SE465981B - Analogue displacement sensor - Google Patents

Analogue displacement sensor

Info

Publication number
SE465981B
SE465981B SE9001064A SE9001064A SE465981B SE 465981 B SE465981 B SE 465981B SE 9001064 A SE9001064 A SE 9001064A SE 9001064 A SE9001064 A SE 9001064A SE 465981 B SE465981 B SE 465981B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
sensor
sensing
measuring
sensor according
arrangement
Prior art date
Application number
SE9001064A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE9001064L (en
SE9001064D0 (en
Inventor
R Wiklund
Original Assignee
Geotronics Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Geotronics Ab filed Critical Geotronics Ab
Priority to SE9001064A priority Critical patent/SE465981B/en
Publication of SE9001064D0 publication Critical patent/SE9001064D0/en
Priority to US07/924,008 priority patent/US5326982A/en
Priority to PCT/SE1991/000224 priority patent/WO1991014923A1/en
Priority to EP91907121A priority patent/EP0521092B1/en
Priority to JP3506528A priority patent/JPH05505240A/en
Priority to DE69127277T priority patent/DE69127277T2/en
Publication of SE9001064L publication Critical patent/SE9001064L/en
Publication of SE465981B publication Critical patent/SE465981B/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Abstract

The invention relates to an analogue sensor with sensing of the deviation from a normal position in at least two directions. The sensor has a ball 52 at the tip of a measuring stick 51, which is spring-mounted in such a manner that it can move essentially about a centre. It is the deviation of the tip as well as its normal position which are indicated. The stick has a sensing part 54, 55 located in a sensing unit in such a manner that the sensing part, in the event of external displacing action on the measurement tip in any direction, can be adjusted from a normal position essentially about a central point CM; CM' and can be returned to the normal position by a force arrangement 53. The adjustment from the normal position about the central point is indicated in order to provide a measure of the deviation. The sensor thus performs angle sensing for displacement force components on the sensor tip, which force components act in a plane which is at right angles to the axis of symmetry of the sensor. <IMAGE>

Description

465 981 10 15 20 25 30 35 Uppfinningen utnyttjar de principer för vinkelavkänning, som beskrivs i US-4.521.973 (Wiklund et al) och har utvecklat dem vidare och anpassat dem till att kunna användas för en mätsond. The invention utilizes the principles of angular sensing described in U.S. 4,521,973 (Wiklund et al) and has further developed and adapted them to be used for a measuring probe.

Det väsentliga med den analoga sensorn enligt uppfinningen, vilken på det i och för sig kända sättet har avkänning för mått i åtminstone en riktning och för detta ändamål har en kula i spetsen på en mätpinne, vilken är fjädrande ínfäst på sådant sätt. att den kan röra sig i huvudsak kring ett centrum antingen infäst över en fjäder eller ett "kardanskt" upphängt centrum eller är frisvävande med återförbart till ett central- läge med hjälp av yttre kraftgivning, är att ett eller två elektrtiskt vilka utgör kollektorer (avkännande element). Fast monterat respek- tive monterade, i huvudsak symmetriska, motstående element i den känsliga riktningen matas med växelspänning. Det avkännan- de elmentet eller elementparet avkänner genom kapacitansvaria- tioner mot fast monterade element vinkelförändring mellan av- En utsignal isolerade men ledande plan är placerade, känningsplanet och de fast monterade elementen. baserad på kapacitansvariation demoduleras fasrent och filtre- ras. Det rörliga elementet eller elementen kan utan olägenhet byta plats med de fasta elementen, vilket då innebär att de rörliga elementen blir de drivande och vice versa.The essence of the analog sensor according to the invention, which in the manner known per se has sensing for measurements in at least one direction and for this purpose has a ball in the tip of a measuring stick, which is resiliently attached in such a way. that it can move mainly around a center either attached over a spring or a "gimbal" suspended center or is free-floating with returnable to a central position by means of external power, is that one or two electrically which constitute collectors (sensing elements ). Fixed mounted or mounted, mainly symmetrical, opposing elements in the sensitive direction are supplied with alternating voltage. The sensing element or pair of elements detects, through capacitance variations towards permanently mounted elements, the angular change between the output signal isolated but conductive planes are located, the sensing plane and the permanently mounted elements. based on capacitance variation is demodulated phase-clean and filtered. The movable element or elements can without inconvenience change places with the fixed elements, which then means that the movable elements become the driving ones and vice versa.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan med hänvisning till de bifogade ritningarna, där Fig. 1A, lB, lC visar olika delar i och en sammanställning av en första utföringsform av den analoga sensorn enligt uppfinningen, Fig. 2A och ZB visar en sammanställning resp. en ingående del i en andra utföringsform av den analoga sensorn enligt uppfinningen, Fig. 3A och 3B visar en sammanställning av och en schematisk avkänningskoppling för en tredje utföringsform av den analoga sensorn enligt uppfinningen, 10 15 20 25 30 35 Fig.The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which Figs. 1A, 1B, 1C show different parts in and an assembly of a first embodiment of the analog sensor according to the invention, Figs. 2A and ZB show an assembly resp. a component in a second embodiment of the analog sensor according to the invention, Figs. 3A and 3B show a compilation of and a schematic sensing connection for a third embodiment of the analog sensor according to the invention, Figs.

Fig.FIG.

Fíg.Fig.

Fig.FIG.

Fig.FIG.

Fig.FIG.

Fig.FIG.

Fig.FIG.

Fig. 4A, 5A 6 7A, BA, 9A 465 981 4B, 4C och 4D visar en sammanställning, en mönster platta och två olika matningsarrangemang för en fjärde analoga sensorn enligt upp- utföringsform av den finningen, och 5B visar ett snitt genom respektive schematiskt lindningsplaceringar och magnetfältsutbredningar för en första utföringsform av en sensor försedd med en kraftgivare, visar en utföringsform av en komponent i en kraft- givare för sensorn, 7B och 7C visar ett snitt genom en annan utföringsform av en kraftgivare för sensorn, en krets för att mata lindningar i kraftgivaren och en vy uppifrån av kraft- givaren i fig. 7A, SB och BC visar planvyer från olika håll av ytterli- gare en utföringsform av en kraftgivare för en sensor enligt uppfinningen, och 9B visar schematiskt en sidovy av en frisvävande sensor med kraftgivare och en schematisk indikering av lindningsarrangemangen för kraftgivaren och magnetfäl- tens utbredning i förhållande till lindningarna, 10A, l0B, 10C, l0D visar olika delar i och ett kopplings- ll 12 schema för den i fiq. 9A och 9B visade utföringsformen av sensorn enligt uppfinningen, visar ett blockschema av ett styrarrangemang för en utföringsform av sensorn enligt uppfinnigen, och _ 15 visar olika utföringsformer av en sensor till- sammans med ett optiskt mätarrangemang. 465 981 10 15 20 25 30 35 en mätkula 2, företrädesvis i safir, som mätspets är fastsatt i centrum av en "plan". cirku- lär fjäder 3, såsom visas i fig. 1A och 1B. visas detaljerat i fig. 1A, är försedd med delcirkelformade att de ger en i stort lika En något konisk stav 1 med Fjädern 3, som vilka är så utformade, urtag 4-7, stor fjäderkonstant i var och en av' x-, y-, z-riktningarna mätt som kraft på mätspetsen. Två 4, 5 av urtagen är placerade symmetriskt omkring x-axeln och två 6, 7 symmetriskt omkring Y-axeln. Detta leder till en i stort sett isoelastisk funktion (utfjädríng i normalkraftens riktning), då kulan möter mätob- jektet. Andra typer av fjäderarrangemang, som ger isoelastisk funktion än den visade plana fjädern, är naturligtvis tänk- bara. Det är också tänkbart att i stället ha en kardansk upp- hängning. lb är staven 1 stabilt fäst vid fjä- derns centrum med två samverkande, i varandra gripande fästde- lar B, 9, en på vardera sidan om fjädern 3. T.ex är fästdelar- na 8, 9 en bult och en mutter. På den 9 av fästdelarna. som är vänd från staven 1 är en skiva 10 fäst. Skivan 10 rör sig så- Sâsom visas bäst i fig. eftersom den är direkt och skivan 10 är företrädesvis en beläggning av ledes med stavens 1 rörelser. ofjädrande förbunden med staven 1. och har av elektriskt oledande material elektriskt ledande material på var sida.Figs. 4A, 5A, 6A, BA, 9A 465 981 4B, 4C and 4D show an assembly, a pattern plate and two different feed arrangements for a fourth analog sensor according to an embodiment of that invention, and 5B shows a section through the respective schematic winding locations and magnetic field propagations for a first embodiment of a sensor provided with a power sensor, shows an embodiment of a component in a power sensor for the sensor, 7B and 7C show a section through another embodiment of a power sensor for the sensor, a circuit for supplying windings in the power sensor and a top view of the power sensor in Figs. 7A, SB and BC show plan views from different directions of a further embodiment of a power sensor for a sensor according to the invention, and 9B schematically shows a side view of a free-floating sensor with power sensor and a schematic indication of the winding arrangements for the power sensor and the propagation of the magnetic fields in relation to the windings, 10A, 10B, 10C, 10D show different parts in and a circuit diagram of the circuit shown in FIG. 9A and 9B show the embodiment of the sensor according to the invention, shows a block diagram of a control arrangement for an embodiment of the sensor according to the invention, and shows different embodiments of a sensor together with an optical measuring arrangement. 465 981 10 15 20 25 30 35 a measuring ball 2, preferably in sapphire, to which measuring tip is attached in the center of a "plane". circular spring 3, as shown in Figs. 1A and 1B. shown in detail in Fig. 1A, are provided with sub-circular shapes that they give a substantially equal A slightly conical rod 1 with the Spring 3, which are so designed, recesses 4-7, large spring constant in each of -, z-directions measured as force on the measuring tip. Two 4, 5 of the recesses are placed symmetrically about the x-axis and two 6, 7 symmetrically about the y-axis. This leads to a largely isoelastic function (suspension in the direction of normal force), when the ball meets the measuring object. Other types of spring arrangements, which provide isoelastic function than the shown flat spring, are of course conceivable. It is also conceivable to have a gimbal suspension instead. lb, the rod 1 is stably fastened to the center of the spring with two cooperating, interlocking fastening parts B, 9, one on each side of the spring 3. For example, the fastening parts 8, 9 are a bolt and a nut. On the 9 of the fasteners. facing away from the rod 1 is a disc 10 attached. The disc 10 moves as best shown in the figure because it is direct and the disc 10 is preferably a coating of joints with the movements of the rod 1. resiliently connected to the rod 1. and has of electrically non-conductive material electrically conductive material on each side.

En skiva 11 av elektriskt oledande material, t.ex. ett lami- nat, är stationärt fäst ovanför skivan 10 och så att den nor- malt är parallell med skivan 10, dvs när staven 1 med mätkulan 2 är obelastad, dvs inte stöter mot något objekt. Skivan 11 är försedd med ledande mönster på var sida. Det mönster, som är vänt mot skivan 10 visas med heldragna linjer i fig. lc, under det att det mönster, som är vänd från skivan 10 visas med streckade linjer. således i fig. 1C upp-och-ner i förhållande till i fig. lb. som är placerat på den sida, skivan JJ. visas Exempel på montering av arrangemanget visas i fig. 1B. en bägarformig kåpa 12 är försedd med en klack 13 nära sin botten. Skivan 11 vilar i sin i figuren övre del mot klacken 10 15 20 25 30 35 465 981 13. En ring 14 är införd i kåpan 12 och stöder mot skivans ll i figuren undre del. Fjäderns 3 övre del stöder mot ringens 14 i figuren undre del. Ringens 14 axiella längd är anpassad, så att skivan 10 kan röra sig för mätändamålet maximalt i mellan- rummet mellan skivorna 3 och ll. Kåpans 12 yttre ände är gängad på sin insida. Ett bägarformat lock 15 med hål för staven 1 med tillräcklig diameter för att staven skall kunna röra sig fritt vid rörelse är gängad på sin utsida och inskru- vad i kåpan 12 och håller fjädern 3 på plats.A disc 11 of electrically non-conductive material, e.g. a laminate, is stationary attached above the disc 10 and so that it is normally parallel to the disc 10, ie when the rod 1 with the measuring ball 2 is unloaded, ie does not strike any object. The disc 11 is provided with a leading pattern on each side. The pattern facing the disc 10 is shown in solid lines in Fig. 1c, while the pattern facing the disc 10 is shown in broken lines. thus in Fig. 1C up-and-down relative to in Fig. 1b. which is placed on that side, the disc JJ. Example of mounting the arrangement is shown in Fig. 1B. a cup-shaped cover 12 is provided with a lug 13 near its bottom. The disc 11 rests in its upper part in the figure against the lug 10 465 981 13. A ring 14 is inserted in the cover 12 and abuts against the lower part of the disc 11 in the figure. The upper part of the spring 3 abuts against the lower part of the ring 14 in the figure. The axial length of the ring 14 is adapted so that the disc 10 can move for the measuring purpose maximally in the space between the discs 3 and 11. The outer end of the cover 12 is threaded on its inside. A cup-shaped lid 15 with holes for the rod 1 with sufficient diameter for the rod to be able to move freely during movement is threaded on its outside and screwed into the cover 12 and holds the spring 3 in place.

Det ledande mönstret i fig. 1C på skivans 11 undersida (uppåt i figuren) är indelat i fem mönsterdelar eller elektroder A, B, C, D, E av ledande material, av vilka fyra A-D är utformade såsom trekantiga bitar med avtagen inre spets och med två raka sidor, som skär varandra nära skivans 11 centrum och har den tredje sidan utsträckt utmed en cirkulär bana ett bestämt av- stånd från skrivans periferi. De fyra delarna A-D är jämnt fördelade och bildar ett mönster, som är symmetriskt omkring två ortogonala axlar x och y, som skär skivans 11 centrum.The conductive pattern in Fig. 1C on the underside of the disc 11 (upwards in the figure) is divided into five pattern parts or electrodes A, B, C, D, E of conductive material, four ADs of which are formed as triangular pieces with a removed inner tip and with two straight sides, which intersect near the center of the disc 11 and have the third side extending along a circular path a certain distance from the periphery of the writing. The four parts A-D are evenly distributed and form a pattern which is symmetrical about two orthogonal axes x and y, which intersect the center of the disc 11.

Den femte mönsterdelen eller elektroden E är utformad som ett kors med sina begränsningar placerade symmetriskt mellan an- gränsande raka sidor hos mönsterdelarna A-D. Den strecket vi- sade mönsterdelen F på skivans ll undersida (nedåt i fig. 1C) är ringformig och ligger diametralt utanför mönsterdelarna A-E och har ett inåt utsträckt finger mellan varje mellanrum mellan de raka partierna på mönsterdelarna A-D. De radiella fingrarna på mönsterdelarna E och F behöver inte nödvändigtvis finnas för god funktion, men de ökar elektrodytan och ger där- för högre kapacitans. var och en av delarna A-F i de ledande mönstren tjänar som en platta eller elektrod hos en kondensator, vars andra platta eller elektrod är bildad av det övre ledande skiktet på den med staven 1 rörliga plattan 10. Eftersom elektroden F ju skall samverka med den övre ledande beläggningen på skivan 10 är den placerad så att ingen av mönsterdelarna A-E ligger skärmande mellan elektroden F och plattan 10.The fifth pattern part or electrode E is designed as a cross with its constraints placed symmetrically between adjacent straight sides of the pattern parts A-D. The dashed pattern part F on the underside of the disc 11 (downwards in Fig. 1C) is annular and lies diametrically outside the pattern parts A-E and has an inwardly extended finger between each space between the straight portions of the pattern parts A-D. The radial fingers on the pattern parts E and F do not necessarily have to be for good function, but they increase the electrode surface and therefore give higher capacitance. each of the parts AF in the conductive patterns serves as a plate or electrode of a capacitor, the second plate or electrode of which is formed by the upper conductive layer of the plate 10 movable with the rod 1. Since the electrode F must co-operate with the upper the conductive coating on the disc 10, it is positioned so that none of the pattern parts AE is shielded between the electrode F and the plate 10.

A465 981 Fig. 1A - lC visar en variant, som arbetar med en enkelsidig avkänning. Denna variant lämpar sig bäst för avkänning av för- skjutning av mätkulan enbart i xoch y-riktning. Ett exempel på spänningsmatningen av de ledande mönstren med elektroderna A-F 5 visas i fig. 1C. En spänning vfl med frekvensen fl matas mellan elektroderna A och B, vilka ligger utmed x-riktningen.A465 981 Fig. 1A - 1C shows a variant that works with a single-sided sensing. This variant is best suited for sensing the displacement of the measuring ball only in the x and y directions. An example of the voltage supply of the conductive patterns with the electrodes A-F is shown in Fig. 1C. A voltage vfl with the frequency fl is supplied between the electrodes A and B, which lie along the x-direction.

En spänning vzfl med dubbla frekvensen, dvs 2*f1, matas mellan elektroderna C och D utmed y-riktningen. En spänning V4f1 med fyrdubbla frekvensen. dvs 4*fl, kan matas mellan 10 elektroderna E och F om en avvikelse även i z-riktningen skall indikeras.A voltage vzfl with twice the frequency, i.e. 2 * f1, is supplied between the electrodes C and D along the y-direction. A voltage V4f1 with four times the frequency. ie 4 * fl, can be fed between the electrodes E and F if a deviation also in the z-direction is to be indicated.

Indikering av kapacitansförskjutningar i tre avkänningsrikt- ningar x, y och z sker med en krets, som visas mycket schema- 15 tiskt i fig. IB. Den övre beläggningen på den rörliga skivan 10 är kopplad till (+)-ingången på en första operationsför- stärkare OP1. (-)-ingången på förstärkaren OPl är kopplad till dess utgång. Den i figuren undre ledande beläggningen på plattan 10 bildar en kondensator med den övre beläggningen och 20 är bootstrap-kopplad till den första förstärkarens 0Pl utgång.Indication of capacitance displacements in three sensing directions x, y and z takes place with a circuit, which is shown very schematically in Fig. 1B. The upper coating on the movable disk 10 is connected to the (+) input of a first operational amplifier OP1. The (-) input of the amplifier OP1 is connected to its output. The lower conductive coating in the figure on the plate 10 forms a capacitor with the upper coating and is bootstrap-connected to the output of the first amplifier 0P1.

Förstärkarens OP1 utgång är kopplad till (-)-ingången på en andra förstärkare OP2. Förstärkarens OP2 (+)-ingång är kopplad till jord och dess utgång är växelspänningsmässigt motkopplad till förstärkarens 0Pl (+)-ingång med en kondensator C1. Dess- 25 utom sker en likspänningsåterföring från förstärkarens 0P2 ut- gång till förstärkarens 0Pl (+)-ingång genom en för detta än- damål vanlig seriekoppling av två motstånd Rl och R2, vilkas sammankopplingspunkt är växelspänningsmässigt avkopplad till jord genom ett litet motstånd R3 och en kondensator C2. 30 Enhetens hölje 12 är jordat. Förstärkarens 0P2 utgång är kopp- lad till tre fasdetektorer 17, 18 och 19. Till var och en av dessa är en referenssignal med fyrkantspänning. eller alterna- tivt trekanteller sinusspänning, kopplad. För var och en 35 sträcker sig avkänningsintervallet över en halvperiod, vilket gör att signalen för varje avkänningsriktning demoduleras fas- rent. Utsignalen från var och en av fasdetektorerna förstärks (icke visat) och den förstärkta utsignalen står i en bestämd 10 15 20 25 30 35 465 981 relation till vinkelavvikelsen i den riktning, som är matad med samma referensfrekvens, som den ifrågavarande fasdetektorn.The output of the amplifier OP1 is connected to the (-) input of a second amplifier OP2. The amplifier's OP2 (+) input is connected to ground and its output is AC-connected to the amplifier's 0P1 (+) input with a capacitor C1. In addition, a direct voltage feedback is made from the output of the amplifier OP2 to the input of the amplifier OP1 (+) - through a series connection of two resistors R1 and R2, which are common for this purpose, whose connection point is alternately disconnected to ground through a small resistor R3 and and capacitor C2. The housing 12 of the unit is grounded. The output of the amplifier's PP2 is connected to three phase detectors 17, 18 and 19. To each of these is a reference signal with a square voltage. or alternatively triangular or sine voltage, connected. For each one, the sensing interval extends over half a period, which means that the signal for each sense of sensing is demodulated in a phased manner. The output signal from each of the phase detectors is amplified (not shown) and the amplified output signal is in a definite relation to the angular deviation in the direction fed with the same reference frequency as the phase detector in question.

Såsom framgår av fig lB och 1C bildar mönsterdelarna A och B samt C och D för indikering av spetsens 2 rörelser i xresp. y-riktning med plattans 10 övre ledande skikt två par konden- satorer, där kondensatorerna i varje par ändrar sig väsenligen balanserat åt motsatt håll vid en snedställning av plattan 10.As shown in Figs. 1B and 1C, the pattern parts A and B and C and D form to indicate the movements of the tip 2 in xresp. y-direction with the upper conductive layer of the plate 10 two pairs of capacitors, where the capacitors in each pair change substantially balanced in the opposite direction at an inclination of the plate 10.

De kondensatorer. som bildas av de för z-riktningsindikering ämnade mönsterdelarna E och F, och plattans 10 beläggning samma håll. Detta gör att en förskjutning i svår att indikera säkert med den i. fig. 1 utan den lämpar sig främst som x-y- ändrar sig åt z-riktningen är visade utföringsformen, -förskjutningssensor.The capacitors. formed by the pattern parts E and F intended for the z-direction indication, and the coating of the plate 10 in the same direction. This makes an offset in difficult to indicate safe with that in Fig. 1 but it is mainly suitable as x-y- changes to the z-direction are shown the embodiment, offset sensor.

Fig. 2A och 2B visar en andra utföringsform av sensorn enligt uppfinningen. På den med staven 20 rörliga, över fjädern 21 placerade skivan 22 är i denna utföringsform det ledande elektrodmönstret A1, Bl, Cl, D1, El anbragt. El visas som ett stjärnmönster med radiellt utsträckta delar utgående från ett mittre cirkelformat, ledande skikt. De utsträckta delarna be- dock inte vara med för att arrangemanget skall kunna fungera på avsett sätt, men de ger en större elektrodyta. I fig. ZA visas inte höljet för arrangemanget med fastsättníngen av de olika ingående delarna, men detta är i princip likadant höver som det som visas i fig. IB.Figs. 2A and 2B show a second embodiment of the sensor according to the invention. In this embodiment, the conductive electrode pattern A1, B1, C1, D1, E1 is arranged on the disk 22 movable with the rod 20 and placed over the spring 21. Electricity is shown as a star pattern with radially extending parts starting from a central circular, conductive layer. However, the extended parts are not included in order for the arrangement to be able to function in the intended manner, but they provide a larger electrode surface. Fig. ZA does not show the cover for the arrangement with the fastening of the various constituent parts, but this is in principle the same as the one shown in Fig. 1B.

Den skiva 23, som är försedd med den ledande beläggning I, vars spänningsnivå indikeras genom att matas till (-)-ingången på en operationsförstärkare 25, är i denna utföringsform fast och placerad mittemot den rörliga skivan 22 med den ledande beläggningen vänd mot denna. Den andra ledande beläggníngen G1 för kondensatorparet för att indikera avvikelse i 2-riktningen fast skiva 24 placerad Förskjutning av sensor- är placerad på ytterligare en parallellt med den fasta skivan 23. spetsen i z-riktningen avkännes således med hjälp av två kon- densatorer. av vilka den ena G1/I har konstant kapacitans och den andra El/I har variabel kapacitans. 465 981 10 15 20 25 30 35 På den mot den ledande beläggningen I motstående sidan av skivan 23 är en ring R med ledande beläggning anbragt. Ringen R är kopplad till förstärkarens 25 utgång, varigenom förstär- karen får en motkoppling med en kondensator. som bildas mellan beläggningarna I och R på skivan 23, så att en omkring "O"- -signalnivån varierande signal erhålles på ingången till för- stärkaren 25. Avkännarytan I bör i normalläge elektriskt sett vara ungefär i mitten mellan Gl- och El-ytan. Äterföringen på R ger en lägre känslighet för strökapacitanser, eftersom av- kännarytan I då hela tiden likspänningsmässígt ligger på jord- potential.The disk 23 provided with the conductive coating I, the voltage level of which is indicated by being fed to the (-) input of an operational amplifier 25, is in this embodiment fixed and placed opposite the movable disk 22 with the conductive coating facing it. The second conductive coating G1 for the capacitor pair to indicate deviation in the 2-direction fixed disk 24 located Displacement of the sensor is located on a further parallel to the fixed disk 23. The tip in the z-direction is thus sensed by means of two capacitors. of which one G1 / I has constant capacitance and the other El / I has variable capacitance. 465 981 10 15 20 25 30 35 On the opposite side of the disc 23 facing the conductive coating, a ring R with conductive coating is arranged. The ring R is connected to the output of the amplifier 25, whereby the amplifier receives a feedback with a capacitor. formed between the coatings I and R on the disc 23, so that a signal varying about the "0" signal level is obtained at the input of the amplifier 25. In the normal position, the sensor surface I should be electrically approximately in the middle between the G1 and the E1 surface. . The feedback on R gives a lower sensitivity to stray capacitances, since the sensor surface I is then always at ground potential in terms of DC voltage.

Såsom visas i fig. 2B matas i detta fall elektroderna för xoch y-förställningskondensatorerna med samma frekvens f2 men med 90° inbördes fasförskjutning, dvs de matas med de respektive spänningarna vfz oo och Vfz 90,. Elektroderna för z-förställningskondensatorerna matas med en spänning med dubb- la frekvensen, dvs Vzfz. Det bör observeras att det ligger inom ramen för uppfinningen att i stället mata z-elektrodparet med en spänning med halva frekvensen fz eller med någon annan multipel n av f2. Andra varianter med tre frekvenser för var- dera x, y och 2 i stället för två, där 0° och 90° används på den ena är givetvis också tänkbara.As shown in Fig. 2B, in this case the electrodes of the x and y-displacement capacitors are supplied with the same frequency f2 but with a mutual phase shift of 90 °, i.e. they are supplied with the respective voltages vfz oo and Vfz 90 ,. The electrodes for the z-position capacitors are supplied with a voltage with twice the frequency, ie Vzfz. It should be noted that it is within the scope of the invention to instead supply the z-electrode pair with a voltage with half the frequency fz or with some other multiple n of f2. Other variants with three frequencies for each x, y and 2 instead of two, where 0 ° and 90 ° are used on one, are of course also conceivable.

Utsignalen från förstärkaren 25 signalbehandlas på liknande sätt som det som anges i den i fig. 1A-lC visade utföringsfor- men. Utsignalerna x,y,z är i detta fall enkelt filtrerade, analoga mätsignaler, som på känt sätt kan omformas till digi- tala värden för att samplas och databehandlas i en ansluten mätdator. Den här visade typen av matning kan också alterna- tivt utföras på utföringsformen enligt fig. 1A - 1C, liksom att den där visade typen av matning kan användas i utförings- formen enligt fig. 2A, 2B.The output signal from the amplifier 25 is signal processed in a manner similar to that indicated in the embodiment shown in Figs. 1A-1C. The output signals x, y, z are in this case simply filtered, analog measurement signals, which in a known manner can be converted into digital values for sampling and data processing in a connected measuring computer. The type of feed shown here can also alternatively be performed on the embodiment according to Figs. 1A - 1C, as well as the type of feed shown therein can be used in the embodiment according to Figs. 2A, 2B.

Fig. 3A visar en utföringsform av en mätsond enligt upp- finningen, vilken är symmetrisk omkring sondens rörelsecentrum CM och som har balanserade kapacitanspar för förskjutningsin- dikering i alla tre riktningarna x, y och 2. Inte heller i \o|. 10 15 20 25 30 35 465 981 denna figur visas fastsättningsarrangemangen för de stationära enheterna, vilka är fjädern 30 med väsentligen samma utförande som fjädern 3 i fig. la och de yttre skivorna 31 och 32. De mittre skivorna 33 och 34 är styvt förbundna med staven 35 med spetsen 36 och rörliga med denna i riktningarna x, y, z om- kring rörelsecentrum CM. Var och en av de rörliga skivorna 33 och 34 är på sin från fjäderna 30 vända sida försedd med ett mönster, som kan ha den i fig. zb visade utformningen förutom att elektroden El är försedd med ett hål i mitten. Detta hål beror på att staven 35 skall vara fäst vid fästenheterna på fjädern 30 och att mönstren på båda skivorna 33 och 34 skall vara helt lika.Fig. 3A shows an embodiment of a measuring probe according to the invention, which is symmetrical about the center of motion CM of the probe and which has balanced capacitance pairs for displacement indication in all three directions x, y and 2. Nor in \ o |. 465 981 This figure shows the fastening arrangements for the stationary units, which are the spring 30 with substantially the same design as the spring 3 in Fig. 1a and the outer discs 31 and 32. The middle discs 33 and 34 are rigidly connected to the rod 35 with the tip 36 and movable therewith in the directions x, y, z around the center of movement CM. Each of the movable discs 33 and 34 is provided on its side facing away from the springs 30 with a pattern which may have the design shown in Fig. Zb except that the electrode E1 is provided with a hole in the middle. This hole is due to the fact that the rod 35 must be attached to the fastening units on the spring 30 and that the patterns on both discs 33 and 34 must be exactly the same.

De inbördes motsvarande mönsterdelarna för indikering av avvi- dvs de mot A1, Bl, Cl, D1 i Fig ZB på skivorna 33 och 34 är hopkopplade 3A visade mönsterdelarna kelse i xoch y-riktning, svarande mönsterdelarna, med varandra, så att t.ex. de i fig.The mutually corresponding pattern parts for indicating the deviations from A1, B1, C1, D1 in Fig. ZB on the discs 33 and 34 are interconnected. 3A shows the pattern parts in the x and y directions, corresponding to the pattern parts, with each other, so that e.g. . those in fig.

Cl' och Cl" är hopkopplade med varandra, vilket också mönster- delarna Dl' och D1" är. Observera att mönsterdelarna av samma typ på skivorna 33 och 34 ligger diametralt i förhållande till varandra, så att en förskjutning i någon riktning verkar åt samma håll för matningskondensatorerna på var sida om fjädern 30. Under antagande av att matningen av elektrodplattorna för indikering av avvikelse i xoch y-riktningen är den samma som i 2B, matas för indikering av avvikelse i z-riktningen en till primärsidan på en transformator, vars jordat mittuttag är kopplat mellan mönster- fig. spänning vzfz sekundärsida med delarna E2' och E2".C1 'and C1 "are interconnected, as are the pattern parts D1' and D1". Note that the pattern parts of the same type on the discs 33 and 34 are diametrically relative to each other, so that an offset in some direction acts in the same direction for the supply capacitors on each side of the spring 30. Assuming that the supply of the electrode plates for indicating deviation in x and the y-direction is the same as in 2B, for indicating deviation in the z-direction one is fed to the primary side of a transformer, whose grounded central socket is connected between the pattern- fig. voltage vzfz secondary side with the parts E2 'and E2 ".

Var och en av de yttre plattorna 31 och 32 har på sin mot de rörliga plattorna vända sida tre ringformiga beläggningar, av vilka den radiellt mittre 37 resp. 40 är bredast och är kopp- lad till (+)-ingången på en operationsförstärkare OP3 såsom avkänningselektroden (se fig. 3B). Förstärkarens OP3 utgång är kopplad till dess (-)-ingång. 42 ringformiga 45 på Den yttre 38 resp. 41 och den inre 39 resp. beläggníngen liksom en heltäckande beläggning 44 resp. 465 981 10 15 20 25 30 35 40 10 de båda skivorna 31 och 32 är hopkopplade och bootstrap-kopp- lade till OP3 utgång är kopplad till (-)-ingången på en operationsför- operationsförstärkarens OP3 utgång. Förstärkarens stärkare OP4, vars (+)-ingång är kopplad till jord. Förstärka- rens OP4 utgång är återkopplad till förstärkarens OP3 (+)- -ingång dels med en kondensator och dels med en likspännings- återföring utan växelspänningsmotkoppling av samma typ som den som visas i fig. 1B.Each of the outer plates 31 and 32 has on its side facing the movable plates three annular coatings, of which the radially middle 37 and 40 is widest and is connected to the (+) input of an operational amplifier OP3 such as the sensing electrode (see Fig. 3B). The OP3 of the amplifier's output is connected to its (-) input. 42 annular 45 on the outer 38 resp. 41 and the inner 39 resp. the coating as well as a comprehensive coating 44 resp. 465 981 10 15 20 25 30 35 40 10 the two disks 31 and 32 are connected and bootstrap-connected to the OP3 output is connected to the (-) input of the OP3 output of the operational pre-operational amplifier. The amplifier's amplifier OP4, whose (+) input is connected to ground. The output of the amplifier OP4 is fed back to the amplifier's OP3 (+) - input partly with a capacitor and partly with a direct voltage feedback without alternating voltage feedback of the same type as that shown in Fig. 1B.

Dessutom är förstärkarens OP4 utgång kopplad till tre fas- detektorer 46, 47, 48 av i och för sig samma typ som i fig. 2A av förskjutningarna i de tre av- känningsriktningarna. De lågpassfilterade utsignalerna från fasdetektorerna 46, 47, 48 är därefter efter analogldigital- -omvandling i. var sin analog/digital-omvandlare A/D kopplade till ingången på en mikroprocessor 49 med kringutrustning, så- vilken är försedd med ett i avkänningsriktningarna med fasren detektering som programminne och arbetsminne, program, som beräknar avvikelserna och lämnar dem på en eller flera utgångar för koppling till såsom t.ex. en presentationsenhet eller som utnyttjar de erhållna signalerna andra utrustningar, någon utnyttjningsenhet, som styrsignaler e.d. (icke visat).In addition, the output of the amplifier OP4 is connected to three phase detectors 46, 47, 48 of the same type per se as in Fig. 2A of the offsets in the three sensing directions. The low-pass filtered outputs from the phase detectors 46, 47, 48 are then, after analog-to-digital conversion in, each analog / digital converter A / D connected to the input of a microprocessor 49 with peripheral equipment, which is provided with one in the sensing directions with the phase detection as program memory and working memory, programs, which calculate the deviations and leave them at one or more outputs for connection to such as e.g. a presentation unit or which utilizes the obtained signals other equipment, any utilization unit, as control signals e.d. (not shown).

Fig 4A, 4B. 4C, 4D visar en fjärde utföringsform av anordning- en enligt uppfinningen. Denna utföringsform är den föredragna.Fig. 4A, 4B. 4C, 4D show a fourth embodiment of the device according to the invention. This embodiment is the preferred one.

I perspektivvyn i fig. 4A visas för åskådlighets skull de in- gående avkännarelementen placerade längre från varandra än i verkligheten.In the perspective view in Fig. 4A, for the sake of clarity, the input sensor elements are placed further apart than in reality.

Sensorstaven 51 med sin avkännarkula 52 är upphängd i en fjä- der 53, så att upphängningspunkten är centralt fixerad med rö- relsemöjlighet i 2-riktningen (längs med staven) och rörlighet för stavens axel rotationssymmetriskt i vinkel mot 2-axeln med bibehållen fästpunkt vinkelrätt mot stavens axel. såsom visats i de tidigare utföringsformerna.The sensor rod 51 with its sensor ball 52 is suspended in a spring 53, so that the suspension point is centrally fixed with the possibility of movement in the 2-direction (along the rod) and mobility of the shaft axis rotationally symmetrically at an angle to the 2-axis with retained attachment point perpendicular against the shaft of the rod. as shown in the previous embodiments.

På staven, isolerat från denna, är ett par elektriskt ledande kollektorplattor 54 och 55 fast monterade på var sida om fjä- dern 53. Kollektorplattorna är lämpligen av metall och är elektriskt förbundna med fjädern 53. 10 15 20 25 30 35 465 981 ll Sondens hölje är inte visat men kan vara av samma typ som det. som visas i fíg. 1B. Fjädern 53 har perifert yttre tungor 56, 57, med vilka den fästes i höljet.On the rod, isolated from it, a pair of electrically conductive collector plates 54 and 55 are fixedly mounted on each side of the spring 53. The collector plates are suitably of metal and are electrically connected to the spring 53. 10 15 20 25 30 35 465 981 ll Sondens housing is not shown but may be of the same type as it. shown in fig. 1B. The spring 53 has peripheral outer tongues 56, 57, with which it is attached to the housing.

Axiellt på var sida om kollektorplattorna 54 och 55 är ett par i sondens hölje fixerade drivplattor 58 och 59, vilka är möns- terkortsplattor med ledande mönsterdelar på ett substrat.Axially on each side of the collector plates 54 and 55 are a pair of drive plates 58 and 59 fixed in the probe housing, which are printed circuit board plates with conductive pattern parts on a substrate.

Mönstret på mönsterkortsplattorna visas i fíg. 4B och schema- tiskt även i fíg. 4A. Mönstret på mönsterskivorna 58 och 59 är lika och de med mönstren försedda ytorna på skivorna är vända mot kollektorplattorna 54 och 55. Lika mönsterdelar på skivor- na 58 och 59 matas på samma sätt, varigenom från åskådaren sett främre mönsterdelar t.ex cl' hos skivan 58 motsvarar bak- re mönsterdelar t.ex c2' hos skivan 59 och vänstra mönsterde- lar t.ex. dl hos skivan 58 motsvarar högra mönsterdelar d2 hos skivan 59 och vice versa (jmfr fig. 3A). 4B är mönsterdelarna på skivan 59 angivna. Dessa är I den innersta ringen är en I fíg. placerade i koncentriska ringar. fläktvingeliknande mönsterdel b' för indikering av rörelse i såsom visas i fíg. 4c matas en spänning mellan mönsterdelen b på skivan 58 och Signalformen kan såsom nämnts z-riktning placerad. med frekvensen n*fo mönsterdelen b'på skivan 59. ovan vara sinus eller någon form av kantvåg. Alla de radiellt utskjutande delarna av mönstret b' är hopkopplade genom en är placerade mellan de utskjutande är hopkopplade med på skivan 59 inre ring. Mönsterdelar a' delarna i mönstret b'. Mönsterdelarna a' varandra på skivans baksida. Mönsterdelarna a' bildar tillsammans med kollektorplattan 55 och mönsterdelarna a på skivan 58 tillsammans med kollektorplattan 54 en motkopp- lingskondensator för den i fíg. 4A visade kretsen.The pattern on the printed circuit boards is shown in fig. 4B and schematically also in fig. 4A. The pattern on the pattern discs 58 and 59 is equal and the patterned surfaces on the discs face the collector plates 54 and 55. Equal pattern parts on the discs 58 and 59 are fed in the same way, whereby from the spectator seen front pattern parts e.g. the disc 58 corresponds to rear pattern parts eg c2 'of the disc 59 and left pattern parts e.g. dl of the disc 58 corresponds to right pattern parts d2 of the disc 59 and vice versa (cf. Fig. 3A). 4B, the pattern parts on the disc 59 are indicated. These are In the innermost ring is an I fíg. placed in concentric rings. fan blade-like pattern part b 'for indicating movement i as shown in fig. 4c, a voltage is supplied between the pattern part b on the disc 58 and the signal shape can, as mentioned, be placed in the z-direction. with the frequency n * fo the pattern part b'on the disc 59. above be a sine or some kind of edge wave. All the radially projecting parts of the pattern b 'are interconnected by one are located between the projecting are connected to the inner ring of the disc 59. Pattern parts a 'the parts in pattern b'. The pattern parts a 'each other on the back of the board. The pattern parts a 'together with the collector plate 55 and the pattern parts a on the disc 58 together with the collector plate 54 form a feedback capacitor for the one in fig. 4A showed the circuit.

Ringen utanför den innersta har mönsterdelarna c2, c2' och d2, d2' för indikering av mätkulans rörelse i xrespektive y-rikt- ning. En växelspänning matas med frekvensen fo och fasen 0° mellan mönsterdelarna d2 och d2', liksom mellan mönsterdelarna dl och dl' på skivan 58. Dessutom matas en växelspänning med frekvensen fo och fasen 90° mellan mönsterdelarna c2 och 465 981 10 15 20 25 30 35 12 c2', liksom mellan mönsterdelarna cl och cl' på skivan 58.The ring outside the innermost has the pattern parts c2, c2 'and d2, d2' for indicating the movement of the measuring ball in the x-respective y-direction. An alternating voltage is supplied with the frequency fo and the phase 0 ° between the pattern parts d2 and d2 ', as well as between the pattern parts d1 and d1' on the disc 58. In addition, an alternating voltage with the frequency fo and the phase 90 ° is supplied between the pattern parts c2 and 465 981. C2 ', as well as between the pattern parts c1 and c1' on the disc 58.

Fig. 4c visar att denna matning kan ske via transformatorer, såsom beskrivits ovan.Fig. 4c shows that this supply can take place via transformers, as described above.

Fig. 4D visar en alternativ metod för att generera drivsigna- lerna. En frekvensdelare 62 matas med en signal med frekvensen 4*fO. vippan 62 har en utgång Qi med en signal med frekven- sen 2*f och en annan utgång Q2 med en signal med frekvensen f och fasen 0°. vippans 62 Q1-utgång är kopplad till en första förstärkare 63 med en rättvänd och en inverterad utgång, av vilka den ena kopplas till mönsterdelen b och den andra till mönsterdelen b'. vippans 62 Q2-utgång är kopplad till en andra förstärkare 64 med en rättvänd och en inverterad utgång. av vilka den ena är kopplad till mönsterdelarna dl och dz och den andra till mönsterdelarna dl' och d2'. Utgångarna Q1 och Q2 är även kopplade till var sin ingång på en EXELLER-grind 65, på vars utgång då finns en signal med frekvensen f, vilken år 9o° fasförskjuten i förhållande till signalen på utgången Q2.Fig. 4D shows an alternative method for generating the drive signals. A frequency divider 62 is supplied with a signal with the frequency 4 * fO. the flip-flop 62 has an output Q1 with a signal with the frequency 2 * f and another output Q2 with a signal with the frequency f and the phase 0 °. the output of the flip-flop 62 Q1 is connected to a first amplifier 63 with an inverted and an inverted output, one of which is connected to the pattern part b and the other to the pattern part b '. the Q2 output of flip-flop 62 is connected to a second amplifier 64 with an inverted and an inverted output. one of which is connected to the pattern parts d1 and dz and the other to the pattern parts d1 'and d2'. The outputs Q1 and Q2 are also connected to their respective inputs on an EXELLER gate 65, at the output of which there is then a signal with the frequency f, which is 90 ° phase-shifted in relation to the signal on the output Q2.

Denna signal matas till en tredje förstärkare 66 med en rätt- vänd och en inverterad utgång, av vilka den ena kopplas till mönsterdelarna cl och c2 och den andra till mönsterdelarna cl' och c2'.This signal is supplied to a third amplifier 66 with a right-facing and an inverted output, one of which is connected to the pattern parts c1 and c2 and the other to the pattern parts c1 'and c2'.

En skyddsring r' på skivan 59 resp. r på skivan 59 är placera- de radiellt ytterst och år kopplade till sondhuset.A protective ring r 'on the disc 59 resp. r on the disc 59 are located radially at the outermost and years connected to the probe housing.

Kollektorplattorna 54 och 55 är elektriskt kopplade till fjä- dern 53. och signalen tas lämpligen ut via den från sondhuset isolerade fjädern 53. Kollektorsignalen matas till (+)-ingång- en på en operationsförstärkare 60. vars (-)-ingång är kopplad till dess utgång. För att eliminera kortslutande strökapaci- tanser omkring kollektorplattorna, så är det omgivande sond- huset, tillsammans med skyddsringarna r och r'. Bootstrap- -kopplat till förstärkarens 60 utgång. Förstärkarens 60 utgång är kopplad till (-)-ingången på en operationsförstärkere 61, utgång är kopplad till fasdemoduleringskretsar (icke visade) för separering av information beträffande rörelse i x-, yoch z-riktning, VQIB på samma sätt som beskrivits för de ovan 10 15 20 25 30 35 465 981 13 beskrivna utföringsformerna. Mönsterdelarna a och a' är kopp- lade till förstärkarens 61 utgång, varigenom växelströmsåter- koppling sker genom en sammansatt kondensator mellan delarna a och kollektorn 55 och kollektorn 54.The collector plates 54 and 55 are electrically connected to the spring 53. and the signal is suitably taken out via the spring 53 isolated from the probe housing. The collector signal is fed to the (+) input of an operational amplifier 60. whose (-) input is connected to its output. To eliminate short-circuiting scattering capacities around the collector plates, the surrounding probe housing, together with the protective rings r and r '. Bootstrap connected to the amplifier's 60 output. The output of the amplifier 60 is connected to the (-) input of an operational amplifier 61, the output is connected to phase demodulation circuits (not shown) for separating information regarding movement in the x, y and z directions, VQIB in the same manner as described for the above 10 Described embodiments. The pattern parts a and a 'are connected to the output of the amplifier 61, whereby alternating current feedback takes place through a composite capacitor between the parts a and the collector 55 and the collector 54.

Likspänningsåterkoppling sker på samma sätt som beskrivits för och mellan delarna a' de ovan beskrivna utföringsformerna.DC feedback takes place in the same way as described for and between the parts a 'of the above-described embodiments.

För att göra mätspetsen snabbt rörlig kan en enkel kraftgivare Kraftgivarens drivsystem skall då Genom att anslutas till avkännaren. verka på mätstavens kula i x-, yoch z-riktningen. sammanföra den kapacitiva avkännaren med en induktiv kraftgi- vare skulle en enda kombinationsenhet enkelt kunna produceras.To make the measuring tip quickly movable, a simple power sensor can The power sensor's drive system must then By being connected to the sensor. act on the ball of the measuring rod in the x, y and z direction. combining the capacitive sensor with an inductive power supply, a single combination unit could easily be produced.

En viss minskning av mätnoggrannheten erhålles emellertid med ett dylikt arrangemang, eftersom kraftgivning och mätning sker kopplat, men fördelen med snabb rörlighet överväger i de fles- ta fall. Möjlighet att stänga av kraftgivningsdelen. med en strömbrytare kan anordnas.However, a certain reduction in the measurement accuracy is obtained with such an arrangement, since power and measurement take place in conjunction, but the advantage of rapid mobility outweighs in most cases. Possibility to switch off the power supply part. with a switch can be arranged.

En induktiv kraftgivare kopplad till en kapacitiv avkännare av det i fig. 4A visade slaget visas i fig. 5A. Det är emellertid uppenbart att vilken som helst av de visade utföringsformerna av avkännare kan användas här. Kollektorplattorna 71 och 72 är styvt, elektriskt förbundet hopmonterade med fjädern 73. Fjä- dern 73 är med isolerande ringar 74 och 75 elektriskt isolerat infäst mellan tvâ ringforiga hållarelement 76 och 77. Mönster- plattorna 78 och 79 är insatta i spår i var sitt av hållar- elementen 76 resp. 77, vilka företrädesvis är av metall och Bootstrap-kopplade till förstärkarens 60 utgång (se fig. 4A).An inductive power sensor coupled to a capacitive sensor of the type shown in Fig. 4A is shown in Fig. 5A. However, it is obvious that any of the shown embodiments of sensors can be used here. The collector plates 71 and 72 are rigid, electrically connected together with the spring 73. The spring 73 is electrically insulated with insulating rings 74 and 75 between two annular holding elements 76 and 77. The pattern plates 78 and 79 are inserted in grooves in each of the holding elements 76 resp. 77, which are preferably of metal and Bootstrap-coupled to the output of amplifier 60 (see Fig. 4A).

Den med kondensatorplattorna 7l och 72 styvt förbundna staven 80 med mätkulan (icke visad) sträcker sig genom enheten 71-73 med en extra del 81, som är fäst vid en kraftgivare.The rod 80 with the measuring ball (not shown) rigidly connected to the capacitor plates 71 and 72 extends through the unit 71-73 with an additional part 81, which is attached to a power sensor.

Kraftgivaren enligt fig. 5A innefattar en bägarformig av iso- lerande material utförd del 82 med öppningen 'vänd från av- kännaren och försedd med en ringformig krökt, utskjutande, skivformig krage 83. 465 981 10 15 20 25 30 35 40 14 Kragens 83 krökningscentrum ligger ungefär på avkännarens rörelsecentrum CM'. Både sidorna på den bägarformiga delen 82 är försedd med en högtalarlindning 84 och kragen 83 är försedd med lindningar L1-L4. Hela enheten 82, 83 är ju rörlig och fasta magnetfält korsar lindningarna. Den bågarformiga delen 82 med sin lindning 84 verkar såsom en högtalarspole.The force sensor according to Fig. 5A comprises a cup-shaped part 82 made of insulating material with the opening 'facing away from the sensor and provided with an annular curved, projecting, disc-shaped collar 83. 465 981 10 15 20 25 30 35 40 14 The center of curvature of the collar 83 is located approximately at the sensor's motion center CM '. Both sides of the cup-shaped part 82 are provided with a loudspeaker winding 84 and the collar 83 is provided with windings L1-L4. The whole unit 82, 83 is movable and fixed magnetic fields cross the windings. The arcuate portion 82 with its winding 84 acts as a speaker coil.

De fyra lindningarna Ll, L2. L3, L4 är anbragta i fyrkant (se fig. SB) på den ringformiga laminatskivan 83. så att fyra ut- bildas, vilka är är utplacerade, två L1, L3 utmed x-axeln och två L2, L4 utmed y=axeln. Lindningarna i eller på laminatet är åstadkomna exempelvis i multilagerteknik (lindade) Magnetfältsutbredningen M1, präglade poler eller genom att "fyrkant"-spolarna sammanpressats laminatform. M2, M3, M4 i sidled hos de vertikala magnetfälten genom skivan 83 visas i fig. 5B och ligger snett i förhållande till spolarna Ll - L4, längre in i fältet om mangetiseringsríktningen är motsatt mot och ingjutits i varigenom en strömförande spole tenderar att dras fältets och repelleras annars.The four windings L1, L2. L3, L4 are arranged in a square (see Fig. SB) on the annular laminate sheet 83. so that four are formed, which are placed, two L1, L3 along the x-axis and two L2, L4 along the y = axis. The windings in or on the laminate are achieved, for example, in multilayer technology (wound) The magnetic field extension M1, embossed poles or by the "square" coils being compressed into a laminate form. M2, M3, M4 laterally of the vertical magnetic fields through the disc 83 are shown in Fig. 5B and lie obliquely with respect to the coils L1 - L4, further into the field if the direction of mangetization is opposite to and cast in whereby a current-carrying coil tends to be drawn and repelled otherwise.

De i fig. 5A visade ungefär vertikala och horisontella magnet- fälten åstadkommes av ett arrangemang av permanentmagneter och mjukjärnselement. En stavformig permanentmagnet 86 är placerad i öppningen till den bägarformiga delen 83 ovanför lindningen 84. Mjukmagnetiska. stavformiga delar 87 och 88 är fastsatta på var sida om magneten 86. En ringformig enhet 89 försedd med fyra permanentmagneter med magnetiseringen tvärs mot stavens 80 axel, när den befinner sig i sitt normallâge, är placerad omkring den mjukmagnetiska staven 88. En ringformig polsko 90 med åtminstone mjukmagnetiska delar i anslutning till perma- nentmagneterna år placerad omkring ringen 89. Ytterligare en ring 91. med mjukmagnetiska delar är placerad mittemot ringen 90 på andra sidan om kragen 83. De mot kragen vettande ytorna på ringarna 90 och. 91 har väsentligen samma krökta form som denna. Kragen 83 är i sitt normallåge parallell med dessa ytor. Magnetlinjerna är utritade i den vänstra delen av fig.The approximately vertical and horizontal magnetic fields shown in Fig. 5A are provided by an arrangement of permanent magnets and soft iron elements. A rod-shaped permanent magnet 86 is placed in the opening of the cup-shaped part 83 above the winding 84. Soft-magnetic. rod-shaped parts 87 and 88 are fixed on each side of the magnet 86. An annular unit 89 provided with four permanent magnets with the magnetization transverse to the axis of the rod 80, when in its normal position, is placed around the soft magnetic rod 88. An annular pole shoe 90 with at least soft magnetic parts adjacent to the permanent magnets is placed around the ring 89. Another ring 91. with soft magnetic parts is placed opposite the ring 90 on the other side of the collar 83. The surfaces facing the collar on the rings 90 and. 91 has essentially the same curved shape as this one. The collar 83 is in its normal position parallel to these surfaces. The magnetic lines are drawn in the left part of fig.

SA. Sensordelen är isolerad från kraftgivardelen, genom att kraftgivardelens stationära mjukjârnsring 91 är placerad i ett inre urtag i en ringformig isolerande höljesdel 92 limmad mot hållarelementet 76.SA. The sensor part is insulated from the power sensor part, in that the stationary soft iron ring 91 of the power sensor part is placed in an inner recess in an annular insulating housing part 92 glued to the holding element 76.

H11' 10 15 20 25 30 35 465 981 15 Genom att mata spolarna L1-L4 och 84 med lämpliga signaler kan mätstavens rörelse kontrolleras i x-, yoch z-riktning allt- efter önskemål.H11 '10 15 20 25 30 35 465 981 15 By feeding the coils L1-L4 and 84 with suitable signals, the movement of the measuring rod can be controlled in the x-, y- and z-direction as desired.

Genom att dra ström i x-spolarna L1, L3 eller y-spolarna L2, L4 erhålles en kraft i motsvarande riktning. z-spolen 84 utgör en variant på högtalarspole för generering av kraft i z-rikt- ningen.By drawing current in the x-coils L1, L3 or the y-coils L2, L4, a force in the corresponding direction is obtained. The z-coil 84 is a variant of the speaker coil for generating power in the z-direction.

Strömmatning av varje enskild spole kan t.ex. ske så snart ut- signalen från mikroprocessorn 49 i fíg. BB erhålles. vilka anger åt det håll, som spolen är avsedd att ge kraftgivning åt. Kraftgivaren utnyttjas emellertid företrädes- vis för att ge förinställning för mätkulan vid ett mätförlopp, vilket kommer att beskrivas närmare nedan. avvikelse Många varianter på spolar och laminat kan tänkas för att ge motsvarande funktion som kraftgivaren i fíg. 5A. I fig. 6 visas ett exempel på ett på en spolstomme 100 lindat burlind- ningsarrangemang, som ger x-, y-, z-kraft direkt för spol- stommen, så att inte laminatkragen 83 med spolar behövs. Mag- netarrangemanget kan då exempelvis bestå av en inre med perma- nentmagneter försedd cylinder och en yttre med permanentmagne- ter försedd ring med sammanbindande mjukmagnetisk polsko ovan- för spolstommen 100 (icke visat), så arrangerade att relativt snäva magnetfält 103, 104, 105 sträcker sig genom stommen 100.Current supply of each individual coil can e.g. take place as soon as the output signal from the microprocessor 49 in FIG. BB is obtained. which indicate the direction in which the coil is intended to provide power. However, the power sensor is preferably used to provide a preset for the measuring ball during a measuring process, which will be described in more detail below. deviation Many variants of coils and laminates are conceivable to provide the same function as the power sensor in fig. 5A. Fig. 6 shows an example of a cage winding arrangement wound on a spool body 100, which provides x-, y-, z-force directly in front of the spool body, so that the laminate collar 83 with spools is not needed. The magnetic arrangement can then for instance consist of an inner cylinder provided with permanent magnets and an outer ring provided with permanent magnets with connecting soft magnetic pole shoe above the coil body 100 (not shown), so arranged that relatively narrow magnetic fields 103, 104, 105 extends through the body 100.

Burlindningsarrangemanget omfattar i den visade utföringsfor- men fyra spirallindningar 101 och 102 (enbart två syns i figu- ren) för kraftgivning i xoch y-riktningen jämnt fördelade om- kring spolstommens omkrets och på samma nivå. De är så place- rade att magnetfältlinjerna genom spolstommen, vilka har den relativt lilla utbredningen i sidled, som anges av ytorna 103. 104, 105, blir jämnt fördelade mellan vardera två av spiral- lindningarna 101, 102.In the embodiment shown, the cage winding arrangement comprises four spiral windings 101 and 102 (only two can be seen in the figure) for power supply in the x and y directions evenly distributed around the circumference of the coil body and at the same level. They are positioned so that the magnetic field lines through the coil body, which have the relatively small lateral propagation indicated by the surfaces 103, 104, 105, are evenly distributed between each of the two helical windings 101, 102.

När extra kraft skall ges i y-riktningen t.ex. åt höger i lindningarna 101 och 102 med ström i sådana figuren matas 465 981 10 15 20 25 30 35 16 riktningar att den ena spolen ger attraktion till att införas längre i magnetfältet 103 och den andra ger repellering från magnetfältet. samma typ av matning görs i lindningarna på andra sidan om spolstommen 100, så att ingen rörelse sker i magnetfältets riktning. När kraftgivning skall ske i x-rikt- ningen dvs i riktningen tvärs mot papperets plan matas lind- ningen 102 och den bredvid denna på andra sidan spolstommen placerade lindningen (icke visad) med ström av sådana rikt- ningar, att den ena tenderar att dras in i magnetfältet 105 och den andra repelleras. Samma typ av strömmatning görs för lindningen 101 och dess på andra sidan om spolstommen bredvid- liggande lindning och då naturligtvis så att kraftgivningen sker åt samma håll utmed x-axeln.When extra force is to be given in the y-direction e.g. to the right in the windings 101 and 102 with current in such the figure are fed 465 981 10 15 20 25 30 35 16 directions that one coil gives attraction to be inserted further into the magnetic field 103 and the other gives repelling from the magnetic field. the same type of feed is made in the windings on the other side of the coil body 100, so that no movement takes place in the direction of the magnetic field. When power is to be given in the x-direction, i.e. in the direction transverse to the plane of the paper, the winding 102 and the winding (not shown) placed next to it on the other side of the spool body are fed with current of such directions that one tends to be pulled into the magnetic field 105 and the other is repelled. The same type of current supply is made for the winding 101 and its winding adjacent to the coil body next to it and then of course so that the power supply takes place in the same direction along the x-axis.

Dessutom finns spirallindningar 106 på en nivå ovanför lind- ningarna 101, 102, så att deras nedre del träffas av magnet- fälten 103, för att ge kraftgivning i z-riktningen. Lindning- arna 106 behöver enbart vara två. som i figuren, en på vardera sidan av spolstommen 100, men de kan även vara flera, t.ex. fyra symmetriskt placerade runt spolstommen. Det väsentliga här är att lindningarna 106 ligger något förskjutet i för- hållande till magnetfältspassagen 103, varför de också alter- nativt eller kompletterande kan vara placerade på en nivå nedanför lindningarnas 101. 102. vid extra kraftgivning uppåt matas lindningarna 106 med en ström med en strömriktning, som ger repellering i. magnetfältet 103, och i. det mot detta mot- stående magnetfältet på andra sidan om spolstommen 100 och vid extra kraftgivning nedåt med en ström med en strömriktning, som ger attrahering.In addition, spiral windings 106 are located at a level above the windings 101, 102, so that their lower part is hit by the magnetic fields 103, in order to provide force in the z-direction. The windings 106 only need to be two. as in the figure, one on each side of the spool body 100, but they can also be several, e.g. four symmetrically placed around the spool body. The important thing here is that the windings 106 are slightly offset in relation to the magnetic field passage 103, so that they can also alternatively or additionally be located at a level below the windings 101. 102. in the case of additional upward force, the windings 106 are fed with a current of one current direction, which provides repelling in the magnetic field 103, and in the magnetic field opposite to it on the other side of the coil body 100 and in the case of additional downward force with a current with a current direction which gives attraction.

Fig. 7A, 7B och 7C visar ytterligare en utföringsform av en kraftgivare för sensorn, där en med lindningar försedd bägar- formig del 110 har sin cylindriska del 111 försedd med fyra lindningar L1', L2'. L3', L4'. Delen 111 har sin botten uppåt och sin öppning nedåt i figuren. Den med sensordelen (icke visad) förenade staven sträcker sig således centralt genom delen 111 och är fäst i bottnen 110 med ett skruvförband 113.Figs. 7A, 7B and 7C show a further embodiment of a power sensor for the sensor, where a cup-shaped part 110 provided with windings has its cylindrical part 111 provided with four windings L1 ', L2'. L3 ', L4'. The part 111 has its bottom upwards and its opening downwards in the figure. The rod connected to the sensor part (not shown) thus extends centrally through the part 111 and is fixed in the bottom 110 with a screw connection 113.

En dubbel magnetförsedd cylinder har en inre cylinderdel 114 I? dl 10 15 20 25 30 35 465 981 17 och en yttre cylinderdel 115, vilka delar är belägna på var sida om den bägarformade delens 110 cylindriska del lll. Den inre cylindern 114 innefattar en cylindrisk permanentmagnet 116, vilken i axiell riktning är omgiven av två ringformiga polskor 117, Den yttre cylindern 115 inne- fattar en cylindrisk permanentmagnet 119, riktning är omgiven av två ringformiga polskor 120, mjukjärn. De i axiell riktning polariserade magneterna 116 och 119 är polvända åt nmtsatt håll, så att magnetlinjer mellan deras respektive sydpoler med hjälp kommer att sträcka sig väsentligen tvärs över luftgapet genom diametralt mittemot varandra liggande lindningsdelar av lind- ningarna L1' - L4'. De magnetförsedda cylindrarna 114 och 115 hålls av en hållare 122, som är fastskruvad i höljet för sen- sordelen och som ger isolation mellan sensordel och drivsys- tem. Hällaren är försedd med ett centralt hål med samma dia- meter som innerdiametern hos magnetcylindern 114. Denna dia- meter är väsentligt större än stavens 112 diameter, så att denna kan röra sig fritt under inverkan av drivsystemet och av Liksom i alla de visade utfö- 118 av mjukjärn. axiell 121 av vilken i nordoch av polskorna förskjutningar hos mätkulan. ringsformerna av uppfinningen är staven av elektriskt isole- rande material, t.ex. av keramik.A double magnet-equipped cylinder has an inner cylinder part 114 I? dl 10 15 20 25 30 35 465 981 17 and an outer cylinder part 115, which parts are located on each side of the cylindrical part 110 of the cup-shaped part 110. The inner cylinder 114 comprises a cylindrical permanent magnet 116, which in the axial direction is surrounded by two annular pole shoes 117, The outer cylinder 115 comprises a cylindrical permanent magnet 119, direction is surrounded by two annular pole shoes 120, soft iron. The axially polarized magnets 116 and 119 are pole-facing in the opposite direction, so that magnetic lines between their respective south poles will by means extend substantially across the air gap through diametrically opposite winding portions of the windings L1 '- L4'. The magnetized cylinders 114 and 115 are held by a holder 122, which is screwed into the housing of the sensor part and which provides insulation between the sensor part and the drive system. The holder is provided with a central hole with the same diameter as the inner diameter of the magnetic cylinder 114. This diameter is substantially larger than the diameter of the rod 112, so that it can move freely under the influence of the drive system and of As in all the embodiments shown 118 of soft iron. axial 121 of which in the north and of the pole shoes displacements of the measuring ball. The forms of the invention are the rod of electrically insulating material, e.g. of ceramics.

Fig. 7B visar ett kopplingsschema för att driva drivenheten i fig. 7A. Signaler för önskad förställning i x-, yoch z-rikt- ning är kopplade till var sin förstärkare Fl, F2 resp. F3.Fig. 7B shows a circuit diagram for operating the drive unit of Fig. 7A. Signals for the desired tuning in the x, y and z directions are connected to respective amplifiers F1, F2 and F3.

Utsignalen från förstärkaren Fl, till vilken x-signalen till- förs, matas dels via en första adderare A1 till ytterligare en förstärkare F4 och dels via en inverterare Il och en andra adderare A2 till en förstärkare F5 matchad med förstärkaren F4. Signalen för förställning i x-riktningen matas från för- stärkaren F4 till lindningen L1' och från förstärkaren F5 till lindningen L2', varigenom dessa lindningar drivs i. motsatta riktningar så att deras rörelser i magnetfälten från magnet- cylindrarna i x-riktningen samverkar med varandra. 465 981 10 15 20 25 30 35 18 Utsignalen från förstärkaren F2, till vilken y-signalen till- förs, matas dels via en adderare A3 till ytterligare en för- stärkare F6 och dels via en inverterare I2 och en annan adde- rare A4 till en förstärkare F7 matchad med förstärkaren F6.The output signal from the amplifier F1, to which the x-signal is applied, is supplied partly via a first adder A1 to another amplifier F4 and partly via an inverter 11 and a second adder A2 to an amplifier F5 matched with the amplifier F4. The signal for tuning in the x-direction is fed from the amplifier F4 to the winding L1 'and from the amplifier F5 to the winding L2', whereby these windings are driven in opposite directions so that their movements in the magnetic fields from the magnetic cylinders in the x-direction interact with each other. 465 981 10 15 20 25 30 35 18 The output signal from the amplifier F2, to which the y-signal is applied, is supplied partly via an adder A3 to another amplifier F6 and partly via an inverter I2 and another adder A4 to an amplifier F7 matched with the amplifier F6.

Signalen för förställning i y-riktningen matas från förstärka- ren F6 till lindningen L3' och från förstärkaren F7 till lind- ningen L4', varigenom dessa lindningar drivs i motsatta rikt- ningar så att deras rörelser i y-riktningen i. magnetfälten från magnetcylindrarna samverkar med varandra.The signal for tuning in the y-direction is fed from the amplifier F6 to the winding L3 'and from the amplifier F7 to the winding L4', whereby these windings are driven in opposite directions so that their movements in the y-direction in the magnetic fields from the magnetic cylinders interact with each other.

Utsignalen från förstärkaren F3, till vilken z-signalen till- förs. matas till de fyra adderarna A1, A2, A3 och A4. De fyra L2', L3' och L4' ler, som driver lindningarna åt samma håll i 2-riktningen, så att de inte av' dessa signaler vickar i. xeller y-riktningen lindningarna L1', matas därvid med z-signa- utan i stället strävar efter att dra sig mera in i eller ut ur och således förskjuts uppåt eller nedåt i fig. 7A. Lindningarna matas med signalerna från kretsen i fig. 7A i anslutningarna P1, P2, P3 och P4 till de respektive lindningarna L1', L2', L3' och L4'. magnetfälten mellan magnetcylindrarna Fig. 8A, BB. 8C visar en utföringsform av en sensor med kraft- där elementen för både sensorn och kraftgivaren är dvs sensorn och kraft- givare, gemensamt placerade på samma skivor, två mekaniskt styvt hopkopplade separata givaren är inte enheter.The output signal from the amplifier F3, to which the z-signal is applied. fed to the four adders A1, A2, A3 and A4. The four L2 ', L3' and L4 'clays, which drive the windings in the same direction in the 2-direction, so that they are not waved in these directions by the' x signals ', the windings L1', are then fed with the z-signal without instead, it tends to pull more in or out of and thus shift up or down in Fig. 7A. The windings are supplied with the signals from the circuit of Fig. 7A in the terminals P1, P2, P3 and P4 to the respective windings L1 ', L2', L3 'and L4'. the magnetic fields between the magnetic cylinders Fig. 8A, BB. 8C shows an embodiment of a sensor with power - where the elements for both the sensor and the power sensor are ie the sensor and power sensor, jointly placed on the same discs, two mechanically rigidly connected separate sensors are not units.

Sensordelen kan exemplevis elektroniskt ha den utformning, som beskrivits i. anslutning till fig. 4A - 4D. Ledningsmönstren för drivning, vilka visas på plattorna 58 och 59 i fig. 4A. är då placerade på de 131 och 132 och kollektorplattorna 54 och 55 i fig. 4A såsom ledande skikt 136 resp. 137 på de rörliga men med mätstaven 135 fast förbundna skivorna 133 och 134, placerade på var sida om fjädern 139.The sensor part may, for example, electronically have the design described in connection with Figs. 4A - 4D. The wiring patterns shown on plates 58 and 59 in Fig. 4A. are then placed on the 131 and 132 and the collector plates 54 and 55 in Fig. 4A as conductive layers 136 and 136, respectively. 137 on the movable plates 133 and 134 fixedly connected to the measuring rod 135, placed on each side of the spring 139.

Ledningsmönstren och kollektorskikten finns här på ett mitt- stationära plattorna parti av skivorna, så att periferien lämnas fri. 10 15 20 25 30 35 465 981 19 Kraftdelens verksamma del är placerad på skivornas periferi och utgörs av en på en 133 av de rörliga skivorna placerad ringformíg, tunn. laterlalt magnetiserad, åttapolig magnet- enhet 138, såsom framgår av fig. BB och BC.The wiring patterns and collector layers are here on a central stationary plate portion of the discs, so that the periphery is left free. 10 15 20 25 30 35 465 981 19 The active part of the force part is placed on the periphery of the discs and consists of an annular, placed on a 133 of the movable discs. laterally magnetized, eight-pole magnetic unit 138, as shown in Figs. BB and BC.

På de stationära skivorna 131 och 132, lämpligen på motsatt sida mot sensorns drivningsmönster, är lindningar med väsent- ligen den utformning, som visas i fig. 8B. placerade. I figu- ren visas för åskådlighets skull enbart ett lindningsvarv för varje lindningsdel, men det är uppenbart, att varje lindnings- del kan ha flera varv. Kraftlinjerna för magnet och lindnings- arrangemanget visas i fig. BC. Beroende på styrningen av lind- ningarna på var sida om magnetenheten 138 kan rörelse enhållas i de tre kartesiska koordinatriktningarna. Det är uppenbart att ringmagneter i stället kan vara placerade på de stationära skivorna 131 och 132 och lindningarna i så fall är placerade på skivorna 133 och 134.On the stationary disks 131 and 132, preferably on the opposite side to the drive pattern of the sensor, are windings having substantially the configuration shown in Fig. 8B. placed. In the figure, for the sake of clarity, only one winding turn is shown for each winding part, but it is obvious that each winding part can have several turns. The lines of force for the magnet and the winding arrangement are shown in Fig. BC. Depending on the control of the windings on each side of the magnet unit 138, movement can be maintained in the three Cartesian coordinate directions. It is obvious that ring magnets can instead be placed on the stationary discs 131 and 132 and the windings in that case are placed on the discs 133 and 134.

Avkänningskretsarna för sensordelen och styrkretsarna för kraftdelen är lämpligen placerade på ett stationärt styrled- níngsplan 140.The sensor circuits for the sensor part and the control circuits for the power part are suitably located on a stationary control line plane 140.

I fig. 9A visas en utföringsform med både avkännare och kraft- givare men med enbart en rörlig laminatplatta 150. Detta ger ett frisvävande mätsystem med sensor och kraftgivare i en- -laminat. Laminatplattan är således inte fäst i ett fjäder- svävande med hjälp av kraftsystemet. 9A är symmetrisk omkring en Kraftgivararrangemanget system utan den hålls Förskjutningssensorn enligt fig. centralpunkt CM' i skivans 150 mitt. har spolar 151, 152 på vardera utsidan av plattan 150 utforma- de på det sätt som visas i fig. 9B. På vardera sidan om skivan 150 är två stationära magnetskivor 153. 154 av t.ex. BaFe pla- cerade, magnetiserade utmed sin omkrets med omväxlande sydoch nord-poler, två av varje, och samverkande med spolarna. spolar bestående spolarrangemang LA1-LA4 som ger inbördes olika riktade magnetfält, När varje av två matas med ström, åstadkommes kraftgivning i xeller y-riktning, och när de matas 465 981 10 15 20 25 30 35 20 med ström, som för spolar placerade bredvid varandra i magnet- fältet från magnetparen ger samma riktning på deras magnetfält åstadkommas kraftgívning i z-riktningen och så att de ger att- raktion eller repellering åt näraliggande magneter beroende på åt vilket håll kraftgivningen skall göras.Fig. 9A shows an embodiment with both sensor and force sensor but with only a movable laminate plate 150. This provides a free-floating measuring system with sensor and force sensor in one laminate. The laminate plate is thus not attached to a spring float by means of the power system. 9A is symmetrical about a power sensor arrangement system without it holding the displacement sensor of FIG. Central point CM 'in the center of the disk 150. have coils 151, 152 on each outside of the plate 150 formed in the manner shown in Fig. 9B. On each side of the disk 150 are two stationary magnetic disks 153. 154 of e.g. BaFe placed, magnetized along its circumference with alternating south and north poles, two of each, and cooperating with the coils. coils existing coil arrangement LA1-LA4 which provide mutually different magnetic fields. When each of two is supplied with current, power is provided in x or y direction, and when they are supplied 465 981 10 15 20 25 30 35 20 with current, which for coils placed next to each other each other in the magnetic field from the magnetic pairs give the same direction on their magnetic field, power is given in the z-direction and so that they give attraction or repelling to nearby magnets depending on the direction in which the power is to be given.

Genom att tillverka lamínatet eller skivan med gjutna spolar relativt tjockt och utnyttja det horisontella magnetfältet mellan polerna genom lamínatet kan således två kraftgenere- ringar erhållas. Man kan då t.ex. ge kraftgivning i x/y-rikt- ning vid skivans 150 övre del och i. z-riktningen 'vid dess undre del. Tre spolsystem ger tre frihetsgrader enligt fig. 9A och 9B (två areor på skivans ovansida ger kraft i y resp. x och fyra areor på dess undersida i z). staven 155 med sin mätspets är fastsatt i laminatskivan 150, som ju är frisvävande rörligt placerad mellan de stationära magnetskivorna 153. 154.By making the laminate or board with cast coils relatively thick and utilizing the horizontal magnetic field between the poles through the laminate, two power generations can thus be obtained. You can then e.g. give force in the x / y direction at the upper part of the disc 150 and in the .z direction 'at its lower part. Three coil systems provide three degrees of freedom according to Figs. 9A and 9B (two areas on the top of the disc provide power in y and x, respectively, and four areas on its underside in z). the rod 155 with its measuring tip is fixed in the laminate disc 150, which is of course free-floatingly arranged between the stationary magnetic discs 153. 154.

På var sida om skivan 150, mellan skivan 150 och vardera av magnetskivorna 153, 154, är en stationär skiva 156 resp. 157 placerad. Avkännarkondensatorerna har i denna utföringsform sina olika elektroder placerade dels på skivorna 156 och 157 och dels i olika nivåer 158, 159, 160 inuti skivan 150. De olika elektroderna är företrädesvis så placerade att de inte i någon väsentlig grad påverkas av kraftgivararrangemangets elektriska och magnetiska fält. I den visade utföringsformen är kraftarrangemanget placerat centralt och sensorarrangemang- et radiellt utanför detta.On each side of the disk 150, between the disk 150 and each of the magnetic disks 153, 154, is a stationary disk 156 and 156, respectively. 157 placed. In this embodiment, the sensor capacitors have their different electrodes placed partly on the discs 156 and 157 and partly at different levels 158, 159, 160 inside the disc 150. The different electrodes are preferably placed so that they are not significantly affected by the electric and magnetic fields of the power sensor arrangement. . In the embodiment shown, the power arrangement is located centrally and the sensor arrangement radially outside it.

En utföringsform för sensordelens elektrodarrangemang visas i fig. 10A, 10B, 100 och 10D som visar ett utförande, där sex storheter mäts, nämligen translationsrörelse i x, y och z och vridning qx , qy och qz omkring de respektive koordinat- axlarna. Fig. 10A visar en fjärdedel av elektrodplattarrange- manget i perspektiv. De elektrodplattor 165 - 158, som matas med växelspänning, är placerade på de stationära skivorna 156 och 157 i fig. 9A. Såsom visas i den översta delen av fig. 10D o 10 15 20 25 30 35 465 981 21 är de elektrodplattor 169, 170, som tjänar som avkänníngselek- troder hopkopplade och kopplade till (-)-ingången på en opera- tionsförstärkare 171, placerade inuti den rörliga skivan 150 direkt under varandra på de olika nivåerna 158 och 159 (fig. 9A). I ett mittplan 160 i skivan 150 är ytterligare en elek- trodskiva 172 placerad, vilken kan vara ringformig och vilken är kopplad till förstärkarens 171 utgång för att ge en återfö- ringskapacitans.An embodiment of the electrode arrangement of the sensor part is shown in Figs. 10A, 10B, 100 and 10D which shows an embodiment in which six quantities are measured, namely translational movement in x, y and z and rotation qx, qy and qz about the respective coordinate axes. Fig. 10A shows a quarter of the electrode plate arrangement in perspective. The electrode plates 165 - 158, which are supplied with alternating voltage, are placed on the stationary disks 156 and 157 in Fig. 9A. As shown in the upper part of Fig. 10D, the electrode plates 169, 170, which serve as sensing electrodes, are connected and connected to the (-) input of an operational amplifier 171. inside the movable disk 150 directly below each other at the different levels 158 and 159 (Fig. 9A). In a center plane 160 of the disk 150, a further electrode disk 172 is placed, which may be annular and which is connected to the output of the amplifier 171 to provide a feedback capacitance.

Plattorna 165, 166, 167, 168 i avkännaren matas i enlighet med vad som visas i fig. 10B och 1OD (överst) matas med en växel- spänning i förhållande till jord. där växelspänningen hos de olika plattorna ligger 90° fasförskjutna i förhållande till varandra. dvs 0°, 90°, 1B0°, 270°. Därvid erhålles utslagen på detektorplattorna enligt fig. l0C. alltså känslighet i två riktningar genom att detektera fasrent i 45° och 135°, såsom visas i fig. 10D, och såsom framgår av fig. 10C, som visar ett riktningsdiagram för avkänning.The plates 165, 166, 167, 168 in the sensor are supplied in accordance with what is shown in Fig. 10B and 1OD (top) is supplied with an alternating voltage in relation to earth. where the alternating voltage of the different plates is 90 ° phase-shifted relative to each other. i.e. 0 °, 90 °, 1B0 °, 270 °. In this case, the rash on the detector plates according to Fig. 10C is obtained. thus sensitivity in two directions by detecting phase purity at 45 ° and 135 °, as shown in Fig. 10D, and as shown in Fig. 10C, which shows a direction diagram for sensing.

Två motstående arrangemang av den i fig. 10A visade typen ger avvikelse i x-riktning och två motstående arrangemang vinkel- rätt mot dessa ger avvikelse i y-riktning. Alla fyra arrange- mangen är separat matade, såsom visas av de fyra kretsarna i fig. 10D. Här kan man välja att antingen ha samma frekvens hos kretsarnas matningsspänningar eller inbördes olika matnings- spänningar. Såsom visas i översta kretsen i fig. 10D sker de- modulering med referenssignal med fyrkantvåg med 90” inbördes fasförskjutning (45° resp. 135°) till de till operationsför- stärkarens 171 utgång kopplade fasdetektorerna 173 och 174 på samma sätt, som beskrivits ovan. Signalerna från fasdetekto- rerna matas genom var sin buffertförstärkare Bul och Bu2. Om nu den i fig. 10D visade kretsen är kopplad till ett elektrod- plattarrangemang för indikering av x-riktning anger utsignalen U1 från den med signal med fasförskjutningen 0° fasdetekterade signalen rörelse vinkelrätt mot x-riktningen, dvs i z-rikt- ningen, under det att den andra utsignalen U2 anger rörelse i x-riktningen. 465 981 10 15 20 25 30 35 22 I fig. l0D visas de fyra rörelseindikeringskretsarna under varandra. Såsom nämndes ovan skall med det i denna utförings- form visade arrangemanget sex olika avvikelser från ett nor- malläge indikeras. Såsom visas i fig. 1OD erhålles åtta utsig- vilka direkt eller i kombination med varandra ger de vilket bestämt, vilket ju inte innebär någon nackdel precis. vridning naler, olika avvike1serna,, innebär att systemet blir över- omkring y-axeln erhålles genom att utnyttja skillnaden mellan utsignalerna 2 och. z vridning omkring x-axeln genom att A B' utnyttja skillnaden mellan utsignalerna zc och 2D och vridning omkring 2-axeln genom kombination av XA, xB, yA och yB. Ren rörelse i x-riktningen av antingen x eller A xB och i y-riktningen av antingen yA eller yB och i 2-riktningen av någon av 2 - z Om avvikelsen från. nor- malläget är en blandning avA olikaB riktningar och vridningar blir beräkningarna av de olika avvikelsekomponenterna relativt komplicerad. Utsignalerna från kretsarna i fig. l0D matas där- för till en dator presenterar de sex erhållningsbara storheterna. (icke visad), som utför beräkningarna och I en mätmaskin med rörlig mätsond är ett av problemen att er- hålla hög mäthastighet och ändå ha en. hög noggrannhet. Det gäller ju att stoppa mätbalksrörelsen i ett så centralt läge som möjligt i förhållande till mätsondens centralavkännande område.Two opposite arrangements of the type shown in Fig. 10A give deviation in the x-direction and two opposite arrangements perpendicular to these give deviation in the y-direction. All four arrangements are fed separately, as shown by the four circuits in Fig. 10D. Here you can choose to either have the same frequency of the circuits' supply voltages or mutually different supply voltages. As shown in the upper circuit of Fig. 10D, demodulation with reference signal with square wave with 90 "mutual phase shift (45 ° and 135 °, respectively) to the phase detectors 173 and 174 connected to the output of the operational amplifier 171 takes place in the same manner as described above. . The signals from the phase detectors are fed through separate buffer amplifiers Bul and Bu2. If now the circuit shown in Fig. 10D is connected to an electrode plate arrangement for indicating x-direction, the output signal U1 from the signal with phase shift signal 0 ° indicates movement perpendicular to the x-direction, i.e. in the z-direction, while the second output signal U2 indicates movement in the x-direction. 465 981 10 15 20 25 30 35 22 In Fig. 10D the four motion indicating circuits are shown below each other. As mentioned above, with the arrangement shown in this embodiment, six different deviations from a normal position must be indicated. As shown in Fig. 1OD, eight views are obtained, which directly or in combination with each other give a definite result, which does not exactly mean any disadvantage. rotation nals, the different deviations ,, means that the system becomes over the y-axis is obtained by utilizing the difference between the output signals 2 and. z rotation about the x-axis by A B 'utilizing the difference between the output signals zc and 2D and rotation about the 2-axis by combining XA, xB, yA and yB. Pure motion in the x-direction of either x or A xB and in the y-direction of either yA or yB and in the 2-direction of any of 2 - z If the deviation from. the normal mode is a mixture of different directions and rotations, the calculations of the different deviation components become relatively complicated. The output signals from the circuits in Fig. 10D are therefore fed to a computer presenting the six obtainable quantities. (not shown), which performs the calculations and In a measuring machine with a moving measuring probe, one of the problems is to obtain a high measuring speed and still have one. high accuracy. It is important to stop the measuring beam movement in as central a position as possible in relation to the measuring probe's central sensing area.

Detta kan ske antingen genom låg hastighet hos mätbalken eller att tillåta högre hastighet och ha återgång (översving), dvs tillbakakörníng av mätbalken. efter att den har passerat ut utanför aktuellt mätområde för att få hög mätnoggrannhet. De dynamiska krafterna gör att kort bromssträcka är störande på mätnoggrannheten.This can be done either by low speed of the measuring beam or to allow higher speed and have return (overshoot), ie reversing of the measuring beam. after it has passed out of the current measuring range to obtain high measuring accuracy. The dynamic forces mean that short braking distances interfere with the measurement accuracy.

Oftast kan dock inte hastigheten väljas högre än en viss topp- hastighet med tanke på säkerheten.In most cases, however, the speed cannot be selected higher than a certain top speed for safety reasons.

Genom att i en sond med egen kraftgivare utnyttja denna kraft- givare till att ge ställfunktion, där positionen kan bestämmas 10 15 20 25 30 35 465 981 23 till riktning och storlek, förskjuta sondens mätspets (maxi- malt) i framåtriktningen i rörelseriktningen kan man tillåta en högre mäthastighet än tidigare samtidigt som man undviker tillbakakörning av mätbalken och säkerhetsaspekterna är upp- fyllda.By using this power sensor in a probe with its own power sensor to provide a setting function, where the position can be determined 10 15 20 25 30 35 465 981 23 to the direction and size, the probe's measuring tip (maximum) can be displaced in the forward direction in the direction of movement. allow a higher measuring speed than before while avoiding reversing the measuring beam and the safety aspects are met.

Processorn 180 i fig. 11 kan i ett sådant fall ha en ingång kopplad till en enhet 185, träffande mätbalkens rörelseríktning. tingen matas med ett progrann via den. yttre styrenheten 181 eller, om denna möjlighet skall vara permanent inbyggd i son- den, från början vara försedd med en programvara, som beräknar den ström AX, AY, A2. som skall matas till kraftgivarens respektive lindningar för att ställa ut sondens spets med framförhållning i rörelseriktningen så förskjuten att broms- sträckan i princip fördubblas för "nödstopp". Maximíhastighe- ten kan härvid fördubblas vid konstant bromskraft, dvs man får ungefär dubbla bromssträckan. som ger en digital utsignal be- Processorn 180 kan an- För mätändamål gäller, att eftersom anslagspunkten i princip är känd, kan hastigheten väljas maximal-anpassad för broms- sträcka till "O"-läge eller så anpassad, att mätningen sker vid viss konstant hastighet. då "0"-läget passeras och därvid minsta felen i den analoga mätsondens utsignal föreligger.The processor 180 in Fig. 11 may in such a case have an input connected to a unit 185, affecting the direction of movement of the measuring beam. things are fed with a program via it. external control unit 181 or, if this possibility is to be permanently built into the probe, be provided from the beginning with a software which calculates the current AX, AY, A2. which are to be fed to the respective transducers of the power sensor in order to expose the tip of the probe with advance in the direction of movement so offset that the braking distance is in principle doubled for "emergency stop". The maximum speed can then be doubled at constant braking force, ie you get approximately double the braking distance. For measuring purposes, since the stop point is in principle known, the speed can be selected maximum-adapted for braking distance to "0" position or so adapted that the measurement takes place at a certain constant speed. when the "0" position is passed and the smallest error in the output signal of the analog measuring probe is present.

Allt detta beräknas av processorn 180 med hjälp av härför ägnad programvara. styr då naturligtvis förutom strömmatningen AX, AY, AZ till kraftgivarens lindningar även en styrenhet 186 för mätbalken. Styrenheten kan förses som ger mätbalken varierad hastighet i de olika riktningarna alltefter omständigheterna. Så snart mätsonden stöter emot ett hinder i rörelseriktningen, indikeras detta genom en ändring av en eller flera av insignalerna x,y,z till mikroprocessorn 180, vilken beräknar ägnad utsignal till en- heten 186 och ägnade utsignaler AX, Ay, A2 för att mät- balken skall komma till stillestånd i närheten av det avkända hindret och sonden när den har nått dit skall vara ställd i PIOCQBSOEH med signaler, sitt normalläge. i4e5 981 10 15 20 25 30 35 24 Om mätobjektets position och utseende är känt i princip kan mätbalken styras att förflytta sig med hög hastighet till ett läge i närheten av objektet och därifrån styras att förflytta sig med en hastighet, som är så avpassad att mätbalken kan styras till stillastående från det ögonblick sonden stöter på mätobjektet på en sträcka som motsvara sondens utböjning i rörelseriktningen. Kraftgivaren styrs då också till att íntaga neutralläge för sonden.All this is calculated by the processor 180 using the appropriate software. then, of course, in addition to the current supply AX, AY, AZ to the windings of the power sensor, also controls a control unit 186 for the measuring beam. The control unit can be provided which gives the measuring beam varied speed in the different directions according to the circumstances. As soon as the measuring probe encounters an obstacle in the direction of movement, this is indicated by a change of one or more of the input signals x, y, z to the microprocessor 180, which calculates the suitable output signal to the unit 186 and suitable output signals AX, Ay, A2 for measuring - the beam shall come to a standstill in the vicinity of the sensed obstacle and the probe when it has reached there shall be set in PIOCQBSOEH with signals, its normal position. i4e5 981 10 15 20 25 30 35 24 If the position and appearance of the measuring object is known in principle, the measuring beam can be controlled to move at a high speed to a position near the object and from there controlled to move at a speed which is so adapted that the measuring beam can be controlled to a standstill from the moment the probe encounters the measuring object on a distance corresponding to the deflection of the probe in the direction of movement. The power sensor is then also controlled to assume a neutral position for the probe.

I och med att man har möjlighet att kunna ställa ut mätsonden i vilken riktning som helst kan detta utnyttjas för speciella typer av mätningar. Processorn 180 ger möjlighet till olika typer av beräkningar för att styra sondens kraftgivare och detta kan naturligtvis utnyttjas genom att mata in olika typer av programvara i processorn från enheten 181.Since it is possible to exhibit the measuring probe in any direction, this can be used for special types of measurements. The processor 180 allows different types of calculations to control the probe's sensor and this can of course be utilized by inputting different types of software into the processor from the unit 181.

Man kan t.ex. sänka ner sonden i ett hål och mäta upp hålets form genom att styra utställning av den i en roterande rörelse och avkänna med sondens avkänningsdel vid vilka utställnings- vinklar i olika horisontallägen sondens spets gör kontakt med hålets väggar.One can e.g. lower the probe into a hole and measure the shape of the hole by controlling the exposition of it in a rotating motion and sensing with the sensing part of the probe at which exposing angles in different horizontal positions the tip of the probe makes contact with the walls of the hole.

Man kan förse en givare med återkoppling via kraftgivaren med sådana egenskaper, att den får stort motstånd i en riktning, t.ex. X-riktningen, men är mjuk i en annan riktning, t.ex. y-riktningen. Detta åstadkommas genom att återföra x-mätsigna- len med negativt tecken på x-kraftgivaren under det att y-mät- signalen återföra med positivt tecken eller inte alls. Denna egenskap är värdefull i det fall man har behov av att skanna en sond över en yta efter givna linjer. Det är naturligtvis också möjligt att ha varierande motkraft soid) genom att ha inbördes olika återkopplingsgrad i x-, yoch 2-riktningarna. Återkopplingsgraden kan också göras varierande alltefter graden av avvikelse från normalläget, så att känne- dom om läget används som förstärkningskorrigering i strömför- stärkare till kraftgivaren. (elasticitetselip- 10 15 20 25 30 35 465 981 25 Kraftgivaren kan även genom beräkning i processorn kompenseras för olinjäritet hos den återförande fjädern 30 (se fig. 3A) eller fjäderarrangemanget. De olika dataprogrammen och algoritmerna för att åstadkomma de ovan angivna styrningarna är banala att åstadkomma för en programmerare på basis av de givna uppgifterna och beskrivs därför icke närmare. Kompense- ringar kan t.ex. åstadkommas genom att utföra jämförande mät- ningar mot en referenssond och lagra därvid erhållna kompense- ringsvärden i ett fast minne.A sensor can be provided with feedback via the power sensor with such properties that it has great resistance in one direction, e.g. X-direction, but is soft in another direction, e.g. the y-direction. This is accomplished by returning the x-measurement signal with a negative sign to the x-power sensor while returning the y-measurement signal with a positive sign or not at all. This feature is valuable in case you need to scan a probe over a surface along given lines. Of course, it is also possible to have varying counterforce soid) by having mutually different degrees of feedback in the x, y and 2 directions. The degree of feedback can also be varied according to the degree of deviation from the normal position, so that knowledge of the position is used as a gain correction in the current amplifier to the power sensor. The elasticity can also be compensated for by non-linearity of the return spring 30 (see Fig. 3A) or the spring arrangement by calculation in the processor. The various computer programs and algorithms for achieving the above-mentioned controls are banal. to achieve for a programmer on the basis of the given data and is therefore not described in more detail.Compensation can be achieved, for example, by performing comparative measurements against a reference probe and storing the resulting compensation values in a fixed memory.

Det finns en typ av kända optiska mätmaskiner, vilka mäter mot som förflyttar sig i sidled, fokuserar i Detta är principen för exempelvis VIDICOM marknadsförd av OGP. Nackdelen med denna typ av mät- maskin är att det inte finns möjlighet till mekanisk uppmät- ning. vissa maskiner görs därför så att de förses med en sond i z-axeln. vilket ger en bra lösning (kombinationsmaskiner). ett X.Y-b0rd. varvid optiken z-riktningen.There is a type of known optical measuring machines, which measure against that which moves laterally, focuses in This is the principle for, for example, VIDICOM marketed by OGP. The disadvantage of this type of measuring machine is that there is no possibility of mechanical measurement. some machines are therefore made to be fitted with a probe in the z-axis. which provides a good solution (combination machines). an X.Y board. wherein the optics z-direction.

Fig. 12 visar en användning av en sond enligt uppfinningen tillsammans med en optisk mätanordning, som undersöker avstån- det till ett x,y-mätbord 190 genom att med en lins 192 mo x.y- -bordet fokusera ett strålknippe från en enkel laseravstånds- mätare 191 med enkel fokuseringsjustering av den typ, som finns i en del kameror. För fokuseringen behövs framför allt randstrålarna i ljuspaketet, vilka ger en bättre, dvs skarpa- re, fokusering än de lågt vinklade, centrala strålarna. Foku- seringen injusteras medelst en linshållardel 191', som är rör- lig i 2-riktningen.Fig. 12 shows a use of a probe according to the invention together with an optical measuring device, which examines the distance to an x, y measuring table 190 by focusing with a lens 192 mo xy - the table a beam from a simple laser distance meter 191 with simple focus adjustment of the type found in some cameras. For focusing, the edge rays in the light package are needed above all, which give a better, ie sharper, focus than the low-angle, central rays. The focus is adjusted by means of a lens holder part 191 ', which is movable in the 2-direction.

Enligt en extra utföringsform av uppfinningen kan då den fokuserande linsen 192 förses med ett centralt genomgående hål 193, och en sond 194 av den ovan beskrivna typen placeras så att dess stav 195 med mätspets 196 går genom hålet 193. Där- igenom blir sonden 194 helt centralt placerad i den optiska mätanordningen utan att den skymmer för fokuseringen. Sonden kan då sänkas ner för att ge mekanisk uppmätning av objektet som ger noggrannt laseravståndsmätaren (icke visad), till med hjälp av en drivenhet bestämbart avstånd i förhållande 465 981 10 15 20 25 30 35 26 193. Dylika drivenheter är välkända inom tekniken och behöver därför inte beskrivas närmare. Eftersom avståndet mellan mät- spetsen 197 och sondhuvudet 195 liksom mellan sondhuvudet 195 och avståndsmätarhuvudet 193 är kända, kan fokuseringspunkten bestämmas noggrannt med den mekaniska mätningen och injuste- ring av fokuseringspunkten ske ytterst noggrant, när mekanisk mätning sker genom nedsänkning av sonden 195. Det noggranna mätresultatet kan också utnyttjas för att kalibrera den optis- ka avståndsmätaren, varigenom efterföljande beröringsfri mät- ning med enbart den optiska enheten 193 och den mekaniska son- den i upplyftat läge får förhöjd noggrannhet.According to an additional embodiment of the invention, the focusing lens 192 can then be provided with a central through hole 193, and a probe 194 of the type described above is placed so that its rod 195 with measuring tip 196 passes through the hole 193. Thereby the probe 194 becomes completely centrally located in the optical measuring device without obscuring the focus. The probe can then be lowered to provide mechanical measurement of the object which accurately gives the laser distance meter (not shown), to a distance determinable by means of a drive unit in relation to 465 981 10 15 20 25 30 35 26 193. Such drives are well known in the art and need therefore not described in more detail. Since the distance between the measuring tip 197 and the probe head 195 as well as between the probe head 195 and the distance meter head 193 are known, the focusing point can be determined accurately with the mechanical measurement and adjustment of the focusing point takes place extremely accurately, when mechanical measurement takes place The measurement result can also be used to calibrate the optical distance meter, whereby subsequent non-contact measurement with only the optical unit 193 and the mechanical probe in the raised position has increased accuracy.

Kombinationsarrangemanget med en optisk mätanordning kan utfö- ras i ett flertal varianter. I fig. 13 visas sondens huvud 197 placerad utanför ljusknippet från enheten 191 och försedd med en krökt mätstav 198. som ansluter till den utmed z-axeln genom det centrala hålet 193 i linsen löpande del 195' av staven med mätkulan 196'.The combination arrangement with an optical measuring device can be carried out in a number of variants. Fig. 13 shows the head 197 of the probe placed outside the light beam from the unit 191 and provided with a curved measuring rod 198, which connects to the part 195 'of the rod with the measuring ball 196' running along the central hole 193 in the lens.

Fig. 14 visar ett vid sidan av det optiska mätarrangemanget placerat sondhuvud 199 med en krökt avkänningsstav 200 med en under linsen placerad axiell del 195" med mätkula 196".Fig. 14 shows a probe head 199 placed next to the optical measuring arrangement with a curved sensing rod 200 with an axial part 195 "with measuring ball 196" placed under the lens.

Fig. 15 visar att det vid sidan placerade sondhuvudet 201 även kan vara förbundet med mätkulan 203 med en snedställd och avböjd stav 202. Den snedställda staven kan även ha mätkulan direkt på sin ände (icke visat).Fig. 15 shows that the probe head 201 placed on the side can also be connected to the measuring ball 203 with an inclined and deflected rod 202. The inclined rod can also have the measuring ball directly on its end (not shown).

Många modifieringar är möjliga inonn ramen för uppfinningen.Many modifications are possible within the scope of the invention.

För kraftgivaren är det även möjligt att använda drivsystemet som en dynamisk dämpningsanordning för mätstaven genom att ha kortslutna spolar. För detta användningsändamål kan man ha en ledande cylinder mekaniskt förbunden med den rörliga staven och placerad i ett magnetfält. Olika matningsfrekvenser men i olika fas kan t.ex. användas för att mata de olika kondensato- rerna även för indikering av samma riktning.For the power sensor, it is also possible to use the drive system as a dynamic damping device for the measuring rod by having short-circuited coils. For this purpose, a conductive cylinder may be mechanically connected to the movable rod and placed in a magnetic field. Different feed frequencies but in different phases can e.g. can be used to supply the different capacitors also for indicating the same direction.

Claims (24)

10 15 20 25 30 465 981 27 Patentkrav10 15 20 25 30 465 981 27 Patent claims 1. Analog sensor med avkänning av avvikelse från ett normal- läge i minst två riktningar, vilken sensor innefattar en mekanisk avkänningsenhet (1,2,8,9,10;35,36,33,34;51,52,58,59) med en mätspets (2;36;52), vars avvikelse från sitt normal- läge skall indikeras, k ä n n e t e c k n a d av att mät- spetsen (2;36;52) är fäst vid ena änden av en stav (1;20;35;51;80), som har en avkänningsdel (8,9;54,55;71,72) placerad i avkänningsenheten, på sådant sätt att avkännings- delen vid yttre förskjutande påverkan på mätspetsen i någon riktning är förställbar från en normalposition väsentligen kring en centralpunkt (CM;CM') och återförbar till normal- positionen med en kraftanordning (3;21;30;53;73;FIG 7A-7C,FIG 9A,9B), och att förställningen från normalpositionen kring centralpunkten indikeras för att ge mått på avvikelsen, varigenom sensorn utför vinkelavkänning för förskjutnings- kraftkomponenter på sensorspetsen, vilka kraftkomponenter verkar i ett plan, som är vinkelrätt mot sensorns symmetri- axel.An analog sensor with sensing deviation from a normal position in at least two directions, which sensor comprises a mechanical sensing unit (1,2,8,9,10; 35,36,33,34; 51,52,58,59 ) with a measuring tip (2; 36; 52), the deviation of which from its normal position must be indicated, characterized in that the measuring tip (2; 36; 52) is attached to one end of a rod (1; 20; 35; 51; 80), which has a sensing part (8.9; 54.55; 71.72) placed in the sensing unit, in such a way that the sensing part is externally displaceable in any direction from a normal position in the event of an external displacement around a central point (CM; CM ') and returnable to the normal position with a power device (3; 21; 30; 53; 73; FIGS. 7A-7C, FIG. 9A, 9B), and that the displacement from the normal position around the central point is indicated to provide a measure of the deviation, whereby the sensor performs angular sensing for displacement force components on the sensor tip, which force components act in a plane which is perpendicular to the symmetry of the sensor - shoulder. 2. Analog sensor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att avkänningsdelen är infäst i en fjädrande kraftanordning.2. An analog sensor according to claim 1, characterized in that the sensing part is attached to a resilient force device. 3. Analog sensor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att avkänningsdelen är frisvävande upphängd och kraftanord- ningen är anordnad att återföra den till normalpositionen med magnetisk påverkan (fig. 9A).3. An analogous sensor according to claim 1, characterized in that the sensing part is suspended in a free-floating manner and the power device is arranged to return it to the normal position with magnetic action (Fig. 9A). 4. Analog sensor enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av att sensorn är anordnad att göra en linjär avkänning för en förskjutningskraftkomponent, som verkar på mätspetsen axiellt beträffande sensorn. 465 981 10 15 20 25 30 35 284. An analogous sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor is arranged to make a linear sensing for a shear force component which acts on the measuring tip axially with respect to the sensor. 465 981 10 15 20 25 30 35 28 5. Analog sensor enligt något av föregående krav, k ä n- n e t e c k n a d av ett hållararrangemang (3,8,9;3o;s3;151,1s2,1s3,1s4) för avkänningsenheten så anordnat att avkänningsenheten är för- skjutnings- och återförbar väsentligen omkring en central- punkt, en med avkänningsenheten styvt förbunden rörelseenhet (l0;33,34;58,59;150) försedd med minst en första elektrod- platta (D1,C1,E1;54,55;169,170) för ett kapacitivt element, ett stationärt arrangemang (11;31,32;58,59;156,157) försett med minst en andra elektrodplatta (AF;44,37,38,39,40,41,42, 45; a,b,c1,c1',dl,dl',a',b',c2,c2',d2,d2';l65-168) för ett kapacitivt element placerat nära rörelseenheten, att minst en variabel kondensator innefattande nämnda minst en elektrodplatta på rörelseenheten och nämnda minst en elektrodplatta på det stationära arrangemanget är anordnade åtminstone för de två första riktningarna, som skall indike- ras, att det för varje riktning, som skall indikeras, finns minst två kondensatorer, av vilka åtminstone en utgörs av nämnda minst en variabel kondensator, varvid minst två av kondensa- torerna är matningskondensatorer och matade med var sin växelspänning fasförskjutet till varandra, och matningskon- densatorerna befinner sig i ett normalförhållande till var- andra utan påverkan av mätspetsen, vilket förhållande föränd- ras vid förskjutning av mätspetsen, samt att minst en avkänningselektrodenhet (I;37,40;54,55; 169,170) gemensam för alla avkänningsriktningar, för vilka avvikelse skall indikeras, är anordnad såsom ena elektroden hos matningskondensatorerna; och för varje elektrodpar indi- keras värdeskillnaden mellan kondensatorerna i paret genom 10 15 20 25 30 35 465 981 29 att för varje avkänningsriktning en utsignal uttagen från avkänningselektrodenheten demoduleras fasrent i en individu- ell fasdetektor (17,18,l9;46,47,48;fig. 10D), och att den demodulerade utsignalen från varje fasdetektor står i en viss relation till anliggningsortens avvikelse från normalläget i den ifrågavarande riktningen.An analog sensor according to any one of the preceding claims, characterized by a holder arrangement (3,8,9; 30; s3; 151,1s2,1s3,1s4) for the sensing unit so arranged that the sensing unit is displaceable and returnable substantially around a central point, a movement unit rigidly connected to the sensing unit (10; 33.34; 58.59; 150) provided with at least one first electrode plate (D1, C1, E1; 54.55; 169.170) for a capacitive element, a stationary arrangement (11; 31.32; 58.59; 156.157) provided with at least one second electrode plate (AF; 44, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 45; a, b, c1, c1). ', d1, d1', a ', b', c2, c2 ', d2, d2'; l65-168) for a capacitive element located near the motion unit, that at least one variable capacitor comprising said at least one electrode plate on the motion unit and said at least an electrode plate on the stationary arrangement are arranged at least for the first two directions to be indicated, that for each direction to be indicated there are at least two capacitors, of which at least one consists of said at least one variable capacitor, wherein at least two of the capacitors are supply capacitors and supplied with respective alternating voltages phase-shifted to each other, and the supply capacitors are in a normal relationship to each other without affecting the measuring tip, which ratio changes - landslide when displacing the measuring tip, and that at least one sensing electrode unit (I; 37,40; 54,55; 169,170) common to all sensing directions, for which deviation is to be indicated, is arranged as one electrode of the supply capacitors; and for each electrode pair, the value difference between the capacitors in the pair is indicated by the fact that for each sensing direction an output signal taken from the sensing electrode unit is demodulated in a pure phase in an individual phase detector (17, 18, 19; 46, 47, 29). 48; Fig. 10D), and that the demodulated output signal from each phase detector is in a certain relation to the deviation of the bearing location from the normal position in the direction in question. 6. Sensor enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att ett par kondensatorer är anordnade för varje riktning av nämnda elektrodplattor på rörelseenheten och elektrodplattor på det stationära arrangemanget, att för varje indikeringsriktning båda kondensatorerna i paret är matningskondensatorer, och att matningskondensatorerna är matade med var sin växelspän- ning med samma frekvens, vilka växelspänningar ligger i motfas till varandra, varvid en given kombination av impedans och växelspänning för de båda kondensatorerna i paret är lika i normalläget och kondensatorerna ändrar sina värden åt motsatta håll vid förskjutning från normalläget utmed avkän- ningsriktningen för paret.Sensor according to claim 5, characterized in that a pair of capacitors are arranged for each direction of said electrode plates on the movement unit and electrode plates on the stationary arrangement, that for each indication direction both capacitors in the pair are supply capacitors, and that the supply capacitors are fed with each their alternating voltage with the same frequency, which alternating voltages are in opposite phase to each other, whereby a given combination of impedance and alternating voltage for the two capacitors in the pair is equal in the normal position and the capacitors change their values in opposite directions when shifting from the normal position along the sensing direction for the couple. 7. Sensor enligt något av kraven 2, 4-6, k ä n n e t e c k - n a d av att hållararrangemanget innefattar en fjäder (3) med isoelastisk funktion.Sensor according to one of Claims 2, 4-6, characterized in that the holder arrangement comprises a spring (3) with an isoelastic function. 8. Sensor enligt något av kraven 5-7, k ä n n e t e c k n a d av att två par kondensatorkombinationer är anordnade för indikering av avvikelse från normalläget i två riktningar, varvid växelspänningsmatningen av de båda paren kondensator- kombinationerna för de båda riktningarna sker antingen med samma frekvens men med 90° inbördes fasförskjutning eller med två frekvenser, där den ena är n gånger den andra, där n är ett heltal, och att utsignalen är matad till två demodulato- rer för fasren demodulering med var sin matningsspänning.Sensor according to one of Claims 5 to 7, characterized in that two pairs of capacitor combinations are arranged to indicate deviation from the normal position in two directions, the alternating voltage supply of the two pairs of capacitor combinations for the two directions taking place either at the same frequency but with 90 ° mutual phase shift or with two frequencies, where one is n times the other, where n is an integer, and that the output signal is fed to two demodulators for phase-pure demodulation, each with its own supply voltage. 9. Sensor enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att ytterligare ett par kondensatorkombinationer är anordnade, vilka är matade med växelspänning med en frekvens, som an- 465 981 10 15 20 25 30 35 30 tingen är m gånger så stor som den högsta matningsfrekvensen för de övriga paren kondensatorkombinationer eller den minsta dividerad med m, där m är ett heltal, och att utsignalen från avkänningselektrodenheten är matad till minst en demodule- ringsenhet med fasren demodulering för varje riktningsavkän- ning.Sensor according to Claim 8, characterized in that a further pair of capacitor combinations are provided, which are supplied with alternating voltage at a frequency which is approximately one times greater than the highest supply frequency. for the other pairs of capacitor combinations or the smallest divided by m, where m is an integer, and that the output signal from the sensing electrode unit is fed to at least one demodulation unit with pure demodulation for each direction sensing. 10. Sensor enligt något av kraven 5-9, k ä n n e t e c k- n a d av en andra gemensam elektrodenhet (38,39,41,42,44), vilken är Bootstrap-kopplad till utgången på en operations- förstärkare (OP3), vars ena ingång är kopplad till den gemen- samma avkänningselektrodenheten (37,40).A sensor according to any one of claims 5-9, characterized by a second common electrode unit (38,39,41,42,44), which is Bootstrap-coupled to the output of an operational amplifier (OP3), one input of which is connected to the common sense electrode unit (37,40). 11. Sensor enligt något av kraven 5-9, k ä n n e t e c k- n a d av en tredje gemensam elektrodenhet (r,44) placerad nära men isolerad från avkänningselektrodenheten, vilken tredje elektrodenhet är ansluten till jord.A sensor according to any one of claims 5-9, characterized by a third common electrode unit (r, 44) located close to but isolated from the sensing electrode unit, which third electrode unit is connected to ground. 12. Sensor enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a d av en kraftgivare med en rörlig del, som är förbunden med sensorns rörliga del, vilken kraftgivare är anordnad att ge extra kraft i den eller de riktningar, som den rörliga delen tenderar att röra sig i (fig. 5A, 5B, 6, 7A-7C, 8A-8C, 9A, 9B, l0A-l0D).Sensor according to any one of the preceding claims, characterized by a force sensor with a moving part, which is connected to the moving part of the sensor, which force sensor is arranged to provide extra force in the direction or directions which the moving part tends to to move in (Figs. 5A, 5B, 6, 7A-7C, 8A-8C, 9A, 9B, 10A-10D). 13. Sensor enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att endera av kraftgivarens till sensorns rörliga avkänningsdel mekaniskt kopplade del eller den stationära delen nära den kopplade delen är försedd med ett lindningsarrangemang (L;lq;61,62,66;72-75) för varje rörelseriktning, och att den andra delen av nämnda delar är försedd med ett arrangemang av vid mätningstillfället konstant magnetiserade magneter (52,53,54,55;76,77), företrädesvis permanentmagneter, place- rade stationärt för samverkan med lindningsarrangemanget, samt att arrangemanget av lindningsarrangemang och konstant magnetiserade magneter är sådant, att för varje aktivering av lindningsarrangemanget för denna riktning lindnings- 10 15 20 25 30 35 465 981 31 arrangemanget tillsammans med konstanta magnetfält från magneterna ger en kraft åt den rörliga delen i avsedd rikt- ning.Sensor according to claim 12, characterized in that either of the power part mechanically coupled to the movable sensing part of the sensor or the stationary part near the coupled part is provided with a winding arrangement (L; lq; 61,62,66; 72-75) for each direction of movement, and that the second part of said parts is provided with an arrangement of magnets constantly magnetized at the time of measurement (52,53,54,55; 76,77), preferably permanent magnets, placed stationary for co-operation with the winding arrangement, and that the arrangement of winding arrangements and constantly magnetized magnets is such that for each activation of the winding arrangement for this direction the winding arrangement together with constant magnetic fields from the magnets gives a force to the moving part in the intended direction . 14. Sensor enligt krav 12 eller 13, k ä n n e t e c k n a d av att hållararrangemanget utgöres av kraftgivaren, så att det är frisvävande, dvs utan mekanisk förankring i det sta- tionära arrangemanget (fig. 9A).Sensor according to Claim 12 or 13, characterized in that the holder arrangement consists of the force sensor, so that it is free-floating, ie without mechanical anchoring in the stationary arrangement (Fig. 9A). 15. Sensor enligt krav 13 eller 14, k ä n n e t e c k n a d av att varje lindning är placerad så att dess magnetfält, när den är aktiverad, löper i väsentligen samma riktning, som ett magnetfält givet mellan ett par av magneter i magnetarrange- manget, vilka magneter är så utformade och placerade, att de ger ett i sidled avgränsat magnetfält, som löper endast delvis genom lindningen vid ena sidan av den, varvid vid strömmatning genom lindningen i en riktning som ger ett magnetfält motriktat mot magnetfältet genom lindningen, lindningen tenderar att dras mot magnetfältet, så att det kommer mer centralt i lindningen, och vid strömmatning i motsatt riktning ger repellering från magnetfältet.Sensor according to claim 13 or 14, characterized in that each winding is positioned so that its magnetic field, when activated, runs in substantially the same direction as a magnetic field given between a pair of magnets in the magnet arrangement, which magnets are so designed and positioned that they provide a laterally defined magnetic field which extends only partially through the winding at one side thereof, wherein when current is fed through the winding in a direction which gives a magnetic field opposite to the magnetic field through the winding, the winding tends to be pulled towards the magnetic field, so that it comes more centrally in the winding, and when current is supplied in the opposite direction, repels from the magnetic field. 16. Sensor enligt något av kraven 12-15, k ä n n e t e c k - n a d av att en signalbehandlingsenhet (180) är kopplad till kraftgivaren och sensorn, vilken signalbehandlingsenhet är anordnad att styra kraftgivaren till rörelser enligt i förväg givna villkor.A sensor according to any one of claims 12-15, characterized in that a signal processing unit (180) is connected to the power sensor and the sensor, which signal processing unit is arranged to control the power sensor for movements according to predetermined conditions. 17. Sensor enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d av att signalbehandlingsenheten (180) också är kopplad till en mätbalk (185,186), på vilken sonden är fäst, och erhåller signaler beträffande mätbalkens rörelser från mätbalken, och att signalbehandlingsenheten är anordnad att mata det kraft- givande arrangemanget med signaler, som ställer ut sondens rörliga del i mätbalkens rörelseriktning och som när sonden indikerar ändring i läget hos sensorns rörliga del styr 465 981 10 15 20 25 30 35 32 mätbalken till stillastående och de kraftgivande arrange- mangen till minskad kraftgivning i rörelseriktningen.Sensor according to claim 16, characterized in that the signal processing unit (180) is also connected to a measuring beam (185, 186), to which the probe is attached, and receives signals regarding the movements of the measuring beam from the measuring beam, and that the signal processing unit is arranged to supply that force. - providing the arrangement with signals, which exhibits the moving part of the probe in the direction of movement of the measuring beam and which when the probe indicates a change in the position of the moving part of the sensor 465 981 10 15 20 25 30 35 32 the measuring beam to a standstill and the energizing arrangements for reduced power in the direction of movement. 18. Sensor enligt krav 16 eller 17, k ä n n e t e c k n a d av att signalbehandlingsenheten är en processor (180) matad med ett program, som ger styrning av de kraftgivande arrange- mangen och eventuella kringutrustningar för sonden i enlighet med i förväg valda villkor.Sensor according to claim 16 or 17, characterized in that the signal processing unit is a processor (180) fed with a program, which provides control of the energizing arrangements and any peripherals for the probe in accordance with preselected conditions. 19. Sensor enligt krav 17 och 18, k ä n n e t e c k n a d av att processorn är matad med ett styrprogram för uppmätning av ett objekt vars lägesdata är kända i princip och för varje mätpunkt styr mätbalken med maximal hastighet fram till ett läge kort före det ställe mätpunkten i princip skall befinna sig vid, därefter sänker hastigheten till en hastighet, som efter sondens indikering av ändring ger en bromssträcka ner till stillastående, som sammanfaller med de kraftgivande arrangemangens ändring från utställd sond till en sond i ett neutralläge utan extra kraftgivning och med anliggning av sonden mot objektet.Sensor according to claims 17 and 18, characterized in that the processor is fed with a control program for measuring an object whose position data are known in principle and for each measuring point controls the measuring beam at maximum speed up to a position shortly before the measuring point in principle should be at, then the speed decreases to a speed which, after the probe's indication of change, gives a braking distance down to a standstill, which coincides with the change of the force-arranging arrangements from exhibited probe to a probe in a neutral position without extra power and with abutment of the probe towards the object. 20. Sensor enligt något av kraven 12-19, k ä n n e t e c k - n a d av att de kraftgivande arrangemangen är anordnade att matas med signaler, som ger inbördes olika kraftgivning i olika riktningar.Sensor according to one of Claims 12 to 19, characterized in that the energizing arrangements are arranged to be supplied with signals which give mutually different energizing in different directions. 21. Sensor enligt något av föregående krav, ingående i ett mätarrangemang för optisk och mekanisk uppmätning av ett mät- objekt innefattande en optisk avståndsgivningsenhet med en linsenhet (192) och arrangemang för att ge fokusering på mät- objektet (190), spets (196) vid mekanisk mätning mot mätobjektet är förskjut- k ä n n e t e c k n a d av att sondens mät- bar mot mätobjektet utmed linsenhetens optiska axel och däremellan är placerad på optiska axeln retarderat från mätobjektet. 10 465 981 33 k ä n n e t e c k n a d av att hela sonden är placerad på den optiska axeln (fig. 12-15).A sensor according to any one of the preceding claims, included in a measuring arrangement for optical and mechanical measurement of a measuring object comprising an optical distance sensing unit with a lens unit (192) and an arrangement for giving focus to the measuring object (190), tip (196 ) in mechanical measurement against the measuring object, the displacement is characterized in that the probe can be measured against the measuring object along the optical axis of the lens unit and in between is placed on the optical axis retarded from the measuring object. 10 465 981 33 recognizes that the entire probe is placed on the optical axis (Figs. 12-15). 22. Sensor enligt krav 21,A sensor according to claim 21, 23. Sensor enligt krav 22, k ä n n e t e c k n a d av att mätspetsen (196) är placerad på en stav (195), vilken löper genom ett centralt genomgående hål (193) i linsenheten, och att sondens huvud (194) är placerat på motstående ände om staven mot mätspetsen och placerad nära linsenheten.Sensor according to claim 22, characterized in that the measuring tip (196) is placed on a rod (195), which runs through a central through hole (193) in the lens unit, and that the head of the probe (194) is placed on the opposite end. about the rod against the measuring tip and placed near the lens unit. 24. Sensor enligt krav 21, k ä n n e t e c k n a d av att själva sonden (197, 199) är placerad bredvid det optiska arrangemanget och är förenad med sin mätspets (196';196") med en arm, som är antingen rak eller vinklad på några stäl- len.Sensor according to claim 21, characterized in that the probe itself (197, 199) is located next to the optical arrangement and is connected to its measuring tip (196 '; 196 ") by an arm which is either straight or angled on some places.
SE9001064A 1990-03-23 1990-03-23 Analogue displacement sensor SE465981B (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9001064A SE465981B (en) 1990-03-23 1990-03-23 Analogue displacement sensor
US07/924,008 US5326982A (en) 1990-03-23 1991-03-22 Analogue displacement sensor
PCT/SE1991/000224 WO1991014923A1 (en) 1990-03-23 1991-03-22 Analogue displacement sensor
EP91907121A EP0521092B1 (en) 1990-03-23 1991-03-22 Analogue displacement sensor
JP3506528A JPH05505240A (en) 1990-03-23 1991-03-22 Analog displacement sensor
DE69127277T DE69127277T2 (en) 1990-03-23 1991-03-22 ANALOGUE DEVIATION SENSOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9001064A SE465981B (en) 1990-03-23 1990-03-23 Analogue displacement sensor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9001064D0 SE9001064D0 (en) 1990-03-23
SE9001064L SE9001064L (en) 1991-09-24
SE465981B true SE465981B (en) 1991-11-25

Family

ID=20378971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9001064A SE465981B (en) 1990-03-23 1990-03-23 Analogue displacement sensor

Country Status (1)

Country Link
SE (1) SE465981B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
SE9001064L (en) 1991-09-24
SE9001064D0 (en) 1990-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0521092B1 (en) Analogue displacement sensor
JP6713511B2 (en) Position detection system
TW300975B (en)
CN102047126B (en) Capacitive sensor having cyclic and absolute electrode sets
US6131457A (en) Acceleration sensor
EP3834195B1 (en) Electronic drums
JP7338099B2 (en) Multi-level rotary resolver with inductive sensors
US4941354A (en) Tri-axial accelerometers
US20050252293A1 (en) Magnetic MEMS device and method of forming thereof
US20190242725A1 (en) Multi cycle dual redundant angular position sensing mechanism and associated method of use for precise angular displacement measurement
CN102262167A (en) Multi-dimensional displacement acceleration sensor
SE465981B (en) Analogue displacement sensor
JP2010066203A (en) Position detector of movable part, and two-degree-of-freedom actuator
SE451898B (en) FLEXIBLE BODY WITH ELECTRIC conductor
US6856067B2 (en) Device and method for electrostatically levitating a disk and method for using an electrostatic levitated disk as a sensor
SE518982C2 (en) Adjustment of an angular position to a robotic arm
US3238788A (en) Accelerometer
SE465844B (en) Accessory for a displacement sensor
US5024088A (en) Electromagnetic accelerometer
JPH11183514A (en) Acceleration detecting device
JP4125059B2 (en) Multi-axis tilt detector
US4355541A (en) Magnetic gyroscope
JPH03138501A (en) Position detecting device
SU666483A1 (en) Two degree-of-freedom accelerometer
RU2193762C1 (en) Force cell

Legal Events

Date Code Title Description
NAL Patent in force

Ref document number: 9001064-6

Format of ref document f/p: F

NUG Patent has lapsed

Ref document number: 9001064-6

Format of ref document f/p: F