WO2016141967A1 - Magnetostriktive wegmessvorrichtung und verfahren zum betreiben einer magnetostriktiven wegmessvorrichtung - Google Patents

Magnetostriktive wegmessvorrichtung und verfahren zum betreiben einer magnetostriktiven wegmessvorrichtung Download PDF

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WO2016141967A1
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sections
start signal
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PCT/EP2015/054852
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Torsten Beutler
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Balluff Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/48—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means
    • G01D5/485—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means using magnetostrictive devices

Definitions

  • Magnetostrictive displacement measuring device and method for operating a magnetostrictive displacement measuring device Magnetostrictive displacement measuring device and method for operating a magnetostrictive displacement measuring device
  • the invention relates to a magnetostrictive path measuring device, comprising a plurality of measuring sections, which each have an extension in a longitudinal direction and at least in a measuring range are arranged parallel to each other, at least one magnetic position sensor which couples contactlessly to the measuring sections, a Starttsignalbeetzwegungs worn, through which the measuring sections Start signals for generating excitation current pulses can be provided, and an evaluation device, by means of which the position of the position sensor can be determined at the measuring sections by a transit time measurement of mechanical waves.
  • the invention further relates to a method for operating a magnetostrictive distance measuring device, wherein the distance measuring device comprises a plurality of measuring sections, each having an extension in a longitudinal direction and at least in a measuring range are arranged parallel to each other, and having a magnetic position sensor, which contact the measuring sections without contact coupled, in which the measuring paths start signals are provided which trigger excitation current pulses on the measuring sections, and in which a running time of mechanical waves is determined on the measuring sections.
  • a Wegmessvorraum comprising at least a first measuring section and a second measuring section, each having an extension in a longitudinal direction and at least in a measuring range are aligned parallel to each other, at least one position sensor which connects to the measuring sections without contact and a measuring section holder which extends in the measuring area and has recesses, in each of which a measuring section is arranged.
  • a Wegaufrichvorraum for detecting the path of a position sensor is known, which has a extending in a longitudinal direction sensor to which the position sensor contactlessly coupled.
  • a redundant path measurement or position determination can be achieved.
  • a corresponding path measuring device can be advantageously used, for example, in safety-relevant applications.
  • AI is a Wegmessvorraum with a housing in the form of an inherently stable, hollow, circumferentially closed, frontally sealable profile with constant in the longitudinal direction of the cross-sectional contour, a waveguide unit in the interior of the profile, wherein the waveguide of the waveguide Unit in the longitudinal direction of the profile runs, an evaluation electronics, and a longitudinally movable along the outside of the magnet magnet known as a position sensor.
  • the profile has over the entire length a paragraphless inner contour and in the inner contour is at least one insert with an inner contour rotatably disposed in the rotational direction about the longitudinal axis, which also has any inner corners, outer corners and / or heels. From US 2001/0017539 Al a modular waveguide arrangement is known.
  • a magnetostrictive displacement sensor which comprises two sets of signal generating means. Each set includes a waveguide wire.
  • US 4,121,155 a position-specific system is known.
  • the invention has for its object to provide a distance measuring device of the type mentioned, which allows improved signal quality and / or faster scanning and / or a reduction of dead times.
  • the starting signal applying device comprises a timing device which controls that in a measuring cycle different measuring paths are provided at defined different points in time.
  • the time control device By means of the time control device, it is possible to set that the different measuring paths of the plurality of measuring sections (that is to say the at least two measuring sections) are not simultaneously provided with start signals, but with a time offset.
  • the solution according to the invention makes it possible, without a scan being increased for an individual measuring section, to achieve a faster timing for the entire system with the plurality of measuring sections.
  • the temporal Offset of the start signals for different measuring distances effectively increases the timing.
  • the time control device controls that in a measuring cycle of a first measuring path at a first time a start signal is provided and at a second time, which is at a first time interval to the first time, a start signal is provided, and another Measuring line a respective start signal between the first time and the second time is provided.
  • start signals of a respective measurement path are respectively provided in the first time interval.
  • the first time interval is equal to or greater than a maximum transit time of a mechanical shaft on a measurement path. This ensures that reflections have decayed to a large extent that good signal quality is achieved. In one embodiment, it is provided that the first time interval is equal to or greater than twice the maximum transit time of a mechanical shaft on a measurement path. This makes it possible to ensure that no reflections are traveling on a corresponding measuring path, and a signal quality is increased. This can also be used to shorten a dead zone at the end of a measurement path, as a corresponding attenuation can be shortened in order to achieve a sufficient signal quality. In a sense, less effort has to be made to dampen the system, because it takes longer to wait.
  • Measuring cycle Start signals are provided to the measuring sections, are fixed and are determined in particular as a function of a measuring length and a propagation speed of the mechanical shaft. As a result, a corresponding time control can be achieved in a simple manner.
  • time intervals at which start signals are provided to the measuring sections in a measuring cycle are determined by determining reflections of the mechanical shaft. In particular, it is then checked whether reflections fall below a certain threshold (for example, amplitude threshold), and a start signal is accordingly triggered at a time interval if this threshold value is undershot.
  • a certain threshold for example, amplitude threshold
  • a measuring cycle begins with the first time and ends with the time which has the first time interval at the time at which a time interval between the first time and the second time of all measuring sections, the last time start signal is provided to a corresponding measuring section.
  • measuring cycles it is possible for measuring cycles to be interleaved, that is, for example, a new measuring cycle to begin before a preceding measuring cycle has been completely completed. It is favorable if the measuring sections are of the same design.
  • the position transmitter can be coupled to all measuring paths in such a way that, due to the timing, an increased clocking or improved signal quality or a shortening of dead zones can be achieved.
  • each measuring section is assigned a separate start signal generator of the start signal application device.
  • a common start signal generator is assigned to a plurality of measuring sections, which is followed by a multiplexer, the multiplexer providing start signals to the respective measuring sections.
  • Individual start signal generators or a multiplexer can be used to achieve an individual time control of the start signal loading of the measuring sections. It is favorable if the time control device is coupled to the evaluation device.
  • the evaluation device can assign its provided signals to the individual measuring sections in order to carry out an optimized evaluation.
  • the evaluation device is assigned a multiplexer, via which signals which are provided by the measuring sections can be made available to the evaluation device.
  • the object mentioned in the introduction is achieved in the method mentioned in the introduction by providing start signals of different measuring sections at different times in one measuring cycle.
  • the method according to the invention can be carried out in particular with the device according to the invention, or the method according to the invention can be carried out on the device according to the invention.
  • Advantageous embodiments of the method according to the invention have already been explained in connection with the device according to the invention.
  • a start signal is provided at a first time in a measurement cycle of a first measurement path, and a start signal is provided at a second time, which is at a first time interval from the first time, and a further measurement path is a respective start signal between the first time and provided at the second time. It is achieved by a temporal offset, which can be achieved by a higher clocking and / or improved signal quality and / or a shortenability of dead zones.
  • the first time interval is equal to or greater than a maximum transit time of a mechanical shaft on a measuring path.
  • a position value can be obtained at more times.
  • the first time interval is equal to or greater than twice the maximum transit time of a mechanical shaft on a measurement path. This ensures that there are no more reflections on the measuring route. It is thereby achieved a better signal quality or it can shorten a dead zone.
  • time intervals at which start signals are provided to the measuring sections in a measuring cycle are fixed and, in particular, in Dependence of a measuring length and a propagation velocity of the mechanical shaft determined. As a result, time intervals are fixed.
  • an active time interval determination by determining time intervals at which start signals are provided to the measuring sections in a measuring cycle, by determining reflections of the mechanical shaft. In particular, it is checked whether reflections which were traveling on the measuring section have fallen below a threshold value (for example with regard to the amplitude).
  • a measuring cycle begins with the first time and ends with the time which has the first time interval at the time at which a time interval between the first time and the second time of all measuring sections, the last time start signal is provided to a corresponding measuring section. Then, all measurement paths have been provided start signals and a new start signal is initiated, that is to say a position measurement triggered by the primary start signals is completed. It is possible that measuring cycles are interleaved so that at the beginning of a new measuring cycle (on a measuring section), a previous measuring cycle on another measuring section is not yet completed.
  • an effective clocking of the path measuring system corresponding to a measuring cycle corresponds to faster than a clocking on the measuring sections and in particular at n measuring sections, where n is a natural number, the clocking of the position measuring system is n times faster than on a single measuring path. If the effective timing of the position measuring system is adapted to conventional systems, then a higher signal quality can be achieved or dead zones can be shortened. If timing on an individual measurement path is adjusted to conventional systems, then faster clocking can be achieved for the overall system and dead times are reduced.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an embodiment of a
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a perspective partial sectional view of a measuring head region of the path measuring device according to FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a further perspective sectional view of a measuring head
  • Figure 5 is a partial view of a Meßordernhalters
  • Figure 6 is a perspective sectional view taken along the line 6-6 according to
  • FIG. 7 is a sectional view of a measuring section holder
  • Figure 8 is a view similar to Figure 7 with measuring sections disposed therein (corresponding to a sectional view taken along the line 8-8 of Figure 6);
  • Figure 9 is a perspective view of an embodiment of a Meßordernhalter carrier
  • Figure 10 is a perspective view of an embodiment of a
  • Figure 11 is a perspective view of an embodiment of a
  • FIG. 14 shows a further embodiment of a path measuring device with measuring interface
  • FIG 15 schematically shows the course of mechanical waves (actual
  • FIG. 16 schematically shows the time profile of start signals in the case of a
  • FIG. 1 An embodiment of a magnetostrictive displacement measuring device according to the invention, which is shown in FIG. 1 and designated therein by 10, comprises a displacement transducer 12 and a magnetic position transmitter 14.
  • the displacement transducer 12 is designed as a magnetostrictive displacement transducer.
  • the position sensor 14 is a magnet and in particular a permanent magnet, for example in the form of a ring magnet.
  • the displacement transducer 12 comprises a measuring head 16.
  • a displacement device 18 is held on the measuring head 16.
  • the path-length device 18 has a plurality of parallel measuring sections 20a, 20b, 20c (FIGS. 1, 5, 6, 8).
  • a first measuring section 20a, a second measuring section 20b and a third measuring section 20c are provided.
  • the measuring sections 20a, 20b, 20c aligned parallel to each other and oriented with linear extension.
  • the position sensor 14 simultaneously couples to all measuring sections 20a, 20b, 20c.
  • the measuring sections 20a, 20b, 20c have the same design and the coupling of the position sensor 14 is the same at all measuring sections 20a, 20b, 20c.
  • the measuring sections 20a, 20b, 20c are arranged on the path-length device 18.
  • the measuring sections 20a, 20b, 20c are associated with a respective measuring section continuation 22a, 22b, 22c, which is positioned in the measuring head 16 (FIGS. 3, 4).
  • the displacement transducer 12 has a measuring section holder 24. This extends in a longitudinal direction 26 along a corresponding axis.
  • the measuring section holder 24 has a cylindrical outer contour (FIGS. 5 to 8). It is arranged in a protective tube (not shown in the drawings).
  • the measuring section holder 24 extends over the entire length of the measuring sections 20a, 20b, 20c, wherein it has a greater length than these measuring sections, as will be explained in more detail below.
  • the measuring section holder 24 has a groove-shaped first recess 28a for the first measuring section 20a, a groove-shaped second recess 28b for the second measuring section 20b and a groove-shaped third recess 28c for the third measuring section 28c.
  • the respective measuring sections 20a, 20b, 20c are arranged.
  • the recesses 28a, 28b, 28c extend in the longitudinal direction 26 and are aligned parallel to one another and oriented parallel to the axis 26.
  • the measuring section holder 24 is made of a fiber-reinforced material and in particular fiber-reinforced plastic material.
  • the fibers are preferably glass fibers.
  • a fiber orientation is at least approximately parallel to the longitudinal direction 26.
  • the measuring section holder 24 thereby has a low thermal expansion.
  • the measuring section holder 24 is produced, for example, by a pulltrusion method.
  • a maximum thickness D is at most 10 mm (see FIGS. 7 and 8). In a specific embodiment, this thickness is about 6 mm.
  • the Meßordernhalter 24 has related to its cross-section interconnected T-shaped elements 30 ( Figures 7, 8). These T-shaped elements 30 are arranged in a star shape. The T-shaped elements 30 and thus also the recesses 28a, 28b, 28c are arranged distributed uniformly in an angle 32 of 120 ° rotationally symmetrical to the longitudinal direction 26. The T-shaped elements 30 are identical.
  • the respective recesses 28a etc. are separated by walls 34 having a uniform wall thickness.
  • the recesses 28a, etc. are not configured in a circular shape. They have a first region 36, on which the delimiting walls 34 have at least approximately a flat side 38. Corresponding flat sides 38 abut each other, wherein at the transition region 40 is a rounding.
  • the recesses 28a etc. also have a second region 42.
  • the walls 34 are arc-shaped and in particular rounded.
  • the walls 34 In a central area 44 near the axis 26, as mentioned above, the walls 34 have a uniform wall thickness.
  • the recesses 28 a, etc. have an opening 45 to the outside parallel to the longitudinal direction 26.
  • the recesses 28 a, etc. are thereby formed as grooves on the measuring section holder 24.
  • the walls 34 surround the recess in an angular range of at least 220 ° and for example in an angular range of 270 °.
  • One at the respective recess 28a etc. arranged measuring section 20a, etc. is thereby surrounded except the opening 44 of wall material of the measuring section holder 24.
  • the measuring head 16 has a Meßordernhalter-carrier 46, on which the Meßordernhalter 24 is held ( Figures 1, 2, 9).
  • This Meßordernhalter carrier 46 includes a cylinder sleeve 48, which sits on a pot 50.
  • the pot 50 has an opening 52 which corresponds to an interior 54 of the cylinder sleeve 48. Through this opening 52, the measuring section continuations 22a, 22b, 22c are performed.
  • the pot 50 has on its side facing away from the cylinder sleeve 48 a circumferential collar 56. Between a bottom 58 and the collar 56, a cylindrical space 60 is defined.
  • Markings 62 of a marking device for the measuring section holder 24 are arranged around the opening 52 at the base 58 at an angle of 120 °. These markings 62 correspond to the positions of the measuring sections 20a, 20b, 20c and serve to facilitate assembly.
  • the Meßordernhalter carrier 46 is fixed to a coil holder 64 ( Figures 1, 2, 10) of the measuring head 16, as will be explained in more detail below.
  • the spool holder 64 and the Meßordernhalter carrier 46 is associated with a nose-groove device for mutual rotational fixation.
  • a groove 66 is arranged, for example, in the collar 56 of the measuring section holder carrier 46.
  • the coil holder 64 has a cylindrical shape. In it, recesses 68a, 68b, 68c are arranged corresponding to the number of measuring section continuations 22a, 22b, 22c.
  • the first recess 68a is assigned to the first measuring section continuation 22a
  • the second recess 68b is assigned to the second measuring section continuation 22b
  • the third recess 68c is assigned to the third measuring section continuation 22c.
  • a respective recess 68a, etc. has a first region 70 which extends from an end face 72 of the coil holder 64, which supports the measuring section holder.
  • Carrier 46 extends to a central region of the bobbin holder 64.
  • a recess 68a, etc. has a second region 74 which extends from one end of the first region 70 to an end face 76 of the coil holder 64, which faces away from the measuring section holder 24.
  • the second region 74 of the respective recess 68 a, etc. is formed in particular as a cylindrical bore in the coil holder 64.
  • the first region 70 is formed as a depression which is open at the side (FIG. 10).
  • a locking device 78 is provided with respective latches 80a, 80b, 80c, wherein the latch 80a the first portion 70 of the first recess 68a, the latch 80b of the second recess 68b and the latch 80c is associated with the third recess 68c.
  • the latches 80a, 80b, 80c of the locking device 78 are fixed to the first region 70 of the corresponding recess 68a, 68b, 68c, for example by gluing. They leave open an area in which the corresponding measuring section continuation 22a, 22b, 22c is guided in the coil holder 64.
  • the measuring head 16 has an axis 82. This axis 82 is coaxial with the axis 26 of the measuring section holder 24.
  • the measuring section holder 24 is centrally located on the measuring head 16.
  • the measuring head 16 has a larger diameter than the Meßordernhalter 24.
  • the second portion 74 of the recess 68a etc. is offset parallel outward (away from the axis 82) and thereby spaced from the axis 26.
  • the aperture 52 is coaxial with the axis 26 and thus also with the axis 82.
  • the first region 70 provides a transitional region between the aperture 52 and the parallel offset second region 74.
  • the recesses 68a, 68b, 68c for the measuring section continuations 22a, 22b, 22c in the coil holder 64 have the same symmetry of the arrangement as the measuring sections 20a, 20b, 20c measuring section holder 24 on.
  • the recesses 68a, 68b, 68c arranged rotationally symmetrical to the axis 82 and arranged in particular star-shaped with an angular distance of 120 °.
  • the recesses 68a, 68b, 68c are aligned parallel to one another in their second region 74.
  • the coil holder 64 has on its end face 72 a recessed edge region 84, which is adapted to the collar 56 of the Meßumblenhalter-carrier 46.
  • the recessed edge region 84 surrounds a protrusion 86 which is positioned in the space 60.
  • the collar 56 surrounds this survey 86.
  • a nose 88 of the above-mentioned nose-groove device is arranged.
  • This nose 88 is immersed in the groove 66 of the Meßordernhalter- carrier 46.
  • the nose 88 and the groove 66 are arranged so that the markings 62 are aligned with inlet openings 90 of the recesses 68a, 68b, 68c.
  • the measuring head 16 also has a holding plate 92 (FIGS. 1, 2, 11).
  • This holding plate 92 is fixed to the bobbin holder 64. It has an example triangular first region 94 ( Figure 11), on which a cylindrical flange 96 is seated. This flange 96 is placed on the coil holder 64. A part of the bobbin holder 64 with the end face 72 is penetrated through the flange 96.
  • the flange 96 further surrounds the gauge holder carrier 46.
  • the flange 96 and an opening 98 in the first region 94 define an interior 100 of the support plate 92.
  • the inner space 100 has a first partial area 102 and a second partial area 104.
  • the first partial area 102 is formed in the first area 94 and the second partial area 104 is in the flange 96 is formed.
  • the second portion 104 has a smaller diameter than the first portion 102.
  • a particular annular contact surface 106 is formed.
  • the edge region 84 of the bobbin holder 64 projects outwardly beyond a cylindrical outer contour 108 of the bobbin holder 64 (FIG. 10).
  • an edge collar 110 is formed. This edge collar abuts against the contact surface 106.
  • the coil holder 64 is preceded by its end face 76 first by the first portion 102 of the
  • the edge collar 110 of the bobbin holder 64 has openings 112, which correspond to the recesses 68a and so on. These breakthroughs form grooves of a nose-groove device for rotationally fixing the bobbin holder 64 relative to the holding plate 92. On the contact surface 106 corresponding lugs 114 are arranged. If a nose 114 is in an opening 112 (groove), then the rotation between the holding plate 92 and coil holder 64 is locked.
  • An axial fixation between the holding plate 92 and the coil holder 64 of the measuring head 16 takes place for example by gluing.
  • the fixation of the measuring head 16 is improved by the flange 96, which is designed in particular as a ring nut.
  • an axial fixation between the measuring section holder carrier 46 and the coil holder 64 can also be done by gluing.
  • the flange 96 at least partially overlaps the latch means 78.
  • openings 116 are arranged in one embodiment. This allows the route mer 12, for example, to fix an application on screw or the like.
  • the respective measuring sections 20a, 20b, 20c with their associated measuring section continuations 22a, 22b, 22c each comprise a wire waveguide 118.
  • This wire waveguide 118 is the "actual" measuring section. It is continuously guided in the respective measuring section continuation 22a etc. and measuring section 20a and so on. It is fixed to a damping sleeve 134.
  • This damping sleeve 134 is positioned near one end 122 of the measuring section holder 24.
  • the damping sleeve 134 is a metal element.
  • the wire waveguide 118 is surrounded by a hose 124.
  • This hose 124 is made of an electrically insulating material and is, for example, a silicone hose. It serves, on the one hand, for electrical insulation of the wire waveguide 118 and, on the other hand, for storage and positioning within the corresponding recesses 28a etc. and 68a etc.
  • a return conductor 126 is connected. This is, for example, soldered to the metal element 134 with a soldering point 120.
  • the return conductor 126 is passed through the recesses 28 a, etc. and 68 a, etc., while being outside the corresponding tube 124.
  • the tube 124 is constricted at spaced locations 128 (FIGS. 4 through 6, FIG. 8) and thereby reduces the range of motion of the wire waveguide 118.
  • the constriction is not so narrow that wave propagation is prevented.
  • the relative position fixation is a storage with (defined, low) clearance. This in turn allows for positional fixation of the wire waveguide 118 to the transducer 12 when the tube 124 is inserted into the recesses 28a etc. and 68 and so on.
  • one or more damping masses 130, 132 are arranged adjacent to the metal element 120.
  • a corresponding damping mass 130, 132 surrounds the wire waveguide 118 in this area and ensures damping of the corresponding mechanical shaft.
  • a measuring range 136 of the transducer 12 is substantially between one end of the damping mass 132, which abuts the hose 124, and one end of the cylinder sleeve 48. The distance therebetween defines the length of the measuring range 136.
  • the wire waveguide 118 and corresponding to the return conductor 126 are through the corresponding recesses 68a, etc. are also guided by the coil holder 64 (FIGS. 2 to 4). In the measuring section holder 24, the wire waveguides 118 of the respective measuring sections 20a, 20b, 20c are guided parallel to one another and parallel to the axis.
  • the wire waveguides 118 are again guided parallel to the axis 26 in the second region 74.
  • the first region 70 is designed so that a mechanical shaft can pass through it without hindrance.
  • the wire waveguide 118 is guided in this area bent with the avoidance of corners.
  • the wire waveguide is guided in the manner of an S-shape.
  • the latches 80a, etc. of the latch assembly 78, and a bottom 138 of the first portion 70 of the recesses 68a, etc., are configured to permit "edge-free"("steadilydifferentiable") S-shaped guidance of the wire waveguide 118.
  • a sleeve 140 is arranged in the second region 74 of the respective recesses 68a, etc.. This sleeve 140 ( Figure 4) is used to determine the positioning of the wire waveguide 118 in this second region 74 of the recess and thereby to the S-guide.
  • the sleeve 140 spacer sleeve
  • a shielding tube 142 is surrounded by a shielding tube 142.
  • This shielding tube 142 is made of a magnetically shielding material.
  • a coil device 144 is held on the coil holder 64.
  • the coil device 144 in this case comprises (at least) a pick-up coil 146, which is arranged on a measuring section continuation 22a, etc., in the second region 74 of the corresponding recess 68a, etc.
  • the corresponding pick-up coil 146 is in particular glued into the sleeve 140.
  • the pick-up coil 146 is seated with pins 150a, 150b, 150c, 150d of metallic material.
  • the return conductor 126 is wound and soldered thereto.
  • the wire waveguide 118 is wound.
  • Each of the pins 150a, 150b, 150c, 150d has a band 152 with integrated conductors.
  • at least one resistance element 154 is arranged on the band 152.
  • the resistance element of the respective band 152 is seated outside of the coil holder 64.
  • Each measuring section 20a with its measuring section continuation 22a is in each case assigned a band with its own resistance element 154.
  • a respective band 152 is designed in particular as a flex band. It guides the conductors and is also a carrier of the resistance element 154.
  • the resistance elements 154 allow the respective measuring sections 20a, 20b, 20c to be normalized in relation to one another and also to a subsequent circuit. In particular, inequalities in the electrical behavior of the individual measuring sections 20a, 20b, Compensate for 20c. Due to the easy accessibility of the resistor elements 154, this compensation can be carried out in a simple manner.
  • An excitation current pulse 156 originating from a measurement interface triggers a measurement as a measurement signal.
  • the excitation current pulse 156 is triggered by means of a start signal 300 (FIGS. 15, 16).
  • the excitation current pulse 156 generates a circular magnetic field 158, which is due to soft magnetic properties of the waveguide (wire waveguide) 118 bundled in this.
  • the position sensor 14 in particular permanent magnet
  • Its magnetic field lines 162 extend at right angles to the circular magnetic field 158 and are likewise bundled in the waveguide 118.
  • an elastic deformation due to magnetostriction arises in the microregion of the structure of the waveguide 118.
  • This elastic deformation causes a mechanical wave propagating along the waveguide 118 in opposite directions 164, 166 (elastic wave).
  • the propagation speed of this wave in the waveguide 118 is in particular of the order of magnitude of approximately 2800 m / s and is largely insensitive to environmental influences.
  • the damping masses 130, 132 are arranged. This attenuates the trans-sonic wave traveling to the end 122, so that an amplitude of the back-reflected component of the wave in the signal detection is smaller than the amplitude of the directly propagating shaft.
  • the corresponding pick-up coil 146 is arranged, which generates an electrical signal by reversing the magnetostrictive effect and magnetic induction and delivers this to the measuring interface.
  • the wave travel time from the point of origin to the pick-up coil 146 is directly proportional to the distance between the position sensor 14 and the pick-up coil 146.
  • the primary measurement signal for the time measurement is the electrical signal of the pick-up coil 146, which is offset in time to the start signal in dependence on the distance between the pick-up coil 146 and the position sensor 14 from the pick-up coil 146 to the Measuring interface is supplied.
  • an exciter current pulse which is sent to a measuring path can induce voltages in the other measuring paths 20b, 20c, especially when switching off. It can therefore be done in principle crosstalk.
  • An induction voltage limiting device 170 is provided, which adjusts an edge slope 172 (FIG. 12 (b)) of an excitation current pulse 156, in particular at switch-off, such that, in particular, a drop from a maximum amplitude 174 to zero over a period of at least 1.5 ps and in particular in a period of at least 2 ps and in particular in a period of at least 3 ps.
  • the induction voltage limiting device 170 is realized, for example, by an RCD element.
  • a magnetic device 178 is integrated into the coil holder 64 (FIG. 2).
  • the magnet device 178 is realized, for example, by magnets which are integrated in the corresponding latches 80a, 80b, 80c.
  • the magnet device 178 is a bias magnet device, which serves to reduce crosstalk between measuring sections 20a, 20b, 20c or measuring section continuations 22a, 22b, 22c. This makes it possible to reduce the influence of the current pulse on one measuring path on the pick-up coil assigned to another measuring path.
  • the latches 80a, etc. may be, for example, plastic-bonded magnets. The orientation and strength of the magnetic field can be adjusted specifically.
  • the crosstalk due to an increased distance of the pick-up coils 146 is reduced by the staggered arrangement to the axis 26.
  • one or more conductors 180 are additionally arranged in the measuring section holder 24 and the coil holder 64.
  • a conductor 180 is for example guided in parallel.
  • a meander-like guidance or the like is also possible.
  • By means of one or more current-carrying conductors 180 a possible crosstalk between different measuring paths 20a, 20b, 20c can be compensated for with appropriate routing of the conductor 180 and adjustment of the current intensity.
  • the time interval between the emission of the start signal and the arrival of the electrical signal of the pick-up coil 146 is determined. From the known shaft speed on a corresponding measuring section 20a, 20b, 20c, the path traveled by the mechanical shaft is then determined. Right. As a result, in turn, the location of the position sensor 14 at the corresponding measuring section 20a, 20b, 20c is known.
  • a first exemplary embodiment of a measurement interface 302 (FIG. 13) comprises a start signal application device 304. Starting signals can be provided to the individual measurement sections 20a, 20b, 20c by the start signal application device.
  • the start signal application device comprises start signal generators 306a, 306b, 306c, each measurement section 20a, 20b, 20c being assigned its own start signal generator 306a, 306b, 306c.
  • the respective start signal generator 306a assigned to the measuring section 20a, etc. provides start signals 300 to its measuring section 20a, etc.
  • the start signal application device 304 furthermore comprises a time control device 308.
  • the time control device 308 ensures that the start signal application of the respective measurement paths 20a, etc. occurs in a time-defined manner, as explained in more detail below.
  • Measurement cycles there is a time-controlled admission of start signals for different measuring sections 20a, 20b, 20c within a measuring cycle, as will be explained in greater detail below.
  • the time control device 308 is realized for example by a micro-processor.
  • the measuring interface 302 also has an evaluation device 310, which is realized, for example, by an ASIC.
  • the evaluation device 310 receives the signals provided by the individual measuring sections 20a, 20b and 20c (and thereby by the respective pick-up coils 146a, 146b, 146c).
  • the evaluation device 310 may be preceded by a converter 312, which generates analog signals from the signals provided.
  • the time control device 308 is signal-coupled to the evaluation device 310 and the converter 312. As a result, it can be detected by the evaluation device 310, from which respective measuring sections 20a, 20b, 20c a signal provided has been generated.
  • a start signal application device 322 is provided.
  • the start signal application device 322 comprises a start signal generator 324 which is assigned to a plurality of measurement paths 20a, etc., and in particular is assigned to all measurement paths 20a, 20b, 20c.
  • the start signal generator 324 is then a common start signal generator for the measurement sections 20a etc., which generates all the primary start signals for all the measurement sections 20a and so on.
  • the start signal generator 324 is followed by a multiplexer 326.
  • the multiplexer 326 is driven by a timing controller 328.
  • the multiplexer 326 By means of the multiplexer 326, the different measuring paths 20a, etc. can be provided with time-controlled start signals 300, wherein, as mentioned above, the timing also enables a time offset of the starting signals 300 for different measuring paths 20a, etc. within a measuring cycle.
  • an evaluation device corresponding to the evaluation device 310 is provided. As with the measurement interface 320, the time control device 328 is coupled to the evaluation device 310. Furthermore, a converter 330 is provided, which converts from the corresponding pick-up coils 146a and so on into analog signals. The converter 330 in this case comprises a multiplexer. Corresponding signals are then provided to the evaluation device 310, wherein the multiplexer is used by the Evaluation device 310, the signals provided to the individual measuring sections 20a, etc. can be assigned.
  • the displacement measuring device with the measuring interface 302 or the measuring interface 320 functions as follows:
  • the position sensor 14 couples to all measuring sections 20a, 20b, 20c in the same manner. According to the invention, start signals 300 are not given simultaneously to the different measuring sections 20a, etc., but at a time interval (FIGS. 15 and 16).
  • a start signal 300 is applied to the first measurement path 20a.
  • a corresponding excitation current pulse 156 is generated, which in turn leads to the emergence of a mechanical shaft 342.
  • the return reflection at the end 122 results in a return reflection wave 344, which likewise reaches the assigned pick-up coil.
  • the return reflection wave 344 has a smaller amplitude than the mechanical wave 342. However, it can basically trigger signals.
  • a further start signal 300 is provided at a second time t 2 , which is at a time interval ⁇ (first time interval) to the first time ti.
  • a mechanical wave arises corresponding to the shaft 342, and one (or more) back reflection wave corresponding to the return reflection wave 344.
  • the position sensor 14 is coupled to these measuring sections 20a, 20b in the same way and the position sensor 14 has not been substantially moved in the relevant time span, the mechanical shafts 342 should contact the Measuring lines 20a, 20b and the return reflection waves 344 be formed at least approximately the same.
  • a further start pulse is provided.
  • FIG. 16 shows an exemplary embodiment with three measuring sections.
  • the time ti 'for the start signal 300' to the second measuring section 20b does not coincide with the first time ti for the start signal for the first measuring section 20a.
  • a first time interval ⁇ Between the first time ti and the second time t 2 or ti 'and t 2 ' is a first time interval ⁇ .
  • a second time interval At Between time ti and time ti ', there is a second time interval At, which is finite but less than the first time interval AT.
  • the time interval ⁇ t for the measuring path with the number i lies at n measuring distances, where n is a natural number and i lies between 1 and n
  • the first time interval ⁇ is selected such that it corresponds to at least one maximum transit time of the mechanical shaft 342 on the corresponding measuring path 20a, 20b.
  • the maximum transit time is given by that measuring length at which the position transmitter 14 is spaced within the measuring range at most to the corresponding pick-up coil 146a and so on.
  • the first time interval .DELTA. ⁇ just corresponds to the maximum duration, that is just the simple of the maximum duration.
  • the first time interval ⁇ not to use a simple maximum runtime, but, for example, a double maximum runtime. This ensures that there are no reflections on a single measuring section 20a, etc., when a new start signal is provided. This gives an improved signal quality. As a result, better signal quality can be achieved with equally fast timing, since, as it were, the measurement paths become "quieter”. As a result, in turn, it is also possible, in particular when the double maximum delay time is used for the second time interval, to reduce dead zones with equally fast clocking and the same signal quality.
  • the measuring cycle 340 has a length which corresponds to the distance between the time t 2 'and the first time ti.
  • measuring cycles 340 are interwoven with each other (see FIG. 15).
  • a new measuring cycle 340 already begins for the first measuring path 20 a, with the preceding measuring cycle not yet being completed at the times t 2 and t 2 '. He is only at time t 2 'completed.
  • the first time interval ⁇ can be fixed. For example, it is fixed based on the maximum measuring length and the shaft speed. Depending on the application, then, for example, the simple maximum duration or twice the maximum runtime is specified. It is also possible in principle for the first time interval ⁇ to be set variably. For example, the evaluation device 310 determines whether reflections have reached a specific level (a specific lower amplitude threshold) and then a corresponding start signal 300 is provided on the corresponding measurement path i. In this case, the timing is variably adjusted. This makes it possible, for example, to minimize dead times by minimizing "safety margins".
  • the measuring sections are in particular the measuring sections 20a, 20b and 20c.
  • a start signal is provided at the first time ti.
  • a further start signal is provided at the second time t 2 .
  • the measuring cycle 340 has a time interval between the first time ti and the time t 2 ".
  • the start signal loading of the measuring sections 20a, 20b, 20c is time-controlled via the time control device 308 or 328 at a plurality of measuring sections.
  • appropriate timing for example, an n-fold faster effective timing can be achieved with n measurement paths for the entire system compared to a single clocking on an individual measurement path.
  • faster cycle times can be achieved with the same signal quality.
  • clocking for example, compared to the case in which start signals are given simultaneously to the measuring sections gives a better signal or with the same signal quality dead zones can be reduced.
  • the signal-to-noise ratio is not degraded by, for example, faster timing relative to the overall system.

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Abstract

Es wird eine magnetostriktive Wegmessvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine Mehrzahl von Messstrecken (20a, 20b, 20c), welche jeweils eine Erstreckung in einer Längsrichtung (26) aufweisen und mindestens in einem Messbereich (136) parallel zueinander angeordnet sind, mindestens einen magnetischen Positionsgeber (14), welcher an die Messstrecken (20a, 20b, 20c) berührungslos koppelt, eine Startsignalbeaufschlagungseinrichtung (304; 322), durch welche den Messstrecken (20a, 20b, 20c) Startsignale (300) zur Erzeugung von Erregerstromimpulsen (156) bereitstellbar sind, und eine Auswerteeinrichtung (310), durch welche die Position des Positionsgebers (14) an den Messstrecken (20a, 20b, 20c) durch eine Laufzeitmessung von mechanischen Wellen (342) ermittelbar ist, wobei die Startsignalbeaufschlagungseinrichtung (304; 322) eine Zeitsteuerungseinrichtung (308; 328) umfasst, welche steuert, dass in einem Messzyklus (340) unterschiedlichen Messstrecken (20a; 20b; 20c) zu definierten unterschiedlichen Zeitpunkten (t1; t1'; t1'') Startsignale (300) bereitgestellt werden.

Description

Magnetostriktive Wegmessvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer magnetostriktiven Wegmessvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine magnetostriktive Wegmessvorrichtung, umfassend eine Mehrzahl von Messstrecken, welche jeweils eine Erstreckung in einer Längsrichtung aufweisen und mindestens in einem Messbereich parallel zueinander angeordnet sind, mindestens einen magnetischen Positionsgeber, welcher an die Messstrecken berührungslos koppelt, eine Startsignalbeaufschlagungseinrichtung, durch welche den Messstrecken Startsignale zur Erzeugung von Erregerstromimpulsen bereitstellbar sind, und eine Auswerteeinrichtung, durch welche die Position des Positionsgebers an den Messstrecken durch eine Laufzeitmessung von mechanischen Wellen ermittelbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer magnetostriktiven Wegmessvorrichtung, wobei die Wegmessvorrichtung eine Mehrzahl von Messstrecken umfasst, welche jeweils eine Erstreckung in einer Längsrichtung aufweisen und mindestens in einem Messbereich parallel zueinander angeordnet sind, und einen magnetischen Positionsgeber aufweist, welcher an die Messstrecken berührungslos koppelt, bei dem den Messstrecken Startsignale bereitgestellt werden, welche Erregerstromimpulse auf den Messstrecken auslösen, und bei dem eine Laufzeit von mechanischen Wellen auf den Messstrecken ermittelt wird .
Aus der WO 2012/019927 AI oder der US 2013/0181700 AI ist eine Wegmessvorrichtung bekannt, umfassend mindestens eine erste Messstrecke und eine zweite Messstrecke, welche jeweils eine Erstreckung in einer Längsrichtung aufweisen und mindestens in einem Messbereich parallel zueinander ausgerichtet sind, mindestens einen Positionsgeber, welcher an die Messstrecken berührungslos koppelt und einen Messstreckenhalter, welcher sich in dem Messbereich erstreckt und Ausnehmungen aufweist, in welchen jeweils eine Messstrecke angeordnet ist. Aus der EP 1 306 650 AI ist eine Wegaufnehmervorrichtung zur Erfassung des Wegs eines Positionsgebers bekannt, welche einen sich in einer Längsrichtung erstreckenden Messfühler aufweist, an welchen der Positionsgeber berüh- rungslos koppelt.
Wenn eine Mehrzahl (mindestens zwei) von Messstrecken, das heißt mindestens zwei Messfühler vorgesehen sind, dann lässt sich eine redundante Wegmessung bzw. Positionsbestimmung erreichen. Eine entsprechende Weg- messvorrichtung lässt sich auf vorteilhafte Weise beispielsweise bei sicherheitsrelevanten Anwendungen einsetzen.
Aus der DE 10 2004 062 968 AI ist eine Wegmessvorrichtung mit einem Gehäuse in Form eines eigenstabilen, hohlen, umfänglich geschlossenen, stirn- seitig dichtbaren Profiles mit in Längsrichtung gleich bleibender Querschnittskontur, einer Wellenleiter-Einheit im Inneren des Profiles, wobei der Wellenleiter der Wellenleiter-Einheit in Längsrichtung des Profiles verläuft, einer Auswerte-Elektronik, und einem in Längsrichtung außen entlang des Profiles beweglichen Magneten als Positionsgeber bekannt. Das Profil weist über die gesamte Länge eine absatzlose Innenkontur auf und in der Innenkontur ist wenigstens ein Einsatz mit einer Innenkontur drehfest in Drehrichtung um die Längsachse angeordnet, die auch beliebige Innenecken, Außenecken und/oder Absätze aufweist. Aus der US 2001/0017539 AI ist eine modulare Wellenleiteranordnung bekannt.
Aus der CN 101788259 ist ein magnetostriktiver Verrückungssensor bekannt, welcher zwei Sätze von Signalerzeugungseinrichtungen umfasst. Jeder Satz umfasst einen Wellenleiterdraht. Aus der DE 197 53 805 AI ist eine Lagerung für Wellenleiter, die der Fortleitung mechanischer Wellen dient, bekannt, wobei die Lagerung einen hohen Anteil Gas und einen niedrigen Anteil Feststoff aufweist. Aus der US 4,121,155 ist ein positionsbestimmtes System bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wegmessvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine verbesserte Signalqualität und/oder eine schnellere Abtastung und/oder eine Verkürzung von Totzeiten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten magnetostriktiven Wegmessvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Startsignalbeaufschlagungseinrichtung eine Zeitsteuerungseinrichtung umfasst, welche steuert, dass in einem Messzyklus unterschiedlichen Messstrecken zu definierten unterschiedlichen Zeitpunkten Startsignale bereitgestellt werden.
Durch die Zeitsteuerungseinrichtung lässt sich einstellen, dass den unterschiedlichen Messstrecken der Mehrzahl von Messstrecken (das heißt den min- destens zwei Messstrecken) nicht gleichzeitig Startsignale bereitgestellt werden, sondern mit einem zeitlichen Versatz.
Durch diesen zeitlichen Versatz lässt es sich erreichen, dass beispielsweise bei einer gleichbleibenden Messlänge eine Signalqualität verbessert wird, oder dass bei gleichbleibender Signalqualität eine schnellere Abtastung erreicht wird, oder dass bei gleicher Abtastung und gleicher Signalqualität Totstrecken verkürzt werden. Der erwähnte Vergleich ist dabei darauf bezogen, dass nur eine Messstrecke verwendet wird bzw. bei einer Mehrzahl von Messstrecken die Startsignale gleichzeitig verschiedenen Messstrecken bereitgestellt werden.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, ohne dass eine Abtastung für eine individuelle Messstrecke erhöht wird, für das Gesamtsystem mit der Mehrzahl von Messstrecken eine schnellere Taktung zu erreichen. Der zeitliche Versatz der Startsignale für unterschiedliche Messstrecken bewirkt eine effektive Erhöhung der Taktung .
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Zeitsteuerungseinrichtung steuert, dass in einem Messzyklus einer ersten Messstrecke zu einem ersten Zeitpunkt ein Startsignal bereitgestellt wird und zu einem zweiten Zeitpunkt, welcher in einem ersten Zeitabstand zu dem ersten Zeitpunkt liegt, ein Startsignal bereitgestellt wird, und einer weiteren Messstrecke ein jeweiliges Startsignal zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt bereitgestellt wird . Dadurch erfolgt eine nicht gleichzeitige Startsignalbeaufschlagung der Messstrecken. Der entsprechende zeitliche Versatz in unterschiedlichen Messstrecken kann genutzt werden, um insgesamt für das Gesamtsystem eine schnellere Taktung zu erreichen oder eine bessere Signalqualität zu erreichen (ohne Einbußen in der Taktung) oder kann dazu genutzt werden, Totzonen zu verkürzen.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass bei n Messstrecken, wobei n eine natürliche Zahl ist, die Zeitsteuerungseinrichtung steuert, dass in einem Messzyklus einer Messstrecke i mit i = 2, n in einem zweiten Zeitabstand (i - l)/n ■ ΔΤ zu dem ersten Zeitpunkt ein Startsignal bereitgestellt wird . Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine schnellere Taktung für das Gesamtsystem als für eine einzelne Messstrecke erreichen bzw. es lässt sich eine bessere Signalqualität erreichen bzw. es lassen sich Totzonen verkürzen. Insbesondere werden Startsignale einer jeweiligen Messstrecke jeweils in dem ersten Zeitabstand bereitgestellt. Dadurch können an einer individuellen Messstrecke Messzyklen durchlaufen werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass der erste Zeitabstand gleich ist wie oder größer ist als eine maximale Laufzeit einer mechanischen Welle auf einer Messstrecke. Es lässt sich dadurch sicherstellen, dass Reflexionen zu weitgehend abgeklungen sind, dass eine gute Signalqualität erreicht wird . Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der erste Zeitabstand gleich ist wie oder größer ist als eine doppelte maximale Laufzeit einer mechanischen Welle auf einer Messstrecke. Dadurch lässt sich sicherstellen, dass auf einer entsprechenden Messstrecke keine Reflexionen mehr unterwegs sind, und eine Signalqualität wird erhöht. Dies kann auch dazu verwendet werden, eine Totzone am Ende einer Messstrecke zu verkürzen, da eine entsprechende Dämpfung verkürzt werden kann, um eine genügende Signalqualität zu erreichen. Es muss gewissermaßen weniger Aufwand für die Dämpfung be- trieben werden, da länger abgewartet wird .
Es kann dabei vorgesehen sein, dass Zeitabstände, an welchen in einem
Messzyklus Startsignale den Messstrecken bereitgestellt sind, fest eingestellt sind und insbesondere in Abhängigkeit einer Messlänge und einer Aus- breitungsgeschwindigkeit der mechanischen Welle ermittelt sind. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine entsprechende Zeitsteuerung erreichen.
Es ist auch möglich, dass Zeitabstände, an welchen in einem Messzyklus Startsignale den Messstrecken bereitgestellt sind, über Ermittlung von Re- flexionen der mechanischen Welle bestimmt sind. Insbesondere wird dann geprüft, ob Reflexionen eine bestimme Schwelle (beispielsweise Amplitudenschwelle) unterschreiten und es wird dann entsprechend in einem zeitlichen Abstand ein Startsignal ausgelöst, wenn dieser Schwellenwert unterschritten ist.
Ein Messzyklus beginnt mit dem ersten Zeitpunkt und endet mit dem Zeitpunkt, welcher den ersten Zeitabstand zu demjenigen Zeitpunkt hat, bei dem einer entsprechenden Messstrecke zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt von allen Messstrecken das zeitlich letzte Startsignal bereit- gestellt wird . Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass Messzyklen ineinander verschachtelt sind, das heißt dass beispielsweise ein neuer Messzyklus beginnt, bevor ein vorhergehender Messzyklus vollständig abgeschlossen ist. Es ist günstig, wenn die Messstrecken gleich ausgebildet sind. Dadurch lässt sich erreichen, dass der Positionsgeber gleich an alle Messstrecken koppelt, um entsprechend durch die zeitliche Steuerung eine erhöhte Taktung bzw. verbesserte Signalqualität bzw. eine Verkürzbarkeit von Totzonen zu er- reichen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jeder Messstrecke ein eigener Startsignalgenerator der Startsignalbeaufschlagungseinrichtung zugeordnet.
Es kann auch vorgesehen sein, dass einer Mehrzahl von Messstrecken ein gemeinsamer Startsignalgenerator zugeordnet ist, welchem ein Multiplexer nachgeschaltet ist, wobei der Multiplexer den jeweiligen Messstrecken Startsignale bereitstellt. Durch individuelle Startsignalgeneratoren oder durch einen Multiplexer lässt sich eine individuelle zeitliche Steuerung der Startsignalbeaufschlagung der Messstrecken erreichen. Es ist günstig, wenn die Zeitsteuerungseinrichtung an die Auswerteeinrichtung gekoppelt ist. Dadurch kann die Auswerteeinrichtung ihr bereitgestellte Signale den einzelnen Messstrecken zuordnen, um eine optimierte Auswertung durchzuführen. Beispielsweise ist der Auswerteeinrichtung ein Multiplexer zugeordnet, über welchen Signale, welche von den Messstrecken bereitgestellt sind, der Auswerteeinrichtung bereitstellbar sind.
Die eingangs genannte Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem Messzyklus Startsignale unterschiedlichen Messstrecken zu unterschiedlichen Zeiten bereitgestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich insbesondere mit der erfindungs- gemäßen Vorrichtung durchführen bzw. auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.
Beispielsweise wird in einem Messzyklus einer ersten Messstrecke zu einem ersten Zeitpunkt ein Startsignal bereitgestellt und zu einem zweiten Zeitpunkt, welcher in einem ersten Zeitabstand zu dem ersten Zeitpunkt liegt, wird ein Startsignal bereitgestellt, und einer weiteren Messstrecke wird ein jeweiliges Startsignal zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt bereitgestellt. Es wird dadurch ein zeitlicher Versatz erreicht, durch welchen sich eine höhere Taktung und/oder eine verbesserte Signalqualität und/oder eine Verkürzbarkeit von Totzonen erreichen lässt.
Bei n Messstrecken, wobei n eine natürliche Zahl ist, wird insbesondere einer Messstrecke i mit i = 2, n in einem zweiten Zeitabstand (i - l)/n ■ ΔΤ zu dem ersten Zeitpunkt ein Startsignal bereitgestellt. Dadurch lässt sich beispielsweise bezogen auf das Gesamtsystem eine schnellere Taktung als für einzelne Messstrecken realisieren mit den entsprechenden Vorteilen.
Günstig ist es, wenn der erste Zeitabstand gleich ist wie oder größer ist als eine maximale Laufzeit einer mechanischen Welle auf einer Messstrecke.
Dadurch kann beispielsweise bei gleicher Genauigkeit zu mehr Zeitpunkten ein Positionswert erhalten werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass der erste Zeitabstand gleich ist wie oder größer ist als eine doppelte maximale Laufzeit einer mechanischen Welle auf einer Messstrecke. Es lässt sich dadurch sicherstellen, dass keinerlei Reflexionen mehr auf der Messstrecke unterwegs sind. Es wird dadurch eine bessere Signalqualität erreicht bzw. es lässt sich eine Totzone verkürzen.
Beispielsweise sind Zeitabstände, an welchen in einem Messzyklus Startsignale den Messstrecken bereitgestellt werden, fest eingestellt und insbesondere in Abhängigkeit einer Messlänge und einer Ausbreitungsgeschwindigkeit der mechanischen Welle ermittelt. Dadurch sind Zeitabstände fest vorgegeben.
Es lässt sich auch eine aktive Zeitabstandsbestimmung realisieren, indem Zeitabstände, an welchen in einem Messzyklus Startsignale den Messstrecken bereitgestellt werden, über Ermittlung von Reflexionen der mechanischen Welle bestimmt werden. Insbesondere wird geprüft, ob Reflexionen, welche auf der Messstrecke unterwegs waren, einen Schwellenwert (beispielsweise bezüglich der Amplitude) unterschritten haben.
Ein Messzyklus beginnt mit dem ersten Zeitpunkt und endet mit dem Zeitpunkt, welcher den ersten Zeitabstand zu demjenigen Zeitpunkt hat, bei dem einer entsprechenden Messstrecke zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt von allen Messstrecken das zeitlich letzte Startsignal bereit- gestellt wird. Es sind dann allen Messstrecken Startsignale bereitgestellt worden und ein neues Startsignal wird initiiert, das heißt eine Positionsmessung, welche durch die primären Startsignale ausgelöst wurde, ist abgeschlossen. Es ist dabei möglich, dass Messzyklen so miteinander verschachtelt sind, dass beim Beginn eines neuen Messzyklus (an einer Messstrecke) ein vorheriger Messzyklus an einer anderen Messstrecke noch nicht abgeschlossen ist.
Insbesondere entspricht eine effektive Taktung des Wegmesssystems entsprechend einem Messzyklus schneller als eine Taktung auf den Messstrecken und insbesondere bei n Messstrecken, wobei n eine natürliche Zahl ist, ist die Taktung des Wegmesssystems n-fach schneller als auf einer einzelnen Messstrecke. Wenn die effektive Taktung des Wegmesssystems an konventionelle Systeme angepasst wird, dann lässt sich dadurch eine höhere Signalqualität erreichen bzw. Totzonen lassen sich verkürzen. Wenn eine Taktung auf einer individuellen Messstrecke an konventionelle Systeme angepasst wird, dann lässt sich für das Gesamtsystem eine schnellere Taktung erreichen und Totzeiten sind verringert. Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen : Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer
Wegmessvorrichtung;
Figur 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 gemäß Figur 1; Figur 3 eine perspektivische Teilschnittansicht auf einen Messkopfbereich der Wegmessvorrichtung gemäß Figur 1 ;
Figur 4 eine weitere perspektivische Schnittansicht eines Messkopfs; Figur 5 eine Teilansicht eines Messstreckenhalters;
Figur 6 eine perspektivische Schnittansicht längs der Linie 6-6 gemäß
Figur 5; Figur 7 eine Schnittansicht eines Messstreckenhalters;
Figur 8 eine ähnliche Ansicht wie Figur 7 mit darin angeordneten Messstrecken (entsprechend einer Schnittansicht längs der Linie 8-8 gemäß Figur 6);
Figur 9 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Messstreckenhalter-Trägers;
Figur 10 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines
Spulenhalters;
Figur 11 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer
Halteplatte; eine schematische Darstellung eines Wellenleiters zur Erläuterung dessen Funktionsweise; eine schematische Darstellung eines Stromimpulses; eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eine Wegmessvorrichtung mit Messschnittstelle; Figur 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Wegmessvorrichtung mit Messschnittstelle;
Figur 15 schematisch den Verlauf von mechanischen Wellen (eigentliche
Messwelle für Laufzeitermittlung und Rückreflexionswelle) für unterschiedliche Messstrecken und der zeitliche Verlauf von Startsignalen; und
Figur 16 schematisch den zeitlichen Verlauf von Startsignalen bei einem
Ausführungsbeispiel mit n = 3 Messstrecken.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen magnetostriktiven Wegmessvorrichtung, welches in Figur 1 gezeigt ist und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst einen Wegaufnehmer 12 und einen magnetischen Positionsgeber 14. Der Wegaufnehmer 12 ist als magnetostriktiver Wegaufnehmer ausgebildet. Der Positionsgeber 14 ist ein Magnet und insbesondere ein Permanentmagnet beispielsweise in Form eines Ringmagnets.
Der Wegaufnehmer 12 umfasst einen Messkopf 16. An dem Messkopf 16 ist eine Wegstreckeneinrichtung 18 gehalten. Die Wegstreckeneinrichtung 18 weist dabei eine Mehrzahl von parallelen Messstrecken 20a, 20b, 20c auf (Figuren 1, 5, 6, 8). Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind eine erste Messstrecke 20a, eine zweite Messstrecke 20b und eine dritte Messstrecke 20c vorgesehen. In einem Messbereich sind die Messstrecken 20a, 20b, 20c parallel zueinander ausgerichtet und mit linearer Erstreckung orientiert. Der Positionsgeber 14 koppelt gleichzeitig an alle Messstrecken 20a, 20b, 20c an. Insbesondere sind die Messstrecken 20a, 20b, 20c gleich ausgebildet und die Ankopplung des Positionsgebers 14 ist an allen Messstrecken 20a, 20b, 20c gleich.
Die Messstrecken 20a, 20b, 20c sind an der Wegstreckeneinrichtung 18 angeordnet. Den Messstrecken 20a, 20b, 20c ist eine jeweilige Messstrecken- Fortsetzung 22a, 22b, 22c zugeordnet, welche in dem Messkopf 16 positioniert ist (Figuren 3, 4).
Der Wegaufnehmer 12 weist einen Messstreckenhalter 24 auf. Dieser erstreckt sich in einer Längsrichtung 26 entlang einer entsprechenden Achse. Der Messstreckenhalter 24 weist eine zylindrische Außenkontur (Figuren 5 bis 8) auf. Er ist in einem Schutzrohr angeordnet (in den Zeichnungen nicht gezeigt).
Der Messstreckenhalter 24 erstreckt sich über die gesamte Länge der Messstrecken 20a, 20b, 20c, wobei er eine größere Länge als diese Messstrecken aufweist, wie untenstehend noch näher erläutert wird .
Der Messstreckenhalter 24 weist eine nutförmige erste Ausnehmung 28a für die erste Messstrecke 20a, eine nutförmige zweite Ausnehmung 28b für die zweite Messstrecke 20b und eine nutförmige dritte Ausnehmung 28c für die dritte Messstrecke 28c auf. In diesen Ausnehmungen 28a, 28b, 28c sind die jeweiligen Messstrecken 20a, 20b, 20c angeordnet. Die Ausnehmungen 28a, 28b, 28c erstrecken sich in der Längsrichtung 26 und sind parallel zueinander ausgerichtet und dabei parallel zu der Achse 26 orientiert.
Der Messstreckenhalter 24 ist aus einem faserverstärkten Material und ins- besondere faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt. Bei den Fasern handelt es sich vorzugsweise um Glasfasern. Eine Faserorientierung ist dabei mindestens näherungsweise parallel zu der Längsrichtung 26. Der Messstreckenhalter 24 weist dadurch eine geringe Wärmeausdehnung auf. Der Messstreckenhalter 24 ist beispielsweise durch einen Pulltrusionsverfahren hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt eine maximale Dicke D (Durchmesser) höchstens 10 mm (siehe Figuren 7 und 8). Bei einem kon- kreten Ausführungsbeispiel liegt diese Dicke bei ca. 6 mm.
Der Messstreckenhalter 24 weist bezogen auf seinen Querschnitt miteinander verbundene T-förmige Elemente 30 auf (Figuren 7, 8). Diese T-förmigen Elemente 30 sind sternförmig angeordnet. Die T-förmigen Elemente 30 und damit auch die Ausnehmungen 28a, 28b, 28c sind in einem Winkel 32 von 120° rotationssymmetrisch zu der Längsrichtung 26 gleichmäßig verteilt angeordnet. Die T-förmigen Elemente 30 sind gleich ausgebildet.
Die jeweiligen Ausnehmungen 28a usw. sind durch Wände 34 getrennt, welche eine gleichmäßige Wandstärke aufweisen. Die Ausnehmungen 28a usw. sind nicht kreisförmig ausgestaltet. Sie weisen einen ersten Bereich 36 auf, an welchem die begrenzenden Wände 34 mindestens näherungsweise eine ebene Seite 38 haben. Entsprechende ebene Seiten 38 stoßen aufeinander, wobei an dem Übergangsbereich 40 eine Abrundung vorliegt.
Die Ausnehmungen 28a usw. weisen ferner einen zweiten Bereich 42 auf. In diesem sind die Wände 34 bogenförmig ausgestaltet und insbesondere abgerundet. In einem zentralen Bereich 44 in der Nähe der Achse 26 haben die Wände 34, wie oben erwähnt, eine gleichmäßige Wanddicke.
Die Ausnehmungen 28a usw. weisen eine Öffnung 45 zur Außenseite parallel zur Längsrichtung 26 auf. Die Ausnehmungen 28a usw. sind dadurch als Nuten an dem Messstreckenhalter 24 ausgebildet. Die Wände 34 umgeben dabei die Ausnehmung in einem Winkelbereich von mindestens 220° und beispielsweise in einem Winkelbereich von 270°. Eine an der jeweiligen Ausnehmung 28a usw. angeordnete Messstrecke 20a usw. ist dadurch bis auf die Öffnung 44 von Wandmaterial des Messstreckenhalters 24 umgeben.
Der Messkopf 16 weist einen Messstreckenhalter-Träger 46 auf, an welchem der Messstreckenhalter 24 gehalten ist (Figuren 1, 2, 9). Dieser Messstreckenhalter-Träger 46 umfasst eine Zylinderhülse 48, welche an einem Topf 50 sitzt. Der Topf 50 hat eine Öffnung 52, welche zu einem Innenraum 54 der Zylinderhülse 48 korrespondiert. Durch diese Öffnung 52 sind die Messstrecken-Fortsetzungen 22a, 22b, 22c durchgeführt. Ferner weist der Topf 50 an seiner der Zylinderhülse 48 abgewandten Seite einen umlaufenden Bund 56 auf. Zwischen einem Boden 58 und dem Bund 56 ist ein zylindrischer Raum 60 definiert.
Um die Öffnung 52 sind an dem Boden 58 in einem Winkel von 120° verteilte Markierungen 62 einer Markierungseinrichtung für den Messstreckenhalter 24 angeordnet. Diese Markierungen 62 entsprechen den Positionen der Messstrecken 20a, 20b, 20c und dienen zur Montageerleichterung .
Der Messstreckenhalter-Träger 46 ist an einem Spulenhalter 64 (Figuren 1, 2, 10) des Messkopfs 16 fixiert, wie unten noch näherstehend erläutert wird . Dem Spulenhalter 64 und dem Messstreckenhalter-Träger 46 ist eine Nase- Nut-Einrichtung zur gegenseitigen Drehfixierung zugeordnet. Dazu ist beispielsweise in dem Bund 56 des Messstreckenhalter-Trägers 46 eine Nut 66 angeordnet.
Der Spulenhalter 64 hat eine zylindrische Gestalt. In ihm sind entsprechend der Anzahl der Messstrecken-Fortsetzungen 22a, 22b, 22c Ausnehmungen 68a, 68b, 68c angeordnet. Die erste Ausnehmung 68a ist dabei der ersten Messstrecken-Fortsetzung 22a zugeordnet, die zweite Ausnehmung 68b ist der zweiten Messstrecken-Fortsetzung 22b zugeordnet und die dritte Ausnehmung 68c ist der dritten Messstrecken-Fortsetzung 22c zugeordnet. Eine jeweilige Ausnehmung 68a usw. weist dabei einen ersten Bereich 70 auf, welcher sich von einer Stirnseite 72 des Spulenhalters 64, welche dem Messstreckenhalter- Träger 46 zugewandt ist, bis zu einem mittleren Bereich des Spulenhalters 64 erstreckt. Weiterhin weist eine Ausnehmung 68a usw. einen zweiten Bereich 74 auf, welcher sich von einem Ende des ersten Bereichs 70 bis zu einer Stirnseite 76 des Spulenhalters 64 erstreckt, welche dem Messstreckenhalter 24 abgewandt ist.
Der zweite Bereich 74 der jeweiligen Ausnehmung 68a usw. ist insbesondere als zylindrische Bohrung in dem Spulenhalter 64 ausgebildet. Der erste Bereich 70 ist als Vertiefung ausgebildet, welche seitlich offen ist (Figur 10). Zum seitlichen Verschließen des ersten Bereichs 70 der Ausnehmungen 68a usw. ist eine Riegeleinrichtung 78 mit jeweiligen Riegeln 80a, 80b, 80c vorgesehen, wobei der Riegel 80a dem ersten Bereich 70 der ersten Ausnehmung 68a, der Riegel 80b dem der zweiten Ausnehmung 68b und der Riegel 80c dem der dritten Ausnehmung 68c zugeordnet ist. Die Riegel 80a, 80b, 80c der Riegel- einrichtung 78 sind an dem ersten Bereich 70 der entsprechenden Ausnehmung 68a, 68b, 68c beispielsweise durch Verklebung fixiert. Sie lassen dabei einen Bereich frei, in welchem die entsprechende Messstrecken- Fortsetzung 22a, 22b, 22c in dem Spulenhalter 64 geführt ist. Der Messkopf 16 hat eine Achse 82. Diese Achse 82 ist koaxial zur Achse 26 des Messstreckenhalters 24. Der Messstreckenhalter 24 sitzt zentral an dem Messkopf 16. Der Messkopf 16 hat dabei einen größeren Durchmesser als der Messstreckenhalter 24. Der zweite Bereich 74 der Ausnehmung 68a usw. ist parallel nach außen (von der Achse 82 weg) versetzt und dadurch beabstandet zu der Achse 26. Die Öffnung 52 liegt koaxial zu der Achse 26 und damit auch zu der Achse 82. Der erste Bereich 70 stellt einen Übergangsbereich zwischen der Öffnung 52 und dem parallel versetzten zweiten Bereich 74 bereit. Der erste Bereich 70 ist da- bei so ausgestaltet, dass ein kontinuierlicher Übergang erfolgt.
Die Ausnehmungen 68a, 68b, 68c für die Messstrecken-Fortsetzungen 22a, 22b, 22c im Spulenhalter 64 weisen die gleiche Symmetrie der Anordnung wie die Messstrecken 20a, 20b, 20c Messstreckenhalter 24 auf. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 68a, 68b, 68c rotationssymmetrisch zu der Achse 82 angeordnet und insbesondere sternförmig angeordnet mit einem Winkelabstand von 120°. Die Ausnehmungen 68a, 68b, 68c sind in ihrem zweiten Bereich 74 parallel zueinander ausgerichtet.
Der Spulenhalter 64 hat an seiner Stirnseite 72 einen zurückgesetzten Randbereich 84, welcher an dem Bund 56 des Messstreckenhalter-Trägers 46 an- gepasst ist. Der zurückgesetzte Randbereich 84 umgibt eine Erhebung 86, welche in dem Raum 60 positioniert ist. Der Bund 56 umgibt diese Erhebung 86.
An dem Randbereich 84 ist eine Nase 88 der oben erwähnten Nase-Nut-Einrichtung angeordnet. Diese Nase 88 ist in die Nut 66 des Messstreckenhalter- Trägers 46 eingetaucht. Dadurch ist eine relative Drehbarkeit zwischen dem Spulenhalter 64 und dem Messstreckenhalter-Träger 46 gesperrt. Die Nase 88 und die Nut 66 sind dabei so angeordnet, dass die Markierungen 62 auf Eintrittsöffnungen 90 der Ausnehmungen 68a, 68b, 68c ausgerichtet sind . Der Messkopf 16 weist ferner eine Halteplatte 92 auf (Figuren 1, 2, 11). Diese Halteplatte 92 ist an dem Spulenhalter 64 fixiert. Sie weist einen beispielsweise dreieckförmigen ersten Bereich 94 auf (Figur 11), an welchem ein zylindrischer Flansch 96 sitzt. Dieser Flansch 96 ist auf den Spulenhalter 64 aufgesetzt. Ein Teil des Spulenhalters 64 mit der Stirnseite 72 ist durch den Flansch 96 durchgetaucht. Der Flansch 96 umgibt ferner den Messstreckenhalter-Träger 46.
Der Flansch 96 und eine Öffnung 98 in dem ersten Bereich 94 definieren einen Innenraum 100 der Halteplatte 92. In dem Innenraum 100 ist der erwähnte Teil des Spulenhalters 64 sowie ein Teilbereich des Messstreckenhalter-Trägers 46 (nämlich der Topf 50) positioniert. Der Innenraum 100 hat dabei einen ersten Teilbereich 102 und einen zweiten Teilbereich 104. Der erste Teilbereich 102 ist in dem ersten Bereich 94 gebildet und der zweite Teilbereich 104 ist in dem Flansch 96 gebildet. Der zweite Teilbereich 104 weist einen kleineren Durchmesser auf als der erste Teilbereich 102. Dadurch ist eine insbesondere ringförmige Anlagefläche 106 gebildet. Der Randbereich 84 des Spulenhalters 64 steht nach außen über eine zylindrische Außenkontur 108 des Spulenhalters 64 hervor (Figur 10). Dadurch ist ein Randbund 110 gebildet. Dieser Randbund liegt an der Anlagefläche 106 an. Bei der Herstellung des Wegaufnehmers 12 wird dabei der Spulenhalter 64 mit seiner Stirnseite 76 voraus zuerst durch den ersten Teilbereich 102 des
Innenraums 100 durchgeschoben, bis der Randbund 110 an der Anlagefläche 106 anliegt.
Der Randbund 110 des Spulenhalters 64 weist Durchbrechungen 112 auf, welche mit den Ausnehmungen 68a usw. korrespondieren. Diese Durchbrechun- gen bilden Nuten einer Nase-Nut-Einrichtung zur Drehfixierung des Spulenhalters 64 relativ zu der Halteplatte 92. An der Anlagefläche 106 sind entsprechende Nasen 114 angeordnet. Wenn eine Nase 114 in einer Durchbrechung 112 (Nut) liegt, dann ist die Drehbarkeit zwischen Halteplatte 92 und Spulenhalter 64 gesperrt.
Eine axiale Fixierung zwischen der Halteplatte 92 und dem Spulenhalter 64 des Messkopfs 16 erfolgt beispielsweise durch Verklebung . Die Fixierung des Messkopfs 16 wird durch den insbesondere als Ringmutter ausgebildeten Flansch 96 verbessert. Entsprechend kann eine axiale Fixierung zwischen dem Messstreckenhalter-Träger 46 und dem Spulenhalter 64 ebenfalls durch Verklebung erfolgen .
Bei einer Ausführungsform überdeckt der Flansch 96 mindestens teilweise die Riegeleinrichtung 78.
An dem ersten Bereich 94 der Halteplatte 92 sind bei einer Ausführungsform durchgehende Öffnungen 116 angeordnet. Dadurch lässt sich der Wegaufneh- mer 12 beispielsweise an einer Anwendung über Verschraubung oder dergleichen fixieren.
Die jeweiligen Messstrecken 20a, 20b, 20c mit ihren zugeordneten Mess- Strecken-Fortsetzungen 22a, 22b, 22c umfassen jeweils einen Drahtwellenleiter 118. Dieser Drahtwellenleiter 118 ist die "eigentliche" Messstrecke. Er ist durchgehend in der jeweiligen Messstrecken-Fortsetzung 22a usw. und Messstrecke 20a usw. geführt. Er ist an einer Dämpfungshülse 134 fixiert. Diese Dämpfungshülse 134 ist in der Nähe eines Endes 122 des Messstreckenhalters 24 positioniert. Die Dämpfungshülse 134 ist ein Metallelement.
Der Drahtwellenleiter 118 ist von einem Schlauch 124 umgeben. Dieser Schlauch 124 ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt und ist beispielsweise ein Silikonschlauch. Er dient einerseits zur elektrischen Iso- lierung des Drahtwellenleiters 118 und andererseits zur Lagerung und Positionierung innerhalb der entsprechenden Ausnehmungen 28a usw. und 68a usw.
Mit der Dämpfungshülse 134 ist ein Rückleiter 126 verbunden. Dieser ist bei- spielsweise an dem Metallelement 134 mit einem Lötpunkt 120 angelötet. Der Rückleiter 126 ist durch die Ausnehmungen 28a usw. und 68a usw. geführt, wobei er außerhalb des entsprechenden Schlauchs 124 liegt.
Der Schlauch 124 ist an beabstandeten Stellen 128 (Figuren 4 bis 6, Figur 8) eingeschnürt und dadurch ist der Bewegungsspielraum des Drahtwellenleiters 118 verringert. Die Einschnürung ist nicht so eng, dass die Wellenpropagation verhindert wird. Dadurch ist eine relative Positionsfixierung des Drahtwellenleiters 118 zu dem Schlauch 124 erreicht. Die relative Positionsfixierung ist eine Lagerung mit (definiertem, geringem) Spiel . Dies wiederum ermöglicht eine Positionsfixierung des Drahtwellenleiters 118 an dem Wegaufnehmer 12, wenn der Schlauch 124 in die Ausnehmungen 28a usw. und 68 usw. eingelegt ist. In den Ausnehmungen 28a usw. des Messstreckenhalters 24 sind benachbart zu dem Metallelement 120 ein oder mehrere Dämpfungsmassen 130, 132 angeordnet. Eine entsprechende Dämpfungsmasse 130, 132 umgibt in diesem Bereich den Drahtwellenleiter 118 und sorgt für eine Dämpfung der entspre- chenden mechanischen Welle.
Zwischen der Dämpfungsmasse 130 und dem Lötpunkt 120 ist die Dämpfungshülse 134 angeordnet. Ein Messbereich 136 des Wegaufnehmers 12 liegt im Wesentlichen zwischen einem Ende der Dämpfungsmasse 132, an welchem der Schlauch 124 anliegt, und einem Ende der Zylinderhülse 48. Der Abstand dazwischen definiert die Länge des Messbereichs 136. Der Drahtwellenleiter 118 und entsprechend der Rückleiter 126 sind durch die entsprechenden Ausnehmungen 68a usw. auch durch den Spulenhalter 64 geführt (Figuren 2 bis 4). In dem Messstreckenhalter 24 sind die Drahtwellenleiter 118 der jeweiligen Messstrecken 20a, 20b, 20c parallel zueinander und parallel zur Achse geführt. Durch den Durchgang durch den ersten Bereich 70 der Ausnehmungen 68a usw. erfolgt eine querversetzte Anordnung, wobei die Drahtwellenleiter 118 in dem zweiten Bereich 74 wieder parallel zur Achse 26 geführt sind . Der erste Bereich 70 ist so ausgestaltet, dass eine mechanische Welle durch ihn ohne Behinderung laufen kann. Insbesondere ist dazu der Drahtwellenleiter 118 in diesem Bereich gebogen mit der Vermeidung von Ecken geführt. Insbesondere ist der Drahtwellenleiter in der Art einer S-Form geführt.
Die Riegel 80a usw. der Riegeleinrichtung 78 sowie ein Boden 138 des ersten Bereichs 70 der Ausnehmungen 68a usw. sind entsprechend ausgebildet, um eine "kantenfreie" ("stetig differenzierbare") S-förmige Führung des Drahtwellenleiters 118 zu ermöglichen. In dem zweiten Bereich 74 der jeweiligen Ausnehmungen 68a usw. ist eine Hülse 140 angeordnet. Diese Hülse 140 (Figur 4) dient zur Festlegung der Positionierung des Drahtwellenleiters 118 in diesem zweiten Bereich 74 der Ausnehmung und dadurch zur S-Führung. Die Hülse 140 (Distanzhülse) ist beispielsweise in den entsprechenden zweiten Bereich 74 der Ausnehmungen 68a usw. eingeklebt. Sie ist von einem Abschirmrohr 142 umgeben. Dieses Abschirmohr 142 ist aus einem magnetisch abschirmenden Material hergestellt. An dem Spulenhalter 64 ist eine Spuleneinrichtung 144 gehalten. Die Spuleneinrichtung 144 umfasst dabei (mindestens) eine Pick-Up-Spule 146, welche an einer Messstrecken-Fortsetzung 22a usw. in den zweiten Bereich 74 der entsprechenden Ausnehmung 68a usw. angeordnet ist. Die entsprechende Pick-Up-Spule 146 ist insbesondere in die Hülse 140 eingeklebt.
In der Hülse 140 sitzt die Pick-Up-Spule 146 mit Stiften 150a, 150b, 150c, 150d aus metallischem Material. Um den Stift 150a ist der Rückleiter 126 gewickelt und mit diesem verlötet. Um den Stift 150d ist der Drahtwellenleiter 118 gewickelt.
An den Stiften 150a, 150b, 150c, 150d sitzt jeweils ein Band 152 mit integrierten Leitern. An dem Band 152 wiederum ist (mindestens) jeweils ein Widerstandselement 154 angeordnet. Das Widerstandselement des jeweiligen Bands 152 sitzt dabei außerhalb des Spulenhalters 64. Jeder Messstrecke 20a mit ihrer Messstrecken-Fortsetzung 22a ist dabei jeweils ein Band mit eigenem Widerstandselement 154 zugeordnet. Ein jeweiliges Band 152 ist insbesondere als Flex-Band ausgebildet. Es führt die Leiter und ist auch ein Träger des Widerstandselements 154. Durch die Widerstandselemente 154 lassen sich die jeweiligen Messstrecken 20a, 20b, 20c in Relation zueinander und auch zu einer nachfolgenden Schaltung normieren. Es lassen sich insbesondere Ungleichheiten im elektrischen Verhalten der einzelnen Messstrecken 20a, 20b, 20c kompensieren. Durch die einfache Zugänglichkeit der Widerstandselemente 154 lässt sich diese Kompensation auf einfache Weise durchführen.
Anhand Figur 12(a) wird schematische die Funktionsweise der Wegmess- Vorrichtung 10 erläutert:
Ein von einer Messschnittstelle stammender Erregerstrompuls 156 löst als Messsignal eine Messung aus. Der Erregerstromimpuls 156 wird dabei mittels eines Startsignals 300 (Figuren 15, 16) ausgelöst. Der Erregerstromimpuls 156 erzeugt ein zirkuläres Magnetfeld 158, welches aufgrund weichmagnetischer Eigenschaften des Wellenleiters (Drahtwellenleiters) 118 in diesem gebündelt wird. An einer Messstelle 160 des Wellenleiters 118 ist der Positionsgeber 14 (insbesondere Permanentmagnet) positioniert. Dessen Magnetfeldlinien 162 verlaufen rechtwinklig zum zirkulären Magnetfeld 158 und sind ebenfalls im Wellenleiter 118 gebündelt.
In einem Bereich, in welchem sich das zirkuläre Magnetfeld 158 und das vom Positionsgeber 14 erzeugte Magnetfeld überlagern, entsteht im Mikrobereich des Gefüges des Wellenleiters 118 eine elastische Verformung aufgrund von Magnetostriktion. Diese elastische Verformung wiederum bewirkt eine sich längs des Wellenleiters 118 in entgegengesetzte Richtungen 164, 166 ausbreitende mechanische Welle (elastische Welle). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Welle im Wellenleiter 118 liegt insbesondere in der Größenordnung von ca. 2800 m/s und ist weitgehend unempfindlich gegenüber Um- welteinflüssen.
An dem Ende 122 der entsprechenden Messstrecke sind die Dämpfungsmassen 130, 132 angeordnet. Durch diese wird die zu dem Ende 122 laufende transsonare Welle gedämpft, sodass eine Amplitude des rückreflektierten An- teils der Welle bei der Signaldetektion gegenüber der Amplitude der direkt propagierenden Welle kleiner ist. Am anderen Ende 168 ist die entsprechende Pick-Up-Spule 146 angeordnet, welche durch Umkehrung des magnetostriktiven Effekts und magnetische Induktion ein elektrisches Signal erzeugt und dieses an die Messschnittstelle liefert.
Die Wellenlaufzeit vom Entstehungsort bis zur Pick-Up-Spule 146 ist direkt proportional zum Abstand zwischen dem Positionsgeber 14 und der Pick-Up- Spule 146. Mittels einer Zeitmessung kann daher der Abstand zwischen der Pick-Up-Spule 146 und dem Positionsgeber 14 mit hoher Genauigkeit be- stimmt werden. Das primäre Messsignal für die Zeitmessung ist das elektrische Signal der Pick-Up-Spule 146, welches zeitversetzt zu dem Startsignal in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Pick-Up-Spule 146 und dem Positionsgeber 14 von der Pick-Up-Spule 146 an die Messschnittstelle geliefert wird .
Es ist grundsätzlich so, dass ein Erregerstromimpuls, welcher auf eine Messstrecke (beispielsweise die Messstrecke 20a) gesandt wird, Spannungen in den anderen Messstrecken 20b, 20c induzieren kann, vor allem beim Ausschalten. Es kann also grundsätzlich ein Übersprechen erfolgen.
Es ist eine Induktionsspannungs-Begrenzungseinrichtung 170 vorgesehen, welche eine Flankensteilheit 172 (Figur 12(b)) eines Erregerstromimpulses 156 insbesondere beim Ausschalten derart einstellt, dass insbesondere ein Abfall von einer maximalen Amplitude 174 auf Null in einem Zeitraum von mindestens 1,5 ps und insbesondere in einem Zeitraum von mindestens 2 ps und insbesondere in einem Zeitraum von mindestens 3 ps erfolgt.
Durch die Einstellung einer entsprechenden Flankensteilheit wird die Größe von induzierten Spannungen reduziert.
Es ist dabei auch möglich, dass eine entsprechende endliche Flankensteilheit 176 beim Einschalten eingestellt wird . Die Induktionsspannungs-Begrenzungs- einrichtung 170 ist beispielsweise durch ein RCD-Glied realisiert. Bei einer Ausführungsform ist in den Spulenhalter 64 eine Magneteinrichtung 178 integriert (Figur 2). Die Magneteinrichtung 178 ist beispielsweise durch Magnete realisiert, welche in die entsprechenden Riegel 80a, 80b, 80c inte- griert sind . Die Magneteinrichtung 178 ist eine Bias-Magneteinrichtung, welche zum Verringern des Übersprechens zwischen Messstrecken 20a, 20b, 20c bzw. Messstrecken-Fortsetzungen 22a, 22b, 22c dient. Es lässt sich dadurch der Einfluss des Stromimpulses auf einer Messstrecke auf die einer anderen Messstrecke zugeordnete Pick-Up-Spule verringern.
Die Riegel 80a usw. können beispielsweise kunststoffgebundene Magnete sein. Die Ausrichtung und Stärke des Magnetfelds kann gezielt eingestellt werden.
Es ist vorgesehen, dass stromführende Leiter exakt parallel geführt werden. Dadurch werden Störfelder, die durch eine verkreuzte Bauweise entstehen können, vermieden.
Im Messkopf 16 ist das Übersprechen aufgrund eines vergrößerten Abstands der Pick-Up-Spulen 146 durch die versetzte Anordnung zu der Achse 26 redu- ziert.
Bei einer Variante einer Ausführungsform sind in dem Messstreckenhalter 24 und dem Spulenhalter 64 zusätzlich ein oder mehrere Leiter 180 (Figur 5) angeordnet. Ein Leiter 180 ist beispielsweise parallel geführt. Auch eine mä- anderartige Führung oder dergleichen ist möglich. Durch einen oder mehrere stromführende Leiter 180 lässt sich bei entsprechender Verlegung des Leiters 180 und Einstellung der Stromstärke ein mögliches Übersprechen zwischen unterschiedlichen Messstrecken 20a, 20b, 20c kompensieren. Der zeitliche Abstand zwischen dem Aussenden des Startsignals und dem Eintreffen des elektrischen Signals der Pick-Up-Spule 146 wird ermittelt. Aus der bekannten Wellengeschwindigkeit auf einer entsprechenden Messstrecke 20a, 20b, 20c wird dann der durch die mechanische Welle zurückgelegte Weg be- stimmt. Dadurch wiederum ist der Ort des Positionsgebers 14 an der entsprechenden Messstrecke 20a, 20b, 20c bekannt.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messschnittstelle 302 (Figur 13) umfasst eine Startsignalbeaufschlagungseinrichtung 304. Durch die Startsignalbeaufschlagungseinrichtung sind den einzelnen Messstrecken 20a, 20b, 20c Startsignale bereitstellbar.
Bei der Messschnittstelle 302 umfasst die Startsignalbeaufschlagungseinrich- tung Startsignalgeneratoren 306a, 306b, 306c, wobei jeder Messstrecke 20a, 20b, 20c ein eigener Startsignalgenerator 306a, 306b, 306c zugeordnet ist. Der jeweilige der Messstrecke 20a usw. zugeordnete Startsignalgenerator 306a usw. stellt seiner Messstrecke 20a usw. Startsignale 300 bereit. Die Startsignalbeaufschlagungseinrichtung 304 umfasst ferner eine Zeitsteuerungseinrichtung 308. Die Zeitsteuerungseinrichtung 308 sorgt dafür, dass die Startsignalbeaufschlagung der jeweiligen Messstrecken 20a usw. zeitlich definiert erfolgt, wie untenstehend noch näher erläutert. Zum einen erfolgt auf den einzelnen Messstrecken eine Taktung von Startsignalen 300 in
Messzyklen. Zum anderen erfolgt eine zeitlich gesteuerte Beaufschlagung von Startsignalen für unterschiedliche Messstrecken 20a, 20b, 20c innerhalb eines Messzyklus, wie untenstehend noch näher erläutert wird .
Die Zeitsteuerungseinrichtung 308 ist beispielsweise durch einen Mikro- Prozessor realisiert.
Die Messschnittstelle 302 weist ferner eine Auswerteeinrichtung 310 auf, welche beispielsweise durch einen ASIC realisiert ist. Die Auswerteeinrichtung 310 empfängt die von den einzelnen Messstrecken 20a, 20b und 20c (und dabei durch die jeweiligen Pick-Up-Spulen 146a, 146b, 146c) bereitgestellten Signale. Der Auswerteeinrichtung 310 kann dabei ein Wandler 312 vorgeschaltet sein, welcher aus den bereitgestellten Signalen Analogsignale erzeugt.
Die Zeitsteuerungseinrichtung 308 ist signalmäßig an die Auswerteeinrichtung 310 und den Wandler 312 gekoppelt. Dadurch kann von der Auswerteeinrichtung 310 erfasst werden, von welchem jeweiligen Messstrecken 20a, 20b, 20c ein bereitgestelltes Signal erzeugt wurde.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Messschnittstelle, welche in Figur 14 schematisch gezeigt und dort mit 320 bezeichnet ist, ist eine Startsignalbeaufschlagungseinrichtung 322 vorgesehen. Die Startsignalbeaufschlagungseinrichtung 322 umfasst einen Startsignalgenerator 324, welcher einer Mehrzahl von Messstrecken 20a usw. zugeordnet ist und insbesondere allen Messstrecken 20a, 20b, 20c zugeordnet ist. Der Startsignalgenerator 324 ist dann für die Messstrecken 20a usw. ein gemeinsamer Startsignalgenerator, welcher alle primären Startsignale für alle Messstrecken 20a usw. erzeugt.
Dem Startsignalgenerator 324 ist ein Multiplexer 326 nachgeschaltet. Der Multiplexer 326 ist durch eine Zeitsteuerungseinrichtung 328 angesteuert. Durch den Multiplexer 326 lassen sich den unterschiedlichen Messstrecken 20a usw. zeitlich gesteuert Startsignale 300 bereitstellen, wobei wie oben erwähnt die zeitliche Steuerung auch einen zeitlichen Versatz der Startsignale 300 für unterschiedliche Messstrecken 20a usw. innerhalb eines Messzyklus ermöglicht.
Es ist ferner eine Auswerteeinrichtung entsprechend der Auswerteeinrichtung 310 vorgesehen. Wie bei der Messschnittstelle 320 ist die Zeitsteuerungseinrichtung 328 an die Auswerteeinrichtung 310 gekoppelt. Weiterhin ist ein Wandler 330 vorgesehen, welcher von den entsprechenden Pick-Up-Spulen 146a usw. in analoge Signale wandelt. Der Wandler 330 umfasst dabei einen Multiplexer. Entsprechende Signale werden dann der Auswerteeinrichtung 310 bereitgestellt, wobei über den Multiplexer durch die Auswerteeinrichtung 310 die bereitgestellten Signale den einzelnen Messstrecken 20a usw. zugeordnet werden können.
Die Wegmessvorrichtung mit der Messschnittstelle 302 oder der Messschnitt- stelle 320 funktioniert wie folgt:
Der Positionsgeber 14 koppelt an alle Messstrecken 20a, 20b, 20c auf die gleiche Art und Weise. Erfindungsgemäß werden Startsignale 300 auf die unterschiedlichen Messstrecken 20a usw. nicht gleichzeitig gegeben, sondern in einem zeitlichen Abstand (Figuren 15 und 16).
Beispielsweise wird innerhalb eines Messzyklus 340 zu einem ersten Zeitpunkt ti auf die erste Messstrecke 20a ein Startsignal 300 gegeben. Dadurch wird ein entsprechender Erregerstromimpuls 156 erzeugt, was wiederum zum Ent- stehen einer mechanischen Welle 342 führt. Die mechanische Welle 342 ist dabei diejenige Welle, welche zur Auswertung herangezogen wird und deren Laufzeit auf der entsprechenden ersten Messstrecke 20a (Messstrecke i mit i = 1) ermittelt wird. Durch die Rückreflexion an dem Ende 122 entsteht eine Rückreflexionswelle 344, welche ebenfalls zu der zugeordneten Pick-Up-Spule gelangt. Die Rückreflexionswelle 344 hat eine kleinere Amplitude als die mechanische Welle 342. Sie kann jedoch grundsätzlich Signale auslösen . Zu einem zweiten Zeitpunkt t2, welcher in einem zeitlichen Abstand ΔΤ (erster Zeitabstand) zu dem ersten Zeitpunkt ti liegt, wird dann der ersten Messstrecke 20a ein weiteres Startsignal 300 bereitgestellt.
Einer zweiten Messstrecke 20b (Messstrecke i mit i = 2) wird zu einem Zeit- punkt ti' ein Startsignal 300' bereitgestellt, welches auf dieser zweiten Messstrecke 20b einen entsprechenden Erregerstromimpuls 156 auslöst. Auf der zweiten Messstrecke 20b entsteht wiederum eine mechanische Welle entspre- chend der Welle 342, und eine (oder mehrere) Rückreflexionswelle entsprechend der Rückreflexionswelle 344.
Wenn die erste Messstrecke 20a und die zweite Messstrecke 20b gleich aus- gebildet sind, der Positionsgeber 14 an diese Messstrecken 20a, 20b auf die gleiche Weise koppelt und in der relevanten Zeitspanne der Positionsgeber 14 nicht wesentlich bewegt wurde, sollten die mechanischen Wellen 342 auf den Messstrecken 20a, 20b und die Rückreflexionswellen 344 mindestens näherungsweise gleich ausgebildet sein.
Zu einem Zeitpunkt t2' wird dann der zweiten Messstrecke 20b ein weiterer Startpuls bereitgestellt. Die Bereitstellung dieses Startpulses zu dem Zeitpunkt t2' stellt das Ende des Messzyklus 340 dar, wenn das entsprechende Wegmesssystem nur zwei Messstrecken aufweist, wie in Figur 15 dargestellt.
In Figur 16 ist ein Ausführungsbeispiel mit drei Messstrecken gezeigt.
Der Zeitpunkt ti' für das Startsignal 300' auf die zweite Messstrecke 20b fällt nicht mit dem ersten Zeitpunkt ti für das Startsignal für die erste Messstrecke 20a zusammen. Zwischen dem ersten Zeitpunkt ti und dem zweiten Zeitpunkt t2 bzw. ti' und t2' liegt ein erster Zeitabstand ΔΤ. Zwischen dem Zeitpunkt ti und dem Zeitpunkt ti' liegt ein zweiter Zeitabstand At, welcher endlich ist, aber kleiner ist als der erste Zeitabstand AT. Beispielsweise liegt der Zeitabstand At für die Messstrecke mit der Nummer i bei n Messstrecken, wobei n eine natürliche Zahl ist und i zwischen 1 und n liegt, bei
At =— - AT (1)
n
In dem Beispielsfalle gemäß Figur 15, bei dem n = 2 ist, liegt der zweite Zeitabstand bei At = AT/2. Der erste Zeitabstand ΔΤ ist so gewählt, dass er mindestens einer maximalen Laufzeit der mechanischen Welle 342 auf der entsprechenden Messstrecke 20a, 20b entspricht. Die maximale Laufzeit ist dabei durch diejenige Mess- länge gegeben, bei der der Positionsgeber 14 innerhalb des Messbereichs maximal zu der entsprechenden Pick-Up-Spule 146a usw. beabstandet ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel entspricht der erste Zeitabstand ΔΤ gerade der maximalen Laufzeit, das heißt gerade dem einfachen der maximalen Laufzeit.
Auf den einzelnen Messstrecken 20a, 20b wird also nach der Startsignalbeaufschlagung eine einzelne maximale Laufzeit abgewartet. Dadurch wird sichergestellt, dass Reflexionen (die Rückreflexionswelle 344 und weitere Reflexionen) weitgehend abgeklungen sind, wenn auf der gleichen Messstrecke 20a bzw. 20b durch ein weiteres Startsignal (zum Zeitpunkt t2 oder t2') eine weitere Messung durch ein weiteres Startsignal initiiert wird .
Bezogen auf das Gesamtsystem ergibt sich in einem Messzyklus 340 jedoch, bei zwei Messstrecken, eine doppelt so schnelle effektive Taktung (Abtastung) eben durch die Verwendung von zwei Messstrecken mit der zeitlichen Steuerung der Startsignalbeaufschlagung über den zweiten zeitlichen Abstand At.
Es ist dadurch beispielsweise bei gleicher Signalqualität ein schnelleres Takten möglich . Dadurch wird eine Totzeit verringert.
Es ist beispielsweise auch möglich, dass für den ersten Zeitabstand ΔΤ nicht ein einfache maximale Laufzeit verwendet wird, sondern beispielsweise eine doppelte maximale Laufzeit. Dadurch ist sichergestellt, dass auf einer einzelnen Messstrecke 20a usw. keine Reflexionen mehr unterwegs sind, wenn ein neues Startsignal bereitgestellt wird . Dadurch erhält man eine verbesserte Signalqualität. Es lässt sich dadurch bei gleich schneller Taktung eine bessere Signalqualität realisieren, da gewissermaßen die Messstrecken "stiller" werden . Dadurch wiederum ist es auch möglich, insbesondere wenn die doppelte maximale Laufzeit für den zweiten Zeitabstand verwendet wird, bei gleich schneller Taktung und gleicher Signalqualität Totzonen zu verkürzen. Bei- spielsweise kann eine Totzone am jeweiligen Ende 122 der Messstrecken 20a, 20b usw. verkürzt werden, da die Dämpfung verkürzt werden kann und trotzdem eine gute Signalqualität erreicht wird . Dies wiederum ermöglicht es, die Messstrecken für einen gleichen Messbereich kürzer zu bauen. Der Messzyklus 340 weist eine Länge auf, welche dem Abstand zwischen dem Zeitpunkt t2' und dem ersten Zeitpunkt ti entspricht.
Es ist dabei möglich, dass Messzyklen 340 miteinander verwoben sind (vergleiche Figur 15). Zu dem Zeitpunkt t2 beginnt für die erste Messstrecke 20a bereits ein neuer Messzyklus 340, wobei den Zeitpunkten t2 und t2' der vorhergehende Messzyklus noch nicht abgeschlossen ist. Er ist erst zum Zeitpunkt t2' abgeschlossen.
Grundsätzlich kann der erste Zeitabstand ΔΤ fest eingestellt werden. Bei- spielsweise wird er unter Zugrundelegung der maximalen Messlänge und der Wellengeschwindigkeit fest vorgegeben. Je nach Anwendungsfall wird dann beispielsweise die einfache maximale Laufzeit oder die zweifache maximale Laufzeit vorgegeben . Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der erste Zeitabstand ΔΤ variabel eingestellt wird. Beispielsweise wird über die Auswerteeinrichtung 310 ermittelt, ob Reflexionen einen bestimmten Grad (eine bestimmte untere Amplitudenschwelle) erreicht haben und es wird dann auf der entsprechenden Messstrecke i ein entsprechendes Startsignal 300 bereitgestellt. In diesem Falle wird die Zeitsteuerung variabel angepasst. Dadurch ist es beispielsweise möglich, Totzeiten über Minimierung von "Sicherheitsabständen" zu minimieren. In Figur 16 ist ein Ablaufdiagramm für drei Messstrecken i = 1, 2, 3 mit n = 3 schematisch gezeigt. Die Messstrecken sind insbesondere die Messstrecken 20a, 20b und 20c. Bei der Messstrecke i = 1 wird zu dem ersten Zeitpunkt ti ein Startsignal bereitgestellt. Nach dem ersten Zeitabstand ΔΤ wird zum zweiten Zeitpunkt t2 ein weiteres Startsignal bereitgestellt.
Der Messstrecke i = 2 wird nach dem ersten Zeitpunkt zu dem Zeitpunkt ti' ein Startsignal bereitgestellt. Ein weiteres Startsignal wird zu dem Zeitpunkt t2' = ti' + ΔΤ bereitgestellt.
Ein zeitlicher Abstand zwischen dem Zeitpunkt ti' und ti bestimmt sich gemäß Formel (1) für i = 2.
Entsprechend wird der dritten Messstrecke zu einem Zeitpunkt t ein Startsignal bereitgestellt und dann wiederum zum Zeitpunkt t2' = ti" + ΔΤ. Ein zeitlicher Abstand zwischen dem Zeitpunkt t und dem Zeitpunkt ti bestimmt sich gemäß Formel (1) für i = 3.
Der Messzyklus 340 weist eine Zeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt ti und dem Zeitpunkt t2" auf.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird über die Zeitsteuerungseinrichtung 308 bzw. 328 die Startsignal-Beaufschlagung der Messstrecken 20a, 20b, 20c bei einer Mehrzahl von Messstrecken zeitgesteuert. Bei entsprechender Zeitsteuerung lässt sich beispielsweise ein n-fach schnellere effektive Taktung bei n Messstrecken für das Gesamtsystem im Vergleich zu einer Einzeltaktung auf einer individuellen Messstrecke erreichen. Es lassen sich je nach Anwendung bei gleicher Signalqualität schnellere Taktzeiten erreichen. Bei gleich schneller Taktung (beispielsweise im Vergleich zu dem Falle, bei welchem Startsignale gleichzeitig auf die Messstrecken gegeben werden) erhält man ein besseres Signal bzw. bei gleicher Signalqualität können Totzonen verringert werden. Das Signal-Rausch-Verhältnis wird durch eine beispielsweise schnellere Taktung bezogen auf das Gesamtsystem nicht verschlechtert.
Bezugszeichenliste
Wegmessvorrichtung
Wegaufnehmer
Positionsgeber
Messkopf
Wegstreckeneinrichtung
a Erste Messstrecke
b Zweite Messstrecke
c Dritte Messstrecke
a Erste Messstrecken-Fortsetzungb Zweite Messstrecken-Fortsetzungc Dritte Messstrecken-Fortsetzung
Messstreckenhalter
Längsrichtung
a Erste Ausnehmung
b Zweite Ausnehmung
c Dritte Ausnehmung
T-förmige Elemente
Winkel
Wand
Erster Bereich
Ebene Seite
Übergangsbereich
Zweiter Bereich
Zentraler Bereich
Öffnung
Messstreckenhalter-Träger
Zylinderhülse
Topf
Öffnung
Innenraum Bund
Boden
Raum
Markierung
Spulenhalter
Nut
a Erste Ausnehmungb Zweite Ausnehmungc Dritte Ausnehmung
Erster Bereich
Stirnseite
Zweiter Bereich
Stirnseite
Riegeleinrichtunga Riegel
b Riegel
c Riegel
Achse
Randbereich
Erhebung
Nase
Eintrittsöffnung
Halteplatte
Erster Bereich
Flansch
Öffnung
0 Innenraum
2 Erster Teilbereich
4 Zweiter Teilbereich6 Anlagefläche
8 zylindrische Außenkontur0 Randbund
2 Durchbrechung 114 Nase
116 Öffnung
118 Drahtwellenleiter
120 Lötpunkt
122 Ende
124 Schlauch
126 Rückleiter
128 Stelle
130 Dämpfungsmasse
132 Dämpfungsmasse
134 Dämpfungshülse
136 Messbereich
138 Boden
140 Hülse
142 Abschirmrohr
144 Spuleneinrichtung
146 Pick-Up-Spule
146a Pick-Up-Spule
146b Pick-Up-Spule
146c Pick-Up-Spule
150a Stift
150b Stift
150c Stift
150d Stift
152 Band
154 Widerstandselement
156 Erregerstromimpuls
158 Magnetfeld
160 Messstelle
162 Magnetfeldlinien
164 Richtung
166 Richtung
168 Ende 170 Induktionsspannungs- Begrenzungseinri
172 Flankensteilheit
174 maximale Amplitude
176 Flankensteilheit
178 Magneteinrichtung
180 Leiter
300 Startsignal
300' Startsignal
302 Messschnittstelle
304 Startsignal beaufschlag ungseinrichtung
306a Startsignalgenerator
306b Startsignalgenerator
306c Startsignalgenerator
308 Zeitsteuerungseinrichtung
310 Auswerteeinrichtung
312 Wandler
320 Messschnittstelle
322 Startsignalbeaufschlagungseinrichtung
324 Startsignalgenerator
326 Multiplexer
328 Zeitsteuerungseinrichtung
330 Wandler
340 Messzyklus
342 Mechanische Welle
344 Rückreflexionswelle
tl Erster Zeitpunkt
tl' Erster Zeitpunkt
tl" Erster Zeitpunkt
t2 Zweiter Zeitpunkt
t2' Zweiter Zeitpunkt
t2" Zweiter Zeitpunkt
ΔΤ Erster Zeitabstand
At Zweiter Zeitabstand

Claims

Patentansprüche
Magnetostriktive Wegmessvorrichtung, umfassend eine Mehrzahl von Messstrecken (20a, 20b, 20c), welche jeweils eine Erstreckung in einer Längsrichtung (26) aufweisen und mindestens in einem Messbereich (136) parallel zueinander angeordnet sind, mindestens einen magnetischen Positionsgeber (14), welcher an die Messstrecken (20a, 20b, 20c) berührungslos koppelt, eine Startsignalbeaufschlagungseinrichtung (304; 322), durch welche den Messstrecken (20a, 20b, 20c) Startsignale (300) zur Erzeugung von Erregerstromimpulsen (156) bereitstellbar sind, und eine Auswerteeinrichtung (310), durch welche die Position des Positionsgebers (14) an den Messstrecken (20a, 20b, 20c) durch eine Laufzeitmessung von mechanischen Wellen (342) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Startsignalbeaufschlagungseinrichtung (304; 322) eine Zeitsteuerungseinrichtung (308; 328) umfasst, welche steuert, dass in einem Messzyklus (340) unterschiedlichen Messstrecken (20a; 20b; 20c) zu definierten unterschiedlichen Zeitpunkten (ti; ti'; ti") Startsignale (300) bereitgestellt werden.
Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitsteuerungseinrichtung (308; 328) steuert, dass in einem Messzyklus (340) einer ersten Messstrecke (20a) zu einem ersten Zeitpunkt (ti) ein Startsignal (300) bereitgestellt wird und zu einem zweiten Zeitpunkt (t2), welcher in einem ersten Zeitabstand (ΔΤ) zu dem ersten Zeitpunkt (ti) liegt, ein Startsignal (300) bereitgestellt wird, und einer weiteren Messstrecke (20b) ein jeweiliges Startsignal (300) zwischen dem ersten Zeitpunkt (ti) und dem zweiten Zeitpunkt (t2) bereitgestellt wird.
Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei n Messstrecken (20a, 20b, 20c), wobei n eine natürliche Zahl ist, die Zeitsteuerungseinrichtung (308; 328) steuert, dass in einem Messzyklus (340) einer Messstrecke i mit i = 2, n in einem zweiten Zeitabstand (i - l)/n ■ ΔΤ zu dem ersten Zeitpunkt (ti) ein Startsignal bereitgestellt wird .
Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Startsignale (300) einer jeweiligen Messstrecke (20a, 20b, 20c) jeweils in dem ersten Zeitabstand (ΔΤ) bereitgestellt sind.
Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitabstand (ΔΤ) gleich ist wie oder größer ist als eine maximale Laufzeit einer mechanischen Welle (342) auf einer Messstrecke (20a; 20b; 20c).
Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitabstand (ΔΤ) gleich ist wie oder größer ist als eine doppelte maximale Laufzeit einer mechanischen Welle (342) auf der Messstrecke (20a; 20b; 20c).
Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis
6, dadurch gekennzeichnet, dass Zeitabstände, an welchen in einem Messzyklus (340) Startsignale (300) den Messstrecken (20a; 20b; 20c) bereitgestellt sind, fest eingestellt sind und insbesondere in Abhängigkeit einer Messlänge und einer Ausbreitungsgeschwindigkeit der mechanischen Welle (342) ermittelt sind.
8. Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Zeitabstände, an welchen in einem Messzyklus (340) Startsignale den Messstrecken (20a; 20b; 20c) bereitgestellt sind, über Ermittlung von Reflexion der mechanischen Welle bestimmt sind.
9. Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messzyklus (340) mit dem ersten Zeitpunkt (ti) beginnt und mit dem Zeitpunkt (t2") endet, welcher den ersten Zeitabstand (ΔΤ) zu demjenigen Zeitpunkt (ti") hat, bei dem einer entsprechenden Messstrecke (20a; 20b; 20c) zwischen dem ersten Zeitpunkt (ti) und dem zweiten Zeitpunkt (t2) von allen Messstrecken (20a; 20b; 20c) das zeitlich letzte Startsignal bereitgestellt wird.
10. Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstrecken (20a; 20b; 20c) gleich ausgebildet sind .
11. Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messstrecke (20a; 20b; 20c) ein eigener Startsignalgenerator (306a; 306b; 306c) der Startsignalbeaufschlagungseinrichtung (304) zugeordnet ist.
12. Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass einer Mehrzahl von Messstrecken (20a, 20b, 20c) ein gemeinsamer Startsignalgenerator (324) zugeordnet ist, welchem ein Multiplexer (326) nachgeschaltet ist, wobei der Multi- plexer (326) den jeweiligen Messstrecken (20a, 20b, 20c) Startsignale (300) bereitstellt.
13. Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitsteuerungseinrichtung (308; 324) an die Auswerteeinrichtung (310) gekoppelt ist.
14. Magnetostriktive Wegmessvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinrichtung (310) ein Multiplexer zugeordnet ist, über welchen Signale, welche von den Messstrecken (20a, 20b, 20c) bereitgestellt sind, der Auswerteeinrichtung bereitstellbar sind.
15. Verfahren zum Betreiben einer magnetostriktiven Wegmessvorrichtung, insbesondere gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, wobei die Wegmessvorrichtung eine Mehrzahl von Messstrecken (20a, 20b, 20c) um- fasst, welche jeweils eine Erstreckung in einer Längsrichtung (26) aufweisen und mindestens in einem Messbereich (136) parallel zueinander angeordnet sind, und einen magnetischen Positionsgeber (14) aufweist, welcher an die Messstrecken (20a, 20b, 20c) berührungslos koppelt, bei dem den Messstrecken (20a, 20b, 20c) Startsignale (300) bereitgestellt werden, welche Erregerstromimpulse (156) auf den Messstrecken (20a, 20b, 20c) auslösen, und bei dem eine Laufzeit von mechanischen Wellen (342) auf den Messstrecken (20a, 20b, 20c) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Messzyklus (340) Startsignale unterschiedlichen Messstrecken (20a, 20b, 20c) zu unterschiedlichen Zeiten bereitgestellt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Messzyklus (340) einer ersten Messstrecke (20a) zu einem ersten Zeitpunkt (ti) ein Startsignal (300) bereitgestellt wird und zu einem zweiten Zeitpunkt (t2), welcher in einem ersten Zeitabstand (ΔΤ) zu dem ersten Zeitpunkt (ti) liegt, ein Startsignal (300) bereitgestellt wird, und einer weiteren Messstrecke (20b, 20c) ein jeweiliges Startsignal (300) zwischen dem ersten Zeitpunkt (ti) und dem zweiten Zeitpunkt (t2) bereitgestellt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei n Messstrecken (20a, 20b, 20c), wobei n eine natürliche Zahl ist, in einem Messzyklus (340) einer Messstrecke i mit i = 2, n in einem zweiten Zeitabstand (i - l)/n ■ ΔΤ zu dem ersten Zeitpunkt (ti) ein Startsignal (300) bereitgestellt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass
Startsignale (300) einer jeweiligen Messstrecke (20a, 20b, 20c) jeweils in dem ersten Zeitabstand (ΔΤ) bereitgestellt werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitabstand (ΔΤ) gleich ist wie oder größer ist als eine maximale Laufzeit einer mechanischen Welle (342) auf einer Messstrecke (20a, 20b, 20c).
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitabstand (ΔΤ) gleich ist wie oder größer ist als eine doppelte maximale Laufzeit einer mechanischen Welle (342) auf der Messstrecke (20a, 20b, 20c).
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Zeitabstände, an welchen in einem Messzyklus Startsignale (300) den Messstrecken (20a, 20b, 20c) bereitgestellt werden, fest eingestellt wird und insbesondere in Abhängigkeit einer Messlänge und einer Ausbreitungsgeschwindigkeit der mechanischen Welle (342) ermittelt sind .
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Zeitabstände, an welchen in einem Messzyklus (340) Startsignale (300) den Messstrecken (20a, 20b, 20c) bereitgestellt werden, über Ermittlung von Reflexion der mechanischen Welle bestimmt werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messzyklus (340) mit dem ersten Zeitpunkt (ti) beginnt und mit dem Zeitpunkt (t2") endet, welcher den ersten Zeitabstand (ΔΤ) zu demjenigen Zeitpunkt (ti") hat, bei dem einer entsprechenden Messstrecke (20a; 20b; 20c) zwischen dem ersten Zeitpunkt (ti) und dem zweiten Zeitpunkt (t2) von allen Messstrecken (20a, 20b, 20c) das zeitlich letzte Startsignal (300) bereitgestellt wird .
24. Verfahren nach einem Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine effektive Taktung des Wegmesssystems entsprechend einem Messzyklus (340) schneller ist als eine Taktung auf den Messstrecken (20a, 20b, 20c) und insbesondre bei n Messstrecken (20a, 20b, 20c), wobei n eine natürliche Zahl ist, n-fach schneller ist.
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