(57)【要約】【課題】磁歪位置測定装置を動作させる方法を提供する。【解決手段】本発明は、少なくとも１つの機械波を案内するための導波路を有し、少なくとも１つの減衰域を有し、位置測定装置の測定範囲に沿って配置された磁気式位置エンコーダを有し、検出ユニットを有する、磁歪変位測定装置を動作させる方法であって、少なくとも１つの機械波は、クロック周波数を有する励振信号によって生成され、それぞれ異なるクロック周波数を有する少なくとも２つの機械波が生成され、クロック周波数は、変位測定装置の測定範囲の異なる位置で干渉反射が生じるように予め決定されており、位置エンコーダの方法の間、測定範囲のそれぞれの異なる位置の干渉反射がマスクされるように、異なるクロック周波数の間で切替が行われる、方法に関する。【選択図】図１
2019020407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの機械波（Ｗ１、Ｗ２）を案内するための導波路（２）を有し、少なくとも１つの減衰域（５）を有し、位置測定装置（１）の測定範囲（１１）に沿って配置された磁気式位置エンコーダ（４）を有し、検出ユニット（３）を有する、磁歪変位測定装置（１）を動作させる方法であって、前記少なくとも１つの機械波（Ｗ１、Ｗ２）は、クロック周波数（ｆ）を有する励振信号（ＩＰ）によって生成される方法において、それぞれ異なるクロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）を有する少なくとも２つの機械波（Ｗ１、Ｗ２）が生成され、前記クロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）は、前記変位測定装置（１）の前記測定範囲（１１）の異なる位置（ｘｎ）で干渉反射（Ｒ１ｎ、Ｒ２ｎ）が生じるように予め決定されており、前記位置エンコーダ（４）の手順の間、前記測定範囲（１１）の前記それぞれの異なる位置（ｘｎ）の前記干渉反射（Ｒ１ｎ、Ｒ２ｎ）がマスクされるように、前記測定範囲（１１）に沿って前記異なるクロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）の間で切替が行われることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つの異なるクロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）が生じる前記測定範囲（１１）のそれぞれの切替点（ｘｕ、ｘｏ）は、前記対応するクロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）に割り当てられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
対応するクロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）への前記それぞれの切替点（ｘｕ、ｘｏ）の前記割り当ては、関数関係から決定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記対応するクロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）への前記それぞれの切替点（ｘｕ、ｘｏ）の前記割り当ては、表から読み出されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記対応するクロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）への前記それぞれの切替点（ｘｕ、ｘｏ）の前記割り当ては、線図によって決定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記対応するクロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）への前記それぞれの切替点（ｘｕ、ｘｏ）の前記割り当ては、測定の前の前記磁歪変位装置（１）の較正によって決定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記対応するクロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）への前記それぞれの切替点（ｘｕ、ｘｏ）の前記割り当ては、アルゴリズムによって決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
切替は、第１クロック周波数（ｆ１）から前記第１クロック周波数（ｆ１）よりも大きい第２クロック周波数（ｆ２）へと行われることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの初期干渉（Ｉｎ）が前記クロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）の切替中に考慮され、前記初期干渉の場合に前記励振信号（ＩＰ）の間に測定が行えないことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記位置測定装置（１）の前記測定範囲（１１）の位置（ｘｎ）においていくつかの干渉反射（Ｒ１ｎ）が生じたときに、さらなるクロック周波数（ｆ）が提供され、その間で切替が行われることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
第１クロック周波数（ｆ１）は
【数１】
2019020407.tif 000043
の周波数範囲内にあり、Ｌは前記導波路（２）の長さを表し、ｖは前記機械波（Ｗ１、Ｗ２）の速度を表すことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１クロック周波数（ｆ１）は
【数２】
2019020407.tif 000044
よりも
【数３】
2019020407.tif 000045
に近いことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１クロック周波数（ｆ１）と
【数４】
2019020407.tif 000046
との間に安全範囲が提供されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第２クロック周波数（ｆ２）は
【数５】
2019020407.tif 000047
の周波数範囲内にあり、Ｌは前記導波路（２）の長さを表し、ｖは前記機械波（Ｗ１、Ｗ２）の速度を表すことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２クロック周波数（ｆ２）は、
【数６】
2019020407.tif 000048
よりも
【数７】
2019020407.tif 000049
に近いことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２クロック周波数（ｆ２）は、前記第１クロック周波数（ｆ１）の１．５倍であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２クロック周波数（ｆ２）と
【数８】
2019020407.tif 000050
との間に安全範囲が提供されることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
全てのクロック周波数（ｆ１、ｆ２）で検出された測定値は、バス同期式に加算され、保存され、出力されることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
クロック周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ）が前記磁歪位置測定装置（１）を駆動するためのバスクロック（ｆＢ）よりも大きいとき、前記バスの次のクロックにおいて、前記測定が平均化（８２）され、前記平均化された測定値が遅延された状態でのみ出力（８３）されることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法の各ステップを実行するように構成された、コンピュータプログラム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のコンピュータプログラムが記憶された、機械可読記憶媒体。
【請求項２２】
請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法によって磁歪位置測定装置（１）を動作させるように構成された、計算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪位置測定装置を動作させる方法に関する。さらに、本発明は、コンピュータ上で実行されるときに方法の各ステップを実行するコンピュータプログラム、ならびにコンピュータプログラムを記憶する機械可読記憶媒体に関する。最後に、本発明は、本発明による方法を実行するように構成された計算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許第１３０６６５０号明細書およびドイツ特許第１０２０１０００８４９５号明細書より、非接触および絶対測定装置または線形測定磁歪位置測定装置が知られている。そこに記載されている測定装置は、しっかりと配置された導波路と、導波路に対して可動に配置された磁気式位置エンコーダと、受信コイルによって形成されて導波路上にしっかりと配置された検出ユニットとを備え、これは導波路の機械的ねじり振動を電気信号に変換する。たとえば磁歪鉄ニッケル合金で作られた管などの導波路は、たとえば銅線など、内部に通された導電ラインを備える。ここで、磁気式位置エンコーダは、いくつかの、たとえば４つの永久磁石を備える。なお、磁歪鉄ニッケル合金で作られた前記管は、いわゆる導波路ワイヤの形態でも実装できることに留意されたい。
【０００３】
電子制御システムは、時間的に一定のクロック周波数を有する励振信号によって電流パルスを生成し、前記電流パルスは上述の導電ラインに印加され、これにより、導波路の周りに円形に配向された磁界が生成される。この円形配向磁界は、位置エンコーダによって生成された軸方向に配向された静磁界と重なる。２つの磁界を重ねることにより、ねじりインパルス、およびひいては導波路の両側を伝播する機械波が、導波路の磁歪によって生じる。検出ユニットに向かって進む波は、磁歪効果の逆転によって電気信号を誘導する。ねじりインパルスの形成と電気信号の誘導との間に必要な時間は、位置エンコーダと検出ユニットとの間の移動の長さの尺度である。
【０００４】
導波路の端部に向かって進む波は、そこで減衰域によって減衰される。機械波の減衰は、典型的には、単一パスの間、９０％から９６％の間である。したがって、減衰された波は、減衰の後も残留して、導波路の端部で反射され、その後導波路内を順に伝搬する。その結果、波は、測定への影響がほとんど存在しなくなるまで、減衰域を数回通過しなければならない。これに先立って、位置エンコーダの位置における反復測定およびクロック周波数と測定範囲の長さとの好ましくない組み合わせの間に、反射波はねじりインパルスと重なり、測定結果を歪ませる可能性がある。また、検出ユニットに向かって進む波も同様にそこで反射され、導波路を通過する。導波路の他端部に到達すると、これも同様に減衰および反射される。この波の部分も、同様に測定結果に影響を与える可能性がある。反射波の影響を打ち消すために、従来は、クロック周波数を上方に制限して測定が行われていた。したがって、新しい測定が開始される前に、波は何度か減衰を実行できる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、少なくとも１つの機械波を案内するための導波路を有し、少なくとも１つの減衰域を有し、位置測定装置の測定範囲に沿って変位可能に配置された磁気式位置エンコーダを有し、検出ユニットを有する、磁歪位置測定装置を動作させる方法に関する。少なくとも１つの機械波は、クロック周波数を有する励振信号によって生成される。好ましくは、少なくとも１つの機械波は、以下のようにして生成されるが、しかしながらこの生成方法に限定されるものではない。電流インパルスは、導波路に接触するワイヤによって導波路に導入され、これにより導波路の中および周囲に円形の磁界が生成される。測定される位置にある磁気式位置エンコーダは、少なくとも１つの磁石、好ましくは永久磁石を有し、その磁場は円形の磁界に対して直角である。その結果、２つの磁場は、少なくとも位置エンコーダの位置で重なり合って、磁歪によってねじりインパルスが生成され、その結果、少なくとも１つの機械波が生成される。
【０００６】
磁歪は、外部磁場を印加することによって材料内の磁区を同じ方向に整列させることが知られている。このように、材料の磁気双極子は、たとえば、これらの縦軸が外部磁場の方向と平行になるように整列される。その結果、材料の長さに変化が生じる。これは磁歪効果と呼ばれる。上述した磁歪位置測定装置では、根本的な効果はねじれの性質を有するため、ウィーデマン効果についても議論されている。
【０００７】
機械波は、位置エンコーダの両側から伝搬する。検出ユニットに向かって進む機械波は、磁歪効果の逆転によって検出ユニット内に電気信号を生成する。特にねじり伝播を伴う場合、これはマテウチ効果とも呼ばれる。電気信号は、検出ユニットによって評価することができる。この目的のために、検出ユニットは、好ましくは、導波路の周りに配置されたコイルを備えることができる。あるいは、検出ユニットは、導波路上に垂直に配置され、その周りにコイルが配置されたストリップ、または圧電測定素子を備えることができる。他のタイプの検出ユニットも可能である。位置エンコーダの位置は、既知の伝搬速度を有する機械波の移動時間から決定される。減衰域に向かって進む機械波は、完全にではないが、減衰域によってそこで減衰され、これによって機械波が導波路のダンパ側端部で反射される。記載された２つの反射は、測定に干渉する影響を及ぼす可能性がある。
【０００８】
ダンパ側端部に由来する反射は、位置エンコーダの移動方向と反対の方向に移動し、特定の重複位置で測定信号と重なる。位置エンコーダと減衰域との間の距離は既知であるので、減衰域と位置エンコーダとの間の機械波の移動経路、したがって移動時間がこうして決定され、したがって重複位置が結論づけられることが可能である。対照的に、検出器側端部に由来する反射は、位置エンコーダの移動方向と同期して移動する。特定のクロック周波数で、特定の測定範囲内の位置には、前回の測定で発生して導波路を通じて伝播する反射と実際の測定信号との重複がある。結果的に、これらの反射が測定信号と重なる特定のクロック周波数は除外されなければならない。
【０００９】
本発明によれば、次にそれぞれ異なるクロック周波数を有する少なくとも２つの機械波が生成されることが、提供される。クロック周波数は、先行する測定の１つの間に生じる干渉反射が、位置測定装置の測定範囲の異なる重複位置で生じ、かつ実際の測定信号と干渉反射との重複がどの時点にもどの位置にもないように、予め決定されることが可能である。具体的には、少なくとも２つの機械波が生成されるクロック周波数は、少なくとも１つのクロック周波数の干渉反射の重複位置が少なくとも２つの位置範囲のうちの１つを外れるように、ならびに少なくとも１つの別のクロック周波数の干渉反射の重複位置が少なくとも２つの位置範囲のうちの他の１つを外れるように選択され、少なくとも２つの位置範囲は一般的に測定範囲全体に及ぶ。
【００１０】
磁気式位置エンコーダが測定範囲に沿って変位している間、測定範囲のそれぞれ異なる重複位置での干渉反射がマスクされるように、異なるクロック周波数の間で位置に依存した切替が行われる。言い換えると、その反射で重複位置がこの位置範囲外になるためマスクされるクロック周波数は、少なくとも１つの位置範囲内で使用され、磁気式位置エンコーダがその変位中にこの位置範囲を離れるときは、その反射で重複位置が隣接する位置範囲から外れるクロック周波数に切り替わり、こうしてこれがマスクされる。クロック周波数の「切替」という用語は、ここでは、オフ切替、オン切替、抑制、選択などとして理解することができる。
【００１１】
それぞれのクロック周波数の反射が、測定範囲内の固定された重複位置で測定信号と重なるので、有利なやり方において少なくとも２つの異なるクロック周波数の切替が行われる測定範囲の切替点は、対応するクロック周波数に割り当て可能である。言い換えると、それぞれのクロック周波数に対応する測定範囲における反射の重複位置が、予め決定される。重複位置が切替によってマスクされるように、これらの重複位置に基づいて対応するクロック周波数に切替点が割り当てられることが可能である。したがって、重複位置が測定される較正は必要ではない。
【００１２】
一態様によれば、対応するクロック周波数への切替点の割り当ては、関数関係から決定することができる。減衰域に向かって進む波の重複位置は、以下の式１を介して様々な周波数について計算することができる。
【数１】
2019020407.tif 000003
【００１３】
ここで、ｘｎは実際の測定信号とｎ回前の測定値から現れる反射との重複位置を表し、ｖは機械波の伝搬速度を指定し、ｆはクロック周波数を指定する。そしてＬは、測定区間の長さを定義する。ここで、さらに、反射が離散周波数であるだけでなくむしろ周波数帯域に及ぶ通常の場合は、反射に割り当てられるそれぞれの重複位置の周りの幅によって考慮することができる。重複位置の周りの幅は、非離散周波数帯域のため、幅分布とも呼ばれる、可能な重複位置の分布を表す。したがって、切替点は、反射に割り当てられた幅を含む重複位置がマスクされるように選択される。
【００１４】
一方、検出ユニットに向かって進む波は、位置エンコーダの測定信号に同期して動く。結果として、そこから生じる反射は、測定範囲全体にわたって特定のクロック周波数でねじりインパルスと重なり合う可能性がある。これを回避または除外するクロック周波数は、次の式２を使用して計算できる。
【数２】
2019020407.tif 000004
【００１５】
ここで、ｆｖｎは、実際の測定信号を用いた、ｎ回前の測定から生じる反射のために除外されるクロック周波数を表す。同様に、ｖは機械波の伝搬速度を指定し、Ｌは測定区間の長さを指定する。
【００１６】
別の態様によれば、対応するクロック周波数への切替点の割り当ては、表から読み出すことができる。好ましくは、この表はルックアップテーブルである。さらに別の態様によれば、対応するクロック周波数への切替点の割り当ては、線図によって決定することができる。
【００１７】
別の態様によれば、対応するクロック周波数への切替点の割り当ては、測定前の磁歪位置測定装置の較正によって決定することができる。その際、反射は測定区間上で直接測定されることが可能である。あるいは、位置−周波数平面は、スクリーニングプロセスによって較正装置を用いて検出されることが可能であり、したがって切替点が決定されることが可能である。較正は様々な方法で行うことができる。一方で、各磁歪位置測定装置は、較正装置によって個別に較正することができる。他方、位置測定装置の種類、長さ、用途等に応じた全面的な較正を行うこともできる。最後に、磁歪位置測定装置の自己較正も提供することができ、ここでは干渉反射をこの方法にしたがって独立して認識することができ、これらはマスクされることが可能である。
【００１８】
較正によって得られたデータ、特にサイト周波数平面は、割り当てのための表および／または線図を作成するために、付加的に使用することができる。これは、いくつかのクロック周波数間の切替が行われるときに特に有利である。
【００１９】
一態様によれば、対応するクロック周波数へのそれぞれの切替点の割り当ては、アルゴリズムによって決定される。
【００２０】
一般に、切替ヒステリシスは、切替点の割り当て中に提供されることが可能である。これは、位置エンコーダがより大きい位置の方向に変位したときは切替点がわずかに大きい位置で選択され、位置エンコーダがより大きい位置からより小さい位置の方向に変位したときは切替点がわずかに小さい位置で選択されることを、意味する。このようにして、位置エンコーダが移動しないにもかかわらず、位置エンコーダが切替点の１つに正確に位置するとき、クロック周波数間の切替が常に行われることの防止が実現される。
【００２１】
一般に、クロック周波数の切替中に、第１クロック周波数から第２大きいクロック周波数へ、およびより小さい第２クロック周波数への両方の切替を行うことができる。しかしながら、有利には、第１クロック周波数から、第１クロック周波数よりも大きい第２クロック周波数への切替が行われる。これは、一般に、測定範囲全体にわたってより高いクロック周波数が達成されるという利点を有する。
【００２２】
好ましくは、クロック周波数の選択中の初期干渉が考慮される。したがって、検出器はこの瞬間に新しい電気インパルスによって「遮断」されるので、以前の測定中にトリガされた機械波が、現在の測定の機械波に対する新しい電流インパルスと同時には検出器に入らない場合が考慮される。このような測定状況は、本発明による方法によっても考慮することができる。
【００２３】
位置測定装置の測定範囲の位置にいくつかの干渉反射が生じる、特に高いクロック周波数で発生する場合には、その間に切替が行われるさらなるクロック周波数が提供される。したがって、より高いクロック周波数を用いる測定は、複数の干渉反射の存在下で実行されることも可能である。
【００２４】
第１クロック周波数は、好ましくは
【数３】
2019020407.tif 000005
の範囲内である。これらの限界は、ｎ＝１およびｎ＝２の値の式２から生じ、これらは前もって１つ（ｎ＝１）の測定または前もって２つ（ｎ＝２）の測定から生じた反射との実際の測定信号の重複から生じる。ここでは、式２から検出ユニットに向かう波が用いられる。ここでも、Ｌは磁歪変位測定装置の測定区間の長さを表し、ｖは機械波の速度を表す。この周波数範囲では、減衰域に向かって進む波の１つの干渉反射のみが予想される。より好ましくは、この周波数範囲内で最大の第１クロック周波数を得るために、第１クロック周波数は
【数４】
2019020407.tif 000006
より
【数５】
2019020407.tif 000007
に近い。さらに、好ましくは、第１クロック周波数が検出ユニットに向かって進行する波の広がった反射と一致しないことを保証するために、第１クロック周波数と
【数６】
2019020407.tif 000008
との間に安全範囲が設けられる。
【００２５】
第２クロック周波数は、好ましくは、
【数７】
2019020407.tif 000009
の周波数範囲である。これらの限界は同様に、ｎ＝２およびｎ＝３の値の式２から生じ、これらは前もって２つ（ｎ＝２）または３つ（ｎ＝３）の測定から生じる。ここでも同様に、式２から検出ユニットに向かう波が用いられる。この周波数範囲では、減衰域に向かって進む波の２つの干渉反射が予想される。より好ましくは、この周波数範囲内で最大の第２クロック周波数を得るために、第２クロック周波数は、
【数８】
2019020407.tif 000010
より
【数９】
2019020407.tif 000011
に近い。最も好ましくは、第２クロック周波数は、第１クロック周波数の１．５倍である。さらに、第２クロック周波数と
【数１０】
2019020407.tif 000012
との間の安全範囲が提供されることが好ましい。
【００２６】
第１クロック周波数および第２クロック周波数のこの周波数範囲の組み合わせは、測定信号が反射と重複することなく測定範囲全体をカバーするために、ここではその間に切替が１回行われなければならず切り戻しが１回行われなければならない２つのクロック周波数で十分なので、特に有利に設計されている。
【００２７】
全てのクロック周波数で検出された測定値は、好ましくは、バスまたはバスシステムによって送信されることができるように、バス同期式に加算、保存、および出力されることが可能である。
【００２８】
場合により、測定データを出力するためにバスまたはバスシステムを使用するとき、第２クロック周波数がバスのクロック速度よりも大きい場合、測定を平均化することができる。このようにして平均化された測定値は、バスの次のクロック中に、遅延された状態でのみ出力され、遅延は、たとえば待ち時間によって実現されることが可能である。したがって、バスは、第１クロック周波数と第２クロック周波数の両方で、均一なクロック速度で動作することができる。
【００２９】
コンピュータプログラムは、特に計算装置または制御装置上で実行されるときに、この方法の各ステップを実装するようにセットアップされる。コンピュータプログラムは、構造的変更を必要とせずに、従来の電子制御装置における方法の実装を可能にする。この目的のために、コンピュータプログラムは機械可読記憶媒体に保存される。
【００３０】
従来の電子制御装置にコンピュータプログラムをインストールすることにより、磁歪変位測定装置を動作させるように構成された電子制御装置が得られる。
【００３１】
本発明の例示的な実施形態を図面に示し、以下の説明でより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による方法の一実施形態によって制御可能な磁歪位置測定装置の等角図である。
【図２ａ】減衰域に向かって進む波の反射の経路を概略的に示す図であって、前記経路は図１による磁歪位置測定装置内に配置されている。
【図２ｂ】まず検出ユニットに向かい、次いで減衰域に向かって進む波の反射の経路を概略的に示す図であって、前記経路は図１による磁歪位置測定装置内に配置されている。
【図３】本発明の第１の実施形態による、測定区間上の位置およびこの位置からの、上部線図では第１クロック周波数の偏差、中央線図では第２クロック周波数の偏差、および下部線図では第１クロック周波数と第２クロック周波数との間の切替の偏差をそれぞれ示す線図である。
【図４ａ】実際の測定信号および減衰域に向かって進む波の反射の重複位置が記録されている、ある期間にわたる位置エンコーダの位置の線図である。
【図４ｂ】実際の測定信号および検出ユニットに向かって進む波の反射の重複位置が記録されている、ある期間にわたる位置エンコーダの位置の線図である。
【図４ｃ】以前の測定の実際の測定信号および初期干渉の重複位置が記録されている、ある期間にわたる位置エンコーダの位置の線図である。
【図４ｄ】線図４ａから線図４ｃの組み合わせを示す共通線図である。
【図５】図４ｄの線図に基づいて示される、本発明の第１の実施形態による、第１クロック周波数と第２クロック周波数との間の切替を示す図である。
【図６ａ】やはり図４ｄの線図に基づいて示される、本発明の第２の実施形態による６つのクロック周波数の間の切替を示す図である。
【図６ｂ】やはり図４ｄの線図に基づいて示される、本発明の第３の実施形態による８つのクロック周波数の間の切替を示す図である。
【図７】やはり図４ｄの線図に基づいて示される、拡張するように設計された磁歪位置測定装置のための、本発明の第４の実施形態による９つのクロック周波数の間の切替を示す図である。
【図８】第１クロック周波数および第２クロック周波数を有する初期パルスのための磁歪測定装置のバスクロックおよび内部クロックによる、図１の磁歪位置測定装置の駆動を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１に示される磁歪位置測定装置１は、測定区間としての導波路２を備える。導波路２の一端部２３には検出ユニット３が設けられている。図示された例示的な実施形態では、検出ユニット３は、導波路２の周りに軸方向に配置されたコイル３１と、図１に簡素化された方法でのみ示される評価回路３２とを有する。図示されないさらなる例示的な実施形態では、垂直ストリップが導波路２の端部２３上に配置され、コイルがこのストリップの周りに配置される。同様に図示されないさらなる実施形態では、圧電測定素子が導波路２の端部２３上に配置される。導波路２には、入力接点５０を介してそこに導入される短い電流インパルスが供給される。円形の磁界は、導波路２内の電流によって生成され、前記磁界は導波路２内に収束される。これは、初期パルスＩＰとも呼ばれる。電流は、出力接点５１を介して再び戻る。さらに、磁歪位置測定装置１は、磁気式位置エンコーダ４を備え、これを介して、測定区間内の位置ｘを決定することができる。この実施形態では、磁気式位置エンコーダ４は、２つの永久磁石４１、４２を有する。さらなる実施形態では、位置エンコーダ４は、複数の永久磁石を有することができ、または均質な磁性材料で構成されることも可能である。位置エンコーダ４の測定すべき位置ｘにおいて、永久磁石４１，４２から磁界が発生し、前記磁界の磁力線は初期パルスＩＰによって生成された円形の磁界に対して直角である。永久磁石４１、４２の磁界および円形の磁界は、少なくとも位置エンコーダ４の位置ｘにおいて重なり合って、磁歪によってねじりインパルスが発生し、これによりクロック周波数ｆを有する機械波Ｗ１、Ｗ２を生成する。この流れで、使用されるクロック周波数ｆの間で切替を行うことができる。
【００３４】
第１機械波Ｗ１は、導波路２上の検出ユニット３の反対側の端部２５にある減衰域５の方向に伝搬する。ここで、第１機械波Ｗ１が減衰され、少なくとも減衰域を通る第１のパスを用いると、減衰は、測定に対していかなる影響も及ぼさない程度まで第１機械波Ｗ１の振幅を低減するのに十分ではない。代わりに、第１機械波Ｗ１は、減衰域５または導波路２の端部２５で反射されるが、これについては後で詳細に説明される。第２機械波Ｗ２は、検出ユニット３の方向に伝搬する。磁歪効果を逆転させる際には、検出ユニット３のコイル３１において第２機械波Ｗ２から電気信号が生成される。さらなる実施形態では、第２機械波Ｗ２は、ストリップの周囲に配置されたコイル上に電気信号が生成される前に、垂直ストリップ上に放出される。さらに別の実施形態では、第２機械波Ｗ２を検出し、これを電気信号に変換する、圧電測定素子が使用される。他の実施形態では、さらなる検出ユニット３が可能である。生成された電気信号はその後、検出ユニット３の評価回路３２によって評価される。
【００３５】
導波路２内の機械波Ｗ１、Ｗ２の伝播速度は、既知であり、温度、衝撃、汚染などの環境的影響に対してさえも、ほぼ一定である。以下に説明する例示的な実施形態では、伝播速度は２７００ｍ／ｓから２９００ｍ／ｓの範囲内、たとえば２８３０ｍ／ｓである。結果的に、第２機械波Ｗ２の移動時間から位置エンコーダ４の位置ｘを求めることができる。以下で説明するように、第２機械波Ｗ２は、検出ユニット３が配置された導波路２の端部２３で反射される。
【００３６】
磁歪位置測定装置１の測定範囲１１は、検出ユニット３と減衰域５との間にあり、位置エンコーダ４がどの位置ｘで変位して測定できるかを特定する。測定範囲１１の長さ、すなわち、検出ユニット３と減衰域５との間の距離は、公称長さＮＬと呼ばれる。以下の例示的な実施形態では、別途記載されない場合、５００ｍｍの公称長さＮＬが想定される。導波路２の長さＬは、導波路２の２つの端部２３、２５間の距離を規定し、導波路２上のコイル３１の長さ（または垂直ストリップの長さまたは圧電測定素子の長さ）および減衰域５の長さを公称長さＮＬに加えられることによって、公称長さＮＬから得られる。公称長さＮＬを特徴とする使用可能な測定範囲１１は、導波路２の長さＬより小さい。これは、様々な影響要因によって引き起こされる。これは、たとえば、コイル３１の長さ（または垂直ストリップの長さまたは圧電測定素子の長さ）および減衰域５の長さ、ならびに位置エンコーダ４によって発生した磁界の幅を含む。以下の実施形態では、これらの要因について合計値８０ｍｍが想定される。
【００３７】
本発明の例示的な実施形態では、２次反射は既に測定に及ぼす干渉を無視できる程度にしか有していないので、１次反射のみが考慮される。したがって、以下の説明での反射は、一次反射のみについて言及する。しかしながら、本発明は一次反射に限定されず、むしろ高次反射で同様に対応して使用され得ることに留意すべきである。
【００３８】
図２ａおよび図２ｂは各々、磁歪位置測定装置１内の機械波Ｗ１、Ｗ２（以下、単に「波」という）の反射Ｒ１、Ｒ２の経路を示している。図２ａは、減衰域５に向かって進む第１波Ｗ１の反射Ｒ１の経路を示す。既に説明されたように、第１波Ｗ１は、位置エンコーダ４の位置ｘｐで始まり、減衰域５の方向に伝搬する。導波路２のダンパ側端部２５で、これは反射され、第１波Ｗ１の反射Ｒ１は、導波路２の検出器側端部２３に向かって伝搬する。第１波Ｗ１の反射Ｒ１は、位置エンコーダ４の動きに逆行するので、これは逆向反射Ｒ１と呼ばれる。これは、位置エンコーダ４の位置ｘｐを超え、以下に説明する特定の状況下では、位置エンコーダ４によって後の時点で生成されるねじりインパルスと相互作用し、重複して検出ユニット３に向かって進むことができる。そこでは、ねじりインパルスは、測定位置の偏差につながる、干渉する逆向反射Ｒ１と共に検出される。
【００３９】
図２ｂは、検出ユニット３に向かって進む第２波Ｗ２の反射Ｒ２の経路を示す。第２波Ｗ２も同様に、位置エンコーダ４の位置ｘｐから始まり、検出ユニット３の方向に伝搬する。検出器側端部２３では、第２波Ｗ２が反射され、第２波Ｗ２の反射Ｒ２が導波路２のダンパ側端部２３に向かって伝搬する。ここで、以下で説明する特定の周波数では、第２波Ｗ２の反射Ｒ２は、位置エンコーダ４の動きと同期して進むことができ、したがって、それらが、現在の測定の実際の測定信号よりも下で静止した場合、測定に対して永久的に干渉する影響を有する可能性がある。したがって、第２波Ｗ２の反射Ｒ２は、共進反射Ｒ２と呼ばれる。続いて、共進反射Ｒ２は減衰域５によって減衰され、次に導波路のダンパ側端部２５で反射される。
【００４０】
図３には、前回の初期パルスＩＰによって生成された逆向反射Ｒ１ｎの干渉する影響が示されている。図３は、測定範囲１１の位置ｘを横軸に示し、示された位置の偏差Δｘを縦軸に示した３つの図を示しており、偏差Δｘは、示されるこの位置と横軸上の実際の位置ｘとの差によって計算される。ここでは、５００ｍｍの測定範囲１１の合計公称長さＮＬが線図で表示されている。上部線図には、４２５０Ｈｚの例示的な第１クロック周波数ｆ１が示されている。この第１クロック周波数ｆ１は、
【数１１】
2019020407.tif 000013
の周波数範囲にある。やはり、ｖは機械波Ｗ１、Ｗ２または反射Ｒ１ｎ、Ｒ２ｎの伝播速度を示し、Ｌは５００ｍｍの公称長さＮＬで５８０ｍｍとなる導波路２の長さを示す。この周波数範囲では、ｎ＝１の、すなわち前の初期パルスＩＰによって生成された逆向反射Ｒ１１のみが測定範囲１１内で発生し、その重複位置ｘ１１は、既に上で見た式１によって以下のように計算することができる：
【数１２】
2019020407.tif 000014
【００４１】
規定された所定の値が挿入された場合、上部線図にも示されているように、重複位置ｘ１１に対して２００ｍｍの値が得られる。
【００４２】
中央線図には、６７５０Ｈｚの例示的なクロック周波数ｆ２が示されている。この第２クロック周波数ｆ２は、
【数１３】
2019020407.tif 000015
（ラベルは同一）の周波数範囲にある。この周波数範囲では、２つの逆向反射Ｒ１１およびＲ１２がｎ＝１の、すなわち前の初期パルスＩＰで生成された、およびｎ＝２の、すなわちさらに前の初期パルスＩＰで生成された、測定範囲１１内で発生し、その重複位置ｘ２１、ｘ２２は同様にして以下の式１を介して以下のように計算されることが可能である。
【数１４】
2019020407.tif 000016
【００４３】
両方の重複位置ｘ２１、ｘ２２に対して所定の値が再び挿入されると、中央図にも示されるように、第１の重複位置ｘ２１について３２６ｍｍの値が得られ、第２の重複位置ｘ２２について７３ｍｍの値が得られる。ｎ＝１の逆向反射Ｒ１１では、２００ｍｍの第１クロック周波数ｆ１におけるその重複位置ｘ１１は、３２６ｍｍの第２クロック周波数ｆ２における第１の重複位置ｘ２１に相応にシフトする。さらに、重複位置ｘ２２を有するｎ＝２についての追加の逆向反射Ｒ１２が測定範囲１１内に生じる。
【００４４】
逆向反射Ｒ１ｎ（および以下に示されるように共進反射Ｒ２ｎも）は、離散周波数を有しておらず、むしろ周波数帯域をカバーする。図３の上部および中央線図に示されるように、これは結果として、重複位置ｘ１１、ｘ２１、ｘ２２の周りに幅ｂを有する逆向反射Ｒ１１、Ｒ１２を生じる。通常、幅ｂは３０ｍｍから１２０ｍｍの間の範囲にある。この例では、幅ｂは５０ｍｍである。クロック周波数ｆ１、ｆ２のこの選択により、逆向反射Ｒ１１、Ｒ１２の重複位置ｘ１１、ｘ２１が測定範囲１１の相補的な位置範囲内に現れ、さらに、幅ｂ内で逆向反射Ｒ１１、Ｒ１２と交差しない。
【００４５】
下部線図には、本発明の第１の例示的な実施形態が示されている。偏差Δｘと同様に、使用されるクロック周波数ｆが、この図で第２の縦軸にさらに示されている。上部線図で逆向反射Ｒ１１が生じない位置範囲において、第１クロック周波数ｆ１が測定に使用される。この例示的な実施形態では１５０ｍｍである下側切替点ｘｕにおいて、４２５０Ｈｚの第１クロック周波数ｆ１から６３７５Ｈｚのより大きな第２クロック周波数ｆ２への切替が行われ、この第２クロック周波数ｆ２は、測定のために隣接する位置範囲にわたって使用される。上部線図から、第１クロック周波数ｆ１において、この位置範囲の重複位置ｘ１１において逆向反射Ｒ１１が生じることがわかる。第２クロック周波数ｆ２に切り替えることによって、この逆向反射Ｒ１１はマスクされる。続いて、この例示的な実施形態では２５０ｍｍの上側切替点ｘｏにおいて、第２クロック周波数ｆ２から第１クロック周波数ｆ１への切り戻しが行われ、測定範囲１１の終わりまで第１クロック周波数ｆ１で測定が続けられる。ここでは、逆向反射Ｒ１１は、中央線図に示される重複点ｘ２１で生じる第２クロック周波数ｆ２に対してマスクされる。下側切替点ｘｕおよび上側切替点ｘｏは、第１クロック周波数ｆ１において、第１の反射ｒ１１の幅ｂを含む重複位置ｘ１１が２つの切替点ｘｕ、ｘｏによって決定される所定の位置範囲内に入るように、選択される。なお、第１クロック周波数ｆ１を使用するとき、（中央図に示されるように）重複位置ｘ２１、ｘ２２において第２クロック周波数ｆ２で生じる２つの逆向反射ｒ１１およびｒ１２が同様にマスクされることに、留意すべきである。
【００４６】
図４ａから図４ｄは、周波数の逆数（Ｔ＝１／ｆ）として、期間Ｔにわたる測定区間上の位置エンコーダ４の位置ｘの線図を各々示している。ここでは、干渉する逆向反射Ｒ１ｎが図４ａに示され、干渉する共進反射Ｒ２ｎが図４ｂに示され、初期干渉Ｉｎが図４ｃに示されている。図４ｄは、図４ａから図４ｃに示される図の組み合わせを示す。
【００４７】
図４ａから図４ｄおよび後続の式に基づいて、干渉反射Ｒ１ｎ、Ｒ２ｎおよび初期干渉Ｉｎの発生が示されている。
【００４８】
以下では、式１を用いて説明された、逆向反射Ｒ１ｎに対する重複位置ｘｎの依存性について、再度詳細に説明する。既に述べられたように、逆向反射Ｒ１ｎは、可能な重複位置ｘｎに対して幅分布または幅ｂを有する。幅ｂは、具体的には、測定区間の構造的形状、位置エンコーダ４の磁界の特性、ならびにさらなる電気的パラメータおよび導波路２の材料に依存する。逆向反射Ｒ１ｎの幅ｂを考慮するために、式１は、以下に示される式１ａおよび１ｂに拡張される。
【数１５】
2019020407.tif 000017
【数１６】
2019020407.tif 000018
【００４９】
ここで、ｘｎはｎ個目の逆向反射Ｒ１ｎの重複位置を表し、
ｖは機械波の伝搬速度、ｆはクロック周波数、Ｌは測定区間の長さを指定する。式１ａおよび１ｂにおける最後の項
【数１７】
2019020407.tif 000019
は、幅ｂが生じる重複位置ｘｎの幅分布を表す。最初の図では、幅ｂは、重複位置ｘｎの周りに対称的に配置され、各重複位置ｘｎおよびクロック周波数ｆに対して同じ値をとる。導波路２の長さＬおよび重複位置ｘｎの幅ｂがずれていると見なされる場合、重複位置ｘｎはクロック周波数ｆの負の逆数であることが明らかである。
【００５０】
図４ａでは、式１、１ａ、および１ｂによって表される依存性が再び図に示されている。ここでは、ｎ＝１からｎ＝５の値に対する逆向反射Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５の干渉する重複位置ｘ１ｎが、測定信号で示されている。横軸には、周波数ｆの逆数値として表すこともできる期間Ｔがプロットされている。導波路２の長さＬおよび重複位置ｘｎの幅ｂによって生じるずれを考慮に入れて、逆向反射Ｒ１ｎの重複位置ｘｎは周期Ｔに対して負に比例した振る舞いをする。なお、第１波Ｗ１自体ではなく、第１波Ｗ１の逆向反射Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５のみが描かれている。したがって、逆向反射Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５は、導波路２のダンパ側端部２５の描写に現れる。
【００５１】
検出ユニットに向かって進む第２波Ｗ２の共進反射Ｒ２ｎが測定信号と同期して進み、結果的にこれと重複する、回避すべき上述のクロック周波数ｆｖｎは、上記の式２で表される。逆向反射Ｒ１ｎに関連して既に説明されたように、共進反射は同様に離散周波数を有しておらず、むしろ周波数帯域をカバーする。したがって、相応に、共進反射Ｒ２ｎの幅分布または幅ｂが、これらの説明のために使用される。共進反射Ｒ２ｎの幅ｂを考慮するために、先に記載された式２は、以下に示される式２ａおよび２ｂに拡張される。
【数１８】
2019020407.tif 000020
【数１９】
2019020407.tif 000021
【００５２】
ここでもまた、ｆｖｎはｎ個目の共進反射Ｒ２ｎで除外されるクロック周波数を示し、ｖは機械波の伝搬速度を指定し、Ｌは測定区間の長さを指定する。幅分布は、同様に項
【数２０】
2019020407.tif 000022
によって式２ａおよび２ｂに示されており、ここから幅ｂが求められる。周波数の逆数としてカバーされる期間Ｔの時間範囲は、共進反射Ｒ２ｎの一定の幅ｂを有するより大きいｎとしては小さいことが、明らかである。
【００５３】
図４ｂでは、除外されるクロック周波数ｆｖｎの式２、２ａ、および２ｂによって表される依存性が、再び線図に示されている。ここでは、ｎ＝１からｎ＝６の値について、干渉する共進反射Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ２４、Ｒ２５、Ｒ２６が示されている。式２、２ａ、および２ｂに既に示されているように、周波数の逆数として表現することもできる周期Ｔは、横座標にプロットされている。ここに記載される例では、導波路２の長さＬが５８０ｍｍ、伝搬速度ｖが２８３０ｍ／ｓである場合に、共進反射Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ２４、Ｒ２５、Ｒ２６のために除外されるクロック周波数ｆｖｎのために、以下の値が求められる：ｆｖ１＝２７８５Ｈｚ、ｆｖ２＝５５７０Ｈｚ、ｆｖ３＝８３５５Ｈｚ、ｆｖ４＝１１１４０Ｈｚ、ｆｖ５＝１３９２５Ｈｚ、ｆｖ６＝１６７１０Ｈｚ。
【００５４】
図４ｃは、初期パルスＩＰが生成されたときの初期干渉Ｉｎの依存性を線図で示す。ｎ＝１での初期干渉Ｉ１は、前の測定中にトリガされた第２波が、電流の測定中に検出ユニット３にまだ到達しておらず、結果として新たにトリガされた波Ｗ１、Ｗ２に干渉する場合を表す。ｎ＝２での初期干渉Ｉ２は、さらに前の測定での対応する場合を表す。初期パルスＩＰが導波路２内に円形の磁界を生成するとき、検出ユニット３のコイル３１（または圧電測定素子）は第２波Ｗ２を検出することができない。このケースは主に、高いクロック周波数ｆおよび減衰域５に近い位置ｘで生じる。
【００５５】
初期干渉Ｉｎの重複位置ｘＩｎは、以下の式３によって計算することができる。
【数２１】
2019020407.tif 000023
【００５６】
ここで、ｘＩｎはｎ個目の初期干渉Ｉｎの重複位置を表し、ｖは機械波の伝播速度を指定し、ｆはクロック周波数を指定する。これらの重複位置ｘＩｎでは、後に新たな初期パルスＩＰがトリガされるので、検出は行われない。初期パルスＩＰは、潜在的な発振後期間を含む一定の長さを有する。式３ａに示されるように、ここでは初期干渉Ｉｎの重複位置に対して非対称的に加えられる、初期干渉Ｉｎの幅ｂＩが得られる。
【数２２】
2019020407.tif 000024
【００５７】
図４ｃでは、値ｎ＝１およびｎ＝２の２つの初期干渉Ｉ１、Ｉ２が記録されている。これらは、導波路２の検出器側端部２３上のこの描写において生じ、期間Ｔに比例して振る舞う。既に説明したように、これらの初期干渉Ｉ１、Ｉ２は、測定が不可能な範囲を表す。
【００５８】
図４ｄでは、図４ａから図４ｃの線図が共通の線図で示されている。干渉する逆向反射Ｒ１ｎ、干渉する共進反射Ｒ２ｎ、および初期干渉Ｉｎを互いに比較することができる。２つの干渉反射Ｒ１ｎ、Ｒ２ｎの一方によっても初期干渉Ｉｎによっても覆われていない線図内の領域は、測定に使用することができる。
【００５９】
図５には、図３に既に示されている第１の実施形態が、図４ｄの線図に基づいて示されている。測定６０は、矢印の形で線図に記録される。第１の例示的な実施形態で使用されるクロック周波数ｆは、ｎ＝６での初期干渉Ｉｎおよび共進反射Ｒ２６に関連する周波数範囲よりはるかに低いため、明確さのために示されていない。最初に、測定は、検出器側端部２３から行われ、第１クロック周波数ｆ１で始まる。ｎ＝１の逆向反射Ｒ１１が干渉するように重なり合う位置ｘに測定６０が到達する前であっても、第２クロック周波数ｆ２への本発明による切替は、下側切替点ｘｕで行われる。したがって、少なくともｎ＝１の逆向反射Ｒ１１はマスクされる。第２クロック周波数ｆ２は、第１クロック周波数ｆ１より大きく、具体的には１．５倍大きくなるように選択される。一方では、測定６０は、より高い第２クロック周波数ｆ２で行われ、他方では、より低い周波数、すなわち横軸上のより大きな周期Ｔへのシフトは不都合なことに、第２クロック周波数ｆ２によって生成された反射を、ｎ＝１での逆向反射Ｒ１１の幅ｂ内に収め、こうして測定に干渉する可能性があることが、明らかである。加えて、第２クロック周波数ｆ２は、回避または除外すべきクロック周波数ｆｖｎから離れて位置するように選択されなければならず、幅ｂを含み、共進反射Ｒ２ｎは前記クロック周波数における測定信号と同期して進む。これらのクロック周波数ｆｖｎは、既に説明したように、式２、２ａ、または２ｂから計算することができ、共進反射Ｒ２ｎは測定信号に干渉するので、本発明によるクロック周波数ｆの切替を伴う測定に使用すべきではない。図３に関連して既に述べたように、この第１の例示的な実施形態では、第１クロック周波数ｆ１は４２５０Ｈｚであり、第２クロック周波数ｆ２は６３７５Ｈｚである。ｎ＝２での共進反射Ｒ２２について、除外すべきクロック周波数ｆｖ２は５３００Ｈｚである。
【００６０】
ｎ＝１の逆向反射Ｒ１１が同様に干渉するように重なり合う位置ｘに測定６０が到達するずっと前の上側の切替点ｘｏでは、第２クロック周波数ｆ２から第１クロック周波数ｆ１への新たな切り戻しが行われる。したがって、ｎ＝１での干渉する逆向反射Ｒ１１がマスクされる。次いで測定６０は、第１クロック周波数ｆ１を用いて残りの測定範囲にわたって実行される。その結果、測定範囲１１全体にわたって測定６０を行うために、この実施形態では２回のスイッチング（切替１回、切り戻し１回）がその間で行われる２つの異なるクロック周波数ｆ１、ｆ２のみが必要とされる。同様に、第１クロック周波数ｆ１の最初の使用では、下側切替点ｘｕに到達する前に、ｎ＞１の全ての逆向反射Ｒ１ｎがマスクされると解釈することができる。以下では、この第１の実施形態のための表１が示されており、そこから切替点の値を読み出すこともできる。表はルックアップテーブルとして実現されている。表１は、クロック周波数ｆがそれぞれ割り当てられた測定範囲１１の位置ｘを示している。
【表１】
2019020407.tif 000025
【００６１】
さらに、クロック周波数ｆの間の本発明による切替が実行されない従来の測定７０が、比較のため図５に示されている。図５から、５００ｎｍの公称長さＮＬを有する導波路２を備えたこのような従来の測定７０は、最大２２００Ｈｚの従来のクロック周波数ｆｈでのみ実行することができ、したがってこれは、第１クロック周波数ｆ１よりも非常に小さいことがわかる。
【００６２】
周波数範囲
【数２３】
2019020407.tif 000026
内で測定のために可能な限り高い第１クロック周波数ｆ１を得るために、第１クロック周波数ｆ１は好ましくは上限
【数２４】
2019020407.tif 000027
に近くなるように選択されるが、ただし、ｎ＝２での共進反射Ｒ２２の幅ｂに対応する安全距離が維持される。安全距離によって、第１クロック周波数ｆ１は、測定信号が共進反射Ｒ２ｎの１つと干渉する仕方で重複するように選択されることが防止される。ここで、第１クロック周波数ｆ１は以下のように表すことができる。
【数２５】
2019020407.tif 000028
【００６３】
同様に、第２クロック周波数ｆ２は、周波数範囲
【数２６】
2019020407.tif 000029
の上限
【数２７】
2019020407.tif 000030
に近くなるように選択することができ、ここでも安全距離は同じように維持される。第２クロック周波数ｆ２は、以下のように表すことができる。
【数２８】
2019020407.tif 000031
【００６４】
正確に計算された第１クロック周波数ｆ１が、ｎ＝１での逆向反射Ｒ１１の重複点ｘｎに関する式１に挿入されると、次の重複点ｘ１１が得られる。
【数２９】
2019020407.tif 000032
【００６５】
本発明のこの実施形態では、下側切替点ｘｕおよび上側切替点ｘｏは、下側切替点ｘｕを得るために重複点ｘ１１から幅ｂを引くこと、および上側切替点ｘｏを得るために重複点ｘ１１に幅ｂを加えることによって、この重複点ｘ１１から独立して選択される。
【数３０】
2019020407.tif 000033
【００６６】
これらの計算は、対応するクロック周波数ｆ１およびｆ２への２つの交差点ｘｕおよびｘｏの割り当てを決定するために使用され得る。
【００６７】
さらに、第１クロック周波数ｆ１と第２クロック周波数ｆ２は２：３の比であり、したがって第２クロック周波数ｆ２は第１クロック周波数ｆ１の１．５倍であることに、言及するべきである。したがって、図８に関連して以下に説明するように、同期出力が可能となる。
【００６８】
以下の表２において、周波数範囲
【数３１】
2019020407.tif 000034
内の可能な最も高い第１クロック周波数ｆ１と、周波数範囲
【数３２】
2019020407.tif 000035
内の可能な最も高い第２クロック周波数ｆ２とが、上記で計算されたように、異なる公称長さＮＬおよび結果的な導波路２の長さＬについて示されている。長さＬは、既に説明したように、導波路２上のコイル３１の長さ（または垂直ストリップの長さまたは圧電測定素子の長さ）および減衰域５の長さを加えることによって、公称長さＮＬから計算され、この例では８０ｍｍと想定されている。幅ｂは６０ｍｍであると想定され、これに応じて安全距離もそうである。加えて、これより算出される下側切替点ｘｕおよび上側切替点ｘｏが記録される。比較のために、クロック周波数ｆの間で切替が行われない、この公称長さＮＬに対する可能な最大の従来のクロック周波数ｆｈが指定される列が、さらに示されている。
【表２】
2019020407.tif 000036
【００６９】
この表２は、対応するクロック周波数ｆ１およびｆ２への２つの切替点ｘｕおよびｘｏの割り当てを読み出すために使用され得る。一般に、切替ヒステリシスは、切替点ｘｕおよびｘｏの割り当て中に提供され得る。これは、位置エンコーダ４がより大きな位置ｘの方向に変位したときは下側切替点ｘｕがわずかに大きい位置ｘを伴って選択され、位置エンコーダ４がより大きな位置ｘからより小さい位置ｘの方向に変位したときは下側切替点ｘｕがわずかに小さい位置を伴って選択されることを、意味する。これは、上側切替点ｘｏにも同様に当てはまる。したがって、位置エンコーダ４が正確に切替点ｘｕ、ｘｏに位置するとき、位置エンコーダが動かないにもかかわらず、クロック周波数ｆ間の絶え間ない切替の防止が実現される。位置エンコーダ４が動かないにもかかわらずクロック周波数ｆを切り替えると、高次の反射が常に変位するようになり、これは位置ｘの測定値のノイズが増加した測定中に顕著である。
【００７０】
２つのクロック周波数ｆ１、ｆ２の間の本発明による切替によって、より低い第１クロック周波数ｆ１は、少なくともここに示される公称長さＮＬで、最大可能な従来のクロック周波数ｆｈに比べて既に２倍に近づいていることが、明らかである。この効果は、第１クロック周波数ｆ１がさらに高い周波数範囲で選択されるときに、さらに強化され得る。しかしながらここでは、より高い周波数で考慮しなければならない、さらなる逆向反射Ｒ１ｎおよび場合により初期干渉Ｉｎが予想される。結果として、単に２つのクロック周波数ｆ１、ｆ２の間を単に切り替えることにより、測定範囲１１全体にわたって干渉する逆向反射Ｒ１ｎおよび場合により初期干渉Ｉｎをマスクすることは、通常不可能である。したがって、その間で切替が行われる、より高い周波数範囲内のさらなるクロック周波数ｆが提供される。
【００７１】
図６ａおよび図６ｂにおいて、測定範囲１１の公称長さＮＬを５００ｍｍとして、少なくとも第１クロック周波数ｆ１が周波数範囲
【数３３】
2019020407.tif 000037
内にあり、少なくとも第２クロック周波数ｆ２が周波数範囲
【数３４】
2019020407.tif 000038
2019020407.tif 000039
内にある、本発明の第２および第３の実施形態が、図４ｄの部分領域を使用して描写されているが、ここではｎ＝１の共進反射Ｒ２１は図示の理由のため示されていない。ここで、最初に使用される第１クロック周波数ｆ１は９０００Ｈｚである。第２の実施形態では、図６ａに示される測定６１が実行されるが、ここでは合計で５つの異なるクロック周波数ｆが使用され、その間に５回の切替が行われる。使用される測定範囲１１の位置ｘおよび割り当てられたクロック周波数ｆは、以下の表から読み取ることができる。ここでは、たとえば９０００Ｈｚまたは９８００Ｈｚなど、最初に使用された第１クロック周波数ｆ１よりも低いクロック周波数ｆを使用することができることは明らかである。
【表３】
2019020407.tif 000040
【００７２】
使用されるクロック周波数ｆに対する測定範囲１１の位置ｘの表１および表３に示される割り当ては、顧客固有の要件に基づいて生成することもできる。ここで、特定の測定部分において、高ダイナミックレンジを有する特別な測定部分を提供するために、可能な限り高いクロック周波数ｆが使用される。
【００７３】
図６ｂにおいて、第３の実施形態では、最初に同じ第１クロック周波数ｆ１が使用される、第２実施形態の測定６１に対する代替測定６２が示されている。この代替測定では、第１クロック周波数ｆ１は、使用される全てのさらなるクロック周波数ｆよりも小さい。ここで、さらなるクロック周波数ｆは、全ての周波数範囲
【数３５】
2019020407.tif 000041
内にあり、可能な限り上限
【数３６】
2019020407.tif 000042
に近づくように選択される。したがって、この測定６２では、使用されるクロック周波数ｆが常に第１クロック周波数ｆ１以上であり、したがって測定範囲全体にわたって第２の実施形態の測定値６１に対して見ると、さらに高い。しかしながら、クロック周波数ｆの間の切替は、この例示的な実施形態では７回行われる。なお、より高い周波数範囲では、反射Ｒ１ｎ、Ｒ２ｎ、ならびに初期干渉Ｉｎの間の自由領域によって図示されている、スイッチングが行われる適切なクロック周波数ｆの探索は、著しい計算量を要することに留意すべきである。
【００７４】
具体的には、クロック周波数ｆ間の複数の切替が実行される上述の場合、図６ａおよび図６ｂまたは表３に示されているような、クロック周波数ｆへの位置ｘの割り当ては、較正の間に決定されるようになっていてもよい。計量的決定は、いくつかの位置ｘでの周波数掃引によって実行されるようになっていてもよい。
【００７５】
本発明による方法を用いて上述したような場合には、従来のクロック周波数ｆｈと比較して、測定範囲１１全体にわたる有効クロック周波数ｆの、およそ３から４倍の増加が可能である。
【００７６】
図７は、公称長さＮＬが１０００ｍｍである測定範囲１１を参照している。逆向反射Ｒ１ｎおよび共進反射Ｒ２ｎの両方の幅ｂは、導波路の長さＬと、したがって公称長さＮＬとも、無関係である。したがって、最大クロック周波数ｆは結果的に、長さＬとは独立して選択することができる。しかしながら、式１または式２によれば、逆向反射Ｒ１ｎおよび禁止周波数ｆｖｎの重複位置ｘｎは、共進反射Ｒ２のため、測定区間の長さＬに依存する。その結果、測定範囲１１の公称長さＮＬがより長いかまたは導波路２の長さＬがより長ければ、干渉反射Ｒ１ｎ、Ｒ２ｎの大きい方が考慮されなければならない。本発明の第４の実施形態は、測定値６３として図７に示されている。なお、多数の干渉反射Ｒ１ｎ、Ｒ２ｎ、とりわけ逆向反射Ｒ１ｎのために、複数の、この例では８つの切替がクロック周波数ｆの間で実行されることに、留意されたい。
【００７７】
それにもかかわらず、本発明による方法は、たとえば、長さＬが７８００ｍｍのとき、測定範囲１１全体にわたる有効クロック周波数ｆは、従来のクロック周波数ｆｈと比較して２０倍増加することができるので、導波路２の長さＬが長いときも有効である。
【００７８】
図８は、上部では、位置ｘの測定値が出力される、磁歪位置測定装置１を駆動するためのバスクロックｆＢを、中央部では、初期パルスＩＰの磁歪位置測定装置１の内部クロックを、下部では、それぞれ第１クロック周波数ｆ１および第２クロック周波数ｆ２で実行された測定ランＭを、線図で示す。測定ランＭの間に２つのクロック周波数ｆ１およびｆ２で決定された測定値は、バス同期式に加算され、保存され、出力される。この例では、バスのクロック速度ｆＢは、４０００Ｈｚの第１クロック周波数ｆ１に対応し、変更されない。初期パルスＩＰは、最初に第１クロック周波数ｆ１で開始され、バスのクロック速度ｆＢと同期して動作する。毎回、初期パルスが開始されると、バスのクロックも行われ、以前に実行された測定ランＭから決定された測定値がバスによって同時に出力８０される。
【００７９】
次いで、クロック周波数ｆ１は、６０００Ｈｚのクロック周波数ｆ２に切り替えられる。その結果、測定ランＭが終了し、次のバスのクロックが行われる前に次の初期パルスＩＰが既に開始されており、測定値がバスによって出力８１される。この例示的な実施形態では、測定値の出力８１は、前の測定ランＭの終わりに２５０μｓだけ遅延されて初めて行われる。続いて、次のバスのクロックが行われる前に、２回の測定ランＭが完全に終了する。バスの次のクロックにおいて、（２回の）測定ランＭの測定値が平均化８２され、平均測定値が出力８３されることが、提供される。
【符号の説明】
【００８０】
１  磁歪位置測定装置
２  導波路
３  検出ユニット
４  磁気式位置エンコーダ
５  減衰域
１１  測定範囲
２３、２５  端部
３１  コイル
３２  評価回路
４１、４２  永久磁石
５０  入力接点
５１  出力接点
６０、６１、６２、７０  測定
８０、８１、８３  出力
８２  平均化
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2019020407000001.pdf