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Einrichtung zur berUhrungs- und kontaktlosen Abfrage
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eines Informationsträgers, insbesondere der Ziffernrolle eines Zählwerkes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur berWhrungs- und kontaktlosen
Abfrage eines Informationsträgers, insbesondere der Ziffernrolle eines Zählwerkes,
der eine Information als Codezeichen in Form von abwechselnd ferromagnetischen und
nichtmagnetischen Bereichen trägt, mit einem am Informationsträger entlangführbaren
Abtastorgan, das einen Magneten und ein in dessen Magnetkreis angeordnetes magnetfeldempfindliches
Bauelement umfaßt, wobei die ferromagnetischen Bereiche nacheinander jeweils zumindest
einen Teil des magnetischen Rückschlusses im gesamten Magnetkreis bilden.
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Eine solche Einrichtung ist in verschiedenen AusfUhrungsformen aus
der deutschen Offenlegungsschrift 1 474 466 bekannt. Bei der einfachsten Ausführungsform
besteht das Abtastorgan aus einem U-förmigen Permanentmagneten und einer auf seinem
Nordpol angeordneten Feldplatte.
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Anstelle der Feldplatte kann auch ein Hallgenerator als magnetempfindliches
Bauelement Verwendung finden. Der
Informationsträger besteht aus
einem unmagnetischen Material. Auf ihm sind ferromagnetische Streifen ein-oder aufgesetzt.
Die Länge dieser Streifen entspricht dem Abstand der beiden Pole des Magneten. Solange
den beiden Magnetpolen unmagnetisches Material oder aber ferromagnetisches Material
mit großem Abstand gegenübersteht, ist der magnetische Streufluß relativ groß, so
daß der das magnetfeldempfindliche Bauelement durchsetzende magnetische Fluß relativ
klein ist. Wird nun der Informationsträger oder das Abtastorgan bewegt und gelangt
dabei ein ferromagnetischer Streifen vor die Pole des Permanentmagneten, so bildet
dieser Streifen einen magnetischen Rückschluß, und der Hauptfluß geht durch das
magnetfeldempfindliche Bauelement. Dies macht sich in einem Anstieg des elektrischen
Widerstands bzw. in der Abgabe einer Hallspannung ungleich Null Volt bemerkbar.
Mit Hilfe einer Meßstufe und einer nachgeschalteten Impulsformerstufe wird das auf
diese Weise gewonnene Signal geformt.
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Ein Hallgenerator hat den Nachteil, daß er eine verhältnismäßig kleine
Spannung abgibt, die ohne Zwischenverstärkung nicht verarbeitet werden kann. Das
Meßsignal ist daher u. U. störanfällig.
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Eine elektrische Auswerteschaltung für eine Einrichtung zur berUhrungs-
und kontaktlosen Abfrage eines Informationsträgers, die mit einem Hallgenerator
arbeitet, wird im einzelnen in der deutschen Patentschrift 1 424 851 beschrieben.
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Es ist bereits an sich bekannt, einen sogenannten Wiegand-Draht oder
Wiegand-Leiter als Schwellwertsensor für ein relativ schwaches magnetisches Feld
zu benutzen.
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Bei einem Wiegand-Leiter handelt es sich um ein ferro-
magnetisches
Material in Form eines Drahtes, das Gedächtniseigenschaften besitzt. Durch Kaltverformen
wird in den Draht eine schraubenzieherförmige Magnetisierung eingebracht, deren
Longitudinalkomponente im äußeren Teil des Drahtes antiparallel zu der im inneren
Teil verläuft. Der Drahtdurchmesser beträgt einige 100 Mikrometer und die Länge
einige Zentimeter. Wirkt auf den Draht von außen ein Magnetfeld in geeigneter Richtung
ein, so wird der innere Bereich spontan ummagnetisiert.
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Dies bewirkt an den Enden einer benachbarten Meßspule, die z. B. 1000
Windungen hat, einen Spannungsimpuls, der z. B. eine Höhe von 2 Volt und eine Dauer
von 20 Mikrosekunden besitzt. Die Impulsdauer ist unabhängig von der Änderung des
Magnetfeldes. Das Bauelement ist von - 1960 C bis + 3000 C einsetzbar. Weitere Einzelheiten
über den Wiegand-Leiter sind angegeben in der Zeitschrift wElectronics", und zwar
vom 10. Juli 1975, Seiten 100 bis 105, vom 14. April 1977, Seiten 39 und 40, sowie
vom 28. April 1977, Seiten 85 und 86.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur berUhrungs-
und kontaktlosen Abfrage eines Informationsträgers der eingangs genannten Art so
auszugestalten, daß das Abtastorgan von sich aus - ohne Verwendung zusätzlicher
Verstärkerelemente - eine nennenswerte Spannung abgibt, um ein störsicheres Meßsignal
zu erhalten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als magnetfeldempfindliches
Bauelement ein Wiegand-Leiter vorgesehen ist, der magnetisch mit einer Meßspule
gekoppelt ist.
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Ein Wiegand-Leiter besitzt, wie bereits erwähnt, zwei Magnetisierungsrichtungen
und damit zwei stabile
Zustände. Der uebergang von dem einen Zustand
in den anderen muß durch Anlegen eines Magnetfeldes bewirkt werden. Im einfachsten
Fall kann man dafür sorgen, daß jedem der beiden Zustände ein eigener Magnet zugeordnet
ist. Demgemäß zeichnet sich eine besonders einfache Weiterbildung der Erfindung
dadurch aus, daß außer dem Magneten ein weiterer Magnet vorgesehen ist, wobei der
eine der beiden Magneten so angeordnet ist, daß er den Wiegand-Leiter in der einen
Richtung magnetisiert, und wobei der andere der beiden Magneten so angeordnet ist,
daß er jeweils unter Einfluß eines der ferromagnetischen Bereiche den Wiegand-Leiter
in der anderen Richtung magnetisiert.
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Bevorzugt wird dabei so vorgegangen, daß der Wiegand-Leiter wie ein
magnetischer Rückfluß vor den Polen des Magneten angeordnet ist, und daß der weitere
Magnet so ausgebildet ist, daß der Wiegand-Leiter und der ferromagnetische Bereich
dessen magnetischen Rückschluß bilden. Hierdurch läßt sich eine besonders kompakte
Bauweise erzielen.
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Prinzipiell kann so vorgegangen werden, daß der weitere Magnet ebenfalls
U-förmig ausgebildet ist. Demgegenüber ist eine weitere Aus führungs form dadurch
gegeben, daß der weitere Magnet aus zwei Teilmagneten besteht, und daß die beiden
Teilmagneten mit dem magnetischen Bereich in U-Form angeordnet sind. Dies führt
zu einem symmetrischen und daher besonders einfachen Aufbau, insbesondere, wenn
dabei zwei Stabmagnete verwendet werden.
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Weitere bevorzugte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Als besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung
wird
es angesehen, daß das Abtastorgan ohne Stromversorgung arbeitet. Dadurch kann ein
besonderes Netzteil eingespart werden. Ein weiterer Vorteil liegt in der Unabhängigkeit
der abgegebenen Spannungsimpulse von der Höhe des Magnetfeldes. Dies erleichtert
das Einjustieren der Einrichtung. Die abgegebenen Spannungsimpulse haben, sofern
die Meßspule entsprechend dimensioniert ist, eine ausreichende Höhe, um ein störsicheres
Meßsignal zu gewährleisten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von
drei Figuren näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Teil eines Informationsträgers,
Figur 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur berUhrungs- und kontaktlosen Abfrage
des Informationsträgers in einer Schnittansicht und Figur 3 den Verlauf des Meßsignals
in Abhängigkeit von der Zeit.
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Figur 1 zeigt eine Ansicht von oben auf einen Teil eines Informationsträgers
1. Bei diesem Informationsträger kann es sich um eine ebene Platte, insbesondere
aber um eine Ziffernrolle handeln, die um eine Achse 2 drehbar ist. Der Informationsträger
1 trägt eine codierte Information in Form von ferromagnetischen Bereichen 3 mit
voneinander unterschiedlichem Abstand. In der dargestellten Aus führungs form besteht
der Informationsträger 1 aus einem unmagnetischen Material, z. B.
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Kunststoff; auf dieses Material sind die ferromagnetischen Bereiche
3 aufgesetzt. Dabei kann es sich um Rückschlußbleche handeln. Über dem Informationsträger
1 ist das in Figur 2 dargestellte Abtastorgan angeordnet.
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Die Abtastrichtung ist durch einen Pfeil 4 markiert.
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Beim Abtastvorgang wird entweder das Abtastorgan oder der Informationsträger
1 bewegt. Das Abtastorgan überstreicht dabei eine gestrichelt eingezeichnete Lesespur
5.
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Nach Figur 2 besteht das Abtastorgan aus einem Magneten 8, der als
U-förmiger Permanentmagnet ausgebildet ist.
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Der Nordpol N und der Südpol S des Magneten 8 liegen somit an den
Enden seiner beiden Schenkel. Uber den beiden Polen N und S können unmagnetische
Beilagen 9 bzw. 10 angeordnet sein. Über den Polen N und S ist weiterhin ein Wiegand-Leiter
11 angeordnet. Dieser ist langgestreckt ausgebildet. Er weist vom Nordpol N zum
Südpol S. Er besitzt einen weichmagnetischen Kern 12, der von einem Mantel 13 umhüllt
ist. Es sei zunächst vorausgesetzt, daß der Wiegand-Leiter 11 in Richtung des Pfeiles
14 magnetisiert ist.
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An den beiden Enden des Wiegand-Leiters 11 sind zwei Teilmagnete 17
und 18 angeordnet. Hierbei handelt es sich um Stabmagnete in Form von Permanentmagneten.
Die Anordnung ist so getroffen, daß der Südpol S des Teilmagneten 17 dem Nordpol
N des Magneten 8 und der Nordpol N des Teilmagneten 18 dem Südpol S des Magneten
8 zugewandt ist. Zwischen den genannten Polen der Teilmagnete 17 und 18 einerseits
und den Polen des Magneten 8 andererseits liegt der Wiegand-Leiter 11. Die Anordnung
ist weiter so getroffen, daß die ferromagtischen Bereiche 3 sich beim Abtasten wie
ein magnetischer Rückschluß vor dem Nordpol N des Zusatzmagneten 17 und dem Südpol
S des Zusatzmagneten 18 befinden.
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Zum Nachweis des Wiegand-Effekts ist eine Meßspule 20 vorgesehen.
Diese umgibt den Wiegand-Leiter 11. Sie
wird zweckmäßigerweise
im Raum zwischen den Magneten 8, 17 und 18 angeordnet. An ihren Enden läßt sich
ein Meßsignal u abgreifen.
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Laut obiger Voraussetzung wird zunächst davon ausgegangen, daß der
Wiegand-Leiter 11 in Richtung des Pfeiles 14 magnetisiert ist. Bewegt sich der magnetische
Bereich 3 aus dem Einflußbereich des Nordpols N des Zusatzmagneten 17 und des Südpols
S des Zusatzmagneten 18 heraus, so beeinflußt der von Permanentmagneten 8 erzeugte
Fluß ;1 den Wiegand-Leiter 11 in seinem weichmagnetischen Kern 12 und kehrt dort
die Magnetisierungsrichtung spontan um. Bei diesem Umklappen der Magnetisierung
wird in der Meßspule 20 ein Spannungs impuls -u1 erzeugt, der im Meßsignal u nach
Figur 3 nachgewiesen wird.
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Überstreicht anschließend das Abtastorgan wieder einen ferromagnetischen
Bereich 3, so überwiegt nun der Magnetfluß 2 im oberen Teil des Abtastorgans. Dadurch
wird eine spontane Umkehr der Magnetisierung im Kern 12 in die Richtung des Pfeiles
14 bewirkt. Hierdurch wird von der Meßspule 20 ein Spannungsimpuls u2 erzeugt, der
ebenfalls im Meßsignal u nachgewiesen wird.
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Entfernt sich danach der ferromagnetische Bereich 3 wieder aus dem
Einflußbereich der Zusatzmagneten 17 und 18, so wird ein Spannungsimpuls u3 geliefert,
der dieselbe Polarität besitzt wie der Spannungsimpuls u1.
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Je nach Anwendungsfall ist es möglich, entweder sämtliche Spannungsimpulse
ul bis u3 oder aber nur Spannungsimpulse entsprechend dem Impuls u2 elektronisch
weiter zu verarbeiten.
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Aus der Funktionsweise des Abtastorgans von Figur 2
wird
deutlich, daß der Magnet 18 bei einer Vergrößerung des Abstands zwischen dem ferromagnetischen
Bereich 3 und dem Tastbereich des Abtastorgans dazu dient, den Wiegand-Leiter 11
in Gegenrichtung zum Pfeil 14 zu magnetisieren. Demgegenüber dienen die beiden Zusatzmagneten
17, 18 dazu, bei Annäherung des ferromagnetischen Bereichs 3 den Wiegand-Leiter
11 in Richtung des Pfeiles 14 zu magnetisieren. Der ferromagnetische Bereich 3 wirkt
hierbei als Rückschluß für die Zusatzmagnete 17 und 18. Demzufolge könnten die beiden
Teilmagnete 17 und 18 auch in anderer Weise ausgestaltet, beispielsweise auch zu
einem einzigen Zusatzmagneten zusammengefaßt sein.
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9 Patentansprüche 3 Figuren