SE468143B - Anordning foer maetning av fysikaliska storheter och deras omvandling till elektriska storheter, saerskilt foer laeges- eller avstaandsmaetning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 468 143 Uppgiften för uppfinningen är sålunda att åstadkomma en slitagefri positions- eller avståndsgivare. som förmår om- vandla även större linjära rörelser eller lägen (storleks- ordning 10-20 cm) till en motsvarande analog elektrisk storhet med hög noggrannhet. utan att kravet på god magnetisk kopp- ling, såsom vid de kända systemen, har avgörande betydelse.

Uppfinningens fördelar Genom anordningen enligt uppfinningen löses denna uppgift i enlighet med huvudkravets särdrag och har den fördelen, att vid enkel uppbyggnad en mycket noggrann positionsbestämning är möjlig, varvid kopplingsgraden mellan sändarspolen och därnäst en mellanspole, liksom mellan denna och två mottagarspolar är av andra ordningens betydelse. Aven en exempelvis av konstruk- tionsskäl oundviklig. blott svag koppling kan genom motsvaran- de högre sändarnivå och exempelvis flera lindningsvarv på mel- lanspolen inom vida gränser kompenseras.

En under vissa omständigheter ändå svagare magnetisk koppling mellan mellanspolen, som överför sändarsignalen. till frekven- sen modifierad, till mottagarspolarna, och mottagarspolarna. påverkar dock ej den grundläggande funktionen. eftersom en problemfri utjämning kan åstadkommas genom en på motsvarande sätt högre känslighet för mottagarkopplingen. vilket kan åstadkommas genom lämpliga förstärkarmedel och andra kopp- lingar utan större problem.

Det är därför en ytterligare väsentlig fördel med föreliggande uppfinning att man har stor konstruktionsfrihet beträffande anordningen av de olika spolarna i positionsmätanordningen, varvid dessa företrädesvis lämpar sig även för tillsatsin- byggnad eller påbyggnad på befintliga funktionsenheter, såsom stötdämpare och liknande. Uppfinningen har sålunda ett före- draget användningsområde som positionsavkännare vid nivå- regleringen av motorfordon och därtill svarande montering på exempelvis stötdämpare, vilket kommer att förklaras mera nedan. 10 15 20 25 30 35 468 143 Genom de i underkraven angivna särdragen möjliggöres ytter- ligare utvecklingar och förbättringar av den i huvudkravet an- givna anordningen för mätning av fysikaliska storheter och deras omvandling till elektriska storheter. Särskilt fördelak- tig är den entydiga referensen för mottagarspolarna, uteslu- tande i förhållande till den rörliga mellanspolen genom selek- tiv frekvenskoppling, vilket med säkerhet förhindrar att en från sändarspolen utgående signalenergi som ej påverkas av en lägesförskjutning, kommer att omedelbart utvärderas av mot- tagarspolarna.

Ritningar I ritningarna visas utföringsexempel av uppfinningen, vilka närmare skall beskrivas. Pig l och 2 visar schematiskt möjliga anordningar av sändarspole, rörlig mellanspole och mottagar- spolar i förhållande till varandra, och fig 3 visar avstånds- beroendet för den erhållna utgångsstorheten i form av ett diagram, under det att fig 4 visar en möjlig utföringsform för ett elektriskt kopplingsschema, där sändar-. mellan- och mottagarspolarna utgör en del av den totala kopplingen. Fig 5 visar spolströmmens förlopp i mellanspolen i tidsdiagram, och fig 6 visar vid ett möjligt användningsexempel inbyggnaden av _ sândar-, mellan- och mottagarspolarna i stötdämparen till ett motorfordon. vilken genom utökning med en gummibälg även kan fungera som tillsatsfjäder.

Beskrivning av utföringsexempel Grundtanken i föreliggande uppfinning består däri, att man ej mellan sändar- och mottagarspolar har ett rent magnetiskt dämpningselement utan inkopplar en ytterligare, rörlig mellan- spole. varvid det hela är elektriskt så utfört. att mellan- spolen ur sändarenergin avger en övertonsvåg till mottagar- spolarna, så att alltså mottagarspolarna selektivt pâverkas endast av mellanspolen och så till vida även påverkas av dess läge och kan återge detta.

I fig l visas schematiskt en första möjlig anordning av spo- larna i förhållande till varandra. Den stationära sändarspolen 10 15 20 25 30 35 468 143 l har inuti en i förhållande till det läge resp det linjära avstånd som skall bestämmas förskjutbar. alltså rörlig mellan- spole 2, varvid intill denna uppbyggnad och vid det i fig l visade utföringsexemplet intill sändarspolen på var sin sida finnes en mottagarspole 3a. 3b. I ändvy har man alltså den rotationssymmetriska form som visas till höger i fig l. Den symmetriska anordningen av de båda mottagarspolarna 3a. 3b på sidorna av sändarspolen är icke tvingande. I den mån konstruk- tiva tvångsvillkor tillåter det. kan mottagarspolarna även anordnas på andra ställen, exempelvis ortogonalt mot sändar- spolen l, såsom visas i fig 2 genom mottagarspolarna 3a', 3b'.

Ur denna spolkonfiguration härleder sig sedan blockschemat i fig 4, så att en oscillator 10 alstrar en lämplig svängnings- frekvens, exempelvis en fyrkantsvågsignal med fast frekvens i storleksordningen mellan 10-50 kHz. Efter halvering av frek- vensen vid ll når denna via en nivåinställare 12 och ett band- passfilter 13 för utfiltrering av signalens grundfrekvens till sändarspolen l. Resonansfrekvensen för bandpassanordningen eller filtret 13, där även sändarspolen l kan utgöra en kom- ponent, ligger sålunda vid 1/2 fosc. Sändarspolen utstrålar därför ett elektromagnetiskt växelfält med halva oscillator- frekvensen, och filtret 13 är även anordnat för att säker- ställa att denna signal är tillräckligt fattig på övertoner.

I enlighet med ett särdrag i föreliggande uppfinning är mel- lanspolen 2, som kan anordnas utan nödvändighet att ta hänsyn till kopplingsförhållandena mot sändarspolen l, och i vilken en spänning med denna halva oscillatorfrekvens från sändar- spolen kommer att induceras, seriekopplad med en diod eller någon annan likriktande enhet. så att i mellanspolen 2 flyter en ström, sådan som visas i tidsdiagrammet i fig 5, nämligen en likriktad växelström, som i grund och botten bildar en frekvensblandning, vilken kännetecknas av följande formel även när det gäller dess övertonsínnehåll: 10 15 20 25 30 35 468 145 Tr 2 3 f(mt) = A“[d+ïcoswt + åcos2wt - ïšcos4mt + ...] Denna ström I-i mellanspolen 2 alstrar i sin tur ett magne- tiskt växelfält. så att i mottagarspolarna 3a, 3b; 3a', 3b' induceras spänningar, vilka härrör från den sinusformade strömmen i sändarspolen l och från den övertonshaltiga ström- men i mellanspolen 2.

Så tillvida utgör den rörliga mellanspolen 2 en egen sändare, som erhåller den för sändningen nödvändiga energin genom mag- netisk koppling till den faststäende sändarspolen l, varvid genom att mellanspolen 2 är seriekopplad med dioden 2a, en ström flyter i mellanspolen. innehållande särskilt stor sig- nalandel med dubblad frekvens. svarande till ovan angivna for- mel 6šcos2ut).

Den av mottagarspolarna (3a, 3a', 3b, 3b') uppfångade frek- vensblandningen är emellertid också lägesberoende. och efter- som mellanspolen 2 företrädesvis ändrar sitt läge i förhål- lande till mottagarspolarna i omvänt förhållande. dessutom på olika sätt.

En svag magnetisk koppling mellan spolarna l och 2 å ena sidan och 2 och 3a, 3a'. 3b, 3b' å andra sidan kan inom vida gränser utjämnas genom en motsvarande högre utgångsnivå för sändar- signalen och genom ökning av känsligheten för mottagnings- elektroniken, varvid den kan behärskas. Därvid erhålles genom uppfinningen p g a den ratiometriska mätningen ur amplitud- förhållandet mellan signalerna från de båda mottagarspolarna en positionsangivelse.

Den ytterligare bearbetningen av signalerna från mottagar- spolarna är sålunda sådan, att den från sändarspolen l kom- mande signalandelen undertryckes 1 efterkopplade bandspärr- kretsar l4a, l4b för de båda mottagarspolarna, varvid natur- 10 15 20 25 30 35 468 145 ligtvis på liknande sätt kan användas bandfilter med branta genomloppskurvor, vilka är inställda uteslutande på den andra övertonen för mellanspolssignalen. Genom undertryckningen av sändarfrekvensen i bandspärrarna l4a, l4b kan dock det totala övertonssignalinnehållet i mottagarspolarna användas för posi- tionsbestämning. Efter bandspärrarna l4a, l4b är sålunda lik- riktare kopplade. vilka likriktar övertonssignalerna, varvid företrädesvis användes likriktare 15, som är styrda av takten för oscillatorn 10 för båda signalerna. För att erhålla ampli- tudkvoten mellan de från mottagarspolarna avgivna övertons- signalerna kan sedan antingen utföras en skillnadsbildning genast, eller också kan man företrädesvis via en exempelvis efter likriktaren inkopplad reglerförstärkare 16 för mottagar- spolen 3a. 3a' och återkoppling via ledningen 16 ställa nivå- inställaren 12 till ett fast, av läget för mellanspolen 2 oberoende värde. Eftersom förstärknings- resp dämpningsfaktorn för nivåinställaren 12 även påverkar den efter likriktning från den andra mottagarspolen 3b, 3b' erhållna likspänningen, ger dess storlek omedelbart förhållandet mellan amplituderna för övertonsspänningarna i de båda mottagarspolarna. Denna likspänningssignal kan via ett efterkopplat lågpassfilter 17 sedan användas och vidarebearbetas såsom svarande mot läget för mellanspolen.

Därvid gäller för reglerslingan följande formler: U1 = Uo || ...n ' v ' ko - k1 - a och 1 V- Uo-EQ-k1a där: amplituden för grundtonen före nivåinställaren förstärkningsfaktorn för nivåinställaren O kopplingsfaktorn mellan sändarspolen och mellanspolen kopplingsfaktorn mellan mellanspolen och mottagarspolen l kopplingsfaktorn mellan mellanspolen och mottagarspolen 2 amplituden för övertonen. inducerad i mottagarspolen l hJF-'IUI-'C amplituden för övertonen, inducerad i mottagarspolen 2 NCZCIWFWCG förstärkningsfaktorn för likriktningen 10 15 20 25 30 35 468 143' 7 För nivåstyrningen gäller: U = UC ° v ' ko - k2 - a Ü = U ' k ° k1 - = kl U - k - kz kz Vid utföringsexemplet med spolanordningen svarande mot fig 2 är. P g a möjliga eller önskade konstruktiva randvillkor mot- tagarspolarna 3a' och 3b' anordnade ortogonala mot sändar- spolen, så att i mottagarspolarna bara den spänning kan indu- ceras. som härrör från den övertonsrika strömmen i mellan- spolen 2. Eftersom i fallet enligt fig 2 de båda mottagar- spelarna 3a', 3b' i förhållande till den av mellanspolen 2 genomförda förskjutningsrörelsen är anordnade likariktat sym- metriskt, erhålles vid fasriktig likriktning med de styrda likriktarna 15 ett utgångsspänningsförlopp U. som har den principiella ungefärliga platta S-formen som framgår av fig 3. i beroende av avstånd resp läge s. Därvid betyder s = 0 att mellanspolen 2 befinner sig i mittläget.

Det är utan problem möjligt att genom den positionsberoende utformningen av kopplingsfaktorn ko mellan sändarspole l och mellanspole 2, exempelvis genom särskild formgivning av sändarspolen, åstadkomma en linearisgring av den i fig 3 visa- de funktionen U = s(s) inom arbetsområdet.

Genom den tillgängliga konstruktiva friheten vid spolplace- ringen kan uppfinningen företrädesvis utnyttjas för till- satsinbyggnad eller påbyggnad på befintliga funktionsenheter.

I framställningen enligt fig 6 visas en stötdämpare 18, exem- pelvis för en personbil. som genom tillägg av en gummibälg 19 även kan fungera som tillsatsfjäder. I denna stötdämpare är vid l sändarspolen ringformigt inbyggd och på var sin sida därom, alltså upptill och nedtill angränsande till densamma de båda mottagarspolarna 3a, 3b, under det att mellanspolen är anordnad i den relativt stötdämparens ytterdel teleskopiskt i 10 15 468 143 densamma rörliga innerdelen 20. Man inser vidare att det i fig 5 visade blockschemat, som visar uppfinningen med diskreta kopplingssteg, ej inskränker densamma. utan särskilt tjänar till att åskådliggöra uppfinningens funktionella grundprin- ciper och speciella funktioner vid en möjlig utföringsform.

Det inses att de enskilda komponenterna och blocken kan upp- byggas analogt, digitalt eller även i hybrid teknik, eller även helt eller delvis sammanfattat, motsvarande områden av programstyrda digitala system, exempelvis även mikroprocesso- rer, mikroräknare, digitala eller analoga logikkopplingar och liknande.

Alla i beskrivningen. de efterföljande patentkraven och rit- ningarna visade kännetecknen kan både enskilt och även i god- tycklig kombination tillsammans vara väsentliga för uppfin- ningen.

Claims (10)

468 145 Patentkrav

1. Anordning för mätning av fysikaliska storheter och deras omvandling till elektriska storheter, särskilt för läges- eller avståndsmätning och i synnerhet för bestämning av nedfjädringstillståndet i fordon eller liknande, genom av- känning av den aktuella längden hos en stötdämpare, med en stationär sändarspole och två stationära mottagarspolar, k ä n n e t e c k n a d av att en i förhållande till de nämnda spolarna (1, 3a, 3b; 3a', 3b') rörlig mellanspole (2) är anordnad att från sändarspolen (1) till mottagarspolarna (3a, 3b; 3a', 3b') överföra en respektive positionsberoende, skiljaktig signal med en i förhållande till sändarfrekvensen skiljaktig frekvens.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att mellanspolen (2) med kort längd är anordnad inuti den sig över längdförskjutningens längd sträckande sändarspolen (1), med var sin mottagarspole (3a, 3b) vid sändarspolens (1) motsatta ändar.

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att mellanspolen (2) med kortare längd är anordnad inuti den över lägesförskjutningens längs sträckta sändarspolen (1) varvid mottagarspolarna (3a',3b') är anordnade ortogonalt i för- hållande till sändarspolen (1) utefter en gemensam axel och ortogonalt mot den inuti sändarspolen rörliga mellanspolen.

4. Anordning enligt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k - n a d av att den av sändarspolen (1) i den förflyttningsbara mellanspolen (2) genom elektromagnetisk koppling inducerade signalen genom anordnande av ett icke-linjärt elektriskt kopplingselement till mellanspolen till sin form och därmed till sin frekvens åtminstone delvis så tillvida förändras, att efter mottagarspolarna (3a, 3a', 3b, 3b') kopplade ut- 468 145 10 värderingsenheter under undertryckning av sändarspolsignalen mottar uteslutande lägesberoende övertonssignaler från mel- lanspolen.

5. Anordning enligt något av krav 1-4, k ä n n e t e c k - n a d av att en diod (2a) är seriekopplad med mellanspolen (2) på sådant sätt, att genom den därmed åstadkomna likrikt- ningen av den i mellanspolen (2) av sändarspolen (1) induce- rade växelströmmen erhålles en övertonshaltig och samtidigt lägesberoende signal i mottagarspolarna (3a, 3a', 3b, 3b'), vilken vid fall av osymmetrisk förläggning av mottagarspolar- na (3a, 3b) i förhållande till mellanspoleförskjutningen i de båda mottagarspolarna indeceras lägesberoende, skiljaktiga amplituder av den mottagna signalen och vid symmetrisk place- ring av mottagarspolarna (3a', 3b') i förhållande till mel- lanspolens förskjutningsväg erhålles en sin polaritet vid mittengenomgång ändrade, lineariserad likströmsutgångssignal över förskjutningsvägen.

6. Anordning enligt något av krav 1-5, k ä n n e t e c k - n a d av att en oscillator (10) för alstring av en fyrkants- signal med given frekvens (10-50 kHz) och en efter denna kopplad frekvensdelare (ll), en nivåställare (12) och ett övertoner undertryckande bandpassfilter (13) är anordnade, till vilket senare sändarspolen (1), eventuellt såsom kompo- nent däri, är kopplad, och att efter de båda mottagarspolarna (3a, 3a', 3b, 3b') är kopplade filter (l4a, l4b), som under- trycker åtminstone grundtonen för den oscillatorsignal som matar sändarspolen (1) så att uteslutande den övertonshaltiga och därmed lägesberoende mottagarspolsignalen likriktas för utvärdering.

7. Anordning enligt något av krav 1-6, k ä n n e t e c k - n a d av att efter de båda mottagarspolarna (3a, 3a', 3b, 3b') efter bortfiltrering av sändarspole-grundtonen, för likriktning av de frekvensförskjutna, lägesberoende över- 4-68 143 ll tonssignalerna, eventuellt av oscillatorn taktstyrda lik- riktare är kopplade.

8. Anordning enligt något av krav 1-7, k ä n n e t e c k - n a d av att likriktarutgången för en av mottagarspolarna (3a, 3a', 3b, 3b') är återkopplad till nivåställarens (12) ingång före sändarspolen (1) på sådant sätt, att det sig ändnæmæ utgångsvärdet för den andra mottagarspolen återger förhållandet mellan amplituderna för de i de båda mottagar- spolarna av mellanspolen (2) inducerade övertonsspänningarna.

9. Anordning enligt något av krav 1-8, k ä n n e t e c k - n a d av att spolanordningen är inbyggd för positionsbe- stämning i ett fordons stötdämpare (18), varvid den stationä- ra sändarspolen (1) med på var sin sida angränsande mottagar- spolar (3a, 3b) är så monterade vid inre omkretsen till en första stötdämpardel, att över förskjutningsvägen för ett inre, relativt det yttre rörligt stötdämparparti den vid detta fästade mellanspolen (2) kan ändra sitt läge i för- hållande till mottagarspolarna.

10. Anordning enligt något av krav 1-9, k ä n n e t e c k - n a d av att genom frekvensdelningen före sändarspolen (1) den styrda likriktningen av övertonssignalen kan utföras medelst oscillatorfrekvensen.