DE4107101A1

DE4107101A1 - Wirbelstromsensor zur erfassung von winkeln oder wegen

Info

Publication number: DE4107101A1
Application number: DE19914107101
Authority: DE
Inventors: Manfred Pieloth; Bernhard Dr Ing Senf; Arnulf Dr Ing Schwarz
Original assignee: ZENTRALINSTITUT fur KERNFORSCHUNG O-8051 DRESDEN DE; Zentrum Mikroelektronik Dresden GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date: 1991-03-06
Filing date: 1991-03-06
Publication date: 1992-09-10

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbelstromsensor zur Erfassung von Winkeln oder Wegen an Mechanismen, Manipulatoren, Stellantrieben und Einrichtungen der Meß- und Automatisierungstechnik.

Bekannt sind Wirbelstromsensoren, die insbesondere für kleine Wege [DE-PS 27 39 034] oder als Abstandssensoren gegenüber lei tenden Metallflächen verwendet werden [DE-PS 30 26 389]. Für größere Wege und Winkel sind diese Sensoren nicht geeignet. Es sind für die Erfassung von mittleren und größeren Wegen auch Spulenanordnungen bekannt, über die ein leitendes Rohr verschieb bar übergreift [DE-PS 29 14 083, DE-PS 31 09 930, DE-PS 35 18 772]. Bei anderen Sensoren werden die Lage eines metallischen Leiters in einem rohrförmigen Element mittels zweier Spulenpaare gemessen [DE-PS 25 94 603]. Diese technischen Lösungen erfordern bei längeren Meßwegen eine besondere und aufwendige Justage von Rohr und Sensorelement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelstromsensor zu schaffen, der bei robustem Aufbau praktisch rückwirkungsfrei auch größere Winkel oder Wege ohne zusätzlichen Aufwand erfaßt und in eine analoge elektrische Größe umwandelt.

Die Erfindung geht von einer Anordnung aus, die aus einer mit geeigneter Frequenz erregten zylindrischen Feldspule und je Koor dinate zwei einander diametral gegenüberliegenden Meßspulen be steht, deren Achsen sämtlich in einer Ebene liegen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Inneren der Feldspule ein Metallkörper asymmetrisch angeordnet ist, der bei Winkelmessung um die Feldspulenachse verdreht und bei Wegmessungen in Richtung der Feldspulenachse verschoben wird. Der Querschnitt des Metallkörpers ist bezüglich der Achse der Feld spule nicht rotationssymmetrisch.

Mit diesem Wirbelstromsensor werden die in der Aufgabe formulierten Ziele erreicht.

Die Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand von je einem Ausführungsbeispiel für die Winkel- und die Wegmessung.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 den Wirbelstromsensor für Winkelmessung in der Ansicht;

Fig. 2 den Wirbelstromsensor für Winkelmessung im Schnitt;

Fig. 3 den Wirbelstromsensor für Wegmessung im Teilschnitt.

Nach Fig. 1 und 2 befindet sich für den Fall der Winkelmessung in einem als Gehäuse gestalteten, nichtferromagnetischen Grundkörper 1 die Feldspule 2, sowie die beiden Meßspulen 3, die im gleichen Abstand zur Feldspulenachse einander gegenüberliegen. Die Achsen von Feldspule 2 und Meßspulen 3 befinden sich in einer Ebene.

Im Innern der Feldspule 2 ist ein nichtleitender zylindrischer Körper 4 mit einem exzentrisch angeordneten Metallkörper 5 dreh bar vorgesehen. Damit können Winkel <180° kontinuierlich gemessen werden.

Nach Fig. 3 befindet sich für den Fall der Wegmessung im Innern der Feldspule 2 ein verschiebbar angeordneter und mit dem Meßob jekt verbundener, zylindrischer nichtleitender Körper 6, in den ein Metallkörper 7, z. B. ein Rundstab, so eingebettet ist, daß die Längsachsen des nichtleitenden Körpers 6 und des Metallkörpers 7 einen spitzen Winkel einschließen.

Aus dem magnetischen Wechselfeld der Feldspule 2 und dem Magnet feld, das durch die in dem Metallkörper 5 bzw. 7 induzierten Wirbelströme hervorgerufen wird, entsteht ein resultierendes, nicht rotationssymmetrisches magnetisches Wechselfeld. Dieses induziert in den Meßspulen 3 Spannungen, die einander entgegen geschaltet werden. Das aufgrund der Unsymmetrie des resultierenden Magnetfelds entstehende Differenzsignal steht nach Weiterver arbeitung und entsprechender Gleichrichtung Vorzeichenrichtung als Meßgröße zur Verfügung.

Aufstellung der Bezugszeichen

1 Grundkörper
2 Feldspule
3 Meßspule
4 zylindrischer Isolierkörper
5 Metallkörper
6 nichtleitender Körper
7 Metallkörper

Claims

1. Wirbelstromsensor zur Erfassung von Winkeln oder Wegen, bestehend aus einer vorzugsweise zylindrischen, mit Wechselstrom geeigneter Frequenz gespeisten und das magnetische Wechselfeld erzeugenden Feldspule, einem mit dem Meßobjekt gekoppelten, elektrisch lei tenden Metallkörper, der einen für Wirbelströme ausreichend wirk samen, homogenen oder unterteilten Querschnitt besitzt, und zwei nur wenig außerhalb der Feldspule einander diametral gegenüber liegende, vorzugsweise zylindrischen Meßspulen, deren Achsen mit der Achse der Feldspule etwa in einer Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper einen geringeren Querschnitt als das Innere der Feldspule (2) besitzt und im Inneren der Feldspule (2) asymmetrisch und in seiner Lage veränderbar ange ordnet ist.

2. Wirbelstromsensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erfassung von Winkeln der Metallkörper (5) in einem, im Inneren der Feldspule (2) drehbar und exzentrisch angeordneten zylindrischen Isolierkörper (4) eingebettet ist.

3. Wirbelstromsensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erfassung von Wegen der Metallkörper (7) als verschiebbares stabförmiges Element ausgebildet und am Meßobjekt befestigt ist und daß das stabförmige Element mit seiner Längsachse gegenüber der Verschiebungsrichtung einen spitzen Winkel aufweist.