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Die Erfindung geht aus von einem berührungslos arbeitenden, inkrementalen Längen-/Wegmesssystem bzw. Positionsmesssystem mit einem vorzugsweise länglich ausgebildeten, magnetisch kodierten Maßkörper, entlang dessen ein bevorzugt magnetisch empfindlicher Sensorkopf in einem geringen Abstand bewegbar angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Auf dem Gebiet der Messtechnik sind Magnetband-Längenmesssysteme (BML) bekannt geworden, bei denen ein magnetisch sensierender Sensorkopf über einen mit wechselnder Polarität magnetisierten Maßkörper bewegt wird. Durch die Bewegung wird in dem Sensorkopf bzw. in einem dort angeordneten Magnetfeldsensor im Idealfall ein sinusförmiges Sensorsignal erzeugt. Je nach magnetischem Messprinzip wiederholt sich der Signalverlauf im Sensorkopf mit jedem Pol des Maßkörpers (z.B. bei GMR- oder AMR-Sensoren, welche das Quadrat der magnetischen Flussdichte B2 messen) oder mit jedem Polpaar des Maßkörpers (z.B. bei Hall-Sensoren, welche eine Ausgangsspannung liefern, die proportional zum Produkt aus magnetischer Feldstärke und Strom ist). Die Positionsbestimmung erfolgt in an sich bekannter Weise z.B. mittels trigonometrischer Funktionen.
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Auch sind Sensoranordnungen bekannt geworden, z.B. die sogenannten „Dual-Sensor Package Devices“ der Firma Infineon Technologies, bei denen genannte Magnetfeldsensoren auf beiden Seiten eines flachen Substrates bzw. Trägers angeordnet sind. Dadurch ergeben sich eine Verringerung des Raumbedarfs eines entsprechenden Sensorkopfs sowie insbesondere ein zusätzlicher Grad an Redundanz im Falle des Ausfalls eines Sensorelementes und somit eine erhöhte Betriebssicherheit eines solchen Messsystems insbesondere bei kritischen Anwendungsszenarien wie z.B. im Bereich der Automobiltechnik. Bei einer solchen Sensoranordnung ist es erforderlich, dass die auf beiden Seiten des Substrates angeordneten Sensoren möglichst nahe zueinander angeordnet sind, damit sich jeweils gegenüberliegende Sensoren messtechnisch möglichst wie ein einzelner Sensor verhalten, damit die genannte Redundanz überhaupt erreicht werden kann. Dies wird dort durch die sogenannte „Flip-chip“-Bauweise erreicht, bei der die beiden Sensorelemente in der auf die Substratfläche bezogen möglichst übereinstimmenden Lateralposition angeordnet sind, damit beide Sensorelemente ein einzelnes uniformes Magnetfeld erfassen können.
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Aus den beiden Druckschriften
US 2012/0 133 357 A1 und
DE 103 22 130 A1 gehen zudem hier betroffene Messsysteme hervor, bei denen Sensoren an vertikal und lateral, vertikal und längs sowie vertikal, lateral und längs unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Messsystem umfasst einen zumindest lokal im Wesentlichen länglich ausgebildeten Maßkörper sowie wenigstens einen in Längsrichtung des Maßkörpers verfahrbaren Träger bzw. ein Tragelement, an dem wenigstens zwei Sensorelemente angeordnet sind, welche eine wenigstens senkrecht, d.h. nur senkrecht oder senkrecht und lateral zum Maßkörper unterschiedliche Position aufweisen. Die dadurch bedingte räumliche Anordnung der wenigstens zwei Sensorelemente hat die nachfolgend beschriebenen Vorteile und ermöglicht zudem die Erfassung einer Feldstärke oder Flussdichte in verschiedenen Abständen senkrecht zur Bewegungsrichtung eines die wenigstens zwei Sensorelemente aufweisenden Sensorkopfes, um z.B. die Messgenauigkeit zu verbessern oder um z.B. optimale Messbedingungen bereitstellen zu können.
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Der genannte Maßkörper ist bevorzugt länglich ausgebildet, kann aber auch eine beliebige andere Form, z.B. eine Kreisform oder eine elliptische Form, aufweisen, sofern der Maßkörper zumindest lokal länglich ausgebildet ist. Bei den genannten Sensorelementen handelt es sich bevorzugt um Magnetfeldsensoren, jedoch können auch andere berührungslos arbeitende Sensoren vorgesehen sein, da es vorliegend nicht auf das berührungslose Messprinzip an sich ankommt. Der genannte Träger ist bevorzugt durch eine Leiterplatte oder eine Leiterfolie gebildet.
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Der Träger kann mehrteilig ausgebildet sein und an wenigstens einem Grundtragelement angeordnete Zwischentragelemente aufweisen, an denen jeweils wenigstens ein Sensorelement angeordnet ist. Dadurch lassen sich besonders komplexe räumliche Sensoranordnungen realisieren.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein wenigstens zwei Sensorelemente aufweisendes Tragelement nach dem Aufbringen der wenigstens zwei Sensorelemente so umgeformt wird, dass auf dem sich dabei ergebenden, umgeformten Träger eine räumliche bzw. dreidimensionale Sensoranordnung gebildet wird. Durch Umformung eines wenigstens vier Sensorelemente aufweisenden Tragelements wird eine tetraedrische Sensoranordnung gebildet oder durch Umformung eines wenigstens sechs Sensorelemente aufweisenden Tragelements eine kubisch-flächenzentrierte Sensoranordnung.
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Im Gegensatz zu der eingangs genannten Sensoranordnung „Dual-Sensor Package Devices“, bei der die auf beiden Seiten eines Substrates angeordneten Sensorelemente aus den genannten Gründen möglichst nahe zueinander angeordnet sind, sind die Sensorelemente bei der erfindungsgemäßen Anordnung so räumlich verteilt angeordnet, dass sich möglichst unterschiedliche Sensorvolumina ergeben. Dadurch lässt sich eine Auswertung von Sensorsignalen vermeiden, welche bei zu schwachem oder bei zu starkem Feld oder bei einer irregulären Feldverteilung (z.B. im Nahfeld) erfasst werden.
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Mit einem erfindungsgemäßen Messsystem kann auch ein sich nicht in einem vorgeschriebenen Raumbereich relativ zum Maßkörper bewegender Sensorkopf, z.B. ein zu nahe an dem Maßkörper angeordneter Sensorkopf, mit ausreichend hoher Messauflösung bzw. Messgüte betrieben werden. Denn obwohl dadurch das primäre Messsignal, in Abhängigkeit von der linearen Position entlang des Maßkörpers, nicht mehr rein sinus- oder kosinusförmig ist, kann zumindest eines der wenigstens zwei Sensorelemente das Magnetfeld des Maßkörpers dennoch im richtigen bzw. in einem zulässigen Abstand erfassen.
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Darüber hinaus weist ein erfindungsgemäßes Messsystem verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Toleranz gegenüber Ungenauigkeiten beim Einbau der Sensorelemente auf ein genanntes Substrat sowie eine verbesserte Linearität bei den Messungen auf. Zudem ergeben sich neue Messmöglichkeiten und Diagnosefunktionen bei den hier betroffenen Sensoren. So kann ein solcher Sensor z.B. eine Rückmeldung bezüglich der Genauigkeit seiner Einbauposition an das Messsystem geben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines genannten Messsystems ist bevorzugt vorgesehen, dass von den wenigstens zwei Sensorelementen gelieferte Messsignale additiv oder subtraktiv überlagert werden und die sich durch die Überlagerung ergebenden Signale ausgewertet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Messsignale mit vorgebbaren Gewichtsfaktoren überlagert werden.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische, isometrische Ansicht eines hier betroffenen Magnetband-Längenmesssystems gemäß dem Stand der Technik.
- 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen magnetischen Längenmesssystems mit auf beiden Seiten eines Trägers angeordneten Magnetfeldsensoren.
- 3a, b zeigen eine schematische Seitenansicht (a.) und eine isometrische Ansicht (b.) eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Magnetband-Längenmesssystems mit zwei vertikal gegeneinander verschoben angeordneten Magnetfeldsensoren.
- 4a, b zeigen eine schematische Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Magnetband-Längenmesssystems mit drei vertikal gegeneinander verschoben angeordneten Magnetfeldsensoren (a.) sowie eine isometrische Ansicht (b.) eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Magnetband-Längenmesssystems mit jeweils zwei vertikal gegeneinander verschoben angeordneten Magnetfeldsensoren.
- 5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung vierer Magnetfeldsensoren auf einer Leiterplatte, wobei zwei Sensoren in die Leiterplatte eingebettet sind.
- 6a, b zeigen, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, eine schematische Kopfansicht einer einseitig vier Magnetfeldsensoren aufweisenden Leiterplatte (a.) sowie eine isometrische Ansicht der Leiterplatte (b.) nach einer Umformung der Leiterplatte.
- 7 zeigt, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, eine schematische Seitenansicht einer einseitig vier Magnetfeldsensoren aufweisenden Leiterplattenfolie nach einer Umformung.
- 8a, b zeigen schematisch eine Kopfansicht (a.) einer einseitig sechs Magnetfeldsensoren aufweisenden, strukturierten Leiterplattenfolie und eine isometrische Ansicht (b.) der Leiterplattenfolie nach einer Umformung zu einem Kubus.
- 9 zeigt den Signalverlauf (magnetische Flussdichte) bei einer longitudinalen Bewegung des Sensorelementes entlang der Messstrecke bzw. entlang des Messkörpers, und zwar bei konstanten Abständen des Sensorelementes von dem Messkörper
- 10 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Magnetband-Längenmesssystems mit einer vier horizontal und vertikal gegeneinander verschoben angeordneten Magnetfeldsensoren aufweisenden Leiterplatte, wobei die Abhängigkeit einer Signalqualität vom Abstand der Leiterplatte gegenüber dem Magnetband gezeigt ist.
- 11 zeigt den sich bei einer Anordnung gemäß 9 ergebenden Linearitätsfehler in Abhängigkeit vom Abstand der Leiterplatte von dem Magnetband.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Das in 1 in isometrischer Darstellung gezeigte berührungslose Magnetband-Längenmesssystem umfasst einen Sensorkopf 100 und einen magnetisch kodierten Magnetband-Maßkörper 107. In einem Abstand von etwa bis zu 2 mm gleitet der Sensorkopf 100 über den in Messrichtung 125, 130 mit abwechselnder Polarität 103, 105 magnetisierten Maßkörper 107. Der Sensorkopf 100 umfasst in dem Ausführungsbeispiel zwei Sensorelemente 115, 120.
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Bei einer Bewegung des Sensorkopfs 100 in Richtung 125, 130 der sich ändernden Polarität wird in den beiden Sensorelementen 115, 120 jeweils ein Signal erzeugt bzw. induziert, welches im Idealfall sinusförmig verläuft, wobei das erste Sensorelement 115 ein Sinussignal erfasst und wobei das zweite Sensorelement 120 ein gegenüber dem Sinussignal um 90° phasenverschobenes Kosinussignal erfasst. Mittels einer an sich bekannten Auswerteelektronik werden die sich ergebenden Periodenwechsel gezählt bzw. innerhalb der Perioden mittels der „arc tan“-Funktion interpoliert bzw. ausgewertet.
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Je nach magnetischem Messprinzip entspricht die Periodendauer des erzeugten Signals der Länge eines Pols, z.B. bei GMR- oder AMR-Sensoren, die B2 messen. Bei z.B. Hall-Sensoren, die B messen, entspricht die Signalperiode hingegen der Länge eines Polpaars. Die Verfahrgeschwindigkeit des Sensorkopfes beträgt bis zu 20 m/s, wobei trotz der genannten relativ großen Abstände von bis zu 2 mm die Messauflösung in der Verfahrrichtung des Sensorkopfs im Bereich von bis zu 1 µm liegt.
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Auch bei Vorhandensein eines (nicht gezeigten) konstanten externen Magnetfelds beträgt die Länge der Signalperiode ein Polpaar, da die Felder der Nord- und Südpole 103, 105 des Maßkörpers 107 von dem externen Magnetfeld unterschiedlich beeinflusst werden. Die Linearitätsabweichung ändert sich, je nach verwendetem Sensor und Polbreite, signifikant mit der Größe des Luftspalts und mit dem Abstand zwischen Sensorkopf und Maßkörper. Ändert sich das externe Magnetfeld in der Verfahrrichtung des Sensorkopfs nur gering, ist der Signalverlauf in einer darauffolgenden Periode dem vorherigen Signalverlauf sehr ähnlich. Damit besitzt auch die Linearitätsabweichung einen entsprechend periodischen Anteil.
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2 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, magnetischen Längenmesssystems mit auf beiden Seiten eines Trägers 205, vorliegend einer Leiterplatte, angeordneten Magnetfeldsensoren 210, 215. Bei den Sensoren 210, 215 handelt es sich um „Einzelsensoren“, d.h. mit je einem Fühler- bzw. Sensorelement ausgestattete Sensoren. Der Träger 205 ist in der gezeigten Weise oberhalb eines magnetisch, in der vorliegenden Darstellung von links nach rechts linear kodierten, bandförmigen Maßkörpers 200 angeordnet, wodurch die ersten Sensoren 210 und die zweiten Sensoren 215 auf einer Seite des Maßkörpers 200 mit jeweils unterschiedlichem räumlichen Abstand zu dem Maßkörper 200 angeordnet sind. Der Träger 205 weist zusätzlich weitere, insbesondere für den Betrieb der Magnetfeldsensoren 210, 215 erforderliche elektronische Komponenten 220 auf.
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Bei der in 2 gezeigten Anordnung der Magnetfeldsensoren 210, 215 sind die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Sensoren 210 in einem größeren Abstand zu dem Maßkörper 200 angeordnet als die in dem Ausführungsbeispiel ebenfalls drei Sensoren 215. Die Vorteile dieser räumlichen Anordnung der Sensoren 210, 215 gegenüber dem Maßband 200 werden nachfolgend beschrieben.
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Die 3a und 3b zeigen zwei verschiedene schematische Ansichten (3b in isometrischer Darstellung) eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Magnetband-Längenmesssystems, bei dem auf zwei Seiten eines gegenüber einem Maßkörper 300 bzw. 320 senkrecht angeordneten, einzelnen Trägers 305 bzw. 325 zwei vertikal gegeneinander verschoben angeordnete Magnetfeldsensoren 310, 315 (bzw. 330) vorgesehen sind, wobei jeder der beiden Magnetfeldsensoren 310, 315 bzw. 330, 330' je zwei Sensorelemente 316, 317 bzw. 331, 332, 333, 334 aufweist (in der Darstellung in 3a ist nur das jeweils vordere Sensorelement zu sehen), mit denen die Erfassung der (im Wesentlichen) sinus- und kosinusförmigen direkten (einzelnen) Messsignale und damit auch die auf der „arc tan“-Funktion basierende Positionsermittlung ermöglicht wird. Mit dem Bezugszeichen 335 sind die dem Maßkörper 300 bzw. 320 zugewandten, jeweils magnetisch aktiven Sensoroberflächen angedeutet.
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Im Messbetrieb eines eine in den 3a und 3b gezeigte Sensoranordnung aufweisenden Längenmesssystems kann nun vorgesehen sein, dass die beiden Magnetfeldsensoren 310, 315 (bzw. 330, 330') entweder einzeln betrieben werden und nur die direkten Messsignale bzw. der Positionsausgang eines einzelnen Sensors für die weitere Auswertung ausgewählt wird oder dass die von den beiden Sensoren 310, 315 (bzw. 330, 330') gelieferten Messsignale additiv oder subtraktiv überlagert werden bzw. ein entsprechendes Summen- oder Differenzsignal ausgewertet wird, wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben ist. Es ist anzumerken, dass hierbei auch andere an sich bekannte, ebenfalls auf einer Signalüberlagerung beruhende Auswertemethoden zur Anwendung kommen können, um dadurch aufgrund von Redundanzen bei einer genannten „sin/cos“ bzw. „arc tan“-Auswertung der Messsignale der wenigstens zwei Sensorelemente hervorgerufene Zweideutigkeiten wirksam zu verhindern. Bei einer Überlagerung der beiden Messsignale kann zudem vorgesehen sein, dass die beiden Messsignale mit empirisch vorgebbaren Gewichtungsfaktoren aufsummiert bzw. subtrahiert werden, wodurch sich der genannte Linearitätsfehler erheblich verringern lässt und/oder sich der für die Messung zur Verfügung stehende räumliche Abstand des Sensorkopfs 305 - 315 von dem Maßkörper 300 erheblich vergrößern lässt.
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Die 4a und 4b zeigen schematisch (4b wiederum in isometrischer Darstellung) zwei weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Magnetband-Längenmesssystems mit vertikal gegeneinander verschoben angeordneten Magnetfeldsensoren.
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So sind in dem in 4a gezeigten Ausführungsbeispiel oberhalb eines Maßkörpers 400 an einem Grundträger bzw. einer Grundplatte 405 gegenüber der Längsrichtung des Maßkörpers 400 drei quer angeordnete Zwischenträger 406, 407, 408 vorgesehen, an denen jeweils auf derselben Seite ein Magnetsensor 410, 415, 420 mit jeweils zwei Sensorelementen 411, 416, 421 (in der Darstellung in 4a ist entsprechend 3a wiederum nur das jeweils vordere der beiden Sensorelemente zu sehen) angeordnet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nur der mittlere Sensor 415 gegenüber den anderen beiden Sensoren 410, 420 in einem bezüglich des Maßkörpers unterschiedlichen vertikalen Abstand angeordnet.
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Im Messbetrieb eines eine in 4a gezeigte Sensoranordnung aufweisenden Längenmesssystems kann nun, ähnlich wie in den in den 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispielen, vorgesehen sein, dass die drei Magnetfeldsensoren 410 - 420 entweder einzeln betrieben werden bzw. nur die direkten Messsignale oder das ausgewertete Positionssignal eines Sensors für die weitere Auswertung ausgewählt wird oder dass die von den drei Sensoren 410 - 420 gelieferten Messsignale additiv oder subtraktiv überlagert bzw. ein entsprechendes Summen- oder Differenzsignal nachfolgend ausgewertet wird. Bei einer genannten Überlagerung der beiden Messsignale kann auch hier zusätzlich vorgesehen sein, dass die beiden Messsignale mit geeigneten vorgebbaren Gewichtungsfaktoren aufsummiert bzw. subtrahiert werden, wodurch sich der genannte Linearitätsfehler erheblich verringern lässt und/oder der für die Messung zur Verfügung stehende mögliche Abstand des Sensorkopfs 405 - 420 von dem Maßkörper 400 erheblich vergrößern lässt. Darüber hinaus können aufgrund der vorliegend guten räumlichen Auflösung des Sensorkopfs 405 - 420 die bei einer Messung gegenüber dem Maßkörper 400 zulässigen Toleranzbereiche des Roll- und/oder Gierwinkels des Sensorkopfs erheblich vergrößert werden.
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Bei dem in 4b gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein in Längsrichtung eines Maßkörpers 425 angeordneter Grundträger 430 vorgesehen, an dem zu beiden Seiten Magnetfeldsensoren 435, 440, 445, 450 mit jeweiligen Sensorelementen 436, 437, 441, 442, 446, 447, sowie 451, 452 angeordnet sind, wobei die beiden Sensoren einer Seite jeweils zueinander vertikal verschoben angeordnet sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die gegenüberliegenden Sensoren 435, 440 bzw. 445, 450 zudem in vertikaler Richtung spiegelverkehrt angeordnet, wodurch die Toleranz gegenüber Ausrichtungs- bzw. Orientierungsfehlern bei der Installation des Sensors, gegenüber der Linearität bei der Auswertung (siehe auch 3), und dadurch insgesamt die räumliche Auflösung des Sensorkopfes 430 - 450 verbessert wird.
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Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Linearität liegt darin, dass der Abstand zwischen den Magnetfeldsensoren 435 und 440, bzw. 445 und 450 so eingestellt werden kann, dass die Sinus-/Kosinussignale (bzw. Quadratursignale) der Sensorpaare mit weiteren 45 Grad gegeneinander verschoben werden, so dass die positiven und die negativen Abweichungen von der linearen Kennlinie der einzelnen „arc tan“-Auswertungen durch die Überlagerung gegeneinander im Wesentlichen aufgehoben bzw. ausgeglichen werden.
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Es ist hervorzuheben, dass die in den 4a und 4b gezeigten Anordnungen der Sensoren nur beispielhaft sind und die dort gezeigten unterschiedlichen vertikalen Abstände der Sensoren gegenüber dem jeweiligen Maßkörper auch in einer anderen Abfolge bzw. Weise realisiert werden können.
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Es ist anzumerken, dass es sich bei den in den 3 und 4 gezeigten Sensoren 310, 315 bzw. 410, 415, 420, entsprechend dem Bezugszeichen 100 in 1, in diesen Ausführungsbeispielen jeweils um Sensorchips mit je zwei Fühler- bzw. Sensorelementen handelt.
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5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung von vier Magnetfeldsensoren 505, 510 auf einer Leiterplatte 500, wobei zwei 510 der vier Sensoren 505, 510 in die Leiterplatte 500 eingebettet sind und die anderen beiden Sensoren 505 an der Leiterplattenoberfläche angeordnet sind. An einer Außenseite der Leiterplatte 500, bevorzugt an der jeweils sensorfreien Außenseite 520, sind zusätzlich für den Betrieb des Sensorkopfs 500 - 510 erforderliche elektronische Komponenten 515 (Mikrochips oder dergleichen) angeordnet. Aufgrund der gezeigten Einbettung der Sensoren 510 können die zusätzlichen Komponenten 515 insbesondere im Hinblick auf deren Platzbedarf leichter an der sensorfreien Außenseite 520 untergebracht werden.
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Es ist anzumerken, dass es sich bei den Sensoren 505, 510, wie bei den in 2 gezeigten Sensoren 210, 215, wieder um Einzelsensoren handelt.
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Die 6a und 6b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit einer einseitig vier Magnetfeldsensoren 605, 610, 615, 620 aufweisenden Leiterplatte bzw. Leiterfolie 600, welche nach dem Aufbringen der Sensoren 605 - 620 so umgebogen bzw. umgeformt wird, dass sich die in 6b isometrisch dargestellte räumliche Sensoranordnung 625 auf der gebogenen Leiterplatte 600' ergibt. Bei dieser räumlichen Anordnung 625 sind die ursprünglichen beiden Sensoren 615, 620 an der Oberseite 630 angeordnet und die ursprünglichen beiden Sensoren 605, 610 an der Unterseite 635. Durch die ursprünglich in etwa T-förmige Anordnung der Sensoren 605 - 620 ergibt sich nach der Umformung die in 6b zu ersehende tetraedrische Anordnung, welche sehr präzise Magnetfeldmessungen mit in allen Raumrichtungen im Wesentlichen übereinstimmender hoher Auflösung bzw. entsprechend präzise Orientierungsmessungen eines bezüglich der Sensoranordnung beliebig angeordneten magnetischen Objekts ermöglicht.
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Die 7 zeigt eine seitliche Ansicht eines gegenüber den 6a und 6b ähnlichen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit einer einseitig vier Magnetfeldsensoren 715, 720, 725, 730 aufweisenden bandförmigen Leiterplattenfolie 700, und zwar nach einer bereits erfolgten Umformung der Leiterplattenfolie in den beiden Umformbereichen 705 und 710. Durch die falzartige zweite Umformung 710 wird in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere erreicht, dass die beiden sich an der Oberseite befindlichen Sensoren 715, 720 in Längsrichtung des Leiterplattenbandes 700 gegeneinander leicht versetzt angeordnet sind. Es ist hierbei anzumerken, dass die Sensorpaare 715 und 720 bzw. 725 und 730 so versetzt angeordnet werden können, dass wie bei 4b beschrieben, eine Verschiebung um 45 Grad zwischen den oberhalb und unterhalb des Substrats angeordneten Sensorpaaren aufgrund der dadurch bereitgestellten Quadratursignale, eine Verbesserung der Linearität ergibt.
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Die 8a und 8b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit einer einseitig sechs Magnetfeldsensoren 805, 810, 815, 820, 825, 830 aufweisenden, etwa kreuzförmig strukturierten Leiterplattenfolie 800, sowie der Leiterplattenfolie nach einer erfolgten, kubusförmigen Umformung. Die sich ergebenden Außenseiten des Kubus und entsprechenden Sensoren sind mit identischen Bezugszeichen wie vor der Umformung versehen. Durch die in 8b isometrisch dargestellte Anordnung der sechs Sensoren an den sechs Außenseiten eines Kubus (mit in der isometrischen Darstellung sichtbaren Außenseiten 835, 840, 845) ergibt sich eine besonders gute räumliche Auflösung des in 8b gezeigten Sensorkopfs in allen drei Raumrichtungen.
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In 9 sich typischerweise ergebende Signalverläufe der magnetischen Flussdichte in Abhängigkeit von der longitudinalen Position eines einzelnen Sensors 1005, d.h. eines Sensors mit nur einem Fühler- bzw. Sensorelement, entlang des Magnetbandes 1000 gezeigt. Der Sensor 1005 ist dabei in einem Abstand ,z‘ 1015 von einem Magnetband 1000 angeordnet. Die Werte der magnetischen Flussdichte wurden mittels eines üblichen Magnetfeldsensors erfasst. Die gezeigten Werte des z-Abstandes sind dabei durch den Abstand zwischen der Oberfläche eines Magnetbandes 1000 und einer in der 3a dargestellten aktiven Sensoroberfläche 335 definiert.
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Die in 9 gezeigten Signalverläufe 1010 umfassen Messdaten für unterschiedliche z-Abstände des jeweiligen Sensors im Bereich von z = 0.05 - bis 3.00 mm und illustrieren die bereits genannte Abhängigkeit der Signalstärke vom z-Abstand. Zusätzlich zeigt die 11 einen bei einer Anordnung gemäß der nachfolgend beschriebenen 10 gemessenen Linearitätsfehler in der Einheit Winkelgrad (y-Achse) in Abhängigkeit vom Abstand z in mm (x-Achse) der Leiterplatte von dem Magnetband. Es ist anzumerken, dass hierbei der Linearitätsfehler mittels der bei hier betroffenen Längenmesssystemen an sich bekannten und anhand von 1 bereits beschriebenen Methode der sin/cos-Dekodierung ermittelt wurde.
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Die 10 dient zur Illustration der Abhängigkeit einer magnetischen Signalamplitude vom Abstand einer hier betroffenen, in zwei verschiedenen Abständen gegenüber einem Magnetband 900 eines erfindungsgemäßen Magnetband-Längenmesssystems angeordneten Leiterplatte 905, 920. Die Leiterplatte 905, 920 weist in diesem Ausführungsbeispiel vier bezüglich der Ebene des Magnetbandes 900 jeweils lateral verschoben angeordnete Magnetfeldsensoren 910, 915 bzw. 925, 930 auf. In der oberen Position der Leiterplatte 905 ergibt sich eine bei einem sinusförmigen Messsignal im Wesentlichen lineare Abhängigkeit des Messsignals vom Abstand zum Magnetband 900, wohingegen sich in der unteren Position der Leiterplatte 920 eine aufgrund von nicht sinusförmigen oder deformierten Messsignalen hervorgerufene, im Wesentlichen nichtlineare Abhängigkeit ergibt. Die Anordnung der Leiterplatte 905 in der oberen Position hat gegenüber der unteren Position allerdings den Nachteil, dass die erreichbaren Signalamplituden relativ gering sind und daher das Signal-/Rauschverhältnis dadurch verschlechtert wird. Durch die beidseitige Anordnung der Sensoren 910, 915 bzw. 925, 930 wird erreicht, dass der für Messungen mit ausreichender Güte prinzipiell zur Verfügung stehende Höhenbereich vergrößert wird, da in der oberen Position der Leiterplatte 905 im Falle einer zu geringen Signalstärke die unteren Sensoren 915 verwendet werden können, und in der unteren Position der Leiterplatte 920 im Falle einer nicht ausreichenden Linearität die oberen Sensoren 925 verwendet werden können.
