DE2158320B2

DE2158320B2 - Vorrichtung zur berührungsfreien relativen Abstandsmessung

Info

Publication number: DE2158320B2
Application number: DE2158320A
Authority: DE
Inventors: Ferdy Dr. Grenoble Mayer (Frankreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-24
Filing date: 1971-11-24
Publication date: 1980-04-10
Also published as: DE2158320A1; DE2158320C3; FR2161109A1; US3815020A; FR2161109B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungsfreien relativen Abstandsmessung, bei welcher zwischen einem Werkstück und wenigstens einem dazu im gesuchten Abstand angeordneten Meßfühler ein elektromagnetisches Feld besteht, das sich mit dem gesuchten Abstand ändert.

E' ist bekannt, zur berührungsfreien relativen Abstandsmessung und insbesondere zur Zentrierung eines Werkzeuges innerhalb einer Bohrung eine rotierende Sonde zu verwenden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darir¹., eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei möglichst einfachem und robustem Aufbau besonders zuverlässige und genaue Meßergebnisse liefert.

Weiterhin soll eine Meßvorrichtung geschaffen werden, welche sehv geringe Abmessungen besitzt.

Außerdem soll die Meßvorrichtung möglichst universell anwendbar sein, beispielsweise auch zur Messung von Kapazitäten, Induktivitäten und Widerständen geeignet sein, indem derartige Messungen auf die erfindungsgemäße Abstandsmessung zurückgeführt werden.

Schließlich sollen die Messungen weitgehend automatisiert werden könr^n.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß eine Signalquelle, welche das zum Feldaufbau dienende elektrische Signal liefert, über eine Umschalteinrichtung alternierend an den Meßfühler und an wenigstens einen dem Meßfühler jeweils zugeordneten Bezugsfühler anscha'lbar ist, daß an dem Bezugsfühler ein zu dem zwischen Meßfühler und Werkstück bestehenden Meßfeld analoges Bezugsfeld einstellbar

ist und daß eine Meßeinrichtung vorgesehen ist, welcher das abwechselnd vom Meßfeld und vom Bezugsfeld modifizierte Signal von der Signalquelle zugeführt wird und durch welche der Unterschied der beiden periodisch abwechselnden Signalkomponenten des modifizierten Signals ermittelt und als Kriterium für den gesuchten Abstand dargestellt wird.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung ist vorgesehen, daß anstatt einer mechanisch rotierenden Meßsonde eine Meßfühleranordnung verwendet wird, bei welcher die mechanische Rotation elektrisch nachgebildet ist. Es wird der Vorteil erreicht, daß die durch Massenträgheit, Reibung und ähnliche mechanische Effekte bedingten Schwierigkeiten überwunden werden. Weiterhin werden durch Lagerspiel bedingte Meßungenauigkeiten ebenfalls ausgeschaltet.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die fvießgenauigkeii durch Toleranzen von Bauelementen wie Dioden, Widerständen, Kondensatoren u. dgl. nicht nachteilig beeinflußt werden kann, da mit verhältnismäßig hoher Umschaltfrequenz Vergleichsmessungen mit einer Bezugssondc durchgeführt werden. Demgemäß können auch Drifterscheinungen in Oszillatoren, Verstärkern und ähnlichen Einrichtungen die Meßgenauigkeit nicht nachteilig beeinträchtigen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß ein kapazitiver Meßfühler vorgesehen ist. dem ein kapazitiver Bezugsfühler zugeordnet ist und daß zwischen der Signalquellc und der Umschalteinrichtung eine Induktivität vorhanden ist.

Weiterhin ist vorgesehen, daß der Meßfühler und der Bezugsfühler als ebene Platten ausgebildet sind oder gewölbte Platten sind.

Dies» Ausführungsform eignet sich in vorteilhafter Weise dazu, ein Werkzeug innerhalb einer Bohrung eines Werkstückes zu zentrieren. Zur Messung des Abstandes eines Meßfühlers von einer Werkstückfläche ist es vorteilhaft, daß der Bezugsfühler ein regelbarer Kondensator ist.

In dieser Ausführungsform läßt sich der Meßfühler auf der Meßstrecke gegenüber einem Werkstück anordnen, und an einem Drehkondensator läßt sicii ein zum Meßfeld vergleichbares Bezugsfeld in Abhängigkeit von den jeweils vorliegenden Abstandsverhältnissen einstellen.

Um für das zum Feldaufbau dienende S.gnal verschiedene Frequenzen zur Verfügung zu haben, kann die Signalq--slle ein Oszillator mit veränderbarer Frequenz sein.

Vorteilhafterweise wird ein Clapp-Oszillator verwendet. Im Hinblick auf eine möglichst hohe Meßgenauigkeit wird angestrebt, daß die Frequenz des zum Feldaufbau dienenden Signals wesentlich höher als die Umschaltfrequenz ist

Beispielsweise kann weiterhin vorgesehen sein, daß die Oszillatorfrequenz in der Größenordnung von 1 MHz liegt und die Umschaltfrequenz der Umschalteinrichtung etwa 1 Hz beträgt

Eine verhältnismäßig einfache Anordnung ergibt sich dadurch, daß die Umschalteinrichtung aus einem mechanischen Umschalter besteht

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeigt sich dadurch aus, daß das zum Feidaufbau dienende elektrische Signal über eine erste Schaltdiode an den Meßfühler und über eine zweite Schaltdiode an den Bezugsfühler geführt ist und daß die Schaltdioden durch

entsprechende Vorspannungen alternierend derart vom leitenden in den gesperrten Zustand umgeschaltet werden, daß die erste Schaltdiode jeweils durchlässig ist, wenn die /weite Schaltdiode gesperrt ist und umgekehrt.

Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß die Umschaltung von Meßfühler auf Bezugsfühler praktisch trägheitslos erfolgt.

Bei dieser Weiterbildung der Erfindung ist es wesentlich, daß Schaltdioden verwendet werden, die ίιη durchlässigen Zustand einen möglischst geringen Durchgangswiderstand besitzen und im gesperrten Zustand möglichst hochohmig sind. Diese Bedingungen werden am besten erfüllt durch solche Dioden, deren Impedanz im leitenden Zustand möglichst gering ist und deren Kapazität in Sperrichtung ebenfalls möglichst niedrig liegt. In vorteilhafter Weise werden spezielle Dnjucii verwendet, deren Widerstand ;rn durchlängen Zustand in der Größenordnung von 3 Ohm liegt und deren Kapazität in der Sperrichtung bei etwa - 30 Volt 0.1 Picofarad beträgt.

Weiterhin wird angestrebt, daß Dioden verwendet werden, welche besonders schnell vom durchlässigen in den gesperrten Zustand übergehen und umgekehrt. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Dioden durch Induktivitäten isoliert werden, und zwar gegenüber der Um ^halleinrichtung, indem die Induktivitäten derart gewählt werden, daß sie für die zum Feidaufbau dienenden relativ hohen Frequenzen eine besonders hohe Impedanz aufweisen, welche jedoch andererseits derart gewählt ist. daß die Umschaltung bei der entsprechend geringeren Frequenz nicht nachteilig beeinträchtigt wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Schaltung möglichst symmetrisch aufzubauen.

Es wird angestrebt, daß die beiden Zweige der Schaltung möglichst identisch sind, und zwar mit Ausnahme des Meß- bzw. des Bezugsfühlers. Dadurch wird der Vergleich zwischen diesen beiden Fühlern wesentlich erleichtert.

Der erreichbare Vorteil, daß nämlich die Umschaltung zwischen Meßfühler und Bezugsfühler kontaktfrei erfolgt, läßt sich auch mit anderen elektronischen Schaltelementen erreichen, beispielsweise mit Transistoren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Schaltdioden zueinander entgegengesetzt geschaltet sind.

Bei dieser Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, daß die Vorspannung für die Schaltdioden ν η einem Rechteckgenerator geliefert wird, an welchen beide Schaltdioden angeschlossen sind, wobei abwechselnd die positiv verlaufenden Rechteckimpulse die eine der Schaltdioden und die negativ verlaufenden Rechteckimpulse die andere der Schaltdioden in den leitenden Zustand versetzen.

Um eine ausreichende Isolierung zwischen Oszillator und Rechteckgenerator zu erreichen, ist weiterhin vorgesehen, daß die erste Schaltdiode über eine erste Drosselspule und die zweite Schaltdiode über eine zweite Drosselspule an den Rechteckgenerator angeschlossen sind und daß die Induktivität der Drosselspulen derart gewählt ist, daß sie zwar für die Schaltfrequenz der Umschalteinrichtung keinen hinderlichen Widerstand bilden, jedoch für die Frequenz des zum Feldaufbau dienenden elektrischen Signals einen Praktisch unüberwindbaren Widerstand darstellen.

Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht

vor, daß die Vorspannungen der Dioden derart regelbar sind, daß die Unsymmetrie ihrer Sperrkapazitäten durch eine einstellbar Vorspannungsunsymmetrie ausregelbar ist.

Im Hinblick auf eine möglichst genaue Auswertung ist weiterhin vorteilhafterweise vorgesehen, daß in der Meßeinrichtung die durch den Meßfühler und durch den Bezugsfühler modifizierten Signale von der Signalquelle verglichen werden, indem die Differenz der entsprechenden Signalperioden der Meßfeldfrequenz und der Bezugsfeldfrequenz jeweils während einer .Schaltperiode ermittelt wird. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß in der Meßeinrichtung ein Reversierzählcr vorgesehen ist. der während der Einschaltzeit des Meßfühlers hochzählt und während der Einschaltzeit des Bezugsfühlers hcrunterzählt und daß der Zähler durch den Rechteckgenerator im Umschaltrhythmus umgesteuert wird.

Diese Anordnung führt einerseits zu e nem besonders einfachen und übersichtlichen Aufbau der Meßanordnung und gewährleistet andererseits eine äußerst genaue Auswertung des Meßergebnisses.

Weiterhin ist es bei dieser Ausführungsform in vorteilhafter Weise möglich, eine digitale Anzeige des Meßergebnisses vorzusehen.

Die Ausführungsform mit digitaler Auswertung erfordert eine verhältnismäßig hohe Frequenz der .Signalquelle, um eine vorgegebene Genauigkeit und eine entsprechende Ansprechzeit zu erreichen, wobei die Ansprechzeit durch die vom Rechteckgenerator benötigte Umschaltzeit gegeben ist und die Meßgenau igkeit im wesentlichen durch die Anzahl der Schwingungen gegeben ist. die während einer Schaltperiode gezählt werden. Demgemäß steigt die Meßgenauigkeit mit höherer Frequenz des Oszillators an.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, niedrigere Oszillatorfrequenzen zu verwenden, ohne dabei die Meßgenauigkeit nachteilig zu beeinflussen: Der Grundgedanke dieser Ausführungsiorm besteht im wesentlichen darin, anstatt der Auszählung einzelner Schwingungen der Os/illatorfrequenz während eines Schaltinlervalls eine Periodenmessung durchzuführen, indem ein sehr frequenzstabiler Pilot-Frequenzgenerator verwendet wird, der während einer Periode oder einer Halbperiode des Oszillators entblockiert wird und den Zähler beaufschlagt, und zwar mit einer für die angestrebte Genauigkeit ausreichenden Frequenz.

Durch diese Ausführungsform läßt sich der Vorteil erreichen, daß mit wesentlich geringeren Frequenzen des Oszillators gearbeitet werden kann, ohne daß die Genauigkeit leidet.

In demjenigen Falle, in welchem die Umschaltzyklen der Dioden und die Meßzyklen ineinander übergehen, d. h.. in demjenigen Falle, in welchem die Frequenzmessung über den gesamten Schaltzykius ausgedehnt ist, führt dies dazu, daß aufgrund der Tatsache, daß das Zyklusverhältnis dann vollkommen konstant bleiben muß, der Rechteckspannung eine Gleichspannungskomponente überlagert werden muß.

In dem Falle, in welchem die Messung unabhängig ausgelöst wird, und zwar innerhalb des Umschaltzyklus, genügt es, dann das Zyklusverhältnis der Rechteckwelle zu ändern, da dieses selbst keine Gleichstromkomponente beiträgt. Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zwischen der Umschaheinrichtung und dem Meßfühler eine erste Induktivität und zwischen der Umschalteinrichtung und dem Bezugsfühler eine

zweite Induktivität eingeschaltet wird, wobei zwischen der ersten und zweiten Induktivität ein vorgebbares Verhältnis besteht.

Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Induktivität in dekadischen Stufen umschaltbar ist.

Dieses Verhältnis kann jedoch auch in binären Stufen umschaltbar sein.

Diese Ausführungsform läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch weiterbilden, daß eine automatische Abgleicheinrichtung vorgesehen ist, durch welche aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Bezugsfühlern der mit dem Meßfühler am besten übereinstimmende Bezugsfühler ausgewählt wird, wobei die einzelnen Bezugsfühler jeweils über eine Entkopplungsdiode mit der Umschaheinrichtung verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist somit in vorteilhafter Weise auch dazu anwendbar, Kondensatoren, Drosseispuien oder VriuerMÜniie /u messen, indem jeweils bestimmte Eichelemente oder Kalil'i ler-Bauelemente mit dem zu messenden Element verglichen werden.

Diese Art der Messung führt zu einer Präzisionsmessung nach Art einer Meßbrücke. Dabei ist der Vorteil einer Meßbereichumschaltung ebenfalls ausnutzbar. Schließlich erweist sich diese Vorgehensweise dadurch vorteilhaft, daß bei einfachem Aufbau eine besonders genaue und fehlerfreie Messung möglich ist.

In Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, daß andere Oszillatorentypen verwendet werden oder die Serienresonanzkreisc durch Parallelresonanzkreise. Doppel-T-Brücken. T-Brücken. WC-Kaskaden-Schaltungen oder Kombinationen davon ersetzt sind.

Ferner können liie Schaltdioden jeweils durch eine Rechteckspannung mit einem regelbaren Pulstastverhältnis geschaltet werden und das durch den Meßfühler und den Bezugsfühler modifizierte Signal einem Frequenzdiskriminator zugeführt werden, dem ein Modulator nachgeschaltet ist. welcher derart gesteuert ist. daß die Signalkomponenten jeweils mit einer vorgebbaren positiven und negativen Spannung multipliziert werden, und daß der Ausgang des Modulators mit einer Integrationsstufe verbunden ist. deren Ausgangssignal einem analogen Anzeigegerät zugeführt wird.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird im Prinzip mit einer Frequenzshiftmodulation gearbeitet, d. h_ daß aufeinanderfolgende Schaltphasen jeweils eine unterschiedliche Frequenz aufweisen, die vom nachgeschalteten Diskriminator ermittelt wird. Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Schaltdioden jeweils durch eine Rechteckspannung mit regelbarem Pulstastverhältnis geschaltet werden, daß das durch den Meßfühler und den Bezugsfühler modifizierte Signal an einen Parallelkreis geführt wird, der in jedem seiner beiden Zweige jeweils hintereinander ein Gatter, einen Frequenzdiskriminator und ein Filter aufweist, daß die Gatter durch den Rechteckgenerator derart gesteuert sind, daß das erste Gatter geöffnet ist. wenn die Signalquelle mit dem Meßfühler verbunden ist, während das zweite Gatter geschlossen ist und das zweite Gatter geöffnet ist, wenn die Signalquelle mit dem Bezugsfühler verbunden ist. während das erste Gatter geschlossen ist. und daß die Ausgänge der beiden Gatter an ein analoges Anzeigegerät geiühri sind.

Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Rechteckspannung von einem Rechteckgenerator mit

zwei symmetrischen Ausgängen geliefert wird.

Dabei sind vorzugsweise die Nulldurchgänge des Rechteckgenerator und des Oszillators synchronisiert.

Weiterhin beträgt das Pulstastverhältnis der Rechteckspannung »eins«.

Schließlich besitzen die Frequenzdiskriminatoren inverse Kennlinien.

Um während des Umschaltvorganges vom Meßfühler auf den Bezugsfühler genauer definierte Schaltzustände zu erreichen, lassen sich andere Schaltwellenformen verwenden, insbesondere können die Dioden für eine kurze Zeit beide blockiert sein oder beide geöffnet sein.

Zur Zentrierung eines Werkzeuges oder eines anderen Gegenstandes innerhalb einer Bohrung läßt sich die Erfindung in der Weise ausführen, daß der Meßfühler und ein Bezugsfühler auf einem festen Abstand voneinander in einer Bohrung mit im wesentlichen zur Innenwand der Bohrung parallelen Flarhrn angeordnet sind, wobei die aus Meßfühler und Bezugsfühler gebildete Anordnung in bezug auf die Bohrung zentrierbar und symmetrisch ist. derart, daß Meßfühler und Bezugsfühler vertauschbar sind.

Bei dieser Ausführungsform besteht eine absolut symmetrische Anordnung insofern, daß sowohl der Meßfühler als auch der Bezugsfühler einem Werkstück gegenübersteht. Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich insbesondere für eine Präzisions/entrierung innerhalb einer öffnung.

Die Anwendung auf eine Zentriervorrichtung läßt sich dadurch weiterbilden, daß mehrere jeweils aus einem Meßfühler und einem Bez.ugsfühler bestehende Fühlerpaare in einer zur Bohrungsachse senkrechten Ebene angeordnet sind und daß das /um Feldaufbau dienende Signal zyklisch an die einzelnen Fühlerpaare gelegi wird.

Diese Anordnung ist jedoch nicht auf eine Ebene beschränkt, es lassen sich ebenso Fühlerpaare entlang dreier räumlicher Koordinatenachsen anordnen. Eine derartige räumliche Anordnung läßt sich dazu anwenden, beispielsweise die Position eines Kurskreisels zu überwachen.

Falls die erfindungs.eemäße I ühleranordnung in einer Bohrung oder innerhalb eines kugelförmigen Raumes angewandt wird, können die Meßsonden so geformt sein, daß ihre Oberfläche der Krümmung der sie umgebenden Innenwand angepaßt ist.

Zur Ausrichtung einer Ebene innerhalb einer Bohrung läßt sich die Anordnung derart treffen, daß drei jeweils um 120° gegeneinander versetzte Fühlerpaare vorgesehen sind.

Um die Anzeige der Vorrichtung zu linearisieren, läßt sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorsehen, daß eine Kompensatoreinrichtung vorgesehen ist, welche den Unterschied zwischen der durch den Meßfühler und der durch den Bezugsfühler bewirkten Modifikation des von der Signalquelle kommenden Signals automatisch kompensiert, wobei die zur Erzielung der Kompensation erforderliche Maßnahme als Kriterium für den gesuchten Abstand dient.

Durch diese Ausführungsform werden insbesondere Nichtlinearitäten im Ausgangssignal des Oszillators behoben. Diese Ausführungsform eignet sich weiterhin dazu, die Messung nach Art eines selbstabgleichenden Kompensators durchzuführen. Damit wird der Vorteil erreicht, daß die Messung weitgehend automatisch erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. I eine Ausführungsform der erfindungsgemäBen Vorrichtung, b,i welcher zwei kapazitive Sonden in einer Bohrung angeordnet sind und ein mechanischer Umschalter vergesehen ist,

ί Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform mit einem kapazitiven Meßfühler auf Abstand von einem Werkstück und einem regelbaren Kondensator als Bezugsfühler,

F i g. 3 eine Meßanordnung gemäß F i g. I. jedoch mit i" elektronischer Umschalteinrichtung,

F i g. 4 eine Meßanordnung gemäß F i g. 2, jedoch mit unterschiedlicher Anordnung der Induktivität,

F i g. 5 eine Meßanordnung gemäß F-" i g. 4. jedoch mit elektronischer Umschaltung,

■ F-" i g. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäBen Vorrichtung mit gegenläufig gepolten Dioden.

F i g. 7 eine schematische Darstellung zur Ver.msehaulichung der Arbeitsweise der erfindungsgcmäßi'n Vorrichtung,

> F i g. 8 eine vorteilhafte Weiterbildung zur Messung von Kapazitäten. Induktivitäten und ohmschen Widerständen.

F i g. 9 eine Ausfiihrungsform der Meßwertausuertung,

F i g. 10 eine weitere Ausfiihrungsform der Meüwert-.i'iswertung mit analoger Anzeige.

I' i g. I 1 eine weitere Ausfühnmgsform der Meßwertauswertung mit digitaler Anzeige und

Fig. 12 eine Meßanordnung mit mehreren Fühleri" paaren zur Zentrierung

Gemäß F ι g. 1 sind ein Meßfühler 12 und ein Be/ugsfühlcr 13 innerhalb der Bohrung eines schraffiert dlrgestellten Werkstückes 14 angeordnet. Der Meßfühler 12 weist gegenüber der Innenwand der Bohrung !"' einen Abstand d 1 auf. und der Bezugsfühler 13 befindet sich in einem Abstand c/2 zur Innenwand der Bohrung, und zwar auf der diametral gegenüberliegenden Seite. Das Ausgangssignal eines Oszillators 19 wird über eine Induktivität 11 und einen mechanischen Umschalter 15 !■■ alternierend an den Meßfühler 12 und den Bezugsfühler 13 gelegt. Wenn durch den mechanischen Umschalter 15 die Signalfrequenz des Oszillators 19 an¹, echselnd an den Meßfühler 12 und den Bezugsfühler 13 geführt wird, erhält man eine Schwingungsfrequenz des Oszillators

■ · f\ während der Verbindung mit dem Meßfühler 12 und

eine Frequenz /"2 während der Anschaltung an den Bezugsfühler 13. Wenn der Wert der Induktivität 11 gleich /. ist. ergeben sich die Frequenzen f\ und f2 zu:

und

/2 ■=

2.7 [LCi

,LC2

Die beiden Frequenzen f\ und /2 werden einer Meßeinrichtung 22 zugeführt, welche mit dem Oszillator 19 verbunden ist. Wenn der Meßfühler 12 und der Bezugsfühler 13 auf einem festen Abstand zueinander angeordnet sind, läßt sich diese Anordnung somit innerhalb der Bohrung dadurch zentrieren, daß die Anordnung in der Weise innerhalb der Bohrung verschoben wird, bis die beiden Frequenzen f\ und /2 gleich sind. Dies kann nämlich nur dann der Fall sein.

weri.i die beiden Abstände d\ und d2 ebenfalls gleich sind. Damit ist die gewünschte Zentrierung hergestellt.

In der F i g. 2 ist eine abgewandelte Anordnung dargestellt, bei welcher der Meßfühler J2 einem Werkstück 14 gegenübersteht, welches schr.iffiert dargestellt ist und der Bezugsfühler 13 aus einem regelbaren Kondensator gebildet ist. Zwischen dem mechanischen Umschalter 15 und dem Meßfühler 12 ist eine Induktivität 20 vorgesehen, und in entsprechender Weise ist zwischen dem Umschalter 15 und dem Bezugsfühler 13 eine Induktivität 21 vorhanden. Da somit leweils eine Kombination aus Meßfühler 12 und Induktivität 20, bzw. Bezugsfühler 13 und Induktivität 21 umgeschaltet wird, lassen sich zwischen dem Meßfeld und den: Rezugsfeld leicht Multiplikation- oder Divisionsfaktoren einführen. Wenn beispielsweise der Meßfühler eine Kapazität Γ2 aufweist und einen f'.ichkondpnsator hoher Genauigkeit von beispielsweise 10 bis 500 pF darstellt, lassen sich Kapazitäten von 5 bis ■>< > pl· oder von 5öö bis 5000 pr mii derselben Genauigkeit messen, indem ein Verhältnis der Induktivitäten /- Mt. 2 = 10/1 oder /. 1//. 2 = 1 : 10 verwendet werden, wobei Li der Induktivität 20 und 1.2 der Induktivität 21 entspricht.

Gemäß F ι g. 3 ist anstatt dos mechanischen Umschalters 15 (vergleiche F i g. I und 2) eine elektronische I !!!schalteinrichtung vorgesehen. Zwischen der Induktivität 11 (vergleiche Fig. 1) ;i;d dem Meßfiih'er 12 ist eine Schaltdiode 16 vorgesehen, und zwischen der Induktivität 11 und dem Be, igsfühler 13 liegt eine Sehaltdiode 17. Die beiden Schaltdioden 16 und 17 sind gleichsinnig gepolt. Den beiden Dioden lh und 17 wird jeweils über eine Drosselspule 20 und 21 eine Rechteckspannung zugeführt, wobei abwechselnd die positiv verlaufenden Rechteckimpulse an die eine der Schaltdioden und die negativ verlaufenden Rechteckimpulse zu dieser Zeit an die andere der Schaltdioden gelegt sind. Im nächsten Schaltzyklus sind die Verhältnisse umgekehrt. Auf diese Weise wird durch die elektronische Schalteinrichtung die gleiche Wirkung erzielt, wie dies durch die mechanische Schalteinrichtung gemäß Fig. 1 und 2 der Fall ist. Mit der elektronischen Schalteinrichtung wird jedoch vorteilhafterweise masselos und trägheitsfrei geschaltet.

Die Fig. 4 zeigt im Prinzip dieselbe Meßanordnung wie Fig. 2, mit dem Unterschied, daß anstatt der in Fig. 2 vorgesehenen zwei Induktivitäten 20 und 21 zwischen dem mechanischen Umschalter 15 und dem Meßfühler 12 bzw. dem Bezugsfühler 13. nur eine Induktivität 11 zwischen dem Oszillator 19 und dem mechanischen Umschalter 15 vorhanden ist. Diese Ausführungsform der erfindungigemäßen Vorrichtung eignet sich insbesondere für relativ einfache Meßaufbauten, bei welchen der Abstand d\ zwischen einem Meßfühler 12 una einem schraffiert dargestellten Werkstück zu ermitteln ist.

Die Meßanordn-.ing gemäß Fig. 5 entspricht im wesentlichen dem Aufbau nach F i g. 3, wobei jedoch der Bezugsfühler 13 als regelbarer Kondensator ausgebildet ist, da in diesem Anwendungsbeispiel der Meßfühler 12 zur Ermittlung des Abstandes d\ von einem schraffiert dargestellten Werkstück dient, während in der Darstellung nach Fig.3 die aus dem Meßfühler 12 und dem dazu in festem Abstand angeordneten Bezugsfühler 13 gebildete Anordnung zur Zentrierung innerhalb einer Bohrung diente. Somit entspricht der Anwendungsfall der Anordnung gemäß Fig.5 im wesentlichen dem Anwendungsfall gemäß F i g. 2, mit dem Unterschied, daß der mechanische Umschalter 15 durch elektron ■ sehe Umschalteinrichttingen ersetzt ist.

Die Fig. b zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche sich von der Anordnung gemäß F i g. 3 dadurch unterscheidet, daß die beiden Schaltdioden 16 und 17 gegenläufig gepolt sind und von einem gemeinsamen Rechteckgenerator 18 über die beiden Drosselspulen 20 und 21 gespeist werden. Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist derart, daß jeweils durch einen positiv verlaufenden Rechteckimpuls die eine der beiden Schaltdioden gesperrt und die andere in den durchlässigen Zustand versetzt wird, was wahrend des nächsten negativ verlaufenden Rechteckimpulses sich in umgekehrter Weise vollzieht.

In der F i p. 7 ist schematisch dargestellt, in welcher Weise die Messung des vom Oszillator gelieferten Signals unabhängig vom Umschaltzyklus ausgelöst w'rd. In demjenigen Falle, in welchem diese unabhängige Auslösung erfolgt, und zwar im Inneren eines UrnSchtiu/vklii'i. izenüti es nämlich das Pu!stä^civ^P'rh^!inis der Rechteckwelle zu ändern, da diese keine Gleichstromkomponente liefert. Vom Zeitpunkt f0 an ist die Diode 16 über die Zeit 11 eingeschaltet, während die Frequenzmessung jedoch nur über das innerhalb der Zeit /1 liegende Zeitintervall f„, erfolgt. Dieser Vorgang wiederholt sich im nächsten Schaltzyklus in analoger Weise.

Gemäß F i g. 8 ist der Bezugsfühlcr durch eine Reihe von Kondensatoren 13 gebildet, die parallelgeschaltet sind und jeweils über eine Entkopplungsdiodc 26 mit einer mechanischen Umschalteinrichtung 15 verbunden sind. Zwischen den Entkopplungsdioden 26 und den Kondensatoren 13 ist jeweils ein Abgriff vorgesehen, w elcher einer automatischen Abgleicheinnchtung zugeführt ist. Diese automatische Abgleicheinrichtung arbeitet in der Weise, daß unter den Bezugsfühlern 13 jeweils derjenige ermittelt wird, und zwar durch eine automatische Umschaltlogik, welcher dem Meßfühler 12 in seinem Wert am nächsten kommt. Die Anordnung arbeitet somit nach Art einer selbstabgleichenden Meßbrücke, und sie dient zur Messung von Induktivitäten. Kapazitäten oder Widerständen, wubei eine automatische Mcßbereichsumschaltung vorgesehen ist. In Abhängigkeit vom Verwendungszweck sind die Werte der Kondensatoren 13 entweder dekaui.ich oder binär abgestuft.

Die Anordnung gemäß F i g. 9 entspricht im Meßteil im wesentlichen der Darstellung nach F i g. 3. wobei an den Oszillator 19 eine \uswertekette angeschlossen ist,

ι die nacheinander aus einem Frequenzdiskriminator 27, einem Modulator 28, einer Integrationsstufe 29 und einem analogen Anzeigegerät 30 gebildet ist. Der Rechteckgenerator 18 liefert eine Rechteckspannung mit dem Pulstastverhältnis »1«. Das vom Oszillator 19

, gelieferte Signal ist im wesentlichen frequenzshiftmoduliert, d. h.. im Schaltrhythmus wechselt die Frequenz von einer ersten Frequenz /1 auf eine zweite Frequenz /"2, die einem Frequenzdiskriminator 27 zugeführt werden. Bei einer geeigneten Nullpunktsregelung liefert die

ι Frequenz f\ eine positive Spannung, und die Frequenz {2 liefert eine negative Spannung. Indem die Signale in dem Modulator 28, welcher durch den Rechteckgenerator 18 gesteuert ist, mit einem Faktor + oder — 1 multipliziert werden, wird von der an den Modulator 28 angeschlossenen Integrationsstufe 29 (Filter) ein Ausgangssignal direkt an ein analoges Anzeigegerät 30 geführt.

Der Oszillator (Typ Clapp) kann gegebenenfalls mit

dem Rechteckgenerator 18 synchronisiert sein um Übergangs- und/oder Reflexionsprobleme zu überwinden.

Die in der Fig. 10 dargestellte Anordnung entspricht im Prinzip der η F i g. 9 dargestellten Ausführung, mit dem Unterschied, daß das Ausgangssignal des Oszillators 19 an einen Auswertekreis geführt ist, der aus zwei zueinander parallelen Zweigen a und b gebildet ist. Der Auswertekreis umfaßt in jedem seiner Zweige a und b jeweils ein Gatter 31a, einen Diskriminator 27a und ein Filter 29a, die in Serie angeordnet sind. Die beiden Gatter 31a und 316 werden durch den Rechteckgenerator 18 in der Weise gesteuert, daß jeweils das eine Gatter, beispielsweise 31a, während eines positiv verlaufenden Rechteckimpulses durchlässig ist, während zu dieser Zeit das andere Gatter (316) gesperrt ist, worauf beim nächsten negativ verlaufenden Impuls die Verhältnisse umgekehrt sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Signale mit der Frequenz f\ jeweils dem einen Zweig und die Signale mit der Frequenz fl dem anderen Zweig des Auswertekreises zugeführt werden. Die Filter 29a und Tab sind gemeinf-am einer analogen Anzeigeeinrichtung 30 zugeführt. Die Nullage de; vom Rechteckgenerator 18 gelieferten Rechteckspannung ist über eine separate Regeleinrichtung regelbar.

Vorzugsweise werden Frequenzdiskriminatoren 27a und 276 verwendet, weiche invertierte Kennlinien besitzen.

Die in der F i g. 11 dargestellte Auswerteeinrichtung unterscheidet sich von den bisher dargestellten Ausführungsformen dadurch, daß das vom Oszillator 19 gelieferte Ausgangssignal nach entsprechender Modifikation durch die Meß-, bzw. die Bezugssonden einem digitalen Reversierzähier 23 zugeführt wird. Die Arbeitsweise dieser Anordnung besteht darin, daß der Reversierzähier 23 während derjenigen Zeit hochzählt oder zuzählt, während der eine Verbindung mit dem Meßfühler 12 besteht und in umgekehrter Richtung wählt, während die Verbindung mit dem Bezugsfühler 13 besteht. Dabei arbeitet der Zähler 23 als Frequenzzähler. Wenn der Abstand zwischen dem Meßfühler 12 und dem Bezugsfühler 13 beispielsweise gleich ist, so bedeutet dies, daß der Reversierzähier 23 zunächst um eine bestimmte Anzahl hochzählt, und zwar während der Anschaltzeit des Meßfühlers 12 und anschließend während der Anschaltzeit des Bezugsfühlers 13 um exakt denselben Betrag wieder iierunterzählt. Durch das Endergebnis »0« ist damit angezeigt, daß der Meßfühler 12 die Frequenz des Oszillators 19 in genau derselben Weise beeinflußt wie der Bezugsfühler 13. d. h., die entsprechenden Abstände zwischen den Fühlern und dem Werkstück 14 sind identisch. An den Zählern 23 ist eine digitale Anzeige mit fünf Stellen angeschlossen.

Aus Versuthen hat sich ergeben, daß bei Verwendung von besonderen Schaltdioden und bei einer Sondenfläche von 2 cm² mit einer Oszillatorfrequenz von 10 MHz und einer Umschaltfrequenz von I Hz eine Meßgenauigkeit von etwa 10-^J bei einem Abstand von 1 mm und von etwa 10- ^} bei einem Abstand von 5 mm erreichbar ist.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 12 sind zwei Paare von Meß- und Bezugsfühlcrn in einer Ebene angeordnet, die im wesentlichen "senkrecht zur Achse einer Bohrung in einem Werkstück 14 verläuft. Das Signal vom Oszillator 19 wird über eine Induktivität M und entsprechende Schaltdioden jeweils zyklisch an die einzelnen Fühlerpaare 12, 13 gelegt. Zwischen den Dioden 16, 17 und dem Rechteckgenerator 18 sind jeweils Drosselsputen 20 und 21 vorgesehen. Der Auswerteteil entspricht im wesentlichen der Anordnung, wie sie unter Bezugnahme auf die F i g. 9 und

'-> insbesondere 10 bereits beschrieben wurden. Die Anordnung gemäß Fig. 12 gestattet eine Zentrierung einer Ebene in bezug auf eine Bohrung. Die gemäß Fig. 12 dargestellte Ausführungsfomi läßt sich in analoger Weise auch auf räumliche Anordnungen

in ausdehnen, wobei insbesondere die Anwendung auf die Überwachung der Lage eines Kreisels vorteilhaft ist.

Vorzugsweise sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 die Oberflächen von Meßfühlern 12 und Bezugsfühlern 13 der Krümmung der Innenwand

is angepaßt, welche die Bohrung des Werkstückes 14 aufweist Bei Anwendung entsprechender Anordnungen in einem kugelförmigen Hohlraum können die Sonden vorzugsweise gemäß der Innenwand der Kugel gekrümmt sein.

Die Meßanordnung gemäß Fig. 12 eignet sich grundsätzlich auch zur Bestimmung des Neigungswinkels zwischen zwei Ebenen und insbesondere dazu, die Parallelität von zwei Ebenen zu überprüfen.
Wenn gemäß der obigen Beschreibung mit einer Kompensationseinrichtung gearbeitet wird, um Nichtlinearitäten in der Ansprechcharakteristik der Meßvorrichtung auszugleichen, so ist dabei zu berücksichtigen, daß diese Nichtlinearität im wesentlichen von der Kennlinie des Oszillators herrührt. Als Funktion der

κι Abstände d\ und dl im Meßfeld und im Bezugsfeld ergeben sich die entsprechend modifizierten Frequenzen /1 und /"2 durch die folgenden Beziehungen:

/ι =

/2 =

ILCl

2.7

2.7 \LC1

,0S

wobei 5 die Sondenoberflächc, bzw. die Fühleroberfläche darstellt, L die wirksame Induktivität und d 1 und d ί die Abstände zwischen den Fühlern und dem Werkstück darstellen.

Im allgemeineren Fall liegen die Kapazitäten CI unc C2 parallel zu einer festen Anschlußkapazität CO. se daß die Frequenzen f 1 und (2 dann durch die folgender Beziehungen gegeben sind:

2.7 IL(CO f CI)

2 7 i/.(C0 4- C2)

Aus den obigen Beziehungen ist offensichtlich, daß die entsprechenden Kurven nicht linear sind. Hingegen sind bei entsprechend geringen Abweichungen des Parameters d um einen vorgegebenen festen Wert die Abweichungen in den Frequenzen proportional. Dies ergibt sich aus der Differenzierung der obigen Beziehungen:

Äf=iiad, wobei a eine Konstante ist.

Wie aus den obigen Ausführungen ersichtlich ist, ist bei fast gleichen Frequenzen f\ und (2 eine praktisch lineare Beziehung zwischen der Differenz Af zwischen diesen Frequenzen und dem Unterschied Ad zwischen den Parametern d 1 und d2 gegeben.

Somit läßt sich durch eine Kompensationseinrichtung gemäß den obigen Bedingungen eine Linearisierung des Ansprechverhaltens der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung erreichen.

Zur Veranschaulichung der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichbaren Genauigkeit werden nachfolgend einige Zahlenwerte angegeben, die aus entsprechenden Experimenten und Untersuchungen gewonnen sind.

Bei entsprechenden Versuchen betrug die Sondenfläche 2cm-\ die Oszillatorfrequenz 10 MHz und die Umschaltfrequenz I Hz.

Weiterhin sind folgende experimentelle Daten zugrunde gelegt:

Eine direkte relative Widerstandsabweichung von 0,465 (wobei der absolute Wert nicht kritisch ist),
eine Unsymmetrie in der Impedanz der Umschalteinrichtung von 8,3 χ 10 ^:,

eine statische Abweichung (bei 25X) der Sperrkapazitäten der Dioden von 8,9 χ 10 -^J (kritischster Wert),
eine Abweichung der Temperaturkoeffizienten, welche auf die Sperrkapazität der Diodenverbindung einwirkt, von 9 χ 10 -i.

(Dies entspricht einer Gesamtabweichung in der Temperatur von +27 oder -21°C um 25"C und einer Amplitudendifferenz des Umschaltsignals von +0,27 oder -0,27 Volt um -30 Volt in Sperrichtung.)

Bei der Messung eines Abstandes von 0,1 mm beträgt die erzielbare relative Genauigkeit 10~⁴, d.\, die absolute Genauigkeit entspricht Vioo Mikron.

In analoger Weise ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Verwendung von Dioden besonderen Typs, wie sie verwendet wurden, bei einem Abstand von 1 mm mit einer relativen Genauigkeit von 10 ' und bei einem Abstand von 5 mm mit einer relativen Genauigkeit von 10 ^: zu messen. Daraus ergibt sich, daß die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichbare relative Genauigkeit mit abnehmenden Meßabstand stark ansteigt.

Hierzu <·> Blatt Zeic

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur berührungsfreien relativen Abstandsmessung, bei welcher zwischen einem Werkstück und wenigstens einem dazu im gesuchten Abstand angeordneten Meßfühler ein elektromagnetisches Feld besteht, das sich mit dem gesuchten Abstand ändert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalquelle (19), welche das zum Feldaufbau dienende elektrische Signal liefert über eine Umschalteinrichtung (15; 16, 17, 18) alternierend an den Meßfühler (12) und an wenigstens einen dem Meßfühler jeweils zugeordneten Bezugsfühler (13) anschaltbar ist daß an dem Bezugsfühler (13) ein zu dem zwischen Meßfühler (12) und Werkstück (14) bestehenden Meßfeld analoges Bezugsfeld einstellbar ist und daß eine Meßeinrichtung (22) vorgesehen ist, welcher das abwechselnd vom Meßfeld und vom Bezugsfeld modifizierte Signal von der Signalquelle 2n (19) zugeführt wird und durch welche der Unterschied der beiden periodisch abwechselnden Signaikomponenten des modifizierten Signals ermittelt und als Kriterium für den gesuchten Abstand dargestellt wird. ? >

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein kapazitiver Meßfühler (12) vorgesehen ist, dem ein kapazitiver Bezugsfühler (13) zugeordnet ist und daß zwischen der Signalquelle (19) und der Umschalteinrichtung (IS; 16, 17, 18) tu eine Induktivität (II) vorhanden ist.

3. Vorricl^ang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler («2) und der Bezugsfühler (13) als ebene Platten ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Artspruc¹-· 2, dadurch gekenn- r, zeichnet, daß der Bezugsfühler (13) ein regelbarer Kondensator ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelie (19) ein Oszillator mit veränderbarer Fre- ·»» quenzist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des zum Feldaufbau dienenden Signals wesentlich größer ist als die Umschaltfrequenz. >',

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung aus einem mechanischen Schalter (15) besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 6, ίο dadurch gekennzeichnet, daß das zum Feldaufbau dienende elektrische Signal über eine erste Schaltdiode (16) an den Meßfühler (12) und über eine zweite Schaltdiode (17) an den Bezugsfühler (13) geführt ist und daß-die Schaltdioden (16, 17) durch v> entsprechende Vorspannungen alternierend derart vom leitenden in den gesperrten Zustand umgeschaltet werden, daß die erste Schaltdiode (16) jeweils durchlässig ist, wenn die zweite Schaltdiode

(17) gesperrt ist und umgekehrt. mi

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltdioden (16, 17) zueinander entgegengesetzt geschaltet sind.

tO. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung für die h-> Schaltdioden (16,17) von einem Rechteckgenerator

(18) geliefert wird, an welchen beide Schaltdioder. (16, 17) angeschlossen sind, wobei abwechselnd die positiv verlaufenden Rechteckimpulse die eine der Schaltdioden (16, 17) und die negativ verlaufenden Rechteckimpulse die andere der Schaltdioden (16, 17) in den leitenden Zustand versetzen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltdiode (16) über eine erste Drosselspule (20) und die zweite Schaltdiode (17) über eine zweite Drosselspule (21) an den Rechteckgenerator (18) angeschlossen sind und daß die Induktivitäten der Drosselspulen (20, 21) derart gewählt sind, daß sie zwar für die Schaltfrequenz der Umschalteinrichtung keinen hinderlichen Widerstand bilden, jedoch für die Frequenz des zum Feldaufbau dienenden elektrischen Signals einen praktisch unüberwindbaren Widerstand darstellen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltdioden (16, 17) vorgesehen sind, deren Impedanz in Durchlaßrichtung höchstens etwa drei Ohm beträgt und deren Kapazität in Sperrichtung (etwa -30 Volt) etwa 0,1 Picofarad beträgt

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

12, dadurch gekennzeichnet daß der Übergang der Schaltdioden (16, 17) vom leitenden in den gesperrten Zustand in vernachlässigbar kurzer Zeit erfolgt

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis

13, dadurch gekennzeichnet daß die Vorspannungen der Dioden (16, 17) derart regelbar sind, daß die Unsymmetrie ihrer Sperrkapazitäten durch eine einstellbare Vorspannungsunsymmetrie ausregelbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß in der Meßeinrichtung (22) die durch den Meßfühler (12) und durch den Bezugsfühler (13) modifizierten Signale von der Signalquelle (19) verglichen werden, indem die Differenz der entsprechenden Signalperioden der Meßfeldfreqi'enz t»;J der Bezugsfeldfrequenz jeweils während einer Schaltperiode ermittelt wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß in der Meßeinrichtung (22) ein Reversierzähler (23) vorgesehen ist, der während der Einschaltzeit des Meßfühlers (12) hochzählt und während der Einschaltzeit des Bezugsfühlers (13) herunterzählt und daß der Zähler (23) durch den Rechteckgenerator (18) im Umschaltrhythmus umgesteuert wird.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das zum Feldaufbau dienende Signal eine Frequenz in der Größenordnung 10 MHz besitzt und die Umschalteinrichtung mit einer Schaltfrequenz in der Größenordnung von I Hz betätigt wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis

14, dadurch gekennzeichnet daß bei Verwendung einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz des Oszillators (19) zusätzlich ein frequenzstabiler Pilot-Frequenzgenerator (24) vorgesehen ist, der während einer Periode oder einer Halbperiode des Oszillators (19) entblockiert wird und den Zähler (23) beaufschlagt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Umschalteinrichtung (15; 16, 17, 18) und dem Meßfühler (12) eine erste Induktivität (20) und

zwischen der Umschalteinrichtung und dem Bezugsfühler (13) eine zweite Induktivität (21) eingeschaltet wird, wobei zwischen der ersten (20) und der zweiten (21) Induktivität ein vorgebbares Verhältnis besteht.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der ersten (20) und der zweiten (21) Induktivität in dekadischen Stufen umschaltbar ist

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der ersten (20) und der zweiten (21) Induktivität in binären Stufen umschaltbar ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Abgleicheinrichtung (25) vorgesehen ist, durch welche aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Bezugsfühlem (13) der mit dem Meßfühler (12) am besten übereinstimmende Bezugsfühler ausgewählt wird, wobei die einzelnen Bezugsfühler (13) jeweils über eine Entkopplungsdiode (26) mit der Umschalteinrichtung (15) verbunden sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltdioden (16, 17) jeweils durch eine Rechteckspannung mit einem regelbaren Pulstastverhältnis geschaltet werden, daß das durch den Meßfühler (12) und den Bezugsfühler (13) modifizierte Signal einem Frequenzdiskriminator (27) zugeführt wird, dem ein Modulator (28) nachgeschaltet ist, welcher derart gesteuert ist, daß die Signalkomponenten jeweils mit einer vorgebbaren positiven und negativen Spannung multipliziert werden, und daß der Ausgang des Modulators (28) mit einer Integrationsstufe (29) verbunden ist deren Ausgangssignal einem analogen Anzeigegerät zugeführt wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltdiodcn (16, 17) jeweils durch eine Rechteckspannung mit regelbarem PulstastverhäUnis geschaltet werden, daß das durch den Meßfühler (12) und den Bezugsfühler (13) modifizierte Signal an einen Parallelkreis geführt wird, der in jedem seiner beiden Zweige (a, 6,J jeweils hintereinander ein Gatter (31a, Mb), einen Frequenzdiskriminator (27a, 27b) und ein Filter (29a, 29ty aufweist, daß die Gatter (31a, ZXb) durch den Rechteckgenerator (18) derart gesteuert sind, daß das er.te Gatter (31a) geöffnet ist, wenn die Signalquelle (19) mit dem Meßfühler (12) verbunden ist, während das zweite Gatter (3Ii) geschlossen ist und das zweite Gatter (316) geöffnet ist, wenn die Signalquelle (19) mit dem Bezugsfühler (13) verbunden ist, während das erste Gatter (31a) geschlossen ist, und daß die Ausgänge der beiden Gatter (29a. 296) an ein analoges Anzeigegerät (30) geführt sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 71 Dder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckspannung von einem Rechteckgenerator (18) mit zwei symmetrischen Ausgängen geliefert wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Nulldurchgänge des Rechteckgenerators (18) und des Oszillators (19) synchronisiert sind.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis

26, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulstastverhältnis der Rechteckspannung »eins« beträgt.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis

27, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzdiskriminatoren (27a, 276) inverse Kennlinien aufweisen.

29. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (12) und ein Bezugsfühler (13) auf einem festen Abstand voneinander in einer Bohrung mit im wesentlichen zur Innenwand der Bohrung parallelen Flächen angeordnet sind, wobei die aus Meßfühler (12) und Bezugsfühler (13) gebildete Anordnung in bezug auf die Bohrung zentrierbar und symmetrisch ist, derart, daß Meßfühler (12) und Bezugsfühler (13) in vertauschbar sind.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere jeweils aus einem Meßfühler (12) und einem Bezugsfühler (13) bestehende Fühlerpaare (12, 13) in einer zur

is Bohrungsachse senkrechten Ebene angeordnet sind und daß das zum Feldaufbau dienende Signal zyklisch an die einzelnen Fühlerpaare (12,13) gelegt wird.

31. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch jo gekennzeichnet, daß drei jeweils um 120° gegeneinander versetzte Fühierpaare (1?. 13) vorgesehen sind.

32. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine > Kompensatoreinrichtung vorgesehen ist, welche den Unterschied zwischen der durch den Meßfühler (12) und der durch den Bezugsfühler (13) bewirkten Modifikation des von der Signalquelle (19) kommenden Signals automatisch kompensiert, wobei die zur

j» Erzielung der Kompensation erforderliche Maßnahme als Kriterium für den gesuchten Abstand dient.