(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの移動方向に延び、シリンダに固定的に結合されたアンテナロッドであって、結合部と該アンテナロッドの遠位端部の間にマイクロ波パルスを伝えるように構成されたアンテナロッド、
前記アンテナロッドの遠位端部に結合され、かつ前記ピストンにスライド可能に結合され、前記マイクロ波パルスを反射する反射部材、
前記ピストンに結合され、前記マイクロ波パルスを部分的に反射する反射部材を有するスライド部材、
前記アンテナロッドの近位端部に結合され、前記マイクロ波パルスを部分的に反射して基準反射信号を生成する反射部材を有し、前記結合部に配置された固定基準部材、
前記アンテナロッドに接続され、マイクロ波パルスを生成および受信するように構成されたマイクロ波トランシーバ回路、および
ピストン位置を計算するように構成された計算回路からなり、
前記基準反射信号の振幅が、前記ピストンが前記固定基準部材に近づく時のピストン位置に関連し、前記計算回路が、前記ピストンが前記固定基準部材に近づく時の前記基準反射信号の振幅に基づいてピストン位置を計算する、シリンダ内の油圧ピストンの相対的な位置を測定するための装置。
【請求項２】
前記アンテナロッドが外部導体で囲まれた基準導体を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ピストン位置の関数として油圧アクチュエータに制御信号を提供するように構成されたコントローラを含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
プログラム可能な離散入／出力ラインを含む請求項１に記載の装置。
【請求項５】
反射マイクロ波パルスと変換器回路内で遅延されたパルスとの関数である信号を処理するように構成されたデジタル計算装置を含む請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ピストン位置と前記基準反射信号の振幅との関係が本質的に単調である請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記計算回路がルックアップテーブルを使用してピストン位置を計算する請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記計算回路が多項方程式を使用してピストン位置を計算する請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記計算回路が、スライド部材によって反射されたマイクロ波パルスの時間遅延に基づいてピストン位置を計算する請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ピストンに関する。より詳細には、本発明は、ピストンと油圧シリンダとの間の相対的な位置を感知するために使用される位置センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧シリンダは、重機などの広く様々な用途において、大きな負荷を移動させるために使用される。従来は、油圧シリンダの制御は、油圧シリンダの伸張量および位置を視覚的に観察し、それに従って制御機構を操作するオペレータによって行われてきた。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この技術は不正確で、油圧機器や操作されている工作物（work piece）を損傷することがある。さらに、この技術は、オペレータがシリンダを見ることができない状況では使用することができない。これらの欠点に取り組むために、油圧シリンダ内のピストンの位置を測定するのに変位センサが使用されてきた。   
【０００４】
油圧シリンダ内のピストンの相対的な位置を測定するために、様々なタイプの変位センサが使用されている。しかしながら、苛酷な環境における絶対的な変位を遠隔操作で測定するための信頼性の高い装置は、今のところ複雑で高価である。現在使用されている技術例としては、密封された金属チューブ内に収められた一対の細線を伝播し、ロッドの機械的性質の磁気ひづみ的に誘起された変化点から反射される機械的信号の伝播時間を用いる磁気ひづみ装置がある。
【０００５】
別の技術は、回転を感知する装置である、絶対回転エンコーダ（absolute rotary encoder）を使用する。回転変換への転換は、典型的には、ギヤ、あるいはバネ荷重ドラムからほどかれるケーブルかテープによってなされる。絶対回転エンコーダは、範囲および／または解析能力が限定される傾向がある。
【０００６】
高レベルの振動を含む苛酷な環境は、厳密に一直線にする必要があること、脆性のために破壊され易いこと、および霧と埃に対する耐性が小さいことのために、エッチングされた絶対ガラス目盛で計測することを困難にする傾向がある。この技術は、さらに周波数の再初期化を必要とする。
【０００７】
時間をかけてシリンダ内に流れ込む容積流量を積分することによって、シリンダの変位を計算するような推測変位測定には、いろいろな難しさがある。第１に、これらの装置は増分方式であり、頻繁に手動の再初期化をしなければならない。第２に、これらの装置は、温度および密度などの環境の影響に敏感である傾向があり、正確な変位測定を提供するために、それらの変数の測定を必要とする。最後に、変位を決定するために流量測定値を積分することは、測定の正確さを低減する傾向がある。この技術は、さらに、流量測定の動的な感知範囲によって制限される。この範囲の上下の流量は、誤差が非常に大きい。 
【０００８】
ピストン位置を測定するために用いられる１つの技術は、電磁気爆発（electromagnetic burst）を使用している。しかしながら、この技術は、周囲に放射線を放射しやすいか、または較正が難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
シリンダ内の油圧ピストンの相対的な位置を測定するための装置は、ピストンまたはシリンダのどちらかに固定的に結合されたピストンの移動の方向に沿って延びるロッドを含む。このロッドは、（ウルトラワイドバンドＲＦまたはレーダを含む）マイクロ波パルスを伝えるように構成されている。スライド部材は、前記ロッドにスライド可能に結合され、かつ前記ピストンまたはシリンダの一方に固定的に結合される。スライド部材は、マイクロ波パルスの一部を反射するように構成される。ロッドの端部も反射を提供する。ピストン位置は、スライド部材およびロッド端部からの反射マイクロ波パルスの関数として計算される。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、油圧シリンダアセンブリのシリンダに関するピストンの位置を測定するための技術を提供する。本発明では、シリンダ内のピストンの相対的な位置を測定するために、マイクロ波信号が用いられる。このような技術がピストン位置を測定するために使用される場合、正確な測定値の取得に関連するノイズおよび他の問題のために、正確に位置測定を行うのは難しいことが多い。
【００１１】
図１は、本発明の１つの実施例による油圧ピストン／シリンダアセンブリ１０の斜視断面図である。アセンブリ１０は、その中でピストンヘッド１４がスライド可能に動くシリンダ１２を含む。ピストン１４は、ピストンロッド１６に結合されている。ピストンヘッド１４は、開口部（orifice）１９を通ってシリンダ１２内に流入、またはシリンダ１２内から流出される油圧流体１８に応じてシリンダ１２内を移動する。油圧流体がそこを通って漏出するのを防ぐために、ピストンヘッド１４のまわりには封止が施されている。
【００１２】
アンテナロッド２２は、シリンダ１２と同方向に延び、位置測定回路２４に接続される。ボア（穴）２６は、ピストンロッド１６およびピストンヘッド１４を通って延び、アンテナロッド２２を収容する。ロッドガイド３４および４０は、それぞれピストンロッド１６およびピストンヘッド１４に連結され、アンテナロッド２２に沿ってスライドする。ガイド３４、４０は、以下に詳述されるように、アンテナロッド２２に沿って伝達されるマイクロ波パルスを反射する。通路５０は、流体１８がガイド３４、４０を通り抜けることを可能にする。本実施例では、ガイド３４は、アンテナロッド２２に固定的に結合され、ピストンロッド２７のボア（bore）２６内をスライドし、ガイド４０は、ピストンヘッド１４に固定的に結合され、アンテナロッド２２に沿ってスライドする。位置測定回路２４は、フィードスルー結合部３８を通ってアンテナロッド２２に結合される。フィードスルー結合部は、シリンダ１２のベース５２から延びるカップ３８を含むのが望ましく、ロッド２２を位置測定回路２４に接続する。
【００１３】
動作においては、油圧流体１８がシリンダ１２内に流入され、シリンダ１２から流出されるのにしたがって、ピストン１４がシリンダ１２内をスライドする。ピストン１４は、さらに、ピストン１４のボア２６内に収容されるアンテナロッド２２に沿ってスライドする。ピストン１４がシリンダ１２内を移動するにしたがって、固定ガイドまたはブッシング４０がアンテナロッド２２に沿って動く。アンテナロッド２２は、シリンダ１２に固定されて示されているが、それはピストン１４に固定され、シリンダ１２に関して動くこともできる。
【００１４】
位置測定回路２４は、アンテナロッド２２に接続されるマイクロ波信号からの反射に基づいて位置出力を提供する。マイクロ波信号は、アンテナロッド２２上の３つの位置（固定基準パルスを反射するベース３８、接触ガイドまたはブッシング４０、およびロッド端部のガイドまたはブッシング３４）で反射される。位置測定回路は、シリンダ１２内のピストン１４の相対的な位置を測定するために、固定基準位置から出てピストン表面で反射された信号、および固定基準位置から出てアンテナロッドの端部で反射された信号間の時間遅延の比に応答する。
することもできる。
【００１５】
好ましい実施例では、本発明は、タイムドメイン反射測定レーダ（Micro Time Domain Reflectometry Radar：ＴＤＲ）を利用する。ＴＤＲ技術は、伝播時間の測定技術である。はっきりと定義されたインパルスあるいはパルスマイクロ波レーダ信号が、適当な媒体に接続される。レーダ信号は、デュアルパラレル（または同軸）コンダクタの形状に作られた伝送路に接続される。このデュアルパラレルコンダクタ形態は、放射電磁気妨害（ＥＭＩ）を制限するので望ましい。レーダ信号の生成、伝送路へのレーダ信号の接続、および反射信号の感知の役割を果たす装置は、本明細書では変換器と呼ばれる。
【００１６】
基本的なＴＤＲ測定は、図１のアンテナロッド２２のような長細い伝送路に沿ってレーダパルスを送り、信号が１つの反射点まで行って戻るまでに要した時間を極めて正確に測定することによって達成される。この反射点は、アンテナロッド２２の遠位端部であり、ガイド３４のような機械的な物体を終端にしてもよい。機械的な物体（スライド部材４０）が、伝送路の長さに沿って移動するように構成される場合、その位置は、その反射パルスの伝播時間から測定される。具体的には、ガイド３４の位置であるアンテナロッド２２によって形成される伝送路の端部へ送られるレーダパルスが生成され、反射されたパルスの時間が計測される。その後、これは、スライド機構物体４０によって反射されたパルス伝播時間と比較される。この技術の１つの利点は、測定が伝送路周辺の媒体の影響を受けないということである。
【００１７】
この測定技術の１つの利点は、所望ならば、位置測定値を時間で微分して、ピストンの速度および加速度を取得できるように、測定の頻度を十分迅速にできるということである。さらに、伝送路の配置を適切に定めることによって、油圧アクチュエータの角変位を測定することもできる。
【００１８】
カップ３８は、マイクロ波信号の一部を反射することによって「固定基準（fiducial）」パルスを生成するように構成される。固定基準パルスは、信号処理を始めるために位置測定回路２４によって使用され、シリンダ１２のベース５２の位置を示す基準パルスを提供する。位置測定回路２４は、この固定基準パルスを受信する前に信号を処理する必要はない。
【００１９】
位置を測定するために反射マイクロ波パルスを使用する場合の１つの問題は、ピストンヘッド１４が完全に押し込められた位置にある時には不正確であるということである。このことは、ピストン表面がシリンダベース５２に近づくにつれて、ピストンヘッドのインピーダンス不整合がだんだん無くなっていくことによる。ピストン表面がベース５２に接近するにつれて、ピストン表面が接地に近づくので、大きなインピーダンス（例えば１３０オーム）が減少し始める。完全に押し込められた位置では、シリンダバレルインピーダンスは、ピストンから大きな影響を受けて、比較的に低くなる（例えば２０オーム未満）。この状態では、固定基準反射およびピストン表面反射はどちらも比較的に小さく、単一の反射パルスの中に融合される。このことは、完全に閉じた位置付近の測定を、困難で不正確にする。このパルス融合は、ピストン表面がアンテナロッド２２の遠位端部に近い時にも生じる。これは、ロッドを延長することによって対処することができる。
【００２０】
ピストン１４が完全に延びた位置にある時、ロッド２２の端部からの干渉は、ピストン表面からの反射パルスと干渉を引き起こすことがある。その反射は、広がった２倍のパルスとして現われる。１つの態様では、信号処理は真のピストン位置を識別するために使用される。例えば、放物線に反射パルスを合わせるという曲線のあてはめがなされる。そこで、実際のピストン位置が、合わせられた放物線に一致させられる。
【００２１】
１つの態様では、ピストン１４がベース５２近くに完全に押し込まれた位置に近づく時、本発明は他の位置測定技術を使用する。図２は、ミリメートル単位のピストン変位対ボルト単位の固定基準振幅を示すグラフである。図２に示されるように、図１のカップ３８の近くで生成された固定基準パルスの振幅は、ピストン変位と関係がある。ピストン表面の基平面が固定基準インピーダンス不整合と相互作用するので、固定基準振幅におけるこの変化が生じる。固定基準パルスの振幅は、本質的には単調に減少し、完全に押し込められた位置で最小値となる。固定基準パルス振幅は、マイクロ波パルスの波長のおよそ２分の１で減少し始める。ピストン位置測定回路２４は、ピストンが完全に押し込まれた位置に近づく時に、ピストン位置を測定するために固定基準振幅の測定値を用いる。いくつかの実施例では、測定回路２４は、ピストン位置を測定するために、固定基準振幅および伝播時間データの両方を用いる。この測定は、完全に押し込まれた位置の近くでピストン位置を制御する用法において意義がある。ピストンがそのストロークの端部に近づき、物理的な停止位置に接近するにつれて、ピストン変位の速度を落とすことがしばしば望まれる。これにより、物理的な停止位置に存在する摩耗を低減することができる。ピストン位置は、参照表（look-up table）、多項方程式あるいは他の技術を使用して、固定基準振幅の関数として測定されることができる。
【００２２】
図３は、本発明の別の態様を示し、マイクロ波トランシーバ回路１３０のブロック図に接続された、アンテナロッド２２の断面図を含む。本発明のこの態様は、位置測定を得るための３つの要素伝送路システムの使用を含む。図３に示されるように、この実施例では、アンテナロッド２２は、空洞の円筒状の外部感知導体１０２の内部に沿って延びる中心基準導体１００を含む。中心導体１００は、堅い絶縁体１０４によって１つの端部で導体１０２内に保持される。その長さに沿って、任意の数の支持体１０６が導体１００を支持する。支持体１０６は、空洞の感知導体１０２が油圧流体１８で満たされるのを可能にするために、そこを通って延びる開口部を有する。アンテナロッド２２の遠位端部で、伝導性、または非伝導性（絶縁支持体）の支持体１０８が、導体１００を導体１０２に固定する。
【００２３】
本発明のこの態様で、基準導体１００は基準パルスを生成するために使用されることができる。外部感知導体１０２は、ピストン位置を示すパルスを生成するためにピストン１４と相互作用する。この構成は、いくつかの利点を提供する。導体構成は、他の電気機器に対する干渉を低減する外部放射を低減し、様々な規制に必要な様々な規制要件を満たすのに役立たせることができる。いくつかの実施例では、第３の伝送路は、シリンダのハウジングから構成することができる。これは、例えば泥やほこりの被膜によるシリンダ外面の誘電性の擬似変化から感知ロッド要素を保護するために、該感知ロッド要素に関して、電気的接地を提供する。基準導体１００は、アンテナロッド２２の見かけ上の位置を感知するために、独立した反射経路を提供する。基準導体１００は、ロッドの端部からの反射をゆがめるピストン表面からの第１および第２の擬似反射を除去する。この実施例では、ピストン表面の位置は、感知導体１０２に沿って送られたマイクロ波パルスを用いて測定される。アンテナロッド２２の端部の位置を測定するために使用される基準パルスは、基準導体１００に沿って送られる。
【００２４】
図３では、マイクロ波トランシーバ回路１３０は、中心基準導体１００または感知導体１０２に沿ったパルスを、交互に送受信するように構成される。回路１３０は、ＲＦ送／受信回路１３２と、クロックおよびタイミング回路１３４とを含む。ロッドアナログゲート１３６の端部は、ＲＦ送／受信回路１３２および中心基準導体１００に接続される。ピストン表面アナログゲート１３８は、ＲＦ送／受信回路１３２および感知導体１０２に接続される。動作においては、クロックおよびタイミング回路１３４は、ゲート１３６およびインバータ１４０を介して信号選択出力をゲート１３８に提供する。ゲート１３６および１３８は、ＲＦ送／受信回路を中心基準導体１００あるいは外部感知導体１０２のいずれかに選択的に接続するために、交互にエネルギ供給される。ゲート１３６および１３８は、基準導体１００または感知導体１０２を、交互に、ＲＦグランド１４２またはＲＦ送／受信回路１３２に接続する。この構成を用いて、単一のＲＦ送／受信回路１３２は、所望に応じて基準導体１００あるいは感知導体１０２のいずれかから測定値を得るために用いられることができる。図示された構成は、第３の導体としてシリンダ１２を使用するが、別の実施例では、個別の第３の導体が、接地を提供するために感知導体１０２を囲むようにすることができる。さらに、異なる導体の形状および構成を所望のように使用することができる。
【００２５】
本発明のピストン位置測定技術を用いると、制御システム１５０は、図４の例に示されるように実行されることができる。制御システム１５０は、その計算に積分または導関数を使用するような任意の制御技術を実行する。制御関数の例は、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、または導関数（Ｄ）、およびそれらの組み合わせを含む。図４では、制御システム１５０は油圧シリンダ１２に結合される。シリンダ１２内のピストンヘッド１４（図４に図示されず）の位置は、シリンダ１２内の油圧流体を流入または流出するために油圧制御バルブ１５２を制御することによって制御される。油圧シリンダ１２内のピストンの位置は、本発明によるアンテナロッド２２および油圧ピストン位置測定回路２４を使用して測定される。所望の位置コマンド１５４が、加算ノード１５６で受信される。ノード１５６で、測定回路２４によって測定された実際の位置が、所望の位置コマンド１５４から減算され、出力が制御回路１６０に提供される。制御回路１６０は、アナログ、デジタルあるいはハイブリッドの技術で実行され、任意の所望の制御関数を提供する。１つの実施例では、制御関数は、加算ノード１５６によって提供された差の値１５８の積分あるいは導関数のいずれかの関数である。制御回路１６０からの制御出力１６２は、差の信号１５８および少なくとも１つの制御出力１６２の前の値の関数である。制御信号１６２は、油圧制御バルブ１５２を駆動する制御バルブ駆動電子機器１６４に提供され、それによって油圧シリンダ１２内のピストンヘッド１４の位置を所望のように決定する。
【００２６】
いくつかの実施例では、油圧シリンダに加えられる負荷は、操作中に非常に大きく変化する。負荷のそのような変動は、制御回路１６０を用いて提供されるピストンの位置決めを不正確にする。大きな質量あるいは圧力が加えられると、ピストンが所望の設定点を越えて移動するので、大きな負荷は、位置のオーバーシュートを引き起こす。そのような負荷を補償するために用いられる１つの技術は、油圧シリンダ１２に加えられた油圧流体の圧力を感知するように構成された圧力センサ１７０を使用することである。感知された圧力出力１７２が、変換回路１７６に提供される。変換回路１７６は、感知された圧力１７２を油圧シリンダ１２に加えられた負荷を示す値に変換する。制御回路１６０は、制御信号１６２が油圧シリンダ１２に加えられた負荷の関数であり、変換された圧力信号に感知されるように構成される。さらに、制御信号はピストン速度の関数であり得る。さらに、制御関数は、「緩衝（cushioning）」を提供するように構成される。「緩衝」とは、ピストンが完全に延びるか、完全に押し込まれる位置に近づくにつれて、減速することを言う。緩衝は、その物理的な停止位置にピストンが当たることによって起こる損害を低減する。
【００２７】
制御関数内の様々な定数は、所望のように、または様々な負荷状態や緩衝要素に基づいて、調整または調節される。油圧シリンダ上の負荷を評価することによって、過負荷状態などの安全情報がオペレータに伝えられる。制御回路は、現位置にピストンの位置を保つか、あるいは警報状態の発生に基づいてピストンを安全な位置に移動させるように構成される。回路は、制御バルブ１５２あるいは油圧シリンダ１２と共に一体的に構成されるか、または分離して配置されることができる。
【００２８】
図５は、油圧ピストン位置測定回路２４と共に使用する入／出力回路を示すブロック図である。図５に示されるように、本発明のこの態様によれば、システム２００は、ピストン位置測定電子機器２４に接続された離散入／出力論理回路（discrete input/output logic））２０２を含む。離散入／出力論理回路２０２は、任意数の入／出力接続（ライン）を有する入／出力ステージ２０４に接続される。これらの接続は、指定されたイベントや、出力または受信データに応じて、接点終結を提供する。データバス接続２０６も、ＰＣまたは携帯型通信機などのコンピュータシステム２０８に接続するために用いられる入／出力論理回路２０２に接続される。
【００２９】
離散入／出力ラインは、リミットスイッチをシミュレートする出力を提供することによって、既存のシステムに対する後方互換性のために用いられる。その出力は、電圧レベルあるいは電流レベルを変化させたり、ピストン位置またはピストン速度がしきい値に到達したことに応答してスイッチを終結する。シリンダが予め定められた温度に達するか、自己診断を誤った場合、同様の出力が提供される。
【００３０】
様々な入／出力ラインの関数を所望のようにプログラムすることができる。例えば、１つの入／出力ラインは、ピストンが特定の位置に達する時に出力を提供するように構成され、またピストン速度に関連する出力を提供するように再構成されることができる。別の例では、リミットスイッチ構成用のしきい値設定点を調節することができる。例えば、ある入力ラインは、リミットスイッチが状態を変化させなければならない位置に相当する電圧に設定される。入力ラインに印加される電圧が変化すると、リミットスイッチトリガしきい値レベルは、新しい電圧によって表わされる新しい位置か速度に変わる。出力関数のプログラミングおよび構成は、離散入／出力接続またはデータバス２０６を介して、入力関数を使用して制御され、ＰＣか携帯型通信機を用いてプログラムされる。データバス２０６は、有線にされるか、または所望の無線通信技術を使用することができる。
【００３１】
離散入／出力ラインは、警報機能を提供するためにも使用される。入／出力ラインを介して通報されるいくつかの警報状態の例は、油圧流体の過温度、電子回路の過温度、電子回路の副操作温度、電子回路自己テスト故障、範囲外測定、アンテナ開回路、アンテナ短絡回路、最高速度超過あるいは電子緩衝故障を含む。図４に示されるようにコントローラと共に使用される場合、特定の制御関数および定数が入力ラインを用いて調節される。離散入／出力ラインの関数は、所望のようにプログラムされることができるので、ピストン位置測定電子機器２４に接続されるのに必要な全体の配線が低減される。さらに、リミットスイッチ機能を提供するためのピストン位置測定電子機器２４を使用することは、使用につれて動かなくなるか壊れる、またはほこりで覆われれることになるような従来のリミットスイッチを上回る向上された耐久性を提供する。
【００３２】
離散入／出力論理回路２０２は、所望の機能性を得るために、入／出力ステージ２０４を制御するために使用される。入／出力ステージ２０４は、アナログまたはデジタル回路、あるいはハイブリッドの組み合わせを用いて実行される。入／出力論理回路２０４は、マイクロプロセッサ中で、また、適用可能ならば、プログラム可能な論理コントローラ（ＰＬＣ）などのそれほど複雑でない論理技術を使用して実行される。データ通信は、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＣＡＮ、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、その他の規格を含む、任意の適切な技術を用いてなされる。入／出力ラインは、電力および／または位置信号を伝えるために使用される接続と同一の接続を共有することができる。
【００３３】
図６は、本発明の態様による、マイクロ波トランシーバ回路１３０の１つの実施例を示すブロック図である。回路１３０は、アンテナロッド２２に接続する方向性サンプラー２３０を含む。インパルス発生器２３２および２３４は、方向性サンプラーに接続され、クロック２３６からの信号によって始動される。クロック信号は、固定遅延器２３８によって遅延されてインパルス発生器２３２に印加され、電圧制御遅延器２４０によって遅延されてインパルス発生器２３４に印加される。電圧制御遅延器２４０は、固定遅延器２３８からの電圧フィードバック２４２の関数である遅延を提供する。電圧制御遅延２４０からの出力は、低域通過フィルタ２４４に印加される。電圧制御遅延器２４０は、さらにランプ波発生器（ramp generator）２４６からのランプ波と電圧オフセット２４８からの電圧との関数である。
【００３４】
方向性サンプラー２３０からの差動出力は、ディファレンシャル−シングルエンデッド（differential-to-single ended）受信増幅器２５０に供給される。このディファレンシャル−シングルエンデッド受信増幅器２５０は、ピストン位置に関連する情報を含むサンプル出力信号を提供する。サンプル出力信号は、調整可能なサンプルレートを有するアナログ−デジタル変換器２５２によって変換される。高速デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）またはマイクロプロセッサなどのデジタル計算装置２５４は、アナログ−デジタル変換器２５２からデジタル化されたサンプル出力を受信し、ピストン位置を測定するために使用される。計算装置２５４は、ランプ波発生器２４６をリセットするランプ波リセット出力を提供する。位置出力信号は、例えばピストン位置のアナログ表示を提供するデジタル−アナログ変換器に提供される。
【００３５】
ランプ波基準信号は、デジタル−アナログ変換器２５６によってランプ波発生器２４６に提供される。オフセット電圧信号は、デジタル−アナログ変換器２５８によって電圧オフセット２４８に提供される。
【００３６】
動作例においては、マイクロ波トランシーバ１３０は、２ギガヘルツでパルスマイクロ波信号を生成するために単一のクロックを使用する。ランプ波発生器は、受信インパルス発生器に電圧遅延を提供するために使用される。受信されたインパルスが、受信インパルス発生器２３４からの遅延インパルスと一致する時、方向性サンプラー２３０は単一のパルス出力を提供する。これにより、等価時間アナログ波形が生成される。本発明では、デジタル信号処理の使用によって、リターンパルスが擬似信号に融合される波形で、回路が作動することを可能にする。例えば、ピストンからの反射パルスが固定基準からの反射パルスに近い時に、このことが発生する。負のパルスと融合される正のパルスは、２つのパルスが相殺される傾向にあるので、小さなパルスとして出現する。２つの正のパルスまたは２つの負のパルスが融合して、「消える（smear）」と、正確なパルス位置を測定するのは難しくなる。パルス位置は、しきい値、スロープ検波、曲線あてはめアルゴリズム、フーリエ分析、その他を含むデジタル信号処理技術を使用して測定される。
【００３７】
計算装置２５４では、アナログ−デジタル変換器２５２のサンプルレートは、走査範囲がシリンダの長さに近づくように構成されている。さらに、注目波形の特定部分におけるサンプル数は、正確さを向上させるために増加させることができる。計算装置２５４は潜在的な誤差を低減するのに役立つので、ピストン１４が急速に移動している時にも、計算装置２５４は好適である。計算装置２５４は、２００ＭＨｚまたはそれ以上のクロック率で作動する。このことにより、低減された潜在的な誤差で、再更新される。更新率は、デジタル−アナログ変換器２５６および２５８を使用して、ランプ波発生器の動作を制御することによって増大される。オフセット電圧は、マイクロ波トランシーバ回路１３０がアンテナ２２から分離され、油圧シリンダが作動するのに不都合な環境から離れた、遠隔位置に配置されうるように、デジタル−アナログ変換器２５８を用いて調節される。オフセット電圧を調節することによって、電子機器は、電路による追加距離を無視するように調節される。オフセットは、特定の設備のために所望に調節される。ランプ波信号の高さは、ランプ波基準デジタル−アナログ変換器２５６を用いて制御される。このことは、特別な走査範囲用にランプ波の高さを最適化することにより、更新率が増大されることを可能にする。デジタル−アナログ変換器２６０は、一定の送信電力を供給するために用いられる。例えば、構成要素の経年数または温度の影響によって、送信パルスの振幅は変動する。送信電力の小さな変化は、電子処理における誤差を増加させる。デジタル−アナログ変換器２６０は、一定の送信電力を維持するために送信トランジスタを制御するオペアンプに給電する。デジタル−アナログ変換器２５６、２５８、および２６０は、計算装置２５４あるいは他の論理によって制御される。これらの値の調節および設定は、製造中、インストール中、あるいはシステムの使用中に行うことができる。値は、内部ソフトウェアを用いて設定されるか、ユーザーまたは他のインタフェースによってプログラムされる。
【００３８】
本発明は好ましい実施例に関して説明されたが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱しないで、形状および細部において変形できることを認識できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】位置測定回路を含む油圧アセンブリの半断面図である。
【図２】固定基準振幅対変位のグラフである。
【図３】３つの導体構成および本発明のアンテナロッドと共に用いられる関連電子部品を示す単純化されたブロック図である。
【図４】位置フィードバックを使用する制御回路を示す単純化されたブロック図である。
【図５】ピストン位置測定回路と共に用いられる入／出回路の単純化されたブロック図である。
【図６】マイクロ波トランシーバを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０……油圧ピストン／シリンダアセンブリ、  １２……シリンダ、  １４……ピストン、  １６，２７……ピストンロッド、  １８……油圧流体、  １９……開口部、  ２２……アンテナロッド、  ２４……位置測定回路、  ２６……ボア、  ２７……、３４，４０……ロッドガイド、  ３８……フィードスルー結合部、  ５０……通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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