DE10138640C1

DE10138640C1 - Method and device for preparing an analog sensor signal from a position sensor for transmission to an evaluation unit

Info

Publication number: DE10138640C1
Application number: DE10138640A
Authority: DE
Inventors: Elmar Herzer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2021-08-08

Abstract

The invention aims at improving the evaluation of sensor signals of a position sensor with a mechanical period or, in general terms, cooperation between position sensors and evaluations units eliminating divergence between the electrically optimal period and the mechanically optimal period. According to the invention, this is achieved in that the sensor signal of a position sensor having a period, which depends upon a mechanical period of the position sensor scale, is previously translated into a translated signal for output or transmission to an evaluation unit, said translated signal having a period corresponding to a second mechanical period that has been set, for instance, to the electrically optimal period, whereby transmission errors can be minimized and evaluability improved while preventing complicated mechanical adjustment of the scale of the position sensor relative to the evaluation unit.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Positionssensoren, die einen Maßstab mit einer mechanischen Periode aufweisen und Sensorsignale mit einer Periode ausgeben, die von der me chanischen Periode abhängt, wie z. B. einen Lineardiffertial transformator (LVDT = Linear Variable Differential Transfor mer) oder einen Drehdifferentialtransformator (RVDT = Rota tional Variable Differential Transformer), und insbesondere auf die Vorbereitung eines solchen Sensorsignals eines Posi tionssensors zur Ausgabe an eine entsprechende Auswerteein heit.The present invention relates to position sensors, which have a scale with a mechanical period and output sensor signals with a period from the me chan period depends, such as B. a linear differential transformer (LVDT = Linear Variable Differential Transfor mer) or a rotary differential transformer (RVDT = Rota tional variable differential transformer), and in particular on the preparation of such a sensor signal from a Posi tion sensor for output to a corresponding evaluation Ness.

Ein Beispiel für Positionssensoren, die einen mechanischen Maßstab verwenden, um eine Weg- oder Winkelmessung durchzu führen, bilden Lineardifferentialtransformatoren oder Dreh differentialtransformatoren, die im folgenden als Resolver bezeichnet werden, oder spezielle Anordnungen magnetoresisti ver Widerstände oder Hallsensoren, die zur Messung eines We ges oder eines Drehwinkels α bei mechanischen Anordnungen oder Maschinen verwendet werden. Diese Sensoren liefern zwei Ausgangssignale, die in Abhängigkeit der mechanischen Positi on variieren, so dass aus den Signalen die Position in Bezug auf einen Periodenabschnitt des mechanischen Maßstabs eindeu tig bestimmbar ist.An example of position sensors that use a mechanical Use a scale to measure distance or angle lead, form linear differential transformers or rotary differential transformers, hereinafter referred to as resolvers are referred to, or special arrangements magnetoresisti ver resistors or Hall sensors used to measure a We ges or an angle of rotation α in mechanical arrangements or machines are used. These sensors deliver two Output signals that depend on the mechanical positi on vary so that from the signals the position in relation on a period section of the mechanical scale is determinable.

Fig. 1a und Fig. 1c zeigen beispielsweise zwei verschiedene Anordnungen zur Messung der linearen Position, während Fig. 1b eine Anordnung zur Messung eines Drehwinkels zeigt. Die Fig. 1a zeigt eine Erregerspule 10 und zwei Messspulen 20 und 30 und einen Messgegenstand 40 mit geeigneten Materialeigen schaften, wie z. B. einer geeigneten magnetischen Suszeptibi lität, der zwischen der Erregerspule 10 auf der einen Seite und den Messspulen 20 und 30 auf der anderen Seite angeordnet ist, und entlang einer Achse 50 linear bewegbar ist. Die An ordnung ist derart gestaltet, dass eine lineare Verschiebung des Messgegenstands 40 oder der Erregerspule 10 eine Änderung der Kopplungsverhältnisse zwischen der Erregerspule 10 und der Messspule 20 sowie zwischen der Erregerspule 10 und der Messspule 30 bewirkt. Eine Erregerspannung an der Erregerspu le 10 bewirkt deshalb Signale an den Messspulen 20 und 30, die in Quadratur zueinander stehen. Die Position des Messge genstands 40 ist als ein Winkel α definierbar, der das Ver hältnis zwischen den beiden Messsignalen bestimmt, wie es im folgenden erläutert werden wird. FIG. 1a and FIG. 1c, for example, show two different arrangements for measuring the linear position, while Fig. 1b shows an arrangement for measuring an angle of rotation. Fig. 1a shows an excitation coil 10 and two measuring coils 20 and 30 and a measuring object 40 with suitable material properties, such as. B. a suitable magnetic susceptibility, which is arranged between the excitation coil 10 on one side and the measuring coils 20 and 30 on the other side, and is linearly movable along an axis 50 . The arrangement is designed such that a linear displacement of the measurement object 40 or the excitation coil 10 causes a change in the coupling ratios between the excitation coil 10 and the measurement coil 20 and between the excitation coil 10 and the measurement coil 30 . An excitation voltage at the excitation coil 10 therefore causes signals at the measuring coils 20 and 30 which are in quadrature with one another. The position of the measuring object 40 can be defined as an angle α, which determines the relationship between the two measuring signals, as will be explained in the following.

Die in Fig. 1b gezeigte Anordnung entspricht der in Fig. 1a gezeigten Anordnung bis auf den Messgegenstand 40. In diesem Fall ist der Messgegenstand durch einen drehbaren Körper 50 gebildet. Durch Drehen der Körpers 50 ändert sich wie bei der Anordnung in Fig. 1a das Verhältnis zwischen den in den Mess spulen 20 und 30 erfassten Messsignalen in Abhängigkeit von dem Drehwinkel α, wodurch der Drehwinkel α bestimmt werden kann.The arrangement shown in FIG. 1b corresponds to the arrangement shown in FIG. 1a except for the measurement object 40 . In this case, the measurement object is formed by a rotatable body 50 . By rotating the body 50 , as in the arrangement in FIG. 1a, the ratio between the measurement signals detected in the measuring coils 20 and 30 changes as a function of the angle of rotation α, as a result of which the angle of rotation α can be determined.

Die Fig. 1c zeigt eine zu Fig. 1a alternative Anordnung mit magnetoresistiven Sensoren 60 und 70, wobei als linear ver schiebbarer Messgegenstand ein magnetischer Maßstab 80 dient. Der magnetische Maßstab 80 weist zwei geeignet ausgerichtete magnetische Bereiche auf, die jeweils entgegengesetzte Ma gnetfelder am Ort der magnetoresistiven Sensoren 60 und 70 erzeugen, wobei diese Bereiche in Fig. 1c durch vier in ab wechselnder Richtung ausgerichtete Stabmagnete 80a, 80b, 80c und 80d dargestellt sind. Durch Verschieben des Maßstabs 80 entlang einer Achse 90 ändert sich das magnetische Feld am Ort der magnetoresistiven Sensoren 60 und 70 und somit der elektrische Widerstand derart, dass an den Sensoren 60 und 70 Signale gemessen werden, die in Quadratur zueinander stehen. Fig. 1c shows an alternative to Fig. 1a arrangement with magnetoresistive sensors 60 and 70, wherein the linear ver schiebbarer object of measurement, a magnetic scale 80 is used. The magnetic scale 80 has two suitably aligned magnetic areas, each generating opposite magnetic fields at the location of the magnetoresistive sensors 60 and 70 , these areas in FIG. 1 c by four bar magnets 80 a, 80 b, 80 c aligned in alternating directions and 80 d are shown. Moving the scale 80 along an axis 90 changes the magnetic field at the location of the magnetoresistive sensors 60 and 70 and thus the electrical resistance such that signals are measured at the sensors 60 and 70 which are in quadrature with one another.

Folglich zeichnet sich die Variation der Signale zunächst da durch aus, dass dieselben im wesentlichen in Quadratur zuein ander stehen. Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Wert α einerseits und den Messsignalen an der Spule 20 und an der Messspule 30 andererseits in Abhängigkeit von einer Erre gungsspannung U₀ für den in Fig. 1b gezeigten Messaufbau, wo bei der Zusammenhang aber im wesentlichen auch auf den in Fig. 1c und Fig. 1a gezeigten Aufbau zutrifft.Consequently, the variation of the signals is characterized by the fact that they are essentially in quadrature to one another. Fig. 2 shows the relationship between the value α on the one hand and the measurement signals on the coil 20 and on the measuring coil 30 on the other hand as a function of an excitation voltage U ₀ for the measurement setup shown in Fig. 1b, where in the connection but also essentially apply the structure shown in Fig. 1c and Fig. 1a.

Wie es aus Fig. 2 hervorgeht, können die in Bezug auf die me chanische Periode l_PER des mechanischen Maßstabs definierten periodischen Signale Usin und Ucos durch folgende Gleichungen beschrieben werden:
As can be seen from FIG. 2, the periodic signals Usin and Ucos defined in relation to the mechanical period I _{PER of} the mechanical scale can be described by the following equations:

wobei U₀ eine Gleich- oder Wechselspannung bzw. ein Gleich- oder Wechselstrom sein kann, wie z. B. U₀ = Upp cos(ωt), wobei Upp die Amplitude der Wechselspannung U₀ ist.where U _{0 can be} a DC or AC voltage or a DC or AC current, such as. B. U ₀ = Upp cos (ωt), where Upp is the amplitude of the alternating voltage U ₀ .

Fig. 3 zeigt die Signalverläufe der Messsignale Usin und Ucos der Sensoren von Fig. 1b und 1c in Abhängigkeit von dem Win kel α bzw. der linearen Verschiebung α. Wie zu sehen ist, zeichnet sich die Variation dieser Signale dadurch aus, dass sie in Quadratur zueinander stehen, d. h. sich zueinander wie Cosinus und Sinus verhalten, und dass die Signale Ucos und Usin periodisch sind und eine Periode aufweisen, die der me chanischen Periode l_PER des mechanischen Maßstabs entspricht. In dem Fall von Fig. 1b beträgt die mechanische Periode l_PER beispielsweise eine volle Umdrehung, d. h. 360°, und in dem Fall von Fig. 1c ist dieselbe gleich dem Abstand zweier je weils gleichsinnig gerichteter Magnete. Anders ausgedrückt weisen die Signale Usin und Ucos nur innerhalb einer Periode l_PER einen eindeutigen Zusammenhang zu der Messgröße α auf und wiederholen sich periodisch beim Durchlaufen mehrerer Pe riodenabschnitte der Länge l_PER, wie z. B. bei zwei Umdrehun gen. Fig. 3 shows the waveforms of the measurement signals Usin and Ucos of the sensors of Fig. 1b and 1c depending on the Win angle α or the linear displacement α. As can be seen, the variation of these signals is characterized in that they are in quadrature with one another, that is to say they behave like cosine and sine with respect to one another, and that the signals Ucos and Usin are periodic and have a period that corresponds to the mechanical period I _PER corresponds to the mechanical scale. In the case of FIG. 1b, the mechanical period I _{PER is,} for example, one full revolution, ie 360 °, and in the case of FIG. 1c it is equal to the distance between two magnets which are each directed in the same direction. In other words, the signals Usin and Ucos only have a clear relationship to the measured variable α within a period l _PER and are repeated periodically when passing through several period sections of length l _PER , such as, for. B. gene at two revolutions.

In Fig. 4 sind beispielsweise die Sensorsignale Ucos und Usin exemplarisch für den Fall einer konstanten Dreh- oder Trans lationsbewegung gegen die Zeit t aufgetragen. Wie es zu sehen ist, sind die Signale Usin und Ucos periodische Signale, die in aufeinanderfolgenden Perioden den Wertebereich der in Fig. 3 gezeigten Signalverläufe durchlaufen. Die Zeitperiodenlänge der Signale Ucos und Usin ergibt sich zu dem Quotienten aus der mechanischen Periode l_PER und der linearen Geschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindigkeit v. Nach einer Zeitdauer von l_PER/v hat die relative Drehung bzw. Verschiebung des Maßstabs zu dem Positionssensor eine mechanische Periode l_PER zurückge legt. Bei einer nicht-konstanten Drehung bzw. Verfahrge schwindigkeit ergeben sich ebenfalls periodische Signale, die jedoch keine konstante Periode sondern eine sich ändernde Pe riode aufweisen.In Fig. 4, for example, the sensor signals Ucos and Usin are exemplified for the case of a constant rotational or translational movement against the time t. As can be seen, the signals Usin and Ucos are periodic signals which pass through the value range of the signal curves shown in FIG. 3 in successive periods. The time period length of the signals Ucos and Usin results from the quotient of the mechanical period I _PER and the linear velocity or angular velocity v. After a period of l _PER / v, the relative rotation or displacement of the scale to the position sensor has covered a mechanical period l _PER . In the case of a non-constant rotation or speed, there are also periodic signals which, however, do not have a constant period but a changing period.

Da fast alle Steuerungen und Regelungen mechanischer Systeme in zunehmendem Masse digital realisiert werden, müssen die Ausgangssignale Usin und Ucos der Sensoren zumeist digitali siert werden. Zur Ermittlung einer digitalen Äquivalenz α_DIG der Position α muss das Verhältnis von Usin zu Ucos ausge wertet werden, wobei im allgemeinen folgende Beziehung gilt:
Since almost all controls and regulations of mechanical systems are increasingly digitally implemented, the output signals Usin and Ucos of the sensors usually have to be digitized. To determine a digital equivalence α _DIG of position α, the ratio of usin to ucos must be evaluated, whereby the following relationship generally applies:

Unter den Auswerteverfahren gibt es solche, die beide Span nungen Usin und Ucos gemeinsam digitalisieren und daraufhin die Berechnung des Arkustangens digital vornehmen, und sol che, die beide Spannung Usin und Ucos gleichzeitig digitali sieren und hierbei unmittelbar den digitalen Wert α_DIG bil den.Among the evaluation methods, there are those that digitize both voltages Usin and Ucos together and then digitally calculate the arctangent, and those that digitize both voltages Usin and Ucos simultaneously and directly form the digital value α _DIG .

Um die Sensorsignale, wie sie von einem der Sensoren in Fig. 1a-1c erzeugt werden, und wie sie exemplarisch in Fig. 4 ge zeigt sind, zu einer Auswerteeinheit zu übertragen, wo die selben ausgewertet, wie z. B. digitalisiert, werden, werden herkömmlicher Weise die in den Fig. 5, 6 und 7 dargestellten Lösungen zum Anschluss des Positionssensors an eine Auswerte einheit verwendet. Bei der folgenden Beschreibung der Fig. 5 bis 7 wird darauf hingewiesen, dass identische Elemente in den Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen versehen werden, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser identischen Elemente weggelassen wird.In order to transmit the sensor signals, such as those generated by one of the sensors in FIGS. 1a-1c, and as shown by way of example in FIG. 4, to an evaluation unit, where the same is evaluated, e.g. B. digitized, the solutions shown in FIGS. 5, 6 and 7 for connecting the position sensor to an evaluation unit are used in a conventional manner. In the following description of FIGS. 5 to 7, it is pointed out that identical elements are provided with the same reference symbols in the drawings, and a repeated description of these identical elements is omitted.

Fig. 5 bis 7 zeigen jeweils einen Positionssensor 100, der mittels eines Maßstabs 110 mit einer mechanischen Periode l_PER eine relative lineare Verschiebung 120 des Maßstabs 110 in Relation zu dem Positionssensor 100 oder eine Verschiebung des Positionssensors 100 in Relation zum Maßstab 110 erfasst. In dem Fall von Fig. 5 ist der Positionssensor direkt an eine Auswerteeinheit 130 angeschlossen. Hierzu ist der Positions sensor 100 über vier Übertragungsleitungen 140a, 140b, 140c und 140d mit der Auswerteeinheit 130 verbunden, um das Sen sorsignal Usin und das Sensorsignal Ucos differentiell an die Auswerteeinheit 130 zu übertragen. Fig. 5 to 7 each show a position sensor 100 which detects by means of a scale 110 with a mechanical period l _PER a relative linear displacement 120 of the scale 110 relative to the position sensor 100 or a shift of the position sensor 100 in relation to the scale 110. In the case of FIG. 5, the position sensor is connected directly to an evaluation unit 130 . For this purpose, the position sensor 100 is connected to the evaluation unit 130 via four transmission lines 140 a, 140 b, 140 c and 140 d in order to differentially transmit the sensor signal Usin and the sensor signal Ucos to the evaluation unit 130 .

Um die aufgrund der Länge der Übertragungsleitungen 140a-140d auftretenden Übertragungsfehler bei der Übertragung von dem Positionssensor 100 zu der Auswerteeinheit 130 zu verringern, sind bei der in Fig. 6 gezeigten Lösung zur Übertragung der Sensorsignale vor die Übertragungsleitungen 140a-140d analoge Leitungstreiber 150a und 150b geschaltet, die mit dem Sensor 100 über Leitungen 155a, 155b, 155c und 155d verbunden sind und durch eine Verstärkung bzw. Vorbereitung der Sensorsigna le Usin und Ucos des Positionssensors 100 eine sicherere Übertragung gewährleisten.In order due to the length of the transmission lines 140 a- 140 transmission error d occurring in the transmission of the position sensor 100 to reduce the evaluation unit 130, are d at the a in Fig. Solution shown 6 for transmitting the sensor signals prior to the transmission lines 140 140 analog Line drivers 150 a and 150 b connected, which are connected to the sensor 100 via lines 155 a, 155 b, 155 c and 155 d and ensure a more secure transmission by amplifying or preparing the sensor signals Usin and Ucos of the position sensor 100 .

Die in Fig. 7 gezeigte Lösung zur Übertragung der Sensorsi gnale des Positionssensors 100 zu der Auswerteeinheit 130 er höht die Sicherheit der Übertragung dieser Signale durch eine Vorbereitung bzw. Digitalisierung derselben vor der eigentli chen Übertragung zu der Auswerteeinheit 130. Zur Digitalisie rung ist ein Analog/Digital-Wandler 160 mit dem Positionssen sor 100 verbunden, um die differentiell eingespeisten analo gen Sensorsignale Usin und Ucos zu empfangen, dieselben zu digitalisieren und in digitalisierter Form mittels Leistungs treibern 160a und 160b an einer Ausgangsstufe desselben zu verstärken und in digitaler und verstärkter Form auf Übertra gungsleitungen 170a und 170b an die Auswerteeinheit 130 aus zugeben. Im Gegensatz zu den Übertragungen gemäß Fig. 5 und 6 werden die Sensorsignale Usin und Ucos nicht erst in der Aus werteeinheit 130 sondern direkt bei dem Positionssensor 100 durch den Analog/Digital-Wandler 160 digitalisiert. Die digi tale Auswerteeinheit 130 kann die im vorhergehenden erwähnte Berechnung des Arkustangens basierend auf den digitalen Sen sorsignalen durchführen.The solution shown in FIG. 7 for the transmission of the sensor signals of the position sensor 100 to the evaluation unit 130 increases the security of the transmission of these signals by preparing or digitizing them before the actual transmission to the evaluation unit 130 . For digitization tion an analog / digital converter 160 is connected to the Positionssen sor 100 is connected to receive said differentially fed analo gen sensor signals Vsin and Vcos, same same to digitize and drivers in digital form by means of power 160 a and 160 b at an output stage to amplify and output in digital and amplified form on transmission lines 170 a and 170 b to the evaluation unit 130 . In contrast to the transmissions according to FIGS. 5 and 6, the sensor signals Usin and Ucos are not first digitized in the evaluation unit 130 but directly at the position sensor 100 by the analog / digital converter 160 . The digital evaluation unit 130 can carry out the above-mentioned calculation of the arctangent on the basis of the digital sensor signals.

Die Auswertung der Sensorsignale Usin und Ucos ist weitestge hend unabhängig von der Variation der Erregerspannung Uo, was bedeutet, dass Störungen, die auf beiden Signalen bzw. an beiden Leitungspaaren 140a, 140b bzw. 140c und 140d bzw. bei den Leitungen 170a und 170b gleichermaßen auftreten, im we sentlichen keine Auswirkung auf das Auswerteergebnis haben. Störungen, die aber nur einem der beiden Sensorsignale Usin und Ucos überlagert sind, wirken sich unmittelbar auf das Messergebnis aus. Um ein möglichst genaues Ergebnis zu erhal ten, ist es deshalb wünschenswert, eine möglichst kleine me chanische Periode l_PER zu verwenden, um den Quotienten aus den Sensorsignalen Usin und Ucos möglichst ungenau bestimmen und bei einer bestimmten Auflösung nur noch wenige Punkte einer Periode auswerten zu müssen, so daß sich unsymmetrische Stö rungen möglichst wenig auf die Auswertung auswirken. Ein Ex tremfall besteht in der Abtastung der Nulldurchgänge und Ma xima beider Sensorsignale. Bei der digitalen Darstellung der Sensorsignale mit jeweils einem Bit entsteht das in der in dustriellen Steuerungstechnik verbreitete Inkrementsignal. The evaluation of the sensor signals Usin and Ucos is largely independent of the variation of the excitation voltage Uo, which means that interference on both signals or on both line pairs 140 a, 140 b or 140 c and 140 d or in the lines 170 a and 170 b occur equally, have essentially no effect on the evaluation result. Faults that are only superimposed on one of the two sensor signals Usin and Ucos have a direct effect on the measurement result. In order to obtain a result that is as accurate as possible, it is therefore desirable to use a mechanical period l _PER that is as small as possible in order to determine the quotient from the sensor signals Usin and Ucos as imprecisely as possible and to evaluate only a few points of a period at a particular resolution must, so that asymmetrical disturbances have as little effect on the evaluation. An extreme case is the sampling of the zero crossings and maxima of both sensor signals. When the sensor signals are digitally represented with one bit each, the increment signal common in industrial control technology is created.

Dem Wunsch nach einer möglichst kleinen mechanischen Periode, um gegen asymmetrische Störungen der zueinander in Quadratur stehenden Signale entgegenzuwirken, stehen jedoch einige Pro bleme entgegen. Zum einen ist es fertigungstechnisch und me chanisch nicht immer möglich, die Maßstäbe ausreichend klein herzustellen, anzubringen oder abzulesen. Zum anderen werden die Sensorsignale des Positionssensors 100 bei hoher Dreh- bzw. Fahrgeschwindigkeit sehr hochfrequent. In Fig. 4, in der exemplarische Sensorsignale Ucos und Usin für den Fall einer konstanten Dreh- oder Translationsbewegung gegen die Zeit t aufgetragen sind, ist beispielsweise die Abtastzeit Δt zwi schen zwei Abtastungen in der Auswerteeinheit dargestellt. In Hinblick auf eine maximale Verfahr- bzw. Drehgeschwindigkeit ist die Auswertbarkeit der Sensorsignale Ucos und Usin folg lich durch die Bandbreite und die Abtastgeschwindigkeit Δt der Auswerteelektronik bzw. der Auswerteeinheit beschränkt, so dass beispielsweise Δt ≦ ½l_PER/v gelten muss. Eine untere Schranke für die mechanische Periode ergibt sich ferner dar aus, dass höherfrequente Signale in dem Bereich von mehreren Megahertz in den Übertragungsleitungen nicht mehr verlustarm übertragen werden können. Zu den von außen eingestreuten Stö rungen kommt noch die durch die Leitungsverluste hervorgeru fene Verzerrung der Signale.However, there are a number of problems with the desire for the smallest possible mechanical period in order to counteract asymmetrical disturbances in the signals which are quadrature with one another. On the one hand, it is not always technically and mechanically possible to manufacture, attach or read the scales sufficiently small. On the other hand, the sensor signals of the position sensor 100 become very high-frequency at high rotational or driving speeds. In FIG. 4, in the exemplary sensor signals Vcos and Vsin for the case of a constant rotational or translational motion against the time t are applied, the sampling time .DELTA.t Zvi rule two samples is shown, for example in the evaluation unit. With regard to a maximum travel or rotational speed, the evaluability of the sensor signals Ucos and Usin is consequently limited by the bandwidth and the scanning speed Δt of the evaluation electronics or the evaluation unit, so that, for example, Δt ≦½l _PER / v must apply. A lower bound for the mechanical period also results from the fact that higher-frequency signals in the range of several megahertz can no longer be transmitted with little loss in the transmission lines. In addition to the interference from outside, there is the distortion of the signals caused by the line losses.

Unter Berücksichtigung der Bandbreite und Abtastgeschwindig keit der Auswerteelektronik sowie der Übertragungsverluste der Sensorsignale ergibt sich für einen bestimmten Anwen dungsfall, der durch eine bestimmte gewünschte Auflösung von α_DIG, die maximal auftretende Verfahr- bzw. Drehgeschwindig keit, die Länge der Übertragungsstrecke, über die die Sensor signale zur Auswerteeinheit übertragen werden müssen, und die Größe der eingestreuten Störungen entlang der Übertragungs strecke charakterisiert ist, eine mechanische Periode für den Positionssensor, die Sensorsignale erzeugt, die optimal über tragen und ausgewertet werden können, wobei diese mechanische Periode im folgenden als eine elektrisch optimale Periode be zeichnet wird. Taking into account the bandwidth and scanning speed of the evaluation electronics as well as the transmission losses of the sensor signals, the maximum traversing or rotating speed that results from a specific desired resolution of α _DIG results in the length of the transmission path over which the Sensor signals must be transmitted to the evaluation unit, and the size of the interfered interference along the transmission path is characterized, a mechanical period for the position sensor, which generates sensor signals that can be optimally transmitted and evaluated, this mechanical period in the following as an electrical optimal period is designated.

Auf der anderen Seite existiert jedoch eine mechanische Peri ode, die wegen der Herstellung, Anbringung und Ablesbarkeit unter mechanischen Gegebenheiten optimal wäre, und die meist größer ist als die elektrisch optimale Periode und im folgen den als mechanisch optimale Periode bezeichnet wird. Bei gro ßer Verfahrgeschwindigkeit ist es aber ebenso möglich, dass der Sensor sehr schnell bewegt wird, und dass die aus mecha nischen Gesichtspunkten optimale mechanische Periode kleiner als die elektrische optimale Periode ist.On the other hand, however, there is a mechanical peri ode because of the manufacture, attachment and readability would be optimal under mechanical conditions, and mostly is greater than the electrically optimal period and in the following which is called the mechanically optimal period. With large ß traversing speed it is also possible that the sensor is moved very quickly, and that from mecha African mechanical optimal period smaller than the electrical optimal period is.

Abweichungen der mechanisch optimalen zu der elektrisch opti malen Periode treten vor allem beim Wechsel eines Positions sensors eines bestehenden Maschinensteuerungssystems auf. Wird beispielsweise ein genauerer bzw. höher auflösender und nach einem anderen Prinzip arbeitender Sensor in einem vor handenen Maschinensteuerungssystem eingesetzt, so ändert sich auch die Periode des Ausgangssignals und ist nicht mehr auf die optimale eingestellt.Deviations from the mechanically optimal to the electrically opti paint period occur especially when changing a position sensors of an existing machine control system. For example, if a more accurate or higher resolution and another working principle in a sensor existing machine control system used, so changes also the period of the output signal and is no longer open the optimal set.

Die DE 198 15 438 A1 betrifft eine Positionsmeßeinrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Positionsmeßeinrichtung. Ins besondere wird die Verwendung einer Signalperiode- Variationseinheit beschrieben, die zwischen eine Positions meßeinrichtung und eine Auswerteeinheit geschaltet ist, um die Signalfrequenzen periodisch modulierter, analoger Inkre mentsignale von der Positionseinrichtung zu erhöhen bzw. die geometrische Periode virtuell zu verringern. Ein Ausführungs beispiel der Signalperiode-Variationseinheit besteht aus zwei Interpolationseinrichtungen, die die von der Positionsein richtung ausgegebenen um 90 Grad phasenversetzten analogen Inkrementsignale empfangen, um Digitalworte auszugeben, die einen Positionswert anzeigen, einer Umrechnungstabelle, wel che mittels der Digitalworte bzw. des Positionswertes auf ei ne Mehrzahl von Umrechnungstabellen zugreift, in denen jedem Positionswert aus den Digitalwörtern ein bestimmter veränder ter Positionswert zugeordnet wird, so daß jeweils ein sinus- bzw. cosinusförmiger Signalverlauf mit vergrößerter Signalpe riode resultiert, und zwei D/A-Wandlern, die aus den ausgele senen Tabelleneinträgen quasi-analoge sinus- und cosinusför mige Inkrementsignale erzeugen, die dann an die Auswerteein heit ausgegeben werden. Bei einem weiteren Ausführungsbei spiel werden anstatt zweier den augenblicklichen Positions wert anzeigender Digitalworte durch eine Interpolationsein heit und eine Richtungserkennungseinheit aus den analogen Si gnalen ein gepulstes Digitalsignal und ein richtungsangeben des Richtungssignal erzeugt. Diese Signale werden einer Adreßzählereinheit 24 zugeführt, die je nach gewünschtem Si gnalperiodenvariationsfaktor in einer Umrechnungstabelle und einer Umrechnungstabelle um eine vorbestimmte Anzahl von Ein trägen mit einem Adreßzeiger 34A bzw. 34B vorrückt, wobei in den Umrechnungstabellen in digitaler Form Signalamplituden werte einer Sinus- bzw. Cosinusfunktion gespeichert sind. Durch Vergrößern der Schrittweite beim Vorrücken innerhalb der Tabellen 21A und 21B kann die simulierte Signalperiode schrittweise verstellt werden.DE 198 15 438 A1 relates to a position measuring device and a method for operating a position measuring device. In particular, the use of a signal period variation unit is described, which is connected between a position measuring device and an evaluation unit in order to increase the signal frequencies of periodically modulated, analog increment signals from the position device or to virtually reduce the geometric period. An embodiment of the signal period variation unit consists of two interpolation devices, which receive the 90 ° phase-shifted analog increment signals output by the Positionein device to output digital words that indicate a position value, a conversion table, which che by means of the digital words or the position value on egg ne accesses a plurality of conversion tables in which each position value from the digital words is assigned a certain changed position value, so that a sinusoidal or cosine-shaped signal curve results with an enlarged signal period, and two D / A converters which result from the read out readings Generate table entries quasi-analog sine and cosine increment signals which are then output to the evaluation unit. In a further exemplary embodiment, instead of two digital words indicating the current position value, an interpolation unit and a direction detection unit generate a pulsed digital signal and a direction indicating the direction signal from the analog signals. These signals are fed to an address counter unit 24 which, depending on the desired signal period variation factor, advances in a conversion table and a conversion table by a predetermined number of entries with an address pointer 34 A or 34 B, signal amplitudes of a sine wave in digital form in the conversion tables. or cosine function are stored. By increasing the step size when advancing within tables 21A and 21B, the simulated signal period can be adjusted step by step.

Die EP 0463561 B1 und die US 5347355 beschreiben ein Signal verarbeitungsverfahren und eine Signalverarbeitungsvorrich tung sowie ein System, wie z. B. eine Verschiebungserfassungs vorrichtung, die dieselben verwendet. Aus den Sinus- und Co sinussignalen S1 und C1 einer Verschiebungserfassungsvorrich tung werden durch die geeignete Verwendung von Addierern, Multiplizierern usw., d. h. durch eine analoge Verschaltung, Sinus- und Cosinussignale erzeugt, welche eine um ein ganz zahliges Vielfaches größere Signalfrequenz aufweisen. Einge baut ist die Schaltung zur Frequenzverdopplung in eine Verar beitungsschaltung, die eingangsseitig die um 90 Grad phasen versetzten sinus- und cosinusförmigen Signale in Frequenz verdoppelt und anschließend durch Nulldurchgangsanalyse in Teilungspulse umwandelt, die an Zahl der Verschiebung zwi schen einer Optik 101, 102, 104-107 und einem Beugungsgitter 103 entsprechen. EP 0463561 B1 and US 5347355 describe a signal processing method and a Signalververarbeitungvorrich device and a system such. B. a displacement detection device using the same. From the sine and cosine signals S1 and C1 of a displacement detection device, the sine and cosine signals are generated by the appropriate use of adders, multipliers, etc., that is to say by an analog interconnection, which signals have a signal frequency that is many times larger. Built-in is the circuit for frequency doubling in a processing circuit, the input side doubles the phase-shifted sine and cosine signals in frequency and then converts them through zero-crossing analysis into division pulses, the number of displacement between an optics 101 , 102 , 104 -107 and a diffraction grating 103 correspond.

Die JP 02099826A beschreibt eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines Signals eines Codierers, bei der Erfassungssignale mit Phasen von 0 und 90 Grad, die von Detektoren ausgegeben wer den, zunächst in Pulssignale umgewandelt und dann in einem Inkremental/Dekremental-Zähler in Binärcodesignale umgewan delt werden. Durch Herausnehmen von Binärcodesignalen wahl weiser Wertigkeit in Datenauswähleinheiten werden Pulssignale a bzw. b erhalten, die verschiedenen Frequenzteilungen der Erfassungssignale entsprechen. Insbesondere ist die durch die Herausnahme der sich langsamer ändernden Binärcodesignale er haltene Pulsfrequenz des Signals a um den Faktor 2 geringer als die des Signals b, das durch die sich mit höherer Fre quenz ändernden Binärcodesignale erhalten wird, von denen sich das niedrigstwertige mit gleicher Frequenz ändert, wie das Signal b. Ein zu dem Pulssignal b um 90 Grad phasenver setztes Pulssignal c mit gleicher, d. h. halbierter, Frequenz wie das Signal a wird durch XOR-Verknüpfung des Signals a mit dem Signal b erzielt. Die so erzeugten Signale a und c führen auch bei Verwendung einer Steuerschaltung mit geringer Si gnalverarbeitungsgeschwindigkeit zu einer hohen Präzision.JP 02099826A describes an apparatus for processing a signal of an encoder in which detection signals with 0 and 90 degree phases output by detectors the, first converted into pulse signals and then in one Incremental / decremental counter converted into binary code signals be delt. Choice by taking out binary code signals Wise significance in data selection units become pulse signals a and b received the different frequency divisions of the Correspond to detection signals. In particular, the by Taking out the slower changing binary code signals he kept pulse frequency of the signal a by a factor of 2 lower than that of the signal b, which is characterized by the higher Fre sequence-changing binary code signals is obtained, of which the lowest value changes with the same frequency as the signal b. A phase shift to the pulse signal b by 90 degrees set pulse signal c with the same, d. H. halved, frequency how the signal a is XORed with the signal a achieved the signal b. The signals a and c thus generated lead even when using a control circuit with low Si Signal processing speed to high precision.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorbereiten eines Signals eines Positionssensors für eine Übertragung zu einer Auswer teeinheit zu schaffen, so dass das Zusammenwirken zwischen Positionssensoren und Auswerteeinheiten verbessert und/oder unaufwendiger wird.The object of the present invention is a Method and device for preparing a signal a position sensor for transmission to an evaluator creating unit so that the interaction between Position sensors and evaluation units improved and / or becomes less expensive.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 and solved a device according to claim 2.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Auswertung der Sensorsignale eines Positionssensors mit einer mechanischen Periode oder allgemein das Zusammen wirken zwischen Positionssensoren und Auswerteeinheiten da durch verbessert werden kann, daß das Auseinanderklaffen zwi schen der elektrisch optimalen Periode und der in mechani scher Hinsicht optimalen Periode beseitigt wird. Erfindungs gemäß wird dies dadurch erzielt, daß das Sensorsignal eines Positionssensors, das eine Periode aufweist, die von der me chanischen Periode des Maßstabs des Positionssensors abhängt, vor bzw. für die Ausgabe bzw. Übertragung zu einer Auswerte einheit in ein übersetztes Signal übersetzt wird, das eine Periode aufweist, die einer zweiten, beispielsweise auf die elektrisch optimale Periode eingestellten, mechanischen Peri ode entspricht. Obwohl hierdurch zunächst der Aufwand zur Si gnalaufbereitung vor der eigentlichen Auswertung erhöht wird, wird es durch die Periodenumsetzung ermöglicht, Positionssen soren, die bisher aufgrund ihrer ungünstigen Signale bzw. ih rer ungünstigen mechanischen Periode nicht oder nur unter Er höhung der auftretenden Signalfehler in Verbindung mit einer vorhandenen Steuerung bzw. Auswerteeinheit eingesetzt werden konnten, geeignet zu adaptieren, oder eine ansonsten nicht herstellbare, anbringbare oder ablesbare elektrisch optimale Periode in Vorbereitung auf die Auswertung durch eine Auswer teeinheit "zu simulieren", wodurch sowohl Übertragungsfehler minimiert als auch die Auswertbarkeit verbessert werden kön nen und zugleich eine aufwendige mechanische Abstimmung des Maßstabs des Positionssensors in Bezug auf die Auswerteein heit vermieden wird.The present invention is based on the finding that that the evaluation of the sensor signals of a position sensor with a mechanical period or generally together act between position sensors and evaluation units can be improved by that the gap between the electrically optimal period and the mechanically optimal period is eliminated. Fiction according to this is achieved in that the sensor signal Position sensor that has a period from the me chanic period of the scale of the position sensor depends before or for the output or transmission to an evaluation unit is translated into a translated signal, the one Period that a second, for example on the electrically optimal period set mechanical peri ode corresponds. Although this initially means the effort for Si signal processing is increased before the actual evaluation, is made possible by the period conversion, sensors that so far due to their unfavorable signals or ih rer unfavorable mechanical period or only under Er increase in signal errors in connection with a existing control or evaluation unit can be used were able to adapt appropriately or not otherwise producible, attachable or readable electrically optimal Period in preparation for evaluation by an evaluator unit "to simulate", causing both transmission errors minimized and the evaluability can be improved NEN and at the same time a complex mechanical coordination of the Scale of the position sensor in relation to the evaluation is avoided.

Zur Übersetzung des Sensorsignals in ein übersetztes Signal mit einer Periode, die einer anderen mechanischen Periode als derjenigen des Positionssensors entspricht, kann aus dem Sen sorsignal zunächst ein absoluter Positionswert bestimmt wer den, der eine Position auf den Maßstab in Bezug auf einen Ab schnitt des Maßstabs anzeigt, der zumindest einen momentanen Periodenabschnitt des mechanischen Maßstabs des Positionssen sors als auch einen momentanen Periodenabschnitt eines durch die simulierte mechanische Periode definierten Maßstabs ent hält, woraufhin das übersetzte Signal aus dem absoluten Posi tionswert erzeugt wird.To translate the sensor signal into a translated signal with a period other than a mechanical period corresponds to that of the position sensor can from the Sen sensor signal first determines an absolute position value the one that has a position on the scale in relation to an ab section of the scale indicating at least one momentary Periodic section of the mechanical scale of position eating sors as well as a current period segment the simulated mechanical period of defined scale ent stops, whereupon the translated signal from the absolute Posi tion value is generated.

In dem Fall, dass die elektrisch optimale Periode beispiels weise größer als die mechanische Periode des Positionssensors ist, kann die zweite mechanische Periode, in Bezug auf welche das übersetzte Signal definiert ist, beispielsweise auf einen ganzzahligen Bruchteil der mechanischen Periode des Positi onssensors eingestellt sein, und der Abschnitt des Maßstabes zur Bestimmung des absoluten Positionswerts entspricht dem momentanen Periodenabschnitt der Folge von Periodenabschnit ten des Maßstabs. Um beispielsweise eine Periodenumsetzung der Sensorsignalperiode, die von der mechanischen Periode des Positionssensors abhängt, auf eine Periode zu erzielen, die einer mechanischen Periode entspricht, die 2^-N der Sensorpe riode beträgt mit ganzzahligem N größer 0, kann beispielswei se ein Digital/Analog-Wandler verwendet werden, um das Sen sorsignal des Positionssensors in einen digitalen Wert umzu wandeln, um den absoluten Positionswert in digitaler Form zu erhalten, die höchstwertigen Bits des digitalen absoluten Po sitionswerts auszublenden und den so erhaltenen digitalen Wert durch einen Digital/Analog-Wandler in das analoge über setzte Signal umzuwandeln.In the event that the electrically optimal period is, for example, greater than the mechanical period of the position sensor, the second mechanical period with respect to which the translated signal is defined can be set, for example, to an integer fraction of the mechanical period of the position sensor, and the section of the scale for determining the absolute position value corresponds to the current period section of the sequence of period sections of the scale. For example, to achieve a period conversion of the sensor signal period, which depends on the mechanical period of the position sensor, to a period that corresponds to a mechanical period that is 2 ^{-N of} the sensor period with integer N greater than 0, a digital / analog Converters are used to convert the sensor signal from the position sensor into a digital value, to obtain the absolute position value in digital form, to hide the most significant bits of the digital absolute position value and to convert the digital value thus obtained into a digital-to-analog converter convert the analog signal via the set signal.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die zweite me chanische Periode, in Bezug auf welche das übersetzte Signal definiert sein soll, und die mechanische Periode des Positi onssensors beispielweise ein kleinstes gemeinsames Vielfaches auf, wobei die zweite mechanische Periode sowohl kleiner als auch größer als die mechanische Periode des Positionssensors sein kann. Der Abschnitt des Maßstabes zur Berechnung des ab soluten Positionswerts umfasst hierbei mehrere aufeinander folgende Periodenabschnitte. Um einen absoluten Positionswert zu erhalten, wird das Sensorsignal dahingehend überwacht, dem wievielten Periodenabschnitt innerhalb des Abschnitts des Maßstabs zur Bestimmung des absoluten Positionswerts der mo mentane Periodenabschnitt entspricht, in Bezug auf welchen das Sensorsignal die Position des Maßstabs angibt.In a further embodiment, the second me chanic period, in relation to which the translated signal should be defined, and the mechanical period of the positi onssensors, for example, a smallest common multiple where the second mechanical period is both less than also larger than the mechanical period of the position sensor can be. The section of the scale used to calculate the ab solute position value comprises several on top of each other following periods. An absolute position value to get, the sensor signal is monitored to that how many periods within the period of the Scale for determining the absolute position value of the mo corresponds to the mental period, in relation to which the sensor signal indicates the position of the scale.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine kurze Über tragungsstrecke mit dem Positionssensor verbunden ist, sind die Übertragungsverluste des Sensorsignals des Positionssen sors, bis dieselben den Eingang der erfindungsgemäßen Vor richtung erreichen, gering, auch wenn beispielsweise die me chanische Periode des Positionssensors in Hinblick auf die Herstellbarkeit, Anbringbarkeit und Ablesbarkeit des Maßstabs optimiert ist und von der elektrisch optimalen Periode ab weicht, weshalb durch die vorliegende Erfindung eine signifi kante Reduzierung der Übertragungsverluste erzielt werden kann.If the device according to the invention over a short over transmission path is connected to the position sensor the transmission losses of the sensor signal of the position sensor sors until the same the receipt of the invention direction, low, even if, for example, the me Chan period of the position sensor with regard to the Manufacturability, attachability and readability of the scale is optimized and from the electrically optimal period gives way, which is why by the present invention a signifi edge reduction in transmission losses can be achieved can.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention are hereinafter referred to the attached drawing nations explained in more detail. Show it:

Fig. 1a 1b und 1c schematische Darstellungen von Sensoran ordnungen zur Positionsmessung unter Erzeugung von zueinander in Quadratur stehenden Ausgangssignalen; Fig. 1a 1b and 1c are schematic representations of Sensoran arrangements for position measurement with the generation of mutually quadrature output signals;

Fig. 2 ein Vektordiagramm zur Veranschaulichung des Zusam menhangs zwischen zueinander in Quadratur stehenden Ausgangssignalen, einem Erregersignal und einem Drehwinkel; Figure 2 is a vector diagram illustrating the menhangs together between mutually quadrature-output signals, an excitation signal and a rotation angle.

Fig. 3 Graphen, die die Abhängigkeit der Sensorsignale der Sensoranordnungen von Fig. 1a-1c von dem Drehwinkel bzw. dem Verfahrweg zeigen; Fig. 3 is graphs showing the dependence of sensor signals of the sensor arrangements of Figs 1a-1c of the rotation angle and the travel path.

Fig. 4 Graphen, die exemplarische Signalverläufe der Sen sorsignale der Sensoranordnungen von Fig. 1a-1c in Abhängigkeit von der Zeit für den Fall einer kon stanten Dreh- bzw. Verfahrgeschwindigkeit zeigen; Fig. 4 graphs showing exemplary waveforms of the sensor signals Sen sensor arrangements of Figures 1a-1c as a function of time in the case of a constant rotation or travel speed.

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines direkten An schlusses eines Positionssensors an eine Auswerte einheit; Fig. 5 is a schematic representation of a direct connection of a position sensor to an evaluation unit;

Fig. 6 eine schematische Darstellung, bei der ein Positi onssensor über Leistungstreiber an eine Auswerte einheit angeschlossen ist; Fig. 6 is a schematic representation in which a positi onssensor is connected via power drive unit to an evaluation;

Fig. 7 eine schematische Darstellung, bei der ein Positi onssensor über einen Analog/Digital-Wandler an ei ner Auswerteeinheit angeschlossen ist; Fig. 7 is a schematic representation in which a position sensor is connected to an evaluation unit via an analog / digital converter;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Vorbereiten der Sensorsignale eines Positionssen sors für eine Ausgabe an eine Auswerteeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung; Fig. 8 for preparing the sensor signals of a Positionssen sors dung a schematic representation of a device for output to an evaluation unit according to an embodiment of the present OF INVENTION;

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines speziellen Ausführungsbei spiels einer Vorrichtung zum Vorbereiten der Sen sorsignale eines Positionssensors für eine Ausgabe an eine Auswerteeinheit, bei dem die mechanische Periode des Positionssensors um eine Potenz von 2 größer als die mechanische Periode ist, der die Pe riode des übersetzten Signals entspricht; Fig. 9 is a block diagram of a special Ausführungsbei game of a device for preparing the Sen a position sensor for output to an evaluation unit, in which the mechanical period of the position sensor is a power of 2 greater than the mechanical period, the Riode the Pe sorsignale of the translated Signal corresponds;

Fig. 10 eine Skizze, in der schematisch der Maßstab eines Positionssensors, der Maßstab, wie er durch die me chanische Periode des übersetzten Signals festge legt wird, und zwei Graphen gezeigt sind, in denen exemplarisch auftretende digitale Werte bei der Vorrichtung von Fig. 9 für eine exemplarische li neare Verschiebung dargestellt sind; Fig. 10 is a diagram schematically showing the scale of a position sensor, the scale as Festge by me chanical period of the translated signal sets is, and two graphs are shown, in which exemplary occurring digital values in the apparatus of FIG. 9 are shown for an exemplary linear displacement;

Fig. 11 ein Blockdiagramm eines speziellen Ausführungsbei spiels einer Vorrichtung zur Vorbereitung der Sen sorsignale eines Positionssensors für eine Ausgabe an eine Auswerteeinheit, bei dem die mechanische Periode des Positionssensors und die mechanische Periode, der die Periode des übersetzten Signals entspricht, ein kleinstes gemeinsames ganzzahliges Vielfaches aufweisen. Fig. 11 is a block diagram of a special Ausführungsbei game of a device for preparation of Sen sorsignale a position sensor for output to an evaluation unit, in which the mechanical period of the position sensor and the mechanical period corresponding to the period of the translated signal is a least common integral multiple exhibit.

Bezug nehmend auf Fig. 8 wird zunächst die vorliegende Erfin dung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem ein Positionssensor an eine Auswerteeinheit angeschlossen ist, und hierzu eine Vorbereitung von Sensorsignalen des Po sitionssensors für eine Ausgabe an die Auswerteeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwen det wird.With reference to FIG. 8, the present invention is first described using an exemplary embodiment in which a position sensor is connected to an evaluation unit, and for this purpose preparation of sensor signals from the position sensor for output to the evaluation unit according to an exemplary embodiment of the present invention is used becomes.

Fig. 8 zeigt einen Positionssensor 200, der aus einer Sensor einheit 210 und einem Maßstab 220 besteht. Die Sensoreinheit 210 und der Maßstab 220 sind relativ gegeneinander verschieb bar, wie es durch einen Pfeil 230 dargestellt ist. Der Maß stab 220 besteht, wie es bereits in der Beschreibungseinlei tung beschrieben worden ist, beispielsweise aus einander ab wechselnden magnetischen Abschnitten mit entgegengesetzter Polarisierung, die in Fig. 8 durch helle und dunkle bzw. lee re und schraffierte Bereiche dargestellt sind. Der Maßstab 220 weist eine mechanische Periode auf, die durch den Abstand zweier aufeinanderfolgender Bereiche mit gleicher Polarisie rung definiert ist und l_PER beträgt. Folglich besteht der Maß stab 220 aus einer Folge von angrenzenden Periodenabschnitten 220a und 220b, die jeweils eine Länge von l_PER aufweisen. Fig. 8 shows a position sensor 200 , which consists of a sensor unit 210 and a scale 220 . The sensor unit 210 and the scale 220 are relatively mutually displaceable, as shown by an arrow 230 . The scale 220 consists, as has already been described in the description, for example from alternating magnetic sections with opposite polarization, which are shown in FIG. 8 by light and dark or blank and hatched areas. The scale 220 has a mechanical period, which is defined by the distance between two successive regions with the same polarization and is 1 _PER . Consequently, the scale 220 consists of a sequence of adjacent period sections 220 a and 220 b, each of which has a length of 1 _PER .

Der Sensor 200 bzw. die Sensoreinheit 210 ist über Leitungen 240a, 240b, 240c, 240d mit einer Periodenumsetzungseinrich tung 250 verbunden, um an dieselbe die Sensorsignale Usin und Ucos differentiell auf jeweils zwei Leitungen 240a und 240b bzw. 240c und 240d auszugeben. Die Periodenumsetzungseinrich tung 250 umfasst an einer Ausgangsstufe zwei analoge Lei stungstreiber 260a und 260b und ist über gegebenenfalls lange Übertragungsleitungen 270a, 270b, 270c und 270d mit einer Auswerteeinheit 280 verbunden. The sensor 200 or the sensor unit 210 is connected via lines 240 a, 240 b, 240 c, 240 d to a periodic conversion device 250 in order to transmit the sensor signals Usin and Ucos differentially on two lines 240 a and 240 b and 240, respectively c and 240 d output. The period conversion device 250 comprises two analog power drivers 260 a and 260 b at an output stage and is connected to an evaluation unit 280 via possibly long transmission lines 270 a, 270 b, 270 c and 270 d.

Nachdem im Vorhergehenden der Aufbau zur Übertragung der Sen sorsignale von dem Sensor 200 zu der Auswerteeinheit 280 ge mäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung be schrieben worden ist, wird im folgenden die Funktionsweise der Periodenumsetzungseinrichtung 250 beschrieben, die die Vorbereitung der Sensorsignale Usin und Ucos zur Ausgabe an die Auswerteeinheit 280 über die Übertragungsleitungen 270a- 270d durchführt.After the structure for transmitting the sensor signals from the sensor 200 to the evaluation unit 280 according to an exemplary embodiment of the present invention has been described above, the mode of operation of the period conversion device 250 is described below, which prepares the sensor signals Usin and Ucos for output performs d to the control unit 280 via the transmission lines 270 a- 270th

Wie es in der Beschreibungseinleitung erwähnt worden ist, gibt der Positionssensor 200 als Sensorsignale Usin und Ucos periodische Signale aus, die in Fig. 8 schematisch als Wel lenlinien 290 dargestellt sind, und wie sie für den Fall ei ner konstanten Verfahr- bzw. Winkelgeschwindigkeit in Fig. 4 dargestellt sind. Die Sensorsignale Usin und Ucos weisen eine Periode auf, die von der mechanischen Periode l_PER des Maß stabs 220 abhängt. Genauer ausgedrückt, geben die Sensorsi gnale Usin und Ucos eine durch den Sensor 200 erfasste Posi tion in Bezug auf einen momentanen Periodenabschnitt 220b an, da die Sensorsignale Usin und Ucos, wie es Bezug nehmend auf Fig. 3 beschrieben worden ist, lediglich über die Länge l_PER eines Periodenabschnitts einen eindeutigen Zusammenhang zu der erfassten Position aufweisen. Die erfasste Position ent spricht in dem Fall dieses Positionssensors 200 beispielswei se einer relativen Lage des momentanen Periodenabschnitts 200b des Maßstabs 220 zu einem Referenzpunkt 285 an der Sen soreinheit 210.As has been mentioned in the introduction, the position sensor 200 are as sensor signals Vsin and Vcos periodic signals, which are schematically shown in Fig. 8 as Wel lenlinien 290, and as in the case of ei ner constant traversing or angular velocity in Fig. 4 are shown. The sensor signals Usin and Ucos have a period that depends on the mechanical period I _{PER of} the scale 220 . More specifically, the sensor signals Usin and Ucos indicate a position detected by the sensor 200 with respect to a current period section 220 b, since the sensor signals Usin and Ucos, as has been described with reference to FIG. 3, only via the Length l _{PER of} a period section have a clear connection to the detected position. In the case of this position sensor 200 , the detected position corresponds, for example, to a relative position of the current period section 200 b of the scale 220 to a reference point 285 on the sensor unit 210 .

Die mechanische Periode l_PER des Maßstabs 220 ist vorzugsweise nach Gesichtspunkten der optimalen Herstellbarkeit, Anbring barkeit und Ablesbarkeit des Maßstabs 220 ausgewählt. Um die sich ergebenden Übertragungsverluste aufgrund der gegebenen falls höherfrequenten Anteile der Sensorsignale Usin und Ucos gering zu halten, kann die Periodenumsetzungseinrichtung 250 in der Nähe des Sensors 200 angeordnet bzw. über kurze Lei tungen 240a-240d mit dem Sensor 200 verbunden sein. The mechanical period I _{PER of} the scale 220 is preferably selected on the basis of the optimal manufacturability, attachability and readability of the scale 220 . To the resulting transmission losses due to the given if higher-frequency components of the sensor signals Vsin and Vcos be kept low, the period of conversion means 250 may be disposed in the vicinity of the sensor 200 and obligations over short Lei 240 a- be 240 d connected to the sensor 200th

Die Periodenumsetzungseinrichtung 250 übersetzt die Sensorsi gnale Usin und Ucos in Signale, die bezüglich einer einstell baren oder eingestellten mechanischen Periode definiert sind, bzw. in Signale mit einer Periode, die dieser mechanischen Periode entspricht, wobei dieselbe eingestellt werden kann, um an die elektrisch optimale Periode angepasst zu sein, die in Hinblick auf die Signalauswertung durch die Auswerteein heit 280 und in Hinblick auf die Übertragung über die Über tragungsleitungen 270a-270d optimal ist. Anders ausgedrückt simuliert die Periodenumsetzungseinrichtung 250 aus der Sicht der Auswerteeinheit 280 Sensorsignale, wie sie sich durch ei nen Sensor mit der eingestellten mechanischen Periode bzw. einer mechanischen Periode, die gleich der elektrisch optima len Periode ist, ergeben hätten. Die entstehenden Signale sind in Fig. 8 schematisch mit Wellenlinien 300 angezeigt und sind periodische Signale mit einer Periode, die von der ein gestellten mechanischen Periode abhängt.The period conversion device 250 translates the sensor signals Usin and Ucos into signals that are defined with respect to an adjustable or set mechanical period, or into signals with a period that corresponds to this mechanical period, which can be adjusted to match the electrically optimal one Period to be adapted, which is optimal with regard to the signal evaluation by the evaluation unit 280 and with regard to the transmission via the transmission lines 270 a- 270 d. In other words, from the viewpoint of the evaluation unit 280, the period conversion device 250 simulates sensor signals as would have resulted from a sensor with the set mechanical period or a mechanical period that is equal to the electrically optimal period. The resulting signals are shown schematically in Fig. 8 with wavy lines 300 and are periodic signals with a period that depends on the mechanical period set.

In Fig. 8 ist exemplarisch der Fall dargestellt, dass die elektrisch optimale Periode kleiner als die mechanische Peri ode des Maßstabs 220 ist, weshalb die Periode der Sensorsi gnale 290 größer als diejenige der übersetzten Signale 300 ist. Die Auswerteeinheit 280 kann aufgrund der Periodenumset zung durch die Periodenumsetzungseinrichtung 250 eine Auswer tung bezüglich Signalen durchführen, die bezüglich einer me chanischen Periode definiert sind, die an die Auswertung und an die Übertragung angepasst ist, wodurch eine optimale Aus wertung erzielt wird. FIG. 8 shows an example of the case where the electrically optimal period is smaller than the mechanical period of the scale 220 , which is why the period of the sensor signals 290 is larger than that of the translated signals 300 . The evaluation unit 280 can, on the basis of the period conversion by the period conversion device 250, carry out an evaluation with respect to signals that are defined with respect to a mechanical period that is adapted to the evaluation and to the transmission, thereby achieving an optimal evaluation.

Es wird darauf hingewiesen, dass ein Wechsel des Positions sensors 200 bzw. das Ersetzen desselben durch einen anderen mit einer anderen mechanischen Periode problemlos möglich ist, da die Periodenumsetzungseinrichtung 250 die Periode der Sensorsignale Usin und Ucos wieder in Signale umwandeln kann, die eine Periode aufweisen, die von der elektrisch optimalen Periode abhängt. It is pointed out that changing the position sensor 200 or replacing it with another with a different mechanical period is possible without problems, since the period conversion device 250 can convert the period of the sensor signals Usin and Ucos back into signals that have a period that depends on the electrically optimal period.

Bezugnehmend auf Fig. 9 wird im folgenden ein spezielles Aus führungsbeispiel für die Periodenumsetzungseinrichtung 250 von Fig. 8 für den Fall beschrieben, dass die mechanische Pe riode des Positionssensors größer als die elektrisch optimale Periode ist, und daß die Periode der Sensorsignale in eine Periode umgesetzt werden soll, die einer mechanischen Periode entspricht, die 2^-N mit ganzzahligem N größer 0 der mechani schen Periode des Positionssensors beträgt. Es wird darauf hingewiesen, dass diejenigen Elemente von Fig. 9 die zu Ele menten in Fig. 8 identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen werden, und dass eine wiederholte Beschreibung die ser Elemente weggelassen wird.With reference to FIG. 9, a specific exemplary embodiment for the period conversion device 250 from FIG. 8 is described below in the event that the mechanical period of the position sensor is greater than the electrically optimal period, and that the period of the sensor signals is converted into a period to be, which corresponds to a mechanical period that is 2 ^-N with integer N greater than 0 of the mechanical period of the position sensor. It is noted that those elements of FIG. 9 that are identical to elements in FIG. 8 are given the same reference numerals, and a repeated description of these elements is omitted.

Die in Fig. 9 gezeigte Periodenumsetzungseinrichtung, die in Fig. 9 allgemein mit 250' angezeigt ist, besteht aus einem analogen Signalaufbereitungsmodul 310, einem Analog/Digital- Wandler 320, einem digitalen Signalaufbereitungsmodul 330, einem Periodenumrechnungsmodul 340, einem Digital-Analog- Wandler 350 und einer Endstufe, die aus zwei Leistungstrei bern 360a und 360b besteht. Das Aufbereitungsmodul 310 ist über die Leitungen 240a-240d mit dem Positionssensor 200 ver bunden und führt eine Vorverstärkung, Signalfilterung und Aufbereitung der differentiell eingespeisten Sensorsignale Usin und Ucos durch, um dieselben auf den zum Umsetzen in ein digitales Signal benötigten Pegel zu bringen und durch bei spielsweise einen Tiefpassfilter von hochfrequentem Rauschen zu befreien. Das Aufbereitungsmodul 310 ist über Leitungen 370a, 370b, 370c und 370d mit dem Analog/Digital-Wandler 320 verbunden, um die Sensorsignale in aufbereiteter Form als Si gnal Usinv und Ucosv differentiell an den Analog/Digital- Wandler 320 auszugeben.The period of reaction device shown in Fig. 9, which is indicated generally in Fig. 9 with 250 ', consists of an analog signal processing module 310, an analog / digital converter 320, a digital signal processing module 330, a period conversion module 340, a digital to analog converter 350 and a power amplifier, which consists of two power drivers 360 a and 360 b. The processing module 310 is connected via the lines 240 a - 240 d to the position sensor 200 and carries out a preamplification, signal filtering and processing of the differentially fed sensor signals Usin and Ucos in order to bring them to the level required for conversion into a digital signal and by freeing it from a low-pass filter of high-frequency noise, for example. The processing module 310 is connected via lines 370 a, 370 b, 370 c and 370 d to the analog / digital converter 320 in order to differentially output the sensor signals in processed form as signal Usinv and Ucosv to the analog / digital converter 320 .

Der Analog/Digital-Wandler 320 setzt die analogen Signale Usinv und Ucosv in geeigneter Weise in ein digitales Signal DA um, das dasselbe über eine Leitung 380 an das digitale Si gnalaufbereitungsmodul 330 ausgibt. Die Analog/Digital- Umsetzung durch den Analog/Digital-Wandler 320 umfasst bei spielsweise die Berechnung der Arkustangensfunktion bezüglich der Signale Usinv und Ucosv, wobei ein Beispiel für einen ge eigneten Analog/Digital-Wandler in der Patentanmeldung DE 100 52 152 offenbart ist, deren Anmelderin die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung ist, und die hiermit unter Bezugnahme aufgenommen wird. Das digitale Signal D_A gibt die durch den Positionssensor 200 erfasste Position in Bezug auf einen mo mentanen Periodenabschnitt 220a bzw. 220b mit einer bestimm ten Auflösung bzw. einer bestimmten Anzahl von gültigen Bits an. Die Auflösung kann beispielsweise 8 Bit betragen, so dass innerhalb eines Periodenabschnitts der Länge l_PER 256 = 2⁸ Po sitionen codiert werden können. Anders ausgedrückt stellt das digitale Signal DA eine absolute Position in Bezug auf den momentanen Periodenabschnitt in digitaler Form dar.The analog / digital converter 320 converts the analog signals Usinv and Ucosv in a suitable manner into a digital signal DA, which outputs the same to the digital signal processing module 330 via a line 380 . The analog / digital conversion by the analog / digital converter 320 includes, for example, the calculation of the arctangent function with respect to the signals Usinv and Ucosv, an example of a suitable analog / digital converter being disclosed in patent application DE 100 52 152, the applicant of which is the applicant of the present application and which is hereby incorporated by reference. The digital signal D _A indicates the position detected by the position sensor 200 in relation to a current period section 220 a or 220 b with a specific resolution or a specific number of valid bits. The resolution can be 8 bits, for example, so that positions can be encoded within a period section of length l _PER 256 = 2 ⁸ positions. In other words, the digital signal DA represents an absolute position in relation to the current period section in digital form.

Das Signalaufbereitungsmodul 330 führt beispielsweise eine zeitliche Tiefpassfilterung des digitalen Signals D_A oder ei ne sonstige Aufbereitung desselben durch, und gibt dasselbe in aufbereiteter Form als digitales Signal D_B auf einer Lei tung 390 an das Periodenumrechnungsmodul 340 aus.The signal processing module 330 performs, for example, temporal low-pass filtering of the digital signal D _A or another processing of the same, and outputs the same in a processed form as a digital signal D _B on a line 390 to the period conversion module 340 .

Das Periodenumrechnungsmodul 340 ist bei dem Ausführungsbei spiel von Fig. 9 zu Periodenumsetzungen geeignet, bei denen die mechanische Periode l_PER durch eine Potenz von 2 geteilt wird, d. h. l_PER → l_PER/2^N, wobei N eine Ganzzahl größer gleich 1 ist. Das Periodenumrechnungsmodul 340 blendet hierzu bei spielsweise die N höchstwertigen Bits des digitalen Werts D_B aus. Der so erhaltene Wert D_C gibt die Position auf dem Maß stab bezüglich eines momentanen Periodenabschnitts eines Maß stabs an, der eine 2^N-fache Auflösung relativ zu dem Maßstab 200 aufweist, wie es bezugnehmend auf Fig. 10 näher erläutert werden wird.In the exemplary embodiment of FIG. 9, the period conversion module 340 is suitable for period conversions in which the mechanical period I _{PER is divided} by a power of 2, ie I _PER → I _PER / 2 ^N , where N is an integer greater than or equal to 1. For this purpose, the period conversion module 340 hides, for example, the N most significant bits of the digital value D _B. The value D _{C obtained in this way} indicates the position on the scale with respect to an instantaneous period section of a scale which has a 2 ^N times resolution relative to the scale 200, as will be explained in more detail with reference to FIG. 10.

Nach der Periodenumrechnung gibt das Periodenumrechnungsmodul 340 das digitale Ausgangssignal D_C 400 an den Digital/Analog- Wandler 350 aus, der aus dem digitalen Signal D_C wieder ana loge Sensorsignale SinOut und CosOut erzeugt, wie sie durch einen Positionssensor erzeugt werden würden, der einen Maß stab mit einer mechanischen Periode aufweist, die l_PER/2^N be trägt. Die durch den Wandler 350 erzeugten Signale SinOut und CosOut, die bei 300 dargestellt sind, sind wie auch die Sen sorsignale Usin uns Ucos periodische Signale, weisen jedoch eine um 2^N kleinere Periode auf.After the period conversion, the period conversion module 340 outputs the digital output signal D _C 400 to the digital / analog converter 350 , which generates analog sensor signals SinOut and CosOut from the digital signal D _C , as would be generated by a position sensor, the one Scale with a mechanical period that is l _PER / 2 ^N be. The signals SinOut and CosOut generated by the converter 350 , which are shown at 300 , are, like the sensor signals Usin and Ucos, periodic signals, but have a period 2 ^N shorter.

Der Digital/Analog-Wandler 350 gibt die erzeugten Sensorsi gnale SinOut und CosOut über Leitungen 410a, 410b, 410c und 410d an die Leistungstreiber 360a und 360b aus, die dieselben verstärken und über die Übertragungsleitungen 270a, 270b, 270c und 270d an die Auswerteeinheit 280 ausgeben. Die Ver stärkung kann an die Übertragungsgegebenheiten angepasst sein, um die Übertragung weiter zu optimieren.The digital / analog converter 350 outputs the generated sensor signals SinOut and CosOut via lines 410 a, 410 b, 410 c and 410 d to the power drivers 360 a and 360 b, which amplify the same and via the transmission lines 270 a, 270 b , 270 c and 270 d to the evaluation unit 280 . The gain can be adapted to the transmission conditions in order to further optimize the transmission.

In der Auswerteeinheit 280 können die Signale CosOut und Si nOut zur analogen oder nach einer Digitalisierung zu einer digitalen Lagebestimmung verwendet werden.In the evaluation unit 280 , the signals CosOut and Si nOut can be used for analog or, after digitization, for a digital position determination.

Folglich kann mittels der Periodenumsetzungseinrichtung 250' von Fig. 9 eine mechanische Periode des Positionssensors 200 in Stufen von Potenzen von 2 an die elektrisch optimale Peri ode angepasst werden, die von den Übertragungsgegebenheiten und der Auswerteeinheit 280 abhängt.Consequently, by means of the period conversion device 250 ′ from FIG. 9, a mechanical period of the position sensor 200 can be adapted in steps of powers of 2 to the electrically optimal period, which depends on the transmission conditions and the evaluation unit 280 .

Um die Funktionsweise des Periodenumrechnungsmoduls 340 von Fig. 9 zu veranschaulichen, sind in Fig. 10 der zeitliche Verlauf des digitalen Signals D_B, d. h. des Eingangssignals des Periodenumrechnungsmoduls 340, und des digitalen Signals D_C, d. h. des Ausgangssignals des Periodenumrechnungsmoduls 340, für ein Beispiel dargestellt, bei dem die mechanische Periode des Maßstabs des Positionssensors durch 4 = 2² ge teilt wird. Wie es zu sehen ist, besteht zwischen den Maßstä ben 500 und 510 kein Versatz.In order to illustrate the functioning of the period conversion module 340 from FIG. 9, in FIG. 10 the time course of the digital signal D _B , ie the input signal of the period conversion module 340 , and the digital signal D _C , ie the output signal of the period conversion module 340 , are for one Example shown in which the mechanical period of the scale of the position sensor is divided by 4 = 2 ² ge. As can be seen, there is no offset between scales 500 and 510 .

In Fig. 10 sind untereinander der Maßstab 500 des Positions sensors mit der mechanischen Periode l_PER und ein Maßstab 510 mit einer viermal kleineren Einteilung dargestellt, wie er durch das Umsetzungsverhältnis, d. h. 4, festgelegt wird. Je weils darunter zeigen zwei Graphen exemplarische Zeitverläufe der digitalen Signale D_B und D_C sowie der tatsächlichen Ver schiebung zwischen Messstab und Positionssensor, wobei ent lang der x-Achse die tatsächliche Verschiebung s bzw. die di gitalen Einheiten von D_B bzw. D_C aufgetragen sind, während entlang der y-Achse die Zeit t aufgetragen ist.In Fig. 10, the scale 500 of the position sensor with the mechanical period I _PER and a scale 510 with a four times smaller division are shown, as it is determined by the conversion ratio, ie 4. In each case underneath, two graphs show exemplary time profiles of the digital signals D _B and D _C as well as the actual displacement between the measuring rod and position sensor, the actual displacement s or the digital units of D _B and D _{C being} along the x-axis are plotted while time t is plotted along the y-axis.

Der Graph 520 zeigt bei einer Linie 535 eine exemplarische relative Verschiebung des Maßstabs zu dem Positionssensor, wie sie sich beispielsweise bei einem Anfahrvorgang ergibt. Mit Kreuzchen sind die abgetasteten digitalen Werte des digi talen Signals D_B dargestellt, die von 1 bis 17 nummeriert sind, und deren zeitlicher Abtastabstand von der Ana log/Digital-Umsetzung abhängt und in dem vorliegenden Fall exemplarisch eine halbe Millisekunde beträgt.For a line 535, the graph 520 shows an exemplary relative displacement of the scale to the position sensor, as is the case, for example, during a start-up process. The sampled digital values of the digital signal D _B , which are numbered from 1 to 17, and whose temporal sampling distance depends on the analog / digital conversion and are exemplarily half a millisecond in the present case are represented by crosses.

Wie es im vorhergehenden erwähnt wurde, weisen die Sensorsi gnale des Positionssensors lediglich innerhalb einer mechani schen Periode l_PER einen eindeutigen Zusammenhang zu der er fassten Position auf, und dementsprechend codieren die mögli chen Zustände des digitalen Signals D_B lediglich eine Länge von l_PER. In dem vorliegenden Fall beträgt die Auflösung bei spielsweise 8 Bit, wobei der Wert von 11111111 der Position innerhalb des momentanen Periodenabschnitts entspricht, die 255/265 l_PER von dem Anfang des momentanen Periodenabschnitts entfernt ist. Obwohl folglich die Linearverschiebung s bei ca. 8 Millisekunden von einem Periodenabschnitt 540 zu einem nächsten Periodenabschnitt 550 wechselt, springt das digitale Signal D_B lediglich von einem hohen Wert 16 zu einem niedri gen Wert 17. Anders ausgedrückt gibt der digitale Wert D_B je weils eine bezüglich eines Referenzpunktes 555 gemessene Po sition auf dem Maßstab modulo l_PER an.As mentioned above, the sensor signals of the position sensor have a unique relationship to the detected position only within a mechanical period I _PER , and accordingly the possible states of the digital signal D _B only encode a length of I _PER . In the present case, the resolution is, for example, 8 bits, the value of 11111111 corresponding to the position within the current period which is 255/265 l _PER from the beginning of the current period. Consequently, although the linear displacement s changes from one period section 540 to a next period section 550 at approximately 8 milliseconds, the digital signal D _B only jumps from a high value 16 to a low value 17. In other words, the digital value D _B gives in each case a position measured with respect to a reference point 555 on the modulo l _PER scale.

In dem Graphen 530 sind die digitalen Werte von D_C gezeigt, die ebenfalls von 1 bis 17 nummeriert sind. Wie es zu ersehen ist, codieren die möglichen Zustände des Signals D_C lediglich einen Bereich der Länge l_PER/4. Um dies zu erzielen, blendet das Periodenumrechnungsmodul 340 die zwei höchstwertigen Bits des digitalen Signals D_B aus, so daß die digitalen Werte D_C lediglich eine 6-Bit Auflösung aufweisen. Das Ausblenden der zwei höchstwertigen Bits der digitalen Wert D_B entspricht dem Rest der digitalen Werte D_B modulo 2⁶. Hierdurch wird erzielt, daß jeder digitale Wert D_C die Position auf dem Maßstab in Bezug auf den momentanen Periodenabschnitt des Maßstabs 510 bzw. als Abstand von dem Anfang desselben angibt. Während der digitale Wert D_B bzw. das Kreuzchen 10 beispielsweise einen Wert zwischen 2.2⁶ und 3.2⁶ aufweist und in Bezug auf den mo mentanen Periodenabschnitt 540 definiert ist, weist der digi tale Wert D_C bzw. das Kreuzchen 10 einen Wert zwischen 0 und 2⁶ auf und ist in Bezug auf den momentanen Periodenabschnitt 560 definiert.The graph 530 shows the digital values of D _C , which are also numbered from 1 to 17. As can be seen, the possible states of the signal D _C only encode a region of length I _PER / 4. To achieve this, the period conversion module 340 hides the two most significant bits of the digital signal D _B , so that the digital values D _{C have} only a 6-bit resolution. Hiding the two most significant bits of the digital value D _B corresponds to the rest of the digital values D _B modulo 2 ⁶ . It is hereby achieved that each digital value D _C indicates the position on the scale with respect to the current period section of the scale 510 or as a distance from the beginning thereof. While the digital value D _B or the cross 10, for example, has a value between 2.2 ⁶ and 3.2 ⁶ and is defined in relation to the current period section 540 , the digital value D _C or the cross 10 has a value between 0 and 2 ⁶ and is defined in relation to the current period section 560 .

Bezug nehmend auf Fig. 10 wird darauf hingewiesen, dass die Periode der ursprünglichen Sensorsignale Usin und Ucos ebenso wie das digitale Signal D_B eine in dem vorliegenden Fall viermal größere Periode aufweisen als die Periode der erzeug ten Sensorsignale SinOut und CosOut bzw. des digitalen Si gnals D_C. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Letzteren in Bezug auf eine viermal kleinere mechanische Periode defi niert sind, und dass folglich bei Durchfahren einer gleichen Verschiebungslänge s mehr Perioden durchlaufen werden. Wäh rend in Fig. 10 beispielsweise bis zur Zeit t = 8 ms ledig lich eine mechanische Periode l_PER durchlaufen wird, werden in der selben Zeit vier mechanische Perioden l_PER/4 durchlaufen. Die kleinere Periode der Signale CosOut und SinOut kann bei spielsweise in Hinblick auf die Auswertung vorteilhaft sein, da sie bei gleicher Genauigkeit eine ungenauere Berechnung des Verhältnisses der beiden Signale erfordert.Referring to FIG. 10, it is pointed out that the period of the original sensor signals Usin and Ucos as well as the digital signal D _{B have} a period four times larger in the present case than the period of the generated sensor signals SinOut and CosOut or the digital Si gnals D _C. The reason for this is that the latter are defined with respect to a four times smaller mechanical period and, consequently, more periods are run through when the same displacement length s is traveled through. While, for example, only one mechanical period I _{PER is} run through until time t = 8 ms in FIG. 10, four mechanical periods I _PER / 4 are run through in the same time. The smaller period of the signals CosOut and SinOut can be advantageous in terms of evaluation, for example, since it requires an inaccurate calculation of the ratio of the two signals with the same accuracy.

Fig. 11 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Periodenumset zungseinrichtung 250' dar, die sich von derjenigen von Fig. 9 lediglich dadurch unterscheidet, dass sie ebenfalls zu Pe riodenumsetzungen fähig ist, bei denen die mechanische Peri ode, in Bezug auf welche die erzeugten Sensorsignale SinOut und CosOut definiert sein sollen, größer als die mechanische Periode des Positionssensors sind. Bei dem vorliegenden Aus führungsbeispiel ist die Periodenumsetzungseinrichtung 250" dazu in der Lage, die Periode der Sensorsignale des Positi onssensors in Signale mit einer Periode zu übersetzen, die einer mechanischen Periode entspricht, die jeden Wert anneh men kann, der ein kleinstes gemeinsames Vielfaches mit der mechanischen Periode des Positionssensors aufweist. Bei der folgenden Beschreibung von Fig. 11 werden Elemente, die zu denjenigen von Fig. 9 identisch sind, mit denselben Bezugs zeichen versehen, und eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird weggelassen. FIG. 11 shows an exemplary embodiment of a period conversion device 250 ′ which differs from that of FIG. 9 only in that it is also capable of period conversions in which the mechanical period, in relation to which the sensor signals SinOut and CosOut should be defined to be larger than the mechanical period of the position sensor. In the present exemplary embodiment, the period conversion device 250 "is able to translate the period of the sensor signals of the position sensor into signals with a period that corresponds to a mechanical period that can take on any value that has a smallest common multiple with that In the following description of Fig. 11, elements identical to those of Fig. 9 are given the same reference numerals, and a repeated description of these elements is omitted.

Die Periodenumsetzungseinrichtung 250" von Fig. 11 unter scheidet sich von derjenigen von Fig. 9 lediglich dadurch, dass eine Periodenabschnittswechselüberwachungseinrichtung 600 über eine Leitung 605 und eine Leitung 610 zwischen das Aufbereitungsmodul 330 und das Periodenumrechnungsmodul 340 geschaltet ist, und daß der digitale Wert D_B, der die absolu te Position in Bezug auf einen momentanen Periodenabschnitt des Maßstabs 220 des Positionssensors 200 entspricht, durch die Periodenabschnittswechselüberwachungseinrichtung 600 in einen digitalen Wert umgewandelt wird, der die Position in Bezug auf einen aus mehreren Periodenabschnitten des Maßstabs 220 bestehenden Abschnitt des Maßstabs 220 angibt. Falls bei spielsweise eine mechanische Periode von a/b l_PER simuliert werden soll, wobei a.L_PER dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen entspricht, so wird aus D_B die Position in Bezug auf a auf einanderfolgende Periodeabschnitte bestimmt.The period conversion device 250 "of FIG. 11 differs from that of FIG. 9 only in that a period section change monitoring device 600 is connected via a line 605 and a line 610 between the processing module 330 and the period conversion module 340 , and in that the digital value D _B , which corresponds to the absolute position with respect to a current period section of the scale 220 of the position sensor 200 , is converted by the period section change monitoring device 600 into a digital value which indicates the position with respect to a section of the scale 220 consisting of several period sections of the scale 220 If, for example, a mechanical period of a / bl _{PER is to be} simulated, where aL _PER corresponds to the smallest common multiple, then the position in relation to a to successive sections of the period is determined from D _B.

Um dies zu erzielen empfängt die Periodenabschnittswechsel überwachungseinrichtung 600 D_B über eine Leitung 605 von dem Aufbereitungsmodul 330 und überwacht die Wert D_B dahingehend, dem wievielten Periodenabschnitt der a aufeinanderfolgenden Periodenabschnitte der momentane Periodenabschnitt ent spricht, in Bezug auf welchen D_B die Position angibt. Die Einrichtung 600 kann beispielsweise einen digitalen Zähler umfassen, der in dem Fall, dass das digitale Signal D_B den aufgrund der digitalen Auflösung beschränkten darstellbaren Bereich nach oben oder nach unten verlässt, einen Zählerwert inkrementieren bzw. dekrementieren und dabei das Modul a bil den. Soll beispielsweise eine mechanische Periode aus der Sicht der Auswerteeinheit simuliert werden, die doppelt so groß wie die mechanische Periode l_PER des Positionssensors 200 ist, so genügt ein Zählerwert mit einem Bit. Die Überwa chungseinrichtung 600 ergänzt den digitalen Wert D_B um den Zählerwert auf der höherwertigen Seite, und gibt das Ergebnis als digitales Signal D_Ges über eine Leitung 610 an das Peri odenumrechnungsmodul 340 aus.To achieve this, the period section change monitoring device 600 receives D _B via a line 605 from the processing module 330 and monitors the value D _B to determine how many period sections of the successive period sections correspond to the current period section, in relation to which D _B indicates the position. The device 600 can comprise, for example, a digital counter, which, in the event that the digital signal D _B leaves the representable range limited due to the digital resolution upwards or downwards, increment or decrement a counter value and thereby form the module a. If, for example, a mechanical period is to be simulated from the point of view of the evaluation unit, which is twice as large as the mechanical period I _{PER of} the position _sensor 200 , a counter value with one bit is sufficient. The monitoring device 600 supplements the digital value D _B by the counter value on the higher value side, and outputs the result as a digital signal D _Ges via a line 610 to the period conversion module 340 .

Das digitale Signal D_Ges stellt folglich eine absolute Positi on in Bezug auf einen Abschnitt des Maßstabes dar, der aus mehreren Periodenabschnitten besteht. Das Periodenumrech nungsmodul 340 unterteilt diesen Bereich beispielsweise wie in Fig. 9 durch Ausblenden der niederwertigen Bits oder aber durch eine normale Division in b Teile. Auf diese Weise könn te allgemein eine mechanische Periode von a/b und beispiels weise insbesondere eine mechanische Periode von 3/8.l_PER si muliert werden, indem die Periodenabschnittswechselüberwa chung 600 bei Über- bzw. Unterlauf des digitalen Werts D_B den Zählerwert entsprechend inkrementiert bzw. dekrementiert und dabei ein Modul von 3 berücksichtigt und den Zählerwert an den digitalen Wert D_B anhängt, um D_Ges zu erhalten, und das Periodenumrechnungsmodul 340 von dem digitalen Signal D_Ges, das sich auf eine absolute Position in Bezug auf drei zusam menhängende Periodenabschnitte der Länge l_PER bezieht, die drei höchstwertigen Bits entfernt.The digital signal D _Ges consequently represents an absolute position with respect to a section of the scale that consists of several period sections. The period conversion module 340 divides this area, for example as in FIG. 9, by hiding the low-order bits or by normal division into b parts. In this way, a mechanical period of a / b and, for example, in particular a mechanical period of 3 / 8.l _PER could be simulated in general by the period section change monitoring 600 corresponding to the counter value when the digital value D _B overflows or underflows increments or decrements, taking into account a module of 3 and appending the counter value to the digital value D _B to obtain D _Ges , and the period conversion module 340 from the digital signal D _Ges , which is related to an absolute position with respect to three depends on period sections of length l _PER , which removes the three most significant bits.

Die vorhergehende Beschreibung ermöglicht folglich ein Aus wertesystem für Sensorsignale, das vorzugsweise in der Nähe des Sensors angeordnet wird, das die Sensorsignale auswertet und mit wählbarer Amplitude und Periode ausgibt. Dadurch wird die am Sensor optimale Periode und der am Sensor vorhandene Signalpegel übersetzt in die optimale Periode und den optima len Pegel für die Übertragung zur Maschinensteuerung und für die Maschinensteuerung und für die Signalauswertung der Ma schinensteuerung.The foregoing description therefore enables off value system for sensor signals, which is preferably nearby of the sensor is arranged, which evaluates the sensor signals and outputs with selectable amplitude and period. This will the optimal period on the sensor and the existing period on the sensor Signal level translates into the optimal period and optima len level for the transmission to the machine control and for the machine control and for the signal evaluation of the Ma machine control.

Sensoren, die bisher aufgrund ihrer ungünstigen Signale bzw. ihrer ungünstigen Signalperiode nicht in Verbindung mit vor handenen Steuerungen eingesetzt werden konnten, können durch die beschriebene Vorbereitung bzw. Periodenumsetzung adap tiert werden. Gleichzeitig zur Änderung der Periode kann auch eine Filterung und damit eine Aufbereitung der Signale ge schehen, wodurch ein Sensor in verschiedene Steuerungen oder mehrere verschiedene Sensoren in dieselbe Steuerung passen.Sensors that were previously used due to their unfavorable signals or their unfavorable signal period not in connection with before existing controls could be used by the described preparation or period conversion adap be animals. At the same time changing the period can also a filtering and thus a processing of the signals ge happen, causing a sensor in different controls or several different sensors fit in the same controller.

Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl sich die vorherge hende Beschreibung auf einen Positionssensor für lineare Be wegungen bezog, die vorliegende Erfindung auch auf andere Po sitionssensoren anwendbar ist, wie z. B. Drehdifferential transformatoren. Zudem ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf magnetische Sensoren sondern ferner auch auf optische oder mechanische Sensoren anwendbar. In dem Fall eines opti schen Sensors kann der Maßstab beispielsweise eine Grauska lierung mit sinusförmigem Graustufenverlauf aufweisen. Folg lich sind als Positionssensoren jegliche magnetische, opti sche oder mechanische Drehwinkel- oder Längsverschiebungsge ber denkbar. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung ohne weiteres auch auf Sensoren anwendbar, die lediglich ein Signal ausgeben, und nicht nur auf solche die zueinander in Quadratur stehende Signale ausgeben. Die im vorhergehenden erwähnte differentielle Einspeisung der Sensorsignale in die Periodenumsetzungseinrichtung kann ebenfalls alternativ durch eine andere Einspeisungsart ersetzt werden.It should be noted that, although the previous based description on a position sensor for linear loading The present invention also applied to other po sition sensors is applicable, such as. B. rotary differential transformers. In addition, the present invention is not only on magnetic sensors but also on optical ones or mechanical sensors applicable. In the case of an opti For example, the scale can be a Grauska sensor have a sinusoidal grayscale gradient. success Lich are any magnetic, opti position sensors cal or mechanical angle of rotation or longitudinal displacement conceivable. Accordingly, the present invention readily applicable to sensors that only a Output signal, and not only on those in each other Output quadrature signals. The previous one mentioned differential feeding of the sensor signals into the Period conversion device can also alternatively by another type of feed can be replaced.

In Bezug auf das Umsetzungsverhältnis bezüglich der mechani schen Periode des Positionssensors und der mechanischen Peri ode, in Bezug auf welche das übersetzte Signal definiert sein soll, beziehungsweise das Übersetzungsverhältnis der Sensor signalperiode und der Periode des übersetzten Signals wird darauf hingewiesen, dass allgemein auch Verhältnisse ein stellbar sind, bei denen die mechanische Periode des Positi onssensors und diejenige, auf welche sich das übersetzte Si gnal bezieht, kein gemeinsames Vielfaches aufweisen. In die sem Fall müsste die Periodenabschnittswechselüberwachungsein richtung aus dem in Bezug auf die mechanische Periode absolu ten Positionswert einen Positionswert erzeugen, der absolut in Bezug auf einen Bezugspunkt des Maßstabes des Positions sensors ist. Zudem sind bei dem Periodenumrechnungsmodul der Fig. 9 und 11 ebenfalls andere Teilerverhältnisse möglich als Potenz von 2, indem ein Dividierer verwendet wird, der den digitalen Wert D_B durch eine ganze Zahl teilt. Zudem können verschiedene Module und Einrichtungen der Fig. 9 und 11 auch fehlen, wie z. B. die Aufbereitungsmodule. Bei einer ganzzah ligen Vervielfachung der Sensorsignalperiode kann beispiels weise das Periodenumrechungsmodul fehlen und stattdessen nur das Periodenabschnittswechselüberwachungsmodul verwendet wer den. Die Leistungstreiber an der Ausgangstufe können eben falls fehlen.With regard to the conversion ratio with regard to the mechanical period of the position sensor and the mechanical period, in relation to which the translated signal is to be defined, or the translation ratio of the sensor signal period and the period of the translated signal, it is pointed out that in general, ratios also apply are adjustable in which the mechanical period of the position sensor and that to which the translated signal relates do not have a common multiple. In this case, the period section change monitoring device would have to generate a position value from the position value that is absolute with respect to the mechanical period and that is absolute with respect to a reference point of the scale of the position sensor. In addition, in the period conversion module of Fig. 9 and 11 also other possible division ratios as a power of 2 by a divider is used which divides the digital value D _B by an integer. In addition, various modules and devices of FIGS. 9 and 11 may also be missing, such as. B. the processing modules. If the sensor signal period is multiplied by an integer, the period conversion module may be missing, for example, and instead only the period section change monitoring module may be used. The power drivers at the output stage can also be missing.

Claims

1. A method for preparing an analog sensor signal of a position sensor ( 200 ), which has a scale ( 220 ) with a first mechanical period, for output to an evaluation unit ( 280 ), wherein the analog sensor signal has a first period, which of depends on the first mechanical period, with the following steps:
Receiving the analog sensor signal from the position sensor ( 280 );
Translating the analog sensor signal into a translated analog signal, the translated analog signal having a second period corresponding to a second mechanical period; and
Outputting the translated analog signal to the evaluation unit ( 280 ),
wherein the analog sensor signal indicates a position on the scale ( 220 ) with respect to a first current period section in which the position is contained, a sequence of period sections ( 220 a, 220 b; 540 , 550 ), from which the scale ( 220 ) of the position sensor ( 200 ), and the translated analog signal indicates the position on the scale ( 220 ) with respect to a second current period section ( 560 ) in which the position is contained, a second sequence of period sections, which are determined by the second mechanical period, and wherein the step of translating the analog sensor signal has the following substeps:
Determining a digital absolute position value ( 320 ; 600 ) that defines the position on the scale ( 220 ) with respect to a portion of the scale that includes at least the first current period portion ( 540 ) and the second current period portion ( 560 ) from which analog sensor signal; and
Generating the translated analog signal from the digital absolute position value, and
wherein the portion of the scale ( 220 ) with respect to which the digital absolute position value defines the position on the scale corresponds to a number of periodic sections of the second sequence of periodic sections, the number being 2 ^x , where x is an integer , and in which the digital absolute position value is a digital value with a plurality of bits, and the step for generating the translated analog signal has the following features:
Hiding the x most significant bits of the digital absolute position value.

2. Device for preparing an analog sensor signal of a position sensor ( 280 ), which has a scale ( 220 ) with a first mechanical period, for output to an evaluation unit ( 280 ), the analog sensor signal having a first period, which of depends on the first mechanical period, paint with the following characteristics:
an input for receiving the analog sensor signal from the position sensor ( 280 );
a device ( 250 ; 250 ; 250 ") for translating the analog sensor signal into a translated analog signal, the translated analog signal having a second period corresponding to a second mechanical period; and
an output for outputting the translated analog signal to the evaluation unit ( 280 ),
wherein the analog sensor signal indicates a position on the scale ( 220 ) with respect to a first current period section in which the position is contained, a sequence of period sections ( 220 a, 220 b; 540 , 550 ), from which the scale ( 220 ) of the position sensor ( 200 ), and the translated analog signal indicates the position on the scale ( 220 ) with respect to a second current period section ( 560 ) in which the position is contained, a second sequence of period sections, which are determined by the second mechanical period, and in which the device for setting the analog sensor signal has the following features:
means ( 320 ; 600 ) for determining a digital absolute position value which defines the position on the scale ( 220 ) with respect to a section of the scale which at least the first current period section ( 540 ) and the second current period section ( 560 ) comprises, from the analog sensor signal; and
means ( 340 ) for generating the translated analog signal from the digital absolute position value, and
wherein the portion of the scale ( 220 ) with respect to which the digital absolute position value defines the position on the scale corresponds to a number of Periodabab sections of the second series of period sections, the number being equal to 2 ^x , where x is an integer , and in which the digital absolute position value is a digital value with a plurality of bits, and the device ( 340 ) for generating the translated analog signal has the following features:
means ( 340 ) for hiding the x most significant bits of the digital absolute position value.

3. Apparatus according to claim 2, wherein the first mechanical period and the second mechanical period have a smallest common multiple, and the section from the scale ( 220 ), in relation to which the absolute position value is the position on the scale ( 220 ) specifies a first number of adjoining period sections of the first sequence of period sections and a second number of adjoining period sections of the second sequence of period sections, and in which the device ( 320 ; 600 ) for determining the digital absolute position value has the following features having:
means ( 600 ) for monitoring the analog sensor signal to determine how many period sections of the first number of contiguous Periodab sections within the section of the scale ( 220 ) corresponds to the first current period section with respect to which the analog sensor signal is the position on the scale ( 220 ) indicates; and
means ( 600 ) for calculating the digital absolute position value based on the result of the monitoring and the analog sensor signal.

4. The apparatus of claim 2, wherein the first mechanical period is an integer multiple of the second mechanical period, and the portion of the scale ( 220 ) with respect to which the absolute position value determines the position on the scale that corresponds to the first current period.

5. The apparatus of claim 4, wherein the means ( 320 ; 600 ) for determining the position on the scale with respect to the portion of the scale comprises:
an analog / digital converter ( 310 ) for converting the analog sensor signal into a digital absolute position value,
and in which the device ( 340 ) for generating the translated signal from the digital absolute position value has the following feature:
a digital to analog converter ( 350 ) for converting the non-masked portion of the digital absolute position value to the analog translated signal.

6. Device according to one of claims 2 to 5, in which the analog sensor signal two to each other in quadrature includes standing partial analog signals that have a position on the scale only in relation to the current one Clearly specify the period section.

7. Device according to one of claims 2 to 6, wherein the device is connected via a short transmission path ( 240 a- 240 d) to the position sensor ( 200 ), so that transmission losses of the analog sensor signal are small up to the input of the device.

8. The device according to any one of claims 2 to 7, wherein the first mechanical period is adapted to be optimized with respect to the manufacture, application and readability of the scale, while the second mechanical period is adapted to with respect to a signal transmission of the translated analog signal to the evaluation unit ( 280 ) and an evaluation of the translated analog signal to be optimized by the evaluation unit ( 280 ).

9. Device according to one of claims 2 to 8, in which the second mechanical period is adjustable.