專利名稱：非接觸工作的位置測量系統的制作方法
非接觸工作的位置測量系統
本發明涉及與傳感器不接觸而工作的位置測量系統，它包括可用交流電來 通電的測量線圈，其中該測量線圈包括至少兩個電壓抽頭，帶有要被測量的、 分配給傳感器來檢測的導電和/或導磁物體，以及帶有評定電路，其中傳感器 和待測物體在測量線圈的縱向可產生彼此相對的位移。
非接觸工作的位置測量系統實踐于多數各式各樣的實施例已經有很多年。 尤為人知的是帶有至少一個包括測量線圈的傳感器的非接觸工作的位置測量 系統，即基于渦流或感應而工作的位置測量系統。
用于感應位置測量的已知裝置，例如根據LVDT (線性變化差動變壓器) 原理來工作并包括一個初級線圈和兩個次級線圈，其中初級線圈通過具有恒定 頻率交流電的振蕩器電子設備來供電。使鐵磁芯在封裝于外殼中的多個線圈之 間進行不接觸地傳導。取決于鐵磁芯的位置，在兩個次級線圈中感應出交流電 壓。磁芯的位移導致在一個次級線圈中具有較高的電壓，而在另一個次級線圈 中具有較低的電壓，兩個次級電壓的差值與該磁芯的位移成正比。在這種情況
下，問題在于試圖檢測其移動的待測物體必須與磁芯機械地連接，以使能夠獲 得待測量的移動。這種連接可以是例如通過焊接或上螺絲來實現。這兩種變化 在機械上極為復雜。
根據DE 42 25 968 AL ，已知一種渦流傳感器，其中已經對測量線圈設 置了幾個電壓抽頭。取決于環的位置，在兩個電壓抽頭之間的測量線圈的部分 阻抗受到以一定間距接合到線圈外殼周圍的環的影響。借助于評定電路，可確 定該環相對于電壓抽頭的位置。在這種情況下，還是有實際待測物體必須與環 以機械的復雜方式來連接的缺點。
本發明的目的是，開發和提供一種非接觸工作的位置測量系統，其類型在 介紹中以這樣的方式注明，可將待測物體定義為簡單的機械零件。
該目的可用根據本發明的權利要求1的特征來實現。據此，以這樣的方式 來構成所討論的位置測量系統，待測物體至少包括一個影響兩個電壓抽頭之間的測量線圈的阻抗的標記，以使評定電路可提供與待測物體相對于電壓抽頭的 位置相關的輸出信號。
根據本發明，已經認識到，提供特殊的、與利用機械連接將實際待測物體 的移動傳遞到其的測量線圈相互作用的組件(磁芯、環)是極其復雜的，根據 本發明，通過應用待測物體上的標記，所述標記影響兩個電壓抽頭之間的測量 線圈的阻抗，可省略附加的組件。由于提供在待測物體上的標記能夠作為簡單 的機械部件直接與測量線圈相互作用，并且它具有相對于測量線圈的對應位 置，使得可提供與待測物體相對于電壓抽頭的位置相關的輸出信號。
在特別有利的方式中，該標記可以是空氣隙，因為其可通過例如銑或鉆特 別簡單地來產生。除此以外，待測物體可以只由單一材料來制造，使得相對于 已知的位置測量系統將極大地降低生產成本。
較佳的是，待測物體用具有至少一個空氣隙的管子來體現，并布置成與測 量線圈的軸平行。與管子的平行軸位移有關，在由電壓抽頭來確定的多個測量 線圈部分的一個中的空氣隙的存在，導致對相應的線圈部分的部分阻抗產生影 響，這導致由評定電路提供對應的輸出信號。
關于待測物體的位置的明確確定，空氣隙可具有最多對應于兩個相鄰電壓 抽頭之間的間距的寬度，以使空氣隙總是明確地位于兩個電壓抽頭之間。
相對于盡可能大的測量范圍，管子的長度可大致對應于測量線圈的長度。 對于管子至少是測量線圈長度的兩倍的情況，將導致傳感器的最佳利用。此時 測量范圍將最大化并對應于測量線圈的長度。
根據結構的觀點采用特別簡單的方式，管子可包括彼此相對的兩個空氣 隙。或者，管子也可包括彼此相對120°偏移的三個空氣隙，原則上空氣隙的 任意配置都是可能的。原則上，相對于特定發展的限制僅由管子所需的機械強 度來設定。
在一種特定的開發中，待測物體可由鐵磁材料制成，例如鐵。在這種情況 下，在管子相對于測量線圈移動的情況下，測量線圈的局部阻抗將在空氣隙所 處的部分中降低，使得在對應的電壓抽頭之間引出的電壓將比在其它的電壓抽 頭之間的為低。 或者，待測物體也可由非鐵磁材料制成，尤其是鋁。在測量線圈的某個部 分存在空氣隙，因而將使對應的局部阻抗增加，從而增加了對應的電壓值。在 這兩種情況，即鐵磁管以及非鐵磁管，可以采用這樣的方式來選擇壁厚，艮卩， 其厚度大于渦流的滲透深度。
關于用于多種目的的待使用的位置測量系統的能力，待測物體可在測量線 圈的內部移位。此外如果待測物體以管子的形式來構成，那么，相當特殊的優 點導致管子的內部同時可用于其它功能。尤其是，管子的內部可通過例如被引 導通過該管子的軸或纜索，用來傳遞力。還想得到的是利用管子的內部作為光 束路徑或用于冷卻。
取決于位置測量系統的特定使用和對待測物體幾何形狀的專門要求，待測 物體可以這樣的方式轉移到傳感器的外部，使得待測物體圍繞測量線圈。
可以用一層或多層技術來生產測量線圈，并且將測量線圈繞在線圈體上。 至于線圈體的材料，塑料特別適合。為了實現緊湊的結構，線圈體可采用塑料 桿的形式，當待測物體設置在傳感器的外部時這尤為有益。
還可以想得到的是制造具有特定的高電阻的導電材料的線圈體，其中無磁 性的不銹鋼尤其適合于此。在這種情況下，可以用這樣的方式來選擇線圈體的 壁厚，即，使得交變電磁場的滲透深度小于線圈體的壁厚。通過對施加到測量 線圈的交流電壓的頻率對應選擇，也可達到這種效果。
關于傳感器良好的可操縱性，線圈體和測量線圈可密封進外殼中。這樣一 來，外殼可由例如塑料或另一種非鐵磁性材料制成，尤其是不銹鋼。特別是鑒 于導入線圈體內的待測物體，從而可制造出更緊湊的密封傳感器。
經由電壓抽頭提供并供給到評定電路的信號，可以用特別簡單的方式由評 定電路作為輸出電壓來提供，該輸出電壓隨空氣隙或待測物體的位置而線性地
變化。 一種可能的評定電路已經在例如DE 42 25 968 Al中被詳細地揭示。為 了獲得盡可能好的分辨率用以確定待測物體的位置，可設置電壓抽頭互相交 錯。
有各種可能性用有利的方式來開發和擴展本發明的教示。對此， 一方面可 參考從屬于權利要求1的權利要求，另一方面可參考下文結合附圖的本發明兩
個較佳實施例的說明。聯系結合附圖的本發明較佳實施例的說明，也說明通常
為較佳的本教示的開發和擴展。在附圖中示出了
圖1示例性地表示根據本發明的位置測量系統的第一實施例， 圖2示例性地表示根據本發明的位置測量系統的第二實施例， 圖3示例性地表示包括空氣隙的待測管狀物體。
圖1示出了依照本發明非接觸工作的位置測量系統的第一實施例，傳
感器2包括能夠以交流電來供電的測量線圈1、與傳感器2相連接的電源/ 評定電路3、分配給傳感器2要測量的導電和/或導磁物體4。測量線圈1 體現為伸長的線圈，實際上為具有均勻繞組的圓柱形線圈，并且纏繞在線 圈體5上，其中測量線圈l和線圈體5封裝在外殼6中。經由電源/評估電 路3，測量線圈1由互補交流電壓仏和U2來供電。
在此選擇的實施例中，測量線圈1包括兩個電壓抽頭7，以使根據電 壓抽頭7的數量，在各個電壓抽頭7之間的電壓值能夠被引出并供給電源/ 評定電路3。根據本發明，待測量的物體4包括影響兩個電壓抽頭7之間測 量線圈1的阻抗的標記8，以使評定電路3提供與待測物體4相對于電壓抽 頭7的位置相關的輸出信號9。
待測的物體4具體為管子10，在測量線圈1內不接觸地被導電，并以 微小的間距被測量線圈環繞。在這種情況下，以銑入管子IO的徑向空氣隙 11的形式來形成標記8。
圖2示意性地示出了根據本發明位置測量系統的第二實施例，其中與 圖1的相同的組件使用了相同的標號。相對于根據圖1的實施例主要的不 同之處在于，待測量的物體4沒有在測量線圈1內非接觸地導電，而是待 測物體4以具有微小間隙的圓柱體形式圍住了傳感器2。在該實施例中為了 獲得緊湊的結構，可將測量線圈1也纏繞在類似棒狀的線圈體5上。把測 量線圈l和線圈體5封入由塑料制成的外殼6中。來自傳感器端面、用于 將兩個互補交流電壓仏和U2供給測量線圈1的引線以及電壓抽頭7放置成 平行于類似棒狀的線圈體5。
圖3以側視圖(a)和平面圖(b)的形式示意性地示出了待測物體4
以及空氣隙11的特定發展。如在平面圖中可以特別清楚地看到的那樣，空 氣隙11由三個材料凹槽構成，每個凹槽相對于其它凹槽偏離120° 。這三 個區域用a來指示，它形成三個分隔壁，其中管子IO在徑向方向擁有其全 部材料厚度，取決于特定的應用，這三個區域原則上只受限于待測物體4 所必須具備的機械強度。
關于根據本發明的教示的其它有利開發和擴展， 一方面可參考說明書 的總述部分，另一方面可參考附屬的權利要求書。
最后，要特別強調的是，前面純粹以任意方式選擇的實施例僅用來說 明根據本發明的教示，而不能將該教示限定于這些實施例的范圍之內。
權利要求
1.與傳感器(2)不接觸而工作的位置測量系統，包括可用交流電流來供給電流的測量線圈(1)，其中測量線圈(1)包括至少兩個電壓抽頭(7)，帶有分配給傳感器(2)的導電和/或導磁的待測物體(4)，并帶有評定電路(3)，其中傳感器(2)和待測物體(4)在測量線圈(1)的縱向方向可彼此相對移位，其特征在于，待測物體(4)包括至少一個影響兩個電壓抽頭(7)之間的測量線圈(1)的阻抗的標記(8)，使得評定電路(3)可提供與待測物體(4)相對于電壓抽頭(7)的位置相關的輸出信號(9)。
2. 如權利要求1所述的位置測量系統，其特征在于，標記(8)是空氣隙 (11)。
3. 如權利要求2所述的位置測量系統，其特征在于，待測物體(4)具體 體現為具有至少一個空氣隙(11)的管子(10)。
4. 如權利要求2或3所述的位置測量系統，其特征在于，待測物體(4) 的空氣隙(11)至多以兩個相鄰抽頭(7)之間的距離延伸。
5. 如權利要求3或4所述的位置測量系統，其特征在于，管子(10)至 少為測量線圈(1)的兩倍長。
6. 如權利要求3到5中的任意一個所述的位置測量系統，其特征在于， 管子(10)包括彼此相對的兩個空氣隙(11)。
7. 如權利要求3到5中的任意一個所述的位置測量系統，其特征在于， 管子(10)包括120°偏移的三個空氣隙(11)。
8. 如權利要求1到7中的任意一個所述的位置測量系統，其特征在于， 待測物體(4)由鐵磁性材料制成。
9. 如權利要求1到7中的任意一個所述的位置測量系統，其特征在于， 待測物體(4)由非鐵磁性材料制成，尤其是鋁。
10. 如權利要求3到9中的任意一個所述的位置測量系統，其特征在于， 管子(10)的壁厚大于渦流的滲透深度。
11. 如權利要求1到10中的任意一個所述的位置測量系統，其特征在于，待測物體(4)在測量線圈(1)的內部是可以移動的。
12. 如權利要求1到10中的任意一個所述的位置測量系統，其特征在于，待測物體(4)在傳感器(2)的外部是可以移動的。
13. 如權利要求1到12中的任意一個所述的位置測量系統，其特征在于， 測量線圈(1)繞在線圈體(5)上。
14. 如權利要求13所述的位置測量系統，其特征在于，線圈體(5)由塑 料制成。
15. 如權利要求14所述的位置測量系統，其特征在于，線圈體(5)以塑 料桿的形式來實現。
16. 如權利要求13所述的位置測量系統，其特征在于，線圈體(5)由具 有特定高電阻的導電材料來制成，尤其是無磁性不銹鋼。
17. 如權利要求16所述的位置測量系統，其特征在于，線圈體(5)的壁 厚大于交變電磁場的滲透深度。
18. 如權利要求13到17中的任意一個所述的位置測量系統，其特征在于， 線圈體(5)和測量線圈(1)封裝在外殼(6)中。
19. 如權利要求18所述的位置測量系統，其特征在于，外殼(6)由塑料、 非鐵磁性材料鋼等制成。
20. 如權利要求1到19中的任意一個所述的位置測量系統，其特征在于， 輸出信號(9)作為輸出電壓來提供。
21. 如權利要求1到20中的任意一個所述的位置測量系統，其特征在于， 電壓抽頭(7)彼此交錯。
全文摘要
本發明涉及非接觸位移測量系統，該系統包括可用交流電流來供電的測量線圈(1)，所述測量線圈(1)具有至少兩個電壓抽頭(7)。該系統還包括分配給傳感器(2)的導電和/或導磁的測量物體(4)以及評定電路(3)。傳感器(2)和測量物體(4)在測量線圈(1)的縱向方向可彼此相對移位。本發明的特征在于，測量物體(4)具有至少一個影響兩個電壓抽頭(7)之間的測量線圈(1)的阻抗的標記(8)，使得評定電路(3)可產生與待測物體(4)相對于電壓抽頭(7)的位置相關的輸出信號(9)。
文檔編號G01D5/20GK101341377SQ200480033985
公開日2009年1月7日 申請日期2004年10月28日 優先權日2003年11月20日
發明者E·休伯, F·蒙德尼科夫, M·瑟蘭 申請人:微-埃普西龍測量技術有限兩合公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
