DE102010025170A1

DE102010025170A1 - Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals und Verfahren zur Bestimmung der Position eines Gebers

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Publication number: DE102010025170A1
Application number: DE102010025170A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Pieper; Armin Meisenberg; Francois Limouzineau; Andreas Voss; Axel Bartos
Original assignee: Meas Deutschland GmbH
Current assignee: TE Connectivity Sensors Germany GmbH
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2011-12-29
Anticipated expiration: 2030-06-26
Also published as: WO2011160796A2; US20130200887A1; DE102010025170B4; US9297634B2; WO2011160796A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, dessen Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren, wobei eine Stützfeldvorrichtung,agnetisches Stützfeld erzeugt, das zumindest in den magnetfeldempfindlichen Sensoren eine im wesentlichen gleiche Richtung und eine im wesentlichen homogenen Feldstärke aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, dessen zeitlicher Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Gebers. Ebenso betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals.
In einer Vielzahl unterschiedlicher technischer Gebiete besteht das Bedürfnis die Position eines ersten bewegbaren Bauteils einer Vorrichtung relativ zu einem zweiten, meist stationären Bauteil zu bestimmen. So ist es beispielsweise in Leitungssystemen mit Ventilen von Interesse, die Stellung eines Ventilkörpers eines Ventils relativ zu seinem Ventilgehäuse zu ermitteln, beispielsweise um zu ermitteln, ob das Ventil geöffnet oder geschlossen ist, oder um zu ermitteln, wie weit das Ventil geöffnet ist. Ebenso besteht ein Interesse daran, die Position eines Kolbens in einem Zylinder festzustellen. Häufig besteht ein Interesse daran, die Absolutposition des ersten, bewegbaren Bauteils relativ zu dem meist stationären zweiten Bauteil in Bezug auf ein festes Koordinatensystem des zweiten Bauteils festzustellen. Ebenso häufig besteht ein Interesse daran, festzustellen, wann das erste, bewegbare Bauteil eine bestimmte Position passiert.
Aus DE 32 44 891 C2 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der mehrere magnetfeldempfindliche Sensoren entlang eines Messwegs angeordnet sind. Die Ausgangssignale der Sensoren werden einem Multiplexer zugeführt. Das Ausgangssignal des Multiplexers wird einer Auswerteelektronik zugeführt, die aus dem Ausgangssignal des Multiplexers ein Signal erzeugt, aus dem die Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu den Sensoren ermittelt werden kann.
Aus EP 1 209 439 B1 ist neben einem zu DE 32 44 891 C2 vergleichbaren Aufbau ein Auswerteverfahren beschrieben, mit dem das Ausgangssignal des Multiplexers ausgewertet werden kann.
Die Ermittlung der Kolbenposition in pneumatischen Druckluftzylindern mit magnetischen Sensoren ist Standard in der Industrieautomation. Neben Mikrowellen, Differentialtransformatoren (LVDT) und induktiven Sensorlösungen ( EP 0 693 673 A2 ) kommen als Wegaufnehmer vorwiegend siliziumbasierte Magnetsensoren, wie Hall- ( EP 1 264 159 B1 ) und magnetoresistive Sensoren ( DE 32 44 891 C2 ) zum Einsatz. Je nach Aufgabenstellung liegen diese als Einzelsensoren für die Schaltpunktbestimmung oder als Sensorarray für die mehrfache Schaltpunktbestimmung oder absolute Positionsbestimmung vor.
Hierzu wird der Kolben mit einem Positionsgeber versehen. Üblicherweise handelt es sich um einen Ringmagneten, dessen Aussendurchmesser etwa dem maximalen Kolbendurchmesser entspricht. Oder es wird ein wesentlich kleinerer Scheibenmagnet an einer Stelle im Kolben integriert, die einer bestimmten äusseren Nut im Zylinder am nächsten ist. Je kleiner bzw. schwächer die verwendeten Magnete sind, desto kleiner ist einerseits die Gefahr der Verschmutzung durch magnetische Späne; andererseits gewinnen magnetische Störfelder größeren Einfluss auf die Messgenauigkeit. Die verschiedenen Zylindertypen verwenden üblicherweise unterschiedliche Positionsgeber.
Beim Passieren des Magneten an einem Wegaufnehmer wird im einfachsten Fall ein Sensorsignal erzeugt, das in einer nachgeschalteten Elektronik bei vorgegebenem Referenzwert ein Schaltsignal erzeugt. Oft ist es wünschenswert den automatisierten Vorgang in mehrere Abschnitte zu unterteilen, für die entsprechend mehrere Schaltpunkte notwendig sind. Zur Reduzierung des Montageaufwands ist es wünschenswert nicht mehrere Schaltsensoren für jeden Schaltpunkt zu montieren, sondern diese Aufgabe durch einen Wegaufnehmer wahrzunehmen. Noch vorteilhafter ist die Messung einer Absolutposition des Kolbens. Die entsprechenden Schaltpunkte ließen sich dann in einer nachgeschalteten speicherprogrammierten Steuerung abbilden.
Beim Einsatz von magnetoresistiven Sensoren, die den anisotropen magnetoresistiven Effekt (AMR) ausnutzen, ist zu beachten, dass bei zu schwachem äußeren Feld, wie es bei einer entfernten Geberlage auftritt, Ummagnetisierungsvorgänge in den aktiven Mäandern auftreten können, die zu undefinierten Sensorsignalen führen. Deswegen spricht EP 0 783 666 B1 von einem Magneten, der ein Magnetfeld ausreichender Stärke erzeugt, um das magnetoresistive Material zu sättigen.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals und ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals bereitzustellen, mit denen die Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu einer Vorrichtung besser bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche 1, 2 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hiernach folgenden Beschreibung angegeben.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, bei einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, dessen Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren eine Stützfeldvorrichtung vorzusehen, die in den magnetfeldempfindlichen Sensoren ein magnetisches Stützfeld erzeugt, das zumindest in den magnetfeldempfindlichen Sensoren eine im Wesentlichen gleiche Richtung und eine im Wesentlichen homogene Feldstärke aufweist. Es wurde erkannt, dass der Einsatz einer derartigen Stützfeldvorrichtung für das Erzielen eines stabilen Betriebszustands sinnvoll ist. Ferner wurde erkannt, dass der Einsatz einer derartigen Stützfeldvorrichtung den Einsatz magnetfelderzeugender Geber erlaubt, die ein Magnetfeld mit schwacher Feldstärke erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als magnetfeldempfindliche Sensoren magnetoresistive Sensoren eingesetzt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden AMR-Sensoren (Anisotropic magnetoresistive-Sensors) mit Barberpolen eingesetzt. Das durch die Stützfeldvorrichtung erzeugte Stützfeld kann bei einer solchen Ausführungsform dazu eingesetzt werden, bei jeder Geberposition eine zuverlässige magnetische Sättigung des Sensormaterials sicher zu stellen.
Magnetfeldempfindliche Sensoren, insbesondere magnetoresistive Sensoren, insbesondere Barberpolsensoren, weisen häufig einen Verlauf der Kennlinie, die für jede Feldstärke der Magnetfeldkomponente eines durch einen magnetfelderzeugenden Gebers erzeugten Magnetfelds in dem Sensor einen Wert des Verhältnisses der Stärke des von dem Sensor erzeugten Sensorsignals relativ zum maximal von dem Sensor erzeugbaren Sensorsignal wiedergibt, auf, der nur in einem teilweise geringen Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente im Wesentlichen linear ist und angrenzend an den im Wesentlichen linear verlaufenden Abschnitt der Kennlinie nichtlinear verläuft. Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz einer Stützfeldvorrichtung besteht die Möglichkeit, die Kennlinie des Sensors zu beeinflussen, um so den Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente des externen Magnetfelds, in dem die Kennlinie linear verläuft, anzupassen. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals beispielsweise durch geeignete Wahl der Stützfeldvorrichtung so eingestellt werden, dass sie bei der sonst bei zu starken Signalen des Gebers nicht-linear werdenden Sensorkennlinie durch den Einsatz der Stützfeldvorrichtung ein Kennlinienverlauf bereitstellt, bei dem einerseits bei den stärksten zu erwartenden Gebermagneten die dadurch in dem Sensor erzeugte Feldstärke noch im weitgehend linearen Bereich der Sensorkennlinie ist und andererseits auch bei schwächeren, weit entfernten Magneten noch gut auswertbare Kennlinienverläufe zur Verfügung stellt. Auch ermöglicht es der Einsatz eines Stützfeldes eine einzige Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitzustellen, die mit unterschiedlichen Gebern mit unterschiedlichen Magnetfeldern des Gebers eingesetzt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der jeweilige Sensor eine Vollbrücken-Anordnung (Wheatstone Brücke) magnetoresistiver Elemente auf oder eine Halbbrückenschaltung derartiger magnetoresistiver Elemente. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können pro Sensor weitere Vollbrückenschaltungen, bzw. weitere Halbbrückenschaltungen vorgesehen sein. Durch eine geeignete Konstruktion des magnetfeldempfindlichen Sensors können zwei sinus- und cosinus-artige, in erster Linie von der Feldrichtung abhängende Signale erhalten werden. Auch in diesem Fall kann zur Sicherstellung eines stabilen Betriebszustandes, insbesondere in Abwesenheit des Gebermagneten, entfernter Lage des Gebermagneten oder eines sehr schwachen Gebermagneten, der Einsatz einer Stützfeldvorrichtung vorgesehen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die magnetfeldempfindlichen Sensoren magnetoresistive Sensoren. Insbesondere kann der jeweilige Sensor den „anisotropenmagnetoresistiven Effekt” (AMR-Effekt) oder den „gigantischen” magnetoresistiven Effekt (GMR-Effekt) aufweisen. Das Sensorelement kann allerdings auch andere Effekte aufweisen, wie beispielsweise den Giant Magneto Impedance (GMI), den Tunnelmagnetoresistance-Effekt (TMR) oder den Hall-Effekt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Messweg, entlang dem die mindestens zwei Sensoren angeordnet sind, eine Linie. In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist der Messweg ein Ellipsenbogen, insbesondere ein Kreisbogen. Der Messweg, entlang dem die mindestens zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren angeordnet werden, kann in Abhängigkeit der Bewegung des magnetfelderzeugenden Gebers, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zusammenwirken soll, gewählt werden. Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber eingesetzt werden, der sich relativ zur erfindungsgemäßen Vorrichtung linear bewegt, so kann der Messweg als Linie ausgebildet sein. Vollführt der magnetfelderzeugende Geber, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden soll, jedoch eine Rotationsbewegung, beispielsweise wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung einer Drehwinkelposition eingesetzt werden soll, so kann der Messweg als Ellipsenbogen, insbesondere bevorzugt als Kreisbogen ausgebildet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und auch bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren sind entlang des Messwegs eine Vielzahl von Sensoren, insbesondere bevorzugt mehr als 4, besonders bevorzugt mehr als 7 Sensoren angeordnet. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals dazu eingesetzt, ein Signal zu erzeugen, wenn der Geber eine vorher bestimmte Schaltposition erreicht, so können mindestens zwei Sensoren im Bereich dieses Schaltpunkts angeordnet, insbesondere symmetrisch zu diesem Schaltpunkt angeordnet.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Stützfeldvorrichtung kann aus einem oder mehreren Bauteilen, beispielsweise Permanentmagneten bestehen. Die Stützfeldvorrichtung kann aber auch aus einer Vielzahl von Komponenten bestehen, wie sie beispielsweise bei der Erzeugung von Magnetfeldern mittels elektromagnetischer Spulen notwendig sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Stützfeldvorrichtung durch eine Mehrzahl von Permanentmagneten gebildet, wobei jedem Sensor mindestens ein Permanentmagnet, insbesondere bevorzugt genau ein Permanentmagnet zugeordnet ist. Werden die Sensoren bei einer solchen Ausführungsform auf einem Trägerelement, beispielsweise einer Leiterplatte angeordnet, so können die Permanentmagneten neben oder gegenüber den Sensoren auf derselben Leiterplatte angeordnet sein. Ebenso können die Permanentmagneten unmittelbar auf oder unter den Sensorsubstraten angeordnet sein. Die Anordnung der die Stützfeldvorrichtung bildenden Magnete in der Nähe der Sensoren erlaubt den Einsatz kleinerer Magnete mit weniger ausgreifenden Feldern, wodurch im praktischen Einsatz Probleme durch anhaftende Metallverunreinigung verringert werden können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die zusätzlichen Permanentmagneten auf der Leiterplatte in demselben Lötvorgang wie die Sensoren und übrigen Bauelemente aufgebracht. Zur Verbesserung des Lot- oder Klebevorganges können die Magnete mit einer Oberflächenbeschichtung versehen sein.
In einer besonders einfachen Ausführungsform besteht die Stützfeld-Vorrichtung aus einem einzelnen, segmentweise unterschiedlich magnetisierten Magneten.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren entlang des Messwegs gleichmäßig angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist bei dieser Ausführungsform eine Stützfeldvorrichtung vorgesehen, bei der Permanentmagneten eingesetzt werden, die ebenfalls gleichmäßig angeordnet sind.
Um bei den jeweils äußeren Sensoren der Sensorreihe durch den Abbruch der Magnetreihe eine abweichende magnetische Flussdichte am Sensorort zu vermeiden, kann der jeweils äußere Magnet eine von den inneren Magneten abweichende Form oder Lage enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Stützfeldvorrichtung Permanentmagneten auf, die gleich ausgebildet sind.
Zur Erleichterung der Handhabung der Magnete beim Bestückungsvorgang und zur Sicherstellung einer korrekten Magnetisierung aller Magnete erfolgt dieser Schritt vorteilhafterweise mit unmagnetisierten Magneten, welche erst in einem zusätzlichen Fertigungsschritt magnetisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren und die Stützfeldvorrichtung zur Bildung eines Sensorkopfes an einem Trägerelement befestigt. Die Abmessungen des Sensorkopfes sind in einer bevorzugten Ausführungsform kleiner als 45 mm in Richtung des Messweges und kleiner als 2,4 mm in eine erste Richtung senkrecht zum Messweg und kleiner als 10 mm in einer zweiten Richtung, die senkrecht zum Messweg und senkrecht zur ersten Richtung ist. Eine derartige Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt es, die Vorrichtung in T-Nuten oder C-Nuten einzusetzen, wie sie häufig an den Gehäusen von pneumatischen Zylindern oder dergleichen ausgeführt werden.
Ergänzend oder alternativ weist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zumindest ein Sensor, insbesondere bevorzugt alle Sensoren einen ersten Teil auf, der ein erstes Zwischensignal erzeugt, und einen zweiten Teil auf, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke eines extern erzeugten Magnetfelds und das erste Zwischensignal im Wesentlichen einen sinus-artigen Verlauf und das zweite Zwischensignal im Wesentlichen einen cosinus-artigen Verlauf aufweist, wobei der Mittelpunkt des ersten Teils dem Mittelpunkt des zweiten Teils entspricht. Durch diese Anordnung des ersten, das sinus-artige Signal erzeugenden Teils relativ zum zweiten, das cosinus-artige Signal erzeugenden Teils kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass aus einer Analyse der beiden Zwischensignale auf eine momentane Signalamplitude geschlossen werden kann, sodass bei einer weiteren Signalauswertung eine Auswahl getroffen werden kann und nur diese Signale der Sensoren verwendet werden, die eine aufgrund von Auswahlkriterien anhand der zunächst bestimmten momentanen Signalamplitude ausgewählten, ausreichenden Signalamplitude aufweisen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorssignals, dessen Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, weist mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordnete, magnetfeldempfindliche Sensoren auf, die das Sensorsignal oder ein bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendetes Zwischensignal oder mehrere bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendete Zwischensignale erzeugen, wobei die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals eine Stützfeldvorrichtung aufweist, die in den magnetfeldempfindlichen Sensoren ein magnetisches Stützfeld erzeugt, und/oder bei der Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zumindest ein Sensor einen ersten Teil aufweist, der ein erstes Zwischensignal erzeugt, und einen zweiten Teil aufweist, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke eines extern erzeugten Magnetfelds und das erste Zwischensignal im Wesentlichen einen sinus-artigen Verlauf und das zweite Zwischensignal im Wesentlichen einen cosinus-artigen Verlauf aufweist, wobei der Mittelpunkt des ersten Teils im Wesentlichen dem Mittelpunkt des zweiten Teils entspricht. Bei dieser erfindungsgemäßen, einen Geber und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals aufweisenden Vorrichtung kann der magnetfelderzeugende Geber relativ zur Vorrichtung im Wesentlichen entlang eines Weges bewegt werden, der parallel zum Messweg verläuft. Als eine Bewegung des magnetfelderzeugenden Gebers relativ zur Vorrichtung zur Erzeugung eines Sensorsignals wird dabei auch die Bewegung der Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals relativ zu einem stationären, magnetfelderzeugenden Geber verstanden, sowie die gleichzeitige Bewegung des Gebers und der Vorrichtung, allerdings dann mit unterschiedlicher Bewegungsrichtung und/oder unterschiedlicher Bewegungsgeschwindigkeit. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals weist folgende Merkmale auf:

– zumindest ein Sensor weist bezüglich einer Magnetfeldkomponente eines von außen an den Sensor angelegten Magnetfeldes ohne Einwirken des Stützfelds einen Verlauf der Kennlinie, die für jede Feldstärke der Magnetfeldkomponente in dem Sensor einen Wert des Verhältnisses der Stärke des von dem Sensor erzeugten Sensorsignals relativ zum maximal von dem Sensor erzeugbaren Sensorsignal wiedergibt, auf, der in einem Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente im wesentlichen linear ist und angrenzend an den im wesentlichen linear verlaufenden Abschnitt der Kennlinie nicht-linear verläuft,
– das von dem Geber erzeugte Magnetfeld, wenn der Geber sich an der Position entlang des Weges befindet, an der der Geber dem Sensor am nächsten ist, und kein Stützfeld anliegt in dem Sensor eine Magnetfeldkomponente mit einer ersten Feldstärke aufweist, die außerhalb des Feldstärkenbereichs liegt, in dem die Kennlinie einen im wesentlichen linearen Bereichs aufweist, und
– der Sensor bezüglich einer Magnetfeldkomponente eines von außen an den Sensor angelegten Magnetfeldes bei Einwirken des Stützfelds einen anderen Verlauf der Kennlinie aufweist, der in einem Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente im wesentlichen linear ist und angrenzend an den im wesentlichen linear verlaufenden Abschnitt der Kennlinie nicht-linear verläuft,
– das von dem Geber erzeugte Magnetfeld, wenn der Geber sich an der Position entlang des Weges befindet, an der der Geber dem Sensor am nächsten ist, und das Stützfeld anliegt in dem Sensor eine Magnetfeldkomponente mit einer ersten Feldstärke aufweist, die innerhalb des Feldstärkenbereichs liegt, in der der andere Verlauf der Kennlinie einen im wesentlichen linearen Bereichs aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem magnetfelderzeugenden Geber und der Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals macht es sich somit zu Nutze, dass durch das Stützfeld die Kennlinie zumindest eines Sensors, insbesondere bevorzugt aller Sensoren, in solcher Weise beeinflusst werden kann, dass wenn die Magnetfeldkomponente des durch einen vorgegebenen Geber erzeugten Magnetfelds in dem Feldstärkenbereich der Kennlinie des Sensors liegt, in dem die Kennlinie nicht linear verläuft, das Stützfeld eine Kennlinienänderung herbeiführen kann, sodass die durch das Stützfeld geänderte Kennlinie in dem Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente des durch den Geber erzeugten Magnetfelds einen linear verlaufenden Abschnitt aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals kann der Geber entlang eines festgelegten, in seiner Ausdehnung beschränkten Wegs bewegt werden und ist das Stützfeld derart gewählt, dass das von dem Geber erzeugte Magnetfeld bei jeder Position des Gebers entlang des Weges in dem Sensor eine Magnetfeldkomponente mit einer ersten Feldstärke aufweist, die innerhalb des Feldstärkenbereichs liegt, in der der durch das Stützfeld geänderte Verlauf der Kennlinie einen im Wesentlichen linearen Bereich aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals die voranstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals eingesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren, die das Sensorsignal oder ein bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendetes Zwischensignal oder mehrere bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendete Zwischensignale erzeugen, sieht vor, dass

– der Verlauf des Sensorsignal, das erzeugt wird, wenn sich der Geber in der zu bestimmenden Position befindet, in einer Auswerteeinheit mit einem in der Auswerteeinheit abgespeicherten Referenzverlauf verglichen wird, wobei der Referenzverlauf den Verlauf eines mit der Vorrichtung erzeugten Sensorsignals wiedergibt, das erzeugt wurde, als der Geber sich in einer Referenzposition relativ zur Vorrichtung befand, oder der Referenzverlauf auf andere Weise erzeugt wurde,
– in der Auswerteeinheit festgestellt wird, um welchen Betrag und in welche Richtung der Verlauf des Sensorsignals und der Verlauf des Referenzsignals relativ zu einander verschoben werden müssen, um eine Deckung zwischen Sensorsignal und Referenzsignal zu erreichen, und
– aus dem Betrag und der Richtung und der Referenzposition die Position des Gebers ermittelt wird, in der er sich befindet, wenn der Verlauf des Sensorsignals erzeugt wird.

Das Sensorsignal des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist insbesondere ein Signal, das bei einer den Messweg wiedergebenden oder zum Messweg proportionalen X-Achse zu jedem Wert der X-Achse einen Signalwert aufweist. Das Sensorsignal, bzw. das Zwischensignal kann auch ein Tabelle sein, in der X-Werten Signalwerte, bzw. Zwischensignalwerte zugeordnet werden.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus EP 1 209 439 B1 sind Verfahren bekannt, welche beispielsweise auf dem Grundgedanken aufbauen, die Signale zweier, in Gebernähe liegender Sensoren auszuwählen und aus einer Extra-, bzw. Interpolation dieser beiden Sensorsignale einen Positionswert zu ermitteln, wobei EP 1 209 439 B1 zu diesem grundsätzlichen Prinzip eine zusätzliche Korrekturmöglichkeit beschreibt. Ein solches Verfahren kann mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen durchgeführt werden. Ein solches Verfahren setzt jedoch voraus, dass stets der gleiche Gebermagnet eingesetzt wird. Werden jedoch unterschiedliche Gebermagneten eingesetzt, beispielsweise wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals nur in einer Bauform produziert wird, die mit möglichst vielen unterschiedlichen Gebermagneten verwendbar sein soll, so ist zu erwarten, dass mit diesem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nur eine grobe Positionsbestimmung möglich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Position des Gebers besser bestimmt werden.
Insbesondere ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals mit unterschiedlichen magnetfelderzeugenden Gebern einzusetzen, da in der Auswerteeinheit ein Referenzverlauf parametrisiert ist, der den Verlauf eines mit der Vorrichtung erzeugten Sensorsignals wiedergibt, der erzeugt wurde, als der Geber sich in einer bekannten Referenzposition relativ zur Vorrichtung befand, oder der auf andere Weise, beispielsweise durch eine Simulation, erzeugt wurde. Als andere Weise, den Referenzverlauf zu erzeugen bietet sich insbesondere ein Simulation an, deren Ergebnis der Verlauf des zu erwartenden Sensorsignals ist, wenn sich der magnetfelderzeugende Geber in einer Referenzposition relativ zur Vorrichtung zur Erzeugung des Sensorsignals befindet. Ebenso kann als andere Weise die Übernahme des Referenzverlaufs sein, der an einer anderen, insbesondere bevorzugt aus einer anderen, baugleichen Vorrichtung ermittelt wurde.
So kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach der Platzierung am Betriebsort ein einmaliger Kalibriervorgang vorgenommen werden, bei dem der Verlauf des Sensorsignals aus den durch die Sensoren erzeugten Signalen, beispielsweise den Zwischensignalen, als Referenzverlauf ermittelt werden. Dabei kann der Referenzverlauf bevor er in der Auswerteeinheit abgelegt wird, mittels der üblichen signalverarbeitenden Methoden geglättet werden. Im Messbetrieb kann an der bevorzugten Ausführungsform dann der Referenzverlauf rechnerisch so verschoben werden, dass der Verlauf des im Betrieb ermittelten Sensorsignals möglichst gut mit diesem Referenzverlauf übereinstimmt. Aus den für die Verschiebung des Referenzverlaufs notwendigen Parameter kann ein genauer Positionswert ermittelt werden.
Der Verlauf des Sensorsignals, bzw. der Referenzverlauf werden insbesondere bevorzugt in Tabellen oder dergleichen abgelegt, in denen zu Werten der X-Koordinate die jeweiligen Werte des Referenzverlaufs, bzw. des Verlaufs des Sensorsignals an diesem Wert der X-Koordinate abgelegt werden. Die Anzahl der in der Tabelle vorgesehenen X-Werte und der Abstand der einzelnen Werte der X-Koordinate zueinander kann den Messanforderungen angepasst werden. Insbesondere bevorzugt sind die in den Tabellen abgelegten Werte der X-Koordinate gleich beabstandet, insbesondere bevorzugt weisen sie einen wesentlich kleineren Abstand zueinander auf, als die Mittelpunkte der Sensoren in Richtung des Messwegs zueinander beabstandet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugen die Sensoren analoge Zwischensignale, die in digitale Zwischensignale digitalisiert werden, wobei das Sensorsignal aus den digitalen Zwischensignalen erzeugt wird. Dadurch lässt sich eine bessere Signalverarbeitung erreichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Sensorkennlinienlinearitätsabweichungen, die sowohl vom Sensorprinzip als auch von fertigungstechnisch bedingten Abweichungen von Sensorausrichtungen und Stützfeldeinrichtungen herrühren, kompensiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Erzeugung des Sensorsignals Eingangssignale verwendet, die auf Grundlage der Zwischensignale erzeugt werden, wobei bei der Erzeugung der Eingangssignale Nichtlinearitäten und/oder Temperaturabhängigkeiten der Sensoren und/oder der A/D-Wandler korrigiert werden. Dies kann erreicht werden, indem im Rahmen einer einmaligen Werkskalibrierung einerseits die Kennlinie jedes Einzelsensors bei mehreren und magnetischen Feldstärken ausgemessen und in tabellierter Form oder in Form von charakteristischen Kennlinienparametern in einem nicht flüchtigen Speicher abgespeichert wird, andererseits das Temperaturverhalten der Sensoren bei mindestens zwei verschiedenen Temperaturen gemessen und ebenfalls in geeigneter Form abgespeichert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die digitalisierten Sensorsignale vor ihrer weiteren Auswertung unter Berücksichtigung der Form des Referenzverlaufs korrigiert. Die digitalisierten Sensorsignale können vor ihrer weiteren Auswertung unter Berücksichtigung der tatsächlichen Temperatur bei der Messung, des Temperaturverhaltens der Sensorkennlinie, insbesondere des Temperaturverhaltens der Sensoramplitude und des Offsets korrigiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit, welche aus den Sensorsignalen die Position des Gebers ermittelt, auf derselben Leiterplatte, wie die Sensoren platziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich in der Anschlussleitung oder dem Anschlussstecker oder in einem Gehäuse der Vorrichtung eine weitere Auswerteeinheit, welche mit Hilfe der von der Sensoranordnung und ihrer Auswerteeinheit zur Verfügung gestellten Positionsinformationen anhand zuvor definierter Schaltpositionen digitale Schaltvorgänge auslöst und/oder diese Schaltzustände über eine geeignete Schnittstelle zur Verfügung stellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Geber ein ringförmiger Permanentmagnet oder ein zylindrischer Permanentmagnet. Insbesondere bei Kolben werden als Geber häufig ringförmige Permanentmagneten eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Geber Teil eines Kolbens und die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals Teil eines Kolbengehäuses. In einer alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist der Geber Teil eines Ventilkörpers und die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals Teil eines Ventilgehäuses in einem Ventilschieber.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 eine skizzenhafte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals;
2 eine grafische Darstellung des Sensorsignals und des Referenzsignals;
3 eine schematische Darstellung des auf einen Sensor einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einwirkenden Magnetfelder;
4a, b eine schematische Darstellung eines Sensors der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einem magnetfelderzeugenden Geber,
5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensors in einem Gehäuse zusammen mit einem magnetfelderzeugenden Geber;
6 einen Barberpolsensor, wie er im Zusammenhang mit dem Sensor der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann,
7 die Anordnung eines derartigen Barberpolsensors relativ zu einem magnetfelderzeugenden Geber und
8a, b eine schematische Darstellung eines Sensors, wie er bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann.
In der 1 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals 1, dessen als Tabelle 2 dargestellter Verlauf 2 von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers 3 relativ zu der Vorrichtung 1 abhängt. Die Vorrichtung 1 weist eine Vielzahl von magnetempfindlichen Sensoren 4 (in der Darstellung der 1 sind drei Sensoren dieser Vielzahl dargestellt) auf. Die Sensoren 4 sind entlang eines in der Darstellung der 1 linear von oben nach unten weisenden Messwegs angeordnet. Die magnetempfindlichen Sensoren erzeugen Zwischensignale 5.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist eine Stützfeldvorrichtung auf, die in den magnetempfindlichen Sensoren 4 ein magnetisches Stützfeld erzeugt, das zumindest in den magnetempfindlichen Sensoren eine im Wesentlichen gleiche Richtung und eine im Wesentlichen homogene Feldstärke aufweist.
Die 3 zeigt das auf die Sensoren 4 wirkende Magnetfeld, dessen magnetische Feldlinien 13 durch das von den Permanentmagneten 6 der Stützvorrichtung erzeugte Stützfeld und das dem Stützfeld überlagerte, von dem magnetfelderzeugenden Geber 3 erzeugte Magnetfeld beeinflusst werden.
Die Stützfeldvorrichtung wird durch eine Mehrzahl von Permanentmagneten 6 gebildet. Wie in den 1 dargestellt, weisen die Sensoren jeweils einen Teil auf, der ein Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke des von dem Geber 3 erzeugten Magnetfelds.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Stützfeldvorrichtung durch eine Mehrzahl von Permanentmagneten 6 gebildet. Wie in den 8a) dargestellt, weist der jeweilige Sensor einen ersten Teil (Widerstände R1, R2, R3, R4) auf, der ein erstes Zwischensignal erzeugt und einen zweiten Teil (Widerstände R5, R6, R7, R8) auf, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke des von dem Geber 3 erzeugten Magnetfelds. Das erste Zwischensignal ist im Wesentlichen ein sinus-artiger Verlauf (vgl. 8b) für die angelegte Spannung Usin). Das zweite Zwischensignal ist im Wesentlichen ein cosinus-artiger Verlauf (vgl. 8b) für die angelegte Spannung Ucos). Wie aus der 8a ersichtlich, entspricht der Mittelpunkt des ersten Teils dem Mittelpunkt des zweiten Teils.
Die sinus- und cosins-artigen Signale der Sensoren 4 können verwendet werden um den Feldrichtungsverlauf zu bestimmen. Der Feldwinkel ergibt sich in einfacher Weise durch die Division der beiden Signalamplituden mit anschließender Arcus-Tangensberechnung. (Feldwinkel = 0.5·ARCTAN(Uasin/Uacos)). Diese Ausführungsform bietet beispielsweise den Vorteil, dass bei jedem einzelnen Sensor über die Beziehung Uasin·Uasin + Uacos·Uacos = const überprüft werden kann, ob das Sensorsignal in Ordnung ist. Bei schwachen Geberfeldern gewährleistet das Stützfeld die Einhaltung dieser Bedingung. Bei starken Geberfeldern kann auf das Stützfeld verzichtet werden. Nachteilig ist dann der erhöhte Elektronik- und Rechenaufwand.
Bei dieser Variante muß aber nicht der Feldwinkel bestimmt werden – beide Signale können beispielsweise analog dem nachstehend näher beschriebenen Verfahren unabhängig voneinander verwendet und ausgewertet werden. So läßt sich die Anzahl der Messpunkte bei gleicher Baugröße verdoppeln. Es kann aber auch nur eines der beiden Signale pro Sensor analog dem nachstehend näher beschriebenen Verfahren ausgewertet werden, was aber starke Geberfeldstärken voraussetzt.
Wie in 1 gezeigt, werden die von den Sensoren 4 erzeugten Zwischensignale 5 einer Einheit 7 zugeführt, in der aus den analogen Zwischensignalen 5 digitale Zwischensignale 8 erzeugt werden, wobei beim Erzeugen der digitalen Zwischensignale aus den analogen Zwischensignalen ebenfalls Nichtlinearitäten und Temperaturabhängigkeiten der Sensoren und des in der Einheit 7 vorgesehenen A/D-Wandlers korrigiert werden. Die analogen Zwischensignale können auch über einen Multiplexer einer Einheit 7 zugeführt werden.
In der Einheit 9 wird dann aus den digitalen Zwischensignalen 8 (Eingangssignale) das Sensorsignal 2 erzeugt. Das Sensorsignal kann als Tabelle dargestellt werden, die jedem Sensor 4 einen Messwert für die aktuelle Position des Gebers 3 zuordnet. Die Position der Sensoren 4 entlang des linearen Messwegs ist vorbekannt, sodass die tabellenartige Darstellung, bei der dem jeweiligen Sensor ein Messwert zugeordnet wird, der Darstellung eines Signalsverlaufs gleicht, bei der entlang einer linearen X-Koordinate (dem Messweg) der Verlauf von Messwerten dargestellt wird.
Das Sensorsignal 2 wird einer Auswerteeinheit 10 zugeführt. In dieser Auswerteeinheit 10 wird der Verlauf des Signals, das erzeugt wird, wenn sich der Geber in der zu bestimmenden Position befindet, mit einem in der Auswerteeinheit 10 abgespeicherten Referenzverlauf 11 verglichen, wobei der Referenzverlauf den Verlauf eines mit der Vorrichtung erzeugten Sensorsignals wiedergibt, das erzeugt wurde, als der Geber 3 sich in einer bekannten Referenzposition relativ zur Vorrichtung befand. In der Auswerteeinheit wird – wie in 2 dargestellt – festgestellt, um welchen Betrag und in welche Richtung der Verlauf des Sensorsignals und der Verlauf des Referenzsignals relativ zueinander verschoben werden müssen, um eine Deckung zwischen Referenzsignal und Sensorsignal zu erreichen. Aus dem Betrag und der Richtung und der Referenzposition wird die Position des Gebers ermittelt, in der er sich befindet, wenn der Verlauf des Sensorsignals erzeugt wird.
In der in 2 dargestellten Grafik wird beispielhaft der Inhalt des tabellenartigen Sensorverlaufs 2 und des tabellenartigen Referenzverlaufs 11 dargestellt. 2 zeigt als Punkte die zu den jeweiligen Sensoren abgelegten Werte im Sensorverlauf. Als durchgezogene Linie sind in der Grafik der 2 die Referenzwerte dargestellt. Zu erkennen ist, dass der gemessene Sensorverlauf um etwas mehr als zwei Sensoren nach links verschoben ist. Verschiebt man mathematisch den Referenzverlauf auf den Sensorverlauf (oder – was im Ergebnis die gleiche Information liefert – den Sensorverlauf auf den Referenzverlauf), so kann man den Betrag feststellen, um den der jeweilige Verlauf verschoben werden muss und in welche Richtung er verschoben werden muss. Zu dem Referenzverlauf ist bekannt, in welcher Position sich der Geber 3 befand, als der Referenzverlauf aufgenommen werden musste. Mit der Information des Betrags und der Richtung kann somit aus dem mathematischen Verschieben der Verläufe festgestellt werden, um welchen Betrag und in welche Richtung sich der Geber zum Zeitpunkt des Erzeugen des Sensorverlaufs relativ zu der Position befindet, in der der Referenzverlauf aufgenommen wurde. Damit lässt sich die exakte Position des Gebers 3 zum Zeitpunkt der Aufnahme des Sensorverlaufs feststellen.
In den 4a, b sind die Vorderseite und die Rückseite einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Sensoren 4 dargestellt, die auf einer Grundplatte angeordnet sind. Dabei ist in der 4a eine Ansicht der Vorderseite einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und in der 4b die Rückseite der gleichen erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In der 4b erkennt man die Permanentmagneten 6 der Stützfeldvorrichtung. Ferner ist in den 4a und 4b der Gebermagnet 3 dargestellt.
In der 5 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Gehäuse 14 dargestellt. In dem Gehäuse 14 ist die Grundplatte mit den von ihr getragenen Elementen, wie sie beispielsweise in den 4a und 4b zu erkennen ist, angeordnet. Ferner ist dem Gehäuse 14 der Gebermagnet 3 gegenüber gestellt. Das Gehäuse 14 weist eine Formgebung auf, die es ermöglicht, das Gehäuse in eine Nut einzuschieben.
In 6 ist ein Barberpolsensor dargestellt. Dieser Barberpolsensor besteht aus 4 magnetoresistiven Widerständen 15, auf denen so genannte „Barberpole” 16 angeordnet sind.
Die 7 zeigt die Anordnung des in 6 dargestellten Barberpolsensors in dem Magnetfeld eines Gebermagnetens 3.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3244891 C2 [0003, 0004, 0005]
EP 1209439 B1 [0004, 0032, 0032]
EP 0693673 A2 [0005]
EP 1264159 B1 [0005]
EP 0783666 B1 [0008]

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, dessen Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren, die das Sensorsignal oder ein bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendetes Zwischensignal oder mehrere bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendete Zwischensignale erzeugen, gekennzeichnet durch eine Stützfeldvorrichtung, die in den magnetfeldempfindlichen Sensoren ein magnetisches Stützfeld erzeugt, das zumindest in den magnetfeldempfindlichen Sensoren eine im wesentlichen gleiche Richtung und eine im wesentlichen homogenen Feldstärke aufweist, und/oder dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor einen ersten Teil aufweist, der ein erstes Zwischensignal erzeugt, und einen zweiten Teil aufweist, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke eines extern erzeugten Magnetfelds und das erste Zwischensignal im wesentlichen einen sinus-artigen Verlauf und das zweite Zwischensignal im wesentlichen einen cosinus-artigen Verlauf aufweist, und der Mittelpunkt des ersten Teils dem Mittelpunkt des zweiten Teils im wesentlichen entspricht.
Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, dessen Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren, die das Sensorsignal oder ein bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendetes Zwischensignal oder mehrere bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendete Zwischensignale erzeugen, wobei die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals eine Stützfeldvorrichtung aufweist, die in den magnetfeldempfindlichen Sensoren ein magnetisches Stützfeld erzeugt, und/oder bei der Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zumindest ein Sensor einen ersten Teil aufweist, der ein erstes Zwischensignal erzeugt, und einen zweiten Teil aufweist, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke eines extern erzeugten Magnetfelds und das erste Zwischensignal im wesentlichen einen sinus-artigen Verlauf und das zweite Zwischensignal im wesentlichen einen cosinus-artigen Verlauf aufweist, und der Mittelpunkt des ersten Teils dem Mittelpunkt des zweiten Teils im wesentlichen entspricht, insbesondere eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der magnetfelderzeugende Geber relativ zur Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals im wesentlich entlang eines Weges bewegt werde kann, der im wesentlichen parallel zum Messweg verläuft, wobei – zumindest ein Sensor bezüglich einer Magnetfeldkomponente eines von außen an den Sensor angelegten Magnetfeldes ohne Einwirken des Stützfelds einen Verlauf der Kennlinie, die für jede Feldstärke der Magnetfeldkomponente in dem Sensor einen Wert des Verhältnisses der Stärke des von dem Sensor erzeugten Sensorsignals relativ zum maximal von dem Sensor erzeugbaren Sensorsignal wiedergibt, aufweist, der in einem Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente im wesentlichen linear ist und angrenzend an den im wesentlichen linear verlaufenden Abschnitt der Kennlinie nicht-linear verläuft, – das von dem Geber erzeugte Magnetfeld, wenn der Geber sich an der Position entlang des Weges befindet, an der der Geber dem Sensor am nächsten ist, und kein Stützfeld anliegt, in dem Sensor eine Magnetfeldkomponente mit einer ersten Feldstärke aufweist, die außerhalb des Feldstärkenbereichs liegt, in dem die Kennlinie einen im wesentlichen linearen Bereichs aufweist, und – der Sensor bezüglich einer Magnetfeldkomponente eines von außen an den Sensor angelegten Magnetfeldes bei Einwirken des Stützfelds einen anderen Verlauf der Kennlinie aufweist, der in einem Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente im wesentlichen linear ist und angrenzend an den im wesentlichen linear verlaufenden Abschnitt der Kennlinie nicht-linear verläuft, – das von dem Geber erzeugte Magnetfeld, wenn der Geber sich an der Position entlang des Weges befindet, an der der Geber dem Sensor am nächsten ist, und das Stützfeld anliegt in dem Sensor eine Magnetfeldkomponente mit einer ersten Feldstärke aufweist, die innerhalb des Feldstärkenbereichs liegt, in der der andere Verlauf der Kennlinie einen im wesentlichen linearen Bereichs aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messweg eine Linie oder ein Ellipsenbogen oder eine zylindrische Fläche oder eine hyperbolische Fläche ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren und die Stützfeldvorrichtung zur Bildung eines Sensorkopfes an einem Trägerelement befestigt sind und dass die Abmessungen des Sensorkopfes kleiner als 150 mm in Richtung des Messwegs und kleiner als 2,4 mm in eine erste Richtung senkrecht zum Messweg und kleiner als 10 mm in einer zweiten Richtung, die senkrecht zum Messweg und senkrecht zur ersten Richtung ist, sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetfeldempfindlichen Sensoren magnetoresistive Sensoren sind.
Vorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber ein ringförmiger Permanentmagnet oder ein zylindrischer Permanentmagnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber Teil eines Kolbens ist und die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals Teil eines Kolbengehäuses ist oder dass der Geber Teil eines Ventilkörpers und die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals Teil eines Ventilgehäuses ist.
Verfahren zur Bestimmung der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren, die das Sensorsignal oder ein bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendetes Zwischensignal oder mehrere bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendete Zwischensignale erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass – der Verlauf des Sensorsignal, das erzeugt wird, wenn sich der Geber in der zu bestimmenden Position befindet, in einer Auswerteeinheit mit einem in der Auswerteeinheit abgespeicherten Referenzverlauf verglichen wird, wobei der Referenzverlauf den Verlauf eines mit der Vorrichtung erzeugten Sensorsignals wiedergibt, das erzeugt wurde, als der Geber sich in einer Referenzposition relativ zur Vorrichtung befand, oder der auf andere Weise erzeugt wurde, – in der Auswerteeinheit festgestellt wird, um welchen Betrag und in welche Richtung der Verlauf des Sensorsignals und der Verlauf des Referenzsignals relativ zu einander verschoben werden müssen, um eine Deckung zwischen Sensorsignal und Referenzsignal zu erreichen, und – aus dem Betrag und der Richtung die Position des Gebers ermittelt wird, in der er sich befindet, wenn der Verlauf des Sensorsignals erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren analoge Zwischensignale erzeugen, die in digitale Zwischensignale digitalisiert werden, und das Sensorsignal aus den digitalen Zwischensignalen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Sensorsignals Eingangssignale verwendet werden, die auf Grundlage der Zwischensignale erzeugt werden und dass bei der Erzeugung der Eingangssignale Nichtlinearitäten und/oder Temperaturabhängigkeiten der Sensoren und/oder der A/D-Wandler korrigiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal und/oder die Zwischensignale mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erzeugt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, welches zum Einschieben in Nuten von Positioniervorrichtungen geeignet ist und das im Bereich der Sensoren nur zu einem kleinen Anteil oder gar nicht aus der Nut herausragt, wobei lediglich im Bereich des Kabelanschlusses ein auch als Montagehandhabe dienender Vorsprung wesentlich aus der Nut herausragen kann.