SE538819C2 - Förfarande för anordning för bestämmande av position för en i en cylinder rörlig kolv - Google Patents

Description

20 25 30 538 819 Vid positionsbestämning hos en cylinder är det önskvärt att àverkan på själva cylindern är så liten som möjligt. Dessutom bör positionsbestämningen vara exakt och tillförlitlig.

Användning av ultraljud för positionsbestämning hos en cylinder är känt sedan tidigare. Principen går ut på att en ultraljudspuls skickas ut från en sändare, propagerar genom cylindern, reflekteras på cylinderkolvens yta och avläses av en mottagare. Baserat på tiden det tar för ultraljudspulsen att propagera i cylindern bestäms kolvens läge i cylindern, eftersom tiden är proportionell mot längden på det omràde som signalen färdas igenom.

Exempel på positionsbestämning med hjälp av ultraljud finns till exempel i WO85018OO samt US5463596.

Ett antal nackdelar finns med tidigare känd teknik inom området. För varje hinder som den sända ultraljudsignalen stöter på uppstàr störningar på signalen. Detta sker exempelvis då en ultraljudspuls propagerar genom en vägg. För att motverka sådana störningar har en eller flera öppningar gjorts i cylinderns yttre hölje och sändaren/sändarna har placerats i anslutning till öppningarna för att ultraljudssignalerna ska kunna propagera ostört in i cylindern. Dock blir påverkan på cylindern stor genom att dess hölje behöver anpassas, vilket är omständigt och tidskrävande. Försök har även gjorts med att placera en eller flera sändare utanpå cylindern, vilket resulterar i störningar hos signalen då den propagerar genom cylinderns hölje. Även inuti cylindern uppstår störningar och brus exempelvis på grund av ojämnheter, vibrationer och liknande. Detta betyder att en mottagare av ultraljudssignalerna erhåller signaler som innehåller brus och störningar, vilket gör att det är mycket svårt att bestämma vilken del av signalen som verkligen är den som reflekterats av kolven. Kanske har signalen även reflekterats på andra ytor eller objekt inuti cylindern, vilket ger upphov till störningar hos signalen och spridning av densamma.

I hydraulcylindrar där hydraulvätska fyller hela eller delar av cylindern påverkas även signalen av mediet den färdas igenom.

Temperaturförändringar i hydraulvätskan gör att propageringshastigheten för signalen förändras och därmed är det svårt att beräkna positionen hos kolven 10 15 20 25 30 538 819 eftersom propageringstiden vid en temperatur och en viss position inte är densamma vid en annan temperatur. Detta gäller även pneumatiska cylindrar där temperatur- och tryckförändringar kan orsaka förändringar i ultraljudssignalens propageringsegenskaper.

Därmed är positionsbestämning med ultraljud enligt de tidigare kända metoderna inexakt och i princip oanvändbar på grund av de störningar som uppstår på de propagerande ultraljudssignalerna, eftersom ultraljudssändaren är placerad utanpå cylindern. Om en ultraljudssändare istället ska placeras inuti cylindern krävs anpassning av cylindern vilket är omständigt och tidskrävande och dessutom kostsamt.lnnehållet i föreliggande ansökan syftar till att överkomma de problem som finns med tidigare känd teknik enligt vad som angivits ovan. Önskvärt är att uppnå en noggrann, tillförlitlig positionsmätning med så lite inverkan på befintliga cylindrar som möjligt.

Sammanfattning Ett ändamål med detta dokument är således att åstadkomma ett förbättrat förfarande för att bestämma en position för en i en cylinder rörlig kolv och särskilt ett som helt eller delvis uppfyller de inledningsvis angivna önskemàlen.

Uppfinningen definieras av de bifogade självständiga patentkraven.

Utföringsformer framgår av de osjälvständiga patentkraven, den följande beskrivningen samt ritningarna.

Enligt en första aspekt àstadkoms ett förfarande för att bestämma en position för en i en cylinder rörlig kolv, vilket förfarande innefattar: att med hjälp av en i anslutning till cylindern placerad sändare vid en första tidpunkt sända en ultraljudssignal så att denna propagerar inuti cylindern och reflekteras på en ytan på kolven, att med hjälp av en i anslutning till cylindern placerad mottagare vid en andra tidpunkt motta en första resulterande ultraljudssignal, vilken innefattar resultatet av den på kolven reflekterade ultraljudssignalen, att genom jämförelse mellan den första resulterande ultraljudsignalen och en referenssignal åstadkomma en filtrerad ultraljudssignal, varvid referenssignalen är en av mottagaren vid en 10 15 20 25 30 538 819 referenstidpunkt mottagen resulterande ultraljudssignal och varvid referenstidpunkten är skiljd fràn den andra tidpunkten, och att i en beräkningsenhet beräkna kolvens position baserat pà den filtrerade ultraljudssignalen.

Genom att den resulterande ultraljudssignalen filtreras genom jämförelse med en referenssignal som är erhàllen pà samma sätt kan signalstörningar effektivt filtreras bort. Pà sä sätt kan sedan den filtrerade ultraljudssignalen användas för att beräkna ett exakt värde pà kolvens position.

.Jämförelsen kan innefatta att subtrahera referenssignalen fràn den resulterande ultraljudsignalen och därmed erhàlla den filtrerade ultraljudssignalen som en differens mellan den första resulterande ultraljudssignalen och referenssignalen.

Alternativt kan referenssignalen behandlas innan den används för subtrahering, sä att den signal som subtraheras är en frän referenssignalen härledd första signal.

Som ytterligare ett alternativ, eller komplement, kan den resulterande ultraljudsignalen behandlas innan subtrahering sker, sà att den signal som utsätts för subtraktion är en härledd andra signal. l det fall kolven har exakt samma position i den resulterande ultraljudsignalen som i referenssignalen, kommer även reflektionen fràn kolven att filtreras bort. l\/len om kolven har förflyttat sig mellan den resulterande ultraljudsignalen och referenssignalen kommer reflektionen fràn kolven att framträda som en tydlig skillnad mellan den resulterande ultraljudsignalen och referenssignalen.

Differensvärden mellan den resulterande ultraljudssignalen och referenssignalen kan beräknas i ett flertal, företrädesvis varje tidpunkt fràn och med den första tidpunkten till och med den andra tidpunkten. Varje differensvärde mellan den första tidpunkten till och med den andra tidpunkten kan jämföras med ett i förväg definierat tröskelvärde, varvid ett differensvärde anses representera en reflektion av ultraljudssignalen pà kolven endast om det uppvisar ett förutbestämt förhållande till tröskelvärdet. 10 15 20 25 30 538 819 En propageringstid för den resulterande signalen kan anges som tiden från och med den första tidpunkten till och med tidpunkten för ett differensvärde enligt en förutbestämd ordning som uppvisar det förutbestämda förhållandet till tröskelvärdet.

Differensen innehåller då en tydlig bild av reflektionen från kolven eftersom brus har reducerats genom att eliminera de störningar som existerar både vid tidpunkten för referenssignalen och vid tidpunkten för mottagande av den resulterande signalen.

Beräkningen av kolvens position kan innefatta fastställande av avståndet mellan sändaren och kolvens yta baserat på den resulterande signalens propageringstid och dess propageringshastighet. Då propageringshastigheten varierar mellan olika medier kan signalens propageringshastighet variera under propageringstiden, vilket därmed kan tas hänsyn till i fastställandet av avståndet.

Beräkningsenheten kan fastställa propageringshastigheten baserat på en uppmätt temperatur inuti eller i anslutning till cylindern, eller baserat på en i förväg definierad förväntad temperaturfördelning för cylindern.

Referenstidpunkten kan vara inom 1 sekund från den andra tidpunkten, företrädesvis inom 10 ms, 5 ms, 2 ms eller 1 ms från den andra tidpunkten.

Genom att tidpunkten för mottagande av referenssignalen och den resulterande signalen ligger nära varandra är de omgivande förhållandena mycket lika. Detta ger en bra förutsättning för att reducera brus och beräkna en så noggrann position som möjligt.

Ultraljudssignalen sänds in i cylindern med en vinkel större än 30 °, företrädesvis större än 45 °, större än 75 °, större än 85° eller ungefär 90° relativt en riktning parallell med den yta på kolven mot vilken signalen reflekteras. Signalen bör företrädesvis sändas in i cylindern i en riktning så nära vinkelrät mot cylinderkolvens yta som möjligt. På så sätt minimerar man störningar som uppkommer genom att signalen reflekteras och sprids inuti cylindern. 10 15 20 25 30 538 819 Åtminstone en av ultraljudsignalen och den resulterande ultraljudsignalen kan, under en del av tiden mellan de första och andra tidpunkterna propagera genom en fluid, sàsom en gas eller en vätska. Åtminstone en av ultraljudsignalen och den resulterande ultraljudsignalen kan, under en del av tiden mellan de första och andra tidpunkterna propagera genom ett material som utgör del av en vägg som begränsar ett utrymme i vilket kolven är rörlig.

Ultraljudssignaler kan genereras av sändaren genom att en piezoelektrisk komponent, sàsom en keramisk skiva, försätts i ett aktivt tillstànd vid vilket ultraljudsvàgor skapas, samt att ultraljudssignaler registreras av mottagaren genom att den piezoelektriska komponenten, försatt i ett passivt tillstànd, aktiveras av inkommande ultraljudsvàgor. Att sändare och mottagare àtminstone delvis utgörs av samma beståndsdelar gör montering enklare och sändare och mottagare tar mindre plats.

Förfarandet för att bestämma en position för en i en cylinder rörlig kolv kan användas som metod för att bestämma en position hos en i en cylinder rörlig kolv i ett lantbruksredskap sàsom ett markingripande lantbruksredskap.

Alternativt kan förfarandet användas för att bestämma en position för en i en cylinder rörlig kolv kan användas som metod för att bestämma en position hos en i en cylinder rörlig kolv i en anordning som inte är ett lantbruksredskap, eller som inte är ett markingripande lantbruksredskap.

Enligt en andra aspekt àstadkoms en anordning för att bestämma en position för en i en cylinder rörlig kolv, varvid anordningen innefattar: en i anslutning till cylindern placerad sändare anordnad att vid en första tidpunkt sända en ultraljudssignal sä att denna propagerar inuti cylindern och reflekteras pà en yta pà kolven, en i anslutning till cylindern placerad mottagare anordnad att vid en andra tidpunkt motta en första resulterande ultraljudssignal, vilken är resultatet av den pà kolven reflekterade ultraljudssignalen, en beräkningsenhet anordnad att genom jämförelse mellan den första resulterande ultraljudsignalen och en referenssignal åstadkomma en filtrerad ultraljudssignal, varvid referenssignalen är en av mottagaren vid en referenstidpunkt mottagen resulterande ultraljudssignal och varvid 10 15 20 25 30 538 819 referenstidpunkten är skiljd från den andra tidpunkten, samt beräkna kolvens position baserat på den filtrerade ultraljudssignalen. Ätminstone en del av cylindern kan innehålla en fluid, såsom en gas eller en vätska, genom vilken åtminstone en av ultraljudssignalen och den resulterande ultraljudssignalen propagerar under en del av tiden mellan de första och andra tidpunkterna.

Anordningen kan innefatta ett material som utgör del av en vägg som begränsar ett utrymme i vilket kolven är rörlig, genom vilket åtminstone en av ultraljudsignalen och den resulterande ultraljudsignalen propagerar, under en del av tiden mellan de första och andra tidpunkterna. Väggen kan vara vänd mot ytan på kolven och ha en normal som uppvisar en vinkel som är större än 30 °, företrädesvis större än 45 °, större än 75 °, större än 85° eller ungefär 90° relativt ytan på kolven.

Ultraljudssändaren och mottagaren kan vara inrymda i ett gemensamt hölje och/eller ha gemensam styrelektronik och/eller ha gemensam strömförsörjning. De kan också utgöras åtminstone delvis av samma beståndsdelar, det vill säga beståndsdelar vilka i aktivt tillstånd genererar ultraljudssignaler och i passivt tillstånd registrerar ultraljudssignaler.

Enligt en tredje aspekt åstadkoms ett lantbruksredskap omfattande en anordning för att bestämma en position för en i en cylinder rörlig kolv hos lantbruksredskapet. Företrädesvis kan ett sådant lantbruksredskap vara ett markingripande lantbruksredskap, såsom en plog, en harv, en kultivator, en fördelningsmaskin för bekämpningsmedel eller gödning, en såmaskin och/eller en precisionssåmaskin.

Enligt en fjärde aspekt åstadkoms en apparat, vilken inte är ett lantbruksredskap, eller vilken inte är ett jordbearbeande lantbruksredskap, varvid apparaten omfattar en anordning för att bestämma en position för en i en cylinder rörlig kolv hos apparaten.

Kort beskrivning av ritninqarna Fig. 1 visar en schematisk representation av en kolvcylinder i genomskärning. 10 15 20 25 30 538 819 Fig. 2 visar ett exempel på en ultraljudssignal erhållen i en mottagare.

Fig. 3 visar ett exempel på en filtrerad version av ultraljudssignalen i Fig. 2.

Fig. 4 visar ytterligare ett exempel på en ultraljudssignal erhållen i en mottagare.

Fig. 5 visar ett exempel på en filtrerad version av ultraljudssignalen i Fig. 4.

Detalierad beskrivning l Fig. 1 visas en cylinder 1 omfattande ett hölje 2 och en rörlig kolv 3a med kolvstång 3b samt två cylindergavlar 5. Höljet 2 innesluter en kammare 2 i vilken kolven 3a är rörlig. l den änden av kammaren, sett i en riktning parallellt med cylinderns rörelseriktning, finns ett hål i vilket kolvstången 3b löper. l anslutning till cylindern 1 är en ultraljudssändare 6 samt en ultraljudsmottagare 7 placerade. Med ”i anslutning till” avses att sändaren och/eller mottagaren är placerad på cylindern, antingen direkt på cylinderns hölje, i en urtagning i cylinderns hölje eller via en adapter.

Vid placering i en urtagning kan, men behöver inte, denna vara genomgående. Företrädesvis är sändaren 6 och/eller mottagaren 7 placerad på cylinderns utsida, antingen direkt på cylinderns hölje, i en icke genomgående urtagning i cylinderns hölje eller via en adapter. En sådan adapter kan vara utformad att säkerställa god koppling av signaler till/från sändaren/mottagaren. På så sätt behöver ingen åverkan göras på cylindern vilket ger en enkel tillämpning som dessutom är kostnadseffektiv samt kan användas för en mängd olika typer och modeller av cylindrar.

Sändaren 6 och mottagaren 7 kan vara separata enheter eller vara integrerade i en och samma enhet. Således kan de vara inrymda i ett gemensamt hölje och/eller ha gemensam styrelektronik och/eller ha gemensam strömförsörjning. Styrelektroniken kan exempelvis omfatta processorenhet, styrenhet, förstärkare, signalbehandlingsenhet, etc. Sändare och mottagare kan också innehålla åtminstone delvis samma beståndsdelar, det vill säga beståndsdelar vilka i aktivt tillstånd genererar ultraljudssignaler 10 15 20 25 30 538 819 och i passivt tillstànd registrerar ultraljudssignaler. En piezoelektrisk komponent, säsom en keramisk skiva, kan genom att aktivt sättas i svängning alstra ultraljudsvàgor. Dà den piezoelektriska komponenten är passiv kan den sättas i svängning av inkommande uitraijudsvàgor och därmed registrera inkommande signaler. Möjligheten finns därmed att använda sig av konventionella ultraljudsgivare för att bäde alstra och registrera uitraijudsvàgor.

Sändaren 6 kan vara placerad sä att en ultraljudssignal sänds in i cylindern med en vinkel större än 30°, företrädesvis större än 45 °, större än 75 °, större än 85° eller ungefär 90° relativt en riktning parallell med den yta pä kolven vilken man avser positionsbestämma. Genom att sända in signaler i cylindern med en vinkel sà nära 90°som möjligt minimeras störningar pà signalen som uppstàr till följd av reflektion, spridning osv. Av praktiska och konstruktionsmässiga skäl kan det dock vara sä att sändaren inte kan placeras för generering av signaler i exakt 90°, utan placeras sà att signalen sänds in i en vinkel skild frän 90 °.

Cylindern 1 kan innefatta en eller flera väggar och/eller väggpartier.

Dessa väggar/väggpartier kan exempelvis vara placerade sä att de begränsar det utrymme inom vilket kolven 3a är rörlig. En sädan vägg kan vara vänd mot kolvens yta 3c, exempelvis genom en vägg eller ett väggparti vars normal uppvisar en vinkel som är större än 30 °, företrädesvis större än 45 °, större än 75 °, större än 85° eller ungefär 90° mot ytan 3c pà kolven.

En beräkningsenhet för beräkning av kolvens position i cylindern kan vara placerad i direkt anslutning till sändaren och/eller mottagaren eller placerad àtskild fràn sändaren och/eller mottagaren. Beräkningsenheten kan kommunicera med sändaren respektive mottagaren antingen trädbundet eller tràdlöst beroende pä omständigheterna.

Cylindern 1 kan exempelvis vara en aktuator, säsom en hydraulcylinder eller en pneumatisk cylinder, det vill säga en cylinder som delvis innehäller en fluid, säsom en vätska eller gas. Förhällanden i sàdana cylindrar päverkas förhållandevis mycket av ändringar i temperatur och tryck som kan uppkomma vid användning av cylindern, i och med att de innehäller 10 15 20 25 30 538 819 vätska eller gas. Egenskaperna, såsom propageringshastigheten, hos ultraljudsignaler som sänds genom ett medium så som vätska eller gas kommer således att förändras betydligt då mediets egenskaper gör det.

Ljudets hastighet beror på temperaturen, vilket gör att förändringar i temperatur påverkar noggrannhet och exakthet för positionsmätningar betydligt hos sådana cylindrar. Förändringen i hastighet kan vara i storleksordningen +/-0,1-0,2 %/K, vilket således ger en signifikant temperaturdrift.

Cylindern 1 kan även vara en fjädercylinder, såsom en pneumatisk fiäden Som ytterligare alternativ kan cylindern 1 vara en dämparcylinder eller en mätcylinder för mätning av en linjärposition.

Positionsbestämning för en i en cylinder rörlig kolv kommer nedan att beskrivas med referens till Fig. 2-5.

Sändaren 6 sänder, vid en första tidpunkt t1, en ultraljudssignal så att denna propagerar inuti cylindern 1 och reflekteras på ytan av kolven 3c, vilken man avser positionsbestämma. Mottagaren 7 tar, vid en andra tidpunkt tg, emot en resulterande ultraljudssignal, vilken innefattar resultatet av den på kolven reflekterade ultraljudssignalen. l\/lellan den första och andra tidpunkten kan även andra saker ha skett med signalen. Den kan exempelvis ha reflekterats på andra ytor i cylindern, propagerat genom olika medier och genom objekt så som väggar etcetera. På så vis genereras en resulterande ultraljudssignal med diverse störningar, brus och reflektionsekon från diverse objekt. Signalen registreras av mottagaren 7 och sänds till beräkningsenheten. Ett exempel på en resulterande signal ses i Fig. 2. Ett antal reflektioner ses i denna signal, men det går inte utifrån denna representation att bestämma vilken av dessa reflektioner som härstammar från kolvens yta 3c.

Samplingsfrekvensen kan ligga mellan 10-100 l\/lHz, företrädesvis 25- 100 l\/lHz, vilket medför att tidssamplingen för ultraljudssignalerna görs företrädesvis på tiondels eller hundradels mikrosekundnivå, det vill säga att det mellan två samplingar skiljer företrädesvis 0,01-O,1 us, men tidssampling 10 10 15 20 25 30 538 819 med bàde längre och kortare intervall kan användas beroende pà omständigheterna.

Repetitionsfrekvensen, det vill säga den frekvens med vilken en ultraljudssignal sänds och tas emot, ligger företrädesvis kring 500 Hz, men kan vara bàde större eller mindre än sä.

För att utröna vad i den resulterande signalen som faktiskt är reflektionen fràn kolvens yta jämförs i beräkningsenheten den resulterande signalen med en referenssignal. Fïeferenssignalen är en signal som tas emot i mottagaren, vid en referenstidpunkt to, som infaller antingen före eller efter tidpunkten för mottagandet av den resulterande signalen tg. Den kortaste möjliga tiden mellan referenstidpunkten to och tidpunkten för mottagandet av den resulterande signalen to beror av repetitionsfrekvensen, som därmed pàverkar den maximala upplösningen för positionsbestämningen.

Genom att jämföra den resulterande signalen med referenssignalen àstadkoms en filtrerad ultraljudssignal som kan användas för beräkning av kolvens position. Jämförelsen mellan den resulterande signalen och referenssignalen kan till exempel utföras genom att värden för referenssignalen i varje tidpunkt subtraheras fràn värden i motsvarande tidpunkter för den resulterande signalen. Jämförelsen mellan den resulterande signalen och referenssignalen kan företrädesvis göras i varje tidpunkt dà ett värde för signalerna genererats, men kan även göras mer sällan. För att underlätta bestämning av propageringstid kan enveloppen av differensen beräknas. Ett exempel pà en filtrerad signal, som representeras av enveloppen av differensen i varje tidpunkt, do, don, do+2...do+,,, mellan de bàda signalerna, àterfinns i Fig. 3. Här ses hur störningar och brus reducerats och utifràn den filtrerade signalen kan det därför avgöras när reflektionen i kolvens yta 3c har skett.

Ytterligare exempel pà en resulterande signal, samt den filtrerade signalen visas i Fig. 4 och 5.

Det är fördelaktigt att använda en referenssignal som registreras hos mottagaren 7 i så nära anslutning till den resulterande signalen som möjligt.

Fïeferenstidpunkten to kan vara inom 1 sekund frän den andra tidpunkten to, 11 10 15 20 25 30 538 819 företrädesvis inom 10 ms, 5 ms, 2 ms eller 1 ms från den andra tidpunkten tg.

Genom att tidpunkten för mottagande av referenssignalen, to, och den resulterande signalen, tg, ligger nära varandra är de omgivande förhållandena mycket lika. Detta ger en bra förutsättning för att reducera brus och beräkna en så noggrann position som möjligt. Då temperaturen och/eller trycket kring eller i en cylinder förändras påverkas propageringshastigheten för en ultraljudsignal påtagligt, speciellt om cylindern är hydraulisk eller pneumatisk.

Genom att filtrera baserat på en nyligen mottagen signal eller en nära efterföljande signal är premisserna för signalernas propagering i stort sätt oförändrade. Det är även troligt att signalerna som följer mycket tätt efter varandra reflekteras på samma ställen i cylindern samt påverkas på likartat sätt när de propagerar genom exempelvis en vägg eller ett väggparti i cylindern. Dock bör signalerna vara separerade tidsmässigt så att en skillnad i kolvens position har skett för att en möjlighet att detektera kolvens position ska finnas.

Utifrån den filtrerade signalen kan propageringstiden tp från det att signalen sänds från sändaren, t1, till det att den reflekteras på kolvens yta bestämmas. Detta kan utföras exempelvis genom användning av ett fördefinierat tröskelvärde tjr. Ett differensvärde kan anses representera en reflektion av ultraljudssignalen på kolven endast om det uppvisar ett förutbestämt förhållande till tröskelvärdet tjr. Exempelvis kan differensvärdet anses vara en reflektion från kolven om det överstiger tröskelvärdet tj.

Därmed kan man bortse ifrån små differensvärden som ligger nära noll och sannolikt inte representerar en reflektion. Det förutbestämda förhållandet skulle även kunna innebära att differensvärdet ska ligga inom ett visst intervall i förhållande till tröskelvärdet ttr, men även andra möjligheter kan finnas beroende på de rådande omständigheterna.

Propageringstiden tp inleds då signalen skickas från sändaren, dvs. vid tidpunkten t1. Den avslutas företrädesvis då signalen reflekteras mot kolvens yta, vilket som tidigare beskrivits visas genom att ett differensvärde uppvisar ett förutbestämt förhållande till ett tröskelvärde tir. Den sista tidpunkten för propageringstiden, det vill säga den tidpunkt som avslutar propageringstiden, 12 10 15 20 25 30 538 819 kan vara tidpunkten för ett differensvärde enligt en förutbestämd ordning som uppvisar det förutbestämda förhållandet till tröskelvärdet. Ett differensvärde enligt en förutbestämd ordning kan exempelvis vara det första differensvärde som uppvisar det förutbestämda förhållandet. Det innebär att det första differensvärde som exempelvis överstiger ett tröskelvärde anses representera reflektionen på kolvens yta. Det kan också vara det n:te differensvärdet i ett flertal efterföljande differensvärden som alla uppvisar det förutbestämda förhållandet, där n är ett positivt heltal. På det viset kan det säkerställas att en reflektion på kolvens yta har skett, i och med att ett flertal på varandra följande differensvärden indikerar det, och att det inte endast är ett enstaka differensvärde som uppfyller det förutbestämda förhållandet. Man undviker på så sätt felkällor som möjligtvis kan orsaka enstaka felaktiga värden.

Då propageringstiden beräknats kan sträckan s som signalen har färdats, vilken representerar kolvens 3a position i cylindern 1, erhållas baserat på propageringstid tp samt propageringshastighet vp för signalen.

Propageringshastigheten för en signal som propagerar i cylindern kan variera mellan olika medier sä som cylindervägg, luft, fluid etc.

Propageringshastigheten kan vara fördefinierad för olika typer av medier i cylindern och/eller fastställas i realtid. Exempelvis kan det göras genom att två ytor på kolven som genererar reflektioner där avståndet mellan dessa ytor är känt. Alternativt kan en kalibrering göras genom att mäta propageringstider vid kolvens ändlägen och använda sig av ett förhållande däremellan, som exempelvis är linjärt. Ytterligare sätt att fastställa propageringshastigheten kan vara möjliga, beroende på typ av cylinder, cylinderns konstruktion och/eller andra inverkande parametrar.

Något som påverkar propageringshastigheten för en ultraljudssignal är temperaturen hos det medium som signalen propagerar igenom.

Beräkningsenheten kan därför fastställa propageringshastigheten baserat på en uppmätt temperatur T inuti eller i anslutning till cylindern, eller baserat på en i förväg definierad förväntad temperaturfördelning för cylindern. Då propageringstiden för signalen är proportionell mot avståndet mellan sändaren och kolven kan detta avstånd beräknas genom att 13 10 15 20 25 30 538 819 propageringshastigheten för signalen är känd. Propageringshastigheten är dock beroende av vilket medium som signalen färdas igenom och beräkningarna kan anpassas därefter. Hastigheten beror som sagt även av temperaturen i det medium i vilket signalen propagerar. Temperaturen kan därför behöva uppmätas på, i eller i närheten av cylindern under det att cylindern arbetar. Alternativt kan en förväntad temperaturfördelning användas som exempelvis baseras på tidigare tester av cylindern under arbete.

Samtliga beräkningar beskrivna ovan utförs företrädesvis av beräkningsenheten i realtid eller så nära realtid som möjligt, men kan även göras i efterhand. Resultatet av positionsberäkningarna kan sändas vidare från beräkningsenheten till andra enheter. Exempelvis kan kolvpositionerna sändas som indata till en styr- och/eller regleranordning, för visning på en display, för lagring på en server eller till en mobil enhet så som mobiltelefon, dator osv. På samma sätt kan även övriga data sändas vidare från beräkningsenheten.

Beräkningsenheten kan vara kopplad till endast en sändare och mottagare, alternativt kan en och samma beräkningsenhet användas för mottagande av data från ett flertal sändar/mottagarenheter.

Fastställande av position hos en rörlig kolv i en cylinder så som beskrivits ovan kan med fördel användas i lantbruksredskap, till exempel markingripande lantbruksredskap. Genom att positionen för en eller flera cylindrar i lantbruksredskapet genereras kan man exempelvis välja att placera en cylinder i en given position innan ytterligare åtgärder vidtas, såsom att starta en fällningssekvens för delar i redskapet eller liknande. l\/led markingripande lantbruksredskap avses exempelvis plogar, harvar, kultivatorer, vältar, såmaskiner och precisionssåmaskiner.

Miljön kring lantbruksredskap och sättet på vilket dessa redskap används är påfrestande, och ingående delar i redskapen bör vara slittåliga och robusta. Dessutom kan yttre förhållanden som temperatur förändras avsevärt under användning. I sådana redskap är det därför extra viktigt med hållbara, tillförlitliga positionsmätningar som inte kräver att befintliga delar så som cylindrar behöver anpassas för att positionsbestämning ska kunna ske. 14 10 15 20 25 538 819 l ett lantbruksredskap kan man välja att utföra en positionsmätning på en, flera eller samtliga cylindrar i redskapet. Resultatet från positionsbestämningarna kan sändas frän en eller flera beräkningsenheter till en central enhet hos lantbruksredskapet. l\/lan kan även tänka sig att en enda beräkningsenhet är kopplad till samtliga sändar/mottagarenheter i lantbruksredskapet och således fungerar som central enhet. Från en central enhet kan informationen sedan sändas vidare, exempelvis till en display för presentation av informationen för en användare av lantbruksredskapet. På så vis kan en förare av lantbruksredskapet erhålla information i realtid, eller mycket nära realtid, för hur positionerna hos kolvcylindrar i redskapet ser ut.

Alternativt kan ytterligare beräkningar ske innan information presenteras för användaren. Åtgärder till följd av erhàllen information gällande cylinderpositioner kan även utföras automatiskt, dvs. utan att en användare ger någon instruktion. Styrsignaler kan genereras baserat på positionsinformation och sändas till olika delar av lantbruksredskapet. På så vis kan åtgärder som exempelvis fällsekvenser, start/stopp av utmatning med mera utföras automatiskt eller på uppmaning av en användare.

Det inses att det finns en mycket stor mängd anordningar som inte utgör lantbruksredskap. Som exempel kan nämnas anordningar för inställning av en relativ position mellan minst två delar, anordningar för mätning av en relativ position mellan två delar, pressanordningar, dämparanordningar, fjädringsanordningar, etc. Anordningar utgör lantbruksredskap och som inte utgör markingripande lantbruksredskap kan vara exempelvis skördemaskiner, maskiner för fördelning av bekämpningsmedel och/eller gödning, dragfordon, såsom traktorer, transportanordningar, såsom släp eller vagnar samt lyftanordningar såsom skopor, pallyftar, ballyftar. 15

Claims (23)

10 15 20 25 30 538 819 PATENTKRAV

1. Förfarande för att bestämma en position för en i en cylinder (1) rörlig kolv (3a), vilket förfarande innefattar: att med hjälp av en i anslutning till cylindern placerad sändare (6) vid en första tidpunkt (tj) sända en ultraljudssignal sä att denna propagerar inuti cylindern och reflekteras pà en yta pà kolven (3c), att med hjälp av en i anslutning till cylindern placerad mottagare (7) vid en andra tidpunkt (to) motta en första resulterande ultraljudssignal, vilken innefattar resultatet av den pà kolven (3a) reflekterade ultraljudssignalen, att genom jämförelse mellan den första resulterande ultraljudsignalen och en referenssignal åstadkomma en filtrerad ultraljudssignal, varvid referenssignalen är en av mottagaren vid en referenstidpunkt (to) mottagen resulterande ultraljudssignal och varvid referenstidpunkten är skiljd fràn den andra tidpunkten (to), och att i en beräkningsenhet beräkna kolvens position baserat pä den filtrerade ultraljudssignalen.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid jämförelsen innefattar att subtrahera referenssignalen eller en frän denna härledd första signal frän den resulterande ultraljudsignalen eller en fràn denna härledd andra signal och därmed erhàlla den filtrerade ultraljudssignalen som en differens mellan den första resulterande ultraljudssignalen och referenssignalen.

3. Förfarande enligt krav 2, varvid differensvärden (do, don, do+2...do+n) mellan den resulterande ultraljudssignalen och referenssignalen beräknas i ett flertal, företrädesvis varje tidpunkt fràn och med den första tidpunkten (t1) till och med den andra tidpunkten (to).

4. Förfarande enligt krav 3, vidare innefattande att varje differensvärde (do, do,1, do+2...do+n) mellan den första tidpunkten (t1) till och med den andra tidpunkten (to) jämförs med ett i förväg definierat tröskelvärde (to), varvid ett 16 10 15 20 25 30 538 819 differensvärde anses representera en reflektion av ultraljudssignalen på kolven (3a) endast om det uppvisar ett förutbestämt förhållande till tröskelvärdet.

5. Förfarande enligt krav 4, varvid en propageringstid (tp) för den resulterande signalen är tiden fràn och med den första tidpunkten (t1) till och med tidpunkten för ett differensvärde enligt en förutbestämd ordning som uppvisar det förutbestämda förhållandet till tröskelvärdet (til).

6. Förfarande enligt krav 5, varvid beräkningen av kolvens (3a) position innefattar fastställande av avståndet (s) mellan sändaren (6) och kolvens yta (3c) baserat på den resulterande signalens propageringstid (tp) och dess propageringshastighet (vp).

7. Förfarande enligt krav 6, varvid beräkningsenheten fastställer propageringshastigheten (vp) baserat på en uppmätt temperatur (T) inuti eller i anslutning till cylindern (1 ), eller baserat på en i förväg definierad förväntad temperaturfördelning för cylindern.

8. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid referenstidpunkten (to) är inom 1 sekund från den andra tidpunkten (tg), företrädesvis inom 10 ms, 5 ms, 2 ms eller 1 ms från den andra tidpunkten (tg).

9. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid ultraljudssignalen sänds in i cylindern (1) med en vinkel större än 30 °, företrädesvis större än 45 °, större än 75 °, större än 85° eller ungefär 90° relativt en riktning parallell med den yta på kolven mot vilken signalen reflekteras.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid åtminstone en av ultraljudsignalen och den resulterande ultraljudsignalen, under en del av tiden mellan de första och andra tidpunkterna (t1, tg) propagerar genom en fluid, såsom en gas eller en vätska. 17 10 15 20 25 30 538 819

11. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid åtminstone en av ultraljudsignalen och den resulterande ultraljudsignalen, under en del av tiden mellan de första och andra tidpunkterna (t1, tg) propagerar genom ett material som utgör del av en vägg som begränsar ett utrymme i vilket kolven är rörlig.

12. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid ultraljudssignaler genereras av sändaren (6) genom att en pioezoelektrisk komponent försätts i ett aktivt tillstånd vid vilket ultraljudsvågor skapas, samt att ultraljudssignaler registreras av mottagaren (7) genom att den piezoelektriska komponenten, försatt i ett passivt tillstånd, aktiveras av inkommande ultraljudsvågor.

13. l\/letod för bestämning av en position hos en i en cylinder (1) rörlig kolv (3a) i ett lantbruksredskap, omfattande ett förfarande enligt något av föregående krav.

14. Metod enligt krav 13, varvid lantbruksredskapet är ett markingripande lantbru ksredskap.

15. Metod för bestämning av en position hos en i en cylinder (1) rörlig kolv (3a) i en anordning som inte utgör ett lantbruksredskap, omfattande ett förfarande enligt något av krav 1-12.

16. Anordning för att bestämma en position för en i en cylinder (1) rörlig kolv (3a), varvid anordningen innefattar: en i anslutning till cylindern placerad sändare (6) anordnad att vid en första tidpunkt (t1) sända en ultraljudssignal så att denna propagerar inuti cylindern och reflekteras på en yta på kolven (3c), en i anslutning till cylindern placerad mottagare (7) anordnad att vid en andra tidpunkt (tg) motta en första resulterande ultraljudssignal, vilken är resultatet av den på kolven (3a) reflekterade ultraljudssignalen, 18 10 15 20 25 30 538 819 en beräkningsenhet anordnad att genom jämförelse mellan den första resulterande ultraljudsignalen och en referenssignal åstadkomma en filtrerad ultraljudssignal, varvid referenssignalen är en av mottagaren vid en referenstidpunkt (to) mottagen resulterande ultraljudssignal och varvid referenstidpunkten är skiljd från den andra tidpunkten (tg), samt beräkna kolvens (3a) position baserat på den filtrerade ultraljudssignalen.

17. Anordning enligt krav 16, varvid åtminstone en del av cylindern (1) innehåller en fluid, såsom en gas eller en vätska, genom vilken åtminstone en av ultraljudssignalen och den resulterande ultraljudssignalen propagerar under en del av tiden mellan de första och andra tidpunkterna (t1, tg).

18. Anordning enligt krav 16 eller 17, varvid anordningen innefattar ett material som utgör del av en vägg som begränsar ett utrymme i vilket kolven är rörlig, genom vilket åtminstone en av ultraljudssignalen och den resulterande ultraljudsignalen propagerar, under en del av tiden mellan de första och andra tidpunkterna (t1, tg).

19. Anordning enligt krav 18, varvid väggen är vänd mot ytan på kolven (3c) och har en normal som uppvisar en vinkel som är större än 30 °, företrädesvis större än 45 °, större än 75 °, större än 85° eller ungefär 90° relativt ytan på kolven.

20. Anordning enligt något av kraven 16-19, varvid ultraljudssändaren (6) och mottagaren (7) är inrymda i ett gemensamt hölje och/eller har gemensam styrelektronik och/eller har gemensam strömförsörjning.

21. Anordning enligt något av kraven 16-20, varvid ultraljudssändaren (6) och mottagaren (7) utgörs åtminstone delvis av samma beståndsdelar, det vill säga beståndsdelar vilka i aktivt tillstånd genererar ultraljudssignaler och i passivt tillstånd registrerar ultraljudssignaler. 19 538 819

22. Lantbruksredskap företrädesvis för markingrepp, innefattande åtminstone en anordning enligt nàgot av krav 16-21 för att bestämma en position för en i en cylinder (1) rörlig kolv (3a) hos lantbruksredskapet.

23. Apparat innefattande åtminstone en anordning enligt nàgot av krav 16- 21 för att bestämma en position för en i en cylinder (1) rörlig kolv (3a) hos apparaten, varvid apparaten inte är ett lantbruksredskap. 20