DE102017109531B3 - Sensor arrangement and method for generating a position change signal sequence - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Positionswechselsignalfolge mit einer solchen Sensoranordnung, umfassend: einen Multipolencoder (02) aus mehreren aneinander angrenzenden Polpaaren (03), die eine Abtastebene (04) mit in einer Abtastrichtung abwechselnden magnetischen Polen bereitstellen, und einen Magnetfeld-Sensor (01), der eine erste Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer vertikalen Komponente eines externen Magnetfeldes, eine zweite Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer horizontalen Komponente des externen Magnetfeldes und eine dritte Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer horizontalen Komponente des Magnetfeldes erzeugt. Um eine höhere Impulszahl zu generieren, ohne dass die Polpaarzahl am Multipolencoder (02) im gleichen Maße erhöht werden muss, werden die magnetischen Polpaare (03) des Multipolencoders (02) und der Magnetfeldsensor (01) so zueinander gedreht, dass die horizontale Feldstärke eine x'-Ausgangsspannung (08) und eine y'-Ausgangsspannung (09) erzeugt, die eine im wesentlichen gleich große Amplitude haben. Bei jedem Nulldurchgang der ersten Ausgangsspannung z' (07), der x'-Ausgangsspannung (08) und der y'-Ausgangsspannung (09), sowie bei jeder Gleichheit von erster Ausgangsspannung (07) und x'-Ausgangsspannung (08) bzw. y'-Ausgangsspannung (09) wird ein Schaltsignalpuls der Positionswechselsignalfolge (10) ausgegeben.The invention relates to a sensor arrangement and a method for generating a position change signal sequence comprising such a sensor arrangement, comprising: a multipole encoder (02) comprising a plurality of mutually adjacent pole pairs (03) providing a scanning plane (04) with magnetic poles alternating in a scanning direction, and a Magnetic field sensor (01), which generates a first output voltage in response to a vertical component of an external magnetic field, a second output voltage in response to a horizontal component of the external magnetic field and a third output voltage in response to a horizontal component of the magnetic field. In order to generate a higher number of pulses without having to increase the number of pole pairs on Multipole encoder (02) to the same extent, the magnetic pole pairs (03) of the Multipolencoders (02) and the magnetic field sensor (01) are rotated to each other that the horizontal field strength x 'output voltage (08) and a y' output voltage (09) are generated, which have a substantially equal amplitude. At each zero crossing of the first output voltage z '(07), the x'-output voltage (08) and the y'-output voltage (09), and at each equality of the first output voltage (07) and x'-output voltage (08) or y 'output voltage (09), a switching signal pulse of the position change signal sequence (10) is output.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Erzeugen einer Positionswechselsignalfolge, welche einen Multipolencoder und einen Magnetfeldsensor umfasst, sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer Positionswechselsignalfolge.The present invention relates to a sensor arrangement for generating a position change signal sequence, which comprises a Multipolencoder and a magnetic field sensor, and a method for generating a position change signal sequence.
Der Multipolencoder stellt eine Abtastebene bereit, die aus mehreren in einer Abtastrichtung aufeinander folgenden magnetischen Polen gebildet wird. Der Multipolencoder besteht aus mehreren aneinander angrenzenden Polpaaren, wobei sich die Magnetfeldausrichtung der jeweils aufeinanderfolgenden Polpaare abwechselt. Der Magnetfeldsensor, im Folgenden auch Sensor genannt, besitzt eine Sensorfläche die z.B. einen anisotropen magnetoresistiven Effekt zeigt. Die Sensorfläche, oder genauer gesagt die sensitive Fläche, besteht in der Regel aus einer Wheatstone-Brücke mit mehreren Magnetfeldsensor-Elementen. Dem Fachmann sind derartige Magnetfeldsensoren und dafür geeignete Materialen bekannt. Eine bevorzugt eingesetzte Magnetfeldsensorart ist ein xMR- (magnetoresistive-) Sensor. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und die im Folgenden beschriebene Erfindung ist nicht auf diese Magnetfeldsensorart beschränkt. Weitere geeignete Magnetfeldsensoren sind Hall-Sensoren, sowie Kombinationen aus mehreren.The multipole encoder provides a scanning plane formed of a plurality of magnetic poles consecutive in a scanning direction. The Multipolencoder consists of several mutually adjacent pole pairs, wherein the magnetic field alignment of each successive pole pairs alternates. The magnetic field sensor, hereinafter also referred to as a sensor, has a sensor surface which is e.g. shows an anisotropic magnetoresistive effect. The sensor surface, or more specifically the sensitive surface, usually consists of a Wheatstone bridge with several magnetic field sensor elements. The person skilled in such magnetic field sensors and suitable materials are known. A preferred type of magnetic field sensor is an xMR (magnetoresistive) sensor. However, this is only an example, and the invention described below is not limited to this type of magnetic field sensor. Other suitable magnetic field sensors are Hall sensors, as well as combinations of several.
Um mit der Sensoranordnung Dreh- oder Linearbewegungen erfassen zu können, ist der Multipolencoder in der Abtastrichtung relativ zum Sensor bewegbar, wobei während dieser Bewegung das gewünschte Sensorsignal erzeugt wird. Während der Relativbewegung läuft ein in Abtastrichtung veränderliches Magnetfeld mit alternierender Polarität, welches von den aufeinanderfolgenden magnetischen Polen erzeugt wird, durch die Sensorfläche. Die Stärke dieses veränderlichen Magnetfeldes in Abtastrichtung zeigt daher beim Übergang zwischen benachbarten Polen bzw. in Polmitte jeweils einen Nulldurchgang. Die Position des Nulldurchganges hängt von der Abtastrichtung ab; in y-Richtung ist der Nulldurchgang des Magnetfeldes in Polmitte, in z-Richtung ist der Nulldurchgang zwischen den benachbarten Polen.In order to be able to detect rotational or linear movements with the sensor arrangement, the multipole encoder is movable relative to the sensor in the scanning direction, during which movement the desired sensor signal is generated. During the relative movement, a magnetic field of alternating polarity, which is variable in the scanning direction and which is generated by the successive magnetic poles, passes through the sensor surface. The strength of this variable magnetic field in the scanning direction therefore shows a zero crossing at the transition between adjacent poles or pole centers. The position of the zero crossing depends on the scanning direction; In the y-direction, the zero crossing of the magnetic field is in Polmitte, in the z-direction is the zero crossing between the adjacent poles.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoranordnungen bekannt, die der berührungslosen Erfassung einer Relativbewegung zwischen zwei Maschinenteilen dienen. Solche Sensoranordnungen kommen beispielsweise bei Rotationslagern zur Erfassung der Drehzahl zum Einsatz. An Radlagern werden mit derartigen Sensoranordnungen die Drehzahlen der Fahrzeugräder und daraus die jeweiligen Rotationsgeschwindigkeiten ermittelt. Auf magnetischen Wirkprinzipien basierende Sensoranordnungen verwenden magnetische codierte Bauteile, sogenannte Multipolencoder, die entlang einer Abtastebene gleichmäßig verteilte magnetische Pole aufweisen, wobei sich benachbarte Pole in ihrer Magnetfeldausrichtung abwechseln, so dass in der Abtastebene auf einen Nordpol ein Südpol folgt und in Abtastrichtung daran anschließend wiederum ein Nordpol folgt usw. Der Feldstärkeverlauf in Abtastrichtung weist somit an den Grenzlinien zwischen den benachbarten Polen bzw. in Polmitte einen Nulldurchgang auf. Das Magnetfeld des Multipolencoders kann mit Hilfe unterschiedlicher Sensoren erfasst bzw. abgetastet werden. Beispielsweise kommen Hall-Sensoren zum Einsatz. Ebenso ist der Einsatz von Sensoren bekannt, die den magnetoresistiven Effekt ausnutzen. Bei jedem Nulldurchgang im Magnetfeld bzw. im daraus abgeleiteten elektrischen Signal wird ein Schaltsignalpuls bzw. Schaltsignal am Ausgang des Sensors erzeugt, der eine digitale (rechteckige) Form hat, d. h. zwischen zwei Pegeln „High“ und „Low“ für eine festgegebene Zeitdauer - Pulsdauer - wechselt. Die Auflösung derartiger Sensor-/Encoder-Anordnungen ist u.a. dadurch begrenzt, dass die Polpaarzahl des Multipolencoders nicht beliebig vergrößert werden kann, da die Polbreite und die damit erzielbare magnetische Signalstärke proportional zur Polpaarzahl abnimmt. Entlang einer vorgegebenen Strecke in der Abtastrichtung können unter Berücksichtigung der gewünschten magnetischen Signalstärke somit nur eine begrenzte Anzahl von Polpaaren angeordnet werden. In herkömmlichen Sensoranordnungen ist die Impulszahl des Ausgangssignals des Sensors somit durch die mögliche Polpaarzahl begrenzt.Numerous sensor arrangements are known from the prior art, which serve the non-contact detection of a relative movement between two machine parts. Such sensor arrangements are used, for example, in rotary bearings for detecting the rotational speed. At wheel bearings with such sensor arrangements, the rotational speeds of the vehicle wheels and therefrom the respective rotational speeds are determined. Magnetic sensing based sensor assemblies use magnetic encoded components, so-called multipole encoders, which have uniformly distributed magnetic poles along a scan plane with adjacent poles alternating in their magnetic field orientation such that a south pole follows a north pole in the scan plane followed by another in the scan direction North pole follows, etc. The field strength curve in the scanning direction thus has a zero crossing at the boundary lines between the adjacent poles or in Polmitte. The magnetic field of the Multipolencoders can be detected or scanned using different sensors. For example, Hall sensors are used. Likewise, the use of sensors is known that exploit the magnetoresistive effect. At each zero crossing in the magnetic field or in the electrical signal derived therefrom, a switching signal pulse or switching signal is generated at the output of the sensor, which has a digital (rectangular) shape, i. H. between two levels "High" and "Low" for a set period of time - pulse duration - changes. The resolution of such sensor / encoder arrangements is i.a. limited by the fact that the number of pole pairs of the Multipolencoders can not be increased arbitrarily, since the pole width and the magnetic signal strength that can be achieved thereby decreases in proportion to the number of pole pairs. Thus, only a limited number of pole pairs can be arranged along a given distance in the scanning direction, taking into account the desired magnetic signal strength. In conventional sensor arrangements, the number of pulses of the output signal of the sensor is thus limited by the possible number of pole pairs.
Aus der
Sensoranordnungen mit Multipolencodern und dementsprechenden Signalverarbeitungsschaltungen sind beispielsweise in
Ein Verfahren zur Erhöhung der Zahl von Schaltsignalpulsen zur Verbesserung der Auflösung ist beispielsweise in
Magnetfeldsensoren, die Magnetfeldkomponenten in drei Raumrichtungen erfassen können, sind beispielsweise in dem Datenblatt TLV493D-A1B6 3D Magnetic Sensor, Infineon, 29.01.2016, URL: https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-TLV493D-A1B6-DS-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d462525dbac40152a6b85c760e80 oder dem Anwendungshinweis 3D Magnetic Sensor for Angle Measurement, Infineon, Juni 2016, URL: https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-3D_AppNote_AngleMeasurement-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d4625607bd13015607dbd576002b gezeigt. Magnetic field sensors which can detect magnetic field components in three spatial directions are described, for example, in the data sheet TLV493D-A1B6 3D Magnetic Sensor, Infineon, 29.01.2016, URL: https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-TLV493D-A1B6-DS- v01_00-EN.pdf? fileId = 5546d462525dbac40152a6b85c760e80 or the 3D Magnetic Sensor for Angle Measurement Application Note, Infineon, June 2016, URL: https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-3D_AppNote_AngleMeasurement-AN-v01_00-EN.pdf? fileId = 5546d4625607bd13015607dbd576002b shown.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der bekannten berührungslosen Erfassung von Relativbewegungen eine Sensoranordnung bereitzustellen und ein Verfahren zu schaffen, womit sich eine höhere Impulszahl erreichen lässt, so dass sich eine höhere Ortsauflösung der Sensoranordnung ergibt, ohne dass die Polpaarzahl am Multipolencoder im gleichen Maße erhöht werden muss. Dies soll bei gleichbleibender Qualität des Ausgangssignals erreicht werden.The present invention has for its object, based on the known non-contact detection of relative movements to provide a sensor array and to provide a method, which can achieve a higher pulse count, so that a higher spatial resolution of the sensor arrangement results, without the number of pole pairs at Multipolencoder in same degree must be increased. This should be achieved while maintaining the quality of the output signal.
Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung zum Erzeugen einer Positionswechselsignalfolge nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Erzeugen einer Positionswechselsignalfolge nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.This object is achieved by a sensor arrangement for generating a position change signal sequence according to
Die Sensoranordnung umfasst einen Multipolencoder mit einer Abtastebene aus mehreren in einer Abtastrichtung aufeinanderfolgenden magnetischen Polen. Die aufeinanderfolgenden Pole werden von aneinandergereihten Polpaaren bereitgestellt, die abwechselnde Magnetfeldausrichtungen besitzen, so dass in der Abtastebene jeweils neben einem Nordpol eines ersten Polpaares ein Südpol liegt, dem wiederum ein Nordpol eines benachbarten Polpaares folgt usw. Weiterhin umfasst die Sensoranordnung einen Magnetfeldsensor. Der Multipolencoder ist in der Abtastrichtung relativ zum Sensor bewegbar, so dass bei der Relativbewegung der Sensor einem veränderlichen Magnetfeld mit alternierender Polarität ausgesetzt ist. Der Magnetfeldsensor ist derart beschaffen, dass er alle drei Raumkomponenten des ihn durchdringenden Magnetfeldes erfassen sowie diese in elektrische Signale für die nachfolgende Verarbeitung umwandeln kann.The sensor arrangement comprises a multipole encoder with a scanning plane of a plurality of magnetic poles successive in a scanning direction. The successive poles are provided by juxtaposed pole pairs, which have alternating magnetic field alignments, so that in the scanning plane next to a north pole of a first Polpaares a south pole, which in turn is followed by a north pole of an adjacent pole pair, etc. Furthermore, the sensor arrangement comprises a magnetic field sensor. The multipole encoder is movable in the scanning direction relative to the sensor, so that in the relative movement of the sensor is exposed to a variable magnetic field with alternating polarity. The magnetic field sensor is designed such that it can detect all three spatial components of the magnetic field penetrating it and convert these into electrical signals for subsequent processing.
Die Anzahl der verwertbaren Pulse kann dadurch erhöht werden, dass alle drei Feldkomponenten des Magnetfeldes einbezogen werden und nicht nur die Hauptkomponenten in einer horizontalen und in einer vertikalen Richtung. Um im Sensor in allen drei Richtungen eine verwertbare Signalstärke zu erreichen, werden entweder die Grenzflächen der Magnetisierung im Multipolencoder um 45° gedreht, oder der Sensor bzw. die sensitiven Messelemente im Sensor um 45° gedreht. Dadurch entstehen in x- und y-Richtung des Sensors zwei betragsmäßig gleichgroße Magnetfeldsignale x', y', die in Verbindung mit der z-Komponente bzw. dem daraus resultierenden dritten Magnetfeldsignal z' entsprechend verrechnet werden. Die Stärke der z'-Komponente bleibt bei dieser gedrehten Anordnung unverändert.The number of usable pulses can be increased by including all three field components of the magnetic field and not just the major components in a horizontal and in a vertical direction. In order to achieve a usable signal strength in the sensor in all three directions, either the interfaces of the magnetization in the multipole encoder are rotated by 45 °, or the sensor or the sensitive measuring elements in the sensor are rotated by 45 °. This produces in the x and y direction of the sensor two magnitude equal magnetic field signals x ', y', which are calculated in conjunction with the z-component or the resulting third magnetic field signal z 'accordingly. The strength of the z 'component remains unchanged in this rotated arrangement.
Die Positionswechselsignalfolge im Ausgangsignal des Sensors setzt sich zusammen aus Schaltsignalpulsen, die bei jedem Nulldurchgang der x'-Ausgangsspannung, der y'-Ausgangsspannung und der z'-Ausgangsspannung erzeugt werden, und aus Schaltsignalpulsen, die dann erzeugt werden, wenn die x'-Ausgangsspannung gleich groß ist wie die z'-Ausgangsspannung und wenn die y'-Ausgangsspannung gleich groß ist wie die z'-Ausgangsspannung.The position change signal sequence in the output signal of the sensor is composed of switching signal pulses, which are generated at each zero crossing of the x'-output voltage, the y'-output voltage and the z'-output voltage, and switching signal pulses, which are generated when the x'- Output voltage is equal to the z'-output voltage and when the y'-output voltage is equal to the z'-output voltage.
Die Aufspaltung der horizontalen Magnetfeldkomponenten in eine x'-Komponente und eine y'-Komponente wird dadurch erreicht, dass die Grenzlinien zwischen benachbarten Polpaaren des Multipolencoders zur Abtastrichtung in einem Winkel von 45° gedreht sind. In diesem Fall ist die Sensorfläche im Wesentlichen parallel zur Abtastebene des Multipolencoders ausgerichtet, während die Abtastrichtung y senkrecht zur y-Richtung des Sensors steht.The splitting of the horizontal magnetic field components into an x 'component and a y' component is achieved by turning the boundary lines between adjacent pole pairs of the multipole encoder to the scanning direction at an angle of 45 °. In this case, the sensor surface is aligned substantially parallel to the scanning plane of the multipole encoder, while the scanning direction y is perpendicular to the y-direction of the sensor.
Alternativ kann die Relativdrehung zwischen Sensor und Encoder dadurch erreicht werden, dass der Magnetfeldsensor bzw. die sensitiven Messelemente im Sensorgehäuse zur Abtastrichtung in einem Winkel von 45°, bei Rotation um die z-Achse des Sensors, gedreht ist. Analog zu der ersten Alternative der Relativdrehung sind bei dieser zweiten Möglichkeit die Grenzlinien zwischen benachbarten Polpaaren des Multipolencoders zur Abtastrichtung y im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet.Alternatively, the relative rotation between sensor and encoder can be achieved in that the magnetic field sensor or the sensitive measuring elements in the sensor housing to the scanning direction at an angle of 45 °, with rotation about the z-axis of the sensor is rotated. Analogous to the first alternative of relative rotation, the boundary lines between adjacent pole pairs of the multipole encoder with respect to the scanning direction y are aligned substantially vertically in this second possibility.
Mit anderen Worten lässt sich die Funktionsweise der Erfindung auch wie folgt erläutern: Präziser beschrieben ist es so: Der Sensor „sieht“ zwei Magnetfeldkomponenten x', y' parallel zur Abtastebene, entweder weil der Encoder diese erzeugt, im Fall, dass die Grenzlinien der Magnetisierung gekippt sind, oder weil der Encoder herkömmlich gestaltet ist und der Sensor selbst gegenüber der Abtastrichtung gedreht angeordnet ist. Im letztgenannten Fall wird also vom Encoder selbst keine zweite Magnetfeld-Komponente x erzeugt, diese entsteht nur im Sensor, da er gedreht angeordnet ist.In other words, the operation of the invention can also be explained as follows: The sensor "sees" two magnetic field components x ', y' parallel to the scanning plane, either because the encoder generates them, in the case where the boundary lines of the Magnetization tilted, or because the encoder is designed conventionally and the sensor itself is arranged rotated relative to the scanning direction. In the latter case, therefore, no second magnetic field component x is generated by the encoder itself, this arises only in the sensor, since it is arranged rotated.
Aus den elektrischen Signalen des Sensors wird ein Nulldurchgang oder ein vergleichbares Ereignis herausgefiltert, anhand dessen ein Schaltsignal für einen Zähler o. dgl. abgeleitet werden kann. Dazu ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Magnetfeldsensor eine Signalverarbeitungsschaltung umfasst, die ein Schaltsignal erzeugt in Abhängigkeit von einem Nulldurchgang der z'-Ausgangsspannung, einem Nulldurchgang der x'-Ausgangsspannung, einem Nulldurchgang der y'-Ausgangsspannung, einem Nulldurchgang der Differenz der x'-Ausgangsspannung und der z'-Ausgangsspannung und einem Nulldurchgang der Differenz der y'-Ausgangsspannung und der z'-Ausgangsspannung. Damit ergeben sich bei einem vollständigen Polwechsel des Multipolencoder-Magnetfeldes acht Schaltsignale.From the electrical signals of the sensor, a zero crossing or a comparable event is filtered out, based on which a switching signal for a counter o. The like. Derived. For this purpose, it is provided in one embodiment that the magnetic field sensor has a Signal processing circuit which generates a switching signal in response to a zero crossing of the z'-output voltage, a zero crossing of the x'-output voltage, a zero crossing of the y'-output voltage, a zero crossing of the difference of the x'-output voltage and the z'-output voltage and a zero crossing of the difference of the y 'output voltage and the z' output voltage. This results in a complete pole change of the Multipolencoder magnetic field eight switching signals.
Die beschriebene Folge von Schaltsignalen kann auf unterschiedliche Art ausgewertet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Auswertung darin, dass die Signalverarbeitungsschaltung ein Geschwindigkeitssignal ausgibt, das von der Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Magnetfeldsensor und Multipolencoder abhängt. Das Geschwindigkeitssignal besteht aus einer Folge von digitalen (zwei Pegel) Signalpulsen, deren zeitlicher Abstand zueinander (Flankenabstand) repräsentativ für die Geschwindigkeit steht, also je kürzer die Zeiten, desto größer die Geschwindigkeit.The described sequence of switching signals can be evaluated in different ways. In a preferred embodiment, the evaluation consists in the signal processing circuit outputting a speed signal that depends on the speed of the relative movement between the magnetic field sensor and the multipole encoder. The speed signal consists of a sequence of digital (two-level) signal pulses whose time interval from each other (edge distance) is representative of the speed, ie the shorter the times, the greater the speed.
Die Auswahl der Magnetfeldsensoren ist nicht beschränkt. Es können sowohl Hall- als auch xMR- (magneto- resistive-) Sensoren oder eine Kombination daraus zum Einsatz kommen. Auch andere Sensorprinzipien sind denkbar (z.B. Fluxgate). Entscheidend ist die Möglichkeit, die drei Raumkomponenten des Magnetfeldes simultan erfassen zu können.The selection of magnetic field sensors is not limited. Both Hall and xMR (magnetoresistive) sensors or a combination thereof can be used. Other sensor principles are also conceivable (for example, fluxgate). The decisive factor is the possibility of being able to record the three spatial components of the magnetic field simultaneously.
Mit der Sensoranordnung lässt sich somit eine Positionswechselsignalfolge erzeugen, indem Schaltsignalpulse bei jedem Nulldurchgang der x'-Ausgangsspannung oder der y'-Ausgangsspannung und der z'-Ausgangsspannung erzeugt werden, und Schaltsignalpulse erzeugt werden, wenn die x'-Ausgangsspannung gleich groß ist wie die z'-Ausgangsspannung und wenn die y'-Ausgangsspannung gleich groß ist wie die z'-Ausgangsspannung. Damit ergibt sich bei einer Feldumkehr des Magnetfeldes, d. h. Vorbeilauf eines Polpaares am Sensor, eine Positionswechselsignalfolge von insgesamt acht Schaltsignalpulsen.With the sensor arrangement can thus generate a position change signal sequence by switching signal pulses are generated at each zero crossing of the x'-output voltage or the y'-output voltage and the z'-output voltage, and switching signal pulses are generated when the x'-output voltage is equal to the z 'output voltage and when the y' output voltage is equal to the z 'output voltage. This results in a field reversal of the magnetic field, d. H. Passing through a pole pair on the sensor, a position change signal sequence of a total of eight switching signal pulses.
Um zu erkennen, dass die x'- bzw. y'-Ausgangsspannung gleich groß wie die z'-Ausgangsspannung ist, wird eine erste Differenzspannung zwischen der z'-Ausgangsspannung und der x'-Ausgangsspannung und eine zweite Differenzspannung zwischen der z'-Ausgangsspannung und der y'-Ausgangsspannung gebildet. Der Nulldurchgang der ersten und der zweiten Differenzspannung wird erfasst und zum Ausgeben eines Schaltsignalpulses genutzt.In order to recognize that the x'- or y'-output voltage is equal to the z'-output voltage, a first difference voltage between the z'-output voltage and the x'-output voltage and a second differential voltage between the z'- Output voltage and the y 'output voltage formed. The zero crossing of the first and the second differential voltage is detected and used to output a switching signal pulse.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung; -
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Sensoranordnung; -
3 den Verlauf der einzelnen Ausgangssignale eines Magnetfeldsensors und die daraus abgeleiteten Schaltpunkte; -
4 eine Signalverarbeitungsschaltung für die Sensoranordnung.
-
1 a simplified perspective view of a first embodiment of the sensor arrangement according to the invention; -
2 a schematic representation of a second embodiment of the sensor arrangement; -
3 the course of the individual output signals of a magnetic field sensor and the switching points derived therefrom; -
4 a signal processing circuit for the sensor arrangement.
Die Zeichnung ist nicht maßstäblich. Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen, soweit nichts anderes gesagt ist.The drawing is not to scale. Identical or equivalent elements are provided with the same reference numerals, unless otherwise stated.
Soweit in der folgenden Beschreibung von xMR-Sensoren gesprochen wird, ist damit keine Einschränkung auf diesen Sensortyp gemeint, sondern lediglich ein Beispiel für einen geeigneten Magnetfeldsensor. Andere Arten von Sensoren können ebenfalls eingesetzt werden.As far as is spoken in the following description of xMR sensors, this means no limitation to this sensor type, but only an example of a suitable magnetic field sensor. Other types of sensors can also be used.
Eine Besonderheit der in
Als Trigger für ein Schaltsignal werden bei den Ausgangsspannungen
Eine streng periodische Folge von Schaltsignalpulsen ergibt sich nur dann, wenn die Amplituden der drei Ausgangsspannungen gleich groß sind. Nur dann haben die Nulldurchgänge bzw. die Ereignisse, bei denen die x'- und y'-Ausgangsspannungen 08, 09 einer der beiden Horizontalkomponenten gleich groß wie die z'-Ausgangsspannung 07 ist, denselben Abstand auf der Zeitachse voneinander. Aus diesem Grund sind die drei Spannungen, wie oben bereits erwähnt, auf einen gleichen Maximalwert normiert.A strictly periodic sequence of switching signal pulses results only when the amplitudes of the three output voltages are equal. Only then do the zero crossings or the events in which the x'- and y'-
Die in
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können sowohl angewendet werden auf Positionswechselsignalfolgen, die durch eine Drehwinkeländerung von Magnetfeldencoder gegenüber Magnetfeldsensor erzeugt werden, also bei rotierenden Komponenten, als auch auf Positionswechselsignalfolgen, die durch ein Verschieben von Magnetfeldencoder gegenüber Magnetfeldsensor über eine Strecke erzeugt werden, also bei linear beweglichen Komponenten.The device according to the invention and the method according to the invention can both be applied to position change signal sequences which are generated by a rotation angle change of magnetic field encoder with respect to the magnetic field sensor, ie with rotating components, as well as position change signal sequences which are generated by moving magnetic field encoder with respect to magnetic field sensor over a distance, ie with linearly moving components.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Magnetfeldsensormagnetic field sensor
- 0202
- Multipolencodermultipole
- 0303
- Polpaarepole pairs
- 0404
- Abtastebenescan
- 0505
- Magnetfeldmagnetic field
- 0606
- Grenzlinieboundary line
- 0707
- erste Ausgangsspannungfirst output voltage
- 0808
- x-Ausgangsspannungx output voltage
- 0909
- y-Ausgangsspannungy output voltage
- 1010
- PositionswechselsignalfolgePosition change signal sequence
- 1111
- Verstärkerstufeamplifier stage
- 1212
- Vergleicher/Schmitt TriggerComparator / Schmitt Trigger
- 1313
- Differenzverstärker/SubtrahiererDifferential amplifier / subtractor
- 1414
- XOR-Gatter XOR gate
- yy
- Abtastrichtungscan
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