DE102013014282A1 - Position measuring system and method for determining position - Google Patents

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Abstract

Ein Positionsmesssystem (1), bei dem mehrere Sensoren (9) in einer festen Lagebeziehung zueinander angeordnet sind und ein Messobjekt (3) entlang einer definierten Bahn relativ zu den Sensoren (9) bewegbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Sensor (9) eine Messzelle vorgesehen ist und die Sensoren (9) sequentiell an mindestens eine Ausgangsbusleitung ankoppelbar sind, wobei für den Sensor (9) innerhalb seiner Messzelle eine logische Schaltung zur Ankopplung mindestens eines Ausgangs des Sensors (9) an die zugeordnete Ausgangsbusleitung vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Positionsermittlung mit einem solchen Positionsmesssystem (1).A position measuring system (1), in which a plurality of sensors (9) are arranged in a fixed positional relationship to one another and a measurement object (3) is movable along a defined path relative to the sensors (9), is characterized in that for each sensor (9 ) a measuring cell is provided and the sensors (9) can be coupled sequentially to at least one output bus, wherein for the sensor (9) within its measuring cell, a logic circuit for coupling at least one output of the sensor (9) is provided to the associated output bus. The invention further relates to a method for determining position with such a position measuring system (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Positionsmesssystem, bei dem mehrere Sensoren in einer festen Lagebeziehung zueinander angeordnet sind und ein Messobjekt entlang einer definierten Bahn relativ zu den Sensoren bewegbar ist, sowie ein Verfahren zur Positionsermittlung mit einem solchen Positionsmesssystem.The invention relates to a position measuring system in which a plurality of sensors are arranged in a fixed positional relationship to each other and a measurement object along a defined path is movable relative to the sensors, and a method for determining position with such a position measuring system.

In der Praxis gibt es in vielen Anwendungen die Anforderung, die Position eines Gegenstandes relativ zu einem anderen zu bestimmen. Beispielsweise besteht in der Hydraulik der Wunsch, bei einer Kolbenstangen-Zylinder-Einheit die sich jeweils ändernde Stellung der Kolbenstange zu erfassen. Hierzu wurden in der Vergangenheit diverse Lösungen vorgeschlagen, die beispielsweise im Anbringen einer Skala an der Kolbenstange bestehen, die entweder durch einen Bediener oder durch ein optisches System erfasst und ausgewertet wird.In practice, in many applications there is a requirement to determine the position of one object relative to another. For example, there is a desire in hydraulics to detect the changing position of the piston rod in a piston rod-cylinder unit. For this purpose, various solutions have been proposed in the past, for example, consist in attaching a scale on the piston rod, which is detected and evaluated either by an operator or by an optical system.

Zur automatisierten Positionsermittlung werden auch Reedkontakte eingesetzt, die in einer „Kette” angeordnet sind. Reedkontakte sind elektrische Bauteile, bei denen in einem Glaskolben elektrische Kontaktzungen eingeschweißt sind. Unter Einfluss eines Magnetfeldes nähern sich die Kontaktzungen an und schließen einen Stromkreis. Mit mehreren in einer Reihe bzw. Kette angeordneten Reedkontakten ist somit eine relativ grobe Positionsmessung möglich.For automated position determination and reed contacts are used, which are arranged in a "chain". Reed contacts are electrical components in which electrical contact tongues are welded in a glass bulb. Under the influence of a magnetic field, the contact tongues approach and close a circuit. With a plurality of reed contacts arranged in a row or chain, a relatively coarse position measurement is thus possible.

Darüber hinaus vertreibt die Schutzrechtsinhaberin einen linearen Wegsensor unter der Bezeichnung „HLT 1000” der nach dem physikalischen Prinzip der Magnetostriktion arbeitet. Gemäß diesem Messprinzip wird ein Weg oder eine Geschwindigkeit basierend auf einer Laufzeitmessung erfasst. Auf diese Weise wird eine hochpräzise Bestimmung einer Position ermöglicht. Der Sensor arbeitet berührungslos und verschleißfrei und ist in einer Ausführungsform in einem druckfesten Edelstahlgehäuse verfügbar, das vollständig in einer Kolbenstange integrierbar ist. Die Messsignale können anschließend mit diversen Systemen, die im Markt frei verfügbar sind, ausgewertet werden.In addition, the rights holder sells a linear displacement sensor called "HLT 1000", which works according to the physical principle of magnetostriction. According to this measuring principle, a path or a speed is detected based on a transit time measurement. In this way, a high-precision determination of a position is made possible. The sensor operates without contact and wear and is available in one embodiment in a pressure-resistant stainless steel housing, which is completely integrated in a piston rod. The measuring signals can then be evaluated with various systems that are freely available on the market.

Ein weiterer linearer Wegsensor in Stabausführung wird unter der Bezeichnung „HLT 2100” von der Schutzrechtsinhaberin angeboten. Hierbei ist auf einem Rohrabschnitt ein Ringmagnet verschiebbar angeordnet. Die Position des Ringmagneten relativ zu einem im Rohr befindlichen Sensor wird erfasst und ausgewertet.Another linear displacement sensor in rod design is offered under the name "HLT 2100" by the owner of the protective rights. Here, a ring magnet is slidably mounted on a pipe section. The position of the ring magnet relative to a sensor located in the tube is detected and evaluated.

Bei vielen bzw. den meisten derzeit erhältlichen, magnetbasierten Positionsmesssystemen hat sich herausgestellt, dass sie einen verbesserbaren Kompromiss zwischen Genauigkeit und Kosten darstellen.Many or most magnetic-based position measuring systems currently available have been found to provide an improved compromise between accuracy and cost.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Positionsmesssystem und ein Verfahren zur Positionsermittlung mit einem solchen Positionsmesssystem aufzuzeigen, die bei geringen Kosten eine hohe Genauigkeit bei der Positionsmessung ermöglichen.The invention is therefore based on the object to show a position measuring system and a method for determining position with such a position measuring system, which allow high accuracy in the position measurement at low cost.

Eine Lösung des gegenständlichen Teils dieser Aufgabe besteht in einem Positionsmesssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen des Positionsmesssystems gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 14 hervor. Eine Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Aufgabe besteht in einem Positionsermittlungsverfahren mit den Verfahrensschritten von Anspruch 15.A solution of the objective part of this task consists in a position measuring system having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the position measuring system are apparent from the dependent claims 2 to 14. A solution of the procedural part of the object consists in a position determination method with the method steps of claim 15.

Erfindungsgemäß ist für jeden Sensor eine Messzelle vorgesehen und die Sensoren sind sequentiell an mindestens eine Ausgangsbusleitung ankoppelbar, wobei für den Sensor innerhalb seiner Messzelle eine logische Schaltung zur Ankopplung mindestens eines Ausgangs des Sensors an die zugeordnete Ausgangsbusleitung vorgesehen ist.According to the invention, a measuring cell is provided for each sensor and the sensors can be coupled sequentially to at least one output bus line, wherein a logical circuit for coupling at least one output of the sensor to the associated output bus line is provided for the sensor within its measuring cell.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass aufgrund der sequentiellen Ankopplung des Sensors an die Ausgangsbusleitung und damit an die nachgeschaltete Einheit eine mit den anderen Sensoren gemeinsam genutzte Ausgangsbusleitung verwendet werden kann. Dies bringt eine erhebliche Vereinfachung des Aufbaus des Sensors und damit eine große Einsparung mit sich. Es muss nicht mehr für jeden Sensor eine eigene Datenleitung zur nachgeschalteten Auswerteeinheit bereitgestellt werden. Hierdurch werden Platz und Material eingespart und die Fehleranfälligkeit des Systems reduziert. Dadurch kann eine beliebige Anzahl von Sensoren aneinander gereiht werden. Der Aufwand, der nötig ist, um die Sensoren anzuschließen, ist sehr gering und unabhängig von der Anzahl der Sensoren. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der Vereinfachung des Aufbaus mehr Sensoren eingesetzt werden können, um die Position des Messobjektes zu erfassen. Auf diese Weise kann ein Optimum des Verhältnisses von Genauigkeit zu Sensorzahl erreicht bzw. je nach Einsatzzweck ausgewählt werden.The solution according to the invention has the advantage that due to the sequential coupling of the sensor to the output bus line and thus to the downstream unit, an output bus line used in common with the other sensors can be used. This brings a considerable simplification of the structure of the sensor and thus a great savings with it. It is no longer necessary to provide a separate data line for each sensor to the downstream evaluation unit. This saves space and material and reduces the system's susceptibility to errors. This allows any number of sensors to be strung together. The effort required to connect the sensors is very small and independent of the number of sensors. Another advantage is that due to the simplification of the structure more sensors can be used to detect the position of the measurement object. In this way, an optimum of the ratio of accuracy to number of sensors can be achieved or selected depending on the intended use.

Besonders vorteilhaft sind mit der logischen Schaltung beide Ausgänge des zugeordneten Sensors zeitgleich an die Ausgangsbusleitungen ankoppelbar. Dies ermöglicht eine vollständige Abkopplung des Sensors von den Ausgangsbusleitungen, so dass die auf der Ausgangsbusleitung übertragenen Signale eines anderen Sensors nicht negativ beeinflusst werden können.Particularly advantageous with the logic circuit both outputs of the associated sensor can be coupled simultaneously to the output bus lines. This allows a complete decoupling of the sensor from the output bus lines, so that the signals transmitted on the output bus line of another sensor can not be adversely affected.

Mit der logischen Schaltung kann zusätzlich vorteilhaft zumindest ein Eingang des zugeordneten Sensors an eine Eingangsbusleitung ankoppelbar sein. Dies ermöglicht es, nicht nur die Ausgangsspannung, sondern auch die Eingangsspannung am jeweiligen Sensor zu erfassen und zur Auswertung zu bringen. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Positionsmessung nochmals wesentlich erhöht. Hierbei wurde vorteilhaft erkannt, dass aufgrund der Tatsachen, dass es kaum parasitäre Kapazitäten gibt, die Quelle niederohmig ist und die Messung hochohmig erfolgt, die Zeitspanne von der Ankopplung an die Eingangsspannung bis der Sensor ein stabiles Ausgangssignal erzeugt, sehr kurz ist, d. h. gegen Null tendiert, bevorzugt weniger als 5 Millisekunden, weiter bevorzugt weniger als 1 Millisekunde, beträgt. Deshalb ist es in diesem Fall vorteilhaft, nicht alle Sensoren gleichmäßig zu bestromen, sondern nur den, der gerade ausgewertet werden soll. Dies bringt in Ergänzung zur Verbesserung der Präzision eine erhebliche Energieeinsparung mit sich. In addition, at least one input of the assigned sensor can be coupled to an input bus line with the logic circuit. This makes it possible to detect and evaluate not only the output voltage but also the input voltage at the respective sensor. In this way, the accuracy of the position measurement is again significantly increased. It was advantageously recognized that due to the fact that there are hardly any parasitic capacitances, the source is low-impedance and the measurement is high-impedance, the time from the coupling to the input voltage until the sensor generates a stable output signal is very short, ie towards zero preferably less than 5 milliseconds, more preferably less than 1 millisecond. Therefore, it is advantageous in this case, not to energize all sensors evenly, but only the one that is currently being evaluated. This, in addition to improving precision, results in significant energy savings.

Vorteilhaft sind mit der logischen Schaltung beide Eingänge des Sensors zeitgleich an die Eingangsbusleitungen ankoppelbar. Auch hier hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, den Sensor von den Eingangsbusleitungen abzukoppeln, um keine Verfälschung der Messergebnisse durch derzeit nicht aktivierte Sensoren zu riskieren.Advantageously, with the logic circuit both inputs of the sensor can be coupled simultaneously to the input bus lines. Again, it has been found to be advantageous to decouple the sensor from the input bus lines in order not to risk falsification of the measurement results by currently not activated sensors.

Mit der logischen Schaltung können zeitgleich der mindestens eine Eingang und der mindestens eine Ausgang des zugeordneten Sensors an die jeweiligen Busleitungen ankoppelbar sein. Die vollständige Entkopplung des Sensors von den Busleitungen stellt das Optimum an Präzision und Energieeffizienz dar.With the logic circuit, the at least one input and the at least one output of the associated sensor can be coupled to the respective bus lines at the same time. The complete decoupling of the sensor from the bus lines represents the optimum in precision and energy efficiency.

Die Messzellen können in einer Reihe beabstandet voneinander angeordnet sein, wobei vorteilhaft einzelne Messzellen ausgehend von einem freien Ende abtrennbar sind, ohne die Funktionsfähigkeit des Messsystems zu beeinträchtigen. Auf diese Weise lässt sich das Positionsmesssystem vorteilhaft verkürzen und so an eine Einbausituation in einem zu überwachenden Bereich anpassen. Das Positionsmesssystem kann deshalb mit einer einheitlichen Länge angeboten werden und nach Bedarf abgelängt werden, d. h. abgesägt, abgeschnitten oder sonst wie abgeteilt werden, ohne dass hierzu weitere Maßnahmen erforderlich sind. Dies bringt erhebliche Einsparungen bei der Herstellung und Distribution des Positionsmesssystems mit sich, da nur noch eine Ausführungsform konstruiert, hergestellt, gelagert und ausgeliefert werden muss.The measuring cells can be arranged in a row spaced from each other, wherein advantageously individual measuring cells are separable starting from a free end, without affecting the functionality of the measuring system. In this way, the position measuring system can advantageously be shortened and thus adapted to an installation situation in a region to be monitored. The position measuring system can therefore be offered with a uniform length and cut to length as required, i. H. sawn off, cut off or otherwise separated, without the need for further measures. This brings considerable savings in the production and distribution of the position measuring system, since only one embodiment has to be designed, manufactured, stored and delivered.

Die logische Schaltung kann mit Vorteil ein Flipflop sein. Ein Flipflop ist eine grundlegende Schaltung der Digitaltechnik, die sich über die Jahrzehnte besonders bewährt hat. Die Flipflops der einzelnen Messzellen können als Schieberegister geschaltet sein. Dies ermöglicht es, die Messzellen sequentiell nacheinander an die jeweiligen Busleitungen anzukoppeln. Die Schaltung der einzelnen Flipflops wird dabei durch ein einheitliches Taktsignal gewährleistet, das über eine gemeinsame Taktleitung an die Flipflops weitergeleitet wird.The logic circuit may advantageously be a flip-flop. A flip-flop is a fundamental circuit of digital technology that has proven itself over the decades. The flip-flops of the individual measuring cells can be switched as a shift register. This makes it possible to connect the measuring cells sequentially one after the other to the respective bus lines. The circuit of the individual flip-flops is ensured by a uniform clock signal, which is forwarded via a common clock line to the flip-flops.

Eine Messzelle, die eine Sensorzelle und eine logische Schaltung zur Ankopplung des Sensors an die Ausgangsbusleitungen sowie gegebenenfalls Eingangsbusleitungen umfasst, kann auf einem Mikrochip angeordnet sein. Auf diese Weise wird eine hohe Integration von Bauteilen in einem kleinen Bauraum erreicht. Darüber hinaus kann der Bestückungsaufwand reduziert werden, da weniger Bauteile verbaut werden müssen. Vorteilhaft können auch mehrere Messzellen auf einem Mikrochip beabstandet voneinander angeordnet sein.A measuring cell, which includes a sensor cell and a logic circuit for coupling the sensor to the output bus lines and optionally input bus lines, may be arranged on a microchip. In this way, a high degree of integration of components in a small space is achieved. In addition, the assembly effort can be reduced because fewer components must be installed. Advantageously, a plurality of measuring cells can be arranged on a microchip spaced from each other.

Weiterhin kann eine Auswerteeinheit zur Auswertung der auf den Ausgangsbusleitungen übermittelten Signale vorhanden sein. Diese Auswerteeinheit kann vorteilhaft zur Auswertung der Signale der Ausgangsbusleitungen und der Eingangsbusleitungen herangezogen werden. Auf diese Weise können zur Ermittlung einer möglichst genauen Position die Ausgangsspannung und die Eingangsspannung eines Sensors, beziehungsweise deren Amplituden, in Beziehung zueinander gesetzt werden.Furthermore, an evaluation unit for evaluating the signals transmitted on the output bus lines can be present. This evaluation unit can advantageously be used for evaluating the signals of the output bus lines and the input bus lines. In this way, the output voltage and the input voltage of a sensor, or their amplitudes, can be set in relation to each other to determine the most accurate position possible.

Zumindest eine der Eingangsbusleitungen kann einen Vorwiderstand oder eine einstellbare Stromsenke zur Strombegrenzung aufweisen. Der Innenwiderstand des Sensors kann in Abhängigkeit von Temperatur und Alterung unterschiedlich und insbesondere zu gering sein, um für sich genommen eine ausreichende Strombegrenzung zu haben. Somit werden durch den Vorwiderstand Überlastungen der Sensoren vermieden.At least one of the input bus lines may have a series resistor or an adjustable current sink for current limitation. The internal resistance of the sensor may vary depending on temperature and aging and in particular be too low to have taken in itself a sufficient current limit. Thus, overloads of the sensors are avoided by the series resistor.

Die Eingangsbusleitungen sind vorteilhaft über eine Stromquelle oder über eine Spannungsquelle miteinander verbunden, wobei die Polarität der Stromquelle oder der Spannungsquelle umschaltbar ist. Dies ermöglicht es, etwaige Offsetfehler, die von der Quelle oder einer nachgeschalteten Einheit ausgehen, auszugleichen. Mithin können kostengünstige Komponenten verwendet werden, ohne die Genauigkeit negativ zu beeinflussen, oder es kann bei qualitativ besseren Komponenten eine höhere Genauigkeit erzielt werden.The input bus lines are advantageously connected to one another via a current source or via a voltage source, wherein the polarity of the current source or the voltage source can be switched. This makes it possible to compensate for any offset errors emanating from the source or a downstream unit. Thus, low cost components can be used without adversely affecting accuracy, or higher accuracy can be achieved with higher quality components.

Die Sensoren können vorteilhaft Hall-Sensoren sein. Darüber hinaus sind auch andere Magnetfeldsensoren im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar.The sensors may be advantageous Hall sensors. In addition, other magnetic field sensors can be used within the scope of the present invention.

Das Messobjekt ist vorzugsweise ein Magnet. Der Magnet ist bevorzugt in Form eines Ringmagneten ausgeführt, da dieser ein Magnetfeld aufweist, das sich bei koaxial angeordneten Sensoren maßgeblich lediglich in einer Dimension ändert.The measuring object is preferably a magnet. The magnet is preferably in the form of a Ring magnet executed, since this has a magnetic field, which changes in coaxial sensors significantly only in one dimension.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionsermittlung weist die folgenden sieben Schritte auf:

  • • Einlesen der Sensorsignale;
  • • Korrigieren der Sensorsignale;
  • • Auswerten von primären Merkmalen zur groben Positionsbestimmung;
  • • Auswerten von sekundären Merkmalen zur Feinabstimmung der Positionsbestimmung;
  • • vorzugsweise, Korrigieren von Nichtlinearitäten;
  • • Auswählen einer aktiven Zone; und
  • • Bestimmen der Position des Messobjektes.
The position determination method according to the invention has the following seven steps:
  • • reading the sensor signals;
  • • correct the sensor signals;
  • • evaluation of primary features for coarse positioning;
  • • Evaluate secondary features to fine-tune position determination;
  • Preferably, correcting nonlinearities;
  • • selecting an active zone; and
  • • Determining the position of the measurement object.

Die Sensorsignale müssen zunächst bestimmt und in einem anschließenden Schritt um einen Offset sowie eine Empfindlichkeit korrigiert werden. Die folgenden Schritte des Auswertens von primären und sekundären Merkmalen sowie die Korrektur von Nichtlinearitäten können auf mehrere Arten erfolgen.The sensor signals must first be determined and corrected for an offset and a sensitivity in a subsequent step. The following steps of evaluating primary and secondary features and correcting non-linearities can be done in several ways.

Unter den primären Merkmalen werden solche Eigenschaften eines Magnetfeldes verstanden, die mit Hilfe von Sensoren eindeutig identifiziert werden können, zum Beispiel die maximale oder minimale Feldstärke bzw. ein maximaler oder minimaler Gradient. Aus den primären Merkmalen lässt sich immer eine grobe Positionsinformation ableiten.The primary features are understood to be those properties of a magnetic field that can be uniquely identified with the aid of sensors, for example the maximum or minimum field strength or a maximum or minimum gradient. From the primary features, rough position information can always be derived.

Sekundäre Merkmale sind vor allem in der Umgebung eines primären Merkmals eindeutig. Sie werden zur Interpolation der Position des Messobjektes insbesondere dann herangezogen, wenn sich das Messobjekt zwischen zwei Sensoren befindet. Die sekundären Merkmale haben die folgenden Eigenschaften:

  • • Sie spiegeln die Bewegung des Messobjektes um das identifizierte primäre Merkmal herum wieder.
  • • Sie sind zwischen zwei primären Merkmalen skalierbar.
  • • Sie haben einen stetigen und streng monotonen Verlauf zwischen zwei primären Merkmalen.
  • • Sie sind tolerant gegenüber Störeinflüssen (beispielsweise durch Relativierung).
  • • Sie sind in der Nähe eines primären Merkmals linear abhängig von der Position des Messobjektes, wobei etwaige Nichtlinearitäten entweder vernachlässigt oder korrigiert werden können.
Secondary features are unique, especially in the environment of a primary feature. They are used to interpolate the position of the measurement object, in particular when the measurement object is located between two sensors. The secondary properties have the following properties:
  • • They reflect the movement of the measurement object around the identified primary feature.
  • • They are scalable between two primary features.
  • • They have a steady and strictly monotonous course between two primary features.
  • • They are tolerant of interference (for example, by relativization).
  • • They are linearly dependent on the position of the measurement object in the vicinity of a primary feature, whereby any nonlinearities can either be neglected or corrected.

Auf der Basis der Auswertung der primären und sekundären Merkmale kann dann die Position des Messobjektes mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.On the basis of the evaluation of the primary and secondary features, the position of the measurement object can then be determined with high accuracy.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to exemplary embodiments illustrated in the figures. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Positionsmesssystems; 1 a perspective view of the position measuring system according to the invention;

2 eine Draufsicht auf das Positionsmesssystem der 1; 2 a plan view of the position measuring system of 1 ;

3 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in 2; 3 a cross section along the line AA in 2 ;

4 ein Blockschaltbild einer Sensorzelle; 4 a block diagram of a sensor cell;

5 ein Blockschaltbild einer Messzelle; 5 a block diagram of a measuring cell;

6 ein Blockschaltbild einer Verschaltung der Messzellen; und 6 a block diagram of an interconnection of the measuring cells; and

7 ein Blockschaltbild einer alternativen, vorteilhaften Ausführungsform der Messzelle. 7 a block diagram of an alternative, advantageous embodiment of the measuring cell.

In den 1 bis 3 ist das erfindungsgemäße Positionsmesssystem 1 insgesamt in mehreren Ansichten dargestellt. Ein Messobjekt 3 in Form eines Ringmagneten ist auf einem rohrförmigen Element 5 axial verschiebbar angeordnet. In das rohrförmige Element 5 ist eine Platine 7 mit voneinander beabstandet angeordneten Sensoren 9 eingeschoben. Die Sensoren 9 bilden somit eine reihenförmig verlaufende Sensorkette 11 aus. Die Anzahl der Sensoren 9 in der Sensorkette 11 ist prinzipiell beliebig. Die Sensoren 9 sind in einer Reihe angeordnet, wobei einzelne Sensoren 9 ausgehend von einem freien Ende 13 abtrennbar sind, ohne die Funktionsfähigkeit des Positionsmesssystems 1 insgesamt zu beeinträchtigen. An dem anderen freien Ende 15 der Platine 7 befindet sich eine Steuereinheit 17 in Form eines Mikroprozessors, die mit einer Auswerteeinheit 19 über entsprechende Anschlüsse 21 gekoppelt werden kann. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, die Auswerteeinheit 19 auf der Platine 7 anzuordnen. Über die Anschlüsse 21 können auch das PWM, das Stromsignal und/oder das Spannungssignal an nachgeschaltete, nicht näher dargestellte Einheiten übertragen werden. Mithin ist ein Positionsmesssystem 1 dargestellt, bei dem mehrere Sensoren 9 in einer festen Lagebeziehung zueinander angeordnet sind und ein Messobjekt 3 entlang einer durch das rohrformige Element 5 definierten Bahn relativ zu den Sensoren 9 bewegbar ist.In the 1 to 3 is the position measuring system according to the invention 1 shown in total in several views. A measurement object 3 in the form of a ring magnet is on a tubular element 5 arranged axially displaceable. In the tubular element 5 is a circuit board 7 with spaced-apart sensors 9 inserted. The sensors 9 thus form a row-like sensor chain 11 out. The number of sensors 9 in the sensor chain 11 is in principle arbitrary. The sensors 9 are arranged in a row, with individual sensors 9 starting from a free end 13 can be separated without the functionality of the position measuring system 1 in general. At the other free end 15 the board 7 there is a control unit 17 in the form of a microprocessor with an evaluation unit 19 via appropriate connections 21 can be coupled. In principle, it is also conceivable to use the evaluation unit 19 on the board 7 to arrange. About the connections 21 can also be the PWM, the current signal and / or the voltage signal to downstream, not shown units are transmitted. Thus, a position measuring system 1 shown in which several sensors 9 are arranged in a fixed positional relationship to each other and a measurement object 3 along a through the rohrformige element 5 defined path relative to the sensors 9 is movable.

In 4 ist eine Sensorzelle 23 dargestellt. Die Sensorzelle 23 bildet die kleinste Einheit des Positionsmesssystems 1. In der Sensorzelle 23 ist ein Sensor 25, der als Hall-Sensor ausgeführt ist, angeordnet. Grundsätzlich können aber auch andere magnetoresistive Sensoren eingesetzt werden, wie zum Beispiel Sensoren, die den anisotropen magnetoresistiven Effekt (AMR), den riesenmagnetoresistiven Effekt (GMR), den tunnelmagnetoresistiven Effekt (TMR) oder den kollosalen magnetoresistiven Effekt (CMR) nutzen. Darüber hinaus kommen Schaltelemente auf der Basis dieser Technologien in Betracht. Die beiden Eingänge 27, 29 und die beiden Ausgänge 31, 33 des Sensors 25 sind jeweils über analoge Schalter 3541 an Eingangsbusleitungen 43, 45 und Ausgangsbusleitungen 47, 49 ankoppelbar.In 4 is a sensor cell 23 shown. The sensor cell 23 forms the smallest unit of the position measuring system 1 , In the sensor cell 23 is a sensor 25 , which is designed as a Hall sensor, arranged. In principle, however, it is also possible to use other magnetoresistive sensors, for example sensors using the anisotropic magnetoresistive effect (AMR), the giant magnetoresistive effect (GMR), the tunnel magnetoresistive effect (TMR) or the colossal magnetoresistive effect (CMR). In addition, come Switching elements based on these technologies into consideration. The two entrances 27 . 29 and the two outputs 31 . 33 of the sensor 25 are each via analog switches 35 - 41 at entrance bus lines 43 . 45 and output bus lines 47 . 49 coupled.

Die Sensorzelle 23 bildet das Herz einer Messzelle 51, die in 5 dargestellt ist. Eine Messzelle 51 umfasst neben der Sensorzelle 23 eine logische Schaltung 53 zum Ankoppeln des Sensors 25 an die Busleitungen. Das Signal zum Umschalten der analogen Schalter 3541 kommt von der logischen Schaltung 53 in Form eines Flipflops. Der Flipflop 53 steuert über seinen Ausgang 55 die analogen Schalter 3541 über Steuerleitungen 57 an. Entsprechend der Taktung des Flipflops werden alle analogen Schalter 3541 der Sensorzelle 23 zeitgleich geschlossen oder geöffnet. Der Flipflop 53 speichert den Zustand und somit die Ankopplung der Sensorzelle 23 während der Erfassung der Sensorsignale der ausgewählten Messzelle 51.The sensor cell 23 forms the heart of a measuring cell 51 , in the 5 is shown. A measuring cell 51 includes next to the sensor cell 23 a logic circuit 53 for coupling the sensor 25 to the bus lines. The signal to toggle the analog switches 35 - 41 comes from the logic circuit 53 in the form of a flip-flop. The flip flop 53 controls over its exit 55 the analog switches 35 - 41 via control lines 57 at. According to the timing of the flip-flop, all analog switches 35 - 41 the sensor cell 23 closed or opened at the same time. The flip flop 53 saves the state and thus the coupling of the sensor cell 23 during detection of the sensor signals of the selected measuring cell 51 ,

Wie 6 zeigt, sind die in einer Reihe angeordneten Messzellen 51 über die logischen Schaltungen 53 miteinander verschaltet. Es ist eine Verschaltung der Flipflops 53 zu einem Schieberegister 59 vorgesehen. Hierzu sind an jeweils einen Ausgang 55 des Flipflops 53 die analogen Schalter 3541 der Sensorzelle 23 und ein Eingang 61 des Flipflops 53 der folgenden Messzelle 51 angeschlossen. Alle Flipflops 53 sind parallel mit einem weiteren Eingang 63 an eine Leitung 65 angeschlossen, auf der ein Systemtakt übermittelt wird, dessen Frequenz bis zu einigen Megahertz (MHz) betragen kann. Auf diese Weise werden die Sensoren 25 der Messzellen 51 mit einer sehr hohen Geschwindigkeit sequentiell nacheinander an die Eingangsbusleitungen 43, 45 und die Ausgangsbusleitungen 47, 49 angekoppelt. Die gesamte Sensorkette 11 kann somit erfasst und ausgewertet werden. Aufgrund der speziellen Verschaltung über das Schieberegister 59 ist die Anzahl der Messzellen 51 beliebig. Die Geschwindigkeit der Messung ist lediglich dadurch begrenzt, wie schnell die Sensorsignale ausgewertet werden können.As 6 shows are arranged in a row measuring cells 51 about the logical circuits 53 interconnected with each other. It's an interconnection of flip-flops 53 to a shift register 59 intended. For this purpose are each an output 55 of the flip-flop 53 the analog switches 35 - 41 the sensor cell 23 and an entrance 61 of the flip-flop 53 the following measuring cell 51 connected. All flip flops 53 are in parallel with another entrance 63 to a line 65 connected, on which a system clock is transmitted, whose frequency can be up to a few megahertz (MHz). This is how the sensors become 25 the measuring cells 51 at a very high speed sequentially sequentially to the input bus lines 43 . 45 and the output bus lines 47 . 49 coupled. The entire sensor chain 11 can thus be recorded and evaluated. Due to the special connection via the shift register 59 is the number of measuring cells 51 any. The speed of the measurement is limited only by how fast the sensor signals can be evaluated.

Der Betrieb des Hall-Sensors 25 ähnelt elektrisch einer Wheatstone-Brückenschaltung. An die Eingänge 27, 29 wird eine von den Eingangsbusleitungen 43, 45 kommende Betriebsspannung angelegt und an den Ausgängen 31, 33 wird die Signalspannung abgegriffen. Wie bei der Wheatstone-Brückenschaltung ist die Signalspannung abhängig von der Betriebsspannung. Diese hängt unter anderem vom Innenwiderstand des Hall-Sensors 25 ab. Da der Innenwiderstand des Hall-Sensors 25 und die Innenwiderstände der analogen Schalter 3541 in derselben Größenordnung liegen und beide Arten von Innenwiderständen sehr undefiniert und stark temperaturabhängig sind, kann die Betriebsspannung des Hall-Sensors 25 aber so nicht ermittelt werden.The operation of the Hall sensor 25 is electrically similar to a Wheatstone bridge circuit. To the entrances 27 . 29 becomes one of the input bus lines 43 . 45 coming operating voltage applied and at the outputs 31 . 33 the signal voltage is tapped. As with the Wheatstone bridge circuit, the signal voltage is dependent on the operating voltage. Among other things, this depends on the internal resistance of the Hall sensor 25 from. Because the internal resistance of the Hall sensor 25 and the internal resistances of the analog switches 35 - 41 are in the same order of magnitude and both types of internal resistances are very undefined and highly temperature-dependent, the operating voltage of the Hall sensor 25 but so can not be determined.

Um auch die Betriebsspannung des Hall-Sensors 25 erfassen zu können, ist ein abgewandelter Signalabgriff erforderlich, der in der Ausführungsform der Sensorzelle 67 der 7 gezeigt ist. Der Sensor 25 ist an einem Eingang 29 mit einer Eingangsbusleitung 43 fest verbunden. Somit ist prinzipiell eine Ankopplung des Hall-Sensors 25 an die Eingangsbusleitungen 43, 45 und die Ausgangsbusleitungen 47, 49 mit nur drei analogen Schaltern 35, 39, 41 möglich, da auch bei dieser Verschaltung kein Spannungsabfall mehr auftritt. An den verbleibenden Eingang 27 mit einem analogen Schalter 39 wird parallel ein zweiter analoger Schalter 69 angeschlossen, um die Betriebsspannung Ub am Hall-Sensor 25 über eine Signalbusleitung 71 abgreifen zu können. Da die Betriebsspannung Ub hochohmig gemessen wird, spielt der im Verhältnis dazu geringe Innenwiderstand des analogen Schalters 69 eine vernachlässigbare Rolle. Auch bei der hochohmigen Messung der Signalspannung Us können die niederohmigen Innenwiderstände der analogen Schalter 35, 39, 41, 69 nun vernachlässigt werden. Aus den Werten der Messung der Betriebsspannung Ub und der Signalspannung Us wird das Messergebnis gebildet.To also the operating voltage of the Hall sensor 25 To be able to detect a modified signal tap is required in the embodiment of the sensor cell 67 of the 7 is shown. The sensor 25 is at an entrance 29 with an input bus 43 firmly connected. Thus, in principle, a coupling of the Hall sensor 25 to the input bus lines 43 . 45 and the output bus lines 47 . 49 with only three analog switches 35 . 39 . 41 possible because no voltage drop occurs even with this connection. To the remaining entrance 27 with an analog switch 39 becomes parallel a second analog switch 69 connected to the operating voltage U b at the Hall sensor 25 via a signal bus line 71 to be able to tap. Since the operating voltage U b is measured with high impedance, plays in relation to the low internal resistance of the analog switch 69 a negligible role. Even with the high-impedance measurement of the signal voltage U s , the low-resistance internal resistance of the analog switch 35 . 39 . 41 . 69 now be neglected. From the values of the measurement of the operating voltage U b and the signal voltage U s , the measurement result is formed.

Somit ist es mit dieser Ausführungsform möglich, die einzelnen Sensorzellen 25 individuell an die Eingangsbusleitungen 43, 45 und die Ausgangsbusleitungen 47, 49 anzukoppeln und zusätzlich die Betriebsspannung Ub des jeweiligen Hall-Sensors 25 zu messen.Thus, it is possible with this embodiment, the individual sensor cells 25 individually to the input bus lines 43 . 45 and the output bus lines 47 . 49 coupled and in addition the operating voltage U b of the respective Hall sensor 25 to eat.

Die Sensorzelle 25 wird von einer Quelle 73 mit einer Spannung Uq gespeist, wobei es prinzipiell beliebig ist, ob eine Stromquelle oder eine Spannungsquelle 73 angeschlossen wird. Da der Innenwiderstand des Hall-Sensors 25 temperaturbedingt sehr klein werden kann, ist ein Vorwiderstand Rv oder eine regelbare Stromsenke in einer der Eingangsleitungen 45 vorgesehen. Erfindungsgemäß wird die Versorgung der Sensoren 25 nicht geregelt, sondern gemessen. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit der Messung und deren Genauigkeit verbessert werden. Der Temperaturgang der analogen Schalter 3541, 69 ist hierbei ebenfalls vernachlässigbar.The sensor cell 25 is from a source 73 supplied with a voltage U q , where it is in principle arbitrary, whether a current source or a voltage source 73 is connected. Because the internal resistance of the Hall sensor 25 Temperature can be very small, is a series resistor R v or a controllable current sink in one of the input lines 45 intended. According to the invention, the supply of the sensors 25 not regulated, but measured. In this way, the speed of the measurement and its accuracy can be improved. The temperature response of the analog switch 35 - 41 . 69 is also negligible here.

Die Präzision des Messergebnisses kann weiter verbessert werden, wenn die Polarität der Quelle umschaltbar ist und die Spannungen Ub, Us in beiden Polaritäten gemessen werden. Auf diese Weise lassen sich statistische Offsetfehler eliminieren, die zum Beispiel in den Messverstärkern auftreten, die zur Auswertung der Messung herangezogen werden. Dies hat den Vorteil, dass kostengünstigere Bauteile verwendet werden können. Wenn Digitalsignale verwendet werden, lässt sich zudem eine besonders einfach umschaltbare Spannungsquelle 73 realisieren.The precision of the measurement result can be further improved if the polarity of the source can be switched over and the voltages U b , U s are measured in both polarities. In this way, statistical offset errors can be eliminated, which occur, for example, in the measuring amplifiers, which are used to evaluate the measurement. This has the advantage that less expensive components can be used. In addition, when digital signals are used, a particularly easy switchable voltage source can be used 73 realize.

Es ist die Auswerteeinheit 19 (vgl. 1) zur Auswertung der auf den Ausgangsbusleitungen 47, 49 und den Eingangsbusleitungen 43, 45 gemessenen Signale vorgesehen. Die Auswerteeinheit 19 weist eine Anzeigeeinheit 75 auf. It is the evaluation unit 19 (see. 1 ) for the evaluation of the on the output bus lines 47 . 49 and the input bus lines 43 . 45 provided signals. The evaluation unit 19 has a display unit 75 on.

Die Sensorsignale können in der Auswerteeinheit 19 in einem siebenstufigen Prozess eines Verfahrens zur Positionsermittlung verarbeitet werden. Die einzelnen Verfahrensschritte sind hierbei:

  • • Einlesen der Sensorsignale;
  • • Korrigieren der Sensorsignale;
  • • Auswerten von primären Merkmalen zur groben Positionsbestimmung;
  • • Auswerten von sekundären Merkmalen zur Feinabstimmung der Positionsbestimmung;
  • • vorzugsweise, Korrigieren von Nichtlinearitäten;
  • • Auswählen einer aktiven Zone; und
  • • Bestimmen der Position des Messobjektes.
The sensor signals can be in the evaluation unit 19 be processed in a seven-step process of a position determination method. The individual process steps are:
  • • reading the sensor signals;
  • • correct the sensor signals;
  • • evaluation of primary features for coarse positioning;
  • • Evaluate secondary features to fine-tune position determination;
  • Preferably, correcting nonlinearities;
  • • selecting an active zone; and
  • • Determining the position of the measurement object.

Zum Einlesen der Sensorsignale werden die Flipflops 53 im Rahmen einer Initialisierung auf den Wert Null gesetzt. Auf diese Weise werden alle analogen Schalter 3541, 69 deaktiviert. Dann wird das Schieberegister 59 angestoßen, um die einzelnen Messzellen 51, 67 sukzessive zu aktivieren und an die Eingangsbusleitungen 43, 45 und die Ausgangsbusleitungen 47, 49 anzukoppeln, um diese mit der Auswerteeinheit 19 zu verbinden. Für jeden Sensor 9, 25 mit dem Index i werden die Amplituden Ai+ der Ausgangssignale in Form der Signalspannung Us oder des Verhältnisses Us/Ub der Signalspannung Us zur Betriebsspannung Ub jedes Sensors i nacheinander erfasst. Die erfassten Amplituden Ai+ werden in einem Speicherarray als Ai abgelegt.The flip-flops are used to read in the sensor signals 53 set to zero as part of an initialization. In this way, all analog switches 35 - 41 . 69 disabled. Then the shift register becomes 59 triggered the individual measuring cells 51 . 67 successively to activate and to the input bus lines 43 . 45 and the output bus lines 47 . 49 to couple these with the evaluation unit 19 connect to. For every sensor 9 . 25 With the index i, the amplitudes A i + of the output signals in the form of the signal voltage U s or the ratio U s / U b of the signal voltage U s to the operating voltage U b of each sensor i are detected in succession. The detected amplitudes A i + are stored in a memory array as A i .

Zur Korrektur von Offsetfehlern, beispielsweise eines Digital-Analog-Wandlers oder eines Messverstärkers, kann die Quelle 73 anschließend umgepolt und die Messung der Amplitude Ai– über alle Sensoren 9, 25 durchgeführt werden. In diesem Fall werden die gemittelten Amplituden Ai,avg als Ai in dem Speicherarray abgelegt: Ai = Ai,avg = (Ai+ + Ai–)/2 (1) For correction of offset errors, such as a digital-to-analog converter or a measuring amplifier, the source 73 then reversed polarity and the measurement of the amplitude A i- across all sensors 9 . 25 be performed. In this case, the averaged amplitudes A i, avg are stored as A i in the memory array : A i = A i, avg = (A i + + A i- ) / 2 (1)

Im Verfahrensschritt der Korrektur der Sensorsignale werden die Amplituden Ai mit einem konstanten, durch Eichung ermittelten, sensorabhängigen Faktor ai multipliziert, um die Empfindlichkeit der einzelnen Sensoren zu korrigieren. Anschließend wird durch Subtraktion eines konstanten, ebenfalls durch Eichung ermittelten, sensorabhängigen Faktors bi die Nulllage (Offset) korrigiert: Ai,corr = ai·Ai – bi (2) In the method step of correcting the sensor signals, the amplitudes A i are multiplied by a constant, sensor-dependent factor a i determined by calibration in order to correct the sensitivity of the individual sensors. Subsequently, the zero position (offset) is corrected by subtracting a constant sensor-dependent factor b i also determined by calibration: A i, corr = a i * A i -b i (2)

Im anschließenden Verfahrensschritt der Auswahl des aktiven Sensors wird der Index j des Sensors 9, 25 ermittelt, bei dem Ai,corr maximal ist. Der Sensor j ist dann der aktive Sensor und beschreibt bereits grob die Position des Messobjektes 3. Zur genaueren Bestimmung der Position werden insbesondere die Sensorsignale Aj-1,corr, Aj,corr und Aj+1,corr des Sensors j und seiner unmittelbaren Nachbarn mit den Indizes j – 1 und j + 1 herangezogen.In the subsequent step of selecting the active sensor, the index j of the sensor becomes 9 . 25 determined where A i, corr is maximum. The sensor j is then the active sensor and already roughly describes the position of the measurement object 3 , For more precise determination of the position, the sensor signals A j-1, corr , A j, corr and A j + 1, corr of the sensor j and its immediate neighbors with the indices j-1 and j + 1 are used in particular.

Die Sensorsignale Aj-1,corr, Aj+1,corr und Aj+1,corr werden im nächsten Schritt auf das Intervall [0, 1] skaliert. Der am Ende berechnete Wert x („Gewichtung”) dient zur Ermittlung der genauen Position des Messobjektes und ergibt sich aus Subtraktion des Minimums der drei Sensorsignale von den Sensorsignalen und anschließende Division durch das neue Maximum der drei bestimmten Werte: yj-1 = Aj-1,corr – Minimum(Aj-1,corr; Aj,corr; Aj+1,corr) (3) yj = Aj,corr – Minimum(Aj-1,corr; Aj,corr; Aj+1,corr) (4) j + 1 = Aj+1,corr – Minimum(Aj-1,corr; Aj,corr; Aj+1,corr) (5) k = Index(Medium(yj-1; yi; yj+1)) (6) x = Medium(yj-1; yj; yj+1)/Maximum(yj-1; yj; yj+1) (7) The sensor signals Aj-1, corr , Aj + 1, corr and Aj + 1, corr are scaled in the next step to the interval [0, 1]. The finally calculated value x ("weighting") serves to determine the exact position of the measurement object and results from subtraction of the minimum of the three sensor signals from the sensor signals and subsequent division by the new maximum of the three specific values: y j-1 = A j-1, corr minimum (A j-1, corr ; A j, corr ; A j + 1, corr ) (3) y j = A j, corr - minimum (A j-1, corr ; A j, corr ; A j + 1, corr ) (4) j + 1 = A j + 1, corr - minimum (A j-1, corr ; A j, corr ; A j + 1, corr ) (5) k = index (medium (y j-1 ; y i ; y j + 1 )) (6) x = medium ( yj-1 ; yj ; yj + 1 ) / maximum ( yj-1 ; yj ; yj + 1 ) (7)

Auf diese Weise werden z. B. die Temperaturgänge der Sensoren und des Messobjektes durch die Relativierung kompensiert. Durch den Vergleich und die Skalierung ist sichergestellt, dass die Gewichtung x, insbesondere am Übergang zwischen zwei aktiven Sensoren, einen stetigen Verlauf zwischen 0 und 1 (oder 0% und 100%) hat.In this way, for. B. the temperature variations of the sensors and the measurement object compensated by the relativization. The comparison and the scaling ensure that the weighting x, in particular at the transition between two active sensors, has a continuous progression between 0 and 1 (or 0% and 100%).

Optional kann in einem weiteren Verfahrensschritt eine eventuell vorhandene Nichtlinearität korrigiert werden. Bei der beschriebenen Bestimmung der Position mittels Gewichtung verbleibt bei nicht-linearem räumlichem Verlauf des Signals vom Messobjekt eine Restwelligkeit oder Nichtlinearität der Positionsbestimmung. Diese kann bei Kenntnis oder Annahme eines funktionalen Zusammenhangs über eine Anpassung korrigiert werden. Alternativ kann die Position des Messobjekts angepasst werden.Optionally, a possibly existing non-linearity can be corrected in a further method step. In the described determination of the position by means of weighting, a non-linearity or positional nonlinearity remains in the case of a non-linear spatial course of the signal from the measurement object. This can be corrected in the case of knowledge or acceptance of a functional relationship via an adaptation. Alternatively, the position of the DUT can be adjusted.

Im nächsten Verfahrensschritt wird die aktive Zone ausgewählt. Das Messobjekt ist in Richtung des Sensors mit dem Index k gegenüber dem aktiven Sensor verschoben. Entsprechend wird eine Zone Zu, wenn k kleiner als j ist, oder eine Zone Zo, wenn k größer als j ist, definiert.In the next step, the active zone is selected. The measuring object is displaced in the direction of the sensor with the index k in relation to the active sensor. Accordingly, a zone Z u , when k is less than j, or a zone Z o , when k is greater than j, is defined.

Im abschließenden Schritt wird die Position des Messobjektes bestimmt. Die Sensoren besitzen entweder einen festen Abstand oder ihre Positionen sind nach einer Eichung als Werte pi im Speicher hinterlegt. Es werden relative Verschiebungen pu und po definiert: pu = (pi – pj-1)/2 (8) po = (pj+1 – pi)/2 (9) In the final step, the position of the measurement object is determined. The sensors either have a fixed distance or their positions are stored as values p i in the memory after a calibration. Relative displacements p u and p o are defined: p u = (p i -p j-1 ) / 2 (8) p o = (p j + 1 -p i ) / 2 (9)

Im Falle von festen Abständen ist pu = po.In the case of fixed distances, p u = p o .

Je nach Zone ergibt sich die Position des Messobjektes zu: Zu: pabs = pj – x·pu (10) Zo: pabs = pj + x·p0 (11) Depending on the zone, the position of the object to be measured results in: Z u : p abs = pj - x · p u (10) Z o : p abs = p j + x · p 0 (11)

Das erfindungsgemäße Positionsmesssystem 1 hat den Vorteil, dass aufgrund der sequentiellen Ankopplung der Sensoren 9, 25 an die Ausgangsbusleitung 47, 49 und damit an die nachgeschaltete Einheit 19 eine mit den anderen Sensoren 9, 25 gemeinsam genutzte Ausgangsbusleitung 47, 49 verwendet werden kann. Dies bringt eine erhebliche Vereinfachung des Aufbaus des Positionsmesssystems 1 und damit eine große Einsparung mit sich. Es muss nicht mehr für jeden Sensor 9, 25 eine eigene Datenleitung zur nachgeschalteten Einheit 19 bereitgestellt werden. Hierdurch werden Platz und Material eingespart und die Fehleranfälligkeit des Positionsmesssystems 1 reduziert. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der Vereinfachung des Aufbaus mehr Sensoren 9, 25 eingesetzt werden können, um die Position des Messobjektes 3 zu erfassen. Auf diese Weise kann ein Optimum des Verhältnisses von Genauigkeit zu Sensorzahl erreicht bzw. je nach Einsatzzweck ausgewählt werden.The position measuring system according to the invention 1 has the advantage that due to the sequential coupling of the sensors 9 . 25 to the output bus 47 . 49 and thus to the downstream unit 19 one with the other sensors 9 . 25 shared output bus 47 . 49 can be used. This brings a considerable simplification of the structure of the position measuring system 1 and therefore a big saving. It no longer has to be for every sensor 9 . 25 a separate data line to the downstream unit 19 to be provided. This saves space and material and the error rate of the position measuring system 1 reduced. Another advantage is that due to the simplification of the structure more sensors 9 . 25 can be used to determine the position of the measurement object 3 capture. In this way, an optimum of the ratio of accuracy to number of sensors can be achieved or selected depending on the intended use.

Mit dem erfindungsgemäßen Positionsermittlungsverfahren können die mit den Sensoren 9, 25 ermittelten Daten einfach und schnell in einen Positionswert umgerechnet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Positionsangabe des Messobjektes 3 mehrere Hundert Mal in der Sekunde mit dem Positionsmesssystem 1 zu aktualisieren. Eine Positionsermittlung mit dieser Genauigkeit und Aktualität kann in vielfältigen Vorrichtungen genutzt werden, um auch komplexe Prozesse mit hoher Genauigkeit zu steuern.With the position determination method according to the invention, those with the sensors 9 . 25 determined data can be easily and quickly converted into a position value. In this way it is possible to specify the position of the measurement object 3 several hundred times a second with the position measuring system 1 to update. A position determination with this accuracy and timeliness can be used in a variety of devices to control even complex processes with high accuracy.

Claims (15)

Positionsmesssystem, bei dem mehrere Sensoren (9, 25) in einer festen Lagebeziehung zueinander angeordnet sind und ein Messobjekt (3) entlang einer definierten Bahn relativ zu den Sensoren (9, 25) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Sensor (9, 25) eine Messzelle (51) vorgesehen ist und die Sensoren (9, 25) sequentiell an mindestens eine Ausgangsbusleitung (47, 49) ankoppelbar sind, wobei für den Sensor (9, 25) innerhalb seiner Messzelle (51) eine logische Schaltung (53) zur Ankopplung mindestens eines Ausgangs (31, 33) des Sensors (9, 25) an die zugeordnete Ausgangsbusleitung (47, 49) vorgesehen ist.Position measuring system in which several sensors ( 9 . 25 ) are arranged in a fixed positional relationship to one another and a measurement object ( 3 ) along a defined path relative to the sensors ( 9 . 25 ) is movable, characterized in that for each sensor ( 9 . 25 ) a measuring cell ( 51 ) and the sensors ( 9 . 25 ) sequentially to at least one output bus ( 47 . 49 ), whereby for the sensor ( 9 . 25 ) within its measuring cell ( 51 ) a logic circuit ( 53 ) for coupling at least one output ( 31 . 33 ) of the sensor ( 9 . 25 ) to the assigned output bus ( 47 . 49 ) is provided. Positionsmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der logischen Schaltung (53) beide Ausgänge (31, 33) des zugeordneten Sensors (9, 25) zeitgleich an die Ausgangsbusleitungen (47, 49) ankoppelbar sind.Position measuring system according to claim 1, characterized in that with the logic circuit ( 53 ) both outputs ( 31 . 33 ) of the associated sensor ( 9 . 25 ) simultaneously to the output bus lines ( 47 . 49 ) can be coupled. Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der logischen Schaltung (53) zusätzlich zumindest ein Eingang (27, 29) des zugeordneten Sensors (9, 25) an eine Eingangsbusleitung (43, 45) ankoppelbar ist.Position measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that with the logic circuit ( 53 ) additionally at least one input ( 27 . 29 ) of the associated sensor ( 9 . 25 ) to an input bus ( 43 . 45 ) can be coupled. Positionsmesssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der logischen Schaltung (53) beide Eingänge (27, 29) des Sensors (25) zeitgleich an die Eingangsbusleitungen (43, 45) ankoppelbar sind.Position measuring system according to claim 3, characterized in that with the logic circuit ( 53 ) both inputs ( 27 . 29 ) of the sensor ( 25 ) at the same time to the input bus lines ( 43 . 45 ) can be coupled. Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der logischen Schaltung (53) zeitgleich der mindestens eine Eingang (27, 29) und der mindestens eine Ausgang (31, 33) des zugeordneten Sensors (25) an die jeweiligen Busleitungen (4349) ankoppelbar sind.Position measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that with the logic circuit ( 53 ) at least one input ( 27 . 29 ) and the at least one output ( 31 . 33 ) of the associated sensor ( 25 ) to the respective bus lines ( 43 - 49 ) can be coupled. Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Signalbusleitung (71) die an den Eingängen (27, 29) der Sensoren (25) anliegende Betriebsspannung (Ub) erfassbar ist.Position measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that via a signal bus line ( 71 ) at the entrances ( 27 . 29 ) of the sensors ( 25 ) applied operating voltage (U b ) can be detected. Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzellen (51) in einer Reihe beabstandet voneinander angeordnet sind, wobei einzelne Messzellen (51) ausgehend von einem freien Ende (13) abtrennbar sind, ohne die Funktionsfähigkeit des Positionsmesssystems (1) zu beeinträchtigen.Position measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring cells ( 51 ) are arranged in a row spaced from each other, wherein individual measuring cells ( 51 ) starting from a free end ( 13 ) are separable without the functionality of the position measuring system ( 1 ). Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Schaltung (53) ein Flipflop ist.Position measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the logic circuit ( 53 ) is a flip-flop. Positionsmesssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flipflops (53) der einzelnen Messzellen (51) als Schieberegister (59) geschaltet sind.Position measuring system according to claim 7, characterized in that the flip-flops ( 53 ) of the individual measuring cells ( 51 ) as a shift register ( 59 ) are switched. Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (19) zur Auswertung der auf den Ausgangsbusleitungen (47, 49) übermittelten Signale vorhanden ist. Position measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that an evaluation unit ( 19 ) for the evaluation of the on the output bus lines ( 47 . 49 ) transmitted signals is present. Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Eingangsbusleitungen (45) einen Vorwiderstand (Rv) oder eine regelbare Stromsenke zur Strombegrenzung aufweist.Position measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the input bus lines ( 45 ) has a series resistor (R v ) or a controllable current sink for current limiting. Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsbusleitungen (43, 45) über eine Stromquelle oder eine Spannungsquelle (73) miteinander verbunden sind, wobei die Polarität der Stromquelle oder der Spannungsquelle (73) umschaltbar ist.Position measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the input bus lines ( 43 . 45 ) via a power source or a voltage source ( 73 ), whereby the polarity of the current source or the voltage source ( 73 ) is switchable. Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (9, 25) Hall-Sensoren sind.Position measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the sensors ( 9 . 25 ) Hall sensors are. Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt (3) ein Magnet ist.Position measuring system according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring object ( 3 ) is a magnet. Positionsermittlungsverfahren mit einem Positionsmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • Einlesen der Sensorsignale; • Korrigieren der Sensorsignale; • Auswerten von primären Merkmalen zur groben Positionsbestimmung; • Auswerten von sekundären Merkmalen zur Feinabstimmung der Positionsbestimmung; • vorzugsweise, Korrigieren von Nichtlinearitäten; • Auswählen der aktiven Zone; und • Bestimmen der Position.Positioning method with a position measuring system according to one of Claims 1 to 14, characterized by the following steps: • reading the sensor signals; • correct the sensor signals; • evaluation of primary features for coarse positioning; • Evaluate secondary features to fine-tune position determination; Preferably, correcting nonlinearities; • selecting the active zone; and • Determine the position.
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