DE10004080C1 - Sensorvorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Ausgangssignals einer Sensorvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensorvorrichtung mit einem Sensor (2) zum Erzeugen eines analogen Sensorsignals (200) mit aufeinanderfolgenden Minima und Maxima sowie ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung eines Ausgangssignals einer Sensorvorrichtung. Die Vorrichtung ist versehen mit einer ersten Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung (4, 6, 7, 8, 9, 11, 23) zum Erzeugen eines ersten alternierenden Ausgangssignals (5) gemäß den Nulldurchgängen des Sensorsignals (200); einer Ablaufsteuerung (25) zum Festlegen einer Normalbetriebsphase, in der das erste Ausgangssignal (5) ausgebbar ist, und einer Kalibrierungsphase, in der ein zweites alternierendes Ausgangssignal (5') ausgebbar ist; und einer Extremwert-Festlegungseinrichtung (16, 17) zum phasenverschobenen Festlegen der aufeinanderfolgenden Minima und Maxima. Die Ablaufsteuerung (25) weist weiterhin auf: eine Nulldurchgang-Ansetzeinrichtung zum Ansetzen von den jeweiligen durch die Extremwert-Festlegungseinrichtung (16, 17) festgelegten Extrema folgenden fiktiven Nulldurchgängen des Sensorsignals; und eine zweite Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen des zweiten alternierenden Ausgangssignals (5') gemäß den fiktiven Nulldurchgängen des Sensorsignals.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung eines Ausgangssi­ gnals einer Sensorvorrichtung.

Die WO 99/42789 offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen einer Passage zwischen einem Punkt auf einem Körper und einer Referenzposition. Die Vorrichtung umfaßt ein Paar von Magnet­ feldsensoren, wobei jeder der Sensoren ein Ausgangssignal basierend auf der Größe des Magnetfeldes, das durch den Sensor durchtritt, erzeugt. Eine Differenzbildungsschaltung ist vorgesehen, welche die Ausgangssignale der Sensoren empfängt und ein Differenzsignal mit einem Spitzenwert erzeugt, wenn der Punkt des Körpers zwischen dem Sensorpaar positioniert ist. Ein Spitzenwertdetektor ist weiterhin vorgesehen, welcher den Spitzenwert im Differenzsignal erfaßt. Ferner umfaßt die Vorrichtung eine Schwellwertschaltung, welche das Differenzsignal empfängt, zum Erzeugen eines Gate-Signals, wenn die Größe des Differenzsignals einen Schwellpegel überschreitet, wobei das Gate-Signal ermöglicht, daß der Spitzenwertimpuls zu einem Ausgangsanschluß der Vorrichtung weitergeleitet wird, und verhindert, daß Spitzenwertimpulse in Abwesenheit des Gate-Signals an den Ausgangsanschluß der Vorrichtung weitergeleitet werden. Schließlich umfaßt die Vorrichtung eine Schwellwert-Einstellschaltung zum Einstellen des Schwellwerts in Übereinstimmung mit der Größe des Differenzsignals.

Die DE 197 01 262 A1 offenbart einen Detektor für passierende magnetische Artikel mit automatischer Verstärkungsregelung.

Die EP 0 642 029 A1 und die EP 0 642 029 B1 offenbaren einen anstiegsaktivierten Hall-Spannungssensor. Dieser Sensor umfaßt eine Schaltungsverzweigungseinrichtung, die derart angeordnet ist, daß sie einen positiven Anstieg verfolgt, der anschließende positive Spitzenwert der Hall-Spannung an dem Detektorausgang gehalten wird und die gehaltene Spannung an einem Komparator angelegt wird, so daß, wenn nach beginnendem Auffallen der Hall-Spannung von dem positiven Höchstwert die zunehmende Differenz zwischen der Hall-Spannung und der gehaltenen Spannung eine vorgegebene Größe überschreitet, der entstehende Komparator-Ausgangsimpuls den Beginn einer Verän­ derung in der Stärke des umgebenden Magnetfelds am Hall- Element anzeigt.

Obwohl prinzipiell auf die verschiedensten Sensorvorrichtun­ gen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik anhand eines KFZ-Kurbelwellen­ sensors beschrieben.

Zur Erfassung der Bewegung bzw. des Lagezustandes von rotie­ renden Teilen werden bekanntlich Sensoren verwendet. Beispie­ le hierfür sind Kurbelwellen-, Nockenwellen-, Getriebe- und ABS-Sensoren in Kraftfahrzeugen. Als Sensoren werden vorzugs­ weise Hall-Sensoren eingesetzt, die die Veränderung eines Ma­ gnetfeldes abtasten. Hierzu wird beispielsweise ein Perma­ nentmagnet an einem ortsfesten Teil angebracht, um ein magne­ tisches Feld zu erzeugen. Dieses magnetische Feld wird darin von einem an dem rotierenden Teil befestigten Zahnrad oder einem anderen ferromagnetischen Geber je nach Lage moduliert. Der Hall-Sensor befindet sich dabei vorzugsweise zwischen dem Permanentmagneten und dem Zahnrad bzw. Geber und kann so Schwankungen des magnetischen Feldes detektieren. Liegt bei­ spielsweise ein Zahn des Zahnrades im Magnetfeld, so wird ein "hohes" Ausgangssignal geliefert, während eine Lücke zwischen den Zähnen ein "niedriges" Ausgangssignal bedingt. Auf diese Weise kann aus den von dem Hall-Sensor abgegebenen Signal auf die momentane Lage bzw. Winkelgeschwindigkeit eines rotieren­ den Teils geschlossen werden.

Das von solch einem Sensor gelieferte Signal wird wesentlich durch die Betriebsbedingungen beeinflusst, unter denen der Sensor eingesetzt wird. Dies Betriebsbedingungen umfassen unvermeidbare Unwägbarkeiten, wie beispielsweise Arbeitstempe­ ratur oder Größe des Luftspaltes usw. Trotz der durch die Be­ triebsbedingungen hervorgerufenen Schwankungen sollte der Sensor ein möglichst gut definiertes Ausgangsignal liefern. Das heißt, das Ausgangssignal sollte unabhängig von den durch die Betriebsbedingungen hervorgerufenen Schwankungen einen wohldefinierten Verlauf haben. Ursache hierfür ist folgendes: Liefert eine Sensorvorrichtung beispielsweise ein sinusförmi­ ges Signal, so kann ein gut definiertes Verhalten eines durch die Sensorvorrichtung gestörten Systems dann erhalten werden, wenn Schaltvorgänge im System, die vom Ausgangssignal des Sensors abhängen, in den Nulldurchgängen des Signals vorge­ nommen werden. Diese Nulldurchgänge sind nämlich unanhängig von der jeweiligen Signalamplitude und besitzen außerdem eine große Flankensteilheit.

Selbstverständlich kann bei anderen Signalformen des Aus­ gangssignals des Sensors eventuell auch ein anderer Schalt­ punkt als Nulldurchgang bzw. Signalmitte von Vorteil sein.

Bei der Auswertung des Ausgangssignals eines Sensors zum Schalten eines durch diesen Sensor gesteuerten Systems sollte also ein Schaltpunkt unabhängig von der Signalamplitude des Ausgangssignals des Sensor eingehalten werden, was selbst für sehr langsame Signale gilt. Im Einzelnen ist in VDI-Berichte 1287, 1996, Seiten 583 bis 611, "Eine neue Generation von Halleffekt-Zahnradsensoren: Vorteile durch die Verbindung BI­ MOS-Technologie und neuen Verpackungsrezepten" eine Sen­ soranordnung beschrieben, bei der zunächst die Amplitude des Ausgangssignals eines Sensors gegebenenfalls mit Hilfe eines Analog-Digital-Umsetzers normiert wird. Mit Hilfe von zwei weiteren Analog-Digital-Umsetzern sowie mit Digital-Analog- Umsetzern werden die Signalspitzenwerte erfasst. Hieraus wird eine Schaltschwelle abgeleitet und festgelegt. Auf diese Wei­ se kann schließlich ein Systemverhalten erreicht werden, dass im Wesentlichen unabhängig von Temperaturschwankungen und der Breite des Luftspalts ist. Der für diese Sensor Anordnung erforderliche Aufwand ist jedoch relativ groß, da eine Verstär­ kungsanpassung und zahlreiche Analog-Digital-Umsetzer benö­ tigt werden.

Bekannt ist eine Schaltungsanordnung zum Kalibrieren von Schaltpunkten eines von einem analogen Eingangssignal ange­ steuerten Entscheiders unabhängig von einem in dem Eingangs­ signal neben einem Wechselanteil enthaltenen Gleichanteils, wobei das Eingangssignal obere und untere Signalspitzen auf­ weist, die in einem wählbaren festen Verhältnis zueinander stehen. Vorgesehen sind insbesondere Spitzendetektoren zum Bestimmen der oberen und unteren Signalspitzen des Eingangs­ signals; eine steuerbare Referenzeinheit zum Bereitstellen eines Referenzsignals; eine Recheneinheit zum Bestimmen des Mittelwerts; eine Vergleichseinheit; eine Regeleinheit zum Kompensieren des Gleichanteils des Eingangssignals und eine eingangsseitig der Vergleichseinheit nachgeschaltete und aus­ gangsseitig mit der Referenzeinheit verbundene zweite Regel­ einheit zum entgegengesetzten Nachführen des Referenzwertes.

Insbesondere wird wahrend der Kalibrierungsphase der Ausgang der Sensorvorrichtung gesperrt. Bei Sensorvorrichtungen zu Bewegungs- und Positionserkennung ist es jedoch oft wichtig, auch kleine Bewegungen bzw. den Beginn einer Bewegung richtig zu erkennen. Bei Sensoren, die nicht statisch arbeiten, son­ dern zur Erzielung einer höheren Genauigkeit mittels Filte­ rung oder Selbstkalibrierung arbeiten, kann daher das Problem entstehen, dass wahrend der Einschwingzeiten das System ent­ weder nur ungenau oder aber auch noch gar nicht arbeitet, so dass die Anfangsinformation verloren geht. Eine bekannte Sen­ sorvorrichtung braucht beispielsweise sechs Nulldurchgänge Zeit, bis sie eine korrekte Ausgangsinformation nach Ab­ schluss der Kalibrationsphase liefert. Die Zeit bis dahin wird benötigt, um die internen Schaltungsparameter so einzu­ stellen, dass die Schaltung geeignete Arbeitspunkte hat.

Statische Sensoren ohne Adaption haben dieses Problem nicht. Dafür haben sie üblicherweise auch eine geringere Empfind­ lichkeit, was den Einsatzbereich einschränkt. Sensoren mit Filter können auf den ersten bzw. zweiten Nulldurchgang rea­ gieren, benötigen aber üblicherweise relativ lange, bis sich die Parameter so weit an den laufenden Betrieb angepasst ha­ ben, dass auch die spezifizierte Genauigkeit erreicht wird.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensor­ vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Ausgangs­ signals einer Sensorvorrichtung zu schaffen, bei der auch re­ lativ zuverlässige Ausgangsinformationen während der Kalibra­ tionsphase erhältlich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebene Sensorvorrichtung bzw. das in Anspruch 8 angegebe­ ne Verfahren gelöst.

Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, daß keine Totzeit des Systems während der Kalibrierungsphase besteht.

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee be­ steht darin, dass während der Phase der Kalibrierung, also während z. B. die Schaltung nach Minima und Maxima zur Festle­ gung des Offsets sucht, die Ausgangsinformation nicht grund­ sätzlich gesperrt oder ignoriert wird sondern eben diese Mi­ nima und Maxima als zusätzliche Informationsquellen genutzt werden.

Genauer gesagt wird davon ausgegangen, das man in einem Si­ gnalverlauf solch einer Sensorvorrichtung Minima und Maxima sucht, während man in den Signalnulldurchgängen eine Schal­ tinformation ausgeben will, beispielsweise ein Schalten auf H für Minima und ein Schalten L für Maxima. Wenn man ein Maxi­ mum gefunden hat, so kann man davon ausgehen, dass nun bald einen negativer Nulldurchgang geschehen wird, während man bei der Erkennung eines Minimums davon ausgehen kann, dass bald ein positiver Nulldurchgang geschehen wird. Der zeitli­ che Versatz zwischen der Erkennung der Extrema und dem tat­ sächlichen Nulldurchgängen ist dabei naturgemäß unbekannt, man kann aber auf diese Art und Weise ein Signal generieren, das genauso viele Nulldurchgänge anzeigt, wie im Originalsi­ gnal tatsächlich enthalten sind.

Die auf diesem Prinzip basierende Sensorvorrichtung arbeitet bezüglich Phasenlage also nicht besonders genau, da ein Maxi­ mum bzw. ein Minimum erst als solches identifiziert ist, wenn das tatsächliche Signal schon wieder erheblich von dem Maxi­ malwert bzw. dem Minimalwert abweicht. Es wird aber bezüglich des fiktiven Nulldurchgangs weder eine Information zu viel noch eine Information zu wenig generiert, und daher wird ein zurückgelegter Weg pro Zeiteinheit korrekt wiedergegeben, nämlich durch den zeitlichen Abstand zweier benachbarter der­ art ermittelter fiktiver Nulldurchgänge.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildun­ gen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Sensor­ vorrichtung bzw. des in Anspruch 8 angegebenen Verfahrens zur Erzeugung eines Sensorsignals.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Nulldurchgang- Ansetzeinrichtung derart gestaltet, daß sie einen fiktiven Nulldurchgang dann ansetzt, wenn das Sensorsignal nach einem phasenverschoben festgelegten Extremwert in seiner Amplitude um einen vorbestimmten Anteil betragsmäßig abgefallen ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung bestimmt die Extremwert-Festlegungseinrichtung die Minima des analogen Sensorsignals durch sukzessives Speichern eines jeweils kleinsten Wertes des analogen Sensorsignals, bis die Betrags­ differenz zwischen einem aktuellen größeren Signalwert und dem zuletzt gespeicherten kleinsten Signalwert größer als ei­ ne vorbestimmte Schwelle ist. Wenn die Betragsdifferenz zwischen einem aktuellen größeren Signalwert und dem zuletzt ge­ speicherten kleinsten Signalwert größer als eine vorbestimmte Schwelle ist, erfolgt ein Festlegen des zuletzt gespeicherten kleinsten Signalwertes als Minimum.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung bestimmt die Extremwert-Festlegungseinrichtung die Maxima des analogen Si­ gnals durch sukzessives Speichern eines jeweils größten Wer­ tes des analogen Sensorsignals, bis die Betragsdifferenz zwi­ schen einem aktuellen kleineren Signalwert und dem zuletzt gespeicherten größten Signalwert größer als eine vorbestimmte Schwelle ist. Wenn die Betragsdifferenz zwischen einem aktu­ ellen kleineren Signalwert und dem zuletzt gespeicherten größten Signalwert größer als die vorbestimmte Schwelle ist, erfolgt ein Festlegen des zuletzt gespeicherten größten Signalwertes als Maximum.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die zweite Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung derart gestaltet, daß sie aus den angesetzten fiktiven Nulldurchgängen eine Dreh­ zahl bestimmt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das ana­ loge Sensorsignal einen Wechselspannungsanteil und einen Gleichspannungsanteil auf. Die erste Ausgangssignal- Erzeugungseinrichtung weist eine Kalibrierungseinrichtung zum Ermitteln des Gleichspannungsanteils des analogen Sensorsi­ gnals aus der Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Minima und Maxima während der Kalibrierungsphase auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die er­ ste Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung eine Subtraktions­ einrichtung zum Subtrahieren des ermittelten Gleichspannungs­ anteils von dem analogen Sensorsignal zur Bildung eines kor­ rigierten analogen Sensorsignals; und eine Komparatoreinrich­ tung zum Vergleichen des korrigierten analogen Sensorsignals mit einem Referenzsignal und Liefern eines entsprechenden er­ sten Ausgangssignals auf.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Sensorvorrichtung zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Verfahrens; und

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Sensorvorrichtung wird die Drehzahl eines Zahnrades 1 mittels eines Hallsensors erfasst, anschließend mittels eines Verstärkers 3 verstärkt und dann mit Hilfe eines Komparators 4 in eine Impulsfolge umgewan­ delt, deren Frequenz der Drehzahl des Zahnrades 1 entspricht. Die Impulsfolge ist dann an einem Ausgang des Komparators 4 als erstes Ausgangssignal 5 abnehmbar. Beispielsweise durch auf den Hall-Sensor 2 einwirkende magnetische Gleichfelder und/oder Offsetspannungen beim Verstärker 3 können dazu füh­ ren, dass ein durch die Bewegung des Zahnrades in dem Hall­ sensor 2 hervorgerufenes Wechselsignal von einem Gleichsignal überlagert wird, was dazu führt, dass sich die Schaltpunkte des Komparators 4 verschieben und somit die Impulsfolge des Ausgangssignals 5 ein anderes Tastverhältnis erhält. Damit wird jedoch der Zusammenhang zwischen der Impulsfolge des Ausgangssignals 5 und der Bewegung des Zahnrades 1 ver­ fälscht.

Um dies zu vermeiden, wird bekannter Weise ein auf besondere Weise ermitteltes Korrektursignal bei dem als Entscheider wirkenden Komparator 4 mit dem Ausgangssignal des Verstärker 3 subtraktiv verknüpft. Dies kann im übrigen auch beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Schaltschwelle des Kom­ parators 4 entsprechend verändert wird.

Die Erzeugung des Korrektursignals erfolgt mittels einer di­ gitalen Steuereinrichtung 7, der unter Zwischenschaltung ei­ nes digital gesteuerten analogen Verstärkers 8 und eines Ana­ log-Digital-Umsetzers 9 das Ausgangssignal des Subtrahierers 6 zugeführt wird. Der Analog-Digital-Umsetzer 9 arbeitet nach dem Tracking-Prinzip. Er weist dazu einen Subtrahierer 10, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 8 ver­ bunden ist. Der Ausgang des Subtrahierers 10 ist mit einem Eingang eines Komparators 12 verbunden, dessen anderer an dem Bezugspotential 11 angeschlossen ist. Der Ausgang des Kompa­ rators 12 ist mit dem Steuereingang eines Zahlers 13 verbun­ den, wodurch die Zählrichtung des Zahlers gesteuert wird. Der Zahler 13 ist zudem mit einer Taktquelle 14 verschaltet. Das Zählergebnis ist an einem Ausgang des Zahlers 13 abnehmbar und wird an Binärwort einem Digital-Analog-Umsetzer 15 zuge­ führt, der daraus ein entsprechendes analoges Signal erzeugt. Dieses analoge Signal wird zu dem Subtrahierer 10 geleitet und dort von dem Ausgangsignal des steuerbaren Verstärkers 8 abgezogen. Insgesamt bilden der Subtrahierer 10, der Kompara­ tor 12, der Zahler 13, der Taktgenerator 14 und der Digital- Analog-Umsetzer 15 einen Analog-Digital-Umsetzer 9, der nach dem Tracking-Prinzip arbeitet. Das heißt, dass das Binärwort am Ausgang des Zahlers 13 immer dem Ausgangssignal des Ver­ stärkers 8 folgt, in dem der Komparator 12 abhängig davon, ob das durch den Digital-Analog-Umsetzer aus dem Binärwort am Ausgang des Zahlers 13 hervorgehende analoge Signal großer oder kleiner ist als das Signal am Ausgang des Verstärkers 8, die Zählrichtung des Zahlers 13 ändert und somit das Binär­ wort dem Signal am Ausgang des Verstärkers nachführt.

Das Binärwort am Ausgang des Zahlers 13 wird zudem zwei Spit­ zenwertdetektoren 16, 17 zugeführt, von denen der eine 16 die relativen Minima und der andere 17 die relativen Maxima bestimmen. Die über die relativen Minima und Maxima bestimmten unteren und oberen Signalspitzen werden an eine Recheneinheit 18 zu Berechnen des Mittelwerts weitergeleitet, die daraus 9 beispielsweise durch Mittelwertbildung die Nulllage des Ein­ gangssignals bestimmt. Diese Nulllage wird durch einen Sub­ trahierer 19, der der Recheneinheit 18 nachgeschaltet ist, mit einem Referenzwert verglichen. Der Referenzwert wird durch eine Referenzeinheit 20, die ebenfalls mit dem Subtra­ hierer 19 verbunden ist, bereitgestellt. Der Referenzwert ist dabei durch eine Referenzsteuereinheit 21, die der Refe­ renzeinheit 20 vorgeschaltet und dem Subtrahierer 19 nachge­ schaltet ist, in Abhängigkeit derart verändert, dass der Re­ ferenzwert dann verändert wird, wenn der betrag des Wertes der Recheneinheit für den Mittelwert außerhalb eines bestimm­ ten vorgegebenen Bereichs liegt.

Der Ausgang des Subtrahierers 19 ist zudem auf eine Regelein­ heit 22 geführt, welche in Abhängigkeit vom Ausgangssignal am Subtrahierer 19 ein Ansteuersignal für den ihr nachgeschalte­ ten Digital-Analog-Umsetzer 23 erzeugt. Die Regeleinheit 22 erzeugt dabei einen digitalen Korrekturwert, der durch den Digital-Analog-Umsetzer 23 in ein analoges Korrektursignal, umgewandelt wird. Dieses wird dann mittels des Subtrahierers 6 vom Ausgangssignal des Verstärkers 3 abgezogen.

Die Steuereinrichtung 7 erhält zudem eine Ansteuereinheit 24, die ausgangsseitig mit dem Steuereingang des steuerbaren Ver­ stärkers 8 und eingangsseitig mit dem Ausgang des Zählers 13 verbunden ist. Die Ansteuereinheit 24 kann beispielsweise ein Schieberegister enthalten, dessen Inhalt durch das Binärwort am Ausgang des Zählers 13 gebildet wird und durch dieses ge­ steuert wird, so dass es insgesamt eine Logarithmierung des Binärwortes am Ausgang des Zählers 13 ergibt.

Sämtliche Funktionen der Steuereinrichtung 7 werden durch ei­ ne Ablaufsteuerung 25 gesteuert. Die Ablaufsteuerung 25 ist für die mit einem Zeitgeber 26 sowie einer Überwachungsein­ richtung 27 und mit verschiedenen übrigen Komponenten verbunden (zur Vereinfachung als Doppelpfeil in Fig. 1 angedeutet). Die Überwachungseinrichtung 27 ist eingangsseitig mit dem Ausgang des Komparators 4 verbunden, um den Ausgang 5 dahin­ gehend zu überwachen, ob er innerhalb einer bestimmten, durch den Zeitgeber 26 vorgegebenen Zeitspanne eine Signaländerung stattgefunden hat. Wird für diesen Zeitraum keine Veränderung festgestellt, so wird eine neue Messung des Gleichanteils im Ausgangssignal des Verstärkers durchgeführt.

Die Ablaufsteuerung liefert ausgangsseitig ein zweites Aus­ gangssignal 5' und ein Steuersignal ST. Das erste und zweite Ausgangssignal 5, 5' sind zu einem Multiplexierer bzw. Um­ schalter 30 geführt, der von dem Steuersignal ST derart schaltbar ist, daß er während der Kalibrierungsphase das zweite Ausgangssignal 5' und während des Normalbetriebs also im kalibrierten Zustand das erste Ausgangssignal 5 als Aus­ gangssignal A liefert.

Zur Erzeugung des zweiten Ausgangssignals 5' enthält die Ab­ laufsteuerung 25 eine Extremwert-Festlegungseinrichtung zum phasenverschobenen Festlegen der aufeinanderfolgenden Minima und Maxima basierend auf der Information der Spitzenwertde­ tektoren 16, 17 sowie eine Nulldurchgang-Ansetzeinrichtung zum Ansetzen von den jeweiligen durch die Extremwert- Festlegungseinrichtung festgelegten Extrema folgenden fikti­ ven Nulldurchgängen des Sensorsignals 200.

Weiterhin ist eine zweite Ausgangssignal-Erzeugungsein­ richtung zum Erzeugen des zweiten alternierenden Ausgangs­ signals 5' gemäß den fiktiven Nulldurchgängen des Sensorsi­ gnals 200 vorgesehen.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm der Ausführungsform des er­ findungsgemäßen Verfahrens.

Wie gesagt, liegt am Systemausgang A des Multiplexers 30 ge­ steuert durch das Steuersignal ST das zweite Ausgangssignal 5', so lange die Kalibrierung läuft (Schritt 100).

Während der Kalibrierung werden die von der Steuereinrichtung 7 erfassten digitalen Signalwerte nach Minima und Maxima un­ tersucht. Dabei werden Extremwerte nur dann als solche akzep­ tiert, wenn sie hinreichend stark ausgeprägt sind, d. h. ein Maximum wird nur dann als solches akzeptiert, wenn das Signal danach wieder deutlich kleiner wird. Entsprechendes gilt für Minima. Diese Bedingung schützt davor, dass durch Rauschen oder sonstige Systemstörungen ein Signal vorgetäuscht wird. Insbesondere hält bei der Erkennung von Minima ein Speicher den kleinsten bislang gefundenen Wert fest. Wenn der aktuelle Wert größer als dieser Wert zuzüglich eines Sicherheitsab­ stands (Rauschabstand) ist, wird der gespeicherte Wert als Minimum interpretiert (Schritt 200).

Die Nulldurchgang-Ansetzeinrichtung ist bei diesem Beispiel derart gestaltet, daß sie einen fiktiven Nulldurchgang dann ansetzt, wenn das Sensorsignal 200 nach solch einem phasen­ verschoben festgelegten Extremwert (hier Minimum) in seiner Amplitude um einen vorbestimmten Anteil betragsmäßig abgefal­ len ist, z. B. hier um 30% (Schritt 300).

Gleichzeitig wird das alte Maximum gelöscht und eine neue Ma­ ximumsuche gestartet. Die Maximumsuche funktioniert analog. Der größte bislang gefundene Wert wird gespeichert, und wenn der aktuelle Wert hinreichend weit abgesunken ist, (Sicher­ heitsabstand), wird der gespeicherte Wert als Maximum inter­ pretiert (Schritt 400).

Wiederum setzt die Nulldurchgang-Ansetzeinrichtung einen fik­ tiven Nulldurchgang dann an, wenn das Sensorsignal 200 nach solch einem phasenverschoben festgelegten Extremwert (hier Maximum) in seiner Amplitude um einen vorbestimmten Anteil betragsmäßig abgefallen ist, z. B. hier um 30% (Schritt 500).

Gleichzeitig wird eine neue Minimumsuche gestartet.

So lassen sich während der Kalibrierung fortlaufend zwischen jeweiligen benachbarten Paaren Minimum/Maximum oder Maxi­ mum/Minimum Nulldurchgänge bestimmen und aus dem zeitlichen Abstand der Nulldurchgänge beispielsweise eine Drehzahl.

Dieser Betriebsmodus dauert solange (Schritt 600-Schritt 800), bis die Kalibrierungsphase abgeschlossen ist. Dann wird in den normalen kalibrierten Betriebsmodus (Schritt 900) um­ geschaltet, wo der Komparator 4 das Ausgangssignal 5 über den Multiplexierer 30 am Systemausgang A liefert.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines be­ vorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Wei­ se modifizierbar.

Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren für die ver­ schiedensten Sensorarten verwendet werden.

Auch die Extremabestimmung kann selbstverständlich auf andere Weise geschehen als die gezeigte.

Des weiteren können die fiktiven Nulldurchgänge durch andere Verfahren angesetzt werden, z. B. Zeitsteuerverfahren, Ereig­ nissteuerverfahren o. ä.

Claims (11)

1. Sensorvorrichtung mit:
einem Sensor (2) zum Erzeugen eines analogen Sensorsignals (200) mit aufeinanderfolgenden Minima und Maxima;
einer ersten Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung (4, 6, 7, 8, 9, 11, 23) zum Erzeugen eines ersten alternierenden Aus­ gangssignals (5) gemäß den Nulldurchgängen des Sensorsignals (200);
einer Ablaufsteuerung (25) zum Festlegen einer Normalbetrieb­ phase, in der das erste Ausgangssignal (5) ausgebbar ist, und einer Kalibrierungsphase, in der ein zweites alternierendes Ausgangssignal (5') ausgebbar ist; und
einer Extremwert-Festlegungseinrichtung (16, 17) zum phasen­ verschobenen Festlegen der aufeinanderfolgenden Minima und Maxima;
wobei die Ablaufsteuerung (25) weiterhin aufweist:
eine Nulldurchgang-Ansetzeinrichtung zum Ansetzen von den je­ weiligen durch die Extremwert-Festlegungseinrichtung (16, 17) festgelegten Extrema folgenden fiktiven Nulldurchgängen des Sensorsignals (200); und
eine zweiten Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeu­ gen des zweiten alternierenden Ausgangssignals (5') gemäß den fiktiven Nulldurchgängen des Sensorsignals (200);
wobei
das erste und zweite Ausgangssignal (5, 5') zu einem Umschal­ ter (30) geführt sind, der von einem von der Ablaufsteuerung (25) erzeugten Steuersignal (ST) derart schaltbar ist, daß er während der Kalibrierungsphase das zweite Ausgangssignal (5') und während des Normalbetriebs im kalibrierten Zustand das erste Ausgangssignal (5) als Ausgangssignal (A) liefert.

2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nulldurchgang-Ansetzeinrichtung (25) derart gestaltet ist, daß sie einen fiktiven Nulldurchgang dann ansetzt, wenn das Sensorsignal (200) nach einem phasenverschoben festgeleg­ ten Extremwert in seiner Amplitude um einen vorbestimmten An­ teil betragsmäßig abgefallen ist.

3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Extremwert-Festlegungseinrichtung (16, 17) die Minima des analogen Sensorsignals (200) folgendermaßen bestimmt:
sukzessives Speichern eines jeweils kleinsten Wertes des ana­ logen Sensorsignals (200), bis die Betragsdifferenz zwischen einem aktuellen größeren Signalwert und dem zuletzt gespei­ cherten kleinsten Signalwert größer als eine vorbestimmte Schwelle ist; und
wenn die Betragsdifferenz zwischen einem aktuellen größeren Signalwert und dem zuletzt gespeicherten kleinsten Signalwert größer als eine vorbestimmte Schwelle ist, Festlegen des zu­ letzt gespeicherten kleinsten Signalwertes als Minimum.

4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Extremwert-Festlegungseinrichtung (16, 17) die Maxima des analogen Sensorsignals (200) folgendermaßen bestimmt:
sukzessives Speichern eines jeweils größten Wertes des analo­ gen Sensorsignals (200), bis die Betragsdifferenz zwischen einem aktuellen kleineren Signalwert und dem zuletzt gespeicherten größten Signalwert größer als eine vorbestimmte Schwelle ist; und
wenn die Betragsdifferenz zwischen einem aktuellen kleineren Signalwert und dem zuletzt gespeicherten größten Signalwert größer als die vorbestimmte Schwelle ist, Festlegen des zu­ letzt gespeicherten größten Signalwertes als Maximum.

5. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung (25) der­ art gestaltet ist, daß sie aus den angesetzten fiktiven Null­ durchgängen eine Drehzahl bestimmt.

6. Sensorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das analoge Sensorsignal (200) einen Wechselspannungs­ anteil und einen Gleichspannungsanteil aufweist; und die er­ ste Ausgangssignal-Erzeugungseinrichtung (4, 6, 7, 8, 9, 11, 23) eine Kalibrierungseinrichtung (7, 8, 9, 23) zum Ermitteln des Gleichspannungsanteils des analogen Sensorsignals (200) aus der Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Minima und Maxima während der Kalibrierungsphase aufweist.

7. Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste Aus­ gangssignal-Erzeugungseinrichtung (4, 6, 7, 8, 9, 11, 23) ei­ ne Subtraktionseinrichtung (6) zum Subtrahieren des ermittel­ ten Gleichspannungsanteils von dem analogen Sensorsignal (200) zur Bildung eines korrigierten analogen Sensorsignals; und eine Komparatoreinrichtung (4) zum Vergleichen des korri­ gierten analogen Sensorsignals mit einem Referenzsignal und Liefern eines entsprechenden ersten Ausgangssignals aufweist.

8. Verfahren zur Erzeugung eines Ausgangssignals einer Sen­ sorvorrichtung mit einem Sensor (2) zum Erzeugen eines analo­ gen Sensorsignals (200) mit aufeinanderfolgenden Minima und Maxima, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Festlegen einer Normalbetriebphase, in der ein erstes alter­ nierendes Ausgangssignal (5) gemäß den Nulldurchgängen des Sensorsignals (200) ausgebbar ist, und einer Kalibrierungs­ phase, in der ein zweites alternierendes Ausgangssignal (5') ausgebbar ist;
phasenverschobenes Festlegen der aufeinanderfolgenden Minima und Maxima und Ansetzen von den jeweiligen phasenverschoben festgelegten Extrema folgenden fiktiven Nulldurchgängen des Sensorsignals (200); und
Erzeugen des zweiten alternierenden Ausgangssignals (5') ge­ mäß den fiktiven Nulldurchgängen des Sensorsignals (200);
wobei das erste und zweite Ausgangssignal (5, 5') zu einem Umschalter (30) geführt werden, der derart geschaltet wird, daß er während der Kalibrierungsphase das zweite Ausgangssi­ gnal (5') und während des Normalbetriebs im kalibrierten Zu­ stand das erste Ausgangssignal (5) als Ausgangssignal (A) liefert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein fiktiver Nulldurchgang dann angesetzt wird, wenn das Sensorsignal (200) nach einem phasenverschoben festgelegten Extremwert in seiner Amplitude um einen vorbestimmten Anteil betragsmäßig abgefallen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Minima des analogen Sensorsignals (200) folgenderma­ ßen bestimmt werden:
sukzessives Speichern eines jeweils kleinsten Wertes des ana­ logen Sensorsignals (200), bis die Betragsdifferenz zwischen einem aktuellen größeren Signalwert und dem zuletzt gespeicherten kleinsten Signalwert größer als eine vorbestimmte Schwelle ist; und
wenn die Betragsdifferenz zwischen einem aktuellen größeren Signalwert und dem zuletzt gespeicherten kleinsten Signalwert größer als eine vorbestimmte Schwelle ist, Festlegen des zu­ letzt gespeicherten kleinsten Signalwertes als Minimum.

11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Maxima des analogen Sensorsignals (200) folgenderma­ ßen bestimmt werden:
sukzessives Speichern eines jeweils größten Wertes des analo­ gen Sensorsignals (200), bis die Betragsdifferenz zwischen einem aktuellen kleineren Signalwert und dem zuletzt gespei­ cherten größten Signalwert größer als eine vorbestimmte Schwelle ist; und
wenn die Betragsdifferenz zwischen einem aktuellen kleineren Signalwert und dem zuletzt gespeicherten größten Signalwert größer als die vorbestimmte Schwelle ist, Festlegen des zu­ letzt gespeicherten größten Signalwertes als Maximum.