DE10049019A1 - Method and device for wireless measurement of at least one parameter resulting from a rotational movement of an object, in particular a rotor - Google Patents
Method and device for wireless measurement of at least one parameter resulting from a rotational movement of an object, in particular a rotorInfo
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Abstract
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur drahtlosen Messung wenigstens eines aus einer Drehbewegung eines Objektes 4, insbesondere Rotors, resultierenden Parameters, bei dem ein elektrisches Abfragesignal von einer Abfrageeinrichtung 1 zu einem Objekt 4 ausgesendet wird und von dem Objekt 4 Antwortsignale zurückgesendet werden, wobei dem Objekt 4 wenigstens ein energiespeicherndes Sensorelement 5 zugeordnet ist, das über Funk eingespeiste Abfragesignale moduliert und als Antwortsignale zur Abfrageeinrichtung 1 zurücksendet, wobei aus dem sinusförmigen Verlauf der Laufzeiten und/oder Phasenlagen der Antwortsignale wenigstens ein aus der Drehbewegung des Objektes 4 resultierender Parameter, beispielsweise Drehzahl, Drehwinkel und dergleichen, ermittelt wird.A method and a device for wireless measurement of at least one parameter resulting from a rotary movement of an object 4, in particular a rotor, in which an electrical interrogation signal is sent from an interrogation device 1 to an object 4 and response signals are sent back from the object 4, the object 4, at least one energy-storing sensor element 5 is assigned, which modulates query signals fed in by radio and sends them back as response signals to the query device 1, with at least one parameter resulting from the rotational movement of the object 4, for example speed, from the sinusoidal course of the transit times and / or phase positions of the response signals. Angle of rotation and the like is determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 7.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1 and a device according to the preamble of claim 7.
Bei der Messung von aus einer Drehbewegung eines Objektes, insbesondere Rotors resultierenden Parameters, wie beispiels weise Drehzahl, Beschleunigung, Schwingungen aufgrund unrun den Laufs und dergleichen, werden aktive Sensoren auf Halb leiterbasis, welche an eine Stromversorgungsquelle ange schlossen werden müssen, zum Einsatz gebracht.When measuring from a rotational movement of an object, in particular rotor resulting parameters, such as wise speed, acceleration, vibrations due to unrun the runs and the like, active sensors are at half conductor base, which is connected to a power supply source must be closed.
Aus der Funksensorik sind Sensorelemente bekannt, welche ein elektromagnetisches Abfragesignal zwischenspeichern und bei der Zwischenspeicherung in ein akustisches Signal in Form von Oberflächenwellen wandeln. Solche Bauelemente kommen in vie len Variationen als funkabfragbare oder selbstsendende Senso ren, Identifikationsmarken oder Filter zum Einsatz. Ausfüh rungsformen nach dem Stand der Technik sind zum Beispiel in DE 198 60 058 C1, EP 0 746 775 B1, EP 0 655 701 B1, EP 0 651 344 B1, EP 0 619 906 B1, US 5 691 698, US 5 841 214, US 5 966 008, US 5 691 698, US 5 910 779, US 6 029 324 und US 6 084 503 offenbart.Sensor elements are known from radio sensors, which are a cache electromagnetic interrogation signal and at the intermediate storage in an acoustic signal in the form of Convert surface waves. Such components come in vie len variations as radio-interrogable or self-transmitting Senso ren, identification marks or filters. exporting Forms of the prior art are for example in DE 198 60 058 C1, EP 0 746 775 B1, EP 0 655 701 B1, EP 0 651 344 B1, EP 0 619 906 B1, US 5 691 698, US 5 841 214, US 5 966 008, US 5 691 698, US 5 910 779, US 6 029 324 and US 6 084 503 disclosed.
Das akustische Signal kann mit einer vorgegebenen Grundverzö gerung und/oder Frequenz individuell modifiziert werden. Das modifizierte Signal wird als codiertes elektromagnetisches Antwortsignal zur Abfragestation, welche das Abfragesignal gesendet hat, zurückgesendet.The acoustic signal can with a predetermined basic delay tion and / or frequency can be modified individually. The modified signal is called coded electromagnetic Response signal to the interrogation station, which is the interrogation signal sent, sent back.
Ein derartiges OFW-Bauelement arbeitet passiv, d. h. es benö tigt keine eigene Energiequelle bzw. Stromversorgung. Der Energiebedarf wird über das durch den Empfang eingespeicherte elektromagnetische Abfragesignal gedeckt. Derartige als pas sive Transponder arbeitende OFW-Bauelemente kommen bei der Temperatur-, Druck- oder Drehmomentmessung zum Einsatz. Zur Modulation des akustischen Oberflächenwellensignals dienen unterschiedliche Reflektor- oder Resonatorstrukturen auf dem piezoelektrischen Substrat des OFW-Bauelements.Such an SAW component works passively, i. H. it needs does not have its own energy source or power supply. The energy requirement is saved via the one saved by the reception electromagnetic interrogation signal covered. Such as pas SAW transponders working at the Temperature, pressure or torque measurement used. to Serve modulation of the surface acoustic wave signal different reflector or resonator structures on the piezoelectric substrate of the SAW device.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich tung zur drahtlosen Messung wenigstens eines aus einer Dreh bewegung eines Objektes, insbesondere Rotors resultierenden Parameters mit Hilfe eines einfachen Messsystems zu schaffen.The object of the invention is a method and a Vorrich device for wireless measurement of at least one from a turn movement of an object, in particular rotor resulting Create parameters using a simple measuring system.
Diese Aufgabe wird beim erfindungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und bei der Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruches 7 gelöst.This object is achieved by the method according to the invention characterizing features of claim 1 and in the Device by the characterizing features of the patent Proverb 7 solved.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims contain advantageous developments the invention.
Bei der Erfindung wird zur drahtlosen Messung des wenigstens einen aus einer Drehbewegung des Objektes, insbesondere Ro tors, resultierenden Parameters ein elektromagnetisches Ab fragesignal von einem bestimmten Sendeort zu dem rotierenden Objekt ausgesendet. Am rotierenden Objekt ist ein energie speicherndes Sensorelement vorgesehen, in welchem ein über Funk eingespeistes Abfragesignal moduliert und als Antwort signal am Sendeort empfangen wird. Aus dem sinusförmigen Ver lauf der Laufzeiten und/oder der Phasenlagen der Antwortsig nale wird der aus der Drehbewegung des Objektes resultierende Parameter ermittelt. Hierbei kann aus der Frequenz bzw. der Periodendauer des sinusförmigen Verlaufs der Laufzeit und/oder der Phasenlage der Antwortsignale die Drehzahl des Objektes ermittelt werden. Die jeweilige Position im sinus förmigen Verlauf der Laufzeiten und/oder Phasenlagen der Antwortsignale enthält ferner eine Information über die jeweili ge Drehwinkellage des sich drehenden Objektes bzw. Rotors.In the invention for wireless measurement of the at least one from a rotational movement of the object, in particular Ro tors, resulting parameters an electromagnetic Ab interrogation signal from a specific transmission location to the rotating one Object sent out. There is an energy on the rotating object storing sensor element is provided, in which an over Radio-fed query signal modulated and as a response signal is received at the sending location. From the sinusoidal ver the running times and / or the phase positions of the responses nale becomes the result of the rotating movement of the object Parameters determined. Here, the frequency or the Period of the sinusoidal course of the running time and / or the phase position of the response signals the speed of the Object can be determined. The respective position in the sine shaped course of the transit times and / or phase positions of the response signals also contains information about the respective ge angular position of the rotating object or rotor.
Ferner kann aus der Änderung der Frequenz des sinusförmigen Verlaufs der Laufzeit und/oder der Phasenlage der Antwortsig nale die Beschleunigung oder Abbremsung der Drehbewegung des Objektes bzw. Rotors ermittelt werden. Über die Abweichung vom sinusförmigen Verlauf ist generell eine Bewegung der Drehachse messbar, wie sie z. B. bei gefedert gelagerten Ach sen (beispielsweise bei Autoreifen) auftritt. Die Bestimmung der Bewegung, z. B. die Einfederung ist hierdurch möglich. Auch als Drehwinkelsensör z. B. bei einem Antiblockiersystem kann der Sensor verwendet werden. Ferner kann die Detektion von Temperatur, Kräften, Druck und Identifikation erreicht werden. Verzögerungs-/Beschleunigungsdaten können ebenfalls ermittelt werden.Furthermore, from the change in the frequency of the sinusoidal Course of the running time and / or the phase position of the response signal nale the acceleration or deceleration of the rotary movement of the Object or rotor can be determined. About the deviation of the sinusoidal course is generally a movement of the Axis of rotation measurable, as z. B. with spring-loaded axle sen (for example with car tires) occurs. The determination the movement, e.g. B. deflection is possible. Also as a rotation angle sensor. B. in an anti-lock braking system the sensor can be used. Furthermore, the detection of temperature, forces, pressure and identification achieved become. Deceleration / acceleration data can also be determined.
Ferner kann aus einer Abweichung vom sinusförmigen Verlauf der Laufzeit und/oder der Phasenlage der Antwortsignale eine Instabilität der Drehbewegung des Objektes bzw. Rotors ermit telt werden. Diese Instabilität kann aus Lagerschwingungen oder durch Unwucht bewirkte Schwingungen resultieren. Durch entsprechende Auswertung dieser Signale kann daher beispiels weise die Unwucht des Rotors bzw. drehenden Objektes ermit telt werden.Furthermore, a deviation from the sinusoidal course the transit time and / or the phase position of the response signals The instability of the rotational movement of the object or rotor is determined be communicated. This instability can result from bearing vibrations or vibrations caused by imbalance result. By Appropriate evaluation of these signals can therefore, for example as the unbalance of the rotor or rotating object mitit be communicated.
Ferner können die Antwortsignale eines oder mehrerer passiver Referenz-Sensorelemente ausgewertet werden. Hierbei haben die Empfangs-/Sendeantennen der einzelnen passiven Sensorelemente eine bestimmte Positionierung bzw. räumliche Anordnung zuein ander. Die Antwortsignale besitzen bevorzugt eine individuel le Codierung.Furthermore, the response signals of one or more can be passive Reference sensor elements can be evaluated. Here, the Receive / transmit antennas of the individual passive sensor elements a certain positioning or spatial arrangement at the. The response signals preferably have an individual one le coding.
Als Sensorelemente eignen sich bevorzugt OFW-Bauelemente. Es können jedoch auch elektrische oder mechanische Schwingkrei se, wie beispielsweise Quarz, Volumenschwinger oder LC- Schwingkreise zum Einsatz kommen. Beim Einsatz von energiespeichernden Sensorelementen, wie beispielsweise OFW- Bauelementen wird die Energie im Bauelement so lange gespei chert, bis Umgebungsechos des Abfragesignals so weit abge klungen sind, dass die vom Sensorelement abgegebenen Antwort signale relativ schwach sein können und dennoch vom Empfänger der Abfrageeinrichtung detektiert werden können. Die Antwort signale sind daher von den Umgebungsechos zeitlich getrennt. Für die Durchführung der Messung ist keine direkte Sichtver bindung zwischen der Abfragestation und dem Sensorelement er forderlich. Ferner genügen geringe Anforderungen an die Jus tierung.SAW components are preferred as sensor elements. It can also use electrical or mechanical resonant circuits such as quartz, volume transducers or LC Resonant circuits are used. When using energy-storing Sensor elements, such as SAW Components are supplied with energy in the component for so long until the surrounding echoes of the interrogation signal are so far removed are agreed that the response given by the sensor element signals can be relatively weak and yet from the receiver the interrogator can be detected. The answer signals are therefore separated in time from the surrounding echoes. There is no direct view to carry out the measurement binding between the interrogation station and the sensor element conducive. Furthermore, low demands on the law are sufficient orientation.
Vorzugsweise kann das Messverfahren und die Messvorrichtung bei der Messung an Achsen, Wellen, Turbinen, insbesondere von Elektromotoren, rotierenden Teilen, insbesondere von Kraft fahrzeugen und anderen Rotoren zur Anwendung kommen.Preferably, the measuring method and the measuring device when measuring on axles, shafts, turbines, especially of Electric motors, rotating parts, especially power vehicles and other rotors are used.
Anhand der Figuren wird an Ausführungsbeispielen die Erfin dung noch näher erläutert.On the basis of the figures, the inventions are illustrated dung explained in more detail.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 schematisch die Messanordnung eines ersten Ausfüh rungsbeispiels; Fig. 1 shows schematically the measurement arrangement of a first embodiment;
Fig. 2 schematisch die Messanordnung eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels; Fig. 2 shows schematically the measuring arrangement of a second embodiment;
Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine Abfragestation, von welcher die Abfragesignale, insbesondere Abfrageim pulse ausgesendet werden und die Antwortsignale, insbesondere Antwortimpulse empfangen werden sowie die Antwortsignale ausgewertet werden;A block diagram for an interrogating station, from which the interrogation signals, and in particular Abfrageim emitted pulse and the response signals, in particular reply pulses are received and the response signals are evaluated Fig. 3;
Fig. 4 schematisch den Aufbau eines Sensorelementes; und Fig. 4 schematically illustrates the structure of a sensor element; and
Fig. 5 den sinusförmigen Verlauf der Laufzeiten bzw. Pha senlagen der empfangenen Antwortsignale auf einem Objekt. Fig. 5 shows the sinusoidal course of the transit times or Pha senlagen of the received response signals on an object.
Auf einem um eine Drehachse 17 drehbaren Objekt 4 bzw. Rotor, von welchem in den Fig. 1 und 2 ein Objektteil dargestellt ist, befindet sich ein energiespeicherndes Sensorelement 5, beispielsweise in Form eines Oberflächenwellen(OFW)- Bauelements, wie es in der Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Eine Abfrageeinrichtung, welche einen Sender 2 und einen Empfänger 3 (Fig. 3) aufweist, sendet über eine Sende- /Empfangsantenne 9 Abfragesignale, insbesondere Abfrageimpul se aus. Diese werden von einer Empfangs-/Sendeantenne 6 am jeweiligen Sensorelement 5 empfangen. Bei der Drehung des Ob jektes 4 um die Drehachse 17 ändert sich der Abstand der Emp fangs-/Sendeantenne 6 des Sensorelements 5 zur Abfrageein richtung 1. Mit der Änderung dieses Abstandes ändern sich auch die Phasenlagen und/oder Signallaufzeiten der Antwort signale. Dies wird deutlich aus den in Fig. 1 dargestellten beiden Positionen des Objektes 4 auf einer Kreisbahn 19, auf welcher die Empfangs-/Sendeantenne 5 umläuft. Bei der Rotati on des Objektes 4 um die Drehachse 17 ergibt sich als Mess größe für die Signallaufzeiten bzw. Phasenlagen der Antwort signale ein sinusförmiger Verlauf über der Zeit, wie er in der Fig. 5 dargestellt ist. Aus diesem sinusförmigen Verlauf lässt sich die Drehzahl des Objektes 4 bzw. des Rotors bestimmen. Eine Umdrehung des Objektes 4 entspricht einer Pe riodendauer des sinusförmigen Verlaufs der Messgröße. Aus der Änderung der Frequenz bzw. Periodendauer des sinusförmigen Verlaufs der Signallaufzeit bzw. Phasenlage der Antwortsigna le lässt sich die Beschleunigung oder Abbremsung der Drehbe wegung des Objektes 4 bzw. Rotors ermitteln. Ferner können aus der Abweichung des Verlaufs der Messgröße von der idealen Sinus-Form (Klirrfaktor) Schwingungen des Rotors, die aus Laufruheabweichungen, beispielsweise Lagerschwingungen oder aus einer Rotorunwucht resultieren, erfasst werden. On an object 4 or rotor rotatable about an axis of rotation 17 , of which an object part is shown in FIGS. 1 and 2, there is an energy-storing sensor element 5 , for example in the form of a surface wave (SAW) component, as shown in FIG . 4 is shown schematically. An interrogation device, which has a transmitter 2 and a receiver 3 ( FIG. 3), sends 9 interrogation signals, in particular interrogation pulses, via a transmission / reception antenna. These are received by a receiving / transmitting antenna 6 on the respective sensor element 5 . When the object 4 rotates about the axis of rotation 17 , the distance between the receiving / transmitting antenna 6 of the sensor element 5 changes to the interrogation device 1 . With the change in this distance, the phase positions and / or signal propagation times of the response signals also change. This becomes clear from the two positions of the object 4 shown in FIG. 1 on a circular path 19 , on which the receiving / transmitting antenna 5 rotates. When the object 4 is rotated about the axis of rotation 17 , the measurement variable for the signal propagation times or phase positions of the response signals is a sinusoidal curve over time, as shown in FIG. 5. The speed of the object 4 or of the rotor can be determined from this sinusoidal curve. One revolution of the object 4 corresponds to a period of the sinusoidal course of the measured variable. The acceleration or deceleration of the rotational movement of the object 4 or rotor can be determined from the change in the frequency or period of the sinusoidal course of the signal transit time or phase position of the response signals. Furthermore, from the deviation of the course of the measured variable from the ideal sine shape (distortion factor), vibrations of the rotor, which result from smooth running deviations, for example bearing vibrations or from a rotor imbalance, can be recorded.
Gemäß Fig. 3 kann an den Empfänger 3 der Abfrageeinrichtung 1 ein Sinusdetektor 14 angeschlossen sein. Der Sinusdetektor 14 erfasst den Verlauf der Signallaufzeiten und/oder der Phasen lagen der Antwortsignale über der Zeit in einer Sinuskurve, wie sie in der Fig. 5 dargestellt ist. An den Sinusdetektor 14 ist eine Auswerteeinrichtung 8 angeschlossen, welche eine Frequenzmesseinrichtung 15 aufweisen kann. Diese Frequenz messeinrichtung leitet aus der Periodendauer des sinusförmi gen Verlaufs der Messgröße (Fig. 5) die Drehzahl des sich um die Drehachse 17 drehenden Objektes 4 ab.According to Fig. 3 the interrogator a sine detector 14 may be connected to the receiver 3 1. The sine detector 14 detects the course of the signal propagation times and / or the phases of the response signals over time in a sine curve, as shown in FIG. 5. An evaluation device 8 , which can have a frequency measuring device 15 , is connected to the sine detector 14 . This frequency measuring device derives the speed of the object 4 rotating about the axis of rotation 17 from the period of the sinus-shaped course of the measured variable ( FIG. 5).
Die Auswerteeinrichtung 8 kann ferner einen Frequenzdetektor 10 aufweisen, welcher eine Frequenzänderung erfasst. Hieraus lässt sich eine Beschleunigung oder Abbremsung der Drehung des Objektes 4 ableiten.The evaluation device 8 can furthermore have a frequency detector 10 which detects a frequency change. An acceleration or deceleration of the rotation of the object 4 can be derived from this.
Ferner kann die Auswerteeinrichtung 8 einen Detektor 11 auf weisen, der zur Erfassung einer Abweichung vom sinusförmigen Verlauf der Laufzeiten und/oder Phasenlagen der Antwortsigna le dient. Hieraus lässt sich eine Schwingung des sich drehen den Objektes erfassen. Diese Schwingung kann aus Lagerschwin gungen und/oder einer Rotorunwucht des sich drehenden Objek tes 4 resultieren. Durch entsprechende Kalibrierung kann aus einer Abweichung vom sinusförmigen Verlauf eine Rotorunwucht gegebenenfalls bestimmt werden.Furthermore, the evaluation device 8 can have a detector 11 , which is used to detect a deviation from the sinusoidal course of the transit times and / or phase positions of the response signals. From this, a vibration of the rotating object can be detected. This vibration can result from bearing vibrations and / or a rotor imbalance of the rotating object 4 . Appropriate calibration can be used to determine a rotor imbalance from a deviation from the sinusoidal profile.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind ein oder mehrere passive Referenz-Sensorelemente 12, 13 vorgesehen. Das Refe renz-Sensorelement 12 befindet sich auf dem drehbaren Objekt 4 und nimmt gegenüber dem Sensorelement 5 eine bestimmte Win kelposition auf dem drehbaren Objekt 4 bzw. Rotor ein. Die Empfangs-/Sendeantenne 6 des Sensorelementes 5 bewegt sich auf einer Kreisbahn 20 und die Empfangs-/Sendeantenne 6 des Referenz-Sensorelementes 12 bewegt sich auf einer davon ver schiedenen Kreisbahn 21. Das Referenz-Sensorelement 13 befin det sich ortsfest außerhalb des drehbaren Objektes 4. Auch die beiden Referenz-Sensorelemente 12, 13 besitzen Empfangs- /Sendeantennen 6. Es kann ein Referenz-Sensorelement, das am drehbaren Objekt 4 vorgesehen ist oder außerhalb des drehba ren Objektes 4 ortsfest angeordnet ist, vorgesehen sein. Es können jedoch auch mehrere Referenz-Sensorelemente am Objekt 4 und außerhalb des Objektes 4 vorgesehen sein. Für die Posi tionsbestimmung ist die jeweilige Position der Empfangs- /Sendeantenne bzw. der -antennen 6 wichtig. Die Lage dieser Antennen wird bestimmt.In the embodiment of FIG. 2, one or more passive reference sensor elements 12 , 13 are provided. The reference sensor element 12 is located on the rotatable object 4 and occupies a certain angle position relative to the sensor element 5 on the rotatable object 4 or rotor. The receive / transmit antenna 6 of the sensor element 5 moves on a circular path 20 and the receive / transmit antenna 6 of the reference sensor element 12 moves on a different circular path 21 . The reference sensor element 13 is fixed outside the rotatable object 4 . The two reference sensor elements 12 , 13 also have reception / transmission antennas 6 . It can be a reference sensor element which is provided on the rotatable object 4 or is fixedly arranged outside the drehba ren object 4 may be provided. However, several reference sensor elements can also be provided on the object 4 and outside the object 4 . The respective position of the receiving / transmitting antenna or antennas 6 is important for determining the position. The location of these antennas is determined.
Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Drehwinkel des Objektes 4 bezüglich des jeweiligen Refe renz-Sensorelementes direkt bestimmt werden. Ferner können Korrelationsverfahren in der Signalauswertung verwendet wer den, wobei die Messgenauigkeit verbessert wird und Funkka naleinschlüsse reduziert werden können.In the embodiment shown in FIG. 2, the angle of rotation of the object 4 with respect to the respective reference sensor element can be determined directly. Furthermore, correlation methods can be used in the signal evaluation, whereby the measurement accuracy is improved and radio channel inclusions can be reduced.
Bei den Ausführungsbeispielen ist es von Vorteil, wenn die jeweiligen Empfangs-/Sendeantennen 6 der energiespeichernden Sensorelemente 5, 12, 13 eine feste räumliche Zuordnung zu einander aufweisen.In the exemplary embodiments, it is advantageous if the respective receive / transmit antennas 6 of the energy-storing sensor elements 5 , 12 , 13 have a fixed spatial association with one another.
Der jeweilige Drehwinkel des Objektes 4 lässt sich auch aus dem sinusförmigen Verlauf der Messgröße (Fig. 5) ermitteln. In der Fig. 5 ist eine Periode (2 π), welche einer Umdrehung des Objektes 4 bzw. Rotors entspricht, dargestellt. Eine je weilige Position entlang der Abszisse entspricht einem be stimmten Drehwinkel.The respective angle of rotation of the object 4 can also be determined from the sinusoidal course of the measured variable ( FIG. 5). In FIG. 5, a period (2 π) corresponding to one revolution of the object 4 and the rotor, is shown. A respective position along the abscissa corresponds to a certain angle of rotation.
In der Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für ein energie speicherndes als Transponder ausgebildetes Sensorelement dar gestellt. Dieses Sensorelement 5 besitzt auf einem piezo elektrischen Substrat 18 einen Interdigitalwandler 16, in welchen über die Empfangs-/Sendeantenne 6 von der Abfrageein richtung 1 gesendete Abfrageimpulse eingeleitet werden. Diese Signale werden in eine sich im wesentlichen an der Oberflä che des piezoelektrischen Substrats 18 ausbreitende mechani sche (akustische) Oberflächenwelle gewandelt. Diese Oberflächenwelle (OFW) wird in einer Modulationseinrichtung 7 modu liert. Die Modulationseinrichtung 7 kann aus unterschiedli chen Reflektorstrukturen oder auch aus durch Faltung gebilde te Resonatorstrukturen bestehen. Die Modulationseinrichtung 7 bildet eine reflektive Verzögerungsleitung. Ferner kann sie durch dispersive oder gechirpte Strukturen die Frequenz des akustischen Oberflächenwellensignals beeinflussen. Das re flektierte Oberflächenwellensignal wird vom Interdigitalwand ler 16 in ein elektromagnetisches Hochfrequenz-Antwortsignal zurückgewandelt und über die Empfangs-/Sendeantenne 6 zur Ab frageeinrichtung 1 zurückgesendet.In FIG. 4, an embodiment of an energy storing designed as a transponder sensor element is placed represents. This sensor element 5 has an interdigital transducer 16 on a piezoelectric substrate 18 , in which query pulses sent by the interrogator 1 are initiated via the receive / transmit antenna 6 . These signals are converted into a mechanical (acoustic) surface wave that propagates essentially on the surface of the piezoelectric substrate 18 . This surface acoustic wave (SAW) is profiled modu in a modulation device. 7 The modulation device 7 can consist of differing reflector structures or also of resonator structures formed by folding. The modulation device 7 forms a reflective delay line. Furthermore, it can influence the frequency of the surface acoustic wave signal by means of dispersive or chirped structures. The re reflected surface wave signal is converted back by the interdigital transducer 16 into an electromagnetic high-frequency response signal and sent back via the receiving / transmitting antenna 6 to the interrogation device 1 .
Das gepulste HF-Signal kann beispielsweise mit einer Frequenz von 2,45 GHz, 433,92 MHz oder sonstigen freigegebenen Funk frequenzen angeregt werden. Das modulierte Antwortsignal wird mit der jeweiligen vom Sensorelement 5 bzw. von den Sensor elementen 5, 12, 13 bei der Modulation bewirkten zeitlichen Verzögerung innerhalb welcher Umgebungsechos des Abfragesig nals abgeklungen sind, zur Abfrageeinrichtung 1 zurückgesen det und von der Sende-/Empfangsantenne 9 empfangen. Im Falle mehrerer Sensorelemente, insbesondere zusätzlicher Referenz- Sensorelemente 12, 13 kann jedem Sensorelement durch unter schiedliche Modulation eine bestimmte Codierung zugeordnet sein, welche den jeweiligen Antwortsignalen aufgeprägt ist. Hierdurch ist bei der Auswertung der Antwortsignale in der Auswerteeinrichtung 8 eine räumliche Zuordnung möglich.The pulsed RF signal can be excited, for example, with a frequency of 2.45 GHz, 433.92 MHz or other released radio frequencies. The modulated response signal is sent back to the interrogation device 1 and received by the transmitting / receiving antenna 9 with the respective time delay caused by the sensor element 5 or the sensor elements 5 , 12 , 13 during the modulation, within which environmental echoes of the interrogation signal have decayed , In the case of several sensor elements, in particular additional reference sensor elements 12 , 13 , each sensor element can be assigned a certain coding by different modulation, which coding is imprinted on the respective response signals. This enables a spatial assignment when evaluating the response signals in the evaluation device 8 .
Die Laufzeiten und/oder Phasenlagen aufeinanderfolgender von jeweiligen Abfrageimpulsen verursachter Antwortsignale ändern sich mit einem sinusförmigen Verlauf (Fig. 5) während der Drehung des Objektes 4 aufgrund der bei der Kreisbewegung sich ändernden Abstände der jeweiligen Empfangs-/Sendeantenne 6. Wie oben erläutert, kann dieses Messsignal entsprechend ausgewertet werden.The transit times and / or phase positions of successive response signals caused by respective interrogation pulses change with a sinusoidal course ( FIG. 5) during the rotation of the object 4 due to the changing distances of the respective receiving / transmitting antenna 6 during the circular movement. As explained above, this measurement signal can be evaluated accordingly.
Claims (13)
eine einen Sender (2) und Empfänger (3) für elektromag netische Wellen aufweisenden Abfrageeinrichtung (1);
wenigstens ein dem Objekt (4) zugeordnetes energiespei cherndes Sensorelement (5), in welches das elektromagne tisches Abfragesignal mittels einer Empfangs- /Sendeantenne (6) einleitbar ist;
eine Modulationseinrichtung (7) im Sensorelement (5), welche das Abfragesignal zur Bildung eines Antwortsig nals moduliert, wobei
das Antwortsignal über die Empfangs-/Sendeantenne (6) zum Empfänger (3) zurückgesendet wird; und
einen an den Empfänger (3) angeschlossenen Sinusdetektor (14), welcher den sinusförmigen Verlauf der Laufzeiten und/oder Phasenlagen der Antwortsignale erfasst; und
eine an den Sinusdetektor (14) angeschlossene Auswerte einrichtung (8), welche aus dem sinusförmigen Verlauf den wenigstens einen aus der Drehbewegung des Objektes (4) resultierenden Parameter ermittelt.7. Device for wireless measurement of at least one parameter resulting from a rotary movement of an object, in particular a rotor resulting
a transmitter ( 2 ) and receiver ( 3 ) for electromagnetic waves having interrogation device ( 1 );
at least one energy-storing sensor element ( 5 ) associated with the object ( 4 ), into which the electromagnetic interrogation signal can be introduced by means of a receive / transmit antenna ( 6 );
a modulation device ( 7 ) in the sensor element ( 5 ) which modulates the interrogation signal to form a response signal, wherein
the response signal is sent back to the receiver ( 3 ) via the receive / transmit antenna ( 6 ); and
a sine detector ( 14 ) connected to the receiver ( 3 ), which detects the sinusoidal course of the transit times and / or phase positions of the response signals; and
an evaluation device ( 8 ) connected to the sine detector ( 14 ), which determines the at least one parameter resulting from the rotational movement of the object ( 4 ) from the sinusoidal profile.
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