DE10030485C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen der Winkelstellung und Drehzahl eines rotierenden Gegenstandes mittels eines Einzelelementsensors - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen der Winkelstellung und Drehzahl eines rotierenden Gegenstandes mittels eines EinzelelementsensorsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen ein Einzelelementsensor, vorzugsweise ein Einzelelement-Magnetwiderstandssensor (14'), dazu verwendet wird, eine Stellung und Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle aus dem Vorbeitritt einzelner Zahnflanken (12') eines Codierer- oder Impulsgeberrades (10') zu erfassen und seine Offset-Spannung (V'¶D¶) durch Messen der MW-Spannung (V'¶MW1¶) über einen Schlitz (28') in dem Impulsgeberrad hinweg zu bestimmen. Dies wird durch den Einschluß eines Taldetektors (37) in den Sensorschaltkreis bewerkstelligt. Ein Subtrahieren des Signals des Taldetektors von dem MW-Signal ergibt ein MW-Signal mit einem Null-Offset, wobei ein Komparator (36') mit einer geeignet festgelegten Referenz (Hysterese) dazu verwendet wird, das gewünschte Ausgangssignal (V'¶AUS¶) zu erzeugen. Die Genauigkeit des Sensors kann verbessert werden, indem das MW-Signal verstärkt wird, bevor es in den Komparator eingespeist wird. Die Verstärkung vergrößert einfach die Steigungen des Signals und gestattet die Verwendung eines höheren Schwellenspannungspegels in dem Komparator.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Erfassen einer genauen Winkelstellung und Drehzahl eines Impulsgeber
rades, insbesondere einer Kurbelwelle oder Nockenwelle, wobei ein Sensor,
vorzugsweise aber nicht ausschließlich ein Einzelelement-Magnetwider
standssensor (MW-Sensor), dazu verwendet wird, die Stellung und Dreh
geschwindigkeit einer Kurbelwelle aus dem Vorbeitritt einzelner Zahnflan
ken eines Codierer- oder Impulsgeberrades zu erfassen.
Es ist in der Technik bekannt, daß die Widerstandsmodulation von Hall-
Elementen oder Magnetwiderständen bei Stellungs- und Geschwindig
keitssensoren in bezug auf sich bewegende magnetische Materialien oder
Objekte angewandt werden kann (siehe beispielsweise US-Patente
4 835 467, 4 926 122 und 4 939 456 oder die Offenlegungsschrift DE 34 26 784 A1).
Bei derartigen Anwendungen wird der Magnetwiderstand
(MW) mit einem Magnetfeld vormagnetisiert und typischerweise mit einer
Konstantstromquelle oder einer Konstantspannungsquelle elektrisch
erregt. Ein magnetisches (d. h., ferromagnetisches) Objekt, das relativ und
in enger Nähe zu dem MW rotiert, wie ein Zahnrad, erzeugt eine veränder
liche magnetische Flußdichte durch den MW hindurch, die wiederum den
Widerstand des MW verändert. Der MW wird eine höhere magnetische
Flußdichte und einen höheren Widerstand aufweisen, wenn sich ein Zahn
des rotierenden Impulsgeberrades
neben dem MW befindet. Die Verwendung einer Konstantstromerregungs
quelle liefert eine Ausgangsspannung aus dem MW, die wie der Wider
stand des MW schwankt.
Zur Zündzeitpunktverstellung und für eine durch die OBDII angeordnete
Fehlzündungsdetektion wird eine genauere Information über die Stellung
der Motorkurbelwelle benötigt. Zunehmend ausgefeiltere Zündzeitpunkt
einstellungs- und Emissionssteuerungen führten einen Bedarf nach Kur
belwellensensoren herbei, die während der Kurbelwellendrehung eine ge
naue Stellungsinformation liefern. Es sind verschiedene Kombinationen
von Magnetwiderständen und mit einer einzigen oder doppelten Spur ver
zahnten oder geschlitzten Rädern (auch als Codiererräder oder Impulsge
berräder bekannt) dazu verwendet worden, diese Information zu erhalten
(siehe beispielsweise US-Patente 5 570 016, 5 714 883, 5 731 702 und
5 754 042).
Die Information über die Kurbelwellenstellung ist auf dem rotierenden Im
pulsgeberrad in der Form von Zähnen und Schlitzen codiert. Die Flanken
der Zähne definieren vorbestimmte Kurbelwellenstellungen. Der Sensor ist
erforderlich, um diese Flanken genau und wiederholbar über einen Be
reich von Luftspalten und Temperaturen zu detektieren. Praktisch alle
derartige Sensoren sind vom magnetischen Typ, entweder mit variabler
Reluktanz (variablem magnetischen Widerstand) oder galvanomagnetisch
(z. B. Hall-Generatoren oder Magnetwiderstände). Galvanomagnetische
Sensoren werden aufgrund ihrer Betriebsfähigkeit bis hinunter zu einer
Geschwindigkeit von null, einer größeren Codierungsflexibilität und stan
dardisierten Ausgangssignalen fortschreitend am stärksten bevorzugt.
Außerdem beeinflussen die Temperatur und die Größe des Luftspalts das
Ausgangssignal eines magnetisch empfindlichen Bauelements. Folglich
erfordert der Betrieb über weite Temperatur- und Luftspaltbereiche eine
gewisse Form einer Kompensation der resultierenden Signaldrift sowohl in
der Amplitude als auch im Offset. Der üblichste Ansatz ist es, zwei ange
paßte Sensorelemente zu verwenden, die in einem differentiellen oder Dif
ferenzmodus arbeiten, wodurch eine Gleichtaktunterdrückung geschaffen
wird.
Ein Beispiel eines derartigen Sensors ist der sequentielle Kurbelwellensen
sor, der bei einigen LKW der General Motors Corporation verwendet wird.
Dieser Sensor wendet zwei angepaßte InSb-Magnetwiderstandselemente
an, die radial nahe bei dem Impulsgeberrad angeordnet sind, wobei der
eine geringfügig in bezug auf den anderen in Richtung der Drehung des
Impulsgeberrades versetzt ist. Fig. 1 ist eine schematische Darstellung ei
ner beispielhaften Kraftfahrzeuggebrauchsumgebung gemäß diesem
Schema nach dem Stand der Technik, wobei ein Impulsgeberrad 10 bei
spielsweise gemeinsam mit einer Kurbelwelle, einer Antriebswelle oder ei
ner Nockenwelle rotiert und seine Drehstellung erfaßt werden soll. Die
Drehstellung des Impulsgeberrades 10 wird bestimmt, indem der Vorbei
tritt einer Zahnflanke 12, entweder einer steigenden Zahnflanke 12a oder
einer fallenden Zahnflanke 12b, unter Verwendung eines einzelnen diffe
rentiellen sequentiellen Doppel-MW-Sensors 14 bestimmt wird. Eine
Zahnflanke 12 wird abhängig von der Drehrichtung des Impulsgeberrades
10 in bezug auf die Magnetwiderstandssensoren MW1 und MW2 als stei
gend oder fallend angesehen. MW1 wird als voreilend angesehen, und
MW2 wird als nacheilend angesehen, wenn sich das Impulsgeberrad 10 im
Uhrzeigersinn (US) dreht, während, wenn das Impulsgeberrad sich im Gegenuhrzeigersinn
(GUS) dreht, dann MW1 als nacheilend angesehen wird,
wohingegen MW2 als voreilend angesehen wird. Beispielhaft wird ange
nommen, daß das Impulsgeberrad 10 in den Ansichten im Uhrzeigersinn
rotiert.
Der einzelne differentielle sequentielle Doppel-MW-Sensor 14 wendet zwei
angepaßte Magnetwiderstandselemente MW1 und MW2 an, die von einem
Permanentmagneten 16 vormagnetisiert werden, wobei der magnetische
Fluß 18 und 20, der von diesem ausgeht, durch die gestrichelten Pfeile
dargestellt ist. Der magnetische Fluß 18 und 20 verläuft von dem Perma
nentmagneten 16 durch die Magnetwiderstände MW1 und MW2 hindurch
und durch die Luftspalte 22 und 24 hindurch zum Impulsgeberrad 10.
Das Impulsgeberrad 10 ist aus einem magnetischen Material hergestellt,
das Zähne 26 und Zwischenräume 28 zwischen diesen aufweist. Der Zwi
schenraum L zwischen MW1 und MW2 ist im allgemeinen derart einge
richtet, daß die Triggerpunkte für die steigenden und fallenden Flanken
des Ausgangsignals VAUS, wie es in Fig. 2C gezeigt ist, nur von dem vorei
lenden MW abhängen, wie es in den Fig. 2A, 2B und 2C gezeigt und später
beschrieben ist.
Energie wird einer STROMQUELLE1 30 und einer STROMQUELLE2 32
durch die Spannungsquelle 34 zugeführt. Energie wird auch einem Kom
parator 36 (mit Hysterese) durch die nicht gezeigte Spannungsquelle 34
zugeführt. STROMQUELLE1 30 führt dem MW1 Strom zu, wodurch für
eine Ausgangsspannung VMW1 von MW1 gesorgt wird. STROMQUELLE2 32
führt MW2 Strom zu, wodurch für eine Ausgangsspannung VMW2 von MW2
gesorgt wird. Die Ausgangsspannungen VMW1 und VMW2 werden in den
Komparator 36 eingegeben, dessen Ausgangsspannung VAUS, wie es in Fig.
2C gezeigt ist, eine Angabe der Drehstellung des Impulsgeberrades 10 ist.
Es ist einzusehen, daß alle Spannungen in bezug auf Masse gemessen
werden, es sei denn es ist hierin anders angegeben, und daß STROM
QUELLE1 an STROMQUELLE2 angepaßt ist.
Wie es in Fig. 2A gezeigt ist, liefert das nacheilende MW-Element, in die
sem Fall MW2, ein verzögertes Signal, das in jeder Hinsicht identisch mit
dem Signal von dem voreilenden MW, in diesem Fall MW1, ist. Das Diffe
renzsignal VD = VMW1 - VMW2, das in Fig. 2B gezeigt ist, wird elektronisch in
dem Komparator 36 erzeugt und dann von dem Komparator dazu verwen
det, das Signal VAUS (das in Fig. 2C gezeigt ist) zu rekonstruieren, das das
Profil des Impulsgeberrades 10 emuliert oder nachbildet. Bei einer nähe
ren Untersuchung der Fig. 2A, 2B und 2C wird ersichtlich, daß die stei
genden Flanken 42 und die fallenden Flanken 44 des Sensorausgangs
signals VAUS nur durch die ersten Punkte 46 gemäß den steigenden Flan
ken und die zweiten Punkte 48 gemäß den fallenden Flanken, wo das Si
gnal von dem voreilenden MW, in diesem Beispiel MW1, eine erste Schwel
lenspannung 50 gemäß den ersten Punkten und eine zweite Schwellen
spannung 52 gemäß den zweiten Punkten überquert, bestimmt werden,
wobei die erste und die zweite Schwellenspannung durch die bei dem
Komparator 36 angewandte Hysterese bestimmt werden. Der nacheilende
MW, in diesem Beispiel MW2, weist keinen Anteil bei der Erzeugung der
steigenden Flanken 42 oder der fallenden Flanken 44 des Ausgangssignals
VAUS auf. Der nacheilende MW bestimmt einfach die Offset-Spannung 54
an dem voreilenden MW.
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung benötigt, bei denen ein Ein
zelelementsensor, vorzugsweise aber nicht ausschließlich ein Einzelelement-Magnetwiderstandssensor,
dazu verwendet wird, die Stellung und
Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle aus dem Vorbeitritt von einzelnen
Zahnflanken an einem Codierer- oder Impulsgeberrad zu erfassen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit,
bei denen ein galvanomagnetischer Einzelelementsensor, der hierin bei
spielhaft durch einen Einzelelement-Magnetwiderstandssensor (MW-Sen
sor) ausgeführt ist, dazu verwendet wird, die Stellung und Drehgeschwin
digkeit einer Kurbelwelle aus dem Vorbeitritt von einzelnen Zahnflanken
eines Codierer- oder Impulsgeberrades zu erfassen und seine Offset-
Spannung durch Messen der MW-Spannung über einen Schlitz in dem
Impulsgeberrad hinweg zu bestimmen. Dies wird durch das Einschließen
eines Minimumdetektors in den Sensorschaltkreis bewerkstelligt. Ein
Subtrahieren des Signals des Minimumdetektors von dem MW-Signal
ergibt ein MW-Signal mit einem Null-Offset, wobei ein Komparator mit
einer geeignet festgelegten Referenz (Hysterese) dazu verwendet wird, das
gewünschte Ausgangssignal zu erzeugen.
Die Genauigkeit des Sensors kann verbessert werden, indem das MW-
Signal vor seiner Einspeisung in den Komparator verstärkt wird. Die
Verstärkung vergrößert einfach die Steigungen des Signals und gestattet
die Verwendung eines höheren Schwellenspannungspegels in dem
Komparator.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine digitale
Ausgangsspannung zum Detektieren einer Winkeldrehstellung eines
Impulsgeberrades unter Verwendung eines Einzelelementsensors zu
schaffen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine digitale Aus
gangsspannung zum Detektieren der Drehzahl eines Impulsgeberrades
unter Verwendung eines Einzelelementsensors zu schaffen.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung be
schrieben, in dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften
Gebrauchsumgebung eines Kraftfahrzeugs eines Doppel-MW-
Stellungssensors nach dem Stand der Technik,
Fig. 2A ein Schaubild von MW-Spannungen für eine Drehung des
Impulsgeberrades nach dem Stand der Technik im Uhrzeiger
sinn,
Fig. 2B ein Schaubild der Differenzspannung VD = VMW1 - VMW2 von
Fig. 2A gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2C ein Schaubild der Ausgangsspannung VAUS des Komparators
gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 3 ein Beispiel einer bevorzugten Gebrauchsumgebung eines
Einzel-MW-Stellungssensors gemäß der vorliegenden Erfin
dung,
Fig. 3A ein Beispiel eines Schaltkreises zur Bereitstellung des Mini
mumdetektors von Fig. 3,
Fig. 4A ein Schaubild der MW-Spannung für eine Drehung des Im
pulsgeberrades gemäß der vorliegenden Erfindung im Uhrzei
gersinn,
Fig. 4B ein Schaubild der Differenzspannung V'D = V"MW1 - LOW V'
von Fig. 4A gemäß der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 4C ein Schaubild der Ausgangsspannung VAUS des Komparators
gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Gebrauchs
umgebung eines Kraftfahrzeugs der vorliegenden Erfindung, wobei ein
Impulsgeberrad 10' sich beispielsweise gemeinsam mit einer Kurbelwelle,
einer Antriebswelle oder einer Nockenwelle dreht und seine Drehstellung
und/oder -geschwindigkeit erfaßt werden soll. Die Drehstellung des Im
pulsgeberrades 10' wird bestimmt, indem der Vorbeitritt einer steigenden
Zahnflanke 12' unter Verwendung eines Einzelelementsensors 14' erfaßt
wird. Eine Zahnflanke 12' wird im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung als steigend angesehen, ob das Impulsgeberrad 10' sich im
Uhrzeigersinn (US) oder im Gegenuhrzeigersinn (GUS) dreht. Es wird
beispielhaft angenommen, daß sich das Impulsgeberrad 10' in den Fig. 3
bis 4C im Uhrzeigersinn dreht.
Der Einzelelement-MW-Sensor 14' wendet ein einzelnes Magnetwider
standselement MW1' an, das radial nahe bei dem Impulsgeberrad ange
ordnet und von einem Permanentmagneten 16' vormagnetisiert wird,
wobei der magnetische Fluß 18', der von diesem ausgeht, durch die gestrichelten
Pfeile dargestellt ist. Der magnetische Fluß 18' verläuft von dem
Permanentmagneten 16' durch den Magnetwiderstand MW1 hindurch und
durch den Luftspalt 22' hindurch zum Impulsgeberrad 10'. Das Impulsge
berrad 10' ist aus einem magnetischen Material mit Zähnen 26' und Zwi
schenräumen 28' zwischen diesen hergestellt.
Energie wird der STROMQUELLE1' 30' durch eine Spannungsquelle 34'
zugeführt. Fachleute werden feststellen, daß Energie auch den folgenden
Schaltkreisbauelementen zugeführt werden muß: einem Komparator 36',
einem optionalen Spannungsverstärker 32' und einem Minimumdetektor
37, und dies wird routinemäßig durch die Spannungsquelle 34' bewerk
stelligt, die aber zur Klarheit nicht gezeigt ist. Die STROMQUELLE 1' 30'
führt dem MW1' Strom zu, wodurch für eine Ausgangsspannung V'MW1 von
dem MW1' gesorgt wird. Die Ausgangsspannung V'MW1 wird in den optio
nalen Spannungsverstärker 32', den Komparator 36' und den Minimum
detektor 37 eingegeben. Die Ausgangsspannung V'AUS des Komparators
36', wie sie in Fig. 4C gezeigt ist, ist eine Angabe der Drehstellung des
Impulsgeberrades 10'. Es ist einzusehen, daß alle Spannungen in bezug
auf Masse gemessen werden, es sei denn, es ist hierin anders angegeben.
Fig. 4A zeigt die MW1'-Spannung V'MW1, wenn sich das Impulsgeberrad 10'
in Uhrzeigersinn dreht. V'MW1 weist eine höchste Spannung HIGH V' auf,
wenn MW1' neben einem Zahn 26' liegt, und eine niedrigste Spannung,
LOW V', wenn MW1' neben einem Schlitz 28' liegt, wie es zuvor beschrie
ben wurde, und kann, falls es gewünscht ist, durch einen Spannungsver
stärker 32' verstärkt werden. Die Verstärkung vergrößert die Spannung
der ansteigenden Steigungen 55 und die Spannung der abfallenden Stei
gungen 56 von V'MW1 und gestattet die Verwendung einer höheren Referenzspannung
VREF für den Komparator 36', wodurch die Genauigkeit des
MW1' verbessert wird.
Der Einbau des Minimumdetektors ist in der Technik bekannt. Fig. 3A
zeigt ein Beispiel des Minimumdetektors 37. Wenn V"MW1 kleiner als LOW
V' ist, geht der Ausgang Vc des Komparators 37a auf "low" und spannt die
Diode 37b in Durchlaßrichtung vor. Der Kondensator 37c wird sich nun
schnell durch die Diode 37b und den Komparator 37a hindurch entladen
(wegen einer sehr kleinen Entladungszeitkonstante), bis LOW V' größer als
V"MW1 wird. Nun geht der Ausgang Vc des Komparators 37a auf "high" und
spannt die Diode 37b in Sperrichtung vor. Der Kondensator 37c wird nun
das Laden durch den Widerstand 37d hindurch beginnen. Die Ladezeit
(d. h., die RC-Zeitkonstante) ist derart eingestellt, daß sich der Kondensa
tor 37c sehr langsam im Vergleich mit einem Zahn-Schlitz-Zeittakt auf
lädt, wodurch im wesentlichen die Spannung des vorhergehenden Ein
gangs V"MW1 als die gegenwärtige Ausgangsspannung LOW V' gehalten
wird. Wenn jedoch ein anschließender Eingang V"MW1 eine niedrigere
Spannung als der gegenwärtige Ausgang LOW V' aufweist, ist dann V"MW1
kleiner als LOW V', und der Kondensator 37c wird sich schnell zu dem
neuen Wert des Eingangs V"MW1 als der neue Wert des Ausgangs LOW V'
entladen.
Der Minimumdetektor 37 detektiert die niedrigste Spannung LOW V',
wenn MW1' sich neben einem Schlitz 28' des Impulsgeberrades 10' befin
det, und diese ist durch die Spannungslinie 54' in Fig. 4A angegeben. Die
Spannungslinie 54' ist analog der Offset-Spannung 54 in Fig. 2A. Ein
Subtrahieren des Signals des Minimumdetektors LOW V' von V"MW1 ergibt
ein MW1'-Signal V'D mit einer Null-Offset-Spannung und einer
Spitzenspannung VP, wie es in Fig. 4B gezeigt ist. Das Differenzsignal
V'D = V"MW1 - LOW V', das in Fig. 4B gezeigt ist, wird elektronisch im Kom
parator 36' erzeugt und dann von dem Komparator mit einer geeignet
voreingestellten, festgelegten Referenzspannung (d. h., Hysterese) VREF
verwendet, um ein binäres Signal V'AUS (das in Fig. 4C gezeigt ist) zu re
konstruieren, das das Profil des Impulsgeberrades 10' emuliert oder nach
bildet.
In Fig. 4B ist VREF durch eine Spannungslinie 50' angegeben, die einer
Schwellenspannung zum Bestimmen der steigenden Flanken 42' und der
fallenden Flanken 44' von V'AUS entspricht, die in Fig. 4C gezeigt sind. Die
steigenden Flanken 42' des Sensorausgangssignals V'AUS werden durch
Punkte 46' gemäß den ansteigenden Steigungen 55' der Differenzspan
nung V'D, die die Schwellenspannung 50' überqueren, bestimmt, wohinge
gen die fallenden Flanken 44' des Sensorausgangssignals V'AUS durch
Punkte 48' gemäß den abfallenden Steigungen 56' der Differenzspannung
V'D, die die Schwellenspannung 50' überqueren, bestimmt werden, wo
durch das binäre Sensorausgangssignal V'AUS erzeugt wird, das das Profil
des Impulsgeberrades 10' emuliert oder nachbildet.
Es ist einzusehen, daß, während in der vorstehenden detaillierten Be
schreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung ein Magnetwiderstand (MW) beispielhaft ausgeführt worden ist,
andere analoge Sensorelemente, wie Hall-Elemente, angewandt werden
können, wobei die Klasse derartige Sensoren umfassend als galvanomag
netische Elemente bezeichnet wird.
Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrich
tung, bei denen ein Einzelelementsensor, vorzugsweise ein Einzelelement-
Magnetwiderstandssensor 14' dazu verwendet wird, eine Stellung und
Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle aus dem Vorbeitritt einzelner
Zahnflanken 12' eines Codierer- oder Impulsgeberrades 10' zu erfassen,
und seine Offset-Spannung V'D durch Messen der MW-Spannung V'MW1
über einen Schlitz 28' in dem Impulsgeberrad hinweg bestimmt. Dies wird
durch den Einschluß eines Minimumdetektors 37 in den Sensorschalt
kreis bewerkstelligt. Ein Subtrahieren des Signals des Minimumdetektors
von dem MW-Signal ergibt ein MW-Signal mit einem Null-Offset, wobei ein
Komparator 36' mit einer geeignet festgelegten Referenz (Hysterese) dazu
verwendet wird, das gewünschte Ausgangssignal V'AUS zu erzeugen. Die
Genauigkeit des Sensors kann verbessert werden, indem das MW-Signal
verstärkt wird, bevor es in den Komparator eingespeist wird. Die Verstär
kung vergrößert einfach die Steigungen des Signals und gestattet die
Verwendung eines höheren Schwellenspannungspegels in dem Kompara
tor.
Claims (5)
1. Verfahren zum Bestimmen der Stellung eines Impulsgeberrades (10')
mit einem galvanomagnetischen Einzelelementsensor (14'), der ein
Sensorsignal (V'MW1) in Ansprechen auf vorbestimmte Veränderun
gen des benachbarten rotierenden Impulsgeberrades (10') erzeugt,
mit den Schritten, daß:
ein niedrigster Spannungswert (LOW V') des Sensorsignals de tektiert wird,
der niedrigste Spannungswert von dem Sensorsignal subtra hiert wird, um ein Null-Offset-Sensorsignal (V'D) bereitzustellen, und
das Null-Offset-Sensorsignal mit einer vorbestimmten Refe renzspannung (VREF) verglichen wird, um dadurch ein binäres Aus gangssignal (V'AUS) zu erzeugen, das für den Wert des Null-Offset- Sensorsignals relativ zur vorbestimmten Referenzspannung charak teristisch ist.
ein niedrigster Spannungswert (LOW V') des Sensorsignals de tektiert wird,
der niedrigste Spannungswert von dem Sensorsignal subtra hiert wird, um ein Null-Offset-Sensorsignal (V'D) bereitzustellen, und
das Null-Offset-Sensorsignal mit einer vorbestimmten Refe renzspannung (VREF) verglichen wird, um dadurch ein binäres Aus gangssignal (V'AUS) zu erzeugen, das für den Wert des Null-Offset- Sensorsignals relativ zur vorbestimmten Referenzspannung charak teristisch ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Sensorsignal vor dem Detektionsschritt verstärkt wird.
3. Galvanomagnetische Einzelelementsensoranordnung zum Detektie
ren der Stellung eines benachbarten rotierenden Gegenstandes mit:
einem einzelnen galvanomagnetischen Element (14'),
einem Vormagnetisierungsmittel (16'), um das einzelne galva nomagnetische Element magnetisch auf vorbestimmte magnetische Veränderungen (26', 28') des benachbarten rotierenden Gegenstan des (10') empfindlich zu machen,
einem Anschlußmittel (34') zum Anschließen des einzelnen galvanomagnetischen Elements an eine elektrische Energiequelle, um dadurch ein Sensorsignal von dem einzelnen galvanomagneti schen Element zu liefern, das auf die magnetischen Veränderungen des benachbarten rotierenden Gegenstandes anspricht,
einem Minimumdetektionsmittel (37), das mit dem einzelnen galvanomagnetischen Element verbunden ist, um eine niedrigste Spannung des Sensorsignals zu detektieren,
einem Referenzsignalmittel (VREF) zum Bereitstellen einer vor bestimmten Referenzspannung, und
einem Komparatormittel (36') zum Subtrahieren der niedrigs ten Spannung (LOW V') von dem Sensorsignal, um ein Null-Offset- Sensorsignal bereitzustellen, und zum Vergleichen des Null-Offset- Sensorssignals (V'D) mit der vorbestimmten Referenzspannung, um dadurch ein binäres Ausgangssignal zu erzeugen, das für den Wert des Null-Offset-Sensorsignals relativ zur vorbestimmten Referenz spannung charakteristisch ist.
einem einzelnen galvanomagnetischen Element (14'),
einem Vormagnetisierungsmittel (16'), um das einzelne galva nomagnetische Element magnetisch auf vorbestimmte magnetische Veränderungen (26', 28') des benachbarten rotierenden Gegenstan des (10') empfindlich zu machen,
einem Anschlußmittel (34') zum Anschließen des einzelnen galvanomagnetischen Elements an eine elektrische Energiequelle, um dadurch ein Sensorsignal von dem einzelnen galvanomagneti schen Element zu liefern, das auf die magnetischen Veränderungen des benachbarten rotierenden Gegenstandes anspricht,
einem Minimumdetektionsmittel (37), das mit dem einzelnen galvanomagnetischen Element verbunden ist, um eine niedrigste Spannung des Sensorsignals zu detektieren,
einem Referenzsignalmittel (VREF) zum Bereitstellen einer vor bestimmten Referenzspannung, und
einem Komparatormittel (36') zum Subtrahieren der niedrigs ten Spannung (LOW V') von dem Sensorsignal, um ein Null-Offset- Sensorsignal bereitzustellen, und zum Vergleichen des Null-Offset- Sensorssignals (V'D) mit der vorbestimmten Referenzspannung, um dadurch ein binäres Ausgangssignal zu erzeugen, das für den Wert des Null-Offset-Sensorsignals relativ zur vorbestimmten Referenz spannung charakteristisch ist.
4. Galvanomagnetische Einzelelementsensoranordnung nach An
spruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das aus einem einzelnen Element bestehende galvanomagnetische
Element ein Magnetwiderstandselement ist.
5. Galvanomagnetische Einzelelementsensoranordnung nach An
spruch 3 oder 4,
gekennzeichnet durch
ein Verstärkermittel (32') zum Verstärken des Sensorsignals.
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---|---|---|---|---|
DE10154642C1 (de) * | 2001-11-07 | 2003-07-17 | Siemens Ag | Auswerteschaltung für einen induktiven Sensor |
US6774622B2 (en) * | 2002-04-29 | 2004-08-10 | Delphi Technologies, Inc. | Vehicle wheel bearing, wheel-speed sensor mechanism assembly, and wheel speed sensor |
DE10252827B3 (de) | 2002-11-13 | 2004-08-05 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zur schnellen Ansteuerung insbesondere induktiver Lasten |
US6919651B2 (en) | 2002-11-26 | 2005-07-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Circuit arrangement for high-speed switching of inductive loads |
US6985066B2 (en) | 2003-01-13 | 2006-01-10 | Delphi Technologies, Inc. | Controlled electron mobility galvanomagnetic devices |
US7106233B2 (en) * | 2003-01-30 | 2006-09-12 | Delphi Technologies, Inc. | Integrated galvanomagnetic sensor array system |
US7221151B2 (en) * | 2003-01-31 | 2007-05-22 | Delphi Technologies, Inc. | Magnetic array position sensor |
US20040150516A1 (en) * | 2003-02-05 | 2004-08-05 | Delphi Technologies, Inc. | Wireless wheel speed sensor system |
US7229746B2 (en) * | 2003-04-02 | 2007-06-12 | Delphi Technologies, Inc. | Printed high strength permanent magnet targets for magnetic sensors |
JP2007518091A (ja) * | 2004-01-08 | 2007-07-05 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 磁気抵抗速度センサ |
US8143884B2 (en) * | 2006-05-12 | 2012-03-27 | Nxp B.V. | Current interface with a blocking capacitor attached to an additional pin |
US7521922B2 (en) * | 2006-11-07 | 2009-04-21 | Key Safety Systems, Inc. | Linear position sensor |
US7977935B2 (en) * | 2009-06-04 | 2011-07-12 | Key Safety Systems, Inc. | Temperature tolerant magnetic linear displacement sensor |
US8664941B2 (en) * | 2011-08-24 | 2014-03-04 | Nxp B.V. | Magnetic sensor with low electric offset |
DE102018210595A1 (de) * | 2018-06-28 | 2020-01-02 | Infineon Technologies Ag | Sensorvorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Sensorvorrichtungen |
US11505307B2 (en) * | 2019-10-21 | 2022-11-22 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Phonic wheel and related system and method |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3426784A1 (de) * | 1984-07-20 | 1986-01-30 | Bosch Gmbh Robert | Magnetoresistiver sensor zur abgabe von elektrischen signalen |
US4835467A (en) * | 1988-01-25 | 1989-05-30 | General Motors Corporation | Wheel speed sensor |
US4926122A (en) * | 1988-08-08 | 1990-05-15 | General Motors Corporation | High sensitivity magnetic circuit |
US4939456A (en) * | 1988-12-23 | 1990-07-03 | General Motors Corporation | Position sensor including a thin film indium arsenide magnetoresistor on a permanent magnet |
US5570016A (en) * | 1994-06-01 | 1996-10-29 | General Motors Corporation | Method and apparatus for detecting crankshaft angular position |
US5714883A (en) * | 1995-12-20 | 1998-02-03 | General Motors Corporation | Rotational sensor including axially adjacent targets one of which having invariant permeability the other having varying permeability as they rotate |
US5731702A (en) * | 1996-08-21 | 1998-03-24 | General Motors Corporation | High accuracy angle based rotation sensor with time based back up |
US5754042A (en) * | 1994-06-20 | 1998-05-19 | General Motors Corporation | Magnetoresistive encoder for tracking the angular position of a rotating ferromagnetic target wheel |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4020228A1 (de) * | 1990-06-26 | 1992-01-02 | Philips Patentverwaltung | Anordnung zum detektieren eines bewegten ferromagnetischen elements |
US5157329A (en) * | 1990-10-31 | 1992-10-20 | The Torrington Company | Apparatus for sensing rotation having an encoder biased towards a stationary sensor and a member transmitting rotation to the encoder |
-
1999
- 1999-07-01 US US09/345,899 patent/US6232770B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-06-21 DE DE10030485A patent/DE10030485C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3426784A1 (de) * | 1984-07-20 | 1986-01-30 | Bosch Gmbh Robert | Magnetoresistiver sensor zur abgabe von elektrischen signalen |
US4835467A (en) * | 1988-01-25 | 1989-05-30 | General Motors Corporation | Wheel speed sensor |
DE3902166A1 (de) * | 1988-01-25 | 1989-08-03 | Gen Motors Corp | Raddrehzahlfuehler |
US4926122A (en) * | 1988-08-08 | 1990-05-15 | General Motors Corporation | High sensitivity magnetic circuit |
US4939456A (en) * | 1988-12-23 | 1990-07-03 | General Motors Corporation | Position sensor including a thin film indium arsenide magnetoresistor on a permanent magnet |
US5570016A (en) * | 1994-06-01 | 1996-10-29 | General Motors Corporation | Method and apparatus for detecting crankshaft angular position |
US5754042A (en) * | 1994-06-20 | 1998-05-19 | General Motors Corporation | Magnetoresistive encoder for tracking the angular position of a rotating ferromagnetic target wheel |
US5714883A (en) * | 1995-12-20 | 1998-02-03 | General Motors Corporation | Rotational sensor including axially adjacent targets one of which having invariant permeability the other having varying permeability as they rotate |
US5731702A (en) * | 1996-08-21 | 1998-03-24 | General Motors Corporation | High accuracy angle based rotation sensor with time based back up |
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Publication number | Publication date |
---|---|
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US6232770B1 (en) | 2001-05-15 |
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