DE3225500A1

DE3225500A1 - MAGNETIC PROBE

Info

Publication number: DE3225500A1
Application number: DE19823225500
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Phys. 7530 Pforzheim Huck; Günter Dr. Kuers; Klaus Ing.(grad.) 7534 Birkenfeld Vester
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1982-07-08
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 1984-01-12
Also published as: GB2126348B; DE3225500C2; FR2530013A1; GB8318384D0; FR2530013B3; GB2126348A

Description

Beschreibung: Besch friction:

Die Erfindung geht aus von einem Fühler mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein derartiger Fühler ist aus der EP-Al 34821 bekannt. Er enthält auf einem Träger zwei antiparallel orientierte Stabmagnete, vorzugsweise Hochleistungsmagnete aus Kobalt/Samarium. Die beiden Magnete besitzen ebene, miteinander fluchtende Polflächen. Zwei solche miteinander fluchtende Polflächen definieren eine Arbeitsfläche, welcher die Gegenstände, auf die der Fühler ansprechen soll, angenähert werden. Seitlich neben den Magneten und hinter dieser Arbeitsfläche ist ein von einer Sensorwicklung umgebenes bistabiles magnetisches Element, nachfolgend auch kurz als "BME" bezeichnet, angeordnet.The invention is based on a sensor with the features specified in the preamble of claim 1. Such a sensor is known from EP-A1 34821. It contains two anti-parallel on a carrier oriented bar magnets, preferably high-performance magnets made of cobalt / samarium. Own the two magnets flat, aligned pole faces. Define two such aligned pole faces a work surface to which the objects to which the feeler is supposed to respond are approximated. Laterally next to the magnets and behind this work surface is a bistable surrounded by a sensor winding magnetic element, hereinafter also referred to as "BME" for short, arranged.

Als bistabile magnetische Elemente, auch als bistabile magnetische Schaltkerne bezeichnet, eignen sich vor allem sogenannte Wiegand-Drähte, deren Aufbau und Herstellung in der DE-OS 21 43 326 beschrieben sind.und welche auchAs bistable magnetic elements, also referred to as bistable magnetic switching cores, are particularly suitable so-called Wiegand wires, the structure and manufacture of which are described in DE-OS 21 43 326, and which too

bekannten Fühlerknown feeler

in dem aus der EP-Al 34 821/verwendet werden. Wiegand-Drähte sind in ihrer Zusammensetzung homogene, ferromagnetische Drähte (z.B. aus einer Legierung von Eisen und Nickel, vorzugsweise 48 % Eisen und 52 % Nickel, oder aus einer Legierung von Eisen und Kobalt, oder aus einer Legierung von Eisen mit Kobalt und Nickel, oder aus einer Legierung von Kobalt mit Eisen und Vanadium, vorzugsweise 52 % Kobalt, 38 % Eisen und 10 % Vanadium), die infolge einer besonderen mechanischenin which from EP-Al 34 821 / are used. Wiegand wires are homogeneous, ferromagnetic wires in their composition (e.g. made of an alloy of iron and nickel, preferably 48% iron and 52 % nickel, or an alloy of iron and cobalt, or an alloy of iron with cobalt and nickel, or from an alloy of cobalt with iron and vanadium, preferably 52 % cobalt, 38% iron and 10 % vanadium), which as a result of a special mechanical

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und thermischen Behandlung einen weichmagnetischen Kern und einen hartmagnetischen Mantel besitzen, d.h. der Mantel besitzt eine höhere Koerzitivkraft als der Kern. Wiegand-Drähte haben typisch eine Länge von 10 bis 50 mm, vorzugsweise von 20 bis 30 mm. Bringt man einen Wiegand-Draht, bei dem die Magnetisierungsrichtunq des weichmagnetischen Kerns mit der Magnetisierungsrichtung des hartmagnetischen Mantels übereinstimmt, in ein äußeres Magnetfeld, dessen Richtung mit der Richtung der Drahtachse übereinstimmt, der Maqnetisierungsrxchtung des Wiegand-Drahtes der entgegengesetzt ist, dann wird bei Überschreiten einer Feldstärke von ca. 16 A/cm die Magnetisierungsrichtung des weichen Kerns des Wiegand-Drahtes umge- kehrt. Diese Umkehrung wird auch als Rückstellung bezeichnet. Bei erneuter Richtungsumkehr des äußeren Magnetfeldes kehrt sich die Magnetisierungsrichtung des Kerns bei Überschreiten einer kritischen Feldstärke des äußeren Magnetfeldes (welche man als Zündfeldstärke bezeichnet) erneut um, sodaß der Kern und der Mantel wieder parallel magnetisiert sind. Diese Umkehrung der Magnetisierunqsrichtung erfolgt sehr rasch und geht mit einer entsprechend starken Änderung des magnetischen Kraftflusses pro Zeiteinheit einher (Wiegand-Effekt). Diese Änderung des Kraftflusses kann in einer Induktionswicklung, die als Sensorwicklung bezeichnet wird, einen kurzen und sehr hohen (je nach Windungszahl und Belastur.nswiderstand der Induktionsspule bis zu ca. 12 Volt hoher.) Spannungsimpuls induzieren (Wiegand-Impuls).and thermal treatment have a soft magnetic core and a hard magnetic jacket, ie the jacket has a higher coercive force than the core. Wiegand wires typically have a length of 10 to 50 mm, preferably 20 to 30 mm. If you bring a Wiegand wire, in which the direction of magnetization of the soft magnetic core coincides with the direction of magnetization of the hard magnetic jacket, into an external magnetic field, the direction of which coincides with the direction of the wire axis, the direction of magnetization of the Wiegand wire is opposite, then when exceeded With a field strength of approx. 16 A / cm, the direction of magnetization of the soft core of the Wiegand wire is reversed. This reversal is also known as resetting. When the direction of the external magnetic field is reversed again, the direction of magnetization of the core is reversed again when a critical field strength of the external magnetic field (which is known as the ignition field strength) is exceeded, so that the core and the jacket are magnetized in parallel again. This reversal of the direction of magnetization takes place very quickly and is accompanied by a correspondingly strong change in the magnetic flux per unit of time (Wiegand effect). This change in the flow of force can induce a short and very high (up to approx. 12 volts higher) voltage pulse (Wiegand pulse) in an induction winding, which is known as a sensor winding.

Auch beim Zurückstellen des Kerns wird in der Sensorwicklung ein Impuls erzeugt, allerdings mit wesentlich geringerer Amplitude und mit umgekehrtem Vorzeichen als im Falle des Umklappens von der antiparallelen in die parallele Magnetisierungsrichtung« Liegt der Wiegand-Draht in einem Magnetfeld, dessen Richtung sich von Zeit zu Zeit umkehrt und welches so stark ist, daß es zuerst den Kern und danach auch den Mantel ummagnetisieren und jeweils bis in die magnetische Sättigung bringen kam, so treten Wiegand-Impulse infolge des Umklappens der Magnetisierungsrichtung des weichmagnetischen Kerns abwechselnd mit positiver und negativer Polarität auf und man spricht von symmetrischer Erregung des Wiegand-Drahtes. Dazu benötigt man FeIdstärken von ca. -(80 bis 120 A/cm) bis + (80 bis 120 A/cm). Das Ummagnetisieren des Mantels erfolgt ebenfalls sprunghaft und führt ebenfalls zu einem Impuls in der Sensorwicklung, jedoch ist der Impuls wesentlich kleiner als der beim Umklappen des Kerns induzierte Impuls.When the core is reset, a pulse is generated in the sensor winding, albeit with a substantial amount lower amplitude and with the opposite sign than in the case of folding over from the antiparallel in the parallel direction of magnetization «If the Wiegand wire lies in a magnetic field, its Direction is reversed from time to time and which is so strong that it first has the core and then the Magnetize the jacket and bring it into magnetic saturation, so Wiegand impulses occur as a result of turning over the direction of magnetization of the soft magnetic core alternately with positive and negative polarity and one speaks of symmetrical excitation of the Wiegand wire. Field strengths are required for this from approx. - (80 to 120 A / cm) to + (80 to 120 A / cm). The magnetic reversal of the jacket also occurs suddenly and also leads to a pulse in the sensor winding, but the pulse is much smaller than the impulse induced when the core is flipped over.

Wählt man jedoch als äußeres Magnetfeld ein solches, welches nur in der Lage ist, den weichen Kern, nicht aber den harten Mantel in seiner Magnetisierungsrichtung umzukehren, dann treten die hohen Wiegand-Impulse nur mit gleichbleibender Polarität auf und man spricht von asymmetrischer Erregung des Wiegand-Drahtes. Dazu benötigt man in der einen Richtung eine Feldstärke von wenigstens 16 A/cm (für die Rückstellung des Wiegand-Drahtes) und in der umgekehrten Richtung eine FeIdstärke von ca. 80 bis 120 A/cm.However, if one chooses an external magnetic field that is only capable of the soft core, not but to reverse the hard jacket in its direction of magnetization, then the high Wiegand impulses only occur with constant polarity and one speaks of asymmetrical excitation of the Wiegand wire. Needed for this a field strength of at least 16 A / cm in one direction (for the recovery of the Wiegand wire) and in the opposite direction a field strength of approx. 80 to 120 A / cm.

Charakteristisch für den Wiegand-Effekt ist, daß die durch ihn erzeugten Impulse in Amplitude und Breite weitgehend unabhängig sind von der Änderungsgeschwindigkeit des äußeren Magnetfeldes und ein hohes Signal-zu-Kausch-Verhältnis aufweisen.It is characteristic of the Wiegand effect that the pulses generated by it are largely independent of the rate of change in amplitude and width of the external magnetic field and have a high signal-to-noise ratio.

Für die Erfindung geeignet sind auch anders aufgebaute bistabile magnetische Elemente, wenn diese zwei magnetisch miteinander gekoppelte Bereiche von unterschiedlicher Härte (Koerzitivkraft) besitzen und in ähnlicher Weise wie Wiegand-Drähte durch induziertes, rasch erfolgendes Umklappen des weichmagnetischen Bereichs zur Impulserzeugung verwendet werden können. So ist zum Beispiel aus der DE-PS 25 14 131 ein bistabiler magnetischer Schaltkern in Gestalt eines Drahtes bekannt, der aus einem hartmagnetischen Kern (z.b. aus Nickel-Kobalt), aus einer darauf abgeschiedenen elektrisch leitenden Zwischenschicht (z.B. aus Kupfer) und aus einer hierauf abgeschieden weichmagnetischen Schicht (z.B. aus Nickel-Eisen) besteht. Eine andere Variante verwendet zusätzlich einen Kern aus einem magnetisch nicht leitenden metallischen Innenleiter (z.B. aus Beryllium-Kupfer), auf den dann die hartmagnetische Schicht, darauf die Zwischenschicht und darauf die weichmagnetische Schicht abgeschieden werden. Dieser bekannte bistabile magnetische Schaltkern erzeugt allerdings geringere Schaltimpulse als ein Wiegand-Draht.Also suitable for the invention are bistable magnetic elements of different construction if these two are magnetic have coupled areas of different hardness (coercive force) and in Similar to Wiegand wires by induced, rapid flipping of the soft magnetic area can be used to generate pulses. For example, from DE-PS 25 14 131 is a bistable magnetic switch core known in the form of a wire, which consists of a hard magnetic core (e.g. made of nickel-cobalt), from an electrically conductive intermediate layer deposited on it (e.g. made of copper) and consists of a soft magnetic layer (e.g. made of nickel-iron) deposited on it. Another The variant also uses a core made of a magnetically non-conductive metallic inner conductor (e.g. made of beryllium copper), on which the hard magnetic layer, then the intermediate layer and then the soft magnetic layer can be deposited. This well-known bistable magnetic switch core However, it generates lower switching pulses than a Wiegand wire.

Bei dem aus der EP-Al 34 821 bekannten Fühler liegt der Wiegand-Draht im Streufeld der beiden MagneteIn the sensor known from EP-Al 34 821, the Wiegand wire lies in the stray field of the two magnets

in einem Bereich mit relativ geringer Feldstärke. Wenn jedoch den beiden in der Arbeitsfläche liegenden Polflächen ein Gegenstand mit geringem magnetischem Widerstand, z.B. ein Eisenstab, angenähert wird, so wirkt dieser als Flußleitstück, durch welches - je nach dem Grad der Annäherung - ein mehr oder weniger großer Anteil des magnetischen Kraftflusses hindurchführt. Das ursprünglich vorhandene Magnetfeld der beiden Magnete wird stark deformiert, und bei hinreichender Annäherung des Gegenstandes an die in der Arbeitsfläche liegenden vorderen Polflähen wird der aus den hinteren Polflächen austretende magnetische Streufluß in Richtung auf den Gegenstand umgelenkt und beeinflußt verstärkt auch den Wiegand-Draht. Die Umlenkung des Magnetfeldes bewirkt am Ort des Wiegand-Drahtes eine Umkehrung des magnetischen Kraftflusses, durch welche das Auftreten eines Wiegand-Impulses ermöglicht wird. Entfernt sich der Gegenstand mit geringem magnetischem widerstand wieder vom Fühler, so kehrt das Magnetfeld in seinen ursprüngliehen Zustand zurück, wobei erneut eine Richtungsumkehr des magnetischen Kraftflusses am Ort des Wiegand-Drahtes erfolgt.in an area with a relatively low field strength. But if the two lying in the work surface Pole faces an object with low magnetic resistance, e.g. an iron rod, is approached, so this acts as a flux guide through which - depending on the degree of approximation - a more or less large Part of the magnetic flux passes through. The originally existing magnetic field of the two magnets is severely deformed, and when the object comes close enough to those in the work surface the front pole faces is the leakage of the magnetic flux from the rear pole faces in the direction of the The object deflects and influences the Wiegand wire to a greater extent. The deflection of the magnetic field causes at the place of the Wiegand wire a reversal of the magnetic flux, through which the occurrence of a Wiegand impulse is made possible. If the object moves away again with low magnetic resistance from the feeler, the magnetic field returns to its original state State back, with again a reversal of direction of the magnetic flux at the location of the Wiegand wire is done.

Nachteilig bei dem bekannten Fühler ist, daß eine erhebliche Verformung des Magnetfelds nötig ist, um den zur Erzeugung von Wiegand-Impulsen nötigen Feldstärkehub zu bewirken. Um diese Verformung des Magnetfelds zu erreichen,ist es nötig, den zu erfühlenden Gegenstand bis auf weniger als 1mm Abstand gleichzeitig anThe disadvantage of the known sensor is that a considerable deformation of the magnetic field is necessary to the to bring about the necessary field strength increase for the generation of Wiegand pulses. To this deformation of the magnetic field To achieve this, it is necessary to touch the object to be felt at the same time up to a distance of less than 1mm

beide in der Arbeitsfläche liegenden Polflächen heranzuführen. Das bedeutet weiterhin, daß die Länge dieser Gegenstände nicht kleiner sein darf, als der Abstand der in der Arbeitsfläche liegenden Polflächen, also wenigstens mit der Länge eines typischen Wiegand-Drahtes (20-30 mm) übereinstimmen muß. Durch diese Bedingungen sind die Einsatzmöglichkeiten des Fühlers stark eingeschränkt.bring up both pole faces lying in the work surface. This also means that the length of these objects must not be less than the distance the pole faces lying in the work surface, i.e. at least the length of a typical Wiegand wire (20-30 mm) must match. The possible uses of the sensor are determined by these conditions highly limited.

Der Erfindunq liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere £r das Überwachen der Bewegung von Zahnrädern, Zahnstangen u.dgl. Gegeständen geeigneten Fühler der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher eine höhere Ansprech-Empfindlichkeit aufweist und des-The invention is based on the object, in particular of monitoring the movement of gears, To create racks and the like. Objects suitable sensor of the type mentioned, which has a higher response sensitivity and therefore

1b halb vielseitiger verwendbar ist.1b is semi-more versatile.

Diese Aufgabe wird qelöst durch einen Fühler mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This problem is solved by a sensor with the features specified in claim 1. Beneficial Further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Der erfindungsgemäße magnetische Fühler spricht auf solche Gegenstände mit geringem magnetischen Widerstand an, in erster Linie auf Gegenstände aus Eisen, welche quer zu den Magnetachsen und quer zur Längsachse des BME bewegt werden derart, daß die Gegenstände zuerst dem einen in der Arbeitsfläche des Fühlers liegenden Magnetpolpaar, dann dem zwischen den Magnetpolpaaren liegenden BME und schließlich dem anderen in der Arbeitsflache liegenden Magnetpolpaar angenähert und i.w.The magnetic sensor according to the invention responds to such objects with low magnetic resistance primarily to objects made of iron, which are transverse to the magnet axes and transverse to the longitudinal axis of the BME are moved in such a way that the objects are first placed in the working surface of the sensor Magnetic pole pair, then the BME lying between the magnetic pole pairs and finally the other in the working area lying magnetic pole pair approximated and i.w.

parallel zur Arbeitsfläche darüber hinweg bewegt werden. be moved across it parallel to the work surface.

Die Gegenstände, welche auf diese Weise an der Vorderseite des Fühlers vorbeibewegt werden, binden zunächst den magnetischen Kraftfluß zwischen dem ersten von ihnen überstrichenen Magnetpolpaar und zu einem späteren Zeitpunkt den magnetischen Kraftfluß zwischen dem andren Magnetpolpaar. Infolgedessen wird das BME im Verlauf des Vorbeiführens eines Gegenstandes aus Eisen o.a. Material zunächst einem wachsenden und wieder abnehmendem Kraftfluß des magnetischen Streufeldes des zweiten Magnetpolpaares und anschließend einem wachsenden und wieder abnehmenden Kraftfluß des magnetischen Streufeldes des ersten Magnetpolpaares ausgesetzt. Da die Magnetfelder der beiden Magnetpol paare entgegengesetzt gerichtet sind, unterliegt das BME abwechselnd unterschiedlich gerichteten magnetischen Kraftflüssen, welche es zur sprunghaften magnetischen Umorientierung veranlassen, welche in bekannter Weise in der zugeordneten Sensorwicklung einen elektrischen Impuls induziert.The objects that are moved past the front of the sensor in this way initially bind the magnetic flux between the first pair of magnetic poles swept by them and to one later the magnetic flux between the other magnetic pole pair. As a result, the BME in the course of the passing of an object made of iron or other material initially a growing and again decreasing power flow of the magnetic stray field of the second magnetic pole pair and then exposed to an increasing and decreasing flux of the magnetic stray field of the first magnetic pole pair. Since the magnetic fields of the two magnetic pole pairs are directed in opposite directions, the BME is subject alternately differently directed magnetic fluxes of force, which lead to erratic magnetic fluxes Induce reorientation, which in a known manner in the associated sensor winding an electrical Impulse induced.

Durch die abwechselnd paarweise ßeeinflussung von vier an den Ecken eines Vierecks angeordneten Magnetpolen fassen sich wesentlich höhere Feldstärkeänderungen am Ort des zwischen den Magnetpolen liegenden BME erzeugen als im Falle des aus der EP-Al 34 821 bekannten Fühlers. Um in der zugeordneten Sensorwicklung elektrische Impulse zu erhalten, müssen die Gegenstände, auf welche der Fühler ansprechen soll, nicht so dicht angenähertDue to the alternating pairwise influence of four magnetic poles arranged at the corners of a square accommodate significantly higher field strength changes at the location of the BME lying between the magnetic poles than in the case of that known from EP-A1 34 821 Feeler. In order to receive electrical impulses in the assigned sensor winding, the objects on which the feeler should respond, not so closely approximated

werden wie bislang bei dem bekannten gattungsgleichen Fühler nötig. Außerdem ist - anders als bei dem aus der EP-A1 34 821 bekannten Fühler-keine permanente Vorspannung des BME durch die Magnete des Fühlers erb forderlich. Vielmehr kann das BME in der magnetisch neutralen Zone (d.i. die Zone mit verschwindender magnetischer Feldstärke) zwischen den Magnetpolen bzw. in der Zone geringster magnetischer Feldstärke zwischen den Magnetpolen angeordnet werden, wodurch die Feldstärkeänderung am Ort des BME beim Erfühlen eines Gegenstandes mit geringem magnetischem Widerstand besonders hoch ausfallen kann (vergl. Ansprüche 2 und 3). Vorteilhaft ist ferner, daß ein bedeutender magnetischer Kraftfluß in beiden Richtungen am Ort des BME erzieltare necessary as before with the known sensor of the same generic type. Also - different from that from the sensor known from EP-A1 34 821 - no permanent biasing of the BME by the magnets of the sensor erb conducive. Rather, the BME can be in the magnetically neutral zone (i.e. the zone with vanishing magnetic field strength) between the magnetic poles or in the zone of lowest magnetic field strength between the magnetic poles are arranged, whereby the field strength change at the location of the BME when feeling a Object with low magnetic resistance can turn out to be particularly high (see. Claims 2 and 3). It is also advantageous that a significant magnetic flux is achieved in both directions at the location of the BME

1b werden kann, sodaß das BME sowohl durch symmetrische als auch durch asymmetrische Erregung zur Impulserzeugung veranlaßt werden kann.1b, so that the BME can be generated by both symmetrical and asymmetrical excitation to generate pulses can be initiated.

Zur Erzielung möglichst hoher Feldstärken verwendet man zweckmäßig Magnete aus Kobalt mit einem Metall aus der Gruppe der Seltenen Erden, insbesondere Kobalt-Samarium-Magnete. Die Verwendung von Elektromagneten anstelle von Dauermagneten wäre möglich, sie wird jedoch wegen der nötigen Stromzuführung und des höheren baulichen Aufwandes nicht bevorzugt.To achieve the highest possible field strengths, it is expedient to use magnets made of cobalt with a metal from the group of rare earths, especially cobalt samarium magnets. The use of electromagnets instead of permanent magnets would be possible, but it is because of the necessary power supply and the higher construction costs are not preferred.

Vorzugsweise werden die Magnete zur Vermeidung von Streuverlusten in U-förmiysr Gestalt verwendet (Anspruch 5), wobei dann das BME zwischen zwei solchen U-förmigen Magneten nahe der Arbeitsfläche, welcheThe magnets are preferably used in a U-shape to avoid scattering losses (claim 5), with the BME between two such U-shaped magnets near the work surface, which

durch die Polflächen der beiden U-förmigen Magnete definiert ist, angeordnet werden (Ansprüche 5 und 6). In den meisten Fällen wird man einen symmetrischen Aufbau des Fühlers bevorzugen (Anspruch 7). Bei einer besonders dichten Folge von Gegenständen, welche am Fühler vorbeibewegt werden, z.B. Zähne eines Zahnrades mit enger Zahnteilung, kann jedoch das räumliche Auflösungsvermögen des Fühlers nicht mehr ausreichen, um durch zwei aufeinanderfolgende Zähne noch die für eine Impulserzeugung nötige Feldstärkeänderung zu bewirken. In sdchen Fällen kann man Abhilfe schaffen durch einen Fühler in unsymmetrischer Bauart gemäß Anspruch 8.through the pole faces of the two U-shaped magnets is defined, are arranged (claims 5 and 6). In most cases you will get a symmetrical one Prefer construction of the sensor (claim 7). In the case of a particularly dense sequence of objects, which on Feelers are moved past, e.g. teeth of a gear with a narrow tooth pitch, but the spatial The resolving power of the feeler is no longer sufficient to pass through two consecutive teeth the change in the field strength required to generate a pulse to effect. In some cases, a remedy can be found with an asymmetrical sensor according to claim 8.

Die Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 9 bis 12 haben sämtlich den Zweck, die Ansprechempfindlichkeit und die Signalhöhe des Fühlers günstig zu beeinflussen.The further developments according to claims 9 to 12 all have the purpose of sensitivity and to influence the signal level of the sensor favorably.

Zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Fühlern sind schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Gleiche oder einander entsprechende Teile in den beiden Ausführungsbeispielen sind mit übereinstimmenden Bezugszahlen bezeichnet.Two embodiments of sensors according to the invention are shown schematically in the accompanying drawings. Identical or corresponding parts in the Both exemplary embodiments are denoted by the same reference numbers.

Figur 1 zeigt einen symmetrisch aufgebauten magnetischen Fühler in der Draufsicht auf seine Vorderseite, Figure 1 shows a symmetrically constructed magnetic sensor in a plan view of its front,

Figur 2 zeigt den Fühler in der Schnittansicht II-II gemäß Fig. 1,Figure 2 shows the sensor in the sectional view II-II according to Fig. 1,

Fiqur 3 zeigt den Fühler in der Ansicht III-III gemäß Fig. 1, undFiqur 3 shows the sensor in the view III-III according to Fig. 1, and

Fiqur 4 zeigt einen unsymmetrisch aufgebauten Fühler in einer Ansicht entsprechend Fig. 3.FIG. 4 shows an asymmetrically constructed sensor in a view corresponding to FIG. 3.

Der in Fig. 1 - Fig. 3 dargestellte Fühler enthält zwei gleich große und gleich starke U-fÖrmige Dauermagnete 1 und 2, welche antiparallel zueinander angeordnet sind und mit ihren ebenen vier Polflächen 11,12, 21,22, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, die Arbeitsfläche 3 (Vorderseite) des Fühlers definieren. Jeder der U-förmigen Magnete 1,2 besteht aus zwei antiparallel orientierten Stabmagneten 4,5, vorzuqsweise aus Kobalt-Samarium, aus einem die beiden dpr Arbeitsfläche 3 abgewandten Polflächen der Stabmagnete 4,5 nach Art eines Joches verbindenden weiteren Stabmagnet 6, welcher vorzugsweise ebenfalls aus Kobalt/Samarium besteht, sowie aus zwei Flußleitstucken 7 aus Eisen an den Enden des Stabmagneten 6, welche die beiden Eckwinkel des U-förmigen Magneten 1 bzw. 2 bilden.The sensor shown in Fig. 1-3 contains two equally large and equally strong U-shaped permanent magnets 1 and 2, which are arranged antiparallel to one another and with their four flat pole faces 11, 12, 21,22, which lie in a common plane, define the working surface 3 (front) of the sensor. Each of the U-shaped magnets 1,2 consists of two antiparallel oriented bar magnets 4,5, preferably made of cobalt samarium, from one of the pole faces of the bar magnets facing away from the two working surfaces 3 4.5 further bar magnet 6 connecting in the manner of a yoke, which is preferably also made of Cobalt / Samarium consists, as well as two Flußleitstucken 7 made of iron at the ends of the bar magnet 6, which the two corner angles of the U-shaped magnet 1 and 2 form.

In der Längsmittelebene zwischen den beiden U-förmigen Magneten 1 und 2 ist ein von einer Sensorwicklung 8 umgebener Wieganddraht 9 angeordnet, und zwar so nahe der Arbeitsfläche 3, daß die Sensorwicklung 8 die Arbeitsfläche 3 tangiert.One of a sensor winding 8 is located in the longitudinal center plane between the two U-shaped magnets 1 and 2 surrounded Wiegand wire 9 arranged, so close to the work surface 3 that the sensor winding 8, the work surface 3 affects.

Der Wiegand-Draht 9 liegt in einer magnetisch weitgehend neutralen Zone zwischen den U-förmigen
Magneten 1,2; bei exakter Justierung des Wiegand-Drahtes 9 kompensieren sich die Streuflüsse der
b beiden Magnete 1,2 am Ort des Wiegand-Drahtes 8. Die Belance wird gestört, wenn nacheinander der eine
Magnet 1 und der andere Magnet 2 durch einen Zahn magnetisch praktisch kurzgeschlossen werden.Wenn ein Zahn direkt über dem Magneten 1 steht, wird derThe Wiegand wire 9 lies in a magnetically largely neutral zone between the U-shaped ones
Magnets 1,2; with exact adjustment of the Wiegand wire 9, the leakage fluxes compensate each other
b two magnets 1,2 at the place of the Wiegand wire 8. The Belance is disturbed if one after the other
Magnet 1 and the other magnet 2 are practically magnetically short-circuited by a tooth. If a tooth is directly above magnet 1, the

Wiegand-Draht 9 nur vom Streufluß des anderen Magneten 2 beeinflußt. Wird der Zahn 10 in Richtung des Pfeils 13 weiterbewegt bis über den anderen Magnet 2, dann wird dieser kurzgeschlossen und der Wiegand-Draht 9 steht unter dem Einfluß des Streufeldes des erstenWiegand wire 9 is only influenced by the leakage flux of the other magnet 2. Becomes the tooth 10 in the direction of the arrow 13 moved on to the other magnet 2, then this is short-circuited and the Wiegand wire 9 is under the influence of the stray field of the first

Magneten 1. Dazwischen "sieht" der Wiegand-Draht 9
einen Nulldurchgang der Feldstärke.Magnets 1. The Wiegand wire 9 "sees" in between
a zero crossing of the field strength.

Die mit einem Nulldurchgang verbundene Feldstärkeänderung führt im Wiegand-Draht infolge des Wiegand-Effekts zu einer plötzlichen Änderung der Magnetisierungsrichtung und zum Auftreten eines Spannungsimpulses in der Sensorwicklung, welcher einer angeschlossenen Auswerteschaltung zugeführt werden kann.The change in field strength associated with a zero crossing results in the Wiegand wire as a result of the Wiegand effect to a sudden change in the direction of magnetization and the appearance of a voltage pulse in the sensor winding, which can be fed to a connected evaluation circuit.

in einem erprobton Beispiel sind die U-förmigenin a tried and tested example, the U-shaped

Magnete 1,2 aus Kobalt/Samarium 3 mm dick, 7 mm lang (in Richtung der Stabmagnete 4,5 gemessen) und 14,5 mm breit (in Richtung des Stabmagneten 6 gemessen); ihre rechteckigen Polflächen 11,12,21,22 sind 3 χ 4,5 mmMagnets 1,2 made of cobalt / samarium 3 mm thick, 7 mm long (measured in the direction of the bar magnets 4.5) and 14.5 mm wide (measured in the direction of the bar magnet 6); their rectangular pole faces 11, 12, 21, 22 are 3 4.5 mm

groß. Der Wieganddraht 9 ist 11 mm lang und die ihn umgebende Sensorwicklung 8 ist 9 mm lang und besitzt 2000 Windungen. Dieser Fühler kann auf die Zähne 10 einer Zahnstange oder eines Zahnrades aus Eisen ansprechen, welche in Richtung der Pfeile 13 (oder in entgegengesetzter Richtung) an der Arbeitsfläche 3 des Fühlers entlangbewegt werden.great. The Wiegand wire 9 is 11 mm long and the sensor winding 8 surrounding it is 9 mm long and has 2000 turns. This sensor can respond to the teeth 10 of a rack or a gear made of iron, which in the direction of arrows 13 (or in the opposite direction) on the work surface 3 of the Be moved along the feeler.

Bei Anwendung dieses Fühlers auf eine Zahnstange aus Eisen mit trapezförmigem Zahnprofil, mit einem Modul von 2,5 mm und einer Zahnbreite von b = 14 mm wurden Wiegandimpulse von 0,8 V bis 1,2 Volt in der Sensorwicklung 8 erzeugt, wenn die Zähne 10 in einem Abstand zwischen 1,5 mm und 2 mm über die Arbeitsfläche 3 hinwegbewegt wurden. Aufgrund des symmetrischen Aufbaus werden diese Impulse in beiden Richtungen induziert. Es wurde ferner festgestellt, daß d^r Fühler noch auf Zähne 10 mit einer bis auf 6,8 mm verringerten Breite ansprach; eine Begrenzung der Zahnbreite nach oben existiert nicht. Der größte Abstand zwischen den Zähnen 10 und der Arbeitsfläche 3, bei welchem noch eine sichere Zündung der Wiegandimpulse erfolgt, wurde bei diesem Fühler zu etwa d = 2,3 mm bestimmt; das ist mehr als doppelt so-When using this sensor on a rack made of iron with a trapezoidal tooth profile, with a module of 2.5 mm and a tooth width of b = 14 mm were Wiegand pulses of 0.8 V to 1.2 volts in the sensor winding 8 is generated when the teeth 10 are at a distance between 1.5 mm and 2 mm above the working surface 3 were moved away. Due to the symmetrical structure, these impulses are in both directions induced. It was also found that d ^ r Antennae still responded to teeth 10 with a width reduced to 6.8 mm; a limitation of the face width up does not exist. The greatest distance between the teeth 10 and the work surface 3, at what a reliable ignition of the Wiegand impulses still takes place, with this sensor was about d = 2.3 mm determined; that is more than twice as much

2b viel wie mit einem Fühler gemäß der EP-A1 34 821 erreichbar ist. 2b much as can be achieved with a sensor according to EP-A1 34 821.

f'ür pinp einwandfreie Funktion d«?s Fühlers müssen natürlich der Abstand der beiden Magnete 1 und ? <0 und dor Teilungsrnodul der Zahnstange bzw.For pinp to function perfectly, the sensor must of course be the distance between the two magnets 1 and 1 . <0 and the division module of the rack or

des Zahnrades derart aufeinander abgestimmt sein, daß nicht beide Magnete 1 und 2 zugleich durch zwei Zähne 10 magnetisch kurzgeschlossen werden, sondern daß sich über dem einen Magneten eine Zahnlücke befindet, wenn über dem anderen Magneten ein Zahn steht.of the gear must be coordinated so that not both magnets 1 and 2 at the same time by two Teeth 10 are magnetically short-circuited, but that there is a tooth gap above one magnet, when there is a tooth above the other magnet.

Bei enger Zahnteilung dürfen die Magnete 1 und 2 andererseits nicht so nahe beeinander angeordnet werden, daß durch einen einzelnen Zahn 10, welcher einem der Magnete 1,2 gegenüberliegt, zugleich auch das Streufeld des anderen Magneten 2,1 wesentlich geschwächt wird, denn dann kann die Feldstärkeänderung u.U. nicht mehr zum Zünden von Wiegand-Impulsen ausreichen.On the other hand, if the teeth are closely spaced, magnets 1 and 2 must not be arranged so close to one another be that by a single tooth 10, which is opposite to one of the magnets 1, 2, at the same time the stray field of the other magnet 2.1 is significantly weakened, because then the field strength change may no longer be sufficient to ignite Wiegand pulses.

Dem kann man begegnen durch einen unsymmetrischen Fühleraufbau wie in Fig. 4 dargestellt. Der Fühler enthält zwei unterschiedlich starke U-förmige Dauermagnete 1 und 2, zwischen denen der mit einer Sensorwicklung 8 umgebene Wiegand-Draht 9 wie im ersten Beispiel in einer magnetisch weitgehend neutralen Zone zwischen den Magneten 1,2 angeordnet ist. Wegen der unterschiedlichen Stärke der Magnete 1 und 2 liegt die neutrale Zone nicht in der Mitte zwischen den beiden Maqneten 1,2, sondern näher beim schwächeren Magneten 2. Die Zahnteilung und der Abstand der Magnete 1,2 werden so aufeinander abgestimmt, daß der eine Magnet qenau gegenüber einem Zahn 10 steht, wenn der andere Magnet gerade gegenüber der übernächsten Zahnluke 14 steht.This can be countered by an asymmetrical sensor structure as shown in FIG. 4. The feeler contains two differently strong U-shaped permanent magnets 1 and 2, between which the one with a sensor winding 8 surrounded Wiegand wire 9 as in the first example in a magnetically largely neutral zone is arranged between the magnets 1,2. Because of the different strengths of magnets 1 and 2 the neutral zone is not in the middle between the two magnets 1,2, but closer to the weaker one Magnets 2. The tooth pitch and the distance between the magnets 1,2 are matched so that the one Magnet is exactly opposite a tooth 10 when the other magnet is just opposite the next but one tooth hatch 14 stands.

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Claims

DR. RUDOLF BAUER DIPL-ING. HELMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER

WESTERN 29-31 {AM LEOPOLDPLATZ)

D-7530 PFORZHEIM (west-Germany)D-7530 PFORZHEIM (west-Germany)

β 10 72 31) 10 22 90/70 TELEGRAMS PATMARK

May 14, 1982 III / Be

DODUCO KG Dr. Eugen Dürrwächter, 7530 Pforzheim

Magnetic feeler

Expectations:

1. On objects with little magnetic

Resistance responsive magnetic sensor, consisting of a bistable magnetic element (BME),

from an electrical sensor winding assigned to the BME,

and magnets, which with pole faces of different polarity define an essentially flat working surface of the sensor, behind which the BME and the sensor winding are arranged,
characterized,

that the BME (9) near the work surface (3) between four with alternating polarity in the work surface (3) lying magnetic pole faces (11,12, 21,22) is arranged.

2o sensor according to claim 1, characterized in that

that the BME (9) is arranged between the four pole faces (11 ρ 12,21,22) in such a way that when the magnetic field is not disturbed from the outside, the magnetic flux at the location of the BME (9) is minimal _o

3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the BME (9) in or near the magnetic neutral zone between the four pole faces (11,12,21,22).

4. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the four pole faces

(11,12,21,22) lie at the corner points of a rectangle. 15th

5. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the four pole faces (11,12,21,22) two U-shaped, parallel to each other arranged, preferably equally large magnets (1,2) belong.

6. Sensor according to claim 5, characterized in that the BME (9) parallel to the work surface (3)

and to the U-shaped magnets (1,2) is arranged between them.

7. Sensor according to claim 6, characterized in that the two U-shaped magnets (1,2) in

match their pole strengths and the BME (9) is arranged in the middle between the magnets (1,2).

8. Sensor according to claim 6, characterized in that the two U-shaped magnets (1,2) are different Have pole strengths and the BME (9) closer to the weaker magnet (2) than to the stronger one Magnet (1) is arranged lying in the zone of lowest magnetic flux.

9. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the BME (9) is a Wiegand wire is.

10. Sensor according to claim 9, characterized in that the distance between the pole faces (11,12,21,22)

with one another and the length of the Wiegand wire (9) are matched to one another in such a way that the Wiegand wire (9) over the area of the working surface (3) jointly bounded by the pole surfaces (11, 12, 21, 22) protrudes.

11. Sensor according to claim 5 and 10, characterized in that the length of the Wiegand wire (9) coincides approximately with the center-to-center distance of the two pole faces (11,12 or 21,22) of a magnet (1 or 2).
25th

12. Sensor according to one of the preceding claims,

characterized in that the sensor winding (8) surrounds the BME (9).