CN107430014B

CN107430014B - 磁致伸缩位移测量设备和用于运行磁致伸缩位移测量设备的方法

Info

Publication number: CN107430014B
Application number: CN201580077534.7A
Authority: CN
Inventors: 托尔斯滕·博伊特勒
Original assignee: Balluff GmbH
Current assignee: Balluff GmbH
Priority date: 2015-03-09
Filing date: 2015-03-09
Publication date: 2020-02-28
Anticipated expiration: 2035-03-09
Also published as: US10352735B2; DE112015006283B4; DE112015006283A5; CN107430014A; WO2016141967A1; US20180128655A1

Abstract

提供了一种磁致伸缩位移测量设备，其包括：多个测量段(20a、20b、20c)，它们分别具有沿纵向方向(26)的延伸部并且至少彼此平行地布置在测量区域(136)内；至少一个磁位置传感器(14)，其与这些测量段(20a、20b、20c)无接触式耦合；起始信号加载装置(304；322)，通过其置能将用于产生励磁电流脉冲(156)的起始信号(300)提供给测量段(20a、20b、20c)；以及评估装置(310)，通过其能通过对机械波(342)的行进时间测量来获知位置传感器(14)在测量段(20a、20b、20c)上的位置，其特征在于，起始信号加载装置(304；322)包括时间控制装置(308；328)，其控制的是：在一个测量周期(340)内，在所限定的不同时间点(t₁；t₁'；t₁”)将起始信号(300)提供给不同的测量段(20a；20b；20c)。

Description

磁致伸缩位移测量设备和用于运行磁致伸缩位移测量设备的方法

技术领域

本发明涉及一种磁致伸缩位移测量设备，其包括：多个测量段，测量段分别具有沿纵向方向的延伸部并且至少彼此平行地布置在测量区域内；至少一个磁位置传感器，磁位置传感器与测量段无接触式耦合；起始信号加载装置，通过起始信号加载装置能将用于产生励磁电流脉冲的起始信号提供给测量段；以及评估装置，通过评估装置能通过对机械波的行进时间测量来获知位置传感器在测量段上的位置。

此外，本发明还涉及一种用于运行磁致伸缩位移测量设备的方法，其中，位移测量设备包括多个测量段，测量段分别具有沿纵向方向的延伸部并且至少彼此平行地布置在测量区域内；位移测量设备还具有磁位置传感器，磁位置传感器与测量段无接触式耦合，在磁位置传感器中，将起始信号提供给测量段，起始信号在测量段上触发励磁电流脉冲，而且在磁位置传感器中，获知机械波在测量段上的行进时间。

背景技术

从WO 2012/019927 A1或者US 2013/0181700 A1公知一种位移测量设备，其包括：至少一个第一测量段和第二测量段，第一测量段和第二测量段分别具有沿纵向方向的延伸部并且至少在测量区域中彼此平行地取向；至少一个位置传感器，位置传感器与测量点无接触式耦合；以及测量段支架，测量段支架在测量区域内延伸并且具有缺口，在缺口内分别布置有测量段。

从EP 1 306 650 A1公知一种用于检测位置传感器的位移的位移传感器设备，其具有沿纵向方向延伸的测量探头，位置传感器与所述感应器无接触式耦合。

如果设置有多个(至少两个)测量段、也就是说至少两个测量探头，那么可以实现冗余的位移测量或位置确定。相应的位移测量设备可以有利地例如被用在安全相关的应用中。

从DE 10 2004 062 968 A1公知一种位移测量设备，其具有：以固有稳定的、空心的、周向封闭的、能在端侧密封的型材形式的壳体，该壳体具有沿纵向方向保持不变的横截面轮廓；在型材内部的波导单元，其中该波导单元的波导沿型材的纵向方向走向；分析电子装置；以及作为位置传感器的在纵向方向在外部能沿着型材运动的磁体。该型材在整个长度内具有无阶梯的内轮廓，而且在内轮廓中布置有至少一个嵌入件，该嵌入件具有抗相对转动地沿转动方向绕着纵轴线布置的内轮廓，该内轮廓也具有任意的内角、外角和/或阶梯。

从US 2001/0017539 A1公知一种模块化的波导装置。

从CN 101788259公知一种磁致伸缩位移传感器，其包括两组信号发生装置。每组包括一个波导丝。

从DE 197 53 805 A1公知一种用于波导的轴承，该轴承用于传导机械波，其中，该轴承具有高份额的气体和低份额的固体。

从US 4,121,155公知一种位置确定系统。

发明内容

本发明所基于的任务在于，提供开头所提到的类型的位移测量设备，该位移测量设备能够实现经改善的信号质量和/或更快的扫描和/或死区时间的缩短。

按照本发明，该任务在开头所提到的磁致伸缩位移测量设备中通过如下方式来解决：起始信号加载装置包括时间控制装置，该时间控制装置控制的是：在一个测量周期内，在所限定的不同时间点将起始信号提供给不同的测量段。

通过时间控制装置可以设定的是：不是同时地、而是具有时间偏差地将起始信号提供给多个测量段(也就是说至少两个测量段)中的不同的测量段。

通过该时间偏差可以实现的是：例如在保持不变的测量长度的情况下改善信号质量，或者在保持不变的信号质量的情况下实现更快速的扫描，或者在相同的扫描和相同的信号质量的情况下缩短死区段。在此，所提及的比较针对如下情况：只使用一个测量段或在多个测量段的情况下将起始信号同时提供给不同的测量段。

通过按照本发明的解决方案可能的是，在不提高针对单独的测量段的扫描的情况下，针对具有多个测量段的整个系统实现更快速的节拍。用于不同测量段的起始信号的时间偏差引起了节拍的有效提高。

尤其是规定，时间控制装置控制的是：在一个测量周期内，在第一时间点和距第一时间点有第一时间间隔的第二时间点将起始信号提供给第一测量段，而且在第一时间点与第二时间点之间将相应的起始信号提供给另外的测量段。由此实现了对测量段的非同时的起始信号加载。可以利用在不同的测量段内的相应的时间偏差，以便整体上针对整个系统实现更快速的节拍或者实现更好的信号质量(在节拍方面没有损失的情况下)，或者在不同的测量段内的相应的时间偏差可以被用于缩短死区。

尤其是规定，在有n个测量段的情况下，其中n是自然数，时间控制装置控制的是：在一个测量周期内，在与第一时间点有第二时间间隔(i-l)/n·ΔT的时间点向在测量段i(其中i＝2,...,n)提供起始信号。由此，可以以简单的方式实现比针对单个测量段更快速的针对整个系统的节拍，或可以实现更好的信号质量或可以缩短死区。

尤其是，分别以第一时间间隔向相应的测量段提供起始信号。由此，可以在单独的测量段上历经多个测量周期。

在一个实施例中规定，第一时间间隔等于或大于机械波在测量段上的最大行进时间。由此可以确保的是：反射在很大程度上衰减，使得实现了良好的信号质量。

在一个实施例中规定，第一时间间隔等于或大于机械波在测量段上的双倍的最大行进时间。由此可以确保的是：在相应的测量段上在途中不再有反射，而且提高了信号质量。这也可以被用于缩短在测量段的端部上的死区，因为可以缩短相应的阻尼，以便实现足够的信号质量。在一定程度上，需要用于阻尼的少量花费，因为等待更长时间。

在此，可以规定，在一个测量周期内将起始信号提供给测量段的时间间隔被固定地设定，而且尤其是取决于测量长度和机械波的传播速度来获知。由此，可以以简单的方式实现相应的时间控制。

也可能的是，在一个测量周期内将起始信号提供给测量段的时间间隔通过获知机械波的反射来确定。接着，尤其是检查反射是否低于确定的阈值(例如振幅阈值)，而且接着当低于该阈值时，相应地以一个时间间隔来触发起始信号。

测量周期以第一时间点开始而以如下的时间点结束，该时间点是与在所有测量段中在第一时间点与第二时间点之间向相应的测量段提供时间上最后的起始信号的那个时间点有第一时间间隔的时间点。在此，原则上可能的是，测量周期相互交错，也就是说例如在先前的测量周期完全结束之前就开始新的测量周期。

有利的是，测量段相同地构造。由此可以实现：位置传感器与所有测量段都以相同方式来耦合，以便相应地通过时间上的控制来实现提高的节拍或经改善的信号质量或死区的可缩短性。在一个实施例中，每个测量段都配属有起始信号加载装置的自身的起始信号发生器。

也可规定：多个测量段配属有共同的起始信号发生器，多路复用器接在共同的起始信号发生器后面，其中，多路复用器将起始信号提供给各自的测量段。通过单独的起始信号发生器或者通过多路复用器可以实现对测量段的起始信号加载的单独的时间上的控制。

有利的是，时间控制装置与评估装置耦合。由此，评估装置可以将其所提供的信号配属给各个测量段，以便执行最优的评估。

例如，多路复用器配属于评估装置，通过该多路复用器能将由测量段提供的信号提供给评估装置。

按照本发明，在开头提到的任务在开头提到的方法中通过如下方式来解决：在一个测量周期内，在不同的时间将起始信号提供给不同的测量段。

按照本发明的方法尤其可以利用按照本发明的设备来执行或在按照本发明的设备上可以执行按照本发明的方法。

按照本发明的方法的有利的设计方案已经与按照本发明的设备相关联地来阐述。

例如，在一个测量周期内，在第一时间点和距第一时间点有第一时间间隔的第二时间点将起始信号提供给第一测量段，而且在第一时间点与第二时间点之间将相应的起始信号提供给另外的测量段。由此实现了时间偏差，通过该时间偏差可以实现更高的节拍和/或经改善的信号质量和/或死区的可缩短性。

在有n个测量段的情况下，其中n是自然数，尤其是在与第一时间点有第二时间间隔(i-l)/n·ΔT的时间点将起始信号提供给测量段i(其中i＝2、……、n)。由此，例如针对整个系统，可以以相应的优点实现比针对各个测量段更快速的节拍。

有利的是，第一时间间隔等于或大于机械波在测量段上的最大行进时间。由此，例如可以在相同的精确度下在多个时间点得到位置值。

在一个实施例中规定，第一时间间隔等于或大于机械波在测量段上的双倍的最大行进时间。由此可以确保的是：在测量段上在途中不再有反射。由此实现了更好的信号质量或可以缩短死区。

例如，在一个测量周期内将起始信号提供给测量段的时间间隔被固定地设定，而且尤其是取决于测量长度和机械波的传播速度来获知。由此，时间间隔固定地预先给定。

也可以实现主动的时间间隔确定，其方式是：在一个测量周期内将起始信号提供给所述测量段的时间间隔通过获知机械波的反射来确定。尤其检查的是：在测量段上在途中的反射是否已经低于(例如关于振幅的)阈值。

测量周期以第一时间点开始而以如下的时间点结束，该时间点是与在所有测量段中在第一时间点与第二时间之间向相应的测量段提供最后的起始信号的那个时间点有第一时间间隔的时间点。接着，起始信号已经被提供给所有测量段，而且一个新的起始信号被初始化，也就是说已经通过最初的起始信号来触发的位置获知已经结束。在此，可能的是，测量周期相互交错，使得在(一个测量段上的)新的测量周期开始时，在另外的测量段上的先前的测量周期还不曾结束。

尤其是，就一个测量周期来说，位移测量系统的有效节拍相应地比在测量段上的节拍更快，并且尤其是在n个测量段的情况下，其中n是自然数，位移测量系统的节拍与在单个测量段上的节拍相比快n倍。如果位移测量系统的有效节拍与常规系统匹配，那么由此可以实现更高的信号质量或可以使死区缩短。如果在单独的测量段上的节拍与常规系统匹配，那么对于整个系统来说可以实现更快速的节拍并且减小死区。

附图说明

对优选实施方式的随后的描述与附图相关联地用于对本发明的更进一步的阐述。其中：

图1示出了位移测量设备的实施例的透视图；

图2示出了沿着图1的线2-2的截面图；

图3示出了朝向按照图1的位移测量设备的测量头区域的部分透视截面图；

图4示出了测量头的另一透视截面图；

图5示出了测量段支架的部分视图；

图6示出了沿着图5的线6-6的透视截面图；

图7示出了测量段支架的截面图；

图8示出了如图7那样的具有布置在其中的测量段(相应于沿着图6的线8-8的截面图)的类似视图；

图9示出了测量段支架-载体的实施例的透视图；

图10示出了线圈支架的实施例的透视图；

图11示出了保持板的实施例的透视图；

图12(a)示出了用于阐述其工作原理的波导的示意图；

图12(b)示出了电流脉冲的示意图；

图13示出了具有测量接口的位移测量设备的实施例的示意图；

图14示出了具有测量接口的位移测量设备的另一实施例；

图15示意性地示出了用于不同的测量段的机械波(用于行进时间获知的实际的测量波以及反射波)的变化过程以及起始信号的时间变化过程；以及

图16示意性地示出了起始信号在具有n＝3个测量段的实施例中的时间变化过程。

具体实施方式

在图1中示出并且在那里用10来表示的根据本发明的磁致伸缩位移测量设备的实施例包括位移传感器12和磁位置传感器14。位移传感器12被构造为磁致伸缩位移传感器。位置传感器14是磁体，而且尤其是例如呈环形磁体形式的永磁体。

位移传感器12包括测量头16。在测量头16上保持有路程装置18。在此，路程装置18具有多个平行的测量段20a、20b、20c(图1、5、6、8)。在所示出的实施例中，设置有第一测量段20a、第二测量段20b和第三测量段20c。在测量区域内，测量段20a、20b、20c彼此平行地取向并且以线性延伸部来定向。位置传感器14同时与所有测量段20a、20b、20c耦合。尤其是，测量段20a、20b、20c相同地构造并且位置传感器14的耦合在所有测量段20a、20b、20c上都是相同的。

测量段20a、20b、20c布置在路程装置18上。测量段20a、20b、20c配属有各自的测量段延续部分22a、22b、22c，测量段延续部分22a、22b、22c定位在测量头16中(图3、图4)。

位移传感器12具有测量段支架24。测量段支架在纵向方向26上沿着相应的轴线延伸。测量段支架24具有柱状外轮廓(图5至图8)。该测量段支架24布置在保护管内(在附图中未示出)。

测量段支架24在测量段20a、20b、20c的整个长度上延伸，其中测量段支架24与这些测量段相比具有更大的长度，如在下文还进一步阐述的那样。

测量段支架24具有用于第一测量段20a的槽形的第一缺口28a，用于第二测量段20b的槽形的第二缺口28b以及用于第三测量段28c的槽形的第三缺口28c。在这些缺口28a、28b、28c中分别布置有各自的测量段20a、20b、20c。缺口28a、28b、28c沿纵向方向26延伸并且彼此平行地取向，而且在此与轴线26平行地定向。

测量段支架24由纤维增强材料制成，以及尤其是纤维增强塑料制成。这种纤维优选地是玻璃纤维。纤维定向在此至少几乎与纵向方向26平行。由此，测量段支架24具有小的热膨胀。

测量段支架24例如通过拉挤成形方法制成。在一个实施例中，最大厚度D(直径)最高为10mm(参见图7和图8)。在具体的实施例中，该厚度为大约6mm。

测量段支架24关于其横截面具有彼此相连的T形元件30(图7、图8)。T形元件30呈星形地布置。T形元件30以及缺口28a、28b、28c以120°的角度32与纵向方向26旋转对称地、均匀分布地布置。T形元件30相同地构造。

各个缺口28a等通过壁34分隔，这些壁34具有均匀的壁厚。缺口28a等非圆形地设计。缺口具有第一区域36，在第一区域36上，形成边界的壁34至少近似具有平坦的侧38。相应的平坦的侧38彼此对接，其中，在过渡区40上存在倒圆。

缺口28a等还具有第二区域42。在第二区域内，壁34弓形地来设计并且尤其是被倒圆。

如上所述，在中央区域44内在轴线26附近，壁34具有均匀的壁厚。

缺口28a等具有平行于纵向方向26的朝向外侧的开口45。缺口28a等由此被构造为测量段支架24上的槽。在此，壁34以至少220°的角度范围并且例如以270°的角度范围来包围缺口。由此，布置在各个缺口28a等上的测量段20a等除了开口44之外由测量段支架24的壁材料包围。

测量头16具有测量段支架-载体46，在该测量段支架-载体46上保持有测量段支架24(图1、图2、图9)。测量段支架-载体46包括柱状套筒48，该柱状套筒48安放在杯形件50上。杯形件50具有开口52，该开口52与柱状套筒48的内部空间54对应。测量段延续部分22a、22b、22c贯穿该开口52。此外，杯形件50在其背离柱状套筒48的那一侧上具有环形的套环56。在底部58与套环56之间限定有柱状空间60。

绕着开口52，在底部58上布置有测量段支架24的标记装置的以120°的角分布的标记62。这些标记62对应于测量段20a、20b、20c的位置并且用于简化装配。

测量段支架-载体46固定在测量头16的线圈支架64(图1、图2、图10)上，如在下面还进一步阐述的那样。线圈支架64和测量段支架-载体46配属有凸缘-槽装置，用以相对的转动固定。对此，例如在测量段支架-载体46的套环56中布置有槽66。

线圈支架64具有柱状造型。在线圈支架64中，相应于测量段延续部分22a、22b、22c的数量布置有缺口68a、68b、68c。在此，第一缺口68a配属于第一测量段延续部分22a，第二缺口68b配属于第二测量段延续部分22b，而第三缺口68c配属于第三测量段延续部分22c。在此，各个缺口68a等具有第一区域70，该第一区域70从线圈支架64的端面72延伸直至线圈支架64的中间区域，端面72朝向测量段支架-载体46。此外，缺口68a等具有第二区域74，该第二区域74从第一区域70的端部延伸直至线圈支架64的端面76，该端面76背离测量段支架24。

各个缺口68a等的第二区域74尤其是被构造为线圈支架64中的柱状孔。第一区域70被构造为凹部，凹部在侧向敞开(图10)。为了侧向封闭缺口68a等的第一区域70，设置有具有各个锁止件80a、80b、80c的锁止装置78，其中，锁止件80a配属于第一缺口68a的第一区域70，锁止件80b配属于第二缺口的第一区域70，而锁止件80c配属于第三缺口68c的第一区域70。锁止装置78的锁止件80a、80b、80c例如通过粘接被固定在相应的缺口68a、68b、68c的第一区域70上。在此，它们空出如下区域，在该区域内相应的测量段延续部分22a、22b、22c在线圈支架64中被引导。

测量头16具有轴线82。该轴线82与测量段支架24的轴线26同轴。测量段支架24居中地安放在测量头16上。在此，测量头16与测量段支架24相比具有更大的直径。

缺口68a等的第二区域74平行向外地(离开轴线82地)错开并且由此与轴线26间隔开。开口52与轴线26同轴并且借此也与轴线82同轴。第一区域70在开口52与平行错开的第二区域74之间提供过渡区域。在此，第一区域被设计成使得实现连续的过渡。

在线圈支架64中的用于测量段延续部分22a、22b、22c的缺口68a、68b、68c具有与测量段支架24的测量段20a、20b、20c相同的布置对称性。在所示出的实施例中，缺口68a、68b、68c与轴线82旋转对称地布置，而且尤其呈星形地布置，具有120°的角间隔。缺口68a、68b、68c在其第二区域74内彼此平行地取向。

线圈支架64在其端面72上具有后移的边缘区域84，该边缘区域84与测量段支架-载体46的套环56匹配。后移的边缘区域84包围凸起86，该凸起86定位在空间60内。套环56包围该凸起86。

在边缘区域84上布置有上面提及的凸缘-槽装置的凸缘88。该凸缘88沉入测量段支架-载体46的槽66中。由此，阻止了线圈支架64与测量段支架-载体46之间的相对可转动性。在此，凸缘88和槽66布置成使得标记62对准缺口68a、68b、68c的进入开口90。

此外，测量头16具有保持板92(图1、图2、图11)。该保持板92固定在线圈支架64上。该保持板92具有例如三角形的第一区域94(图11)，在第一区域94上安放有柱状法兰96。该法兰96插装到线圈支架64上。线圈支架64的具有端面72的部分穿过法兰96。此外，法兰96还包围测量段支架-载体46。

法兰96和第一区域94内的开口98限定了保持板92的内部空间100。在内部空间100中定位有线圈支架64的所提及的部分以及测量段支架-载体46的局部区域(即杯形件50)。在此，内部空间100具有第一局部区域102和第二局部区域104。第一局部区域102在第一区域94内形成，而第二局部区域104在法兰96中形成。第二局部区域104与第一局部区域102相比具有更小的直径。由此，形成了尤其是环形的抵靠面106。

线圈支架64的边缘区域84向外伸出线圈支架64的柱状外轮廓108(图10)。由此，形成了边缘套环110。该边缘套环贴靠在抵靠面106上。在此，在制造位移传感器12时，线圈支架64以其端面76在前面首先被推如内部空间100的第一局部区域102，直至边缘套环110贴靠在抵靠面106上。

线圈支架64的边缘套环110具有通孔112，该通孔112与缺口68a等对应。这些通孔形成凸缘-槽装置的槽，该凸缘-槽装置用于线圈支架64相对于保持板92的转动固定。在抵靠面106上布置有相应的凸缘114。如果凸缘114处在通孔112(槽)中，那么阻止了保持板92与线圈支架64之间的可转动性。

例如通过粘接来实现测量头16的保持板92与线圈支架64之间的轴向固定。测量头16的固定通过尤其是被构造为环形螺母的法兰96来改善。相应地，同样可以通过粘接来实现测量段支架-载体46与线圈支架64之间的轴向固定。

在一个实施方式中，法兰96至少部分地覆盖锁止装置78。

在一个实施方式中，贯通的开口116布置在保持板92的第一区域94上。由此，位移传感器12例如可以通过拧接或者诸如此类的方式固定在应用物上。

具有配属于它们的测量段延续部分22a、22b、22c的各个测量段20a、20b、20c均包括线波导118。该线波导118是“实际的”测量段。该线波导118贯穿地在各自的测量段延续部分22a等与测量段20a等中引导。该线波导118固定在阻尼套筒134上。该阻尼套筒134定位在测量段支架24的端部122附近。阻尼套筒134是金属元件。

线波导118被软管124包围。该软管124由电绝缘材料制成并且例如是硅酮软管。该软管124一方面用于使线波导118电绝缘，而另一方面用于在相应的缺口28a等和68a等之内的支承和定位。

回线126与阻尼套筒134连接。该回线126例如利用焊点120焊接在金属元件134上。回线126穿过缺口28a等和68a等，其中，该回线126处在相应的软管124之外。

软管124在间隔开的部位128(图4至图6，图8)处被束紧，而且由此减小了线波导118的运动间隙。该束紧并不紧到阻碍波的传播。由此，实现了线波导118相对软管124的相对的位置固定。相对的位置固定是具有(限定的、小的)间隙的支承。如果软管124插入缺口28a等和68等中，这又能够实现线波导118在位移传感器12上的位置固定。

在测量段支架24的缺口28a等中，与金属元件120相邻地布置有一个或多个阻尼块130、132。相应的阻尼块130、132在该区域内包围线波导118，而且负责阻尼相应的机械波。

在阻尼块130与焊点120之间布置有阻尼套筒134。

位移传感器12的测量区域136基本上处在阻尼块132的端部(软管124贴靠在其上)与柱状套筒48的端部之间。在此之间的间距限定了测量区域136的长度。

线波导118以及相应地还有回线126穿过相应的缺口68a等以及线圈支架64(图2至图4)。在测量段支架24中，相应的测量段20a、20b、20c的线波导118彼此平行并且与线轴平行地引导。通过穿过缺口68a等的第一区域70，实现了横向错开的布置，其中，线波导118在第二区域74内又与轴线26平行地引导。第一区域70被设计成使得机械波可以无阻碍地经过该第一区域70。尤其是，对此，线波导118在该区域内在避免拐角的情况下弯曲地引导。尤其是，线波导呈S形引导。

锁止装置78的锁止件80a等以及缺口68a等的第一区域70的底部138相应地构造，以便能够实现“无棱边地”(“连续可微地”)以S形引导线波导118。

在各个缺口68a等的第二区域74内布置有套筒140。套筒140(图4)用于规定线波导118在缺口的第二区域74内的位置，并且由此用于S形引导。套筒140(间隔套筒)例如粘接在缺口68a等的相应的第二区域74内。套筒140被屏蔽管142包围。该屏蔽管142由磁屏蔽材料制成。

在线圈支架64上保持有线圈装置144。在此，线圈装置144包括(至少一个)拾波线圈146，该拾波线圈146在测量段延续部分22a等上布置在相应的缺口68a等的第二区域74中。相应的拾波线圈146尤其是被粘入到套筒140中。

拾波线圈146连同由金属材料构成的销150a、150b、150c、150d安放在套筒140中。回线126卷绕销150a并且与其焊接。

线波导118卷绕销150d。

在销150a、150b、150c、150d上分别安放有具有集成导体的带材152。在带材152上布置有(至少)各一个电阻元件154。在此，各自的带材152的电阻元件安放在线圈支架64之外。在此，每个具有其测量段延续部分22a的测量段20a分别配属有具有自身的电阻元件154的带材。各自的带材152尤其是被构造成柔性带材。该带材引导导体并且也是电阻元件154的载体。通过电阻元件154，可以使各个测量段20a、20b、20c相对于彼此标准化并且也相对于后续的电路标准化。尤其是可以补偿各个测量段20a、20b、20c的电特性的不平衡性。由于电阻元件154能容易地接近，因此可以以简单的方式来执行所述补偿。

依据图12(a)，示意性地阐述了位移测量设备10的工作步骤：

来自测量接口的励磁电流脉冲156作为测量信号触发测量。在此，励磁电流脉冲156借助于起始信号300(图15、图16)来触发。励磁电流脉冲156产生环形磁场158，其基于波导(线波导)118的软磁特性在波导118中聚束。位置传感器14(尤其是永磁体)定位在波导118的测量部位160上。位置传感器的磁感线162与环形磁场158成直角地走向，而且同样在波导118中聚束。

在环形磁场158和由位置传感器14产生的磁场重叠的区域内，在波导118的结构的微区域内由于磁致伸缩而形成弹性形变。该弹性形变又造成沿着波导118在相反方向164、166上传播的机械波(弹性波)。该波在波导118中的传播速度尤其是在大约2800m/s的量级，并且在很大程度上相对于环境影响不敏感。

在相应的测量段的端部122上布置有阻尼块130、132。通过阻尼块阻尼掉朝着端部122行进的超音速的波，使得该波的回反射的部分的振幅在信号探测时相对于直接传播的波的振幅更小。

在另外的端部168上布置有相应的拾波线圈146，该拾波线圈146通过磁致伸缩效应的反转以及磁感应来产生电信号，并且将电信号提供给测量接口。

从形成地点至拾波线圈146的行波时间与在位置传感器14和拾波线圈146之间的间距直接成比例。因而，借助时间测量可以以高精确度来获知在拾波线圈146与位置传感器14之间的间距。用于时间测量的基本测量信号是拾波线圈146的电信号，根据在拾波线圈146与位置传感器14之间的间距与起始信号时移地将拾波线圈146的电信号从拾波线圈146提供给测量接口。

原则上，发送到测量段(例如测量段20a)上的励磁电流脉冲会在其它测量段20b、20c中感应出电压、尤其是在关断时。因此，原则上可能出现串扰。

设置感应电压限制装置170，其对尤其是在关断时励磁电流脉冲156的边沿陡度172(图12(b))进行设定，使得在至少1.5μs的时段内以及尤其是在至少2ps的时段内以及尤其是在至少3μs的时段内尤其出现从最大振幅174降低到零。

通过设定相应的边沿陡度，降低了感应电压的大小。

在此，也可以设定在接通时相应的有限边沿陡度176。感应电压限制装置170例如通过RCD环节来实现。

在一个实施方式中，磁体装置178集成到线圈支架64中(图2)。磁体装置178例如通过磁体来实现，该磁体集成到相应的锁止件80a、80b、80c中。磁体装置178是偏磁装置，其用于减少测量段20a、20b、20c或测量段延续部分22a、22b、22c之间的串扰。由此，可以减少在一个测量段上的电流脉冲对配属于其他测量段的拾波线圈的影响。

锁止件80a等例如可以是塑料粘结的磁体。磁场的取向和强度可以有针对性地来设定。

规定：引导电流的导体精确地平行引导。由此，避免了可能由于交叉结构方式出现的干扰场。

在测量头16中，串扰由于通过错开布置使拾波线圈146距轴线26的间距增大而减少。

在实施方式的一个变型方案中，在测量段支架24和线圈支架64中附加地布置有一个或多个导体180(图5)。导体180例如平行地引导。蜿蜒的引导或者诸如此类也是可能的。通过一个或多个引导电流的导体180可以在相应敷设导体180并且设定电流强度时补偿在不同的测量段20a、20b、20c之间的可能的串扰。

在发出起始信号与遇到拾波线圈146的电信号之间的时间间隔被获知。接着，由已知的在相应的测量段20a、20b、20c上的波速度确定机械波经过的位移。由此，已知了位置传感器14在相应的测量段20a、20b、20c上的地点。

测量接口302的第一实施例(图13)包括起始信号加载装置304。通过起始信号加载装置，能将起始信号提供给各个测量段20a、20b、20c。

在测量接口302中，起始信号加载装置包括起始信号发生器306a、306b、306c，其中，每个测量段20a、20b、20c都配属有自身的起始信号发生器306a、306b、306c。配属于测量段20a等的各自的起始信号发生器306a等将起始信号300提供给其测量段20a等。

此外，起始信号加载装置304还包括时间控制装置308。时间控制装置308负责的是：在时间上限定地实现各个测量段20a等的起始信号加载，如在下文还进一步阐述的那样。一方面，在各个测量段上都在测量周期内实现起始信号300的节拍。另一方面，在一个测量周期之内针对不同的测量段20a、20b、20c实现对起始信号的时间上受控的加载，如在下文还进一步阐述的那样。

时间控制装置308例如通过微处理器来实现。

此外，测量接口302具有评估装置310，该评估装置例如通过专用集成电路(ASIC)来实现。评估装置310接收由各个测量段20a、20b和20c(而且在此通过各自的拾波线圈146a、146b、146c)提供的信号。

在此，转换器312可以接在评估装置310之前，该转换器312根据所提供的信号来产生模拟信号。

时间控制装置308以在信号方面与评估装置310和转换器312耦合。由此，可以由评估装置310检测到：所提供的信号分别由哪个测量段20a、20b、20c产生。

在测量接口(其在图14中示意性地示出并且在那里用320来表示)的另一实施例中，设置有起始信号加载装置322。起始信号加载装置322包括起始信号发生器324，该起始信号发生器配属于多个测量段20a等并且尤其是配属于所有测量段20a、20b、20c。接着，起始信号发生器324对于测量段20a等来说是共同的起始信号发生器，该共同的起始信号发生器产生针对所有测量段20a等的所有基本的起始信号。

多路复用器326接在起始信号发生器324后面。多路复用器326通过时间控制装置328来操控。通过多路复用器326，可以将起始信号300以时间上受控的方式提供给不同的测量段20a等，其中，如上面所提及的那样，时间上的控制也能够实现在一个测量周期之内针对不同测量段20a等的起始信号300的时间偏差。

此外，设置有相应于评估装置310的评估装置。如在测量接口320中那样，时间控制装置328与评估装置310耦合。

此外，设置有转换器330，该转换器将来自相应的拾波线圈146a等的信号转换成模拟信号。在此，转换器330包括多路复用器。接着，相对应的信号被提供给评估装置310，其中，经由多路复用器，通过评估装置310可以将所提供的信号分配给各个测量段20a等。

具有测量接口302或者测量接口320的位移测量设备按如下地起作用：

位置传感器14以相同的方式和方法与所有测量段20a、20b、20c耦合。按照本发明，不是同时地、而是以一个时间间隔地将起始信号300给出到不同的测量段20a等上(图15和图16)。

例如，在一个测量周期340之内，在第一时间点t₁，将起始信号300给出到第一测量段20a上。由此，产生相应的励磁电流脉冲156，这又导致了机械波342的出现。在此，机械波342是这样的波，其被用于评估并且在相应的第一测量段20a(测量段i，其中i＝1)上的行进时间被获知。

由于在端部122上的反射而出现反射波344，该反射波同样到达所配属的拾波线圈。反射波344与机械波342相比具有更小的振幅。然而，反射波344原则上可以触发信号。

接着，在距第一时间点t₁有时间间隔ΔT(第一时间间隔)的第二时间点t₂，将另一起始信号300提供给第一测量段20a。

在时间点t₁'，将起始信号300'提供给第二测量段20b(测量段i，其中i＝2)，该起始信号300'在第二测量段20b上触发相应的励磁电流脉冲156。在第二测量段20b上又出现相应于波342的机械波，以及相应于反射波344的一个(或多个)反射波。

如果第一测量段20a和第二测量段20b相同地构造，那么位置传感器14以相同的方式与这些测量段20a、20b耦合，而且在相关的时间段内，使位置传感器14不显著地运动，那么在测量段20a、20b上的机械波342和反射波344应该只是近似相同地构造。

接着，在时间点t₂'，将另一起始脉冲提供给第二测量段20b。如果相应的位移测量系统只具有两个测量段，如在图15中示出的那样，那么在时间点t₂'提供该起始脉冲就是测量周期340的结束。

在图16中示出了具有三个测量段的实施例。

起始信号300'到第二测量段20b上的时间点t₁'不与第一测量段20a的起始信号的第一时间点t₁重合。在第一时间点t₁与第二时间点t₂或t₁'和t₂'之间有第一时间间隔ΔT。在时间点t₁与时间点t₁'之间有第二时间间隔Δt，时间间隔Δt是有限的，但是小于第一时间间隔ΔT。

例如，在有n个测量段的情况下针对具有编号i的测量段的时间间隔Δt为(其中n是自然数，并且i在1与n之间)：

在按照图15的n＝2的示例中，第二时间间隔为Δt＝ΔT/2。

第一时间间隔ΔT被选择为使得第一时间间隔ΔT至少相应于机械波342在相应的测量段20a、20b上的最大行进时间。在此，最大行进时间通过如下测量长度来给出，其中，位置传感器14在测量区域之内与相应的拾波线圈146a等最大地间隔开。

在一个实施例中，第一时间间隔ΔT正好相应于最大行进时间，也就是说正好相应于单倍的最大行进时间。

因此，在各个测量段20a、20b上，在起始信号加载之后等待一个最大行进时间。由此确保的是：如果在相同的测量段20a或20b上通过另一起始信号(在时间点t₂或t₂')使另一测量初始化，那么反射(回反射波344和其它反射)在很大程度上衰减。

然而，关于整个系统，在有两个测量段的情况下，在一个测量周期340内，正好通过使用具有在第二时间间隔Δt内对起始信号加载进行时间上的控制的两个测量段而得到双倍那么快的有效节拍(扫描)。

由此，例如在相同的信号质量的情况下，可以实现更快速的时钟。由此降低了死区时间。

例如也可能的是，针对第一时间间隔ΔT不使用单倍的最大行进时间，而是例如使用双倍的最大行进时间。由此确保的是：如果新的起始信号被提供，在一个测量段20a等上在途中不再有反射。由此，得到经改善的信号质量。由此，在一样快的节拍的情况下，可以实现更好的信号质量，因为在一定程度上，测量段变得“更平静”。

由此，尤其是当针对第二时间间隔使用双倍的最大行进时间时，也可能的是，在一样快的节拍和相同的信号质量的情况下缩短死区。例如，可以将在测量段20a、20b等的各自的端部122上的死区缩短，因为可以使衰减变小并且尽管如此仍能实现良好的信号质量。这又能够实现的是：对于相同的测量区域来说测量段构造得更短。

测量周期340具有如下长度，其相应于在时间点t₂'与第一时间点t₁之间的间隔。

在此可能的是，测量周期340彼此交错(参见图15)。在时间点t₂，针对第一测量段20a已经开始新的测量周期340，其中，先前的测量周期在时间点t₂和t₂'还没有结束。只有在时间点t₂'才结束。

原则上，第一时间间隔ΔT可以固定地设定。例如，第一时间间隔ΔT基于最大测量长度和波速度固定地预先给定。接着，视应用情况而定，例如预先给定单倍的最大行进时间或者双倍的最大行进时间。

原则上也可能的是，第一时间间隔ΔT可变地设定。例如，通过评估装置310获知的是：反射是否已经达到确定的程度(确定的下振幅阈值)，而且接着在相应的测量段i上提供相应的起始信号300。在这种情况下，时间控制可变地来调整。由此，例如可能的是，通过使“安全间距”最小化来使死区时间最小化。

在图16中示意性地示出了针对三个测量段i＝1、2、3(其中n＝3)的流程图。测量段尤其是测量段20a、20b和20c。

在测量段i＝1的情况下，在第一时间点t₁提供起始信号。在第一时间间隔ΔT之后，在第二时间点t₂提供另一起始信号。

在第一时间点之后，在时间点t₁'将起始信号提供给测量段i＝2。在时间点t₂'＝t₁'+ΔT提供另一起始信号。

在时间点t₁'与t₁之间的时间间隔按照针对i＝2的公式(1)来确定。

相应地，在时间点t₁”，将起始信号提供给第三测量段并且接着又在时间点t₂'＝t₁”+ΔT，将其提供给第三测量段。在时间点t与时间点t₁”之间的时间间隔按照针对i＝3的公式(1)来确定。

测量周期340具有在第一时间点t₁与时间点t₂”之间的时间段。

在按照本发明的解决方案中，通过时间控制装置308或329，在多个测量段的情况下对测量段20a、20b、20c的起始信号加载进行时间控制。在相应的时间控制的情况下，例如在针对整个系统的n个测量段的情况下，与在单独的测量段上的单个节拍相比，可以实现快n倍的有效节拍。视应用而定，在相同的信号质量的情况下可以实现更快速的时钟时间。在一样快的节拍的情况下(例如与其中起始信号被同时给出到测量段上的情况相比)，得到更好的信号，或在相同的信号质量的情况下可以减小死区。由于例如关于整个系统更快速的节拍而信噪比没有变差。

附图标记列表

10 位移测量设备

12 位移传感器

14 位置传感器

16 测量头

18 路程装置

20a 第一测量段

20b 第二测量段

20c 第三测量段

22a 第一测量段延续部分

22b 第二测量段延续部分

22c 第三测量段延续部分

24 测量段支架

26 纵向方向

28a 第一缺口

28b 第二缺口

28c 第三缺口

30 T形元件

32 角度

34 壁

36 第一区域

38 平坦的侧

40 过渡区域

42 第二区域

44 中央区域

45 开口

46 测量段支架-载体

48 柱状套筒

50 杯形件

52 开口

54 内部空间

56 套环

58 底部

60 空间

62 标记

64 线圈支架

66 槽

68a 第一缺口

68b 第二缺口

68c 第三缺口

70 第一区域

72 端面

74 第二区域

76 端面

78 锁止装置

80a 锁止件

80b 锁止件

80c 锁止件

82 轴线

84 边缘区域

86 凸起

88 凸缘

90 进入开口

92 保持板

94 第一区域

96 法兰

98 开口

100 内部空间

102 第一局部区域

104 第二局部区域

106 抵靠面

108 柱状外轮廓

110 边缘套环

112 通孔

114 凸缘

116 开口

118 线波导

120 焊点

122 端部

124 软管

126 回线

128 部位

130 阻尼块

132 阻尼块

134 阻尼套筒

136 测量区域

138 底部

140 套筒

142 屏蔽管

144 线圈装置

146 拾波线圈

146a 拾波线圈

146b 拾波线圈

146c 拾波线圈

150a 销

150b 销

150c 销

150d 销

152 带材

154 电阻元件

156 励磁电流脉冲

158 磁场

160 测量部位

162 磁感线

164 方向

166 方向

168 端部

170 感应电压限制装置

172 边沿陡度

174 最大振幅

176 边沿陡度

178 磁体装置

180 导体

300 起始信号

300' 起始信号

302 测量接口

304 起始信号加载装置

306a 起始信号发生器

306b 起始信号发生器

306c 起始信号发生器

308 时间控制装置

310 评估装置

312 转换器

320 测量接口

322 起始信号加载装置

324 起始信号发生器

326 多路复用器

328 时间控制装置

330 转换器

340 测量周期

342 机械波

344 反射波

t₁ 第一时间点

t₁' 第一时间点

t₁″ 第一时间点

t₂ 第二时间点

t₂' 第二时间点

t₂″ 第二时间点

ΔT 第一时间间隔

Δt 第二时间间隔

Claims

1.一种磁致伸缩位移测量设备，其包括：

多个测量段(20a、20b、20c)，所述测量段分别具有沿纵向方向(26)的延伸部并且至少在测量区域(136)内彼此平行地布置；

至少一个磁位置传感器(14)，所述磁位置传感器与所述测量段(20a、20b、20c)无接触式耦合；

起始信号加载装置(304；322)，通过所述起始信号加载装置能将用于产生励磁电流脉冲(156)的起始信号(300)提供给所述测量段(20a、20b、20c)；以及

评估装置(310)，通过所述评估装置能通过对机械波(342)的行进时间测量来获知所述位置传感器(14)在所述测量段(20a、20b、20c)上的位置，

其特征在于，所述起始信号加载装置(304；322)包括时间控制装置(308；328)，所述时间控制装置控制的是：在一个测量周期(340)内，在限定的不同时间点(t₁；t₁'；t₁”)将起始信号(300)提供给不同的测量段(20a；20b；20c)。

2.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，所述时间控制装置(308；328)控制的是：在一个测量周期(340)内，在第一时间点(t₁)和距所述第一时间点(t₁)有第一时间间隔(ΔΤ)的第二时间点(t₂)向第一测量段(20a)提供起始信号(300)，而且在所述第一时间点(t₁)与所述第二时间点(t₂)之间向另外的测量段提供相应的起始信号(300)。

3.根据权利要求2所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，在有n个测量段(20a、20b、20c)的情况下，其中n是自然数，所述时间控制装置(308；328)控制的是：在一个测量周期(340)内，以与所述第一时间点(t₁)的第二时间间隔(i-l)/n·ΔΤ向测量段i提供起始信号，其中i＝2、……、n。

4.根据权利要求2或3所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，相应的测量段(20a、20b、20c)的起始信号(300)分别以所述第一时间间隔(ΔΤ)来提供。

5.根据权利要求2或3所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，所述第一时间间隔(ΔΤ)等于或大于机械波(342)在测量段(20a；20b；20c)上的最大行进时间。

6.根据权利要求2或3所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，所述第一时间间隔(ΔΤ)等于或大于机械波(342)在测量段(20a；20b；20c)上的双倍的最大行进时间。

7.根据权利要求2或3所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，在一个测量周期(340)内将起始信号(300)提供给测量段(20a；20b；20c)的时间间隔被固定地设定。

8.根据权利要求2或3所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，在一个测量周期(340)内将起始信号提供给测量段(20a；20b；20c)的时间间隔通过获知所述机械波的反射来确定。

9.根据权利要求2或3所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，测量周期(340)以第一时间点(t₁)开始而以如下的时间点(t₂”)结束，即，该测量周期结束的时间点与在所有测量段(20a；20b；20c)中在所述第一时间点(t₁)与所述第二时间点(t₂)之间向相应的测量段(20a；20b；20c)提供时间上最后的起始信号的那个时间点(t₁”)有第一时间间隔(ΔΤ)。

10.根据权利要求1至3之一所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，所述测量段(20a；20b；20c)相同地构造。

11.根据权利要求1至3之一所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，每个测量段(20a；20b；20c)都配属有所述起始信号加载装置(304)的自身的起始信号发生器(306a；306b；306c)。

12.根据权利要求1至3之一所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，多个测量段(20a、20b、20c)配属有共同的起始信号发生器(324)，多路复用器(326)接在所述起始信号发生器(324)后面，其中，所述多路复用器(326)将起始信号(300)提供给相应的测量段(20a、20b、20c)。

13.根据权利要求1至3之一所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，所述时间控制装置(308；324)与所述评估装置(310)耦合。

14.根据权利要求1至3之一所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，所述评估装置(310)配属有多路复用器，通过所述多路复用器，能将由所述测量段(20a、20b、20c)来提供的信号提供给所述评估装置。

15.根据权利要求7所述的磁致伸缩位移测量设备，其特征在于，在一个测量周期(340)内将起始信号(300)提供给测量段(20a；20b；20c)的时间间隔根据测量长度和所述机械波(342)的传播速度来获知。

16.一种用于运行磁致伸缩位移测量设备的方法，其中，所述位移测量设备包括多个测量段(20a、20b、20c)，所述测量段(20a、20b、20c)分别具有沿纵向方向(26)的延伸部而且至少在测量区域(136)内彼此平行地布置，而且所述位移测量设备具有磁位置传感器(14)，所述磁位置传感器与所述测量段(20a、20b、20c)无接触式耦合，其中，将起始信号提供给所述测量段(20a、20b、20c)，所述起始信号(300)触发在所述测量段(20a、20b、20c)上的励磁电流脉冲(156)，而且其中，获知机械波(342)在所述测量段(20a、20b、20c)上的行进时间，其特征在于，在一个测量周期(340)内，在不同的时间将起始信号提供给不同的测量段(20a、20b、20c)。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在一个测量周期(340)内，在第一时间点(t₁)和距第一时间点(t₁)有第一时间间隔(ΔΤ)的第二时间点(t₂)向第一测量段(20a)提供起始信号(300)，而且在所述第一时间点(t₁)与所述第二时间点(t₂)之间向另外的测量段(20b，20c)提供相应的起始信号(300)。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在有n个测量段(20a、20b、20c)的情况下，其中n是自然数，在一个测量周期(340)内，以与所述第一时间点(t₁)的第二时间间隔(i-l)/n·ΔΤ向测量段i提供起始信号(300)，其中i＝2、……、n。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，相应的测量段(20a、20b、20c)的起始信号(300)分别以所述第一时间间隔(ΔΤ)来提供。

20.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述第一时间间隔(ΔΤ)等于或大于机械波(342)在测量段(20a、20b、20c)上的最大行进时间。

21.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述第一时间间隔(ΔΤ)等于或大于机械波(342)在测量段(20a、20b、20c)上的双倍的最大行进时间。

22.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，在一个测量周期内将起始信号(300)提供给所述测量段(20a、20b、20c)的时间间隔被固定地设定。

23.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，在一个测量周期(340)内将起始信号(300)提供给所述测量段(20a、20b、20c)的时间间隔通过获知所述机械波的反射来确定。

24.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，测量周期(340)以第一时间点(t₁)开始而以如下时间点(t₂”)结束，即，该测量周期结束的时间点与在所有测量段(20a；20b；20c)中在所述第一时间点(t₁)与所述第二时间点(t₂)之间向相应的测量段(20a，20b，20c)提供时间上最后的起始信号(300)的那个时间点(t₁”)有所述第一时间间隔(ΔΤ)。

25.根据权利要求16至18之一所述的方法，其特征在于，就一个测量周期(340)来说，所述位移测量设备的有效节拍比在所述测量段(20a、20b、20c)上的节拍更快。

26.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在一个测量周期内将起始信号(300)提供给所述测量段(20a、20b、20c)的时间间隔根据测量长度和所述机械波(342)的传播速度来获知。

27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，就一个测量周期(340)来说，所述位移测量设备的有效节拍比在所述测量段(20a、20b、20c)上的节拍在n个测量段(20a、20b、20c)的情况下要快n倍，其中n是自然数。