KR100443119B1 - 간격 측정 장치 - Google Patents

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KR100443119B1
KR100443119B1 KR10-2001-7007883A KR20017007883A KR100443119B1 KR 100443119 B1 KR100443119 B1 KR 100443119B1 KR 20017007883 A KR20017007883 A KR 20017007883A KR 100443119 B1 KR100443119 B1 KR 100443119B1
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죄렌 렘케
페터 호라
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테에르베 오토모티브 일렉트로닉스 운트 콤포넌츠 게엠베하 운트 코. 카게
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
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Abstract

본 발명은 음파 또는 전자기파를 방사하기 위한 송신 엘리먼트(9)를 포함하는 간격 측정 장치에 관한 것이다. 상기 송신 엘리먼트(9)는 측정하고자 하는 간격(L)의 제 1 단부 또는 상기 제 1 단부로부터 공지된 간격에 설치된다. 상기 장치는 방사된 음파 또는 전자기파를 수신하기 위한 수신 엘리먼트(13)를 포함한다. 상기 수신 엘리먼트(13)는 측정하고자 하는 간격(L)의 제 2 단부에서 반사된 파장을 수신하기 위해서는, 측정하고자 하는 간격(L)의 제 1 단부 또는 상기 제 1 단부로부터 공지된 간격에 설치되거나, 또는 음파를 직접 수신하기 위해서는, 측정하고자 하는 간격(L)의 제 2 단부 또는 상기 제 2 단부로부터 공지된 간격에 설치된다. 또한, 상기 장치는 펄스화된 신호에 의해 송신 엘리먼트(9)를 제어하기 위한 평가 및 제어 유닛(11)을 포함한다. 여기서, 측정하고자 하는 간격(L)은 신호 전파 시간 및 신호 속도로부터 결정되고, 그리고 경우에 따라서는 측정하고자 하는 간격(L)의 제 1 단부 또는 제 2 단부로부터 송신 엘리먼트(9) 및/또는 수신 엘리먼트(13)까지의 공지된 간격에 의해 결정된다. 본 발명에 따르면, 측정하고자 하는 간격(L)의 제 1 단부와 제 2 단부 사이에는 상호 삽입되어 결합되는 적어도 2개의 관 부재(5, 7)를 갖는 텔레스코프 관(3)이 설치된다. 상기 송신 엘리먼트(9) 및 수신 엘리먼트(13)는 각각 관 부재(5; 7) 내에 또는 관 부재(5; 7)상에 설치되거나, 도파관에 의해 관 부재에 연결된다. 상기 2개의 관 부재(5, 7) 중 하나 이상이 위치 가변적인 가동 부재에 결합될 수 있다.

Description

간격 측정 장치 {DEVICE FOR MEASURING DISTANCE}
자동차 기술에서 가급적 간단하고 저가의 수단으로 두 물체간의 간격을 측정하는 것에 관한 문제가 자주 제기된다. 예를 들어, 차대(車臺)의 적응성 조정을 가능하게 하기 위하여, 축 부재의 이동, 예를 들어 차대에 대한 휠 서스펜션의 상대운동을 검출하는 것이 요구될 수 있다. 이를 위하여, 예를 들어, 완충기의 가동 부분의 운동이 검출될 수 있다.
에어백 제어 분야에서 다른 적용예를 볼 수 있다. 예를 들어, 에어백 팽창의 시간적 제어 및/또는 에어백의 다양한 팽창 단계의 제어가 관련 승객의 위치에 따라 이루어질 수 있다. 이를 위하여, 관련 시이트의 위치를 검출할 필요가 있으며, 검출된 시이트의 위치는 에어백 위치로부터 승객까지의 간격에 대한 개략적인 척도로 사용된다.
이에 상응하는 간격 측정 장치가 다양한 실시예에서 공지되어 있다. 위에서 간략하게 설명한 경우와 같은 많은 적용예에 있어서, 절대 간격의 측정이 필요하기 때문에, 증분 검출기에 비해 통상적으로 더 복잡하고 고가인 절대값 검출기를 사용하여야만 한다. 대부분의 경우, 초기화 과정에서 검출하고자 하는 물체를 공지의 출발 위치로 이동시키고, 그 위치로부터 증분 검출기로 가동 부재의 절대 위치를 검출하는, 증분 검출기를 사용하여 초기화 과정에서 절대값을 결정하는 공지의 방법은 실행되지 않는다. 그 이유는, 예를 들어, 자동차 시이트의 위치를 검출하고자 할 때, 초기에 시이트를 상응하는 출발 위치로 이동시켜야 하기 때문이다. 또한, 에어백의 작동을 차단한 후 이러한 방식으로 결정된 각각의 최종 절대값을 저장하는 것도 안전상의 이유로 허용되지 않을 수 있다. 이러한 경우, 예를 들어, 배터리를 분리시킨 후 재접속하면, 이에 상응하여 에어백이 오동작할 수도 있다.
가동 물체의 위치를 검출하기 위해 사용되는 통상적인 절대값 검출기는 유도성 또는 용량성을 기본으로 작동하며, 즉 검출하고자 하는 물체의 이동시 상응하는 센서의 인덕턴스 또는 커패시턴스가 변화된다.
또한, 예를 들어 자동차 시이트에 착석한 승객의 위치를 초음파로 검출하는 방법이 공지되어 있다. 가장 단순한 경우로서, 예를 들어 에어백의 위치로부터 승객의 머리 또는 상체까지의 간격 측정법이 사용된다.
또한, 주차 보조 장치의 경우에서도 간격 측정용 초음파 송신기 및 초음파 수신기가 사용되는 것이 공지되어 있다.
초음파로 물체의 위치를 측정할 때, 통상적으로 펄스 열의 방사와 검출 사이의 실행 시간을 측정하는 방법이 사용된다. 이를 위하여, 방사된 초음파 신호를 직접 검출하거나 또는 관련 물체에서 반사된 신호를 검출할 수 있다.
그러나, 지금까지 공지된 간격 측정 장치는 통상적으로 자동차 내에서 이동가능한 물체의 위치를 검출하여야 하는 특수한 경우만 사용될 수 있다. 이는 특히 물체의 조절 거리가 큰 경우에 적용된다.
또한, 초음파를 기초로 작동되는 간격 측정 장치는 신호 경로가 다른 물체에 의해 방해를 받을 수 있기 때문에, 해당 작동기를 정확하게 제어할 수 없는 단점을 갖는다.
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부의 특징을 갖는 간격 측정 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 대한 개략도이고,
도 2는 도파관 및 별도의 기준 측정 구간을 통하여 송신 엘리먼트와 결합된 본 발명의 제 2 실시예의 개략도이다.
본 발명의 목적은 종래 기술로부터 출발하여, 특히 자동차 기술에서 사용되는 간격 측정 장치, 즉 용이하게 자동차 내에 통합될 수 있고, 기준점으로부터 바람직하게는 이동 물체까지의 위치 또는 간격을 매우 안전하고 정확하게 측정할 수 있는 단순하고 저가의 구조를 갖는, 간격 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 청구항 제 1 항의 특징에 의해 달성된다.
본 발명은, 송신 엘리먼트 및 수신 엘리먼트를 필수적으로 구비한 상호 결합되는 적어도 2개의 관 부재를 갖는 텔레스코프 관을 사용함으로써, 장애물에 의한 간격 측정의 예상하지 못한 방해를 배제하고자 하는 인식으로부터 출발한다. 또한, 본 발명에 따른 장치의 구조는, 자동차에 설치되기 전에 완전하게 예비 조립될 수 있어서, 신속하고 용이하게 자동차 내에 설치될 수 있다. 여기서, 텔레스코프 관의 내부 관 부재는 외부 관 부재 내에서 이동가능한 부재로 대체될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 송신 엘리먼트 및/또는 수신 엘리먼트는 텔레스코프 관의 정면에 또는 텔레스코프 관의 축에 대해 수직으로 연장되는 관 부재의 중간벽에 제공된다. 이에 따라, 송/수신 엘리먼트가 관의 축 내에 배치될 수 있음으로써, 신호는 관 축 내에서 전파하게 된다. 따라서, 신호가 관 벽에 의해 반사되는 것을 고려해야 하는 복잡한 신호 평가가 요구되지 않는다.
송신 엘리먼트의 신호는 강성 또는 가요성 도파관, 예를 들어 가요성 플라스틱 튜브를 통해 텔레스코프 관으로 공급될 수 있다. 이 경우, 신호 전파 시간과 신호 속도로부터 간격을 검출할 때, 텔레스코프 관 또는 측정하고자 하는 간격의 관련 단부와 송신 엘리먼트 사이에 제공된 도파관의 길이가 당연히 고려되어야만 한다.
이와 동일한 방식으로 수신 신호가 상응하는 도파관을 통해 송신 엘리먼트로 공급될 수 있으며, 이 경우에도, 도파관의 길이가 간격 측정시 고려되어야만 한다. 이는 도파관의 길이에 대해 적용될 뿐만 아니라, 송/수신 엘리먼트가 측정하고자 하는 간격의 최종 지점에 배치되지 않을 경우에는 텔레스코프 관의 부분 길이에 대해서도 당연히 적용되며, 이 경우, 텔레스코프 관의 해당 부분은 커플링 도파관의 일부로서 이해될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에서, 송신 엘리먼트가 배치되어 있는 관 엘리먼트에 부가의 수신 엘리먼트가 설치된다. 이에 따라, 상기 두 엘리먼트 간의 공지된 간격을 이용하여 송신 엘리먼트와 부가의 수신 엘리먼트 간의 신호 전파 시간을 측정함으로써 신호 속도가 결정될 수 있다. 이 경우, 상기 신호 속도는 송신 엘리먼트와 고유의 수신 엘리먼트 간의 간격에 대한 매우 정확한 절대값을 검출하기 위해 사용될 수 있다.
상기 부가의 수신 엘리먼트는 텔레스코프 관으로 연결된 커플링 도파관에 설치되거나, 또는 커플링 도파관 또는 텔레스코프 관을 갖는 부가의 (보상) 도파관과 결합될 수 있다.
이러한 방식으로 신호 주파수 내의 공차 또는 신호 속도에 대한 온도의 영향(매체의 밀도)이 보상될 수 있다.
이를 위하여, 상기 부가의 수신 엘리먼트는, 고유의 수신 엘리먼트가 배치되어 있는 관 부재에 설치될 수 있고, 또는 텔레스코프 관과 수신 엘리먼트 간의 보상 도파관에 또는 그 내부에 설치될 수 있다. 또한, 양 수신 엘리먼트 간의 간격 및 양 수신 엘리먼트 간의 검출된 신호 전파 시간에 대한 정보에 의해 신호 속도가 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 간격 측정법에 의해 광학 스펙트럼을 포함한 전자기파와 음파가 사용될 수 있을 지라도, 상기 음파는 상응하는 송/수신 엘리먼트가 저가로 제조될 수 있고, 필요한 전자 평가 장치도 송신 위치와 수신 위치 간의 비교적 작은 신호 속도, 즉 신호 전파 속도에 따라, 간단하고 저가로 제조될 수 있다는 사실에 기초하여 사용된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 텔레스코프 관의 주위벽은, 당해 벽으로부터 반사되는 신호 부분을 댐핑시키기 위하여 또는 벽의 반사 성능을 저감시키기 위하여, 개구를 가질 수 있다. 물론, 상기와 같은 개구 대신 또는 상기 개구에 부가하여, 관 부재의 내벽에 상응하는 댐핑 재료를 설치하거나, 또는 내벽이 상응하는 구조의 댐핑 부재를 갖도록 할 수 있다.
수신 엘리먼트는 송신 엘리먼트와는 반대측인 텔레스코프 관의 단부, 즉 텔레스코프 관의 대응 단부 영역 내에 설치되거나, 송신 엘리먼트와 동일한 위치에 설치될 수 있다. 전자의 경우에는 송신 신호가 직접 검출되고, 후자의 경우에는 상기 송신 신호가 적어도 하나의 부가의 관 부재 내의 해당 벽에 설치된 반사벽을 이용하여 검출된다.
송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트는 통합된 일체의 송/수신 엘리먼트로서 형성될 수도 있다. 초음파 변환기의 경우에는 그 변환기가 송신 엘리먼트 뿐만 아니라 수신 엘리먼트로도 사용될 수 있다. 그러나, 상기와 같은 실시예에서는, 소위 변환기의 차단 시간이 측정하고자 하는 신호의 최소 전파 시간 보다 더 작다는 것에 주의하여야 한다. 상기와 같은 차단 시간은, 송신 신호가 차단된 이후 변환기가 일정 시간 동안 더 진동하기 때문에 나타나며, 그 차단 시간 동안에는 변환기가 수신 엘리먼트로서 정확하게 작동할 수 없다.
본 발명의 실시예에 따르면, 송신 엘리먼트를 제어하고, 수신 엘리먼트의 신호가 평가를 위해 공급되어지는 평가 및 제어 유닛이 텔레스코프 관에 통합되어 일체로 형성된다.
본 발명의 다른 실시예가 종속항에 제시되어 있다.
본 발명은 하기 도면에 도시된 실시예에 의해 더 자세하게 설명된다.
도 1에 도시된 간격 측정 장치(1)의 실시예는 텔레스코프 관(3)을 포함하고, 도시된 실시예에 있어서, 상기 텔레스코프 관(3)은 상호 차입식으로 이동가능하게 형성된 2개의 관 부재(5, 7)를 포함한다.
내부 관 부재(5)의 자유 단부에는, 바람직하게 초음파 송신 엘리먼트로서 형성된 송신 엘리먼트(9)가 설치된다. 상기 송신 엘리먼트는, 음파가 텔레스코프 관의 축(A) 내에서 방사되도록, 관 부재(5)의 정면 또는 그 내부에 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 음장의 대부분이 상기 축(A) 방향으로 확장되고, 그리고 관벽의 내측에서 반사된 음장의 부분에 의해 측정의 오차가 유발되지 않으며, 또는 복잡한 신호 평가가 필요하지 않게 된다. 송신 엘리먼트(9)를 제어하기 위하여, 평가 및 제어 유닛(11)이 제공된다. 또한, 상기 평가 및 제어 유닛(11)에는 수신 엘리먼트(13)의 출력 신호가 공급된다. 상기 수신 엘리먼트(13)는, 수신 엘리먼트의 수신 특성축이 텔레스코프 관(3)의 축(A)과 일치하도록, 외부 관 부재(7)의 단부 또는 단부 영역 내에 설치되는 것이 바람직하다.
평가 및 제어 유닛(11)은 펄스형 신호의 전파 시간을 측정함으로써 송신 엘리먼트(9)와 수신 엘리먼트(13)간의 경로 길이 또는 간격(L)을 검출한다. 전파 시간(△t)은, 평가 및 제어 유닛(11)에 의해, 송신 엘리먼트(9)에 대한 전기적 제어 신호와 수신 엘리먼트(13)에 의해 수신된 신호간의 시간 간격을 검출함으로써, 결정될 수 있다. 이를 위하여, 종래의 모든 신호 평가 방법, 예를 들어 해석 함수에 의한 송/수신 신호의 근사방법, 및 상호 대응하는 해석 함수의 최대값 간의 시간 간격 검출에 의한 전파 시간(△t)의 결정방법이 사용될 수 있음은 당연하다. 물론 다수의 측정 과정의 평균을 구할 수도 있다.
단지 하나의 수신 엘리먼트(13)를 사용하는 경우, 통상적으로, 신호 속도(vs)에 대한 값을 평가 및 제어 유닛(11)에 저장하고, 그에 따라 검출하고자 하는 간격(L)이 관계식(L=vs·△t)에 의해 계산될 수 있도록 할 필요가 있다.
초기화 과정이 실행될 수 있는 경우, 텔레스코프 관(3)의 관 부재(5, 7)는 공지된 길이 또는 공지된 간격(L1)을 갖는 소정의 위치로 서로의 내부로 이동될 수 있다. 이 때, 관련 전파 시간(△t1)을 측정함으로써, 신호 속도가 v=L1/△t1에 의해 검출될 수 있다. 간격 측정 장치의 초기화 과정 또는 교정에 따라, 전술한 방식으로 검출된 신호 속도(v)를 사용하여 임의의 간격(L)이 측정될 수 있다.
본 발명에 따른 간격 측정 장치(1)의 상기와 같은 교정에 의하여, 신호 속도(v)에 작용하는 송신 엘리먼트(9)의 특성 공차 또는 온도 영향이 보상될 수 있다. 예를 들어, 신호 속도는 자동차 기술에 관련된 -40℃ 내지 +150℃의 온도 범위에서 대략 30% 만큼 변화된다. 이에 대하여, 음파를 전달하는 매체(바람직하게는 공기)의 밀도 변화와 아울러, 송신 엘리먼트(9)의 방사 특성 및 주파수의 변화도 관계된다.보다 상세하게 신호 속도의 변화에 대해 설명하면, 예를 들어, 마이크로프로세서와 같은, 평가 및 제어 유닛(11)에 신호 속도의 초기값(v0)을 저장하고, 저장된 신호 속도(v0)와 주어진 시간에 측정된 실제 신호 속도(vactual)가 일치하는지의 여부를 결정할 수 있다. 상기 신호 속도(v0)의 측정은 전술한 바와 같이 이루어질 수 있다. (예를 들어, 온도 변화로 인하여) 신호 속도(v0)가 변화되었는지의 여부를 결정하기 위하여, △vrel=(vactual-v0)/v0에 의해 상대 속도 변화값(△vrel)을 결정할 수 있다. 상기 값(△vrel)을 이용하여, L= vactual×△tmeasure및 vactual= v0(1+△vrel)로부터 측정하고자 하는 거리(L)가 계산될 수 있으며, 여기서 △tmeasure는 송신 엘리먼트(9)와 수신 엘리먼트(13) 사이에서 측정된 신호 전파 시간이다.
전술한 방식으로 초기화 과정이 실행될 수 없는 경우, 신호 속도(v)에 대한 간섭을 보상하기 위하여, 텔레스코프 관(3)에 부가의 수신 엘리먼트(15)를 설치할 수 있다. 예를 들어, 부가의 수신 엘리먼트(15)를 송신 엘리먼트(9)로부터 공지의 간격(l)으로 내부 관 부재(5)에 배치할 수 있다. 이에 따라, 공지의 간격(l) 및 기준 측정 과정에서 검출된 관련 전파 시간(△t0)으로부터 신호 속도를 검출할 수 있다. 즉, 송신 엘리먼트(9)와 부가의 수신 엘리먼트(15)간의 신호 전파 시간(△t0)을 결정하고, vactual=l/△t0로서 실제 신호 속도를 계산하는 것이며, 여기서 l은 송신 엘리먼트(9)와 부가의 수신 엘리먼트(15)간의 공지의 거리이다. 그 다음, 함수, 즉 L=vactual×△tmeasure에 의해 측정하고자 하는 거리(L)가 계산될 수 있으며, 여기서 △tmeasure은 송신 엘리먼트(9)와 (이동가능한) 수신 엘리먼트(13) 사이에서 측정된 신호 전파 시간이다. 부가의 수신 엘리먼트(15)는, 예를 들어 도면에 도시된 바와 같이, 해당 관 부재의 주변에 배치될 수도 있다. 그러나, 확실한 신호 검출 및 그에 따른 확실한 전파 시간(△t0)의 검출을 보장하기 위하여, 부가의 수신 엘리먼트(15)를 장착하기 위한 다른 방법도 고려될 수 있음은 당연하다.
부가의 수신 엘리먼트(15)는, 도시되지 않은 방식으로, 수신 엘리먼트(13)가 배치되어 있는 관 엘리먼트(7)에 설치될 수도 있다. 이 때, 전파 시간의 검출은 송신 엘리먼트(9)에 대한 제어 신호와 수신 엘리먼트(13)의 수신 신호간의 전파 시간차의 결정에 의해서 이루어지는 것이 아니라, 부가의 수신 엘리먼트(15)의 수신 신호와 수신 엘리먼트(13)의 신호간의 전파 시간을 결정함으로써 이루어지며, 그 경우, 양 수신 엘리먼트(13, 15)에 의해 동일한 펄스 또는 펄스 열이 검출될 수 있음은 당연하다.
본 발명의 도시되지 않은 다른 실시예에서, 수신 엘리먼트(13)는 송신 엘리먼트(9)와 동일한 텔레스코프 관(3)의 횡단면에 설치될 수 있다. 이 경우, 관 부재(실시예에서 관 부재(7)에는 반사벽이 설치되어야만 한다. 송신 신호는 이 경우에서 2배의 신호 경로를 통과하기 때문에, 길이 또는 간격(L)의 결정은 관계식(L=v·1/2△t)에 의해 이루어진다.
송신 엘리먼트(9) 및 수신 엘리먼트(13)로서 초음파 변환기가 사용될 경우, 초음파 변환기는 송신기 및 수신기로도 작동될 수 있기 때문에, 송/수신 엘리먼트는 단지 하나의 초음파 변환기를 사용함으로써 구현될 수 있다.
그러나, 이러한 경우, 측정가능한 최소의 길이(L) 또는 이 때 얻어지는 신호 전파 시간(△t)이 초음파 변환기의 소위 차단 시간보다 더 작아지도록 주의하여야 한다. 상기 차단 시간은 초음파 변환기를 제어하는 송신 신호를 차단한 후 상기 초음파 변환기의 진동이 소멸할 때까지 경과한 시간을 의미한다. 이러한 차단 시간이 경과한 후에서야 변환기가 완전하게 수신 엘리먼트로서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 간격 측정 장치의 구체적인 적용예에서, 예를 들어, 내부 관 부재(5)는 자동차의 섀시에 고정 결합되고 외부 관 부재(7)는 이동가능하게 형성된 시이트에 고정될 수 있다. 따라서, 시이트가 이동되는 경우, 그에 대응하여 텔레스코프 관의 길이(L)가 변화된다. 이러한 관 길이의 변화 또는 절대값은 본 발명에 따른 간격 측정 장치에 의해 측정된다.
도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 송신 엘리먼트(9)의 결합이 커플링 도파관(17)에 의해 이루어진다. 이에 따라, 설치 장소가 좁은 경우 송신 엘리먼트를 다른 위치에 설치하는 것이 가능하다. 측정하고자 하는 간격(L)을 결정할 때, 커플링 도파관(17)의 길이가 그에 대응하여 고려되어야하는 것이 당연하다. 이는 신호 전파 시간, 신호 속도 및 텔레스코프 관의 위치의 함수로서 구한 전체 길이에서 커플링 도파관의 길이를 단순히 차감함으로써 이루어질 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에 있어서, 텔레스코프 관(3)의 외부 관 부재(7)와 수신 엘리먼트(13)의 결합은, 보상 도파관(19)에 의해 이루어진다. 보상 도파관(19)의 길이는, 동일하게, 측정하고자 하는 간격의 결정시에도 고려되어야 하는 것이 당연하다.
또한, 도 2에 도시된 실시예는, 특히 온도 변화를 보상하기 위한 부가의 수신 엘리먼트(15)가 텔레스코프 관(3)이 아닌 별도의 차이 보상 도파관(21)에 설치됨으로써, 도 1에 도시된 실시예와는 구별된다. 차이 보상 도파관(21)은 커플링 지점(23)에서 커플링 도파관(17)으로부터 분기된다. 상기 커플링 지점(23)은 예를 들어 커플링 부재(24)에 의해 형성될 수 있으며, 상기 커플링 부재(24) 내에 Y형 채널이 설치된다. 상기 커플링 부재의 커플링 지점에는 상응하는 도파관이 접속될 수 있다.
커플링 지점(23)까지 이르는 커플링 도파관과 여기서 분기된 차이 보상 도파관(21)의 전체 길이가 동일하게 일정하므로, 그 공지된 길이 및 부가의 수신 엘리먼트(15)에 의해 검출된 신호 전파 시간으로부터 신호 속도가 결정될 수 있다.
이 실시예에서, 차이 보상 도파관 내에서의 신호 속도는 커플링 도파관(17) 또는 텔레스코프 관(3) 내에서의 신호 속도와 상이하지 않거나 또는 기껏해야 공차범위 내에서 상이하다는 것을 알 수 있다.
상기 커플링 도파관으로서, 예를 들어 강성 플라스틱 관 또는 가요성 플라스틱 튜브가 사용될 수 있다.
또한, 도 2는 도시된 송/수신 엘리먼트에 대한 특정 커플링 방법을 나타낸 도면이다. 고유의 송신 엘리먼트(9) 또는 수신 엘리먼트(13)(15)는 커플링 장치(25)의 해당 리세스 내에 수용된다. 각각의 커플링 도파관(17, 19, 21)은 그 정면이 송신 엘리먼트 또는 수신 엘리먼트의 막에 근접하여 공극을 형성하는 위치까지 안내된다. 이에 따라, 도파관의 축 내에서 전파하는 신호만이 해당 도파관 내에서 커플링되는 장점을 얻을 수 있다. 이를 위하여, 송/수신 엘리먼트의 축은 커플링 도파관의 축과 일치하도록 위치된다.
또한, 커플링 장치(25) 내의 커플링 도파관의 단부 영역에는 링 챔버(27)가 제공되며, 상기 링 챔버(27)는 커플링 도파관의 외주로부터 송신 엘리먼트 또는 수신 엘리먼트의 방향으로 원추형으로 확대된다. 이에 따라, 도파관의 축에 대한 큰 각도 때문에 도파관의 정면과 송/수신 엘리먼트 사이의 공극으로부터 나온 신호성분이 상기 링 챔버 내에서 "소멸" 또는 흡수될 수 있다. 이에 따라, 반사된 성분에 의해 특히 송신 엘리먼트(9)가 부정적인 영향을 받는 것을 피할 수 있다.
도파관 내에서 커플링되지 않은 신호 성분에 대한 가능한 최적의 댐핑을 달성하기 위하여, 링 챔버(27)에 댐핑 재료가 충진되거나, 또는 링 챔버(27)의 내벽에 해당 파장 성분을 흡수하기 위한 구조물이 설치될 수 있다.
송신 엘리먼트(9)의 경우, 상기 커플링 장치(25)의 링 챔버(27)는 도파관(17) 내에서 커플링되지 않은 신호 성분을 제거하기 위해 사용된다. 수신 엘리먼트(13, 15)의 경우, 송신 엘리먼트(9)의 막의 방향으로의 방해되는 반사를 회피하기 위하여, 해당 링 챔버(27)는, 동일하게 수신 엘리먼트의 막의 방향으로의 방해되는 반사를 회피하기 위하여, 커플링 도파관의 정면과 수신 엘리먼트의 막 사이의 공극으로부터 나오는 신호 성분을 제거하기 위해 사용된다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예의 개별 특징들은 각각 다른 실시예로 조합될 수 있음은 당연하다.

Claims (13)

  1. a) 측정하고자 하는 간격(L)의 제 1 단부 또는 상기 제 1 단부로부터 공지된 간격에 설치된, 음파를 방사하기 위한 초음파 송신 엘리먼트(9);
    b) 측정하고자 하는 간격(L)의 제 2 단부에서 반사된 파장을 수신하기 위해서는, 측정하고자 하는 간격(L)의 제 1 단부 또는 상기 제 1 단부로부터 공지된 간격에 설치된, 또는 파장을 직접 수신하기 위해서는, 측정하고자 하는 간격(L)의 제 2 단부 또는 상기 제 2 단부로부터 공지된 간격에 설치된, 방사된 음파를 수신하기 위한 초음파 수신 엘리먼트(13); 및
    c) 측정하고자 하는 간격(L)이 신호 전파 시간 및 신호 속도로부터, 그리고 경우에 따라서는 측정하고자 하는 간격(L)의 제 1 단부 또는 제 2 단부로부터 초음파 송신/초음파 수신 엘리먼트(9, 13)까지의 공지된 간격에 의해 결정되는, 펄스화된 신호에 의해 초음파 송신 엘리먼트(9)를 제어하고 초음파 수신 엘리먼트(13)의 신호를 검출하고 평가하기 위한 평가 및 제어 유닛(11);을 포함하며,
    d) 측정하고자 하는 간격(L)의 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 상호 삽입되어 결합되는 적어도 2개의 관 부재(5, 7)를 갖는 텔레스코프 관(3)이 설치되며, 초음파 송신 엘리먼트(9) 및 초음파 수신 엘리먼트(13)가 각각 상기 관 부재(5, 7) 내에 또는 관 부재 상에 설치되거나, 도파관을 통해 관 부재와 결합되며,
    e) 상기 2개의 관 부재(5, 7)중 하나 이상이 위치 가변적인 가동 부재에 결합될 수 있도록 형성된 간격 측정 장치에 있어서,
    f) 상기 초음파 송신 엘리먼트(9)의 커플링을 위하여, 텔레스코프 관(3)의 정면 또는 초음파 송신 엘리먼트를 텔레스코프 관과 연결시키기 위한 도파관의 정면이 상기 초음파 송신 엘리먼트의 막 직전까지 안내되며,
    g) 상기 막의 직경이 텔레스코프 관의 정면 또는 도파관의 정면의 직경 보다 더 크며,
    h) 텔레스코프 관의 단부 영역 또는 도파관의 단부 영역에는 초음파 송신 엘리먼트의 막의 방향으로 원추형으로 확대되는 링 챔버가 설치되는 것을 특징으로 하는 간격 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 챔버가 댐핑 재료로 충진되는 것을 특징으로 하는 간격 측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 관 부재(5) 내에 또는 관 부재 상에 상기 초음파 송신 엘리먼트(9)가 설치되거나, 또는 상기 초음파 송신 엘리먼트(9)가 도파관에 의해 연결되는 관 부재(5) 내에 또는 관 부재 상에, 또는 상기 초음파 송신 엘리먼트(9)를 상기 관 부재(5)에 연결시키는 도파관 내에 또는 도파관 상에 부가의 초음파 수신 엘리먼트(15)가 설치되거나, 또는 상기 부가의 초음파 수신 엘리먼트(15)가 도파관에 의해 상기 관 부재(5)에 연결되며,
    상기 평가 및 제어 유닛(11)이 초음파 송신 엘리먼트(9)와 부가의 초음파 수신 엘리먼트(15) 사이의 공지된 간격(l)으로부터 신호 속도 또는 신호 속도의 변화를 검출하고, 상기 평가 및 제어 유닛(11)이 상기 초음파 송신 엘리먼트(9)와 초음파 수신 엘리먼트(13)에 의해 검출된 신호 전파 시간으로부터 간격(L)을 결정하기 위해 상기 신호 속도 또는 신호 속도의 변화를 사용하는 것을 특징으로 하는 간격 측정 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 초음파 수신 엘리먼트(13)를 갖는 관 부재(7) 내에 또는 관 부재 상에 부가의 초음파 수신 엘리먼트(15)가 설치되며, 상기 평가 및 제어 유닛(11)이 상기 초음파 수신 엘리먼트(13)와 부가의 초음파 수신 엘리먼트(15) 사이의 공지된 간격으로부터 신호 속도 또는 신호 속도의 변화를 검출하고, 상기 평가 및 제어 유닛(11)이 상기 초음파 송신 엘리먼트(9) 및 초음파 수신 엘리먼트(13)에 의해 검출된 신호 전파 시간으로부터 간격(L)을 결정하기 위해 상기 신호 속도 또는 신호 속도의 변화를 사용하는 것을 특징으로 하는 간격 측정 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 초음파 송신 엘리먼트(9) 및 초음파 수신 엘리먼트(13)가 상기 텔레스코프 관(3)의 축(A) 내에 배치되거나, 상기 초음파 송신 엘리먼트(9) 또는 초음파 수신 엘리먼트(13)를 상기 텔레스코프 관(3)과 연결시키기 위한 도파관이 상기 텔레스코프 관(3)의 축(A) 내에서 상기 텔레스코프 관(3)과 연결되는 것을 특징으로 하는 간격 측정 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 텔레스코프 관(3)의 주위벽이 반사를 댐핑시키기 위한 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 간격 측정 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 초음파 송신 엘리먼트(9) 및 초음파 수신 엘리먼트(13)가 통합된 초음파 송신/초음파 수신 엘리먼트로서 형성되는 것을 특징으로 하는 간격 측정 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 평가 및 제어 유닛(11)이 텔레스코프 관(3)에 통합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 간격 측정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 평가 및 제어 유닛(11)이 텔레스코프 관(3) 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 간격 측정 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 초음파 송신 엘리먼트(9) 및 초음파 수신 엘리먼트(13)가 상기 텔레스코프 관(3)의 축(A) 내에 배치되거나, 상기 초음파 송신 엘리먼트(9) 및 초음파 수신 엘리먼트(13)를 상기 텔레스코프 관(3)과 연결시키기 위한 도파관이 상기 텔레스코프 관(3)의 축(A) 내에서 상기 텔레스코프 관(3)과 연결되는 것을 특징으로 하는 간격 측정 장치.
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