DE102006025902A1 - Magnetic sensor e.g. speed sensor, arrangement for determining e.g. position, has two measuring bridges, where one bridge is arranged downstream in magnetic field, so that other bridge is used as electrical supply source for former bridge - Google Patents

Magnetic sensor e.g. speed sensor, arrangement for determining e.g. position, has two measuring bridges, where one bridge is arranged downstream in magnetic field, so that other bridge is used as electrical supply source for former bridge Download PDF

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Abstract

The arrangement has a measuring bridge (1) arranged in a plane piercing flux lines of a magnetic field, where the rotation of a component, which is to be detected or the arrangement is detectable from a value or changing an output signal of the measuring bridge (1). The direction of the flux lines changes in an area of the arrangement due to the rotation. Another measuring bridge (2) is arranged downstream in the magnetic field, such that the respective measuring bridge (1) is used as an electrical supply source for the measuring bridge (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetsensoranordnung, insbesondere zur Erfassung von Drehbewegungen, Drehwinkeln oder Positionen, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The The invention relates to a magnetic sensor arrangement, in particular for Detection of rotational movements, angles of rotation or positions, according to the preamble of the main claim.

Stand der TechnikState of the art

Bekannt sind Drehzahl- und Positionssensoren, wie sie z.B. zur Steuerung von Motoren oder auch in Getriebe- oder Fahrdynamiksteuerungen bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, die eine Drehbewegung durch eine der Drehung entsprechende Veränderung eines magnetischen Feldes erfassen. Hierbei werden dann an sich bekannte Magnetsensoren eingesetzt, die je nach Anwendung und Einsatzbereich Hallsensoren, AMR-Sensoren oder GMR-Sensoren sein können.Known are speed and position sensors, as e.g. for controlling of engines or in transmission or vehicle dynamics control of motor vehicles be inserted, which is a rotary motion through one of the rotation corresponding change capture a magnetic field. This will then turn on known magnetic sensors used, depending on the application and application Hall sensors, AMR sensors or GMR sensors.

Es ist beispielsweise aus der DE 44 41 504 A1 eine Anordnung zur berührungslosen Drehwinkelerfassung bekannt, bei der eine drehbare Welle an ihrem Ende einen Dauermagneten als mitdrehendes Teil trägt. Die magnetischen Feldlinien des Magneten verlaufen hierbei durch ein Gehäuseteil, das eine ortsfeste Sensoranordnung, bestehend aus zwei gegeneinander um 90° versetzten Hallsensoren, trägt. Die Richtungskomponenten der Feld linien verursachen bei der bekannten Anordnung spezifische Ausgangssignale der beiden Hallsensoren, wodurch sowohl die absolute Drehlage als auch eine Änderung der Drehlage um eine beliebige Winkeländerung mit einer elektronischen Schaltung ausgewertet werden kann.It is for example from the DE 44 41 504 A1 an arrangement for contactless rotation angle detection is known, in which a rotatable shaft carries at its end a permanent magnet as a co-rotating part. The magnetic field lines of the magnet in this case run through a housing part, which carries a stationary sensor arrangement consisting of two mutually offset by 90 ° Hall sensors. The directional components of the field lines cause specific output signals of the two Hall sensors in the known arrangement, whereby both the absolute rotational position and a change in the rotational position can be evaluated by any angle change with an electronic circuit.

Aus der EP 1 314 003 B1 ist ein Positions- und Winkelgeber bekannt, bei dem die zuvor beschriebenen Feldänderungen mit zu mehreren Messbrücken verschalteten Magnetfeldsensoren detektiert wird und eine Auswertung der jeweiligen Oberwellensignale erfolgt.From the EP 1 314 003 B1 is a position and angle encoders known in which the field changes described above is detected with connected to a plurality of measuring bridges magnetic field sensors and an evaluation of the respective harmonic signals takes place.

Die JP 11 311 542 A beschreibt eine Magnetsensoranordnung, die eine Bewegung eines rotierenden Objekts mittels eines magnetoresistiven Elements als magnetfeldempfindlichen Sensor erfasst.The JP 11 311 542 A describes a magnetic sensor arrangement which detects a movement of a rotating object by means of a magnetoresistive element as a magnetic field-sensitive sensor.

Es ist, wie zuvor erwähnt, an sich bekannt, dass magnetoresistive AMR- oder GMR-Sensoren als magnetfeldempfindliche Sensoren (GMR= Giant Magneto Resistance, AMR= Anisotrop Magneto Resistance) bei einer Drehwinkelerfassung angewendet werden können. Beispielsweise wird als Giant Magneto Resistance (GMR) ein Effekt bezeichnet, der bei geeigneten Schichtsystemen, bestehend aus dünnen, abwechselnd magnetischen und nichtmagnetischen Metallschichten, auftritt. Es handelt sich hierbei um eine starke Abhängigkeit des elektrischen Widerstands des Schichtsystems von einem angelegten Magnetfeld aufgrund spinabhängiger Elektronenstreuung.It is, as previously mentioned, known per se that magnetoresistive AMR or GMR sensors as Magnetic field sensitive sensors (GMR = Giant Magneto Resistance, AMR = anisotropic magneto resistance) with a rotation angle detection can be applied. For example, Giant Magneto Resistance (GMR) is an effect referred to in suitable layer systems, consisting of thin, alternating magnetic and non-magnetic metal layers occurs. It this is a strong dependence of the electrical resistance of the layer system of an applied magnetic field due to spin-dependent electron scattering.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht von einer Magnetsensoranordnung aus, die in einem magnetischen Feld angeordnet ist, wobei sich aufgrund einer Drehung eines zu detektierenden Bauteils oder der Magnetsensoranordnung die Richtung der Feldlinien des magnetischen Feldes im Bereich der Magnetsensoranordnung ändert. Es sind Magnetsensoren vorhanden, die sich in einer die Feldlinien des magnetischen Feldes schneidenden Ebene befinden, wobei aus dem Betrag oder der Änderung des Ausgangssignals des Magnetsensors die Drehung detektierbar ist. Erfindungsgemäß ist mindestens ein weiterer Magnetsensor im magnetischen Feld jeweils nachgeschaltet angeordnet, wobei der jeweils vorgeschaltete Magnetsenor als elektrische Versorgungsquelle für den nachgeschalteten Magnetsensor dient.The Invention is based on a magnetic sensor arrangement, which in a magnetic field is arranged, which is due to a rotation a component to be detected or the magnetic sensor arrangement the direction of the field lines of the magnetic field in the region of Magnetic sensor arrangement changes. There are magnetic sensors present in one of the field lines the magnetic field intersecting plane, being out of the Amount or change the output signal of the magnetic sensor, the rotation is detectable. According to the invention is at least another magnetic sensor arranged in the magnetic field in each case downstream, wherein the respective upstream magnetic sensor as an electrical supply source for the downstream Magnetic sensor is used.

Mit der erfindungsgemäßen Magnetsensoranordnung ist somit in vorteilhafter Weise durch die Kaskadierung der Magnetsensoren die direkte Erzeugung von Ausgangssignalen der gesamten Magnetsensoranordnung mit n-facher Frequenz des Ausgangssignals nur eines Magnetsensors oder des der Drehung entsprechenden Signalverlaufs, möglich. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn man dieses Ausgangssignal direkt für Steuerzwecke, beispielsweise für Kommutatoren, die vorzugsweise mit einer n-fachen Frequenz der Drehfrequenz angesteuert werden sollen, weiterverwenden will.With the magnetic sensor arrangement according to the invention is thus advantageously by the cascading of the magnetic sensors the direct generation of output signals of the entire magnetic sensor arrangement with n-fold frequency of the output signal of only one magnetic sensor or the rotation corresponding to the signal waveform, possible. This is especially advantageous if you have this output signal directly for tax purposes, for example Commutators, preferably with an n-fold frequency of the rotational frequency to be controlled, continue to use.

Besonders vorteilhaft kann die Erfindung ausgeführt werden, wenn bei einer Ausführungsform die Magnetsensorelemente als Brückenelemente zu einer Messbrücke als Magnetsensor verschaltet sind, wobei sich alle Magnetsensorelemente dann ebenfalls in einer die Feldlinien des magnetischen Feldes schneidenden Ebene befinden. Hierbei ist dann aus dem Betrag oder der Ände rung der Brückendiagonalspannung der Messbrücke die Drehung detektierbar.Especially Advantageously, the invention can be carried out when at a Embodiment the Magnetic sensor elements as bridge elements to a measuring bridge are interconnected as a magnetic sensor, wherein all magnetic sensor elements then also in a field line intersecting the magnetic field Level. This is then from the amount or the change tion the bridge diagonal tension the measuring bridge the rotation detectable.

Bei dieser Ausführungsform ist dann erfindungsgemäß mindestens eine weitere Messbrücke im magnetischen Feld jeweils nachgeschaltet angeordnet, die jeweils mit der Brückendiagonalspannung der vorgeschalteten Messbrücke als Versorgungsspannung beaufschlagt ist.at this embodiment is then according to the invention at least another bridge in the each magnetic field arranged downstream, respectively with the bridge diagonal voltage of upstream measuring bridge is acted upon as a supply voltage.

Die zuvor genannte Ausführungsform ist in vorteilhafter Weise mit den in der Beschreibungseinleitung erwähnten AMR- bzw. GMR-Sensorelementen aufbaubar, da diese in der Regel auf der Basis von Widerstandsmessbrücken arbeiten. Hierbei verändert sich jeweils der elektrische Widerstandswert der Brückenelemente in Abhängigkeit von der Lage des Magnetfeldes und führt damit zu einer Verstimmung der Brücke und zu einer entsprechenden Brückendiagonalspannung als Ausgangssignal der Magnetsensoren bzw. der Messbrücken.The above-mentioned embodiment can be built up in an advantageous manner with the AMR or GMR sensor elements mentioned in the introduction, since they generally work on the basis of resistance measuring bridges. In each case, the electrical resistance of the bridge elements changes depending on the position of the magnetic field and thus leads to a Verstim mung of the bridge and to a corresponding bridge diagonal voltage as an output signal of the magnetic sensors or the measuring bridges.

Dabei ist in jedem Fall für die Entstehung des jeweiligen Ausgangssignals das magnetische Feld in der Ebene der Magnetsensoren von Bedeutung. Dreht sich in dieser Ebene das Feld mit der Kreisfrequenz ω, so erhält man mit den AMR-Sensorelementen beim herkömmlichen Aufbau ein Signal der Form sinus(2ω), da das Signal eines AMR-Sensorelemtes 180°periodisch ist. Beim den GMR-Sensorelementen entsteht ein Signal der Form sinus(ω), da das Signal eines GMR-Sensorelemtes 360°periodisch ist. Hierbei lassen sich durch eine Änderung der Ausrichtung der Messbrücke beliebige Phaselagen erzeugen. Bei einer Veränderung der Positionierung mit einer 90°-Winkelverschiebung im Verhältnis zur vorher beschriebenen Anordnung erhält man z.B. das entsprechende Cosinussignal. Die Frequenz der Ausgangs signale bleibt durch diese Änderung der Ausrichtung allerdings für den jeweiligen Sensortyp immer gleich.there is in any case for the emergence of the respective output signal the magnetic field important in the level of magnetic sensors. Turns in this Level the field with the angular frequency ω, so you get with the AMR sensor elements in the conventional Setup a signal of the form sinus (2ω), since the signal of an AMR Sensorelemtes 180 ° periodically is. When the GMR sensor elements arises a signal of the form sinus (ω), since the signal of a GMR sensor element is 360 ° periodic. Leave here through a change the orientation of the bridge generate any phase positions. When changing the positioning with a 90 ° angular displacement in relation to to the previously described arrangement, e.g. the corresponding Cosine. The frequency of the output signals remains due to this change the alignment, however, for the same sensor type always the same.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist der jeweilige Magnetsensor ein Hallsensor, der hier nicht als Messbrücke aufgebaut ist. Der jeweils vorgeschaltete Hallsensor dient bei dieser Art der erfindungsgemäßen Kaskadierung als Stromquelle für den jeweils nachgeschalteten Magnetsensor. Im Falle der Anwendung von Hallsensoren als Magnetsensoren wird das Signal in einem Flächenelement erzeugt, das vom magnetischen Feld durchflutet wird. Dabei ist für die Signalerzeugung der Feldanteil senkrecht zur Ebene des Hallsensors entscheidend. Das Signal hat bei einem rotierenden Feld mit der Kreisfrequenz ω die Form sinus(ω), sodass auch hier die Frequenz des Ausgangssignals des Magnetsensors durch das rotierende Feld fest vorgegeben ist.at another advantageous embodiment the respective magnetic sensor is a Hall sensor, not here as measuring bridge is constructed. The respective upstream Hall sensor is used in this Type of cascading according to the invention as a power source for the respective downstream magnetic sensor. In case of application of Hall sensors as magnetic sensors, the signal is in a surface element generated, which is flooded by the magnetic field. It is for the signal generation the field component perpendicular to the plane of the Hall sensor crucial. The signal is in the form of a rotating field with the angular frequency ω sin (ω), so that again the frequency of the output signal of the magnetic sensor is fixed by the rotating field.

Mit der Erfindung kann man damit im Unterschied zu den Anordnungen nach dem Stand der Technik ein Ausgangssignal der Magnetsensoranordnung mit vervielfachter Frequenz auf einfache Weise erzeugen, indem dies durch eine simple Layoutvariaton bei der Anordnung von für sich allein gesehen bereits bekannten Magnetsensorelementen erreicht wird, ohne mit hohen Kosten verbundene, aufwendige zusätzliche Schaltungstechnik bei der Signalverarbeitung zu installieren. Eventuell ist noch eine Zwischenverstärkung zwischen den kaskadierten Magnetsensoren vorteilhaft, was aber nur einen geringen Zusatzaufwand und geringe zusätzliche Kosten verursachen würde.With The invention can thus with respect to the arrangements after the prior art, an output signal of the magnetic sensor assembly Generate multiplied frequency easily by doing this by a simple layout variation in the arrangement by itself seen already known magnetic sensor elements is achieved without associated with high costs, consuming additional circuit technology to install the signal processing. Maybe there is one more repeater between the cascaded magnetic sensors advantageous, but only cause a small additional effort and low additional costs would.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Magnetsensoranordnung für die Erfassung einer Drehbewegung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:One embodiment the magnetic sensor arrangement according to the invention for the Detection of a rotational movement will be explained with reference to the drawings. It demonstrate:

1 ein Prinzipschaltbild von drei erfindungsgemäß hintereinander geschalteten Messbrücken mit AMR- oder GMR-Sensorelementen als Brückenelemente jeweils eines als Messbrücke aufgebauten Magnetsensors und 1 a schematic diagram of three invention successively connected measuring bridges with AMR or GMR sensor elements as bridge elements in each case one constructed as a measuring bridge magnetic sensor and

3 bis 5 Diagramme der Brückendiagonalspannungen als jeweilige Ausgangssignale der Messbrücken. 3 to 5 Diagrams of the bridge diagonal voltages as the respective output signals of the measuring bridges.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist eine Schaltungsanordnung als erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit einer Anordnung von Messbrücken 1, 2 und 3 als Magnetsensoren gezeigt. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass Brückenelemente 4, 5, 6, 7 für die Messbrücke 1, Brückenelemente 8, 9, 10, 11 für die Messbrücke 2 und Brückenelemente 12, 13, 14, 15 für die Messbrücke 3 vorhanden sind, die aus AMR-Sensorelementen bestehen, deren Widerstandswerte sich in Abhängigkeit von der Richtung des schneidenden magnetischen Feldes ändern. Die AMR-Sensorelemente als Brückenelemente 4 bis 15 befinden sich dabei alle in einer die Feldlinien eines magnetischen Feldes schneidenden Ebene, wobei das magnetische Feld, wie in der Beschreibungseinleitung beschrieben, durch eine zu detektierende Drehung beeinflusst wird und dann aus dem Betrag oder der Änderung des Ausgangssignals der Messbrücken 1 bis 3 die Drehung ermittelbar ist.In 1 is a circuit arrangement as an inventive embodiment with an arrangement of measuring bridges 1 . 2 and 3 shown as magnetic sensors. The following assumes that bridge elements 4 . 5 . 6 . 7 for the measuring bridge 1 , Bridge elements 8th . 9 . 10 . 11 for the measuring bridge 2 and bridge elements 12 . 13 . 14 . 15 for the measuring bridge 3 consisting of AMR sensor elements whose resistance values change depending on the direction of the intersecting magnetic field. The AMR sensor elements as bridge elements 4 to 15 all are in a plane intersecting the field lines of a magnetic field, the magnetic field being influenced by a rotation to be detected, as described in the introduction to the description, and then by the amount or the change in the output signal of the measuring bridges 1 to 3 the rotation is determinable.

Das Ausgangssignal der jeweiligen Messbrücke 1 bis 3 ist hier die jeweilige Brückendiagonalspannung an Punkten 16, 17 der Messbrücke 1, an Punkten 18, 19 der Messbrücke 2 und Punkten 20 und 21 der Messbrücke 3.The output signal of the respective measuring bridge 1 to 3 Here is the respective bridge diagonal voltage at points 16 . 17 the measuring bridge 1 , at points 18 . 19 the measuring bridge 2 and points 20 and 21 the measuring bridge 3 ,

Die Messbrücke 2 ist hier der Messbrücke 1 derart nachgeschaltet, dass als Versorgungsspannung für die Messbrücke 2 die Brückendiagonalspannung der Messbrücke 1 dient. Als Versorgungsspannung für die Messbrücke 3 dient die Brückendiagonalspannung der Messbrücke 2, sodass an den Punkten 20 und 21 das Ausgangssignal der Magnetsensoranordnung mit n-facher Frequenz des mit der Messbrücke 1 detektierten Signals ansteht. Hierbei ist allerdings nur das Ausgangssignal der zweiten Messbrücke 2 direkt von 2-facher Frequenz; nach der dritten Messbrücke 3 ist das jeweilige Ausgangssignal ein Mischsignal.The measuring bridge 2 Here is the bridge 1 connected downstream so that as supply voltage for the measuring bridge 2 the bridge diagonal voltage of the bridge 1 serves. As supply voltage for the measuring bridge 3 serves the bridge diagonal voltage of the bridge 2 , so at the points 20 and 21 the output signal of the magnetic sensor arrangement with n-times the frequency of the measuring bridge 1 detected signal is pending. However, this is only the output signal of the second measuring bridge 2 directly from 2 times frequency; after the third bridge 3 the respective output signal is a mixed signal.

Die im Folgenden abgeleiteten mathematischen Beziehungen für das Ausgangssignal UA der gesammten Magnetsensoranordnung gelten für die Verwendung von AMR-Sensorelementen als Brückenelemente 4 bis 15; sie gelten in entsprechend angepasster Form im Prinzip auch für eine Verwendung von GMR-Sensorelementen als Brückenelemente 4 bis 15 oder Hallsensoren für die Magnetsensoren entsprechend der Messbrücken 1 bis 3.The following mathematical relationships for the output signal U A of the entire magnetic sensor arrangement apply to the use of AMR sensor elements as bridge elements 4 to 15 ; In principle, they also apply to a use in an appropriately adapted form GMR sensor elements as bridge elements 4 to 15 or Hall sensors for the magnetic sensors corresponding to the measuring bridges 1 to 3 ,

Die Messbrücke 1 wird mit einer konstanten Spannung U0 betrieben, sodass die Brückendiagonalspannung ein erstes Ausgangssignal UA1 an den Punkten 16,17 darstellt. Bei einer Erfassung einer Drehung, wie zuvor beschrieben, ist dann das Ausgangssignal UA1 ein Sinussignal mit der doppelten Drehfrequenz und weist eine Amplitude auf, die proportional zum AMR-Effekt und zur Betriebsspannung U0 ist. Somit ergibt sich für die Brückendiagonalspannung bzw. das erste Ausgangssignal UA1 an den Punkten 16 und 17 ein in 2 dargestellter Verlauf 22 nach der Beziehung: UA1 = U0·k·sin(2ωt), (1) wobei k der sogenannte AMR-Faktor und ω die Drehfrequenz des zu detektierenden magnetischen Feldes ist.The measuring bridge 1 is operated at a constant voltage U 0 , so that the bridge diagonal voltage, a first output signal U A1 at the points 16 . 17 represents. Upon detection of a rotation, as described above, then the output signal U A1 is a sine signal with twice the rotational frequency and has an amplitude which is proportional to the AMR effect and the operating voltage U 0 . Thus results for the bridge diagonal voltage or the first output signal U A1 at the points 16 and 17 a in 2 illustrated course 22 after the relationship: U A1 = U 0 · K · sin (2ωt), (1) where k is the so-called AMR factor and ω is the rotational frequency of the magnetic field to be detected.

Mit diesem an den Punkten 16 und 17 abgenommenen Ausgangssignal UA1 wird dann die zweite Messbrücke 2 betrieben, die sich mit der ersten Messbrücke 1 den Raum des zu detektierenden magnetischen Feldes teilt. Dann erhält man für das Ausgangssignal UA2 der Messbrücke 2: UA2 = UA1·k·sin(2ωt) = U0·k·sin(2ωt)·k sin(2ωt) = U0·k2·(sin(2ωt))2, (2)Da Potenzen trigonometrischer Funktionen als Reihe von trigonometrischen Funktionen höherer Frequenz dargestellt werden können, gilt: (sin(x))2 = ½·(1 – cos(2x)). (3) With this at the points 16 and 17 removed output signal U A1 then becomes the second measuring bridge 2 operated, dealing with the first measuring bridge 1 shares the space of the magnetic field to be detected. Then one obtains for the output signal U A2 of the measuring bridge 2 : U A2 = U A1 · K · sin (2ωt) = U 0 · K · sin (2ωt) · k sin (2ωt) = U 0 · k 2 · (Sin (2ωt)) 2 , (2) Since powers of trigonometric functions can be represented as a series of higher frequency trigonometric functions, the following applies: (Sin (x)) 2 = ½ · (1 - cos (2x)). (3)

Setzt man die Formel (3) in die Formel (2) ein, so erhält man für das Ausgangssignal UA2 der Messbrücke 2 entsprechend dem Verlauf 23 gemäß 3: UA2 = U0·k2·(sin (2ωt))2 = U0·k2·½·(1 – cos (2·(2ωt) )) = U0·k2·½·(1 – cos(4ωt))). (4) Substituting the formula (3) in the formula (2), we obtain for the output signal U A2 of the bridge 2 according to the course 23 according to 3 : U A2 = U 0 · k 2 · (Sin (2ωt)) 2 = U 0 · k 2 · ½ · (1 - cos (2 · (2ωt))) = U 0 · k 2 · ½ · (1 - cos (4ωt))). (4)

Damit wurde nun die Frequenz des Ausgangssignal UA1 ersten Magnetsensors mit der Messbrücke 1 verdoppelt und bezüglich der zu detektierenden Drehfrequenz hat man die vierfache Frequenz erreicht. Im Prinzip lässt sich dieses Verfahren beliebig kaskadieren. Für die nachgeschaltete Messbrücke 3 erhält man das Ausgangssignal UA3, entsprechend dem Signalverlauf 24 aus 4 als Mischsignal den Verlauf 24, zu UA3 = UA2·k·sin(2ωt) = U0·k2·(sin(2ωt))2·k·sin(2ωt) = U0·k3·(sin(2ωt))3. (5) Thus, the frequency of the output signal U A1 first magnetic sensor with the measuring bridge was now 1 doubled and with respect to the rotational frequency to be detected has reached four times the frequency. In principle, this method can be cascaded as desired. For the downstream measuring bridge 3 one obtains the output signal U A3 , according to the waveform 24 out 4 as a mixed signal the course 24 , too U A3 = U A2 · K · sin (2ωt) = U 0 · k 2 · (Sin (2ωt)) 2 · K · sin (2ωt) = U 0 · k 3 · (Sin (2ωt)) 3 , (5)

Analog zur Beziehung (3) geht man hier von (sin(x))3 = ¼·(3·sin(x) – cos(3x)) aus (6)und erhält UA3 = U0·k3·(sin(2ωt))3 = U0·k3·¼·(3·sin(2ωt) – sin(3(2ωt))) = U0·k3·¼·(3·sin(2ωt) – sin(6ωt)). (7) Analogous to the relationship ( 3 ) you go from here (Sin (x)) 3 = ¼ · (3 · sin (x) - cos (3x)) from (6) and receives U A3 = U 0 · k 3 · (Sin (2ωt)) 3 = U 0 · k 3 · ¼ · (3 · sin (2ωt) - sin (3 (2ωt))) = U 0 · k 3 · ¼ · (3 · sin (2ωt) - sin (6ωt)). (7)

Das Ausgangssignal UA3 der Messbrücke 3 ist damit das Ausgangssignal UA der Magnetsensoranordnung. Mit herkömmlichen rechnerischen Methoden, d.h. mit einer Kombination der Ausgangssignale UA1 und UA3 lässt sich der Term (2ωt) eliminieren und das resultierende Ausgangssignal UA der Magnetsensoranordnung ist ein Sinussignal gemäß Verluf 25 aus 5 mit dreifacher Frequenz des ersten Ausgangssignals UA1 bzw. mit sechsfacher Frequenz der zu detektierenden Drehfrequenz. Diese Subtraktion lässt sich mit einer einfachen Auswerteelektronik realisieren.The output signal U A3 of the measuring bridge 3 is thus the output signal U A of the magnetic sensor arrangement. With conventional computational methods, ie with a combination of the output signals U A1 and U A3 , the term (2ωt) can be eliminated and the resulting output signal U A of the magnetic sensor arrangement is a sinusoidal signal according to Verluf 25 out 5 with three times the frequency of the first output signal U A1 or six times the frequency of the rotational frequency to be detected. This subtraction can be realized with a simple evaluation electronics.

Die zuvor beschriebene Kaskadierung der Messbrücken 1 bis 3 ist hinsichtlich ihrer Anzahl, d.h. auch über drei hinausgehend, lediglich durch die Notwendigkeit der engen räumlichen Anordnung begrenzt, da alle Messbücken nahezu am gleichen Ort sein sollten.The previously described cascading of the measuring bridges 1 to 3 is limited in terms of their number, ie even beyond three, only by the need for the tight spatial arrangement, since all measuring bridges should be almost in the same place.

Außerdem nimmt die Betriebsspannung der n-ten Messbrücke, aufgrund des Verhältnisses von Betriebsspannung U0 zum Ausgangssignal UA, um den Faktor (1/2)(n-2)·k(n-1) ab. Bei einem AMR-Faktor von 3% und einer Betriebsspannung U0 der ersten Messbrücke 1 von 10 V bedeutet das eine Betriebsspannung der zweiten Brücke 2 von 300 mV und einer Betriebsspannung der dritten Brücke 3 von nur noch 4,5 mV. Dazu kommt noch, dass die jeweilige Ausgangsspannung durch die Belastung aufgrund der jeweils nächsten Brücke verkleinert wird. Für die jeweilige Brückendiagonalspannung UAx gilt dann: UAx = U0·(R2 – R1)/(R2 + R1 + 2·R1·R2/R0) (8)mit R1,2 als den Widerständen der Brückenelemente und R0 als dem Gesamtbrückenwiderstand.In addition, due to the ratio of operating voltage U 0 to output signal U A , the operating voltage of the n-th measuring bridge decreases by the factor (1/2) (n-2) · k (n-1) . With an AMR factor of 3% and an operating voltage U 0 of the first measuring bridge 1 of 10 V, this means an operating voltage of the second bridge 2 of 300 mV and an operating voltage of the third bridge 3 of only 4.5 mV. In addition, the respective output voltage is reduced by the load due to the respective next bridge. For the respective bridge diagonal voltage U Ax then: U Ax = U 0 · (R 2 - R 1 ) / (R 2 + R 1 + 2 · R 1 · R 2 / R 0 ) (8th) with R 1,2 as the resistances of the bridge elements and R 0 as the total bridge resistance.

Bei ungefähr gleichem Gesamtbrückenwiderstand aller Messbrücken 1 bis 3, d.h. R0 ≈ R1, wird damit das Ausgangssignal aller belasteten Messbrücken 1 bis 3 zusätzlich um den Faktor 2 verkleinert. Bei einer Kaskadierung von mehr als drei Messbrücken wäre daher vermutlich eine Zwischenverstärkung notwendig, um eine ausreichend hohe Betriebsspannung zur Verfügung zu haben.At approximately the same total bridge resistance of all bridges 1 to 3 , ie R 0 ≈ R 1 , becomes the output signal of all loaded measuring bridges 1 to 3 additionally reduced by a factor of 2. In the case of a cascading of more than three measuring bridges, an intermediate amplification would therefore probably be necessary in order to have a sufficiently high operating voltage available.

Für GMR-Sensorelemente funktioniert das für AMR-Sensorelemente dargestellte Prinzip identisch, nur dass die Kreisfrequenz des Grundsignals statt (2ωt) nur (ωt) ist.For GMR sensor elements does that work for AMR sensor elements illustrated principle identical, except that the angular frequency of the fundamental signal instead (2ωt) only (ωt) is.

Damit erhält man mit der zweiten Messbrücke 2 die doppelte Drehfrequenz und mit der dritten Messbrücke 3 die dreifache Drehfrequenz des zu dektierenden magnetischen Feldes. Der Verlauf 24 des Ausgangssignals UA3 entspricht dabei der anhand der Formel (7) dargestellten Kombination aus sin(2ω) und sin(6ω). Es ist der Spannungsverlauf, der sich an den Punkten 19 und 21 nach der 1 ergibt, wobei man erst nach der beschriebenen Eliminierung des Anteils 2ω den Signalverlauf 25 nach der 5 erhält.This gives you the second bridge 2 twice the rotation frequency and with the third measuring bridge 3 the three-fold rotational frequency of the magnetic field to be decoded. The history 24 the output signal U A3 corresponds to the combination of sin (2ω) and sin (6ω) represented by the formula (7). It is the tension that takes place at the points 19 and 21 after 1 results, whereby only after the described elimination of the proportion 2ω the signal curve 25 after 5 receives.

Auch mit einem hier nicht dargestellten Hallsensor als Magnetsensor (entsprechend der gesammten Messbrücke 1 aus der 1) lässt sich das gezeigte Prinzip anwenden, wobei allerdings dabei der erste Hallsensor als Stromquelle für den zweiten Hallsensor (entsprechend Messbrücke 2) darstellt. Da bei Hallsensoren eine Elektronik stets integriert ist, wäre hier eine Zwischenverstärkung mit einem hochohmigen Eingang sehr einfach zu realisieren, um eine eventuelle Rückwirkung durch die Belastung des nachfolgenden Hallsensors zu minimieren.Also with a Hall sensor not shown here as a magnetic sensor (corresponding to the entire bridge 1 from the 1 ), the principle shown can be applied, although in this case the first Hall sensor as a power source for the second Hall sensor (corresponding to the measuring bridge 2 ). Since electronics are always integrated in Hall sensors, an intermediate amplification with a high-impedance input would be very easy to implement in order to minimize any possible repercussion due to the load of the subsequent Hall sensor.

Claims (7)

Magnetsensoranordnung, die in einem magnetischen Feld angeordnet ist, wobei sich aufgrund einer Drehung eines zu detektierenden Bauteils oder der Magnetsensoranordnung die Richtung der Feldlinien des magnetischen Feldes im Bereich der Magnetsensoranordnung ändert, mit mindestens einem Magnetsensor, der sich in einer die Feldlinien des magnetischen Feldes schneidenden Ebene befindet, wobei aus dem Betrag oder der Änderung des Ausgangssignals des Magnetsensors die Drehung detektierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Magnetsensor im magnetischen Feld jeweils derart nachgeschaltet angeordnet ist, dass der jeweils vorgeschaltete Magnetsenor als elektrische Versorgungsquelle für den nachgeschalteten Magnetsensor dient.Magnetic sensor arrangement which is arranged in a magnetic field, wherein due to a rotation of a component to be detected or the magnetic sensor arrangement, the direction of the field lines of the magnetic field in the region of the magnetic sensor array changes, with at least one magnetic sensor intersecting in a field lines of the magnetic field Level is, wherein from the amount or the change of the output signal of the magnetic sensor, the rotation is detectable, characterized in that at least one further magnetic sensor in the magnetic field is arranged downstream in each case such that the respectively upstream magnetic sensor serves as an electrical supply source for the downstream magnetic sensor. Magnetsensoranordnung nach Anspruch 1 mit zu jeweils einer Messbrücke (1, 2 ,3) als Magnetsensor verschalteten Magnetsensorelementen als Brückenelemente, die sich in einer die Feldlinien des magnetischen Feldes schneidenden Ebene befinden, wobei aus dem Betrag oder der Änderung der Brückendiagonalspannung der Messbrücke (1, 2 ,3) die Drehung detektierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Messbrücke (1, 2 ,3) der vorhergehenden Messbrücke (1, 2 ,3) im magnetischen Feld jeweils derart nachgeschaltet ange ordnet ist, dass diese jeweils mit der Brückendiagonalspannung der vorgeschalteten Messbrücke (1, 2 ,3) als Versorgungsspannung beaufschlagt ist.Magnetic sensor arrangement according to claim 1 with in each case a measuring bridge ( 1 . 2 . 3 Magnetic sensor elements interconnected as magnetic sensor as bridge elements, which are located in a plane intersecting the field lines of the magnetic field, wherein from the amount or the change of the bridge diagonal voltage of the measuring bridge ( 1 . 2 . 3 ) the rotation is detectable, characterized in that at least one further measuring bridge ( 1 . 2 . 3 ) of the preceding bridge ( 1 . 2 . 3 ) in the magnetic field in each case downstream is arranged such that these each with the bridge diagonal voltage of the upstream measuring bridge ( 1 . 2 . 3 ) is acted upon as a supply voltage. Magnetsensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenelemente (4 bis 15) AMR-Sensorelemente sind.Magnetic sensor arrangement according to claim 2, characterized in that the bridge elements ( 4 to 15 ) AMR sensor elements are. Magnetsensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenelemente (4 bis 15) GMR-Sensorelemente sind.Magnetic sensor arrangement according to claim 2, characterized in that the bridge elements ( 4 to 15 ) GMR sensor elements are. Magnetsensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetsensoren Hallsensoren sind und der jeweils vorgeschaltete Hallsensor als Stromquelle für den jeweils nachgeschalteten Magnetsensor dient.Magnetic sensor arrangement according to claim 1, characterized that the magnetic sensors are Hall sensors and the respective upstream Hall sensor as a power source for the respective downstream magnetic sensor is used. Magnetsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einmal zwischen zwei der hintereinander geschalteten Magnetsensoren ein Zwischenverstärker angeordnet ist.Magnetic sensor arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that at least once between two of arranged one behind the other magnetic sensors arranged a repeater is. Magnetsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (UA) des in der Hintereinanderschaltung letzten Magnetsensors ein Vielfaches der Frequenz des ersten Magnetsenors (UA1) oder der Frequenz der Änderung des zu detektierenden magnetischen Feldes aufweist.Magnetic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the output signal (U A ) of the last in the series connection magnetic sensor has a multiple of the frequency of the first magnetic sensor (U A1 ) or the frequency of change of the magnetic field to be detected.
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