DE102013014282A1 - Position measuring system and method for determining position - Google Patents
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Abstract
Ein Positionsmesssystem (1), bei dem mehrere Sensoren (9) in einer festen Lagebeziehung zueinander angeordnet sind und ein Messobjekt (3) entlang einer definierten Bahn relativ zu den Sensoren (9) bewegbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Sensor (9) eine Messzelle vorgesehen ist und die Sensoren (9) sequentiell an mindestens eine Ausgangsbusleitung ankoppelbar sind, wobei für den Sensor (9) innerhalb seiner Messzelle eine logische Schaltung zur Ankopplung mindestens eines Ausgangs des Sensors (9) an die zugeordnete Ausgangsbusleitung vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Positionsermittlung mit einem solchen Positionsmesssystem (1).A position measuring system (1), in which a plurality of sensors (9) are arranged in a fixed positional relationship to one another and a measurement object (3) is movable along a defined path relative to the sensors (9), is characterized in that for each sensor (9 ) a measuring cell is provided and the sensors (9) can be coupled sequentially to at least one output bus, wherein for the sensor (9) within its measuring cell, a logic circuit for coupling at least one output of the sensor (9) is provided to the associated output bus. The invention further relates to a method for determining position with such a position measuring system (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Positionsmesssystem, bei dem mehrere Sensoren in einer festen Lagebeziehung zueinander angeordnet sind und ein Messobjekt entlang einer definierten Bahn relativ zu den Sensoren bewegbar ist, sowie ein Verfahren zur Positionsermittlung mit einem solchen Positionsmesssystem.The invention relates to a position measuring system in which a plurality of sensors are arranged in a fixed positional relationship to each other and a measurement object along a defined path is movable relative to the sensors, and a method for determining position with such a position measuring system.
In der Praxis gibt es in vielen Anwendungen die Anforderung, die Position eines Gegenstandes relativ zu einem anderen zu bestimmen. Beispielsweise besteht in der Hydraulik der Wunsch, bei einer Kolbenstangen-Zylinder-Einheit die sich jeweils ändernde Stellung der Kolbenstange zu erfassen. Hierzu wurden in der Vergangenheit diverse Lösungen vorgeschlagen, die beispielsweise im Anbringen einer Skala an der Kolbenstange bestehen, die entweder durch einen Bediener oder durch ein optisches System erfasst und ausgewertet wird.In practice, in many applications there is a requirement to determine the position of one object relative to another. For example, there is a desire in hydraulics to detect the changing position of the piston rod in a piston rod-cylinder unit. For this purpose, various solutions have been proposed in the past, for example, consist in attaching a scale on the piston rod, which is detected and evaluated either by an operator or by an optical system.
Zur automatisierten Positionsermittlung werden auch Reedkontakte eingesetzt, die in einer „Kette” angeordnet sind. Reedkontakte sind elektrische Bauteile, bei denen in einem Glaskolben elektrische Kontaktzungen eingeschweißt sind. Unter Einfluss eines Magnetfeldes nähern sich die Kontaktzungen an und schließen einen Stromkreis. Mit mehreren in einer Reihe bzw. Kette angeordneten Reedkontakten ist somit eine relativ grobe Positionsmessung möglich.For automated position determination and reed contacts are used, which are arranged in a "chain". Reed contacts are electrical components in which electrical contact tongues are welded in a glass bulb. Under the influence of a magnetic field, the contact tongues approach and close a circuit. With a plurality of reed contacts arranged in a row or chain, a relatively coarse position measurement is thus possible.
Darüber hinaus vertreibt die Schutzrechtsinhaberin einen linearen Wegsensor unter der Bezeichnung „HLT 1000” der nach dem physikalischen Prinzip der Magnetostriktion arbeitet. Gemäß diesem Messprinzip wird ein Weg oder eine Geschwindigkeit basierend auf einer Laufzeitmessung erfasst. Auf diese Weise wird eine hochpräzise Bestimmung einer Position ermöglicht. Der Sensor arbeitet berührungslos und verschleißfrei und ist in einer Ausführungsform in einem druckfesten Edelstahlgehäuse verfügbar, das vollständig in einer Kolbenstange integrierbar ist. Die Messsignale können anschließend mit diversen Systemen, die im Markt frei verfügbar sind, ausgewertet werden.In addition, the rights holder sells a linear displacement sensor called "HLT 1000", which works according to the physical principle of magnetostriction. According to this measuring principle, a path or a speed is detected based on a transit time measurement. In this way, a high-precision determination of a position is made possible. The sensor operates without contact and wear and is available in one embodiment in a pressure-resistant stainless steel housing, which is completely integrated in a piston rod. The measuring signals can then be evaluated with various systems that are freely available on the market.
Ein weiterer linearer Wegsensor in Stabausführung wird unter der Bezeichnung „HLT 2100” von der Schutzrechtsinhaberin angeboten. Hierbei ist auf einem Rohrabschnitt ein Ringmagnet verschiebbar angeordnet. Die Position des Ringmagneten relativ zu einem im Rohr befindlichen Sensor wird erfasst und ausgewertet.Another linear displacement sensor in rod design is offered under the name "HLT 2100" by the owner of the protective rights. Here, a ring magnet is slidably mounted on a pipe section. The position of the ring magnet relative to a sensor located in the tube is detected and evaluated.
Bei vielen bzw. den meisten derzeit erhältlichen, magnetbasierten Positionsmesssystemen hat sich herausgestellt, dass sie einen verbesserbaren Kompromiss zwischen Genauigkeit und Kosten darstellen.Many or most magnetic-based position measuring systems currently available have been found to provide an improved compromise between accuracy and cost.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Positionsmesssystem und ein Verfahren zur Positionsermittlung mit einem solchen Positionsmesssystem aufzuzeigen, die bei geringen Kosten eine hohe Genauigkeit bei der Positionsmessung ermöglichen.The invention is therefore based on the object to show a position measuring system and a method for determining position with such a position measuring system, which allow high accuracy in the position measurement at low cost.
Eine Lösung des gegenständlichen Teils dieser Aufgabe besteht in einem Positionsmesssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen des Positionsmesssystems gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 14 hervor. Eine Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Aufgabe besteht in einem Positionsermittlungsverfahren mit den Verfahrensschritten von Anspruch 15.A solution of the objective part of this task consists in a position measuring system having the features of
Erfindungsgemäß ist für jeden Sensor eine Messzelle vorgesehen und die Sensoren sind sequentiell an mindestens eine Ausgangsbusleitung ankoppelbar, wobei für den Sensor innerhalb seiner Messzelle eine logische Schaltung zur Ankopplung mindestens eines Ausgangs des Sensors an die zugeordnete Ausgangsbusleitung vorgesehen ist.According to the invention, a measuring cell is provided for each sensor and the sensors can be coupled sequentially to at least one output bus line, wherein a logical circuit for coupling at least one output of the sensor to the associated output bus line is provided for the sensor within its measuring cell.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass aufgrund der sequentiellen Ankopplung des Sensors an die Ausgangsbusleitung und damit an die nachgeschaltete Einheit eine mit den anderen Sensoren gemeinsam genutzte Ausgangsbusleitung verwendet werden kann. Dies bringt eine erhebliche Vereinfachung des Aufbaus des Sensors und damit eine große Einsparung mit sich. Es muss nicht mehr für jeden Sensor eine eigene Datenleitung zur nachgeschalteten Auswerteeinheit bereitgestellt werden. Hierdurch werden Platz und Material eingespart und die Fehleranfälligkeit des Systems reduziert. Dadurch kann eine beliebige Anzahl von Sensoren aneinander gereiht werden. Der Aufwand, der nötig ist, um die Sensoren anzuschließen, ist sehr gering und unabhängig von der Anzahl der Sensoren. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der Vereinfachung des Aufbaus mehr Sensoren eingesetzt werden können, um die Position des Messobjektes zu erfassen. Auf diese Weise kann ein Optimum des Verhältnisses von Genauigkeit zu Sensorzahl erreicht bzw. je nach Einsatzzweck ausgewählt werden.The solution according to the invention has the advantage that due to the sequential coupling of the sensor to the output bus line and thus to the downstream unit, an output bus line used in common with the other sensors can be used. This brings a considerable simplification of the structure of the sensor and thus a great savings with it. It is no longer necessary to provide a separate data line for each sensor to the downstream evaluation unit. This saves space and material and reduces the system's susceptibility to errors. This allows any number of sensors to be strung together. The effort required to connect the sensors is very small and independent of the number of sensors. Another advantage is that due to the simplification of the structure more sensors can be used to detect the position of the measurement object. In this way, an optimum of the ratio of accuracy to number of sensors can be achieved or selected depending on the intended use.
Besonders vorteilhaft sind mit der logischen Schaltung beide Ausgänge des zugeordneten Sensors zeitgleich an die Ausgangsbusleitungen ankoppelbar. Dies ermöglicht eine vollständige Abkopplung des Sensors von den Ausgangsbusleitungen, so dass die auf der Ausgangsbusleitung übertragenen Signale eines anderen Sensors nicht negativ beeinflusst werden können.Particularly advantageous with the logic circuit both outputs of the associated sensor can be coupled simultaneously to the output bus lines. This allows a complete decoupling of the sensor from the output bus lines, so that the signals transmitted on the output bus line of another sensor can not be adversely affected.
Mit der logischen Schaltung kann zusätzlich vorteilhaft zumindest ein Eingang des zugeordneten Sensors an eine Eingangsbusleitung ankoppelbar sein. Dies ermöglicht es, nicht nur die Ausgangsspannung, sondern auch die Eingangsspannung am jeweiligen Sensor zu erfassen und zur Auswertung zu bringen. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Positionsmessung nochmals wesentlich erhöht. Hierbei wurde vorteilhaft erkannt, dass aufgrund der Tatsachen, dass es kaum parasitäre Kapazitäten gibt, die Quelle niederohmig ist und die Messung hochohmig erfolgt, die Zeitspanne von der Ankopplung an die Eingangsspannung bis der Sensor ein stabiles Ausgangssignal erzeugt, sehr kurz ist, d. h. gegen Null tendiert, bevorzugt weniger als 5 Millisekunden, weiter bevorzugt weniger als 1 Millisekunde, beträgt. Deshalb ist es in diesem Fall vorteilhaft, nicht alle Sensoren gleichmäßig zu bestromen, sondern nur den, der gerade ausgewertet werden soll. Dies bringt in Ergänzung zur Verbesserung der Präzision eine erhebliche Energieeinsparung mit sich. In addition, at least one input of the assigned sensor can be coupled to an input bus line with the logic circuit. This makes it possible to detect and evaluate not only the output voltage but also the input voltage at the respective sensor. In this way, the accuracy of the position measurement is again significantly increased. It was advantageously recognized that due to the fact that there are hardly any parasitic capacitances, the source is low-impedance and the measurement is high-impedance, the time from the coupling to the input voltage until the sensor generates a stable output signal is very short, ie towards zero preferably less than 5 milliseconds, more preferably less than 1 millisecond. Therefore, it is advantageous in this case, not to energize all sensors evenly, but only the one that is currently being evaluated. This, in addition to improving precision, results in significant energy savings.
Vorteilhaft sind mit der logischen Schaltung beide Eingänge des Sensors zeitgleich an die Eingangsbusleitungen ankoppelbar. Auch hier hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, den Sensor von den Eingangsbusleitungen abzukoppeln, um keine Verfälschung der Messergebnisse durch derzeit nicht aktivierte Sensoren zu riskieren.Advantageously, with the logic circuit both inputs of the sensor can be coupled simultaneously to the input bus lines. Again, it has been found to be advantageous to decouple the sensor from the input bus lines in order not to risk falsification of the measurement results by currently not activated sensors.
Mit der logischen Schaltung können zeitgleich der mindestens eine Eingang und der mindestens eine Ausgang des zugeordneten Sensors an die jeweiligen Busleitungen ankoppelbar sein. Die vollständige Entkopplung des Sensors von den Busleitungen stellt das Optimum an Präzision und Energieeffizienz dar.With the logic circuit, the at least one input and the at least one output of the associated sensor can be coupled to the respective bus lines at the same time. The complete decoupling of the sensor from the bus lines represents the optimum in precision and energy efficiency.
Die Messzellen können in einer Reihe beabstandet voneinander angeordnet sein, wobei vorteilhaft einzelne Messzellen ausgehend von einem freien Ende abtrennbar sind, ohne die Funktionsfähigkeit des Messsystems zu beeinträchtigen. Auf diese Weise lässt sich das Positionsmesssystem vorteilhaft verkürzen und so an eine Einbausituation in einem zu überwachenden Bereich anpassen. Das Positionsmesssystem kann deshalb mit einer einheitlichen Länge angeboten werden und nach Bedarf abgelängt werden, d. h. abgesägt, abgeschnitten oder sonst wie abgeteilt werden, ohne dass hierzu weitere Maßnahmen erforderlich sind. Dies bringt erhebliche Einsparungen bei der Herstellung und Distribution des Positionsmesssystems mit sich, da nur noch eine Ausführungsform konstruiert, hergestellt, gelagert und ausgeliefert werden muss.The measuring cells can be arranged in a row spaced from each other, wherein advantageously individual measuring cells are separable starting from a free end, without affecting the functionality of the measuring system. In this way, the position measuring system can advantageously be shortened and thus adapted to an installation situation in a region to be monitored. The position measuring system can therefore be offered with a uniform length and cut to length as required, i. H. sawn off, cut off or otherwise separated, without the need for further measures. This brings considerable savings in the production and distribution of the position measuring system, since only one embodiment has to be designed, manufactured, stored and delivered.
Die logische Schaltung kann mit Vorteil ein Flipflop sein. Ein Flipflop ist eine grundlegende Schaltung der Digitaltechnik, die sich über die Jahrzehnte besonders bewährt hat. Die Flipflops der einzelnen Messzellen können als Schieberegister geschaltet sein. Dies ermöglicht es, die Messzellen sequentiell nacheinander an die jeweiligen Busleitungen anzukoppeln. Die Schaltung der einzelnen Flipflops wird dabei durch ein einheitliches Taktsignal gewährleistet, das über eine gemeinsame Taktleitung an die Flipflops weitergeleitet wird.The logic circuit may advantageously be a flip-flop. A flip-flop is a fundamental circuit of digital technology that has proven itself over the decades. The flip-flops of the individual measuring cells can be switched as a shift register. This makes it possible to connect the measuring cells sequentially one after the other to the respective bus lines. The circuit of the individual flip-flops is ensured by a uniform clock signal, which is forwarded via a common clock line to the flip-flops.
Eine Messzelle, die eine Sensorzelle und eine logische Schaltung zur Ankopplung des Sensors an die Ausgangsbusleitungen sowie gegebenenfalls Eingangsbusleitungen umfasst, kann auf einem Mikrochip angeordnet sein. Auf diese Weise wird eine hohe Integration von Bauteilen in einem kleinen Bauraum erreicht. Darüber hinaus kann der Bestückungsaufwand reduziert werden, da weniger Bauteile verbaut werden müssen. Vorteilhaft können auch mehrere Messzellen auf einem Mikrochip beabstandet voneinander angeordnet sein.A measuring cell, which includes a sensor cell and a logic circuit for coupling the sensor to the output bus lines and optionally input bus lines, may be arranged on a microchip. In this way, a high degree of integration of components in a small space is achieved. In addition, the assembly effort can be reduced because fewer components must be installed. Advantageously, a plurality of measuring cells can be arranged on a microchip spaced from each other.
Weiterhin kann eine Auswerteeinheit zur Auswertung der auf den Ausgangsbusleitungen übermittelten Signale vorhanden sein. Diese Auswerteeinheit kann vorteilhaft zur Auswertung der Signale der Ausgangsbusleitungen und der Eingangsbusleitungen herangezogen werden. Auf diese Weise können zur Ermittlung einer möglichst genauen Position die Ausgangsspannung und die Eingangsspannung eines Sensors, beziehungsweise deren Amplituden, in Beziehung zueinander gesetzt werden.Furthermore, an evaluation unit for evaluating the signals transmitted on the output bus lines can be present. This evaluation unit can advantageously be used for evaluating the signals of the output bus lines and the input bus lines. In this way, the output voltage and the input voltage of a sensor, or their amplitudes, can be set in relation to each other to determine the most accurate position possible.
Zumindest eine der Eingangsbusleitungen kann einen Vorwiderstand oder eine einstellbare Stromsenke zur Strombegrenzung aufweisen. Der Innenwiderstand des Sensors kann in Abhängigkeit von Temperatur und Alterung unterschiedlich und insbesondere zu gering sein, um für sich genommen eine ausreichende Strombegrenzung zu haben. Somit werden durch den Vorwiderstand Überlastungen der Sensoren vermieden.At least one of the input bus lines may have a series resistor or an adjustable current sink for current limitation. The internal resistance of the sensor may vary depending on temperature and aging and in particular be too low to have taken in itself a sufficient current limit. Thus, overloads of the sensors are avoided by the series resistor.
Die Eingangsbusleitungen sind vorteilhaft über eine Stromquelle oder über eine Spannungsquelle miteinander verbunden, wobei die Polarität der Stromquelle oder der Spannungsquelle umschaltbar ist. Dies ermöglicht es, etwaige Offsetfehler, die von der Quelle oder einer nachgeschalteten Einheit ausgehen, auszugleichen. Mithin können kostengünstige Komponenten verwendet werden, ohne die Genauigkeit negativ zu beeinflussen, oder es kann bei qualitativ besseren Komponenten eine höhere Genauigkeit erzielt werden.The input bus lines are advantageously connected to one another via a current source or via a voltage source, wherein the polarity of the current source or the voltage source can be switched. This makes it possible to compensate for any offset errors emanating from the source or a downstream unit. Thus, low cost components can be used without adversely affecting accuracy, or higher accuracy can be achieved with higher quality components.
Die Sensoren können vorteilhaft Hall-Sensoren sein. Darüber hinaus sind auch andere Magnetfeldsensoren im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar.The sensors may be advantageous Hall sensors. In addition, other magnetic field sensors can be used within the scope of the present invention.
Das Messobjekt ist vorzugsweise ein Magnet. Der Magnet ist bevorzugt in Form eines Ringmagneten ausgeführt, da dieser ein Magnetfeld aufweist, das sich bei koaxial angeordneten Sensoren maßgeblich lediglich in einer Dimension ändert.The measuring object is preferably a magnet. The magnet is preferably in the form of a Ring magnet executed, since this has a magnetic field, which changes in coaxial sensors significantly only in one dimension.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionsermittlung weist die folgenden sieben Schritte auf:
- • Einlesen der Sensorsignale;
- • Korrigieren der Sensorsignale;
- • Auswerten von primären Merkmalen zur groben Positionsbestimmung;
- • Auswerten von sekundären Merkmalen zur Feinabstimmung der Positionsbestimmung;
- • vorzugsweise, Korrigieren von Nichtlinearitäten;
- • Auswählen einer aktiven Zone; und
- • Bestimmen der Position des Messobjektes.
- • reading the sensor signals;
- • correct the sensor signals;
- • evaluation of primary features for coarse positioning;
- • Evaluate secondary features to fine-tune position determination;
- Preferably, correcting nonlinearities;
- • selecting an active zone; and
- • Determining the position of the measurement object.
Die Sensorsignale müssen zunächst bestimmt und in einem anschließenden Schritt um einen Offset sowie eine Empfindlichkeit korrigiert werden. Die folgenden Schritte des Auswertens von primären und sekundären Merkmalen sowie die Korrektur von Nichtlinearitäten können auf mehrere Arten erfolgen.The sensor signals must first be determined and corrected for an offset and a sensitivity in a subsequent step. The following steps of evaluating primary and secondary features and correcting non-linearities can be done in several ways.
Unter den primären Merkmalen werden solche Eigenschaften eines Magnetfeldes verstanden, die mit Hilfe von Sensoren eindeutig identifiziert werden können, zum Beispiel die maximale oder minimale Feldstärke bzw. ein maximaler oder minimaler Gradient. Aus den primären Merkmalen lässt sich immer eine grobe Positionsinformation ableiten.The primary features are understood to be those properties of a magnetic field that can be uniquely identified with the aid of sensors, for example the maximum or minimum field strength or a maximum or minimum gradient. From the primary features, rough position information can always be derived.
Sekundäre Merkmale sind vor allem in der Umgebung eines primären Merkmals eindeutig. Sie werden zur Interpolation der Position des Messobjektes insbesondere dann herangezogen, wenn sich das Messobjekt zwischen zwei Sensoren befindet. Die sekundären Merkmale haben die folgenden Eigenschaften:
- • Sie spiegeln die Bewegung des Messobjektes um das identifizierte primäre Merkmal herum wieder.
- • Sie sind zwischen zwei primären Merkmalen skalierbar.
- • Sie haben einen stetigen und streng monotonen Verlauf zwischen zwei primären Merkmalen.
- • Sie sind tolerant gegenüber Störeinflüssen (beispielsweise durch Relativierung).
- • Sie sind in der Nähe eines primären Merkmals linear abhängig von der Position des Messobjektes, wobei etwaige Nichtlinearitäten entweder vernachlässigt oder korrigiert werden können.
- • They reflect the movement of the measurement object around the identified primary feature.
- • They are scalable between two primary features.
- • They have a steady and strictly monotonous course between two primary features.
- • They are tolerant of interference (for example, by relativization).
- • They are linearly dependent on the position of the measurement object in the vicinity of a primary feature, whereby any nonlinearities can either be neglected or corrected.
Auf der Basis der Auswertung der primären und sekundären Merkmale kann dann die Position des Messobjektes mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.On the basis of the evaluation of the primary and secondary features, the position of the measurement object can then be determined with high accuracy.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to exemplary embodiments illustrated in the figures. Show it:
In den
In
Die Sensorzelle
Wie
Der Betrieb des Hall-Sensors
Um auch die Betriebsspannung des Hall-Sensors
Somit ist es mit dieser Ausführungsform möglich, die einzelnen Sensorzellen
Die Sensorzelle
Die Präzision des Messergebnisses kann weiter verbessert werden, wenn die Polarität der Quelle umschaltbar ist und die Spannungen Ub, Us in beiden Polaritäten gemessen werden. Auf diese Weise lassen sich statistische Offsetfehler eliminieren, die zum Beispiel in den Messverstärkern auftreten, die zur Auswertung der Messung herangezogen werden. Dies hat den Vorteil, dass kostengünstigere Bauteile verwendet werden können. Wenn Digitalsignale verwendet werden, lässt sich zudem eine besonders einfach umschaltbare Spannungsquelle
Es ist die Auswerteeinheit
Die Sensorsignale können in der Auswerteeinheit
- • Einlesen der Sensorsignale;
- • Korrigieren der Sensorsignale;
- • Auswerten von primären Merkmalen zur groben Positionsbestimmung;
- • Auswerten von sekundären Merkmalen zur Feinabstimmung der Positionsbestimmung;
- • vorzugsweise, Korrigieren von Nichtlinearitäten;
- • Auswählen einer aktiven Zone; und
- • Bestimmen der Position des Messobjektes.
- • reading the sensor signals;
- • correct the sensor signals;
- • evaluation of primary features for coarse positioning;
- • Evaluate secondary features to fine-tune position determination;
- Preferably, correcting nonlinearities;
- • selecting an active zone; and
- • Determining the position of the measurement object.
Zum Einlesen der Sensorsignale werden die Flipflops
Zur Korrektur von Offsetfehlern, beispielsweise eines Digital-Analog-Wandlers oder eines Messverstärkers, kann die Quelle
Im Verfahrensschritt der Korrektur der Sensorsignale werden die Amplituden Ai mit einem konstanten, durch Eichung ermittelten, sensorabhängigen Faktor ai multipliziert, um die Empfindlichkeit der einzelnen Sensoren zu korrigieren. Anschließend wird durch Subtraktion eines konstanten, ebenfalls durch Eichung ermittelten, sensorabhängigen Faktors bi die Nulllage (Offset) korrigiert:
Im anschließenden Verfahrensschritt der Auswahl des aktiven Sensors wird der Index j des Sensors
Die Sensorsignale Aj-1,corr, Aj+1,corr und Aj+1,corr werden im nächsten Schritt auf das Intervall [0, 1] skaliert. Der am Ende berechnete Wert x („Gewichtung”) dient zur Ermittlung der genauen Position des Messobjektes und ergibt sich aus Subtraktion des Minimums der drei Sensorsignale von den Sensorsignalen und anschließende Division durch das neue Maximum der drei bestimmten Werte:
Auf diese Weise werden z. B. die Temperaturgänge der Sensoren und des Messobjektes durch die Relativierung kompensiert. Durch den Vergleich und die Skalierung ist sichergestellt, dass die Gewichtung x, insbesondere am Übergang zwischen zwei aktiven Sensoren, einen stetigen Verlauf zwischen 0 und 1 (oder 0% und 100%) hat.In this way, for. B. the temperature variations of the sensors and the measurement object compensated by the relativization. The comparison and the scaling ensure that the weighting x, in particular at the transition between two active sensors, has a continuous progression between 0 and 1 (or 0% and 100%).
Optional kann in einem weiteren Verfahrensschritt eine eventuell vorhandene Nichtlinearität korrigiert werden. Bei der beschriebenen Bestimmung der Position mittels Gewichtung verbleibt bei nicht-linearem räumlichem Verlauf des Signals vom Messobjekt eine Restwelligkeit oder Nichtlinearität der Positionsbestimmung. Diese kann bei Kenntnis oder Annahme eines funktionalen Zusammenhangs über eine Anpassung korrigiert werden. Alternativ kann die Position des Messobjekts angepasst werden.Optionally, a possibly existing non-linearity can be corrected in a further method step. In the described determination of the position by means of weighting, a non-linearity or positional nonlinearity remains in the case of a non-linear spatial course of the signal from the measurement object. This can be corrected in the case of knowledge or acceptance of a functional relationship via an adaptation. Alternatively, the position of the DUT can be adjusted.
Im nächsten Verfahrensschritt wird die aktive Zone ausgewählt. Das Messobjekt ist in Richtung des Sensors mit dem Index k gegenüber dem aktiven Sensor verschoben. Entsprechend wird eine Zone Zu, wenn k kleiner als j ist, oder eine Zone Zo, wenn k größer als j ist, definiert.In the next step, the active zone is selected. The measuring object is displaced in the direction of the sensor with the index k in relation to the active sensor. Accordingly, a zone Z u , when k is less than j, or a zone Z o , when k is greater than j, is defined.
Im abschließenden Schritt wird die Position des Messobjektes bestimmt. Die Sensoren besitzen entweder einen festen Abstand oder ihre Positionen sind nach einer Eichung als Werte pi im Speicher hinterlegt. Es werden relative Verschiebungen pu und po definiert:
Im Falle von festen Abständen ist pu = po.In the case of fixed distances, p u = p o .
Je nach Zone ergibt sich die Position des Messobjektes zu:
Das erfindungsgemäße Positionsmesssystem
Mit dem erfindungsgemäßen Positionsermittlungsverfahren können die mit den Sensoren
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