一種具有位移自檢測功能的計量活門的制作方法

本實用新型是一種具有位移自檢測功能的計量活門，用于航空、航天及自動化機械中氣、液壓機械結構中，屬于產品的結構技術領域。

背景技術：

計量活門在航空航天控制系統中起到計量供往發動機燃油的作用。目前，其計量原理是在襯套側壁開槽，通過齒輪-齒條系相連接的角位移傳感器或活門后端連接的線位移傳感器將活門位移量轉化為反饋電壓信號，實現對燃油流量大小的測量及反饋。

然而傳統直線式或旋轉式計量活門其活門與位置傳感器是獨立開的，即傳感器置于計量活門外側，雖然穩定性較好，但重量及余度設計均有其局限性，傳感器自重較大，空間占用也較大，面對現階段集成化、小型化、輕量化的控制要求，其應用已顯示出劣勢。

電容式位移傳感原理已在我國發展多年并已獲得了廣泛的應用，其穩定性和準確性已經在實際應用中得到了有效驗證。將電容式位移傳感器集成到計量活門上，由原分體式結構變成一體式組合部件，保證原有分體式元器件的各個功能，減小了其所占的重量和空間，提高綜合性能。

技術實現要素：

本實用新型正是針對上述現有技術狀況而設計提供了一種具有位移自檢測功能的計量活門，其目的是將位移檢測功能集成于結構件本體，在滿足甚至超過原有檢測精度的情況下，減輕系統重量，減少系統體積，結構功能一體化。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：

該種具有位移自檢測功能的計量活門，該活門包括活門(1)、活門襯套(2)及位移檢測模塊(3)，在活門(1)上加工有活門進油閥口(4)和活門出油閥口(5)，在活門襯套(2)上加工有活門襯套進油閥口(6)和活門襯套出油閥口(7)，活門(1)套裝在活門襯套(2)中，活門(1)在活門襯套(2)中沿軸向滑動，通過調節活門(1)和活門襯套(2)的相對位置，控制活門進油閥口(4)和活門襯套進油閥口(6)、活門出油閥口(5)和活門襯套出油閥口(7)的開合，其特征在于：在活門(1)的外圓柱面上，沿軸向加工一個與活門進油閥口(4)和活門出油閥口(5)的平面相垂直的平臺(8)，在平臺(8)上沿軸向制備交替排列的金屬條帶Ⅰ(9)和非金屬條帶Ⅰ(10)形成柵狀平面結構Ⅰ，金屬條帶Ⅰ(9)和非金屬條帶Ⅰ(10)與活門進油閥口(4)和活門出油閥口(5)的平面也是垂直的，金屬條帶Ⅰ(9)和非金屬條帶Ⅰ(10)的寬度數值范圍均為0.1～5mm，金屬條帶Ⅰ(9)和非金屬條帶Ⅰ(10)的厚度相等且厚度數值范圍為0.05～10mm，

位移檢測模塊(3)安裝在活門襯套(2)上，位移檢測模塊(3)位于所述該柵狀平面結構Ⅰ的上方，在位移檢測模塊(3)貼近柵狀平面結構的底部，制備與柵狀平面結構Ⅰ相對應的柵狀平面結構Ⅱ，柵狀平面結構Ⅱ由交替排列的金屬條帶Ⅱ(11)和非金屬條帶Ⅱ(12)構成，在位移檢測模塊(3)的上通過孔將數據測試線(13)的一端與金屬條帶Ⅱ(11)連接，數據測試線(13)的另一端與電容傳感器(14)相連；

活門(1)和活門襯套(2)的相對運動時，由于活門(1)的金屬條帶Ⅰ(9)與位移檢測片(3)的金屬條帶Ⅱ(11)投影面積發生變化，導致其電容信號發生變化，通過數據測試線將信號傳輸給電容傳感器(14)，通過信號處理單元(15)進行處理分析，獲得活門(1)與活門襯套(2)相對位置變化。

金屬條帶Ⅰ(9)和金屬條帶Ⅱ(11)的材料為導電性能好且強度高的Cr、Ni、Cu、Ag或Au。

非金屬條帶Ⅰ(10)和非金屬條帶Ⅱ(12)的材料為硬度大于HV400、抗擊穿電壓大于500V、熱膨脹系數大于6.7×10^-6℃^-1的樹脂、硬質工程塑料、Al₂O₃或TiO₂。

本實用新型技術方案利用容柵的基本原理將“定柵”所需的基本結構集成在計量活門表面上，實現結構件與傳感器的集成設計。基于傳統精密制造技術，結合特種加工工藝，采用鍍膜、噴涂等先進制備手段，在計量活門表層生成金屬條帶與非金屬條帶交替排列的位移自感知結構，使其與計量活門基體牢固接合，成為具備位移自檢測功能的計量活門，計量活門與位移檢測模塊的金屬條帶材料間的熱膨脹系數、化學性能接近，可用于燃油計量工作環境，可靠性高，該技術方案體積小、重量輕、成本低且適用于批量生產。

附圖說明

圖1為本實用新型所述計量活門的外觀整體示意圖

圖2為本實用新型所述計量活門的活門結構示意圖

圖3為本實用新型所述計量活門的活門襯套結構示意圖

圖4為本實用新型所述計量活門的活門的平臺及平臺上的柵狀平面結構Ⅰ的結構示意圖

圖5為本實用新型所述計量活門的位移檢測模塊上的柵狀平面結構Ⅱ的結構示意圖

圖6為本實用新型所述計量活門的偶件行程變化測定電路的方框圖

圖7為本實用新型所述計量活門的位移檢測模塊中電容傳感器檢測到的信號方波行程波形的原理圖

圖8為本實用新型所述計量活門的位移檢測模塊位移信號處理過程中1/N分頻計數器的波形原理圖

具體實施方式

以下將結合附圖和實施例對本實用新型技術方案作進一步地詳述：

實施例一

參見附圖1～5所示，選用9Cr18做為計量活門本體材料，采用超精車、鏜孔、研磨等方法生成活門1、活門襯套2，在活門1的外圓柱面上切削平臺8，粗糙度Ra0.8以上，平臺預留厚度0.15-0.20mm，在平臺上等離子噴涂TiO₂，厚度0.2-0.3mm，在噴涂后的平臺切削條帶矩陣，條帶寬度按設計需求，深度0.1-0.15mm，等離子噴涂Cr，厚度以填充滿切削條帶為最優，噴涂過程中需保證涂層的平面度及一致性，磨削涂層表面至使用尺寸，在活門1的表層形成由金屬條帶Ⅰ9和非金屬條帶Ⅰ10構成的柵狀平面結構Ⅰ，所有交替排列表層的結合強度大于20Mpa。

采用樹脂材料構建位移檢測模塊本體，徑向鉆引線孔，預埋數據測試線13，切削下端面條帶矩陣，條帶寬度按設計需求，與計量活門條帶矩陣配合，深度0.1-0.15mm，真空磁控鍍Au，厚度以填滿切削條帶為最優，鍍膜過程中需保證鍍層的平面度及一致性，形成由金屬條帶Ⅱ11和非金屬條帶Ⅱ12構成的柵狀平面結構Ⅱ，數據測試線13與金屬條帶Ⅱ11相接，真空磁控鍍Al2O3絕緣保護層，研磨至使用尺寸，所有表層的結合強度大于10Mpa，制備出位移檢測模塊3，控制位移檢測模塊3與計量活門1的間隙為0.1-0.15mm。

實施例二

參見附圖1～5所示，選用9Cr18做為計量活門本體材料，采用超精車、鏜孔、研磨等方法生成活門1、活門襯套2，在活門1的外圓柱面上切削平臺8，粗糙度Ra0.8以上，平臺預留厚度0.25-0.3mm，在平臺上刷高強度樹脂，厚度大于0.3mm，在樹脂上切削條帶矩陣，條帶寬度按設計需求，深度0.15-0.2mm，真空磁控濺射Cu，厚度以填充滿切削條帶為最優，鍍制過程中需保證涂層的平面度及一致性，研磨涂層表面至使用尺寸，在活門1的表層形成由金屬條帶Ⅰ9和非金屬條帶Ⅰ10構成的柵狀平面結構Ⅰ，所有交替排列表層的結合強度大于20Mpa。

采用硬質工程塑料構建位移檢測模塊本體，徑向鉆引線孔，預埋數據測試線13，切削下端面條帶矩陣，條帶寬度按設計需求，與計量活門條帶矩陣配合，深度0.05-0.1mm，真空多弧離子鍍Ag，厚度以填滿切削條帶為最優，鍍膜過程中需保證鍍層的平面度及一致性，形成由金屬條帶Ⅱ11和非金屬條帶Ⅱ12構成的柵狀平面結構Ⅱ，數據測試線13與金屬條帶Ⅱ11相接，真空磁控鍍Al2O3絕緣保護層，研磨至使用尺寸，所有表層的結合強度大于10Mpa，制備出位移檢測模塊3，控制位移檢測模塊3與計量活門1的間隙為0.05-0.1mm。

實施例一和實施例二具有相同的數據處理過程，參見附圖6-8所示，

計量活門1在計量活門襯套2中作往復運動時，固定在計量活門襯套2上位移檢測模塊3檢測計量活門表層電容的變化，并對信號進行電處理。

當計量活門與計量活門襯套發生相對運動時，計量活門的金屬條帶Ⅰ9與位移檢測模塊上位移檢測片的金屬條帶Ⅱ11的投影面積發生變化，導致其電容信號發生變化，通過數據測試線13將信號傳輸給信號處理單元16，再通過信號處理單元16中的電容傳感器15測定電容變化，并對電容信號進行電處理。實際上，電容輸出信號為三角波。

即，當計量活門1在計量活門襯套2內運動時，位移檢測模塊上的金屬條帶Ⅱ11將電容信號通過數據測試線13傳輸給信號處理單元16，由電容傳感器15檢測其電容變化，根據電容傳感器計算出計量活門1的運動距離就可以測出計量活門的運動情況。

如圖6所示，驅動信號14驅動計量活門1運動，固定在計量活門襯套2上的位移檢測模塊3將信號傳輸給電容傳感器15檢測電容的變化，之后信號處理單元16對電容傳感器15的檢測信號三角波)進行放大和濾波，把檢測信號轉變為可被微處理器17辨識的信號，然后把轉變好的信號輸出到微處理器17。微處理器17用模/數轉換器把來自信號處理單元16的模擬信號，轉變為數字信號，把三角波信號按照預定的算法轉換成為方波信號，如圖7所示。

微處理器17與1/N分頻計數器18通信，控制信號的存儲及處理，1/N分頻計數器18從微處理器17接收方波信號并進行1/N分頻，通過1/N分頻計數器18可將檢測精度提高為N倍，根據希望的精確度決定N值，之后再把分頻后的信號輸出到微處理器17，微處理器17根據分頻后的信號計算計量活門行程。

計量活門的運動方向通過比較一對方波的相位來確定，如果電容傳感器15檢測出的兩路電容信號，一路的相位超前于另一路相位，則計量活門處于正向運動，反之，計量活門處于反向運動。

圖8所示為位移變化時，信號處理1/N分頻計數器的波形圖。當計量活門正向運動時，按照下文公式1產生4個脈沖，而當計量活門反向運動時，按照下文公式2產生4個脈沖。

公式1和公式2，A和B代表電容傳感器15檢測出的兩路正弦波電容信號轉換而來的方波，/A和/B代表A和B信號的反信號，ΔA和ΔB代表具有1/4分頻計數器的一個引發電路的波形，/ΔA和/ΔB代表ΔA和ΔB的反信號。

公式1：AxΔB+/BxΔA+Bx/ΔA+/Ax/ΔB

公式2：Ax/ΔB+/Bx/A+Bx/A+/AxΔB。