DE19903183A1 - High frequency distance measuring device, especially a proximity measuring device or proximity switch, comprises a sensor having a hollow conductor antenna with an open end closed by a damping element - Google Patents
High frequency distance measuring device, especially a proximity measuring device or proximity switch, comprises a sensor having a hollow conductor antenna with an open end closed by a damping elementInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandsmeßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Bestimmung des Abstands.The present invention relates to a Distance measuring device according to the preamble of Claim 1 and a method for determining the Distance.
Herkömmliche Abstandsmeßvorrichtungen vorzugsweise im Nahbereich arbeiten unter Verwendung von induktiven, kapazitiven, optischen oder Ultra- Schall-Sensoren. Für eine Messung mit induktiven Sensoren muß die Eichkurve festgelegt und auch das Material eines zu messenden Objekts muß bekannt sein. Ferner weisen die induktiven Sensoren beispielsweise einen 180°-Meßbereich auf, so daß sich zwei nebeneinanderliegende Sensoren gegenseitig beeinflußen und somit die Eichkurven des jeweiligen Sensors verändern können. Darüberhinaus sind derartige Sensoren lediglich in Ausführungsformen im Handel erhältlich, die einen Durchmesser von größer als 4 mm (M4) betragen.Conventional distance measuring devices working preferably in the close range of inductive, capacitive, optical or ultra Sound sensors. For a measurement with inductive Sensors must set the calibration curve and that too Material of an object to be measured must be known his. Furthermore, the inductive sensors for example, a 180 ° measuring range so that two sensors lying next to each other influence and thus the calibration curves of each Sensors can change. Beyond that such sensors only in embodiments in Commercially available that are larger in diameter than 4 mm (M4).
Der Nachteil für eine Messung mit kapazitiven Sensoren besteht darin, daß der Abstand zwischen den Kondensatorplatten exakt bekannt sein muß. Ferner unterliegt die Messung der Beeinflußung durch die Luftfeuchtigkeit, der allgemeinen elektro magnetischen Verträglichkeiten oder der Temperatur. Um die Messung unabhängig von diesen Parametern durchführen zu können, müßte je nach Erfordernis eine Referenzmessung durchgeführt werden, anhand derer dann die störende Beeinflußung eliminiert werden kann.The disadvantage for a measurement with capacitive Sensors is that the distance between the Capacitor plates must be known exactly. Further subject to measurement of the influence of the Humidity, the general electro magnetic compatibility or temperature. To make the measurement regardless of these parameters To be able to carry out, depending on the need a reference measurement can be carried out which then eliminates the disturbing influence can be.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Abstandsmeßvorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Abstands zu schaffen, welche bzw. welches die oben aufgeführten Nachteile überwindet und eine kontinuierliche Abstandsbestimmung, eine einfache Handhabung und vielseitige Einsatzmöglichkeiten erlaubt.The object of the present invention is therefore a distance measuring device and a method for Determining the distance to create which or which overcomes the disadvantages listed above and a continuous distance determination, a easy handling and versatile Possible uses.
Diese Aufgabe wird mit den vorrichtungstechnischen Merkmalen des Anspruchs 1 und mit den verfahrenstechnischen Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.This task is accomplished with the device-technical features of claim 1 and with the procedural features of Claim 19 solved.
Erfindungsgemäß weist der Sensor einen Hohlleiter, vorzugsweise einen Rundhohlleiter, der mit Dielektrikum, vorzugsweise Al2O3 gefüllt ist, auf. Mit dieser Maßnahme wird der Vorteil erzielt, daß kleinste Bauformen beispielsweise <M4< realisierbar sind und somit die Einsatzmöglichkeiten um ein Vielfaches erhöht werden. Die Größe des Hohlleiters richtet sich nach der Sendefrequenz, wenn unterstellt wird, daß der Hohlleiter knapp oberhalb seiner Cut-off Frequenz betrieben wird. Aufgrund der Grundgeometrie eines Hohlleiters sind geringe Abstände zwischen mehreren parallel angeordneten Sensoren möglich, da der Sensor einen seitlich scharf begrenzten Meßbereich besitzt und daher in seinem Meßverhalten nicht durch parallel angeordnete Sensoren beeinflußt wird. Als Anwendungsgebiet ist es beispielsweise denkbar, daß die erfindungsgemäße Abstandsmeßvorrichtung bei der Richtungserkennung von bewegbaren Objekten bzw. bei einer platzsparenden Montage beispielsweise durch parallele Montage herangezogen werden kann.According to the invention, the sensor has a waveguide, preferably a round waveguide, which is filled with dielectric, preferably Al 2 O 3 . With this measure, the advantage is achieved that the smallest designs, for example <M4 <, can be implemented and the possible uses are increased many times over. The size of the waveguide depends on the transmission frequency if it is assumed that the waveguide is operated just above its cut-off frequency. Due to the basic geometry of a waveguide, small distances between several sensors arranged in parallel are possible, since the sensor has a laterally sharply delimited measuring range and its measuring behavior is therefore not influenced by sensors arranged in parallel. As an area of application, it is conceivable, for example, that the distance measuring device according to the invention can be used in the direction detection of movable objects or in a space-saving installation, for example by parallel installation.
Ferner kann der erfindungsgemäße Sensor als Schalter eingesetzt werden, mit dem Schaltpunktveränderungen ohne Neudimensionierung bzw. Änderungen des Sensorelements oder Hinzufügen weiterer elektronischer Bauelemente möglich werden. Damit wird der Vorteil erreicht, daß der Schaltpunkt beispielsweise über eine Software auf die jeweiligen Bedürfnisse einstellbar ist.Furthermore, the sensor according to the invention can be used as Switch are used with the Switch point changes without re-dimensioning or changes to the sensor element or adding further electronic components become possible. This has the advantage that the switching point for example via software to the respective Needs is adjustable.
Der erfindungsgemäße Sensor ist ebenso in der Lage, sich näherende, leitfähige oder dielektrische Objekte zu erkennen und den Abstand zum Objekt mit einer Genauigkeit im Submikrometer-Bereich zu messen. Diese Art von Sensoren können beispielsweise als Näherungsschalter, zur kontinuierlichen Messung des Kolbenweges im Umkehrpunkt von pneumatischen und hydraulischen Zylindern, der Beanspruchung von Kugellagern, von Ventilstellungen oder zur Messung der Ausdehnung von Druckmembranen verwendet werden.The sensor according to the invention is also in the Location, approaching, conductive or dielectric Detect objects and the distance to the object with accuracy in the submicrometer range measure up. This type of sensor can, for example as a proximity switch, for continuous measurement of the piston travel in the point of reversal of pneumatic and hydraulic cylinders, the stress of Ball bearings, valve positions or for measurement the expansion of pressure membranes can be used.
Erfindungsgemäß hängt bei leitfähigen Objekten der Meßabstand nicht von der Größe des Objekts ab, wenn man voraussetzt, daß das Objekt mindestens so groß ist wie der Durchmesser des Hohlleiters. Darüberhinaus ist generell eine Abstandsmeßung zu leitfähigen und dielektrischen Objekten möglich.According to the invention depends on conductive objects the measuring distance does not depend on the size of the object, if you assume that the object is at least like this is the same as the diameter of the waveguide. In addition, a distance measurement is generally too conductive and dielectric objects possible.
Wird der Sensor als Schalter eingesetzt, dann ist erfindungsgemäß eine Schaltpunktveränderung oder eine Neudimensionierung bzw. eine Änderung des Sensorelements auf einfache Weise zu bewerkstelligen. Da der Schaltpunkt z. B. über Software einstellbar ist, ist ferner der Vorteil gegeben, daß die Eingabe von Mehrfach-Schaltpunkten durch eine geeignete Software auf einfache Weise ermöglicht wird, wodurch man eine wesentlich höhere Einsatzflexibilität beispielsweise für eine Teile- Größenerkennung, für verschiedene Maschinen konfigurationen, für eine Drehwinkelerkennung über Kurvenscheiben usw. erhält. Demgegenüber konnte wie eingangs erwähnt bei induktiven Sensoren die MehrfachSchaltpunkte nur mit sehr großem Aufwand realisiert werden.If the sensor is used as a switch, then is a change in the switching point or a redimensioning or a change of Sensor element in a simple way accomplish. Since the switching point z. B. about Software is adjustable, is also the advantage given that the entry of multiple switching points through suitable software in a simple way is made possible, which makes a much higher Application flexibility, for example for a parts Size detection, for different machines configurations, for a rotation angle detection via Cam discs, etc. receives. In contrast, how mentioned at the beginning with inductive sensors Multiple switching points only with great effort will be realized.
Aufgrund des in der erfindungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung verwendeten Meßverfahrens können auch mehrere Schaltpunkte über eine Logik miteinander verknüpft werden, wobei das Meßverfahren kontinuierlich arbeitet. So ist es beispielsweise von Vorteil, wenn drei Schaltpunkte bei der Abfrage eines Rotationszylinders benötigt werden.Because of the in the invention Distance measuring device used measuring method can also set several switching points via one logic are linked together, the measuring method works continuously. For example advantageous if three switching points when queried a rotary cylinder are required.
Aufgrund einer kompakten Bauform ist für Schaltabstände von beispielsweise 0,6, 0,8, 1,0, 1,5, 2,0 mm bzw. 5 mm bzw. ein Grundelement in allen gängigen Gehäusebauformen einsetzbar, wodurch eine Kostenersparnis erreicht wird und somit eine ge ringere Logistik benötigt wird.Due to a compact design is for Switching distances of, for example, 0.6, 0.8, 1.0, 1.5, 2.0 mm or 5 mm or a basic element in all common housing designs can be used, which means a Cost savings are achieved and thus a ge less logistics is needed.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.Further advantageous embodiments are Subject of the further subclaims.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Hohlleiter ein Rundhohlleiter ist, dessen Betriebsfrequenz gerinfügig oberhalb seiner Cut-off Frequenz liegt, wenn er für den Betrieb mit der Hmnp-Mode, vorzugsweise dem H111-Mode ausgelegt wird. Hierbei wird der Hohlleiter als Antenne betrieben indem eine Seite des Hohlleiters, vorzugsweise eine Stirnseite offen bleibt und die elektromagnetische Welle an dieser Seite abgestrahlt wird. Der einseitig offene Hohlleiter hat einen Öffnungswinkel von ca. 120°. Der Reflektionsfaktor zwischen Hohlleiter und Freiraum liegt bei ←10 dB. It has turned out to be particularly advantageous if the waveguide is a round waveguide, the operating frequency of which is slightly above its cut-off frequency if it is designed for operation with the H mnp mode, preferably the H 111 mode. Here, the waveguide is operated as an antenna in that one side of the waveguide, preferably one end side, remains open and the electromagnetic wave is emitted on this side. The waveguide, which is open on one side, has an opening angle of approx. 120 °. The reflection factor between the waveguide and free space is ← 10 dB.
Wird der Hohlraumresonator gemäß Anspruch 5 beispielsweise mit einem Dielektrikum, vorzugsweise Al2O3, gefüllt, so kann die gesamte Abstandsmeß vorrichtung kleiner bauen als der z. B. mit Luft gefüllte Hohlleiter. Desweiteren ist es nun besonders vorteilhaft, daß zwischen Dielektrikum und dem umgebenden Medium, z. B. Luft zwischen Objekt und offener Hohlleiterseite, ein Übergang entsteht, der dazu führt, daß im Vergleich zum luftgefüllten Hohlleiter ein größerer Teil der elektromagnetischen Welle reflektiert und nicht mehr abgestrahlt wird. Der Reflektionsfaktor liegt dann zwischen 1 dB und If, for example, the cavity resonator is filled with a dielectric, preferably Al 2 O 3 , the entire distance measuring device can be made smaller than the z. B. air-filled waveguide. Furthermore, it is now particularly advantageous that between the dielectric and the surrounding medium, for. B. air between the object and the open waveguide side, a transition occurs which leads to the fact that, compared to the air-filled waveguide, a larger part of the electromagnetic wave is reflected and is no longer emitted. The reflection factor is then between 1 dB and
1.5 dB. Es ist besonders vorteilhaft, daß sich nun aufgrund des größeren Reflektionsfaktors neben der Antennenfunktion ein Resonanzkreis aufbaut, dessen Güte allerdings im Vergleich zu üblichen HF- Hohlraumresonatoren (~3000 bis 5000) um den Faktor 20 bis 30 schlechter ist.1.5 dB. It is particularly advantageous that now due to the larger reflection factor next to the Antenna function builds a resonance circuit, the Quality, however, compared to conventional HF Cavity resonators (~ 3000 to 5000) by the factor 20 to 30 is worse.
Dieser Nachteil läßt sich erfindungsgemäß umgehen indem ein Dämpfungsglied auf der offenen Seite des Hohlleiters zwischen Dielektrikum des Hohlleiters und dem umgebenden Medium, z. B. Luft, angebracht wird. Vorzugsweise besteht dieses Dämpfungsglied aus dielektrischem Material, z. B. Teflon, dessen Dielektrizitätszahl zwischen dem Dielektrikum des Hohlleiters und dem umgebenden Medium, z. B. Luft, liegt. Damit läßt sich der Reflektionsfaktor auf ca. This disadvantage can be avoided according to the invention by placing an attenuator on the open side of the Waveguide between the dielectric of the waveguide and the surrounding medium, e.g. B. air attached becomes. This attenuator preferably consists of dielectric material, e.g. B. Teflon, whose Dielectric constant between the dielectric of the Waveguide and the surrounding medium, e.g. B. air, lies. This allows the reflection factor to be approx.
0.4 dB im Bereich knapp oberhalb der Cut-off- Frequenz anheben und somit eine wesentlich bessere Güte des Resonanzkreises erreichen. Dies ist erforderlich um mit hinreichender Genauigkeit, z. B. im Kilohertzbereich die Resonanzfrequenz bestimmen zu können. Da die Resonanzfrequenz direkt proportional der Entfernung zwischen Objekt und der mit dem Dämpfungsglied abgeschlossenen Seite des Hohlleiters ist läßt sich mit dieser Anordnung eine Entfernungsmessung zum Objekt mit einer Genauigkeit im Submikrometerbereich durchführen.0.4 dB in the area just above the cut-off Increase frequency and thus a much better one Achieve the quality of the resonance circuit. This is required with sufficient accuracy, e.g. B. determine the resonance frequency in the kilohertz range can. Because the resonance frequency is directly proportional the distance between the object and the one with the Attenuator closed side of the waveguide can be with this arrangement Distance measurement to the object with an accuracy in the submicrometer range.
Desweiteren hat das Dämpfungsglied den Vorteil, daß z. B. bei Teflon mit zunehmender Dicke eine Fokussierung der Abstrahlcharakteristik der Antenne erreicht wird allerdings unter Inkaufnahme einer Reduzierung der Reichweite. Die Verwendung von Teflon als Dielektrikum für das Dämpfungsglied hat den zusätzlichen Vorteil, daß kondensierende, die Messung verfälschende Feuchtigkeit des umgebenden Mediums aufgrund der schlechten Haftwirkung des Teflons abperlt.Furthermore, the attenuator has the advantage that e.g. B. with Teflon with increasing thickness Focusing the radiation pattern of the antenna is achieved, however, by accepting one Reduction of the range. The use of Teflon as a dielectric for the attenuator the additional advantage that condensing that Measurement falsifying moisture of the surrounding Medium due to the poor adhesion of the Teflon rolls off.
Im Unterschied zur Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 197 33 109.2 bzw. DE 198 07 593.6 bzw. PCT/EP 98/04 815 besitzt die Erfindung den Vorteil, daß eine Reichweitensteigerung um den Faktor 2.5 bis 3 möglich ist.In contrast to the patent application with the File number DE 197 33 109.2 or DE 198 07 593.6 or PCT / EP 98/04 815 the invention has the advantage that a range increase by a factor of 2.5 to 3 is possible.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß gemäß Anspruch 6 lediglich die Oberfläche des Dielektrikums mit Ausnahme der zum Dämpfungsglied bzw. zum Objekt zeigenden Grundfläche mit einer Haftschicht, z. B. 1 nm TiW und anschließend mit einer dünnen Goldschicht, z. B. 1 µm, überzogen bzw. aufgesputtert wird, so daß der metallische Hohlleiter im Sinne einer Niedrigpreis- Massenfertigung dadurch ersetzt wird.It has proven advantageous that according to Claim 6 only the surface of the Dielectric with the exception of the attenuator or base with a Adhesive layer, e.g. B. 1 nm TiW and then with a thin gold layer, e.g. B. 1 µm, coated or is sputtered on, so that the metallic Waveguide in the sense of a low price Mass production is replaced.
Weist die Abstandsmeßvorrichtung gemäß Anspruch 8 und insbesondere der Hohlleiter eine koplanare Schlitzkopplung vorzugsweise auf der dem Objekt abgewandten Stirnseite des Hohlleiters auf, so wird aufgrund dieser Anordnung gewährleistet, daß die Einkopplung der elektromagnetischen Welle an geeigneter Stelle und einfach erfolgen kann. The distance measuring device according to claim 8 and in particular the waveguide a coplanar Slot coupling preferably on the object facing away from the end of the waveguide, so this arrangement ensures that the Coupling of the electromagnetic wave suitable place and can be done easily.
Je nach Betriebsweise der Abstandsmeßvorrichtung kann die koplanare Schlitzkopplung aus je einem Koppelschlitz für Sender und Empfänger gemäß Anspruch 9 bestehen, welche parallel (ein Schlitz wird im Zentrum des Hohlleiters angebracht, der andere parallel hierzu in Richtung Hohlleiterrand) angeordnet sind und was einer Transmissionsmode entspricht, oder die koplanare Schlitzkopplung aus einem Koppelschlitz für Sender und Empfänger besteht, was dem Betreiben in einer Reflektionsmode entspricht.Depending on the mode of operation of the distance measuring device the coplanar slot coupling can consist of one Coupling slot for transmitter and receiver according to Claim 9, which are parallel (a slot is attached in the center of the waveguide, the others parallel to this towards the waveguide edge) are arranged and what a transmission mode corresponds, or the coplanar slot coupling a coupling slot for transmitter and receiver consists of what is operating in a reflection mode corresponds.
Alternativ kann die Abstandsmeßvorrichtung gemäß Anspruch 11, insbesondere der Hohlleiter, eine Mikrostreifenleitung zur Einkopplung aufweisen, welche insbesondere dann angewendet wird, wenn es von Vorteil ist, daß die Auswerteelektronik abgesetzt vom Hohlleiter aufgebaut werden muß.Alternatively, the distance measuring device according to Claim 11, in particular the waveguide, a Have a microstrip line for coupling, which is used in particular when it The advantage is that the evaluation electronics separated from the waveguide must be built.
Wird gemäß Anspruch 12 die Abstandsmeßvorrichtung vorzugsweise in den Hmnp- Moden, vorzugsweise in der H111-Mode betrieben, so kann der Hohlleiter in einem großen Bereich von Resonanzfrequenzen schwingen, in denen keine weiteren Moden mitangeregt werden, um so die Meßgenauigkeit groß zu halten.If, according to claim 12, the distance measuring device is preferably operated in the H mnp modes, preferably in the H 111 mode, the waveguide can oscillate in a wide range of resonance frequencies in which no further modes are excited, so as to keep the measurement accuracy high .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unter ansprüche.Further advantageous embodiments of the Invention are the subject of the remaining sub Expectations.
Unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen sollen einzelne Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt werden. With reference to the following Drawings are intended to illustrate individual embodiments of the present invention.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung; Fig. 1 shows a sectional view of the distance measuring device according to the invention;
Fig. 2 zeigt eine Rückansicht der erfindungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a rear view of the distance measuring device according to the invention according to FIG. 1;
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm der Schaltung für die erfindungsgemäße Abstandsmeßvorrichtung; Fig. 3 shows a block diagram of the circuit for the distance measuring device according to the invention;
Fig. 4 zeigt das Reflektions- bzw. Transmissionsverhalten als Funktion der Resonanzfrequenz bei verschiedenen Abständen zum Objekt der erfindungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung; FIG. 4 shows the reflection or transmission behavior as a function of the resonance frequency at different distances from the object of the distance measuring device according to the invention;
Fig. 5 zeigt ein Diagramm der Abhängigkeit von Entfernung zum Objekt und Resonanzfrequenz; Fig. 5 shows a diagram of the dependence of distance to the object and resonance frequency;
Fig. 6 zeigt die Moden-Charakteristik eines kreisförmigen Zylinders für die Dimensionierung des Resonators der erfindungsgemäßen Abstandsmeß vorrichtung; Fig. 6 shows the mode characteristic of a circular cylinder for dimensioning the resonator of the distance measuring device according to the invention;
Fig. 7a-f zeigt die Strahlungscharakteristiken der H011 und H111 Moden und die Reflektionsfaktoren für den H111 Mode mit und ohne Dämpfungsglied. Fig. 7a-f the radiation characteristics of H 011 and H 111 shows modes and the reflection factors for the H 111 mode with and without an attenuator.
Fig. 8 zeigt verschiedene Positionierungen einer besonderen Anwendung für die erfindungsgemäße Abstandsmeßvorrichtung; Fig. 8 illustrates different positions of a particular application for the inventive distance-measuring;
Fig. 9 zeigt eine weitere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung; Fig. 9 shows a further possible application of the distance to the invention;
Fig. 10 zeigt ebenfalls eine weitere Anmeldungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung beispielsweise für eine Stoßdämpfer-Abfrage; FIG. 10 also shows another registration option for the distance measuring device according to the invention, for example for a shock absorber query;
Fig. 11 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit für die Detektion einer Kolbenposition in einem Ventil; Fig. 11 shows a possible application for the detection of a piston position in a valve;
Fig. 12 zeigt eine weitere Anwendungsmöglichkeit, beispielsweise eine Druckmessung durch Erfassung der Auslenkung einer Membran; Fig. 12 shows a further possible application, for example a pressure measurement by detecting the deflection of a diaphragm;
Fig. 13 zeigt eine weitere Anwendungsmöglichkeit, beispielsweise die Bestimmung von Tangential- und Axialkräfte in Radlagern von Fahrzeugen sowie die gleichzeitige Bestimmung der Geschwindigkeit der Radumdrehung. Fig. 13 shows a further possible application, for example the determination of tangential and axial forces in the wheel bearing of vehicles, and the simultaneous determination of the speed of revolution of the wheel.
Fig. 14 zeigt eine weitere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung, beispielsweise bei der Objektvermessung; Fig. 14 shows a further possible application of the distance according to the invention, for example at the surveying object;
Fig. 15 zeigt eine weitere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung, beispielsweise für einen Füllstandssensor. Fig. 15 shows a further possible application of the distance according to the invention, for example for a level sensor.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist die Abstandsmeßvorrichtung z. B. einen Rundhohlleiter 1 auf, der aus einem metallischen Gehäuse 5, vorzugsweise aus Titan oder Kovar gebildet ist. In diesem metallischen Gehäuse, welches vorzugsweise konisch zulaufend ausgebildet ist, wird ein Dielektrikum 7 beispielsweise in Form einer Keramik z. B. Al2O3 eingebracht. Die Keramik kann, wie in Fig. 1 gezeigt, in das Gehäuse eingeschoben werden. Das Dielektrikum 7 selbst ist mit Ausnahme der offenen, zum Objekt 3 gerichteten Seite metallisiert, beispielsweise vergoldet. Damit wird der Vorteil erreicht, daß die Funktion über der Temperatur nur von dem Temperaturkoeffizienten des Dielektrikums 7 und nicht von jenem des metallischen Gehäuses abhängt. Das metallische Gehäuse des Hohlleiters könnte auch völlig entfallen.As shown in Fig. 1, the distance measuring device z. B. a circular waveguide 1 , which is formed from a metallic housing 5 , preferably made of titanium or Kovar. In this metallic housing, which is preferably tapered, a dielectric 7, for example in the form of a ceramic z. B. Al 2 O 3 introduced. The ceramic can, as shown in Fig. 1, be inserted into the housing. With the exception of the open side facing object 3 , dielectric 7 itself is metallized, for example gold-plated. This has the advantage that the function over temperature depends only on the temperature coefficient of the dielectric 7 and not on that of the metallic housing. The metallic housing of the waveguide could also be completely eliminated.
Die Stirnseite des Hohlleiters, die der offenen Stirnseite gegenüber liegt ist vergoldet und trägt die Einkopplungsmimik beispielsweise in Form einer koplanaren Schlitzkopplung oder einer Mikrostreifenleitung und die Bauteile für Sender, Empfänger und eventuell Auswerteelektronik 11. Über diese Anordnung wird die elektromagnetische Welle eingekoppelt.The end face of the waveguide, which lies opposite the open end face, is gold-plated and carries the coupling mimic, for example in the form of a coplanar slot coupling or a microstrip line, and the components for the transmitter, receiver and possibly evaluation electronics 11 . The electromagnetic wave is coupled in via this arrangement.
Aufgrund der Verwendung des Dielektrikums 7 wird erreicht, daß die geometrischen Abmessungen z. B. des Rundhohlleiters bei Beibehaltung der gleichen Sendefrequenz verkleinert werden können. Wird die offenen Seite des Hohlleiters mit einem Dämpfungsglied 10 abgeschlossen dann ist der Reflektionsfaktor so groß, daß der Hohlleiter parallel zu seiner Antennenfunktion mit ausreichend hoher Güte in Resonanz betrieben werden kann. Wie es generell bekannt ist, läßt sich die Resonanzfrequenz fr eines zylindrischen Hmnp-Resonators aus ε, µ, den n-ten Nullstellen der Ableitung der Bessel-Funktion m-ter Ordnung, sowie dem Durchmesser D des Rundhohlleiters und der Länge L des Rundhohlleiters bestimmen. Der funktionelle Zusammenhang zwischen εµ (frD)2 und (D/L)2 läßt sich übersichtlich in einem sogenannten Modendiagramm gemäß Fig. 5 darstellen. Aus diesem sogenannten Modendiagramm lassen sich auch relativ einfach Bereiche identifizieren, in denen keine weiteren Moden ausbreitungsfähig sind. Durch Isolation der Resonatordeckfläche vom Zylindermantel, das entspricht einem offenen Resonator mit Hmnp-Moden, kann eine weitere Moden- Selektion erfolgen. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß der Hohlleiter so ausgelegt wird, daß als Wellentyp die Hmnp-Moden, vorzugsweise der H111-Moden ausbreitungsfähig ist. Der H111-Mode hat den Vorteil, daß er sich im Unterschied zum H011-Mode axial in Richtung zum Objekt ausbreitet. Das Ergebnis der entsprechenden Feldsimulationen zeigt Fig. 7. Damit die Geometrie des Hohlleiters die Ausbreitung des H111-Modes unterstützt, ist gemäß Fig. 5 ein Abschnitt auf der Linie des H111-Modes zu suchen, in dessen Umgebung keine Kennlinie anderer Moden auftritt, so daß auch bei gewissen Schwankungen der mechanischen Hohlleiterabmessungen und beim Durchstimmen der Frequenz keine andere Mode angeregt wird.Due to the use of the dielectric 7 it is achieved that the geometric dimensions, for. B. the circular waveguide can be reduced while maintaining the same transmission frequency. If the open side of the waveguide is closed with an attenuator 10 , the reflection factor is so large that the waveguide can be operated in resonance with a sufficiently high quality parallel to its antenna function. As is generally known, the resonance frequency f r of a cylindrical H mnp resonator can be determined from ε, µ, the nth zeros of the derivative of the Bessel function of the mth order, as well as the diameter D of the circular waveguide and the length L of the Determine the round waveguide. The functional relationship between εµ (for r D) 2 and (D / L) 2 can be clearly represented in a so-called mode diagram according to FIG. 5. From this so-called mode diagram, it is also relatively easy to identify areas in which no other modes can propagate. A further mode selection can be made by isolating the resonator top surface from the cylinder jacket , which corresponds to an open resonator with H mnp modes. It has proven to be particularly advantageous for the waveguide to be designed such that the H mnp modes, preferably the H 111 modes, can be propagated as the wave type. The H 111 mode has the advantage that, unlike the H 011 mode, it spreads axially towards the object. The result of the corresponding field simulations is shown in FIG. 7. In order for the geometry of the waveguide to support the propagation of the H 111 mode, a section on the line of the H 111 mode is to be sought according to FIG. 5, in the vicinity of which no characteristic curve of other modes occurs , so that no other mode is excited even with certain fluctuations in the mechanical waveguide dimensions and when tuning the frequency.
In Fig. 2 ist beispielhaft die Rückseite des Rundhohlleiters 1 gemäß Fig. 1 gezeigt. Anhand dieser Figur kann die Einkopplung der elektromagnetischen Welle in den Rundhohlleiter deutlicher dargestellt werden, welche in dieser Figur einer koplanaren Schlitzkopplung entspricht. Die, der offenen Seite des Rundhohlleiters entgegengesetzte Stirnseite des Hohlraumresonators ist vorzugsweise vergoldet. Ausgespart bleiben nur die Einkoppelschlitze 13 und 15 in den Rundhohlleiter 1. An der, z. B. für den H111 Mode, Stelle maximaler Feldstärke beispielsweise im Zentrum des Dielektrikums 7 des Rundhohlleiters wird über die Schlitzkopplung die elektromagnetische Welle eingespeist. Parallel zum Einkoppelschlitz wird im Transmissionmode ein weiterer Koppelschlitz zum Auskoppeln der elektromagnetischen Welle in Richtung Hohlleiterrand für die Empfangselektronik angebracht. Die Schlitze für Senden und Empfangen sind in der Position vertauschbar. Die Größe der Koppelschlitze 13 und 15 richtet sich nach den Abmessungen und der Dielektrizitätskonstanten des Dielektrikums 7 und der für den jeweiligen Mode relevanten Sende- bzw. Resonanzfrequenz. Bei einem Durchmesser des Dielektrikums 7 von z. B. 6 mm beträgt die Größe ca. 0,5 mm mal 0,1 mm. Die elektromagnetische Welle selbst wird über eine koplanare 50 Ω-Leitung an den Schlitz herangeführt und über einen Bonddraht 17, z. B. 17,5 µm Golddraht 17 in den Schlitz 15 eingekoppelt. Hierbei ist darauf zu achten, daß durch möglichst kurze Drahtführung der Massebonds auf der einen Seite des Koppelschlitzes und der Signalleitung auf der gegenüberliegenden Seite des Koppelschlitzes eine optimale Einkopplung des E-Vektors gewährleistet wird. FIG. 2 shows the back of the circular waveguide 1 according to FIG. 1 by way of example. Using this figure, the coupling of the electromagnetic wave into the circular waveguide can be shown more clearly, which corresponds to a coplanar slot coupling in this figure. The end face of the cavity resonator opposite the open side of the circular waveguide is preferably gold-plated. Only the coupling slots 13 and 15 in the circular waveguide 1 are left free . At the, e.g. B. for the H 111 mode, place maximum field strength, for example in the center of the dielectric 7 of the circular waveguide, the electromagnetic wave is fed in via the slot coupling. Parallel to the coupling slot, a further coupling slot for coupling out the electromagnetic wave in the direction of the waveguide edge for the receiving electronics is provided in the transmission mode. The slots for sending and receiving are interchangeable. The size of the coupling slots 13 and 15 depends on the dimensions and the dielectric constant of the dielectric 7 and the transmission or resonance frequency relevant to the respective mode. With a diameter of the dielectric 7 of z. B. 6 mm, the size is approximately 0.5 mm by 0.1 mm. The electromagnetic wave itself is brought up to the slot via a coplanar 50 Ω line and via a bonding wire 17 , for. B. 17.5 microns gold wire 17 coupled into the slot 15 . It is important to ensure that the shortest possible wire routing of the ground bonds on one side of the coupling slot and the signal line on the opposite side of the coupling slot ensures optimal coupling of the E-vector.
Mit dieser Anordnung kann der Rundhohlleiter 1 sowohl in Transmissions- als auch in Reflektionsmoden betrieben werden. Wird der Rundhohlleiter 1 im Transmissionsmode betrieben, dann wird die elektromagnetische Welle an einem zweiten Koppelschlitz 13 mit der bereits beschriebenen koplanaren Aus- bzw. Einkopplung ausgekoppelt. Im Reflektionsmode ist dieser Ausgang mit 50 Ω abgeschlossen. Wie bereits oben erwähnt, kann bei kleineren Durchmessern des Dielektrikums 7 in vorteilhafter Weise auch eine Mikrostreifen leitungs-Einkopplung verwendet werden. Ebenfalls auf der Rückseite ist beispielsweise ein Oszillator 19, beispielsweise ein Voltage-Controlled-Oscillator (VCO), eine Breitband-HF-Detektordiode 21 und ein Frequenzteiler 23 vorgesehen, welche mit einer Auswerteelektronik verbunden sind.With this arrangement, the circular waveguide 1 can be operated in both transmission and reflection modes. If the circular waveguide 1 is operated in transmission mode, then the electromagnetic wave is coupled out at a second coupling slot 13 with the coplanar coupling or coupling already described. In the reflection mode, this output is terminated with 50 Ω. As already mentioned above, in the case of smaller diameters of the dielectric 7 , a microstrip line coupling can also advantageously be used. An oscillator 19 , for example a voltage-controlled oscillator (VCO), a broadband HF detector diode 21 and a frequency divider 23 , which are connected to an evaluation electronics, are also provided on the back.
In Fig. 3 ist ein Gesamtschaubild bzw. ein Blockdiagramm der Funktionsweise einer vorteilhaften Ausgestaltung der anmeldungsgemäßen Abstands meßvorrichtung dargestellt. Ausgehend von einer Steuerungs- und Auswerteelektronik wird über eine Rampensteuerung ein Rampengenerator angesteuert, wodurch die Frequenz des Sendezweigs I durchgestimmt wird. Gleichzeitig wird über den Empfangszweig II ein mit der Detektordiode und nachgeschaltetem Verstärker verbundener Resonanzdetektor beispielsweise ein Komparator der eine fest eingestellte Schwelle abfragt, ob ein aus dem Empfangszweig II abgegriffenes Videosignal eine Resonanz anzeigt. Die Resonanz ist dadurch erkennbar, daß es sich von einer Nicht-Resonanz in einer hohen Steilheit in einem Videosignal des Empfangszweiges bei zunehmender Oszillatorfrequenz unterscheidet (s. Fig. 4).In Fig. 3, an overall diagram or a block diagram of the operation of an advantageous embodiment of the distance measuring device according to the application is shown. Starting from control and evaluation electronics, a ramp generator is controlled via a ramp control, whereby the frequency of the transmission branch I is tuned. At the same time, a resonance detector connected to the detector diode and downstream amplifier is connected via the receiving branch II, for example a comparator which queries a fixed threshold whether a video signal tapped from the receiving branch II indicates resonance. The resonance can be recognized by the fact that it differs from a non-resonance with a high slope in a video signal of the receiving branch with increasing oscillator frequency (see FIG. 4).
Wird am Detektor durch Leistungseinbruch Resonanz festgestellt, dann ist zu diesem Zeitpunkt über den DDS (direct digital synthesizer) die dazugehörige Resonanzfrequenz des VCO bekannt. Hierzu wird die heruntergeteilte Oszillatorfrequenz nicht direkt als Ergebnisgröße verwendet, sondern in einer Frequenz- und Phasenregelungsschleife einer sogenannten phase-locked-loop (PLL) zugeführt. Desweiteren wird die Sollfrequenz über den DDS auf eine Frequenz eingestellt, die als Führungsgröße in die Regelschleife eingeht. Erfüllt das von dem Empfangszweig II aufgenommene Videosignal die Resonanzbedingung, ist in einem in der Auswerteelektronik enthaltenen Mikrocontroller bereits die Resonanzfrequenz und damit die Entfernung zum Ziel bekannt. Durch das Wegfallen der Meßzeit für die Oszillatorfrequenz und die Verwendung z. B. eines Resonanzfolgealgorhytmus in einem in der Auswerteelektronik vorhandenen Mikrocontroller kann die Zyklusdauer deutlich verkürzt werden und damit die Meßgenauigkeit we sentlich erhöht werden. Is on the detector due to a drop in performance Resonated, then at that time via the DDS (direct digital synthesizer) associated resonance frequency of the VCO known. For this, the divided oscillator frequency not used directly as a result, but in a frequency and phase control loop one so-called phase-locked loop (PLL) fed. Furthermore, the target frequency is set via the DDS set a frequency that is used as a reference variable in the control loop arrives. Do that of that Receiving branch II recorded video signal Resonance condition, is in one in the Evaluation electronics contained microcontroller already the resonance frequency and thus the Known distance to target. By eliminating the Measuring time for the oscillator frequency and the Use e.g. B. a resonance sequence algorithm in one in the evaluation electronics Microcontrollers can make the cycle time clear be shortened and thus the measuring accuracy we be significantly increased.
Auf diese Weise wird die Resonanzfrequenz im Hohlleiter gemessen. Da die Resonanzfrequenz im Hohlleiter von der Entfernung des Objekts abhängig ist (siehe Fig. 5), kann durch Bestimmung der Resonanzfrequenz direkt auf die Entfernung geschlossen werden. Die neue Resonanzfrequenz wird dadurch ermittelt, daß die Sendefrequenz solange verändert wird, bis die Resonanzfrequenz und Sende frequenz übereinstimmen. Zu diesem Zeitpunkt wird an der Detektordiode ein Leistungseinbruch festgestellt. Die Bestimmung der Entfernung mit einer Meßgenauigkeit von 1 µm erfordert typischerweise bei einem Abstand von 0,5 mm eine Genauigkeit bei der Frequenzbestimmung von mindestens 0,25 MHz bei einer Sendefrequenz von 11 GHz.In this way, the resonance frequency in the waveguide is measured. Since the resonance frequency in the waveguide depends on the distance of the object (see FIG. 5), the distance can be determined directly by determining the resonance frequency. The new resonance frequency is determined by changing the transmission frequency until the resonance frequency and transmission frequency match. At this point, a drop in performance is detected on the detector diode. The determination of the distance with a measuring accuracy of 1 µm typically requires, at a distance of 0.5 mm, an accuracy in the frequency determination of at least 0.25 MHz at a transmission frequency of 11 GHz.
Zur Veranschaulichung der Funktionsweise der anmeldungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung sollen die in den Figs. 4 und 5 dargestellten Meßwerte dienen.To illustrate how the Distance measuring device according to the application in Figs. 4 and 5 serve measured values.
Wie in Fig. 4 deutlich zu erkennen ist, zeigen die Reflektions- und Transmissionscharakteristik, welche als Funktion der Resonanzfrequenz bei verschiedenen Abständen zum Objekt dargestellt ist, deutliche Signaleinbrüche, die bei Erreichen der Resonanzfrequenz bei festgelegtem Abstand zum Objekt auftreten. Außerdem ist eine deutliche Überein stimmung der Signaleinbrüche zwischen Reflexions- und Transmissionscharakteristik wiederzuerkennen.As can be clearly seen in FIG. 4, the reflection and transmission characteristics, which are shown as a function of the resonance frequency at different distances from the object, show clear signal dips that occur when the resonance frequency is reached at a fixed distance from the object. In addition, there is a clear correspondence between the signal dips between the reflection and transmission characteristics.
In Fig. 5 ist die Abhängigkeit der Entfernung und der Resonanzfrequenz dargestellt. Deutlich ist zu erkennen, daß bei kleinerem Abstand eine deutlichere Resonanzfrequenzverschiebung auftritt, welche die Meßgenauigkeit insbesondere bei Objekten, welche dicht vor dem Hohlleiter positioniert sind, gemessen werden. Hierbei ist zu beachten, daß bei zunehmendem Abstand zum Objekt die Resonanzfrequenz abnimmt. Dagegen nimmt die Resonanzfrequenz bei dielektrischen Objekten mit zunehmendem Abstand zum Objekt zu. Die Richtungsänderung der Resonanzfrequenz hängt somit von der Dielektrizitätskonstante des Objekts ab. In Fig. 6 ist eine allgemeine Übersicht der anzuregenden Moden eines kreisförmigen Zylinders dargestellt. Je nach Größe des Zylinders kann anhand dieses Schaltbildes die geeignete Moden (TM = E-Feldkomponenten und TE = H- Feldkomponenten) ausgewählt werden.In Fig. 5 the dependence of the distance and the resonance frequency is shown. It can clearly be seen that at a smaller distance a clearer resonance frequency shift occurs, which the measuring accuracy is measured in particular in objects which are positioned close to the waveguide. It should be noted here that the resonance frequency decreases as the distance to the object increases. In contrast, the resonance frequency for dielectric objects increases with increasing distance from the object. The change in direction of the resonance frequency thus depends on the dielectric constant of the object. In Fig. 6 is a general overview of the modes to be excited is illustrated of a circular cylinder. Depending on the size of the cylinder, the appropriate modes (TM = E field components and TE = H field components) can be selected using this circuit diagram.
In Fig. 7 sind die Reichweitenverhältnisse für den Hohlraumresonator bei Einkopplung einer elektromagnetischen Welle im H011-Mode mit dem in Resonanz betriebenen Rundhohlleiter einer elektromagnetischen Welle im H111 Mode gezeigt. Die Reichweite zur Objektdetektion im H011 Mode läßt sich nur dadurch noch geringfügig steigern, daß das Feld über eine spitz zulaufende Keramik zusätzlich fokusiert wird. Wird der Rundhohlleiter z. B. im H111 Mode erregt, dann kann er nur dann parallel als Antenne und Resonator betrieben werden wenn der Reflektionsfaktor an der Übergangsstelle zwischen Dielektrikum des Hohlleiters und Medium zum Meßobjekt über ein Dämpfungsglied entsprechend hoch gestaltet werden kann. Die Unterschiede im Reflektionsfaktor für den H011 Mode im Resonator und dem H111 Mode bei Abstrahlung aus dem einseitig offenen Rundhohlleiter mit und ohne Dämpfungsglied zeigt ebenfalls Fig. 14. FIG. 7 shows the range ratios for the cavity resonator when coupling in an electromagnetic wave in the H 011 mode with the circular waveguide of an electromagnetic wave operated in resonance in the H 111 mode. The range for object detection in H 011 mode can only be increased slightly if the field is additionally focused using a tapered ceramic. If the circular waveguide z. B. excited in H 111 mode, then it can only be operated in parallel as an antenna and resonator if the reflection factor at the transition point between the dielectric of the waveguide and the medium to the test object can be made correspondingly high via an attenuator. The differences in the reflection factor for the H 011 mode in the resonator and the H 111 mode for radiation from the circular waveguide open on one side with and without an attenuator are also shown in FIG. 14.
Im folgenden soll anhand einiger Anwendungsgebiete die Einsatzmöglichkeiten der anmeldungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung anhand eines Hochfrequenz-Annäherungssensors dargestellt werden.The following is based on some Areas of application the possible uses of distance measuring device according to the application a high-frequency proximity sensor shown become.
In Fig. 8 sind die möglichen Sensoranordnungen zur Kolbenpositionsabfrage eines linearen Zylinderantriebs mit dem Hochfrequenz annäherungssensor gemäß anmeldungsgemäßer Abstands meßvorrichtung aufgezeigt.In Fig. 8, the possible sensor arrangements for piston position detection of a linear cylinder drive with the high-frequency proximity sensor according to the distance measuring device according to the application are shown.
Eine mögliche Sensoranordnung zur Stellungs abfrage eines Rotationsantriebs mit dem Hochfrequenz-Annäherungssensor ist für einen Rotationsantrieb in Fig. 9 aufgezeigt. Da ein derartiger Hochfrequenz-Annäherungsschalter äußerst flach baut, können bei mehreren Schaltpunkten zudem mehrere Stellungen mit dem Sensorelement realisiert werden, wobei die Einstellung beispielsweise über Potentiometer oder eine Teach-in Logik erfolgen kann.A possible sensor arrangement for querying the position of a rotary drive with the high-frequency proximity sensor is shown for a rotary drive in FIG. 9. Since such a high-frequency proximity switch has an extremely flat construction, multiple positions can also be realized with the sensor element in the case of a plurality of switching points, the setting being able to be carried out, for example, via potentiometers or a teach-in logic.
In Fig. 10 ist der schematische Aufbau eines Stoßdämpfers mit integriertem Hochfrequenz- Annäherungssensor dargestellt.In Fig. 10, the schematic structure is shown a shock absorber with an integrated high-frequency proximity sensor.
Allgemein läßt sich das erfindungsgemäße Prinzip auch auf Ventile mit beweglichen mechanischen Teilen (s. Fig. 11) anwenden, wobei durch die Positions änderung des mechanischen Teils die Ventildurchfluß möglichkeiten geregelt werden. Bisherige Positions abfragen wurden in der Pneumatik durch magnetfeld empfindliche Sensoren realisiert, die auf den Per manentmagneten auf den Kolben bzw. Stößel des Ven tils reagieren. Es zeigte sich dabei aber, daß für kostengünstige Lösungen nur diskrete Positions bereiche durch den ortsfest montierten und auf die zu erfassenden Positionen justierten Sensor detektiert werden können. In der Hydraulik ist eine magnetische Abfrage wegen der üblicherweise verwendeten ferromagnetischen Werkstoffe nur bedingt möglich.In general, the principle according to the invention can also be applied to valves with movable mechanical parts (see FIG. 11), the valve flow possibilities being regulated by changing the position of the mechanical part. Previous position queries were implemented in pneumatics using magnetic field-sensitive sensors that react to the permanent magnet on the piston or tappet of the valve. It was shown, however, that for cost-effective solutions, only discrete position areas can be detected by the sensor mounted in a fixed position and adjusted to the positions to be detected. In hydraulic systems, magnetic interrogation is only possible to a limited extent due to the ferromagnetic materials that are usually used.
In Fig. 12 sind unterschiedliche Druckmessungen, d. h. Absolutdruck bzw. Relativ- bzw. Differenzdruck-Messmöglichkeiten dargestellt. In diesem besonderen Anwendungsbeispiel wird die Druckbestimmung dadurch erreicht, daß eine sich auf den HF-Annäherungssensor zu- bzw. wegbewegende Membran abstandsmäßig detektiert wird. Gegenüber heutigen Systemen, z. B. piezoresistiven Dehnungsmeß streifen (DM5) oder Siliziumelementen hat die anmel dungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß sich die empfindliche Elektronik außerhalb der Druckmeßzelle befindet.In Fig. 12 different pressure measurements, ie, absolute pressure or relative or differential pressure measuring possibilities are shown. In this particular application example, the pressure determination is achieved in that a membrane moving towards or away from the HF proximity sensor is detected at a distance. Compared to today's systems, e.g. B. piezoresistive strain gauges (DM5) or silicon elements, the device according to anmel has the advantage that the sensitive electronics are outside the pressure measuring cell.
In Fig. 13 ist ein Kugellager dargestellt wie es
z. B. als Teil eines Radlagers im Automobil verwendet
wird. Bei dieser Anwendung mißt der Sensor, z. B. bei
einem absoluten Abstand von ca. 1 mm, im Betrieb des
KFZ die Abstandsänderung. Hieraus lassen sich 3
physikalische größen bestimmen:
In Fig. 13, a ball bearing is shown as z. B. is used as part of a wheel bearing in the automobile. In this application the sensor measures e.g. B. at an absolute distance of about 1 mm, the distance change in the operation of the vehicle. 3 physical quantities can be determined from this:
- - axiale Kraft auf das Kugellager, die z. B. durch Kurvenfahrt entstehen. So verursacht bei einem durchschnittlichen Mittelklasse PKW eine axiale Kraft von einem kN eine Abstandsänderung von ca. 20 µm.- Axial force on the ball bearing, the z. B. arise from cornering. So caused by an average middle class car axial force of one kN a change in distance of approx. 20 µm.
- - radiale Kraft die über das Gewicht des Fahrzeugs z. B. bei Bodenunebenheiten auf das Radlager ausgeübt wird. So verursacht eine radiale Kraft von einem kN eine Abstandsänderung von ca. 1 µm.- radial force over the weight of the Vehicle z. B. on uneven floors Wheel bearing is exercised. So causes one radial force from a kN one Distance change of approx. 1 µm.
Die gesamte Abstandsänderung ist daher die Summe der Abstandsänderungen aus axialer und radialer Kraft. Beide lassen sich aufgrund trennen, da wie vorher erwähnt die Abstandsänderungen durch axiale Kraft um den Faktor 20 größer ist und es sich im Unterschied zur radialen Bewegung um einen zeitlich langsamen Belastungsvorgang handelt.The total change in distance is therefore the sum the changes in distance from axial and radial Force. Both can be separated because of as previously mentioned the changes in distance axial force is greater by a factor of 20 and it in contrast to the radial movement a slow loading process acts.
- - Messung der Drehgeschwindigkeit des Rades indem auf der umlaufenden Halbschale Markierungen angebracht werden. Bei der Markierung es sich um eine sich kontinuierlich verjüngende Ausfräsung, wie z. B. in Fig. 9, in der umlaufenden Halbschale handeln. Eine noch vorteilhaftere Möglichkeit besteht in der Ausfräsung von querlaufenden Nuten in der beweglichen Halbschale mit zunehmender Nutbreite von 0 bis 360°. Die Auswertung erfolgt jeweils durch Subtraktion vom Summensignal (Summensignal = gesamte Abstandsänderung durch Axial- und Radialkraft und die Umdrehung).- Measure the speed of rotation of the wheel by making markings on the circumferential half-shell. When marking it is a continuously tapered milling, such. B. in Fig. 9, act in the circumferential half-shell. An even more advantageous option is to mill transverse grooves in the movable half-shell with an increasing groove width from 0 to 360 °. The evaluation is carried out by subtracting the sum signal (sum signal = total change in distance due to axial and radial force and the revolution).
Bei der Objektvermessung gemäß Fig. 14 wird die Bewegung der Meßspitze, welche durch ein Objekt auf den HF-Annäherungssensor hin- oder wegbewegt wird, gemessen. Aufgrund der anmeldungsgemäßen Abstandsmeßvorrichtung können somit auch Messungen im Mikrometer-Bereich durchgeführt werden.In the object measurement according to FIG. 14, the movement of the measuring tip, which is moved towards or away by an object on the HF proximity sensor, is measured. Because of the distance measuring device according to the application, measurements in the micrometer range can thus also be carried out.
Die in Fig. 15 dargestellte Anwendungsmöglichkeit betrifft beispielsweise einen Füllstandssensor. In den Fig. 15a, b, c sind verschiedene Einbauorte des Hochfrequenzan näherungssensors dargestellt. In den Fällen Fig. 15a und 15b wird jeweils der Abstand des zu messenden Pegels in einem separaten Fühlerrohr, welches extern oder intern angeordnet ist, gemessen. In der Anordnung gemäß Fig. 15c wird der Hochfrequenz- Annäherungssensor extern zur Überwachung auf einen entsprechenden Pegel der maximalen Füllstandshöhe verwendet. Damit ist in vorteilhafter Weise die Überwachung einer maximalen Füllstandshöhe bzw. eines vorgegebenen eingestellten Erfassungsbereichs gewährleistet, wobei beim Unterschreiten der maximalen Füllstandshöhe oder Austreten außerhalb des eingestellten Erfassungsbereiches ein Schalt signal angezeigt wird.The possible application shown in FIG. 15 relates, for example, to a fill level sensor. In FIGS. 15a, b, different installation locations of the Hochfrequenzan c are illustrated proximity sensor. In the cases of FIGS. 15a and 15b, the distance of the level to be measured is measured in a separate sensor tube, which is arranged externally or internally. In the arrangement according to FIG. 15c, the high-frequency proximity sensor is used externally for monitoring for a corresponding level of the maximum fill level. This advantageously ensures the monitoring of a maximum fill level or a predetermined set detection range, a switching signal being displayed when the fill level falls below the maximum fill level or if the leakage occurs outside the set detection range.
Wird hingegen der Hochfrequenz- Annäherungsschalter extern als Füllstandsschalter verwendet, kann über die entsprechende Schaltfunktion das Über- bzw. Unterschreiten eines vorgegebenen Füllstandes angezeigt werden. Durch diese externe Anordnung kann auf einen aufwendigen Integrationsaufwand verzichtet werden. Das System gemäß Fig. 14c kann zur Adaption an bestehende Wartungsgeräte mit HF-transparenten Schalen verwendet werden.If, on the other hand, the high-frequency proximity switch is used externally as a level switch, the corresponding switching function can be used to indicate whether a predetermined level has been exceeded or fallen below. This external arrangement means that complex integration efforts can be dispensed with. The system according to FIG. 14c can be used for adaptation to existing maintenance devices with HF-transparent shells.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die anmeldungsgemäße Abstandsmeßvorrichtung neben den oben aufgeführten Anwendungsgebieten überall dort eingesetzt werden kann, wo eine Abstandmeß vorrichtnug bis in den Mikrometerbereich erforderlich ist.At this point it should be noted that the Distance measuring device according to the application in addition to the areas of application listed above everywhere there can be used where a distance measurement device down to the micrometer range is required.
Claims (22)
- a) Bereitstellen eines Hohlleiters;
- b) Bestimmung der Resonanzfrequenz, um den Abstand zum Objekt zu ermitteln.
- a) providing a waveguide;
- b) Determination of the resonance frequency in order to determine the distance to the object.
Priority Applications (1)
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DE19903183A DE19903183A1 (en) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | High frequency distance measuring device, especially a proximity measuring device or proximity switch, comprises a sensor having a hollow conductor antenna with an open end closed by a damping element |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE19903183A DE19903183A1 (en) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | High frequency distance measuring device, especially a proximity measuring device or proximity switch, comprises a sensor having a hollow conductor antenna with an open end closed by a damping element |
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DE19903183A1 true DE19903183A1 (en) | 2000-08-10 |
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DE19903183A Withdrawn DE19903183A1 (en) | 1999-01-27 | 1999-01-27 | High frequency distance measuring device, especially a proximity measuring device or proximity switch, comprises a sensor having a hollow conductor antenna with an open end closed by a damping element |
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