DE2954266C2

DE2954266C2 -

Info

Publication number: DE2954266C2
Application number: DE19792954266
Authority: DE
Inventors: Hiroomi Yamakitamachi Kanagawa Jp Ogasawara
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-04-26
Filing date: 1979-04-25
Publication date: 1988-09-08
Also published as: DE2916760C2; GB2020815A; GB2020815B; CH630461A5; DE2916760A1; FR2424513B1; FR2424513A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer Be wegungsgröße eines sich geradlinig bewegenden Gegenstandes mit einer Fühlervorrichtung mit einem sich geradlinig bewegen den Gegenstand mit zahnartigen Abstufungen an seinen beiden Enden und mit wenigstens zwei ersten feststehenden Elementen mit zahnartigen Abstufungen, die den Seiten des sich geradlinig bewegenden Gegenstandes gegenüberstehen, wodurch ein Paarr Kondensatoren gebildet werden, wobei der sich bewegende Gegen stand als gemeinsame Elektrode dient, und wobei die Abstufungen der ersten feststehenden Elemente in bezug auf die Abstufungen des sich bewegenden Gegenstandes um 180° in der Phase verschoben sind.The invention relates to a device for measuring a loading motion size of a linearly moving object with a sensor device with a straight line the object with tooth-like gradations on its two Ends and with at least two first fixed elements with tooth-like gradations that line the sides of the straight face moving object, creating a pair Capacitors are formed, with the moving counter stood as a common electrode, and taking the gradations the first fixed elements in terms of gradations of the moving object shifted in phase by 180 ° are.

Es ist eine Vorrichtung der genannten Art bekannt (US-PS 32 21 256), bei welcher nur zwei feststehende Elemente vorge sehen sind, die dem sich geradlinig bewegenden Gegenstand ge genüberstehen. Mit einer solchen Vorrichtung sind der Genauig keit der Messung einer Bewegungsgröße eines sich geradlinig bewegenden Gegenstandes Grenzen gesetzt. A device of the type mentioned is known (US-PS 32 21 256), in which only two fixed elements are featured are seen, the ge moving in a straight line confront. With such a device they are accurate ability to measure a movement size of a straight line moving object set limits.

Es ist auch eine Vorrichtung zum Messen einer Bewegungsgröße eines sich geradlinig bewegenden Gegenstandes bekannt (US-Z: Tibor L. Foldvari, Kurt S. Lion: "Capacitive Transducers Instruments and Control System", Nov. 1964), bei welcher zu sätzlich zweite feststehenden Elemente mit zahnartigen Abstufungen so angeordnet sind, daß sie dem sich geradlinig bewegenden Ge genstand parallel zu den ersten feststehenden Elementen gegen überstehen. Dabei sind die Abstufungen der Elemente in bezug auf die Abstufungen des sich bewegenden Gegenstandes in der Phase nicht verschoben. Auch mit dieser Vorrichtung sind der Meßgenau igkeit Grenzen gesetzt.It is also a device for measuring a quantity of movement of a linearly moving object known (US-Z: Tibor L. Foldvari, Kurt S. Lion: "Capacitive Transducers Instruments and Control System ", Nov. 1964), in which to additional second fixed elements with tooth-like gradations are arranged so that the rectilinearly moving Ge subject parallel to the first fixed elements survive. The gradations of the elements are related on the gradations of the moving object in the phase not postponed. With this device, the measurement is accurate boundaries.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, mit welche die Bewegungsgröße eines sich geradlinig bewegenden Gegenstandes mit hoher Genauigkeit in der Größenordnung von 1 Mikron oder weniger gemessen werden kann.The invention has for its object a device to create the type with which the movement size of a straight moving object with high accuracy on the order of 1 micron or less can.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch die Kombination fol gender Merkmale:This is achieved according to the invention by the combination fol gender characteristics:

a) Es sind zusätzliche zweite feststehende Elemente mit zahnartigen Abstufungen so angeordnet, daß sie den beiden Seiten des sich geradlinig bewegenden Gegenstandes, und zwar parallel zu den ersten feststehenden Elementen, gegenüberstehen;a) There are additional second fixed elements with tooth-like gradations arranged so that they the both sides of the object moving in a straight line, and that parallel to the first fixed elements, face each other;
b) die zweiten feststehenden Elemente sind in bezug auf die ersten feststehenden Elemente um 180° in der Phase verschoben;b) the second fixed elements are related to the first fixed elements in phase by 180 ° postponed;
c) die ersten feststehenden Elemente sind elektrisch kom plementär mit den zweiten feststehenden Elementen ver bunden, um jeweils mit der gemeinsamen Elektrode zwei Elektrodenpaare zu bilden.c) the first fixed elements are electrically com complementary to the second fixed elements tied to two each with the common electrode To form electrode pairs.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch. Another embodiment of the invention results from the Subclaim.

Aufgrund dieser Anordnung kann ein Signal erhalten werden, des sen Frequenz linear erhöht und verringert wird, und zwar in Ab hängigkeit von der Bewegung des sich geradlinig bewegenden Gegenstandes. Die Bewegungsgröße des sich bewegenden Gegen standes kann mit hoher Genauigkeit erhalten werden, wenn das Signal gezählt wird, und zwar so wie es ist oder nach seiner Teilung in Teile oder nach seiner Behandlung nach anderen Verfahren. Due to this arrangement, a signal can be obtained sen frequency is increased and decreased linearly, in Ab dependence on the movement of the straight moving Subject. The amount of movement of the moving counter can be obtained with high accuracy if that Signal is counted, as it is or after it Division into parts or after its treatment after others Method.

Die Differential-Abstufungen werden gemäß der Erfindung an gewendet. Wenn also die relativen Positionsverhältnisse zwi schen dem sich bewegenden Gegenstand und den beiden fest stehenden Elementen, die dem sich bewegenden Gegenstand zuge kehrt sind, individuell gemessen und dann kombiniert werden, kann ein Signal erhalten werden, welches der Mittelwert der beiden relativen Positionsausgänge ist. Infolgedessen wird, selbst wenn die Abstufungen etwas fehlerhaft sind, der Fehler äußerst klein.The differential gradations are according to the invention turned. So if the relative positional relationships between the moving object and the two firmly standing elements that are attached to the moving object returns, individually measured and then combined, a signal can be obtained which is the mean of the is two relative position outputs. As a result, even if the gradations are somewhat flawed, the mistake extremely small.

Das Prinzip, die Art und die Anwendung der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigtThe principle, the nature and the application of the invention result from the following description in conjunction with the Drawing. In the drawing shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei spiels einer Fühlereinheit in einer Vorrichtung zur Messung der Bewegungsgröße eines sich geradlinig be wegenden Gegenstandes gemäß der Erfindung, Fig. 1 is a schematic illustration of an exemplary embodiment of a sensing unit game in a device for measuring the amount of movement of a linearly be path ends article according to the invention,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines anderen Ausfüh rungsbeispiels einer Fühlereinheit für einen sich geradlinig bewegenden Gegenstand, Fig. 2 is a schematic illustration of another exporting approximately example of a sensing unit for a linearly moving object,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer in Verbindung mit der Füh lereinheit nach Fig. 1 verwendeten Schaltung, Fig. 3 is a block diagram of an in conjunction with the Füh lereinheit of FIG. 1 circuit used,

Fig. 4a, 4b + 5a, 5b + 5c graphische Darstellungen der Arbeitsprinzipien der er findungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 4a, 4b + 5a, 5b + 5c graphs illustrating the operation principles of he inventive device,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Ausgangscharakteristik der Schaltung nach Fig. 3, Fig. 6 is a graph showing the output characteristic of the circuit of Fig. 3,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer in Kombination der Fühler einheit nach den Fig. 1 und 2 verwendeten Schaltung, und Fig. 7 is a block diagram of a circuit used in combination of the sensor unit according to FIGS. 1 and 2, and

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbei spiels der erfindungsgemäß verwendeten Schaltung. Fig. 8 is a block diagram of a further game Ausführungsbei the circuit used in the invention.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel der Fühlereinheit gemäß der Erfin dung, die für einen sich geradlinig bewegenden Gegenstand be stimmt ist. Fig. 1 shows an example of the sensor unit according to the inven tion, which is true for a linearly moving object be.

Das Bezugszeichnen M bezeichnet einen zu messenden Gegen stand oder einen sich geradlinig bewegenden Gegenstand, der sich synchron mit dem vorgenannten zu messenden Gegen stand bewegt. Die Seitenteile des geradlinig bewegten Gegen standes sind mit zahnartigen Einschnitten in gleichen Ab ständen abgestuft. Die feststehenden Elemente S ₁₀ und S ₂₀ umgeben den sich bewegenden Gegenstand. Die Kanten dieser feststehenden Elemente S ₁₀ und S ₂₀ die den Seiten des gerad linig bewegten Gegenstands zugekehrt sind, sind mit zahnarti gen Ausschnitten versehen, die in gleichen Abständen wie diejenigen des geradlinig bewegten Gegenstandes M angeordnet sind. Es wird aber bemerkt, daß die Beziehung in den Abstu fungen bzw. Ausschnitten zwischen dem geradlinig bewegten Ge genstand M und dem feststehenden Element S ₁₀ um 180° in der Phase verschoben sind, und zwar von der Beziehung der Abstufungen zwischen dem bewegten Gegenstand M und dem feststehenden Element S ₂₀. Mit anderen Worten, wenn angenom men ist, daß die Kantenteile des feststehenden Elements S ₁₀, die nicht ausgeschnitten oder ausgenommen sind (im folgenden als "Vorsprünge der Kante") bezeichnet, mit den Vorsprüngen der Seite des bewegten Gegenstandes M zusammenfallen, dann fallen die Vorsprünge der Kante des feststehenden Elementes S ₂₀ mit den Ausnehmungen der Seite des bewegten Gegenstandes M zusammen. Wenn also angenommen wird, daß der bewegte Gegen stand M und das feststehende Element S ₁₀ einen Kondensator bilden und daß der bewegte Gegenstand M und das feststehende Element S ₂₀ einen anderen Kondensator bilden, dann weist die Kapazität des durch den bewegten Gegenstand M und das feststehende Element S ₁₀ gebildeten Kondensators ein Maximum auf, während die Kapazität des durch den bewegten Gegenstand und das feststehende Elements S ₂₀ gebildeten Kondensators ein Minimum ist. The reference character M denotes an object to be measured or a linearly moving object which moves synchronously with the aforementioned object to be measured. The side parts of the rectilinearly moving object are graduated with tooth-like incisions at the same level. The fixed elements S ₁₀ and S ₂₀ surround the moving object. The edges of these fixed elements S ₁₀ and S ₂₀ which face the sides of the object moved in a straight line are provided with tooth-like cutouts which are arranged at the same intervals as those of the object M moved in a straight line. It is noted, however, that the relationship in the gradations between the rectilinearly moving object M and the fixed element S ₁₀ are shifted by 180 ° in phase, namely from the relationship of the gradations between the moving object M and the fixed element S ₂₀ . In other words, if it is assumed that the edge parts of the fixed member S ₁₀ which are not cut out or cut out (hereinafter referred to as "protrusions of the edge") coincide with the protrusions on the side of the moving object M , then they fall Projections of the edge of the fixed element S _{20 together} with the recesses on the side of the moving object M. So if it is assumed that the moving object M and the fixed element S _{10 form} a capacitor and that the moving object M and the fixed element S ₂₀ form another capacitor, then the capacitance of the moving object M and the fixed Element S ₁₀ formed capacitor to a maximum, while the capacitance of the capacitor formed by the moving object and the fixed element S ₂₀ is a minimum.

Fig. 2 zeigt ein anderes Beispiel der Fühlereinheit, die einen sich bewegenden Gegenstand M und feststehende Elemente S 10, S 10′, S 20 und S 20′ enthält. In diesem Falle wird der sich bewegende Gegenstand M geradlinig in Richtung des Pfeiles A bewegt. Der sich bewegende Gegenstand M hat zahnartige Abstu fungen Ma und Mb, die in beide Seiten eingeschnitten sind. Die zahnartige Abstufung Ma ist um 180° in der Phase verscho ben in bezug auf die zahnartige Abstufung Mb. Die in Fig. 7 gezeigte Schaltung wird für diese Fühlereinheit verwendet. Fig. 2 shows another example of the sensor unit, which contains a moving object M and fixed elements S 10 , S 10 ' , S 20 and S 20' . In this case, the moving object M is moved in a straight line in the direction of arrow A. The moving object M has tooth-like gradations Ma and Mb which are cut in both sides. The tooth-like gradation Ma is shifted by 180 ° in phase with respect to the tooth-like gradation Mb . The circuit shown in Fig. 7 is used for this sensor unit.

Die feststehenden Elemente S 10 und S 10′ haben zahnartige Abstu fungen S 10 a und S 10′a, die miteinander in Phase sind in bezug auf die Abstufungen Ma und Mb. In gleicher Weise haben die feststehenden Elemente S 20 und S 20′ zahnartige Abstufungen S 20 a und S 20′ a, die miteinander in Phase sind in bezug auf die Abstufungen Ma und Mb. Es wird aber bemerkt, daß die Abstufun gen S 10 a und S 20 a der feststehenden Elemente S 10 und S 20 gegen einander um 180° in der Phase verschoben sind in bezug auf die Abstufung Ma. In gleicher Weise sind die Abstufungen S 10′ a und S 20′ a der feststehenden Elemente S 10′ und S 20′ um 180° in der Phase gegeneinander verschoben in bezug auf die Abstufung Mb.The fixed elements S 10 and S 10 ' have tooth-like gradations S 10 a and S 10 ' a , which are in phase with each other with respect to the gradations Ma and Mb . In the same way, the fixed elements S 20 and S 20 ' tooth-like gradations S 20 a and S 20' a , which are in phase with each other with respect to the gradations Ma and Mb . It is noted, however, that the gradations S 10 a and S 20 a of the fixed elements S 10 and S 20 are shifted from each other by 180 ° in phase with respect to the gradation Ma . In the same way, the gradations S 10 ' a and S 20' a of the fixed elements S 10 ' and S 20' are shifted from each other by 180 ° in phase with respect to the gradation Mb .

Wenn infolgedessen der sich bewegende Gegenstand M und die feststehenden Elemente S 10, S 10′, S 20 und S 20′ Kondensatoren bilden, dann ist wenn die Kapazität zwischen dem sich bewegen den Gegenstand M und den feststehenden Elementen S 10 und S 10′ ein Maximum ist, die Kapazität zwischen dem sich bewegenden Gegenstand M und den feststehenden Elementen S 20 und S 20′ ein Minimum. Die feststehenden Elemente S 10 und S 10′ sind miteinander verbunden, und es sind die feststehenden Elemente S 20 und S 20′ miteinander verbunden. Infolgedessen kann, selbst dann, wenn die Abstände zwischen dem sich bewegenden Gegenstand M und den feststehenden Elementen S 10 und S 20 unterschiedlich gegenüber den Abständen zwischen dem sich bewegenden Gegenstand M und den feststehenden Elementen S 10′ und S 20′ sind, die Differenz in der Kapazität ausgeschaltet werden. Es kann auf den Fall angewendet werden, in welchem sich der bewegende Gegenstand M in geneigtem Zustand bewegt. As a result, if the moving object M and the fixed elements S 10 , S 10 ' , S 20 and S 20' form capacitors, then if the capacitance between the moving object M and the fixed elements S 10 and S 10 'is a Is maximum, the capacity between the moving object M and the fixed elements S 20 and S 20 'is a minimum. The fixed elements S 10 and S 10 ' are connected to each other, and the fixed elements S 20 and S 20' are connected to each other. As a result, even if the distances between the moving object M and the fixed elements S 10 and S 20 are different from the distances between the moving object M and the fixed elements S 10 ' and S 20' , the difference in the capacity can be switched off. It can be applied to the case where the moving object M moves in an inclined state.

In dem gezeigten Beispiel werrden Meßfehler, die auf die Exzentrizität und die Neigung des sich bewegenden Gegenstan des zurückzuführen sind, kaum erzeugt. Somit kann die Bewe gungsgröße mit hoher Präzision gemessen werden.In the example shown, measurement errors that are due to the Eccentricity and the inclination of the moving object of which can be attributed, hardly produced. Thus the movement size can be measured with high precision.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung, die in Verbindung mit der Fühlereinheit nach Fig. 1 verwendet wird. In der Schaltung werden Kristallresonatoren X ₁ und X ₂ in Ver bindung mit Oszillatoren OSC ₁ bzw. OSC ₂ verwendet. Ursprünglich ist die Schwingungsfrequenz eines Kristallresonators festge legt. In diesem Falle sind aber die Kristallresonatoren pa rallel zu den Kondensatoren geschaltet, die durch den gerad linig bewegten Gegenstand M und die feststehenden Elemente S ₁₀ und S ₂₀ gebildet sind. Infolgedessen wird die Schwingungs frequenz jedes Kristallresonators entsprechend der Änderung der Kapazität des jeweiligen Kondensators verändert. Die Kapa zitätsänderung der Kondensatoren sind eine sogenannte "Differen tialänderung", bei welcher die Kapazität eines Kondensators erhöht wird, während die Kapazität des anderen Kondensators ver ringert wird. Infolgedessen wird, da die Schwingungsfrequenz eines der Oszillatoren OSC ₁ und OSC ₂ erhöht wird, diejenige des anderen Oszillators verringert. Wenn diese beiden Fre quenzsignale miteinander in einer Mischstufe MIX gemischt wer den, dann kann die Differenzfrequenz f zwischen ihnen erhalten werden. Das Differenzsignal wird zu einer Signal verarbeitenden Schaltung über Draht oder auf drahtlosem Wege übertragen. Fig. 3 shows an embodiment of a circuit that is used in connection with the sensor unit of FIG. 1. In the circuit, crystal resonators X ₁ and X _{2 are used} in conjunction with oscillators OSC ₁ and OSC ₂ , respectively. Originally, the oscillation frequency of a crystal resonator is fixed. In this case, however, the crystal resonators are connected in parallel to the capacitors which are formed by the object M moved in a straight line and the fixed elements S ₁₀ and S ₂₀ . As a result, the oscillation frequency of each crystal resonator is changed in accordance with the change in the capacitance of the respective capacitor. The capacitance change of the capacitors is a so-called "differential change" in which the capacitance of one capacitor is increased while the capacitance of the other capacitor is reduced. As a result, since the oscillation frequency of one of the oscillators OSC ₁ and OSC _{2 is} increased, that of the other oscillator is decreased. If these two frequency signals are mixed together in a mixer MIX , the difference frequency f between them can be obtained. The difference signal is transmitted to a signal processing circuit via wire or wirelessly.

Die Teile (a) und (b) der Fig. 4 sind graphische Darstellungen, welche die Ausgangssignale der Oszillatoren OSC ₁ und OSC ₂ und das Ausgangssignal der Mischstufe MIX darstellen, die erzeugt werden, wenn sich der geradling bewegte Gegenstand R in bezug auf die feststehenden Elemente S ₁ und S ₂ bewegt. Zur Verein fachung wird in der Beschreibung ein relativer mittlerer Ab stand d zwischen dem bewegten Gegenstand M und den feststehen den Elementen S ₁₀ und S ₂₀ verwendet. Wenn der bewegte Gegen stand M ungefähr um eine Abstufung in bezug auf die feststehen den Elemente S ₁₀ und S ₂₀ bewegt worden ist, ändern sich die Ausgangsfrequenzen f ₁ und f ₂ der Oszillatoren OSC ₁ undOSC ₂ in nicht linearer Weise, wie es in Teil (a) der Fig. 4 ge zeigt ist.Parts (a) and (b) of Fig. 4 are graphs showing the outputs of the oscillators OSC ₁ and OSC ₂ and the output of the mixer MIX which are generated when the object R is moving with respect to the fixed elements S ₁ and S ₂ moves. To simplify the description, a relative average Ab stood d between the moving object M and the fixed elements S ₁₀ and S ₂₀ used. When the moving object M has been moved approximately by one gradation with respect to the fixed elements S ₁₀ and S ₂₀ , the output frequencies f ₁ and f _{2 of} the oscillators OSC ₁ and OSC _{2 change} in a non-linear manner as shown in FIG Part (a) of Fig. 4 shows ge.

Es wird bemerkt, daß die Änderungen der Ausgangsfrequenzen f ₁ und f ₂ symmetrisch sind. Wenn eine Charakteristik-Kurve (f ₁-f ₂) von den Änderungen der Ausgangsfrequenzen erhalten ist, dann enthält diese einen wesentlich linearen Teil, wie es in Teil (b) der Fig. 3 gezeigt ist.It is noted that the changes in the output frequencies f ₁ and f _{2 are} symmetrical. If a characteristic curve (f ₁ - f ₂ ) is obtained from the changes in the output frequencies, then it contains a substantially linear part, as shown in part (b) of FIG. 3.

Die Teile (a) bis (c) der Fig. 5 zeigen die Tatsache, daß, wenn der nicht lineare Teil einer im wesentlichen linearen Charakteristik-Kurve (Teil (a) der Fig. 5), der durch die Differentialoperation zwischen einer beweglichen Elektrode und feststehenden Elektrode erhalten ist, einer im wesentli chen sinusförmigen Charakteristik-Kurve (Teil (b) der Fig. 5), die durch die Bewegung des geradlinig bewegten Gegenstandes in bezug auf die feststehenden Elemente erhalten ist, über lagert wird, eine Charakteristik-Kurve erhalten wird, die in einem Bereich von +90°C bis -90° linear ist und die als ganzes eine dreieckförmige Charakteristik-Kurve ist.Parts (a) through (c) of Fig. 5 show the fact that if the non-linear part of a substantially linear characteristic curve (part (a) of Fig. 5) is due to the differential operation between a movable electrode and fixed electrode is obtained, a substantially sinusoidal sinusoidal characteristic curve (part (b) of Fig. 5), which is obtained by the movement of the rectilinearly moving object with respect to the fixed elements, is superimposed on a characteristic curve is obtained which is linear in a range from + 90 ° C to -90 ° and which as a whole is a triangular characteristic curve.

Die Gestalt der im wesentlichen sinusförmigen Charakteristik- Kurve kann wahlweise in gewissem Maße geändert werden, und zwar durch geeignete Wahl der Größe des bewegten Gegenstandes M und der feststehenden Elemente S ₁₀ und S ₂₀ und des Abstandes zwischen den Elektroden. Es kann also die in dem Teil (c) der Fig. 5 gezeigte dreieckförmige Charakteristik-Kurve durch Über lagerung der im wesentlichen sinusförmigen Charakteristik- Kurve auf die beiden Endteile der im wesentlichen linearen Charakteristik-Kurve, die stark von der geraden Linie abwei chen, erhalten werden. Die dreieckförmige Charakteristik-Kurve hat an jeder vorbestimmten Bewegungsstrecke einen Biegepunkt, und sie kann deshalb für die Feststellung einer Bewegungs strecke verwendet werden.The shape of the substantially sinusoidal characteristic curve can optionally be changed to a certain extent by a suitable choice of the size of the moving object M and the fixed elements S ₁₀ and S ₂₀ and the distance between the electrodes. It can thus be the triangular characteristic curve shown in part (c) of FIG. 5 by superimposing the essentially sinusoidal characteristic curve on the two end parts of the substantially linear characteristic curve, which differ greatly from the straight line, be preserved. The triangular characteristic curve has a bending point at every predetermined movement distance, and it can therefore be used for the determination of a movement distance.

In dem oben beschriebenen Beispiel ist ein einziger sich be wegender Gegenstand zwischen einem Paar feststehender Elemen te so angeordnet, daß sie in ein und derselben Ebene liegen. Die Erfindung ist aber nicht hierauf oder hierdurch beschränkt. In the example described above, a single is moving object between a pair of fixed elements te arranged so that they are in the same plane. However, the invention is not limited to or by this.

So ist es beispielsweise möglich, daß die feststehenden Ele mente in mehreren parallelen Ebenen angeordnet sind, wobei ein gemeinsamer, sich bewegender Gegenstand für diese fest stehenden Elemente vorgesehen ist.For example, it is possible that the fixed el elements are arranged in several parallel planes, whereby a common, moving object for this fixed standing elements is provided.

Fig. 6 zeigt die kontinuierliche Änderung des Differenzfre quenzsignals f in Abhängigkeit von der Bewegung des gerad linig bewegten Gegenstandes M. Wenn sich der Gegenstand bewegt, wird die Differenzfrequenz bei einer Abstufungsteilung erhöht, jedoch bei der nächsten Abstufungsteilung verringert. Es ist notwendig, die Frequenz linear zu erhöhen und zu erniedrigen. Dies kann durch geeignete Wahl der Gestalt der zahnartigen Einschnitte erreicht werden, d. h. der Ausnehmungen und Vor sprünge des bewegten Gegenstandes M und der feststehenden Ele mente S ₁₀ und S ₂₀. Fig. 6 shows the continuous change of the difference frequency signal f depending on the movement of the straight-line moving object M. When the object moves, the difference frequency is increased in one gradation division, but decreased in the next gradation division. It is necessary to increase and decrease the frequency linearly. This can be achieved by a suitable choice of the shape of the tooth-like incisions, ie the recesses and cracks of the moving object M and the fixed elements S ₁₀ and S ₂₀ .

Da die Frequenz wiederholt, linear erhöht und erniedrigt wird, kann eine Abstufungsteilung in gleiche Teile unterteilt werden. Infolgedessen kann die Zählung mit viel größerer Genauigkeit als diejenige der Abstufungsteilung durchgeführt werden. Es wird z. B. angenommen, daß die Abstufungsteilung eine Meßein heit beträgt. Wenn in diesem Falle die Abstufungsteilung in 100 Teile unterteilt wird, dann kann die Abzählung durch die 1/100 Einheit erfolgen. Wenn die Abstufungsteilung in mehr Teile unterteilt werden kann, dann können die Abstufungs intervalle länger gemacht werden.Since the frequency is repeated, linearly increased and decreased, a gradation division can be divided into equal parts. As a result, the count can be done with much greater accuracy than that of gradation division. It z. B. assumed that the gradation division is a measurement unit. In this case, if the gradation division into 100 parts is divided, then the count can be made by the 1/100 unit. If the gradation division into more Parts can be divided, then the gradation intervals are made longer.

Fig. 7 zeigt eine Meßschaltung einschließlich der angeschalte ten Fühlereinheit, wie oben beschrieben. Es werden Kristall resonatoren X ₁ und X ₂ in Kombination mit Oszillatoren OSC 1 und OSC ₂ verwendet. Die Schwingungsfrequenz jedes der Kristall resonatoren X ₁ und X ₂ ist festgelegt. Da aber die Kristall resonatoren in Reihe mit den durch den sich bewegenden Gegen stand R und die feststehenden Elemente S 10, S 10′ und S 20 und S 20′ gebildeten Kondensatoren geschaltet sind, werden die Schwingungsfrequenzen der Kristallresonatoren geändert, wenn sich die Kapazitäten der Kondensatoren mit der Drehung des sich bewegenden Gegenstandes ändern. Die Kapazitätsänderungen der Kondensatoren sind sogenannte "Differentialänderungen", bei denen sich die Kapazität eines Kondensators erhöht, wäh rend sich die Kapazität des anderen Kondensators verringertg. Wenn also die Schwingungsfrequenz eines der Oszillatoren OSC ₁ und OSC ₂ vergrößert wird, wird diejenige des anderen Konden sators verringert. Wenn diese Frequenzsignale in einer Misch stufe MIX miteinander gemischt werden, kann die Differenzfre quenz f zwischen ihnen erhalten werden. Die Änderungen der Differenzfrequenz f sind in Fig. 6 gezeigt. Fig. 7 shows a measuring circuit including the switched-on sensor unit, as described above. Crystal resonators X ₁ and X _{2 are used} in combination with oscillators OSC 1 and OSC ₂ . The oscillation frequency of each of the crystal resonators X ₁ and X ₂ is fixed. However, since the crystal resonators are connected in series with the capacitors formed by the moving counter R and the fixed elements S 10 , S 10 ' and S 20 and S 20' , the oscillation frequencies of the crystal resonators are changed when the capacitances of the Change capacitors with the rotation of the moving object. The capacitance changes of the capacitors are so-called "differential changes", in which the capacitance of one capacitor increases while the capacitance of the other capacitor decreases. So if the oscillation frequency of one of the oscillators OSC ₁ and OSC _{2 is} increased, that of the other capacitor is reduced. If these frequency signals are mixed together in a mixing stage MIX , the difference frequency f between them can be obtained. The changes in the difference frequency f are shown in FIG. 6.

Mit diesem Beispiel werden Meßfehler, die auf die Exzentrizi tät und Neigung des sich bewegenden Gegenstandes zurückzufüh ren sind, kaum bewirkt. Somit kann die Rotationsgröße mit hoher Genauigkeit gemessen werden.With this example, measurement errors caused by the eccentric activity and inclination of the moving object are hardly effected. Thus, the rotation size can be large Accuracy can be measured.

Fig. 8 zeigt ein anderes Verfahren zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Oszillatoren OSC ₁ und OSC ₂. Die beiden Ausgangssignale der beiden Oszillatoren werden über Empfänger RCV Mischstufen MIX ₁ und MIX ₂ zugeführt, wo sie mit örtlichen Schwingungsfrequenzen LO ₁ und LO ₂ für eine Frequenzumwandlung gemischt werden. Die Ausgangssignale der Mischstufen werden in einem Mischer MIX ₃ miteinander gemischt, um ein Meßsignal f zu erhalten. Fig. 8 shows another method for processing the output signals of the oscillators OSC ₁ shows and _OSC2. The two output signals of the two oscillators are fed via receivers RCV mixer stages MIX ₁ and MIX ₂ , where they are mixed with local oscillation frequencies LO ₁ and LO ₂ for frequency conversion. The output signals of the mixer stages are mixed together in a mixer MIX _{3 in} order to obtain a measurement signal f .

Wenn die Differenz zwischen den Ausgangsfrequenzen der Oszil latoren OSC ₁ und OSC ₂ mehrere kH 7 beträgt, ist das Signalin tervall 0,2 bis 0,3 msec, welches der Bewegung eines sich kon tinuierlich bewegenden Gegenstandes nicht folgen kann. Wenn dagegen eine Frequenz von 10 bis 20 MHz, als Ausgangsfrequenz der Oszillatoren OSC ₁ und OSC ₂ erhalten wird und diese Fre quenz unverändert verwendet wird, so ist eine solche Frequenz für einen Frequenz-Spannungs-Wandler nicht geeignet. Dieses Problem kann durch die Anordnung nach Fig. 8 gelöst werden. Da das Signalintervall in der Größenordnung von Mikrosekunden ist, liegt eine Signaländerung im Bereich von mehreren kHz und damit in einem Fehlerbereich. Diese Schwierigkeit wird ausgeschaltet.If the difference between the output frequencies of the oscillators OSC ₁ and OSC _{2 is} several kH 7, the signal interval is 0.2 to 0.3 msec, which cannot follow the movement of a continuously moving object. If, on the other hand, a frequency of 10 to 20 MHz is obtained as the output frequency of the oscillators OSC ₁ and OSC ₂ and this frequency is used unchanged, then such a frequency is not suitable for a frequency-voltage converter. This problem can be solved by the arrangement according to FIG. 8. Since the signal interval is of the order of microseconds, a signal change is in the range of several kHz and thus in an error range. This difficulty is eliminated.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen einer Bewegungsgröße eines sich geradlinig bewegenden Gegenstandes mit einer Fühler vorrichtung mit einem sich geradlinig bewegenden Gegenstand mit zahnartigen Abstufungen an seinen beiden Enden und mit wenigstens zwei ersten feststehenden Elementen mit zahnarti gen Abstufungen, die den Seiten des sich geradlinig bewegen den Gegenstandes gegenüberstehen, wodurch ein Paar Kondensa toren gebildet werden, wobei der sich bewegende Gegenstand als gemeinsame Elektrode dient, und wobei die Abstufungen der ersten feststehenden Elemente in bezug auf die Abstufungen des sich bewegenden Gegenstandes um 180° in der Phase verscho ben sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merk male:

a) Es sind zusätzlich zwei feststehende Elemente (S 10′, S 20′) mit zahnartigen Abstufungen (S 10′a, S 20′a) so angeord net, daß sie den beiden Seiten des sich geradlinig bewegenden Gegenstandes (M), und zwar parallel zu den ersten feststehen den Elementen (S 10, S 20) gegenüberstehen;
b) die zweiten feststehenden Elemente (S 10′, S 20′) sind in bezug auf die ersten feststehenden Elemente (S 10, S 20) um 180° in der Phase verschoben;
c) die ersten feststehenden Elemente (S 10, S 20) sind elek trisch komplementär mit den zweiten feststehenden Elementen (S 10′, S 20′) verbunden, um jeweils mit der gemeinsamen Elektrode (M) zwei Elektrodenpaare (S 10, S 10′; S 20, S 20′) zu bilden.

1. A device for measuring a quantity of movement of a rectilinearly moving object with a sensor device with a rectilinearly moving object with tooth-like gradations at its two ends and with at least two first fixed elements with tooth-like gradations which move the sides of the rectilinearly the object face each other, whereby a pair of capacitors are formed, wherein the moving object serves as a common electrode, and wherein the gradations of the first fixed elements with respect to the gradations of the moving object are shifted by 180 ° in phase, characterized by the Combination of the following features:

a) There are also two fixed elements (S 10 ' , S 20 ') with tooth-like gradations (S 10 ' a , S 20 ' a) so net that they are the two sides of the rectilinear object (M) , and stand parallel to the first fixed elements (S 10 , S 20 );
b) the second fixed elements (S 10 ', S 20 ') are shifted in phase with respect to the first fixed elements (S 10 , S 20 ) by 180 °;
c) the first fixed elements (S 10, S 20) ', S 20' elec tric complementary with the second fixed elements (S 10) respectively connected to the common electrode (M) comprises two pairs of electrodes (S 10, S 10 ' ; S 20 , S 20' ) to form.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich bewegende Gegenstand (M) festgehalten wird, während die feststehenden Elemente (S 10, S 20; S 10′, S 20′) relativ zu dem Gegenstand (M) bewegt werden.2. Device according to claim 1, characterized in that the moving object (M) is held while the fixed elements (S 10 , S 20 ; S 10 ' , S 20 ') are moved relative to the object (M) .