DE10124760A1

DE10124760A1 - Method for contactless, linear position measurement

Info

Publication number: DE10124760A1
Application number: DE2001124760
Authority: DE
Inventors: Jens Hauch; Klaus Ludwig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2003-02-20
Also published as: WO2002095333A1; EP1390695A1

Abstract

Die Erfindung sieht zur kontaktlosen linearen Positionsmessung zwischen zwei gegeneinander bewegten Bauteilen vor ein Verfahren mit Verwendung eines an dem ersten Bauteil befestigten Magnetsensors, oberhalb dessen ein sich am zweiten Bauteil befestigter Permanentmagnet befindet und der ein Signal abgibt, welches einen Maximalwert, einen Minimalwert und einen dazwischenliegenden Halbpegel aufweist, wobei der Signalhub als Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert bestimmt und aus dem Signal mittels Division durch den Signalhub ein normiertes Signal berechnet und das normierte Signal zur kontaktlosen, linearen Positionsmessung ausgewertet wird.The invention provides for a contactless linear position measurement between two mutually moving components before a method using a magnetic sensor attached to the first component, above which there is a permanent magnet attached to the second component and which emits a signal which has a maximum value, a minimum value and an intermediate value Has half level, wherein the signal swing is determined as the difference between the maximum and minimum value and a normalized signal is calculated from the signal by dividing by the signal swing and the standardized signal is evaluated for contactless, linear position measurement.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontaktlosen, linearen Positionsmessung zwischen zwei Bauteilen, mit der Verwendung eines an einem ersten Bauteil befestigten Magnetfeldsensors, oberhalb dessen sich ein an einem zweiten Bauteil befestigter Permanentmagnet befindet, wobei der Magnetfeldsensor ein Signal abgibt, welches einen Maximalwert, einen Minimalwert und einen dazwischenliegenden Halbpegel aufweist. The invention relates to a method for contactless, linear position measurement between two components, with the use of one attached to a first component Magnetic field sensor, above which there is a second Component attached permanent magnet, the Magnetic field sensor emits a signal that has a maximum value, a minimum value and an intermediate half level having.

Solche Sensoranordnungen sind im Stand der Technik zur kontaktlosen Positionsmessung bekannt. Dabei wird die Magnetfeldmessung eingesetzt, um durch Relativbewegungen zwischen Permanentmagnet und Magnetfeldsensor ein Abstandssignal zur Positionsmessung zu gewinnen. Ein Beispiel für eine solche Anwendung findet sich in der WO 00/09972, bei der ein Magnetfeldsensor als Positionssensor für einen elektromechanischen Stellantrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Such sensor arrangements are known in the prior art contactless position measurement known. The Magnetic field measurement used to by relative movements between Permanent magnet and magnetic field sensor for a distance signal Win position measurement. An example of one Application can be found in WO 00/09972, in which a Magnetic field sensor as a position sensor for an electromechanical Actuator for gas exchange valves of an internal combustion engine is used.

Die für solche kontaktlose Positionsmessungen verwendeten Magnetfeldsensoren sind insbesondere in Ausführungen verfügbar, bei denen einem Nahbereich zwischen zwei Endpositionen das vom Magnetsensor abgegebene Signal annähernd linear verläuft, wodurch eine hohe Auflösung des Messsignals und eine präzise Positionsbestimmung möglich ist. Bei derartigen linearen Magnetfeldsensoren ist der Permanentmagnet in der Regel stabförmig ausgebildet. Er kann so ausgerichtet werden, dass seine Magnetachse senkrecht zur Bewegungsrichtung mit der der Permanentmagnet über den Magnetfeldsensor bewegt wird, liegt. The used for such contactless position measurements Magnetic field sensors are particularly available available with a close range between two end positions the signal emitted by the magnetic sensor is approximately linear runs, whereby a high resolution of the measurement signal and a precise position determination is possible. With such Linear magnetic field sensors are usually permanent magnets rod-shaped. It can be aligned so that its magnetic axis perpendicular to the direction of movement with that of Permanent magnet is moved over the magnetic field sensor.

Magnetsensoranordnungen zur Positionsmessung haben den Vorteil, dass nur geringer baulicher Aufwand nötig ist, insbesondere können die Sensoren und Permanentmagneten sehr klein gehalten werden. Darüber hinaus sind sie sehr robust und insbesondere verschmutzungsunanfällig. Zur Auswertung wird normalerweise das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors, insbesondere wenn es, wie bei einem linearen Sensor, proportional zur gemessenen Feldstärke ist, mittels einer festen Kalibrationskurve innerhalb eines vorgegebenen Arbeitsbereiches, der im wesentlichen den vorerwähnten linearen Zusammenhang wiedergibt, umgesetzt. Magnetic sensor arrangements for position measurement have the Advantage that only little construction effort is required in particular, the sensors and permanent magnets can be very small being held. They are also very robust and especially susceptible to pollution. For evaluation normally the output signal of the magnetic field sensor, especially if, like a linear sensor, it is proportional to the measured field strength, by means of a fixed Calibration curve within a given work area, the essentially the aforementioned linear relationship reproduces, implemented.

Dieses Konzept hat jedoch den Nachteil, dass Signalschwankungen durch Einbautoleranzen hinsichtlich der Lage zwischen Permanentmagnet und Magnetfeldsensor so gering wie möglich gehalten werden müssen, da das Signal des Magnetfeldsensors stark vom Abstand des Permanentmagneten abhängt, mit dem dieser über den Magnetfeldsensor geführt wird. Auch sind Magnetfeldmessungen bei Anwendungen, bei denen starke Temperaturunterschiede auftreten können, nicht besonders vorteilhaft, da Temperaturänderungen zum einen in der Regel eine Änderung des Abstandes zwischen Magnetfeldsensor und Permanentmagnet mit sich bringen und zum anderen die Koerzitivkraft der meisten Permanentmagneten stark von der Temperatur abhängt. Für Anwendungen, bei denen die dadurch bedingten Fehler nicht tolerierbar sind, bzw. bei denen deren Vermeidung zu unverhältnismäßig hohen Kosten führen würde, sind andere Sensoren bekannt, beispielsweise mit optischen Sensorkonzepten. Diese sind jedoch in der Regel teurer und haben andere Nachteile, wie Verschmutzungsanfälligkeit. Auch ist es möglich, nach Temperaturmessungen eine Fehlerkorrektur vorzunehmen. Dies ist aber ebenfalls aufwendig. However, this concept has the disadvantage that Signal fluctuations due to installation tolerances with regard to the position between Permanent magnet and magnetic field sensor as low as possible must be kept because the signal from the magnetic field sensor strongly depends on the distance of the permanent magnet with which this is guided over the magnetic field sensor. Also are Magnetic field measurements in applications where strong Temperature differences can occur, not particularly advantageous because Temperature changes on the one hand usually a change in Distance between magnetic field sensor and permanent magnet with bring yourself and on the other hand the coercive force of most Permanent magnets strongly depend on the temperature. For Applications where the resulting errors are not are tolerable, or where their avoidance is too other sensors would result in disproportionately high costs known, for example with optical sensor concepts. This are usually more expensive and have other disadvantages, like susceptibility to pollution. It is also possible to post Temperature measurements to make an error correction. This is also expensive.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer kontaktlosen Positionsmessung der eingangs erwähnten Art mittels Magnetfeldsensoren und Permanentmagneten die Messgenauigkeit zu steigern und die erwähnten Fehlereinflüsse hinsichtlich Temperaturabhängigkeit und mechanischer Bauteiletoleranzen zu verringern. The invention is therefore based on the object contactless position measurement of the type mentioned at the beginning using magnetic field sensors and permanent magnets Increase measuring accuracy and the mentioned error influences with regard to temperature dependence and mechanical Reduce component tolerances.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur kontaktlosen, linearen Positionsmessung zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil, mit Verwendung eines an dem ersten Bauteil befestigten Magnetsensors, oberhalb dessen ein sich am zweiten Bauteil befestigter Permanentmagnet befindet und der ein Signal abgibt, welches einen Maximalwert, einen Minimalwert und einen dazwischenliegenden Halbpegel aufweist, dadurch erfindungsgemäß gelöst, dass der Signalhub als Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert bestimmt, und aus dem Signal mittels Division durch den Signalhub ein normiertes Signal berechnet, und dass normierte Signal zur kontaktlosen, linearen Positionsmessung ausgewertet wird. This task is carried out in a method for contactless, linear position measurement between a first and a second component, using one on the first component attached magnetic sensor, above which one is on the second Fixed permanent magnet component and the one Output signal which has a maximum value, a minimum value and has an intermediate half level, thereby solved according to the invention that the signal swing as the difference between Maximum value and minimum value determined, and from the signal a normalized signal by dividing by the signal swing calculated, and that normalized signal for contactless, linear Position measurement is evaluated.

Die Erfindung erreicht also ohne Rückgriff auf externe Kennlinien oder weitere Sensorik eine weitgehende Unabhängigkeit hinsichtlich Temperatur- oder mechanischer Dejustagefehler. Überraschenderweise zeigte sich, dass eine Normierung des Magnetfeldsensorsignals mit dem Signalhub über einen relativ großen Arbeitsbereich eine gerade Kennlinie ergibt, die so gut wie vollständig unabhängig vom Abstand zwischen Permanentmagnet und Magnetfeldsensor ist. The invention thus achieved without resorting to external ones Characteristic curves or other sensors provide extensive independence regarding temperature or mechanical misalignment. Surprisingly, it was found that a standardization of the Magnetic field sensor signal with the signal swing over a relative large working area gives a straight characteristic curve that way pretty much completely regardless of the distance between Permanent magnet and magnetic field sensor is.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit der Aufwand, der zur genauen Justage des Abstandes zwischen Permanentmagnet und Magnetfeldsensor erforderlich ist, stark vermindert werden, wodurch der Anwendungsbereich für derartige kontaktlose Positionsmeßsysteme stark vergrößert wird. Darüber hinaus sinkt die Fehlerempfindlichkeit auf Bewegungen des Permanentmagneten, die nicht parallel zu der Ebene verlaufen, in der sich der Magnetfeldsensor befindet. Somit sind durch das erfindungsgemäße Verfahren Magnetfeldmessungen nun nicht nur für geradlinige Bewegungen, sondern auch für leicht bogenförmige oder schräg verlaufende Bewegungen tauglich. With the method according to the invention, the effort, for the exact adjustment of the distance between Permanent magnet and magnetic field sensor is required, greatly reduced be, making the scope for such contactless position measuring systems is greatly enlarged. About that In addition, the sensitivity to errors on movements of the Permanent magnets that are not parallel to the plane in which is the magnetic field sensor. Thus, through that The method according to the invention now not only measures magnetic fields for straight-line movements, but also for light ones Arc-shaped or inclined movements are suitable.

Prinzipiell kann das innerhalb des Arbeitsbereiches weitgehend lineare, normierte Signal direkt als Positionsangabe verwendet werden. Ist jedoch eine spezielle Skalierung erforderlich, was beispielsweise bei Anwendung des kontaktlosen Positionsmessverfahrens in Kraftfahrzeuggetrieben der Fall sein kann, ist es zweckmäßig, das normierte Signal mittels einer Kennlinie in einen linearen Abstandswert umzuwandeln, der den seitlichen Abstand zwischen Sensor und Permanentmagnet angibt. Diese Weiterbildung ermöglicht eine exakte Anpassung des Abstandssignales an entsprechende Applikationsanforderungen. In principle, this can be done within the work area largely linear, standardized signal directly as position information be used. However, if special scaling is required, what, for example, when using the contactless Position measurement method in motor vehicle transmissions it may be appropriate to use the normalized signal convert a characteristic curve into a linear distance value, the the lateral distance between the sensor and Permanent magnet indicates. This further training enables an exact Adaptation of the distance signal to the corresponding one Application requirements.

Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Verfahren für alle geeigneten Magnetfeldsensoren tauglich, die ein entsprechendes Signal abgeben, das zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert mit dazwischenliegendem Halbpegel schwankt, wenn der Permanentmagnet über den Magnetfeldsensor geführt wird. Besonders hohe Messgenauigkeiten ergaben sich mit linearen Hallsensoren, weshalb es zu bevorzugen ist, einen linearen Hallsensor als Magnetfeldsensor zu verwenden. In principle, the method according to the invention is for everyone suitable magnetic field sensors that have a corresponding Output signal that is between a maximum value and a Minimum value with half level in between fluctuates if the permanent magnet is guided over the magnetic field sensor. Linear measurements gave particularly high measuring accuracies Hall sensors, which is why it is preferable to use a linear one Hall sensor to use as a magnetic field sensor.

Der erwähnte Arbeitsbereich kann je nach Auflösungsanforderung gewählt werden. Eine besonders gute Auflösung erhält man insbesondere bei der Verwendung von Hallsensoren, wenn der Arbeitsbereich so gewählt wird, dass er innerhalb des seitlichen Abstandes der Positionen des Permanentmagneten liegt, an denen das Signal den Maximal- bzw. Minimalwert hat. In diesem Bereich zwischen den Maximal- und Minimalwerten ist die Linearität des normierten Signals besonders gut. The mentioned work area may vary Resolution request can be selected. A particularly good resolution is obtained especially when using Hall sensors if the Work area is chosen so that it is within the lateral distance between the positions of the permanent magnet which the signal has the maximum or minimum value. In this The range between the maximum and minimum values is the Linearity of the standardized signal is particularly good.

Wie erwähnt, liefert das erfindungsgemäße Verfahren in einem gewissen Arbeitsbereich einen linearen Zusammenhang zwischen normiertem Signal und Position des Permanentmagneten bezüglich des Magnetfeldsensors. Zur Vergrößerung des Arbeitsbereiches können mehrere Magnetfeldsensoren gestaffelt werden, um einen größeren Messbereich abzudecken. Somit kann durch eine Sensorzeile, in der mehrere Magnetfeldsensoren entlang einer Längsachse beabstandet aufgereiht sind, auf der sich der Permanentmagnet bewegt, ein nahezu beliebig großer Messbereich abgedeckt werden. Damit werden die Vorteile des erfindungsgemäßen Messverfahrens auch über eine große Messstrecke, die größer als der Arbeitsbereich eines einzelnen Magnetfeldsensors Ist, ausgenutzt. As mentioned, the method according to the invention delivers in one certain work area a linear relationship between standardized signal and position of the permanent magnet regarding the magnetic field sensor. To enlarge the Several magnetic field sensors can be staggered, to cover a larger measuring range. Thus through a sensor line in which several magnetic field sensors along are lined up spaced along a longitudinal axis on which the permanent magnet moves, almost any size Measuring range are covered. So that the advantages of the invention Measuring method also over a large Measuring distance that is larger than the work area of an individual Magnetic field sensor is exploited.

Der Abstand, mit dem die Magnetfeldsensoren voneinander aufgereiht werden, kann prinzipiell in einem weiteren Bereich variierend gewählt werden. Einen besonders großen Messbereich erreicht man, wenn die Abstände so gewählt werden, dass sich die Arbeitsbereiche der einzelnen Magnetfeldsensoren nur gering überlappen. Dabei ist es auch denkbar, die örtliche Auflösung einer solchen Sensorzeile ortsabhängig zu variieren, indem Magnetfeldsensoren unterschiedlicher Ortsauflösung eingesetzt werden. Magnetfeldsensoren hoher Auflösung, die einen geringen Arbeitsbereich haben, wären dann geringerer beabstandet als Magnetfeldsensoren mit geringerer Ortsauflösung, die einen größeren Arbeitsbereich haben, so dass insgesamt die jeweiligen Arbeitsbereiche, in denen die Kennlinien der unterschiedlichen Magnetfeldsensoren dann mit unterschiedlicher Steigung verlaufen, jeweils aneinander anschließen. The distance with which the magnetic field sensors from each other can be lined up in principle in another area can be chosen to vary. A particularly large measuring range can be achieved if the distances are chosen so that the working areas of the individual magnetic field sensors only overlap slightly. It is also conceivable that the local To vary the resolution of such a sensor line depending on the location, by magnetic field sensors of different spatial resolution be used. High resolution magnetic field sensors, one have a small working area, would be smaller spaced apart than magnetic field sensors with less Spatial resolution that have a larger work area so that overall the respective work areas in which the characteristic curves of the different magnetic field sensors run on different gradients, each next to the other connect.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: The invention is described below with reference to the Drawing explained in more detail for the sake of example. In the Drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Sensorzeile zur kontaktlosen Positionsmessung, Fig. 1 is a schematic representation of a sensor line for contactless position measurement,

Fig. 2 eine Kurvenschar eines Magnetfeldsensors über den in verschiedenen Abständen ein Permanentmagnet geführt wird, Fig. 2 is a family of curves of a magnetic field sensor is passed over the various distances in a permanent magnet,

Fig. 3 einen Arbeitsbereich eines normierten Sensorsignals, Fig. 3 shows an operating range of a normalized sensor signal,

Fig. 4 Beispiele für die Arbeitsbereiche gestaffelter Magnetfeldsensoren in einer Sensorzeile und Fig. 4 examples of the working areas of staggered magnetic field sensors in a sensor line and

Fig. 5 Beispiele für die Überlappung von Arbeitsbereichen gestaffelter Magnetfeldsensoren in einer Sensorzeile. Fig. 5 examples of the overlap of work areas of staggered magnetic field sensors in a sensor line.

Eine schematische Darstellung zur kontaktlosen Positionsmessung mittels Magnetfeldsensoren, die an einem ersten Bauteil befestigt sind, und einem Permanentmagneten, der an einem relativ zum ersten Bauteil beweglichen zweiten Bauteil befestigt ist, zeigt Fig. 1. Die dort dargestellte Sensorzeile 1 weist mehrere lineare Hallsensoren 2a, 2b und 2c auf, die in einem Sensorabstand d zueinander auf der Sensorzeile befestigt sind. Die Sensorzeile 1 ist an einem (nicht dargestellten) ersten Bauteil angebracht. FIG. 1 shows a schematic representation for contactless position measurement by means of magnetic field sensors which are fastened to a first component and a permanent magnet which is fastened to a second component which is movable relative to the first component . The sensor line 1 shown there has a plurality of linear Hall sensors 2 a , 2 b and 2 c, which are attached at a sensor distance d to one another on the sensor line. Sensor line 1 is attached to a first component (not shown).

Über der Sensorzeile 1 bewegt sich in Längsrichtung x ein Permanentmagnet 3. Der Permanentmagnet 3 ist an einem (nicht dargestellten) zweiten Bauteil befestigt, das sich gegenüber dem ersten Bauteil in Längsrichtung x verschiebt. Zwischen Permanentmagnet 3 und der Sensorzeile 1 befindet sich ein Luftspalt h, dessen Abmessung bauteiletoleranz- und temperaturabhängig ist. Der Permanentmagnet 3 ist mit seiner Magnetisierungsachse zwischen Nordpol N und Südpol S parallel zur Längsrichtung x ausgerichtet, kann aber je nach Messaufgabe auch anders liegen. Jeder Hallsensor 2a bis 2c misst das Magnetfeld des Permanentmagneten 3. A permanent magnet 3 moves in the longitudinal direction x above the sensor line 1 . The permanent magnet 3 is attached to a second component (not shown) which shifts in the longitudinal direction x relative to the first component. There is an air gap h between the permanent magnet 3 and the sensor line 1 , the dimension of which is dependent on the component tolerance and temperature. The permanent magnet 3 is aligned with its magnetization axis between the north pole N and south pole S parallel to the longitudinal direction x, but can also be different depending on the measurement task. Each Hall sensor 2 a to 2 c measures the magnetic field of the permanent magnet 3 .

In Fig. 1 ist eine Sensorzeile 1 mit mehreren Hallsensoren 2a bis 2c dargestellt. Optional kann auch ein einziger Hallsensor 2 verwendet werden, falls der Messbereich, über den eine Verschiebung zwischen Permanentmagnet 3 und Hallsensor 2 in Längsrichtung x erfasst werden soll, ausreichend gering ist. In Fig. 1, a sensor line with a plurality of Hall sensors 1 2 a is shown to 2 c. Optionally, a single Hall sensor 2 can also be used if the measuring range over which a displacement between the permanent magnet 3 and Hall sensor 2 in the longitudinal direction x is to be detected is sufficiently small.

Das von jedem Hallsensor 2a bis 2c abgegebene Sensorsignal S ist in Fig. 2 in einer Kurvenschar 4 dargestellt. Das Signal S ist in Fig. 2 als Funktion der Längsrichtung x aufgetragen und von einem Sensor gewonnen, der eine Spannung zwischen 0 und 5 Volt abgibt. The sensor signal S emitted by each Hall sensor 2 a to 2 c is shown in a family of curves 4 in FIG. 2. The signal S is plotted in FIG. 2 as a function of the longitudinal direction x and is obtained from a sensor which outputs a voltage between 0 and 5 volts.

Die Kurvenschar 4 enthält verschiedene Sensorsignale S, wobei der Luftspalt h der Scharparamenter ist. The family of curves 4 contains various sensor signals S, the air gap h being the family of parameters.

Wie man sieht, weist jedes Sensorsignal S der Kurvenschar 4 einen Maximalwert 5 sowie einen Minimalwert 6 auf. Zwischen Maximalwert 5 und Minimalwert 6 liegt ein Halbpegel 7. Dieser Halbpegel 7 wird dann eingenommen, wenn der Permanentmagnet 3 genau mittig über dem Hallsensor 2 liegt. Die Amplitude zwischen Maximalwert 5 und Minimalwert 6 hängt von der Größe des Luftspaltes h ab. Sie nimmt von einem Luftspalt h = 10 mm, dem flachsten Sensorsignal S der Kurvenschar 4, bis h = 3 mm, den am steilsten verlaufenden Sensorsignal 5 der Kurvenschar 4, zu. Alle Kurvenscharen haben jedoch den Maximalwert 5 und den Minimalwert 6 sowie den Halbpegel 7 in Längsrichtung x am selben Ort. As can be seen, each sensor signal S of the family of curves 4 has a maximum value 5 and a minimum value 6 . A half level 7 lies between the maximum value 5 and the minimum value 6 . This half level 7 is assumed when the permanent magnet 3 lies exactly in the middle above the Hall sensor 2 . The amplitude between maximum value 5 and minimum value 6 depends on the size of the air gap h. It increases from an air gap h = 10 mm, the flattest sensor signal S of the curve family 4 , to h = 3 mm, the steepest sensor signal 5 of the curve family 4 . However, all groups of curves have the maximum value 5 and the minimum value 6 and the half level 7 in the longitudinal direction x at the same location.

Der Luftspalt h ist für die Einbaujustierung des Permanentmagneten 6 bezüglich der Sensorzeile 1 ein kritisches Maß. Durch Temperatureinflüsse ändert sich jedoch der Luftspalt h. Darüber hinaus ergibt sich eine weitere Abhängigkeit des Sensorsignals S von der Koerzitivkraft des Permanentmagneten 3, welche in der Regel ebenfalls temperaturabhängig ist. Deshalb wird zur Auswertung des Sensorsignals S zuerst der Maximalwert 5 bestimmt. Anschließend wird der Minimalwert 6 ermittelt. Durch Differenzbildung des Maximalwertes 5 minus des Minimalwertes 6 wird der Signalhub bestimmt. Nun wird das Sensorsignal S durch den Signalhub dividiert, wodurch ein normiertes Sensorsignal NS erhalten wird. The air gap h is a critical dimension for the installation adjustment of the permanent magnet 6 with respect to the sensor line 1 . However, the air gap h changes due to temperature influences. In addition, there is a further dependency of the sensor signal S on the coercive force of the permanent magnet 3 , which is also usually temperature-dependent. Therefore, the maximum value 5 is first determined for evaluating the sensor signal S. The minimum value 6 is then determined. The signal swing is determined by forming the difference between the maximum value 5 minus the minimum value 6 . Now the sensor signal S is divided by the signal swing, whereby a normalized sensor signal NS is obtained.

Der Verlauf dieses normierten Sensorsignals NS als Funktion der Längsrichtung x ist in Fig. 3 dargestellt. Innerhalb eines Arbeitsbereiches 8 fällt jede Kennlinie 8 des normierten Signals NS der Kurvenschar 4 zusammen. Darüber hinaus verläuft die damit gewonnene einheitliche Kennlinie 8 innerhalb des Arbeitsbereiches a, der etwas kleiner ist, als der Abstand zwischen den Maximalwerten 5 und den Minimalwerten 6, weitgehend linear. The course of this normalized sensor signal NS as a function of the longitudinal direction x is shown in FIG. 3. Each characteristic curve 8 of the normalized signal NS of the family of curves 4 coincides within a working range 8 . In addition, the characteristic curve 8 thus obtained runs largely linearly within the working range a, which is slightly smaller than the distance between the maximum values 5 and the minimum values 6 .

Mit dem normierten Sensorsignal NS ist eine Größe gewonnen, die eine Auswertung des Signals des Hallsensors 2 erlaubt welche weitestgehend unabhängig vom Luftspalt h und von etwaigen Temperatureinflüssen ist. With the standardized sensor signal NS, a quantity is obtained which allows an evaluation of the signal of the Hall sensor 2 which is largely independent of the air gap h and of any temperature influences.

Bei einer Sensorzeile 1 mit mehreren Hallsensoren 2a bis 2c können diese nun so gestaffelt angeordnet werden, dass sich die jeweiligen Arbeitsbereiche a etwas überlappen. Diese Situation ist in Fig. 4 dargestellt, die die entsprechenden normierten Sensorsignale NS als Funktion der Längsrichtung x zeigt. Dabei werden aus den Sensorsignalen S der Hallsensoren 2a bis 2c entsprechende normierte Sensorsignale gewonnen, die als Kurven 9a bis 9c in Fig. 4 eingetragen sind. Für jede Kurve 9a bis 9c ergibt sich eine lineare Kennlinie 10a bis 10c, die jeweils der Kennlinie 8 der Fig. 3 entspricht. In the case of a sensor line 1 with a plurality of Hall sensors 2 a to 2 c, these can now be arranged in a staggered manner such that the respective working areas a overlap somewhat. This situation is shown in FIG. 4, which shows the corresponding normalized sensor signals NS as a function of the longitudinal direction x. Corresponding standardized sensor signals are obtained from the sensor signals S of the Hall sensors 2 a to 2 c, which are entered as curves 9 a to 9 c in FIG. 4. For each curve 9 a to 9 c there is a linear characteristic 10 a to 10 c, which corresponds in each case to the characteristic 8 of FIG. 3.

Die Hallsensoren 2a bis 2c werden nun so beabstandet, dass die Arbeitsbereiche a der Kennlinien 10a bis 10c mindestens kontinuierlich aneinander anschließend, idealerweise sogar etwas überlappen. Somit kann ein großer Messbereich abgedeckt werden, der im vorliegenden Beispiel der Fig. 4 von 0 bis 28 Längeneinheiten reicht. Der gesamte Messbereich ist damit durch die Verwendung dreier Hallsensoren 2a bis 2c gegenüber einem einzelnen Hallsensor 2 nahezu verdreifacht. The Hall sensors 2 a to 2 c are now spaced such that the working areas a of the characteristic curves 10 a to 10 c adjoin one another at least continuously, ideally even overlap somewhat. A large measuring range can thus be covered, which in the present example of FIG. 4 ranges from 0 to 28 length units. The use of three Hall sensors 2 a to 2 c means that the entire measuring range is almost tripled compared to a single Hall sensor 2 .

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der sich die Arbeitsbereiche a der einzelnen Kennlinien 10a bis 10c etwas überlappen. Diese Überlappung wird in für eine Hysterese beim Übergang zwischen den einzelnen Kennlinien 10a, 10b und 10c, der Kurven 9a, 9b und 9c der einzelnen Hallsensoren 2a, 2b und 2c ausgenutzt. Diese Hysterese führt dazu, dass bei in zunehmender Längsrichtung x verlaufender Bewegung erst am Ende des Arbeitsbereiches a einer jeden Kennlinie 10a, 10b auf die jeweils anschließende Kennlinie 10b, 10c gesprungen wird. Bei einer gegenläufigen Bewegung in abnehmender Längsrichtung x wird wiederum erst am Ende des Arbeitsbereiches der jeweiligen Kennlinie 10a bis 10c auf die nächste Kennlinie gesprungen, so dass im Bereich des Überlappens der Kennlinien 10a, 10b, 10c eine Hysterese ausgeführt wird. Diese Hysterese erlaubt eine eindeutige Zuordnung des Sensorsignals und vermeidet uneindeutige Zuweisungen am Sprungpunkt. Fig. 5 shows an embodiment, the work areas a of the individual characteristic curves 10 a to 10 c overlap somewhat in. This overlap is used for a hysteresis at the transition between the individual characteristic curves 10 a, 10 b and 10 c, the curves 9 a, 9 b and 9 c of the individual Hall sensors 2 a, 2 b and 2 c. This hysteresis leads to the fact that, in the case of a movement extending in the longitudinal direction x, the system only jumps to the subsequent characteristic curve 10 b, 10 c at the end of the working range a of each characteristic curve 10 a, 10 b. In the case of an opposite movement in decreasing longitudinal direction x, the next characteristic curve is jumped to only at the end of the working range of the respective characteristic curve 10 a to 10 c, so that a hysteresis is carried out in the area of the overlap of the characteristic curves 10 a, 10 b, 10 c. This hysteresis allows a clear assignment of the sensor signal and avoids ambiguous assignments at the jump point.

Claims

1. Method for contactless, linear position measurement between a first and a second component, with
Use of a magnetic field sensor attached to the first component, above which there is a permanent magnet attached to the second component and which emits a signal which has a maximum value, a minimum value and an intermediate half level, characterized in that
the signal swing is determined as the difference between the maximum value and minimum value,
a normalized signal is calculated from the signal by dividing by the signal swing and
the standardized signal for contactless, linear position measurement is evaluated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the standardized signal by means of a characteristic curve into one linear distance value is converted to the lateral distance between magnetic field sensor and permanent magnet.

3. The method according to any one of the above claims, characterized characterized as a linear Hall sensor as Magnetic field sensor is used.

4. The method according to any one of the above claims, characterized characterized that several magnetic field sensors along a Be spaced along the longitudinal axis along which the permanent magnet moves.

5. The method according to any one of the above claims, characterized marked that a work area is selected, within which the standardized signal is evaluated, the Working area limited by the positions of the permanent magnet at which the signal has the maximum value or the Has minimum value.