CN101460812A

CN101460812A - 微波位置测量装置和位置测量方法

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Publication number: CN101460812A
Application number: CN 200780016451
Authority: CN
Inventors: T·赖宁格; M·梅尔; M·冯泽佩林
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2006-05-06
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2009-06-17
Also published as: WO2007128387A2; EP2016374A2; DE102006021206A1; WO2007128387A3

Abstract

本发明涉及用于可移动地安装在致动器外壳(13)的作用空间(12)中的致动器(11)的致动器元件(14)的位置检测的位置测量方法和微波位置测量装置(30)，所述微波位置测量装置具有高频微波天线结构(34)，用于将具有至少两种不同频率(f1，f2，f3)的微波(43)发送到作用空间，并且用于接收来自作用空间(44)的通过在所述致动器元件上至少部分反射的发射的微波(43)形成的微波，并且具有评估装置(42)，用于形成表示所述致动器元件的特定位置(X)的位置信号(52)，借助于通过反射微波(44)形成的测量信号(50)。对于微波位置测量装置(30)来说，假设用于形成位置信号(52)的评估装置(42)是通过测量信号(50)的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a)进行加权，所述分量取决于至少两种不同频率(f1，f2，f3)，并且取决于致动器元件(14)的特定位置(X)。

Description

微波位置测量装置和位置测量方法

技术领域

本发明涉及用于检测可移动地安装在致动器外壳的作用空间的致动器的致动器元件位置的位置测量方法和微波位置测量装置，具有高频微波天线结构，用于将具有至少两种不同频率的微波发送到作用空间，并且用于接收来自反射微波的作用空间由致动器元件上至少部分反射所述发射的微波形成的微波，并且具有评估装置，用于形成表示致动器元件的特定位置的位置信号，借助于所述反射微波的测量信号。

背景技术

例如，在DE 198 33 220 A1中披露了这种类型的位置测量方法和微波位置测量装置。所述已知的位置测量装置具有耦合探头，用于将微波信号耦合在致动器外壳上，例如，气压缸，它的活塞，即致动器元件能反射微波。活塞内部形成了波导管，其中，所述微波能从所述耦合探头向所述活塞传播，并且从后者上反射，作为反射微波沿所述耦合探头方向的返回。在所述已知位置测量装置上提供了振荡器(VCO)，它能够调节预定频带宽度范围内的微波，以便生成至少两种不同频率。

根据DE 198 33 220 A1，在所述致动器或位置测量装置第一次工作时，它以所谓的搜索方式确定活塞的绝对相位差，其中，所述频率是变化的。在确定了所述活塞位置之后，将驻波输入汽缸外壳，通过活塞的运动实现它的位移，以便可以通过相位评估确定所述活塞位置。

不过，驻波的信号并非总是最佳的，因此，在某些位置上，所述活塞位置不能以需要的精度确定。

发明内容

因此，本发明的目的是提供位置测量装置和位置测量方法，它能以高测量精度进行测量。

上述目的是通过上述类型的微波位置测量装置实现的，其中，用于形成位置信号的评估装置是通过取决于至少两种不同频率的测量信号，并且取决于致动器元件的特定位置的分量进行加权。根据另一个独立权利要求，还提供了用于实现上述目的的位置测量方法。

本发明的基本构思是将微波，例如，几种不同频率的雷达波，例如，10MHz-25GHz范围内的雷达波以常见的连续方式发送到所述作用空间。这些微波随后被所述致动器元件，例如，气压缸的活塞反射。所述活塞反射微波，以便生成反射的微波或反射微波，并且通过所述微波天线结构接收。所述反射的微波根据活塞位置或致动器元件位置进行加权，与预期具有较低测量精度的微波相比，赋予预期具有更高测量精度的微波或微波的频率更大的权重。在所述最简单的情况下，所述微波天线结构发送并且接收具有至少两种频率的微波，以便其中的至少一种频率的权重比另一种更大，所述权重取决于致动器元件的位置，因此是可变的。

例如，所述微波天线结构将第一种频率的第一种微波和具有不同于第一种频率的至少第二种频率的至少第二种微波发送到所述作用空间。为了形成所述位置信号，本发明的位置测量装置的评估装置对所述测量信号的第一频率依赖分量和所述测量信号的两种或两种以上第二频率依赖分量的至少一个进行加权，所述分量取决于致动器元件的特定位置。

所述致动器元件的位置能够以大精度，例如高达10微米的精度准确地确定。

不过，特别常见的是发送具有至少一种其他传播频率的微波，即，至少一种第三发送频率，并且根据本发明接收由此产生的反射微波并且进行加权，以便形成冗余。

所述加权甚至可以这样进行，能产生特别高的不准确性的一种或多种频率的权重可以为零，即使它退出。

常见的是，所述评估装置由测量信号的至少两种加权的频率依赖分量形成平均值。与具有较低权重的分量相比，在所述平均值中为具有更高权重的分量提供更高的重要性。

通过使用两种或两种以上不同频率，可以限制非理想条件的影响，例如，由于噪音，不希望的反射等产生的影响。所述平均值通常是这样平均的，使得一个位置上由不利的频率对分量造成的影响通过降低权重甚至是消除权重得以降低。

对测量信号的分量的精度的测量，例如，致动器元件在作用空间中的某一位置的测量信号的梯度的数量的测量。通常与具有较小梯度值的分量相比，所述评估装置赋予所述测量信号的相应的频率依赖分量更大的梯度或更大的斜率，如果它的梯度为零或者是接近于零，就将所述测量信号的分量彻底排除。

例如，所述测量信号的正弦曲线或余弦曲线分量的上部和下部顶端就是这种情况。如果它的梯度数量降低到低于预期的值，所述评估装置就将所述测量信号频率依赖分量之一或若干分量的权重确定为零。但是，对于相位信号或相位差信号来说，具有较大数量梯度的分量或部分根据本发明会赋予更大的权重。

通常，所述位置测量装置具有混合装置，用于混合，例如，倍增具有反射微波的发射的微波。所述混合装置的输出信号形成了所述测量信号，该信号具有不同频率的若干分量。

优选的是，在本发明的框架内，进行了相位差测量。所述位置测量装置借助于发射的和接收的微波的相位差确定所述致动器元件的位置。所述相位差是由于从所述天线结构到所述致动器元件以及从后者返回所述天线结构的微波的传播时间造成的。

例如，所述测量信号包含直流电流值或直流电压值乘以所述相位差的余弦值。所述测量信号还可以具有直流电流值或直流电压值乘以所述相位差的正弦值。

例如，所述余弦值相当于复合反射因素的实部，而所述正弦值相当于复合反射因素的虚部。

不过，特别方便的是，对影响所述测量信号的一个相位或一个相位差按照它相应的梯度数量进行加权。如果在一个位置上相位信号或相位差信号具有更大的梯度，与在该位置上具有较小梯度的另一个相位信号或相位差信号相比就赋予前者更大的权重。除了所述相位或相位差之外，根据本发明还可以对复合反射因素的实部或虚部进行加权。

与此同时，例如当所述余弦或实部具有小的梯度时，可以评估所述复合反射因素的虚部，反之亦然。

相对信号的余弦值而言，相位特性曲线或相位差特性曲线可以作为相位特性曲线或相位差信号的正弦值的反正切形式形成。

在实践中，业已发现所述测量信号的分量的理想的余弦曲线或正弦曲线特性曲线是无法实现的，例如，由于波导管上的微波天线结构不匹配，这种情况在实践中是无法避免的。在本发明的范围内，赋予由这种错配导致的所述测量信号的频率依赖分量的更陡和更平缓部分更大的权重，如果它们在致动器元件的相应位置的梯度比所述测量信号的其他分量更陡的话，例如，由于错配合，它们还具有更平缓的特性曲线。另外，在本发明的范围内，还可以生成所述微波天线结构的定向错配，以便根据本发明获得所述测量信号的频率依赖分量的更陡和更平缓的部分，例如，在预定的位置上，不能对测量信号进行足够精度的评估。

例如，所述位置测量装置可以包括记录，例如表格，其中保存有致动器元件的特定位置的加权因数。例如，所述加权因数可以通过学习模式确定和/或借助于参数化工具，例如个人计算机进行编程。

在确定所述加权因数时，通常需要进行检查，以便确定在特定发射频率下，致动器元件的位置的小的变化的程度，例如，在第一发射频率下，实现测量信号的最大可能的变化。在另一种频率下，例如，在第二频率下，这种变化，例如，可能较少环绕要确定的当前位置，因此，在当前位置上赋予所述第一频率更大的权重。为了对致动器元件的位置进行后续测量，要了解哪一种信号频率会导致所述测量信号在所述致动器元件的特定位置周围的环境中会导致大的变化。赋予所述信号频率更大的权重，以便所述致动器元件的位置可以更精确地确定。

所述致动器元件的相应位置的加权因数的表格可以通过以下方法以学习方式由所述评估装置确定，所述致动器元件依次和/或连续接近每一个位置。

通过相应的与频率有关的分量使所述测量信号发生更大和更小的变化是可行的，例如，通过比较当前测量值和先前的测量值。例如，通过这种方法可以确定梯度。

不过，还可以通过首先借助于评估所有的测量信号进行致动器元件的大致位置确定，其中，通常所属测量信号的所有与频率有关的分量是以大体上相同的方式评估的(不过，即使在大致确定中，也可以提供一个或多个分量更低的权重或者甚至将它们同时剔除)。然后，在随后的位置的精确确定中，根据本发明进行与频率有关的分量的加权，以便赋予可能比对位置信号的准确度产生负面影响的分量更小的权重或将所述分量剔除或过滤掉。

在寻找对所述致动器元件的特定位置的测量信号具有特别强的影响的频率的检查中，通常在计算中要考虑微波的传播速度。在这里，位置测量装置的校正的评估同样是常见的。

为了确定致动器元件的位置和/或测量信号的与频率有关的分量的权重，通常要使用最小方差方法和/或线性方程系统。

所述微波通常是以连续方式发射的。当然，本发明还适用于不连续的模式。

装配有本发明位置测量装置的致动器通常是线性致动器。所述致动器可以通过电力或流体方式驱动，例如，气动或液压。所谓的混合动力驱动，即通过电力和流体方式进行的驱动同样是优选的。

正如上文业已披露的，通常要产生并且接收冗余频率分量，以便提供测量信号的与频率有关的分量的更多的选择。根据需要可以将赋予所述分量更小的权重或者将其剔除。例如，本发明的一种常见的变化形式是，除了具有第一和第二频率的第一和至少第二微波之外，还提供了至少一个第三频率，它被发射并且作为反射微波接收，将所述评估装置设计成相对所述测量信号的第一和至少第二微波的分量的第三微波的分量进行加权，取决于所述致动器元件的相应位置。所述评估装置随后可以为所述测量信号的第一、第二或第三频率依赖分量分别提供加权因数，或者如果可能，将所述分量剔除。

附图说明

下面将结合附图对一种实施方案进行详细说明，其中，

图1是装配有本发明位置测量装置的致动器的剖视和局部示意图；

图2是图1所示位置测量装置的评估装置的部分方框图；

图3是图2所示评估装置的混合装置的作为输出信号的三种与频率有关的相位差信号，此时，如图2所示致动器的微波天线与它的波导管理想地匹配；

图4是如图3所示相位差信号之一的相位差，取决于图1所示致动器的致动器元件的位置；

图5是图1所示位置测量装置的评估装置的第一种实施方案的示意图；

图6是图1所示位置测量装置的评估装置的第二种实施方案的示意图；

图7是类似于图3的图1所示致动器的取决于致动器元件位置的相位差信号之一的实际相位差，不过，图1所示致动器的微波天线与所述波导管的匹配不理想；

图8是与波导管理想和不理想匹配的微波天线的复合反射因素的实部，大致相当于图3所示频率依赖相位差信号之一，和

图9是图8所示复合反射因素的虚部，涉及理想和不理想匹配的微波天线。

具体实施方式

气动工作缸10形成了致动器11，特别是流体致动器。在致动器外壳13的作用空间12中，致动器元件14是这样安装的，以便能够沿线性方向作来回运动。致动器元件14是由工作缸10的活塞15构成的。在本实施方案中，它是具有活塞杆的气动工作缸，不过，无活塞杆的变体，电动驱动，和组合的电动-气动驱动，特别是线性驱动同样是非常容易实现的。

阀门结构16，例如，具有2/2-通道的阀将压缩空气17从压缩空气源18通过压缩空气端口19，20输送到作用空间12，并且允许压缩空气从压缩空气端口19，20向外流出，以便驱动活塞15，活塞15将作用空间12分隔成两个小的腔室，在这里不进行详细说明。例如，在活塞15的外侧周边，提供了用于这一目的的密封件21。

外壳13的中间部分22在它的末端通过轴承盖23和端盖24封闭，以便分别限定所述作用空间和活塞腔12。活塞杆25穿过轴承盖23，由活塞杆构成工作缸10的动力输出部件。

利用位置测量装置30检测致动器元件14在作用空间12中的位置，例如，活塞15距离终点挡板32的距离31。终点挡板32优选是由保护装置33形成的，例如，防止位置测量装置30的微波天线结构34受到机械影响，例如，压缩激波，活塞15或冲击或类似作用的塑料元件。

微波天线结构34包括耦合探头35，用于发送和接收高频微波，例如，10MHz-25GHz频率范围内的微波。例如，耦合探头35可以是金属探头。不过，在这种情况下，耦合探头35包括塑料元件36，它具有朝向作用空间12并且靠近朝向后方的通道部分37的发射区域38。通道部分37形成了同轴导线。例如，发射区域38是阶梯汽缸形式的。塑料元件36(它还可以是陶瓷的或用其他介电材料制成)可以在内侧和外侧提供导电涂层39，40。通道部分37将发射区域38连接在高频装置41上，例如，高频电路板或类似装置，并且还可以连接在评估装置42上。

借助于高频装置41，可以生成微波信号43，并且通过耦合探头35发送到作用空间12。作用空间12形成了波导管26，它将微波43导向致动器元件14，致动器元件反射微波43并且形成反射微波44。涂层39，40与高频装置41形成电连接，高频装置包括没有详细说明的耦合元件和去耦元件，例如，电容器，毫米波集成电路(IC)，或定向耦合器等。以上部件被安装在大体上扁平的后端面托架结构45上。高频装置41能够发送f1，f2和f3以及其他没有详细说明频率的不同频率微波43。在图5中示出了发生器59，它包括电压控制的振荡器(VCO)或类似装置，它能发生具有参考相位

，

和

的频率为f1-f3的微波43，通过耦合探头35将所述微波发送到波导管26中。具有参考相位

，

和

的微波43还通过线路62输送到混合装置48。

包括或构成用于本发明目的的评估装置的高频装置41和评估装置42彼此形成电连接，并且通常安装在相同的托架结构45上。

评估装置42借助于传播时间和/或微波43，44之间的相位差确定特定位置X，例如，相当于致动器元件14在作用空间12内的距离31。为此，评估装置42包括，例如，处理器46、存储器47和/或其他电子元件，例如，专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits)或类似元件。

评估装置42和/或高频装置41还包括混合装置48，用于混合，特别是倍增发送到作用空间12的微波43，即流向活塞15的微波，通过活塞15的反射返回微波44。混合装置48形成了输出信号49。在这里，输出信号49形成了测量信号50。测量信号50包括，例如，分量Ug11a，Ug12a和Ug13a，所述分量取决于发射和接收到的反射微波43，44的频率f1，f2，f3。例如，分量Ug11a-Ug13a是余弦值乘以相位差

，和

的直流电压值U0，它们又各自取决于频率f1，f2和f3，例如，按照以下公式：

其中

在上述公式(1)-(6)中，指数1-3表示频率f1-f3的相关性。λ1-λ3是波长，而k1，k2和k3是微波43，44取决于f1，f2和f3的波数。相位差

和

是反射的微波44的与致动器元件14的位置X有关相位

和

和参考相位

和

之间的差。微波44是通过耦合探头35接收的，并且作为信号64发送到线路61上，该线路以电阻器60为终点，并且导向混合装置48。

混合装置48的输出信号49相当于分量(例如，电压)Ug11a，Ug12a和Ug13a，这些分量取决于发射和接收到的反射微波43，44的频率f1，f2，f3。在图5中通过举例形式对参考相位

相位

，和分量Ug11a进行了作图。以上值是发生器58发射频率为f1的微波43时获得的。

图3表示分量Ug11a，Ug12a和Ug13a的余弦形的特性曲线。

在第一个步骤中，所述评估机构或评估装置42首先确定致动器元件14在作用空间12中的绝对位置X。处理器46首先借助于分量Ug11a，Ug12a和Ug13a中的至少两个确定所述绝对位置X。例如，它评估线性方程系统形式的公式(1)，(2)和(3)中的两个。还可以应用最小方差方法确定致动器元件14的绝对位置X。不过，本发明人业已认识到，分量Ug11a，Ug12a和Ug13a不可能在每一个位置X获得合适的测量精度和进行位置确定。在这里，本发明提出了：

评估装置42，对取决于致动器元件14的特定位置X的分量Ug11a，Ug12a和Ug13a进行加权。例如，保存在存储器47中的是表格51，具有位置x1的加权因数g11，g12，g13，位置x2的加权因数g21，g22，g23，致动器元件14的位置x3的加权因数g31，g32，g33，以及致动器元件14的其他位置X的其他加权因数，为了清楚起见，这些因数没有示出。表格51可以参数化，例如，使用参数化界面57。

微波位置测量装置30还能够以学习模式的方式自动生成表格51，其中，致动器元件14位于作用空间12中，评估装置42分析这些位置上的每一个分量Ug11a，Ug12a和Ug13a的精确度，特别是它们在特定位置上的梯度。

评估装置42对分量Ug11a，Ug12a和Ug13a进行加权，使用致动器元件在位置X上的一组加权因数g11，g12和g13，位置x2上的g21，g22，g23，和位置x3上的g31，g32，g33。位置x1，x2或x3中任意一个上的加权因数g11-g13还可以为0。

加权因数g11-g33还可用于将位置信号52线性化，这些信号是评估装置42借助于分量Ug11a，Ug12a和Ug13a和/或分量Ug11a，Ug12a和Ug13a生成的。

位置信号52表示致动器元件14在作用空间12中的特定位置X。例如，位置信号52是取决于位置X的模拟的通常为线性电压信号Up，数字输出信号或类似信号。位置信号52优选是借助于加权分量Ug11a，Ug12a和Ug13a乘以加权因数g11-g13，g21-g23，g31-g33形成的平均值。加权因数g11-g13，g21-g23，g31-g33在每一种情况下优选形成相同的整合，例如在每一种情况下的整合均为1。

评估装置42发射位置信号52，例如，通过导线(未示出)或通过无线方式使用天线58发射。

例如，分量Ug11a，Ug12a和Ug13a在它们零点的部位表现出的精确度比在它们的最小-U0或最大+U0的部位精确度更高。在最小-U0或最大+U0的部位，最小分量Ug11a，Ug12a和Ug13a在致动器元件14沿X-方向改变期间的变化相对较小。例如，评估装置42只有当它们处在通道53内的任何需要的位置上时，评估装置42才可以评估分量Ug11a，Ug12a和Ug13a，所述通道是由上限值54和下限值55确定的。

例如，在位置x1上，分量Ug11a和Ug12a具有大的斜率和大的梯度。因此，例如，为分量Ug11a和Ug12a指定的加权因数g11和g12是高的，另一方面，为分量Ug13a指定的加权因数g13是低的。在位置x1上，分量Ug13a位于通道53的外部，因此在位置x1上同样是较小的。

对于评估装置42来说，它现在可以评估分量Ug13a，假设加权因数g13＝0，因此，可以说它被过滤或剔除，并且仅根据分量Ug11a，Ug12a确定在x1上的位置信号52。

由于评估装置42业已借助于公式(1)-(3)的评估对致动器元件14的绝对位置x1进行了大致的确定，对于评估装置42来说，甚至可以仅使用测量信号50的两个分量Ug11a或Ug12a中的一个对位置x1进行精确确定，例如，通过公式(1)或(2)的反余弦评估。

在位置x2上，指定给分量Ug11的加权因数g21通常为1，加权因数g22和g23优选为0，因为只有分量Ug11a在该位置x2上具有最佳斜率。例如，分量Ug11a在x2处的梯度为gr1。分量Ug12a和Ug13a在x2处的梯度gr2和gr3明显低于梯度gr1。

另一方面，在位置x3上，指定给分量Ug11a的加权因数g31优选为0，因为信号Ug11a在该点具有小的梯度。在x3处，余弦值接近于下限-U0，或且接近于下部顶点。分量Ug12a和Ug13a通常被赋予更大的加权因数g32和g33。

通常，评估装置42借助于加权分量Ug12a和Ug13a乘以加权因数g32和g33形成平均值。例如，信号Ug11a形成位置x3上的冗余信号。

在图4中示出的是相位差

的示例性的曲线，其中，信号

被定期旋转360°或者2π。没有以这种方式旋转的相位差

通过虚线56表示。

参见图3，它解释了分量Ug11a，Ug12a和Ug13a的梯度，用按照公式(1)，(2)和(3)的余弦曲线表示作为有用的标准，用于确定分量Ug11a，Ug12a和Ug13a中的哪一个应该赋予更大的权重，哪一个应当赋予更小的权重。原则上讲，相同的方法可用于图4的示意图中。例如，在每一种情况下位置x1和x4，x6和x7，以及x8和x9之间的相位信号

是用不等于零的加权因数评估的，例如，大于零，并且在上述位置外侧使用加权因数0。在上限最大π处和/或在下限-π处COS等于0(cos

当然，本发明不仅可应用于线性致动器，而且还可应用于其他距离和位置测量场合。

当然，评估装置42以及如本发明的其他评估装置还可以再现确定位置X的加权因数，例如通过评估频率依赖分量Ug11a，Ug12a和Ug13a的相应的梯度。这样，保存的加权因数，例如表格51就不是必要的。例如，评估装置42能够相对设定梯度gr1，gr2和gr3，以便确定加权因数g21，g22和g23。评估装置42还能够选择分量Ug11a，Ug12a或Ug13a中的至少一个所选择的分量在位置X处具有最大的梯度gr1，gr2和gr3，并且将分量Ug11a，Ug12a或Ug13a中的一个或多个的权重确定为零，例如在x2处的分量Ug12a和Ug13a。

在上述实施方案中，分量Ug11a-Ug13a在每一种情况下是理想的，因为微波天线结构34与波导管26是理想匹配的。在下一个实施方案中，情况就不是这样。下面结合图6-9所披露的评估装置42′的第二种实施方案没有测量信号50的正弦曲线或余弦曲线分量，而是具有其他分量，例如，复合反射因素的实部和/或相位差信号也可以赋予不同强度的权重。

图6所示评估装置42′包括所谓的I/Q混合器，在某种程度上相当于图5所示评估装置42。相同的或相似的部分采用相同的附图标记。

除了混合装置48之外，评估装置42′包括第二个混合装置71，以便生成测量信号50的正弦曲线分量Ug11b，Ug12b和Ug13b。首先将具有参考相位和/或

的信号62输入传播延时元件70，例如，λ/4线或所谓的90°混合。传播延时元件70实现信号63的相位的90°的改变。传播延时元件70的输出信号73和信号64被输入混合装置71，例如，它接收根据以下公式生成的频率为f1的输出信号Ug11b(f1)：

所述相位的90°的改变形成了正弦曲线。相应地，与公式(2)和(3)类似，取决于频率f2和f3的分量Ug12b和Ug13b是作为输出信号72在混合装置71的输出上提供的，此时所述发生器以频率f2和f3工作。

根据下面的公式8和9，分量Ug11a和Ug11b还可以表示为复合反射因素的的实部和虚部：

Ugl1a＝Re(U0*e^-jkx*2) (8)

Ugl1b＝Im(U0*e^-jkx*2) (9)

通过微波天线结构34与波导管26的理想的匹配，形成了如图8和9所示的理想曲线Ug11ai(f1)和Ug11bi(f1)。指数i表示理想曲线，它是天线结构35与波导管26理想匹配的结果。

在本发明范围内，同样有利的是，利用天线结构34在波导管26上的任何错配对测量信号的分量进行加权，根据本发明，还可以生成相应天线结构与相应波导管的特殊错配，以便生成所述测量信号的分量的曲线，所述分量并非确实理想，并且具有更强、更大的和更小的梯度。

例如，实际曲线(指数r)Ug11ar(f1)和Ug11br(f1)的梯度偏离理想曲线Ug11ai(f1)和Ug11bi(f1)的梯度。

在位置x1处，信号Ug11ar(f1)具有零通道和最大梯度。在该点上，对信号Ug11ar(f1)进行评估。同样在位置x3处，通过评估装置42′赋予信号Ug11ar(f1)更大的权重。

相反，在位置x2处，分量Ug11ar(f1)具有小梯度，并且赋予小权重或甚至将权重因数设定为零，并因此被剔除。

在该点上可以看出与图7所示相位差特性曲线的联系。图7表示相位差特性曲线

和

它们是通过天线结构34与波导管26的错配实现的，这种错配存在于任何场合或是故意生成的。在图4中，为了进行比较示出了理想曲线。例如，在位置x1处，信号

具有大梯度。在位置x2处，信号

具有更平缓的曲线。在该点上，取决于频率f2的信号是适合评估的。

根据下面的公式(10)，评估装置42′形成了信号

例如，反正切：

Claims

1.用于可移动地安装在致动器外壳(13)的作用空间(12)中的致动器(11)的致动器元件(14)的位置检测的微波位置测量装置，它具有高频微波天线结构(34)，用于将具有至少两种不同频率(f1，f2，f3)的微波发射到作用空间(43)，并且用于接收来自作用空间(12)的通过在致动器元件(14)上至少部分反射的发射的微波(43)所形成的反射微波(44)，并且具有评估装置(42；42′)，用于借助于通过反射微波(44)形成的测量信号(50)形成表示致动器元件(14)的特定位置(X)的位置信号(52)，其特征在于，用于形成位置信号(52)的评估装置(42；42′)是通过对测量信号(50)的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

1，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)进行加权进行测量的，所述分量取决于至少两种不同频率(f1，f2，f3)，并且取决于致动器元件(14)的特定位置(X)。

2.如权利要求1的微波位置测量装置，其特征在于，所述测量信号(50)的与频率有关的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

1，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)是按照它们的特定梯度加权的，其中，与具有较少梯度数量的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

1，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)相比，所述评估装置(42；42′)赋予具有较大梯度量的测量信号(50)的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

1，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)更大的权重。

3.如权利要求1或2的微波位置测量装置，其特征在于，如果它的梯度数量低于预定值，所述评估装置(42；42′)将测量信号(50)的至少一个与频率有关的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)确定为零。

4.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于，所述评估装置(42；42′)为了形成位置信号(52)，由测量信号(50)的至少两个加权的与频率有关的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

1，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)形成平均值。

5.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于，它具有混合装置(48；71)，用于混合，特别是倍增反射微波(44)的发射的微波(43)，其中，由所述混合装置(48；71)的输出信号(49；72)形成测量信号(50)或它的一部分。

6.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于，它具有至少一个传播延时元件(70)，用于改变信号(63)的相位，用于发送微波(43)和/或借助于接收到的反射微波(44)发生的信号(64)。

7.如权利要求5或6的微波位置测量装置，其特征在于，所述传播延时元件(70)改变信号(63)的相位，以便传送微波(43)通过90°，由此形成信号(73)，该信号被输送给混合装置(71)，借助于接收到的反射微波(44)与所产生的信号(64)混合。

8.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于，所述测量信号(50)包括相位特性曲线，特别是发射的微波和接收到的反射微波(44)之间的相位差。

9.如权利要求8的微波位置测量装置，其特征在于，所述测量信号(50)根据致动器元件(14)的特定位置(X)的相位特性曲线或相位差进行加权。

10.如权利要求8或9的微波位置测量装置，其特征在于，所述测量信号(50)包含直流值或直流电压值乘以相位差的余弦值或正弦值。

11.如权利要求9的微波位置测量装置，其特征在于，为了形成位置信号(52)，评估装置(42；42′)赋予包含余弦值或正弦值的具有较大梯度数量的测量信号(50)更大的权重。

12.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于，为了形成位置信号(52)，评估装置(42；42′)对测量信号(50)所包含的复合反射因素的实部和/或虚部进行加权。

13.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于，所述评估装置(42；42′)评估测量信号(50)的与频率有关的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

1，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)，以便确定致动器元件(14)的位置和/或借助于最小方差方法确定它们的相应的权重。

14.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于，所述评估装置(42；42′)评估测量信号(50)的与频率有关的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

1，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)，以便确定致动器元件(14)的位置和/或它们的相应的权重，借助于传送的和/或发射的电磁波速度和/或借助于微波天线结构(34)的校正和/或借助于早先获得的测量值的比较。

15.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于它具有表格(51)，特别是能够将加权因数(g11，g12-g33)参数化，其中，所述评估装置(42；42′)根据所述表格上致动器元件(14)的特定位置(X)确定加权因数(g11，g12-g33)。

16.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于它以连续的方式发送微波(43)。

17.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于，所述评估装置(42；42′)在对测量信号(50)的与频率有关的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

1，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)进行加权之前，评估至少两个分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

1，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)，以便确定致动器元件(14)在作用空间(12)中的绝对位置(X)。

18.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于，所述微波天线结构(34)被设计成发送相对于至少两种彼此不同频率的至少一种频率冗余的微波(43)，并且接收在致动器元件(14)上通过至少部分反射冗余微波(43)形成的冗余发射微波(44)，并且评估装置(42；42′)被设计成与其他分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a)成比例地对所述冗余微波的一个分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a)根据致动器元件(14)的特定位置(X)进行加权。

19.如上述权利要求中任意一项的微波位置测量装置，其特征在于，所述高频微波天线结构(34)是与作用空间(12)不匹配的，以便产生能够提供不同权重的测量信号(50)的与频率有关的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

1，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)。

20.致动器，具有如上述权利要求中任意一项的位置测量装置。

21.如权利要求20的致动器，其特征在于它是线性致动器。

22.如权利要求20或21的致动器，其特征在于它是电动的和/或流体的，特别是气动的致动器(11)。

23.用于检测致动器(11)的致动器元件(14)的位置的位置测量方法，其中，所述致动器元件被可移动地安装在致动器外壳(13)的作用空间(12)中，该方法具有以下步骤：

-使用高频微波天线结构(34)将具有至少两种不同频率(f1，f2，f3)的微波(43)发送到作用空间(12)，

-从作用空间(12)接收由致动器元件(14)上至少部分反射发射的微波(43)形成的反射微波(44)，

-借助于由反射微波(44)形成的测量信号(50)，形成表示致动器元件(14)的特定位置(X)的位置信号(52)，其特征在于

-对测量信号(50)的分量(Ug11a，Ug12a，Ug13a；Δ

，Δ

2；Ug11ar；Ug11br)进行加权，所述分量与至少两种不同频率(f1，f2，f3)有关，并且与致动器元件(14)的特定位置(X)有关，以便形成位置信号(52)。