(57)【要約】導電性の試験物体（１）の位置を非接触センサー、特に渦電流センサー（２）で決定する測定装置であって、前記試験物体（１）が所定の方向の直線往復運動に適合される測定装置において、前記試験物体（１）がマーキング（６）を備え、前記渦電流センサー（２）が該試験物体（１）の該運動方向に対し横方向にそして前記マーキング（６）の領域に前記試験物体（１）からある一定の距離に配置されて、該試験物体（１）の運動が、所定の測定範囲に亘り少なくとも略直線的に延在する信号変化を引き起こすことを特徴とする導電性の試験物体（１）の位置を決定する測定装置及び方法。【選択図】図１
2007501385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の試験物体（１）の位置を非接触センサー、特に渦電流センサー（２）で決定する測定装置であって、前記試験物体（１）が、所定の方向の直線往復運動に適合される測定装置において、
前記試験物体（１）が、マーキング（６）を備え、前記センサーが、該試験物体（１）の該運動方向に対し横方向にそして前記マーキング（６）の領域に前記試験物体（１）からある一定の距離に配置されて、該試験物体（１）の運動が、所定の測定範囲に亘り少なくとも略直線的に延在する信号変化を引き起こすことを特徴とする導電性の試験物体の位置を決定する測定装置。
【請求項２】
前記マーキング（６）が、少なくとも略段付きエッジ（９）であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記試験物体（１）は、少なくとも断面が、バー又はロッドに類似した形状を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記試験物体（１）が、円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記試験物体（１）が、２つの段付きエッジ（９）を備えていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記２つの段付きエッジ（９）が、前記試験物体（１）に窪みを形成することを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記試験物体（１）にある前記窪みが、前記センサーに面していることを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
【請求項８】
前記２つの段付きエッジ（９）が、前記試験物体（１）に環状に延在する溝（７）を形成していることを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
【請求項９】
前記窪み又は溝（７）の幅が、前記センサーの表面端部の直径に略相当していることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記試験物体（１）が、燃料噴射器（４）の噴射器針（３）に機械的に連結されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記試験物体（１）が、燃料噴射器（４）の噴射器針（３）として構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記試験物体（１）が、燃料噴射器（４）のサーボバルブ（１１）に機械的に連結されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１３】
前記試験物体（１）が、燃料噴射器（４）のサーボバルブ（１１）として構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１４】
前記センサーが、燃料噴射器（４）のハウジング壁に装着されていることを特徴とする請求項１０ないし請求項１３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１５】
前記センサーの表面端部が、前記ハウジングの内壁と少なくとも略同一平面にあることを特徴とする請求項１４に記載の測定装置。
【請求項１６】
前記渦電流センサー（２）が、電気振動回路に連結されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１７】
前記センサーが、基本的な位置決め状態に配置されて、前記試験物体（１）の一つのエッジ（９）が、該センサーの中心軸（１５）に一致することを特徴とする請求項２ないし請求項１６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１８】
前記センサーが、前記２つのエッジ（９）間のちょうど中間に基本的な位置決め状態に配置されていることを特徴とする請求項２ないし請求項１６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項１９】
基本的な位置決め状態に配置されて、前記試験物体（１）の一方のエッジ（９）が、一方のセンサーの中心軸に一致し、そして前記試験物体（１）の他方のエッジ（９）が、他方のセンサーの中心軸（１５）に一致することを特徴とする請求項５ないし請求項１６のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項２０】
導電性の試験物体（１）の位置を非接触センサー、特に渦電流センサー（２）で決定する方法であって、請求項１ないし請求項１９のいずれか１項に記載の装置を使用して、前記試験物体（１）が、所定の方向の直線往復運動に適合される方法において、
１つのマーキング（６）が、前記試験物体（１）に設けられ、前記センサーが、該試験物体（１）の該運動方向に対し横方向に、そして前記マーキング（６）の領域に前記試験物体（１）からある一定の距離に配置されて、該試験物体（１）の運動が、所定の測定範囲に亘り少なくとも略直線的に延在する信号変化を該センサーに引き起こすことを特徴とする導電性試験物体の位置を決定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験物体が所定方向への直線往復運動に適合された、非接触センサー、特に渦電流センサーを用いて導電性の試験物体の位置を決定する測定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
議論中のこのタイプの測定装置と方法が、例えば、ＤＥ１０１４１７６４Ａ１に示された多種多様の設計や構成の実際の作業から公知となっている。
非常に一般的に、そのような測定装置と方法があらゆる導電性の試験物体に関して、距離や変位やあるいは位置を規定するために使用されている。
非接触変位測定センサー、特に渦電流センサーの典型的な用途として、例えば、半導体製造でのウエハスライスの位置決めや、振動又はベアリング振動の検出、あるいは磁気ベアリング内の空隙の監視がある。
この発明が特に関係する非接触変位センサーの具体的な用途が、１つの方向に直線往復する試験物体の決定、例えば浸漬深さの測定、あるいはシリンダー位置のピストンストロークの監視である。
【０００３】
この技術の測定装置の場合では、該センサーが、検出される構成部品の長手方向軸の延長部に一般に配置され、そのコンポーネントに平行に整合されている。
この構成部品、例えばシリンダーピストンの直線往復運動のために、該シリンダーピストンの表面端部とセンサーとの間の距離が、該シリンダーピストンの実際の位置に応じて増減する。
渦電流センサーを使用する場合、さまざまな強い渦電流が、該シリンダーピストンの表面端部とセンサーとの間の距離の関数として誘導され、これが渦電流センサーに対する対応出力信号となる。
この出力信号はピストンの位置で直線的に変化する。
そのような配置の場合、比較的長い構造形態に問題が多く、これは、外部の個々の状況によって制限されたスペースだけが測定装置に有効である場合に特に当てはまる。
【０００４】
そのような状況は、例えばポンプ−ノズル噴射システムあるいは共通レール噴射システムで使用されているような燃料噴射器の場合にある。
この噴射を監視し制御するために、（上記のような）噴射器針（ニードル）の閉鎖ピストンへの動きを測定することが一般的なやり方であった。
この場合、一方で、噴射それ自体に必要でない燃料噴射器の長い構造形態が欠点である。
この長い構造形態は、機械的に極めて高価でしかもその製造とそのメンテナンス及び手入れの双方でコスト高である。
さらに、噴射器針の位置測定は、使用できる測定ドットが非常に小さいため、またセンサーを正確に位置決めすることが極めて困難で、調整を非常に苦労して初めて可能となるため、極めて許容差の影響を受ける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、単純な構造的手段で且つコンパクトな構造形態で、試験物体の位置を非常に正確に決定することができる、冒頭に説明したタイプの導電性の試験物体の位置を決定する測定装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によれば、上記目的は、請求項１の特徴を有する装置によって導電性の試験物体の位置を決定する測定装置に関して達成される。
従って、冒頭で述べられたタイプの測定装置は、前記試験物体にはマーキングが設けられ、前記センサーが該試験物体の該運動方向に対し横方向にそして前記マーキングの領域に前記試験物体からある一定の距離に配置されて、該試験物体の運動が、所定の測定範囲に亘り少なくとも略直線的に延在する信号変化を引き起こすように改良され、そして更に開発されている。
【０００７】
更に、導電性の試験物体の位置を決定する方法については、上記目的が請求項２０の工程による方法によって達成される。
従って、冒頭で述べられたタイプの方法は、マーキングが前記試験物体に設けられ、前記センサーが、該試験物体の該運動方向に対し横方向にそして前記マーキングの領域に前記試験物体からある一定の距離に配置されて、該試験物体の運動が、所定の測定範囲に亘り少なくとも略直線的に延在する信号変化を該センサーに引き起こすように、改良され、そして更に開発されている。
【０００８】
この発明によれば、直線往復運動する試験物体の延長部でのセンサーの配置は、それにより極めて長い構造形態となるため、多くの用途にとって不具合となることが分かった。
更に、センサーの電界線に影響を与えるマーキングを試験物体に設けることで、その不具合を有効に解消することが可能であることが分かった。
このために、この発明は、センサーを、マーキングの領域に試験物体からある一定距離で該試験物体の運動方向に対し横方向に配置するように備えられている。
そのため、試験物体の運動時に、該マーキングがセンサーの電磁界の範囲内に種々に深く延在しており、それにより所定の測定範囲に亘り少なくとも略直線的に延在する信号変化を引き起こす。
【０００９】
構造的に単純な実現性に関し、マーキングを少なくとも略段付きエッジとすることができ、そうすれば該エッジの両側でセンサーの表面端部から試験物体の異なった離間配置が可能となるだろう。
該エッジの片側では、センサーからの距離が該エッジの他方の側より短く、従って、そこでは大きな渦電流が誘導される。
その結果、試験物体の運動時に、そしてセンサー前の渦領域の動きと共に、該試験物体に誘導された渦電流が概して変化して試験物体の位置の関数としてセンサーが種々強力な渦電流の損失を検出する。
【００１０】
有利な方法では、試験物体は、少なくとも断面形状がバー又はロッドに類似している。
しかし、多くの用途には、試験物体の円筒状形態が特に適しているだろう。
噴出システムの測定装置を使用すると、円筒状の試験物体の構造的に正確なガイドを非常に遊びが小さい入口ボア内で実現することができ、それによって試験物体の直線運動が、該センサーの表面端部から正確に一定の距離で常に行われる。
【００１１】
具体的な実現性では、２つの段付きエッジを試験物体に設けることが可能であろう。
特に、２つのエッジを、それらが一緒に試験物体に窪みを形成するように構成することが可能であろう。
この窪みは、試験物体の円周方向から見ると、規定範囲に制限される。
この場合、窪みがセンサーの表面端部に直接面するように整合される必要がある。
また、別なものとして、試験物体に２つのエッジで形成された窪みが環状に延びる溝の意味で形成されるように、該２つのエッジを配置することも可能であろう。
【００１２】
有効な測定範囲の最適な利用には、この窪みあるいは溝の幅がセンサーの表面端部の直径に略相当する可能性がある。
好ましくは自動車エンジンの燃料噴射の時間挙動を監視するため、燃料噴射器の針で試験物体を機械的に連結することが可能であり、有利であろう。
このように、燃料噴射器の位置を決定することによって、最高の効率又はエンジンの所定の挙動が全ての作動状態で達成されるように、適切な制御法の使用で噴射を最適化することが可能であろう。
試験物体と噴射器針との間の高価な機械的連結を避けるため、噴射器針として試験物体を直接構成することは可能でしかも有利であろう。
言い換えれば、噴射器針に直接上記タイプのマーキングを施すことは可能であろう。
【００１３】
他の具体的な実現性において、試験物体を燃料噴射器のサーボバルブで機械的に連結することが可能であろう。
同様に、この場合、サーボバルブそれ自体にマーキングを直接付与することが可能である。
特にスペース節約タイプの構造において、しかも、極端にコンパクトな構造形態を実現するため、燃料噴射器のハウジング壁に該センサーを装着することが可能であろう。
この場合、ハウジング壁に形成されたチャンネル内でセンサーが変位可能でそれにより、センサーの表面端部が該ハウジングの内壁と少なくとも略同一平面にあるようにすることができよう。
チャンネル内でのセンサーの正確な位置決めは、試験物体の材料特性の関数として選択できる。
この場合、この材料の強磁性体の特性が特に重要である。
【００１４】
位置測定の単純な評価については、渦電流センサーを本来公知のやり方で電気振動回路と連結することが可能であろう。
この電気振動回路は試験物体の基本的な位置決めに適合することができよう。
試験物体にあるエッジの場合、試験物体がセンサーの中心軸に一致するように基本的な位置決めを選択することができる。
【００１５】
窪みあるいは溝を形成する２つのエッジが試験物体に設けられている場合では、また、センサーの基本的な位置決めがこの２つのエッジのちょうど中間でなされることが可能である。
試験物体がその基本的な位置から移動すれば、試験物体に誘発された渦電流が発生するだろう。
同時にエネルギーが振動回路から除去され、この振動回路が離調される。
最終的に、十分公知のブリッジ回路によって対応する出力信号を供給することが可能である。
【００１６】
特に、賢明な形態においては、１つのセンサーの中心軸が１つのエッジに延在し、第２のセンサーの中心軸が他のエッジに延在するように基本的な位置決め状態に配置されている２つのセンサーが設けられている。
そのような配置によって２つのセンサーからの異なった信号を形成することができよう。
試験物体の位置が変化した場合、一方のセンサーの信号が小さくなるが、他方のセンサーの信号は同時に大きくなり、またその逆もある。
このように、測定範囲の中央での温度誤差が、双方のセンサーが同じ信号を供給したときに、相殺するため、感度が２倍になり、また同様に温度安定性がかなり増大する。
【００１７】
本発明の教示を有利な方法で改良し、そして更に開発する種々の可能性がある。
このために、一方で、従属請求項を、他方で、図面に関する、この発明の２つの好ましい実施形態の以下の説明を参照することができる。
図面に関するこの発明の２つの好ましい実施形態の説明に関連して、該教示の一般的に好ましい改良点や更なる動向も以下説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、導電性の試験物体１の位置を決定するための、本発明に係る測定装置の第１の概略側面図を示している。
この装置は、該試験物体１の運動方向に対して横方向に配置されている渦電流センサー２を備えている。
試験物体１の運動方向を二重の矢印で示してある。
具体的には、その運動は、試験物体１に機械的に接続する噴射器（インジェクター）針３の往復運動である。
この噴射器針３が燃料噴射器４の一部を構成し、規定された時間間隔でノズル開口５を開放して燃料を高速で燃料室に入れる。
【００１９】
噴射器針３の実際の位置を決定するため、この発明によれば、試験物体１には、該試験物体１を環状に取り囲む溝７として形成されているマーキング６が設けられている。
この発明によれば、渦電流センサー２が試験物体１と噴射器針３の運動方向に対して横方向に向けられており、溝７の領域内で試験物体１からある一定距離に配置されている。
このために、渦電流センサー２が挿入される燃料噴射器４の壁にチャンネル８が設けられている。
該渦電流センサー２は、その表面端部が燃料噴射器４の内壁と同一平面にあり、従って試験物体１に殆ど接触するように位置決めされている。
この構造的に非常に正確な殆ど遊びの無いガイドにより、噴射器針３の直線運動が渦電流センサー２の表面端部から同一距離で確実に行われる。
【００２０】
前記センサー２と試験物体１の基本的な位置決めは、溝７を形成するエッジ９の一方（図１に示された実施形態では、２つのエッジ９のうちの上方のエッジ）が前記センサー２の中心軸に一致するときに、測定範囲の中心が正確に示されるように、選択される。
この測定範囲の一端が噴射器針３の閉鎖位置に対応するが、該測定範囲の他方の一端は、噴射器針３が完全に開放したときに達する。
２つのエッジ９の上方のエッジが前記センサー２あるいはセンサーコイル上方の丁度中心あれば、すなわち、基本的な位置決めが達成されると、噴射器針３がそのトータルストロークの半分をカバーしてしまうだろう。
【００２１】
噴射器針３がその基本的位置から上向きに移動すると、溝７の一定拡大部が前記センサー２の前に移動して試験物体１に誘導される渦電流が減少する。
逆に、噴射器針３がその基本的位置から下向きに移動すると、溝７の一定拡大部が前記センサー２の前方領域から離れるように移動して誘導渦電流が増加する。
試験物体１又は噴射器針３の位置の関数として渦電流センサー２によって検出されるこれらの誘導渦電流の変化が、対応する出力信号に変換され、この出力信号が、回路又は演算の面で付加的に（一般に極めて高価な）線形化対策が無くても十分に大きな測定範囲に亘り略直線的に延在している。
これはエッジ９の位置を非常に正確に、そして噴射器針３の位置を非常に正確に決定するのに十分であろう。
【００２２】
図示した燃料噴射器４の具体的な実現化に関係なく、測定原理を多種多様な燃料噴射器全般に適用することができる。
特に、溝７付き試験物体１が噴射器針３に機械的に連結されるかどうか、あるいは噴射器針３に実在エッジ又は溝を、あるいは位置測定用に噴射器針３に特に設けられたエッジ又は溝を測定するために使用するかどうかは問題でないだろう。
【００２３】
図２は（概略的に）、この発明に係る測定装置の第２の実施形態の側面図を示している。
この配列は基本的に図１の配列に基本的に同じであり、同じ番号が同じコンポーネントを示している。
しかし、図１と違って、図２の実施形態は、噴射器針の位置を決定しないが、サーボバルブ１１の位置の決定は行う。
このサーボバルブ１１は二重の矢印で示された方向に直線運動を行う。
この発明によれば、測定コイル１２を備えた渦電流センサー２が、サーボバルブ１１の運動方向に対して横方向に一定の距離ｄで配置されている。
測定が行われる方向であるマーキング６がエッジ９で規定され、このエッジはバルブステム１３からバルブハウジング１４への移行によって形成される。
基本的な位置では、エッジ９が測定コイル１２の中心軸１５に沿って正確に延在している。
このバルブ位置を監視するための測定方法は、図１に関して説明された方法と同様である。
最後に、上記、任意にのみ選択された実施形態は、請求された教示内容を説明するためにのみ機能するが、これらの実施形態にその教示内容を限定するものではないことを特に指摘しておく必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】燃料噴射器で使用される場合に、導電性の試験物体の位置を決定するための、この発明に係る測定装置の第１実施形態の概略側面図である。
【図２】サーボバルブで使用される場合に、この発明に係る測定装置の第２実施形態の概略側面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    試験物体
２    渦電流センサー
３    噴射器針（ニードル）
４    燃料噴射器
５    ノズル開口
６    マーキング
７    溝
８    チャンネル
９    エッジ
１１    サーボバルブ
１２    測定コイル
１３    バルブステム
１４    バルブハウジング
【図１】
2007501385.tif 000003
【図２】
2007501385.tif 000004
【国際調査報告】
2007501385.tif 000005
2007501385.tif 000006
2007501385.tif 000007
2007501385.tif 000008