Die
Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Einrichtung sowie Sensoren
zur Messung einer Länge. Derartige
Längenmesssysteme
sind allgemein bekannt.The
The invention relates to a method, a device and sensors
for measuring a length. such
Length measuring systems
are well known.
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Einrichtung sowie Sensoren
zur Messung einer Länge
zu schaffen, die mit geringerem Aufwand Messergebnisse liefern,
die mit den bekannten Längenmesssysteme
vergleichbar sind.task
The invention is a method, a device and sensors
for measuring a length
to create measurement results that deliver less effort
with the known length measuring systems
are comparable.
Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren nach dem Anspruch 1, durch die
Einrichtung nach dem Anspruch 9 und durch die Sensoren nach den Ansprüche 15 und
16 gelöst.These
The object is achieved by the method according to claim 1, by the
Device according to claim 9 and by the sensors according to claims 15 and
16 solved.
Erfindungsgemäß wird eine
Ultraschallwelle elektromagnetisch in einem Material eines Körpers erzeugt.
Bei dem Körper
kann es sich beispielsweise um ein metallisches Rohr handeln, das
in einen mit Kraftstoff befüllbaren
Tank eines Kraftfahrzeugs eintaucht, oder es kann sich um eine Kolbenstange
eines Zylinders handeln, der mit der Lenkung eines Kraftfahrzeugs
gekoppelt ist. Zur Erzeugung der Ultraschallwelle kann vorzugsweise
ein elektromagnetischer Ultraschall-Wandler zur Anwendung kommen.According to the invention is a
Ultrasonic wave generated electromagnetically in a material of a body.
In the body
it may be, for example, a metallic tube, the
into a fuel-fillable
Tank of a motor vehicle dips, or it may be a piston rod
a cylinder acting with the steering of a motor vehicle
is coupled. For generating the ultrasonic wave may preferably
an electromagnetic ultrasonic transducer are used.
Die
auf diese Weise eingebrachte Ultraschallwelle bewegt sich in dem
Material des Körpers fort.
Insbesondere bewegt sich die Ultraschallwelle an der Oberfläche des
Körpers.
Bei dem beispielhaft genannten Rohr wird die Ultraschallwelle auf
diese Weise in den Tank und damit in denjenigen Teil des Rohrs geführt, der
gegebenenfalls in den Kraftstoff eingetaucht ist. Bei der ebenfalls
beispielhaft genannten Kolbenstange bewegt sich die Ultraschallwelle
innerhalb dieser Kolbenstange fort.The
In this way, introduced ultrasonic wave moves in the
Material of the body continues.
In particular, the ultrasonic wave moves on the surface of the
Body.
In the exemplified tube, the ultrasonic wave on
this way led into the tank and thus in that part of the pipe, the
optionally immersed in the fuel. At the same time
exemplified piston rod moves the ultrasonic wave
continued inside this piston rod.
Erfindungsgemäß wird die
Ultraschallwelle empfangen. Hierzu kann ein zusätzlicher Sensor vorgesehen
sein. In diesem Fall ist eine Reflektion der Ultraschallwelle nicht
erforderlich. Beispielsweise kann dieser zusätzliche Sensor bei der genannten Kolbenstange
an einem freien Ende derselben angeordnet sein. Vorzugsweise wird
die Ultraschallwelle reflektiert. Hierzu kann ein freies Ende des
Körpers vorgesehen
sein oder es kann eine Stufe oder eine Kerbe oder dergleichen in
dem Körper
vorhanden sein. In diesem Fall kann die Ultraschallwelle von demselben
Sensor empfangen werden, der die Ultraschallwelle in dem Material
des Körpers
erzeugt. Bei dem beispielhaft genannten Rohr kann diese Reflektion
an dem in dem Tank befindlichen, freien Ende des Rohrs erfolgen,
so dass der zur Erzeugung der Ultraschallwelle vorgesehene elektromagnetische Ultraschall-Wandler
auch zum Empfangen der Ultraschallwelle verwendet werden kann.According to the invention
Receive ultrasonic wave. For this purpose, an additional sensor may be provided
be. In this case, reflection of the ultrasonic wave is not
required. For example, this additional sensor in the aforementioned piston rod
be arranged at a free end thereof. Preferably
reflects the ultrasonic wave. For this purpose, a free end of the
Body provided
or it can be a step or a notch or the like in
the body
to be available. In this case, the ultrasonic wave from the same
Sensor are received, the ultrasonic wave in the material
of the body
generated. In the exemplified tube, this reflection
take place at the free end of the tube located in the tank,
such that the electromagnetic ultrasonic transducer provided for generating the ultrasonic wave
can also be used to receive the ultrasonic wave.
Erfindungsgemäß wird die
Laufzeit und/oder die Amplitude der Ultraschallwelle gemessen.According to the invention
Running time and / or the amplitude of the ultrasonic wave measured.
Bei
der beispielhaft genannten Kolbenstange ist die Laufzeit der Ultraschallwelle
abhängig
von der aktuellen Position der Kolbenstange bzw. des zugehörigen Kolbens
innerhalb des Zylinders. Dies ergibt sich daraus, dass die Wegstrecke,
die die Ultraschallwelle entlang der Kolbenstange zurücklegt,
sich mit der Stellung der Kolbenstange bzw. des Kolbens innerhalb
des Zylinders verändert.
Die Laufzeit der Ultraschallwelle korrespondiert damit zu dieser
aktuellen Position.at
the exemplified piston rod is the duration of the ultrasonic wave
dependent
from the current position of the piston rod or the associated piston
inside the cylinder. This results from the fact that the route,
which travels the ultrasonic wave along the piston rod,
with the position of the piston rod or the piston within
changed the cylinder.
The duration of the ultrasonic wave thus corresponds to this
current position.
Bei
dem beispielhaft genannten Rohr ist die Amplitude der Ultraschallwelle
abhängig
von dem Füllstand
des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank. Dies ergibt sich daraus,
dass die Ultraschallwelle auf ihrer Wegstrecke entlang dem Rohr
in demjenigen Teil gedämpft
wird, in dem der Kraftstoff vorhanden ist. Die Dämpfung der Amplitude und damit
die Amplitude der Ultraschallwelle korrespondiert damit zu dem Füllstand
in dem Kraftstofftank.at
the tube exemplified is the amplitude of the ultrasonic wave
dependent
from the level
of the fuel in the fuel tank. This results from
that the ultrasonic wave is on its way along the pipe
subdued in that part
is where the fuel is present. The attenuation of the amplitude and thus
the amplitude of the ultrasonic wave thus corresponds to the level
in the fuel tank.
Erfindungsgemäß wird aus
der Laufzeit und/oder der Amplitude auf die zu messende Länge geschlossen.
Im Beispielfall des Rohrs handelt es sich bei der zu messenden Länge um den
aktuellen Füllstand
des Kraftstoffs in dem Tank. Im Beispielfall der Kolbenstange stellt
die zu messende Länge
die aktuelle Position des Kolbens innerhalb des Zylinders dar.According to the invention is off
the term and / or the amplitude is closed to the length to be measured.
In the example of the pipe, the length to be measured is the
current level
of the fuel in the tank. In the example of the piston rod
the length to be measured
the current position of the piston within the cylinder.
Bei
der Erfindung wird somit eine in einem Material eines Körpers erzeugte
Ultraschallwelle zur Längenmessung
verwendet. Diese Vorgehensweise kann als Verfahren oder Einrichtung
zur Messung einer Länge
realisiert sein. Ebenfalls ist es möglich, Sensoren für eine derartige
erfindungsgemäße Realisierung
vorzusehen.at
The invention thus produces a material produced in a body
Ultrasonic wave for length measurement
used. This procedure can be used as a procedure or device
for measuring a length
be realized. It is also possible sensors for such
realization according to the invention
provided.
Der
Vorteil der Erfindung besteht unter anderem darin, dass die Ultraschallwelle
innerhalb des Materials des Körpers
erzeugt und geführt
wird. Dies hat zur Folge, dass nur die Temperatur des Materials in
einem gewissen Umfang eine Veränderung
der durchgeführten
Längenmessung
zur Folge haben kann. Bei dem Beispiel der Füllstandsmessung hat deshalb
nur der Kraftstoff als solcher und dessen Temperatur einen Einfluss
auf die erfindungsgemäße Längenmessung.
Bei dem Beispiel der Positionsmessung haben die Temperatur der Flüssigkeit
in dem Zylinder oder der Druck auf diese Flüssigkeit oder eine mögliche Blasenbildung
in der Flüssigkeit im
wesentlichen keinen Einfluss auf die erfindungsgemäße Längenmessung.
Die Erfindung ermöglicht somit
eine sehr genaue Längenmessung.Of the
Advantage of the invention is, inter alia, that the ultrasonic wave
within the material of the body
generated and guided
becomes. As a result, only the temperature of the material in
to a certain extent a change
the carried out
length measurement
can result. In the example of level measurement has therefore
only the fuel as such and its temperature influence
on the length measurement according to the invention.
In the example of the position measurement have the temperature of the liquid
in the cylinder or the pressure on this liquid or a possible blistering
in the liquid in the
essentially no influence on the length measurement according to the invention.
The invention thus enables
a very accurate length measurement.
Gleichzeitig
ist die Erfindung mit einem sehr geringen Aufwand realisierbar.
So ist im wesentlichen nur ein Sensor, insbesondere ein elektromagnetischer
Ultraschall-Wandler erforderlich, um die Erfindung zur Anwendung
zu bringen. Die Messung der Laufzeit und/oder der Amplitude sowie
die Auswertung dieser Größen im Sinne
einer Ermittlung der zu messenden Länge kann dann vorzugsweise
durch einen entsprechend programmierten Mikroprozessor oder ASIC
(ASIC = application specific integrated circuit) erfolgen.simultaneously
The invention can be realized with very little effort.
So is essentially only one sensor, in particular an electromagnetic
Ultrasonic transducers required to use the invention
bring to. The measurement of the transit time and / or the amplitude as well
the evaluation of these quantities in the sense
a determination of the length to be measured can then preferably
by a suitably programmed microprocessor or ASIC
(ASIC = application specific integrated circuit).
Die
Erfindung stellt somit ein Längenmesssystem
zur Verfügung,
das mit geringem Aufwand sehr genaue Messergebnisse liefert.The
Invention thus provides a length measuring system
to disposal,
that provides very accurate results with little effort.
Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in der Zeichnung.Further
Features, applications
and advantages of the invention will become apparent from the following description
of exemplary embodiments
of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing.
All described or illustrated features form for themselves or
in any combination, the subject matter of the invention, regardless of
their summary in the claims or their dependency
as well as independently
from their formulation or presentation in the description or
in the drawing.
1 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
und 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines
zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Einrichtung. 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a device according to the invention, and 2 shows a schematic sectional view of a second embodiment of a device according to the invention.
In
der 1 ist ein Behälter 10 dargestellt,
in dem eine Flüssigkeit 11 enthalten
ist. Bei der Flüssigkeit 11 kann
es sich beispielsweise um Kraftstoff und bei dem Behälter 10 um
einen Tank eines Kraftfahrzeugs handeln.In the 1 is a container 10 shown in which a liquid 11 is included. At the liquid 11 For example, it may be fuel and the container 10 to trade a tank of a motor vehicle.
Die
Flüssigkeit 11 weist
eine bestimmte Füllhöhe H bzw.
Füllstand
auf. Mit Hilfe der Abmessungen des Behälters 10 kann aus
dieser Füllhöhe H auf die
Menge der in dem Behälter 10 vorhandenen
Flüssigkeit 11 geschlossen
werden. Beispielsweise kann aus der Füllhöhe H die in dem Tank noch vorhandene Kraftstoffmenge
ermittelt werden.The liquid 11 has a certain filling height H or level. With the help of the dimensions of the container 10 can from this level H on the amount of in the container 10 existing liquid 11 getting closed. For example, from the filling level H, the amount of fuel remaining in the tank can be determined.
Dem
Behälter 10 ist
ein Sensor 12 zugeordnet. Vorzugsweise ist der Sensor 12 außerhalb
und oberhalb des Behälters 10 angeordnet,
wie dies in der 1 dargestellt ist. Es ist jedoch
auch möglich, dass
der Sensor 12 innerhalb des Behälters 10, beispielsweise
an einer Innenwand des Behälters 10 angebracht
ist.The container 10 is a sensor 12 assigned. Preferably, the sensor 12 outside and above the container 10 arranged like this in the 1 is shown. However, it is also possible that the sensor 12 inside the container 10 For example, on an inner wall of the container 10 is appropriate.
In
der 1 ist der Behälter 10 an
seiner Oberseite mit einer Öffnung
versehen. Eine Halterung des Sensors 12 ist nicht näher dargestellt.
Es versteht sich, dass diese Halterung auf beliebige Arten ausgeführt werden
kann. Weiterhin ist es möglich,
dass der Behälter 10 allseitig
verschlossen ist, wie dies beispielsweise bei einem Tank der Fall
ist. In diesem Fall kann der Sensor 15 an der geschlossenen
Oberseite des Behälters 10 angebracht
sein.In the 1 is the container 10 provided on its upper side with an opening. A holder of the sensor 12 is not shown in detail. It is understood that this holder can be performed in any manner. Furthermore, it is possible that the container 10 is closed on all sides, as is the case for example with a tank. In this case, the sensor can 15 at the closed top of the container 10 to be appropriate.
Dem
Sensor 12 ist ein Rohr 13 zugeordnet. Gemäß der 1 ist
das Rohr 13 mit dem Sensor 12 gekoppelt. Dies
wird noch näher
erläutert
werden. Das Rohr 13 befindet sich gemäß der 1 in dem offenen
Behälter 10 und
erstreckt sich dort in etwa vertikaler Richtung bis etwa zu dem
Boden des Behälters 10.
Im Bereich der Füllhöhe H befindet
sich das Rohr 13 damit innerhalb der Flüssigkeit 11. Weiterhin
ragt das Rohr 13 aus dem Behälter 10 heraus.The sensor 12 is a pipe 13 assigned. According to the 1 is the pipe 13 with the sensor 12 coupled. This will be explained in more detail. The pipe 13 is in accordance with the 1 in the open container 10 and extends there in approximately vertical direction to about the bottom of the container 10 , In the area of the level H is the pipe 13 with it inside the liquid 11 , Furthermore, the tube protrudes 13 from the container 10 out.
Es
versteht sich, dass bei einem an der Oberseite verschlossenen Behälter 10 eine
entsprechende Öffnung
vorhanden ist, durch die das Rohr 13 in den Innenraum des
Behälters 10 eingeführt ist. Ebenfalls
versteht es sich, dass das Rohr 13 nicht exakt vertikal
ausgerichtet sein muss, sondern auch eine gewisse Neigung aufweisen
kann.It is understood that in a container sealed at the top 10 a corresponding opening is present through which the pipe 13 in the interior of the container 10 is introduced. It is also understood that the tube 13 does not have to be aligned exactly vertically, but may also have a certain inclination.
In
der 1 ist die Halterung des Rohrs 13 nicht
näher dargestellt.
Diese Halterung kann auf beliebige Arten ausgeführt sein. Bei einem oben verschlossenen
Behälter 10 kann
der Sensor 12 vorzugsweise außerhalb des Behälters 10 an
dessen Oberseite angebracht sein, und das Rohr 13 kann durch eine
abgedichtete Öffnung
in den Innenraum des Behälters 10 eingeführt sein.
In diesem Fall kann das Rohr 13 insbesondere im Bereich
der Durchführung
bzw. Abdichtung gleichzeitig an der Oberseite des Behälters 10 befestigt
sein.In the 1 is the holder of the pipe 13 not shown in detail. This bracket can be designed in any manner. For a container closed at the top 10 can the sensor 12 preferably outside the container 10 be attached to the top, and the tube 13 can pass through a sealed opening in the interior of the container 10 be introduced. In this case, the pipe can 13 in particular in the field of implementation or sealing at the same time at the top of the container 10 be attached.
Bei
dem Rohr 13 handelt es sich um ein Metallrohr, vorzugsweise
um ein Aluminiumrohr. Beispielsweise kann das Rohr 13 einen
Durchmesser in einem Bereich von etwa 10 mm bis etwa 30 und eine Wanddicke
in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 2 mm aufweisen. Gegebenenfalls
kann in dem Rohr 13 ein Stab, insbesondere ein Kunststoffstab enthalten
sein, oder es kann der Innenraum des Rohrs 13 von einem
nicht-metallischen
Material ausgefüllt
sein.At the pipe 13 it is a metal tube, preferably an aluminum tube. For example, the pipe 13 have a diameter in a range of about 10 mm to about 30 and a wall thickness in a range of about 0.5 mm to about 2 mm. Optionally, in the tube 13 a rod, in particular a plastic rod may be included, or it may be the interior of the pipe 13 be filled by a non-metallic material.
Der
Sensor 12 weist einen im wesentlichen zylindrischen Spulenträger 15 auf,
auf den eine Spule 16 aufgewickelt ist. Der Innendurchmesser
des Spulenträgers 15 besitzt
einen Durchmesser, der geringfügig
größer ist
als der Außendurchmesser
des Rohrs 13. Damit kann der Spulenträger 15 und somit der
gesamte Sensor 12 auf das freie Ende des aus dem Behälter 10 herausragenden
Rohrs 13 aufgesteckt werden.The sensor 12 has a substantially cylindrical coil carrier 15 on top of which a coil 16 is wound up. The inner diameter of the bobbin 15 has a diameter that is slightly larger than the outer diameter of the tube 13 , Thus, the coil carrier 15 and thus the entire sensor 12 on the free end of the container 10 outstanding tube 13 be plugged.
Im
aufgesteckten Zustand des Spulenträgers 15 ist die Spule 16 etwa
konzentrisch zu dem Rohr 13 angeordnet. Weiterhin weist
die Spule 16 und das Rohr 13 in diesem aufgesteckten
Zustand in axialer Richtung einen Überlappungsbereich auf.In the plugged state of the bobbin 15 is the coil 16 approximately concentric with the tube 13 arranged. Furthermore, the coil has 16 and the pipe 13 in this plugged state in the axial direction of an overlap region.
Der
Spule 16 ist ein Magnet 17 zugeordnet, der beispielsweise
scheibenförmig
ausgebildet ist, und der bei aufgestecktem Spulenträger 15 dem
freien Ende des Rohrs 13 gegenübersteht. Ebenfalls ist dieser
Magnet 17 benachbart zu der Stirnseite des Spulenträgers 15 und
der Spule 16 angeordnet. Bei dem Magneten handelt es sich
vorzugsweise um einen Dauermagneten.The coil 16 is a magnet 17 associated, for example, is disc-shaped, and with plugged coil carrier 15 the free end of the pipe 13 faces. Also is this magnet 17 adjacent to the end face of the bobbin 15 and the coil 16 arranged. The magnet is preferably a permanent magnet.
Der
Spulenträger 15,
die Spule 16 und der Magnet 17 sind in einem im
wesentlichen zylinderförmigen
Gehäuse 18 untergebracht.
An seiner dem Behälter 10 zugewandten
Seite ist dieses Gehäuse 18 mit
einer Öffnung
versehen, durch die das Rohr 13 eingeführt und der Sensor 12 damit
auf das Rohr 13 aufgesteckt werden kann.The coil carrier 15 , the sink 16 and the magnet 17 are in a substantially cylindrical housing 18 accommodated. At his the tank 10 facing side is this case 18 provided with an opening through which the pipe 13 introduced and the sensor 12 with it on the pipe 13 can be plugged.
In
nicht-dargestellter Weise sind Anschlussleitungen der Spule 16 durch
entsprechende Öffnungen
aus dem Gehäuse 18 herausgeführt, so
dass die Spule 16 über
die Anschlussleitungen mit einer ebenfalls nicht dargestellten Signalerzeugungs-
und Auswerteeinrichtung verbunden werden kann.In a manner not shown are leads of the coil 16 through corresponding openings in the housing 18 led out, leaving the coil 16 can be connected via the connection lines with a signal generation and evaluation also not shown.
Der
Sensor 12 stellt einen elektromagnetischen Ultraschall-Wandler dar, mit
dem Ultraschallwellen erzeugt werden können. Ein derartiger Wandler
wird häufig
auch als EMUS-Wandler (elektromagnetischer Ultraschall-Wandler)
bezeichnet.The sensor 12 represents an electromagnetic ultrasonic transducer with which ultrasonic waves can be generated. Such a transducer is often referred to as an EMUS (electromagnetic ultrasonic transducer).
Ein
derartiger EMUS-Wandler ist dazu geeignet, eine akustische Welle,
insbesondere eine Ultraschallwelle direkt in einem elektrisch leitenden
Material zu erzeugen, also beispielsweise direkt in einem Körper aus
Metall. Hierzu ist es nicht erforderlich, dass der EMUS-Wandler
eine mechanische Verbindung mit dem Körper besitzt. Statt dessen
reicht es aus, wenn der EMUS-Wandler eine gute Kopplung, insbesondere
eine gute elektromagnetische Kopplung zu der Oberfläche des
Körpers
und damit zu der Oberfläche
des Materials aufweist. Ein piezoelektrisches Element oder dergleichen
ist dabei bei einem EMUS-Wandler nicht vorhanden und auch nicht
erforderlich.One
such an EMUS converter is suitable for an acoustic wave,
in particular an ultrasonic wave directly in an electrically conductive
To produce material, so for example, directly in a body
Metal. For this it is not necessary that the EMUS converter
has a mechanical connection with the body. Instead
It suffices if the EMUS converter has a good coupling, in particular
a good electromagnetic coupling to the surface of the
body
and thus to the surface
of the material. A piezoelectric element or the like
is not present and not with an EMUS converter
required.
Ein
derartiger EMUS-Wandler ist in einem anderen Zusammenhang, nämlich im
Zusammenhang mit der Prüfung
eines Eisenbahnrades, in der DE 100 52 045 A1 genannt. In dieser Druckschrift sind
weitere Literaturstellen zu derartigen EMUS-Wandlern angegeben.Such an EMUS converter is in another context, namely in connection with the examination of a railway wheel, in the DE 100 52 045 A1 called. In this document further references to such EMUS converters are given.
Bei
dem Sensor 12 der 1 wird die
Spule 16 derart mit einem elektrischen Strom bzw. einer elektrischen
Spannung beaufschlagt, dass eine Ultraschallwelle in dem Rohr 13 entsteht.
Diese Ultraschallwelle ergibt sich aufgrund der sogenannten Lorentz-Kraft
oder durch den sogenannten magnetostriktiven Effekt oder durch Kombinationen
davon. Beide Effekte wirken dabei direkt auf das Atomgitter des
Materials des Rohrs 13. Dies hat zur Folge, dass die Ultraschallwelle – wie bereits
erwähnt
wurde – direkt
in diesem Material erzeugt wird und auch direkt in diesem Material
sich fortpflanzt. Die Ultraschallwelle ist also nicht in dem Sensor 12 vorhanden, sondern entsteht
erst in dem Material des Rohrs 13 und wird von diesem Material
geführt.At the sensor 12 of the 1 becomes the coil 16 subjected to such an electric current or an electric voltage that an ultrasonic wave in the tube 13 arises. This ultrasonic wave is due to the so-called Lorentz force or by the so-called magnetostrictive effect or combinations thereof. Both effects act directly on the atomic lattice of the material of the tube 13 , This has the consequence that the ultrasonic wave - as already mentioned - is produced directly in this material and also propagates directly in this material. So the ultrasonic wave is not in the sensor 12 present, but arises only in the material of the tube 13 and is guided by this material.
Insbesondere
entsteht durch den Strom, mit dem die Spule 16 beaufschlagt
wird, ein Wirbelstrom in dem Material des Rohrs 13. Dieser
Wirbelstrom hat zusammen mit dem magnetischen Feld des Magneten 17 zur
Folge, das die erwähnte
Lorentz-Kraft in dem Material des Rohrs 13 entsteht. Die
Lorentz-Kraft wiederum wirkt auf das Atomgitter des Materials ein
und hat bei einer entsprechenden Anregung durch den anfangs genannten
Strom eine akustische Welle, insbesondere eine Ultraschallwelle
in dem Material des Rohrs 13 zur Folge.In particular, is created by the current with which the coil 16 is applied, an eddy current in the material of the tube 13 , This eddy current has along with the magnetic field of the magnet 17 As a result, the mentioned Lorentz force in the material of the tube 13 arises. The Lorentz force in turn acts on the atomic lattice of the material and has an acoustic wave, in particular an ultrasonic wave in the material of the tube with a corresponding excitation by the initially mentioned current 13 result.
Insbesondere
wird die Ultraschallwelle im Bereich der äußeren Oberfläche des
Rohrs 13 erzeugt und pflanzt sich dann auch an dieser Oberfläche fort.
Häufig
werden derartige, an Oberflächen verlaufende
Ultraschallwellen auch als sogenannte Rayleigh-Wellen bezeichnet.In particular, the ultrasonic wave is in the region of the outer surface of the tube 13 produces and then propagates on this surface. Frequently, such ultrasonic waves propagating on surfaces are also referred to as so-called Rayleigh waves.
In
dem metallischen Rohr 13 können von dem Sensor 12 unterschiedliche
Arten von Ultraschallwellen erzeugt werden. So können nicht nur Longitudinalwellen,
sondern auch vertikale oder horizontale Transversalwellen erzeugt
werden. Mischformen sind ebenfalls möglich. Durch eine entsprechende
Anregung der Spule 16 mit einem Strom bzw. einer Spannung
ist es damit möglich,
unterschiedliche Ultraschallwellen mit bestimmten, auf den jeweiligen Anwendungsfall
ausgerichteten Eigenschaften zu erzeugen. Ebenfalls ist es auf diese
Weise möglich,
die Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwellen zu beeinflussen.In the metallic tube 13 can from the sensor 12 different types of ultrasonic waves are generated. So not only longitudinal waves, but also vertical or horizontal transversal waves can be generated. Mixed forms are also possible. By a corresponding excitation of the coil 16 With a current or a voltage, it is thus possible to produce different ultrasonic waves with specific properties oriented to the respective application. It is also possible in this way to influence the propagation direction of the ultrasonic waves.
In
der 1 wird von dem Sensor 12 in dem Überlappungsbereich
der Spule 16 und des Rohrs 13 eine vorgegebene
Ultraschallwelle in dem Material des Rohrs 13 erzeugt,
die sich danach in diesem Material, insbesondere im Bereich der äußeren Oberfläche des
Rohrs 13, in Richtung zu dem Behälter 10 fortbewegt.
Die Ultraschallwelle durchläuft
damit die Länge
des Rohrs 13 und wird am Boden des Behälters 10 an dem dortigen
freien Ende des Rohrs 13 reflektiert. Die Ultraschallwelle
durchläuft
danach das Rohr 13 in entgegengesetzter Richtung, bis es
wiederum den Sensor 12 erreicht.In the 1 is from the sensor 12 in the overlapping area of the coil 16 and the pipe 13 a predetermined ultrasonic wave in the material of the tube 13 produced subsequently in this material, in particular in the region of the outer surface of the tube 13 , towards the tank 10 moves. The ultrasonic wave thus passes through the length of the tube 13 and gets to the bottom of the container 10 at the local free end of the tube 13 reflected. The ultrasonic wave then passes through the tube 13 in the opposite direction until it turns the sensor 12 reached.
Wie
bereits erwähnt
wurde, stellt der Sensor 12 einen EMUS-Wandler dar. Ein derartiger EMUS-Wandler
ist auch dazu geeignet, eine empfangene Ultraschallwelle in einen
elektrischen Strom bzw. eine elektrische Spannung umzuwandeln. Dies wird
im wesentlichen mit Hilfe der mittels der Ultraschallwelle in der
Spule induzierten Spannung erreicht.As already mentioned, the sensor provides 12 An EMUS converter is also suitable for converting a received ultrasonic wave into an electric current or an electrical voltage. This is achieved essentially with the aid of the voltage induced by the ultrasonic wave in the coil.
Damit
ist es möglich,
die empfangene Ultraschallwelle von der eingangs erwähnten, nicht-dargestellten
Signalerzeugungs- und Auswerteeinrichtung wie folgt zu verarbeiten.In order to
Is it possible,
the received ultrasonic wave from the aforementioned, not shown
Signal generation and evaluation as follows.
Da
bei der 1 die von der Ultraschallwelle zurückgelegte
Wegstrecke immer gleich ist, nämlich von
dem Sensor 12 zu dem freien Ende des Rohrs 13 am
Boden des Behälters 10 und
wieder zurück
zu dem Sensor 12, wird die Laufzeit der Ultraschallwelle für diese
gesamte Wegstrecke ebenfalls im wesentlichen immer gleich sein.
Im vorliegenden Anwendungsfall der 1 kann somit
die Laufzeit der Ultraschallwelle – zumindest insoweit – nicht
weiter ausgewertet werden.Since at the 1 the distance traveled by the ultrasonic wave is always the same, namely from the sensor 12 to the free end of the pipe 13 at the bottom of the container 10 and back to the sensor again 12 , the duration of the ultrasonic wave for this entire distance will also be substantially the same. In the present application of the 1 Thus, the duration of the ultrasonic wave - at least so far - not further evaluated.
Ein
Teil der Wegstrecke, den die Ultraschallwelle zurücklegt,
befindet sich jedoch innerhalb der Flüssigkeit 11. Dieser
Teil der Wegstrecke hat eine Länge,
die der zweifachen Füllhöhe H entspricht.However, part of the distance covered by the ultrasonic wave is inside the liquid 11 , This part of the route has a length which corresponds to twice the filling height H.
In
diesem Teil der Wegstrecke hat die Flüssigkeit 11 einen
Einfluss auf die Eigenschaften der Ultraschallwelle bzw. auf deren
Fortpflanzung in dem Rohr 13. Insbesondere hat die Flüssigkeit 11 zur
Folge, dass die Amplitude der Ultraschallwelle sich vermindert.
Dies ergibt sich unter anderem daraus, dass sich die Ultraschallwelle
im Bereich der Oberfläche des
Materials des Rohrs 13 fortpflanzt, und dass dort die angrenzende
Flüssigkeit 11 eine
Dämpfung
auf die sich bewegende Ultraschallwelle ausübt.In this part of the route has the liquid 11 an influence on the properties of the ultrasonic wave or on their propagation in the tube 13 , In particular, the liquid has 11 As a result, the amplitude of the ultrasonic wave decreases. Among other things, this results from the fact that the ultrasonic wave in the area of the surface of the material of the tube 13 propagates, and that there is the adjacent liquid 11 a damping on the moving ultrasonic wave exerts.
Derjenige
Teil der Wegstrecke der Ultraschallwelle, der sich innerhalb der
Flüssigkeit 11 befindet,
hat also eine Dämpfung
der Amplitude der Ultraschallwelle zur Folge, Je größer dieser
Teil der Wegstrecke ist, je höher
also die Füllhöhe H ist,
desto größer ist
die Dämpfung.
Umgekehrt ist die Dämpfung gering,
wenn der Füllstand
H der Flüssigkeit 11 in
dem Behälter 10 gering
ist.The part of the path of the ultrasonic wave, which is within the liquid 11 So has an attenuation of the amplitude of the ultrasonic wave result, the larger this part of the distance, the higher the filling height H, the greater the damping. Conversely, the damping is low when the liquid level H 11 in the container 10 is low.
Die
Amplitude der von dem Sensor 12 empfangenen Ultraschallwelle
ist somit eine Maß für die Füllhöhe H der
Flüssigkeit 11 in
dem Behälter 10.
Die Füllhöhe H kann
somit aus der Amplitude der empfangenen Ultraschallwelle ermittelt
werden.The amplitude of the sensor 12 received ultrasonic wave is thus a measure of the filling height H of the liquid 11 in the container 10 , The filling level H can thus be determined from the amplitude of the received ultrasonic wave.
Es
versteht sich, dass es für
die vorstehende Ermittlung der Füllhöhe H aus
der Amplitude der empfangenen Ultraschallwelle erforderlich ist,
das gesamte, aus dem Sensor 12, dem Rohr 13 und
der Flüssigkeit 11 bestehende
Messsystem zu kalibrieren. So hängt
die Dämpfung
der Amplitude beispielsweise von der in dem Behälter 10 vorhandenen
Flüssigkeit 11,
von dem Material des Rohrs 13 und/oder von der Temperatur
des gesamten Messsystems ab. Für
eine derartige Kalibrierung gibt es verschiedene Möglichkeiten,
die an dieser Stelle nur angedeutet werden sollen.It is understood that it is necessary for the above determination of the level H from the amplitude of the received ultrasonic wave, the whole, from the sensor 12 , the pipe 13 and the liquid 11 calibrate existing measuring system. For example, the attenuation of the amplitude depends on that in the container 10 existing liquid 11 , from the material of the pipe 13 and / or the temperature of the entire measuring system. There are various possibilities for such a calibration, which should only be indicated here.
So
ist es möglich,
auch bei der Kalibrierung den Sensor 12 und insbesondere
das vorstehend erläuterte
Verfahren in entsprechender oder ähnlicher Weise anzuwenden.
Weiterhin ist es möglich,
zum Zwecke der Kalibrierung auch die Laufzeit zu verwenden, die
die Ultraschallwelle benötigt,
um die beschriebene Wegstrecke zurückzulegen.This makes it possible to calibrate the sensor as well 12 and in particular to apply the method explained above in a similar or similar manner. Furthermore, for the purpose of calibration, it is also possible to use the transit time required by the ultrasonic wave in order to travel the described distance.
Zur
Bildung einer Referenz ist es weiterhin beispielsweise möglich, das
Rohr 13 insbesondere an seinem freien Ende am Boden des
Behälters 10 mit
einer Stufe und/oder einer Kerbe oder dergleichen zu versehen. Sofern
gewährleistet
ist, dass diese Stufe immer in die Flüssigkeit eingetaucht ist, kann
mit Hilfe der bekannten Höhe
der Stufe eine Kalibrierung des Messsystems vorgenommen werden. In
der 1 ist beispielhaft eine derartige Stufe am freien
Ende des Rohrs 13 dargestellt, die sich in einer Vertiefung
des Behälters 10 befindet,
so dass die Stufe immer von Flüssigkeit
umgeben ist.To form a reference, it is still possible, for example, the tube 13 especially at its free end at the bottom of the container 10 to be provided with a step and / or a notch or the like. If it is ensured that this stage is always submerged in the liquid, a calibration of the measuring system can be carried out with the aid of the known height of the stage. In the 1 is an example of such a stage at the free end of the tube 13 shown in a depression of the container 10 is located so that the stage is always surrounded by liquid.
In
der 2 ist ein Zylinder 20 dargestellt, der
mit einer Flüssigkeit 21 gefüllt ist.
Ein Kolben 22 ist innerhalb des Zylinders 20 in
dessen Längsrichtung
verschiebbar untergebracht. An dem Kolben 22 ist eine Kolbenstange 23 befestigt,
die sich in axialer Richtung des Zylinders 20 erstreckt.
Die Kolbenstange 23 ist an einer der beiden Stirnflächen des
Zylinders 20 durch eine Öffnung nach außen geführt.In the 2 is a cylinder 20 pictured with a liquid 21 is filled. A piston 22 is inside the cylinder 20 slidably housed in its longitudinal direction. On the piston 22 is a piston rod 23 attached, extending in the axial direction of the cylinder 20 extends. The piston rod 23 is on one of the two end faces of the cylinder 20 guided through an opening to the outside.
Bei
dem Zylinder 20 kann es sich beispielsweise um einen Lenkzylinder
eines Kraftfahrzeugs handeln. Die Kolbenstange 23 ist insbesondere
massiv ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Eisen. Die Kolbenstange 23 kann
beispielsweise einen Durchmesser von etwa 30 mm aufweisen.At the cylinder 20 it may, for example, be a steering cylinder of a motor vehicle. The piston rod 23 is particularly solid and preferably made of iron. The piston rod 23 may for example have a diameter of about 30 mm.
Die
Zylinderwand des Zylinders 20 ist in zu den beiden Stirnseiten
des Zylinders 20 benachbarten Bereichen mit jeweils einer Öffnung 24 versehen. Über diese Öffnungen 24 kann
dem Zylinder 20 die Flüssigkeit 21 zugeführt und
abgeleitet werden kann. Mit Hilfe einer entsprechenden Zuführung und/oder Ableitung
der Flüssigkeit 21 ist
es damit möglich,
den Kolben 22 innerhalb des Zylinders 20 in axialer
Richtung zu verschieben. Die Stellung des Kolbens 22 innerhalb
des Zylinders 20 ist in der 2 als Position P
angegeben, also als Abstand des Kolbens 22 von der mit
der Öffnung
versehenen Stirnseite des Zylinders 20.The cylinder wall of the cylinder 20 is in to the two end faces of the cylinder 20 adjacent areas, each with an opening 24 Mistake. About these openings 24 can the cylinder 20 the liquid 21 can be supplied and derived. With the help of an appropriate supply and / or discharge of the liquid 21 is it possible with it, the piston 22 inside the cylinder 20 to move in the axial direction. The position of the piston 22 inside the cylinder 20 is in the 2 indicated as position P, so as the distance of the piston 22 from the end face of the cylinder provided with the opening 20 ,
In
demjenigen Bereich, in dem die Kolbenstange 23 aus dem
Zylinder 20 austritt, ist ein Sensor 26 vorgesehen.
Der Sensor 26 ist hinsichtlich des Zylinders 20 ortsfest
angeordnet und mit der Kolbenstange 23 gekoppelt.In the area where the piston rod 23 out of the cylinder 20 exit, is a sensor 26 intended. The sensor 26 is with regard to the cylinder 20 fixed in place and with the piston rod 23 coupled.
Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
der 2 ist der Sensor 26 direkt an der zugewandten Stirnseite
des Zylinders 20 befestigt. Der Sensor 26 ist
derart dort fixiert, dass ein geringer Abstand zwischen dem Sensor 26 und
der Kolbenstange 23 vorhanden ist, ohne dass diese Teile
sich bei einer axialen Bewegung der Kolbenstange 23 berühren. Damit wird
erreicht, dass die Kolbenstange 23 in axialer Richtung
verschiebbar ist, ohne dass dadurch eine Schädigung des Sensors 26 entsteht,
und ohne dass der Sensor 26 diese axiale Bewegung behindert.In the present embodiment of 2 is the sensor 26 directly on the facing end of the cylinder 20 attached. The sensor 26 is fixed in such a way that a small distance between the sensor 26 and the piston rod 23 is present without these parts in an axial movement of the piston rod 23 touch. This ensures that the piston rod 23 is displaceable in the axial direction, without thereby damaging the sensor 26 arises, and without the sensor 26 hinders this axial movement.
Wesentlich
ist, dass der Sensor 26 in einem Überlappungsbereich eine gute
Kopplung, insbesondere eine gute elektromagnetische Kopplung zu
der Oberfläche
der Kolbenstange 23 und damit zu der Oberfläche des
Materials der Kolbenstange 23 aufweist. Es ist jedoch nicht
erforderlich, dass der Sensor 26 eine mechanische Verbindung
zu der Kolbenstange 26 besitzt.It is essential that the sensor 26 in a region of overlap a good coupling, in particular a good electromagnetic coupling to the surface of the piston rod 23 and thus to the surface of the material of the piston rod 23 having. However, it is not required that the sensor 26 a mechanical connection to the piston rod 26 has.
Der
Sensor 26 der 2 stellt einen EMUS-Wandler
dar. Insoweit kann der Sensor 26 in gleicher oder zumindest
in ähnlicher
Weise aufgebaut sein wie der Sensor 12 der 1.
Insbesondere weist der Sensor 26 der 2 eine
Spule und einen Magneten auf, mit deren Hilfe eine Ultraschallwelle direkt
in einem elektrisch leitenden Material erzeugt werden kann.The sensor 26 of the 2 represents an EMUS converter. In that regard, the sensor 26 be constructed in the same or at least similar manner as the sensor 12 of the 1 , In particular, the sensor has 26 of the 2 a coil and a magnet, by means of which an ultrasonic wave can be generated directly in an electrically conductive material.
Der
Sensor 26 der 2 wird derart mit einem elektrischen
Strom bzw. einer elektrischen Spannung beaufschlagt, dass eine Ultraschallwelle in
der Kolbenstange 23 entsteht. Wie bereits erläutert wurde,
ergibt sich diese Ultraschallwelle aufgrund der Lorentz-Kraft oder
durch den magnetostriktiven Effekt oder durch Kombinationen davon.
Beide Effekte wirken dabei direkt auf das Atomgitter des Materials
der Kolbenstange 23. Dies hat zur Folge, dass die Ultraschallwelle – wie bereits
erläutert
wurde – direkt in
diesem Material erzeugt wird und auch direkt in diesem Material
sich fortpflanzt.The sensor 26 of the 2 is acted upon by an electric current or an electrical voltage such that an ultrasonic wave in the piston rod 23 arises. As already explained, this ultrasonic wave results from the Lorentz force or from the magnetostrictive effect or combinations thereof. Both effects act directly on the atomic lattice of the material of the piston rod 23 , This has the consequence that the ultrasonic wave - as already explained - is produced directly in this material and also propagates directly in this material.
Insbesondere
wird die Ultraschallwelle im Bereich der äußeren Oberfläche der
Kolbenstange 23 erzeugt und pflanzt sich dann auch an dieser Oberfläche fort.
Wie erläutert
wurde, so können
auch in der metallischen Kolbenstange 23 Longitudinalwellen
oder vertikale oder horizontale Transversalwellen oder Mischformen
davon erzeugt werden. Ebenfalls ist es möglich, die Ausbreitungsrichtung der
Ultraschallwellen zu beeinflussen.In particular, the ultrasonic wave is in the region of the outer surface of the piston rod 23 produces and then propagates on this surface. As has been explained, so can also in the metallic piston rod 23 Longitudinal waves or vertical or horizontal transverse waves or hybrids thereof are generated. It is also possible to influence the propagation direction of the ultrasonic waves.
In
der 2 wird von dem Sensor 26 in dem Überlappungsbereich
des Sensors 26 und der Kolbenstange 23 eine vorgegebene
Ultraschallwelle in dem Material der Kolbenstange 23 erzeugt,
die sich danach in diesem Material, insbesondere im Bereich der äußeren Oberfläche der
Kolbenstange 23, in Richtung zu dem aus dem Zylinder 20 herausragenden,
freien Ende der Kolbenstange 23 fortbewegt. Die Ultraschallwelle
durchläuft
damit die Länge
der Kolbenstange 23 und wird an deren freiem Ende reflektiert.
Die Ultraschallwelle durchläuft
danach die Kolbenstange 23 in entgegengesetzter Richtung,
bis sie wiederum den Sensor 26 erreicht.In the 2 is from the sensor 26 in the overlap area of the sensor 26 and the piston rod 23 a predetermined ultrasonic wave in the material of the piston rod 23 produced, which then in this material, in particular in the region of the outer surface of the piston rod 23 in the direction of the cylinder 20 outstanding, free end of the piston rod 23 moves. The ultrasonic wave thus passes through the length of the piston rod 23 and is reflected at its free end. The ultrasonic wave then passes through the piston rod 23 in the opposite direction until it turns the sensor 26 reached.
Wie
bereits erwähnt
wurde, stellt der Sensor 26 einen EMUS-Wandler dar. Wie bereits erläutert wurde,
ist ein derartiger EMUS-Wandler auch dazu geeignet, eine empfangene
Ultraschallwelle in einen elektrischen Strom bzw. eine elektrische
Spannung umzuwandeln. Dies wird im wesentlichen mit Hilfe der mittels
der Ultraschallwelle in der Spule induzierten Spannung erreicht.As already mentioned, the sensor provides 26 an EMUS converter. As already explained, such an EMUS converter is also suitable for converting a received ultrasonic wave into an electrical current or an electrical voltage. This is achieved essentially with the aid of the voltage induced by the ultrasonic wave in the coil.
Damit
ist es möglich,
die empfangene Ultraschallwelle von der eingangs erwähnten, nicht-dargestellten
Signalerzeugungs- und Auswerteeinrichtung wie folgt zu verarbeiten.In order to
Is it possible,
the received ultrasonic wave from the aforementioned, not shown
Signal generation and evaluation as follows.
Bei
der Kolbenstange 23 der 2 ist der von
der Ultraschallwelle zurückgelegte
Weg abhängig
von der aktuellen Stellung der Kolbenstange 23 in axialer
Richtung. Durch die Verschiebbarkeit der Kolbenstange 23 zusammen
mit dem Kolben 22 in axialer Richtung hängt der von der Ultraschallwelle
in der Kolbenstange 23 zurückgelegte Weg immer von der aktuellen
Position P der Kolbenstange 23 bzw. des Kolbens 22 innerhalb
des Zylinders 20 ab. Befindet sich der Kolben 22 in
der 2 weiter "links", so legt die Ultraschallwelle
einen längeren
Weg zurück
als bei einer Stellung des Kolbens 22 im "rechten" Bereich des Zylinders 20 der 2.At the piston rod 23 of the 2 is the distance traveled by the ultrasonic wave path depending on the current position of the piston rod 23 in the axial direction. Due to the displaceability of the piston rod 23 together with the piston 22 in the axial direction depends on the ultrasonic wave in the piston rod 23 Distance traveled always from the current position P of the piston rod 23 or of the piston 22 inside the cylinder 20 from. Is the piston located 22 in the 2 further "left", so the ultrasonic wave lays a longer way back than at a position of the piston 22 in the "right" area of the cylinder 20 of the 2 ,
Aufgrund
der unterschiedlichen Wegstrecken benötigt die Ultraschallwelle unterschiedliche Laufzeiten,
um diese Wegstrecken in den unterschiedlichen Stellungen des Kolbens 22 bzw.
der Kolbenstange 23 zurückzulegen.
Die Laufzeit der Ultraschallwelle von der Erzeugung durch den Sensor 26 bis
zu deren Empfang durch den Sensor 26 stellt damit ein Maß für die Position
P des Kolbens 22 innerhalb des Zylinders 20 dar.
Die aktuelle Stellung des Kolbens 22 kann somit aus der
Laufzeit der empfangenen Ultraschallwelle ermittelt werden.Due to the different distances, the ultrasonic wave requires different transit times to these distances in the different positions of the piston 22 or the piston rod 23 to cover. The transit time of the ultrasonic wave from the generation by the sensor 26 until they are received by the sensor 26 thus provides a measure of the position P of the piston 22 inside the cylinder 20 dar. The current position of the piston 22 can thus be determined from the duration of the received ultrasonic wave.
Es
versteht sich, dass es für
die vorstehende Ermittlung der aktuellen Position P des Kolbens 22 in Abhängigkeit
von der Laufzeit der empfangenen Ultraschallwelle erforderlich ist,
das gesamte, aus dem Sensor 26 und der Kolbenstange 23 bestehende Messsystem
zu kalibrieren. So hängt
die Laufzeit nicht nur von der zurückgelegten Wegstrecke ab, sondern
auch von dem Material der Kolbenstange 23 und/oder von
der Temperatur der Kolbenstange 23. Für eine derartige Kalibrierung
gibt es verschiedene Möglichkeiten,
die an dieser Stelle nur angedeutet werden sollen.It is understood that it is for the above determination of the current position P of the piston 22 Depending on the duration of the received ultrasonic wave is required, the whole, out of the sensor 26 and the piston rod 23 calibrate existing measuring system. So the running time does not just depend on the distance covered, but also from the material of the piston rod 23 and / or the temperature of the piston rod 23 , There are various possibilities for such a calibration, which should only be indicated here.
So
ist es möglich,
auch bei der Kalibrierung den Sensor 26 und insbesondere
das vorstehend erläuterte
Verfahren in entsprechender oder ähnlicher Weise anzuwenden.
Weiterhin ist es möglich,
die Kolbenstange 23 zur Bildung einer Referenz insbesondere
an ihrem freien, aus dem Zylinder 20 herausragenden Ende
mit einer Stufe und/oder einer Kerbe oder dergleichen zu versehen.
Beispielhaft ist in der 2 am freien Ende der Kolbenstange 23 eine
Nut zu diesem Zwecke dargestellt. Mit Hilfe der bekannten Höhe bzw.
Tiefe dieser Stufe bzw. Nut und der daraus resultierenden, messbaren
Laufzeit kann dann eine Kalibrierung des Messsystems vorgenommen
werden.This makes it possible to calibrate the sensor as well 26 and in particular to apply the method explained above in a similar or similar manner. Furthermore, it is possible, the piston rod 23 to form a reference, in particular at its free, out of the cylinder 20 To provide outstanding end with a step and / or notch or the like. Is exemplary in the 2 at the free end of the piston rod 23 a groove shown for this purpose. With the help of the known height or depth of this step or groove and the resulting measurable running time, a calibration of the measuring system can then be carried out.
Bei
der 2 ist es auch möglich, an dem freien, aus dem
Zylinder 20 herausragenden Ende der Kolbenstange 23 einen
zusätzlichen
Sensor bzw. einen zusätzlichen
EMUS-Wandler anzubringen. In diesem Fall wird die Ultraschallwelle
von dem Sensor 26 in dem Material der Kolbenstange 23 erzeugt, während der
zusätzliche
Sensor am freien Ende der Kolbenstange zum Empfangen dieser Ultraschallwelle
dann vorgesehen ist. Eine Reflektion der Ultraschallwelle ist in
diesem Fall nicht erforderlich. Aus der Laufzeit der Ultraschallwelle
von dem Sensor 26 zu dem zusätzlichen Sensor am freien Ende
der Kolbenstange 23 kann dann die aktuelle axiale Position P
der Kolbenstange 23 bzw. des Kolbens 22 abgeleitet
werden.In the 2 It is also possible at the free, out of the cylinder 20 outstanding end of the piston rod 23 to install an additional sensor or an additional EMUS converter. In this case, the ultrasonic wave from the sensor 26 in the material of the piston rod 23 generated while the additional sensor is then provided at the free end of the piston rod for receiving this ultrasonic wave. A reflection of the ultrasonic wave is not required in this case. From the duration of the ultrasonic wave from the sensor 26 to the additional sensor at the free end of the piston rod 23 can then the current axial position P of the piston rod 23 or of the piston 22 be derived.
Ebenfalls
ist es bei der 2 möglich, dass der Sensor 26 die
Ultraschallwelle nicht in Richtung zu dem freien Ende der Kolbenstange 23 hin
ausrichtet, sondern in Richtung zu dem Kolben 22. In diesem Fall
wird die Ultraschallwelle an dem dortigen freien Ende der Kolbenstange 23 bzw.
an dem dortigen Kolben 22 reflektiert. Die Ultraschallwelle
kann dann wieder von dem Sensor 26 empfangen und aus der Laufzeit
kann die aktuelle axiale Position P der Kolbenstange 23 bzw.
des Kolbens 22 ermittelt werden.It is also at the 2 possible that the sensor 26 Do not turn the ultrasonic wave toward the free end of the piston rod 23 but towards the piston 22 , In this case, the ultrasonic wave is at the local free end of the piston rod 23 or on the local piston 22 reflected. The ultrasonic wave can then be picked up by the sensor 26 received and from the running time, the current axial position P of the piston rod 23 or of the piston 22 be determined.
Die
in dem Zylinder 21 vorhandene Flüssigkeit 21 kann in
diesem Fall gegebenenfalls eine Dämpfung der Amplitude der Ultraschallwelle
zur Folge haben. In Abhängigkeit
von der Position P der Kolbenstange 23 bewirkt die Flüssigkeit 21 dabei
eine kleinere oder eine größere Dämpfung der
Amplitude der Ultraschallwelle. Die Amplitude der Ultraschallwelle
ist damit ebenfalls abhängig
von der Position P der Kolbenstange 23 bzw. des Kolbens 22.
Dies kann – zusätzlich zur
Laufzeit – bei
der Ermittlung der aktuellen Stellung des Kolbens 22 herangezogen
werden. Ebenfalls kann dies gegebenenfalls im Zusammenhang mit der
Kalibrierung des gesamten Messsystems verwendet werden.The in the cylinder 21 existing liquid 21 may in this case have an attenuation of the amplitude of the ultrasonic wave result. Depending on the position P of the piston rod 23 causes the liquid 21 doing a smaller or greater attenuation of the amplitude of the ultrasonic wave. The amplitude of the ultrasonic wave is thus also dependent on the position P of the piston rod 23 or of the piston 22 , This can - in addition to running time - in determining the current position of the piston 22 be used. If necessary, this can also be used in conjunction with the calibration of the entire measuring system.
Es
versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Möglichkeiten
nicht nur alternativ zur Anwendung kommen können, sondern auch beliebig kombiniert
werden können.It
It is understood that the possibilities described above
not only can be used alternatively, but also combined as desired
can be.
Bei
den vorstehend beschriebenen 1 und 2 wird
somit mit Hilfe eines Sensors, insbesondere mit Hilfe eines EMUS-Wandlers, eine Ultraschallwelle
in einem Material eines länglich
ausgebildeten Körpers
erzeugt. Diese Ultraschallwelle bewegt sich dann in diesem Körper, insbesondere
an der Oberfläche
dieses Körpers
fort. Die Ultraschallwelle wird von demselben Sensor oder einem
zusätzlichen
Sensor empfangen. Es wird die Laufzeit der Ultraschallwelle und/oder
die Amplitude derselben gemessen. Aus einer der beiden Größen oder
aus beiden Größen wird
dann auf eine Länge
geschlossen. Insgesamt wird somit mit Hilfe des vorstehenden Verfahrens
eine Längenmessung
durchgeführt.In the case described above 1 and 2 Thus, with the aid of a sensor, in particular with the aid of an EMUS converter, an ultrasonic wave is generated in a material of an elongated body. This ultrasonic wave then moves in this body, especially on the surface of this body. The ultrasonic wave is received by the same sensor or an additional sensor. It is the duration of the ultrasonic wave and / or the amplitude of the same measured. From one of the two sizes or from both sizes is then closed to a length. Overall, a length measurement is thus carried out with the aid of the above method.
Es
versteht sich, dass das vorstehend beschriebene Verfahren nicht
nur bei den erläuterten Anwendungsfällen zum
Einsatz kommen kann, sondern auch bei anderen Anwendungsfällen. So
kann die Erfindung auch bei Werkzeugmaschinen zur Positionsermittlung
beispielsweise des Werkzeugtisches eingesetzt werden oder bei sonstigen
technischen Geräten
oder Einrichtungen, bei denen eine Längenmessung oder Positionsbestimmung
erforderlich ist.It
it is understood that the method described above is not
only in the illustrated applications for
Use can come, but also in other applications. So
The invention can also be used in machine tools for position determination
be used for example of the tool table or other
technical devices
or facilities where a length measurement or position determination
is required.