む。放射器４００はまた、第１の部分４０６、第２の部分４０８、および接続部分４１０により実質的に囲まれる、内側部分４１２を含む。例示的な実施形態では、第１の部分４０６、第２の部分４０８、接続部分４１０、および内側部分４１２は、前面３０２と実質的に同一平面上にあるので、放射器４００は前面３０２から軸方向に外側に長い距離延びることはない。あるいは、放射器４００および／または放射器本体３００は、任意の数の放射器部分を含んでもよく、かつ／または、マイクロ波センサ組立体１１０が本明細書で説明されたように機能することを可能にする、任意の形状であってよい。
【００２４】
例示的な実施形態では、第１の部分４０６は、中心４０２に関して互いに同軸に整列された、実質的に円弧状の複数のセグメント４１４を含む。あるいは、セグメント４１４は、放射器４００が本明細書で説明されたように機能することを可能にする、任意の他の形状または構成を有してもよい。例示的な実施形態では、セグメント４１４は、半径方向に最も外側のセグメント４１６と、半径方向に最も内側のセグメント４１８とを含む。例示的な実施形態では、セグメント４１４はまた、半径方向に最も外側のセグメント４１６および／または半径方向に最も内側のセグメント４１８に結合された、少なくとも１つの中間セグメント４２０を含む。各セグメント４１４は、中心４０２に対して放射状に整列され、少なくとも１つのセグメント端４２２によって、隣のセグメント４１４に結合される。各々のセグメント端４２２は、各々の他のセグメント端４２２に関して交互に間を空けられる。より具体的には、第１の半径４２４は、第１の部分４０６の第１の端部４２６に沿って中心４０２を通って延び、第２の半径４２８は、第１の部分４０６の第２の端部４３０に沿って中心４０２を通って延びる。例示的な実施形態では、第１の部分４０６の半径方向に内側の端部４３２にあるセグメント端４２２は、第１の半径４２４に対して実質的に沿って配置され、次に半径方向に外側のセグメント端４２２は、第２の半径４２８に対して実質的に沿って配置される。連続する半径方向に外側のセグメント端４２２は、第１の半径４２４および第２の半径４２８に対して交互に沿って配置される。
【００２５】
例示的な実施形態では、半径方向に最も外側のセグメント４１６の幅４３４は、各々の他のセグメント４１４の幅４３６よりも大きい。加えて、セグメント４１４の中心４０２からの半径方向の距離が大きくなると、セグメント４１４は長くなる。より具体的には、半径方向に最も内側のセグメント４１８の円弧の長さ４３８は、中間部分４２０の円弧の長さ４３８よりも短く、中間部分の円弧の長さ４３８は、半径方向に最も外側のセグメント４１６の円弧の長さ４３８よりも短い。
【００２６】
例示的な実施形態では、第２の部分４０８は、第１の部分４０６と実質的に同様である。したがって、第２の部分４０８のセグメント４１４およびセグメント端４２２は、第１の部分４０６のセグメント４１４およびセグメント端４２２と実質的に同様である。
【００２７】
第１の部分４０６および／もしくは第２の部分４０８の形状ならびに／または構成に対して、修正を行えることを認識されたい。たとえば、第１の部分４０６および／または第２の部分４０８は、任意の数のセグメント４１４および／またはセグメント端４２２を含み得る。さらに、第１の半径４２４および第２の半径４２８は、前面３０２を、第１の象限４４０、第２の象限４４２、第３の象限４４４、および第４の象限４４６に分割する。第１の部分４０６は、第１の象限４４０の中に配置されているものとして示されるが、代替的には、第１の部分４０６は、第２の象限４４２、第３の象限４４４、および／または第４の象限４４６の中に延びていてもよい。加えて、第２の部分４０８は、第４の象限４４６の中に配置されているものとして示されるが、代替的には、第２の部分４０８は、第１の象限４４０、第２の象限４４２、および／または第３の象限４４４の中に延びていてもよい。
【００２８】
例示的な実施形態では、接続部分４１０は、実質的に円形であり、かつ／または実質的に円弧状であり、中心４０２の周りに配置される。接続部分４１０は、第１の部分４０６の半径方向に内側の端部４３２を、第２の部分４０８の半径方向に内側の端部４３２に電気的に結合する。
【００２９】
例示的な実施形態では、内側部分４１２は、実質的に円形であり、中心４０２の周りに配置される。内側部分４１２は、データコンジット２０４の内側導体３０６（ともに図３に示される）に結合され、データコンジット２０４の外側導体３０８（図３に示される）は、第１の部分４０６および／または第２の部分４０８に結合される。例示的な実施形態では、内側部分４１２は、第１の部分４０６、第２の部分４０８、および接続部分４１０により、実質的に囲まれ、または包囲される。さらに、内側部分４１２は、第１の部分４０６、第２の部分４０８、および接続部分４１０から、間隙４４８により間を空けられる。例示的な実施形態では、マイクロ波信号のような信号が内側部分４１２を通って送信される場合、内側部分４１２は、第１の部分４０６、第２の部分４０８、および接続部分４１０に、容量的に結合される。
【００３０】
動作中、少なくとも１つのマイクロ波信号が、データコンジット２０４を通って放射器４００に送信される。マイクロ波信号は、内側導体３０６によって内側部分４１２に送信される。マイクロ波信号が内側部分４１２を通って送信されると、内側部分４１２と、第１の部分４０６、第２の部分４０８、および接続部分４１０との間に容量結合が発生する。間隙４４８にまたがる容量結合は、第１の部分４０６、第２の部分４０８、および接続部分４１０を通る電流を誘起するので、電磁場２２４（図２に示される）が、放射器４００から（すなわち部分４０６、４０８、４１０、および４１２から）放射される。第１の部分４０６、第２の部分４０８、および／または接続部分４１０における電流は、外側導体３０８を通って、信号処理デバイス２００に返る。近接度測定が、上でより完全に説明されたように、放射器４００に誘起される負荷に基づいて行われる。第１の部分４０６および第２の部分４０８の半径方向に間を空けられたセグメント４１４、ならびに、内側部分４１２と、第１の部分４０６、第２の部分４０８、および接続部分４１０との間の容量結合により、周波数の安定性を実現するのが容易になるので、放射器４００は、放射器４００に対する物体の存在および／または物体の相対的な動きによって、制御可能に、かつ／または予想可能にデチューンされ得る。
【００３１】
図５は、センサ組立体１１０（図２に示される）とともに用いられ得る、別の例示的なマイクロ波放射器５００の前面図である。例示的な実施形態では、放射器５００は、放射器本体３００の前面３０２に結合され、前面３０２の中心５０２から放射状に外側に延びる。例示的な実施形態では、放射器５００は、放射器本体の前面３０２と一体的に形成される、かつ／または前面３０２に結合される、複数の導体５０４もしくは配線を含む。あるいは、放射器５００は、放射器本体の前面３０２と一体的に形成される、かつ／または前面３０２に結合される、単一の導体５０４を含む。
【００３２】
例示的な実施形態では、放射器５００は、第１の部分５０６と、第２の部分５０８と、第１の部分５０６を第２の部分５０８に結合する接続部分５１０とを含む。例示的な実施形態では、第１の部分５０６、第２の部分５０８、および接続部分５１０は、前面３０２と実質的に同一平面上にあるので、放射器５００は前面３０２から軸方向に外側に長い距離延びることはない。あるいは、放射器５００および／または放射器本体３００は、任意の数の放射器部分を含んでもよく、かつ／または、マイクロ波センサ組立体１１０が本明細書で説明されたように機能することを可能にする、任意の形状であってよい。
【００３３】
第１の部分５０６は、半径方向に内側の端部５１２と、半径方向に外側の端部５１４を含む。第１の部分５０６はまた、半径方向に内側の端部５１２から半径方向に外側の端部５１４に向かって、第１の、または時計回りの方向に実質的にらせん状に延びる、半径方向に間を空けられた複数の実質的に円形のセグメント５１６を含む。第２の部分５０８は、半径方向に内側の端部５１８と、半径方向に外側の端部５２０を含む。第２の部分５０８はまた、半径方向に内側の端部５１８から半径方向に外側の端部５２０に向かって、第１の方向とは異なる第２の方向（すなわち反時計回りの方向）に実質的にらせん状に延びる、半径方向に間を空けられた複数の実質的に円形のセグメント５２２を含む。
【００３４】
例示的な実施形態では、第１の部分５０６の半径方向に内側の端部５１２は、データコンジット２０４の内側導体３０６（ともに図３に示される）に結合され、第２の部分５０８の半径方向に内側の端部５１８は、データコンジット２０４の外側導体３０８に結合される。代替的な実施形態では、第１の部分５０６の半径方向に内側の端部５１２は外側導体３０８に結合され、第２の部分５０８の半径方向に内側の端部５１８は内側導体３０６に結合される。別の実施形態では、外側導体３０８は、第１の部分５０６の半径方向に内側の端部５１２または第２の部分５０８の半径方向に内側の端部５１８には結合されない。そのような実施形態では、放射器５００は、例示的な実施形態よりも周波数の安定性が低いことがある。
【００３５】
例示的な実施形態では、接続部分５１０は、実質的に直線である。接続部分５１０は、第１の部分５０６の半径方向に外側の端部５１４を、第２の部分５０８の半径方向に外側の端部５２０に電気的に結合する。加えて、接続部分５１０は、第１の部分５０６を第２の部分５０８から分離するので、間隙５２４が、第１の部分５０６と第２の部分５０８の間に定められる。
【００３６】
代替的な実施形態では、第２の部分５０８の部分５２２は、半径方向に内側の端部５１８から半径方向に外側の端部５２０へ、第１の方向（すなわち時計回りの方向）に実質的にらせん状に延びる。そのような実施形態では、接続部分５１０は、（第１の部分５０６と第２の部分５０８を二等分する中心線（図示せず）に対して）前面３０２を横切って実質的に斜めに延び、第１の部分５０６の半径方向に外側の端部５１４を、第２の部分５０８の半径方向に外側の端部５２０に結合する。
【００３７】
動作中、少なくとも１つのマイクロ波信号が、データコンジット２０４により放射器５００に送信される。マイクロ波信号は、内側導体３０６によって、第１の部分５０６の半径方向に内側の端部５１２に送信される。マイクロ波信号は、時計回りの方向で第１の部分５０６を通って、接続部分５１０を通って、時計回りの方向で第２の部分５０８を通って送信される。マイクロ波信号が放射器５００を通って送信されると、（部分５０６、５０８、および５１０から）電磁場２２４（図２に示される）が放射される。第１の部分５０６、第２の部分５０８、および／または接続部分５１０における電流は、第２の部分５０８の半径方向に内側の端部５１８および外側導体３０８を通って、信号処理デバイス２００に返る。近接度測定が、上でより完全に説明されたように、放射器５００に誘起される負荷に基づいて行われる。放射器５００の実質的にらせん状の形状により、従来技術の放射器と比較して、小型の放射器本体３００の中での電気長を長くすることができる。さらに、放射器５００のらせん状の形状により、従来技術の放射器と比較して、より多くの電磁エネルギーを電磁場２２４に放射することが容易になる。第１の部分５０６および第２の部分５０８の、半径方向に間を空けられたセグメント５１６および５２２により、周波数の安定性を実現するのが容易になるので、放射器５００は、放射器５００に対する物体の存在および／または物体の相対的な動きによって、制御可能に、かつ／または予想可能にデチューンされ得る。
【００３８】
図６は、センサ組立体１１０（図２に示される）とともに用いられ得る、さらに別の例示的なマイクロ波放射器６００の前面図である。例示的な実施形態では、放射器６００は、放射器本体３００の前面３０２に結合され、前面３０２の中心６０２から放射状に外側に延びる。例示的な実施形態では、放射器６００は、放射器本体の前面３０２と一体的に形成される、かつ／またはそれと結合される、複数の導体６０４もしくは配線を含む。あるいは、放射器６００は、放射器本体の前面３０２と一体的に形成される、かつ／またはそれと結合される、単一の導体６０４を含む。
【００３９】
例示的な実施形態では、放射器６００は、第１の部分６０６と、第２の部分６０８と、第１の部分６０６を第２の部分６０８に結合する接続部分６１０とを含む。例示的な実施形態では、第１の部分６０６、第２の部分６０８、および接続部分６１０は、前面３０２と同一平面上にあるので、放射器６００は、前面３０２から軸方向に外側に長い距離延びることはない。あるいは、放射器６００および／または放射器本体３００は、任意の数の放射器部分を含んでもよく、かつ／または、マイクロ波センサ組立体１１０が本明細書で説明されたように機能することを可能にする、任意の形状であってよい。
【００４０】
第１の部分６０６は、第１の端部６１２と、第２の端部６１４とを含む。第１の部分６０６は、第１の端部６１２から第２の端部６１４に向かって、第１の、または反時計回りの方向に実質的に円状に延び、第１のループを形成する。第２の部分６０８は、第１の端部６１６と、第２の端部６１８とを含む。第２の部分６０８は、第１の端部６１６から第２の端部６１８に向かって、第１の方向とは異なる第２の方向（すなわち時計回りの方向）に実質的に円状に延び、第２のループを形成する。さらに、第１の部分６０６の直径６２０は、第２の部分６０８の直径６２２とは異なる（たとえばより大きい）。
【００４１】
例示的な実施形態では、第１の部分６０６の第１の端部６１２は、データコンジット２０４の内側導体３０６（ともに図３に示される）に結合され、第２の部分６０８の第２の端部６１８は、データコンジット２０４の外側導体３０８に結合される。代替的な実施形態では、第１の部分６０６の第１の端部６１２は、外側導体３０８に結合され、第２の部分６０８の第２の端部６１８は、内側導体３０６に結合される。
【００４２】
例示的な実施形態では、接続部分６１０は、実質的に直線である。接続部分６１０は、第１の部分６０６の第２の端部６１４を、第２の部分６０８の第１の端部６１６に電気的に結合する。
【００４３】
動作中、少なくとも１つのマイクロ波信号が、データコンジット２０４により放射器６００に送信される。マイクロ波信号は、内側導体３０６によって、第１の部分６０６の第１の端部６１２に送信される。マイクロ波信号は、反時計回りの方向で第１の部分６０６を通って、接続部分６１０を通って、時計回りの方向で第２の部分６０８を通って送信される。マイクロ波信号が放射器６００を通って送信されると、（部分６０６、６０８、および６１０から）電磁場２２４（図２に示される）が放射される。第１の部分６０６、第２の部分６０８、および／または接続部分６１０における電流は、第２の部分６０８の第２の端部６１８および外側導体３０８を通って、（図２に示される）信号処理デバイス２００に返る。近接度測定が、上でより完全に説明されたように、放射器６００に誘起される負荷に基づいて行われる。放射器６００の円形の形状またはループ形状により、周波数の安定性を実現するのが容易になるので、放射器６００は、放射器６００に対する物体の存在および／または物体の相対的な動きによって、制御可能に、かつ／または予想可能にデチューンされ得る。さらに、放射器６００の円形の形状またはループ形状により、放射器６００は、物体１０４（図１に示される）の放射器６００に対する位置が変わった時に、信号処理デバイスに返される信号の大きさの変化に加えて、その信号の周波数の変化を、検出および／または受信できるようになる。周波数および／または大きさの変化は、放射器６００に対する物体１０４の近接度を求めるために、信号処理デバイス２００により用いられ得る。
【００４４】
図７は、センサ組立体１１０（図２に示される）とともに用いられ得る、別の例示的なマイクロ波放射器７００の前面図である。別段規定されない限り、放射器７００は放射器６００（図６に示される）と同様であり、図７において、同様のコンポーネントは、図６で用いられる参照番号と同じ参照番号が付される。
【００４５】
放射器７００は、放射器７００が第１の部分７０２および第２の部分７０４を含み、これらが各々複数の実質的に直線のセグメント７０６を含むということを除き、放射器６００と同様の形状を有する。第１の部分７０２の直線セグメント７０６は、第１の直径７０８を有する実質的に多角形のループを形成する。第２の部分７０４の直線セグメント７０６は、第１の直径７０８とは異なる第２の直径７１０を有する実質的に多角形のループを形成する。さらに、第１の部分７０２の直線セグメント７０６および第２の部分７０４の直線セグメント７０６は、放射器６００と比べて、さらなる放射を容易にする。加えて、第１の部分７０２は、第１の端部６１２から第２の端部６１４へ、第１の、または時計回りの方向に実質的に円状に延び、直線セグメント７０６を有するループを形成する。第２の部分７０４は、第１の端部６１６から第２の端部６１８へ、第１の方向とは異なる第２の方向（すなわち反時計回りの方向）に実質的に円状に延び、直線セグメント７０６を有するループを形成する。他の面では、放射器７００は放射器６００と実質的に同様に機能する。
【００４６】
上述の実施形態は、機械のコンポーネントの近接度を測定する際に用いる、効率的かつ費用対効果の高いセンサ組立体を提供する。センサ組立体は、マイクロ波信号により放射器にエネルギーを与える。放射器は、接続部分により一緒に結合される、第１の部分および第２の部分を含む。機械のコンポーネントのような物体が場の中に配置されると、場の乱れにより、負荷が放射器に誘起される。センサ組立体は、放射器に誘起された負荷に基づいて、放射器への物体の近接度を計算する。本明細書で説明されるマイクロ波放射器の形状および／または構成により、物体と放射器の間の近接度を測定する際に用いる、周波数が安定した電磁場を提供することが容易になる。
【００４７】
センサ組立体およびマイクロ波放射器の例示的な実施形態が、上で詳細に説明された。センサ組立体および放射器は、本明細書で説明された特定の実施形態に限定はされず、むしろ、センサ組立体および／または放射器のコンポーネントは、本明細書で説明された他のコンポーネントおよび／またはステップとは独立かつ別個に利用され得る。たとえば、放射器は、他の測定システムおよび方法と組み合わせて用いられてもよく、本明細書で説明されたようなセンサ組立体または動力系のみで使用されることに限定はされない。むしろ、例示的な実施形態は、多くの他の測定用途および／または監視用途で、実施され利用されてもよい。
【００４８】
本発明の様々な実施形態の具体的な特徴が、いくつかの図面では示され他の図面では示されないことがあるが、これは便宜的なものにすぎない。本発明の原理に従って、図面の任意の特徴を、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて、参照および／または特許請求することができる。
【００４９】
この書面による説明は、最良の態様を含めて本発明を開示し、また、任意のデバイスまたはシステムを作成し使用することおよび任意の具現化された方法を実行することを含めて、当業者が本発明を実行できるようにするための、例を用いる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義され、当業者が想起する他の例を含み得る。そのような他の例は、特許請求の範囲の言語上の表現と異ならない構成要素を含む場合、または、特許請求の範囲の言語上の表現と実質的に異ならない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１００  動力系
１０２  機械
１０４  駆動軸
１０６  負荷
１０８  支持構造
１１０  センサ組立体
１１２  診断システム
２００  信号処理デバイス
２０２  プローブ
２０４  データコンジット
２０６  放射器
２０８  プローブ筐体
２１０  指向性結合デバイス
２１２  送信電力検出器
２１４  受信電力検出器
２１６  信号調整デバイス
２１８  信号生成器
２２０  減算器
２２２  リニアライザ
２２４  電磁場
２２６  距離
３００  放射器本体
３０２  前面
３０４  背面
３０６  内側導体
３０８  外側導体
４００  マイクロ波放射器
４０２  中心
４０４  導体
４０６  第１の部分
４０８  第２の部分
４１０  接続部分
４１２  内側部分
４１４  円弧型のセグメント
４１６  最も外側のセグメント
４１８  最も内側のセグメント
４２０  中間部分
４２２  セグメント端
４２４  第１の半径
４２６  第１の端部
４２８  第２の半径
４３０  第２の端部
４３２  半径方向に内側の端部
４３４  最も外側のセグメントの幅
４３６  他のセグメントの幅
４３８  円弧の長さ
４４０  第１の象限
４４２  第２の象限
４４４  第３の象限
４４６  第４の象限
５００  マイクロ波放射器
５０２  中心
５０４  導体
５０６  第１の部分
５０８  第２の部分
５１０  接続部分
５１２  半径方向に内側の端部
５１４  半径方向に外側の端部
５１６  円形のセグメント
５１８  半径方向に内側の端部
５２０  半径方向に外側の端部
５２２  円形のセグメント
５２４  間隙
６００  マイクロ波放射器
６０２  中心
６０４  導体
６０６  第１の部分
６０８  第２の部分
６１０  接続部分
６１２  第１の部分の第１の端部
６１４  第１の部分の第２の端部
６１６  第２の部分の第１の端部
６１８  第２の部分の第２の端部
６２０  第１の部分の直径
６２２  第２の部分の直径
７００  マイクロ波放射器
７０２  第１の部分
７０４  第２の部分
７０６  直線セグメント
７０８  第１の直径
７１０  第２の直径
【図１】
2013047668.tif 000003
【図２】
2013047668.tif 000004
【図３】
2013047668.tif 000005
【図４】
2013047668.tif 000006
【図５】
2013047668.tif 000007
【図６】
2013047668.tif 000008
【図７】
2013047668.tif 000009
【外国語明細書】
2013047668000001.pdf