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DE3249801C2 - Inductive measurement transducer - Google Patents

Inductive measurement transducer

Info

Publication number
DE3249801C2
DE3249801C2 DE19823249801 DE3249801A DE3249801C2 DE 3249801 C2 DE3249801 C2 DE 3249801C2 DE 19823249801 DE19823249801 DE 19823249801 DE 3249801 A DE3249801 A DE 3249801A DE 3249801 C2 DE3249801 C2 DE 3249801C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
phase difference
output signal
output
phi
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE19823249801
Other languages
German (de)
Inventor
Wataru Fuchu Tokio/Tokyo Shimizu
Akira Komae Tokio/Tokyo Yamashita
Original Assignee
Kabushiki Kaisha SG, Kokubunji, Tokio/Tokyo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP1981022075U external-priority patent/JPS57135917U/ja
Application filed by Kabushiki Kaisha SG, Kokubunji, Tokio/Tokyo filed Critical Kabushiki Kaisha SG, Kokubunji, Tokio/Tokyo
Priority to DE19823249801 priority Critical patent/DE3249801C2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE3249801C2 publication Critical patent/DE3249801C2/en
Expired legal-status Critical Current

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/243Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the phase or frequency of AC
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness

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Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Meßumformer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an inductive measuring transducer according to the preamble of patent claim 1.

Ein bekannter linearer Positionsdetektor dieser Art (Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen, 1967, S. 188/189) ist als Differential-Transformatorgeber ausgebildet, bei dem nur eine einzige Primärspule vorhanden ist, der zwei Sekundärspulen zugeordnet sind. Zwar kann die Primärspule in zwei Wicklungshälften unterteilt sein, die in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind, jedoch werden auch in diesen Fällen beide Wicklungshälften, die hintereinandergeschaltet sind, von einem einzigen (gemeinsamen) Wechselstromsignal erregt. Zwei Wicklungshälften, die von einem gemeinsamen Wechselstromsignal erregt werden, bilden nur eine einzige Spule. Die Sekundärspulen sind in Reihe geschaltet, und zwar entweder so, dass sich ihre Spannungen addieren oder so, dass ihre Spannungen gegenphasig sind und sich demnach subtrahieren. Entsprechend der Linearverschiebung des Kernes ändern sich die Reluktanzen der Magnetkreise der beiden Sekundärspulen unterschiedlich, wodurch die Amplitudenwerte (Spitzenwerte) der von dem Strom in der Primärspule in den Sekundärspulen erzeugten Wechselspannungssignale unterschiedlich werden. Wenn die beiden Sekundärspulen gegenphasig betrieben werden, entspricht das zusammengesetzte Ausgangssignal dieser beiden Spulen der Differenz der Reluktanzen. Das kombinierte Ausgangssignal der Sekundärspulen wird durch Gleichrichtung in ein Gleichspannungssignal umgesetzt, dessen Amplitude der linearen Position des Kernes entspricht.A known linear position detector of this type (Handbook for electrical measurement of mechanical quantities, 1967, p. 188/189) is designed as a differential transformer sensor, in which there is only a single primary coil, to which two secondary coils are assigned. Although the primary coil can be divided into two winding halves, which are arranged one behind the other in the longitudinal direction, even in these cases both winding halves, which are connected in series, are excited by a single (common) alternating current signal. Two winding halves, which are excited by a common alternating current signal, form only a single coil. The secondary coils are connected in series, either in such a way that their voltages add up or in such a way that their voltages are in opposite phase and therefore subtract. According to the linear displacement of the core, the reluctances of the magnetic circuits of the two secondary coils change differently, causing the amplitude values (peak values) of the AC signals generated by the current in the primary coil in the secondary coils to be different. When the two secondary coils are operated in antiphase, the combined output signal of these two coils corresponds to the difference in the reluctances. The combined output signal of the secondary coils is converted by rectification into a DC signal whose amplitude corresponds to the linear position of the core.

Das Meßprinzip der bekannten Differential-Transformatoren beruht darauf, dass das induktive Übertragungsverhalten von der Primärspule auf jede der Sekundärspulen sich in Abhängigkeit von der Position des Kernes ändert. Dabei wird zunächst ein Wechselspannungssignal erzeugt, das anschließend noch einer Gleichrichtung bedarf, um eine Meßspannung zu erzeugen.The measuring principle of the known differential transformers is based on the fact that the inductive transfer behavior from the primary coil to each of the secondary coils changes depending on the position of the core. First, an alternating voltage signal is generated, which then requires rectification in order to generate a measuring voltage.

Der Nachteil der bekannten Differential-Transformatoren besteht im wesentlichen darin, dass die Amplitude des Ausgangssignals zur Ermittlung der Position des Kernes ausgewertet wird. Derartige Amplitudenauswertungen sind besonders störanfällig, da die Signalamplitude u.a. von den Spulenwiderständen abhängt. Die Spulenwiderstände sind aber abhängig von der Temperatur, der Länge der Leitungswege usw. Außerdem ist die amplitudenabhängige Auswertung besonders störanfällig gegen eingestreute Fremdsignale.The disadvantage of the known differential transformers is essentially that the amplitude of the output signal is evaluated to determine the position of the core. Such amplitude evaluations are particularly susceptible to interference, since the signal amplitude depends on the coil resistance, among other things. The coil resistances, however, are dependent on the temperature, the length of the line paths, etc. In addition, the amplitude-dependent evaluation is particularly susceptible to interference from interfering external signals.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Meßumformer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, der imstande ist, die lineare Position unabhängig von Widerstandsänderungen und anderen Einflüssen, die auf die Amplitude des Ausgangssignals einwirken, mit hoher Genauigkeit festzustellen.The invention is based on the object of creating an inductive measuring transducer of the type specified in the preamble of patent claim 1, which is capable of determining the linear position with high accuracy, independently of resistance changes and other influences which act on the amplitude of the output signal.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved according to the invention with the features specified in the characterizing part of patent claim 1.

Der erfindungsgemäße Positionsdetektor ist so aufgebaut, dass Primärspulen und Sekundärspulen, wie sie in dem bekannten Positionsdetektor mit Differentialtransformator benutzt werden, so angeordnet sind, dass entlang des linearen Bewegungsweges eines Kernes mehrere Primärspulen angeordnet sind. Die jeweiligen Primärspulen werden einzeln durch Referenz-Wechselsignale erregt, die gegeneinander phasenverschoben sind, so dass in einer Sekundärspule ein Ausgangssignal entsteht, das entsprechend der linearen Position des Kernes phasenverschoben ist. Auf diese Weise wird die lineare Position des Kernes durch Messung der Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal der Sekundärspule und einem der Referenzsignale ermittelt. Da die lineare Position durch Messung einer Phasendifferenz bestimmt wird, wird die Messung nicht durch Amplitudenänderungen beeinflusst, die infolge von Störungen entstehen. Auf diese Weise erfolgt eine sehr genaue Positionsmessung. Die Auflösung zur Erkennung der linearen Position kann sehr leicht verbessert werden, indem die Auflösung zur Erkennung der Phasendifferenz durch geeignete Schaltungsmaßnahmen in dem Phasendifferenzdetektor vergrößert wird. So kann beispielsweise die Frequenz eines Impulsaktes, der zum Auszählen des Phasenwinkels benutzt wird, vergrößert werden. Der erfindungsgemäße Positionsdetektor eignet sich daher für Anwendungen, die eine hohe Meßgenauigkeit erfordern.The position detector according to the invention is constructed in such a way that primary coils and secondary coils, as used in the known position detector with a differential transformer, are arranged in such a way that a plurality of primary coils are arranged along the linear movement path of a core. The respective primary coils are individually excited by reference alternating signals which are phase-shifted with respect to one another, so that an output signal is produced in a secondary coil which is phase-shifted in accordance with the linear position of the core. In this way, the linear position of the core is determined by measuring the phase difference between the output signal of the secondary coil and one of the reference signals. Since the linear position is determined by measuring a phase difference, the measurement is not influenced by amplitude changes which arise as a result of disturbances. In this way, a very precise position measurement is carried out. The resolution for detecting the linear position can be very easily improved by increasing the resolution for detecting the phase difference by suitable circuit measures in the phase difference detector. For example, the frequency of a pulse that is used to count the phase angle can be increased. The position detector according to the invention is therefore suitable for applications that require high measurement accuracy.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Signalgenerator einen Taktimpulsgenerator aufweist, der einem Frequenzuntersetzer Taktimpulssignale zuführt, dass der Ausgang des Frequenzuntersetzers mit einer Wellenformschaltung verbunden ist, die aus den Ausgangssignalimpulsen des Frequenzuntersetzers die Referenzwechselsignale erzeugt und dass der Phasendifferenzdetektor einen Zähler enthält, der von den Taktimpulssignalen des Taktimpulsgenerators getaktet ist und von einer Steuerschaltung derart gesteuert ist, dass er, ausgehend von demjenigen Zeitpunkt, zu dem eines der Referenzwechselsignale einen vorgegebenen Phasenwert durchläuft, die Taktimpulse so lange zählt, bis das Ausgangsignal der Sekundärspule denselben Phasenwert erreicht hat, und den dann eingenommenen Zählerstand als Maß für die Drehwinkelstellung ausgibt.Preferably, the signal generator has a clock pulse generator which supplies clock pulse signals to a frequency reducer, the output of the frequency reducer is connected to a waveform circuit which generates the reference alternating signals from the output signal pulses of the frequency reducer, and the phase difference detector contains a counter which is clocked by the clock pulse signals of the clock pulse generator and is controlled by a control circuit such that, starting from the point in time at which one of the reference alternating signals passes through a predetermined phase value, it counts the clock pulses until the output signal of the secondary coil has reached the same phase value, and outputs the counter reading then taken as a measure of the angle of rotation position.

Die Referenzwechselsignale für die Primärspulen werden nach Frequenzuntersetzung aus den Taktimpulsen des Taktimpulsgenerators gebildet. Dieselben Taktimpulssignale dienen dazu, die Phasendifferenz des Ausgangssignals der Sekundärspule in Relation zu einem Referenzwechselsignal zu bestimmen, indem der Zähler die Anzahl der Taktimpulse in der Zeitspanne, die durch die Zeitverschiebung der jeweiligen Signale wegen der Phasendifferenz entsteht, zählt. Das Referenzwechselsignal ist also mit den Taktimpulsen gekoppelt und exakt synchronisiert. Dies ermöglicht die Bestimmung der Phasendifferenz und demnach des Drehwinkels des Rotors mit hoher Genauigkeit, die im wesentlichen nur noch von der Impulsfrequenz der Taktimpulse abhängig ist. Durch die Verwendung derselben Taktimpulse sowohl für die Referenzwechselsignalerzeugung als auch für die Phasendifferenzbestimmung wird kein zusätzlicher Impulsgenerator für die Bestimmung der Phasendifferenz noch eine Synchronisiereinrichtung benötigt.The reference alternating signals for the primary coils are formed from the clock pulses of the clock pulse generator after frequency reduction. The same clock pulse signals are used to determine the phase difference of the output signal of the secondary coil in relation to a reference alternating signal, in that the counter counts the number of clock pulses in the time period that arises from the time shift of the respective signals due to the phase difference. The reference alternating signal is therefore coupled to the clock pulses and precisely synchronized. This enables the phase difference and thus the angle of rotation of the rotor to be determined with high accuracy, which essentially only depends on the pulse frequency of the clock pulses. By using the same clock pulses for both the reference alternating signal generation and for determining the phase difference, no additional pulse generator for determining the phase difference or a synchronization device is required.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.In the following, embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Generators für das Referenz-Wechselspannungssignal und eines Phasendifferenzdetektors, die in dem Positionsdetektor enthalten sind,Fig. 1 is a block diagram of the reference AC signal generator and a phase difference detector included in the position detector,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm des Phasendifferenz-Messvorgangs im Phasendifferenzdetektor,Fig. 2 is a timing diagram of the phase difference measurement process in the phase difference detector,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines modifizierten Ausführungsbeispiels des Generators für das Wechselstrom-Referenzsignal und und des Phasendifferenzdetektors nach Fig. 1,Fig. 3 is a block diagram of a modified embodiment of the AC reference signal generator and the phase difference detector of Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels des Phasendifferenzdetektors nach Fig. 1, bei welchem die Phasendifferenz als Analogwert ermittelt wird,Fig. 4 is a block diagram of another embodiment of the phase difference detector according to Fig. 1, in which the phase difference is determined as an analog value,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm von Wellenformen der an verschiedenen Stellen der Schaltung nach Fig. 4 erscheinenden Ausgangssignale,Fig. 5 is a timing diagram of waveforms of the output signals appearing at various points in the circuit of Fig. 4,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels, bei dem eine Phasenverschieberschaltung zur Verstellung des Ursprungs zwischen dem Ausgang der Sekundärspule und dem Phasendifferenzdetektor im Detektorkopf vorgesehen ist undFig. 6 is a block diagram of an embodiment in which a phase shifter circuit is provided for adjusting the origin between the output of the secondary coil and the phase difference detector in the detector head and

Fig. 7 ein Wellenformdiagramm eines Ausgangssignales des Detektorkopfes, das erzeugt wird, wenn der Kern des Detektorkopfes in Fig. 1 mit einer bestimmten Geschwindigkeit verschoben wird.Fig. 7 is a waveform diagram of an output signal of the detector head generated when the core of the detector head in Fig. 1 is moved at a certain speed.

Bei dem Detektorkopf der Fig. 1 wird ein axial verschiebbarer Kern 3 in den hohlen Mittelteil eines Spulenkörpers 2 eingeschoben. Auf den Spulenkörper 2 sind an axial gegeneinander versetzten Stellen zwei Primärspulen 4A und 4B aufgewickelt. Auf eine geeignete Stelle des Spulenkörpers 2 (z.B. bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Mitte zwischen den Primärspulen) ist eine Sekundärspule 5 aufgewickelt. Die beiden Primärspulen 4A und 4B werden separat durch Wechselstromsignale erregt, die phasenverschoben gegeneinander sind (z.B. durch ein Sinussignal a sin kleines Omega t und ein Kosinussignal a cos kleines Omega t). In der Sekundärspule 5 wird eine Spannung erzeugt, die sich aus einem von der Primärspule 4A induzierten Anteil und einem von der Primärspule 4B induzierten Anteil zusammensetzt.In the detector head of Fig. 1, an axially movable core 3 is inserted into the hollow middle part of a coil body 2. Two primary coils 4A and 4B are wound onto the coil body 2 at axially offset locations. A secondary coil 5 is wound onto a suitable location on the coil body 2 (e.g. in the illustrated embodiment in the middle between the primary coils). The two primary coils 4A and 4B are excited separately by alternating current signals that are phase-shifted relative to one another (e.g. by a sine signal a sin small omega t and a cosine signal a cos small omega t). A voltage is generated in the secondary coil 5, which is made up of a component induced by the primary coil 4A and a component induced by the primary coil 4B.

Da die Primärspulen 4A und 4B von den phasenverschobenen Wechselspannungssignalen a sin kleines Omega t und a cos kleines Omega t erregt wird, wird in der Sekundärspule ein Signal Y erzeugt, das sich aus der Phasenverschiebung oder der Phasenmodulation des Wechselspannungssignals sin kleines Omega t in Abhängigkeit von der Position l des Kernes 3 ergibt. Nachfolgend wird das Prinzip der Erzeugung dieses Signals erläutert. Wenn die Position des Kernes 3 mit l und der Kopplungskoeffizient der Primärspulen mit der Sekundärspule mit x bezeichnet werden, ergibt sichSince the primary coils 4A and 4B are excited by the phase-shifted alternating voltage signals a sin small omega t and a cos small omega t, a signal Y is generated in the secondary coil, which results from the phase shift or phase modulation of the alternating voltage signal sin small omega t depending on the position l of the core 3. The principle of generating this signal is explained below. If the position of the core 3 is denoted by l and the coupling coefficient of the primary coils with the secondary coil is denoted by x, the result is

x = l / k (1)x = l / k (1)

worin k eine Konstante ist, die von der Windungszahl der Spulen, der Permeabilität des Kernes u.dgl. abhängt. Unter Benutzung des Kopplungskoeffizienten x kann das Ausgangssignal Y der Sekundärspule 5 durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:where k is a constant depending on the number of turns of the coils, the permeability of the core, etc. Using the coupling coefficient x, the output signal Y of the secondary coil 5 can be expressed by the following equation:

Y = a (1-x)sin kleines Omega t - a (1 + x) cos kleines Omega t (2)Y = a (1-x)sin small omega t - a (1 + x) cos small omega t (2)

In der obigen Gleichung ist angenommen, dass eine Stellung, in der die Induktanz zwischen der PrimärspuleIn the above equation it is assumed that a position in which the inductance between the primary coil

4A und der Sekundärspule 5 im Gleichgewicht mit der Induktanz zwischen der Primärspule 4B und der Sekundärspule 5 ist, die Nullposition des Kernes 3 ist, (d.h. l = 0), und dass die gegenseitige Induktanz in dieser Stellung 1 ist. Wenn man in Gleichung (2) einsetzt a (1-x) = A und a (1 + x) = B, ergibt sich hieraus 4A and the secondary coil 5 is in equilibrium with the inductance between the primary coil 4B and the secondary coil 5, the zero position of the core 3 (ie l = 0), and that the mutual inductance in this position is 1. If one inserts a (1-x) = A and a (1 + x) = B in equation (2), this results in

Das Ausgangssignal Y der Sekundärspule 5 ist demnach ein Wechselspannungssignal, das gegenüber dem Referenzsignal A sin kleines Omega t um großes Phi phasenverschoben ist. Die Phasendifferenz großes Phi ist, wie Gleichung (5) zeigt, eine Funktion von x und x ist wiederum eine Funktion der Position l des Kernes 3. Durch Messung der Phasendifferenz großes Phi zwischen dem Ausgangssignal Y der Sekundärspule 5 und dem Referenzsignal sin kleines Omega t (oder cos kleines Omega t) kann man die Position l des Kernes 3 auf der Basis der Phasendifferenz großes Phi erhalten. Mit anderen Worten: Wenn Gleichung (5) nach x aufgelöst wird, kann x als Funktion f (großes Phi) ausgedrückt werden, indem die Phasendifferenz großes Phi als Variable benutzt wird, d.h. die Position l kann anhand der Funktion f (großes Phi) und auf der Basis von Gleichung (1) ausgedrückt werden alsThe output signal Y of the secondary coil 5 is therefore an alternating voltage signal which is phase-shifted by large Phi compared to the reference signal A sin small Omega t. The phase difference large Phi is, as equation (5) shows, a function of x and x is in turn a function of the position l of the core 3. By measuring the phase difference large Phi between the output signal Y of the secondary coil 5 and the reference signal sin small Omega t (or cos small Omega t), the position l of the core 3 can be obtained on the basis of the phase difference large Phi. In other words, when equation (5) is solved for x, x can be expressed as a function f (large Phi) by using the phase difference large Phi as a variable, i.e. the position l can be expressed using the function f (large Phi) and on the basis of equation (1) as

l = k x f(großes Phi) (7)l = k x f(large Phi) (7)

Ein Beispiel einer Schaltung zur Ermittlung der Position l des Kernes 3 durch Messung der Phasendifferenz großes Phi zwischen dem Ausgangssignal Y des Detektorkopfes 1 und dem Referenzsignal a sin kleines Omega t ist in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 2 erzeugt der Referenzsignalgenerator 13 ein Wechselspannungssignal, das den Primärspulen 4A und 4B des Detektorkopfes 1 zugeführt wird. Der Phasendifferenzdetektor 14 dient zur Messung der Phasendifferenz großes Phi. Bei dem Beispiel nach Fig. 1 mißt die Schaltung 14 die Phasendifferenz großes Phi digital. Ein Oszillator 15 erzeugt einen hochfrequenten Impulstakt CP. Die Frequenzteilerschaltung 16 teilt die Frequenz des Impulstaktes CP durch M und erzeugt Impulse Pb mit einem Teilverhältnis von 50% und hierzu invertierte Impulse Pa. M ist eine ganze Zahl. Im einzelnen erzeugt die Frequenzteilerschaltung, die einen 2/M-Frequenzteiler 17 und eine ½-Frequenzteilerschaltung 18 enthält, an dem 2/M-Frequenzteiler 17 den Impulstakt Pc, der dem Impulstakt CP nach Frequenzteilung um den Faktor 2/M entspricht, und dieser Impulstakt Pc wird durch die Flip-Flop-Schaltung 18 durch zwei geteilt. Als Folge hiervon gibt die Flip-Flop-Schaltung 18 Rechteckimpulse mit einem Impulsteilerverhältnis von 50% und der durch M geteilten Frequenz des Impulstaktes CP am Ausgang Q und am invertierten Ausgang Q [mit Tilde] Rechteckimpulse in Form des invertierten Impulstaktes Pb aus. Die Impulstakte Pb und Pa, die um 180° phasenverschoben zueinander sind, werden dem ½-Frequenzteiler-Flip-Flop 19 bzw. 20 zugeführt, die Impulsfolgen mit den Frequenzen ½ Pb und ½ Pa erzeugen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Impulsfolgen mit den Frequenzen ½ Pb und ½ Pa, die jeweils von den Flip-Flop-Schaltungen 19 und 20 ausgegeben werden, ein 2M-tel der Frequenz des Impulstaktes CP haben und gegeneinander um 90° phasenverschoben sind. Die Impulsfolgen in den Frequenzen ½ Pb und ½ Pa werden jeweils einem Tiefpaßfilter 21 bzw. 22 zugeführt, um die Grundwellenkomponenten zu erhalten. Es sei angenommen, dass das Tiefpaßfilter 21 ein Kosinuswellensignal cos kleines Omega t ausgibt. In diesem Fall erzeugt das Tiefpaßfilter 22 notwendigerweise ein Sinuswellensignal sin kleines Omega t. Das von dem Tiefpaßfilter 21 ausgegebene Signal cos kleines Omega t wird durch den Verstärker 23 verstärkt, so dass ein Signal a cos kleines Omega t entsteht, das der Primärspule 4B zugeführt wird. Das von dem Tiefpaßfilter 22 ausgegebene Signal sin kleines Omega t wird von dem Verstärker 24 verstärkt und als Signal a sin kleines Omega t der Primärspule 4A zugeführt.An example of a circuit for determining the position l of the core 3 by measuring the phase difference large Phi between the output signal Y of the detector head 1 and the reference signal a sin small Omega t is shown in Fig. 1. In Fig. 2, the reference signal generator 13 generates an alternating voltage signal which is fed to the primary coils 4A and 4B of the detector head 1. The phase difference detector 14 serves to measure the phase difference large Phi. In the example according to Fig. 1, the circuit 14 measures the phase difference large Phi digitally. An oscillator 15 generates a high-frequency pulse clock CP. The frequency divider circuit 16 divides the frequency of the pulse clock CP by M and generates pulses Pb with a division ratio of 50% and inverted pulses Pa. M is an integer. More specifically, the frequency divider circuit comprising a 2/M frequency divider 17 and a ½ frequency divider circuit 18 generates at the 2/M frequency divider 17 the pulse clock Pc which corresponds to the pulse clock CP after frequency division by a factor of 2/M, and this pulse clock Pc is divided by two by the flip-flop circuit 18. As a result, the flip-flop circuit 18 outputs rectangular pulses with a pulse division ratio of 50% and the frequency of the pulse clock CP divided by M at the output Q and rectangular pulses in the form of the inverted pulse clock Pb at the inverted output Q [with tilde]. The pulse clocks Pb and Pa which are 180° out of phase with each other are supplied to the ½ frequency divider flip-flops 19 and 20, respectively, which produce pulse trains with frequencies ½ Pb and ½ Pa. Note that the pulse trains with frequencies ½ Pb and ½ Pa respectively output from the flip-flop circuits 19 and 20 have a 2M-th of the frequency of the pulse clock CP and are 90° out of phase with each other. The pulse trains in frequencies ½ Pb and ½ Pa are respectively supplied to low-pass filters 21 and 22 to obtain the fundamental wave components. It is assumed that the low-pass filter 21 outputs a cosine wave signal cos small omega t. In this case, the low-pass filter 22 necessarily produces a sine wave signal sin small omega t. The signal cos small omega t output by the low-pass filter 21 is amplified by the amplifier 23 to produce a signal a cos small omega t which is fed to the primary coil 4B. The signal sin small omega t output by the low-pass filter 22 is amplified by the amplifier 24 and fed to the primary coil 4A as a signal a sin small omega t.

Wie oben dargelegt, erhält man an der Sekundärspule 5 das Wechselspannungssignal Y = K sin (kleines Omega t - großes Phi), das um einen der Position l des Kernes 3 entsprechenden Phasenwinkel großes Phi gegenüber dem Signal K sin kleines Omega t phasenverschoben ist. Das Ausgangssignal Y wird über einen Verstärker 25 einem Polaritätsdiskriminator 26 zugeführt. Einem weiteren Polaritätsdiskriminator 27 wird eines der Referenzsignale a sin kleines Omega t über den Verstärker 24 zugeführt. Die Polaritätsdiskriminatoren 26 und 27, die aus Komparatoren bestehen, geben ein "1"-Signal aus, wenn die Amplitude des EingangssignalsAs explained above, the alternating voltage signal Y = K sin (small omega t - large phi) is obtained at the secondary coil 5, which is phase-shifted by a phase angle large phi corresponding to the position l of the core 3 compared to the signal K sin small omega t. The output signal Y is fed to a polarity discriminator 26 via an amplifier 25. One of the reference signals a sin small omega t is fed to a further polarity discriminator 27 via the amplifier 24. The polarity discriminators 26 and 27, which consist of comparators, output a "1" signal when the amplitude of the input signal

(K sin (kleines Omega t - großes Phi), a sind kleines Omega t)(K sin (small Omega t - large Phi), a are small Omega t)

von positiver Polarität ist und ein "0"-Signal, wenn diese Amplitude von negativer Polarität ist.of positive polarity and a "0" signal if this amplitude is of negative polarity.

Die Ausgangssignale der Polaritätsdiskriminatoren 26 und 27 werden jeweils Anstiegsflanken-Erkennungsschaltungen 28 und 29 zugeführt, bei denen es sich um monostabile Multivibratoren handelt, die einen kurzen Impuls ausgeben, wenn das Eingangssignal auf "1" geht.The output signals of the polarity discriminators 26 and 27 are respectively fed to rising edge detection circuits 28 and 29, which are monostable multivibrators that output a short pulse when the input signal goes to "1".

Wenn der Phasenwinkel (kleines Omega t - großes Phi) des Ausgangssignals Y des Detektorkopfes 1 den Wert 0° hat, gibt daher der Anstiegsflankendetektor 28 gemäß Fig. 2 einen Anstiegserkennungsimpuls Ts aus. Wenn dagegen der Phasenwinkel kleines Omega T des Referenzsignals a sin kleines Omega t den Wert 0° einnimmt, gibt der Anstiegsflankendetektor 29 einen Anstiegserkennungsimpuls T0 aus. das Signal Y = K sin (kleines Omega t - großes Phi) eilt dem Referenzsignal a sin kleines Omega t um einen Phasenwinkel großes Phi nach, der der Position I entspricht. Daher folgt der Anstiegsflanken-Erkennungsimpuls Ts dem Anstiegsflanken-Erkennungsimpuls T0 mit einer Verzögerung, die der Phasendifferenz großes Phi entspricht.Therefore, when the phase angle (small omega t - large phi) of the output signal Y of the detector head 1 is 0°, the rising edge detector 28 outputs a rising edge detection pulse Ts as shown in Fig. 2. On the other hand, when the phase angle small omega T of the reference signal a sin small omega t is 0°, the rising edge detector 29 outputs a rising edge detection pulse T0. The signal Y = K sin (small omega t - large phi) lags the reference signal a sin small omega t by a phase angle large phi corresponding to the position I. Therefore, the rising edge detection pulse Ts follows the rising edge detection pulse T0 with a delay corresponding to the phase difference large phi.

Den Wert der Phasendifferenz großes Phi kann man durch Auszählen des Zeitintervalls zwischen den Anstiegsflanken-Erkennungsimpulsen T0 und Ts mit Hilfe eines Zählers 30 erhalten, dem der Impulstakt CP des Oszillators 15 zugeführt wird. Dem Zähler 30 wird als Rücksetzimpuls der ImpulsT0 zugeführt, der dem Phasenwinkel 0 des Referenzsignals a sin kleines Omega t entspricht. Der Zähler 30 wird daher jedes Mal dann zurückgesetzt, wenn das Referenzsignal a sin kleines Omega t die Phase 0 einnimmt.The value of the phase difference large Phi can be obtained by counting the time interval between the rising edge detection pulses T0 and Ts using a counter 30 to which the pulse clock CP of the oscillator 15 is fed. The counter 30 is fed as a reset pulse the pulse T0 which corresponds to the phase angle 0 of the reference signal a sin small Omega t. The counter 30 is therefore reset each time the reference signal a sin small Omega t assumes the phase 0.

Das Ausgangssignal des Zählers 30 wird einem Pufferregister 31 zugeführt, das an seinem Abtasteingang einen Impuls Ts empfängt, der den Phasenwinkel kleines Omega t großes Phi = 0 des Signals K sin (kleines Omega t - großes Phi) repräsentiert. Der Zählerstand des Zählers 30 wird jedes Mal dann in das Pufferregister 31 übertragen, wenn der Impuls Ts erzeugt wird, so dass das Pufferregister 31 den der Phasendifferenz großes Phi entsprechenden Zählerstand D[tief]großes Phi empfängt.The output signal of the counter 30 is fed to a buffer register 31 which receives at its sampling input a pulse Ts representing the phase angle small omega t large phi = 0 of the signal K sin (small omega t - large phi). The count of the counter 30 is transferred to the buffer register 31 each time the pulse Ts is generated, so that the buffer register 31 receives the count D[low]large phi corresponding to the phase difference large phi.

Obwohl es möglich ist, den Zählerstand D[tief]Phi des Pufferregisters 31 direkt als Positionswert I anzunehmen, kann dieser Zählwert D[tief]Phi auch unter Verwendung eines geeigneten Funktionsgenerators in den Positionswert I umgeformt werden. Die Beziehung zwischen der Phasenverschiebung großes Phi und der Position I wird beispielsweise wie folgt berechnet:Although it is possible to take the count D[deep]Phi of the buffer register 31 directly as the position value I, this count value D[deep]Phi can also be converted into the position value I using a suitable function generator. The relationship between the phase shift large Phi and the position I is calculated, for example, as follows:

1. Wenn die Position I = - k ist, ist der Kopplungskoeffizient x = -1. Daher gilt1. If the position I = - k, the coupling coefficient x = -1. Therefore,

großes Phi = cos[hoch]-1 1 = 0.large Phi = cos[to the power of]-1 1 = 0.

2. Wenn die Position I = 0 ist, ist der Kopplungskoeffizient x = 0. Daher gilt 2. If the position I = 0, the coupling coefficient x = 0. Therefore,

3. Wenn die Position I = k ist, ist der Kopplungskoeffizient x = 1. Daher gilt 3. If the position I = k, the coupling coefficient x = 1. Therefore

Aus dem obigen Rechenbeispiel ergibt sich, dass die Beziehung zwischen der Phasenverschiebung großes Phi und der Position I nahezu linear ist, wenn die Position I des Kernes 3 im Bereich von -k <= I <= k liegt. Da der Detektorkopf 1 die Position sehr fein angeben soll, besteht keine Schwierigkeit, den Verschiebungsbereich des Kernes 3 auf die Größenordnung von -k <= 1<= k zu beschränken. Dementsprechend kann der Wert D[tief]Phi, der die Phasenverschiebung großes Phi angibt, direkt als derjenige Wert benutzt werden, der die Position I des Kernes 3 angibt. In diesem Fall sollte als Nullstellung (I = 0), d.h. als neutrale Stellung, nicht der Ursprung des Kernes 3 angenommen werden, sondern eine Stellung, in der die Phasenverschiebung großes Phi "0" ist, d.h. bei dem obigen Rechnungsbeispiel die Stellung I = k. In dem Fall, dass der Phasenverschiebungswert D[tief]großes Phi zur Ermittlung der Position I durch einen Funktionsgenerator umgewandelt wird, kann der Funktionsgenerator beispielsweise aus einem Festwertspeicher bestehen, in dem die Funktionen der Gleichungen (5) und (1) gespeichert sind.From the above calculation example, it can be seen that the relationship between the phase shift large Phi and the position I is almost linear when the position I of the core 3 is in the range of -k <= I <= k. Since the detector head 1 is intended to indicate the position very finely, there is no difficulty in restricting the displacement range of the core 3 to the order of magnitude of -k <= 1<= k. Accordingly, the value D[deep]Phi, which indicates the phase shift large Phi, can be used directly as the value indicating the position I of the core 3. In this case, the zero position (I = 0), i.e. the neutral position, should not be taken to be the origin of the core 3, but a position in which the phase shift large Phi is "0", i.e. in the above calculation example, the position I = k. In the case that the phase shift value D[deep]large Phi is converted to determine the position I by a function generator, the function generator can, for example, consist of a read-only memory in which the functions of equations (5) and (1) are stored.

Die Generatorschaltung 3 zur Erzeugung des Wechselspannungs-Referenzsignals und der Phasendifferenzdetektor 14 sind nicht auf die Ausführungsbeispiele der Fig. 1 beschränkt, sondern können auch in anderer Weise ausgebildet sein.The generator circuit 3 for generating the AC voltage reference signal and the phase difference detector 14 are not limited to the embodiments of Fig. 1, but can also be designed in a different way.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem der 2/M-Frequenzteiler 17 nach Fig. 1 fortgelassen ist, während der Referenzsignalgenerator 13A und der Phasendifferenzdetektor 14A gemeinsam den Zählerstand 30 enthalten, der modulo 2/M zählt. In Fig. 3 sind Schaltungen, die ähnliche Funktionen ausführen wie diejenigen aus Fig. 1, mit denselben Bezugszeichen versehen. Das Bit, dessen Gewicht einem Viertel desjenigen des höchstwertigen Bits entspricht, nämlich das Ausgangssignal der 2/M-Frequenzteilerstufe, wird dem Flip-Flop 18 als Impuls Pc zugeführt. Auf der Basis dieser Impulse Pc werden das Sinussignal a sin kleines Omega t und das Kosinussignal a cos kleines Omega t durch die Schaltungen 18 bis 24 wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erzeugt. Das Ausgangssignal Y = K sin (kleines Omega t - großes Phi) des Detektorkopfes 1 wird durch die Schaltungen 25, 26 und 28 wie im Falle von Fig. 1 verarbeitet und als Folge hiervon wird der dem Ausgangssignal Y in der Phase 0 entsprechende Impuls Ts dem Abtaststeuereingang des Registers 31 zugeführt. Dem Dateneingang des Registers 21 wird der Zählerstand des Zählers 30 zugeführt. Der der Phasendifferenz großes Phi entsprechende Digitalwert D[tief]großes Phi wird auf diese Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in das Register 31 eingespeichert.Fig. 3 shows an example in which the 2/M frequency divider 17 of Fig. 1 is omitted, while the reference signal generator 13A and the phase difference detector 14A together contain the counter reading 30 which counts modulo 2/M. In Fig. 3, circuits which perform similar functions to those of Fig. 1 are provided with the same reference numerals. The bit whose weight corresponds to a quarter of that of the most significant bit, namely the output signal of the 2/M frequency divider stage, is fed to the flip-flop 18 as a pulse Pc. On the basis of these pulses Pc, the sine signal a sin small omega t and the cosine signal a cos small omega t are generated by the circuits 18 to 24 as in the embodiment of Fig. 1. The output signal Y = K sin (small Omega t - large Phi) of the detector head 1 is processed by the circuits 25, 26 and 28 as in the case of Fig. 1 and as a result the pulse Ts corresponding to the output signal Y in phase 0 is fed to the sampling control input of the register 31. The count of the counter 30 is fed to the data input of the register 21. The digital value D[low]large Phi corresponding to the phase difference large Phi is stored in the register 31 in this way as in the embodiment according to Fig. 1.

Während der Wert D[tief]großes Phi nach den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 3 von den Phasendifferenzdetektoren 14 bzw. 14A in digitaler Form ermittelt wird, kann diese Ermittlung auch gemäß Fig. 4 in Analogtechnik erfolgen. Gemäß Fig. 4 werden einem Phasendifferenzdetektor 14B das Referenzsignal a sin kleines Omega t und das Ausgangssignal Y des Detektorkopfes 1 zugeführt. Wenn das Ausgangssignal Y die in Fig. 5a dargestellte Wellenform hat, gibt der Polaritätsdiskriminator 50 als Antwort auf eine positive Polarität ein "1"-Signal aus und als Antwort auf negative Polarität ein "0"-Signal, wie Fig. 5b zeigt. Der Anstiegsflankendetektor 51 gibt die in Fig. 5c dargestellten kurzen Impulse zu denjenigen Zeitpunkten aus, in denen das Ausgangssignal b des Polaritätsdiskriminators eine Anstiegsflanke aufweist. Das Referenzsignal a sin kleines Omega t, das in Fig. 5d dargestellt ist, wird durch den Polaritätsdiskriminator 52 in Rechteckform umgewandelt(e) und dann dem ½-Frequenzteiler 53 zugeführt, so dass das Ausgangssignal f entsteht, das jeweils eine Periode des Referenzsignals a sin kleines Omega t auf "1" und für die nächste Periode auf "0" geht. Das Ausgangssignal f des ½-Frequenzteilers 53 wird einer Integrationsschaltung 54 zugeführt, um eine Analogspannung g zu erzeugen, die der Länge der vom Anstiegspunkt oder Abfallpunkt des Ausgangssignals f der Frequenzteilerschaltung verstrichenen Zeit entspricht, wie Fig. 5g zeigt. Das Ausgangssignal g der Integrationsschaltung 54 wird einer Abtast- und Halteschaltung 55 zugeführt, um zu den Zeitpunkten, in denen der Phasenwinkel des Signals Y = 0° ist, abgetastet zu werden. Der Abtaststeuereingang der Abtast- und Halteschaltung 55 erhält das Ausgangssignal c der Anstiegserkennungsschaltung 51 über ein Tor 56, das geöffnet wird, damit die Abtast- und Halteschaltung 55 den Ausgangsimpuls c der Anstiegserkennungsschaltung 51 empfangen kann, wenn das Ausgangssignal f des ½-Frequenzteilers 53 "1" ist, jedoch den Impuls c blockiert, wenn das Ausgangssignal f "0" ist. Das Tor 56 dient dazu, die Abtastung des negativen Astes des Ausgangssignals g, das die Integrationsschaltung 54 erzeugt, wenn das Ausgangssignal f der1/2-Frequenzteilerschaltung 53 gemäß Fig. 5g "0" ist, zu unterdrücken. Demnach wird der Schaltung 55 über das Tor 56 ein Abtastimpuls h zugeführt, wenn das Ausgangssignal g der Integrationsschaltung 54 eine positive Steigung hat, wie Fig. 5h zeigt. Die Abtast- und Halteschaltung 55 führt auf diese Weise die Abtastung in jedem zweiten Zyklus aus, um eine Gleichspannung V[tief] großes Phi zu erzeugen, die der Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal a sin kleines Omega t und dem Ausgangssignal Y des Detektorkopfes analog ist.While the value D[deep]large Phi is determined in digital form by the phase difference detectors 14 and 14A according to the embodiments of Fig. 1 and 3, this determination can also be carried out in analogue technology according to Fig. 4. According to Fig. 4, the reference signal a sin small Omega t and the output signal Y of the detector head 1 are fed to a phase difference detector 14B. If the output signal Y has the waveform shown in Fig. 5a, the polarity discriminator 50 outputs a "1" signal in response to a positive polarity and a "0" signal in response to a negative polarity, as shown in Fig. 5b. The rising edge detector 51 outputs the short pulses shown in Fig. 5c at those times at which the output signal b of the polarity discriminator has a rising edge. The reference signal a sin small omega t shown in Fig. 5d is converted into a square wave by the polarity discriminator 52 and then supplied to the ½ frequency divider 53 to produce the output signal f which goes to "1" for one period of the reference signal a sin small omega t and to "0" for the next period. The output signal f of the ½ frequency divider 53 is supplied to an integration circuit 54 to produce an analog voltage g corresponding to the length of time elapsed from the rising point or falling point of the output signal f of the frequency divider circuit as shown in Fig. 5g. The output signal g of the integration circuit 54 is supplied to a sample and hold circuit 55 to be sampled at the instants when the phase angle of the signal Y = 0°. The sampling control input of the sample and hold circuit 55 receives the output signal c of the rise detection circuit 51 via a gate 56 which is opened so that the sample and hold circuit 55 can receive the output pulse c of the rise detection circuit 51 when the output signal f of the ½ frequency divider 53 is "1", but blocks the pulse c when the output signal f is "0". The gate 56 serves to suppress the sampling of the negative branch of the output signal g which the integration circuit 54 generates when the output signal f of the 1/2 frequency divider circuit 53 is "0" according to Fig. 5g. Accordingly, a sampling pulse h is fed to the circuit 55 via the gate 56 when the output signal g of the integration circuit 54 has a positive slope, as shown in Fig. 5h. The sample and hold circuit 55 thus performs the sampling every other cycle to produce a DC voltage V[low] large Phi which is analogous to the phase difference between the reference signal a sin small Omega t and the output signal Y of the detector head.

Bei der Befestigung des Detektorkopfes 1 an einem Objekt, ist es schwierig, den Ursprung des Detektorkopfes 1 exakt mit demjenigen des Objektes in Übereinstimmung zu bringen, so dass Montagefehler auftreten können. Um derartige Fehler bei der mechanischen Nullpunktabstimmung zu korrigieren, ist vorzugsweise zwischen dem Detektorkopf 1 und dem Phasendifferenzdetektor 14 eine Phasenschieberschaltung 12 vorgesehen. Die Phasenschieberschaltung 12 gibtWhen attaching the detector head 1 to an object, it is difficult to align the origin of the detector head 1 exactly with that of the object, so that assembly errors can occur. In order to correct such errors in the mechanical zero point adjustment, a phase shift circuit 12 is preferably provided between the detector head 1 and the phase difference detector 14. The phase shift circuit 12 outputs

ein Signal aus, das durch Verschieben des Eingangssignals Y um einen einstellbaren Phasenwinkel erzeugt wird und dessen Betrag der Phasenverschiebung an einem Stellglied eingestellt werden kann. Die Nullpunktverstellung erfolgt bei dieser Phasenschieberhaltung 12 auf folgende Weise: Zuerst wird die Position des zu erkennenden Objektes als Ursprung eingestellt und der Detektorkopf 1 wird an dem Objekt montiert. Wenn der Ursprung des Detektorkopfes 1 mit dem Ursprung des Objektes übereinstimmt, gibt das Ausgangssignal Y des Detektorkopfes 1 die Position für den Ursprung an (d.h. die Phasenverschiebung großes Phi beträgt 0). Wenn ein Montagefehler vorliegt, zeigt das Ausgangssignal Y die dem Fehler entsprechende Phasendifferenz großes Phi an. In diesem Fall wird das Stellglied 11 manuell verstellt, um den Betrag der Phasenverschiebung in der Phasenverschieberschaltung 12 so einzustellen, dass die Phasenschieberschaltung 12 ein Signal Y' ausgibt, welches die Position für den Ursprung oder Nullpunkt angibt (d.h. dass die Phasendifferenz großes Phi dieses Signals Y' in bezug auf das Referenzsignal a sin kleines Omega t 0 wird.a signal that is generated by shifting the input signal Y by an adjustable phase angle and whose amount of phase shift can be set on an actuator. The zero point adjustment is carried out with this phase shifter holder 12 in the following way: First, the position of the object to be detected is set as the origin and the detector head 1 is mounted on the object. If the origin of the detector head 1 matches the origin of the object, the output signal Y of the detector head 1 indicates the position for the origin (i.e. the phase shift large Phi is 0). If there is an assembly error, the output signal Y shows the phase difference large Phi corresponding to the error. In this case, the actuator 11 is manually adjusted to set the amount of phase shift in the phase shift circuit 12 so that the phase shift circuit 12 outputs a signal Y' which indicates the position for the origin or zero point (i.e., the phase difference large Phi of this signal Y' with respect to the reference signal a sin small Omega t 0).

Mit anderen Worten: In der Phasenschieberschaltung 12 erfolgt eine Phasenjustierung derart, dass die durch den Montagefehler erzeugte Phasendifferenz beseitigt wird. Beispielsweise kann der Betrag der Phasenverschiebung durch Verstellung eines variablen Widerstandes in der Phasenschieberschaltung 12 mittels des Stellglieds 11 verändert werden, wodurch die Zeitkonstante der Phasenschieberschaltung 12 reguliert wird.In other words, phase adjustment is performed in the phase shift circuit 12 so that the phase difference caused by the assembly error is eliminated. For example, the amount of phase shift can be changed by adjusting a variable resistor in the phase shift circuit 12 by means of the actuator 11, thereby regulating the time constant of the phase shift circuit 12.

Wenn der Kern 3 sich bewegt, kann man die Geschwindigkeit und die Beschleunigung der Bewegung des Kernes 3 auf der Basis des Ausgangssignals Y des Detektorkopfes 1 erhalten. Wenn der Kern 3 als Funktion der Zeit t verschoben wird, variiert die Phasendifferenz großes Phi des Ausgangssignals Y in bezug auf das Referenzsignal a sin kleines Omega t ebenfalls mit der Zeit. Die Phasendifferenz großes Phi in Gleichung (6) kann demnach als Funktion großes Phi (t) der Zeit gemäß der nachfolgenden Gleichung (8) ausgedrückt werden: When the core 3 moves, the speed and acceleration of the movement of the core 3 can be obtained on the basis of the output signal Y of the detector head 1. When the core 3 is displaced as a function of time t, the phase difference large Phi of the output signal Y with respect to the reference signal a sin small Omega t also varies with time. The phase difference large Phi in equation (6) can therefore be expressed as a function large Phi (t) of time according to the following equation (8):

(8)(8th)

Wenn die Winkelgeschwindigkeit des Betrages der Phasendifferenz großes Phi (t) mit kleines Omega[tief]M bezeichnet wird, gilt If the angular velocity of the magnitude of the phase difference large Phi (t) is denoted by small Omega[deep]M, then

(9)(9)

Da das Integral der Winkelgeschwindigkeit kleines Omega[tief]M der Phasendifferenz großes Phi (t) entspricht, kann Gleichung (8) umgeschrieben werden in Since the integral of the angular velocity small Omega[low]M corresponds to the phase difference large Phi (t), equation (8) can be rewritten as

(10),(10),

wobei großes Phi[tief]0 die Anfangsphase bezeichnet.where large Phi[low]0 denotes the initial phase.

Wenn andererseits die Winkelbeschleunigung des Betrages der Phasendifferenz großes Phi (t) mit kleines Alpha [tief]M bezeichnet wird, gilt On the other hand, if the angular acceleration of the magnitude of the phase difference large Phi (t) is denoted by small Alpha [low]M, then

(11)(11)

und somit and thus

(12)(12)

Gleichung (8) kann daher umgeschrieben werden zu Equation (8) can therefore be rewritten as

(13)(13)

Ein Beispiel des Ausgangssignals Y des Detekorkopfes 1, wenn die Phasendifferenz großes Phi (t) bei der Winkelgeschwindigkeit kleines Omega [tief]M erzeugt wird, ist in Fig. 7 dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 wird besseren Erläuterung die Anfangsphase großes Phi [tief]0 als 0 betrachtet. In Fig. 7 ist ferner das Referenzsignal a sin kleines Omega t eingezeichnet. Das Bezugszeichen t[tief]0 bezeichnet eine Periode des Referenzsignals und t[tief]s bezeichnet eine Periode des Ausgangssignals Y des Detektorkopfes. Wie sich aus Fig. 7 und Gleichung (10) ergibt, weicht die Frequenz des Ausgangssignals Y von der Referenzfrequenz kleines Omega ab und der Betrag der Abweichung entspricht der Winkelfrequenz kleines Omega[tief]M. Wenn die Frequenz des Ausgangssignals Y des Detektorkopfes mit kleines Omega[tief]s bezeichnet wird, kann Gleichung (10) geschrieben werden als An example of the output signal Y of the detector head 1 when the phase difference large Phi (t) is generated at the angular velocity small Omega [low]M is shown in Fig. 7. In the embodiment according to Fig. 7, the initial phase large Phi [low]0 is considered to be 0 for better explanation. In Fig. 7, the reference signal a sin small Omega t is also shown. The reference symbol t[low]0 denotes a period of the reference signal and t[low]s denotes a period of the output signal Y of the detector head. As can be seen from Fig. 7 and equation (10), the frequency of the output signal Y deviates from the reference frequency small Omega and the amount of the deviation corresponds to the angular frequency small Omega[low]M. If the frequency of the output signal Y of the detector head is denoted by small Omega[low]s, equation (10) can be written as

(14)(14)

Dies bedeutet, dass die Frequenz kleines Omega[tief]s = kleines Omega - kleines Omega[tief]M ist und dass die Winkelgeschwindigkeit kleines Omega[tief]M geschrieben werden kann als This means that the frequency small Omega[low]s = small Omega - small Omega[low]M and that the angular velocity small Omega[low]M can be written as

(15)(15)

Die Winkelgeschwindigkeit kleines Omega[tief]M erhält man also durch Berechnung des einen Zyklus t[tief]s des Ausgangssignals Y des Detektorkopfes und durch Erzielung des Operationsergebnisses von t[tief]s und des Referenzzyklus t[tief]0.The angular velocity small Omega[deep]M is thus obtained by calculating one cycle t[deep]s of the output signal Y of the detector head and by obtaining the operation result of t[deep]s and the reference cycle t[deep]0.

Im einzelnen erhält man t[tief]s durch Zählen eines Zyklus des Ausgangssignals Y mit dem Taktimpuls CP. Wenn der t[tief]s entsprechende Zählwert n[tief]s ist und eine Periode des Impulskontaktes CP T(sec) beträgt, gilt In detail, t[low]s is obtained by counting one cycle of the output signal Y with the clock pulse CP. If the count value corresponding to t[low]s is n[low]s and one period of the pulse contact CP is T(sec), then

(16)(16)

Die eine Periode t[tief]0 des Referenzsignals a sin kleines Omega t ist vorbekannt und Gleichung (15) kann wie folgt geschrieben werden: The one period t[low]0 of the reference signal a sin small Omega t is known in advance and equation (15) can be written as follows:

(17)(17)

Hierin bezeichnet n[tief]0 den dem einen Zyklus t[tief]0 entsprechenden Zählwert des Impulstaktes CP. Da 2 kleines Pi, T und n[tief]0 Konstante sind, kann man die Winkelgeschwindigkeit kleines Omega[tief]M durch Auszählen eines Zyklus des Ausgangssignals Y des Detektorkopfes und durch Rechnung nach Gleichung (17) auf der Basis dieses Zählwertes n[tief]s erhalten.Here, n[deep]0 denotes the count value of the pulse clock CP corresponding to one cycle t[deep]0. Since 2 small Pi, T and n[deep]0 are constants, the angular velocity small Omega[deep]M can be obtained by counting one cycle of the output signal Y of the detector head and by calculating according to equation (17) on the basis of this count value n[deep]s.

Zwischen der Winkelbeschleunigung kleines Alpha[tief]M und der Winkelgeschwindigkeit kleines Omega[tief]M besteht folgende Beziehung: The following relationship exists between the angular acceleration small Alpha[deep]M and the angular velocity small Omega[deep]M:

(18)(18)

worin großes Delta kleines Omega[tief]M der Betrag der Änderung der Winkelgeschwindigkeit kleines Omega[tief]M während des Zeitintervalls großes Delta t ist. Wenn die Winkelgeschwindigkeit zur Zeit t[tief]1 kleines Omega[tief]M 1 beträgt und die Winkelgeschwindigkeit zu der Zeit t[tief]s die gegenüber t[tief]1 um die Zeitspanne t[tief]2 später ist, kleines Omega[tief]M 2 beträgt, gilt: where large delta small omega[deep]M is the amount of change in the angular velocity small omega[deep]M during the time interval large delta t. If the angular velocity at time t[deep]1 is small omega[deep]M 1 and the angular velocity at time t[deep]s, which is later than t[deep]1 by the time period t[deep]2, is small omega[deep]M 2, then:

Da gemäß Gleichung (16) t[tief]s = n[tief]s x T ist, kann Gleichung (18) umgeschrieben werden zu: Since according to equation (16) t[deep]s = n[deep]sx T, equation (18) can be rewritten as:

(19)(19)

Die Winkelgeschwindigkeit kleines Alpha[tief]M kann daher berechnet werden, indem die Winkelgeschwindigkeit kleines Omega[tief]M für jede einzelne Periode t[tief]s des Ausgangssignals Y gemessen wird und indem dann die Differenz zwischen der Winkelgeschwindigkeit kleines Omega[tief]M 2 und der Winkelgeschwindigkeit kleines Omega[tief]M 1 bestimmt und dann diese Differenz durch das Produkt des Zählwertes n[tief]s und die Periodendauer T des Impulstaktes CP geteilt wird.The angular velocity small Alpha[low]M can therefore be calculated by measuring the angular velocity small Omega[low]M for each individual period t[low]s of the output signal Y and then determining the difference between the angular velocity small Omega[low]M 2 and the angular velocity small Omega[low]M 1 and then dividing this difference by the product of the count value n[low]s and the period T of the pulse clock CP.

Eine Schaltung zur Auszählung einer Periode t[tief]s des Ausgangssignals Y des Detektorkopfes 1 und zur Realisierung der Gleichungen (17) und (19) ist nicht dargestellt, jedoch lässt sich eine derartige Schaltung entsprechend der obigen Erläuterung leicht realisieren.A circuit for counting a period t[low]s of the output signal Y of the detector head 1 and for realizing equations (17) and (19) is not shown, but such a circuit can be easily realized according to the above explanation.

Claims (7)

1. Induktiver Meßumformer zur Erkennung von Linearpositionen mit mindestens zwei Primärspulen, mindestens einer Sekundärspule und mit einem relativ zu den Spulen verschiebbaren Kern, wobei1. Inductive measuring transducer for detecting linear positions with at least two primary coils, at least one secondary coil and with a core that can be moved relative to the coils, wherein a) die zweite Primärspule durch ein Referenzwechselstromsignal eines Referenzsignalgenerators beaufschlagt ist, welches eine Phasendifferenz zu dem Wechselstromsignal der ersten Primärspule aufweist, unda) the second primary coil is supplied with a reference alternating current signal from a reference signal generator which has a phase difference to the alternating current signal of the first primary coil, and b) in der Sekundärspule ein Ausgangswechselstromsignal erzeugt wird,b) an output alternating current signal is generated in the secondary coil, c) und wobei die Phasendifferenz zwischen dem Referenz- und dem Ausgangswechselstromsignal als Maß für die Stellung des Kernes dient,c) and wherein the phase difference between the reference and the output alternating current signal serves as a measure of the position of the core, dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that d) der Phasendifferenzdetektor (14, 14a, 14b) die Phasendifferenz zwischen einem der Referenzsignale an der Primärspule (4a) und dem Ausgangswechselstromsignal der Sekundärspule (5) misst.d) the phase difference detector (14, 14a, 14b) measures the phase difference between one of the reference signals at the primary coil (4a) and the output AC signal of the secondary coil (5). 2. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator (13, 13A) einen Taktimpulsgenerator (15) aufweist, der einem Frequenzuntersetzer (16, 17, 30) Taktimpulssignale (CP) zuführt, dass der Ausgang des Frequenzuntersetzers (16, 17, 30) mit einer Wellenformschaltung (18 bis 24) verbunden ist, die aus den Ausgangssignalimpulsen des Frequenzuntersetzers (16,17,30) die Referenzwechselsignale erzeugt und dass der Phasendifferenzdetektor (14, 14A) einen Zähler (30) enthält, der von den Taktimpulssignalen (CP) des Taktimpulsgenerators (15) getaktet ist und von einer Steuerschaltung (26 bis 29) derart gesteuert ist, dass er, ausgehend von demjenigen Zeitpunkt, zu dem eines der Referenzwechselsignale einen vorgegebenen Phasenwert durchläuft, die Taktimpulse so lange zählt, bis das Ausgangssignal (Y) der Sekundärspule denselben Phasenwert erreicht hat, und den dann eingenommenen Zählerstand als Maß für die Drehwinkelstellung ausgibt.2. Inductive measuring transducer according to claim 1, characterized in that the signal generator (13, 13A) has a clock pulse generator (15) which supplies clock pulse signals (CP) to a frequency reducer (16, 17, 30), that the output of the frequency reducer (16, 17, 30) is connected to a waveform circuit (18 to 24) which generates the reference alternating signals from the output signal pulses of the frequency reducer (16, 17, 30), and that the phase difference detector (14, 14A) contains a counter (30) which is clocked by the clock pulse signals (CP) of the clock pulse generator (15) and is controlled by a control circuit (26 to 29) in such a way that, starting from the point in time at which one of the reference alternating signals passes through a predetermined phase value, it counts the clock pulses until the output signal (Y) of the secondary coil reaches the same phase value and outputs the counter reading as a measure of the angle of rotation position. 3. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (26 bis 29) einen ersten Amplitudendiskriminator (26, 28) für das Ausgangssignal (Y) der Sekundärspule enthält.3. Inductive measuring transducer according to claim 2, characterized in that the control circuit (26 to 29) contains a first amplitude discriminator (26, 28) for the output signal (Y) of the secondary coil. 4. Induktiver Meßumformer nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (26 bis 29) einen zweiten Amplitudendendiskriminator (27, 29) für ein Referenzwechselsignal enthält.4. Inductive measuring transducer according to one of claims 2 or 3, characterized in that the control circuit (26 to 29) contains a second amplitude discriminator (27, 29) for a reference alternating signal. 5. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Amplitudendiskriminator ein Nulldurchgangsdetektor ist.5. Inductive measuring transducer according to claim 3 or 4, characterized in that the first and/or the second amplitude discriminator is a zero-crossing detector. 6. Induktiver Meßumformer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler (30) an einer Halteschaltung (31) angeschlossen ist, die den Zählerstand übernimmt, wenn das Ausgangssignal (Y) der Sekundärspannung den vorgegebenen Phasenwert erreicht hat.6. Inductive measuring transducer according to one of claims 2 to 5, characterized in that the counter (30) is connected to a holding circuit (31) which takes over the counter reading when the output signal (Y) of the secondary voltage has reached the predetermined phase value. 7. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler (30) dem Signalgenerator (13A) als Frequenzuntersetzer nachgeschaltet ist und jeweils nach einer vorbestimmten Anzahl von Taktimpulssignalen (CP) einen Signalimpuls an die Wellenformschaltung (18 bis 24) gibt und dass die Halteschaltung (31) den Zählwert des Zählers übernimmt, wenn der vorbestimmte Phasenwert des Ausgangssignals (Y) der Sekundärspule erreicht ist.7. Inductive measuring transducer according to claim 6, characterized in that the counter (30) is connected downstream of the signal generator (13A) as a frequency reducer and gives a signal pulse to the waveform circuit (18 to 24) after a predetermined number of clock pulse signals (CP) and that the holding circuit (31) takes over the count value of the counter when the predetermined phase value of the output signal (Y) of the secondary coil is reached.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Christof Rohrbach: Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen, Seite 188/189, 1967, VDI-Verlag Düsseldorf *

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