JP5795401B2 - 距離を測定する装置及び方法並びに適当な反射部材 - Google Patents
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Description
‐ピストンを位置決めするための精度が100μmの連続絶対経路測定、
‐シリンダのカバー内への分析エレクトロニクスを備えたセンサの完全組み込み、
‐切り替え距離が電子インタフェース(教示(ティーチイング)機能)により外部から調節可能であるべきこと、
‐シリンダ長さとは無関係に広く利用可能なセンサ、
‐シリンダ内の圧力、油及び湿度とは無関係な測定結果、
‐空気圧シリンダでは例えば最高10バールの圧力及び6m/秒ピストン速度までの信頼性のある測定結果を有する。
‐ピストン停止部及びアンテナ保持部のためのプラスチック製リングが非常に大きい。これらプラスチック部品は、既製の物品として最大直径が60mmまでに利用できるに過ぎない。これよりも大きな直径の場合、高価な特注のモデルが必要である。さらに、プラスチックは、経時的に水を吸収し又は使用条件に応じて水を放出し、このようにして、測定条件を変化させる。この場合、測定結果は、不正確になり、もはや仕様に一致しない。
‐例えば空気圧ピストンの伝統的な端位置減衰(end position damping)は、測定精度を犠牲にしてプラスチックで作られた可動ブレーキリングによってしか達成することができない。
‐空気圧シリンダ内の従来型ピストンは、比較的薄く、一般に、リードスイッチが外部に装着された状態で作動を可能にするためには中央に磁気リングを有するということである。これらピストンは、電磁波のための理想的な反射部材とはならない。電磁波の一部は、ピストンに沿ってこの背後に位置しているシリンダの機能空間内に入り、時間が遅延した状態で戻り、有用な信号を妨害する。これにより、測定精度が実質的に悪化する。さらに、全体がプラスチックで作られたピストンが存在する。これらピストンは、電磁波のための反射部材を全く構成しない。上述の独国特許出願公開明細書に記載された方法は、全く役に立たない。
‐さらに、プラスチックで作られたカバーに設けられているピストン停止部の欠点は、プラスチックが頻繁なピストン衝撃によって固まり、従ってカバーの機能空間の物理的条件が、高周波センサについて変化するということにある。さらに、測定精度が悪化する。
‐加うるに、小径のシリンダでは、別々のエレクトロニクスをシリンダカバー内に一体化することは、非常に困難である。この場合、エレクトロニクスの一部は、例えばシリンダ壁の外部に複雑な仕方で設けられなければならない。
(1)前記取り付けられたカラーは、反射部材の端位置に設けられた前記結合プローブを有する。
(2)好ましくは円周方向に延びる溝構造体が、前記ベースプレートの前面に設けられている。
(3)前記溝構造体は、少なくとも2つの溝、好ましくは3つ又は4つ以上の溝を有する。
(4)前記溝は、誘電体で満たされている。
(5)端位置減衰を行うために、前記端位置に設けられた前記カラーを有する環状要素、好ましくはプラスチック製リングが設けられている。
(6)端位置減衰を行うために、前記カラーの外面に取り付けられた環状要素、好ましくはプラスチック製リングが設けられ、前記プラスチック製リングは、前記カラーの前記外面に対応した表面ペアリングを有し、好ましくは円錐状に延びている。
(7)前記線構造体は、前記結合プローブを備えた誘電体拘束システムにHFトランシーバを導波路により接続する供給領域を備えた供給ブロックを有する。
(8)前記誘電体拘束システムは、水吸収率及び水放出率が低い材料で作られ、大きな直径を備えたシリンダを有する中実且つ個々の支持体中に具体化される。
(9)前記線構造体は、円形中空導体、好ましくは反射部材としてピストンを備えたシリンダである。
(10)前記反射部材は、前記ピストンに取り付けられている。
(11)空気圧補償手段が設けられている。
(12)前記供給ブロックは、前記拘束システム、前記結合プローブ及び前記同軸供給領域を挿入できるボアホールを有する。
(13)前記結合プローブは、モノポール刺激システムとして設計され、電磁波の供給は、同軸状に具体化されると共に、多段同軸変換ステップによって前記モノポールに変換される。
(14)前記結合プローブは、三段変換モジュールとして設計され、前記三段変換モジュールは、レベルベースを有し、前記レベルベースの中心には、シリンダが設けられ、前記供給領域が前記結合プローブに連結されることによりピンが前記シリンダに取り付けられている。
(15)前記結合プローブは、プラスチック材料、好ましくは、低い水吸収率及び水放出率を備えた、例えば、PPS Gf40のプラスチック材料により覆われている。
(16)前記送信信号は、前記結合プローブによって高い周波数範囲の電磁波として送られる。
(17)前記電磁波は、100MHz〜25GHzの高い周波数範囲で送られる。
(18)少なくとも2つの送信信号が、前記結合プローブによって互いに異なる周波数の電磁波として放射される。
(19)結合された前記電磁波は、同軸構造体により好ましくはTEMモードのモノモーダル伝搬を行う。
(20)結合された前記電磁波は、前記円形中空導体により、好ましくはE01モードのモノモーダル伝搬を行う。
(21)前記センサ装置は、送信及び受信ブランチを備えた高周波エレクトロニクスを有する。
(22)前記分析エレクトロニクス及び/又は前記センサ装置は、好ましくは供給ブロックに取り付けられたチップ構造体中に、好ましくはインタフェースエレクトロニクスとして設けられる。
(23)前記高周波エレクトロニクスは、共通基板(単一チップ構造体)上に集積されているPLL、オシレータ(VCO)、ミキサ、周波数分配器及び増幅器を有する。
(24)前記基板材料は、シリコンゲルマニウム、シリコン、シリコンゲルマニウムカーバイド又はシリコンカーバイドである。
(25)前記チップ構造体の送信及び受信周波数は、分割比を調節することにより、例えば、外部電圧を別々のステップで、好ましくはデュアルステップで印加することにより選択可能である。
(26)前記分析エレクトロニクスは、FPGA(フリープログラマブルゲートアレイ)として具体化されたDSP、PLL、メモリを有する。
(27)前記インタフェースエレクトロニクスは、アナログ、例えば0〜20mA、0〜10Vとディジタル、例えばCANバスの両方として具体化され、前記FPGAは、ディジタル−アナログ変換のインタフェースプロトコル及び制御の発生に部分的に割り当てられている。
(28)バイパスボアホールが、前記供給ブロックに設けられている。
(29)特に前述の距離測定装置を用いて距離を測定する方法であって、結合プローブを備えた誘電体拘束システムに導波路によりHFトランシーバを接続する供給領域を備えた供給ブロックを有する線構造体を用意するステップと、カップ状要素を形成するカラーが取り付けられたベースプレートを有する反射部材を用意するステップと、前記結合プローブにより定められた供給箇所と前記反射部材との間の距離を測定するステップを有し、少なくとも2つの送信信号が、互いに異なる周波数を有する電磁波として、前記結合プローブを介して結合され、好ましくは放射されて受信される、方法。
(30)前記距離は、電磁波の前記送信信号と前記受信信号との間の位相差のそれぞれの分析により測定される。
(31)それぞれの電磁波の少なくとも2つの送信周波数相互間の差は、広い測定範囲をカバーするために小さい、好ましくは絶対値の1%である。
(32)それぞれの電磁波の送信信号の周波数相互間の差は、高い妨害抵抗を達成するために大きい、好ましくは絶対値の20%である。
(33)前記送信信号は、連続的に放射される。
(34)3つの送信信号は、前記結合プローブを介して電磁波として放射される。
(35)カラーが突入する凹部、好ましくは環状凹部を備えた供給ブロックが、設けられている。
(36)前記凹部は、前記カラーと協働して気密性をもたらす密封リングを有する。
(37)バイパスボアホールが、前記供給ブロックに設けられている。
(38)HF信号を反射するために前述の装置に用いられるともに/或いは前述の方法を実施するために用いられる反射部材であって、前記反射部材は、カップ状要素を形成するカラーが取り付けられたベースプレートを有する、反射部材。
(39)前記取り付けられたカラーは、プラスチック製プレートを備えている。
(40)好ましくは円周方向に延びる溝構造体が、前記ベースプレートの前面に設けられている。
(41)前記溝構造体は、少なくとも2つの溝、好ましくは3つの溝を有する。
(42)前記溝は、誘電体で満たされている。
(43)前記カラーの外面上に取り付けられた環状要素、好ましくはプラスチック製リングが設けられている。
Claims (8)
- シリンダと、
前記シリンダと結合された供給ブロックと、
前記供給ブロックに設けられ、送信信号を供給する結合プローブと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンに装着され、前記送信信号を反射する材料からなるベースプレートと、
前記ベースプレートに設けられてカップ状要素を形成するカラーと、
前記ベースプレートにより反射された信号に応じて、前記結合プローブと前記ピストンの距離を分析する分析エレクトロニクスと、
を備えており、
前記供給ブロックには、前記結合プローブを囲む環状凹部が形成されており、
前記カラーは、前記ピストンが前記シリンダの端に配置されると前記環状凹部内に突入するように配置されており、
前記カラーは、前記カップ状要素の前面にプラスチック製プレートを備えており、
前記カラーとともに気密性をもたらす密封リングが前記環状凹部内に配置されている、
距離測定装置。 - 前記カラーは、前記ピストンが前記シリンダの端に配置されると前記結合プローブが前記カップ状要素内に突入するように配置されており、
前記ベースプレートは、その周面において周方向に延びる溝構造体を備えており、
前記溝構造体は、誘電体で満たされた少なくとも2つの溝を有しており、
前記プラスチック製プレートは、環形状を有している、
請求項1に記載の距離測定装置。 - 前記供給ブロックは、HFトランシーバを導波路により前記結合プローブを含む誘電体拘束システムに接続する供給領域を備えており、
前記誘電体拘束システムは、水吸収率及び水放出率が低い材料からなる、
請求項1または2に記載の距離測定装置。 - 前記供給ブロックは、前記拘束システムと前記結合プローブを挿入できるボアホールを備えている、
請求項3に記載の距離測定装置。 - 前記結合プローブは、多段同軸変換ステップによってモノポールに変換される電磁波を同軸状に供給するモノポール刺激システムとして設計されており、
前記結合プローブは、プラスチック材料により覆われている、
請求項1から4のいずれか一項に記載の距離測定装置。 - 前記送信信号は、100MHz〜25GHzの周波数範囲で送られ、
少なくとも2つの送信信号が、互いに異なる周波数の電磁波として前記結合プローブを介して放射され、
前記電磁波は、モノモーダル伝搬を行うように結合される、
請求項1から5のいずれか一項に記載の距離測定装置。 - 前記分析エレクトロニクスは、共通の基板上に集積されたPLL、オシレータ(VCO)、ミキサ、周波数分配器及び増幅器を含んでいる、
請求項1から6のいずれか一項に記載の距離測定装置。 - 前記基板の材料は、シリコンゲルマニウム、シリコン、シリコンゲルマニウムカーバイド又はシリコンカーバイドである、
請求項7に記載の距離測定装置。
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