DE102017203679A1

DE102017203679A1 - Zählsensor mit Korrekturfunktion

Info

Publication number: DE102017203679A1
Application number: DE102017203679.6A
Authority: DE
Inventors: Walter Mehnert; Thomas Theil
Original assignee: Individual
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2037-03-08
Also published as: US10190889B2; US20170322050A1; DE102017203679B4

Abstract

Die Erfindung betrifft Zählsensor zur Zählung der Anzahl von Umdrehungen oder linearen Versetzungen eines Gegenstandes, wobei der Zählsensor aufweist: ein einziges Wiegandmodul; mindestens ein Sensorelement; eine mit dem Sensorelement verbundene Verarbeitungselektronik; und eine Permanentmagnetanordnung, die relativ zu dem Wiegandmodul bewegbar ist; wobei die Verarbeitungselektronik eingerichtet ist, Richtungsinformationen, ob sich die Permanentmagnetanordnung in einer Richtung oder einer entgegengesetzten Richtung bewegt, und (ii) Magnetpolinformationen zu erhalten; und einen Datenspeicher zur Speicherung eines Wertes, der die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen angibt; wobei die Verarbeitungselektronik dazu eingerichtet ist, (i) auf Basis der Richtungsinformationen und der Magnetpolinformationen die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen des Gegenstandes zu bestimmen und den entsprechenden Wert in dem Datenspeicher abzuspeichern, (ii) auf Basis einer Reihenfolge der Richtungsinformationen und der Magnetpolinformationen eine dahingehende Fehlererkennung durchzuführen, ob eine der Umdrehungen oder eine der linearen Versetzungen des Gegenstandes teilweise oder vollständig nicht erkannt wurde, und (iii) bei Erkennung des Fehlers eine entsprechende Korrektur der Anzahl zu bestimmen und den Wert zu korrigieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zählsensor, der eine Anzahl von Umdrehungen oder linearen Versetzungen eines Gegenstandes ermittelt.
Im Stand der Technik ist ein Zählsensor, der ein Wiegandmodul aufweist, aus dem Patentdokument DE 102 59 223 B3 bekannt.
Ein Permanentmagnet bewegt sich bei diesem Zählsensor relativ zu dem Wiegandmodul, das in Abhängigkeit von der Bewegungsfrequenz in bestimmten zeitlichen Abständen Spannungsimpulse liefert.
Eine Verarbeitungselektronik stellt den Spannungsimpuls fest und ermittelt auf Basis des Ausgangssignals eines zusätzlichen Sensorelementes und auf Basis der Polarität des Spannungsimpulses sowohl die Bewegungsrichtung des Permanentmagneten als auch die Position des Nord- und Südpols des Permanentmagneten. Auf Basis dieser Informationen ermittelt die Verarbeitungselektronik eine Anzahl von Umdrehungen des Permanentmagneten und speichert einen entsprechenden Wert in einem Datenspeicher ab.
Der bekannte Zählsensor kann in einem autonomen Modus, in dem keine Fremdenergieversorgung zur Verfügung steht, betrieben werden. In dem autonomen Modus wird die Verarbeitungselektronik mit Energie versorgt, die das Wiegandmodul durch die Ausgabe der Spannungsimpulse liefert. Die von dem Wiegandmodul gelieferte Energie ist bei Ausgabe sauberer Spannungsimpulse ausreichend für die Ermittlung des Wertes der Anzahl von Umdrehungen und für den Speichervorgang des Wertes in dem Datenspeicher.
Im Rahmen der Entwicklungstätigkeit der vorliegenden Erfindung ist erkannt worden, dass während des Betriebes des bekannten Zählsensors aufgrund bestimmter Bewegungsabläufe des Permanentmagneten der Fall eintreten kann, dass das Wiegandmodul verkümmerte Spannungsimpulse ausgibt, die zwar erkannt werden, allerdings nicht ausreichend Energie liefern, um den Speichervorgang des Wertes durchführen zu können. Insoweit kommt es zu Fehlern des abgespeicherten Wertes und einer verminderten Genauigkeit des Zählsensors.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der folgenden Erfindung, einen genauen Zählsensor zu schaffen, der bevorzugt auch eine höhere Zuverlässigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Zählsensor gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein erfindungsgemäßer Zählsensor zur Zählung der Anzahl von Umdrehungen oder linearen Versetzungen eines Gegenstandes (i) ein einziges Wiegandmodul, das aus einem Wieganddraht mit einer den Wieganddraht umschließenden Spule aufgebaut ist, (ii) mindestens ein Sensorelement, (iii) eine mit dem Sensorelement verbundene Verarbeitungselektronik, die eingerichtet ist, ein von dem Sensorelement ausgegebenes Ausgangssignal auszuwerten und (iv) eine Permanentmagnetanordnung, die relativ zu dem Wiegandmodul in einer Richtung sowie einer zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung bewegbar ist, wobei
die Permanentmagnetanordnung eingerichtet ist, an dem Gegenstand derart angeordnet/befestigt zu werden, dass die Permanentmagnetanordnung die Umdrehungen oder linearen Versetzungen zusammen mit dem Gegenstand durchführt,
bei Bewegung der Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung die Spule des Wiegandmoduls einen Spannungsimpuls erzeugt, wenn sich ein Nordpol oder ein Südpol der Permanentmagnetanordnung an einer ersten Position befindet, und bei Bewegung der Permanentmagnetanordnung in der entgegengesetzten Richtung die Spule des Wiegandmoduls den Spannungsimpuls erzeugt, wenn sich der Nordpol oder der Südpol der Permanentmagnetanordnung an einer zweiten von der ersten unterschiedlichen Position befindet.
In dem Fall, dass lineare Bewegungen/Versetzungen durch den Zählsensor festzustellen sind, beinhaltet die Permanentmagnetanordnung mindestens zwei Magnete bzw. vier Magnetpole – allgemein ausgedrückt 2n Magnete (mit n = 1, 2, 3, ..., m) –, wohingegen in dem Fall, dass rotierende Bewegungen durch den Zählsensor festzustellen sind, die Permanentmagnetanordnung mit auch nur einem einzigen Magneten auskommt. Die Permanentmagnetanordnung kann allerdings auch in dem Fall, dass rotierende Bewegungen festzustellen sind, mehrere Magnete – wiederum allgemein ausgedrückt 2n Magnete (mit n = 1, 2, 3, ..., m) – aufweisen.
Durch die Relativbewegung der Permanentmagnetanordnung bezüglich des Wiegandmoduls kommt es zu einer Änderung des von dem Wiegandmodul wahrgenommenen Magnetfeldes der Permanentmagnetanordnung. Der Wieganddraht, bevorzugt aus Vicalloy gefertigt, ist insbesondere/vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Kern mit einer hartmagnetischen Schale ausgebildet. Diese Ausbildung führt zu einer dahingehenden physikalischen Charakteristik des Wiegandmoduls bzw. des Wieganddrahtes, dass es ab einer bestimmten Amplitude des Magnetfeldes zu einer schlagartigen Änderung der Ausrichtung der Weißschen Bezirke/magnetischen Domänen des Wieganddrahtes kommt (makroskopischer Barkhauseneffekt). Diese Änderung führt wiederum zu der Erzeugung des Spannungsimpulses in der Spule des Wiegandmoduls. In Abhängigkeit davon, in welcher Richtung sich die Permanentmagnetanordnung bewegt, d. h. in der einen Richtung oder in der zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung, befindet sich der Nord- oder Südpol der Permanentmagnetanordnung bei Erzeugung des Spannungsimpulses an der genannten ersten oder zweiten Position. Der genannte Spannungsimpuls wird insbesondere/vorzugsweise dann erhalten, wenn – ausgehend von dem Zustand, dass Kern und Schale die gleiche magnetische Ausrichtung haben – die Weißschen Bezirke/magnetischen Domänen des weichmagnetischen Kerns bei Erreichen der Amplitude des Magnetfeldes ihre Ausrichtung schlagartig ändern. Bei weiterer Bewegung der Permanentmagnetanordung in der gleichen Richtung kommt es durch die weitere Zunahme der Amplitude auch zu einer entsprechenden Änderung der Weißschen Bezirke/magnetischen Domänen der hartmagnetischen Schale. Der dabei erzeugte Impuls ist allerdings sehr viel kleiner und wird vorzugsweise nicht ausgewertet.
Allgemein ausgedrückt ist unter dem Wieganddraht des erfindungsgemäßen Zählsensors vorzugsweise ein Draht mit einer hartmagnetischen Schale und einem weichmagnetischen Kern oder vorzugsweise einer weichmagnetischen Schale und einem hartmagnetischen Kern zu verstehen, der in dem bestimmungsgemäßen Betrieb des Zählsensors bevorzugt bipolar/symmetrisch betrieben wird, d. h. die Weißschen Bezirke/magnetischen Domänen sowohl der Schale als auch des Kerns ändern ihre Ausrichtung durch Änderung der Amplitude und Ausrichtung des Magnetfeldes der Permanentmagnetanordung.
In einem autonomen Modus, in dem der Zählsensor nicht mit Fremdenergie versorgt wird, wird die Verarbeitungselektronik mit Energie versorgt, die von dem Wiegandmodul geliefert wird.
Die von dem Wiegandmodul gelieferte Energie wird bevorzugt in mindestens einem Kondensator zwischengespeichert.
Die Verarbeitungselektronik ist eingerichtet, nach Feststellen des von dem Wiegandmodul ausgegebenen Spannungsimpulses

(i) durch das Auswerten des Ausgangssignals des Sensorelementes Richtungsinformationen darüber zu erhalten, ob sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung oder der entgegengesetzten Richtung bewegt, und
(ii) durch das Auswerten des Ausgangssignals des Sensorelementes oder durch das Bestimmen der Polarität des von der Spule des Wiegandmoduls erzeugten Spannungsimpuls Magnetpolinformationen darüber zu erhalten, ob sich der Nordpol oder der Südpol der Permanentmagnetanordnung an der ersten oder zweiten Position befindet.

Insbesondere ist die Verarbeitungselektronik eingerichtet, in dem autonomen Modus den Spannungsimpuls des Wiegandmoduls zu erkennen und anschließend das Ausgangssignal des Sensorelementes zur Bestimmung, ob sich der Nord- oder Südpol der Permanentmagnetanordnung an der ersten oder zweiten Position befindet, auszuwerten.
Darüber hinaus beinhaltet der Zählsensor einen Datenspeicher zur Speicherung eines Wertes, der die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen angibt.
Besonders bevorzugt beinhaltet der Zählsensor einen nicht flüchtigen Datenspeicher, beispielsweise einen FRAM oder einen EEPROM, und einen flüchtigen Datenspeicher. Der Wert, der die Anzahl an Umdrehungen oder linearen Versetzungen angibt, wird bevorzugt solange das Wiegandmodul ausreichend Energie liefert in dem flüchtigen Datenspeicher gespeichert und erst dann in den nicht-flüchtigen Datenspeicher übertragen, wenn die von dem Wiegandmodul gelieferte Energie einen Schwellenwert unterschreitet.
Alternativ kann der Datenspeicher aber auch lediglich ein nicht flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise der genannte FRAM oder der EEPROM, sein.
Erfindungsgemäß ist die Verarbeitungselektronik dazu eingerichtet,

(i) sowohl die Richtungsinformationen als auch die Magnetpolinformationen in eine Reihenfolge aufzunehmen, auf Basis der Richtungsinformationen und der Magnetpolinformationen die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen des Gegenstandes zu bestimmen und den entsprechenden Wert in dem Datenspeicher abzuspeichern,
(ii) auf Basis der Reihenfolge der Richtungsinformationen und der Magnetpolinformationen eine dahingehende Fehlererkennung durchzuführen, ob eine der Umdrehungen oder eine der linearen Versetzungen des Gegenstandes teilweise oder vollständig nicht erkannt wurde, und
(iii) bei Erkennung des Fehlers eine entsprechende Korrektur der Anzahl zu bestimmen und den Wert zu korrigieren.

Die Auflösung der Anzahl an Umdrehungen und linearen Versetzungen hängt von der Anzahl der Permanentmagnete bzw. der Magnetpole der Permanentmagnetanordnung ab. Beträgt der oben genannte Parameter n = 1, ist die Auflösung 0,5. Bei Erhöhung des Parameters n, erhöht sich die Auflösung entsprechend. Die Korrektur der Anzahl und des Wertes erfolgt gemäß der Auflösung.
Bevorzugt ist die Verarbeitungselektronik dazu eingerichtet, die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen richtungsabhängig zu bestimmen. D. h. der einen Richtung und der entgegengesetzten Richtung ist ein Vorzeichen zugeordnet, sodass die durch die Verarbeitungselektronik erhaltenen Richtungsinformationen vorzeichenbehaftet sind und die Anzahl der Umdrehungen oder linearen Versetzungen in Abhängigkeit von der Richtung, in die sich die Permanentmagnetanordnung bewegt, entweder erhöht oder vermindert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann die Verarbeitungselektronik dazu eingerichtet sein, den Betrag der Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen richtungsunabhängig zu bestimmen. D. h. die durch die Verarbeitungselektronik erhaltenen Richtungsinformationen sind nicht vorzeichenbehaftet, sodass die Anzahl der Umdrehungen oder linearen Versetzungen unabhängig von der Richtung, in die sich die Permanentmagnetanordnung bewegt, erhöht wird.
Die zeitliche Reihenfolge, in die die Richtungsinformationen und die Magnetpolinformationen aufgenommen werden, beinhaltet inklusive der aufgenommenen Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen insgesamt mindestens zwei aufeinanderfolgende Richtungsinformationen und zwei aufeinanderfolgende Magnetpolinformationen.
Die zeitliche Reihenfolge der Richtungsinformationen und der Magnetpolinformationen wird beispielsweise in einem Schieberegisterspeicher, der nach dem FIFO-Prinzip (First in, First out) arbeitet, gespeichert. Die in dem Schieberegisterspeicher gespeicherte Reihenfolge beinhaltet mindestens zwei aufeinanderfolgende Richtungsinformationen und zwei aufeinanderfolgende Magnetpolinformationen.
Alternativ kann der Datenspeicher, insbesondere der flüchtige und/oder nicht-flüchtige Datenspeicher, reservierte Speicherbereiche aufweisen, in dem die vorletzten Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen gespeichert sind. Die Verarbeitungselektronik erhält nach Feststellen des Spannungsimpulses die aktuellsten Richtungs- und Magnetpolinformationen, die sie in einem internen Speicher hält und hierdurch in die Reichenfolge aufnimmt. Die in dem internen Speicher gehaltenen Informationen und die in den reservierten Speicherbereichen gehaltenen Informationen bilden zusammen die Reihenfolge, auf deren Basis die Fehlererkennung durchgeführt wird. Nach Durchführung der Fehlererkennung werden die Informationen in den reservierten Speicherbereichen durch die aus dem internen Speicher überschrieben.
Wenn die Verarbeitungselektronik nach Feststellen des Spannungsimpulses beispielsweise bestimmt, dass sich einer der Magnetpole der Permanentmagnetanordnung an der ersten Position befindet, bedeutet das, dass sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung bewegt. Bestimmt die Verarbeitungselektronik nach Feststellen des Spannungsimpulses allerdings, dass sich einer der Magnetpole der Permanentmagnetanordnung an der zweiten Position befindet, bedeutet das, dass sich die Permanentmagnetanordnung in der zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung bewegt.
Zusätzlich erhält die Verarbeitungselektronik nach Feststellen des Spannungsimpulses die Magnetpolinformationen darüber, welcher der Magnetpole der Permanentmagnetanordnung sich an der festgestellten ersten oder zweiten Position befindet.
Die so erhaltenen Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen werden abgespeichert. Insgesamt kann der Wert auf zwei Bit reduziert werden. Der Bitwert 0 oder 1 eines der Bits gibt die Richtungsinformationen an, d. h. ob nach Feststellen des Spannungsimpulses sich einer der Magnetpole der Permanentmagnetanordnung an der ersten oder zweiten Position befindet. Der Bitwert 0 oder 1 des zweiten Bits gibt an, ob nach Feststellen des Spannungsimpulses sich der Nord- oder Südpol der Permanentmagnetanordnung an der ersten oder zweiten Position befindet.
Auf Basis mindestens zweier in der Reihenfolge gespeicherter Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen kann die Fehlererkennung durchgeführt werden.
Bevorzugt liefert die Fehlererkennung, wenn in der Reihenfolge aufeinanderfolgende Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen identisch sind, ein dahingehendes Ergebnis, dass ein Fehler vorliegt und die Korrektur wird dahingehend bestimmt, dass der Wert in dem Datenspeicher nicht geändert wird.
Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Verarbeitungselektronik die Anzahl der Umdrehungen oder linearen Versetzungen richtungsabhängig bestimmt und die Werte in der Reihenfolge aufeinanderfolgend identisch sind.
Weiterhin bevorzugt liefert die Fehlererkennung, wenn in der Reihenfolge aufeinanderfolgende Richtungsinformationen identisch sind und aufeinanderfolgende Magnetpolinformationen unterschiedlich sind, ein dahingehendes Ergebnis, dass kein Fehler vorliegt, und die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen des Gegenstandes wird entsprechend bestimmt und der entsprechende Wert in dem Datenspeicher abgespeichert.
Dies gilt beispielsweise dann, wenn die Verarbeitungselektronik die Anzahl der Umdrehungen oder linearen Versetzungen richtungsabhängig oder richtungsunabhängig bestimmt und die Werte in der Reihenfolge aufeinanderfolgend nur im Hinblick auf die Magnetpolinformationen unterschiedlich sind.
Weiterhin bevorzugt liefert die Fehlererkennung, wenn in der Reihenfolge aufeinanderfolgende Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen unterschiedlich sind, ein dahingehendes Ergebnis, dass ein Fehler vorliegt, und die Korrektur wird dahingehend bestimmt, dass der Wert in dem Datenspeicher ergänzt wird.
Dies gilt beispielsweise dann, wenn die Verarbeitungselektronik die Anzahl der Umdrehungen oder linearen Versetzungen richtungsabhängig oder richtungsunabhängig bestimmt und die Werte in der Reihenfolge aufeinanderfolgend im Hinblick auf die Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen unterschiedlich sind.
Weiterhin bevorzugt liefert die Fehlererkennung, wenn in der Reihenfolge aufeinanderfolgende Richtungsinformationen unterschiedlich sind und aufeinanderfolgende Magnetpolinformationen identisch sind, ein dahingehendes Ergebnis, dass kein Fehler vorliegt, und die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen des Gegenstandes wird entsprechend bestimmt und der entsprechende Wert in dem Datenspeicher abgespeichert.
Dies gilt beispielsweise dann, wenn die Verarbeitungselektronik die Anzahl der Umdrehungen oder linearen Versetzungen richtungsabhängig oder richtungsunabhängig bestimmt und die Werte in dem Registerspeicher aufeinanderfolgend nur im Hinblick auf die Richtungsinformationen unterschiedlich sind.
Das Sensorelement des erfindungsgemäßen Zählsensors ist beispiels weise eine zusätzliche den Wieganddraht umschließende zusätzliche Spule, und die Verarbeitungselektronik ist eingerichtet, die Richtungsinformationen zu erhalten, indem sie ein zeitliches Auftreten des Ausgangssignals der zusätzlichen Spule in Bezug auf den Spannungsimpuls ausgewertet.
Insbesondere ist die zusätzliche Spule gegenüber der Spule des Wiegandmoduls räumlich versetzt.
Die Verarbeitungselektronik ist eingerichtet, das zeitliche Auftreten des Ausgangssignals bzw. des Spannungsimpulses der zusätzlichen Spule gegenüber dem Spannungsimpuls der Spule des Wiegandmoduls auszuwerten und hierauf basierend zu bestimmen, ob sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung oder der zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung bewegt.
Die Magnetpolinformationen erhält die Verarbeitungselektronik durch Auswerten der Polarität entweder des Spannungsimpulses der Spule des Wiegandmoduls oder des Spannungsimpulses der zusätzlichen Spule.
Alternativ kann das Sensorelement zumindest ein erstes Hallelement sein, wobei das erste Hallelement derart angeordnet ist, dass die Verarbeitungselektronik durch das Auswerten des Ausgangssignals des ersten Hallelementes die Richtungsinformationen erhält.
Wie im Vorhergehenden erläutert wurde, ändern die magnetischen Domänen des Wieganddrahtes schlagartig ihre Ausrichtung, wenn (i) sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung bewegt und einer der Magnetpole der Permanentmagnetanordnung die erste Position erreicht, oder wenn (ii) sich die Permanentmagnetanordnung in der zu der einen entgegengesetzten Richtung bewegt und einer der Magnetpole der Permanentmagnetanordnung die zweite Position erreicht.
Die Anordnung des ersten Hallelementes ist bevorzugt so gewählt, dass nach Feststellen des Spannungsimpulses des Wiegandmoduls das erste Hallelement (i) kein Ausgangssignal liefert, wenn sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung bewegt und sich einer der Magnetpole der Permanentmagnetanordnung an der ersten Position befindet, und (ii) ein Ausgangssignal liefert, wenn sich die Permanentmagnetanordnung in der zu der einen entgegengesetzten Richtung bewegt und sich einer der Magnetpole der Permanentmagnetanordnung an der zweiten Position befindet.
Alternativ kann das erste Hallelement auch so angeordnet sein, dass es unabhängig von der Richtung, in der sich die Permanentmagnetanordung bewegt, nach Feststellen des Spannungsimpulses immer ein Ausgangssignal liefert. Die Verarbeitungselektronik wertet in diesem Fall für den Erhalt der Richtungsinformationen das Ausgangssignal des ersten Hallelementes dadurch aus, dass sie den durch das erste Hallelement erkannten Magnetpol in Beziehung mit der Polarität des Spannungsimpulses setzt.
Besonders bevorzugt beinhaltet der Zählsensor ein weiteres Sensorelement in Form eines zweiten Hallelementes, wobei das erste Hallelement und das zweite Hallelement derart angeordnet sind, dass die Verarbeitungselektronik (i) durch das Auswerten des Ausgangssignals des ersten Hallelementes und des Ausgangssignals des zweiten Hallelementes die Richtungsinformationen redundant erhält, und (ii) durch das Bestimmen der Polarität des von der Spule des Wiegandmoduls erzeugten Spannungsimpuls, durch das Auswerten des Ausgangssignals des ersten Hallelementes und durch das Auswerten des Ausgangssignals des zweiten Hallelementes die Magnetpolinformationen redundant erhält.
Das erste und zweite Hallelement sind bevorzugt auf einem Messsubstrat angeordnet, das eine Messebene definiert, wobei die Hallelemente auf dem Messsubstrat derart angeordnet sind, dass deren magnetfeldempfindlichen Flächen sich in der Messebene erstrecken bzw. einen Teil der Messebene bilden.
Die Hallelemente und die Verarbeitungselektronik sind bevorzugt zusammen in einer gemeinsamen integrierten Schaltung auf dem Messsubstrat integriert, die entweder auf einer einheitlichen Integrationstechnologie, beispielsweise der CMOS-Technologie, oder unterschiedlichen Integrationstechnologien, beispielsweise der CMOS- und der FRAM-Technologie, basiert.
In dem autonomen Modus, in dem der Zählsensor nicht mit Fremdenergie versorgt wird, werden das erste und zweite Hallelement und die Verarbeitungselektronik mit Energie versorgt, die von dem Wiegandmodul geliefert wird.
Das erste Hallelement und das zweite Hallelement sind derart angeordnet, dass die Verarbeitungselektronik durch das Auswerten des Ausgangssignals des ersten Hallelements und des Ausgangssignals des zweiten Hallelements zumindest redundante Richtungsinformationen darüber erhält, ob sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung oder der entgegengesetzten Richtung bewegt.
Die Verarbeitungselektronik wertet die Ausgangssignale der Hallelemente für den Erhalt der redundanten Richtungsinformationen bevorzugt aus, indem die Ausgangssignale bzw. Ausgangsspannungen der Hallelemente mit entsprechend festgelegten Spannungsschwellen verglichen werden.
Bevorzugt sind das erste Hallelement und das zweite Hallelement derart angeordnet, dass die Verarbeitungselektronik durch das Auswerten des Spannungsimpulses des Wiegandmoduls, des Ausgangssignals des ersten Hallelements und des Ausgangssignals des zweiten Hallelements redundante Richtungs- und Magnetpolinformationen darüber erhält, ob sich der Nord- oder Südpol an der ersten oder zweiten Position befindet und ob sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung oder der entgegengesetzten Richtung bewegt.
Die genannten redundanten Richtungs- und Magnetpolinformationen werden insbesondere von der Verarbeitungselektronik dann erhalten, wenn das erste Hallelement und das zweite Hallelement so angeordnet sind, dass sie in Abhängigkeit davon, ob sich der Nord- oder Südpol nach Feststellen des Spannungsimpulses an der ersten oder zweiten Position befindet, (betragsmäßig, in der Signalstärke) unterschiedlich hohe Ausgangssignale ausgeben.
Besonders bevorzugt ist das erste Hallelement der ersten Position entsprechend und das zweite Hallelement der zweiten Position entsprechend angeordnet.
Anders ausgedrückt gibt das erste Hallelement bei Bewegung der Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung ein dem Nord- oder Südpol entsprechendes Ausgangssignal bei Auftreten bzw. nach Feststellen des Spannungsimpulses des Wiegandmoduls aus, wobei das zweite Hallelement bei Auftreten bzw. nach Feststellen des Spannungsimpulses kein Ausgangssignal ausgibt. Bei Umkehr der Bewegungsrichtung der Permanentmagnetanordnung, d. h. wenn sich die Permanentmagnetanordnung in der entgegengesetzten Richtung bewegt, gibt das zweite Hallelement ein dem Nord- oder Südpol entsprechendes Ausgangssignal bei Auftreten bzw. nach Feststellen des Spannungsimpulses aus, wobei das erste Hallelement bei Auftreten bzw. nach Feststellen des Spannungsimpulses kein Ausgangssignal liefert.
Die redundanten Richtungsinformationen bezüglich der Bewegungsrichtung der Permanentmagnetanordnung können von der Verarbeitungselektronik durch Auswertung der unterschiedlichen Ausgangssignale der Hallelemente gewonnen werden, wohingegen die redundanten Magnetpolinformationen bezüglich der Polarität der Permanentmagnetanordnung, d. h. ob Nord- oder Südpol sich an der ersten oder zweiten Position befindet, von der Verarbeitungselektronik durch das Ausgangssignal des der entsprechenden Position zugeordneten Hallelements und der Polarität des von dem Wiegandmodul ausgegebenen Spannungsimpulses erhalten werden.
Alternativ werden die genannten redundanten Richtungs- und Magnetpolinformationen insbesondere von der Verarbeitungselektronik dann erhalten, wenn das erste Hallelement und das zweite Hallelement so angeordnet sind, dass sie in Abhängigkeit davon, ob sich der Nord- oder Südpol nach Feststellen des Spannungsimpulses an der ersten oder zweiten Position befindet, (betragsmäßig, in der Signalstärke) gleichhohe Ausgangssignale ausgeben.
Die Verarbeitungselektronik wertet in diesem Fall für den Erhalt der redundanten Richtungsinformationen die Ausgangssignale des ersten und zweiten Hallelementes dadurch aus, dass sie den durch das erste Hallelement erkannten Magnetpol in Beziehung mit der Polarität des Spannungsimpulses setzt und gleichermaßen den durch das zweite Hallelement erkannten Magnetpol in Beziehung mit der Polarität des Spannungsimpulses setzt.
Die redunanten Magnetpolinformationen werden durch Auswerten des Ausgangssignals des ersten und/oder zweiten Hallements und der Polarität des von dem Wiegandmodul ausgegebenen Spannungsimpulses erhalten.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Zählsensors gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt ein Messsubstrat, das bei dem Zählsensor gemäß der ersten oder zweiten bevorzugten Ausführungsform eingesetzt werden kann;
3 zeigt einen Zählsensor gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei der Zählsensor dazu eingerichtet ist, eine lineare Versetzung einer aus zwei Permanentmagneten aufgebauten Permanentmagnetanordnung festzustellen; und
4 zeigt den schematischen Aufbau der gesamten Elektronik, die bei dem Zählsensor gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform und der zweiten bevorzugten Ausführungsform zum Einsatz kommen kann.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zählsensors 1000.
Der Zählsensor 1000 beinhaltet ein Wiegandmodul 1100, das zum einen einen Wieganddraht 1101 und zum anderen eine nicht dargestellte um den Wieganddraht 1101 gewickelte Spule aufweist, und eine Permanentmagnetanordnung 1200, die in dieser ersten bevorzugten Ausführungsform aus einem quaderförmigen Permanentmagneten 1201 aufgebaut ist. Der Permanentmagnet 1201 kann auch zylinderförmig sein oder jede andere regelmäßige Form aufweisen.
Die Permanentmagnetanordnung 1200 ist derart drehbar gelagert, dass sich ein Nordpol N und ein Südpol S der Permanentmagnetanordnung 1200 um eine Drehachse DA drehen können. Die Drehrichtung kann entweder in einer Richtung, beispielsweise dem Uhrzeigersinn, oder in einer zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung, dem Gegenuhrzeigersinn, erfolgen.
Die Permanentmagnetanordnung 1200 wird bei bestimmungsgemäßem Einsatz des Zählsensors 1000 an einem zu überwachenden rotierenden Gegenstand so befestigt, dass die Drehachse DA der Permanentmagnetanordnung 1200 der Drehachse des Gegenstandes entspricht und sich somit die Permanentmagnetanordnung 1200 zusammen mit dem zu überwachenden Gegenstand dreht.
Der Wieganddraht 1101 ist aus einem weichmagnetischen Kern und einer hartmagnetischen Schale aufgebaut. Bei Rotation der Permanentmagnetanordnung 1200 ändern die magnetischen Domänen bzw. Weißschen Bezirke des Wieganddrahtes 1101 ab einer bestimmten Änderung bzw. Drehung des Magnetfeldes ihre Orientierung schlagartig, wodurch es als Folge hieraus zu einem Spannungsimpuls, der von der um den Wieganddraht 1101 gewickelten bzw. den Wieganddraht umgebenden Spule abgegeben wird, kommt. Aufgrund der Ausbildung des Wieganddrahtes 1101 aus weich- und hartmagnetischen Bereichen (Kern und Schale) erfolgt die schlagartige Änderung der Orientierung der Domänen in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Permanentmagnetanordnung 1200 in verschiedenen Stellungen der Permanentmagnetanordnung 1200.
Dreht sich die Permanentmagnetanordnung 1200 ausgehend von einer Stellung, in der eine Längsachse des quaderförmigen Permanentmagneten parallel zu einer Längsachse LAW des Wiegandmoduls 1100 ausgerichtet ist, beispielsweise im Uhrzeigersinn, kommt es zu der schlagartigen Änderung der Orientierung der Domänen nach Drehung des quaderförmigen Permanentmagneten 1201 um ca. 135°. In dieser Stellung des Permanentmagneten 1201 befindet sich entweder der entsprechende Nordpol N oder der Südpol S an einer ersten Position.
Dreht sich die Permanentmagnetanordnung 1200 im Gegensatz hierzu ausgehend von der erläuterten Ausgangsstellung im Gegenuhrzeigersinn, kommt es wiederum zu der schlagartigen Änderung der Orientierung der Domänen nach Drehung des quaderförmigen Permanentmagneten 1201 um ca. 135°, wobei in dieser Stellung des Permanentmagneten 1201 sich der Nordpol N oder der Südpol S an einer zweiten Position befindet, die von der ersten Position unterschiedlich ist.
Der erfindungsgemäße Zählsensor 1000 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet neben dem Wiegandmodul 1100 und der Permanentmagnetanordnung 1200 noch ein Messsubstrat 1300, das bevorzugt eine quadratische Form aufweist. Das Messsubstrat 1300 befindet sich, wie aus 1 ersichtlich ist, zwischen dem Wiegandmodul 1100 und der Permanentmagnetanordnung 1200, wobei das Messsubstrat 1300 eine Messebene definiert, die sich parallel zu der Bewegungsebene erstreckt, in der der quaderförmige Permanentmagnet 1201 rotiert.
Auf dem Messsubstrat 1300 ist eine Vielzahl von Sensorelementen in Form von Hallelementen A bis D angeordnet. Die Vielzahl von Hallelementen ist sowohl in der perspektivischen Ansicht gemäß 1 als auch in der in 2 gezeigten Draufsicht des Messsubstrates 1300 gut ersichtlich. 2 entspricht einer Ansicht des Messsubstrates 1300 in Richtung der Drehachse DA, die das Messsubstrat 1300 in seinem Mittelpunkt durchstößt und senkrecht zur Zeichenebene verläuft.
Die vier dargestellten Hallelemente A bis D bilden Teil des erfindungsgemäßen Zählsensors, wobei deren Ausgangssignale in einem noch erläuterten autonomen Modus zur Ermittlung der Position und Drehrichtung der Permanentmagnetanordnung 1200 ausgewertet werden.
Alle Hallelemente sind auf dem Messsubstrat 1300 derart angeordnet, dass sich deren magnetfeldempfindlichen aktiven Flächen in der Messebene erstrecken.
Jedes der Hallelemente A bis D befindet sich jeweils sowohl an einer Außenkante des Messsubstrates 1300 als auch an einer Kantenmitte der entsprechenden Außenkante des Messsubstrates 1300.
Die Hallelemente A bis D weisen jeweils vier Anschlüsse auf, wobei zwei der Anschlüsse die Stromkontakte und die anderen zwei Anschlüsse die Hallspannungskontakte des entsprechenden Hallelementes bilden.
Alternativ können die Hallelemente A bis D auch achteckige Hallelemente mit jeweils acht Anschlüssen sein, wobei in diesem Fall ebenfalls jeweils eine zwei gegenüberliegende Ecken des entsprechenden achteckigen Hallelementes verbindende Diagonale senkrecht auf die entsprechende Außenkante steht. In diesem Fall bilden jeweils zwei gegenüberliegende Anschlüsse die Stromkontakte und die jeweils zwei orthogonal zu den Stromkontakten liegenden Anschlüsse die Hallspannungskontakte.
Zur Eliminierung von Störfeldern und Störgrößen in den Ausgangssignalen werden die entsprechenden Ausgangssignale der Hallelemente A bis D paarweise nach dem Differenzprinzip ausgewertet. In diesem Zusammenhang werden die Ausgangssignale der Hallelemente A und C so ausgewertet, dass sich Anteile der Ausgangssignale, die auf entgegengesetzt ausgerichteten und die Hallelemente A und C durchsetzenden Magnetfeldkomponenten basieren, addieren, wohingegen sich Anteile der Ausgangssignale, die auf gleichgerichteten und die Hallelemente A und C durchsetzenden Magnetfeldkomponenten basieren, subtrahieren und sich damit aufheben. Die Ausgangssignale der anderen beiden Hallelemente B und D werden gleichermaßen ausgewertet.
Die Hallelemente A bis D werden insbesondere in einem autonomen Modus, in dem der Zählsensor 1000 nicht mit Fremdenergie versorgt wird, zur Ermittlung des Wertes, der die Anzahl an Rotationen bzw. Umdrehungen der Permanentmagnetanordnung 1200 wiederspiegelt, benötigt.
In 2 entspricht die horizontale Diagonale D1 des Messsubstrates 1300 der Ausrichtung der Längsachse LAW des Wiegandmoduls 1100. Wenn sich der Permanentmagnet 1201 der Permanentmagnetanordnung 1200 um die Drehachse DA im Uhrzeigersinn dreht, kommt es, wie es im Vorhergehenden bereits erläutert wurde, zu der schlagartigen Änderung der magnetischen Domänen des Wieganddrahtes 1101, wenn sich der Nordpol N oder der Südpol S an der erläuterten ersten Position befindet.
Diese erste Position entspricht in der Messebene, wie aus 1 und 2 ersichtlich wird, ungefähr der Position des Hallelementes B. Anders ausgedrückt befinden sich die erste Position und die des Hallelementes B in Richtung der Drehachse DA hintereinander bzw. übereinander.
Anders ausgedrückt befindet sich der Nordpol N oder Südpol S des Permanentmagneten 1201 in der ersten Position über dem Hallelement B.
Wenn die Permanentmagnetanordnung 1200 in der Stellung angeordnet ist, in der sich einer der Pole an der ersten Position befindet, steht der jeweils andere Magnetpol in derselben räumlichen Beziehung zu dem Hallelement D. In dieser Stellung durchsetzt das von der Permanentmagnetanordnung 1200 erzeugte Magnetfeld die magnetfeldempfindlichen aktiven Flächen der Hallelemente B und D jeweils in entgegengesetzter Orientierung, sodass die nach dem Differenzprinzip ausgewerteten Ausgangssignale sich addieren. Das andere Paar von Hallelementen A und C nimmt aufgrund ihrer räumlichen Versetzung in dieser Stellung der Permanentmagnetanordnung 1200 das Magnetfeld der Permanentmagnetanordnung 1200 kaum wahr, weshalb deren Ausgangssignale (schon wegen des Differenzprinzips) gegen Null gehen, wenn sich der Nordpol N oder Südpol S der Permanentmagnetanordnung 1200 an der ersten Position befindet und die Spule des Wiegandmoduls 1100 den Spannungsimpuls abgibt.
Bei Bewegung der Permanentmagnetanordnung 1200 in der entgegengesetzten Richtung, d. h. bei Drehung des quaderförmigen Magnets 1201 im Gegenuhrzeigersinn, kommt es auf äquivalente Art und Weise zur schlagartigen Änderung der Ausrichtung der magnetischen Domänen des Wieganddrahtes 1101, wenn sich der Nordpol N oder Südpol S der Permanentmagnetanordnung 1200 in einer zweiten von der ersten unterschiedlichen Position befindet.
Die zweite Position entspricht dem Hallelement C. Wenn sich der Nordpol N oder Südpol S in der zweiten Position befindet, steht der jeweils andere Magnetpol in der gleichen räumlichen Beziehung zu dem Hallelement A. Die Ausgangssignale der Hallelemente A und C werden auf gleiche Art und Weise wie die der Hallelemente B und D ausgewertet.
In Abhängigkeit davon, in welcher Richtung sich die Permanentmagnetanordnung 1200 dreht, können im Normalfall aus den Ausgangssignalen der Paare der Hallelemente A, C und B, D Richtungsinformationen darüber erhalten werden, ob sich die Permanentmagnetanordnung 1200 in der einen Richtung – dem Uhrzeigersinn – oder in der zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung – dem gegen Uhrzeigersinn – dreht.
Aus der Polarität der Ausgangssignale der Hallelemente A, C und B, D können darüber hinaus noch die Magnetpolinformationen detektiert werden, d. h. ob sich der Nordpol N oder der Südpol S an der ersten oder zweiten Position befindet.
Insoweit beträgt die Auflösung des erfindungsgemäßen Zählsensors in dem autonomen Modus eine halbe Umdrehung.
Theoretisch kann die Anzahl der Hallelemente A bis D reduziert werden. Beispielsweise könnten alle bis auf ein einziges Hallelement weggelassen werden. Der Rückschluss auf die Drehrichtung der Permanentmagnetanordnung 1200 bzw. die Richtungsinformationen können aus dem Ausgangssignal des verbleibenden Hallelementes bei Auftreten bzw. nach Feststellen des Spannungsimpulses des Wiegandmoduls 1100 gezogen werden. Liefert nämlich das Hallelement bei Auftreten bzw. nach Feststellen des Spannungsimpulses kein Ausgangssignal, ist davon auszugehen, dass sich die Permanentmagnetanordnung 1200 in der Richtung dreht, für die kein Hallelement vorgesehen ist. Die Magnetpolinformationen darüber, wie die Polaritäten des Permanentmagneten 1201 in diesem Zustand ausgerichtet sind, lassen sich aus der Polarität des Spannungsimpulses des Wiegandmoduls ermitteln.
Liefert im Gegensatz hierzu das verbleibende Hallelement Ausgangssignale, so ist davon auszugehen, dass sich die Permanentmagnetanordnung 1200 in der entsprechenden Richtung dreht.
In dem autonomen Modus werden zur Ermittlung der Anzahl an Umdrehungen die Ausgangssignale des Paares der Hallelemente A, C nach dem Differenzprinzip ausgewertet und die Ausgangssignale des Paares der Hallelemente B, D ebenfalls nach dem Differenzprinzip ausgewertet.
3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zählsensors 2000.
Der Unterschied zu dem Zählsensor 1000 der ersten bevorzugten Ausführungsform besteht darin, dass der Zählsensor 2000 gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform keine Rotationen sondern lineare Versetzungen erkennen kann.
Der Zählsensor 2000 beinhaltet ein Wiegandmodul 1100 das identisch ist mit dem der ersten bevorzugten Ausführungsform, weshalb auf entsprechende Ausführungen verwiesen wird.
Darüber hinaus besitzt der Zählsensor 2000 ebenfalls eine Permanentmagnetanordnung 2200, die in dieser Ausführungsform aus zwei zylinderförmigen Permanentmagneten 2201, 2202 aufgebaut ist. Die Permanentmagnete 2201, 2202 können allerdings auch andere Formen aufweisen.
Bestimmungsgemäß wird die Permanentmagnetanordnung 2200 entlang der gezeigten Bewegungsrichtung BR linear versetzt. Die Bewegung kann hierbei in der einen Richtung, positive Bewegungsrichtung BR, oder in der hierzu entgegengesetzten Richtung, negative Bewegungsrichtung BR, erfolgen. Die Permanentmagnete 2201, 2202 sind entgegengesetzt polarisiert so ausgerichtet, dass deren Nordpol-Südpol-Achsen senkrecht zu der Bewegungsrichtung BR ausgerichtet sind.
Der Zählsensor 2000 beinhaltet ebenfalls ein Messsubstrat 2300, auf dem ebenfalls eine Vielzahl von Sensorelementen in Form von Hallelementen und eine Verarbeitungselektronik angeordnet sind.
Das Messsubstrat 2300 ist mit dem der ersten Ausführungsform identisch bis auf den Unterschied, dass nicht die Ausgangssignale der Hallelemente, die auf Diagonalen des virtuellen Quadrats bzw. Rechtecks liegen, gemeinsam ausgewertet werden, sondern die der Hallelemente, die in Bezug auf die Diagonale D2 auf einer Seite des Messsubstrates 2300 liegen, gemeinsam ausgewertet werden. Im Hinblick auf 3 bedeutet dies, dass die Ausgangssignale der Hallelemente B, C für die Ermittlung des Wertes, der die Anzahl an sich wiederholenden linearen Versetzungen angibt, gemeinsam und/oder gleichzeitig ausgewertet werden.
Für die Auswertung der Ausgangssignale der Hallelemente A, D gilt selbiges.
Die Diagonale D1 des Messsubstrates 2300, die senkrecht zu der Diagonale D2 verläuft, ist aus der Richtung senkrecht zum Messsubstrat 2300 gesehen deckungsgleich mit der Symmetrieachse der Permanentmagnete 2201, 2202, die in der Bewegungsrichtung BR verläuft. Anders ausgedrückt steht die Ebene, in der die in Bewegungsrichtung BR weisende Symmetrieachse der Permanentmagnete 2201, 2202 und die Diagonale D1 liegen, senkrecht zur Messebene.
Wenn sich die Permanentmagnetanordnung 2200 in 3 in der einen Richtung oder der hierzu entgegengesetzten Richtung (positive oder negative BR-Richtung) bewegt, führt das zu einer Änderung/Umpolung des durch das Wiegandmodul 1100 wahrgenommen Magnetfeldes. Diese Änderung des Magnetfeldes führt ab einer bestimmten Amplitude zu der bereits erläuterten schlagartigen Änderung der Orientierung der magnetischen Domänen des Wieganddrahtes 1101 und damit zu der Erzeugung des Spannungsimpulses durch die Spule des Wiegandmoduls 1100. Aufgrund der Ausbildung des Wieganddrahtes 1101 aus weichmagnetischen und hartmagnetischen Bereichen, erfolgt die Auslösung des Spannungsimpulses in solchen unterschiedlichen Stellungen der Permanentmagnetanordnung 2200 (erste und zweite Position), dass aus den Ausgangssignalen der Hallelemente B, C bzw. A, D im Normalfall die Richtungsinformationen über die Bewegungsrichtung BR der Permanentmagnetanordnung 2200 und die Magnetpolinformationen über die Ausrichtung des festgestellten Permanentmagneten 2201 oder 2202 erhalten werden können.
Bewegt sich die Permanentmagnetanordnung 2200 beispielsweise in der in 3 gezeigten positiven Richtung, befindet sich bei Auslösung des Spannungsimpulses der Südpol des Permanentmagneten 2201 an dem der ersten Position entsprechenden Hallelemente B und der Nordpol an dem Hallelement C. Anders ausgedrückt sind die Hallelemente B, C und die Magnetpole des Permanentmagneten 2201 senkrecht zur Bewegungsrichtung BR übereinander angeordnet. Beide Hallelemente B, C geben ein entsprechendes Signal ab, wohingegen sich die Hallelemente A, D in diesem Zustand ungefähr zwischen den Permanentmagneten 2201, 2202 befinden und entsprechend keine bzw. sehr geringe Ausgangssignale ausgeben.
Bewegt sich die Permanentmagnetanordnung 2200 hingegen in der in 3 gezeigten negativen Richtung, befindet sich bei Auslösung des Spannungsimpulses der Nordpol des Permanentmagneten 2202 an dem der zweiten Position entsprechenden Hallelement A und der Südpol an dem Hallelement D. Anders ausgedrückt sind die Hallelemente A, D und die Magnetpole des Permanentmagneten 2202 senkrecht zur Bewegungsrichtung BR übereinander angeordnet Beide Hallelemente A, D geben ein entsprechendes Signal ab, wohingegen sich die Hallelemente B, C in diesem Zustand ungefähr zwischen den Permanentmagneten 2201, 2202 befinden und entsprechend keine bzw. sehr geringe Ausgangssignale ausgeben.
Theoretisch kann auch in dieser Ausführungsform die Anzahl der Hallelemente auf ein einziges reduziert werden.
4 zeigt schematisch den Aufbau der gesamten Elektronik des Zählsensors gemäß der ersten oder zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die gesamte Elektronik beinhaltet eine Verarbeitungselektronik, die mit den Hallelementen HZ, einem Mikrocontroller 3100, dem Wiegandmodul 1100 und einem Energiespeicher 3300 elektrisch verbunden ist. Alle Elemente die in 4 in dem mit MIC bezeichneten Quadrat enthalten sind, befinden sich auf dem jeweiligen Messsubstrat. Bevorzugt ist die Verarbeitungselektronik auf dem Messsubstrat integriert. Das Wiegandmodul 1100 ist auf einer Platine angeordnet, auf dem sich auch beispielsweise das Messsubstrat, der Energiespeicher 3300, und der Mikrocontroller 3100 befinden.
Die Verarbeitungselektronik ist vollständig auf dem Messsubstrat 3200 angeordnet, wobei alle Elemente der Verarbeitungselektronik und die Hallelemente bevorzugt auf einer identischen Integrationstechnologie basieren. Bevorzugt handelt es sich bei dem Messsubstrat um ein Siliziumsubstrat, auf dem alle Elemente beispielsweise in der CMOS-Integrationstechnologie realisiert sind.
Im Folgenden wird die gesamte Elektronik unter der Annahme beschrieben, dass der Zählsensor die vier Hallelemente A bis D für die Ermittlung des Wertes, der die Anzahl an Umdrehungen bzw. an linearen Versetzungen angibt, aufweist.
Der erfindungsgemäße Zählsensor ermittelt die Anzahl an Umdrehungen oder linearen Versetzungen bevorzugt richtungsabhängig, d. h. einer Bewegungsrichtung wird ein positives Vorzeichen zugeordnet, wobei Umdrehungen oder lineare Versetzungen in dieser Richtung zu einer Erhöhung der bestimmten Anzahl führen, und der entgegengesetzten Richtung ein negatives Vorzeichen zugeordnet wird, wobei Umdrehungen oder lineare Versetzungen in der entgegengesetzten Richtung zu einer Verminderung der bestimmten Anzahl führen.
In 4 symbolisieren die kurz-gestrichelten Linien/Pfeile den Verlauf der Eigenenergieversorgung, die lang-gestrichelten Linien/Pfeile den der Fremdenergieversorgung, die dünn-durchgezogenen Linien/Pfeile den Verlauf der Versorgung durch den Energiespeicher 3300 und die dick-durchgezogenen Linien/Pfeile den Verlauf der Signale.
Der Zählsensor gemäß der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform kann entweder in einem nicht-autonomen Modus, in dem der Zählsensor mit Fremdenergie versorgt wird, oder in einem autonomen Modus, in dem der Zählsensor mit Energie, die in dem Energiespeicher 3300 gespeichert ist, versorgt wird, betrieben werden.
(nicht-autonomer Modus)
In dem nicht-autonomen Modus erfolgt die Fremdenergieversorgung über den Mikrocontroller 3100, der hierfür mit der Steuerelektronik SE elektrisch verbunden ist. Die Steuerelektronik SE lädt den Energiespeicher ES 3300, der bevorzugt aus einem oder mehreren Kondensatoren aufgebaut ist, mit der Fremdenergie auf. Ganz besonders bevorzugt ist der Energiespeicher ES 3300 aus mindestens zwei Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitäten aufgebaut, wobei ein kleiner Kondensator mit kleinerer Kapazität und ein großer Kondensator mit größerer Kapazität vorgesehen ist, die beide in dem nicht-autonomen Modus mit der erhaltenen Fremdenergie geladen werden.
Die vier Hallelemente A bis D, die in 4 mit HZ bezeichnet sind, werden mit Energie aus dem Energiespeicher ES versorgt. Da zumindest in dem nicht-autonomen Modus der Energiespeicher ES mit Fremdenergie geladen wird, werden die Hallelemente HZ mittelbar mit der Fremdenergie versorgt, sodass alle Hallelemente in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Permanentmagnetanordnung der Reihe nach den Magnetpolen entsprechende Ausgangssignale ausgeben.
Die vier Hallelemente HZ sind mit der Steuerelektronik SE verbunden und geben jeweils ihre vier Ausgangssignale an die Steuerelektronik SE aus, die die jeweils zwei Ausgangssignale der Paare der Hallelemente nach dem Differenzprinzip verarbeitet und somit pro Paar an Hallelementen ein Signal im Ergebnis erhält.
Die zwei im Ergebnis für beide Paare erhaltenen Signale werden blockweise über einen ersten Verstärker V1 an zwei Komparatoren K1/2 und blockweise über einen zweiten Verstärker V2 an zwei Komparatoren K3/4 ausgegeben. Zwei der Komparatoren führen einen Vergleich mit einer negativen Spannungsschwelle durch und die anderen zwei der Komparatoren führen einen Vergleich mit einer positiven Spannungsschwelle durch, so dass jedes nach dem Differenzprinzip im Ergebnis erhaltene Signal mit einer positiven und einer negativen Spannungsschwelle verglichen wird.
Die vier erhaltenen Ausgangssignale der Komparatoren K1 bis K4 werden zum einen an die Steuerelektronik SE zurückgegeben und zum anderen an den Mikrocontroller 3100 ausgegeben. Die vier erhaltenen Ausgangssignale der Komparatoren K1 bis K4 erlauben eine dahingehende Interpretation, in welcher Stellung sich die Permanentmagnetanordnung 1200 befindet bzw. wie die Magnetpole orientiert sind. Die kontinuierliche Auswertung der der Reihe nach auftretenden Ausgangssignale der Hallelemente lässt auch einen Rückschluss zu, in welcher Richtung sich die Permanentmagnetanordnung 1200 (Uhrzeigersinn bzw. Gegenuhrzeigersinn) oder 2200 (lineare Versetzung in positiver oder negativer Bewegungsrichtung) bewegt.
Hieraus lässt sich der Wert an sich wiederholenden Bewegungsabläufen (Umdrehungen oder Anzahl an vollständigen linearen Versetzungen) der Permanentmagnetanordnung ermitteln. Diese Ermittlung erfolgt zum einen im Mikrocontroller 3100, der diesen Wert an eine Anwendung ausgibt, und zum anderen in der Steuerungselektronik SE, die diesen Wert in einem flüchtigen Datenspeicher FD und/oder in einem nicht flüchtigen Datenspeicher NFD abspeichert.
Die vier Hallelemente HZ, die Verstärker V1, V2, die vier Komparator K1 bis K4 sowie die Datenspeicher (flüchtiger Datenspeicher FD und nicht flüchtiger Datenspeicher NFD) werden ebenfalls mit Energie aus dem Energiespeicher 3300 versorgt.
Der flüchtige Datenspeicher FD ist beispielsweise ein auf der CMOS Technologie basierendes Register. Der nicht flüchtige Datenspeicher NFD ist beispielsweise ein ebenfalls auf der CMOS Technologie basierender EEPROM. Die Verarbeitungselektronik ist so ausgestaltet, dass sie bei Temperaturen über 140°C, insbesondere bei 160°C noch problemlos arbeitet. Beide Datenspeicher sind hierbei insbesondere so ausgestaltet, dass sie bei Temperaturen über 140°C, insbesondere bei 160°C noch problemlos arbeiten und ihre Speicherwerte erhalten.
Wenn die Ausgangssignale der Komparatoren K1 bis K4 im Mikrocontroller 3100 nicht benötigt werden, ist die Ausgabe der Ausgangssignale der Komparatoren K1 bis K4 an den Mikrocontroller 3100 nicht notwendig. Dieser hat in diesem Fall lediglich Zugriff auf den flüchtigen Datenspeicher und/oder nicht-flüchtigen Datenspeicher und kann den entsprechend ausgelesenen Wert an eine Anwendung nach Außen ausgeben.
(autonomer Modus)
Bei einigen Anwendungen kann der Fall auftreten, dass die Fremdenergieversorgung zusammenbricht oder zeitweise nicht zur Verfügung steht. In dieser Situation muss dafür Sorge getragen werden, dass der Wert, der die Anzahl an sich wiederholenden Bewegungsabläufen (Umdrehungen bzw. Anzahl an ganzen linearen Versetzungen) angibt, kontinuierlich erfasst und abgespeichert wird, damit der Wert bei Wiederherstellung der Fremdenergieversorgung zur Verfügung steht.
In dem autonomen Modus übernimmt die Energieversorgung das Wiegandmodul 1100, das in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Permanentmagnetanordnung in einer entsprechenden Frequenz Spannungsimpulse liefert.
Die Steuerelektronik SE übernimmt in dem autonomen Modus die Steuerung und Verwaltung der Energieversorgung der Verarbeitungselektronik, indem sie beispielsweise die von dem Wiegandmodul 1100 gelieferten Spannungsimpulse gleichrichtet und zum Laden des kleinen Kondensators des Energiespeichers ES 3300 ausgibt. Der große Kondensator wird in dem autonomen Modus nicht geladen, sondern gibt lediglich seine Energie beispielsweise über eine Diode an den kleinen Kondensator bei Bedarf ab.
Der aus dem kleinen und großen Kondensator aufgebaute Energiespeicher ES ist anfänglich nach Wegfall der Fremdenergieversorgung vollständig bzw. sehr stark geladen.
Der kleine Kondensator versorgt in dem autonomen Modus die Hallelemente HZ, die Verstärker V1/V2, die Komparatoren K1 bis K4, die Datenspeicher FD/NFD und wird in dem autonomen Modus durch den entsprechenden Energiebedarf entladen. Das Wiegandmodul 1100 liefert, wie bereits erläutert, die Spannungsimpulse, die zum Aufladen des kleinen Kondensators verwendet werden.
Die Ermittlung des Wertes, der die Anzahl an sich wiederholenden Bewegungsabläufen (Umdrehungen bzw. ganze lineare Versetzungen) angibt, erfolgt ähnlich wie in dem nicht-autonomen Modus durch Auswertung der Ausgangssignale der Komparatoren K1 bis K4. Unterschiedlich ist lediglich, dass die Ausgangssignale der Hallelemente und damit der Komparatoren nur dann erfolgt, wenn ein Spannungsimpuls des Wiegandmoduls festgestellt wird. Die Ermittlung, ob ein auswertbares Spannungssignal vorliegt oder nicht, wird über einen Komparator K5 durchgeführt, der, wie aus 4 ersichtlich ist, direkt an den Ausgang der Spule des Wiegandmoduls 1100 angeschlossen ist und der Steuerelektronik SE signalisiert, ob ein auswertbares Spannungssignal bzw. ein Spannungsimpuls vorliegt oder nicht. Der Komparator K5 vergleicht in diesem Zusammenhang die von der Spule des Wiegandmoduls 1100 ausgegebene Spannung mit einer Spannungsschwelle und signalisiert der Steuerelektronik SE, dass ein auswertbares Spannungssignal bzw. ein Spannungsimpuls vorliegt, wenn die von der Spule des Wiegandmoduls 1100 ausgegebene Spannung die Spannungsschwelle übersteigt.
Wie bereits im Vorhergehenden ausführlich erläutert wurde, wird der Spannungsimpuls des Wiegandmoduls 1100 in Abhängigkeit von der Richtung, in der sich die Permanentmagnetanordnung bewegt, ausgelöst, wenn sich der Nordpol oder Südpol der Permanentmagnetanordnung an der ersten oder zweiten Position befindet. Aus den Ausgangssignalen der Komparatoren K1 bis K4 lässt sich demnach sowohl die Ausrichtung der Permanentmagnetanordnung als auch deren Bewegungsrichtung ermitteln (Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen). Basierend hierauf wird der Wert, der die Anzahl an sich wiederholenden Bewegungsabläufen angibt, ermittelt, in dem flüchtigen Speicher gespeichert und bei Bedarf in den nicht-flüchtigen Speicher übertragen.
Während des Betriebes kann der Fall eintreten, dass das Wiegandmodul 1100 bzw. seine Spule einen „verkümmerten” Spannungsimpuls ausgibt, der zwar die Spannungsschwelle des Komparators K5 übersteigt, allerdings nicht ausreichend Energie liefert, um den Speichervorgang des Wertes, der die Anzahl an sich wiederholenden Bewegungsabläufen angibt, in dem flüchtigen Speicher und/oder nicht-flüchtigen Speicher durchführen zu können. In diesem Fall übernimmt der große Kondensator die überbrückende Energieversorgung, indem er die fehlende Energie auf den kleinen Kondensator überträgt. Beispielsweise können das Wiegandmodul 1100 und der kleine Kondensator so ausgebildet sein, dass das Wiegandmodul 1100 den kleinen Kondensator mit jedem Spannungsimpuls auf 8–9 V auflädt. Der große Kondensator kann hingegen so ausgebildet sein, dass er in seinem stark geladenen Zustand eine Spannung von beispielsweise 5 V aufweist bzw. ausgibt. D. h., dass der große Kondensator Energie auf den kleinen Kondensator überträgt, wenn die Spannung des kleinen Kondensators unter 4,4 bis 4,6 V fällt (Diode berücksichtigt), und damit die Ausführung des Speichervorgangs sicherstellt.
Der große Kondensator kann bevorzugt so ausgestaltet werden, dass er unter Berücksichtigung von Leckströmen diese überbrückende Energieversorgung ab Wegfall der Fremdenergieversorgung für einen Mindestzeitraum von 20 min, 30 min, 1 Std, 5 Std, 1 Tag oder mehrere Tage übernehmen kann.
Eine Ausgabe des gespeicherten Wertes an den Mikrocontroller erfolgt verständlicherweise in dem autonomen Modus nicht.
An dieser Stelle ist zu erwähnen, dass die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Zählsensors insbesondere in dem autonomen Modus stark erhöht ist. Der Grund hierfür ist, dass die Ermittlung der Bewegungsrichtung der Permanentmagnetanordnung immer auf Basis der Ausgangssignale von mehreren Hallelementen erfolgt. In der vorliegenden Ausführung der Elektronik werden die nach dem Differenzprinzip erhaltenen zwei Signale den vier Komparatoren K1 bis K4 übergeben und die entsprechenden erhaltenen vier Ausgangssignale der Komparatoren zusammen ausgewertet bzw. in Relation zueinander gesetzt. Die von den Komparatoren ausgegebenen Signale enthalten bei richtiger Funktionsweise aller Elemente redundante Richtungsinformationen bezüglich der Bewegungsrichtung der Permanentmagnetanordnung, da in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Permanentmagnetanordnung zwangsläufig eines der Paare von Hallelementen (bei Rotationen der Permanentmagnetanordnung A, C oder B, D; bei linearer Versetzung der Permanentmagnetanordnung A, D oder B, C) nach Feststellen des Spannungsimpulses Ausgangssignale ausgibt, die zu einem Übersteigen der verwendeten Spannungsschwellen der Komparatoren K1 bis K4 führen, wohingegen das andere Paar keine Ausgangsignale ausgeben sollte.
Darüber hinaus kann die Zuverlässigkeit in dem autonomen Modus bevorzugt auch noch dadurch erhöht werden, dass nicht nur redundante Richtungsinformationen bezüglich der Bewegungsrichtung der Permanentmagnetanordnung über die Komparatoren K1 bis K4 erhalten werden, sondern auch redundante Magnetpolinformationen bezüglich der Ausrichtung der Pole der Permanentmagnetanordnung. Die Auswertung der von den Komparatoren K1 bis K4 erhaltenen Signale gibt Aufschluss darüber, ob sich der Nordpol oder der Südpol der Permanentmagnetanordnung an der ersten oder zweiten Position befindet. Dieselben Magnetpolinformationen können darüber hinaus noch redundant erhalten werden, indem die Polarität des von dem Wiegandmodul 1100 ausgegebenen Spannungsimpulses ausgewertet wird.
Letztendlich wird die Zuverlässigkeit auch durch den großen Kondensator des Energiespeichers ES 3300 erhöht, da nach Wegfall der Fremdenergieversorgung die Wahrscheinlichkeit fehlerhafter Speichervorgänge in dem genannten Mindestzeitraum vermindert werden kann.
(Alternative für die Hallelemente)
Im Vorhergehenden wurde bereits erläutert, dass auf dem Messsubstrat ein einziges Hallelement ausreichend ist. Bei dieser Ausgestaltung des Messsubstrates sind lediglich zwei Komparatoren vorhanden. Alternativ kann das eine Hallelement durch eine zusätzliche Spule, die zu der Spule des Wiegandmoduls räumlich versetzt um den Wieganddraht gewickelt ist, ersetzt werden. In diesem Fall sind auf dem Messsubstrat keine Hallelemente vorhanden.
Die Richtungsinformationen und Magnetpoleinformationen werden lediglich einfach erhalten, wenn nur ein einziges Hallelement oder die zusätzliche Spule als Sensorelement Verwendung findet.
(Fehlererkennung)
Zusätzlich oder alternativ zu dem Vorsehen des großen Kondensators, der in dem autonomen Modus fehlerhafte Speichervorgänge zumindest innerhalb des erläuterten Mindestzeitraumes verhindern kann, indem er seine gespeicherte Energie auf den kleinen Kondensator überträgt, und zusätzlich oder alternativ zu dem redundanten Erhalten der Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen kann der erfindungsgemäße Zählsensor fehlerhafte Speichervorgänge noch durch die folgende Fehlererkennung korrigieren. Insbesondere wird hierdurch ein genauer Zählsensor geschaffen.
Wenn der erfindungsgemäße Zählsensor den großen Kondensator nicht aufweist oder dieser vollständig entladen ist, führt das Auftreten eines verkümmerten Spannungsimpulses des Wiegandmoduls dazu, dass der ermittelte Wert der Anzahl an Umdrehungen oder linearen Versetzungen in dem flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Speicher nicht abgespeichert werden kann. Insoweit tritt der Fehler auf, dass der von dem Zählsensor abgespeicherte Wert nicht korrekt ist.
Um diesen Fall zu verhindern, beinhaltet die Verarbeitungselektronik die Funktion folgender Fehlererkennung, die bevorzugt während des Betriebs konstant ausgeführt wird.
Wenn die Steuerelektronik SE den Spannungsimpuls des Wiegandmoduls feststellt, ermittelt sie die Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen, indem sie ermittelt, ob sich der Nord- oder Südpol der Permanentmagnetanordnung an der ersten oder zweiten Position befindet. Diese erhaltenen Informationen speichert die Steuerelektronik SE in Form von beispielsweise zwei Bit an entsprechend vorbestimmten reservierten Speicherzellen in dem flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Datenspeicher ab. Beispielsweise gibt in diesem Zusammenhang eines der beiden Bit die Richtungsinformationen, ob sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung oder der entgegengesetzten Richtung bewegt, und das andere Bit die Magnetpolinformationen, wie der Nord- oder Südpol der Permanentmagnetanordnung ausgerichtet ist, d. h. ob der Nord- oder Südpol der Permanentmagnetanordnung sich an der ersten oder zweiten Position befindet, an.
Bei Erkennen des darauffolgenden Spannungsimpulses des Wiegandmoduls ermittelt die Steuerelektronik SE gleichermaßen die Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen, die ihr wiederum beispielsweise in Form von zwei Bit vorliegen. Die Steuerelektronik SE der Verarbeitungselektronik nimmt diese zwei zuletzt erhaltenen (aktuellsten) Bit bzw. die zuletzt erhaltenen (aktuellsten) Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen in eine Reihenfolge auf, indem sie sie beispielsweise in einem internen Speicher abspeichert.
Die Steuerelektronik SE vergleicht diese zuletzt erhaltenen Bit, die beispielsweise in dem internen Speicher der Steuerelektronik gespeichert sind, mit den zwei in dem flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Datenspeicher gespeicherten zwei Bit, die der unmittelbar vorausgegangenen Erkennung der Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen entsprechen.
Bei einem verkümmerten Spannungsimpuls verliert die Steuerelektronik die aktuellsten Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen, da sie die entsprechenden zwei Bit (und den Wert der Anzahl an Umdrehungen oder linearen Versetzungen) nicht mehr in dem flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Speicher abspeichern kann und bei dem nächsten Spannungsimpuls der interne Speicher überschrieben wird.
Aus dem Vergleich der aktuellsten zwei Bit mit denen, die der unmittelbar vorausgegangenen Erkennung der Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen entsprechen, kann die Steuerelektronik SE einen derartigen Fehler erkennen, ob es nach dem vorletzten Spannungsimpuls des Wiegandmoduls zu einem fehlerhaften Speichervorgang aufgrund eines verkümmerten Spannungsimpulses gekommen ist oder nicht, da die zwei aktuellsten Bit mit denen, die der unmittelbar vorausgegangenen Erkennung der Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen entsprechen, identisch sind, d. h. aufeinanderfolgende Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen sind identisch.
In diesem Zusammenhang erkennt die Steuerelektronik SE Folgendes:

1. Ergibt die Reihenfolge der Bits, dass aufeinanderfolgende Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen unterschiedlich sind, liefert die Fehlererkennung ein dahingehendes Ergebnis, dass ein Fehler vorliegt.

Die genannte Reihenfolge bedeutet nämlich, dass sich die Richtung, in der sich die Permanentmagnetanordnung bewegt, geändert hat und eine Umdrehung oder lineare Versetzung der Permanentmagnetanordnung nicht vollständig erkannt wurde. Beispielsweise, wenn die zwei Bit in dem flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Datenspeicher angeben, dass sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung bewegt und sich der Nordpol an der ersten Position befindet und die von der Steuerelektronik zuletzt (aktuell) ermittelten Bit angeben, dass sich die Permanentmagnetanordnung in der entgegengesetzten Richtung bewegt und sich der Südpol an der zweiten Position befindet, bedeutet das, dass vorausgegangene Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen, die angeben, dass sich die Permanentmagnetanordnung in der entgegengesetzten Richtung bewegt und sich der Nordpol an der zweiten Position befindet, nicht erkannt wurden und die entsprechenden Bit nicht abgespeichert wurden.
Diesem erkannten Fehler entsprechend wird eine Korrektur dahingehend bestimmt, dass der Wert in dem flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Datenspeicher ergänzt wird. Die Ergänzung hängt von der Auflösung des Zählsensors ab, die wiederum von der Anzahl der Permanentmagnete bzw. der Anzahl der Magnetpole der Permanentmagnetanordnung abhängt. Die Bit in den reservierten Speicherbereichen werden durch die aktuellen überschrieben.

2. Ergibt die Reihenfolge der Bit, dass aufeinanderfolgende Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen identisch sind, liefert die Fehlererkennung der Steuerelektronik SE ein dahingehendes Ergebnis, dass ein Fehler vorliegt.

Die genannte Reihenfolge bedeutet nämlich, dass sich die Richtung, in der sich die Permanentmagnetanordnung bewegt, zweifach geändert hat. Beispielsweise, wenn die zwei Bit in den reservierten Speicherbereichen angeben, dass sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung bewegt und sich der Nordpol an der ersten Position befindet und die von der Steuerelektronik zuletzt ermittelten Bit dieselben Informationen widerspiegeln, bedeutet das, dass die Permanentmagnetanordnung zweimal aufeinanderfolgend die Bewegungsrichtung geändert hat, sodass identische Bitpaare aufeinanderfolgend erhalten werden.
Diesem erkannten Fehler entsprechend wird eine Korrektur dahingehend bestimmt, dass der Wert in dem flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Datenspeicher nicht geändert wird. Die Bit in den reservierten Speicherbereichen werden durch die aktuellen überschrieben.

3. Ergibt die Reihenfolge der Bit, dass aufeinanderfolgende Richtungsinformationen unterschiedlich und aufeinanderfolgende Magnetpolinformationen identisch sind, liefert die Fehlererkennung ein dahingehendes Ergebnis, dass kein Fehler vorliegt.

Die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen wird entsprechend bestimmt und der entsprechende Wert in dem Datenspeicher abgespeichert, und die in den reservierten Speicherbereichen gespeicherten Bit, die die Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen angeben, werden für den nächsten Vergleich durch die zuletzt ermittelten Bit überschrieben.

4. Ergibt die Reihenfolge der Bit, dass aufeinanderfolgende Richtungsinformationen identisch sind und aufeinanderfolgende Magnetpolinformationen unterschiedlich sind, liefert die Fehlererkennung ein dahingehendes Ergebnis, dass kein Fehler vorliegt.

Die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen wird wiederum entsprechend bestimmt und der entsprechende Wert in dem flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Datenspeicher abgespeichert, und die in den reservierten Speicherbereichen gespeicherten Bit, die die Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen angeben, werden für den nächsten Vergleich durch die zuletzt ermittelten Bit überschrieben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10259223 B3 [0002]

Claims

Zählsensor zur Zählung der Anzahl von Umdrehungen oder linearen Versetzungen eines Gegenstandes, wobei der Zählsensor aufweist: ein einziges Wiegandmodul, das aus einem Wieganddraht mit einer den Wieganddraht umschließenden Spule aufgebaut ist; mindestens ein Sensorelement; eine mit dem Sensorelement verbundene Verarbeitungselektronik, die eingerichtet ist, ein von dem Sensorelement ausgegebenes Ausgangssignal auszuwerten; und eine Permanentmagnetanordnung, die relativ zu dem Wiegandmodul in einer Richtung sowie einer zu der einen Richtung entgegengesetzten Richtung bewegbar ist, wobei die Permanentmagnetanordnung eingerichtet ist, an dem Gegenstand derart angeordnet zu werden, dass die Permanentmagnetanordnung die Umdrehungen oder linearen Versetzungen zusammen mit dem Gegenstand durchführt; wobei bei Bewegung der Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung die Spule des Wiegandmoduls einen Spannungsimpuls erzeugt, wenn sich ein Nordpol oder ein Südpol der Permanentmagnetanordnung an einer ersten Position befindet, und bei Bewegung der Permanentmagnetanordnung in der entgegengesetzten Richtung die Spule des Wiegandmoduls den Spannungsimpuls erzeugt, wenn sich der Nordpol oder der Südpol der Permanentmagnetanordnung an einer zweiten von der ersten unterschiedlichen Position befindet, in einem autonomen Modus, in dem der Zählsensor nicht mit Fremdenergie versorgt wird, die Verarbeitungselektronik mit Energie versorgt wird, die von dem Wiegandmodul geliefert wird, die Verarbeitungselektronik eingerichtet ist, nach Feststellen des von dem Wiegandmodul ausgegebenen Spannungsimpulses (i) durch das Auswerten des Ausgangssignals des Sensorelementes Richtungsinformationen darüber zu erhalten, ob sich die Permanentmagnetanordnung in der einen Richtung oder der entgegengesetzten Richtung bewegt, und (ii) durch das Auswerten des Ausgangssignals des Sensorelementes oder durch das Bestimmen der Polarität des von der Spule des Wiegandmoduls erzeugten Spannungsimpuls Magnetpolinformationen darüber zu erhalten, ob sich der Nordpol oder der Südpol der Permanentmagnetanordnung an der ersten oder zweiten Position befindet; und einen Datenspeicher zur Speicherung eines Wertes, der die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen angibt; wobei die Verarbeitungselektronik dazu eingerichtet ist, (i) sowohl die Richtungsinformationen als auch die Magnetpolinformationen in eine Reihenfolge aufzunehmen, auf Basis der Richtungsinformationen und der Magnetpolinformationen die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen des Gegenstandes zu bestimmen und den entsprechenden Wert in dem Datenspeicher abzuspeichern, (ii) auf Basis der Reihenfolge der Richtungsinformationen und der Magnetpolinformationen eine dahingehende Fehlererkennung durchzuführen, ob eine der Umdrehungen oder eine der linearen Versetzungen des Gegenstandes teilweise oder vollständig nicht erkannt wurde, und (iii) bei Erkennung des Fehlers eine entsprechende Korrektur der Anzahl zu bestimmen und den Wert zu korrigieren.
Zählsensor gemäß Anspruch 1, wobei, wenn in der Reihenfolge aufeinanderfolgende Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen identisch sind, die Fehlererkennung ein dahingehendes Ergebnis liefert, dass ein Fehler vorliegt und die Korrektur dahingehend bestimmt wird, dass der Wert in dem Datenspeicher nicht geändert wird.
Zählsensor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn in der Reihenfolge aufeinanderfolgende Richtungsinformationen identisch sind und aufeinanderfolgende Magnetpolinformationen unterschiedlich sind, die Fehlererkennung ein dahingehendes Ergebnis liefert, dass kein Fehler vorliegt, und die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen des Gegenstandes entsprechend bestimmt und der entsprechende Wert in dem Datenspeicher abgespeichert wird.
Zählsensor gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei, wenn in der Reihenfolge aufeinanderfolgende Richtungsinformationen und Magnetpolinformationen unterschiedlich sind, die Fehlererkennung ein dahingehendes Ergebnis liefert, dass ein Fehler vorliegt, und die Korrektur dahingehend bestimmt wird, dass der Wert in dem Datenspeicher ergänzt wird.
Zählsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn in der Reihenfolge aufeinanderfolgende Richtungsinformationen unterschiedlich sind und aufeinanderfolgende Magnetpolinformationen identisch sind, die Fehlererkennung ein dahingehendes Ergebnis liefert, dass kein Fehler vorliegt, und die Anzahl der Umdrehungen oder der linearen Versetzungen des Gegenstandes entsprechend bestimmt und der entsprechende Wert in dem Datenspeicher abgespeichert wird.
Zählsensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement eine zusätzliche den Wieganddraht umschließende zusätzliche Spule ist, und die Verarbeitungselektronik eingerichtet ist, die Richtungsinformationen zu erhalten, indem sie ein zeitliches Auftreten des Ausgangssignals der zusätzlichen Spule in Bezug auf den Spannungsimpuls ausgewertet.
Zählsensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei das Sensorelement zumindest ein erstes Hallelement ist, und das erste Hallelement derart angeordnet ist, dass die Verarbeitungselektronik durch das Auswerten des Ausgangssignals des ersten Hallelementes die Richtungsinformationen erhält.
Zählsensor gemäß Anspruch 7, wobei der Zählsensor ein weiteres Sensorelement in Form eines zweiten Hallelementes aufweist, und das erste Hallelement und das zweite Hallelement derart angeordnet sind, dass die Verarbeitungselektronik (i) durch das Auswerten des Ausgangssignals des ersten Hallelementes und des Ausgangssignals des zweiten Hallelementes die Richtungsinformationen redundant erhält, und (ii) durch das Bestimmen der Polarität des von der Spule des Wiegandmoduls erzeugten Spannungsimpuls, durch das Auswerten des Ausgangssignals des ersten Hallelementes und durch das Auswerten des Ausgangssignals des zweiten Hallelementes die Magnetpolinformationen redundant erhält.