DE3131455A1 - Magnetostrictive displacement sensor - Google Patents
Magnetostrictive displacement sensorInfo
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Abstract
Description
Magnetostriktiver Wegmesser Magnetostrictive odometer
Die Erfindung betrifft einen magnetostriktiven Wegmesser mit einem Impulsgenerator zur Erzeugung elektrischer Impulse, die an einem magnetostriktiven Element, insbesondere längs eines parallel dazu verlaufenden elektrischen Leiters, entlanglaufen, mit einem Magneten, der bezüglich des magnetostriktiven Elementes in eine dem zu messenden Weg entsprechende Lage bringbar ist, um in diesem durch Zusammenwirken mit dem Magnetfeld der den elektrischen Leiter durchlaufenden Impulse Schallimpulse, insbesondere Ultraschallimpulse, zu erzeugen, mit einem mit dem magnetostriktiven Element gekoppelten Schallwandler zum Umsetzen der Schallirripulse in elektrische Meßsignale und mit Auswerteeinrichtungen zum Ermitteln des zu messenden Weges aus den elektrischen Meßsignalen.The invention relates to a magnetostrictive odometer with a Pulse generator for generating electrical pulses that are sent to a magnetostrictive Element, in particular along an electrical conductor running parallel to it, run along, with a magnet that is relative to the magnetostrictive element can be brought into a position corresponding to the path to be measured in order to get through it Interaction with the magnetic field of the impulses passing through the electrical conductor Generate sound pulses, especially ultrasonic pulses, with a magnetostrictive Element-coupled sound transducers for converting the sound impulses into electrical ones Measurement signals and with evaluation devices for determining the path to be measured the electrical measurement signals.
Ein derartiger magnetostriktiver Wegmesser ist in der US-PS 3 898 555 beschrieben. Im einzelnen handelt es sich bei dem bekannten Wegmesser um einen Ultraschall-Wegmesser mit einem Impulsgenerator zur Erzeugung elektrischer Impulse in einem von einem magnetostriktiven Rohr umgebenen elektrischen Leiter, mit einem beweglichen Magneten, der bezüglich des magnetostriktiven Rohres in eine dem zu messenden Weg entsprechende Lage bringbar ist, um in diesem durch Zusammenwirken mit dem Magnetfeld der den elektrischen Leiter durchlaufenden Impulse Ultraschallimpulse zu erzeugen, mit einem mit dem magnetostriktiven Rohr verbundenen -Ultraschallwandler zum Umsetzen der Ultraschallimpulse in elektrische Meßsignale und mit Auswerteeinrichtungen zum Ermitteln des zu messenden Weges aus den elektrischen Meßsignalen.One such magnetostrictive odometer is shown in U.S. Patent 3,898 555. In detail, the known odometer is one Ultrasonic odometer with a pulse generator to generate electrical pulses in an electrical conductor surrounded by a magnetostrictive tube, with a movable magnet, which with respect to the magnetostrictive tube in one of the to corresponding position to be measured is bringable to get into this through Interaction with the magnetic field of the impulses passing through the electrical conductor Generate ultrasonic pulses with a connected to the magnetostrictive tube -Ultrasonic transducer for converting the ultrasonic pulses into electrical measurement signals and with evaluation devices for determining the path to be measured from the electrical Measurement signals.
Der bekannte Wegmesser basiert auf dem Prinzip, daß die elektrischen Impulse, die durch den elektrischen Leiter, üblicherweise einen Kupferleiter, hindurchlaufen, ein ringförmiges, den Leiter umgebenden Magnetfeld erzeugen, welches im Bereich des beweglichen Magneten mit dessen Magnetfeld überlagert wird, so daß sich für die Dauer des Durchlaufs des elektrischen Impulses durch das Magnetfeld des beweglichen Magneten ein wendelförmiges Magnetfeld ergibt, welches in dem zwischen Magnet und Leiter angeordneten magnetostriktiven Rohr zur Entstehung eines Ultraschallimpulses führt, der sich in Richtung auf beide Rohrenden ausbreitet. Bei dem bekannten Wegmesser ist nun an dem einen Ende des magnetostriktiven Rohrs ein Ultraschallwandler angeordnet, der die an dem beweglichen Magneten entstehenden Ultraschallimpulse in elektrische Signale umsetzt, so daß die Laufzeit zwischen der Aussendung eines elektrischen Impulses, der praktisch verzögerungsfrei, d.h. nahezu mit Lichtgeschwindigkeit die Ebene des beweglichen Magneten erreicht, und dem zugeordneten Ultraschallimpuls gemessen und in einem entsprechenden Abstand zwischen Wandler und Magnet umgerechnet werden kann. Der zum anderen Ende des magnetostriktiven Rohres laufende Ultraschallimpuls wird dort bei dem bekannten Wegmesser mit Hilfe spezieller Dämpfung einrichtungen hinweggedämpft.The well-known odometer is based on the principle that the electrical Pulses passing through the electrical conductor, usually a copper conductor, generate an annular magnetic field surrounding the conductor, which in the area of the movable magnet with its magnetic field is superimposed, so that for the duration of the passage of the electrical impulse through the magnetic field of the moving Magnet results in a helical magnetic field, which in the between magnet and Conductor arranged magnetostrictive tube to generate an ultrasonic pulse which spreads in the direction of both pipe ends. With the well-known odometer an ultrasonic transducer is now arranged at one end of the magnetostrictive tube, which converts the ultrasonic impulses produced by the movable magnet into electrical ones Converts signals so that the transit time between the emission of an electrical Impulse, which is practically instantaneous, i.e. almost at the speed of light Reached level of the movable magnet, and the associated ultrasonic pulse measured and converted at a corresponding distance between the transducer and the magnet will can. The ultrasonic pulse traveling to the other end of the magnetostrictive tube is there in the known odometer with the help of special damping devices dampened away.
Obwohl der bekannte Wegmesser im Prinzip eine günstige Möglichkeit für eine Wegmessung bietet, ist er in der Praxis nicht voll befriedigend, da der Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Ultraschall-Fortpflanzungsgeschwindigkeit in dem magnetostriktiven Rohr sowie gegebenenfalls auch auf die thermischen Längenänderungen desselben erheblich ist, so daß die Messergebnisse insgesamt mit temperaturabhängigen Ungenauigkeiten behaftet sind. Außerdem sind bei dem bekannten Wegmesser aufgrund von fertigungsbedingten Unterschieden in den Eigenschaften der Ausgangsmaterialien vor Inbetriebnahme erhebliche Eicharbeiten erforderlich.Although the well-known odometer is in principle a cheap option for a distance measurement, it is not fully satisfactory in practice because the Influence of the ambient temperature on the speed of ultrasound propagation in the magnetostrictive tube and possibly also on the thermal changes in length the same is significant, so that the measurement results overall with temperature-dependent Are subject to inaccuracies. In addition, the known odometer is due to of manufacturing-related differences in the properties of the raw materials Considerable calibration work is required before commissioning.
ähnliche Schwierigkeiten ergeben sich auch bei anderen Ausführungsformen dieses vorbekannten Wegmessers, bei denen das magnetostriktive Element zugleich als elektrischer Leiter für die von dem Impulsgenerator erzeugten elektrischen Impulse dient Ausgehend vom Stande der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten magnetostriktiven Wegmesser anzugeben, bei dem der Einfluß temperaturabhängiger Änderungen der Schall-Fortpflanzungsgeschwindigkeit in dem magnetostriktiven Element praktisch vollständig ausgeschaltet wird, wobei in Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich die Möglichkeit besteht, auch temperaturabhängige Längenänderungen des magnetostriktiven Elements sowie Änderungen der elektrischen Parameter der Auswerteschaltung in ihrem Einfluß auf das Messergebnis vollständig zu kompensieren.Similar difficulties arise with other embodiments as well this previously known odometer, in which the magnetostrictive element at the same time as an electrical conductor for the electrical pulses generated by the pulse generator serves on the basis of the state of the art and the problems outlined above The invention is based on the object of an improved magnetostrictive odometer indicate the influence of temperature-dependent changes in the speed of sound propagation is practically completely switched off in the magnetostrictive element, wherein in an embodiment of the invention there is also the possibility of temperature-dependent Changes in length of the magnetostrictive Elements as well as changes the influence of the electrical parameters of the evaluation circuit on the measurement result to fully compensate.
Diese Aufgabe wird bei einem Wegmesser der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens eine bezüglich des Schallwandlers feststehende, mit dem magnetostriktiven Element zusammenwirkende Quelle zur Erzeugung von als Referenzimpulse dienenden Schallimpulsen vorgesehen ist und daß die Auswerteeinrichtungen derart ausgebildet sind, daß der zu messende Weg aus den elektrischen Meßsignalen in Abhängigkeit von der Laufzeit der Referenzimpulse ermittelbar ist.This task is described above for an odometer Kind according to the invention solved in that at least one with respect to the sound transducer fixed, with the magnetostrictive element cooperating source for generation of sound pulses serving as reference pulses is provided and that the evaluation devices are designed such that the path to be measured is derived from the electrical measurement signals can be determined as a function of the transit time of the reference pulses.
Dabei kann die Quelle eine Reflexionsstelle an dem magnetostriktiven Element, insbesondere ein freies Ende desselben, sein oder ein zweiter Schallwandler oder, was besonders günstig ist, ein zweiter gegenüber dem magnetostriktiven Element feststehender Magnet, durch dessen Magnetfeld in Verbindung mit dem Magnetfeld der elektrischen Impulse auf dem Leiter Referenz-Schallimpulse in dem magnetostriktiven Element erzeugt werden.The source can be a reflection point on the magnetostrictive Element, in particular a free end thereof, his or a second sound transducer or, which is particularly favorable, a second one compared to the magnetostrictive element fixed magnet, through whose magnetic field in connection with the magnetic field the electrical impulses on the conductor reference sound impulses in the magnetostrictive Element can be generated.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das magnetostriktive Element als Rohr ausgebildet ist und den elektrischen Leiter umgibt und wenn ein bezüglich eines mit dem+Rohr gekoppelten Ultraschall-Wandlers feststehender, das magnetostriktive Rohr umgebender zweiter Magnet zur Erzeugung von als Referenzimpulsen dienenden Ultraschallimpulsen vorgesehen ist, wobei die Auswerteeinrichtungen dann derart ausgebildet sind, daß der zu messende Weg aus den elektrischen Meßsignalen in Abhängigkeit von der Laufzeit der am zweiten Magneten erzeugten Referenzimpulse ermittelbar ist.It has proven to be particularly advantageous if the magnetostrictive Element is designed as a tube and surrounds the electrical conductor and if a with respect to an ultrasonic transducer coupled to the + tube, the A magnetostrictive tube surrounding a second magnet for generating reference pulses serving ultrasonic pulses is provided, the evaluation devices then are designed such that the path to be measured is derived from the electrical measurement signals as a function of the transit time of the reference pulses generated at the second magnet can be determined.
Der entscheidende Vorteil eines solchen Ultraschall-Wegmessers gemäß der Erfindung besteht dabei darin, daß jeder elektrische Impuls, der auf den von dem magnetostriktiven Rohr umgebenen elektrischen Leiter gegeben wird, nicht nur einen Ultraschall-Messimpuls in der Ebene des beweglichen Magneten auslöst, sondern zusätzlich einen Ultraschall-Referenzimpuls in der Ebene des feststehenden zweiten Magneten, so daß das Messergebnis nicht mehr in Abhängigkeit von der Messung einer temperaturabhängigen Laufzeit erhalten wird, sondern durch einen Laufzeitvergleich zwischen der Schaliimpulslaufzeit für den zu messenden Weg und der Schallimpulslaufzeit für den bekannten Weg zwischen dem Ultraschall Wandler und dem feststehenden zweiten Magneten Durch diese Art der Messung wird aber der Einfluß temperaturabhängiger Änderungen vollständig ausgeschaltet, wenn der Weg aus dem Verhältnis der Laufzeiten ermittelt wird Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei in Ausgestaltung der Erfindung erwiesen, wenn ein Taktgenerator zur Erzeugung von Zählimpulsen mit regelbarer Impulsfolgefrequenz vorgesehen ist, wenn für die Laufzeitmessung der Ultraschall-Messimpulse und der Ultraschall-Referenzimpulse jeweils ein für die Dauer des Zeitintervalls zwischen der Aussendung eines elektrischen Impulses durch den Impulsgenerator und dem Eintreffen des betreffenden Ultraschallimpulses am Ultraschall-Wandler mit dem Ausgang des Taktgenerators verbindbarer Impulszähler, nämlich ein Referenzimpuls-Zähler und Messimpuls-Zähler vorgesehen ist, und wenn der Ausgang des für die Laufzeitmessung der Referenzimpulse vorgesehenen Referenzimpuls-Zählers derart auf den Eingang des Taktgenerators rückgekoppelt ist, daß eine Regelung der Impulsfolgefrequenz mit dem Ziel eines fest vorgegebenen Zählerstandes des Referenzimpulszählers als Maß für die Laufzeit jedes Ultraschall-Referenzimpulses durchführbar ist.The decisive advantage of such an ultrasonic odometer according to the invention consists in the fact that each electrical pulse that is generated by the magnetostrictive tube surrounding electrical conductor is given, not only triggers an ultrasonic measuring pulse in the plane of the moving magnet, but in addition, an ultrasonic reference pulse in the plane of the fixed second Magnets, so that the measurement result no longer depends on the measurement of a temperature-dependent running time is obtained, but by a running time comparison between the sound pulse transit time for the path to be measured and the sound pulse transit time for the known path between the ultrasonic transducer and the stationary second one Magnets This type of measurement makes the influence more temperature-dependent Changes completely turned off when the way out of the relationship of the runtimes It has been found to be particularly advantageous in the embodiment of Invention proved when a clock generator for generating counting pulses with controllable Pulse repetition frequency is provided if the ultrasonic measuring pulses are used for the transit time measurement and the ultrasonic reference pulses each one for the duration of the time interval between the emission of an electrical pulse by the pulse generator and the arrival of the relevant ultrasonic pulse at the ultrasonic transducer with the Output of the clock generator connectable pulse counter, namely a reference pulse counter and Measuring pulse counter is provided, and if the output of the for the transit time measurement the reference pulse provided reference pulse counter to the input of the Clock generator is fed back that a regulation of the pulse repetition frequency with the goal of a fixed, predetermined count of the reference pulse counter as a measure can be carried out for the transit time of each ultrasonic reference pulse.
Durch diese Ausgestaltung des Wegmessers gemäß der Erfindung ergibt sich der entscheidende Vorteil, daß der Zählerstand in dem Messimpuis-Zähler jeweils unmittelbar ein Maß für den zu messenden Weg ist, da von dem zu messenden Verhältnis zwischen Messimpuls-Laufzeit und Referenzimpuls-Laufzeit durch die Regelung der Frequenz der Zählimpulse das Ergebnis für die Messung der Referenzimpuls-Laufzeit zwangsweise konstant gehalten wird.This embodiment of the odometer according to the invention results the decisive advantage that the counter reading in the measuring pulse counter is a direct measure of the path to be measured, since it depends on the ratio to be measured between measuring pulse runtime and reference pulse runtime by regulating the Frequency of the counting pulses the result for the measurement of the reference pulse runtime is forcibly kept constant.
Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn der Abstand zwischen dem Ultraschallwandler und dem feststehenden Magneten durch ein spezielles Verbindungselement ohne temperaturabhängige Längenänderungen, wie z.B. einen Invar-Stab, aufrechterhalten wird.It has also proven to be advantageous if the distance between the ultrasonic transducer and the fixed magnet through a special connecting element Maintained without temperature-dependent changes in length, such as an Invar rod will.
Gegebenenfalls kann auch ein Verbindungselement mit bestimmter Temperaturabhängigkeit verwendet werden, um eine gezielte Fehlerkompensation zu erreichen. If necessary, a connecting element with a certain temperature dependency can also be used can be used to achieve targeted error compensation.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ultraschall-Wegmessers gemäß der Erfindung; Fig. 2 Impulsdiagramme für die elektrischen Ansteuerimpulse des WegmessersE gemäß Fig. 1 sowie für die dadurch hervorgerufenen Ultraschallimpulse und Fig. 3 ein Prinzip-Schaltbild wesentlicher Elemente einer Meß-Schaltung des Wegmessers gemäß Fig. 1.Further details and advantages of the invention are provided below explained in more detail with reference to drawings and / or are the subject of subclaims. Show it: 1 shows a schematic representation of an ultrasonic displacement meter according to the invention; Fig. 2 pulse diagrams for the electrical control pulses of the odometer E according to FIG. 1 as well as for the ultrasonic pulses caused thereby and FIG. 3 is a basic circuit diagram of essential elements of a measuring circuit of the Odometer according to FIG. 1.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Impulsgenerator 10, mit dessen Hilfe auf einem elektrischen Leiter 12, dessen vom Impulsgenerator 10 abgewandtes Ende auf Bezugspotential liegt, elektrische Impulse erzeugbar sind. Der elektrische Leiter 12 ist konzentrisch von einem Rohr 14 aus magnetostriktivem Material umgeben.In detail, Fig. 1 shows a pulse generator 10, with the help of which on an electrical conductor 12, whose end facing away from the pulse generator 10 is at reference potential, electrical pulses can be generated. The electrical conductor 12 is concentrically surrounded by a tube 14 made of magnetostrictive material.
Auf der haubenseite des Rohres sind zwei Magnete 16,18 angeordnet, nämlich ein beweglicher, erster Magnet 16, der in Längsrichtung des Rohres 14 verschiebbar ist, wie dies durch einen Doppelpfeil 20 angedeutet ist, und ein feststehender Magnet 18. Mit dem magnetostriktiven Rohr 14 ist ferner ein Ultraschall-Wandler 22 fest verbunden, der von dem feststehenden Magneten 18 einen fest vorgegebenen Abstand aufweist, der beispielsweise dadurch konstant gehalten werden kann, daß der Wandler 22 und der feststehende Magnet 18 über einen Invar-Stab 24 fest miteinander verbunden sind, der praktisch keine temperaturabhängigen Längenänderungen aufweist. Mit dem Ultraschall-Wandler 22 ist eine Meßschaltung 26 verbunden, der über einen zweiten Eingang auch die Impulse des Impulsgenerators 10 bzw.Two magnets 16, 18 are arranged on the hood side of the pipe, namely a movable, first magnet 16 which is displaceable in the longitudinal direction of the tube 14 is, as indicated by a double arrow 20, and a fixed magnet 18. An ultrasonic transducer 22 is also fixed to the magnetostrictive tube 14 connected, of the fixed magnet 18 a fixed predetermined distance has, which can be kept constant, for example, that the converter 22 and the stationary magnet 18 are firmly connected to one another via an Invar rod 24 that has practically no temperature-dependent changes in length. With the Ultrasonic transducer 22 is a measuring circuit 26 connected, the The pulses from the pulse generator 10 resp.
dazu synchrone Steuersignale zugeführt werden.synchronous control signals are supplied for this purpose.
Wenn bei dem Wegmesser gemäß Fig. 1 vom Impulsgenerator 10 ein elektrischer Impuls auf den elektrischen Leiter 12 gegeben wird, dann läuft der. elektrische Impuls mit seinem zugehörigen, zu dem Leiter 12 konzentrischen Magnetfeld über den Leiter 12 nach Bezugspotential. Da die beiden Magneten 16 und 18 axiale Magnetfelder erzeugen, wird folglich beim Durchlauf jedes elektrischen Impulses über den Leiter 12 in der Ebene der Magneten 16 und 18 jeweils ein schraubenförmiges Magnetfeld erzeugt, welches in dem magnetostriktiven Rohr 14 zur Entstehung eines Ultraschallimpulses führt.If in the odometer according to FIG. 1 from the pulse generator 10 an electrical Impulse is given to the electrical conductor 12, then runs. electrical Pulse with its associated magnetic field concentric to the conductor 12 via the Conductor 12 according to reference potential. Since the two magnets 16 and 18 have axial magnetic fields is generated as each electrical pulse passes over the conductor 12 in the plane of the magnets 16 and 18 each have a helical magnetic field generated, which in the magnetostrictive tube 14 to the creation of an ultrasonic pulse leads.
Die Ultraschallimpulse von den Magneten 16 und 18 treffen nach einer Laufzeit t16 bzw. t18 bezogen auf den Zeitpunkt t0 der Aussendung des elektrischen Impulses an dem Ultraschallszandler 22 ein, wie dies in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, wo die elektrischen Impulse E auf den Leiter 12 in einem oberen Impulsdiagramm dargestellt sind, während die zugeordneten Ultraschallimpulse U16 und U18 von den Magneten 16 bzw. 18 in einem unteren Impulsdiagramm gezeigt sind.The ultrasonic pulses from the magnets 16 and 18 hit after one Running time t16 or t18 based on the point in time t0 of the transmission of the electrical Pulse to the ultrasonic transducer 22, as shown schematically in FIG. 2 is where the electrical pulses E on conductor 12 in an upper pulse diagram are shown, while the associated ultrasonic pulses U16 and U18 of the Magnets 16 and 18, respectively, are shown in a lower timing diagram.
In der Meßschaltung 26 kann nunmehr aus dem Laufzeitverhältnis t16/t18 aufgrund der Tatsache, daß sich die Laufzeit für den fest vorgegebenen Weg zwischen dem Ultraschall-. Wandler 22 und dem feststehenden Magneten 18 einerseits und dem zu messenden Weg zwischen dem Schallwandler 22 und dem beweglichen Magneten 16 andererseits zueinander verhalten wie der fest vorgegebene Weg zu dem zu messenden Weg die Länge des zu messenden Weges ermittelt werden.In the measuring circuit 26, from the running time ratio t16 / t18 due to the fact that the running time for the fixed route between the ultrasound. Converter 22 and the fixed magnet 18 on the one hand and the path to be measured between the Sound transducer 22 and the movable Magnets 16 on the other hand behave to each other like the fixed predetermined path to the path to be measured the length of the path to be measured can be determined.
Wenn nun in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, in der Neßschaltung 26 ein Taktgenerator 28 vorgesehen ist, mit dessen Ausgang zwei Zähler 30, 32 verbindbar sind, und zwar über zugeordnete elektronische Schalter 3Q, 36, die jeweils zum Zeitpunkt t0, d.h. beim Auftreten eines elektrischen Impulses E geschlossen werden, und die beim Auftreten der Ultraschallimpulse U16, U18, d.h. nach der Laufzeit t16 bzw. t18 geoffnet werden, dann ergeben sich am Ende eines Messvorganges in dem Messimpulszähler 30, der mit dem Schalter 34 verbunden ist, der nach der Laufzeit t16 geöffnet wird, und in dem Referenzimpulszähler 32, der mit dem Schalter 36 verbunden ist, der nach der Laufzeit t18 geöffnet wird, 3ählerstände, die den Laufzeiten t16 bzw. t18 entsprechen und aus denen das Verhältnis der Laufzeiten errrechnet werden kann.If now in an advantageous embodiment of the invention, as shown in Fig. 3 is shown in the measuring circuit 26, a clock generator 28 is provided, with the output of two counters 30, 32 can be connected, specifically via associated electronic switches 3Q, 36, each at time t0, i.e. when an electrical pulse E are closed, and when the ultrasonic pulses occur U16, U18, i.e. opened after the running time t16 or t18, then result at the end of a measuring process in the measuring pulse counter 30, which is connected to the switch 34 is connected, which is opened after the running time t16, and in the reference pulse counter 32, which is connected to the switch 36, which is opened after the running time t18, 3 counter readings that correspond to the runtimes t16 or t18 and from which the ratio the running times can be calculated.
Wenn nun der Taktgenerator 28 als Taktgenerator mit regelbarer Impulsfolgefrequenz ausgebildet ist, dann besteht die Möglichkeit, die Impulsfolgefrequenz des Taktgenerators 28 über eine Rückkopplungsleitung 38 in Abhängigkeit vom Zählerstand des Referenzimpulszählers 32 am Ende jedes Messvorgangs derart zu regeln, daß der Zählerstand des Referenzimpulszählers 32 unabhängig von der temperaturabhängigen Laufzeit t18 am Ende jedes Messvorgangs stets einen fest vorgegebenen Wert hat - natürlich innerhalb der Regelgenauig--keit - so daß nunmehr keine Verhältnisbildung mehr durchgeführt werden muß, sondern nur noch eine Auswertung des Zählerstandes in dem Zähler 30, da direkt ein Maß für die Länge des zu messenden Weges ist. Man erkennt, daß dadurch die Erzeugung eines analogen oder digitalen, linear mit der Länge des zu messenden Weges verknüpften Wegsignals erheblich vereinfacht wird.If now the clock generator 28 is used as a clock generator with controllable pulse repetition frequency is formed, then there is the possibility of the pulse repetition frequency of the clock generator 28 via a feedback line 38 as a function of the count of the reference pulse counter 32 to regulate at the end of each measuring process in such a way that the count of the reference pulse counter 32 regardless of the temperature-dependent running time t18 at the end every measurement process always has a fixed value - within, of course the control accuracy - so that no more ratio formation is carried out must be, but only an evaluation of the counter reading in the counter 30, since it is a direct measure of the length of the path to be measured. One recognizes that thereby the generation of an analog or digital, linear with the length of the to be measured Path linked path signal is considerably simplified.
Zusätzlich bringt die Ausgestaltung gemäß Fig. 3 den entscheidenden Vorteil mit sich, daß driftabhängige Frequenzänderunqen des Taktgenerators ebenfalls kompensiert werden und daß die Meßschaltung und die Wandleranordnung unabhängig voneinander ausgewechselt werden können falls dies erforderlich ist, ohne daß umständliche Eich- und Einstellarbeiten erforderlich werden.In addition, the embodiment according to FIG. 3 brings the decisive factor The advantage is that drift-dependent frequency changes of the clock generator also are compensated and that the measuring circuit and the transducer arrangement are independent can be exchanged from each other if necessary, without the hassle Calibration and adjustment work become necessary.
Weiterhin besteht bei dem erfindungsgemäßen Wegmesser die Möglichkeit, die Zählerstände für mehrere aufeinanderfolgende Messzyklen zu mitteln und so durch diese Mittelwertbildung für die Wegmessung eine verbesserte Auflösung zu erreichen. Außerdem gestattet die Mittelwertbildung eine exaktere Regelung der Impulsfolgefrequenz des Taktgenerators 28, wenn man die jeweiligen Zählerstände des Referenzimpulszählers 32 für mehrere Messzyklen addiert, wobei sich für die durch die Rückkopplung am Taktgenerator 28 eingestellte Impulsfolgefrequenz f folgende Gleichung ergibt: vN - k L (Hz) wobei v = Ultraschall-Fortpflanzungsgeschwindigkeit im magnetostriktiven Rohr 14 (z.B. in mm/sec.), N = vorgegebener Zählerstand für Referenzimpulszähler 32 am Ende eines Messzyklus, L = Referenzlänge - Abstand zwischen Ultraschall-Wandler 22 und feststehendem Magnet 18 (beispielsweise in mm) k = Zahl der Messzyklen für einen Messwert.Furthermore, with the odometer according to the invention there is the possibility of to average the counter readings for several consecutive measuring cycles and so through this averaging for the distance measurement to achieve an improved resolution. In addition, the averaging allows a more precise regulation of the pulse repetition frequency of the clock generator 28, if the respective counts of the reference pulse counter 32 is added for several measuring cycles, whereby the feedback on Clock generator 28 set pulse repetition frequency f gives the following equation: vN - k L (Hz) where v = ultrasonic propagation speed in the magnetostrictive Tube 14 (e.g. in mm / sec.), N = specified counter reading for reference pulse counter 32 at the end of a measuring cycle, L = reference length - distance between ultrasonic transducers 22 and fixed magnet 18 (for example in mm) k = number of measuring cycles for a measured value.
Insgesamt bleiben bei dem erfindungsgemäßen Wegmesser die Vorteile des bekannten Ultraschall-Wegmessers, wie z.B. die Absolutwertmessung, die Verschleißfreiheit, die Verwendung eines passiven Verschiebestückes (bejeglicher Magnet 16) usw. voll erhalten, während andererseits die bisherigen Mängel eines derartigen Wegmessers, nämlich die mangelnde Langzeitkonstanz der Bauelemente und die Temperaturabhängigkeit mit außerordentlich hoher Genauigkeit kompensiert werden. Dabei besteht für besonders genaue Wegmesser sogar noch die Möglichkeit, für eine gewisse Inhomogenität des magnetostriktiven Rohres, die zu unterschiedlichen Ultraschall-Fortpflanzungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Rohrabschnitten führt, eine Linearitätskorrektur durchzuführen, beispielsweise durch Einspeichern einer entsprechenden Fehlerkurve in einen digitalen Speicher und durch das Bewichten der ermittelten Differenz der Zählerstände entsprechend dieser gespeicherten Fehlerkurve.Overall, the advantages of the odometer according to the invention remain the well-known ultrasonic distance meter, such as absolute value measurement, freedom from wear, the use of a passive sliding piece (any magnet 16) etc. fully received, while on the other hand the previous shortcomings of such an odometer, namely the lack of long-term constancy of the components and the temperature dependency be compensated with extremely high accuracy. There is for special exact odometer even still the possibility for a certain inhomogeneity of the magnetostrictive tube leading to different ultrasonic propagation speeds leads to a linearity correction in the individual pipe sections, for example, by storing a corresponding error curve in a digital one Storage and by weighting the determined difference in the counter readings accordingly this stored error curve.
Claims (9)
Priority Applications (1)
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| DE19813131455 DE3131455A1 (en) | 1981-08-08 | 1981-08-08 | Magnetostrictive displacement sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| DE3131455A1 true DE3131455A1 (en) | 1983-03-24 |
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Family Applications (1)
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| DE19813131455 Withdrawn DE3131455A1 (en) | 1981-08-08 | 1981-08-08 | Magnetostrictive displacement sensor |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE3131455A1 (en) |
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Legal Events
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| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HERMLE, ROLF, 7440 NUERTINGEN, DE HERMLE, KLAUS, 7 |
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |