DE102004052587A1 - Wegaufnehmer - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wegaufnehmer 1, aufweisend wenigstens drei aktive Messelemente 211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k zum Aufbauen von jeweils einem elektrischen Feld in Abhängigkeit von einem Sendesignal S1, S2, S3, wenigstens ein passives Messelement 31 zum Empfangen eines Messsignals M, wenigstens ein Koppelelement 411, 412, 41k, welches relativ zu den aktiven Messelementen 211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k bewegbar und ausgebildet ist, um eine kapazitive Kopplung wenigstens eines von einem jeweiligen aktiven Messelement 211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k aufgebauten elektrischen Feldes mit dem wenigstens einen passiven Messelement 31 zur Erzeugung des Messsignals M zu bewirken; sowie eine mit den wenigstens drei aktiven Messelementen 211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k und dem wenigstens einen passiven Messelement 31 verbundene Messschaltung 9 zur Erzeugung des Sendesignals S1, S2, S3 und zur Bestimmung einer Position des wenigstens einen Koppelelements 411, 412, 41k relativ zu den aktiven Messelementen 211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k anhand des von dem passiven Messelement 31 empfangenen Messsignals M. DOLLAR A Erfindungsgemäß beaufschlagt die Messschaltung 9 die wenigstens drei aktiven Messelemente 211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k mit einem jeweils phasenverschobenen Sendesignal S1, S2, S3 und ermittelt die Messschaltung 9 die relative Position des wenigstens einen Koppelelements 411, 412, ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wegaufnehmer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1.
  • Derartige Wegaufnehmer dienen zur Bestimmung einer Relativbewegung zweier Objekte.
  • Vorbekannte Wegaufnehmer weisen üblicherweise ein aktives Messelement auf, das geeignet ist, wenigstens ein Messfeld aufzubauen. Als aktive Messelemente sind sowohl induktive Aufnehmer als auch optische Systeme (Lichtschranken) bekannt.
  • In das induktive bzw. optische Messfeld des aktiven Messelements ist wenigstens ein passives Messelement bewegbar. Somit findet eine Relativbewegung zwischen aktivem und passivem Messelement statt. Diese Relativbewegung erfolgt üblicherweise im wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung des von dem aktiven Messelement aufgebauten Messfeldes.
  • Wird als aktives Messelement ein induktiver Aufnehmer verwendet, so handelt es sich bei dem passiven Messelement üblicherweise um einen ferromagnetischen Körper zur Veränderung des von dem induktiven Aufnehmer aufgebauten induktiven Feldes. Es ist jedoch auch bekannt, als passives Messelement Magneten zu verwenden, die in dem induktiven Aufnehmer aufgrund der Bewegung des Magneten durch Induktion einen Strom erzeugen.
  • Ein derartiger vorbekannter Wegaufnehmer 51 mit einem induktiven Aufnehmer 52 und als ferromagnetische Körper ausgebildeten passiven Messelementen 531, 532, 533, 53k ist in 5 gezeigt.
  • Wie ersichtlich sind in 5 die ferromagnischen Körper 531, 532, 533, 53k auf einer um eine Drehachse drehbaren Scheibe angeordnet. Beim Vorbeilaufen an dem aktiven Messelement 52 erzeugen die ferromagnetischen Körper 531, 532, 533, 53k in dem aktiven Messelement 52 durch Induktion einen Strom, der von dem aktiven Messelement 52 ausgegeben wird. Durch Zählen der in dem aktiven Messelement 52 er zeugten Stromstöße erlaubt der vorbekannte Wegaufnehmer das Feststellen einer Drehbewegung der drehbaren Scheibe relativ zu dem aktiven Messelement 52.
  • Dabei ist es bei dem vorstehend beschriebenen vorbekannten Wegaufnehmer 51 nachteilig, dass keine Bewegungsrichtung erfasst werden kann.
  • Handelt es sich bei dem aktiven Messelement jedoch um ein optisches System, so wird als passives Messelement üblicherweise ein Schlitz in einer ansonsten lichtundurchlässigen Fläche zum Durchlassen einer von dem optischen System emittierten Messstrahlung oder aber ein Reflektor zum Reflektieren der von dem optischen System emittierten Messstrahlung verwendet.
  • Die vorstehend beschriebenen Wegaufnehmer werden in allen Bereichen der Technik, in denen Wege bzw. Winkel zu erfassen sind, eingesetzt.
  • Im Automobilbau dienen sie häufig zur Erfassung von Drehbewegungen bzw. Winkelstellungen, beispielsweise in Verbindung mit Anti-Blockier-Systemen oder auch Prüfrädern.
  • Prüfräder werden anstelle der normalen Räder an Fahrzeugen montiert, um die während der Benutzung des Fahrzeugs auf das Rad wirkenden Flieh-, Druck- und/oder Beschleunigungskräfte bestimmen zu können. Dabei sind die passiven Messelemente üblicherweise kreisförmig auf dem Messrad angeordnet und werden mit diesem gedreht, wohingegen das statische aktive Messelement an der Karosserie des Fahrzeuges befestigt ist, an dem das Messrad montiert ist.
  • Bei den vorbekannten Wegaufnehmern ist es nachteilig, dass optische Systeme infolge von Verschmutzung häufig Messfehlern unterliegen. Daher sind optische Systeme für die Verwendung in nicht abgekapselten Systemen schlecht geeignet.
  • Bei induktiven Aufnehmern ist es wiederum nachteilig, dass durch das bei der Messung verwendete Magnetfeld die Gefahr von Überlagerungen mit anderen Messeinrichtungen besteht. Weiter weisen induktive Aufnehmer in der Regel einen vergleichsweise hohen Stromverbrauch auf, so dass lange Messperioden in autonomen Systemen nur schwer realisiert werden können.
  • Insbesondere in der Feinmechanik ist weiter die Verwendung von Wegaufnehmern bekannt, die nach dem kapazitiven Prinzip arbeiten. Dabei werden zwei im wesentlichen parallele Platten aus elektrisch leitfähigem Material so angeordnet, dass sie ent lang einer Linie, die zu den Platten im wesentlichen senkrecht steht, aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können und so einen Platten-Kondensator mit veränderlicher Kapazität bilden. Durch Erfassung einer durch die Veränderung des Abstandes der beiden Platten bewirkten Kapazitätsänderung ist es mit derartigen kapazitiven Aufnehmern möglich, den aktuellen Abstand der Platten zueinander und damit auch eine Relativbewegung der Platten zu erfassen.
  • Bei vorbekannten kapazitiven Aufnehmern ist es nachteilig, dass eine lineare Abhängigkeit zwischen Plattenabstand und Kapazität nur besteht, wenn der Abstand der Platten bezogen auf die Fläche der Platten sehr klein ist. Die Erfassung von Bewegungen im Bereich von mehreren Zentimetern ist somit nur mit extrem großen Platten möglich.
  • Aus der EP 0 676 623 B1 ist ein weiterer kapazitiver Positionsgeber bekannt. Bei diesem kapazitiven Positionsgeber sind eine Vielzahl von Sendeelektroden gruppenweise in einer Reihe angeordnet. Dabei werden die einzelnen Elektroden in jeder Gruppe mit unterschiedlichen Sendesignalen beaufschlagt. Mittels einer Vielzahl von linear angeordneten Koppelelektroden findet eine kapazitive Kopplung eines von den Sendeelektroden aufgebauten elektrischen Feldes zu einer Empfangselektrode statt. Dabei sind die gruppenweise angeordneten Sendeelektroden und die Empfangselektrode in einer ersten Ebene und die Koppelelektroden in einer zweiten, zu der ersten Ebene im wesentlichen parallelen Ebene angeordnet. Um eine Verkippung der beiden Ebenen zueinander feststellen zu können, weisen entweder die Sendeelektrode oder die Empfangselektrode zumindest abschnittsweise eine Form auf, deren Fläche nicht konstant ist. Die Erfassung einer Relativposition der ersten Ebene zu der zweiten Ebene erfolgt mittels des in EP 0 676 623 beschriebenen kapazitiven Positionsgebers durch Erfassung der Amplituden der von den gruppenweise angeordneten Sendeelektroden jeweils über die Koppelelektroden auf die Empfangselektrode übertragenen Signale.
  • Dabei ist es nachteilig, dass die Erfassung der Amplitude der Signale sehr aufwendig ist und insbesondere von dem Abstand der beiden Ebenen zueinander, abhängt. Wie in der EP 0 676 623 ausführlich diskutiert, führt auch eine leichte Verkippung der beiden Ebenen gegeneinander zu einer erheblichen Messungenauigkeit und bedarf daher eines komplizierten Korrekturmechanismusses.
  • Aus der EP 0 270 440 B1 ist ein hochpräziser Aufnehmer zur Erfassung einer linearen Position oder einer Winkelstellung mittels kapazitiver Kopplung bekannt. Der Aufnehmer weist in einer ersten Ebene eine erste Serie von Sendeelektroden, die entlang einer gegebenen Richtung regelmäßig mit einem bestimmten Abstand zur Abdeckung eines Verstellbereiches verteilt sind, auf. Die Sendeelektroden werden durch mehr Phasenspannungen zur Erzeugung eines in der genannten Richtung beweglichen und den Verstellbereich periodisch durchlaufenden elektrischen Feldes versorgt. In der ersten Ebene ist weiter eine Sammelelektrode vorgesehen. In einer zweiten zu der ersten Ebene parallelen und benachbarten Ebene ist eine elektrisch leitende Vorrichtung vorgesehen, die in der genannten Richtung verstellbar ist und einen Teil des Messbereiches bedeckt und die durch kapazitive Kopplung mit den Sendeelektroden und mit der Sammelelektrode in dieser eine Spannung induziert. Die elektrisch leitende Vorrichtung ist zum einen aus einer zweiten Serie von Elektroden, die eine Anzahl kleiner als die Anzahl der ersten Sendeelektroden ist und die voneinander weiter beabstandet sind als die ersten Sendeelektroden und zum anderen aus einer kapazitiven Koppelelektrode zur Kopplung an die Sammelelektrode aufgebaut. Die Elektroden der zweiten Serie sind an die Koppelelektrode angeschlossen. Weiter ist ein Verarbeitungskreis für die induzierte Spannung vorgesehen, wobei der Verarbeitungskreis eine periodische Integration der mit der Periode der Feldverschiebung induzierten Spannung durchführt. Weiter führt der Verarbeitungskreis zu einem dem halben Integrationswert entsprechenden Zeitpunkt eine Bestimmung der relativ zu einem Bezugszeitpunkt erfolgten Verschiebung der beiden Ebenen durch, wobei der Bezugszeitpunkt einer Bezugsposition der leitenden Vorrichtung innerhalb des Messbereiches entspricht.
  • Obwohl die EP 0 270 440 die Verwendung von Mehrphasenspannungen zur Erzeugung eines in eine Messrichtung beweglichen und den Verstellbetrieb periodisch durchlaufenden Feldes offenbart, beruht die in der EP 0 270 440 offenbarte Positionserfassung auf einer Erfassung der Amplitude eines empfangenen Signales, da ausdrücklich offenbart wird, dass eine periodische Integration der mit der Periode der Feldverschiebung induzierten Spannung zur Positionserfassung erfolgt.
  • Daher leidet auch die aus der EP 0 270 440 vorbekannte Lösung allgemein unter den mit der Erfassung einer Amplitude eines Signals verbundenen Nachteile. Diese Probleme treten insbesondere auf, wenn die Ebene mit den Sendeelektroden und der Sammelelektrode und die Ebene mit den Kopplungselektroden nicht zueinander parallel sind.
  • Allgemein ist es bei den vorstehend beschriebenen kapazitiven Positionsgebern nachteilig, dass die erzeugten und gemessenen elektrischen Felder jeweils analoge Felder sind. Die analoge Verarbeitung dieser Felder und insbesondere die Bestimmung der jeweiligen Amplituden eines jeweiligen analogen Signals ist schaltungstechnisch sehr aufwendig und ungenau.
  • Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wegaufnehmer bereitzustellen, der einen einfachen, stromsparenden und kostengünstigen Aufbau aufweist und ein störungsfreies Erfassen von Wegen mit einer hohen Genauigkeit ermöglicht.
  • Die vorstehende Aufgabe wird bei einem Wegaufnehmer gemäß des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1 mittels der Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wegaufnehmer aufweisend wenigstens drei aktive Messelemente zum Aufbauen von jeweils einem elektrischen Feld in Abhängigkeit von einem Sendesignal, wenigstens ein passives Messelement zum Empfangen eines Messsignals, wenigstens ein Koppelelement, welches relativ zu den aktiven Messelementen bewegbar und ausgebildet ist, um eine kapazitive Kopplung wenigstens eines von einem jeweiligen aktiven Messelement aufgebauten elektrischen Feldes mit dem wenigstens einen passiven Messelement zur Erzeugung des Messsignals zu bewirken, sowie eine mit den wenigstens drei aktiven Messelementen und dem wenigstens einen passiven Messelement verbundene Messschaltung zur Erzeugung des Sendesignals und zur Bestimmung einer Position des wenigstens einen Koppelelements relativ zu den aktiven Messelementen anhand des von dem passiven Messelement empfangenen Messsignals.
  • Erfindungsgemäß beaufschlagt die Messschaltung die wenigstens drei aktiven Messelemente mit einem jeweils phasenverschobenen Sendesignal und ermittelt die Messschaltung die relative Position des wenigstens einen Koppelelements zu den aktiven Messelementen durch Vergleich der Phasen der Sendesignale mit der Phase des von dem passiven Messelement empfangenen Messsignals.
  • Somit beruht die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers nicht auf einer Erfassung der Amplitude sondern der Phase des empfangenen Signals.
  • Die Erfassung einer Phase eines Signals ist mit einer erheblich höheren Genauigkeit als die Erfassung einer Amplitude eines Signals möglich.
  • Aufgrund der Verwendung von wenigstens drei aktiven Messelementen, die von der Messschaltung mit einem jeweils phasenverschobenen Sendesignal beaufschlagt wer den, erlaubt der erfindungsgemäße Wegaufnehmer zudem das Feststellen einer Richtung der Relativbewegung zwischen den aktiven Messelementen und dem Koppelelement.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind in k Teilbereichen des Messbereiches jeweils n aktive Messelemente angeordnet, wobei die Messschaltung benachbarte aktive Messelemente eines jeden Teilbereichs mit einem um jeweils 360°/n phasenverschobenen Sendesignal beaufschlagt, und k eine ganze natürliche Zahlen größer Null und n eine ganze natürliche Zahlen größer Zwei ist.
  • Eine derartige Anordnung erlaubt die Anordnung der aktiven Messelemente über einen beliebig großen Messbereich.
  • Die Beaufschlagung der aktiven Messelemente eines jeden Teilbereichs mit einem um jeweils 360°/n phasenverschobenen Sendesignals führt dazu, dass die Abstrahlung eines jeweiligen Teilbereichs in der Summe Null ergibt. Damit können Störeinflüsse durch den erfindungsgemäßen Wegaufnehmer auf andere Messeinrichtungen vermieden werden.
  • Vorzugsweise sind dann k parallel geschaltete Koppelelemente vorgesehen, wobei die Anordnung benachbarter Koppelelemente der Anordnung von mit einem gleichen Sendesignal beaufschlagten aktiven Messelementen benachbarter Teilbereiche entspricht.
  • Sind mehrere mit einem gleichen Eingangssignal beaufschlagte aktive Messelemente in verschiedenen Teilbereichen des Messbereiches angeordnet und mehrere entsprechend angeordnete Koppelelemente vorgesehen, so führt dies zu einer Verstärkung des durch die Koppelelemente von den aktiven Messelementen an das wenigstens eine passive Element übertragenen Messsignals, wodurch die Auswertung des Messsignals vereinfacht und so die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers weiter erhöht wird.
  • Gemäß einer besonderes bevorzugten Ausführungsform sind in k Teilbereichen des Messbereiches jeweils 4 aktive Messelemente angeordnet, wobei die Messschaltung benachbarte aktive Messelemente eines jeden Teilbereichs mit einem um jeweils 90° phasenverschobenen Sendesignal beaufschlagt, und k eine ganze natürliche Zahlen größer Null ist.
  • Die Erzeugung von um jeweils 90° phasenverschobenen Sendesignalen ist besonders einfach möglich, da es ausreichend ist, zwei Phasen zu generieren und zwei zu diesen Phasen inverse Phasen zu bilden. Dies vereinfacht den Aufbau der Messschaltung des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers erheblich.
  • Aus der vorstehend beschriebenen Verwendung inverser Phasen wird deutlich, dass das von dem erfindungsgemäßen Wegaufnehmer ausgestrahlte elektrische Feld in diesem Fall insgesamt gleich Null ist.
  • Vorzugsweise sind dann 2k Koppelelemente vorgesehen, wobei die Anordnung benachbarter Koppelelemente der Anordnung von mit einem um 180° phasenverschobenen Sendesignal beaufschlagten aktiven Messelementen entspricht und jeweils benachbart angeordnete Koppelelemente eine kapazitive Kopplung mit unterschiedlichen passiven Messelement bewirken.
  • Diese Anordnung der Koppelelemente führt dazu, dass von benachbarten Koppelelementen jeweils auf inverse Sendesignale zurückzuführende Messsignale auf unterschiedliche passive Messelemente übertragen werden. Hierdurch ist es mittels der erfindungsgemäßen Messschaltung durch Differenzbildung der durch benachbarte Koppelelemente empfangenen Messsignale auf besonders einfache Weise möglich, Störeinflüsse zu eliminieren.
  • Bevorzugt sind die wenigstens drei aktiven Messelemente und das wenigstens eine passive Messelement in einer ersten Ebene angeordnet, und ist das wenigstens eine Koppelelement in einer zweiten, zu der ersten Ebene parallelen Ebene angeordnet.
  • Eine derartige Anordnung von aktiven bzw. passivem Messelement und dem wenigstens einen Koppelelement führt dazu, dass die Relativbewegung zwischen den aktiven Messelementen und dem wenigstens einen Koppelelement im Wesentlichen senkrecht zu den von den aktiven Messelementen aufgebauten elektrischen Feldern erfolgt.
  • Es ist vorteilhaft wenn die wenigstens drei aktiven Messelemente in konstantem Abstand zueinander in einer Reihe angeordnet sind und das wenigstens eine passive Messelement durchgehend entlang der Reihe von aktiven Messelementen ausgebildet ist.
  • Bevorzugt weist das wenigstens eine Koppelelement eine Fläche auf, die wenigstens der doppelten Fläche eines aktiven Messelements entspricht.
  • Eine derartige Fläche erlaubt eine Kopplung des von den aktiven Messelementen ausgegebenen Sendesignals an das wenigstens eine passive Messelement mit hohem Wirkungsgrad und hoher Genauigkeit.
  • Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn dass das wenigstens eine Koppelelement eine Fläche aufweist, die der Fläche des wenigstens einen passiven Messelements zuzüglich der Fläche von k aktiven Messelementen entspricht, wobei k eine ganze natürliche Zahl größer Null ist.
  • Weist das Koppelelement eine Fläche auf, die der Fläche des passiven Messelements entspricht, so weist die kapazitive Kopplung zwischen Koppelelement und passivem Messelement einen besonders hohen Wirkungsgrad auf.
  • Um lineare Bewegungen eines zu vermessenden Gegenstandes mittels des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers präzise erfassen zu können, sind die wenigstens drei aktiven Messelemente und das wenigstens eine passive Messelement bevorzugt entlang zueinander paralleler Geraden angeordnet.
  • Sollen hingegen Winkel oder Schwenk- bzw. Drehbewegungen eines zu vermessenden Gegenstandes erfasst werden, ist es vorteilhaft, wenn die wenigstens drei aktiven Messelemente und das wenigstens eine passive Messelement entlang von Kreislinien mit dem gleichen Mittelpunkt angeordnet sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die wenigstens drei aktiven Messelemente und das wenigstens eine passive Messelement ortsfest und ist das wenigstens eine Koppelelement bewegbar.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die wenigstens drei aktiven Messelemente und das wenigstens eine passive Messelement bewegbar und ist das wenigstens eine Koppelelement ortsfest.
  • Da der erfindungsgemäße Wegaufnehmer einen besonders einfachen, stromsparenden und kostengünstigen Aufbau aufweist und ein störungsfreies Erfassen von Wegen mit einer hohen Genauigkeit ermöglicht eignet er sich besonders für Wegaufnehmer im Automobilbau.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Figuren anhand von Beispielen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleich Elemente. Dabei zeigt
  • 1A schematisch eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers;
  • 1B schematisch eine Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Wegaufnehmer aus 1A entlang der Schnittlinie S;
  • 1C schematisch den Phasenverlauf der Sendesignale und des Messsignals des erfindungsgemäßen Wegaufnehmer aus 1A;
  • 2A schematisch die aktiven und passiven Messelemente eines erfindungsgemäßen Wegaufnehmers gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
  • 2B schematisch die zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers;
  • 2C schematisch eine Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Wegaufnehmer aus 2B entlang der Schnittlinie S;
  • 2D schematisch den Phasenverlauf der Sendesignale und des Messsignals des erfindungsgemäßen Wegaufnehmer aus 2B;
  • 3 schematisch eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers;
  • 4 ein Blockdiagramm einer Messschaltung, wie sie in dem erfindungsgemäßen Wegaufnehmer Verwendung finden kann; und
  • 5 einen Wegaufnehmer nach dem Stand der Technik.
  • 1A zeigt schematisch eine erste besonders bevorzugte Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers 1.
  • Gemäß dieser ersten bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Wegaufnehmer 1 k-Teilbereiche T1, T2, TK auf, die über den gesamten Messbereich des Wegaufnehmers 1 verteilt sind.
  • In jedem Teilbereich T1, T2, TK sind jeweils drei aktive Messelemente 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k angeordnet.
  • Die aktiven Messelemente 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k sind über Anschlussleitungen 71, 72 und 73 mit einer Messschaltung 9 verbunden und dienen zum Aufbau von jeweils einem elektrischen Feld in Abhängigkeit von einem von der Messschaltung 9 empfangenen Sendesignals S1, S2 und S3.
  • Gemäß dieser ersten bevorzugten Ausführungsform beaufschlagt die Messschaltung benachbarte aktive Messelemente 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k eines jeden Teilbereiches T1, T2, TK mit einem um jeweils 120° phasenverschobenen sinusförmigen Sendesignal S1, S2 und S3.
  • Es ist offensichtlich, dass anstelle eines sinusförmigen Sendesignals auch ein cosinusförmiges Sendesignal oder ein beliebiges anderes periodisches Sendesignal verwendet werden kann.
  • Weiter weist die zuvor gezeigte erste besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers 1 ein passives Messelement 31 zum Empfang eines Messsignals M auf. Das passive Messelement 31 ist über eine Anschlussleitung 70 mit der Messschaltung 9 verbunden.
  • Weiter ist in jedem der k-Teilbereiche T1, T2, TK jeweils ein Koppelelement 411, 412, ..., 41k vorgesehen, welches relativ zu den aktiven Messelementen 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k bewegbar ist.
  • Die Koppelelemente 411, 412, ..., 41k sind so ausgebildet und angeordnet, dass sie zumindest teilweise wenigstens ein aktives Messelement 211, 221 bzw. 212, 222 bzw. 21k, 22k und zumindest teilweise das passive Messelement 31 überlappen.
  • Hierdurch bewirken die Koppelelemente 411, 412, ..., 41k durch Serienschaltung eines ersten, zwischen dem jeweiligen Koppelelement 411, 412, ..., 41k und dem wenigstens einen jeweils darunterliegenden aktiven Messelement 211, 221 bzw. 212, 222 bzw. 21k, 22k gebildeten ersten Kondensators und eines zwischen dem jeweiligen Koppelelement 411, 412, ..., 41k und einem Bereich des darunterliegenden passiven Messelements 31 gebildeten zweiten Kondensators eine kapazitive Kopplung wenigstens eines von einem jeweiligen aktiven Messelement 211, 221 bzw. 212, 222 bzw. 21k, 22k aufgebauten elektrischen Feldes mit dem wenigstens einen passiven Messelement 31 zur Erzeugung des Messsignals M in dem passiven Messelement 31.
  • Somit sind gemäß der in 1A gezeigten ersten besonders bevorzugten Ausführungsform k parallel geschaltete Koppelelemente 411, 412, ..., 41k vorgesehen.
  • Dabei entspricht die Anordnung benachbarter Koppelelemente 411, 412, ..., 41k der Anordnung von mit einem gleichen Sendesignal S1, S2, S3 beaufschlagten aktiven Messelementen 211, 212, 21k bzw. 221, 222, 22k bzw. 231, 232, 23k benachbarter Teilbereiche T1, T2.
  • Die über die Anschlussleitungen 70, 71, 72 und 73 mit den aktiven Messelementen 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k und dem wenigstens einen passiven Messelement 31 verbundene Messschaltungen 9 ist ausgebildet, drei um jeweils 120° phasenverschobene Sendesignale S1, S2 und S3 zu erzeigen und über die Anschlußleitungen 71, 72, 73 an die aktiven Messelemente 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k auszugeben.
  • Weiter ist die Messschaltung 9 so ausgebildet, die relative Position der Koppelelemente 411, 412, ..., 41k zu den aktiven Messelementen 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k anhand des von dem passiven Messelement 31 empfangenen und über die Anschlußleitung 70 an die Messschaltung 9 ausgegebenen Messsignals M zu ermitteln. Zur Ermittlung der relativen Position vergleicht die Messschaltung 9 die Phasen der Sendesignale S1, S2 und S3 mit der Phase des von dem passiven Messelement 31 empfangenen Messsignals M.
  • Wie aus 1A hervorgeht, sind die aktiven Messelemente 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k in konstantem Abstand zueinander in einer Reihe angeordnet. Dabei ist der Abstand benachbarter Messelemente zueinander vorzugsweise möglichst klein.
  • Das eine passive Messelement 31 ist in 1A durchgehend entlang der Reihe von aktiven Messelementen ausgebildet.
  • Somit sind in 1A die aktiven Messelemente 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k und das eine passive Messelement 31 entlang zueinander paralleler Geraden angeordnet.
  • Wie ersichtlich weisen die Koppelelemente 411, 412, 41k jeweils im Wesentlichen eine Fläche auf, die in etwa der doppelten Fläche eines aktiven Messelements 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k entspricht.
  • 1B zeigt schematisch eine Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Wegaufnehmers 1 aus 1A entlang der Schnittlinie S.
  • Wie aus 1B ersichtlich, handelt es sich gemäß dieser ersten bevorzugten Ausführungsform bei dem passiven Messelement 31 um einen ersten elektrischen Leiter und bei den aktiven Messelementen 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k um weitere elektrische Leiter, die von einer ersten Leiterplatte 5 getragen werden.
  • Auf einer den aktiven Messelementen 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k abgewandten Seite der Leiterplatte 5 sind die Anschlußleitungen 71, 72 und 73 für die aktiven Messelemente 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k in Form weiterer elektrischer Leiter vorgesehen. Die Anschlußleitungen 71, 72 und 73 sind durch entsprechende, in 1B nicht gezeigte Durchkontaktierungen mit den jeweiligen aktiven Messelementen 211, 221, 231, 212, 222, 232, ..., 21k, 22k, 23k verbunden.
  • Auf einer zweiten, zur ersten Leiterplatte 5 parallelen Leiterplatte 6 sind die Kopplungselemente 411, 412, 41k in Form von weiteren elektrischen Leitern vorgesehen.
  • Auch wenn gemäß 1B die aktiven und passiven Messelemente sowie die Kopplungselemente von Leiterplatten 5, 6 getragen werden, kann es sich alternativ bei den Leiterplatten 5, 6 auch um Glas- oder Porzellanplatten oder um andere formstabile Nichtleiter handeln.
  • Somit erlaubt der in 1A und 1B gezeigte erfindungsgemäße Wegaufnehmer 1 das Erfassen einer Relativbewegung der zweiten Leiterplatte 6 zu der ersten Leiterplatte 5.
  • In 1C ist schematisch der Phasenverlauf der Sendesignale S1, S2, S3 und des Messsignals M des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers aus 1A gezeigt.
  • Wie aus 1C ersichtlich, sind die Sendesignale S1, S2, S3 jeweils um 120° phasenverschobene Sinusschwingungen.
  • Da sich die Koppelelemente 411, 412, ..., 41k in 1A gerade in einer Stellung befinden, in der sie jeweils zu gleichen Teilen mit den aktiven Messelementen 211, 221 bzw. 212, 222 bzw. 21k, 22k überlappen, ergibt sich, das durch die Koppelelemente 411, 412, ..., 41k auf das passive Messelement 31 übertragene Messsignal M durch als Addition der in 1C gezeigten Signale S1 und S2.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2A, 2B, 2C und 2D eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers beschrieben.
  • Der erfindungsgemäße Wegaufnehmer 1' gemäß dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehenden beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass in den k-Teilbereichen T1, T2, ..., TK des Messbereichs jeweils vier aktive Messelemente 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, ..., 21k, 22k, 23k, 24k angeordnet sind.
  • Dabei zeigt 2A schematisch die auf einer ersten Ebene angeordneten aktiven und passiven Messelemente des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers 1', wobei auf die Darstellung der Koppelelemente verzichtet wurde.
  • Wie aus 2A hervorgeht, sind die aktiven Messelemente 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, ..., 21k, 22k, 23k, 24k über Anschlußleitungen 71, 72, 73 und 74 mit der Messschaltung 9 verbunden.
  • Weiter sind gemäß 2A zwei passive Messelemente 31 und 32 vorgesehen, die über Anschußleitungen 70 bzw. 70' mit der Messschaltung 9 verbunden sind.
  • Gemäß dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Messschaltung ausgebildet, benachbarte aktive Messelemente 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, ..., 21k, 22k, 23k, 24k eines jeden Teilbereiches T1, T2, ..., TK mit einem um jeweils 90° phasenverschobenen Sendesignal S1, S2, S3, S4 zu beaufschlagen.
  • Der Phasenverlauf, der von der Messschaltung 9 erzeugten Sendesignale S1, S2, S3 und S4 ist in 2D schematisch gezeigt.
  • In 2B sind schematisch die beiden Koppelelemente 41 und 42 gezeigt, die gemäß dieser zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform Verwendung finden.
  • Wie aus 2B hervorgeht, sind die Koppelelemente 41 und 42 kammartig ausgebildet. Die kammartig ausgebildeten Koppelelemente 41 und 42 bestehen im wesentlichen aus einer ersten Fläche, die der Fläche der jeweils darunter angeordneten passiven Messelemente 31, 32 entspricht und jeweils aus k zweiten Flächen 421, 422, ..., 42k bzw. 411, 412, ..., 41k. Die Fläche der zweiten Flächen 411, 412, ..., 41k, 421, 422, ..., 42k entspricht jeweils im wesentlichen der Fläche darunterliegenden aktiven Messelements 211, 231.
  • Somit sind 2k zweite Flächen 411, 421, 412, 422, ..., 41k, 42k für die Koppelelemente vorgesehen. Die Anordnung benachbarter zweiter Flächen 411, 421, 412, 422, ..., 41k, 42k entspricht dabei der Anordnung von mit einem um 180° phasenverschobenen Sendesignal S1, S3 beaufschlagten aktiven Messelementen 211, 231, ..., 21k, 23k.
  • Weiter sind und jeweils nicht benachbart angeordnete Koppelelemente 411, 412, 41k bzw. 421, 422, 42k parallel geschaltet. Folglich bewirken jeweils benachbart angeordnete Koppelelemente 411, 421, 412, 422, ..., 41k, 42k eine kapazitive Kopplung mit unterschiedlichen passiven Messelement 31, 32.
  • Diese großflächige Ausbildung der Koppelelemente führt dazu, dass die Übertragung des von den aktiven Messelementen 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, ..., 21k, 22k, 23k und 24k ausgegebenen Sendesignals S1, S2, S3, S4 durch die Koppelelemente 41 und 42 auf die passiven Messelemente 31, 32 mit einem besonders hohen Wirkungsgrad erfolgt.
  • 2C zeigt schematisch eine Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Wegaufnehmer 1' aus 2B entlang der Schnittlinie S.
  • Wie aus 2C ersichtlich, sind die passiven Messelemente 31 und 32 sowie die aktiven Messelemente 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, ..., 21k, 22k, 23k 24k in diesem Beispiel als Leiterbahnen ausgebildet, die von einem elektrischen Nichtleiter 5 in einer ersten Ebene getragen werden.
  • Der elektrische Nichtleiter 5 trägt weiter die Anschlußleitungen 71, 72, 73 und 74 zum Kontaktieren der aktiven Messelemente 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, ..., 21k, 22k, 23k 24k.
  • Wie aus 2C ersichtlich, ist in dieser Schnittansicht das aktive Messelement 231 mittels einer Durchkontaktierung 8 mit der Anschlußleitung 73 verbunden.
  • Ein in einer zweiten, zur ersten Ebene parallelen Ebene angeordneter zweiter Nichtleiter 6 trägt das als Leiterbahn ausgebildete erste und zweite Koppelelement 41, 42.
  • Da gemäß 2B die Koppelelemente 41, 42 jeweils nur ein aktives Messelement 211, ..., 21k bzw. 231, ..., 23k überlappen, ergeben sich die von den Koppelelementen 41 bzw. 42 auf die passiven Messelemente 31 bzw. 32 übertragenen Messsignale M1 bzw. M2 wie in 2D gezeigt jeweils gleich den Sendesignalen S1 bzw. S3 der darunterliegenden aktiven Messelemente 211, ..., 21k bzw. 231, ..., 23k.
  • In 3 ist schematisch eine dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers 1'' gezeigt.
  • Diese dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers 1'' unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen insbesondere dadurch, dass die aktiven Messelemente 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, ..., 21k, 22k, 23k 24k und die beiden passiven Messelemente 31, 32 entlang von Kreislinien mit dem gleichen Mittelpunkt M in einer ersten Ebene angeordnet sind.
  • Die 2k Koppelelemente 411, 421, 412, 422, ..., 41k, 42k sind entsprechend entlang einer Kreisbahn mit gleichem Mittelpunkt M in einer zweiten zu der ersten Ebene parallelen Ebene angeordnet.
  • Somit eignet sich der erfindungsgemäße Wegaufnehmer 1'' gemäß der dritten besonders bevorzugten Ausführungsform insbesondere zur Erfassung von Winkeln und Drehbewegungen.
  • Auch wenn gemäß der vorstehend beschriebenen ersten, zweiten bzw. dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wegaufnehmers 1, 1', 1'' in den Teilbereichen T1, T2, ... TK jeweils drei bzw. vier aktive Messelemente angeordnet sind, wobei die Messschaltung benachbarte aktive Messelemente eines jeden Teilbereiches mit einem um jeweils 360° / 3 = 120° bzw. 360° / 4 = 90° phasenverschobenen Sendesignal beaufschlagt, ist es allgemein möglich, in den k-Teilbereichen jeweils n-aktive Messelemente vorzusehen, die von der Messschaltung 9 mit einem um jeweils 360°/n phasenverschobenen Sendesignal beaufschlagt werden. Dabei ist n eine ganze natürliche Zahl größer zwei.
  • Gemäß der vorstehend gezeigten ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die aktiven Messelemente und das wenigstens eine passive Messelement ortsfest und die Koppelelemente bewegbar.
  • Gemäß der vorstehend gezeigten dritten bevorzugten Ausführungsform sind die aktiven Messelemente und die beiden passiven Messelemente bewegbar und die Koppelelemente ortsfest.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4 ein Blockdiagramm einer Messschaltung beschrieben, wie sie in dem erfindungsgemäßen Wegaufnehmer 1' bzw. 1'' gemäß der zweiten bzw. dritten bevorzugten Ausführungsform Verwendung finden kann.
  • Die in 4 gezeigte Messschaltung 9 weist einen Taktgeber 41 zur Erzeugung eines Taktes auf. Der Takt wird an einen Teiler 42 und einen Phasen-Komparator 43 ausgegeben.
  • Der Teiler 42 gibt den Takt so phasenverschoben an die Sinus-Generatoren 44, 45, 46 und 47 aus, dass die Sinus-Generatoren 44, 45, 46 und 47 jeweils um 90° phasenverschobene Sinusschwingungen S1, S2, S3, S4 erzeugen.
  • Die Sinus-Generatoren 44, 45, 46 und 47 sind über die Anschlußleitungen 71, 72, 73 und 74 mit zugeordneten aktiven Messelementen 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, ..., 21k, 22k, 23k, 24k verbunden.
  • Somit sind die Sinus-Generatoren 44, 45, 46 und 47 in Verbindung mit dem Taktgeber 41 und dem Teiler 42 ausgebildet, benachbarte aktive Messelemente 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, ..., 21k, 22k, 23k, 24k mit einem um jeweils 90° phasenverschobenen Messsignal zu beaufschlagen.
  • Die aktiven Messelemente 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, ..., 21k, 22k, 23k und 24k bauen in Abhängigkeit von den über die Anschlußleitungen 71, 72, 73, 74 empfangenen Sendesignalen S1, S2, S3, S4 jeweils elektrische Felder auf.
  • Durch kapazitive Kopplung mit in 4 nicht gezeigten Koppelelementen wird in Folge des von den aktiven Messelementen 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k und 24k erzeugten elektrischen Feldes in den passiven Messelementen 31 und 32 ein erstes und zweites Messsignal M1, M2 erzeugt.
  • Weiter weist die in 4 gezeigte Messschaltung 9 zwei Bandfilter 48 und 49 auf, die jeweils über Anschlußleitungen 70 bzw. 70' mit den passiven Messelementen 31, 32 verbunden sind.
  • Das in den passiven Messelementen 31 und 32 erzeugte Messsignal M1, M2 wird über die Anschlußleitungen 70 bzw. 70' an die Bandfilter 48 bzw. 49 ausgegeben.
  • Die Bandfilter 48 bzw. 49 filtern das über die Anschlussleitungen 70 bzw. 71 von den passiven Messelementen 31 bzw. 32 empfangene Messsignal M1 bzw. M2 und sind mit einem Differenzierer 50 verbunden.
  • Der Differenzierer 50 subtrahiert die von den passiven Messelementen 31 und 32 empfangene Messsignale M1 und M2 voneinander, um ein Nutzsignal zu erhalten.
  • Dieses Nutzsignal wird von dem Differenzierer 50 an den Phasen-Komparator 43 ausgegeben.
  • Der Phasen-Komparator 43 vergleicht den von dem Taktgeber 41 erhaltenen Takt mit dem von dem Differenzierer 50 ausgegebenen Nutzsignal zur Bestimmung einer Relativposition der in 4 nicht gezeigten Koppelelemente zu den aktiven Messelementen 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, ..., 21k, 22k, 23k und 24k anhand der Phase des Nutzsignals und des zugehörigen Taktes und gibt ein entsprechendes Signal an eine Ausgangsschaltung 51 aus.
  • Vorzugsweise sind die einzelnen Elemente der in 4 gezeigten Messschaltung in Form von integrierten Schaltungen ausgebildet.
  • Zusammenfassend beruht die Funktionsweise des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Wegaufnehmers 1 nicht auf einer Erfassung der Amplitude eines Messsignals sondern auf einem Vergleich der Phase des empfangenen Messsignals mit der Phase eines jeweiligen Sendesignals.
  • Die Erfassung einer Phase eines Signals ist mit einer erheblich höheren Genauigkeit als die Erfassung einer Amplitude eines Signals möglich.
  • Aufgrund der Verwendung von wenigstens drei aktiven Messelementen, die von der Messschaltung mit einem jeweils phasenverschobenen Sendesignal beaufschlagt werden, erlaubt der erfindungsgemäße Wegaufnehmer zudem das Feststellen einer Rich tung der Relativbewegung zwischen den aktiven Messelementen und dem Koppelelement.

Claims (13)

  1. Wegaufnehmer (1; 1'; 1'') aufweisend wenigstens drei aktive Messelemente (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) zum Aufbauen von jeweils einem elektrischen Feld in Abhängigkeit von einem Sendesignal (S1, S2, S3; S1, S2, S3, S4); wenigstens ein passives Messelement (31; 31, 32) zum Empfangen eines Messsignals (M; M1, M2); wenigstens ein Koppelelement (411, 412, 41k; 41, 42, 411, 421, 412, 422, 41k, 42k), welches relativ zu den aktiven Messelementen (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) bewegbar und ausgebildet ist, um eine kapazitive Kopplung wenigstens eines von einem jeweiligen aktiven Messelement (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) aufgebauten elektrischen Feldes mit dem wenigstens einen passiven Messelement (31; 31, 32) zur Erzeugung des Messsignals (M; M1, M2) zu bewirken; sowie eine mit den wenigstens drei aktiven Messelementen (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) und dem wenigstens einen passiven Messelement (31; 31, 32) verbundene Messschaltung (9) zur Erzeugung des Sendesignals (S1, S2, S3; S1, S2, S3, S4) und zur Bestimmung einer Position des wenigstens einen Koppelelements (411, 412, 41k; 41, 42, 411, 421, 412, 422, 41k, 42k) relativ zu den aktiven Messelementen (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) anhand des von dem passiven Messelement (31; 31, 32) empfangenen Messsignals (M; M1, M2), dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (9) die wenigstens drei aktiven Messelemente (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) mit einem jeweils phasenverschobenen Sendesignal (S1, S2, S3; S1, S2, S3, S4) beaufschlagt und die relative Position des wenigstens einen Koppelelements (411, 412, 41k; 41, 42, 411, 421, 412, 422, 41k, 42k) zu den aktiven Messelementen (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) durch Vergleich der Phasen der Sendesignale (S1, S2, S3; S1, S2, S3, S4) mit der Phase des von dem passiven Messelement (31; 31, 32) empfangenen Messsignals (M; M1, M2) ermittelt.
  2. Wegaufnehmer (1; 1'; 1'') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in k Teilbereichen (T1, T2, TK) des Messbereiches jeweils n aktive Messelemente (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) angeordnet sind, wobei die Messschaltung (9) benachbarte aktive Messelemente (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) eines jeden Teilbereichs (T1, T2, TK) mit einem um jeweils 360°/n phasenverschobenen Sendesignal (S1, S2, S3; S1, S2, S3, S4) beaufschlagt, und k eine ganze natürliche Zahlen größer Null und n eine ganze natürliche Zahlen größer Zwei ist.
  3. Wegaufnehmer (1; 1'; 1'') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass k parallel geschaltete Koppelelemente (411, 412, 41k; 411, 421, 412, 422, 41k, 42k) vorgesehen sind, wobei die Anordnung benachbarter Koppelelemente (411, 412, 41k; 411, 412, 41k, 421, 422, 42k) der Anordnung von mit einem gleichen Sendesignal (S1, S2, S3; S1, S2, S3, S4) beaufschlagten aktiven Messelementen (211, 212, 21k, 221, 222, 22k, 231, 232, 23k; 211, 212, 21k, 221, 222, 22k, 231, 232, 23k, 241, 242, 24k) benachbarter Teilbereiche (T1, T2) entspricht.
  4. Wegaufnehmer (1') nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in k Teilbereichen (T1, T2, Tk) des Messbereiches jeweils 4 aktive Messelemente (211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) angeordnet sind, wobei die Messschaltung (9) benachbarte aktive Messelemente (211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) eines jeden Teilbereichs (T1, T2, Tk) mit einem um jeweils 90° phasenverschobenen Sendesignal (S1, S2, S3, S4) beaufschlagt, und k eine ganze natürliche Zahlen größer Null ist.
  5. Wegaufnehmer (1') nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass 2k Koppelelemente (411, 421, 412, 422, 41k, 42k) vorgesehen sind, wobei die Anordnung benachbarter Koppelelemente (411, 421, 412, 422, 41k, 42k) der Anordnung von mit einem um 180° phasenverschobenen Sendesignal (S1, S2, S3, S4) beaufschlagten aktiven Messelementen (211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) entspricht und jeweils benachbart angeordnete Koppelelemente (411, 412, 41k, 421, 422, 42k) eine kapazitive Kopplung mit unterschiedlichen passiven Messelement (31, 32) bewirken.
  6. Wegaufnehmer (1; 1'; 1'') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei aktiven Messelemente (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) und das wenigstens eine passive Messelement (31; 31, 32) in einer ersten Ebene (5) angeordnet sind, und dass das wenigstens eine Koppelelement (411, 412, 41k; 41, 42, 411, 421, 412, 422, 41k, 42k) in einer zweiten, zu der ersten Ebene (5) parallelen Ebene (6) angeordnet ist.
  7. Wegaufnehmer (1; 1'; 1'') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei aktiven Messelemente (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) in konstantem Abstand zueinander in einer Reihe angeordnet sind, und dass das wenigstens eine passive Messelement (31; 31, 32) durchgehend entlang der Reihe von aktiven Messelementen (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) ausgebildet ist.
  8. Wegaufnehmer (1; 1'; 1'') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Koppelelement (411, 412, 41k; 41, 42, 411, 421, 412, 422, 41k, 42k) eine Fläche aufweist, die wenigstens der doppelten Fläche eines aktiven Messelements (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) entspricht.
  9. Wegaufnehmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Koppelelement (41, 42, 411, 421, 412, 422, 41k, 42k) eine Fläche aufweist, die der Fläche des wenigstens einen passiven Messelements (31, 32) zuzüglich der Fläche von k aktiven Messelementen (211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) entspricht, wobei k eine ganze natürliche Zahl größer Null ist.
  10. Wegaufnehmer (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei aktiven Messelemente (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) und das wenigstens eine passive Messelement (31; 31, 32) entlang zueinander paralleler Geraden angeordnet sind.
  11. Wegaufnehmer (1') nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei aktiven Messelemente (211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) und das wenigstens eine passive Messelement (31, 32) entlang von Kreislinien mit dem gleichen Mittelpunkt (M) angeordnet sind.
  12. Wegaufnehmer (1; 1'; 1'') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die wenigstens drei aktiven Messelemente (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) und das wenigstens eine passive Messelement (31; 31, 32) ortsfest sind und das wenigstens eine Koppelelement (411, 412, 41k; 41, 42, 411, 421, 412, 422, 41k, 42k) bewegbar ist.
  13. Wegaufnehmer (1; 1'; 1'') nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dass die wenigstens drei aktiven Messelemente (211, 221, 231, 212, 222, 232, 21k, 22k, 23k; 211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242, 21k, 22k, 23k, 24k) und das wenigstens eine passive Messelement (31; 31, 32) bewegbar sind und das wenigstens eine Koppelelement (411, 412, 41k; 41, 42, 411, 421, 412, 422, 41k, 42k) ortsfest ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112014006476B4 (de) * 2014-03-19 2021-04-01 Chongqing University Of Technology Auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Zeit-auflösender Wegsensor (Time-grating-Wegsensor) mittels eines elektrischen Feldes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2853142C3 (de) * 1977-12-09 1988-05-26 Stiftelsen Institutet Foer Mikrovaagsteknik Vid Tekniska Hoegskolan I Stockholm, Stockholm, Se
US4878013A (en) * 1986-04-04 1989-10-31 Mitutoyo Corporation Capacitive type measurement transducer with improved electrode arrangement
EP0270440B1 (de) * 1986-11-21 1991-01-23 Thomson-Csf Hochpräziser winkel- oder längenkapazitiver Weggeber
EP0676623B1 (de) * 1989-05-31 1998-11-04 Mitutoyo Corporation Verbesserte Elektrodenstruktur für kapazitive Positionsgeber
DE69525819T2 (de) * 1994-12-07 2002-09-19 Mitutoyo Corp Kapazitives Verschiebungsmessgerät

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2853142C3 (de) * 1977-12-09 1988-05-26 Stiftelsen Institutet Foer Mikrovaagsteknik Vid Tekniska Hoegskolan I Stockholm, Stockholm, Se
US4878013A (en) * 1986-04-04 1989-10-31 Mitutoyo Corporation Capacitive type measurement transducer with improved electrode arrangement
EP0270440B1 (de) * 1986-11-21 1991-01-23 Thomson-Csf Hochpräziser winkel- oder längenkapazitiver Weggeber
EP0676623B1 (de) * 1989-05-31 1998-11-04 Mitutoyo Corporation Verbesserte Elektrodenstruktur für kapazitive Positionsgeber
DE69525819T2 (de) * 1994-12-07 2002-09-19 Mitutoyo Corp Kapazitives Verschiebungsmessgerät

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112014006476B4 (de) * 2014-03-19 2021-04-01 Chongqing University Of Technology Auf einer einreihigen und mehrschichtigen Struktur basierter linearer Zeit-auflösender Wegsensor (Time-grating-Wegsensor) mittels eines elektrischen Feldes

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