DE19931318C2

DE19931318C2 - Position measuring system for energy-saving measuring devices

Info

Publication number: DE19931318C2
Application number: DE1999131318
Authority: DE
Inventors: Peter Strack; Christian Steiner
Original assignee: Carl Mahr Holding GmbH
Current assignee: Carl Mahr Holding GmbH
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2002-01-24
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: DE19931318A1

Abstract

Ein insbesondere für Handmessgeräte geeignetes Wegmesssystem weist einen auf magnetischer Basis arbeitenden Signalgeber mit Schwachfeldsensor und eine Maßverkörperung auf. Zur Erzeugung eines Magnetfelds ist der Signalgeber mit einem Permanentmagneten versehen, dessen Feld die Maßverkörperung erreicht. Zwischen dem Permanentmagneten und der Maßverkörperung ist eine Sensoranordnung vorgesehen. Diese wird durch die Maßverkörperung abgeschirmt. Die Maßverkörperung ist selbst unmagnetisch. Das Wegmesssystem ist als Absolut-Wegmesssystem ausgebildet, indem die Maßverkörperung mehrere Spuren unterschiedlicher Teilung aufweist.A displacement measuring system, which is particularly suitable for hand-held measuring devices, has a signal transmitter with a weak field sensor that operates on a magnetic basis and a material measure. To generate a magnetic field, the signal transmitter is provided with a permanent magnet, the field of which reaches the material measure. A sensor arrangement is provided between the permanent magnet and the material measure. This is shielded by the measuring standard. The material measure itself is non-magnetic. The position measuring system is designed as an absolute position measuring system in that the measuring standard has several tracks of different graduation.

Description

Längenmessgeräte wie bspw. Handmessgeräte (Schieblehren) benötigen häufig einen elektrischen Sensor zur Wegmessung, um die gemessene Länge bequem ablesbar elektronisch erfassen und anzeigen zu können.Length measuring devices such as handheld measuring devices (Calipers) often require an electrical sensor for distance measurement, easily readable by the measured length to be able to record and display them electronically.

Bspw. ist aus der EP 0644401 B1 ein kapazitiver Weg aufnehmer bekannt, der sich zwischen Kondensatorplatten infolge der Verschiebung auftretende Kapazitätsänderungen auswertet.For example. is a capacitive way from EP 0644401 B1 sensor known, located between capacitor plates changes in capacity due to the shift evaluates.

Verschmutzungen und insbesondere Feuchtigkeit setzt dem kapazitiven Messprinzip Grenzen. Soiling and especially moisture the capacitive measuring principle limits.

Es sind deshalb magnetische Wegaufnehmer, sogenannte magnetische Encoder, entwickelt worden. Dazu ist bspw. aus der EP 0840095 A1 ein Wegmesssystem bekannt, das eine magne tische Maßverkörperung und einen zugeordneten Lesekopf aufweist. Die Maßverkörperung und der Lesekopf sind gegen einander bewegbar. Als Maßverkörperung ist eine längliche, magnetisch polarisierte Anordnung vorgesehen, an deren dem Lesekopf zugewandten Seite Nord- und Südpole periodisch abwechseln. Von der Maßverkörperung geht somit ein relativ starkes Magnetfeld aus, das von dem Lesekopf erfasst wird. Der Lesekopf zählt bei einer Langsverschiebung der Maß verkörperung die sich an seinem Sensor ergebenden Polari tätswechsel und erhält somit ein Maß für die zurückgelegte Wegstrecke.They are therefore magnetic displacement sensors, so-called magnetic encoder. For example, is off EP 0840095 A1 discloses a position measuring system that uses a magnet table material measure and an assigned read head having. The material measure and the read head are against mutually movable. As an embodiment, an elongated, magnetically polarized arrangement is provided, at whose the Read head facing north and south poles periodically alternate. A relative measure is therefore used strong magnetic field, which is detected by the reading head. The read head counts the dimension in the event of a longitudinal displacement incarnate the polaris resulting from its sensor change and thus receives a measure of the distance traveled Distance.

Um bei der Verschiebung keinen Polaritätswechsel zu verpassen, muss der Sensor im Wesentlichen ständig aktiv sein.In order not to change polarity during the shift miss, the sensor essentially has to be constantly active his.

Aus der WO 95/14213 A1 ist ein lineares Wegmesssystem bekannt, das als Positionsmelder für die Automation dient. Das Wegmesssystem weist einen weichmagnetischen Maßstab mit ein- oder mehreren Spuren auf. Die Spuren werden je weils durch eine Folge von Aussparungen in dem Material gebildet. Dem Maßstab ist eine Sensoranordnung zugeordnet, zu der ein Permanentmagnet und vier Sensorelemente gehö ren. Die Sensorelemente sind zu Paaren zusammengefasst, wobei die beiden sich ergebenden Paare um eine halbe Tei lung des Maßstabs gegeneinander versetzt sind. Die magne tischen Sensorelemente eines Paars bilden jeweils einen Brückenzweig, dessen Mittenspannung gegen die Mittenspan nung eines aus Festwiderständen aufgebauten Brückenzweigs ein Signal liefert. A linear position measuring system is known from WO 95/14213 A1 known that serves as a position indicator for automation. The position measuring system has a soft magnetic scale with one or more tracks. The traces are ever because of a series of cutouts in the material educated. A sensor arrangement is assigned to the scale, which includes a permanent magnet and four sensor elements ren. The sensor elements are combined in pairs, the two resulting pairs being divided by half a part scale are offset from each other. The magne table sensor elements of a pair each form one Bridge branch, its center tension against the center span of a bridge branch made up of fixed resistors delivers a signal.

Aus der EP 0580207 A1 ist ein magnetisches Messsystem ebenfalls mit weichmagnetischem Maßstab und einem Perma nentmagneten bekannt, der zwei Sensorelemente trägt. Die beiden Sensorelemente sind magnetoresistive Widerstände. Sie sind in einem Abstand voneinander angeordnet, der etwa der Größe einer Aussparung in dem Maßstab entspricht. Die Abstände zwischen den Aussparungen sind deutlich größer als die Aussparungen selbst. Auf diese Weise kann eine richtungsabhängige Zahlung der an den Sensoren vorbeilau fenden Aussparungen mit nur zwei Sensorelementen erfolgen.A magnetic measuring system is known from EP 0580207 A1 also with a soft magnetic scale and a perma Known magnet, which carries two sensor elements. The both sensor elements are magnetoresistive resistors. They are arranged at a distance from each other, approximately corresponds to the size of a recess in the scale. The Distances between the cutouts are significantly larger than the recesses themselves. In this way, one directional payment of the past the sensors openings with only two sensor elements.

Aus der EP 0554518 A1 ist darüber hinaus eine Posi tionsmesseinrichtung mit magnetempfindlichen Elementen bekannt, wobei als Maßstab ein axial wechselnd polarisier ter Maßstab dient. Die Sensoren sind jeweils zu viert in Reihe geschaltet, wobei zwei Reihenschaltungen jeweils parallel geschaltet sind. Auf diese Weise werden Teilungs fehler unwirksam gemacht.From EP 0554518 A1 is also a Posi tion measuring device with magnetically sensitive elements known, with an axially changing polarizing scale ter scale serves. The sensors are four in each Series connected, two series connections each are connected in parallel. In this way, division errors made ineffective.

Schließlich ist aus der WO 95/30128 A1 ein Positionssen sor bekannt, der an jeder Stelle einen charakteristischen Binärcode erzeugt. Dazu weist er mehrere Spuren auf, die jeweils sehr unterschiedliche Teilungen aufweisen. Dieses Prinzip erfordert eine Entkopplung der Wirkung der Mess spuren voneinander. Bei magnetischen Schwachfeldsensoren ist dies in der Regel kaum möglich, weil allen Messspuren ein gemeinsamer Permanentmagnet zugeordnet ist und sich Wechselwirkungen zwischen den Spuren somit nicht ganz aus schließen lassen.Finally, WO 95/30128 A1 is a position meal known, which has a characteristic at every point Binary code generated. He has several traces of this, the each have very different divisions. This Principle requires decoupling the effect of the measurement trace each other. With magnetic weak field sensors this is usually hardly possible because of all the measurement tracks a common permanent magnet is assigned and itself Interactions between the tracks are therefore not entirely sufficient let close.

Insbesondere für Handmessgeräte vorgesehene Längen messsysteme müssen stromsparend ausgelegt sein, um Batteriebetrieb zu ermöglichen. Außerdem müssen sie feuchtig keits- und verschmutzungsunempfindlich sein.Lengths intended especially for handheld measuring devices Measuring systems must be designed to save electricity in order to operate on batteries to enable. They also need to be moist be insensitive to dirt and pollution.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Weg messsystem zu schaffen, das stromsparend arbeitet und we nig verschmutzungsanfällig ist.Proceeding from this, the object of the invention is a way to create a measuring system that works in an energy-saving way is less susceptible to contamination.

Diese Aufgabe wird mit einem Wegmesssystem gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.This task is solved with a position measuring system that has the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Wegmesssystem ist ein Absolut- Wegmesssystem und weist einen Signalgeber und eine Maß verkörperung auf, die gegeneinander beweglich angeordnet sind. Der Signalgeber ist aktiv, d. h. er erzeugt ein Feld, das zur Abfrage der Position der Maßverkörperung geeignet ist. Diese ist vorzugsweise passiv, d. h. sie erzeugt kein eigenes, die Sensoranordnung beeinflussendes Feld, sondern beeinflusst lediglich das von den entsprechenden Element des Signalgebers ausgehende Feld in charakteristischer Weise. Hierbei ist die Maßverkörperung vorzugsweise derart gestaltet, dass das von dem Signalgeber ausgehende (vor zugsweise konstante) Feld in jeder Verschiebeposition spe zifisch beeinflusst wird. Wenigstens eine Sensoranordnung erfasst dies, so dass daraus die erreichte Absolutposition bestimmbar ist. Es handelt sich somit um ein Absolut-Weg messsystem, das sehr stromsparend betrieben werden kann.The position measuring system according to the invention is an absolute Position measuring system and has a signal generator and a measure incarnation, arranged to be movable against each other are. The signal generator is active, i. H. he creates a field suitable for querying the position of the measuring standard is. This is preferably passive, i. H. it does not produce own field influencing the sensor arrangement, but only affects that of the corresponding element of the signal generator outgoing field in characteristic Wise. Here, the material measure is preferably such designed that the outgoing from the signal generator (before preferably constant) field in each shift position is influenced. At least one sensor arrangement captures this so that from it the absolute position reached is determinable. It is therefore an absolute path measuring system that can be operated in a very energy-saving manner.

Das Messsystem arbeitet mit einem Schwachfeldsensor, bei dem die Sensoranordnung zwischen dem felderzeugenden Element und der Maßverkörperung angeordnet ist, wobei der Sensor und das felderzeugende Element ortsfest zueinander, bspw. auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Das Magnetfeld dreht sich nur um wenige Grad und ändert seine Stärke. Bei einer Bewegung der Maßverkörperung polt es jedoch nicht um (dreht sich nicht um 180°). Das Feld ist relativ schwach, was für den Einsatz in nicht ganz saube rer Umgebung von Vorteil ist. Ein wesentlicher Vorteil ist weiter, dass die benachbarten Spuren sich gegenseitig nur wenig (fast nicht) beeinflussen, d. h. eine Spur beein flusst das von der Nachbarspur geformte Magnetfeld kaum. Die Spuren können dadurch sehr dicht beieinander angeord net werden, dichter als es bei aktiven (permanent polari sierten) Maßverkörperungen möglich ist. Damit lassen sich Platzvorteile Erzielen, die insbesondere bei Handmessgerä ten, wie Messschiebern Bedeutung haben. Außerdem lassen sich feinere Strukturen erzeugen, wodurch die Auflösung besser wird.The measuring system works with a weak field sensor, in which the sensor arrangement between the field-generating Element and the material measure is arranged, the Sensor and the field-generating element stationary relative to one another, are arranged on a common support, for example. The Magnetic field only rotates a few degrees and changes its Strength. When the material measure moves, it poles but not around (does not turn 180 °). The field is relatively weak, what for use in not quite clean environment is an advantage. A major advantage is further that the neighboring tracks only mutually influence little (almost not), d. H. affect a trace the magnetic field formed by the neighboring track hardly flows. As a result, the tracks can be arranged very close together become denser than it is with active (permanent polar sized) material measures is possible. With that you can Achieve space advantages, especially with handheld measuring devices how calipers have meaning. Let also to create finer structures, thereby reducing the resolution getting better.

Außerdem muss das von dem Element erzeugte Feld somit lediglich eine Ausdehnung haben, die etwas größer ist als die Sensoranordnung. Die Maßverkörperung ist somit weit gehend unpolarisiert. Sie kann relativ lang ausgebildet werden und zieht, weil sie feldfrei ist, keinen Schmutz an.In addition, the field generated by the element must therefore only have an extension that is slightly larger than the sensor arrangement. The material measure is therefore wide going unpolarized. It can be relatively long and because it is field-free, it does not pull dirt on.

Vorteilhafterweise ist das Feld ein Magnetfeld, das von einem Permanentmagnet erzeugt wird. Das Messsystem kann dadurch unempfindlich gegen Schmutz und Feuchtigkeit sein. Das Magnetfeld ist vorzugsweise etwa quer zu der Be wegungsrichtung gerichtet und im Bereich der Sensoranord nung näherungsweise homogen. Die Maßverkörperung weist eine Folge von magnetisch unterschiedlich leitenden Berei chen auf, die eine von den Sensorelementen zu erfassende Struktur bilden. Es wird dabei als vorteilhaft angesehen, eine gleichmäßige Teilung der Struktur vorzusehen, d. h. die magnetisch besser leitenden Bereiche und die magnetisch schlechter leitenden Bereiche sind in Verschiebe richtung jeweils etwa gleich groß. In Verschieberichtung sind dann zur Erfassung der Struktur mehrere, bspw. vier Sensorelemente angeordnet, die die periodische Struktur der Maßverkörperung mit bspw. 90° Phasenversatz gegenein ander abgreifen, so dass eine Sinusfunktion und eine Kosi nusfunktion der Verschiebung erfasst werden.The field is advantageously a magnetic field that is generated by a permanent magnet. The measuring system can be insensitive to dirt and moisture his. The magnetic field is preferably approximately transverse to the loading direction of movement and in the area of the sensor arrangement approximately homogeneous. The material measure shows a sequence of magnetically different conductive areas Chen on that one to be detected by the sensor elements Form structure. It is considered advantageous provide for an even division of the structure, d. H. the magnetically better conductive areas and the magnetic poorer conductive areas are shifting direction about the same size. In the direction of displacement there are then several, for example four, for determining the structure Sensor elements arranged that the periodic structure the measuring standard with, for example, 90 ° phase offset tap other, so that a sine function and a Kosi nus function of the shift are recorded.

Die Ausbildung der Maßverkörperung mit einer nicht magnetischen Struktur, die lediglich besser und schlechter leitende Bereiche unterscheidet, ermöglicht eine hohe Auf lösung. Besser und schlechter leitende magnetische Berei che können genauer ausgebildet werden als eine wechselnde Magnetisierung, wie es bei sogenannten Starkfeldsensoren der Fall ist, die als Maßverkörperung einen periodisch wechselnd polarisierten Träger nutzen. Außerdem sind die bei der Erfindung angewendeten Maßverkörperungen sehr ein fach und preisgünstig herzustellen. Bspw. kann die magne tische Leitfähigkeitsstruktur erzeugt werden, indem Aus nehmungen in ein Weicheisenband geätzt oder geschnitten oder anderweitig eingebracht werden.The formation of the material measure with a not magnetic structure that is only better and worse differentiates between conductive areas, enables a high up solution. Better and poorer conductive magnetic area che can be trained more precisely than a changing one Magnetization, as is the case with so-called strong field sensors the case is the periodic measure use alternately polarized carriers. Besides, they are material measures used in the invention a very to produce professionally and inexpensively. For example. can the magne table conductivity structure are generated by Aus Takes etched or cut into a soft iron band or otherwise introduced.

Der nichtmagnetische Maßstab ist unempfindlich gegen Fremdfelder insoweit, als er nicht entmagnetisiert oder bleibend magnetisiert werden kann. Außerdem zieht er kei nen Schmutz an. Schließlich hat er im Zusammenhang mit der Anordnung der Sensoren zwischen dem felderzeugenden Bau element (Permanentmagnet) und dem Weicheisenband als Maß stab noch Abschirmfunktion, so dass Fremdfelder nur sehr geschwächt zu den Sensoren gelangen können.The non-magnetic scale is insensitive to Foreign fields insofar as it does not demagnetize or can be permanently magnetized. He also doesn't pull dirt. Finally, in connection with the Arrangement of the sensors between the field-generating structure element (permanent magnet) and the soft iron band as a measure stab still shielding function, so that foreign fields only very weakened can reach the sensors.

Die Maßverkörperung weist mehrere nebeneinander an geordnete streifenförmige magnetische Strukturen unterschiedlicher Teilung auf. Die unterschiedliche Teilung ist anders als bei polarisierten Maßstäben ohne Weiteres und einfach realisierbar, indem bspw. Lochreihen oder ander weitige Ausnehmungen mit unterschiedlicher Teilung an dem Maßstab angebracht werden. Die genau Form der Ausnehmungen spielt dabei keine nennenswerte Rolle. Bspw. können deren Seitenwände gegen deren Boden geneigt sein, ohne dass dies die Messgenauigkeit wesentlich beeinträchtigen würde. Auch kann die Tiefe der Ausnehmungen variieren. Dadurch können die Maßverkörperungen kostengünstig hergestellt werden.The material measure indicates several side by side ordered stripe-shaped magnetic structures of different Division on. The different division is unlike polarized scales, and easily realized, for example by rows of holes or other wide recesses with different division on the Scale to be attached. The exact shape of the recesses plays no significant role in this. For example. can their Sidewalls may be inclined against their bottom without this would significantly affect the measurement accuracy. Also the depth of the recesses can vary. This allows the material measures are manufactured inexpensively.

Die Ausbildung des Wegmesssystems als Absolutmesssys tem infolge gleichzeitiger Erfassung mehrerer parallel nebeneinander angeordneter Strukturen unterschiedlicher Teilung ermöglicht den Aufbau extrem stromsparender Mess systeme und somit den Batteriebetrieb, wie er bspw. für Messschieber erforderlich ist. Es genügt die Positions erfassung und somit die Ansteuerung der Sensoren in rela tiv großen Zeitabständen (bei Messschiebern etwa 10 mal pro Sekunde). Während der Ruhephasen, in denen die Positi on nicht abgefragt wird, können der Signalgeber und die Maßverkörperung gegeneinander verschoben werden, ohne dass der Signalgeber dies erfasst. Bei der nächsten Abfrage erkennt er seine neue Position ohne Erfassung der zwischenzeitlich durchlaufenen Zwischenpositionen. Durch die geringe Abtastfrequenz an dem Signalkopf, die durch den Aufbau als Absolutmesssystem ermöglicht wird, werden die Sensorelemente nicht nur stromsparend betrieben, son dern sie altern auch deutlich langsamer als es im Dauer betrieb der Fall wäre. Bei einem Tastverhältnis, d. h. ei nem Ein/Ausverhältnis von bis zu 1 : 10000 unterliegen die Sensorelemente praktisch keiner stromflussbedingten Erwär mung und stromflussbedingten Alterung.The formation of the position measuring system as an absolute measuring system tem due to simultaneous acquisition of several in parallel juxtaposed structures of different Division enables the construction of extremely energy-saving measurements systems and thus battery operation, such as for Caliper is required. The positions are sufficient acquisition and thus the activation of the sensors in rela tiv large intervals (about 10 times with calipers per second). During the periods of rest, during which the positi on is not queried, the signal generator and the Material measure can be shifted against each other without the signal generator detects this. At the next query he recognizes his new position without recording the intermediate positions passed in the meantime. By the low sampling frequency on the signal head caused by the construction as an absolute measuring system is made possible the sensor elements are not only operated to save energy, son they also age significantly more slowly than it does over time operation would be the case. At a duty cycle, i.e. H. egg An on / off ratio of up to 1: 10000 are subject to Sensor elements practically no heating due to current flow aging and current-related aging.

Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Er findung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Unteransprüchen.Details of advantageous embodiments of the Er Find out from the drawing, the description or subclaims.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin dung veranschaulicht. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing illustrated. Show it:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Wegmesssystem in schema tisierter Darstellung, Fig. 1, a position measuring system according to the invention in schematic representation tisierter,

Fig. 2 eine Maßverkörperung für das Wegmesssystem nach Fig. 1, in schematisierter perspektivischer Darstellung in einem anderen Maßstab, Fig. 2 shows a measuring scale for the position measuring system according to Fig. 1, in a schematic perspective view in a different scale,

Fig. 3 die Maßverkörperung nach Fig. 2, in einer aus schnittsweisen Perspektivdarstellung, Fig. 3, the measuring scale according to Fig. 2, in one of cut-point perspective view

Fig. 4 das Wegmesssystem nach Fig. 1, mit Signalgeber und Maßverkörperung, in einer schematisierten Schnittdar stellung, Fig. 4 position, the distance measuring system according to Fig. 1, with signal transmitter and the measuring scale, in a schematic Schnittdar,

Fig. 5 eine zu dem Signalgeber gehörige Sensoranord nung für eine vierzeilige Maßverkörperung in einer schema tisierten Draufsicht, Fig. 5 is a associated with the signal transmitter Sensoranord voltage for a four-line measuring scale in a schematic plan view tisierten,

Fig. 6 die Verschaltung von vier Sensorelementen der Sensoranordnung, die einer Spur (Struktur) der Maßverkör perung zugeordnet sind, als schematisches Schaltbild, Fig. 6 shows the interconnection of four sensor elements of the sensor array associated bodiment a track (structure) of the Maßverkör, as a schematic diagram,

Fig. 7 die räumliche Zuordnung von Sensorelement und Maßverkörperung als schematisches Diagramm, Fig. 7 shows the spatial relationship of the sensor element and the measuring scale as a schematic diagram,

Fig. 8 eine Auswerteschaltung zur Bestimmung von Weg längen anhand der von dem Signalgeber abgegebenen Sensor signale, Fig. 8 shows an evaluation circuit for determination of path lengths based on the output from the transducer sensor signals,

Fig. 9 Teile der Schaltung nach Fig. 8, Fig. 9 parts of the circuit of Fig. 8,

Fig. 10 eine abgewandelte Ausführungsform einer Sen soranordnung und die räumliche Zuordnung, von deren Sen sorelementen zu der Maßverkörperung, Fig. 10 shows a modified embodiment of a Sen soranordnung and the spatial assignment of the Sen sorelementen to the material measure,

Fig. 11 die Verschaltung der Sensorelemente nach Fig. 10, in einer übersichtlicheren Darstellung, Fig. 11 shows the interconnection of the sensor elements of FIG. 10, in a clearer representation,

Fig. 12 eine abgewandelte Auswerteschaltung zur Be stimmung von Weglängen anhand der von dem Signalgeber ab gegebenen Sensorsignale, und Fig. 12 shows a modified evaluation circuit for Be humor of path lengths on the basis of, of the signal generator from given sensor signals and

Fig. 13 Teile der Auswerteschaltung nach Fig. 12 als Schaltbild. Fig. 13 parts of the evaluation circuit of FIG. 12 as a circuit diagram.

In Fig. 1 ist ein Wegmesssystem 1 veranschaulicht, das bspw. ein Längenmessgerät bildet oder zu einem solchen gehört. Das Wegmesssystem 1 weist einen Signalgeber 2 auf, dem eine Maßverkörperung 3 zugeordnet ist. Der Signalgeber 2 und die Maßverkörperung 3 sind in Verschieberichtung V relativ zueinander verschiebbar. An den Signalgeber 2 ist eine Auswerteeinheit 4 angeschlossen, die mit dem Signal geber 2 verbunden oder in diesen integriert ist. Die Aus werteeinheit 4 weist eine Anzeigeeinrichtung 5 auf, die den gemessenen Weg anzeigt. Bedienelemente, z. B. zum Ein schalten, Ausschalten, zur Nullung u. a., sind nicht ver anschaulicht.In Fig. 1, a position measuring system 1 is illustrated that for example. Constitutes a length measuring device or part of such. The distance measuring system 1 has a signal transmitter 2 , to which a measuring standard 3 is assigned. The signal generator 2 and the measuring standard 3 can be displaced relative to one another in the displacement direction V. To the signal transmitter 2, an evaluation unit 4 is connected, the encoder with the signal is connected to 2 or integrated into this. The evaluation unit 4 has a display device 5 which displays the measured path. Controls, e.g. B. to turn on, turn off, zeroing, etc. are not illustrated.

Das Wegmesssystem 1 ist ein Absolut-Wegmesssystem, das die Relativposition zwischen der Maßverkörperung 3 und dem Signalgeber 2 an jedem eingestellten Ort direkt und ohne Zählung von Zwischenschritten bestimmt. Der Aufbau ergibt sich insbesondere aus den Fig. 2 bis 4. Der Signalgeber 2 arbeitet nach dem magnetischen Prinzip. Auf einer Lei terplatte 6 oder einem sonstigen Träger ist an der von der Maßverkörperung 3 abgewandten Seite ein Permanentmagnet 7 angeordnet, der ungefähr senkrecht zu der Leiterplatte 6 polarisiert ist. Das Magnetfeld ist in dem Zwischenraum zwischen der Leiterplatte 6 und der Maßverkörperung 3 un terhalb des Permanentmagneten 7 homogen. Dies wird er reicht, wenn der Permanentmagnet wesentlich breiter ist als die darunter befindlichen Sensoren. In diesem Bereich ist eine Sensoranordnung 9 an der Leiterplatte 6 angeord net. Die Sensoranordnung 9 dient der Erfassung von Ände rungen des Magnetfelds, die durch die Maßverkörperung 3 hervorgerufen werden. The position measuring system 1 is an absolute position measuring system which determines the relative position between the measuring standard 3 and the signal transmitter 2 at any set location directly and without counting intermediate steps. The structure results in particular from FIGS. 2 to 4. The signal generator 2 works according to the magnetic principle. On a Lei terplatte 6 or another carrier, a permanent magnet 7 is arranged on the side facing away from the material measure 3 , which is polarized approximately perpendicular to the circuit board 6 . The magnetic field is homogeneous in the space between the circuit board 6 and the material measure 3 un below the permanent magnet 7 . This will be sufficient if the permanent magnet is significantly wider than the sensors underneath. In this area, a sensor arrangement 9 is arranged on the printed circuit board 6 . The sensor arrangement 9 is used to detect changes in the magnetic field, which are caused by the material measure 3 .

Die Maßverkörperung 3 ist bspw. in Fig. 2 gesondert veranschaulicht. Sie wird im Ausführungsbeispiel durch ein aus Weicheisen hergestelltes Band 10 gebildet, das vier Reihen 11, 12, 13, 14 von Ausnehmungen 15 aufweist. Die Reihen 11, 12, 13, 14 bilden die zu erfassende Struktur S. die an jeder Stelle für den Signalgeber ein charakteri sistisches Bild liefert. Die Ausnehmungen 15 können durch gehende Öffnungen oder, wie Fig. 3 und 4 veranschauli chen, in die der Sensoranordnung 9 zugewandte Seite des Bands 10 eingebrachte Vertiefungen sein. Die in der Ver schieberichtung V gemessene Länge der Vertiefungen 15 ent spricht etwa deren Abstand. Die Vertiefungen können in einem Ätzverfahren, durch plastische Verformung, mit Laser oder auf ähnliche Weise hergestellt werden. Im vorliegen den Beispiel sind die Vertiefungen in Verschieberichtung V etwa einen halben Millimeter lang. Die genaue geometrische Form der Ausnehmungen 15 spielt dabei keine Rolle. Sie bilden Bereiche, die den magnetischen Fluss weniger gut leiten als zwischen den Ausnehmungen 15 vorhandene Berei che 16, die eine hohe Permeabilität aufweisen und den mag netischen Fluss besser leiten. Infolge der hohen Permeabi lität der Bereiche 16 können die Ausnehmungen 15 in ihrer Tiefe und, bezüglich der senkrecht zu der Maßverkörperung gerichteten Z-Achse, in ihrer Form variieren, ohne die Messergebnisse wesentlich zu beeinträchtigen. Es ändert sich die Signalamplitude, nicht jedoch der Signaloffset. Außerdem betrifft die Amplitudenänderung sowohl das Sinus- als auch das Kosinussignal, so dass die zu errechnende Phase nicht betroffen ist.The material measure 3 is illustrated separately in FIG. 2, for example. In the exemplary embodiment, it is formed by a strip 10 made of soft iron, which has four rows 11 , 12 , 13 , 14 of recesses 15 . The rows 11 , 12 , 13 , 14 form the structure S to be detected which provides a characteristic image for the signal generator at each point. The recesses 15 can be through openings or, as shown in FIGS. 3 and 4, in the sensor arrangement 9 facing side of the band 10 recesses. The length of the depressions 15 measured in the displacement direction V corresponds approximately to their distance. The depressions can be produced in an etching process, by plastic deformation, with a laser or in a similar manner. In the present example, the depressions in the direction of displacement V are about half a millimeter long. The exact geometric shape of the recesses 15 is irrelevant. They form areas that conduct the magnetic flux less well than existing areas 16 between the recesses 15 , which have a high permeability and conduct the magnetic flux better. As a result of the high permeability of the regions 16 , the recesses 15 can vary in their depth and, in relation to the Z axis directed perpendicular to the measuring standard, in their shape without significantly impairing the measurement results. The signal amplitude changes, but not the signal offset. In addition, the change in amplitude affects both the sine and the cosine signal, so that the phase to be calculated is not affected.

Das Band 10 kann mit einem Abdeckband 17 versehen sein. Alternativ ist es möglich, die Oberfläche mit einem insbesondere auch die Ausnehmungen 15 ausfüllenden Lack oder Füllmaterial zu versehen. Das Band 10 kann steif oder flexibel sein.The band 10 can be provided with a cover band 17 . Alternatively, it is possible to provide the surface with a lacquer or filler material, in particular also filling the recesses 15 . The band 10 can be rigid or flexible.

Die Reihe der Vertiefungen 15 und der dazwischen blei benden Bereiche 16 bildet eine periodische Struktur, die in Fig. 4 anhand der Reihe 11 veranschaulicht ist. Die übrigen Reihen 12, 13, 14 sind ebenso aufgebaut, wobei die Teilung P jedoch etwas abweicht. Im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel sind die Teilungen jeweils um etwa 1/16 der Teilung verschieden. Es ergibt sich damit eine Gesamtperi ode und somit eine maximale Maßstablänge von über 4096 mm und es lässt sich eine Auflösung von bis zu 1 µm erzielen. Bedarfsweise können auch weniger oder mehr Reihen vorgese hen werden. Zur Schaffung eines Absolut-Wegmesssystems sind wenigstens zwei Reihen vorgesehen. Eine größere An zahl gestattet eine größere maximale Maßstablänge.The row of depressions 15 and the regions 16 remaining therebetween forms a periodic structure, which is illustrated in FIG. 4 with reference to row 11 . The other rows 12 , 13 , 14 are also constructed, but the pitch P differs somewhat. In the present exemplary embodiment, the divisions are each different by approximately 1/16 of the division. This results in a total period and thus a maximum scale length of over 4096 mm and a resolution of up to 1 µm can be achieved. If necessary, fewer or more rows can be provided. At least two rows are provided to create an absolute position measuring system. A larger number allows a larger maximum scale length.

Die Sensoranordnung 9 zur Erfassung der von der Maß verkörperung hervorgerufenen Änderungen des Magnetfelds ist schematisch in Fig. 5 veranschaulicht. Den vier Rei hen 11, 12, 13 der Maßverkörperung 3 sind vier Reihen 21, 22, 23, 24 mit jeweils vier Sensorelementen 25, 26, 27, 28 zugeordnet. (Lediglich zur Unterscheidung sind die Bezugs zeichen der Sensorelemente der Reihen 22, 23, 24, jeweils mit einem Buchstabenindex versehen. Bezugnahmen auf Sen sorelemente ohne Buchstabenindex geltend entsprechend auch für alle anderen Sensorelemente.) Die Sensorelemente 25, 26, 27, 28 sind bspw. magnetoresistive Widerstände. Sie sind, wie Fig. 4 veranschaulicht, bezüglich der durch die Ausnehmungen 15 vorgegebenen Teilung der Reihe 11 jeweils um 90° phasenversetzt. Diese Zuordnung ist in Fig. 7 nochmals veranschaulicht. In einem ersten Diagramm (Fig. 7 oben) ist mit einer Kurve I das Signal veranschaulicht, das ein Sensorelement der Reihe 21 bei Durchlauf einer Vertiefung 15 bzw. eines Bereichs 16 ungefähr abgibt. Die Sensoren 25 bis 28 sind gegeneinander um 1/4 der Wellen länge versetzt, die sich aus der Teilung der Reihe 11 er gibt. Entsprechendes gilt für die Reihen 22, 23 und 24, wobei hier jedoch aufgrund der etwas geringeren Teilung P, die durch die Kurven II, III und IV veranschaulicht ist, ein geringfügig größerer Sensorabstand eingestellt ist. Bedarfsweise können die Sensorabstände jedoch auch ein heitlich festgelegt werden, wobei dann jedoch die Auswer tung der abgegebenen Signale nicht mehr ganz so einfach ist, weil sich die Phasenverschiebung zwischen Sinus und Kosinus um einen konstanten Betrag ändert.The sensor arrangement 9 for detecting the changes in the magnetic field caused by the material measure is schematically illustrated in FIG. 5. The four rows 11 , 12 , 13 of the material measure 3 are assigned four rows 21 , 22 , 23 , 24 , each with four sensor elements 25 , 26 , 27 , 28 . (Only to distinguish them, the reference signs of the sensor elements of the rows 22 , 23 , 24 are each provided with a letter index. References to sensor elements without a letter index also apply accordingly to all other sensor elements.) The sensor elements 25 , 26 , 27 , 28 are, for example magnetoresistive resistors. As illustrated in FIG. 4, they are each 90 ° out of phase with respect to the division of the row 11 given by the recesses 15 . This assignment is illustrated again in FIG. 7. In a first diagram ( FIG. 7 above), curve I illustrates the signal which a sensor element of the row 21 emits approximately when a depression 15 or an area 16 passes through. The sensors 25 to 28 are offset from each other by 1/4 of the wave length, which results from the division of the row 11 . The same applies to the rows 22 , 23 and 24 , but here, due to the somewhat smaller pitch P, which is illustrated by the curves II, III and IV, a slightly larger sensor distance is set. If necessary, the sensor distances can also be defined uniformly, but then the evaluation of the emitted signals is no longer quite as simple because the phase shift between sine and cosine changes by a constant amount.

An die Sensorelemente 25, 26, 27, 28 ist eine aus Fig. 8 und 9 ersichtliche Auswerteschaltung angeschlossen. Wie Fig. 6 veranschaulicht, sind die Sensorelemente 25, 26, 27, 28 paarweise und um ein Viertel der Teilung P ver setzt zusammengeschaltet. Bspw. bilden die Sensorelemente 25 und 27 einen Spannungsteiler und es bilden die Sensor elemente 26, 28 einen Spannungsteiler zwischen einer Be triebsspannung und Masse oder einer positiven und einer negativen Betriebsspannung. An dem jeweiligen Verbindungs punkt steht somit ein 90° phasenverschobenes Signal, d. h. mit anderen Worten, ein Sinussignal und ein Kosinussignal des Winkels an, um das die Teilung der Maßverkörperung 3 (d. h. der betreffenden Reihe 11, 12, 13 oder 14) gegen die Teilung verschoben ist, die von den betreffenden Sensor elementen 25 bis 28 bestimmt wird. Das Sinussignal und das Kosinussignal können durch einander dividiert werden, wo durch der Tangens des Winkels der Verschiebung erhalten wird. Amplitudenänderungen, die sich bspw. aufgrund von Abstandsschwankungen zwischen der Maßverkörperung 3 und dem Signalgeber 2 ergeben, gehen gleichermaßen in das Sinus- und das Kosinussignal ein und kürzen sich somit beim Dividieren. Auf diese Weise wird ein robustes unemp findliches und dabei präzises Messverfahren erhalten.An evaluation circuit shown in FIGS. 8 and 9 is connected to the sensor elements 25 , 26 , 27 , 28 . As illustrated in FIG. 6, the sensor elements 25 , 26 , 27 , 28 are connected in pairs and ver by a quarter of the pitch P. For example. form the sensor elements 25 and 27 a voltage divider and it form the sensor elements 26 , 28 a voltage divider between an operating voltage and ground or a positive and a negative operating voltage. At the respective connection point is therefore a 90 ° phase-shifted signal, that is, in other words, a sine signal and a cosine signal of the angle by which the division of the measuring standard 3 (ie the row 11 , 12 , 13 or 14 concerned ) against the division is shifted, which is determined by the relevant sensor elements 25 to 28 . The sine signal and the cosine signal can be divided by each other, where is obtained by the tangent of the angle of the shift. Amplitude changes, which result, for example, from fluctuations in distance between the measuring standard 3 and the signal transmitter 2 , are equally incorporated into the sine and cosine signals and are therefore shortened when dividing. In this way, a robust, insensitive and precise measuring method is obtained.

Die in Fig. 8 veranschaulichte Auswerteschaltung 4 ist auf niedrigen Stromverbrauch und niedrige Betriebs spannung ausgelegt. Ein erster Block 31 stellt in dem Schaltbild nach Fig. 8 vier aus den Sensorelementen 25 bis 28c jeweils nach Fig. 6 zusammengeschaltete Sensor brücken dar, die für jede Reihe 11, 12, 13, 14 der Maß verkörperung 3 ein Sinus- und ein Kosinussignal erzeugen. Der Block 31 gibt somit insgesamt vier Sinus- und vier Kosinussignale ab. Diese werden einem achtkanaligen Ver stärker 32 zugeführt. Das Verstärkerausgangssignal wird an eine durch einen Block 33 veranschaulichte Sample-and- Hold-Stufe gegeben. Diese ist ein 8 : 1 Analog-Multiplexer 34 nachgeschaltet, an dessen Ausgang ein A/D-Wandler 35 angeschlossen ist, dessen Ausgangsbitbreite 8 bis 12 Bit betragen kann. Die Wortlänge wird der geforderten Auflö sung entsprechend festgelegt.The evaluation circuit 4 illustrated in FIG. 8 is designed for low power consumption and low operating voltage. A first block 31 in the circuit diagram according to FIG. 8 represents four sensor bridges interconnected from the sensor elements 25 to 28 c in each case according to FIG. 6, the embodiment 3 for each row 11 , 12 , 13 , 14 a sine and a Generate cosine signal. Block 31 thus emits a total of four sine and four cosine signals. These are fed to an eight-channel amplifier 32 . The amplifier output signal is sent to a sample and hold stage illustrated by block 33 . This is followed by an 8: 1 analog multiplexer 34 , to the output of which an A / D converter 35 is connected, the output bit width of which can be 8 to 12 bits. The word length is determined according to the required resolution.

Wenn die Schaltung aus lediglich einer Spannungsquelle zu betreiben ist, ist zur Erzeugung einer virtuellen Masse eine entsprechende Schaltung 37 vorgesehen.If the circuit is to be operated from only one voltage source, a corresponding circuit 37 is provided to generate a virtual ground.

Die Schaltung arbeitet getaktet. Die Schalter und Taktgeber 38 gibt den Brücken aus den magnetoressistiven Widerständen lediglich gelegentlich einen Stromimpuls. Bspw. werden die Sensoren alle 100 ms kurz (für etwa 50 µs) eingeschaltet. Bei 3 Volt beträgt der Stromverbrauch nie derohmiger Sensoren (500 Ω) dann etwa 3 µA. Das Tastverhältnis auf der entsprechenden Taktleitung (Fig. 8) be trägt 1 : 2000.The circuit works clocked. The switches and clock generators 38 only occasionally give a current pulse to the bridges made of the magnetoresistive resistors. For example. the sensors are switched on briefly every 100 ms (for about 50 µs). At 3 volts, the current consumption of non-resistive sensors (500 Ω) is then about 3 µA. The duty cycle on the corresponding clock line ( Fig. 8) be 1: 2000.

Die nachgeordnete Schaltung kann mit einem abweichen den Takt und anderen Tastverhältnis von bspw. 1 : 10 arbei ten. Die entsprechenden Schaltungen sind stromsparend aus legbar. Sie sind bspw. als ASIC und als Mikroprozessor aufgebaut. Fig. 4 veranschaulicht dies schematisch mit zwei Blöcken 41, 42.The downstream circuit can work with a deviating clock and other duty cycle of, for example, 1:10. The corresponding circuits can be designed to save power. They are constructed, for example, as an ASIC and as a microprocessor. Fig. 4 illustrates this schematically by two blocks 41, 42.

Das insoweit beschriebene Wegmesssystem 1 arbeitet wie folgt:
Das Wegmesssystem arbeitet absolut, d. h. nach dem Ein schalten erzeugen die beide Sensorbrücken der Zeile 21 ein Sinus- und ein Kosinussignal, das eine bestimmte Phasen verschiebung der Sensorzeile zu der Struktur der Reihe 11 kennzeichnet. Entsprechend erzeugen die beiden Brücken der Reihen 22 ein Sinus- und ein Kosinussignal, wie auch die Brücken der Reihen 23 und 24. Aufgrund der unterschiedli chen Teilung der vier Reihen 11, 12, 13, 14 ergibt sich aus dem Sinus und dem Kosinus jeder Sensorreihe 21 bis 24 jeweils ein bestimmter Phasenverschiebungswinkel. Die vier somit gemessenen Winkel kennzeichnen die Position des Sig nalgebers 2 auf der Maßverkörperung innerhalb deren Ge samtperiode (von etwa 4096 mm) eindeutig. Dementsprechend wird aus den vier Winkeln die Position errechnet und mit der Anzeigeeinrichtung 5 angezeigt.The distance measuring system 1 described so far works as follows:
The position measuring system works absolutely, that is, after switching on, the two sensor bridges of line 21 generate a sine and a cosine signal, which characterizes a certain phase shift of the sensor line to the structure of series 11 . Accordingly, the two bridges of rows 22 generate a sine and a cosine signal, as do the bridges of rows 23 and 24 . Due to the different division of the four rows 11 , 12 , 13 , 14 , the sine and cosine of each sensor row 21 to 24 each result in a specific phase shift angle. The four angles thus measured clearly identify the position of the signal transmitter 2 on the measuring standard within its total period (of approximately 4096 mm). Accordingly, the position is calculated from the four angles and displayed with the display device 5 .

Nach einer Verschiebung von Signalgeber 2 und Maßver körperung 3 gegeneinander wird jeder neue Messwert auf gleiche Weise erneut berechnet und angezeigt. Die Verschiebegeschwindigkeit zwischen Maßverkörperung 3 und Sig nalgeber 2 spielt deshalb keine Rolle.After a displacement of the signal generator 2 and the measuring body 3 against each other, each new measured value is calculated and displayed again in the same way. The speed of displacement between material measure 3 and signal transmitter 2 is therefore irrelevant.

Der Stromverbrauch der Sample-and-Hold-Stufe kann ebenfalls durch Taktung, insbesondere der am Ausgang an geordneten Impedanzwandler erreicht werden. Als Verstärker (Block 32) können, um eine gute Stabilität zu erreichen, Chopper-Verstärker eingesetzt werden.The current consumption of the sample-and-hold stage can also be achieved by clocking, in particular that of the ordered impedance converter at the output. Chopper amplifiers can be used as amplifiers (block 32 ) in order to achieve good stability.

Eine abgewandelte Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 8 ist in Fig. 9 veranschaulicht. Die Sample-and- Hold-Stufe wird hier lediglich durch einen Kondensator C gebildet, dem Schalter S1, S2 vor- und nachgeschaltet sind. Der nachgeschaltete A/D-Wandler weist eine 8-Bit- Auflösung auf und hat eine sehr kleine Referenzspannung von bspw. lediglich 2 Millivolt. Die Verstärkung wird nur durch ein Größenverhältnis von 2 Kondensatoren festgelegt. Der erste größere Kondensator hat eine Kapazität von 50 pF und wird mit der Spannung der magnetoresistiven Messbrücke geladen. Der Integrator des nachgeschalteten SigmaDelta- A/D-Wandlers verwendet einen sehr kleinen Kondensator (0,5 pF), so dass die Ladung des 50 pF-Kondensators ausreicht, um eine komplette Wandlung durchzuführen. Die absolute Amplitude der Eingangsspannung ist uninteressant. Deshalb ist es hinzunehmen, wenn der 50 pF-Kondensator durch die A/D-Wandlung etwas entladen wird. Bei höheren Auflösungen von bspw. 10-Bit, kann der Eingangskondensator bedarfs weise auch durch kurzes Einschalten der magnetoressistiven Brücke und Schließen des Schalters S1 kurz nachgeladen werden. Dies setzt allerdings voraus, dass während der Messung keine Bewegung zwischen der Maßverkörperung 3 und dem Signalgeber 2 stattfindet. Eine solche Schaltung kann auf Verstärker und Impedanzwandler verzichten, welche bei Temperaturänderungen häufig zu große Offsetdrifts haben.A modified embodiment of the circuit according to FIG. 8 is illustrated in FIG. 9. The sample-and-hold stage is formed here only by a capacitor C, the switches S1, S2 are connected upstream and downstream. The downstream A / D converter has an 8-bit resolution and has a very low reference voltage of, for example, only 2 millivolts. The gain is only determined by a size ratio of 2 capacitors. The first larger capacitor has a capacitance of 50 pF and is charged with the voltage of the magnetoresistive measuring bridge. The integrator of the downstream SigmaDelta A / D converter uses a very small capacitor (0.5 pF), so that the charge of the 50 pF capacitor is sufficient to carry out a complete conversion. The absolute amplitude of the input voltage is of no interest. It is therefore acceptable if the 50 pF capacitor is somewhat discharged by the A / D conversion. At higher resolutions of 10-bit, for example, the input capacitor can also be recharged if necessary by briefly switching on the magneto-resistive bridge and closing switch S1. However, this presupposes that there is no movement between the measuring standard 3 and the signal generator 2 during the measurement. Such a circuit can do without amplifiers and impedance converters, which often have too large offset drifts when the temperature changes.

In den Fig. 10 und 11 ist eine weiter abgewandelte Ausführungsform des Wegmesssystems 1 schematisch veran schaulicht. Zur Erfassung der Phasenbeziehung zwischen der Maßverkörperung 3 und dem Signalgeber 2 sind hier insge samt acht Sensorelemente 25, 25', 26, 26', 27, 27', 28, 28' vorgesehen. Die Sensorelemente 25' bis 26' sind, wie insbesondere Fig. 11 veranschaulicht, zu einer Vollbrücke zusammengeschaltet. Gleiches gilt für die Sensorelemente 27' bis 28'. Die Sensorbrücken liefern den Sinus und dem Kosinus des Verschiebungswinkels der Maßverkörperung 3, die hier durch ein mit Öffnungen versehenes weichmagneti sches Band gebildet ist.A further modified embodiment of the displacement measuring system 1 is illustrated schematically in FIGS . 10 and 11. A total of eight sensor elements 25 , 25 ', 26 , 26 ', 27 , 27 ', 28 , 28 ' are provided for detecting the phase relationship between the material measure 3 and the signal transmitter 2 . As illustrated in particular in FIG. 11, the sensor elements 25 'to 26 ' are interconnected to form a full bridge. The same applies to the sensor elements 27 'to 28 '. The sensor bridges provide the sine and the cosine of the displacement angle of the material measure 3 , which is formed here by an apertured soft magnetic tape.

In Fig. 12 ist eine abgewandelte Auswerteschaltung veranschaulicht, bei der die Sample-&-Hold-Schaltung 33 durch eine spezielle Integratorschaltung 33a ersetzt ist, wie sie aus Fig. 13 hervorgeht. Die spezielle Schaltung erfüllt mehrere Funktionen, wie aus der nachfolgenden Be schreibung hervorgeht. Sie ist relativ leicht integrierbar und kann so mit einem Chip realisiert werden.In Fig. 12 a modified evaluation circuit is illustrated, in which the sample - & - hold circuit 33 through a special integrator circuit 33 a is replaced, as is apparent from FIG. 13. The special circuit fulfills several functions, as can be seen from the following description. It is relatively easy to integrate and can therefore be implemented with a chip.

Die Integratorschaltung beruht auf einem Operations verstärker, in dessen Gegenkopplungszweig ein Kondensator C2 als Integrationskondensator angeordnet ist. In Reihe zu dem Kondensator C2 ist ein Schalter S22 angeordnet, der bspw. durch elektronische Bauelemente, wie einen Feldef fekttransistor oder dgl., gebildet sein kann. Ein weiterer Schalter S11 überbrückt die Reihenschaltung aus dem Schal ter S22 und dem Kondensator C2. The integrator circuit is based on an operation amplifier, in the negative feedback branch of a capacitor C2 is arranged as an integration capacitor. In line to a switch S22 is arranged on the capacitor C2 For example, by electronic components such as a field fect transistor or the like. Can be formed. Another Switch S11 bridges the series connection from the scarf ter S22 and capacitor C2.

Eingangsseitig führt ein Kondensator C1 zu dem inver tierenden Eingang des Operationsverstärkers der Massepo tential führt, solange der Operationsverstärker in seinem aktiven Bereich ist. Der Kondensator C1 weist eine größere Kapazität auf als der Kondensator C2, um eine Signalver stärkung zu erzielen.On the input side, a capacitor C1 leads to the invert ting input of the operational amplifier of the ground po leads as long as the operational amplifier in its active area. The capacitor C1 has a larger one Capacitance on than the capacitor C2 to a signal ver to achieve strengthening.

Über Schalter S3 und S4 ist der Kondensator C1 mit seinem anderen Anschluss an die aus magnetoresistiven Ele menten gebildete Brücke angeschlossen. Die Brückenschal tung kann eine Brücke nach Fig. 11 sein. Die durch die unterschiedliche Bemessung der Kondensatoren C1, C2 er reichte Verstärkung des Nutzsignals kann vorteilhafter weise zum Ausgleich von Schwankungen des Sensorsignals herangezogen werden. Das Nutzsignal der magnetoresistiven Brücke ist stark abhängig vom Abstand der Sensoroberfläche zu der Maßverkörperung. Durch eine Abstandsänderung von 1/10 der Maßstabsperiode halbiert sich das Nutzsignal. Aufgrund der bei der Fertigung von Messschiebern anfallen den mechanischen Toleranzen kann somit die Amplitude des Nutzsignals um einen Faktor vier schwanken. Eine variable Verstärkung des Nutzsignals kann dies ausgleichen.Via switches S3 and S4, the capacitor C1 is connected with its other connection to the bridge formed from magnetoresistive elements. The bridge scarf device can be a bridge according to FIG. 11. The gain of the useful signal which is achieved by the different dimensioning of the capacitors C1, C2 can advantageously be used to compensate for fluctuations in the sensor signal. The useful signal of the magnetoresistive bridge is strongly dependent on the distance from the sensor surface to the material measure. The useful signal is halved by changing the distance by 1/10 of the scale period. Due to the mechanical tolerances involved in the manufacture of calipers, the amplitude of the useful signal can fluctuate by a factor of four. A variable amplification of the useful signal can compensate for this.

Dazu weist die Schaltung nach Fig. 13 folgende Funk tionen auf:
In einer Ausgangsstellung zwischen zwei Datenerfas sungszyklen wird der als Integrationskondensator dienende Kondensator C2 entladen. Die Schalter S11, S22 und S4 sind geschlossen. Die Schalter S3 und der Schalter S5, über den die magnetoresistive Brücke mit Strom versorgt wird, sind offen. For this purpose, the circuit according to FIG. 13 has the following functions:
In an initial position between two data acquisition cycles, the capacitor C2 serving as an integration capacitor is discharged. Switches S11, S22 and S4 are closed. The switches S3 and the switch S5, via which the magnetoresistive bridge is supplied with current, are open.

Im nächsten Schritt findet eine Ladungsverstärkung mit mehreren Schritten ("n" Zyklen) statt. Die Verstärkung kann über die Zyklenzahl "n" bzw. alternativ über Paral lelschaltung von Kondensatoren reguliert werden. Zu dem Zyklus gehören folgende Schritte:
In the next step there is a charge amplification with several steps ("n" cycles). The gain can be regulated via the number of cycles "n" or alternatively via parallel connection of capacitors. The cycle includes the following steps:

a) Switches S11, S22, S4 and S5 are closed and switch S3 is open. The bridge is on switches and the capacitor C2 is discharged.
b) Switches S11 and S3 are open, the switches S22, S4 and S5 are closed. This will make the condensate sator C1 loaded.
c) Switches S4 and S11 are open, the switches S22, S3 and S5 are closed. It will now be the cargo of capacitor C1 moved to capacitor C2. Due to the smaller capacitance of capacitor C2 in the ver equal to the capacitor C1 arises at the output of the Integrator a correspondingly higher voltage than that Entrance.
d) "N" switching cycles run before each A / D conversion b) and c) ab, where "n" specifies the desired gain.
e) Switches S11, S3, S4 and S5 are open, the Switch S22 is closed. The bridge is immediately out connected. The charge lasts until the A / D conversion of everyone Sensors is complete.

Bei dieser Schaltung ist der Verstärkungsfaktor durch das Verhältnis von C11 und 012 sowie die Anzahl der Takt zyklen gegeben. Es ergibt sich V = C11/C12 . n. Die Anzahl "n" der Zyklen ist programmierbar und somit variabel ein stellbar, so dass sich eine programmierbare variabel ein stellbare Verstärkung V ergibt.With this circuit, the gain factor is through the ratio of C11 and 012 and the number of clocks given cycles. The result is V = C11 / C12. n. The number "n" of the cycles is programmable and therefore variable adjustable so that a programmable variable adjustable gain V results.

Durch die n Zyklen wird ein Mittelwert der Eingangs spannung gebildet. Die n Zyklen müssen deshalb in weniger als 1/20 der kürzestmöglichen Periodendauer des Sinussig nals ausgeführt werden. Bei einer Verfahrgeschwindigkeit (Geschwindigkeit zwischen Maßverkörperung und Sensor) von 2 m/s und einer Maßstabsunterteilung von 1 mm beträgt die Periodendauer der Sinus-Kosinus-Signal 500 µs. Die n Zyklen müssen dann innerhalb von 25 µs ablaufen. Die magnetore sistive Brücke wird nur während dieser Zeit eingeschaltet. Wenn die Anzeige zehnmal pro Sekunde erneuert wird, ergibt sich ein Impulslängenverhältnis von 1 : 4000. Bei einer Zyk lenzahl n von 8 (n = 8) beträgt die Zyklusperiode ca. 3 µs und die Schaltfrequenz ca. 300 kHz. Während eines Taktes von 1 : 4000 werden n Impulse, im vorliegenden Fall acht Impulse gebraucht.Through the n cycles an average of the input tension formed. The n cycles must therefore be in fewer than 1/20 of the shortest possible period of the Sinussig nals are executed. At a traversing speed (Speed between material measure and sensor) of 2 m / s and a scale division of 1 mm Period of the sine-cosine signal 500 µs. The n cycles must then run within 25 µs. The magnetore sistive bridge is only switched on during this time. If the display is refreshed ten times per second, the result is a pulse length ratio of 1: 4000. With a Zyk number of n of 8 (n = 8) the cycle period is approx. 3 µs and the switching frequency approx. 300 kHz. During a bar from 1: 4000 n pulses, in the present case eight Impulse needed.

Für den geringen Strombedarf der Messung ist ein gro ßes Impulslängenverhältnis von vorzugsweise 1 : x mit x < 1000 vorteilhaft.For the low power consumption of the measurement is a big one ß pulse length ratio of preferably 1: x with x < 1000 beneficial.

Bei praktischen Anwendungsfällen hat die Zyklenzahl n Werte von 2 bis 16.In practical applications, the number of cycles has n Values from 2 to 16.

Nach Abschluss aller AD-Wandlungen können der Biass trom und der Ruhestrom der Integratoren ausgeschaltet wer den, weshalb die 1 : 10 Leitung auch zu den Integratoren geführt ist, wie aus Fig. 12 hervorgeht. After completion of all AD conversions, the bias current and the quiescent current of the integrators can be switched off, which is why the 1:10 line is also led to the integrators, as can be seen from FIG. 12.

Ein insbesondere für Handmessgeräte geeignetes Weg messsystem 1 weist einen auf magnetischer Basis arbeiten den Signalgeber 2 mit Schwachfeldsensor und eine Maßver körperung 3 auf. Zur Erzeugung eines Magnetfelds ist der Signalgeber 2 mit einem Permanentmagneten 7 versehen, des sen Feld die Maßverkörperung 3 erreicht. Zwischen dem Per manentmagneten 7 und der Maßverkörperung 3 ist eine Sen soranordnung 9 vorgesehen. Diese wird durch die Maßverkör perung 3 abgeschirmt. Die Maßverkörperung 3 ist selbst unmagnetisch. Das Wegmesssystem 1 ist als Absolut-Wegmess system ausgebildet, indem die Maßverkörperung mehrere Spu ren unterschiedlicher Teilung aufweist.A path measuring system 1 , which is particularly suitable for hand-held measuring devices, has a magnetically operated signal transmitter 2 with a weak field sensor and a measurement body 3 . To generate a magnetic field, the signal generator 2 is provided with a permanent magnet 7 , the sen field of which the measuring standard 3 is reached. A sensor arrangement 9 is provided between the magnet 7 and the measuring standard 3 . This is shielded by the measurement 3 . The material measure 3 is itself non-magnetic. The position measuring system 1 is designed as an absolute position measuring system in that the measuring standard has several spurs of different graduation.

Claims

1. position measuring system ( 1 ) for absolute path measurement, in particular for length measuring devices,
with a signal generator ( 2 ) which has a permanent magnet ( 7 ) generating a magnetic field and at least one sensor arrangement ( 9 ) which is arranged immovably to the permanent magnet ( 7 ) and which detects the magnetic field of the permanent magnet ( 7 ) and an electrical signal that depends on the strength of the magnetic field,
with a material measure ( 3 ) which has at least one fixed structure (S) influencing the magnetic field with at least two strip-shaped areas ( 11 , 12 , 13 , 14 ) in which areas ( 15 , 16 ) with alternating better and worse conductivity and only a few different divisions are provided, the total period of which is greater than the length of the material measure ( 3 ), wherein
the signal transmitter ( 2 ) and the measuring standard ( 3 ) are arranged such that they can move with respect to one another,
the sensor arrangement ( 9 ) is arranged between the permanent magnet ( 7 ) and the material measure ( 3 ) and
the sensor arrangement ( 9 ) for each strip-shaped area ( 11 , 12 , 13 , 14 ) each has at least eight sensor elements ( 25 , 25 ', 26 , 26 ', 27 , 27 ', 28 , 28 '), four of which each for generating a sine signal and four for generating a cosine signal to form a full bridge ( 25 , 25 ', 26 , 26 '; 27 , 27 ', 28 , 28 ').

2. Position measuring system according to claim 1, characterized in that the magnetic field passes through the sensor arrangement ( 9 ) transverse to the direction of movement (V) essentially homogeneously.

3. Position measuring system according to claim 2, characterized in that the magnetic field in the region of the sensor arrangement ( 9 ) has a main component perpendicular to the direction of movement (V) and a comparatively lower auxiliary component in the direction of movement.

4. Position measuring system according to claim 1, characterized in that the field influencing structure (S) in we at least two strip-shaped areas arranged areas ( 15 , 16 ) with alternating better and worse field conductivity.

5. Position measuring system according to claim 4, characterized in that the areas ( 15 ) of poorer conductivity are of equal size to one another un.

6. Position measuring system according to claim 4, characterized in that the areas ( 15 ) of poorer conductivity are arranged one below the other at equal intervals.

7. Position measuring system according to claim 1, characterized in that the structure influencing the field (S) next to each other has four strip-shaped areas ( 11 , 12 , 13 , 14 ) with different pitches.

8. Position measuring system according to claim 1 or 7, characterized in that the distances between the different areas ( 15 , 16 ) in each strip-shaped area ( 11 , 12 , 13 , 14 ) each regularly and between the areas ( 11 , 12 , 13 , 14 ) are defined differently.

9. Position measuring system according to claim 4, characterized in that the areas ( 15 ) with poorer and the areas ( 16 ) with better conductivity of an area ( 11 , 12 , 13 , 14 ) are each of the same size.

10. position measuring system according to claim 1, characterized in that the material measure ( 3 ) made of a material with a relative permeability µ _r , which is greater than one.

11. Position measuring system according to claim 10, characterized in that the material measure ( 3 ) is formed by a soft iron senband which has to form areas ( 16 , 15 ) of higher and lower magnetic conductivity in a row arranged depressions ( 15 ) form the field influencing structure (S).

12. Position measuring system according to claim 11, characterized in that the depressions ( 15 ) are arranged regularly and are produced in the etching process.

13. Position measuring system according to claim 1, characterized in that the sensor arrangement ( 9 ) each has at least one sensor element ( 25 ) which is connected to an evaluation circuit ( 4 ), the displacement of the material measure ( 3 ) against the sensor signals determines the signal generator.

14. Position measuring system according to claim 1, characterized in that the sensor groups (25-28; 25a-28a; 25b -28b; 25c-28c) are penetrated by the magnetic field of the same permanent magnet ( 7 ) that the sensor arrangement ( 25 -28 ; 25 a- 28 a; 25 b- 28 b; 25 c- 28 c) is assigned together.

15. Position measuring system according to claim 1, characterized in that the sensor elements ( 25-28 c) are magnetoresistive elements or Hall sensors.

16. Position measuring system according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit ( 4 ) A / D converter circuits for converting the bridge output voltage of the sensor arrangements ( 25-28 ; 25 a- 28 a; 25 b- 28 b; 25 c- 28 c) contains a digital signal.

17. Position measuring system according to claim 13, characterized in that the evaluation circuit ( 4 ) queries and evaluates the sensor signals at a sampling rate which is lower than that which results on the sensor arrangement ( 9 ) at maximum displacement speed between the signal generator ( 2 ) and the material measure signal frequency.

18. Position measuring system according to claim 1, characterized in that the sensor arrangement ( 9 ) is operated clocked.

19. Position measuring system according to claim 17, characterized in that the sensor arrangement ( 9 ) is currentless during operation over a period of time which is significantly greater than the period in which the sensor arrangement is live.

20. Position measuring system according to claim 13, characterized in that the evaluation circuit ( 4 ) for processing the sensor signals has an integrator circuit ( 33 a) with a switchable by clocked switch (S11, S22) capacitor (C2).

21. Position measuring system according to claim 20, characterized in that the integrator circuit ( 33 a) is preceded by a capacitor (C1) whose capacitance is greater than the capacitance of the capacitor (C2) of the integrator.

22. Battery operated handheld meter with one way measuring system according to one of claims 1 to 21.