DE102018211402A1 - Inductive position measuring device - Google Patents

Inductive position measuring device Download PDF

Info

Publication number
DE102018211402A1
DE102018211402A1 DE102018211402.1A DE102018211402A DE102018211402A1 DE 102018211402 A1 DE102018211402 A1 DE 102018211402A1 DE 102018211402 A DE102018211402 A DE 102018211402A DE 102018211402 A1 DE102018211402 A1 DE 102018211402A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
soft magnetic
measuring device
position measuring
magnetic layer
inductive position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018211402.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Martin Heumann
Wolfgang Holzapfel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Original Assignee
Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Johannes Heidenhain GmbH filed Critical Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority to DE102018211402.1A priority Critical patent/DE102018211402A1/en
Publication of DE102018211402A1 publication Critical patent/DE102018211402A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/04Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving
    • G01B7/042Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving for measuring length
    • G01B7/046Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving for measuring length using magnetic means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2046Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Gemäß der Erfindung umfasst die induktive Positionsmesseinrichtung eine Maßverkörperung (1) mit in Messrichtung (X) voneinander beabstandet angeordneten induktiv abtastbaren Teilungselementen (13) auf einer Schicht (11) aus weichmagnetischem Material.Dieser Maßverkörperung (1) ist in einem Abtastabstand (Z) gegenüberliegend eine Abtasteinheit (2) zugeordnet. Die Abtasteinheit (2) umfasst eine Erregerspule (21) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, eine Empfängerspule (22) zum Empfang des von den Teilungselementen (13) positionsabhängig modulierten elektromagnetischen Wechselfeldes. Die Abtasteinheit (2) umfasst weiterhin einen Magneten (24), der derart ausgelegt und angeordnet ist, dass sein magnetisches Feld auf die Maßverkörperung (1) derart einwirkt, dass sich die magnetische Leitfähigkeit der weichmagnetischen Schicht (11) unter Einfluss der magnetischen Feldstärke (H) des Magneten (24, 25, 26) abhängig vom Abtastabstand (Z) ändert.According to the invention, the inductive position measuring device comprises a material measure (1) with inductively scannable graduation elements (13) spaced apart in the measuring direction (X) on a layer (11) of soft magnetic material. This material measure (1) is opposite at a scanning distance (Z) assigned a scanning unit (2). The scanning unit (2) comprises an excitation coil (21) for generating an alternating electromagnetic field and a receiver coil (22) for receiving the alternating electromagnetic field modulated by the division elements (13). The scanning unit (2) further comprises a magnet (24) which is designed and arranged in such a way that its magnetic field acts on the material measure (1) in such a way that the magnetic conductivity of the soft magnetic layer (11) is influenced by the magnetic field strength ( H) of the magnet (24, 25, 26) changes depending on the scanning distance (Z).

Description

GEBIET DER TECHNIKTECHNICAL FIELD

Induktive Positionsmesseinrichtungen dienen zur Bestimmung der Position zweier zueinander bewegbarer Bauteile. Sie werden beispielsweise als Drehgeber zur Bestimmung der Winkellage zweier relativ zueinander drehbaren Maschinenteile oder als Längenmesssystem zur direkten Messung von Längsverschiebungen entlang einer Achse verwendet. Die induktive Positionsmesseinrichtung gemäß der Erfindung kann zur Bestimmung einer Winkellage oder zur Bestimmung einer Längsverschiebung ausgestaltet sein.Inductive position measuring devices are used to determine the position of two components that can be moved relative to one another. They are used, for example, as rotary encoders for determining the angular position of two machine parts that can be rotated relative to one another or as a length measuring system for direct measurement of longitudinal displacements along an axis. The inductive position measuring device according to the invention can be designed to determine an angular position or to determine a longitudinal displacement.

Derartige induktive Positionsmesseinrichtungen werden als Messgeräte für elektrische Antriebe, zur Bestimmung der Relativbewegung bzw. der Relativlage von entsprechenden Maschinenteilen, eingesetzt. In diesem Fall werden die erzeugten Positionswerte einer Folgeelektronik zur Ansteuerung der Antriebe über eine entsprechende Schnittstellenanordnung zugeführt. Man unterscheidet zwischen inkrementalen Positionsmesseinrichtungen und absoluten Positionsmesseinrichtungen, wobei vermehrt absolute Positionsmesseinrichtungen eingesetzt werden. Die induktive Positionsmesseinrichtung gemäß der Erfindung kann als inkrementale oder als absolute Positionsmesseinrichtung ausgestaltet sein.Such inductive position measuring devices are used as measuring devices for electrical drives, for determining the relative movement or the relative position of corresponding machine parts. In this case, the position values generated are fed to subsequent electronics for controlling the drives via a corresponding interface arrangement. A distinction is made between incremental position measuring devices and absolute position measuring devices, whereby absolute position measuring devices are increasingly being used. The inductive position measuring device according to the invention can be designed as an incremental or as an absolute position measuring device.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Eine gattungsgemäße induktive Positionsmesseinrichtung ist aus der EP 2 515 086 B1 bekannt. Diese induktive Positionsmesseinrichtung weist eine Maßverkörperung und eine in Messrichtung relativ dazu bewegbare Abtasteinheit auf. Die Maßverkörperung umfasst einen Träger aus Metall, beispielsweise aus Edelstahl, also einem elektrisch leitfähigen Material. Auf diesem Träger ist eine Schicht aus weichmagnetischem Metall vorgesehen. Die Messteilung der Maßverkörperung wird von Teilungselementen gebildet, die wiederum auf der weichmagnetischen Metallschicht angeordnet sind und aus einer in Messrichtung angeordneten Folge voneinander beabstandeter elektrisch leitfähiger Elemente bestehen.A generic inductive position measuring device is from the EP 2 515 086 B1 known. This inductive position measuring device has a material measure and a scanning unit that can be moved relative to it in the measuring direction. The material measure comprises a carrier made of metal, for example made of stainless steel, that is to say an electrically conductive material. A layer of soft magnetic metal is provided on this carrier. The measuring graduation of the material measure is formed by graduation elements, which in turn are arranged on the soft magnetic metal layer and consist of a sequence of electrically conductive elements spaced apart in the measuring direction.

Die Abtasteinheit ist relativ zur Maßverkörperung in Messrichtung verschiebbar und währenddessen in einem Abstand dazu - Abtastabstand genannt - angeordnet. Die Abtasteinheit umfasst zumindest eine Erregerspule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes und zumindest eine Empfängerspule. Die Teilungselemente modulieren das von der Erregerspule erzeugte elektromagnetische Wechselfeld positionsabhängig, indem sich in den zugeordneten Teilungselementen jeweils Wirbelströme ausbilden, die gegen das Erregerfeld wirken. Die Teilungselemente werden daher auch oft als Dämpfungselemente bezeichnet. Somit wird in der Empfängerspule ein von der Relativposition abhängiges Abtastsignal erzeugt.The scanning unit can be displaced in the measuring direction relative to the material measure and, in the meantime, is arranged at a distance from it - called the scanning distance. The scanning unit comprises at least one excitation coil for generating an alternating electromagnetic field and at least one receiver coil. The dividing elements modulate the electromagnetic alternating field generated by the excitation coil in a position-dependent manner by forming eddy currents in the assigned dividing elements which act against the excitation field. The dividing elements are therefore often referred to as damping elements. Thus, a scanning signal dependent on the relative position is generated in the receiver coil.

Die Amplitude des Abtastsignals ist bei dieser induktiven Positionsmesseinrichtung stark abhängig vom Abtastabstand. Die Auswerteeinheit muss dazu ausgelegt sein, die während der Positionsmessung sich stark verändernde Amplitude verarbeiten zu können. Die starke Abhängigkeit der Amplitude des Abtastsignals hat weiterhin den Nachteil, dass bei einem Verkippen der Abtasteinheit gegenüber der Maßverkörperung unterschiedliche Bereiche der Abtastung unterschiedliche Amplituden aufweisen, was zu einer fehlerhaften Positionsmessung führen kann.With this inductive position measuring device, the amplitude of the scanning signal is strongly dependent on the scanning distance. The evaluation unit must be designed to be able to process the amplitude, which changes greatly during the position measurement. The strong dependence of the amplitude of the scanning signal also has the disadvantage that when the scanning unit is tilted relative to the measuring standard, different areas of the scanning have different amplitudes, which can lead to an incorrect position measurement.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine induktive Positionsmesseinrichtung zu schaffen, mit der eine präzise Positionsmessung ermöglicht wird.The invention has for its object to provide an inductive position measuring device with which a precise position measurement is made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine induktive Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by an inductive position measuring device with the features of claim 1.

Das magnetische Feld des zumindest einen Magneten der Abtasteinheit wirkt auf die Maßverkörperung derart ein, dass sich die magnetische Leitfähigkeit der weichmagnetischen Schicht abhängig vom Abtastabstand ändert.The magnetic field of the at least one magnet of the scanning unit acts on the measuring standard in such a way that the magnetic conductivity of the soft magnetic layer changes depending on the scanning distance.

Bei kleinen Abtastabständen ist die magnetische Leitfähigkeit der weichmagnetischen Schicht kleiner als bei großen Abtastabständen. Dies bewirkt einerseits, dass die von der zumindest einen Erregerspule ausgehenden elektromagnetischen Wechselfelder weniger verstärkt werden als bei größeren Abtastabständen. Die bei kleinen Abtastabständen sinkende magnetische Leitfähigkeit der weichmagnetischen Schicht bewirkt darüber hinaus eine verstärkte Ausbildung von Wirbelströmen in der weichmagnetischen Schicht, wenn diese elektrisch leitfähig ist, und / oder in einer darunter liegenden elektrisch leitfähigen Schicht, wenn die weichmagnetische Schicht elektrisch isolierend oder als dünne elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet ist. Diese Wirbelströme bewirken eine Dämpfung der elektromagnetischen Wechselfelder.With small scanning distances, the magnetic conductivity of the soft magnetic layer is smaller than with large scanning distances. On the one hand, this causes the alternating electromagnetic fields emanating from the at least one excitation coil to be amplified less than in the case of larger scanning distances. The decreasing magnetic conductivity of the soft magnetic layer at small scanning distances also causes an increased formation of eddy currents in the soft magnetic layer if it is electrically conductive and / or in an underlying electrically conductive layer if the soft magnetic layer is electrically insulating or as a thin electrical layer conductive layer is formed. These eddy currents dampen the alternating electromagnetic fields.

Beide Effekte, die Feldverstärkung und die Dämpfung, wirken auf die elektromagnetischen Wechselfelder derart ein, dass die Abtastsignale der induktiven Abtastung auch bei Änderung des Abtastabstandes konstant bleiben.Both effects, the field amplification and the damping, act on the electromagnetic alternating fields in such a way that the scanning signals of the inductive scanning remain constant even when the scanning distance changes.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den abhängigen Ansprüchen.Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.

Figurenliste list of figures

Einzelheiten und Vorteile der erfindungsgemäßen induktiven Positionsmesseinrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren.Details and advantages of the inductive position measuring device according to the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the attached figures.

Es zeigen

  • 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer induktiven Positionsmesseinrichtung gemäß der Erfindung;
  • 2 den Verlauf der magnetischen Flussdichte B sowie der magnetischen Leitfähigkeit µ in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke H;
  • 3 einen Schnitt quer zur Messrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer induktiven Positionsmesseinrichtung und
  • 4 einen Schnitt quer zur Messrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels einer induktiven Positionsmesseinrichtung.
Show it
  • 1 a schematic perspective view of a first embodiment of an inductive position measuring device according to the invention;
  • 2 the course of the magnetic flux density B and the magnetic conductivity μ as a function of the magnetic field strength H;
  • 3 a section transverse to the measuring direction of a second embodiment of an inductive position measuring device and
  • 4 a section transverse to the measuring direction of a third embodiment of an inductive position measuring device.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht der prinzipielle Aufbau einer Positionsmesseinrichtung mit einer Maßverkörperung 1 und einer die Maßverkörperung 1 abtastenden und ihr in einem Abtastabstand Z gegenüberliegenden Abtasteinheit 2 dargestellt.In 1 is a perspective view of the basic structure of a position measuring device with a measuring standard 1 and one the material measure 1 scanning and at a scanning distance Z opposite scanning unit 2 shown.

Die Maßverkörperung 1 besteht beim ersten Ausführungsbeispiel aus einer Schicht 11 aus ferromagnetischem Material. Bei dem ferromagnetischen Material der Schicht 11 handelt es sich weiterhin um ein weichmagnetisches Material. Das heißt, dass sich das Material in einem externen Magnetfeld einerseits leicht magnetisieren lässt und andererseits sich eine Magnetisierung zum größten Teil wieder verliert, wenn es außerhalb des Einflussbereiches eines externen Magnetfeldes gebracht wird. Die magnetische Polarisation in dem Material der Schicht 11 verstärkt ein äußeres Magnetfeld um die Werkstoffpermeabilität. Für das Material der Schicht 11 eignen sich daher Materialien mit besonders hoher magnetischer Permeabilität.The embodiment 1 consists of a layer in the first embodiment 11 made of ferromagnetic material. With the ferromagnetic material of the layer 11 it is still a soft magnetic material. This means that the material can easily be magnetized in an external magnetic field, and on the other hand, magnetization is largely lost if it is brought outside the influence of an external magnetic field. The magnetic polarization in the material of the layer 11 reinforces an external magnetic field around the material permeability. For the material of the layer 11 Materials with particularly high magnetic permeability are therefore suitable.

Die weichmagnetische Schicht 11 kann als Metallschicht ausgebildet sein, dabei ist das Material insbesondere eine NiFe-Legierung mit hohem Nickelanteil im Bereich von etwa 70% bis 80%. Derartige Metalle werden auch Mu-Metalle genannt. Die magnetische Permeabilität der Schicht 11 ist dabei größer 1.000, insbesondere größer 50.000.The soft magnetic layer 11 can be formed as a metal layer, the material being in particular a NiFe alloy with a high nickel content in the range from approximately 70% to 80%. Such metals are also called mu-metals. The magnetic permeability of the layer 11 is greater than 1,000, in particular greater than 50,000.

Die weichmagnetische Schicht 11 kann alternativ auch aus einem Trägerstoff aus elektrisch nicht leitfähigem Material, wie z.B. aus Kunststoff, Harz oder Lack bestehen, in dem magnetisierbare Partikel eingebunden sind. Der Trägerstoff dient dabei als Matrixmaterial zur Einbettung der magnetisierbaren Partikel.The soft magnetic layer 11 can alternatively also consist of a carrier material made of electrically non-conductive material, such as plastic, resin or lacquer, in which magnetizable particles are incorporated. The carrier serves as a matrix material for embedding the magnetizable particles.

Wie später noch ausgeführt wird, ist die weichmagnetische Schicht 11 derart auszubilden, dass sich unter Einfluss eines externen Magnetfeldes die magnetische Flussdichte B bis zur Sättigungsdichte erhöhen kann.As will be explained later, is the soft magnetic layer 11 to be designed in such a way that the magnetic flux density B can increase up to the saturation density under the influence of an external magnetic field.

Auf der weichmagnetischen Schicht 11 ist in Messrichtung X eine Teilungsspur 130, bestehend aus einer Abfolge voneinander beabstandet angeordneter induktiv abtastbarer Teilungselemente 13 vorgesehen. Die Teilungselemente 13 bestehen aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere eignen sich dafür Metalle wie beispielsweise Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder diese Metalle enthaltende Legierungen. Die Dicke des Materials der Teilungselemente 13 beträgt beispielsweise 15 µm. Das Material der Teilungselemente 13 ist nicht ferromagnetisch und die Permeabilität liegt bei etwa 1. Die Abfolge der Teilungselemente 13 kann eine inkrementale periodische Teilung bilden oder alternativ auch aperiodisch als absolute Codierung ausgeführt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Teilungselemente 13 flächige Rechtecke, die in gleichen Abständen mit einer konstanten Periode angeordnet sind. Die Teilungselemente 13 können aber auch andere Formen aufweisen, beispielsweise rund oder dreieckförmig. Weiterhin ist eine vollflächige Ausbildung nicht Bedingung, ein Teilungselement 13 kann auch als geschlossene Windung ausgebildet sein. Maßgebend ist, dass sich jeweils in einem der Teilungselemente 13 Wirbelströme ausbilden können, die gegen ein von einer Erregerspule 21 der Abtasteinheit 2 ausgehendes Erregerfeld wirken.On the soft magnetic layer 11 is a graduation track in measuring direction X. 130 , consisting of a series of spaced apart inductively scannable dividing elements 13 intended. The dividing elements 13 consist of a material with high electrical conductivity, metals such as copper, aluminum, silver, gold or alloys containing these metals are particularly suitable for this. The thickness of the material of the dividing elements 13 is, for example, 15 µm. The material of the dividing elements 13 is not ferromagnetic and the permeability is around 1. The sequence of the dividing elements 13 can form an incremental periodic division or alternatively can also be implemented aperiodically as an absolute coding. In the illustrated embodiment, the division elements are 13 flat rectangles that are evenly spaced with a constant period. The dividing elements 13 but can also have other shapes, for example round or triangular. Furthermore, full-surface training is not a requirement, a division element 13 can also be designed as a closed turn. The decisive factor is that each of the division elements 13 Eddy currents can form against an excitation coil 21 the scanning unit 2 outgoing field of excitation.

Der oben beschriebene Schichtstapel, bestehend aus den Teilungselementen 13 und der darunter liegenden weichmagnetischen Schicht 11, kann als Band ausgebildet sein oder zur Stabilisierung auf einem ersten Substrat 14 aufgebracht sein. Dieses erste Substrat 14 kann beispielsweise aus Glas oder einem Leiterplattenmaterial bestehen. Bei dieser Anordnung ergibt sich folgende Reihenfolge der Komponenten:

  • erstes Substrat 14 → weichmagnetische Schicht 11Teilungselemente 13 → Abtastabstand Z → Abtasteinheit 2
The layer stack described above, consisting of the division elements 13 and the underlying soft magnetic layer 11 , can be designed as a band or for stabilization on a first substrate 14 be upset. This first substrate 14 can consist of glass or a circuit board material, for example. With this arrangement, the following sequence of components results:
  • first substrate 14 → soft magnetic layer 11 division elements 13 → scanning distance Z → scanning unit 2

Die induktive Positionsmesseinrichtung umfasst darüber hinaus die Abtasteinheit 2, welche der Maßverkörperung 1 während der Positionsmessung in dem Abtastabstand Z gegenüberliegend angeordnet ist. Zur Positionsmessung in Messrichtung X erfolgt eine Relativbewegung zwischen der Maßverkörperung 1 und der Abtasteinheit 2 in Messrichtung X. Die Abtasteinheit 2 ist in 1 nur schematisch als Drahtmodell dargestellt, um die Funktion der induktiven Abtastung beim Zusammenwirken mit der Maßverkörperung 1 zu erläutern.The inductive position measuring device also includes the scanning unit 2 which of the material measure 1 during the position measurement in the scanning distance Z is arranged opposite. For position measurement in the measuring direction X there is a relative movement between the material measure 1 and the scanning unit 2 in the measuring direction X , The scanning unit 2 is in 1 only shown schematically as a wireframe to show the function of inductive scanning when interacting with the measuring standard 1 to explain.

Die Abtasteinheit 2 weist zumindest eine Erregerspule 21, insbesondere in Form einer flächigen Erregerwindung auf, die von einer Ansteuereinheit 3 mit einem Erregerstrom derart gespeist wird, dass ein zeitlich wechselndes elektromagnetisches Wechselfeld (Erregerfeld) im Bereich der Teilungselemente 13 erzeugt wird. Dieser Erregerstrom weist beispielsweise eine Frequenz von einigen MHz auf. Die Erregerwindung der Erregerspule 21 ist derart räumlich angeordnet, dass sie in der gegenüberliegenden Abfolge der Teilungselemente 13 ein möglichst homogenes elektromagnetisches Erregerfeld ausbildet. Im Beispiel umfasst die Erregerwindung der Erregerspule 21 eine in Messrichtung X verlaufende erste Leitung 211 und eine zurückverlaufende zweite Leitung 212.The scanning unit 2 has at least one excitation coil 21 , in particular in the form of a flat excitation turn by a control unit 3 is fed with an excitation current in such a way that an alternating electromagnetic alternating field (excitation field) in the area of the dividing elements 13 is produced. This excitation current has a frequency of a few MHz, for example. The excitation winding of the excitation coil 21 is spatially arranged in such a way that it is in the opposite sequence of the dividing elements 13 forms a homogeneous electromagnetic excitation field. In the example, the excitation winding comprises the excitation coil 21 one in the measuring direction X running first line 211 and a returning second line 212 ,

Die Abtasteinheit 2 weist darüber hinaus zumindest eine Empfängerspule 22, insbesondere in Form einer flächigen Empfängerwindung, auf. Die Ausführung und räumliche Anordnung der Erregerwindung der Erregerspule 21 und der Empfängerwindung der Empfängerspule 21 ist derart, dass in dem Bereich der Empfängerwindung ein möglichst homogener Feldverlauf erzeugt wird. Die Empfängerwindung bzw. die Leiterschleifen der Empfängerspule 22 befindet sich hierzu innerhalb der Erregerwindung, die beiden Leitungen 211 und 212 bilden also eine Einhüllende für die Windungen der Empfängerspule 22.The scanning unit 2 also has at least one receiver coil 22 , in particular in the form of a flat receiver turn. The execution and spatial arrangement of the excitation winding of the excitation coil 21 and the receiver turn of the receiver coil 21 is such that the most homogeneous possible field is generated in the area of the receiver turn. The receiver turn or the conductor loops of the receiver coil 22 For this purpose, the two lines are located within the excitation turn 211 and 212 thus form an envelope for the turns of the receiver coil 22 ,

Das von der Erregerspule 21 generierte Erregerfeld generiert in den Teilungselementen 13 Wirbelströme, die als Gegenfeld gegen das Erregerfeld wirken. In der Empfängerspule 22 wird aufgrund des ihr zugeordneten Erregerfeldes eine Spannung induziert, die von der relativen Lage - in Messrichtung X betrachtet - zu den elektrisch leitenden Teilungselementen 13 abhängig ist. Die Teilungselemente 13 sind dazu in Messrichtung X räumlich derart angeordnet, dass sie das Erregerfeld positionsabhängig beeinflussen. Die Erregerspule 21 ist also mit der Empfängerspule 22 in Abhängigkeit der relativen Lage der Teilungselemente 13 in Messrichtung X induktiv gekoppelt. Das elektromagnetische Wechselfeld der Erregerspule 21 wird durch die Teilungselemente 13 in Messrichtung X positionsabhängig moduliert, dadurch variiert auch die in der Empfängerspule 22 induzierte Spannung positionsabhängig. Die in der zumindest einen Empfängerspule 22 induzierte Spannung wird einer Auswerteeinheit 4 zugeführt, die daraus ein elektrisches positionsabhängiges Abtastsignal bildet.That from the excitation coil 21 Generated excitation field generated in the division elements 13 Eddy currents that act as a counter field against the excitation field. In the receiver coil 22 Due to the excitation field assigned to it, a voltage is induced which depends on the relative position - in the measuring direction X considered - to the electrically conductive partition elements 13 is dependent. The dividing elements 13 are in the direction of measurement X spatially arranged in such a way that they influence the field of excitation depending on the position. The excitation coil 21 is with the receiver coil 22 depending on the relative position of the dividing elements 13 in the measuring direction X inductively coupled. The electromagnetic alternating field of the excitation coil 21 is divided by the elements 13 in the measuring direction X modulated depending on the position, this also varies in the receiver coil 22 induced voltage depending on position. The one in the at least one receiver coil 22 induced voltage becomes an evaluation unit 4 fed, which forms an electrical position-dependent scanning signal.

Besonders vorteilhaft ist die Anordnung von Erregerspule 21 und Empfängerspule 22 in Form von auf einem gemeinsamen zweiten Substrat 23 aufgebrachten Leiterbahnen. Wie in 1 schematisch dargestellt ist, sind diese Leiterbahnen auf der Seite des zweiten Substrats 23 angeordnet, die der Abfolge der Teilungselemente 13 im Abtastabstand Z gegenüberliegt. Das zweite Substrat 23 kann beispielsweise als Leiterplatte ausgebildet sein. Dabei sind die Teilungselemente 13 der Maßverkörperung 1 vorzugsweise in einer Ebene angeordnet, die parallel zu der Ebene des zweiten Substrats 23 ausgerichtet ist, in welcher die Erregerwindung und die Empfängerwindung verlaufen.The arrangement of the excitation coil is particularly advantageous 21 and receiver coil 22 in the form of on a common second substrate 23 applied conductor tracks. As in 1 is shown schematically, these conductor tracks are on the side of the second substrate 23 arranged that the sequence of the dividing elements 13 at the scanning distance Z. The second substrate 23 can for example be designed as a printed circuit board. The division elements 13 the material measure 1 preferably arranged in a plane that is parallel to the plane of the second substrate 23 is aligned in which the excitation turn and the receiver turn run.

Die Empfängerwindung der Empfängerspule 22 verläuft vorzugsweise in bekannter Weise sinus- oder dreieckförmig.The receiver turn of the receiver coil 22 preferably runs in a known manner sinusoidal or triangular.

In nicht gezeigter Weise können mehrere Empfängerspulen 22 in der Abtasteinheit 2 vorgesehen sein, um mehrere gegeneinander phasenverschobene Abtastsignale zu erzeugen, beispielsweise um 90° gegeneinander phasenverschobene Abtastsignale. In diesem Fall sind die mehreren - insbesondere sinus- oder dreieckförmig periodisch verlaufenden - Empfängerwindungen in Messrichtung X gegeneinander versetzt angeordnet.In a manner not shown, several receiver coils can be used 22 in the scanning unit 2 be provided in order to generate a plurality of scanning signals which are phase-shifted with respect to one another, for example scanning signals which are phase-shifted with respect to one another by 90 °. In this case, the plurality of receiver windings - in particular sinusoidal or triangular periodically running - are in the measuring direction X offset from each other.

Jede der Empfängerspulen 22 kann darüber hinaus mehrere in Messrichtung X verlaufende Perioden zur gleichzeitigen Abtastung mehrerer in Messrichtung X angeordneter Teilungselemente 13 aufweisen.Each of the receiver coils 22 can also have several in the measuring direction X running periods for simultaneous scanning of several in the measuring direction X arranged dividing elements 13 exhibit.

Erfindungsgemäß umfasst die Abtasteinheit 2 zumindest einen Magneten 24 zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes. Der zumindest eine Magnet 24 ist derart ausgelegt und angeordnet, dass sein magnetisches Feld H auf die Maßverkörperung 1 derart einwirkt, dass sich die magnetische Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 unter Einfluss der magnetischen Feldstärke H des Magneten 24 abhängig vom Abtastabstand Z ändert. Im ersten Ausführungsbeispiel ist ein einziger Magnet 24 vorgesehen, der als Permanentmagnet ausgebildet ist. Alternativ kann der Magnet 24 auch ein Elektromagnet sein, beispielsweise gebildet durch eine mit Gleichstrom durchflossene Spule und einem ferromagnetischen Kern.According to the invention, the scanning unit comprises 2 at least one magnet 24 to generate a static magnetic field. The at least one magnet 24 is designed and arranged so that its magnetic field H is on the material measure 1 acts in such a way that the magnetic conductivity μ of the soft magnetic layer 11 under the influence of the magnetic field strength H of the magnet 24 depending on the scanning distance Z changes. In the first embodiment, there is a single magnet 24 provided, which is designed as a permanent magnet. Alternatively, the magnet 24 also be an electromagnet, for example formed by a coil through which direct current flows and a ferromagnetic core.

Der Magnet 24 ist räumlich derart angeordnet, dass sein magnetisches Feld dem Ort der Maßverkörperung 1 zugeordnet ist, an dem auch das von der Erregerspule 21 ausgehende elektromagnetische Wechselfeld einwirkt. In vorteilhafter Weise entspricht die Ausdehnung des Magneten 24 in Messrichtung X zumindest der Ausdehnung der Erregerwindung der Erregerspule 21 in Messrichtung X. Durch diese Maßnahme ist der Maßverkörperung 1 über die gesamte Länge der Erregerwindung ein homogenes Magnetfeld des Magneten 24 zugeordnet.The magnet 24 is spatially arranged in such a way that its magnetic field is the location of the material measure 1 is assigned to which the excitation coil 21 outgoing electromagnetic alternating field acts. The expansion of the magnet advantageously corresponds 24 in the measuring direction X at least the extent of the excitation winding of the excitation coil 21 in the measuring direction X , This measure is the material measure 1 A homogeneous magnetic field of the magnet over the entire length of the excitation winding 24 assigned.

Die Ausrichtung der Pole N, S des zumindest einen Magneten 24 ist derart gewählt, dass sein Magnetfeld H zumindest weitgehend in der weichmagnetischen Schicht 11 verlaufen kann. Hierzu ist der Magnet 24 derart ausgerichtet, dass der Nordpol N und der Südpol S in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die parallel zur weichmagnetischen Schicht 11 verläuft.The orientation of the poles N, S of the at least one magnet 24 is chosen such that its magnetic field H at least largely in the soft magnetic layer 11 can run. This is the magnet 24 aligned so that the North Pole N and the south pole S are arranged in a common plane, which is parallel to the soft magnetic layer 11 runs.

Die von dem Magneten 24 aufgebrachte magnetische Feldstärke H ist am Ort der Maßverkörperung 1 abhängig von dem Abtastabstand Z, also abhängig vom Abstand zwischen der Abtasteinheit 2 und der Maßverkörperung 1. Der Abtastabstand Z ist eine Richtung senkrecht zur Messrichtung X. Diese auf die Maßverkörperung 1 einwirkende abstandsabhängige magnetische Feldstärke H wird dazu genutzt, die magnetische Flussdichte B in der weichmagnetischen Schicht 11 abhängig vom Abtastabstand Z zu beeinflussen. Je geringer der Abtastabstand Z ist, desto höher ist die magnetische Feldstärke H des Magneten 24 am Ort der weichmagnetischen Schicht 11 und umso höher wird die magnetische Flussdichte B in der weichmagnetischen Schicht 11, und zwar bis zum Erreichen der Sättigungsflussdichte. Die Sättigungsflussdichte ist ein materialspezifischer Höchstwert der Magnetisierung.The one from the magnet 24 applied magnetic field strength H is at the location of the measuring standard 1 depending on the scanning distance Z, that is, depending on the distance between the scanning unit 2 and the material measure 1 , The scanning distance Z is a direction perpendicular to the measuring direction X , This on the material measure 1 acting distance-dependent magnetic field strength H is used to determine the magnetic flux density B in the soft magnetic layer 11 depending on the scanning distance Z to influence. The smaller the scanning distance Z is, the higher the magnetic field strength H of the magnet 24 at the location of the soft magnetic layer 11 and the higher the magnetic flux density B in the soft magnetic layer 11 until the saturation flux density is reached. The saturation flux density is a material-specific maximum value of the magnetization.

Die magnetische Leitfähigkeit µ ist bei ferromagnetischen Materialien nicht konstant, sondern eine Funktion der auf das Material einwirkenden magnetischen Feldstärke H. Dieser Effekt wird nun bei der Erfindung in vorteilhafter Weise genutzt.The magnetic conductivity μ is not constant in ferromagnetic materials, but rather a function of the magnetic field strength H acting on the material. This effect is now advantageously used in the invention.

Zur weiteren Erläuterung des bei der Erfindung genutzten Effektes dient die 2. In der 2 ist die Magnetisierungskurve der Schicht 11, bestehend aus einem weichmagnetischen Material, beispielhaft dargestellt. Aufgetragen ist der Verlauf der magnetischen Flussdichte B sowie der magnetischen Leitfähigkeit µ in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke H. Es ist ersichtlich, dass bei steigender magnetischer Feldstärke H die magnetische Leitfähigkeit µ der Schicht 11 stark abnimmt. Die Auslegung und Anordnung des Magneten 24 und das Material der Schicht 11 werden derart gewählt, dass für den variierenden Abtastabstand Z der Arbeitsbereich A zur Verfügung steht.The serves to further explain the effect used in the invention 2 , In the 2 is the magnetization curve of the layer 11 , consisting of a soft magnetic material, shown as an example. The course of the magnetic flux density is plotted B and the magnetic conductivity µ as a function of the magnetic field strength H , It can be seen that with increasing magnetic field strength H the magnetic conductivity µ of the layer 11 decreases sharply. The design and arrangement of the magnet 24 and the material of the layer 11 are chosen such that for the varying scanning distance Z the work area A is available.

Bei großen Abtastabständen Z (in 2 schematisch mit Z1 gekennzeichnet) innerhalb des Arbeitsbereichs A ist die Abtasteinheit 2 und somit der Magnet 24 maximal von der weichmagnetischen Schicht 11 entfernt und es wirkt eine geringere magnetische Feldstärke H auf die weichmagnetische Schicht 11 ein, so dass die magnetische Feldstärke H diese nicht sättigen kann. Die magnetische Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 ist in diesem Fall sehr groß, so dass die elektromagnetischen Wechselfelder der induktiven Erregerwindung der Erregerspule 21 daher von der weichmagnetischen Schicht 11 aufgenommen und darin geführt werden können. Die elektromagnetischen Wechselfelder werden dadurch verstärkt. Aufgrund dieser Feldverstärkung sind die Amplituden der von der Empfängerspule 22 generierten Abtastsignale relativ groß.With large scanning distances Z (in 2 schematically with Z1 marked) within the work area A is the scanning unit 2 and thus the magnet 24 maximum of the soft magnetic layer 11 removed and there is a lower magnetic field strength H on the soft magnetic layer 11 one so the magnetic field strength H cannot saturate them. The magnetic conductivity µ of the soft magnetic layer 11 is very large in this case, so that the alternating electromagnetic fields of the inductive excitation winding of the excitation coil 21 therefore from the soft magnetic layer 11 can be recorded and guided. This increases the alternating electromagnetic fields. Because of this field gain, the amplitudes are those of the receiver coil 22 generated scanning signals relatively large.

Bei geringen Abtastabständen Z (in 2 schematisch mit Z2 gekennzeichnet) innerhalb des Arbeitsbereichs A bewirkt der Magnet 24, dass eine große magnetische Feldstärke H auf die weichmagnetische Schicht 11 einwirkt und dadurch die magnetische Leitfähigkeit µ der Schicht 11 sinkt. Die magnetische Flussdichte B der Schicht 11 steigt bis zur Sättigung. Sinkt bei kleiner werdenden Abtastabständen A die magnetische Leitfähigkeit µ aufgrund steigender magnetischer Feldstärke H, so werden die elektromagnetischen Wechselfelder von der weichmagnetischen Schicht 11 nicht aufgenommen und es kann keine Feldverstärkung erfolgen.At short sampling distances Z (in 2 schematically with Z2 marked) within the working area A the magnet 24 that a large magnetic field strength H on the soft magnetic layer 11 acts and thereby the magnetic conductivity µ of the layer 11 sinks. The magnetic flux density B of the layer 11 increases to saturation. Decreases as the scanning distances decrease A the magnetic conductivity µ due to increasing magnetic field strength H, the alternating electromagnetic fields from the soft magnetic layer 11 not included and no field strengthening can take place.

Diese beschriebene Funktion der weichmagnetischen Schicht 11 ist gegeben, wenn diese elektrisch isolierend oder elektrisch leitend ausgebildet ist.This described function of the soft magnetic layer 11 is given if it is designed to be electrically insulating or electrically conductive.

Wenn die weichmagnetische Schicht 11 elektrisch leitend ausgebildet ist, wird die Optimierung der Amplitude der Abtastsignale noch weiter verbessert. Zusätzlich zum oben erläuterten Effekt der Feldverstärkung kommt noch dazu, dass in der weichmagnetischen elektrisch leitenden Schicht 11 nun Wirbelströme entstehen können.If the soft magnetic layer 11 is electrically conductive, the optimization of the amplitude of the scanning signals is further improved. In addition to the field strengthening effect explained above, there is also the fact that in the soft magnetic, electrically conductive layer 11 eddy currents can now arise.

Bei kleiner werdendem Abtastabstand Z sinkt die magnetische Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 aufgrund der größer werdenden magnetischen Feldstärke des Magneten 24 im Bereich der weichmagnetischen Schicht 11. Die weichmagnetische Schicht 11 wird somit durchlässiger für die elektromagnetischen Wechselfelder der Erregerspule 21 und damit steigt die Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfeldes - ausgehend von der Erregerspule 21 - in die Schicht 11. Der elektrische Widerstand wird dadurch kleiner, die elektromagnetischen Wechselfelder können dadurch in der weichmagnetischen Schicht 11 vermehrt Wirbelströme erzeugen, die wiederum für die elektromagnetischen Wechselfelder dämpfend wirken.As the scanning distance becomes smaller Z the magnetic conductivity µ of the soft magnetic layer decreases 11 due to the increasing magnetic field strength of the magnet 24 in the area of the soft magnetic layer 11 , The soft magnetic layer 11 thus becomes more permeable to the electromagnetic alternating fields of the excitation coil 21 and thus the penetration depth of the alternating electromagnetic field increases - starting from the excitation coil 21 - in the shift 11 , The electrical resistance is thereby reduced, the electromagnetic alternating fields can be in the soft magnetic layer 11 increasingly generate eddy currents, which in turn have a damping effect on the electromagnetic alternating fields.

Die magnetische Feldstärke H des zumindest einen Magneten 24 ist um ein Vielfaches größer als die magnetische Feldstärke, welche durch die zumindest eine Erregerspule 21 generiert wird. Die von dem zumindest einen Magneten 24 erzeugte magnetische Flussdichte B ist dabei typischerweise einige hundert mT, wogegen die von der zumindest einen Erregerspule 21 generierte magnetische Flussdichte B typischerweise unter 1 mT liegt. Daraus resultiert, dass die für die Erfindung maßgebende Änderung der magnetischen Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 von dem zumindest einen Magneten 24 gesteuert wird, wogegen das Feld der zumindest einen Erregerspule 21 dabei vernachlässigbar ist.The magnetic field strength H of the at least one magnet 24 is many times greater than the magnetic field strength, which is caused by the at least one excitation coil 21 is generated. That of the at least one magnet 24 generated magnetic flux density B is typically some hundred mT, whereas that of the at least one excitation coil 21 generated magnetic flux density B is typically less than 1 mT. The result of this is that the change in the magnetic conductivity μ of the soft magnetic layer which is decisive for the invention 11 of the at least one magnet 24 is controlled, whereas the field of at least one excitation coil 21 is negligible.

Die 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei sind gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der vorher beschriebenen Anordnung dadurch, dass unter der weichmagnetischen Schicht 11 ein Träger 12 aus elektrisch gut leitfähigem Material angeordnet ist. Das Material des Trägers 12 ist darüber hinaus unmagnetisch. Als Material für den Träger 12 eignen sich daher insbesondere Metalle, wie beispielsweise unmagnetischer Stahl, Kupfer, Gold oder Aluminium.The 3 shows a second embodiment of the invention. Elements with the same effect are provided with the same reference numerals as in the first exemplary embodiment. The arrangement shown differs from the arrangement described above in that under the soft magnetic layer 11 A carrier 12 is arranged from electrically highly conductive material. The material of the carrier 12 is also non-magnetic. As material for the wearer 12 metals, such as non-magnetic steel, copper, gold or aluminum, are therefore particularly suitable.

Für die Maßverkörperung 1 ergibt sich nun ein Schichtstapel, bestehend aus den Teilungselementen 13, der darunter liegenden weichmagnetischen Schicht 11 und dem Träger 12. Dieser Schichtstapel kann zur Stabilisierung wiederum auf einem ersten Substrat 14 aufgebracht sein. Dieses erste Substrat 14 kann beispielsweise aus Glas oder einem Leiterplattenmaterial bestehen. Bei dieser Anordnung ergibt sich folgende Reihenfolge der Komponenten:

  • erstes Substrat 14Träger 12 → weichmagnetische Schicht 11Teilungselemente 13 → Abtastabstand Z → Abtasteinheit 2
For the material measure 1 the result is a layer stack consisting of the division elements 13 , the underlying soft magnetic layer 11 and the carrier 12 , This layer stack can in turn on a first substrate for stabilization 14 be upset. This first substrate 14 can consist of glass or a circuit board material, for example. With this arrangement, the following sequence of components results:
  • first substrate 14 carrier 12 → soft magnetic layer 11 division elements 13 → scanning distance Z → scanning unit 2

Dabei kann die weichmagnetische Schicht 11 wiederum elektrisch isolierend oder elektrisch leitend ausgebildet sein.The soft magnetic layer 11 in turn be designed to be electrically insulating or electrically conductive.

Ist die Schicht 11 elektrisch isolierend, kommt der oben erläuterte Effekt der Feldverstärkung zum Tragen. Bei großen Abtastabständen Z (in 2 schematisch mit Z1 gekennzeichnet) innerhalb des Arbeitsbereichs A ist die Abtasteinheit 2 und somit der Magnet 24 maximal von der weichmagnetischen Schicht 11 entfernt und es wirkt eine geringere magnetische Feldstärke H auf die Schicht 11 ein, so dass die magnetische Feldstärke H diese nicht sättigen kann. Die magnetische Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 ist in diesem Fall sehr groß, so dass die elektromagnetischen Wechselfelder der induktiven Erregerwindung der Erregerspule 21 daher von der Schicht 11 aufgenommen und geführt werden können und allenfalls nur ein geringer Anteil zum Träger 12 gelangen kann. Die elektromagnetischen Wechselfelder werden verstärkt, die weichmagnetische Schicht 11 bewirkt eine Feldverstärkung für die elektromagnetischen Wechselfelder der Erregerspule 21.Is the layer 11 electrically insulating, the effect of field reinforcement explained above comes into play. With large scanning distances Z (in 2 marked schematically with Z1) within the work area A is the scanning unit 2 and thus the magnet 24 maximum of the soft magnetic layer 11 removed and a lower magnetic field strength H acts on the layer 11 one so the magnetic field strength H cannot saturate them. The magnetic conductivity µ of the soft magnetic layer 11 is very large in this case, so that the alternating electromagnetic fields of the inductive excitation winding of the excitation coil 21 hence from the layer 11 can be recorded and managed and at most only a small proportion to the carrier 12 can reach. The electromagnetic alternating fields are strengthened, the soft magnetic layer 11 causes a field strengthening for the alternating electromagnetic fields of the excitation coil 21 ,

Bei kleiner werdendem Abtastabstand Z kommt nun zusätzlich der Effekt der Erzeugung von Wirbelströmen zum Tragen, nämlich in dem elektrisch leitenden Träger 12. Die elektromagnetischen Wechselfelder der induktiven Erregerwindung der Erregerspule 21 werden nicht mehr in dem Maße von der weichmagnetischen Schicht 11 aufgenommen und können daher zum Träger 12 gelangen. Im Träger 12 entstehen Wirbelströme, welche dämpfend wirken. Beide Effekte, die Feldverstärkung durch die weichmagnetischen Schicht 11 bei großem Abtastabstand Z und die Dämpfung durch den Träger 12 bei kleinem Abtastabstand wirken zusammen zur Optimierung der Abtastsignale.As the scanning distance Z becomes smaller, the effect of the generation of eddy currents also comes into play, namely in the electrically conductive carrier 12 , The alternating electromagnetic fields of the inductive excitation winding of the excitation coil 21 are no longer to the extent of the soft magnetic layer 11 added and can therefore be the carrier 12 reach. In the carrier 12 eddy currents arise which have a dampening effect. Both effects, the field strengthening through the soft magnetic layer 11 with a large scanning distance Z and the attenuation by the wearer 12 with a small scanning distance act together to optimize the scanning signals.

Ist die weichmagnetische Schicht 11 elektrisch leitend können sich bei kleinem Abtastabstand Z dämpfende Wirbelströme in der Schicht 11 und in dem Träger 12 ausbilden. Sinkt bei kleiner werdendem Abtastabstand Z die magnetische Leitfähigkeit µ aufgrund steigender magnetischer Feldstärke H, so steigt die Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfeldes - ausgehend von der Erregerspule 21 - in die weichmagnetische Schicht 11 und gelangt zum Träger 12. Bei entsprechender Dimensionierung der Dicke der weichmagnetischen Schicht 11 dringt das elektromagnetische Wechselfeld dann durch die Schicht 11 hindurch und gelangt zum Träger 12. Bei sinkender magnetischer Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 wird diese also durchlässig für die elektromagnetischen Wechselfelder der Erregerspule 21. Diese elektromagnetischen Wechselfelder können dadurch in dem darunter liegenden elektrisch leitfähigen und unmagnetischen Träger 12 Wirbelströme erzeugen, die wiederum für die elektromagnetischen Wechselfelder dämpfend wirken. In vorteilhafter Weise ist bei diesem Beispiel die Dicke der weichmagnetischen Schicht 11 kleiner 100µm, beispielsweise etwa 10µm.Is the soft magnetic layer 11 can become electrically conductive with a small scanning distance Z damping eddy currents in the layer 11 and in the carrier 12 form. Decreases as the scanning distance becomes smaller Z the magnetic conductivity µ due to increasing magnetic field strength H , the penetration depth of the alternating electromagnetic field increases - starting from the excitation coil 21 - in the soft magnetic layer 11 and gets to the carrier 12 , With appropriate dimensioning of the thickness of the soft magnetic layer 11 the electromagnetic alternating field then penetrates through the layer 11 through and reaches the carrier 12 , When the magnetic conductivity µ of the soft magnetic layer decreases 11 it becomes permeable to the electromagnetic alternating fields of the excitation coil 21 , These alternating electromagnetic fields can thereby in the underlying electrically conductive and non-magnetic carrier 12 Generate eddy currents, which in turn have a dampening effect on the electromagnetic alternating fields. The thickness of the soft magnetic layer is advantageous in this example 11 less than 100 µm, for example about 10 µm.

Die 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Dabei sind gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die dargestellte Anordnung unterscheidet sich von den vorher beschriebenen Anordnungen dadurch, dass anstelle eines einzigen Magneten 24 nun mehrere Magnete 25, 26 zur Erzeugung der erforderlichen Flussdichte B in der Schicht 11 und ggf. in dem Träger 12 vorgesehen sind. Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen sind den beiden Leitungen 211, 212 der Erregerspule 21 ein gemeinsamer Magnet 24 zugeordnet. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der 4 ist der ersten in Messrichtung X verlaufenden Leitung 211 und der zurück verlaufenden zweiten Leitung 212 der Erregerspule 21 jeweils ein eigener Magnet 25, 26 zugeordnet. Der Aufbau der Maßverkörperung 1 entspricht exakt dem anhand der 3 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel, so dass die Magnete 25, 26 die dort erläuterten Effekte haben.The 4 shows a third embodiment. Elements with the same effect are provided with the same reference numerals as in the previously described exemplary embodiments. The arrangement shown differs from the previously described arrangements in that instead of a single magnet 24 now several magnets 25 . 26 to generate the required flux density B in the layer 11 and possibly in the carrier 12 are provided. In the previous embodiments, the two lines 211 . 212 the excitation coil 21 a common magnet 24 assigned. In the third embodiment according to the 4 is the first in the measuring direction X trending line 211 and the returning second line 212 the excitation coil 21 each with its own magnet 25 . 26 assigned. The structure of the material measure 1 corresponds exactly to that from the 3 described second embodiment, so that the magnets 25 . 26 have the effects explained there.

Zusammengefasst gilt:In summary:

Die Teilungselemente 13 bilden induktive Koppelelemente, welche die induktive Kopplung zwischen der Erregerspule 21, der Maßverkörperung 1 und der Empfängerspule 22 in gewünschter Weise positionsabhängig modulieren. Eine Variation des Abtastabstandes Z ändert ebenfalls das induktive Kopplungsverhalten zwischen der Erregerspule 21, der Maßverkörperung 1 und der Empfängerspule 22, und zwar in der Weise, dass bei kleineren Abtastabständen Z die induktive Kopplung größer ist als bei großen Abtastabständen Z. Diesem sich vom Abtastabstand Z abhängigen Kopplungsverhalten wird durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung entgegengewirkt, um dieses abstandsabhängige Kopplungsverhalten über einen großen Arbeitsbereich A des Abtastabstandes Z möglichst konstant zu halten. Durch die Erfindung wird somit erreicht, dass die Amplituden der Abtastsignale innerhalb eines relativ großen Arbeitsbereichs A des Abtastabstandes Z zumindest annähernd konstant bleiben. Bei großen Abtastabständen werden die Amplituden der Abtastsignale gegenüber dem Stand der Technik durch Feldverstärkung erhöht und bei geringen Abtastabständen Z (in 2 mit Z2 gekennzeichnet) können die Amplituden der Abtastsignale gegenüber dem Stand der Technik reduziert und an die Amplituden der Abtastsignale bei größeren Abtastabständen Z (in 2 mit Z1 gekennzeichnet) angepasst werden Die Amplituden der Abtastsignale der induktiven Positionsmesseinrichtung gemäß der Erfindung bleiben somit auch bei einer Variation des Abtastabstandes Z zumindest annähernd konstant.The dividing elements 13 form inductive coupling elements, which form the inductive coupling between the excitation coil 21 , the material measure 1 and the receiver coil 22 modulate as required depending on position. A variation of the scanning distance Z also changes the inductive coupling behavior between the excitation coil 21 , the material measure 1 and the receiver coil 22 , in such a way that at smaller scanning distances Z the inductive coupling is larger than with large scanning distances Z , This differs from the scanning distance Z dependent coupling behavior is counteracted by the measures according to the invention to this distance-dependent coupling behavior over a large work area A the scanning distance Z to keep as constant as possible. The invention thus achieves that the amplitudes of the scanning signals within a relatively large working range A the scanning distance Z remain at least approximately constant. In the case of large scanning distances, the amplitudes of the scanning signals are increased by field amplification compared to the prior art, and in the case of small scanning distances Z (in 2 marked with Z2), the amplitudes of the scanning signals can be reduced compared to the prior art and the amplitudes of the scanning signals at larger scanning distances Z (in 2 With Z1 The amplitudes of the scanning signals of the inductive position measuring device according to the invention thus remain even with a variation of the scanning distance Z at least approximately constant.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant has been generated automatically and is only included for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2515086 B1 [0003]EP 2515086 B1 [0003]

Claims (10)

Induktive Positionsmesseinrichtung, mit einer Maßverkörperung (1), umfassend eine Teilungsspur (130), bestehend aus in Messrichtung (X) voneinander beabstandet angeordneten induktiv abtastbaren Teilungselementen (13) auf einer Schicht (11) aus weichmagnetischem Material, und mit einer der Maßverkörperung (1) in einem Abtastabstand (Z) gegenüberliegenden und in Messrichtung (X) relativ dazu verschiebbaren Abtasteinheit (2), umfassend - zumindest eine Erregerspule (21) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes im Bereich der Teilungsspur (130); - zumindest eine Empfängerspule (22) zur Abtastung der Teilungsspur (130) und zum Empfang des von den Teilungselementen (13) positionsabhängig modulierten elektromagnetischen Wechselfeldes; - zumindest einen Magneten (24, 25, 26), der derart ausgelegt und angeordnet ist, dass sein magnetisches Feld auf die Maßverkörperung (1) derart einwirkt, dass sich die magnetische Leitfähigkeit der weichmagnetischen Schicht (11) unter Einfluss der magnetischen Feldstärke (H) des Magneten (24, 25, 26) abhängig vom Abtastabstand (Z) ändert. Inductive position measuring device, with a material measure (1), comprising a graduation track (130), consisting of inductively scannable graduation elements (13) spaced apart from one another in the measuring direction (X) on a layer (11) made of soft magnetic material, and with one of the measuring standards (1) at a scanning distance (Z) opposite and displaceable in the measuring direction (X) relative to it, comprising scanning unit (2) - at least one excitation coil (21) for generating an alternating electromagnetic field in the region of the graduation track (130); - at least one receiver coil (22) for scanning the graduation track (130) and for receiving the electromagnetic alternating field modulated by the graduation elements (13); - At least one magnet (24, 25, 26), which is designed and arranged in such a way that its magnetic field acts on the material measure (1) in such a way that the magnetic conductivity of the soft magnetic layer (11) under the influence of the magnetic field strength (H ) of the magnet (24, 25, 26) changes depending on the scanning distance (Z). Induktive Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die weichmagnetische Schicht (11) elektrisch leitfähig ist.Inductive position measuring device after Claim 1 , wherein the soft magnetic layer (11) is electrically conductive. Induktive Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 2, wobei das Material der weichmagnetischen Schicht (11) ein Mu-Metall ist.Inductive position measuring device after Claim 2 , wherein the material of the soft magnetic layer (11) is a Mu metal. Induktive Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die weichmagnetische Schicht (11) elektrisch isolierend ist.Inductive position measuring device after Claim 1 , wherein the soft magnetic layer (11) is electrically insulating. Induktive Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 4, wobei das Material der weichmagnetischen Schicht (11) ein elektrisch nicht leitfähiges Matrixmaterial umfasst, in das weichmagnetische Partikel eingebunden sind.Inductive position measuring device after Claim 4 , The material of the soft magnetic layer (11) comprises an electrically non-conductive matrix material in which soft magnetic particles are integrated. Induktive Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die weichmagnetische Schicht (11) auf einem Träger (12) aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet ist.Inductive position measuring device according to one of the preceding claims, wherein the soft magnetic layer (11) is arranged on a carrier (12) made of electrically conductive material. Induktive Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Dicke der weichmagnetischen Schicht (11) kleiner 100µm ist.Inductive position measuring device after Claim 6 , wherein the thickness of the soft magnetic layer (11) is less than 100 microns. Induktive Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Magnet (24, 25, 26) derart angeordnet ist, dass sein Magnetfeld (H) im Bereich der Maßverkörperung (1) in der weichmagnetischen Schicht (11) verläuft.Inductive position measuring device according to one of the preceding claims, wherein the at least one magnet (24, 25, 26) is arranged in such a way that its magnetic field (H) extends in the region of the material measure (1) in the soft magnetic layer (11). Induktive Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnet (24, 25, 26) ein Permanentmagnet ist, deren Nordpol (N) und Südpol (S) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die parallel zur weichmagnetischen Schicht (11) verläuft.Inductive position measuring device according to one of the preceding claims, wherein the magnet (24, 25, 26) is a permanent magnet, the north pole (N) and south pole (S) of which are arranged in a common plane which runs parallel to the soft magnetic layer (11). Induktive Positionsmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material der Teilungselemente (13) elektrisch gut leitfähig und nichtferromagnetisch ist.Inductive position measuring device according to one of the preceding claims, wherein the material of the dividing elements (13) is electrically highly conductive and non-ferromagnetic.
DE102018211402.1A 2018-07-10 2018-07-10 Inductive position measuring device Pending DE102018211402A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018211402.1A DE102018211402A1 (en) 2018-07-10 2018-07-10 Inductive position measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018211402.1A DE102018211402A1 (en) 2018-07-10 2018-07-10 Inductive position measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018211402A1 true DE102018211402A1 (en) 2020-01-16

Family

ID=69226927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018211402.1A Pending DE102018211402A1 (en) 2018-07-10 2018-07-10 Inductive position measuring device

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018211402A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2515086B1 (en) 2011-04-20 2016-04-06 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Positioning device and scale

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2515086B1 (en) 2011-04-20 2016-04-06 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Positioning device and scale

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3635207C2 (en)
EP3179214B1 (en) Inductive position measurement device
DE10044839B4 (en) Inductive position sensor
EP3108210B1 (en) Sensor arrangement and method for determining a position and/or a change in the position of a measurement object
EP1527324B1 (en) Magnetoresistive sensor
EP2834601B1 (en) Method and arrangement for determining the position of a component
DE202007006955U1 (en) Device for measuring rotational movements
EP0676622B2 (en) Position sensor
EP3695194B1 (en) Electromagnetic measuring system for detecting length and angle on the basis of the magnetoimpedance effect
DE102018211402A1 (en) Inductive position measuring device
CH696859A5 (en) Current sensor having a plurality of magnetic field sensors.
DE3704729A1 (en) Arrangement for determining the position and movement of objects
DE3514154A1 (en) TOUCH-FREE MEASUREMENT METHOD
DE3417893A1 (en) Arrangement for the contactless detection or the contactless measurement of mechanical stress states of machine parts
DE102017123772B4 (en) Electromagnetic measuring system for the detection of length and angle based on the magneto-impedance effect
DE102012000939A1 (en) Sensor unit for determining distance, has magnetic field forming element that is shaped to form magnetic field at different positions along movement range of sensor element with different magnetic field directions
EP2281180B1 (en) Measurement element for a length measuring system
DE10227425A1 (en) Inductive displacement measurement device for analog final control element has oscillator coil on non-conducting carrier brought to magnetic saturation by magnetic sender approaching coil
DE102007027149A1 (en) Plunger armature made of metals of different magnetic permeability
DE102011121413A1 (en) Sensor unit, particularly travel sensor for use in mobile hydraulics and for determining distance, has magnetic field forming element to form magnetic field with different magnetic field directions at different positions
DE19802064A1 (en) Sensor magnet with magnetizing pattern with at least two different width switching sections between pole transitions
DE2226639C3 (en) Non-linear device for detecting magnetic flux
EP3931576A1 (en) Device and method for determining the speed or acceleration of an electrically conductive object, and system
DE102007025322B4 (en) sensor device
WO2018136988A1 (en) Magnetic force sensor and production thereof