DE102016002420B4 - Verfahren zur Bestimmung der Position eines Magneten relativ zu einer Sensorzelle - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen der Position, die ein Magnet in einem Messzeitpunkt relativ zu einer sich in eine Zeilenrichtung erstreckenden Sensorzeile hat, wobei die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile in Richtung der Zeilenrichtung oder in Richtung parallel zur Zeilenrichtung geändert werden kann, wobei die Sensorzeile einen ersten magnetfeldempfindlichen Sensor und einen zweiten magnetfeldempfindlichen Sensor aufweist, der in Zeilenrichtung beabstandet vom ersten Sensor angeordnet ist, wobei • ein erstes Sensorsignal von dem ersten Sensor erzeugt wird, dessen Wert zum Messzeitpunkt von der Position des Magneten relativ zum ersten Sensor zum Messzeitpunkt abhängt, und • ein zweites Sensorsignal von dem zweiten Sensor erzeugt wird, dessen Wert zum Messzeitpunkt von der Position des Magneten relativ zum zweiten Sensor zum Messzeitpunkt abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass • in einer ersten Prüfung der Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit einem ersten Referenzwert verglichen wird und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem ersten Wertebereich hin überprüft wird, • in einer zweiten Prüfung der Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit einem zweiten Referenzwert verglichen wird und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem zweiten Wertebereich hin überprüft wird, und • entweder aus dem Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, und dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, ein Relativwert gebildet wird • oder aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, ein Relativwert gebildet wird und • in einer dritten Prüfung der so ermittelte Relativwert mit einem dritten Referenzwert verglichen wird und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem dritten Wertebereich hin überprüft wird, und aus dem Ergebnis der ersten Prüfung und dem Ergebnis der zweiten Prüfung und dem Ergebnis der dritten Prüfung bestimmt wird, welches der Sensorsignale als für den Messzeitpunkt führendes Signal anzusehen ist, wobei die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile im Messzeitpunkt durch Auswertung des so bestimmten führenden Signals bestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position, die einen Magnet an einem Messzeitpunkt relativ zu einer sich in eine Zeilenrichtung erstreckenden Sensorzeile hat.
  • Aus DE 10 2010 025 170 B4 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Position, die einen Magnet in einem Messzeitpunkt relativ zu einer sich in eine Zeilenrichtung erstreckenden Sensorzeile hat, bekannt. Die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile kann in einer Richtung parallel zur Zeilenrichtung geändert werden, wobei die Sensorzeile einen ersten magnetfeldempfindlichen Sensor und einen zweiten magnetfeldempfindlichen Sensor aufweist, der in Zeilenrichtung beabstandet vom ersten Sensor abgeordnet ist. Bei dem aus DE 10 2010 025 170 B4 bekannten Verfahren können in einer bevorzugten Ausführungsform Sensoren eingesetzt werden, die jeweils nach der Art des in der 8a), 8b) der DE 10 2010 025 170 B4 gezeigten Sensors aufgebaut sind. Ein solcher Sensor weist einen ersten Teil (Widerstände R1, R2, R3, R4) auf, der ein erstes Zwischensignal erzeugt, und einen zweiten Teil (Widerstände R5, R6, R7, R8) auf, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke des von dem Magneten am Ort des Sensors erzeugten Magnetfelds. Das erste Zwischensignal hat im Wesentlichen einen Sinus-artiger Verlauf (vgl. 8b) für die angelegte Spannung (Usin)). Das zweite Zwischensignal hat im Wesentlichen einen Cosinus-artiger Verlauf (vgl. 8b) für die angelegte Spannung (Ucos)). Wie aus der 8a ersichtlich, entspricht der Mittelpunkt des ersten Teils dem Mittelpunkt des zweiten Teils. Die Sinus- und Cosinus-artigen Signale des Sensors können verwendet werden, um den Feldwinkelverlauf zu bestimmen. Als Feldwinkelverlauf wird dabei der Verlauf des Winkels, den die Feldrichtung eines von einem Magneten erzeugten magnetischen Felds am Messort (am Ort des Sensors) relativ zu einer sogenannten Vorzugsrichtung des Sensors einnimmt, verstanden, wie er sich ergibt, wenn der Magnet am Sensor vorbeigeführt wird. Die Vorzugsrichtung ist eine vorbestimmte Richtung, die die Bezugnahme vereinfachen soll. Wird der Feldwinkel zu einem Messzeitpunkt beispielsweise mit 30° zur Vorzugsrichtung bestimmt, so bedeutetet dies, dass die Feldrichtung des von dem Magneten erzeugten magnetischen Felds am Messort einen Winkel von 30° zu der vorbestimmten Richtung einnimmt. Der Feldwinkel ergibt sich bei der aus DE 10 2010 025 170 B4 bekannten Sensorbauweise in einfacher Weise durch die Division der beiden Signalwerte mit anschließender ArcTangens-Berechnung (Feldwinkel = 0,5 × ARCTAN(Uasin/Uacos)). Die aus DE 10 2010 025 170 B4 bekannte Ausführungsform bietet zudem den Vorteil, dass bei jedem einzelnen Sensor über die Beziehung Uasin × Uasin + Uacos × Uacos = konstant überprüft werden kann, ob das Sensorsignal in Ordnung ist.
  • Das in DE 10 2010 025 170 B4 vorgeschlagene Verfahren sieht vor, dass zum Bestimmen der Position die Sensorsignale einer Mehrzahl von Sensoren, in einer bevorzugten Ausführungsform die Sensorsignale aller Sensoren der Sensorzeile ausgewertet werden.
  • Wie in 1 und 2 der DE 10 2010 025 170 B4 dargestellt, basiert das dort vorgeschlagene Verfahren darauf, ein Sensorsignal der Gesamtvorrichtung zu erzeugen, das aus den einzelnen Messwerten der einzelnen Sensoren zum Messzeitpunkt zusammengesetzt wird (vgl. 2). Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird dann geprüft, um welchen Betrag und in welche Richtung der Verlauf des so erzeugten Sensorsignals der Gesamtvorrichtung und der Verlauf eines Referenzsignals relativ zu einander verschoben werden müssen, um eine Deckung zwischen dem so erzeugten Sensorsignal der Gesamtvorrichtung und dem Referenzsignal zu erreichen. Aus dem Betrag und der Richtung wird die Position des Magneten ermittelt, in dem er sich zum Messzeitpunkt befindet.
  • Nachteilig an dem vorliegenden Verfahren kann der Rechenaufwand sein, der eingesetzt werden muss, um in der Auswerteeinheit festzustellen, um welchen Betrag und in welche Richtung der Verlauf des Sensorsignals und der Verlauf des Referenzsignals relativ zueinander verschoben werden müssen, um eine Deckung zwischen Sensorsignal und Referenzsignal zu erreichen.
  • In der DE 10 2012 112 216 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Magneten relativ zu mehreren Sensoren, wobei durch eine Auswertung der Sensordaten ermittelt wird, welcher Sensor für die praktische Messung relevant ist und dessen Signal zur Positionsbestimmung verwendet werden soll (vgl. insb. 6).
  • Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zum Bestimmen der Position, die ein Magnet in einem Messzeitpunkt relativ zu einer sich in eine Zeilenrichtung erstreckenden Sensorzeile hat, vorzuschlagen.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hier nach folgenden Beschreibung wiedergegeben.
  • Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass bereits aus dem Sensorsignal eines Sensors die Position, die der Magnet im Messzeitpunkt relativ zur Sensorzeile hat, bestimmt werden kann, dass beim Vorhandensein von mindestens zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren, die in Zeilenrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind, jedoch festgestellt werden muss, welches der Sensorsignale für den Messzeitpunkt als das führende Signal anzusehen ist. Die Erfindung schlägt deshalb unter anderem einen Weg vor, um das Sensorsignal zu bestimmen, das in dem Messzeitpunkt als das führende Signal anzusehen ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt deshalb vor, in einer ersten Prüfung den Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit einem ersten Referenzwert zu vergleichen und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem ersten Wertebereich hin zu prüfen.
  • Die Zugehörigkeit zu einem ersten Wertebereich kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass geprüft wird, ob der Wert des ersten Sensorsignals oberhalb eines unteren Grenzwerts des ersten Wertebereichs und unterhalb eines oberen Grenzwerts des ersten Wertebereichs liegt. Trifft dies zu, so gehört der Wert des ersten Sensorsignals zu dem ersten Wertebereich. Der Vergleich mit einem ersten Referenzwert kann so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des ersten Sensorsignals dem ersten Referenzwert entspricht. In einer anderen Ausführungsform kann der Vergleich mit einem ersten Referenzwert so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des ersten Sensorsignals größer als der erste Referenzwert ist. In einer anderen Ausführungsform kann der Vergleich mit einem ersten Referenzwert so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des ersten Sensorsignals kleiner als der erste Referenzwert ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt als weiteren Schritt vor, in einer zweiten Prüfung den Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit einem zweiten Referenzwert zu vergleichen und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem zweiten Wertebereich hin zu prüfen. Die Zugehörigkeit zu einem zweiten Wertebereich kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass geprüft wird, ob der Wert des zweiten Sensorsignals oberhalb eines unteren Grenzwerts des zweiten Wertebereichs und unterhalb eines oberen Grenzwerts des zweiten Wertebereichs liegt. Trifft dies zu, so gehört der Wert des zweiten Sensorsignals zu dem zweiten Wertebereich. Der Vergleich mit einem zweiten Referenzwert kann so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des zweiten Sensorsignals dem zweiten Referenzwert entspricht. In einer anderen Ausführungsform kann der Vergleich mit einem zweiten Referenzwert so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des zweiten Sensorsignals größer als der zweite Referenzwert ist. In einer anderen Ausführungsform kann der Vergleich mit einem zweiten Referenzwert so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des zweiten Sensorsignals kleiner als der zweite Referenzwert ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform entspricht der erste Referenzwert dem zweiten Referenzwert, bzw. entspricht der erste Wertebereich dem zweiten Wertebereich.
  • Ferner schlägt das erfindungsgemäße Verfahren in einer ersten Alternative vor, aus dem Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, und dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, einen Relativwert zu bilden. Diese Alternative wird insbesondere für magnetfeldempfindliche Sensortypen eingesetzt, die eine einzige Wheatstone-Vollbrücke oder eine einzige Wheatstone-Halbbrücke aufweisen und bei denen das Sensorsignal des Sensors aus einem von dieser Wheatstone-Vollbrücke oder Wheatstone-Halbbrücke abgegriffenen Signal erzeugt wird. In einer zweiten Alternative schlägt das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, ein Relativwert gebildet wird. Diese Alternative wird insbesondere für magnetfeldempfindliche Sensortypen eingesetzt, die aus mindestens zwei Teilen aufgebaut sind, wobei ein erster Teil eine Wheatstone-Vollbrücke oder eine Wheatstone-Halbbrücke aufweist, von der das erste Zwischensignal abgegriffen wird, und ein zweiter Teil eine Wheatstone-Vollbrücke oder eine Wheatstone-Halbbrücke aufweist, von der das zweite Zwischensignal abgegriffen wird, und bei denen das Sensorsignal aus dem ersten Zwischensignal und dem zweiten Zwischensignal erzeugt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, in einer dritten Prüfung den nach einer der beiden Alternativen erzeugten Relativwert mit einem dritten Referenzwert zu vergleichen und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem dritten Wertebereich hin zu prüfen. Die Zugehörigkeit zu einem dritten Wertebereich kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass geprüft wird, ob der Wert des Relativwerts oberhalb eines unteren Grenzwerts des dritten Wertebereichs und unterhalb eines oberen Grenzwerts des dritten Wertebereichs liegt. Trifft dies zu, so gehört der Wert des Relativwerts zu dem dritten Wertebereich. Der Vergleich mit einem dritten Referenzwert kann so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des Relativwerts dem dritten Referenzwert entspricht. In einer anderen Ausführungsform kann der Vergleich mit einem dritten Referenzwert so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des Relativwerts größer als der dritte Referenzwert ist. In einer anderen Ausführungsform kann der Vergleich mit einem dritten Referenzwert so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des Relativwerts kleiner als der dritte Referenzwert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der dritte Referenzwert nicht dem ersten Referenzwert. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der dritte Referenzwert nicht dem zweiten Referenzwert. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der dritte Wertebereich nicht dem ersten Wertebereich. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der dritte Wertebereich nicht dem zweiten Wertebereich.
  • Für das Erzeugen des Relativwerts sind eine Vielzahl von Algorithmen denkbar. Beispielsweise kann der Relativwert der Mittelwert aus dem Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, und dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat sein. Hierzu können die Werte addiert und dann durch 2 geteilt werden. Der Relativwert kann auch durch Vergleich der Werte erzeugt werden. Beispielsweise kann der Relativwert die Information darüber enthalten, ob der Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, größer ist, als der Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat. Bei einer solchen Prüfung kann der Relativwert vorzugsweise ein binärer Wert sein, beispielsweise den Wert 1 einnehmen, wenn der Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, größer ist, als der Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat und ansonsten 0 ist. Ebenso kann der Relativwert durch Quotientenbildung des Werts, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, erzeugt werden. Hierzu kann beispielsweise der Wert, der das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, durch den Wert geteilt werden, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat. Diese Alternative wird insbesondere für magnetfeldempfindliche Sensortypen eingesetzt, die eine einzige Wheatstone-Vollbrücke oder eine einzige Wheatstone-Halbbrücke aufweisen und bei denen das Sensorsignal des Sensors aus einem von dieser Wheatstone-Vollbrücke oder Wheatstone-Halbbrücke abgegriffenen Signal erzeugt wird
  • Bei magnetfeldempfindliche Sensortypen, die aus mindestens zwei Teilen aufgebaut sind, wobei ein erster Teil eine Wheatstone-Vollbrücke oder eine Wheatstone-Halbbrücke aufweist, von der das erste Zwischensignal abgegriffen wird, und ein zweiter Teil eine Wheatstone-Vollbrücke oder eine Wheatstone-Halbbrücke aufweist, von der das zweite Zwischensignal abgegriffen wird, und bei denen das Sensorsignal aus dem ersten Zwischensignal und dem zweiten Zwischensignal erzeugt wird, ist es als Teil der Bildung des Relativwerts auch denkbar, eine Amplitude (A) für das erste Sensorsignal und eine Amplitude für das zweite Sensorsignal zu erzeugen, wobei die Amplitude (A) sich aus der Quadratwurzel der Summe des Quadrats des Werts (W1) des ersten Zwischensignals und des Quadrats des Wertes (W2) des zweiten Zwischensignals eines Sensors im Messzeitpunkt errechnet (A = (W12 + W22)1/2). Der Relativwert kann dann aus der Amplitude des ersten Sensorsignals (nachfolgend: erste Amplitude) und aus der Amplitude des zweiten Sensorsignals (nachfolgend: zweite Amplitude) erzeugt werden. Beispielsweise kann der Relativwert der Mittelwert aus der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude im Messzeitpunkt sein. Hierzu können die erste Amplitude und die zweite Amplitude addiert und dann durch 2 geteilt werden. Der Relativwert kann auch durch Vergleich der ersten Amplitude mit der zweiten Amplitude erzeugt werden. Beispielsweise kann der Relativwert die Information darüber enthalten, ob die erste Amplitude im Messzeitpunkt größer ist, als die zweite Amplitude. Bei einer solchen Prüfung kann der Relativwert vorzugsweise ein binärer Wert sein, beispielsweise den Wert 1 einnehmen, wenn die erste Amplitude im Messzeitpunkt größer ist, als die zweite Amplitude und ansonsten 0 ist. Ebenso kann der Relativwert durch Quotientenbildung der Amplituden gebildet werden Hierzu kann beispielsweise die erste Amplitude durch die zweite Amplitude im Messzeitpunkt geteilt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt dann vor, aus dem Ergebnis der ersten Prüfung und dem Ergebnis der zweiten Prüfung und dem Ergebnis der dritten Prüfung zu bestimmen, welches der Sensorsignale als für den Messzeitpunkt führendes Signal auszusehen ist. Aus dem Ergebnis der ersten Prüfung und dem Ergebnis der zweiten Prüfung und dem Ergebnis der dritten Prüfung kann also bestimmt werden, ob das erste Sensorsignal oder das zweite Sensorsignal als für den Messzeitpunkt führendes Sensorsignal anzusehen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile im Messzeitpunkt durch Auswertung des so bestimmten führenden Sensorsignals zu bestimmen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist für unterschiedliche Messaufgaben einsetzbar, die sich in der Präzision, mit der die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile bestimmt werden soll, unterscheiden. Es sind Messaufgaben denkbar, bei denen es ausreicht, festzustellen, dass sich der Magnet in einem Bereich relativ zur Sensorzeile befindet, in der der eine Sensor gute Sensorsignale liefert. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Sensoren auf der Sensorzeile deutlich beabstandet voneinander angeordnet sind. In einer solchen Situation kann beispielsweise der erste Sensor ein starkes und gut auswertbares Signal liefern, wenn der Magnet sich in einem Bereich in der Nähe des ersten Sensors befindet, während der zweite Sensor zu diesem Zeitpunkt ein schwaches Signal liefert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann festgestellt werden, dass in dieser Situation das Signal des ersten Sensors als das führende Signal zu verwenden ist. Diese Information kann bei manchen Messaufgaben bereits ausreichen, beispielsweise wenn bei einem Kolben, der zwei festgelegte Positionen einnehmen kann, festgestellt werden soll, in welcher der beiden Positionen sich der Kolben befindet. Hierzu kann der Kolben mit einem Magneten verwendet werden und die Sensorzeile ortsfest angebracht werden. Für eine solche Messaufgabe kann es bereits ausreichen, festzustellen, dass sich der Magnet (und damit der Kolben) in dem Bereich des einen Sensors befindet. Da der Kolben – in dem hier gewählten Beispiel – nur zwei vordefinierte, beabstandete Positionen einnehmen kann, kann es für diese Messaufgabe ausreichen, nur das eine Signal als führendes Signal zu bestimmen und damit zu bestimmen, dass der Kolben sich in der Nähe des ersten Sensors befindet, um die Messaufgabe der Positionsbestimmung des Magneten zu lösen.
  • In einer alternativen Messaufgabe reicht es nicht aus, nur einen der Sensoren als denjenigen zu bestimmen, in dessen Nähe sich der Magneten befindet. In dieser alternativen Messaufgabe wird die Position des Magneten so gut wie möglich relativ zu dem Sensor bestimmt werden, der das führende Signal liefert. Bereits ein einzelner magnetfeldempfindlicher Sensor kann – und sei es auch nur mit niedriger Präzision – die Position bestimmen, die ein Magnet in einem Messzeitpunkt relativ zu ihm hat. Dabei gibt es bestimmte Typen von magnetfeldempfindlichen Sensoren, die ein uneindeutiges Signal liefern können, beispielsweise nur eine von zwei denkbaren Relativpositionen als Ergebnis ausgeben können. Ebenso kann es hinsichtlich des Abstands, den der Magnet maximal zum Sensor einnehmen kann, um noch zu einem verwertbaren Ergebnis zu führen, Beschränkungen geben. Aber auch hier sind Messaufgaben denkbar, in denen diese Information bereits reicht, beispielsweise weil es einbaubedingte Beschränkungen gibt, die aus sich heraus bereits das Auftreten des zweiten von zwei sensortypen bedingt identischen Messergebnissen verhindern, beispielsweise weil der Magnet gar nicht die Position einnehmen kann, bei dem der Sensor das zweite zu einem ersten identische und somit zu einer Uneindeutigkeit führende Signal erzeugen würde.
  • Es sind magnetfeldempfindliche Sensoren, beispielsweise Hall-Sensoren, induktive Sensoren, insbesondere bevorzugt spulenbasierte Sensoren, Feldplatten (Sensoren, die den Gauß-Effekt ausnutzen) oder magnetooptische Sensoren bekannt, die die Stärke des Magnetfeldes, das ein Magnet erzeugt, am Ort des Sensors bestimmen können. Solche Sensoren können zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden. Die Stärke des von einem Magneten erzeugten Magnetfelds in einem Punkt seiner Umgebung hängt von der Entfernung ab, die der Magnet zu diesem Punkt hat. Je weiter der Magnet von diesem Punkt entfernt ist, desto schwächer wird das Magnetfeld. Ein solcher magnetfeldempfindlicher Sensor kann somit dazu eingesetzt werden, festzustellen, wie nah sich der Magnet an dem Sensor befindet. Diese Messung kann zu uneindeutigen Messergebnissen führen, weil der Sensor theoretisch mehrfach das gleiche Signal ausgibt, auch wenn sich der Magnet in unterschiedlichen Positionen befindet, nämlich immer das gleiche Signal ausgibt, wenn der Magnet sich – wenn auch räumlich unterschiedlich – in gleicher Entfernung zum Sensor befindet. Die Eindeutigkeit des Messergebnisses bei einem solchen magnetfeldempfindlichen Sensor kann dadurch erhöht werden, dass die Bewegungsmöglichkeiten des Magneten relativ zur Sensorzeile eingeschränkt werden. Ist der Magnet beispielsweise so geführt, dass die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile nur in eine Richtung parallel zur Sensorzeile geändert werden kann, so entstehen beim Einsatz der vorgenannten magnetfeldempfindlichen Sensoren zwar Uneindeutigkeiten, weil das Sensorsignal zweimal den gleichen betragsmäßigen Wert einnehmen kann. Der Magnet kann bei einem solchen Aufbau zweimal den gleichen Abstand zum Sensor aufweisen, nämlich einmal, wenn sich der Magnet um den besagten Abstand rechts, bzw. (je nach gewählter Blickrichtung) vor dem Sensor befindet und einmal, wenn sich der Magnet um den gleichen Betrag links, bzw. (je nach gewählter Blickrichtung) nach dem Sensor befindet. Aber auch dies kann je nach gestellter Messaufgabe bereits reichen, um die Position, die der Magnet in dem Messzeitpunkt relativ zur Sensorzeile einnimmt, für die Messaufgabe mit hinreichender Genauigkeit zu bestimmen. Oder es werden bei einer solchen Messaufgabe Maßnahmen vorgesehen, dass der Magnet die jeweils zweiten Positionen gar nicht einnehmen kann.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann der magnetfeldempfindliche Sensor die Feldrichtung bestimmen, die das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld am Ort des Sensors relativ zu einer Vorzugsrichtung hat. Derartige Sensoren können als Drehwinkelsensoren ausgebildet sein. Drehwinkelsensoren sind in verschiedenen Bauformen bekannt. Eine häufig eingesetzte Bauform besteht aus einem Sensor mit zwei Wheatstone-Halbbrücke oder zwei Wheatstone-Vollbrücke von magnetfeldempfindlichen Widerständen. Die Widerstände können beispielsweise den „anisotropen-magnetoresistiven Effekt” (AMR-Effekt) oder den „gigantischen” magnetoresistiven Effekt (GMR-Effekt) aufweisen. Ist der Sensor mit zwei Wheatstone-Halbbrücke oder mit zwei Wheatstone-Vollbrücke ausgestattet und verwendet man Widerstände, die den AMR-Effekt ausnutzen, so kann der Sensor die Feldrichtung zwar innerhalb von 180° genau bestimmen, weist aber eine Unbestimmtheit auf. Jeder von einem solchen Sensor gemessene Wert taucht einmal für eine Feldrichtung in einem Winkel von 0° bis 180° in einem Referenzkoordinatensystem auf und einmal für eine Feldrichtung, die in eine Richtung von 180° bis 360° in dem gleichen Referenzkoordinatensystem weist. Es sind jedoch Messaufgaben denkbar, bei denen es ausreicht, die Position, die der Magnet relativ zur Sensorzeile einnimmt mit einer solchen Zweideutigkeit zu bestimmen. Deshalb können auch solche Sensoren bereits für die Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden. Gerade bei Messaufgaben, bei denen ein Magnet in Richtung der Zeilenrichtung oder in Richtung parallel zur Zeilenrichtung einer Sensorzeile bewegt wird, ändert sich die Feldrichtung des von dem Magneten erzeugten Magnetfelds am Ort des jeweiligen Sensors der Sensorzeile während dieser Relativbewegung maximale um 180°.
  • In einer besonders bevorzugten Art werden Drehwinkelsensoren eingesetzt, die ein über alle möglichen Feldrichtungen (0° bis 360°) eindeutiges Messsignal liefern. Das wird beispielsweise mit Sensoren erreicht, die zwei Wheatstone-Halbbrücke oder zwei Wheatstone-Vollbrücke von magnetfeldempfindlichen Widerständen aufweisen, wobei die Widerstände den „gigantischen” magnetoresistiven Effekt (GMR-Effekt) ausnutzen.
  • In einer alternativen Ausführungsform eines magnetfeldempfindlichen Sensors, der die Feldrichtung bestimmt, die das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld am Ort des Sensors relativ zu einer Vorzugsrichtung hat, können sogenannte Linearfeldsensoren eingesetzt werden, die eine Wheatstone-Halbbrücke oder eine Wheatstone-Vollbrücke von magnetfeldempfindlichen Widerständen aufweisen.
  • Ein Drehwinkelsensor kann einen ersten Teil mit vier zu einer Wheatstone-Vollbrücke verschalteten Widerstände aufweisen, der ein erstes Zwischensignal erzeugt, und einen zweiten Teil mit vier zu einer Wheatstone-Vollbrücke verschalteten Widerstände aufweisen, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke des von dem Magneten am Ort des Sensors erzeugten Magnetfelds. Das erste Zwischensignal hat im Wesentlichen einen Sinus-artiger Verlauf. Das zweite Zwischensignal hat im Wesentlichen einen Cosinus-artiger Verlauf. Der Mittelpunkt des ersten Teils entspricht dem Mittelpunkt des zweiten Teils. Die Sinus- und Cosinus-artigen Signale des Sensors können verwendet werden, um den Feldwinkelverlauf zu bestimmen. Als Feldwinkelverlauf wird dabei der Verlauf des Winkels, den die Feldrichtung eines von einem Magneten erzeugten magnetischen Felds am Messort (am Ort des Sensors) relativ zu einer sogenannten Vorzugsrichtung des Sensors einnimmt, verstanden, wie er sich ergibt, wenn der Magnet am Sensor vorbeigeführt wird. Die Vorzugsrichtung ist eine vorbestimmte Richtung, die die Bezugnahme vereinfachen soll. Wird der Feldwinkel zu einem Messzeitpunkt beispielsweise mit 30° zur Vorzugsrichtung bestimmt, so bedeutetet dies, dass die Feldrichtung des von dem Magneten erzeugten magnetischen Felds am Messort einen Winkel von 30° zu der vorbestimmten Richtung einnimmt. Der Feldwinkel ergibt sich in einfacher Weise durch die Division der beiden Signalwerte mit anschließender ArcTangens-Berechnung (Feldwinkel = 0,5 × ARCTAN(Uasin/Uacos)) ergeben. Drehwinkelsensoren mit zwei Teilen, bei denen jeder Teil eine Wheatstone-Vollbrücke nach der vorgenannten Art aufweist, liefern innerhalb eines linearen Messbereichs, der sich über einen Messteilbereich auf der einen Seite des Sensors und einen Messteilbereich auf der anderen Seite des Sensors erstreckt, ein eindeutiges Signal, das von der Position des Magneten relativ zum Sensor abhängt. Die Größe des Messbereichs hängt im Wesentlichen von der Größe des Magneten in Zeilenrichtung ab. Beispielsweise sind als (KMT32B – Drehwinkelsensor, MEAS Deutschland GmbH oder KMZ41, NXP) Sensoren bekannt, die bei Verwendung eines Magneten von 15 mm Länge in einem linearen Messbereich von ca. –12 mm bis +12 mm um die Mitte eines solchen Sensors herum ein eindeutiges Signal liefern können, aus dem sich eindeutig die Magneten relativ zu dem Sensor bestimmen lässt. Es sind aber auch Kombinationen aus Magneten (Größe des Magneten in Zeilenrichtung) und magentfeldempfindlichen Sensoren bekannt, die in einem linearen Messbereich von einigen wenigen Millimeter um die Mitte eines solchen Sensors herum ein eindeutiges Signal liefern, aus dem sich eindeutig die Magneten relativ zu dem Sensor bestimmen lässt. Es sind aber auch Kombinationen aus Magneten (Größe des Magneten in Zeilenrichtung) und magentfeldempfindlichen Sensoren bekannt, die in einem linearen Messbereich von einigen Zentimetern um die Mitte eines solchen Sensors herum ein eindeutiges Signal liefern können, aus dem sich eindeutig die Magneten relativ zu dem Sensor bestimmen lässt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren dieser Bauform so angeordnet, dass die Vorzugsrichtung jedes Sensors in die gleiche Richtung weist. Das kann den benötigten Rechenaufwand reduzieren und zusätzliche Rechenoperationen vermeidbar machen, die sonst benötigt würden, um die Signale vergleichbar zu machen.
  • Drehwinkelsensoren mit zwei Teilen, bei denen jeder Teil eine Wheatstone-Vollbrücke nach der vorgenannten Art aufweist, liefern innerhalb eines linearen Messbereichs, der sich über einen Messteilbereich auf der einen Seite des Sensors und einen Messteilbereich auf der anderen Seite des Sensors erstreckt, ein eindeutiges Signal, das von der Position des Magneten relativ zum Sensor abhängt. An diesen linearen Messbereich schließen sich häufig Bereiche an, in denen der Sensor kein leicht auszuwertendes Signal liefert (siehe zum beispielhaften Verständnis nachstehend die Erläuterung zu 5). In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren der Sensorzeile, wenn sie Drehwinkelsensoren dieses Typs sind, so angeordnet, dass sich die Endbereiche ihrer linearen Messbereiche überlappen. Dadurch wird ein aus den einzelnen linearen Messbereichen der einzelnen Sensoren zusammengesetzter linearer Messraum bereitgestellt, innerhalb dessen sicher und ohne Lücke die Bestimmung der Position des Magneten erfolgen kann. Diese Auslegungsregel kann auch für die nachstehenden Ausführungsformen einer Sensorzeile mit mehr als zwei, insbesondere mehr als drei Sensoren eingesetzt werden, die beabstandet zu einander auf einer Sensorzeile angeordnet sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann für eine Sensorzeile eingesetzt werden, die nur einen ersten magnetfeldempfindlichen Sensor und einen zweiten magnetfeldempfindlichen Sensor aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren jedoch bei einer Sensorzeile eingesetzt, die zumindest noch einen dritten magnetfeldempfindlichen Sensor aufweist und in einer bevorzugten Ausführungsform mehr als drei magnetfeldempfindliche Sensoren aufweist, die in Zeilenrichtung beabstandet voneinander angeordnet sind. Bei einer solchen Sensorzeile kann das erfindungsgemäße Verfahren vorsehen, dass
    • • ein drittes Sensorsignal von dem dritten Sensor erzeugt wird, dessen Wert zum Messzeitpunkt von der Position des Magneten relativ zum dritten Sensor zum Messzeitpunkt abhängt und
    • • in einer vierten Prüfung der Wert, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit einem vierten Referenzwert verglichen wird und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem vierten Wertebereich hin überprüft wird, und
    • • entweder aus dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, oder dem Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, und dem Wert, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, ein zweiter Relativwert gebildet wird
    • • oder aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, oder aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des dritten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des dritten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des dritten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des dritten Sensorsignals verwendet wurde, ein zweiter Relativwert gebildet wird und
    • • in einer fünften Prüfung der so ermittelte zweite Relativwert mit einem fünften Referenzwert verglichen wird und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem fünften Wertebereich hin überprüft wird, und
    aus dem Ergebnis der ersten Prüfung und dem Ergebnis der zweiten Prüfung und dem Ergebnis der dritten Prüfung und dem Ergebnis der vierten Prüfung und dem Ergebnis der fünften Prüfung bestimmt wird, welches der Sensorsignale als für den Messzeitpunkt führendes Signal anzusehen ist, wobei die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile im Messzeitpunkt durch Auswertung des so bestimmten führenden Signals bestimmt wird.
  • In dieser bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, in einer vierten Prüfung den Wert, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit einem vierten Referenzwert zu vergleichen und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem vierten Wertebereich hin zu prüfen. Die Zugehörigkeit zu einem vierten Wertebereich kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass geprüft wird, ob der Wert des dritte Sensorsignals oberhalb eines unteren Grenzwerts des vierten Wertebereichs und unterhalb eines oberen Grenzwerts des vierten Wertebereichs liegt. Trifft dies zu, so gehört der Wert des dritten Sensorsignals zu dem vierten Wertebereich. Der Vergleich mit einem vierten Referenzwert kann so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des dritten Sensorsignals dem vierten Referenzwert entspricht. In einer anderen Ausführungsform kann der Vergleich mit einem vierten Referenzwert so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des dritte Sensorsignals größer als der vierte Referenzwert ist. In einer anderen Ausführungsform kann der Vergleich mit einem vierten Referenzwert so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des dritte Sensorsignals kleiner als der vierte Referenzwert ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform entspricht der erste Referenzwert dem zweiten Referenzwert, bzw. entspricht der erste Wertebereich dem zweiten Wertebereich.
  • Ferner schlägt das erfindungsgemäße Verfahren das Bilden eines zweiten Relativwerts vor, bei dem das Messergebnis des ersten Sensors mit dem Messergebnis des dritten Sensors oder alternativ das Messergebnis des zweiten Sensor mit dem Messergebnis des dritten Sensors in Bezug gesetzt wird. Es wird in einer ersten Alternative vorgeschlagen, aus dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, oder dem Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, und dem Wert, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, einen (zweiten) Relativwert zu bilden. Diese Alternative wird insbesondere für magnetfeldempfindliche Sensortypen eingesetzt, die eine einzige Wheatstone-Vollbrücke oder eine einzige Wheatstone-Halbbrücke aufweisen und bei denen das Sensorsignal des Sensors aus einem von dieser Wheatstone-Vollbrücke oder Wheatstone-Halbbrücke abgegriffenen Signal erzeugt wird. In einer zweiten Alternative schlägt das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, oder aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des dritten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des dritten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des dritten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des dritten Sensorsignals verwendet wurde, ein (zweiter) Relativwert gebildet wird. Diese Alternative wird insbesondere für magnetfeldempfindliche Sensortypen eingesetzt, die aus mindestens zwei Teilen aufgebaut sind, wobei ein erster Teil eine Wheatstone-Vollbrücke oder eine Wheatstone-Halbbrücke aufweist, von der das erste Zwischensignal abgegriffen wird, und ein zweiter Teil eine Wheatstone-Vollbrücke oder eine Wheatstone-Halbbrücke aufweist, von der das zweite Zwischensignal abgegriffen wird, und bei denen das Sensorsignal aus dem ersten Zwischensignal und dem zweiten Zwischensignal erzeugt wird.
  • Für das Erzeugen des zweiten Relativwerts sind eine Vielzahl von Algorithmen denkbar. Beispielsweise kann der zweite Relativwert der Mittelwert aus dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, bzw. den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, und dem Wert, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat sein. Hierzu können die Werte addiert und dann durch 2 geteilt werden. Der zweite Relativwert kann auch durch Vergleich der Werte erzeugt werden. Beispielsweise kann der zweite Relativwert die Information darüber enthalten, ob der Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat,, bzw. ob der Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, größer ist, als der Wert, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat. Bei einer solchen Prüfung kann der zweite Relativwert vorzugsweise ein binärer Wert sein, beispielsweise den Wert 1 einnehmen, wenn der Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, bzw. der Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, größer ist, als der Wert, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat und ansonsten 0 ist. Ebenso kann der zweite Relativwert durch Quotientenbildung des Werts, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, bzw. des Werts, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit dem Wert, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, erzeugt werden. Hierzu kann beispielsweise der Wert, der das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, bzw. der Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, durch den Wert geteilt werden, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat. Diese Alternative wird insbesondere für magnetfeldempfindliche Sensortypen eingesetzt, die eine einzige Wheatstone-Vollbrücke oder eine einzige Wheatstone-Halbbrücke aufweisen und bei denen das Sensorsignal des Sensors aus einem von dieser Wheatstone-Vollbrücke oder Wheatstone-Halbbrücke abgegriffenen Signal erzeugt wird Bei magnetfeldempfindliche Sensortypen, die aus mindestens zwei Teilen aufgebaut sind, wobei ein erster Teil eine Wheatstone-Vollbrücke oder eine Wheatstone-Halbbrücke aufweist, von der das erste Zwischensignal abgegriffen wird, und ein zweiter Teil eine Wheatstone-Vollbrücke oder eine Wheatstone-Halbbrücke aufweist, von der das zweite Zwischensignal abgegriffen wird, und bei denen das Sensorsignal aus dem ersten Zwischensignal und dem zweiten Zwischensignal erzeugt wird, ist es als Teil der Bildung des zweiten Relativwerts auch denkbar, eine Amplitude (A) für das zweite Sensorsignal oder eine Amplitude (A) für das erste Sensorsignal und eine Amplitude für das dritte Sensorsignal zu erzeugen, wobei die Amplitude (A) sich aus der Quadratwurzel der Summe des Quadrats des Werts (W1) des ersten Zwischensignals und des Quadrats des Wertes (W2) des zweiten Zwischensignals eines Sensors im Messzeitpunkt errechnet (A = (W12 + W22)1/2). Der zweite Relativwert kann dann aus der Amplitude des zweiten Sensorsignals (nachfolgend: zweite Amplitude), bzw. aus der Amplitude des ersten Sensorsignals (nachfolgend: erste Amplitude) und aus der Amplitude des dritten Sensorsignals (nachfolgend: dritte Amplitude) erzeugt werden. Beispielsweise kann der zweite Relativwert der Mittelwert aus der zweiten Amplitude, bzw. der ersten Amplitude und der dritten Amplitude im Messzeitpunkt sein. Hierzu können die zweite Amplitude, bzw. die erste Amplitude und die dritte Amplitude addiert und dann durch 2 geteilt werden. Der zweite Relativwert kann auch durch Vergleich der zweiten Amplitude, bzw. der ersten Amplitude mit der dritten Amplitude erzeugt werden. Beispielsweise kann der Relativwert die Information darüber enthalten, ob die zweite Amplitude, bzw. die erste Amplitude im Messzeitpunkt größer ist, als die dritte Amplitude. Bei einer solchen Prüfung kann der zweite Relativwert vorzugsweise ein binärer Wert sein, beispielsweise den Wert 1 einnehmen, wenn die zweite Amplitude, bzw. die erste Amplitude im Messzeitpunkt größer ist, als die dritte Amplitude und ansonsten 0 ist. Ebenso kann eine Ausführungsform gewählt werden, bei der der zweite Relativwert den Wert 1 einnimmt, wenn die dritte Amplitude im Messzeitpunkt größer ist, als die zweite Amplitude, bzw. die erste Amplitude und ansonsten 0 ist. Ebenso kann der zweite Relativwert durch Quotientenbildung der Amplituden gebildet werden. Hierzu kann beispielsweise die zweite Amplitude, bzw. die erste Amplitude durch die dritte Amplitude im Messzeitpunkt geteilt werden. Ebenso kann beispielsweise die dritte Amplitude durch die zweite Amplitude, bzw. die erste Amplitude im Messzeitpunkt geteilt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, in einer fünften Prüfung den nach einer der beiden Alternativen erzeugten zweiten Relativwert mit einem fünften Referenzwert zu vergleichen und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem fünften Wertebereich hin zu prüfen. Die Zugehörigkeit zu einem fünften Wertebereich kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass geprüft wird, ob der Wert des zweiten Relativwerts oberhalb eines unteren Grenzwerts des fünften Wertebereichs und unterhalb eines oberen Grenzwerts des fünften Wertebereichs liegt. Trifft dies zu, so gehört der Wert des zweiten Relativwerts zu dem fünften Wertebereich. Der Vergleich mit einem fünften Referenzwert kann so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des zweiten Relativwerts dem fünften Referenzwert entspricht. In einer anderen Ausführungsform kann der Vergleich mit einem fünften Referenzwert so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des zweiten Relativwerts größer als der fünfte Referenzwert ist. In einer anderen Ausführungsform kann der Vergleich mit einem fünften Referenzwert so durchgeführte werden, dass geprüft wird, ob der Wert des zweiten Relativwerts kleiner als der fünften Referenzwert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der fünfte Referenzwert nicht dem ersten Referenzwert. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der fünfte Referenzwert nicht dem zweiten Referenzwert. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der fünfte Referenzwert nicht dem vierten Referenzwert. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der dritte Referenzwert dem fünften Referenzwert. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der fünfte Wertebereich nicht dem ersten Wertebereich. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der fünfte Wertebereich nicht dem zweiten Wertebereich. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der fünfte Wertebereich dem dritten Wertebereich. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der fünfte Wertebereich nicht dem vierten Wertebereich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei einer Sensorzeile mit mindestens drei Sensoren die vorbeschriebene bevorzugte Ausführungsform mit einer vierten Prüfung und einer fünften Prüfung durchgeführt. Die Vorteile der Erfindung sind jedoch auch dann bereits erreichbar, wenn auch bei einer Sensorzeile mit drei oder mehr magnetfeldempfindlichen Sensoren die Verfahrensvariante durchgeführt wird, bei der nur eine erste Prüfung, eine zweite Prüfung und eine dritte Prüfung durchgeführt wird. Soll das erfindungsgemäße Verfahren an einer Sensorzeile mit mehr als drei Sensoren durchgeführt werden, so wird in einer bevorzugten Ausführungsform festgelegt, ob die vom Rechenaufwand her reduzierte Verfahrensvariante, bei der nur die erste Prüfung, die zweite Prüfung und die dritte Prüfung durchgeführt wird, eingesetzt wird oder ob die vom Rechenaufwand her aufwendigere Verfahrensvariante mit der zusätzlichen vierten Prüfung und der zusätzlichen fünften Prüfung durchgeführt wird. Von dieser Entscheidung hängt ab, ob in einem vorgelagerten Auswahlschritt zwei Sensoren oder drei Sensoren bestimmt werden müssen, deren Sensorsignale bei den weiteren Verfahrensschritten eingesetzt werden sollen. Wird die reduzierte Verfahrensvariante durchgeführt, so müssen bei einer Sensorzeile mit einer Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren in einem Auswahlschritt die zwei Sensoren bestimmt werden, deren Sensorsignale bei den weiteren Verfahrensschritten für diesen Messzeitpunkt eingesetzt werden sollen. Wird die vom Rechenaufwand her aufwendigere Verfahrensvariante mit der vierten Prüfung und der fünften Prüfung eingesetzt, so müssen bei einer Sensorzeile mit einer Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren in einem Auswahlschritt die drei Sensoren bestimmt werden, deren Sensorsignale bei den weiteren Verfahrensschritten für diesen Messpunkt eingesetzt werden sollen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Durchführen des Auswahlschritts festgestellt, welche beiden Sensoren Sensorsignale mit den betragsmäßig höchsten Werten liefern, bzw. welche drei Sensoren Sensorsignale mit den betragsmäßig höchsten Sensorsignalen im Vergleich zu den übrigen Sensoren liefern. Die Werte der Sensorsignale dieser Sensoren werden dann dem weiteren Verfahren für diesen Messzeitpunkt zugrunde gelegt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei der Bestimmung, welches der Sensorsignale als für den Messzeitpunkt führendes Signal anzusehen ist, eine Look-up-Tabelle eingesetzt (eine Umsetzungstabelle). Die Ergebnisse der ersten Prüfung, der zweiten Prüfung, der dritten Prüfung und – soweit die aufwendigere Verfahrensvariante verwendet wird – der vierten Prüfung und der fünften Prüfung können zur Bildung einer Wertekombination verwendet werden. Die Wertekombination kann beispielsweise so gebildet werden, dass eine Zahlenreihe mit drei Plätzen, bzw. fünf Plätzen gebildet wird, wobei das Ergebnis der ersten Prüfung an den ersten Platz, das Ergebnis der zweiten Prüfung an den zweiten Platz, das Ergebnis der dritten Prüfung an den dritten Platz und – soweit durchgeführt – das Ergebnis der vierten Prüfung an den vierten Platz und das Ergebnis der fünften Prüfung an den fünften Platz gestellt wird. Sind die Ergebnisse der Prüfungen binäre Werte, so kann hierdurch eine Wertekombination gebildet werden, die sich aus Einsen und Nullen zusammensetzt. Die so erzeugte Wertekombination kann mit Wertekombinationen, die in einer Look-Up-Tabelle hinterlegt sind, verglichen werden. In der Look-Up-Tabelle kann beispielsweise für jede denkbare Wertekombination ein Eintrag hinterlegt werden, welches Signal aus der Reihe erstes Sensorsignal, zweites Sensorsignal und – soweit verwendet – drittes Sensorsignal als das führende Signal anzusehen ist, wenn die durchgeführte Prüfung die entsprechende Wertekombination ausgegeben hat.
  • Wie vorstehend beschrieben sind Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, bei denen sich die Messbereiche der einzelnen Sensoren zur Sicherung eines lückenlosen Messbereichs an ihren jeweiligen Endbereichen überlappen. In solchen Fällen ist eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, bei der in der Lookup-Tabelle für jede denkbare Wertekombination ein Eintrag hinterlegt werden, welches Signal aus der Reihe erstes Sensorsignal, zweites Sensorsignal und – soweit verwendet – drittes Sensorsignal als das führende Signal anzusehen ist, wenn die durchgeführte Prüfung die entsprechende Wertekombination ausgegeben hat oder ob die entsprechende Wertekombination bedeutet, dass sich der Magnet in einem Überlappungsbereich zweier Sensorsignal befindet. Die Information, dass sich der Magnet in einem Überlappungsbereich zweier Sensorsignale befindet, kann bei der Bestimmung der konkreten Position des Magneten aus den Sensorsignalen berücksichtigt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile im Messzeitpunkt dadurch bestimmt, dass zu dem Wert des führenden Signals oder zu einem von dem Wert des führenden Signals abgeleiteten Wert in einer Look-Up-Tabelle ein Positionswert zur Bestimmung der Position des Magneten relativ zur Sensorzeile ausgelesen wird. Für die Ausgestaltung der Lookup-Tabelle sind mehrere Ausführungsformen denkbar. In einer ersten Ausführungsform wird zu jedem Wert jedes Sensorsignals eine Position des Magneten hinterlegt. Dies führt bei Messaufgaben mit großen Sensorzeilen zu sehr großen Lookup-Tabellen. In der Lookup-Tabelle kann in dieser Ausführungsform beispielsweise hinterlegt sein, dass wenn beispielsweise das Signal des zweiten Sensors als das führende Signal anzusehen ist und wenn der Wert des zweiten Sensorsignals 0,4 V beträgt, dies einer Position des Magneten von 27 mm entlang der Sensorzeile entspricht. Das Ablegen von einzelnen Werten für die Position des Magneten für jeden Wert jedes Sensorsignal ermöglicht es, Unterschiede zwischen den Sensoren, beispielsweise Typunterschiede oder aber auch fertigungsbedingte Unterschiede in dem erzeugen der Werte oder Offsets zu berücksichtigen. Das Füllen der Lookup-Tabelle, bzw. das Anpassen von bereits in der Lookup-Tabelle stehenden Werten kann bei einer Kalibrierfahrt erfolgen. In einer zweiten Ausführungsform kann mit einer kleineren Lookup-Tabelle gearbeitet werden, beispielsweise wenn alle Sensoren des gleichen Bautyps sind. Sind die Sensoren des gleichen Typs so ist zu erwarten, dass sich die Sensoren gleich verhalten, wenn der Magnet durch ihren jeweiligen Messbereich geführt wird. Eine inkrementelle Änderung der Position des Magneten in dem jeweiligen Messbereich sollte zu einer gleichen Änderung des Werts des erzeugten Sensorsignals des jeweiligen Sensors führen. Deshalb bietet sich der Einsatz einer Lookup-Tabelle an, aus der sich auslesen lässt, wo sich der Magnet in dem Messbereich des Sensors befindet, wenn der Sensor ein Signal mit einem bestimmten Wert liefert. Diese Information über die Verortung innerhalb des Messbereichs des führenden Sensors kann mit der Information über die Position des führenden Sensors entlang der Sensorzeile verknüpft und somit die absolute Position des Magneten bestimmt werden. Wird aus der Lookup-Tabelle beispielsweise ausgelesen, dass der soeben erzeugte Wert des als führend anzusehenden zweiten Sensors einer Positionierung des Magneten 7 mm links vom Referenzpunkt des zweiten Sensors (meist dem Mittelpunkt des Sensors) entspricht und weiß man (beispielsweise durch Nachsehen in einer weiteren Lookup-Tabelle), dass der Referenzpunkt des zweiten Sensors 20 mm vom linken Rand der Sensorzeile entfernt ist, so kann man aus dieser Information ermitteln, dass der Magnet 13 mm vom linken Rand der Sensorzeile entfernt ist. Die Lookup-Tabelle enthält in dieser Ausführungsform nur einmal eine Gegenüberstellung von möglichen Werten eines Sensorsignals zu Positionen des Magneten im Messbereich des Sensors relativ zu einem Referenzpunkt. Auf diese Lookup-Tabelle wird in dieser Ausführungsform zurückgegriffen, unabhängig davon, welcher Sensor als führend bestimmt wurde. Hier macht sich die Erfindung den Umstand des Ausführungsbeispiels zunutze, dass alle Sensoren des gleichen Typs sind und folglich gleich reagieren. Dadurch kann der Umfang der Lookup-Tabelle verkleinert werden. Das Vorhalten einer weiteren Lookup-Tabelle, die die Position des Referenzpunkts des jeweiligen Sensors relativ zur Sensorzeile enthält und damit angibt, mit welchem Wert der aus der ersten Lookup-Tabelle ausgelesene Wert addiert werden muß, um die Absolutposition des Magneten relativ zur Sensorzeile zu ermitteln, kann ebenfalls klein gehalten werden und enthält im Kern für jeden Sensor einen Eintrag. Bei Einsatz der hier beschriebenen zweiten Ausführungsform der Lookup-Tabelle kann es notwendig sein, fertigungsbedingte Unterschiede zwischen den Sensoren gleichen Typs auszugleichen, um eine einzige Lookup-Tabelle für alle Sensoren einsetzen zu können. Deshalb ist es in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile im Messzeitpunkt dadurch zu bestimmen, dass zu einem von dem Wert des führenden Signals abgeleiteten Wert in einer Look-Up-Tabelle ein Positionswert zur Bestimmung der Position des Magneten relativ zur Sensorzeile ausgelesen wird. Der abgeleitete Wert kann durch Einrechnen eines Kalibrierungsfaktors erzeugt werden. Das Erzeugen von abgeleiteten Werten kann dazu dienen, die Vergleichbarkeit der Werte zu erhöhen. Es ist bekannt, dass magnetfeldempfindliche Sensoren fertigungsbedingte Offsets haben können oder bei gleicher Magnetposition abhängig von der Umgebungstemperatur unterschiedliche Beträge aufweisen können. Diese fertigungsbedingten oder umgebungsbedingten Unterschiede, die bei gleichen Umgebungsbedingungen sogar von Sensor zu Sensor unterschiedlich sein können, können durch das Erzeugen von abgeleiteten Werten herausgerechnet oder zumindest reduziert werden. So ist es denkbar, in einer Kalibiermessung bei bekannten Umgebungsbedingungen und bekannter Position des Magneten für jeden Sensor einen individuellen Kalibrierwert zu bestimmen. Der abgeleitete Wert kann dann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass der Wert, den das jeweilige Signal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, durch den jeweiligen Kalibrierwert für den jeweiligen Sensor geteilt wird. Ein alternatives Verfahren kann beispielsweise in der Normierung der Werte bestehen. Hierzu kann geprüft werden, welcher der beiden Werte, nämlich des Werts, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, und des Werts, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, der größere Wert ist. Sobald dieser Wert bestimmt ist, können beide Werte durch diesen Wert geteilt werden. Dies führt dazu, dass das abgeleitete Signal von dem Sensor, der zum Messzeitpunkt den größeren Wert hatte, eins wird, während der abgeleitete Wert des Sensors, der zum Messzeitpunkt das niedrigere Signal lieferte, betragsmäßig kleiner 1 wird. Eine solche Normierung mag zwar weitere Rechenoperationen bei der Erzeugung des Relativwertes hinzufügen. Je nach gewählter Methode zum Erzeugen des tatsächlichen Relativwertes kann eine solche Normierung jedoch auch die dann des Weiteren durchzuführenden Rechenoperationen vereinfachen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, ein Relativwert gebildet wird, kann eine Kalibrierung und eine Berücksichtigung von fertigungsbedingten Offsets oder Einflüssen der Umgebungstemperatur oder Einflüssen der Signalweiterleitung zu einem AD-Wandler (falls ein AD-Wandler zur Wandlung des jeweiligen Zwischensignals in eine digitales Zwischensignal eingesetzt wird) dadurch erfolgen, dass das jeweilige Zwischensignal kalibriert wird, insbesondere bevorzugt ein Offset-Wert von dem Zwischensignal abgezogen oder zu dem Zwischensignal addiert wird und/oder das Zwischensignal mit einem Kalibrierfaktor multipliziert wird. Wird ein Offset-Wert von dem Zwischensignal abgezogen oder zu dem Zwischensignal addiert wird und das Zwischensignal mit einem Faktor multipliziert wird, so kann die Multiplikation mit dem Kalibrierfaktor vor oder nach dem Abziehen oder Addieren des Offset-Werts erfolgen, je nachdem, welcher Effekt durch die Multiplikation mit dem Kalibrierfaktor kompensiert werden soll.
  • In einer bevorzugten, zum Einsatz von Lookup-Tabellen alternativen Ausführungsform kann die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile im Messzeitpunkt dadurch bestimmt, dass der Wert des führenden Signals oder ein von dem Wert des führenden Signals abgeleiteter Wert in eine Formel eingesetzt wird. Es ist bei einigen Sensoren möglich, das Verhältnis zwischen dem jeweiligen Wert des Sensorsignals und der entsprechenden Position des Magneten im Messbereich des Sensors in einer Formel auszudrücken, bzw. durch Einsatz von abgeleiteten Werten eine lineare Beziehung herzustellen. Dies ermöglicht es dann, die Position des Magneten im Messbereich des Sensors durch Einsetzen des zum Messzeitpunkt erzeugten Wertes in die Formel zu bestimmen.
  • Wird eine Ausführungsform der oben beschriebenen Art mit Überlappungsbereichen verwendet, so ist es in einer besonders bevorzugten Ausführungsform denkbar, die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile in einer Situation, in der ermittelt wurde, dass sich der Magnet in einem Überlappungsbereich befindet, aus dem Wert des Sensorsignals des einen Sensors, zu dessen Messbereich der Überlappungsbereich gehört, aus dem Wert des Senorsignals des anderen Sensors, zu dessen Messbereich der Überlappungsbereich gehört, zu bilden. Beispielsweise kann aus beiden Werten der Mittelwert gebildet werden und der so ermittelte Wert in die Lookup-Tabelle eingesetzt werden. Ebenso ist es denkbar, zu dem Wert des Signals des einen Sensors in der Lookup-Tabelle zu ermitteln, welcher Position des Magneten dieser Wert entspricht, und zu dem Wert des Signals des anderen Sensors in der Lookup-Tabelle zu ermitteln, welcher Position des Magneten dieser Wert entspricht, und aus diesen beiden Positionen einen Mittelwert zu bilden.
  • Es sind Anwendungsfälle denkbar, bei denen die Sensorzeile in einen Stab intergiert ist und eine sich parallel zur Zeilenrichtung erstreckende Linie an der Oberfläche des Stabs als Messweg definiert und als Messaufgabe gestellt wird, herauszufinden, welchem Punkt entlang dieses Messwegs ein ringförmig ausgeführter, entlang des Stabs verschieblicher Magnet in der zu bestimmenden Position am nächsten ist. Da die Relativposition des Magneten relativ zur Sensorzeile in Richtung der Zeilenrichtung oder in Richtung parallel zur Zeilenrichtung änderbar sein soll, wird man bei einer solchen Ausführungsform vorzugsweise ein Spiel zwischen dem Magneten und dem Stab vorsehen, so dass ggf. kein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Messweg und dem Magneten besteht. Bei derartigen Ausführungsformen wird es in der zu bestimmenden Position immer einen Punkt geben, dem der Magnet, bzw. eine Referenzpunkt des Magneten (beispielsweise dessen Volumenmittelpunkt) am nächsten ist, während er von den anderen Punkten weiter entfernt sein wird.
  • Die Relativposition des Magneten relativ zur Sensorzeile kann in Richtung der Zeilenrichtung oder in Richtung parallel zur Zeilenrichtung geändert werden. Beispielsweise sind Ausführungsformen denkbar, bei denen der Magnet auf einer Seite neben der Sensorzeile angeordnet ist. Bei einer solchen Ausführungsform kann eine bei dem Verfahren einzusetzende Vorrichtung eine Führung für die Bewegung des Magneten aufweisen, die den Magneten während seiner Bewegung relativ zur Sensorzeile so führt, dass sich der Magnet parallel zur Zeilenrichtung bewegt. Es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen als Magnet ein Ringmagnet eingesetzt wird, der die Sensorzeile umgibt und dessen Massenschwerpunkt auf der Sensorzeile liegt. In einer solchen Ausführungsform kann die Bewegung des Ringmagneten durch die Sensorzeile, bzw. ein die Sensorzeile umgebendes Gehäuse derart geführt werden, dass sich der Magnet in Zeilenrichtung bewegt, nämlich sein auf der Sensorzeile liegende Massenschwerpunkt in Zeilenrichtung bewegt wird. Dabei können die Vorzüge der Erfindung bereits erreicht werden, wenn sich der auch als Geber bezeichnete Magnet im Winkel zur Zeilenrichtung bewegt, aber eine Bewegungskomponente hat, die in Zeilenrichtung weist. Dabei ist es bevorzugt, wenn die in Zeilenrichtung weisende Bewegungskomponente größer ist, als die senkrecht zur Zeilenrichtung weisende Bewegungskomponente. Es sind beispielsweise Anwendungsfälle denkbar, bei denen der Magnet als Schwimmer ausgeführt ist und der Pegel einer Flüssigkeit, auf der der Magnet aufschwimmt, bestimmt werden soll, wobei der die Flüssigkeit und den Magnet aufnehmende Behälter einen etwas größeren Durchmesser aufweist, als der Magnet. Ist in solchen Fällen die Sensorzeile beispielsweise in der Behälterwand vorgesehen, kann sich der Abstand zwischen dem Magnet und der Sensorzeile ändern, während sich der Flüssigkeitspegel ändert, weil der Magnet durch den von dem größeren Durchmesser des Behälters vorgegebenen Freiraum auf der Flüssigkeitsoberfläche Bewegungen durchführen kann. In einem solchen Anwendungsfall würde sich der Magnet nicht perfekt parallel zur Sensorzeile bewegen. Dennoch kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in einem solchen Anwendungsfall eingesetzt werden. Vergleichbares gilt bei Messaufgaben, bei denen ein Ringmagnet entlang einer als Stab ausgeführten Sensorzeile bewegt wird, seinen Abstand zur Sensorzeile jedoch aufgrund des für das Bewegen vorgesehenen Spiels leicht ändert.
  • Für den Erfolg der Erfindung ist es allein erforderlich, dass die Relativposition zwischen Magnet und Sensorzeile geändert wird. Es ist nicht notwendig, dass der Magnet relativ zu einer stationären Sensorzeile bewegt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Magnet relativ zur Sensorzeile beweglich. In einer alternativen Ausführungsform ist die Sensorzeile relativ zum Magneten beweglich. Schließlich sind Ausführungsformen denkbar, bei denen sowohl der Magnet als auch die Sensorzeile in einem nicht fest mit dem Magneten und nicht fest mit der Sensorzeile verbundenen Koordinatensystem derart bewegt werden können, dass sich die Relativposition des Magneten relativ zur Sensorzeile ändert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann einmal durchgeführt werden. Liegen ein erstes Sensorsignal und ein zweites Sensorsignal vor, so kann das Verfahren dazu eingesetzt werden, festzustellen, in welcher Position sich der Magnet zu dem Zeitpunkt befand, als der erste Sensor das erste Sensorsignal und der zweite Sensor das zweite Sensorsignal erzeugte. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das jeweilige Sensorsignal des jeweiligen Sensors dauerhaft erzeugt, insbesondere bevorzugt als analoges Signal. Dadurch wird es möglich, die Bestimmung der Position, in der sich der Magnet befindet, dauerhaft durchzuführen. Hierzu werden die Sensorsignale von einer Auswerteeinheit mit einer Abtastrate abgetastet. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Sensorsignale mit einer Abtastrate von mehr als 200 Hz, insbesondere bevorzugt von mehr als 500 Hz, insbesondere bevorzugt von > 1 kHz und ganz besonders bevorzugt von mehr als 5 kHz abgetastet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird auf der Grundlage jedes in einer Abtastung ermittelten Datensatzes von Sensorsignalen eine Bestimmung des Position, in dem sich der Magnet zum Zeitpunkt der Erzeugung der dem Datensatz zugrundeliegenden Sensorsignale befand, durchgeführt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein magnetisches Stützfeld erzeugt, dessen Feldrichtung im Bereich der magnetfeldempfindlichen Sensoren im Wesentlichen in Richtung der Zeilenrichtung weist. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei speziellen Ausführungen der magnetfeldempfindlichen Sensoren, insbesondere bevorzugt bei AMR Sensoren aufgrund der diesem Sensorprinzip innewohnenden fehlenden Nord-Süd-Unterscheidung der Einsatz eines Stützfelds die Eindeutigkeit der Sensorsignale verbessert und damit mit einer geringeren Sensoranzahl einen größeren eindeutig auswertbaren Messbereich ermöglicht. Dabei hat es sich gezeigt, dass dieser Effekt besonders dann gut erzielt werden kann, wenn die Sensoren hauptsächlich Feldkomponenten detektieren, die senkrecht zur Magnetisierungsrichtung des verwendeten Magneten orientiert sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Magnet eine in eine zur Zeilenrichtung parallele Richtung weisende oder eine in Zeilenrichtung weisende Magnetisierung auf. Insbesondere bevorzugt weist das von dem Magnet erzeugte Magnetfeld im Bereich der magnetfeldempfindlichen Sensorelemente in Höhe des Magneten im Wesentlichen in Richtung oder entgegengesetzte Richtung der Zeilenrichtung. Insbesondere bevorzugt ist seine Feldstärke zumindest an einem Ort im Bereich der magnetfeldempfindlichen Sensorelemente betragsmäßig kleiner, als die Feldstärke des Stützfelds an diesem Ort. Es konnte beobachtet werden, dass in der Ausführung eines in eine Richtung parallel zur Zeilenrichtung axial magnetisierten Magneten dieser gerade im sensornahen Bereich ein starkes Feld in axialer Richtung erzeugt. Dies kann bei Einsatz eines magnetischen Stützfelds, das in Feldrichtung im Bereich des magnetfeldempfindlichen Sensors im Wesentlichen in Richtung der Zeilenrichtung weist, zu einer Verstärkung des Stützfelds führen, wenn die Polung des Magneten entsprechend ausgerichtet ist. Bei einer um 180° gedrehten Polung des Magneten führt das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld zu einer Schwächung des Stützfelds. Dadurch werden die Kennlinien der Verläufe der Sensorsignale über die Bereiche allgemein steiler. Dadurch können, vor allem bei schmalen Magneten und größeren Sensorabständen, Uneindeutigkeiten verstärkt auftreten. Gleichzeitig können die Kennlinien im Bereich der Messbereichsenden verflachen. Dieser Effekt kann reduziert werden, wenn das Stützfeld im Vergleich zum achsparallelen Feld des Magneten verstärkt wird. Gleichzeitig wird aber auch die Aussteuerung des Sensors schlechter, sodass Offsetfehler und Offsetdrift verstärkt in Erscheinung treten können.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Magnet eine in eine zur Zeilenrichtung senkrechte Richtung weisende oder eine zur Bewegungsrichtung radiale Magnetisierung auf. Insbesondere bevorzugt weist das von dem Magnet erzeugte Magnetfeld im Bereich der magnetfeldempfindlichen Sensorelemente in Höhe des Magneten im Wesentlichen senkrecht zur Zeilenrichtung. Insbesondere bevorzugt ist seine Feldstärke zumindest an einem Ort im Bereich der magnetfeldempfindlichen Sensorelemente betragsmäßig kleiner, als die Feldstärke des Stützfelds an diesem Ort. Bei dieser Anordnung ist das Stützfeld insbesondere bevorzugt senkrecht zur Zeilenlängsrichtung orientiert. Diese Anordnung ist insbesondere bei relativ zur Zeilenlängsrichtung rotationssymmetrisch gestalteten oder radiärsymmtrisch angeordneten und/oder frei um die Sensorzeilenlängsachse drehbaren Gebermagneten vorteilhaft, da hier aus Symmetriegründen keine zur Zeilenlängsrichtung orthogonalen auswertbaren Feldkomponenten auftreten.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform, insbesondere bei der Bestimmung von Kolbenpositionen in Druckluft- oder Hydraulikzylindern, handelt es sich bei dem Magneten um einen zur Bewegungsrichtung axialsymmetrischen, axial magnetisierten Scheiben-Stab- oder Ringmagneten, der seitlich neben der Sensorzeile entlanggeführt wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, wenn der magnetische Geber symmetrisch und frei drehbar um die Zeilenlängsrichtung angeordnet ist, insbesondere bei der Positionsbestimmung eines Schwimmers einer Füllstandmesseinrichtung für Flüssigkeiten, verwendet man als Magnete bevorzugt radial magnetisierte Ringe oder radiärsymmetrisch angeordnete Einzelmagnete.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die magnetfeldempfindlichen Sensoren magnetoresistive Sensoren, wobei jeder Sensor eine Brücke (Barberpol- oder 45°-Streifen, bzw. Sin-Brücke) aufweist. Bei der Verwendung derartiger Sensoren ist es bevorzugt, dass ein Stützfeld quer zu der zu messenden Feldrichtung wirkt, welches nicht kleiner sein sollte als das stärkste zu messende Feld.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verwenden die magnetfeldempfindlichen Sensoren den GMR- oder TMR-Effekt. Derartige Sensoren benötigen für den sicheren Betrieb nicht unbedingt Stützfelder, jedoch kann der Einsatz von Stützfeldern zur Anpassung der Sensorempfindlichkeit und damit des Messbereichs, insbesondere des weitgehend linearen Teils des Messbereichs, an die auftretenden Feldstärken genutzt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verwenden die magnetfeldempfindlichen Sensoren den Hall-Effekt, oder in Form von Feldplatten den damit verwandten Gauss-Effekt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden als magnetfeldempfindliche Sensoren magnetoresistive Sensoren eingesetzt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden AMR-Sensoren (Anisotropic magnetoresistive-Sensors) mit Barberpolen eingesetzt. Das durch die in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehene Stützfeldvorrichtung erzeugte Stützfeld kann bei einer solchen Ausführungsform dazu eingesetzt werden, bei jeder Geberposition eine zuverlässige magnetische Sättigung des Sensormaterials sicher zu stellen.
  • Magnetfeldempfindliche Sensoren, insbesondere magnetoresistive Sensoren, insbesondere Barberpolsensoren, weisen häufig einen Verlauf der Kennlinie, die für jede Feldstärke der Magnetfeldkomponente eines durch einen magnetfelderzeugenden Gebers erzeugten Magnetfelds in dem Sensor einen Wert des Verhältnisses der Stärke des von dem Sensor erzeugten Sensorsignals relativ zum maximal von dem Sensor erzeugbaren Sensorsignal wiedergibt, auf, der nur in einem teilweise geringen Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente im Wesentlichen linear ist und angrenzend an den im Wesentlichen linear verlaufenden Abschnitt der Kennlinie nicht-linear verläuft.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der jeweilige Sensor eine Vollbrücken-Anordnung (Wheatstone Brücke) magnetoresistiver Elemente auf oder eine Halbbrückenschaltung derartiger magnetoresistiver Elemente.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die magnetfeldempfindlichen Sensoren magnetoresistive Sensoren. Insbesondere kann der jeweilige Sensor den „anisotropen-magnetoresistiven Effekt” (AMR-Effekt) oder den „gigantischen” magnetoresistiven Effekt (GMR-Effekt) aufweisen. Das Sensorelement kann allerdings auch andere Effekte aufweisen, wie beispielsweise den Giant Magneto Impedance (GMI), den Tunnelmagnetoresistance-Effekt (TMR) oder den Hall-Effekt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren findet insbesondere bevorzugt beim Bestimmen eines Flüssigkeitspegels Anwendung, wenn der Magnet als Schwimmer ausgeführt ist. Das erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise auch in Messsituationen Anwendung finden, in denen geprüft werden soll, ob ein bewegliches Objekt einen Schaltpunkt (die Referenzposition) überschritten hat oder nicht. Dies kann beispielsweise bei der Überprüfung von Schaltern oder Ventilen Anwendung finden, in denen geprüft werden soll, ob der Schalter, bzw. das Ventil eine vorbestimmte Öffnungsstellung überschritten hat. Ein weiterer bevorzugter Einsatzbereich ist die Bestimmung der absoluten Position bzw., der relativen Lage gegenüber einer vorgegebenen Position eines Kolbens in Stoßdämpfern, Druckluft- oder Hydraulikzylindern, wobei der Kolben den Gebermagneten enthält und die Sensorzeile an der Zylinderaußenwand befestigt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch als Potentiometer-Ersatz eingesetzt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung näher darstellenden Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:
  • 1: eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann,
  • 2: einen Ausschnitt der in 1 dargestellten Vorrichtung mit einem Sensor und einem Magneten
  • 3: einen Graph, der den Verlauf des ersten Zwischensignals (Sinus-Signal) zeigt, dass ein erster Teil des Sensors gemäß 2 in Abhängigkeit der Position des Magneten relativ zu diesem Sensor erzeugt,
  • 4: einen Graph, der den Verlauf der zweiten Zwischensignals (Cosinus-Signal) zeigt, dass ein zweiter Teil des gemäß 2 in Abhängigkeit der Position des Magneten relativ zu diesem Sensor erzeugt,
  • 5: einen Graph, der den Verlauf des aus dem ersten Zwischensignal und dem zweiten Zwischensignal erzeugten Sensorsignals (ArcTan-Signal) zeigt,
  • 6: eine schematische Darstellung der räumlichen Anordnung der Widerstände eines Sensors, wie er bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann,
  • 7: eine schematische Darstellung einer Verschaltung der Widerstände des Sensors gemäß 6, wie er bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann
  • 8: eine Gegenüberstellung eines Graphen, der zusammengefasst die Verläufe der Sensorsignale des ersten Sensors, zweiten Sensors und dritten Sensors zeigt, mit eine Vorrichtung, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann, mit einem Graphen, der den Verlauf der aus den Zwischensignalen der Sensoren ermittelten Relativwerte des ersten Sensors, zweiten Sensors und dritten Sensors zeigt,
  • 9: die Ansicht der 8, wobei in den Graphen keine Verläufe, sondern die Messwerte zu einem Messzeitpunkt dargestellt werden,
  • 10: eine Gegenüberstellung eines Graphen, der zusammengefasst die Verläufe der Sensorsignale des ersten Sensors, zweiten Sensors und dritten Sensors zeigt, mit einem Graphen, der den Verlauf des Amplitudenquotienten der ersten Amplitude zur zweiten Amplitude und den Verlauf des Amplitudenquotienten der ersten Amplitude zur dritten Amplitude und den Verlauf des Amplitudenquotienten der dritten Amplitude zur zweiten Amplitude zeigt, mit einer Lookup-Tabelle und
  • 11: die graphische Wiedergabe einer Lookup-Tabelle, mit der aus dem Wert des führenden Sensorsignals die Position des Magneten bestimmt werden kann.
  • 1 zeigt eine Vorrichtung, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann. Die Vorrichtung weist eine Sensorzeile 1 auf. Aus der Sensorzeile sind ein erster magnetfeldempfindlicher Sensor 2, ein zweiter magnetfeldempfindlicher Sensor 3 und ein dritter magnetfeldempfindlicher Sensor 4 in Zeilenrichtung A beabstandet zu einander angeordnet. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine sich linear erstreckende Sensorzeile 1. An den dritten Sensor 4 können sich in Zeilenrichtung A weitere, nicht dargestellte Sensoren anschließen.
  • Die Vorrichtung weist einen Magneten 5 auf. Dieser kann in Richtung des Doppelpfeils B relativ zur Sensorzeile bewegt werden und somit in eine Richtung parallel zur Zeilenrichtung A.
  • Der Magnet erzeugt ein (nicht näher dargestelltes) Magnetfeld, wobei bei der hier dargestellten Ausführungsform die Magnetisierungsrichtung des Magneten (die vom Nordpol zum Südpol des Magneten weisende Richtung) der Bewegungsrichtung B des Magneten 5 entspricht und somit parallel zur Zeilenrichtung A verläuft.
  • Oberhalb der Sensorzeile 1 sind durch Schraffierung fünf Bereiche angedeutet; der Bereich S1, der Bereich S1 + S2, der Bereich S2, der Bereich S2 + S3 und der Bereich S3. Für die Bestimmung der Position des Magneten 5 relativ zur Sensorzeile soll, wenn sich der Magnet 5 dem Bereich S1 am nächsten befindet, das Signal des ersten Sensors 2 als führendes Signal verwendet werden. Für die Bestimmung der Position des Magneten 5 relativ zur Sensorzeile soll, wenn sich der Magnet 5 dem Bereich S1 + S2 am nächsten befindet, das Signal des ersten Sensors 2 oder des zweiten Sensors 3 oder ein von dem Signal des ersten Sensor 2 und dem zweiten Sensor 3 abgeleitetes Signal als führendes Signal verwendet werden. Für die Bestimmung der Position des Magneten 5 relativ zur Sensorzeile soll, wenn sich der Magnet 5 dem Bereich S2 am nächsten befindet, das Signal des zweiten Sensors 3 als führendes Signal verwendet werden. Für die Bestimmung der Position des Magneten 5 relativ zur Sensorzeile soll, wenn sich der Magnet 5 dem Bereich S2 + S3 am nächsten befindet, das Signal des zweiten Sensors 3 oder des dritten Sensors 4 oder ein von dem Signal des zweiten Sensor 3 und dem dritten Sensor 4 abgeleitetes Signal als führendes Signal verwendet werden. Für die Bestimmung der Position des Magneten 5 relativ zur Sensorzeile soll, wenn sich der Magnet 5 dem Bereich S3 am nächsten befindet, das Signal des dritten Sensors 4 als führendes Signal verwendet werden.
  • In der Zusammenschau der 2, 3, 4 und 5 wird das Erzeugen eines Sensorsignals (5) eines einzelnen Sensors dargestellt. Als Beispiel zeigt 2 den ersten Sensor 2, den dem ersten Sensor 2 benachbarten Abschnitt der Sensorzeile 1 und den Magneten 5 sowie dessen parallel zur Zeilenrichtung A verlaufende Bewegungsrichtung B. Die in den 3, 4 und 5 dargestellten Graphen verwenden den Mittelpunkt des Sensors 2 als Referenzpunkt.
  • Der schematische Aufbau des als Drehwinkelsensor ausgebildeten Sensors 2 ist in 6 und 7 dargestellt. Die Sensoren 3 und 4 weisen den gleichen Aufbau auf. Der jeweilige Sensor weist einen ersten Teil (Widerstände R1, R2, R3, R4) auf, der ein erstes Zwischensignal erzeugt, und einen zweiten Teil (Widerstände R5, R6, R7, R8) auf, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung des von dem Magneten 5 erzeugten Magnetfelds. Das erste Zwischensignal hat im Wesentlichen einen sinus-artigen Verlauf (vgl. 3) für die angelegte Spannung Usin). Das zweite Zwischensignal hat im Wesentlichen einen cosinus-artigen Verlauf (vgl. 4) für die angelegte Spannung Ucos). Wie aus der 7 ersichtlich, entspricht der Mittelpunkt des ersten Teils dem Mittelpunkt des zweiten Teils. Bei den Widerständen handelt es sich um Widerstände, die den AMR-Effekt nutzen.
  • Die sinus- und cosins-artigen Zwischensignale (3 und 4 zeigen deren Verläufe bei verschiedenen Umgebungstemperaturen (25°C, –40°C, 85°C, 125°C) des Sensors 2 können verwendet werden, um den Feldrichtungsverlauf am Ort des Sensors 2 zu bestimmen. Der Feldwinkel ergibt sich in einfacher Weise durch die Division der beiden Werte der Zwischensignale zum jeweiligen Messzeitpunkt mit anschließender Arcus-Tangensberechnung. (Feldwinkel = 0.5·ARCTAN(Uasin/Uacos)). Der Verlauf des so errechneten Sensorsignals ist in 5 dargestellt (ebenfalls für die verschiedenen Umgebungstemperaturen).
  • 6 zeigt dabei die räumliche Anordnung der Wheatstone-Brücke des ersten Teils (Widerstände R1, R2, R3, R4) relativ zur Wheatstone-Brücke (Widerstände R5, R6, R7, R8) des zweiten Teils. In 6 ist ferner die Zeilenrichtung A der Sensorzeile angedeutet und die Bewegungsrichtung B des Magneten 5. Die Wheatstone-Brücken, die Zeilenrichtung A und die Bewegungsrichtung B des Magneten liegen im Wesentlichen in einer Ebene.
  • 7 zeigt – ohne die konkrete räumliche Anordnung der Widerstände wiederzugeben – die elektrische Verschaltung der Widerstände. An die Brücken werden jeweils Wechselspannungen Usin und Ucos angelegt. Das erste Zwischensignal wird am Punkt Vcc in der linken Schaltung der 7 abgegriffen, das zweite Zwischensignal wird am Punkt Vcc in der rechten Schaltung der 7 abgegriffen.
  • 3 zeigt den Wert des ersten Zwischensignals (Sinus-Signals) in Relation zur Relativposition des Magneten 5 relativ zur Mitte des Sensors 2 (Nullposition) für verschiedene Umgebungstemperaturen. 4 zeigt den Wert des zweiten Zwischensignals (Cosinus-Signals) in Relation zur Relativposition des Magneten 5 relativ zur Mitte des Sensors 2 (Nullposition) für verschiedene Umgebungstemperaturen. 5 zeigt den Wert des durch die Division der beiden Signalwerte mit anschließender Arcus-Tangensberechnung berechneten Sensorsignals des Sensors 2 in Relation zur Relativposition des Magneten 5 relativ zur Mitte des Sensors 2 (Nullposition) für verschiedene Umgebungstemperaturen. Man erkennt, dass der Sensor 2 für einen bestimmten Bereich – in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel für den Bereich von ca. –12 mm bis +12 mm um den Mittelpunkt des Sensors 2 herum – ein eindeutiges Signal liefert. Durch Einsatz einer entsprechenden Lookup-Tabelle oder eines entsprechenden Umrechnungsfaktors kann für den Bereich von –12 mm bis +12 mm um den Mittelpunkt des Sensors 2 herum eindeutig die Position des Magneten 5 relativ zum Mittelpunkt des Sensors 2 bestimmt werden. Ist die Position des Mittelpunkts des Sensors 2 auf der Sensorzeile 1 bekannt, so kann somit durch Auswertung des Sensorsignals des Sensors 2 auch die absolute Position des Magneten 5 relativ zur Sensorzeile 1 bestimmt werden, wenn er sich in dem Bereich von –12 mm bis +12 mm um den Mittelpunkt des Sensors 2 herum befindet. Durch geeignete Wahl eines Sensors und des damit verbundenen Bereichs, in dem der Sensor die Position des Magneten relativ zu sich eindeutig bestimmen kann, und durch geeignete Anordnung von zwei oder mehr Sensoren nacheinander in Zeilenrichtung, kann somit ein Messbereich erzeugt werden, bei dem zu jeder Position des Magneten in diesem Messbereich zumindest ein Sensor ein eindeutiges Signal zur Positionsbestimmung des Magneten relativ zu sich liefern kann. In Kenntnis der Position der einzelnen Sensoren auf der Sensorzeile kann somit die Absolutposition des Magneten relativ zur Sensorzeile eindeutig bestimmt werden, wenn sich der Magnet im Messbereich befindet.
  • 8 zeigt im oberen Bereich einen Graphen, der den Verlauf der normalisierten Sensorsignale des ersten Sensors (W1_norm), des zweiten Sensors (W2_norm) und des dritten Sensors (W3_norm) zeigt. Das normalisierte Signal wird dadurch erzeugt, dass die sich aus der Arcus-Tangensberechnung ergebenden Winkel durch 180°, bzw. π geteilt werden und somit auf einen Wertebereich von 0 bis 1 normiert werden. Zu erkennen ist, dass in der hier beschriebenen Ausführungsform die Einzel-Messbereiche der Sensoren hinsichtlich ihrer Ausdehnung (–12 mm bis +12 mm um den Mittelpunkt des jeweiligen Sensors herum) und die Anordnung der Sensoren relativ zu einander so gewählt wurde, dass in jedem der Bereiche S1, S1 + S2, S2, S2 + S3, S3 zumindest ein Sensor ein Signal liefert, dass die eindeutige Positionsbestimmung des Magneten 5 relativ zu sich erlaubt. Als Referenzpunkt wurde der Mittelpunkt des zweiten Sensors 3 gewählt. Im Bereich S1 liefert der erste Sensor 2 ein Signal, dass die eindeutige Bestimmung der Position des Magneten relativ zu sich und – in Kenntnis der Lage des Mittelpunkts des Sensors 2 auf der Sensorzeile 1 – auch relativ zur Sensorzeile 1 erlaubt. Im Bereich S2 liefert der zweite Sensor 3 ein Signal, dass die eindeutige Bestimmung der Position des Magneten relativ zu sich und – in Kenntnis der Lage des Mittelpunkts des Sensors 3 auf der Sensorzeile 1 – auch relativ zur Sensorzeile 1 erlaubt. Im Bereich S3 liefert der dritte Sensor 4 ein Signal, dass die eindeutige Bestimmung der Position des Magneten relativ zu sich und – in Kenntnis der Lage des Mittelpunkts des Sensors 4 auf der Sensorzeile 1 – auch relativ zur Sensorzeile 1 erlaubt.
  • Im Bereich S1 + S2 springt das Signal des ersten Sensors von dem eindeutigen Messbereich (links davon) in eine Bereich, in dem das Signal zur Positionsbestimmung nicht gut genutzt werden kann (Bereich rechts vom Sprung). Ebenso springt im Bereich S1 + S2 springt das Signal des zweiten Sensors von dem eindeutigen Messbereich (rechts davon) in eine Bereich, in dem das Signal zur Positionsbestimmung nicht gut genutzt werden kann (Bereich links vom Sprung). Die Bereichsgrenzen sind zu Veranschaulichungszwecken etwas weit gewählt und werden idealerweise so nah wie möglich von rechts, bzw. von links an den jeweiligen Sprung herangezogen. Zu erkennen ist aber, dass sich zwischen den beiden Sprüngen sowohl das Signal des ersten Sensors (W1_norm) als auch das Signal des zweiten Sensors (W2_norm) in einem Bereich befindet, in dem die Position unter Rückgriff auf das jeweilige Signal gut bestimmt werden könnte. Beide Signale bieten sich zur Positionsbestimmung an.
  • Im Bereich S2 + S3 springt das Signal des zweiten Sensors von dem eindeutigen Messbereich (links davon) in eine Bereich, in dem das Signal zur Positionsbestimmung nicht gut genutzt werden kann (Bereich rechts vom Sprung). Ebenso springt im Bereich S2 + S3 springt das Signal des dritten Sensors von dem eindeutigen Messbereich (rechts davon) in eine Bereich, in dem das Signal zur Positionsbestimmung nicht gut genutzt werden kann (Bereich links vom Sprung). Die Bereichsgrenzen sind zu Veranschaulichungszwecken etwas weit gewählt und werden idealerweise so nah wie möglich von rechts, bzw. von links an den jeweiligen Sprung herangezogen. Zu erkennen ist aber, dass sich zwischen den beiden Sprüngen sowohl das Signal des zweiten Sensors (W2_norm) als auch das Signal des dritten Sensors (W3_norm) in einem Bereich befindet, in dem die Position unter Rückgriff auf das jeweilige Signal gut bestimmt werden könnte. Beide Signale bieten sich zur Positionsbestimmung an.
  • Zur Vereinfachung der Bezugnahme zeigt 8 in der Mitte noch einmal die Darstellung der 1.
  • 8 zeigt im unteren Bereich einen Graphen, der den Verlauf der normalisierten Amplituden des ersten Sensors 2 (A1_norm), des zweiten Sensors 3 (A2_norm) und des dritten Sensors 4 (A3_norm) in Abhängigkeit der Position des Magneten relativ zum Referenzpunkt (Mittelpunkt des zweiten Sensors 3) zeigt. Die Amplitude (A) errechnet sich aus der Quadratwurzel der Summe des Quadrats des Werts (W1) des ersten Zwischensignals und des Quadrats des Wertes (W2) des zweiten Zwischensignals eines Sensors im Messzeitpunkt (A = (W12 + W22)1/2 oder anders geschrieben: A = (W1^2 + W2^2)^1/2). Die normalisierten Amplituden basieren auf den normalisierten Zwischensignalen W1 und W2, welche im Wesentlichen sinus- und cosinusförmig sind. Die Normalisierung der Zwischensignale wird durch einen vorgeschalten Kalibrierdurchgang erreicht, in dem ein Maximalfaktor der betrachteten Zwischensignale W1 und W2 aller Sensoren errechnet wird. Hiermit werden alle Zwischensignale zueinander in den Bereich +/–1 normiert, was wiederum dazu führt, dass sich die daraus ergebenden normierten Amplituden mit der oben beschriebenen Rechenvorschrift im Wertebereich zwischen 0 und 1 bewegen.
  • 8 zeigt die Verläufe (W1_norm, W2_norm, W3_norm, A1_norm, A2_norm, A3_norm) der jeweiligen Werte, wie sie sich für die möglichen Positionen des Magneten 5 entlang der Bewegungsrichtung B ergeben. 9 zeigt zusätzlich zu dem in 8 Gezeigten die Werte, wie sie sich zu einem Messzeitpunkt ergeben, nämlich dem Messzeitpunkt, in dem sich der Magnet 5 in der in 9 dargestellten Position ergibt. Diese Werte sind als Punkte dargestellt. Zugleich wird durch X hervorgehoben, dass sich der jeweilige Wert im Verlauf des Messwerts noch an anderen Positionen des Magneten 5 relativ zur Sensorzeile ergeben würde. Dadurch wird deutlich, dass sich eine Mehrdeutigkeit ergibt.
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren wurde nun erkannt, dass es trotz dieser Mehrdeutigkeit möglich ist, die Position des Magneten 5 relative zur Sensorzeile eindeutig zu bestimmen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für den jeweiligen Messzeitpunkt das Signal, bzw. der Sensor als führend ermittelt, bei dem sich der Wert des Sensors im Messzeitpunkt in dem eindeutigen Messbereich des Sensors befindet (bei der in 5 dargestelltem Verlauf beispielsweise der Verlauf von –12 mm bis +12 mm um den Mittelpunkt des jeweiligen Sensors 2 herum). Das wäre bei dem in 9 dargestellten Messzeitpunkt der Wert des zweiten Sensors 3.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer ersten Prüfung der Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat (der Wert des Signals W1_norm), mit einem ersten Referenzwert (hier 0,5) verglichen wird. In einer zweiten Prüfung wird der Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat (der Wert des Signals W2_norm), mit einem ersten Referenzwert (hier 0,5) verglichen wird. In einer vierten Prüfung wird der Wert, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat (der Wert des Signals W2_norm), mit einem ersten Referenzwert (hier 0,5) verglichen wird.
  • In der normalisierten Darstellung des oberen Graphen der 8 und 9 entspricht der Wert 1 dem Wert 180° und der Wert 0,5 dem Wert 90°. Die Gradzahlen beziehen sich auf den Winkel zwischen der von dem jeweiligen Sensor im Messzeitpunkt gemessenen Feldrichtung des vom Magneten 5 erzeugten Magnetfelds relativ zu einer Vorzugsrichtung. In der ersten Prüfung wird somit beispielsweise geprüft, ob der Winkel zwischen der Feldrichtung des Magnetfelds am ersten Sensor und der Vorzugsrichtung des ersten Sensors größer 90° (in der normierten Darstellung: größer als 0,5) ist. Ist dies der Fall, wird als Ergebnis der ersten Prüfung der Wert 1 ausgegeben, ist dies nicht der Fall, wird als Ergebnis der ersten Prüfung der Wert 0 ausgegeben. Die Vorzugsrichtungen für jeden Sensor sind gleich.
  • Wie die 9 zeigt, ist
    • • das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt < 0,5, so dass das Ergebnis der ersten Prüfung 0 ist,
    • • das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt < 0,5, so dass das Ergebnis der zweiten Prüfung 0 ist, und
    • • das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt > 0,5, so dass das Ergebnis der dritten Prüfung 1 ist.
  • Dieses Ergebnis ist jedoch noch nicht eindeutig. Es würde sich genauso ergeben, wenn sich der Magnet in der in 9 im oberen Graphen durch eine vertikale, gestrichelte Linie dargestellten Position befände. Auch hier ist
    • • das erste Sensorsignal < 0,5, so dass das Ergebnis der ersten Prüfung 0 ergäbe,
    • • das zweite Sensorsignal < 0,5, so dass das Ergebnis der zweiten Prüfung 0 ergäbe, und
    • • das dritte Sensorsignal > 0,5, so dass das Ergebnis der dritten Prüfung 1 ergäbe.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt deshalb vor, eine weitere Prüfung an den Sensorsignalen, bzw. an von den Sensorsignalen oder von Zwischensignalen der Sensoren abgeleiteten Signalen durchzuführen, um eindeutig zu bestimmen, welches Signal als das führende Signal anzunehmen, bzw. ob sich der Magnet in einem Zwischenbereich (Bereich S1 + S2 oder Bereich S2 + S3) befindet.
  • Eine Möglichkeit, Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, besteht darin, die Amplituden (A) der Sensoren im Messzeitpunkt zu ermitteln und miteinander zu vergleichen, wobei die Amplitude (A) sich aus der Quadratwurzel der Summe des Quadrats des Werts (W1) des ersten Zwischensignals und des Quadrats des Wertes (W2) des zweiten Zwischensignals eines Sensors im Messzeitpunkt errechnet (A = (W12 + W22)1/2 oder anders geschrieben: A = (W1^2 + W2^2)^1/2)
  • 10 zeigt in der Mitte einen Graphen, wie er auch aus dem oberen Graphen der 8 bekannt ist. Oben zeigt 10 einen Graphen, der die binäre Antwort auf die Frage zeigt, ob die erste Amplitude größer als die zweite Amplitude ist, und die binäre Antwort auf die Frage zeigt, ob die dritte Amplitude größer als die erste Amplitude ist. Das Verhältnis aus erster Amplitude zu zweiter Amplitude ist ein Relativwert. Die 10 zeigt somit für die verschiedenen Positionen des Magneten relativ zur Sensorzeile die binäre Antwort (1 = ja; 0 = nein) auf die Frage, ob der Relativwert größer als ein Referenzwert (hier: 1) ist. Das Verhältnis aus dritter Amplitude zur ersten Amplitude ist ein zweiter Relativwert. Die 10 zeigt somit für die verschiedenen Positionen des Magneten relativ zur Sensorzeile die binäre Antwort (1 = ja; 0 = nein) auf die Frage, ob der zweite Relativwert größer als ein Referenzwert (hier: 1) ist. Im unteren Bereich zeigt die 10 eine Lookup-Tabelle. Dort ist der Bereich S1 in die Bereiche C1 und C2 unterteilt. Der Bereich S2 ist in die Bereiche C3 und C4 unterteilt. Der Bereich S3 ist in die Bereich C5 und C6 unterteilt. Zu erkennen ist, das es für die Wertekombination aus den Ergebnissen
    • • der ersten Prüfung (Ist der Wert des Signals des ersten Sensors größer als das Signal, das für den Feldwinkel 90° ausgegeben würde?),
    • • der zweiten Prüfung (Ist der Wert des Signals des zweiten Sensors größer als das Signal, das für den Feldwinkel 90° ausgegeben würde?),
    • • der vierte Prüfung (Ist der Wert des Signals des dritten Sensors größer als das Signal, das für den Feldwinkel 90° ausgegeben würde?),
    • • der dritten Prüfung (ist der Amplitudenquotient der Amplitude des ersten Signals im Messzeitpunkt zur der Amplitude des zweiten Signals im Messzeitpunkt größer 1?),
    • • der fünften Prüfung (ist der Amplitudenquotient der Amplitude des dritten Signals im Messzeitpunkt zur der Amplitude des ersten Signals im Messzeitpunkt größer 1?),
    für jeden der Bereich eine eindeutige Zahlenkombination gibt. Keine Zahlenkombination wiederholt sich in einem anderen der Bereiche. Damit kann durch die fünf Prüfungen eindeutig festgelegt werden, in welchem Bereich sich der Magnet befindet. In der Tabelle sind mit „X” die Werte dargestellt, auf deren Ermittlung es nicht ankommt, weil die Zahlenkombination, zu der sie gehören, für sich genommen bereits eindeutig ist.
  • In einer weiteren Lookup-Tabelle kann dann festgelegt werden, dass
    • • für den Bereich C1 oder C2 das Signal des ersten Sensors als führendes Signal angenommen wird und aus dem Signal des ersten Sensors die Position bestimmt wird,
    • • für den Bereich C3 oder C4 das Signal des zweiten Sensors als führendes Signal angenommen wird und aus dem Signal des zweiten Sensors die Position bestimmt wird,
    • • für den Bereich C5 oder C6 das Signal des dritten Sensors als führendes Signal angenommen wird und aus dem Signal des dritten Sensors die Position bestimmt wird,
    • • für den Bereich S1 + S2 aus den Signalen des ersten und des zweiten Sensors die Position bestimmt wird und
    • • für den Bereich S2 + S3 aus den Signalen des zweiten und des dritten Sensors die Position bestimmt wird.
  • Wird die Position unmittelbar aus einem Sensorsignal ermittelt (Bereiche C1, C2, C3, C4, C5, C6) so kann das unmittelbar im Wege einer Lookup-Tabelle erfolgen. In einer Lookup-Tabelle wird – in einer vorher gewählten Inkrementierung – für Werte des Sensorsignals der diesem Wert des Sensorsignals zugehörige Positionswert relativ zu einem Referenzpunkt hinterlegt. 11 zeigt eine graphische Darstellung des hinter einer solchen Lookup-Tabelle stehenden Zusammenhangs zwischen Sensorsignal und Positionswert. Beträgt der Signalwert des führenden Signals beispielsweise 0,15, so kann aus der Lookup-Tabelle der für den Wert 0,15 hinterlegte Positionswert (hier: –9) ausgelesen werden. Das bedeutet, dass der Magnet zum Messzeitpunkt –9 mm vom Referenzpunkt des das führende Signal produzierenden Sensors entfernt war. In einer weiteren Lookup-Tabelle kann dann die Lage des Referenzpunkts des das führende Signal produzierenden Sensors in einem absoluten Koordinatensystem der Sensorzeile ausgelesen und mit dem Positionswert addiert werden. Liegt der Referenzpunkt des das führende Signal produzierenden Sensors in diesem Beispiel 20 mm von dem Beginn der Sensorzeile entfernt, so ergibt sich, dass der Magnet zum Messzeitpunkt –9 mm + 20 mm = 11 mm vom Beginn der Sensorzeile entfernt war.
  • Wird die Position aus den Signalen zweier Sensoren ermittelt, so wird zunächst der Mittelwert der Signalwerte der Sensorsignale gebildet und die Position auf Grundlage des so gebildeten Mittelwerts durch Auslesen aus der gleichen Lookup-Tabelle ermittelt, wobei anstelle des Sensorwerts eines Signals der Mittelwert genommen wird.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Bestimmen der Position, die ein Magnet in einem Messzeitpunkt relativ zu einer sich in eine Zeilenrichtung erstreckenden Sensorzeile hat, wobei die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile in Richtung der Zeilenrichtung oder in Richtung parallel zur Zeilenrichtung geändert werden kann, wobei die Sensorzeile einen ersten magnetfeldempfindlichen Sensor und einen zweiten magnetfeldempfindlichen Sensor aufweist, der in Zeilenrichtung beabstandet vom ersten Sensor angeordnet ist, wobei • ein erstes Sensorsignal von dem ersten Sensor erzeugt wird, dessen Wert zum Messzeitpunkt von der Position des Magneten relativ zum ersten Sensor zum Messzeitpunkt abhängt, und • ein zweites Sensorsignal von dem zweiten Sensor erzeugt wird, dessen Wert zum Messzeitpunkt von der Position des Magneten relativ zum zweiten Sensor zum Messzeitpunkt abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass • in einer ersten Prüfung der Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit einem ersten Referenzwert verglichen wird und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem ersten Wertebereich hin überprüft wird, • in einer zweiten Prüfung der Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit einem zweiten Referenzwert verglichen wird und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem zweiten Wertebereich hin überprüft wird, und • entweder aus dem Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, und dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, ein Relativwert gebildet wird • oder aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, ein Relativwert gebildet wird und • in einer dritten Prüfung der so ermittelte Relativwert mit einem dritten Referenzwert verglichen wird und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem dritten Wertebereich hin überprüft wird, und aus dem Ergebnis der ersten Prüfung und dem Ergebnis der zweiten Prüfung und dem Ergebnis der dritten Prüfung bestimmt wird, welches der Sensorsignale als für den Messzeitpunkt führendes Signal anzusehen ist, wobei die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile im Messzeitpunkt durch Auswertung des so bestimmten führenden Signals bestimmt wird.
  2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Relativwert durch Quotientenbildung des Werts, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Relativwert durch Quotientenbildung einer ersten Amplitude, die aus dem Wert des ersten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt und dem Wert des zweiten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt gebildet wird, mit einer zweiten Amplitude, die aus dem Wert des ersten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt und dem Wert des zweiten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt gebildet wird, erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Ergebnis der ersten Prüfung ein binärer Wert erzeugt wird und als Ergebnis der zweiten Prüfung ein binärer Wert erzeugt wird und als Ergebnis der dritten Prüfung ein binärer Wert erzeugt wird und durch Vergleichen der Wertekombination der Prüfungen mit Wertekombinationen in einer Lookup-Tabelle bestimmt wird, welches der Sensorsignale als für den Messzeitpunkt führendes Signal anzusehen ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorzeile einen dritten magnetfeldempfindlichen Sensor aufweist, der in Zeilenrichtung beabstandet vom zweiten Sensor angeordnet ist, wobei • ein drittes Sensorsignal von dem dritten Sensor erzeugt wird, dessen Wert zum Messzeitpunkt von der Position des Magneten relativ zum dritten Sensor zum Messzeitpunkt abhängt und • in einer vierten Prüfung der Wert, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit einem vierten Referenzwert verglichen wird und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem vierten Wertebereich hin überprüft wird, und • entweder aus dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, oder dem Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, und dem Wert, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, ein zweiter Relativwert gebildet wird • oder aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des zweiten Sensorsignals verwendet wurde, oder aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des ersten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines ersten Zwischensignals des dritten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des dritten Sensorsignals verwendet wurde, und aus dem Wert eines zweiten Zwischensignals des dritten Sensors zum Messzeitpunkt, das zur Erzeugung des Werts des dritten Sensorsignals verwendet wurde, ein zweiter Relativwert gebildet wird und • in einer fünften Prüfung der so ermittelte zweite Relativwert mit einem fünften Referenzwert verglichen wird und/oder auf eine Zugehörigkeit zu einem fünften Wertebereich hin überprüft wird, und aus dem Ergebnis der ersten Prüfung und dem Ergebnis der zweiten Prüfung und dem Ergebnis der dritten Prüfung und dem Ergebnis der vierten Prüfung und dem Ergebnis der fünften Prüfung bestimmt wird, welches der Sensorsignale als für den Messzeitpunkt führendes Signal anzusehen ist, wobei die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile im Messzeitpunkt durch Auswertung des so bestimmten führenden Signals bestimmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Relativwert durch Quotientenbildung des Werts, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, und der zweite Relativwert durch Quotientenbildung des Werts, den das dritte Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, mit dem Wert, den das zweite Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, oder mit dem Wert, den das erste Sensorsignal zum Messzeitpunkt erzeugt hat, erzeugt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Relativwert durch Quotientenbildung einer ersten Amplitude, die aus dem Wert des ersten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt und dem Wert des zweiten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt gebildet wird, mit einer zweiten Amplitude, die aus dem Wert des ersten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt und dem Wert des zweiten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt gebildet wird, erzeugt wird und der zweite Relativwert durch Quotientenbildung einer dritten Amplitude, die aus dem Wert des ersten Zwischensignals des dritten Sensors zum Messzeitpunkt und dem Wert des zweiten Zwischensignals des dritten Sensors zum Messzeitpunkt gebildet wird, entweder mit einer zweiten Amplitude, die aus dem Wert des ersten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt und dem Wert des zweiten Zwischensignals des zweiten Sensors zum Messzeitpunkt gebildet wird, oder mit einer ersten Amplitude, die aus dem Wert des ersten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt und dem Wert des zweiten Zwischensignals des ersten Sensors zum Messzeitpunkt gebildet wird, erzeugt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Ergebnis der ersten Prüfung ein binärer Wert erzeugt wird und als Ergebnis der zweiten Prüfung ein binärer Wert erzeugt wird und als Ergebnis der dritten Prüfung ein binärer Wert erzeugt wird und als Ergebnis der vierten Prüfung ein binärer Wert erzeugt wird und als Ergebnis der fünften Prüfung ein binärer Wert erzeugt wird und durch Vergleichen der Wertekombination der Prüfungen mit Wertekombinationen in einer Lookup-Tabelle bestimmt wird, welches der Sensorsignale als für den Messzeitpunkt führendes Signal anzusehen ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor und/oder der zweite Sensor und/oder der dritte Sensor ein Drehwinkelsensor ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Magneten relativ zur Sensorzeile im Messzeitpunkt dadurch bestimmt wird, dass zu dem des führenden Signals oder zu einem von dem Wert des führenden Signals abgeleiteten Wert in einer Lookup-Tabelle ein Positionswert zur Bestimmung der Position des Magneten relativ zur Sensorzeile ausgelesen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, das zur Bestimmung der Position des Magneten relativ zur Sensorzeile dem Positionswert ein Offsetwert hinzugefügt wird, wobei der Offsetwert von der Position entlang der Sensorzeile des Sensors abhängt, der das führende Signal erzeugt hat.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorzeile eine Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren aufweist und das in einem Auswahlschritt die zwei oder drei Sensoren bestimmt werden, deren Sensorsignale bei den weiteren Verfahrensschritten eingesetzt werden sollen.
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