DE20203298U1

DE20203298U1 - Messwertaufnehmer

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Publication number: DE20203298U1
Application number: DE20203298U
Authority: DE
Original assignee: Cameron GmbH
Current assignee: OneSubsea GmbH
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2012-03-02

Description

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MESSWERTAUFNEHMER

Die Erfindung betrifft einen Messwertaufnehmer für wenigstens eine kinematische Messgröße, insbesondere bei Vorrichtungen zur Erdöl- und Erdgasgewinnung, mit einem in der oder durch die Vorrichtung bewegbaren ersten Vorrichtungsteil, dessen kinematische Messgröße zu bestimmen ist, und einem relativ zum ersten Vorrichtungsteil stationären zweiten Vorrichtungsteil.

Solche Messwertaufnehmer dienen beispielsweise zur Bestimmung der Position beim Verschieben des beweglichen Vorrichtungsteils relativ zum stationären Vorrichtungsteil. Durch die Verschiebung der Teile zueinander wird die Stellung einer Absperreinrichtung, einer Ausbruchsventilanordnung (Blow-out preventer), einer Drehverstellvorrichtung, eines Ventils, einer Drossel oder dergleichen festgestellt und an gewünschter Stelle als Positionsinformation dargestellt. Die entsprechenden Vorrichtungen werden bei der Erdöl- und Erdgasgewinnung eingesetzt, um entlang von Förderleitungen zu fördern, die Förderleitungen in der Förderleistung zu ändern, die Förderleitungen in einem Notfall zu schließen, den Förderleitungen Chemikalien gesteuert zuzusetzen oder dergleichen. In jedem Fall ist eine genaue Kenntnis der Relativstellung von bewegbarem Vorrichtungsteil und stationärem Vorrichtungsteil notwendig.

Bisher erfolgte die Positionsbestimmung beispielsweise dadurch, dass einer Spindel, einem Kolben oder einem anderen beweglichen Vorrichtungsteil ein Maßstab zugeordnet war, von dem die entsprechende Stellung des bewegbaren Vorrichtungsteils relativ zum stationären Vorrichtungsteil ablesbar ist. Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Bestimmung der Position ist ein Potentiometer oder ein linearer Widerstand, relativ zu welchem sich ein Kontakt bei Bewegung des beweglichen Vorrichtungsteils verstellt, so dass sich der erfasste Widerstand ändert.

Schließlich ist noch eine Möglichkeit zur Positionsbestimmung bekannt, bei der im gleichen linearen Abstand Schlitze oder dergleichen in einem Maßstab angeordnet sind. Diese werden erfasst und gezählt, um entsprechende Positionen zu bestimmen. Statt einer linearen Anordnung solcher Schlitze ist auch bereits eine Drehscheibe mit Schiit-

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zen in konstantem Abstand in Umfangsrichtung bekannt, die ebenfalls durch Lichtdetektoren oder dergleichen erfasst und anschließend gezählt werden.

Nachteilig bei diesen so bekannten Messwertaufnehmern ist, dass zusätzlich zur Abtastung der gleichartigen und gleich beabstandeten Unterteilung auf dem entsprechenden Maßstab, wie beispielsweise Schlitze in einer Encoderscheibe, die entsprechenden Unterteilungen zusätzlich zur Abtastung aufsummiert werden müssen, um eine entsprechende Positionsinformation zu erhalten. Weiterhin ist bei den vorbekannten Messwertaufnehmern nicht ohne weiteres erkennbar, in welcher Richtung sich tatsächlich bewegt wird, da beispielsweise bei einer gradlinigen Bewegung nicht ohne weiteres erkennbar ist, ob sich nach links oder rechts bewegt wird. Dies gilt analog für eine drehende Kodierscheibe, bei der die Drehrichtung nicht ohne weiteres durch den Messwertaufnehmer feststellbar ist.

Ein weiteren Nachteil ist, dass beispielsweise bei Ausfall einer Elektronik des Messwertaufnehmers die Relativposition zwischen bewegbarem Vorrichtungsteil und stationärem Vorrichtungsteil nicht mehr feststellbar ist, und bis an ein Ende des möglichen Relativbewegungsbereichs bewegt werden muss, um die entsprechende Positionsbestimmung erneut durchzuführen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Messwertaufnehmer der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass in einfacher konstruktiver und preiswerter Weise sowohl Richtung der Bewegung als auch die jeweilige Position ohne Zurückkehren bis an Enden des Bewegungsbereichs feststellbar ist.

Diese Aufgabe wird in Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass erstes und/oder zweites Vorrichtungsteil ein entlang einer Bewegungsrichtung sich änderndes Bitmuster aufweisen, von welchem positionsspezifische Bitmustergruppen durch eine am jeweils anderen Vorrichtungsteil angeordnete Abtasteinrichtung abtastbar sind.

Durch die Änderung des Bitmusters in Bewegungsrichtung und die verschiedenen positionsspezifischen Bitmustergruppen ist einerseits in einfacher Weise die tatsächliche

Richtung der Bewegung feststellbar. In welcher Weise sich das Bitmuster ändert ist bekannt, und durch die Abtastung des Bitmusters ist daher einfach feststellbar, in welcher Richtung bewegt wird. Da außerdem die entsprechenden Bitmustergruppen des Bitmusters positionsspezifisch sind, ist auch bei einem vorübergehenden Ausfall einer entsprechenden Elektronik oder dergleichen des Messwertaufnehmers in einfacherweise bei erneuter Infunktionsnahme möglich, die gegenwärtige Relativposition zwischen erstem und zweitem Vorrichtungsteil zu erfassen. Dabei wäre es höchstens notwendig, das erste Vorrichtungsteil soweit zu verschieben, dass die nächstliegende Bitmustergruppe durch die Abtasteinrichtung wieder eindeutig erfassbar ist. Auf keinen Fall ist eine Rückbewegung des ersten Vorrichtungsteils bis an ein Ende des Bewegungsbereichs notwendig, um von dort die Positionsbestimmung bzw. die Bestimmung der entsprechenden kinematischen Messgröße erneut durchzuführen.

Insbesondere bei den entsprechenden Vorrichtungen der Erdöl- und Erdgasgewinnung ist eine solche nur minimale Bewegung des ersten Vorrichtungsteils zur erneuten Bestimmung der entsprechenden kinematischen Messgröße von Vorteil, da auf diese Weise die entsprechenden Vorrichtungen nicht beispielsweise im Falle eines Ventils in eine Schließstellung oder eine Öffnungsstellung vollständig zurück bewegt werden müssen. Statt dessen ist nur eine minimale Bewegung zur Erfassung der nächsten Bitmustergruppe notwendig.

Schließlich ist in diesem Zusammenhang noch von Vorteil, dass eine Aufsummierung der abgetasteten Unterteilung eines entsprechenden Maßstabs nicht notwendig sind. Statt dessen ist durch jede positionsspezifische Bitmustergruppe die Relativposition zwischen ersten und zweitem Vorrichtungsteil eindeutig bestimmt.

Um die Abtastung der Bitmustergruppen schneller durchführen zu können, kann die Abtasteinrichtung eine Anzahl von Einzelabtastelementen aufweisen. Je nach Anzahl dieser Einzelabtastelemente kann die entsprechende Bitmustergruppe teilweise oder auch vollständig in einem Abtastvorgang erfasst werden.

Die Zuordnung von Abtasteinrichtung und Bitmustergruppe kann vorzugsweise so erfolgen, dass eine Ausdehnung der Abtasteinrichtung bzw. der Einzelabtastelemente in

Bewegungsrichtung im Wesentlichen einer Bitlänge eines jeden Einzelbits des Bitmusters entspricht. Dadurch wird durch jedes Einzelabtastelement auch jeweils ein Einzelbit direkt erfasst, ohne dass beispielsweise durch benachbarte Einzelabtastelemente ein Einzelbit oder durch ein Einzelabtastelement mehrere Einzelbits gleichzeitig erfasst werden. Dadurch wird die Auflösung bei der Erfassung der kinematischen Messgröße erhöht und gleichzeitig ist die Abtastung jedes Einzelbits sicher durchführbar. Um gegebenenfalls die Auflösung durch Bitmuster und Abtastelemente zu erhöhen, können n-Einzelbits einer Bitmustergruppe n+1 odern-1 Einzelabtastelemente zuordbar sein. Dadurch ist entweder die Skala mit dem Bitmuster beziehungsweise die mit den Einzelabtastelementen eine Noniusskala, die um jeweils ein Element kürzer ist. Sind beispielsweise 10 Einzelbits pro Bitmustergruppe vorgesehen, kann die Noniusskala der Einzelabtastelemente neun Einzelabtastelemente aufweisen. Dabei sind die 10 Bitmuster so lang wie die neun Einzelabtastelemente, so dass beispielsweise das erste Einzelbit um 1/10, das zweite um 2/10 usw. jeweils zum Einzelabtastelement verschoben ist.

Es besteht die Möglichkeit, dass ein Bitmuster mehr Einzelbits enthält als Einzelabtastelemente in der Abtasteinrichtung enthalten sind. Dadurch wäre zur vollständigen Erfassung des Bitmusters ein Verschieben der Abtasteinrichtung relativ zum Bitmuster notwendig. Um den Abtastvorgang zu beschleunigen, kann jedem Einzelbit einer Bitmustergruppe (Datenwortbreite) ein Einzelabtastelement zugeordnet sein. Dadurch wird in einem Abtastvorgang die gesamte Datenwortbreite und damit die kinematische Messgröße erfasst.

Die Auflösung der Erfassung der kinematischen Messgröße kann weiterhin dadurch vergrößert werden, wenn die Bitmustergruppen in Bewegungsrichtung um jeweils ein Einzelbit relativ zueinander verschoben sind. Das heißt, durch Verschieben der Abtasteinrichtung relativ zum Bitmuster um nur ein Einzelbit wird die nächste positionsspezifische Bitmustergruppe erfasst, so dass die Auflösung im Wesentlichen durch die Breite des Einzelbits bzw. des Einzelabtastelements festgelegt ist.

Bewegt sich bei den entsprechenden Vorrichtungen beispielsweise der erste Vorrichtungsteil in Längsrichtung innerhalb eines Gehäuses oder dergleichen, wobei das erste Vorrichtungsteil ein Kolben, eine Spindel oder dergleichen sein kann, ist es weiterhin

von Vorteil, wenn das Bitmuster sich in Längsrichtung der Vorrichtung erstreckt. Dadurch kann eine einfache Abtastung des Bitmusters bei der Relativbewegung von erstem und zweitem Vorrichtungsteil erfolgen.

Das Bitmuster kann in unterschiedlicher Weise realisiert werden. Bei Bitmustern im Dualsystem müssen den Einzelbits nur jeweils zwei unterschiedliche Merkmale oder Zustände zuordbar sein. Die entsprechenden Merkmale/Zustände sind durch die Abtasteinrichtung feststellbar.

Ein Beispiel für zwei solcher Zustände für entsprechende Einzelbits ist, dass das entsprechende Bitmuster durch Vertiefungen und/oder Erhöhungen gebildet ist. Das heißt, Einzelbits können sich durch unterschiedliche Tiefen der Vertiefungen, Höhen der Erhöhungen oder dergleichen unterscheiden. Es können ebenfalls Vertiefungen und Erhöhungen abwechseln, wobei die Vertiefungen jeweils gleich tief und die Erhöhungen jeweils gleich hoch sein können.

Die entsprechende Abtasteinrichtung ist in diesem Fall so ausgebildet, dass sie Vertiefungen und Erhöhungen und gegebenenfalls deren Tiefe bzw. Höhe erkennt.

Eine andere Möglichkeit zur Realisierung eines solchen Bitmusters sind Bereiche unterschiedlicher Leitfähigkeit. Beispielsweise kann ein Einzelbit durch einen leitenden Bereich des entsprechenden Vorrichtungsteils und das nächste Einzelbit durch einen nicht leitenden Bereich gebildet sein. Ebenfalls ist denkbar, dass die Bereiche beispielsweise hoch leitend und gering leitend oder dergleichen sind.

Eine noch weitere Möglichkeit zur Realisierung eines Bitmusters kann darin gesehen werden, dass dieses durch Bereiche mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen gebildet ist. In diesem Fall könnte beispielsweise die Abtasteinrichtung über eine entsprechende Beleuchtungsmöglichkeit verfügen und das von den entsprechenden Bereichen reflektierte Licht erfassen. Da das Reflexionsvermögen unterschiedlich ist, kann zwischen den Einzelbits unterschieden werden.

Bei Bereichen mit unterschiedlicher Leitfähigkeit kann ein Einzelabtastelement beispielsweise wenigstens eine Spule aufweisen. Wird an diese eine Wechselspannung angelegt, so weist die Spule unterschiedliche Dämpfungen auf in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit der entsprechenden erfassten Bereiche, die jeweils ein Einzelbit bilden. Dies gilt analog für Einzelbits aus unterschiedlichen Vertiefungen und/oder Erhöhungen, da auch diese Erhöhungen und Vertiefungen unterschiedliche Rückwirkungen auf eine mit einer Wechselspannung versorgte Spule haben.

Außerdem kann ein Einzelabtastelement wenigstens eine Leuchtdiode aufweisen. Durch eine solche ist beispielsweise zwischen Bereichen mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen unterscheidbar. Eine Leuchtdiode kann auch zur Erfassung der Vertiefungen und/oder Erhöhungen dienen.

Um die kinematische Messgröße redundant bestimmen zu können, können zwei Abtasteinrichtungen, insbesondere direkt benachbart in Bewegungsrichtung angeordnet sein. Fällt beispielsweise eine der Abtasteinrichtungen aus, so ist die momentane Position sowie eine Veränderung der Position durch die entsprechende andere Abtasteinrichtung weiterhin feststellbar. Insbesondere zur Abtastung des gesamten Bewegungsbereichs der beiden Vorrichtungsteile ist es von Vorteil, wenn die Abtasteinrichtungen direkt benachbart angeordnet sind.

Abtasteinrichtung und Bitmuster sind entsprechend zur Richtung der Relativbewegung zwischen den beiden Vorrichtungsteilen angeordnet. Verläuft die Bewegungsrichtung beispielsweise gradlinig, so erstrecken sich auch entsprechend Bitmuster und Abtasteinrichtung gradlinig.

Andere Möglichkeiten für Bewegungsrichtungen, ist eine schraubenförmig verlaufende oder eine im Wesentlichen kreisförmig verlaufende Bewegungsrichtung. Bitmuster und Abtasteinrichtung können jeweils entsprechend angeordnet sein.

Die Bestimmung der kinematischen Messgröße kann so erfolgen, dass weder Bitmuster noch Abtasteinrichtung von außerhalb der Vorrichtung sichtbar sind. Dies bietet sich beispielsweise an, wenn Bitmuster und Abtasteinrichtung vor einer Beschädigung ge-

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schützt werden sollen, oder wenn die Vorrichtungen unter ungünstigen Umweltbedingungen eingesetzt werden, wie beispielsweise unterirdisch oder im maritimen Bereich. Durch die entsprechende Anordnung von Bitmustern und Abtasteinrichtungen können diese außerdem vor aggressiven Stoffen, vor Druck oder dergleichen geschützt werden. Eine vorteilhafte Anordnung kann darin gesehen werden, wenn das Bitmuster entlang insbesondere einer Innenwand einer Innenbohrung eines Kolbens der Vorrichtung ausgebildet ist. Statt im Inneren eines Kolbens kann es ebenfalls im Inneren einer Drehspindel, im Inneren einer verschiebbaren Stange oder im Inneren eines anderen verschieb- oder verstellbaren Betätigungselements angeordnet sein.

Ist das Bitmuster an einer Innenwand einer solchen Innenbohrung eines Kolbens ausgebildet, so würde sich das Bitmuster zusammen mit dem Kolben bewegen und die Abtasteinrichtung wäre entsprechend am stationären Vorrichtungsteil angeordnet.

Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung eines Bitmusters kann darin gesehen werden, wenn dieses entlang eines mit einem Kolben insbesondere lösbar befestigten Bitmusterträgers ausgebildet ist. Das Bitmuster kann an dem entsprechenden Bitmusterträger je nach gewünschter Auflösung ausgebildet sein. Durch die Austauschmöglichkeit des Bitmusterträgers ist entsprechend ein Bitmuster durch ein feineres oder gröberes Bitmuster ersetzbar.

Der Bitmusterträger kann sich je nach Vorrichtung beispielsweise von einem Ende des Kolbens erstrecken. Um die Vorrichtung durch die Verwendung eines solchen Bitmusterträgers allerdings nicht mit größeren Abmessungen ausbilden zu müssen, kann der Bitmusterträger sich auch beispielsweise koaxial zu einer Innenbohrung des Kolbens erstrecken. Das heißt, der Bitmusterträger ist in der Innenbohrung des Kolbens angeordnet und bewegt sich zusammen mit diesem.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn der Freiraum zwischen Bitmusterträger und Innenwand der Innenbohrung des Kolbens für die Abtasteinrichtung genutzt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass zwischen Bitmusterträger und der Innenwand der Innenbohrung eine Abtasterhülse eingesteckt ist. Diese ist dem stationä-

ren Vorrichtungsteil zugeordnet und ändert ihre Position relativ zum Bitmusterträger bei Bewegung des Kolbens.

Um möglichst den gesamten Bewegungsbereich des Kolbens abtasten zu können, kann die Abtasteinrichtung im Wesentlichen am freien Ende der Abtasterhülse angeordnet sein. Sind die Bitmuster beispielsweise auf der Innenwand der Innenbohrung des Kolbens bzw. des bewegbaren Vorrichtungsteils ausgebildet, kann es hierbei weiterhin von Vorteil sein, wenn die Abtastereinrichtung am freien Ende eines relativ zur Innenbohrung verschiebbaren Abtasterträgers angeordnet ist. Dieser kann sich beispielsweise frei vorkragend, bis zum innenliegenden Ende der Innenbohrung erstrecken und bei Verschieben des bewegbaren Vorrichtungsteils auf der Innenwand der Innenbohrung angeordnete Bitmuster abtasten.

Um insbesondere die Abtasteinrichtung elektrisch zu versorgen bzw. entsprechende Signale der Abtasteinrichtung an eine zugehörige Auswerteinrichtung zu übermitteln, kann eine entsprechende elektrische Leitung von der Abtasteinrichtung entlang einer Leitungsbohrung der Abtasterhülse oder des Abtasterträgers geführt sein.

Um die Abtastereinrichtung gegen äußere Einflüsse zu schützen, kann die Leitungsbohrung am freien Vorderende durch einen Endstopfen lösbar verschlossen sein.

Zur Erfassung von kinematischen Messgrößen bei einer Drehbewegung kann es vorteilhaft sein, wenn das Bitmuster entlang einer Kreisbahn angeordnete Einzelbits aufweist. Beispielsweise bei Drehung des bewegbaren Vorrichtungsteils sind dann über eine entsprechend mitgedrehte Abtasteinrichtung die Einzelbits entlang der Kreisbahn am stationären Vorrichtungsteil abtastbar. Es ist ebenfalls möglich, dass die Einzelbits am bewegbaren bzw. drehbaren Vorrichtungsteil angeordnet sind und entsprechend die Abtasteinrichtung entlang der Kreisbahn der Einzelbits am stationären Vorrichtungsteil vorgesehen ist.

Bei Anordnung oder zumindest Zuordnung des Bitmusters zum bewegbaren Vorrichtungsteil, kann das Bitmuster entlang eines Umfangs einer Scheibe angeordnete Einzelbits aufweisen. Die Einzelbits können wiederum entsprechend durch Bereiche mit unter-

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schiedlicher Leitfähigkeit, mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen, mit Vertiefungen und/oder Erhöhungen oder dergleichen gebildet sein. Dem Umfang der Scheibe sind in diesem Zusammenhang die entsprechenden Einzelabtastelemente der Abtasteinrichtung am stationären Vorrichtungsteil zugeordnet.

Statt einer Abtastung aus radialer Richtung kann auch bei entsprechender Anordnung des Bitmusters eine Abtastung im Wesentlichen senkrecht zur Scheibenebene erfolgen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Bitmuster in der Scheibe schlitzförmig ausgebildete Einzelbits aufweist. Es ist möglich, dass die Schlitze mit in radialer Richtung zunehmender Breite ausgebildet sind. Besonders in diesem Zusammenhang kann es als vorteilhaft angesehen werden, wenn die Einzelabtastelemente radial verstellbar sind. Durch die radiale Verstellung kann ein Einzelabtastelement genau dem Be-

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Drehrichtung der entsprechenden Ausdehnung des Einzelabtastelements entspricht.

Ein entsprechendes Bitmuster kann je nach Erfordernis eine entsprechende Anzahl von Einzelbits aufweisen. So kann beispielsweise die Kodierung der Position durch 4, 5, 6, 7 oder mehr Einzelbits pro Bitmuster erfolgen. Dabei ist durch die Anzahl der Einzelabtastelemente der Abtasteinrichtung die Anzahl der Einzelbits eines Bitmusters bestimmt. Das heißt, bei einer Vierbitkodierung werden vorzugsweise vier Einzelabtastelemente verwendet.

Um über zumindest einen gewissen Zeitraum die Bewegungen des ersten Vorrichtungsteils relativ zum zweiten Vorrichtungsteil zu kontrollieren und gegebenenfalls zu überprüfen, kann der Messwertaufnehmer zumindest eine Speichereinrichtung zur Abspeicherung von Messsignalen der Abtasteinrichtung in Abhängigkeit von der Position aufweisen.

Günstigerweise sind in diesem Zusammenhang gegebenenfalls Signale zumindest einer Anzahl von Einzelabtastelementen in Abhängigkeit von der Position abspeicherbar. Die Anzahl der Einzelabtastelemente entspricht vorzugsweise der Anzahl der Einzelbits eines Bitmusters.

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Um eine Information über den gesamten Bewegungsbereich zu erhalten, kann wenigstens einmal eine Ausgangsmesssignalinformation für einen Gesamtbewegungsbereich der Abtasteinrichtung und/oder zumindest einer Anzahl von Einzelabtastelementen in der Speichereinrichtung abspeicherbar sein.

Um die Auflösung bei der Messung der kinematischen Messgröße zu verbessern, kann der Messwertaufnehmer eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der Ausgangsmesssignalinformation mit einer aktuellen Messsignalinformation aufweisen. Die entsprechende aktuelle Messsignalinformation kann durch Vergleich mit der Ausgangsmesssignalinformation dazu verwendet werden, genau festzustellen, welchem Bereich der Ausgangsmesssignalinformation die aktuelle Messsignalinformation entspricht. Dadurch ist mit höherer Genauigkeit als der Auflösung durch die Einzelbits die Relativposition zwischen bewegbarem Vorrichtungsteil und stationärem Vorrichtungsteil feststellbar. Diese entsprechende Auflösung hängt mit der Auflösung der entsprechenden Messsignalinformation zusammen. Ist diese Auflösung entsprechend hoch, so ist beispielsweise eine Messung und Auswertung der aktuellen Messsignalinformationen im Wesentlichen analog oder zumindest quasi analog durchführbar. Auf diese Weise kann die Auflösung durch die Einzelbits erheblich gesteigert werden.

Durch die vorangehend erwähnte höhere Auflösung ist es weiterhin möglich, dass kein Verschieben des ersten Vorrichtungsteils bei einem vorübergehenden Ausfall einer entsprechenden Elektronik oder dergleichen notwendig ist, um die gegenwärtige Relativposition zwischen erstem und zweitem Vorrichtungsteil erneut zu erfassen. Dadurch entfällt auch die vorangehend beschriebene Bewegung des ersten Vorrichtungsteils zur eindeutigen Erfassung einer nächstliegenden Bitmustergruppe bei erneuter Infunktionsnahme. Statt dessen erhält man einen Absolutwertgeber für jede Position von erstem und zweitem Vorrichtungsteil relativ zueinander, die bei erneuter Infunktionsnahme nach beispielsweise einem Ausfall der Elektronik direkt eine Bestimmung der entsprechenden Relativposition mit hoher Genauigkeit zulässt.

Um bei Vergleich der Messsignalinformationen zur genauen Positionsbestimmung keine Informationen während der Bestimmung der kinematischen Messgröße zu verlieren,

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kann zumindest die letzte aktuelle Messsignalinformation nach ihrer Erfassung bis zur Ersetzung durch eine nachfolgende aktuelle Signalinformation abgespeichert sein.

Um die Auflösung der Bestimmung der kinematischen Messgröße in einfacher Weise zu erhöhen, können Abtasteinrichtungen und/oder Bitmuster austauschbar ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise durch Austausch des oben genannten Abtasterträgers oder Bitmusterträgers erfolgen. Im Zusammenhang mit der Anordnung von zwei Abtasteinrichtungen kann das Bitmuster durch ein Bitmuster mit doppelter Anzahl von Einzelbits ersetzt werden. Diese werden dann durch die beiden Abtasteinrichtungen gleichzeitig zur Bestimmung der kinematischen Messgröße erfasst.

Um insbesondere bei Abtasteinrichtungen mit einer Anzahl von Einzelabtastelementen diese sicher und in einfacherweise elektrisch zu versorgen, kann zur elektrischen Verbindung der Abtasteinrichtung eine insbesondere druckfeste Mehrfachkabeldurchführung vorgesehen sein. Diese ist vorzugsweise im stationären Vorrichtungsteil angeordnet und dient zur gleichzeitigen elektrischen Versorgung aller Einzelabtastelemente der Abtasteinrichtung.

Es sei noch angemerkt, dass die Ausgangsmesssignalinformation auch durch nur einige Einzelabtastelemente ermittelbar ist, wobei diese mit einer entsprechenden aktuellen Messsignalinformation derselben Einzelabtastelemente verglichen wird. Aus Redundanzgründen können entsprechende Messsignalinformationen aller Abtastelemente verglichen werden.

Die bisher beschriebenen Einzelbits zeichnen sich durch zwei mögliche Zustände (Merkmale) aus. Es ist ebenfalls möglich, dass die Einzelbits mehr als zwei Zustände aufweisen können und alle diese Zustände durch entsprechenden Einzelabtastelemente feststellbar sind. Es ist natürlich ebenfalls möglich, andere kinematische Messgrößen zusätzlich zur Position zu bestimmen, wie beispielsweise Geschwindigkeit und Beschleunigung. Entsprechende elektrische Einrichtungen zur zeitlichen Differenzierung der Positionswerte und damit des erfassten, zurückgelegten Weges sind dem Messwertaufnehmer zuordbar.

Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers;

Fig. 2 einen Längsschnitt analog zur Fig. 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Vorrichtung mit einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers;

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers;

Fig. 5 eine Ansicht eines Details "X" aus Fig. 3 ohne redundante Ausführung des erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers;

Fig. 6 zwei weitere Ausführungsbeispiele für einen erfindungsgemäßen Messwertaufnehmer im Zusammenhang mit einer Kodierscheibe;

Fig. 7 zwei weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers im Zusammenhang mit einer geschlitzten Kodierscheibe;

Fig. 8 zwei weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers im Zusammenhang mit einer drehenden Einrichtung;

Fig. 9 eine Seitenansicht der Ausführungsbeispiele nach Fig. 8;

Fig. 10 ein Beispiel für unterschiedliche Bitmuster zur Positionsbestimmung bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers;

Fig. 11 eine durch ein Einzelabtastelement einer Abtasteinrichtung gemäß des erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers erfasste Gesamtbewegungsinformation, und

Fig. 12 eine Skizze zur Erläuterung von Abtasteinrichtungen und Bitmuster.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung 2 zur Erdöl- oder Erdgasgewinnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers 1. Die Vorrichtung 2 weist einen aus einem zylinderförmigen Gehäuse 43 ausschiebbaren Kolben 24 als bewegbares erstes Vorrichtungsteil 3 auf. Gehäuse 43 mit einem angebrachten weiteren Teil bilden ein stationäres zweites Vorrichtungsteil 4. Innerhalb des Gehäuses 43 ist der Kolben 24 verschiebbar gelagert. Das Gehäuse weist einen Einlass 44 und einen Auslass 45 für ein Druckfluid auf. Wird dem Einlass 44 Druckfluid zugeführt, so verschiebt sich der Kolben 3 in Bewegungsrichtung 5 nach rechts in Fig. 1. Die Bewegung erfolgt dabei in Längsrichtung 14 der Vorrichtung 2.

An seinem freien Ende 42 ist der Kolben 24 zur Betätigung eines Ventils, einer Drehverstellvorrichtung, eines sogenannten Blow-out-preventers, einer Drossel oder sonstiger Einrichtungen zur Erdöl- und Erdgasgewinnung mit diesem bewegungsverbunden.

Der Kolben 24 weist zumindest in seinem im Gehäuse 43 angeordneten Abschnitt eine Innenbohrung 23 mit entsprechender Innenwand 22 auf. In diese Innenbohrung 23 ist ein Abtasterträger 28 eingeschoben. Dieser erstreckt sich koaxial zur Innenbohrung 23. Der Abtasterträger 28 erstreckt sich von einem Ende 60 des Gehäuses 43 in Längsrichtung^ der Vorrichtung 2. Eine Leitungsbohrung 30 innerhalb des Abtasterträgers 28 steht an einem dem Gehäuseende 60 zuweisenden Ende mit einer Leitungsdurchführung 46 in Verbindung. Durch diese sind elektrische Verbindungsleitungen 29 durch Leitungszuführung 46 und Leitungsbohrung 30 zwischen einer am freien Ende 27 des Abtasterträgers 28 angeordneten Abtasteinrichtung 8 und einer entfernt von der Vorrichtung 2 angeordneten Auswerte- und Steuereinrichtung des Messwertaufnehmers 1 verlegt.

Die Steuer- und Auswertereinrichtung 61 weist in Fig. 1 eine Vergleichseinrichtung 38, eine Speichereinrichtung 36, eine Anzeigeeinrichtung 41 und gegebenenfalls weitere Einrichtungen auf.

Die Abtasteinrichtung 8 weist eine Reihe von Einzelabtastelementen 9 auf, die in Längsrichtung 14 der Vorrichtung 2 direkt nebeneinander angeordnet sind. Die Einzelabtastelemente 9 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch Spulen 19, siehe die folgenden Figuren, gebildet. Insgesamt sind acht Einzelabtastelemente 9 vorgesehen. Direkt benachbart zu der Abtasteinrichtung 8 ist auf das Vorderende 31 der Leitungsbohrung 30 ein Endstopfen 32 aufgesetzt.

Entlang der Innenwandung 22 ist ein Bitmuster 8 ausgebildet, das sich aus einer Reihe von eine Anzahl von Einzelbits umfassenden Bitmustergruppen 7 zusammensetzt. Die Abtasteinrichtung 8 mit ihren Einzelabtastelementen 9 ist jeweils einer Bitmustergruppe 7 zuordbar. Benachbarte Bitmustergruppen sind um jeweils ein Einzelbit 13 relativ zueinander verschoben.

Bei dem Ausschieben des Kolbens 24 nach rechts in Fig. 1 bewegt sich entsprechend das Bitmuster 6 relativ zur Abtasteinrichtung 8 ebenfalls nach rechts in Fig.1. Dadurch tastet die Abtasteinrichtung 8 die verschiedenen Bitmustergruppen 7 ab und durch die Änderungen des Bitmusters bzw. die entsprechenden positionsspezifischen Bitmustergruppen ist die Relativposition zwischen Abtasteinrichtung 8 und Bitmuster 6 feststellbar und entsprechend der Verschiebeweg des Kolbens24 nach rechts oder links in Fig. 1 feststellbar.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist noch anzumerken, dass die Bitmustergruppen Bereiche unterschiedlicher Leitfähigkeit aufweisen. Eine entsprechende Bitlänge 13, siehe auch Fig. 10, die jedem Einzelbit 13 eines solchen Bereichs zuordbar ist, ergibt sich durch eine entsprechende Breite bzw. Ausdehnung 11 (siehe beispielsweise Fig. 4, der Einzelabtastelemente 9. Es sei nochmals darauf hingewiesen, das ein solches Einzelabtastelement 9 jeweils durch eine elektrische Spule 19 gebildet ist.

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In Fig. 2 ist die Vorrichtung 2 aus Fig.1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers 1 dargestellt. Diese unterscheidet sich im Wesentlichen von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass das Bitmuster 6 auf einem Bitmusterträger 25 ausgebildet ist, der mittels eines Schraubbolzens 47 mit dem Kolben 24 verbunden ist. Der Bitmusterträger 25 erstreckt sich koaxial zur Innenbohrung 23 des Kolbens 24. Zwischen Bitmusterträger 25 und Innenwand 22 der Innenbohrung 23 ist eine Abtasterhülse 26 eingeschoben. Diese weist an ihrem freien Ende 27 zwei direkt benachbarte Abtasteinrichtungen 8, 21 auf. Die Abtasteinrichtung 8 entspricht der nach Fig. 1. Die Abtasteinrichtung 21 ist redundant ausgebildet. Jede der beiden Abtasteinrichtungen 8, 21 weist sechs Einzelabtastelemente 9 auf. Die Abtasterhülse 26 ist an ihrem den Abtasteinrichtungen 8, 21 gegenüber liegenden Ende analog zu Fig. 1 mit dem Gehäuseende 20 als stationärem zweiten Vorrichtungsteil 4 verbunden.

Der Bitmusterträger 25 weist ein aus Vertiefungen 15 und Erhöhungen 16 gebildetes Bitmuster 6 auf. Das heißt, die verschiedenen Bereiche des Bitmusters sind durch diese Vertiefungen gebildet, wobei jede Vertiefung bzw. Erhöhung ein Einzelbit 13 oder eine Anzahl von Einzelbits 13 umfassen kann.

Entsprechende elektrische Leitungen 29 zur Versorgung der Abtasteinrichtungen 8 und 21 sowie zur Ermittlung entsprechender Signale in Richtung Steuer- und Auswertereinheit 61, siehe auch Fig. 1, sind entlang einer Außenfläche der Abtasterhülse 26 in Richtung Gehäuseende 60 verlegt. Dort weist die Abtasterhülse 26 eine Bohrung 62 auf, durch die die elektrische Leitungen 29 in Richtung Leitungsführung 46 geführt sind.

In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers 1 im Zusammenhang mit einer eine Drehspindel 63 als bewegbares erstes Vorrichtungsteil 3 aufweisenden Vorrichtung 2 dargestellt. Die Drehspindel 63 ist manuell, elektrisch oder in anderer Weise drehbar und dient zum Verstellen eines Ventils, einer Drossel oder dergleichen. In die Drehspindel 63 ist ein Bitmusterträger 25 eingesteckt. Dieser weist wiederum Bereiche mit Vertiefungen 15 und/oder Erhöhungen 16 auf, die ein entsprechendes Bitmuster 6 bilden. Der Bitmusterträger 25 ist zusammen mit der Drehspindel 63 in Bewegungsrichtung 5 verstellbar.

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In den Bitmusterträger 25 ist von dessen freiem Ende her ein Abtasterträger 28 als Teil eines stationären zweiten Vorrichtungsteils 4 eingesteckt. An seinem freien Ende 31 weist der Abtasterträger 28 eine Abtasteinrichtung 8 auf. Diese ist analog zu den beiden vorangehenden Beispielen durch eine Reihe von Spulen 19 als Einzelabtastelemente gebildet, siehe auch Fig. 4 und 5. Innerhalb des Abtasterträgers 28 ist eine Leitungsbohrung 30 angeordnet, durch die eine Reihe elektrischer Leitungen 29 zu jeder der Spulen 19 geführt ist. Mit seinem der Abtasteinrichtung 8 gegenüberliegenden Ende ist der Abtasterträger 28 an einem Gehäuse 48 befestigt. Innerhalb dieses Gehäuses ist eine druckfeste Mehrfachkabeldurchführung 40 angeordnet, durch die die entsprechenden elektrischen Leitungen 29 durchgeführt sind.

Es sei angemerkt, dass die Abtasteinrichtung 8 nach Fig. 3 aus zwölf Einzelabtastelementen 9 gebildet sein kann. Es besteht allerdings ebenso die Möglichkeit, dass die zwölf Einzelabtastelemente 9 jeweils zur Hälfte die Abtasteinrichtung 8 sowie die redundante Abtasteinrichtung 21, siehe auch Fig. 2, bilden.

In den Fig. 4 und 5 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Messwertaufnehmer 1 dargestellt. Diese unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass in Fig. 4 der Bitmusterträger 25 das bewegbare erste Vorrichtungsteil bzw. diesem zugeordnet ist, während in Fig. 5 der Abtasterträger 28 das bewegbare erste Vorrichtungsteil 3 ist oder diesem zugeordnet ist.

In beiden Ausführungsbeispielen weist die entsprechende Abtasteinrichtung 8 vier Einzelabtastelemente 9 auf, die durch Leuchtdioden 20 gebildet sind. Diese Leuchtdioden 20 emittieren Licht und empfangen vom jeweiligem Einzelbit des Bitmusters 6 reflektiertes Licht, wobei unterschiedlich viel Licht von den verschiedenen Bereichen des Bitmusters 6 bzw. der einzelnen Bitmustergruppen 7 reflektiert wird. In diesem Fall sind die unterschiedlichen Bereiche durch Vertiefungen 15 und Erhöhungen 16 gebildet. Im Zusammenhang mit den Erhöhungen 16 sei darauf hingewiesen, dass diese sich nur relativ zu den Vertiefungen 15 ergeben und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht durch über eine Innenfläche 64 vorstehende Erhöhungen 16 gebildet sind. Allerdings können bei anderen Ausführungsbeispielen die Erhöhungen 16 auf der Innenfläche 64

ausgebildet sein, so dass sich die Vertiefungen 15 nur relativ zu diesen Erhöhungen ergeben oder in der Innenfläche ausgebildet sind.

Eine Ausdehnung 11 der Einzelabtastelemente 9 in Bewegungsrichtung 5 bestimmt im Wesentlichen eine Bitlänge 5 eines Einzelbits 13. Entsprechend bestimmen die nebeneinanderangeordneten Einzelabtastelemente 9 eine Ausdehnung 10 der Abtasteinrichtung 8 insgesamt in Bewegungsrichtung 5. Die Ausdehnung 10 der Abtasteinrichtung entspricht der Länge einer Bitmustergruppe 7, so dass bei den in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen des Messwertaufnehmers 1 eine Vierbit-Kodierung des Bitmusters 6 vorliegt.

Statt der Leuchtdioden 20 könnten die Einzelabtastelemente 9 nach Fig. 4 und 5 auch durch elektrische Spulen 19 gebildet sein. Diese würden bei Versorgung mit einer entsprechenden Wechselspannung unterschiedliche Signale je nach Abtastung einer Vertiefung oder Erhöhung nach außen abgeben.

Wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen bereits erläutert, könnten statt Erhöhung und Vertiefungen ebenfalls Bereiche unterschiedlicher Leitfähigkeit, unterschiedlichen Reflexionsvermögen oder dergleichen ausgebildet sein, die in diesem Fall die Einzelbits 13 oder Gruppen von Einzelbits bilden würden.

Jede der Leuchtdioden 20 bzw. elektrischen Spulen 19 ist über entsprechende elektrische Leitungen 29 mit einer Spannungsquelle zur Versorgung bzw. zur Signalübermittlung mit der Steuer- und Auswerteeinheit 61, siehe auch Fig. 1,. verbunden.

In den Fig. 6 bis 9 sind weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers 1 dargestellt. Bei diesen Ausführungsbeispielen führt der bewegbare erste Vorrichtungsteil 3 jeweils eine Dreh- oder Schraubbewegung durch, während der stationäre zweite Vorrichtungsteil 4 sich zumindest teilweise entlang des Umfangs des ersten Vorrichtungsteils 3 erstreckt.

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Weiterhin ist bei den Fig. 6 bis 9 zu beachten, dass jeweils in einer Figurenhälfte elektrische Spulen als Beispiel für Einzelabtastelemente 9 und in der anderen Hälfte Leuchtdioden 20 als Einzelabtastelemente 9 angeordnet sind.

In Fig. 6 weist eine Scheibe 35 als bewegbares erstes Vorrichtungsteil 3 oder als mit diesem Vorrichtungsteil bewegungsverbundene Scheibe entlang ihres Umfangs Vertiefungen 15 und/oder Erhöhungen 16 auf, die ein entsprechendes Bitmuster 6 bilden. Die Länge von das Bitmuster 6 bildenden Bitmustergruppen 7 ergibt sich entsprechend aus der Ausdehnung der Abtasteinrichtung 8 in Umfangsrichtung bzw. entlang der Kreisbahn

33 der Scheibe 35. In diesem Fall wird jedes Bitmuster 6 aus vier Einzelbits 13 gebildet, wobei jedem Einzelbit jeweils ein Einzelabtastelement 9 zuordbar ist.

Während die Bewegungsrichtung 5 in Fig. 1 bis 5 gradlinig verliefen, verlaufen sie in den Fig. 6 bis 9 kreis- oder schraubenförmig.

Auch bei diesen Ausführungsbeispielen ändert sich das Bitmuster entlang des Umfangs

34 der Scheibe 35 und umfasst entsprechende positionsspezifische Bitmustergruppen. Ebenfalls gilt für diese Ausführungsbeispiele, dass benachbarte Bitmustergruppen sich um jeweils ein Einzelbit 13 unterscheiden.

Während in Fig. 6 die Abtastung mittels der Tasteinrichtungen 8 radial von außen erfolgt, wobei die Vertiefungen und Erhöhungen 15,16 im Umfang 34 der Scheibe 35 angeordnet sind, erfolgt in Fig. 7 die Abtastung senkrecht zur Scheibenebene. In diesem Fall sind die Einzelbits 13 bzw. Bitmustergruppen 7 durch Schlitze in der Scheibenfläche gebildet. Es sei allerdings darauf hingewiesen, dass ebenfalls die zwischen den Schlitzen liegenden Bereiche Einzelbits bzw. Bitmustergruppen bilden, siehe beispielsweise die den Leuchtdioden 20 zugeordnete Bitmustergruppe 7.

Die in der Scheibe gebildeten Schlitze erweitern sich radial nach außen. Um ein Einzelbit genau abtasten zu können, sind die Einzelabtastelemente 9 in radialer Richtung verstellbar angeordnet. Werden beispielsweise kleinere Abtastelemente 9 verwendet, so können diese radial mehr nach innen verschoben werden, um genau einem Einzelbit 13 zugeordnet werden zu können.

In Fig. 8 sind im Umfang 34 der Scheibe 35 Öffnungen ausgebildet, so dass die entsprechenden Bitmuster 6 durch Bereich 17 mit Öffnungen und/oder Bereiche 18 ohne Öffnungen gebildet sind. Entlang des Umfangs 34 sind die Abtasteinrichtungen 8 bewegbar, die wiederum durch Leuchtdioden 20 oder elektrische Spulen 19 gebildet sind. Die Einzelabtastelemente 9 tasten die unterschiedlichen Bereiche 17, 18 und damit die Einzelbits 13 ab. Entsprechend zur Anzahl der Einzelabtastelemente 9 liegt auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 und 9 eine Vierbit-Kodierung vor, wobei in diesem Fall jede Bitmustergruppe 7 vier Einzelbits 13 aufweist.

Fig. 9 entspricht einer Seitenansicht des Ausführungsbeispiels nach Fig. 8. In dieser Seitenansicht sind insbesondere die durch Öffnungen gebildeten Bereiche 17 des Umfangs 34 der Scheibe 35 erkennbar.

Es sei noch angemerkt, dass die Scheibe 35 nach Fig. 8 und 9 eine Scheibengrundfläche aufweist, die mit einer Drehachse 50 verbunden ist. Von dieser Scheibengrundfläche steht ein Ringflansch ab, der mit seiner Außenseite den Umfang 34 nach Fig. 8 und 9 bildet. Entlang des Ringflansches sind die entsprechenden Bereiche 17, 18 gebildet.

Im Zusammenhang mit den Fig. 6 bis 9 sei außerdem noch darauf verwiesen, dass es ebenfalls möglich ist, dass die entsprechenden Scheiben stationär sind und sich die Abtasteinrichtungen kreis- oder schraubenförmig um die Scheiben 35 bewegen.

In Fig. 10 ist in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel eines Messwertaufnehmers 1 eine Vierbit-Kodierung eines entsprechenden Bitmusters 6 beschrieben.

Der Messwertaufnehmer 1 umfasst das bewegbare erste Vorrichtungsteil 3, von dem im Wesentlichen nur die Abtasteinrichtung 8 dargestellt ist. Diese ist in einer Innenbohrung 23 des stationären zweiten Vorrichtungsteils 4 eingesteckt, welches beispielsweise ein Kolben nach den Fig. 1 und 2 sein kann. Es besteht allerdings wiederum die Möglichkeit, dass die Abtasteinrichtung 8 bewegbar und das Bitmuster 6 stationär ist.

Auf der Innenwand 22 der Innenbohrung 23 ist das Bitmuster 6 durch Bereiche 17, von unterschiedlicher Leitfähigkeit gebildet. Beispielsweise sind die Bereiche 17 leitend und die Bereiche 18 nichtleitend. Das Bitmuster 6 umfasst eine Reihe von Bitmustergruppen 7, die nacheinander durch die Relativbewegung der Abtasteinrichtung 8 und des Bitmusters 6 abtastbar sind. In der in Fig. 10 dargestellten Ausgangsposition der Abtasteinrichtung 8 relativ zum Bitmuster 6 wird eine Bitmustergruppe 17 abgetastet, die aus einem leitenden Bereich 17 gebildet ist. Die Bitmustergruppe 7 umfasst entsprechend zur Anzahl der Einzelabtastelemente 9 der Abtasteinrichtung 8 vier Einzelbits Diese weisen eine Bitlänge 12 auf, die durch eine entsprechende Ausdehnung 11 der Einzelabtastelemente 9 bestimmt ist. Das heißt, der Bereich 17, der in Fig. 10 als erste Bitmustergruppe 7 abgetastet wird, umfasst vier Einzelbits 13, die insgesamt den leitenden Bereich 17 bilden. Dabei entspricht eine Ausdehnung 10 der Abtasteinrichtung 8 gerade einer entsprechenden Ausdehnung der Bitmustergruppe 7 bzw. des leitenden Bereichs 17.

Die nächsten Bitmustergruppen 7, siehe die verschiedenen Zahlkombination im unteren Teil der Fig. 10, ergeben sich durch Verschiebung der Abtasteinrichtung 8 um jeweils ein Einzelbit 13 nach rechts in Fig. 10. Fällt dabei ein Einzelbit 13 in einen nichtleitenden Bereich 18 ist dies durch eine "1" dargestellt, während Einzelbits 13 im leitenden Bereich 17 durch eine "0" dargestellt sind. Durch diese Folge von "0" und "1" ergibt sich die Kodierung 51 des Bitmusters 6, die die positionsspezifische Bitmustergruppen 7 bestimmt.

Wird die Vierbit-Kodierung 51 der verschiedenen Bitmustergruppen 7 jeweils in einen dezimalen Zahlenwert 52 umgesetzt, so ergeben sich die in der entsprechenden Spalte dargestellten Zahlenwerte von 0 bis 15. Das heißt, jeder der Bitmustergruppen 7 ist ein unterschiedlicher dezimaler Zahlenwert von 0 bis 15 zuordbar. Unabhängig von der Reihenfolge der dezimalen Zahlenwerte 52 wird jeder der nacheinander durchfahren Bitmustergruppen 7 ein bestimmter Positionswert 53 zugeordnet. Dabei sind die Positionswerte 53 geordnet und es werden ihnen Zahlenwerte von 1 bis 16 zugeordnet.

Um mehr Positionswerte 53 zu erhalten, kann beispielsweise eine Fünfbit-Kodierung, eine Sechsbit-Kodierung, eine Siebenbit-Kodierung usw. verwendet werden. Es ist be-

kannt, dass sich aufgrund der entsprechenden Anzahl der Bits für eine Codierung und der beiden für eine Codierung bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Zustände bzw. Merkmale für jedes Einzelbit die entsprechenden Positionswerte als 2 DWBergeben, wobei DWB der Datenwortbreite entspricht, die beispielsweise 4 Bit, 5 Bit, 6 Bit usw. umfasst. Die Datenwortbreite entspricht dabei einer Bitmustergruppe.

Es ist allerdings ebenfalls möglich, dass jedes Einzelbit 3 unterschiedliche Zustände oder Eigenschaften aufweisen kann, so dass die Codierung entsprechend anders erfolgen kann.

Es sei hier noch angemerkt, dass beispielsweise bei leitend/nichtleitend als Zustand bzw. Merkmal der Einzelbits jedes dieser Einzelbits durch einen Metallring (leitend) oder Kunststoffring (nichtleitend) gebildet sein kann. Sind in diesem Zusammenhang mehrere Einzelbits im gleichen Zustand, so kann der entsprechende Ring aus Metall oder Kunststoff breiter ausgebildet sein.

In Fig. 11 ist im Zusammenhang mit einer elektrischen Spule 9 als Einzelabtastelement 9 und leitenden/nichtleitenden Bereichen 17, 18 als Bitmuster 6 eine Messsignalinformation 37 dargestellt. Diese ergibt sich bei Abfahren des Bitmusters 6 durch die entsprechende Abtasteinrichtung 8, bzw. durch Abfahren eines Einzelabtastelements 9. Auf der Abszisse ist der Weg 9 und auf der Ordinate eine analoge Auflösung 54 einer Signalspannung 58 für eine elektrische Spule 19 dargestellt. Das heißt, der Verlauf der Messsignalinformation 37 wird im Bereich der Signalspannung 58 analog oder quasi analog ausgewertet. Dadurch ergibt sich ein sehr exakter Verlauf der Messsignalinformation 37 in Abhängigkeit vom Weg 59.

Eine Messsignalinformation 37 ist bei einer ersten Abtastung des Bitmusters 6 beispielsweise in der Speichereinrichtung 36 der Steuer- und Auswertereinrichtung 61 des Messwertaufnehmers 1 ablegbar. Wird anschließend ein Messsignalinformation bei einer aktuellen Abtastung erhalten, kann diese mit der abgespeicherten Messsignalinformation verglichen werden. Durch Vergleich der beiden Messsignalinformationen lässt sich die Relativposition von bewegbarem ersten Vorrichtungsteil und stationärem zweiten Vorrichtungsteil über die Bitlänge 12 eines Einzelbits 13 mit höherer Auflösung fest-

stellen. Beispielsweise werden die Messsignalinformation von einem, zwei, drei, vier oder mehr Einzelabtastelementen 9 miteinander verglichen und miteinander zur Deckung gebracht, so dass nicht nur bitgenau die Position bestimmbar ist, sondern auch Übergänge zwischen Bits, Teilabschnitten zwischen den Bits usw. erfassbar sind. Die entsprechende Auflösung der Position ergibt sich im Wesentlichen aus der analogen Bitauflösung 54 nach Fig. 11 und einer entsprechenden Bitbreite 12, siehe beispielsweise Fig. 10.

Durch die Aufzeichnung der Messwertsignalinformation 37 bei einer ersten Abtastung und durch die Aufzeichnung einer entsprechenden aktuellen Messwertinformation ergibt sich außerdem die Möglichkeit, falls diese in einer nichtflüchtigen Speichereinrichtung abgelegt sind, diese bei Ausfall der elektrischen Einrichtung später bei erneuter Inbetriebnahme abzurufen und miteinander zu vergleichen und genau und direkt die Relativposition zwischen erstem und zweitem Vorrichtungsteil festzustellen. Dies ist auch bei den Bitmustern an sich möglich, wobei gegebenenfalls nur bei erneuter Inbetriebnahme die der Position nächste spezifische Bitmustergruppe angefahren werden muss, falls keine genaue Zuordnung von Abtasteinrichtung und Bitmustergruppe vorliegt.

In der Fig. 12 ein einfaches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messwertaufnehmers 1 zur Erläuterung einiger Messparameter dargestellt. Der Messwertaufnehmer 1 umfasst ein bewegbares Vorrichtungsteil und ein stationäres Vorrichtungsteil, wobei eins dieser Vorrichtungsteile beispielsweise der Abtasterträger 28 und das andere Vorrichtungsteil der Bitmusterträger 25 ist. Auf dem Abtasterträger 28 sind elektrische Spulen 19 (nicht dargestellt) als Einzelabtastelemente 9 nebeneinander angeordnet, wobei die Anzahl der Einzelabtastelemente 9 die Gesamtlänge der Abtasteinrichtung 8 und ebenfalls die Länge der Bitmustergruppe bestimmt.

Jedem Einzelabtastelement 9 ist eine sogenannte mechanische Bitbreite 56 zuordbar. Die gesamte Datenwortbreite 55 bzw. Ausdehnung 10 der Abtasteinrichtung 8 ergibt sich durch die Anzahl der Einzelabtastelemente.

Die Auflösung ergibt sich in diesem Zusammenhang als der Quotient aus einer analogen Bitauflösung, siehe in Fig. 11 Bezugszeichen 54, und der mechanischen Bitbreite

56. Die analoge Bitauflösung ist beispielsweise in Schritt pro Bit und die mechanische Bitbreite in mm pro Bit angegeben.

Die durch den Messwertaufnehmer 1 zu messende Länge ergibt sich durch das Produkt aus mechanischer Bitbreite 56 und der um eins verminderten Maximalanzahl der möglichen Positionen 53, siehe Fig. 10.

Die gesamte Länge eines von der Abtasteinrichtung abzufahrenden Weges ergibt sich im Wesentlichen durch Addition der Länge des Messweges und der Ausdehnung 10 der Abtasteinrichtung 8.

Die maximale Länge eines Bereichs 17, siehe in der rechten Hälfte der Fig. 12, ergibt sich ebenfalls durch diese Ausdehnung 10 bzw. Sensorlänge 57 der Abtasteinrichtung 8.

Claims

1. Messwertaufnehmer (1) für wenigstens eine kinematische Messgröße insbesondere bei Vorrichtungen (2) zur Erdöl- und Erdgasgewinnung, mit einem in der oder durch die Vorrichtung (2) bewegbaren erstem Vorrichtungsteil, dessen kinematische Messgröße zu bestimmen ist, und einem relativ zum ersten Vorrichtungsteil (3) stationären zweiten Vorrichtungsteil (4), dadurch gekennzeichnet, dass erstes und/oder zweites Vorrichtungsteil (3, 4) ein entlang einer Bewegungsrichtung (5) sich änderndes Bitmuster (6) aufweisen, von welchem positionsspezifische Bitmustergruppen (7) durch eine am jeweils anderen Vorrichtungsteil (3, 4) angeordnete Abtasteinrichtung (8) abtastbar sind.

2. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung (8) eine Anzahl von Einzelabtastelementen (9) aufweist.

3. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausdehnung (10, 11) der Abtasteinrichtung (8) bzw. der Einzelabtastelemente (9) in Bewegungsrichtung (5) im Wesentlichen einer Bitlänge (12) eines jedes Einzelbits (13) des Bitmusters (6) entspricht.

4. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Einzelbit (13) einer Bitmustergruppe (7) (Datenwortbreite) ein Einzelabtastelement (9) zuordbar ist.

5. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass n Einzelbits (13) einer Bitmustergruppe (7) n + 1 oder n - 1 Einzelabtastelemente (9) zuordbar sind.

6. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitmustergruppen (7) in Bewegungsrichtung (5) um jeweils ein Einzelbit (13) relativ zueinander verschoben sind.

7. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitmuster (6)sich in Längsrichtung (14) der Vorrichtung (2) erstreckt.

8. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitmuster (6) durch Vertiefungen (15) und/oder Erhöhungen (16) gebildet ist.

9. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitmuster (6) durch Bereiche (17, 18) unterschiedlicher Leitfähigkeit gebildet ist.

10. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitmuster (6) durch Bereiche (17, 18) unterschiedlichen Reflexionsvermögens gebildet ist.

11. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einzelabtastelement (9) wenigstens eine Spule (19) aufweist.

12. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einzelabtastelement (9) wenigstens eine Leuchtdiode (20) aufweist.

13. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Abtasteinrichtungen (8, 21) insbesondere direkt benachbart in Bewegungsrichtung (5) angeordnet sind.

14. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (5) geradlinig verläuft.

15. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (5) schraubenförmig verläuft.

16. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (5) im Wesentlichen kreisförmig verläuft.

17. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitmuster (6) entlang insbesondere einer Innenwand (22) einer Innenbohrung (23) eines Kolbens (24) der Vorrichtung (2) ausgebildet ist.

18. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitmuster (6) entlang eines mit einem Kolben (24) der Vorrichtung (2) insbesondere lösbar befestigten Bitmusterträger (25) ausgebildet ist.

19. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bitmusterträger (25) sich koaxial zu einer Innenbohrung (23) des Kolbens (24) erstreckt.

20. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Bitmusterträger (25) und einer Innenwand (22) der Innenbohrung (23) eine Abtasterhülse (26) eingesteckt ist.

21. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung (8) im Wesentlichen am freien Ende (27) eines relativ zur Innenbohrung (23) verschiebbaren Abtasterträgers (28) angeordnet ist.

22. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Leitungen (29) zur Versorgung der und/oder zur Signalübermittlung von der Abtasteinrichtung (8, 21) entlang einer Leitungsbohrung (30) von Abtasterhülse (26) oder Abtasterträger (28) geführt sind.

23. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsbohrung (30) am freien Vorderende (31) durch einen Endstopfen (32) insbesondere lösbar verschlossen ist.

24. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitmuster (6) entlang einer Kreisbahn angeordnete Einzelbits (13) aufweist.

25. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitmuster (6) entlang eines Umfangs (34) einer Scheibe (35) angeordnete Einzelbits (13) aufweist.

26. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bitmuster (6) in einer Scheibe (35) schlitzförmig ausgebildete Einzelbits (13) aufweist.

27. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelabtastelemente (9) radial verstellbar gelagert sind.

28. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anzahl der Einzelabtastelemente (9) der Abtasteinrichtung (8, 21) die Anzahl der Einzelbits (13) eines Bitmusters (6) bestimmt ist.

29. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (1) zumindest eine Speichereinrichtung (36) zur Abspeicherung von Messsignalen der Abtasteinrichtung (8, 21) in Abhängigkeit von der Position aufweist.

30. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Messsignale zumindest einer Anzahl von Einzelabtastelementen (9) in Abhängigkeit von der Position abspeicherbar sind.

31. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einmal eine Messsignalinformation (37) für einen Gesamtbewegungsbereich der Abtasteinrichtung (8) und/oder zumindest einer Anzahl von Einzelabtastelementen (9) in der Speichereinrichtung (36) abspeicherbar ist.

32. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertaufnehmer (1) eine Vergleichseinrichtung (38) zum Vergleich der Messsignalinformation (37) mit einer aktuellen Messsignalinformation (39) aufweist.

33. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die letzte aktuelle Messsignalinformation (39) nach ihrer Erfassung bis zur Ersetzung durch eine nachfolgende aktuelle Messsignalinformation abgespeichert ist.

34. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Messung und Auswertung der Messsignalinformationen (7, 39) im Wesentlichen analog durchführbar sind.

35. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abtasteinrichtung (8) und/oder Bitmuster (6) austauschbar ausgebildet sind.

36. Messwertaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Verbindung der Abtasteinrichtung (8) eine insbesondere druckfeste Mehrfachkabeldurchführung (45) vorgesehen ist.