DE102020212475A1

DE102020212475A1 - Sensorvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Eigenschaft einer Magnetisierung einer Sensorstruktur für eine Drehmomenterkennung

Info

Publication number: DE102020212475A1
Application number: DE102020212475.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Hackner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-10-02
Filing date: 2020-10-02
Publication date: 2022-04-07

Abstract

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beschreiben Sensorvorrichtungen für eine Drehmomenterkennung mit einer Sensorstruktur mit einer Magnetisierung, zumindest in einem ersten Bereich, einer Auswerteeinheit und einer Sende-/ Detektorstruktur. Dabei ist die Sende-/ Detektorstruktur zumindest partiell im ersten Bereich der Sensorstruktur angeordnet und dazu ausgelegt, ein Anregungssignal, zur Anregung der Magnetisierung der Sensorstruktur im ersten Bereich zu erzeugen. Die Sensorstruktur ist dazu ausgelegt, durch die Anregung der Magnetisierung ein Antwortsignal zu erzeugen, wobei die Sende-/ Detektorstruktur dazu ausgelegt ist, das Antwortsignal zu erfassen. Ferner ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt, auf Basis des erfassten Antwortsignals, eine Information über die Magnetisierung zu bestimmen.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Sensorvorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung einer Eigenschaft einer Magnetisierung einer Sensorstruktur für eine Drehmomenterkennung. Weitere Ausführungsbeispiele umfassen eine Alterungserkennung in magnetostriktiven Drehmomentsensoren.
Hintergrund der Erfindung
Eine Vielzahl von Bauelementen und Sensoren basiert auf magnetischen Wirkprinzipien. Für einen möglichst fehler- und ausfallfreien Betrieb ist es von Vorteil die magnetischen Eigenschaften dazu hinreichend genau einzustellen. Über die Lebensdauer eines solchen Bauelementes oder Sensors können sich die magnetischen Eigenschaften jedoch, z.B. aufgrund äußerer Einflüsse, verändern.
Ein derartiger Einfluss kann beispielsweise die mechanische Belastung eines magnetostriktiven Drehmomentsensors darstellen. Eine Magnetisierung des magnetostriktiven Drehmomentsensor oder einer Welle, auf welcher der Sensor angebracht ist, kann sich beispielsweise durch zu große Drehmomente, Stöße, Vibrationen oder extreme Temperaturen im Laufe der Zeit verändern. Diese Änderung der magnetischen Eigenschaften bzw. der Magnetisierung über der Zeit kann als Alterung bezeichnet werden. Durch die Alterung kann sich auch ein Signal, bspw. ein entsprechendes Messsignal, zum Beispiel für das Drehmoment, ändern oder verfälschen.
Im Folgenden Stand der Technik werden Grundlagen zum Verständnis der vorliegenden Offenbarung, insbesondere im Hinblick auf magnetostriktive Drehmomentsensoren, beschrieben. Die Einführung anhand dieses Sensortyps dient dabei lediglich als Beispiel zum besseren Verständnis der Offenbarung und sollen die erfinderischen Konzepte keineswegs einschränken. Stattdessen wird dem Fachmann klar werden, dass ein erfindungsgemäßes Konzept in einer Vielzahl von Bauelementen oder Sensoren zur Bestimmung einer Information einer Magnetisierung eingesetzt werden kann. Anstelle eines Drehmomentsensors kann beispielsweise auch ein Biegesensor erfindungsgemäß ausgestaltet sein. Zur besseren Lesbarkeit werden im Folgenden die Begriffe Sensor und Sensorvorrichtung synonym verwendet, sofern nicht aus dem Kontext zwingend unterschieden werden muss. Insbesondere ist der Begriff Sensor nicht ausschließlich auf einen Drehmomentsensor beschränkt.
Stand der Technik
Im Folgenden wird zuerst die magnetostriktive Drehmomentmessung anhand 1 erläutert, bevor auf die magnetostriktive Positionsmessung eingegangen wird.
Bei magnetostriktiven Drehmomentsensoren kann eine Welle 110 an einer Stelle tangential aufmagnetisiert werden, bspw. in anderen Worten eine Magnetisierung 120 aufweisen, sodass die magnetischen Feldlinien 130 in der Welle geschlossen sind und somit außerhalb der Welle kein Feld messbar sein kann. Wird die Welle jedoch, wie in 1 gezeigt, mit einem Drehmoment 140 belastet, dann kann dies eine Auslenkung 150 der Magnetisierung 120 in axialer Richtung bewirken. Nun können Feldlinien 160 aus der Welle austreten und gemessen werden.
Dabei ist das Magnetfeld, also bspw. das Magnetfeld, welches durch die Feldlinien 160 charakterisiert ist und in radialer Richtung bei Aufbringen eines Drehmoments gemessen werden kann, in weiten Bereichen proportional zum Drehmoment 140 und proportional zur tangentialen Magnetisierung 120 der Welle. Bei bekannter Magnetisierung 120 kann somit bspw. auf ein anliegendes Drehmoment 140, durch Messung des Magnetfeldes außerhalb der Welle, geschlossen werden.
Ferner sei auch auf die EP 2 878 938 B1 verwiesen. In dem Patent ist eine Vorrichtung zum Bestimmen einer mechanischen Kraft eines Aktuators auf eine bewegliche Flugzeugkomponente beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Welle zum Übertragen der Kraft und/oder eines Drehmoments auf den Aktuator, wobei die Welle einen ersten remanent in einer ersten Umfangsrichtung magnetisierten Bereich aufweist. Mit einem Magnetfeldsensor kann eine Feldrichtungsänderung des magnetisierten Bereichs aufgrund der Kraft und/oder des Drehmoments erfasst werden.
Zum besseren Verständnis für offenbarungsgemäße Konzepte wird im Folgenden das Prinzip der magnetostriktiven Positionsmessung anhand 2 und 3 erläutert.
2 zeigt einen schematischen Schnitt einer Welle 210 bzw. eines Drahtes aus magnetisierbarem Material, welcher bei der Fertigung tangential aufmagnetisiert wurde. Ein Permanent-Magnet 230 dient dabei als Positionsgeber. Beispielsweise durch den Positionsgeber bekommt die Magnetisierung 220 eine zusätzliche Komponente 240 in axialer Richtung. Wird nun ein pulsförmiger Strom 250 eingebracht, so kann dieser die Magnetisierung kurz wieder mehr in die tangentiale Richtung drehen. Dadurch kann über die magnetostriktive Kopplung zwischen Magnetisierung und Material-Volumen ein Körperschallpuls 260 ausgelöst werden.
3 zeigt die Ausbreitung des Körperschallpulses 260. Die Schallwelle 260 breitet sich entlang der Welle bzw. des Drahtes 210 aus. Nach der Laufzeit der Welle, also bspw. Körperschallwelle, kann schließlich an den Enden der Welle bzw. des Drahtes 210 die Laufzeit der Schallwelle 260 detektiert und daraus die Position des Magneten 230 bestimmt werden. Dazu kann beispielsweise ein Körperschallmikrofon 310 oder eine Spule 320 verwendet werden.
Bei bisherigen magnetostriktiven Drehmomentsensoren kann also beispielsweise nicht zwischen einer Änderung der Magnetisierung und eine Änderung des Drehmoments unterschieden werden. Deshalb besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.
Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung liegt darin ein Konzept zu schaffen, welches es ermöglicht die Genauigkeit von Messungen von Messvorrichtungen über den gesamten Lebenszyklus sicherzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen eine Sensorvorrichtung für eine Drehmomenterkennung mit einer Sensorstruktur mit einer Magnetisierung, zumindest in einem ersten Bereich, einer Auswerteeinheit und einer Sende-/ Detektorstruktur. Dabei ist die Sende-/ Detektorstruktur zumindest partiell im ersten Bereich der Sensorstruktur angeordnet und dazu ausgelegt, ein Anregungssignal zur Anregung der Magnetisierung der Sensorstruktur im ersten Bereich zu erzeugen. Ferner ist die Sensorstruktur dazu ausgelegt, durch die Anregung der Magnetisierung, ein Antwortsignal zu erzeugen, wobei die Sende-/ Detektorstruktur wiederum dazu ausgelegt ist, das Antwortsignal zu erfassen. Darüber hinaus ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt, auf Basis des erfassten Antwortsignals, eine Information über die Magnetisierung zu bestimmen.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen ein Verfahren zur Alterungsdetektion einer Magnetisierung einer Sensorstruktur für eine Drehmomenterkennung. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines Anregungssignals, um die Magnetisierung der Sensorstruktur anzuregen, ein Erhalten eines Antwortsignals in Reaktion auf das Anregungssignal, sowie ein Erfassen des Antwortsignals und ein Bestimmen einer Information über die Magnetisierung der Sensorstruktur auf Basis des erfassten Antwortsignals.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung beruhen auf dem Kerngedanken die Magnetisierung einer Sensorstruktur durch ein Anregungssignal anzuregen bzw. auszulenken, wobei in Reaktion auf das Anregungssignal ein Antwortsignal erzeugt wird, welches erfasst und im Hinblick auf die Magnetisierung ausgewertet wird. Beispielsweise durch den Zusammenhang zwischen Antwortsignal und Anregungssignal kann, bei einer Veränderung des Antwortsignals bei gleichem Anregungssignal, über die Lebensdauer der Sensorstruktur, auf eine Veränderung der Magnetisierung geschlossen werden.
In anderen Worten beruhen Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung auf dem Effekt, dass die Magnetisierung, bspw. tangentiale Magnetisierung einer Sensorstruktur, bspw. einer Welle durch, z.B. in Bezug auf die Sensorstruktur äußere, Einwirkung (z.B. über eine Spule) bspw. in axialer Richtung ausgelenkt bzw. angeregt werden kann und dies aufgrund einer magnetostriktiven Kopplung zwischen Magnetisierung und Volumen der Sensorstruktur, bspw. des Wellenkörpers Antwortsignale, bspw. lokale Schallwellen erzeugen kann, die sich entlang der Sensorstruktur, z.B. Welle, ausbreiten und durch die Sende-/ Detektorstruktur, oder ein Detektorelement, bspw. ein Mikrofon oder eine Empfänger-Spule, erfasst werden können. Die Amplitude des Signals kann ein z.B. gutes Maß für die Güte der Magnetisierung sein.
Wechselwirkungen der Signale aus einem äußeren Einfluss, bspw. einem Drehmoment und magnetischer Anregung können durch geeignete Modulation bei Berücksichtigung der Gegebenheiten in der Anwendung z.B. gut unterschieden werden (z.B. durch sinusförmige Anregung bei einer Frequenz, die in der Applikation nicht auftritt.).
So kann anhand des Signals vorteilhafterweise nun zwischen einer Änderung des Drehmoments oder einer Änderung der Magnetisierung unterschieden werden.
Die Bestimmung der Magnetisierung kann dabei zum einen bspw. isoliert außerhalb des Sensorbetriebs, also zum Beispiel während der Sensor nicht einen äußeren Einfluss, für dessen Messung er ausgelegt wurde, erfasst, bspw. für einen Drehmomentsensor, während der Sensor keine Messung des Drehmoments durchführt, oder im laufenden Sensorbetrieb erfolgen, also bspw. im Sinne einer gleichzeitigen Messung der sensorischen Messgröße zusätzlich zur Bestimmung einer Information über die Magnetisierung des Sensors. Die gleichzeitige Bestimmung von Messgröße und Information über die Magnetisierung kann große Vorteile im Hinblick auf Applikationen mit sich bringen, zum Beispiel bei sicherheitskritischen Anwendungen, die eine kontinuierliche Überwachung, sowohl des Messwerts des Sensors als auch des Sensors selbst, z.B. in Form der Magnetisierung, notwendig machen können. Ferner ist es in einigen Anwendungen, bspw. im Hinblick auf Drehmomentsensoren auch nicht ohne weiteres möglich den Einfluss eines Drehmomentes auf eine Sensorstruktur, bspw. ein rotierende Welle, abzuschirmen, ohne bspw. die gesamte Anlage oder das Gerät auszuschalten.
Mit der Wahl eines bestimmten Anregungssignals kann ein zugehöriges Antwortsignal erfasst werden, welches dem bestimmten Anregungssignal zugeordnet und von einem Antwortsignal, welches aus einer zeitlich parallelen Sensormessung stammt, unterschieden werden kann. Somit kann offenbarungsgemäß eine Sensorüberwachung im laufenden Betrieb ermöglicht werden.
Ferner wurde erkannt, dass die Auswahl eines bestimmten Anregungssignals dabei nicht nur Parameter des Signals, wie zum Beispiel Frequenz und Form umfasst, sondern auch eine Anregung gewählt werden kann, welche sich in ihrer Art grundsätzlich von einer Anregung des sensorgemäßen Messbetriebs, aufgrund eines äußeren Einflusses, unterscheidet. Beispielsweise für den Fall eines magnetostriktiven Drehmomentsensors ist eine Erkenntnis, dass durch die Anregung mit einem Strom bzw. durch die Bestromung einer Spule, ein entsprechendes Magnetfeld zur Anregung der Sensorstruktur erzeugt werden kann, im Gegensatz zu der, dem Sensorprinzip bezüglich des äußeren Einflusses entsprechenden Anregung mittels eines Drehmoments, welche eine technisch beispielsweise einfach und kostengünstig integrierbare Möglichkeit bildet, die Magnetisierung des Sensors und damit z.B. den Sensor selbst zu überwachen. Es ist bspw. nicht notwendig ein definiertes Drehmoment auf den Sensor zu geben, um die Magnetisierung auszuwerten.
Des Weiteren wurde bspw. für den exemplarischen Fall des Drehmomentsensor erkannt, dass das Antwortsignal je nach Anforderungen der konkreten Applikation auf unterschiedliche Weisen durch die Sende-/ Detektorstruktur erfasst werden kann. So kann die Sende-/ Detektorstruktur beispielsweise aus einer einzelnen Spule, z.B. einer Sende-/ Detektorspule bestehen, welche das Anregungssignal liefert und ein zugehöriges Antwortsignal aufnimmt. Dies kann z.B. besonders kostengünstig umgesetzt werden, da beispielsweise eine bereits für die Drehmomenterfassung vorhandene Spule, zusammen mit der dazugehörigen Magnetisierung verwendet werden kann, sodass keine oder beispielsweise nur wenige zusätzliche Bauelemente zur Bestimmung einer Information über die Magnetisierung, also bspw. zur Überwachung der Magnetisierung, notwendig sind.
Alternativ ermöglicht das offenbarungsgemäße Konzept jedoch auch die Verwendung eines Detektors, zum Beispiel in Form einer zweiten Spule in einem zweiten Bereich mit einer zweiten Magnetisierung oder die Verwendung eines Mikrofons, beispielsweise eines Körperschallmikrofons, welches das Antwortsignal in Form einer Körperschallwelle des magnetostriktiven Drehmomentsensors, erfassen kann. Damit kann je nach Applikation und zur Verfügung stehendem Bauraum eine vorteilhafte Art der Erfassung gewählt werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Sensorstruktur eine Vielzahl von weiteren Magnetisierungen in einer Vielzahl von Bereichen der Sensorstruktur aufweisen. Insbesondere können offenbarungsgemäße Sensorstrukturen zwei oder drei Magnetisierungen aufweisen. Die Magnetisierungen können zur Bestimmung der Magnetisierung, bspw. zur Alterungsdetektion, und/oder zur Bestimmung einer Messgröße, bspw. eines Drehmoments, verwendet werden.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Magnetisierung eine Abhängigkeit von einem äußeren Einfluss auf und die Sende-/ Detektorstruktur ist dazu ausgelegt, anhand der Magnetisierung den äußeren Einfluss zu erfassen. Ferner ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt, anhand der Abhängigkeit der Magnetisierung von dem äußeren Einfluss, eine Information über den äußeren Einfluss zu bestimmen.
Bei dem äußeren Einfluss kann es sich beispielsweise um ein Drehmoment handeln, welches eine Verschiebung bzw. Anregung oder Auslenkung der Magnetisierung verursacht, auf deren Basis eine Körperschallwelle erzeugt und durch deren Erfassung auf das Drehmoment zurückgerechnet werden kann. Durch die zusätzliche Verwendung der Sende-/ Detektorstruktur und der Auswerteeinheit zur Erfassung des äußeren Einflusses, also beispielsweise für den eigentlichen Sensorbetrieb, z.B. zur Erfassung einer äußeren Messgröße, kann mit geringem Bedarf an Bauraum und mit geringen Kosten, aufgrund der kombinierten Verwendung der Elemente der Sensorvorrichtung, eine kombinierte Funktionalität von Sensorik, z.B. in Form der Erfassung der Messgröße und Sensorüberwachung, z.B. in Form der Bestimmung der Information über die Magnetisierung, geschaffen werden.
Beispielsweise weist die Magnetisierung ein sich tangential zur Oberfläche der Sensorstruktur erstreckendes Magnetfeld auf bzw., um genau zu sein, ist die Magnetisierung tangential zur Oberfläche der Sensorstruktur gerichtet (d.h. z.B. senkrecht zur Drehachse der Welle bzw. der vektoriellen Orientierung des zu messenden Drehmoments). In anderen Worten: Die Magnetisierung ist dabei bspw. senkrecht zur Drehachse der Welle bzw. der vektoriellen Orientierung des zu messenden Drehmoments, oder ist z.B. derartig gerichtet. Beispielsweise wird ein Magnetfeld von der Sende-/ Detektorstruktur, bspw. der anregenden Spule, erzeugt, wodurch die Magnetisierung angeregt, bspw. aus ihrer „Ruhe“-Richtung auslenkt, werden kann oder z.B. ausgelenkt werden soll. Es kann, oder sollte bspw. daher idealerweise, senkrecht zur vorhandenen Magnetisierung gerichtet sein. Beispielsweise kann es sich bei der Richtung des Magnetfelds um eine axiale Richtung der Sensorstruktur, bspw. der Welle, handeln. Ferner kann es sich bspw. bei der Richtung des Magnetfelds auch um eine radiale Richtung der Sensorstruktur handeln. Eine Richtung des Magnetfelds in eine axiale Richtung der Sensorstruktur kann dabei bspw. effizienter und/oder einfach zu realisieren sein. Alternativ oder zusätzlich kann das das Magnetfeld orthogonal zu einer axialen, und orthogonal zu einer radialen Ausdehnung der Sensorstruktur ausgerichtet sein. Ferner kann alternativ oder zusätzlich die Sende-/ Detektorstruktur dazu ausgelegt sein, das Anregungssignal zur Anregung des Magnetfelds in axialer Richtung der Sensorstruktur zu erzeugen. Dabei kann die Sensorstruktur alternativ oder zusätzlich dazu ausgelegt sein, durch die Anregung des Magnetfelds, das Antwortsignal mit einer Ausbreitungsrichtung axial zur Sensorstruktur zu erzeugen.
Eine Magnetisierung in Form eines tangential zur Oberfläche der Sensorstruktur angeordneten Magnetfeldes ermöglicht eine beispielsweise einfache und kosteneffiziente Verwendung einer Spule als Sende-/ Detektorstruktur, welche beispielsweise die Sensorstruktur umschließt. Zur Anregung der Magnetisierung durch eine Anregung mit einem Magnetfeld in axialer Richtung, bspw. durch die Spule der Sende-/ Detektorstruktur, kann wiederum das Antwortsignal axial zur Sensorstruktur erzeugt werden, zum Beispiel im Falle eines magnetostriktiven Sensors ein Körperschallsignal, welches durch diese Wahl der Ausbreitungsrichtung an einer beliebigen Stelle der Sensorstruktur erfasst werden kann, da es sich durch die Struktur ausbreitet. Durch die beispielsweise freie Wahl des Erfassungspunktes des Antwortsignals auf der Sensorstruktur kann ermöglicht werden, dass ein offenbarungsgemäßes Konzept auch bei schwierigen oder variierenden Anforderungen an den verfügbaren Bauraum angewandt werden kann.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Sende-/ Detektorstruktur durch ein Element realisiert und im ersten Bereich der Sensorstruktur angeordnet.
Bei dem Element kann es sich dabei um eine Sende-/ Detektorspule handeln. Ferner kann es sich bei dem Element um ein Bauteil des Sensors handeln, welches auch zum Erfassen der Messgröße des Sensors dient. Das Element kann dabei sowohl als Sender als auch als Detektor beziehungsweise Empfänger ausgebildet sein. Durch die Realisierung der Sende-/ Detektorstruktur als einzelnes Element kann mit geringem Bauraum und geringen Kosten eine Überwachung der Sensorfunktion realisiert werden. Insbesondere durch eine kombinierte Verwendung, sowohl zur Bestimmung einer Information über die Magnetisierung als auch zur Messung der Messgröße des Sensors, kann eine einfache Integration in bestehende Systeme, bspw. ohne zusätzliche Bauelemente, ermöglicht werden.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Sende-/ Detektorstruktur mit einem Sendeelement in Kombination mit einem separaten Detektor realisiert. Dabei ist das Sendeelement im ersten Bereich der Sensorstruktur angeordnet und dazu ausgelegt, das Anregungssignal, zur Anregung der Magnetisierung der Sensorstruktur im ersten Bereich zu erzeugen. Der Detektor ist in einem zweiten Bereich der Sensorstruktur, außerhalb des ersten Bereichs der Sensorstruktur, angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, das Antwortsignal zu erfassen.
Beispielsweise durch die Aufteilung der Funktionalitäten der Sende-/ Detektorstruktur in ein Sendeelement, welches dazu ausgelegt ist das Anregungssignal zu erzeugen und einen Detektor, welcher dazu ausgelegt ist das Antwortsignal zu erfassen, können z.B. besonders einfache Bauteile verwendet werden, da der jeweilige Funktionsumfang geringer ist, als wenn beide Funktionalitäten gleichzeitig in einem Bauteil abgedeckt werden müssten. Durch die Anordnung des Sendeelementes und des Detektors, jeweils in einem bestimmten ersten und zweiten Bereich, kann sich darüber hinaus der Vorteil eines genau definierten Übertragungsweges von einer Anregung im ersten Bereich zur Erfassung der Antwort im zweiten Bereich, im Hinblick auf eine möglichst genaue Auswertung, ergeben.
Ferner können jedoch sowohl der Detektor als auch das Sendeelement dazu ausgelegt sein, ein Antwortsignal aufgrund eines äußeren Einflusses zu erfassen. Das Sendeelement ist auch nicht zwangsläufig nur zur Erzeugung des Anregungssignals ausgelegt, bspw. in sicherheitskritischen Anwendungen kann das Sendeelement neben einer Erzeugung des Anregungssignals auch ein Erfassen eines Antwortsignals, basierend auf dem Anregungssignal ermöglichen, bspw. um eine redundante Auswertung zusammen mit der Erfassung des Detektors zu ermöglichen. So kann z.B. auf Grundlage von reflektierten Antwortsignalen in der Sensorstruktur, z.B. von der Erzeugung des Antwortsignals im ersten Bereich und durch Reflexion zurück in den ersten Bereich eine Erfassung des reflektierten Antwortsignals im Sendeelement stattfinden und auf Grundlage von direkten Antwortsignalen, z.B. durch einen unreflektierten, direkten Weg, bspw. vom ersten zum zweiten Bereich, eine redundante Auswertung der beiden Antwortsignalvarianten durchgeführt werden.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Magnetisierung eine erste Magnetisierung und der zweite Bereich der Sensorstruktur weist eine zweite Magnetisierung auf, wobei die zweite Magnetisierung eine Abhängigkeit von einem äußeren Einfluss aufweist. Dabei ist der Detektor dazu ausgelegt das Antwortsignal, durch eine Erfassung einer Anregung der zweiten Magnetisierung der Sensorstruktur im zweiten Bereich durch das Antwortsignal zu erfassen und/oder eine Anregung der zweiten Magnetisierung der Sensorstruktur im zweiten Bereich durch den äußeren Einfluss zu erfassen.
Durch die Verwendung einer ersten und zweiten Magnetisierung im ersten und zweiten Bereich können sowohl das Sendeelement als auch der Detektor zum Beispiel kostengünstig und mit geringem Bauraumbedarf als Spulen ausgebildet sein. Durch eine Bestromung der Sendespule kann ein Magnetfeld zur Anregung oder Auslenkung der Magnetisierung erzeugt werden. Ein Antwortsignal bspw. in Form einer Körperschallwelle kann in einem magnetostriktiven Material zu einer Anregung oder Auslenkung der zweiten Magnetisierung führen und damit zu einem Strom in einer Detektorspule. Der Detektor kann dabei gleichzeitig zur Erfassung des äußeren Einflusses, also beispielsweise der Messgröße des Sensors und zur Überwachung des Sensors durch Erfassung des Antwortsignal, beispielsweise zur Erlangung einer Information über die Magnetisierung ausgebildet sein. Ferner kann aber auch eine Erfassung, sowohl des äußeren Einflusses als auch des Antwortsignal auf Basis des Anregungssignals zusätzlich, zum Beispiel im Hinblick auf eine redundante Auswertung, durch das Sendeelement stattfinden. Dadurch kann beispielsweise eine besonders robuste und/oder präzise Messung bzw. Überwachung gewährleistet werden.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt, auf Basis der erfassten Anregung der zweiten Magnetisierung der Sensorstruktur im zweiten Bereich eine Information über den äußeren Einfluss und/oder die erste und/oder die zweite Magnetisierung zu bestimmen.
Das offenbarungsgemäße Konzept ermöglicht die kombinierte Verwendung der Auswerteeinheit, zur Bestimmung des äußeren Einflusses beispielsweise eines Drehmoments und zur Bestimmung einer Information über die Magnetisierung. Für den Fall, dass die Sende-/ Detektorstruktur aus einem einzelnen Element gebildet ist, kann die Bestimmung der Information über die Magnetisierung eine Auswertung im Hinblick auf die erste Magnetisierung im ersten Bereich umfassen. Ist das Sende-/ Detektorstruktur aus dem Sendeelement und dem Detektor gebildet, so kann durch die Erfassung des Antwortsignals im zweiten Bereich das Antwortsignals, sowohl eine Information über die zweite Magnetisierung durch seine Erfassung selbst, als auch eine Information über die erste Magnetisierung, durch den Zusammenhang zwischen dem Antwortsignal und dem Anregungssignal, zum Beispiel aufgrund der Anregung der ersten Magnetisierung durch das Anregungssignal zur Erzeugung des Antwortsignals, aufweisen. Beispielsweise dadurch, dass das Antwortsignal Informationen über beide Magnetisierungen umfasst, kann der Einfluss einer Alterung, durch den Einfluss der Alterung sowohl auf die erste, als auch auf die zweite Magnetisierung zu einer besseren Erkennung des Effekts führen.
Die Verwendung einer ersten und zweiten Magnetisierung, sowie eine diesbezügliche Informationsgewinnung ist dabei nur als beispielhaft anzusehen. Weitere Bereiche mit weiteren Magnetisierungen mit zusätzlichen Sende- und/oder Detektorelementen sind als erfindungsgemäße Weiterbildungen anzusehen.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst die zweite Magnetisierung ein zweites, sich tangential zur Oberfläche der Sensorstruktur erstreckendes, Magnetfeld. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Magnetfeld orthogonal zu einer axialen, und orthogonal zu einer radialen Ausdehnung der Sensorstruktur ausgerichtet sein.
Ferner kann das Antwortsignal alternativ oder zusätzlich ein sich in einer axialen Richtung der Sensorstruktur ausbreitendes Antwortsignal ist. Der Detektor ist dabei alternativ oder zusätzlich dazu ausgelegt, das Antwortsignal, durch ein Erfassen einer Anregung des zweiten Magnetfelds durch das Antwortsignal, im zweiten Bereich der Sensorstruktur, zu erfassen.
Durch eine tangentiale Magnetisierung der Oberfläche der Sensorstruktur kann ein Magnetfeld geschaffen werden, dessen Feldlinien sich im Inneren der Sensorstruktur erstrecken, und somit bspw. außerhalb eines gewünschten Messbetriebs keine bzw. nur geringe, unerwünschte Wechselwirkungen mit weiteren Bauteilen verursachen. Durch die Ausbreitungsrichtung axial in der Sensorstruktur, z. B. einer Welle kann wiederum einer Ausbreitung eines Antwortsignals z.B. eines Körperschallsignals durch einen weiten Bereich der Sensorstruktur ermöglicht werden, wodurch die Signalerfassung des Antwortsignals an einer, im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum, günstigen Stelle durchgeführt werden kann. Durch die Erfassung der Anregung des zweiten Magnetfelds kann der Detektor beispielsweise als Spule und damit kostengünstig und bauraumeffizient ausgebildet werden.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Sende-/ Detektorstruktur dazu ausgelegt ein moduliertes Anregungssignal zu erzeugen. Ferner ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ein erfasstes Antwortsignal, welches auf dem modulierten Anregungssignal basiert, dem modulierten Anregungssignal zuzuordnen.
Bei dem modulierten Anregungssignal kann es sich beispielsweise um ein eine Abfolge von Pulsen handeln. Insbesondere im Hinblick auf die Verwendung von Spulen für die Sende-/ Detektorstruktur kann es sich bei der Modulation um eine Periodizität des Anregungssignals handeln, beispielsweise eine sinusförmige Anregung. Durch die Modulation des Anregungssignals kann eine Zuordnung eines erfassten Antwortsignals zu dem modulierten Anregungssignal ermöglicht werden. Dadurch kann ein erfasstes Antwortsignal einer Anregung durch die Sende-/ Detektorstruktur, oder einem äußeren Einfluss zugeordnet werden. Weißt das erfasste Antwortsignal beispielsweise dieselbe Modulation wie das Anregungssignal auf so, kann es zur Bestimmung der Magnetisierung verwendet werden, wohingegen ein beispielsweise anders oder unmoduliertes Antwortsignal auf einen äußeren Einfluss, wie beispielsweise ein Drehmoment, zurückgeführt und im Hinblick auf diesen Einfluss ausgewertet werden kann. Ferner ist eine Modulation, beispielsweise eines elektrischen Signals, für eine Spule technisch bspw. mit geringem Aufwand umsetzbar.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist das Anregungssignal der Sende-/ Detektorstruktur ein erstes Anregungssignal und die Sensorvorrichtung weist zumindest ein weiteres Sendeelement auf. Das weitere Sendeelement ist dabei dazu ausgelegt, einer Ausbreitung des ersten Anregungssignals in der Sensorstruktur außerhalb des ersten Bereichs, durch Erzeugen zumindest eines zweiten, dem ersten Anregungssignal entgegengerichteten, Anregungssignals entgegenzuwirken.
In einigen Fällen kann es zu einer unerwünschten Ausbreitung des ersten Anregungssignals in der Sensorstruktur kommen, welche beispielsweise in der Überlagerung mit dem Antwortsignal bei der Erfassung des Antwortsignals zu einer fehlerhaften Auswertung führen kann. Beispielsweise im Fall des magnetostriktiven Drehmomentsensor kann ein Antwortsignal in Form eines Körperschalls, welches durch ein magnetisches Anregungssignal erzeugt wurde, in der Sende-/ Detektorstruktur, beispielsweise in Form einer Spule, durch eine magnetostriktive Kopplung in Form einer Auslenkung einer Magnetisierung erfasst werden. Breitet sich in diesem Fall parallel das magnetische Anregungssignal selbst aus, so kann das magnetische Anregungssignal zu einer zusätzlichen Auslenkung der Magnetisierung führen und eine Auswertung verfälschen.
Diesem Effekt kann durch weitere Sendeelemente, welche dem ersten Anregungssignal entgegengesetzte Anregungssignale erzeugen können, entgegengewirkt werden. Für den Fall einer Spule als Sende-/ Detektorstruktur kann es sich bei den weiteren Sendeelementen beispielsweise um Kompensationsspulen handeln, welche eine entgegengesetzte Wickelrichtung wie die Spule der Sende-/ Detektorstruktur aufweisen können. Die Windungszahl der jeweiligen Kompensationsspule kann dabei gerade der Windungszahl der Spule der Sende-/ Detektorstruktur geteilt durch die Anzahl der Kompensationsspulen sein. Beispielsweise bei zwei Kompensationsspulen kann jede der Kompensationsspulen die halbe Windungszahl der Spule der Sende-/ Detektorstruktur aufweisen. Dabei können die Spule der Sende-/ Detektorstruktur und die Kompensationsspulen beispielsweise mit demselben Strom gespeist werden, um eine möglichst gute Aufhebung des ersten Anregungssignals außerhalb des ersten Bereichs zu ermöglichen. Alternativ kann auch ein Zeitversatz für die Anregung der Kompensationsspulen, aufgrund der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Magnetfelds in der Sensorstruktur, unter Berücksichtigung der Permeabilität, mitberücksichtigt werden. In diesem Fall weisen die Kompensationsspulen einen separaten oder separate Speiseströme auf. Ferner können die Kompensationsspulen auch dieselbe Wickelrichtung wie die Spule der Sende-/ Detektorstruktur aufweisen, aber mit einem entgegengesetzt orientierten Strom gespeist werden.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Sende-/ Detektorstruktur dazu ausgelegt, ein Anregungssignal zur Anregung einer Resonanzfrequenz der Sensorstruktur zu erzeugen.
Durch die Anregung einer Resonanzfrequenz der Sensorstruktur kann ein zugehöriges, bspw. resonantes Antwortsignal geschaffen werden, welches eine Unterscheidbarkeit von einer Anregung durch einen äußeren Einfluss ermöglicht. Für den Fall einer magnetostriktiven Sensorstruktur kann es sich beispielsweise bei der Resonanz um eine Körperschall-Resonanz handeln. Für den Fall einer Sensorvorrichtung, bzw. eines Bauteils mit der Sensorvorrichtung, welche mehrere Resonanzfrequenzen aufweist, kann es vorteilhaft sein, diejenige Resonanzfrequenz anzuregen, welche auf der zu bestimmenden Magnetisierung basiert. Im Fall des magnetostriktiven Drehmomentsensor kann die Körperschallwelle durch eine Anregung der Magnetisierung erzeugt werden und somit eine Information über die Magnetisierung in sich tragen. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein eine Körperschall-Resonanz anzuregen. Insbesondere kann es Vorteile mit sich bringen die Sensorvorrichtung und/oder ein Bauteil, das die Sensorvorrichtung umfasst, derart auszulegen, zum Beispiel im Hinblick auf Induktivitäten oder Kapazitäten, Längenabmessungen oder die Wahl der Materialien, zum Beispiel im Hinblick auf Materialkoeffizienten, dass eine entsprechende Resonanzfrequenz, welche eine Bestimmung einer Information über die Magnetisierung ermöglicht, unterscheidbar oder präzise anregbar ist und z.B. weitere Resonanzfrequenzen einen ausreichend großen Abstand zu dieser Resonanzfrequenz haben. In einer Applikation kann eine derartig ausgelegte Resonanzfrequenz dann eine bspw. geringe Abhängigkeit von Temperatur und Materialdehnung aufweisen, welche mit berücksichtigt werden kann. Für viele Anwendungen kann eine solche Abhängigkeit aber auch vernachlässigbar sein.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt eine Resonanz-Impedanz zu bestimmen.
Die Bestimmung einer Impedanz bildet eine beispielsweise besonders einfache und wenig rechenaufwändige Möglichkeit z.B. einen Zusammenhang zwischen Antwortsignal und Anregungssignal zu quantifizieren, um so auf die Magnetisierung zurück zu schließen. In anderen Worten kann durch eine Impedanzmessung die Abhängigkeit der Impedanz von der Magnetisierung ausgenutzt werden, um eine Information über die Magnetisierung zu bestimmen. Durch die Auswertung der Impedanz bei Resonanz kann dabei die Unterscheidbarkeit im Hinblick auf eine Anregung durch einen äußeren Einfluss ermöglicht werden, sodass beispielsweise eine robuste und zuverlässige Überwachung der Magnetisierung ermöglicht werden kann.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Auswerteeinheit dazu ausgelegt eine Übertragungsfunktion zu bestimmen und/oder auszuwerten, wobei die Übertragungsfunktion dabei einen Zusammenhang zwischen Anregungssignal und Antwortsignal umfasst.
Bei der Übertragungsfunktion kann es sich beispielsweise in einem z.B. einfachen Fall um eine Impedanz handeln. Ferner kann die Übertragungsfunktion auch ein Modell zum Beispiel im Zeit- oder Frequenzbereich darstellen, welches durch ein geeignetes Anregungssignal und die Erfassung des Antwortsignals identifiziert werden kann. Neben der Anregung im Resonanzfall kann eine Anregung auch bei verschiedenen Frequenzen zur Identifikation oder Parametrierung erfolgen, oder um beispielsweise ein nicht parametrisches Modell aufzustellen. Durch einen a priori bekannten Zusammenhang zwischen der Übertragungsfunktion und der Magnetisierung kann wiederum eine Alterung detektiert und/oder bestimmt werden beziehungsweise eine Information über die Magnetisierung bestimmt werden.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Sende-/ Detektorstruktur dazu ausgelegt eine Amplitude des Antwortsignals zu erfassen.
Die Erfassung der Amplitude und eine Auswertung auf Grundlage der Amplitude können beispielsweise eine kostengünstige und robuste Möglichkeit bilden eine Information über die Magnetisierung zu bestimmen. Beispielsweise im Gegensatz zu einer Auswertung einer Antwortfrequenz kann die Amplitude zum Beispiel direkt mit der Sende-/ Detektorstruktur oder dem Detektor erfasst werden, ohne zusätzliche Auswertung des Signals zum Beispiel im Hinblick auf Nulldurchgänge, zur Bestimmung einer Frequenz. Dabei ermöglicht diese Art der Erfassung auch Freiheitsgrade in der Wahl der Erfassungselemente, beispielsweise bei einem magnetostriktiven Sensor die Verwendung einer Spule auf einer Magnetisierung oder eines Körperschallmikrofons.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Sende-/ Detektorstruktur dazu ausgelegt ist, ein sinusförmiges Anregungssignal zu erzeugen und umfasst einen Schwingkreis zur Erzeugung des sinusförmigen Anregungssignals.
Die Verwendung eines sinusförmige Anregungssignals weist beispielsweise Vorteile gegenüber einer gepulsten Anregung im Hinblick auf Bauelemente, die keine steilen Signalflanken nachbilden können. Darüber hinaus kann ein solches Signal mit einem Schwingkreis erzeugt werden, was eine robuste und mit geringem Energieaufwand realisierbare Möglichkeit der Signalerzeugung bilden kann.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst die Sende-/ Detektorstruktur eine Sende-/Detektor-Spule und die Sensorstruktur umfasst eine Welle und/oder eine Aufmagnetisierung. Ferner weist die Welle und/oder die Aufmagnetisierung ein magnetostriktives Material auf und die Sende-/Detektor-Spule ist dazu ausgelegt ein Magnetfeld, zur Anregung der Magnetisierung der Welle und/oder der Aufmagnetisierung, zu erzeugen. Dabei sind die Welle und/oder die Aufmagnetisierung dazu ausgelegt, durch die Anregung der Magnetisierung, ein Körperschallsignal zu erzeugen.
Die Verwendung von Spulen bildet eine beispielsweise einfache und kostengünstige Möglichkeit die Sende-/ Detektorstruktur zu realisieren. Die Sensorstruktur in Form einer Welle oder beispielsweise einer Aufmagnetisierung auf einer Welle kann insbesondere im Hinblick auf Drehmomentsensoren eine vorteilhafte Ausführungsform, z.B. im Hinblick auf rotierende Anwendungen, bilden. Die Magnetisierung kann dann in der Welle selbst, oder in Form der Aufmagnetisierung gebildet sein. Durch die Verwendung eines magnetostriktiven Materials für die Sensorstruktur kann durch die Anregung der Sende-/Detektor-Spule ein Magnetfeld erzeugt werden, welches die Magnetisierung in der Welle und/oder der Aufmagnetisierung anregt oder auslenkt und zu einer Erzeugung einer Körperschallwelle in der Sensorstruktur führen kann. Durch die Erzeugung der Körperschallwelle mit Hilfe der Magnetisierung trägt die Körperschallwelle eine Information über die Magnetisierung in sich, welche offenbarungsgemäß ausgewertet werden kann.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst die Sende-/ Detektorstruktur eine Detektor-Spule und oder ein Mikrofon.
Die Detektorspule kann dabei beispielsweise im ersten oder im zweiten Bereich der Sensorstruktur angeordnet sein. Durch die Verwendung eines Mikrofons beispielsweise eines Körperschallmikrofons kann dabei eine Sende-/ Detektorstruktur realisiert werden die ein Sendeelement und ein Detektor aufweisen kann, ohne eine zweite Magnetisierung in einem zweiten Bereich.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen ein Erfassen einer Anregung der Magnetisierung der Sensorstruktur aufgrund eines äußeren Einflusses; und ein Bestimmen einer Information über den äußeren Einfluss auf Basis der erfassten Anregung der Magnetisierung der Sensorstruktur aufgrund des äußeren Einflusses.
Durch die parallele Bestimmung einer Information über den äußeren Einfluss, zusammen mit der Bestimmung einer Information über die Magnetisierung kann das offenbarungsgemäße Konzept, beispielsweise für sicherheitsrelevante Bauteile verwendet werden, da Sensorik und Sensorüberwachung zeitgleich ausgeführt werden können.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen ein Erzeugen eines modulierten Anregungssignals zur Anregung der Magnetisierung der Sensorstruktur, ein Zuordnen eines erfassten Antwortsignals zu dem modulierten Anregungssignal; und ein Bestimmen der Information über die Magnetisierung der Sensorstruktur auf Basis des erfassten, und zu dem modulierten Anregungssignal zugeordneten, Antwortsignals.
Die Modulation des Anregungssignals bildet eine beispielsweise einfache Möglichkeit ein Antwortsignal der Sensorstruktur bezüglich eines äußeren Einflusses und einer Anregung zur Bestimmung einer Information über die Magnetisierung, zu unterscheiden. Die Modulation kann beispielsweise über einen Schwingkreis in Form eines sinusförmigen Signals realisiert sein.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen ein Erzeugen eines Anregungssignals zur resonanten Anregung der Sensorstruktur und ein Erhalten eines resonanten Antwortsignals in Reaktion auf die resonante Anregung der Sensorstruktur.
Eine resonante Anregung bildet beispielsweise eine energieeffiziente und einfache Möglichkeit zur Erzeugung eines Antwortsignals, welches im Hinblick auf ein Antwortsignal aufgrund eines äußeren Einflusses unterschieden werden kann. Damit kann ein erfasstes Antwortsignal im Hinblick auf einen äußeren Einfluss, oder beispielsweise wenn das Antwortsignal aus einer resonanten Anregung stammt, im Hinblick auf die Magnetisierung ausgewertet werden.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst das Bestimmen der Information über die Magnetisierung der Sensorstruktur ferner ein Bestimmen einer Resonanz-Impedanz.
Durch die Bestimmung der Resonanz-Impedanz kann eine beispielsweise einfach zu realisierende Auswertung der Information über die Magnetisierung durch den Zusammenhang zwischen Impedanz und Magnetisierung, welche bspw. a priori vermessen werden kann, ermöglicht werden. Die Bestimmung der Impedanz bei Resonanz kann wiederum die Zuordnung eines erfassten Antwortsignals zu einem resonanten Anregungssignal ermöglichen, im Gegensatz zu Antwortsignalen durch einen äußeren Einfluss, welche beispielsweise keinen unmittelbaren Rückschluss auf die Magnetisierung liefern können.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst das Bestimmen der Information über die Magnetisierung der Sensorstruktur ferner ein Bestimmen einer Resonanzhöhe.
Bei der Resonanzhöhe kann es sich beispielsweise um die Amplitude des Antwortsignals bei Resonanz handeln. Bei bekanntem resonanten Anregungssignal kann bei einem beispielsweise bekannten Zusammenhang zwischen Magnetisierung, resonantem Anregungssignal und zu erwartendem Antwortsignal, durch den Vergleich mit dem erfassten Antwortsignal auf die Magnetisierung zurückgerechnet werden.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst das Bestimmen der Information über die Magnetisierung der Sensorstruktur ferner ein Auswerten und/oder Bestimmen einer Übertragungsfunktion, wobei die Übertragungsfunktion einen Zusammenhang zwischen dem Anregungssignal und dem Antwortsignal umfasst.
Bei der Übertragungsfunktion kann es sich, zum Beispiel in einem einfachen Fall, um eine Impedanz handeln, welche einen Faktor zwischen Antwort- und Anregungssignal bildet. Ferner kann die Übertragungsfunktion jedoch auch aus parametrischen und nicht-parametrischen Modellen bestehen, welche durch resonanten Anregung, oder durch Anregung bei verschiedenen Frequenzen identifiziert beziehungsweise aufgestellt werden können. Aus einem a priori bekannten Zusammenhang zwischen Übertragungsfunktion und Magnetisierung kann dann wiederum auf die Magnetisierung zurückgeschlossen werden.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Magnetisierung der Sensorstruktur eine erste Magnetisierung in einem ersten Bereich der Sensorstruktur und die Sensorstruktur weist eine zweite Magnetisierung in einem zweiten Bereich der Sensorstruktur auf. Ferner ist das Erzeugen eines Anregungssignals ein Erzeugen eines Anregungssignals zur Anregung der ersten Magnetisierung der Sensorstruktur im ersten Bereich und das Erhalten eines Antwortsignals ist ein Erhalten eines Antwortsignals in der Sensorstruktur in Reaktion auf die Anregung der ersten Magnetisierung der Sensorstruktur im ersten Bereich. Das Erfassen des Antwortsignals umfasst ferner ein Erfassen einer Anregung der zweiten Magnetisierung der Sensorstruktur im zweiten Bereich durch das Antwortsignal und das Bestimmen der Information über die Magnetisierung der Sensorstruktur umfasst ein Bestimmen der Information über die erste und/oder zweite Magnetisierung der Sensorstruktur, auf Basis des erfassten Antwortsignals.
Beispielsweise durch die Aufteilung in eine Anregung in einem ersten Bereich, mit einer ersten Magnetisierung und einer Erfassung des Antwortsignals in einem zweiten Bereich, mit einer zweiten Magnetisierung, können zur Anregung bzw. zur Erfassung jeweils einfachere Bauelemente verwendet werden, als mit einem Element, welches eine kombinierte Funktionalität aufweisen muss. Ferner kann eine definierte Übertragungsstrecke zwischen dem ersten und zweiten Bereich zu einer Verminderung von Messungenauigkeiten führen, beispielsweise im Gegensatz zur Erfassung im ersten Bereich, bei der für die Auswertung zum Beispiel nur reflektierte Antwortsignale erfasst werden können. Durch einen Signalpfad über die erste und zweite Magnetisierung, beispielsweise von der Anregung der ersten Magnetisierung zu einem Antwortsignal und der Erfassung des Antwortsignals mithilfe der zweiten Magnetisierung, kann das Antwortsignal zum Beispiel stärker von einer Alterung der beiden Magnetisierungen betroffen sein, was eine Bestimmung der Alterung, durch den stärkeren Einfluss vereinfachen kann. Beispielsweise durch eine Abhängigkeit des Antwortsignals von der ersten und zweiten Magnetisierung kann dementsprechend auch eine Bestimmung einer Information über die erste und/oder die zweite Magnetisierung erfolgen.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung eines der zuvor beschriebenen Verfahren, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
Mit einem Computerprogramm kann zum Beispiel insbesondere die Funktionalität der Auswertung schnell und mit geringen Kosten durchgeführt werden. Insbesondere kann in einem Programm a priori Information, zum Beispiel in Form einer Tabelle mit Zuordnungen von Impedanz und Magnetisierung, hinterlegt werden, welche den Rechenaufwand zusätzlich gering halten kann.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Hinsichtlich der dargestellten schematischen Figuren wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Funktionsblöcke sowohl als Elemente oder Merkmale der offenbarungsgemäßen Vorrichtung als auch als entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens zu verstehen sind, und auch entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens davon abgeleitet werden können. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer aufmagnetisierten Welle mit aufgebrachtem Drehmoment;
2 eine schematische Seitenansicht einer aufmagnetisierten Welle mit einem Positionsgeber, einem Stromimpuls und einer Körperschallwelle;
3 eine schematische Seitenansicht der aufmagnetisierten Welle aus 2 mit der sich ausbreitenden Körperschallwelle;
4 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Sensorvorrichtung für eine Drehmomenterkennung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer magnetostriktiven Sensorvorrichtung für eine Drehmomenterkennung gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
6 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer magnetostriktiven Sensorvorrichtung für eine Drehmomenterkennung mit zusätzlichen Kompensationsspulen gemäß der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Sensorvorrichtung für eine Drehmomenterkennung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt eine Sensorvorrichtung 400 mit einer Sensorstruktur 410, welche eine Magnetisierung 420 in einem ersten Bereich aufweist. In dem ersten Bereich der Sensorstruktur 410 befindet sich ferner eine Sende-/ Detektorstruktur 430, die mit einer Auswerteeinheit 440 verbunden ist.
Die Sende-/ Detektorstruktur 430 erzeugt dabei ein Anregungssignal zur Anregung der Magnetisierung 420. Durch die Anregung der Magnetisierung 420 wird ein Antwortsignal erzeugt, welches wiederum durch die Sende-/ Detektorstruktur 430 erfasst wird. Auf Basis des erfassten Antwortsignals bestimmt die Auswerteeinheit 440 eine Information über die Magnetisierung 420.
Bei der Sensorstruktur 410 kann es sich um eine Welle oder eine Aufmagnetisierung, zum Beispiel auf einer Welle handeln. In zumindest einem ersten Bereich der Sensorstruktur ist die Magnetisierung 420 angeordnet, bei der es sich um ein magnetisches Feld handeln kann, dessen Feldlinien sich bspw. vollständig oder nahezu vollständig innerhalb der Sensorstruktur ausbilden. Beispielsweise im Hinblick auf eine Sensorstruktur 410 in Form einer rotationsfähigen Welle kann eine Magnetisierung 420 in Form eines tangentialen magnetischen Feldes ausgebildet sein. Die Sensorstruktur 410 kann ferner ein magnetostriktives Material aufweisen.
Bei der Sende-/ Detektorstruktur 430 kann es sich beispielsweise um eine Sende-/Detektorspule 430 handeln, welche die Sensorstruktur 410, zum Beispiel in Form einer Welle, umschließt. Die Sende-/ Detektorstruktur 430 muss dabei keineswegs vollständig innerhalb des ersten Bereichs angeordnet sein, sie kann bei Ausführungsbeispielen auch nur partiell im ersten Bereich angeordnet sein, sodass beispielsweise ein Teil der Sende-/ Detektorstruktur 430 in einem zweiten Bereich der Sensorstruktur, welche kein Teil des ersten Bereichs ist, angeordnet ist.
So kann die Sende-/ Detektorstruktur 430 beispielsweise aus mehreren Teilelementen bestehen, bspw. mit einem Sendeelement und einem Detektor, wobei die Funktionalität der Erzeugung des Anregungssignals von dem Sendeelement und die Funktionalität der Erfassung des Antwortsignals von dem Detektor bereitgestellt werden kann. Beispielsweise im Hinblick auf eine redundante Auswertung kann das Sendeelemente auch zusätzlich zum Detektor zur Erfassung des Antwortsignals ausgelegt sein. Das Sendeelement kann sich beispielsweise im ersten Bereich der Sensorstruktur 410 befinden, und der Detektor in einem zweiten Bereich der Sensorstruktur oder auch außerhalb der Sensorstruktur. Der Detektor kann beispielsweise als Mikrofon oder Körperschallmikrofon ausgebildet sein und an oder beispielsweise in der Nähe der Sensorstruktur angeordnet sein. Ferner kann der Detektor in einem zweiten Bereich der Sensorstruktur angeordnet sein, in welchem eine zweite Magnetisierung ausgebildet ist, oder auf die sich die Magnetisierung erstreckt. In diesem Fall kann der Detektor beispielsweise als Spule, zum Beispiel Detektorspule, ausgebildet sein. Die Sende-/ Detektorstruktur 430 kann ferner dazu ausgebildet sein, ein Antwortsignal basierend auf einem äußeren Einfluss zu erfassen. Im Fall einer mehrelementigen Ausführung der Sende-/ Detektorstruktur 430 mit einem Sendeelement und ein Detektor können sowohl das Sendeelement als auch der Detektor zur Erfassung des äußeren Einflusses ausgelegt sein.
Bei dem Anregungssignal kann es sich beispielsweise um ein Magnetfeld handeln, welches durch einen Strom durch die Sende-/ Detektorstruktur 430, zum Beispiel in Form einer Spule, erzeugt wird. Durch das Magnetfeld kann die Magnetisierung 420 der Sensorvorrichtung 400 angeregt bzw. ausgelenkt werden, um ein Antwortsignal in der Sensorstruktur 410 zu erzeugen. Die Erzeugung des Antwortsignals kann beispielsweise auf einer magnetostriktiven Kopplung beruhen. Beispielsweise kann die Auslenkung der Magnetisierung 420 aufgrund eines magnetostriktiven Materials der Sensorstruktur 410 zur Erzeugung einer Körperschallwelle führen. Eine solche Körperschallwelle kann das Antwortsignal bilden.
Durch die Erzeugung des Antwortsignals mittels der Anregung der Magnetisierung 420 kann auf Grundlage des Antwortsignals eine Information über die Magnetisierung 420 bestimmt werden. Beispielsweise insbesondere für den Fall einer Erfassung eines äußeren Einflusses, welcher ebenfalls zu einem Antwortsignal in Reaktion auf den äußeren Einfluss in der Sensorstruktur 410 führen kann, kann ein Anregungssignal eine Modulation oder die Form eines resonanten Anregungssignals aufweisen, sodass zwischen einem Antwortsignal aufgrund des Anregungssignals oder aufgrund des äußeren Einflusses unterschieden werden kann. Die Auswerteeinheit 440 kann dazu ausgelegt sein, sowohl auf die Magnetisierung 420 als auch auf den äußeren Einfluss zurückzurechnen. Die Bestimmung der Magnetisierung kann dabei zeitlich parallel zu einer Bestimmung des äußeren Einflusses geschehen, durch die Unterscheidbarkeit der Antwortsignale.
Für den Fall eines resonanten Anregungssignals und einem damit erzeugten resonanten Antwortsignal kann die Auswerteeinheit 440 dazu ausgelegt sein eine Resonanz-Impedanz zu bestimmen. Durch die Abhängigkeit der Impedanz von der Magnetisierung 420 kann eine Information über die Magnetisierung 420 bestimmt werden. Neben der Bestimmung einer Impedanz kann auch die Bestimmung bzw. Identifikation beziehungsweise Parametrisierung einer Übertragungsfunktion, beispielsweise zwischen Antwort- und Anregungssignal erfolgen, z.B. um aus einem a priori bekannten Zusammenhang zwischen Übertragungsfunktion und Magnetisierung 420 auf die Magnetisierung 420 zurückzurechnen. Die Erfassung des Antwortsignals kann dabei beispielsweise die Erfassung der Amplitude des Antwortsignals umfassen, zum Beispiel in Form eines Magnetfeldes durch eine Auslenkung der Magnetisierung 420 oder eines Stromes in einer Spule, welcher aufgrund der Anregung der Magnetisierung 420 induziert wird. Beispielsweise kann auch die Amplitude der Körperschallwelle durch ein Körperschallmikrofon erfolgen. Eine resonante oder modulierte Anregung kann beispielsweise in einfacher und energieeffizienter Weise durch eine sinusförmige Anregung mithilfe eines Schwingkreises realisiert sein.
Im Fall einer mehrelementigen Sende-/ Detektorstruktur 430 kann durch das Antwortsignal sowohl auf eine erste als auch auf eine zweite Magnetisierung in einem ersten und zweiten Bereich der Sensorstruktur 410, welche das Sendeelement und dem Detektor, aufweisen, zurückgeschlossen werden. Ein erfasstes Antwortsignal kann durch die Anregung der zweiten Magnetisierung erfasst werden, wodurch eine Information über die zweite Magnetisierung auswertbar ist. Eine Information über die erste Magnetisierung 420 kann durch die Erzeugung des Antwortsignals durch Anregung der ersten Magnetisierung 420 durch das Anregungssignal ableitbar sein.
5 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer magnetostriktiven Sensorvorrichtung für eine Drehmomenterkennung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
5 zeigt eine magnetostriktive Sensorvorrichtung 500 mit einer Sensorstruktur 510, welche als Welle ausgebildet ist und magnetostriktive Eigenschaften aufweist, sowie eine erste Magnetisierung 520, die durch tangentiale Feldlinien ausgebildet ist, in einem ersten Bereich der Sensorstruktur, und eine Spule 530 der Sende-/ Detektorstruktur, welche im ersten Bereich der Sensorstruktur, die Welle umschließend, angeordnet ist. Ferner weist die Sensorstruktur 510 eine zweite Magnetisierung 540, in einem zweiten Bereich auf, welcher kein Teil des ersten Bereichs ist. Ein Detektor 550 in Form einer Detektorspule der Sende-/ Detektorstruktur ist in dem zweiten Bereich angeordnet. Ferner ist ein weiterer Detektor 560 der Sende-/ Detektorstruktur in Form eines Körperschallmikrofons gezeigt. Dabei befindet sich Spule 530 zwischen den beiden Detektoren 550, 560. Dabei sei darauf hingewiesen, dass sowohl die zweite Magnetisierung 540 als auch der Detektor 550, in Form der Spule, sowie der Detektor 560, in Form des Körperschallmikrofons, jeweils als optional anzusehen sind. Die erste Magnetisierung 520 weist eine Anregung bzw. Auslenkung 570 aufgrund eines Stromes 580 durch die Spule 530 auf. Ferner ist eine sich ausbreitende Körperschallwelle 590 gezeigt, welche das Antwortsignal bildet. Die zweite Magnetisierung 540 weist ebenfalls eine Auslenkung bzw. Anregung 610 auf.
Durch den Strom 580 wird in der Spule 530 ein Anregungssignal in Form eines axialen Magnetfeldes erzeugt, welches zu einer Anregung bzw. Auslenkung 570 der ersten Magnetisierung 520 führt, in Form einer Auslenkung des tangentialen Magnetfeldes im ersten Bereich. Durch die magnetostriktive Eigenschaft der Sensorstruktur 510 wird eine Körperschallwelle 590 erzeugt, welche sich axial durch die Sensorstruktur 510 ausbreitet. Die Körperschallwelle 590 kann mit dem Körperschallmikrofon 560 oder mit der Detektorspule 550 erfasst werden. Die Erfassung mit der Detektorspule 550 beruht dabei wiederum auf dem magnetostriktiven Effekt, wobei durch die Körperschallwelle 590 eine Anregung bzw. Auslenkung 600 der zweiten Magnetisierung 540 im zweiten Bereich zu einem induzierten Strom in der Detektorspule 550 führt, welcher erfasst wird.
Dabei sei wiederum darauf hingewiesen, dass sowohl das Körperschallmikrofon 560 als auch die Detektorspule 550 mit der zweiten Magnetisierung 540 optional sind und eine Erfassung des Antwortsignals auch durch die Spule 530 erfolgen kann. Dabei kann das Antwortsignal beispielsweise ein reflektiertes Antwortsignals sein, welches nach der Erzeugung von den Enden der Sensorstruktur 510 zurückgeworfen und von der Spule 530 erfasst wird. Dies kann beispielsweise besonders vorteilhaft bei einer resonanten Anregung, zum Beispiel im Sinne einer Anregung einer Körperschallresonanz erfolgen. Ferner kann das Anregungssignal der Spule 530, also des Stroms 580 bzw. des dadurch erzeugten Magnetfeldes eine Modulation aufweisen, sodass ein entsprechend erzeugtes Antwortsignal 590 dem Anregungssignal 580 zugeordnet werden kann, um beispielsweise eine gleichzeitige Erfassung eines Antwortsignals aufgrund eines Drehmoments zu ermöglichen, wobei die Unterscheidung dann beispielsweise durch die Modulation des Antwortsignals bzw. dem Fehlen einer Modulation auf Basis des Drehmoments möglich sein kann. Bei resonanter Anregung können dabei die Geometrien und Materialien der Welle 510, sowie die Parameter der Spule bzw. der Spulen derart gewählt sein, dass eine Körperschallresonanzfrequenz unterscheidbar zu anderen Resonanzmechanismen ist. Damit kann eine Unterscheidbarkeit des Antwortsignals 590 zur Bestimmung einer Information über die erste und/oder zweite Magnetisierung 520, 540, ermöglicht werden.
Das offenbarungsgemäße Konzept der Sensorvorrichtung 500 kann dabei als beispielsweise angelehnt an die magnetostriktive Positionsmessung aufgefasst werden, wobei im Gegensatz zur magnetostriktiven Positionsmessung, bei der die Laufzeit der Schallwelle entlang einer Welle oder eines Drahtes gemessen wird, bei dem offenbarungsgemäßen Konzept, zur Bestimmung einer Information über die Magnetisierung, also zum Beispiel bei der Messung der Güte beziehungsweise Alterung der bspw. ersten und/oder zweiten Magnetisierung 520, 540, die Amplitude der Körperschallwelle 590 erfasst werden kann. Nimmt beispielsweise die erste und/oder zweite Magnetisierung 520, 540, zum Beispiel über der Lebensdauer der Sensorvorrichtung ab, dann kann auch die Amplitude der Körperschallwelle kleiner werden.
In anderen Worten kann zur Messung des Drehmoments die Welle 510, an der das Drehmoment magnetostriktiv gemessen werden soll, über eine definierte Länge eine tangentiale bspw. erste und/oder zweite Magnetisierung 520, 540 aufweisen. Um die bspw. erste und/oder zweite Magnetisierung 520, 540 zu prüfen kann von außen die Magnetisierung 520 in axialer Richtung ausgelenkt werden (z.B. durch eine stromdurchflossene Spule). Bspw. aufgrund der Kopplung von Magnetisierung und Volumenänderung im Material kann sich eine Schallwelle 590, also bspw. Körperschallwelle entlang der Welle 510 ausbreiten. Diese kann z.B. mit einem Mikrofon 560 elektronisch erfasst werden. Um die Schallwelle 590 mit einer Spule 550 erfassen zu können, ist es vorteilhaft oder bspw. sogar notwendig an der Stelle, an der sich die Detektor-Spule 550 befindet, also bspw. in einem zweiten Bereich der Welle 510, die Welle 510 ebenfalls tangential aufzumagnetisieren. Wenn die Schallwelle 590 am Ende ankommt, dann kann die bspw. zweite Magnetisierung 540 dort dann ebenfalls in tangentialer Richtung ausgelenkt werden, was durch die Spule 550 detektiert wird.
Beispielsweise im Hinblick auf den Einsatz von Spulen haben die Erfinder erkannt, dass es Nachteile aufweisen kann, die Magnetisierung 520 - bspw. wie bei der Positionsmessung - mit kurzen Pulsen anzuregen. Die Induktivität der Spule 530, bspw. „Sendespule“ 530, in die der Strompuls 580 bspw. eingeprägt werden soll, kann dies verhindern oder erschweren. Möchte man dennoch sehr kurze Pulse verwenden, dann wären dazu bspw. sehr hohe Spannungen an der Spule 530 notwendig. Daher kann es besser oder vorteilhaft sein, die Spule 530 mit einem sinusförmigen Strom 580 zu speisen. Bildet man einen Schwingkreis, z.B. durch Parallel- oder Reihenschaltung mit einem Kondensator, dann kann sich dieser bspw. sehr einfach in Resonanz betreiben lassen und kann damit sehr energieeffizient sein.
Dabei kann es vorteilhaft oder sogar notwendig sein den Speisestrom 580 bzw. dessen Amplitude sehr genau zu kennen, damit aus der Anregung auf die Alterung der bspw. ersten und/oder zweiten Magnetisierung 520, 540 geschlossen werden kann. Der Strom kann dabei bestimmt oder definiert werden durch Messung oder die Dimensionierung des Schwingkreises.
Liegt ein Drehmoment an der Welle 510 an, dann können sich auch die dadurch entstehenden Schallwellen überlagern. Im Gegensatz zur Anregung des Drehmoments, das bspw. durch die Applikation vorgegeben ist, kann aber die Modulation der Magnetisierung 520 von außen definiert kontrolliert werden. Dadurch kann es ermöglicht werden, die unterschiedlichen Signalanteile durch Drehmoment und magnetischer Anregung zu separieren.
Im Folgenden soll nochmals in anderen Worten auf die Anregung der Körperschallresonanz eingegangen werden. Im Hinblick auf Resonanz kann die Welle 510 wie eine magnetische Antenne mit mehreren Resonanzfrequenzen wirken. Eine bspw. erste charakteristische Resonanzfrequenz kann durch die Eigeninduktivität der Spule 530, bspw. der Erregerspule 530 und parasitäre Kapazitäten der elektronischen Beschaltung (z.B. bei Ausbildung eines Schwingkreises) gebildet sein. Ein Beispiel für die Auslegung gestaltet sich wie folgt: Eine 1m lange Welle zur Drehmomentübertragung hat bei einer Schallgeschwindigkeit von 1000m/s eine Resonanzfrequenz von 500Hz. Eigenresonanzen von LC-Schwingkreisen haben ebenfalls eine solche Frequenz, wenn sie z.B. aus einer Induktivität von 320µH und einer Kapazität von 320µP bestehen. Das sind Werte, die relativ einfach zur realisieren sind. Es ist somit möglich elektronisch niedrigere oder höhere Resonanzfrequenzen als charakteristische Resonanzfrequenz zu erzeugen. Außerdem können sich elektromagnetische Wellenresonanzen, die sich aus der Lichtgeschwindigkeit und der Ausdehnung der Welle 510 ergeben, bilden. Neben der Grundresonanz können sich dazu auch Resonanzen bei ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz ausbilden. Die bspw. dritte Art von Resonanz kann sich aus der Schallgeschwindigkeit in der Welle, also bspw. Körperschallwelle 590 und der Länge der Welle, bspw. der Welle 510 ergeben. Alle 3 Arten von Resonanz können sich bei bspw. bekannten Wellen- und Spulen-Geometrien z.B. genau bestimmen und dem jeweiligen Effekt zuordnen lassen.
Zur Bestimmung der der bspw. ersten und/oder zweiten Magnetisierung 520, 540 kann die Körperschall-Resonanz verwendet werden. Die Spule 530, bspw. Sende-Spule 530, kann mit der entsprechenden Frequenz angeregt und die Höhe der Resonanz bestimmt werden. Sie kann ein Maß für die bspw. erste und/oder zweite Magnetisierung 520, 540, die nicht von der Permeabilität der Welle beeinflusst ist, bilden. Im z.B. einfachsten Fall kann bspw. einfach die Resonanz der Spule 530 bzw. Sende-Spule 530 zusammen mit der Körperschallresonanz bestimmt werden (bspw. geringer oder geringster Aufwand!). Dazu kann bspw. nur eine Spule 530 ohne zusätzliche Komponenten benötigt werden. Es kann z.B. einfach die Impedanz bei Körperschallresonanz bestimmt und ausgewertet werden (z.B. durch Ausweiterung der Amplitude, bspw. des Antwortsignals 590, oder eines Verhältnisses der Amplituden von Antwort- und Anregungssignal). Ein weiterer Weg zur Bestimmung der bspw. ersten und/oder zweiten Magnetisierung 520, 540 kann die Auswertung der Übertragungsfunktion (z.B. die Amplitude, bspw. durch Auswertung von Amplituden von Antwort- und Anregungssignal) von der Spule 530, bspw. Sendespule 530, z.B. zum Detektor, bspw. der Empfangsspule 550 oder einem Empfangs-Mikrofon 560, bilden.
6 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer magnetostriktiven Sensorvorrichtung für eine Drehmomenterkennung mit zusätzlichen Kompensationsspulen gemäß der vorliegenden Offenbarung.
6 zeigt eine Sensorvorrichtung 600, mit, zusätzlich zu den bereits zuvor in 5 beschriebenen Elementen, zwei Kompensationsspulen 620 und 630, welche weitere Sendeelemente 620, 630 bilden. Die Kompensationsspulen sind zu beiden Seiten der Spule 530 angeordnet und weisen jeweils einen Strom 640 und 650 auf, deren Beträge die Hälfte des Betrags des Stromes 580 aufweisen und die eine entgegengesetzte Orientierung zum Strom 580 aufweisen.
Das erfindungsgemäße Konzept umfasst dabei, bspw. in Bezug auf den Aufbau von 5, Verbesserungen, zum Beispiel im Hinblick auf die mögliche Auswirkung, dass neben dem gewünschten Effekt, über die Schallwelle, bzw. Körperschallwelle 590 und den magnetoresistiven Effekt ein Signal in dem Detektor 550, bspw. in Form einer Empfängerspule 550, zu erzeugen, es aufgrund der Permeabilität der Welle 510 auch zu einem rein magnetisch übertragenen Signal kommen kann. Hierbei kann die Welle 510 wie der Kern eines Übertragers wirken. Beispielsweise kann das rein magnetisch übertragene Signal zu einem zusätzlichen Beitrag im Empfangssignal und damit zu einer fehlerhaften Auswertung führen.
Zur erfindungsgemäßen Verbesserung, kann die magnetische Übertragung durch Kompensationsspulen 620, 630, welche bspw. weitere „Sendespulen“ bilden z.B. mit entgegengesetzten Stromrichtungen oder mit entgegengesetztem Wickelsinn unterdrückt werden. Das magnetische Signal, das über die Permeabilität der Welle 510 übertragen wird, kann dadurch bspw. wirksam eliminiert oder verringert werden. Das Signal, das in der Spule 530, bspw. der Haupt-Sendespule 530, über den Umweg der Körperschallwelle 590 entsteht, kann aber z.B. unvermindert zum Detektor 550, in Form der Detektor-Spule 550 bspw. Empfangsspule 550, übertragen werden.
Ferner kann die Windungszahl der jeweiligen Kompensationsspule 620, 630 dabei gerade der Windungszahl der Spule 530 geteilt durch die Anzahl der Kompensationsspulen entsprechen. Dementsprechend kann jede der Kompensationsspulen 620, 630 die halbe Windungszahl der Spule 530 aufweisen. Durch diese Wahl der Verhältnisse der Wickelzahlen können die Spulen 530, 620, 630, z.B. für den Fall dass die Kompensationsspulen 620 ,630 einen entgegengesetzte Wickelrichtung als die Spule 530 aufweisen, mit einem gemeinsamen Strom gespeist werden.
Alle hierin aufgeführten Aufzählungen der Materialien, Umwelteinflüsse, elektrischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften sind hierbei als beispielhaft und nicht als abschließend anzusehen.
Schlussfolgerungen und weitere Anmerkungen
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung können Verwendung finden oder umfassen Drehmomentmessungen in Wellen zur Flugsteuerung (bspw. von Klappen z.B. Flügelklappen, Leitwerke, Ruder) oder bspw. in Wellen im Maschinen-/Fahrzeugbau. Allgemein können offenbarungemäße Konzepte beispielsweise in Flugzeugen, im Maschinenbau, oder im Fahrzeugbau Anwendung finden.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen ein Konzept zur Alterungsdetektion der Magnetisierung in magnetostriktiven Drehmomentmesssystemen.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen ganz allgemein Sensorvorrichtungen mit magnetostriktiven Eigenschaften, z.B. Sensorvorrichtungen die, oder deren Elemente magnetostriktive Materialien umfassen oder auf Prinzipien der Magnetostriktion beruhen oder dem Gebiet der magnetostriktiven Drehmomentmessung zugeordnet werden können. Dabei kann eine Kopplung einer Auslenkung oder Anregung einer Magnetisierung mit einer Körperschallwelle aufgrund der magnetostriktiven Eigenschaften genutzt werden.
Ganz allgemein schaffen Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung, zum Beispiel im Hinblick auf magnetostriktive Drehmomentsensoren, die Wirkung, dass eine Messung der Magnetisierung unabhängig von einem Drehmoment angeregt werden kann und sich somit die Magnetisierung unabhängig vom Drehmoment messen lassen kann.
Vorteile von offenbarungsgemäßen Verfahren kann es z.B. sein, dass es bspw. erstmals möglich ist, eine Veränderung bzw. Alterung der Magnetisierung in magnetostriktiven Drehmomentmesssystemen bei integrierten Systemtests oder auch im laufenden Betrieb zu erkennen.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung beruhen auf dem Konzept die magnetostriktive Kopplung zwischen Magnetisierung und Körperschallwellen dazu zu nutzen, um bei einer Signaländerung einer magnetostriktiven Drehmomentmessung die Ursachen, Änderung der Magnetisierung und Änderung des Drehmomentes, zu unterscheiden.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen einen diskreten Aufbau auf. Ferner können Schallwellen bzw. Körperschallwellen mit Schall-Messmethoden, bspw. Ultra-Schall-Messmethoden erfasst, und deren Charakteristika analysiert oder nachgewiesen werden. Diese Methoden können bspw. zur Erfassung des Antwortsignals in Form einer Körperschallwelle zum Einsatz kommen.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen eine Sende-/ Detektorstruktur auf, mit einem Detektor, welcher als Spule ausgebildet und in einem zweiten Bereich der Sensorstruktur, mit einer zweiten Magnetisierung, angeordnet ist. Der Detektor kann dabei als eine Empfangsspule ausgebildet sein, mit der eine alleinige Messung der Signalhöhe des Antwortsignals erfolgen kann.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung kann es sich bei der Sensorstruktur um einen Prüfling handeln, bspw. einen Prüfling mit ferromagnetischen Eigenschaften, der z.B. eine tangentiale Magnetisierung aufweist. Ein offenbarungsgemäßes Konzept zur Bestimmung einer Information über die Magnetisierung kann dabei die magnetostriktive Anregung einer Schallwelle, bzw. Körperschallwelle in dem Prüfling umfassen.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung können Sensorvorrichtungen für eine Biegemomenterkennung oder Biegesensoren umfassen, welche eine Funktion, wie bspw. die zuvor beschriebene Sensorvorrichtung zur Drehmomenterfassung, z.B. im Hinblick auf die Bestimmung einer Information über eine Magnetisierung, aufweisen. Bei solchen Sensoren oder Sensorvorrichtungen kann bspw. durch eine Verbiegung der Sensorstruktur, welche bspw. ein magnetostriktives Material und eine Magnetisierung aufweist, z.B. durch die Anregung bzw. Auslenkung der Magnetisierung durch die Verbiegung, eine Körperschallwelle erzeugt und zur Erfassung des Biegemoments oder der Verbiegung erfasst werden. Eine Bestimmung einer Information über die Magnetisierung, bspw. zur Alterungsdetektion, kann dabei offenbarungsgemäß durchgeführt werden, also bspw. durch eine Anregung der Magnetisierung mit einer Sende-/ Detektorstruktur und anschließender Erfassung und Auswertung einer dadurch erzeugten Körperschallwelle.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren auf-gezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nicht-vorübergehend.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2878938 B1 [0008]

Claims

Sensorvorrichtung (400, 500, 600) für eine Drehmomenterkennung mit den folgenden Merkmalen: einer Sensorstruktur (410, 510) mit einer Magnetisierung (420, 520), zumindest in einem ersten Bereich; und einer Auswerteeinheit (440); und einer Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560), wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) zumindest partiell im ersten Bereich der Sensorstruktur (410, 510) angeordnet ist; und wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) dazu ausgelegt ist, ein Anregungssignal (580), zur Anregung (570) der Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) im ersten Bereich zu erzeugen; und wobei die Sensorstruktur (410, 510) dazu ausgelegt ist, durch die Anregung (570) der Magnetisierung (420, 520) ein Antwortsignal (590) zu erzeugen; und wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) dazu ausgelegt ist, das Antwortsignal (590) zu erfassen; und wobei die Auswerteeinheit (440) dazu ausgelegt ist, auf Basis des erfassten Antwortsignals (590), eine Information über die Magnetisierung (420, 520) zu bestimmen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß Anspruch 1, wobei die Magnetisierung (420, 520) eine Abhängigkeit von einem äußeren Einfluss aufweist und wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) dazu ausgelegt ist, anhand der Magnetisierung (420, 520) den äußeren Einfluss zu erfassen; und wobei die Auswerteeinheit (440) dazu ausgelegt ist, anhand der Abhängigkeit der Magnetisierung (420, 520) von dem äußeren Einfluss eine Information über den äußeren Einfluss zu bestimmen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Magnetisierung (420, 520) ein sich tangential zur Oberfläche der Sensorstruktur (410, 510) erstreckendes Magnetfeld ausbildet; und/oder wobei das Magnetfeld (420, 520) orthogonal zu einer axialen, und orthogonal zu einer radialen Ausdehnung der Sensorstruktur (410, 510) ausgerichtet ist; und/oder wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) dazu ausgelegt ist, das Anregungssignal (580) zur Anregung (570) des Magnetfelds (420, 520) in axialer Richtung der Sensorstruktur (410, 510) zu erzeugen; und/oder wobei die Sensorstruktur (410, 510) dazu ausgelegt ist, durch die Anregung (570) des Magnetfelds (420, 520), das Antwortsignal (590) mit einer Ausbreitungsrichtung axial zur Sensorstruktur (410, 510) zu erzeugen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) durch ein Element realisiert ist; und wobei das Element im ersten Bereich der Sensorstruktur (410, 510) angeordnet ist.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) mit einem Sendeelement (530) in Kombination mit einem separaten Detektor (550, 560) realisiert ist; und wobei das Sendeelement (530) im ersten Bereich der Sensorstruktur (410, 510) angeordnet ist; und wobei das Sendeelement (530) dazu ausgelegt ist, das Anregungssignal (580), zur Anregung (570) der Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) im ersten Bereich zu erzeugen; und wobei der Detektor (550, 560) in einem zweiten Bereich der Sensorstruktur (410, 510), außerhalb des ersten Bereichs der Sensorstruktur (410, 510), angeordnet ist; und wobei der Detektor (550, 560) dazu ausgelegt ist, das Antwortsignal (590) zu erfassen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß Anspruch 5, wobei die Magnetisierung (420, 520) eine erste Magnetisierung (420, 520) ist und wobei der zweite Bereich der Sensorstruktur (410, 510) eine zweite Magnetisierung (540) aufweist; und wobei die zweite Magnetisierung (540) eine Abhängigkeit von einem äußeren Einfluss aufweist; und wobei der Detektor dazu ausgelegt ist das Antwortsignal (590), durch eine Erfassung einer Anregung (610) der zweiten Magnetisierung (540) der Sensorstruktur (410, 510) im zweiten Bereich durch das Antwortsignal (590), zu erfassen und/oder eine Anregung der zweiten Magnetisierung (540) der Sensorstruktur (410, 510) im zweiten Bereich durch den äußeren Einfluss zu erfassen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß Anspruch 6, wobei die Auswerteeinheit (440) dazu ausgelegt ist auf Basis der erfassten Anregung (610) der zweiten Magnetisierung (540) der Sensorstruktur (410, 510) im zweiten Bereich eine Information über den äußeren Einfluss und/oder die erste und/oder die zweite Magnetisierung (420, 520, 540) zu bestimmen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die zweite Magnetisierung (540) ein zweites, sich tangential zur Oberfläche der Sensorstruktur (410, 510) erstreckendes, Magnetfeld ausbildet; und/oder wobei das zweite Magnetfeld (540) orthogonal zu einer axialen, und orthogonal zu einer radialen Ausdehnung der Sensorstruktur (410, 510) ausgerichtet ist; und/oder wobei das Antwortsignal (590) ein sich in einer axialen Richtung der Sensorstruktur (410, 510) ausbreitendes Antwortsignal (590) ist; und/oder wobei der Detektor dazu ausgelegt ist das Antwortsignal (590), durch ein Erfassen einer Anregung (610) des zweiten Magnetfelds (540) durch das Antwortsignal (590), im zweiten Bereich der Sensorstruktur (410, 510), zu erfassen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) dazu ausgelegt ist ein moduliertes Anregungssignal (580) zu erzeugen; und wobei die Auswerteeinheit (440) dazu ausgelegt ist ein erfasstes Antwortsignal (590), welches auf dem modulierten Anregungssignal (580) basiert, dem modulierten Anregungssignal (580) zuzuordnen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei das Anregungssignal (580) der Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) ein erstes Anregungssignal (580) ist; und wobei die Sensorvorrichtung (400, 500, 600) zumindest ein weiteres Sendeelement (620, 630) aufweist; und wobei das weitere Sendeelement (620, 630) dazu ausgelegt ist, einer Ausbreitung des ersten Anregungssignals (580) in der Sensorstruktur (410, 510) außerhalb des ersten Bereichs, durch Erzeugen zumindest eines zweiten, dem ersten Anregungssignal entgegengerichteten, Anregungssignals (630, 650) entgegenzuwirken.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) dazu ausgelegt ist, ein Anregungssignal (580) zur Anregung einer Resonanzfrequenz der Sensorstruktur (410, 510) zu erzeugen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (440) dazu ausgelegt ist, eine Resonanz-Impedanz zu bestimmen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (440) dazu ausgelegt ist eine Übertragungsfunktion zu bestimmen und/oder auszuwerten; wobei die Übertragungsfunktion einen Zusammenhang zwischen Anregungssignal (580) und Antwortsignal (590) umfasst.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) dazu ausgelegt ist eine Amplitude des Antwortsignals (590) zu erfassen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) dazu ausgelegt ist, ein sinusförmiges Anregungssignal (580) zu erzeugen; und wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) einen Schwingkreis zur Erzeugung des sinusförmigen Anregungssignals (580) umfasst.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) eine Sende-/Detektor-Spule (430) umfasst; und wobei die Sensorstruktur (410, 510) eine Welle und/oder eine Aufmagnetisierung umfasst; und wobei die Welle und/oder die Aufmagnetisierung ein magnetostriktives Material aufweisen; und wobei die Sende-/Detektor-Spule (430) dazu ausgelegt ist ein Magnetfeld, zur Anregung (570) der Magnetisierung (420, 520) der Welle und/oder der Aufmagnetisierung, zu erzeugen; und wobei die Welle und/oder die Aufmagnetisierung dazu ausgelegt sind, durch die Anregung (570) der Magnetisierung (420, 520), ein Körperschallsignal (590) zu erzeugen.
Sensorvorrichtung (400, 500, 600) gemäß Anspruch 16, wobei die Sende-/ Detektorstruktur (430, 530, 550, 560) eine Detektor-Spule (550) und/oder ein Mikrofon (560) umfasst.
Verfahren zur Alterungsdetektion einer Magnetisierung (420, 520, 540) einer Sensorstruktur (410, 510) für eine Drehmomenterkennung, mit den folgenden Schritten: Erzeugen eines Anregungssignals (580), um die Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) anzuregen; und Erhalten eines Antwortsignals (590) in Reaktion auf das Anregungssignal (580); und Erfassen des Antwortsignals (590); und Bestimmen einer Information über die Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) auf Basis des erfassten Antwortsignals (590).
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Verfahren ferner umfasst: Erfassen einer Anregung der Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) aufgrund eines äußeren Einflusses; und Bestimmen einer Information über den äußeren Einfluss auf Basis der erfassten Anregung der Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) aufgrund des äußeren Einflusses.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei das Verfahren ferner umfasst: Erzeugen eines modulierten Anregungssignals (580) zur Anregung (570) der Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510); und Zuordnen eines erfassten Antwortsignals (590) zu dem modulierten Anregungssignal (580); und Bestimmen der Information über die Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) auf Basis des erfassten, und zu dem modulierten Anregungssignal (580) zugeordneten, Antwortsignals (590).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Verfahren ferner umfasst: Erzeugen eines Anregungssignals (580) zur resonanten Anregung (570) der Sensorstruktur (410, 510); und Erhalten eines resonanten Antwortsignals (590) in Reaktion auf die resonante Anregung (570) der Sensorstruktur (410, 510).
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei das Bestimmen der Information über die Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) ferner ein Bestimmen einer Resonanz-Impedanz umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 21 oder 22, wobei das Bestimmen der Information über die Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) ferner ein Bestimmen einer Resonanzhöhe umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei das Bestimmen der Information über die Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) ferner ein Auswerten und/oder Bestimmen einer Übertragungsfunktion umfasst, wobei die Übertragungsfunktion einen Zusammenhang zwischen dem Anregungssignal (580) und dem Antwortsignal (590) umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei die Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) eine erste Magnetisierung (420, 520) in einem ersten Bereich der Sensorstruktur (410, 510) ist; und wobei die Sensorstruktur (410, 510) eine zweite Magnetisierung (540) in einem zweiten Bereich der Sensorstruktur (410, 510) aufweist; und wobei das Erzeugen eines Anregungssignals (580) ein Erzeugen eines Anregungssignals (580) zur Anregung (570) der ersten Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) im ersten Bereich ist; und wobei das Erhalten eines Antwortsignals (590) ein Erhalten eines Antwortsignals (590) in der Sensorstruktur (410, 510) in Reaktion auf die Anregung (570) der ersten Magnetisierung (420, 520) der Sensorstruktur (410, 510) im ersten Bereich ist; und und wobei das Erfassen des Antwortsignals (590) ferner ein Erfassen einer Anregung (610) der zweiten Magnetisierung (540) der Sensorstruktur (410, 510) im zweiten Bereichs durch das Antwortsignal (590) umfasst; und wobei das Bestimmen der Information über die Magnetisierung (420, 520, 540) der Sensorstruktur (410, 510) ein Bestimmen der Information über die erste und/oder zweite Magnetisierung (420, 520, 540) der Sensorstruktur (410, 510), auf Basis des erfassten Antwortsignals (590), umfasst.
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 18 bis 25, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.