用于确定汽缸中活塞的位置的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于确定汽缸（１）中活塞（２）的位置的装置，该装置包括用于向汽缸（１）的内部发送超声波信号并用于接收由活塞（２）反射来的超声波信号的超声波设备（５）。在活塞（２）的前表面（４）上设置有突起（３０），并且该突起具有相对于活塞（２）的前表面（４）偏移特定高度的前表面（３１）。突起（３１）在工作期间能够到达的活塞位置中孤立。分析装置（７）根据超声波信号在超声波设备（５）和突起（３０）的前表面（３１）之间的传输时间来确定活塞的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于通过利用超声波信号来确定汽缸中活塞的位置的装置。
技术介绍
根据DE 10322718A1已知以下超声波位置测量系统，在该超声波位置测量系统中，超声波变换器沿活塞的前表面的方向向汽缸发送超声波信号，并接收从该活塞的前表 面反射来的超声波信号。假定已知介质中的声速，则可以基于超声波信号的传输时间来确 定从超声波变换器到活塞的前表面的距离，并由此确定该汽缸内活塞的位置。US 4，543，649说明了类似的系统，其中，在活塞的相关前表面处设置台阶，并且与 汽缸的前表面相对，向所述台阶分配分腔室，其中，紧挨活塞到达末端位置之前该台阶可以 进入该分腔室内。这实现活塞运动的末端位置缓冲，从而防止活塞过于猛烈地撞击前侧止 动件。图1示出已知的活塞汽缸单元的结构原理，其中，利用超声波信号来检测活塞的 位置。在汽缸1的内部，活塞2可以沿轴向移动，另外，利用在前侧从汽缸1引出的活塞 杆3来引导活塞2。与活塞2的前表面4相对，在汽缸1的前侧端配置有包括超声波变换器 6的超声波设备5。超声波变换器6用于沿前表面4的方向发送超声波信号，并用于接收从 前表面4反射来的超声波信号。超声波变换器6连接至分析设备7，分析设备7基于超声波信号的传输时间、并且 利用超声波在填充由汽缸1和活塞2所封闭的主腔室8的介质中的声速，确定从超声波变 换器6到前表面4的距离，并由此确定汽缸1中活塞2的位置。声速依赖于介质、温度和压力，并且在活塞汽缸单元的工作期间变化。为了该目 的，如还在DE 10322718A1所述，在超声波变换器6上游配置离超声波变换器6预定距离10 的基准面9。分析设备7基于超声波信号在超声波变换器6和基准面9之间的传输时间并 利用已知的距离10，始终能够确定实际的声速。例如，该介质可以是液压油或者例如液体或 气体等的其它任何适当的流体。可以利用管道11向主腔室8供给流体并且/或者从主腔室8除去流体，从而改变 活塞2的位置。另外，可以在活塞2的前表面4的背侧，即在活塞杆3侧设置第二主腔室12，并且 还可以利用管道13向第二主腔室12供给介质。这允许作用于活塞2的力增大，并且/或 者可以生成使活塞2例如朝向图1中的左侧移动的返回力。显然，有时由于干涉或散射效应超声波信号可能被干扰，这使得更难以精确确定 活塞2的位置。期望由超声波变换器6发射的超声波信号沿与汽缸1的主轴相对应的主方向14 在汽缸1中前进，并且垂直撞击到活塞2的前表面4上。由于例如散射效果，不可避免还生 成了相对于主方向14倾斜地前进、即例如沿副方向15前进的超声波信号部分。这些信号部分生成可能叠加在从前表面4直接反射来的超声波信号上的干涉信号。因此，特别在超 声波变换器6的位置处，信号沿汽缸1的内壁和活塞2的前表面4所采用的不同的路径14、 15的信号部分可能呈现干涉。这导致超声波变换器6处接收到的信号的失真、放大或部分 衰减。由于信号以多种可能的方式在汽缸1的筒中路径长度不同的筒壁上传播，因此接收 到的信号还被延长和/或被偏移。接收到的信号之间的差异使得更难以精确测量超声波信 号沿主方向14的传输时间。图2示出以回声信号的形式到达超声波变换器6的接收信号的典型振幅。这里， 图2A示出近似理想的接收信号，而图2B示出在存在干涉的情况下的接收信号。由于超声波变换器6的物理性质，在几个振荡周期过程中，例如在3 5个周期和 /或半波的过程中，发送脉冲的振幅增加。图2中未示出发送信号，并且如果要示出发送信 号，则在时间轴的最左侧示出该发送信号。该接收信号包括振幅正在增加的相应数量的半 波，例如，图2A中为5个半波。信号上升的特征是曲线16。由附图标记17来标记信号上升 的起点。图2A所示的并且以曲线16为特征的主信号之后是可能由于干扰而产生的不太强 烈的信号回声。为了确定超声波脉冲的传输时间，使接收信号的振幅记录成和/或标准化为预定 的恒定振幅值18。利用位于分析设备7中的阈值比较器来监视该信号，并且识别是否超出 被标记为阈值19的预定第二水平。在图2A中，由附图标记20A来标记超过阈值19的时间点o在阈值比较器的针对时间的下游，存在用于精确检测信号的到该信号的例如从负 到正的下一连续过零21A的传输时间的过零比较器。在信号上升的实际起点(附图标记17)和过零21A之间经过时间段22A，并且时间 段22A应当与预定的信号偏移相对应。因此，一旦超声波变换器6确定了从发送脉冲到信 号回声的过零21A的信号传输时间，则减去信号偏移时间段22A，以确定该信号从发送开始 到信号上升的起点17的实际传输时间。为了维持测量精度，需要预定时间段22总是相同和/或需要信号回声能够符合该 预定时间段22。为了该目的，阈值比较器需要在每次测量一致地检测相同的限定半波(在 时间点20A处超过阈值)。为了实现该目的，信号上升16的曲线(前沿)随着时间经过必 须总是示出相同的斜率并且尽可能地陡峭。然而，特别如图2B所示，由于上述干涉和信号扩大，信号形状强烈变化。随着时间 经过，回声信号严重变形，尤其是回声信号的斜率严重变形，并且时间被延长。与图2A相比 较，超过阈值的时间点20B明显延后。因此，检测到的过零21B也明显延后。由此产生的信 号偏移的时间段22B明显长于(正确的)时间段22A。然而，由于在超声波变换器6和/或分析设备7中必须预先确定与时间段22相对 应的信号偏移、并且因此该信号偏移针对所有的测量都是恒定的，因此不再能够精确地确 定超声波信号的实际传输时间。如显而易见，例如从过零21B的时间点减去预先确定的信 号偏移时间段22A将不能确定信号上升的实际起点17。在存在强烈变化的信号形状的情况下，将在不同的时间20A、20B在不同的半波处 触发阈值比较器，由此生成误差23。例如，1. 25MHz的超声波信号的振荡周期是800ns，这与例如1，500m/s的介质声音6速度的1. 2mm的波长相对应。显然，接收信号由于上述干涉可能强烈变形，以至于阈值比较 器的检测发生几个波列、例如5个波列的误差。这与12mm的距离相对应，并且/或者测量 活塞位置的误差相当于由此测量出的不正确距离的一半，即6mm。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供可用于进行更精确的测量的、用于确定汽缸中活塞的位置 的装置。根据本专利技术，由根据独立权利要求的装置来实现该目的。在从属权利要求中规定 了本专利技术的其它改进。一种用于确定汽缸中活塞的位置的装置，包括用于向汽缸的内部发送超声波信号 并用于接收从活塞反射来的超声波信号的超声波设备。在汽缸的内部沿与活塞的前表面基 本垂直的方向引导这些信号，并且从活塞的前表面反射这些信号。在活塞的前表面上设置 有突起，并且突起包括相对于活塞的其余前表面偏移了特定高度的前表面。突起的前表面 可以平行于活塞的前表面。然而，突起的前表面必须从活塞的其余前表面明显凸起。特别 地，突起的前表面被设计成，突起在工作期间可以在到达的活塞位置中孤立，即突起的与突 起的前表面邻接、并且引向活塞的前表面的侧表面自由布置，并且特别地，没有紧密邻接汽 缸的内表面。此外，存在分析设备，分析设备用于分析超声波信号从超声波设备到突起的前表 面、然后返回至超声波设备的传输时间，还用于基于超声波信号的传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定汽缸（１）中活塞（２）的位置的装置，包括用于向所述汽缸（１）的内部发送超声波信号并用于接收从所述活塞（２）反射来的超声波信号的超声波设备（５），其中，－在所述汽缸（１）的内部沿基本垂直于所述活塞（２）的前表面（４）的方向引导超声波信号，并且从所述活塞（２）的前表面（４）反射超声波信号；－在所述活塞（２）的前表面（４）上设置有突起（３０），并且所述突起（３０）包括相对于所述活塞（２）的其余前表面（４）偏移特定高度（３２）的前表面（３１）；－所述突起（３０）在工作期间能够到达的活塞位置中孤立，以使得邻接所述突起（３０）的前表面（３１）并且引向所述活塞（２）的前表面（４）的侧表面（３１ａ）自由布置，并且没有紧密邻接所述汽缸（１）的内表面（３３），以及－其中，－存在分析设备（７），所述分析设备（７）用于分析超声波信号从所述超声波设备（５）到所述突起（３０）的前表面（３１）、然后返回至所述超声波设备（５）的传输时间，并用于基于超声波信号的所述传输时间确定所述活塞（２）的位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯沃尔克韦恩，
申请(专利权)人：特鲁玛杰拉特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]