DE69019491T2

DE69019491T2 - Verschiebungssensor vom Induktionstyp mit Unempfindlichkeit gegenüber externen magnetischen Feldern.

Info

Publication number: DE69019491T2
Application number: DE69019491T
Authority: DE
Inventors: Yoichi Kanemitsu; Chikara Murakami; Atsushi Nakajima; Yuji Shirao; Minoru Takizawa
Original assignee: Ebara Corp; National Aerospace Laboratory of Japan; Ebara Research Co Ltd
Current assignee: National Aerospace Exploration Agentcy Chofu Tok; Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2010-12-22
Also published as: KR0165893B1; US5194805A; EP0435232A1; EP0435232B1; DE69019491D1; KR910012668A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Versetzungssensor zum Detektieren einer Versetzung eines gemessenen magnetischen Objekts bzw. Gegenstandes und insbesondere auf einen Versetzungssensor des Induktions- bzw. Induktivitätstyps, der wenig beeinflußt wird durch Rauschen, das sich auf einem externen Magnetfeld ergibt.
Ein Versetzungssensor des Induktions- bzw. Induktivitätstyps kann verwendet werden zum Detektieren einer Versetzung eines gemessenen Objekts bzw. Gegenstandes aus einem magnetischen Material. Figur 1 zeigt ein Beispiel eines solchen Versetzungssensors, der in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-21521 gezeigt ist, wobei Figur 1(a) eine Schnittansicht davon ist, und zwar benachbart zu dem gemessenen Gegenstand und wobei Figur 1(b) eine Seitenansicht ist. Wie in diesen Figuren gezeigt ist, umfaßt der Versetzungssensor einen Sensorkern 100, der im Schnitt eine E-förmige Gestalt besitzt und integral ausgebildet ist mit einem pfostenartigen Magnetpol 101, einem zylindrischen Magnetpol 102, der so angeordnet ist, daß er den Magnetpol 101 umgibt, und einem Basisteil 103, der beide Magnetpole verbindet, sowie eine Sensorspule 104, die um den mittleren Magnetpol 101 gewickelt ist. Eine Schein-, Blind-, Ausgleichs- oder Dummy-Spule 105, die außerhalb des Sensors vorgesehen ist, ist in Reihe mit der Sensorspule 104 geschaltet, wie in Figur 2 gezeigt ist, und eine Trägerwelle von einer Trägerwellenerzeugungsschaltung 106 wird an die Reihenschaltung aus Sensor- und Dummy-Spulen 104 und 105 angelegt. Eine Detektierschaltung 107 ist parallel mit der Dummy-Spule 105 geschaltet.
Wenn ein gemessener Gegenstand 110 aus magnetischem Material zu dem Versetzungssensor hin oder weg von dort versetzt wird, verändert sich die Induktion bzw. Induktivität der Sensorspule 104. Eine Änderung des elektrischen Potentials über die Dummy-Spule 105 hinweg aufgrund einer Änderung der Induktion bzw. Induktivität der Sensorspule wird durch die Detektierschaltung 107 detektiert, wodurch die Versetzung des Gegenstands 110 detektiert wird.
Durch Verwendung eines solchen Versetzungssensors des Induktions- bzw. Induktivitätstyps kann ein Versetzungsdetektiersystem hergestellt werden zum Detektieren einer Versetzung von beispielsweise einem zylindrischen oder pfostenartigen Schaft bzw. einer Welle aus Magnetmaterial. Figur 3 zeigt vier Sensorkerne 211, 212, 213 und 214, die auf zwei sich senkrecht schneidenden Achsen X und Y angeordnet sind und umfangsmäßig um den zu messenden Magnetschaft 220 angeordnet sind. Die Sensorspulen 201, 202, 203 und 204 sind auf die Sensorkerne 211 bzw. 212 bzw. 213 bzw. 214 gewickelt.
Wenn der Schaft 220 aus einer vorbestimmten Position in einer Y-Richtung versetzt wird, wird beispielsweise die Induktion bzw. Induktivität der Sensorspulen 201 und 203 verändert, und wenn er in einer X-Richtung versetzt wird, dann wird die Induktion bzw. Induktivität der Sensorspulen 202 und 204 verändert. Durch Detektieren der Induktions- bzw. Induktivitätsänderungen wird die Versetzung des Gegenstands 220 detektiert. Zu diesem Zweck ist ein Paar gegenüberliegender Sensorspulen in Reihe mit einer Trägerwellenerzeugungsschaltung geschaltet, und eine Detektierschaltung ist parallel zu einer der in Reihe geschalteten Sensorspulen verbunden. Figur 4 zeigt ein Beispiel einer solchen Anordnung, bei der die Sensorspulen 201 und 203 in Reihe mit einer Trägerwellenerzeugungsschaltung 215 geschaltet sind, und somit wird ein magnetischer Fluß 206 beispielsweise durch die Sensorspule 201 erzeugt. Eine Detektierschaltung 216 ist parallel zu der anderen Sensorspule 203 geschaltet. Wenn der Schaft bzw. die Welle 220 in der Y-Richtung versetzt wird, wird die Induktion bzw. Induktivität der Sensorspulen 201 und 203 verändert und diese Induktions- bzw. Induktivitätsänderung wird durch die Detektierschaltung 216 detektiert.
Wenn der in Figur 1 gezeigte Versetzungssensor des Induktions- bzw. Induktivitätstyps an einer Stelle betrieben wird, an der ein externer magnetischer Fluß EFX durch den Sensorkern 100 hindurchgeht, wie in Figur 5 gezeigt ist, bewirkt der externe magnetische Fluß EFX eine elektromotorische Kraft EMF, die in der Sensorspule 104 durch gegenseitige Induktion erzeugt wird, wie in Figur 2 gezeigt ist. Da diese elektromotorische Kraft EMF die Änderung des elektrischen Potentials überlagert, welche sich aus der Induktions bzw. Induktivitätsänderung aufgrund der Versetzung des gemessenen Gegenstands 110 ergibt, wird ein Rauschen dem Versetzungssignal überlagert, welches von der Detektierschaltung 107 ausgegeben wird.
Eine solche Situation tritt auch bei dem Versetzungsdetektiersystem auf, das in Figur 3 gezeigt ist. Da ein Paar gegenüberliegender Sensorspulen in Reihe geschaltet ist, wie in Figur 4 gezeigt ist, wird eine elektromotorische Kraft EMF in der Sensorspule 201 durch die gegenseitige Induktion erzeugt, wie in Figur 4 gezeigt ist, wenn ein äußerer magnetischer Fluß 207 von der Sensorspule 201 aufgenommen bzw. empfangen wird. Das durch diese elektromotorische Kraft erzeugte Signal wird der Änderung des elektrischen Potentials überlagert, welches sich aus der Induktions- bzw. Induktivitätsänderung der Sensorspulen 201 und 203 aufgrund der Positionsänderung des Schafts 220 ergibt, und somit wird ein Rauschen dem Versetzungssignal überlagert, das von dem Versetzungssensor ausgegeben wird.
Ferner zeigt DE-A-3 514 154 A1 ein kontaktloses Verfahren zum Messen von Entfernungen, Drehgeschwindigkeit etc. eines Objekts oder Gegenstandes. Dieses Verfahren weist mindestens zwei Sensorspulen in einer Brückenkonfiguration auf, die auf der gleichen Seite eines zu messenden, sich bewegenden Gegenstands angeordnet sind. Die Oberfläche des zu messenden Gegenstands weist mindestens zwei Zonen oder Bereiche auf, von denen eine aus einem ferromagnetischen Material und die andere aus einem nicht ferromagnetischen Material besteht.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht im Hinblick auf die oben genannten Probleme und es ist ein Ziel der Erfindung, einen Versetzungssensor des Induktions- bzw. Induktivitätstyps vorzusehen, durch den Rauschen, welches durch einen externen magnetischen Fluß verursacht wird, vermindert wird durch Beseitigen elektromotorischer Kräfte, die in den Sensorspulen durch einen externen magnetischen Fluß erzeugt werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, ein Versetzungsdetektiersystem vorzusehen, bei dem die elektromotorischen Kräfte, die in den Sensorspulen durch einen externen magnetischen Fluß erzeugt werden, beseitigt werden und jegliche gegenseitige Interferenz zwischen den Sensorspulen verhindert werden kann.
Um die oben genannten Ziele zu erreichen, ist der Versetzungssensor des Induktions- bzw. Induktivitätstyps gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, eine Versetzung eines Objekts bzw. Gegenstands aus magnetischem Material ohne jeglichen Kontakt mit dem Gegenstand zu messen und weist ein Paar von Spulen auf, die in Reihe geschaltet sind und benachbart zu dem Gegenstand vorgesehen sind, so daß die Induktion des Paars von Spulen sich ansprechend auf die Versetzung des Gegenstands aus einer vorbestimmten Position verändert. Die Induktion, die Anzahl der Windungen, die Richtung der Windungen und der Querschnitt jedes der Kerne sind so eingestellt, daß der magnetische Fluß, der von einer der Spulen erzeugt wird, in einer Richtung entgegengesetzt zu dem magnetischen Fluß verläuft, der durch die andere Spule erzeugt wird, und daß die magnetischen Flußdichten zueinander gleich sind.
Insbesondere weist der Versetzungssensor des Induktions- bzw. Induktivitätstyps gemäß der vorliegenden Erfindung folgendes auf:
Kernmittel aus magnetischem Material, die benachbart zu einem Gegenstand angeordnet sind; und
ein Paar von Spulen, die konzentrisch um die magnetischen Kernmittel herum gewickelt sind und in Reihe miteinander geschaltet sind, wobei die Induktion bzw. Induktivität der Spulen im wesentlichen identisch ist und sich ansprechend auf die Versetzung des Gegenstands aus der vorbestimmten Position verändert, wobei die jeweiligen Spulen so gewickelt sind, daß der magnetische Fluß, der von einer der Spulen erzeugt wird, in einer Richtung verläuft, die entgegengesetzt ist zu der des magnetischen Flusses, der durch die andere Spule erzeugt wird, und wobei die Anzahl der Windungen und die Querschnitte jedes der Kerne so eingestellt sind, daß die mittleren magnetischen Flußdichten in den jeweiligen Spulen zueinander gleich sind.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen die Kernmittel einen mittleren Magnetpol, zwei verschiedene, konzentrisch zylindrische Magnetpole, die um den mittleren Magnetpol herum vorgesehen sind, und einen Basisteil zum Verbinden dieser Magnetpole, wobei eine der Spulen des Paars um den mittleren Pol gewickelt ist und die andere Spule zwischen den zwei Magnetpolen gewickelt ist.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Kernmittel ein Paar von Magnetpolen und einen Basisteil zum Verbinden der Pole, und die Spulen des Paars sind um die jeweiligen Magnetpole gewickelt.
Ferner sieht die vorliegende Erfindung ein Versetzungsdetektiersystem vor, bei dem zwei Paare der Versetzungssensoren des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels in gegenüberliegenden Positionen bezüglich des Gegenstands auf ersten und zweiten Linien angeordnet sind, die durch den Gegenstand hindurchgehen und einander senkrecht schneiden. Die Spulen von einem der Versetzungssensoren, der auf einer der Linien angeordnet ist, sind in Reihe mit den Spulen des anderen Versetzungssensors geschaltet, der auf der gleichen Linie angeordnet ist. Die magnetischen Flüsse werden durch die Spulen erzeugt, die auf unterschiedlichen Linien liegen und zueinander benachbart sind, um zu verursachen, daß die gleiche magnetische Polarität auf den Seiten des Spulen benachbart zu dem Gegenstand gebildet wird.
Die obigen und weitere Ziele und Vorteile werden verständlich beim Lesen der folgenden genauen Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Figur 1(a) ist eine Schnittansicht eines Beispiels eines Versetzungssensors des Induktionstyps;
Figur 1(b) ist eine Seitenansicht des Versetzungssensors;
Figur 2 ist ein Diagramm, das den Schaltungsaufbau des Versetzungssensors von Figur 1 zeigt;
Figur 3 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines Versetzungsmeßsystems zeigt unter Verwendung der in Figur 1 gezeigten Versetzungssensoren;
Figur 4 ist ein Diagramm, das den Schaltungsaufbau des in Figur 3 gzeigten Versetzungsmeßsystems
Figur 5 zeigt einen Fall, in dem ein externer magnetischer Fluß den Versetzungssensor des Induktions- bzw. Induktivitätstyps von Figur 1 durchdringt;
Figur 6(a) ist eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Versetzungssensors des Induktions- bzw. Induktivitätstyps gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei durch jeweilige Spulen erzeugte Magnetflüsse sowie Rauschen bzw. Störeinflüsse auch gezeigt sind;
Figur 6(b) ist eine Seitenansicht des in Figur 6(a) gezeigten Sensors;
Figur 7 ist ein Diagramm, das den Schaltungsaufbau des Versetzungssensors von Figur 6 und die Orientierung bzw. Ausrichtung von elektromotorischen Kräften zeigt, die in den Spulen erzeugt werden;
Figuren 8(a) und 8(b) zeigen ein modifiziertes Beispiel des Versetzungssensors von Figur 6;
Figur 9 ist eine Schnittansicht eines Versetzungsmeßsystems, bei dem ein zweites Ausführungsbeispiel eines Versetzungssensors des Induktions- bzw. Induktivitätstyps gemäß der vorliegenden Erfindung um einen gemessenen Gegenstand herum angeordnet ist;
Figur 10 zeigt Richtungen eines Magnetflusses, der durch Spulen des Versetzungsmeßsensors von Figur 9 erzeugt wird sowie die Richtung eines externen Flusses;
Figur 11 ist ein Diagramm, das den Schaltungsaufbau des Versetzungsmeßsystems von Figur 10 zeigt; und
Figur 12 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel des Versetzungsmeßsystems von Figur 9.
Die Figuren 6(a) und 6(b) zeigen die Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels des Versetzungssensors des Induktions- bzw. Induktivitätstyps gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Figur 6(a) eine Schnittansicht des Sensors und Figur 6(b) eine Seitenansicht davon ist. Bezugnehmend auf die Zeichnungen besteht ein Sensorkern 10 aus einem ferromagnetischen Material und umfaßt einen pfostenartigen Magnetpol 11, der an seiner Mitte positioniert ist, erste und zweite zylindrische Magnetpole 12, 13, die den Pool 11 umgeben, und einen Basisteil 14 zum Verbinden der Magnetpole 11, 12 und 13 an ihrem einen Ende, um die Pole 11 bis 13 und den Basisteil 14 integral auszubilden. Zwischen den Polen 11 und 12 ist eine erste Sensorspule 15 angeordnet, die um den Magnetpol 11 gewickelt ist, und zwischen den Magnetpolen 12 und 13 ist eine zweite Sensorspule 16 angeordnet, die um den Magnetpol 12 gewickelt ist. Die ersten und zweiten Magnetspulen 15 und 16 sind in Reihe miteinander geschaltet und so gewickelt, daß die magnetischen Flüsse von den Spulen 15 und 16 in entgegengesetzten Richtungen relativ zueinander erzeugt werden.
Wenn ein gemessener Gegenstand 17 aus einem magnetischen Material beim Betrieb zu dem Sensorkern 10 hin oder weg davon versetzt wird, wird die Induktion bzw. Induktivität der Sensorspulen 15 und 16 verändert. Figur 7 ist ein Diagramm, das eine Schaltung des Versetzungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Sensorspulen 15, 16 und eine Schein-, Blind-, Ausgleichs- oder Dummy- Spule 20, die außerhalb des Sensorkerns 10 vorgesehen ist, in Reihe geschaltet sind, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, und eine Trägerwelle wird an die entgegengesetzten Enden dieser Reihenschaltung angelegt, und zwar von einer Trägerwellenerzeugungsschaltung 18.
Somit werden magnetische Flüsse an den Magnetpolen 11, 12 und 13 durch die Trägerwellenerzeugungsschaltung 18 erzeugt, wie es durch Pfeile 21, 22, 23 und 24 in Figur 6(a) als Momentansicht gezeigt ist.
Wenn der gemessene Gegenstand 17 bezüglich des Sensorkerns 10 versetzt wird, wird die Induktion bzw. Induktivität der Sensorspulen 15, 16 verändert und eine sich ergebende Änderung des elektrischen Potentials über die Dummy-Spule 20 hinweg wird durch eine Detektierschaltung 19 detektiert, um die Versetzung des Gegenstands 17 zu messen.
In dem Fall, daß der oben beschriebene Versetzungssensor des Induktions- bzw. Induktivitätstyps bei Vorhandensein eines externen magnetischen Felds verwendet wird, werden, wenn ein magnetischer Fluß 30 durch den Sensorkern 10 hindurchgeht, wie in Figur 6(a) gezeigt ist, elektromotorische Kräfte EMF und EMF' durch diesen magnetischen Fluß 30 in den Sensorspulen 15 und 16 in entgegengesetzten Richtungen zueinander erzeugt, wie in Figur 7 gezeigt ist. Wenn die Anzahl der Windungen und der Querschnitt jedes der Kerne 11, 12 und 13 so eingestellt sind, daß die Induktion bzw. Induktivität einer der Spulen 15, 16 die gleiche ist wie die jeweils andere und die mittleren magnetischen Flußdichten innerhalb der jeweiligen Kerne 11, 12, 13 gleich sind, werden die elektromotorischen Kräfte EMF und EMF', die in den Sensorspulen 15, 16 erzeugt werden, gegenseitig ausgelöscht bzw. beseitigt, wodurch eine beträchtliche Verminderung von Rauschen erreicht wird, das durch das externe Magnetfeld hervorgerufen wird.
Figur 8 zeigt eine Modifizierung des Versetzungssensors des Induktions- bzw. Induktivitätstyps gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, wobei Figur 8(a) ein Längsschnitt davon ist und Figur 8(b) eine teilweise Draufsicht davon ist. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, unterscheidet sich die Modifizierung von dem Versetzungssensor des Induktions- bzw. Induktivitätstyps der Figuren 6(a) und 6(b) darin, daß der Sensorkern 10 einen hohlen Mittelteil 10a besitzt, der sich durch den Magnetpol 11 erstreckt.
Wie oben beschrieben wurde, werden gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Sensorspulen so gewickelt, daß benachbarte, konzentrisch zylindrische Magnetpole entgegengesetzte Polaritäten besitzen, und es ist daher möglich, die elektromotorischen Kräfte gegenseitig auszulöschen bzw. zu beseitigen, die in den Spulen durch den Magnetfluß erzeugt werden, der vom Äußeren dorthinein eintritt, wodurch Rauschen, das durch das externe Magnetfeld erzeugt wird, beträchtlich vermindert wird, um eine korrekte Messung der Versetzung des Gegenstands zu erreichen.
Figur 9 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Versetzungssensors des Induktions- bzw. Induktivitätstyps in Anwendung zum Detektieren einer Versetzung eines Schafts bzw. einer Welle aus ferromagnetischem Material, wobei die Versetzungssensoren des Induktions- bzw. Induktivitätstyps des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung symmetrisch auf sich senkrecht schneidenden Achsen angeordnet sind. Bezugnehmend auf die Zeichnung sind vier Versetzungssensoren des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung bei Bezugszeichen 40, 50, 60 und 70 gezeigt. Da diese Sensoren ähnlich aufgebaut sind, wird als Beispiel nur der Versetzungssensor 40 beschrieben.
Der Versetzungssensor 40 umfaßt einen U-förmigen Sensorkern 41 aus einem ferromagnetischen Material und ein Paar von Sensorspulen 42 und 43, die um die jeweiligen Magnetpole gewickelt sind. Das Paar von Sensorspulen 42, 43 ist in Reihe miteinander verbunden und so um die Magnetpole gewickelt, daß die Magnetfelder, die durch die jeweiligen Sensorspulen erzeugt werden, so gerichtet sind, daß sie einander entgegengesetzt sind. In Figur 10 ist die Orientierung eines Magnetfelds 44, das in einem Augenblick durch die Sensorspulen 42, 43 erzeugt wird, durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Bei dieser Anordnung werden, selbst wenn ein Magnetfeld 45, das in Figur 10 mit gestrichelten Linien gezeigt ist, axial zu den Sensorspulen 42 und 43 von außen in den Versetzungssensor 40 eintritt, elektromotorische Kräfte, die durch dieses Magnetfeld 45 in den Sensorspulen 42 und 43 erzeugt werden, einander entgegengesetzt gerichtet und somit werden elektrische Ströme, die durch diese elektromotorischen Kräfte in den Sensorspulen 42, 43 erzeugt werden, ausgelöscht bzw. eliminiert.
Das in Figur 9 gezeigte Versetzungsdetektiersystem wird nun beschrieben. Bezugnehmend auf die Zeichnung sind vier Sensorkerne 41, 51, 61 und 71 an einem ringförmigen Tragglied 80 befestigt und darauf angeordnet, wobei ein Spalt zwischen den jeweiligen Sensorkernen und einem pfostenartigen gemessenen Gegenstand 90, wie beispielsweise einem Schaft bzw. einer Welle, vorgesehen ist. Der Sensorkern 41 ist mit einem Paar von Sensorspulen 42, 43 um seine Pole herum versehen; in ähnlicher Weise ist der Sensorkern 51 mit einem Paar von Sensorspulen 52, 53 versehen; der Sensorkern 61 ist mit einem Paar von Sensorspulen 62, 63 versehen; und der Sensorkern 71 ist mit einem Paar von Sensorspulen 72, 73 versehen. Wenn der gemessene Gegenstand 90 in einer Y-Richtung versetzt wird, werden sich die Induktionen der Sensorspulen 42, 43 und der Sensorspulen 62, 63 ändern, und wenn der Gegenstand 90 in einer X-Richtung versetzt wird, dann werden sich die Induktionen bzw. Induktivitäten der Sensorspulen 52, 53 und der Sensorspulen 72, 73 ändern. Unter Verwendung solcher Veränderungen oder Abweichungen der Induktionen bzw. Induktivitäten wird die Versetzung des Gegenstands 90 detektiert.
Wie oben beschrieben wurde, sind die Sensorspulen 42 und 43 in dem Versetzungssensor 40 in Reihe geschaltet und so gewickelt, daß sie magnetische Flüsse in entgegengesetzten Richtungen erzeugen. In ähnlicher Weise ist das Paar von Sensorspulen 52 und 53 in dem Versetzungssensor 50, das Paar von Sensorspulen 62 und 63 in dem Versetzungssensor 60 und das Paar von Sensorspulen 72 und 73 in dem Versetzungssensor 70 jeweils in Reihe geschaltet und so gewickelt, daß die magnetischen Flüsse, die durch die jeweiligen Spulen erzeugt werden, entgegengesetzt zueinander gerichtet sind. Darüberhinaus sind die Sensorspulen der Versetzungssensoren, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, in Reihe miteinander verbunden, und diese Reihenschaltung wird an ihren entgegengesetzten Enden mit einer Trägerwelle von einer Trägerwellenerzeugungsschaltung versorgt, und eine Detektierschaltung ist zwischen den entgegengesetzten Enden der in Reihe geschalteten Sensorspulen eines der Versetzungssensoren verbunden. Beispielsweise sind die Sensorspulen 42, 43; 62, 63 der gegenüberliegenden Sensoren 40, 60, die Trägerwellenerzeugungsschaltung 18 und die Detektierschaltung 19 miteinander verbunden, wie es in Figur 11 gezeigt ist. Auf diese Weise werden beispielsweise magnetische Flüsse 44 und 74 in den Versetzungssensoren 40 bzw. 70 zu einem Zeitpunkt bzw. in einem Augenblick durch die Trägerwelle erzeugt, die von den Trägerwellenerzeugungsschaltungen geliefert wird, wie in Figur 10 gezeigt ist.
Da die Sensorspulen 42 und 43 wie oben beschrieben vorgesehen sind, werden, wenn der magnetische Fluß 45 in der Axialrichtung dieser Sensorspulen in den Versetzungssensor 40 eintritt, wie in Figur 10 gezeigt ist, elektromotorische Kräfte EMF und EMF' in den Sensorspulen 42 und 43 in entgegengesetzten Richtungen erzeugt, wie in Figur 11 gezeigt ist, so daß sie einander auslöschen bzw. beseitigen. Dies wird in ähnlicher Weise in den Sensorspulen 62, 63 stattfinden, die auf der gegenüberliegenden Seite bezüglich des gemessenen Gegenstands 90 angeordnet sind.
Wie in Figur 10 gezeigt ist, werden ferner die magnetischen Flüsse, die durch die Sensorspulen 42 und 73 erzeugt werden, die benachbart zueinander angeordnet sind und Versetzungen in unterschiedlichen Richtungen messen, so gebildet, daß sie in der gleichen Richtung verlaufen, so daß die gleiche magnetische Polarität auf den Seiten bzw. Stirnflächen der benachbarten Magnetpole gebildet wird, die dem Gegenstand 90 gegenüberliegen. Somit stoßen sich die magnetischen Flüsse, die durch die benachbarten Sensorspulen 42, 73 erzeugt werden, gegenseitig ab, um zu verhindern, daß der Fluß, der von einer Spule erzeugt wird, durch die andere Spule hindurchgeht. Infolgedessen findet keine Interferenz zwischen den Sensorspulen 42 und 73 statt. In ähnlicher Weise sind die Sensorspulen 43, 52, die Sensorspulen 53, 62 und die Sensorspulen 63, 72 so angeordnet, daß die gleiche magnetische Polarität zu dem Gegenstand 90 weist.
Figur 12 zeigt schematisch die Anordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Versetzungssensors des Induktions- bzw. Induktivitätstyps gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt ist, ist ein ringförmiger Sensorkern 80' aus ferromagnetischem Material umfangsmäßig um den gemessenen Gegenstand 90 herum vorgesehen, und Magnetpole 41&sub1;, 41&sub2;, 51&sub1;, 51&sub2;, 61&sub1;, 61&sub2;, 71&sub1;, und 71&sub2; sind integral auf der Innenseite des ringförmigen Kerns 80' ausgebildet. Die Magnetpole 41&sub1;, 41&sub2; entsprechen dem Sensorkern 41 von Figur 9, die Magnetpole 51&sub1;, 51&sub2; entsprechen dem Sensorkern 51, die Magnetpole 61&sub1;, 61&sub2; entsprechen dem Sensorkern 61 und die Magnetpole 71&sub1;, 71&sub2; entsprechen dem Sensorkern 71. Wenn somit das Gegenstand 90 in einer Y-Richtung versetzt wird, ändert sich die Induktion bzw. Induktivität der Sensorspulen 42, 43 und der Sensorspulen 62, 63, und wenn das Gegenstand 90 in einer X-Richtung versetzt wird, ändert sich die Induktion bzw. Induktivität der Sensorspulen 52, 53 und der Sensorspulen 72, 73. Durch Verwendung dieser Veränderungen bzw. Abweichungen der Induktion bzw. Induktivität kann die Versetzung des Gegenstands 90 detektiert werden.
Ähnlich zu der in Figur 9 gezeigten Anordnung sind die Sensorspulen 42 und 43, die Sensorspulen 52 und 53, die Sensorspulen 62 und 63 und die Sensorpulen 72, 73 jeweils in Reihe geschaltet, so daß magnetische Flüsse, die in jedem Paar von Sensorspulen erzeugt werden, in gegenseitig entgegengesetzten Richtungen verlaufen.
Auch werden die magnetischen Flüsse, die durch die Sensorspulen 42 und 73 erzeugt werden, welche benachbart zueinander angeordnet sind und verschiedene richtungsmäßige Versetzungen messen, so ausgebildet, daß sie in der gleichen Richtung verlaufen, so daß die gleiche magnetische Polarität zu dem Gegenstand 90 weist. Somit stoßen sich die magnetischen Flüsse, die durch die Sensorspulen 42 und 73 erzeugt werden, gegenseitig ab, um zu verhindern, daß der Fluß, der von einer Spule erzeugt wird, durch die andere Sensorspule hindurchgeht. Infolgedessen findet keine Interferenz zwischen den Sensorspulen 42 und 73 statt. In ähnlicher Weise sind die Sensorspulen 43 und 52, die Sensorspulen 53 und 62, und die Sensorspulen 63 und 72 so angeordnet, daß die magnetischen Flüsse so ausgebildet werden, daß die gleiche Polarität zu dem Gegenstand 90 hinweist.
Wie oben beschrieben wurde, werden auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die elektromotorischen Kräfte, die durch einen externen magnetischen Fluß erzeugt werden, in den in Reihe geschalteten Sensorspulen gegenseitig ausgelöscht und ermöglichen dadurch, daß Rauschen vermindert wird, um eine korrektere Messung der Versetzung des Gegenstands zu gewährleisten.
Darüberhinaus kann jegliche gegenseitige Interferenz zwischen Sensorspulen vermieden werden, was zu einer korrekten Messung der Versetzung eines Gegenstands beiträgt.
Es sei bemerkt, daß die Versetzungssensoren des ersten Ausführungsbeispiels auf zwei senkrecht zueinander verlaufenden Linien angeordnet sein können, die durch das Gegenstand hindurchgehen, und zwar auf gegenüberliegenden Positionen bezüglich des Gegenstands, um ein Versetzungsdetektiersystem zu bilden. Auch in diesem Fall kann ein Betrieb ähnlich zu dem des in Figur 9 gezeigten Systems durchgeführt werden.
Die Erfindung wurde in Einzelheiten unter besonderer Bezugnahme auf gewisse bevorzugte Ausführungsbeispiele davon beschrieben, aber es ist verständlich, daß Abweichungen und Modifikationen innerhalb des Bereichs der Erfindung, wie er in den Ansprüchen 1 bis 7 definiert ist, durchgeführt werden können.

Claims

1. Versetzungssensor (40) des Induktions- bzw. Induktivitätstyps zum Messen einer Versetzung eines Gegenstandes (90) aus magnetischem Material ohne Kontakt mit dem Gegenstand (90), wobei der Versetzungssensor folgendes aufweist:

ein Paar Spulen (42, 43), die in Reihe miteinander geschaltet sind und die benachbart zu dem Gegenstand (90) vorgesehen sind, so daß die Induktion des Paars von Spulen sich ändert, ansprechend auf die Versetzung des Gegenstandes (90) aus einer vorbestimmten Position und wobei die Induktion bzw. Induktivität, die Anzahl von Windungen und die Richtung der Windungen so eingestellt ist, daß der Magnetfluß, der durch eine der Spulen erzeugt wird, in eine Richtung entgegengesetzt zu dem Magnetfluß, der durch die andere Spule erzeugt wird, verläuft, wobei die jeweiligen Magnetflußdichten zueinander gleich sind.

2. Versetzungssensor des Induktions- bzw. Induktivitätstyps zum Messen einer Versetzung eines Gegenstandes (17) eines magnetischen Materials ohne Kontakt mit dem Gegenstand (17), wobei der Versetzungssensor folgendes aufweist:

Kernmittel (10) aus magnetischem Material, die benachbart zu dem Gegenstand vorgesehen sind; und

ein Paar Spulen (15, 16), die konzentrisch um die Magnetkernmittel (10) gewickelt sind und in Reihe miteinander geschaltet sind, wobei die Induktionen bzw. Induktivitäten der Spulen (15, 16) im wesentlichen identisch zueinander sind und sich ändern ansprechend auf die Versetzung des Gegenstandes (17) aus einer vorbestimmten Position, wobei die jeweiligen Spulen (15, 16) so gewickelt sind, daß der Magnetfluß, der durch eine der Spulen erzeugt wird, in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Magnetflusses verläuft, der durch die andere Spule erzeugt wird, und wobei die Anzahl der Windungen und der Querschnitt bzw. Schnitt jeder der Kerne so eingestellt ist, daß die jeweiligen Magnetflußdichten zueinander gleich sind.

3. Versetzungssensor nach Anspruch 2, wobei die Kernmittel (10) folgendes aufweisen:

einen mittleren Magnetpol (11), zwei verschiedene, konzentrisch zylindrische Magnetpole (12, 13), die um den mittleren Magnetpol (11) herum vorgesehen sind, und ein Basisteil (14) zum Verbinden dieser Magnetpole, wobei eine der Spulen (15) des Paars um den mittleren Pol (11) gewickelt ist und die andere Spule (16) zwischen den zwei Magnetpolen (12, 13) gewickelt ist.

4. Versetzungssensor nach Anspruch 2, wobei die Kernmittel (10) folgendes aufweisen:

ein Paar von Magnetpolen und ein Basisteil zum Verbinden dieser Magnetpole, wobei die Spulen des Paars jeweils um die Magnetpole gewickelt sind.

5. Versetzungsdetektiersystem, bei dem ein erstes Paar solcher Versetzungssensoren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 auf einer ersten Linie oder Gerade angeordnet sind, die durch den Gegenstand hindurchgeht und zwar auf gegenüberliegenden Positionen bezüglich des Gegenstandes, wobei die Spulen von einem der Versetzungssensoren in Reihe mit den Spulen des anderen Versetzungssensors geschaltet sind.

6. Versetzungsdetektiersystem, nach Anspruch 5, wobei ein zweites Paar solcher Versetzungssensoren gemäß Anspruch 4 auf einer zweiten Linie oder Gerade angeordnet ist, die die erste Linie oder Gerade senkrecht schneidet, und zwar auf gegenüberliegenden Positionen bezüglich des Gegenstandes, wobei die Spulen eines Versetzungssensors des zweiten Paars in Reihe mit den Spulen des anderen Versetzungssensors verbunden sind.

7. Versetzungsdetekiersystem nach Anspruch 6, wobei die Magnetflüsse, die durch Spulen, die benachbart zueinander sind und auf den unterschiedlichen Linien angeordnet sind, bewirken, daß derselbe Magnetpol an den Seiten dieser Spulen benachbart zu dem Gegenstand gebildet wird.