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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein fahrzeuggetragenes Sensorsystem
mit einer Anomalie-Erfassungsvorrichtung
zur Verbesserung der Systemzuverlässigkeit mit den Merkmalen
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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2 ist ein Schaltbild, welches
ein weiteres konventionelles Sensorsystem zeigt.
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In
der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 3 eine Sensorschaltung 3 und 4,
eine elektronische Steuer-/Regeleinheit
(im folgenden als ECU bezeichnet, von Englisch: electronic control
unit). Die Ziffer 5 bezeichnet eine erste Sensorvorrichtung
(entsprechend einem Sensorelement 1 in 1). Das Sensorelement 1 ist
gegenüber
einem Magneten vorgesehen, welcher auf einer Welle (Drehwelle) eines
Automobils montiert ist, wie einer Lenkwelle oder einer Kurbelwelle.
Das Sensorelement 1 fühlt
eine Veränderung
des von dem Magneten verursachten Magnetfelds, um einen Drehwinkel
der Welle zu erfassen. Die Ziffer 6 bezeichnet eine zweite
Sensorvorrichtung (entsprechend einem Sensorelement 2 in 1). Die zweite Sensorvorrichtung 6 ist
zur ersten Sensorvorrichtung 5 parallel geschaltet und
gegenüber
der Welle angeordnet, und erzeugt ein Signal, welches dem Ausgabesignal
der ersten Sensorvorrichtung 5 ähnlich ist.
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Die
Ziffer 7 bezeichnet eine erste Differentialverstärkerschaltung
zur differentiellen Verstärkung des
Ausgabesignals einer Brückenschaltung,
welche das erste Sensorelement enthält; 8 bezeichnet eine zweite
Differentialverstärkerschaltung
zum differentiellen Verstärken
des Ausgabesignals einer Brückenschaltung,
welche das zweite Sensorelement enthält; und 9 bis 14 bezeichnen
Drähte
(Leitungen), welche die zweite Schaltung 3 und die ECU 4 verbinden.
Von diesen Drähten
wird der Draht 9 als erste Vcc bezeichnet (entsprechend
Vcc1 in 2); der Draht 10 als
erste Vout (entsprechend Vout1 in 2);
der Draht 11 als erste GND (entsprechend GND1 in 2); der Draht 12 als
zweite Vcc (entsprechend Vcc2 in 2);
der Draht 13 als zweite Vout (entsprechend Vout2 in 2); und der Draht 14 als
GND2 (entsprechend GND2 in 2).
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Die
erste Vcc 9 ist eine Leitung zur Zuführung einer Spannungsversorgung
mit voreingestellter Spannung an das erste Sensorelement 5.
Die erste Vout 10 ist eine Leitung, welche die erste Differentialverstärkerschaltung 7,
eine Komparatorschaltung 15 (wird später beschrieben) und eine CPU 16 (wird später beschrieben)
verbindet. Die erste GND 11 ist ein Erdungsdraht. Die zweite
Vcc 12 ist eine Leitung zur Zuführung einer Spannungsversorgung
mit voreingestellter Spannung an das zweite Sensorelement 6.
Die zweite Vout 13 ist eine Leitung zur Verbindung der
zweiten Differentialverstärkerschaltung 8 und
der Komparatorschaltung 15 (wird später beschrieben). Die zweite
GND 14 ist ein zweiter Erdungsdraht.
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Die
Bezugsziffer 15 bezeichnet eine Komparatorschaltung zum
Vergleichen der Ausgabesignale der ersten Differentialverstärkerschaltung 7 und
der zweiten Differentialverstärkerschaltung 8.
Ein Signal (entsprechend einem Signal "Fehler" in 2),
welches von der Komparatorschaltung 15 ausgegeben wird,
stellt eine Anomalie des Systems dar. Die Ziffer 16 bezeichnet
eine CPU (central processing unit), welche ein Signal der ersten
Vout empfängt,
welche von der ersten Differentialverstärkerschaltung 7 ausgegeben
wird, und ein Signal (Anomaliesignal) von der Komparatorschaltung 15,
und steuert beispielsweise einen Motor, in Übereinstimmung mit den empfangenen
Signalen.
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Der
Betrieb des so aufgebauten Sensorsystems wird nun beschrieben.
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Die
Sensorschaltung 3 enthält
zwei getrennte Sensoren, welche unabhängig voneinander sind. Der
erste Sensor wird mit einer Versorgungsquelle durch die Versorgungsquellenleitungen
verbunden, d.h. der ersten Vcc 9 und der ersten GND 11.
Der zweite Sensor wird mit einer Versorgungsquelle durch die Versorgungsquellenleitungen
verbunden, d.h. der zweiten Vcc 12 und der zweiten GND 14. Das
Ausgangssignal des ersten Sensorelements 5 wird von der
ersten Differentialverstärkerschaltung 7 verstärkt und
an die ECU 4 mittels der ersten Vout 10 angelegt.
Das Ausgangssignal des zweiten Sensorelements 6 wird von
der zweiten Differentialverstärkerschaltung 8 verstärkt. In
der ECU 4 steuert die CPU 16 eine nicht abgebildete
Vorrichtung unter Verwendung des empfangenen Signals.
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Wenn
die erste Differentialverstärkerschaltung 7 nicht
korrekt arbeitet, ist das Ausgangssignal der ersten Differentialverstärkerschaltung 7 anomal. In
diesem Fall überschreitet
die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der ersten und zweiten
Differentialverstärkerschaltungen 7 und 8 einen
vorbestimmten Wert. Die Differenz wird von der Komparatorschaltung 15 in
der ECU 4 erfaßt.
Wenn der Komparator die übermäßige Differenz
erfaßt,
gibt der Komparator ein Anomaliesignal an die CPU 16 aus. Bei
Empfang des Anomaliesignals erkennt die CPU 16, daß das Ausgangssignal
der ersten Differentialverstärkerschaltung 7 anomal
ist.
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Wenn
die Leitung, welche die Sensorschaltung 3 und die ECU 4 verbindet,
anomal ist, gibt die Komparatorschaltung 15 ein Anomaliesignal
an die CPU 16 aus, und die CPU 16 erkennt, daß das Ausgangssignal
der ersten Differentialverstärkerschaltung 7 anomal
ist.
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Wenn
die erste Vcc 9 oder die zweite Vcc 12 abgetrennt
ist, liegt das Ausgangssignal der ersten Differentialverstärkerschaltung 7 oder
der zweiten Differentialverstärkerschaltung 8 auf
dem Erdpotential. Dann erzeugt die Komparatorschaltung 15 ein Anomaliesignal.
Wenn die erste GND 11 oder die zweite GND 14 abgetrennt
ist, liegt das Ausgangssignal der ersten Differentialverstärkerschaltung 7 oder der
zweiten Differentialverstärkerschaltung 8 auf
dem Potential Vcc. Dann erzeugt die Komparatorschaltung 15 ein
Anomaliesignal.
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Die
CPU 16 hält
ihre Steuerung an, wenn das Ausgangssignal der ersten Differentialverstärkerschaltung 7 anomal
ist. Auf diese Weise wird eine fehlerhafte Steuerung durch die CPU 16 verhindert.
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Somit
verwendet das konventionelle Sensorsystem die Dualerfassungssysteme.
Daher ist die Anzahl der Leitungen, welche die Sensorschaltung 3 und
die ECU 4 verbinden, und die Anzahl der in der Sensorschaltung 3 verwendeten
Komponenten groß. Dies
führt zu
einem komplexen Aufbau und einer Erhöhung der Herstellungskosten.
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Wenn
die Konstruktion des Sensorsystems vereinfacht wird, kann eine genaue
Anomalieerfassung in dem Sensorsystem nicht erwartet werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorsystem
der eingangs geschilderten Art unter Beibehaltung einer guten Fehlererfassung
kostengünstigeer
auf zubauen.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgabe wird ein Sensorsystem geschaffen, das die Merkmale
gemäß Patentanspruch
1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen,
in welchen:
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1 ein
Schaltbild ist, welches ein Sensorsystem gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt; und
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2 ein
Schaltbild ist, welches ein konventionelles Sensorsystem zeigt.
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Eine
Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung
beschrieben.
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1 ist
ein Schaltbild, welches ein Sensorsystem gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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In
der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 18 eine Sensorschaltung
als Sensorvorrichtung, und 19 bezeichnet eine ECU als Steuervorrichtung.
Die Sensorschaltung 18 ist auf einer Schaltplatte montiert, und
die ECU 19 auf einer anderen Schaltplatte. Die Ziffer 20 bezeichnet
ein Sensorelement als Sensorvorrichtung, welche teilweise eine Brückenschaltung bildet.
Das Sensorelement 20 ist gegenüber einem auf einer Drehwelle
montierten und nicht abgebildeten Magneten angeordnet. Das Sensorelement 20 fühlt eine
Veränderung
des von dem Magneten verursachten Magnetfeldes. Ein Rotationswinkel
oder die Umdrehungszahl der Drehwelle wird auf der Grundlage des
von dem Sensorelement 20 ausgegebenen Signales erfaßt.
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Bezugsziffer 21 bezeichnet
eine Hauptdifferentialverstärkerschaltung
als erste Verarbeitungsvorrichtung; 22 bezeichnet eine
untergeordnete Differentialverstärkerschaltung 22 als
eine zweite Verarbeitungsvorrichtung; 23 bezeichnete eine
Anomalieerfassungsschaltung (Fehlererfassungsschaltung in 1)
als Anomalieerfassungsvorrichtung, hauptsächlich zur Erfassung einer
Anomalie der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21; 23a eine
Komparatorschaltung als Vergleichervorrichtung; und 23b bezeichnet
einen Transistor 23b. Der Transistor 23b ist am
Basisanschluß mit
dem Ausgang der Komparatorschaltung 23a verbunden, am Kollektoranschluß mit einer
Vcc 24 (wird später
beschrieben) und einer CPU 29 (wird später beschrieben), und am Emitteranschluß mit einer
GND 28 (wird später
beschrieben). Die Komparatorschaltung 23a vergleicht zwei eingegebene
Signale. Wenn die Differenz zwischen den Signalen einen vorbestimmten
Wert (Referenzwert) überschreitet,
erzeugt die Komparatorschaltung 23a ein Signal.
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Die
Bezugsziffern 24 bis 28 bezeichnen Drähte (Leitungen),
welche die Sensorschaltung 18 und die ECU 19 verbinden.
Von diesen Drähten 24 bis 28 ist
der Draht 24, welcher als Vcc bezeichnet wird, eine Energieversorgungsleitung
zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung von der ECU 19 an die
Sensorschaltung 18. Der Draht 25, bezeichnet als eine
erste Vout (Vout1 in 1), ist eine Signalleitung zur
Führung
des Ausgangssignals der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21 an
die ECU 19. Der Draht 26, bezeichnet als eine
zweite Vout (Vout 2 in 1), ist
eine weitere Signalleitung, welche zusätzlich zur Signalleitung der
ersten Vout vorgesehen ist. Der Draht 27, als "Fehler" bezeichnet, ist
eine Signalleitung zur Führung
des Ausgangssignals der Anomalieerfassungsschaltung 23 an
die ECU 19. Der Draht 28, bezeichnet als GND,
ist ein mit der Erde verbundener Erdungsdraht. Die GND 28 und
die Vcc 24 dienen als Energieversorgungsleitungen zur Zuführung von
elektrischer Energie zu der Sensorschaltung 18. Da die
Drähte 24 bis 28 sich
zwischen der Sensorschaltung 18 und der ECU 19 erstrecken, empfangen
diese Drähte
manchmal Rauschen oder werden abgetrennt. Es ist notwendig, das
Rauschen und das Abtrennen durch die Anomalieerfassungsschaltung 23 zu
erfassen.
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Die
Sensorschaltung 18 und die ECU 19 sind mit Eingangs-
und Ausgangsanschlüssen
ausgestattet, welche mit jenen Drähten verbunden sind.
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Die
Bezugsziffer 29 bezeichnet eine CPU in der ECU 19.
Die CPU 29 empfängt
das Ausgangssignal der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21, durch
die erste Vout 25 oder die zweite Vout 26. Die CPU 29 steuert
beispielsweise einen Motor (nicht abgebildet) auf der Grundlage
des Ausgangssignals der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21.
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Das
der CPU 29 eingegebene Signal, welches zur Steuerung verwendet
wird, ist das Ausgangssignal der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21.
Das Ausgangssignal der untergeordneten Differentialverstärkerschaltung 22 wird
nicht zur Steuerung verwendet. Wenn das Sensorelement 20 aus
einem Element besteht, welches ein sehr schwaches Signal erzeugt,
wie ein Magnetowiderstandselement oder ein Hall-Element, muß die Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21 vom
Hochgenauigkeitstyp sein, und insbesondere einen kleinen Offset
im Ausgangswert haben und gegenüber
einer Temperaturveränderung
unempfindlich sein. Das Ausgangssignal der untergeordneten Differentialverstärkerschaltung 22 wird
nur an die Anomalieerfassungsschaltung 23 angelegt und
wird nicht zur Steuerung von der CPU 29 verwendet. Daher
kann die untergeordnete Differentialverstärkerschaltung 22 ein
Differentialverstärker niedriger
Genauigkeit sein. Die Verwendung eines solchen Verstärkers führt in sich
zu einer Vereinfachung des Differentialverstärkers. Die Komparatorschaltung 23a erzeugt
ein Anomaliesignal, wenn die Differenz zwischen den Ausgangssignalen
der Hauptverstärkerdifferentialschaltung 21 und
der untergeordneten Differentialverstärkerschaltung 22 größer als
ein voreingestellter Referenzwert ist. Der Referenzwert wird im
Zusammenhang mit dem Offsetwert und dem Temperaturcharakteristikwert
der untergeordneten Differentialverstärkerschaltung 22 bestimmt.
Die Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21 muß ein Hochpräzisions-Differentialverstärker sein, während die
untergeordnete Differentialverstärkerschaltung 22 ein
Differentialverstärker
sein kann, welcher eine Genauigkeit hat, die dem für die Komparatorschaltung 23a eingestellten
Referenzwert entspricht.
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Das
Energieversorgungssystem für
die Sensorschaltung 18 besteht aus einem einzigen Energieversorgungssystem
mit der Vcc 24 und der GND 28. Ein zuverlässiges Fühlerelement,
wie ein Magnetowiderstandselement oder ein Hall-Element, kann als Sensorelement 20 verwendet
werden, da eine Veränderung
des Magnetfeldes auf berührungslose
Weise gefühlt
werden kann.
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Ein
Doppelsignalpfad, bestehend aus den zwei Signalleitungen der ersten
Vout 25 und der zweiten Vout 26, wird zur Übertragung
des Ausgangssignals der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21 an
die ECU 19 verwendet. Die Verwendung des Doppelsignalpfades
gewährleistet
Sicherheit für den
Fall, daß einer
der Drähte
abgetrennt wird.
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Der
Betrieb des so aufgebauten Sensorsystems wird nun beschrieben.
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Ein
anomales Ausgangssignal der Sensorschaltung 18 wird durch
den Vergleich der Ausgangssignale der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21 und
der untergeordneten Differentialverstärkerschaltung 22 durch
die Komparatorschaltung 23a in der Anomalieerfassungsschaltung 23 erfaßt. Das
Ausgangssignal der Sensorschaltung 18 ist beispeilsweise
dann anomal, wenn die Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21 nicht
korrekt arbeitet, oder wenn Rauschen in die Ausgangsleitungen der
ersten Vout 25 und der zweiten Vout 26 eingebracht
wird.
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Die
Ausgangssignale der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21 und
der untergeordneten Differentialverstärkerschaltung 22 werden
der Komparatorschaltung 23a in der Anomalieerfassungsschaltung 23 eingegeben.
Wenn die Differenz zwischen den Ausgangssignalen einen vorbestimmten
Wert überschreitet,
erscheint ein Anomaliesignal hohen Pegels an dem offenen Kollektor
des Transistors 23b in der Anomalieerfassungsschaltung 23,
und wird an die ECU 19 durch die Fehlerleitung 27 übertragen.
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Wenn
von den Leitungen zur Verbindung der Sensorschaltung 18 und
der ECU 19, die Leitung zur Zuführung der elektrischen Energie
von der ECU 19 an die Sensorschaltung 18, beispielsweise
die Versorgungsleitung Vcc 24 oder GND 28 anomal
ist, erscheint ein hohes Signal bzw. ein Anomaliesignal an dem offenen
Kollektor des Transistors 23b der Anomalieerfassungsschaltung 23.
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Die
CPU 29 steuert einen Motor, eine Servolenkung oder dgl.,
unter Verwendung des Ausgangssignals der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21. Bei
Empfang eines Anomaliesignales durch die Fehlerleitung 27 entscheidet
die CPU 29, daß das
Ausgangssignal der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21 anomal
ist. Zu diesem Zeitpunkt hält
die CPU 29 ihre Steuerung an. Dementsprechend wird durch
die CPU 29 keine fehlerhafte Steuerung durchgeführt.
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Das
Sensorsystem der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Verwendung eines
Sensorelements des Nichtberührungstyps
als Sensorelement 20. Das Sensorsystem ist mit einem einzigen
Sensor 20 betriebsfähig.
Dieses Merkmal leistet einen Beitrag zur Verminderung der Anzahl
erforderlicher Teile. Die untergeordnete Differentialverstärkerschaltung 22 für die Anomalieerfassung
kann mit einem einfachen Differentialverstärker aufgebaut werden. Dies
führt zu
einer Kostenverminderung und einer Erhöhung der Zuverlässigkeit.
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Das
Ausgangssignal der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21 wird
aus der Sensorschaltung 18 durch die Signalleitungen geführt, d.h.
durch die erste Vout 25 und die zweite Vout 26.
Dementsprechend besteht eine Möglichkeit,
daß Rauschen
den durch die Signalleitungen fließenden Signalen überlagert
wird. Wenn Rauschen überlagert
wird, wird von der Sensorschaltung 18 ein Anomaliesignal
für die ECU 19 abgegeben.
Andererseits wird das Ausgangssignal der untergeordneten Differentialverstärkerschaltung 22 nicht
außerhalb
der Sensorschaltung 18 geführt.
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Dementsprechend
besteht keine Möglichkeit,
daß es
Rauschen unterliegt. Aus diesem Grund wird bei Auftreten irgendeiner
Anomalie im Sensorsystem mit Sicherheit eine Differenz zwischen
den Ausgabesignalen der Hauptdifferentialverstärkerschaltung 21 und
der untergeordneten Differentialverstärkerschaltung 22 verursacht.
Eine zuverlässige Anomalieerfassung
durch die Anomalieerfassungsschaltung 23 ist sichergestellt.
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Der
Doppelsignalpfad, welcher aus der ersten Vout 25 und der
zweiten Vout 26 besteht, wird zur Übertragung des Signals von
der Sensorschaltung 18 an die ECU 19 verwendet.
Dementsprechend, wenn eine der Signalleitungen abgetrennt wird,
oder ihr Anschluß fälschlicherweise
mit irgend etwas in Berührung
kommt, ist die Signalübertragung
an die ECU 19 sichergestellt.
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Durch
Vorsehen des Transistors 23b innerhalb der Anomalieerfassungsschaltung 23 können andere
Anomalien außer
der von der Komparatorschaltung 23a erfaßten Anomalie
erfaßt
werden, z.B. ein abgetrennter Draht. Man beachte, daß der Basisanschluß des Transistors 23b mit
dem Ausgangsanschluß der
Komparatorschaltung 23a verbunden ist, und seine Kollektor-
und Emitteranschlüsse
mit den Energieversorgungsleitungen Vcc 24 und GND 28. Durch
diese Verbindung des Transistors ist es möglich, eine Abtrennung, einen
Kurzschluß und
dgl. der Energieversorgungsleitungen zu erfassen.
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Das
Sensorsystem der Ausführung
umfaßt einen
Rotationswinkel der Drehwelle. In einer Alternativausführung ist
der Magnet auf einem linear beweglichen Schaft montiert. Eine Veränderung
der Linearbewegung des Schafts wird von dem Fühlerelement erfaßt. Beliebige
weitere physikalische Größen können erfaßt werden.
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Das
Sensorsystem der Ausführung
wird zum Fühlen
eines Rotationswinkels der Lenkwelle eines Automobils verwendet,
was zum Zwecke der Sicherheit eine hohe Zuverlässigkeit erfordert. Es ist
jedoch offensichtlich, daß das
Sensorsystem der vorliegenden Erfindung auch anderswo als in einem
Fahrzeug angewendet werden kann.