旋轉軸上的傳感器的集成天線收發器和數據傳輸的製作方法

2023-06-05 15:57:21

旋轉軸上的傳感器的集成天線收發器和數據傳輸的製作方法
【專利摘要】本發明名稱為旋轉軸上的傳感器的集成天線收發器和數據傳輸。用於與包括軸(例如，驅動軸或其它旋轉物體)的組件通信的方法和系統包括使用基於螺旋天線的部件。就此而言，基於螺旋天線的部件可包括環繞或纏繞軸的一個或多個螺旋天線，一個或多個螺旋天線與軸電去耦，並且基於螺旋天線的部件可配置，以便當軸固定或旋轉時通信信號。
【專利說明】旋轉軸上的傳感器的集成天線收發器和數據傳輸

【技術領域】
[0001]本公開的某些實施方式涉及通信。更具體地，本公開的某些實施方式涉及用於旋轉軸上的傳感器的集成天線收發器和數據傳輸的設備和方法。

【背景技術】
[0002]在一些情況下，數據可被通信到具體物體或結構，和/或從具體物體或結構通信，如基於機械驅動的系統。就此而言，數據通信可屬於例如監控驅動系統的健康，尤其是在操作下通過實時監控驅動軸扭矩、振動和/或應力。例如，監控可在機械問題變得嚴重之前使系統操作員能夠探測和修理該機械問題，並且在出現故障前替換或修理驅動系統部件。因此，通信工具(例如，收發器)可用於促進通信至運動物體和/或從運動物體通信(例如，以允許操作員傳輸數據請求，和/或從包括請求響應和/或傳感數據的運動物體數據接收)。在一些情況下，收發器的用戶也可允許和/或促進將電能無線傳遞到運動物體、其部件、和/或附接至其的裝置或系統(例如，傳感器和/或收發器)。用於執行這種通信和/或無線電力傳遞(即，傳遞至運動物體和/或從運動物體傳遞)的現有方法和系統可能是昂貴的、繁瑣的和效率低下的——例如，它們是複雜的和/或可受到運動物體操作的影響。因此，有利的是具有以最佳方式執行這種通信的系統和方法，如基於使用緊湊的和/或簡單的但有效的工具用於完成該功能。
[0003]對本領域的技術人員來說通過將這種系統與參考附圖在本申請的剩餘部分進行闡述的一些方面進行比較，常規和傳統方法的進一步限制和缺點將是顯而易見的。


【發明內容】

[0004]提供設備和/或方法，其用於使用集成天線收發器和用於與旋轉軸(尤其是附接至其的傳感器)數據通信和/或將無線電力傳遞到旋轉軸，大體上如結合附圖的至少一個所示和/或所描述的，如在權利要求書中更完整地闡述的。
[0005]在一個方面，用於將信號通信到軸組件(例如，包括軸的組件，諸如驅動軸或其它旋轉物體)/從軸組件通信信號，和/或用於將無線電力傳遞到軸組件的方法可包括使用螺旋天線部件(例如，包括至少一個螺旋天線的部件)。就此而言，螺旋天線部件可環繞(或纏繞)軸，螺旋天線部件(或至少其螺旋天線(一個或多個))與軸電去耦，以使得在操作或軸的使用期間能夠通信到軸和/或從軸通信。
[0006]在一個實施方式中，當軸固定或旋轉時可經由螺旋天線部件通信信號。
[0007]在一個實施方式中，螺旋天線部件可使用介電套筒與軸電去耦。
[0008]在一個實施方式中，經由螺旋天線部件傳輸或接收的信號可用於通信與軸上的傳感器相關的數據。
[0009]在一個實施方式中，電力可經由射頻(RF)信號無線傳遞到軸組件，射頻(RF)信號經由螺旋天線部件接收。就此而言，至少一部分傳遞的電力可用於向傳感器、軸組件中的電子部件、和/或耦合到軸組件的部件供電。
[0010]在一個實施方式中，螺旋天線部件可包括多個螺旋天線，並且螺旋天線部件可經配置使得多個螺旋天線中的每個可利用多個單獨的、不同的、緊密間隔的窄頻帶頻率中的一個，提供信號分離和分集。
[0011]在一個實施方式中，螺旋天線部件可經配置與一個或多個相應的固定收發器組件相互作用。
[0012]在一個實施方式中，螺旋天線部件和相應的固定收發器組件可經配置在信號的通信期間使用圍繞模擬射頻(RF)變壓器的核心的繞組，其中:螺旋天線部件可包括第一天線，該第一天線包括安裝有軸的繞組，安裝有軸的繞組包括繞組線、或耦合到介電套筒的薄的並且緊密間隔的直接線跡線(direct wire trace)，作為變壓器的一側，固定收發器組件可包括第二天線，第二天線包括圍繞核心的線繞組，並且第一天線和第二天線可緊密靠近放置，以形成收發器對。
[0013]在另一個方面，用於將信號通信到軸組件(例如，包括軸的組件，如驅動軸或其它旋轉物體)/從軸組件通信信號，和/或用於將無線電力傳遞到軸組件的系統可包括螺旋天線部件。就此而言，螺旋天線部件可包括一個或多個環繞(或纏繞)軸的螺旋天線，螺旋天線部件(或具體地，一個或多個螺旋天線)與軸電去耦，並且螺旋天線部件可配置為當軸固定或旋轉時通信信號。
[0014]在一個實施方式中，經由螺旋天線部件通信的信號可用於以下中的一個或多個:與軸上的傳感器相關的數據的通信，以及將電力無線傳遞到軸組件。就此而言，至少一部分傳遞的電力用於向傳感器、軸組件中的電子部件、和/或耦合到軸組件的裝置供電。
[0015]在一個實施方式中，螺旋天線部件可使用介電套筒與軸電去耦。
[0016]就此而言，介電套筒可包括直接寫入方法、加工的套筒、或低損耗介電泡沫中的一個或多個。
[0017]在一個實施方式中，螺旋天線部件可耦合到軸上的傳感器。
[0018]就此而言，傳感器可包括扭矩和/或振動傳感器。
[0019]在一個實施方式中，螺旋天線部件可包括多個螺旋天線。在一些情況下，多個螺旋天線可經配置為能夠與多個相應的固定收發器組件通信。就此而言，多個螺旋天線可經配置使用多個單獨的、不同的、緊密間隔的窄頻帶頻率，提供信號分離和分集。
[0020]在一個實施方式中，螺旋天線部件可耦合到以導電盤(例如，金屬盤)形式的接地板，導電盤介電地耦合到軸。
[0021]在一個實施方式中，螺旋天線部件的繞組方向可以在軸的旋轉方向上或軸的反向旋轉方向上。
[0022]在一個實施方式中，螺旋天線部件可包括線繞組、基於直接寫入技術壓印的介電套筒上的線跡線、包裹的印刷電路板、圍繞介電套筒包裹的柔性電路板、或其組合。
[0023]在一個實施方式中，螺旋天線部件可經配置與相應的固定收發器組件通信。就此而言，固定收發器組件可經配置為支持足夠覆蓋至少所有由螺旋天線部件使用的頻率的寬頻帶寬度。在一些情況下，固定收發器組件可包括鄰近螺旋天線部件的一個或多個固定天線，用於傳輸和/或接收信號。就此而言，一個或多個固定天線可包括線偶極子、補片、印刷電路、螺旋線、槽、腔、基于波導的天線、或其組合。一個或多個固定天線可包括單個線性極化的天線、單個圓形極化的天線、或其組合。就此而言，單個線性極化的天線可耦合到交叉偶極子元件以產生匹配軸的旋轉的圓形極化的天線。單個線性極化的天線相對於軸的中心線的對齊可以在範圍O度(例如，對應於與軸平行對齊)與90度(對應於與軸垂直對齊)之間。
[0024]進一步，本公開包括根據以下條款的實施方式:
[0025]條款1.一種方法，其包括:
[0026]經由螺旋天線部件將信號通信到軸組件和/或從軸組件通信信號，所述軸組件包括軸，其中:
[0027]螺旋天線部件環繞軸，以及
[0028]螺旋天線部件與軸電去耦。
[0029]條款2.根據條款I的方法，其包括當軸固定或旋轉時，經由螺旋天線部件通信信號。
[0030]條款3.根據條款I的方法，其包括使用介電套筒，將螺旋天線部件與軸電去耦。
[0031]條款4.根據條款I的方法，其包括經由螺旋天線部件傳輸或接收的信號，通信與軸上的傳感器相關的數據。
[0032]條款5.根據條款I的方法，其包括經由RF信號將電力無線地傳遞到軸組件，RF信號經由螺旋天線部件接收，其中至少一部分傳遞的電力用於向傳感器、軸組件中的電子部件、和/或耦合到軸組件的部件供電。
[0033]條款6.根據條款I的方法，其包括當螺旋天線部件包括多個螺旋天線時配置螺旋天線部件，以便多個螺旋天線中的每個利用多個單獨的、不同的、緊密間隔的窄頻帶頻率中的一個，以提供信號分離和分集。
[0034]條款7.根據條款I的方法，其包括配置螺旋天線部件，以與一個或多個相應的固定收發器組件相互作用。
[0035]條款8.根據條款I的方法，其包括配置螺旋天線部件和相應的固定收發器組件，以在通信信號期間使用圍繞模擬RF變壓器的核心的繞組，其中:
[0036]螺旋天線部件包括第一天線，第一天線包括安裝有軸的繞組，安裝有軸的繞組包括繞組線，或耦合到介電套筒的薄的並且緊密間隔的直接線跡線，作為變壓器的一側，
[0037]相應的固定收發器組件包括第二天線，第二天線包括圍繞核心的線繞組，以及
[0038]第一天線和第二天線緊密靠近放置，以形成收發器對。
[0039]條款9.一種系統,其包括:
[0040]螺旋天線部件，用於將信號通信到軸組件和/或從軸組件通信信號，軸組件包括軸，其中:
[0041]螺旋天線部件環繞軸，
[0042]螺旋天線部件與軸電去耦，以及
[0043]螺旋天線部件可配置，以便當軸固定或旋轉時通信信號。
[0044]條款10.根據條款9的系統，其中經由螺旋天線部件通信的信號用於以下中的一個或多個:通信與軸上的傳感器相關的數據，以及將電力無線傳遞到軸組件，其中至少一部分傳遞的電力用於向傳感器、軸組件中的電子部件、和/或耦合到軸組件的裝置供電。
[0045]條款11.根據條款9的系統，其中使用介電套筒，螺旋天線部件與軸電去耦。
[0046]條款12.根據條款11的系統，其中介電套筒包括直接寫入方法、加工的套筒、或低損耗介電泡沫中的一個或多個。
[0047]條款13.根據條款9的系統，其中螺旋天線部件耦合到軸上的傳感器。
[0048]條款14.根據條款13的系統，其中傳感器包括扭矩和/或振動傳感器。
[0049]條款15.根據條款9的系統，其中螺旋天線部件包括多個螺旋天線。
[0050]條款16.根據條款15的系統，其中多個螺旋天線經配置能夠與多個相應的固定收發器組件通信。
[0051]條款17.根據條款15的系統，其中多個螺旋天線經配置使用多個單獨的、不同的、緊密間隔的窄頻帶頻率，提供信號分離和分集。
[0052]條款18.根據條款9的系統，其中螺旋天線部件耦合到以導電盤形式的接地板，導電盤介電地耦合到軸。
[0053]條款19.根據條款9的系統，其中螺旋天線部件的繞組方向在軸的旋轉方向上或軸的反向旋轉方向上。
[0054]條款20.根據條款9的系統，其中螺旋天線部件包括線繞組、基於直接寫入技術壓印的介電套筒上的線跡線、包裹的印刷電路板、圍繞介電套筒包裹的柔性電路板、或其組口 ο
[0055]條款21.根據條款9的系統，其中螺旋天線部件經配置與相應的固定收發器組件通信。
[0056]條款22.根據條款21的系統，其中固定收發器組件包括鄰近螺旋天線部件的一個或多個固定天線，用於傳輸和/或接收信號。
[0057]條款23.根據條款22的系統，其中一個或多個固定天線包括線偶極子、補片、印刷電路、螺旋線、槽、腔、基于波導的天線、或其組合。
[0058]條款24.根據條款22的系統，其中一個或多個固定天線包括單個線性極化的天線、單個圓形極化的天線、或其組合。
[0059]條款25.根據條款22的系統，其中一個或多個固定天線包括交叉偶極子，以產生匹配軸的旋轉的圓形極化的天線。
[0060]條款26.根據條款24的系統，其中單個線性極化的天線相對於軸的中心線的對齊在範圍O度與90度之間，O度對應於與軸平行對齊，90度對應於與軸垂直對齊。
[0061]由下面的描述和附圖，將更加全面地理解這些和其它優點、方面和新穎特徵、以及其圖解的實施方式的細節。
[0062]已經討論的特徵、功能和優點可以在各種實施方式中獨立實現或也可在其它實施方式中結合，參考下面的描述和附圖可見其進一步的細節。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0063]圖1圖解了包括旋轉軸的示例性系統。
[0064]圖2圖解了示例性通信設置，包括固定收發器和附接到旋轉軸的基於螺旋天線的收發器，用於通信與軸相關的數據。
[0065]圖3圖解了基於螺旋天線的示例性收發器組件，用於通信與旋轉軸相關的數據。
[0066]圖4圖解了用於收發器組件的示例性螺旋天線組件，收發器組件可用於通信與旋轉軸相關的數據。
[0067]圖5圖解了基於多個螺旋天線的示例性收發器組件，用於通信與旋轉軸相關的數據。
[0068]圖6是流程圖，其圖解了用於配置基於螺旋天線的收發器組件的示例性過程，收發器組件用於從旋轉軸通信數據/將數據通信到旋轉軸。
[0069]本公開中示出的每個圖表示呈現的實施方式的方面的變化，並且將僅詳細討論差巳

【具體實施方式】
[0070]某些實施方式可發現在用於利用旋轉軸上的傳感器的集成天線收發器和數據傳輸的方法和系統中。在以下描述以及附圖中闡述某些實施方式的許多具體細節，以提供對這些實施方式的透徹理解。然而，本領域的技術人員將理解可存在另外的實施方式，或這些實施方式中的某些可在沒有以下描述中所述的若干細節的情況下進行實施。在全文中，相同數字指代相同元件。
[0071]如本文所用，術語「電路」和「電路系統」指物理電子部件(即，硬體)和任何軟體和/或固件(「代碼」)，該固件可配置硬體、由硬體執行、以及以其它方式與硬體相關聯。如本文所用，「和/或」表示由「和/或」連接的列舉中的項目的任何一個或多個。作為例子，「X和/或y」表示三要素組{(X)，(y), (X, Y)}的任何要素。作為另一個例子，「x，y和/或Z 」表示七要素組{(X)，(y), (Z), (x，y), (x, z), (y, z), (x, y, z)}的任何要素。如本文所用，術語「±夾」和「模塊」指可由一個或多個電路執行的功能。如本文所用，術語「示例性的」表示作為非限制性例子、實例或例證。如本文所用，術語「例如」引入一個或多個非限制性例子、實例或例證的列舉。
[0072]圖1圖解了包括旋轉軸的示例性系統。參考圖1，示出軸100。
[0073]軸100可包括旋轉的物理物體，其可用於各種系統、裝置和/或設置(或其組合)，以提供或執行旋轉功能。例如，軸組件(例如，結合軸100連同輔助和/或支撐部件的組件)可用於運動系統(例如，交通工具110、飛行器120或船130)和/或固定結構(例如，建築物140，其可包括住宅或商業建築物)。就此而言，這種運動系統和/或固定結構可包括一個或多個部件(例如，機械的和/或電的)，該一個或多個部件可結合一個或多個軸組件。可結合使用軸組件的部件的例子可包括發動機(以及作為整體的動力機組)、發電機(例如，可攜式或固定發電機、渦輪機等等)、變速器、齒輪箱等。然而，本公開不局限於具體類型的系統或結構、或其部件，並且無論何時使用軸或其它類似旋轉物體，都可以以基本上類似方式被利用。
[0074]在一些情況下，可以期望或有必要促進和/或結合將數據通信到軸和/或從軸通信數據的能力。例如，在機械驅動系統(例如，包括一個或多個軸100)中，可以期望允許系統操作員與系統的各個部件(包括軸)相互作用，以能夠在操作中監控機械驅動系統的「健康」，從而在這些問題變得嚴重之前允許系統操作員檢測和修理問題，和/或在故障之前替換或修理驅動系統(或其部件，包括軸)。在使用軸的實例中，這種監控可需要跟蹤和/或收集與軸及其操作相關的物理和/或機械信息，並且然後必須將數據報告給系統操作員。
[0075]可以以各種方式執行通信(例如，允許接收操作員命令/指令，如信息請求，和/或傳輸信息，如監控相關數據)，包括經由無線連接。就此而言，為促進無線通信，收發器(包括天線)可耦合到軸，以允許RF信號的要求的傳輸和/或接收，該RF信號將數據攜帶到軸/從軸攜帶數據。軸側收發器然後與相應的對等收發器相互作用，該對等收發器可耦合到可由系統操作員使用的其它裝置。在軸側設計或實施收發器以結合軸促進無線通信的當前方法可引起一些問題。例如，相對於可結合到(或耦合到)這些收發器中的天線，必須考慮到軸的旋轉(以及作為整體軸的任何運動)——例如必須持續調節天線的定位(以便不幹擾軸的物理運動/旋轉)，等等。
[0076]在示例性使用情形中，為了監控系統的「健康」，表面聲波(SAW)傳感器可放置在驅動軸和齒輪上，以提供與軸/齒輪的運行相關的各種參數的測量，如壓力、加速度、扭矩、振動等。然而，使用這種傳感器可需要電力來操作，並且然後將它們的信號傳輸回來。這些SAW傳感器通常可以以類似於RFID標籤的方式配置。通常環繞軸的一大組天線和電子器件可用於將電力傳輸到軸上的SAW傳感器和/或裝置、詢問傳感器/裝置、以及接收由傳感器/裝置報告返回的信息。天線(偶極子或補片)可附接到旋轉的SAW傳感器、耦合到收發器電路系統(例如，以能夠使信號被發送和/或從軸接收信號，軸可被一圈電子器件和天線環繞)。
[0077]因此，在各種實施中，軸可經配置結合工具，該工具可允許以緊湊、簡單和集成的方式將信號無線傳輸到軸和/或從軸無線接收信號，如通過使用改進的收發器天線對。此夕卜，在一些實施中，收發器天線對可用於提供無線電力(例如，電能)傳遞至軸、其部件、和/或附接或耦合至其的系統。就此而言，在一些情況下，監控還可需要向軸上的傳感器和/或其它電子器件提供電能，該軸可結合監控操作使用。由於通過有線裝置提供電力可影響或阻礙軸的操作，所以可期望提供無線驅動這些部件所需的電力。因此，例如使用數據通信中使用的相同收發器對，可完成電能的無線傳遞，至少一部分傳遞的電力然後用於驅動這些部件(例如，傳感器)。
[0078]在示例性實施中，為了能夠以增強的方式將RF(射頻)信號傳輸到運動的驅動軸和/或從運動的驅動軸接收RF信號，通過利用圓形螺旋狀或纏繞的變壓器天線——其可直接集成到軸上——以促進必要的通信至軸和/或從軸必要的通信。就此而言，可獲得有關於軸和/或其操作的數據——例如，來自扭矩傳感器、健康監控傳感器、或其它裝置，其中數據必須從位於驅動軸上的傳感器或裝置收集。通信設置可包括收發器對，收發器對的一側與軸上的收發器相對應(或與其耦合)。該軸側收發器可包括直接位於軸上並且基於螺旋天線設計方法的天線或一組天線。收發器對的另一側可包括固定收發器組件，其可包括收發器電路系統和固定天線——例如，包括單個線性極化的天線、單個圓形極化的天線、或其組合。固定收發器組件可緊密靠近軸上的螺旋天線(一個或多個)放置。使用這種直接在軸上的圓形螺旋或纏繞的變壓器狀天線可允許消除對大的附接到軸的收發器的需要。就此而言，大的收發器電路系統(及其陣列電子器件)可以被可以是任何線性極化的天線或圓形天線的簡單、單個的天線替代，該圓形天線的繞組與軸的旋轉相匹配(或相反)。在圖2中更詳細地提供了這種實施的例子。在可選的實施方式中，收發器對、圓形螺旋狀或纏繞的變壓器天線可用於向軸上的傳感器和收發器提供無線電力。
[0079]圖2圖解了示例性通信設置，包括固定收發器和附接到旋轉軸的基於螺旋天線的收發器，用於與軸相關的數據的通信。參考圖2，示出了驅動軸200。就此而言，例如驅動軸200可對應於圖1中的任何旋轉軸100。螺旋天線210、套筒220、傳感器240和具有其支撐結構260的固定收發器250也在圖2中示出。
[0080]在一些情況下，可將與驅動軸200和/或其操作相關的數據通信到驅動軸200和/或從驅動軸200通信該數據。例如，傳感器240可用於獲得與驅動軸200和/或其操作相關的傳感信息。就此而言，傳感器240可包括合適的電路系統、界面、邏輯和/或用於執行傳感相關的操作的代碼。傳感器240可包括例如扭矩傳感器、振動傳感器等。經由傳感器240獲得的傳感信息可需要被傳輸(例如，報告給其它部件，如控制系統)，和/或控制消息傳送(messaging)可需要被接收(例如，調節傳感器240的操作和/或請求具體信息/讀數)。在一些情況下，傳感器240的使用或操作可要求提供電力以驅動傳感器240 (例如，在採集信息、接收用戶消息、和/或通信收集的數據期間)。因此，基於電力的傳遞可向傳感器240供電，如經由無線RF從固定收發器250傳輸至螺旋天線210。
[0081]因此，在各種實施中，附加通信相關的部件可用於促進將任何要求的電力傳遞到軸，和/或將數據通信到軸和/或從軸通信數據。就此而言，一些通信相關的部件可被附接到或耦合到和/或集成到驅動軸200中，以支撐該側的數據的通信，相應的通信部件/系統用於支撐另一側的數據的通信。例如，收發器組件可耦合到或附接到驅動軸200，從而能夠通信數據至驅動軸200/從驅動軸200通信數據。就此而言，基於軸的收發器組件可包括一個或多個天線等，所述天線通過無線界面(一個或多個)能夠將數據無線通信到驅動軸200和/或從驅動軸200無線通信該數據。
[0082]固定收發器250可用於與螺旋天線210 (例如，在通信傳感數據和/或控制消息傳送中作為相應的對等)通信。例如，固定收發器250可連接到或耦合到控制系統，其可接收(和處理)從驅動軸200傳輸的傳感數據、可傳輸控制消息(例如，來自傳感器240或調節其操作的請求信息)、和/或可向傳感器240提供(無線地)電力。固定收發器250可包括固定支撐部件260，其可經配置保持用於與螺旋天線210通信的天線部件。固定收發器250的天線部件可包括例如交叉偶極子天線270。
[0083]在操作中，可監控驅動軸200的操作(例如，使用傳感器240)。就此而言，傳感器240可收集與軸200和/或其操作相關的不同信息。例如，傳感器240可包括經配置收集信息諸如扭矩的SAW傳感器。收集的信息可報告給積分器系統(例如，由監控包括軸200的部件的操作員(一個或多個)使用的合適的系統/裝置)。就此而言，可經由螺旋天線210傳輸收集的信息，並且在另一側可經由固定收發器250接收該收集的信息。信息收集可以以不同的方式執行。例如，在一些情況下，基於信息的自動收集可完成監控，例如，以特定的時間間隔並且不需要來自積分器系統的請求，收集的信息然後被報告。然而，在其它實例中，信息收集可僅基於來自積分器系統的請求而完成。因此，螺旋天線210可經配置接收攜帶這些請求(其可經由固定收發器250傳輸)的信號。相同的通信鏈路(即，經由固定收發器250傳輸以及經由螺旋天線210接收)還可用於將其它消息通信到軸200，如其它用戶命令或指令(例如，用於調節軸200或包括軸200的部件的操作)。
[0084]如圖2所示，螺旋天線210可包括纏繞在驅動軸200周圍的四圈單個螺旋天線。螺旋天線210的饋電可被直接附接到傳感器240。使用套筒220可將螺旋天線210與傳感器240分離，套筒220可包括非傳導套筒。就此而言，套筒220可包括介電(例如，低損耗介電泡沫)套筒，其可用於將(螺旋天線210的)螺旋繞組與金屬驅動軸間隔開。在可選的實施中，套筒220可包括多個材料和厚度。在可選的實施中，套筒220可包圍和包住螺旋天線210。在一些情況下，使用接地板可以是必要的——為了螺旋天線的適當操作。金屬盤230可被附接到軸200，用於向螺旋天線210提供接地板。就此而言，為了螺旋天線的適當操作使用接地板可以是必要的(例如，提供必要的「接地」)。在可選的實施中，金屬盤230可由多個傳導材料組成，包括但不限於金屬絲網、金屬箔、碳纖維和金屬噴射塗層。使用套筒220和接地(金屬)盤230可以以不影響軸200或其操作的方式允許使用螺旋天線210。例如，使用套筒220可保護軸免受可由天線引起的任何損害。而且，使用套筒220和接地(金屬)盤230可確保天線210與軸200電去耦。
[0085]詢問器系統可包括固定收發器250。就此而言，固定收發器250可包括基於單個天線的系統，包括使用固定支撐250支撐的固定天線270，該固定天線270與驅動軸200隔一定距離但是緊密靠近螺旋天線210和驅動軸200。例如，如圖2所示，固定天線270可包括交叉偶極子天線，以產生匹配軸200的旋轉方向的圓形極化的天線。圓形天線的繞組也可這樣完成，使得其與軸200的旋轉方向相反。
[0086]然而，本公開不局限於關於圖2描述的設計。就此而言，可改變或修改實施的各個方面(如關於圖2所描述的)。例如，在一些實施中，螺旋天線的設計可變化——例如基於使用不同數目的繞組(圈數)，線的直徑、繞組的方向、接地板(盤)的尺寸和形狀的變化等。而且，可利用其它構造方法——例如，包括使用直接寫入技術、彎曲/包裹的印刷電路板、和/或包裹在介電套筒周圍的柔性電路板。套筒220可由直接寫入方法、加工的套筒、和/或使用低損耗介電泡沫進行構造。
[0087]而且，在一些實施中，可修改詢問器系統的設計——例如，包括使用線性極化的天線。可使用任何標準的天線設計方法製造用在詢問器系統中的天線，該天線包括但不限於線偶極子、補片、印刷電路、螺旋線、槽和腔或基于波導的天線。而且，詢問器系統的放置和/或定位可被改變。例如，如圖2所示，詢問器系統可朝向軸傾斜。然而，在其它實施中，詢問器系統的位置、取向和傾斜(或對齊)可變化一一例如，在0° (即，與軸平行或共軸)至法線(或90° )—即，垂直於軸一之間的任何地方的傾斜(或對齊)。
[0088]在示例性實施中，用在軸側上和/或詢問器系統側上的天線可被實施為使用一組繞組一例如，類似於RF變壓器(即，通過圍繞「核心」的繞組線)。就此而言，對於安裝在軸上的天線，該天線可包括繞組線，或介電套筒的頂部上的薄的並且緊密間隔的直接線跡線形成變壓器繞組的一側。就此而言，基於各種標準可確定直接寫入跡線的間距中的薄度和/或緊密度——例如，優化天線的性能、維持天線和軸之間的隔離等。對於詢問器系統偵牝可利用圍繞核心的不同繞組。兩個繞組然後可被緊密放置，從而形成「變壓器」對。
[0089]圖3圖解了用在與旋轉軸相關的數據的通信中的基於螺旋天線的示例性收發器組件。參考圖3，示出的是圖2的驅動軸200、螺旋天線210、套筒220和傳感器240。就此而言，圖3提供了軸200和用於收集信息的附加部件(例如，傳感器240)並用於報告信息的附加部件(例如，螺旋天線210、套筒220和金屬盤230)的更清晰的側視圖。
[0090]圖4圖解了用於收發器組件的示例性螺旋天線組件，其可用於與旋轉軸相關的數據的通信。參考圖4，示出了螺旋天線組件400。
[0091]螺旋天線組件400可用於通信信號。就此而言，螺旋天線組件400可用於通信攜帶數據和/或控制消息傳送的信號。例如，螺旋天線組件400可作為螺旋天線部件結合入軸組件(例如，結合圖2的驅動軸200的軸組件)，用於將攜帶傳感數據和/或控制消息傳送的信號通信到驅動軸200和/或從驅動軸200通信該信號。在圖4示出的示例性實施方式中，螺旋天線組件400可包括例如螺旋天線410、饋電管腳(feed pin) 420和金屬盤430。
[0092]在操作中，螺旋天線組件400可經配置以提供以具體方式的信號的通信。例如，螺旋天線組件400可經配置例如用於支撐通信到旋轉軸和/或從旋轉軸通信——例如，圍繞軸被實現(包裹)。配置螺旋天線組件400可包括選擇、設置和/或調節各種參數，該參數可有關於螺旋天線組件400的不同部件。就此而言，可被設置或配置的參數的例子可包括螺旋天線410的繞組的數目(圈數)、圈數之間的螺旋間距460、螺旋天線410的繞組的方向、螺旋天線410的螺旋直徑450 (其可基於軸的直徑和套筒的厚度進行設置)、螺旋天線410的線直徑470、接地板(金屬盤)430的尺寸和形狀(例如，接地板寬度440、饋電管腳高度480)等。在一些實施中，螺旋直徑450、間距460、和/或線直徑470可以不一致，並且沿軸的軸線改變。在一些情況下，使用合適的應用軟體和程序可確定至少一些參數。就此而言，基於一個或多個輸入的參數或標準，如軸的尺寸、期望的通信性能(例如，範圍、預期的數據速率、方向性等等)，應用軟體或程序可經配置輸出一些參數。應用軟體或程序可在合適的系統或裝置(例如，個人計算機等)上運行。
[0093]圖5示出用於與旋轉軸相關的數據的通信的基於多個螺旋天線的示例性收發器組件。參考圖5，示出的是驅動軸500、套筒510和多個螺旋天線(例如，在圖5示出的實施中，可以有四個螺旋天線，示出了其中的螺旋天線520和530，另外兩個天線被軸500遮擋——即，在軸500的另一側/相對側)。
[0094]驅動軸500可以類似於圖2的軸200。螺旋天線520和530中的每個可以類似於圖2的天線210。套筒510可以類似於圖2的套筒220。
[0095]在操作中，在一些情況下，多個螺旋天線可結合到單個軸中。這可允許支持使用多個傳感器(例如，用於報告不同類型的信息)。例如，在圖4所示的示例性實施中，軸500可經設計結合多個傳感器配置，如具有四個傳感器。未示出詢問器天線(一個或多個)和接地板(例如，金屬盤)，但應當理解這些元件將被利用。為了增強性能，當將多個天線結合到單個螺旋天線組件中時，多個天線可經配置使用單獨的、不同的、和/或緊密間隔的窄頻帶頻率，以提供足夠的信號分離和分集。例如，在圖5的示例性實施中，四個天線可經配置利用單獨的、不同的、窄的頻帶頻率，選擇這些窄的頻帶頻率(例如，基於分析)使得它們提供信號分離和分集(即，頻帶之間的幹擾最小)。另外並且為了優化使用可用的無線頻譜，這些頻帶可被選擇以便他們可以儘可能彼此靠近，同時仍確保足夠的分離和分集。此外，多個螺旋天線可被實施(例如，它們的特性、它們可圍繞軸500被纏繞的方式，等等)以優化它們的性能和/或減少其間的幹擾。例如，螺旋天線可設計為頻帶寬度足夠寬以覆蓋傳感器的所有四個頻率。
[0096]圖6是圖解用於配置基於螺旋天線的收發器組件的示例性過程的流程圖，該收發器組件用於從旋轉軸通信數據/將數據通信到旋轉軸。參考圖6，示出的是包括多個示例性步驟的流程圖600，可執行示例性步驟以設計和/或配置用在收發器組件中的螺旋天線，所述收發器組件用於從旋轉軸通信數據/將數據通信到旋轉軸。
[0097]在步驟602中，可確定軸參數(特別是與從軸通信信號/將信號通信到軸有關的那些參數——例如，軸直徑、旋轉速度/頻率等等)。在步驟604中，可確定通信參數(例如，通信範圍、方向性、數據速率等等)和/或RF無線電力傳遞參數(例如，範圍、電力傳遞水平、波形、頻率等等)。例如，至少一些通信參數可由系統操作員確定(作為「期望的」參數)。在步驟606中，如基於確定的驅動軸參數和/或通信參數，可確定螺旋天線參數(例如，螺旋寬度和/或間距、圈數、線直徑、饋電管腳高度/直徑、圈數、接地板寬度)。就此而言，至少可部分地選擇螺旋天線參數，以能夠將螺旋天線集成到軸周圍(例如，利用分離兩個元件的套筒)。螺旋天線參數可以以不同的方式確定，包括例如合適的軟體。
[0098]在步驟608中，基於螺旋天線參數可製造和/或配置螺旋天線，並且所得的螺旋天線(連同其它元件一例如，套筒)在驅動軸上。在一些情況下，可以以能夠配置和/或安裝多個螺旋天線的方式執行該過程。
[0099]其它實施方式可提供非瞬態計算機可讀介質和/或存儲介質、和/或以經存儲在其上的非瞬態機器可讀介質和/或存儲介質、具有至少一個由機器和/或計算機執行的代碼部分的機器代碼和/或電腦程式，從而使機器和/或計算機為旋轉軸上的傳感器的集成天線收發器和數據傳輸執行如本文所述的步驟。
[0100]因此，本公開實施方式可以硬體、軟體、或硬體和軟體的組合實現。本實施方式可以集中的方式在至少一個計算機系統中實現，或以不同元件分布在幾個互連的計算機系統中的分散形式實現。用於執行本文所述的方法的任何種類的計算機系統或其它系統都是合適的。典型的硬體和軟體組合可是具有電腦程式的通用計算機系統，其中當該電腦程式被加載和執行時，控制計算機系統，使得它執行本文所述的方法。
[0101]本公開實施方式還可嵌入電腦程式產品中，該電腦程式產品包括使得能夠實現本文所述的方法的所有特徵，並且當被加載到計算機系統中時，該電腦程式產品能夠執行這些方法。在上下文中，電腦程式指用任何語言、代碼或標記任意表達的一組指令，所述指令用來使具有信息處理能力的系統或直接執行特定功能，或在以下一者或兩者之後執行該特定功能:a)轉換為另一種語言、代碼或標記；b)以不同材料形式再現。
[0102]雖然參照某些實施方式描述，但本領域的技術人員應當理解，在不背離當前描述的實施方式的範圍情況下，可作出各種變化並且可用等價物替換。另外，在不背離其範圍的情況下，根據教導，可進行許多修改以適應特定情形或材料。因此，本公開實施方式意在不局限於所用開的特定實施方式，而是將包括落入隨附權利要求範圍內的所有實施方式。
【權利要求】
1.一種方法，其包括: 經由螺旋天線部件將信號通信到軸組件和/或從軸組件通信信號，所述軸組件包括軸，其中: 所述螺旋天線部件環繞所述軸，以及 所述螺旋天線部件與所述軸電去耦。
2.根據權利要求1所述的方法，其包括當所述軸固定或旋轉時，經由所述螺旋天線部件通信所述信號。
3.根據權利要求1所述的方法，其包括使用介電套筒，將所述螺旋天線部件與所述軸電去耦。
4.根據權利要求1所述的方法，其包括經由所述螺旋天線部件傳輸或接收的信號，通信與所述軸上的傳感器相關的數據。
5.根據權利要求1所述的方法，其包括經由RF信號將電力無線傳遞到所述軸組件，所述RF信號經由所述螺旋天線部件接收，其中至少一部分傳遞的電力用於向傳感器、軸組件中的電子部件、和/或耦合到所述軸組件的部件供電。
6.根據權利要求1所述的方法，其包括當螺旋天線部件包括多個螺旋天線時配置所述螺旋天線部件，以便所述多個螺旋天線中的每個利用多個單獨的、不同的、緊密間隔的窄頻帶頻率中的一個，以提供信號分離和分集。
7.根據權利要求1所述的方法，其包括配置所述螺旋天線部件，以與一個或多個相應的固定收發器組件相互作用。
8.根據權利要求1所述的方法，其包括配置所述螺旋天線部件和相應的固定收發器組件，以在通信信號期間使用圍繞模擬RF變壓器的核心的繞組，其中: 所述螺旋天線部件包括第一天線，所述第一天線包括安裝有軸的繞組，所述安裝有軸的繞組包括繞組線、或耦合到介電套筒的薄的並且緊密間隔的直接線跡線，作為所述變壓器的一側， 所述相應的固定收發器組件包括第二天線，所述第二天線包括圍繞核心的線繞組，以及 所述第一天線和所述第二天線緊密靠近放置，以形成收發器對。
9.一種系統，其包括: 螺旋天線部件，其用於將信號通信到軸組件和/或從軸組件通信信號，所述軸組件包括軸，其中: 所述螺旋天線部件環繞所述軸， 所述螺旋天線部件與所述軸電去耦，以及 所述螺旋天線部件可配置，以便當所述軸固定或旋轉時通信所述信號。
10.根據權利要求9所述的系統，其中經由所述螺旋天線部件通信的信號用於以下中的一個或多個:通信與所述軸上的傳感器相關的數據，以及將電力無線傳遞到所述軸組件，其中至少一部分傳遞的電力用於向所述傳感器、軸組件中的電子部件、和/或耦合到所述軸組件的裝置供電。
11.根據權利要求9所述的系統，其中所述螺旋天線部件使用介電套筒與所述軸電去率禹。
12.根據權利要求11所述的系統，其中所述介電套筒包括直接寫入方法、加工的套筒、或低損耗介電泡沫中的一個或多個。
13.根據權利要求9所述的系統，其中所述螺旋天線部件耦合到所述軸上的傳感器。
14.根據權利要求13所述的系統，其中所述傳感器包括扭矩傳感器和/或振動傳感器。
15.根據權利要求9所述的系統，其中所述螺旋天線部件包括多個螺旋天線。
16.根據權利要求15所述的系統，其中所述多個螺旋天線經配置能夠與多個相應的固定收發器組件通信。
17.根據權利要求15所述的系統，其中所述多個螺旋天線經配置使用多個單獨的、不同的、緊密間隔的窄頻帶頻率，提供信號分離和分集。
18.根據權利要求9所述的系統，其中所述螺旋天線部件耦合到以導電盤形式的接地板，所述導電盤介電地耦合到所述軸。
19.根據權利要求9所述的系統，其中所述螺旋天線部件的繞組方向在所述軸的旋轉方向上或所述軸的反向旋轉方向上。
20.根據權利要求9所述的系統，其中所述螺旋天線部件包括線繞組、基於直接寫入技術壓印的介電套筒上的線跡線、包裹的印刷電路板、圍繞介電套筒包裹的柔性電路板、或其組合。
21.根據權利要求9所述的系統，其中所述螺旋天線部件經配置與相應的固定收發器組件通信。
22.根據權利要求21所述的系統，其中所述固定收發器組件包括鄰近所述螺旋天線部件的一個或多個固定天線，用於傳輸和/或接收信號。
23.根據權利要求22所述的系統，其中所述一個或多個固定天線包括線偶極子、補片、印刷電路、螺旋線、槽、腔、基于波導的天線、或其組合。
24.根據權利要求22所述的系統，其中所述一個或多個固定天線包括單個線性極化的天線、單個圓形極化的天線、或其組合。
25.根據權利要求22所述的系統，其中所述一個或多個固定天線包括交叉偶極子，以產生匹配所述軸的旋轉的圓形極化的天線。
26.根據權利要求24所述的系統，其中所述單個線性極化的天線相對於所述軸的中心線的對齊在範圍O度與90度之間，O度對應於與所述軸平行對齊，90度對應於與所述軸垂直對齊。
【文檔編號】H04B1/38GK104426568SQ201410450041
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】C·W·小曼瑞, M·S·烏爾西亞 申請人:波音公司