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Die
Erfindung betrifft einen Geber, insbesondere eine Drehschaltereinheit,
deren Schaltstufen durch Drehen eines Drehknopfes durchlaufen werden.
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Für die berührungslose
Erfassung der Drehbewegung einer Achse sind Drehwinkelsensoreinheiten
bekannt, bei denen ein ferromagnetisches (passives) oder permanentmagnetisches
(aktives) Polrad fest mit der Achse verbunden ist, das bei dessen
Drehung mit der Achse Signale abgibt, die dann von einem Messwertaufnehmer
erfaßt
werden. So können bei
Drehung des Polrades die sich daraus ergebenden Signale in Form
von Magnetfeldänderungen
mit Hilfe aktiver Sensoren in Form eines Hallelementes oder einer
magnetoresistiven Brücke
gemessen werden. Die Sensoren sprechen effektspezifisch auf Modulationen
der Flussdichte bzw. der Feldstärke
des Signalgebers an und geben nach einer magnetoelektrischen Wandlung
der Feldstärkeänderungen
elektrische Signale aus.
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Wie
beispielsweise aus der US-Patentschrift 4 628 259 hervorgeht, lassen
sich durch die Auswertung von Zählimpulsen
eines n-poligen Polrades auch die Drehposition des Polrades, d.h.
die Winkelstellung in Drehrichtung der Achse bestimmen. Dies kann
im einfachsten Fall entweder durch eine direkte Digitalisierung
der Ausgangssignale mittels Schwellwertschalter oder durch eine
digitale Abfrage der momentanen Signalhöhe nach erfolgter Analog-Digital-Wandlung mit mehr
als 1 Bit-Auflösung
und darauffolgender Ansteuerung eines Digitalzählers mit Zähl- und Zählrichtungseingang erfolgen.
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Im
Ergebnis kann man mit dieser Art von berührungslosen Sensoren sowohl
die Drehwinkelposition, die Drehzahl, die Drehgeschwindigkeit, die
Beschleunigung und die Drehrichtung der Achse ermitteln.
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Eine
aus
DE 197 49 339
A1 bekannte Vorrichtung zum Erfassen von Schaltstellungen
ermöglicht
es, zugleich zu der Erfassung von Kipppositionen eines Schalthebels
auch laterale Distanzverschiebungen des Schalthebels zu erkennen.
Allerdings handelt es sich bei der beschriebenen Vorrichtung nicht
um eine Drehschaltereinheit. Vielmehr ist dort eine Einheit beschrieben,
die Verschiebungen des Signalgebers relativ zur Signalaufnahme erfassen
kann, die entweder durch Kippbewegungen oder durch laterale Verschiebung
erzeugt werden. Die eingesetzten einzelnen Signalaufnehmereinheiten
können
zwischen Bewegungen in unterschiedlichen Richtungen nicht unterscheiden.
Dies ist jedoch für die
Bestimmung einer Drehposition der Drehschaltereinheit notwendig,
um zwischen Stellungen im Teilkreis von 0° bis 180° und den Stellungen im Teilkreis von
180° bis
360° zu
unterscheiden.
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Aus
DE 32 01 811 A1 ist
eine Messvorrichtung bekannt, die aus einer Zahnscheibe (Signalgeber)
zugeordneten Sensoren (Induktivsensoren) und einer Auswertungs-Schaltung
besteht, die die Ermittlung eines Fehlers, nämlich eines durch einen Fehler entstandenen,
unzulässigen
Abstands zwischen Zahnscheibe und Sensor, erlaubt. Nach Erkennen des
Fehlers löst
die Auswertungs-Schaltung einen Schaltvorgang aus. Gemäß
DE 32 01 811 A1 erfolgt eine
laterale Bewegung des Signalgebers relativ zum Signalaufnehmer,
um den Spalt zwischen diesen beiden Elementen einzustellen. Dieses
Einstellen erfolgt in Wartungsintervallen, bei denen die Funktionsweise überprüft wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine kostengünstige Drehschaltereinheit
vorzusehen, die zusätzliche
Schaltfunktionen erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Gegenstand gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den jeweiligen Unteransprüchen hervor.
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Unter
Magnetfeldsensor im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere sämtliche
magnetoresistiven Sensoren zu verstehen, die von einer der XMR-Technologien
Gebrauch machen. Verschiedene XMR-Technologien (AMR, GMR, CMR, GMI)
sind in "Stefan
Mengel, Technologieanalyse Magnetismus, Band 2: XMR Technologien,
VDI-Technologiezentrum Physikalische Technologien, beschrieben, worauf
inhaltlich bezug genommen wird.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Geber vorgesehen, der durch die Anordnung einer Signalaufnehmereinheit
relativ zu einer Signalgebereinheit eine kontaktlose Messung z.
B. der Drehwinkelposition des Drehschalters ermöglicht, wobei durch die Anzahl der
aufgenommenen Signale die Schaltstufen festlegbar sind. Erfindungsgemäß läßt sich
die Grundidee durch eine Drehschalttunktion mit mehreren Schaltstufen
mit einem aus einem Polrad mit n-magnetischen Polen als Impulsgebereinheit
und einem magnetoresistiven Sensor als Impulsaufnehmereinheit bestehenden
Drehsensor verwirklichen. Statt Magnetfeldsensoren können auch
Hallsensoren zum Einsatz kommen.
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Bei
einer Drehbewegung des Polrades mit n-ferro- oder permanentmagnetischen
Polen am Sensor vorbei, detektiert beispielsweise ein magnetoresistiver
Sensor die Feldstärkeänderungen
durch das Vorüberziehen
eines jeweiligen Pols, so daß sich in
diesem Fall n-Schaltstufen pro Umdrehung des Polrades ergeben. Der
Drehschalter kann sich dabei ohne Festlegung einer Nullposition
endlos drehen lassen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist die Schaltfunktion des Drehschalters durch die Detektion
des vom jeweiligen Pol des Polrades an den magnetoresistiven Sensor
abgegebenen Signales und durch die Detektion der magnetischen Feldstärke erweitert.
Die Signalstärke
des Signales wird dabei in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit
des Abstands zwischen Polrad und Sensoreinheit gesetzt, so dass
bei einer Änderung
dieses Abstands eine Amplitudenänderung
die Folge ist.
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Im
folgenden wird der physikalisch technische Aufbau näher erläutert, der
sich in zwei Schaltfunktionen, d.h. in den Drehschaltbereich und
in den durch die Signalamplitude abhängigen linearen Schaltbereich
unterteilen lässt.
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Der
magnetoresistive Sensor verfügt
vorteilhafterweise über
zwei Ausgänge,
an denen jeweils ein erstes bzw. ein zweites Ausgangssignal ausgegeben
wird. Das erste Ausgangssignal entspricht im wesentlichen einem
in erster Näherung
sinusförmigen
Signal, während
das zweite Ausgangssignal ein im wesentlichen cosinusförmiges Signal
in erster Näherung
ist. Diese beiden Ausgangssignale werden konstant phasenverschoben
ausgelesen und in einem Analog-Digitalwandler digitalisiert, so
dass letztlich ein Zähl-
bzw. Drehrichtungssignal vorliegt. Eine geeignete Phasenverschiebung
beträgt
beispielsweise ¼-Periode
der Ausgangssignale. Mit Hilfe dieser Signalgebung kann durch Vergleich
der Amplituden zueinander ein Wechsel der Drehposition für den Drehschaltbereich
festgestellt werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist für den Drehschaltbereich eine
Schwellwertschalteinheit vorgesehen, mit der beide Ausgangssignale
jeweils in binäre
Sensorsignale mit konstanter Amplitude umgewandelt werden, wobei aus
dem Flankenwechsel der Amplituden die Drehposition des Polrades
ermittelt wird. Als Schwellwertschalteinheit kann hier beispielsweise
eine herkömmliche
Verstärker-/Triggerschaltung
dienen, die das Überschreiten
eines bestimmten Wertes triggert. Eine derartige Schaltung kann
aus zwei Triggern mit einer Schaltschwelle bei 0 mV/V bestehen,
die aus den beiden magnetoresistiven Brückensignalen einen Zählimpuls
und ein Drehrichtungssignal für
den Digitalzähler
erzeugen.
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Erfindungsgemäß wird nun
in vorteilhafter Weise für
den linearen Schaltbereich aus dem Verlauf der Kennlinie der Ausgangssignale
ein weiteres Signal gewonnen, um über die Drehwinkelstellung des
Polrades hinaus eine weitere, zusätzliche Orts-Information gewinnen
zu können.
Diese weitere Information ist in Abhängigkeit des Abstands gesetzt, der
durch eine Relativbewegung des Polrades vom Sensor weg, bzw. zu
diesem hin in einer zur Drehebene im wesentlichen senkrechten Bewegungsrichtung
variiert werden kann.
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So
kann in einer Ausführungsform
zur Drehschaltfunktion eine zusätzliche
Schaltfunktion realisiert werden, über die durch eine relative
Linearbewegung zwischen Polrad und Sensor in obiger Bewegungsrichtung
der Zustand "Magnetfeld
stark" vom Zustand "Magnetfeld schwach" unterschieden wird. Bei
einer gleichzeitigen Auswertung beider Ausgangssignalspannungen
können
diese beiden Zustände "Magnetfeld stark" und "Magnetfeld schwach" dann in jeder beliebigen
Drehwinkelposition erkannt werden.
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Um überdies
die Drehschaltfunktion auch noch im Zustand "Magnetfeld schwach" zuverlässig aufrechtzuerhalten und
die Erzeugung fehlerhafter Drehsignale zu eliminieren, werden in
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Kennlinien in einem
bestimmten Schwellwertbereich analysiert. Dieser Bereich entspricht
an der oberen Grenze der Amplitude, also dem maximalen Ausgangsspannungswert
des analogen Ausgangssignals, wobei die untere Grenze durch denjenigen
Spannungswert des analogen Ausgangssignals begrenzt ist, oberhalb dessen
eine Messung der Drehwinkelstellung des Polrades noch zuverlässig möglich ist.
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Pro
Ausgangssignal des Sensors wird der Schwellwertbereich durch jeweils
zwei Schwellwerte festgelegt, wobei die Schaltschwellen der unteren Grenze
vorteilhafterweise derart zu wählen
sind, dass im Zustand "Magnetfeld
stark" immer mindestens
eines der beiden Ausgangssignale außerhalb des Schwellwertbe reichs
liegt. So ist in dieser Ausführungsform
mittels der Schwellwertschalter festzustellen, ob der Betrag der
Ausgangsspannung eines der beiden Sensorausgänge eine festgelegte Grenze überschreitet,
oder ob der Betrag bei beiden Ausgangsspannungen der jeweiligen
Sensorausgänge gleichzeitig
unterhalb der festgelegten Grenze liegt.
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Aufgrund
dieser Schaltungseinrichtung ist mit Hilfe der durch eine lineare
Verschiebung des Polrades zum Sensor realisierten Schaltfunktion
die Schaltfunktion des kontaktlosen Drehschalters erweitert.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform ist
die Schaltungsfunktion dafür
vorgesehen, bei einer Feststellung des Zustandes "Magnetfeld schwach" die Weiterleitung
des Zähl-
und Zählrichtungssignals
der Drehdetektion zu unterbrechen.
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Entsprechend
einem zum Ermitteln der Drehposition zu vollziehenden Flankenvergleich
der in binäre
Signale umgesetzten Amplituden werden auch die Schwellwertüberschreitungs-Signale
des linearen Schaltungsbereiches in entsprechender Weise zum Drehschaltbereich
in vorteilhafter Weise in binäre
Signale umgesetzt. Das heißt,
dass die beiden Sensorausgangssignale in Kenntnis der Kennlinienform
mit 1 oder mehr Bit-Auflösung
digitalisiert werden.
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Die
Auswerteschaltung zur Ermittlung dieser linearen Ortinformation
senkrecht zur Drehrichtungsebene erfordert beispielweise vier Trigger
mit Schaltschwellen auf in etwa der halben Höhe der Amplitude, wobei jede
Brücke
mit einer positiven und einer negativen Schaltschwelle versehen
ist. Über
eine ODER-Gatterverknüpfung
der Ausgangssignale erhält
man ein High-Signal, sobald der Betrag einer der beiden Ausgangsspannungen
die Triggerschwelle überschreitet.
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Die
Erfindung schafft somit im Ergebnis einen kostengünstigen,
kontaktlosen, elektronischen Drehschalter mit integrierter Tastfunktion.
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Zur
Betätigung
der Tastfunktion kann der das Polrad drehende Drehknopf selbst oder
ein in diesen Drehknopf eingelassener separater Knopf als Betätigungsmittel
dienen, wobei beim Eindrücken
des Knopfes der Abstand zwischen Polrad und Sensor entweder vergrößert oder
verkleinert wird. Sollen die Drehbewegungspositionen ausschließlich in
nur einer der beiden Schaltpositionen weitergeleitet werden, welche
Schaltposition derjenigen mit geringem Abstand zwischen Polrad und
Sensor entspräche,
ist bei einer Verkleinerung des Abstandes auf Tastendruck ein Drehschalter
mit Verdrehsicherung realisiert, bei dem die Drehschalterfunktion
nur nach Eindrücken
des Drehknopfes anspricht. Demgegenüber ist im Falle einer Vergrößerung des
Abstandes auf Tastendruck ein Drehschalter mit Bestätigungsfunktion
realisiert.
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Erfindungsgemäß können jedoch
auch mehrere Schaltbereiche pro Ausgangssignal mit mehreren Schaltschwellen
für die
lineare Verschiebung des Polrades zum Sensor vorgesehen sein. Eine
derartige Funktionswahl hängt
dann vom Auflösungsvermögen und
dem Verlauf der sinus- bzw. cosinusförmigen Kennlinie ab. In einem
Fall mit mehrfachem linearen Schaltbereich werden die Ausgangsspannungsamplituden
in mehrere Stufen unterteilt, wobei die Anzahl der Stufen multipliziert
mit den Drehschaltstufen die Gesamtzahl der mittels des Drehschalters
einzunehmenden Schaltpositionen ergibt. Die Sensorsignale können dann
mit einer höheren
Auflösung
als 1 Bit digitalisiert werden, um aus dem digitalisierten Ergebnis
die Kennlinie auszuwerten.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Drehschalter-Ausführungsbeispiels
mit zusätzlicher
zweistufiger Schaltfunktion unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. In
dieser zeigt:
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1 schematisch
die Anordnung einzelner Bestandteile des erfindungsgemäßen Drehschalters für die verschiedenen
Tast-Drehschaltervarianten;
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2 zwei
periodische Ausgangssignale des Sensors;
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3 einen
Graphen, der die Ausgangsamplitude eines magnetoresistiven Sensors als
Funktion der magnetischen Feldstärke
am Sensorort veranschaulicht;
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4 einen
exemplarischen Graphen, der Feldstärke und Sensoramplitude des
magnetoresistiven Sensors als Funktion des Abstands zwischen Polrad
und Sensor zeigt;
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5 einen
exemplarischen Graphen, in dem die Ausgangskennlinien des magnetoresistiven Sensors
bei geringem Abstand Polrad-Sensor gezeigt sind;
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6 einen
exemplarischen Graphen, in dem die Ausgangskennlinien des magnetoresistiven Sensors
bei mittlerem Abstand Polrad-Sensor gezeigt sind;
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7 einen
exemplarischen Graphen, in dem die Ausgangskennlinien des magnetoresistiven Sensors
bei großem
Abstand Polrad-Sensor gezeigt sind;
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8 einen
Schaltplan einer Schaltungsanordnung;
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9 eine
exemplarische Darstellung des Signalverlaufs in der Auswertschaltung
für eine Kennlinie
nach 5;
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10 eine
exemplarische Darstellung des Signalverlaufs in der Auswertschaltung
für eine Kennlinie
nach 6;
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11 eine
exemplarische Darstellung des Signalverlaufs in der Auswertschaltung
für eine Kennlinie
nach 7.
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12 Analoge
Auswertung.
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1 zeigt
schematisch die Anordnung einzelner Bestandteile des Drehschalters.
Mit einem Drehknopf 4 des Drehschalters kann über eine
Drehachse 3 ein mit magnetisierten Polen (nicht gezeigt) besetztes
Polrad 2 gedreht und gemäß dem Pfeil v linear verschoben
werden. Durch Drehen des Polrades durchlaufen die Pole den Messbereich
eines magnetoresistiven Sensors 1. Dieser Sensor detektiert die
Impulse der Feldstärkenänderung
und gibt im Ergebnis darauf an zwei Sensor-Ausgängen jeweils ein periodisches
Ausgangssignal ab. Das erste vom magnetoresistiven Sensor ausgegebene
Signal ist im vorliegenden Fall ein periodisches Cosinus-Signal, während am
zweiten Ausgang ein periodisches Sinus-Signal abgegriffen wird.
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Wie
in 2 gezeigt, vollziehen beide Signale bei einem
vollständigen
Phasendurchlauf von 360° des
Signals einen vollständigen
Spannungsdurchlauf von 0 bis zur positiven und negativen Amplitude.
Die hier angegebene Winkelskalierung auf der Ordinatenachse bezieht
sich deshalb auf die Phasenlage des Signals und nicht auf die Winkelstellung
des Polrades.
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Die
beiden Signale haben im vorliegenden Fall eine konstante Phasenverschiebung
von ¼-Periode,
also π/2.
Durch diese konstante Phasenverschiebung ist jede beliebige Winkelstellung
nach Zählung
der detektierten Impulse und der ermittelten Drehrichtung durch
Vergleich der beiden Signalspannungen gekennzeichnet.
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3 zeigt
die Ausgangssignalamplitude als Funktion der magnetischen Feldstärke. Wie
in dieser Figur gezeigt, nimmt die Ausgangssignalamplitude mit abnehmender
Feldstärke
am Sensorort ebenso ab. Auch ist zu erkennen, dass der Signalabfall
ab einem bestimmten Grenzwert der Feldstärke rapide zunimmt. Kombiniert
man diese Beziehung mit dem Verlauf der Feldstärke an einem Polrad in Abhängigkeit
vom Abstand des Sensors zum Polrad, so erhält man eine in 4 gezeigte
exemplarische Darstellung der Abhängigkeit der Sensorausgangs-Signalamplitude
vom Abstand Sensor-Polrad.
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Wie
das in 4 zu erkennen ist, gibt es bei geringen Abständen vom
Polrad zum Sensor eine Zone, in der die Signalamplitude bei nur
geringer Ortsabhängigkeit
sehr groß ist.
Ab einer bestimmten Entfernung fällt
die Signalamplitude dann – wie
oben bereits erwähnt – steil
ab. In der Praxis treten an dieser Grenze oft auch zunehmend Oberwellen
in der Sinus- oder Cosinuskurve auf, die zu starken Verformungen
der Kennlinie führen.
Die Erzeugung eines brauchbaren Ausgangssignals für die Polzählung wird
durch die Kurvenverformung bzw. die Amplitudenabnahme allerdings
erst bei sehr geringen Feldstärken
beeinträchtigt.
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Um
nun zusätzlich
zur Ermittlung der Drehwinkelposition eine zweistufige Schaltfunktion
zu realisieren, wird gemäß der Erfindung
der Abstand des Polrades zum Sensor über die Signalstärke gemessen.
Um allein anhand der beiden Ausgangssignale festzustellen, ob der
Abstand Polrad-Sensor gering ist, wird im vorliegenden Fall bei
einer Phasenverschiebung von ¼-Periode
die Beziehung:
zwischen Sinus und Cosinus
genutzt, wobei
und
mit A = Betrag der Amplitude.
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Damit
ist bei reinen sinus- bzw. cosinus-förmigen Kennlinien bei jedem
Phasenwinkel der Betrag der Ausgangsspannung mindestens eines Ausgangs
größer als
da im Schnittpunkt der Graphen
beim Abfallen der Sinus-Kurve die Cosinus-Kurve ansteigt und vice
versa (siehe
2).
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Mit
bezug auf 5 ist ein Beispiel für die Kennlinie
der Ausgangssignale des Sensors bei geringem Abstand zwischen Polrad
und Sensor gezeigt.
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Sind
nun – wie
im vorliegenden Fall – pro Ausgangskanal
zwei Schwellwertschalter vorgesehen, wobei dessen eine Schaltschwelle
+S im positiven Spannungsbereich und dessen andere Schaltschwelle –S im negativen
Spannungsbereich und zwar unterhalb dieser Grenze |S| <
liegen, dann kann ein Unterschreiten
dieser Schaltschwellen festgestellt werden, ohne die Information über die
Drehwinkelstellung zu verlieren. Dies ist bei oberwellenfreier Kennlinie
der Fall, sobald die Signalamplitude größer als der Wert S·√2 ist.
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Liegt,
wie das in 6 gezeigt ist, die Signalamplitude
A im Bereich S ≤ A ≤ S·√2, so hängt der Tastzustand
von dem jeweiligen Phasenwinkel ab. Denn in diesem Bereich überschreitet
der Signalwert nur bei bestimmten Phasenwinkel θ (beispielsweise 0 = 0) den
Wert S·√2. So wird
bei bestimmten Phasenwinkeln die Triggerschwelle zwar von einer
Amplitude, nicht jedoch von beiden Amplituden unterschritten. Demgegenüber wird
bei anderen Phasenwinkeln die Triggerschwelle von beiden Amplituden unterschritten
(siehe hierzu auch digitales 1-Bit-Signal in 10). Dieser
Bereich sollte beim Betätigen oder
Loslassen der Taste lediglich kurzzeitig durchlaufen werden. Die
Endpunkte der Bewegung Sensor-Polrad müssen zur Gewährleistung
der Funktionssicherheit in den außerhalb liegenden Bereichen mit
eindeutig definierten Schaltzuständen
liegen.
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Sinken
nun – entsprechend 7 – infolge einer
Zunahme des Polrad-Sensor-Abstands
die Signalamplituden unter den Schwellwert S der Schwellwertschalter,
so signalisiert kein Schwellwertschalter für einen beliebigen Phasenwinkel
ein Überschreiten der
Schaltschwelle. Die Weitergabe der Drehwinkelpositionen, die in
diesem Zustand noch messbar sind, werden dann gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
durch die Schaltfunktion entsprechend einer Unterbrechung nicht
weitergegeben.
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Bei
der Wahl des zu verwendenden Sensortyps ist diesbezüglich darauf
zu achten, dass der Sensor an der unteren Grenze des undefinierten Schaltbereichs
noch ein einwandfreies, für
die sichere Zähl-
und Drehrichtungsimpulserzeugung qualitativ ausreichendes Ausgangssignal
generiert.
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8 zeigt
die mögliche
Schaltungsanordnung zur Feststellung, ob der Betrag der Ausgangsspannung
eines der beiden Sensorausgänge
eine festgelegte Grenze überschreitet
oder ob der Betrag der Ausgangsspannung bei beiden Sensorausgänge gleichzeitig
unterhalb der festgelegten Grenze liegt.
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Die
Auswertschaltung besteht dabei aus zwei Teilen. Der eine Teil enthält zwei
Schmitt-Trigger mit einer Schaltschwelle bei 0 mV/V, die aus den
beiden Brükkensignalen
ein Zählimpulssignal
und ein Drehrichtungssignal für
einen Digitalzählererzeugen.
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Der
zweite Teil der Schaltung erfordert vier Schmitt-Trigger, mit denen
die Schaltschwellen gesetzt sind. Jede magnetoresistive Brücke verfügt über eine
im positiven Bereich und eine im negativen Bereich gesetzte Triggerschwelle.
Eine ODER-Verknüpfung
ist zwischen den detektierten Triggersignalen für die Amplituden geschaltet,
so daß immer
festgestellt wird, wenn der Betrag eines der beiden Ausgangssignale
die Triggerschwelle überschreitet.
Liegen die Beträge
beider Ausgangssignale unterhalb der Schwelle, wird über die
ODER-Verknüpfung kein High-Signal
weitergegeben.
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Die 9, 10 und 11 zeigen
die in der Schaltanordnung von 8 ermittelbaren
Signale. 9 stellt dabei die Signale an
den Punkten A bis G einer vom Sensor ausgegebenen Kennlinie gemäß 5 dar.
Entsprechend zeigt die 10 eine Signalreihe A bis G
auf der Grundlage einer in 6 gezeigten
Kennlinie, während 11 eine
Signalreihe A bis G nach einer Kennlinie von 7 zeigt.
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Die
Signale A bis G liegen in einer digitalisierten Form mit 1-Bit-Auflösung vor, wobei
das Signal
- A
- dem Sinus-Signal
- B
- dem Cosinus-Signal
- C
- der Schwellwertüberschreitung
+S des Sinus-Signals
- D
- der Schwellwertüberschreitung –S des Sinus-Signals
- E
- der Schwellwertüberschreitung
+S des Cosinus-Signals
- F
- der Schwellwertüberschreitung –S des Cosinus-Signals und
- G
- der Schwellwertunterschreitung
eines der beiden Ausgangssignale
entspricht.
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Wie
aus 10 hervorgeht, ergibt das digitale 1-Bit-Signal
G bei bestimmten Phasenwinkeln des Signals, dass bei diesen Winkeln
die Triggerschwelle zwar von einem Signal, nicht jedoch von beiden
Signalen unterschritten wird. Demgegenüber wird bei anderen Phasenwinkeln
die Triggerschwelle von beiden Signalen unterschritten. Dieser Bereich
sollte – wie
oben erwähnt – nur beim
Betätigen
oder Loslassen der Taste und möglichst
kurzzeitig durchlaufen werden. Die Endpunkte der Bewegung Sensor-Polrad
müssen
zur Gewährleistung
der Funktionssicherheit in den außerhalb liegenden Bereichen
mit eindeutig definierten Schaltzuständen liegen.
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Abschließend ist
zu betonen, dass die Sensorsignale sowohl in analoger wie auch entsprechend
obigem Beispiel in digitalisierter Form ausgewertet werden können. Das
heißt,
dass auch bei einer analogen Auswertung zur Schwellwertüber- bzw. -unterschreitung
eine nachfolgende Digitalisierung mit einer Auflösung von 1 Bit oder mehr zu
einer Schaltfunktion des Drehschalters über den Abstand Polrad-Sensor
führt.
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Um
den Schaltpunkt reproduzierbarer zu machen oder den Abstand Sensor-Polrad mit einer größeren Auflösung als
1 Bit zu erfassen, ist es zweckmäßig, den
undefinierten Schaltbereich zu verkleinern. Dies beinhaltet eine
Bestimmung der Sensorsignalamplitude unabhängig von der jeweiligen Stellung
des Phasenwinkels. Bei angenommenen reinen sinus- bzw. cosinusförmigen Signalen
kann hierzu die Beziehung
genutzt werden. Die schaltungstechnische
Realisierung dieser Amplitudenbestimmung und die nachfolgende Digitalisierung
kann sowohl analog (
12) als auch nach vorheriger
Digitalisierung des Sensorsignals digital erfolgen. Bei einer digitalen
Auswertung hat man den zusätzlichen
Vorteil, auch Abweichungen von der sin-Form, Offsetfehler, Temperatureinflüsse, etc
berücksichtigen
zu können.
und
mit A = Betrag der Amplitude.
