DE19538490C1

DE19538490C1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Kompensieren von Störgrößen in feldbeeinflußten Gebersystemen

Info

Publication number: DE19538490C1
Application number: DE1995138490
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl Ing Schweigert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2015-10-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine da zugehörige Schaltungsanordnung zum Kompensieren von Störgrößen in feld beeinflußten Gebersystemen, insbesondere von auf die erzeug ten Signalamplituden einwirkenden Störgrößen von magnetischen Gebersystemen.

Zur Lage- und Drehzahlerfassung werden Gebersysteme einge setzt, welche nach unterschiedlichen physikalischen Prin zipien arbeiten. Beispiel hierfür sind optische Gebersysteme, kapazitive Gebersysteme und magnetische Gebersysteme wie beispielsweise Resolver, welche einen hohen Verbreitungsgrad besitzen. Allen voran magnetische Gebersysteme gewinnen zunehmend an Bedeutung, vor allem aufgrund ihrer Robustheit - sie besitzen keine empfindliche Glasscheibe wie etwa optische Gebersysteme - und durch die Möglichkeit größere Durchmesser zu realisieren.

Als Signale liefern solche feldbeeinflußten Gebersysteme, wie auch optische Geber, in der Regel zwei um 90° phasenverscho bene TTL- bzw. sinusförmige Signal folgen sowie dazugehörige invertierte Signale für eine Differenzsignalübertragung, um Störeinkopplungen zu unterdrücken. Da solche feldbeeinflußten Gebersysteme herkömmlicherweise nur mit einer unipolaren Ver sorgungsspannung von in der Regel 5 V betrieben werden, über trägt man die beispielsweise sinusförmigen Signale symme trisch zu einer im Geber gebildeten Bezugsspannung, die in der Regel der halben Versorgungsspannung U_SS entspricht. Dabei sind die Ausgangssignale eines solchen Gebersystemes, z. B. sinusförmiger Signalfolgen, bei der Annahme einer Rechtsdrehung folgendermaßen definiert:

UA1 = 1/2 U_SS + u₁ _* sin (ωt)
UA1* = 1/2 U_SS - u₁ _* sin (ωt)
UA2 = 1/2 U_SS - u₂ _* cos (ωt)
UA2* = 1/2 U_SS + u₂ _* cos (ωt) (1)

Dabei sind die mit UA1 und UA2 bezeichneten Signale nicht invertiert, die mit UA1* und UA2* bezeichneten die zugehöri gen invertierten Signale zur Differenzsignalübertragung. Die Ausgangssignalfolgen für eine Linksdrehung ergeben sich analog.

Solche feldabhängigen Gebersysteme, die die vorliegende Erfindung betrifft, werden in der Regel mit Hilfe von feld abhängigen Widerständen, Feldplatten, magnetoresistiven Sen soren etc. gebildet, die in Halb- oder Vollbrückenanordnung zusammengeschaltet werden. Auf Grundlage solcher Gebersen soren sind folgende Meßprinzipien realisierbar:

Messung der Richtung bzw. der Amplitude des Feldes durch die Abtastung magnetischer Strukturen einer Folge von Nord- und Südpolen, beispielsweise von einem Polrad.

Messung des Luftspaltes in einem konstanten homogenen Feld, wobei sich der magnetische Sensor zwischen einem Dauermagne ten und der abzutastenden Struktur, beispielsweise einem Zahnrad oder einer Zahnstange, befindet.

In solchen Fällen wird die Anordnung der Brückenwiderstände an die abzutastende Struktur, beispielsweise ein Polrad oder Zahnrad, derart angepaßt, daß sich der obere und untere Widerstand der Halbbrücke invers zueinander verhalten. Für die Vollbrückenanordnung geschieht dies entsprechend. Zudem verhalten sich die diagonal angeordneten Widerstände eben falls gleich.

Ein für die Weiterverarbeitung der durch die Gebersensoren gelieferten Signale, beispielsweise zur Interpolation bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen oder Robotern, uner läßlicher Aspekt ist die Einhaltung eines bestimmten Tole ranzbandes der Signalamplituden der Gebersignale. Dies ge staltet sich in der Praxis jedoch sehr schwierig, da die Signalamplituden einer ganzen Reihe von Störgrößen ausgesetzt sind. Dabei sind die wichtigsten Einflußgrößen:

- Änderung der Empfindlichkeit des Gebersensors in Abhängig keit von der Temperatur
- Änderung der magnetischen Feldstärke in Abhängigkeit der Temperatur
- Änderung des Abstandes während des Betriebes, z. B. durch Höhenschlag einer Welle auf der sich das abzutastende Zahn rad befindet oder durch Ausdehnung des abzutastenden Zahn rades bei Temperaturänderung
- Montagetoleranzen und dadurch bedingte Abweichung vom idealen Abstand zwischen Gebersensoren und abzutastender Struktur, z. B. einem Polrad bzw. Zahnrad.

Aus der JP 1-269014 ist eine Vorrichtung zur Kompensation von Termperatureinflüssen bekannt, welche zwei Sensoren aufweist, die durch eine einheitliche Versorgungsspannung gespeist wer den. Diese Sensoren sind als reine Gebersensoren ausgeprägt. Zusätzliche Hilfssensoren sind nicht vorgesehen. Desweiteren ist die einheitliche Versorgungsspannung fest vorgegeben, eine Möglichkeit zu deren Variation ist nicht vorgesehen.

Aus der JP 5-264293 ist eine Schaltung zur Positionserfassung allgemeiner Art vorgeschlagen. Auch diese weist zwei Geber sensoren auf, welche durch eine einheitliche fest vorgegebene Versorgungsspannung gespeist werden. Maßnahmen zur Kompen sation von Störgrößen sind nicht gezeigt. Das gleiche ergibt sich aus der JP 63-70116.

Aus der JP 63-261110 ist eine Sensoranordnung bekannt, welche zur Rotationserfassung dient. Die beiden gezeigten Sensoren sind in unterschiedlichen magnetischen Feldern angeordnet, wobei beide Sensoren eine genau definierte voneinander ab weichende Position einnehmen. Die Versorgungsspannung ist fest vorgegeben, Maßnahmen zu deren Regelung sind nicht gezeigt.

Aus der JP 2-141617 ist eine einfache Maßnahme zur Auswertung magnetischer Signale bekannt, für die lediglich ein einzelner Sensor benötigt wird. Maßnahmen zur Verknüpfung der Aus gangssignale mehrerer Sensoren zur Ermittlung der Amplitude von speziellen Gebersignalen sind hieraus nicht ersichtlich.

Herkömmlicherweise wird die eingangs dargestellte Problematik durch aufwendige Justage und enge Anbautoleranzen bei der Inbetriebnahme sowie eine Erfassung der Signalamplituden über die geometrische Summe gemindert. Dies hat jedoch den Nachteil, daß arbeitsintensive und somit teuere Justagepro zesse erforderlich sind, sowie teure analoge Multiplizier bausteine eingesetzt werden müssen, die zudem auch noch für die geforderten Umgebungstemperaturen von bis zu 120°C spezifiziert sein müssen und daher ebenfalls hohe Kosten verursachen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine dazugehörige Schaltungsanordnung der eingangs ge nannten Art so auszubilden, daß einerseits eine einfache und kostengünstige Kompensation der Einflüsse durch die genannten Störgrößen erreicht wird und darüber hinaus die Montage bzw. Justage von Gebersensoren und der abzutastenden Struktur, beispielsweise eines Polrades, Zahnrades oder einer Zahn stange, mit möglichst geringem Aufwand schnell und zuver lässig erfolgen kann und darüber hinaus keine weiteren An schlüsse am Gebersystem nötig werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch folgende Verfah rensschritte gelöst:

1.1 jedem vorhandenen Geber-Sensor wird jeweils ein weiterer Hilfs-Sensor zugeordnet, der im selben Feld angeordnet wird,
1.2 aus dem übergeordneten Gebersignal wird die Versorgungs spannung jedes Hilfs-Sensors abgeleitet,
1.3 aus den Ausgangssignalen der Hilfs-Sensoren wird die Amplitude der Gebersignale ermittelt,
1.4 die Versorgungsspannung der Geber-Sensoren wird so beein flußt, daß eine Regelabweichung zwischen der Amplitude und einem Sollwert ausgeregelt wird.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf eine weitverbrei tete Anordnung der Gebersensoren in magnetischen Gebersyste men Bezug genommen und eine speziell darauf zugeschnittene, besonders effektive und somit kostengünstige Kompensation der Störgrößen erreicht. Dies geschieht mit folgendem weiteren Merkmal:

2.1 die Amplitude der sinusförmigen Gebersignale wird durch Addition der Ausgangssignale der Hilfs-Sensoren berech net.

In einer vorteilhaften Fortentwicklung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus erreicht, daß die erzeugten Signale mit geringem zusätzlichen Aufwand zur Optimierung des Abstandes zwischen Gebersensor und ab zu tastender Struktur verwendet werden können und mittels ein facher Messung an den bereits vorhandenen Signalen erfolgen kann. Außerdem ist jederzeit eine Diagnose, z. B. eine Über prüfung des Regelbereiches, möglich. Dies wird durch folgen den weiteren Verfahrensschritt erreicht:

3.1 der Abstand zwischen Sensor und abzutastender Struktur wird, bevorzugterweise bei Stillstand des Gebersystems, so variiert, daß die zum Abstand proportionale Amplitude der Gebersignale einem vorgegebenen Sollwert entspricht.

In einer alternativen Ausgestaltung wird darüber hinaus erreicht, daß keine zusätzlichen elektrischen Anschlüsse am Gebersystem für eine Optimierung des Abstands zwischen Sensor und abzutastender Struktur erforderlich sind, sondern mit den bereits vorhandenen elektrischen Anschlüssen eine dazu not wendige Meßgröße ermittelt werden kann. Dies wird durch fol genden alternativen Verfahrensschritt erreicht:

4.1 der Abstand zwischen Sensor und abzutastender Struktur wird, bevorzugterweise bei Stillstand des Gebersystems, so variiert, daß die zum Abstand proportionale Summe aus invertiertem und nicht-invertierten Ausgangssignal einem vorgegebenen Sollwert entspricht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und darüber hinaus wurde eine Möglichkeit geschaffen, die gebildete Meß größe durch eine Anzeigeeinheit nach außen sichtbar zu machen, wodurch eine Justage ohne weitere Hilfsmittel ermög licht wird. Dies geschieht durch folgenden weiteren Verfah rensschritt:

5.1 die zum Abstand proportionale Amplitude der Gebersignale wird über eine Anzeigeeinheit sichtbar gemacht.

Um ein solches vorteilhaftes Verfahren zum Kompensieren von Störgrößen in feldbeeinflußten Gebersystemen gemäß der Erfin dung auf einfache Art und Weise zu realisieren, wird eine Schaltungsanordnung geschaffen, welche folgende Elemente zur Lösung der Aufgabe besitzt:

6.1 es sind zwei Geber-Sensoren, insbesondere in Brücken schaltung angeordnete feldabhängige Widerstände, Feld platten etc., vorgesehen,
6.2 für jeden Geber-Sensor ist ein weiterer Hilfs-Sensor vorgesehen, der bevorzugterweise gleichartig aufgebaut ist, der im selben Feld angeordnet ist und der durch das Gebersignal mit Spannung versorgt wird,
6.3 es sind Mittel zur Verknüpfung der Ausgangssignale der Hilfs-Sensoren vorgesehen, womit ein zur Amplitude der Gebersignale proportionaler Wert gebildet wird,
6.4 es ist eine Differenzbildungsanordnung zur Ermittlung der Abweichung von Amplitude und einem Sollwert vorgesehen,
6.5 es ist eine Regelvorrichtung vorgesehen, welche in Ab hängigkeit der ermittelten Regelabweichung die Versor gungsspannung der Geber-Sensoren regelt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird erreicht, daß der Mon tageaufwand weiter reduziert wird und zusätzlich der Gleich lauf der Gebersensoren verbessert wird. Dies wird durch fol gendes weiteres Merkmal erreicht:

7.1 Geber-Sensoren und Hilfs-Sensoren sind auf einem gemein samen Substrat, insbesondere einem gemeinsamen Mikrochip angeordnet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungs anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche auf ein in der Praxis weit verbreitetes feldbeeinflußtes Gebersystem zugeschnitten ist, wird erreicht, daß die darin enthaltenen Elemente so ausgeprägt sind, daß sie mit möglichst geringem Aufwand, kostengünstigen Bauelementen und auf besonders effektive Art und Weise eingesetzt werden. Dies wird mit folgenden weiteren Merkmalen erreicht:

8.1 die Mittel zur Verknüpfung der Ausgangssignale der Hilfs-Sensoren sind als Addierer ausgeprägt,
8.2 die Regelvorrichtung ist als Vorrichtung zur PI-Regelung ausgeprägt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß eine Kompensation von auf feldabhängige Gebersysteme einwirkenden Störgrößen auf besonders effektive und kostengünstige Art und Weise mit geringem schaltungs technischen Aufwand realisiert werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, auch bei der Montage bzw. Justage solcher feldbeeinflußten Gebersysteme den dazu erforderlichen Aufwand erheblich zu reduzieren und somit die hierzu erforderlichen Kosten zu senken. Hinzu kommt, daß dazu keine zusätzlichen elektrischen Anschlüsse am Gebersystem notwendig werden, sondern durch interne Schaltungsmaßnahmen im Gebersystem selbst ermöglicht werden können.

Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an hand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprü chen. Zur Verdeutlichung wird im folgenden auf magnetfeld abhängige Gebersysteme bezug genommen, wobei die dabei ge troffenen Aussagen und Erkenntnisse analog auf andere feld beeinflußte Gebersysteme zu übertragen sind. Dabei zeigen:

Fig. 1 Schaltungsanordnung eines magnetischen Gebersystems mit automatischer Kompensation von Störgrößen,

Fig. 2 erster Gebersensor in Vollbrückenschaltung,

Fig. 3 zweiter Gebersensor in Vollbrückenschaltung und

Fig. 4 Schaltungsanordnung nach Fig. 1 erweitert um eine Mög lichkeit zur optischen Kontrolle einer optimalen Justage der Gebersensoren.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung eines magnetischen Ge bersystems mit automatischer Kompensation von Störgrößen ge zeigt. Dabei stellt die obere Hälfte der Zeichnung eine her kömmliche Anordnung eines magnetischen Gebersystems dar, wo bei die Gebersensoren S1 und S2 im vorliegenden Ausführungs beispiel aus magnetfeldabhängigen Widerständen, insbesondere Feldplatten oder magnetoresistiven Sensoren, in Vollbrücken anordnung bestehen. Die magnetischen Gebersensoren sowie die darauffolgende Signalauswertung kann jedoch auch in einer be liebigen anderen, gleichwirkenden Anordnung, vor allem auch einer Halbbrückenanordndung bestehen.

Der unterhalb einer waagrecht verlaufenden gestrichelten Linie befindliche Bereich der Darstellung von Fig. 1 zeigt weitere darauf aufbauende Schaltungsmaßnahmen, welche erfin dungsgemäß eine automatische Kompensation der Störgrößen her beiführen.

Die von den beiden Gebersensoren S1 und S2 erfaßten Meßwerte werden jeweils einem Brückenverstärker V1 und V2, bevorzug terweise durch Operationsverstärker realisiert, zugeführt und zu Gebersignalen U1 und U2 mit einem für die Weiterverarbei tung geeigneten Signalpegel verstärkt. Die Gebersignale U1 und U2 werden über entsprechende invertierende und nicht- invertierende Treiber 1 und -1 zu Signalen UA1, UA* sowie UA2 und UA2* für eine Differenzsignalübertragung aus Gründen der Störeinkopplungsunterdrückung aufbereitet. Dabei beschreiben die mit einem * gekennzeichneten Ausgangssignale den jeweils invertierten Wert. Die Ausgangssignale UA1, UA1* sowie UA2, UA2* werden symmetrisch zu einer im magnetischen Gebersystem gebildeten Bezugsspannung übertragen, im vorliegenden Aus führungsbeispiel der halben Versorgungsspannung 1/2 U_SS. Diese halbe Versorgungsspannung wird als Bezugspotential über die Brückenverstärker V1 und V2 zur Verfügung gestellt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich die Amplitude der Sensorsignale U1 und U2 proportional zur ange legten Versorgungsspannung der Vollbrückenanordnung verhält, die Gebersensorversorgungsspannung und ein auf die Brücken anordnung der Sensoren wirkendes magnetisches Feld multipli kativ miteinander verknüpft sind. Aus diesem Grunde werden zwei weitere, bevorzugterweise identisch wie die Gebersen soren S1 und S2 in Vollbrückenanordnung aufgebaute Hilfssen soren S1A und S2A so angeordnet, daß sie im gleichen magne tischen Feld bzw. Luftspalt wie die Gebersensoren S1 und S2 liegen. Dabei ist der entsprechende Hilfssensor S1A oder S2A jeweils einem bestimmten Gebersensor S1 oder S2 zugeordnet. Die Hilfssensoren S1A und S2A werden nicht mit einer konstan ten Bezugsspannung, sondern mit einer aus der jeweiligen Geberspannung U1 und U2 abgeleiteten und durch Verstärker VB1 und VB2, bevorzugterweise durch Operationsverstärker reali siert, verstärkten Spannungen U_B1A und U_U2A gespeist. Im Falle der Verwendung von Gebersensoren S1 und S2, die zwei um 90° phasenverschobene sinusförmige Signalfolgen erzeugen, handelt es sich somit bei den Versorgungsspannungen U_B1A und U_B2A der Hilfssensoren S1A und S2A ebenfalls um sinusförmige Spannungen. Anders als die Gebersensoren S1 und S2, deren Vollbrückenanordnung auf Massepotential bezogen ist, ist die jeweilige Vollbrückenanordnung der Hilfssensoren S1A und S2A ebenfalls auf Bezugsspannung, im Ausführungsbeispiel die halbe Versorgungsspannung 1/2 U_SS bezogen. Die durch die Hilfssensoren S1A und S2A ermittelten Brückenmeßwerte werden ebenfalls durch entsprechende Brückenverstärker V1A und V2A, die gleich aufgebaut sind wie die Brückenverstärker V1 und V2, auf zu einer Weiterverarbeitung geeignete Signalpegel U_D1 und U_D2 verstärkt.

Bezugnehmend auf die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zu grundegelegten sinusförmigen und um 90° phasenversetzten Ge bersignale wird durch eine geeignete mathematische Verknüp fung M aus den Ausgangssignalen U_D1 und U_D2 der Hilfssensoren S1A und S2A eine Spannung U_D1,2 ermittelt, welche ein Maß für die Amplitude der Gebersignale U1 und U2 darstellt. Dies wird anhand der vorliegenden Berechnungsvorschriften deutlich, wobei in Fig. 2 die Vollbrückenanordnung der magnetfeldabhän gigen Widerständen R11 bis R14 des Hilfssensors S1A sowie entsprechend in Fig. 3 die Vollbrückenanordnung der magnet feldabhängigen Widerstände R21 bis R24 des Hilfssensors S2A gezeigt sind. Dabei bilden die magnetfeldabhängigen Wider stände R11 und R12 bzw. R21 und R22 den linken Zweig und die Widerstände R13 und R14 bzw. R23 und R24 den rechten Zweig der jeweiligen Vollbrückenanordnung, wobei sich R11 und R14 bzw. R13 und R12 diagonal gegenüberliegen und entsprechend R21 und R24 bzw. R23 und R22 ebenfalls diagonal gegenüber liegen. Da das Bezugspotential der Vollbrückenanordnung der Hilfssensoren S1A und S2A in den folgenden Berechnungsvor schriften vorab berücksichtigt wird, ist in den Fig. 2 und 3 die jeweilige Brückenanordnung aus Gründen der Vereinfachung auf Masse bezogen.

Die Berechnungsvorschrift zur mathematischen Verknüpfung der Gebersignale U1 und U2 für das vorliegende Ausführungsbei spiel erfolgt dabei wie im folgenden beschrieben:

u₁ = u₂ = u

Laut Definition gilt bei Rechtsdrehung:

Für die in Fig. 2 gezeigten Spannungen des rechten Um11 und linken Um12 Brückenzweigs gilt:

Mit

R11 = R14 = R - ΔR _* sin (ωt)
R12 = R13 = R + ΔR _* sin(ωt)

wobei ΔR die Widerstandsänderung in der Brückenschaltung beschreibt
und

U_B1a = u _* sin(ωt)

erhält man für die Differenzspannung bzw. Brückenspannung

Für die in Fig. 3 gezeigten Spannungen des rechten Um21 und linken Um22 Brückenzweigs gilt entsprechend:

Mit

R21 = R24 = R + ΔR _* cos (ωt)
R22 = R23 = R - ΔR _* cos (ωt)

und

U_B2a = -u _* cos (ωt)

erhält man für die Differenzspannung bzw. Brückenspannung

Addiert man beide Differenzspannungen so erhält man:

Für den dem Ausführungsbeispiel zugrundeliegenden Fall der Verwendung von magnetischen Gebersensoren S1, S2, S1A und S2A, welche um 90° phasenverschobene Sinussignalfolgen lie fern, besteht die mathematische Verknüpfung M somit in einer Addition der beiden Ausgangssignale U_D1 und U_D2 der Hilfs sensoren S1A und S2A. Für den Fall anderer Signalverläufe erfolgt eine beliebige andere mathematische Verknüpfung M, welche ebenfalls zu einem der Amplitude proportionalen Signal führt. Die daraus resultierende Spannung U_D1,2 ist, wie ge zeigt, somit ein direktes Maß für die Amplitude der Geber signale U1 und U2. Diese kann zur Anhebung des Signalpegels mit einem Faktor K1 multipliziert bzw. verstärkt werden.

Vergleicht man diese resultierende Spannung U_D1,2 mit dem gewünschten Sollwert, einer Referenzspannung U_REF, so läßt sich eine eventuell durch die bereits beschriebenen Stör größen hervorgerufene Regelabweichung ΔU_D1,2 bestimmen. Mit Hilfe einer Regeleinrichtung R, bevorzugterweise für das Aus führungsbeispiel einem PI-Regler, wobei je nach Ausführungs fall auch eine andere Regeleinrichtung eingesetzt werden kann, die auf die Versorgungsspannung der Gebersensoren S1 und S2 einwirkt, wird diese Versorgungsspannung der Geber sensoren S1 und S2 nun so lange variiert, bis eine entspre chende Regelabweichung ΔU_D1,2 zu Null wird.

Der positive Effekt durch die vorliegende Erfindung wird zu sätzlich dadurch verstärkt, daß sowohl Gebersensoren S1 und S2 als auch Hilfssensoren S1A und S2A auf einem gemeinsamen Mikrochip, insbesondere auf einem gemeinsamen Substrat her gestellt werden, und somit ähnliches Verhalten hinsichtlich von Störgrößen aufweisen. Dadurch wird ein besserer Gleich lauf der beiden Gebersignale U1 und U2 erreicht und zusätz lich der Montageaufwand zur Herstellung eines solchen magne tischen Gebersystemes reduziert.

Darüber hinaus läßt sich mit der vorliegenden Erfindung ein weiterer positiver Effekt erreichen, indem sich mittels der durch die bereits beschriebenen Schaltungsmaßnahmen gebilde ten Signale eine Meßgröße bestimmen läßt, die ein Maß für den Abstand zwischen Sensor und abzutastender Struktur, bei spielsweise einem Polrad, Zahnrad oder einer Zahnstange etc. darstellt. Dies ist insbesondere im Hinblick auf eine Montage bzw. Justage dieses Abstandes zwischen Sensor und abzutasten der Struktur von Vorteil. Setzt man voraus, daß das magneti sche Gebersystem bei Raumtemperatur montiert wird, so erkennt man, daß aus den eingangs aufgeführten Störgrößen lediglich die Montagetoleranz sowie der Höhenschlag der Welle relevant bleiben. Da der Höhenschlag gegenüber der Montagetoleranz in der Regel verschwindend klein ist, ist somit die aus den Gebersignalen U1 und U2 abgeleitete Versorgungsspannung für die Gebersensoren S1 und S2 zusätzlich auch ein ausreichend genaues Maß für diesen Montageabstand.

In Fig. 4 ist die Schaltungsanordnung aus Fig. 1 erweitert um eine Möglichkeit zur optischen Kontrolle einer optimalen Justage der Sensoren S1, S2, S1A und S2A gezeigt. Dabei wird das Ausgangssignal U_B1,2 der Regeleinheit R über einen ent sprechenden Kopplungsfaktor K2 zu einer Bezugsspannung U_BS gemacht, welche proportional zum Abstand des Sensors und der abzutastenden Struktur, somit also der Amplitude der Meß signale ist.

Im Betrieb wirken selbstverständlich alle der eingangs aufge führten Störgrößen auf die Bezugsspannung U_BS ein. Die weite re Signalverarbeitung wird dadurch allerdings nicht beein flußt, da diese Bezugsspannung U_BS bei der Differenzbildung UA1-UA1* bzw. UA2-UA2* der Ausgangssignale entfällt. Bildet man hingegen nicht die Differenz, sondern addiert beispiels weise die Ausgangssignale UA1 und UA1* bzw. UA2 und UA1* so erhält man eine von der abzutastenden Struktur, insbesondere der Stellung eines z. B. abzutastenden Polrades oder Zahnrades unabhängige konstante Spannung, welche eine Maß für den Ab stand von Sensor und abzutastender Struktur ist. Dadurch wird zusätzlich erreicht, daß keine zusätzlichen elektrischen An schlüsse am Gebersystem benötigt werden und im Stillstand mittels einfacher Messung von bereits vorhandenen Signalen der Abstand zwischen Sensor und abzutastender Struktur opti miert werden kann. Zusätzlich ist jederzeit eine Diagnose, z. B. eine Überprüfung des Regelbereichs, möglich.

Zusätzlich ist in Fig. 4 eine Anzeigeeinheit AZ dargestellt, die durch die zum Abstand proportionale Amplitude bzw. Be zugsspannung U_BS angesteuert wird. Durch diese Möglichkeit kann die Bezugsspannung U_BS nach außen sichtbar gemacht werden, wodurch eine Justage ohne weitere Hilfsmittel ermög licht wird.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sich die Amplituden der Gebersignale U1 und U2 durch eine Addition der Sensorsignale S1 und S1A sowie S2 und S2A verdoppeln lassen. Dadurch ergeben sich höhere Signal pegel, welche für eine weitere Verarbeitung besser geeignet sind.

Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren sowie die be schriebene Schaltungsanordnung funktionieren auch, wenn die Hilfssensoren S1A und S2A als Halbbrücken angeordnet werden. Lediglich die durchzuführenden Rechenoperationen werden da durch leicht abgewandelt.

Die magnetischen Sensorwiderstände R11 bis R14 sowie R21 bis R24 können bezüglich des magnetischen Feldes auch invertiert angeordnet werden, ohne daß dadurch die Funktion beeinträch tigt wird.

Sofern in den vorstehenden Ausführungen auf Spannungen bezug genommen wurde, sei darauf hingewiesen, daß die Erkenntnisse der Erfindung analog auf Ströme übertragen werden können und nur aufgrund der geläufigeren Bezugnahme auf Spannungen anhand dieser erläutert wurden.

Die vorangehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen nach der Erfindung sind zum Zwecke der Veranschaulichung angegeben. Diese sind nicht erschöpfend. Auch ist die Erfin dung nicht auf die genaue angegebene Form beschränkt, sondern es sind zahlreiche Modifikationen und Änderungen im Rahmen der vorstehend angegebenen technischen Lehre möglich. Eine bevorzugte Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die prinzipiellen Details der Erfindung und praktische An wendungen zu verdeutlichen, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung zu realisieren. Eine Vielzahl be vorzugter Ausführungsformen sowie weitere Modifikationen kommen bei speziellen Anwendungsgebieten in Betracht.

Claims

1. Verfahren zum Kompensieren von Störgrößen in feldbeein flußten Gebersystemen, insbesondere von auf die erzeugten Signalamplituden einwirkenden Störgrößen von magnetischen Gebersystemen, mit folgenden Verfahrensschritten:

1.1 jedem vorhandenen Geber-Sensor (S1, S2) wird jeweils ein weiterer Hilfs-Sensor (S1a, S2a) zugeordnet, der im selben Feld angeordnet wird,
1.2 aus dem übergeordneten Gebersignal (U1, U2) wird die Versorgungsspannung (U_B1a, U_B2a) jedes Hilfs-Sensors (S1a, S2a) abgeleitet,
1.3 aus den Ausgangssignalen (U_D1, U_D2) der Hilfs-Sensoren (S1a, S2a) wird die Amplitude (U_D1,2) der Gebersignale (U1, U2) ermittelt,
1.4 die Versorgungsspannung (U_B1,2) der Geber-Sensoren (S1, S2) wird so beeinflußt, daß eine Regelabweichung (ΔU_D1,2) zwischen der Amplitude und einem Sollwert (U_REF) ausgeregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, vorzugsweise von in Brücken schaltung angeordneten magnetfeldabhängigen Widerständen, Feldplatten, magnetoresistiven Sensoren etc., wobei das magnetische Gebersystem zwei Geber-Sensoren (S1, S2) bein haltet, welche zwei um 90° phasenverschobene sinusförmige Signale (U1, U2) liefern, mit folgendem weiteren Merkmal:

2.1 die Amplitude der sinusförmigen Gebersignale (U1, U2) wird durch Addition der Ausgangssignale (U_D1, U_D2) der Hilfs-Sensoren (S1a, S2a) berechnet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere zur Justage des Luftspalts zwischen Sensor und abzutastender Struktur, mit folgendem weiteren Verfahrensschritt:

3.1 der Abstand zwischen Sensor und abzutastender Struktur wird, bevorzugterweise bei Stillstand des Gebersystems, so variiert, daß die zum Abstand proportionale Amplitude (U_BS) der Gebersignale (U1, U2) einem vorgegebenen Soll wert entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere zur Justage des Luftspalts zwischen Sensor und abzutastender Struktur, wobei die Ausgangssignale (UA1, UA1*, UA2, UA2*) des Geber systems als Differenzsignale übertragen werden, mit folgendem weiteren Verfahrensschritt:

4.1 der Abstand zwischen Sensor und abzutastender Struktur wird, bevorzugterweise bei Stillstand des Gebersystems, so variiert, daß die zum Abstand proportionale Summe aus invertiertem und nicht-invertierten Ausgangssignal (UA1+UA1* bzw. UA2+UA2*) einem vorgegebenen Sollwert entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, mit folgendem weiteren Verfahrensschritt:

5.1 die zum Abstand proportionale Amplitude (U_BS) der Geber signale (U1, U2) wird über eine Anzeigeeinheit (AZ) sicht bar gemacht.

6. Schaltungsanordnung zur Kompensation von Störgrößen in feldbeeinflußten Gebersystemen, insbesondere von auf die erzeugten Signalamplituden einwirkenden Störgrößen magne tischer Gebersysteme, mit folgenden Elementen:

6.1 es sind zwei Geber-Sensoren (S1, S2), insbesondere in Brückenschaltung angeordnete feldabhängige Widerstände, Feldplatten etc., vorgesehen,
6.2 für jeden Geber-Sensor (S1, S2) ist ein weiterer Hilfs-Sensor (S1a, S2a) vorgesehen, der bevorzugterweise gleich artig aufgebaut ist, der im selben Feld angeordnet ist und der durch das Gebersignal (U1, U2) mit Spannung ver sorgt wird,
6.3 es sind Mittel zur Verknüpfung (M) der Ausgangssignale (U_D1, U_D2) der Hilfs-Sensoren (S1a, S2a) vorgesehen, womit ein zur Amplitude der Gebersignale (U1, U2) proportionaler Wert (U_D1,2) gebildet wird,
6.4 es ist eine Differenzbildungsanordnung (D) zur Ermittlung der Abweichung (ΔU_D1,2) von Amplitude (U_D1,2) und einem Sollwert (U_REF) vorgesehen,
6.5 es ist eine Regelvorrichtung (R) vorgesehen, welche in Abhängigkeit der ermittelten Regelabweichung (ΔU_D1,2) die Versorgungsspannung der Geber-Sensoren (S1, S2) regelt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 mit folgendem weiteren Merkmal:

7.1 Geber-Sensoren (S1, S2) und Hilfs-Sensoren (S1a, S2a) sind auf einem gemeinsamen Substrat, insbesondere einem ge meinsamen Mikrochip angeordnet.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das magnetische Gebersystem zwei Geber-Sensoren (S1, S2) beinhal tet, welche zwei um 90° phasenverschobene sinusförmige Geber signale (U1, U2) liefern, mit folgenden weiteren Merkmalen:

8.1 die Mittel zur Verknüpfung (M) der Ausgangssignale (U_D1, U_D2) der Hilfs-Sensoren (S1a, S2a) sind als Addierer ausgeprägt,
8.2 die Regelvorrichtung (R) ist als Vorrichtung zur PI-Rege lung ausgeprägt.