Die Erfindung betrifft einen Positionsdetektor zur
zählenden
Erfassung von Translations-oder
Rotationsbewegungen in einer vorgegebenen Richtung, wobei dieser
Positionsdetektor insoweit autark ist, als er zumindest die erforderlichen
Zähl- und
Speichervorgänge
unabhängig
von einer externen Stromquelle durchführen kann.The invention relates to a position detector for
counting
Acquisition of translation or
Rotational movements in a given direction, this one
Position detector is self-sufficient insofar as it at least has the required
Counting and
memory operations
independently
from an external power source.
Zu diesem Zweck umfaßt der Sensorteil
des Positionsdetektors wenigstens einen Permanentmagneten, der als
Erregermagnet dient und sich mit dem Körper, dessen Bewegungen gezählt werden sollen,
also beispielsweise mit einer sich drehenden Welle oder einem sich
hin und her bewegenden Maschinenschlitten mit bewegt, wobei er im
allgemeinen direkt an diesem Körper
befestigt oder mit diesem so gekoppelt ist, dass er dessen Bewegung
abbildet.For this purpose the sensor part comprises
of the position detector at least one permanent magnet, which as
Excitation magnet serves and with the body, the movements of which are to be counted
for example with a rotating shaft or a
machine carriage moving back and forth with it, moving in
general right on this body
attached or coupled to it so that it can move
maps.
Weiterhin weist der Sensorteil des
Positionsdetektors ein hier so bezeichnetes „ferromagnetisches Element" auf, das aus einer
Kombination von hart- und/oder weichmagnetischen Komponenten besteht,
die bei Anlegen eines äußeren Magnetfelds bestimmter
Größe durch
schlagartiges Verändern
ihrer Konsistenz (z.B. Umklappen und/oder Ausrichten einer großen Zahl
der in ihnen vorhandenen Weiß'schen Bezirke) und/oder
Geometrie (Lageänderung
ferromagnetischer Bauteile im Raum) zu einer schlagartigen Änderung
des Magnetflusses und damit zu einem entsprechenden Spannungsimpuls bestimmter
Leistung in einer sie umgebenden Spule führen. Die schlagartige Änderung
des ferromagnetischen Elementes wird also durch ein schlagartiges Umklappen
der Weiß'schen Bezirke bzw.
durch eine schlagartige Veränderung
des magnetischen Widerstandes beschrieben.Furthermore, the sensor part of the
Position detector on a so-called "ferromagnetic element", which consists of a
Combination of hard and / or soft magnetic components,
those determined when an external magnetic field is applied
Size by
sudden change
their consistency (e.g. flipping and / or aligning a large number
the Weiss districts present in them) and / or
Geometry (change of position
ferromagnetic components in space) to a sudden change
of the magnetic flux and thus to a corresponding voltage pulse
Lead power in a coil surrounding them. The sudden change
of the ferromagnetic element is caused by a sudden folding
the Weiss districts or
through a sudden change
described the magnetic resistance.
Eine besondere Ausführungsform
der erstgenannten Gruppe sind Impuls- und Wiegand-Drähte, die
sich keines makroskopischen mechanischen Effektes bei der Erzeugung
des vorgenannten Spannungsimpulses bedienen.A special embodiment
the former group are impulse and Wiegand wires that
there is no macroscopic mechanical effect during generation
operate the aforementioned voltage pulse.
Ein Vertreter der zweiten Gruppe,
bei der mechanische makroskopische Effekte – hier Speicherung der später erzeugten
elektrischen Energie in einer Feder – benutzt werden, sind magnetische Reed-Kontakte,
wie sie in der US-Patentschrift 6,628,741 angegeben sind. Als gravierender
Nachteil gerade dieser speziellen Lösung sind die mechanische Ermüdung und
die unkontrollierten Prellungen der Kontakte sowie der geringe Meßeffekt
anzuführen.
Eine kostenoptimale Minimallösung
ist damit kaum zu erzielen.A representative of the second group,
in the case of mechanical macroscopic effects - here storage of those created later
electrical energy in a spring - are used magnetic reed contacts,
as specified in U.S. Patent 6,628,741. As more serious
The disadvantage of this special solution is the mechanical fatigue and
the uncontrolled bruises of the contacts as well as the low measuring effect
to lead.
A cost-effective minimal solution
can hardly be achieved with it.
Aus EP 0 658 745 A2 ist ein Positionsdetektor
bekannt, bei dem das ferromagnetische Element aus einem drehbar
gelagerten Permanentmagneten und einem Eisenkern besteht, an dem
sich der drehbar gelagerte Permanentmagnet so lange „festhält", bis die magnetische
Abstoßungskraft,
die der sich nähernde
Erregermagnet auf ihn ausübt,
so stark wird, dass sie die Haltekraft zwischen dem Eisenkern und
dem drehbar gelagerten Permanentmagneten überwindet und sich letzterer
schlagartig um seine Achse dreht. Hierdurch ändert sich die Lage der Weiss' schen Bezirke und
damit der Magnetfluß schlagartig,
der eine auf den Eisenkern gewickelte Induktionsspule durchsetzt
(großes
dΦ/dt ),
und es wird in dieser Spule ein nutzbarer Spannungsimpuls induziert.Out EP 0 658 745 A2 a position detector is known in which the ferromagnetic element consists of a rotatably mounted permanent magnet and an iron core to which the rotatably mounted permanent magnet "holds" until the magnetic repulsive force exerted on it by the approaching excitation magnet becomes so strong that it overcomes the holding force between the iron core and the rotatably mounted permanent magnet and the latter suddenly rotates around its axis, thereby changing the position of Weiss' districts and thus the magnetic flux that penetrates an induction coil wound on the iron core (large dΦ / dt), and a usable voltage pulse is induced in this coil.
Gemeinsam ist allen diesen Lösungen,
dass der jeweils induzierte Spannungsimpuls nicht nur als zu zählender
Signalimpuls dient, sondern auch zur Stromversorgung zumindest eines
Teils der dem Sensorteil nachgeordneten Elektronik eingesetzt werden
kann, so dass diese in der Lage ist, ohne externe Versorgung mit
elektrischer Energie die für
die Erfassung der zu überwachenden
Bewegung erforderlichen Zähl-
und Speichervorgänge
auszuführen, d.h.
z.B. die Umdrehungen einer Welle oder die Hin- und Herbewegungen
eines Schlittens zu zählen
und den dabei erhaltenen Zählwert
zu speichern, damit dieser für
einen externen Verwender verfügbar
ist.Common to all these solutions,
that the voltage pulse induced in each case is not only to be counted
Signal pulse is used, but also to power at least one
Part of the electronics downstream of the sensor part are used
can so that it is able to with no external supply
electrical energy for
the detection of the monitored
Motion required
and save operations
to execute, i.e.
e.g. the revolutions of a shaft or the floats
to count a sledge
and the count value obtained in the process
save so this for
an external user is available
is.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Positionsdetektor der eingangs genannten Art so auszubilden,
dass er mit einem möglichst
geringen technischen und kostenmäßigen Aufwand
realisiert werden kann. Insbesondere soll er einen möglichst geringen
Energieverbrauch und eine minimale Baugröße aufweisen.The invention is based on the object
to design a position detector of the type mentioned in the introduction,
that he's with one if possible
low technical and cost expenditure
can be realized. In particular, it should be as low as possible
Have energy consumption and a minimal size.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die
Erfindung die im Anspruch 1 zusammengefaßten Merkmale vor.To solve this task, the
Invention the features summarized in claim 1.
Die dort definierte Elektronik umfasst
die minimale schaltungstechnische Ausstattung, die erforderlich
ist, um Bewegungsabläufe,
wie z.B. Umdrehungen einer Welle oder Hin- und Herbewegungen eines
Schlittens oder dergleichen zu zählen
und den jeweils ermittelten Zählwert
zu speichern, ohne dabei auf eine externe Stromversorgung angewiesen
zu sein. Für
diese Funktionen sind insbesondere die wenigstens eine Gleichrichterschaltung,
der wenigstens eine Kondensator, die wenigstens eine Komparatorschaltung
und die nicht flüchtige
Zähl- und
Speicherschaltung vorgesehen. Da die ermittelten Zählwerte für einen
Verwender verfügbar
gemacht werden müssen,
sind weiterhin eine Daten-Leseschaltung und eine Steuerschaltung
vorgesehen, wobei letztere für einen
störungsfreien
Ablauf der Zähl-
und Speichervorgänge
einerseits und der Lesevorgänge
andererseits sorgt, bei denen die Daten-Leseschaltung den jeweils
vorhandenen Zählwert übernimmt,
um ihn (eventuell in verarbeiteter Form) einem Verwender zur Verfügung zu
stellen.The electronics defined there include
the minimum circuitry equipment required
is about movements,
such as. Revolutions of a shaft or reciprocating movements of a
Sledge or the like to count
and the count value determined in each case
save without relying on an external power supply
to be. For
these functions are in particular the at least one rectifier circuit,
the at least one capacitor, the at least one comparator circuit
and the non-volatile
Counting and
Memory circuit provided. Since the count values determined for a
User available
have to be done
are also a data read circuit and a control circuit
provided, the latter for a
trouble-free
Counting process
and save operations
on the one hand and the reading processes
on the other hand, where the data reading circuit provides the
takes over existing count value,
to make it available to a user (possibly in processed form)
put.
Eine besonders bevorzugte Lösung gemäß der Erfindung
zeichnet sich dadurch aus, dass alle zur Elektronik gehörenden Schaltungseinheiten
und Bauelemente in einem IC-Baustein zu einer integrierten Schaltung
zusammengefaßt
sind, so dass der gesamte Positionsde tektor aus nur drei Baueinheiten, nämlich dem
Erregermagneten, dem ferromagnetischen Element mit aufgewickelter
Induktionsspule und dem IC-Baustein besteht.A particularly preferred solution according to the invention is characterized in that all circuit units and components belonging to the electronics are combined in an IC module to form an integrated circuit, so that the entire position detector consists of only three units, namely the excitation magnet, the ferromagnetic element with wound induction coil and the IC chip.
Die Weitergabe der gespeicherten
Daten an einen Verwender kann auf zwei grundsätzlich verschiedene Weisen
erfolgen:Sharing the saved
Data to a user can be in two fundamentally different ways
respectively:
-
a) Die Lesevorgänge Qeweils: Übernahme
des in der nicht flüchtigen
Zähl- und
Speicherschaltung enthaltenen Zählerstandes
durch die Daten-Leseschaltung und nachfolgende Datenübertragung) werden
durch vom Verwender ausgesandte Abfragesignale initiiert, die zu
jedem beliebigen Zeitpunkt auftreten können (asynchroner Betrieb).a) The reading processes of Qeweil: Takeover
the in the non-volatile
Counting and
Memory circuit contained counter reading
through the data reading circuit and subsequent data transmission)
initiated by query signals sent out by the user, which go to
can occur at any time (asynchronous operation).
-
b) Die Lesevorgänge
werden durch die Elektronik des Positionsdetektors selbst so gesteuert,
dass es zu keiner Kollision mit den zu beliebigen Zeitpunkten (aber
mit Zeitabständen,
die aufgrund der zu überwachenden
Bewegung einen Minimalwert nicht unterschreiten,) auftretenden Zähl- und Speichervorgängen kommen
kann (synchronisierter Betrieb).b) The reading processes
are controlled by the electronics of the position detector itself
that there is no collision with the at any time (but
with time intervals,
the due to the monitored
Movement should not fall below a minimum value,) occurring counting and storage processes
can (synchronized operation).
Im Fall a) sorgt die Steuerschaltung
u.a. dafür,
dass dann, wenn ein Lesevorgang eingeleitet ist und abläuft, das
Auftreten eines zu zählenden
Spannungsimpulses zunächst
keinen Zähl-
und Speichervorgang auslöst,
aber so lange zwischengespeichert wird, bis der Lesevorgang beendet
ist, um dann für die
Zählung
des zwischengespeicherten Ereignisses und die Speicherung des neuen
Zählwertes
zu sorgen, so dass keine Zählfehler
auftreten.In case a), the control circuit provides
et al for this,
that when a read is initiated and in progress, the
Occurrence of one to be counted
Voltage pulse initially
no counting
and triggers the save process,
but it is cached until the reading process ends
is then for the
count
of the cached event and the storage of the new one
count
to worry so no counting errors
occur.
Da der Verwender durch sein Abfragesignal auch
dann einen Lesevorgang initiieren können muß, wenn längere Zeit kein zu zählender
Spannungsimpuls aufgetreten ist, so dass der Kondensator keine elektrische
Energie zur Verfügung
stellen kann, müssen
Schaltungsteile, die für
den Lesevorgang benötigt
werden, zumindest für
den hierfür
benötigten
Zeitraum mit externer elektrischer Energie versorgt werden.Because the user through his query signal too
must then be able to initiate a reading process if it has not been counted for a long time
Voltage pulse has occurred, so the capacitor is no electrical
Energy available
can ask
Circuit parts for
needs the reading process
be, at least for
the one for this
required
Period with external electrical energy.
Wesentlich ist bei dieser Variante
a), dass folgende Bedingungen erfüllt sind:This variant is essential
a) that the following conditions are met:
-
– Die
Daten-Leseschaltung muß nach
Auftreten eines Abfragesignals mit einer gewissen Tot- oder Verzögerungszeit
auf die Zähl-
und Speicherschaltung zugreifen, die länger ist als die für einen Zähl- und
Speichervorgang benötigte
Zeit.- The
Data reading circuit needs to
Occurs an interrogation signal with a certain dead or delay time
on the counting
and access memory circuit that is longer than that for a counter and
Save process needed
Time.
-
– Die
in dem wenigstens einen Kondensator gespeicherte Energie muß von ihm
trotz unvermeidlicher Leckströme
mindestens für
die Dauer der für
einen Lesevorgang benötigten
Zeitspanne auf einem so hohem Niveau gehalten werden, dass ein zwischengespeichertes
Zählereignis
noch sicher verarbeitet werden kann, obwohl die von außen kommende
Energieversorgung am Ende des Lesevorgangs wieder abgeschaltet wird.- The
energy stored in the at least one capacitor must be from him
despite inevitable leakage currents
at least for
the duration of for
needed a read
Time period should be kept at such a high level that a cached
counting event
can still be processed safely, even though the one coming from the outside
Power supply is switched off again at the end of the reading process.
-
– Die
Zeit zwischen zwei Zähl-
und Speichervorgängen
muß größer sein
als die Summe der Zeiten, die für
einen Zähl-
und Speichervorgang und eine Datenübertragung benötigt werden.- The
Time between two counting
and save operations
must be bigger
than the sum of the times for
a count
and storage and data transfer are needed.
Im Fall b) müssen diese Bedingungen nicht erfüllt sein,
da die Elektronik des Positionsdetektors immer feststellen kann,
ob gerade kein Zähl-
und Speichervorgang läuft
und ob genügend
aus der zu überwachenden
Bewegung entnommene und in elektrischer Form gespeicherte Energie
vorhanden ist, um einen Lesevorgang durchführen zu können. Es kann hier also ein
völlig
autark arbeitender, d.h. von einer externen Quelle für elektrische
Energie vollkommen unabhängiger
Positionsdetektor aufgebaut werden.In case b) these conditions do not have to be met,
because the electronics of the position detector can always determine
whether no counting
and saving is in progress
and whether enough
from the to be monitored
Energy extracted from movement and stored in electrical form
is present in order to be able to carry out a reading process. So it can be here
completely
self-sufficient, i.e. from an external source of electrical
Energy completely independent
Position detector can be built.
Ist die für den Lesevorgang benötigte Energie
groß,
weil z.B. die Datenübertragung
an den Verwender mit Hilfe eines Senders per Funk erfolgen soll,
kann ein weiterer Kondensator vorgesehen werden, der beispielsweise
mit mehreren von der Induktionsspule kommenden Spannungsimpulsen,
deren Polarität
zu der Polarität
der zu zählenden
Impulse entgegengesetzt ist, so lange geladen wird, bis ausreichend
elektrische Energie zur Verfügung
steht.Is the energy required for the reading process
large,
because e.g. the data transmission
to the user by radio using a transmitter,
can be provided a further capacitor, for example
with several voltage pulses coming from the induction coil,
their polarity
to the polarity
the one to be counted
Pulse is opposite until charging is sufficient until sufficient
electrical energy available
stands.
Diese und weitere vorteilhafte Merkmale
eines erfindungsgemäßen Positionsdetektors
sind in den Unteransprüchen
niedergelegt.These and other advantageous features
a position detector according to the invention
are in the subclaims
resigned.
Die Erfindung wird im folgenden anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:The invention is illustrated below
of embodiments
described with reference to the drawing; in this show:
1 in
schematischer Weise die Sensoranordnung eines eine Rotationsbewegung
erfassenden, erfindungsgemäßen Positionsdetektors
gemäß einer
ersten Ausführungsform, 1 schematically the sensor arrangement of a position detector according to the invention, which detects a rotational movement, according to a first embodiment,
2 in
schematischer Weise die Sensoranordnung eines eine Rotationsbewegung
erfassenden, erfindungsgemäßen Positionsdetektors
gemäß einer
zweiten Ausführungsform, 2 schematically the sensor arrangement of a position detector according to the invention, which detects a rotational movement, according to a second embodiment,
3 in
schematischer Weise die Sensoranordnung eines eine Rotationsbewegung
erfassenden, erfindungsgemäßen Positionsdetektors
gemäß einer
dritten Ausführungsform, 3 schematically the sensor arrangement of a position detector according to the invention, which detects a rotational movement, according to a third embodiment,
4 in
schematischer Weise die Sensoranordnung eines eine Translationsbewegung
erfassenden, erfindungsgemäßen Positionsdetektors
gemäß einer
vierten Ausführungsform, 4 schematically the sensor arrangement of a position detector according to the invention, which detects a translational movement, according to a fourth embodiment,
5 in
schematischer Weise die Sensoranordnung eines eine Translationsbewegung
erfassenden, erfindungsgemäßen Positionsdetektors
gemäß einer
fünften
Ausführungsform, 5 schematically the sensor arrangement of a position detector according to the invention, which detects a translational movement, according to a fifth embodiment,
6 in
schematischer Weise die Sensoranordnung eines eine Translationsbewegung
erfassenden, erfindungsgemäßen Positionsdetektors
gemäß einer
sechsten Ausführungsform, 6 schematically the sensor arrangement of a position detector according to the invention, which detects a translational movement, according to a sixth embodiment,
7 das
Prinzipschaltbild einer Verarbeitungselektronik für einen
erfindungsgemäßen Positionsdetektor,
deren Daten-Leseschaltung von einem Verwender zu beliebigen Zeitpunkten
für einen
Lesevorgang ansteuerbar ist, 7 the basic circuit diagram of processing electronics for a position detector according to the invention, the data reading circuit of which can be controlled by a user at any time for a reading process,
8 ein
Detail aus 7 und 8th a detail out 7 and
9 das
Prinzipschaltbild einer Verarbeitungselektronik für einen
erfindungsgemäßen Positionsdetektor,
deren Daten-Leseschaltung von der Elektronik des Positionsdetektors
zu Zeitpunkten für einen
Lesevorgang ansteuerbar ist, in denen keine Kollisionsgefahr mit
der Verarbeitung eines zu zählenden
Spannungsimpulses besteht. 9 the basic circuit diagram of processing electronics for a position detector according to the invention, the data reading circuit can be controlled by the electronics of the position detector at points in time for a reading process in which none There is a risk of collision with the processing of a voltage pulse to be counted.
In den 1 bis 6 bzw. 7 bis 9 sind
jeweils gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the 1 to 6 respectively. 7 to 9 the same parts are provided with the same reference numerals.
Alle gezeigten Ausführungsformen
umfassen zumindest einen Erregermagneten 2, der mit dem
Körper,
dessen Bewegung überwacht
werden soll, so verbunden ist, dass er diese zu überwachende Bewegung mit ausführt bzw.
darstellt. Dabei nähert
sich der Erregermagnet 2 periodisch an ein ferromagnetisches
Element an, das in den 1 bis 6 als drahtförmiges Element
wiedergegeben ist, beispielsweise von einem Impulsdraht oder einem
Wiegand-Draht gebildet werden kann und im folgenden kurz als „Sensordraht 6" bezeichnet
wird. Wesentlich ist, dass ein solcher Sensordraht 6 ebenso
wie jedes andere für
diesen Zweck geeignete ferromagnetische Element, z.B. auch eine
Reed-Kontaktanordnung, in der Lage ist, bei der Annäherung des
Erregermagneten 2 die zunehmende Ansammlung bzw. Speicherung
von Energie in dem zwischen ihm und dem Erregermagneten existierenden
Magnetfeld zu unterstützen,
wobei diese Energie aus der Bewegungsenergie des zu überwachenden
Körpers
abgezweigt wird. Erreicht der Erregermagnet 2 bezüglich des
ferromagnetischen Elementes eine bestimmte Position und damit die
in dem ferromagnetischen Element herrschende magnetische Feldstärke eine
bestimmte Größe, so wird
die angesammelte Energie auch dann, wenn die Annäherung extrem langsam erfolgt,
schlagartig freigesetzt. Bei den erwähnten Impuls- oder Wiegand-Drähten erfolgt
dies in der Weise, dass die eine einheitliche magnetische Domäne bildenden
Weiss'schen Bezirke
des betreffenden Drahtes innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes in
Form einer laufenden Welle umklappen, so dass in einer auf den Sensordraht 6 aufgewickelten
Induktionsspule 7 ein großes dΦ/dt induziert wird und an ihren
Anschlüssen 8 ein
entsprechend großer
Spannungsimpuls abgegriffen werden kann. In diesem Impuls ist genügend elektrische
Energie enthalten, um ihn nicht nur als Signal-, d.h. Zählimpuls
zu verwenden sondern auch die zu seiner Zählung und zur Speicherung des
erzielten Zählwertes
vorgesehene Elektronik mit der für
die Durchführung
dieser Vorgänge
benötigten
Energie zu versorgen, so dass ein insoweit autarker, d. h. von einer
externen Spannungsversorgung unabhängiger Positionsdetektor gebildet
wird.All of the embodiments shown comprise at least one excitation magnet 2 that is connected to the body whose movement is to be monitored in such a way that it also carries out or represents this movement to be monitored. The excitation magnet approaches 2 periodically to a ferromagnetic element, which in the 1 to 6 is reproduced as a wire-shaped element, for example can be formed by a pulse wire or a Wiegand wire and in the following briefly as “sensor wire 6 " referred to as. It is essential that such a sensor wire 6 just like any other ferromagnetic element suitable for this purpose, for example also a reed contact arrangement, is able to approach the excitation magnet 2 to support the increasing accumulation or storage of energy in the magnetic field existing between it and the excitation magnet, this energy being branched off from the kinetic energy of the body to be monitored. Reaches the excitation magnet 2 with respect to the ferromagnetic element a certain position and thus the magnetic field strength prevailing in the ferromagnetic element a certain size, the accumulated energy is released suddenly even when the approach is extremely slow. In the case of the impulse or Wiegand wires mentioned, this takes place in such a way that the Weiss domains of the wire in question, which form a uniform magnetic domain, fold over in the form of a running wave within a very short period of time, so that one on the sensor wire 6 wound induction coil 7 a large dΦ / dt is induced and at their terminals 8th a correspondingly large voltage pulse can be tapped. Enough electrical energy is contained in this pulse in order not only to use it as a signal, ie counting pulse, but also to supply the electronics provided for counting and storing the count value obtained with the energy required for carrying out these processes, so that a insofar as it is self-sufficient, ie a position detector is formed which is independent of an external voltage supply.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist ein erster Erregermagnet 2 so
an einer sich drehenden Welle 1 befestigt, dass die seine
beiden Magnetpole verbindende Gerade 3 sich permanent parallel
zur Drehachse 4 erstreckt. Parallel zu dieser Richtung
verläuft
auch die Längsachse 5 des
Sensordrahtes 6, auf den die Induktionsspule 7 aufgewickelt
ist, an deren Anschlüssen 8 aufgrund
der beschriebenen Vorgänge
immer dann ein Spannungsimpuls abgreifbar ist, wenn der erste Erregermagnet 2 bei
der in Richtung des Pfeiles R erfolgenden Drehung der Welle 1 in
etwa die in 1 gezeigte
Position erreicht hat und die Rich tung der Vorspannung bzw. Polarisierung
des Sensordrahtes 6 (Pfeil p in 1) der Richtung des ihn durchsetzenden
Magnetfeld (Pfeil P in 1)
entgegengesetzt ist Nach der Erzeugung eines solchen Spannungsimpulses sind
der Sensordraht und das ihn durchsetzende Magnetfeld dann gleich
polarisiert, d.h. der Sensordraht ist in einer zu seiner vorherigen
Polarisierung p entgegengesetzten Richtung vorgespannt, so dass ohne
weitere Maßnahmen
beim nächsten
Vorbeilaufen des ersten Erregermagneten 2 am Sensordraht 6 allenfalls
eine nur mit der Induktion eines schwachen Spannungsimpulses (Kümmerling)
verbundene Verbesserung der Vorspannung erreicht würde. Daher ist
bei dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel ein
zweiter Erregermagnet 9 vorgesehen, der auf der dem ersten
Erregermagneten 2 diametral gegenüberliegenden Seite der Welle 1 an
dieser so befestigt ist, dass sich die Gerade 10, die seine
Magnetpole verbindet, ebenfalls parallel zur Drehachse 4 erstreckt,
seine Polarisierung -P der des ersten Erregermagneten 2 aber
gerade entgegengerichtet ist. Es ist klar, dass dann, wenn der zweite
Erregermagnet 9 am Sensordraht 6 vorbeiläuft, nachdem
zuvor der erste Erregermagnet 2 vorbeigelaufen ist, der Sensordraht 6 erneut
ausgelöst
und entgegengesetzt vorgespannt wird und in der auf ihn aufgewickelten Induktionsspule 7 ebenfalls
ein Spannungsimpuls erzeugt wird, dessen Amplitude in etwa den gleichen Absolutwert
wie die des vom ersten Erregermagneten 2 ausgelösten Spannungsimpulses
besitzt, dessen Polarität
jedoch der des vom ersten Erregermagneten 2 ausgelösten Spannungsimpulses
gerade entgegengesetzt ist, so dass er von diesem ohne weiteres
unterschieden werden kann. Wenn nur ganze Umdrehungen der Welle 1 gezählt werden
sollen, werden die vom zweiten Erregermagneten 9 verursachten
Spannungsimpulse für
die Zählung
unterdrückt,
was aufgrund ihrer entgegengesetzten Polarität ohne weiteres möglich ist.
Die in ihnen enthaltene Energie kann jedoch ebenfalls für Energieversorgungszwecke
verwendet werden, wie dies im Zusammenhang mit 9 noch genauer erläutert wird. Auch kann der zweite
Erregermagnet 9 in Drehrichtung einen anderen Winkelabstand
als 180° vom
ersten Erregermagneten 2 besitzen.At the in 1 The embodiment shown is a first excitation magnet 2 so on a rotating shaft 1 attached that the straight line connecting its two magnetic poles 3 permanently parallel to the axis of rotation 4 extends. The longitudinal axis also runs parallel to this direction 5 of the sensor wire 6 on which the induction coil 7 is wound on their connections 8th due to the processes described, a voltage pulse can always be tapped when the first excitation magnet 2 during the rotation of the shaft in the direction of arrow R. 1 roughly the in 1 has reached the position shown and the direction of the bias or polarization of the sensor wire 6 (Arrow p in 1 ) the direction of the magnetic field passing through it (arrow P in 1 ) is opposite After the generation of such a voltage pulse, the sensor wire and the magnetic field passing through it are then polarized in the same way, ie the sensor wire is biased in a direction opposite to its previous polarization p, so that no further measures are taken the next time the first excitation magnet passes 2 on the sensor wire 6 at most, an improvement in the bias voltage associated only with the induction of a weak voltage pulse (Kümmerling) would be achieved. Therefore in the 1 Embodiment shown a second excitation magnet 9 provided that on the the first excitation magnet 2 diametrically opposite side of the shaft 1 is attached to this so that the straight line 10 , which connects its magnetic poles, also parallel to the axis of rotation 4 extends, its polarization -P that of the first excitation magnet 2 but is just opposite. It is clear that when the second excitation magnet 9 on the sensor wire 6 passes after the first excitation magnet 2 the sensor wire ran past 6 triggered again and biased in the opposite direction and in the induction coil wound on it 7 a voltage pulse is also generated, the amplitude of which is approximately the same absolute value as that of the first excitation magnet 2 triggered voltage pulse, but its polarity is that of the first excitation magnet 2 triggered voltage pulse is just opposite, so that it can be easily distinguished from this. If only complete revolutions of the shaft 1 to be counted are those from the second excitation magnet 9 caused voltage pulses for the count suppressed, which is easily possible due to their opposite polarity. However, the energy they contain can also be used for energy supply purposes, such as in the context of 9 is explained in more detail. The second excitation magnet can also be used 9 an angular distance other than 180 ° in the direction of rotation from the first excitation magnet 2 have.
Wesentlich an der in 1 gezeigten Ausführungsform ist, dass die Geraden 3 und 10,
welche die Pole des ersten bzw. zweiten Erregermagneten 2 bzw. 10 jeweils
verbinden, bei der Drehung der Welle 1 um die Drehachse 4 umlaufen
und sich dabei ständig
zu sich selbst parallel so bewegen, dass sie sich alternierend bis
auf einen Minimalabstand an den Sensordraht 6 annähern (in 1 für den ersten Erregermagneten
gezeigt) und dabei Spannungsimpulse mit alternierenden Vorzeichen
erzeugen, um sich dann vom Sensordraht 6 wieder bis auf
einen Maximalabstand zu entfernen (in 1 für den zweiten Erregermagneten
gezeigt) Demgegenüber
ist bei dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
der Erregermagnet 2 so an der sich drehenden Welle 1 montiert,
dass sich die Gerade 3, die seine Magnetpole miteinander
verbindet, senkrecht zur Drehachse 4 erstreckt, und der
Sensordraht 6 von der durch die Gerade 3 bei der
Drehung der Welle 1 aufgespannten Ebene ständig den
gleichen Abstand besitzt. Das Umklappen der Weiss'schen Bezirke des
Sensordrahtes 6 und damit die Erzeugung eines Spannungsimpulses
in der Induktionsspule 7 erfolgt hier dann, wenn die Gerade 3 und
die Längsachse 5 des Sensordrahtes 6 zu
einander unter einem Winkel von in etwa 120° bis 150° verlaufen und die Polarisierungen
quasi entgegengesetzt sind. Dies ist bei jeder vollen Umdrehung
der Welle 1 zweimal der Fall, wobei in der einen dieser
beiden Stellungen (von denen in 2 eine
dargestellt ist) die Magnetpole des Erregermagneten 2 entgegengesetzt
zur anderen Stellung orientiert sind, so dass in der einen das „Rücksetzen" des Sensordrahtes 6 und
in der anderen das Erzeugen des „eigentlichen" Zählimpulses
erfolgt. Die Auswahl, welcher der beiden bei jeder vollen Umdrehung
auftretenden, in etwa die gleiche Amplitude aber das entgegengesetzte
Vorzeichen besitzenden Spannungsimpulse als Rücksetzimpuls und welcher als
Zählimpuls
dienen soll, ist mehr oder weniger willkürlich und kann durch die Durchlaßrichtung
eines zur Verarbeitungselektronik gehörenden Einweggleichrichters
festgelegt werden.Essential to the in 1 Embodiment shown is that the straight line 3 and 10 which are the poles of the first and second excitation magnets 2 respectively. 10 connect each time the shaft rotates 1 around the axis of rotation 4 circulate and constantly move parallel to themselves so that they alternate to a minimum distance from the sensor wire 6 approximate (in 1 shown for the first excitation magnet) and thereby generate voltage pulses with alternating signs, in order to then separate from the sensor wire 6 again to a maximum distance (in 1 shown for the second excitation magnet) In contrast, at the in 2 illustrated embodiment of the excitation magnet 2 so on the rotating shaft 1 mounted that the straight line 3 that connects its magnetic poles to each other, perpendicular to the axis of rotation 4 extends, and the sensor wire 6 from the straight line 3 when rotating the shaft 1 spanned plane always has the same distance. Folding the Weiss areas of the sensor wire 6 and thus the generation of a voltage pulse in the induction coil 7 occurs here when the straight line 3 and the longitudinal axis 5 of the sensor wire 6 run to each other at an angle of approximately 120 ° to 150 ° and the polarizations are virtually opposite. This is with every full revolution of the shaft 1 twice, with one of these two positions (of which in 2 one is shown) the magnetic poles of the excitation magnet 2 are oriented opposite to the other position, so that in one the "reset" of the sensor wire 6 and in the other the "actual" counting pulse is generated. The selection of which of the two voltage pulses occurring at each full revolution, which have approximately the same amplitude but the opposite sign as the reset pulse and which should serve as the counting pulse, is more or less arbitrary and can be determined by the forward direction of a one-way rectifier belonging to the processing electronics.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Längsachse 5 des
Sensordrahtes 6 in der Ebene, die bei der Drehung der Welle 1 durch die
Gerade 3 aufgespannt wird, welche die Magnetpole des Erregermagneten 2 miteinander
verbindet. Ein Spannungsimpuls wird hier jeweils dann in der auf
den Sensordraht 6 aufgewickelten Induktionsspule 7 ausgelöst, bevor
die Gerade 3 mit der Längsachse 5 des
Sensordrahtes 6 fluchtet. Ein Spannungsimpuls wird damit
bei jeder vollen Umdrehung der Welle 1 zweimal erzeugt,
wie dies oben unter Bezugnahme auf 2 erläutert wurde.
Das dort über
die Vorzeichen dieser Impulse Gesagte gilt hier in gleicher Weise.At the in 3 illustrated embodiment is the longitudinal axis 5 of the sensor wire 6 in the plane that occurs when the shaft rotates 1 through the straight line 3 is stretched, which the magnetic poles of the excitation magnet 2 connects with each other. A voltage pulse is then applied to the sensor wire 6 wound induction coil 7 triggered before the straight line 3 with the longitudinal axis 5 of the sensor wire 6 flees. A voltage pulse is generated with every full revolution of the shaft 1 generated twice as referenced above 2 was explained. What has been said about the signs of these impulses applies here in the same way.
In den 4 bis 6 sind schematisch drei Ausführungsbeispiele
für die
relative Anordnung des Erregermagneten 2 und des Sensordrahtes 6 bei
Positionsdetektoren zur Erfassung einer Translationsbewegung wiedergegeben.
In allen Fällen
liegt die Längsachse 5 des
Sensordrahtes 6 in der Ebene, die von der Geraden 3,
die die Magnetpole des Erregermagneten 2 miteinander verbindet,
bei ihrer durch den jeweiligen Doppelpfeil F angedeuteten Hin- und Herbewegung
aufgespannt wird.In the 4 to 6 are schematic three embodiments for the relative arrangement of the excitation magnet 2 and the sensor wire 6 reproduced in position detectors for detecting a translational movement. The longitudinal axis lies in all cases 5 of the sensor wire 6 in the plane by the straight line 3 which are the magnetic poles of the excitation magnet 2 connects with each other, is spanned in their back and forth movement indicated by the respective double arrow F.
In 4 fluchten
die Gerade 3, die die Magnetpole des Erregermagneten 2 miteinander
verbindet, und die Längsachse 5 des
Sensordrahtes 6 ständig
miteinander, und der zum Zählen
verwendete Spannungsimpuls wird in der Induktionsspule 7 dann erzeugt,
wenn bei einer Hinbewegung des Erregermagneten 2 zum Sensordraht 6 der
Nordpol des Erregermagneten 2 einen ausreichend kleinen
Abstand von dem in 4 unten
liegenden Ende des Sensordrahtes 6 erreicht hat. Weil der
Erregermagnet mit nur einer Polarisierung auf das ferromagnetische Element
einwirkt, erfolgt das Rücksetzen
des Sensordrahtes 6 mit Hilfe eines feststehenden Permanentmagneten 11,
der auf der dem Erregermagneten 2 gegenüberliegenden Seite des Sensordrahtes 6 in geringen
Abstand so angeordnet ist, dass die seine Magnetpole miteinander
verbindende Gerade 12 ebenfalls mit der Längsachse 5 des
Sensordrahtes 6 fluchtet, wobei seine Polung der des Erregermagneten 2 gerade
entgegengerichtet ist. Die Feldstärke des Permanentmagneten 11 ist
kleiner als die des Erregermagneten 2, so dass er nicht
verhindern kann, dass dieser bei ausreichender Annäherung die Weiss'schen Bezirke des
Sensordrahtes 6 umklappt. Kehrt der Erregermagnet 2 dann
seine Bewegungsrichtung um, klappt der Permanentmagnet 11 die Weiss' schen Bezirke des
Sensordrahtes 6 zurück, wenn
der Erregermagnet 2 einen ausreichend großen Abstand
erreicht hat.In 4 align the straight line 3 which are the magnetic poles of the excitation magnet 2 connects with each other, and the longitudinal axis 5 of the sensor wire 6 constantly with each other, and the voltage pulse used for counting is in the induction coil 7 then generated when the excitation magnet moves 2 to the sensor wire 6 the north pole of the excitation magnet 2 a sufficiently small distance from that in 4 bottom of the sensor wire 6 has reached. Because the excitation magnet acts on the ferromagnetic element with only one polarization, the sensor wire is reset 6 with the help of a fixed permanent magnet 11 that on the the excitation magnet 2 opposite side of the sensor wire 6 is arranged at a short distance so that the straight line connecting its magnetic poles to each other 12 also with the longitudinal axis 5 of the sensor wire 6 is aligned, its polarity being that of the excitation magnet 2 is just opposite. The field strength of the permanent magnet 11 is smaller than that of the excitation magnet 2 , so that it cannot prevent it from approaching the Weiss areas of the sensor wire with sufficient proximity 6 flips. The exciter magnet returns 2 then its direction of movement, the permanent magnet folds 11 the Weiss areas of the sensor wire 6 back when the excitation magnet 2 has reached a sufficiently large distance.
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die
Hin- und Herbewegung des Erregermagneten 2 senkrecht zu
der Geraden 3, die seine Magnetpole miteinander verbindet,
und der hierzu parallelen Längsrichtung 5 des
Sensordrahtes 6. Der zu zählende Spannungsimpuls wird
in der Induktionsspule 7 dann erzeugt, wenn sich der Erregermagnet 2 genügend weit
der in 5 gezeigten Stellung genähert hat,
in der die Gerade 3 und die Längsachse 5 in etwa
miteinander fluchten. Der hier ebenfalls vorgesehene Permanentmagnet 11 hat
eine entsprechende Funktion, wie dies unter Bezugnahme auf 4 erläutert wurde.At the in 5 shown embodiment, the back and forth movement of the excitation magnet 2 perpendicular to the straight line 3 , which connects its magnetic poles to each other, and the longitudinal direction parallel to this 5 of the sensor wire 6 , The voltage pulse to be counted is in the induction coil 7 then generated when the excitation magnet 2 enough in 5 has approached the position shown, in which the straight line 3 and the longitudinal axis 5 roughly aligned with each other. The permanent magnet also provided here 11 has a corresponding function, like this with reference to 4 was explained.
Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die
Hin- und Herbewegung des Erregermagneten 2 in Richtung
der Geraden 3, die seine Magnetpole miteinander verbindet,
und senkrecht zur Längsrichtung 5 des
ferromagnetischen Elementes 6 mit einer Hubweite, die zumindest
so groß ist,
dass bei einer vollständigen
Hin- und Herbewegung abwechselnd einmal der Südpol und einmal der Nordpol des
Erregermagneten 2 an dem zugewandten ferromagnetischen
Element 6 vorbeiläuft,
wobei dieses jedesmal ummagnetisiert und ein Spannungsimpuls in der
Induktionsspule 7 erzeugt wird, von denen der eine als
zu zählender
Impuls und der andere, der ein entgegengesetztes Spannungsvorzeichen
besitzt, als nicht zu zählender
weiterer Spannungsimpuls gewählt
werden kann. Ein gesonderter Permanentmagnet wird hier nicht benötigt Bei
allen diesen Ausführungsformen
kann der Erregermagnet 2 sowohl einen kreisförmigen als
auch einen quadratischen, oder einen anderen rechteckigen Querschnitt
aufweisen, um die aus ihm austretenden Magnetflusslinien so zu bündeln, daß sie in
optimaler Weise das ferromagnetische Element durchsetzen bzw. auf
dieses einwirken.At the in 6 shown embodiment, the back and forth movement of the excitation magnet 2 towards the straight line 3 that connects its magnetic poles, and perpendicular to the longitudinal direction 5 of the ferromagnetic element 6 with a stroke length that is at least so large that with a complete back and forth movement alternately once the south pole and once the north pole of the excitation magnet 2 on the facing ferromagnetic element 6 passes, this magnetized each time and a voltage pulse in the induction coil 7 is generated, one of which can be selected as a pulse to be counted and the other, which has an opposite voltage sign, can be selected as a further voltage pulse which is not to be counted. A separate permanent magnet is not required here. In all of these embodiments, the excitation magnet can 2 have both a circular and a square or another rectangular cross section in order to bundle the magnetic flux lines emerging from it in such a way that they optimally penetrate or act on the ferromagnetic element.
7 zeigt
zwei Varianten der Verarbeitungselektronik eines erfindungsgemäßen Positionsdetektors,
die sich hinsichtlich des abgefragten Spannungspegels voneinander
unterscheiden, bei dessen Erreichen ein Zähl- und Speichervorgang ausgelöst wird. 7 shows two variants of processing tion electronics of a position detector according to the invention, which differ from one another with regard to the queried voltage level, upon reaching which a counting and storage process is triggered.
Sämtliche
Schaltungseinheiten sind in einem durch eine gestrichelte Linie
angedeuteten IC-Baustein 20 untergebracht.All circuit units are in an IC module indicated by a dashed line 20 accommodated.
Im einzelnen umfaßt der IC-Baustein 20 eine Komparatorschaltung 22,
eine Gleichrichterschaltung 24, eine Spannungsbegrenzungsschaltung 26, einen
Kondensator 28, eine Steuerschaltung 30, eine nicht
flüchtige
Speicher- und Zählschaltung 32,
eine Daten-Leseschaltung 34 und zwei Dioden 36 und 37.The IC module comprises in detail 20 a comparator circuit 22 , a rectifier circuit 24 , a voltage limiting circuit 26 , a capacitor 28 , a control circuit 30 , a non-volatile memory and counting circuit 32 , a data reading circuit 34 and two diodes 36 and 37 ,
Die von den Anschlüssen 8 der
Induktionsspule 7 kommenden Spannungsimpulse werden dem IC-Baustein 20 über seine
Eingangsanschlüsse 39, 40 zugeführt, von
denen der erstere mit der durchgehenden Masseleitung 41 und
der andere mit der Gleichrichterschaltung 24 verbunden
ist.The one from the connectors 8th the induction coil 7 coming voltage pulses are the IC chip 20 through its input ports 39 . 40 supplied, of which the former with the continuous ground line 41 and the other with the rectifier circuit 24 connected is.
Die Gleichrichterschaltung 24 ist
durch ein Diodensymbol gekennzeichnet und kann im einfachsten Fall
aus einer einzigen Diode bestehen, die so gepolt ist, dass sie entweder
nur Spannungsimpulse mit negativer Amplitude oder, wie in 7 dargestellt, nur Spannungsimpulse
mit positiver Amplitude durchläßt.The rectifier circuit 24 is characterized by a diode symbol and, in the simplest case, can consist of a single diode that is polarized so that it either only has voltage pulses with a negative amplitude or, as in 7 shown, only passes voltage pulses with a positive amplitude.
Da an einer Diode in Durchlaßrichtung
eine vergleichsweise hohe Spannung abfällt, wird als Gleichrichterschaltung 24 vorzugsweise
ein Schalttransistor mit wesentlich kleinerer Durchlaßspannung verwendet,
der so gesteuert wird, dass er von der Induktionsspule 7 kommende
Spannungsimpulse mit vorgegebener Polarität durchläßt, Spannungsimpulse entgegengesetzter
Polarität
sperrt und überdies ein
Entladen des nachfolgenden Kondensators 28 über die
Induktionsspule 7 verhindert.Since a comparatively high voltage drops across a diode in the forward direction, it is used as a rectifier circuit 24 preferably a switching transistor with a much lower forward voltage is used, which is controlled so that it from the induction coil 7 transmits incoming voltage pulses with a given polarity, blocks voltage pulses of opposite polarity and also discharges the subsequent capacitor 28 via the induction coil 7 prevented.
Alternativ kann die Gleichrichterschaltung 24 auch
von einer Grätz-Brücke gebildet
werden, was den Vorteil aufweist, dass der Kondensator 28 durch alle
von der Induktionsspule 7 abgegebenen Spannungsimpulse
geladen und jede halbe Umdrehung gezählt und gespeichert werden
kann.Alternatively, the rectifier circuit 24 can also be formed by a Grätz bridge, which has the advantage that the capacitor 28 through all of the induction coil 7 voltage pulses and every half revolution can be counted and saved.
Um einen Zähl- und Speichervorgang erst dann
auszulösen,
wenn der Kondensator in dem erforderlichen Maße aufgeladen ist, wird das
Erreichen eines entsprechenden Spannungspegels mit Hilfe der Komparatorschaltung 22 abgefragt.In order to trigger a counting and storing process only when the capacitor has been charged to the required extent, the corresponding voltage level is reached with the aid of the comparator circuit 22 queried.
Bei einer ersten Variante ist die
Komparatorschaltung 22 über
eine Leitung 43 mit dem Eingangsanschluß 39 verbunden, an
dem die von der Induktionsspule kommenden Spannungsimpulse erscheinen.
Sie erzeugt in diesem Fall ein zu einem Zähl- und Speichervorgang führendes
Impulserkennungssignal z.B. dann, wenn die Amplitude eines solchen Spanungsimpulses
nach Durchlaufen eines positiven Maximalwertes einen vorgebbaren
Pegel von oben nach unten durchläuft,
da dies ein Hinweis darauf ist, dass der Kondensator 28 maximal
geladen ist. Auf diese Weise werden generell nur Spannungsimpulse einer
(hier: positiven) Polarität
und damit ganze Umdrehungen bzw. vollständige Hin- und Herbewegungen
gezählt.
Vorteilhaft ist bei dieser Anordnung, dass jeder zu zählende unabhängig vom
Ladezustand des Kondensators 28 erfassbar ist, den dieser unmittelbar
vor dem Auftreten dieses Spannungsimpulses aufweist.In a first variant, the comparator circuit is 22 over a line 43 with the input connector 39 connected, on which the voltage pulses coming from the induction coil appear. In this case, it generates a pulse detection signal which leads to a counting and storing process, for example when the amplitude of such a voltage pulse after passing through a positive maximum value passes a predetermined level from top to bottom, since this is an indication that the capacitor 28 is loaded to the maximum. In this way, only voltage impulses of a (here: positive) polarity and therefore complete revolutions or complete reciprocating movements are counted. It is advantageous with this arrangement that each to be counted regardless of the state of charge of the capacitor 28 is detectable, which it has immediately before the occurrence of this voltage pulse.
Bei einer zweiten Variante ist die
Komparatorschaltung 22 über
eine Leitung 44 mit dem Ausgang der Gleichrichterschaltung 24 verbunden,
d.h. sie fragt die am Kondensator anliegende Spannung ab und erzeugt
ein zu einem Zähl-
und Speichervorgang führendes
Impulserkennungssignal dann, wenn der beim Auftreten eines Spannungsimpulses
anstei gende Absolutwert dieser Spannung einen vorgebbaren Pegel
von unten nach oben überschreitet.
Dieser Pegel wird so gewählt,
dass er knapp unterhalb des durch die Spannungsbegrenzungsschaltung 26 vorgegebenen
Maximalwertes liegt, sein Überschreiten
also ebenfalls darauf hinweist, dass der Kondensator 28 (in
Kürze)
maximal geladen ist. Bei dieser Variante muß dafür gesorgt werden, dass die
Spannung am Kondensator 28 vor dem Auftreten eines zu zählenden
Spannungsimpulses unter den eben erläuterten Pegel abgesunken ist.
Man wird daher in diesem Fall nur eine Einweg-Gleichrichterschaltung 24 verwenden
und die Kapazität
des Kondensators 28, sowie den durch die Spannungsbegrenzungsschaltung 26 vorgegebenen
Maximalwert so auf den Strombedarf der aus dem Kondensator 28 zu
versorgenden Schaltungseinheiten abstimmen, dass der Kondensator 28 nach
der vollständigen
Durchführung
eines Zähl-
und Speichervorgangs ausreichend weit entladen ist. Alternativ oder
ergänzend
hierzu kann parallel zum Kondensator 28 einen steuerbaren Schalter,
z.B. in Form eines Schalttransistors vorgesehen werden, durch dessen
Schließen
der Kondensator 28 nach Beendigung eines jeden Zähl- und Speichervorgangs
zwangsweise vollständig
entladen wird.In a second variant, the comparator circuit is 22 over a line 44 with the output of the rectifier circuit 24 connected, ie it queries the voltage applied to the capacitor and generates a pulse detection signal leading to a counting and storing process when the absolute value of this voltage rising when a voltage pulse occurs exceeds a predeterminable level from bottom to top. This level is chosen so that it is just below that by the voltage limiting circuit 26 predetermined maximum value, so exceeding it also indicates that the capacitor 28 (shortly) is loaded to the maximum. With this variant it must be ensured that the voltage at the capacitor 28 before the occurrence of a voltage pulse to be counted has dropped below the level just explained. In this case, therefore, you only become a one-way rectifier circuit 24 use and the capacitance of the capacitor 28 , as well as by the voltage limiting circuit 26 predetermined maximum value so on the current demand from the capacitor 28 to match circuit units that supply the capacitor 28 is sufficiently discharged after a counting and storing process has been completed. Alternatively or in addition to this, parallel to the capacitor 28 a controllable switch, for example in the form of a switching transistor, can be provided by closing the capacitor 28 is forcibly fully discharged after each counting and storing process has ended.
Um zu verdeutlichen, dass von den
beiden Leitungen 43, 44 immer nur eine vorhanden
ist, sind sie durch strich-punktierte bzw. gestrichelte Linien dargestellt.To illustrate that of the two lines 43 . 44 there is only ever one, they are represented by dash-dotted or dashed lines.
Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Funktionen
hat die durch ein Zenerdiodensymbol gekennzeichnete Spannungsbegrenzungsschaltung 26 die
Aufgabe, die Ladespannung des Kondensators 28 auf einen
Wert zu begrenzen, der insbesondere für die vorzugsweise als FRAM-Schaltung
ausgebildete, nicht flüchtige
Zähl- und
Speicherschaltung 32 unkritisch ist. Zwar werden diese
Schaltungen durch zu hohe Versorgungsspannungen nicht sofort zerstört, doch
kann ihre Lebensdauer durch Überspannungen
erheblich verkürzt
werden.In addition to the functions already described, the voltage limiting circuit identified by a zener diode symbol has 26 the task, the charging voltage of the capacitor 28 to be limited to a value, in particular for the non-volatile counting and storage circuit, which is preferably designed as an FRAM circuit 32 is not critical. Although these circuits are not immediately destroyed by excessively high supply voltages, their lifespan can be considerably shortened by overvoltages.
Bei Anwendungsfällen, in denen eine besonders
hohe Lebensdauer keine Rolle spielt, kann die Spannungsbegrenzungsschaltung 26 bei
der ersten Variante, bei der die Komparatorschaltung über die Leitung 43 mit
dem Eingangsanschluß 39 verbunden ist,
auch weggelassen werden.The voltage limiting circuit can be used for applications in which a particularly long service life is irrelevant 26 in the first variant, in which the comparator circuit is connected via the line 43 with the input connector 39 connected is to be omitted too.
Eine FRAM-Zähl- und Speicherschaltung ist deshalb
vorteilhaft, weil sie einerseits sehr wenig Energie für einen
Zähl- und
Speichervorgang benötigt und
andererseits 1012 bis 1013 Speicherzyklen
ermöglicht.
Deshalb kann jeder einzelne Spannungsimpuls nicht nur gezählt sondern
auch sofort gespeichert werden. Bei Verwendung einer Speicher-Schaltungstechnologie,
deren Lebensdauer auf eine wesentlich geringere Zahl von Speicherzyklen
begrenzt ist, müßten dagegen
die Zählvorgänge von
den Speichervorgängen
getrennt werden. Überdies
müßte jeder
Spannungsimpuls so viel Energie zu Verfügung stellen, dass ein flüchtiger
Zähler
auch bei längeren Zeitabständen (beispielsweise
im Bereich von 1 sec.) zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen
aus dem Kondensator versorgt werden könnte, ohne seinen Zählwert zu
verlieren. Folgen bei dieser Technologie die zu zählenden
Spannungsimpulse mit kleineren Zeitabständen aufeinander, weil die
zu überwachende
Be wegung wieder schneller abläuft, so
müssen
sie zwar einzeln gezählt,
der Zählwert aber
erst dann in dem nicht flüchtigen
Speicher gespeichert werden, wenn der Kondensator bei wieder langsamer
werdender Bewegung wegen des damit verbundenen längeren Ausbleibens eines weiteren Zählimpulses
die erforderliche Versorgungsspannung zu verlieren droht. Wenn also
z.B. der Kondensator bei jedem Spannungsimpuls so viel Energie erhält, dass
im statistischen Mittel nur alle 100 Spannungsimpulse eine so lang
Impulspause auftritt, dass die Versorgungsspannung zu stark abzufallen
droht, beträgt
die Zahl der Speichervorgänge
nur ein Hundertstel der Zahl der zu zählenden Spannungsimpulse, wodurch
sich die Gesamtlebensdauer des nicht flüchtigen Speichers entsprechend
verlängert.A FRAM counting and storage circuit is advantageous because on the one hand it requires very little energy for a counting and storage process and on the other hand it enables 10 12 to 10 13 storage cycles. Therefore, each individual voltage pulse can not only be counted but also saved immediately. When using a memory circuit technology, the lifespan of which is limited to a much smaller number of memory cycles, on the other hand, the counting processes would have to be separated from the storage processes. In addition, each voltage pulse would have to provide so much energy that a volatile counter could be supplied from the capacitor even at longer time intervals (for example in the range of 1 sec.) Between successive voltage pulses without losing its count value. With this technology, if the voltage pulses to be counted follow one another with shorter time intervals because the movement to be monitored runs faster again, they must be counted individually, but the count value must only be saved in the non-volatile memory when the capacitor becomes slower again Movement threatens to lose the required supply voltage due to the associated lack of a further count pulse. If, for example, the capacitor receives so much energy with every voltage pulse that, on statistical basis, there is a pulse pause so long only every 100 voltage pulses that the supply voltage threatens to drop too much, the number of storage processes is only one hundredth of the number of voltage pulses to be counted, which extends the overall lifespan of the non-volatile memory accordingly.
Mit andren Worten: Die sehr große Lebensdauer
der FRAM-Schaltungen ermöglicht
es jeden einzelnen Spannungsimpuls nicht nur zu zählen sondern
den zugehörigen
Zählwert
auch jeweils sofort zu speichern und wegen des geringen Energiebedarfs Sensoranordnungen
zu verwenden, die pro Spannungsimpuls vergleichsweise wenig elektrische
Energie liefern, da keine Impulspausen überbrückt werden müssen.In other words: The very long life
which enables FRAM circuits
it not only to count every single voltage pulse but also
the associated
count
can also be saved immediately and sensor arrangements due to the low energy requirement
to use the comparatively little electrical per voltage pulse
Deliver energy because there are no pulse pauses to bridge.
Der Kondensator 28 dient
als Energiespeicher, der nach dem Auftreten eines zu zählenden Spannungsimpulses
sowohl die Steuerschaltung 30 als vor allem auch die nicht
flüchtige
Zähl- und
Speicherschaltung 32 so lange mit elektrischer Energie versorgt,
bis letztere diesen Spannungsimpuls sicher verarbeitet hat, so dass
der Positionsgeber hinsichtlich der Zähl- und Speichervorgänge autark
arbeitet und nicht auf eine externe Spannungsversorgung angewiesen
ist.The condenser 28 serves as an energy storage device, both the control circuit after the occurrence of a voltage pulse to be counted 30 than above all the non-volatile counting and storage circuit 32 supplied with electrical energy until the latter has safely processed this voltage pulse, so that the position transmitter operates autonomously with regard to counting and storing processes and is not dependent on an external voltage supply.
Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen,
dass von einem Verwender an den Anschluß 50 zu jedem beliebigen Zeitpunkt
ein Abfragesignal angelegt werden kann, aufgrund dessen die Daten-Leseschaltung 34 den
in der Zähl-
und Speicherschaltung enthaltenen Zählerstand lesen und über die
Datenleitung 54 an den Verwender gegebenenfalls in umkodierter
und mit Protokollbits versehener Form abgeben, d.h. als Schnittstelle
zu einem Verwender arbeiten soll. Es besteht somit die Möglichkeit,
dass ein vom Verwender kommendes Abfragesignal und ein durch einen
zu zählenden
Spannungsimpuls ausgelöstes,
von der Komparatorschaltung 22 abgegebenes Impulserkennungssignal
gleichzeitig oder mit einem so kurzen zeitlichen Abstand auftreten,
dass sich die durch sie ausgelösten
Vorgänge
gegenseitig stören
könnten. Um
dies zu verhindern ist die Steuerschaltung 30 vorgesehen,
deren Aufbau und Funktionsweise unter Bezugnahme auf 8 noch genauer erläutert werden.At the in 7 The embodiment shown is assumed to be from a user to the connection 50 An interrogation signal can be applied at any time, on the basis of which the data reading circuit 34 read the counter reading contained in the counter and memory circuit and via the data line 54 to be given to the user, if necessary, in a recoded form and provided with protocol bits, ie to work as an interface to a user. There is therefore the possibility that an interrogation signal coming from the user and a voltage pulse to be counted, from the comparator circuit 22 emitted pulse detection signal occur simultaneously or with such a short interval that the processes triggered by them could interfere with each other. To prevent this is the control circuit 30 provided, their structure and operation with reference to 8th are explained in more detail.
Da die Möglichkeit besteht, dass vor
einem Zeitpunkt, in dem das Abfragesignal angelegt wird, seit längerer Zeit
kein Zählvorgang
mehr stattgefunden hat, und der Kondensator 28 somit keine
elektrische Energie zur Verfügung
stellen kann, wird eine an die Anschlüsse 48, 49 anzulegende,
externe Energieversorgung für
die Steuerschaltung 30 und die Daten-Leseschaltung 34 benötigt. Die
Diode 37 sorgt dafür,
dass der Kondensator 28 keinesfalls als Energiequelle für die Daten-Leseschaltung 34 dient,
während
die Diode 36 verhindert, dass durch das Anlegen der externen
Energieversorgung der Kondensator 28 aufgeladen bzw. in
der Zähl-
und Speicherschaltung ein fehlerhafter Zähl- und Speichervorgang ausgelöst wird.Since there is a possibility that a counting process has not taken place for a long time before a time in which the interrogation signal is applied, and the capacitor 28 thus no electrical energy can be made available to the connections 48 . 49 External power supply to be applied for the control circuit 30 and the data read circuit 34 needed. The diode 37 ensures that the capacitor 28 by no means as an energy source for the data reading circuit 34 serves while the diode 36 prevents the capacitor from being applied by the external power supply 28 charged or a faulty counting and storing process is triggered in the counting and storing circuit.
Ein Lesevorgang wird durch ein Lesesignal eingeleitet,
das vom Eingang 50 des IC-Bausteins 20 her über die
Leitung 51 der Steuerschaltung 30 und der Daten-Leseschaltung 34 zugeführt wird.
Wird als Daten-Leseschaltung 34 eine I²C-Schnittstelle verwendet,
so verzögert
diese nach dem Auftreten eines Lesesignals ihren über die
Leitung 46 erfolgenden Zugriff auf die Zähl- und
Speicherschaltung 32 standardmäßig um eine festgelegte Zeitspanne,
was in den 7 und 8 durch ein in der Leitung 46 liegendes
Verzögerungsglied 47 symbolisiert
ist. Nach dieser Verzögerungszeit
wird der in der Zähl-
und Speicherschaltung 32 enthaltene Zählerstand über die Datenleitung 52 an
die Daten-Leseschaltung 34 übertragen.A read process is initiated by a read signal from the input 50 of the IC module 20 forth over the line 51 the control circuit 30 and the data reading circuit 34 is fed. Used as a data read circuit 34 uses an I²C interface, it delays its after the occurrence of a read signal via the line 46 access to the counter and memory circuit 32 by default for a specified period of time, what in the 7 and 8th through a on the line 46 lying delay element 47 is symbolized. After this delay time, the counting and storage circuit 32 included counter reading via the data line 52 to the data reading circuit 34 transfer.
Die Datenleitung 54 kann
auch Teil einer Busleitung sein oder durch eine Funkverbindung zwischen
einem in der Daten-Leseschaltung 34 enthaltenen, nicht
dargestellten Sender und einem beim Verwender befindlichen Empfänger ersetzt
werden. Da im allgemeinen einem Empfänger mehrere Positionsgeber
mit jeweils einem Sender zugeordnet sind, wie dies beispielsweise
bei der zentralisierten Erfassung von Umdrehungen von Wasser- oder
Gaszählern
oder dergl. der Fall ist, muß jeder
Positionsgeber nicht nur den jeweiligen Zählerstand sondern auch bei
ihm gespeicherte, ihn eindeutig identifizierende Kenndaten an den
zentralen Verwender senden. Bei der Initüerung des Systems können diese Kenndaten
sowie ein Ausgangs-Zählerstand
durch die Daten-Leseschaltung 34 in die der Zähl- und Speicherschaltung 32 eingelesen
werden. Dies wird durch den in Gegenrichtung weisenden Pfeil 53 in
der Datenleitung 52 symbolisiert.The data line 54 can also be part of a bus line or by a radio link between one in the data reading circuit 34 contained, not shown transmitter and a receiver located at the user to be replaced. Since several position transmitters, each with a transmitter, are generally assigned to a receiver, as is the case, for example, with the centralized detection of revolutions of water or gas meters or the like Send uniquely identifying data to the central user. When initiating the system, these can Characteristic data and an output counter reading by the data reading circuit 34 into that of the counter and memory circuit 32 be read. This is indicated by the arrow pointing in the opposite direction 53 in the data line 52 symbolizes.
Aufgabe der Steuerschaltung 30 ist
es, bei einem zeitlichen Zusammentreffen zwischen einem Zähl- und
Speichervorgang einerseits und einem Lesevorgang andererseits eine
gegenseitige Störung zu
verhindern, da, wie erwähnt,
diese beiden Ereignisarten voneinander völlig unabhängig jederzeit auftreten können.Task of the control circuit 30 is to prevent mutual interference in the event of a temporal encounter between a counting and storing process on the one hand and a reading process on the other hand, since, as mentioned, these two types of event can occur at any time completely independently of one another.
Wie 8 zeigt,
umfaßt
die Steuerschaltung 30 zu diesem Zweck folgende Bestandteile:How 8th shows includes the control circuit 30 for this purpose the following components:
-
– Einen
ersten Speicher 70, der als Flip-Flop ausgebildet sein
kann, das normalerweise zurückgesetzt
ist (logisch Null am Q-Ausgang) und durch ein über die Leitung 71 von
der Komparatorschaltung 22 an seinen Takteingang gelegtes
Impulserkennungssignal gesetzt wird, so dass es an seinem Q-Ausgang
eine als Zählsignalpegel
dienende logische Eins abgibt,- A first store 70 , which can be designed as a flip-flop, which is normally reset (logic zero at the Q output) and by a via the line 71 from the comparator circuit 22 pulse detection signal applied to its clock input is set so that it outputs a logical one serving as a count signal level at its Q output,
-
– einen
zweiten Speicher 72, der als Flip-Flop ausgebildet sein
kann, das normalerweise zurückgesetzt
ist (logisch Eins am Q-Ausgang) und durch ein über die Leitung 51 an
seinen Takteingang gelegtes Abfragesignal gesetzt wird, so dass
es an seinem Q-Ausgang eine als Sperrsignalpegel dienende logische
Null abgibt,- a second store 72 , which can be designed as a flip-flop, which is normally reset (logic one at the Q output) and by a via the line 51 interrogation signal applied to its clock input is set, so that it outputs a logical zero serving as a blocking signal level at its Q output,
-
– eine
Sperrschaltung 74, die als UND-Gatter mit zwei Eingängen ausgebildet
sein kann, von denen der eine mit dem Q-Ausgang des ersten Speichers 70 und
der andere mit dem Ausgang eines ODER-Gatters 75 verbunden
ist, von dessen beiden Eingängen
der eine mit dem Q-Ausgang des zweiten Speichers 72 und
der andere mit dem Ausgang der Sperrschaltung 74 verbunden
ist. Dieser Ausgang steuert weiterhin den einen Eingang eines UND-Gatters 77 direkt
und den anderen Eingang dieses UND-Gatters 77 über ein
Verzögerungsglied 78 an.
Die Sperrschaltung 74 gibt einen vom ersten Speicher 70 kommenden
Zählsignalpegel über das
UND-Gatter 77 und die Leitung 76 nur dann an einen
flankenempfindlichen Zähleingang
der Zähl-
und Speicherschaltung 32 zur Auslösung eines Zähl- und
Speichervorgangs weiter, wenn an ihrem anderen Eingang kein Sperrsignalpegel
anliegt.- a blocking circuit 74 , which can be designed as an AND gate with two inputs, one of which with the Q output of the first memory 70 and the other with the output of an OR gate 75 is connected, of whose two inputs one with the Q output of the second memory 72 and the other with the output of the blocking circuit 74 connected is. This output also controls the one input of an AND gate 77 directly and the other input of this AND gate 77 via a delay element 78 on. The blocking circuit 74 gives one from the first memory 70 coming count signal level via the AND gate 77 and the line 76 only then to an edge-sensitive counter input of the counter and memory circuit 32 continue to trigger a counting and storing process if there is no blocking signal level at its other input.
Nach Beendigung des Speichervorgangs
in der Zähl-
und Speicherschaltung 32 wird von dieser auf der Leitung 79 ein
Rücksetzimpuls
an den ersten Speicher 70 gegeben, und nach Beendigung
der Datenausgabe an den Verwender wird von der Daten-Leseschaltung 34 auf
der Leitung 80 ein Rücksetzimpuls
an den zweiten Speicher 72 gegeben.After completion of the storage process in the counter and storage circuit 32 is from this on the line 79 a reset pulse to the first memory 70 given, and upon completion of data output to the user by the data read circuit 34 on the line 80 a reset pulse to the second memory 72 given.
Das UND-Gatter 77, das Verzögerungsglied 78 und
das ODER-Gatter 75 bilden eine Spikes-Fallen- und Halteschaltung,
die dann, wenn ein Zählsignalpegel
und ein Sperrsignalpegel nahezu gleichzeitig auftreten, das Erscheinen
undefinierter Spikes am Eingang der Zähl- und Speicherschaltung verhindert.The AND gate 77 , the delay element 78 and the OR gate 75 form a spike trap and hold circuit which, when a count signal level and a lock signal level occur almost simultaneously, prevents the appearance of undefined spikes at the input of the counting and storage circuit.
Die Funktionsweise der Steuerschaltung 30 ist
folgende: Gibt die Komparatorschaltung auf der Leitung 71 ein
Impulserkennungssignal ab, so wird der erste Speicher 70 gesetzt.How the control circuit works 30 is the following: Returns the comparator circuit on the line 71 a pulse detection signal, the first memory 70 set.
Ist der zweite Speicher 72 nicht
gesetzt, weil kein unmittelbar vorausgehendes Abfragesignal über die
Leitung 51 angelegt wurde, so hält die logische Eins an seinem
Q-Ausgang die Sperrschaltung 74 geöffnet und der am Q-Ausgang
des ersten Speichers 70 erscheinende Zählsignalpegel gelangt über das
UND-Gatter 77 mit einer durch das Verzögerungsglied 78 bewirkten,
sehr kurzen Verzögerung an
die Zähl-
und Speicherschaltung 32 und löst dort einen Zähl- und
Speichervorgang aus.Is the second store 72 not set because there is no immediately preceding query signal via the line 51 logic one holds the blocking circuit at its Q output 74 opened and at the Q output of the first memory 70 appearing count signal level passes through the AND gate 77 with one through the delay element 78 caused very short delay to the counter and memory circuit 32 and triggers a counting and storing process there.
Kommt kurze Zeit später ein
Abfragesignal auf der Leitung 51, so wird zwar der zweite
Speicher 72 gesetzt, doch bleibt die dadurch an seinem Q-Ausgang
erscheinende logische Null unwirksam, da das ODER-Gatter 75 die
am Ausgang der Sperrschaltung 74 als Zählsignalpegel vorhandene logische
Eins an den zweiten Eingang der Sperrschaltung 74 legt,
so dass diese sich selbst hält,
solange der erste Speicher 70 nicht zurückgesetzt wird. Dieses kurze
Zeit nach einem Impulserkennungssignal auftretende Abfragesignal
kann den gerade laufenden Zähl-
und Speichervorgang nicht stören,
da, wie bereits erwähnt,
die Daten-Leseschaltung 34 auf die Zähl- und Speicherschaltung 32 mit
der durch das Verzögerungsglied 47 symbolisierten
Verzögerungszeit
zugreift, die so groß ist,
dass auch bei extrem kurzem Abstand zwischen Impulserkennungssignal und
nachfolgendem Abfragesignal der Zähl- und Speichervorgang mit
Sicherheit beendet ist, wenn der Zugriff durch die Daten-Leseschaltung 34 erfolgt.A query signal comes on the line a short time later 51 the second memory 72 is set, but the logical zero that appears at its Q output remains ineffective because the OR gate 75 the one at the output of the blocking circuit 74 logical one present as count signal level at the second input of the blocking circuit 74 so that it keeps itself as long as the first memory 70 is not reset. This interrogation signal occurring shortly after a pulse detection signal cannot interfere with the counting and storing process which is currently running, since, as already mentioned, the data reading circuit 34 on the counter and memory circuit 32 with that through the delay element 47 symbolized delay time accesses, which is so great that even with an extremely short distance between the pulse detection signal and the subsequent query signal, the counting and storage process is certain to be completed when the data reading circuit accesses it 34 he follows.
Ist jedoch beim Setzen des ersten
Speichers 70 der zweite Speicher 72 bereits gesetzt,
weil vor dem Impulserkennungssignal ein Abfragesignal aufgetreten
ist, so sperrt die logische Null am Q-Ausgang des gesetzten zweiten
Speichers 72 über
das ODER-Gatter 75 die Sperrschaltung 74 und der
am Q-Ausgang des ersten Speichers 70 erscheinende Zählsignalpegel.
bleibt solange unwirksam, bis ein von der Daten-Leseschaltung über die
Leitung 80 kommendes, die erfolgreiche Beendigung des Daten-Lesevorgangs
anzeigendes Signal den zweiten Speicher 72 zurücksetzt,
wodurch die Sperrschaltung 74 freigegeben wird und der „zwischengespeicherte" Zählsignalpegel
in der oben beschriebenen Weise einen Zähl-und Speichervorgang auslösen kann.However, this is when the first memory is set 70 the second store 72 already set because an interrogation signal has occurred before the pulse detection signal, the logic zero is blocked at the Q output of the set second memory 72 via the OR gate 75 the blocking circuit 74 and that at the Q output of the first memory 70 appearing count signal levels. remains ineffective until one of the data read circuit on the line 80 coming signal indicating the successful completion of the data read operation the second memory 72 resets, causing the blocking circuit 74 is released and the "temporarily stored" count signal level can trigger a counting and storing process in the manner described above.
Tritt ein Impulserkennungssignal
mit so kurzem zeitlichen Abstand nach einem Abfragesignal auf, dass
zwar der Signalpegel am Ausgang der Sperrschaltung 74 noch
kurz ansteigt, das ODER-Gatter aber die Sperrschaltung 74 dann
doch schließt,
so wird der dadurch entstehende „Spike" durch die von dem Verzögerungsglied 78 und
dem UND-Gatter 77 gebildete Spikes-Falle unterdrückt.If a pulse detection signal occurs with such a short interval after an interrogation signal that the signal level at the output of the blocking circuit 74 increases briefly, but the OR gate but the blocking circuit 74 then closes, the resulting "spike" is caused by the delay element 78 and the AND gate 77 formed spike trap suppressed.
Da die Steuerschaltung 30 sowohl
dann arbeiten muß,
wenn ein zu zählender
Spannungsimpuls auftritt aber keine externe Versorgungsspannung
an die Anschlüsse 48, 49 gelegt
ist, als auch dann, wenn eine Abfrage erfolgen soll, ohne dass der Kondensator 28 eine
ausreichende Versorgungsspannung liefert, ist sie mit den beiden
Energiequellen verbunden, wobei, wie bereits erwähnt, die Dioden 36, 37 zur
Entkoppelung dienen.Because the control circuit 30 both have to work when a voltage pulse to be counted occurs but no external supply voltage to the connections 48 . 49 is placed, as well as when a query is to be made without the capacitor 28 provides a sufficient supply voltage, it is connected to the two energy sources, and, as already mentioned, the diodes 36 . 37 serve for decoupling.
Die in 9 gezeigte
Verarbeitungselektronik für
einen erfindungsgemäßen Positionsdetektor umfaßt in der
gleichen Weise, wie dies unter Bezugnahme auf 7 erläutert
wurde, eine Gleichrichterschaltung 24, einen Kondensator 28,
eine Spannungsbegrenzungsschaltung 26, eine Komparatorschaltung 22,
die entweder über
die Leitung 43 die an den Eingangsanschlüssen 39, 40 auftretenden
Spannungsimpulse oder über
die Leitung 44 die am Kondensator 28 anliegende
Spannung abfragt, um ein Impulserkennungssignal abzugeben, das hier
anders als bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel – und das
ist wichtig – nicht über eine
Steuerschaltung sondern unmittelbar über die Leitung 71 an den
Zähleingang
einer nicht flüchtigen
Zähl- und Speicherschaltung 32 gelangt, über deren
Datenleitung 52 der jeweils erreichte Zählerstand an eine Daten-Leseschaltung 34' abgegeben werden
kann, die diese Daten über
eine Datenleitung 54, die auch eine Funkstrecke sein kann,
gewünschtenfalls
in umkodierter und mit Protokollbits versehener Form an einen Verwender
weiter gibt.In the 9 Processing electronics shown for a position detector according to the invention comprises in the same way as this with reference to FIG 7 has been explained, a rectifier circuit 24 , a capacitor 28 , a voltage limiting circuit 26 , a comparator circuit 22 that are either on the line 43 on the input ports 39 . 40 occurring voltage pulses or via the line 44 the one on the capacitor 28 applied voltage queries in order to emit a pulse detection signal, which here, unlike the previously described embodiment - and this is important - not via a control circuit but directly via the line 71 to the counter input of a non-volatile counter and memory circuit 32 arrives via their data line 52 the counter reading reached in each case to a data reading circuit 34 ' This data can be delivered via a data line 54 , which can also be a radio link, if desired, to a user in a recoded form and provided with protocol bits.
Ansonsten gilt hier das in Verbindung
mit 7 für diese
Schaltungsteile Gesagte in gleicher Weise, so dass auf eine erneute
Beschreibung verzichtet werden kann.Otherwise this applies in connection with 7 for these circuit parts in the same way, so that a new description can be dispensed with.
Der wesentliche Unterschied zu dem
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass hier die Weitergabe der Daten nicht in Reaktion auf
ein vom Verwender kommendes Abfragesignal erfolgt, das zu jedem
beliebigen Zeitpunkt auftreten kann, sondern von der Steuerschaltung 30' durch ein auf
der Leitung 82 an die Daten-Leseschaltung angelegtes Signal
ausgelöst
wird, das gegen die zu zählenden
Spannungsimpulse so zeitversetzt erzeugt wird, dass es zu keiner
gegenseitigen Störung
zwischen dem Zähl-
und Speichervorgang einerseits und dem Lesevorgang andererseits
kommen kann.The essential difference from the exemplary embodiment described above is that the data is not forwarded in response to a query signal coming from the user, which can occur at any time, but from the control circuit 30 ' through one on the line 82 is triggered signal applied to the data reading circuit, which is generated with a time delay against the voltage pulses to be counted, that there can be no mutual interference between the counting and storing process on the one hand and the reading process on the other.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Konzeptes liegt
darin, dass die gesamte Verarbeitungselektronik autark, das heißt von einer
externen Versorgung mit elektrische Energie völlig unabhängig arbeiten kann.A major advantage of this concept is
in that the entire processing electronics are self-sufficient, i.e. from one
external supply of electrical energy can work completely independently.
Zu diesem Zweck umfaßt die Schaltungsanordnung
eine weitere Gleichrichterschaltung 24', die so gepolt ist, dass sie mit
den Spannungsimpulsen, die eine zu den zu zählenden Spannungsimpulsen entgegengesetzte
Polarität
besitzen, einen weiteren Kondensator 28' auflädt, dessen Ladespannung mit Hilfe
einer weiteren Komparatorschaltung 22' überprüft wird. Immer dann, wenn diese
Ladespannung einen vorgegebenen Pegel überschreitet, gibt die Komparatorschaltung 22' auf der Leitung 71' ein Signal
an die Steuerschaltung 30',
die darauf hin über die
Leitungen 82, 83 die Daten-Leseschaltung 34' bzw. die Zähl- und
Speicherschaltung 32 für
einen Lesevorgang über
die Datenleitung 52 und eine nachfolgende Weitergabe der
Daten auf der Datenleitung 54 ansteuert.For this purpose, the circuit arrangement comprises a further rectifier circuit 24 ' which is polarized in such a way that with the voltage pulses which have a polarity opposite to the voltage pulses to be counted, a further capacitor 28 ' charges its charging voltage with the help of another comparator circuit 22 ' is checked. Whenever this charging voltage exceeds a predetermined level, the comparator circuit gives 22 ' on the line 71 ' a signal to the control circuit 30 ' that point out over the lines 82 . 83 the data reading circuit 34 ' or the counting and storage circuit 32 for a read operation via the data line 52 and a subsequent transfer of the data on the data line 54 controls.
Da das Überschreiten des vorgegebenen Pegels
der Ladespannung des weiteren Kondensators 28' immer nur dann
auftreten kann, wenn ein Spannungsimpuls erscheint, dessen Polarität der Polarität der zu
zählenden
Spannungsimpulse entgegengesetzt ist, kann es zu keiner zeitlichen
Kollision zwischen den Zähl-
und Speichervorgängen
einerseits und den Lesevorgängen
andererseits kommen. Die Steuerschaltung 30' kann daher wesentlich einfacher
aufgebaut sein, als dies für
die Steuerschaltung 30 beschrieben wurde, da sie nach ihrer
Ansteuerung durch die Komparatorschaltung 22' lediglich für die richtige zeitliche Reihenfolge
der Steuersignale an die Zähl-
und Speicherschaltung 32 und die Daten-Abfrageschaltung 34' sorgen muß.Because exceeding the predetermined level of the charging voltage of the further capacitor 28 ' can only ever occur when a voltage pulse appears whose polarity is opposite to the polarity of the voltage pulses to be counted, there can be no temporal collision between the counting and storing processes on the one hand and the reading processes on the other hand. The control circuit 30 ' can therefore be constructed much simpler than this for the control circuit 30 has been described since it is driven by the comparator circuit 22 ' only for the correct chronological order of the control signals to the counter and memory circuit 32 and the data polling circuit 34 ' must worry.
Wenn die Daten-Abfrageschaltung 34' einen Sender
umfaßt,
der für
die Weitergabe der Daten an den Verwender wesentlich mehr elektrische
Energie benötigt,
als in einem Spannungsimpuls enthalten ist, kann der weitere Kondensator 28' so groß ausgelegt werden,
dass er die Ladungen einer Vielzahl solcher Impulse integriert.
Der von der Komparatorschaltung 22' abgefragte Pegel wird dann so
gewählt,
dass er erst dann überschritten
wird, wenn der Kondensator durch eine entsprechend große Anzahl
von Spannungsimpulsen aufgeladen worden ist. In diesem Fall wird
der weitere Kondensator 28' im
allgemeinen nicht in dem IC-Baustein enthalten sein, zu dem die übrigen Schaltungsteile
vorzugsweise zusammengefaßt
sind.If the data query circuit 34 ' The further capacitor can include a transmitter that requires considerably more electrical energy than is contained in a voltage pulse for the transmission of the data to the user 28 ' be designed so large that it integrates the charges of a large number of such pulses. The one from the comparator circuit 22 ' The level queried is then selected such that it is only exceeded when the capacitor has been charged by a correspondingly large number of voltage pulses. In this case, the further capacitor 28 ' generally not be contained in the IC module, to which the other circuit parts are preferably combined.
Wird umgekehrt von der Daten-Leseschaltung 34' nur sehr wenig
Energie benötigt,
um die gespeicherten und verarbeiteten Daten an den Verwender weiterzugeben,
so kann die Stromversorgung sowohl der Steuerschaltung 30' als auch der
Daten-Leseschaltung 34' aus
dem Kondensator 28 erfolgen. Der Gleichrichter 24 ist
dann vorzugsweise als Grätz-Brücke ausgebildet,
während
der weitere Gleichrichter 24',
der weitere Kondensator 28' und die
weitere Komparatorschaltung 22' weggelassen werden können. Die
Steuerschaltung 30' kann
dann beispielsweise einen Daten-Lesevorgang dadurch ohne Kollisionsgefahr
auslösen,
daß sie
nach der Durchführung
eines jeden Zähl-
und Speichervorgangs unter Wahrung eines zeitlichen Sicherheitsabstandes
ein entsprechendes Steuersignal abgibt.Reversed by the data reading circuit 34 ' Very little energy is required to pass the stored and processed data on to the user, so the power supply to both the control circuit 30 ' as well as the data reading circuit 34 ' from the capacitor 28 respectively. The rectifier 24 is then preferably designed as a Grätz bridge, while the further rectifier 24 ' , the further capacitor 28 ' and the further comparator circuit 22 ' can be omitted. The control circuit 30 ' can then trigger, for example, a data reading process without the risk of collision by emitting a corresponding control signal after each counting and storing process, while maintaining a temporal safety margin.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwei Komparatoren 22 und 22' zu verwenden,
die beide die an den Eingängen 39, 40 erscheinenden
Spannungsimpulse so abfragen, daß der eine Komparator 22 ein
Impulserkennungssignal beispielsweise beim Auftreten eines jeden
positiven Spannungsimpulses und der andere Komparator 22' ein einen Daten-Lesevorgang
auslösendes
Signal beim Auftreten eines jeden negativen Spannungsimpulses abgibt,
wodurch ebenfalls eine gegenseitige Störung vermieden wird.Another option is to use two comparators 22 and 22 ' to use, both of which are at the inputs 39 . 40 Query appearing voltage pulses so that the one comparator 22 a pulse detection signal, for example when each positive voltage pulse occurs, and the other comparator 22 ' a data le emits the signal which triggers the occurrence of each negative voltage pulse, which also prevents mutual interference.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass
die Elektronik eines erfindungsgemäßen Positionsdetektors nicht
notwendiger Weise in unmittelbarer Nähe des Sensorteils (bestehend
aus wenigsten einem Erregermagneten, einem ferromagnetischen Element
und einer Induktionsspule) angeordnet sein muß. Vielmehr kann zwischen den
Anschlüssen 8 der
Induktionsspule 7 und den Eingangsanschlüssen 39, 40 der
Elektronik eine so lange Leitung vorgesehen werden, dass die Elektronik
näher beim
Verwender als beim Sensorteil liegt, wobei die Datenleitung 54 dann
entsprechend kurz ist. Auch in diesem Fall bilden Sensorteil und
Elektronik einen einheitlichen Positionsdetektor im Sinne der vorliegenden
Erfindung.It is expressly pointed out that the electronics of a position detector according to the invention do not necessarily have to be arranged in the immediate vicinity of the sensor part (consisting of at least one excitation magnet, one ferromagnetic element and one induction coil). Rather, between the connections 8th the induction coil 7 and the input connections 39 . 40 the electronics are provided with a line so long that the electronics are closer to the user than to the sensor part, the data line 54 then is correspondingly short. In this case too, the sensor part and electronics form a uniform position detector in the sense of the present invention.