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Die
Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Positionsbestimmung und eine
Sensoranordnung zur Verwendung mit einer achsensymmetrisch magnetisierten
Magnetquelle.
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Zur
Messung linearer Bewegungen werden üblicherweise so genannte Magnetlineale,
also stabförmige
Magnetanordnungen, die nebeneinander abwechselnd angeordnete Nord-
und Südpole
aufweisen, eingesetzt. Ein derartiges Magnetlineal erzeugt einen
sinusförmigen
Magnetfeldverlauf. Das Magnetlineal wird relativ zu einem über einem
Luftspalt angeordneten Sensor bewegt. Dieser erfasst die magnetische
Feldstärke.
Die Bestimmung der absoluten Position eines mit dem Magnetlineal
verbundenen Körpers
erfolgt durch Bestimmung einer relativen Position und Berechnung
der Distanz zu einer so genannten Indexposition, die als Referenz
dient. Derartige Anordnungen benötigen
genügend
Freiraum, um das Magnetlineal hin und her zu bewegen. Erfolgt keine
direkte Bewegung über
die Indexposition, so muss das Magnetlineal zusätzlich so lange hin und her
bewegt werden, bis die Indexposition gefunden ist. Dies kann auch
dazu führen,
dass Störgrößen, wie
beispielsweise Temperatureffekte, mechanische Ausdehnung, mechanische
Belastung und Veränderung
des Magnetfeldes das Messergebnis beeinträchtigen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Messverfahren
und eine verbesserte Sensoranordnung anzugeben, mit dem beziehungsweise
mit der bei linearen Bewegungen eine absolute Position bestimmt
werden kann und das beziehungsweise die für den Einsatz in kleinen Geräten geeignet
ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch das Messverfahren zur Positionsbestimmung des Patentanspruchs
1, sowie durch die Sensoranordnung des Patentanspruchs 12. Ausgestaltungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstände der
abhängigen
Ansprüche.
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In
einer Ausführungsform
umfasst ein Messverfahren zur Positionsbestimmung das Bereitstellen einer
Vielzahl von Magnetfeldsensoren, das Bereitstellen einer achsensymmetrisch
magnetisierten Magnetquelle, das Bewegen der Magnetquelle entlang einer
linienförmigen
Hauptrichtung, das Empfangen eines Satzes von Sensorsignalen von
einer Untermenge der Vielzahl von Magnetfeldsensoren, sowie das
Bestimmen einer Position der Magnetquelle entlang der linienförmigen Hauptrichtung
in Abhängigkeit
des empfangenen Satzes von Sensorsignalen. Die Magnetfeldsensoren
sind dabei entlang der linienförmigen
Hauptrichtung angeordnet und sind jeweils dazu eingerichtet, ein
Sensorsignal in Abhängigkeit
einer magnetischen Feldstärke
abzugeben.
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Die
Magnetquelle erzeugt ein Magnetfeld, welches symmetrisch zu ihrer
Symmetrieachse ist. Bei einer beispielhaften Verwendung eines dreipoligen
Magneten mit einer beispielhaften Südpol-Nordpol-Südpol-Polung
liegt das Maximum des Magnetfeldes auf der Symmetrieachse. An den
beiden Übergängen zwischen
den Polen hat die magnetische Feldstärke jeweils den Wert Null,
nach Erreichen von zwei symmetrisch zur Symmetrieachse angeordneten
Minimalwerten nähert
sich die Feldstärke
jeweils asymptotisch dem Wert Null an.
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Vorteilhafterweise
ist mit diesem Verfahren die absolute Position der Magnetquelle
bestimmbar. Eine Indexposition ist nicht erforderlich. Mit Vorteil kann
die Magnetquelle so klein ausgeführt
werden, dass sie für
räumlich
kleine Anwendungen, wie beispielsweise bei einer Linsenpositionierung
in Kameras oder in tragbaren medizinischen Geräten einsetzbar ist.
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Die
achsensymmetrisch magnetisierte Magnetquelle ist über der
linienförmigen
Hauptrichtung bewegbar entlang dieser linienförmigen Hauptrichtung gelagert.
Die Magnetquelle kann beispielsweise ausgeführt sein als dreipoliger Magnet,
also beispielsweise als S-N-S-Magnet oder als N-S-N-Magnet, wobei
S für einen
magnetischen Südpol
und N für
einen magnetischen Nordpol steht. Die Magnetquelle kann beispielsweise
als Permanentmagnet oder als Elektromagnet ausgebildet sein. Der
Verlauf des von der Magnetquelle erzeugten Feldes ist achsensymmetrisch
und nicht periodisch. Die Magnetfeldsensoren sind dabei geeignet,
ein nach der Feldrichtung unterscheidbares Signal abzugeben. Die Magnetfeldsensoren
können
beispielsweise als Hall-Sensoren ausgeführt sein. Die Magnetfeldsensoren
sind entlang der linienförmigen
Hauptrichtung von links nach rechts aufsteigend indexiert. Die linienförmige Hauptrichtung
kann beispielsweise gerade oder leicht gekrümmt sein. Die Untermenge der
Vielzahl von Magnetfeldsensoren kann entweder einen Teil der Magnetfeldsensoren
oder die gesamte Anzahl der Magnetfeldsensoren umfassen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist jedes der Sensorsignale, die von der Vielzahl von Magnetfeldsensoren
empfangen werden, einer Position auf der linienförmigen Hauptrichtung zuordenbar.
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In
einer Weiterbildung des Messverfahrens werden nach dem Empfangen
des Satzes von Sensorsignalen von der Untermenge der Vielzahl von Magnetfeldsensoren
eine erste und eine zwei te Referenzposition auf der linienförmigen Hauptrichtung bestimmt.
An der ersten und an der zweiten Referenzposition liegt eine magnetische
Referenzfeldstärke
als Funktion des Satzes von Sensorsignalen von der Untermenge der
Vielzahl von Magnetfeldsensoren vor. Das anschließende Bestimmen
der Position der Magnetquelle auf der linienförmigen Hauptrichtung erfolgt
in Abhängigkeit
der ersten und der zweiten Referenzposition. Die magnetische Referenzfeldstärke ist
dabei ein Wert, den das von der Magnetquelle erzeugte Feld aufgrund
der Achsensymmetrie genau zwei Mal, nämlich an der ersten und an
der zweiten Referenzposition, annimmt.
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In
einer Weiterbildung umfasst das Bestimmen der ersten und der zweiten
Referenzposition auf der linienförmigen
Hauptrichtung jeweils das Ermitteln einer ersten Position mit einer
jeweils zugehörigen
magnetischen Feldstärke
in Abhängigkeit
eines ersten und eines dritten Sensorsignals, das Ermitteln einer
zweiten Position mit einer jeweils zugehörigen Feldstärke in Abhängigkeit
eines zweiten und eines vierten Sensorsignals und das Ermitteln
der Referenzposition als Funktion der jeweils zugeordneten ersten
Position und der jeweils zugeordneten zweiten Position, sowie als
Funktion des jeweils zugehörigen Paares
von magnetischen Feldstärken.
Das erste, zweite, dritte und vierte Sensorsignal wird aus dem Satz
von Sensorsignalen entnommen.
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Dadurch,
dass die erste und die zweite Referenzposition als Funktion eines
Verhältnisses
des jeweils zugehörigen
Paares von magnetischen Feldstärken
ermittelt werden, ist das erhaltene Ergebnis ratiometrisch, das
heißt
unabhängig
von der absoluten, also veränderlichen
Feldstärke.
Mit Vorteil wird damit der Einfluss einer Variation der Feldstärke durch
Temperaturdrift der Magnetquelle, durch Veränderung des Abstandes zwischen
Magnetquelle und den Magnetfeldsensoren, oder durch Temperaturdrift
der Magnetfeldsensoren unterdrückt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die magnetische Feldstärke
der der ersten Referenzposition zugeordneten ersten Position kleiner
als oder genauso groß wie
die magnetische Referenzfeldstärke.
Die magnetische Feldstärke
der der ersten Referenzposition zugeordneten zweiten Position ist
größer als
oder genauso groß wie
die magnetische Referenzfeldstärke.
Die magnetische Feldstärke
der der zweiten Referenzposition zugeordneten ersten Position ist
größer als
oder genauso groß wie
die magnetische Referenzfeldstärke.
Die magnetische Feldstärke
der der zweiten Referenzposition zugeordneten zweiten Position ist
kleiner als oder genauso groß wie die
magnetische Referenzfeldstärke.
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In
einer Weiterbildung entspricht bei dem der ersten Referenzposition
zugehörigen
Paar von magnetischen Feldstärken
und bei dem der zweiten Referenzposition zugehörigen Paar von magnetischen Feldstärken jeweils
höchstens
eine magnetische Feldstärke
dem Wert der Referenzfeldstärke.
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In
einer Weiterbildung werden die jeweilige erste Position und die
jeweilige zweite Position in Abhängigkeit
von Sensorsignalen jeweils benachbarter Magnetfeldsensoren ermittelt.
Dabei sind die benachbarten Magnetfeldsensoren bevorzugt jeweils unmittelbar
benachbart.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird die Position der Magnetquelle als Mittelwert aus der ersten
und der zweiten Referenzposition gebildet.
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Damit
ist das Messergebnis mit Vorteil unempfindlich gegenüber möglicherweise
vorliegenden Störfeldern.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die magnetische Referenzfeldstärke durch einen genau zwei
Mal auftretenden Wert eines von der Magnetquelle erzeugten achsensymmetrischen
Magnetfeldes dargestellt.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird die magnetische
Referenzfeldstärke durch
den Wert Null repräsentiert.
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Mit
Vorteil kann die magnetische Referenzfeldstärke durch einen beliebigen
Wert oder durch den Wert Null repräsentiert werden. Dies erhöht vorteilhafterweise
die Flexibilität
des Verfahrens.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird nach dem Bereitstellen der achsensymmetrisch magnetisierten
Magnetquelle und vor dem Bewegen der Magnetquelle zusätzlich ein
Empfangen eines Anfangssatzes von Sensorsignalen und das Bestimmen
einer Anfangsposition der Magnetquelle ausgeführt. Der Anfangssatz von Sensorsignalen
wird dabei von der Vielzahl von Magnetfeldsensoren empfangen. Die Anfangsposition
der Magnetquelle wird mit Bezug auf die Vielzahl von Magnetfeldsensoren
als Funktion des Anfangssatzes von Sensorsignalen entlang der linienförmigen Hauptrichtung
bestimmt.
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Vorteilhafterweise
beschleunigt das Bestimmen der Anfangsposition eine oder mehrere
darauf folgende Bestimmungen der absoluten Position der Magnetquelle.
Mit Kenntnis der Anfangsposition genügt es, die Signale bestimmter
Magnetfeldsensoren auszuwerten. Bei weiterer Optimierung des Verfahrens
durch Aufzeichnung und Abspeicherung der Richtung, in der sich die
Magnetquelle bewegt, ist es idealerweise nur noch erforderlich,
genau die vier Sensorsignale, die der ersten, zweiten, dritten und vierten
Position zugeordnet sind, auszuwerten.
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In
einer Ausführungsform
umfasst eine Sensoranordnung zur Verwendung mit einer achsensymmetrisch
magnetisierten Magnetquelle eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren,
die entlang einer linienförmigen
Hauptrichtung angeordnet sind und jeweils eingerichtet sind, ein
Sensorsignal in Abhängigkeit einer
magnetischen Feldstärke
abzugeben, sowie eine mit den Magnetfeldsensoren gekoppelte Auswerteeinrichtung.
Die Auswerteeinrichtung ist dazu eingerichtet, einen Satz von Sensorsignalen
von einer Untermenge der Vielzahl von Magnetfeldsensoren zu empfangen
und eine Position der Magnetquelle auf der linienförmigen Hauptrichtung
aus dem Satz von Sensorsignalen zu bestimmen.
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Mit
Vorteil ist es mit Hilfe der achsensymmetrisch magnetisierten Magnetquelle
möglich,
die absolute Position der Magnetquelle direkt zu bestimmen. Die
räumliche
Ausdehnung der Magnetquelle beeinflusst vorteilhafterweise nicht
das Messergebnis.
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In
einer Weiterbildung steht eine Symmetrieachse des von der Magnetquelle
erzeugten Magnetfeldes auf einer Bewegungsrichtung der Magnetquelle
entlang der linienförmigen
Hauptrichtung senkrecht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, nach dem Empfangen
des Satzes von Sensorsignalen von der Untermenge der Vielzahl von
Magnetfeldsensoren eine erste und eine zweite Referenzposition zu
bestimmen, sowie die Position der Magnetquelle aus dem Durchschnitt
von erster und zweiter Referenzposition zu bestimmen. Dabei werden
die erste und die zweite Referenzposition entlang der linienförmigen Hauptrichtung
so festgelegt, dass an der ersten und an der zweiten Referenzposition
jeweils eine magnetische Referenzfeldstärke vorliegt, die aus dem Satz
von Sensorsignalen entnommen wird.
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Durch
den achsensymmetrischen Verlauf der von der Magnetquelle erzeugten
Feldstärke
wird der Wert der Referenzfeldstärke
genau zwei Mal angenommen. Dem Wert der Referenzfeldstärke sind jeweils
eine erste Referenzposition, beispielsweise links der Symmetrieachse,
und eine zweite Referenzposition, beispielsweise rechts der Symmetrieachse, zugeordnet.
Dadurch, dass die erste und die zweite Referenzposition gleich weit
von der Symmetrieachse, die mit der aktuellen Position der Magnetquelle übereinstimmt,
entfernt sind, lässt
sich die Position der Magnetquelle als Durchschnitt von erster und zweiter
Referenzposition bestimmen.
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Vorteilhafterweise
ist die Sensoranordnung zur direkten Bestimmung der absoluten Position
der Magnetquelle geeignet. Die Sensoranordnung ist aufgrund ihres
geringen Platzbedarfs in kleinen Geräten einsetzbar. Zudem haben
externe Störfelder mit
Vorteil keinen Einfluss auf das Messergebnis, da die Referenzpositionen
durch ein Störfeld
symmetrisch verschoben werden und der Durchschnitt der Referenzpositionen
somit zum gleichen Ergebnis führt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, beim Bestimmen der
ersten und zweiten Referenzposition entlang der linienförmigen Hauptrichtung
jeweils eine erste Position mit einer jeweils zugehörigen Mag netfeldstärke, jeweils
eine zweite Position mit einer jeweils zugehörigen magnetischen Feldstärke und
die jeweilige Referenzposition als Funktion der jeweils zugeordneten
ersten und der jeweils zugeordneten zweiten Position, sowie als
Funktion des jeweils zugehörigen
Paares von magnetischen Feldstärken
zu ermitteln. Dabei wird jeweils die erste Position in Abhängigkeit
eines ersten und eines dritten Sensorsignals aus dem Satz von Sensorsignalen
ermittelt. Die jeweilige zweite Position wird in Abhängigkeit
eines zweiten und eines vierten Sensorsignals aus dem Satz von Sensorsignalen
ermittelt.
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Die
jeweilige Referenzposition wird durch lineare Interpolation der
der Referenzfeldstärke
entsprechenden Positionen der jeweils benachbarten Magnetfeldsensoren
und der zugehörigen
Feldstärken
ermittelt. Diese ratiometrische Berechnungsform ist unabhängig von
der absoluten Feldstärke.
Somit hat eine Variation der Feldstärke durch Temperaturdrift der
Magnetquelle, durch Veränderung
des Abstandes zwischen Magnetquelle und den Magnetfeldsensoren,
oder durch Temperaturdrift der Magnetfeldsensoren mit Vorteil keinen
Einfluss auf die Anordnung.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind der ersten Referenzposition die erste Position mit der magnetischen
Feldstärke,
die kleiner als oder genauso groß wie die magnetische Referenzfeldstärke ist, und
die zweite Position mit der magnetischen Feldstärke, die größer als oder genauso groß wie die
magnetische Referenzfeldstärke
ist, zugeordnet. Der zweiten Referenzposition sind die erste Position
mit der magnetischen Feldstärke,
die größer als
oder genauso groß wie
die magnetische Referenzfeldstärke ist
und die zweite Position mit der magnetischen Feldstärke, die
kleiner als oder genauso groß wie
die magnetische Referenzfeldstärke
ist, zugeordnet.
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In
einer Weiterbildung entspricht bei dem der ersten Referenzposition
zugehörigen
Paar von magnetischen Feldstärken
und bei dem der zweiten Referenzposition zugehörigen Paar von magnetischen Feldstärken jeweils
höchstens
eine magnetische Feldstärke
dem Wert der Referenzfeldstärke.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der
Figuren näher
erläutert.
Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Elemente tragen gleiche
Bezugszeichen. Insoweit sich Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen,
wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen:
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1 eine
beispielhafte Ausführungsform einer
Sensoranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip in der Draufsicht,
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2A die
Sensoranordnung von 1 in der Seitenansicht und
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2B einen
beispielhaften Verlauf einer zu 2A zugehörigen magnetischen
Feldstärke.
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1 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
einer Sensoranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip in der Draufsicht.
Es sind hier übereinander
angeordnete Elemente dargestellt. Von oben nach unten kann man eine
Magnetquelle MAG erkennen, die eine Symmetrieachse A aufweist. Unterhalb der
Magnetquelle MAG ist mit dem Abstand eines Luftspalts ein Halbleiterchip
C angeordnet. Der Halbleiterchip C weist eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren
MS0, MS1, MS2, ..., MSn auf. Die Magnetfeldsensoren MS0, MS1, MS2,
..., MSn sind wie dargestellt entlang einer linienförmigen Hauptrichtung
L nebenein ander angeordnet und von links nach rechts aufsteigend
indexiert. Mit dem Halbleiterchip C verbunden ist eine Auswerteeinheit
AW, der über
einen Bus Sensorsignale H0 bis Hn zugeführt werden. Die Sensorsignale
H0 bis Hn entsprechen den von den Magnetfeldsensoren MS0, MS1, MS2,
..., MSn jeweils ermittelten magnetischen Feldstärken. Die Symmetrieachse A
der Magnetquelle MAG steht senkrecht auf der linienförmigen Hauptrichtung
L. Die Magnetquelle MAG ist beispielsweise ausgeführt als dreipoliger,
stabförmiger
Magnet bestehend aus zwei quaderförmigen, gleich magnetisierten
Polen, die von einem anders magnetisierten, quaderförmigen Pol
beabstandet sind. Die hier gezeigte beispielhafte Ausführungsform
der Magnetquelle MAG besteht aus Südpol, Nordpol und Südpol.
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Die
Magnetquelle MAG wird entlang der linienförmigen Hauptrichtung L bewegt.
Das von der Magnetquelle MAG erzeugte achsensymmetrische Magnetfeld
wird von den Magnetfeldsensoren MS0, MS1, MS2, ..., MSn gemessen.
Die Messwerte werden in Form der Sensorsignale H0 bis Hn an die
Auswerteeinrichtung AW geleitet. Die Auswerteeinrichtung AW berechnet
aus den Sensorsignalen H0 bis Hn eine jeweils aktuelle absolute
Position der Magnetquelle MAG.
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Vorteilhafterweise
ist die absolute Position der Magnetquelle MAG durch einmalige Auswertung einer
Untermenge der Sensorsignale H0 bis Hn direkt ermittelbar. Eine
in üblichen
Anordnungen und Verfahren erforderliche Bestimmung einer Indexposition erübrigt sich.
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2A zeigt
die beispielhafte Ausführungsform
der Sensoranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip von 1 in
der Seitenansicht. Zu sehen ist die Magnetquelle MAG in der Seitenansicht
mit dem durch einen Luftspalt LS beabstandet dar unter angeordneten
Halbleiterchip C. Entsprechend der Beschreibung in 1 ist
der Halbleiterchip C mit der Auswerteeinrichtung AW verbunden.
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Vorteilhafterweise
ist die Anordnung unempfindlich gegenüber einer Variation des Luftspalts
LS.
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In 2B ist
ein beispielhafter Verlauf einer zu 2A zugehörigen magnetischen
Feldstärke dargestellt.
Unter dem Feldverlauf sind zur besseren Verständlichkeit beispielhaft vier
an der Messung beteiligte Magnetfeldsensoren MS10, MS20, MS30 und MS40
eingezeichnet. Eine Abszisse des Diagramms repräsentiert die linienförmige Hauptrichtung
L, eine Ordinate repräsentiert
eine magnetische Feldstärke B.
Zu erkennen ist ein zur Symmetrieachse A symmetrischer Verlauf des
von der Magnetquelle MAG erzeugten Feldes. Eine maximale Feldstärke wird
direkt auf der Symmetrieachse A erreicht. Nulldurchgänge treten
jeweils an den Übergängen von
Nordpol nach Südpol
auf. Links und rechts jenseits der Nulldurchgänge erreicht der Feldverlauf
jeweils ein achsensymmetrisches Minimum und nähert sich dann asymptotisch
dem Wert Null an.
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Es
soll nun eine aktuelle Position X entlang der linienförmigen Hauptrichtung
L bestimmt werden. Dazu wird ein Wert für eine magnetische Referenzfeldstärke BR festgelegt.
Der zwei Mal auftretende Wert der magnetischen Referenzfeldstärke BR entspricht
einer ersten Referenzposition C1 und einer zweiten Referenzposition
C2 entlang der linienförmigen
Hauptrichtung L. Um die Lage der Referenzpositionen C1 und C2 zu
ermitteln, werden Sensorsignale jeweils zur Referenzposition C1
oder C2 benachbarter Magnetfeldsensoren ausgewertet. Die links von der
Referenzposition C1 und der Referenzposition C2 liegenden Sensoren
MS10 und MS30 liefern jeweils magnetische Feldstär ken, nämlich b1 und b3. Die magnetische
Feldstärke
b1 ist kleiner als die magnetische Referenzfeldstärke BR.
Die magnetische Feldstärke
b3 ist größer als
die magnetische Referenzfeldstärke
BR. Dabei ist dem Magnetfeldsensor MS10 eine erste Position P1 und
dem Magnetfeldsensor MS30 eine erste Position P3 entlang der linienförmigen Hauptrichtung
L zugeordnet. Die zu den Magnetfeldsensoren MS10 und MS30 jeweils benachbarten,
also rechts daneben liegenden Magnetfeldsensoren MS20 und MS40,
ermitteln magnetische Feldstärken
b2 und b4. Die magnetische Feldstärke b4 ist kleiner als die
magnetische Referenzfeldstärke
BR. Die magnetische Feldstärke
b2 ist größer als
die magnetische Referenzfeldstärke
BR. Dem Magnetfeldsensor MS20 wird damit eine der ersten Referenzposition
C1 zugeordnete zweite Position P2 zugeordnet und dem Magnetfeldsensor
MS40 wird eine der zweiten Referenzposition C2 zugeordnete zweite
Position P4 zugeordnet. Somit lässt
sich der Wert der ersten Referenzposition C1 aus dem Wert der ersten
Position P1, dem Wert der zweiten Position P2, dem Wert der magnetischen
Referenzfeldstärke
BR und dem Wert der zugeordneten magnetischen Feldstärken b1
und b2 folgendermaßen
errechnen: C1 = P1 + (b1 – BR)·(P2 – P1)÷((b2 – BR) – (b1 – BR))
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Der
Wert der zweiten Referenzposition C2 lässt sich somit aus dem Wert
der zugeordneten ersten Position P3 und dem Wert der zugeordneten zweiten
Position P4, sowie dem Wert der Magnetfeldstärke b3 und b4 folgendermaßen berechnen: C2 = P3 + (b3 – BR)·(P4 – P3)÷((b3 – BR) – (b4-BR))
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Der
Wert der Position X, also der aktuellen Position der Magnetquelle
MAG, lässt
sich aus dem Wert der ersten und der zweiten Referenzposition C1 und
C2 folgendermaßen
berechnen: X = (C1 + C2)÷2
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Vorteilhafterweise
lässt sich
die absolute Position X der Magnetquelle MAG aus den zwei Referenzpositionen
C1 und C2 direkt berechnen, ohne dass eine Indexposition notwendig
wäre. Dadurch, dass
die erste und die zweite Referenzposition C1 und C2 jeweils als
ratiometrisches Verhältnis
aus den zugeordneten magnetischen Feldstärken b1 und b2 beziehungsweise
b3 und b4 berechnet werden, hat die absolute Feldstärke keinen
Einfluss auf das Messergebnis. Vorteilhafterweise ist das Verfahren
unabhängig
von einer Variation der Feldstärke
durch Temperaturdrift der Magnetquelle, durch Veränderung des
Abstandes zwischen Magnetquelle und den Magnetfeldsensoren, oder
durch Temperaturdrift der Magnetfeldsensoren, sowie von potentiell
auftretenden Störfeldern.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann eine entgegengesetzt gepolte Magnetquelle MAG, also beispielsweise
ein dreipoliger Magnet mit N-S-N-Polung eingesetzt werden. Ein zugehöriger Feldverlauf
ergibt sich durch Spiegelung des dargestellten Feldverlaufs an der
linienförmigen
Hauptrichtung L. Dabei liegt das Minimum des Magnetfeldes auf der
Symmetrieachse A. An den beiden Übergängen zwischen
den Polen hat die magnetische Feldstärke B jeweils den Wert Null,
nach Erreichen von zwei symmetrisch zur Symmetrieachse A angeordneten
Maximalwerten nähert
sich die Feldstärke
B jeweils asymptotisch dem Wert Null an. Die Lage der ersten Positionen
P1 und P3 ist mit der Lage der zweiten Positionen P3 und P4 vertauscht,
so dass sich die erste Position P1 rechts von der ersten Referenzposition
C1 und die zweite Position P2 links von der ersten Referenzposition
C1 befindet. Die erste Position P3 befindet sich rechts von der
zweiten Referenzposition C2 und die zweite Position P4 befindet sich
links von der zweiten Referenzposition C2. Die Ermittlung der Position
X erfolgt auf dem gleichen Weg, wie oben beschrieben.
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- A
- Symmetrieachse
- AW
- Auswerteeinrichtung
- b1
bis b4
- magnetische
Feldstärke
- B
- magnetische
Feldstärke
- BR
- magnetische
Referenzfeldstärke
- C1
- erste
Referenzposition
- C2
- zweite
Referenzposition
- C
- Halbleiterchip
- H0
bis Hn
- Sensorsignale
- L
- linienförmige Hauptrichtung
- LS
- Luftspalt
- MS0
bis MSn
- Magnetfeldsensoren
- MAG
- Magnetquelle
- P1,
P3
- erste
Position
- P2,
P4
- zweite
Position
- X
- Position
- X0
- Anfangsposition