DE2524975A1

DE2524975A1 - Einrichtung zum orten und zur lagebestimmung von koerpern mittels eines hochfrequenten elektromagnetischen feldes

Info

Publication number: DE2524975A1
Application number: DE19752524975
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Phys Dr Bosch; Walter Dipl Phys Dr Kroy; Sigmund Dipl Phys Manhart; Christian Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Bombardier Transportation GmbH
Priority date: 1975-06-05
Filing date: 1975-06-05
Publication date: 1976-12-16
Also published as: DE2524975C2

Description

Einrichtung zum Orten und zur Lagebestimmung von Körpern mittels eines hochfrequenten elektromag.netischen Feldes Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Orten und zur Lagebestimmung von elektrisch leitenden Körpern mittels eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes, die beispielsweise anwendbar ist bei Metalldetektoron oder zur berührungslosen Messung des Abstands zu elektrisch leitenden Gegenständen, zur Steuerung von Metallbearbeitungsmaschinen oder auch zur Dickenbestimmung von dünnen, elektrisch leitenden Sohichten.
Ferner soll die Einrichtung auch gegenüber anderen bekannten Meßeinrichtungen, bei denen die Meßgrößen mit IIilfe der lnduktivitätsanderung von Spulen ermittelt werden, die Bestandteil eines aktiven Sohwingkreises sind, in wesentlich geringerem Umfange, z.B. durch Störfelder oder wechselnde Temperaturen störbar sein.
Für eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gelöst durch eine Spulenanordnung, bei der das Meßsignal aus der in einer Induktionsspule induzierten Spannung gewonnen wird, die lose an eine von einem Generator mit konstanter Frequenz und konstanter Amplitude gespeiste Sende spule angekoppelt ist und deren Kraftliniendurchsatz bei Annhherung elektrisch leitender Körper durch Verzerrung des elektromagnetischen Feldes der Sendespule veränderbar ist.
Gemaß einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens die Sendespule mit einer an beiden Stirnseiten offenen Abschirmung versehen. Durch diese Maßnahme, die annähernd auch durch Wicldungen mit eng aneinanderliegondon Windungen realisierbar ist, wird der Streufluß verringert und damit eine für den Anwendungsfall günstige Feld verteilung geschaffen. Zu letzterem dient nach liner Weiterbildung der Erfindung auch eine Sendespule, deren Länge groß gegenüber ihrem Durchmesser ist.
In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Spulen dem vorgesehenen Anwendungszweck entsprechend parallelachsig nebeneinander oder in Achsrichtung hintereinander angeordnet.
Die Driftempfindlichkeit der Einrichtung ist im Bedarfsfalle gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch verringert, daß das Meßsignal aus der Differenz des der Sendespule zugeführten Sendesignals und des in der Induktionsspule induzierten Signals gewonnen wird.
Zur Ermittlung der Position eines leitenden Gegenstandes sind nach einer Weiterbildung der Erfindung einer Sendespule mehrere Induktionsspulen zugeordnet; die Auswertung der Meßsignale kann dabei zweckmäßig dadurch erfolgen, daß die Induktionsspulen Teil einer bekannten BrUckenschaltung sind. Angezeigte Feldstörungen zeigen dabei die Anwesenheit leitender Körper an.
Für Anwendungen zur Messung kleiner Abstände von elektrisch oder magnetisch leitenden Stoffen sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung beide Spulen der Einrichtung nebeneinander parallelachsig und parallel zu einer Fläche des leitenden Körpers angeordnet. Mit dieser Anordnung sind auch die Dicke dünner, elektrisch leitender Schichten zu messen, wenn das Trägermaterial abweichende elektrische oder magnetische Eigenschaften hat.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Figur 1 - ein Blockschaltbild der Einrichtung zum Orten und sur Lagebestimmung von elektrisch leitenden Körpern und ihre Spulenanordnung; Figur 2 - eine Einrichtung zum Mesaen kleiner Abstände in schräger Parallelprojektion mit Blick auf die Spulenanordnung; Figur 3 - eine Ansicht der längs der Linie II-II aufgeschnittenen Einrichtung nach Figur 2.
Die Einrichtung nach Figur 1 weist einen IIochfrequensgerverator ß auf, dessen Frequenz und Amplitude stabilisiert ind und der beispielsweise auf einer Frequenz von um ein Megahertz arbeitet. An diesen Generator 1 ist eine Spule 2 rückwirkungsfrei angeschlossen, die ein mit einer geschlossenen Linie 3 angedeutetes hochfrequentes elektromagnetisches Feld erzeugt, das auch eine Induktionsspule 4 durchsetzt, die parallelachsig neben der mit einer Abschirmung 2a versehenen Sendespule 2 angeordnet ist.
Bei Annäherung eines mit unterbrochenen Linien angedeuteten elektrisch leitenden Körpers 5 wird dieses Feld im Bereich der Spulen 2 und 4 verdichtet, wobei die in der Induktionsspule 4 induzierte Spannung ansteigt. Diese Spannung kann nun über einen Verstärker 6 und oinen Gleichrichter 7 direkt einem Anzeige ge rät zugeführt worden und stellt ein Maß für den Abstand des elektrisch leitenden Körpers 5 vom Spulensystem 2 und 4 dar. Zur Verringerung der Driftempfindlichkeit und zur Kompensation von Umwelteinflüssen kann ein weiterer Verstärker o und ein weiterer Gleichrichter 9 vorgesehen sein, denen ein Referenzsignal aus dem Hochfrequenzgenerator 1 zugeführt ist. An die Ausgänge beider Gleichrichter 7 und 9 ist dann ein Differenzverstärker 11 angeschlossen, dessen Ausgang 12 zu einer nicht dargestellten Anzeigeeinrichtung führt.
Ein Ausführungsbeispiel für diese Anwendung zeigen die Figuren 2 und 3. Eine anhand der Figur 1 beschriebene Einrichtung ist in einem zweiteiligen Aluminiumgehüuse 20 und 21 untergebracht. Im Gehäuseteil 20 ist eine Sendespule 22 angeordnet, die auf einen Ferritkörper 23 gewickelt ist und die mit einer metallischen Abschirmung 25 versehen ist. Die Lange dieser Spule ist groß gegenüber ihrem Durctunesser, Parallelachsig zur Sendespule 22 ist ferner eine auf einen Isolierkörper 29 gewickelte Induktionsspule Z4 angeordnet, die ebenfalls mit einer nicht dargestellten Abschirmung versehen sein kann.
Beide Spulen sind mittels Druckplatten 26 und 27 sowie Schrauben 2 in justierter Lage festgehalten und können im Bedarfsfalle zusützlich in Gießharz eingebettet sein.
Im Gehäuse teil 21 sind auf einer Platine 30 die elektronischen Bauteile 31 eines frequenz- und amplitudenstabilen IIochfrequenzgenerators angeordnet, an den rückwirkungsfrei die Wicklung der Sendespule 22 angeschlossen ist. Auf einer weiteren Platine 32 befinden sich elektronische Bauelemente 33, die das Meßsignal bezüglich des zu vermessenden Abstands linearisieren und die die Nullpunkteinstellung und die Einstellung der Signalhöhe ermöglichen.
Die Ausgangsleitungen des Differenzverstärkers führen an einen Ansclilußstecker 34, der am Gehäuseteil 22 befestigt ist. Mit der beschriebenen Anordnung läßt sich beispielsweise ein Abstand von 35 mm zu einem leitenden Körper in einem Temperaturbereich von -200 C bis +500 C mit einer Genauigkeit messen, deren Fehler unter 0,5 mm liegt.
- Patentansprüche -

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 9 Einrichtung zum Orten und zur Lagebestimmung von elektrisch leitenden Körpern mittels eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes, g e k e n n -z e i c h n e t durch eine Spulenanordnung (2 und 4), bei der das Meßsignal aus der induzierten Spannung einer Induktionsspule (4) gewonnen ist, die lose an eine von einem Generator (1) mit konstanter Frequenz und konstanter Amplitude gespeiste Sendespule (2) angekoppelt ist und deren Feldliniendurchsatz (3) bei Annäherung elektrisch leitender Körper (5) durch Verzerrung des elektromagnetischen Feldes (3) der Sendespule (2) veränderbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Sendespule (2) mit einer an beiden Stirnseiten offenen Abschirmung (2a) versehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch G e k e n n -z e i c h n e t , daß die Länge der Sendespule (2) groß gegenüber ihrem Durchmesser ist.
4. Einriclltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Spulen (2 und 4) parallelachsig nebeneinander oder in Achsrichtung hintereinander angeordnet sind.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Meßsignale aus der Differenz des der Sendespule (2) zugeführten Signales und dos in der Induktionsspule (4) induzierten Signals gewonnen sind.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß einer Sendespule (2) nehrere Induktionsspulen (4) zugeordnet sind.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spulen (' und 4) parallelachsig zu einer Fläche eines zu vermessenden elektrisch leitenden Körpers (5) angeordnet sind.