DE2709156A1

DE2709156A1 - Acceleration indicator device generating electrical signals - has Hall generator or field plate mounted adjacent deflectable permanent magnet

Info

Publication number: DE2709156A1
Application number: DE19772709156
Authority: DE
Inventors: Dieter Wunder
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1978-09-07

Abstract

An acceleration indicator device generates electrical signals as a result of deflection, by an accelerating force, of a permanent magnet (4) relative to a magnetically controllable semiconductor device (6). A permanent magnet (4) is suspended by a leaf spring (3) from a surface (1). The spring may be deflected by means of an accelerating force. Beneath the magnet in its quiescent position, a magnetically controlled semiconductor device (6) is affixed to a lower surface (2). The semiconductor device, which may be a Hall generator or a field plate, generates a signal indicative of its horizontal relationship with the magnet. After amplification, the signal may be employed to actuate a moving coil instrument. Two semiconductor devices may be employed to sense movement of the magnet in orthogonal directions.

Description

Einrichtung zur Anzeige von Beschleunigungswerten Device for displaying acceleration values

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Anzeige von Beschleunigungswerten mit einem Mcs sp;cbcr zur Erzeugung eines der ßeschleunigung entsprecherlden elektrischenSignals, der eine durch die Beschleunigungskraft auslenkbare Masse und eine den ausgelenkten Weg in das elektrische Signal umformenden Wandler aufweist.The invention relates to a device for displaying acceleration values with a Mcs sp; cbcr for generating an electrical signal corresponding to the acceleration, one mass that can be deflected by the acceleration force and one that is deflected Has path in the electrical signal converting converter.

Bei derartigen bekannten Einrichtungen besteht insbesondere das Problem, den Weg, um den die Masse unter der Wirkung der Beschlunigungkrnft ausgelenkt wird, genau in ein entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Anzeige von Beschleunigungswerten zu schaffen, bei der die Umwandlung des durch die Bewegung einer Masse unter dem Einfluss der Beschleunigungskraft zurückgelegten Wegs in ein elektrisches Signal mit möglichst geringem Aufwand und trotzdem genügend genau erfolgt. Die Umwandlung bzw. Umformung des Wegs in das elektrische Signal soll durch Reibungseinflüsse möglichst nicht verfälscht werden. Der hierzu vorgesehene Messgeber soll sich durch Robustheit und Wartungsfreiheit auszeichnen.In such known devices there is a particular problem the path by which the mass is deflected under the effect of the acceleration force, to convert exactly into a corresponding electrical signal. It is therefore a task of the present invention, a device for displaying acceleration values to create in which the transformation of the by the movement of a mass under the Influence of the acceleration force of the distance covered in an electrical signal with as little effort as possible and still done with sufficient accuracy. The transformation or conversion of the path into the electrical signal should as far as possible through the influence of friction not be adulterated. The encoder provided for this purpose should be robust and maintenance-free.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs beschriebenen Einrichtung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass als Masse ein federnd gelagerter Permanentmagnet vorgesehen ist und dass in einem Abstand zu dem Permanentmagneten in seinem Magnetfeld ein magnetisch steuerbares Halbleiterelement in dem Messgeber ortsfest angeordnet ist.This task is based on the facility described above solved according to the invention in that the mass is a resiliently mounted permanent magnet is provided and that at a distance from the permanent magnet in its magnetic field a magnetically controllable semiconductor element arranged in a stationary manner in the encoder is.

In dieser Einrichtung wird die Beschleunigungskraft in vorteilhafter Weise reibungsfrei in einen entsprechenden Weg umgewandelt. Auch die Umformung des Wegs in ein elektrisches Signal erfolgt reibungsfrei, da das Halbleiterelement durch die Verschiebung des von dem Permanentmagneten ausgehenden magnetischen Feldes gesteuert wird. Das von dem Halbleiter erzeugte elektrische Signal kann in üblicher Weise einfach über eine Verstärkerschaltungsanordnung auf ein einfaches Anzeigeinstrument geleitet werden. Die gesamte Einrichtung ist somit besonders einfach und praktisch völlig wartungsfrei. Trotzdem lässt sich mit ihr eine hohe Messgenauigkeit erreichen.In this device, the acceleration force becomes more advantageous Way smoothly converted into a corresponding path. The transformation of the Way into an electrical signal occurs without friction because the semiconductor element by shifting the magnetic field emanating from the permanent magnet is controlled. The electrical signal generated by the semiconductor can in conventional Easily accessible via amplifier circuitry on a simple display instrument be directed. The entire facility is therefore particularly simple and practical completely maintenance free. Nevertheless, a high level of measurement accuracy can be achieved with it.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung ist der Permanentmagnet an einer Blattfeder hängend befestigt. Durch die Blattfeder wird der Auslenkung des Permanentmagneten eine Vorzugsrichtung, nämlich senkrecht zu der relativ grossen Oberfläche der Blattfeder, gegeben. Dadurch ist die Einrichtung zur genauen Messung einer Beschleunigungskomponente besonders geeignet, da die Beschleunigungsmessung in der gewünschten Richtung durch eine senkrecht hierzu orientierte Beschleunigungskomponente nicht verfälscht wird. Diese Einrichtung ist also als Einwegmessgeber besonders geeignet.In a preferred embodiment of the device, the permanent magnet is attached to a leaf spring hanging. The deflection is caused by the leaf spring of the permanent magnet has a preferred direction, namely perpendicular to the relatively large one Surface of the leaf spring, given. This provides the facility for accurate measurement an acceleration component, since the acceleration measurement in the desired direction by an acceleration component oriented perpendicular to it is not adulterated. This device is special as a disposable encoder suitable.

Eine Variante der Einrichtung besteht darin, dass der Permanentmagnet zwischen zwei in Beschleunigungsrichtung orientierten Schraubenfedern angeordnet ist. Diese Einrichtung bedingt zwar einen grösseren Aufwand, ist aber insofern unter Umständen zweckmässig, da der Permanentmagnet über einen grösseren Weg in einem konstanten senkrechten Abstand zu dem Halbleiterelement geführt werden kann.A variant of the device is that the permanent magnet arranged between two helical springs oriented in the direction of acceleration is. This facility requires a greater effort, but is insofar under Expedient in certain circumstances, since the permanent magnet over a larger path in one constant perpendicular distance to the semiconductor element can be performed.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist die Einrichtung mit den Merkmalen ausgestaltet, dass zwei magnetisch steuerbare Halbleiterelemente um 90° versetzt angeordnet sind und dass der Permanentmagnet an einem Federdraht hängend befestigt ist.According to a further idea of the invention, the device is with the features designed that two magnetically controllable semiconductor elements to Are arranged offset by 90 ° and that the permanent magnet is suspended from a spring wire is attached.

Diese Einrichtung umfasstalso einen Zweiweggeber, da 3edes Halbleiterelement die Auslenkung des Permanentmagneten in einer von zwei senkrecht zueinander orientierten Beschleunigungsrichtungen in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt.This device thus comprises a two-way transducer as the semiconductor element the deflection of the permanent magnet in one of two mutually perpendicular Directions of acceleration into a corresponding electrical signal converts.

Zur gleichmässigenMessung der Beschleunigungskomponente übt der Federdraht, an dem der Permanentmagnet aufgehängt ist, auf diesen eine von dem Betrag der Auslenkung, nicht aber von der Richtung der Auslenkung abhängige Rückstellkraft aus. Dieser Zweiwegmessgeber ist also im Hinblick auf die Messaufgabe ebenfalls relativ einfach.To measure the acceleration component evenly, the spring wire exercises on which the permanent magnet is suspended, on this one of the amount of deflection, however, the restoring force does not depend on the direction of the deflection. This Two-way encoder is also relatively simple with regard to the measurement task.

Vorzugsweise ist die Einrichtung mit dem Zweiwegmessgeber so aufgebaut, dass der Permanentmagnet sich in der Ruhelage in annähernd gleichem Abstand zu den beiden Halbleiterelementen befindet. Damit können die von den beiden Halbleiterelementen gelieferten elektrischen Signale unmittelbar miteinander verglichen werden.The device with the two-way encoder is preferably constructed in such a way that that the permanent magnet is in the rest position at approximately the same distance to the two semiconductor elements is located. This allows the two semiconductor elements supplied electrical signals can be compared directly with one another.

In einer Variante der Einrichtung mit dem Zweiweggeber steht 3edes der beiden Halbleiterelemente mit 3e einem Anzeigeinstrument zur Anzeige einer Beschleunigungskomponente in Verbindung.In a variant of the device with the two-way encoder, 3 is available of the two semiconductor elements with 3e a display instrument for displaying an acceleration component in connection.

Das Anzeigeinstrument kann in diesem Fall ein einfaches Drehspulinstrument sein. Mit beiden Anzeigeinstrumentenwerden zwei Beschleunigungskomponenten - entsprechend der Anordnung der Halbleiterelemente - in zwei zueinander senkrecht stehenden Beschleunigungsrichtungen gemessen.In this case, the display instrument can be a simple moving-coil instrument be. With both display instruments, two acceleration components become - correspondingly the arrangement of the semiconductor elements - in two mutually perpendicular directions of acceleration measured.

Die Einrichtung mit dem Zweiwegmessgeber kann aber auch zur Beschleunigungsrichtungsanzeige in vorteilhafter Weise abgewandelt werden. In diesem Fall hat die Einrichtung das Merkmal, dass zur Anzeige der Beschleunigungsrichtung ein Kreuzspulinstrument vorgesehen ist, das mit den beiden Halbleiterelementen in Verbindung steht. Mit dem Kreuzspulinstrument wird der Quotient der elektrischen Signale gebildet, die von beiden Halbleiterelementen erzeugt werden. Dadurch wird die Resultierende beider Beschleunigungskomponenten angezeigt.The device with the two-way encoder can also be used to indicate the direction of acceleration can be modified in an advantageous manner. In this case the facility has that Feature that a cross-coil instrument is provided to display the direction of acceleration is associated with the two semiconductor elements. With the cross-coil instrument the quotient of the electrical signals generated by the two semiconductor elements be generated. This becomes the resultant of both acceleration components displayed.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die in zum Teil schematlacherDarstellung Ausführungsbeisplele enthält, näher erläutert.The invention is based on the drawing, which is partially schematic representation Contains execution examples, in more detail explained.

Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht des Messgebers, der als Einwegmessgeber ausgebildet ist, Fig. 2 eine Vorderansicht des Messgebers nach Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht auf den Messgeber nach Fig. 1 (geschnitten), Fig. 4 einen Zweiwegmessgeber in einer Seitenansicht, Fig. 5 den Zweiwegmessgeber nach Fig. 4 in einer Draufsicht (geschnitten), und Fig. 6 eine Variante des Einwegmessgebers in einer Seitenansicht.The figures show: FIG. 1 a side view of the measuring transducer, which is used as a disposable measuring transducer FIG. 2 shows a front view of the measuring transducer according to FIG. 1, FIG. 3 shows a Top view of the measuring transducer according to FIG. 1 (cut), FIG. 4 a two-way measuring transducer in a side view, FIG. 5 the two-way measuring transducer according to FIG. 4 in a plan view (cut), and FIG. 6 shows a variant of the disposable encoder in a side view.

In den Figuren 1 und 2 gehören die Flächen 1 und 2 zu einem bewegten System, beispielsweise einem Landfahrzeug oder einem Wasserfahrzeug. An der Fläche 1 ist eine Blattfeder 3 angebracht, an deren unterem Ende ein Permanentmagnet 4 befestigt ist. Die Blattfeder ist unter dem Einfluss einer Beschleunigungskraft in der Richtung des in Fig. 3 dargestellten Pfeils 5 auslenkbar.In FIGS. 1 and 2, surfaces 1 and 2 belong to a moving one System, for example a land vehicle or a watercraft. On the surface 1 a leaf spring 3 is attached, at the lower end of which a permanent magnet 4 is attached is attached. The leaf spring is under the influence of an acceleration force can be deflected in the direction of the arrow 5 shown in FIG. 3.

Unterhalb des Permanentmagneten in dessen Ruhelage ist an der unteren Fläche 2 in einem senkrechten Abstand zu dem Permanentmagneten ein magnetisch steuerbarer Halbleiter 6 ortsfest angebracht. Der Halbleiter kann aus einem Hallgenerator bzw. Hallchip oder einer Feldplatte bestehen.Below the permanent magnet in its rest position is on the lower one Area 2 at a perpendicular distance to the permanent magnet is a magnetically controllable Semiconductor 6 fixedly attached. The semiconductor can consist of a Hall generator or Hall chip or a field plate.

Die voranstehend beschriebenen Elemente bilden Teile eines Einwegmessgebers. Bei Einwirkung einer Beschleunigungskraft in Richtung des Pfeils 5 in Fig. 3 wird der Permanentmagnet 4 gegenüber dem magnetisch steuerbaren Halbleiterelement 6 verschoben. Das in dem Halbleiterelement erzeugte elektrische Signal, das im wesentlichen dem horizontalen Abstand zwischen Permanentmagneten und dem Halbleiterelement entspricht, kanr.The elements described above form parts of a disposable encoder. When an acceleration force acts in the direction of arrow 5 in FIG the permanent magnet 4 is displaced relative to the magnetically controllable semiconductor element 6. The electrical signal generated in the semiconductor element, which is essentially the horizontal distance between Permanent magnets and the semiconductor element corresponds, canr.

nach Verstärkung in einer nicht dargestellten Verstärkerschaltungsanordnung mit einem ebenfalls nicht dargestellten Drehspulinstrument angezeigt werden.after amplification in an amplifier circuit arrangement (not shown) are displayed with a moving-coil instrument, also not shown.

Indemim in den Figuren 4 und 5 dargestellten Zweiwegmesswertgeber ist der Permanentmagnet 4 mittels eines Federdrahts 7 mit der oberen Fläche verbunden. Der Federdraht 7 kann im Unterschied zu der in den Fig. 1 - 3 gezeigten Blattfeder in Jeder annähernd horizontalen Richtung unter der Uberwindung gleicher RUckstellkräfte pro Auslenkwinkel ausgelenkt werden. Dem Permanentmagneten sind im gleichen Abstand zwei magnetisch steuerbare Halbleiterelemente 8 und 9 zugeordnet, die rechtwinklig zueinander versetzt sind. Jedes Halbleiterelement ist zur Messung der Beschleunigung in einer Beschleunigungsrichtung entsprechend dem Doppelpfeil 10 bzw. 11 vorgesehen.By means of the two-way transducer shown in FIGS. 4 and 5 the permanent magnet 4 is connected to the upper surface by means of a spring wire 7. In contrast to the leaf spring shown in FIGS. 1-3 in each approximately horizontal direction under overcoming the same restoring forces be deflected per deflection angle. The permanent magnets are at the same distance two magnetically controllable semiconductor elements 8 and 9 assigned, which are at right angles are offset from one another. Every semiconductor element is used to measure acceleration provided in an acceleration direction corresponding to the double arrow 10 and 11, respectively.

Mit der Anordnung nach den Figuren 4 und 5 kann ausser den in Fahrtrichtung eines Fahrzeugs auftretenden Beschleunigungs-bzw. Verzögerungswerten auch die in Kurven auftretende Querbeschleunigung angezeigt werden. Dabei dient das Halbleiterelement 8 zur AnZeige der Beschleunigung bzw. Verzögerung in Pahrtrichtung, während das Halbleiterelement 9 zur Anzeige der Querbeschleunigung vorgesehen ist. Jedem der beiden Halbleitereleiente ist hierzu eine Verstärkerschaltung und ein Anzeigetw trumentt nämlich ein Drehepulmesswerk (in der Zeichnung nicht dargestellt), zugeordnet.With the arrangement according to Figures 4 and 5, in addition to the in the direction of travel of a vehicle occurring acceleration or. Delay values also the in Lateral acceleration occurring in curves are displayed. The semiconductor element is used here 8 to display the acceleration or deceleration in the direction of travel, while the Semiconductor element 9 is provided for displaying the lateral acceleration. Each of the two semiconductor elements is an amplifier circuit and a display for this purpose Trumentt namely a Drehepulmesswerk (not shown in the drawing) assigned.

Der Zweiwegmessgeber nach den Figuren 4 und 5 kann auch als Geber zur Beschleunigungsrichtungsanzeige verwendet werden.The two-way measuring transducer according to FIGS. 4 and 5 can also be used as a transducer can be used to indicate the direction of acceleration.

Hierzu sind beide Halbleiterelemente 8 und 9 über eine Verstärkerschaltung mit der Kreuzspule eines Kreuzspulmesswerks zu verbinden (in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt), so dass der Quotient der von den Halbleiterelementen erzeugten Ausgangisignal. gebildet wird.For this purpose, both semiconductor elements 8 and 9 are connected via an amplifier circuit to be connected to the cross-coil of a cross-coil measuring mechanism (also in the drawing not shown), so that the quotient of the generated by the semiconductor elements Output signal. is formed.

In Figur 6 ist eine Variante des Einwegmessgebers dargestellt.In Figure 6, a variant of the disposable encoder is shown.

Diese Variante unterscheidet sich von der Ausführungsform nach den Figuren 1 - 3 vor allem dadurch* dass der Permanentmagnet 4 zwischen zwei:in Beschleunigungsrichtung orientierten Schraubenfedern 12 und 13, die an Wänden 14, 15 des bewegten Systems befestigt sind, angeordnet ist. Der Permanentmagnet 4 befindet sich in seiner Ruhestellung in einem senkrechten Abstand oberhalb des magnetisch steuerbaren Halbleiterelements 6.This variant differs from the embodiment according to the Figures 1 - 3 mainly because the permanent magnet 4 is between two: in the direction of acceleration oriented coil springs 12 and 13 attached to walls 14, 15 of the moving system are attached, is arranged. The permanent magnet 4 is in its rest position at a vertical distance above the magnetically controllable semiconductor element 6th

Zur definierten Anzeige in Fahrtrichtung 16 kann der Permanentmagnet 4 noch durch nicht dargestellte Mittel geführt sein.For a defined display in the direction of travel 16, the permanent magnet 4 still be performed by means not shown.

Im übrigen wirkt der Einwegmessgeber nach Fig. 6 grundsätzlich wie der Einwegmessgeber nach den Figuren 1 - 3, wobei 3edoch der Permanentmagnet 4 nach Fig. 6 im wesentlichen bei der Auslenkung seinen senkrechten Abstand zu dem magnetisch steuerbaren Halbleiteroleiont6 beibehält.Otherwise, the disposable encoder according to FIG. 6 basically acts like the disposable measuring transducer according to FIGS. 1-3, with the permanent magnet 4 according to FIG Fig. 6 essentially its perpendicular distance to the magnetic during the deflection controllable semiconductor oleiont6 maintains.

Claims

Claims 1. Device for displaying acceleration values with an encoder to generate an electrical output corresponding to the acceleration Signal, the one deflectable by the acceleration force mass and one the having deflected path in the electrical signal converting converter, thereby characterized in that a resiliently mounted permanent magnet (4) is provided as the mass and that at a distance from the permanent magnet and in its magnetic field at least one magnetically controllable semiconductor element (4) stationary in the encoder is arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (4) is attached to a leaf spring (3) hanging.

3, device according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (4) between two helical springs (12, 13) oriented in the direction of acceleration is arranged.

4. Device according to claim 1, characterized in that two magnetically controllable semiconductor elements (8, 9) are arranged offset by 900 and that the permanent magnet (4) is suspended from a spring wire (7).

5. Device according to claim 4, characterized in that the permanent magnet (4) in the rest position at approximately the same distance from both semiconductor elements (8, 9) is arranged.

6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that 3 each of the two semiconductor elements (8, 9) with one each Display instrument is connected to display an acceleration component.

7. Device according to claim 4 or 5, characterized in that a cross-coil instrument is provided to display the direction of acceleration, which is connected to both semiconductor elements (8, 9).