Die
Erfindung betrifft eine Positionsmessvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.The
The invention relates to a position measuring device according to the preamble
of claim 1.
Eine
aus der DE 102 05
904 A1 bekannte Positionsmessvorrichtung hat eine Koppelsonde,
die über ein
dielektrisches Haltesystem mit einem Wellenleiter verbunden ist.
Die Koppelsonde ist beispielsweise aus Metall. Ein vorgelagertes
Schutzteil schützt
die Koppelsonde von mechanischen Beschädigungen. Die Positionsmessvorrichtung
misst eine Position eines Kolbens, der in einem Zylindergehäuse eines
pneumatischen Zylinders hin und her beweglich ist. Eine Koppelsonde
koppelt die Mikrowellen in den Bewegungsraum für den Kolben ein, sodass die
Mikrowellen in den Bewegungsraum, der einen Hohlleiter bildet, zum
Kolben hin geleitet werden. Der Kolben bildet einen Reflektor für die Mikrowellen,
sodass sie wieder über
den Hohlleiter zu der Koppelsonde gelangen. Die Positionsmessvorrichtung
bestimmt die Position des Kolbens in dem Bewegungsraum oder Hohlleiter
anhand eines Phasenvergleiches der Mikrowellen.One from the DE 102 05 904 A1 known position measuring device has a coupling probe, which is connected via a dielectric holding system with a waveguide. The coupling probe is made of metal, for example. An upstream protective part protects the coupling probe from mechanical damage. The position measuring device measures a position of a piston which is reciprocally movable in a cylinder housing of a pneumatic cylinder. A coupling probe couples the microwaves in the movement space for the piston, so that the microwaves in the movement space, which forms a waveguide, are guided to the piston. The bulb forms a reflector for the microwaves, so that they get back to the coupling probe via the waveguide. The position measuring device determines the position of the piston in the movement space or waveguide based on a phase comparison of the microwaves.
Ferner
ist aus der DE 198
33 220 A1 ebenfalls eine Positionsmessvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1 bekannt. Die dort beschriebene Positionsmessvorrichtung
weist eine Koppelsonde auf, die in einen Lagerdeckel eines pneumatischen
Kolbenstangenzylinders integriert ist.Furthermore, from the DE 198 33 220 A1 also a position measuring device according to the preamble of claim 1 known. The position measuring device described therein has a coupling probe which is integrated in a bearing cap of a pneumatic piston rod cylinder.
Zum
Schutz der Sensoreinrichtung ist ein Einlagenpuffer vorgesehen,
der einen Aufprall des Kolbens auf den Lagerdeckel dämpft.To the
Protection of the sensor device is provided an insert buffer,
which dampens an impact of the piston on the bearing cap.
Weiterhin
ist aus der europäischen
Offenlegungsschrift EP
1 752 791 A1 eine Positionsmessvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 bekannt. Ein dielektrischer Antennenkörper ist
mit zwei elektrisch leitfähigen,
voneinander isolierten Beschichtungen versehen, die eine Koppelsonde
zum Ein- und Auskoppeln der Mikrowellen bilden. Vor der Koppelsonde
kann eine Schutzabdeckungseinrichtung aus dielektrischem Material
angeordnet sein.Furthermore, from the European patent application EP 1 752 791 A1 a position measuring device according to the preamble of claim 1 known. A dielectric antenna body is provided with two electrically conductive, mutually insulated coatings, which form a coupling probe for coupling and decoupling of the microwaves. A protective covering device made of dielectric material can be arranged in front of the coupling probe.
Die
Position und Qualität
der Koppelsonde in Bezug auf den Bewegungsraum und somit den Hohlleiter ist
für die
Messgenauigkeit wesentlich. Bei der aus der DE 102 05 904 A1 bekannten
Positionsmessvorrichtung sind eine Koppelsonde und ein dielektrisches
Haltesystem dafür
vorgesehen. Die Bauweise ist kompliziert.The position and quality of the coupling probe with respect to the movement space and thus the waveguide is essential for the accuracy of measurement. At the time of the DE 102 05 904 A1 known position measuring device, a coupling probe and a dielectric holding system are provided for it. The construction is complicated.
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Messgenauigkeit
einer Positionsmessvorrichtung zu verbessern.It
Therefore, the object of the present invention, the measurement accuracy
a position measuring device to improve.
Zur
Lösung
der Aufgabe ist eine Positionsmessvorrichtung gemäß der technischen
Lehre des Anspruchs 1 vorgesehen.to
solution
The object is a position measuring device according to the technical
Teaching of claim 1 provided.
Beispielsweise
sind dielektrische Körper
im Hohlleiter angeordnet. Ferner wird unter "Ausbreitungsbereich" auch ein Sende- und Empfangsbereich
zum Senden und Empfangen der Mikrowellen oder ein Ein-/Auskopplungsbereich
zum Ein- und Auskoppeln von Mikrowellen in den und aus dem Hohlleiter
verstanden.For example
are dielectric bodies
arranged in the waveguide. Furthermore, under "propagation area" also a transmitting and receiving area
for transmitting and receiving the microwaves or a coupling / decoupling area
for coupling and decoupling microwaves in and out of the waveguide
Understood.
Die
Erfinder haben erkannt, dass dielektrische Körper, z. B. ein Antennenkörper veränderte Dielektrizitätseigenschaften
aufweisen können,
z. B. bei einer Änderung
des jeweiligen Feuchtigkeitsgehalts. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Mikrowellen in dem dielektrischen Körper, z. B. dem Antennenkörper, ist
umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der relativen Dielektrizitätszahl des
dielektrischen Körpers.
Die Messung der Position des Messobjekts hängt direkt oder indirekt von
der Laufzeit der Mikrowellen in dem Antennenkörper und dem Hohlleiter ab,
in dem sich das Messobjekt bewegt.The
Inventors have recognized that dielectric bodies, e.g. B. an antenna body changed dielectric properties
can have
z. For example, in case of a change
the respective moisture content. The propagation speed
the microwaves in the dielectric body, e.g. B. the antenna body, is
inversely proportional to the square root of the relative permittivity of the
dielectric body.
The measurement of the position of the measurement object depends directly or indirectly on
the transit time of the microwaves in the antenna body and the waveguide,
in which the measurement object moves.
Der
dielektrische Körper
ist beispielsweise eine Halterung oder ein Antennenkörper der
Mikrowellen-Antennenanordnung. An dem Antennenkörper sind vorteilhafterweise
eine erste und/oder eine zweite Polfläche angeordnet, sodass die
dielektrischen Eigenschaften des Antennenkörpers einen Einfluss auf die
Ausbreitung der Mikrowellen und somit die Messgenauigkeit der Positionsmessvorrichtung
haben. Auch sonstige in dem Bewegungsraum vorhandene Dielektrika,
beispielsweise Kunststoffe, beeinflussen die Ausbreitung der Mikrowellen
und somit die Messgenauigkeit der Positionsmessvorrichtung. Hier
setzt die Erfindung an:
Die Heizeinrichtung heizt den oder
die dielektrischen Körper,
sodass die darin enthaltene Feuchtigkeit auf einem konstanten, zweckmäßigerweise
niedrigen Wert gehalten wird. Somit verändern sich die dielektrischen Eigenschaften
des Körpers,
der sich im Ausbreitungsbereich der Mikrowellen befindet, nicht
oder nur unwesentlich, sodass die Messgenauigkeit. der Positionsmessvorrichtung
hoch ist. Die relative Dielektrizitätszahl des dielektrischen Körpers bleibt
im Wesentlichen konstant. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen
Mikrowellen bleibt im Wesentlichen konstant.The dielectric body is for example a holder or an antenna body of the microwave antenna arrangement. A first and / or a second pole face are advantageously arranged on the antenna body so that the dielectric properties of the antenna body have an influence on the propagation of the microwaves and thus the measuring accuracy of the position measuring apparatus. Other dielectrics present in the movement space, for example plastics, also influence the propagation of the microwaves and thus the measuring accuracy of the position-measuring device. This is where the invention starts:
The heater heats the dielectric body (s) so that the moisture contained therein is maintained at a constant, desirably low level. Thus, the dielectric properties of the body, which is located in the propagation range of the microwaves, not or only insignificantly, so the measurement accuracy. the position measuring device is high. The relative dielectric constant of the dielectric body remains substantially constant. The propagation velocity of the electromagnetic microwaves remains substantially constant.
Es
versteht sich, dass im Rahmen eines alternativen erfinderischen
Konzeptes auch noch andere Maßnahmen
getroffen werden können,
um die dielektrischen Eigenschaften des Körpers konstant zu halten. Beispielsweise
könnte
der dielektrische Körper
mit einer Feuchtigkeitsdurchtritt hemmenden oder verhindernden Oberflächenlage
versehen sein, beispielsweise einer Beschichtung aus vernetzten
Kohlestoffmolekülen. Ferner
ist es denkbar, Kunststoffe zu verwenden, die eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme
haben, beispielsweise Polypropylen, Teflon oder Polyethylen. Auch
die Verwendung von Keramiken, insbe sondere glasierten Keramiken,
Gläsern
oder Silizium anstelle von Kunststoff ist vorteilhaft.It
is understood that in the context of an alternative inventive
Concept also other measures
can be taken
to keep the dielectric properties of the body constant. For example
could
the dielectric body
with a moisture penetration inhibiting or preventing surface layer
be provided, for example, a coating of crosslinked
Coal fuel molecules. Further
It is conceivable to use plastics that have a low moisture absorption
have, for example, polypropylene, Teflon or polyethylene. Also
the use of ceramics, in particular glazed ceramics,
glass
or silicon instead of plastic is advantageous.
Die
Heizeinrichtung kann mit einer verhältnismäßig geringen elektrischen Leistung
betrieben werden, beispielsweise 3 bis 5 Watt. Dennoch bewirkt die
Erwärmung
des dielektrischen Körpers,
dass sich keine Feuchtigkeit in dem dielektrischen Körper anreichert.The
Heating device can with a relatively low electrical power
be operated, for example 3 to 5 watts. Nevertheless, the effect
warming
the dielectric body,
that no moisture accumulates in the dielectric body.
Der
dielektrische Körper
kann beispielsweise in der Leitungsstruktur, innerhalb derer sich
das Messobjekt bewegt, angeordnet sein.Of the
dielectric bodies
can be found, for example, in the governance structure within which
the measurement object moves, be arranged.
Ferner
ist es denkbar, den dielektrischen Körper vor seinem Einbau in den
Bewegungsraum oder die Positionsmessvorrichtung zu trocknen, beispielsweise
in einem Ofen bei erhöhter
Temperatur, durch Lagerung im Vakuum (in der Art einer Gefriertrocknung)
oder dergleichen. Nach Fertigstellung der Positionsmessvorrichtung
oder der Baueinheit, deren Bestandteil die Positionsmessvorrichtung
bildet, wird zweckmäßigerweise
erneuter Feuchtigkeitseintritt in den dielektrischen Körper verhindert
oder begrenzt, indem eine Trockenhaltungssubstanz, zum Beispiel
Silika-Gel, im Bereich des dielektrischen Körpers angeordnet wird.Further
it is conceivable to use the dielectric body prior to its installation in the
Movement space or the position measuring device to dry, for example
in an oven at elevated temperature
Temperature, by storage in vacuo (in the manner of a freeze-drying)
or similar. After completion of the position measuring device
or the assembly whose component is the position measuring device
forms, is expediently
prevents re-entry of moisture into the dielectric body
or limited by a dry holding substance, for example
Silica gel, is placed in the region of the dielectric body.
Der
mindestens eine Heizleiter ist zweckmäßigerweise im Wesentlichen
quer zu dem elektrischen Feldverlauf der Mikrowellen angeordnet.
Eine senkrechte Anordnung des Heizleiters bezüglich des elektrischen Feldverlaufs
der Mikrowellen ist vorteilhaft. Jedenfalls wird das Mikrowellenfeld
auf diese Weise durch den oder die Heizleiter nicht oder zumindest
nur unwesentlich beeinflusst.Of the
at least one heating element is expediently substantially
arranged transversely to the electric field profile of the microwaves.
A vertical arrangement of the heat conductor with respect to the electric field profile
The microwave is advantageous. In any case, the microwave field
in this way by the or the heating element or not at least
only insignificantly influenced.
Der
Heizleiter verläuft
beispielsweise parallel zu einer oder mehreren Polflächen der
Mikrowellen-Antennenanordnung. Der Heizleiter verläuft beispielsweise
mittig oder im Wesentlichen mittig zwischen zwei Polflächen.Of the
Heating conductor runs
for example, parallel to one or more pole faces of
Microwave antenna arrangement. The heating conductor runs, for example
centrally or substantially midway between two pole faces.
Sofern
zwei oder mehr Heizleiterabschnitte miteinander elektrisch durch
Verbindungsabschnitte zu verbinden sind, verlaufen die Heizleiterabschnitte
zweckmäßigerweise
quer zum Feldverlauf der Mikrowellen, während bei den Verbindungsabschnitten
ein paralleler oder schräger
Verlauf bezüglich
des Feldverlaufes der Mikrowellen zulässig ist. Die Heizleiterabschnitte
beeinflussen die Mikrowellen nicht. Die Verbindungsabschnitte sind
zweckmäßigerweise
so kurz, dass ihr Einfluss auf die Mikrowellen möglichst gering ist. Beispielsweise sind
die Verbindungsabschnitte kürzer
als die Heizleiterabschnitte.Provided
two or more Heizleiterabschnitte electrically through each other
Connecting sections are to connect, run the Heizleiterabschnitte
expediently
transverse to the field profile of the microwaves, while at the connecting sections
a parallel or oblique
Course regarding
the field pattern of microwaves is allowed. The heating conductor sections
do not affect the microwaves. The connecting sections are
expediently
so short that their influence on the microwaves is as low as possible. For example
the connecting sections shorter
as the heating conductor sections.
Es
ist aber auch vorteilhaft, wenn das elektrische Feld der Mikrowellen
im Bereich der Verbindungsabschnitte kleiner ist als im Bereich
der Heizleiterabschnitte. Beispielsweise kann das elektrische Feld
an Randbereichen des dielektrischen Körpers kleiner sein als in seiner
Mitte. Dann sind die Heizleiterabschnitte im Randbereich angeordnet.It
but is also advantageous if the electric field of the microwaves
is smaller in the region of the connecting sections than in the area
the heating conductor sections. For example, the electric field
be smaller at edge regions of the dielectric body than in his
Center. Then the Heizleiterabschnitte are arranged in the edge region.
Während der
mindestens eine Heizleiter zweckmäßigerweise quer zu dem elektrischen
Feldverlauf der Mikrowellen angeordnet ist, ist es bei den Anschlussleitungen
möglich,
dass sie auch parallel oder schräg zum
elektrischen Feldverlauf der Mikrowellen verlaufen. Der Einfluss
der Anschlussleitungen auf den elektrischen Feldverlauf ist gering,
insbesondere wenn die Anschlussleitungen kurz sind.During the
at least one heating conductor expediently transverse to the electrical
Field course of the microwaves is arranged, it is with the connection lines
possible,
that they are also parallel or oblique to the
electric field course of the microwaves. The influence
the connection lines to the electric field is low,
especially if the connection lines are short.
Bei
einem ringförmigen
elektrischen Feld der Mikrowellen ist es vorteilhaft, wenn radiale
Heizleiterabschnitte durch Ver bindungsabschnitte verbunden sind,
die parallel oder schräg
zum elektrischen Feldverlauf der Mikrowellen angeordnet sind. Beispielsweise
sind die Verbindungsabschnitte in Umfangsrichtung des dielektrischen
Körpers,
insbesondere des Antennenkörpers,
angeordnet.at
an annular
electric field of microwaves, it is advantageous if radial
Heizleiterabschnitte are connected by connecting sections Ver,
the parallel or oblique
are arranged to the electric field profile of the microwaves. For example
are the connecting portions in the circumferential direction of the dielectric
body,
in particular of the antenna body,
arranged.
Der
Heizleiter hat beispielsweise einen flügelradartigen oder sternförmigen Verlauf.
Radiale Heizleiterabschnitte sind dabei vorteilhaft länger als
die Verbindungsabschnitte. Radial weiter außen liegende Verbindungsabschnitte
sind bei dem flügelradartigen
Verlauf länger
als radial weiter innen liegende Verbindungsabschnitte. Die radial
weiter innen liegenden Verbindungsabschnitte können auch in der Art von Eckbereichen ausgestaltet
sein. Insbesondere im Bereich der radial innen und/oder der radial
außen
liegenden Verbindungsabschnitte ist zweckmäßigerweise kein oder zumindest
nur ein geringes elektrisches Feld der Mikrowellen vorhanden.Of the
Heating conductor has, for example, a Flügelradartigen or star-shaped course.
Radial heating conductor sections are advantageously longer than
the connecting sections. Radially further outward connecting sections
are at the Flügelradartigen
Longer
as a radially inner connection sections. The radial
further inside connecting sections can also be designed in the manner of corner areas
be. In particular in the area of the radially inward and / or the radial
Outside
lying connecting portions is expediently no or at least
only a small electric field of the microwaves is present.
Wenn
das elektrische Feld der Mikrowellen im Wesentlichen radial verläuft, ist
es zweckmäßig, wenn in
Umfangsrichtung des dielektrischen Körpers, beispielsweise des Antennenkörpers, verlaufende
Heizleiterabschnitte durch radiale Verbindungsabschnitte verbunden
sind. In Umfangsrichtung können
beispielsweise parallel zueinander verlaufende Heizleiterabschnitte
vorgesehen sein. Die in Umfangsrichtung des Antennenkörpers verlaufenden
Heizleiterabschnitte sind vorteilhaft wesentlich länger als
die radialen Verbindungsabschnitte. Der Einfluss der radialen Verbindungsabschnitte
ist somit gering.If
the electric field of the microwaves is substantially radial
it is useful if in
Circumferential direction of the dielectric body, such as the antenna body, extending
Heizleiterabschnitte connected by radial connecting portions
are. In the circumferential direction can
For example, parallel to each other Heizleiterabschnitte
be provided. The running in the circumferential direction of the antenna body
Heizleiterabschnitte are advantageously much longer than
the radial connection sections. The influence of the radial connection sections
is therefore low.
Der
Heizleiter kann beispielsweise den Verlauf eines offenen Ringes
aufweisen. Der Ring folgt zweckmäßigerweise
der Querschnittskontur des zu beheizenden dielektrischen Körpers. Beispielsweise
ist der Ring bogenförmig
oder kreisförmig.
Bei einer Rechteckkontur ist z. B. auch ein rechteckförmiger Verlauf
des Heizleiters denkbar.Of the
Heating conductor, for example, the course of an open ring
exhibit. The ring suitably follows
the cross-sectional contour of the dielectric body to be heated. For example
the ring is arcuate
or circular.
In a rectangular contour z. B. also a rectangular course
the heating conductor conceivable.
Es
ist ferner möglich,
dass zwei oder mehr Heizleiterringe sozusagen ineinandergeschachtelt
oder -geklappt sind. Beispielsweise kann ein erster Heizleiterring
innerhalb eines zweiten Heizleiterringes angeordnet sein. Die Heizleiterringe
sind zweckmäßigerweise
durch radiale Verbindungsabschnitte miteinander verbunden. Somit
ist es möglich,
die Heizleiterringe mit einem gemeinsamen Anschluss oder mit gemeinsamen Anschlussleitungen
mit elektrischem Strom zu versorgen. Die radialen Verbindungsabschnitte
sind beispielsweise an einer der Anschlussseite entgegengesetzten
Seite oder im Bereich der Anschlussseite angeordnet. Durch das Vorsehen
mehrerer Heizleiterringe ist eine flächige Beheizung des Körpers möglich.It
is also possible
that two or more Heizleiterringe sort of nested
or folded. For example, a first heat conductor ring
be arranged within a second Heizleiterringes. The heating conductor rings
are expediently
connected by radial connecting portions. Consequently
Is it possible,
the heating conductor rings with a common connection or with common connecting cables
to supply with electric current. The radial connection sections
are opposite, for example, on one of the connection side
Side or in the area of the connection side. By providing
several Heizleiterringe a surface heating of the body is possible.
Der
Heizleiter kann mehrere parallel nebeneinander angeordnete Heizleiterabschnitte
oder Heizleiterabschnitte, die radial verlaufen und nebeneinander
angeordnet sind, aufweisen, wobei nebeneinander liegende Heizleiterabschnitte
gegensinnig bestromt sind. Beispielsweise sind die vorgenannten
Heizleiterringe gegensinnig bestromt. Bei dem flügelradartigen Verlauf des Heizleiters
sind radiale, nebeneinander verlaufende Heizleiterabschnitte ebenfalls
gegensinnig bestromt.Of the
Heating conductor can be several parallel adjacent heating conductor sections
or Heizleiterabschnitte which extend radially and side by side
are arranged, with adjacent Heizleiterabschnitte
are energized in opposite directions. For example, the aforementioned
Heating conductor rings energized in opposite directions. In the Flügelradartigen course of the heating element
are radial, adjacent Heizleiterabschnitte also
energized in opposite directions.
Die
Heizeinrichtung kann mehrere in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen
hintereinander angeordnete Heizleiter aufweisen. Somit wird ein
vergleichsweise großes
Volumen, insbesondere das ganze Volumen des Körpers, insbesondere des Antennenkörpers, erwärmt. Zweckmäßigerweise
sind die in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen hintereinander
angeordneten Heizleiter elektrisch miteinander verbunden und weisen beispielsweise
eine gemeinsame Anschlussleitung auf.The
Heating device can be several in the propagation direction of the microwaves
have heating conductors arranged one behind the other. Thus, a
comparatively large
Volume, in particular the whole volume of the body, in particular of the antenna body, heated. Conveniently,
are the propagation direction of the microwaves in a row
arranged heating conductors electrically connected to each other and have, for example
a common connection line.
Mindestens
zwei der in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen hintereinander
angeordneten Heizleiter können
optional einen Abstand einer viertel oder einer halben Wellenlänge der
Mikrowellen zueinander haben, wobei die Heizleiter allerdings kaum
Einfluss auf den Verlauf der Mikrowellen haben.At least
two of the propagating direction of the microwaves in a row
arranged heating element can
optionally a distance of a quarter or a half wavelength of
Microwaves have each other, the heating element, however, hardly
Have influence on the course of the microwaves.
Die
Heizleiter sind zweckmäßigerweise äquidistant
hintereinander in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen angeordnet.
Somit haben die hintereinander angeordneten Heizleiter gleiche Abstände.The
Heating conductors are suitably equidistant
arranged one behind the other in the propagation direction of the microwaves.
Thus, the heating conductors arranged one behind the other have the same distances.
Das
bewegliche Messobjekt, beispielsweise das Ventilglied bzw. das Aktorglied,
reflektiert Mikrowellen, die mit Hilfe der Koppelsonde in die Leitungsstruktur
bzw. das Gehäuse
eingekoppelt werden. Anhand einer Laufzeitmessung und/oder anhand
eines Phasenvergleichs zwischen ausgesendeten Mikrowellen und empfangenen
Mikrowellen, die beispielsweise einen Frequenzbereich von 10 MHz–25 GHz,
vorteilhaft 1 GHz–25
GHz, haben, ermittelt die Positionsmessvorrichtung einen jeweiligen
Abstand des Messobjekts von der Koppelsonde. Es versteht sich, dass
die Mikrowellen-Antennenanordnung auch zwei Koppelsonden enthalten
kann, eine zum Senden und eine zum Empfangen von Mikrowellen. Besonders
bevorzugt ist jedoch, wenn nur eine einzige Koppelsonde erforderlich
ist.The
movable measuring object, for example the valve member or the actuator member,
reflects microwaves, which, with the help of the coupling probe in the line structure
or the housing
be coupled. Based on a transit time measurement and / or based
a phase comparison between emitted microwaves and received
Microwaves, for example, a frequency range of 10 MHz-25 GHz,
advantageous 1 GHz-25
GHz, the position measuring device detects a respective one
Distance of the DUT from the coupling probe. It is understood that
the microwave antenna arrangement also contain two coupling probes
can, one for sending and one for receiving microwaves. Especially
however, it is preferred if only a single coupling probe is required
is.
Beispielsweise
bildet die Positionsmessvorrichtung einen Bestandteil einer Aktorvorrichtung.
Die Aktorvorrichtung, z. B. ein elektrischer und/oder fluidtechnischer
Antrieb hat ein elektrisch leitfähiges
Gehäuse, in
dem ein Aktorglied, beispielsweise ein Läufer eines elektrischen Motors
oder ein Kolben eines pneumatischen Antriebs, beweglich angeordnet
ist. Das Aktorglied ist vorzugsweise linear beweglich. Die Positionsmessvorrichtung
misst z. B. den Abstand des Aktorglieds von einem Endanschlag.For example
the position measuring device forms part of an actuator device.
The actuator device, z. B. an electrical and / or fluid technical
Drive has an electrically conductive
Housing, in
an actuator member, such as a rotor of an electric motor
or a piston of a pneumatic drive, movably arranged
is. The actuator member is preferably linearly movable. The position measuring device
measures z. B. the distance of the Aktorglieds of an end stop.
Die
erfindungsgemäße Positionsmessvorrichtung
kann aber auch einen Bestandteil eines fluidtechnischen Wartungsgerätes bilden,
beispielsweise eines pneumatischen Wartungsgerätes. Die Positionsmessvorrichtung
dient dann beispielsweise zur Mengenmessung eines Additivs für das Fluid,
beispielsweise eines Öls, das
in das Fluid eingespritzt wird, oder zu Messungen eines Ausscheidungsprodukts,
das das Wartungsgerät aus
dem Fluid extrahiert und in einem Aufnahmeraum deponiert. Die Positionsmessvorrichtung
misst den Füllstand
des Additivs bzw. des Ausscheidungsprodukts in dem Aufnahmeraum.The
Position measuring device according to the invention
but can also form part of a fluidic maintenance device,
for example, a pneumatic maintenance device. The position measuring device
then serves, for example, for measuring the quantity of an additive for the fluid,
for example, an oil that
is injected into the fluid or to measurements of a waste product,
this is the maintenance device
extracted from the fluid and deposited in a receiving space. The position measuring device
measures the level
of the additive or excretion product in the receiving space.
Eine
weitere Variante der Erfindung kann vorsehen, dass die Positionsmessvorrichtung
einen Bestandteil eines Fluidventils bildet, beispielsweise eines
pneumatischen Ventils. Das Messobjekt ist in diesem Falle z. B.
das Ventilglied des Fluidventils, beispielsweise ein Antriebskolben,
mit dem das Ventilglied pneumatisch angetrieben wird.A
Another variant of the invention may provide that the position measuring device
forms part of a fluid valve, for example one
pneumatic valve. The measurement object is in this case z. B.
the valve member of the fluid valve, for example a drive piston,
with which the valve member is pneumatically driven.
Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:following
Be exemplary embodiments
the invention explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
1 eine
schematische Querschnittsansicht eines Aktors, der eine erfindungsgemäße Positionsmessvorrichtung
aufweist, 1 a schematic cross-sectional view of an actuator having a position measuring device according to the invention,
1a einen
alternativ an dem Aktor gemäß 1 anordenbaren
Gehäusedeckel
mit einem zweiten Ausführungsbeispiel
einer Positionsmessvorrichtung, 1a an alternative to the actuator according to 1 mountable housing cover with a second embodiment of a position measuring device,
2a eine
Querschnittsansicht etwa entsprechend einer Linie A-A der Aktorvorrichtung
gemäß 1, 2a a cross-sectional view approximately corresponding to a line AA of the actuator device according to 1 .
2b eine
Querschnittsansicht etwa entsprechend einer Linie B-B der Aktorvorrichtung
gemäß 1, 2 B a cross-sectional view approximately corresponding to a line BB of the actuator device according to 1 .
3a–3c Ausführungsbeispiele
von in der Positionsmessvorrichtung gemäß 1 enthaltenen Schwingkreisen, 3a - 3c Embodiments of in the position measuring device according to 1 contained oscillating circuits,
4 ein
Prinzipschaltbild des Ausführungsbeispiels
gemäß 1a, 4 a schematic diagram of the embodiment according to 1a .
4a ein
in seiner Resonanzfrequenz änderbarer
Schwingkreis als Alternative zum Schwingkreis des Prinzipschaltbilds
gemäß 4,
eingezeichnet als ein Ausschnitt IV von 4, 4a a resonant frequency changeable resonant circuit as an alternative to the resonant circuit of the block diagram according to 4 , plotted as a section IV of 4 .
5a, 5b eine
schematische Querschnittsansicht und eine schematische Längsansicht
einer Heizeinrichtung mit einem ringförmigen Heizleiter sowie mit
TEM-Mikrowellen, 5a . 5b a schematic cross-sectional view and a schematic longitudinal view of a heater with an annular heating conductor and with TEM microwaves,
6a, 6b eine
Querschnittsansicht und eine Längsschnittansicht
einer Heizeinrichtung mit einem ringförmigen Heizleiter sowie E01-Mikrowellen, 6a . 6b a cross-sectional view and a longitudinal sectional view of a heater with an annular heating conductor and E01 microwaves,
6c eine
Mikrowellen-Antennenanordnung für
E01-Mikrowellen, 6c a microwave antenna arrangement for E01 microwaves,
7a, 7b eine
Querschnittansicht und eine Längsschnittansicht
einer Heizeinrichtung mit zwei ineinander liegenden Heizleiterringen
sowie H11-Mikrowellen 7a . 7b a cross-sectional view and a longitudinal sectional view of a heater with two nested Heizleiterringen and H11 microwaves
7c eine
Mikrowellen-Antennenanordnung für
H11-Mikrowellen, 7c a microwave antenna arrangement for H11 microwaves,
8a, 8b eine
Querschnittsansicht und einen Längsschnitt
einer Heizeinrichtung mit mehreren flügelradartigen Heizleitern sowie
H01-Mikrowellen und 8a . 8b a cross-sectional view and a longitudinal section of a heater with a plurality of Flügelradartigen heating conductors and H01 microwaves and
8c eine
Mikrowellen-Antennenanordnung für
H01-Mikrowellen. 8c a microwave antenna arrangement for H01 microwaves.
Bei
einer Aktorvorrichtung 10, beispielsweise einem pneumatischen
Arbeitszylinder 11, ist ein Aktorglied 14 in einem
durch ein Gehäuse 13 gebildeten
Bewegungsraum 12 beweglich angeordnet. Das Aktorglied 14 ist
beispielsweise ein Kolben 15 des pneumatischen Arbeitszylinders 11.
Das Gehäuse 13 hat
im vorliegenden Fall einen kreisrunden Querschnitt, wobei auch andere
Querschnittsformen denkbar sind, z. B. polygonale. Der Bewegungsraum 12 ist
ein Innenraum des Gehäuses 13.
Die Aktorvorrichtung 10 ist eine fluidtechnische Aktorvorrichtung.
Eine Ventilanordnung 16 speist Druckluft 17 aus
einer Druckluftquelle 18 in Druckluftanschlüsse 19, 20 des
Gehäuses 13 ein,
sodass der Kolben 15 mit der Druckluft 17 beaufschlagt
wird und in dem Bewegungsraum 12 linear hin und her bewegt
wird. An einem Außenumfang
des Kolbens 15 ist eine Dichtung 21 angeordnet.In an actuator device 10 , For example, a pneumatic cylinder 11 , is an actuator element 14 in one through a housing 13 formed movement space 12 movably arranged. The actuator element 14 is for example a piston 15 of the pneumatic working cylinder 11 , The housing 13 has in the present case a circular cross-section, with other cross-sectional shapes are conceivable, for. B. polygonal. The movement room 12 is an interior of the housing 13 , The actuator device 10 is a fluidic actuator device. A valve arrangement 16 feeds compressed air 17 from a compressed air source 18 in compressed air connections 19 . 20 of the housing 13 one, so the piston 15 with the compressed air 17 is applied and in the movement room 12 is moved linearly back and forth. On an outer circumference of the piston 15 is a seal 21 arranged.
Das
Gehäuse 13 umfasst
beispielsweise ein Mittelteil 22 sowie einen Lagerdeckel 23 und
einen Abschlussdeckel 24. Der Lagerdeckel 23 wird
von einer Kolbenstange 25, die an dem Kolben 15 angeordnet
ist, durchdrungen. Die Kolbenstange 25 bildet beispielsweise
einen Kraftabgriff. Am Kolben 15 ist in Richtung des Abschlussdeckels 24 eine
Dämpfereinrichtung 26 angeordnet.
Die Dämpfereinrichtung 26,
die eine vor den Kolben 15 vorstehende Einrichtung bildet,
dämpft
einen Aufprall des Aktorglieds 14 auf einen Endanschlag 27 im
Bereich des Abschlussdeckels 24. Die Dämpfereinrichtung 26 dringt
in eine Ausnehmung 28 des Abschlussdeckels 24 ein
und vermindert beispielsweise das Ausströmen von Druckluft 27 aus
dem Druckluftanschluss 20, was die Dämpfung bewirkt. Die Dämpfereinrichtung 26 ist
wie die übrigen
Komponenten der Aktorvorrichtung 10 lediglich schematisch
dargestellt.The housing 13 includes, for example, a middle part 22 and a bearing cap 23 and a cover 24 , The bearing cap 23 is from a piston rod 25 attached to the piston 15 is arranged, penetrated. The piston rod 25 forms, for example, a force tap. On the piston 15 is in the direction of the end cap 24 a damper device 26 arranged. The damper device 26 that one before the piston 15 protruding device dampens impact of the Aktorglieds 14 on an end stop 27 in the area of the end cover 24 , The damper device 26 penetrates into a recess 28 of the end cover 24 and reduces, for example, the outflow of compressed air 27 from the compressed air connection 20 what causes the damping. The damper device 26 is like the other components of the actuator device 10 only shown schematically.
Eine
Positionsmessvorrichtung 30 dient zur Bestimmung einer
Position 29 des Aktorglieds 14 in dem Bewegungsraum 12,
beispielsweise eines Abstandes des Aktorglieds 14 von dem
Endanschlag 27. Das Aktorglied 14 bildet ein Messobjekt 31 für die Positionsmessvorrichtung 30.
Die Positionsmessvorrichtung 30 ermittelt die Position 29 mittels
Mikrowellen 32, die sie in den elektrisch leitenden und
zumindest teilweise einen Hohlleiter 33 bildenden Bewegungsraum 12 mittels
einer Mikrowellen-Antennenanordnung 34 sendet. Die Mikrowellen 32 liegen
beispielsweise in einem Frequenzbereich von 0,3 GHz bis 300 GHz,
wobei für
die Leitung in dem Hohlleiter 33 ein Frequenzbereich von
mindestens 1 GHz zweckmäßig ist.A position measuring device 30 serves to determine a position 29 of the actuator member 14 in the movement room 12 , For example, a distance of the Aktorglieds 14 from the end stop 27 , The actuator element 14 forms a measurement object 31 for the position measuring device 30 , The position measuring device 30 determines the position 29 by means of microwaves 32 They are in the electrically conductive and at least partially a waveguide 33 forming movement space 12 by means of a microwave antenna arrangement 34 sends. The microwaves 32 lie for example in a frequency range of 0.3 GHz to 300 GHz, wherein for the line in the waveguide 33 a frequency range of at least 1 GHz is appropriate.
Das
Gehäuse 13 besteht
im Wesentlichen aus Metall, sodass die Mikrowellen 32 in
dem Gehäuse 13 beziehungsweise
dem Hohlleiter 33 von der Mikrowellen-Antennenanordnung 34 zu
dem Messobjekt 31 beziehungsweise Aktorglied 14 gelangen.
Das Aktorglied 14 ist zumindest an seiner der Positionsmessvorrichtung 30 zugewandten
Vorderseite elektrisch leitend, sodass die Mikrowellen 32 von
dem Aktorglied 14 oder Messobjekt 31 reflektiert
und von dem Hohlleiter zurück
zu der Positionsmessvorrichtung 30 geleitet werden. Ein
beispielhafter Signalfluss der Mikrowellen 32 ist in 4 angedeutet.The housing 13 consists essentially of metal, so the microwaves 32 in the case 13 or the waveguide 33 from the microwave antenna assembly 34 to the measurement object 31 or actuator member 14 reach. The actuator element 14 is at least at its position measuring device 30 facing front electrically conductive, so that the microwaves 32 from the actuator member 14 or measuring object 31 reflected and from the waveguide back to the position measuring device 30 be directed. An exemplary signal flow of the microwaves 32 is in 4 indicated.
Eine
Hochfrequenz-Mikrowellen-Sende- und -empfangseinrichtung 35 erzeugt
und empfängt
die Mikrowellen 32. Die Sende-/Empfangseinrichtung 35 kann
Mikrowellen in unterschiedlichen Qualitäten erzeugen, beispielsweise
mit wechselnden Frequenzen, gepulste Mikrowellen, frequenzmodulierte
Mikrowellen oder dergleichen.A high frequency microwave transmitting and receiving device 35 generates and receives the microwaves 32 , The transmitting / receiving device 35 can generate microwaves in different qualities, for example, with changing frequencies, pulsed microwaves, frequency-modulated microwaves or the like.
Eine
Auswerteeinrichtung 36 ermittelt beispielsweise anhand
der Laufzeit von Pulsen der Mikrowellen 32 (Pulsradar),
anhand von Phasenverschiebungen 32 zwischen hinlaufenden
und rücklaufenden
Mikrowellen (Interferometer-Verfahren), anhand eines FMCW-Verfahrens
(Frequency Modulated Continuous Wave) < oder dergleichen die Position 29 des
Messobjekts 31.An evaluation device 36 determines, for example, based on the duration of pulses of microwaves 32 (Pulse radar), based on phase shifts 32 between traveling and returning microwaves (interferometer method), using a FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method or the like, the position 29 of the measurement object 31 ,
Die
Auswerteeinrichtung 36 enthält beispielsweise einen Prozessor 37 sowie
Speicher 38 zur Ausführung
und Speicherung von Programmcode eines Messmoduls 39, das
die vorgenannte Positionsmessfunktionen des Messobjektes 31 durchführt. Der
Prozessor 37, der Speicher 38 sowie das Messmodul 39 bilden Messmittel 40.
Die Auswerteeinrichtung 36 sendet z. B. drahtgebunden (nicht
dargestellt) oder drahtlos über eine
Antenne 41 Positionswerte 42 beispielsweise an
eine übergeordnete,
nicht dargestellte Steuerung.The evaluation device 36 contains, for example, a processor 37 as well as memory 38 for execution and storage of program code of a measuring module 39 , that the aforementioned position measuring functions of the measurement object 31 performs. The processor 37 , the memory 38 as well as the measuring module 39 form measuring means 40 , The evaluation device 36 sends z. B. wired (not shown) or wirelessly via an antenna 41 position values 42 For example, to a parent, not shown control.
Ein
Antennenkörper 50 der
Antennenanordnung 34 ist in einer Aufnahme 43 des
Abschlussdeckels 24 angeordnet. An dem Antennenkörper 50 sind
eine erste Polfläche 51 und
eine zweite Polfläche 52 koaxial
angeordnet. Der Antennenkörper 50 besteht
aus einem dielektrischen Material, beispielsweise aus einem Kunststoff,
und isoliert die Polflächen 51, 52 voneinander.
Die Polflächen 51, 52 sind
durch elektrisch leitfähige
Beschichtungen 53, 54 gebildet. Der Antennenkörper 50 bildet
eine Koppelsonde zum Einkoppeln und Auskoppeln der Mikrowellen 32 in
beziehungsweise aus dem Hohlleiter 33. Beim Ausführungsbeispiel
ist der Antennenkörper 50 unmittelbar
in die Aufnahme 43 eingesetzt. Es versteht sich, dass auch
eine Trägerstruktur,
insbesondere aus einem dielektrischen Material, zum Halten des Antennenkörpers 50 vorgesehen
sein kann.An antenna body 50 the antenna arrangement 34 is in a recording 43 of the end cover 24 arranged. At the antenna body 50 are a first pole surface 51 and a second pole face 52 arranged coaxially. The antenna body 50 consists of a dielectric material, such as a plastic, and insulates the pole faces 51 . 52 from each other. The pole faces 51 . 52 are due to electrically conductive coatings 53 . 54 educated. The antenna body 50 forms a coupling probe for coupling and decoupling of the microwaves 32 in or out of the waveguide 33 , In the embodiment, the antenna body 50 directly into the recording 43 used. It is understood that a support structure, in particular of a dielectric material, for holding the antenna body 50 can be provided.
Der
Antennenkörper 50 bildet
im Wesentlichen einen Koaxialleiter 55 mit der außen liegenden
ersten (51) und der innen liegenden zweiten Polfläche 52.
Die zweite Polfläche 52 ist
als ein hohler Innenleiter 56 ausgestaltet.The antenna body 50 essentially forms a coaxial conductor 55 with the outside first ( 51 ) and the inner second pole face 52 , The second pole surface 52 is as a hollow inner conductor 56 designed.
Ein
Koaxialleiterabschnitt 57 des Koaxialleiters 55 bildet
eine Aperturantenne 58. Eine Stirnseite 59 des
Koaxialleiterabschnitts 57 mit einem ringförmigen Isolationsbereich 60 ist
in den Bewegungsraum 12, das heißt zum Messobjekt 31 hin,
orientiert. Der ringförmige
Isolationsbereich 60 befindet sich zwischen der ersten und
zweiten Polfläche 51, 52.
Der vordere Teil des Koaxialleiterabschnitts 57 ist als
Koaxialleiter-Tubusabschnitt 61 ausgestaltet,
der die Ausnehmung 28 aufweist. Die Ausnehmung 28 ist
becherförmig.
Der Koaxialleiter-Tubusabschnitt 61 ist
konzentrisch zu dem Bewegungsraum 12.A coaxial conductor section 57 of the coaxial conductor 55 forms an aperture antenna 58 , A front page 59 of the coaxial conductor section 57 with an annular isolation area 60 is in the movement room 12 that is the object to be measured 31 out, oriented. The annular isolation area 60 is located between the first and second pole face 51 . 52 , The front part of the coaxial conductor section 57 is as a coaxial conductor Tubusabschnitt 61 designed, the recess 28 having. The recess 28 is cup-shaped. The coaxial conductor tube section 61 is concentric to the movement space 12 ,
Der
Koaxialleiter-Tubusabschnitt 61 kann über einen Koaxialleiter-Verbindungsabschnitt 62 mit
der Sende-/Empfangseinrichtung 35 verbunden
sein. Der Verbindungsabschnitt 62 ist als ein Koaxialleiter 63 ausgestaltet,
dessen Außenleiter
durch die sich bis zur Sende-/Empfangseinrichtung 35 erstreckende
außenseitige
erste Polfläche 51 gebildet
ist. Ein Innenleiter 64 im Innern des Koaxialleiter 63 dient
zur Verbindung der Sende-/Empfangseinrichtung 35 mit der
an der Innenseite der Ausnehmung 28 angeordneten zweiten
Polfläche 52.
Die Anpassungsstruktur 65 enthält beispielsweise eine topfartige
Leitstruktur, in die sich der Innenleiter 64 hinein erstreckt.
Zwischen der Anpassungsstruktur 65 und dem Innenleiter 64 besteht
keine elektrische Verbindung.The coaxial conductor tube section 61 can via a coaxial conductor connection section 62 with the transceiver 35 be connected. The connecting section 62 is as a coaxial conductor 63 configured, the outer conductor through which up to the transmitting / receiving device 35 extending outside first first pole surface 51 is formed. An inner conductor 64 inside the coaxial conductor 63 serves to connect the transmitting / receiving device 35 with the inside of the recess 28 arranged second pole face 52 , The adjustment structure 65 contains, for example, a cup-like conductive structure into which the inner conductor 64 extends into it. Between the adjustment structure 65 and the inner conductor 64 there is no electrical connection.
Die
Anpassungsstruktur 65 dient zur Anpassung der Impedanz
der Antennenanordnung 34 an die Generator- oder Empfängerimpedanz
der Sende-/Empfangseinrichtung 35.The adjustment structure 65 serves to adapt the impedance of the antenna arrangement 34 to the generator or receiver impedance of the transceiver 35 ,
Der
Verbindungsabschnitt 62 hat einen kleineren Durchmesser
als der Koaxialleiter-Tubusabschnitt 61, der zum Ein- und
Auskoppeln der Mikrowellen 32 in den oder aus dem Hohlleiter 33 dient.The connecting section 62 has a smaller diameter than the coaxial tube section 61 , for coupling and decoupling microwaves 32 in or out of the waveguide 33 serves.
Der
Tubusabschnitt 61 und der Hohlleiter 33 sind zueinander
koaxial. Die äußere erste
Polfläche 61 ist
elektrisch mit einer Innenseite des Hohlleiters 33 verbunden.
Im Bereich des Verbindungsabschnitts 62 sowie des Tubusabschnittes 61 sind
die Mikrowellen 32 beispielsweise TEM-Mikrowellen. In dem
Hohlleiter 33 sind die Mikrowellen 32 hingegen
zweckmäßigerweise
E01-Wellen mit einem Feldverlauf 97b (siehe 6a).The tube section 61 and the waveguide 33 are coaxial with each other. The outer first pole surface 61 is electrically connected to an inside of the waveguide 33 connected. In the area of the connection section 62 and the Tubusabschnittes 61 are the microwaves 32 for example, TEM microwaves. In the waveguide 33 are the microwaves 32 on the other hand expediently E01 waves with a field profile 97b (please refer 6a ).
E01-Mikrowellen
können
auch unmittelbar durch eine schematische dargestellte Mikrowellen-Antennenanordnung 34b mit
einer E01-Antenne 58b erzeugt werden. Die Antenne 58b ist
z. B. an oder in einem dielektrischen Antennenkörper 50b angeordnet,
der bei einer Aktorvorrichtung in der Art des Antennenkörpers 50 verwendbar
ist. Eine Schutzeinrichtung 192 ist der Mikrowellen-Antennenanordnung 34b vorteilhaft
vorgelagert und schützt
diese vor Umwelteinflüssen.E01 microwaves can also directly through a schematically illustrated microwave antenna array 34b with an E01 antenna 58b be generated. The antenna 58b is z. B. on or in a dielectric antenna body 50b arranged in the case of an actuator device in the manner of the antenna body 50 is usable. A protective device 192 is the microwave antenna arrangement 34b advantageous upstream and protects them from environmental influences.
Die
Stirnseite 49 ist zu dem Hohlleiter 33 hin frei,
sodass sie eine freie Stirnfläche
aufweist. Prinzipiell wäre
es nun denkbar, dass die Stirnfläche
einen Anschlag für
das Messobjekt 31 beziehungsweise das Aktorglied 14 bildet.
Zweckmäßigerweise
ist jedoch der Antennenkörper 50 hinter
den Anschlag 27 des Gehäuses 13,
z. B. eine Stirnwand des Abschlussdeckels 24, zurückversetzt,
sodass das Aktorglied 14 nicht auf den Antennenkörper 50 auftrifft,
was möglicherweise
die Messgenauigkeit beeinträchtigen
könnte.The front side 49 is to the waveguide 33 towards free so that it has a free end face. In principle, it would be conceivable that the end face a stop for the measurement object 31 or the actuator member 14 forms. Conveniently, however, is the antenna body 50 behind the stop 27 of the housing 13 , z. B. an end wall of the end cover 24 , set back so that the actuator element 14 not on the antenna body 50 which could potentially affect the measurement accuracy.
Ein
Fluidkanal 66, z. B. ein Druckluftkanal, dient zur Einspeisung
von Druckluft über
den Druckluftanschluss 19 in die Ausnehmung 28.
Der Fluidkanal 66 verläuft
radial durch eine Umfangs-Wandung 67 des Koaxialleiterabschnitts 57.
Damit sich die Mikrowellen 32 in dem Koaxialleiterabschnitt 57 symmetrisch
und ungestört
ausbreiten können,
sind Kompensationsmittel vorgesehen. Die Kompensationsmittel enthalten
beispiels weise einen oder mehrere Kompensationskanäle 68.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn
eine geradzahlige Anzahl von Kompensationskanälen 68 vorhanden ist.
Beispielsweise verläuft
ein Kompensationskanal 68 an einer dem Fluidkanal 66 gegenüberliegenden
Seite der Wandung 67. Weitere Kompensationskanäle 68 können quer
zum Druckluftkanal oder Fluidkanal 66 vorgesehen sein.
Weitere, in geradzahliger Anzahl vorhandene Kompensationskanäle 68a sind
ebenfalls rotationssymmetrisch bezüglich der Kompensationskanäle 68 angeordnet,
wobei beispielsweise jeweils zwischen zwei Kompensationskanälen 68 ein
Kompensationskanal 68 mittig angeordnet ist. Die Kompensationskanäle 68 sind
Blindkanäle
oder Sackkanäle.
Die Kompensationskanäle 68, 68a verhindern
die Bildung unerwünschter
Moden bei den Mikrowellen in dem Koaxialleiterabschnitt 57.
Beim Beispiel gemäß 2a erstrecken
sich die Kompensationskanäle 68, 68a nur
in den Bereich der Wandung 67 des Antennenkörpers 50 hinein.
Es wäre
auch denkbar, dass sich Kompensationskanäle bis in eine Wandung 45 des
Gehäuses 13 beziehungsweise
des Abschlussdeckels 24 hinein erstrecken. Dies ist am Beispiel
eines Kompensationskanals 68c beispielhaft dargestellt.A fluid channel 66 , z. B. a compressed air channel, is used for feeding compressed air via the compressed air connection 19 into the recess 28 , The fluid channel 66 runs radially through a peripheral wall 67 of the coaxial conductor section 57 , So that the microwaves 32 in the coaxial conductor section 57 can spread symmetrically and undisturbed, compensation means are provided. The compensation means contain example, one or more compensation channels 68 , It is expedient if an even number of compensation channels 68 is available. For example, runs a compensation channel 68 at a the fluid channel 66 opposite side of the wall 67 , Further compensation channels 68 can be transverse to the compressed air channel or fluid channel 66 be provided. Further, in even number existing compensation channels 68a are also rotationally symmetric with respect to the compensation channels 68 arranged, for example, in each case between two compensation channels 68 a compensation channel 68 is arranged centrally. The compensation channels 68 are blind channels or sack channels. The compensation channels 68 . 68a prevent the formation of unwanted modes in the microwaves in the coaxial conductor section 57 , In the example according to 2a extend the compensation channels 68 . 68a only in the area of the wall 67 of the antenna body 50 into it. It would also be conceivable that compensation channels extend into a wall 45 of the housing 13 or the end cover 24 extend into it. This is the example of a compensation channel 68c exemplified.
Bauelemente 46,
beispielsweise Ein- und Auskopplungselemente für zu sendende und zu empfangende
Mikrowellen, Kondensatoren, Millimeterwellen-Integrated-Circuits,
Richtkoppler, Mikrostripstrukturen oder dergleichen sind an einer
Tragstruktur 47 an der von dem Hohlleiter 33 abgewandten
Seite der Positionsmessvorrichtung 30 angeordnet. Die Tragstruktur 47 bildet
zweckmäßigerweise
einen Bestandteil des Antennenkörpers 50.components 46 For example, input and output elements for microwaves to be transmitted and received, capacitors, millimeter-wave integrated circuits, directional couplers, microstrip structures or the like are attached to a support structure 47 at the of the waveguide 33 opposite side of the position measuring device 30 arranged. The supporting structure 47 forms expediently a part of the antenna body 50 ,
Der
Koaxialleiterabschnitt 57 ist sozusagen ein abgeschnittener
Koaxialleiter, der mit seiner strahlenden Apertur in den Hohlleiter 33 beziehungsweise
den Bewegungsraum 12 mündet.
Ein Vorteil dieser Konstruktion ist, dass separate Halteeinrichtungen
für eine
Koppelsonde, beispielsweise eine pilzar tige metallische Koppelsonde
oder dergleichen, nicht erforderlich sind. Vielmehr sind die Abstände zwischen
den Polflächen 51, 52 im
Wesentlichen konstant, sodass die Messeigenschaften der Antennenanordnung 34 optimal
sind.The coaxial conductor section 57 is, so to speak, a truncated coaxial conductor, with its radiating aperture in the waveguide 33 or the movement space 12 empties. An advantage of this construction is that separate holding devices for a coupling probe, for example a mushroom-type metallic coupling probe or the like, are not required. Rather, the distances between the pole faces 51 . 52 essentially constant, so that the measuring characteristics of the antenna arrangement 34 are optimal.
Allerdings
haben die Erfinder erkannt, dass der Antennenkörper 50 seine dielektrischen
Eigenschaften im Laufe der Zeit, beispielsweise durch Umwelteinflüsse, verändern kann.
Es ist zum Beispiel denkbar, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Antennenkörpers 50 während des
Betriebs der Aktorvorrichtung 10 schwankt, worunter die
Messgenauigkeit der Positionsmessvorrichtung 30 leidet.However, the inventors have recognized that the antenna body 50 its dielectric properties over time, for example, by environmental influences, can change. It is conceivable, for example, that the moisture content of the antenna body 50 during operation of the actuator device 10 fluctuates, among which the measuring accuracy of the position measuring device 30 suffers.
Veränderte dielektrische
Eigenschaften des Antennenkörpers 50 können durch
das nachfolgend beschriebene Messverfahren ermittelt und bei späteren Messungen
der Position 29 des Messobjekts 31 berücksichtigt
werden:
Die Sende- und Empfangseinrichtung 35 ist
zum Senden der Mikrowellen 32 mit einer ersten Frequenz
oder mit ersten Frequenzen f1 ausgestaltet. Zur Messung mindestens
einer elektrischen Eigenschaft, beispielsweise der Dielektrizitätszahl,
des Antennenkörpers 50 kann
die Sende-/Empfangseinrichtung 35 aber auch Mikrowellen 132 mindestens
einer zweiten Frequenz f2 senden und empfangen. Die Mikrowellen 132 sind
zur Ausbreitung und zur Reflexion innerhalb des Antennenkörpers 50 ausgestaltet.
Die mindestens eine zweite Frequenz f2 ist zweckmäßigerweise
kleiner als eine Grenzfrequenz, die zur Ausbreitung von Mikrowellen
in dem Hohlleiter 33 erforderlich ist.Altered dielectric properties of the antenna body 50 can be determined by the measuring method described below and in later measurements of the position 29 of the measurement object 31 to be considered:
The transmitting and receiving device 35 is for sending the microwaves 32 configured with a first frequency or with first frequencies f1. For measuring at least one electrical property, for example the relative permittivity, of the antenna body 50 can the transmitting / receiving device 35 but also microwaves 132 send and receive at least a second frequency f2. The microwaves 132 are for propagation and reflection within the antenna body 50 designed. The at least one second frequency f2 is expediently smaller than a cutoff frequency which is responsible for the propagation of microwaves in the waveguide 33 is required.
Die
Anpassungsstruktur 65 ist so beschaffen, dass sie die ersten
und zweiten Frequenzen f1 und f2 durchlässt.The adjustment structure 65 is designed to pass the first and second frequencies f1 and f2.
Anstelle
der Anpassungsstruktur 65 kann auch eine elektrisch direkt
ankoppelnde Verbindung sein, z. B. eine leitende Verbindung 69 zwischen
dem Innenleiter 64 und der zweiten Polfläche 52.
Die direkt ankoppelnde Verbindung lässt die ersten und zweiten
Frequenzen f1 und f2 durch und leitet die später noch erläuterte Steuergleichspannung
Ust. Die Verbindung 69 ist als eine Option gestrichelt
in 1a eingezeichnet.Instead of the adjustment structure 65 may also be an electrically direct coupling, z. B. a conductive connection 69 between the inner conductor 64 and the second pole face 52 , The directly coupling connection passes through the first and second frequencies f1 and f2 and passes the control DC voltage Ust explained later. The connection 69 is dashed as an option in 1a located.
Die
Mikrowellen 132 werden innerhalb des Antennenkörpers 132 reflektiert
und dienen zur Ermittlung einer Dielektrizitätszahl des Antennenkörpers 50.
Schwingkreise 70 bilden für die Mikrowellen 132 einen
zumindest fast idealen Kurzschluss -bis auf beispielsweise Schwingkreisverluste.The microwaves 132 be inside the antenna body 132 reflected and used to determine a dielectric constant of the antenna body 50 , resonant circuits 70 form for the microwaves 132 an at least almost ideal short-circuit, for example, to resonant circuit losses.
Die
Schwingkreise 70 sind sternförmig im Bereich der Stirnseite 59 des
Antennenkörpers 50 angeordnet.The resonant circuits 70 are star-shaped in the area of the front side 59 of the antenna body 50 arranged.
Somit
legen die Mikrowellen 132 einen möglichst langen Weg innerhalb
des Antennenkörpers 50 zurück. Der
Weg der Mikrowellen 132 erstreckt sich von der Sende-/Empfangseinrichtung 35 bis
nach vorn in den Bereich der Stirnseite 59, sodass die
dielektrischen Eigenschaften nahezu der gesamten Längserstreckungsrichtung
des Antennenkörpers 50 Einfluss
auf das Messergebnis haben.Thus lay the microwaves 132 as long as possible within the antenna body 50 back. The path of microwaves 132 extends from the transceiver 35 to the front in the area of the front side 59 so that the dielectric properties of almost the entire longitudinal direction of the antenna body 50 Affect the measurement result.
Die
Sende-/Empfangseinrichtung 35 variiert die Frequenz f2
vorteilhaft so lange, bis eine Resonanzfrequenz fres der Schwingkreise 70 aufgefunden
ist. Die Sende-/Empfangseinrichtung 35 nutzt
zum Auffinden der Resonanzfrequenz z. B. aus, dass der Betrag eines
Reflexionsfaktors, den die Sende-/Empfangseinrichtung 35 "sieht", im Bereich der
Resonanzfrequenz fres durch die bei Resonanz auftretenden Verluste
kleiner, meistens sogar deutlich kleiner, als 1 ist. Ferner hat
der Phasenverlauf des Reflexionsfaktors eine Wen destelle. Ein Abstand 71 zwischen
der Sende- und Empfangseinrichtung 35 und den Schwingkreisen 70 ist
konstant und bekannt.The transmitting / receiving device 35 the frequency f2 advantageously varies until a resonance frequency fres of the oscillating circuits 70 is found. The transmitting / receiving device 35 uses to find the resonant frequency z. Example, that the amount of a reflection factor that the transmitting / receiving device 35 "sees", in the range of the resonant frequency fres smaller by the occurring at resonance losses, usually even significantly smaller than 1. Furthermore, the phase characteristic of the reflection factor has a Wen destelle. A distance 71 between the transmitting and receiving device 35 and the oscillating circuits 70 is constant and known.
Die
Sende-/Empfangseinrichtung 35 kann zum Auffinden der Resonanzfrequenz
auch Resonanzfrequenzen des oder der Schwingkreise durchstimmen.
Die Frequenz f2 ist dann vorteilhaft konstant.The transmitting / receiving device 35 can also tune resonance frequencies of the or the resonant circuits to find the resonance frequency. The frequency f2 is then advantageously constant.
Z.
B. kann anstelle eines Kondensators mit einem festen Kapazitätswert ein
Bauelement 73 mit einer variablen Kapazität verwendet
werden. Beispielsweise ist die Kapazität 75 durch eine Kapazität C(Ust)
einer Kapazitätsdiode 79d eines
Schwingkreises 70d gebildet und durch Anlegen einer Steuergleichspannung
Ust variabel steuerbar. Die Steuergleichspannung Ust liegt in Sperrrichtung
an der Kapazitätsdiode 79d an.
Die Kapazitätsdiode 79d kann
auch durch eine Hochfrequenzschaltdiode gebildet sein.For example, instead of a capacitor with a fixed capacitance value, a component 73 be used with a variable capacity. For example, the capacity 75 by a capacitance C (Ust) of a capacitance diode 79d a resonant circuit 70d formed and variably controllable by applying a DC control voltage Ust. The DC control voltage Ust is in the reverse direction of the capacitance diode 79d at. The capacitance diode 79d can also be formed by a high-frequency switching diode.
Denkbar
wäre auch
eine variable Induktivität
eines Schwingkreises zum Auffinden seiner Resonanzfrequenz.Conceivable
would be too
a variable inductance
a resonant circuit for finding its resonant frequency.
Die
Anpassungsstruktur 65 ist vorteilhaft so beschaffen, dass
sie die Steuergleichspannung Ust leitet.The adjustment structure 65 is advantageously arranged to conduct the DC control voltage Ust.
Somit
ist eine Position des Kurzschlusses bei den Schwingkreisen 70 bekannt.
Aus der Phase zwischen gesendeten und empfangenen Mikrowellen 132 kann
auf die relative Dielektrizitätszahl εr des Dielektrikums,
das der Antennenkörper 50 enthält, geschlossen
werden. Dabei gilt für
die Phase φ eines
Eingangsreflexionsfaktors des an seinem stirnseitigen Ende durch
die Schwingkreise 70 kurzgeschlossen Antennenkörpers 50: φ = π – 4π(x/λ) (1)wobei λ die Wellenlänge der
Mikrowellen 132 und x die Position des Kurzschlusses gemessen
von der Sende-/Empfangseinrichtung 35 sind.
Der Antennenkörper 50 stellt
ein Dielektrikum mit einer Dielektrizitätszahl εr dar, so dass die Wellenlänge λ im Verhältnis zur
Wellenlänge λ0 im Freiraum
steht: mit c0 als der Lichtgeschwindigkeit
und fres der Resonanzfrequenz der Schwingkreise 70 gilt: Thus, a position of the short circuit in the oscillating circuits 70 known. From the phase between transmitted and received microwaves 132 can on the relative permittivity εr of the dielectric, the antenna body 50 contains, be closed. The following applies to the phase φ of an input reflection factor of the at its front end by the resonant circuits 70 shorted antenna corp pers 50 : φ = π - 4π (x / λ) (1) where λ is the wavelength of the microwaves 132 and x the position of the short circuit measured by the transceiver 35 are. The antenna body 50 represents a dielectric with a relative permittivity εr, so that the wavelength λ is in free space relative to the wavelength λ0: with c0 as the speed of light and fres of the resonant frequency of the circuits 70 applies:
Somit
kann aus einer gemessenen Phase φ des
Eingangsreflexionsfaktors anhand von (1) bis (3) die Dielektrizitätszahl εr des Antennenkörpers ermittelt
werden.Consequently
can be calculated from a measured phase φ of
Input reflection factor based on (1) to (3) determines the dielectric constant εr of the antenna body
become.
Die
Schwingkreise 70 sind Serienschwingkreise und bilden Leitmittel 72,
die bei den Mikrowellen 132 der zweiten Frequenz f2 wirksam
sind. Die Schwingkreise 70 weisen eine Induktivität 74 sowie
eine Kapazität 75 auf,
die in Reihe geschaltet sind.The resonant circuits 70 are series resonant circuits and form conducting means 72 that at the microwaves 132 the second frequency f2 are effective. The resonant circuits 70 have an inductance 74 as well as a capacity 75 which are connected in series.
Die
Induktivität 74 kann
durch zwei Teilinduktivitäten 74a, 74b dargestellt
werden, da sich die Teilinduktivitäten 74a, 74b addieren.The inductance 74 can through two partial inductances 74a . 74b be represented because the Teilinduktivitäten 74a . 74b add.
Beispielsweise
kann die Kapazität 75 zwischen
den beiden Teilinduktivitäten 74a, 74b angeordnet
sein (3a). Die Teilinduktivitäten 74a, 74b werden
beispielsweise durch Leiterabschnitte 76a, 76b,
die zu einem Kondensator 79 führen, gebildet. Die Leiterabschnitte 76a, 76b sind
beim Ausführungsbeispiel
gemäß 3a gleich
lang. Somit sind die parasitären
Induktivitäten
der beiden Leiterabschnitte 76a, 76b gleich groß und addieren
sich, beispielsweise zu insgesamt 10 nH.For example, the capacity 75 between the two partial inductances 74a . 74b be arranged ( 3a ). The partial inductances 74a . 74b for example, by conductor sections 76a . 76b leading to a capacitor 79 lead, educated. The conductor sections 76a . 76b are in the embodiment according to 3a of equal length. Thus, the parasitic inductances of the two conductor sections 76a . 76b the same size and add up, for example, to a total of 10 nH.
Der
Kondensator 79 ist ein vorteilhaft diskretes Bauelement,
beispielsweise ein SMD-Bauelement (Surface Mounted Device), mit
einer Kapazität
von wenigen Pico-Farad, zum Beispiel 2,5 Pico-Farad. Anstelle des
Kondensators 79 kann auch Kapazitätsdiode 79d verwendet
werden, deren Kapazität
durch Anlegen einer Steuergleichspannung steuerbar ist. Zusammen
mit der Induktivität 74 der
Leiterabschnitte 76a, 76b ergibt sich somit eine
Resonanzfrequenz fres von beispielsweise 1 GHz. Mikrowellen mit
dieser Frequenz können sich
in dem Hohlleiter 33 nicht ausbreiten. Es versteht sich,
dass die Resonanzfrequenz fres vom Durchmesser des jeweiligen Hohlleiters
abhängt.
Der Durchmesser des Hohlleiters 33 ist ausreichend klein,
dass sich Mikrowellen mit der Resonanzfrequenz von 1 GHz nicht in
ihm ausbreiten.The capacitor 79 is an advantageously discrete component, for example, an SMD component (Surface Mounted Device), with a capacity of a few pico Farad, for example 2.5 Pico Farad. Instead of the capacitor 79 also can capacitance diode 79d be used, the capacity of which is controllable by applying a DC control voltage. Together with the inductance 74 the conductor sections 76a . 76b thus results in a resonant frequency fres of, for example, 1 GHz. Microwaves of this frequency can be found in the waveguide 33 do not spread. It is understood that the resonance frequency fres depends on the diameter of the respective waveguide. The diameter of the waveguide 33 is sufficiently small that microwaves with the resonant frequency of 1 GHz do not propagate in it.
Die
Leiterabschnitte 76a, 76b sind beispielsweise
durch an der Stirnseite 59 nach radial innen beziehungsweise
außen
verlängerte
Abschnitte der Beschichtungen 53, 54 gebildet.
Dies ist beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß 1a der
Fall.The conductor sections 76a . 76b are for example through at the front 59 radially inwardly or outwardly extended sections of the coatings 53 . 54 educated. This is for example in the embodiment according to 1a the case.
Es
ist aber auch denkbar, dass die Leiterabschnitte 76a, 76b Bestandteile
jeweils eines Metallstiftes 80 sind. Die Metallstifte 80,
an denen z. B. die Kondensatoren 79 angeordnet sind, werden
beispielsweise in das Material der Antennenkörper 50 eingegossen.
Ferner ist es denkbar, Metallstifte in das dielektrische Material
des Antennenkörpers 50 nachträglich einzupressen.But it is also conceivable that the conductor sections 76a . 76b Components each of a metal pin 80 are. The metal pins 80 where z. As the capacitors 79 are arranged, for example, in the material of the antenna body 50 cast. Furthermore, it is conceivable to insert metal pins into the dielectric material of the antenna body 50 retrospectively.
Dabei
ist es denkbar, dass beispielsweise von radial innen und radial
außen
jeweils zwei Teil-Leiterstifte 80a, 80b von radial
außen
und radial innen in die Wandung 67 eingebracht werden,
wobei ein Abstand 81 zwischen den Leiterstiften 80a, 80b die
Kapazität 75 herstellt.It is conceivable that, for example, from radially inside and radially outside each two partial conductor pins 80a . 80b from radially outward and radially inward into the wall 67 be introduced, with a distance 81 between the conductor pins 80a . 80b the capacity 75 manufactures.
Bei
Schwingkreisen 70b (3b) und 70c (3c)
ist die Kapazität 75 radial
weiter außen
(70b) und einmal radial weiter innen (70c) angeordnet.
Dementsprechend sind Leiterabschnitte 77a und 78b kürzer, während Leiterabschnitte 77b und 78a länger sind.
Die Gesamtinduktivität
der Leiterabschnitte 77a und 77b sowie 78a, 78b entspricht
der Gesamtinduktivität
der Leiterabschnitte 76a, 76b.For oscillating circuits 70b ( 3b ) and 70c ( 3c ) is the capacity 75 radially further outward ( 70b ) and once radially inward ( 70c ) arranged. Accordingly, conductor sections 77a and 78b shorter, while ladder sections 77b and 78a are longer. The total inductance of the conductor sections 77a and 77b such as 78a . 78b corresponds to the total inductance of the conductor sections 76a . 76b ,
Die
Leitmittel 72 können
auch eine oder mehrere Hochfrequenzschaltdioden 82 aufweisen.The guiding agent 72 can also have one or more high-frequency switching diodes 82 exhibit.
Ferner
ist es zweckmäßig, dielektrische
Körper
der Aktorvorrichtung 10, zumindest soweit sie im Ausbreitungsbereich
der Mikrowellen 32 liegen, gegen Feuchtigkeitseintritt
oder -austritt zu schützen.
Beispielsweise ist die elektrisch leitfähige Beschichtung 53, 54 derart
gewählt,
dass sie einen Feuchtigkeitsdurchtritt hemmt oder verhindert. Allerdings
ist es möglich,
dass Teilbereiche des Antennenkörpers 50 oder
eines in 1a gezeigten Antennenkörpers 150 frei
von der elektrisch leitfähigen
Beschichtung 53, 54 sind.Furthermore, it is expedient dielectric body of the actuator device 10 , at least as far as they are in the propagation range of microwaves 32 to protect against ingress or egress of moisture. For example, the electrically conductive coating 53 . 54 chosen such that it inhibits or prevents moisture passage. However, it is possible that subregions of the antenna body 50 or one in 1a shown antenna body 150 free from the electrically conductive coating 53 . 54 are.
Beispielsweise
ist der Isolationsbereich 60 des Antennenkörpers 50 an
der Stirnseite 59 nicht mit den Beschichtungen 53, 54 versehen.
Dort ist es zweckmäßig, dass
eine elektrisch nicht leitfähige,
jedoch Feuchtigkeitsdurchtritt hemmende o der verhindernde Oberflächenlage 86 vorgesehen
ist. Die Oberflächenlage 86 ist beispielsweise
ein Lack oder eine Beschichtung 87.For example, the isolation area 60 of the antenna body 50 at the front 59 not with the coatings 53 . 54 Mistake. There it is expedient that an electrically non-conductive, but moisture passage inhibiting o the preventing surface layer 86 is provided. The surface layer 86 is for example a paint or a coating 87 ,
Beim
Antennenkörper 50 ist
als Oberflächenlage 86 z.
B. ein Schutzkörper 88 vorgesehen,
beispielsweise ein Feuchtigkeitsdurchtritt hemmender Ring, der vor
dem stirnseitigen, ringförmigen
Isolationsbereich 60 angeordnet ist.At the antenna body 50 is as a surface layer 86 z. B. a protective body 88 provided, for example, a moisture passage inhibiting ring, in front of the frontal, annular isolation area 60 is arranged.
Auch
weitere Bereiche der Antennenkörper 50, 150 sind
vorteilhaft mit einer Feuchtigkeitsdurchtritt hemmenden oder verhindernden
Oberflächenlage 86 versehen.
Beispielsweise sind der Fluidkanal 66 und die Kompensationskanäle 68 mit
der Beschichtung 87 beschichtet. Alternativ wäre es denkbar,
Isolationskörper
in die Kanäle 66, 68 einzubringen,
beispielsweise eine Hülse 89 in
den Fluidkanal 66.Also other areas of the antenna body 50 . 150 are advantageous with a moisture penetration inhibiting or preventing surface layer 86 Mistake. For example, the fluid channel 66 and the compensation channels 68 with the coating 87 coated. Alternatively, it would be possible isolation body in the channels 66 . 68 bring, for example, a sleeve 89 in the fluid channel 66 ,
Im
Rahmen des erfinderischen Konzepts wurde es erkannt, dass man beispielsweise
für die
Antennenkörper 50, 150 gegenüber Feuchtigkeitseintritt
oder -austritt resistente Materialien verwenden kann, beispielsweise
Keramik, geeignete Kunststoffe (Polyethylen (PE), Polypropylen (PP),
Teflon (PTFE)), Silizium oder dergleichen.As part of the inventive concept, it was recognized that, for example, for the antenna body 50 . 150 can use resistant materials such as ceramics, suitable plastics (polyethylene (PE), polypropylene (PP), Teflon (PTFE)), silicon or the like against moisture entry or exit.
Neben
den Antennenkörpern 50, 150 können auch
sonstige im Ausbreitungsbereich der Mikrowellen 32 liegende
Dielektrika bei einer Veränderung
ihrer Dielektrizitätseigenschaften
die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowellen 32 beeinflussen.
Beispielsweise können
im Gehäuse 13 dielektrische
Körper 90 angeordnet
sein. Die dielektrischen Körper 90 umfassen
beispielsweise einen Gleitring 91 am Innenumfang des Mittelteils 22 sowie
eine Schutzeinrichtung 92, die optional vor der Antennenanordnung 34 angeordnet
sein kann und diese vor mecha nischen Einflüssen, beispielsweise Druckluftstößen, dem
Aufprall des Aktorglieds 14 oder dergleichen, schützen kann.Next to the antenna bodies 50 . 150 may also be other in the propagation range of microwaves 32 lying dielectrics with a change in their dielectric properties, the propagation velocity of the microwaves 32 influence. For example, in the housing 13 dielectric bodies 90 be arranged. The dielectric body 90 include, for example, a sliding ring 91 on the inner circumference of the middle part 22 as well as a protective device 92 optional in front of the antenna array 34 can be arranged and this before mechanical influences African, such as compressed air surges, the impact of Aktorglieds 14 or the like.
Der
Gleitring 91 und die Schutzeinrichtung 92 können zweckmäßigerweise
mit einer Feuchtigkeitseintritt oder -austritt hemmenden Beschichtung
in der Art der Beschichtung 87 versehen sein und/oder aus
einem Material bestehen, das gegenüber Feuchtigkeitseintritt oder
-austritt resistent ist, beispielsweise PP, PE, Silizium oder dergleichen.The sliding ring 91 and the protective device 92 may suitably with a moisture ingress or leakage inhibiting coating in the type of coating 87 be provided and / or consist of a material that is resistant to moisture ingress or leakage, for example, PP, PE, silicon or the like.
Als
weitere Maßnahme,
die relative Feuchtigkeit und somit die dielektrischen Eigenschaften
der Antennenkörper 50 und/oder 150 sowie
der Körper 90 im
Wesentlichen konstant zu halten, dienen Heizeinrichtungen 95a, 95b, 95c.As a further measure, the relative humidity and thus the dielectric properties of the antenna body 50 and or 150 as well as the body 90 To keep substantially constant, serve heating devices 95a . 95b . 95c ,
Die
Heizeinrichtung 95a heizt den Antennenkörper 50, wo im wesentlichen
Mikrowellen im TEM-Mode auftreten. Die Heizeinrichtung 95b heizt
den Gleitring 91 und die optional vorhandenen Schutzeinrichtung 92, beispielsweise
einer Kunststoffplatte oder -scheibe, die der Antennenanordnung 95 in
Richtung des Bewegungsraumes 12 vorgelagert ist, wo im
wesentlichen Mikrowellen im E01-Mode auftreten.The heater 95a heats the antenna body 50 where essentially microwaves occur in TEM mode. The heater 95b heats the slip ring 91 and the optional protective device 92 , For example, a plastic plate or disk, the antenna assembly 95 in the direction of the movement room 12 upstream, where essentially microwaves occur in E01 mode.
Die
Heizeinrichtung 95b könnte
auch den dielektrischen Antennenkörper 50b heizen.The heater 95b could also be the dielectric antenna body 50b heat.
Wenn
anstelle der Mikrowellen-Antennenanordnung 34 Antennenanordnungen 34c, 34d für Mikrowellen
im H11- und/oder H01-Mode
vorgesehen sind, sind Heizeinrichtungen 95c und 95d vorteilhaft.If instead of the microwave antenna arrangement 34 antenna arrays 34c . 34d are intended for microwaves in H11 and / or H01 mode, are heaters 95c and 95d advantageous.
Eine
Heizleistung von ca. 3 bis 5 Watt ist z. B. ausreichend, um beispielsweise
den Antennenkörper 50 zu
beheizen.A heating power of about 3 to 5 watts is z. B. sufficient, for example, the antenna body 50 to heat.
Heizleiter 96a–96d der
Heizeinrichtungen 95a–95d im
Innern erwärmen
das dielektrische Material z. B. der Antennenkörper 50, 50b, 50c und 50d sowie
der Körper 90 oder
der Schutzeinrichtungen 192, 192d, sodass Feuchtigkeit
nicht in das dielektrische Material eindringt oder wieder aus dem
dielektrischen Material entweicht. Somit ist das dielektrische Material
trocken und weist im Wesentlichen konstante dielektrische Eigenschaften
auf.heating conductor 96a - 96d the heaters 95a - 95d inside the dielectric material heat z. B. the antenna body 50 . 50b . 50c and 50d as well as the body 90 or the protective devices 192 . 192d so that moisture does not penetrate into the dielectric material or escape from the dielectric material. Thus, the dielectric material is dry and has substantially constant dielectric properties.
Die
jeweilige Anordnung und geometrische Gestaltung der Heizleiter,
z. B. von Heizleiterringen, ist abhängig vom jeweiligen Mikrowellen-Typ
im Bereich der Heizleiter.The
respective arrangement and geometric design of the heating conductors,
z. B. of Heizleiterringen, is dependent on the particular microwave type
in the field of heating conductors.
Die
Heizleiter 96a–96d sind
im Wesentlichen quer, in den Ausführungsbeispielen sogar senkrecht, zum
Verlauf der elektrischen Felder 97a–97d der Mikrowellen 32 im
Antennenkörper 50 und
den Körpern 90 angeordnet.The heating conductors 96a - 96d are substantially transversely, in the embodiments even perpendicular to the course of the electric fields 97a - 97d the microwaves 32 in the antenna body 50 and the bodies 90 arranged.
So
sind beispielsweise im Antennenkörper 50 und
im Gleitring 91 offene Heizleiterringe 98a, 98b angeordnet.
Die Heizleiterringe 98a, 98b haben einen kreisförmigen Verlauf,
sodass das radiale elektrische Feld 97a, 97b senkrecht
zu den Heizleiterringen 98a, 98b verläuft und
durch diese nicht beeinträchtigt
wird. Lediglich Anschlussleitungen 99 der offenen Heizleiterringe 98a, 98b verlaufen
in radialer Richtung und somit parallel zum elektrischen Feldverlauf 97a, 97b.
Die Heizleiterringe 98a verlaufen parallel zwischen den
beiden Polflächen 51, 52 der
Antennenanordnung 34.For example, in the antenna body 50 and in the slip ring 91 open heating conductor rings 98a . 98b arranged. The heating conductor rings 98a . 98b have a circular course, so that the radial electric field 97a . 97b perpendicular to the heating conductor rings 98a . 98b runs and is not affected by this. Only connection cables 99 the open heating conductor rings 98a . 98b run in the radial direction and thus parallel to the electric field course 97a . 97b , The heating conductor rings 98a run parallel between the two pole faces 51 . 52 the antenna arrangement 34 ,
Zu
einer möglichst
gleichmäßigen und über das
gesamte Volumen eines jeweiligen dielektrischen Körpers wirksamen
Erwärmung
ist es zweckmäßig, mehrere
Heizleiter oder Heizleiterringe vorzusehen. So sind beispielsweise
in dem Antennenkörper 50 und
dem Gleitring 91 in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen 32 mehrere
Heizleiter 96a und 96b beziehungsweise mehrere
Heizleiterringe 98a, 98b hintereinander angeordnet.
Die Heizleiterringe 98a, 98b sind in nicht dargestellter
Weise durch Verbindungsabschnitte verbunden. Es versteht sich, dass
jeder der Heizleiterringe 98a, 98b auch mittels
separater Anschlussleitungen 99 mit elektrischem Strom
versorgt werden kann.For a uniform as possible and effective over the entire volume of a respective dielectric body heating, it is expedient to provide a plurality of heat conductors or Heizleiterringe. For example, in the antenna body 50 and the slip ring 91 in the propagation direction of the microwaves 32 several heating conductors 96a and 96b or more Heizleiterringe 98a . 98b arranged one behind the other. The heating conductor rings 98a . 98b are connected in a manner not shown by connecting portions. It is understood that each of the heating conductor rings 98a . 98b also by means of separate connecting cables 99 can be supplied with electrical power.
Es
ist möglich,
mehrere Heizleiterringe, die unterschiedliche Durchmesser haben,
ineinander anzuordnen, um so eine möglichst große Fläche beziehungsweise ein möglichst
großes
Volumen zu erwärmen.It
is possible,
several heating conductor rings, which have different diameters,
to arrange one another, so as large a surface or as possible
great
To heat volume.
Jeder
der Heizleiterringe kann über
separate Anschlussleitungen mit elektrischem Strom versorgt werden.
Es ist auch möglich,
Heizleiterringe ineinander sozusagen zu schachteln und mittels gemeinsamer
Anschlussleitungen 99 mit elektrischem Strom zu versorgen.
Dieses Konzept ist bei der Heizeinrichtung 95c realisiert.Each of the heating conductor rings can be supplied with electrical power via separate connecting cables. It is also possible to nest heating element rings in one another, so to speak, and by means of common connection lines 99 to supply with electric current. This concept is with the heater 95c realized.
Ein
erster Heizleiterring 101 ist innerhalb eines zweiten Heizleiterringes 102 angeordnet.
Gemeinsame Anschlussleitungen 99 dienen zur Stromversorgung
beider Heizleiterringe 101, 102. An einer den
Anschlussleitungen 99 gegenüberliegenden Seite verbinden
radiale Verbindungsabschnitte 103 die Heizleiterringe 101, 102.
Parallel nebeneinander angeordnete, in Umfangsrichtung des zu beheizenden
Schutzkörpers 88 verlaufende
Heizleiterabschnitte 104a, 104b sind dann gegensinnig
bestromt. Exemplarisch ist in 7a, 7b ein
Feldverlauf 97c von Mikrowellen 232 eingezeichnet,
die in einem H11-Mode sind. Die Heizleiterringe 101, 102 verlaufen
zumindest im Wesentlichen senkrecht zum Feldverlauf 97c.
Im Bereich der Anschlussleitungen 99 sowie der Verbindungsabschnitte 103 ist die
elektrische Feldstärke
der Mikrowellen 232 geringer als im Bereich der Heizleiterringe 101, 102.A first heat conductor ring 101 is within a second heat conductor ring 102 arranged. Common connection lines 99 serve to power both Heizleiterringe 101 . 102 , At one of the connection lines 99 opposite side connect radial connecting portions 103 the heating conductor rings 101 . 102 , Parallel juxtaposed, in the circumferential direction of the protective body to be heated 88 extending Heizleiterabschnitte 104a . 104b are then energized in opposite directions. Exemplary is in 7a . 7b a field course 97c of microwaves 232 drawn in an H11 fashion. The heating conductor rings 101 . 102 extend at least substantially perpendicular to the field profile 97c , In the area of connecting cables 99 and the connecting sections 103 is the electric field strength of the microwaves 232 lower than in the area of the heating conductor rings 101 . 102 ,
H11-Mikrowellen
mit einem Feldverlauf 97c können durch eine schematische
dargestellte Mikrowellen-Antennenanordnung 34c mit einer
H11-Antenne 58c erzeugt werden. Die Antenne 58c ist
z. B. an oder in einem dielektrischen Antennenkörper 50c angeordnet,
der bei einer Aktorvorrichtung in der Art des Antennenkörpers 50 verwendbar
ist.H11 microwaves with a field profile 97c may be represented by a schematically illustrated microwave antenna arrangement 34c with a H11 antenna 58c be generated. The antenna 58c is z. B. on or in a dielectric antenna body 50c arranged in the case of an actuator device in the manner of the antenna body 50 is usable.
Einer
oder mehrere Heizleiter 96d einer Heizeinrichtung 95d (8a, 8b)
haben einen flügelradartigen
Verlauf, der insbesondere bei einem ringförmigen, beispielsweise kreisförmigen Feldverlauf 97d zweckmäßig ist,
der beispielsweise bei Mikrowellen 332 auftritt, die in
einem H01-Mode sind.One or more heating conductors 96d a heating device 95d ( 8a . 8b ) have a Flügelradartigen course, in particular in an annular, for example, circular field profile 97d is appropriate, for example, in microwaves 332 occurs that are in a H01 mode.
Die
H01-Mikrowellen können
durch eine schematische dargestellte Mikrowellen-Antennenanordnung 34d mit
einer H01-Antenne 58d erzeugt
werden. Die Antenne 58d, die ringförmig angeordnete Dipole aufweist, ist
z. B. an oder in einem Antennenkörper 50d angeordnet,
der bei einer Aktorvorrichtung in der Art des Antennenkörpers 50 verwendbar
ist. Eine Schutzeinrichtung 192d ist der Mikrowellen-Antennenanordnung 34d vorteilhaft
vorgelagert und schützt
diese vor Umwelteinflüssen.
Die Heizeinrichtung 95d ist z. B. in dem Antennenkörper 50d und/oder
in der Schutzeinrichtung 192d angeordnet.The H01 microwaves can be represented by a schematically illustrated microwave antenna arrangement 34d with a H01 antenna 58d be generated. The antenna 58d , which has annularly arranged dipoles, z. B. on or in an antenna body 50d arranged in the case of an actuator device in the manner of the antenna body 50 is usable. A protective device 192d is the microwave antenna arrangement 34d advantageous upstream and protects them from environmental influences. The heater 95d is z. B. in the antenna body 50d and / or in the protective device 192d arranged.
Bei
dem Heizleiter 96d sind radiale Heizleiterabschnitte 105 senkrecht
zum Feldverlauf 97d. Die Heizleiterabschnitte 105 sind
durch in Umfangsrichtung des Körpers 93 verlaufende
Verbindungsabschnitte 106 miteinander verbunden. Im Bereich
der Verbindungsabschnitte 106 ist das elektrische Feld
der Mikrowellen 332 geringer als im Bereich der Heizleiterabschnitte 105.
Jeweils zwei nebeneinander verlaufende radiale Heizlei terabschnitte 105 sind
gegensinnig bestromt. Die Verbindungsabschnitte 106 liegen
radial außen.
Radial innen sind die Heizleiterabschnitte 105 durch bogenförmige Verbindungsabschnitte 107 miteinander
verbunden. Die Verbindungsabschnitte 106 sind länger als
die Verbindungsabschnitte 107.At the heating conductor 96d are radial Heizleiterabschnitte 105 perpendicular to the field course 97d , The heating conductor sections 105 are through in the circumferential direction of the body 93 extending connecting sections 106 connected with each other. In the area of the connecting sections 106 is the electric field of microwaves 332 lower than in the area of the heating conductor sections 105 , In each case two adjacent radial Heizlei terabschnitte 105 are energized in opposite directions. The connecting sections 106 lie radially outside. Radial inside are the Heizleiterabschnitte 105 through arcuate connecting sections 107 connected with each other. The connecting sections 106 are longer than the connecting sections 107 ,
Es
versteht sich, dass mehrere der flügelradartigen Heizleiter 96d in
Ausbreitungsrichtung der Mikrowellen 332 hintereinander,
zweckmäßigerweise äquidistant
hintereinander, angeordnet sein können, was z. B. in 8b deutlich
wird.It is understood that several of the Flügelradartigen heating conductor 96d in the propagation direction of the microwaves 332 one behind the other, expediently equidistant one behind the other, can be arranged, which z. In 8b becomes clear.
