DE102011109551A1 - Measuring system for contactless measurement of positions of magnetic element for motor, determines desired curve adapted to magnetization between north and south poles of magnetic elements with respect to reference element - Google Patents

Measuring system for contactless measurement of positions of magnetic element for motor, determines desired curve adapted to magnetization between north and south poles of magnetic elements with respect to reference element Download PDF

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Abstract

The measuring system (1) has a magnetic encoder (2) that performs very high accurate measurement of positions of magnetic elements (8) rotated or displaced with respect to a reference element. The magnetic elements are mutually spaced at a fixed period length along shifting direction or twisting direction. The desired curve adapted to magnetization between north poles and south poles of magnetic elements with respect to the reference element is determined by a Wiegand sensor, based on positions of magnetic elements along shifting direction or twisting direction.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messsystem mit einem Referenzkörper und einem gegenüber dem Referenzkörper verschiebbaren oder verdrehbaren Körper mit einem magnetischen Encoder.The invention relates to a measuring system with a reference body and a relative to the reference body slidable or rotatable body with a magnetic encoder.

In einer Vielzahl von technischen Anwendungen sind Konzepte zum berührungslosen Messen von Positionen und Wegen zweier relativ zueinander beweglicher Bauteile von besonderer Bedeutung. Beispielsweise kann es im Bereich der Kraftfahrzeug-Technologie bedeutsam sein, eine lineare oder nahezu lineare Verschiebung zweier Bauteile relativ zueinander quantitativ zu erfassen, insbesondere in Pedalwegsensoren, Speicherwegsensoren in hydraulischen oder pneumatischen Speichern, Stoßdämpfersensoren, Füllstandsbestimmungen in Flüssigkeitstanks, Sensoren zur Ermittlung von Scheinwerferpositionen, Drosselklappensensoren, Linearmotoren, Ablängmaschinen für Stahlträger, Holzbearbeitungsmaschinen oder dergleichen. Gleichermaßen kann auch die quantitative Erfassung der Verdrehung zweier Komponenten relativ zueinander in der Art einer rotatorischen Relativbewegung oder Winkelverdrehung in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten, wie beispielsweise in der Kraftfahrzeug-Technik, in Handhabungsgeräten, Druck-, Textil- oder Holzverarbeitungsmaschinen, Robotern, Windanlagen oder einer Vielzahl weiterer Anwendungen bedeutsam sein.In a variety of technical applications, concepts for non-contact measurement of positions and paths of two relatively movable components are of particular importance. For example, in the field of automotive technology it may be important to quantitatively detect a linear or nearly linear displacement of two components relative to each other, particularly in pedal travel sensors, accumulator sensors in hydraulic or pneumatic accumulators, shock absorber sensors, liquid tank level determinations, headlight position sensor sensors, throttle position sensors , Linear motors, cutting machines for steel beams, woodworking machines or the like. Equally, the quantitative detection of the rotation of two components relative to each other in the manner of a rotational relative movement or angular rotation in a variety of applications, such as in motor vehicle technology, in handling equipment, printing, textile or wood processing machines, robots, wind turbines or a Many other applications will be significant.

Sowohl bei der Erfassung von Linear- oder Verschiebebewegungen zweier Bauteile relativ zueinander als auch bei der Erfassung von Verdrehungen oder rotatorischen Relativbewegungen zweier Bauteile zueinander können verschiedenartige Technologien zum Einsatz kommen, insbesondere optische oder auch magnetische Systeme. Optische Abtastungen bieten dabei üblicherweise den Vorteil vergleichsweise hoher Auflösung und Präzision bei der Erfassung von Messwerten. Im Gegensatz dazu sind magnetische Systeme jedoch üblicherweise kostengünstiger und auch technologisch robuster als vergleichbare optische Systeme, so dass insbesondere für Anwendungen in rauen oder widrigen Umgebungsbedingungen Vorteile bei magnetfeld-basierten Systemen bestehen. Messsysteme, die zur Ermittlung relativer Positionsverschiebungen oder Verdrehungen zweier Bauteile relativ zueinander vorgesehen sind, setzen sich dabei in der Regel aus einem Signalgeber oder Encoder, der auf einem der Bauteile montiert ist, und einem Sensor oder Lesekopf zusammen, der den Signalgeber oder Encoder abtastet und auf dem jeweils anderen Bauteil montiert ist. Die Abtastung kann dabei insbesondere über Licht- oder Hochfrequenzsignale, elektrische oder magnetische Felder erfolgen. Als Impulsgeber sind unter anderem Lochscheiben, Zahnräder und magnetische Strukturen bekannt. Unter „Encoder” – oftmals auch als „Maßverkörperung” bezeichnet – ist hierbei insbesondere ein magnetisches oder magnetisiertes Strukturelement mit einer durch Magnetisierung oder dergleichen aufgeprägten magnetischen Signatur zu verstehen, dessen Magnetfeld oder magnetische Signatur über den Sensor erfass- und auswertbar ist.Both in the detection of linear or sliding movements of two components relative to each other as well as in the detection of rotations or rotational relative movements of two components to each other various technologies can be used, in particular optical or magnetic systems. Optical scans usually offer the advantage of comparatively high resolution and precision in the acquisition of measured values. In contrast, however, magnetic systems are usually more cost effective and technologically more robust than comparable optical systems, so that there are advantages in magnetic field-based systems, especially for applications in harsh or adverse environmental conditions. Measuring systems which are provided for determining relative position shifts or twists of two components relative to one another, are generally composed of a signal transmitter or encoder mounted on one of the components and a sensor or read head which scans the signal transmitter or encoder and is mounted on the other component. The scanning can be carried out in particular via light or high-frequency signals, electrical or magnetic fields. Perforated disks include perforated disks, gears and magnetic structures. "Encoder" - often referred to as "material measure" - is in this case in particular a magnetic or magnetized structural element to be understood by magnetization or the like impressed magnetic signature whose magnetic field or magnetic signature can be detected and evaluated via the sensor.

Üblicherweise unterscheidet man zwischen so genannten Inkrementalgebern einerseits und so genannten Absolutgebern andererseits. Bei einem Inkrementalgeber werden über ein optisches oder magnetisches Messsystem Winkeländerungen (rotatorisch) oder Positionsänderungen (linear) erfasst und in Form von impulsförmigen Inkremental-, also Zählsignalen, übertragen. Der Bezug zur physikalischen Lageinformation wird über eine Referenzierung eines Nullpunktes hergestellt, von dem aus die Änderungen gezählt werden. Vorteil ist, dass nur Änderungsinformationen übertragen werden müssen, was unter anderem für schnelle, dynamische Anwendungen günstiger ist. Nachteilig ist, dass bei einem Spannungsausfall die Referenzierung und somit der Bezug zur physikalischen Lageinformation verloren geht und neu referenziert werden muss. Das reine Verharren in einer Ruheposition ist nicht problematisch, solange die Lageinformation im Zähler gehalten wird. Bei einem Absolutgeber ist andererseits auf einem zugeordneten Referenzkörper oder Maßstab die physikalische Position diskret oder kontinuierlich eindeutig abgebildet, wie z. B. auf einer Codescheibe oder einem codierten Linearmaßstab. Jeder diskreten physikalischen Position ist ein eindeutiger codierter Wert zugeordnet, bei einer analogen Abtastung ist jeder Position ein kontinuierlicher eindeutiger Analogwert zugeordnet. Ein Spannungsausfall führt nicht zu einem Verlust dieser Zuordnung. Nachteilig ist der erhöhte Aufwand für die Realisierung und die Übertragung (z. B. durch analoge Signale entsprechender Güte oder ganzen digitalen Positionswörtern). Üblicherweise werden bei einem Absolutsystem mindestens zwei Spuren verwendet. Eine Spur wird mit einem Digitalcode versehen, in dem sich eine abgetastete Strecke immer nur einmal auf dem Umfang befindet. Damit wird die Absolutposition auf eine Basisteilung genau definiert (einige Millimeter). Die genaue Positionierung erfolgt anschließend über die Auswertung einer Inkrementalspur.Usually one differentiates between so-called incremental encoders on the one hand and so-called absolute donors on the other hand. In the case of an incremental encoder, angle changes (rotational) or changes in position (linear) are detected by an optical or magnetic measuring system and transmitted in the form of pulse-shaped incremental, ie counting signals. The reference to the physical position information is produced by referencing a zero point from which the changes are counted. The advantage is that only change information must be transmitted, which is cheaper, among other things, for fast, dynamic applications. The disadvantage is that in the event of a power failure, the referencing and thus the reference to the physical position information is lost and must be re-referenced. The mere persistence in a rest position is not problematic as long as the position information is kept in the counter. In an absolute encoder on the other hand on an associated reference body or scale, the physical position discretely or continuously clearly mapped, such. B. on a code disk or a coded linear scale. Each discrete physical position is assigned a unique coded value; in an analog scan, each position is assigned a continuous unique analog value. A power failure does not lead to a loss of this assignment. A disadvantage is the increased expenditure for the realization and the transmission (eg by analog signals of corresponding quality or entire digital position words). Usually, at least two tracks are used in an absolute system. A track is provided with a digital code in which a scanned track is only once on the circumference. This defines the absolute position to a basic pitch (a few millimeters). The exact positioning is then carried out via the evaluation of an incremental track.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem der oben genannten Art anzugeben, mit dem auf besonders einfache Weise und mit besonders hoher Messgenauigkeit die Messung der Position eines gegenüber einem Referenzkörper verschiebbaren oder verdrehbaren Körpers ermöglicht ist.The invention is therefore based on the object to provide a measuring system of the type mentioned above, with the measurement of the position of a relative to a reference body slidable or rotatable body is made possible in a particularly simple manner and with very high accuracy.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Encoder eine Mehrzahl von in einer vorgesehenen Verschiebungs- oder Verdrehungsrichtung gesehen periodisch mit fester Periodenlänge beabstandet zueinander angeordneten, jeweils ein magnetisches Polpaar bildenden Magnetelementen aufweist, wobei jedes Magnetelement ein an eine vorgegebene, für die Position des jeweiligen Magnetelements in Verschiebungs- oder Verdrehungsrichtung gesehen charakteristische Sollkurve angepasstes Magnetisierungsverhältnis zwischen Nordpol- und Südpolanteilen aufweist, und wobei der Referenzkörper mit einem Wiegandsensor versehen ist.This object is achieved by the encoder a plurality of seen in a planned displacement or rotation direction periodically with a fixed period length Each magnet element has a magnetization ratio between north pole and south pole components which is adapted to a predetermined nominal curve for the position of the respective magnetic element in the direction of displacement or torsion, and wherein the reference body comprises a weighing sensor is provided.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Für die folgenden Benennungen und Bezeichnungen wird dabei davon ausgegangen, dass – wie bei gängigen magnetfeldbasierten Schreib-Lese-Systemen üblich – magnetfeldbasierte Informationen in ein geeignetes Material eingespeichert werden können, indem über beispielsweise einen magnetischen Schreibkopf ein geeignetes Material in seinem Oberflächenbereich geeignet magnetisiert wird, indem beispielsweise im Material vorhandene magnetische Dipole oder Domänen relativ zum Schreibkopf geeignet ausgerichtet werden. Ein Auslesen über einen geeigneten Lesekopf ist sodann möglich durch Ermittlung der relativen Ausrichtung dieser Magnetisierung, also der magnetischen Dipole oder Domänen im Material, relativ zu einer Referenz-Richtung im Lesekopf. Die Bezeichnung „Nordpolanteil” und „Südpolanteil” ist dabei stellvertretend für eine jeweils geeignet ausgerichtete Magnetisierung, also insbesondere einerseits parallel und andererseits antiparallel zu einer vorgegebenen Referenzachse, zu verstehen.For the following terms and designations, it is assumed that magnetic field-based information can be stored in a suitable material, as usual in magnetic field-based read-write systems by suitably magnetizing a suitable material in its surface area via, for example, a magnetic write head. for example, by properly aligning magnetic dipoles or domains present in the material relative to the write head. Readout via a suitable read head is then possible by determining the relative orientation of this magnetization, ie the magnetic dipoles or domains in the material, relative to a reference direction in the read head. The term "north pole portion" and "south pole portion" is to be understood as meaning a respectively suitably oriented magnetization, that is to say, in particular, on the one hand parallel and, on the other hand, antiparallel to a predetermined reference axis.

Desweiteren bezeichnet „Wiegandsensor” einen auf magnetische Felder sensitiven Sensor, der im Wesentlichen einen Wiegand-Draht umfasst, welcher aus einer speziellen Legierung mit einem hartmagnetischen Metall als Mantel und einem weichmagnetischen Metall als Kern besteht. Der Wiegand-Draht ist von einer Spule umwickelt.Furthermore, "Wiegandsensor" refers to a magnetic field sensitive sensor, which essentially comprises a Wiegand wire, which consists of a special alloy with a hard magnetic metal as a sheath and a soft magnetic metal as the core. The Wiegand wire is wrapped in a coil.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei besonders einfacher Bauweise zuverlässig und mit vergleichsweise hoher Auflösung die Bestimmung der Position eines mit dem Encoder bestückten Bauteils relativ zu einem – üblicherweise ortsfest gehaltenen – Referenzbauteil ermöglicht wird, indem auf geeignete Weise eine für einen Magnetfeldsensor im Referenzbauteil geeignet auslesbare ortsaufgelöste magnetische Signatur durch den Encoder erzeugt wird. Um dabei bei gering gehaltenem Aufwand eine vergleichsweise hoch genaue Positionsmessung zu ermöglichen, sollten auch bei einem so genannten „einspurigen” magnetischen Signalgeber, dessen Magnetfeldcharakteristik über einen zugeordneten Sensor auslesbar ist, ein entsprechend geeignetes komplexes Feld bereitgestellt werden.The invention is based on the consideration that in a particularly simple construction reliably and with comparatively high resolution, the determination of the position of a component equipped with the encoder relative to a - usually held stationary - reference component is made possible by a suitable for a magnetic field sensor in the Reference component suitable readable spatially resolved magnetic signature is generated by the encoder. In order to enable a comparatively high-precision position measurement with little effort, a correspondingly suitable complex field should also be provided in the case of what is known as a "single-track" magnetic signal transmitter whose magnetic field characteristic can be read out via an associated sensor.

Um dies zu ermöglichen, ist vorgesehen, eine magnetische Signatur auf der Basis der Überlagerung zweier Signaturen, ähnlich der Überlagerung mehrerer Signale mit unterschiedlichen Frequenzen in der Elektrotechnik, bereitzustellen. Die erste Signatur soll dabei nunmehr durch die jeweils ein magnetisches Polpaar bildenden Magnetelemente beigesteuert werden, die in der vorgesehenen Verschiebungs- oder Verdrehungsrichtung gesehen periodisch und mit fester Periodenlänge beabstandet zueinander angeordnet sind. Durch diese periodisch beabstandete Anordnung mit fester Periodenlänge ist in Analogie zu einer „Grundwelle” eine erste charakteristische Signatur mit einer durch die Periodenlänge vorgegebenen Wellenlänge verfügbar. Um die gewünschte hohe Ortsauflösung auch bei der Erfassung der Absolut-Position des Encoders zu ermöglichen, ist die Überlagerung dieser ersten charakteristischen Signatur mit einer weiteren charakteristischen Signatur vorgesehen. Diese soll quantitativ durch eine geeignete Einstellung der Gesamtmagnetisierung des jeweiligen Magnetelements, also insbesondere durch eine geeignete Wahl des jeweiligen Magnetisierungsverhältnisses zwischen „Nordpolanteilen” und „Südpolanteilen”, bereitgestellt werden. Das Magnetisierungsverhältnis des jeweiligen Magnetelements ist dabei, entsprechend der Positionierung des jeweiligen Magnetisierungselements innerhalb des Encoders in der jeweiligen Verschiebungs- oder Verdrehungsrichtung gesehen, an eine für diese Position charakteristische vorgegebene Sollkurve angepasst.To make this possible, it is provided to provide a magnetic signature based on the superposition of two signatures, similar to the superimposition of several signals with different frequencies in electrical engineering. The first signature should now be contributed by the respective magnetic pole pair forming magnetic elements, which are seen in the intended direction of displacement or rotation periodically spaced and fixed with a fixed period length to each other. By means of this periodically spaced arrangement with a fixed period length, a first characteristic signature having a wavelength predetermined by the period length is available analogously to a "fundamental wave". In order to enable the desired high spatial resolution even when detecting the absolute position of the encoder, the superimposition of this first characteristic signature is provided with a further characteristic signature. This should be provided quantitatively by a suitable adjustment of the total magnetization of the respective magnetic element, ie in particular by a suitable choice of the respective magnetization ratio between "North Pole Shares" and "South Pole Shares". The magnetization ratio of the respective magnetic element is, in accordance with the positioning of the respective magnetizing element within the encoder seen in the respective displacement or rotation direction, adapted to a predetermined characteristic curve characteristic of this position.

Die Magnetelemente können dabei in der Art aufgebrachter Domänenstrukturen segment- oder blockweise konstant gehaltene Magnetisierungen mit bedarfsabhängig gewählter Magnetisierungsrichtung (Unterscheidung zwischen „Nordpolsegment” und „Südpolsegment”) aufweisen, wobei das genannte Magnetisierungsverhältnis durch geeignete Wahl der jeweiligen Block- oder Segmentgrößen eingestellt werden kann.The magnet elements may have in the manner of applied domain structures segmented or blockwise magnetizations kept constant with demand magnetically selected direction of magnetization (distinction between "North Pole Segment" and "South Pole Segment"), said magnetization ratio can be adjusted by a suitable choice of the respective block or segment sizes.

Wie nunmehr erkannt wurde, eignet die Kombination eines derartigen Encoders mit einem Wiegandsensor in besonderem Maße, ein Messsystem zur Positionsbestimmung bereitzustellen, bei dem zusätzlich zu der Positionsbestimmung entlang eines gegenüber dem Referenzkörper verschieb- oder verdrehbaren Körpers auch die Anzahl der vollen Umdrehungen bzw. bei einer Aneinanderreihung von Körpern die Anzahl der am Referenzkörpern vorbeigegangenen bzw. vorbeigeschobenen Körper gezählt werden kann. Die durch den Encoder spezifizierte magnetische Signatur kann zur Bestimmung der Position entlang einer Umdrehung oder entlang eines Körpers durch geeignete Sensoren abgetastet werden. Das Messsystem wird auf diese Weise ertüchtigt, auch die Anzahl der vollständigen Umdrehungen zu zählen bzw. Positionen an einer Aneinanderreihung von Körpern zu bestimmen.As has now been recognized, the combination of such an encoder with a Wiegandsensor particularly suitable to provide a measuring system for determining position, in addition to the position determination along a relative to the reference body displaceable or rotatable body and the number of full revolutions or at a Sequence of bodies, the number of passed or pushed past the reference bodies body can be counted. The magnetic signature specified by the encoder can be scanned by appropriate sensors to determine position along a revolution or along a body. The measuring system is improved in this way, including the number of complete To count turns or to determine positions on a sequence of bodies.

Der Wiegand-Draht des Wiegandsensors wird durch den Wechsel von Nordpolanteilen und Südpolanteilen in den Magnetelementen des Encoders – bei geeigneter Stärke des Magnetfeldes – bei Vorbeigang an dafür konfigurierten Magnetfeldelementen jeweils ummagnetisiert, wodurch er einen elektrischen Impuls erzeugt, der ein robustes Signal zur Erkennung des Vorübergangs des Wiegandsensors an dem jeweiligen Magnetelement darstellt. Aufgrund der Robustheit des auf diese Weise generierten Spannungspulses eignet sich diese Art der Erkennung auch bei schnellem Vorbeigang des Referenzkörpers an dem gegenüber dem Referenzkörper verschiebbaren oder verdrehbaren Körper.The Wiegand wire of the Wiegandsensors is respectively reversed by the change of North Polanteilen and Südpolanteilen in the magnetic elements of the encoder - with suitable strength of the magnetic field - passing it for configured magnetic field elements, thereby generating an electrical pulse, which is a robust signal for the detection of the transition represents the Wiegandsensors to the respective magnetic element. Due to the robustness of the voltage pulse generated in this way, this type of detection is also suitable for rapid passing of the reference body on the relative to the reference body slidable or rotatable body.

Der Wiegandsensor kann vorteilhaft mit weiteren bzw. zusätzlichen Magnetfeldsensoren kombiniert werden. Durch die Verwendung wenigstens zweier in Verschiebe- oder Verdrehrichtung voneinander beabstandet zueinander angeordneter Magnetfeldsensoren ist dabei die durch den Encoder bereitgestellte Signalstruktur und der Magnetfeldcharakteristik besonders zielgerichtet auswertbar. Insbesondere kann durch eine derartige Konstellation die Überlagerung der beiden periodischen Anteile, einerseits gegeben durch die periodische Anordnung der Magnetelemente als solche und andererseits gegeben durch die vorzugsweise periodisch variierende Magnetisierung der Magnetelemente, in ihre Einzelbestandteile aufgelöst werden, so dass eine besonders zuverlässige Ortsbestimmung ermöglicht ist. Abhängig vom gewählten Abstand zwischen den Magnetfeldsensoren kann unter Rückgriff auf eine zugeordnete mathematische Funktion eine Umrechnung der gemessenen Signale und eine Zuordnung der Signalanteile zu den beiden periodischen Anteilen erfolgen.The Wiegandsensor can be advantageously combined with additional or additional magnetic field sensors. By using at least two magnetic field sensors arranged spaced apart from one another in the direction of displacement or twisting, the signal structure provided by the encoder and the magnetic field characteristic can be evaluated in a particularly targeted manner. In particular, by such a constellation, the superposition of the two periodic components, on the one hand given by the periodic arrangement of the magnetic elements as such and on the other hand given by the preferably periodically varying magnetization of the magnetic elements, are resolved into their individual components, so that a particularly reliable location determination is possible. Depending on the selected distance between the magnetic field sensors, recourse to an associated mathematical function can be used to convert the measured signals and to assign the signal components to the two periodic components.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Messsystems ist der Encoder derart konfiguriert, dass der Wiegandsensor bei Vorbeigang an dem gegenüber dem Referenzkörper verschiebbaren oder verdrehbaren Körper eine vorgegebene Anzahl von Ummagnetisierungspulsen erzeugt. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Wiegandsensors jeweils der vollständige Vorübergang des Körpers an dem Referenzkörper gezählt werden. Der Zählvorgang wird dabei besonders einfach realisiert, wenn der Wiegandsensor bei einer Umdrehung des Referenzkörpers beziehungsweise bei einem vollständigen Vorübergang an dem Referenzkörper genau zwei zählbare Impulse generiert. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die „Grundwelle” bei einer vollständigen Umdrehung/Verschiebung des Referenzkörpers genau eine Periode aufweist. Erhöht man die Zahl der Perioden pro Umdrehung/Körper steigt proportional die Anzahl der Impulse. Bei einer konstanten Zählerbreite verringert sich dadurch die Anzahl der zählbaren Umdrehung bzw. die Anzahl der zählbaren linear hintereinander angeordneten Körper. Bei gleicher Anzahl von Umdrehungen/Körper, die gezählt werden sollen, würde ein entsprechend größerer Zähler benötigt.In an advantageous embodiment of the measuring system, the encoder is configured such that the Wiegandsensor generates a predetermined number of Ummagnetisierungspulsen in passing the body relative to the reference body or rotatable body. In this way, with the help of the Wiegandsensors each of the complete pre-transition of the body can be counted on the reference body. In this case, the counting process is realized in a particularly simple manner if the weighing sensor generates precisely two countable pulses during one revolution of the reference body or during a complete pre-transition to the reference body. This can be achieved by virtue of the fact that the "fundamental wave" has exactly one period during a complete revolution / displacement of the reference body. Increasing the number of periods per revolution / body increases proportionally the number of pulses. At a constant counter width thereby reduces the number of countable revolution or the number of countable linearly arranged one behind the other body. With the same number of revolutions / body to be counted, a correspondingly larger counter would be needed.

In der bevorzugten Ausgestaltung des Messsystems mit wenigstens zwei zusätzlichen Magnetfeldsensoren können im Falle von gegeneinander verdrehbarem Körper und Referenzkörper auf diese Weise beispielsweise mit Hilfe des Wiegandsensors volle Umdrehungen gezählt werden, während durch die Magnetfeldsensoren die Position innerhalb einer Umdrehung bestimmt wird. Bei einer Aneinanderreihung mehrerer Körper, die gegenüber dem Referenzkörper verschiebbar sind, kann so der Vorübergang jedes einzelnen dieser Körper an dem Wiegandsensor gezählt werden. Die Position entlang des jeweiligen Körpers kann durch die Magnetfeldsensoren bestimmt werden.In the preferred embodiment of the measuring system with at least two additional magnetic field sensors can be counted in the case of mutually rotatable body and reference body in this way, for example, using the Wiegandsensors full revolutions, while the position is determined within one revolution by the magnetic field sensors. In a juxtaposition of several bodies which are displaceable relative to the reference body, so the transition of each of these individual bodies can be counted on the Wiegandsensor. The position along the respective body can be determined by the magnetic field sensors.

Die Ummagnetisierungsimpulse des Wiegandsensors werden vorteilhafterweise von einem Zähler gezählt, welcher einen nicht-flüchtigen Speicher zur Absicherung des Zählstandes umfasst. Auf diese Weise bleibt der Zählerstand auch bei einem Stromausfall des Messsystems erhalten, so dass die Kenntnis über die Anzahl der am Wiegandsensor vorbeigeschobenen Maßstäbe bzw. Körper oder die Anzahl voller Umdrehungen nicht verlorengeht. In Verbindung mit der Oberwelle des Encoders kann somit sowohl die Absolutposition innerhalb der entsprechenden Länge oder Umdrehung rekonstruiert werden als auch die Absolutposition bei einer linearen Aneinanderreihung von jeweils mit der magnetischen Signatur versehenen Körpern bestimmt werden.The Ummagnetisierungsimpulse the Wiegandsensors are advantageously counted by a counter, which includes a non-volatile memory to secure the count. In this way, the counter reading is maintained even in the event of a power failure of the measuring system, so that the knowledge about the number of scale or body pushed past the weighing sensor or the number of full revolutions is not lost. In conjunction with the harmonic of the encoder can thus be reconstructed both the absolute position within the corresponding length or revolution and the absolute position in a linear juxtaposition of each provided with the magnetic signature bodies are determined.

Der durch die Ummagnetisierung des Wieganddrahtes in die Spule des Wiegandsensors induzierte Spannungsimpuls dient vorteilhafterweise sowohl als Zählsignal als auch zur Versorgung des nicht-flüchtigen, extrem stromsparenden Zählers, wodurch auch bei fehlender externer Versorgung die Zählinformation nicht nur erhalten, sondern auch weiter aktuell gehalten wird. Der Nachteil eines klassischen Inkrementalsystems wird auf diese Weise umgangen.The induced by the Ummagnetisierung the Wieganddrahtes in the coil of the Wiegandsensors voltage pulse is advantageously used both as a count signal and to supply the non-volatile, extremely power-saving meter, which is not only the count information received in the absence of external supply, but also kept current. The disadvantage of a classical incremental system is bypassed in this way.

Ein Anwendungsbeispiel dazu ist ein elektrisch betriebenes Rolltor, wobei der entsprechende Antrieb zur Öffnung des Rolltores mehrere Umdrehungen macht und der Wiegandsensor die Anzahl der Umdrehungen zählt. Wird bei einem Stromausfall das Tor manuell bewegt, kann bei Wiederkehr der elektrischen Versorgung sofort der aktuelle Öffnungszustand des Rolltores detektiert werden.An application example of this is an electrically operated roller shutter, wherein the corresponding drive for opening the roller shutter makes several revolutions and the Wiegandsensor counts the number of revolutions. If the door is moved manually in the event of a power failure, the current opening condition of the roller shutter can be detected immediately when the electrical supply returns.

Die Bestimmung der Absolutposition ist auf besonders einfache Weise möglich, wenn als Abstand zwischen den Magnetfeldsensoren vorteilhafterweise ein Vielfaches eines Viertels der Periodenlänge, besonders bevorzugt etwa die halbe Periodenlänge, gewählt wird. Insbesondere kann dabei gerade infolge der genannten Überlagerung das periodische Grundsignal durch Differenzbildung aus den Signalen der beiden Magnetfeldsensoren ermittelt werden. Das in der Art einer „Oberwelle” überlagerte, der für die Position charakteristischen Sollkurve entsprechende und in die Magnetisierung der jeweiligen Magnetelemente implementierte Zusatzsignal kann hingegen durch Addition der beiden Teilsignale der beiden Magnetfeldsensoren ermittelt und damit besonders präzise bereitgestellt werden.The determination of the absolute position is possible in a particularly simple manner, if as Distance between the magnetic field sensors advantageously a multiple of a quarter of the period length, more preferably about half the period length, is selected. In particular, the periodic basic signal can be determined by subtraction from the signals of the two magnetic field sensors precisely as a result of said superposition. On the other hand, the additional signal superimposed in the manner of a "harmonic wave" and corresponding to the nominal characteristic curve implemented in the magnetization of the respective magnetic elements can be determined by addition of the two partial signals of the two magnetic field sensors and thus provided particularly precisely.

Insbesondere wenn die in die Magnetisierung implementierte Sollkurve (die so genannte „Unterwelle”) Sinusform aufweist und damit entsprechend geeignet periodisch gewählt ist, kann aus den entsprechenden Signalen insbesondere unter Berücksichtigung von Steigung und Amplitude des Unterwellensignals die Winkelposition des Encoders relativ zu den Sensoren und damit die Winkelposition des mit dem Encoder versehenen Körpers relativ zum die Sensoren tragenden Referenzkörper besonders genau bestimmt werden. Um dabei auch bei Stillstand des Encorders relativ zu den Sensoren eine zuverlässige Bestimmung des absoluten Winkels zu ermöglichen, ist vorteilhafterweise noch ein weiterer, also ein dritter, Sensor vorgesehen. Dieser ist vorzugsweise um 90° versetzt zu dem ersten Sensoren angeordnet, so dass ein eindeutig definiertes Ergebnis der Positionsmessung gewährleistet ist.In particular, if the setpoint curve implemented in the magnetization (the so-called "sub-wave") has a sinusoidal shape and is accordingly suitably selected periodically, the angular position of the encoder relative to the sensors and thus to the corresponding signals, in particular taking into account the slope and amplitude of the sub-wave signal the angular position of the body provided with the encoder can be determined particularly accurately relative to the reference body bearing the sensors. In order to enable a reliable determination of the absolute angle even when the encoder is at rest relative to the sensors, another sensor, that is to say a third sensor, is advantageously provided. This is preferably arranged offset by 90 ° to the first sensors, so that a clearly defined result of the position measurement is ensured.

Als Magnetfeldsensoren können beliebige geeignete Sensoren verwendet werden, insbesondere solche, deren Signal zweckmäßigerweise proportional zu einer Komponente der Flussdichte oder des Magnetfeldes ist. Vorteilhafterweise sind als Sensoren Hall-Sensoren vorgesehen.As magnetic field sensors, any suitable sensors can be used, in particular those whose signal is expediently proportional to a component of the flux density or of the magnetic field. Advantageously, Hall sensors are provided as sensors.

Um eine besonders hohe Ortsauflösung bei der Ermittlung der Absolut-Position zu ermöglichen, ist die Magnetisierung der Magnetelemente vorteilhafterweise derart gewählt, dass die vorgegebene charakteristische Sollkurve besonders weitgehend angenähert wird. Dazu weisen die Magnetelemente vorteilhafterweise jeweils eine in Verschiebungs- oder Verdrehungsrichtung gesehen geeignet, vorzugsweise kontinuierlich, variierende Magnetisierung auf.In order to enable a particularly high spatial resolution in the determination of the absolute position, the magnetization of the magnetic elements is advantageously chosen such that the predetermined characteristic nominal curve is particularly approximated. For this purpose, the magnetic elements advantageously each have a suitable, preferably continuous, varying magnetization in the direction of displacement or rotation.

Die Magnetelemente könnten zudem jeweils räumlich begrenzt und beabstandet zueinander angeordnet sein. Um aber die Genauigkeit bei der Positionsmessung noch weiter zu begünstigen, sind in Verschiebungs- oder Verdrehungsrichtung gesehen benachbarte Magnetelemente vorteilhafterweise derart dimensioniert und positioniert, dass sie unmittelbar aneinander angrenzen. Damit entspricht in Verschiebungs- oder Verdrehungsrichtung gesehen die Größe oder die Länge jedes Magnetelements zweckmäßigerweise der Periodenlänge.The magnetic elements could also each be spatially limited and spaced from each other. However, in order to further promote the accuracy in the position measurement, adjacent magnetic elements seen in the direction of displacement or rotation are advantageously dimensioned and positioned in such a way that they adjoin one another directly. Thus, in the displacement or twisting direction, the size or the length of each magnetic element expediently corresponds to the period length.

Der magnetische Encoder kann zur Erfassung von Positionen in einer linearen Anordnung, also als so genannter Linearmaßstab zur Erfassung einer Verschiebeposition, vorgesehen sein. Bei einer derartigen Ausgestaltung sind die Magnetelemente zweckmäßigerweise zur Erfassung von Positionen derart auf einem gemeinsamen Linearmaßstab angeordnet, dass sich die Periodenlänge über die gesamte Länge dieses Maßstabs nicht ändert.The magnetic encoder can be provided for detecting positions in a linear arrangement, ie as a so-called linear scale for detecting a displacement position. In such an embodiment, the magnetic elements are expediently arranged for detecting positions on a common linear scale such that the period length does not change over the entire length of this scale.

In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung ist der magnetische Encoder zum Einsatz bei Wellen- oder Hohlwellen-Applikationen geeignet ausgestaltet. Dabei ist der Encoder zur Erfassung der Winkelposition bei der Verdrehung eines Körpers in Relation zu einem Referenzkörper vorgesehen, wobei der Encoder zur Montage auf einer Welle, also insbesondere mit für die Durchführung der Welle freigehaltenem Zentralbereich, ausgestaltet ist. Gerade für derartige Hohlwellen-Applikationen konnten bislang vergleichsweise präzise arbeitende magnetbasierte Messsysteme nur mit erhöhtem Aufwand, insbesondere unter Rückgriff auf zumindest zwei Spuren, bereitgestellt werden, so dass dieses Anwendungsgebiet des nun vorgesehenen Encoders besondere Vorteile bietet.In an alternative advantageous embodiment of the magnetic encoder is designed suitable for use in wave or hollow shaft applications suitable. In this case, the encoder for detecting the angular position in the rotation of a body is provided in relation to a reference body, wherein the encoder for mounting on a shaft, so in particular with free for the implementation of the shaft central area, is configured. Especially for such hollow shaft applications previously comparatively precise working magnetic-based measuring systems could be provided only with increased effort, especially with recourse to at least two tracks, so that this application of the now provided encoder offers particular advantages.

Um dies zu ermöglichen, sind die Magnetelemente in besonders vorteilhafter Ausgestaltung zur Erfassung von Verdrehungspositionen derart auf einem gemeinsamen Kreisumfang angeordnet, dass die Periodenlänge einen Teller des Kreisumfangs bildet. Unter „periodischer Anordnung” ist hierbei insbesondere zu verstehen, dass die Magnetelemente, bezogen auf ihre jeweiligen Referenzpunkte wie beispielsweise ihre jeweiligen Mittelpunkte, Zentralpunkte oder dergleichen, in festem, gleich bleibendem Winkelabstand zueinander angeordnet sind.In order to make this possible, the magnetic elements are arranged in a particularly advantageous embodiment for detecting rotational positions on a common circumference that the period length forms a plate of the circumference. By "periodic arrangement" is to be understood in particular that the magnetic elements, with respect to their respective reference points such as their respective centers, central points or the like, are arranged at a fixed, constant angular distance from each other.

Unter „Teiler” ist hierbei im Einklang mit der mathematischen Definition insbesondere zu verstehen, dass die Gesamtlänge des Kreisumfangs, auf dem die Magnetelemente angeordnet sind, ein ganzzahliges Vielfaches der Periodenlänge ergibt. Gerade für den Fall, dass die Magnetelemente aneinander angrenzend angeordnet sind, umspannen sie somit in dieser vorteilhaften Ausgestaltung den Kreisumfang lückenlos und vollständig, und durch die Abstimmung der Periodenlänge auf den Kreisumfang ist auch bei mehrmaliger vollständiger Umdrehung der jeweiligen Welle – ein zuverlässiges Mitzählen vollständig absolvierter Umdrehungen vorausgesetzt – die gewünschte Positionierungsmessung auch im Ruhezustand der Bauteile zueinander möglich.In this case, "divisor" in particular in accordance with the mathematical definition means that the total length of the circumference on which the magnetic elements are arranged yields an integral multiple of the period length. Especially in the event that the magnetic elements are arranged adjacent to each other, they thus span the circumference completely and completely in this advantageous embodiment, and by the vote of the period length on the circumference is complete even with repeated complete rotation of the respective wave - a reliable counting Revolutions provided - the desired positioning measurement also in the idle state of the components to each other possible.

Aufbauend auf dieser Anordnung ist in besonders vorteilhafter Weiterbildung eine besonders hohe Winkelauflösung bei der Ermittlung des Verdrehwinkels mit hoher Zuverlässigkeit möglich, indem sie die Überlagerung zweier periodischer Signalcharakteristiken miteinander bereitgestellt ist. Dazu ist in besonders vorteilhafter Weiterbildung die Sollkurve für das Magnetisierungsverhältnis der Magnetelemente ihrerseits ebenfalls periodisch ausgestaltet, wobei die Periodenlänge der Sollkurve ebenfalls einen Teiler des Kreisumfangs bildet oder in besonders vorteilhafter Weise gleich der Länge des Kreisumfangs ist. Damit kann die Sollkurve, die beispielsweise als Sinuskurve vorgegeben ist, in ihrer Periodenlänge vollständig auf den Kreisumfang abgestimmt sein, so dass durch die Kombination der in den Magnetierungsverhältnissen der Magnetelemente implementierten Sollkurve mit der an sich bereits periodischen Anordnung der Magnetelemente die gewünschte Überlagerung zweier Frequenzanteile in der Magnetfeldcharakteristik erreichbar ist. Gerade bei einer derartigen Überlagerung zweier periodischer Anteile ist unter Rückgriff auf die hierfür verfügbaren Methoden eine besonders zuverlässige Signalauswertung und damit eine besonders hohe Genauigkeit bei der Winkelmessung ermöglicht. Based on this arrangement, a particularly high angular resolution in determining the twist angle with high reliability is possible in a particularly advantageous development by providing the superposition of two periodic signal characteristics with each other. For this purpose, the setpoint curve for the magnetization ratio of the magnetic elements in turn is also configured periodically in a particularly advantageous development, wherein the period length of the setpoint curve also forms a divisor of the circumference or in a particularly advantageous manner equal to the length of the circumference. Thus, the setpoint curve, which is given for example as a sinusoid, in their period length be completely matched to the circumference, so that the desired superposition of two frequency components in. By the combination of the set in the Magnetierungsverhältnissen the magnetic elements setpoint curve with the per se periodic arrangement of the magnetic elements the magnetic field characteristic is reached. Especially with such a superimposition of two periodic components, a particularly reliable signal evaluation and thus a particularly high accuracy in the angle measurement is made possible by resorting to the methods available for this purpose.

Grundsätzlich ist die Anordnung des Encoders beispielsweise auf der Stirnseite einer Welle möglich, wenn der Verdrehwinkel der Welle bestimmt werden soll. Vorteilhafterweise sind die Magnetelemente des Encoders aber umfangsseitig auf einem Trägerzylinder angeordnet. Dieser kann seinerseits in seinem Zentralbereich hohl ausgeführt sein, so dass die Gesamtanordnung besonders günstig für Hohlwellenapplikationen einsetzbar ist.In principle, the arrangement of the encoder, for example, on the front side of a shaft is possible if the angle of rotation of the shaft to be determined. Advantageously, however, the magnetic elements of the encoder are arranged circumferentially on a support cylinder. This can in turn be made hollow in its central region, so that the overall arrangement is particularly suitable for use with hollow shaft applications.

In einer alternativ auch möglichen Ausgestaltung als Linearsystem, bei dem die Magnetelemente auf einem linearen Körper aufgebracht sind, sollte die Modulationsperiode ein ganzzahliges Vielfaches der Polperiode sein. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Messsystem eine Mehrzahl von linear aneinandergereihten linearen Körpern bzw. Linearkörpern. Auf diese Weise können größere Entfernungen vermessen werden bzw. entlang größerer Strecken Positionen bestimmt werden, als dies bei nur einem Linearkörper der Fall wäre. Durch eine Aneinanderreihung von Körpern können somit prinzipiell beliebig große Distanzen positionsmäßig erfasst werden.In an alternatively possible embodiment as a linear system in which the magnetic elements are applied to a linear body, the modulation period should be an integer multiple of the pole period. In a preferred embodiment, the measuring system comprises a plurality of linearly aligned linear bodies or linear bodies. In this way, larger distances can be measured or determined along longer distances positions, as would be the case with only one linear body. By a juxtaposition of bodies thus in principle arbitrarily large distances can be detected positionally.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die periodische Anordnung der Magnetelemente mit fester Periodenlänge einerseits und die positionsspezifisch vorgegebene Magnetisierung durch geeignete Wahl des jeweiligen Magnetisierungsverhältnisses zwischen „Nordpolanteil” und „Südpolanteil” entsprechend der vorgegebenen Sollkurve andererseits gezielt eine Überlagerung von Signalanteilen unterschiedlicher Frequenzen und damit eine vergleichsweise hohe Informationsdichte mit einem einzigen magnetischen System (einer einzigen so genannten „Magnetspur”) möglich ist, wobei in vergleichsweise einfach gehaltener Bauweise mit einem Wiegandsensor eine besonders zuverlässige Positionsbestimmung auch bei mehreren Umdrehungen eines Körpers bzw. bei einer Aneinanderreihung von Körpern ermöglicht wird.The advantages achieved by the invention are in particular that by the periodic arrangement of the magnetic elements with fixed period length on the one hand and the position-specific predetermined magnetization by appropriate choice of the respective magnetization ratio between "North Polanteil" and "South Polanteil" according to the predetermined setpoint curve on the other hand targeted a superposition of signal components different frequencies and thus a comparatively high information density with a single magnetic system (a single so-called "magnetic track") is possible, in comparatively simple construction with a Wiegandsensor a particularly reliable position determination even with multiple revolutions of a body or at a stringing of Bodies is possible.

Darüber hinaus wird durch die entsprechende Magnetisierung und Sensoranordnung das Überlagerungssignal so ausgebildet, dass die Grundwelle eine eindeutige Zuordnung zwischen Analogwert Sin/Cos → arctan zulässt, und außerdem über die durch die n-Polpaare eine periodische Oberwelle „aufmoduliert” wird, die zur Feinauflösung (z. B. ebenfalls über Acrtan-Funktion) genutzt werden kann. Auf eine aufwändige Mehrspurmagnetisierung und ein ebenfalls aufwändigen Mehrspurlesekopf kann verzichtet werden.In addition, the superimposition signal is formed by the corresponding magnetization and sensor arrangement so that the fundamental wave allows a clear assignment between analog value Sin / Cos → arctan, and also on the through the n-pole pairs a periodic harmonic wave is "modulated" for fine resolution ( eg also via Acrtan function) can be used. An elaborate multi-track magnetization and a likewise elaborate multi-track reading head can be dispensed with.

Ebenfalls vorteilhaft ist, dass durch eine entsprechende Abtastung der Polpaare auch relativ einfach schnelle Inkrementalsignale zur Verfügung stehen. Eine Anwendung sind hier Motorfeedback-Anwendungen: Hochaufgelöste Lageinformation im Stillstand, schnelle inkrementale Regelsignale bei Drehung.It is also advantageous that by a corresponding sampling of the pole pairs also relatively simple fast incremental signals are available. One application here are motor feedback applications: high-resolution position information at standstill, fast incremental control signals during rotation.

Ein wesentlicher Vorteil gegenüber anderen Absolutgebern ist aber auch, dass er eine Absolutposition mit der Genauigkeit eines Inkrementalgebers aus nur einer Spur erzeugt. Es treten keine Überlagerungseffekte mit einer Digitalspur auf, und er hat eine höhere Informationsdichte als ein einzelner Magnet.However, a significant advantage over other absolute encoders is that it generates an absolute position with the accuracy of an incremental encoder from just one track. There are no overlay effects with a digital track, and it has a higher information density than a single magnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 ein Messsystem zur Messung der Position eines gegenüber einem Referenzkörper verdrehbaren Körpers, 1 a measuring system for measuring the position of a body rotatable relative to a reference body,

2 ein Diagramm mit einer Mehrzahl von Signalkurven, 2 a diagram with a plurality of signal curves,

3 ein Messsystem zur Messung der Position einer gegenüber dem Referenzkörper verschiebbaren Anordnung von zwei oder mehr Körpern, 3 a measuring system for measuring the position of a relative to the reference body displaceable arrangement of two or more bodies,

4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verhaltens eines Wiegandsensors eines Messsystems mit einem magnetischen Encoder in einer ersten Ausführungsform, und 4 a diagram illustrating the behavior of a Wiegandsensors a Measuring system with a magnetic encoder in a first embodiment, and

5 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verhaltens eines Wiegandsensors eines Messsystems mit einem magnetischen Encoder in einer zweiten Ausführungsform. 5 a diagram illustrating the behavior of a Wiegandsensors a measuring system with a magnetic encoder in a second embodiment.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.

Das Messsystem 1 gemäß 1 ist zur Messung der Absolut-Position eines gegenüber einem Referenzkörper verdrehbaren Körpers in der Art einer Messung des absoluten Verdrehwinkels vorgesehen. Das Messsystem 1 nach dem Ausführungsbeispiel ist somit für die Erfassung rotatorischer Relativ-Positionierungen von Referenzkörper einerseits und zu messendem Körper andererseits vorgesehen; bei geometrischer Veränderung einzelner Komponenten ist grundsätzlich der signaltechnische Aufbau aber auch ohne weiteres auf alternative Messsysteme zur Messung der Absolut-Position eines gegenüber einem Referenzkörper in linearer Richtung verschiebbaren Körpers geeignet.The measuring system 1 according to 1 is intended for measuring the absolute position of a relative to a reference body rotatable body in the manner of measuring the absolute angle of rotation. The measuring system 1 according to the embodiment is thus provided for the detection of rotational relative positioning of reference body on the one hand and on the other hand body to be measured; In the case of a geometrical change of individual components, however, the signal engineering structure is also readily suitable for alternative measuring systems for measuring the absolute position of a body displaceable in the linear direction relative to a reference body.

Das Messsystem 1 umfasst einen magnetischen Encoder 2, der im Ausführungsbeispiel fest mit dem eigentlich zu überwachenden Körper verbunden werden kann. Der magnetische Encoder 2 weist in seinem Außenbereich eine magnetische Signatur in Form eines Magnetfeldes auf, das zur Erzeugung weiter verwertbarer messtechnischer Signale mit einer Magnetfeld-Sensoranordnung 4 zusammenwirkt. Die Magnetfeld-Sensoranordnung 4, die ausgangsseitig mit einer nicht näher dargestellten Auswerteeinheit, insbesondere einer Auswerteelektronik, verbunden ist, ist dabei fest mit dem vorgesehenen Referenzkörper verbunden. Sie umfasst einen Wiegandsensor 32 sowie zwei Magnetfeldsensoren 30, die als Hall-Sensoren ausgebildet sind.The measuring system 1 includes a magnetic encoder 2 , which can be firmly connected in the embodiment with the actually monitored body. The magnetic encoder 2 has in its outer area a magnetic signature in the form of a magnetic field, which is used to generate further usable metrological signals with a magnetic field sensor arrangement 4 interacts. The magnetic field sensor arrangement 4 , the output side of which is connected to an evaluation unit, not shown, in particular an evaluation, is firmly connected to the provided reference body. It includes a weighing sensor 32 as well as two magnetic field sensors 30 , which are designed as Hall sensors.

Eine Verschiebung oder – wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel konkret vorgesehen – eine Verdrehung des magnetischen Encoders 2 und damit des mit ihm verbundenen zu überwachenden Körpers gegenüber der Magnetfeld-Sensoranordnung 4 und damit dem Referenzkörper resultiert somit aufgrund der sich verändernden, über die Magnetfeld-Sensoranordnung 4 erfassbaren Signatur des magnetischen Encoders 2 in geeigneten Messsignalen, die zur Bestimmung eines Positionskennwerts genutzt werden können.A shift or - as specifically provided in the present embodiment - a rotation of the magnetic encoder 2 and thus the body to be monitored connected to it with respect to the magnetic field sensor arrangement 4 and thus the reference body thus results due to the changing, via the magnetic field sensor arrangement 4 detectable signature of the magnetic encoder 2 in suitable measuring signals that can be used to determine a position characteristic value.

Der magnetische Encoder 2 und damit auch das Messsystem 1 insgesamt sind in einer für Hohlwellen-Applikationen geeigneten Form ausgeführt, so dass der magnetische Encoder 2 direkt auf eine Welle aufgeflanscht und damit für eine Vielzahl von Messsystemen zur Erfassung von Dreh- oder Winkelpositionen genutzt werden kann. Dazu umfasst der magnetische Encoder 2 einen Trägerzylinder 6, auf dessen äußerem Umfang eine Mehrzahl von Magnetelementen 8 angeordnet sind. Innenseitig ist der Trägerzylinder 6 jedoch als Hohlzylinder mit Zentralbohrung 10 ausgeführt, so dass er in geeigneter Weise auf eine entsprechend dimensionierte Welle aufgesteckt werden kann. Selbstverständlich ist auch eine entsprechend vertauschte Anordnung mit am Referenzkörper angeordnetem Encoder 2 und am zu überwachenden Körper angeordneter Magnetfeld-Sensoranordnung 4 möglich.The magnetic encoder 2 and thus also the measuring system 1 Overall, in a suitable form for hollow shaft applications form, so that the magnetic encoder 2 flanged directly onto a shaft and thus can be used for a variety of measuring systems for detecting rotational or angular positions. This includes the magnetic encoder 2 a carrier cylinder 6 , on the outer circumference of a plurality of magnetic elements 8th are arranged. Inside is the carrier cylinder 6 but as a hollow cylinder with central bore 10 executed so that it can be plugged in a suitable manner on a correspondingly sized shaft. Of course, a correspondingly reversed arrangement with arranged on the reference body encoder 2 and on the body to be monitored arranged magnetic field sensor arrangement 4 possible.

Der magnetische Encoder 2 ist hinsichtlich seines für die Magnetfeld-Sensoranordnung 4 erfassbaren äußeren Magnetfeldes mit einer charakteristischen Signatur konfiguriert, die bei vergleichsweise einfach gehaltener Bauweise und in so genannter einspuriger Ausführung, also mit einer einzigen magnetischen Signatur, eine besonders zuverlässige und vergleichsweise genaue Ermittlung der Winkelposition des magnetischen Encoders 2 in Relation zur Magnetfeld-Sensoranordnung 4 in der Art einer Absolut-Positionsmessung für den mit dem magnetischen Encoder 2 versehenen Körper auch im Ruhezustand, also ohne aktuelle Bewegung des Körpers gegenüber dem Referenzkörper, ermöglicht. Dazu ist die magnetische Signatur des magnetischen Encoders 2 gezielt in der Art einer Überlagerung zweier periodischer Signaturanteile ausgeführt.The magnetic encoder 2 is in terms of his for the magnetic field sensor arrangement 4 detectable external magnetic field configured with a characteristic signature, which in a comparatively simple design and in so-called single-lane design, ie with a single magnetic signature, a particularly reliable and comparatively accurate determination of the angular position of the magnetic encoder 2 in relation to the magnetic field sensor arrangement 4 in the manner of an absolute position measurement for the one with the magnetic encoder 2 provided body even in the resting state, ie without current movement of the body relative to the reference body allows. This is the magnetic signature of the magnetic encoder 2 specifically executed in the manner of a superposition of two periodic signature components.

Zur Bildung dieser Signaturanteile sind die Magnetelemente 8 geeignet ausgestaltet. Jedes Magnetelement 8 stellt dabei ein magnetisches Polpaar mit einem „Nordpolanteil”, im Ausführungsbeispiel gemäß 1 skizzenartig jeweils durch ein schraffiertes Flächenelement 12 charakterisiert, und mit einem magnetischen „Südpolanteil”, in 1 durch ein Flächenelement 14 mit anderer Schraffur charakterisiert, dar. Unter „Nordpolanteil” und „Südpolanteil” sind hierbei lokal begrenzte Oberflächensegmente mit einer Magnetisierung zu verstehen, deren Ausrichtung relativ zu einem geeigneten Lesekopf in der Magnetfeld-Sensoranordnung 4 in der Art von „paralleler” bzw. „antiparalleler” Ausrichtung unterschieden werden kann, wie dies an sich auch aus anderen magnetbasierten Datenspeicher- und -leseeinrichtungen bekannt ist.To form these signature components are the magnetic elements 8th suitably designed. Each magnetic element 8th represents a magnetic pole pair with a "north pole portion", in the embodiment according to 1 each sketchy by a hatched area element 12 characterized and with a magnetic "South Pole portion", in 1 through a surface element 14 characterized by a different hatching. The term "north pole component" and "south pole component" here mean localized surface segments with a magnetization whose orientation is relative to a suitable read head in the magnetic field sensor arrangement 4 can be distinguished in the nature of "parallel" or "antiparallel" alignment, as is known per se from other magnetic-based data storage and reading devices.

Ein erster Signaturanteil in der magnetischen Signatur des Encoders 2 resultiert nunmehr daraus, dass die Magnetelemente 8 periodisch und mit fester Periodenlänge beabstandet zueinander auf dem äußeren Kreisumfang des Trägerzylinders 6 angeordnet sind. Zusätzlich sind die Magnetelemente 8 im Ausführungsbeispiel dabei derart dimensioniert, dass benachbarte Magnetelemente unmittelbar aneinander angrenzen, so dass sich im Ausführungsbeispiel ein durchgängiger, den Trägerzylinder 6 vollständig umschließender Kranz aus Magnetelementen 8 ergibt. Die feste Periodenlänge bzw. die (bezogen auf die Mittelpunkte) gleiche Beabstandung der Magnetelemente 8 zueinander entspricht dabei der Vorgabe, dass die Magnetelemente 8 jeweils die gleiche äußere Länge in Verdrehrichtung aufweisen. Im Ausführungsbeispiel sind die Magnetelemente 8 dabei derart gewählt, dass sie jeweils einen Winkelbereich auf dem Außenumfang des Trägerzylinders 6 von 20° abdecken. Damit sind die Magnetelemente 8 derart auf den gemeinsamen Kreisumfang des Trägerzylinders angeordnet, dass die Periodenlänge (im Ausführungsbeispiel entsprechend einem Winkelbereich von 20°) einen Teiler des Kreisumfangs bildet; aufgrund des abgedeckten Winkelbereichs von 20° sind im Ausführungsbeispiel insgesamt achtzehn Magnetelemente 8 zur vollständigen Umschließung des Trägerzylinders 6 vorgesehen.A first signature component in the magnetic signature of the encoder 2 now results from the fact that the magnetic elements 8th spaced periodically and with fixed period length to each other on the outer circumference of the carrier cylinder 6 are arranged. In addition, the magnetic elements 8th In the exemplary embodiment in this case dimensioned such that adjacent magnetic elements directly adjacent to each other, so that in the embodiment, a continuous, the carrier cylinder 6 completely enclosing wreath of magnetic elements 8th results. The fixed period length or the (with respect to the centers) the same spacing of the magnetic elements 8th to each other corresponds to the requirement that the magnetic elements 8th each having the same outer length in the direction of rotation. in the Embodiment are the magnetic elements 8th chosen such that they each have an angular range on the outer circumference of the carrier cylinder 6 of 20 ° cover. This is the magnetic elements 8th arranged on the common circumference of the carrier cylinder such that the period length (in the embodiment corresponding to an angular range of 20 °) forms a divisor of the circumference; due to the covered angular range of 20 ° in the embodiment, a total of eighteen magnetic elements 8th for complete enclosure of the carrier cylinder 6 intended.

Darüber hinaus weisen die Magnetelemente 8 zur Bereitstellung des zweiten, dem ersten Signaturanteil zu überlagernden Signaturanteils eine in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Position innerhalb des Encoders 2 variierende Magnetisierung auf. Dabei weist jedes Magnetelement 8 ein an einer vorgegebenen, für seine jeweilige Position in Verdrehungsrichtung gesehen charakteristische Sollkurve angepasstes Magnetisierungsverhältnis zwischen Nordpol- und Südpolanteil auf. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist dies durch entsprechende Variation der Flächenanteile 12, 14 dargestellt. Die entsprechende Variation der Nordpol- bzw. Südpolanteile kann dabei in der Art einer kontinuierlichen Veränderung der Magnetisierung innerhalb des jeweiligen Magnetelements 8 oder auch in der Art einer Block-, Domänen- oder segmentartigen Zusammensetzung durch die geeignete Wahl einzelner Flächenbereiche mit konstant gehaltener Magnetisierung innerhalb des jeweiligen Magnetelements 8 erfolgen.In addition, the magnetic elements 8th for providing the second signature component to be superimposed on the first signature component, as a function of its respective position within the encoder 2 varying magnetization on. In this case, each magnetic element 8th a at a predetermined, for its respective position in the direction of rotation characteristic characteristic curve adapted magnetization ratio between North Pole and Südpolanteil on. In the embodiment according to 1 this is by appropriate variation of the area proportions 12 . 14 shown. The corresponding variation of the north pole or south pole parts can be in the manner of a continuous change of the magnetization within the respective magnetic element 8th or also in the manner of a block, domain or segmental composition by the appropriate choice of individual surface areas with magnetization kept constant within the respective magnetic element 8th respectively.

Im Ausführungsbeispiel ist dabei als charakteristische Sollkurve für die Magnetisierungsverhältnisse eine Sinuskurve mit einer Periodenlänge von 360° vorgesehen, so dass bei einer vollständigen Umdrehung des magnetischen Encoders 2 um seine Zentralachse diese Sollkurve oder die Magnetisierungskurve genau einmal vollständig durchlaufen wird.In the exemplary embodiment, a sine curve with a period length of 360 ° is provided as the characteristic setpoint curve for the magnetization ratios, so that during a complete rotation of the magnetic encoder 2 around its central axis, this setpoint curve or the magnetization curve will pass through exactly once.

Die entsprechenden Signaturanteile und die entstehende Gesamtsignatur sind beispielhaft im Diagramm nach 2 dargestellt. Dabei ist auf der x-Achse als Ortskennwert die Winkelposition in Umfangsrichtung des Encoders 2 abgetragen. Auf der y-Achse ist hingegen ein für die jeweilige Magnetisierung charakteristischer Kennwert abgetragen. Als Bestandteile der magnetischen Signatur dient dabei im Ausführungsbeispiel einerseits der erste Signaturanteil, entsprechend der Kurve 20, der aufgrund der mit einer Periodenlänge von 20° angeordneten Polpaare in der Art einer Grundwelle einen sinusförmigen Verlauf mit einer Periodenlänge von 20° aufweist. Dieser in der Art einer Oberwelle überlagert ist der durch die genannte Variation des Magnetisierungsverhältnisses erzeugte zweite Signaturanteil, repräsentiert durch die Kurve 22. Durch die Überlagerung dieser Signaturanteile entsteht als Gesamtsignatur die Kurve 24.The corresponding signature components and the resulting overall signature are shown by way of example in the diagram 2 shown. In this case, the angular position in the circumferential direction of the encoder is on the x-axis as the location characteristic 2 ablated. On the y-axis, however, a characteristic value characteristic of the respective magnetization is plotted. In the exemplary embodiment, the first signature component, corresponding to the curve, serves as components of the magnetic signature 20 , which has a sinusoidal course with a period length of 20 ° due to the arranged with a period length of 20 ° pole pairs in the manner of a fundamental wave. This superimposed in the manner of a harmonic wave is generated by said variation of the magnetization ratio second signature component represented by the curve 22 , The superimposition of these signature components creates the curve as the overall signature 24 ,

Die Signatur ist weiterhin derart gewählt, dass der Wiegandsensor bei genau zwei Magnetelementen 8 jeweils entsprechende Ummagnetisierungspulse generiert.The signature is further selected such that the Wiegandsensor with exactly two magnetic elements 8th respectively generates corresponding Ummagnetisierungspulse.

Zur hoch auflösenden und präzisen Auswertung dieser Signatur umfasst die Magnetfeld-Sensoranordnung 4 des Messsystems 1 neben dem Wiegandsensor 32 auch zwei – im Ausführungsbeispiel als Hall-Sensoren ausgestaltete – Magnetfeldsensoren 30, die in Verdrehungsrichtung gesehen beabstandet voneinander angeordnet sind. Um eine besonders präzise und zuverlässige Auswertung zu ermöglichen, sind die Magnetfeldsensoren 30 dabei in Verdrehrichtung gesehen in einem Abstand entsprechend der halben Periodenlänge der Magnetelemente 8, also in einem Abstand entsprechend einem Verdrehwinkel von 10° zueinander, angeordnet. Durch diese auf die Periodenlänge der Magnetelemente 8 abgestimmte Anordnung der Magnetfeldsensoren 30 ist eine vergleichsweise einfache und zuverlässige Auflösung der Gesamtsignatur des Encoders 2 und eine Ermittlung der beiden Signaturanteile separat voneinander möglich.For the high-resolution and precise evaluation of this signature, the magnetic field sensor arrangement comprises 4 of the measuring system 1 next to the Wiegandsensor 32 also two-in the embodiment configured as Hall sensors - magnetic field sensors 30 , which are seen spaced apart in the direction of rotation. To enable a particularly precise and reliable evaluation, the magnetic field sensors 30 seen in the direction of rotation at a distance corresponding to half the period length of the magnetic elements 8th , So at a distance corresponding to a twist angle of 10 ° to each other, arranged. Through this on the period length of the magnetic elements 8th coordinated arrangement of the magnetic field sensors 30 is a comparatively simple and reliable resolution of the overall signature of the encoder 2 and a determination of the two signature shares separately possible.

Bei einer Addition der Sensorsignale der beiden Magnetfeldsensoren 30 wird nämlich der Grundwellenanteil eliminiert, und es wird als Additionssignal lediglich der auf den zweiten Signaturanteil zurückzuführende Signalanteil ausgegeben. Damit ist unmittelbar eine Erfassung der sinusartig verlaufenden Magnetisierung möglich, so dass direkt und unmittelbar die Winkelposition des magnetischen Encoders 2 ermittelt werden kann. Falls hingegen eine Subtraktion der beiden Sensorsignale vorgenommen wird, so wird der zweite Signaturanteil herausgefiltert und lediglich der erste Signaturanteil als Ausgangssignal ausgegeben. Mit diesem Subtraktionssignal ist somit eine Bewegungsbestimmung mit der Genauigkeit einer Inkrementalteilung entsprechend der Periodenlänge der Magnetelemente 8, also im Ausführungsbeispiel von 20°, möglich.In an addition of the sensor signals of the two magnetic field sensors 30 Namely, the fundamental component is eliminated, and it is output as the addition signal only attributable to the second signature component signal component. Thus, a direct detection of the sinusoidal magnetization is possible, so that directly and directly the angular position of the magnetic encoder 2 can be determined. If, on the other hand, a subtraction of the two sensor signals is carried out, the second signature component is filtered out and only the first signature component is output as the output signal. With this subtraction signal is thus a movement determination with the accuracy of an incremental graduation corresponding to the period length of the magnetic elements 8th , So in the embodiment of 20 °, possible.

Diese Signale werden nun mit den gezählten Ummagnetisierungspulsen des Wiegandsensors kombiniert, wodurch sowohl die Anzahl der vollen Umdrehungen als auch die Winkelposition des magnetischen Encoders 2 in der laufenden Umdrehung ermittelt werden können. Je nach Ausgestaltung der Gesamtsignatur können auch mehr als zwei Magnetfeldsensoren 30 eingesetzt werden.These signals will now be combined with the counted magnetic transducer magnetization pulses, which will determine both the number of full revolutions and the angular position of the magnetic encoder 2 can be detected in the current rotation. Depending on the configuration of the overall signature, more than two magnetic field sensors can also be used 30 be used.

In 3 ist ein Messsystem 1 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Das Messsystem 1 umfasst eine Sensoranordnung 4 mit zwei Magnetfeldsensoren 30 und einen Wiegandsensor 32. Es umfasst zudem eine lineare Aneinanderreihung von zwei Körpern, die als längliche Körper bzw. Linearkörper 34 ausgebildet sind. Jeweils seitlich an den beiden Linearkörpern 34 sind gestrichelt weitere Linearkörper 34 angedeutet. Je nach Anwendungsfall kann eine beliebige Anzahl von entsprechenden Körpern zur Bildung einer Maßverkörperung verwendet werden.In 3 is a measuring system 1 represented in a further preferred embodiment. The measuring system 1 includes a sensor arrangement 4 with two magnetic field sensors 30 and a weighing sensor 32 , It also includes a linear one Stringing together two bodies, as elongated bodies or linear bodies 34 are formed. Each side of the two linear bodies 34 are dashed another linear body 34 indicated. Depending on the application, any number of corresponding bodies can be used to form a material measure.

Die beiden Linearkörper sind jeweils mit einer magnetischen Signatur versehen, bei der – ähnlich wie bei dem in 1 dargestellten Messsystem – jedes Magnetelement 8 einen Südpol- und Nordpolanteil aufweist und eine Variation der Nordpol- bzw. Südpolanteile zwischen den Magnetelementen 8 vorgesehen ist. Das heißt, auch in diesem Ausführungsbeispiel variieren die Magnetisierungsverhältnisse der Magnetelemente zwischen jeweiligem Nordpolanteil und Südpolanteil gemäß einer vorgegebenen, im Ausführungsbeispiel ebenfalls sinusförmigen Sollkurve, charakterisiert durch die schwarzen bzw. weißen Flächenanteile der Magnetelemente 8.The two linear bodies are each provided with a magnetic signature, in which - similar to the in 1 illustrated measuring system - each magnetic element 8th has a Südpol- and Nordpolanteil and a variation of the North Pole or Südpolanteile between the magnetic elements 8th is provided. That is, in this embodiment, too, the magnetization ratios of the magnetic elements between the respective north pole component and south pole component vary according to a predetermined nominal sinusoidal curve in the exemplary embodiment, characterized by the black or white surface components of the magnetic elements 8th ,

Die magnetische Signatur und der Wiegandsensor sind derart aufeinander abgestimmt, dass der Wiegandsensor bei einem kompletten Vorübergang eines Linearkörpers 34 zwei Pulse generiert.The magnetic signature and the Wiegandsensor are coordinated so that the Wiegandsensor in a complete pre-transition of a linear body 34 generates two pulses.

Durch die beiden Magnetfeldsensoren 30 kann auf präzise Weise jeweils die Position entlang eines Linearkörpers 34 bestimmt werden. Der Wiegandsensor 32 wird zur Abzahlung der Linearkörper 34, die an der Sensoranordnung 4 in Verschiebungsrichtung 40 (oder auch in entgegengesetzter Richtung) vorbeigeschoben werden, eingesetzt. Auf diese Weise ist eine präzise und absolute Positionsbestimmung entlang einer Aneinanderreihung von im Prinzip beliebig vielen Linearkörpern 34 möglich.Through the two magnetic field sensors 30 can precisely position each position along a linear body 34 be determined. The Wiegandsensor 32 becomes the repayment of the linear body 34 attached to the sensor assembly 4 in the direction of displacement 40 (or in the opposite direction) are pushed past used. In this way, a precise and absolute position determination along a sequence of in principle any number of linear bodies 34 possible.

Das Verhalten des Wiegandsensors 32 eines erfindungsgemäßen Messsystems 1 mit einem Encoder 2 in einer ersten Ausführungsform ist in 4 dargestellt. Die Abszisse 44 repräsentiert ein Maß für die Umdrehung des mit dem Encoder ausgestatteten Körpers. Auf der Ordinate 48 ist die auf den Wiegandsensor 32 wirkende Magnetfeldstärke 52 aufgetragen. Diese setzt sich aus einer sinusförmigen Grundwelle und einer ihr überlagerten Signatur (Oberwelle), welche die Grundwelle mit einem Modulationsgrad von 10% moduliert, zusammen. Positive Werte auf der Ordinate 48 bezeichnen eine „Nordpol”-Magnetisierung, negative Werte eine „Südpol”-Magnetisierung. Eine Periode der Grundwelle korrespondiert zu einer vollen Umdrehung des Körpers. Die Oberwelle umfasst 32 Perioden bei einer Periode der Grundwelle.The behavior of the Wiegandsensors 32 a measuring system according to the invention 1 with an encoder 2 in a first embodiment is in 4 shown. The abscissa 44 represents a measure of the revolution of the body equipped with the encoder. On the ordinate 48 is the on the Wiegandsensor 32 acting magnetic field strength 52 applied. This consists of a sinusoidal fundamental wave and a superimposed signature (harmonic wave), which modulates the fundamental wave with a degree of modulation of 10% together. Positive values on the ordinate 48 denote a "north pole" magnetization, negative values a "south pole" magnetization. One period of the fundamental corresponds to a full revolution of the body. The harmonic comprises 32 periods at one period of the fundamental.

Zu Beginn des Umdrehungsvorgangs sei der Wieganddraht in negativer („Südpol”) Richtung voll magnetisiert bzw. vorgespannt. Bei einer Drehung des Referenzkörpers steigt das Magnetfeld im Mittel sinusförmig in positiver Magnetisierungsrichtung an. Der Wieganddraht folgt dieser Änderung aufgrund seiner Bauweise nicht, solange die Stärke des Magnetfeldes nicht eine (gestrichelt dargestellte) obere Schwelle 56 überschritten hat. Bei Erreichen dieser oberen Schwelle 56 (Koerzitivfeldstärke des hartmagnetischen Drahtmantels) magnetisiert sich der Wieganddraht sprungartig von seiner Vormagnetisierung zur entgegengesetzten Auslösemagnetisierung um und induziert dabei in der um den Draht gewickelten Spule einen elektrischen Impuls 60. Die Stärke des Impulses ist – im Gegensatz zu einem Dynamo – nicht von der Drehzahl des Referenzkörpers abhängig. Von dieser Auslösemagnetisierung aus folgt die Magnetisierung des Drahtes weiter dem externen Magnetfeld bis zu dessen Maximum. Der Draht ist nun wieder entsprechend vorgespannt und verbleibt in diesem Zustand, bis die externe Feldstärke eine untere Schwelle 72 unterschreitet und ein Impuls 64 ausgelöst wird.At the beginning of the rotation process, the Wiegand wire should be fully magnetized or biased in the negative ("south pole") direction. During a rotation of the reference body, the magnetic field increases on average sinusoidally in the positive direction of magnetization. The Wiegand wire does not follow this change due to its design, as long as the strength of the magnetic field is not an upper threshold (shown in dashed lines) 56 has exceeded. Upon reaching this upper threshold 56 (Coercive field strength of the hard magnetic wire sheath), the Wiegand wire jumps from its bias to the opposite triggering magnetization and induces an electrical impulse in the coil wound around the wire 60 , The strength of the pulse is - in contrast to a dynamo - not dependent on the speed of the reference body. From this triggering magnetization, the magnetization of the wire continues to follow the external magnetic field up to its maximum. The wire is now pretensioned again and remains in this state until the external field strength is a lower threshold 72 falls short and an impulse 64 is triggered.

Pro halbe Umdrehung des Referenzkörpers wird also ein Impuls ausgelöst. aufgrund der Struktur der Oberwelle des Magnetfeldes des Encoders kann der genaue Zeitpunkt, an dem die obere Schwelle 56 bzw. untere Schwelle 72 des Magnetfeldes erreicht ist, etwas mehr oder weniger von der Position nach exakt einer halben Umdrehung abweichen. Dies ist aber nicht kritisch, solange zuverlässig in jeder halben Umdrehung ein Impuls erfolgt, d. h., solange der Impuls zuverlässig und eindeutig der jeweiligen halben Umdrehung zugeordnet werden kann und der Draht bei der Auslösung des Impulses ausreichend vorgespannt werden kann. Die Höhe des Impulses hängt nämlich unmittelbar von der Höhe des Ummagnetisierungssprunges (von der aktuellen Vorspannung zum Zeitpunkt der Auslösung hin zur entgegengesetzten Auslösemagnetisierung) ab. 5 zeigt in diesem Zusammenhang ein Diagramm wie in 4 aber mit einem Modulationsgrad von ca. 40%. Auch in diesem Fall kann jeder halben Umdrehung zuverlässig ein Impuls bzw. jeder vollen Umdrehung zwei Impulse mit entgegengesetztem Vorzeichen zugeordnet werden.Per half revolution of the reference body so a pulse is triggered. Due to the structure of the harmonic of the magnetic field of the encoder can be the exact time at which the upper threshold 56 or lower threshold 72 of the magnetic field is reached, slightly more or less deviate from the position after exactly half a turn. However, this is not critical, as long as reliably in each half revolution, a pulse occurs, ie, as long as the pulse can be assigned reliably and clearly the respective half turn and the wire can be sufficiently biased in the triggering of the pulse. The magnitude of the pulse depends directly on the amount of the Ummagnetisierungssprunges (from the current bias voltage at the time of triggering towards the opposite tripping magnetization) from. 5 shows in this context a diagram as in 4 but with a degree of modulation of about 40%. In this case as well, one pulse can be reliably assigned to each half revolution and two pulses of opposite sign to each full revolution.

Bis zu einem Modulationsgrad von ca. 50% sollte dieses Funktionsprinzip gewährleistet sein. Bei höherem Modulationsgrad besteht die Gefahr von „Fehlimpulsen”, d. h., aufgrund des starken Modulationsgrades können zusätzliche Ummagnetisierungen erfolgen.Up to a degree of modulation of approx. 50%, this operating principle should be guaranteed. With a higher degree of modulation there is a risk of "false pulses", ie. h., due to the strong degree of modulation additional Ummagnetisierungen can take place.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Messsystemmeasuring system
22
Encoderencoder
44
Sensoranordnungsensor arrangement
66
Trägerzylindersupport cylinder
88th
Magnetelementmagnetic element
1010
Zentralbohrungcentral bore
1212
Flächenelementsurface element
1414
Flächenelementsurface element
2020
KurveCurve
2222
KurveCurve
2424
KurveCurve
3030
Magnetfeldsensormagnetic field sensor
3232
WiegandsensorWiegand
3434
Linearkörperlinear body
4040
Verschiebungsrichtungshift direction
4444
Abszisseabscissa
4848
Ordinateordinate
5252
Magnetfeldstärkemagnetic field strength
5656
obere Schwelleupper threshold
6060
Impulspulse
6464
Impulspulse
6868
Impulspulse
7272
untere Schwellelower threshold
7676
Magnetisierungmagnetization

Claims (12)

Messsystem (1) mit einem Referenzkörper und mit einem gegenüber dem Referenzkörper verschiebbaren oder verdrehbaren Körper mit einem magnetischer Encoder (2) mit einer Mehrzahl von in einer vorgesehenen Verschiebungs- oder Verdrehungsrichtung gesehen periodisch mit fester Periodenlänge beabstandet zueinander angeordneten, jeweils ein magnetisches Polpaar bildenden Magnetelementen (8), wobei jedes Magnetelement (8) ein an eine vorgegebene, für die Position des jeweiligen Magnetelements (8) in Verschiebungs- oder Verdrehungsrichtung gesehen charakteristische Sollkurve angepasstes Magnetisierungsverhältnis zwischen Nordpol- und Südpolanteilen aufweist, und wobei der Referenzkörper mit einem Wiegandsensor (32) versehen ist.Measuring system ( 1 ) with a reference body and with respect to the reference body slidable or rotatable body with a magnetic encoder ( 2 ) arranged periodically with a fixed period length spaced from each other in a designated displacement or rotation direction, each forming a magnetic pole pair magnetic elements ( 8th ), each magnet element ( 8th ) to a given, for the position of the respective magnetic element ( 8th ) in the direction of displacement or torsion characteristic curve has adapted magnetization ratio between North Pole and Südpolanteilen, and wherein the reference body with a Wiegandsensor ( 32 ) is provided. Messsystem (1) nach Anspruch 1, wobei der Referenzkörper mit mindestens zwei voneinander in Verschiebe- oder Verdrehrichtung beabstandet zueinander angeordneten Magnetfeldsensoren (30) versehen ist.Measuring system ( 1 ) according to claim 1, wherein the reference body with at least two mutually spaced in the direction of displacement or twisting magnetic field sensors ( 30 ) is provided. Messsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Encoder derart konfiguriert ist, dass der Wiegandsensor (32) bei Vorbeigang an dem Körper durch Verdrehung oder Verschiebung eine vorgegebene Anzahl von Ummagnetisierungspulsen erzeugt.Measuring system ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the encoder is configured such that the weighing sensor ( 32 ) generates a predetermined number of Ummagnetisierungspulsen when passing the body by rotation or displacement. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Zähler, der die Ummagnetisierungspulse zählt, wobei der Zähler einen nicht-flüchtigen Speicher zur Abspeicherung des Zählerstandes umfasst.Measuring system ( 1 ) according to one of claims 1 to 3 with a counter which counts the Ummagnetisierungspulse, wherein the counter comprises a non-volatile memory for storing the count. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zwischen den Magnetfeldsensoren (30) ein Abstand von etwa einem Vielfachen eines Viertels der Periodenlänge vorgesehen ist.Measuring system ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, in which between the magnetic field sensors ( 30 ) a distance of about a multiple of a quarter of the period length is provided. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dessen Magnet-elemente (8) jeweils eine in Verschiebungs- oder Verdrehungsrichtung gesehen variierende, vorzugsweise kontinuierlich variierende, Magnetisierung aufweisen.Measuring system ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, whose magnetic elements ( 8th ) each have a seen in the direction of displacement or rotation varying, preferably continuously varying, magnetization. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem in Verschiebungs- oder Verdrehungsrichtung gesehen benachbarte Magnetelemente (8) unmittelbar aneinander angrenzen.Measuring system ( 1 ) according to any one of claims 1 to 6, wherein in the direction of displacement or rotation seen adjacent magnetic elements ( 8th ) directly adjoin one another. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dessen Magnetelemente (8) zur Erfassung von Verdrehungspositionen derart auf einem gemeinsamen Kreisumfang angeordnet sind, dass die Periodenlänge einen Teiler des Kreisumfangs bildet.Measuring system ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, whose magnetic elements ( 8th ) are arranged for detecting rotational positions on a common circumference such that the period length forms a divisor of the circumference. Messsystem (1) nach Anspruch 8, bei dem die Sollkurve für das Magnetisierungsverhältnis der Magnetelemente (8) ebenfalls periodisch ist mit einer Periodenlänge, die einen Teller des Kreisumfangs bildet, vorzugsweise gleich dem Kreisumfang ist.Measuring system ( 1 ) according to claim 8, wherein the setpoint curve for the magnetization ratio of the magnetic elements ( 8th ) is also periodic with a period length which forms a plate of the circumference, preferably equal to the circumference. Messsystem (1) nach Anspruch 8 oder 9, dessen Magnetelemente (8) umfangsseitig oder stirnseitig auf einem Trägerzylinder (6) angeordnet sind.Measuring system ( 1 ) according to claim 8 or 9, whose magnetic elements ( 8th ) peripherally or frontally on a support cylinder ( 6 ) are arranged. Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dessen Magnetelemente (8) auf einem linearen Körper angeordnet sind.Measuring system ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, whose magnetic elements ( 8th ) are arranged on a linear body. Messsystem (1) nach Anspruch 11 mit einer Mehrzahl von linear aneinandergereihten Linearkörpern (34).Measuring system ( 1 ) according to claim 11 with a plurality of linearly aligned linear bodies ( 34 ).
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