DE102004033084A1 - Wirbelstromsensor zur Weg- oder Winkelmessung nach dem Noniusprinzip - Google Patents

Wirbelstromsensor zur Weg- oder Winkelmessung nach dem Noniusprinzip Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wirbelstromsensoranordnung, insbesondere zur Weg- oder Winkelmessung, umfassend einen Sensor (1a, 1b) mit wenigstens einer Spule (2, 3) zur Erzeugung von Wirbelströmen in einem leitfähigen Geber (4a, 4b) und dem Geber (4a, 4b), wobei sich der Sensor (1a, 1b) und der Geber (4a, 4b) relativ zueinander in einer Bewegungsrichtung (C, D) bewegen können. Der gesuchte Weg (s) oder Winkel (PSI) kann besonders einfach und genau bestimmt werden, wenn der Geber (4a, 4b) zwei Spuren (5, 6) aufweist, von denen die eine (5) eine erste Anzahl von Segmenten (12) und die andere (6) eine unterschiedliche zweite Anzahl von Segmenten (11) aufweist, die jeweils von einem der Sensoren (1a, 1b) abgetastet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wirbelstromsensoranordnung, insbesondere zur Weg- oder Winkelmessung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Weg- oder Winkelmessung mittels eines Wirbelstromsensors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
  • Wirbelstromsensoren werden heute insbesondere als Näherungssensoren zur Abstandsmessung oder zur Positionsbestimmung beweglicher Teile eingesetzt. Aus dem Stand der Technik bekannte Wirbelstromsensoren umfassen üblicherweise einen Sensor mit einer Spule, die mit einem leitfähigen Geber zusammenwirkt und arbeiten im wesentlichen nach folgendem Prinzip:
    Die Spule wird mit einem hochfrequenten Strom betrieben und erzeugt in ihrer näheren Umgebung ein hochfrequentes magnetisches Feld, das im Geber Wirbelströme hervorruft. Die Wirbelströme erzeugen ihrerseits wiederum ein dem Magnetfeld der Spule entgegengesetztes magnetisches Feld. Je nach Abstand zwischen Sensor und Geber, der Leitfähigkeit sowie der im Feldbereich befindlichen Geberfläche ist dieses Gegenfeld unterschiedlich groß. Die Spule zeigt somit je nach Abstand, Leitfähigkeit und Fläche eine unterschiedliche Ersatzinduktivität bzw. eine unterschiedliche komplexe Impedanz. Die Induktivität der Spule kann auf verschiedene Weise, z.B. durch Messung der Resonanzfrequenz eines aus der Spule und einem Kondensator bestehenden LC-Schwingkreises ermittelt und daraus der Abstand bestimmt werden.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Wirbelstromsensoren dienen üblicherweise zur Abstandsmessung oder Positionsbestimmung. Wirbelstromsensoren, die zur Weg- oder Winkelmessung eingesetzt werden können, sind aus dem Stand der Technik dagegen nicht bekannt.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wirbelstromsensor zur Weg- oder Winkelmessung zu schaffen. Dabei sollte ein zurückgelegter Winkel bzw. Weg im gesamten Messbereich eindeutig dargestellt werden können.
  • Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 12 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Wirbelstromsensoranordnung mit einem Geber zu realisieren, der zwei periodische Spuren aufweist, von denen die eine eine erste Anzahl von Periodensegmenten und die andere eine unterschiedliche zweite Anzahl von Periodensegmenten aufweist. Die Spuren werden jeweils von einem Sensor abgetastet und aus den Sensorsignalen jeweils ein Messwert (z.B. ein Winkel φ1, φ2) bestimmt. Aus der Differenz der Messwerte lässt sich dann der absolute Wert der Messgröße (Weg oder Winkel) nach dem Noniusprinzip bestimmen. Der Vorteil von zwei abgetasteten Spuren mit einer unterschiedlichen Anzahl von Segmenten besteht somit darin, dass die Sensorsignale der beiden Sensoren nach dem Noniusprinzip ausgewertet werden können. Durch diese Art der Signalauswertung kann eine Weg- oder Winkelinformation über den gesamten Messbereich eindeutig ermittelt werden.
  • Die Spuren sind vorzugsweise derart gebildet, dass sich die komplexe Impedanz der Spule und somit ein entsprechendes Sensorsignal der Sensoren mit zurückgelegtem Weg stetig ändert.
  • Zu diesem Zweck kann eine Spur eine in Bewegungsrichtung variierende Geometrie, Leitfähigkeit, eine variierende wirksame Fläche, eine variierende Dotierung, ein variierendes Verhältnis an leitfähigen zu nicht-leitfähigen Bereichen (z.B. Lochspur oder Spur mit leitfähigen und nicht-leitfähigen Streifen) oder eine andere variierende Eigenschaft aufweisen, die eine kontinuierliche Änderung der komplexen Spulenimpedanz während des Abtastens bewirkt.
  • Die Spur kann z.B. aus einem leitfähigen Material bestehen, das in definierten Abständen nichtleitende Bereiche (z.B. Löcher) aufweist, deren Dichte oder Größe sich in Bewegungsrichtung ändert.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die dem Sensor gegenüberliegende wirksame Fläche der Spur kontinuierlich zu- oder abnehmend gebildet. Unter dem Begriff „wirksame Fläche" wird dabei diejenige Fläche der leitfähigen Spur verstanden, die zur Erzeugung von Wirbelströmen und damit zur Erzeugung eines dem Feld der Spule entgegengerichteten Feldes beiträgt.
  • Bezüglich des Gebers wird darauf hingewiesen, dass die beiden Spuren des Gebers nicht auf dem gleichen Träger angeordnet sein müssen. Vielmehr können die Spuren auch räumlich getrennt voneinander angeordnet sein. Unter dem Begriff "Geber" ist daher jede Geberanordnung, wie z.B. zwei Geberräder, zu verstehen, die wenigstens zwei Spuren mit unterschiedlicher Segmentzahl aufweisen.
  • Bei Betrieb des Wirbelstromsensors bewegen sich Sensor und Geber vorzugsweise in gleichbleibendem Abstand relativ zueinander in Bewegungsrichtung. Dies hat den Vorteil, dass bei der Auswertung der Spuleninduktivität bzw. Spulenimpedanz der Abstand zwischen Spule und Geber nicht berücksichtigt werden muss und somit die Auswertung einfacher ist. Da sich das Gegenfeld mit zunehmendem Abstand abschwächt, müsste andernfalls der Abstand berücksichtigt werden.
  • Um die Messanordnung gegen eine mögliche Variation des Abstands unempfindlich zu machen, kann die Signalauswertung z.B. nach dem Differenzprinzip durchgeführt werden. D.h. es wird der Messwert aus der Differenz zweier Sensorsignale ermittelt, wobei die Sensoren mechanisch gekoppelt sind und somit die gleiche Abstandsänderung bei einer Bewegung mitmachen. Der Einfluss des Abstandes kürzt sich bei der Differenzbildung heraus. Eine mögliche Messanordnung kann z.B. einen ersten Sensor umfassen, der eine erste Spur, und einen zweiten Sensor, der eine zweite (z.B. komplementäre) Spur abtastet. Die Spuren sind vorzugsweise so gestaltet, dass sich das Differenzsignal bei Abtastung kontinuierlich ändert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Spur derart gestaltet, dass sich die Impedanz der Spule bzw. ein entsprechendes Sensorsignal mit zurückgelegtem Weg sinusförmig ändert. Dies erlaubt eine besonders einfache Auswertung des Sensorsignals.
  • Die Geberspur hat vorzugsweise eine stetige, insbesondere sinusähnliche laterale Kontur. Die Spur ist ferner vorzugsweise bezüglich einer in Bewegungsrichtung verlaufenden Mittellinie symmetrisch gebildet. Durch diese Gestalt verändert sich die komplexe Impedanz der Spule sinusförmig und kann somit einfach ausgewertet werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich die Anzahl der Segmente der beiden Spuren genau um ein Segment. Dies hat den Vorteil, dass die Differenz der aus den Sensorsignalen der beiden Sensoren ermittelten Messwerte genau die gesuchte absolute Weg- bzw. Winkelinformation ergibt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird aus den Sensorsignalen jeweils eine Größe ermittelt, die eine Weg- oder Winkelinformation repräsentiert. (Diese Grösse muss nicht über den gesamten Messbereich eindeutig sein). Die eindeutige Weg- oder Winkelinformation wird schließlich aus der Differenz der beiden Größen ermittelt.
  • Im Rahmen der Messwertbestimmung wird vorzugsweise aus der Differenz der beiden Sensorgrößen (φ1, φ2) eine Segmentnummer eines Segments ermittelt, das gerade von einem der Sensoren abgetastet wird, und unter Berücksichtigung der Segmentnummer der absolute Weg bzw. Winkel ermittelt. Auf diese weise kann die Messgenauigkeit wesentlich erhöht werden.
  • Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Wirbelstromsensoranordnung zur Winkelmessung sind die beiden Spuren vorzugsweise auf unterschiedlichen Geberrädern angeordnet. Dabei können die Spuren z.B. auf einer Seitenfläche oder der Umfangsfläche der Geberräder angeordnet sein. Die Geberräder befinden sich an derselben Welle und erfahren den gleichen Drehwinkel.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst jeder Sensor zwei Spulen, die vorzugsweise um 90° bezüglich eines Segments versetzt angeordnet sind. (Ein Segment entspricht 360°). Durch eine Arcustangens-Berechnung oder eine äquivalente Auswertung ist es daher sehr einfach möglich, aus beiden Sensorsignalen die relative Lage zu bestimmen. Eine äquivalente Auswertung ist z.B. die Berechnung mittels eines tabellarischen Verfahrens (look-up-table) oder mittels eines iterativen Verfahrens (z.B. CORDIC-Algorithmus).
  • Die Spuren können z.B. durch Aufbringen einer leitfähigen Folie auf einen nicht-leitfähigen Körper oder durch Bedampfen eines nicht-leitfähigen Körpers hergestellt werden. Alternativ kann sie auch aus einem massiven leitfähigen Material, z.B. durch Fräsen oder Gießen, hergestellt werden. In diesem Fall steht die Spur z.B. um 2–3 mm aus dem massiven Material hervor.
  • Geeignete Materialien, aus denen eine Spur hergestellt sein kann, sind insbesondere Aluminium oder Kupfer.
  • Die Sensorspule bzw. -spulen können z.B. aus Draht gewickelt oder auf einer Platine, einer flexiblen Leiterplatte (z.B. als Polyimidfolie) oder einem temperaturbeständigen Substrat, wie z.B. Keramiksubstrat (Hybridtechnik), oder als gedruckte Ausführung (Printspule) realisiert sein.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Rückansicht einer Wirbelstromsensoranordnung mit einer Geberspur zur Darstellung des Messprinzips;
  • 2 den Signalverlauf der Sensorsignale A, B innerhalb einer Periode;
  • 3 eine Wirbelstromsensoranordnung mit zwei Spuren zur Wegmessung;
  • 4 eine Seitenansicht der Anordnung von 3;
  • 5a, 5b ein Geberrad mit drei bzw. vier Segmenten;
  • 6 eine Aufsicht auf eine Wirbelstromsensoranordnung mit zwei Geberrädern; und
  • 7a, 7b Ausführungsformen eines Gebers mit leitenden und nicht-leitenden Bereichen (Lochblech-Geber).
  • 1 dient zur Erläuterung des grundsätzlichen Messprinzips einer Wirbelstromsensoranordnung und zeigt einen Sensor 1 mit zwei Spulen 2, 3 und einen Geber 4 mit einer leitfähigen Spur 5, die vom Sensor 1 abgetastet wird. (Die Spur ist leitfähig aber vorzugsweise nichtferromagnetisch.) Sensor 1 und Geber 4 sind hierzu relativ zueinander in Längs- bzw. Bewegungsrichtung C des Gebers 4 bewegbar.
  • Der Geber 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Geberband realisiert, das z.B. entlang eines zu messenden Weges angeordnet werden kann. Der Sensor ist am beweglichen Teil der Messanordnung befestigt und tastet die Spur 5 des Gebers 4 ab. Die Sensoranordnung 1, 4 arbeitet im wesentlichen nach folgendem Prinzip:
    Die Spulen 2, 3 werden jeweils von einem transienten oder wechselförmigen HF-Strom durchflossen, dessen Frequenz z.B. in einem Bereich zwischen 500kHz und 10MHz liegt. Dadurch wird in der näheren Umgebung der Spulen 2, 3 ein ebenso hochfrequentes magnetisches Feld erzeugt, das wiederum in der leitfähigen Spur 5 des Gebers 4 Wirbelströme induziert. Die Wirbelströme erzeugen ihrerseits wiederum ein dem Magnetfeld der Spulen entgegengesetztes Magnetfeld.
  • Je nach Größe der den Spulen 2, 3 gegenüberliegenden leitfähigen Fläche sind die induzierten Wirbelströme unterschiedlich groß. Somit ist auch das Gegenfeld unterschiedlich stark. Dabei gilt grundsätzlich der Zusammenhang, dass das Gegenfeld bei kleiner wirksamer Fläche klein und bei großer wirksamer Fläche der Spur 5 groß ist.
  • Durch das entgegengesetzte Magnetfeld verändern sich die Ersatzinduktivitäten bzw. komplexen Impedanzen der Spulen 2, 3 bezüglich ihrer Anschlussklemmen. Steht einer Spule 2, 3 z.B. ein Knoten 7 (kleine Fläche) gegenüber, so hat diese Spule 2, 3 eine große Ersatzinduktivität und somit eine betragsmäßig große komplexe Impedanz. Steht der Spule hingegen ein Bauch 8 (große Fläche) gegenüber, so weist diese Spule 2, 3 eine kleine Ersatzinduktivität und somit eine betragsmäßig kleine komplexe Impedanz auf. Die Induktivitätsänderung kann durch eine Auswerteeinheit 13 (siehe 4) erfasst werden, die beispielsweise die Resonanzfrequenz eines LC-Schwingkreises, bestehend aus jeweils einer Spule 2, 3 und einer (parasitären) Kapazität ermittelt und daraus die Messgröße (Weg oder Winkel) bestimmt.
  • Wie zu erkennen ist, ist die Spur 5 periodisch und umfasst mehrere Segmente 11. Die leitfähige Spur 5 ist außerdem derart gestaltet, dass sich ihre wirksame Fläche, d.h. die zur Erzeugung eines Gegenfeldes beitragende Fläche, mit zurückgelegtem Weg s sinusförmig ändert. Die Spur hat ferner eine sinusförmige Kontur 9 und ist bezüglich einer in Längsrichtung C verlaufenden Mittelachse symmetrisch gebildet. Dadurch wird die Messanordnung gegen einen seitlichen Offset des Sensors 1 bezüglich der Mitte der Spur 5 relativ unempfindlich.
  • 2 zeigt den Verlauf der Ersatzinduktivitäten der Spulen 2, 3 bei Abtastung einer vollen Periode (zwischen s0 und s1) der leitfähigen Spur 5. Dabei bezeichnet A den Verlauf der Ersatzinduktivität bzw. komplexen Impedanz der ersten Spule 2 und B den entsprechenden Verlauf der zweiten Spule 3.
  • Da die zweite Spule 3 in einem Abstand von 90° (eine Periode entspricht 360°) in Längsrichtung C der sinusähnlichen Kontur 8 angeordnet ist, zeigt die erste Spule 2 eine cosinusförmige Impedanzänderung und die zweite Spule 3 eine sinusförmige Impedanzänderung. Die Position des Sensors 1 relativ zur Spur 5 kann somit durch Arcustangens-Berechnung in einfacher Weise ermittelt werden.
  • Ein Nachteil der in 1 dargestellten Auswertung besteht darin, dass sie nur innerhalb einer Periode eindeutig ist.
  • 3 zeigt eine Wirbelstromsensoranordnung, mit der ein Weg S eindeutig und kontinuierlich bestimmt werden kann. Die Anordnung umfasst zwei Spuren 5, 6, die jeweils von einem Sensor 1a, 1b abgetastet werden, wobei jeder Sensor einen Messwert (z.B. einen Phasenwinkel φ) liefert. Aus den beiden Messwerten (φ1, φ2) lässt sich dann unter Anwendung des Noniusprinzips die relative Position S bestimmten.
  • Die Signalauswertung nach dem Noniusprinzip funktioniert dabei wie folgt:
    Bezeichnet man den Winkel innerhalb einer Periode (z.B. von Knoten 7 zu Knoten 7) als Periodenwinkel φ, der Werte zwischen φ = 0 und 360° annehmen kann, und ψ als einen absoluten Winkel (mit ψ = 0° am Anfang des Messbereichs und ψ = 360° am Ende des Messbereichs), so gilt für die Spur 5 mit p Segmenten 11: φ1 = p·ψ undfür die Spur 6 mit p + n Segmenten (p, n ganzzahlig): φ2 = (p + n)·ψ
  • Bildet man nun die Differenz der Periodenwinkel φ1, φ2, so ergibt sich ein resultierender Winkel φerg, mit φerg = φ2 – φ1 = (p + n)·ψ – p·ψ = n·ψ, d.h. φerg = n·ψ
  • Wenn sich die beiden Spuren nur um ein Segment 11 unterscheiden, gilt n = 1 und somit φerg = ψ
  • Im Falle er Wegmessung von 2 kann dieser absolute Winkel ψ einfach in einen gesuchten Weg s umgerechnet werden, z.B. mit S = ψ·L/360°. wobei L die Länge des Messbereichs ist.
  • 4 zeigt eine Seitenansicht der Anordnung von 3. Wie zu erkennen ist, umfasst die Sensoranordnung einen zweiteiligen Geber 4a, 4b mit jeweils einer bandförmigen, leitfähigen Spur 5, 6, die von jeweils einem Sensor 1a, 1b abgetastet wird. Sensor 1a, 1b und Geber 4a, 4b sind dabei durch einen Luftspalt d voneinander beabstandet.
  • Jeder der Sensoren 1a, 1b umfasst zwei Spulen 2, 3, deren Signale A, B an die Auswerteeinheit 13 übertragen werden. Diese berechnet daraus die Phasenwinkel φ1 bzw. φ2 und unter Anwendung des Nonius-Prinzips einen Winkel ψ bzw. einen Weg s, wie vorstehend beschrieben wurde.
  • 5a zeigt ein Geberrad zur Winkelmessung mit einer Spur 5. Die Fläche der Spur 5 ist derart gestaltet, dass sich die Ausgangssignale der Sensoren 1a, 1b möglichst sinusförmig ändern.
  • Die Spur 5 hat im vorliegenden Fall drei Segmente 11, die jeweils einen mechanischen Winkel ψ von 120° abdecken.
  • 5b zeigt ein Geberrad 12 mit einer Spur 6, die vier Segmente 11 aufweist. Jedes der Segmente 11 entspricht einem mechanischen Winkel von 90°.
  • Die Spuren 5, 6 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel auf zwei unterschiedlichen Geberrädern 12 angeordnet, können aber auch auf einem einzigen Geberrad 12 angeordnet sein. Statt auf den Seitenflächen der Geberräder 12 können die Spuren 5, 6 auch auf der Umfangsfläche vorgesehen werden.
  • 6 zeigt die beiden Geberräder 12 der 5a, 5b, die übereinander an einer Welle 14 angeordnet sind. Die Welle 14 zusammen mit den Geberrädern 12 kann in Richtung des Pfeils D rotieren. Jede Spur wird dabei von einem Sensor (nicht gezeigt) abgetastet.
  • Die relative Lage der Geberräder 12 zueinander ist grundsätzlich beliebig, da jeder Offset, soweit bekannt, durch entsprechende Signalauswertung herausgerechnet werden kann. Vorzugsweise sind die Geberräder 12 jedoch parallel angeordnet, wobei vorzugsweise ein Knotenpunkt 7 der einen Spur 5 und ein Knotenpunkt der anderen Spur 6 in Richtung der Welle 14 fluchtend gegenüber liegen.
  • Die Bestimmung des mechanischen Winkels ψ erfolgt wie vorstehend bezüglich der 24 beschrieben.
  • Fehlerbetrachtung
  • Bei der Weg- oder Winkelberechnung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, wirkt sich ein Winkelfehler im Periodenwinkel φ1 oder φ2 1:1 als Fehler im Weg s oder im mechanischen Winkel ψ aus. Damit wird der Fehler p-mal so groß dargestellt, wie er eigentlich ist. Dies wird im folgenden Beispiel verdeutlicht:
    Ein Fehler von beispielsweise 3° im Periodenwinkel φ1 oder φ2 bedeutet im Weg s bzw. im mechanischen Winkel ψ nur einen Fehler von 3°/p. Mit z.B. p = 8 folgt daraus φerr = 3°/8 = 0,375°mech. Im Ergebniswinkel φerg bzw. im mechanischen Winkel ψ erscheint dieser Fehler aber vollständig als 3°mech.
  • Um den Fehler in der Weg- und Winkelmessung zu reduzieren, wird der Weg s bzw. der mechanische Winkel ψ nicht unmittelbar aus dem Ergebniswinkel φerg bestimmt. Aus dem Ergebniswinkel φerg = φ2 – φ1 wird vorzugsweise nur die Information entnommen, welches der p Periodensegmente 11 gerade abgetastet wird. D.h., es wird eine Segmentennummer nseg bestimmt.
  • Der gesuchte mechanische Winkel ψ kann nun aus der Segmentnummer (gezählt werden die Segmente nseg = 0, 1, 2 ...n) und der relativen Position innerhalb des gerade abgetasteten Segments 11 bestimmt werden. Somit gilt: ψ = nsegi·φsegi + φi/p; mit i = 1, 2
  • Dabei ist φseg der Winkel eines ganzen Segments 11, also φseg = 360°/p.
  • Die aus dem Ergebniswinkel φerg = φ2 – φ1 bestimmte Segmentnummer nseg wird vorzugsweise nochmals durch eine Plausibilitätsabfrage auf ihre Richtigkeit überprüft. Vorzugsweise wird der Ergebniswinkel φerg = φ2 – φ1 oder die Segmentnummer mit dem sensierten relativen Winkel φ1 bzw. φ2 verglichen und auf Plausibilität hin überprüft. Dies wird durch folgendes Beispiel deutlicher:
    Angenommen wird eine Spur 5 mit vier Segmenten mit den Segmentnummern nseg = 0, 1, 2, 3. Jedes Segment hat daher einen mechanischen Winkel von φseg = 90° mechanisch. Bei einem Ergebniswinkel φerg von z.B. 179° ergibt sich daraus die Segmentnummer 1. Der Sensor 1a müsste in diesem Fall also den Endbereich des zweiten Segments (nseg = 1) abtasten. Ergibt jedoch das Sensorsignal einen Phasenwinkel von z.B. φ1 = 2°, so kann daraus geschlossen werden, dass sich der Sensor nicht im zweiten Segment sondern am Anfang des dritten Segments (nseg = 2) befindet. Der mechanische Winkel ψ ist somit nicht 179° mechanisch, sondern ψ = 2·90° + 2°/4 = 180,5° mechanisch.
  • Die Segmentnummer nseg lässt sich somit durch Vergleich mit dem Phasenwinkel φ1 bzw. φ2 korrigieren.
  • Die 7a, 7b zeigen Ausführungsformen von Geberrädern 4, die als Lochblech realisiert sind. Die Löcher 15 bilden dabei nicht-leitfähige Bereiche, deren Abstand sich in Bewegungsrichtung kontinuierlich ändert. Dadurch ändert sich die Leitfähigkeit ortsabhängig und damit auch die Stärke der Wirbelströme. Das Geberrad 4a hat in diesem Ausführungsbeispiel drei Segmente und das Geberrad 4b vier Segmente. Die Knoten 7 sind dabei durch eine enge Anordnung und die Bäuche 8 als weiter beabstandete Anordnung der Löcher 15 gekennzeichnet. Alternativ könnte z.B. auch die Größe der Löcher 15 variieren, wodurch der gleiche Effekt erzielt werden kann.
  • Die Geber 4 könnten auch aus einer photoresist beschichteten Leiterplatte hergestellt sein, aus der unterschiedlich viele bzw. unterschiedlich große Löcher freigeätzt sind, so dass sich die resultierende Leitfähigkeit kontinuierlich mit dem Weg ändert.
  • 1
    Sensor
    2
    Erste Spule
    3
    Zweite Spule
    4a, 4b
    Geber
    4
    Spur
    5
    Spur
    6
    Spur
    7
    Knoten
    8
    Bauch
    9
    Laterale Kontur
    10
    Träger
    11
    Segment
    12
    Geberrad
    13
    Auswerteeinheit
    14
    Welle
    15
    Löcher
    A, B
    Sensorsignale
    C
    Bewegungsrichtung
    D
    Rotationsrichtung
    s
    Weg
    ψ
    mechanischer Winkel
    φ
    Phasenwinkel

Claims (12)

  1. Wirbelstromsensoranordnung, insbesondere zur Weg- oder Winkelmessung, umfassend – einen Sensor (1a, b) mit wenigstens einer Spule (2, 3) zur Erzeugung von Wirbelströmen in einem leitfähigen Geber (4a, b) und – den Geber (4a, b), wobei sich der Sensor (1a, b) und der Geber (4a, b) relativ zueinander in einer Bewegungsrichtung (C, D) bewegen können, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (4a, b) zwei Spuren (5, 6) aufweist, von denen die eine (5) eine erste Anzahl von Segmenten (11) und die andere (6) eine unterschiedliche zweite Anzahl von Segmenten (11) aufweist.
  2. Wirbelstromsensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Spuren (5) eine um ein Segment (11) unterschiedliche Anzahl von Segmenten (11) aufweist als die andere der Spuren (6).
  3. Wirbelstromsensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Sensoren (1a, b) ein Sensorsignal (A, B) ausgibt, und die Sensorsignale (A, B) nach dem Noniusprinzip ausgewertet werden.
  4. Wirbelstromsensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Sensorsignalen (A, B) der Sensoren (1a, b) jeweils eine Größe (φ, s) ermittelt wird, die eine Weg- oder Winkelinformation repräsentiert und eine Differenz der Größen (φ, s) ermittelt wird.
  5. Wirbelstromsensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Differenz der Größen (φ, s) eine Segmentnummer bestimmt wird.
  6. Wirbelstromsensoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zu messende Weg (s) bzw. Winkel (ψ) unter Berücksichtigung der Segmentnummer (n) ermittelt wird.
  7. Wirbelstromsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuren (5, 6) periodisch sind.
  8. Wirbelstromsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuren (5,6) derart gestaltet sind, dass sich ein Sensorsignal (A, B) der Sensoren (1a, 1b) mit zurückgelegtem Weg (s) kontinuierlich, insbesondere sinusförmig ändert.
  9. Wirbelstromsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuren (5, 6) auf einem oder auf unterschiedlichen Geberrädern (12) angeordnet sind.
  10. Wirbelstromsensoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuren (5, 6) auf einer Seitenfläche oder einer Umfangsfläche eines oder mehrerer Geberräder (12) angeordnet sind.
  11. Wirbelstromsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (1a, 1b) zwei Spulen (2, 3) aufweist, die bezüglich einer Periode um 90° versetzt angeordnet sind.
  12. Verfahren zur Weg- oder Winkelmessung mittels einer Wirbelstromsensoranordnung, die – einen Sensor (1a, 1b) mit wenigstens einer Spule (2, 3) zur Erzeugung von Wirbelströmen in einem leitfähigen Geber (4a, 4b) und – den Geber (4a, b) umfaßt, wobei sich der Sensor (1a, 1b) und der Geber (4a, b) relativ zueinander in einer Bewegungsrichtung (C, D) bewegen können, gekennzeichnet durch folgende Schritt: – Abtasten von zwei Spuren (5, 6) des Gebers (4a, b), von denen die eine (5) eine erste Anzahl von Segmenten (11) und die andere (6) eine unterschiedliche zweite Anzahl von Segmenten (11) aufweist, mittels jeweils eines Sensors (1a, 1b), und – Auswerten der beim Abtasten erhaltenen Sensorsignale (A, B) nach dem Noniusprinzip, wobei eine Größe (φ, s) ermittelt wird, die eine Weg- oder Winkelinformation repräsentiert und die Differenz der Größen (φ, s) berechnet wird.
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