DE2631404C3 - Meßsonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßsonde zur Anzeige bewegter magnetisch und/oder elektrisch leitender Stoffe oder Magnete mit einer Anzahl in gleicher Polausrichtung angeordneter Permanentmagnete, einer gleichnamige erste Pole der Permanentmagneie untereinander magnetisch leitend verbindenden ersten Schiene und einer Anzahl von von dem Magnetfluß der Permanentmagnete durchsetzten Induktionsspulen.

Eine derartige Sonde zur Zählung von eine ausgewählte Stelle einer ein- oder mehrspurig befahrenen Fahrbahn passierenden Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, ist bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 24 37 797). Sie besteht aus gleichmäßig in der Fahrbahndecke über je eine Fahrspurbreite verteilten Magneten und Induktionsspulen, die in einer senkrecht zur Fahrtrichtung verlaufenden Linie so angeordnet sind, daß jedes der von den Magneten ausgehenden Magnetfelder mindestens teilweise oberhalb der Fahrbahndecke verläuft und jede Spule wenigstens teilweise von mindestens einem der Magnetfelder durchdrungen ist, wobei alle Induktionsspulen in Reihe geschaltet und mit einem Registriergerät verbunden sind. Die Induktionsspulen sind dabei jeweils konzentrisch zu einem der Permanentmagnete angeordnet, wobei vorzugsweise die Magnete mit ihren der Fahrbahndecke abgewandten Enden auf einer magnetisch leitenden Schiene befestigt sind.

Eine der eingangs genannten Sonde ähnliche Sonde ist auch bereits in der US-PS 38 39 700 beschrieben worden. Die dort offenbarte Meßsonde unterscheidet sich im wesentlxhen nur darin, daß bei ihr die Permanentmagnete in entgegengesetzter Polausrichtung angeordnet sind, wobei dann auch ungleichnamige Pole durch die Schiene miteinander verbunden sind.

Wird bei solchen Meßsonden das durch die Permanentmagnete erzeugte Magnetfeld durch äußere Einflüsse verändert — dies kann durch bewegte Eisenteile, bewegte Magnete oder auch durch bewegte, elektrisch leitende Gegenstände geschehen, in denen primär Wirbelströme erzeugt werden, die dann wiederum eine Störung des statischen Permanentmagnetfeldes bewirken —, so wird in den Induktionsspulen eine Spannung induziert, die von einem Registriergerät angezeigt wird.

2n Diese Meßsonde mit einer Anzahl von auf einer Schiene angeordneten Permanentmagneten besitzen noch spezielle Nachteile. Diese bestehen insbesondere darin, daß eine solche langgestreckte Sonde nicht in Richtung ihrer Längsausdehnung eine gleichmäßige Empfindlichkeit aufweis' Dies liegt u. a. darin begründet, dali in Richtung auf die zu messenden Fahrzeuge od. dgl. diese Sonden diskrete Magnetpole besitzen, von denen ein Streufeld ausgeht, das naturbedingt, in Längsrichtung der Sonde gesehen, keine gleichmäßige

JO Kraftflußdichteverteilung besitzt. Um diese Kraftflußdichteverteilung in Sondenlängsrichtung gleichmäßiger zu machen, könnte man zwar eine giößere Anzahl von Permanentmagneten vorsehen, die somit dichter aneinander lägen; dies würde jedoch die Herstellung der Sonde wesentlich verteuern. Außerdem wäre damit auch noch keine ausreichende Gleichmäßigkeit des Magnetfeldes in Sondenlängsrichtung erreicht.

Permanentmagnete weisen nämlich, auch wenn sie aus der gleichen Herstellungscharge stammen, immer Unterschiede in ihren magnetischen Eigenschaften auf, so daß sich infolgedessen auch an den Polen der einzelnen Magnete unterschiedliche Feldstärken einstellen. Hinzu kommt, daß auch nicht nur die magnetischen Materialeigenschaften solcher Permanentmagnete in einem gewissen Toleranzbereich immer variieren, sondern daß auch durch fertigungstechnisch bedingte Toleranzen Unterschiede in den Außenabmessungen der Permanentmagnete auftreten. Auch hierdurch treten Unterschiede in den Polstärken der

so einzelnen Magnete auf. Außerdem besitzen die einzelnen Magnete aber auch aufgrund ihrer in einem Toleranzbereich variierenden Abmessungen und aufgrund von Schwankungen der Magneteigenschaften immer im gewissen Rahmen unterschiedliche magnetisehe Leitfähigkeiten. Auch hierdurch wird eine ungleichmäßige Flußverteilung bewirkt, da sich der Magnetfluß immer an den Stellen geringeren magnetischen Widerstandes konzentrieren wird.

All dieses führt bei den beschriebenen Sonden dazu,

bo daß ein sich über die Sonde bewegender magnetisch oder elektrisch leitender Körper oder Magnet nicht immer mit der gleichen Impulshöhe angezeigt wird, sondern daß diese Impulshöhe abhängig ist von dem genauen Ort, an dem der Körper die Sonde passiert.

Dies ist aber nachteilig, da es somit vorkommen kann, daß beim Passieren des Körpers an einer ungünstigen Stelle die Impulshöhe nicht mehr für eine deutliche Anzeige ausreicht. Außerdem können aus der Impulshö-

he bei den beschriebenen Sonden aber auch keine Rückschlüsse auf die Größe der Störung des Meßfeldes gezogen werden. Es können aus der gemessenen Impulshöhe keine Angaben über die Größe der gemessenen Masse, deren Geschwindigkeit oder deren magnetischen oder elektrischen Eigenschaften entnommen werden. Dies wäre aber von nicht unerheblicher Bedeutung, wenn beispielsweise bei gleichartigen Massen Angaben über deren Geschwindigkeit oder bei gleicher Geschwindigkeit Angaben über die Größe der Masse oder b:: gleichbleibender Masse und Geschwindigkeit Angaben über die magnetischen und elektrischen Eigenschaften gewonnen werden sollen.

Auch die vorgeschlagene Reihenschaltung der einzelnen Induktionsspulen löst dieses Problem nicht. Hierdurch werden die in den einzelnen Induktionsspulen erzeugten, unterschiedlichen Impulse zwar addiert, wodurch ein gewisser Ausgleich der Höhe des Gesamtimpulses erreicht wird. Ein solcher, in einem gewissen Rahmen erzielbarer Ausgleich ist jedoch nur erreichbar, wenn die Permanentmagnete und die Induktionsspulen auch genügend dicht beieinander liegen, da sonst auch der Gesamtimpuls noch erheblich von dem genauen Überquerungsort der anzuzeigenden Masse abhängt. Aber auch dann ergeben sich noch erhebliche Unterschiede in der Form des Gesamtimpulses, insbesondere wenn die zu messende Masse keine großen Ausdehnungen besitzt. Die tatsächliche Empfindlichkeit der Sonde in Richtung ihrer Längsausdehnung bleibt auch dann unterschiedlich, d. h. die Überquerung einer Masse an einem bestimmten Ort erzeugt in einer bestimmten Induktionsspule immer eine Impulshöhe, die davon abhängig ist, wie groß gerade das ungestörte Feld bzw. der ungestörte Kraftfluß an diesem Ort ist. Dies ist aber abhängig von den unterschiedlichen Polstärken und von den unterschiedlichen magnetischen Widerständen entlang der Sonde. Somit ist es auch durch Reihenschaltung der Induktionsspulen nicht möglich, die Empfindlichkeit der Sonde in Sondenlängsrichtung tatsächlich gleichmäßig zu machen.

Die Sonde wird infolgedessen auch bei Reihenschaltung der Induktionsspulen immer einen unterschiedlichen Auswerleimpuls ergeben, der von der genauen Passagestelle des anzuzeigenden Körpers abhängt. Dabei ist dieser Unterschied um so größer, je weniger weit sich das Meßfeld der Sonde in den darüberliegenden Raum erstreckt. Die Unterschiede im Auswerteimpuls sind infolgedessen besonders dann groß, wenn nur Körper angezeigt werden sollen, die die Sonde in einem nur geringen Abstand passieren, da man dann das in den Raum greifende Meßfeld möglichst konzentriert, um nicht weiter abliegende Störungen auch mil anzuzeigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine langgestreckte Meßsonde der eingangs definier'en Art zu schaffen, die unter Vermeidung der erwähnten Nachteile über ihre gesamte Länge eine gleichmäßige Empfindlichkeit aufweist und/oder weniger Permanentmagnete und Induktionsspulen als die beschriebenen Sonden benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine zweite magnetisch leitende Schiene vorgesehen ist, die mit gleichnamigen zweiten Polen der Permanentmagnete magnetisch leitend verbunden ist, und daß jede Induktionsspule je einen zwischen beiden Schienen angeordneten Nebenschluß aus magnetisch leitendem Material umfaßt.

Durch die beiden magnetisch leitenden Schienen wird dabei ein Ausgleich zwischen den aufgrund von Toleranzen im Magnetriaterial und in den Abmessungen unterschiedlich kräftigen Permanentmagneten erreicht, da alle gleichnamigen Polflächen somit durch äußerst geringe magnetische Widerstände untereinander verbunden sind. Es wird also praktisch ein einheitlicher, langgestreckter magnetischer Dipol geschaffen, der mehrere, aus einzelnen Permanentmagneten bestehende Quellen aufweist Das nicht durch

ίο äußere Einflüsse gestörte Magnetfeld eines solchen langgestreckten Dipols ist äußerst gleichmäßig. Nur die Vorsehung von zwei solchen Schienen führt jedoch noch nicht zu dem gewünschten Erfolg, da die Magnetsonde in Längsrichtung noch unterschiedliche magnetische Innenwiderstände aufweist, die durch die unterschiedlichen Abmessungen oder Magneteigenschaften der einzelnen Permanentmagnete bedingt sind. Da solche Permanentmagnete nämlich äußerst große magnetische Widerstände besitzen, führen schon geringe Unterschiede in den Abmessungen, beispielsweise in der Länge, und in den Magneteigenschaften zu beträchtlichen Unterschieden ihrer magnetischen Widerstände. Wenn somit aufgrund eines sich über die Sonde bewegenden Körpers ein erhöhter Magnetfluß aus der Sonde entnommen wird, <.r> ist diese Flußänderung ganz erheblich abhängig von den jeweiligen magnetischen Widersländen der Sonde, die bei den beschriebenen Sonden im wesentlichen durch die Permanentmagnete bestimmt werden. Um diese unterschiedlichen magnetischen Widerstände der Sonde auszuschalten bzw. erheblich zu verkleinern, sind deshalb zwischen den beiden Schienen noch an sich bekannte kräftige magnetische Nebenschlüsse angeordnet. Wenn diese auch aufgrund von Fertigungstoleranzen in ihren Ausmaßen ein wenig variieren sollten — bemerkbare Unterschiede im magnetischen Widerstand des Materials treten ohnehin nicht auf —, so ergibt dieses, da der magnetische Widerstand der Nebenschlüsse um Größenordnungen kleiner ist als der der Permanentmagnete, nur unbedeutende Widerstandsunterschiede. Durch die Nebenschlüsse wird somit der magnetische Widerstand der gesamten Sonde — d. h. des langgestreckten Dipols — ganz erheblich gleichmäßiger gemacht. Die in den die Nebenschlüsse umgebenden Induktionsspulen erzeugten Impulse hängen som't auch nicht mehr in einem bemerkbaren Maße von in Längsrichtung der Sonde variierenden magnetischen Innenwidersländen des langgestreckten Dipols ab. Die einzelnen Induktionsspulen geben somit aufgrund des gleichmäßigen Leitwertes für den sie durchsetzenden Fluß auch gleichmäßige Impulse bei Störungen des äußeren Feldes ab. Zugleich wird dabei die Sonde auch empfindlicher gemacht, da die Induktionsspulen nicht die Permanentmagnete, sondern die Nebenschlüsse umgreifen, in denen sich aufgrund deren geringen magnetischen Widerstandes Flußänderungen im Außenfeld wesentlich mehr auswirken.

Durch die Erfindung wird somit eine langgestreckte Sonde geschaffen, die in Längsrichtung eine außerordentlich gleichmäßige Empfindlichkeit aufweist, so daß mit ihr Meßimpulse erhalten werden können, die vom Ort der Überquerung einer elektrisch oder magnetisch leitenden Masse oder eines Magneten unabhängig sind. Dies ermöglicht, daß solche Meßimpulse miteinander zur Bestimmung der Masse bzw. der Geschwindigkeit bzw. der magnetischen Leitfähigkeit vergleichbar sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird

nachfolgend anhand von Figuren näher schrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Grundschema der Meßsonde mit angeschlossenem Registriergerät,

Fig.2 eine etwas schematisierte Seitenansicht einer langgestreckten, mehrere Permanentmagnete und Nebenschlüsse enthaltenden Sonde mit zwei magnetisch leitenden Schienen und

Fig.3 einen Schnitt durch die Sonde gemäß Fig. 2 entlang der Linie iII—III, wobei die Induktionsspulen nicht milgezeigt sind.

Die in Fig. 1 gezeigte Sonde umfaßt einen Permanentmagneten 1, an dessen Polflächen jeweils ein L-förmiges Weicheisenstück anliegt, deren Schenkel aufeinander zuweisen und einen zürn Permanentmagneten 1 parallelgeschalteten, einen Luftspalt 2 umfassenden Nebenschluß 3 bilden. Der Nebenschluß 3 wird von einer Induktionsspule 4 umfaßt, an die ein Registriergerät 5 angeschlossen ist, das beispielsweise aus einem einfachen Voltmeter bestehen kann.

Der Permanentmagnet 1 mit dem parällelgeschalteten Nebenschluß 3 stellt einen magnetischen Dipol mit großem magnetischen Leitwert dar, da der hohe magnetische Widerstand des Permanentmagneten 1 durch den nur geringen, im wesentlichen durch den Luftspalt 2 bestimmten Widerstand des Nebenschlusses 3 überbrückt wird. Der magnetische Widerstand des gesamten Magnetsystems setzt sich somit im wesentlichen aus dem magnetischen Widerstand des Nebenschlusses 3 und dem durch die Permeabilität von Luft gegebenen äußeren Widerstand des Außenfeldes zusammen. Änderungen im magnetischen Widerstand des A.ußenfeldes, beispielsweise durch Eindringen von magnetisch' leitenden Körpern in das Außenfeld, verändern somit den Gesamtwiderstand des gesamten Magnetsystems in einem prozentual weit höheren Maße, als wenn statt des Nebenschlusses 3 lediglich der in Reihe geschaltete hohe Widerstand des Permanentmagneten 1 vorhanden wäre. Das bedeutet, daß bei Veränderungen des magnetischen Widerstandes des Außenfeides im Nebenschluß 3 eine größere Flußänderung hervorgerufen wird als eine solche ohne Vorhandensein des Nebenschlusses nur im Permanentmagneten 1 auftreten würde. Der magnetische Nebenschluß 3 bewirkt somit einen erheblichen Empfindlichkeitsgewinn. Außerdem schirmt er den Magneten 1 gegen Einwirkungen von äußeren Feldern ab. Solche äußeren Felder würden ohne Vorhandensein des Nebenschlusses 3 unmittelbar einen Fluß in dem Permanentmagneten 1 erzeugen, der dessen Magnetisierung ändern und ihn ggf. völlig entmagnetisieren kann. Aufgrund des Nebenschlusses 3 verläuft aber der durch äußere Felder erzeugte Fluß fast ausschließlich durch diesen Nebenschluß 3 anstatt durch den Permanentmagneten 1, so daß dessen Magnetisierungsgrad nicht beeinflußt wird.
Bei der langgestreckten Meßsonde nach den Fig.2

ίο und 3 sind nun zwei Schienen 6 und 7 aus magnetisch leitendem Material vorgesehen, zwischen denen im Abstand zueinander gleich ausgerichtete Permanentmagnete 1 so angeordnet sind, daß die Schienen an deren Polflächen angrenzen, wobei jeweils eine der Schienen alle gleichnamigen Pole der Pcrrnanenimagnete 1 miteinander verbindet. Jeweils zwischen zwei Permanentmagneten ist dabei ein Weicheisenstück 8, 9 oder 10 zwischen den Schienen 6 und 7 angeordnet, das jeweils von einer Induktionsspule 4 umgeben ist.

2n Diese Weicheisenstücke 8,9 und 10 stellen zusammen mil den Schienen 6 und 7 und zwischen den Schienen und den Weicheisenstücken bzw. innerhalb der Weicheisenstücke noch vorhandenen Luftspalte die magnetischen Nebenschlüsse dar.

Die Weicheisenstücke 8, 9 und 10 zeigen drei unterschiedliche Möglichkeiten, wie die magnetischen Nebenschlüsse hergestellt werden können. Das Weicheisenstück 8 ist mit der unteren Schiene 7 verbunden und weist zur oberen Schiene hin einen Nebenschlußluftspalt 11 auf. Das Weicheisenslück 9 liegt dagegen in der Mitte zwischen beiden Schienen 6 und 7 und besitzt somit zu jeder der Schienen einen Luftspalt 12 bzw. 13, der natürlich in einer praktischen Ausführung durch ein Füllmaterial ausgefüllt werden muß, um dem Weicheisenstück 9 einen Hall zu geben. Das Weicheisenstück 10 besteht dagegen aus zwei Teilen 15 und 16, wobei das Teil 15 mit der Schiene 7 und das Teil 16 mit der Schiene 6 verbunden ist und zwischen beiden Teilen 15 und 16 der Nebenschlußluflspalt 14 vorgesehen ist. Bei einer praktischen Ausführung wird man natürlich nicht die einzelnen Weicheisenstücke 8—10 in unterschiedlicher Weise ausbilden. Dies ist in der schematischen F i g. 2 nur zwecks Erläuterung der verschiedenen Möglichkeiten geschehen. Beispielsweise können die einzelnen

Ί5 Weicheisenstücke 8—10 auch als Teile der Schienen 6 und 7 ausgebildet sein, indem sie beispielsweise aus an den Schienen vorgesehenen Abbiegungen bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Meßsonde zur Anzeige bewegter magnetisch und/oder elektrisch leitender Stoffe oder Magnete mit einer Anzahl in gleicher Polausrichtung angeordneter Permanentmagnete, einer gleichnamige erste Pole der Permanentmagneie untereinander magnetisch leitend verbindenden ersten Schiene und einer Anzahl von von dem Magnetfluß der Permanentmagnete durchsetzten Induktionsspulen, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite magnetisch leitende Schiene (6 bzw. 7) vorgesehen ist, die mit gleichnamigen zweiten Polen der Permanentmagnete (1) magnetisch leitend verbunden ist, und daß jede Induktionsspule (4) je einen zwischen beiden Schienen (6, 7) angeordneten Nebenschluß aus magnetisch leitendem Material umfaßt.

2. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlüsse Weicheisenslücke (8) umfassen, die mit einer der Schienen (V) fest verbunden sind.

3. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlüsse Weicheisenstücke (10) umfassen, die jeweils aus zwei Teilen (15, 16) bestehen, deren jedes mit einer der Schienen (6, 7) fest verbunden ist.

4. Meßsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Induktionsspulen (4) miteinander in Reihe geschaltet und mit einem Registriergerät (5) verbunden sind.

5. Meßsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem magnetischen Nebenschluß jeweils ein dessen magnetischen Widerstand definierender Luftspalt (11, 12, 13, 14) vorgesehen ist.

6. Meßsonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt (11, 12, 13, 14) durch ein magnetisch nicht leitendes Material ausgefüllt isi.