DE19942363C2 - Inductive acceleration sensor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen induktiven Beschleunigungssensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an inductive acceleration sensor according to the Preamble of claim 1.
Beschleunigungssensoren, die auf induktiver Basis arbeiten, sind allgemein bekannt.Accelerometers that work on an inductive basis are common known.
So ist aus der DE 38 43 160 A1 ein Sensor zur Messung eines Weges oder eines Bewegungsverhaltens bekannt, bei dem eine in einem Gehäuse auf genommene Permanentmagnetanordnung durch die Abstoßungskräfte gleichnamiger Magnetpole in Schwebe gehalten ist. In einer Meßwicklung wird ein zur Bewegung oder Verschiebung der Anordnung proportionales elektrisches Signal induziert. Die Permanentmagnetanordnung umfaßt einen Gleit- und Führungskörper und zwei Permanentmagnete, die an den Stirnflä chen des Gleit- und Führungskörpers angeordnet sind.DE 38 43 160 A1 describes a sensor for measuring a path or a movement behavior known, in which one in a housing taken permanent magnet arrangement by the repulsive forces magnetic poles of the same name is kept in suspension. In a measuring winding becomes proportional to the movement or displacement of the arrangement electrical signal induced. The permanent magnet arrangement comprises one Sliding and guiding body and two permanent magnets attached to the face Chen the sliding and guide body are arranged.
Eine ähnliche Anordnung ist in der DE 38 09 887 A1 beschrieben. Zum wei teren Umfeld der Erfindung wird ferner auf die EP 857 945 A, EP 816 855 A, DE 37 05 920 A1 und DE 34 28 914 A1 hingewiesen. A similar arrangement is described in DE 38 09 887 A1. For white tere environment of the invention is further referred to EP 857 945 A, EP 816 855 A, DE 37 05 920 A1 and DE 34 28 914 A1 pointed out.
Werden solche Beschleunigungssensoren jedoch bei Sicherheitseinrichtun gen, wie beispielsweise bei Insassen-Rückhaltesystemen in einem Fahr zeug, eingesetzt, müssen sie neben ihrer gewünschten Funktionalität auch noch funktionssicher und überprüfbar sein.However, such acceleration sensors are used in safety devices conditions, such as in occupant restraint systems in one drive besides their desired functionality, they also have to be used still be reliable and verifiable.
Funktionssicher bedeutet hierbei, daß der Sensor auch bei ungünstigen Be dingungen, z. B. beim Fahren durch ein Schlagloch oder gegen einen Bord stein und eine anschließende Vollbremsung, kein einen Unfall zum Ausdruck bringendes Meßsignal liefern soll. Ein solches Meßsignal soll erst ab einem bestimmten Schwellwert generiert werden.Reliable means that the sensor even with unfavorable loading conditions, e.g. B. when driving through a pothole or against a board stone and a subsequent full stop, no expressing an accident bring delivering measurement signal. Such a measurement signal should only start from one certain threshold value are generated.
Da ein im Sicherheitsbereich eingesetzter Beschleunigungssensor sehr si cherheitsrelevant ist, muß seine Arbeitsweise auch auf Korrektheit überprüft werden können. Diesen Anforderungen können von den in den eingangs genannten Dokumenten beschriebenen Vorrichtungen nicht erfüllt werden.Because an acceleration sensor used in the security area is very safe safety-relevant, its working method must also be checked for correctness can be. These requirements can be met by the in the beginning Devices described documents are not met.
Aus den Vorrichtungen gemäß der DE 38 43 160 A1 und der DE 38 09 887 A1 ergeben sich vielmehr folgende Probleme. Die Fig. 3 zeigt magnetische Gegenkräfte, wie bei Anordnungen gemäß der DE 38 43 160 A1 und der DE 38 09 887 A1 auftreten. Demgemäß nimmt die magnetische Gegenkraft na hezu exponentiell mit abnehmendem Abstand zwischen dem beweglichen und den ortsfesten Permanentmagneten zu. In der Ruheposition befindet sich der bewegliche Permanentmagnet in seiner Mittellage, wo sich die bei den Gegenkräfte der ortsfesten Permanentmagnete aufheben.Rather, the following problems arise from the devices according to DE 38 43 160 A1 and DE 38 09 887 A1. FIG. 3 shows magnetic counter-forces such as DE 38 43 160 A1 and DE 38 09 887 A1 occurring in arrangements according to. Accordingly, the magnetic counterforce increases almost exponentially with decreasing distance between the movable and the fixed permanent magnets. In the rest position, the movable permanent magnet is in its central position, where it is canceled out by the opposing forces of the stationary permanent magnets.
Bereits durch kleine Beschleunigungen können jedoch Spannungen in der Meßspule induziert werden. Ein solches Meßverhalten ist bei der Anwen dung im Bereich der Insassen-Rückhaltesysteme zu vermeiden. Even small accelerations can cause tension in the Measuring coil are induced. Such a measurement behavior is with the user to avoid in the area of occupant restraint systems.
Würde nur eine Anordnung mit zwei Magneten, nämlich einem ortsfesten und einem beweglichen Permanentmagneten gewählt werden, so würde sich der in Fig. 4 dargestellte Kraftverlauf ergeben. Hierbei wirkt auf den bewegli chen Permanentmagneten zwar auch in seiner Ruheposition eine Gegen kraft ein, die vom Material und der Geometrie der Magnete abhängig ist. Je doch besteht das Problem nunmehr darin, daß die Gegenkraft über den ge samten Verfahrweg des beweglichen Permanentmagneten zu hoch wird, wenn die die Funktionssicherheit sicherstellende Beschleunigungsschwelle realisiert wird. In diesem Fall besteht nämlich die Gefahr, daß der bewegli che Magnet, aufgrund der zu hohen Gegenkraft, nur eine kurze Strecke verfahren kann. Die dadurch induzierte Meßspannung wäre zu klein. Ferner kann der Sensor wegen der zu hohen Gegenkraft nicht mehr auf richtige Funktionsweise überprüft werden.If only one arrangement with two magnets, namely a stationary and a movable permanent magnet, were selected, the force curve shown in FIG. 4 would result. In this case, a counter force acts on the movable permanent magnet even in its rest position, which depends on the material and the geometry of the magnets. However, the problem now is that the counterforce over the entire ge travel of the movable permanent magnet is too high if the acceleration threshold ensuring the functional reliability is realized. In this case there is a risk that the movable magnet, due to the excessive counterforce, can only move a short distance. The measuring voltage induced would be too small. Furthermore, the sensor can no longer be checked for correct functioning due to the excessive counterforce.
Zur Gewährleistung der Prüfbarkeit ist es erforderlich, die Gegenkraft über den Verfahrweg klein zu halten. Dies widerspricht aber einer funktionssiche ren Arbeitsweise des Sensors.To ensure testability, it is necessary to apply the counterforce keep the travel path small. But this contradicts a functional one Ren operation of the sensor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen induktiven Beschleuni gungssensor anzugeben, der neben seiner normalen Funktionalität funkti onssicher und überprüfbar ist.The object of the present invention is an inductive acceleration supply sensor that functions in addition to its normal functionality is safe and verifiable.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features mentioned in claim 1.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist darin zu sehen, daß zum einen eine Prüfspule vorgesehen ist, die koaxial zur Meßspule angeordnet ist. Durch die Verwendung der Prüfspule ist eine Prüfung des Beschleunigungs sensors auf richtige Arbeitsweise möglich. Im Prüfbetrieb wird die Prüfspule mit Strom gespeist, dessen Feld gleichsinnig ist, wie das des verschiebbaren Magneten. Dadurch entsteht eine Kraft auf den verschiebbaren Magneten in Richtung zum ortsfesten ersten Magneten hin. Der verschiebbare Magnet wird solange bewegt, bis die Kraft durch die Prüfspule die Gegenkraft des ortsfesten ersten Magneten ausgleicht.An essential idea of the invention is that, on the one hand a test coil is provided, which is arranged coaxially to the measuring coil. By using the test coil is a test of the acceleration sensors can work correctly. The test coil is in test mode fed with electricity, the field of which is in the same direction as that of the movable Magnet. This creates a force on the sliding magnet in Direction to the fixed first magnet. The sliding magnet is moved until the force through the test coil is the counterforce of the compensates for the stationary first magnet.
Zur Gewährleistung der ausreichenden Funktionssicherheit ist ein zweiter Magnet ortsfest angeordnet und derart ausgerichtet, daß sich der zweite Magnet und der verschiebbare Magnet anziehen. Zusätzlich wird eine Ju stierspule vorgesehen, die in der Ruheposition des verschiebbaren Magne ten zwischen diesem und dem zweiten ortsfesten Magneten angeordnet ist.A second is to ensure sufficient functional safety Magnet arranged fixed and aligned so that the second Tighten the magnet and the sliding magnet. In addition, a Ju Bull coil provided in the rest position of the sliding magne th between this and the second fixed magnet is arranged.
Durch die Anziehung des Magneten erhöht sich prinzipiell die Haltekraft in der Ruheposition sowie über den gesamten Verfahrweg.The attraction of the magnet increases the holding force in principle the rest position as well as over the entire travel.
Würde man anstelle des zweiten ortsfesten Magneten lediglich eine Platte aus ferromagnetischem Material verwenden, würde der bewegliche Magnet nur in der Ruheposition in ausreichendem Maße gehalten werden. Die Ge genkräfte über den verbleibenden Verfahrweg wären jedoch noch zu klein. Damit könnten die bei Vollbremsungen auftretenden Kräfte über denjenigen der Gegenkräfte liegen. Dieser Nachteil wird jedoch durch die Verwendung des zweiten ortsfesten Permanentmagneten vermieden.Would you be just a plate instead of the second fixed magnet made of ferromagnetic material, the movable magnet would should only be held to a sufficient extent in the resting position. The Ge However, opposing forces over the remaining travel path would still be too small. Thus, the forces that occur during full braking could be greater than those of opposing forces. However, this disadvantage is caused by the use of the second fixed permanent magnet avoided.
Im Prüfbetrieb jedoch, wo eine kleine Gegenkraft notwendig ist, kann die Ju stierspule mit Strom beaufschlagt werden, und zwar so, daß dessen magne tisches Feld gegen das Feld des zweiten ortsfesten Magneten gerichtet ist. Dadurch wird die Feldkopplung zwischen dem zweiten ortsfesten Magneten und dem verschiebbaren Magneten geschwächt und folglich sinkt auch des sen Gegenkraft. Das magnetische Feld der Justierspule schwächt die Ge genkraft nicht nur in der Ruheposition, sondern auch über einen großen Teil des Verfahrweges. Durch Einschalten der Prüfspule kann die Prüfung durchgeführt werden. In test mode, however, where a small counterforce is required, the Ju Bull's coil are supplied with current, so that its magne table field is directed against the field of the second fixed magnet. As a result, the field coupling between the second fixed magnet and the displaceable magnet weakened and consequently the counterforce. The magnetic field of the adjustment coil weakens the Ge not only in the resting position, but also over a large part of the travel path. The test can be started by switching on the test coil be performed.
Vorzugsweise wird zwischen dem ortsfesten zweiten Magneten und dem verschiebbaren Magneten, im Bereich des zweiten ortsfesten Magneten ein ferromagnetischer Pol vorgesehen. Der Pol konzentriert im Prüfbetrieb das magnetische Feld der Justierspule und erhöht damit den Wirkungsgrad der Justierspule. Zur ausreichenden Funktionssicherheit im Normalbetrieb trägt der Pol bei, indem er den Wirkungsbereich des ortsfesten zweiten Magneten verlängert.Is preferably between the fixed second magnet and the slidable magnets, in the area of the second fixed magnet ferromagnetic pole provided. The pole concentrates that in the test operation magnetic field of the adjusting coil and thus increases the efficiency of the Justierspule. Contributes to sufficient functional reliability in normal operation the pole by changing the area of action of the fixed second magnet extended.
Weitere Merkmale sind in den Unteransprüchen definiert.Further features are defined in the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen inThe invention is described below using an exemplary embodiment and With reference to the accompanying drawings. The painting show in
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Ausfüh rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen induktiven Beschleu nigungssensors, Fig. 1 is a schematic illustration of an arrangement of a nigungssensors exporting approximately embodiment of an inventive inductive Accelerat,
Fig. 2. ein Diagramm, welches den Verlauf einer Gegenkraft, resultie rend aus der Magnetanordnung der Fig. 1, darstellt, FIG. 2 shows a diagram which shows the course of a counterforce resulting from the magnet arrangement of FIG. 1,
Fig. 3. ein Diagramm, welches den Verlauf einer Gegenkraft, resultie rend aus einer Anordnung mit 3 Permanentmagneten bei ei nem Beschleunigungssensor nach dem Stand der Technik, zeigt und Fig. 3. is a diagram showing the course of a counterforce resulting from an arrangement with 3 permanent magnets with egg nem acceleration sensor according to the prior art, and
Fig. 4. ein Diagramm, welches den Verlauf der Gegenkraft, resultie rend aus einer Anordnung mit 2 Permanentmagneten nach dem Stand der Technik, zeigt. Fig. 4. is a diagram showing the course of the counterforce resulting from an arrangement with 2 permanent magnets according to the prior art.
In Fig. 1 ist ein induktiver Beschleunigungssensor dargestellt, bei dem in ei nem Führungsrohr 6 ein Permanentmagnet 1 in Längsrichtung des Füh rungsrohres 6 beweglich aufgenommen ist. Am in Fig. 1 rechten Ende des Führungsrohres ist ein ortsfester Permanentmagnet 2 angeordnet, der so ausgerichtet ist, daß er eine abstoßende Kraft zum beweglichen Perma nentmagneten 1 hin aufbaut. Am in Fig. 1 linken Ende des Führungsrohres 6 ist ein zweiter ortsfester Permanentmagnet 7 angeordnet, der so ausgerich tet ist, daß er eine anziehende Kraft auf den beweglichen Permanentma gneten 1 aufbaut. Im Anschluß an den zweiten ortsfesten Permanentma gneten 7 ist ein Pol 8 zur Seite des beweglichen Permanentmagneten 1 hin angeordnet.In Fig. 1, an inductive acceleration sensor is shown in which in egg nem guide tube 6, a permanent magnet 1 in the longitudinal direction Guide # approximately tube 6 is movably received. At the right in Fig. 1 end of the guide tube, a fixed permanent magnet 2 is arranged, which is oriented so that it builds up a repulsive force to the movable permanent magnet 1 out. At the left in Fig. 1 end of the guide tube 6 , a second stationary permanent magnet 7 is arranged, which is aligned so that it gneten 1 builds an attractive force on the movable permanentma. Following the second stationary permanent magnet 7 , a pole 8 is arranged to the side of the movable permanent magnet 1 .
Drei Spulen, nämlich eine Meßspule 4, eine Prüfspule 5 und eine Justier spule 9 sind um das Führungsrohr 6 herum angeordnet. Die Justierspule 9 befindet sich etwa in Höhe des Pols 8, die Prüfspule ist in Längserstreckung des Führungsrohres 6 etwa mittig angeordnet und die Meßspule 4 ist zum rechten Rand des Führungsrohrs 6 hin angeordnet.Three coils, namely a measuring coil 4 , a test coil 5 and an adjusting coil 9 are arranged around the guide tube 6 . The adjusting coil 9 is located approximately at the level of the pole 8 , the test coil is arranged approximately centrally in the longitudinal extent of the guide tube 6 and the measuring coil 4 is arranged towards the right edge of the guide tube 6 .
Im Normalbetrieb bleibt die Spule 9 ausgeschaltet. Der Permanentmagnet 7 koppelt über den Pol 8, der hier zur Verlängerung des Wirkungsbereichs des Magneten 7 dient, und die Luft mit dem beweglichen Permanentmagneten 1. Über diese Kopplung entsteht eine Anziehungskraft, welche die Gegenkraft sowohl in der Ruheposition als auch über den gesamten Verfahrweg auf die für die Funktionssicherheit erforderlichen Schwellen erhöht. Die dadurch ent stehende Kraftkurve ist der Fig. 2 (Normalbetrieb) zu entnehmen. Im Ver gleich mit Fig. 4 zeigen sich die Unterschiede der Kraftkurven.In normal operation, the coil 9 remains switched off. The permanent magnet 7 couples via the pole 8 , which here serves to extend the effective range of the magnet 7 , and the air with the movable permanent magnet 1 . This coupling creates an attractive force that increases the counterforce both in the rest position and over the entire travel path to the thresholds required for functional safety. The resulting force curve is shown in Fig. 2 (normal operation). In comparison with Fig. 4, the differences in the force curves are shown.
Im Prüfbetrieb hingegen wird die Spule 9 mit Strom derart beaufschlagt, daß dessen magnetisches Feld gegen das Feld des Permanentmagneten 7 aus gerichtet ist. Dadurch wird die Feldkopplung zwischen dem ortsfesten Ma gneten 7 und dem bewegenden Magneten 1 geschwächt und folglich sinkt die Gegenkraft (vgl. Fig. 2 - Prüfbetrieb). Der Prüfbetrieb kann auch folgen dermaßen verstanden werden: das magnetische Feld der Spule 9 ist nicht nur gegen das Feld des Magneten 7, sondern auch gegen das Feld des be wegenden Magneten 1 ausgerichtet. So entstehen auf den beiden Seiten des Pols 8 und der Spule 9 Abstoßkräfte, und folglich wird die Gegenkraft kleiner. Der Pol 8 konzentriert dabei das magnetische Feld der Spule 9 und erhöht damit den Wirkungsgrad des Feldes der Spule 9. Das magnetische Feld der Spule 9 schwächt die Gegenkraft nicht nur in der Ruheposition, sondern auch über einen großen Teil des Verfahrwegs. Durch Einschalten der Prüfspule 5 kann die Prüfungsfunktion durchgeführt werden.In the test mode, however, current is applied to the coil 9 in such a way that its magnetic field is directed against the field of the permanent magnet 7 . As a result, the field coupling between the fixed magnet 7 and the moving magnet 1 is weakened and consequently the counterforce decreases (cf. FIG. 2 - test operation). The test operation can also be understood as follows: the magnetic field of the coil 9 is not only directed against the field of the magnet 7 , but also against the field of the moving magnet 1 . This creates repulsive forces on the two sides of the pole 8 and the coil 9 , and consequently the counterforce becomes smaller. The pole 8 concentrates the magnetic field of the coil 9 and thus increases the efficiency of the field of the coil 9 . The magnetic field of the coil 9 not only weakens the counterforce in the rest position, but also over a large part of the travel. The test function can be carried out by switching on the test coil 5 .
Insgesamt ist mit der vorliegenden Anordnung ein induktiver Beschleuni gungssensor geschaffen, der funktionssicher und prüfbar ist.Overall, with the present arrangement there is an inductive acceleration created sensor that is reliable and testable.
Claims (7)
einem Führungselement (6),
einem auf oder in dem Führungselement (6) beweglich gelagerten und in dessen Längsrichtung verschiebbaren Magneten (1),
einem an einem Ende des Führungselements angeordneten ortsfesten ers ten Magneten (2), wobei der verschiebbare Magnet (1) und der ortsfeste Magnet (2) derart ausgerichtet sind, daß sie sich abstoßen, und
einer Meßspule (4), die derart um das Führungselement (6) angeordnet ist,
daß der bewegbare Magnet (1) im wesentlichen koaxial durch die Meßspule (4) hindurchführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
am anderen Ende des Führungselements ein zweiter Magnet ortsfest derart angeordnet ist, daß sich der zweite Magnet (7) und der verschiebbare Mag net (1) anziehen,
eine Prüfspule (5) vorgesehen ist, die koaxial zur Meßspule (4) angeordnet ist, so daß der verschiebbare Magnet (1) auch im wesentlichen koaxial durch die Prüfspule (5) hindurchführbar ist, und
daß eine Justierspule (9) vorgesehen ist, die koaxial zur Prüfspule (5) und in der Ruheposition des verschiebbaren Magneten (1) zwischen diesem und dem zweiten ortsfesten Magneten (7) angeordnet ist. 1. Inductive acceleration sensor with
a guide element ( 6 ),
a magnet ( 1 ) movably mounted on or in the guide element ( 6 ) and displaceable in its longitudinal direction,
a fixed first magnet ( 2 ) arranged at one end of the guide element, the displaceable magnet ( 1 ) and the fixed magnet ( 2 ) being aligned such that they repel each other, and
a measuring coil ( 4 ) which is arranged around the guide element ( 6 ) in this way,
that the movable magnet ( 1 ) can be passed essentially coaxially through the measuring coil ( 4 ),
characterized in that
at the other end of the guide element, a second magnet is arranged so that the second magnet ( 7 ) and the displaceable magnet ( 1 ) attract one another,
a test coil ( 5 ) is provided, which is arranged coaxially to the measuring coil ( 4 ), so that the displaceable magnet ( 1 ) can also be passed substantially coaxially through the test coil ( 5 ), and
that an adjustment coil ( 9 ) is provided which is arranged coaxially to the test coil ( 5 ) and in the rest position of the displaceable magnet ( 1 ) between the latter and the second fixed magnet ( 7 ).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |