DE9007766U1 - Einrichtung zur statischen und/oder dynamischen Längen- und/oder Winkelmessung - Google Patents
Einrichtung zur statischen und/oder dynamischen Längen- und/oder WinkelmessungInfo
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Description
Haar, den 27. März 1995
VOGT electronic Aktiengesellschaft
8391 Erlau bei Passau
und/oder Winkelmessung.
Die Neuerung bezieht sich,auf eine Einrichtung zu dem
*" im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 angegebenen Zweck.
Die der Neuerung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin eine Einrichtung dieser Art zu schaffen, die robust und
verschmutzungsunempfindlich ist und in einem großen Tempe-
^Q raturbereich auch bei hoher Temperatur an der Meßstelle
zuverlässig genaue Meßergebnisse in Form eines Absolutwertes
der gemessenen Größe in digitaler Form zur seriellen oder parallelen Datenausgabe zu liefern vermag.
Zudem soll die Einrichtung mechanische Toleranzen in weiten
^ Grenzen ohne wesentlichen Einfluß auf die Meßgenauigkeit
zulassen.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch
1 genannten Merkmale gelöst.
30
30
Das neuerungsgemäße induktiv-digitale Meßsystem zeichnet sich dadurch aus, daß es auch bei hoher Temperatur zuverlässig
arbeitet und unempfindlich gegen Verschmutzung und die Umgebungsbedingungen an der Meßstelle, insbesondere
™° auch gegen Temperaturschwankungen, ist. Das Meßprinzip
basiert auf der Funktion eines Näherungsschalters. Es
— 2 —
wird eine der Anzahl von Bits des Bitwortes entsprechende Anzahl von Abtastoszillatoren verwendet, z.B. für neun
Bits neun Abtast-Oszillatoren, deren (neun) Schwingkreise in ihrer Amplitude durch Dämpfung bzw. Nichtdämpfung von
den Codespuren her beeinflußt werden.
Die neuerungsgemäße Einrichtung eignet sich z.B. zur Feststellung der augenblicklichen Winkelposition der Kurbelwelle
in einem Motor bezüglich des Motorblocks, zur Überwachung
der Längsposition der Laufkatze eines Krans bezüglich des Auslegers oder zur Kontrolle des Abstandes der Karrosserie
zur Fahrzeugachse für eine Niveauregulierung in Kraftfahrzeugen oder dergleichen mehr.
Um in einem großen Temperaturbereich mit der neuerungsgemäßen Einrichtung besonders sichere Meßergebnisse zu erhalten
und auch sonstige negative Einflüsse von Umgebungsbedingungen auf das Meßergebnis optimal auszuschliessen, wird
als bedeutende Weiterbildung der Neuerung gemäß Anspruch
2 ein zusätzlicher Referenz-Oszillator vorgesehen, der
mit den Abtast-Oszillatoren ggf. bis auf den Kondensator baugleich und räumlich so angeordnet ist, daß er den gleichen
Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist wie die Abtast-Oszillatoren, wobei die Amplitude der Schwingung des Referenzoszillators
mittels einer Regelschaltung auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird und die Regelgröße der
Regelschaltung zwecks Eleminierung des Einflusses der Umgebungsbedingungen auf die Amplitude der Abtast-Oszillatoren
zur entsprechenden Steuerung dieser Amplitude herangezogen wird.
/
Der weitere Referenzoszillator bleibt immer unbedämpft.
Der weitere Referenzoszillator bleibt immer unbedämpft.
Da alle Oszillatoren baugleich sind, werden ihre Ausgangsspannungen
-ausgenommen gegen die Codespurdämpfung- mittels des zusätzlichen Referenz-Oszillators gegen die Umwelteinflüsse
stabil gehalten. Der hohe Temperaturbereich und
- 3-
die große Meßgenauigkeit in diesem werden also dadurch sichergestellt, daß eine immer binär ungedämpfte Referenzoszillatorspannung
mit den von den Codespuren beeinflußten Spannungen der Abtast-Oszillatoren verglichen wird.
Es ist ohne weiteres möglich, den Sensorenaufbau wegen
der EMV sehr kompakt zu halten und die Abtastspulen in Spulengruppen kleiner Abmessungen unterzubringen.
Die weiteren Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Hauptanspruchs.
Die Neuerung wird nachstehend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
15
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 das Blockschaltbild eines bevorzugten Aufbaues der elektrischen Schaltung bei einer neuerungsgemäßen
Meßeinrichtung,
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführung der Skala und der zugehörigen Abtastspulenanordnung bei einer neuerungsgemäßen
Meßeinrichtung zur Durchführung einer Längenmessung, wobei die Skala dem nicht darge
stellten einen Körper, z.B. einer Fahrzeugachse, und die Abtastspulenanordnung mit dem nicht dargestellten
anderen Körper, z.B. einer Fahrzeugkarosserie, starr verbunden ist, und
Fig. 3 eine bevorzugte Ausführung der Skala und der zugehörigen Abtastspulenanordnung bei einer neuerungsgemäßen
Meßeinrichtung zur Durchführung einer Winkelmessung, wobei die Skala mit dem nicht darge
stellten einen Körper, z.B. der Kurbelwelle eines
Fahrzeugmotors, und die Abtastspulenanordnung
mit dem anderen Körper, z.B. dem Motorblock, starr
verbunden ist.
Die Aufgabe, einen robusten, beliebige Längen oder Winkel hochgenau auch bei hoher Arbeitstemperatur an der Meßstelle
messenden Absolutwertgeber zu erstellen, wird bei der neuerungsgemäßen Meßeinrichtung durch die Verwendung induktiver
Näherungsschalter, die einen einschrittigen Binärcode abtasten, verwirklicht.
Die einzelnen Näherungsschalter umfassen für jedes Bit eine Abtastspule und sind vorzugsweise mit einem IC aufgebaut,
das eine Abtast- Oszillatorschaltung, einen Demodulator und einen Schwellwertschalter enthält. Jeder Abtast—
Oszillator treibt jeweils einen die Abtastspule und einen Kondensator aufweisenden externen Schwingkreis, dessen
Spannung durch den Demodulator gleichgerichtet, durch den Schwellwertschalter in ein High- oder Lowsignal gewan-
delt und an einem Ausgang zur Verfugung gestellt wird.
Wichtigstes Teil des Näherungsschalters ist die Abtastspule, die mit dem Kondensator den Parallelschwingkreis bildet.
Oszillatorschaltung und Schwingkreis erzeugen eine Wechselspannung, deren Frequenz durch den Schwingkreis
bestimmt wird. Die Amplitude der Spannung wird durch die jeweilige Abtastoszillatorschaltung des IC und die Güte
des Schwingkreises bestimmt. Nimmt man an, daß die Oszillatorschaltung konstant ist, wird die Amplitude hauptsächlich
^
durch die Spule bestimmt, da die Verluste des Kondensators im Vergleich zur Spule sehr gering sind.
Wird ein Metallteil in das Streufeld der Abtastspule gebracht, so entstehen in dem Metall Wirbelströme, die ihrerseits
Magnetfelder erzeugen, deren Flußrichtung dem erzeugenden Feld entgegengesetzt ist. Dadurch wird die Güte
- 5-
·*■ der Spule reduziert, und die Amplitude der Wechselspannung
verringert sich. Diese Spannungsänderung wird über den Demodulator, der eine dem Spitzenwert der Wechselspannung
proportionale Gleichspannung erzeugt, an einen als Schwellwertschalter
arbeitenden Komparator geführt. Unterschreitet die der Wechselspannung proportionale Gleichspannung einen
bestimmten Referenzwert, so schaltet der Komparatorausgang auf Lowsignal bzw. auf Highsignal bei invertiertem Ausgang.
Es steht somit eine eindeutige, digitale Information über die Bedämpfung der Spule zur Verfügung.
Wird gemäß der Neuerung für die Bedämpfung der Abtastspule eine in der Längeneinheit geeichte, abwechselnd aus metallisch
leitenden und nicht-leitenden Flächen bestehende Spur verwendet, läßt sich ein Inkrementalgeber verwirklichen.
Ein Absolutgeber läßt sich neuerungsgemäß realisieren, indem mehrere Näherungsschalter mehrere, einen digitalen
Code bildende Spuren abtasten. Hier haben sich einschrittige Codes, besonders der Gray-Code, bewährt. Zum einen
sind die zu detektierenden Metallflächen größer (die klein-,
ste Hetallflache entspricht zwei Bit), zum anderen kann
durch die Tatsache, daß sich pro Zahlübergang immer nur ein Bit ändert, eine leichte Fehlerüberwachung durch einen
nachfolgenden Rechner verwirklicht werden, in dem geprüft wird, ob sich tatsächlich nur ein Bit geändert hat.
Eine Längenmessung läßt sich durchführen, indem die Code-Spuren auf eine ebene Fläche aufgebracht (Fig.2) und von
den Näherungsschaltern abgetastet werden. Winkelmessungen lassen sich mit den gleichen Näherungsschaltern durchführen,
nur sind in diesem Fall die Code-Spuren auf dem Umfang einer kreisförmigen Scheibe (Fig.3) aufgebracht.
Beim Bit mit der niedrigsten Wertigkeit wird die Abtastspule,
wenn sie über einem dem einen Bitwert zugeordneten magnetisch neutralen Codespurabschnitt steht, von beiden
- 6-
Seiten her von den sich dort beiderseits nahe daneben befindenden Codespurabschitten aus dem elektromagnetisch
dämpfenden Matarial etwas bedämpft, die dem anderen Bitwert
zugeordnet sind. Um entsprechende Verhältnisse auch für 5
die Bits höherer Wertigkeit zu schaffen, wird vorzugsweise die Länge der elektromagnetisch neutralen Bitabschnitte
bei den Bits höherer Wertigkeit um einen Bruchteil der Länge, die diese Bitabschnitte bei den Bits von der niedrigsten
Wertgkeit aufweisen, gegenüber der normalen, sich aus der Codierung allein ergebenden Länge verkürzt.
Zur Eliminierung jeglichen störenden Übersprechens zwischen den Abtastspulen werden die aus diesen und den Kondensatoren
bestehenden Schwingkreise vorzugsweise auf etwas unter-'
schiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmt. Dies hat die
Wirkung, daß jede Abtastspule von einer anderen nur ein Signal von gegenüber ihrer eigenen Oszillatorfrequenz
unterschiedlicher Frequenz überhaupt empfangen kann, sodaß schon aus diesem Grunde ihre eigene Oszillatorfrequenz
hiervon nicht wesentlich beeinflußbar ist.
^ Bei der Schaltung nach Fig. 1 wird der Schwellwert aus
einer stabilisierten Spannung gebildet. Eine andere Möglichkeit ist im Schutzanspruch 12 angegeben.
- 7-
Claims (13)
1. Einrichtung zum statischen und/oder dynamischen, kontaktfreien,
elektrischen Messen der augenblicklichen Längs-und(oder Winkelposition, die zwei gegeneinander
bewegbare Körper in Bezug aufeinander einnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß
a) mit dem einen Körper eine Skala fest verbunden ist, die unter Verwendung von elektromagnetisch
, dämpfendem Material nach Art eines einschrittigen Binärcodes so gestaltet ist, daß jeder Längen-
und/oder Winkeleinheit ein Binärwort zugeordnet ist, dessen Bits Codeelemente entsprechen, die
für den einen Bit-Wert aus dem elektromagnetisch dämpfenden Material bestehen und für den anderen
Bit-Wert elektromagnetisch neutral sind und die auf mindestens einer Code-Spur angeordnet sind,
die sich in derjenigen Richtung erstreckt, in der die Relativposition der Körper veränderbar
ist, und
b) mit dem anderen Körper für jede Code-Spur der Skala mindestens eine dieser gegenüberstehende
Abtastspule für die Codeelemente fest verbunden ist, die mit einem ihr zugeordneten Kondensator
einen die Frequenz eines Abtastoszillators bestim-
- 2-
menden Resonanzkreis bildet, dessen Schwingampli-
tude durch die dämpfenden Abschnitte der Codeelemente verringert wird, und
c) eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, in der
die an den Abtastspulen auftretenden unterschiedlichen Schwingungsamplituden zur elektrischen
Darstellung der entsprechenden Bitwerte herangezogen werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Referenzoszillator vorgesehen
ist, der mit den Abtastoszillatoren ggf. bis auf den Kondensator baugleich und räumlich so angeordnet ist,
daß er den gleichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, wie die Abtastoszillatoren, daß die Amplitude
der Schwingung des Referenzoszillators mittels einer Regelschaltung auf einem vorbestimmten Wert gehalten
ist, und daß die Regelgröße der Regelschaltung zum Eleminieren des Einflusses der Umgebungsbedingungen
auf die Amplitude der Abtastoszillatoren zur entsprechenden Steuerung dieser Amplitude herangezogen wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Bit des Binärwortes eine eigene
Codespur mit einem zugehörigen Abtastoszillator zugeordnet ist.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren Bits des Binärwortes eine gemeinsame Code-Spur'mit je einem
Abtastoszi14ator für jedes Bit zugeordnet ist, wobei
die Abtastoszillatoren im Abstand von mehreren Codeelementen entlang der Spur angeordnet sind,
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- 3-
dadurch gekennzeichnet, daß jede Abtastspule einen Stiftkern aufweist, dem die Codeelemente liegend stirnseitig
gegenüberstehen.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastspulen in Bohrungen eines Blocks aus
magnetisch leitendem Material angeordnet sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abtastspule einen U-Kern
umgibt und die Code-Elemente messerartig zwischen die freien Enden der Kernschenkel eingreifen.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne der Abtastspulen nebeneinander in einem
gemeinsamen, U-förmigen Träger aus magnetisch neutralem Material angeordnet sind, in den sie mit ihrem Steg
eingreifen, und daß die Spulenwicklungen im Bereich der. Kernstege über den gemeinsamen Träger gewickelt
sind, der auch mit Anschlußstiften für die Spulenwicklungen
versehen ist.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkreise der
Abtastoszillatoren auf untereinander etwas verschiedene Frequenzen derart abgestimmt sind, daß eine Beeinflussung
der jeweiligen Schwingungsamplitude durch benachbarte Spulen im wesentlichen eleminiert ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüczhe 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspule eine zu den
Code-Spuren parallele Spur zugeordnet ist, die durchgehend aus dem elektromagnetisch dämpfenden Material
"° der Code-Spuren besteht und dem Spulenkern gegenübersteht
.
- 4-
11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Bit höherer
als der niedrigsten Wertigkeit die Länge der dem einen Bitwert zugeordneten, elektromagnetisch neutralen
Abschnitte um einen gleichen Bruchteil der Länge der diesem Bitwert zugeordneten neutralen Abschnitte beim
Bit niedrigster Wertigkeit kleiner ist, wobei der Bruchteil so gewählt ist, daß der Einfluß der in Richtung
der Spur benachbarten, dem anderen Bitwert zugeordneten dämpfenden Abschnitte bei allen Bits bei
der Abtastung der gleiche ist.
12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Spur zur gleichzeitigen
Abtastung beider Bitwerte zusätzlich zu der Abtastspule/ den Abtastspulen eine weitere Abtastspule
zugeordnet ist, daß die von einer der Abtastspulen und der weiteren Abtastspule gemessenen Schwingungsam-
plituden summiert werden und daß aus dem Summenwert ein Schwellwert für die Bestimmung der Bitwerte aus
den von den Abtastspulen gemessenen Schwingungsamplituden gebildet wird.
°
13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
djadurch gekennzeichnet, daß die mit den Abtastspulen und ggf. der Referenzspule zusammenwirkende Elektronik
in einer integrierten Schaltung zusammengefaßt ist.
- 5-
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9007766U DE9007766U1 (de) | 1990-12-03 | 1990-12-03 | Einrichtung zur statischen und/oder dynamischen Längen- und/oder Winkelmessung |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9007766U DE9007766U1 (de) | 1990-12-03 | 1990-12-03 | Einrichtung zur statischen und/oder dynamischen Längen- und/oder Winkelmessung |
DE19904038515 DE4038515A1 (de) | 1990-12-03 | 1990-12-03 | Einrichtung zur statischen und/oder dynamischen laengen -und/oder winkelmessung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE9007766U1 true DE9007766U1 (de) | 1995-06-01 |
Family
ID=25898990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE9007766U Expired - Lifetime DE9007766U1 (de) | 1990-12-03 | 1990-12-03 | Einrichtung zur statischen und/oder dynamischen Längen- und/oder Winkelmessung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE9007766U1 (de) |
-
1990
- 1990-12-03 DE DE9007766U patent/DE9007766U1/de not_active Expired - Lifetime
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