专利名称：测定导电性测试物体位置的测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种以一非接触式传感器，具体地说以一涡流传感器测定一导电性测试物体的位置的测量装置和方法，其中该测试物体适合于以一可预定方向作线性往复运动。
背景技术：
人们通过实践操作业已知道所述类型的测量装置和方法及其有各种各样的设计和结构。例如通过DE 101 41 764 Al。这样一些测量装置和方法相当普遍地用于限定相对于任何导电性测试物体的距离、位移或位置。非接触式位移测量传感器，具体地说为涡流传感器型的典型应用包括，例如，半导体生产中的晶圆片定位、振动或轴承摆动检测、或者是磁性轴承中的气隙监测。本发明涉及非接触式位移传感器的具体应用，具体地说涉及测定该些以一方向作线性往复运动的测试物体，例如测量浸入深度、或者监测活塞冲程或汽缸位置。
就本领域的测量装置来说，传感器通常设置于待测部件的纵轴的延伸部份且与该待测部件平行对齐。由于该部件，例如一汽缸活塞的线性往复运动，在汽缸活塞的表面端部和传感器之间的距离根据该汽缸活塞的实际位置增加或减小。当使用一涡流传感器时，在活塞中感生的不同的强涡流随汽缸活塞表面端部和传感器之间的距离而改变，导致一在涡流传感f器上的相应输出信号。该输出信号随活塞位置线性地改变。在这样设置的情况下，该相对较长的结构型状通常会产生问题，尤其是在该测量装置因外部的具体情况而只可利有一有限空间时为甚。
这种情况尤其存在于燃料喷射器的情况下，该些喷射器用于，例如喷吸嘴喷射系统或共轨喷射系统。为了监测和调节喷射，常见做法为如上述般测量喷针向该闭合活塞的移动。在这种情况下的缺点在于，一方面对喷射本身来说并不要求该燃料喷射器的长型结构。这种长型结构用机械制作极昂贵并且其加工、维护和保养皆成本密集。另外，其缺点为该喷针的位置测量极为受限于公差，因为可使用的测定点非常小以及因为把该传感器以一正确方式定位极难而只可能尽量努力地调节。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种测定一在本文开头所述类型的导电性测试物体的位置的测量装置和方法，其使到有可能用一结构简单且呈小型结构的装置以一非常精确的方式测定一测试物体的位置。
根据本发明，相对于一测定一导电性测试物体的位置的测量装置，上述目的可以通过一种具有以下特征的装置完成。该测量装置以一非接触式传感器，具体地说以一涡流传感器测定一导电性测试物体的位置，其中所述测试物体适合于以一可预定方向作线性往复运动。因此，一在本文开头所述类型的测量装置可以这样的方式改进和进一步发展以致于该测试物体可设有一标记，而该传感器则在该标记附近相对于该测试物体的运动方向横向地并且与该测试物体相隔一固定距离地设置，以致于该测试物体的运动在该传感器上产生一信号变化，该变化至少基本上线性地延伸于一预定测量范围内。
另外，相对于一测定一导电性测试物体的位置的测量方法，上述目的可以通过一种具有以下步骤的方法完成。该测量方法以一非接触式传感器，具体地说以一涡流传感器测定一导电性测试物体的位置，其中所述测试物体适合于以一可预定方向作线性往复运动，尤其是通过使用上述的测量装置。因此，一在本文开头所述类型的测量方法可以这样的方式改进和进一步发展以致于可在该测试物体上设置一标记，而且使该传感器在该标记附近相对于该测试物体的运动方向横向地并且与该测试物体相隔一固定距离地设置，以致于该测试物体的运动在该传感器上产生一信号变化，该变化至少基本上线性地延伸于一预定测量范围内。
根据本发明，业已发现把一传感器设置于一线性地往复运动的测试物体的延伸部份不利于很多应用，归因于其结果会导致极长的结构形状。此外，业已发现有可能通过在该测试物体上提供一可影响该传感器场力线的标记以一有效的方式排除已知的缺点。为此，本发明限定把该传感器在该标记附近相对于该测试物体的运动方向横向地且与该测试物体相隔一固定距离地设置。在该测试物体运动期间，该标记这样的在该传感器的电磁场范围内不同地深入延伸，从而在该传感器上产生一信号变化，该变化至少基本上线性地延伸于一预定测量范围内。
相对于一结构简单的实施例，该标记可至少大体上为一阶梯形边缘，其使该测试物体可在该边缘的两侧以不同的间距与该传感器的表面端部相隔。该传感器与该边缘的一侧相隔的距离比与该边缘的另一侧相隔的距离小，在该处感生的涡流相应地会较大。所以，在该测试物体以及随即该在传感器前面的边缘部位的一动程期间，在该测试物体内感生的涡流在总体上改变，以致于该传感器探测到不同的随该测试物体的位置而改变的强涡流损耗。
该测试物体至少有部份形状可以一有利的方式类似一棒条或杆。然而，对于许多应用来说，如该测试物体为一圆柱形结构则尤其适合。在一喷射系统内使用测量装置就可在结构上通过一非常小的游隙对该在输入腔内的圆柱形测试物体作一精确制导，以致于该测试物体的线性运动总是精确地在与该传感器的表面端部相隔一固定距离下进行。
在一具体实施例中，有可能在该些测试物体上设置两个阶梯形边缘。具体地说，有可能这样设置该两个边缘以致于其在该测试物体上共同限定一凹部。在以该测试物体的周向方检视的话，该凹部将会限于一限定范围内。在该情况下，该测试物体需要对齐以致于该凹部直接面对该传感器的表面端部。作为一替代选择，还有可能这样配置该两个边缘以致于该由测试物体上的边缘限定的凹部可以一环形延伸凹槽的方式构成。
为了最佳地利用该有效的测量范围，该凹部或凹槽的宽度可以大体上相当于该传感器的表面端部的直径。
为了监测一燃料喷射的时间行为，最好是在汽车发动机中的，有可能和可利的是使该测试物体与一燃料喷射器的喷针机械耦合。通过以这种方式来测定该燃料喷射器的位置，就有可能通过使用适当的控制方法优化该喷射以致于该发动机在所有操作状况下都可达到一最佳效率或一要求的状态。为了排除该测试物体与该喷射器喷针之间的昂贵的机械连结，有可能并且甚至可有利地把该测试物体直接构成一喷射器喷针。换句话说，可以在该喷射器喷针上直接设置一如上述般的标记。
在另一具体的实施例中，有可能使该测试物体与一燃料喷射器的伺服阀机械耦合。同样地，在该情况下，可以在该伺服阀本体上直接设置一标记。
在一特别节省空间型的结构中以及为实现一极小的结构形状下，有可能把传感器装在一燃料喷射器的外壳壁之内。在该情况下，可以限定该传感器可移置地在一于该外壳壁内形成的槽中，以致于该传感器的表面端部至少大体上与该外壳的内壁齐平。该传感器在该槽内的精确定位可以选择随该测试物体的材料特性而改变。在该情况下，该材料的铁磁特性尤其重要。
相对于一简单的位置测量估算，有可能把该涡流传感器与一电振荡电路以一基本上公知的方式耦合。该电路可适应于该测试物体的一基本的定位方式。在该测试物体有一边缘的情况下，可以这样选择该基本定位方式以致于该测试物体的边缘与该传感器的中轴线一致。
在该测试物体上设有两个限定凹部或凹槽的边缘的情况下，该传感器还可以一基本定位方式正正设在该两个边缘之间。在该测试物体自其基本位置移动时，在该测试物体中感生的涡流会增加。同时，能量自该振荡电路提取，而且该振荡电路失谐。最后，就可以通过该些几乎公知的桥接电路提供一相应的输出信号。
在一特别精巧的结构中，设有两个传感器，其以一基本定位方式设置以致于一传感器的中轴线在一边缘上延伸，而第二传感器的中轴线则在另一边缘上延伸。这种结构可以通过该两个传感器形成一差分信号。在该测试物体的位置改变的情况下，一传感器的信号会变得较小，反之该另一传感器的信号同时会变得较大，而且反之亦然。如此，灵敏度倍增，而且温度稳定性同样大大地提高，因为在测量范围中央的温度误差将抵消，即当两个传感器皆供应同一信号的时候。
还存在有各种各样的以一有利方式改进和进一步发展本发明的启思的可能性。为此，可在一方面参照权利要求书，在另一方面参照以下的本发明的两较佳实施例的叙述并结合附图。以下将结合本发明的较佳实施例的叙述并参照附图，叙述本发明的启思的一些大体上的较佳改进和进一步发展。在附图中图1所示为一根据本发明的测定一导电性测试物体的位置的测量装置的第一实施例在用于一燃料喷射器时的侧视示意图；以及图2所示为一根据本发明的测量装置的第二实施例在用于一伺服阀时的侧视示意图。
具体实施例方式
图1所示为一根据本发明的测定一导电性测试物体1的位置的测量装置的第一实施例的侧视示意图。该装置包括一涡流传感器2，其相对于该测试物体1的运动方向横向地设置。该测试物体1的运动方向由一双箭头线示出。具体地说，该运动为一喷射器喷针3的往复运动，该喷针与该测试物体1作机械连接。该喷射器喷针3形成一燃料喷射器4的一部份以及每隔一限定时程释放一喷油孔5，以致于燃料能够以一高速率输入燃烧室。
为了要测定该喷射器喷针3的实际位置，该测试物体1可根据本发明设置一标记6，其构成为一环绕该测试物体1的凹槽7。根据本发明，一涡流传感器2相对于该测试物体1和该喷射器喷针3的运动方向横向地定向以及在该槽7的附近与该测试物体1相隔一固定距离地设置。为此，在燃料喷射器4的壁中设有一槽8，其内插置该涡流传感器2。该传感器2这样定位以致于其表面端部与该燃料喷射器4的内壁齐平，而且从而几乎触及该测试物体1。在结构上通过小游隙的精确制导确保该喷射器喷针的线性运动总是精确地在与该涡流传感器2的表面端部相隔一固定距离下进行。
该传感器2和该测试物体1的基本定位方式这样选择以致于在该测量范围的中心可精确地在图1所示的实施例中示出，当其中一边缘9形成该凹槽7时，该两个边缘9其中在上面的一个与该传感器2的中轴线一致。该测量范围的一端与该喷射器喷针3的闭合位置相应，反之该测量范围的另一端则在该喷射器喷针3全开时到达。当该两个边缘9其中在上面的一个正正在该传感器2或该传感线圈的中线上的时候，即到达该基本位置时，该喷射器喷针3会通过其一半的总行程。
当喷射器喷针3自其基本位置向上移动时，该槽7的一持续扩大部份会在该传感器2前面移动以致于在该测试物体1中的感生的涡流减小。相反地，当喷射器喷针3自其基本位置向下移动时，该槽7的一持续扩大部份会移离该传感器2前面的区域以致于在该测试物体1中的感生的涡流增大。该些由该涡流传感器2测到的随该测试物体1或喷射器喷针3的位置而改变的感生涡流变化被转换成一相应的输出信号，其基本上于一足够大的测量范围内线性延伸而不会作额外的线性化调节，因为就电路系统或计算来说该调节通常极昂贵。这样已足以高精确度地测定该边缘9以及随即该喷射器喷针3的位置。
不管所示的燃料喷射器4的具体实施例，该测量原理可普遍地适用于各种各样的燃料喷射器。具体地说，该具有凹槽7的测试物体1有否与该喷射器喷针3机械耦合，或者有否利用一现有的在该喷射器喷针3上的边缘或凹槽来测量，又或者有否利用一特别设置在该喷射器喷针3上的边缘或凹槽来测量位置并不重要。
图2所示为一根据本发明的测量装置的第二实施例的侧视示意图。该配置基本上与图1所示的相类似，而同样的数字指示相同的构件。然而，图2的实施例不同于图1，其测定的并不是一喷射器喷针的位置，而是一伺服阀11的位置。该伺服阀11进行的线性运动的方向由该双箭头线示出。根据本发明，该具有一测量线圈12的涡流传感器2相对于该伺服阀11的运动方向在与该阀相隔一固定距离d下横向地设置。可对其测量的标记6由该边缘9限定，其构成一自一阀杆13到一阀壳14的过渡部份。在基本位置时，该边缘9精确地沿着该测量线圈12的一中轴线15延伸。监测该伺服阀位置的测量方法类似该与图1有关的所述方法。
最后，应该特别地指出的是，上述的仅仅是任意挑选的实施例只可用来说明本发明主张的启思，而不应将本发明限于这些实施例。
权利要求
1.一种以一非接触式传感器，具体地说以一涡流传感器(2)测定一导电性测试物体的位置的测量装置，其中所述测试物体(1)适合于以一可预定方向作线性往复运动，所述测量装置的特征在于所述测试物体(1)包括一标记(6)，而且所述传感器在所述标记(6)附近相对于所述测试物体(1)的运动方向横向地并且与所述测试物体(1)相隔一固定距离地设置，以致于所述测试物体(1)的运动在所述传感器上产生一信号变化，所述变化至少基本上线性地延伸于一预定测量范围内。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述标记(6)至少大体上为一阶梯形边缘(9)。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于所述测试物体(1)至少有部份形状类似一棒条或杆。
4.根据权利要求1-3其中一项所述的测量装置，其特征在于所述测试物体(1)可制成圆柱形。
5.根据权利要求2-4其中一项所述的测量装置，其特征在于所述测试物体(1)包括两个阶梯形边缘(9)。
6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于所述两个阶梯形边缘(9)在所述测试物体(1)上构成一凹部。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于在所述测试物体(1)上的所述凹部面对所述传感器。
8.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于所述两个阶梯形边缘(9)在所述测试物体(1)上构成一环形延伸凹槽(7)。
9.根据权利要求6-8其中一项所述的测量装置，其特征在于所述凹部或凹槽(7)的宽度大体上相当于所述传感器的一表面端部的直径。
10.根据权利要求1-9其中一项所述的测量装置，其特征在于所述测试物体(1)与一燃料喷射器(4)的一喷射器喷针(3)机械耦合。
11.根据权利要求1-9其中一项所述的测量装置，其特征在于所述测试物体(1)构成为一燃料喷射器(4)的一喷射器喷针(3)。
12.根据权利要求1-9其中一项所述的测量装置，其特征在于所述测试物体(1)与一燃料喷射器(4)的一伺服阀(11)机械耦合。
13.根据权利要求1-9其中一项所述的测量装置，其特征在于所述测试物体(1)可构成为一燃料喷射器(4)的一伺服阀(11)。
14.根据权利要求10-13其中一项所述的测量装置，其特征在于所述传感器装在一燃料喷射器(4)的外壳壁之内。
15.根据权利要求14所述的测量装置，其特征在于所述传感器的所述表面端部至少大体上与所述外壳的内壁齐平。
16.根据权利要求1-15其中一项所述的测量装置，其特征在于所述涡流传感器(2)与一电振荡电路耦合。
17.根据权利要求2-16其中一项所述的测量装置，其特征在于所述传感器以一基本定位方式设置以致于所述测试物体(1)的一边缘(9)与所述传感器的一中轴线(15)一致。
18.根据权利要求2-16其中一项所述的测量装置，其特征在于所述传感器以一基本定位方式正好设置于所述两个边缘(9)之间。
19.根据权利要求5-16其中一项所述的测量装置，其特征在于设置两个传感器，所述两个传感器以一基本定位方式设置以致于所述测试物体(1)的一边缘(9)与所述两个传感器的其一的中轴线(15)一致，而所述测试物体(1)的另一边缘(9)则与所述两个传感器的另一的中轴线(15)一致。
20.一种以一非接触式传感器，具体地说以一涡流传感器(2)测定一导电性测试物体的位置的测量方法，其中所述测试物体(1)适合于以一可预定方向作线性往复运动，尤其是通过使用一根据权利要求1-19其中一项所述的测量装置，其特征在于在所述测量方法包括以下步骤在所述测试物体(1)上设置一标记(6)，而且使所述传感器在所述标记(6)附近相对于所述测试物体(1)的运动方向横向地并且与所述测试物体(1)相隔一固定距离地设置，以致于所述测试物体(1)的运动在所述传感器上产生一信号变化，所述变化至少基本上线性地延伸于一预定测量范围内。
全文摘要
一种以一非接触式传感器，具体地说以一涡流传感器测定一导电性测试物体的位置的测量装置和方法，其中该测试物体适合于以一可预定方向作线性往复运动。所述测量装置的特征在于所述测试物体(1)包括一标记(6)，而且所述传感器在所述标记(6)附近相对于所述测试物体(1)的运动方向横向地并且与所述测试物体(1)相隔一固定距离地设置，以致于所述测试物体(1)的运动在所述传感器上产生一至少基本上线性地延伸于一预定测量范围内的信号变化。
文档编号G01D5/20GK1833160SQ200480022304
公开日2006年9月13日 申请日期2004年7月30日 优先权日2003年8月4日
发明者F·赫鲁布斯 申请人:微-埃普西龙测量技术有限两合公司