CN117928606A - 用于确定发送器磁体沿着测量段的位置的方法和设备 - Google Patents

用于确定发送器磁体沿着测量段的位置的方法和设备 Download PDF

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Abstract

用于确定发送器磁体沿着测量段的位置的方法和设备。本发明涉及一种用于确定发送器磁体沿着测量段的位置的方法，所述方法具有以下步骤：确定多个磁场传感器的信号，所述磁场传感器以行布置的方式布置并且所述磁场传感器分别提供与距沿着测量段可移动的发送器磁体的距离有关的信号；从相应的信号中确定角度并且比较所述角度的符号，其中要么当所述角度具有不同的符号时，从第一角度和第二角度中确定当前计算参数，并且对于位置计算方法使用具有最小角度数值的角度连同所述当前计算参数，要么其中如果所有角度均具有相同的符号，则提供所存储的计算参数，并且对于所述位置计算方法使用具有最小角度数值的角度连同所存储的计算参数。

Description

用于确定发送器磁体沿着测量段的位置的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于确定发送器磁体沿着测量段的位置的方法以及用于确定发送器磁体沿着测量段的位置的设备。
背景技术
EP 3428582 A1公开一种具有至少两个传感器元件的用于对发送器磁体沿着测量段的线性相对运动进行非接触式磁检测的传感器，其中传感器元件分别检测发送器磁体的磁场的两个相互垂直的分量，其中传感器元件和传感器比测量段更短，其中第一分量是轴向分量，其中第二分量是径向分量，其中设置评估单元，其中能够在评估单元中根据数学函数评估轴向分量和径向分量，其中数学函数是ARCTAN，由此分别构成分区段单调的位置信号，所述位置信号分别具有分别针对沿着发送器磁体的测量段的位置的值范围的值，其中评估单元被构造用于在测量段的至少一个区域中利用恒定的校正值校正相应的位置信号，使得在整个测量段上构成具有单调值范围的分别单调的位置信号。
从EP 3 617 658 B 1中已知类似的方式。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于确定发送器磁体沿着测量段的位置的方法以及相关的设备，利用所述方法和设备能够实现在测量段的边缘区域中的改善的位置检测。
该任务对于一种用于确定发送器磁体沿着测量段的位置的方法利用以下步骤来解决：确定多个磁场传感器的信号，所述磁场传感器以行布置的方式、尤其是以相同的节距(Teilung)彼此相间隔地沿着测量段布置，其中每个磁场传感器提供与相应的磁场传感器距沿着所述测量段可移动的发送器磁体的距离有关的信号；从相应的信号中确定角度并且比较所确定的角度的符号，其中要么从第一角度和第二角度中确定当前计算参数，其中所述第一角度和所述第二角度由相邻布置的磁场传感器提供并且具有不同的符号，以及其中对于位置计算方法使用来自组：第一角度、第二角度中的具有最小角度数值的角度连同所述当前计算参数，以便确定位置值，要么其中如果所有角度均具有相同的符号，则提供所存储的计算参数，其中对于所述位置计算方法使用来自所确定的角度的组中的具有最小角度数值的角度连同所存储的计算参数，以便确定位置值。
为了执行该方法，在第一步骤中规定，从磁场传感器提供的信号中分别计算角度，所述角度分别与发送器磁体距相应的磁场传感器的距离有关。简单地表达，分别确定的角度对应于穿过发送器磁体的中心点并且穿过相应的磁场传感器的中心点伸展的直线与(垂直于)测量段的尤其是穿过相应的磁场传感器的中心点伸展的法线之间的角度。该角度越小，在相应的磁场传感器之间的距离也越小。此外，还可以对于磁场传感器和发送器磁体之间的每个距离确定相应的角度的符号。示例性地，考虑在其中布置有测量段和距离的公共层面中的所有距离和从中得出的角度。例如当角度从法线开始顺时针地定向，则相应的角度的符号为正的，而例如当角度从法线开始逆时针地定向，则相应的角度的符号为负的。该阐述仅用于阐明符号的意义用于进一步处理传感器信号。
在实际中，角度确定和符号确定基于如纯示范性地在上面在说明书引言中说明的计算进行。只要在与磁场传感器和与磁场传感器电连接的处理装置的特性有关并且例如可以具有10毫秒的时钟时间的相应的测量周期中针对所有传感器信号已经执行了角度确定和符号确定，就对所确定的角度和符号进行评估。
对于可以从所确定的角度的组中确定可以归因于(紧靠着/直接)相邻的磁场传感器的信号并且具有不同的符号的第一角度和第二角度的情况，可以假设发送器磁体位于测量段内。因此，发送器磁体从其当前位置开始不仅在沿着测量段在第一运动方向上移动时而且在沿着测量段在第二运动方向上移动时可以经过至少再一个磁场传感器，其中所述第二运动方向与第一运动方向相反。在该情形下，可以从第一角度和第二角度中确定当前计算参数。用于确定当前计算参数的方法(尤其是数学公式)分别单独地与磁场传感器和发送器磁体协调，并且分别针对相应的测量周期、即基于当前确定的第一角度和第二角度来确定当前计算参数。在另一步骤中，从组：第一角度和第二角度中确定具有最低数值的那个角度，并且随后基于该角度在使用计算参数的情况下执行位置计算方法。
对于来自所确定的角度的组的所有角度具有相同符号的情况，可以假设发送器磁体位于测量段的端部区域处。发送器磁体从其当前位置开始，可以沿着测量段仅在两个运动方向之一上被移动，以便经过最近的磁场传感器。当在两个运动方向中的另一运动方向上移动时，发送器磁体远离沿着测量段布置的所有磁场传感器。为了执行位置计算方法，从当前确定的角度的组中确定具有最小角度数值的角度。随后利用该角度和所存储的计算参数计算位置值。由于磁场传感器的特性，可以假设测量段的长度大于由磁场传感器的行布置占据的长度。示例性地规定，磁场传感器沿着测量段以预先给定的恒定节距布置。通过行布置的第一磁场传感器与行布置的最后的磁场传感器之间的距离确定磁场传感器的行布置占据的长度。因此，磁场传感器的行布置在测量段的部分区段上延伸。
磁场传感器中的每一个均被构造用于检测由发送器磁体提供的磁通量并且提供代表所确定的磁通量的一个或多个传感器信号。根据磁场传感器的技术设计方案可以规定，磁场传感器被构造用于输出模拟信号和/或数字信号。示例性地可以规定，磁场传感器中的每一个均被构造用于输出传感器信号，所述传感器信号代表沿着测量段定向的第一磁场分量以及横向于测量段定向的第二磁场分量。
优选地，相邻地布置的磁场传感器之间的节距被选择为，使得在测量段的在两个相邻地布置的磁场传感器之间延伸的区段的每个点处，由两个磁场传感器中的至少一个磁场传感器、优选地由两个磁场传感器提供传感器信号，可以使用所述传感器信号用于确定永磁体沿着测量段的该区段的位置。
本发明的有利改进方案是从属权利要求的主题。
适宜的是，对于具有最小角度数值的角度确定针对基础信号的电平值，并且当所述电平值处于预先给定的阈值以上时，执行所述位置计算方法。在此，预先给定的阈值被选择为使得能够保证位置计算方法的能负荷的结果。优选地规定，预先给定的阈值分别单独地针对发送器磁体与所使用的磁场传感器的组合被确定，并且例如被存储在为了执行位置计算方法使用的处理装置中。
在本发明的一种改进方案的情况下规定，当电平值处于预先给定的阈值以下时，输出故障消息。
如果所述当前计算参数被存储并且作为所存储的计算参数被提供用于后续的位置计算方法，则是有利的。在该方式的情况下，随着每个测量周期发生计算参数的更新，在所述测量周期的情况下可以确定具有第一符号的第一角度和具有与第一符号不同的第二符号的另一角度，由此位置计算方法的精度可以被提高。如果相继的测量周期的时钟速率被测量为使得即使在发送器磁体沿着测量段以最大速度移动时也可以由相邻地布置的磁场传感器的每个配对确定计算参数至少一次，则至少保证期望的精度提高。
在本发明的一种构造方案的情况下规定，由沿着测量段定向的第一磁场分量和由横向于测量段定向的第二磁场分量确定角度和电平值。
优选地规定，根据所述第一磁场分量和所述第二磁场分量确定磁场矢量，利用所述磁场矢量执行发送器磁体的标识，其中对于所述位置计算方法使用所标识的发送器磁体的至少一个所存储的发送器磁体特性。在此情况下基于以下考虑：发送器磁体在提供给环境的其磁通量方面相区别，并且为了改善位置测量方法的精度，可以首先确定相应的发送器磁体的磁通量特性，以便随后通过适当地对为了确定位置值所使用的数学算法进行参数化来为位置计算方法进行优化。
本发明的任务对于一种用于确定发送器磁体沿着测量段的位置的设备通过以下方式来解决，所述设备包括多个磁场传感器，所述磁场传感器以行布置的方式、尤其是以相同的节距彼此间隔开地沿着测量段布置；并且包括处理装置，所述处理装置与磁场传感器电连接并且被构造用于确定磁场传感器的信号数值，其中所述处理装置被构造用于执行根据本发明的方法。
附图说明
在附图中示出了本发明的有利实施方式。在此情况下：
图1示出位置检测系统的严格示意图，所述位置检测系统安置在被构造为气动缸的执行器处，
图2示出根据图1的位置检测系统的严格示意图，其中发送器磁体在测量段中位于中间，
图3示出根据图1的位置检测系统的严格示意图，其中发送器磁体靠近测量段的端部，并且
图4示出根据图1的位置检测系统的严格示意图，其中发送器磁体位于测量段的端部处。
具体实施方式
在图1中示出的位置检测系统1纯示范性地用于检测沿着测量段2可线性移动地安放的发送器磁体3的轴向位置。示例性地规定，优选地构造为永磁体的发送器磁体3存放在下面更详细地描述的执行器34的工作活塞38处并且用于提供磁通量。发送器磁体3的磁通量可以借助于传感器装置4被检测，其中传感器装置4包括多个磁场传感器5，所述磁场传感器的传感器信号经由传感器线路9被提供给处理装置6。在处理装置6中，以下面更详细描述的方式将传感器信号处理成位置值，利用所述位置值说明发送器磁体3沿着测量段2的相对位置。所述位置值经由连接线路10被转发给阀控制装置31，在所述阀控制装置中例如存储有用于线性运动的要由执行器34提供的流程的运动程序。借助于位置值，例如可以在阀控制装置31中执行用于执行器34的位置调节，所述阀控制装置31可以装备有一个或多个、尤其是可电操控的气动阀或者与所述一个或多个、尤其是可电操控的气动阀连接。为此，阀控制装置31与压缩空气源32以及与纯示范性地构造为消声器的压力流体汇33连接。
执行器34包括执行器壳体36，所述执行器壳体36纯示范性地以具有在端侧安置的端盖(Abschlussdeckeln)的圆柱形套筒的方式构造，并且所述执行器壳体36限定内部空间41，工作活塞38沿着平行于测量段2定向的运动轴线可线性移动地容纳在所述内部空间41中。工作活塞38利用内部空间41的内表面37的部分区域限定工作空间42，所述工作空间可以经由流体连接端35和与阀控制装置31耦合的流体管线44可选择地被加载有压缩空气或者被排气。在内部空间41的背离工作空间42的部分区域中设置有复位弹簧40，所述复位弹簧40被预加应力，使得所述复位弹簧能够将工作活塞38移动到其中工作空间42具有最小容积的未示出的位置中。工作活塞38配备有分区域地沿着测量段2延伸的活塞杆39，所述活塞杆在端侧穿过(durchsetzen)执行器壳体36并且利用所述活塞杆可以在工作活塞38与未示出的机器部件之间实现运动传递。
为了确定工作活塞38沿着测量段2的相对位置，设置位置检测系统1，所述位置检测系统包括具有其中布置的磁场传感器5的传感器装置4以及处理装置6和发送器磁体3作为重要部件。
纯示范性地，传感器装置4包括多个以相同的节距沿着测量段2布置的磁场传感器5，所述磁场传感器示例性地可以是多维霍尔传感器。磁场传感器5中的每一个均被构造用于提供至少一个电传感器信号，要么作为模拟信号要么作为数字编码信号。为此示例性地规定，磁场传感器5布置在未更详细地示出的印刷电路(印刷电路板)43上，所述印刷电路在其侧经由示例性地构造为具有多个未更详细地示出的绞合线的电缆的传感器线路9与处理装置6电连接。必要时规定，磁场传感器5的传感器信号已经在传感器装置4中以电或电子的方式被处理和/或放大，以便保证传感器信号经由传感器线路9的低干扰转发。此外规定，测量段2的长度12被选择为大于在最大程度地远离的磁场传感器5之间的最大距离，其中该最大距离也被称为行布置11的长度。
优选地规定，磁场传感器5中的每一个被设立用于在测量技术上将由发送器磁体3提供的磁通量分开成多个磁通分量，并且为这些磁通分量中的每一个提供离散的传感器信号值。示例性地，磁场传感器5被设立为使得所述磁场传感器分别可以为也可以被称为轴向磁通分量的平行于测量段2定向的磁通分量提供第一传感器信号值。此外，磁场传感器5被设立为使得所述磁场传感器分别可以为也可以被称为径向磁通分量的横向于测量段2定向的磁通分量提供第二传感器信号值。
处理装置6在其侧被设立用于处理磁场传感器5的传感器信号、尤其是离散传感器信号值，并且例如为磁场传感器5中的每一个确定角度，所述角度代表由相应的磁场传感器5确定的当前磁通密度，所述磁通密度由发送器磁体3在对应的磁场传感器5处在沿着测量段2的分别当前位置中提供。
为了阐明为相应的磁场传感器5确定的角度，在图2中绘制了直线81、82、83，在图3中绘制了直线81、82，以及在图4中绘制了直线81，所述直线分别在发送器磁体3的中心点53与相应的磁场传感器5的中心点54之间延伸并且表示在中心点53、54之间的相应距离。仅对于在图2至图4中为了更好的可区分性表示为MS1、MS2、MS3、MS4、MS5、MS6和MS7的那些磁场传感器5绘制了直线81、82、83，其中中心点53和54之间的距离不超过预先给定的距离间隔，所述预先给定的距离间隔被测量为使得由发送器磁体3提供到相应的磁场传感器5上的磁通量足以执行可靠的角度确定。由此分别从与相应的磁场传感器5的中心点54相交的测量段2的法线55开始到直线81、82、83得出角度91、92和93，其中通过中心点53和54之间的最大距离间隔还确定了最大角度，所述最大角度在磁场传感器5的情况下纯示范性地处于50度的范围内。
对于布置在距发送器磁体3的未绘制的最大距离间隔之外的那些磁场传感器5，未绘制直线，因为这些磁场传感器5由于相对于发送器磁体3的太大距离而不能提供可用于位置检测的信号。
纯示范性地，根据图2的图示，发送器磁体3沿着测量段2布置，使得由发送器磁体3提供的磁通量能够由磁场传感器5可靠地检测，所述磁场传感器5用MS1、MS2、MS3标出，因为对于这些磁场传感器5，不超过距发送器磁体3的最大距离间隔。在此情况下，根据图2的图示，发送器磁体3几乎布置在用MS2标出的磁场传感器5上方。由此得出，角度92的数值小于角度91和93的数值；此外根据图2的图示，角度92和93分别具有负号，因为它们从相应的法线55开始逆时针延伸直至分别所分配的直线82、83。而根据图2的图示，角度91具有正号，因为该角度从法线55开始顺时针延伸直至直线81。
因此，具有最低数值的角度92和具有次大数值的角度91具有不同的符号，使得在第一步骤中在如在图1中所示的处理装置6中可以从角度92和角度91中确定当前计算参数。随后，在处理装置6中利用角度92的符号和数值以及当前计算参数来执行位置计算方法，以便获得期望的位置值，所述期望的位置值描述发送器磁体3沿着测量段2的定位。随后可以由处理装置6以未更详细地描述的方式有线或无线地输出所确定的位置值。此外，当前计算参数被存储在处理装置的未更详细地示出的存储器中。
根据图3的图示，发送器磁体3位于测量段2的端部区域处，其中不仅法线55与直线81之间的角度91而且法线55与直线82之间的角度92分别具有负号，使得不能确定当前计算参数。因此，处理装置6必须动用所存储的计算参数来执行位置计算方法。随后，在将具有最小角度数值的角度92连同所存储的计算参数包括在内的情况下，在处理装置6中确定位置值。
根据图4的图示，发送器磁体3位于测量段2的端部处，使得仅有法线55与直线81之间的角度91小于50度，并且只对于用MS1标出的磁场传感器5保持最大距离间隔，并且不能确定当前计算参数。因此，处理装置6必须动用所存储的计算参数来执行位置计算方法。随后，在将具有最小角度数值的角度连同所存储的计算参数包括在内的情况下，在处理装置6中确定位置值。
基于根据图4的图示，在发送器磁体3的进一步向左移动的情况下，角度91也将会为超过50度，使得位置计算不再是可能的。

Claims (7)

1.一种用于确定发送器磁体(3)沿着测量段(2)的位置的方法，所述方法具有以下步骤：确定多个磁场传感器(5)的信号，所述磁场传感器以行布置的方式、尤其是以相同的节距(71)彼此相间隔地沿着测量段(2)布置，其中每个磁场传感器(5)提供与相应的磁场传感器(5)距沿着所述测量段(2)可移动的发送器磁体(3)的距离(81、82、83)有关的信号；从相应的信号中确定角度(91、92、93)并且比较所确定的角度(91、92、93)的符号，其中要么从第一角度(91、92、93)和第二角度(91、92、93)中确定当前计算参数，其中所述第一角度(91、92、93)和所述第二角度(91、92、93)由相邻布置的磁场传感器(5)提供并且具有不同的符号，以及其中对于位置计算方法使用来自组：第一角度(91、92、93)、第二角度(91、92、93)中的具有最小角度数值的角度(91、92、93)连同所述当前计算参数，以便确定位置值，要么其中如果所有角度(91、92、93)均具有相同的符号，则提供所存储的计算参数，其中对于所述位置计算方法使用来自所确定的角度(91、92、93)的组中的具有最小角度数值的角度(91、92、93)连同所存储的计算参数，以便确定所述位置值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于具有最小角度数值的角度(91、92、93)确定针对基础信号的电平值，并且当所述电平值处于预先给定的阈值以上时，执行所述位置计算方法。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述电平值处于所述阈值以下时，输出故障消息。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述当前计算参数被存储并且作为所存储的计算参数被提供用于后续的位置计算方法。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由沿着所述测量段(2)定向的第一磁场分量和由横向于所述测量段(2)定向的第二磁场分量确定所述角度(91、92、93)和所述电平值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述第一磁场分量和所述第二磁场分量确定磁场矢量，利用所述磁场矢量执行发送器磁体的标识，其中对于所述位置计算方法使用所标识的发送器磁体(3)的至少一个所存储的发送器磁体特性。
7.一种用于确定发送器磁体(3)沿着测量段(2)的位置的设备(1)，所述设备具有多个磁场传感器(5)，所述磁场传感器以行布置的方式、尤其是以相同的节距(71)彼此间隔开地沿着测量段(2)布置；具有处理装置(6)，所述处理装置与所述磁场传感器(5)电连接并且被构造用于确定所述磁场传感器(5)的信号数值，其特征在于，所述处理装置(6)被构造用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
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