长度测量装置的制造方法
【专利说明】长度测量装置
[0001] 本发明涉及一种长度测量装置，包括游标卡尺；具有中空型材的线性导轨，所述游 标卡尺可移动地安装于其外部以能够接触到长度测量对象；可移动地安装在所述中空型材 里面的内部滑块；磁体组合体，其与所述游标卡尺和内部滑块磁性连接以便所述内部滑块 沿所述中空型材跟随所述游标卡尺的每个移动；用于测量所述内部滑块处于所述中空型材 上的位置的测量机构；以及在所述中空型材周围空间可见的长度显示器，所述长度根据测 定的所述内部滑块的位置由所述测量机构确定。
[0002] 本发明尤其涉及用于测量个体身高的长度测量装置。这样的长度测量装置也被认 作测距仪。典型的此类长度测量装置具有测量杆，其形成用于游标卡尺（头部滑块）的垂 直线性导轨。所述测量杆垂直校准并安装在墙上或固定在平台上。为了测量身高，个体站 在测量杆前，然后将头部滑块在测量杆上下推动直至其与待测个体的头部接触。所述测量 杆上设有具有刻度线的量尺。所述游标卡尺中依次设有阅读单元，其在所述游标卡尺在测 量杆上移动时指示刻度线，由此获得所述游标卡尺的位置增量变化。刻度线的绝对高度也 可以编码在所述刻度线中，以便所述头部滑块的高度可由用所述阅读单元确定，然后显示 在所述游标卡尺上的显示器上。
[0003] 另一种用于身高的长度测量装置具有成角部件，其由进行身高测量的个体握持。 所述成角部件的一个臂被举起并与待测个体的头部接触。从与所述头部接触的此臂，以直 角伸出第二臂，举起所述成角部件的方式使得第二臂垂直行进，对准地板。在第二臂上设有 具有超声传感器的距离测量机构，由被地板反射并返回所述超声传感器的传输的超声信号 的传播时间，确定并显示地板上方的与待测个体头部接触的第一臂的高度。此类长度测量 装置的缺点之一是进行测量的个体没有保持精确对齐所述成角部件以便第二臂完全垂直 地对准地板而导致的测量误差。另外的缺点是改变的环境条件（例如，空气中的尘土或其 他污染物）或置于地板上的物体可能误导测量。
[0004] 再另一种长度测量装置具有待测个体站立其上的平台，和固定地悬挂在待测个体 垂直上方的水平托架。基于超声波传播时间的距离测量机构适配于所述托架，其对准站立 在所述平台上的待测个体的头部。待测个体戴有帽子以确保来自头部上面的超声波具有界 限清楚的反射。根据从个体头部上面到固定地安装在待测个体垂直上方的距离测量机构之 间的距离，可以从距离测量机构的悬挂高度与测定的到头部上面的距离之间的差值来计算 待测个体的身高。然而，即便这样的长度测量装置也易受故障的影响，因为改变的环境条件 和在超声传感器与待测个体头部上面之间的开放的测量距离中的干扰因素可能误导测量。
[0005]W098/17974A1公开了一种长度测量装置，包括权利要求1的前序部分的特征。该 长度测量装置未被配置成用于个体的长度测量装置。被监测的反倒是游标卡尺的位置。该 长度测量装置具有中空外壳形式的线性导轨，所述游标卡尺可移动地安装在其外部。在所 述外壳的内部，可移动地安装有内部滑块。磁体组合体与游标卡尺和内部滑块磁性连接，以 便所述内部滑块跟随所述游标卡尺沿所述导轨的每个移动。所述内部滑块与线性电位计滑 动接触，以便提供与所述内部滑块位置成正比的电压信号。根据所述电位计信号，求得所述 内部滑块沿所述线性导轨的位置，从而求得与其连接的游标卡尺的位置。由于测量的是所 述外壳内部的内部滑块的位置，诸如不再进入所述外壳内部的烟雾或粉尘等干扰因素对测 量精度的影响确实减小了。所述电位计的滑动接触会产生摩擦并随时间导致磨损。为抵消 此项影响，不得不使用高质量的材料，由此必然导致生产成本的上升。然而，即便在这样的 情况下，所述磨损仍能导致测量精度的损失。
[0006] 本发明的目的是配置一种长度测量装置，使得其提供独立于变化的环境条件的高 测量精度并且显示出无磨损导致的测量精度损失。
[0007] 为实现此目的，使用了具有本发明权利要求1的特征的长度测量装置。本发明有 利的实施方式列于从属权利要求中。
[0008] 根据本发明，规定所述中空型材的至少一端具有端壁。此外，所述内部滑块实质上 覆盖所述中空型材的横截面，以便在所述中空型材的内部在所述端壁和所述内部滑块之间 形成用作声共振器的封闭腔室。所述测量机构在所述端壁和所述内部滑块之间的声共振器 中具有扬声器和传声器。与所述传声器和扬声器连接的控制和评价单元经配置以使所述扬 声器发出声脉冲，然后用所述传声器记录所述声共振器的脉冲响应。所述控制和评价单元 经进一步配置以从所述声共振器的脉冲响应来确定主频，并由此从所述主频来确定所述共 振器的长度以及所述内部滑块沿所述中空型材的位置。此处，主频应理解为意指最低的固 有频率，对应于驻波，其波长为所述声共振器长度的两倍。
[0009] 所述内部滑块实质上覆盖所述横截面，以便有效地反射入射的声波，但也具有，例 如，小开口，以在其运动期间允许空气穿过。
[0010] 在一个有利的实施方式中，所述控制和评价单元经配置以通过傅里叶变换将记录 的所述声共振器的脉冲响应转换为频率谱，并且确定所述频率谱中的主频。所述傅里叶变 换优选以离散傅里叶变换（DFT)或快速傅里叶变换（FFT)的形式进行。
[0011] 在一个优选的实施方式中，所述控制和评价单元经配置以确定两个连续极大值之 间的距离用以确定所述频率谱中的主频。所述距离可用于建立在所述频率谱中涉及每个极 大值的谐波的数目。通过使用这些信息，可以从每个极大值来确定主频，并且可以将其平均 以得到主频。也可通过平均连续极大值的多个距离来确定所述主频。
[0012] 所述控制和评价单元优选经配置以选择由传声器产生的所述声脉冲使其包含的 最小波长大于所述。中空型材直径的两倍。
[0013] 这保证了声音在所述中空型材中以平面波传播。在较短波长的情况下，该声音也 可在所述中空型材的壁之间反射并因此激发进一步的模式，其沿所述中空型材纵向的声速 低于平面波的声速；尽管如此，这种模式不会影响所述测量方法致其被误导，因为它们必将 在傅里叶变换过程中被分离，由此不会用于评价，这些可能的进一步模式的声能将不会被 用于测量并因此被无益地产生，有鉴于此，优选激发纯平面波。
[0014] 在优选的实施方式中，所述中空型材还在另一端具有第二端壁以在所述中空型材 的内部的第二端壁和内部滑块之间形成第二声共振器。在此第二声共振器中设置第二扬声 器和第二传声器。所述控制和评价单元经进一步配置以使第二扬声器产生声脉冲，用第二 传声器记录所述第二声共振器的声脉冲，由此确定第二声共振器的主频，由该主频确定所 述第二声共振器的长度以及所述内部滑块在所述中空型材中的位置。在这样的长度测量装 置中，借助于所述声共振器和第二声共振器的测定长度，所述中空型材的端壁和第二端壁 之间的已知长度，以及所述内部滑块的已知轴向长度，所述控制和评价单元可以有利地经 配置以能够进行长度测定的校准。
[0015] 在优选的实施方式中，所述磁体组合体具有在所述游标卡尺上的至少一块永磁体 和在所述内部滑块上的永磁体，这些永磁体经设置使得两个永磁体以相反磁极相互指向彼 此的方式对齐。在所述内部滑块和所述游标卡尺上优选分别设置四个永磁体，使得相对于 彼此的在所述游标卡尺上的和所述内部滑块上的各对永磁体各自以相反磁极互相指向彼 此的方式对齐。作为替代，所述磁体组合体在所述游标卡尺和内部滑块的一个之上仅具有 一块永磁体，所述游标卡尺和内部滑块的另一个包含铁磁性或顺磁性材料以便将所述游标 卡尺和内部滑块磁性联接。
[0016] 所述内部滑块的外部尺寸优选地匹配所述中空型材的内部尺寸，这样位于所述中 空型材中的所述内部滑块具有最少的活动可能性但可以滑动。在相应的方式中，所述游标 卡尺的内部尺寸匹配所述中空型材的外部尺寸，这样安装在所述中空型材上的所述游标卡 尺具有最少的活动可能性但可以滑动。
[0017] 以下通过示例性实施方式与附图结合来说明本发明，其中：
[0018] 图1:示出了长度测量装置的示意图；
[0019] 图2:示出了长度测量装置在游标卡尺区域的纵截面局部放大图；
[0020] 图3 :示出了长度测量装置在内部滑块和游标卡尺区域的横截面图，其中除了设 置于其中的永磁体外，滑动部件本身未被示出；
[0021] 图4 :示出了长度测量装置的中空型材的纵向截面示意图；
[0022] 图5 :示出了激发扬声器产生声脉冲的作为时间函数的信号的振幅随时间的变 化；
[0023] 图6 :示出了被传声器记录的在中空型材中的声共振器的脉冲响应信号；
[0024] 图7 :示出了由图6的声共振器脉冲响应转换的频率谱；以及
[0025] 图8:示出了另一个实施方式的长度测量装置的中空型材的纵向截面示意图。
[0026] 图1示出了作为例子的长度测量装置的侧视图，其可固定在墙上。所述长度测量 装置具有作为线性导轨的中空型材2,在其外部可移动地安装了带有顶板3的游标