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Verbesserung eines Verfahrens zur Positionsbestimmung durch Laufzeitmessung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000127269D
Original Publication Date: 2005-Sep-25
Included in the Prior Art Database: 2005-Sep-25
Document File: 4 page(s) / 78K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Bei der Positionsbestimmung durch Laufzeitmessung, wie beispielsweise bei dem magnetostriktiven Messprinzip, wird die Position eines beweglichen Positionsmagneten bestimmt, der laengs eines Messelementes verschiebbar ist. Dazu wird an einem Ende des Messelementes ein Stromimpuls ausgesendet, der sich laengs des Messelementes ausbreitet. Wenn der Stromimpuls die Position des Positionsmagneten erreicht, wird dort ein mechanischer Torsionsimpuls ausgeloest, der sich ebenfalls auf dem Wellenleiter ausbreitet. Wenn der Torsionsimpuls das Wandlersystem erreicht, wird dieses Ereignis registriert. Damit kann aus der Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden des Stromimpulses und dem Eintreffen des Torsionsimpulses einerseits und der Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten ci und cr von Stromimpuls bzw. Torsionsimpuls andererseits die Position des beweglichen Positionsmagneten berechnet werden. Dabei kann fuer die Positionsberechnung in vielen Faellen ci =  gesetzt werden, da sich der Torsionsimpuls sehr viel langsamer ausbreitet als der Stromimpuls.

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S

Verbesserung eines Verfahrens zur Positionsbestimmung durch Laufzeitmessung

Idee: Roland Finkler, DE-Erlangen

Bei der Positionsbestimmung durch Laufzeitmessung, wie beispielsweise bei dem magnetostriktiven Messprinzip, wird die Position eines beweglichen Positionsmagneten bestimmt, der laengs eines Messelementes verschiebbar ist. Dazu wird an einem Ende des Messelementes ein Stromimpuls ausgesendet, der sich laengs des Messelementes ausbreitet. Wenn der Stromimpuls die Position des Positionsmagneten erreicht, wird dort ein mechanischer Torsionsimpuls ausgeloest, der sich ebenfalls auf dem Wellenleiter ausbreitet. Wenn der Torsionsimpuls das Wandlersystem erreicht, wird dieses Ereignis registriert. Damit kann aus der Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden des Stromimpulses und dem Eintreffen des Torsionsimpulses einerseits und der Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten ci und cr von Stromimpuls bzw. Torsionsimpuls andererseits die Position des beweglichen Positionsmagneten berechnet werden. Dabei kann fuer die Positionsberechnung in vielen Faellen ci = ∞ gesetzt werden, da sich der Torsionsimpuls sehr viel langsamer ausbreitet als der Stromimpuls.

Dieses Messprinzip laesst sich in naheliegender Weise verallgemeinern; dabei treten an die Stelle von Stromimpuls (hinlaufende Welle) und Torsionsimpuls (reflektierte Welle) andere Ausbreitungsvorgaenge, an die Stelle der Ausloesung des Torsionsimpulses tritt ein anderer "Reflexionsmechanismus". Dabei koennen die Ausbreitungsvorgaenge von hinlaufender und reflektierter Welle auch gleicher Natur sein, es kann also auch ci = cr sein.

Das der Idee zu Grunde liegende Problem bezieht sich nun aber nicht auf die einmalige Positionsmessung, sondern auf eine Abfolge von Positionsmessungen, insbesondere in einem festgelegten schnellen zeitlichen Raster, beispielsweise mit einer Taktzeit von T = 125 µs, T = 62,5 µs oder T = 31,25 µs, fuer die Auswertung in Antriebsregelungen.

Bislang sendet ein Sender zu den Zeitpunkten 0, T, 2 T, ..., n T, ... Impulse aus, ein Empfaenger registriert die reflektierten Impulse und die Zeitspannen τ0, τ1, τ2, ..., τn, ..., nach denen diese eintreffen (siehe Abb.1a). Dabei muss die Taktzeit T in Bezug zur maximalen Messlaenge xmax so gewaehlt sein, dass τn < T sichergestellt ist. Vor dem Aussenden eines neuen Impulses muss also stets schon die Reflexion des vorhergehenden Impulses empfangen worden sein. Bei vorgegebenen T, ci, cr ist damit die maximale Messlaenge xmax durch xmax < T / (1 / ci + 1 / cr) beschraenkt.

Gemaess der neuen Idee sind nun auch Messlaengen xmax bzw. Taktzeiten T zugelassen, fuer die xmax > T / (1 / ci + 1 / cr) ist.

Die im folgenden beschriebenen Verfahren setzen lediglich voraus, dass sich die Geschwindigkeit v, mit der sich die Position x aendert, gemaess

     |v| < 1 / (1 / cr + 1 / ci) beschraenkt ist. Damit wird sichergestellt, dass die Reflexionen aufeinanderfolgender Impulse in der gleichen Reihenfolge am Empfaenger eintreffen, wie...