DE102007055155A1 - Sensor structure e.g. brake disc, speed and direction measuring device for e.g. motor cycle, has planar coils, where each coil has breadth corresponding to tooth module of sensor elements and is connected with evaluation circuit - Google Patents

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Abstract

The device has rectangular planar coils (2.1, 2.2) arranged adjacent to each other in a plane on a carrier (5), where each coil has a breadth corresponding to a tooth module (M) of sensor elements (8) to be measured. The coils are connected with an ohmic resistor and a controllable switch element in rows. A controller switches on and switches off current through the coils in a time-controlled manner. Each of the coils is connected with an evaluation circuit in an electrically conductive manner for measuring inductive reciprocation with the sensor elements. An independent claim is also included for a device for measuring variable reciprocation between an electromagnetic field of a coil and a structure, which is made of electrically conductive and ferromagnetic material.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven, berührungslosen Messen der Drehung eines Zahnrades oder einer Bremsscheibe mit planaren Spulen auf einem Sensorkopf bis zum Stillstand, mit einer Auflösung bis zu Bruchteilen von Zahnmodul 1 unabhängig vom Abstand. Die Messung erfolgt mit zwei kleinen, planaren Spulen auch über einige Millimeter hinweg, wobei das in einem Gerät oder einer Maschine vorhandene Zahnrad oder eine Bremsscheibe mit regelmäßigen Löchern als Geber verwendet werden kann. Die Messung kann ebenso in linearen Anordnungen erfolgen. Mit der Taktsteuerung und differentiellen Auswerteschaltung, erfolgt die Messung bimodal vom Stillstand des Gebers bis zu höheren Frequenzen mit Strompulsen veränderbarer Dauer und Phasenwinkel, und nutzt die Rückwirkung unterschiedlich induzierter Wirbelströme. Mit einer einzigen Spule ist es so möglich, den Abstand induktiv sehr genau zu bestimmen, indem die Messung für unterschiedliche Pulsdauern differentiell durchgeführt wird und eine Messart als Referenz dient.The The present invention relates to a device for inductive, contactless Measuring the rotation of a gear or a brake disc with planar Coils on a sensor head to a stop, with a resolution up to to fractions of tooth module 1 regardless of the distance. The measurement takes place with two small, planar coils even over a few millimeters, being that in one device or a machine existing gear or a brake disc with regular holes as Encoder can be used. The measurement can also be in linear Arrangements are made. With the clock control and differential Evaluation circuit, the measurement takes place bimodal from the standstill of the encoder up to higher Frequencies with current pulses changeable Duration and phase angle, and uses the feedback differently induced Eddy currents. With a single coil, it is possible, the distance inductive to determine very accurately by making the measurement differential for different pulse durations carried out and a measurement type serves as a reference.

Sie ist anwendbar als Ersatz von bekannten induktiven Näherungsschaltern sowie inkrementellen Drehgebern der industriellen Messtechnik oder Radsensoren im Automobil, und hat einen mechanisch und elektronisch denkbar einfachen Aufbau. In einer weiteren Ausgestaltung des Sensors, werden die planaren Spulen auf der Außenseite einer hochfesten Keramik angeordnet, so dass die Dicke dieser Schutzkeramik nicht zum Abstand zum Geber beiträgt und die Messung auch bei hohen Drücken und Temperaturen in aggressiven Umgebungen erfolgen kann.she is applicable as a replacement of known inductive proximity switches as well as incremental encoders of industrial metrology or Wheel sensors in the automobile, and has a mechanical and electronic conceivably simple construction. In a further embodiment of the sensor, The planar coils are on the outside of a high strength ceramic arranged so that the thickness of this protective ceramic is not to the distance contributes to the donor and the measurement even at high pressures and temperatures in aggressive Environments can be done.

In bekannten Vorrichtungen zum induktiven Messen des Abstandes und Drehgebern werden mit Spulen und Kondensatoren Schwingkreise oder Oszillatoren hergestellt, deren Güte, Amplitude oder Frequenz durch die Annäherung eines Geberelementes an das Feld der Spule und den damit verbundenen Wirbelstromverlusten geringfügig verändert werden.In known devices for inductive measuring of the distance and Encoders are used with coils and capacitors or resonant circuits Manufactured oscillators, their quality, amplitude or frequency through the approach a donor element to the field of the coil and the associated Eddy current losses slightly to be changed.

Der offensichtliche Nachteil dieser Lösungen besteht darin, dass diese Veränderung der Spannung des Schwingkreises sehr klein ist im Verhältnis zur Amplitude und mit wachsendem Abstand rasch im Bereich der Toleranzen der elektronischen Bauteile verschwindet. Verbesserungen dieser Systeme beschäftigen sich deshalb meist mit der Verbesserungen der Präzision des Oszillators.Of the obvious disadvantage of these solutions is that this change the voltage of the resonant circuit is very small in relation to Amplitude and with increasing distance quickly in the range of tolerances the electronic components disappears. Improvements to this Employ systems Therefore, usually with the improvements of the precision of the oscillator.

In einfachen Ausführungen ist zudem die Messung im Stillstand nicht direkt durchführbar, oder der Abstand zwischen Sensorspule und Geber wird mit erheblichem Aufwand möglichst gering gemacht und konstant gehalten. Zudem wird der mögliche Arbeitsabstand durch die Dicke der Schutzgehäuse vermindert. Sofern der Abstand im Arbeitsbereich variabel ist, sind alle bekannten Geber auf die Bestimmung von 1 Takt je Geberelement beschränkt und erreichen bei sicherem Betrieb nur die Auflösung von Zahnmodul 2, ohne Richtungserkennung. Bei Anordnungen in denen der Abstand proportional zur Drehstellung ist, wird die erzielbare Genauigkeit wegen der prinzipbedingten Nichtlinearitäten ohnehin fragwürdig.In simple designs In addition, the measurement at standstill is not directly feasible, or the Distance between sensor coil and encoder is considerable expense preferably made small and kept constant. In addition, the possible working distance reduced by the thickness of the protective housing. If the distance in the work area is variable, all known Encoder limited to the determination of 1 clock per donor element and achieve only the resolution of tooth module 2 in safe operation, without Direction detection. For arrangements in which the distance is proportional is the rotational position, the achievable accuracy due to the principle nonlinearities questionable anyway.

Andere Lösungen, wie magnetische Polräder arbeiten auch über etwas größere Abstände mit guter Auflösung. Ein offensichtlicher Nachteil besteht nun darin, dass die Kosten für einen magnetischen Geber und Sensor recht hoch sind. Hinzu kommt die Empfindlichkeit gegen hohe Temperaturen und mechanische Belastungen sowie die Neigung, ferromagnetische Stäube in ihrer Umgebung einzusammeln. Auch dies führt zu Fehlmessungen über der Lebensdauer und Einschränkungen bei der Verwendung.Other Solutions, like magnetic pole wheels work over too slightly longer distances with good Resolution. An obvious disadvantage now is that the costs for one magnetic encoder and sensor are quite high. Added to this is the sensitivity against high temperatures and mechanical loads as well as the tendency ferromagnetic dusts to collect in their environment. This also leads to incorrect measurements over the Lifespan and limitations in use.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Sensoranordnung vorteilhaft auszubilden, mit welcher die Drehung eines Polrades oder linearen Gebers bis zum Stillstand induktiv und berührungslos bis zu etwa 1/16 des Zahnmoduls 1 bei mindestens 2 mm Abstand bestimmt wird und der Einfluss des veränderlichen Abstandes im Arbeitsbereich kompensiert wird, wobei der Durchmesser der planaren Sensorspulen etwa dem zu messenden Zahnmodul entspricht, bei Modul 1 also lediglich 3,5 mm beträgt.task It is therefore advantageous for the present invention to have a sensor arrangement form, with which the rotation of a pole wheel or linear Encoders to standstill inductive and contactless up to about 1/16 of the tooth module 1 is determined at a distance of at least 2 mm and the Influence of the changeable Distance in the work area is compensated, with the diameter the planar sensor coil corresponds approximately to the tooth module to be measured, So in module 1 is only 3.5 mm.

Auf einem ebenen Trägermaterial werden nebeneinander zwei planare Spulen mit 4 oder 5 Windungen, einer Breite von etwa 3,5 mm und einer Länge von etwa 5 mm nebeneinander angeordnet. Für den Zahnmodul 1 beträgt der Abstand der Mittelpunkte 1 Modul plus 180°, also 6/4 M oder 4,7 mm, und die Form sei weitgehend rechteckig. Das Polrad mit Zahnmodul 1 hat mit seinen Zähnen einen Abstand von 1 bis 3 mm zu den Spulen, kann nach links oder rechts gedreht werden und besteht aus einem ferromagnetischen oder elektrisch leitfähigem Material. Es kann auch ein linearer Geber zum Einsatz kommen. Der Zahnabstand oder Modul entspricht jetzt einer Periode und die relative Lage der linken Spule dem Sinus und die der rechten dem Sinus von φ + 180°.On a flat substrate are two planar coils with 4 or 5 turns next to each other, a width of about 3.5 mm and a length of about 5 mm next to each other arranged. For the tooth module 1 is the distance between the centers 1 module plus 180 °, ie 6/4 M or 4.7 mm, and the shape is largely rectangular. The pole wheel with tooth module 1 has with his teeth a distance of 1 to 3 mm to the coils, can be left or be turned right and consists of a ferromagnetic or electrically conductive Material. It can also be a linear encoder used. Of the Distance between teeth or module now corresponds to a period and the relative Position of the left coil to the sine and that of the right to the sine of φ + 180 °.

Jede der beiden Spulen ist über eine elektrisch leitende Verbindung, wie eine Leiterbahn, einen Steckverbinder oder ein Kabel, mit der Auswerteschaltung verbunden. Jede Spule wird mit einem ohmschen Widerstand und einem Schaltelement in Reihe geschaltet. Der ohmsche Widerstand begrenzt den Strom im eingeschalteten Zustand und über das Schaltelement kann der Strom jeder Spule von einer Steuerung individuell ein- bzw. ausgeschaltet werden.Each of the two coils is connected via an electrically conductive connection, such as a conductor, a connector or a cable to the evaluation circuit. Each coil is connected in series with an ohmic resistor and a switching element. The ohmic resistance limits the current in the switched-on state and over the Switching element, the current of each coil can be individually switched on or off by a controller.

Der Strom durch die Spule erzeugt ein elektromagnetisches Feld mit einer bestimmten Energie. Bei Veränderung des Stromes durch Ein- und Ausschalten werden in elektrisch leitfähigen Materialien Wirbelströme induziert und die Energie des magnetischen B-Feldes einer Spule wird im Schaltvorgang um den Betrag der Energie der Wirbelströme vermindert und messbar. Dabei ist die Größe dieser Wirbelströme quadratisch proportional zu dem Abstand zwischen den Stromleitern der Spulen und der leitfähigen Fläche, der Oberfläche des Polrades, und nach dem Induktionsgesetz, der Dauer des Schaltvorgangs. Zudem entwickelt der Wirbelstrom ein eigenes B-Feld, das dem der Spule entgegensetzt ist und klingt erst nach einiger Zeit ab. Deshalb ist der Einfluss auf das zu messende B-Feld der Spulen auch abhängig von der Zeit zwischen Einschalten und Ausschalten des Spulenstroms.Of the Current through the coil generates an electromagnetic field with a certain energy. In case of change the current by switching on and off are induced in electrically conductive materials eddy currents and the energy of the magnetic B field of a coil is reversed in the switching process reduces the amount of energy of the eddy currents and measurable. Here is the size of this eddy currents square proportional to the distance between the conductors the coils and the conductive Area, the surface of the pole wheel, and according to the law of induction, the duration of the switching operation. In addition, the eddy current develops its own B-field, which is the Spool is opposite and sounds only after some time off. Therefore the influence on the B field of the coils to be measured is also dependent on the time between switching on and off the coil current.

Zudem sind die Spulen benachbart und abhängig von der Richtung der Ströme werden die B-Felder der Spulen in dem benachbarten Teil addiert, bzw. subtrahiert. Durch gleichzeitiges Schalten, bzw. entgegengesetztes Ein- und Ausschalten und zeitversetztes Schalten wird die Induktion der Wirbelströme weiter steuerbar. Durch die zeitliche Abfolge des Ein- und Ausschaltens der Ströme durch die Spulen kann die elektrodynamische Wechselwirkung mit dem Wirbelstrom und die Überlagerung der B-Felder benutzt werden, um mit den gleichen Spulen in der gleichen Geometrie voneinander unabhängige Messungen in rascher Folge durchzuführen.moreover the coils will be adjacent and dependent on the direction of the currents the B-fields of the coils in the adjacent part are added or subtracted. By simultaneous switching, or opposite switching on and off and time-shifted switching will continue to induce eddy currents controllable. Through the chronological sequence of switching on and off the streams through the coils, the electrodynamic interaction with the Eddy current and the overlay The B fields are used to work with the same coils in the same Geometry independent of each other Perform measurements in rapid succession.

Erfolgt nun ein 1. Messung mit einer sehr kurzen Dauer zwischen Ein- und Ausschalten des Spulenstroms und so, dass immer nur eine Spule bestromt wird, so ist die Rückwirkung des induzierten Wirbelstroms viel stärker als bei einer 2. Messung mit gleichzeitigem Schalten des Stroms in beiden Spulen, weil die Spulenströme im benachbarten Teil gegensinnig geführt werden wirken beide Spulen wie eine größere, die zu den Geberelementen eine Phasenlage von 90°, also dem Kosinus, hat. Durch den Vergleich der 1. und der 2. Messung kann so die Drehstellung erheblich genauer bestimmt werden, unabhängig von dem Abstand zwischen Sensorkopf und Geber, bzw. die Bewertung erfolgt differentiell und es können größere Verstärkungen sicher genutzt werden.He follows now a 1st measurement with a very short duration between on and off Turn off the coil current and so that only one coil is energized is, so is the retroactive effect of the induced eddy current much stronger than in a second measurement with simultaneous switching of the current in both coils, because the coil currents in the adjacent part are guided in opposite directions both coils act like a bigger one, that to the donor elements has a phase angle of 90 °, ie the cosine. By the comparison of the 1st and the 2nd measurement can be as the rotational position be determined much more accurately, regardless of the distance between Sensor head and encoder, respectively the evaluation takes place differentially and it can bigger reinforcements be safely used.

Wenn der Winkel innerhalb einer Periode zwischen Sensorkopf und Geberelement Null ist, kommen ein Geberelement und die linke Spule optimal zur Deckung. In dieser Position werden Wirbelströme optimal induziert. Bei der Bewegung um eine halbe Periode weiter, ist die Induktion von Wirbelstrom minimal. Im Verlauf der Drehung entsteht so ein periodischer Signalverlauf, der in etwa einem Sinus entspricht. Die Amplitude dieses Signals ist sehr stark und nichtlinear vom Abstand abhängig und dem des eigentlichen B-Feldes der Spule überlagert. Durch die Anordnung der zweiten Spule mit einem Versatz, der 180° in der Periode des zu messenden Moduls entspricht, wird ein Signalverlauf erzeugt, der dem negativen Sinus entspricht.If the angle within a period between the sensor head and the sensor element Zero is an encoder element and the left coil to optimally Cover. In this position, eddy currents are optimally induced. In the Movement about half a period further, is the induction of eddy current minimal. As the rotation progresses, a periodic waveform is created which corresponds approximately to a sinewave. The amplitude of this signal is very strong and nonlinear depending on the distance and that of the actual B field of coil superimposed. By the arrangement of the second coil with an offset 180 ° in the period corresponds to the module to be measured, a waveform is generated, which corresponds to the negative sine.

Durch Subtraktion der Messung der linken Spule von der rechten wird der Gleichanteil von den Signalen entfernt und durch Division von Sinus mit dem Kosinus kann der Winkel unabhängig von der Amplitude der Signale bestimmt werden. Die Genauigkeit wird dabei nur begrenzt durch den erforderlichen Dynamikbereich und die verfügbare Auflösung eines Analog-Digital-Wandlers. Zwischen 1 und 3 mm wird beispielsweise ein Signalhub von 60 mV bis herab zu 1 mV für Zahnmodul 1 beobachtet. Mit einer Verstärkung um den Faktor 10 und einen ADC mit 1 mV Auflösung, kann der Winkel bis auf 1/16 der Periode, also etwa 20° bestimmt werden, ohne genaue Kenntnis des Abstandes.By Subtraction of the measurement of the left coil from the right becomes the DC component removed from the signals and by dividing sinewave with the cosine, the angle can be independent of the amplitude of the Signals are determined. The accuracy is limited only due to the required dynamic range and the available resolution of a Analog to digital converter. For example, between 1 and 3 mm observed a signal swing of 60 mV down to 1 mV for tooth module 1. With a reinforcement by a factor of 10 and an ADC with 1 mV resolution, the angle can be up 1/16 of the period, that is about 20 ° determined be without exact knowledge of the distance.

Die Energie der B-Felder der Spulen und der Einfluss der Verluste durch die Wirbelströme wird mit einer neuartigen Schaltung bestimmt. Durch die beschriebene Reihenschaltung von Widerstand und Induktivität wird ein bestimmter Strom eingeprägt, wobei die Spule an einer Seite direkt mit einer Speisespannung verbunden ist. Das Abschalten dieses Stroms erfolgt mit realen Schaltern mit endlicher Schaltgeschwindigkeit und erzeugt gemäß dem Induktionsgesetz einen Spannungspuls proportional zu Strom, Induktivität und Schaltgeschwindigkeit. An dem anderen Anschluss der Spule wird nun ein Kondensator angebracht, der über eine Diode in Flussrichtung mit einem weiteren Kondensator, dem Messkondensator, verbunden ist. Der Spannungspuls bewirkt nun einen Spannungsanstieg an dem Kondensator an der Spule, so dass mit dem Fluss von Ladungsträgern über die Diode in den Messkondensator ein Strom entsteht. Wenn man parasitäre Effekte zunächst vernachlässigt, entspricht so der zeitliche Verlauf des Produktes aus Spannungspuls und Strom der Energie des B-Feldes der Spule, die den Messkondensator bis zu der Spannung auflädt, bei der die Energie entsprechend seiner Kapazität der der Spule entspricht. Damit wird zunächst die Energie einer Spule als Spannung an einem Kondensator für einige Zeit messbar. Der Vorteil ist, dass die Dauer des Schaltvorgangs von Transistoren sehr kurz sein kann und dieses sehr hohe dl/dt als Verstärkung wirkt. Trotz der sehr geringen Induktivität werden einige Volt Signalhub erreicht und die durch Wirbelströme verursachten Änderungen des B-Feldes, so einfach und schnell messbar.The Energy of the B fields of the coils and the influence of the losses through the eddy currents is determined with a novel circuit. By the described Series connection of resistor and inductor becomes a certain current imprinted, the coil being directly connected to a supply voltage on one side is. The switching off of this current takes place with real switches finite switching speed and generates according to the law of induction Voltage pulse proportional to current, inductance and switching speed. At the other terminal of the coil, a capacitor is now attached, the over a diode in the flow direction with another capacitor, the Measuring capacitor, is connected. The voltage pulse now causes a Voltage rise on the capacitor on the coil, so that with the Flow of charge carriers over the Diode in the measuring capacitor a current arises. If parasitic effects are neglected at first so the time course of the product of voltage pulse and current the energy of the B-field the coil that charges the measuring capacitor up to the voltage at the the energy corresponding to its capacity corresponds to that of the coil. This will be first the energy of a coil as a voltage across a capacitor for some Time measurable. The advantage is that the duration of the switching process of transistors can be very short and this very high dl / dt acts as a reinforcement. Despite the very low inductance, a few volts signal swing achieved and by eddy currents caused changes of the B-field, so easy and fast measurable.

Vor dem Ausschalten ist es zweckmäßig, den Strom zunächst einzuschalten. Dabei werden die stromlose Spule und der erste Kondensator kurz bis auf das Massepotential des Schalters gebracht. Die andere Seite dieses Koppelkondensators weist nun ein negatives Potenzial auf, das über den Zustrom von Ladungsträgern über eine weitere Diode an Masse ausgeglichen wird. Damit stehen beim nächsten Abschalten wieder Ladungsträger zum Aufladen des Messkondensators zur Verfügung und es können mehrere solcher Pulse nacheinander ausgeführt werden und führen zu einer weiteren Verstärkung der messbaren Spannung.Before switching off, it is advisable to turn on the power first. The currentless coil and the first capacitor are briefly brought to the ground potential of the switch. The other side of this coupling capacitor now has a negative potential, which is compensated by the influx of charge carriers via another diode to ground. As a result, charge carriers are again available for charging the measuring capacitor at the next switch-off and several such pulses can be executed one after the other and lead to a further amplification of the measurable voltage.

Tatsächlich folgt diese Verstärkung über mehrere Pulse empirisch einer e-Funktion, asymptotisch gegen einen Grenzwert, der der Spannung des Abschaltpulses der Spule entspricht.Actually follows this gain over several Pulses empirically of an e-function, asymptotic against a limit, which corresponds to the voltage of the turn-off pulse of the coil.

Um einen definierten Anfangszustand herzustellen, ist es zweckmäßig, den Messkondensator über ein weiteres Schaltelement vor der Messung zu entladen. Jedoch zeigt die praktische Prüfung, dass auch die dauernde, geringe Entladung über einen sehr hohen Parallelwiderstand gute Signalpegel und Dynamik erreicht.Around To establish a defined initial state, it is appropriate to the Measuring capacitor over to discharge another switching element before the measurement. However, shows the practical exam, that also the continuous, low discharge over a very high parallel resistance good signal level and dynamics achieved.

Wird diese Schaltung jeweils für eine Spule vorgesehen, so kann die Differenz der Spannungen an den Messkondensatoren analog weiter verstärkt und gemessen werden. Im Falle des Drehgebers mit Richtungserkennung sind so Messungen mit simultaner und getrennter Bestromung erforderlich. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass Schwankungen von Bauteiletoleranzen und Änderungen im Temperaturbereich, wie etwa das Schaltverhalten der Transistoren, sehr gut kompensiert werden.Becomes this circuit for each provided a coil, the difference of the voltages to the Measuring capacitors analog further amplified and measured. in the Trap of the encoder with direction detection are so measurements with simultaneous and separate energization required. Especially advantageous It is there that fluctuations in component tolerances and changes in the temperature range, such as the switching behavior of the transistors, be very well compensated.

Die Schaltung kann auch vorteilhaft so erweitert werden, dass die beiden Messungen mit unterschiedlichen Einschaltdauern für nur eine Spule direkt analog möglich wird. Dazu wird die Diode, über welche der Ladungsausgleich erfolgt mit einem Schalter versehen, so dass über die Steuerung der Ladungsausgleich ein- bzw. ausgeschaltet werden kann. Damit wird das Aufladen des Messkondensators ein- und ausgeschaltet.The Circuit can also be advantageously extended so that the two Measurements with different duty cycles for only one Coil directly analog possible becomes. To do this, the diode, over which the charge balance is provided with a switch so that over the Control the charge balance can be switched on or off. In order to the charging of the measuring capacitor is switched on and off.

Bringt man diese „Messschaltung" aus Kondensatoren, Dioden und Schaltern ein zweites Mal, parallel zur ersten an der Spule an, so können kurze Pulse in der einen und längere in der anderen gespeichert werden und sind so direkt differentiell messbar. Besonders vorteilhaft ist, dass durch diese bimodale Messung der kritische Schalter des Spulenstroms für beide Messschaltungen gleich wirkt und Toleranzen so sehr gut kompensiert werden.bring one this "measuring circuit" from capacitors, Diodes and switches a second time, parallel to the first at the Coil on, so can short pulses in one and longer be stored in the other and are thus directly differentially measurable. It is particularly advantageous that by this bimodal measurement the critical switch of the coil current is the same for both measuring circuits acts and tolerances are compensated so well.

Zudem ist es vorteilhaft, wenn zwischen Versorgungsspannung und Spule ein weiterer Schalter eingefügt wird. Damit kann eine zweite Spule mit einem eigenen Schalter parallel zur ersten Spule angebracht und die Spulen so von der Steuerung gemultiplext werden. Das Ergebnis ist eine weitere Verbesserung der Stabilität und damit der Genauigkeit der Messung.moreover It is advantageous if between supply voltage and coil another switch inserted becomes. This allows a second coil with its own switch in parallel attached to the first coil and the coils so from the controller be multiplexed. The result is a further improvement stability and therefore the accuracy of the measurement.

Ist die Messung des Abstandes mit nur einer Spule erforderlich, so kann die zweite, elektrisch gleiche Spule so angeordnet und gemultiplext werden, dass Veränderungen der Umgebung auf sie nicht oder anders wirken. Damit können Störeinflüsse noch weiter kompensiert und die Genauigkeit der Messung erhöht werden. Oder die Verstärkung wird erhöht, um die Reichweite, bzw. Auflösung zu verbessern.is the measurement of the distance required with only one coil, so can the second, electrically identical coil is arranged and multiplexed in this way be that change the environment does not look or act differently on them. This can still disturbing further compensated and the accuracy of the measurement can be increased. Or the reinforcement will be raised, around the range, or resolution to improve.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Teilen durch die Patentansprüche (1) und (6) gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gerätes ergeben sich aus den Maßnahmen in den abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved with the characterizing parts by the claims (1) and (6) solved. Advantageous embodiments of the device according to the invention will become apparent from the measures in the dependent Claims.

Die erfindungsgemäße Anordnung zweier planarer Spulen und der elektronischen Auswerteschaltung hat im Vergleich zu bislang bekannten Lösungen den Vorteil, dass damit der mechanische Aufbau einfacher und kostengünstiger ist, große Spulen und Ferritkerne entfallen.The inventive arrangement two planar coils and the electronic evaluation circuit Compared to previously known solutions has the advantage that it the mechanical structure is simpler and less expensive, large coils and Ferrite cores omitted.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass diese Anordnung mit zwei kleinen planaren Spulen eine wesentliche Verbesserung der geometrischen Auflösung bietet und die Messung so voll differentiell ausgestaltet werden kann, oder die planaren Spulen als Teil des Gehäuses näher an den Messort gebracht werden können.Farther It is advantageous that this arrangement with two small planar Coils provides a significant improvement in geometric resolution and the measurement can be made fully differential, or the planar coils are brought closer to the measuring location as part of the housing can.

Es ist auch vorteilhaft, dass die Anordnung sowohl mit Geberelementen aus ferromagnetischen Materialien, als auch mit solchen aus elektrisch leitfähigem Material oder solcher Beschichtung funktioniert.It is also advantageous that the arrangement with both encoder elements made of ferromagnetic materials, as well as those of electrical conductive Material or coating works.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Auswerteschaltung besteht darin, dass eine Spule, bzw. eine Kombination von elektrisch gleichen Spulen, bimodal gemessen wird und eine 1. Messart als Referenz für die 2. Messart dient.Of the particular advantage of the evaluation circuit according to the invention exists in that a coil, or a combination of electrically identical coils, bimodal is measured and a 1st type of measurement as a reference for the 2. Measuring mode is used.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Figuren.Further Advantages and details of the device according to the invention arise from the following description of several embodiments with reference to enclosed figures.

Dabei zeigtthere shows

1 als 3D-Skizze einen Träger mit zwei rechteckigen planaren Spulen auf der Oberseite, deren Mittelpunkte im Abstand von etwa 1 + 2/4 Zahnmodulen angeordnet sind, und ein kreisförmiges Polrad mit Geberelementen, die im Abstand von je einem Zahnmodul angeordnet sind und das derart drehbar ist, dass zwischen dem Träger mit den Spulen und den Geberelementen eine relative Bewegung in Richtung X erfolgt, sowie Durchkontaktierungen und Anschlüsse für die elektrische Verbindung mit der Auswerteelektronik; 1 a 3D sketch of a carrier with two rectangular planar coils on the top, the centers are arranged at a distance of about 1 + 2/4 tooth modules, and a circular pole Rad with encoder elements, which are arranged at a distance of one tooth module and which is rotatable so that between the carrier with the coils and the encoder elements, a relative movement in the direction X, and vias and connections for the electrical connection to the transmitter;

2 zwei planare Kreisspulen in 3D-Ansicht auf Ober- und Unterseite des Trägers angeordnet, eine Abdeckung zum mechanischen Schutz über der Spule auf der Oberseite, ihre elektrischen Anschlüsse und einen lineares Element mit einer Bohrung als Geberelement; 2 two planar circular coils arranged in 3D view on the top and bottom of the carrier, a cover for mechanical protection above the coil on the top, their electrical connections and a linear element with a hole as a donor element;

3 eine planare Kreisspule in 3D-Ansicht auf dem Trägerelement, eine weitere Trägerstruktur mit elektrischen Verbindungen zu der ersten und einer weiteren planaren Spule, die in dieser Anordnung durch Geberelemente weitgehend unbeeinflusst ist und eine Geberstruktur; 3 a planar circular coil in 3D view on the support element, another support structure with electrical connections to the first and another planar coil, which is largely unaffected by donor elements in this arrangement, and a donor structure;

4 die elektrische Auswerteschaltung in einer ersten Ausführung mit einer Geberstruktur in Wechselwirkung mit zwei Spulen, die jeweils mit der Versorgungsspannung leitend verbunden und mit einem ohmschen Widerstand und einem steuerbaren Schaltelement in Reihe geschaltet sind, sowie jeweils einen Koppelkondensator, zwei Dioden, die den Ladungsträgerfluss bei dem positiven Abschaltimpuls zu dem Messkondensator leiten und beim negativen Einschaltimpuls dem Koppelkondensator wieder Ladungsträger zuführen und so die Messspannung am Messkondensator unabhängig von der Versorgungsspannung machen, und einen Parallelwiderstand oder ein weiteres Schaltelement zum Entladen des jeweiligen Messkondensators und die elektrisch leitende Verbindung mit der Steuerung, sowie einige exemplarische Impulsfolgen mit denen die Steuerung den Strom durch die Spulen ein-, bzw. ausschaltet; 4 the electrical evaluation circuit in a first embodiment with a donor structure in interaction with two coils, each of which is conductively connected to the supply voltage and connected in series with an ohmic resistor and a controllable switching element, and in each case a coupling capacitor, two diodes, the charge carrier flow in the conduct positive switch-off pulse to the measuring capacitor and charge the coupling capacitor again at the negative switch-on and thus make the measuring voltage on the measuring capacitor regardless of the supply voltage, and a parallel resistor or another switching element for discharging the respective measuring capacitor and the electrically conductive connection to the controller, and some exemplary pulse sequences with which the controller turns on or off the current through the coils;

5 eine weitere exemplarische Anordnung von zwei rechteckigen Spulen mit einem Abstand von 6/4 Zahnmodul in der 3D-Ansicht und einer linearen Geberstruktur mit Bohrungen im Abstand von 1 Zahnmodul, sowie einem beispielhaften Wirbelstrom und der Überlagerung und Wechselwirkung der B-Felder; 5 a further exemplary arrangement of two rectangular coils with a distance of 6/4 tooth module in the 3D view and a linear encoder structure with holes spaced by 1 tooth module, as well as an exemplary eddy current and the superposition and interaction of B fields;

6 eine weitere Ausführung der elektronische Auswerteschaltung mit einer Spule, wobei die beiden Messschaltungen aus Kondensatoren und Dioden parallel geschaltet und um jeweils ein Schaltelement erweitert sind, das den Zufluss von Ladungsträgern in den Koppelkondensator steuert, um Messungen mit unterschiedlichen Pulsdauern in je einen Messkondensator zu leiten, damit die Messspannungen gleichzeitig analog verfügbar sind; 6 a further embodiment of the electronic evaluation circuit with a coil, wherein the two measuring circuits of capacitors and diodes connected in parallel and extended by a respective switching element which controls the inflow of charge carriers in the coupling capacitor to conduct measurements with different pulse durations in each measuring capacitor, so that the measuring voltages are simultaneously available analogue;

7 eine weitere Ausführungsform der elektronischen Auswerteschaltung mit einer weiteren Spule und jeweils einem zusätzlichen Schaltelement zwischen Versorgungsspannung und Spulen zum zeitlichen Multiplexen der Spulen auf die Auswerteschaltung und jeweils einer weiteren Diode in Reihe mit der Spule, um den Rückfluss über die in FETs meist vorhandene Substrat-Diode zu unterbinden; 7 a further embodiment of the electronic evaluation circuit with a further coil and in each case an additional switching element between the supply voltage and coils for time multiplexing of the coils on the evaluation circuit and in each case a further diode in series with the coil to the return flow over the most commonly present in FET substrate diode to stop;

In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei möglichst gleichen, planaren, weitgehend rechteckigen Spulen (2) auf der Oberseite des Trägers (5) dargestellt. Die Spulen (2) haben mehrere Windungen und ihre Mittelpunkte haben etwa 6/4 des Abstandes (M) der Geberelemente (8). In der Mitte der Spulen (2) befindet sich eine Durchkontaktierung über welche zusammen mit einer Leiterbahn (7) die elektrische leitende Verbindung zu den vier mechanischen und elektrischen Anschlusselementen (4) hergestellt wird. Dabei hat der Träger (5) eine der Anwendung entsprechende Dicke (d) und kann auf einer Hülse (6) angeordnet sein. Der Träger (2) kann hochfest, eine Leiterplatte oder sogar flexibel sein, kennzeichnend ist, dass er aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material besteht. Ein Zahnrad (1) mit Geberelementen (8), hier exemplarisch Zähne in Trapezform mit dem Abstand von einem Zahnmodul (M), ist mit einem Abstand (h) so über dem Träger (5) drehbar angeordnet, dass seine Rotation eine Relativbewegung zwischen den Geberelementen (8) und den beiden Spulen (2) in Richtung X über erzeugt. Die Richtung X entspricht dabei der Verbindungslinie der Mittelpunkte der beiden Spulen (2.1, 2.2) und die Anordnung kann radial, tangential oder axial sein. Zu messen ist diese Relativbewegung in X mit einer Genauigkeit, die abhängig vom Abstand (h) wenigstens die Bewegung um einen Zahnmodul oder Bruchteile davon und die Drehrichtung erkennt. Bruchteile des Zahnmoduls (M) werden als Winkel und der Abstand der Geberelemente (8) als Periode betrachtet. Dabei sei der Winkel 0°, wenn ein Geberelement (8) mit dem Mittelpunkt seiner Fläche genau über dem Mittelpunkt der linken Spule (2.1) steht.In 1 is a first embodiment of the inventive arrangement with two identical as possible, planar, largely rectangular coils ( 2 ) on the top of the carrier ( 5 ). The spools ( 2 ) have several turns and their centers have about 6/4 of the distance (M) of the donor elements ( 8th ). In the middle of the coils ( 2 ) is a via via which together with a conductor track ( 7 ) the electrical conductive connection to the four mechanical and electrical connection elements ( 4 ) will be produced. In this case, the carrier ( 5 ) a thickness corresponding to the application (d) and can be applied to a sleeve ( 6 ) can be arranged. The carrier ( 2 ) can be high strength, a printed circuit board or even flexible, is characterized in that it consists of an electrically non-conductive material. A gear ( 1 ) with encoder elements ( 8th ), here exemplary teeth in trapezoidal shape with the distance from a tooth module (M), is at a distance (h) above the carrier ( 5 ) rotatably arranged so that its rotation a relative movement between the donor elements ( 8th ) and the two coils ( 2 ) generated in the direction X over. The direction X corresponds to the connecting line of the centers of the two coils ( 2.1 . 2.2 ) and the arrangement may be radial, tangential or axial. This relative movement in X is to be measured with an accuracy which, depending on the distance (h), detects at least the movement about a tooth module or fractions thereof and the direction of rotation. Fractions of the tooth module (M) are given as angles and the distance of the encoder elements ( 8th ) is considered as a period. Let the angle be 0 °, if an encoder element ( 8th ) with the center of its surface just above the center of the left coil ( 2.1 ) stands.

Diese Geberstruktur kann ebenso eine Bremsscheibe oder Flügelrad sein.These Encoder structure may also be a brake disc or impeller.

2 zeigt zwei runde, planare Spulen (2.1, 2.2) in der 3D-Anssicht übereinander auf Ober-, bzw. Unterseite des Trägers (5), optionale Hülse (6) und elektrische Verbindungselemente (3, 4, 7). Hinzu kommt ein möglichst dünnes Schutzelement (11), das die Oberseite des Trägers (5) und die Spule (2.1) gegen mechanische und chemische Beanspruchungen aus der Umgebung schützt. Darüber befindet sich im Abstand (h) eine angedeutete lineare Geberstruktur (9) mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen oder ferromagnetischen Oberfläche, oder aus solchem Material, und einer Bohrung als Geberelement (8). Zu messen ist der Abstand (h) zur Spule (2.1) auf der Oberseite, bzw. der Abstand (h + d) zur Spule (2.2) auf der Unterseite, die hier als Referenz mit dem bekannten zusätzlichen Abstand (d) genutzt wird. Auch ein Vorschub in Richtung X kann gemessen werden, jedoch ohne Unterscheidung zwischen links und rechts. 2 shows two round, planar coils ( 2.1 . 2.2 ) in the 3D perspective on top of each other or underside of the carrier ( 5 ), optional sleeve ( 6 ) and electrical connection elements ( 3 . 4 . 7 ). In addition, the thinnest possible protective element ( 11 ), which is the top of the carrier ( 5 ) and the coil ( 2.1 ) protects against mechanical and chemical stresses from the environment. Above this, at the distance (h), there is an indicated linear encoder structure ( 9 ) with at least one electrically conductive or ferromagnetic surface, or of such material, and a bore as a donor element ( 8th ). Measure the distance (h) to the coil ( 2.1 ) on the top, or the distance (h + d) to the coil ( 2.2 ) on the underside, which is used here as a reference with the known additional distance (d). A feed in the direction of X can also be measured, but without distinction between left and right.

3 beschreibt zusätzlich beispielhaft die Anordnung von nur einer Spule (2.1) auf der Oberseite des Trägers (5). Über die dauerhaften oder lösbaren elektromechanischen Verbindungen (4) ist diese Spule (2.1) mit einem weiteren Träger (10) elektrisch verbunden, auf dem sich eine weitere, möglichst gleichartig gestaltete Spule (2.2) und die Auswerteschaltung befinden. Diese Spule (2.2) ist so angeordnet, dass die Relativbewegungen von Geberelementen (9) ihr elektromagnetisches Feld möglichst nicht beeinflussen und die so als Referenz bei der Messung des Abstandes (h) oder anderer Größen, wie Leitfähigkeit des Gebers oder Vorhandensein von Rissen und Schichtdicken, dienen kann. Solange die mechanische Stabilität und geometrische Genauigkeit der Spulen gewährleistet sind, können alle Herstellverfahren und Anordnungen der Spulen (2) als gleichwertig betrachtet werden. Planare Spulen auf Elektronikplatinen oder Keramikträgern haben nur den Vorteil der guten geometrischen Reproduzierbarkeit im kostengünstigen Herstellprozess. 3 additionally describes by way of example the arrangement of only one coil ( 2.1 ) on the top of the carrier ( 5 ). Via the permanent or detachable electromechanical connections ( 4 ) this coil is ( 2.1 ) with another carrier ( 10 ) electrically connected, on which another, as similar as possible shaped coil ( 2.2 ) and the evaluation circuit are located. This coil ( 2.2 ) is arranged so that the relative movements of donor elements ( 9 ) As far as possible do not affect their electromagnetic field and so can serve as a reference in the measurement of the distance (h) or other variables, such as conductivity of the encoder or the presence of cracks and layer thicknesses. As long as the mechanical stability and geometric accuracy of the coils are ensured, all manufacturing methods and arrangements of the coils ( 2 ) are considered equivalent. Planar coils on electronic boards or ceramic substrates only have the advantage of good geometrical reproducibility in the cost-effective production process.

4 zeigt einen exemplarischen Stromlaufplan der erfindungsgemäßen Auswerteschaltung mit der Geberstruktur (1), den Spulen (L1, L2), jeweils in Reihe geschaltet mit einem ohmschen Widerstand R und einem FET (T1) als Schalter. Die Steuerung (S) erzeugt eine zeitliche Abfolge von Ein- und Ausschalt vorgängen, die als Impulsfolgen (S1, S2) angedeutet sind und entsprechend über die Geometrie der Spulen (L) mit der Geberstruktur (1) in Wechselwirkung sind und die zu messenden Energieinhalte der B-Felder der Spulen (L) verändern. Beim Ausschalten des Stroms mit einem Schaltelement (T1) entsteht ein positiver Spannungspuls mit einer Spannung proportional zur Schaltgeschwindigkeit dl/dt. Über den Koppelkondensator (C1) bewirkt dies den Fluss von Ladungsträgern über die Diode (D1) in den Messkondensator (C2), bis die Spannung (U) dieser Impulsspannung entspricht oder die Spannung am Koppelkondensator (C1) durch den Abfluss der Ladungsträger angeglichen ist. Bei Vernachlässigen parasitärer Verluste entspricht die elektrische Energie des Messkondensators (C2) dem Energieinhalt des elektromagnetischen Spulenfeldes und wird so als Spannung (U) direkt messbar. insbesondere entspricht diese Spannung auch der Anzahl der gemessenen Pulse, so dass die Verstärkung bei bekannter Kapazität über die Zahl der Pulse weiter einstellbar ist. 4 shows an exemplary circuit diagram of the evaluation circuit according to the invention with the encoder structure ( 1 ), the coils (L1, L2), each connected in series with an ohmic resistor R and a FET (T1) as a switch. The controller (S) generates a time sequence of switching on and off, which are indicated as pulse trains (S1, S2) and correspondingly on the geometry of the coil (L) with the encoder structure ( 1 ) and change the energy contents of the B fields of the coils (L) to be measured. When switching off the current with a switching element (T1) creates a positive voltage pulse with a voltage proportional to the switching speed dl / dt. Via the coupling capacitor (C1) this causes the flow of charge carriers via the diode (D1) into the measuring capacitor (C2) until the voltage (U) corresponds to this pulse voltage or the voltage at the coupling capacitor (C1) is adjusted by the outflow of the charge carriers. Neglecting parasitic losses, the electrical energy of the measuring capacitor (C2) corresponds to the energy content of the electromagnetic coil field and is thus directly measurable as voltage (U). In particular, this voltage also corresponds to the number of pulses measured so that the gain can be further adjusted by the number of pulses given known capacitance.

Dazu ist es erforderlich, dass beim Einschalten des Schalters (T1) dem Koppelkondensator (C1) wieder Ladungsträger über die Diode (D2) zugeführt werden, bis seine Spannung ausgeglichen ist. Dies ist möglich, weil beim Einschalten die Spannung der Spule (L) und damit des Koppelkondensators (C1) kurz bis auf das Potential des Schalters (T1) gelegt wird, bis ein Strom durch den Widerstand (R) fließt. Damit wird das Potential der anderen Seite des Koppelkondensators (C1) entsprechend der vorher abgegebenen Ladung negativer, Ladungen fließen über die Diode (D2), während Diode (D1) den Rückfluss aus dem Messkondensator sperrt.To it is necessary that when turning on the switch (T1) the Coupling capacitor (C1) again charge carriers are supplied via the diode (D2), until its tension is balanced. This is possible because at power up the voltage of the coil (L) and thus of the coupling capacitor (C1) short is placed to the potential of the switch (T1) until a current through the resistor (R) flows. In order to is the potential of the other side of the coupling capacitor (C1) according to the previously discharged charge of negative, charges flow over the Diode (D2) while Diode (D1) from the reflux the measuring capacitor blocks.

Entsprechend der häufig geringen Wechselwirkung zwischen Spulen (L) und Geberstruktur (1) ist die gemessene Spannung (U) relativ hoch und die Amplitude der Anderung relativ gering. Durch die doppelte Ausführung kann dieser Offsett in der Steuerung analog subtrahiert werden und die Differenz der Spannungen mit bekannten Mitteln differentiell weiter verstärkt werden. Wird diese Messung jetzt einmal mit gleichzeitigem Schalten der Spulen (L) durchgeführt, so entspricht diese Differenz der Spannungen (U1, U2) dem Kosinus, während sie bei zeitlich versetztem Schalten dem Sinus entspricht.In accordance with the often low interaction between coil (L) and encoder structure ( 1 ), the measured voltage (U) is relatively high and the amplitude of the change is relatively small. Due to the double execution, this offset can be subtracted analogously in the control and the difference of the voltages can be further differentially amplified by known means. If this measurement is now carried out once with simultaneous switching of the coils (L), then this difference of the voltages (U1, U2) corresponds to the cosine, while it corresponds to the sinus with time-shifted switching.

Besonders vorteilhaft ist dabei, dass bei dieser sequentiellen, bimodalen Messung alle Bauteile gleich eingehen und letztlich nur die unterschiedliche Erzeugung des Wirbelstroms wirksam wird. Damit sind erheblich genauere Messungen im Vergleich zum Stand der Technik möglich. Ebenfalls tragen die sehr kleinen Induktivitäten zu einer deutlich höheren Messfolge bei, so dass auch die Dynamik um etwa den Faktor 10 bis 100 höher ist. Die Stromstärke im Puls durch die Spulen ist in der Größenordnung von nur 1 mA bis etwa 100 mA.Especially It is advantageous that in this sequential, bimodal Measurement of all components equal and ultimately only the different generation the eddy current is effective. This is considerably more accurate measurements possible in comparison to the prior art. Also carry the very small inductors to a much higher measurement sequence at, so that the dynamics by about a factor of 10 to 100 is higher. The current strength in the pulse through the coils is on the order of only 1 mA to about 100 mA.

Der Parallelwiderstand (Ry) dient dem Entladen, dass über ein weiteres Schaltelement (T4) auch zeitlich genau gesteuert werden kann, um den Messkondensator in den definierten Anfangszustand zu bringen. Vorteilhaft werden all diese Erweiterungen, bis hin zu einem Analog-Digital-Wandler und der Ablaufsteuerung in einem Schaltkreis integriert. Die Ausgabe des gemessenen Taktes und der Bewegungsrichtung erfolgt mit bekannten Mitteln.Of the Parallel resistor (Ry) is used to discharge that over one another switching element (T4) are also accurately controlled in time can to bring the measuring capacitor in the defined initial state. Advantageous are all these extensions, up to an analog-to-digital converter and the flow control integrated in a circuit. The edition the measured clock and the direction of movement takes place with known Means.

5 zeigt eine exemplarische Anordnung der beiden rechteckigen Spulen (L1, L2), nebeneinander mit dem Abstand 6/4 M ihrer Flächenschwerpunkte in einer Ebene, und in geringem Abstand (h) die angedeutete Geberstruktur (1) mit Bohrungen (A). Diese Geberstruktur (1) kann linear oder eine Scheibe sein, die Bohrungen (A) axial oder radial, möglichst am Umfang, angeordnet sein. Wichtig ist, das hier die Spulen (L) gleichsinnig gewickelt sind und entgegengesetzt bestromt werden. In dem Bereich, in dem die Spulen (L) aneinander grenzen, überlagert sich damit das B-Feld (B12) der Ströme (IL1, IL2), indem es sich gegenseitig fast auslöscht. Bei gleichzeitigem Ein- bzw. Ausschalten der Ströme (IL) findet in diesem Bereich also eine stark verminderte Induktion von Wirbelstrom (Iw) statt. In den anderen Segmenten der beiden Spulen (L) stimmt dagegen die Stromrichtung sehr gut überein, so dass beide Spulen (L) insgesamt einen Wirbelstrom (Iw) induzieren, der ihrer gemeinsamen Fläche entspricht und auch mit den darunter liegenden Geberelementen (8) gesamthaft in Wechselwirkung tritt. 5 shows an exemplary arrangement of the two rectangular coils (L1, L2), side by side with the distance 6/4 M of their centroids in a plane, and at a small distance (h) the indicated donor structure ( 1 ) with holes (A). This encoder structure ( 1 ) can be linear or a disk, the holes (A) axially or radially, possibly on the circumference, be arranged. It is important that here the coils (L) are wound in the same direction and are energized opposite. In the area in which the coils (L) adjoin one another, the B-field (B12) of the currents (IL1, IL2) is superposed by almost canceling each other out. With simultaneous switching on and off of the currents (IL), a greatly reduced induction of eddy current (Iw) thus takes place in this region. In the other segments of the two coils (L), on the other hand, the current direction agrees very well, so that both coils (L) induce an overall eddy current (Iw) which corresponds to their common area and also to the underlying sensor elements (FIG. 8th ) interacts completely.

Die Geberelemente (8) beeinflussen die Ausbildung von Wirbelstrom (Iw) direkt, wie bei Spule L1 gut sichtbar ist, wenn sie allein bestromt wird. Sind die Mittelpunkte von Bohrung (8) und Spule L direkt übereinander, so kann sich ein kreisförmiger Wirbelstrom (Iw) beim Ein-, bzw. Ausschalten ausbilden und entzieht dem magnetischen B-Feld der Spule so Energie. Zudem ist sein B-Feld dem der Spule entgegengesetzt, so dass dieses noch einmal gemindert wird und eine Abhängigkeit der Stärke dieser Wechselwirkung vom Abstand (h) mit der vierten Potenz entsteht. Kommen Spule und Geberelemente, hier Spule L2 und Bohrung A2, nicht zur Deckung, so wirkt die Bohrung wie ein Isolator und verhindert bis zu einer gewissen Tiefe die Ausbildung eines Wirbelstroms. Entsprechend wird das Feld der Spule L2 weniger geschwächt.The encoder elements ( 8th ) influence the formation of eddy current (Iw) directly, as is well visible in coil L1 when energized alone. Are the centers of bore ( 8th ) and coil L directly on top of each other, so a circular eddy current (Iw) can be formed when switching on or off and thus withdraws energy from the magnetic B field of the coil. In addition, its B field is opposite to that of the coil, so that this is reduced again and a dependence of the strength of this interaction of the distance (h) with the fourth power arises. If coil and encoder elements, in this case coil L2 and bore A2, do not coincide, the bore acts as an insulator and prevents the formation of an eddy current to a certain depth. Accordingly, the field of the coil L2 is weakened less.

Im Experiment geprüft ist, dass diese Wechselwirkung beim Vorschub der Geberstruktur (1) in Richtung X als sinusförmiger Verlauf messbar ist, wenn man mit der Auswerteschaltung die Differenz von L1 und L2 misst, sofern abwechselnd jeweils nur eine Spule bestromt und gemessen wird. Erfolgt die Messung gleichzeitig, so ist ein kosinusförmiger Verlauf messbar, wobei die Periodendauer dem Abstand (M) der Geberelemente (8) entspricht.In the experiment it has been proved that this interaction during feeding of the encoder structure ( 1 ) can be measured in the direction X as a sinusoidal curve, if the difference between L1 and L2 is measured with the evaluation circuit, provided that in each case only one coil is energized and measured alternately. If the measurement is carried out simultaneously, then a cosinusoidal course can be measured, the period being the distance (M) of the donor elements ( 8th ) corresponds.

Werden hingegen zahnartige Strukturen als Geberelemente (8) verwendet, so ist die Physik zwar anders, es ist aber das gleiche Ergebnis mit etwa 30% niedrigeren Differenzspannungen (U) zu beobachten.If tooth-like structures are used as donor elements ( 8th ), so the physics is different, but it is the same result with about 30% lower differential voltages (U) to observe.

6 zeigt einen weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messschaltung mit einer Spule (L) und einer Geberstruktur (1). Die Messschaltung (C1, D1, D2, C2) ist doppelt ausgeführt und jeweils über die Koppelkondensatoren (C1.1, C1.2) mit der Spule (L1) verbunden. Über ein zusätzliches Schaltelement (T2) wird jetzt der Zufluss von Ladungsträgern beim Einschalten steuerbar. Wenn keine Ladungsträger nachfließen, trägt der Ausschaltpuls nicht zur Messspannung bei (bei realen FETs wird die Spannung immerhin hinreichend abgesenkt). So können unterschiedliche Pulsfolgen auf den einen (C2.1) oder anderen (C2.2) Messkondensator geleitet werden und die geringen Spannungsunterschiede sind so differentiell messbar. Dies ist vorteilhaft, um Abstände und Drehung zu detektieren, wenn das Erkennen der Drehrichtung nicht erforderlich ist, oder für die Messaufgabe nur eine Spule zur Verfügung steht. 6 shows a further embodiment of the measuring circuit according to the invention with a coil (L) and a transmitter structure ( 1 ). The measuring circuit (C1, D1, D2, C2) is designed in duplicate and connected in each case via the coupling capacitors (C1.1, C1.2) to the coil (L1). An additional switching element (T2) now controls the inflow of charge carriers when switching on. If no charge carriers flow, the switch-off pulse does not contribute to the measuring voltage (in the case of real FETs, the voltage is nevertheless lowered sufficiently). Thus, different pulse sequences can be directed to one (C2.1) or another (C2.2) measuring capacitor and the small differences in voltage can be measured differentially. This is advantageous in order to detect distances and rotation when the detection of the direction of rotation is not required, or for the measuring task only one coil is available.

7 zeigt die erfindungsgemäße Messschaltung mit einer Spule (L2) parallel geschaltet zur ersten (L1). Mit je einem weiteren Schaltelement (T3.1, T3.2) zwischen Versorgungsspannung und Spulen (L) können diese jetzt gemultiplext werden und für jede Spule diese Messungen durchgeführt werden. Die Diode (D3), jeweils in Reihe geschaltet mit einer Spule (L) verhindert lediglich den Rückfluss über die integrierte Substratdiode realer FETs als Schaltelement (T3) beim Spannungspuls des Abschaltens. 7 shows the measuring circuit according to the invention with a coil (L2) connected in parallel to the first (L1). With a further switching element (T3.1, T3.2) between the supply voltage and the coils (L), these can now be multiplexed and these measurements can be carried out for each coil. The diode (D3), each connected in series with a coil (L) only prevents the return flow via the integrated substrate diode real FETs as a switching element (T3) at the voltage pulse of the shutdown.

Diese zweite Spule (L2) hat möglichst die gleichen elektrischen Eigenschaften wie die erste (L1) und ist ganz außerhalb des Einflussbereichs der Geberstruktur (1) angeordnet, oder mit einer definierten Änderung, wie dem um die Dicke (d) eines Trägers erhöhten Abstand (h). Damit dient diese Spule (L2) als weitere Referenz und alle Toleranzen und thermischen Einflüsse können fast vollständig kompensiert werden.This second coil (L2) has as far as possible the same electrical properties as the first (L1) and is completely outside the influence of the encoder structure ( 1 ), or with a defined change, such as the distance (h) increased by the thickness (d) of a beam. Thus, this coil (L2) serves as another reference and all tolerances and thermal influences can be almost completely compensated.

Eine Spule mit der Induktivität L wird von einem Strom I durchflossen. Den Zusammenhang zwischen diesen Größen und der Energie des um die Spule erzeugten elektromagnetischen Feldes beschreibt EL = 1/2·L·I2 (1) A coil with the inductance L is traversed by a current I. Describing the relationship between these quantities and the energy of the electromagnetic field generated around the coil e L = 1/2 · L · I 2 (1)

Wird diese Energie EL durch einen induzierten Wirbelstrom IE verringert, so ergibt sich der Zusammenhang: EL = 1/2·L·(I – IE)2 (2) If this energy E L is reduced by an induced eddy current I E , the relationship arises: e L = 1/2 · L · (I - I e ) 2 (2)

Diese Energie wird mit dem neuartigen Messverfahren bestimmbar und die Größe der Wirbelströme wird als eine Änderung der Messspannung Uc am Messkondensator erlebbar. Die Energie des Spulenfeldes wird als Strom-Spannungspuls genutzt, um den Messkondensator aufzuladen. Den Zusammenhang zwischen dem Feld der Spule und der Messspannung beschreibt bei Vernachlässigen parasitärer Verluste die Formel zur Energie der Ladung eines Kondensators: EC = ½·C·UC 2 = EL (3)und nach Umformen: UC 2 = 2·EL/C (4) This energy can be determined with the novel measuring method and the size of the eddy currents can be experienced as a change of the measuring voltage Uc on the measuring capacitor. The energy of the coil field is used as a current-voltage pulse to charge the measuring capacitor. The relationship between the field of the coil and the measuring voltage describes the negation of parasitic losses the formula for the energy of the charge of a capacitor: e C = ½ · C · U C 2 = E L (3) and after forming: U C 2 = 2 · E L / C (4)

Diese Spannung wird für die beiden Spulen (2.1, 2.2) gem. 1 mit der Schaltung gem. 4 für die funktional identischen Spulen (L1, L2) bestimmt, wobei die Messung der Pulse nicht gleichzeitig und nacheinander erfolgt. Entsprechend der relativen Position zwischen Geberelementen (8) und den Spulen (2.1, 2.2) werden Wirbelströme ausgebildet und messbar, die empirisch bestimmt werden: UC1S = O + a·sin(φ) (5) UC2S = O – a·sin(φ) (6) This voltage is used for the two coils ( 2.1 . 2.2 ) acc. 1 with the circuit gem. 4 for the functionally identical coils (L1, L2) be is correct, whereby the measurement of the pulses does not take place simultaneously and successively. According to the relative position between encoder elements ( 8th ) and the coils ( 2.1 . 2.2 ) eddy currents are formed and measurable, which are determined empirically: U C1S = O + a · sin (φ) (5) U C2S = O - a · sin (φ) (6)

Dabei beschreibt O den Offsett oder die Grundspannung der Messung und a die Amplitude der Schwingung über einer vollen Periode. Durch Subtraktion ergibt sich UC1S – UC2S = 2·a·sin(φ) (7)unabhängig vom Offsett. In einer weiteren Messung werden die Pulse gleichzeitig und nacheinander erzeugt. Entsprechend der relativen Position zwischen Geberelementen (8) und den Spulen (2.1, 2.2) werden Wirbelströme ausgebildet, teilweise überlagert und somit messbar, die empirisch bestimmt werden als: UC1C = O + a·cos(φ) (8) UC2C = O – a·cos(φ) (9) In this case, O describes the offset or the fundamental voltage of the measurement and a the amplitude of the oscillation over a full period. By subtraction results U C1S - U C2S = 2 · a · sin (φ) (7) independent of the offset. In another measurement, the pulses are generated simultaneously and successively. According to the relative position between encoder elements ( 8th ) and the coils ( 2.1 . 2.2 ) eddy currents are formed, partly superimposed and thus measurable, which are determined empirically as: U C1C = O + a · cos (φ) (8) U C2C = O - a · cos (φ) (9)

Durch Subtraktion ergibt sich UC1C – UC2C = 2·a·cos(φ) (10) By subtraction results U C1C - U C2C = 2 · a · cos (φ) (10)

Durch weiteres Einsetzen von (7) in (10) und einfaches Umformen ergibt sich φ = arctan((UC1S – UC2S)/(UC1C – UC2C) (11) womit der Winkel unabhängig von der Amplitude der Signale bestimmt ist. Damit ist die induktive Bestimmung des Winkels innerhalb einer Periode der Geberelemente (8) dargestellt, unabhängig vom Abstand h, der die Amplitude bestimmt und frei von dynamischen Schwellwerten, also bis zum Stillstand. Solange das Abtast-Theorem nicht verletzt wird, d. h. die Messungen wenigstens doppelt so häufig erfolgen wie die Frequenz der Geberelemente (8) zu den Spulen ist, kann je Zahnmodul ein Takt je Periode und z. B. ein 90°-Takt für die Bewegungsrichtung von der Steuerung erzeugt werden. Ebenso ist eine recht genaue Vervielfachung dieser Takte einfach möglich, wenn die Veränderung des Winkels zwischen zwei Abtastungen, bzw. dem letzten erzeugten Takt bewertet wird. Bei einem Takt je 20°Winkelveränderung seit dem letzten Takt entspricht dies 16 Takten je Zahnmodul.By further inserting (7) into (10) and simple forming results φ = arctan ((U C1S - U C2S ) / (U C1C - U C2C ) (11) whereby the angle is determined independently of the amplitude of the signals. Thus, the inductive determination of the angle within a period of the encoder elements ( 8th ), regardless of the distance h, which determines the amplitude and free of dynamic thresholds, ie to a standstill. As long as the sampling theorem is not violated, ie the measurements are at least twice as frequent as the frequency of the encoder elements ( 8th ) is to the coils, per tooth module one clock per period and z. B. a 90 ° clock for the direction of movement are generated by the controller. Similarly, a fairly accurate multiplication of these clocks is easily possible if the change in the angle between two samples, or the last generated clock is evaluated. At one cycle per 20 ° angle change since the last cycle, this corresponds to 16 cycles per tooth module.

Besonders hervorzuheben ist, dass hier der Zahnmodul benutzt wird, weil er in technischen Anwendungen mit Zahnrädern etc. eine bekannte Größe ist. Nun ist es freilich so, dass die „Reichweite" von induktiven Sensoren auch proportional zum Durchmesser der Spulen ist, besonders bei planaren Spulen. Abhängig von der Messaufgabe kann in der erfindungsgemäßen Sensoranordnung der Durchmesser der Spulen und ihr Abstand innerhalb weiter Grenzen vergrößert und verkleinert werden.Especially It should be emphasized that here the tooth module is used because he In technical applications with gears, etc. is a known size. Now, of course, that is the "range" of inductive sensors also proportional to the diameter of the coils, especially at planar coils. Dependent from the measuring task in the sensor arrangement according to the invention, the diameter the coils and their distance within wide limits increases and be downsized.

Eine Grenze der Vergrößerung ist dann erreicht, wenn die die Spule beim Abschalten mit parasitären Kapazitäten einen Schwingkreis bildet. Dies ist nicht schädlich, solange die Amplituden der Folgeschwingungen rasch abfallen, aber auch nicht hilfreich, weil es eine Verzögerung bis zum Beginn der nächsten Messung erforderlich macht. Dies wird besonders dann erforderlich, wenn herkömmliche Spulen mit oder ohne ferromagnetischen Kern und größerer Induktivität zum Einsatz kommen.A Limit of magnification is then reached when the coil when switching off with parasitic capacitances a Resonant circuit forms. This is not harmful as long as the amplitudes the subsequent vibrations drop quickly, but also unhelpful, because there is a delay until the beginning of the next Measurement required. This is especially necessary if conventional Coils with or without ferromagnetic core and greater inductance for use come.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Spulen auf oder in einer hochfesten technischen Keramik als Träger angeordnet werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen induktiven Näherungssensoren, die stets innerhalb eines Gehäuses angebracht sind, können die Spulen so näher an die Geberstruktur gebracht werden. Bei einer Dicke des Trägers von etwa 2 mm und einer maximalen Reichweite von etwa 3 mm bei Zahnmodul 1 ist dies ein erheblicher Vorteil, der für eine weitere Erhöhung der Taktzahl/Pol und damit der Auflösung verwendet werden kann.Farther It is advantageous if the coils are on or in a high strength technical ceramics as a carrier to be ordered. Unlike conventional inductive proximity sensors, always inside a case are attached, can the coils so closer be brought to the encoder structure. At a thickness of the carrier of about 2 mm and a maximum range of about 3 mm with tooth module 1, this is a significant advantage, which will further increase the Number of bars / pole and thus the resolution can be used.

Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensors ergeben sich aus der Betrachtung, dass es häufig wünschenswert ist, die Amplitude a genau zu bestimmen, um darüber den Abstand zu einer Geberstruktur (1) zu messen. Diese Messung erfolgt z. B. mit einer Anordnung gem. 2 und der Schaltungsvariante in 6 oder 7.Further embodiments of the sensor according to the invention emerge from the consideration that it is often desirable to determine the amplitude a precisely in order to determine the distance to a transmitter structure (FIG. 1 ) to eat. This measurement takes place z. B. according to an arrangement. 2 and the circuit variant in 6 or 7 ,

Mit einem Einschaltvorgang wird abhängig vom Abstand ein Wirbelstrom in die Geberstruktur induziert. Entsprechend der Leitfähigkeit der Geberstruktur (1) wird diese Energie mit der Zeit in Wärme umgesetzt. Erfolgt nun die Messung kurzer Pulse auf den einen Messkondensator (C2.1) und die Messung längerer Pulse auf den anderen (C2.2), so kann der unterschiedliche Abfall des Wirbelstroms und seine Rückwirkung auf das B-Feld der Spule differentiell bestimmt werden und ist bei konstanten Pulsdauern proportional zum Abstand.With a switch-on, an eddy current is induced into the sensor structure, depending on the distance. According to the conductivity of the encoder structure ( 1 ) this energy is converted into heat over time. If now the measurement of short pulses on one measuring capacitor (C2.1) and the measurement of longer pulses on the other (C2.2), then the different fall of the eddy current and its reaction to the B field of the coil can be determined differentially and is proportional to the distance at constant pulse durations.

Weitere Verfeinerungen mit diesen bimodalen Mehrfachmessungen sind bis zur Bestimmung der Leitfähigkeit des Materials möglich.Further Refinements with these bimodal multiple measurements are up to Determination of conductivity of the material possible.

Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ergibt sich, wenn man alle Komponenten auf einem einzigen Träger anordnet. Die Lösung der Messaufgabe erfolgt unverändert.A further design options the sensor arrangement according to the invention results when arranging all components on a single carrier. The solution the measuring task is unchanged.

Zudem kann die erfindungsgemäße Schaltung mehrfach ausgeführt werden und beispielsweise einen Indexpuls als absolute Position erkennen oder mit mehreren Kanälen eine absolute Codierung auf der Geberstruktur erkennen, wie beispielsweise einen Gray-Code oder einen rekursiven binären Zufallscode, der es erlaubt die absolute Position nach n Takten auf 2n-1 Teilungen zu bestimmen. Ebenso kann die erfindungsgemäße Messschaltung eingesetzt werden, um Veränderungen im B-Feld einer Spule zu bestimmen, die anderen Messaufgaben entsprechen, etwa dem Bestimmen der Schichtdicke von elektrisch leitenden Materialien, der Ausbildung von Rissen in Oberflächen oder dem Messen der Leitfähigkeit in organischen und anorganischen Stoffen, sowie der Veränderung der relativen Permeabilität durch Interaktion mit anderen Stoffen und Molekülen.In addition, the circuit according to the invention can be executed several times and recognize, for example, an index pulse as an absolute position or recognize with multiple channels an absolute coding on the encoder structure, such as a Gray code or a recursive binary random code, which allows the absolute position after n clocks 2 n -1 divisions to be determined. Likewise, the measurement circuit according to the invention can be used to determine changes in the B field of a coil that correspond to other measurement tasks, such as determining the layer thickness of electrically conductive materials, the formation of cracks in surfaces or measuring the conductivity in organic and inorganic materials , as well as the change in relative permeability through interaction with other substances and molecules.

Claims (10)

Vorrichtung zum induktiven, berührungslosen Messen der Geschwindigkeit und Richtung einer Geberstruktur (1), dadurch gekennzeichnet, A dass zwei Spulen (2.1, 2.2) mit jeweils einer Breite, die etwa dem Zahnmodul M der zu messenden Geberelemente (8) entspricht, in einer Ebene auf einem Träger (5) nebeneinander angeordnet sind, wobei der Abstand ihrer Mittelpunkte etwa dem 1,5 fachen dieses Moduls M entspricht und B die Spulen (2.1, 2.2, bzw. L1, L2) mit jeweils wenigstens einem ohmschen Widerstand (R1, R2) und einem steuerbaren Schaltelement (T1.1, T1.2) in Reihe geschaltet sind und C eine Steuerung S die Ströme durch die Spulen (2.1, 2.2, bzw. L1, L2) zeitgesteuert ein- und ausschaltet und D diese Pulse (S1.1, S1.2) nach einander gleichzeitig und gleichsinnig geschaltet werden oder für jede Spule entgegengesetzt (S2.1, S2.2) geschaltet werden oder zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen oder unterschiedliche Dauer haben und E jede Spule (L1, L2) mit einer Auswerteschaltung zum Messen der induktiven Wechselwirkung mit den Geberelementen (8) elektrisch leitend verbunden ist.Device for inductive, non-contact measurement of the speed and direction of a transmitter structure ( 1 ), characterized in that A two coils ( 2.1 . 2.2 ) each having a width which is approximately equal to the tooth module M of the encoder elements to be measured ( 8th ), in one plane on a support ( 5 ) are arranged side by side, wherein the distance between their centers about 1.5 times this module corresponds to M and B, the coils ( 2.1 . 2.2 , or L1, L2), each having at least one ohmic resistance (R1, R2) and a controllable switching element (T1.1, T1.2) are connected in series and C is a controller S, the currents through the coils ( 2.1 . 2.2 , or L1, L2) timed on and off and D these pulses (S1.1, S1.2) are switched after each other simultaneously and in the same direction or for each coil opposite (S2.1, S2.2) are switched to or occur at different times or have different duration and E each coil (L1, L2) with an evaluation circuit for measuring the inductive interaction with the donor elements ( 8th ) is electrically connected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass A die beiden Spulen (2.1, 2.2, bzw. L1, L2) mit allen Windungen auf der Oberfläche des Trägers (5) aufliegen, also planar sind, und B die Spulen durch wenigstens eine weitere Schicht oder solchen Körper (11) aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material bedeckt und mechanisch geschützt werden.Apparatus according to claim 1, characterized in that A the two coils ( 2.1 . 2.2 , or L1, L2) with all windings on the surface of the carrier ( 5 ), ie are planar, and B the coils through at least one further layer or such body ( 11 ) are covered and mechanically protected from an electrically non-conductive material. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass A die Auswerteschaltung auf dem gleichen Träger (5) angeordnet ist, oder B die Auswerteschaltung nicht auf dem gleichen Träger (5) angeordnet ist und die elektrisch leitenden Verbindungen (4) ein festes Kontaktsystem sind, oder C diese elektrisch leitenden Verbindungen (4) Stecker oder Buchse eines lösbaren Kontaktsystems sind, oder D die elektrisch leitenden Verbindungen über ein flexibles Kabel hergestellt werden.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that A is the evaluation circuit on the same support ( 5 ), or B the evaluation circuit is not on the same carrier ( 5 ) and the electrically conductive connections ( 4 ) are a fixed contact system, or C these electrically conductive connections ( 4 ) Are plugs or sockets of a detachable contact system, or D the electrically conductive connections are made via a flexible cable. Vorrichtung nach wenigstem einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geberstruktur A aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, welches durch Geberelemente (8, bzw. A) regelmäßige Strukturen aufweist, oder B mit einem elektrisch leitfähigem Material derart beschichtet ist, oder C aus einem Material mit ferromagnetischen Eigenschaften besteht, welches durch Geberelemente (8, bzw. A) regelmäßige Strukturen aufweist, oder D mit einem ferromagnetischen Material derart beschichtet ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the encoder structure A consists of an electrically conductive material which by donor elements ( 8th , or A) has regular structures, or B is coated with an electrically conductive material in such a way, or C consists of a material with ferromagnetic properties, which by donor elements ( 8th , or A) has regular structures, or D is coated with a ferromagnetic material such. Vorrichtung nach wenigstem einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass A die Geberstruktur (1) ein Zahnrad mit axial oder radial periodisch angeordneten Zähnen als Geberelementen (8) ist, oder B die Geberstruktur (1) eine Scheibe mit axial oder radial angebrachten Bohrungen oder Löchern als Geberelementen (8) ist, etwa eine Bremsscheibe bei Automobil oder Motorrad, oder C die Geberstruktur (1) linear ausgeführt ist und eine regelmäßige Anordnung von Zähnen oder Bohrungen als Geberelementen (8) aufweist, etwa eine Zahnstange.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that A is the encoder structure ( 1 ) a gear with axially or radially periodically arranged teeth as donor elements ( 8th ), or B the donor structure ( 1 ) a disc with axially or radially mounted holes or holes as donor elements ( 8th ), such as a brake disc in automobile or motorcycle, or C the encoder structure ( 1 ) is linear and a regular arrangement of teeth or holes as donor elements ( 8th ), such as a rack. Vorrichtung zum elektronischen Messen der veränderlichen Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld einer Spule und einer Struktur aus elektrisch leitfähigem oder ferromagnetischem Material, dadurch gekennzeichnet, dass A wenigstens zwei Spulen (L1, L2) mit einer Versorgungsspannung gem. 4 verbunden und mit wenigstens einem ohmschen Widerstand (R1, R2) und je einem Schaltelement (T1.1, T1.2) in Reihe geschaltet sind, und B jeweils über einen Koppelkondensator (C1.1, C1.2) mit der einen Elektrode zwischen Spule (L) und Widerstand (R) verbunden sind, sowie über die andere Elektrode die elektrisch leitende Verbindung zur Anode einer Diode (D1) und zur Kathode der Diode (D2) hergestellt wird, und C die Kathode der Diode (D1) mit dem Messkondensator (C2) und die Anode der Diode (D2) mit dem Bezugspotential von Schaltelement (T1) und Messkondensator (C2) elektrisch leitend verbunden ist, und D die Steuerung (S) die Schaltelemente (T1) zeitgesteuert ein- und ausschaltet und mit den Messkondensatoren (C2) und den Dioden (D1) mittelbar oder unmittelbar elektrisch leitend verbunden ist, und E ein Parallelwiderstand (Ry) oder eine Kombination aus Widerstand (Rx) und Schaltelement (T4) zwischen Messkondensator (C2) und Bezugspotential zum Entladen der Messkondensatoren (C2) integriert sein kann, und F die Messung der elektromagnetischen Wechselwirkung über die Differenz der Spannungen (U1, U2) an den Messkondensatoren (C2.1, C2.2) erfolgt.Device for electronically measuring the variable interaction between the electromagnetic field of a coil and a structure of electrically conductive or ferromagnetic material, characterized in that A at least two coils (L1, L2) according to a supply voltage. 4 connected and with at least one ohmic resistor (R1, R2) and one switching element (T1.1, T1.2) are connected in series, and B in each case via a coupling capacitor (C1.1, C1.2) with the one electrode between Coil (L) and resistor (R) are connected, and via the other electrode, the electrically conductive connection to the anode of a diode (D1) and to the cathode of the diode (D2) is produced, and C the cathode of the diode (D1) with the Measuring capacitor (C2) and the anode of the diode (D2) to the reference potential of switching element (T1) and measuring capacitor (C2) is electrically connected, and D the controller (S), the switching elements (T1) on time and off and with the Messkon E is a parallel resistor (Ry) or a combination of resistor (Rx) and switching element (T4) between measuring capacitor (C2) and reference potential for discharging the measuring capacitors (C2) and the diodes (D1) C2) can be integrated, and F the measurement of the electromagnetic interaction via the difference of the voltages (U1, U2) to the measuring capacitors (C2.1, C2.2) takes place. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass A die Differenz der Spannungen (U1, U2) zunächst für eine bestimmte Folge von Ein-Ausschaltvorgängen (S1) der Schalter (T1) bestimmt wird und danach B diese Differenz der Spannungen (U1, U2) dann für eine andere Folge von Ein-Ausschaltvorgängen (S2) der Schalter (T1) bestimmt wird und C diese Pulssequenzen (S) periodisch wiederholt werden und D die Verstärkung und eine Analog-Digital-Wandlung und weitere Auswertung in die Steuerung (S) integriert sein kann.Device according to claim 6, characterized in that that A first the difference of the voltages (U1, U2) for a certain Sequence of on-off operations (S1) the switch (T1) is determined and after B this difference the voltages (U1, U2) then for a other sequence of on-off operations (S2) the switch (T1) is determined and C these pulse sequences (S) are repeated periodically and D the reinforcement and an analog-to-digital conversion and further evaluation in the controller (S) can be integrated. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass A nur eine Spule (L1) gem. 6 eingesetzt wird und B die Elektroden von wenigsten zwei Koppelkondensatoren (C1.1, C1.2) der ansonsten gleichen Messanordnungen zwischen Spule (L) und Widerstand R) elektrisch leitend verbunden werden und C zwischen dem Bezugspotential und den Dioden (D2.1, D2.2) jeweils ein weiteres Schaltelement (T2.1, T2.2) eingefügt wird und D die Steuerung (S) diese Schaltelemente im Zeitablauf steuert, so dass an dem einen Messkondensatoren (C1.1) die Spannung (U1) entsprechend einer Pulsfolge (S1) und an dem anderen (C1.2) die Spannung (U2) für eine zweite Pulsfolge (S2) differentiell gemessen werden.Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that A according to only one coil (L1). 6 is used and B, the electrodes of at least two coupling capacitors (C1.1, C1.2) of the otherwise same measuring arrangements between coil (L) and resistor R) are electrically connected and C between the reference potential and the diodes (D2.1, D2 .2) in each case a further switching element (T2.1, T2.2) is inserted and D the controller (S) controls these switching elements over time, so that at one of the measuring capacitors (C1.1) the voltage (U1) corresponding to a pulse train (S1) and at the other (C1.2) the voltage (U2) for a second pulse train (S2) are measured differentially. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass A wenigstens eine weitere Spule (L2) der ersten (L1) parallel geschaltet wird und B zwischen Versorgungsspannung und Spule (L) jeweils ein weiteres steuerbares Schaltelement (T3.1, T3.2) elektrisch leitend eingefügt wird und C zwischen Spule (L), Widerstand (R) und Koppelkondensatoren (C1) für jede Spule (L1, L2) eine Diode (D3.1, D3.2) gem. 7 eingefügt wird, so dass D die Spulen von der Steuerung S gemultiplext werden können.Apparatus according to claim 6, 7 or 8, characterized in that A at least one further coil (L2) of the first (L1) is connected in parallel and B between the supply voltage and the coil (L) each have a further controllable switching element (T3.1, T3. 2) is electrically conductively inserted and C between coil (L), resistor (R) and coupling capacitors (C1) for each coil (L1, L2) a diode (D3.1, D3.2) gem. 7 is inserted so that the coils D can be multiplexed by the controller S. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurch Gekennzeichnet, dass A es eine Messanordnungen mit einer oder zwei Spulen (L1, L2) ist, bei der die Energie im elektromagnetischen Feld wenigstens einer Spule (L1) durch Wechselwirkung mit einem mechanisch beweglichen Gegenstand verändert wird oder B diese Veränderung durch eine mechanische Kraft auf ein geeignetes Material hervorgerufen wird und die relative Permeabilität verändert, oder C diese Veränderung durch Einbringen von einem geeigneten Gas oder einer Flüssigkeit in das elektromagnetische Feld wenigsten einer Spule (L1) hervorgerufen wird oder D diese Spulen (L1, L2) den Spulen (2.1, 2.2) in den Anordnungen von Anspruch 1 bis 5 entsprechen.Device according to claim 6, 7, 8 or 9, characterized in that it is a measuring arrangement with one or two coils (L1, L2) in which the energy in the electromagnetic field of at least one coil (L1) is interacting with a mechanically movable one Or that this change is caused by a mechanical force on a suitable material and changes the relative permeability, or C is caused by introducing a suitable gas or liquid into the electromagnetic field of at least one coil (L1), or D these coils (L1, L2) the coils ( 2.1 . 2.2 ) in the arrangements of claims 1 to 5.
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