SE465981B - Analog foerskjutningssensor - Google Patents

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.

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.

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.

Fig.

Fíg.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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".

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.

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).

Fig 4A, 4B. 4C, 4D visar en fjärde utföringsform av anordning- en enligt uppfinningen. Denna utföringsform är den föredragna.

I perspektivvyn i fig. 4A visas för åskådlighets skull de in- gående avkännarelementen placerade längre från varandra än i verkligheten.

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.

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.

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.

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.

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.

Fig. 4c visar att denna matning kan ske via transformatorer, såsom beskrivits ovan.

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.

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'.

En skyddsring r' på skivan 59 resp. r på skivan 59 är placera- de radiellt ytterst och år kopplade till sondhuset.

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.

Likspänningsåterkoppling sker på samma sätt som beskrivits för och mellan delarna a' de ovan beskrivna utföringsformerna.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Avkänningskretsarna för sensordelen och styrkretsarna för kraftdelen är lämpligen placerade på ett stationärt styrled- níngsplan 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Oftast kan dock inte hastigheten väljas högre än en viss topp- hastighet med tanke på säkerheten.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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'.

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. 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).

Många modifieringar är möjliga inonn ramen för uppfinningen.

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.

Claims (24)

10 15 20 25 30 465 981 27 Patentkrav

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.

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.

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).

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 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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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).

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

22. Sensor enligt krav 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.

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.