DE102010005336A1

DE102010005336A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen einer Bewegungsgröße eines magnetisierbaren Objekts

Info

Publication number: DE102010005336A1
Application number: DE201010005336
Authority: DE
Inventors: Markus 50674 Blänkner
Original assignee: Sitema GmbH and Co KG
Current assignee: Sitema GmbH and Co KG
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren und eine Vorrichtung (3) zur Erfassung einer physikalischen Größe betreffend die Bewegung (F) eines zumindest zeitweise magnetisierbaren Objekts (2), welche bzw. welches sich dadurch auszeichnet, dass das Objekt an einem ersten Ort (3.1) mit einer zeitabhängigen Magnetisierung versehen wird und dass anschließend die Magnetisierung an wenigstens einem zweiten (3.2) und wenigstens einem dritten Ort (3.3) messtechnisch bei Erzeugung jeweils wenigstens eines Magnetisierungssignals erfasst wird, wobei durch Auswertung eines zeitlichen Versatzes zwischen den Magnetisierungssignalen die physikalische Bewegungsgröße, vorzugsweise die Geschwindigkeit des Objekts, bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Erfassung einer physikalischen Größe, insbesondere die Geschwindigkeit, betreffend die Bewegung eines zumindest zeitweise magnetisierbaren Objekts, beispielsweise einer glatten Stahlstange.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11, die zum Bestimmen einer physikalischen Größe, insbesondere die Geschwindigkeit, betreffend die Bewegung eines zumindest zeitweise magnetisierbaren Objekts ausgebildet ist, wobei es sich bei dem genannten Objekt wiederum vorzugsweise um eine glatte Stahlstange handelt.
Die Erfindung betrifft auch eine Klemmeinheit für ein bewegtes Objekt in Form einer Stahlstange oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 17 sowie eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Klemmeinheiten, die dazu dienen, ein bewegtes Objekt, vorzugsweise eine glatte Stahlstange, durch mechanisches Einwirken von außen abzubremsen oder festzuhalten, stellen einen bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Anwendungsfall für die Erfindung dar, und sind an sich bekannt. Beispielhaft sei in diesem Zusammenhang auf die Patentanmeldungen 10 2006 004 659.5 (veröffentlicht als DE 10 2006 004 659 A1 ), 10 2009 007 107.5 und 10 2009 011 003.8 aus dem Hause der Anmelderin verwiesen.
Bei vielen Anwendungen kann es in diesem Zusammenhang erforderlich sein, das zu klemmende, bewegte Objekt hinsichtlich einer Bewegungsgröße, wobei es sich vorzugsweise um die Geschwindigkeit des Objekts relativ zur Klemmeinheit handelt, zu überwachen, um in der Abhängigkeit von einem Ergebnis der Überwachung die Klemmung zu aktivieren. Wird die Klemmeinheit als Sicherungseinrichtung betrieben, kann es zum Beispiel erforderlich sein, die Klemmung beim Überschreiten einer vorgegebenen Maximal- oder Grenzgeschwindigkeit des Objekts auszulösen, um Unfälle zu verhindern.
Aus der EP 0 866 306 A1 ist in einem anderen Zusammenhang beispielsweise bekannt, zum Bestimmen einer Bewegungsgröße (der Verschiebung) einer Kolbenstange an dieser ein Wegmesssystem unter Verwendung eines Reibrades anzuordnen, dessen Drehung von einem Messwertgeber erfasst und als Maß für den Weg oder die Position der Stange weitergegeben wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, womit sich auch sicherheitsrelevante weitere Bewegungsgrößen ermitteln und anschließend insbesondere zum Ansteuern einer Klemmeinheit verwenden lassen, wobei insbesondere die Geschwindigkeit eines zu klemmenden Objekts bestimmbar sein soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentsanspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 sowie durch eine Klemmeinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 und eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Patentanspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen, deren Wortlaut hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird, um unnötige Textwiederholungen weitgehend zu vermeiden.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Erfassung einer physikalischen Größe betreffend die Bewegung eines zumindest zeitweise magnetisierbaren Objekts, insbesondere die Geschwindigkeit einer glatten Stahlstange, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt an einem ersten Ort mit einer zeitabhängigen Magnetisierung versehen wird und dass anschließend die Magnetisierung an wenigstens einem zweiten und wenigstens einem dritten Ort messtechnisch bei Erzeugung jeweils wenigstens eines Magnetisierungssignals erfasst wird, wobei durch Auswertung eines zeitlichen Versatzes zwischen den Magnetisierungssignalen die physikalische Bewegungsgröße, vorzugsweise die Objektgeschwindigkeit, bestimmt wird.
Eine erfindungsgemäße Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht zum Betreiben einer Klemmeinheit für ein bewegtes Objekt in Form einer Stahlstange oder dergleichen vor, dass ein Steuersignal zum Auslösen einer Klemmung des Objekts durch die Klemmeinheit in Abhängigkeit von der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten physikalischen Bewegungsgröße, insbesondere der Objektgeschwindigkeit, erzeugt oder ein Signalzustand des Steuersignals entsprechend verändert wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen einer physikalischen Größe, insbesondere die Geschwindigkeit, betreffend die Bewegung eines zumindest zeitweise magnetisierbaren Objekts, wie einer glatten Stahlstange, weist zumindest die folgenden Komponenten auf: eine Schreibeinheit, die an einem ersten Ort angeordnet und dazu ausgebildet ist, das Objekt mit einer zeitabhängigen Magnetisierung zu versehen; wenigstens einen an einem zweiten Ort und wenigstens einen an einem dritten Ort angeordneten Magnetisierungssensor, die jeweils zum messtechnischen Erfassen der Magnetisierung und zum Erzeugen jeweils wenigstens eines Magnetisierungssignals ausgebildet sind, wobei die beiden Magnetisierungssensoren zusammen eine Leseeinheit der Vorrichtung bilden; und eine Auswertereinheit, die zum Auswerten eines zeitlichen Versatzes zwischen den Magnetisierungssignalen der beiden Magnetisierungssensoren eingerichtet ist, um aus dem zeitlichen Versatz die physikalische Bewegungsgröße zu bestimmen.
Eine erfindungsgemäße Klemmeinheit für ein bewegtes Objekt in Form einer Stahlstange oder dergleichen ist dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht somit im Wesentlichen darauf, dass das bewegte bzw. bewegliche Objekt, dessen Bewegungsgröße bestimmt werden soll, ein zumindest zeitweise magnetisierbares Objekt ist, welches durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer zeitabhängigen, vorzugsweise alternierenden Magnetisierung versehen wird, beispielsweise nach Art einer auf das an der Schreibeinheit vorbeibewegte Objekt geschriebenen Magnetisierungsspur aus abwechselnden magnetischen Nord- und Südpolen. Diese Magnetisierung wird anschließend durch wenigstens zwei Magnetisierungssensoren gelesen, welche voneinander und auch bezogen auf den Ort der Schreibeinheit einen gewissen räumlichen Abstand aufweisen. Auf diese Weise erfassen die Magnetisierungssensoren die auf das Objekt aufgebrachte Magnetisierung an verschiedenen Orten und folglich mit Blick auf gleiche Magnetisierungszustände zu verschiedenen Zeiten, wobei dieser zeitliche Versatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung auswertetechnisch genutzt wird, um die gesuchte physikalische Bewegungsgröße zu bestimmen. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der genannten physikalischen Bewegungsgröße vorzugsweise um die Geschwindigkeit des Objekts.
Das Objekt selbst ist im Rahmen einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise eine glatte Stahlstange oder dergleichen. Dabei ist jedoch entscheidend, dass sich das bewegte Objekt zumindest bereichsweise derart magnetisieren lässt, das das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung in Bezug auf den magnetisierbaren Bereich Anwendung finden kann. Mit anderen Worten: Das zu überwachende bewegte Objekt muss nicht vollständig aus einem magnetisierbaren Material bestehen. Ferner ist nicht erforderlich, dass sich die Magnetisierung dauerhaft auf das Objektmaterial aufbringen lässt. Es reicht aus, wenn die geschriebene Magnetisierung nach erfolgter Bewegung des Objekts am Ort der Magnetisierungssensoren noch verlässlich lesbar ist, wenn das Objekt mit einer in der Praxis sinnvollen Geschwindigkeit bewegt ist.
Bei den genannten Magnetisierungssensoren handelt es sich vorzugsweise um Hall-Sensoren oder Hall-Elemente, deren grundlegende Eigenschaften und Funktionsweise dem Fachmann hinreichend bekannt sind. Gemäß dem Sprachgebrauch der vorliegenden Beschreibung kann ein Hall-Sensor zusätzlich noch gewisse Elektronik enthalten, während ein Hall-Element nur das eigentliche Hall-Plättchen bezeichnet.
Zum Aufbringen der zeitabhängigen Magnetisierung auf das Objekt ist eine entsprechende Schreibeeinheit vorgesehen, die vorzugsweise eine entsprechende Magnetisierungsspule aufweist. Von dieser bzw. von dem ersten Ort geht folglich ein gewisses Magnetisierungs-Störsignal aus, welches im Zuge einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Auswertung der Magnetisierungssignale der Magnetisierungssensoren zur Erhöhung der Bestimmungsgenauigkeit berücksichtigt bzw. kompensiert wird. In dem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass das erwähnte Magnetisierungs-Störsignal an dem ersten Ort messtechnisch erfasst und – insbesondere nach vorheriger Phasen- und Amplitudenanpassung – von den Magnetisierungssignalen subtrahiert wird. Die Erfassung des Magnetisierungs-Störsignals an dem ersten Ort kann ebenfalls mittels eines Hall-Sensors oder Hall-Elements erfolgen, welches entsprechend an dem ersten Ort oder in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet ist.
Eine erste Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht entsprechend vor, dass diese wenigstens einen weiteren, im Wesentlichen an dem ersten Ort angeordneten Magnetisierungssensor in signaltechnischer Verbindung mit der Auswerteeinheit aufweist, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, das Signal des weiteren Magnetisierungssensors bei der Auswertung der Magnetisierungssignale der Leseeinheit als ein von der Schreibeinheit ausgehendes Magnetisierungs-Störsignal zu berücksichtigen, um die Bestimmungsgenauigkeit zu erhöhen.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, das Magnetisierungs-Störsignal „positiv” zu nutzen, um im Rahmen einer Selbstdiagnosefunktion die Signalwege der Hall-Sensoren im Stillstand zu überprüfen. Weiterhin kann das Magnetisierungs-Störsignal auch für eine Selbstdiagnose der gesamten Signalkette bestehend aus Schreibspule, Hall-Elementen und elektronischer Schaltung bis hin zur Erfassung der Signale durch die Auswerteeinheit genutzt werden. Die genannte Selbstdiagnosefunktion des Systems kann entsprechend beinhalten, dass bei (Objekt-)Stillstand geprüft wird, ob das Magnetisierungs-Störsignal bei den Hall-Elementen der Leseeinheit vorliegt. Vorteilhafterweise kann die Selbstdiagnose nach jedem Einschalten des Systems erfolgen, wobei auch weitere Parameter des Systems überprüft werden können, beispielsweise die Stromaufnahme oder dergleichen.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die genannte Subtraktion des Magnetisierungs-Störsignals unter Berücksichtigung seiner Phase und/oder seiner Amplitude erfolgt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zunächst das Magnetisierungs-Störsignal beim Stillstand des Objekts bestimmt und bezüglich Phase und Amplitude derart angepasst wird, dass die Differenz der Magnetisierungssignale beim Stillstand des Objekts minimiert oder sogar vollständig kompensiert wird. Vorzugsweise werden die so angepassten Werte für die Phase und Amplitude des Magnetisierungs-Störsignals anschließend für eine laufende Kompensation des Magnetisierungs-Störsignals im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet und können zu diesem Zweck in geeigneten Speichermitteln der Vorrichtung abgespeichert werden.
Im Zuge einer Weiterbildung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung die bereits angesprochenen Speichermittel aufweisen, die zum Abspeichern zumindest von Werten des Magnetisierungs-Störsignals eingerichtet sind. In diesem Zusammenhang ist die Auswerteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend dazu eingerichtet, die abgespeicherten Werte des Magnetisierungs-Störsignals, beispielsweise dessen Phase und/oder Amplitude, zur laufenden Kompensation des Magnetisierungs-Störsignals zu nutzen.
Eine wieder andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine aufgrund der erforderlichen Einbeziehung vergangener Signalverläufe, insbesondere Nulldurchgänge, der Magnetisierungssignale bei der Auswertung bzw. eine aufgrund des räumlichen Versatzes zwischen dem zweiten Ort und dem dritten Ort resultierende, durch die Aktualisierungsrate des Systems bedingte zeitliche Retardierung der Bestimmung der Bewegungsgröße korrigiert wird, indem vorzugsweise die beschleunigungsbedingte Frequenzänderung der gelesenen Signalen gegenüber der Frequenz beim Schreiben bei der Auswertung berücksichtigt wird. Wenn es sich bei der Bewegungsgröße beispielsweise um die Objektgeschwindigkeit handelt, lässt sich aus dieser Frequenzänderung eine Beschleunigung des Objekts ermitteln, welche anschließend verwendet werden kann, um die Bestimmung der Bewegungsgröße hinsichtlich der genannten Retardierung zu korrigieren. Hierdurch wird die Bestimmungsgenauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter verbessert.
Alternativ ist es auch möglich, die genannte zeitliche Retardierung zu korrigieren, indem eine zu früheren Zeitpunkten bestimmte Veränderung der Bewegungsgröße bei der Auswertung berücksichtig wird. Wenn es sich bei der Bewegungsgröße beispielsweise um die Objektgeschwindigkeit handelt, lässt sich aus früheren Objektgeschwindigkeiten eine Beschleunigung des Objekts ermitteln, welche anschließend verwendet werden kann, um die Bestimmung der Bewegungsgröße hinsichtlich der genannten Retardierung zu korrigieren. Auch hierdurch lässt sich die Bestimmungsgenauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessern.
Wie bereits erwähnt, wird im Zuge einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung der Magnetisierungssignale jeweils wenigstens ein Sensor verwendet, beispielsweise ein Hall-Sensor, der bezüglich der Signalstärke ein von der zu bestimmenden Bewegungsgröße abhängiges, vorzugsweise mit dieser anwachsendes Magnetisierungssignal liefert. Insbesondere im Hinblick auf die Objektgeschwindigkeit gilt beispielsweise für Hall-Sensoren zumindest in bestimmten Parameterbereichen, nämlich bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten, dass diese ein Magnetisierungssignal liefern, dessen Signalstärke mit zunehmender Objektgeschwindigkeit anwächst. In diesem Zusammenhang kann dann vorgesehen sein, dass die Auswertung erst bei Überschreiten einer bestimmten Mindestsignalstärke für das Magnetisierungssignal, d. h. einer entsprechenden Geschwindigkeit erfolgt, was ausreichend sein kann, um kritische Bewegungsgrößen des Objekts sicher und eindeutig zu erkennen.
Die Veränderung der Stärke des Magnetisierungssignals mit der Objektgeschwindigkeit kann sich in erster Linie dadurch ergeben, dass bei kleinen Objektgeschwindigkeiten ein relativ kleinskaliges Magnetisierungsmuster erzeugt wird, so dass die Hall-Plättchen der Magnetisierungssensoren effektiv über eine Anzahl von Nord- und Südpolen der Magnetisierung mitteln, was zu einer kleinen effektiven Hall-Signalstärke führt. Bei größeren Objektgeschwindigkeiten vergrößern sich entsprechend die alternierenden Magnetisierungsbereiche, so dass die Hall-Plättchen schließlich effektiv nur noch wenige oder sogar nur einen einzigen Magnetisierungsbereich „sehen”. Mit weiter anwachsender Objektgeschwindigkeit sinkt die Stärke des Magnetisierungssignals dann wieder langsam ab, da Magnetisierungszeit und/oder -energie nicht mehr ausreichen, um die Objektmagnetisierung bis in eine Sättigung zu treiben.
Vorteilhafterweise weist eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch Filtermittel auf, insbesondere Bandpass-Filtermittel, die zum Aufbereiten der Magnetisierungssignale vor der Auswertung durch die Auswerteeinheit eingerichtet sind. Die Filtermittel können in Hardware und/oder in Software ausgebildet sein.
Vor der Schreibeinheit und/hinter der Leseinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können im Zuge einer anderen Weiterbildung derselben noch Magnetisierungslöschmittel, wie Löschspulen oder dergleichen, angeordnet sein, um das Objekt insbesondere vor dem Aufbringen der zeitabhängigen Magnetisierung von (parasitären) Magnetisierungen zu befreien.
In Ergänzung zu den vorstehenden Ausführungen betreffend bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden der mögliche grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. der Ablauf einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals beispielhaft zusammenhängend dargestellt, wobei die Erfindung jedoch keinesfalls auf eine derartige Ausgestaltung beschränkt ist:
Das Verfahren beruht auf dem fortlaufenden Schreiben einer alternierenden Magnetisierung und der algorithmischen Auswertung des an zwei gegeneinander versetzten Stellen rückgelesenen Magnetisierungssignals. Dabei wird aus dem zeitlichen Versatz der beiden Magnetisierungssignale vorzugsweise die Geschwindigkeit des Objekts ermittelt.
Der in der Vorrichtung verwendete Schreib-/Lesekopf ist eine Kombination aus einer Schreibeinheit (Schreibspule) und zweier in Bewegungsrichtung versetzt angebrachter Hall-Elemente als Magnetisierungssensoren zum Auslesen der Magnetisierungsspur (Leseeinheit). Die Schreibspule prägt dem Objekt, z. B. einer Stahlstange, fortlaufend eine Magnetisierungsspur auf; aus den beiden Signalen der in Bewegungsrichtung versetzt angebrachten Magnetisierungssensoren der Leseeinheit wird die momentane Geschwindigkeit bestimmt.
Die Auswerteinheit, die beispielsweise zumindest teilweise in Form eines DSP (digitaler Signalprozessor) ausgebildet sein kann, implementiert eine Algorithmik zur Berechnung der Geschwindigkeit aus den beiden Hall-Signalen der Leseeinheit. Die Geschwindigkeit wird aus dem zeitlichen Versatz der beiden Hall-Signale ermittelt. Zur Erhöhung der Genauigkeit können zwei wesentliche Verbesserungen bei der Auswertung implementiert werden. Zum einen wird das Störfeld der Schreibspule von den gelesenen Signalen abgezogen: die beiden Hall-Elemente erfassen die Überlagerung von gelesener Magnetisierung und direktem (Stör-)Signal der Schreibspule. Dieses Störfeld wird durch ein weiteres Hall-Element im Bereich der Schreibspule erfasst und unter Berücksichtigung von Phase und Amplitude vom Lesesignal abgezogen. Zum anderen kann eine Beschleunigungskorrektur erfolgen: aufgrund der erforderlichen Einbeziehung vergangener Signalverläufe (Nulldurchgänge) der Magnetisierungssignale in die Auswertung bzw. aufgrund des räumlichen Versatzes der beiden Hall-Elemente der Leseeinheit ergibt sich eine kleine zeitliche Retardierung bei der nur aus der Zeitdifferenz der Hall-Signale ermittelten Geschwindigkeit. Dieser zeitliche Versatz wird durch eine algorithmische Beschleunigungskorrektur vermieden bzw. deutlich vermindert.
Der Sensorkopf (Schreib-/Lesekopf) beinhaltet die Schreibspule und die demgegenüber in Bewegungsrichtung in einem mittleren Abstand d versetzt montierten beiden Hall-Sensoren, deren sensitive Elemente zueinander in einem Abstand b angebracht sind. Weitere mögliche bzw. bevorzugte Bestandteile des Sensorkopfes sind ein zusätzliches Hall-Element am Spulengehäuse zur Erfassung des Störsignals der Schreibspule, je ein Löschmagnet oder eine Löschspule im oberen und unteren Bereich des Sensorkopfes zum Löschen der Magnetisierungsspur, eine Schaltung zur Ansteuerung der Schreibspule sowie eine Schaltung zur Vorverstärkung der Hall-Signale und zur Bereitstellung der Versorgungsspannung für die Hall-Elemente. Für die Verbindung zur Versorgungs-/Auswerte-einheit ist vorzugsweise ein 9-poliger D-Sub-Stecker vorgesehen. Der Aufbau wird weiter unten anhand der 2 noch genauer erläutert werden.
Die wesentlichen Teile des Auswerte-Algorithmus im Zuge einer Ausgestaltung des Verfahrens einschließlich der Signalaufbereitung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Die Hall-Signale werden zunächst durch ein Bandpass-Filtermittel gefiltert. Anschließend erfolgt eine Kompensation des Störfeldes der Schreibspule, das dem eigentlichen Nutzsignal (ausgelesene Magnetisierung) der Hall-Elemente überlagert ist. Hierzu wird mittels eines weiteren Hall-Elements, das an der Rückseite der Schreibspule angebracht ist, das Spulenfeld erfasst. Bei Stillstand der Stahlstange kann nun ein Abgleich des Störfeldes an den beiden Lese-Hall-Elementen erfolgen. Dazu wird das von dem zusätzlichen Hall-Element erfasste Signal bezüglich Amplitude und Phase rechnerisch so angepasst, dass die im Stillstand an den beiden Lese-Hall-Elementen vorliegenden Störsignale durch Differenzbildung kompensiert bzw. minimiert werden. Nach diesem initialen Abgleich werden die ermittelten Werte für Amplitude und Phase des Störsignals gespeichert und für die fortlaufende Kompensation genutzt.
Ohne diese Störfeldkompensation ergäbe sich ein Fehler bei der Geschwindigkeitsbestimmung in der Größe des Verhältnisses des Störfeldes zum eigentlichen Nutzsignal. Bei großem Abstand d zwischen Schreibspule und Leseeinheit ist dieser Fehler vernachlässigbar klein. Nachteil eines großen Abstandes d ist jedoch die damit einhergehende längere Laufzeit zwischen Schreiben und Lesen des Magnetisierungssignals. Insbesondere begrenzt dieser Umstand die untere Erfassungsgrenze bei einer vom Stillstand ausgehenden Fallbewegung der Stange da das geschriebene Signal erst bis zum Ausleseort (Ort der Leseeinheit) bewegt werden muss und die Geschwindigkeit bis dahin weiter angewachsen ist. Daher ist ein möglichst kleiner Abstand von Schreibspule (Schreibeinheit) und Leseeinheit anzustreben. Durch die Kompensation ist es möglich, den Abstand zu verringern, ohne dass der Messfehler der Geschwindigkeit entsprechend dem steigenden Störfeld mit anwächst.
Die Bandpass-gefilterten und Störfeld-kompensierten Hall-Signale werden anschließend einer Nullstellen-Bestimmung (ZCR-Detektion) zugeführt. Aus der zeitlichen Folge der Nulldurchgänge der beiden Signale wird die Geschwindigkeit ermittelt. Die Nullstellen-Bestimmung erfolgt vorzugsweise erst, wenn die aufbereiteten Hall-Signale eine Mindestspannung überschreiten.
Wie der Fachmann aufgrund der weiter oben stehenden Ausführungen weiß, steigt die Hall-Signalstärke bei niedrigen Geschwindigkeiten wegen der räumlich ausgedehnten Geometrie der Hall-Plättchen mit zunehmender Geschwindigkeit steil an, um dann nach einem Maximum wieder allmählich abzufallen. Diese Charakteristik kann im Rahmen der Erfindung zur Unterdrückung von Mehrdeutigkeiten bei der Geschwindigkeitsbestimmung genutzt werden. Wegen der Periodizität des Signals kann die Geschwindigkeit nämlich erst ab einer Mindestgeschwindigkeit, vmin, eindeutig bestimmt werden. Dies ist gegeben, wenn die Phasenverschiebung der beiden Signale kleiner als 2π ist (anderenfalls ist wegen der Periodizität der Signale die Phase nur Modulo 2π bestimmbar).
Für die Phase φ zwischen den beiden Hall-Signalen als Funktion der Geschwindigkeit v ergibt sich folgender Zusammenhang: φ = 2π·b/λ = 2π·b·fs/v (wobei fs die Schreibfrequenz bezeichnet). Daraus ergibt sich die Mindestgeschwindigkeit zu vmin = b·fs.
Durch einen entsprechend gewählten Wert für die Mindestsignalstärke wird erreicht, dass erst nach Überschreiten der Mindestgeschwindigkeit eine Auswertung erfolgt – der Mehrdeutigkeitsbereich wird also ausgeklammert.
Nach Bestimmung der Geschwindigkeit aus dem zeitlichen Versatz der Nullstellen findet eine Beschleunigungskorrektur statt: aus dem Frequenzunterschied zwischen (vorgegebener) Schreibfrequenz und (beschleunigungsabhängiger) Lesefrequenz der Magnetisierung oder alternativ aus den vorherigen Geschwindigkeiten wird die vorliegende Beschleunigung berechnet und damit die (geringfügige) Retardierung bei der Geschwindigkeitsbestimmung rechnerisch kompensiert (Δv = a*Δt, wobei Δt durch die effektive Datenrate der Vorrichtung gegeben ist).
Vor einer möglichen Ausgabe der Geschwindigkeit bzw. vor der Prüfung auf Setzen des Auslösers im Sinne eines Steuersignals für eine Klemmeinheit wird die vom Algorithmus ermittelte Geschwindigkeit auf ihre Plausibilität hin überprüft. Es wird entsprechend beurteilt, ob die Geschwindigkeit zu früher ermittelten Geschwindigkeitswerten passt bzw. die berechnete Beschleunigung innerhalb plausibler Grenzen liegt.
Überschreitet die vom Algorithmus bzw. der Auswerteeinheit bestimmte Geschwindigkeit eine vorgegebene oder vorgebbare Grenzgeschwindigkeit, so wird am Ausgang der Vorrichtung ein Steuersignal gesetzt, welches ohne Beschränkung als Auslösesignal für das Einleiten einer Bremsung bzw. Klemmung der Stahlstange fungieren kann.
Es sei an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung ihrem Grundgedanken nach keinesfalls auf eine Verwendung im Rahmen der beschriebenen Klemmeinheiten und/oder auf das Einwirken auf eine Stange, insbesondere eine glatte Stahlstange, beschränkt ist. Vielmehr lässt sich insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren quasi beliebig und ohne Beschränkung zur Bestimmung von Bewegungsgrößen von Objekten einsetzen, sofern diese die geforderte Eigenschaft der Magnetisierbarkeit (zumindest zeit- und/oder bereichsweise) aufweisen. Es sei in diesem Zusammenhang auch betont, dass die vorliegende Erfindung keinesfalls nur auf die Bestimmung der Objektgeschwindigkeit und/oder auf geradlinige Bewegungen beschränkt ist. Wie der Fachmann erkennt, lässt sich die Erfindung beispielsweise auch zur Bestimmung von Bewegungsgrößen von Rotationsbewegungen und/oder zur Bestimmung von Beschleunigungen und anderen Bewegungsgrößen einsetzen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
1 zeigt schematisch eine Gesamtansicht einer Klemmeinheit für ein bewegtes Objekt in Form einer Stahlstange, wobei die Klemmeinheit eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst;
2 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
3 zeigt eine schematische Darstellung wesentlicher Teile einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist schematisch eine Klemmeinheit 1 für ein bewegtes Objekt 2 in Form einer Stahlstange oder dergleichen dargestellt, wobei die Klemmeinheit 1 bei Bezugszeichen 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen einer physikalischen Größe betreffend die Bewegung des Objekts 2 aufweist, wobei es sich bei der genanten Stahlstange um ein zumindest zeitweise, das heißt vorübergehend magnetisierbares Objekt handelt. Eine Bewegungsrichtung oder auch Fallrichtung der Stahlstange 2 ist in 1 mittels eines abwärts gerichteten Pfeils F symbolisiert. Die Ausgestaltung bzw. Funktionsweise der Klemmeinheit 1 als solche ist dem Fachmann bekannt, so dass darauf vorliegend nicht weitere einzugehen ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Klemmeinheit 1 zum Klemmen (das heißt zum Abbremsen oder Stoppen des Objekts 2) durch ein von der Vorrichtung 3 bereitgestelltes Steuersignal S angesteuert werden, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird mittels der Vorrichtung 3 die Geschwindigkeit der Stahlstange 2 in Fallrichtung F überwacht und beim Überschreiten eines gewissen, vorbestimmten Geschwindigkeitswerts ein entsprechendes Steuersignal S an die Klemmeinheit 1 gesandt, um die Bewegung der Stahlstange 2 abzubremsen. Auf den Aufbau und die Funktionsweise der Vorrichtung 3 wird nun anhand der 2 und 3 genauer eingegangen, wobei in allen Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleich wirkende Elemente bezeichnen.
In 2 ist der konstruktive Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 zum Bestimmen einer physikalischen Größe betreffend die Bewegung eines zumindest zeitweise magnetisierbaren Objekts 2 näher dargestellt.
Die Vorrichtung 3 umfasst eine Schreibeinheit (Schreibspule) 3.1, die an einem ersten Ort angeordnet ist. Die Schreibeinheit 3.1 ist dazu ausgebildet bzw. eingerichtet, das Objekt 2, beispielsweise also eine glatte Stahlstange, mit einer zeitabhängigen, vorzugsweise alternierenden Magnetisierung zu versehen (zu beschreiben). An einem von dem genannten Ort beabstandeten zweiten Ort weist die Vorrichtung 3 einen ersten Magnetisierungssensor 3.2 auf, der zum messtechnischen Erfassen der auf das Objekt 2 aufgebrachten Magnetisierung und zum Erzeugen wenigstens eines entsprechenden Magnetisierungssignals ausgebildet ist. An einem von dem ersten und dem zweiten Ort beabstandeten dritten Ort weist die Vorrichtung 3 darüber hinaus einen zweiten Magnetisierungssensor 3.3 auf, welcher ansonsten entsprechend dem ersten Magnetisierungssensor 3.2 ausgebildet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Magnetisierungssensor 3.2 und dem zweiten Magnetisierungssensor 3.3 jeweils um Hall-Sensoren (Hall-Elemente), deren Funktionsweise und Charakteristika dem Fachmann an sich bekannt sind.
Die beiden Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 bilden zusammen eine Leseeinheit der Vorrichtung 3.
Außerdem umfasst die Vorrichtung 3 noch eine Auswerteeinheit 3.4 in Form eines DSP, die zum Auswerten insbesondere der von den Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 gelieferten Magnetisierungssignale ausgebildet ist, um daraus die gesuchte physikalische Bewegungsgröße des Objekts 2 zu bestimmen, worauf nachfolgend hoch genauer eingegangen wird.
Gemäß der Ausgestaltung in 2 beinhaltet die Auswerteeinheit 3.4 weiterhin Speichermittel 3.5 sowie Signalerzeugungsmittel 3.6, auf deren Ausbildung und Funktion ebenfalls weiter unten noch genauer eingegangen wird. Selbstverständlich müssen die Speichermittel 3.5 und/oder die Signalerzeugungsmittel 3.6 nicht physikalisch innerhalb der Auswerteeinheit 3.4 angeordnet sein, wie der Fachmann ohne weiteres erkennt.
Wie man der 2 weiterhin entnimmt, sind die Schreibeinheit 3.1 und insbesondere deren Schreibkopf 3.1a um ein Maß d von der Leseeinheit beabstandet angeordnet, wobei sich der genannte Abstand d auf einen mittleren Abstand zwischen Schreibkopf 3.1a und einem jeden der beiden Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 bezieht. Letztere sind ihrerseits um ein Maß b voneinander beabstandet, wie ebenfalls der 2 entnehmbar ist.
In Fallrichtung F des Objekts 2 ist vor der Schreibeinheit 1 bzw. hinter der Leseeinheit, das heißt den Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 jeweils ein Magnetisierungslöschungsmittel in Form eines Löschmagnets 3.7, 3.8 angeordnet. Weiterhin sind in 2 noch schematisch dargestellt eine elektronische Schaltungsanordnung 3.9 zur Ansteuerung der Schreibeinheit 3.1 sowie eine elektronische Schaltungsanordnung 3.10 zu elektrischen Versorgung der Hall-Elemente (Magnetisierungssensoren 3.1, 3.2), welche des Weiteren als Vorverstärker für die entsprechenden Hall-Signale (Magnetisierungssignale) dient. Die Schaltungsanordnungen 3.9, 3.10 stehen in signaltechnischer Wirkverbindung mit einer Anschlussanordnung 3.11 in Form eines Anschlusssteckers, beispielsweise in Form eines 9-poligen D-Sub-Steckers, welche zur Verbindung mit der Auswerteeinheit 3.4 und mit einer nicht dargestellten elektrischen Versorgungseinheit der Vorrichtung 3 dient.
Im Folgenden wird nun auf die Funktionsweise der vorstehend anhand von 2 beschriebenen Vorrichtung 3 näher eingegangen. Die Vorrichtung 3 ist – wie gesagt – dazu bestimmt, eine Bewegung des Objekts 2 in Richtung F im Hinblick auf die Geschwindigkeit als physikalische Größe der Bewegung zu überwachen und abhängig von der Geschwindigkeit ein Signal bereitzustellen, welches anschließend als Steuersignal S gemäß 1 zum Ansteuern einer Klemmeinheit 1 für das Objekt verwendet werden kann.
Wesentlich ist dabei, dass es sich bei dem Objekt 2, vorliegend beispielsweise eine glatte Stahlstange, um ein Objekt handelt, welches aus einem zumindest zeitweise oder zeitweilig magnetisierbaren Material besteht oder zumindest bereichsweise ein derartiges Material aufweist.
Die Löschmagneten 3.7, 3.8 dienen dazu, eine möglicherweise vorhandene (pasitäre) Magnetisierung des Objekts vor bzw. nach der Geschwindigkeitsbestimmung zu beseitigen.
Mittels der Schreibeinheit 3.1 wird eine sich zeitlich ändernde Magnetisierung in Form einer Magnetisierungsspur auf das vorbeibewegte Objekt 2 aufgebracht (geschrieben). Diese Magnetisierung wird durch die beiden Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 erkannt (gelesen), wobei die Auswerteeinheit 3.4 die entsprechenden Magnetisierungssignale auswertet, um aus einem zeitlichen Versatz zwischen den genannten Magnetisierungssignalen die gesuchte physikalische Bewegungsgröße, vorliegend die Geschwindigkeit des Objekts 2, zu bestimmen.
Hierbei wird ausgenutzt, dass sich die Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 bezogen auf die Bewegungsrichtung des Objekts 2 in unterschiedlichen Abständen vom Ort der Schreibeinheit 3.1 befinden, nämlich in einem Abstand von ungefähr d – b/2 für den ersten Magnetisierungssensor 3.2 und in einem Abstand von ungefähr d + b/2 für den zweiten Magnetisierungssensor 3.3. Die Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 lesen also das von der Schreibeinheit 3.1 geschriebene Magnetisierungssignal aufgrund ihres gegenseitigen Abstands b zeitversetzt, woraus sich in der Auswerteeinheit rechnerisch grundsätzlich ohne weiteres die Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts 2 in Richtung des Pfeils F ermitteln lässt.
Bei Bezugszeichen 3.1b weist die Vorrichtung noch einen weiteren Magnetisierungssensor auf, welcher ebenfalls vorzugsweise als Hall-Element ausgebildet ist. Der Magnetisierungssensor 3.1b dient dazu, dasjenige Störfeld zu bestimmen, welches durch die Schreibeinheit 3.1 am Ort der Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 erzeugt wird, um dieses bei der Auswertung zu berücksichtigen bzw. kompensieren zu können.
Der Magnetisierungssensor 3.1b dient – wie gesagt – dazu, das am Ort der Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 erzeugte Magnetisierungs-Störfeld zu ermitteln und bei der Auswertung entsprechend zu kompensieren. Zu diesem Zweck wird das genannte Störfeld bei Stillstand des Objekts 2 durch den Magnetisierungssensor 3.1b bestimmt und durch die Auswerteeinheit 3.4 rechnerisch so angepasst, dass die ebenfalls bei Stillstand des Objekts durch die Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 erzeugten Störsignale nach Differenzbildung durch die Auswerteinheit 3.4 kompensiert bzw. minimiert sind. Die so ermittelten Werte für Amplitude und Phase des (angepassten) Störsignals werden vorzugsweise in den Speichermitteln 3.5 gespeichert und lassen sich anschließend im Betrieb der Vorrichtung 3 für die fortlaufende Kompensation des Magnetisierungs-Störfeldes nutzen.
Für die Auswertung der Magnetisierungssignale weist die Auswerteeinheit 3.4 insbesondere Filtermittel (Bandpassfilter) auf, deren Ausgestaltung und Funktionsweise dem Fachmann geläufig sind, so dass sie hier nicht weiter dargestellt und erläutert sind.
3 zeigt schematisch den Ablauf einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines in der Auswertungseinheit 3.4 gemäß. 2 ablaufenden Auswerte-Algorithmus. Der Ablauf wird nachfolgend zunächst in seinen grundlegenden Schritten dargestellt, anschließend wird auf bestimmte Feinheiten der Auswertung näher eingegangen.
Der in 3 dargestellte Verfahrensablauf beginnt links bei Verfahrensschritt 100 mit der bereits erwähnten Filterung der von den Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 gelieferten Hall-Signale (Bandpassfilterung per Hardware und/oder per Software). Anschließend erfolgt im Schritt 102 die ebenfalls bereits detailliert erläuterte Störfeld-Kompensation mittels der in der Speichereinheit 3.5 abgelegten, angepassten Werte für die Amplitude und die Phase des Magnetisierungs-Störsignals. Mit anderen Worten, die von den Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 gemäß 2 gelieferten Magnetisierungssignale werden bezüglich des Störfelds der Schreibeinheit 3.1 korrigiert. Anschließend erfolgt in Schritt 104 jeweils eine Nullstellenbestimmung an den von den Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3. gelieferten Magnetisierungssignalen, beispielsweise mittels eines ZRC-Detektors, dessen Funktionsweise und Implementierung dem Fachmann bekannt sind. Auswertetechnisch liefert die genannte Nullstellenbestimmung an den Magnetisierungssignalen jeweils den Zeitpunkt, in dem sich eine bestimmte Signatur der durch die Schreibeinheit 3.1 auf das Objekt 2 aufgebrachten Magnetisierung am jeweiligen Ort des betreffenden Magnetisierungssensors 3.2, 3.3 der Leseeinheit vorbei bewegt. Aufgrund des bereits erwähnten Abstands b zwischen den Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 liefert die Nullstellenbestimmung in Schritt 104 einen entsprechenden zeitlichen Versatz, der in einem anschließenden Auswerteschritt 106 zur Geschwindigkeitsberechnung verwendet wird. In einem nachfolgenden Schritt 108 ist eine Beschleunigungskorrektur vorgesehen, zu welchem Zweck vorzugsweise die Frequenzänderung der gelesenen Magnetisierungssignale gegenüber der Frequenz beim Schreiben derselben durch die Auswerteinheit 3.4 ausgewertet wird. Alternativ ist – wie gesagt – auch möglich, dass die Auswerteeinheit 3.4 auf zu früheren Zeitpunkten berechnete Geschwindigkeitswerte des Objekts 2 zurückgreift, welche vorzugsweise ebenfalls in den Speichermitteln 3.5 abgelegt sind. Die Beschleunigungskorrektur ist erforderlich, da sich aufgrund der erforderlichen Einbeziehung früherer, das heißt vergangener Nulldurchgänge bei der Auswertung bzw. aufgrund des räumlichen Versatzes (Abstand b) zwischen den beiden Magnetisierungssensoren 3.2, 3.3 der Leseeinheit eine kleine zeitliche Retardierung bei der nur aus der Zeitdifferenz der Magnetisierungssignale ermittelten Geschwindigkeit ergibt.
Anschließend wird in Schritt 110 noch eine Plausibilitätskontrolle für die ermittelte Geschwindigkeit durchgeführt. Dabei wird durch die Auswerteeinheit 3.4 überprüft bzw. beurteilt, ob die ermittelte Geschwindigkeit zu den vorigen (und in den Speichermitteln 3.5 abgelegten) Geschwindigkeitswerten passt bzw. ob eine entsprechend berechnete Beschleunigung innerhalb physikalisch plausibler Grenzen liegt. Überschreitet die algorithmisch bestimmende Geschwindigkeit des Objekts 2 eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit, vthres, so erzeugen die Signalerzeugungsmittel 3.6 in dem abschließenden Verfahrensschritt 112 ein Steuer- oder Auslösesignal zur Aktivierung der Klemmeinheit 1 gemäß 1. Die angesprochene Erzeugung eines Steuersignals durch die Signalerzeugungsmittel 3.6 (in 3 auch als „Auslöser setzen” bezeichnet) kann beinhalten, dass ein entsprechendes Signal beim Überschreiten der genannten Grenzgeschwindigkeit erstmalig erzeugt und ausgegeben wird. Alternativ ist auch die Veränderung des Signalszustands eines andauernd ausgegebenen Steuersignals S (vgl. 1) möglich, beispielsweise durch Umschalten des Signalpegels von LOW auf HIGH oder umgekehrt, was dem Fachmann geläufig ist.
Wie der Fachmann weiterhin erkennt, ist die Signalverarbeitung der Magnetisierungssignale im Schritt 104 keinesfalls auf die exemplarisch genannte Nullstellenbestimmung beschränkt, so dass hier auch alternative Auswertemethoden Verwendung finden können, die es ermöglichen, bestimmte Magnetisierungsstrukturen des Objekts 2 zu erkennen.
Die Auswerteeinheit 3.4 kann in Form einer in geeigneter Weise softwaretechnisch eingerichteten Prozessor- oder Rechnereinheit realisiert sein. Bei den Speichermitteln 3.5 kann es sich um flüchtige und/oder nicht flüchtige Speichermittel handeln. Selbstverständlich können alle Komponenten der Vorrichtung 3 entgegen der rein schematischen Darstellung in 2 auch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006004659 A1 [0004]
DE 102009007107 [0004]
DE 102009011003 [0004]
EP 0866306 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Erfassung einer physikalischen Größe betreffend die Bewegung (F) eines zumindest zeitweise magnetisierbaren Objekts (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (2) an einem ersten Ort (3.1, 3.1a) mit einer zeitabhängigen Magnetisierung versehen wird, und dass anschließend die Magnetisierung an wenigstens einem zweiten (3.2) und wenigstens einem dritten Ort (3.3) messtechnisch bei Erzeugung jeweils wenigstens eines Magnetisierungssignals erfasst wird, wobei durch Auswertung eines zeitlichen Versatzes zwischen den Magnetisierungssignalen die physikalische Bewegungsgröße bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als physikalische Bewegungsgröße die Geschwindigkeit des Objekts (2) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Objekt (2) um eine vorzugsweise glatte Stahlstange oder dergleichen handelt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der Magnetisierungssignale ein von dem ersten Ort (3.1) ausgehendes Magnetisierungs-Störsignal zur Erhöhung der Bestimmungsgenauigkeit berücksichtigt wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetisierungs-Störsignal an dem ersten Ort messtechnisch erfasst und von den Magnetisierungssignalen subtrahiert wird.
Verfahren nach zumindest Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Subtraktion des Magnetisierungs-Störsignals unter Berücksichtigung seiner Phase und/oder Amplitude erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetisierungs-Störsignal bei Stillstand des Objekts (2) bestimmt und bezüglich Phase und Amplitude derart angepasst wird, dass die Differenz der Magnetisierungssignale bei Stillstand des Objekts minimiert wird, wobei vorzugsweise die angepassten Werte für die Phase und Amplitude des Magnetisierungs-Störsignals anschließend für eine laufende Kompensation des Magnetisierungs-Störsignals verwendet werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine aufgrund der bei der Bestimmung der Bewegungsgröße erforderlichen Einbeziehung zeitlich vergangener Signalverläufe der Magnetisierungssignale, vorzugsweise Nulldurchgänge, resultierende zeitliche Retardierung der Bestimmung der Bewegungsgröße korrigiert wird, indem eine durch eine Beschleunigung des Objekts (2) bedingte Frequenzänderung der Magnetisierungssignale gegenüber der Frequenz beim Erzeugen der zeitabhängigen Magnetisierung bei der Auswertung berücksichtigt wird oder indem eine zu früheren Zeitpunkten bestimmte Veränderung der Bewegungsgröße bei der Auswertung berücksichtigt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Magnetisierungssignale jeweils wenigstens ein Sensor (3.2, 3.3) verwendet wird, vorzugsweise ein Hall-Sensor, der ein bezüglich der Signalstärke von der zu bestimmenden Bewegungsgröße abhängiges, vorzugsweise mit dieser anwachsendes Magnetisierungssignal liefert, und dass die Auswertung erst bei Überschreiten einer vorbestimmten Mindestsignalstärke für das Magnetisierungssignal erfolgt.
Verwendung des Verfahrens gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche zum Betreiben einer Funktionseinheit, vorzugsweise einer Klemmeinheit (1) für ein bewegtes Objekt (2) in Form einer Stahlstange oder dergleichen, wobei ein Steuersignal (S) zum Aktivieren der Funktionseinheit, vorzugsweise zum Auslösen einer Klemmung des Objekts durch die Klemmeinheit, in Abhängigkeit von der mittels des Verfahrens bestimmten physikalischen Bewegungsgröße erzeugt oder ein Signalzustand des Steuersignals entsprechend verändert wird.
Vorrichtung (3) zum Bestimmen einer physikalischen Größe betreffend die Bewegung (F) eines zumindest zeitweise magnetisierbaren Objekts (2), aufweisend: – eine Schreibeinheit (3.1), die an einem ersten Ort angeordnet und dazu ausgebildet ist, das Objekt mit einer zeitabhängigen Magnetisierung zu versehen; – wenigstens einen an einem zweiten Ort und wenigstens einen an einem dritten Ort angeordneten Magnetisierungssensor (3.2, 3.3), die jeweils zum messtechnischen Erfassen der Magnetisierung und zum Erzeugen wenigstens eines Magnetisierungssignals ausgebildet sind, welche zusammen eine Leseeinheit bilden; – eine Auswerteeinheit (3.4), die zum Auswerten eines zeitlichen Versatzes zwischen den Magnetisierungssignalen eingerichtet ist, um daraus die physikalische Bewegungsgröße zu bestimmen.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch wenigstens einen weiteren, im Wesentlichen an dem ersten Ort angeordneten Magnetisierungssensor (3.1b) in signaltechnischer Verbindung mit der Auswerteeinheit (3.4), welche dazu eingerichtet ist, das Signal des weiteren Magnetisierungssensors bei der Auswertung der Magnetisierungssignale als ein von der Schreibeinheit (3.1) ausgehendes Magnetisierungs-Störsignal zur Erhöhung der Bestimmungsgenauigkeit zu berücksichtigen.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Speichermittel (3.5), die zum Abspeichern zumindest von Werten, vorzugsweise Phase und Amplitude, des Magnetisierungs-Störsignals eingerichtet sind, wobei die Auswerteeinheit (3.4) dazu eingerichtet ist, diese gemäß den entsprechenden Merkmalen aus Anspruch 7 zur laufenden Kompensation des Magnetisierungs-Störsignals zu nutzen.
Vorrichtung (3) nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch Filtermittel, die zum Aufbereiten der Magnetisierungssignale vor der Auswertung durch die Auswerteeinheit (3.4) eingerichtet sind.
Vorrichtung (3) nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch Magnetisierungslöschmittel (3.7, 3.8), die in Bewegungsrichtung des Objekts vor der Schreibeinheit (3.1) und/oder hinter der Leseeinheit angeordnet sind.
Vorrichtung (3) nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch Signalerzeugungsmittel (3.6), die dazu eingerichtet sind, – in Abhängigkeit von der bestimmten physikalischen Bewegungsgröße ein Steuersignal (S) zu erzeugen oder den Signalzustand eines Steuersignals (S) entsprechend zu verändern und – das Steuersignal (S) an eine externe Einheit (1) auszugeben, vorzugsweise an eine Klemmeinheit zum Auslösen einer Klemmung des Objekts (2) durch die Klemmeinheit.
Klemmeinheit (1) für ein bewegtes Objekt (2) in Form einer Stahlstange oder dergleichen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (3) gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16.