DE10124483B4 - measuring system - Google Patents
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Abstract
Wegmeßsystem mit einem Geber (36; 58) und mit einem Sensor (12; 48), welcher mindestens ein induktives Element (16; 50; 82) umfaßt, an das der Geber (36; 58) elektromagnetisch koppelt, wobei Sensor (12; 48; 92) und Geber (36; 58) relativ zueinander positionierbar sind, das mindestens eine induktive Element (16; 50) flächig ausgedehnt auf einem Träger (14; 44; 72) angeordnet ist und der Träger (14; 44; 72) mit dem mindestens einen induktiven Element (16; 50; 82) zumindest teilweise flexibel ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (72) einstarres Trägerteil (74) und ein oder mehrere flexible Trägerteile (76, 78) umfaßt, welche an dem starren Trägerteil (74) angeordnet sind.measuring system with a transmitter (36; 58) and with a sensor (12; 48) which at least one inductive element (16; 50; 82) to which the encoder (36; 58) electromagnetically couples, wherein sensor (12; 48; 92) and encoders (36, 58) are positionable relative to each other, the at least one inductive element (16; 50) expands in a planar manner on a carrier (14; 44; 72) and the carrier (14; 44; 72) with the at least an inductive element (16; 50; 82) formed at least partially flexible is characterized in that the Carrier (72) one-armed carrier part (74) and one or more flexible support members (76, 78), which on the rigid support part (74) are arranged.
Description
Die Erfindung betrifft ein Wegmeßsystem mit einem Geber und mit einem Sensor, welcher mindestens ein induktives Element umfaßt, an das der Geber elektromagnetisch koppelt, wobei Sensor und Geber relativ zueinander positionierbar sind, das mindestens eine induktive Element flächig ausgedehnt auf einem Träger angeordnet ist und der Träger mit dem mindestens einen induktiven Element zumindest teilweise flexibel ausgebildet ist.The The invention relates to a measuring system with a sensor and with a sensor, which at least one inductive Element comprises to which the encoder electromagnetically couples, with sensor and encoder be positioned relative to each other, the at least one inductive Element flat stretched on a support is arranged and the carrier with the at least one inductive element at least partially is flexible.
Derartige Wegmeßsysteme werden beispielsweise zur Positionsmessung an pneumatischen Zylindern eingesetzt, zur Messung von Ventilstellungen insbesondere in Regelkreisen oder bei Greifern. Für solche Anwendungen ist es sehr vorteilhaft, wenn ein Relativweg zwischen Geber und Sensor absolut meßbar ist.such measuring systems For example, for position measurement on pneumatic cylinders used for measuring valve positions, especially in control circuits or with grippers. For Such applications, it is very advantageous if a Relativweg between encoder and sensor is absolutely measurable.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wegmeßsystem der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß sich ein vergrößerter Längennutzbereich bezüglich der Wegstreckenermittlung erreichen läßt.Of the Invention is based on the object, a position measuring system of the aforementioned To improve the way that an enlarged usable length range in terms of reach the route determination.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Träger ein starres Trägerteil und ein oder mehrere flexible Trägerteile umfaßt, welche an dem starren Trägerteil angeordnet sind.These Task is inventively characterized solved, that the carrier a rigid support member and one or more flexible support parts includes which on the rigid support part are arranged.
Durch die flexible Ausbildung des Trägers läßt sich dessen Gestalt variieren und insbesondere so variieren, daß der Träger mit dem darauf angeordneten induktiven Element krümmbar ist, d.h. in eine nichtebene Gestalt bringbar ist. Beispielsweise läßt sich dadurch der Träger an Konturen eines Gegenstandes anpassen, um so auch eine Wegstreckenermittlung bei gekrümmten Bahnbewegungen durchführen zu können. Wird beispielsweise dann der Träger an die Bahnkrümmung angepaßt, so läßt sich auch bei einer gekrümmten Bahnbewegung der relative Abstand zwischen dem Träger und dem Geber konstant halten, so daß die Wegstreckenermittlung nicht durch eine Abstandsänderung beeinflußt wird, d.h. das Sensorsignal eine Änderung allein durch die Bewegung quer zu der Abstandsrichtung erfährt und nicht längs der Abstandsrichtung.Due to the flexible design of the carrier, its shape can be varied and in particular vary so that the carrier with the inductive element arranged thereon can be bent, that is, can be brought into a non-planar configuration. For example, this allows the carrier to be adapted to contours of an object so as to be able to carry out a route determination in the case of curved path movements. For example, if the Trä ger adapted to the path curvature, so even with a curved path movement, the relative distance between the carrier and the encoder keep constant, so that the distance determination is not affected by a change in distance, ie the sensor signal a change solely by the movement transverse to the distance direction learns and not along the distance direction.
Durch eine zumindest teilweise flexible Ausbildung des Trägers läßt sich auch der Längennutzbereich bezüglich der Wegstreckenermittlung des Wegmeßsystems vergrößern und zwar bei gleicher Länge eines entsprechenden Meßteils bzw. bei gleichem Nutzbereich läßt sich die Länge des entsprechenden Meßteils verringern: Randbereiche des induktiven Elements beeinflussen das Sensorsignal, so daß sich beispielsweise dort eine nichtmonotone Abhängigkeit einer Kenngröße des induktiven Elements wie Güte oder effektiven Induktivität ergibt. Dies bedeutet für die Anwendung, daß nur ein bestimmter Teilbereich des induktiven Elements für die Wegstreckenermittlung nutzbar ist und die Randbereiche außerhalb davon zwar notwendig sind, um das flächig ausgedehnte induktive Element herzustellen, aber sonst die Länge des Systems vergrößern. Bei einer flexiblen Ausbildung des Trägers lassen sich solche Randbereiche wegbiegen und insbesondere aus dem Meßfeld falten, so daß die Länge des Meßteils längs der Meßrichtung verringerbar ist. Es wird dadurch zwar in gewissem Maße eine Dickenerhöhung verursacht die sich jedoch gering halten läßt, indem beispielsweise die weggebogenen Randteile hinter den Träger gefaltet werden oder gerollt werden.By an at least partially flexible design of the carrier can be also the length utility area in terms of increase the distance determination of the position measuring system and although at the same length a corresponding measuring part or with the same useful range can be the length of the corresponding measuring part reduce: edge areas of the inductive element influence this Sensor signal, so that For example, there is a nonmonotonic dependence of a characteristic of the inductive Elements like goodness or effective inductance results. This means for the application that only a certain portion of the inductive element for the route determination usable is and the border areas outside of which are necessary, however, to the extensively inductive Element, but otherwise increase the length of the system. At a flexible training of the wearer let such edge regions bend away and in particular from the measuring field fold, so that the Length of the measuring part along the measuring direction is reducible. It is thereby to some extent a thickness increase caused but can be kept low by, for example, the bent edge portions are folded or rolled behind the carrier become.
Der Träger umfaßt ein starres Trägerteil und ein oder mehrere flexible Trägerteile umfaßt, welche an dem starren Trägerteil angeordnet sind. Die flexiblen Trägerteile lassen sich dann von dem starren Trägerteil wegbiegen, um so diese aus dem Meßfeld des Sensors zu entfernen. Die Länge des nutzbaren Meßbereichs wird dann durch die Abmessungen des starren Trägerteils bestimmt.Of the carrier comprises a rigid carrier part and one or more flexible support members comprises which on the rigid support part are arranged. The flexible support parts can then be from the rigid support part Bend away, so as to remove them from the measuring field of the sensor. The length the usable measuring range is then determined by the dimensions of the rigid support member.
Vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine induktive Element auf dem Träger aufgedruckt ist. Dadurch läßt sich auf einfache Weise eine flächige Ausdehnung desselben herstellen und entsprechende Leiterbahnen lassen sich auch dünn herstellen, so daß eine Flexibilität des Trägers zumindest in einem Teilbereich mit dem darauf angeordneten induktiven Element sichergestellt ist.Advantageous it is when the at least one inductive element printed on the carrier is. This can be done in a simple way a surface extension make the same and corresponding tracks can be also thin produce, so that a flexibility of the carrier at least in a partial area with the inductive element arranged thereon is ensured.
Eine flexible Ausbildung des Trägers läßt sich auf einfache Weise erreichen, wenn dieser eine flexible Folie umfaßt. Die flexible Folie ist dann eine Platinenfolie, auf welcher das induktive Element angeordnet ist Eine Folie weist eine Biegeflexibilität parallel zu ihrer Oberfläche ihrer Normalenrichtungen auf.A flexible training of the wearer let yourself achieve in a simple manner, if this comprises a flexible film. The flexible film is then a sinker film on which the inductive Element is arranged A foil has a bending flexibility in parallel to their surface their normal directions.
Vorteilhaft ist es, wenn zur Schaffung eines nutzbaren Meßbereichs bezüglich des mindestens einen induktiven Elements ein oder mehrere Randteile des Trägers derart bezüglich eines Meßteils des Trägers angeordnet sind, daß diese außerhalb eines Meßfeldes liegen. Die Längenabmessungen des Meßteils in einer Wegmeßrichtung bestimmen den nutzbaren Wegmeßbereich und auch die äußeren Abmessungen des Sensors, da die Randteile sich von dem Meßteil wegbiegen lassen und damit nicht oder nur wenig zu der Längenausdehnung des Sensors beitragen. Im wesentlichen ist dann die meßbare Wegstrecke durch die Länge des Meßteils bestimmt.Advantageous it is when to create a usable measuring range with respect to the at least one inductive element one or more edge parts of the carrier in such terms a measuring part of the carrier are arranged that this outside a measuring field lie. The length dimensions of the measuring part in a Wegmeßrichtung determine the usable path measuring range and also the outer dimensions the sensor, since the edge parts can bend away from the measuring part and thus not or only slightly to the length of the sensor contribute. Essentially then the measurable distance is through the Length of the measuring part certainly.
Günstigerweise liegen durch das oder die Randteile des Trägers End-Randbereiche des mindestens einen induktiven Elements außerhalb des Meßfeldes. Solche End-Randbereiche wie beispielsweise bei einer dreieckförmigen Flachspule als induktivem Element die Dreiecksspitzen beeinflussen das Sensorsignal, da zum einen dort ein Übergang zwischen einem elektromagnetisch ankoppelbaren oder einem elektromagnetisch nicht ankoppelbaren Bereich stattfindet und da zum anderen an diesen Randbereichen beispielsweise die Wicklungsdichte und auch Leitungsrichtungen sich stärker unterscheiden als von Bereichen außerhalb dieser Randbereiche.conveniently, lie through the edge or the edge portions of the carrier end-edge regions of the at least an inductive element outside of the measuring field. Such end edge areas such as in a triangular flat coil as an inductive element the triangular spikes influence the sensor signal, because there is a transition between an electromagnetically coupled or an electromagnetic non-couplable area takes place and there to another on these edge areas For example, the winding density and line directions itself stronger distinguished from areas outside of these border areas.
Günstig ist es, wenn das Meßteil des Trägers starr ausgebildet ist, da sich dann so auf einfache Weise die Randteile des Trägers wegfalten lassen und sich auch hinter dem Meßteil positionieren lassen, um die Dickenausdehnung durch Wegbiegen der Randteile gering zu halten.Cheap is it, if the measuring part the carrier is rigid is formed, as then in a simple way the edge parts of the carrier let it fold away and also be positioned behind the measuring part, to the thickness expansion by bending away the edge parts low hold.
Vorteilhafterweise sind das oder die Randteile des Trägers flexibel bezüglich des Meßteils angeordnet, um sie so von diesem wegbiegen zu können. Dies läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß eine Flexfolie auf einem starren Unterträger angeordnet ist, welcher im wesentlichen die Abmessungen des Meßteils aufweist. Diese Flexfolie ist dann mit dem Meßteil verbunden, so daß in diesem Bereich der Träger starr ist. Außerhalb des Unterträgers läßt sich die Meßfolie relativ zu diesem und damit zu dem Meßteil verbiegen. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, daß die Randteile selber flexibel an dem Meßteil angeordnet sind, beispielsweise an einer starren Platine flexibel angeordnet sind.advantageously, the edge part (s) of the support are flexible with respect to measuring part arranged so that they can bend away from it. This can be For example, achieve that a flex foil on a rigid subcarrier is arranged, which has the dimensions of the measuring part substantially. This flex foil is then connected to the measuring part, so that in this Range of carriers is rigid. Outside of the subcarrier let yourself the measuring film bend relative to this and thus to the measuring part. An alternative possibility is that the Edge parts are arranged flexibly on the measuring part, for example are arranged flexibly on a rigid board.
Günstig ist es ferner, wenn ein Randteil von dem Meßteil weggebogen oder wegbiegbar an diesem angeordnet ist, um so den nutzbaren Meßbereich im wesentlichen auf das Meßteil einzuschränken.Cheap is it further, when an edge part is bent away or bendable away from the measuring part is arranged at this, so as to the usable measuring range substantially the measuring part limit.
Um die Dickenabmessungen quer zur Meßrichtung gering zuhalten, sind günstigerweise das oder die Randteile hinter dem Träger bezogen auf ein Meßfeld positioniert. Zum einen stören sie dadurch nicht die Messung und zum anderen sind die entsprechenden Dickenabmessungen des Sensors gering gehalten. Insbesondere ist dazu ein Randteil gerollt und insbesondere hinter dem Träger gerollt angeordnet oder ist ein Randteil gefaltet und insbesondere umgefaltet hinter dem Träger angeordnet.To the thickness dimensions across the measuring keep low direction, are conveniently the edge parts or behind the carrier positioned relative to a measuring field. On the one hand they do not disturb the measurement and on the other hand the corresponding thickness dimensions of the sensor are kept small. In particular, an edge part is rolled for this purpose and, in particular, arranged rolled behind the carrier, or an edge part is folded and, in particular, folded behind the carrier.
Bei einer fertigungstechnisch einfach herzustellenden Variante einer Ausführungsform ist das mindestens eine induktive Element eine Printspule, welche auf dem Träger aufgedruckt wird.at a production technology easy to produce variant of a embodiment the at least one inductive element is a print coil which on the carrier is printed.
Zur einfachen Auswertung eines Sensorsignals ist günstigerweise das mindestens eine induktive Element an einen Oszillator gekoppelt und beeinflußt diesen über eine Güte und/oder effektive Induktivität. Die Güte und/oder effektive Induktivität des induktiven Elements ist vorteilhafterweise durch die Größe eines wirksamen Sensorbereichs bestimmt, welcher an den Geber koppelt, und der Sensor ist so ausgebildet, daß die Größe des wirksamen Sensorbereichs abhängig ist von der relativen Position zwischen Geber und Sensor quer zu einer Abstandsrichtung. Dadurch, daß das induktive Element an einen Oszillator gekoppelt ist und über seine Güte und/oder seine effektive Induktivität Kenngrößen des Oszillators wie Amplitude, Phasenlage und Frequenz beeinflußt, läßt sich eine ortsabhängige Ankopplung eines Gebers an das induktive Element auf einfache Weise auswerten, indem die entsprechenden Kenngrößen des Oszillators ausgewertet werden. Das induktive Element ist dabei so an den Oszillator gekoppelt, daß dieser selber beeinflußbar ist. Ein Spezialfall der Kopplung des induktiven Elements an den Oszillator ist, daß das induktive Element selber die Induktivität des Oszillators bildet. Es muß deshalb keine Primärspule mit Energie versorgt werden, so daß sich ein einfacher Aufbau des Wegmeßsystems erreichen läßt. Der Geber läßt sich als passives Element ausbilden, so daß er nicht über Energiezuführungsleitungen mit Strom beaufschlagt werden muß.to simple evaluation of a sensor signal is conveniently the least an inductive element coupled to an oscillator and affects this over a Goodness and / or effective inductance. The goodness and / or effective inductance of the inductive element is advantageously by the size of a effective sensor area which couples to the encoder, and the sensor is configured such that the size of the effective sensor area dependent is transverse to the relative position between encoder and sensor a distance direction. The fact that the inductive element to an oscillator is coupled and about its goodness and / or its effective inductance Characteristics of the Oscillator as amplitude, phase and frequency affects, can be a location-dependent Evaluate the coupling of an encoder to the inductive element in an easy way, by the corresponding characteristics of the Oscillator be evaluated. The inductive element is here so coupled to the oscillator, that this is itself influenced. A special case of coupling the inductive element to the oscillator is that this inductive element itself forms the inductance of the oscillator. It must therefore no primary coil be energized, so that a simple structure of the measuring system reach. Of the Dealer lets himself as a passive element so that it does not have power supply lines must be acted upon with electricity.
Das Sensorsignal ist durch die geometrische Struktur des Sensors bzw. des Gebers bestimmt. In der geometrischen Form des wirksamen Sensorbereichs ist die Information über die relative Position zwischen Geber und Sensor und damit die Weginformation bzw. Positionsinformation der relativen Position zwischen Geber und Sensor enthalten. Der wirksame Sensorbereich wiederum ist durch die Formgebung des Sensors und damit insbesondere durch die Formgebung des induktiven Elements bestimmt. Das erfindungsgemäße Wegmeßsystem läßt sich dadurch einfach ausbilden und kostengünstig herstellen.The Sensor signal is due to the geometric structure of the sensor or determined by the dealer. In the geometric shape of the effective sensor area is the information about the relative position between encoder and sensor and thus the path information or position information of the relative position between encoders and sensor included. The effective sensor area in turn is through the shape of the sensor and thus in particular by the shape of the inductive element determined. The measuring system according to the invention let yourself thus easy to train and inexpensive to produce.
Durch eine entsprechende Formgebung des Sensors läßt sich das Wegmeßsystem universell einsetzen und insbesondere auch in einem Drehgeber einsetzen. Es muß neben dem induktiven Element keine weitere Sekundärspule oder dergleichen vorgesehen werden. Grundsätzlich genügt es, ein einziges induktives Element einzusetzen, welches so ausgebildet ist, daß ein wirksamer Sensorbereich abhängig ist von der relativen Position zwischen Geber und Sensor. Daneben ist es aber auch möglich, weitere induktive Elemente vorzusehen. Auf diese Weise können beispielsweise Differenzmessungen oder Summenmessungen durchgeführt werden, um eine hohe Meßgenauigkeit oder Meßauflösung zu erhalten. Beispielsweise kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß mehrere Meßspuren verwendet werden, beispielsweise eine Meßspur für Grobmessungen und eine Meßspur für Feinmessungen. Da eben die Ortsinformation in der Formgebung des wirksamen Sensorbereichs enthalten ist, lassen sich durch Anpassung der Formgebung eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten realisieren.By a corresponding shape of the sensor can be the measuring system use universally and in particular in a rotary encoder use. It must be next to the inductive element no further secondary coil or the like provided become. in principle enough it is to use a single inductive element, which is formed is that one effective sensor range dependent is from the relative position between encoder and sensor. Besides but it is also possible provide additional inductive elements. In this way, for example Differential measurements or summation measurements are carried out to a high accuracy or measuring resolution too receive. For example, it may be provided according to the invention that several measuring tracks be used, for example, a measuring track for coarse measurements and a measuring track for fine measurements. Since just the location information in the shape of the effective sensor area is contained, by adapting the shaping a variety of applications realize.
Eine Meßauflösung ist dabei direkt über die Formgebung des wirksamen Sensorbereichs einstellbar. Es lassen sich dabei problemlos Auflösungen mindestens in der Größenordnung eines Tausendstels der gesamten Wegstrecke, welche Sensor und Geber relativ zueinander einnehmen können, realisieren.A Measuring resolution is doing directly over the shape of the effective sensor range adjustable. Let it easily resolutions at least on the order of magnitude one thousandth of the total distance, which sensor and encoder relative to each other, realize.
Da das Sensorsignal bestimmt ist durch einen wirksamen Sensorbereich und damit das Sensorsignal direkt bestimmt ist durch eine effektive Induktivität des induktiven Elements des Sensors, kann durch bekannte Auswerteschaltungen für induktive Näherungsschalter, bei denen die Annäherung eines metallischen Gegenstands an eine Oszillatorspule beispielsweise über eine Amplitudenänderung oder Frequenzänderung des Oszillators registriert wird, verwendet werden. Es kann somit auf bereits vorhandene Auswerteeinheiten zurückgegriffen werden. Das erfindungsgemäße Wegmeßsystem läßt sich insbesondere mit einem Typ von Auswerteeinheit versehen, unabhängig davon, wie die spezielle Gestaltung des Gebers oder des induktiven Elements ist, da die Auswerteeinheit im wesentlichen nur eine Kenngröße dieses induktiven Elements bestimmt.There the sensor signal is determined by an effective sensor area and that the sensor signal is directly determined by an effective inductance of the inductive element of the sensor, can by known evaluation circuits for inductive proximity switches, where the approach a metallic object to an oscillator coil, for example via a amplitude change or frequency change of the oscillator is registered. It can thus recourse to already existing evaluation units. The measuring system according to the invention can be especially provided with a type of evaluation unit, regardless of what the special design of the encoder or inductive element is, since the evaluation essentially only one characteristic of this inductive element determined.
Der Sensor ist vorzugsweise so ausgebildet, daß ein Überlappungsbereich zwischen einer Projektion einer wirksamen Geberfläche auf den Sensor und einer wirksamen Sensorfläche abhängig ist von der relativen Position zwischen Sensor und Geber quer zu einer Projektionsrichtung. Aus dieser Abhängigkeit läßt sich die relative Position zwischen Sensor und Geber quer zur Projektionsrichtung (quer zur Abstandsrichtung zwischen Sensor und Geber) ermitteln.Of the Sensor is preferably designed so that an overlap area between a projection of an effective donor surface on the sensor and a effective sensor surface dependent is transverse to the relative position between sensor and encoder a projection direction. From this dependence can be the relative position between sensor and encoder transversely to the projection direction (transverse to Distance direction between sensor and encoder).
Insbesondere ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche eine Kenngröße des Oszillators ermittelt. Ein Geber, welcher metallisch ausgebildet ist und insbesondere elektrisch leitend ist, stellt eine Gegeninduktivität zum induktiven Element des Sensors dar. Die Ankopplung der Induktivität bewirkt eine Änderung der effektiven Induktivität des induktiven Elements auf dem flexiblen Träger. Diese Änderung der effektiven Induktivität läßt sich auf einfache Weise messen. Bei einer Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß als Kenngröße des Oszillators eine Frequenz des Oszillators gemessen wird, an der das induktive Element gekoppelt ist. Die Frequenz eines LC-Schwingkreises ist im wesentlichen umgekehrt proportional zu der Wurzel aus der effektiven Induktivität. Dies läßt sich dann auf einfache Weise ermitteln. Diese Variante ist dabei besonders vorteilhaft, wenn der Geber ein Magnet und insbesondere ein Permanentmagnet ist, da dadurch eine relativ starke Induktivitätsänderung auftreten kann, die sich dementsprechend auf die Frequenz des Schwingkreises auswirkt, insbesondere wenn ein weichmagnetisches Material, das lokal in Sättigung bringbar ist, am Sensor angeordnet ist.In particular, an evaluation unit is available seen, which determines a characteristic of the oscillator. An encoder, which is metallic and in particular is electrically conductive, represents a mutual inductance to the inductive element of the sensor. The coupling of the inductance causes a change in the effective inductance of the inductive element on the flexible support. This change in the effective inductance can be measured easily. In a variant of an embodiment, it is provided that a characteristic of the oscillator is a frequency of the oscillator is measured, at which the inductive element is coupled. The frequency of an LC resonant circuit is substantially inversely proportional to the root of the effective inductance. This can then be determined in a simple manner. This variant is particularly advantageous if the transmitter is a magnet and in particular a permanent magnet, since this may result in a relatively large change in inductance, which accordingly affects the frequency of the resonant circuit, in particular if a magnetically soft material which can be brought into saturation locally, is arranged on the sensor.
Bei einer alternativen Variante wird eine Amplitude des Oszillators ermittelt, an welchen das mindestens eine induktive Element gekoppelt ist. Die Amplitude eines Oszillators und insbesondere Schwingkreises hängt wiederum von der effektiven Induktivität bzw. Güte des induktiven Elements des Sensors ab. Sie läßt sich auf einfache Weise ermitteln. Es ist möglich, Amplitudenänderungen zu ermitteln, die relativ gering sind. Die effektive Induktivität läßt sich auch dann auswerten, wenn der Geber ein nichtmagnetisches Metall ist.at an alternative variant is an amplitude of the oscillator determined to which the at least one inductive element coupled is. The amplitude of an oscillator and in particular resonant circuit hangs again from the effective inductance or quality of the inductive element of the sensor. It can be easily done determine. It is possible, amplitude changes to determine which are relatively small. The effective inductance can be evaluate even if the encoder is a non-magnetic metal is.
Es kann vorgesehen sein, daß die Auswerteeinheit auf einem Träger angeordnet ist, auf welchem das mindestens eine induktive Element sitzt. Es sind dann Auswerteeinheit und induktives Element auf einem Träger integriert, wobei aber für die Flexibilität des Trägers mindestens in einem Teilbereich gesorgt sein muß. Durch diese integrierte Anordnung läßt sich der Sensor einfach und kostengünstig herstellen und entsprechend einfach ist auch der Einbau beispielsweise in ein Gehäuse bei einer Anwendung.It can be provided that the Evaluation unit on a support is arranged, on which the at least one inductive element sitting. There are then evaluation and inductive element on one carrier integrated, but for the flexibility of carrier must be taken care of at least in one area. Through this integrated Arrangement can be the sensor is simple and inexpensive produce and according to the installation is simple, for example in a housing in one application.
Günstigerweise ist die meßbare Wegstrecke durch die Länge eines Meßteils bestimmt, auf welchem das mindestens eine induktive Element so angeordnet ist, daß End-Randbereiche des induktiven Elements außerhalb des Meßteils liegen. Dadurch lassen sich Randeffekte bezüglich wirksamen Sensorflächen in gewissem Sinne eliminieren, da die Randeffekte verursachenden Randbereiche des induktiven Elements aus dem Meßfeld entfernt werden.conveniently, is the measurable one Distance through the length a measuring part determines on which the at least one inductive element is arranged is that end-edge areas of the inductive element outside of the measuring part lie. This allows edge effects with respect to effective sensor surfaces in eliminate certain sense, since the edge effects causing edge areas of the inductive element are removed from the measuring field.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Geber ein passives Element ist und insbesondere aus einem elektrisch leitenden oder magnetisch leitenden Material hergestellt ist. Ein passiver Geber ist dabei ein solcher Geber, der nicht mit einer Energiequelle verbunden ist, und dennoch eine elektromagnetische Ankopplung an das induktive Element verursacht. Insbesondere müssen dann keine Energieführungsleitungen für den Geber vorgesehen werden, die eventuell auch mit diesem mitbewegt werden müßten.All it is particularly advantageous if the encoder is a passive element is and in particular of an electrically conductive or magnetic conductive material is made. A passive dealer is there such a donor that is not connected to a source of energy, and still an electromagnetic coupling to the inductive Element causes. In particular, then no energy supply lines for the Encoder are provided, which may also be moved with this would have to be.
Bei einer besonders einfachen Variante einer Ausführungsform, welche dadurch auch kostengünstig herstellbar ist, umfaßt der Geber einen Magneten und insbesondere einen Permanentmagneten. Dessen Magnetfeld beeinflußt das induktive Element und diese Beeinflussung wiederum äußert sich in einer Änderung der effektiven Induktivität. Diese Änderung wiederum hängt von dem wirksamen Sensorbereich des induktiven Elements ab, welcher durch das Magnetfeld beaufschlagt ist. Mit einem solchen Geber kann auch durch metallische Wände hindurchgemessen werden. Beispielsweise läßt sich die Position eines mit einem solchen Geber versehenen Kolbens durch eine Wand eines Druckmittelzylinders aus Aluminium hindurch von außen detektieren.at a particularly simple variant of an embodiment which thereby also inexpensive can be produced the encoder a magnet and in particular a permanent magnet. Its magnetic field influences the inductive element and this influencing again manifests itself in a change the effective inductance. This change in turn depends on the effective sensor area of the inductive element, which is acted upon by the magnetic field. With such a donor can also by metallic walls be measured through. For example, the position of a provided with such a donor piston through a wall of a Detecting pressure medium cylinder made of aluminum from the outside.
Günstig ist es dabei, wenn an oder in der Nähe des induktiven Elements weichmagnetisches Material angeordnet ist. Bei dem weichmagnetischen Material handelt es sich beispielsweise um ein Mu-Metall in Folienform, welches eine möglichst hohe Permeabilität und einen möglichst kleinen elektrischen Leitwert aufweist. Durch das Magnetfeld des Gebers läßt sich das weichmagnetische Material lokal in Sättigung bringen, durch diese lokale Sättigung ist ein wirksamer Sensorbereich definiert. Die lokale Sättigung am wirksamen Sensorbereich wiederum bewirkt eine relativ starke Änderung der effektiven Induktivität, die somit leicht ermittelbar ist.Cheap is it when, at or near of the inductive element is arranged soft magnetic material. The soft magnetic material is, for example a Mu metal in foil form, which has the highest possible permeability and a preferably has low electrical conductance. Through the magnetic field of the encoder let yourself locally saturate the soft magnetic material through it is local saturation defines an effective sensor area. The local saturation on the effective sensor area in turn causes a relatively strong change the effective inductance, which is thus easily ascertainable.
Beispielsweise ist dazu das weichmagnetische Material einseitig oder beidseitig auf dem Träger aufgebracht. Es kann auch vorgesehen sein, daß der Träger mit einem weichmagnetischen Material umwickelt ist.For example is the soft magnetic material on one side or on both sides on the carrier applied. It can also be provided that the carrier with a soft magnetic Material is wrapped.
Grundsätzlich ist es so, daß ein wirksamer Sensorbereich, welcher abhängig ist von der Positionierung eines Gebers zu dem Sensor, dadurch eingestellt werden kann, daß das mindestens eine induktive Element derart ausgestaltet ist, daß seine Form längs einer Meßstrecke quer zu der Meßstrecke variiert. Es ist auch alternativ oder zusätzlich möglich, daß das weichmagnetische Material in einer derartigen Form angeordnet ist, daß die Formabmessung zu einer Meßstrecke längs der Meßwegstrecke variiert. Da durch das weichmagnetische Material ein wirksamer Sensorbereich lokal in Sättigung bringbar ist, ist durch die Formgestaltung des weichmagnetischen Materials selber auch ein wirksamer Sensorbereich bestimmt. Außerhalb des weichmagnetischen Materials ist eben die Magnetfeldbeaufschlagung des Sensors anders als an dem weichmagnetischen Material, und damit ist der wirksame Sensorbereich dann durch die Form der Aufbringung des weichmagnetischen Materials bestimmt. Insbesondere ist es vorgesehen, daß das weichmagnetische Material dreieckförmig angeordnet ist. Dadurch ändert sich längs der Meßstrecke die Querabmessung des weichmagnetischen Materials und über die Variation der Querabmessung läßt sich die relative Position zwischen Geber und Sensor bestimmen.Basically, it is such that an effective sensor range, which is dependent on the positioning of a sensor to the sensor, can be adjusted by the fact that the at least one inductive element is designed such that its shape varies along a measuring path transverse to the measuring path. It is also alternatively or additionally possible that the soft magnetic material is arranged in such a form that the shape dimension varies to a measuring path along the Meßwegstrecke. Since an effective sensor area can be locally brought into saturation by the soft magnetic material, the shape of the soft magnetic material itself also makes it an effective sensor determined area. Outside the soft magnetic material, the magnetic field applied to the sensor is different from the soft magnetic material, and thus the effective sensor area is determined by the shape of the soft magnetic material. In particular, it is provided that the soft magnetic material is arranged triangular. As a result, the transverse dimension of the soft magnetic material changes along the measuring path, and the relative position between the encoder and the sensor can be determined by the variation of the transverse dimension.
Günstig ist es, wenn das mindestens eine induktive Element derart ausgebildet ist, daß seine Gestalt quer zu einer Meßwegstrecke längs der Meßwegstrecke variiert. Dies läßt sich auf einfache Weise über die entsprechende Windungsausbildung einer Flachspule erreichen. Durch die Änderung seiner Form quer zu der Meßstrecke variiert der wirksame Sensorbereich. Die Größe des wirksamen Sensorbereichs wiederum ist verantwortlich für das Sensorsignal und dieses Sensorsignal beinhaltet dann die Informationen über die relative Position.Cheap is it, when the at least one inductive element is formed is that his Shape across a Meßwegstrecke along the measurement path varied. This can be in a simple way over achieve the corresponding Windungsausbildung a flat coil. By the change its shape transverse to the measuring section the effective sensor range varies. The size of the effective sensor area turn is responsible for the sensor signal and this sensor signal then contains the information about the relative position.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine magnetische Abschirmung für das mindestens eine induktive Element vorgesehen ist in der Art eines "magnetischen Käfigs", so daß Störfelder wie das Erdmagnetfeld die Wegstreckenermittlung nicht beeinflussen. Die magnetische Abschirmung schirmt dabei sowohl das induktive Element als auch den Geber ab.Especially it is advantageous if a magnetic shield for the at least an inductive element is provided in the manner of a "magnetic cage", so that interference fields how the Earth's magnetic field does not affect the route determination. The magnetic shield shields both the inductive element as well as the giver.
Bei dem erfindungsgemäßen Wegmeßsystem ist es möglich, den Sensor so auszubilden, daß über die entsprechende Formgebung ein bestimmter Kennlinienverlauf des Wegmeßsystems für ein Sensorsignal in Abhängigkeit eines Meßwegs einstellbar ist und insbesondere eingestellt ist. Beispielsweise kann ein mindestens annähernd linearer Signalverlauf eingestellt werden, um so eine Meßgröße auf einfache Weise einer bestimmten Wegmeßstrecke zuordnen zu können.at the position measuring system according to the invention Is it possible, Form the sensor so that over the corresponding shaping a certain characteristic curve of the measuring system for a Sensor signal in dependence a measuring path is adjustable and in particular adjusted. For example, can at least approximate be set linear waveform, so as to a measured variable to simple Assign way to a specific distance measurement to be able to.
Zur Überwachung der Funktionsweise des Wegmeßsystems ist es vorteilhaft, wenn von der Auswerteeinheit ein Fehlersignal abzweigbar ist, wobei überprüfbar ist, ob einer oder mehrere Parameter des induktiven Elements in einem Toleranzbereich liegen. Insbesondere wird überprüft, ob die Güte und/oder effektive Induktivität nicht nach oben oder nach unten zu stark von noch tolerablen Werte abweicht. Es läßt sich dann eine Plausibilitätsprüfung durchführen, mit der sich beispielsweise ein Spulenbruch, ein Kurzschluß oder auch ein Fehlen/Wegfahren des Gebers aus dem Meßbereich detektieren lassen.For monitoring the operation of the measuring system it is advantageous if the evaluation unit an error signal is branchable, whereby verifiable, whether one or more parameters of the inductive element in one Tolerance range lie. In particular, it checks whether the quality and / or effective inductance not up or down too much of still tolerable values differs. It can be then carry out a plausibility check with for example, a coil break, a short circuit or else can detect a missing / driving away of the encoder from the measuring range.
Bei einer einfach herstellbaren Variante einer Ausführungsform wird das mindestens eine induktive Element dreieckförmig ausgebildet und insbesondere weist es dreieckförmige Windungen auf. Wird als Meßrichtung die Richtung parallel zu einer Höhenrichtung des Dreiecks gewählt, dann nimmt die Querausdehnung des Dreiecks in einer Richtung linear zu bzw. linear ab, so daß auf diese Weise sich ein variierender wirksamer Sensorbereich geometrisch einstellen läßt.at an easily manufactured variant of an embodiment is the at least an inductive element triangular formed and in particular it has triangular turns. Used as measuring direction the direction parallel to a height direction the triangle chosen, then the transverse extent of the triangle in one direction becomes linear to or linear from, so that on This way, a varying effective sensor area becomes geometric can be adjusted.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawing of the closer explanation the invention. Show it:
Bei
einem ersten Ausführungsbeispiel
eines nicht unter die Ansprüche
fallenden Wegmeßsystems,
welches in
Das
induktive Element ist durch eine flächig auf dem Träger
Die
Flachspule
Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die Windungen mäanderförmig mit alternierendem Windungssinn angeordnet sind (in der Zeichnung nicht gezeigt).It But it can also be provided that the turns meander with alternating winding sense are arranged (not shown in the drawing).
Die
Flachspule
Zur
Auswertung eines Sensorsignals des Sensors
Es
kann auch vorgesehen sein, daß die
Auswerteeinheit
Die
Auswerteeinheit
über die
Flachspule
Die
Flachspule
Das
Wegmeßsystem
gemäß der ersten
Ausführungsform
Wird die metallische Zunge
Will the metallic tongue
Der
maximale Überdeckungsbereich
ist dann erreicht, wenn ein Ende
Das
Sensorsignal, welches durch die Auswerteeinheit
Die
Flachspule
Da
nun die effektive Induktivität
der Flachspule
Die
Auswerteeinheit
Es
ist vorgesehen, daß der
Träger
Die
flexible Ausbildung des Trägers
Bei
einem in
Mittels
des Trägers
Die
Flachspule
Bei
dem in
Die
Windungen
Bei
einer Variante einer Ausführungsform
ist auf dem Träger
Es
kann auch vorgesehen sein, daß der
Träger
Als weichmagnetisches Material wird beispielsweise ein Mu-Metall eingesetzt.When soft magnetic material, for example, a Mu metal is used.
Der
Geber
Es
kann dabei alternativ oder zusätzlich
vorgesehen sein, daß die
Flachspule
Aufgrund
der relativ starken Feldbeaufschlagung der Flachspule
Bei
entsprechender Ausgestaltung der Flachspule
Die
Funktion des beschriebenen Wegmeßsystems beruht darauf, daß der Geber
an einen wirksamen Sensorbereich koppelt, wobei die Größe des wirksamen
Sensorbereichs abhängig
ist von der relativen Position zwischen Geber und Sensor quer zu
einer Abstandsrichtung zwischen diesen. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel
Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß
Dies
ist beispielhaft in
Der
Geber
The giver
Der
wirksame Sensorbereich der Flachspule
Bei
der eben beschriebenen Anwendung wird der Geber
Beispielsweise
kann der Träger
Durch
eine flexible Ausbildung eines Trägers mit einem darauf angeordneten
induktiven Element läßt sich
der nutzbare Meßbereich
eines Wegmeßsystems
erfindungsgemäß vergrößern. Bei
einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
welches schematisch in
Auf
dem Träger
Der
Randbereich
Ein
nutzbarer Längenbereich
N (
Die
Randteile
Der
Nutzbereich N des erfindungsgemäßen Wegmeßsystems
erstreckt sich im wesentlichen über die
gesamte Länge
des Meßteils
Eine teilweise flexible Ausbildung eines Trägers für das induktive Element, an welches ein Geber koppelt, läßt sich beispielsweise auch dadurch erreichen, daß jeweils an den Enden einer Platine, ein flexibles Randteil angeordnet ist und eine Printspule auf dem Träger, umfassend die Randteile, aufgebracht ist.A partially flexible design of a support for the inductive element, to which couples a donor, can be For example, also achieve that each at the ends of a Board, a flexible edge part is arranged and a print coil on the carrier, comprising the edge parts, is applied.
Zur
Vergrößerung des
nutzbaren Meßbereichs
muß auch
das Meßteil
In
In
Die
unterbrochene Kurve
Ausgehend
von dem Nullpunkt s = 0 nimmt die effektive Induktivität zu größeren Wegstrecken hin
(zu größeren Querausdehnungen
der Flachspule
Das
Wegmeßsystem
gemäß
Durch
Wegfalten des Randbereichs
Ist
also das Randteil
Der
Punkt, welcher den Nutzbereich N definiert, liegt etwas vor der
Faltkante
Zum
Vergleich ist in
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