DE2158320A1 - Vorrichtung zur beruehrungsfreien relativen abstandsmessung - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-PHYS. DH-. MAN !TZ D'PL-CHE'jI. DR. DELI Ffc'ί

DIPL.-ING. FINSTERWALD DIPL.-ING. GKÄMKOW

PATENTANWÄLTE

München, den 24.11.1971 We/Hu - M 2122

DE. PERDX MATER
Grenoble / Frankreich

Vorrichtung zur berührungsfreien relativen Abstandsmessung

Die Erfindung betrifft eine Vorrüitung zur berührungsfreien relativen Abstandsmessung, bei welcher zwischen einem Werkstück und wenigstens einem dazu im gesuchten Abstand angeordneten Meßfühler ein elektromagnetisches Feld besteht, das sich mit dem gesuchten Abstand ändert.

Es ist bekannt, zur berührungsfreien relativen Abstandsmessung und insbesondere zur Zentrierung eines Werkzeuges innerhalb einer Bohrung eine rotierende Sonde zu verwenden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art zu -schaffen, welche bei möglichst einfachem und robustent Aufbau besonders zuverlässige und genaue Meßergebnisse liefert.

co Weiterhin soll eine Meßvorrichtung geschaffen werden, welche J^ . s_vehr geringe Abmessungen besitzt. ·

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_» Außerdem soll die erfindungsgemäße Meßvorrichtung möglichst

^ universell anwendbar sein. Insbesondere soll die Meßvorrichtung auch zur Messung von Kapazitäten, Induktivitäten

Dr. Muller-Bore Dr. Manitz ■ Dr. Deufel · Dipl.-Ing. Finsterwald Dipl.-Ing. Grämkow

Braunschweig, Am Bürgerpark 8 8 München 22, Robert-Koch-Straße 1 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Marktstraße

Telefon (0531) 7388/ Telefon (0811) 293645, Telex 5-22050 mbpat Telefon (0711) 567261

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OftIGINAUNSPECTED

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und Widerständen geeignet sein, indem derartige Messungen auf die erfindungsgemäße Abstandsmesssung zurückgeführt werden.

Schließlich sollen die Messungen weitgehend automatisiert -:. werden können. \

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß eine Signalquelle, welche das zum Feldaufbau dienende elektrische Signal liefert, über eine Umsehalteinrichtung alternierend an den Meßfühler und an wenigstens einen dem Meßfühler jeweils zugeordneten Bezugsfühl>er anschaltbar ist, daß an dem Bezugsfühler ein zu dem zwischen Meßfühler und Werkstück bestehenden Meßfeld analoges Bezugsfeld einstellbar ist und daß eine Meßeinrichtung vorgesehen ist, welche das abwechselnd vom Meßfeld und vom Bezugsfeld modifizierte Signal von der Signalquelle zugeführt wird und durch welche der Unterschied der beiden periodisch abwechselnden Signalkomponenten des modifizierten Signals ermittelt und als Kriterium für den gesuchten Abstand dargestellt wird.

Gemäß einem wesentlichen Grundgedanken der Erfindung ist somit vorgesehen, daß anstatt einer mechanisch rotierenden Meßsonde eine Meßfühleranordnung verwendet wird, bei welcher die mechanische Rotation elektrisch nachgebildet ist. ■ . -.

Gemäß der Erfindung wird somit der wesentliche Vorteil erreicht , daß die durch Massenträgheit, Reibung und ähnliche mechanische Effekte bedingten Schwierigkeiten in fortschrittlicher Weise überwj&mden werden. Weiterhin werfen gemäß der Erfindung durch Lagerspiel bedingte Meßunge-nauigkeiten ebenfalls ausgeschaltet.

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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die Meßgenauigkeit durch Toleranzen von Bauelementen wie Dioden, Widerständen, Kondensatoren und dgl, nicht nachteilig beeinflußt werden kann, da mit verlaLtnismäßig hoher Umschaltfrequenz Vergleichsmessungen mit einer Bezugssonde durchgeführt werden. Demgemäß können auch Drifterscheinungen in Oszillatoren, Verstärkern und ähnlichen Einrichtungen die Meßgenauigkeit nicht nachteilig beeinträchtigen.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform-der Erfindung ist vorgesehen, daß ein kapazitiver Meßfühler vorgesehen ist, dem ein kapazitiver Bezugsfühler zugeordnet ist und daß ι

zwischen der Signalquelle und der Umschalteinrichtung eine Induktivität vorhanden ist.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Meßfühler und der Bezugsfühler als ebene Platten ausgebildet sind oder gexrölbte Platten sind.

Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere in vorteilhafter Weise dazu, um ein Werkzeug innerhalb einer Bohrung eines Werkstückes zu zentrieren. Zur Messung des Abstandes eines Meßfühlers von einer Werkstückfläche ist es vorteilhaft, daß der Bezugsfühler ein regelbarer Kondensator ist.

In dieser Ausführungsform läßt sich der Meßfühler auf der Meßstrecke gegenüber einem Werkstück anordnen,und an einem Drehkaüensator läßt sich vorzugsweise ein zum Meßfeld vergleichbares Bezugsfeld in Abhängigkeit von den jeweils vorliegenden Abstandsverhältnissen einregeln.'

Um für das zum Peldaufbau dienende Signal verschiedene Irequenze^ zur Verfügung zu haben, sieht die Erfindung vorteilhafterweise vor, daß die Signalquelle ein Oszillator mit veränderbarer irequenz ist. _" '

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Vorteilhafterweise wird ein Clapp-Oszillator verwendet. Im Hinblick auf eine möglichst hohe Meßgenauigkeit wird gemäß der Erfindung angestrebt, daß die JFrequenz des zum Feldaufbau dienenden Signals wesentlich höher ist als die Umschaltfrequenz.

Beispielsweise kann weiterhin vorgesehen sein, daß die Oszillatorfrequenz in der Größenordnung von 1 MHz liegt und die Umschaltfrequenz der Umschalt einrichtung etwa 1 Hz beträgt.

Eine verhältnismäßig einfache Anordnung ergibt sich dadurch, daß die Ums ehalt einrichtung aus einem mechanischen Umschalter besteht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeigt sich dadurch aus, daß das zum Feldaufbau dienende elektrische Signal über eine erste Schaltdiode an den Meßfühler und über eine zweite Schaltdiode an den Bezugsfühler geführt ist und daß die Schaltdioden durch entsprechende Vorspannungen alternierend derart vom leitenden in den gesperrten Zustand umgeschaltet werden, daß die erste Schaltdiode jeweils durchlässig ist, wenn die zweite Schaltdiode gesperrt ist und umgekehrt.

Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß die Umschaltung von Meßfühler auf Bezugsfühler praktisch trägheitslos erfolgt, -

Bei dieser Weiterbildung der Erfindung ist es wesentlich, daß Schaltdioden verwendet werden, die im durchlässigen ,-Zustand einen möglichst geringen Durchgangswiderstand besitzen und im gesperrten Zustand möglichst vollkommen öffnen. Diese Bedingungen werden am besten erfüllt durch

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solche Dioden, deren Impedanz im leitenden Zustand möglichst gering ist und deren Kapazität in Sperrrichtung ebenfalls möglichst niedrig liegt. In vorteilhafter Weise werden Dioden vom Typ "Sylvania 515IA" verwendet, deren Widerstand im durchlässigen Zustand in der Größenordnung von 3 Ohm liegt und deren Kapazität in der Sperrichtung bei etwa - 30 Volt 0,1 Picofarad beträgt*

Weiterhin wird gemäß der Erfindung angestrebt, daß Dioden verwendet werden, welche besonders schnell vom durchlässigen Zustand in den gesperrten Zustand übergehen und umgekehrt. Diese Bedingung wird ebenfalls durch Dioden vom obigen Typ in vorteilhafter Weise erfüllt. Weiterhin ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Dioden durch Induktivitäten isoliert werden, und zwar gegenüber der Umsehalteinrichtung_r indem die Induktivitäten derart gewählt werden, daß sie für die zum Feldaufbau dienenden relativ hohen Frequenzen eine besonders hohe Impedanz aufweisen, welche jedoch andererseits derart gewählt ist, daß die Umschaltung bei der entsprechend geringeren Frequenz nicht nachteilig beeinträchtigt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Schaltung möglichst symmetrisch aufzubauen.

Es wird gemäß der Erfindung somit angestrebt, daß die beiden Zweige der Schaltung möglichst identisch sind, und zwar mit Ausnahme des Meß-, bzw. des Bezugsfühlers. Dadurch wird der Vergleich zwischen diesen beiden Fühlern wesentlich erleichtert.

Der gemäß der Erfindung erreichte Vortei.1, daß nämlich die Umschaltung zwischen Meßfühler und Bezugsfühler kontaktfrei

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erfolgt, läßt sich, mit anderen elektronischen Schaltelementen erreichen, "beispielsweise mit !Transistoren.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Schaltdioden zueinander entgegengesetzt geschaltet sind.

Bei dieser Ausführungsform ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, daß die Vorspannung für die Schaltdioden von einem Rechteckgenerator geliefert wird, an welchen beide- Schaltdioden angeschlossen sind, wobei abwechselnd die positiv verlaufenden Rechteckimpulse die eine der Schaltdioden und die negativ verlaufenden,Rechteckimpulse die andere der Schaltdioden in den leitenden Zustand versetzen.

Um eine ausreichende Isolierung zwischen Oszillator und Rechteckgenerator zu erreichen, ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, daß die erste Schaltdiode über eine erste Drosselspule und die zweite Schaltdiode über eine zweite Drosselspule an den Rechteckgenerator angeschlossen sind und daß die Induktivität der Drosselspulen derart gewählt ist, daß sie zwar für die Schalt frequenz der Umschalt einrichtung keinen hinderlichen Widerstand bilden, jedoch für die irequenz des zum Feldaufbau dienenden elektrischen Signals einen praktisch unüberwindbaren Widerstand darstellen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, daß die Tor spannungen der Dioden derart regelbar sind* daß die Unsymmetrie ihrer Sperrkapazitäten durch eine einstellbare Vor spannungsunsymmet rie ausregelbar ist.

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Im Hinblick auf eine möglichst genaue Auswertung ist weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen, daß in der . Meßeinrichtung die durch den Meßfühler und durch den Bezugsfühler modifizierten Signale von der Signalquelle verglichen werden, indem die Differenz der entsprechenden Signalperioden der Meßfeldfrequenz und der Bezugsfeldfrequenz jeweils während einer Schaltperiode ermittelt wird.

Vorzugsweise ist dabei die Anordnung so getroffen, daß in der Meßeinrichtung ein Reversierzähler vorgesehen/i st, der während der Einschaltzeit des Meßfühlers hochzählt und während der Einschaltzeit des Bezugsfühlers herunterzählt und daß der Zähler durch den Rechteckgenerator im Umsehaltrythmus umgesteuert wird. ^;

Diese Anordnung führt einerseits zu einem besonders einfachen und übersichtlichen Aufbau der Meßanordnung und gewährleistet andererseits eine äußerst genaue. Auswertung des Meßergebnisses.

Weiterhin ist es bei dieser Ausführungsform in vorteilhafter Weise möglich, eine digitale Anzeige des Meßergebnisses vorzusehen.

Die Ausführungsform mit digitaler Auaertung erfordert eine verhältnismäßig hohe Frequenz der Signalquelle, um eine vorgegebene Genauigkeit und eine entsprechende Ansprechzeit zu erreichen, wobei die Ansprechzeit durch die vom Eechteckgenerator benötigte Umschaltzeit gegeben ist und die Meßgenauigkeit im wesentlichen durch die Anzahl der Schwingungen gegeben ist, die während einer Schaltperiode gezählt werden. Demgemäß steigt die Meßgenauigkeit mit höher frequenz des Oszillators an.

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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, niedrigere Oszillatorfrequenzen zu verwenden, ohne dabei die Meßgenauigkeit nachteilig zu beeinflussen: Der Grundgedanke dieser Ausführungsform besteht im wesentlichen darin, anstatt der Auszählung einzelner Schwingungen während eines Schaltintervalls eine Periodenmessung durchzuführen, indem ein sehr frequenz stabiler Pilot-Frequenzgenerator verwendet wird, der während einer Periode oder einer Halbperiode des Oszillators entblookiert wird und den Zähler

beaufschlagt, und zwar mit einer für die angestrebte Genauigkeit ausreihenden !Frequenz.

Durch diese erfindungsgemäße Ausführungsform läßt sich der Vorteil erreichen, daß mit wesentlich geringeren Frequenzen des Oszillators gearbeitet werden kann, ohne daß die Genauigkeit leidet.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Vorspannungen der Dioden derart regelbar sind, daß die Unsymmetrie ihrer Sperrkapazitäten durch eine einstellbare Vorspannungsunsymmetrie ausregelbar ist.

In demjenigen Falle, in welchem die Ums ehalt zykl en der Dioden und die Meßzyklen ineinander übergehen, d.h., in demjenigen Falle, in welchem die Frequenzmessung über den gesamten Schaltzyklus ausgedehnt ist, führt dies dazu, daß aufgrund der Tatsache, daß das Zyklusverhältnis dann vollkommen konstant bleiben muß, der Rechteckspannung eine Gleiehspannungskomponente überlagert werden muß.

In dem Falle, in welchem die Messung unabhängig ausgelöst wird, und zwar innerhalb des Umschaltzyklus, genügt es, dann das Zyklusverhältnis der Rechteckwelle zu andern, da dieses selbst keine Gleichstromkomponente beiträgt. Eine

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weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zwischen der Umschalteinrichtung und dem Meßfühler eine, erste Induktivität und zwischen der Unischalteinrichtung und dem Bezugsfühler eine zweite Induktivität eingeschaltet wird, wobei zwischen der ersten und zweiten Induktivität ein vorgebbares Verhältnis besteht.

Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Verhältnis zwischen der ersten uncv£weiten Induktivität in dekadischen Stufen umschaltbar ist.

Dieses Verhältnis kann jedoch vorzugsweise auch in binären Stufen umschaltbar sein.

Diese Ausführungsform der Erfindung läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch weiterbilden, daß ein automatische Abgleicheinrichtung vorgesehen ist, durch welche aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Bezugsfühlern der mit dem Meßfühler am besten übereinstimmende Bezugsfühler ausgewählt wird, wobei die einzelnen Bezugsfühler jeweils über eine Entkopplungsdiode mit der Umschalteinrichtung verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist somit in vorteilhaft eqfWeise auch dazu anwendbar, Kondensatoren, Drosselspulen oder Widerstände zu messen, indem jeweils bestimmte Eichelemente oder Kalibrier-Bauelemente mit dem zu messenden Element verglichen werden.

Diese Art der Messung führt zu einer Präzisionsmessung nach Art einer Meßbrücke. Dabei ist der Vorteil einer Meßbereichumschaltung ebenfalls ausnutzbar. Schließlich erweist sich diese Vorgehensweise dadurch vorteilhaft aus, daß bei einfachem Aufbau eine besonders genaue und

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fehlerfreie Messung möglich.

In vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß andere Oszillatorentypen verwendet werden oder die Serienresonanzkreise durch Parallelresonanzkreise, Doppel-T-Brücken, T-Brücken, RC-Kaskaden-Schaltungen, oder Kombination^davon ersetzt sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schaltdioden Jeweils durch eine Rechteckspannung mit einem regelbaren Pulstastverhältnis geschaltet werden, daß das durch den Meßfühler und den Bezugsfühler modifizierte Signal einem Frequenzdiskriminator zugeführt wird, dem ein Modulator nachgeschaltet ist, welcher derart gesteuert ist, daß die Signalkomponenten jeweils mit einer vorgebbaren positiven und negativen Spannung multipliziert werden, und daß der Ausgang des Modulators mit einer Integrationsstufe verbunden ist, deren Ausgangssignal Einern analogen Anzeigegerät zugeführt wird.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird im Prinzip mit einer IFrequenzs^hi^ftmodulation gearbeitet, d.h., daß aufeinanderfolgende Schaltphasen jeweils eine unterschiedliche !frequenz aufweisen, die vom nachgeschalteten Diskriminator ermittelt wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Schaltdioden jeweils durch eine Rechteckspannung mit reg^-barem Pulstastverhältnis geschaltet werden, daß das durch den Meßfühler und den Bezugsfühler modifizierte Signal an einen Parallelkreis geführt wird, der in jedem seiner beiden Zweige jeweils hintereinander ein Gatter, einen Itequenzdiskriminator und ein Filter aufweist, daß die Gatter durch den Rechteckgenerator derart gesteuert sind, daß das erste Gatter geöffnet ist, wenn die

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Signalquelle mit dem Meßfühler verbunden ist, während das zweite Gatter geschlossen ist und das zwäte Gatter geöffnet ist, wenn die Signalquelle mit dem Bezugsfühler verbunden ist, während das erste Gatter geschlossen ist, und daß die Ausgänge der beiden Gatter an ein analoges Anzeigegerät geführt sind.

Bei dsser Ausführungsform der Erfindung ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Rechteckspannung von einem Rechteckgenerator mit zwei symmetrischen Ausgängen geliefert wird»

Dabei sind vorzugsweise die Nulldurchgänge des Rechteckgenerators und des Oszillators synchronisiert sind.

Weiterhin beträgt vorzugsweise das Pulstastverhältnis der Rechteckspannung "eins".

Schließlich besitzen die irequenzdiskriminatoren vorzugsweise inverse Kennlinien.

TJm während des Ums ehalt Vorganges vom Meßfühler auf den Bezugsfühler genauer definierte Schaltzustände zu erreichen, lassen sich andere Schaltwellenformen verwenden, insbesonderej£önnen die Dioden für eine kurze Zeit beide blockiert sein oder beide geöffnet sein.

Zur Zentrierung eines Werkzeuges Oder eines anderen Gegenstandes innerhalb einer Bohrung läßt sich die Erfindung vorzugsweise in der Weise ausführen, daß der Meßfühler und ein Bezugsfühler auf einem festen Abstand voneinander in einer Bohrung mit im wesentlichen zur Innenwand der Bohrung paralleln Flächen angeordnet sind, wobei die aus Meßfühler und Bezugsfühler gebildete An-

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Ordnung in bezug auf die Bohrung zentrierbar und symmetrisch ist, derart, daß Meßfühler und Bezugsfühler vertauschbar sind.

Bei dieser Ausführungsform besteht eine absolut symmetrische Anordnung insofern, daß sowohl der Meßfühler als auch der Bezugsfühler einem Werkstück gegenübersteht. Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich insbesondere für eine Präzisionszentrierung innerhalb einer Öffnung.

Die Anwendung auf eine Zentriervorrichtung läßt sich vorteilhaft dadurch weiterbilden, daß mehrere jeweils aus einem Meßfühler und einem Bezugsfühler bestehende Fühlerpaare in einer zur Bohrungsachse senkrechten Ebene

und
angeordnet sind/daß das zum Feldaufbau dienende Signal

zyklisch an die einzelnen Fühlerpaare gelegt wird.

nicht
Diese Anordnung ist jedoch/auf eine Ebene beschränkt, es lassen sich ebenso in vorteilhafter Weise Fühlerpaare entlang drei räumlichen Koordinatenachsen anordnen. Eine derartige räumliche Anordnung läßt sich vorteilhafterweise dazu anwenden, beispielsweise die Position eines Kurskreisels zu überwachen.

Falls die erfindungsgemäße Fühleranordnung in einer Bohrung oder ifi/eiiies Kugelförmigen Raumes angewandt wird, können die Meßsonden vorzugsweise so geformt sein, daß ihre Oberfläche ·4&· der Krümmung der sie umgebenden Innenwand angepaßt ist.

Zur Ausrichtung einer Ebene innerhalb einer Bohrung läßt sich die Anordnung vorzugsweise derart treffen, daß drei jeweils um 120° gegeneinander versetzte Fühlerpaare vorgesehen sind.

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Um. die .Anzeige der Vorrichtung zu linearisieren, läßt sich gemäß einer reiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorsehen, daß eine Kompensatoreinrichtung vorgesehen ist, welche den Unterschied zwischen der durch den Hßfühler und der durch den Bezugsfühler bewirkten Modifikation des von der Signalquelle kommenden Signals automatisch kompensiert, wobei die zur Erzielung der Kompensation erforderliche Maßnahme als Kriterium für den gesuchten Abstand dient.

Durch diese Ausführungsform werden insbesondere Nichtlinearität en im Ausgangssignal des Oszillators behoben. Biese Ausführungsform eignet sich weiterhin dazu» die Messung nach Art eines selbstabgleichenden Kompensators durchzuführen.

Damit ist der weitere Vorteil erreiht, daß die Messung weitgehend automatisch erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

ügl eine Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher zwei kapazitive Sonden in einer Bohrung angeordnet sind und ein mechanischer Umschalter vorgesehen ist,

KLg2 eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mLt einem kapazitiven Meßfühler auf Abstand von einem Werkstück und einem regelbaren Kondensator als Bezugsfühler,

ELg.3eine Meßanordnung gemäß Pig.l, jedoch mit elektronischer Umschalt einrichtung,

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Fig.4 eine Meßanordnung gemäß Fig.2, jedoch mit unterschiedlicher Anordnung der Induktivität,

Fig.5 eine Meßanordnung gemäß Fig.4, jedoch mit elektronischer Umschaltung,

Fig.6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit gegenläufig gepolten Moden,

Fig. 7 eine echematische ,Darstellung zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Torrichtung,

Fig.8 eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung von Kapazitäten, Induktivitäten und ohmischen Widerständen,

Fig.9 eine Ausführungsform der Meßwertauswertung,

Fig.lOeine weitere Ausführungsform der Meßwertauswertung mit analoger Anzeige,

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der Meßwertauswertung mit digitaler Anzeige und

Fig.x2 eine Meßanordnung mit mehreren Fühlerpaaren zur Zentrierung.

Gemäß Fig.l sind ein Meßfühler 12 und ein Bezugsfühler 13 innerhalb der Bohrung eines schraffiert dargestellten Werkstückes (angeordnet. Der Meßfühler 12 weist gegenüber der Innenwand der Bohrung einen Abstand dl auf, und der Bezugs fühl er 13 befindet sich in einem Abstand d2 zur Innenwand der Bohrung, und zwar auf der diametral gegenüberliegenden Seite. Das Ausgangssignal eines Oszillators 19 wird über eine Induktivität 11 und einen mechanischen Umschalter 15 alternierend an den Meßfühler 12 und den Bezugsfühler 13 gelegt. Wenn durch den mechanischen Umschalter 11? die Signal frequenz des Oszillators 19 abwechselnd an den Meßfühler 12 und den Bezugsfühler 13

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geführt wird, erhält man eine Schwingungsfrequenz des Oszillators f1 während der Verbindung mit dem Meßfühler 12 und eine Frequenz f2 während der Anschaltung an den Beaugsfühler IJ. Wenn der Wert der Induktivität 11 gleich L ist, ergeben sich die Frequenzen fl und f2 zu:

fl = 1:2 ρ χ -W T^T ' und f2 = 1:2 ρ χ

Die beiden Frequenzen fl und f2 werden eher Meßeinrichtung zugeführt, welche mit dem Oszillator 19 verbunden ist. Wenn der Meßfühler 12 und der Bezugsfühler 13 auf einem festen Abstand zueinander angeordnet sind, läßt sich diese -Anordnung somit innerhalb der Bohrung dadurch zentrieren, daß die Anordnung in der Weise innjiierlialb der Bohrung verschoben wird, bis die beiden Frequenzen fl und f2 gleich sind. Dies kann nämlich nur dann der Fall sein, wenn die beiden Abstände dl und d2 ebenfalls glijech sind. Damit ist die gewünschte Zentrierung hergestellt.

In der Fig.2 ist eine abgewandelte Anordnung dargestellt, bei welcher der Meßfühler 12 einem Werkstück)gegenübersteht, welches schraffiert dargestellt ist und der Bezugsfühler 13 aus einem regelbaren Kondensator gebildet ist. Zwischen dem mechanischen Umschalter 15 und dem Meßfühler 12 ist eine Induktivität 20 vorgesehen, und in entsprechender Weise ist zwischen dem Umschalter 15 und dem Bezugsfühler 13 eine Induktivität 21 vorhanden. Da somit jeweils eine Kombination aus Meßfühler 12 und Induktivität 20, bzw. Bezugsfühler 13 und Induktivität 21 umgeschaltet wird, lassen sich zwischen dem Meßfeld und dem Bezugsfeld leicht Multiplikations- oder Divisionsfaktoren einführen.,Wenn beispielsweise der Meßfühler eine Kapazität C2 aufweist-und einen Eichkondensator

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hoher Genauigkeit von beispielsweise 50 bis 500 pF darstellt, lassen sich Kapazitäten von 5 bis 50 pF oder von 500 bis 5000 pF mit derselben Genauigkeit messen, indem ein Verhältnis der Induktivitäten L1/L2 = 10/1 oder L1/L2 = 1 : 10 verwendet werden, wobei Ll der Induktivität 20 und L2 der Induktivität 21 entspricht.

Gemäß Fig.3 i^st anstatt des mechanischen Umschalters 15 (vergleiche Fig.l und 2) eine elektronische Umschalteinrichtung vorgesehen. Zwischen der Induktivität 11 (vergleiche Fig.l) und dem Meßfühlerl2 ist eine Schaltdiode 16 vorgesehen, und zwischen der Induktivität 11 und dem Bezugsfühler 13 liegt eine Schaltdiode 1?. Die beiden Schaltdioden 16 und 17 sind gleichsinnig gepolt. Den beiden Dioden 16 und 17 wird jeweils über eine ItoEselspule 20 und 21 eine Rechteckspannung zugeführt, wobei abwechselnd die positiv verlaufenden Rechteckimpulse an die eine der Schaltdioden und die negativ verlaufenden Rechteckimpulse zu dieser Zeit an die andere der Schaltdioden gelegt sind. Im nächsten SchaltZyklus sind die Verhältnisse umgekehrt. Auf diese Weise wird durch die elektronische Schalteinrichtung die "gleiche Wirkung erzielt, wie dies durch die mechanische Schalteinrichtung gemäß Fig. 1 und 2 der Fall ist. Mit der elektronischen Schalteinrichtung wird jedoch vorteilhafterweise masselos und trägln,tsfrei geschaltet.

Die Fig.4 zeigt im Prinzip dieselbe Meßanordnung wie Fig.2, mit dem Unterschied, daß anstatt der in Fig.2 vorgesehenen zwei Induktivitäten 20 und 21 zwischen dem mechanischen Umschalter 15 und dem Meßfühler 12, bzw. dem Bezugsfühler 13, nur eine Induktivität 11 .zwischen dem Oszillator 19 und dem mechanischen Umschalter 15 vorhanden ist. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet

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sich insbesondere für relativ einfache .Meßauf baut en, . bei welchen der Abstand dl zwischen einem Meßfühler 12 und einem schraffiert dargestellten Werkstück zu ermitteln ist.

Die Meßanordnung gemäß Fig.5 entspricht im wesentlichen dem Aufbau nach Fig.3, wobei jedoch der Bezugsfühler 13 als regelbarer Kondensator ausgebildet ist, da in diesem Anwendungsbeispiel der Meßfühler 12 zur Ermittlung des Abstandes dl von einem schraffiert dargestellten Werkstück dient, während in der Darstellung nach Fig.3 die aus dem Meßfühler 12 und dem dazu in festem Abstand angeordneten Bezugsfühler 13 gebildete Anordnung zur Zentrierung innerhalb einer Bohrung diente. Somit entspricht der Anwendungsfall der Anordnung gemäß Fig.5 im wesentlichen dem Anwendungsfall gemäß Fig.2, mit dem Unterschied, daß der mechanische Umschalter 15 durch elektronische Umsahalteinrichtungen ersetzt ist. .

Die Fig.6 zeigt eine weitere Ausführungsform 'der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche sich \on der Anordnung gemäß Fig.3 dadurch unterscheidet, daß die beiden SchaMioden 16 und4.7 gegenläufig gepolt sind und von einem gemeinsamen Eechteckgenerator 18 über die beiden Drosselspulen 20 und 21 gespeist werden. Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist -. · derart, daß jeweils durch einen positiv verlaufenden Rechteckimpuls die eine der beiden Schaltdioden gesperrt und die andere in den durchlässigen Zustand versetzt wird, was während des nächsten negativ verlaufenden Eechteckimpulses sich in umgekehrter Weise vollzieht. -

In der Fig.? ist schematisch dargestellt, in welcher Weise die Messung des vom Oszillator gelieferten Signals unabhängig vom Umschaltzyklus ausgelöst wird. In demjenigen Falle,

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in welchem diese unabhängige Auslösung erfolgt, und zwar im Inneren eines Umschaltzyklus, genügt es nämlich, das Pulstastverhältnis der Rechteckwelle zu ändern, da diese keine Gleichstromkomponente liefert. Vom Zeitpunkt to an ist die Diode 16 über die Zeit ti eingeschaltet, während die Frequenzmessung jedoch nur über das innerhalb der Zeit ti liegende Zeitintervall t_m erfolgt. Dieser Vorgang wiederholt sich im nächsten Schaltayklus in analoger Weise.

Gemäß Fig.8 ist der Bezugsfühler durch eine Reihe von Kondensatoren 13 gebildet, die parallelgeschaltet sind und jeweils über eine Entkopplungsdiode 26 mit einer mechanischen Umschalteinrichtung 15 verbunden sind. Zwischen den Entkopplungsdioden 26 und den Kondensatoren 13 ist jeweils ein Abgriff vorgesehen, welcher einer automatischen Abgleicheinrichtung zugeführt ist. Diese automatische Abgleicheinrichtung arbeitet in der Weise, daß unter den Bezugsfühlem 13 jeweils derjenige ermittelt wird, und zwar durch eine automatische Umschaltlogik, welcher dem Meßfühler 12 in seinem Wert am nächsten kommt. Die Anordnung arbeitet somit nach Art einer selbstabgleichenden Meßbrücke, und sie dient zur Messung von Induktivitäten, Kapazitäten oder Widerständen, wobei eine automatische Meßbereichsumschaltung vorgesehen ist. In Abhängigkeit vom Verwendungszweck sind die Werte der Kondensatoren 13 entweder dekadisch oder binär abgestuft. '

Die Anordnung gemäß Fig.9 entspricht im Meßteil im wesentlichen dejjDarstellung nach Fig.3> wobei an den Oszillator 19 eine Aüswertekette angeschlossen ist, die nacheinander aus einem Frequenzdiskriminator 2?, einem Modulator 28, einer Integrationsstufe 29 und einem analogen Anzeigegerät 30 gebildet ist. Der Rechteckgenerator IQ liefert eine Recat-

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eckspannung mit dem Pulstastverhältnis "1". Das vom Oszillator 19 gelieferte Signal ist im wesentlichen frequenzs^hi^ftmoduliert, d.h. , im Schaltrythmus wechselt die Frequenz von einer ersten Frequenz fl auf eine zweite Frequenz f2, die einem Erequenzdxskriminator 27 zugeführt werden. Bei einer geeigneten Nullpunktsregelung liefert die Frequenz fl eine positive Spannung, und die Frequenz f2 liefert eine negative Spannung. Indem die Signale in dem Modulator 28, welcher durch den Rechteckgenerator gesteuert ist, mit einem Faktor + oder - 1 multipliziert werden, wird von der an den Modulator 28 angeschlossenen Integrationsstufe 29 (Filter) ein Ausgangssignal direkt an ein analoges Anzeigegerät 30 geführt.

Der Oszillator (Typ Clapp) kann gegebenenfalls mit dem Rechteckgenerator 18 synchronisiert sein> um Übergangs- und/oder Reflexionsprobleme zu überwinden.

Die in der Fig.10 dargestellte Anordnung entspricht im Prinzip der in Fig.9 dargestellten Ausführung, mit dem Unterschied, daß das Ausgangssignal des Oszillators 19 an einen Auswertekreis geführt ist, der aus zwei zueinander paralleHaa Zweigen a und b gebildet ist. Der Auswertekreis umfaßt in jedem seiner Zwäge a und b jeweils ein Gatter 31a, einen Diskriminator 2?a und ein Filter 29a, die in Serie angeordnet sind» Die beiden Gatter 31a und£lb werden durch den Rechteckgenerator 18 in der Weise gesteuert, daß jeweils das eine Götter, beispielsweise 31a, während eines positiv verlaufenden Rechteckimpulses durchlässig ist, während zu dieser Zeit das andere Gatter (31b) gesperrt ist, worauf beim nächsten negativ verlaufenden Impuls die Verhältnisse umgekehrt sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Signale mit der Frequenz fl jeweils dem einen Zweig und die Signale mit der Frequenz f2 dem anderen Zweig des Auswertekreises zugeführt werden. Die

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Filter 29a und 29"b sind gemeinsam einer analogen Anzeigeeinrichtung 30 zugeführt. Die Nullage der vom Rechteckgenerator 18 gelieferten Rechteckspannung ist über eine separate Regeleinrichtung regelbar.

Vorzugsweise werden FrequenzeÄdiskriminatoren 27a und 27b verwendet, welche invertierte Kennlinien besitzen.

Die in der Fig.11 dargestellte Auswerteeinrichtung unter- scheidet sich von den bisher dargestellten Ausführungsformen dadurch, daß das vom Oszillator 19 gelieferte Ausgangssignal nach entsprechender Modifikation durch die Meß-, bzw. die Bezugssonden einem digitalen Reversierzähler 23 zugeführt wird. Die Arbeitsweise dieser Anordnung besteht im wesentlichen darin, daß der Reversierzähler 23 während derjenigen Zeit hochzählt oder zuzählt, während der eine Verbindung mit dem Meßfühler 12 besteht und in umgekehrter Richtung wählt, während die Verbindung mit dem Bezugsfühler 13 besteht. Dabei arbeitet der Zähler 23 als' Frequenzzähler. Wenn der Abstand zwischen dem Meßfühler 12 ud. dem Bezugsfühler 13 beispielsweise gleich ist, so bedeutet dies, daß der Reversierzähler 23 zunächst um eine bestimmte Anzahl hochzählt, und zwar während der Anschaltzeit des Meßfühlers 12 und anschließend während der Anschaltzeit des Bezugsfühlers 13 um exakt denselben Betrag wieder herunterzählt. Durch das Endergebnis "0" ist damit angezeigt, daß der Meßfühler 12 die Frequenz des Oszillators I9 in genau derselben Weise beeinflußt wie der B^zugsfühler 13, d.h., die entsprechenden Abstände zwischen den Fühlern und dem Werkstück 14 sind identisch. An den Zähler 23 ist eine digitale Anzeige mit fünf Stellen angeschlossen.

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ORlGlHAL INSPECTED

Aus Versuchen hat sich ergeben, daß bei Verwendung von Schaltdioden "Sylvania 5151 A" und bei einer Sonden-

Uäche von 2 cm mit einer Oszillatorfrequenz von 10 MHz und einer Umschaltfrequenz von 1 Hz eine Meßgenauigkeit von etwa 10 ^ bei einem Abstand von 1 mm und von etwa

10 bei einem Abstand von 5 nun erreichbar ist.

Gemäß der Darstellung in der Pig.12 sind zwei Paare von Meß- und Bezugsfühlern in einer Ebene angeordnet, die im wesentlichen senkrecht zur Achse einer Bohrung in einem Werkstück 14 verläuft. Das Signal vom Oszillator 19 wird über eine Induktivität 11 und entsprechende Schaltdioden jeweils zyklisch an die einzelnen Fühlerpaare 12, 13 gelegt. Zwischen den Dioden 16, 17 und dem Rechteckgenerator 18 sind gareils Drosselspulen 20 und vorgesehen. Der Auswerteteil entspricht im wesentlichen der Anordnung, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und insbesondere 10 bereits beschrieben wurden. Die Anordnung gemäß Fig.12 gestattet eine Zentrierung einer Ebene in bezug auf eine Bohrung. Die gemäß Fig.12 dargestellte Ausführungsform läßt sich in analoger Weise auch auf räumliche Anordnungen ausdehnen, wobei insebesondere die Anwendung auf die Überwachung der Lage eines Kreisels vorteilhaft ist.

Vorzugsweise sind bei der Ausführungsform gemäß Fig.12 die Oberflächen von Meßfühlern 12 und Bezugsfühlern 13 der Krümmung der Innenwand4ngepaßt, welche die Bohrung des Werkstückes 14 aufweist. Bei Anwendung entsprechender Anordnungen in einem kugelförmigen Hohlraum können die Sonden vorzugsweise gemäß der Innenwand der Kugel gekrümmt sein.

Die Meßanordnung gemäß Fig. 12 eigj^net sich grundsätzlich auch zur Bestimmung des Neigungswinkels zwischen zwei

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ORIGINAL INSPECTED

Ebenen und insbesondere dazu, die Parallelität von zwei Ebenen zu überprüfen.

Wenn gemäß der obigen Beschreibung mit einer Kompensationseinrichtung gearbeitet wird, um Hichtlinearitäten in der Ansprechcharakteristik der Meßvorrichtung auszugleichen, so ist dabei zu berücksichtigen, daß diese Nichtlinearität im wesentlichen von der Kennlinie des Oszillators herrührt, Als Funktion der Abstände dl und d2 im Meßfeld und Im Bezugsfeld ergeben sich die entsprechend modifizierten Frequenzen fl und f2 durch die folgenden Beziehungen:

VLCl * 2 TZ j/ χι g no ζ-, \

£2-■- ^X _Jl = ^X

2J^L V.LC2 * 2 JT \(l £oS (2)

d2

wobei S die Sondenoberfläche, bzw. die Fühleroberfläche darstellt, L die wirksame Induktivität und dl und d2 die Abstände zwischen den Fühlern und dem Werkstück darstellen.

Im allgemeiieren Fall liegen die Kapazitäten Cl und C2 parallel zu einer festen Anschlußkapazität Co, so daß die Frequenzen fl und f2 dann durch die folgenden Beziehungen gegeben sind:

¹ 1 ₌ 1 1

LCCo + Cl "²^ \pL Co + fcös~ (3)

1 __1 1 1

^{2 π} I/LCCo + C2 ^2it \/L Co + feoS

d2~

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INSPECTED

Aus den obigen Beziehungen ist offensichtlich, daß die entsprechenden Kurven nicht linear sind. Hingegen sind bei entsprechend geringen Abweichungen des Parameters d um einen vorgegebenen festen Wert die Abweichungen in den Frequenzen proportional. Dies ergibt sich aus der Differenzierung der obigen Beziehungen:

^f = aAd, wobei a eine Konstante ist.

Wie aus den obigen Ausführungen ersichtlich ist, ist bei fast gleichen Frequenzen fl und f2 eine praktisch lineare Beziehung zwischen der Differenz A f zwischen diesen Frequenzen und dem Unterschied Δ d zwischen den Parametern dl und d2 gegeben.

Somit läßt sich durch eine Kompensationseinrichtung gemäß den obigen Bedingungen eine Linearisierung des Ansprechverhaltens der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung erreichen.

Zur Veranschaulichung der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichbaren Genauigkeit werden nachfolgend einige Zahlenwerte angegeben, die aus entsprechenden Experimenten und Untersuchungen gewonnen sind.

ο Bei entsprechenden Versuchen betrug die Sondenfläche 2 cm, die Oszillatorfrequenz 10 MHz und die Umschaltfreq^uenz 1 Hz, Es wurden Schaltdioden vom Typ "Sylvania 5151A" verwendet.

Weiterhin sind folgende experimentelle Daten zugrundegelegt:

Eine direkte relative Widerstandsabweichung von 0,465 (wobei der absolute Wert nicht kritisch ist),

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OHIGiNAL INSPECTED

-zk-

■ eine Unsymmetrie in der Impedanz der Umschalt einrichtung von 8,3 χ 10"²,

eine statische Abweichung ("bei 25°C) der Sperrkapazitäten der Dioden von 8,9 χ 10"^(kritischster Wert),

eine Abweichung der Temperaturkoeffizienten, welche auf die Sperrkapazität der Diodenverbindung einwirkt, von 9 χ 1O~⁵.

w (Dies entspricht einer Gesamtabweichung in der Temperatur von + oder - 27⁰C um 25⁰C und einer Amplitudendifferenz des Umschaltsignals von + oder - 0,2? Volt um - 30 Volt in Sperrichtung)

Bei der Messung eines Abstandes von 0,1 mm beträgt die

-4· erzielbare relative Genauigkeit 10 , d.h., die absolute Genauigkeit entspricht 1/10Ö Mikron.

In analoger Weise ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Verwendung von Dioden desselben Typs, wie sie oben genannt sind, bei einem Abstand von 1 mm mit einer relativen Genauigkeit von 10 ^ und bei einem Abstand von

" _p

5 mm mit einer relativen Genauigkeit von 10 zu meseen. Danaus ergibt sich, daß die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichbare relative Genauigkeit mit abnehmenden Meßabstand stark ansteigt.

- Patentansprüche 309822/0144

Claims (32)

1. Patentansprüche

   (1.!Vorrichtung zur berührungsfreien relativen Abstandsmessung, — bei welcher zwischen einem Werkstück und wenigstens einem dazu im gesuchten Abstand angeordneten Meßfühler ein elektromagnetisches Feld besteht, das sich mit dem gesuchten Abstand ändert, dadurch gekennzeichnet , daß eine Signalquelle (19)j welche das zum Feldaufbau dienende elektrische Signal liefert, über eine Umschalteinrichtung (15; 16,17,18) alternierend an den Meßfühler (12) und an wenigstens einen dem Meßfühler jeweils zugeordneten Bezugsfühler (13) aiischaltbar ist, daß an dem Bezugsfühler (13) ein zu dem zwischen Meßfühler (12) und Werkstück (14) bestehenden Meßfeld analges Bezugsfeld einstellbar ist und daß eine Meßeinrichtung (22) vorgesehen ist,, welche das abwechselnd vom Meßfeld und vom Bezugsfeld modifizierte Signal von der Signalquelle (19) zugeführt wird und durch welche der Unter schied der beiden periodisch abwechselnden Signalkomponenten des modifizierten Signals ermittelt und als Kriterium für den gesuchten Abstand dargestellt wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein kapazitiver Meßfühler (12) vorgesehen ist, dem ein kapazitiver Bezugsfühler (13) zugeordnet ist und daß zwischen der Signalquelle (19) und der Umschalteinrichtung (15j 16,17,18) eine Induktivität (11) vorhanden ist. -
3. 3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne t , daß der Meßfühler (12) und der Bezugsfühler (13) als ebene Platten ausgebildet sind.

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4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , ' daß der Bezugsfühler (13) ein regelbarer Kondensator ist.
5. 5· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalquelle (19) sin Oszillator mit veränderbarer Erequenz ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Sequenz des zum Feldaufbau dienenden -Signals wesentlich größer ist als die Umschaltfrequenz.
7. 7· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Umschaltein- - richtung aus einem mechanischen Schalter (15) besteht.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das zum 3?eldaiibau dienende elektrische Signal über eine erste Schaltdiode (16) an den Meßfühler (12^uber eine zweite Schaltdiode (17) an den Bezugsfühler (13) geführt ist und daß die Schaltdioden (16, 17) durch entsprechende Vorspannungen alternierend derart vom leitenden in den gesperrten Zustand umgeschaltet werden, daß die erste Schaltdiode (16). jeweils durchlässig ist, wenn die zweite Schaltdiode (17) gesperrt ist und umgekehrt.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltdioden (16, 17) zueinander entgegengesetzt geschaltet sind.
10. lO. Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennz eichn e t , daß die Vorspannung für die Schaltdioden (16, 17)

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    von einem Rechteckgenerator (18) geliefert wird, an, welchen beide Schaltdioden (16, 17) angeschlossen sind, wobei abwechselnd die positiv verlaufenden Rechteckimpulse die eine der Schaltdioden (16, 17) und die negativ verlaufenden Rechteckimpulse die andere der Schaltdioden (16, 17) in den leitenden Zustand versetzen.
11. 11. Vorrichtung nach einem der AaSprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Schaltdiode (16) über eine erste Drosselspule (20) und die zweite Schaltdiode (17) über eine zweite Drosselspule (21) an den Rechteckgenerator (18) angeschlossen sind und daß die Induktivität der Drosselspulen (20, 21) derart gewählt ist, daß sie zwar für die Schaltfrequenz der Umschalteinrichtung keinen hinderlichen Widerstand bilden, jedoch für die Srequenz des zum F'eldaufbau dienenden elektrischen Signals einen praktisch unüberwindbaren Widerstand darstellen.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß Schaltdioden (16, 17) vorgesehen sind, deren Impedanz in Durchlaßrichtung höchstens etwa drei Ohm beiaägt und deren Kapazität in Sperrichtung (eile - 30 Volt) etwa 0,1 Picofarad beträgt.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Übergang der Schaltdioden (16, 17) vom leitenden in den gesperrten "Zustand in vernachlässigaar kurzer Zeit erfolgt.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis IJ, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorspannungen der Dioden (16,17) derart regelbar sind, daß die Unsymmetrie ihrer Sperrkapazitäten durch eine einstellbare Vorspannungsunsymmetrie ausregelbar ist.

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15. 15. Vorrichtung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß in der Meßeinrichtung (22) die durch den Meßfühler (12) und durch den Bezugsfühler (13) modifizierten Signale von der SigHlquelle (19) verglichen werden, indem die Differenz der entsprechenden Signalperioden tier Meßfeldfrequenz und der Bezugsfeldfrequenz jeweils während -einer Schaltperiode ermittelt wird.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß in der Meßeinrichtung (22) ein Reversierzähler (23) vorgesehen ist, der während der Einschaltzeit des Meßfühlers (12) hochzählt und während der Einschaltzeit des Bezugsfühlers (13) herunterzählt und daß der Zähler (23) durch den Rechteckgenerator (18) im Umschaltrythmus umgesteuert wird.
17. 17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gek.ennzeichnet , daß das zum IPeldaufbau dienende Signal eine .!Frequenz in der Größenordnung 10 MHz besitzt und die Umschalteinrichtung mit einer Schaltfrequenz in der Größenordnung von 1 Hz betätigt wird.
18. r 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz des Oszillators (19) zusätzlich ein frequenzstabiler Pilot-Itequenzgenerator (24) vorgesehen ist, der während einer Periode oder einer Halfcperiode des Oszillators (19) entblockiert wird und den Zähler (23) beaufschlagt.
19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Umschalt-

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    einrichtung (15; 16,17,18) und dem Meßfühler (12) eine erste Induktivität (20) und zwischen der Umsehalteinrichtung und dem Bezugsfühler (15) eine zweite Induktivität (21) eingeschaltet wird, wobei zwischen der ersten (20) und der zweiten (21) Induktivität ein vorgebbares Verhältnis besteht.
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen der ersten (20) und der ζwaten (21) Induktivität in dekadischen Stufen unBchaltbar ist.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 19-, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen der.ersten (20) und der zweiten (21) Induktivität in binären Stufen umschaltbar ist.
22. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß eine automatische Abgleicheinrichtung (25) vorgesehen ist, durch welche aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Bezugsfühlern (13) der mit dem Meßfühler (12) am besten übereinstimmende Bezugsfühler ausgewählt wird, wobei die einzl^nen Bezugsfühler (13) jeweils über eine Entkopplungsdiode (26) mit der Umschalteinrichtung (15) verbunden sind.
23. 23- Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn ζ eich net, daß die Schaltdioden (16, 17) jeweils durch eine ■ EechtEckspannung mit einem regelbaren Pulstastverhältnis geschaltet werden, daß das durch den Meßfühler (12) und den Bezugsfühler (13) modifizierte Signal einem. Frequenzdiskriminator (27) zugeführt wird, dem ein Modulator (28) nachgeschaltet ist, welcher derart gesteuert ist, daijdie Signalkömponenten- jeweils mit einer vorgebbaren positiven

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    und negativen Spannung multipliziert werden, und daß der Ausgang des Modulators (28) mit einer Integrationsstufe (29) verbunden ist, deren Ausgangs signal einem analogen Anzeigegerät zugeführt wird.
24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltdioden (16,17) jeweils durch eine Rechteckspannung mit regelbarem Pulstastver- . hältnis geschaltet werden, daß das durch den Meßfühler (12) und den Bezugsfühler (13) modifizierte Signal an einen Parallelkreis geführt wird, der in jedem seiner beiden Zweige (a, b) jeweils hintereinander ein Gatter (31a, 31b), einen Frequenzdiskriminator (27a, 27b) und ein Filter (29a, 29b) aufweist, daß die G-atter (31a,31b) durch den Rechteckgenerator (18) derart gesteuert sind, daß das erste Gatter (31a) geöffnet ist, wenn die Signalquelle (19) mit dem Meßfühler (12) verbunden ist, während das ziäte . Gatter (31b) geschlossen ist und das zweite Gatter (31b) geöffnet ist, wenn die Signalquelle (19) mit dem Bezugsfühler (13) verbunden ist, während d,as erste Gatter (31a) geschlossen ist, und daß die Ausgänge der beiden Gatter (29a, 29b) an ein analoges Anzeigegerät (30) geführt sind.
25. 25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24-, dadurch g e kennzeichnet, daß die Recht eck spannung von einem Rechteckgenerator (18) mit zwei symmetrischen Aus-r gangen geliefert wird.
26. 26. Vorrichtung nach Anspruch 25 ₅ dadurch gekennz eich net, daß die Hulldurchgänge des Rechteckgenerators (18) und des Oszillators (19) synchronisiert sind.
27. 27. Vorrichtung nach^einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet , daß das Pul st ast verhältnis der Rechteckspannung "eins" beträgt.

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28. 28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24- bis 27, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenzdiskriminatoren (27a, 27"b) inverse Kennlinien aufweisen.
29. 29· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Meßfühler (12) und ein Bezugsfühler -(13) auf einem festen Abstand voneinander in einer Bohrung mit· im Wesentlichen zur Innenwand der Bohrung parallelen Flächen angeordnet sind, wobepL die aus Meßfühler (12) und Bezugsfühler (13) gebildete Anordnung in bezug auf die Bohrung zentrierbar und symmetrisch ist, derart, daß Meßfühler (12) und Bezugsfühler (13) vertauschbar sind.
30. 30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennz eich net, daß mehrere jeweils aus einem Meßfühler (12) und einem Bezugsfühler (13) bestehende "Fühlerpaare (12, 13) in einer zur Bohrungsachse senkrechten Ebene angeordnet sind und daß das zum Feldaufbau dienende Signal zyklisch, an die einzelnen Fühlerpaare (12, 13) gelegt wird.
31. 31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß drei jeweils um 120° gej Fühlerpaare (12, 13) vorgesehen sind.

    net, daß drei jeweils um 120° gegeneinander versetzte
32. 32. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e nn zeichnet, daß eine Kompensatoreinrichtung vorgesehen ist, welche den Unterschfed zwischen der durch den Meßfühler (12) und der durch den Bezugsfühler (13) bewirkten Modifikation des von der Signalquelle (19) kommenden Signals automatisch kompensiert, wobei die zur Erzielung der Kompensation erforderliche Maßnahme als Kriterium für den gesuchten Abstand dient.

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