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，具有测量滑块；中空型材形式的线性导轨，所述测 量滑块以外部可移动的方式安装在所述中空型材上，以使其能够与长度测量对象接触；内 部滑块，以在所述中空型材内部可移动的方式安装；磁体组件，其与所述测量滑块和所述内 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外部滑块的每个移动；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单元；以及在所述中空型材外部可见的 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单元确定。
[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，其形成用于测量滑块（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往下推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。所述测量滑块中依次设有阅读单元，其在所述测量滑块在测量 杆上位移时指示刻度线，由此检测所述测量滑块的位置增量变化。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 所述测量滑块上的显示器上。
[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，其中举起所述成角部件的方式使得第二臂延伸以垂直地指向地板。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射出的 超声信号的传播时间，确定并显示与地板上方的待测个体的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影响测量。
[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。即使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影响测量。
[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。被追踪的反倒是测量滑块的位置。该 长度测量装置具有中空外壳形式的线性导轨，所述测量滑块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。磁体组合体磁性连接测量滑块和内部滑块，以便 所述内部滑块跟随所述测量滑块沿所述导管的每个移动。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比例的电压信号。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测量滑块的位置。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，特别是提供能够用于长度测量校准的参考测量。
[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，所述测量单元具有在所述中空型材内部的声源和声接收器，以及与 其连接的控制和分析单元。所述控制和分析单元经配置以激发所述声源以发出声信号并分 析所述声接收器的输出信号，由此确定所述声信号被所述内部滑块反射后的传播时间并计 算所述内部滑块沿所述线性导轨的位置。所述中空型材和/或所述内部滑块经设置以在另 一个已知位置产生另一个反射信号。所述控制和分析单元进一步设置以捕获所述另一个反 射信号并将其传播时间作为参照测量加入所述内部滑块位置的计算之中。
[0009] 以此方式，基于内部测量滑块位置而获得的测量滑块的位置将不受诸如空气中的 灰尘等大气环境条件变化的影响，因为在中空型材内部的测量与这些影响基本隔离。此外， 通过另一个反射信号的测量，在该另一个反射信号的反射位置已知的情形下，或在与第一 信号在内部滑块上反射的反射位置的距离已知的情况下，可以进行所述内部滑块位置计算 的校准，这样对诸如环境温度和环境湿度等可变的环境因素也可进行补偿。
[0010] 当然，在每次确定内部滑块位置时，参照测量不一定都要进行。偶尔重复参照测量 就足以更新校准。
[0011] 在一个有利的实施方式中，所述声源安置在所述中空型材的一端。此外，所述内部 滑块是具有通路开口的环形结构。在此结构的情形中，声信号首先在所述环形滑块的下部 壁面区域反射。另一个反射点在所述通路开口的上部边缘，避免面对所述声源，因为声波也 会从此边缘反射回到所述声接收器。在通道开口通过所述内部滑块的轴向长度已知的情况 下，可以根据两个反射信号的传播时间的差值进行长度计算的绝对校准。为了放大来自所 述内部滑块的通道开口的上部边缘的所述另一个反射信号，作为示例，可以在所述上部边 缘设置伸入所述通道开口的开口之中的突出部，通过所述内部滑块的通道开口的超声信号 的部分在所述突出部反射。
[0012] 由于另一个反射点的距离（在此情形中，所述内部滑块的轴向长度）是已知的，所 述控制和分析单元在检测到第一反射声信号后可以在特定的时间窗内搜索所述另一个反 射声信号，因为两个反射信号的大致间隔时间是已知的（除了那些由可变的环境温度和环 境湿度引起的变化）。
[0013] 在另一个有利的实施方式中，所述内部滑块也是具有通道开口的环形结构。所述 控制和分析单元经设置以检测被所述内部滑块反射的声信号并测定其传播时间。此外，所 述中空型材与所述声源相对的一端被壁面封闭。所述控制和分析单元经进一步设置以检测 通过所述内部滑块的通道开口的并被所述中空型材相对端的壁面反射的声信号，以便根据 对所述中空型材的已知长度的传播时间的传播时间测量进行所述内部滑块位置计算的校 准。
[0014] 在一个优选的实施方式中，产生反射声信号的断点（反射点）可设置在所述中空 型材的内部壁面的预定位置，所述反射声信号可检测作为另一个反射声信号，由此确定沿 所述中空型材的已知反射点的另外的传播时间。
[0015] 在一个优选的实施方式中，所述长度测量装置的中空型材是完全封闭的，这样可 变的大气环境因素将不再影响与其隔离的所述中空型材内部的测量。
[0016] 所述控制和分析单元优选经设置以通过TOF方法（time of flight，飞行时间）进 行距离测定。此方法在现有技术中是已知的，可参看，例如，"使用二元频移键控信号和相位 检测的高精度超声距离测量系统（A_ high accuracy ultrasonic distance measurement system using binary frequency shift-keyed signal and phase detection)"， S.S.Huang 等，科学仪器评论（Review of Scientific Instruments),第73 卷，第 10 期， 2002年10月，第3671 - 3677页；"空气中高分辨率超声测距新方法（A new method for high resolution ultrasonic ranging in air)"，