DE10243412A1 - Circuit for hydraulic valve arrangement displacement sensor has microprocessor for combining sensor signals in measurement mode, making communications connection to service device in programming mode - Google Patents

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Abstract

The circuit arrangement has two magnetic field sensors parallel to an axis of motion whose sensor voltages are combined into an output signal, a two-pole operating voltage connection, a circuit output and a sensor output. A microprocessor combines the sensor signals and produces output, sensor and switch output signals in a measurement mode and makes a bi-directional communications connection with an external service device in a programming mode. The circuit arrangement has two magnetic field sensors (2) parallel to an axis of motion whose sensor voltages are combined into an output signal, a two-pole operating voltage connection (11), a circuit output (12) and a sensor output (13). A microprocessor (3) combines the sensor signals and produces output, sensor and switch output signals in a measurement mode and makes a bi-directional communications connection with an external service device in a programming mode. Independent claims are also included for the following: (a) a hydraulic valve arrangement (b) and a method of operating a displacement sensor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen Wegsensor. Außerdem betrifft die Erfindung einen Hydraulikventilanordnung, in welcher ein herkömmliches magnetisch betätigtes Hydraulikventil (auch Hydraulikmagnet genannt) mit einer derartigen Schaltungsanordnung kombiniert ist. Schließlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines Wegsensors. Der im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Wegsensor umfasst zwei parallel zu einer Bewegungsachse angeordnete Magnetfeldsensoren, deren Sensorspannungen zu einem Ausgangssignal verknüpft werden, wobei die zugeordnete Schaltungsanordnung einen zweipoligen Betriebsspannungsanschluss, einen Schaltausgang und einen Sensorausgang besitzt.The present invention relates to a circuit arrangement for a displacement sensor. Also concerns the invention a hydraulic valve assembly in which a conventional magnetically operated hydraulic valve (also called hydraulic magnet) with such a circuit arrangement is combined. Finally The present invention also relates to a method for Operation of a displacement sensor. The related to the invention used displacement sensor comprises two parallel to a movement axis arranged magnetic field sensors, the sensor voltages to one Output signal linked are, the associated circuit arrangement a two-pole Operating voltage connection, a switching output and a sensor output has.

Zur Steuerung von hydraulischen Vorrichtungen werden häufig sogenannte Hydraulikventile eingesetzt, die von einem Elektromagneten angetrieben werden. Durch unterschiedliche Bestromung der Magnetspulen kann das längs einer Bewegungsachse verschiebbare Stellglied des Hydraulikventils in unterschiedliche Positionen gebracht werden, um die Durchflussmenge der Hydraulikflüssigkeit in gewünschter Weise zu beeinflussen. Um eine exakte Steuerung des Hydraulikventils zu ermöglichen, muss die jeweilige Ankerstellung des elektromagnetischen Stellantriebs überwacht werden, wozu Wegsensoren eingesetzt werden. Es ist bekannt, für solche Messzwecke Differenztransformatorwandler oder Differenzdrosselwandler einzusetzen. Diese sind jedoch nur begrenzt miniaturisierbar und aufgrund der notwendigen Messspulen in der Herstellung relativ teuer.For controlling hydraulic devices become common So-called hydraulic valves are used by an electromagnet are driven. By different energization of the solenoid coils can do that lengthways an actuator of the hydraulic valve displaceable in a movement axis placed in different positions to control the flow rate the hydraulic fluid in desired Way to influence. For precise control of the hydraulic valve must enable monitors the respective armature position of the electromagnetic actuator what displacement sensors are used for. It is known for such Measuring purposes Differential transformer converter or differential choke converter use. However, these can only be miniaturized to a limited extent relatively expensive to manufacture due to the necessary measuring coils.

Aus der DE 38 03 293 A1 ist ein magnetisch betätigter analoger elektrischer Wegaufnehmer für geradlinige Bewegungen bekannt. Dieser verwendet zwei Hall-Sensoren, deren Hall-Spannungen durch Differenzbildung zu einem analogen elektrischen Ausgangssignal verknüpft werden, welches repräsentativ für die Position eines Dauermagneten ist, welcher auf der Bewegungsachse parallel zu den beiden Hall-Sensoren verschoben wird.From the DE 38 03 293 A1 a magnetically actuated analog electrical displacement transducer for linear movements is known. This uses two Hall sensors, the Hall voltages of which are linked by forming a difference to form an analog electrical output signal which is representative of the position of a permanent magnet which is displaced on the movement axis parallel to the two Hall sensors.

Soweit der aus der DE 38 03 293 A1 bekannte Wegaufnehmer als Wegsensor beispielsweise an Pneumatik- oder Hydraulikzylindern verwendet werden soll, muss eine zusätzliche Schaltungsanordnung vorgesehen sein, die den Betrieb der Hall-Sensoren ermöglicht. In der Regel ist insbesondere bei kleinen Wegsensoren eine hohe Genauigkeit gefordert, sodass die Magnetfeldsensoren mit hoher mechanischer Präzision an der Messstrecke angebracht werden müssen. Außerdem besteht das besondere Problem, dass die Magnetfeldsensoren ein stark nichtlineares Ausgangssignal liefern, wodurch die Verarbeitung in nachfolgenden Steuersystemen erschwert wird. Generell ist es in diesem Zusammenhang bekannt, dass nichtlineare Sensoren kalibriert werden können, um die Genauigkeit zu verbessern und ein weitgehend lineares Ausgangssignal bereit zu stellen.As far as from the DE 38 03 293 A1 If known displacement transducers are to be used as displacement sensors, for example on pneumatic or hydraulic cylinders, an additional circuit arrangement must be provided which enables the Hall sensors to be operated. As a rule, high accuracy is required, particularly in the case of small displacement sensors, so that the magnetic field sensors have to be attached to the measuring section with high mechanical precision. In addition, there is the particular problem that the magnetic field sensors deliver a strongly non-linear output signal, which makes processing in subsequent control systems more difficult. In this context, it is generally known that nonlinear sensors can be calibrated in order to improve the accuracy and to provide a largely linear output signal.

Wenn eine den Magnetfeldsensoren zugeordnete Schaltungsanordnung neben der Bereitstellung des Messsignals auch die Kalibrierung der Sensoren ermöglichen soll, sind zusätzliche Bauelemente und zumindest weitere Anschlusspunkte erforderlich, über welche externe Programmierungs- und Steuerungssignale eingeprägt werden können. Dazu werden zusätzliche Steckverbinder oder dergleichen benötigt, durch welche die Baugröße der häufig miniaturisierten Geräte (z.B. Hydraulik magnete) teilweise erheblich vergrößert wird und durch welche die Gesamtkosten dieser Geräte ansteigen.If one the magnetic field sensors assigned circuit arrangement in addition to the provision of the measurement signal calibration of the sensors should also be additional Components and at least other connection points required, via which external programming and control signals are impressed can. This will be additional Connectors or the like required, through which the size of the often miniaturized equipment (e.g. hydraulic magnets) is sometimes significantly enlarged and which increase the total cost of these devices.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines mit zwei Magnetfeldsensoren ausgerüsteten Wegsensors bereitzustellen, die eine elektronische Kalibrierung und Linearisierung des Wegsensors ermöglicht, ohne das dafür zusätzliche Anschlusselemente für eine Verbindung der Schaltungsanordnung mit einem externen Servicegerät benötigt werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hydraulikventilanordnung bereit zu stellen, bei welchem eine derartige Schaltungsanordnung mit einem Hydraulikventil gekoppelt ist und welche auf diese Weise eine Reduzierung des für den Wegsensor erforderlichen Bauraums ermöglicht.An object of the present invention is thus in a circuit arrangement for operating one with two Equipped magnetic field sensors Provide displacement sensor that electronic calibration and linearization of the displacement sensor enables without the need for additional connection elements for one Connection of the circuit arrangement with an external service device are required. Another object of the invention is a hydraulic valve assembly to provide, in which such a circuit arrangement is coupled to a hydraulic valve and which in this way a reduction in that for the Requires space required displacement sensor.

Diese und weitere Aufgaben werden von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erfüllt, deren erfindungswesentliche Merkmale im angefügten Anspruch 1 angegeben sind.These and other tasks will be from the circuit arrangement according to the invention met whose Features essential to the invention are specified in appended claim 1.

Der Vorteil der Einbindung eines Mikroprozessors, welcher in einem Messmodus und einem Programmiermodus betrieben werden kann, besteht hauptsächlich darin, dass die Magnetfeldsensoren kalibriert werden können, ohne das dafür zusätzliche Steckverbinder am Wegsensor erforderlich sind. Die Umschaltung zwischen den Betriebsmodi des Mikroprozessors wird dabei von einem Umschaltelement initiiert, welches das Spannungspotential am Sensorausgang und/oder am Schaltausgang überwacht und ein entsprechendes Umschaltsignal an den Mikroprozessor liefert. Dadurch wird es möglich, durch Einprägen eines Spannungssignals an einem dieser beiden Ausgänge den Mikroprozessor in den Programmiermodus zu versetzen, in welchem der Schaltausgang und der Sensorausgang zur Abwicklung einer bidirektionalen Datenkommunikation nutzbar gemacht werden.The advantage of including one Microprocessor, which is in a measurement mode and a programming mode can mainly be operated that the magnetic field sensors are calibrated can be without that additional connectors on the displacement sensor are required. Switching between operating modes the microprocessor is initiated by a switching element, which monitors the voltage potential at the sensor output and / or at the switching output and delivers a corresponding switching signal to the microprocessor. This makes it possible by embossing a voltage signal at one of these two outputs To put the microprocessor in the programming mode, in which the switching output and the sensor output for handling a bidirectional Data communication can be made usable.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Umschaltelement durch einen Spannungsteiler gebildet, der im Falle des Anliegens eines Umschaltpotentials ein Umschaltsignal generiert und an einen weiteren Analog/Digital-Wandlereingang des Mikroprozessors liefert. Der Mikroprozessor ist dabei so programmiert, dass er das Umschaltsignal an diesem Wandlereingang beispielsweise während einer Initialisierungsroutine erkennt und daraufhin den geforderten Betriebsmodus einnimmt.According to an advantageous embodiment, the switchover element is formed by a voltage divider, which generates a switchover signal when a switchover potential is present and delivers it to a further analog / digital converter input of the microprocessor. The microprocessor is programmed so that it recognizes the changeover signal at this converter input, for example during an initialization routine, and then the ge required operating mode.

Eine weitergebildete Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass vom Umschaltelement ein zweistufiges Umschaltsignal generiert werden kann, sodass der Programmiermodus in einen Kalibrierungsmodus und einen Kommunikationsmodus unterteilt wird, in denen der Mikroprozessor unterschiedliche Aufgaben erfüllt.A further developed embodiment is characterized by the fact that the switching element is a two-stage Switching signal can be generated so that the programming mode divided into a calibration mode and a communication mode in which the microprocessor performs different tasks.

Vorzugsweise ist die Schaltungsanordnung mit einem vierpoligen Steckanschluss ausgerüstet, über welchen die Ankopplung an ein externes Servicegerät vorgenommen wird. Über zwei Anschlusspole wird die Betriebsspannung in allen Betriebsmodi bereitgestellt. Die verbleibenden beiden Anschlusspole werden im Messmodus als Schaltausgang und Sensorausgang betrieben, während im Programmiermodus der Schaltausgang zur Übertragung eines Taktsignals und der Sensorausgang zur Übertragung von Daten verwendet wird.The circuit arrangement is preferably included equipped with a four-pin connector, via which the coupling to an external service device is made. about The operating voltage is provided in all operating modes via two connection poles. The remaining two connection poles are used as measuring outputs in measuring mode and sensor output operated while in programming mode the switching output for the transmission of a clock signal and the sensor output for transmission of data is used.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann besonders vorteilhaft in einer Hydraulikventilanordnung verwendet werden. Dadurch wird es möglich, Magnetfeldsensoren zur Erfassung der Position des Stellgliedes einzusetzen, wobei diese Sensoren kalibriert werden können und gleichzeitig eine Linearisierung des Ausgangssignals möglich ist, ohne das dafür zusätzliche Steckeranschlüsse oder dergleichen an der Hydraulikventilanordnung erforderlich wären, sodass die gewünschte Baugröße eines mit der Schaltungsanordnung ausgerüsteten Hydraulikventils trotz verbesserter Sensortechnik beibehalten werden kann.The circuit arrangement according to the invention can used particularly advantageously in a hydraulic valve arrangement become. This makes it possible Use magnetic field sensors to detect the position of the actuator, whereby these sensors can be calibrated and at the same time linearization of the output signal possible is without that for it additional plug connectors or the like would be required on the hydraulic valve assembly, so that the desired Size of one equipped with the circuit arrangement hydraulic valve despite improved sensor technology can be maintained.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung von Hall-Sensoren als Magnetfeldsensoren. Im nachfolgenden wird die Erfindung daher auch in Bezug auf den Einsatz solche Hall-Sensoren beschrieben. Es ist aber darauf hinzuweisen, dass auch andere Sensoren, wie z.B. magnetoresistive Sensoren verwendet werden können.Has proven to be particularly advantageous the use of Hall sensors as magnetic field sensors. in the The invention is therefore also described below with regard to its use described such Hall sensors. However, it should be pointed out that other sensors, such as magnetoresistive sensors used can be.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Other advantages, details and Further developments result from the following description preferred embodiments the invention, with reference to the drawing. Show it:

1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung für einen Wegsensor; 1 a block diagram of a preferred embodiment of a circuit arrangement for a displacement sensor;

2 ein vereinfachter Programmablaufplan der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung; 2 a simplified program flow chart of the operation of the circuit arrangement;

3 ein Blockschaltbild eines externen Servicegeräts, welches der Programmierung der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung dient; 3 a block diagram of an external service device, which the programming of the in 1 circuit arrangement shown serves;

4 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Hydraulikventilanordnung mit zwei Hall-Sensoren. 4 a simplified sectional view of a hydraulic valve assembly according to the invention with two Hall sensors.

1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 zum Betrieb eines Wegsensors. Als Sensorelemente umfasst die Schaltungsanordnung zwei Hall-Sensoren 2, die ihre Hall-Spannungen an einen Mikroprozessor 3 bereitstellen. Der Mikroprozessor 3 empfängt die Hall-Spannungen an einem ersten Analog/Digital-Wandlereingang 4 und an einem zweiten Analog/Digital-Wandlereingang 5. Wenn wie im dargestellten Beispiel als Mikroprozessor ein PIC 16C717 verwendet wird, enthält die Schaltungsanordnung weiterhin einen Oszillator 6, der ein Taktsignal an den Mikroprozessor liefert. Bei anderen Ausführungsformen könnte die Taktgenerierung auch im Mikroprozessor integriert sein. Ebenso ist bei der dargestellten Ausführungsform ein separates Speicherelement 7 vorgesehen, in welchem Daten und Programmbefehle abgelegt werden können. Vorzugsweise wird als Speicherelement ein EEPROM verwendet, der mit dem Mikroprozessor 3 kommuniziert. 1 shows a simplified block diagram of a circuit arrangement according to the invention 1 for operating a displacement sensor. The circuit arrangement comprises two Hall sensors as sensor elements 2 that send their Hall voltages to a microprocessor 3 provide. The microprocessor 3 receives the Hall voltages at a first analog / digital converter input 4 and at a second analog / digital converter input 5. If, as in the example shown, a PIC 16C717 is used as the microprocessor, the circuit arrangement also contains an oscillator 6 which supplies a clock signal to the microprocessor. In other embodiments, the clock generation could also be integrated in the microprocessor. Likewise, in the embodiment shown, there is a separate storage element 7 provided in which data and program instructions can be stored. An EEPROM is preferably used as the memory element, which is connected to the microprocessor 3 communicated.

Der Anschluss der Schaltungsanordnung erfolgt über einen Sensoranschluss 10, welcher beispielsweise als vierpoliger Steckverbinder ausgebildet ist. Der Steckverbinder 10 umfasst zwei Betriebsspannungsanschlüsse 11, über welche die Schaltungsanordnung mit der benötigten Betriebsspannung versorgt wird, beispielsweise 24 Volt Gleichspannung. Außerdem umfasst der Sensorsteckverbinder 10 einen Schaltausgang 12 zur Abgabe eines Schaltsignals und einen Sensorausgang 13, an welchem ein Sensorsignal bereitgestellt wird. Prinzipiell könnten als Verbindungselement auch ein Schraubanschluss, vier einzelne Kontaktstifte oder ähnliche Kontaktelemente verwendet werden.The circuit arrangement is connected via a sensor connection 10 , which is designed for example as a four-pole connector. The connector 10 includes two operating voltage connections 11 , via which the circuit arrangement is supplied with the required operating voltage, for example 24 volt DC voltage. The sensor connector also includes 10 a switching output 12 for emitting a switching signal and a sensor output 13 , on which a sensor signal is provided. In principle, a screw connection, four individual contact pins or similar contact elements could also be used as the connecting element.

Zweckmäßigerweise enthält die Schaltungsanordnung 1 einen Spannungsregler 15, der die benötigten Betriebsspannungen an den Mikroprozessor und die sonstigen Bauteile der Schaltungsanordnung in der gewünschten Qualität bereitstellt.The circuit arrangement expediently contains 1 a voltage regulator 15 , which provides the required operating voltages to the microprocessor and the other components of the circuit arrangement in the desired quality.

Die gesamte Schaltungsanordnung 1 und insbesondere der Mikroprozessor 3 können in unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden, deren Funktion und Arbeitsweise nachfolgend erläutert wird. Die an sich bekannte Funktion eines Wegsensors wird von der Schaltungsanordnung im Messmodus wahrgenommen. Die beiden Hall-Sensoren 2 sind dazu parallel zu einer Bewegungsachse angeordnet, auf welcher ein Dauermagnet bewegt wird, dessen Position auf der Bewegungsachse von den Hall-Sensoren erfasst werden soll (vgl. 4). Die in Abhängigkeit von der Position des Dauermagneten von den Hall-Sensoren 2 erzeugte Hall-Spannung wird als analoges Signal an die Analog/Digital-Wandlereingänge 4, 5 des Mikroprozessors 3 geliefert. Der Mikroprozessor 3 generiert aus den beiden Hall-Spannungen ein Ausgangssignal, beispielsweise indem die Differenz aus den Absolutwerten der beiden Hall-Spannungen gebildet wird. Dieses ermittelte Ausgangssignal wird gegebenenfalls vom Mikroprozessor in Abhängigkeit von der jeweiligen Programmierung weiter bearbeitet und an einem Kommunikationspin 17 abgegeben. Das Ausgangssignal durchläuft bei der dargestellten Ausführungsform nachfolgend einen RC-Filter 18 und einen Ausgangsverstärker 19, welcher dann das Sensorsignal am Sensorausgang 13 bereitstellt.The entire circuit arrangement 1 and especially the microprocessor 3 can be operated in different operating modes, the function and mode of operation of which is explained below. The known function of a displacement sensor is perceived by the circuit arrangement in the measuring mode. The two Hall sensors 2 are arranged parallel to a movement axis on which a permanent magnet is moved, the position of which on the movement axis is to be detected by the Hall sensors (cf. 4 ). Depending on the position of the permanent magnet from the Hall sensors 2 Hall voltage generated is sent as an analog signal to the analog / digital converter inputs 4, 5 of the microprocessor 3 delivered. The microprocessor 3 generates an output signal from the two Hall voltages, for example by forming the difference from the absolute values of the two Hall voltages. This determined output signal is possibly processed further by the microprocessor depending on the respective programming and on a communication pin 17 issued. In the embodiment shown, the output signal subsequently passes through an RC filter 18 and an output amplifier 19 , which then the sensor signal on sensor output 13 provides.

In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, wenn neben dem quasi-kontinuierlichen Sensorsignal weiterhin ein Schalt signal generiert wird, sobald die ermittelte Wegposition einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. In einfachen Fällen kann die vorbestimmte Position die Endlage des beweglichen Dauermagneten sein. Durch eine entsprechende Programmierung (siehe unten) kann der Schwellwert jedoch auch an einer beliebigen anderen Stelle der Bewegungsstrecke definiert werden. Das Schaltsignal wird ebenfalls vom Mikroprozessor 3 generiert und an einem Schaltpin 20 abgegeben. Durch einen nachfolgenden Operationsverstärker 21 und gegebenenfalls einen Schalttransistor 22 wird die Signalcharakteristik auf die gewünschten Werte eingestellt, sodass das Schaltsignal letztlich am Schaltausgang 12 zur Verfügung steht.In many applications, it is desirable if, in addition to the quasi-continuous sensor signal, a switching signal continues to be generated as soon as the determined path position reaches a predetermined threshold value. In simple cases, the predetermined position can be the end position of the movable permanent magnet. Appropriate programming (see below) allows the threshold value to be defined at any other point on the movement path. The switching signal is also from the microprocessor 3 generated and on a switching pin 20 issued. By a subsequent operational amplifier 21 and optionally a switching transistor 22 the signal characteristic is set to the desired values so that the switching signal ultimately at the switching output 12 is available.

Um die Nichtlinearitäten der Hall-Sensoren auszugleichen und gegebenenfalls Montageungenauigkeiten zu berücksichtigen, ist eine Kalibrierung des Wegsensors erforderlich. Dies kann durch Aufnahme der Kennlinie des Sensors und Generierung entsprechender Ausgleichswerte geschehen. In an sich bekannter Weise wird dazu eine so genannte Look-Up-Tabelle erzeugt, die im Speicherelement 7 abgelegt wird. Ebenso ist es gewünscht, die Sensorcharakteristik an die jeweiligen Anwendungsfälle anzupassen, indem die Sensorkennlinie durch externe Vorgaben beeinflusst werden kann. Um diese Funktionen zu realisieren kann der Mikroprozessor in einen Programmiermodus versetzt werden, der beispielsweise wiederum in einen Kalibrierungsmodus und einen Kommunikationsmodus unterteilt ist. Diese beiden Submodi unterscheiden sich nur hinsichtlich der Funktionen und Programmabläufe, die vom Mikroprozessor realisiert werden, wobei die generellen Funktionen dem Fachmann bekannt sind und hier nicht detailliert erläutert werden.In order to compensate for the non-linearities of the Hall sensors and, if necessary, to take into account assembly inaccuracies, a calibration of the displacement sensor is necessary. This can be done by recording the characteristic curve of the sensor and generating corresponding compensation values. For this purpose, a so-called look-up table is generated in a manner known per se, which is in the memory element 7 is filed. It is also desirable to adapt the sensor characteristics to the respective application cases, in that the sensor characteristic can be influenced by external specifications. In order to implement these functions, the microprocessor can be put into a programming mode, which in turn is subdivided into a calibration mode and a communication mode, for example. These two submodes differ only in terms of the functions and program sequences that are implemented by the microprocessor, the general functions being known to the person skilled in the art and not being explained in detail here.

Vorzugsweise wird der Mikroprozessor so programmiert, dass die folgenden Funktionen von der Sensorsoftware ausgeführt werden können:

  • – Kennlinienkorrektur
  • – Spannungskalibrierung
  • – Stützstelleninterpolation
  • – Definition von Schaltpunkten
  • – Korrektur des Messbereichs (Spreizung)
  • – Kommunikation mit einem Servicegerät.
The microprocessor is preferably programmed so that the sensor software can perform the following functions:
  • - Characteristic curve correction
  • - voltage calibration
  • - node interpolation
  • - Definition of switching points
  • - correction of the measuring range (spread)
  • - Communication with a service device.

Damit die Schaltungsanordnung den Programmiermodus auch im komplett montierten Zustand einnehmen kann, muss die Initialisierung des Programmiermodus und die Kommunikation mit einem externen Servicegerät über den zur Verfügung stehenden vierpoligen Sensorsanschluss 10 ermöglicht werden. Dazu wird während einer Initialisierungsroutine ein Umschaltpotential von außen an dem Sensorausgang 13 eingeprägt. Das Umschaltpotential wird von einem Spannungsteiler 23 bearbeitet und als Umschaltsignal an einen Betriebsartwahleingang 24 des Mikroprozessors 3 gelegt, welcher im dargestellten Beispiel als dritter Analog/Digital-Wandlereingang ausgebildet ist.In order for the circuit arrangement to be able to take up the programming mode even in the fully assembled state, the initialization of the programming mode and the communication with an external service device must be carried out via the available four-pin sensor connection 10 be made possible. For this purpose, a switchover potential is generated from the outside at the sensor output during an initialization routine 13 imprinted. The switching potential is from a voltage divider 23 processed and as a changeover signal to a mode selection input 24 of the microprocessor 3 placed, which is designed in the example shown as a third analog / digital converter input.

In 2 ist ein Programmablaufplan dargestellt, in welchem die wichtigsten Schritte angegeben sind, die vom Mikroprozessor 3 im jeweiligen Betriebsmodus ausgeführt werden. Das vorzugsweise durch eine entsprechende Software realisierte Verfahren startet im Schritt 30. Im Schritt 31 werden aus dem Speicherelement (EEPROM) die dort abgelegten Daten eingelesen, insbesondere die Look-Up-Tabelle. In gleicher Weise werden die Kalibrierwerte im Schritt 32 eingelesen. Während dieses Initialisierungsabschnittes prüft der Mikroprozessor, ob an die Schaltungsanordnung 1 über den Sensorsteckverbinder 10 ein Steuer- oder Servicegerät angeschlossen ist, was im Schritt 33 durch Abfrage des Spannungspotentials am Sensorausgang 13 realisiert wird. Für den Fall, dass kein Servicegerät angeschlossen ist, setzt der Mikroprozessor seine Arbeitsweise im Messmodus fort, welcher im Schritt 34 startet. Innerhalb des Messmodus werden beispielsweise im Schritt 35 die von den Hall-Sensoren gelieferten Werte eingelesen und im Schritt 36 das Sensorsignal über den Sensorausgang 13 an die nachgeordneten Schaltungseinheiten ausgegeben.In 2 a program flow chart is shown, in which the most important steps are specified by the microprocessor 3 be carried out in the respective operating mode. The method, which is preferably implemented using appropriate software, starts in step 30. In step 31, the data stored there, in particular the look-up table, is read from the memory element (EEPROM). The calibration values are read in in the same way in step 32. During this initialization section, the microprocessor checks whether the circuit arrangement 1 via the sensor connector 10 a control or service device is connected, which in step 33 by querying the voltage potential at the sensor output 13 is realized. In the event that no service device is connected, the microprocessor continues its operation in the measurement mode, which starts in step 34. Within the measuring mode, for example, the values supplied by the Hall sensors are read in step 35 and the sensor signal in step 36 via the sensor output 13 output to the downstream circuit units.

Stellt der Mikroprozessor hingegen im Schritt 33 fest, das ein Umschaltpotential am Sensorausgang 13 anliegt, tritt er in den Programmiermodus im Schritt 37 ein. Der Programmiermodus ist wiederum in mehrere Unterroutinen aufgeteilt, in denen beispielsweise im Schritt 38 neue Daten in das Speicherelement geschrieben werden oder im Schritt 39 für eine Kalibrierung die Hall-Sensoren ausgelesen werden und eine Spannungskalibrierung erfolgt.In contrast, in step 33 the microprocessor determines that there is a switching potential at the sensor output 13 is present, he enters the programming mode in step 37. The programming mode is in turn divided into several subroutines in which, for example, new data are written into the memory element in step 38 or the Hall sensors are read out for calibration in step 39 and a voltage calibration is carried out.

Im Programmiermodus ist eine Kommunikation zwischen der Schaltungsanordnung 1 und einem Servicegerät 40 erforderlich, dessen Blockschaltbild in 3 dargestellt ist. Wie bereits erläutert wurde, wird zur Initialisierung des Programmiermodus ein Spannungspotential am Sensorausgang 13 angelegt, wobei der Sensorausgang 13 nachfolgend zur bidirektionalen Übertragung digitaler Daten verwendet wird, die dem Mikroprozessor 3 am Kommunikationspin 17 eingespeist werden. Damit eine sichere Datenkommunikation durchgeführt werden kann, ist zur Synchronisation ein Kommunikationstakt erforderlich, der zwischen der Schaltungsanordnung und dem Servicegerät über den Schaltausgang 12 ausgetauscht wird. Zur Kommunikation zwischen der Schaltungsanordnung 1 und dem Servicegerät 40 ist somit wiederum nur der vierpolige Sensoranschluss 10 erforderlich. Weitere Anschlussstifte werden nicht benötigt.Communication between the circuit arrangement is in programming mode 1 and a service device 40 required, whose block diagram in 3 is shown. As already explained, a voltage potential at the sensor output is used to initialize the programming mode 13 created with the sensor output 13 subsequently used for the bidirectional transmission of digital data to the microprocessor 3 on the communication pin 17 be fed. So that secure data communication can be carried out, a synchronization cycle is required for synchronization, which is between the circuit arrangement and the service device via the switching output 12 is exchanged. For communication between the circuit arrangement 1 and the service device 40 is again only the four-pole sensor connection 10 required. No other pins are required.

Im Servicegerät 40 wird ein weiterer Mikroprozessor 41 verwendet, wobei vorzugsweise ein PIC 16C876 eingesetzt wird. Über einen Synchronisierungspin 42 erhält der Mikroprozessor 41 des Servicegeräts das Taktsignal von der Schaltungsanordnung 1, wobei in diesem Fall die Schaltungsanordnung des Wegsensors als Master-Gerät arbeitet. Bei anderen Ausführungsformen könnte die Master-Funktion auch vom Servicegerät übernommen werden.In the service device 40 becomes another microprocessor 41 used, preferably a PIC 16C876 is used. Via a synchronization pin 42 receives the microprocessor 41 the service device the clock signal from the circuit arrangement 1 , in which case the circuit arrangement of the displacement sensor works as a master device. In other embodiments, the master function could also be performed by the service device.

Von einem Modusblock 43 wird das benötigte Umschaltpotential an den Sensorausgang 13 geliefert, um zwischen den Betriebsmodi umzuschalten. Über eine serielle Schnittstelle 44 kann eine Anbindung an einen externen Personalcomputer 45 erfolgen. Vorzugsweise läuft auf diesem Personalcomputer 45 eine Software ab, die dem Bediener eine komfortable Bedienoberfläche bereit stellt, um über einfache Befehle die entsprechenden Funktionen des Servicegeräts 40 zu steuern und damit letztlich eine Programmierung der Schaltungsanordnung 1 vornehmen zu können.From a mode block 43 the required switching potential at the sensor output 13 supplied to switch between operating modes. Via a serial interface 44 can connect to an external personal computer 45 respectively. Preferably runs on this personal computer 45 software that provides the operator with a convenient user interface to use simple commands to operate the corresponding functions of the service device 40 to control and ultimately a programming of the circuit arrangement 1 to be able to make.

4 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Hydraulikventilanordnung 50, welche neben dem eigentlichen Hydraulikventil eine Schaltungsplatine enthält (nicht dargestellt), auf der die Schaltungsanordnung 1 für den Wegsensor realisiert ist. Das Hydraulikventil besitzt ein Stellglied 51, welches entlang einer Bewegungsachse 52 verschiebbar angeordnet ist. Um die Durchflussmenge von Hydraulikflüssigkeit zu steuern, wird das Stellglied 51 verschoben, wobei die Antriebskraft von einer Elektrospule 53 geliefert wird. Ein Dauermagnet 54 ist mechanisch mit dem Stellglied 51 gekoppelt, sodass der Dauermagnet ebenfalls entlang der Bewegungsachse 52 verschoben wird und seine Position repräsentativ für die Position des Stellgliedes ist. Die Position des Dauermagneten 54 wird von den beiden Hall-Sensoren 2 ermittelt, die ebenfall im Gehäuse der Hydraulikventilanordnung positioniert sind. Schließlich umfasst die Hydraulikventilanordnung den Sensoranschluss 10 mit den bereits beschriebenen Kontakten 11, 12, 13. 4 shows a simplified sectional view of a hydraulic valve arrangement 50 , which in addition to the actual hydraulic valve contains a circuit board (not shown) on which the circuit arrangement 1 is realized for the displacement sensor. The hydraulic valve has an actuator 51 which is along a movement axis 52 is slidably arranged. To control the flow rate of hydraulic fluid, the actuator 51 shifted, the driving force from an electrocoil 53 is delivered. A permanent magnet 54 is mechanical with the actuator 51 coupled so that the permanent magnet also along the movement axis 52 is moved and its position is representative of the position of the actuator. The position of the permanent magnet 54 is from the two Hall sensors 2 determined, which are also positioned in the housing of the hydraulic valve assembly. Finally, the hydraulic valve arrangement comprises the sensor connection 10 with the contacts already described 11 . 12 . 13 ,

Durch die oben erläuterte Schaltungsanordnung wird es erfindungsgemäß möglich, einen Wegsensor mit geringer Baugröße in das Hydraulikventil zu integrieren, wobei die geforderten Genauigkeiten und Linearitäten durch eine Kalibrierung des Wegsensors ermöglicht werden. Die Gesamtbaugröße des Hydraulikventils wird nicht durch zusätzliche Anschlusselemente vergrößert, da die Programmierung der Schaltung über denselben vierpoligen Sensoranschluss realisiert werden kann, der im Messmodus für das Auslesen der Sensorsignale benötigt wird.Through the circuit arrangement explained above According to the invention, it becomes possible to use a displacement sensor with small size in that Integrate hydraulic valve, the required accuracies and linearities be made possible by a calibration of the displacement sensor. The overall size of the hydraulic valve is not due to additional connection elements enlarged since programming the circuit using the same four-pin sensor connection can be realized in the measuring mode for reading the sensor signals is needed.

Obwohl die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im Zusammenhang mit einem Hydraulikventil näher erläutert wurde, wird der Fachmann ohne weiteres erkennen, dass eine solche Schaltungsanordnung generell zum vorteilhaften Betrieb von Wegsensoren eingesetzt werden kann, welche Hall-Sensoren nutzen. Mit derartigen Wegsensoren können auch andere Mess- und Überwachungsaufgaben gelöst werden.Although the circuit arrangement according to the invention in connection with a hydraulic valve has been explained in more detail, the expert readily recognize that such a circuit arrangement generally can be used for the advantageous operation of displacement sensors, which Hall sensors use. With such displacement sensors can also other measurement and monitoring tasks solved become.

1 –1 -
Schaltungsanordnung für den Wegsensorcircuitry for the displacement sensor
2 –2 -
Hall-SensorenHall sensors
3 –3 -
Mikroprozessormicroprocessor
4 –4 -
erster Analog/Digital-Wandlereingangfirst Analog / digital converter input
5 –5 -
zweiter Analog/Digital-Wandlereingangsecond Analog / digital converter input
6 –6 -
Oszillatoroscillator
7 –7 -
Speicherelementstorage element
10 –10 -
Sensoranschlusssensor connection
11 –11 -
BetriebsspannungsanschlussOperating voltage connection
12 –12 -
Schaltausgangswitching output
13 –13 -
Sensorausgangsensor output
15 –15 -
Spannungsreglervoltage regulators
17 –17 -
Kommunikationspincommunication spin
18 –18 -
RC-FilterRC filter
19 –19 -
Ausgangsverstärkeroutput amplifier
20 –20 -
Schaltpinswitch pin
21 –21 -
Operationsverstärkeroperational amplifiers
22 –22 -
Schalttransistorswitching transistor
23 –23 -
Spannungsteilervoltage divider
24 –24 -
BetriebsartwahleingangMode selection input
40 –40 -
Servicegerätservice equipment
41 –41 -
Mikroprozessor des Servicegerätesmicroprocessor of the service device
42 –42 -
Synchronisierungspinsynchronization spin
43 –43 -
Modusblockmode block
44 –44 -
serielle Schnittstelleserial interface
45 –45 -
Personalcomputerpersonal computer
50 –50 -
HydraulikventilanordnungHydraulic valve arrangement
51 –51 -
Stellgliedactuator
52 –52 -
Bewegungsachsemotion axis
53 –53 -
Elektrospuleelectric coil
54 –54 -
Dauermagnetpermanent magnet

Claims (10)

Schaltungsanordnung (1) für einen Wegsensor, welcher zwei parallel zu einer Bewegungsachse angeordnete Magnetfeldsensoren (2) umfasst, deren Sensorspannungen zu einem Ausgangssignal verknüpft werden, wobei die Schaltungsanordnung (1) einen zweipoligen Betriebsspannungsanschluss (11), einen Schaltausgang (12) und einen Sensorausgang (13) besitzt, weiterhin umfassend: – einen Mikroprozessor (3), der – in einem Messmodus von jedem Sensor (2) die Sensorspannung an einem Analog/Digital-Wandlereingang (4, 5) empfängt, diese zum Ausgangssignal verknüpft sowie ein Sensorsignal an den Sensorausgang (13) und ein Schaltsignal an den Schaltausgang (12) liefert, und – in einem Programmiermodus über den Schaltausgang (12) und/oder den Sensorausgang (13) eine bidirektionale Kommunikationsverbindung mit einem externen Servicegerät (40) aufbaut, um Daten auszutauschen; – ein Umschaltelement (23), welches das Spannungspotential am Sensorausgang (13) und/oder am Schaltausgang (12) überwacht und beim Vorliegen eines vom externen Servicegerät (40) eingeprägten Umschaltpotentials ein Umschaltsignal an einen Betriebsartwahleingang (24) des Mikroprozessors (3) abgibt, welches den Mikroprozessor vom Messmodus in den Programmiermodus versetzt; – ein Speicherelement (7), in welchem Konfigurationsdaten und ggf. Programmbefehle gespeichert sind.Circuit arrangement ( 1 ) for a displacement sensor, which has two magnetic field sensors arranged parallel to a movement axis ( 2 ), the sensor voltages of which are linked to form an output signal, the circuit arrangement ( 1 ) a two-pole operating voltage connection ( 11 ), a switching output ( 12 ) and a sensor output ( 13 ) also has: - a microprocessor ( 3 ) which - in a measurement mode from each sensor ( 2 ) the sensor voltage at an analog / digital converter input ( 4, 5 ) receives, links them to the output signal and a sensor signal to the sensor output ( 13 ) and a switching signal to the switching output ( 12 ) supplies, and - in a programming mode via the switching output ( 12 ) and / or the sensor output ( 13 ) a bidirectional communication connection with an external service device ( 40 ) builds up to exchange data; - a switching element ( 23 ), which the voltage potential at the sensor output ( 13 ) and / or at the switching output ( 12 ) and if there is an external service device ( 40 ) embossed Switching potential to a switching signal to an operating mode selection input ( 24 ) of the microprocessor ( 3 ) which switches the microprocessor from measuring mode to programming mode; - a storage element ( 7 ), in which configuration data and possibly program commands are stored. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Umschaltelement ein Spannungsteiler (23) arbeitet, der das Umschaltsignal an einen dritten Analog/-Digital-Wandlereingang (24) des Mikroprozessors (3) abgibt.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that a voltage divider ( 23 ) which switches the changeover signal to a third analog / digital converter input ( 24 ) of the microprocessor ( 3 ) issues. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltelement (23) in Abhängigkeit vom eingeprägten Umschaltpotential ein zweistufiges Umschaltsignal an den Betriebsartwahleingang (24) des Mikroprozessors abgibt, wodurch der Mikroprozessor (3) innerhalb des Programmiermodus entweder in einen Kalibrierungsmodus oder einen Kommunikationsmodus versetzt wird.Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the switching element ( 23 ) depending on the impressed switching potential, a two-stage switching signal to the mode selection input ( 24 ) of the microprocessor, whereby the microprocessor ( 3 ) is switched to either a calibration mode or a communication mode within the programming mode. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Programmiermodus der Schaltausgang (12) der Übertragung eines Taktsignals und der Sensorausgang (13) der Übertragung von digitalen Daten dient.Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the programming mode the switching output ( 12 ) the transmission of a clock signal and the sensor output ( 13 ) serves the transmission of digital data. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweipolige Betriebsspannungsanschluss (11), der Schaltausgang (12) und der Sensorausgang (13) in einem vierpoligen Sensoranschluss (10) integriert sind.Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the two-pole operating voltage connection ( 11 ), the switching output ( 12 ) and the sensor output ( 13 ) in a four-pole sensor connection ( 10 ) are integrated. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetfeldsensoren so genannte Hall-Sensoren oder magnetoresistive Sensoren verwendet werden.Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that so-called as magnetic field sensors Hall sensors or magnetoresistive sensors can be used. Hydraulikventilanordnung (50) mit einem elektromagnetischen Stellantrieb (53), einem längs einer Bewegungsachse (52) verschiebbaren Stellglied (51) und einem Wegsensor, der zwei parallel zur Bewegungsachse angeordnete Magnetfeldsensoren (2) und einen mit dem Stellglied gekoppelten Dauermagneten (54) umfasst, wobei die von den Sensoren (2) gelieferten Sensorspannungen zu einem die Stellung des Stellgliedes (51) repräsentierenden Ausgangssignal verknüpft werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikventilanordnung (50) weiterhin eine Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.Hydraulic valve assembly ( 50 ) with an electromagnetic actuator ( 53 ), along a movement axis ( 52 ) sliding actuator ( 51 ) and a displacement sensor, which has two magnetic field sensors arranged parallel to the movement axis ( 2 ) and a permanent magnet coupled to the actuator ( 54 ), whereby the sensors ( 2 ) delivered sensor voltages to a the position of the actuator ( 51 ) representing the output signal, characterized in that the hydraulic valve arrangement ( 50 ) furthermore a circuit arrangement ( 1 ) according to one of claims 1 to 6. Verfahren zum Betrieb eines Wegsensors, welcher zwei parallel zu einer Bewegungsachse (52) angeordnete Magnetfeldsensoren (2), eine Schaltungsanordnung (1) mit einem Mikroprozessor (3), einem Umschaltelement (23) und einem Speicherelement (7) sowie einen zweipoligen Betriebsspannungsanschluss (11), einen Schaltausgang (12) und einen Sensorausgang (13) besitzt, die folgenden Schritte umfassend: – Abfrage (33) des am Sensorausgang (13) während einer Initialisierungsroutine anliegenden Umschaltpotentials; – Eintreten in einen Messmodus (34) oder einen Programmiermodus (37), in Abhängigkeit vom Umschaltpotential; – Liefern eines gebildeten Sensorsignals an den Sensorausgang (13) und eines Schaltsignals an den Schaltausgang (12) beim Erreichen einer vorgegebenen Position des Stellgliedes (51), solange der Messmodus (34) aktiv ist; – Austausch von Daten über den Sensorausgang (13) und eines Kommunikationstaktes über den Schaltausgang (12) zwischen der Schaltungsanordnung (1) und einem Servicegerät (40), solange der Programmiermodus (37) aktiv ist.Method for operating a displacement sensor, which has two parallel to a movement axis ( 52 ) arranged magnetic field sensors ( 2 ), a circuit arrangement ( 1 ) with a microprocessor ( 3 ), a switching element ( 23 ) and a storage element ( 7 ) and a two-pole operating voltage connection ( 11 ), a switching output ( 12 ) and a sensor output ( 13 ) has the following steps: - Query ( 33 ) at the sensor output ( 13 ) switching potential present during an initialization routine; - entering a measuring mode ( 34 ) or a programming mode ( 37 ), depending on the switching potential; - delivering a formed sensor signal to the sensor output ( 13 ) and a switching signal to the switching output ( 12 ) when a predetermined position of the actuator is reached ( 51 ) as long as the measuring mode ( 34 ) is active; - Exchange of data via the sensor output ( 13 ) and a communication cycle via the switching output ( 12 ) between the circuit arrangement ( 1 ) and a service device ( 40 ) as long as the programming mode ( 37 ) is active. Verfahren nach Anspruch 8, wobei im Messmodus (24) von jedem Sensor (2) die Sensorspannung empfangen wird und diese durch Differenzbildung der Absolutwerte zum Sensorsignal verknüpft werden.The method of claim 8, wherein in the measurement mode ( 24 ) from each sensor ( 2 ) the sensor voltage is received and these are linked by forming the difference between the absolute values and the sensor signal. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei im Programmiermodus über den Sensorausgang (13) eine bidirektionale Kommunikationsverbindung mit dem externen Servicegerät (40) zum Datenaustausch ausgeführt wird.A method according to claim 8 or 9, wherein in programming mode via the sensor output ( 13 ) a bidirectional communication link with the external service device ( 40 ) is carried out for data exchange.
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