专利名称：位移测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种位移测量装置，其至少包括第一测量段和第二测量段以及包括至 少一个位置传感器，所述第一测量段和第二测量段分别具有沿纵向方向的延伸部并且至少 在测量区域中彼此平行取向，所述位置传感器无接触地耦合到所述测量段上。
背景技术：
由EP I 306 650 Al公开了一种用于检测位置传感器的路程的位移传感器装置， 其具有沿纵向方向延伸的测量探头，位置传感器无接触地耦合到该测量探头上。
当设置多个(至少两个)测量段，也就是说至少两个测量探头时，可以实现冗余的 位移测量或者位置确定。相应的位移测量装置有利地例如可以使用在与安全有关的应用 中。
在DE 10 2004 062 968 Al中公开了一种位移测量装置，其具有呈固有稳定、空 心、周向封闭、可端侧密封的型材形式的壳体(该壳体具有沿纵向方向保持不变的横截面轮 廓)、在所述型材内部中的波导单元(其中该波导单元的波导沿型材纵向方向走向)、分析电 子装置以及作为位置传感器的在纵向方向上在外部可沿型材运动的磁体。该型材在整个长 度上具有无阶梯的内部轮廓并且在内部轮廓中布置有至少一个嵌入件，该嵌入件具有抗扭 转地沿转动方向围绕纵轴线布置的内部轮廓，该内部轮廓具有任意的内角、外角和/或阶 梯。
在US 2001/0017539A1中公开了一种模块化的波导装置。
在CN 101788259中公开了一种磁致伸缩的位移传感器，其包括两组信号生成装置。每组包括一个波导丝。
在DE 197 53 805 Al中公开了一种用于波导的支架，其用于传导机械波，其中该 支架具有高比例的气体和低比例的固体。
在US 4，121，155中公开了一种确定位置的系统。发明内容
本发明所基于的任务是提供一种前述类型的位移测量装置，其可以以小尺寸实 现。
在前述类型的位移测量装置方面，该任务根据本发明通过如下方式来解决设置 测量段支架，其在测量区域中延伸并且具有缺口，在缺口中各布置一测量段。
在测量段支架上可以利用小的空间要求安置多个测量段，譬如两个测量段或三个 测量段。
由此可以实现冗余的位移测量装置，其就包括测量段支架的位移传感器而言具有 与带有唯一的测量段的位移测量装置相同或近似的尺寸。
测量段可以以限定方式以良好的耐冲击性和低的振动敏感性支承在测量段支架 中。
在一个实施例中，设置至少一个第三测量段。由此提供多重冗余的位移测量装置， 即三重冗余的位移测量装置。
在一个实施方式中，测量段包括波导，并且尤其是包括线波导 (Drahtwellenleiter)。通过确定行波时间可以确定位置传感器的位置，并进而确定路程。
特别有利的是，所述波导布置在软管中，并且尤其布置在硅胶管中。软管优选由电 绝缘材料制成。由此可以实现各测量段的电绝缘。此外，软管用于将测量段支承在测量段 支架上。通过具有高耐冲击性(无波导的再定位)的限定的支承得到了良好的测量段线性， 也就是说，在位置传感器与波导之间的间距在测量区域的整个长度上的变化小。
有利的是，软管在间隔开的部位处被束紧并且例如靠置在波导上。由此，实现了在 波导与软管之间的相对固定。由此，波导关于软管固定。该固定尤其是波导在软管上有间 隙的支承，其中间隙是受限的并且较小。通过软管于是又可以将波导支承在测量段支架上。
特别有利的是，测量段支架由纤维增强材料制成，尤其是由玻璃纤维增强材料制 成，并且优选由玻璃纤维增强的塑料材料制成。通过使用纤维增强材料，测量段支架具有低 热膨胀系数。由此可以将作用于测量段上的强制力最小化。此外，测量段支架由此还可以 以简单方式由电绝缘材料制成，使得以简单方式实现测量段的电绝缘。
尤其是，纤维定向于是至少近似平行于测量段的纵向方向。
有利的是，测量段支架上的缺口关于测量段支架纵轴线旋转对称地布置。由此可 以实现测量段之间的最大间距，以便将相互影响最小化。当位置传感器对称地布置和构造 时，则可以以简单方式实现所有测量段以相同方式和方法并且同时耦合到位置传感器，以 便实现高冗余。
有利的是，缺口在测量段支架上侧向敞开。由此，在制造位移传感器时可以以简单 方式将测量段插入测量段支架中。
有利的是，测量段在缺口中以至少220°的角度并且优选以至少近似270°的角 度由所述缺口的壁材料环绕。由此，测量段可以以更简单和可靠方式，尤其是结合波导在软 管中的支承，固定在测量段支架上。
在此，测量段在其在测量区域中的整个长度上由测量段支架容纳。由此获得测量 段在测量区域的整个长度上具有高冲击稳定性的限定的取向。
测量段支架例如具有柱状外轮廓。由此可以实现小的外部尺寸。
测量段支架的最大厚度例如最高为10mm。相应的测量段支架例如可以通过拉挤成 型工艺来制造。由此可以以简单方式利用小的结构空间制造多重并且例如三重冗余的位移 测量装置。
有利的是，测量段支架关于其横截面具有T形元件，在其间形成所述缺口。由此， 可以在缺口之间制造具有均匀壁厚的壁。此外，可以提供如下区域，所述区域使各自的测量 段交叠并由此使这些测量段可靠地固定在测量段支架上。
T形元件尤其呈星形布置。由此得到测量段支架的并且进而测量段布置的高对称 性。
在一个实施方式中，缺口具有第一区域，在第一区域中形成边界的壁至少近似具 有平坦的侧面。由此可以实现这些形成边界的壁具有均匀的壁厚。相应简化了测量段支架 的制造。
还有利的是，缺口具有第二区域，在第二区域中形成所述缺口的边界的壁被倒圆。 由此可以提供“交叠区域”，在交叠区域中测量段(可能除了侧向开口之外)由测量段支架的 材料环绕。
特别有利的是，测量段支架具有中央区域，在该中央区域中形成所述缺口的边界 的壁具有均匀的壁厚。由此，可以以简单方式提供机械稳定的测量段支架，其可以容纳多个 测量段，并且在此具有最小化的尺寸。
测量段的测量区域长度尤其为至少2cm，尤其是2. 5cm，也就是说，可以在该长度 范围中确定位置传感器的位置。
测量段尤其是彼此无关的，并且同时耦合到相同的至少一个位置传感器上，以便 实现高冗余。
此外，有利的是，设置测量头，在该测量头上布置测量段支架，并且尤其是同轴地 布置测量段支架。位移测量装置的传感器装置可以定位在测量头中。传感器装置尤其包括 线圈。其他传感器元件，例如压电元件、霍尔元件或者磁致伸缩的元件也是可能的。
测量段分别具有伸入测量头中的延长部。尤其是，波导可能与环绕的软管不中断 地引导到测量头中。
有利地，测量头比测量段支架具有更大的横截面尺寸。由此，传感器元件并且尤其 是拾波线圈在测量头中彼此以较大间距定位，以便减少串扰。此外，测量头例如也可以用于 将位移测量装置固定在应用物(Anwendung)上。
有利地，在测量头上布置有用于将位移测量装置固定在应用物上的保持装置。在 此，该保持装置尤其包括保持板，该保持板固定在测量头上。通过保持板又可以将位移测量 装置固定在应用物上。
在一个实施方式中，在测量头上布置有线圈装置，其中每个测量段分别配属有至 少一个拾波线圈。所述拾波线圈形成信号转换器，该信号转换器通过磁致伸缩效应的反转 和磁感应生成电信号，随后可以分析该电信号。在该电信号中包含关于位置传感器的位置 的信息。
在此，在测量头中的测量段的延长部的、耦合到线圈装置上的区域相对于测量段 支架纵轴线向外错开地定位。由此，可以最大化各测量段的拾波线圈之间的间距，并且由此 又可以减少串扰。
在延长部的该区域中，尤其设置至少近似线性的取向，以便实现在波导与拾波线 圈之间的有效耦合。不同延长部在该区域中尤其彼此平行地定向。
在此有利的是，测量段的延长部具有在测量段支架与线圈装置之间的过渡区域， 并且尤其是延长部在过渡区域中弯曲地引导。由此对波传导影响最小。
此外，有利的是，配属于相应测量段的拾波线圈关于测量头的轴线旋转对称地布 置。由此，配属于不同测量段的拾波线圈具有最大间距，并且串扰风险减少。
特别有利的是，相应测量段的至少一个拾波线圈分别配属有至少一个电阻元件。 通过相应选择电阻元件可以使各个测量设备相对彼此标准化，并且也相对于测量接口电子 装置标准化。
此外，有利的是，所述至少一个电阻元件布置在柔韧的带材上，并且尤其布置在测 量头之外。柔韧的带材尤其是具有相应导体的柔性带材，其通向测量接口。柔韧的带材于是同时也是用于至少一个电阻元件的托架。
在一个实施方式中，测量头具有线圈架，测量段支架托架固定在线圈架上。由此得到测量头的简单机械结构，并且能以简单方式固定测量段支架。
测量段支架托架尤其具有用于测量段支架的标记装置和/或定位装置。由此在制造位移测量装置时，测量段支架以简单方式关于测量段支架托架并且进而也相对于线圈架取向。
此外有利的是，测量段支架托架和线圈架配属有凸起-凹槽装置，用于彼此转动固定。由此可以使位移测量装置的组装变得容易。
有利的是，保持装置板固定在线圈架上。由此，可以以简单方式提供保持装置用以将位移传感器装置固定在应用物上。
于是还有利的是，保持装置板和线圈架配属有凸起-凹槽装置用于转动固定。由此，可以以简单方式在可转动性方面将保持装置板固定在线圈架上。
此外有利的是，设置锁止装置，其包括配属于各测量段延长部的锁止件，锁止件布置在线圈架上并且将测量段的延长部固定在线圈架中。线圈架必须针对测量段延长部具有相应缺口，其中也必须存在与测量头或测量段支架的轴线非平行设置的缺口。尤其是设置了对测量段和测量段延长部的S形引导。通过设置锁止件，相应缺口可以从侧向向外制造， 而不必设置斜孔等。通过所配属的锁止件于是缺口闭合并且在此也可以同时实现对测量段延长部以限定方式的定位。
在此可以设计的是，磁体装置集成到锁止装置中。该磁体装置提供偏磁体，其用于减少不同测量段彼此间的串扰。由此可以降低一个测量段上的电流脉冲对另一测量段的拾波线圈的影响。相应的磁体装置例如可以通过塑料粘结的磁体来实现，该磁体同时形成锁止件。
特别有利的是，测量段是单独电绝缘的。由此可以实现独立的测量段。
出于相同原因，有利的是，每个测量段都配属有自己的磁屏蔽件。
此外，有利的是，配属于相应测量段的拾波线圈装置分别具有自己的磁屏蔽件，其中每个磁屏蔽件尤其位于自己的电势上。由此可以使串扰最小化。
此外，有利的是，设置感应电压限制装置，其影响在接通和/或关断时电流脉冲的边沿陡度。感应电压限制装置尤其用于实现在关断时在至少1. 5μ s的时段中并且尤其在至少2μ s的时段中电流脉冲从最大幅度降至零。由此在其他测量段或测量段延长部上可能生成的感应电压最小化，并且串扰风险减少。
此外还可以设计的是，在测量段支架中布置至少一个附加导体。通过该附加引导的导体(其在电学上与测量段的相应波导并联地引导)可以可能地补偿串扰。这可以通过相应的电流强度以及通过敷设至少一个附加导体的方式和方法来实现。
该位移测量装置尤其包括磁致伸缩的位移传感器，其中来自测量接口的励磁电流脉冲触发测量。励磁电流脉冲借助起始信号来触发。励磁 电流脉冲在波导上生成环形磁�。� 该环形磁场由于波导的软磁特性而在该波导中聚束。在测量点处，位置传感器的磁力线与环形磁场成直角地走向并且在波导中聚束。在磁场叠加的区域中，在波导结构的微区域中由于磁致伸缩而形成弹性变形。这种弹性变形引起沿着波导传播的弹性波。返回的超音速的波(transsonare Welle)在拾波线圈上通过磁致伸缩效果的反转和磁感应生成电信号。行波时间与位置传感器和拾波线圈之间的间距成比例。通过时间测量可以以高精度确定拾 波线圈与位置传感器之间的间距。用于时间测量的基本测量信号是波导上的励磁电流脉冲 和波导的反应脉冲，该反应脉冲是根据位置传感器的位置时移地提供的。
结合附图对优选实施方式的以下说明进一步描述本发明。图中
图1是根据本发明的位移测量装置的一个实施例的立体图2是沿图1的线2-2的剖面图3是图1的位移测量装置的测量头区域的立体局部剖面图4是测量头的另一立体剖面图5是测量段支架的局部视图6是沿图5的线6-6的立体剖面图7是测量段支架的剖面图8是与图7类似的图，其中设置测量段(对应于沿图6的线8-8的剖面图)；
图9是测量段支架托架的一个实施例的立体图10是线圈架的一个实施例的立体图11是保持板的一个实施例的立体图12 Ca)是波导的示意图，其说明波导的工作原理；以及
图12 (b)是电流脉冲的示意图。
具体实施方式
在图1中示出并在那里以10标明的根据本发明的位移测量装置的一个实施例包括位移传感器12和位置传感器14。位移传感器12尤其被设计为磁致伸缩的位移传感器。 位置传感器14是磁体，并且尤其是永磁体，例如为环形磁铁形式。
位移传感器12包括测量头16。路程装置18保持在测量头16上。在此，路程装 置18具有多个平行的测量段20a、20b、20c (图1、5、6、8)。在所述实施例中，设置第一测量 段20a、第二测量段20b和第三测量段20c。在测量区域中，测量段20a、20b、20c彼此平行 取向并且以线性延伸部定向。位置传感器14同时耦合到测量段20a、20b、20c上。由此，位 置传感器14相对于位移传感器12的位置可以三重冗余地通过三个测量段20a、20b、20c彼 此无关地确定。这种冗余的位置确定尤其有利于与安全有关的应用(例如在核电站中蒸汽 阀的位置确定或者螺旋桨螺距的确定)。
测量段20a、20b、20c布置在路程装置18上。测量段20a、20b、20c配属有各自的 测量段延长部22a、22b、22c，它们定位在测量头16中(图3、图4)。
位移传感器12具有测量段支架24。测量段支架24在纵向方向26上沿相应轴线 延伸。测量段支架24具有柱状外轮廓(图5至图8)。该测量段支架布置在保护管中(附图 中未示出)。
测量段支架24在测量段20a、20b、20c的整个长度上延伸，其中测量段支架24比 这些测量段具有更大的长度，以下还将进一步说明。
测量段支架24具有用于第一测量段20a的槽形第一缺口 28a、用于第二测量段20b的槽形第二缺口 28b以及用于第三测量段28c的槽形第三缺口 28c。各自的测量段20a、 20b、20c布置在这些缺口 28a、28b、28c中。缺口 28a、28b、28c在纵向方向26上延伸，彼此 平行取向，并且在此平行于轴线26定向。
测量段支架24由纤维增强材料制成，并且尤其是由纤维增强的塑料材料制成。这 种纤维优选是玻璃纤维。在此，纤维定向至少近似平行于纵向方向26。由此，测量段支架 24具有小的热膨胀。
测量段支架24例如通过拉挤成形工艺来制造。在一个实施例中，最大厚度D (直 径)最高为IOmm (参见图7和图8)。在具体实施例中，该厚度为大约6mm。
测量段支架24关于其横截面具有彼此相连的T形元件30 (图7、图8)。T形元件 30呈星形布置。T形元件30以及缺口 28a、28b、28c以120°的角度32关于纵向方向26旋 转对称地、均匀分布地布置。T形元件30相同地构造。
各个缺口 28a等通过壁34分隔，这些壁34具有均匀的壁厚。缺口 28a等非圆形 地构建。缺口具有第一区域36，在其上形成边界的壁34至少近似具有平坦的侧面38。相 应平坦的侧面38彼此对接，其中在过渡区40存在倒圆。
缺口 28a等还具有第二区域42。在第二区域42中，壁34圆弧形地构建，尤其被倒 圆。
如上所述，在中心区域44中在轴线26附近，壁34具有均匀的壁厚。
缺口 28a等具有平行于纵向26的朝向外侧的开口 45。由此，缺口 28a等被构造成 测量段支架24上的凹槽。在此，这些壁34在至少220°的角范围内，例如在270°的角度 范围内环绕缺口。由此，布置在各个缺口 28a等上的测量段20a等除了开口 44之外由测量 段支架24的壁材料环绕。
测量头16具有测量段支架托架46，测量段支架24保持在该测量段托架上(图1、 图2、图9)。测量段支架托架46包括柱状套筒48，该柱状套筒置于杯形件50上。杯形件50 具有开口 52，该开口与柱状套筒48的内部空间54对应。测量段延长部22a、22b、22c贯穿 该开口 52。此外，杯形件50在其背离柱状套筒48的侧上具有环形套环56。在底部58与 套环56之间限定柱状空间60。
围绕开口 52，在底部58上布置有测量段支架24的标记装置的、以120°的角分布 的标记62。这些标记62对应于测量段20a、20b、20c的位置，并且用于简化安装。
测量段支架托架46固定在测量头16的线圈架64 (图1、图2、图10)上，如以下进 一步说明的那样。线圈架64和测量段支架托架46配属有凸起-凹槽装置，用于相对转动 固定。为此，例如在测量段支架托架46的套环56中布置有凹槽66。
线圈架64具有柱状外形。在线圈架中对应于测量段延长部22a、22b、22c的数量 布置有缺口 68a、68b、68c。在此，第一缺口 68a配属于第一测量段延长部22a，第二缺口 68b 配属于第二测量段延长部22b，以及第三缺口 68c配属于第三测量段延长部22c。在此，各 个缺口 68a等具有第一区域70，该第一区域从线圈架64的端面72延伸直至线圈架64的中 间区域，端面72朝着测量段支架托架46。此外，缺口 68a等具有第二区域74，该第二区域 从第一区域70的端部延伸直至线圈架64的端面76，端面76背离测量段支架24。
各个缺口 68a等的第二区域74尤其被构造成线圈架64中的柱状孔。第一区域70 被构造成凹部，凹部侧向敞开(图10)。为了侧向封闭缺口 68a等的第一区域70而设置具有相应锁止件80a、80b、80c的锁止装置78，其中锁止件80a配属于第一缺口 68a的第一区 域70，锁止件80b配属于第二缺口 68b的第一区域70，以及锁止件80c配属于第三缺口 68c 的第一区域70。锁止装置78的锁止件80a、80b、80c在相应缺口 68a、68b、68c的第一区域 70上例如通过粘接来固定。在此，它们空出如下区域，在该区域中相应测量段延长部22a、 22b,22c在线圈架64中引导。
测量头16具有轴线82。该轴线82与测量段支架24的轴线26同轴。测量段支架 24居中地置于测量头16上。在此，测量头16比测量段支架24具有更大的直径。
缺口 68a等的第二区域74平行向外(离开轴线82)地错开，并且由此与轴线26间 隔。开口 52与轴线26同轴，进而与轴线82同轴。第一区域70在开口 52与平行错开的第 二区域74之间提供过渡区域。在此，第一区域70构造为使得实现连续的过渡。
线圈架64中的测量段延长部22a、22b、22c的缺口 68a、68b、68c具有与测量段支 架24的测量段20a、20b、20c相同的布置对称性。在所示实施例中，缺口 68a、68b、68c关于 轴线82旋转对称地布置，尤其是呈星形地布置，具有120°的角距离。缺口 68a、68b、68c在 其第二区域74中彼此平行取向。
线圈架64在其端面72上具有后移的边缘区域84，该边缘区域与测量段支架托架 46的套环56匹配。后移的边缘区域84环绕突出部86，该突出部定位在空间60中。套环 56环绕该突出部86。
在边缘区域84上布置有上述凸起-凹槽装置的凸起88。凸起88沉入测量段支架 托架46的凹槽66中。由此阻止线圈架64与测量段支架托架46之间的相对可转动性。在 此，凸起88和凹槽66布置为使得标记62对准缺口 68a、68b、68c的进入开口 90。
此外，测量头16还具有保持板92(图1、图2、图11)。保持板92固定在线圈架64 上。该保持板具有例如三角形的第一区域94(图11)，柱状凸缘96置于第一区域94上。该 凸缘96插装在线圈架64上。线圈架64的带有端面72的一部分穿过凸缘96。此外，凸缘 96还环绕测量段支架托架46。
凸缘96和第一区域94中的开口 98限定保持板92的内部空间100。线圈架64的 所提及的部分以及测量段支架托架46的局部区域(即杯形件50)定位在内部空间100中。 在此，内部空间100具有的第一局部区域102和第二局部区域104。第一局部区域102形成 在第一区域94中，第二局部区域104形成在凸缘96中。第二局部区域104比第一局部区 域102具有更小的直径。由此形成尤其是环形的接触面106。
线圈架64的边缘区域84向外突出于线圈架64的柱状外轮廓108 (图10)。由此 形成边缘套环110。该边缘套环靠置于接触面106上。在制造位移传感器12时，在此线圈 架64以其端面76在前面首先被推入内部空间100的第一局部区域102，直至边缘套环110 靠置于接触面106上。
线圈架64的边缘套环110具有通孔112，其与缺口 68a等对应。这些通孔形成凸 起-凹槽装置的凹槽，该凸起-凹槽装置用于使线圈架64相对于保持板92转动固定。相 应的凸起114布置在接触面106上。当凸起114位于通孔112 (凹槽)中时，则阻止了保持 板92与线圈架64之间的可转动性。
测量头16的保持板92与线圈架64之间的轴向固定例如通过粘接来实现。测量 头16的固定通过尤其被构造成环形螺母的凸缘96来改善。测量段支架托架46与线圈架64之间的轴向固定相应也可以通过粘接来实现。
在一个实施方式中，凸缘96至少局部覆盖锁止装置78。
在一个实施方式中，在保持板92的第一区域94上布置有贯通的开口 116。由此， 位移传感器12例如可以通过拧接等固定在应用物上。
具有配属于它的测量段延长部22a、22b、22c的各个测量段20a、20b、20c均包括线 波导118。该线波导118是“实际的”测量段。该线波导贯穿地在各自的测量段延长部22a 等和测量段20a等中引导。该线波导固定在阻尼套筒134上。该阻尼套筒134定位在测量 段支架24的端部122附近。阻尼套筒134是金属件。
线波导118由软管124包围。软管124由电绝缘材料制成，例如是硅胶管。该软 管一方面用于将线波导118电绝缘，而另一方面用于在相应缺口 28a等和68a等之内的支 承和定位。
回线126与阻尼套筒134相连。回线126例如利用焊点120焊接在金属件134上。 回线126穿过缺口 28a等和68a等，其中该回线位于相应软管124之外。
软管124在间隔开的部位128 (图4至图6，图8)处被束紧，并且由此，线波导118 的运动间隙减少。该束紧并不紧到阻碍波的传播。由此实现线波导118相对于软管124的 相对位置固定。这种相对位置固定是带有(限定的、小的)间隙的支承。当软管124插入缺 口 28a等和68a等时，这又实现了线波导118在位移传感器12上的位置固定。
在测量段支架24的缺口 28a等中，与金属件120相邻地布置有一个或者多个阻尼 块130、132。相应的阻尼块130、132在该区域环绕线波导118，并且负责阻尼相应的机械波。
阻尼套筒134布置在阻尼块130和焊点120之间。
位移传感器12的测量区域136大致位于阻尼块132的软管124靠置其上的端部 与柱状套筒48的端部之间。其间的间距定义测量区域136的长度。
线波导118和相应地回线126穿过相应缺口 68a等以及线圈架64 (图2至图4)。 在测量段支架24中，相应测量段20a、20b、20c的线波导118彼此平行且平行于轴线引导。 通过穿过缺口 68a等的第一区域70的通道实现横向错开的布置，其中线波导118在第二区 域74中又平行于轴线26地引导。第一区域70构造为使得机械波可以无阻碍地经过该第 一区域。尤其是，为此线波导118在该区域中在避免拐角的情况下弯曲地引导。线波导尤 其成S形地引导。
锁止装置78的锁止件80a等以及缺口 68a等的第一区域70的底部138相应地构 造，以实现“无棱边地”(“连续可微地”)以S形引导线波导118。
在各个缺口 68a等的第二区域74中布置有套筒140。套筒140 (图4)用于固定 线波导118在缺口的第二区域74中的位置，并且由此形成S形引导。套筒140 (间隔套筒) 例如粘接在缺口 68a等的相应第二区域74中。套筒由屏蔽管142环绕。屏蔽管142由磁 屏蔽材料制成。
线圈装置144保持在线圈架64上。在此，线圈装置144包括(至少一个)拾波线圈 146，该拾波线圈在测量段延长部22a等上布置在相应缺口 68a等的第二区域74中。相应 拾波线圈146尤其粘入套筒140中。
拾波线圈146连同金属材料制成的销150a、150b、150c、150d置于套筒140中。回 线126卷绕销150a并与其焊接。
线波导118卷绕销150d。
具有集成导体的带材152分别置于销150a、150b、150c、150d上。(至少)各一个电阻元件154又布置在带材152上。在此，各自的带材152的电阻元件位于线圈架64之外。 在此，具有其测量段延长部22a的每个测量段20a分别配属有具有自己的电阻元件154的带材。各自的带材152尤其被构造成柔性带材。该带材引导导体，并且也是电阻元件154 的支架。通过电阻元件154可以使各个测量段20a、20b、20c相对彼此标准化并且也相对于后续的电路标准化。尤其可以补偿各个测量段20a、20b、20c的电性能的不均衡性。由于电阻元件154可容易地接近，所以可以以简单方式执行这种补偿。
结合图12 Ca)示意性地阐述了位移测量装置10的工作原理
来自测量接口的励磁电流脉冲156作为测量信号触发测量。在此，励磁电流脉冲 156借助起始信号被触发。励磁电流脉冲156生成环形磁场158,其基于波导(线波导)118 的软磁特性在波导中聚束。位置传感器14 (尤其是永磁体)定位在波导118的测量点160 上。其磁力线162与环形磁场158成直角地走向并且同样在波导118中聚束。
在环形磁场158和由位置传感器14生成的磁场重叠的区域中，在波导118的结构的微区域中由于磁致伸缩而形成弹性变形。该弹性变形又引起沿着波导118在相反的方向 164,166上传播的弹性波。波在波导118中的传播速度尤其为大约2800m/s的量级，并且很大程度上对环境影响不敏感。
阻尼块130、132布置在相应测量段的端部122上。通过阻尼块阻尼掉朝着端部 122行进的超音速的波，使得该波的回反射部分在信号检测时相对于直接传播的波可忽略。
在另外的端部168上布置有相应拾波线圈146，该拾波线圈通过磁致伸缩效应的反转和磁感应生成电信号并且将其提供给测量接口。
从形成地点至拾波线圈146的行波时间与位置传感器14和拾波线圈146之间的间距直接成比例。因此，借助时间测量可以以高精度确定拾波线圈146与位置传感器14之间的间距。用于时间测量的基本测量信号是励磁电流脉冲156，根据拾波线圈146与位置传感器14之间的间距时移地将励磁电流脉冲156从拾波线圈146提供给测量接口。
原则上，发送至测量段(例如测量段20a)上的励磁电流脉冲会在其他测量段20b、 20c中感生电压，尤其在关断时。原则上也会出现串扰。
根据本发明，设置感应电压限制装置170，其调节尤其在关断时励磁电流脉冲156 的边沿陡度172 (图12 (b))，使得在至少1. 5μ s的时段中、尤其在至少2μ s的 时段中以及尤其在至少3μ S的时段中尤其出现从最大幅度174降至零。
通过调节相应的边沿陡度降低了感应电压的大小。
在此，也可以调节在接通时相应的有限的边沿陡度176。感应电压限制装置170例如通过RCD环节来实现。
在一个实施方式中，磁体装置178集成到线圈架64中(图2)。磁体装置178例如通过磁体来实现，该磁体集成到相应的锁止件80a、80b、80c中。磁体装置178是偏磁装置， 其用于减少测量段20a、20b、20c或测量段延长部22a、22b、22c之间的串扰。由此可以降低一个测量段上的电流脉冲对配属于其他测量段的拾波线圈的影响。
锁止件80a等例如可以是塑料粘结的磁体。磁场的取向和强度可以有针对性地调节。
在根据本发明的解决方案中设计的是，引导电流的导体精确地平行引导。由此避免可能由于交叉结构方式出现的干扰场。
在测量头16上，串扰由于通过错开布置使拾波线圈146距轴线26的间距增大而减少。
在实施方式的一个变形方案中，在测量段支架24与线圈架64之间附加布置有一个或多个导体180 (图5)。导体180例如平行地引导。蜿蜒的引导等也是可能的。通过一个或多个引导电流的导体180可以在相应敷设导体180并且调节电流强度时补偿不同测量段20a、20b、20c之间可能的串扰。
根据本发明的位移测量装置10的工作方式如下
位移测量装置10关于其测量段20a、20b、20c是冗余的。在所述实施例中，位移测量装置10多重冗余，因为设置了三个分开的测量段20a、20b、20c。测量段20a、20b、20c彼此独立。它们彼此无关地确定位置传感器14的位置。
通过相应措施可以减少或防止串扰。
不同测量段20a、20b、20c集成到测量段支架24中。这可以在小安装空间(直径为 7mm或更小的量级)的情况下实现。
测量段支架24由玻璃纤维增强的塑料材料制成。由此，测量段支架直接电绝缘并具有较小的热膨胀。由此极大地降低了测量段的约束负荷(Zwangsbelastung)。
具有其测量段延长部22a等的测量段20a等布置在例如由硅材料制成的电绝缘软管中。相应软管124实现在高耐冲击性以及低振动敏感性时的电绝缘支承。
各个测量段20a等和测量段延长部22a等的波导118呈S形地敷设，其中在线圈架64中有两个简单的弯曲部(在至第一区域70的过渡部以及从第一区域70至第二区域74 的过渡部处)。这允许在波传播的干扰最小情况下的紧凑的结构方式。
在柔性带材152上布置相应的电阻元件154，用于标准化具有测量段延长部22a等的测量段20a等。
具有测量段延长部22a等的每个测量段20a的屏蔽管142优选位于自身的电势上，其中为具有测量段延长部22a等的每个测量段20a设置自己的磁屏蔽。
附图标记表
10位移测量装置
12位移传感器
14位置传感器
16测量头
18路程装置`
20a第一测量段
20b第二测量段
20c第三测量段
22a第一测量段延长部
22b第二测量段延长部
22c第三测量段延长部
24测量段支架
26纵向方向
28a第一缺口
28b第二缺口
28c第三缺口
30T形元件
32角度
34壁
36第一区域
38平坦的侧面
40过渡区域
42第二区域
44中央区域
45开口
46测量段支架托架
48柱状套筒
50杯形件
52开口
54内部空间
56套环
58底部
60空间
62标记
64线圈架
66凹槽
68a第一缺口
68b第二缺口
68c第三缺口
70第一区域
72端面
74第二区域
76端面
78锁止装置
80a锁止件
80b锁止件
80c锁止件
82轴线
84边缘区域
86突出部
88凸起0191]900192]920193]940194]960195]980196]1000197]1020198]1040199]1060200]1080201]1100202]1120203]1140204]1160205]1180206]1200207]1220208]1240209]1260210]1280211]1300212]1320213]1340214]1360215]1380216]1400217]1420218]1440219]1460220]150a0221]150b0222]150c0223]150d0224]1520225]1540226]1560227]1580228]1600229]162进入开口 保持板 第一区域 凸缘 开口内部空间第一局部区域第二局部区域接触面柱状外轮廓边缘套环通孔凸起开口线波导焊点端部软管回线部位阻尼块阻尼块阻尼套筒测量区域底部套筒屏蔽管线圈装置拾波线圈销销销销带材电阻元件 励磁电流脉冲 磁场 测量点 磁力线
164方向
166方向
168端部
170感应电压限制装置
172边沿陡度
174最大幅度
176边沿陡度
178磁体装置
180 导体
权利要求
1.一种位移测量装置，其至少包括第一测量段(20a)和第二测量段(20b)，以及包括至少一个位置传感器(14)，以及包括测量段支架(24)，所述第一测量段和第二测量段分别具有沿纵向方向(26)的延伸部并且至少在测量区域(136)中彼此平行地取向，所述位置传感器无接触地耦合到所述测量段(20a、20b)上，所述测量段支架在所述测量区域(136)中延伸并且具有缺口(28a、28b,28c),在所述缺口中各布置一测量段(20a、20b)。
2.根据权利要求1所述的位移测量装置，其特征在于至少一个第三测量段(20c)。
3.根据权利要求1或2所述的位移测量装置，其特征在于，测量段(20a)包括波导 (118)，尤其包括线波导(118)。
4.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述波导(118)布置在软管(124)中，尤其是布置在硅胶管中。
5.根据权利要求4所述的位移测量装置，其特征在于，所述软管(124)在间隔开的部位(128)处束紧。
6.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段支架(24)由纤维增强材料制成，尤其是由玻璃纤维增强材料制成。
7.根据权利要求6所述的位移测量装置，其特征在于至少近似平行于测量段(20a; 20b ；20c)的纵向方向(26)的纤维定向。
8.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段支架(24)上的缺口(28a、28b、28c)关于所述测量段支架(24)的纵轴线(26)旋转对称分布地布置。
9.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，缺口(28a；28b ；28c)在所述测量段支架(24)上侧向敞开。
10.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，测量段(20a；20b ；20c) 在缺口(28a;28b;28c)中以至少220°的角度(32)、优选以至少近似270°的角度(32)由所述缺口(28a ；28b ；28c)的壁材料环绕。
11.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，测量段(20a；20b ；20c) 在其在所述测量区域(136)中的整个长度上由所述测量段支架(24)容纳。
12.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段支架(24) 具有柱状外轮廓(108 )。
13.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段支架(24) 的最大厚度(D)最高为10mm。
14.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段支架(24) 关于其横截面具有T形元件(30)，所述缺口(28a ；28b ；28c)形成在所述T形元件之间。
15.根据权利要求14所述的位移测量装置，其特征在于，所述T形元件(30)呈星形地布置。
16.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，缺口(28a;28b ;28c)具有第一区域(36)，在所述第一区域中形成边界的壁(34)至少近似具有平坦的侧面(38)。
17.根据权利要求16所述的位移测量装置，其特征在于，缺口(28a；28b ；28c)具有第二区域(42)，在所述第二区域中形成所述缺口(28a ;28b ；28c)的边界的壁(34)被倒圆。
18.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段支架(24) 具有中央区域，在所述中央区域中形成所述缺口(28a ;28b ;28c)的边界的壁(34)具有均匀的壁厚。
19.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段(20a；20b ； 20c)在所述测量区域(136)中线性取向。
20.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段(20a；20b ； 20c)的测量区域长度为至少2cm。
21.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段(20a；20b ； 20c)是彼此无关的，并且同时耦合到相同的至少一个位置传感器(14)上。
22.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于测量头(16)，所述测量段支架(24)布置在所述测量头上，尤其是同轴地布置在所述测量头上。
23.根据权利要求22所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段(20a;20b ；20c) 分别具有伸入所述测量头(16)中的延长部(22a ；22b ;22c)。
24.根据权利要求22或23所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量头(16)比所述测量段支架(24)具有更大的横截面尺寸。
25.根据权利要求22至24之一所述的位移测量装置，其特征在于，在所述测量头(16) 上布置有保持装置(92 )，用于将所述位移测量装置固定在应用物上。
26.根据权利要求22至25之一所述的位移测量装置，其特征在于，在所述测量头(16) 上布置有线圈装置(144)，其中，每个测量段(20a ；20b ；20c)分别配属有至少一个拾波线圈 (146)。
27.根据权利要求26所述的位移测量装置，其特征在于，在所述测量头(16)中的测量段的延长部(22a ；22b ；22c)的、耦合到所述线圈装置(144)的区域相对于所述测量段支架 (24)的纵轴线(26)向外错开地定位。
28.根据权利要求27所述的位移测量装置，其特征在于，所述延长部(22a;22b;22c) 的所述区域至少近似线性取向。
29.根据权利要求27或28所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段的延长部 (22a ；22b ；22c)具有在所述测量段支架(24)与所述线圈装置(144)之间的过渡区域，并且尤其是，所述延长部(22a ；22b ；22c)在所述过渡区域中弯曲引导。
30.根据权利要求26至29之一所述的位移测量装置，其特征在于，配属于各自的测量段(20a ；20b ；20c)的拾波线圈(146)关于所述测量头(16)的轴线(82)旋转对称分布地布置。
31.根据权利要求26至30之一所述的位移测量装置，其特征在于，各自的测量段 (20a ；20b ；20c)的所述至少一个拾波线圈(146)分别配属有至少一个电阻元件(154)。
32.根据权利要求31所述的位移测量装置，其特征在于，所述至少一个电阻元件(154) 布置在柔韧的带材(152)上，尤其布置在所述测量头(16)之外。
33.根据权利要求22至32之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量头(16)具有线圈架(64)，测量段支架托架(46)固定在所述线圈架上。
34.根据权利要求33所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段支架托架(46)具有用于所述测量段支架(24)的标记装置(62)和/或定位装置。
35.根据权利要求33或34所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段支架托架(46)和所述线圈架(64)配属有凸起-凹槽装置，用于彼此转动固定。
36.根据权利要求33至35之一所述的位移测量装置，其特征在于，保持装置板(92)固定在所述线圈架(64)上。
37.根据权利要求36所述的位移测量装置，其特征在于，所述保持装置板(92)和所述线圈架(64)配属有凸起-凹槽装置，用于转动固定。
38.根据权利要求23至37之一所述的位移测量装置，其特征在于锁止装置(78)，所述锁止装置包括配属于各自的测量段延长部(22a ；22b ；22c)的锁止件(80a ；80b ;80c)，所述锁止件布置在线圈架(64)上并且将所述测量段的延长部(22a ；22b ；22c)固定在所述线圈架(64)中。
39.根据权利要求38所述的位移测量装置，其特征在于，磁体装置(178)集成到所述锁止装置(78)中。
40.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述测量段(20a;20b ； 20c)是单独电绝缘的。
41.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，每个测量段(20a;20b ； 20c)配属有自己的磁屏蔽件(142)。
42.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，配属于各自的测量段 (20a；20b ；20c)的拾波线圈装置(146)分别具有自己的磁屏蔽件(142)。
43.根据权利要求41或42所述的位移测量装置，其特征在于，每个磁屏蔽件(142)位于自己的电势上。
44.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于感应电压限制装置 (170)，所述感应电压限制装置影响在接通和/或关断时电流脉冲(156)的边沿陡度(172 ； 176)。
45.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，在所述测量段支架(24)中设置至少一个附加导体(180)。
46.根据前述权利要求之一所述的位移测量装置，其特征在于，所述位移测量装置构建为磁致伸缩的位移测量装置。
全文摘要
本发明提供一种位移测量装置(10)，其至少包括第一测量段(20a)和第二测量段(20b)、以及包括至少一个位置传感器(14)，以及包括测量段支架(24)，所述第一测量段和第二测量段分别具有沿纵向方向(26)的延伸部并且至少在测量区域(136)中彼此平行取向，所述位置传感器无接触地耦合到所述测量段上，所述测量段支架在所述测量区域中延伸并且具有缺口(28a-28c)，在所述缺口中各布置一测量段。
文档编号G01D11/24GK103069255SQ201180039589
公开日2013年4月24日 申请日期2011年7月29日 优先权日2010年8月9日
发明者阿希姆·策恩, 格尔德·�？硕� 申请人:巴鲁夫公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
