DE102010008495A1

DE102010008495A1 - Moving object's position measuring method, involves starting current signal with preset current raising ramp, where current impulses of current signal are provided in connection with raising ramp for guiding detectable wave

Info

Publication number: DE102010008495A1
Application number: DE201010008495
Authority: DE
Inventors: Achim Dr. 74080 Zern
Original assignee: Balluff GmbH
Current assignee: Balluff GmbH
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2011-08-18

Abstract

The method involves providing a current signal with current impulses for producing current-magnetic field in a magnetostrictive wave guide (14). A position of an object (12) is determined from delay time of a wave that is produced in a field area (18) in the wave guide based on field change when the impulses are provided to the wave guide. The current signal is started with a preset current raising ramp, where time course of the ramp is defined such that the ramp has no waves. The impulses are provided in connection with the ramp for guiding a detectable wave. An independent claim is also included for a device for measuring a position of a moving object comprising a magnet attached to the object.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Positionsmessung und von einer Positions-Messvorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a method for position measurement and of a position-measuring device according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

In der Patentschrift US 3 898 555 A ist eine Positions-Messvorrichtung beschrieben, die einen Wellenleiter mit magnetostriktiven Eigenschaften aufweist. Der Wellenleiter wird mit Stromimpulsen beaufschlagt, die zu einem Magnetfeld führen, dessen Feldlinien konzentrisch im Wellenleiter verlaufen und den Wellenleiter außen konzentrisch umgeben. Benachbart zum Wellenleiter ist ein verschiebbarer Permanentmagnet vorgesehen, dessen Pole derart angeordnet sind, dass der Magnet ein örtlich begrenztes, hauptsächlich in axialer Richtung innerhalb des Wellenleiters verlaufendes Magnetfeld verursacht. Der Permanentmagnet ist an demjenigen Objekt angeordnet, dessen Position oder Bewegung letztlich gemessen werden soll. Die im Bereich des Magnetfelds des Permanentmagneten örtlich begrenzte Überlagerung mit dem zirkularen, während dem Stromimpuls auftretendem Magnetfeld führt zu einer örtlich begrenzten Änderung des resultierenden Magnetfeldes, die aufgrund des magnetostriktiven Effekts eine Längenänderung des Wellenleiters verursacht, die sich als Schallwelle in beiden Richtungen bewegt. An einem Ende des Wellenleiters ist ein Dämpfungselement angeordnet, welches die dort auftreffende Welle absorbiert und eine Reflexion verhindert. Am anderen Ende des Wellenleiters ist eine Wellen-Erfassung angeordnet, welche die Schwingung des Wellenleiters mit zwei Metallzungen abgreift, auf denen jeweils Magnetspulen gewickelt sind. Die Schallwelle des Wellenleiters wird in eine longitudinale Auslenkung der Metallzungen umgesetzt, die ebenfalls aus magnetostriktivem Material gefertigt sind. Im Zusammenwirken mit dem Feld eines zwischen den Metallzungen angeordneten Hilfs-Permanentmagneten führt das aufgrund des magnetostriktiven Effekts infolge der Welle kurzzeitig auftretende Magnetfeld zu einer induzierten Signalspannung. Die Signale werden einer Signal-Bewertungsanordnung zugeführt, die aus der Laufzeit der Welle, die der Zeit zwischen dem Auftreten des Stromimpulses und dem Auftreten des induzierten Spannungssignals entspricht, die Position des Permanentmagneten und des damit verbundenen Objekts ermittelt.In the patent US Pat. No. 3,898,555 a position measuring device is described which has a waveguide with magnetostrictive properties. The waveguide is acted upon by current pulses, which lead to a magnetic field whose field lines run concentrically in the waveguide and surround the waveguide concentrically outside. Adjacent to the waveguide is provided a displaceable permanent magnet, the poles of which are arranged such that the magnet causes a localized magnetic field, mainly in the axial direction within the waveguide. The permanent magnet is arranged on the object whose position or movement is to be measured ultimately. The localized in the region of the magnetic field of the permanent magnet interference with the circular magnetic field occurring during the current pulse leads to a localized change of the resulting magnetic field, which causes a change in length of the waveguide due to the magnetostrictive effect, which moves as a sound wave in both directions. At one end of the waveguide, a damping element is arranged, which absorbs the shaft impinging there and prevents reflection. At the other end of the waveguide, a wave detection is arranged, which picks up the vibration of the waveguide with two metal tongues, on each of which magnetic coils are wound. The sound wave of the waveguide is converted into a longitudinal deflection of the metal tongues, which are also made of magnetostrictive material. In cooperation with the field of an arranged between the metal tongues auxiliary permanent magnet due to the magnetostrictive effect due to the shaft short-term magnetic field leads to an induced signal voltage. The signals are applied to a signal evaluation arrangement, which determines the position of the permanent magnet and the associated object from the transit time of the wave, which corresponds to the time between the occurrence of the current pulse and the occurrence of the induced voltage signal.

In der Offenlegungsschrift DE 33 43 410 A1 ist eine Positions-Messvorrichtung beschreiben, die ebenfalls auf dem magnetostriktiven Effekt beruht. Anstelle der vergleichsweise aufwendigen, in der zuvor beschriebenen Positions-Messvorrichtung vorgesehenen Wellen-Erfassung ist bei der hier beschriebenen Positions-Messvorrichtung die Wellen-Erfassung als Magnetspule realisiert. Die Magnetspule umgibt den Wellenleiter an einem Ende auf eine kurze Strecke, während am anderen Ende wieder das Dämpfungselement angeordnet ist. Der Hilfs-Permanentmagnet ist durch ein stets vorhandenes Magnetfeld des Wellenleiters ersetzt, das als Remanenzmagnetfeld bezeichnet werden kann. Die kurzzeitige Änderung des (Remanenz-)Magnetfelds induziert eine Mess-Spannung in die Magnetspule. Die Position des Permanentmagneten wird wieder aus der Laufzeit der Welle im Wellenleiter ermittelt, die zwischen dem Auftreten des Stromimpulses und dem Auftreten der Mess-Spannung liegt.In the published patent application DE 33 43 410 A1 is a position measuring device describe, which is also based on the magnetostrictive effect. Instead of the comparatively complicated wave detection provided in the above-described position measuring device, in the position measuring device described here, the wave detection is realized as a magnetic coil. The magnetic coil surrounds the waveguide at one end for a short distance, while at the other end the damping element is again arranged. The auxiliary permanent magnet is replaced by an always present magnetic field of the waveguide, which can be referred to as a remanent magnetic field. The short-term change of the (remanence) magnetic field induces a measuring voltage in the magnetic coil. The position of the permanent magnet is again determined from the transit time of the shaft in the waveguide, which lies between the occurrence of the current pulse and the occurrence of the measuring voltage.

Aufgrund der erforderlichen zeitlichen Abstände zwischen den Stromimpulsen muss bei einem bewegten, mit dem Permanentmagneten verbundenen Objekt bei bewegten Objekten damit gerechnet werden, dass die tatsächliche Position des Objekts nicht mehr mit der gemessenen Position übereinstimmt. Bei der in der Patentschrift 10 2004 025 388 B4 beschriebenen magnetostriktiven Positions- und Bewegungs-Messvorrichtung ist zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen zeitdiskreten Messverfahren eine kontinuierlich messende Positionsvorrichtung vorgesehen, die eine zeitlich höher aufgelöste und damit genauere Positionsmessung bei entsprechend erhöhtem Aufwand ermöglicht.Due to the required time intervals between the current pulses, it must be expected that the actual position of the object no longer coincides with the measured position in the case of a moving object connected to the permanent magnet in the case of moving objects. In the magnetostrictive position and movement measuring device described in the patent specification 10 2004 025 388 B4, a continuously measuring position device is provided in addition to the discrete-time measuring method described above, which enables a temporally higher resolution and thus more accurate position measurement with correspondingly increased effort.

In der Offenlegungsschrift DE 101 64 121 A1 wird zur Erhöhung der Genauigkeit ein anderer Weg beschritten. Die entsprechend der bereits beschriebenen Positionsvorrichtungen realisierte Positions-Messvorrichtung erhöht die Messgenauigkeit dadurch, dass eine Vielzahl von Positionen und von Stromimpuls-Korrekturwerten einander zugeordnet werden, und dass in Abhängigkeit von der ermittelten Position des Permanentmagneten und aus dem aus der Tabelle zugehörigen Stromimpuls-Korrekturwert die Dauer des nächsten Stromimpulses verändert wird. Diese Vorgehensweise beruht auf der Erkenntnis, dass die Eigenschaften der entstehenden Welle, welche die Messgenauigkeit beeinflussen, von der Dauer des Stromimpulses abhängen.In the published patent application DE 101 64 121 A1 another approach is taken to increase accuracy. The position measuring device realized according to the already described positioning devices increases the measuring accuracy by associating a plurality of positions and current pulse correction values with each other, and depending on the detected position of the permanent magnet and from the current pulse correction value associated with the table Duration of the next current pulse is changed. This procedure is based on the knowledge that the characteristics of the resulting wave, which influence the measurement accuracy, depend on the duration of the current pulse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auf dem magnetostriktiven Effekt beruhendes Verfahren zur Positionsmessung und eine Positions-Messvorrichtung anzugeben, die eine Erhöhung der Messgenauigkeit ohne Mehraufwand ermöglichen.The invention has for its object to provide a based on the magnetostrictive effect method for position measurement and a position measuring device, which allow an increase in the accuracy without additional effort.

Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Verfahrensanspruch und im nebengeordneten Vorrichtungsanspruch angegebenen Merkmale jeweils gelöst.The object is achieved by the features specified in the independent method claim and in the independent device claim features.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Positionsmessung eines Objekts, bei dem ein dem Objekt zugeordneter Magnet entlang eines magnetostriktiven Wellenleiters bewegt wird, bei dem der Magnet in einem Feldbereich im Wellenleiter eine erste Magnetfeldkomponente verursacht, bei dem ein Stromsignal mit einem Stromimpuls bereitgestellt wird, das im Wellenleiter ein Strom-Magnetfeld verursacht, das zumindest eine Feldkomponente im Wellenleiter aufweist, die von der vom Magneten verursachten Feldkomponente abweicht, beidem im Feldbereich aufgrund der Feldänderung während des Stromimpulses im Wellenleiter infolge des magnetostriktiven Effekts eine Welle entsteht, die erfasst wird, und bei dem die Position des Objekts aus der Laufzeit der Welle im Wellenleiter ermittelt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass das Stromsignal mit einer gezielt vorgegebenen Strom-Anstiegsrampe beginnt, deren zeitlicher Verlauf derart festgelegt ist, dass keine Welle detektiert wird, und dass im Anschluss an die Strom-Anstiegsrampe der Stromimpuls bereitgestellt wird, der zum Entstehen einer detektierbaren Welle führt.The procedure according to the invention for measuring the position of an object, in which a Object magnet is moved along a magnetostrictive waveguide, wherein the magnet in a field region in the waveguide causes a first magnetic field component in which a current signal is provided with a current pulse which causes a current magnetic field in the waveguide having at least one field component in the waveguide which deviates from the field component caused by the magnet, in which a wave is generated in the field region due to the field change during the current pulse in the waveguide due to the magnetostrictive effect, and the position of the object is determined from the propagation time of the wave in the waveguide, is characterized in that the current signal begins with a deliberately predetermined current increase ramp, the time course is set so that no wave is detected, and that following the current rise ramp, the current pulse is provided, which is responsible for the emergence of a ierbaren shaft leads.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionsmessung liegt in der erhöhten Messgenauigkeit, wobei konstruktive Änderungen der an sich bekannten Positions-Messvorrichtung nicht notwendig sind. Erforderlich ist nur eine Änderung des Stromsignals, die mit vergleichsweise einfachen Mitteln erreicht werden kann.A significant advantage of the method according to the invention for position measurement lies in the increased measurement accuracy, wherein design changes of the known position measuring device are not necessary. Required is only a change of the current signal, which can be achieved with relatively simple means.

In der vorliegenden Anmeldung werden ein Verfahren zur Positionsmessung beziehungsweise eine Positions-Messvorrichtung beschrieben. Selbstverständlich sind ein Bewegungs-Messverfahren beziehungsweise eine Bewegungs-Messvorrichtung eingeschlossen, denn die Bewegung, beispielsweise eine gleichförmige oder beschleunigte Bewegung des Objektes, kann aus mehreren zeitlich nacheinander erfassten Positionen ermittelt werden.In the present application, a method for position measurement or a position measuring device are described. Of course, a movement measuring method or a movement measuring device are included, because the movement, for example a uniform or accelerated movement of the object, can be determined from a plurality of positions detected one after the other.

Die erfindungsgemäße Festlegung des Stromsignals ermöglicht den Einsatz eines stärkeren Magneten mit höherer Feldstärke. Bei der bisherigen Festlegung des Stromsignals nur als Stromimpuls würden jedoch in einem Feldbereich größere Feldausläufer entstehen, innerhalb dem bei der Überlagerung des vom Magneten verursachten Magnetfeldes und dem vom Stromfluss verursachten Strom-Magnetfeld im Wellenleiter die Welle entsteht, wodurch gewissermaßen ein örtliches „Verschleifen” der Welle auftritt, sodass durch die erhöhte magnetische Feldstärke an sich gewonnene erhöhte Unempfindlichkeit gegenüber Störfeldern und das erhöhte Signal-zu-Rausch-Verhältnis und die dadurch erwartete höhere Messgenauigkeit in der Praxis nicht erzielt werden können. Die Vorteile werden erst durch die erfindungsgemäße Festlegung des Stromsignals erreicht, die zu kürzeren Feldausläufern führt, sodass das „Verschleifen” der Welle geringer ausfällt.The determination of the current signal according to the invention makes it possible to use a stronger magnet with a higher field strength. In the previous definition of the current signal only as a current pulse but larger field spurs would arise in a field area, within which the superposition of the magnet caused by the magnetic field and caused by the current flow current magnetic field in the waveguide, the wave, so to speak, a local "grinding" of Wave occurs, so that the increased magnetic field strength inherent increased insensitivity to interference fields and the increased signal-to-noise ratio and thereby expected higher accuracy can not be achieved in practice. The advantages are achieved only by the determination according to the invention of the current signal, which leads to shorter field spurs, so that the "grinding" of the shaft is less.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionsmessung ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.Advantageous developments and refinements of the method according to the invention for position measurement emerge from the dependent claims.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass nach dem Stromimpuls eine Strom-Abfallrampe vorgesehen wird. Damit kann eine weitere Erhöhung der Messgenauigkeit erzielt werden.An embodiment provides that after the current pulse, a current-drop ramp is provided. Thus, a further increase in the measurement accuracy can be achieved.

Eine andere Ausgestaltung sieht die Festlegung der Dauer der Strom-Anstiegsrampe und/oder der Strom-Abfallrampe auf einen Wert von 15 μs bis 70 μs vor. Mit dieser Maßnahme kann eine hohe Wiederholrate der Messung erreicht werden. Die schnelleren Strom-Anstiegsrampen und/oder Strom-Abfallrampen werden bevorzugt bei kurzen Messdistanzen eingesetzt, um eine Überlappung von Stromimpulsen sowie Empfangssignalen und somit „Totbereiche” zu vermeiden beziehungsweise eine hohe Wiederholrate der Positionsmessung zu ermöglichen.Another embodiment provides for the determination of the duration of the current rise ramp and / or the current fall-off ramp to a value of 15 μs to 70 μs. With this measure, a high repetition rate of the measurement can be achieved. The faster current rise ramps and / or current fall ramps are preferably used at short measurement distances in order to avoid an overlap of current pulses and receive signals and thus "dead zones" or to allow a high repetition rate of the position measurement.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass sowohl eine Strom-Anstiegsrampe als auch eine Strom-Abfallrampe vorgesehen werden, wobei die Dauer der Strom-Anstiegsrampe von der Dauer der Strom-Abfallrampe abweicht. Damit steht eine weitere Einflussmöglichkeit auf die Welle zu Verfügung. Eine im Vergleich zur Strom-Anstiegsrampe kürzere Strom-Abfallrampe wird bevorzugt vorgesehen, um wieder eine Überlappung von Stromimpulsen sowie Empfangssignalen und somit „Totbereiche” zu vermeiden beziehungsweise eine hohe Wiederholrate der Positionsmessung zu ermöglichen.A further embodiment provides that both a current rise ramp and a current fall-off ramp are provided, wherein the duration of the current rise ramp deviates from the duration of the current fall-off ramp. This provides further influence on the wave. A shorter current drop-off ramp compared to the current rise ramp is preferably provided, again to avoid an overlap of current pulses and received signals and thus "dead zones" or to enable a high repetition rate of the position measurement.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht eine Variation der Strom-Anstiegsrampen und/oder Strom-Abfallrampen, gegebenenfalls sogar von unmittelbar aufeinanderfolgenden Stromimpulsen vor. Vorzugsweise werden die Strom-Anstiegsrampen und/oder Strom-Abfallrampen im Hinblick auf das Ergebnis wenigstens einer vorangegangenen Positionsmessung variiert. Hierbei werden zweckmäßigerweise bei Positionen, die kürzeren Wellen-Laufzeiten entsprechen, kürzere Strom-Anstiegsrampen und/oder Strom-Abfallrampen vorgegeben, um auch hier eine Überlappung von Stromimpulsen sowie Empfangssignalen und somit „Totbereiche” zu vermeiden beziehungsweise eine hohe Wiederholrate der Positionsmessung zu ermöglichen.An advantageous development provides for a variation of the current rise ramps and / or current fall ramps, possibly even of directly successive current pulses. Preferably, the current rise ramps and / or current fall ramps are varied with respect to the result of at least one previous position measurement. Here are expediently given at positions that correspond to shorter wave maturities, shorter current rise ramps and / or current fall ramps to avoid overlapping of current pulses and received signals and thus "dead zones" or to allow a high repetition rate of the position measurement here.

Eine Ausgestaltung betrifft den Stromimpuls, dessen Dauer auf einen Wert von 3 μs bis 6 μs festgelegt wird. Auch mit dieser Maßnahme kann Einfluss auf die Welle und auf die Wiederholrate der Messung genommen werden.One embodiment relates to the current pulse whose duration is set to a value of 3 .mu.s to 6 .mu.s. This measure also influences the wave and the repetition rate of the measurement.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Strom-Anstiegsrampe und/oder die Strom-Abfallrampe wenigstens näherungsweise linear vorgegeben werden. Alternativ können wenigstens eine Rampe, vorzugsweise beide Rampen auch nichtlinear vorgegeben werden. Weiterhin können die Strom-Anstiegsrampe und/oder die Strom-Abfallrampe mit sowohl linearen als auch nichtlinearen Abschnitten vorgegeben werden.An embodiment provides that the current rise ramp and / or the current fall-off ramp are set at least approximately linearly. Alternatively, at least one ramp, preferably both ramps, can also be specified nonlinearly. Furthermore, the current rise ramp and / or the current fall ramp can be set with both linear and nonlinear sections.

Eine Ausgestaltung betreffend Stromimpuls sieht vor, dass der Stromimpuls als bipolarer Stromimpuls vorgegeben wird, wobei ein positiver und ein negativer Impuls-Signalanteil auftreten.An embodiment concerning current pulse provides that the current pulse is given as a bipolar current pulse, with a positive and a negative pulse signal component occur.

Eine Weiterbildung sieht einen Strom-Schwellenwert vor, bis zu dem die Strom-Anstiegsrampe ansteigt, wobei der Strom-Schwellenwert vorzugsweise auf einen Wert festgelegt wird, der wenigstens näherungsweise dem Betrag der Höhe des Stromimpulses entspricht. Wenn der Strom-Schwellenwert beispielsweise auf einen Wert von 2A bis 3A festgelegt wird, liegt der Betrag der Höhe des Stromimpulses ebenfalls bei einem Wert im Bereich von 2A bis 3A.A refinement provides for a current threshold value up to which the current rise ramp increases, wherein the current threshold value is preferably set to a value which at least approximately corresponds to the magnitude of the magnitude of the current pulse. For example, when the current threshold is set to a value of 2A to 3A, the magnitude of the magnitude of the current pulse is also in a range of 2A to 3A.

Die erfindungsgemäße Positions-Messvorrichtung zur Positionsmessung eines Objekts führt sämtliche erforderlichen Verfahrensschritte aus. Die Positions-Messvorrichtung enthält einen magnetostriktiven Wellenleiter, einen dem Objekt zuzuordnenden Magneten, der ein Magnetfeld im Wellenleiter verursacht, eine Startsignal-Bereitstellung zum Bereitstellen eines Startimpulses zum Starten des Messvorgangs, einen Stromgenerator zur Festlegung des Stromsignals, eine Wellen-Erfassung zur Bereitstellung eines Stoppimpulses und eine Laufzeit-Ermittlung, die aus der Zeitdifferenz zwischen dem Startimpuls und dem Stoppimpuls die Laufzeit der Welle im Wellenleiter ermittelt, die ein Maß für die Position des Objekts ist.The position measuring device according to the invention for measuring the position of an object performs all the required method steps. The position measuring apparatus includes a magnetostrictive waveguide, a magnet to be associated with the object causing a magnetic field in the waveguide, a start signal providing for providing a start pulse for starting the measurement, a current generator for fixing the current signal, a wave detection for providing a stop pulse and a transit time determination, which determines from the time difference between the start pulse and the stop pulse, the travel time of the wave in the waveguide, which is a measure of the position of the object.

Der Magnet kann mehrere Enden aufweisen, zwischen denen jeweils Magnetfelder auftreten. Ein solcher Magnet ist beispielsweise als Doppel-U-Magnet realisiert. Eine vorteilhafte Alternative sieht einen Magneten vor, der nur eine Magnetfeldkomponente bereitstellt. Ein solcher Magnet, beispielsweise ein Stabmagnet oder ein Einfach-U-Magnet weist dann genau zwei Enden auf, zwischen denen das Magnetfeld auftritt. Mit dieser Maßnahme kann Einfluss auf die Form der entstehenden Welle und damit auf die Genauigkeit der Laufzeitmessung und letztendlich auf die Genauigkeit der Positionsmessung genommen werden.The magnet may have several ends between which magnetic fields occur. Such a magnet is realized for example as a double-U magnet. An advantageous alternative provides for a magnet that provides only a magnetic field component. Such a magnet, for example a bar magnet or a single-U magnet then has exactly two ends, between which the magnetic field occurs. This measure can influence the shape of the resulting wave and thus the accuracy of the transit time measurement and ultimately the accuracy of the position measurement.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionsmessung und der erfindungsgemäßen Positions-Messvorrichtung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further advantageous developments and refinements of the method according to the invention for position measurement and the position measuring device according to the invention will become apparent from the following description. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Es zeigenShow it

1 eine Positions-Messvorrichtung, 1 a position measuring device,

2a ein Magnetfeld ohne Stromsignal bei einem schwächeren Magneten, 2a a magnetic field without current signal at a weaker magnet,

2b ein Magnetfeld mit Stromsignal bei dem schwächeren Magneten, 2 B a magnetic field with current signal at the weaker magnet,

3a ein Stromsignal gemäß dem Stand der Technik, 3a a current signal according to the prior art,

3b ein Wellensignal bei schwächerem Magneten gemäß dem Stand der Technik, 3b a wave signal at weaker magnet according to the prior art,

3c ein Startsignal und ein Stoppsignal gemäß dem Stand der Technik, 3c a start signal and a stop signal according to the prior art,

4a ein Magnetfeld ohne Stromsignal bei einem stärkeren Magneten, 4a a magnetic field without current signal at a stronger magnet,

4b ein Magnetfeld mit Stromsignal bei dem stärkeren Magneten, 4b a magnetic field with current signal at the stronger magnet,

5a ein Stromsignal gemäß dem Stand der Technik bei dem stärkeren Magneten, 5a a current signal according to the prior art in the stronger magnet,

5b ein Wellensignal gemäß dem Stand der Technik bei dem stärkeren Magneten, 5b a wave signal according to the prior art in the stronger magnet,

5c ein Startsignal und ein Stoppsignal gemäß dem Stand der Technik bei dem stärkeren Magneten, 5c a start signal and a stop signal according to the prior art with the stronger magnet,

6a ein Stromsignal gemäß dem Stand der Technik bei dem stärkeren Magneten und einer höheren Stromstärke, 6a a current signal according to the prior art with the stronger magnet and a higher current,

6b ein Wellensignal gemäß dem Stand der Technik bei dem stärkeren Magneten und der höheren Stromstärke, 6b a wave signal according to the prior art at the stronger magnet and the higher current,

6c ein Startsignal und ein Stoppsignal gemäß dem Stand der Technik bei einem stärkeren Magneten und dem höheren Stromsignal, 6c a start signal and a stop signal according to the prior art with a stronger magnet and the higher current signal,

7a ein erfindungsgemäßes Stromsignal, 7a an inventive current signal,

7b ein Magnetfeld ohne erfindungsgemäßes Stromsignal bei dem stärkeren Magneten, 7b a magnetic field without inventive current signal at the stronger magnet,

7c ein Magnetfeld mit dem erfindungsgemäßen Stromsignal bei dem stärkeren Magneten, 7c a magnetic field with the current signal according to the invention in the stronger magnet,

7d ein weiteres Magnetfeld mit dem erfindungsgemäßen Stromsignal bei dem stärkeren Magneten, 7d another magnetic field with the current signal according to the invention in the stronger magnet,

8a wieder das erfindungsgemäße Stromsignal, 8a again the current signal according to the invention,

8b ein Wellensignal bei dem erfindungsgemäßen Stromsignal und bei dem stärkeren Magneten, 8b a wave signal in the current signal according to the invention and in the stronger magnet,

8c ein Startsignal und ein Stoppsignal bei dem erfindungsgemäßen Stromsignal und bei dem stärkeren Magneten, 8c a start signal and a stop signal in the current signal according to the invention and in the stronger magnet,

9a ein Wellensignal gemäß dem Stand der Technik mit Rauschen, 9a a wave signal according to the prior art with noise,

9b ein Wellensignal mit Rauschen bei dem erfindungsgemäßen Stromsignal und bei dem stärkeren Magneten und 9b a wave signal with noise in the current signal according to the invention and the stronger magnet and

10a–10d Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stromsignals. 10a - 10d Embodiments of the current signal according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures

1 zeigt eine Positions-Messvorrichtung 10, welche die Position eines Objekts 12 in Bezug auf einen Wellenleiter 14 ermittelt. Dem Objekt 12 ist ein Magnet 16 zugeordnet, der in einem Feldbereich 18 eine erste Magnetfeldkomponente 20 im Wellenleiter 14 verursacht, die innerhalb des Wellenleiters 14 vorzugsweise axial ausgerichtet ist. 1 shows a position measuring device 10 indicating the position of an object 12 with respect to a waveguide 14 determined. The object 12 is a magnet 16 assigned in a field area 18 a first magnetic field component 20 in the waveguide 14 caused within the waveguide 14 is preferably axially aligned.

An einem Ende des Wellenleiters 14 ist eine Dämpfungsvorrichtung 22 und am anderen Ende des Wellenleiters 14 eine Wellen-Erfassung 24 angeordnet. Die Wellen-Erfassung 24, die eine Spule 26 enthält, ist Teil einer signalverarbeitenden Anordnung 28, die weiterhin eine Startsignal-Bereitstellung 30, einen Stromgenerator 32 sowie eine Wellenlaufzeit-Ermittlung 34 aufweist.At one end of the waveguide 14 is a damping device 22 and at the other end of the waveguide 14 a wave detection 24 arranged. The wave detection 24 that a coil 26 contains, is part of a signal processing arrangement 28 , which continues to provide a start signal 30 , a power generator 32 and a wave-time determination 34 having.

Die Startsignal-Bereitstellung 30 stellt sowohl dem Stromgenerator 32 als auch der Wellenlaufzeit-Ermittlung 34 ein Startsignal 36 zur Verfügung. Der Stromgenerator 32 stellt dem Wellenleiter 14 ein Stromsignal 38 zur Verfügung. Die Wellen-Erfassung 24 stellt der Wellenlaufzeit-Ermittlung 34 ein Stoppsignal 40 zur Verfügung, welche ihrerseits ein Positionssignal 42 bereitstellt.The start signal provision 30 represents both the power generator 32 and the wave-time determination 34 a start signal 36 to disposal. The power generator 32 puts the waveguide 14 a current signal 38 to disposal. The wave detection 24 represents the wave-time determination 34 a stop signal 40 available, which in turn a position signal 42 provides.

Die Arbeitsweise der Positions-Messvorrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik wird anhand der in den 2a–2b, 3a–3c, 4a–4b, 5a–5c und 6a–6c gezeigten Signalverläufen und Magnetfeldern erläutert. Diejenigen in den folgenden Figuren bezeichneten Teile, die mit den in 1 gezeigten Teilen übereinstimmen, tragen jeweils dieselben Bezugszeichen. Diese Vereinbarung gilt sinngemäß für die weiteren Figuren.The operation of the position measuring device 10 According to the prior art is based on in the 2a - 2 B . 3a - 3c . 4a - 4b . 5a - 5c and 6a - 6c illustrated signal waveforms and magnetic fields explained. Those in the following figures designated parts corresponding to those in 1 The same reference numerals correspond to each other. This agreement applies mutatis mutandis to the other figures.

Die Positionsmessung beruht auf einer Laufzeitmessung einer im Wellenleiter 14 gezielt hervorgerufenen mechanischen Welle. Die Welle entsteht aufgrund des magnetostriktiven Effekts, den der ferromagnetische Wellenleiter 14 aufweisen soll. Die Welle entsteht im Feldbereich 18 bei einer Änderung der Richtung des Magnetfelds innerhalb des Wellenleiters 14, wobei die zeitliche Änderung eine bestimmte Änderungsgeschwindigkeit aufweisen muss, wenn eine eindeutig detektierbare Welle entstehen soll. Die Laufzeit der Welle liegt beispielsweise bei 2800 m/s, sodass je nach Messbereich Laufzeiten im 100 μs-Bereich erwartet werden können.The position measurement is based on a transit time measurement of one in the waveguide 14 specifically induced mechanical wave. The wave is due to the magnetostrictive effect of the ferromagnetic waveguide 14 should have. The wave arises in the field area 18 upon a change in the direction of the magnetic field within the waveguide 14 , wherein the temporal change must have a certain rate of change, if a clearly detectable wave is to arise. The running time of the shaft is, for example, 2800 m / s, so depending on the measuring range, run times in the 100 μs range can be expected.

2a zeigt die vom Magneten 16 verursachte Magnetfeldkomponente 20, die innerhalb des Wellenleiters 14 vorzugsweise in axialer Richtung des Wellenleiters 14 orientiert ist. 2a shows the from the magnet 16 caused magnetic field component 20 that are inside the waveguide 14 preferably in the axial direction of the waveguide 14 is oriented.

In 2a ist davon ausgegangen, dass der gesamte Wellenleiter 14 aufmagnetisiert ist, wobei das Eigenmagnetfeld 50 wenigstens näherungsweise senkrecht zur axialen Richtung des Wellenleiters 14 orientiert sein soll. Das Magnetfeld 50 vereinfacht die Erfassung der entstehenden Welle in der Wellen-Erfassung 24, die deshalb mit einer einfachen um den Wellenleiter 14 gewickelten Spule 26 realisiert werden kann. Die in die Spule 26 einlaufende Welle verursacht aufgrund des umgekehrten magnetostriktiven Effekts eine Änderung des Magnetfelds 50 im Bereich der Spule 26, die eine Spannung in der Spule 26 induziert, die zur Messung der Laufzeit der Welle erfasst wird. Ohne das Eigenmagnetfeld 50 wären in der Wellen-Erfassung 24 weitere Maßnahmen wie beispielsweise der Einsatz eines weiteren Hilfs-Magneten vorzusehen.In 2a It is assumed that the entire waveguide 14 is magnetized, with the intrinsic magnetic field 50 at least approximately perpendicular to the axial direction of the waveguide 14 should be oriented. The magnetic field 50 simplifies the detection of the resulting wave in the wave detection 24 That's why with a simple around the waveguide 14 wound coil 26 can be realized. The in the coil 26 incoming wave causes a change in the magnetic field due to the reversed magnetostrictive effect 50 in the area of the coil 26 that has a voltage in the coil 26 induced to measure the propagation time of the wave. Without the own magnetic field 50 would be in the wave capture 24 to provide further measures such as the use of another auxiliary magnet.

In 2a sind Feldausläuferbereiche 52a, 52b symbolisch eingetragen, die sich über eine bestimmte Länge des Wellenleiters 14 erstrecken, welche die Genauigkeit der Positionsmessung beeinflussen. Je größer die Erstreckung der Feldausläuferbereiche 52a, 52b ist, desto größer wird der Bereich, in welchem die Welle ausgelöst wird. Entsprechend ungenauer wird die Positionsmessung.In 2a are field foothill areas 52a . 52b symbolically registered, extending over a certain length of the waveguide 14 extend, which affect the accuracy of the position measurement. The larger the extension of the field foothill areas 52a . 52b is, the larger the area in which the wave is triggered. The position measurement becomes correspondingly less accurate.

Die Startsignal-Bereitstellung 30 löst einen Positions-Messvorgang mit der Bereitstellung des Startsignals 36 aus. Das Startsignal 36 veranlasst den Stromgenerator 32 zur Bereitstellung des Stromsignals 38, das gemäß dem Stand der Technik ausschließlich ein in 3a gezeigter Stromimpuls 60 ist, der eine Impulsdauer von einigen μs, beispielsweise 4,6 μs aufweist. Der Betrag der Stromstärke des Stromimpulses 60 ist beispielsweise auf 2,5 A festgelegt. Die Anstiegszeit und die Abfallzeit des Stromimpulses 60 werden nicht gezielt festgelegt. Die Flanken ergeben sich vielmehr aufgrund der schaltungstechnischen Gegebenheiten, wobei die Zeiten normalerweise einen Bruchteil der Impulsdauer betragen.The start signal provision 30 triggers a position measurement with the provision of the start signal 36 out. The start signal 36 causes the power generator 32 for providing the current signal 38 , which according to the prior art exclusively in 3a shown current pulse 60 which has a pulse duration of a few μs, for example 4.6 μs. The amount of current of the current pulse 60 For example, it is set to 2.5A. The rise time and fall time of the current pulse 60 are not set specifically. The flanks arise rather due to the circuitry conditions, wherein the times are usually a fraction of the pulse duration.

Der Stromimpuls 60 hat im Wellenleiter 14 einen Stromfluss zur Folge, der mit einem in 2b dargestellten Strom-Magnetfeld 64 einhergeht, welches innerhalb und außerhalb des Wellenleiters 14 zirkular ausgerichtet ist. Das Strom-Magnetfeld 64 addiert sich vektoriell zum gegebenenfalls vorhandenen Eigenmagnetfeld 50.The current pulse 60 has in the waveguide 14 result in a current flow, which with an in 2 B illustrated current magnetic field 64 which goes inside and outside the waveguide 14 is circularly aligned. The current magnetic field 64 adds vectorially to the possibly existing own magnetic field 50 ,

Im Feldbereich 18 überlagert sich das Strom-Magnetfeld 64 mit der vom Magneten 16 verursachten Magnetfeldkomponente 20 zu einem resultierenden Magnetfeld, das im Feldbereich 18 zu einer Änderung der Magnetfeldrichtung für die vom Stromimpuls 60 vorgegebene Dauer des Stromimpulses 60 führt. Die zeitlich begrenzte Änderung der Magnetfeldrichtung im Feldbereich 18 führt aufgrund des magnetostriktiven Effekts zum Auftreten einer mechanischen Welle im Wellenleiter 14, die sich in Richtung der beiden Enden des Wellenleiters 14 mit einer für das Material des Wellenleiters 14 bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit von beispielsweise 2800 m/s ausbreitet. Die an das eine Ende des Wellenleiters 14 laufende Welle wird in der Dämpfungsvorrichtung 22 absorbiert, sodass an diesem Ende die Welle nicht reflektiert wird.In the field area 18 the current magnetic field is superimposed 64 with the magnet 16 caused magnetic field component 20 to a resulting magnetic field in the field area 18 to a change in the magnetic field direction for the current pulse 60 predetermined duration of the current pulse 60 leads. The temporally limited change of the magnetic field direction in the field area 18 due to the magnetostrictive effect leads to the appearance of a mechanical wave in the waveguide 14 extending towards the two ends of the waveguide 14 with one for the material of the waveguide 14 propagates known propagation speed of 2800 m / s, for example. The one end of the waveguide 14 Running wave is in the damping device 22 absorbed so that at this end the wave is not reflected.

Das in 3b gezeigte Wellensignal 66, dessen Pegel in relativen Einheiten dargestellt ist, wird am anderen Ende des Wellenleiters 14 von der Wellen-Erfassung 24 erfasst. Die Zeitskalierung in 3b weicht von der Skalierung gemäß 3a ab, weil die Dauer des Stromimpulses 60 erheblich kürzer als die erwartete Laufzeit ist. Die Wellen-Erfassung 24 ermittelt das Stoppsignal 40 vorzugsweise durch ein Detektieren eines möglichst steilen Signalverlaufs des Wellensignals 66. Das ist üblicherweise ein Nulldurchgang des Wellensignals 66. Aufgrund des unvermeidlichen Rauschens und aufgrund von Schwingungen des Wellensignals 66 treten prinzipiell beliebig viele Nulldurchgänge auf. Das Stoppsignal 40 wird deshalb nur bereitgestellt, wenn das Wellensignal 66 vor dem Nulldurchgang einen Schwellenwert 68 durchschritten hat.This in 3b shown wave signal 66 , whose level is shown in relative units, is at the other end of the waveguide 14 from the wave detection 24 detected. The time scale in 3b deviates from the scaling according to 3a because of the duration of the current pulse 60 considerably shorter than the expected duration. The wave detection 24 determines the stop signal 40 preferably by detecting as steep as possible a signal waveform of the wave signal 66 , This is usually a zero crossing of the wave signal 66 , Due to the inevitable noise and due to oscillations of the wave signal 66 In principle, any number of zero crossings occur. The stop signal 40 is therefore provided only when the wave signal 66 before the zero crossing a threshold 68 has passed.

Die Laufzeit-Ermittlung 40 ermittelt die Wellenlaufzeit ausgehend vom bekannten Startsignal 36 bis zum Auftreten des Nulldurchgangs des Wellensignals 66, welches mit dem Ende des Stoppsignals 40 signalisiert wird. Die Laufzeit ist eine Maß für die Position des Objekts 12 in Bezug auf den Wellenleiter 14. Die Position des Objekts 12 wird von der Laufzeit-Ermittlung 40 als Positionssignal 42 ausgegeben.The term determination 40 determines the wave travel time based on the known start signal 36 until the occurrence of the zero crossing of the wave signal 66 , which coincides with the end of the stop signal 40 is signaled. The runtime is a measure of the position of the object 12 in relation to the waveguide 14 , The position of the object 12 is determined by the runtime determination 40 as a position signal 42 output.

Das Ziel einer möglichst genauen Positionsmessung könnte beispielsweise durch den Einsatz eines in 4a dargestellten Magneten 70 mit einem stärkeren Magnetfeld 72 erreicht werden. Die Verhältnisse sind die den 4a–4b in Verbindung mit den 5a–5c dargestellt.The goal of a precise position measurement could, for example, by the use of an in 4a illustrated magnets 70 with a stronger magnetic field 72 be achieved. The conditions are the 4a - 4b in conjunction with the 5a - 5c shown.

Das stärkere Magnetfeld 72 hat ausgedehntere Feldausläufer 74a, 74b zur Folge. Der Stromimpuls 60 hat gemäß 4b wieder eine zeitlich begrenzte Magnetfeldänderung im Feldbereich 18 zur Folge, die jedoch aufgrund der ausgedehnteren Feldausläufer 74a, 74b zu einer Welle führt, die sich über einen längeren Zeitbereich erstreckt, wobei zusätzlich der Pegel des Wellensignals 76 verringert sein kann. Im ungünstigsten Fall kann kein eindeutiger Nulldurchgang detektiert werden. In 5c sind zwei Stoppimpulse 78, 80 eingetragen, die eine eindeutige Positionsmessung nicht zulassen beziehungsweise die Messgenauigkeit in Frage stellen.The stronger magnetic field 72 has broader field foothills 74a . 74b result. The current pulse 60 has according to 4b again a time-limited magnetic field change in the field area 18 However, due to the extended field foothills 74a . 74b leads to a wave that extends over a longer time range, wherein additionally the level of the wave signal 76 can be reduced. In the worst case, no unique zero crossing can be detected. In 5c are two stop pulses 78 . 80 entered, which do not allow a clear position measurement or question the measurement accuracy in question.

Eine Verbesserungsmöglichkeit ist durch eine Erhöhung des Betrags der Stromhöhe des Stromimpulses 82 möglich, der in 6a gezeigt ist. Der Betrag ist beispielsweise auf 5A erhöht. Eine mögliche Auswirkung auf das neue Wellensignal 84 ist in 6b und auf neuen ermittelten Stoppimpuls 86 in 6c gezeigt. Das Wellensignal 84 ist noch zu breit, sodass eine Erhöhung der Messgenauigkeit kaum erzielt werden kann.One possibility for improvement is by increasing the magnitude of the current level of the current pulse 82 possible, in 6a is shown. For example, the amount is increased to 5A. A potential impact on the new wave signal 84 is in 6b and on new determined stop pulse 86 in 6c shown. The wave signal 84 is still too wide, so that an increase in measurement accuracy can hardly be achieved.

Erfindungsgemäß ist ein Stromsignal 88 vorgesehen, das gemäß 7a eine gezielt vorgegebene Anstiegs-Stromrampe 90 aufweist, deren zeitlicher Verlauf derart festgelegt wird, dass die Wellen-Erfassung 24 keine Welle detektiert. Die vorzugsweise experimentell festgelegte Anstiegs-Stromrampe 90 soll zu keiner oder höchstens nur zu einer kleinen Welle im Wellenleiter 14 führen, die von der Wellen-Erfassung 24 noch nicht detektiert wird. An die Anstiegs-Stromrampe 90 schließt sich unmittelbar ein Stromimpuls 92 an, der wie der herkömmliche Stromimpuls 60 ausgestaltet sein kann. Erst der Stromimpuls 92 soll zu einer detektierbaren Welle im Wellenleiter 14 führen.According to the invention, a current signal 88 provided in accordance with 7a a deliberately given rise current ramp 90 whose timing is determined so that the wave detection 24 no wave detected. The preferably experimentally determined increase current ramp 90 should be no or at most only a small wave in the waveguide 14 Lead by the waves capturing 24 not yet detected. At the Rise Current Ramp 90 closes immediately a current pulse 92 on, like the conventional current pulse 60 can be designed. Only the current pulse 92 should become a detectable wave in the waveguide 14 to lead.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Stromsignals 88 wird anhand der in den 7b–7d gezeigten Magnetfeldern gezeigt. Ausgangspunkt könnte die in 4a gezeigte Anordnung sein, bei der vergleichsweise weit ausgedehnte Feldausläufer 74a, 74b auftreten. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist hierbei jedoch, dass ein stärkerer Magnet 70 mit einem stärkeren Magnetfeld 72 eingesetzt werden kann. Die breiteren Feldausläufer 74a, 74b wirken sich jedoch nicht negativ auf die Messgenauigkeit wie im Stand der Technik aus.The mode of action of the current signal according to the invention 88 is based on the in the 7b - 7d shown magnetic fields shown. The starting point could be the in 4a be shown arrangement in the comparatively wide field spurs 74a . 74b occur. An advantage of the procedure according to the invention, however, is that a stronger magnet 70 with a stronger magnetic field 72 can be used. The wider field foothills 74a . 74b However, they do not have a negative effect on the measurement accuracy as in the prior art.

Wie in 7c dargestellt, nimmt die Feldstärke des Strom-Magnetfeldes 64 während der Anstiegs-Stromrampe 90 des Stromsignals 88 während dieser Zeitspanne ständig zu. Gleichzeitig verkleinern sich aufgrund der stärkeren Ausrichtung des resultierenden Magnetfeldes die Feldausläufer 74a, 74b immer weiter. Bis zu diesem Zeitpunkt wird im Hinblick auf die gezielt festgelegte Anstiegs-Stromrampe 90 das Entstehen der Welle im Feldbereich 18 des Wellenleiters 14 unterdrückt oder zumindest in dem Maß soweit vermieden, dass keine Welle detektiert werden kann.As in 7c shown, the field strength of the current magnetic field decreases 64 during the ramp-up ramp 90 of the current signal 88 constantly during this period. At the same time decrease due to the stronger orientation of the resulting magnetic field field spurs 74a . 74b always on. Up to this time will be in view of the targeted fixed ramp current 90 the emergence of the wave in the field area 18 of the waveguide 14 suppressed or at least to the extent avoided so far that no wave can be detected.

Die Welle entsteht erst in unmittelbarem Anschluss an die Strom-Anstiegsrampe 90 beim Auftreten des Stromimpulses 92. Die Situation beim Auftreten des Stromimpulses 92 ist in 7d dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt liegen die kurzen Feldausläufer 74a, 74b vor. Die resultierende Welle entsteht dementsprechend nur in einem verkleinerten Feldbereich 18. Das dazugehörende Wellensignal 94 ist in 8b dargestellt. 8a gibt nochmals das in 7a dargestellte Stromsignal 88 wieder, um die Zuordnung zum neuen, sich ergebenden Wellensignal 94 gemäß 8b herauszustellen. Es entsteht eine örtlich und zeitlich stark begrenzte Welle, die einen eindeutigen und sehr steilen ersten Nulldurchgang aufweist. Das daraus gewonnene Stoppsignal 96, das in 8c dargestellt ist, ermöglicht eine Laufzeitmessung, die einer hohen Genauigkeit der zugeordneten Position des Objekts 12 entspricht.The wave is formed only in direct connection to the current rise ramp 90 when the current pulse occurs 92 , The situation when the current pulse occurs 92 is in 7d shown. At this time are the short field foothills 74a . 74b in front. The resulting wave accordingly arises only in a reduced field area 18 , The associated wave signal 94 is in 8b shown. 8a again in the 7a illustrated current signal 88 Again, the assignment to the new, resulting wave signal 94 according to 8b highlight. The result is a locally and temporally highly limited wave, which has a clear and very steep first zero crossing. The resulting stop signal 96 , this in 8c allows a transit time measurement, the high accuracy of the assigned position of the object 12 equivalent.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist die Verminderung des Einflusses des dynamischen Rauschens auf die Ermittlung der Laufzeit. Die Verhältnisse werden anhand der in den 9a und 9b gezeigten Wellensignalen 66, 94 sichtbar, wobei in 9a das in 3a gezeigte Wellensignal 66 und in 9b das neue Wellensignal 94 gemäß 8b wiedergegeben sind. Das jeweils ausschnittsweise dargestellte, stark vergrößerte Rauschen weist bei der bekannten Vorgehensweise gemäß 9a einen nahezu doppelt so großen mittleren Pegel auf als bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise gemäß 9b.Another advantage of the procedure according to the invention is the reduction of the influence of the dynamic noise on the determination of the transit time. The conditions are based on in the 9a and 9b shown wave signals 66 . 94 visible, with in 9a this in 3a shown wave signal 66 and in 9b the new wave signal 94 according to 8b are reproduced. The detail of each shown, greatly enlarged noise in accordance with the known procedure 9a an almost twice the mean level as in the inventive approach according to 9b ,

In den 7a und 8a sind die Stromsignale 88 zusätzlich mit einer Strom-Abfallrampe 98 versehen, die gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen werden kann. Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stromsignals 88 sind in den 10a–10d dargestellt.In the 7a and 8a are the current signals 88 additionally with a power-down ramp 98 provided, which can be provided according to an embodiment. Further embodiments of the current signal according to the invention 88 are in the 10a - 10d shown.

Gemäß 10a ist nur die Strom-Anstiegsrampe 90 vorgesehen, jedoch keine Strom-Abfallrampe 98. Eine andere Ausgestaltung mit sowohl einer Strom-Anstiegsrampe 90 als auch einer Strom-Abfallrampe 98 ist in 10b gezeigt, wobei die Dauer der Strom-Anstiegsrampe 90 unterschiedlich von der Dauer der Strom-Abfallrampe 98 festgelegt ist. Die Dauer der Strom-Anstiegsrampe 90 und/oder die Dauer der gegebenenfalls vorhandenen Strom-Abfallrampe 98 werden vorzugsweise auf einen Wert von 15 μs bis 70 μs festgelegt. Damit wird im Hinblick auf die erwarteten Wellen-Laufzeiten eine hohe Mess-Wiederholungsrate, insbesondere in Verbindung mit kurzen Strom-Anstiegsrampen 90 und/oder Strom-Abfallrampen 98 erzielt. Hierbei werden zusätzlich vorzugsweise die Dauern der Strom-Abfallrampen 98 kürzer als die Dauern der Strom-Anstiegsrampen 90 festgelegt.According to 10a is just the current rise ramp 90 provided, but no current fall ramp 98 , Another embodiment with both a current ramp 90 as well as a power-down ramp 98 is in 10b shown, with the duration of the current increase ramp 90 different from the duration of the power-down ramp 98 is fixed. The duration of the current increase ramp 90 and / or the duration of the optional power-down ramp 98 are preferably set to a value of 15 μs to 70 μs. Thus, with regard to the expected wave transit times, a high measurement repetition rate is achieved, in particular in conjunction with short current rise ramps 90 and / or power ramps 98 achieved. In addition, the durations of the current fall-off ramps are additionally preferred here 98 shorter than the duration of the current rise ramps 90 established.

Vorteilhafterweise wird eine Variation der Strom-Anstiegsrampen 90 und/oder Strom-Abfallrampen 98 vorgesehen, die gegebenenfalls sogar bei unmittelbar aufeinanderfolgenden Stromimpulsen Anwendung finden kann. Vorzugsweise werden die Strom-Anstiegsrampen 90 und/oder Strom-Abfallrampen 98 im Hinblick auf das Ergebnis wenigstens einer vorangegangenen Positionsmessung variiert. Hierbei werden zweckmäßigerweise bei Positionen, die kürzeren Wellen-Laufzeiten entsprechen, kürzere Strom-Anstiegsrampen 90 und/oder Strom-Abfallrampen 98 vorgegeben, um auch hier eine Überlappung von Stromimpulsen sowie Empfangssignalen und somit „Totbereiche” zu vermeiden beziehungsweise eine hohe Mess-Wiederholrate zu ermöglichen.Advantageously, a variation of the current rise ramps 90 and / or power ramps 98 provided, which may possibly even apply to directly successive current pulses application. Preferably, the current rise ramps 90 and / or power ramps 98 varies with respect to the result of at least one previous position measurement. Here are expediently at positions that correspond to shorter wave maturities, shorter current-rise ramps 90 and / or power ramps 98 predetermined, in order to avoid an overlap of current pulses and received signals and thus "dead zones" or to allow a high measurement repetition rate here.

Die Strom-Anstiegsrampe 90 geht in den Stromimpuls 92 vorzugsweise beim Erreichen eines Strom-Schwellenwerts 100 über. Der Strom-Schwellenwert 100 wird vorzugsweise auf einen Wert festgelegt wird, der wenigstens näherungsweise dem Betrag der Höhe des Stromimpulses 92 entspricht.The current increase ramp 90 goes into the current pulse 92 preferably upon reaching a current threshold 100 above. The current threshold 100 is preferably set to a value which is at least approximately the amount of the magnitude of the current pulse 92 equivalent.

Die Dauer des Stromimpulses 92 wird vorzugsweise auf einen Wert von 3 μs bis 6 μs und die Stromhöhe des Stromimpulses 92 auf einen Wert im Bereich von 2A bis 3A festgelegt, wobei der Strom-Schwellenwert 100 vorzugsweise ebenfalls bei 2A bis 3A liegt. Bei diesen Werten entsteht eine Welle, die zuverlässig und mit hoher Genauigkeit hinsichtlich ihrer Laufzeit detektiert werden kann.The duration of the current pulse 92 is preferably set to a value of 3 μs to 6 μs and the current level of the current pulse 92 set to a value in the range of 2A to 3A, where the current threshold 100 preferably also at 2A to 3A. These values create a wave that can be detected reliably and with high accuracy in terms of their transit time.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromsignals 88 ist in 10c dargestellt. Neben einem positiven Stromimpuls 92 enthält das Stromsignal 88 einen negativen Stromimpuls 102, sodass ein bipolares Stromsignal 88 entsteht. Die Strom-Abfallrampe 98 kann gegebenenfalls wieder vorgesehen werden. Die Beträge der entgegengesetzten Stromimpulse 92, 102 können gleich groß gewählt werden oder voneinander abweichen.A further embodiment of the current signal according to the invention 88 is in 10c shown. In addition to a positive current pulse 92 contains the current signal 88 a negative current pulse 102 so that a bipolar current signal 88 arises. The electricity drop ramp 98 may be provided again if necessary. The amounts of opposite current pulses 92 . 102 can be the same size or differ from each other.

10d zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromsignals 88, gemäß der eine nichtlineare Strom-Anstiegsrampe 90 anstatt einem wenigstens näherungsweise linearen Anstieg vorgesehen ist. Sofern auch eine Strom-Abfallrampe 98 vorgesehen ist, kann auch die Strom-Abfallrampe 98 nichtlinear realisiert sein. 10d shows a further embodiment of the current signal according to the invention 88 according to which a non-linear current ramp-up ramp 90 is provided instead of an at least approximately linear increase. As far as a power-ramp 98 is provided, can also be the power-drop ramp 98 be implemented non-linear.

Selbstverständlich können die Strom-Anstiegsrampen 90 und/oder die Strom-Abfallrampen 98 abschnittsweise sowohl lineare als auch nichtlineare Abschnitte ausweisen.Of course, the current-rise ramps 90 and / or the power-down ramps 98 Sectionally identify both linear and nonlinear sections.

Der Magnet 16 stellt gemäß den Figuren jeweils zwei axial entgegengesetzte Magnetfeldkomponenten bereit. Eine Alternative sieht einen Magneten vor, der nur eine Magnetfeldkomponente bereitstellt. Ein solcher Magnet, beispielsweise ein Stabmagnet oder ein Einfach-U-Magnet, weist genau zwei Enden auf, zwischen denen das Magnetfeld auftritt. Auch mit dieser Maßnahme kann Einfluss auf die Form der entstehenden Welle und damit auf die Genauigkeit der Laufzeitmessung und letztendlich auf die Genauigkeit der Positionsmessung genommen werden.The magnet 16 each provides two axially opposite magnetic field components according to the figures. An alternative provides a magnet that provides only a magnetic field component. Such a magnet, for example a bar magnet or a single U magnet, has exactly two ends between which the magnetic field occurs. Even with this measure, influence can be made on the shape of the resulting wave and thus on the accuracy of the transit time measurement and ultimately on the accuracy of the position measurement.

Ein als Stabmagnet ausgebildeter Magnet 16 kann auf zwei Arten positioniert sein. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Magnetachse senkrecht und gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel parallel zum Wellenleiter 14 orientiert. Bei der senkrechten Orientierung treten zwei axiale entgegengerichtete Feldkomponenten und bei der parallelen Orientierung nur eine axiale Feldkomponente im Wellenleiter 14 auf.A trained as a bar magnet magnet 16 can be positioned in two ways. According to a first embodiment, the magnetic axis is perpendicular and parallel to the waveguide according to another embodiment 14 oriented. In the vertical orientation occur two axial opposing field components and in the parallel orientation only an axial field component in the waveguide 14 on.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3898555 A [0002]
DE 3343410 A1 [0003]
DE 10164121 A1 [0005]

Claims

Method for measuring the position of an object ( 12 ), in which an object ( 12 ) associated magnet ( 16 ) along a magnetostrictive waveguide ( 14 ) is moved, wherein the magnet ( 16 ) in a field area ( 18 ) in the waveguide ( 14 ) a first magnetic field component ( 20 ), in which a current signal ( 88 ) with a current pulse ( 92 . 102 ) provided in the waveguide ( 14 ) a current magnetic field ( 64 ) causing at least one field component in the waveguide ( 14 ), that of the magnet ( 16 ) field component deviates, in which in the field area ( 18 ) due to the field change during the current pulse ( 92 ) in the waveguide ( 14 ), as a result of the magnetostrictive effect, a wave is generated which is detected and in which the position of the object ( 12 ) from the duration of the wave in the waveguide ( 14 ), characterized in that the current signal ( 88 ) with a deliberately predetermined current rise ramp ( 90 ), the timing of which is determined so that no wave is detected, and that, following the current rise ramp () 90 ) the current pulse ( 92 . 102 ) which results in the generation of a detectable wave.

Method according to claim 1, characterized in that after the current pulse ( 92 ) a power-down ramp ( 98 ) is provided.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the duration of the current rise ramp ( 90 ) and / or the duration of the current fall-off ramp ( 98 ) is set to a value of 15 μs to 70 μs.

Method according to claim 1, characterized in that both a current rise ramp ( 90 ) as well as a power-down ramp ( 98 ), the duration of the current increase ramp ( 90 ) of the duration of the current fall-off ramp ( 98 ) deviates.

Method according to claim 4, characterized in that the duration of the current fall-off ramp ( 98 ) shorter than the duration of the current rise ramp ( 90 ) is given.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the duration of the current rise ramp ( 90 ) and / or the duration of the current fall-off ramp ( 98 ) depending on the measured position of the object ( 12 ) is varied.

Method according to Claim 1, characterized in that the pulse duration of the current pulse ( 92 . 102 ) is set to a value of 3 μs to 6 μs.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the current rise ramp ( 90 ) and / or the current drop ramp ( 98 ) are given at least approximately linear.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the current rise ramp ( 90 ) and / or the current drop ramp ( 98 ) are specified non-linear.

Method according to Claims 8 and 9, characterized in that the current rise ramp ( 90 ) and / or the current drop ramp ( 98 ) with both linear and nonlinear sections.

Method according to Claim 1, characterized in that the current pulse ( 92 ) as a bipolar current pulse ( 92 . 102 ) is given.

Method according to Claim 1, characterized in that the magnitude of the current level of the current pulse ( 92 . 102 ) is set to a value in the range of 2A to 3A.

Method according to claim 1, characterized in that a current threshold ( 100 ), to which the current rise ramp ( 90 ) increases.

Method according to claim 13, characterized in that the current threshold value ( 100 ) is set to a value of 2A to 3A.

Method according to claim 14, characterized in that the current threshold value ( 100 ) is set at a value which is at least approximately equal to the magnitude of the current pulse ( 92 . 100 ) corresponds.

Position measuring device for measuring the position of an object ( 12 ), which carries out the method steps according to one of the preceding claims, characterized in that the position measuring device ( 10 ) a magnet ( 16 ), a magnetostrictive waveguide ( 14 ), a start signal provision ( 30 ), a power generator ( 32 ), a wave detection ( 24 ) and a runtime determination ( 40 ) contains.

Apparatus according to claim 16, characterized in that the magnet has exactly two ends.