DE102010022427A1 - Sensor i.e. pressure sensor, for e.g. measuring measurement variable of magnetic field, has signal processing device operating like analog computer and including single time programmable element for adjusting parameter for signal processing - Google Patents

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Abstract

The sensor (1) has a signal processing device (13) cooperating with a magnetic field pickup sensor part (11). The signal processing device operates like an analog computer and has a single time programmable element i.e. mask-programmable short circuit, for adjusting a parameter for signal processing. A permanent magnet (10) stays in operative connection with a membrane (8). The permanent magnet cooperates with the sensor to measure changes in position of the permanent magnet. A housing (2) is provided with a base (6) and a cover (7).

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a sensor according to the preamble of the claim 1.

Ein solcher Sensor dient zur Messung sich ändernder und/oder wechselnder Magnetfelder. Anwendungen findet ein solcher Sensor zur Messung der Bewegungen von Permanentmagneten in Wegsensoren, Drehgebern, Lagedetektoren, Kraftsensoren, Drucksensoren sowie bei der Detektierung von Ankerbewegungen von Elektromotoren. Weiterhin kann ein solcher Sensor auch zum Erfassen von veränderlichen Magnetfeldern bei der Stromsteuerung in Motoren und/oder Aktuatoren sowie bei Stromwandlern in der Starkstromtechnik dienen. Schließlich sind auch vielfältige abgeleitete Anwendungen für einen solchen Sensor in der Labor-, Industrie- und/oder Haushaltsensorik, dem Automobil- und/oder Feingerätebau, der Automatisierungstechnik o. dgl. gegeben.One such sensor is used to measure changing and / or changing Magnetic fields. Applications find such a sensor for measuring the Movements of permanent magnets in displacement sensors, encoders, position detectors, Force sensors, pressure sensors and in the detection of armature movements of electric motors. Furthermore, such a sensor can also be detected of changeable Magnetic fields in current control in motors and / or actuators as well as for current transformers in power engineering. Finally are also diverse derived applications for Such a sensor in laboratory, industrial and / or household sensors, the automobile and / or Feingerätebau, the automation technology o. The like. Given.

Es ist ein derartiger Sensor zum Detektieren von Magnetfeldern und/oder zur Messung einer Meßgröße eines Magnetfeldes, also zur Messung von mit Magnetfeldänderungen einhergehenden physikalischen Größen, bekannt. Der Sensor umfaßt einen analogen Magnetfeldaufnehmer und eine mit dem Magnetfeldaufnehmer zusammenwirkende Signalverarbeitungseinrichtung. Der Magnetfeldaufnehmer erzeugt eine zum detektierten Magnetfeld, beispielsweise zur detektierten magnetischen Feldstärke an einem bestimmten Ort im Magnetfeld, korrespondierende physikalische Größe, beispielsweise eine elektrische Spannung. Aus der physikalischen Größe wird dann mit Hilfe der Signalverarbeitungseinrichtung die eigentliche Meßgröße als numerisches Datum und/oder zur Meßgröße korrespondierendes Signal erzeugt. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann weiterhin beispielsweise auch eine Linearisierung, Kalibrierung o. dgl. der Kennlinie des Magnetfeldaufnehmers durchführen.It is such a sensor for detecting magnetic fields and / or for measuring a measured variable of a Magnetic field, so for the measurement of magnetic field changes associated physical quantities known. The sensor includes an analogue magnetic field sensor and one with the magnetic field sensor cooperating signal processing device. The magnetic field sensor generates one to the detected magnetic field, for example to the detected magnetic field strength at a certain location in the magnetic field, corresponding physical Size, for example an electrical voltage. From the physical size becomes then with the help of the signal processing device, the actual Measured variable as numerical Date and / or corresponding to the measured variable Signal generated. The signal processing device can continue For example, a linearization, calibration o. The like. The Perform the characteristic of the magnetic field sensor.

Herkömmlicherweise besteht die Signalverarbeitungseinrichtung aus einem Digitalrechner, welcher aufwendig und damit kostenintensiv ist. Der Digitalrechner benötigt zu dessen Betrieb eine entsprechende Software. Bei den meisten Anwendungen für diese Sensoren handelt es sich um Sicherheitsbauteile, wobei eine Zertifizierung der Software gesetzlich vorgeschrieben ist. Die Zertifizierung ist bei Software-Änderungen, beispielsweise aufgrund von Anpassungen an weitere Anwendungsfälle, jeweils erneut durchzuführen. Damit ist auch die Erstellung sowie Wartung der Software für die Signalverarbeitungseinrichtung teuer. Weitere Nachteile von Sensoren mit digitaler Signalverarbeitung sind die zeit- und/oder energieintensiven Wandlungen der physikalischen Größen in die Meßgröße, die auftretenden Ungenauigkeiten aufgrund der Signal-Quantisierungen sowie die aufwendigen und damit zeitintensiven Berechnungen. Schließlich benötigen der analoge Magnetfeldaufnehmer und die digitale Signalverarbeitungseinrichtung unterschiedliche Teilprozesse zu deren Herstellung, was wiederum aufwendig ist.traditionally, if the signal processing device consists of a digital computer, which is expensive and therefore expensive. The digital computer needed to its operation, a corresponding software. For most applications for this Sensors are safety components, with certification the software is required by law. The certification is for software changes, for example, due to adjustments to other use cases, respectively perform again. This also includes the creation and maintenance of the software for the signal processing device expensive. Other disadvantages of sensors with digital signal processing are the time and / or energy - intensive transformations of the physical quantities in the Measured variable, the occurring inaccuracies due to the signal quantization as well as the time-consuming and thus time-consuming calculations. Finally, the need analog magnetic field recorder and the digital signal processing device different sub-processes for their production, which in turn is expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Sensor derart weiterzuentwickeln, daß dieser kostengünstiger ist. Insbesondere soll der Sensor ohne Software betreibbar sein. Insbesondere soll desweiteren ein in der Entwicklung und Herstellung wenig aufwendiger, miniaturisierbarer Sensor für wechselnde Magnetfelder mit einfacher Kennlinieneinstellung und wahlweisen Schaltschwellensignalen variabler Hysterese geschaffen werden, der die Nachteile von Sensoren mit digitaler Signalverarbeitung, wie zeit- und/oder energieintensive Wandlungen, Signalquantisierungen und aufwendigen Berechnungen, sowie unterschiedliche Teilprozesse bei der Herstellung vermeidet.Of the Invention is based on the object to further develop the sensor such that this cheaper is. In particular, the sensor should be operable without software. In particular, should also be a little in the development and production elaborate, miniaturizable sensor for changing magnetic fields with simple characteristic setting and optional switching threshold signals Variable hysteresis can be created, which reduces the disadvantages of sensors with digital signal processing, such as time and / or energy intensive Conversions, signal quantizations and complex calculations, and avoids different sub-processes in the production.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Sensor durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These Task is in a generic sensor by the characterizing Characteristics of claim 1 solved.

Beim erfindungsgemäßen Sensor arbeitet die Signalverarbeitungseinrichtung analog in der Art eines Analogrechners. Vorteilhafterweise benötigt ein Analogrechner keine Software zu dessen Betrieb, da dieser für unterschiedliche Anwendungsfälle beispielsweise maskenprogrammierbar ist. Somit fällt auch keine teuere Zertifizierung für Software an. Es ist somit ein einfacher sowie kostengünstiger und dennoch zuverlässig arbeitender Sensor geschaffen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.At the inventive sensor the signal processing device operates analogously in the manner of a Analog computer. Advantageously, an analog computer does not need any Software for its operation, as this mask-programmable for different applications, for example is. Thus falls also no expensive certification for Software. It is thus a simpler and cheaper and yet reliable working sensor created. Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

In weiterer Ausgestaltung zur flexiblen Anpassung an unterschiedliche Anwendungsfälle weist die analoge Signalverarbeitungseinrichtung wenigstens ein einmal programmierbares Element zur Einstellung der Parameter für die Signalverarbeitung auf. Bei diesen einmal programmierbaren Elementen kann es sich um maskenprogrammierbare Kurzschlußschaltungen handeln.In Another embodiment for flexible adaptation to different use cases has the analog signal processing device at least one once programmable element for setting the parameters for signal processing. These programmable elements may be mask-programmable Short circuits act.

Weiterhin kann das zur Meßgröße korrespondierende, von der analogen Signalverarbeitungseinrichtung erzeugte Meßsignal durch eine zusätzliche Ausgabeschaltung zur gewünschten Art des Ausgangssignals gewandelt werden. Somit läßt sich in einfacher Weise der vom Sensor gelieferte Meßwert weiterverarbeiten.Farther can this correspond to the measurand, from the analog signal processing device generated measurement signal through an additional Output circuit to the desired Type of output signal to be converted. Thus can be in easy to further process the measured value supplied by the sensor.

Zwecks Kompaktheit des Sensors können wenigstens zwei seiner Bestandteile, die den Magnetfeldaufnehmer, die Signalverarbeitungseinrichtung, die maskenprogrammierbare Kurzschlußschaltung und/oder die Ausgabeschaltung umfassen, auf einem Halbleiterschaltkreis vereinigt und/oder integriert sein.For the sake of compactness of the sensor, at least two of its components, which comprise the magnetic field sensor, the signal processing device, the mask-programmable short circuit and / or the output circuit, can be combined and / or integrated on a semiconductor circuit be grated.

Der Sensor kann vorteilhafterweise in einer einen Permanentmagneten aufweisenden Meßvorrichtung verwendet werden. In dieser Meßvorrichtung wirkt der Permanentmagnet mit dem Sensor zur Messung von Lageänderungen des Permanentmagneten zusammen. Die Meßvorrichtung kann zur Messung von Drücken ausgestaltet sein, indem der Permanentmagnet mit einer Membran, auf die der Druck einwirkt, in Wirkverbindung steht. Die Meßvorrichtung läßt sich auch zur Messung von Flüssigkeitspegeln ausgestalten, indem der Permanentmagnet mit einer Membran, auf die die Flüssigkeit einwirkt, in Wirkverbindung steht. Desweiteren kann die Meßvorrichtung zur Messung von Lageänderungen und/oder zur Lageüberwachung eines bewegbaren Elements eingesetzt werden, indem der Permanentmagnet mit dem bewegbaren Element in Wirkverbindung steht. Ebenso läßt sich die Meßvorrichtung zur Erfassung von Drehungen eines drehbaren Elements verwenden, indem die aufgrund der Drehung periodische Lageänderung des Permanentmagneten vom Sensor erfaßt wird. Schließlich kann die den Sensor umfassende Meßvorrichtung zur Messung eines elektrischen Stroms dienen, wobei das durch den sich ändernden elektrischen Strom hervorgerufene Magnetfeld mittels des Sensors erfaßt wird.Of the Sensor can advantageously be in a permanent magnet having measuring device be used. In this measuring device the permanent magnet interacts with the sensor to measure changes in position of the permanent magnet together. The measuring device can be used for measurement from pressing be configured by the permanent magnet with a membrane, on which the pressure acts, is in operative connection. The measuring device let yourself also for measuring liquid levels designed by the permanent magnet with a membrane on the the liquid acts, is in operative connection. Furthermore, the measuring device for measuring changes in position and / or for situation monitoring a movable member are used by the permanent magnet is in operative connection with the movable element. Likewise can be the measuring device use to detect rotations of a rotatable element, in that due to the rotation periodic change in position of the permanent magnet detected by the sensor becomes. After all can the measuring device comprising the sensor for measuring a electric current, which is due to the changing electric current caused magnetic field by means of the sensor detected becomes.

Für eine besonders bevorzugte Ausführung der Erfindung ist nachfolgendes festzustellen. Die Signale des analogen Magnetfeldsensors werden mit einem integrierten Analogrechner verarbeitet und als Analogsignal ausgegeben. Die Übertragungskennlinie des Analogrechners ist maskenprogrammierbar. Für die Ausgabe von Schaltsignalen sind in den Analogrechner Signalkomparatoren integriert, deren Ansprechpegel und Hystereseverhalten ebenfalls maskenprogrammierbar sind. Eine nach diesen Prinzipien arbeitende integrierte Schaltung, beispielsweise in der Art eines ASICs (Application Specific Integrated Circuit), dient als Baustein für verschiedene Sensorikprodukte.For a special preferred embodiment of Invention is to be determined below. The signals of the analog Magnetic field sensors are processed with an integrated analogue computer and output as an analog signal. The transfer characteristic of the analog computer is mask-programmable. For the output of switching signals are signal comparators in the analog computer integrated, their response level and hysteresis behavior also are mask programmable. A working according to these principles integrated circuit, for example in the form of an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), serves as a building block for various Sensors products.

Bei der Erfindung werden die Signale des analogen Magnetfeldaufnehmers von einem Analogrechner nach altbekannten Arbeitsprinzipien mit maskenprogrammierbaren Parameter in integrierter Halbleiterbauweise verarbeitet und ausgegeben. Die dadurch mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein einheitlicher Herstellprozeß, Kostenvorteile in Fertigung und Entwicklung, starke Verringerung von Fehlerquellen, keine Begrenzung der Auflösung durch A/D(Analog/Digital)- sowie D/A(Digital/Analog)-Wandlung, keine Notwendigkeit von Software, wenig Entwicklungsaufwand zur Anpassung an unterschiedliche Applikationen o. dgl. gegeben sind.at The invention relates to the signals of the analogue magnetic field sensor from an analog computer according to well-known working principles with mask programmable Parameters processed and output in integrated semiconductor design. The advantages achieved by the invention are in particular in that one uniform manufacturing process, Cost advantages in production and development, strong reduction of sources of error, no limitation of the resolution by A / D (analog / digital) - as well as D / A (digital / analog) conversion, no need for software, Little development effort to adapt to different applications o. The like. Are given.

Desweiteren erfolgt beim erfindungsgemäßen Sensor eine direkte Eingabe sowie die Verarbeitung und Ausgabe von Analogsignalen mit dem Analogrechner. Vorteilhafterweise ist dadurch keine Quantisierung des Signals notwendig. Somit entfallen zusätzliche Fehlerquellen im Signalpfad. Weiterhin ist vorteilhaft, daß eine Fertigungsvereinfachung resultiert und es sich um einen überschaubaren und gut beherrschbaren Prozeß für die Fertigung des Magnetfeldaufnehmers und/oder der Signalverarbeitungseinrichtung handelt.Furthermore takes place in the sensor according to the invention a direct input as well as the processing and output of analog signals with the analogue computer. Advantageously, this is no quantization the signal necessary. This eliminates additional sources of error in the signal path. Furthermore, it is advantageous that a Manufacturing simplification results and it is a manageable and well controllable process for the manufacture the magnetic field sensor and / or the signal processing device is.

Beim erfindungsgemäßen Sensor ist ein einfacher Vergleich von Soll-Ist gegeben und das Einbrennen von Korrekturfaktoren im Analogrechner gestaltet sich ebenfalls einfach. Die damit erzielten Vorteile bestehen in einer punktgenauen Kennlinieneinstellung. Es besteht kein Bedarf an Zusatzspeicher und Softwareentwicklung. Die direkte Programmierung von Korrekturfaktoren läßt sich ohne aufwendige Berechnungen, Simulationen oder Softwareänderungen durchführen.At the inventive sensor is a simple comparison of target-is given and the burn-in of correction factors in the analog computer is also designed easy. The advantages thus obtained consist of a pinpoint accuracy Characteristic setting. There is no need for additional storage and Software development. The direct programming of correction factors let yourself without complex calculations, simulations or software changes carry out.

Der erfindungsgemäße Sensor besitzt eine analoge Signalverarbeitung von der Signalerfassung bis zur Ausgabe. Als Vorteile resultieren daraus eine trägheitslose Signalverarbeitung, eine hohe Grenzfrequenz sowie ein minimaler Energieverbrauch.Of the inventive sensor has an analog signal processing from the signal acquisition to to the issue. The benefits result from a non-inertial Signal processing, a high cutoff frequency as well as a minimum Power consumption.

Desweiteren erfolgt ein Onlinevergleich der Meß- mit der Sollgröße mittels des Analogkomparators. Vorteilhafterweise ist dadurch ein direkter Vergleich der Größen mit minimalen Fehlern und minimaler Zeitverzögerung des Schaltsignals gewährleistet. Ebenso ist die Hysterese durch Onlinesteuerung des analogen Komparators einstellbar, womit vorteilhafterweise die Hysterese ohne Zeitverzögerungen oder ohne die Notwendigkeit von quantisierten Pegeln einstellbar ist.Furthermore An online comparison of the measured and the setpoint takes place by means of of the analog comparator. Advantageously, this is a direct one Comparison of sizes with ensures minimum errors and minimal time delay of the switching signal. Likewise, the hysteresis is through on-line control of the analog comparator adjustable, whereby advantageously the hysteresis without time delays or without the need of quantized levels is adjustable.

Die genannten Fortschritte führen nicht zuletzt zu einer deutlichen Verbesserung des Kosten-/Nutzen-Verhältnisses von integrierten Bausteinen zur Auswertung von Änderungen von Magnetfeldern. Damit ergeben sich neue Einsatzgebiete, die bisher wegen den Kosten nicht in Frage kamen.The lead to progress not least, a significant improvement in the cost / benefit ratio of integrated building blocks for the evaluation of changes of magnetic fields. This results in new areas of application, previously because of the cost did not come into question.

Ausführungsbeispiele der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigenembodiments The invention with various developments and refinements illustrated in the drawings and will be described in more detail below. Show it

1 einen Drucksensor in perspektivischer Ansicht, 1 a pressure sensor in perspective view,

2 einen Schnitt durch den Drucksensor entlang der Linie 2-2 in 1, 2 a section through the pressure sensor along the line 2-2 in 1 .

3 einen Sensor entsprechend einer weiteren Ausführung als Blockschaltbild, 3 a sensor according to a further embodiment as a block diagram,

4 einen Sensor gemäß einer nochmals weiteren Ausführung als Blockschaltbild, 4 a sensor according to yet another embodiment as a block diagram,

5 (5a, 5b) einen Sensor gemäß einer anderen Ausführung als Blockschaltbild, 5 ( 5a . 5b ) a sensor according to another embodiment as a block diagram,

6 einen Teilausschnitt eines Sensors gemäß einer nochmals anderen Ausführung als Blockschaltbild, 6 a partial section of a sensor according to yet another embodiment as a block diagram,

7 einen Teilausschnitt eines Sensors gemäß einer wiederum anderen Ausführung als Blockschaltbild und 7 a partial section of a sensor according to yet another embodiment as a block diagram and

8 einen Teilausschnitt eines Sensors gemäß einer abermals anderen Ausführung als Blockschaltbild. 8th a partial section of a sensor according to yet another embodiment as a block diagram.

In 1 ist ein Sensor 1 zum Detektieren von Magnetfeldern und/oder zur Messung einer Meßgröße eines Magnetfeldes, also zur Messung von mit Magnetfeldänderungen einhergehenden physikalischen Größen, zu sehen. Vorliegend ist als Beispiel ein auf magnetischer Basis arbeitender Drucksensor als Sensor 1 dargestellt, der zur Messung des Drucks eines Fluids, beispielsweise einer Flüssigkeit, in einem Hausgerät dient. Der Drucksensor 1 besitzt ein Gehäuse 2, an dem ein Anschlußstutzen 3 für die Zuführung der zu messenden Flüssigkeit angeordnet ist, sowie einen Steckanschluß 4 zum Anschluß der elektrischen Zuleitungen. Mittels einer am Gehäuse 2 befindlichen Verrastung 5 ist der Drucksensor 1 im Hausgerät montierbar. Das Gehäuse 2 schließlich umfaßt gemäß 2 einen Sockel 6 sowie einen Deckel 7.In 1 is a sensor 1 for detecting magnetic fields and / or for measuring a measured variable of a magnetic field, that is to say for measuring physical variables associated with magnetic field changes. In the present case, as an example, a magnetically based pressure sensor as a sensor 1 shown, which is used for measuring the pressure of a fluid, such as a liquid, in a domestic appliance. The pressure sensor 1 has a housing 2 , on which a connecting piece 3 is arranged for the supply of the liquid to be measured, as well as a plug connection 4 for connection of the electrical supply lines. By means of a housing 2 located latching 5 is the pressure sensor 1 Can be mounted in the household appliance. The housing 2 Finally, according to 2 a pedestal 6 as well as a lid 7 ,

Wie weiter der 2 zu entnehmen ist, ist im Gehäuse 2 eine Membran 8 angeordnet, auf die die Flüssigkeit über den Anschlußstutzen 3 einwirkt. Entsprechend dem in der Flüssigkeit herrschenden Druck wird die Membran 8 durchgebogen. Auf die Membran 8 wirkt ein elastisches Element 9 als Feder zur Rückstellung der Membran 8 ein. Mit der Membran 8 und/oder der Feder 9 steht ein Signalgeber 10 in Wirkverbindung, womit der Signalgeber 10 entsprechend der Durchbiegung der Membran 8 verstellt wird. Mit dem Signalgeber 10 wirkt wiederum ein Signalaufnehmer 11 zusammen, der ein zur Verstellung des Signalgebers 10 korrespondierendes Signal erzeugt.How further the 2 it can be seen, is in the housing 2 a membrane 8th arranged on the liquid over the connecting piece 3 acts. According to the pressure prevailing in the liquid, the membrane becomes 8th flexed. On the membrane 8th acts an elastic element 9 as a spring to return the membrane 8th one. With the membrane 8th and / or the spring 9 is a signal generator 10 in operative connection with which the signal generator 10 according to the deflection of the membrane 8th is adjusted. With the signal transmitter 10 again acts a signal sensor 11 together, the one for the adjustment of the signaler 10 generates corresponding signal.

Der Signalgeber 10 besteht aus einem Magnet, und zwar einen Dauer- bzw. Permanentmagneten. Der Magnet 10 ist am elastischen Element 9 befestigt, und zwar mit dem elastischen Element 9 in dessen Zentrum verklebt. Der Signalaufnehmer 11 besteht aus einem analogen Magnetfeldaufnehmer, der an der der Membran 8 gegenüberliegenden Seite des Signalgebers 10 im Gehäuse 2 auf einer Leiterplatte 12 angeordnet ist. Zur Zusammenwirkung mit dem Magneten 10 bietet sich insbesondere ein Hallsensor als analog arbeitender Magnetfeldaufnehmer 11 an. Mit dem Magnetfeldaufnehmer 11 wirkt weiterhin eine als integrierter Schaltkreis ausgestaltete Signalverarbeitungseinrichtung 13 zusammen, so daß das zur Verstellung des Signalgebers 10 korrespondierende Signal entsprechend umgewandelt am Steckanschluß 4 als Meßsignal für den in der Flüssigkeit herrschenden Druck zur Verfügung steht. Erfindungsgemäß arbeitet die Signalverarbeitungseinrichtung 13 analog in der Art eines Analogrechners.The signal generator 10 consists of a magnet, namely a permanent magnet. The magnet 10 is on the elastic element 9 fastened, with the elastic element 9 glued in the center. The signal receiver 11 consists of an analogue magnetic field sensor, which is connected to the membrane 8th opposite side of the signal generator 10 in the case 2 on a circuit board 12 is arranged. To interact with the magnet 10 offers in particular a Hall sensor as an analogue magnetic field sensor 11 at. With the magnetic field sensor 11 Furthermore, a signal processing device designed as an integrated circuit acts 13 together, so that the adjustment of the signal generator 10 Corresponding signal converted accordingly at the plug connection 4 is available as a measurement signal for the pressure prevailing in the liquid. According to the invention, the signal processing device operates 13 analog in the manner of an analog computer.

In 3 ist ein Sensor 1 zur Messung eines Magnetfeldes 15, das von einer Magnetfeld-Quelle 10' erzeugt wird, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in schematischer Art gezeigt. Das Magnetfeld 15 wirkt auf den analogen Magnetfeldaufnehmer 11 ein, der ein analoges Meßsignal 16 korrespondierend zur Meßgröße des Magnetfeldes 15 erzeugt. Das Meßsignal 16 wird dann einem Analogrechner 13 als Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt, der entsprechend einer Übertragungskennlinie aus dem Meßsignal 16 ein korrepondierendes amplituden-begrenztes Nutzsignal 17 erzeugt. Zur Einstellung der Parameter für diese Signalverarbeitung weist der Analogrechner 13 einmal programmierbare Elemente 18 als programmierbaren Parameterspeicher auf, wobei es sich bei diesen programmierbaren Elementen 18 um maskenprogrammierbare Kurzschlußschaltungen handeln kann. Das von der analogen Signalverarbeitungseinrichtung 13 erzeugte Nutzsignal 17 wird anschließend durch einen Ausgangstreiber als zusätzliche Ausgabeschaltung 19 zur gewünschten Art des Ausgangssignals 20 gewandelt.In 3 is a sensor 1 for measuring a magnetic field 15 that from a magnetic field source 10 ' is shown in a schematic manner according to another embodiment. The magnetic field 15 acts on the analogue magnetic pickup 11 on, which is an analogue measurement signal 16 corresponding to the measured variable of the magnetic field 15 generated. The measuring signal 16 then becomes an analog computer 13 supplied as a signal processing device, which corresponds to a transfer characteristic from the measured signal 16 a corre sponding amplitude-limited useful signal 17 generated. To set the parameters for this signal processing, the analog computer 13 once programmable elements 18 as a programmable parameter memory, these programmable elements 18 can act to mask programmable short circuits. That of the analog signal processing device 13 generated useful signal 17 is then passed through an output driver as an additional output circuit 19 to the desired type of output signal 20 changed.

Bei dem in 3 dargestellten Sensor 1 sind der Magnetfeldaufnehmer 11 und die Signalverarbeitungseinrichtung 13 als zwei separate elektronische Bausteine ausgebildet. Hierbei sind die Signalverarbeitungseinrichtung 13 sowie die programmierbaren Elemente 18 als ein analoger integrierter Schaltkreis 21 ausgestaltet. Wie in 4 zu sehen ist, sind bei diesem Sensor 1 der Magnetfeldaufnehmer 11, die Signalverarbeitungseinrichtung 13 sowie die maskenprogrammierbaren Kurzschlußschaltungen 18 als ein einziger analoger integrierter Schaltkreis 21 ausgestaltet. Da es sich hierbei um in der gleichen Technologie herzustellende Bestandteile handelt, bietet sich eine derartige Integration zu einem kompakten Baustein für den integrierten Schaltkreis 21 an. Allgemein gesprochen ist es zwecks Kompaktheit vorteilhaft, wenn wenigstens zwei der Bestandteile des Sensors 1 umfassend den Magnetfeldaufnehmer 11, die Signalverarbeitungseinrichtung 13, die maskenprogrammierbare Kurzschlußschaltungen 18 und/oder die Ausgabeschaltung 19 auf einem Halbleiterschaltkreis 21 vereinigt sind.At the in 3 shown sensor 1 are the magnetic field sensor 11 and the signal processing device 13 designed as two separate electronic components. Here are the signal processing device 13 as well as the programmable elements 18 as an analog integrated circuit 21 designed. As in 4 can be seen, are with this sensor 1 the magnetic field sensor 11 , the signal processing device 13 as well as the mask programmable short circuits 18 as a single analog integrated circuit 21 designed. Since these are components to be manufactured using the same technology, such integration offers a compact component for the integrated circuit 21 at. Generally speaking, it is advantageous for compactness if at least two of the components of the sensor 1 comprising the magnetic field sensor 11 , the signal processing device 13 , the mask programmable short circuits 18 and / or the output circuit 19 on a semiconductor circuit 21 united.

In der sich aus den Teilfiguren 5a und 5b zusammensetzenden 5 ist ein Sensor 1 zu sehen, bei dem eine Berücksichtigung der Temperatureinwirkung auf die Messung des Magnetfeldes 15 erfolgt. Hierzu enthält der Sensor 1 einen analogen Temperatur-Aufnehmer 22, der ein zur jeweiligen herrschenden Temperatur korrespondierendes Temperatursignal 23 erzeugt. Das analoge Temperatursignal 23 sowie das analoge Meßsignal 16 werden einer Temperaturkompensations-Einheit 24 zugeführt, die wiederum ein temperaturkorrigiertes Meßsignal 16' erzeugt, das dann in der bereits beschriebenen Weise weiterverarbeitet wird. Falls erforderlich kann bei der Weiterverarbeitung die Signalgüte mittels eines Frequenzfilters 25 und/oder eines Amplitudenfilters 26 verbessert werden.In the out of the subfigures 5a and 5b composing 5 is a sensor 1 to be seen in which a consideration of the influence of temperature on the measurement of the magnetic field 15 he follows. The sensor contains this 1 an analogue temperature sensor 22 , the temperature signal corresponding to the prevailing temperature 23 generated. The analog temperature signal 23 as well as the analogue measuring signal 16 become a temperature compensation unit 24 fed, which in turn a temperature-corrected measuring signal 16 ' generated, which is then further processed in the manner already described. If necessary, in the further processing, the signal quality by means of a frequency filter 25 and / or an amplitude filter 26 be improved.

Gemäß 6 ist der Ausgangstreiber als ein Amplituden-Frequenz-Wandler 19' ausgestaltet, womit der Sensor 1 ein elektrisches Frequenz-Ausgangssignal 20' ausgibt. Gemäß 7 ist der Ausgangstreiber als ein Pulsweitenmodulator 19'' ausgestaltet, so daß der Sensor 1 ein elektrisches Pulsweitenmodulations(PWM)-Signal 20'' ausgibt. Schließlich ist in 8 ein Sensor 1 gezeigt, bei dem der Ausgangstreiber aus einem von einem Taktgenerator 14 getaktetem Businterface 19''' besteht, welches ein elektrisches Bussignal 20''' als Ausgangssignal erzeugt.According to 6 is the output driver as an amplitude-to-frequency converter 19 ' designed, bringing the sensor 1 an electrical frequency output signal 20 ' outputs. According to 7 is the output driver as a pulse width modulator 19 '' designed so that the sensor 1 an electrical pulse width modulation (PWM) signal 20 '' outputs. Finally, in 8th a sensor 1 shown in which the output driver from one of a clock generator 14 clocked bus interface 19 ''' which is an electrical bus signal 20 ''' generated as an output signal.

Wie beschrieben steht bei einem solchen Sensor 1 zur Messung von Flüssigkeitspegeln der Permanentmagnet 10 mit der Membran 8, auf die die Flüssigkeit einwirkt, in Wirkverbindung. Bei einem Sensor 1 zur Messung von sonstigen Drücken steht der Permanentmagnet 10 ebenfalls mit der Membran 8, auf die der Druck einwirkt, in Wirkverbindung. Selbstverständlich kann ein nach dem erfindungsgemäßen Prinzip arbeitender Sensor auch ohne eine solche Membran ausgestaltet sein. Beispielsweise kann bei einer Meßvorrichtung zur Messung von Lageänderungen eines Permanentmagneten der Permanentmagnet mit einem einen analogen Magnetfeldaufnehmer 11 sowie eine analog arbeitende Signalverarbeitungseinrichtung 13 aufweisenden Sensor zusammenwirken. Bei einer solchen Meßvorrichtung zur Messung von Lageänderungen und/oder zur Lageüberwachung eines bewegbaren Elements kann dann der Permanentmagnet mit dem zu überwachenden Element in Wirkverbindung stehen. Eine derartige Meßvorrichtung kann auch zur Erfassung von Drehungen eines drehbaren Elements ausgebildet sein, wobei die aufgrund der Drehung periodische Lageänderung des Permanentmagneten dann vom Sensor erfaßt wird. Schließlich kann die Meßvorrichtung auch zur Messung eines elektrischen Stroms dienen, indem das durch den sich ändernden elektrischen Strom hervorgerufene Magnetfeld mit einem einen analogen Magnetfeldaufnehmer 11 sowie eine analog arbeitende Signalverarbeitungseinrichtung 13 aufweisenden Sensor erfaßt wird.As described is in such a sensor 1 for measuring liquid levels of the permanent magnet 10 with the membrane 8th in which the liquid acts, in operative connection. With a sensor 1 for measuring other pressures is the permanent magnet 10 also with the membrane 8th , which is affected by the pressure, in operative connection. Of course, a working according to the principle of the invention sensor can also be configured without such a membrane. For example, in a measuring device for measuring changes in position of a permanent magnet, the permanent magnet with an analog magnetic field sensor 11 as well as an analog signal processing device 13 interacting sensor. In such a measuring device for measuring changes in position and / or for monitoring the position of a movable element, the permanent magnet can then be in operative connection with the element to be monitored. Such a measuring device can also be designed to detect rotations of a rotatable element, wherein the periodic change in position of the permanent magnet due to the rotation is then detected by the sensor. Finally, the measuring device can also be used to measure an electric current by the magnetic field caused by the changing electric current with an analogue magnetic field sensor 11 as well as an analog signal processing device 13 having detected sensor.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann eine solche Meßvorrichtung für alle Anwendungen, die auf Messungen sich ändernder Magnetfelder beruhen, eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Bewegungen von Permanentmagneten, Wegsensoren, Drehgeber, Lagedetektoren, Kraftsensoren, Drucksensoren o. dgl. sowie die Erfassung von Ankerbewegungen von Elektromotoren. Desweiteren läßt sich das erfindungsgemäße Prinzip zur Erfassung von veränderlichen Magnetfeldern für die Stromsteuerung in Motoren und/oder Aktuatoren, für Stromwandler in der Starkstromtechnik o. dgl. einsetzen. Dabei sind vielfältige abgeleitete Anwendungen in der Labor-, Industrie- und/oder Haushaltsensorik, dem Automobil- und/oder Feingerätebau, der Automatisierungstechnik o. dgl. ermöglicht.The Invention is not limited to the described and illustrated embodiments limited. she comprises Rather, all experts Further developments within the scope defined by the claims Invention. Thus, such a measuring device for all applications, which changes on measurements Magnetic fields are based, are used. Examples are movements of permanent magnets, displacement sensors, encoders, position detectors, force sensors, Pressure sensors o. The like. As well as the detection of armature movements of electric motors. Furthermore, can be the inventive principle for detecting variable Magnetic fields for the current control in motors and / or actuators, for current transformers in the power engineering o. The like. Use. There are manifold derived Applications in laboratory, industrial and / or household sensors, automotive and / or precision engineering, the automation technology o. The like. Enables.

11
Sensor/DrucksensorSensor / pressure sensor
22
Gehäusecasing
33
Anschlußstutzenconnecting branch
44
Steckanschlußplug connection
55
VerrrastungVerrrastung
66
Sockel (von Gehäuse)base (of housing)
77
Deckel (von Gehäuse)cover (of housing)
88th
Membranmembrane
99
elastisches Element/Federelastic Element / spring
1010
Signalgeber/Magnet/PermanentmagnetSignal transmitter / magnet / permanent magnet
10'10 '
Magnetfeld-QuelleMagnetic field source
1111
Signalaufnehmer/(anaolger) MagnetfeldaufnehmerSignal receiver / (anaolger) magnetic field sensor
1212
Leiterplattecircuit board
1313
Signalverarbeitungseinrichtung/AnalogrechnerSignal processing device / analog computer
1414
Taktgeneratorclock generator
1515
Magnetfeldmagnetic field
1616
Meßsignalmeasuring signal
16'16 '
temperturkorrigiertes Meßsignaltemperturkorrigiertes measuring signal
1717
Nutzsignalpayload
1818
programmierbares Element/maskenprogrammierbare Kurzschlußschaltungprogrammable Element / mask programmable short circuit
1919
Ausgabeschaltungoutput circuit
19'19 '
Amplituden-Frequenz-WandlerAmplitude-frequency converter
19''19 ''
PulsweitenmodulatorPulse width modulator
19'''19 '' '
BusinterfaceBus interface
2020
Ausgangssignaloutput
20'20 '
Frequenz-AusgangssignalFrequency output signal
20''20 ''
Pulsweitenmodulations-SignalPulse-width modulation signal
20'''20 '' '
BussignalBus signal
2121
integrierter Schaltkreis/Halbleiterschaltkreisintegrated Circuit / semiconductor circuit
2222
Temperatur-AufnehmerTemperature sensor
2323
Temperatursignaltemperature signal
2424
Temperaturkompensations-EinheitTemperature compensation unit
2525
Frequenzfilterfrequency filter
2626
Amplitudenfilteramplitude filter

Claims (10)

Sensor zum Detektieren von Magnetfeldern (15) und/oder zur Messung einer Meßgröße eines Magnetfeldes (15) umfassend einen analogen Magnetfeldaufnehmer (11) und eine mit dem Magnetfeldaufnehmer (11) zusammenwirkende Signalverarbeitungseinrichtung (13), dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (13) analog in der Art eines Analogrechners arbeitet.Sensor for detecting magnetic fields ( 15 ) and / or for measuring a measured variable of a magnetic field ( 15 ) comprising an analog magnetic field sensor ( 11 ) and one with the magnetic field sensor ( 11 ) cooperating signal processing device ( 13 ), characterized in that the signal processing device ( 13 ) works analogously in the manner of an analog computer. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die analoge Signalverarbeitungseinrichtung (13) wenigstens ein einmal programmierbares Element (18), insbesondere maskenprogrammierbare Kurzschlußschaltungen, zur Einstellung der Parameter für die Signalverarbeitung aufweist.Sensor according to claim 1, characterized in that the analog signal processing device ( 13 ) at least one programmable element ( 18 ), in particular mask-programmable short circuit circuits, for adjusting the parameters for signal processing. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Meßgröße korrespondierende, von der analogen Signalverarbeitungseinrichtung (13) erzeugte Meßsignal (16) durch eine zusätzliche Ausgabeschaltung (19) zur gewünschten Art des Ausgangssignals (20) gewandelt wird.Sensor according to Claim 1 or 2, characterized in that the signal corresponding to the measured variable is transmitted by the analog signal processing device ( 13 ) generated measuring signal ( 16 ) by an additional output circuit ( 19 ) to the desired type of output signal ( 20 ) is converted. Sensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei seiner Bestandteile umfassend den Magnetfeldaufnehmer (11), die Signalverarbeitungseinrichtung (13), die maskenprogrammierbare Kurzschlußschaltung (18) und/oder die Ausgabeschaltung (19) auf einem Halbleiterschaltkreis (21) vereinigt sind.Sensor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that at least two of its components comprising the magnetic field sensor ( 11 ), the signal processing device ( 13 ), the mask programmable short circuit ( 18 ) and / or the output circuit ( 19 ) on a semiconductor circuit ( 21 ) are united. Meßvorrichtung umfassend einen Permanentmagneten (10) und einen Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (10) mit dem Sensor (1) zur Messung von Lageänderungen des Permanentmagneten (10) zusammenwirkt.Measuring device comprising a permanent magnet ( 10 ) and a sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the permanent magnet ( 10 ) with the sensor ( 1 ) for measuring changes in the position of the permanent magnet ( 10 ) cooperates. Meßvorrichtung zur Messung von Drücken nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (10) mit einer Membran (8), auf die der Druck einwirkt, in Wirkverbindung steht.Measuring device for measuring pressures according to claim 5, characterized in that the permanent magnet ( 10 ) with a membrane ( 8th ), which is acted upon by the pressure, is in operative connection. Meßvorrichtung zur Messung von Flüssigkeitspegeln nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (10) mit einer Membran (8), auf die die Flüssigkeit einwirkt, in Wirkverbindung steht.Measuring device for measuring liquid levels according to claim 5, characterized in that the permanent magnet ( 10 ) with a membrane ( 8th ), on which the liquid acts, is in operative connection. Meßvorrichtung zur Messung von Lageänderungen und/oder zur Lageüberwachung eines bewegbaren Elements nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (10) mit dem Element in Wirkverbindung steht.Measuring device for measuring changes in position and / or for monitoring the position of a movable element according to claim 5, characterized in that the permanent magnet ( 10 ) is in operative connection with the element. Meßvorrichtung zur Erfassung von Drehungen eines Elements nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgrund der Drehung periodische Lageänderung des Permanentmagneten (10) vom Sensor (1) erfaßt wird.Measuring device for detecting rotations of an element according to claim 8, characterized in that the change in position due to the rotation of the permanent magnet ( 10 ) from the sensor ( 1 ) is detected. Meßvorrichtung zur Messung eines elektrischen Stroms umfassend einen Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den sich ändernden elektrischen Strom hervorgerufene Magnetfeld (15) mittels des Sensors (1) erfaßt wird.Measuring device for measuring an electric current comprising a sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the magnetic field caused by the changing electric current ( 15 ) by means of the sensor ( 1 ) is detected.
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