DE2732950A1

DE2732950A1 - Anordnung fuer rueckwirkungsarme elektromagnetische abstandsmessung

Info

Publication number: DE2732950A1
Application number: DE19772732950
Authority: DE
Inventors: Ulrich Kebbel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-07-21
Filing date: 1977-07-21
Publication date: 1979-02-01

Description

Titel: Anordnung für rückwirkungsarme elektromagnetische
Abstandsmessung Anwendungsgebiet: Dehnungs- und Abstandsmessung an bio logischen und technischen Objekten (Materialprüfung, Dehnungs- und Schwingungsuntersuchungen).
Zweck: Fortlaufende, nahezu rückwirkungsfreie elektrische Registrierung des Abstandes zweier kleiner Sonden auf, bzw. in biologischen und technischen Objekten.
Durch Verdrehungen der Sonden entstehen keine Meß= fehler.
Anordnungen für fortlaufend registrierbare Abstandsmessungen werden in großer Vielfalt kommerziell angeboten. Es werden induktive Wegaufnehmer, Ultraschallverfahren, Dehnungsdrähte und -meßstreifen, optische und optoelektronische Verfahren angewendet; in seltenen Fällen eine elektromagnetische Methode, bei der sich zwei Magnetspulen gegenüberstehen, wobei eine der beiden Spulen ein magnetisches Wechselfeld erzeugt und in der anderen Spule eine abstandsabhängige Spannung induziert wird.
Alle genannten Verfahren sind für spezielle Anwendungen entweder zu groß oder zu schwer. Daneben üben sie teilweise beträchtliche Kräfte auf das Meßobjekt aus, oder benötigen eine mechanische Verbindung zwischen beiden Meßpunkten.
Bei Ultraschallverfahren oder der zuletzt genannten einfachen elektromagnetischen Methode miissen die Sonden auf dem mein= objekt ausgerichtet und verdrehungssicher fixiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entfernung zweier beweglicher Meßsonden verdrehungsunabhängig, ohne mechanische Verbindung und nahezu kräftefrei fortlaufend elektrisch zu registrieren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwei dreidimensionale Magnetsonden, d.h. Sonden, die aus drei zueinander senkrecht angeordneten aenetspule bestehen, verwendet werden.
Die Generatorsonde wird von drei verschiedenen Strömen mit geeigneter Frequenz- und Phasenlage gespeist. Die in den drei Wicklungen der Empfängersonde induzierten Spannungen werden zunächst separat, dann nach einer Summierung gemeinsam weiter verarbeitet.
Die Sonden bestehen aus je drei zueinander senkrechten Spulen.
Diese Spulen können a) mit Eisenkern und b) ohne Kern hergestellt werden.
Die Spulen können so angeordnet werden, daß sich ihre Mitten im Sondenmittelpunkt kreuzen ( geringste geometrische Fehler im Nahfeld, komplizierte Herstellung ) und so, daß sich ihre Achsen um eine Spulendicke versetzt aneinander vorbeilaufen ( größere geometrische Fehler im Nahfeld, einfache Herstellung).
Weiterhin können Spulen verwendet werden, die aus einem zwei -dimensionalen Spulenkreuz und einer einhüllenden dritten Wick= lung bestehen.
Erzielbare Vorteile: Das Verfahren gestattet eine fortlaufend registrierbare Abstandsmessung mit zwei kleinen und leichten Sonden ( max.
Durchmesser 1,5 mm; Gewicht 20 mg ), die beide auf oder in dem Objekt befestigt sein können. Verdrehungen der Sonden gehen nicht in die Abstandsmessung ein. Die Messung kann im Vakuum, in Luft, und innerhalb elektrisch schwach leitender Objekte durchgefiihrt werden. Durch fehlende mechanische Verbindung, geringes Gewicht und hochflexible Anschlußdr#hte ist eine rb'ckwirkungsarme Bessung möglich. Die methode eignet sich zur Registrierung schneller Abstandsänderungen (Schwingungsunter= sucIiungen). Es ist weiterhin möglich, mehrere Meßsysteme nahe Iej#inan<3er oder aneinander ohne gegenseitige Beeinflussungen einzusetzen.
Beschreibung: Der Aufbau der Anordnung ist in Bild 1 dargestellt, In der Generatorsonde L werden zwei der drei Spulen mit g einem Strom gleicher Frequenz (kl), aber einer Phasenver= schiebung von 90 0gespeist; die dritte Spule durchfließt ein Strom, dessen Frequenz f2 um einen gegebenen Wert von ft abweicht. Man erhält dadurch ein resultierendes magnetisches Wechselfeld, dessen Betrag in einem äußeren Empfangspunkt (Sonde LE ) praktisch richtungsunabhängig ist.
Die in den drei Spulen der Empfängersonde LE induzierten Spannungen werden in jeweils einem Empfängerteil regelbar verstärkt (linke Baugruppe). Danach durchlaufen sie jeweils einen Bandpass (mittlere Baugruppe), der beide Trägerfre quenzen fl und f2 durchläßt. Abschließend werden sie gleich= gerichtet (rechte Baugruppe). Danach werden sie summiert, und durchlaufen einen Tiefpass T P , der die Feldinterferenz 1 f1 - f2 1 unterdrückt. Abschließend wird die Ausgangsspannung des Tiefpasses linearisiert (Baugruppe Lin N.W.). Man erhält dadurch eine Ausgangsspannung U , die dem Abstand a direkt a proportional ist.
In Bild 2 ist eine einfachere Sondenkonstruktion dargestellt.
Die Spulenachsen laufen, jeweils um eine Spulendicke versetzt, aneinander vorbei.
In Bild 3 ist eine weitere Sondenkonstruktion gezeigt, die sich speziell für die Herstellung flacher Sonden eignet.
Die Wicklungen, die das Spulenkreuz bilden, können sich in ihrer Mitte treffen, oder sich um eine Spulendicke versetzt kreuzen. Die einhüllen 4##e# NäÄ'mg kann sehr flach gehalten werden.
L e e r s e i t e

Claims

patentanspriiche Spezielle Anordnung für ei ektromagnetische Abstands= messung an biologischen und technischen Objekten, dadurch gekennzeichnet, daß Generator- und Empfängersonde aus je drei zueinander senkrechten Spulen bestehen1 Erregung der Generatorsonde durch zwei Ströme mit gleicher Frequenz, aber 90 Phasenverschiebung, und einem Strom mit abweichender Frequenz. Die drei induzierten Spannungen der Empfangersonde werden separat verstärkt und gleichgerichtet.

Erst nach der Gleichrichtung werden sie summiert und weiter= verarbeitet.
2.) Magnetsonden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Mikrospulen mit oder ohne Kern so hergestellt werden, daß a) sich die Spulenmitten in einem Punkt treffen, b) diese jeweils um eine Spulendicke versetzt, symmetrisch zum Sondenmittelpunkt angeordnet sind, c) ein Spulenkreuz von einer einhüllenden Wicklung umgeben ist.