NL2018424A - Cylinder and method of determining a position of a piston in a cylinder Cylinder and method of determining a position of a piston in a cylinder - Google Patents
Cylinder and method of determining a position of a piston in a cylinder Cylinder and method of determining a position of a piston in a cylinder Download PDFInfo
- Publication number
- NL2018424A NL2018424A NL2018424A NL2018424A NL2018424A NL 2018424 A NL2018424 A NL 2018424A NL 2018424 A NL2018424 A NL 2018424A NL 2018424 A NL2018424 A NL 2018424A NL 2018424 A NL2018424 A NL 2018424A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- cylinder
- piston
- ultrasonic signals
- cylinder housing
- side wall
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J10/00—Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
- F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
- F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
- F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
- F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
- F15B15/2884—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using sound, e.g. ultrasound
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Actuator (AREA)
Abstract
De uitvinding betreft een cilinder (100, 200, 300), in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem, met een cilinderhuis (102, 202) met een cilindrische zijwand (103, 203); met een axiaal verschuifbaar in het cilinderhuis (102, 202) aangebrachte zuiger (101, 201 ); met meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063), welke aan het cilinderhuis (102, 202) aangebracht zijn en ingericht zijn om ultrasoonsignalen (108) in de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) in te voeren; waarbij een aanstuurinrichting (111), waarmee de meerdere zend-inrichtingen (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063) zodanig aanstuurbaar zijn, dat zich de in de zijwand (103, 203) van het cilinderhuis (102, 202) ingevoerde ultrasoon-signalen (108) zodanig overlappen, dat een signaal bij de positie van de zuiger (101, 201) boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt.The invention relates to a cylinder (100, 200, 300), in particular for use in a hydraulic system, with a cylinder housing (102, 202) with a cylindrical side wall (103, 203); with a piston (101, 201) disposed axially slidably in the cylinder housing (102, 202); with a plurality of transmitting devices (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063) which are arranged on the cylinder housing (102, 202) and are arranged to receive ultrasonic signals (108) in the side wall (103, 203) of the cylinder housing ( 102, 202); wherein a control device (111) with which the plurality of transmitting devices (1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063) are controllable such that the input into the side wall (103, 203) of the cylinder housing (102, 202) ultrasonic signals (108) overlap such that a signal at the position of the piston (101, 201) is above a predetermined threshold value.
Description
Cilinder en werkwijze voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinderCylinder and method for determining a position of a piston in a cylinder
De onderhavige uitvinding betreft een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem, en een werkwijze voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem.The present invention relates to a cylinder, in particular for use in a hydraulic system, and a method for determining a position of a piston in a cylinder, in particular for use in a hydraulic system.
Stand van de techniekState of the art
Voor de meting van een positie van een zuiger in een cilinder, in het bijzonder een hydraulische cilinder, zijn verscheidene meetwijzen bekend. Op looptijdmetingen van ultrasoon-signalen gebaseerde werkwijze tekenen zich af door een hoge robuustheid en hebben geen doorboring van de zuiger nodig. Zo is uit US 6 119 579 A een meetwijze bekend, waarbij ultrasoon-sensoren buiten aan een cilinder aangebracht zijn en aan de hand van de looptijd van de ultrasoon-meetsignalen de positie van de zuiger bepaald wordt.Various measurement methods are known for measuring a position of a piston in a cylinder, in particular a hydraulic cylinder. Method based on transit time measurements of ultrasonic signals is characterized by a high robustness and does not require piercing of the piston. For example, a measuring method is known from US 6 119 579 A, wherein ultrasonic sensors are arranged outside on a cylinder and the position of the piston is determined on the basis of the travel time of the ultrasonic measuring signals.
Openbaring van de uitvindingRevelation of the invention
De onderhavige uitvinding betreft een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem, met de kenmerken van conclusie 1 en een werkwijze voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem met de kenmerken van conclusie 12.The present invention relates to a cylinder, in particular for use in a hydraulic system, with the features of claim 1 and a method for determining a position of a piston in a cylinder, in particular for use in a hydraulic system with the features of claim 12.
De onderhavige uitvinding verschaft daartoe volgens een eerste aspect een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem, met een cilinderhuis met een cilindrische zijwand; met een axiaal verschuifbaar in het cilinderhuis aangebrachte zuiger; met meerdere zend-inrichtingen, welke aan het cilinderhuis aangebracht zijn en ingericht zijn, ultrasoon-signalen in de zijwand van het cilinderhuis in te voeren; waarbij een aanstuurinrichting, waarmee de meerdere zend-inrichtingen zodanig aanstuurbaar is, dat zich de in de zijwand van het cilinderhuis ingevoerde ultrasoon-signalen zodanig overlappen, dat een signaal bij de positie van de zuiger boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt.To this end, according to a first aspect, the present invention provides a cylinder, in particular for use in a hydraulic system, with a cylinder housing with a cylindrical side wall; with a piston arranged axially displaceable in the cylinder housing; to insert ultrasonic signals into the side wall of the cylinder housing with a plurality of transmitting devices which are arranged on the cylinder housing and are arranged; wherein a control device with which the plurality of transmitting devices can be controlled such that the ultrasonic signals introduced into the side wall of the cylinder housing overlap such that a signal at the position of the piston is above a predetermined threshold value.
De onderhavige uitvinding verschaft daartoe volgens een tweede aspect een werkwijze voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinder, in het bijzonder voor het gebruik in een hydraulisch systeem. De werkwijze omvat het aansturen van meerdere zend-inrichtingen voor het invoeren van ultrasoon-signalen in een zijwand van een cilinderhuis van de cilinder, waarbij zich de ingevoerde ultrasoon-signalen zodanig overlappen, dat een signaal bij de positie van de zuiger boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt; alsook het aansturen van meerdere ontvangst-inrichtingen voor het ontvangen van de van de axiaal verschuifbaar in het cilinderhuis aangebrachte zuiger gereflecteerde ultrasoon-signalen.To this end, according to a second aspect, the present invention provides a method for determining a position of a piston in a cylinder, in particular for use in a hydraulic system. The method comprises driving a plurality of transmitting devices for inputting ultrasonic signals into a side wall of a cylinder housing of the cylinder, the input ultrasonic signals overlapping such that a signal at the position of the piston above a predetermined threshold value; as well as controlling a plurality of receiving devices for receiving the ultrasonic signals reflected from the piston arranged axially displaceable in the cylinder housing.
Voorkeursuitvoeringen zijn onderwerp van de respectieve onderconclusies.Preferred embodiments are the subject of the respective sub-claims.
Het begrip „cilinder" omvat verscheidene zuiger-cilinder-eenheden, in het bijzonder een pneumatische cilinder en/of hydraulische cilinder en/of hubcilinder, zoals ze in vele machines toepassing vinden. De cilinder kan hierbij met ieder fluïdum gevuld zijn, in het bijzonder met iedere vloeistof of gas. Ook is de uitvinding niet tot een bepaalde vorm van de cilinder beperkt. Verder kan de verschuifbaar in het cilinderhuis aangebrachte zuiger in het bijzonder ook een membraan omvatten. Verder kunnen in het volgende meerdere zend-inrichtingen ook als ultrasoon-zendarray en/of meerdere ontvangst-inrichtingen als ultrasoon-ontvangstarray als betekend worden.The term "cylinder" includes several piston-cylinder units, in particular a pneumatic cylinder and / or hydraulic cylinder and / or hub cylinder, as they find application in many machines. The cylinder can be filled with any fluid, in particular In addition, the invention is not limited to a specific shape of the cylinder, furthermore, the piston slidably arranged in the cylinder housing can in particular also comprise a diaphragm. transmitter array and / or multiple receiving devices as ultrasonic receiving array are being served.
Het is in het bijzonder voordelig, dat het invoeren van ultrasoon-golven in de zijwand van de cilinder en de uitbreiding van ultrasoon-golven in de zijwand van de cilinder onafhankelijk van het bedrijfsomstandigheden van de hydraulische olie is. Daardoor is ook de bepaling van de zuigerpositie tegenover de temperatuur- en leeftijdsafhankelijke eigenschappen van de hydraulische olie uiterst robuust. Voor het overige is een upgrade van zend-inrichtingen, ontvangst-inrichtingen en evaluatie-inrichting voor bestaande cilinders eenvoudig mogelijk.It is particularly advantageous that the introduction of ultrasonic waves into the side wall of the cylinder and the extension of ultrasonic waves into the side wall of the cylinder is independent of the operating conditions of the hydraulic oil. This also makes the determination of the piston position in relation to the temperature and age-dependent properties of the hydraulic oil extremely robust. For the rest, an upgrade of transmitting devices, receiving devices and evaluation device for existing cylinders is easily possible.
Het ultrasoon-zendarray kan zodanig aangestuurd worden, dat alle zend-inrichtingen gelijktijdig, d.w.z. zonder faseverschil, bedreven worden. Dit is in het bijzonder van voordeel, wanneer de ultrasoon-signalen bij de uitbreiding sterk gedempt worden en daarmee een hoge geluidsvermogen in de cilinderwand ingebracht moet worden.The ultrasonic transmitting array can be controlled such that all transmitting devices are operated simultaneously, i.e. without phase difference. This is particularly advantageous if the ultrasonic signals are strongly damped during the expansion and thus a high sound power must be introduced into the cylinder wall.
Aangezien telkens afhankelijk van aantal, positie en fase van de aangestuurde zend-inrichtingen verdere posities binnen de cilinderwand optreden, waarbij de ultrasoon-signalen destructief interfereren resp. waarbij het interferentie-signaal onder een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt, is het voordelig, wanneer de zend-inrichtingen in afhankelijkheid van de verwachte zuigerpositie aangestuurd worden.Since in each case depending on the number, position and phase of the controlled transmitting devices, further positions occur within the cylinder wall, the ultrasonic signals interfering or destructively destroying. the interference signal being below a predetermined threshold value, it is advantageous if the transmitting devices are controlled in dependence on the expected piston position.
Voorts is het mogelijk, dat enkel een zendinrichting of weinig zend-inrichtingen per meet-cyclus aangestuurd worden en indien nodig verdere zend-inrichtingen daarbij geschakeld worden. Deze wijze van aansturing spaart stroom en verhoogt daardoor de energie efficiëntie van het systeem resp. van de werkwijze.Furthermore, it is possible that only one transmitting device or few transmitting devices are controlled per measuring cycle and, if necessary, further transmitting devices are connected thereby. This method of control saves electricity and thereby increases the energy efficiency of the system resp. of the method.
Verder is een ultrasoon-zendarray op grond van zijn intrinsieke redundantie voordelig, aangezien het de meetzekerheid van het system resp. van de werkwijze verhoogt.Furthermore, an ultrasonic transmitter array is advantageous on account of its intrinsic redundancy, since it reduces the measurement reliability of the system resp. of the process.
Volgens een verdere uitvoering omvat de cilinder tenminste een ontvangst-inrichting, welke aan het cilinderhuis aangebracht is en ingericht is om de van de zuiger gereflecteerde ultrasoon-signalen te ontvangen. Daardoor is gewaarborgd, dat de bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting gereflecteerde ultrasoon-signalen detecteert worden kunnen en boven de looptijd, de tussen uitzenden en ontvangen van de ultrasoon-signalen voorbij is, en boven de geluidssnelheid de positie van de zuiger bepaald worden kan.According to a further embodiment, the cylinder comprises at least one receiving device which is arranged on the cylinder housing and is adapted to receive the ultrasonic signals reflected from the piston. This ensures that the position of the piston resp. ultrasonic signals reflected from the piston seal can be detected and above the travel time, the transmission and reception of the ultrasonic signals is over, and the position of the piston can be determined above the sound speed.
Voorts is het voordelig, wanneer door de aanstuurinrichting de meerdere zend-inrichtingen zodanig aanstuurbaar zijn, dat tussen de van de meerdere zend-inrichtingen in de zijwand van het cilinderhuis ingevoerde ultrasoon-signalen een bepaalbare faserelatie ligt, die in het bijzonder van 0° en 180° afwijkt. Deze faserelatie resp. dit faseverschil kan zodanig gekozen zijn, dat destructieve interferentie bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting vermeden worden. Doelmatig is het faseverschil zo gekozen, dat het interferentie-signaal bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt. Want daardoor is gewaarborgd, dat het aan de zuiger resp. aan de zuigerafdichting gereflecteerde signaal ook volgens terugkeer van de in wezen gelijke weglengte als de van de ingevoerde ultrasoon-signalen van tenminste een van de meerdere ontvangst-inrichtingen detecteert kan worden.It is furthermore advantageous if the multiple transmitting devices can be controlled by the driving device such that there is a detectable phase relationship between the ultrasonic signals entered from the multiple transmitting devices in the side wall of the cylinder housing, in particular of 0 ° and 180 °. This phase relationship resp. this phase difference can be chosen such that destructive interference at the position of the piston resp. of the piston seal. The phase difference is expediently chosen such that the interference signal at the position of the piston resp. of the piston seal is above a predetermined threshold value. Because this ensures that it is applied to the piston resp. signal reflected from the piston seal also upon return of the substantially equal path length as can be detected from the input ultrasonic signals from at least one of the plurality of receiving devices.
Volgens een verdere uitvoering omvat de cilinder meerdere ontvangst-inrichtingen, waarbij de aanstuurinrichting uit de meerdere ontvangst-inrichtingen tenminste een ontvangst-inrichting zodanig uitkiest, dat een ontvangen signaal van de tenminste een uitgekozen ontvangst-inrichting boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt. Dit heeft het voordeel, dat het signaal tenminste van een van de meerdere ontvangst-inrichtingen detecteert worden kan en daarmee de positie van de zuiger bepaald kan worden.According to a further embodiment, the cylinder comprises a plurality of receiving devices, wherein the driving device selects from the plurality of receiving devices at least one receiving device such that a received signal from the at least one selected receiving device is above a predetermined threshold value. This has the advantage that the signal can be detected at least from one of the multiple receiving devices and thereby the position of the piston can be determined.
Voor het overige is het van voordeel, wanneer door de aanstuurinrichting de meerdere ontvangst-inrichtingen zodanig aanstuurbaar zijn, dat de van de zuiger gereflecteerde ultrasoon-signalen uit een vooraf bepaalde richting te ontvangen zijn. Want hierdoor wordt gewaarborgd, dat uit verscheidene, bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting gereflecteerde en daarmee uit verschillende richtingen stammende signalen, het signaal uitgekozen kan worden, welke de hoogste intensiteit bezit.For the rest, it is advantageous if the multiple receiving devices can be controlled by the driving device such that the ultrasonic signals reflected from the piston can be received from a predetermined direction. Because this ensures that from several at the position of the piston resp. signals reflected from the piston seal and thus coming from different directions, the signal having the highest intensity can be selected.
Verder is het doelmatig, wanneer de meerdere zend-inrichtingen aan het cilinderhuis zodanig aangebracht zijn, dat zich de in de zijwand van het cilinderhuis ingevoerde ultrasoon-signalen zodanig overlappen, dat het signaal bij de positie van de zuiger boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt. Want hierdoor laat zich waarborgen, dat zich alleen door de aard van de inrichting van de individuele zend-inrichtingen de individuele ultrasoon-signalen bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting constructief overlappen.It is furthermore advantageous if the plurality of transmitting devices are arranged on the cylinder housing such that the ultrasonic signals introduced into the side wall of the cylinder housing overlap such that the signal is above a predetermined threshold value at the position of the piston. Because this makes it possible to guarantee that the individual ultrasonic signals at the position of the piston resp. constructively overlap the piston seal.
Volgens een verdere uitvoering van de uitvinding zijn de meerdere zend-inrichtingen langs een axiale richting van de zijwand van het cilinderhuis en/of langs een omtrek van de zijwand van het cilinderhuis aangebracht. De hierdoor gegeven vrijheidsgraad in de inrichting van de zend-inrichtingen is in het bijzonder dan voordelig, wanneer de cilinder ten opzichte van zijn doorsnede een grote lengte bezit, bijv. bij een verhouding van 1 op 5 of kleiner, resp. wanneer de cilinder ten opzichte van zijn doorsnede een geringe lengte bezit bijv. bij een verhouding van 5 op 1 of groter.According to a further embodiment of the invention, the plurality of transmitting devices are arranged along an axial direction of the side wall of the cylinder housing and / or along a circumference of the side wall of the cylinder housing. The degree of freedom given in this way in the arrangement of the transmitting devices is particularly advantageous if the cylinder has a great length with respect to its cross-section, e.g. at a ratio of 1 to 5 or smaller, respectively. when the cylinder has a small length with respect to its cross-section, e.g. at a ratio of 5 to 1 or larger.
Voorts is het van voordeel, wanneer naburige zend-inrichtingen in axiale richting van de zijwand van het cilinderhuis en/of langs de omtrek van de zijwand van het cilinderhuis met gelijke afstand aangebracht zijn. Want daarmee is het bij een gelijksoortige aansturing van de zend-inrichtingen, was van een vaste faserelatie, resp. een vast faseverschil tussen twee naburige zend-inrichtingen gelijk komt, mogelijk, een constructieve overlap van de vanuit de individuele zend-inrichtingen uitgezonden ultrasoon-signalen bij de positie van de zuiger resp. van de zuigerafdichting te bereiken. Dit vermindert de complexiteit van de aansturing van de individuele zend-inrichtingen.It is furthermore advantageous if adjacent transmitting devices are arranged at the same distance in the axial direction of the side wall of the cylinder housing and / or along the circumference of the side wall of the cylinder housing. Because with a similar control of the transmitting devices, this is the case of a fixed phase relationship, resp. a fixed phase difference between two adjacent transmitting devices becomes the same, possibly a constructive overlap of the ultrasonic signals emitted from the individual transmitting devices at the position of the piston or the like. of the piston seal. This reduces the complexity of the control of the individual transmitting devices.
Een cilinder volgens deze verdere uitvoering kenmerkt zich daardoor, dat de meerdere zend-inrichtingen op een eindvlak van het cilinderhuis aangebracht zijn, wat bij bepaalden vereisten bij het cilinder voordelig kan zijn, aangezien geen plaats-verbruik bij de zijwand ontstaat.A cylinder according to this further embodiment is characterized in that the plurality of transmitting devices are arranged on an end face of the cylinder housing, which can be advantageous with certain requirements for the cylinder, since no space is used at the side wall.
Verder is het doelmatig, wanneer de meerdere ontvangst-inrichtingen op gelijke posities als de meerdere zend-inrichtingen aangebracht zijn en/of dat de meerdere zend-inrichtingen ook als ontvangst-inrichting ingericht zijn, om de van de zuiger gereflecteerde ultrasoon-signalen te ontvangen. Want daardoor wordt enerzijds de complexiteit van de aansturing vereenvoudigt en anderzijds wordt hierdoor plaats op de cilinderoppervlakken bespaard. Verder kunnen volgens de laatste aspecten van de verdere uitvoering de rollen van de zend- en ontvangst-inrichtingen ook tijdens het meten omgekeerd en mogelijkerwijs aan het benodigde zend- resp. ontvangst-vermogen aangepast worden.Furthermore, it is expedient if the plurality of receiving devices are arranged at the same positions as the plurality of transmitting devices and / or that the plurality of transmitting devices are also arranged as a receiving device to receive the ultrasonic signals reflected from the piston . Because, on the one hand, this simplifies the complexity of the control and, on the other hand, it saves space on the cylinder surfaces. Furthermore, according to the last aspects of the further embodiment, the roles of the transmitting and receiving devices can also be reversed during measurement and possibly to the required transmitting and receiving devices. receiving power can be adjusted.
Volgens een verdere uitvoering omvat de cilinder tenminste een evaluatie-inrichting, welke ingericht is, aan de hand van een looptijd van de ultrasoon-signalen tussen een uitzenden van de ultrasoon-signalen door de meerdere zend-inrichtingen en een ontvangen van de ultrasoon-signalen door de meerdere ontvangst-inrichtingen een positie van de zuiger te bepalen. Het uitbreidingsmedium van de ultrasoon-signalen is de binnenkant van de zijwand van het cilinderhuis. Een golf-uitbreidingssnelheid van de ultrasoon-signalen is daarmee goed te berekenen, aangezien de eigenschappen de cilinderwand bekend zijn. De geluidsnelheid resp. de groep-snelheid van de ultrasoon-signalen in de cilinderwand van de cilinders volgens de uitvinding hangt enkel van de golfmodus en van de geluidsfrequentie in de cilinderwand af. De eigenschappen de cilinderwand blijven echter tijdens de gehele bedrijfsduur van de cilinder in hoofdzaak onveranderd en de afhankelijkheden van de ultrasoon-uitbreiding kunnen daarmee in deterministische en reproduceerbare wijze berekend worden. Deze afhankelijkheid laat zich eenvoudig bij een sensor-inbouw kalibreren en blijft tijdens de levensduur van de cilinder constant. De cilinder volgens de uitvinding onderscheidt zich daarmee van cilinders met ultrasoon-sensoren, waarbij zich het ultrasoon-signaal in de hydraulische olie verspreidt. In het bijzonder is een hoge meetnauwkeurigheid mogelijk.According to a further embodiment the cylinder comprises at least one evaluation device which is arranged on the basis of a runtime of the ultrasonic signals between a transmission of the ultrasonic signals by the plurality of transmitting devices and a reception of the ultrasonic signals by determining the position of the piston by the plurality of receiving devices. The expansion medium of the ultrasonic signals is the inside of the side wall of the cylinder housing. A wave expansion speed of the ultrasonic signals is therefore easy to calculate, since the properties of the cylinder wall are known. The sound speed resp. the group speed of the ultrasonic signals in the cylinder wall of the cylinders according to the invention depends solely on the wave mode and the sound frequency in the cylinder wall. The properties of the cylinder wall, however, remain substantially unchanged during the entire operating time of the cylinder and the dependencies of the ultrasonic expansion can thus be calculated in a deterministic and reproducible manner. This dependence can be easily calibrated with a sensor installation and remains constant during the life of the cylinder. The cylinder according to the invention is thus distinguished from cylinders with ultrasonic sensors, wherein the ultrasonic signal spreads in the hydraulic oil. In particular, a high measurement accuracy is possible.
Volgens een verdere uitvoering van de werkwijze volgt een stap van het berekenen van een positie van de zuiger aan de hand van een looptijd van de ultrasoon-signalen tussen uitzenden en ontvangen van de ultrasoon-signalen. De hiervoor genoemde voordelen gelden op overeenkomende wijze ook voor de werkwijze.According to a further embodiment of the method, there is a step of calculating a position of the piston on the basis of a travel time of the ultrasonic signals between transmitting and receiving the ultrasonic signals. The aforementioned advantages also apply to the method in a corresponding manner.
Korte beschrijving van de tekeningen Er wordt getoond:Brief description of the drawings The following is shown:
Fig. 1 een doorsnee-aanzicht van een zij-illustratie van een cilinder volgens de uitvinding;FIG. 1 is a sectional view of a side illustration of a cylinder according to the invention;
Fig. 2 een uitsnede van een doorsnee-aanzicht van een zij-illustratie van een cilinder volgens de uitvinding;FIG. 2 is a cross-sectional view of a side illustration of a cylinder according to the invention;
Fig. 3 een bovenaanzicht op de kopzijde van de cilinder volgens de uitvinding;FIG. 3 is a top view of the end face of the cylinder according to the invention;
Fig. 4 een zijaanzicht van de cilinder volgens de uitvinding;FIG. 4 is a side view of the cylinder according to the invention;
Fig. 5 een zijaanzicht van de cilinder volgens de uitvinding in een alternatieve uitvoeringsvorm;FIG. 5 is a side view of the cylinder according to the invention in an alternative embodiment;
Fig. 6 een bovenaanzicht op de kopzijde van de cilinder volgens de uitvinding in de alternatieve uitvoeringsvorm; enFIG. 6 is a top view of the end face of the cylinder according to the invention in the alternative embodiment; and
Fig. 7 een stroomdiagram voor een werkwijze volgens de uitvinding voor het bepalen van een positie van een zuiger in een cilinder.FIG. 7 is a flow chart for a method according to the invention for determining a position of a piston in a cylinder.
In alle figuren zijn gelijke resp. functioneel-gelijke elementen en inrichtingen - voor zover niet anders aangegeven is - met dezelfde verwijzingsteken voorzien.In all figures, the same resp. functionally similar elements and devices - unless otherwise specified - are provided with the same reference sign.
Beschrijving van de uitvoeringsvoorbeeldenDescription of the exemplary embodiments
Figuur 1 toont een cilinder 100, in het bijzonder een hydraulische cilinder voor het gebruik in een hydraulisch systeem. De cilinder 100 omvat een cilinderhuis 102 met een cilindrische zijwand 103, welke axiaal om een symmetrieas van de cilinder 100 ingericht is, en van een eerste buitenwand 104 in axiale richting van het cilinderhuis 102, welke de cilinder 100 in axiale richting begrenst. Tegenover de eerste buitenwand 104 is in een tweede buitenwand 115 van het cilinderhuis 102 een opening 105 ingericht, waarin een zuiger 101 axiaal verschuifbaar ingebracht is. Een positie van de zuiger 101 is door een afstand x van de eerste buitenwand 104 bepaald. De cilindrische zijwand 103 van het cilinderhuis 102 heeft een binnenkant 103a en een in radiale richting aan de buitenkant liggende buitenzijde 103b. De zuiger 101 heeft hierbij een afdichting 101a, welke een radiale buitenbereik van de zuiger 101 bepaalt, de buitenzijde 103b van het cilinderhuis contacteert en voor de afdichting van een drukkamer 116 tussen de zuiger 101 en de eerste buitenwand 104 van het cilinderhuis 102 dient.Figure 1 shows a cylinder 100, in particular a hydraulic cylinder for use in a hydraulic system. The cylinder 100 comprises a cylinder housing 102 with a cylindrical side wall 103, which is arranged axially about an axis of symmetry of the cylinder 100, and of a first outer wall 104 in the axial direction of the cylinder housing 102, which defines the cylinder 100 in the axial direction. Opposite the first outer wall 104, an opening 105 is arranged in a second outer wall 115 of the cylinder housing 102, into which a piston 101 is axially slidably inserted. A position of the piston 101 is determined by a distance x from the first outer wall 104. The cylindrical side wall 103 of the cylinder housing 102 has an inside 103a and an outside 103b lying in a radial direction on the outside. The piston 101 here has a seal 101a, which defines a radial outer range of the piston 101, contacts the outside 103b of the cylinder housing and serves to seal a pressure chamber 116 between the piston 101 and the first outer wall 104 of the cylinder housing 102.
Bij de cilindrische zijwand 103 zijn meerdere zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 aangebracht. De zend-inrichtingen 1061,1062,1063 omvatten telkens een opzet 1061a, 1062a, 1063a, welke bij de buitenzijde 103b van de cilindrische zijwand 103 van het cilinderhuis 102 aangebracht is. De opzetten 1061a, 1062a, 1063a bestaan hierbij bij voorkeur uit metaal met een eerste brekingsindex ni, waarbij zich van de eerste brekingsindex ni van een tweede brekingsindex Π2 van het cilinderhuis 102 onderscheidt.A plurality of transmitting devices 1061, 1062, 1063 are provided at the cylindrical side wall 103. The transmitting devices 1061, 1062, 1063 each comprise an attachment 1061a, 1062a, 1063a, which is arranged on the outside 103b of the cylindrical side wall 103 of the cylinder housing 102. The extensions 1061a, 1062a, 1063a are preferably made of metal with a first refractive index ni, whereby the first refractive index ni differs from a second refractive index Π2 of the cylinder housing 102.
De uitvinding is echter niet hiertoe beperkt. Zo kunnen de opzetten 1061a, 1062a, 1063a ook in de cilindrische zijwand 103 toegelaten zijn.However, the invention is not limited thereto. For example, the extensions 1061a, 1062a, 1063a may also be permitted in the cylindrical side wall 103.
Op telkens een van de opzetten 1061a, 1062a, 1063a is telkens een zender 1061b, 1062b, 1063b aangebracht, welke ingericht zijn om een ultrasoon-signaal 108 door de opzetten 1061 a, 1062a, 1063a heen uit te zenden. Het ultrasoon-signaal 108 is hierbij typisch op een ultrasoon-golf gemoduleerd. Het ultrasoon-signaal kan in het bijzonder ook een golfpakket zijn.Each of one of the mounts 1061a, 1062a, 1063a is provided with a transmitter 1061b, 1062b, 1063b, which are adapted to transmit an ultrasonic signal 108 through the mounts 1061a, 1062a, 1063a. The ultrasonic signal 108 is typically modulated on an ultrasonic wave. The ultrasonic signal can in particular also be a wave packet.
De opzetten 1061a, 1062a, 1063a zijn wigvormig ingericht, zodat het van telkens een van de zender 1061b, 1062b, 1063b ingerichte ultrasoon-signaal 108 onder een invalshoek <pi ten opzichte van een vlaknormaal 109 op de cilindrische zijwand 103 treft. In het volgende is dit uit overweging van de overzichtelijkheid enkel bij een van de zend-inrichtingen 1063 getoond. Bij de grensvlakken 110 tussen opzet 106a en cilindrischer zijwand 103 wordt het ultrasoon-signaal 108 resp. De het ultrasoon-signaal 108 dragende ultrasoon-golf gebroken. De brekingshoek wordt hierbij bepaald uit de brekingswet van Snellius, dat wil zeggen volgens de volgende formule:The heads 1061a, 1062a, 1063a are wedge-shaped, so that the ultrasonic signal 108 arranged from the transmitter 1061b, 1062b, 1063b is hit at an angle of angle ≤ pi with respect to a plane normal 109 on the cylindrical side wall 103. In the following, this is shown for the sake of clarity only in one of the transmitting devices 1063. At the interfaces 110 between the attachment 106a and the more cylindrical side wall 103, the ultrasonic signal 108 or The ultrasonic wave carrying the ultrasonic signal 108 is broken. The angle of refraction is hereby determined from Snellius' refraction law, that is to say according to the following formula:
Hierbij is φ2 de hoek van uittreding van de ultrasoon-signalen 108 in het cilinderhuis 102. Bij bekende brekingsindexen ni en nz van de opzetten en van het cilinderhuis 102 wordt de invalshoek <pi zodanig ingesteld, dat de uittredingshoek φ2 in wezen 90° is, zodat zich het ultrasoon-signaal 108 langs de binnenkant 103a van de zijwand 103 van het cilinderhuis 102 verspreidt. De ultrasoon-signalen 108 van de meerdere zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 lopen dus parallel voor de cilindrische zijwand 103. Dergelijke ultrasoon-signalen 108, welke zich bij de binnenkant 103a van de zijwand 103 resp. binnen de zijwand 103 van het cilinderhuis 102 uitbreiden, worden als Rayleigh- of als Scholte-golven aangeduid. Aangezien de ultrasoon-signalen 108 van de meerdere zend-inrichtingen 1061,1062,1063 zich niet enkel langs de cilinder-as, maar ook boven de gezamenlijke zijwand 103 van het cilinderhuis 102 uitbreiden, interfereren de ultrasoon-signalen 108 van de meerdere zend-inrichtingen 1061,1062,1063. Er bevinden zich binnen de zijwand 103 locaties, waarbij de ultrasoon-signalen 108 elkaar constructief overlappen en er bevinden zich locaties, waarbij zich de ultrasoon-signalen 108 destructief overlappen. Op locaties, waarbij de ultrasoon-signalen 108 destructief interfereren, kan geen of enkel een geringe reflectie bij bijvoorbeeld de zuiger 101 resp. van de zuigerafdichting 101a volgen. Enkel op locaties, waarbij de ultrasoon-signalen 108 constructief interfereren, kan het ultrasoon-signaal 108 aan de zuiger 101 resp. van de zuigerafdichting 101a gereflecteerd worden.Here, φ2 is the angle of exit of the ultrasonic signals 108 in the cylinder housing 102. With known refractive indices ni and nz of the mounts and of the cylinder housing 102, the incident angle <pi is set such that the exit angle φ2 is essentially 90 °, so that the ultrasonic signal 108 spreads along the inside 103a of the side wall 103 of the cylinder housing 102. The ultrasonic signals 108 of the plurality of transmitting devices 1061, 1062, 1063 thus run parallel to the cylindrical side wall 103. Such ultrasonic signals 108, which are located on the inside 103a of the side wall 103 and 10, respectively. extending within the side wall 103 of the cylinder housing 102 are referred to as Rayleigh or Scholte waves. Since the ultrasonic signals 108 of the plurality of transmitting devices 1061.1062.1063 extend not only along the cylinder axis, but also above the joint side wall 103 of the cylinder housing 102, the ultrasonic signals 108 of the plurality of transmitting devices devices 1061.1062.1063. There are locations within the side wall 103 where the ultrasonic signals 108 are structurally overlapping and there are locations where the ultrasonic signals 108 are destructively overlapping. At locations at which the ultrasonic signals 108 interfere destructively, no or only a slight reflection can be obtained at, for example, the piston 101, resp. of the piston seal 101a. Only at locations where the ultrasonic signals 108 interfere constructively, can the ultrasonic signal 108 on the piston 101 resp. from the piston seal 101a.
Het gereflecteerde ultrasoon-signaal 108 plant zich aansluitend in tegengestelde richting voort en wordt van tenminste van meerdere ontvangst-inrichtingen 1071 ontvangen. De ontvangst-inrichtingen 1071 zijn hierbij bij voorkeur soortgelijk als de zend-inrichtingen 1061,1062, 1063 ingericht, dat wil zeggen de ontvangst-inrichtingen 1071 hebben ook telkens een opzet 1071a en telkens een daarop aangebrachte ontvanger 1071b.The reflected ultrasonic signal 108 then propagates in the opposite direction and is received from at least one of several receiving devices 1071. The receiving devices 1071 are preferably arranged similarly to the transmitting devices 1061, 1062, 1063, i.e. the receiving devices 1071 also each have an arrangement 1071a and a receiver 1071b arranged thereon.
Het is voorts mogelijk, dat de zend-inrichtingen 1061,1062,1063 en de ontvangst-inrichtingen 1071 identiek zijn, d.w.z. dat de inrichting ultrasoon-signalen 108 zowel uitzenden als ook ontvangen kan., of dat zij zodanig bij of op van de cilindrische zijwand 103 aangebracht zijn, dat een afstand xi resp. X2 van de eerste buitenwand 104 tot de zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 en tot de ontvangst-inrichtingen 1071 van gelijke grootte is. Dit is bijvoorbeeld het geval, wanneer een van de zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 en de ontvangst-inrichtingen 1071 op de gelijke omtrek van de cilinder 100 naast elkaar aangebracht zijn. In het volgende wordt uit overweging van de overzichtelijkheid daarvan uitgegaan, dat op de cilinder 100 langs de cilinder-as meerdere zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 en een ontvangst-inrichting 1071 aangebracht zijn. De zendinrichting 1061 en de ontvangst-inrichting 1071 zijn hierbij als één inrichting weergegeven.It is furthermore possible that the transmitting devices 1061, 1062, 1063 and the receiving devices 1071 are identical, that is, the device can both transmit and receive ultrasonic signals 108, or that it can be so on or off of the cylindrical side wall 103, which is a distance xi resp. X 2 from the first outer wall 104 to the transmitting devices 1061, 1062, 1063 and until the receiving devices 1071 are of equal size. This is the case, for example, when one of the transmitting devices 1061, 1062, 1063 and the receiving devices 1071 are arranged side by side on the same circumference of the cylinder 100. In the following, it is assumed, for the sake of clarity, that a plurality of transmitting devices 1061, 1062, 1063 and a receiving device 1071 are arranged on the cylinder 100 along the cylinder axis. The transmitting device 1061 and the receiving device 1071 are shown as one device.
De ontvangst-inrichting 1071 en de zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 zijn met een stuurinrichting 111 verbonden. De stuurinrichting 111 stuurt de zend-inrichtingen 1061,1062,1063. De stuurinrichting 111 omvat een evaluatie-inrichting 112, welke ingericht is, aan de hand van een looptijd 5t van de ultrasoon-signalen 108 tussen een uitzenden van de ultrasoon-signalen 108 door de zend-inrichtingen 106 en een ontvangen van de gereflecteerde ultrasoon-signalen 108 door de ontvangst-inrichting 1071 de positie van de zuiger 101, dat wil zeggen de afstand x tussen eerste buitenwand 104 en zuiger 101, te bepalen. De evaluatie-inrichting 112 meet daarbij een eerste tijdpunt ti van de uitzender van de ultrasoon-signalen 108 door de zend-inrichtingen 1061,1062,1063 en een tweede tijdpunt t2 van de ontvanger van de gereflecteerde ultrasoon-signalen 108 door de ontvangst-inrichting 1071. De looptijd 5t van de ultrasoon-signalen 108 is daarmee gegeven door 5t = t2 - ti. De evaluatie-inrichting 112 beschouwt bij het bepalen van een positie van de zuiger 101 een bekende afstand X2 van de zendinrichting 1061 en een bekende afstand xi van de ontvangst-inrichtingen 1071 van de eerste buitenwand 104 van het cilinderhuis 102. Een gezamenlijke afstand 5y van de ultrasoon-signalen 108 tussen zenden en ontvangen wordt berekend volgens de volgende formule:The receiving device 1071 and the transmitting devices 1061, 1062, 1063 are connected to a control device 111. The control device 111 controls the sending devices 1061.1062.1063. The control device 111 comprises an evaluation device 112 which is arranged on the basis of a runtime 5t of the ultrasonic signals 108 between a transmission of the ultrasonic signals 108 by the transmitting devices 106 and a receiving of the reflected ultrasonic signals 108 by the receiving device 1071 to determine the position of the piston 101, i.e. the distance x between first outer wall 104 and piston 101. The evaluation device 112 thereby measures a first time point t 1 of the emitter of the ultrasonic signals 108 by the transmitting devices 1061, 1062, 1063 and a second time point t 2 of the receiver of the reflected ultrasonic signals 108 by the receiving device 1071. The travel time 5t of the ultrasonic signals 108 is therefore given by 5t = t2 - t1. When determining a position of the piston 101, the evaluation device 112 considers a known distance X2 from the transmitting device 1061 and a known distance xi from the receiving devices 1071 from the first outer wall 104 of the cylinder housing 102. A common distance 5y from the ultrasonic signals 108 between sending and receiving is calculated according to the following formula:
Waarbij v de uitbreidingssnelheid van de ultrasoon-signalen 108 in het materiaal van de cilindrische zijwand 103 is. De gezamenlijke afstand 5y van de ultrasoon-signalen 108 is gelijk 2yi + x2 - xi, waarbij yi van de afstand van de zend-inrichtingen 106 van de zuiger 101 is. De dikte van de cilindrische zijwand 103 wordt hierbij verwaarloosd, aangezien deze klein is ten opzichte van de afstand yi van de zend-inrichtingen 106 van de zuiger 101 alsook een afstand x2 - xi van zend-inrichtingen 106 en ontvangst-inrichtingen 107. Aangezien de zendinrichting 1061 en de ontvangst-inrichting 1071 van de zijwand 103 op gelijke afstand zijn, is X2 -xi.Where v is the expansion rate of the ultrasonic signals 108 in the material of the cylindrical side wall 103. The joint distance 5y of the ultrasonic signals 108 is equal to 2yi + x2 - xi, where yi is the distance of the transmitting devices 106 of the piston 101. The thickness of the cylindrical side wall 103 is hereby neglected, since it is small with respect to the distance y 1 of the transmitting devices 106 of the piston 101 as well as a distance x 2 - x 1 of transmitting devices 106 and receiving devices 107. Since the transmitting device 1061 and receiving device 1071 of the side wall 103 are equidistant, X 2 is -xi.
Hiermee wordt de afstand x van de zuiger van de eerste buitenwand 104:Hereby the distance x of the piston of the first outer wall 104 becomes:
De evaluatie-inrichting 112 is ingericht om aan de hand van deze formule de afstand x van de zuiger 101 van de eerste buitenwand 104 te meten.The evaluation device 112 is adapted to measure the distance x of the piston 101 from the first outer wall 104 on the basis of this formula.
Is bijvoorbeeld de uitbreidingssnelheid van de ultrasoon-signalen 108 in het materiaal van de cilindrische zijwand 103 gelijk 1500 m/s en is de afstand x2 van de zend-inrichtingen 106 van de eerste buitenwand 104 van het cilinderhuis 102 gelijk 10 cm en de afstand xi van de ontvangst-inrichtingen 107 van de eerste buitenwand 104 van het cilinderhuis 102 ook gelijk 10 cm, en is de looptijd 5t van de ultrasoon-signalen 108 gelijk 1 ms, zo krijgt men voor de afstand x van de zuiger 101 van de eerste buitenwand 104:For example, the expansion speed of the ultrasonic signals 108 in the material of the cylindrical side wall 103 is 1500 m / s and the distance x2 of the transmitting devices 106 of the first outer wall 104 of the cylinder housing 102 is 10 cm and the distance xi of the receiving devices 107 of the first outer wall 104 of the cylinder housing 102 is also equal to 10 cm, and the travel time 5t of the ultrasonic signals 108 is equal to 1 ms, so one obtains for the distance x of the piston 101 from the first outer wall 104:
De evaluatie-inrichting 112 kan verder ingericht zijn om een reflectie van de ultrasoon-signalen 108 bij de tweede buitenwand 115 te beschouwen, waarbij deze reflectie van een deel van de ultrasoon-signalen resulteert, welke niet al bij het voorste punt 114 van de afdichting 101a van de zuiger 101 gereflecteerd werd. Verder kan de evaluatie-inrichting 112 ingericht zijn, de afstanden van de zender 1061b, 1062b, 1063b resp. van de ontvangst 1071b van de cilindrische zijwand 103 te beschouwen.The evaluation device 112 may further be arranged to consider a reflection of the ultrasonic signals 108 at the second outer wall 115, this reflection resulting from a portion of the ultrasonic signals not already at the front point 114 of the seal 101a of the piston 101 was reflected. Furthermore, the evaluation device 112 may be arranged, the distances from the transmitter 1061b, 1062b, 1063b, respectively. of the receipt 1071b of the cylindrical side wall 103.
Verder is de evaluatie-inrichting 112 ingericht om een geluid-energie uitstraling van de ultrasoon-signalen 108 in een hydraulische olie in het binnenste van de cilinder te beschouwen. In het bijzonder wordt een intensiteit van de ultrasoon-signalen 108 zodanig gekozen, dat een voldoende signaal-ruisverhouding bij de signaalbepaling gewaarborgd wordt.Furthermore, the evaluation device 112 is arranged to consider a sound-energy radiation of the ultrasonic signals 108 in a hydraulic oil in the interior of the cylinder. In particular, an intensity of the ultrasonic signals 108 is selected such that a sufficient signal-to-noise ratio is guaranteed in signal determination.
De uitvinding is niet hiertoe beperkt. Zo kan de evaluatie-inrichting 112 ook identiek zijn aan de zendinrichting 106.The invention is not limited thereto. Thus, the evaluation device 112 can also be identical to the sending device 106.
Figuur 2 toont een uitsnede uit figuur 1, waarin de zijwand 103 van het ciiinderhuis 102 vergroot uitgebeeld is. Elk van de zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 zendt ultrasoon-signalen 1081,1082,1083 uit, welke zich langs van het binnen-vlak van de zijwand 103 uitbreiden. De golflengte van de ultrasoon-signalen 1081, 1082, 1083 kan zo gekozen worden, dat een amplitude van een ultrasoon-signaal 1080, welke zich uit de overlap van de ultrasoon-signalen 1081,1082,1083 bepaalt, aan het voorste punt 114 van de afdichting 101a van de zuiger 101, zo groot mogelijk is.Figure 2 shows a cross-section from Figure 1, in which the side wall 103 of the cylinder housing 102 is shown enlarged. Each of the transmitting devices 1061, 1062, 1063 emits ultrasonic signals 1081, 1082, 1083 which extend along the inner surface of the side wall 103. The wavelength of the ultrasonic signals 1081, 1082, 1083 can be selected such that an amplitude of an ultrasonic signal 1080, which is determined from the overlap of the ultrasonic signals 1081.1082.1083, at the front point 114 of the seal 101a of the piston 101 is as large as possible.
Bij voorkeur is het mogelijk, dat de stuurinrichting 111 (niet getoond) de zend-inrichtingen 1061,1062,1063 met een faseverschuiving zodanig aanstuurt, dat de amplitude van het ultrasoon-signaal 1080, welke wordt bepaald door de overlap van de ultrasoon-signalen 1081,1082,1083, aan het voorste punt 114 van de afdichting 101a van de zuiger 101 zo groot mogelijk is.Preferably, it is possible that the control device 111 (not shown) controls the transmitting devices 1061.1062.1063 with a phase shift such that the amplitude of the ultrasonic signal 1080, which is determined by the overlap of the ultrasonic signals 1081,1082,1083, is as large as possible at the front point 114 of the seal 101a of the piston 101.
Figuur 3 toont een cilinder 200 volgens een tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. Hierbij zijn zend-inrichtingen 1061,2061, 3061,4061,5061 gelijk aan ontvangst-inrichtingen 1071,2071,3071, 4071,5071 en langs de omtrek van het ciiinderhuis 102 aangebracht. Elkevan de zend-inrichtingen 1061,2061,3061,4061,5061 is daarbij ingericht, coherente ultrasoon-signalen 108 uit te zenden. De locaties langs de zijwand 103 van het ciiinderhuis 102, waarbij de ultrasoon-signalen 108 constructief en destructief interfereren, variëren in afhankelijkheid van zowel het aantal ultrasoon-signalen 108 uitzendende zend-inrichtingen 1061, 2061,3061,4061,5061 als ook van de posities van de zend-inrichtingen 1061, 2061,3061,4061,5061. Daarmee kunnen doelmatig in afhankelijkheid van de verwachte zuigerpositie, de aan de hand empirische data geschat worden kan, enkele van de zend-inrichtingen 1061,2061,3061,4061,5061 uitgeschakeld of teruggeschakeld worden. Overeenkomstig kan voorzien zijn, dat niet alle van de ontvangst-inrichtingen 1071,2071,3071,4071,5071 ingezet worden, maar ook afhankelijk van de verwachte zuigerpositie en daarmee afhankelijk van de verwachte positie, waarbij het bij de zuigerafdichting 101a gereflecteerde ultrasoon-signaal 108 door een of enkele van de ontvangst-inrichtingen 1071,2071,3071,4071,5071 kan worden ontvangen.Figure 3 shows a cylinder 200 according to a second embodiment of the present invention. Sending devices 1061.2061, 3061.4061.5061 are identical to receiving devices 1071.2071.3071, 4071.5071 and are arranged along the circumference of the cylinder housing 102. Each of the transmitting devices 1061,2061,3061,4061,5061 is thereby arranged to transmit coherent ultrasonic signals 108. The locations along the side wall 103 of the cylinder housing 102, at which the ultrasonic signals 108 interfere constructively and destructively, vary depending on both the number of transmitting devices 1061, 2061, 3061, 4061.5061 and of the ultrasonic signals 108 positions of the transmitting devices 1061, 2061, 3061, 4061, 5061. Thus, depending on the expected piston position, the empirical data can be estimated, some of the transmitting devices 1061.2061, 3061, 4061, 5061 can be switched off or down. Accordingly, it may be provided that not all of the receiving devices 1071.2071, 3071, 4071, 5071 are deployed, but also depending on the expected piston position and hence dependent on the expected position, the ultrasonic signal reflected at the piston seal 101a 108 can be received by one or a few of the receiving devices 1071.2071.3071.4071.5071.
In een alternatieve uitvoeringsvorm is het mogelijk, dat niet alle zend-inrichtingen 1061,2061,3061,4061,5061 of ontvangst-inrichtingen 1071.2071.3071.4071.5071 per meet-cyclus ingezet resp. aangestuurd worden. Het kan voorzien zijn, dat bij tussenstappen van de ontvangen ultrasoon-signalen 108 van een vooraf bepaalde geluidswaarde door een of enige van de ontvangst-inrichtingen 1071, 2071.3071.4071.5071 verdere ontvangst-inrichtingen en/of zend-inrichtingen teruggeschakeld worden, tot de bepaalbare drempel overschreden is.In an alternative embodiment, it is possible that not all transmitting devices 1061,2061, 3061, 4061.5061 or receiving devices 1071.2071, 3071, 4071, 5071 are used or measured per measuring cycle. be controlled. It may be provided that, during intermediate steps of the received ultrasonic signals 108 of a predetermined sound value, one or more of the receiving devices 1071, 2071, 3071, 4071, 5071 further downsize the receiving devices and / or transmitting devices to the determinable threshold has been exceeded.
Figuur 4 toont een zijaanzicht van een verdere uitvoering van de cilinder volgens de uitvinding 200 uit figuur 2. Er zijn hierbij zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 en de ontvangst-inrichtingen 1071, 1072, 1073 getoond, die telkens op gelijke locatie op het cilinderhuis 202 aangebracht zijn. Verder zijn de zend-inrichtingen 1061, 1062, 1063 en de ontvangst-inrichtingen 1071, 1072, 1073 op het cilinderhuis 202 langs de cilinder-as met een vooraf bepaalde afstand tot elkaar aangebracht. Voorts zijn zend-inrichtingen 2061,3061,4061,5061 en ontvangst-inrichtingen 2071,3071,4071, 5071 op het cilinderhuis 202 aangebracht, welke langs een omtrek van de cilinder 200, op welke ook de zendinrichting 1061 en de ontvangst-inrichting 1071 aangebracht zijn, aangebracht zijn. Voorts zijn zend-inrichtingen 2062, 3062, 4062, 5062 en ontvangst-inrichtingen 2072, 3072, 4072, 5072 op het cilinderhuis 202 aangebracht, welke langs een omtrek van de cilinder 200, op welke ook de zendinrichting 1062 en de ontvangst-inrichting 1072 aangebracht zijn, aangebracht zijn. Voorts zijn zend-inrichtingen 2063, 3063, 4063, 5063 en ontvangst-inrichtingen 2073, 3073, 4073, 5073 op het cilinderhuis 202 aangebracht, welke langs een omtrek van de cilinder 200, op welke ook de zendinrichting 1063 en de ontvangst-inrichting 1073 aangebracht zijn, aangebracht zijn. Deze arraystructuur, die zich daardoor kenmerkt, laat zich langs de cilinder-as verwijden of reduceren. Verder is het mogelijk, dat het aantal zend- en ontvangst-inrichtingen langs een omtrek van het cilinderhuis 202 vergroot of vermindert wordt. De stuurinrichting 111 (niet getoond), die met alle zend- en ontvangst-inrichtingen verbonden is, kan nu analog aan het in figuur 3 beschreven uitvoeringsvoorbeeld een bepaald aantal van de zend-inrichtingen 1061 - 5061,1062 - 5062, 1063 - 5063 en/of van de ontvangst-inrichtingen 1071 - 5071,1072 -5072,1073 - 5073 zodanig bedrijven, dat een bepaalbare faserelatie tussen het van het elke zend-inrichtingen 1061 - 5061,1062 - 5062, 1063 - 5063 ingevoerde ultrasoon-signalen 108 ligt. Daardoor kan gewaarborgd worden, dat aan het voorste punt 214 van de zuigerafdichting 201a het interferentie-signaal van alle uitgezonden ultrasoon-signalen boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt en dat de richting van de gereflecteerde ultrasoon-signalen vastgesteld kan worden. Hierdoor kan het aantal bij aangestuurde resp. bedreven ontvangst-inrichtingen 1071 - 5071,1072 - 5072,1073 - 5073 gereduceerd worden.Figure 4 shows a side view of a further embodiment of the cylinder according to the invention 200 from Figure 2. Sending devices 1061, 1062, 1063 and the receiving devices 1071, 1072, 1073 are shown here, which are each at the same location on the cylinder housing 202. Furthermore, the transmitting devices 1061, 1062, 1063 and the receiving devices 1071, 1072, 1073 are mounted on the cylinder housing 202 along the cylinder axis with a predetermined distance from each other. Furthermore, transmitting devices 2061.3061.4061.5061 and receiving devices 2071.3071.4071, 5071 are mounted on the cylinder housing 202, which is arranged along a circumference of the cylinder 200, on which also the transmitting device 1061 and the receiving device 1071 are applied. Furthermore, transmitting devices 2062, 3062, 4062, 5062 and receiving devices 2072, 3072, 4072, 5072 are mounted on the cylinder housing 202, which is arranged along a circumference of the cylinder 200, on which also the transmitting device 1062 and the receiving device 1072 are applied. Furthermore, transmitting devices 2063, 3063, 4063, 5063 and receiving devices 2073, 3073, 4073, 5073 are mounted on the cylinder housing 202, which is arranged along a circumference of the cylinder 200, on which also the transmitting device 1063 and the receiving device 1073 are applied. This array structure, which is characterized by this, can be widened or reduced along the cylinder axis. Furthermore, it is possible that the number of transmitting and receiving devices along a circumference of the cylinder housing 202 is increased or decreased. The control device 111 (not shown), which is connected to all transmitting and receiving devices, can now, analogous to the exemplary embodiment described in Fig. 3, a certain number of the transmitting devices 1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063 and / or operate the receiving devices 1071 - 5071.1072 - 5072.1073 - 5073 such that a detectable phase relationship lies between the ultrasonic signals 108 input from each transmitting device 1061 - 5061.1062 - 5062, 1063 - 5063 . Thereby it can be ensured that at the front point 214 of the piston seal 201a the interference signal of all transmitted ultrasonic signals is above a predetermined threshold value and that the direction of the reflected ultrasonic signals can be determined. As a result, the number with controlled or resp. operated receiving devices 1071 - 5071.1072 - 5072.1073 - 5073 can be reduced.
In figuur 5 is een zijaanzicht en in figuur 6 een bovenaanzicht van een cilinder volgens de uitvinding 300 in van een alternatieve uitvoeringsvorm uitgebeeld. Hierbij zijn de zend-inrichtingen 1061 - 8061 alsook de ontvangst-inrichtingen 1071 - 8071 langs de rand van een eerste buitenwand 304 van de cilinder 300 aangebracht. Het is wederom doelmatig, wanneer telkens de zend-inrichtingen 1061 - 8061 en de ontvangst-inrichtingen 1071 - 8071 op gelijke positie aangebracht zijn.Figure 5 shows a side view and Figure 6 shows a top view of a cylinder according to the invention 300 in an alternative embodiment. The transmitting devices 1061 - 8061 and the receiving devices 1071 - 8071 are arranged along the edge of a first outer wall 304 of the cylinder 300. It is again expedient if the transmitting devices 1061 - 8061 and the receiving devices 1071 - 8071 are each arranged in the same position.
In figuur 7 is een stroomdiagram voor een werkwijze 700 uitgebeeld volgens de uitvinding voor het bepalen van een positie van een zuiger 101,201 in een cilinder 100, 200, 300. De werkwijze 700 omvat een eerste stap 701 van het aansturen van meerdere zend-inrichtingen 1061 - 5061,1062 - 5062, 1063 - 5063 voor het uitzenden resp. invoeren van ultrasoon-signalen 108 in een zijwand 103, 203 van een cilinderhuis 102, 202. Hierbij worden de zend-inrichtingen 1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063 door een stuurinrichting 111 zodanig bedreven, dat de ultrasoon-signalen 108 bij een voorste punt 114, 214 van een zuigerafdichting 101a, 201a van een zuiger 101,201 constructief overlappen en daarmee een maximum bij geluidsintensiteit hebben, welke boven een vooraf bepaalde drempelwaarde ligt. De aansturing kan hierbij zodanig volgen, dat de van de zend-inrichtingen 1061 - 5061, 1062 - 5062,1063 - 5063 uitgezonden ultrasoon-signalen 108 een bepaalbaar faseverschil hebben.Fig. 7 shows a flow diagram for a method 700 according to the invention for determining a position of a piston 101,201 in a cylinder 100, 200, 300. The method 700 comprises a first step 701 of controlling a plurality of transmitting devices 1061 - 5061.1062 - 5062, 1063 - 5063 for transmitting resp. inputting ultrasonic signals 108 into a side wall 103, 203 of a cylinder housing 102, 202. Here, the transmitting devices 1061 - 5061, 1062 - 5062, 1063 - 5063 are operated by a control device 111 such that the ultrasonic signals 108 at a front point 114, 214 of a piston seal 101a, 201a of a piston 101,201 structurally overlap and thus have a maximum at sound intensity that is above a predetermined threshold value. The control can here follow such that the ultrasonic signals 108 emitted from the transmitting devices 1061 - 5061, 1062 - 5062.1063 - 5063 have a measurable phase difference.
De werkwijze 700 omvat verder een tweede stap 702 van het aansturen van meerdere ontvangst-inrichtingen 1071 -5071,1072-5072,1073-5073 voor het ontvangen van de aan het voorste punt 114, 214 van de zuigerafdichting101a, 201a van de zuiger 101,201 gereflecteerde ultrasoon-signalen 108.The method 700 further comprises a second step 702 of driving a plurality of receiving devices 1071 -5071.1072-5072.1073-5073 for receiving the reflected at the front point 114, 214 of the piston seal 101a, 201a of the piston 101,201 ultrasonic signals 108.
Verder omvat de werkwijze 700 een derde stap 703 van het berekenen van een positie van de zuiger 101,201, dat wil zeggen van een afstand x van de zuiger 101,201 van een eerste buitenwand 104, 304 van de cilinder 100, 200, 300. Het berekenen van de positie wordt hierbij aan de hand van een looptijd öt van de ultrasoon-signalen 108 tussen het uitzenden en het ontvangen van de ultrasoon-signalen 108 berekend.Further, the method 700 includes a third step 703 of calculating a position of the piston 101,201, i.e., a distance x of the piston 101,201 from a first outer wall 104, 304 of the cylinder 100, 200, 300. The calculation of the position is herein calculated on the basis of a travel time ot of the ultrasonic signals 108 between the transmission and the reception of the ultrasonic signals 108.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016202931.2A DE102016202931A1 (en) | 2016-02-25 | 2016-02-25 | A cylinder and method for determining a position of a piston in a cylinder |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL2018424A true NL2018424A (en) | 2017-09-06 |
Family
ID=59580393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL2018424A NL2018424A (en) | 2016-02-25 | 2017-02-24 | Cylinder and method of determining a position of a piston in a cylinder Cylinder and method of determining a position of a piston in a cylinder |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102016202931A1 (en) |
| NL (1) | NL2018424A (en) |
| SG (1) | SG10201610650TA (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6119579A (en) | 1998-03-20 | 2000-09-19 | Caterpillar Inc. | Apparatus and method for detecting piston location within a fluid cylinder of a work machine |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4543649A (en) * | 1983-10-17 | 1985-09-24 | Teknar, Inc. | System for ultrasonically detecting the relative position of a moveable device |
| US5459698A (en) * | 1993-03-08 | 1995-10-17 | The Rexroth Corporation | Noninvasive ultrasonic proximity detector for a fluid actuated cylinder |
| DE102004029662B4 (en) * | 2004-06-18 | 2007-03-08 | Jäger, Frank-Michael | Device for monitoring hydraulic cylinders |
| NO20120965A1 (en) * | 2012-08-28 | 2014-03-03 | Sensorlink As | Method and system for determining the position of a piston in a cylinder |
-
2016
- 2016-02-25 DE DE102016202931.2A patent/DE102016202931A1/en not_active Withdrawn
- 2016-12-20 SG SG10201610650TA patent/SG10201610650TA/en unknown
-
2017
- 2017-02-24 NL NL2018424A patent/NL2018424A/en unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6119579A (en) | 1998-03-20 | 2000-09-19 | Caterpillar Inc. | Apparatus and method for detecting piston location within a fluid cylinder of a work machine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SG10201610650TA (en) | 2017-09-28 |
| DE102016202931A1 (en) | 2017-08-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8115937B2 (en) | Methods and apparatus for measuring multiple Fabry-Perot gaps | |
| WO2021055823A4 (en) | Ultrasound sensing and imaging based on whispering-gallery-mode (wgm) microresonators | |
| JP6674353B2 (en) | Remote target identification using laser Doppler vibration measurement | |
| CN101356451B (en) | Door monitoring device | |
| JP5336582B2 (en) | Measuring apparatus and measuring method for measuring muzzle velocity of projectile | |
| EP3237874B1 (en) | Reflectometric vibration measurement system and relative method for monitoring multiphase flows | |
| JP2023002765A (en) | Optical receiver and method of operation | |
| JP2017049243A5 (en) | ||
| US9551606B2 (en) | Determining a level and flow speed of a medium | |
| US11143528B2 (en) | Optical fiber sensor and analysis method | |
| JP6661604B2 (en) | Method for detecting the position and / or movement of a piston in a cylinder and cylinder device | |
| WO2015170117A1 (en) | Improvements in fibre optic distributed sensing | |
| EP3667256A1 (en) | Device and method for performing ultrasonic measurements of fluid properties | |
| GB2599282A (en) | Attenuated total internal reflection optical sensor for obtaining downhole fluid properties | |
| US20050201664A1 (en) | Fiber grating pressure wave speed measurement system | |
| NL2018424A (en) | Cylinder and method of determining a position of a piston in a cylinder Cylinder and method of determining a position of a piston in a cylinder | |
| EP3574289B1 (en) | System and method for interrogating an intrinsic fiber optic sensor | |
| KR102576470B1 (en) | Apparatus for determining the diameter and/or outer contour of strand-shaped objects | |
| US11728901B2 (en) | Method for non-line-of-sight detection of complex optical signals | |
| JP7687431B2 (en) | Distance measuring device and distance measuring method | |
| CN220869749U (en) | Hydraulic accumulator | |
| EP3353508B1 (en) | System and method of ultrasound liquid level detection | |
| NL1020811C2 (en) | Monitoring arrangement is for mechanical sealing system and involves at least two sealing rings rotatable relative to each other determining seal with facing surfaces and piezo-electric monitoring component | |
| KR20140115852A (en) | Optics mechanism and method operating the same | |
| US12031809B2 (en) | System and method for detecting a wave occurring in/on a membrane |