DE2631624B2 - Kompensationsschaltung für einen Winkelgeschwindigkeitssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kompensationsschaltung für einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit einem Rotor mit beabstandeten Vorsprüngen und einer dem Rotor zugeordneten Spule, in der eine erste Signalkomponente entsprechend den sich vorbeibewegenden Vorsprüngen induziert wird, wobei durch Exzentrizität des Rades eine zweite Signalkomponente in der Spule erzeugt wird.

Ein Winkelgeschwindigkeitssensor mit den oben genannten Merkmalen ist bereits bekannt (DE-OS 46132). Er zeichnet sich durch einen einfachen und einfach herstellbaren Aufbau aus. Der Rotor kann als einstückige Scheibe aus ferromagnetischem Material ausgebildet sein, während die Spule um ein oder zwei Ringkerne herumgewickelt ist, denen ein Permanentmagnet zugeordnet ist. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß bei unrundem Lauf des Rotors eine zusätzliche Modulation des induzierten Signals erfolgt, was zu Fehlauslösungen führen kann.

Für einen anders aufgebauten Winkelgeschwindigkeitssensor ist bereits bekanntgeworden, den unrunden Lauf zu kompensieren (DE-OS 21 26 708). Bei dem bekannten Winkelgeschwindigkeitssensor sind stabförmig ausgebildete Polkörper aus axial magnetisiertem permanentmagnetischem Material entlang mindestens einem Teilkreis in Achsrichtung am Rotor angebracht, während ein eine Spule tragendes Joch am Stator angeordnet ist, dessen freie Schenkel im Bereich der freien Stirnseiten der Polkörper im axialen Abstand von den Stirnseiten gehalten sind. Die Anbringung einer großen Anzahl von stabförmigen Permanentmagneten am Rotor ist äußerst aufwendig sowohl im Hinblick auf das Material als auch das Herstellungsverfahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Winkelgeschwindigkeitssensor der einfachen, eingangs beschriebenen Bauart eine wirksame Schaltung zur Kompensation des unrunden Laufes des Rotors zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Komparator mit einem nichtinvertierenden Eingang und einem invertierenden Eingang vorgesehen ist, eine erste Demodulationsschaltung beide Signalkomponenten aufnimmt und mit ihrem Ausgang am nichtinvertierenden Eingang angeschlossen ist, eine zweite Demodulationsschaltung über einen Einstellwiderstand beide Signalkomponenten aufnimmt und mit ihrem Ausgang an dem invertierenden Eingang angeschlossen ist, und die Zeitkonstante der ersten Demodulationsschaltung wesentlich größer als die Perioden der ersten Signalkomponente und kleiner als die Perioden der zweiten Signalkomponente ist, während die Zeitkonstante der zweiten Demodulationsschaltung erheblich größer ist als die der ersten Demodulationsschaltung.
Bei der Erfindung wird der unrunde Lauf des Rotors auf elektrischem Wege kompensiert, indem eine zweite Demodulationsschaltung vorgesehen ist und die Ausgänge beide: Demodulationsschaltungen auf den invertierenden bzw. nicht-invertierenden Eingang eines Komparators gegeben werden. Als Schaltungsbauteile können handelsübliche Komponenten verwendet werden. Da es sich um eine miniaturisierbare elektronische Schaltung handelt, wird die Baugröße eines Winkelgeschwindigkeitssensors dadurch kaum beeinflußt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Ringkern 10 neben einem sich drehenden Rotor 12 angeordnet. Der Rotor 12 dreht sich um seine Achse 13 und besitzt eine Vielzahl von hervorstehenden Zähnen 14 an seinem Umfang, die durch die Zwischenräume 16 getrennt sind und die nacheinander neben dem Kern vorbeibewegt werden, wenn der Rotor wie durch den Pfeil dargestellt, rotiert. Die Zähne 14 sind bezüglich des Kerns so dimensioniert, daß der Kern 10 im wesentlichen magnetisch gesättigt ist, wenn er neben einem der Zähne 14 steht, und daß der Kern ungesättigt ist, wenn er neben einem der Zwischenräume 16 steht. Auf diese Weise wird der Kern 10 aufeinanderfolgend gesättigt und ungesättigt entsprechend der Winkelgeschwindigkeit des Rotors.

Ein Permanentmagnet 19 ist neben dem Umfang des Kernes 10 auf der gegenüberliegenden Seite des Rotors 12 gelagert. Der Magnet 19 ist so magnetisiert, daß seine Längsseiten 21 und 23 entgegengesetzte Polaritäten besitzen, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Der Zweck des Permanentmagneten 19 ist es, einem magnetischen Fluß durch den Kern 10 zu dem Rotor 12 zu liefern, da dieses vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material gebildet wird. Falls der Rotor 12 aus

einem magnetischen Material hergestellt ist, würde das die Herstellungskosten wesentlich erhöhen, jedoch könnte der kleine Permanentmagnet 19 dann weggelassen werden.

Eine Wicklung 18 ist um den Ringkern 10 angeordnet und mit einem Hochfrequenzoszillator 20 verbunden, um ein Trägersignal an den Kern 10 zu liefern. Der Oszillator 20 kann ein beliebiger Typ sein und ist in der dargestellten Ausführung ein Colpitts-Oszillator, dessen Frequenz in der Größenordnung von 1 MHz liegt. Der Oszillator 20 besitzt einen Transistor 22, dessen Emitter 24 mit de/ Wicklung 18 und dessen Kollektor 26 mit dem Anschluß 28 einer positiven Spannungsquelle verbunden ist Die Basis 30 des Transistors 22 liegt an Jem Verbindungspunkt von zwei Widerständen 32 und 34. Die andere Seite des Widerstandes 34 liegt an dem geerdeten Anschluß 36. während die andere Seite des Widerstandes 32 mit dem Kollektor 26 des Transistors 22 verbunden ist. Ein Koppelkondensator 38 liegt zwischen der Basis 30 und dem einen Ende der Verbindung eines Kondensators 40 und einer Induktivität 42, deren anderes Ende mit dem geerdeten Anschluß 36 verbunden ist. Der zweite Anschluß des Kondensators 40 ist mit der Verbindung eines weiteren Kondensators 44 und dem Emitter 24 des Transistors 22 verbunden. Die zweite Seite des Kondensators 44 ist ebenfalls mit dem Anschluß 36 verbunden. Die Kondensatoren 40 und 44 und die Induktivität 42 bilden die frequenzbestimmenden Elemente des Oszillators 20. Der Strom von dem Oszillator 20 fließt durch die Wicklung 18 und einen Widerstand 46, der in Reihe mit der Wicklung 18 liegt, nach Erde über den Anschluß 48.

Der soeben beschriebene Schaltungsabschnitt ist aus dem Stand der Technik bei Schaltungen zum Erfassen der Geschwindigkeit bekannt, vgl. die DE-OS 24 46 132. Um die Modulation durch unrunden Lauf des Rotors zu eliminieren, die auf der Exzentrizität des Rotors 12 beruhen, verwendet vorliegende Schaltung die Demodulations- und Ausgangsschaltung 50. Diese besitzt einen Eingangsanschluß 52, der mit der Verbindung des Widerstandes 46 und der Wicklung 18 verbunden ist, sowie einen Ausgangsanschluß 54. Das zusammengesetzte modulierte Eingangssignal, das an dem Anschluß 52 erscheint, hat eine Signalkomponente, die von der Winkelgeschwindigkeit des Rotors 12 abhängig ist. Falls der Rotor 12 ein perfekt justiertes Rad wäre, besäße er keine Exzentrizität bezüglich seiner Achse 13. Jedoch ist es in der Praxis unmöglich, bei vertretbaren Kosten einen Rotor herzustellen, der nicht zumindest ein gewisses Maß an Exzentrizität besitzt. Diese Exzentrizität liefert eine unerwünschte Modulation des Trägersignals, das falsche Geschwindigkeitsanzeigen verursachen kann. Die Demodulations- und Ausgangsschaltung 50 liefert ein Mittel, wodurch die Modulationskomponente, die durch die Exzentrizität des Rotors erzeugt wird, im wesentlichen eliminiert wird.

Die Schaltung 50 weist zwei Demodulationsschaltungen 56 und 58 auf. Der Ausgang der Schaltung 56 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang 60 einer Komparatorschaltung 62 verbunden, während der Ausgang der Demodulationsschaltung 58 mit dem invertierenden Eingang 64 des Komparators 62 verbunden ist. Ein verstellbarer Widerstand 65 zur Verstärkungsregelung für die Schaltung 58 ist mit der Verbindung des Eingangs der Schaltung 56 und des Eingangs der Schaltung 58 verbunden.

Die Demodulationsschaltung 56 besteht aus einer Diode 66, deren Anode 68 mit dem Eingangsanschluß 52 und deren Kathode 70 mit dem einen Ende eines Kondensators 72 verbunden ist, dessen zweite Seite an dem geerdeten Anschluß 74 liegt. Ein Widerstand 76 liegt parallel zu dem Kondensator 72, wobei ein Ende des Widerstandes 76 mit dem geerdeten Anschluß 74 verbunden ist und die andere Seite des Widerstandes an dem nichtinvertierenden Eingang 60 des Komparators 62 liegt.

Die Demodulationsschaltung 58 besteht aus einer

lu Diode 78, deren Anode 80 mit dem einen Ende des Widerstands 65 und deren Kathode 82 mit dem einen Anschluß eines Kondensators 84 verbunden ist, dessen andere Seite an dem geerdeten Anschluß 86 liegt. Ein Widerstand 88 liegt parallel zu dem Kondensator 84,

H wobei das eine Ende des Widerstandes mit dem geerdeten Anschluß 86 und das andere Ende des Widerstandes mit dem invertierenden Eingang 64 des Komparators 62 verbunden ist.

Die Werte für den Kondensator 72 und den Widerstand 76 der Schaltung 56 werden so ausgewählt, daß der Ausgang der Demodulationsschaltung 56 an den nichtinvertierenden Eingang 60 ein Signal liefert, das sowohl für die erwünschte Geschwindigkeitsmodulationskomponente und die unerwünschte Modulationskomponente, bewirkt durch den unrunden Lauf, kennzeichnend ist. Die Zeitkonstante des Kondensators 72 und des Widerstands 76 sollte wesentlich größer als die Periode (\f) der Trägerfrequenz und kleiner als die Modulationsperiode sein. Für einen Roter mit 60 Zähnen der sich mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, die 160 km/Stunde (100 Meilen/Stunde) entspricht, beträgt die Modulationsfrequenz etwa 1 kHz. Modulationen durch unrunden Lauf treten typischerweise mit einem Zyklus pro Rotor-Umdrehung auf (d. h. bei

J5 diesem Beispiel 1 kHz: 60 = 17 Hz). Der Kondensator 72 erhält für diesen Fall einen Wert von 0,01 μΡ und der Widerstand 76 einen Wert von 100 kü.

Der Kondensator 84 der Schaltung 58 besitzt einen wesentlichen größeren Wert als der Kondensator 72, und der Wert des Widerstands 88 ist dementsprechend wesentlich größer als der Wert des Widerstands 76. Somit ist die RC-Zeitkonstante für die Demodulatorschaltung 58 erheblich größer als die RC-Zeitkonstante für die Demodulatorschaltung 56. Die Modulationswirksamkeit der Schaltung 58 für die gewünschte Signalmodulation ist dementsprechend sehr viel geringer und somit im wesentlichen eine Funktion lediglich des Modulationssignals durch den unrunden Lauf. Der Einstellwiderstand 65 wird verwendet, um die Amplitude des Signals der Schaltung 56 zu dem Anschluß 64 des Komparators 62 zu verringern. Das Signal an dem Anschluß 60 ist daher in der Lage, über und unter dem Niveau des Signals, das an dem Anschluß 64 erscheint, zu schwingen.

■y, Der Komparator 62 ist eine bekannte Schaltung, die so ausgelegt ist, daß sie eine hohe Verstärkung besitzt, so daß jedesmal, wenn das Signal am Anschluß 60 das Signal am Anschluß 64 übertrifft, der Ausgang 54 von dem einen Signalniveau auf das ande^re schaltet, um ein

ho digitales Ausgangssignal zu liefern. Die Anzahl der Ausgangsimpulse, die am Ausgang 54 während eines gegebenen Zeitraumes erscheinen, ist gleich der Anzahl der Zähne 14, die den Kern 10 während dieses Zeitraumes passiert haben. Auf diese Weise wird ein

t->") Impulssignal 90 erzeugt, das direkt proportional der Geschwindigkeit des Rotors 12 ist und das im wesentlichen durch eine Exzentrizität des Erregerringes unbeeinflußt ist.

Der Kondensator 84 kann einen Wert in der Größenordnung von 0,2 μ,Ρ besitzen, während der Widerstand 88 in der Größenordnung von 1 Megohm liegen kann, um eine RC-Zeitkonstante für die Demodulatorschaltung 58 zu liefern, die etwa 200mal größer als die RC-Zeitkonstante für die Demodulationsschaltung 56 ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kompensationsschaltung für einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit einem Rotor mit beabstandeten Vorsprüngen und einer dem Rotor zugeordneten Spule, in der eine erste Signalkomponente entsprechend den sich vorbeibewegenden Vorsprüngen induziert wird, wobei durch Exzentrizität des Rades eine zweite Signalkomponente in der Spule erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator (62) mit einem nichtinvertierenden Eingang (60) und einem invertierenden Eingang (64) vorgesehen ist, eine erste Demodulationsschaltung (56) beide Signalkomponenten aufnimmt und mit ihrem Ausgang am nichtinvertierenden Eingang (60) angeschlossen ist, eine zweite Demodulationsschaltung (58) über einen Einstellwiderstand (65) beide Signalkomponenten aufnimmt und mit ihrem Ausgang an dem invertierenden Eingang (64) angeschlossen ist, und die Zeit-Konstante der ersten Demodulationsschaltung (56) wesentlich größer als die Perioden der ersten Signalkomponente und kleiner als die Perioden der zweiten Signalkomponente ist, während die Zeit-Konstante der zweiten Demodulationsschaltung (58) erheblich größer ist als die der ersten Demodulationsschaltung (56).

2. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Demodulationsschaltungen (56, 58) je eine Diode (66, 78) einen Kondensator (72, 84) und einen Widerstand (76, 88) aufweisen.

3. Kompensationsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (18) auf einen Ringkern (10) gewickelt ist und der eine Anschluß der Spule (18) von einem Oszillator (20) gespeist ist, während der andere Anschluß der Spule an den Eingang (52) der Kompensationsschaltung (50) gelegt ist.

4. Kompensationsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (52) der Kompensationsschaltung (50) über einen Widerstand (46) geerdet ist.