DE3232306C1 - Method and circuit arrangement for magnetic excitation of Wiegand sensors - Google Patents
Method and circuit arrangement for magnetic excitation of Wiegand sensorsInfo
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Description
stand der Induktionswicklung bis zu ca. 12 Volt hohen) Spannungsimpuls induzieren (Wiegand-Impuls).the induction winding was up to approx. 12 volts) Induce voltage impulse (Wiegand impulse).
Auch beim Zurückstellen des Kerns wird in der Sensorwicklung ein Impuls erzeugt, allerdings mit wesentlich geringerer Amplitude und mit umgekehrtem Vorzeichen wie 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 kann, 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 Feldstärken 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.A pulse is also generated in the sensor winding when the core is reset, but with it significantly lower amplitude and with the opposite sign than in the case of the flip over of the antiparallel in the parallel direction of magnetization. If the Wiegand wire is 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 up to magnetic saturation, so Wiegand impulses occur alternately due to the flipping of the magnetization direction of the soft magnetic core with positive and negative polarity and one speaks of symmetrical excitation of the Wiegand wire. Field strengths of approx. - (80 to 120 A / cm) to + (80 to 120 A / cm) are required for this. The magnetization reversal of the jacket is also erratic and also leads to a pulse in the sensor winding, however, the momentum is much smaller than the momentum 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 Feldstärke von ca. 80 bis 120 A/cm (für die Sättigung des Wiegand-Drahtes).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 occur only with constant polarity and one speaks of asymmetrical excitation of the Wiegand wire. This requires a field strength of at least 16 A / cm in one direction (for the reset of the Wiegand wire) and in the opposite direction a field strength of approx. 80 to 120 A / cm (for the saturation of the Wiegand wire).
Eine Anordnung aus einem Wiegand-Draht und einer ihm zugeordneten, ihn wegen der optimalen Kopplung zumeist umgebenden elektrischen Wicklung wird nachfolgend als Wiegand-Sensor bezeichnet. Wiegand-Sensoren liefern bei symmetrischer Erregung dann Wiegand-Impulse mit hohen und stabilen Amplituden, wenn die Hystereseschleife des Wiegand-Drahtes in beiden Richtungen möglichst weit bis in den Bereich der Sättigung durchlaufen wird. Bei dem in der Praxis wichtigeren Fall der asymmetrischen Erregung liefern Wiegand-Sensoren dann besonders hohe und stabile Wiegand-Impulse, wenn die Hystereseschleife des Wiegand-Drahtes in der einen Feldrichtung möglichst weit bis in den Bereich der Sättigung durchlaufen wird, wohingegen in der entgegengesetzten Feldrichtung lediglich eine Feldstärke benötigt wird, welche den Wiegand-Draht mit Sicherheit magnetisch zurückstellt so (also wenigstens 16 A/cm, vorzugsweise ca. 20 A/cm); die Rückstellfeldstärke sollte jedoch zweckmäßigerweise nicht höher als ca. 25 A/cm gewählt werden, weil oberhalb dieses Feldstärkewertes bereits stellenweise eine Ummagnetisierung des hartmagnetischen Mantels des Wiegand-Drahtes auftreten kann — mit anderen Worten: Man gelangt in den Übergangsbereich zwischen asymmetrischer und symmetrischer Erregung, in welchem verglichen mit rein asymmetrischer Erregung die Wiegand-Impulse mit geringeren und vor allem stark schwankenden Amplituden auftreten.An arrangement of a Wiegand wire and one assigned to it, because of the optimal coupling mostly surrounding electrical winding is hereinafter referred to as Wiegand sensor. Wiegand sensors with symmetrical excitation then deliver Wiegand pulses with high and stable amplitudes, if the hysteresis loop of the Wiegand wire is as far as possible in both directions up to the range of Saturation is passed through. In the case of asymmetrical excitation, which is more important in practice, deliver Wiegand sensors then have particularly high and stable Wiegand pulses when the hysteresis loop of the Wiegand wire is traversed in one field direction as far as possible into the saturation area, whereas in the opposite field direction only a field strength is required which the Wiegand wire with security magnetically resets like this (i.e. at least 16 A / cm, preferably about 20 A / cm); the restoring field strength should, however, expediently should not be chosen higher than approx. 25 A / cm, because above this field strength value already in places a magnetic reversal of the hard magnetic sheath of the Wiegand wire can occur - with others In other words: One arrives at the transition area between asymmetrical and symmetrical excitation, in which compared with purely asymmetrical excitation the Wiegand impulses with lesser and before all strongly fluctuating amplitudes occur.
In den technischen Anwendungen der Wiegand-Sensoren ist man zumeist bemüht, die Erregung der Wiegand-Sensoren durch Permanentmagnete vorzunehmen, deren Lage relativ zum Wiegand-Sensor zeitlich veränderlich ist oder deren Magnetfelder durch in ihrer Lage zeitlich veränderliche ferromagnetische Bauteile am Ort des Wiegand-Sensors verstärkt oder geschwächt werden und dadurch am Ort des Wiegand-Sensors den für seine Erregung nötigen Feldstärkehub erzeugen.In the technical applications of Wiegand sensors one tries mostly to excite the Make Wiegand sensors by permanent magnets, their position relative to the Wiegand sensor is temporally variable or whose magnetic fields are caused by ferromagnetic ones that are temporally variable in their position Components are strengthened or weakened at the location of the Wiegand sensor and thereby at the location of the Wiegand sensor generate the field strength swing necessary for its excitation.
Wegen der unvermeidlichen Luftspalte zwischen den Polen der Permanentmagnete und dem Wiegand-Draht werden die nötigen Sättigungsfeldstärken jedoch häufig nicht in der erwünschten Höhe erreicht, und dadurch leidet die Qualität der Wiegand-Impulse.Because of the inevitable air gaps between the poles of the permanent magnets and the Wiegand wire However, the required saturation field strengths are often not achieved at the desired level, and as a result the quality of the Wiegand impulses suffers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung des Prinzips der Zündung der Wiegand-Impulse mittels Permanentmagneten die Höhe der Amplitude der Wiegand-Impulse und deren Gleichmäßigkeit zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine Schaltungsanordnung mit den im nebengeordneten Anspruch 6 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Die Erfindung benutzt zur Sättigung des Wiegand-Drahtes nicht länger einen Permanentmagneten, soib dem erzeugt das sättigende Magnetfeld auf elektrischem Wege unmittelbar in der vorhandenen Sensorwicklung, welche grundsätzlich neben dem Wiegand-Draht angeordnet werden kann, wenn gleichzeitig für eine enge magnetische Kopplung zwischen beiden Sorge getragen wird, die nach Möglichkeit jedoch den Wiegand-Draht umgeben soll. Um zu gewährleisten, daß der Wiegand-Sensor nach der Zündung eines Wiegand-Impulses so rasch wie möglich wieder zündfähig ist, sieht die Erfindung vor, den Stromimpuls, welcher das Sättigungsmagnetfeld erzeugt, durch' den Wiegand-Impuls selbst, insbesondere durch seine vordere Flanke auszulösen. Die Länge und Amplitude des Stromimpulses wird so gewählt, daß der Wiegand-Draht mit Sicherheit magnetisch gesättigt wird.The invention is based on the object, while maintaining the principle of ignition of the Wiegand pulses by means of permanent magnets the amplitude of the Wiegand impulses and their evenness to improve. This object is achieved by a method with those specified in claim 1 Features and by a circuit arrangement with those specified in the independent claim 6 Features. Advantageous further developments of the invention are the subject of the respective subclaims. The invention no longer uses a permanent magnet to saturate the Wiegand wire, soib which generates the saturating magnetic field by electrical means directly in the existing sensor winding, which can basically be placed next to the Wiegand wire if at the same time for a close magnetic coupling between the two is taken care of, but if possible, the Wiegand wire intended to surround it. To ensure that the Wiegand sensor after the ignition of a Wiegand pulse can be ignited again as quickly as possible, the invention provides for the current pulse, which generates the saturation magnetic field through 'the Wiegand impulse itself, especially triggered by its leading edge. The length and amplitude of the current pulse is chosen so that the Wiegand wire is magnetically saturated with certainty.
Nutzt man die vordere Flanke des Wiegand-Impulses unverzögert zur Auslösung des Stromimpulses aus, so bewirkt das das Auftreten eines Impulses in der Sensorwicklung, dessen vordere Flanke zunächst die für einen Wiegand-Impuls charakteristische Gestalt hat; vom Zeitpunkt der Triggerung an wird jedoch die Impulshöhe und -länge i. w. durch die vom Wiegand-Impuls getriggerte elektronische Schaltung bestimmt. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist es somit, die auftretenden Wiegand-Impulse in vorbestimmter Weise elektronisch umzuformen und zu verstärken und so zur Erzeugung eines definierten Sättigungsmagnetfeldes in der Sensorwicklung zu benutzen. Grundsätzlich wäre es möglich, aber eine verschlechterte Ausführungsform der Erfindung, das Sättigungsmagnetfeld mit einer gesonderten zweiten Wicklung zu erzeugen.If the leading edge of the Wiegand pulse is used without delay to trigger the current pulse, then this causes the occurrence of a pulse in the sensor winding, the leading edge of which is initially the for a Wiegand impulse has a characteristic shape; from the time of triggering on, however, the Pulse height and length i. w. determined by the electronic circuit triggered by the Wiegand pulse. An essential feature of the invention is thus the occurring Wiegand pulses in a predetermined manner to electronically transform and amplify and thus to generate a defined saturation magnetic field in to use the sensor winding. In principle it would be possible, but it would be a worsened embodiment the invention to generate the saturation magnetic field with a separate second winding.
Vorteile der Erfindung liegen darin, daß für die Erzeugung der Sättigungsfeldstärke die bislang üblichen starken Dauermagnete nicht mehr benötigt werden, welche unter Einhaltung enger Luftspalte angeordnet werden mußten und dadurch Einbau- und Anwendungsprobleme schufen. Auf elektrischem Wege hingegen lassen sich die nötigen Sättigungsfeldstärken ohne Probleme erzeugen und besondere Einbauprobleme treten nicht auf, denn für die Einspeisung des Stromes, welcher das Sättigungsmagnetfeld erzeugt, können die beiden Zuleitungen zur Sensorwicklung verwendet werden, welche zur Übertragung der Wiegand-Impulse zu einer Empfangsschaltung ohnehin benötigt werden. Bei Anordnung der Sensorwicklung auf dem Wiegand^ Draht hat man den großen Vorteil, daß der Wiegand-Draht in einem streng homogenen, zu seiner Achse parallelen Magnetfeld gesättigt wird. Hierdurch wirdAdvantages of the invention are that for the Generation of the saturation field strength, the strong permanent magnets customary up to now are no longer required, which had to be arranged in compliance with narrow air gaps and thereby created installation and application problems. On the other hand, by electrical means the necessary saturation field strengths can be generated without problems and special installation problems do not occur, because the Both leads to the sensor winding can be used, which are used to transmit the Wiegand pulses are required anyway for a receiving circuit. When arranging the sensor winding on the Wiegand ^ Wire has the great advantage that the Wiegand wire is strictly homogeneous to its axis parallel magnetic field is saturated. This will
die magnetische Struktur des Wiegand-Drahtes und mit ihr die Höhe und Form der Wiegand-Impulse günstig beeinflußt. Mittels Permanentmagneten läßt sich eine derart günstige Wirkung nicht erzielen.the magnetic structure of the Wiegand wire and with it the height and shape of the Wiegand impulses influenced. Such a beneficial effect cannot be achieved by means of permanent magnets.
Bei den typischen praktischen Anwendungen des Wiegand-Drahtes mit Erregung durch Permanentmagnete wird der Wiegand-Draht dadurch unterschiedlichen Magnetfeldern ausgesetzt, daß die Magnete selbst relativ zum Wiegand-Draht bewegt werden oder die Magnete durch bewegte ferromagnetische Gegenstände (z. B. Maschinenteile) beeinflußt werden. Auf diese Weise ist die Einwirkungsdauer des Sättigungsmagnetfeldes geschwindigkeitsabhängig, unter Umständen variiert darüber hinaus auch noch seine Amplitude. Beides beeinflußt in unerwünschter Weise Form und Amplitude der Wiegand-Impulse; beides wird jedoch durch die Erfindung vermieden.In the typical practical applications of Wiegand wire with excitation by permanent magnets the Wiegand wire is exposed to different magnetic fields because the magnets themselves relative to the Wiegand wire or the magnets are moved by moving ferromagnetic objects (e.g. machine parts) can be influenced. This is how long the exposure time to the saturation magnetic field is speed-dependent, its amplitude may also vary under certain circumstances. Both have an undesirable effect on the shape and amplitude of the Wiegand pulses; however, both will avoided by the invention.
Die wichtigste Betriebsweise der Wiegand-Sensoren ist jene mit asymmetrischer Erregung. Hier hat die Erfindung den Vorteil, daß die hohe Sättigungsfeldstärke (vorzugsweise ca. 100 A/cm) nicht mehr permanentmagnetisch erzeugt werden muß. Für die magnetische Rückstellung und für die Zündung des Wiegand-Drahtes benötigt man einen Feldstärkehub am Ort des Wiegand-Drahtes von nicht mehr als ±20 A/cm. Dies läßt sich ohne größere Probleme mit Permanentmagneten verwirklichen. Bei symmetrischer Erregung ist dafür Sorge zu tragen, daß die Sättigung abwechselnd in der einer und in der anderen Richtung des Wiegand-Drahtes erfolgt und dementsprechend die Sensorwicklung abwechselnd in der einen und in der anderen Richtung von dem Strom durchflossen wird, welcher das Sättigungsmagnetfeld aufbaut. Dies kann durch eine einfache Umschaltung, ζ. B. mittels einer von den Wiegand-Impulsen angesteuerten bistabilen Schaltung erfolgen. Für die bei symmetrischer Erregung noch nötige Zündung des Wiegand-Drahtes benötigt man am Ort des Wiegand-Drahtes einen Feldstärkehub von höchstens ±20 A/cm, was mit Permanentmagneten ohne Schwierigkeiten bewerkstelligt werden kann.The most important mode of operation of Wiegand sensors is that with asymmetrical excitation. Here has the Invention has the advantage that the high saturation field strength (preferably approx. 100 A / cm) is no longer permanently magnetic must be generated. For the magnetic reset and for the ignition of the Wiegand wire a field strength increase at the location of the Wiegand wire of no more than ± 20 A / cm is required. this can be realized without major problems with permanent magnets. With symmetrical excitation is for Take care that the saturation alternates in one and in the other direction of the Wiegand wire takes place and accordingly the sensor winding alternately in one and in the other direction is traversed by the current which builds up the saturation magnetic field. This can be done through a easy switching, ζ. B. by means of a bistable circuit controlled by the Wiegand pulses take place. For the ignition of the Wiegand wire, which is still necessary with symmetrical excitation, am is required Place the Wiegand wire a field strength increase of no more than ± 20 A / cm, what with permanent magnets can be done without difficulty.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung im Hinblick auf asymmetrisch erregte Wiegand-Sensoren zeichnet sich dadurch aus, daß nicht nur das Sättigungsmagnetfeld, sondern auch das entgegengesetzt gerichtete Rückstellmagnetfeld durch zeitweises Einspeisen eines entsprechenden Stromes, vorzugsweise eines konstanten Stromes, in die Sensorwicklung erzeugt wird. Das Rückstellmagnetfeld wird aufgebaut zwischen den Zeitspannen, in welchen das Sättigungsmagnetfeld besteht, und zwar während der gesamten Dauer zwischen je zwei solchen Zeitspannen, um unbeabsichtigte Fehlzündungen angesichts der niedrigen, i. d. R. deutlich unterhalb 10 A/cm liegenden Zündfeldstärke zu vermeiden. Die Zündfeldstärke wird bei dieser Weiterbildung dadurch erreicht, daß man dem Rückstellmagnetfeld ein entgegengesetzt gerichtetes stärkeres Magnetfeld eines Permanentmagneten überlagert, z. B. in der Weise, daß das Rückstellmagnetfeld am Ort des Wiegand-Drahtes konstant die Stärke —20 A/cm annimmt, während der Permanentmagnet für die Zündung des Wiegand-Drahtes an dessen Ort bei größter Annäherung an den Wiegand-Draht ein Magnetfeld der Stärke +40 A/cm erzeugt, so daß bei Überlagerung beider Felder eine zur Zündung sicher ausreichende resultierende Feldstärke von +20 A/cm verbleibt.An advantageous development of the invention with regard to asymmetrically excited Wiegand sensors is characterized by the fact that not only the saturation magnetic field, but also the opposite directed restoring magnetic field by temporarily feeding in a corresponding current, preferably a constant current is generated in the sensor winding. The reset magnetic field is built up between the periods of time in which the saturation magnetic field exists, and that throughout Duration between two such periods of time to avoid unintentional misfires in view of the low, i. d. As a rule, avoid an ignition field strength that is significantly below 10 A / cm. The ignition field strength is achieved in this development in that the restoring magnetic field is an oppositely directed stronger magnetic field of a permanent magnet superimposed, z. B. in such a way that the restoring magnetic field at the location of the Wiegand wire constantly assumes a strength of -20 A / cm, while the permanent magnet for the ignition of the Wiegand wire at its location when it comes closest to the Wiegand wire Magnetic field of strength +40 A / cm generated, so that when both fields are superimposed, one is safe for ignition sufficient resulting field strength of +20 A / cm remains.
Der Vorteil dieser Weiterbildung der Erfindung liegt zum einen darin, daß nur noch ein Permanentmagnet bzw. ein Permanentmagnetfeld von gleichbleibender Polarität zum Betreiben des Wiegand-Drahtes benötigt wird, wobei die Stärke dieses Magnetfeldes 40 A/cm nicht überschreiten muß und deshalb ohne wesentliche Probleme realisierbar ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Wert der Rückstellfeldstärke am Ort des Wiegand-Drahtes auf elektrische Weise sehr viel genauer und reproduzierbarer eingestellt werden kann als mit Permanentmagneten. Deshalb kann sichergestellt werden, daß die Rückstellfeldstärke in einem relativ schmalen Bereich etwa zwischen 18 A/cm und 25 A/cm bleibt. Unterhalb 18 A/cm ist die Rückstellung des Wiegand-Drahtes i. d. R. unzureichend und hat niedrigere Wiegand-Impulse zur Folge. Oberhalb 25 A/cm setzen bereits magnetische Umorientierungen in Teilbereichen des hartmagnetischen Mantels des Wiegand-Drahtes ein, d. h. man gelangt in einen Übergangsbereich von der asymmetrischen zur symmetrischen Erregung, was ebenfalls niedrigere und ungünstiger geformte Wiegand-Impulse zur Folge hat. Durch die Weiterbildung der Erfindung können diese Nachteile vermieden werden. Günstig auf die Form des Wiegand-Impulses wirkt sich ferner aus, daß wie im Falle des elektrisch erzeugten Sättigungsfeldes auch im Falle des in der Sensorwicklung erzeugten Rückstellmagnetfeldes der Wiegand-Draht sich in einem streng homogenen, zu seiner Längsachse parallelen Magnetfeld befindet.The advantage of this development of the invention is, on the one hand, that only one permanent magnet is required or a permanent magnetic field of constant polarity is required to operate the Wiegand wire is, the strength of this magnetic field need not exceed 40 A / cm and therefore without significant Problems is realizable. Another advantage is that the value of the restoring field strength at the location of the Wiegand wire can be adjusted much more precisely and reproducibly in an electrical manner than with permanent magnets. Therefore, it can be ensured that the restoring field strength in one remains relatively narrow range between about 18 A / cm and 25 A / cm. The reset is below 18 A / cm of the Wiegand wire i. d. Usually inadequate and results in lower Wiegand impulses. Above 25 A / cm already set magnetic reorientations in some areas of the hard magnetic jacket of the Wiegand wire, d. H. one arrives at a transition area from the asymmetrical to the symmetrical Excitation, which also results in lower and less well-shaped Wiegand impulses. As a result of the further development of the invention, these disadvantages can be avoided. Favorably on the shape of the Wiegand impulse also has the effect that as in the case of the electrically generated saturation field also in the In the event of the magnetic restoring field generated in the sensor winding, the Wiegand wire turns itself into a severe homogeneous magnetic field parallel to its longitudinal axis.
Schaltungstechnisch realisiert man die Erfindung am besten mittels einer vorzugsweise monostabilen Torschaltung, welche durch die Wiegand-Impulse getriggert wird, für eine vorbestimmte Zeit öffnet und dadurch die Sensorwicklung an eine Stromquelle legt, welche den Strom für das Sättigungsmagnetfeld liefert.In terms of circuit technology, the invention is best implemented by means of a preferably monostable gate circuit, which is triggered by the Wiegand pulses, opens for a predetermined time and thereby the sensor winding connects to a current source which supplies the current for the saturation magnetic field.
Während der Zeitspannen, in denen die Torschaltung geschlossen ist, kann gegebenenfalls ein Konstantstrom mit entgegengesetzter Polarität unter Nutzung dersel- - ben Stromquelle oder einer gesonderten Stromquelle zur Erzeugung eines Rückstellmagnetfeldes in die Sensorwicklung eingespeist werden.During the time periods in which the gate circuit is closed, a constant current can be used if necessary with opposite polarity using the same power source or a separate power source are fed into the sensor winding to generate a reset magnetic field.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind vereinfacht in den Zeichnungen dargestellt.Embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawings.
F i g. 1 zeigt die Anordnung eines Wiegand-Sensors zur Überwachung eines Drehteils in Draufsicht.F i g. 1 shows the arrangement of a Wiegand sensor for monitoring a rotating part in plan view.
F i g. 2 zeigt die Anordnung aus F i g. 1 in der Seitenansicht.F i g. 2 shows the arrangement from FIG. 1 in side view.
F i g. 3 zeigt ein Blockschaltbild der in F i g. 1 und 2 verwendeten Schaltung.
F i g. 4 ist ein detaillierter ausgeführtes Schaltbild derF i g. 3 shows a block diagram of the circuit diagram in FIG. 1 and 2 circuit used.
F i g. 4 is a more detailed circuit diagram of FIG
so Schaltung gemäß F i g. 3.so circuit according to FIG. 3.
Fig.5a—c sind Funktionsdiagramme zur Illustration des Verfahrensablaufs.Figures 5a-c are functional diagrams for illustration the course of the procedure.
Fig.6 zeigt ein Blockschaltbild einer erweiterten Schaltung, welche auch die elektrische Erzeugung des Rückstellmagnetfeldes ermöglicht, undFig. 6 shows a block diagram of an extended circuit, which also the electrical generation of the Reset magnetic field allows, and
F i g. 7 zeigt diagrammatisch ähnlich F i g. 5a den zeitlichen Verlauf der auf den Wiegand-Draht einwirkenden Magnetfelder bei Anwendung der Schaltung nach F i g. 6.F i g. 7 shows diagrammatically similar to FIG. 5a shows the temporal course of the acting on the Wiegand wire Magnetic fields when using the circuit according to FIG. 6th
Die Anordnung in F i g. 1 und 2 zeigt eine sich drehende Scheibe 1, auf welcher am Rand parallel zur Drehachse der Scheibe 1 ein Stabmagnet 2 befestigt ist. Neben der Scheibe 1 ist ein ortsfester Träger 3 angeordnet, auf welchem nebeneinander ein Wiegand-Sensor 4 und ein weiterer Stabmagnet 5, beide mit ihrer Achse parallel zur Drehachse der Scheibe verlaufend, angeordnet sind. Der Wiegand-Sensor 4, bestehend aus einem Wiegand-Draht 6 und einer ihn umgebendenThe arrangement in FIG. 1 and 2 shows a rotating disc 1, on which the edge parallel to A bar magnet 2 is attached to the axis of rotation of the disc 1. A stationary carrier 3 is located next to the pane 1 arranged on which side by side a Wiegand sensor 4 and another bar magnet 5, both with their Axis running parallel to the axis of rotation of the disc, are arranged. The Wiegand sensor 4, consisting of a Wiegand wire 6 and one surrounding it
7 8 ;7 8;
Sensorwicklung 7, liegt zwischen der Scheibe 1 und dem anderen Vergleichereingang anliegenden Referenzzweiten Stabmagneten 5. Die Sensorwicklung 7 ist mit spannung durch die Wiegandimpulsspannung whtkderSensor winding 7, lies between the disk 1 and the other comparator input applied second reference Bar magnets 5. The sensor winding 7 is energized by the Wiegand pulse voltage whtkder
einer elektronischen Schaltung 8 verbunden. Die beiden Ausgang der Vergleichsschaltung auf Potential »0«an electronic circuit 8 connected. The two outputs of the comparison circuit to potential »0«
Magnete 2 und 5 weisen entgegengesetzte Magnetisie- umgeschaltet. Folglich erhält die Basis des TransistorsMagnets 2 and 5 have opposite magnetization switched. As a result, the base of the transistor is preserved
rungsrichtungen auf. 5 7! ein anderes Potential, der Transistor 71 wird leitenddirections on. 5 7! a different potential, the transistor 71 becomes conductive
Der gleichbleibend auf den Wiegand-Sensor 4 und speist in die Sensorwicklung 7 einen KonstantstromThe constant on the Wiegand sensor 4 and feeds a constant current into the sensor winding 7
einwirkende Stabmagnet 5 dient zur magnetischen ein, dessen Höhe durch Wahl des zweckmäßig Rückstellung des Wiegand-Drahtes 6 und erzeugt an veränderlichen Vorwiderstandes Rv einstellbar= ist. BerActing bar magnet 5 is used for the magnetic one, the height of which is adjustable by selecting the appropriate return of the Wiegand wire 6 and generated at variable series resistance R v =. Ber
dessen Ort ein überwiegend zum Wiegand-Draht 6 Konstantstrom wird so lange in die Sensorwicklungwhose place a predominantly to Wiegand wire 6 constant current is so long in the sensor winding
parallel laufendes Magnetfeld mit einer Stärke von ca. lo eingespeist, bis die Spannung an dem mit derparallel running magnetic field with a strength of approx
—20 A/cm. Der mit der Scheibe 1 mitbewegte Sensorwicklung 7 verbundenen Eingang der Vergleiehs--20 A / cm. The sensor winding 7 connected to the disk 1 and connected to the input of the comparative
Stabmagnet 2 dient zur Zündung des Wiegand-Impul- schaltung 22 unter die am anderen VergleichereingangBar magnet 2 is used to ignite the Wiegand pulse circuit 22 below that at the other comparator input
ses, die dann erfolgt, wenn sich der Stabmagnet 2 dem anstehende Referenzspannung abgesunken ist, dennThis occurs when the bar magnet 2 has dropped to the pending reference voltage, because
Wiegand-Sensor 4 dicht annähert. Bei größter Annähe- dann wird der Ausgang der Vergleichsschaltung 22Wiegand sensor 4 closely approximates. At the closest approach, the output of the comparison circuit 22
rung (wie in Fig. 1 und 2 dargestellt) erzeugt der 15 wieder auf das Potential + Ub geschaltet, so daß dertion (as shown in Fig. 1 and 2) generated the 15 again switched to the potential + Ub , so that the
Stabmagnet 2 am Ort des Wiegand-Drahtes 6 ein Transistor 71 wieder sperrt. Der Vergleieher 22 ist soBar magnet 2 at the location of the Wiegand wire 6, a transistor 71 blocks again. Lender 22 is like that
überwiegend zu dessen Achse paralleles Magnetfeld mit aufgebaut, daß an seinem Ausgang alternativ nur diepredominantly to its axis parallel magnetic field with built up that at its output alternatively only the
einer Stärke von ca.+40 A/cm, so daß das resultierende Potentiale »0« und »Üb« liegen können. Die Zeit,a strength of approx. + 40 A / cm, so that the resulting potentials "0" and "Ub" can be. The time,
Magnetfeld am Ort des Wiegand-Drahtes 6 eine während der der Transistor 71 leitend ist, wird durch dieThe magnetic field at the location of the Wiegand wire 6 during which the transistor 71 is conductive is generated by the
Feldstärke von etwa +20 A/cm erbringt, was zur 20 Zeitkonstante des Ci — A1- ^-Gliedes bestimmt.Field strength of about +20 A / cm produces, which determines the 20 time constant of the Ci - A 1 - ^ element.
Zündung sicher ausreicht. Infolge der Beeinflussung F i g. 5 zeigt in übereinstimmender zeitlicher Zuord-·Ignition is certainly sufficient. As a result of the influence F i g. 5 shows in matching time allocation
durch die beiden Stabmagnete 2 und 5 erfährt der nung drei zeitliche Diagramme vom Verlauf der üur/chThrough the two bar magnets 2 and 5, the voltage learns three time diagrams of the course of the üur / ch
Wiegand-Draht 6 bei einer Umdrehung der Scheibe 1 die Stabmagnete 2 und 5 am Wiegand-Draht foervorge-Wiegand wire 6 with one revolution of the disc 1 the bar magnets 2 and 5 on the Wiegand wire
einen Feldstärkehub von ca. —20 A/cm bis +20 A/cm, rufene Feldstärke (F i g. 5a), vom Potential am Ausganga field strength increase of approx. -20 A / cm to +20 A / cm, called field strength (Fig. 5a), from the potential at the output
was für Zündung und Rückstellung des Wiegand-Sen- 25 der Vergleichsschaltung 22 (Fig.5b)mnd vom Span-what kind of ignition and resetting of the Wiegand-Sen- 25 of the comparison circuit 22 (Fig. 5b) and from the voltage
sors 4 ausreicht, nicht aber für seine Sättigung, die nach nungsverlauf an den Enden der Sensorwicklung 7sors 4 is sufficient, but not for its saturation, which according to the voltage curve at the ends of the sensor winding 7
der Zündung auf jeden Fall erfolgen muß. Dies für die (Fig.5c). Letzterer zeigt nach der Zündung desthe ignition must take place in any case. This for the (Fig.5c). The latter shows after the ignition of the
Sättigung erforderliche Magnetfeld wird gemäß der Wiegand-Impulses bei Z zunächst den typischenSaturation required magnetic field is first the typical according to the Wiegand impulse at Z.
Erfindung mittels der Schaltung 8 auf elektrischem Anstieg eines Wiegand-Impulses. Bei Erj-eicnen derInvention by means of the circuit 8 on the electrical rise of a Wiegand pulse. At Erj-eicnen the
Wege in der Sensorwicklung 7 erzeugt. Das Block- 30 Referenzspannung Ur jedoch wird der Transistor TtPaths generated in the sensor winding 7. The block 30 reference voltage Ur, however, becomes the transistor Tt
schaltbild der Schaltung 8 in Fig.3 zeigt eine leitend und der weitere Anstieg und Verlauf :derThe circuit diagram of the circuit 8 in FIG. 3 shows a conductive and the further rise and course: the
Vergleichsschaltung 9, deren einem Eingang eine Spannung in der Sensorwicklung wird durch dieComparison circuit 9, one input of which is a voltage in the sensor winding through the
Referenzspannung UR zugeführt wird und deren angeschlossene elektronische Schaltung 8 bestimmt. Die;Reference voltage U R is supplied and its connected electronic circuit 8 is determined. The;
anderer Eingang mit der Sensorwicklung 7 verbunden Umlaufzeit T der Scheibe 1 und die durch dieother input connected to the sensor winding 7 circulation time T of the disc 1 and the through the
ist. Wenn und solange die von der Sensorwicklung 35 Zeitkonstante des Q-/?i — /?2-Gliedes bestimmte Zetfis. If and as long as the time constant of the Q - /? I - /? 2- member certain Zetf
übermittelte, von einem Wiegand-Impuls herrührende tp, während der der Transistor 71 leitend ist, sind transmitted tp originating from a Wiegand pulse during which transistor 71 is conductive
Impulsspannung höher ist als die Referenzspannung Ur, eingezeichnet. Nur teilweise und gestrichelt eingezeieh-Pulse voltage is higher than the reference voltage Ur, shown. Only partially drawn in with dashed lines
wird von einer der Vergleichsschaltung 9 nachgeschal- net ist die durch die Schaltung für die Dauer tp is followed by one of the comparison circuit 9 which is followed by the circuit for the duration t p
teten Impulsschaltung 10 ein Steuerimpuls abgegeben, hervorgerufene Sättigungsfeldstärke in der Sensorwick-activated pulse circuit 10 emitted a control pulse, caused saturation field strength in the sensor winding
der für die Dauer dieses Impulses einen Schalter 11 40 lung 7, welche sich dem Permanentmagnetfeld infor the duration of this pulse a switch 11 40 ment 7, which is the permanent magnetic field in
schließt, durch welchen die Sensorwicklung 7 mit einer F i g. 5a überlagert.closes, through which the sensor winding 7 with a F i g. 5a superimposed.
Konstantstromquelle 12 verbunden wird, die einen zur Fi g. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer erweitertenConstant current source 12 is connected to the one for Fi g. 6 shows a block diagram of an expanded
Sättigung des Wiegand-Drahtes 6 ausreichenden Strom Schaltung 8, welches sich von dem Blocksehaltbild derSaturation of the Wiegand wire 6 sufficient current circuit 8, which differs from the block diagram of the
in die Sensorwicklung 7 einspeist. F i g. 3 nur dadurch unterscheidet, daß zusätzlich zu derfeeds into the sensor winding 7. F i g. 3 only differs in that in addition to the
Ein Ausführungsbeispiel für eine monostabile Schal- 45 KonstantstromqueUe 12 noch eine entgegengesetztAn embodiment for a monostable switching 45 constant current source 12 yet another opposite
tung gemäß F i g. 3 zeigt F i g.4. Die Sensorwicklung 7 gepolte KonstantstromqueUe 15 vorgesehen ist, welcheaccording to FIG. 3 shows FIG. 4. The sensor winding 7 polarized constant current source 15 is provided, which
ist über ein Differenzierglied Q—R\ — R2 mit dem einen während der Zeiten, in denen die KonstantstromqueUeis via a differentiator Q — R \ - R2 with the one during the times in which the constant current source
Eingang einer Vergleichsschaltung 22 verbunden, deren 12 nicht mit der Sensorwicklung 7 verbunden, ist,The input of a comparison circuit 22 is connected, the 12 of which is not connected to the sensor winding 7,
anderer Eingang eine konstante Referenzspannung ihrerseits mit der Sensorwicklung 7 verbunden ist und inother input a constant reference voltage is in turn connected to the sensor winding 7 and in
erhält, welche durch einen aus den Widerständen R3 50 diese einen Strom einspeist, welcher ein zur RüeksteT-receives, which feeds a current through one of the resistors R3 50, which is a back-up
einerseits und /?4 und R2 andererseits bestehenden lung des Wiegand-Drahtes 6 ausreichendes Magnetfeldon the one hand and /? 4 and R2 on the other hand existing development of the Wiegand wire 6 sufficient magnetic field
Spannungsteiler von der Spannung + Ub einer Kon- mit einer Stärke von ca. 20 A/cm im Innern derVoltage divider of the voltage + Ub of a con with a strength of approx. 20 A / cm inside the
stantspannungsquelle abgeleitet ist. Der Ausgang der Sensorwicklung 7 erzeugt. Zu diesem Zweck ist derconstant voltage source is derived. The output of the sensor winding 7 is generated. For this purpose is the
Vergleichsschaltung 22 ist über zwei in Reihe liegende, Ein-Aus-Schalter 11 aus Fig.3 ersetzt durch einenComparison circuit 22 is replaced by one via two on-off switches 11 from FIG. 3 located in series
einen Spannungsteiler bildende Widerstände R5 und Re 55 Umschalter 14. Durch die KonstantstromqueUe 15 wirda voltage divider forming resistors R 5 and Re 55 changeover switch 14. By the constant current source 15 is
an Ub gelegt. Zwischen R5 und Re wird die Steuerspan- der Stabmagnet 5 in F i g. 1 und 2 ersetzt. Als einzigerplaced on Ub . Between R5 and Re , the control voltage is the bar magnet 5 in FIG. 1 and 2 replaced. As the only one
nung für einen Transistor 71 abgegriffen, dessen Emitter Permanentmagnet wird noch jener für die Zündung defVoltage for a transistor 71 is tapped, the emitter permanent magnet of which is still the one for the ignition def
mit Ub verbunden ist und dessen Kollektor über einen Wiegand-Impulse benötigt (z. B. Stabmagnet 2 in F ig. 1is connected to Ub and whose collector requires a Wiegand pulse (e.g. bar magnet 2 in Fig. 1
Vorwiderstand Rv mit der Sensorwicklung 7 verbunden und 2). ! : Series resistor Rv connected to the sensor winding 7 and 2). ! :
ist, deren anderes Ende an Masse liegt. Die Vergleichs- 60 Fig. 7 ist eine Darstellung ähnlich Fig.5a und zeigtthe other end of which is connected to earth. The comparison 60 Fig. 7 is a representation similar to Fig.5a and shows
schaltung 22 ist so aufgebaut, daß im Ruhezustand, d. i. den zeitlichen Verlauf der verschiedenen auf denCircuit 22 is constructed so that in the idle state, i. i. the temporal course of the various on the
beim Ausbleiben eines Wiegand-:Impulses, ihr Ausgang Wiegand-Draht 6 einwirkenden Magnetfelder beiin the absence of a Wiegand: impulse, their output Wiegand wire 6 with acting magnetic fields
auf dem Potential + Ub liegt, so daß der Transistor 71 Anwendung einer Schaltungsanordnung gemäß F i g. 6.is at the potential + Ub , so that the transistor 71 using a circuit arrangement according to FIG. 6th
gesperrt ist. Wird im Wiegand-Sensor 4 ein Wiegand- In F i g. 7 ist gestrichelt eingezeichnet, die FeldstärkeIs blocked. If a Wiegand- In F i g. 7 is shown in dashed lines, the field strength
Impuls gezündet, so gelangt dieser über das Differen- 65 des Rückstellfeldes (ca. —20 A/cm), welches besteht bisIf the pulse is ignited, it passes through the differential 65 of the reset field (approx. -20 A / cm), which exists up to
zierglied C1 — Ä1—Ä2. dessen Zeitkpnstante i. w. durch zum Zeitpunkt der Zündung des Wiegand-Impulsesornamental link C1 - Ä1 - Ä2. whose time constant i. w. through at the time of the ignition of the Wiegand pulse
C\ und R\, bestimmt wird, an den einen Eingang der (Punkt Z) und wieder aufgebaut wird, wenn das C \ and R \, is determined to one input of the (point Z) and is rebuilt when the
Vergleichsschaltung 22. Bei Überschreiten der am Sättigungsmagnetfeld (ca. +100 A/cm) abklingt. DasComparison circuit 22. When the saturation magnetic field (approx. +100 A / cm) is exceeded, it decays. That
vom Permanentmagneten (ζ. B. Stabmagnet 2 in F i g. 1 und 2) vorübergehend am Ort des Wiegand-Drahtes 6 hervorgerufene Magnetfeld ist punktiert eingezeichnet. Es kompensiert zeitweise das Rückstellfeld und bewirkt bei einer resultierenden Feldstärke von ca. 1+8 A/cm die Zündung des Wiegand-Impulses. Mit der Zündung bei Z setzt die Einspeisung des Stroms aus derfrom permanent magnets (ζ. B. bar magnet 2 in Fig. 1 and 2) the magnetic field temporarily generated at the location of the Wiegand wire 6 is shown in dotted lines. It temporarily compensates for the reset field and, with a resulting field strength of approx. 1 + 8 A / cm the ignition of the Wiegand pulse. With the ignition at Z, the feed-in of the current from the
1010
Konstantstromquelle 12 in die Sensorwicklung ein, und zwar für eine kurze Zeitspanne tp, während der zugleich die Konstantstromquelle 15 von der Sensorwicklung getrennt ist. Die insgesamt resultierende Feldstärke am Ort des Wiegand-Drahtes 6 ist durch die durchgezogene Kurve gegeben.Constant current source 12 in the sensor winding, for a short period of time tp, during which the constant current source 15 is separated from the sensor winding. The overall resulting field strength at the location of the Wiegand wire 6 is given by the solid curve.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (8)
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FR8313601A FR2532493A1 (en) | 1982-08-31 | 1983-08-23 | METHOD AND MOUNTING FOR MAGNETICALLY EXCITING WIEGAND DETECTORS |
GB08323227A GB2126351B (en) | 1982-08-31 | 1983-08-30 | Electro-magnetic saturation and possible re-setting of wiegand effect sensors |
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FR2532493A1 (en) | 1984-03-02 |
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