天線在外殼中的位置和取向是非常敏感的。除成本增加和可靠性問題之外，射頻發(fā)射器和接收器與天線之間的纜線和互連件還可引起損耗、反射、相移以及影響信號和所得測量的其它變量。本公開減少或消除系統(tǒng)中的這些可變性來源。
[0049]互連件，尤其是鄰近到經(jīng)歷高水平振動的組件的轉(zhuǎn)換的互連件還引起了隨時間松動的可能性，或者在系統(tǒng)中引入另外的可變性來源。濕氣的侵入、腐蝕、高溫導(dǎo)致的連接器退化、以及相關(guān)的有害作用是一個問題。另外，在一些情況下，互連件的使用還提供方便的接入以禁用感測或測量系統(tǒng)。
[0050]此外，許多傳感器通常安裝在前面提及的排放控制裝置上，除射頻天線之外，所述排放控制裝置還包括溫度傳感器、壓力傳感器、氣體組分傳感器(氧傳感器、NOx傳感器等)、煙塵傳感器、以及相關(guān)傳感器。此外，排放控制裝置狀態(tài)的精確射頻測量往往需要來自一個或多個傳感器(在一個示例中，諸如溫度傳感器)的輸入，以便如果存在對于其它參數(shù)的交叉敏感性便補償或校正射頻信號。在特定示例中，通過射頻方式進行的柴油或汽油微粒過濾器中煙塵水平的確定需要溫度補償，以便校正由于溫度變化導(dǎo)致的煙塵的介電性質(zhì)的變化。然而，射頻感測的許多應(yīng)用需要類似的方法以補償溫度或其它參數(shù)的變化。除溫度之夕卜，其它參數(shù)或條件也可影響腔體共振測量或天線測量，并且必須是已知或被監(jiān)測以便改善RF測量。
[0051]本公開還描述了一種除了發(fā)射或接收射頻信號之外，還能夠測量一個或多個參數(shù)的射頻探針。以這種方式，相同的探針可用于監(jiān)測一個或多個參數(shù)，從而消除對于其它傳感器的需要。由探針監(jiān)測的參數(shù)不需要是補償射頻信號所需的相同參數(shù)。例如，除了發(fā)射或接收射頻信號之外，探針還可被配置成監(jiān)測溫度和壓力，即使射頻信號只需要溫度補償。在這種情況下，壓力測量可用于一些其它目的，這些目的可以或可以不與射頻測量相關(guān)。在另一個示例中，射頻探針可被配置成監(jiān)測溫度和氣體排放組分。
[0052]盡管已經(jīng)關(guān)于排放控制系統(tǒng)和裝置給出示例，但本文描述的射頻探針同樣適用于許多應(yīng)用，這些應(yīng)用為從實驗室儀器和醫(yī)療裝置到過程控制系統(tǒng)、化學(xué)反應(yīng)器、傳感器、以及甚至無線信號傳輸。探針可安裝在射頻腔體、波導(dǎo)中，或者在通過自由空間發(fā)射射頻信號的系統(tǒng)中使用。需要具有低的可變性的穩(wěn)健天線或除發(fā)射或接收射頻信號之外還能夠監(jiān)測一個或多個參數(shù)的天線的應(yīng)用均將獲益于本發(fā)明設(shè)備。
[0053]現(xiàn)將結(jié)合【附圖說明】該設(shè)備。首先參考圖1，射頻感測系統(tǒng)的一個實施方案包括與過程控制單元104通信的射頻控制單元102、一個或多個射頻探針106、微波共振腔體108、以及纜線110。射頻控制單元102可包含射頻發(fā)射器、接收器、以及進行射頻測量所需的相關(guān)組件。過程控制單元104可為發(fā)動機控制單元或任何其他合適的過程控制單元，但根據(jù)應(yīng)用可以或可以不需要該過程控制單元。一個或多個射頻探針106可通過一根或多根纜線110與射頻控制單元102通信。在一個實施方案中，纜線110可以集成到射頻探針106中，而不使用任何附加的連接器。射頻探針106可為桿狀天線、環(huán)形天線、波導(dǎo)、或用于發(fā)射或接收射頻信號的任何其他合適的裝置。在一個示例中，微波共振腔108可為催化劑外殼或微粒過濾器外殼，并且可以或可以不包含使材料能夠進入或離開腔體的進口或出口部分。根據(jù)應(yīng)用，可以或可以不需要微波共振腔體108。在另一個實施方案中，射頻控制單元102可直接集成到射頻探針106中，而不使用纜線110。在另一個實施方案中，過程控制單元104可集成到射頻控制單元102中，或者反之亦然。沿著射頻控制單元102與射頻探針106之間的纜線110的長度，可以使用一個或多個互連件，或者可以不使用互連件。纜線110可為同軸纜線、雙絞線，可以或可以不包含屏蔽物，或者可為另一種單導(dǎo)體或多導(dǎo)體纜線。
[0054]射頻探針106可以或可以不包含附加感測元件，諸如溫度傳感器(熱電偶、熱敏電阻器、RTD、光纖)、壓力傳感器、應(yīng)變計、氣體傳感器、濕度傳感器、加速計、位置傳感器等，這些統(tǒng)稱為輔助傳感器。一個或多個輔助傳感器可以集成在射頻探針106中，以提供除了可由射頻探針106發(fā)射或檢測的射頻信號之外的參數(shù)或狀態(tài)變量的獨立測量。輔助感測電子設(shè)備，諸如熱電偶或RTD電路芯片、(在一個示例中，集成電路，諸如由Maxim生產(chǎn)的那些)、壓力感測電子設(shè)備、信號調(diào)節(jié)、惠斯登電橋等，也可包含在射頻控制單元102或過程控制單元104或射頻探針106中。來自輔助傳感器的信號可通過包含在纜線110中的附加導(dǎo)體或相同導(dǎo)體發(fā)送。當(dāng)使用相同纜線時，如射頻控制單元102中的一系列開關(guān)可用于交替地將射頻信號和電子設(shè)備與輔助傳感器信號和電子設(shè)備隔離。在另一個實施方案中，可以使用用于輔助傳感器的附加纜線，或者可以使用纜線110中的附加導(dǎo)體。
[0055]圖2A呈現(xiàn)圖1所示射頻探針106的一個示例性實施方案。圖2A中的探針包括同軸纜線202、外部套筒204、和內(nèi)部導(dǎo)體206。外部套筒204和內(nèi)部導(dǎo)體206均由導(dǎo)電材料制成。外部套筒204和內(nèi)部導(dǎo)體206可以或者可以不由相同材料制成。在一個實施方案中，外部套筒204和內(nèi)部導(dǎo)體206可以是銅、金、銀、鋼、鋁、不銹鋼或類似合金，諸如因科鎳合金(inconel)，但可以使用任何合適的材料。在另一個實施方案中，外部套筒204和內(nèi)部導(dǎo)體206可以完全或部分地包覆或包封在非導(dǎo)電材料205中，所述非導(dǎo)電材料205為諸如陶瓷、玻璃、塑料(用于低溫應(yīng)用)等。殼體可用于阻止探針或物理上分離的內(nèi)部導(dǎo)體206或外部套筒204受到周圍環(huán)境的污染，但仍然允許射頻信號的發(fā)射或接收。包覆的非導(dǎo)電材料205可以或可以不是多孔的。
[0056]盡管被示為管，但外部套筒204可具有不同的拓撲結(jié)構(gòu):其可以是波狀或波紋狀的，具有凹槽或脊部，如在螺旋或盤繞波紋狀的導(dǎo)體中的，或類似波紋管的形狀。類似地，內(nèi)部導(dǎo)體206可具有多個橫截面。
[0057]探針組件的附加細節(jié)在圖2B中的剖視圖中示出。外部套筒204可借助機械或化學(xué)鍵合或連接而連接到同軸纜線202的外部絕緣夾套208ο在一個實施方案中，外部套筒204可通過一個或多個第二壓接連接214連接到外部絕緣夾套208。可以或可以不使用粘合劑或密封劑(未示出)來促進連接。以這種方式，常規(guī)的同軸纜線可用天線探針連接進行封端，這樣適用于發(fā)射或接收射頻信號。
[0058]同軸纜線202包括外部絕緣夾套208、和同軸編織物210。同軸纜線202可為RG58或RG400或者滿足應(yīng)用要求的任何其他類型的同軸纜線。另外，如圖2C所示，同軸纜線202還包括設(shè)置在內(nèi)部導(dǎo)體206與同軸編織物210之間的內(nèi)部介電材料220。還示出內(nèi)部套筒212，其在同軸編織物210下方插入。內(nèi)部套筒212優(yōu)選是剛性的、圓筒狀的、和導(dǎo)電的材料。在一個實施方案中，內(nèi)部套筒212具有與同軸編織物210的內(nèi)徑相同的內(nèi)徑，然而在其它實施方案中，該直徑可以更大或更小。內(nèi)部套筒212可以或可以不進行滾花或包含其它表面特征(粗糙度、螺紋、螺旋線、脊部等)，以便增大接觸面積并促進內(nèi)部套筒212與同軸編織物210之間的穩(wěn)健連接。另外，內(nèi)部套筒212可以或可以不連接到外部套筒204。
[0059]圖2C和圖2D呈現(xiàn)另一個實施方案，其示出其中外部套筒204包含集成的內(nèi)部套筒部分212而作為單個組件的系統(tǒng)的附加細節(jié)和剖視圖。在該實施方案中，內(nèi)部套筒部分212的內(nèi)徑222可以或可以不與外部套筒部分204的內(nèi)徑224相同。另外，在該實施方案中，內(nèi)部套筒部分212在同軸編織物210下方但在同軸纜線的內(nèi)部介電材料220上方插入，如圖2D所示。圖2C示出第一步驟，其中外部套筒204首先定位在內(nèi)部導(dǎo)體206上方并在同軸編織物210之前，并且圖2D呈現(xiàn)第二步驟，其中內(nèi)部套筒212在壓接之前在同軸編織物210下方滑動。
[0060]一旦裝配，外部套筒204便通過第一壓接連接216壓接在內(nèi)部套筒212上方并且通過第二壓接連接214壓接在外部絕緣夾套208上方。圖2B中未示出的變化使內(nèi)部套筒212作為外部套筒204的整體部分，其中第一壓接連接216和第二壓接連接214作為單獨的套筒，從而允許容易地將同軸編織物210放置在內(nèi)部套筒212上方。
[0061 ] 在一個示例中，外部套筒204的壓接部分可與外部套筒204的剩余部分分開。在另一個實施方案中，內(nèi)部套筒212在裝配前可以是與外部套筒204分開的組件，但在裝配之后可以與外部套筒204電接觸。
[0062]在另一個實施方案中，內(nèi)部套筒部分212可具有與同軸編織物210的內(nèi)徑和外部套筒部分204的內(nèi)徑224相同的內(nèi)徑222。在一個實施方案中，內(nèi)徑222、和224以及同軸編織物210的內(nèi)徑可被配置成確保外部套筒204到同軸纜線202的正確阻抗匹配。在另一個實施方案中，阻抗匹配可受到內(nèi)徑222、和224以及同軸編織物210的內(nèi)徑的影響，并且受到同軸纜線202的內(nèi)部介電材料220和位于由外部套筒204界定或包封的區(qū)域內(nèi)的任何介電材料的影響。在一個示例中，外部套筒204的內(nèi)徑224與內(nèi)部導(dǎo)體206的外徑的比率可為約2.3:1。在另一個示例中，外部套筒204的內(nèi)徑224與內(nèi)部導(dǎo)體206的外徑的比率可隨完全或部分地包含在外部套筒204內(nèi)的介電材料而變化，其中介電材料被指定為圖2中的腔體218。阻抗匹配可用于50歐姆或75歐姆的纜線或任何其他阻抗。
[0063]無論內(nèi)部套筒212連接到外部套筒204(如圖2C和圖2D中)還是未連接到外部套筒204(如圖2B中)，內(nèi)部套筒212均用作剛性支撐件，以確保外部套筒204與同軸纜線202的同軸編織物210之間的良好電接觸。在一個實施方案中，第一壓接連接216(見圖2B)可用于將外部套筒204機械地壓縮到同軸編織物210上，同軸編織物210在內(nèi)部由內(nèi)部套筒212支撐。以這種方式，確保了同軸編織物210與探針的外部套筒204之間的電連續(xù)性。
[0064]可進行一個或多個第二壓接連接214(見圖2B)以將外部套筒204固定到同軸纜線202的外部絕緣夾套208。可以或可以不需要第二壓接連接214。也可施加粘合劑或其他合適的粘結(jié)或密封劑，以增強同軸纜線202的外部絕緣夾套208與外部套筒204之間的連接的強度。存在許多壓接選項；例如，六邊形壓接工具可用于執(zhí)行壓接操作，或其它工具或壓接方法。
[0065]內(nèi)部導(dǎo)體206與外部套筒204之間的區(qū)域(在圖2B中被標(biāo)識為腔體218)可以或可以不填充合適的介電材料。在一個實施方案中，高溫墊材料諸如膨脹性纖維可用于完全或部分地填充腔體218。在特定實施方案中，所述材料可表現(xiàn)出與由3M公司生產(chǎn)且常用于微粒過濾器和催化劑組件中的墊支架的膨脹性支架類似的特性。在另一個實施方案中，所述材料可為非膨脹性的。根據(jù)應(yīng)用的要求，還可使用包括陶瓷、玻璃、聚合物和相關(guān)材料在內(nèi)的各種其它材料來完全或部分地填充腔體218。
[0066]對腔體218添加材料用于幾種目的。第一，其確保內(nèi)部導(dǎo)體206在外部套筒204中保持居中。第二，其增大總體探針組件的強度，并且阻止內(nèi)部導(dǎo)體206從探針組件中松動。第三，其可用于形成密封或阻止在探針組件中引入外來物質(zhì)，所述外來物質(zhì)包括氣體、液體、或其它固體物質(zhì)。
[0067]內(nèi)部導(dǎo)體206可集成到同軸纜線202中，使其成為纜線組件的中心導(dǎo)體。內(nèi)部導(dǎo)體206可以或可以不由與同軸編織物210相同的材料制成。在一個實施方案中，可剝離外部絕緣夾套208、同軸編織物210、和內(nèi)部介電材料220，以暴露內(nèi)部導(dǎo)體206的指定長度。在另一個實施方案中，內(nèi)部導(dǎo)體206可以完全或部分地包覆在護套中，所述護套可以或可以不是導(dǎo)電的。所述護套可用于加強和保護內(nèi)部導(dǎo)體206。
[0068]圖3A至圖3C描繪一系列步驟，以更好地示出帶有一體式射頻探針的同軸纜線的裝配和構(gòu)造的細節(jié)?，F(xiàn)在參考圖3A，其示出同軸纜線202的一個端部，同軸纜線202包括外部絕緣夾套208、同軸編織物210、內(nèi)部介電材料220、和內(nèi)部導(dǎo)體206。