DE102021120317A1 - Sensor and method using a sensor - Google Patents

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Thomas Bludau
Oliver Kleinheinz
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Abstract

Verfahren mit einem Sensor (1) und Sensor (1) mit mindestens einem Sensorelement (2) zur Erfassung von Sensorsignalen und mindestens eine Steuer- und Auswerteeinheit (3) zur Erzeugung von Anwendungsparametern aus den Sensorsignalen, und einer Ausgabeeinheit (4) zur Ausgabe eines Objektfeststellungssignals, wobei die Steuer und Auswerteeinheit (3) mindestens ein Filter (5) aufweist zur Filterung der Anwendungsparameter und Ausgabe von Filterergebnissen, wobei das Filter (5) ein Filter mit unendlicher Impulsantwort ist, das Filter (5) ein adaptives Filter ist, und die Steuer und Auswerteeinheit (3) das Filter (5) aufweist und ausgebildet ist das Objektfeststellungssignal abhängig von den Filterergebnissen des Filters (5) zu bilden.Method with a sensor (1) and sensor (1) with at least one sensor element (2) for detecting sensor signals and at least one control and evaluation unit (3) for generating application parameters from the sensor signals, and an output unit (4) for outputting a object detection signal, the control and evaluation unit (3) having at least one filter (5) for filtering the application parameters and outputting filter results, the filter (5) being a filter with an infinite impulse response, the filter (5) being an adaptive filter, and the control and evaluation unit (3) has the filter (5) and is designed to form the object detection signal as a function of the filter results of the filter (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren mit einem Sensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7.The present invention relates to a sensor according to the preamble of claim 1 and a method with a sensor according to the preamble of claim 7.

Sensoren sollen für eine Vielzahl von Anwendungen bzw. Applikationen geeignet sein und dabei immer eine hohe Messgenauigkeit aufweisen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss sich ein Sensor auf die Anwendung bzw. Applikation anpassen. Hierfür bestimmt der Sensor diverse applikationsspezifische Parameter bzw. anwendungsspezifische Parameter und verwendet diese zur Berechnung der gewünschten Ausgangsgröße.Sensors should be suitable for a large number of uses and applications and always have a high measurement accuracy. In order to achieve this goal, a sensor must adapt to the application. For this purpose, the sensor determines various application-specific parameters or application-specific parameters and uses these to calculate the desired output variable.

Dieses Bestimmen der Parameter kann als Einlernvorgang des Sensors auf die Applikation betrachtet werden. Es ist wünschenswert, dass dieser Einlernvorgang möglichst schnell und trotzdem mit hoher Genauigkeit funktioniert, um sowohl eine schnelle Inbetriebnahme sowie eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen.Determining the parameters in this way can be viewed as the process of teaching the sensor to the application. It is desirable that this learning process works as quickly as possible and nevertheless with high accuracy, in order to achieve both rapid commissioning and high measurement accuracy.

Ein probates Mittel, um eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen, ist ein Filtern der gemessenen Parameter. Es gilt dabei, je stärker die Filterwirkung, umso höher die Messgenauigkeit.A tried and tested means of achieving high measurement accuracy is filtering the measured parameters. The rule here is that the stronger the filter effect, the greater the measurement accuracy.

Je höher die Filterwirkung, desto länger dauert jedoch auch ein Einlernvorgang, da jedes Filter eine zeitliche Verzögerung mit sich bringt. Dieses Verhalten potenziert sich, wenn zwischen den zu bestimmenden Parametern Abhängigkeiten bestehen. Entweder wird eine schwache Filterwirkung eingestellt, die einen schnelleren Einlernprozess ermöglicht, aber eine niedrige Genauigkeit mit sich bringt, oder eine starke Filterwirkung wird eingestellt, die einen langen Einlernprozess bedingt, dafür aber eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht.However, the higher the filter effect, the longer a learning process takes, since each filter involves a time delay. This behavior increases when there are dependencies between the parameters to be determined. Either a weak filter effect is set, which enables a faster learning process but entails low accuracy, or a strong filter effect is set, which requires a long learning process but enables high measuring accuracy.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Sensor bzw. ein Verfahren mit einem Sensor bereitzustellen zur Bestimmung applikationsspezifischer Parameter bzw. anwendungsspezifischer Parameter, wobei gleichzeitig ein schneller Einlernvorgang, sowie eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht werden soll.One object of the invention is to provide a sensor or a method with a sensor for determining application-specific parameters or application-specific parameters, while at the same time a quick learning process and high measurement accuracy should be made possible.

Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst mit einem Sensor mit mindestens einem Sensorelement zur Erfassung von Sensorsignalen und mindestens eine Steuer- und Auswerteeinheit zur Erzeugung von Anwendungsparametern aus den Sensorsignalen, und einer Ausgabeeinheit zur Ausgabe eines Objektfeststellungssignals, wobei die Steuer und Auswerteeinheit mindestens ein Filter aufweist zur Filterung der Anwendungsparameter und Erzeugung und Ausgabe von Filterergebnissen, wobei das Filter ein Filter mit unendlicher Impulsantwort ist, das Filter ein adaptives Filter ist, und die Steuer und Auswerteeinheit das Filter aufweist und ausgebildet ist das Objektfeststellungssignal abhängig von den Filterergebnissen des Filters zu bilden.The object is achieved according to claim 1 with a sensor having at least one sensor element for detecting sensor signals and at least one control and evaluation unit for generating application parameters from the sensor signals, and an output unit for outputting an object detection signal, the control and evaluation unit having at least one filter for filtering the application parameters and generating and outputting filter results, the filter being a filter with an infinite impulse response, the filter being an adaptive filter, and the control and evaluation unit having the filter and being designed to form the object detection signal as a function of the filter results of the filter.

Die Aufgabe wird weiter gemäß Anspruch 7 gelöst mit einem Verfahren mit einem Sensor mit mindestens einem Sensorelement zur Erfassung von Sensorsignalen und mindestens eine Steuer- und Auswerteeinheit zur Erzeugung von Anwendungsparametern aus den Sensorsignalen, und einer Ausgabeeinheit zur Ausgabe mindestens eines Objektfeststellungssignals, wobei die Steuer und Auswerteeinheit mindestens ein Filter aufweist zur Filterung der Anwendungsparameter und Erzeugung und Ausgabe von Filterergebnissen, wobei das Filter ein Filter mit unendlicher Impulsantwort ist, das Filter ein adaptives Filter ist, und die Steuer und Auswerteeinheit das Filter aufweist und das Objektfeststellungssignal abhängig von den Filterergebnissen des Filters gebildet wird.The object is further achieved according to claim 7 with a method having a sensor with at least one sensor element for detecting sensor signals and at least one control and evaluation unit for generating application parameters from the sensor signals, and an output unit for outputting at least one object detection signal, the control and Evaluation unit has at least one filter for filtering the application parameters and generating and outputting filter results, the filter being a filter with an infinite impulse response, the filter being an adaptive filter, and the control and evaluation unit having the filter and the object detection signal depending on the filter results of the filter is formed.

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren bzw. einen Sensor mit einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Bestimmung anwendungsspezifischer Parameter bzw. Anwendungsparameter, die gleichzeitig einen schnellen Einlernvorgang, sowie eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht.The invention describes a method or a sensor with a control and evaluation unit for determining application-specific parameters or application parameters, which at the same time enables a rapid learning process and high measurement accuracy.

Die Erfindung ermöglicht einen schnellen und genauen Einlernprozess, der anwendungsspezifischer Parameter zur gleichen Zeit, vor allem dann, wenn zwischen den Anwendungsparametern Abhängigkeiten bestehen.The invention allows for a fast and accurate learning process that includes application-specific parameters at the same time, especially when there are dependencies between the application parameters.

Der Grundgedanke besteht darin, dass die Filterwirkung an einen Einlernzustand sowie die Abhängigkeiten der einzelnen Anwendungsparameter untereinander angepasst wird. Dabei wird vorausgesetzt, dass sich die anwendungsspezifischen Parameter nicht oder nur sehr langsam ändern. Die Anwendungsparameter ändern sich beispielsweise nur in einem Zeitraum von Stunden, Tagen oder Wochen.The basic idea is that the filter effect is adapted to a learning state and the dependencies of the individual application parameters among one another. It is assumed that the application-specific parameters do not change or only change very slowly. For example, the application parameters only change over a period of hours, days or weeks.

Ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (englisch infinite impulse response filter, IIR-Filter oder auch IIR-System) ist ein bestimmter Typ Filter in der Signalverarbeitung. Es bezeichnet ein lineares, verschiebungsinvariantes Filter, auch LSI-System (Linear Shift-Invariant) genannt. Je nach konkreter Wahl der Filterparameter kann dieser Filtertyp im Gegensatz zu Filtern mit endlicher Impulsantwort eine unendlich lang andauernde Impulsantwort liefern.A filter with an infinite impulse response (English infinite impulse response filter, IIR filter or IIR system) is a specific type of filter in signal processing. It designates a linear, shift-invariant filter, also called LSI system (Linear Shift-Invariant). Depending on the specific selection of the filter parameters, this type of filter can deliver an infinitely long impulse response, in contrast to filters with a finite impulse response.

Für rationale IIR-Filter gibt es verschiedene Möglichkeiten, diese als Netzwerk aus Additions-, Multiplikations- und Verzögerungselementen zu realisieren. Die tatsächliche Umsetzung kann hier in Microcontrollern, digitalen Signalprozessoren oder auch in digitaler Hardware wie FPGAs oder ASICs erfolgen. Grundsätzlich können in allen IIR-Filterstrukturen verschiedenartige Übertragungsfunktionen realisiert werden.There are various possibilities for rational IIR filters to implement them as a network of addition, multiplication and delay elements. The actual implementation can take place in microcontrollers, digital signal processors or in digital hardware such as FPGAs or ASICs. In principle, different types of transfer functions can be implemented in all IIR filter structures.

Ein adaptives Filter in der Signalverarbeitung ist ein spezielles analoges Filter oder digitales Filter, das seine Übertragungsfunktion und Frequenz im Betrieb selbstständig verändern kann. Zu diesem Zweck wird das IIR-Filter mit einem Einstellnetzwerk versehen, das nach bestimmten Regeln die Filterkoeffizienten verändern kann.An adaptive filter in signal processing is a special analog filter or digital filter that can independently change its transfer function and frequency during operation. For this purpose, the IIR filter is provided with an adjustment network that can change the filter coefficients according to certain rules.

In Weiterbildung der Erfindung weist das Filter mindestens vier Filterparameter auf, wobei die Filterparameter

  • - mindestens ein Filterwert als Startwert des Filters,
  • - mindestens ein Filterwert als Endwert des Filters,
  • - mindestens ein Inkrementalwert des Filterwertes und
  • - mindestens ein Filterzähler mit einer Anzahl zu bestimmender Werte innerhalb einer Filterstufe sind,
wobei die Anwendungsparameter zyklisch zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte erfasst werden, und mit dem Filterwert als Startwert des Filters gefiltert werden, und ein aktualisiertes Filterergebnis berechnet wird, wobei die Anwendungsparameter zyklisch zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte erfasst werden und mit dem aktuellen Filterwert gefiltert werden, wobei die Anwendungsparameter zyklisch so lange zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte erfasst werden und so lange mit dem aktuellsten Filterwert gefiltert werden bis ein Endwert des Filters erreicht ist, wobei das finale gefilterte Filterergebnis in der Steuer- und Auswerteeinheit zur Berechnung des Objektfeststellungssignals angewendet wird.In a development of the invention, the filter has at least four filter parameters, with the filter parameters
  • - at least one filter value as the start value of the filter,
  • - at least one filter value as the end value of the filter,
  • - at least one incremental value of the filter value and
  • - are at least one filter counter with a number of values to be determined within a filter stage,
wherein the application parameters are recorded cyclically at different times according to the number of values to be determined, and are filtered with the filter value as the start value of the filter, and an updated filter result is calculated, wherein the application parameters are recorded cyclically at different times according to the number of values to be determined and are filtered with the current filter value, with the application parameters being recorded cyclically at different times according to the number of values to be determined and filtered with the most recent filter value until an end value of the filter is reached, with the final filtered filter result in the control and evaluation unit for calculating the object detection signal is used.

Ist der Sensor noch nicht auf die Anwendung eingelernt (z.B. Auslieferungszustand), so wird die niedrigste Filterwirkung nämlich der Filterwert als Startwert des Filters ausgewählt. Die Steuer- und Auswerteeinheit bestimmt jetzt n-mal (n = Anzahl zu bestimmender Werte innerhalb der Filterstufe des Filterzählers) die anwendungsspezifischen Parameter bzw. Anwendungsparameter und filtert diese mit der niedrigsten Filterstufe also dem Startwert des Filters. Der Filterparameter Anzahl zu bestimmender Werte innerhalb der Filterstufe des Filterzählers' hängt von der Komplexität der Abhängigkeiten ab. Je komplexer die Abhängigkeiten bzw. je mehr Hierarchiestufen es gibt, desto höher muss dieser Filterparameter gewählt werden, damit sich ein eingeschwungener Zustand ergibt, bevor die Filterwirkung erhöht wird. Nachdem die Anwendungsparameter n-mal bestimmt wurden, wird die Filterwirkung um einen Inkrementalwert des Filterwertes erhöht. Je größer dieser Filterparameter ist, desto schneller wird eine hohe Genauigkeit erreicht. Gleichzeitig wird allerdings das Erreichen des stationären Zustands verzögert. In dieser Filterstufe werden die anwendungsspezifischen Parameter bzw. die Anwendungsparameter wiederum n-Mal bestimmt, bis die Filterwirkung wieder um ein Inkrementalwert des Filterwertes erhöht wird. Dieses Verfahren wird so lange durchgeführt, bis die maximale Filterstufe also der Filterwert als Endwert des Filters erreicht ist.If the sensor has not yet been taught in for the application (e.g. delivery status), the lowest filter effect, namely the filter value, is selected as the start value of the filter. The control and evaluation unit now determines the application-specific parameters or application parameters n times (n=number of values to be determined within the filter level of the filter counter) and filters them with the lowest filter level, ie the start value of the filter. The filter parameter number of values to be determined within the filter level of the filter counter depends on the complexity of the dependencies. The more complex the dependencies or the more hierarchical levels there are, the higher this filter parameter must be selected so that a steady state results before the filter effect is increased. After the application parameters have been determined n times, the filter effect is increased by an incremental value of the filter value. The larger this filter parameter is, the faster high accuracy is achieved. At the same time, however, reaching the stationary state is delayed. In this filter stage, the application-specific parameters or the application parameters are again determined n times until the filter effect is again increased by an incremental value of the filter value. This procedure is carried out until the maximum filter level, i.e. the filter value as the final value of the filter, is reached.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Sensor eine Speichereinheit auf, wobei in der Speichereinheit die Anwendungsparameter gespeichert werden und beim Einschalten des Sensors die Anwendungsparameter von der Steuer- und Auswerteeinheit eingelesen werden.In a development of the invention, the sensor has a memory unit, the application parameters being stored in the memory unit and the application parameters being read in by the control and evaluation unit when the sensor is switched on.

Um ein unnötiges, erneutes Einlernen auf dieselbe Anwendung nach einem Sensorneustart zu verhindern, speichert die Steuer- und Auswerteeinheit die Filterstufe sowie die Anwendungsparameter persistent in der Speichereinheit ab und startet nach einem Neustart mit diesen Parametern und in dieser Filterstufe.In order to prevent unnecessary re-teaching for the same application after a sensor restart, the control and evaluation unit persistently saves the filter level and the application parameters in the memory unit and starts after a restart with these parameters and in this filter level.

Um gleichzeitig aber auch ein erneutes schnelles Einlernen zu ermöglichen, wenn ein schon eingelernter Sensor in einer neuen Anwendung mit anderen Anwendungsparametern eingesetzt werden soll, bestimmt die Steuer- und Auswerteeinheit die Anwendungsparameter direkt nach dem Neustart ohne Filterwirkung. Weichen diese Anwendungsparameter mehr als eine einstellbare Toleranz von den gespeicherten Anwendungsparametern ab, so werden alle gespeicherten Anwendungsparameter verworfen und die Filterstufe wird wieder auf den Startwert zurückgesetzt. Der Einlernvorgang beginnt von neuem.However, in order to enable rapid re-teaching at the same time if a sensor that has already been taught-in is to be used in a new application with different application parameters, the control and evaluation unit determines the application parameters directly after the restart without a filter effect. If these application parameters deviate from the saved application parameters by more than an adjustable tolerance, all saved application parameters are discarded and the filter level is reset to the start value. The learning process starts again.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor ein induktiver oder magnetischer Sensor.In a further development of the invention, the sensor is an inductive or magnetic sensor.

In Pneumatikzylindern wird eine Kolbenposition meist über einen auf dem Kolben befestigten Gebermagneten, mittels dem induktiver oder magnetischer Sensor bestimmt. Die Eigenschaften wie Ausrichtung, Magnetisierung, Remanenz oder Geometrie des Magneten können dabei variieren.In pneumatic cylinders, a piston position is usually determined via a transmitter magnet attached to the piston, using an inductive or magnetic sensor. The properties such as orientation, magnetization, remanence or geometry of the magnet can vary.

Ein induktiver oder magnetischer Sensor ist beispielsweise zur berührungslosen magnetischen Erfassung linearer Relativbewegung eines Gebermagneten entlang einer Messstrecke vorgesehen. Der Sensor weist beispielsweise zwei identische Sensorelemente auf, wobei jedes Sensorelement mindestens eine Komponenten eines Magnetfeldes des Gebermagneten erfasst, wobei die Sensorelemente in einem Abstand entlang der Messstrecke angeordnet sind, wobei die Sensorelemente jeweils ein monotones Positionssignal mit jeweils einem Wert eines Wertebereichs für jeweils eine Position entlang der Messstrecke des Gebermagneten erzeugen, wobei die Kennlinien der Positionssignale beispielsweise jeweils eine Punktsymmetrie aufweisen. Der Abstand der Sensorelemente ist dabei beispielsweise kürzer als die Messstrecke. Auch ist die räumliche Ausdehnung der Sensorelemente ist beispielsweise kürzer als die Messstrecke.An inductive or magnetic sensor is provided, for example, for the non-contact magnetic detection of linear relative movement of a transmitter magnet along a measuring section. The sensor has, for example, two identical sensor elements, with each sensor element detecting at least one component of a magnetic field of the transmitter magnet, with the sensor elements being arranged at a distance along the measurement path, with the sensor elements each generating a monotonic position signal, each with one value of a value range for one position in each case generate along the measuring section of the encoder magnet, the characteristics of the position signals each having a point symmetry, for example. The distance between the sensor elements is, for example, shorter than the measuring section. The spatial extent of the sensor elements is also shorter than the measuring section, for example.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Anwendungsparameter mindestens

  • - ein Offset von Sensorsignalen,
  • - eine Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale,
  • - ein Linearitätsfehler,
  • - und/oder Messpunkte der Sensorsignale.
In a further development of the invention, the application parameters are at least
  • - an offset of sensor signals,
  • - an amplification of offset-corrected sensor signals,
  • - a linearity error,
  • - and/or measuring points of the sensor signals.

Ein möglicher magnetischer Positionssensor ist ein magnetischer Positionssensor, der die Relativposition eines Gebermagneten zum Sensormittelpunkt über beispielsweise zwei Sensorelemente mit jeweils zwei Feldkomponenten berechnet. Da das Magnetfeld beispielsweise stark nichtlinear ist, müssen beispielsweise verschiedene Anwendungsparameter bestimmt werden, damit die Position korrekt berechnet werden kann. Außerdem müssen diverse Korrekturen bei der Auswertung im Magnetfeld vorgenommen werden, damit die Positionsbestimmung eine gute Genauigkeit aufweist. One possible magnetic position sensor is a magnetic position sensor that calculates the relative position of a transmitter magnet to the sensor center using, for example, two sensor elements each with two field components. For example, since the magnetic field is highly non-linear, various application parameters must be determined so that the position can be calculated correctly. In addition, various corrections must be made during the evaluation in the magnetic field so that the position determination has good accuracy.

Folgende Anwendungsparameter werden von der Steuer- und Auswerteeinheit bestimmt. Die Bestimmung dieser Anwendungsparameter geschieht, wenn der Magnet verschiedene charakteristische Punkte im Messbereich überfährt. Für einige Anwendungsparameter müssen erst gewisse Bedingungen erfüllt werden, bevor diese bestimmt werden können.The following application parameters are determined by the control and evaluation unit. These application parameters are determined when the magnet passes over various characteristic points in the measuring range. For some application parameters, certain conditions must first be met before they can be determined.

Als Anwendungsparameter werden Offsets von Sensorsignalen bestimmt. Beide Einzelsignale der zwei Sensorelemente müssen möglichst punktsymmetrisch und deckungsgleich sein. Ein eventueller Offset muss korrigiert werden, um die Punktsymmetrie herzustellenOffsets of sensor signals are determined as application parameters. Both individual signals of the two sensor elements must be as symmetrical and congruent as possible. Any offset must be corrected to establish point symmetry

Als Anwendungsparameter wird eine Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale bestimmt. Es kann vorkommen, dass der negative Bereich der Einzelkennlinie eine andere Verstärkung aufweist als der positive Bereich. Dieser Fehler muss ebenfalls kompensiert werden, um die Punktsymmetrie herzustellen.An amplification of offset-corrected sensor signals is determined as an application parameter. It can happen that the negative area of the individual characteristic has a different gain than the positive area. This error must also be compensated for in order to establish point symmetry.

Als Anwendungsparameter wird ein Linearitätsfehler bestimmt.
Für die Positionsbestimmung zwischen den Sensorelementen wird ein spezieller Algorithmus verwendet, der einen (berechenbaren) Linearitätsfehler aufweist. Durch die Berechnung und Kompensation wird die Positionsbestimmung zwischen den Elementen weiter verbessert.
A linearity error is determined as an application parameter.
A special algorithm that has a (calculable) linearity error is used to determine the position between the sensor elements. The calculation and compensation further improves the position determination between the elements.

Als Anwendungsparameter werden Messpunkte von Einzelkennlinien bestimmt. Die offset- und verstärkungskompensierten Einzelkennlinien werden über Messpunkte approximiert und dadurch linearisiert.Measuring points of individual characteristic curves are determined as application parameters. The offset and gain-compensated individual characteristic curves are approximated using measuring points and thereby linearized.

Die Anwendungsparameter weisen beispielsweise folgende Bedingungen auf.
Für die Bestimmung der Offsets der Sensorsignale muss ein Magnet einen Mindestweg zurücklegen und über die Sensormitte fahren.
The application parameters have the following conditions, for example.
To determine the offsets of the sensor signals, a magnet must cover a minimum distance and move across the center of the sensor.

Für die Bestimmung der Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale muss der Magnet über beide Sensorelemente fahren.To determine the amplification of offset-corrected sensor signals, the magnet must move over both sensor elements.

Für die Bestimmung eines Linearitätsfehlers muss der Magnet über die Sensormitte und mindestens ein Sensorelement fahren.To determine a linearity error, the magnet must move over the center of the sensor and at least one sensor element.

Für die Bestimmung von Messpunkten von Einzelkennlinien werden an bestimmten vom Sensor berechneten Positionen die Messpunkte bestimmt.To determine measuring points of individual characteristic curves, the measuring points are determined at specific positions calculated by the sensor.

Bis die Bedingungen erfüllt sind, werden zunächst keine Anwendungsparameter bestimmt. Es gibt deshalb Anwendungsparameter, die sofort bestimmt werden und solche, die erst nach einigen Bewegungen des Magneten erfasst werden. Dies führt zu einer Reihenfolge bei der Bestimmung der Anwendungsparameter. Die Messpunkte können meist als erstes bestimmt werden, da es hier kaum Vorbedingungen gibt. Für den Offset der Rohsignale werden mindestens zwei Bewegungen für die erste Bestimmung benötigt. Für die Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale mindestsens einer. Für die Bestimmung des Linearitätsfehlers sind sogar 20 Bewegungen notwendig. Allerdings hat dieser nur noch einen sehr geringen Einfluss auf die Messpunkte.Until the conditions are met, no application parameters are initially determined. There are therefore application parameters that are determined immediately and others that are only recorded after a few movements of the magnet. This leads to an order in determining the application parameters. The measuring points can usually be determined first, since there are hardly any preconditions here. At least two movements are required for the first determination to offset the raw signals. At least one for the amplification of offset-corrected sensor signals. Even 20 movements are necessary to determine the linearity error. However, this only has a very small influence on the measuring points.

Die Anwendungsparameter weisen somit Abhängigkeiten untereinander auf:

  • Der Offset von Sensorsignalen hat keine Abhängigkeiten und basiert nur auf Rohdaten.
The application parameters are therefore dependent on one another:
  • The offset of sensor signals has no dependencies and is only based on raw data.

Die Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale ist abhängig von Offset der SensorsignaleThe amplification of offset-corrected sensor signals depends on the offset of the sensor signals

Der Linearitätsfehler ist abhängig von Offset der Sensorsignale und von der Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale.The linearity error depends on the offset of the sensor signals and on the amplification of offset-corrected sensor signals.

Die Messpunkte der Sensorsignale sind abhängig vom Offset der Sensorsignale, von der Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale und vom Linearitätsfehler.The measuring points of the sensor signals depend on the offset of the sensor signals, on the amplification of offset-corrected sensor signals and on the linearity error.

Für diese Hierarchie an Abhängigkeiten wird beispielsweise der Filterparameter Filterzähler = fünf gewählt. Damit sollte gewährleistet sein, dass alle Anwendungsparameter mindestens einmal bestimmt werden, bevor die Filterwirkung erhöht wurde.For example, the filter parameter filter counter = five is selected for this hierarchy of dependencies. This should ensure that all application parameters are determined at least once before the filter effect is increased.

Beispielsweise werden folgende Werte für die Filterparameter gewählt:

  • Filterwert als Startwert des Filters = 0,
  • Filterwert als Endwert des Filters = 0,9,
  • Inkrementalwert des Filterwertes = 0,45,
  • Filterzähler mit einer Anzahl zu bestimmender Werte innerhalb einer Filterstufe = 5.
For example, the following values are selected for the filter parameters:
  • Filter value as start value of the filter = 0,
  • filter value as final value of the filter = 0.9,
  • incremental value of the filter value = 0.45,
  • Filter counter with a number of values to be determined within a filter level = 5.

In Weiterbildung der Erfindung berechnet sich das Filterergebnis nach der folgenden Vorschrift: Filterergebnis ( n ) = Filterergebnis ( n 1 ) * Filterwert + Messwert ( n ) * ( 1 Filter wert )  wobei n = Inkrementalwert des Filters ( 5 )  ist .

Figure DE102021120317A1_0001
In a development of the invention, the filter result is calculated according to the following rule: filter result ( n ) = filter result ( n 1 ) * filter value + reading ( n ) * ( 1 filter value ) where n = Incremental value of the filter ( 5 ) is .
Figure DE102021120317A1_0001

Der Messwert ist beispielsweise der aktuelle erfasste Wert des Anwendungsparameters.The measured value is, for example, the currently recorded value of the application parameter.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:

  • 1 einen Sensor an einem Pneumatikzylinder;
  • 2 zwei Diagramme zur Filterauswertung;
  • 3 zwei Diagramme zum Stand der Technik.
The invention is explained below also with regard to further advantages and features with reference to the attached drawing based on exemplary embodiments. The figures of the drawing show in:
  • 1 a sensor on a pneumatic cylinder;
  • 2 two diagrams for filter evaluation;
  • 3 two prior art diagrams.

In den nachfolgenden Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.In the following figures, identical parts are provided with identical reference numbers.

1 zeigt einen Sensor 1 mit mindestens einem Sensorelement 2 zur Erfassung von Sensorsignalen und mindestens eine Steuer- und Auswerteeinheit 3 zur Erzeugung von Anwendungsparametern aus den Sensorsignalen, und einer Ausgabeeinheit 4 zur Ausgabe eines Objektfeststellungssignals, wobei die Steuer und Auswerteeinheit 3 mindestens ein Filter 5 aufweist zur Filterung der Anwendungsparameter und Erzeugung und Ausgabe von Filterergebnissen, wobei das Filter 5 ein Filter mit unendlicher Impulsantwort ist, das Filter ein adaptives Filter ist, und die Steuer und Auswerteeinheit 3 das Filter 5 aufweist und ausgebildet ist das Objektfeststellungssignal abhängig von den Filterergebnissen des Filters (5) zu bilden. 1 shows a sensor 1 with at least one sensor element 2 for detecting sensor signals and at least one control and evaluation unit 3 for generating application parameters from the sensor signals, and an output unit 4 for outputting an object detection signal, the control and evaluation unit 3 having at least one filter 5 for Filtering of the application parameters and generation and output of filter results, the filter 5 being a filter with an infinite impulse response, the filter being an adaptive filter, and the control and evaluation unit 3 having the filter 5 and the object detection signal being designed as a function of the filter results of the filter ( 5) to form.

Beispielsweise ist der Sensor 1 ein induktiver oder magnetischer Sensor 1 gemäß 1.For example, the sensor 1 is an inductive or magnetic sensor 1 according to FIG 1 .

In Pneumatikzylindern 9 wird eine Kolbenposition meist über einen auf dem Kolben 7 befestigten Gebermagneten 8, mittels dem induktiver oder magnetischer Sensor 1 bestimmt. Die Eigenschaften wie Ausrichtung, Magnetisierung, Remanenz oder Geometrie des Magneten können dabei variieren.In pneumatic cylinders 9, a piston position is usually determined by means of an inductive or magnetic sensor 1 via a transmitter magnet 8 attached to the piston 7. The properties such as orientation, magnetization, remanence or geometry of the magnet can vary.

Ein induktiver oder magnetischer Sensor 1 ist beispielsweise zur berührungslosen magnetischen Erfassung linearer Relativbewegung des Gebermagneten 8 entlang einer Messstrecke 10 vorgesehen. Der Sensor 1 weist beispielsweise zwei identische Sensorelemente 2 auf, wobei jedes Sensorelement 2 mindestens eine Komponente eines Magnetfeldes 11 des Gebermagneten 8 erfasst, wobei die Sensorelemente 2 in einem Abstand entlang der Messstrecke 10 angeordnet sind, wobei die Sensorelemente jeweils ein monotones Positionssignal mit jeweils einem Wert eines Wertebereichs für jeweils eine Position entlang der Messstrecke 10 des Gebermagneten 8 erzeugen, wobei die Kennlinien der Positionssignale beispielsweise jeweils eine Punktsymmetrie aufweisen. Der Abstand der Sensorelemente 2 ist dabei beispielsweise kürzer als die Messstrecke 10. Auch ist die räumliche Ausdehnung der Sensorelemente 2 beispielsweise kürzer als die Messstrecke 10.An inductive or magnetic sensor 1 is provided, for example, for the contactless magnetic detection of linear relative movement of the transmitter magnet 8 along a measuring section 10 . The sensor 1 has, for example, two identical sensor elements 2, with each sensor element 2 detecting at least one component of a magnetic field 11 of the transmitter magnet 8, with the sensor elements 2 being arranged at a distance along the measuring section 10, with the sensor elements each generating a monotonic position signal, each with a Generate a value of a value range for a respective position along the measuring section 10 of the sensor magnet 8, with the characteristic curves of the position signals each having point symmetry, for example. The distance between the sensor elements 2 is, for example, shorter than the measuring section 10. The spatial extent of the sensor elements 2 is also, for example, shorter than the measuring section 10.

Ein möglicher magnetischer Sensor 1 bzw. Positionssensor ist ein magnetischer Positionssensor, der die Relativposition eines Gebermagneten 8 zum Sensormittelpunkt über beispielsweise zwei Sensorelemente 2 mit jeweils zwei Feldkomponenten berechnet. Da das Magnetfeld beispielsweise stark nichtlinear ist, müssen beispielsweise verschiedene Anwendungsparameter bestimmt werden, damit die Position korrekt berechnet werden kann. Außerdem müssen diverse Korrekturen bei der Auswertung im Magnetfeld vorgenommen werden, damit die Positionsbestimmung eine gute Genauigkeit aufweist.A possible magnetic sensor 1 or position sensor is a magnetic position sensor that calculates the relative position of a transmitter magnet 8 to the sensor center via, for example, two sensor elements 2 each with two field components. For example, since the magnetic field is highly non-linear, various application parameters must be determined so that the position can be calculated correctly. In addition, various corrections must be made during the evaluation in the magnetic field so that the position determination has good accuracy.

Beispielsweise weist das Filter 5 mindestens vier Filterparameter auf, wobei die Filterparameter

  • - mindestens ein Filterwert als Startwert des Filters,
  • - mindestens ein Filterwert als Endwert des Filters,
  • - mindestens ein Inkrementalwert des Filterwertes und
  • - mindestens ein Filterzähler mit einer Anzahl zu bestimmender Werte innerhalb einer Filterstufe sind,
wobei die Anwendungsparameter zyklisch zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte erfasst werden, und mit dem Filterwert als Startwert des Filters 5 gefiltert werden, und ein aktualisiertes Filterergebnis berechnet wird, wobei die Anwendungsparameter zyklisch zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte erfasst werden und mit dem aktuellen Filterwert gefiltert werden, wobei die Anwendungsparameter zyklisch so lange zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte erfasst werden und so lange mit dem aktuellsten Filterwert gefiltert werden bis ein Endwert des Filters erreicht ist, wobei das finale gefilterte Filterergebnis in der Steuer- und Auswerteeinheit 3 zur Berechnung des Objektfeststellungssignals angewendet wird.For example, the filter 5 has at least four filter parameters, with the filter parameters
  • - at least one filter value as the start value of the filter,
  • - at least one filter value as the end value of the filter,
  • - at least one incremental value of the filter value and
  • - are at least one filter counter with a number of values to be determined within a filter stage,
where the application parameters are recorded cyclically at different points in time according to the number of values to be determined, and are filtered with the filter value as the start value of the filter 5, and an updated filter result is calculated, with the application parameters being recorded cyclically at different points in time according to the number of values to be determined and filtered with the current filter value, with the application parameters being recorded cyclically at different times according to the number of values to be determined and filtered with the most recent filter value until a final value of the filter is reached, with the final filtered filter result in the control - And evaluation unit 3 is used to calculate the object detection signal.

Ist der Sensor 1 noch nicht auf die Anwendung eingelernt (z.B. im Auslieferungszustand), so wird die niedrigste Filterwirkung nämlich der Filterwert als Startwert des Filters ausgewählt. Die Steuer- und Auswerteeinheit 3 bestimmt jetzt n-mal (n = Anzahl zu bestimmender Werte innerhalb der Filterstufe des Filterzählers) die anwendungsspezifischen Parameter bzw. Anwendungsparameter und filtert diese mit der niedrigsten Filterstufe also dem Startwert des Filters 5. Der Filterparameter Anzahl zu bestimmender Werte innerhalb der Filterstufe des Filterzählers' hängt von der Komplexität der Abhängigkeiten ab. Je komplexer die Abhängigkeiten bzw. je mehr Hierarchiestufen es gibt, desto höher muss dieser Filterparameter gewählt werden, damit sich ein eingeschwungener Zustand ergibt, bevor die Filterwirkung erhöht wird. Nachdem die Anwendungsparameter n-mal bestimmt wurden, wird die Filterwirkung um einen Inkrementalwert des Filterwertes erhöht. Je größer dieser Filterparameter ist, desto schneller wird eine hohe Genauigkeit erreicht. Gleichzeitig wird allerdings das Erreichen des stationären Zustands verzögert. In dieser Filterstufe werden die anwendungsspezifischen Parameter bzw. die Anwendungsparameter wiederum n-Mal bestimmt, bis die Filterwirkung wieder um ein Inkrementalwert des Filterwertes erhöht wird. Dieses Verfahren wird so lange durchgeführt, bis die maximale Filterstufe also der Filterwert als Endwert des Filters erreicht ist.If the sensor 1 has not yet been taught in for the application (eg in the delivery state), then the lowest filter effect, namely the filter value, is selected as the start value of the filter. The control and evaluation unit 3 now determines the application-specific parameters or application parameters n times (n=number of values to be determined within the filter level of the filter counter) and filters them with the lowest filter level, i.e. the start value of filter 5. The filter parameter number of values to be determined within the filter stage of the filter counter' depends on the complexity of the dependencies. The more complex the dependencies or the more hierarchical levels there are, the higher this filter parameter must be selected so that a steady state results before the filter effect is increased. After the application parameters have been determined n times, the filter effect is increased by an incremental value of the filter value. The larger this filter parameter is, the faster high accuracy is achieved. At the same time, however, reaching the stationary state is delayed. In this filter stage the application-specific parameters or the application parameters are again determined n times until the filter effect is increased again by an incremental value of the filter value. This procedure is carried out until the maximum filter level, i.e. the filter value as the final value of the filter, is reached.

Beispielsweise weist der Sensor 1 eine Speichereinheit 6 auf, wobei in der Speichereinheit 6 die Anwendungsparameter gespeichert werden und beim Einschalten des Sensors 1 die Anwendungsparameter von der Steuer- und Auswerteeinheit 3 eingelesen werden.For example, the sensor 1 has a memory unit 6, the application parameters being stored in the memory unit 6 and the application parameters being read in by the control and evaluation unit 3 when the sensor 1 is switched on.

Um ein unnötiges, erneutes Einlernen auf dieselbe Anwendung nach einem Sensorneustart zu verhindern, speichert die Steuer- und Auswerteeinheit 3 die Filterstufe sowie die Anwendungsparameter persistent in der Speichereinheit 6 ab und startet nach einem Neustart mit diesen Parametern und in dieser Filterstufe.In order to prevent unnecessary re-teaching for the same application after a sensor restart, the control and evaluation unit 3 persistently stores the filter level and the application parameters in the storage unit 6 and starts after a restart with these parameters and in this filter level.

Um gleichzeitig aber auch ein erneutes schnelles Einlernen zu ermöglichen, wenn ein schon eingelernter Sensor 1 in einer neuen Anwendung mit anderen Anwendungsparametern eingesetzt werden soll, bestimmt die Steuer- und Auswerteeinheit 3 die Anwendungsparameter direkt nach dem Neustart ohne Filterwirkung. Weichen diese Anwendungsparameter mehr als eine einstellbare Toleranz von den gespeicherten Anwendungsparametern ab, so werden alle gespeicherten Anwendungsparameter verworfen und die Filterstufe wird wieder auf den Startwert zurückgesetzt. Der Einlernvorgang beginnt von neuem.At the same time, however, to enable rapid re-teaching if a sensor 1 that has already been taught-in is to be used in a new application with different application parameters, the control and evaluation unit 3 determines the application parameters directly after the restart without a filter effect. If these application parameters deviate from the saved application parameters by more than an adjustable tolerance, all saved application parameters are discarded and the filter level is reset to the start value. The learning process starts again.

Beispielsweise sind die Anwendungsparameter mindestens

  • - ein Offset von Sensorsignalen,
  • - eine Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale,
  • - ein Linaritätsfehler,
  • - und/oder Messpunkte der Sensorsignale.
For example, the application parameters are at least
  • - an offset of sensor signals,
  • - an amplification of offset-corrected sensor signals,
  • - a linearity error,
  • - and/or measuring points of the sensor signals.

Folgende Anwendungsparameter werden von der Steuer- und Auswerteeinheit 3 bestimmt. Die Bestimmung dieser Anwendungsparameter geschieht, wenn der Gebermagnet 8 verschiedene charakteristische Punkte im Messbereich bzw. der Messstrecke 10 überfährt. Für einige Anwendungsparameter müssen erst gewisse Bedingungen erfüllt werden, bevor diese bestimmt werden können.The control and evaluation unit 3 determines the following application parameters. These application parameters are determined when the sensor magnet 8 passes over different characteristic points in the measuring area or the measuring section 10 . For some application parameters, certain conditions must first be met before they can be determined.

Als Anwendungsparameter werden Offsets von Sensorsignalen bestimmt. Beide Einzelsignale der zwei Sensorelemente müssen möglichst punktsymmetrisch und deckungsgleich sein. Ein eventueller Offset muss korrigiert werden, um die Punktsymmetrie herzustellenOffsets of sensor signals are determined as application parameters. Both individual signals of the two sensor elements must be as symmetrical and congruent as possible. Any offset must be corrected to establish point symmetry

Als Anwendungsparameter wird eine Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale bestimmt. Es kann vorkommen, dass der negative Bereich der Einzelkennlinie eine andere Verstärkung aufweist als der positive Bereich. Dieser Fehler muss ebenfalls kompensiert werden, um die Punktsymmetrie herzustellen.An amplification of offset-corrected sensor signals is determined as an application parameter. It can happen that the negative area of the individual characteristic has a different gain than the positive area. This error must also be compensated for in order to establish point symmetry.

Als Anwendungsparameter wird ein Linearitätsfehler (LinError) bestimmt.
Für die Positionsbestimmung zwischen den Sensorelementen 2 wird ein spezieller Algorithmus verwendet, der einen (berechenbaren) Linearitätsfehler aufweist. Durch die Berechnung und Kompensation wird die Positionsbestimmung zwischen den Elementen weiter verbessert.
A linearity error (LinError) is determined as an application parameter.
A special algorithm, which has a (calculable) linearity error, is used to determine the position between the sensor elements 2 . The calculation and compensation further improves the position determination between the elements.

Als Anwendungsparameter werden Messpunkte von Einzelkennlinien (MeasPoints) bestimmt. Die offset- und verstärkungskompensierten Einzelkennlinien werden über Messpunkte approximiert und dadurch linearisiert.Measuring points of individual characteristic curves (MeasPoints) are determined as application parameters. The offset and gain-compensated individual characteristic curves are approximated using measuring points and thereby linearized.

Die Anwendungsparameter weisen beispielsweise folgende Bedingungen auf.
Für die Bestimmung der Offsets der Sensorsignale muss ein Gebermagnet 8 einen Mindestweg zurücklegen und über die Sensorelemente 2 fahren.
The application parameters have the following conditions, for example.
In order to determine the offsets of the sensor signals, a transmitter magnet 8 has to cover a minimum distance and move over the sensor elements 2 .

Für die Bestimmung der Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale muss der Gebermagnet 8 über beide Sensorelemente 2 fahren.In order to determine the amplification of offset-corrected sensor signals, the encoder magnet 8 must move over both sensor elements 2.

Für die Bestimmung eines Linearitätsfehlers Kurzhub muss der Gebermagnet 8 über die Sensormitte und mindestens ein Sensorelement 2 fahren.To determine a short-stroke linearity error, the encoder magnet 8 must move over the center of the sensor and at least one sensor element 2.

Für die Bestimmung von Messpunkten von Einzelkennlinien werden an bestimmten vom Sensor 2 berechneten Positionen die Messpunkte bestimmt.For the determination of measuring points of individual characteristic curves, the measuring points are determined at specific positions calculated by the sensor 2 .

Bis die Bedingungen erfüllt sind, werden zunächst keine Anwendungsparameter bestimmt. Es gibt deshalb Anwendungsparameter, die sofort bestimmt werden und solche, die erst nach einigen Bewegungen des Gebermagneten erfasst werden. Dies führt zu einer Reihenfolge bei der Bestimmung der Anwendungsparameter. Die Messpunkte können meist als erstes bestimmt werden, da es hier kaum Vorbedingungen gibt. Für den Offset der Rohsignale werden mindestens zwei Bewegungen des Gebermagneten entlang der gesamten Messstrecke 10 für die erste Bestimmung benötigt. Für die Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale mindestsens einer. Für die Bestimmung des Linearitätsfehlers sind sogar 20 Bewegungen notwendig. Allerdings hat dieser nur noch einen sehr geringen Einfluss auf die Messpunkte.Until the conditions are met, no application parameters are initially determined. There are therefore application parameters that are determined immediately and others that are only recorded after a few movements of the encoder magnet. This leads to an order in determining the application parameters. The measuring points can usually be determined first, since there are hardly any preconditions here. At least two movements of the transducer magnet along the entire measurement section 10 are required for the first determination for the offset of the raw signals. At least one for the amplification of offset-corrected sensor signals. Even 20 movements are necessary to determine the linearity error. However, this only has a very small influence on the measuring points.

Die Anwendungsparameter weisen somit Abhängigkeiten untereinander auf:

  • Der Offset von Sensorsignalen hat keine Abhängigkeiten und basiert nur auf Rohdaten.
  • Die Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale ist abhängig von Offset der Sensorsignale. Der Linearitätsfehler ist abhängig von Offset der Sensorsignale und von der Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale. Die Messpunkte der Sensorsignale sind abhängig vom Offset der Sensorsignale, von der Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale und vom Linearitätsfehler.
The application parameters are therefore dependent on one another:
  • The offset of sensor signals has no dependencies and is only based on raw data.
  • The amplification of offset-corrected sensor signals depends on the offset of the sensor signals. The linearity error depends on the offset of the sensor signals and on the amplification of offset-corrected sensor signals. The measuring points of the sensor signals depend on the offset of the sensor signals, on the amplification of offset-corrected sensor signals and on the linearity error.

Für diese Hierarchie an Abhängigkeiten wird beispielsweise der Filterparameter Filterzähler = fünf gewählt. Damit sollte gewährleistet sein, dass alle Anwendungsparameter mindestens einmal bestimmt werden, bevor die Filterwirkung erhöht wurde.For example, the filter parameter filter counter = five is selected for this hierarchy of dependencies. This should ensure that all application parameters are determined at least once before the filter effect is increased.

2 zeigt die Applikationsparameter für das adaptiver Filter (5). 2 shows the application parameters for the adaptive filter (5).

Beispielsweise werden folgende Werte für die Filterparameter gewählt:

  • Filterwert als Startwert des Filters = 0,
  • Filterwert als Endwert des Filters = 0,9,
  • Inkrementalwert des Filterwertes = 0,45,
  • Filterzähler mit einer Anzahl zu bestimmender Werte innerhalb einer Filterstufe = 5.
For example, the following values are selected for the filter parameters:
  • Filter value as start value of the filter = 0,
  • filter value as final value of the filter = 0.9,
  • incremental value of the filter value = 0.45,
  • Filter counter with a number of values to be determined within a filter level = 5.

Bei der adaptiven Filterwirkung ist die Position schon nach zwei Durchläufen sehr exakt bestimmt. Mit jedem erhöhen der Filterwirkung (nach Durchlauf fünf und Durchlauf zehn) erhöht sich die Präzision der Positionsbestimmung erneut. Auch die Messpunkte sind direkt sehr viel genauer und stabiler.With the adaptive filter effect, the position is determined very precisely after just two runs. With each increase in the filter effect (after run five and run ten), the precision of the position determination increases again. The measuring points are also much more precise and stable directly.

Beispielsweise berechnet sich das Filterergebnis nach der folgenden Vorschrift: Filterergebnis ( n ) = Filterergebnis ( n 1 ) * Filterwert + Messwert ( n ) * ( 1 Filter wert )  wobei n = Inkrementalwert des Filters ( 5 )  ist .

Figure DE102021120317A1_0002
For example, the filter result is calculated according to the following rule: filter result ( n ) = filter result ( n 1 ) * filter value + reading ( n ) * ( 1 filter value ) where n = Incremental value of the filter ( 5 ) is .
Figure DE102021120317A1_0002

3 zeigt das Einschwingen der Applikationsparameter für eine konstanten Filterwert von beispielsweise 0,85 gemäß dem Stand der Technik. Bei der konstanten Filterwirkung ist ein langsames Einschwingen der Messpunkte zu beobachten, was dazu führt, dass die Position erst nach ca. 10 Durchläufen stabil ist. 3 shows the settling of the application parameters for a constant filter value of, for example, 0.85 according to the prior art. With the constant filter effect, a slow settling of the measuring points can be observed, which means that the position is only stable after about 10 runs.

Bezugszeichenlistereference list

11
Sensorsensor
22
Sensorelementsensor element
33
Steuer- und AuswerteeinheitControl and evaluation unit
44
Ausgabeeinheitoutput unit
55
Filterfilter
66
Speichereinheitstorage unit
77
KolbenPistons
88th
Gebermagnetencoder magnet
99
Pneumatikzylinderpneumatic cylinder
1010
Messstreckemeasuring section
1111
Magnetfeldmagnetic field

Claims (10)

Sensor (1) mit mindestens einem Sensorelement (2) zur Erfassung von Sensorsignalen und mindestens eine Steuer- und Auswerteeinheit (3) zur Erzeugung von Anwendungsparametern aus den Sensorsignalen, und einer Ausgabeeinheit (4) zur Ausgabe mindestens eines Objektfeststellungssignals, wobei die Steuer und Auswerteeinheit (3) mindestens ein Filter (5) aufweist zur Filterung der Anwendungsparameter und Erzeugung und Ausgabe von Filterergebnissen, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (5) ein Filter mit unendlicher Impulsantwort ist, das Filter (5) ein adaptives Filter ist, und die Steuer und Auswerteeinheit (3) das Filter (5) aufweist und ausgebildet ist das Objektfeststellungssignal abhängig von den Filterergebnissen des Filters (5) zu bilden.Sensor (1) with at least one sensor element (2) for detecting sensor signals and at least one control and evaluation unit (3) for generating application parameters from the sensor signals, and an output unit (4) for outputting at least one object detection signal, the control and evaluation unit (3) has at least one filter (5) for filtering the application parameters and generating and outputting filter results, characterized in that the filter (5) is a filter with an infinite impulse response, the filter (5) is an adaptive filter, and the control and evaluation unit (3) has the filter (5) and is designed to form the object detection signal as a function of the filter results of the filter (5). Sensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (5) mindestens vier Filterparameter aufweist, wobei die Filterparameter mindestens ein Filterwert als Startwert des Filters (5), mindestens ein Filterwert als Endwert des Filters (5), mindestens ein Inkrementalwert des Filterwertes und mindestens ein Filterzähler mit einer Anzahl zu bestimmender Werte innerhalb einer Filterstufe sind, wobei das Filter (5) ausgebildet ist die Anwendungsparameter zyklisch zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte zu erfassen, und mit dem Filterwert als Startwert des Filters (5) zu filtern, und ein aktualisiertes Filterergebnis zu berechnen, wobei die Anwendungsparameter von dem Filter (5) zyklisch zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte erfasst werden, und mit dem aktuellen Filterwert gefiltert werden, wobei die Anwendungsparameter von dem Filter (5) zyklisch so lange zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte erfasst werden und so lange mit dem aktuellsten Filterwert gefiltert werden bis ein Endwert des Filters (5) erreicht ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist das finale gefilterte Filterergebnis in der Steuer- und Auswerteeinheit (3) zur Berechnung des Objektfeststellungssignals auszuwerten.Sensor (1) after claim 1 , characterized in that the filter (5) has at least four filter parameters, the filter parameters having at least one filter value as the start value of the filter (5), at least one filter value as the end value of the filter (5), at least one incremental value of the filter value and at least one filter counter a number of values to be determined within a filter stage, the filter (5) being designed to record the application parameters cyclically at different points in time according to the number of values to be determined, and to filter with the filter value as the start value of the filter (5), and an updated To calculate the filter result, the application parameters of the filter (5) being recorded cyclically at different times according to the number of values to be determined, and being filtered with the current filter value, the application parameters of the filter (5) being cyclically recorded by the filter (5) at different times accordingly of the number of values to be determined req asst and filtered with the most current filter value until a final value of the filter (5) is reached, the control and evaluation unit (3) being designed to calculate the object detection signal evaluate. Sensor (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) eine Speichereinheit (6) aufweist, wobei in der Speichereinheit (6) die Anwendungsparameter gespeichert werden und beim Einschalten des Sensors (1) die Anwendungsparameter von der Steuer- und Auswerteeinheit (3) eingelesen werden.Sensor (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sensor (1) has a memory unit (6), wherein the application parameters are stored in the memory unit (6) and when the sensor (1) is switched on, the application parameters are read from the Control and evaluation unit (3) are read. Sensor (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) ein induktiver oder magnetischer Sensor ist.Sensor (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sensor (1) is an inductive or magnetic sensor. Sensor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendungsparameter mindestens - ein Offset von Sensorsignalen, - eine Verstärkung offsetkorrigierter Sensorsignale, - ein Linaritätsfehler, - und/oder Messpunkte der Sensorsignale sind.Sensor (1) after claim 3 , characterized in that the application parameters are at least - an offset of sensor signals, - an amplification of offset-corrected sensor signals, - a linearity error, - and/or measuring points of the sensor signals. Sensor (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterergebnis sich nach der folgenden Vorschrift berechnet: Filterergebnis ( n ) = Filterergebnis ( n 1 ) * Filterwert + Messwert ( n ) * ( 1 Filter wert )  wobei n = Inkrementalwert des Filters ( 5 )  ist .
Figure DE102021120317A1_0003
Sensor (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the filter result is calculated according to the following rule: filter result ( n ) = filter result ( n 1 ) * filter value + reading ( n ) * ( 1 filter value ) where n = Incremental value of the filter ( 5 ) is .
Figure DE102021120317A1_0003
Verfahren mit einem Sensor (1) mit mindestens einem Sensorelement (2) zur Erfassung von Sensorsignalen und mindestens eine Steuer- und Auswerteeinheit (3) zur Erzeugung von Anwendungsparametern aus den Sensorsignalen, und einer Ausgabeeinheit (4) zur Ausgabe mindestens eines Objektfeststellungssignals, wobei die Steuer und Auswerteeinheit (3) mindestens ein Filter (5) aufweist zur Filterung der Anwendungsparameter und Erzeugung und Ausgabe von Filterergebnissen, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (5) ein Filter mit unendlicher Impulsantwort ist, das Filter (5) ein adaptives Filter ist, und die Steuer und Auswerteeinheit (3) das Filter (5) aufweist und das Objektfeststellungssignal abhängig von den Filterergebnissen des Filters (5) gebildet wird.Method with a sensor (1) with at least one sensor element (2) for detecting sensor signals and at least one control and evaluation unit (3) for generating application parameters from the sensor signals, and an output unit (4) for outputting at least one object detection signal, the Control and evaluation unit (3) has at least one filter (5) for filtering the application parameters and generating and outputting filter results, characterized in that the filter (5) is a filter with an infinite impulse response, the filter (5) is an adaptive filter, and the control and evaluation unit (3) has the filter (5) and the object detection signal is formed depending on the filter results of the filter (5). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (5) mindestens vier Filterparameter aufweist, wobei die Filterparameter mindestens ein Filterwert als Startwert des Filters (5), mindestens ein Filterwert als Endwert des Filters (5), mindestens ein Inkrementalwert des Filterwertes und mindestens eine Anzahl zu bestimmender Werte innerhalb einer Filterstufe aufweist, wobei die Anwendungsparameter zyklisch zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte erfasst werden, und mit dem Filterwert als Startwert des Filters (5) gefiltert werden, und ein aktualisiertes Filterergebnis berechnet wird wobei die Anwendungsparameter zyklisch zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte erfasst werden, und mit dem aktuellen Filterwert gefiltert werden, wobei die Anwendungsparameter zyklisch so lange zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Anzahl zu bestimmender Werte erfasst werden und so lange mit dem aktuellsten Filterwert gefiltert werden bis ein Endwert des Filters (5) erreicht ist, wobei das finale gefilterte Filterergebnis in der Steuer- und Auswerteeinheit (3) zur Berechnung des Objektfeststellungssignals ausgewertet wird.procedure after claim 7 , characterized in that the filter (5) has at least four filter parameters, the filter parameters being at least one filter value as the start value of the filter (5), at least one filter value as the end value of the filter (5), at least one incremental value of the filter value and at least a number of determining values within a filter stage, with the application parameters being recorded cyclically at different points in time according to the number of values to be determined, and being filtered with the filter value as the start value of the filter (5), and an updated filter result being calculated, with the application parameters being cyclically recorded at different points in time are recorded according to the number of values to be determined and filtered with the current filter value, the application parameters being recorded cyclically at different times according to the number of values to be determined and filtered with the most recent filter value until a final value of the filter (5) is reached, the final filtered filter result being evaluated in the control and evaluation unit (3) for calculating the object detection signal. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) eine Speichereinheit (6) aufweist, wobei in der Speichereinheit (6) die Anwendungsparameter gespeichert werden und beim Einschalten des Sensors (1) die Anwendungsparameter von der Steuer- und Auswerteeinheit (3) eingelesen werden.Method according to at least one of the preceding Claims 7 until 8th , characterized in that the sensor (1) has a memory unit (6), the application parameters being stored in the memory unit (6) and the application parameters being read in by the control and evaluation unit (3) when the sensor (1) is switched on. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterergebnis sich nach der folgenden Vorschrift berechnet: Filterergebnis ( n ) = Filterergebnis ( n 1 ) * Filterwert + Messwert ( n ) * ( 1 Filter wert )  wobei n = Inkrementalwert des Filters ( 5 )  ist .
Figure DE102021120317A1_0004
Method according to at least one of the preceding Claims 7 until 9 , characterized in that the filter result is calculated according to the following rule: filter result ( n ) = filter result ( n 1 ) * filter value + reading ( n ) * ( 1 filter value ) where n = Incremental value of the filter ( 5 ) is .
Figure DE102021120317A1_0004
DE102021120317.1A 2021-08-04 2021-08-04 Sensor and method using a sensor Pending DE102021120317A1 (en)

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