DE2240794A1

DE2240794A1 - Bewegungsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE2240794A1
Application number: DE19722240794
Authority: DE
Inventors: William Hargreaves
Original assignee: MEDCRAFT Inc
Current assignee: MEDCRAFT Inc
Priority date: 1971-08-20
Filing date: 1972-08-18
Publication date: 1973-03-01
Also published as: FR2151336A5; JPS4830450A; NL7211279A

Description

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IR. August 1972

j ' Medcraft Incorporated, Skippack (Pennsylvania, USA)

Bewegungsmeßvorrichtung

Es sind zahlreiche Vorrichtungen zum Messen von Bewegungen mit Hilfe von Hall-Generatoren bekannt. Diese bekannten Bewegungsmeßvorrichtungen haben jedoch gewöhnlich den Nachteil, daß auf sie einwirkende magnetische Streu-I felder zu einer Veränderung des die Bewegung anzeigenden I Signals führen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung

' dieses Nachteils.

Die erfindungsgemäße Bewegungsmeßvorrichtung besitzt zwei Hall-Generatoren, die einander so zugeordnet sind, daß ■- die Wirkungen magnetischer Slieufeider neutralisiert werden . und das bewegungsanzeigende Signal in keiner Weise beein-[ flüssen. Zum Messen der Bewegung genügt schon ein einziger Hall-Generator. Der zweite Hall-Generator gewährleistet die Unempfindlichkeit gegenüber magnetischen Streufeldern. Die ; beiden Hall-Generatoren sind in derselben Ebene im Abstand

: voneinander angeordnet, und. ihre Ausgänge sind gegenpolig

paralleJgeschaltet. Die beiden Hall-Generatoren liegen • parallel zu den Polen eines Dauermagneten, der gegenüber den

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ORIGINAL INSPECTED

Hall-Generatoren beweglich ist und ein zu ihnen senkrechtes Nagnetfeld erzeugt.

Die Hall-Generatoren sind relativ zu dem beweglichen Dauermagneten so angeordnet, dan die Vorrichtung in einer Stellung des Magneten ein Nullsignal erzeugt. Wenn sich der Dauermagnet aus seiner Nullstellung bewegt, erzeugt die Vorrichtung ein Signal, dessen Größe den Betrag der Bewegung aus der Nullstellung und dessen Polarität die Richtung der Bewegung aus der Nullstellung anzeigt.

Die Ausgänge der Hall-Generatoren sind gegenpolig parallelgeschaltet, so daß die Einwirkung von magnetischen Streufeldern zu gegengleichen Ausgängen der beiden Hall-Generatoren führt und diese Ausgänge einander aufheben. Das auf die Einwirkuna von magnetischen Streufeldern zurückzuführende Ausgangssignal der erfindungsgemäßen Bewegurgsmeßvorrichtung ist daher gleich Null, und am Ausgang der Vorrichtung erscheint nur das hewegungsanzeigende Signal. Auf diese Weise wird eine hohe Genauigkeit der erfindungsgemäßen Bewegungsmeßvorrichtung gewährleistet.

Im Betrieb einer zum Messen von Drehbewegungen dienenden Ausfuhrungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird der Dauermagnet um eine gegenüber den beiden Hall-Generatoren zentrierte Achse gedreht. Die auf die beiden Ha11-Generatoren einwirkenden Magnetfelder des Dauermagneten sind daher im Betrag gleich und in der Polarität einander entgegengesetzt. Wenn der eine Hall-Generator der Einwirkung eines Nordpols ausgesetzt wird, wirkt auf den anderen Hall-Generator ein Südpol ein. Da die Ausgänge der beiden Hall-Generatoren jedoch gegenpolig parallelgeschaltet sind, haben die von den beiden

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Hall-Generatoren erzeugten Signale dieselbe Polarität und dieselbe Größe. Die beiden parallelgeschalteten Hall-Generatoren wirken daher ähnlich wie zwei parallelgeschaltete Batterien. Da das von den beiden parallelgeschalteten Hall-Generatoren erzeugte Signal in jeder Hinsicht gleich dem von jedem einzelnen Hall-Generator erzeugten Signal ist. Bei fortschreitender Bewegung des Dauermagneten aus seiner Nullstellung nimmt die Größe des Ausgangssignals zu; seine Polarität ist von der Richtung abhängig, in welcher der Magnet aus seiner Nullstellung bewegt wird. Wie vorstehend angegeben wurde, gewährleisten die beiden einander gegenpolig parallelgeschalteten Ha11-Generatoren, daß die infolge der EinwMuing von magnetischen Streufeldern erzeigten Signale einander aufheben, ehe sie den Ausgang der erfindungsgemäßen Bewegungsmeßvorrichtung erreichen.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung einer Bewegungsmeßvorrichtung, deren Funktion von magnetischen Vorgängen abhängig ist und deren Genauigkeit durch magnetische Streufelder nicht beeinträchtigt wird.

Diese und weitere Aufgaben der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen hervor. In diesen zeigt

Fig. 1 in einer Draufsicht die erfindungsgemäße Bewegungsmeßvorrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. und

Fig. 3 ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Bewegungslfvor richtung

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Anhand der Figuren 1 und 2 wird der Aufbau einer Äusführungsform der erfindungsgemäßen Bewegungsmeßvorrichtung beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorrichtunq 5 besitzt ein Gehäuse Io, das von einer Längsbohrung 12 durchsetzt wird. Ein Dauermagnet 14 mit einem "ordpoi 16 und einem Südpol IQ wird von einer Welle 2o getragen und ist um die Längsachse der Bohrung 12 drehbar. Die Drehung des Dauermagneten 14 wird von einem Läufer 22 gesteuert, welcher der Einrichtung zugeordnet ist, deren Bewegung erfaßt werden soll. Beispielsweise kann man den Läufer 22 einem Teil einer Servoeinrichtung zuordnen, die zum Messen und Steuern von kleinen Winkelbewegungen dient.

In der Bohrung 12 ist ein Tragrohr 3o satt passend angeordnet, das eine Leiterplatte 32 trägt, die am Ende des Tragrohrs 3o im Bereich der Pole 16 und lfi des Dauermagneten 14 starr befestigt ist. An seinem von der Leiterplatte 32 entfernten Ende ist dag Tragrohr 3ö offen.

Auf dtr Well* 2o ist ein Laqetrinq 34 befestigt, der die Bewegung des Tragfohrs 3o in der Bohrung 12 begrenzt und damit den Abstand «wischen dem Magneten 14 und der Leiterplatte 32 steuert. Auf der Unterseite der Leiterplatte 32 sind zwei Hall-Generatoren 35 im Abstand voneinander auf entcföcfengesetfcten Selten des Maoneten 14 angeordnet. Die Hall-Generatoren sind elektrisch mit ßin^r Schaltung virbttnrfen,. άί& sich auf der Leiterplatte 32 befindet und nachstehfenrf Anhand der Fig. 3 genauer beschrieben wird.

in den Figuren 1 und 2 sind die HaIl-Generatoren 3 S und

der DauerlBÄgnet 14 in jener Stellung relativ aufeinander gezeigt, die def Hollstellung der erfin^unfTsgem<ißen fteweguntTsmeßvorrichtun«! 5 entspricht. Wrcnn jedoch der Läufer 22 in der einen odpf anderen Richtung bewegt und daher der Maanei 14 relativ t\i den Hai !-Generatoren 35 qedreht wird, erzeugen diese

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elektrische Signale. Da sich einer der Hall-Generatoren 35 näher bei dem Nordpol 16 und der andere Hall-Generator näher bei dem Südpol IR befindet, haben die von den Hall-Generatoren 35 erzeugten Signale dieselbe Größe, weil die Abstände der Hall-Generatoren von den entsprechenden Polen gleich sind, aber entgegengesetzte Polaritäten, weil die beiden Hall-Generatoren durch entgegengesetzte Magnetpole erregt werden. Da jedoch die Hall-Generatoren 35 einander gegenpolig geschaltet sind, wird das eine der beiden erzeugten elektrischen Signale effektiv invertiert, so daß an den Ausgangsklemmen der erfindungsgemäßen Schaltung Signale gleicher Polarität erscheinen. Wenn der Läufer 22 den Dauermagneten 14 aus seiner Nullstellung verdreht, nimmt die Größe des von der erfindungsgemäSen Bewegungsmeßvorrichtung erzeugten, resultierenden Signals zu.

Die Polarität des resultierenden Signals ist von der Richtung der Bewegung des Dauermagneten aus seiner Nullstellung abhängig.

Anhand der Fig. 3 wird jetzt die elektrische Schaltung der erfindungsaemäßen Bewegungsmeßvorrichtung beschrieben. Dabei ist der eine Hall-Generator mit 35 und der andere mit 35* bezeichnet.

Wie deutlich aus der Fig. 3 hervorgeht, sind die Ausgänge der beiden Hall-Generatoren 3Π und 35' aegenpolig parallelgeschaltet. Dies ist durch die Anordnung der Buchstaben A, B, C und η rJaraestellt.

Finanzer entsprechende ^lenente ^^er beiden Fall-Generatoren 35 und 35' sind mit gleichen ^ezugszeichen bezeichnet. Dabei sind die Bczugizeichen der Elenente'des Hall-Generators

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35' mit einem Strich (') versehen. Wenn auf die beiden Hall-Generatoren 35 und 35' dasselbe Magnetfeld einwirkt, hat das an der Klemme C des Hall-Generators 35 erscheinende Signal dieselbe Größe wie das an der Klemme D' des Hall-Generators 35' erscheinende Signal, aber die entgeqengesetzte Polarität. Dasselbe gilt für die Klemmen D und C.

über die Klemme 36 und die Widerstände 3« und 4o wird an jeden der Hall-Generatoren 35 und 35' ein Potential anaelegt. Man erkennt, daß der Widerstand 4o ein veränderbarer Widerstand mit einem Mittelabgriff ist und zum Abgleichen der Ausgangssignale der Hall-Generatoren 35 und 35' verwendet werden kann. Der Ausgang der Bewegungsmeßvorrichtung wird von Klemmen 42 und 44 abgenommen, die mit den Klemmen D, C bzw. C, D¹ der Hall-Generatoren 35 und 35' über ein Widerstandnetzwerk verbunden sind, das aus symmetrischen Widerstandspaaren 46 und 4R besteht.

Vorstehend wurde eine Ausftthrungsform der Erfindung in Form einer Bewegungsmeßvorrichtung beschrieben, die zum Messen einer Drehbewegung aus einer gegebenen Nullstellung dient. Die Vorrichtung ist im Aufbau einfach; sie kann zum Messen des Betrages und der Richtuna der Bewegung aus #er Null-Stelluna dienen, und sie ist qeaeniiber mannetJ sehen Streufeldern unempfindlich, ^ie vor! ieaen^e Ausführunasforrn dient zum Messen von Drehbewegungen, doch kann nan r'ie T.ehro der Erfinduno auch auf die Messunq von anderen als Drehbewegungen anwenden. Die beschriebene Bewenunqsmeßvorrir'it.unq besitzt zv/ei zweipolige Fall -Generatoren, aber man kann i*i Rahmen des Erfindunqsqedankens auch Hall-Generatoren mit einer anderen Anzahl al? "wei Mannfst.nolon verwenden. Diο Frfi.ndnr-v ist daher auf das vorstehen' beschriebene nicht eingeschränkt.

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Claims

Patentansprüche

Bewegungsmeßvorrichtung, gekennzeichnet durch einen be- \ j weglichen Dauermagneten mit zwei einander diametral entgegengesetzten Polen, von einander entgegengesetzter Polarität, einen ersten und einen zweiten Hall-Generator, die relativ zueinander ortsfest und in Bezug auf den Dauermagneten so angeordnet sind, daß in einer .vorherbestimmten Stellung des Dauermagneten Magnetfelder von gleicher Stärke und entgegen™ gesetzter Polarität auf den ersten und den zweiten Hall-Generator wirken, eine Ausgangseinrichtung zur Abgabe von elektrischen Signalen, die von den Hai!-Generatoren erzeugt worden sind, sowie eine Schaltung, in welcher der erste und der zweite Hall-Generator in Reihe gegeneinandergeschaltet sind, so daß unter der Einwirkung von Magnetfeldern derselben Stärke und derselben Polarität der erste und der zweite Hall-Generator elektrische Signale erzeugen, die sich unabhängig von der Stellung des beweglichen Dauermagneten zu Null addieren.
2. Bewegungsrneßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Hall-Generator in derselben Ebene liegen und auf der Bewegungsachse des Dauermagneten zentriert sind.
3. Beweguncismeßvorrichtung nach Anspruch 1, daduröh gekennzeiehnet, daß der Dauermagnet um eine Achse drehbar ist, die zentral zwischen-, seinem magnetischen Nord- und Südpol angeordnet ist, und die Hall-Generatoren in einer zu der Achse senkrechten Ebene in gleichen Abständen von der Achse angeordnet sind.

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4. Bewequngsmeßvorrichtunq nach Anspruch 3, ,gekennzeichnet durch ein Gehäuse zum Drehen des Dauermagneten und eine Einrichtung zum Befestigen des ersten und des zweiten Hall-Generators an dem Gehäuse.
5. Bewequngsmeßvorrichtunq nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die starr an dem Dauermagneten befestigt ist und dazu dient, ihn mit einem Glied zu verbinden, dessen Bewegung gemessen werden soll.
6. Bewegungsmeßvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Aufrechterhalten der Abstände zwischen dem Dauermagneten und dem ersten und zweiten Hall-Generator.
7. Bewegungsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anlegen einer Vorspannung an den ersten und den zweiten Hall-Generator und eine Einrichtung zum Abgleichen ^er an den ersten und den zweiten Hall-Generator angelegten Vorspannungen.

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