DE10393860T5

DE10393860T5 - Hydraulikkolbenpositionssensor

Info

Publication number: DE10393860T5
Application number: DE10393860T
Authority: DE
Inventors: Gregory C. Chanhassen Brown
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-10-27
Also published as: CN1309963C; JP2006509973A; US6722260B1; CN1723349A; WO2004053340A1; AU2003293255A1

Abstract

Vorrichtung zum Messen der Relativposition eines Hydraulikkolbens in einem Zylinder, mit:
einem mit dem Zylinder fest verbundenen, sich in die Bewegungsrichtung des Kolbens erstreckenden Antennenstab, der so ausgebildet ist, einen Mikrowellenimpuls zwischen einer Kupplung und einem distalen Ende des Stabs zu übertragen;
einem mit dem Kolben gleitend verbundenen Gleitelement, das so ausgebildet ist, eine Teilreflexion des Mikrowellenimpulses zu veranlassen;
einer mit dem Antennenstab verbundenen Mikrowellentransceiverschaltung, die so ausgebildet ist, Mikrowellenimpulse zu erzeugen und zu empfangen; und
einer Rechenschaltung, die so ausgebildet ist, eine Kolbenposition als Funktion der vom Gleitelement und vom distalen Antennenstabende reflektierten Mikrowellenimpulse zu berechnen; und
einem an einem Ende des Zylinders montierten isolierenden Aufnahmeelement, das so ausgebildet ist, den Antennenstab aufzunehmen und den Stab durch eine elektrische Isolierung mit dem Zylinder zu verbinden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Hydraulikkolben. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Positionssensoren zum Erfassen der Relativposition zwischen einem Kolben und einem Hydraulikzylinder.
Hydraulikzylinder werden in verschiedenartigen Anwendungen, z.B. in Hochleistungsgeräten, zum Bewegen großer Lasten weit verbreitet verwendet. Herkömmlich erfolgte die Steuerung eines Hydraulikzylinders durch eine Bedienungsperson, die die Ausfahrbewegung und die Position des Hydraulikzylinders visuell beobachtet und Steuermechanismen entsprechend betätigt. Diese Technik ist jedoch ungenau und kann zu einer Beschädigung der Hydraulikeinrichtung und des manipulierten Werkstücks führen. Außerdem kann diese Technik nicht in Situationen angewendet werden, in denen die Bedienungsperson den Zylinder nicht sehen kann. Um diese Probleme zu lösen, sind Verschiebungs- oder Wegsensoren (Displacement Sensor) zum Messen der Position eines Kolbens in einem Hydraulikzylinder verwendet worden.
Es werden verschiedenartige Wegsensoren zum Messen der Relativposition des Kolbens im Hydraulikzylinder verwendet. Vorrichtungen zum abgesetzten Messen (engl. remotely) von Verschiebungen oder Wegen mit hoher Zuverlässigkeit in rauhen Umgebungen sind jedoch gegenwärtig komplex und teuer. Beispiele gegenwärtig verwendeter Techniken sind magnetostriktive Vorrichtungen, die die Laufzeit eines mechanischen Signals entlang eines Paars feiner Drähte verwenden, die in einem abgedichteten Metallrohr eingeschlossen sind, wobei das Signal durch eine magnetostriktiv induzierte Änderung der mechanischen Eigenschaften des Rohrs zurückreflektiert wird.
Gemäß einer anderen Technik wird ein eine Drehbewegung erfassender Absolut-Drehgeber verwendet. Die Translations-Drehbewegungs-Umwandlung erfolgt typischerweise durch Zahnräder oder durch ein Kabel oder ein Band, das von einer durch eine Feder gespannten Trommel abgewickelt wird. Absolute Geber haben nachteilig tendenziell einen begrenzten Meßbereich und/oder eine begrenzte Auflösung.
In rauhen Umgebungen, in denen beispielsweise hohe Schwingungspegel existieren, kommen absolute geätzte Glasmaßstäbe aufgrund ihrer kritischen Ausrichtungsanforderungen, ihrer Anfälligkeit für Sprödbruch und ihrer Überempfindlichkeit für Beschlagen und Schmutz tendenziell nicht in Betracht. Für diese Technik ist außerdem ein häufiger Nullabgleich erforderlich.
Bei abgeleiteten Wegmessungen, z.B. durch Berechnen der Translationsbewegung eines Zylinders durch Integrieren einer volumetrischen Durchflußrate in dem Zylinder über die Zeit, treten verschiedene Probleme auf. Erstens arbeiten diese Vorrichtungen inkemental und erfordern einen häufigen manuellen Nullabgleich. Zweitens reagieren sie tendenziell empfindlich auf Umgebungsbedingungen, z.B. auf die Temperatur und die Dichte. Sie erfordern eine Messung dieser Variablen, um eine präzise Wegmessung zu erhalten. Schließlich führt eine Integration einer Durchflußmenge zum Bestimmen von Wegen tendenziell zu einer Abnahme der Meßgenauigkeit. Diese Technik ist außerdem durch den dynamischen Erfassungsbereich der Durchflußmessung begrenzt. Durchflüsse oberhalb und unterhalb dieses Bereichs sind mit sehr großen Fehlern behaftet.
Eine zum Messen von Kolbenpositionen verwendete Technik verwendet elektromagnetische Burstsignale. Bei dieser Technik kann jedoch Strahlung in die Umgebung abgegeben werden und ist ein Kalibriervorgang schwierig.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Eine Vorrichtung zum Messen einer Relativposition eines Hydraulikkolbens in einem Zylinder weist eine Stange oder einen Stab auf, der sich entlang der Bewegungsrichtung des Kolbens erstreckt und mit einem Ende des Zylinders fest verbunden ist. Der Stab ist derart konfiguriert, daß er einen Mikrowellenimpuls überträgt. Ein Gleitelement ist mit dem Stab gleitend oder verschiebbar und mit dem Kolben fest verbunden. Das Gleitelement ist derart konfiguriert, daß es eine Teilreflexion des Mikrowellenimpulses verursacht. Auch am Ende des Stabs tritt eine Reflexion auf. Die Kolbenposition wird als Funktion der vom Gleitelement und vom Stabende reflektierten Mikrowellenimpulse berechnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Seiten-Querschnittansicht einer Hydraulikeinheit mit einer Positionsmeßschaltung;
2 zeigt eine Querschnittansicht einer Manschette, die an einem Antennenstab montierbar und damit elektrisch verbindbar ist;
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer mit dem Antennenstab verbundenen Buchse;
4A zeigt eine Seiten-Querschnittansicht zum Darstellen von Impedanzdiskontinuitäten an einer Stirnseite eines Kolbens;
4B zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Kolbens und eines Konuselement;
5 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen eines in einer Kolbenstirnfläche angeordneten kolbenstirnseitigen Elements zum Bereitstellen eines Impedanzunterschieds;
6 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen einer elektrischen Verbindung mit einem Antennenstab; und
7 zeigt ein Hydrauliksystem, das mit einer in einem Blockdiagramm dargestellten Positionsmeßschaltung verbunden ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Technik zum Messen der Position eines Kolbens bezüglich eines Zylinders einer Hydraulikzylindereinheit bereitgestellt. In der vorliegenden Erfindung wird ein Mikrowellensignal zum Messen der Relativposition des Kolbens im Zylinder verwendet. Wenn eine derartige Technik zum Messen der Kolbenposition verwendet wird, ist es aufgrund von Rauschen und anderen Problemen, die mit einer präzisen Messung verbunden sind, manchmal schwierig, einen präzisen Positionsmeßwert zu erhalten.
1 zeigt eine perspektivische Querschnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hydraulikkolben/Zylinder-Einheit 10. Die Einheit 10 weist einen Zylinder 12 auf, in dem ein Kolbenkopf 14 gleitend angeordnet ist. Der Kolbenkopf 14 ist mit einer Kolbenstange 16 verbunden. Der Kolbenkopf 14 bewegt sich in Antwort auf ein Hydraulikfluid 18, das dem Innenraum des Zylinders 12 über eine Öffnung 19 zugeführt oder vom Innenraum des Zylinders abgezogen wird, im Zylinder 12. Eine Dichtung erstreckt sich um den Kolbenkopf 14, um zu verhindern, daß Hydraulikfluid austritt.
Ein Antennenstab 22 erstreckt sich in Richtung des Zylinders 12 und ist mit einer Positionsmeßschaltung 24 verbunden. Eine Öffnung 26 zum Aufnehmen des Antennenstabs 22 erstreckt sich durch die Kolbenstange 16 und den Kolbenkopf 14. Stabführungen 34 und 40 sind mit der Kolbenstange 16 bzw. mit dem Kolbenkopf 14 verbunden und gleiten entlang des Antennenstabs 22. Die Führungen 34, 40 reflektieren Mikrowellenimpulse, die entlang des Antennenstabs 22 übertragen werden, wie nachstehend erläutert wird. Durchlässe 50 ermöglichen, daß das Fluid 18 durch die Führungen 34, 40 strömen kann. In dieser Ausführungsform ist die Führung 34 mit dem Antennenstab 22 fest verbunden und gleitet innerhalb der Öffnung 26 der Kolbenstange 27, und die Führung 40 ist mit dem Kolbenkopf 14 fest verbunden und gleitet entlang des Antennenstabs 22. Die Positionsmeßschaltung 24 ist über eine Durchführung 38 mit dem Antennenstab 22 verbunden. Die Durchführung weist eine Manschette 38 auf, die sich von einer Basis 52 des Zylinders 12 aus erstreckt und den Antennenstab 22 mit der Positionsmeßschaltung 24 verbindet.
Im Betrieb gleitet der Kolben 14 innerhalb des Zylinders 12, wenn dem Zylinder 12 Hydraulikfluid 18 zugeführt oder Hydraulikfluid vom Zylinder abgeleitet wird. Der Kolben 14 gleitet außerdem entlang des Antennenstabs 22, der in der Öffnung 26 des Kolbens 14 aufgenommen ist. Eine Kontaktführung oder eine Buchse 40 bewegt sich entlang des Antennenstabs 22, wenn der Kolben 14 sich im Zylinder 12 bewegt. Obwohl der Antennenstab 22 in der Darstellung am Zylinder 12 befestigt ist, kann er auch am Kolben 14 befestigt sein und sich relativ zum Zylinder 12 bewegen. Es können auch andere Antennenstabkonfigurationen verwendet werden.
Die Positionsmeßschaltung 24 stellt ein Positionsausgangssignal basierend auf Reflexionen von Mikrowellensignalen bereit, die zum Antennenstab 22 gekoppelt werden. Das Mikrowellensignal wird an zwei Stellen auf dem Antennenstab 22 reflektiert: an der Kontaktierführung bzw. an der Buchse 40 und am Stabende an der Führung bzw. an der Buchse 34. Die Positionsmeßschaltung spricht auf ein Verhältnis der Zeitverzögerung zwischen den beiden reflektierten Signalen an, um die Relativposition des Kolbens 14 im Zylinder 12 zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform verwendet die vorliegende Erfindung die MTDR-Technologie (Micro Time Domain Reflectometry Radar). Die MTDR-Technologie ist eine Flugzeittechnologie. Ein gut definierter Impuls oder ein gepulstes Mikrowellenradarsignal wird in ein geeignetes Medium gekoppelt. Das Radarsignal wird in Übertragungsleitungen gekoppelt, die in der Form von parallelen Doppelleitern ausgebildet sind. Diese parallele Doppelleitergeometrie ist bevorzugt, weil dadurch die abgestrahlte elektromagnetische Interferenz (EMI) begrenzt wird. Die für die Erzeugung des Radarsignals, die Kopplung des Radarsignals in die Übertragungsleitung und die Erfassung des reflektierten Signals verantwortliche Vorrichtung wird hierin als Transducer bezeichnet.
Die Basis-MTDR-Messung wird durch Übertragen eines Radarimpulses entlang einer langen, schlanken Übertragungsleitung, z.B. des Antennenstabs 22 in 1, und präzises Messen der Zeit erreicht, die das Signal für den Weg zu einem Reflexionspunkt und zurück benötigt. Der Reflexionspunkt kann das distale Ende des Antennenstabs 22 sein und sich durch einen mechanischen Körper, z.B. die Führung 34 erstrecken. Wenn veranlaßt wird, daß sich ein mechanischer Körper (z.B. das Gleitelement 40) entlang der Länge der Übertragungsleitung bewegt, kann dessen Position anhand der Laufzeit des durch ihn reflektierten Pulses bestimmt werden. Insbesondere wird ein Referenz-Radarimpuls erzeugt und zeitgesteuert, der dem Ende der durch den Antennenstab 22 gebildeten Übertragungsleitung an der Führung 34 zugeführt und daran reflektiert wird. Die Laufzeit dieses reflektierten Impulses wird dann mit der Laufzeit des durch den gleitenden mechanischen Körper 40 reflektierten Impulses verglichen. Ein Vorteil dieser Technik besteht darin, daß die Messung von dem die Übertragungsleitung umgebenden Medium unabhängig ist.
Ein Vorteil dieser Meßtechnik besteht darin, daß die Messung ausreichend schnell wiederholt werden kann, um die Positionsmessungen zeitlich zu differenzieren und dadurch gegebenenfalls die Geschwindigkeit bzw. die Beschleunigung des Kolbens zu bestimmen. Außerdem kann durch geeignete Konfiguration der Geometrie der Übertragungsleitungen auch ein Winkelversatz oder eine Drehbewegung von Hydraulikstellgliedern gemessen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft Merkmale und Konfigurationen, durch die die Positionserfassung der Hydraulikkolben-/Zylindereinheit 10 verbessert wird. Durch die Erfindung wird eine verbesserte Funktionalität, Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Wartungsfreundlichkeit bereitgestellt.
2 zeigt eine Querschnittansicht der Manschette 38 in einer Zylinderbasis 52 und zeigt einen Aspekt der Erfin dung. In einigen Ausführungsformen der Einheit 10 ist es sehr schwierig, Zugang zum Basisbereich 52 des Zylinders 12 zu erhalten. In derartigen Konfigurationen ist es sehr schwierig, den Antennenstab 22 am Zylinder 12 zu montieren. Durch die Manschette 38 wird eine Konfiguration bereitgestellt, die dazu verwendet werden kann, den Stab 22 bequem mit der Basis 52 zu verbinden. Außerdem kann die Manschette 38 entfernt werden, wenn die Einheit repariert werden muß.
In einer Ausführungsform ist die Manschette 38 in einer Vertiefung der Zylinderbasis 52 aufgenommen und es wird ein Isolator 80 in der Manschette gehalten. Der Isolator 80 nimmt den Antennenstab 22 auf und ist in die Manschette 38 eingesetzt. Ein Dichtring 82 dichtet den Isolator 80 in der Manschette 38. Der Stab 22 wird durch eine Schraube 84 am Isolator 80 gehalten und ist durch einen Dichtring 86 gedichtet. Der Isolator 80 kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, z.B. aus einem hochfesten Keramikmaterial, wie beispielsweise Aluminiumoxid. Aluminiumoxid ist zum Handhaben von Beanspruchungen, die während der Montage oder des Betriebs auftreten, gut geeignet. Außerdem kann Aluminiumoxid hochglanzpoliert werden, so daß es eine O-Ring-Dichtung aufnehmen kann, um eine eng anliegende Abdichtung zu erhalten.
Die Manschette 38 ist durch einen Dichtring 88 an der Basis 52 gedichtet. Eine Druck- oder Klemmschraube 90 wird verwendet, um die Manschette 38 und die Basis 52 zu fixieren. Die Klemmschraube 90 erstreckt sich durch eine Öffnung 92 der Basis 52 in eine Vertiefung 94 der Manschette 38. Eine zusätzliche Halterung für den Stab 22 kann unter Verwendung eines Halterungselements 94 bereitgestellt werden. Das Halterungselement 94 weist Öffnungen 96 auf, durch die ein Hydraulikfluid strömen kann. Das Halterungselement 94 kann aus Bornitrat oder einem ähnlichen Material hergestellt sein.
In dieser spezifischen beispielhaften Ausführungsform wird eine elektrische Verbindung mit dem Stab 22 durch einen Leiter 100 hergestellt, der sich durch einen in der Basis 52 gehaltenen Isolator 102 erstreckt. Die Verbindung zwischen dem Leiter 100 und der Schraube 84 kann beispielsweise durch Preßpassung oder eine andere geeignete Befestigungstechnik hergestellt werden. Der Leiter 100 erstreckt sich zu einer HF-Kupplung 104, die derart konfiguriert ist, daß sie mit einem (in 2 nicht dargestellten) Koaxialkabel oder einem ähnlichen Element verbindbar ist und eine Masse- oder Erdungsverbindung mit der Basis 52 bereitstellt. Das Kabel ist mit einer in 1 dargestellten Positionsmeßschaltung 24 verbunden.
Der Stab 22 wird in der Manschette 38 angeordnet, bevor die Manschette im Zylinder 12 montiert wird. Wenn der Stab 22 in der Manschette 38 angeordnet ist, wird die Manschette 38 in die Vertiefung in der Basis 52 abgesenkt und unter Verwendung der Klemmschraube 90 in Position gesichert. Falls es notwendig sein sollte, den Antennenstab 22 zu entfernen, kann die Klemmschraube 90 entfernt werden, um die Manschette freizugeben, so daß die gesamte Manschette 38 von der Basis 52 angehoben werden kann.
Die Verbindung mit dem Antennenstab 22 ist derart konfiguriert, daß störende oder Nebenreflexionen reduziert werden, während unterstützt wird, daß ein Isolator den Stab 22 mechanisch hält. Nebenreflexionen können unter Verwendung leichter Verjüngungen und sanfter oder glatter Übergänge zwischen verschiedenen Komponenten und unter Verwendung von Komponenten reduziert werden, deren Abmessungen bezüglich der Wellenlänge eines Mikrowellenimpulses klein sind. Außerdem wird vorzugsweise ein Impedanzunterschied genutzt, um einen Referenzimpuls am proximalen Ende des Antennenstabs 22 zu erzeugen. Das Halterungselement 94 kann ein Material aufweisen, durch das ein derartiger Impedanzunterschied bereitgestellt wird, um den Referenzimpuls zu erzeugen. Das Halterungselement 94 ist durch ein Hydraulikfluid vom Isolator 80 getrennt und kann eine Dielektrizitätskonstante im Bereich von 8 bis 10 aufweisen. Typischerweise erfährt der Isolator 80 während der Zylinderoperation nur relativ geringe Zugbelastungen und geringe Druckbelastungen und kann aus einem beliebigen Isoliermaterial hergestellt sein, das mit dem Hydrauliköl verträglich und für den gewünschten Temperaturbereich geeignet ist. Durch die Verwendung von Bornitrat für das Halterungselement 94 wird eine Dielektrizitätskonstante von etwa 4 bereitgestellt. Es kann jedoch auch ein beliebiges anderes geeignetes Material verwendet werden. Beispielsweise wird durch Polytetrafluorethylen (PTFE) oder durch glasgefülltes PTFE eine Dielektrizitätskonstante von etwa 2,6 bis 2,8 bereitgestellt, was für eine typische Zylinderanordnung gut geeignet ist. Die Materialien können derart ausgewählt werden, daß Umweltvorschriften oder andere Vorschriften eingehalten werden.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Buchse (oder Führung) 34, die mit dem distalen Ende des Stabs 22 verbunden ist, und zeigt einen anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung. Durch die Buchse 34 wird ein Impedanzunterschied bereitgestellt, indem das distale Ende des Stabs 22 mit dem Inneren der Kolbenstange 27 verbunden ist. Die Buchse 34 ist durch einen Klebstoff, eine mechanische Verbindung oder eine andere Technik mit dem Stab 22 fest verbunden und weist mehrere unter Federspannung stehende leitfähige Finger 110 auf. Die leitfähigen Finger 110 werden gegen das Innere einer Öffnung 26 oder Bohrung gezwungen, um einen stabilen und zuverlässigen mechanischen Kontakt mit der Kolbenstange 27 herzustellen.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung werden aufgrund einer schlechten oder minderwertigen Verbindung zwischen dem distalen Ende des Stabs 22 und der Kolbenstange 27 verursachte Störimpulse, die zu Fehlern führen, wesentlich reduziert. Die unter Federspannung stehenden Finger 110 können Schwankungen des Durchmessers der Öffnung 26 ausgleichen, die während der Herstellung der Öffnung 26 oder während der Lebensdauer des Systems auftreten können. Obwohl unter Federspannung stehende Finger 110 dargestellt sind, können auch andere Techniken zum Bereitstellen eines zuverlässigen elektrischen Kontakts verwendet werden, z.B. unter Federspannung stehende Kontakte, Kugellager oder andere Techniken. Die Buchse 34 kann aus einem beliebigen geeigneten leitfähigen Material hergestellt werden, z.B. aus gesintertem oder hartem Kohlenstoffstahl. Das Material sollte mit dem Hydraulikfluid verträglich sein.
Gemäß verschiedenen Aspekten können die unter Federspannung stehenden Finger 110 aus einem ausgestanzten Federmaterial mit radialen Fingern hergestellt werden, können die Finger unter Federspannung stehende kugelförmige oder halbkugelförmige Strukturen aufweisen, die von einem Halterungszylinder einen nach außen gerichteten Druck ausüben, oder steife Drahtfedern, die derart ausgebildet sind, daß sie mit einer Gegenöffnung im Kolbenschaft in Kontakt stehen und mit dem Ende des Antennenstabs elektrisch verbunden sind. Die Buchse kann aus dem Antennenstab selbst hergestellt und wärmebehandelt sein, um die erforderlichen Kontaktfinger bereitzustellen. Die Kontakte können auch aus einem leitfähigen, nichtmetallischen Material hergestellt sein, das zu einer geeigneten Struktur geformt ist. Wenn ein auf einer Spiralfeder basierender Kontakt verwendet wird, kann die durch die Spiralfeder erzeugte Induktivität HF-Signale stören.
Gemäß einem anderen Aspekt besteht die Buchse 34 aus einem nicht-leitfähigen Material mit einer Dielektrizitätskonstante in der Nähe derjenigen des Hydrauliköls. In einer derartigen Ausführungsform ändert sich der Impedanzunterschied am Ende des Antennenstabs 22 nicht wesentlich, wenn sich der Kontakt zwischen der Buchse 34 und der Kolbenstange 27 ändert. In dieser Konfiguration erscheint der vom Stabende zurücklaufende Impuls als Impuls mit einem bezüglich des zurücklaufenden Impulses in einem Kontaktzustand umgekehrten Vorzeichen. In einer derartigen Ausführungsform ist die elektrische Verbindung zwischen der Buchse 34 und der Kolbenstange 27 nicht erforderlich oder erwünscht. In einer derartigen Ausführungsform kann die Buchse durch Spritzgießen z.B. aus PFA hergestellt werden. Es sollten Aussparungen oder Ausschnitte bereitgestellt werden, um einen Fluiddurchfluß zu ermöglichen. Es kann auch ein Antennenstababschluß aus einem Keramik-, Glas-, Polymer- oder E lastomermaterial verwendet werden. Wenn ein Polymermaterial verwendet wird, kann es gegebenenfalls mit einem nichtleitfähigen Material, z.B. Glas, gefüllt werden.
4A zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen eines typischen stirnseitigen Abschnitts eines Kolbens 14. Das Mikrowellensignal, das entlang des Antennenstabs 22 übertragen wird, wird aufgrund des Impedanzunterschieds zwischen der Kolbenstirnseitengeometrie und dem Zylinderinnendurchmesser mit dem Hydrauliköl als Dielektrikum reflektiert, wenn es die Stirnfläche des Kolbens 14 erreicht. Um die Position des Kolbens 14 präzise messen zu können, ist es wichtig, daß der von der Stirnseite des Kolbens 14 reflektierte Impuls einen sehr gut definierten Peak aufweist. Beispielsweise weist in der in 4A dargestellten Konfiguration die Kolbenstirnseite 122 mehrere Diskontinuitäten auf, die Stör- oder Nebenreflexionen des Mikrowellenimpulses erzeugen.
Während des Betriebs wird der Mikrowellenimpuls entlang des Antennenstabs 22 übertragen und folgt dem Erdungspfad 120 zwischen dem Stab 22 und der durch den Zylinder 12 bereitgestellten elektrischen Erde. Weil HF-Signale sich entlang der Außenfläche eines Leiters ausbreiten, weist der HF-Signalpfad zur Erde mehrere Impedanzunterschiede auf. Der primäre Unterschied, und der Unterschied, der zum Identifizieren der Kolbenposition verwendet wird, ist der Z₀/Z₁-Unterschied (Bezugszeichen 20/21 in 4A). Aufgrund der an der Stirnseite 122 des Kolbens 14 vorhandenen Geometrie ergeben sich jedoch noch weitere Impedanzunterschiede. Andere Impedanzunterschiede, die eine Reflexion des Signals veranlassen werden, sind der Z₀/Z₂-Unterschied (Bezugszeichen 20/22), der Z₃/Z₃-Unterschied (Bezugszeichen 22/23) und der Z₃/Z₄-Unterschied (Bezugszeichen 23/24), wie in 4A dargestellt ist. In dieser Konfiguration erzeugt der Z₀/Z₂-Unterschied einen negativen Impuls (engl. negative going pulse), während durch die beiden anderen Impedanzunterschiede positive Impulse erzeugt werden. Jeder dieser Impedanzunterschiede erzeugt ein reflektiertes Signal, das die Identi fizierung der präzisen Position des Kolbens 14 beeinträchtigen kann.
4B zeigt eine perspektivische Explosionsansicht zum Darstellen einer Abdeckung 126, die dazu geeignet ist, die Stirnseite 122 des Kolbens 14 abzudecken. Die Abdeckung 126 hat vorzugsweise eine Form, durch die ein glatter Übergang ermöglicht wird, um die Anzahl abrupter Impedanzänderungen und damit störende oder Nebenreflexionen zu reduzieren. In der in 4B dargestellten Ausführungsform hat die Abdeckung 126 eine konische Form. Die Abdeckung 126 sollte eine leitfähige Oberfläche aufweisen und einen glatten Übergangspfad für das HF-Impulssignal zur durch den Zylinder 12 bereitgestellten elektrischen Erde bereitstellen. Durch eine derartige Konfiguration wird ein glatter Übergang zwischen den beiden Elementen ermöglicht, so daß durch mehrere scharfe Übergänge erzeugte Rausch- oder Störsignale reduziert werden. Durch die Abdeckung 126 wird ein Impedanzübergangselement bereitgestellt. Es kann eine beliebige geeignete Form verwendet werden, um ein reflektiertes Signal mit einer gewünschten Charakteristik zu erhalten.
5 zeigt zum Darstellen eines anderen Aspekt der Erfindung eine Querschnittansicht eines kolbenstirnseitigen Elements 128 zum Bereitstellen eines Impedanzunterschieds (Gleitelement 40 in 7), das mit der Kolbenstirnseite 122 verbunden ist und den Antennenstab 22 gleitend aufnimmt. Um präzise Kolbenpositionsmessungen zu ermöglichen, ist es wichtig, daß der von der Kolbenstirnseite reflektierte Impuls eine geeignete Charakteristik aufweist, die durch eine Signalverarbeitungsschaltung identifizierbar ist. Es ist wünschenswert, ein gut definiertes reflektiertes Signal an der Kolbenstirnseite zu erzeugen, das minimal nachschwingen und eine Amplitude aufweist, die durch die Position des Kolbens 14 im Zylinder 16 im Wesentlichen nicht beeinflußt wird. Außerdem sollte durch den Impedanzunterschied ermöglicht werden, daß ein ausreichender Teil des Mikrowellensignals den Impedanzunterschied durchläuft, um durch den Impedanzunterschied am Ende des Antennenstabs eine starke Refle xion zu erhalten. In 5 ist ein kolbenstirnseitiges Element 120 zum Bereitstellen eines Impedanzunterschieds aus einem Material hergestellt, durch das ein Impedanzunterschied bereitgestellt wird und das darin ausgebildete Ölkanäle 130 aufweist. Durch die Ölkanäle 130 wird ermöglicht, daß ein Hydraulikfluid das Element 128 zum Bereitstellen eines Unterschieds durchströmen kann. Vorzugsweise besteht das Element zum Bereitstellen eines Unterschieds aus einem Isoliermaterial mit einer Dielektrizitätskonstante in der Nähe der Dielektrizitätskonstanten des Hydraulikfluids. Beispielsweise kann glasgefülltes PTFE oder PSA verwendet werden. In vielen Fällen ist es allgemein wünschenswert, ein Material zu verwenden, das "selbstheilende" Eigenschaften besitzt. PTFE- oder PFA-Polymere sind derartige Materialien dahingehend, daß rauhe Flächen mit PTFA- oder PFA-Polymerketten "aufgefüllt" werden, die vom Element abgezogen werden . Diese Ketten haften an den rauhen Flächen an, um einen zusätzlichen Materialverlust zu verhindern. In der Ausführungsform von 5 ist das Element 128 zum Bereitstellen eines Unterschieds in die Kolbestirnseite 122 eingesetzt und durch eine geeignete Einrichtung gesichert. Beispielsweise kann ein (nicht dargestellter) Sprengring in eine Ringnut 132 eingepaßt werden. Eine Schnappverbindung kann auch bereitgestellt werden, indem kleine Finger am Umfang des Elements 128 zum Bereitstellen eines Unterschieds bereitgestellt werden, die in die Nut 132 passen. Das Element 128 sollte derart konfiguriert sein, daß es entlang der Länge des Antennenstabs 22 leichtgängig gleitet. Außerdem kann das Element 128 zum Bereitstellen eines Unterschieds während des Betriebs verformt werden, ohne daß die Kolbenpositionsmessungen wesentlich ungenauer werden. Das Element 128 kann durch eine Schnappverbindung oder durch eine andere Technik mit der Kolbenstirnseite verbunden werden.
6 zeigt eine Querschnittansicht, die dem in 2 eingekreisten Querschnitt ähnlich ist und eine andere Ausführungsform der Manschette 38 zeigt. In 6 erstreckt sich eine Öffnung 140 durch die Basis 52. Der Leiter 100 wird durch die Öffnung 140 aufgenommen und stellt einen elektrischen Kontakt mit konturierten leitfähigen Scheiben 142 und 144 bereit, die in einem Isolator 146 gehalten werden. Die Scheiben 142 und 144 stehen unter Federspannung und sind derart konfiguriert, daß eine kleine Öffnung dazwischen bereitgestellt wird. Die Scheiben 142 und 144 können durch radiale Schlitze in den Scheiben segmentiert sein. Durch diese Segmentierung wird ermöglicht, daß die Scheiben 142 und 144 abgelenkt werden können. Die Scheiben 142 und 144 stehen mit der Schraube 84 in elektrischem Kontakt und stellen dadurch einen elektrischen Kontakt mit dem Antennenstab 22 her. Der Leiter 100 kann in die Öffnung zwischen den Scheiben 142 und 144 gedrückt werden, wodurch veranlaßt wird, daß die unter Federspannung stehenden Scheiben sich spreizen und mit den Scheiben 142 und 144 in elektrischen Kontakt kommen. Diese Konfiguration ist vorteilhaft, weil die Manschette 38 innerhalb der Basis 52 gedreht und der elektrische Leiter 100 unter einem beliebigen Winkel zwischen den Scheiben 142 und 144 eingesetzt werden kann. Die Scheiben 142 und 144 sind vorzugsweise derart konfiguriert, daß HF-Reflexionen reduziert werden. Beispielsweise können die Scheiben 142 und 144 allgemein trichterförmig ausgebildet sein und in einer Ausführungsform einen Radius von etwa 6,35 mm (0,25 Zoll) haben. Die Scheiben 142 und 144 sind am Antennenstab 22 derart befestigt, daß die Durchmesser der Scheiben senkrecht zu einer Mittellinie des Antennenstabs 22 ausgerichtet sind.
7 zeigt ein Hydrauliksystem 190, das mit einer in einem Blockdiagramm dargestellten Positionsmeßschaltung 24 verbunden ist. Die Positionsmeßschaltung 24 ist über einen Leiter 100 mit dem Antennenstab 22 verbunden und weist einen Mikrowellentransceiver 182 und eine Rechenschaltung 184 auf. Die Mikrowellentransceiverschaltung 182 weist einen Impulsgenerator 186 und einen Impulsempfänger 188 auf, die gemäß bekannten Techniken arbeiten. Die Rechenschaltung 184 mißt die Position des (in 7 nicht dargestellten) Kolbenkopfes 14 bezüglich des Zylinders basierend auf dem Verhältnis der Zeitverzögerung zwischen den beiden rücklaufenden Impulsen, d.h. zwischen einem vom Stabende (Element 34) zurücklaufenden Impuls und einem vom entlang des Stabs gleitenden Gleitelement, z.B. von der Stirnseite des Kolbens 14, zurücklaufenden Impuls. Basierend auf diesem Verhältnis stellt die Rechenschaltung 184 eine Positionsausgabe bereit. Dies kann durch eine Mikroprozessor- oder eine andere Logik implementiert werden. Außerdem kann eine Analogschaltung derart konfiguriert sein, daß ein mit einer Position in Beziehung stehendes Ausgangssignal bereitgestellt wird. Es können auch andere Meßtechniken verwendet werden. Wenn beispielsweise der Kolben 14 sich in der Nähe der Basis 52 befindet, kann ein Abstand anstatt unter Verwendung der Zeitverzögerung eine Funktion der Amplitude eines Referenzimpulses bestimmt werden. Außerdem kann der Antennenstab 22 zwei Leiter aufweisen, und die Schaltschaltung kann zwischen den beiden Leitern auswählen. Einer der beiden Leiter kann als Referenzleiter verwendet werden, um durch fehlerhafte Reflexionen am Antennenstab 22 verursachte Fehler zu reduzieren. Außerdem können Signalverarbeitungstechniken, z.B. unter Verwendung einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung, verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung verwendet ein Verhältnis zwischen zwei reflektierten Signale, um die Kolbenposition zu bestimmen. Ein reflektiertes Signal kann entlang der "Stab"antenne (engl. „dipstick" rod) vom Kontaktpunkt übertragen werden, und ein anderes Signal kann vom Ende des Stabs reflektiert werden. Das Verhältnis zwischen den Laufzeiten dieser beiden Signale kann verwendet werden, um die Kolbenposition zu bestimmen. Bei einer derartigen Technik ist keine separate Kompensation für Dielektrizitätsänderungen im Hydrauliköl erforderlich.
Gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung wird eine Kolben- oder Zylinder-Translationsbewegungsmeßeinrichtung verwendet, die MTDR-Flugzeittechniken verwendet. Einige Typen von Kontaktkörpern sollten sich entlang des als Übertragungsleitung dienenden Antennenstabs bewegen, um einen Impe danzunterschied bereitzustellen und eine Reflexion in der Übertragungsleitung zu veranlassen. Der Transducer und/oder die Signalverarbeitungselektronik können von rauhen Umgebungsbedingungen abgedichtet sein. Es kann eine analoge, digitale oder optische Übertragungsleitung zum Übertragen der gemessenen Position bzw. des gemessenen Kolbenweges an eine externe Vorrichtung bereitgestellt werden.
Der Antennenstab kann am Zylinder befestigt sein, und ein mit dem Kolben verbundener Kontaktpunkt kann sich entlang der Stablänge bewegen. Der Kontaktpunkt kann außerdem eine Halterung für den Stab oder für Stäbe bereitstellen. Die Halterung kann eine übermäßige Ablenkung während eines starken Vibrationszustands oder anderen Belastungen reduzieren oder verhindern. Es kann eine Kupplung für eine Verbindung mit dem Stab durch die Zylinderwand bereitgestellt werden.
In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung können verschiedene Konfigurationen verwendet werden. Beispielsweise können das Transducerelement, der Signalgenerator und die Signalverarbeitungselektronik in einem von der Umgebung abgeschirmten Gehäuse auf dem Zylinder oder beabstandet vom Zylinder angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Materialien mit der Langzeitexposition gegenüber Kohlenwasserstoffen verträglich, die beispielsweise in einem Hydraulikzylinder vorhanden sind.
Erfindungsgemäß wird eine Absolutmessung bereitgestellt, wobei kein wiederholter Nullabgleich des Systems erforderlich ist. Das System ist in der Lage, eine Kolbenposition mit einer Genauigkeit von weniger als ± 1 mm zu messen. Der maximale Meßweg (Spannweite) des Systems kann nach Erfordernis eingestellt werden und ist ausschließlich durch die Spannungsversorgungs- und Übertragungsleitungsgeometrie begrenzt. Das System ist durch die Verwendung geeigneter Materialien und Bereitstellen einer guten statischen Dichtung zwischen dem Transducer und der Übertragungsleitung für rauhe Umgebungen gut geeignet. Erfindungsgemäß wird an einem proximalen Ende des Antennenstabs ein Referenzimpuls er zeugt. In einer Signalverarbeitung kann jegliches reflektierte Signal, das vor dem Referenzimpuls empfangen wird, ignoriert werden. Dadurch wird ein Referenzsignal für Positionsberechnungen bereitgestellt und der zum Entfernen von Rausch- oder Störsignalen vom reflektierten Signal erforderliche Signalverarbeitungsaufwand wesentlich vermindert.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für Fachleute ersichtlich, daß innerhalb des Geistes und des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung Änderungen in den Konfigurationen und im Detail vorgenommen werden können.
Zusammenfassung
Erfindungsgemäß wird eine Kolbenposition in einem Zylinder (12) einer Hydraulikeinheit (10) unter Verwendung von Mikrowellenimpulsen gemessen. Die Mikrowellenimpulse werden entlang eines mit dem Kolben (14) oder dem Zylinder (12) verbundenen Leiters (22) übertragen. Ein Gleitelement (40) ist mit dem Leiter (22) gleitend verbunden und bewegt sich mit dem Kolben (14) oder dem Zylinder (12). Eine Position wird als Funktion von vom Ende des Leiters (22) und vom Gleitelement (40) reflektierten Impulsen bestimmt.
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Claims

Vorrichtung zum Messen der Relativposition eines Hydraulikkolbens in einem Zylinder, mit: einem mit dem Zylinder fest verbundenen, sich in die Bewegungsrichtung des Kolbens erstreckenden Antennenstab, der so ausgebildet ist, einen Mikrowellenimpuls zwischen einer Kupplung und einem distalen Ende des Stabs zu übertragen; einem mit dem Kolben gleitend verbundenen Gleitelement, das so ausgebildet ist, eine Teilreflexion des Mikrowellenimpulses zu veranlassen; einer mit dem Antennenstab verbundenen Mikrowellentransceiverschaltung, die so ausgebildet ist, Mikrowellenimpulse zu erzeugen und zu empfangen; und einer Rechenschaltung, die so ausgebildet ist, eine Kolbenposition als Funktion der vom Gleitelement und vom distalen Antennenstabende reflektierten Mikrowellenimpulse zu berechnen; und einem an einem Ende des Zylinders montierten isolierenden Aufnahmeelement, das so ausgebildet ist, den Antennenstab aufzunehmen und den Stab durch eine elektrische Isolierung mit dem Zylinder zu verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer unter Federspannung stehenden leitfähigen Buchse, die mit dem Antennenstab verbunden und in einer Öffnung des Kolbens gleitend aufgenommen ist, um eine elektrische Verbindung dazwischen bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Isolierbuchse, die mit dem Antennenstab verbunden und in einer Öffnung des Kolbens gleitend aufgenommen ist, um einen reflektierten Mikrowellenimpuls bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem kolbenstirnseitigen Impedanzübergangselement, das mit einer Stirnseite des Kolbens verbunden und dazu geeignet ist, einen glatten Impedanzübergang an der Stirnseite des Kolbens bereitzustellen, und dadurch Rauschen in den an der Kolbenstirnseite reflektierten Mikrowellenimpulsen zu reduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das isolierende Aufnahmeelement einen sich durch das Aufnahmeelement erstreckenden und mit dem Antennenstab verbundenen elektrischen Leiter aufweist, wobei der elektrische Leiter eine durch zwei unter Federspannung stehende Elemente gebildete Öffnung aufweist, die so ausgebildet ist, einen mit dem Mikrowellentransceiver verbundenen elektrischen Verbinder aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die beiden unter Federspannung stehenden Elemente Scheiben sind, die derart geformt und konfiguriert sind, daß sie den Leiter um ihren gesamten Umfang herum aufnehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zylinder eine Basis mit einem darin ausgebildeten Hohlraum aufweist, und wobei das isolierende Aufnahmeelement im Hohlraum montiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 mit einer Klemmschraube, die das isolierende Aufnahmeelement im Hohlraum sichert.
Vorrichtung nach Anspruch 7 mit einer um das isolierende Aufnahmeelement angeordneten Dichtung zum Dichten des isolierenden Aufnahmeelements im Hohlraum.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem im isolierenden Aufnahmeelement angeordneten, mit dem Antennenstab elektrisch verbundenen elektrischen Leiter.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der elektrische Leiter mit einer elektrischen Verkabelung verbunden ist, die den Antennenstab mit dem Mikrowellentransceiver elektrisch verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 10 mit einem Dichtring zum Dichten des elektrischen Leiters im isolierenden Aufnahmeelement.
Vorrichtung nach Anspruch 10 mit einer Dichtung zum Dichten des Antennenstabs im isolierenden Aufnahmeelement.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer am isolierenden Aufnahmeelement montierten Halterung mit einer sich durch die Halterung erstreckenden Öffnung, die so ausgebildet ist, den Antennenstab aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei durch die Halterung ein Impedanzunterschied zum Erzeugen reflektierter Mikrowellenimpulse bereitgestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gleitelement ein in eine Stirnseite des Kolbens eingesetztes kolbenstirnseitiges Element zum Bereitstellen eines Impedanzunterschieds aufweist, das durch den Antennenstab gleitend aufgenommen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das kolbenstirnseitige Element zum Bereitstellen eines Impedanzunterschieds einen sich durch das Element hindurch erstreckenden Durchlaß für Hydraulikfluid aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das kolbenstirnseitige Element zum Bereitstellen eines Impedanzunterschieds durch eine Schnappverbindung mit dem Kolben verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei durch das kolbenstirnseitige Element zum Bereitstellen eines Impedanzunterschieds eine sich daran vorbei erstreckende Öffnung zum Ermöglichen einer Hydraulikfluidströmung bereitgestellt wird.
Vorrichtung zum Messen der Relativposition eines Hydraulikkolbens in einem Zylinder, mit: einem mit dem Zylinder fest verbundenen, sich in die Bewegungsrichtung des Kolbens und durch den Kolben und eine Kolbenstange erstreckenden Antennenstab, wobei der Stab so ausgebildet ist, einen Mikrowellenimpuls zwischen einer Kupplung und einem distalen Ende des Stabs zu übertragen; einem mit dem Kolben gleitend verbundenen Gleitelement, das so ausgebildet ist, eine Teilreflexion des Mikrowellenimpulses zu veranlassen; eine mit dem Stab verbundene Mikrowellentransceiverschaltung, die so ausgebildet ist, Mikrowellenimpulse zu erzeugen und zu empfangen; und einer Rechenschaltung, die so ausgebildet ist, die Kolbenposition als Funktion von vom Gleitkontakt und vom distalen Stabende reflektierten Mikrowellenimpulsen zu berechnen; und einer unter Federspannung stehenden, leitfähigen Buchse, die mit dem Antennenstabende verbunden und in der Kolbenstange gleitend aufgenommen ist, um eine elektrische Verbindung dazwischen bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 20 mit einem an einem Ende des Zylinders montierten isolierenden Aufnahmeelement, das so ausgebildet ist, den Antennenstab aufzunehmen und den Stab über eine elektrische Isolierung physisch (engl. physically) mit dem Zylinder zu verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 20 mit einem mit einer Kolbenstirnseite verbundenen kolbenstirnseitigen Impedanzübergangselement zum Bereitstellen eines glatten Impedanzübergangs an der Kolbenstirnseite, um Rauschen in den reflektierten Mikrowellenimpulsen zu reduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 20 mit einer Halterung, die dazu geeignet ist, den Antennenstab in der Nähe des isolierenden Aufnahmeelements aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei durch die Halterung ein Impedanzunterschied zum Erzeugen reflektierter Mikrowellenimpulse bereitgestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Gleitelement ein in einer Stirnseite des Kolbens eingesetztes, kolbenstirnseitiges Element zum Bereitstellen eines Impedanzunterschieds aufweist, das durch den Antennenstab gleitend aufgenommen wird.
Vorrichtung zum Messen der Relativposition eines Hydraulikkolbens in einem Zylinder, mit: einem mit dem Kolben oder dem Zylinder fest verbundenen, sich in die Bewegungsrichtung des Kolbens erstreckenden Antennenstab, der so ausgebildet ist, einen Mikrowellenimpuls zwischen einer Kupplung und einem distalen Ende des Stabs zu übertragen; einem mit dem Kolben gleitend verbundenen Gleitelement, das so ausgebildet ist, eine Teilreflexion des Mikrowellenimpulses zu veranlassen; einer mit dem Stab verbundenen Mikrowellentransceiverschaltung, die so ausgebildet ist, Mikrowellenimpulse zu erzeugen und zu empfangen; einer Rechenschaltung, die so ausgebildet ist, eine Kolbenposition als Funktion der vom Gleitkontakt und vom distalen Stabende reflektierten Mikrowellenimpulse zu berechnen; und einem mit der Kolbenstirnseite verbundenen, kolbenstirnseitigen Impedanzübergangselement, das dazu geeignet ist, einen glatten Impedanzübergang an der Kolbenstirnseite bereitzustellen, um Rauschen in den reflektierten Mikrowellenimpulsen zu reduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das kolbenstirnseitige Impedanzübergangselement ein leitfähiges, konusförmiges Element aufweist, das die Kolbenstirnseite bedeckt.
Vorrichtung nach Anspruch 26 mit einem isolierenden Aufnahmeelement, das so ausgebildet ist, mit dem Antennenstab physisch (engl. physically) verbunden zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 26 mit einem in die Stirnseite des Kolbens eingesetzten kolbenstirnseitigen Element zum Bereitstellen eines Impedanzunterschieds, das durch den Antennenstab gleitend aufgenommen wird.
Vorrichtung zum Messen der Relativposition eines Hydraulikkolbens in einem Zylinder, mit: einem mit dem Zylinder fest verbundenen, sich in die Bewegungsrichtung des Kolbens erstreckenden Antennenstab, der sich durch den Kolben und eine Kolbenstange erstreckt, wobei der Stab so ausgebildet ist, einen Mikrowellenimpuls zwischen einer Kupplung und einem distalen Ende des Stabs zu übertragen; einem mit dem Kolben gleitend verbundenen Gleitelement, das so ausgebildet ist, eine Teilreflexion des Mikrowellenimpulses zu veranlassen; einer mit dem Antennenstab verbundenen Mikrowellentransceiverschaltung, die so ausgebildet ist, Mikrowellenimpulse zu erzeugen und zu empfangen; einer Rechenschaltung, die so ausgebildet ist, eine Kolbenposition als Funktion der vom Gleitkontakt und vom distalen Stabende reflektierten Mikrowellenimpulse zu berechnen; und einer Buchse, die mit dem Antennenstabende verbunden und in der Kolbenstange gleitend aufgenommen ist, zum Bereitstellen einer elektrisch isolierenden Kupplung dazwischen und eines Impedanzunterschieds in der Nähe des Antennenstabendes.
Vorrichtung nach Anspruch 30 mit einem in die Stirnseite des Kolbens eingesetzten kolbenstirnseitigen Element zum Bereitstellen eines Impedanzunterschieds, das durch den Antennenstab gleitend aufgenommen wird.