DE3325353A1 - Positionssensor - Google Patents

Positionssensor

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DE3325353A1
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magnetic field
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    • GPHYSICS
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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination

Description

HONEYWELL GmbH
Kaiserleistraße 55
D-6050 Offenbach am Main
13. Juli 1983 77100507 DE Hz/ep
Positionssensor
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung der Position eines beweglichen Teiles nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Derartige Positionssensoren sind oftmals unabdingbare Voraussetzung zur Steuerung und Regelung vieler Prozesse.
Digitale Positionsgeber sind von besonderer Bedeutung wegen ihrer verhältnismäßig geringen Störanfälligkeit gegenüber Intensitätsschwankungen der erfaßten Signale und wegen der Möglichkeit ihrer direkten Anpassung an eine digitale Auswerteelektronik. Optoelektrische Winkelcodierer und auch Translationscodierer sind im Stand der Technik vielfach bekannt, wobei deren Funktionsprinzip darin besteht aus einer hell-dunkel codierten Maske und den dazugehörigen Abtastelementen entweder direkt als Binärkombination, d.h. absolut, oder durch Addition von Weginkrementen, d.h. inkremental, eine Position als elektrisches Signal anzuzeigen. Derartige optische Positionssensoren besitzen den Nachteil, daß sie bei direkter Einwirkung von Staub und opaken Flüssigkeiten, Gasen und Dämpfen sofort funktionsunfähig werden. Selbst bei gekapselter Bauweise läßt sich diese Störanfälligkeit/ insbesondere in rauher Industrieatmosphäre, nicht vollständig beseitigen.
Bei einem magnetischen Positionssensor spielt hingegen die Transmission von Flüssigkeiten, Gasen und Dämpfen grundsätzlich keine Rolle, da eine zu sensierende Magnetfeldverteilung durch diese Medien nicht beeinflußt wird.
Dies gilt in gleichem Maße für nicht-ferromagnetischen Staub. Ein derartiger magnetischer Positionssensor ist
beispielsweise aus der DE-OS 32 18 298 (Fig. 4] bekannt Dort sind auf einem beweglichen Teil Magnetisierungen abwechselnder Polarität aufgebracht, die mittels eines Hallsensors bzw. eines Magnetoresistors abgetastet und in elektrische Signale umgewandelt werden. Verwendet man magnetfeldabhängige Widerstände, so ergibt sich bei tangentialer Magnetisierung auf Grund der Gesetze der Magnetostatik, daß zur Erfassung der Magnetfeldänderung der magnetfeldabhängige Widerstand von der abzutastenden Spur einen Abstand entsprechend der Länge des magnetischen Wegelementes nicht wesentlich überschreiten darf. Ist eine hohe Auflösung gefordert und das magnetische Wegelement entsprechend kurz, so ergibt sich ein einzuhaltender Abstand des magnetfeldabhängigen Widerstandes von der codierten Spur, bei dem Staubkörner oder eine wärmebedingte Ausdehnung bereits zu Störungen führen können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen, d.h. auch bei hoher Auflösung einen ausreichenden Abstand des Sensors von der Codespur zu gewährleisten. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Mehrere Spuren bei einem Codierer vorzusehen, der magnetfeldabhängige Widerstände verwendet, ist an sich bereits aus der DE-OS 31 26 806 bekannt. Doch wird bei dem bekannten inkrementalen Codierer hiervon bislang nur zur Richtungserkennung Gebrauch gemacht, wobei es im allgemeinen genügt, zwei um die halbe Teilung versetzte Spuren vorzusehen.
Nur bei der Verwendung von magnetoresistiven Sensoren mit quadratischer Kennlinie werden im bekannten Fall drei Spuren angeordnet. Der Zweck der vorliegenden Erfindung hingegen liegt darin, bei geforderter Auflösung durch die Anordnung mehrerer Spuren einen problemlosen Abstand des Sensors von dem, die Codespuren tragenden Teil zu erzielen, wodurch die Anwendung der Vorrichtung auch in rauher Industrieatinosphäre ermöglicht wird und wodurch gleichzeitig die Voraussetzung für eine kostengünstige Herstellung des Sensorchips geschaffen wird, da das kosten- und zeitintensive Schleifen und Läppen der Seite des Sensorchips entfällt, auf der sich die magnetoresistiven Sensorelemente befinden, die das Magnetfeldmuster sensieren.
Dieser bekannte Codierer verwendet ferner eine Auswerteschaltung für die von den magnetfeldabhängigen Widerständen gelieferten Signale, die aus einem Spannungsteiler mit jeweils parallelgeschalteten Kompensationswiderständen besteht. Diese bekannte Auswerteschaltung besitzt ebenso wie die oftmals verwendete Brückenschaltung den Nachteil, daß man den Temperaturkoeffizienten des magnetfeldabhängigen Widerstandes R nur auf Kosten eines Temperaturkoeffizienten der magnetfeldabhängigen Wider-Standsänderung OR/R kompensieren kann. Es kann gezeigt werden, daß dieser Temperaturkoeffizient von <5"R/r noch um 30% größer als derjenige von R ist, so daß die Meßgenauigkeit des Codierers sogar noch verschlechtert wird. Ferner besitzt die Spannungsteilerschaltung bzw. die Brückenschaltung den Nachteil, daß man verhältnismäßig viele Widerstände braucht, um die Schaltung zu realisieren. Will man die Schaltung auf einem Silizium-Chip integrieren, so besetzen die Widerstände verhältnismäßig große Chipbereiche, was sich nachteilig auf die Kosten auswirkt.
Schließlich ergibt sich eine Verminderung der magnetoresistiven Empfindlichkeit ©R/_, wenn man einen hohen magnetfeldabhängigen Widerstand durch Verringerung der Filmdicke erzielen will. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß oR unabhängig von der Filmdicke ist.
Alle diese Unzulänglichkeiten werden gemäß einer Schaltungsanordnung vermieden, von der der erfindungsgemäße Positionssensor Gebrauch macht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde ferner festgestellt, daß der Verlauf der magnetischen Feldstärke an den Enden der Magnetspuren stark unregelmäßig ist, so daß bei Erfassung dieses Bereiches der Positionssensor keine exakte Messung liefert. Mit Vorteil wird daher gemäß der vorliegenden Erfindung von dem Sensorkopf nur der zentrale Bereich der Magnetspuren erfaßt.
Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im" folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen
Positionssensors;
Figur 2a den Verlauf sinusförmiger normierter Magnetisierungen
einer Spur aufgetragen über relativen Wegeinheiten; Figur 2b den Verlauf der resultierenden vertikalen normierten magnetischen Feldstärke aufgetragen über relativen
Wegeinheiten;
Figur 2c den Verlauf der vertikalen normierten magnetischen Feldstärke für ein einzelnes sinusförmig magnetisiertes Wegelement (gestrichelte Kurve) aufgetragen über relativen Wegeinheiten;
Figur 3 ein erfindungsgemäßes Sensorelement; Figur 4 eine an das Sensorelement anschließbare Auswerteschaltung; und
Figur 5 den Eingangsteil der Auswerteschaltung gemäß Figur 4 in näheren Einzelheiten.
Gemäß Figur 1 sind auf einem geeigneten permanent magnetisierbaren Träger T, mittels eines Magnetisierkopfes drei Spuren Sp., Sp_ und Sp3 mit jeweils abwechselnd entgegengesetzter Magnetisierung aufgebracht. Diese Magnetisierung kann auf die gleiche Art und Weise erfolgen, wie dies beispielsweise von Magnetbändern oder Taschenrechnerprogrammkarten her bekannt ist. Jede Spur Sp.., Sp_ und Sp3 ist tangential zur Oberfläche des Trägers T in magnetisierte Elemente der Länge L unterteilt, wobei die Magnetisierung M von einem Element zum nächsten die entgegengesetzte Richtung aber die gleiche Stärke aufweist. Wie aus Figur 1 hervorgeht, sind im vorliegenden Beispiel bei drei Spuren die magnetisierten Elemente benachbarter Spuren örtlich um A L = Iy3 verschoben. Der gegenseitige Versatz der Spuren ermöglicht zwar eine Richtungserkennung hinsichtlich der Bewegung des beweglichen Teiles T; hierzu wurden aber
bereits zwei versetzte Spuren genügen. Der primäre Zweck bei der Anordnung mehrerer gegeneinander versetzter Magnetspuren liegt jedoch in der Erhöhung des Auflösungsvermögens bei einem gleichzeitig ausreichenden Abstand eines über den Magnetspuren Sp1, Sp2 und Sp3 angeordneten Sensors S. Der Sensor S besteht aus einem Siliziumsubstrat/ auf welches Permalloy-Widerstände R1, R_ und R3 aufgedampft sind, wobei diese einen an den Abstand der Magnetspuren angepaßten Abstand voneinander aufweisen.
Die Realisierung von technisch relativ problemlosen Abständen der Permalloy-Widerstände R1, R- und R3 von den Magnetspuren Sp1 / Sp„ und Sp-. bei gleichzeitig hoher Auflösung des Positionssensors wird durch ein Vielspurcodierverfahren gewährleistet, dem folgendes Prinzip zugrunde liegt.
Mit den Gesetzen der Magnetostatik kann gezeigt werden, daß die zu messende Magnetfeldamplitude in einem Abstandsbereich 0 < d ^ L die für den Nachweis der Magnetfeldamplitude erforderliche Größe hat, wobei d dem Abstand der Permalloy-Widerstände von dem die Magnetspuren aufweisenden Träger T entspricht und L die Länge eines magnetisierten Elementes darstellt. Wenn nun das kleinste aufzulösende Weginkrement ^ L ist und der Abstand d viel größer als Al vorgegeben ist, so sind diese beiden Größen inkompatibel, wenn ein Einspurverfahren angewendet wird, da die obige Bedingung nicht erfüllt werden kann. Benutzt man jedoch ein n-Spurverfahren mit η = d/* _ und L = η · A L, wobei benachbarte magnetisierte Spuren örtlich um AL verschoben sind, so wird die obige Bedingung eingehalten und der gewünschte Abstand d bei gegebenem AL ist gewährleistet. In Figur ist dieses Prinzip für drei Spuren veranschaulicht, wobei sich eihe gegenseitige Verschiebung der Spuren um Al = L/3 ergibt.
Das Magnetisierungsmuster der Magnetspuren
Sp1, Sp2 und Sp- besitzt einen sinusförmigen Verlauf, wie er in Figur 2a über den relativen Wegeinheiten X/L aufgetragen ist. In gleicher Weise veranschaulicht Figur 2b den Verlauf der vertikalen magnetischen Feldstärke H über den relativen Wegeinheiten Xa. , wobei in beiden Figuren ausgehend von der Mitte der Magnetspur nur der Verlauf für die eine Hälfte der Magnetspur dargestellt ist. Man erkennt, daß die vertikale Magnetfeldstärke H nur im zentralen Bereich der Magnetspur einen relativ regelmäßigen Verlauf aufweist, während gegen das Ende der Magnetspur der Verlauf der Feldstärke in bezug auf Amplitude und Periodizität stark verzerrt wird. Dieser Bereich muß daher bei einem genauen Positionssensor als Meßbereich ausgeschlossen werden. Die Ursachen für diesen unregelmäßigen Verlauf der vertikalen Magnetfeldstärke H ergibt sich aus Figur 2c, wo der Verlauf der vertikalen Magnetfeldstärke H , hervorgerufen durch die gestrichelt dargestellte sinusförmige Magnetisierung eines Einzelelementes, durch eine ausgezogene Kurve veranschaulicht ist. Strenggenommen ergibt sich aufgrund dieses Verlaufs nur in der Mitte der Magnetspur ein regelmäßiger sinusförmiger Verlauf der Feldstärke, während an den Enden der Magnetspuren sich der Verlauf der Feldstärke immer mehr demjenigen Verlauf eines Einzelelementes angleicht.
Die gemäß den Figuren 1 und 3 auf das Siliziumsubstrat Si aufgedampften Permalloy-Widerstände R1, R_ und R3 erfahren durch die Einwirkung des Magnetfeldes H eine Änderung ihres Magnetisierungsvektors M,wobei dieser Magnetisierungsvektor aus seiner Vorzugsrichtung heraus, die mit der Stromrichtung zusammenfallen möge, um einen Winkel 0 gedreht wird. Wie aus der wissenschaftlichen Literatur bekannt, ist hiermit eine Widerstandsänderung verbunden, die folgender Gleichung genügt:
R(H) = R(H = 0) - ^R · cos2 0 (H)
max
Hierbei istA-B^^/RiH-O)·eine Materialkonstante, die von den
Herstellern in der Größenordnung von 0,02 angegeben wird. Diese Widerstandsänderung wird ausgenutzt, um die Magnetfeldverteilung zu erfassen. Vielfach kann es zweckmäßig sein, durch ein zusätzliches Magnetfeld den Arbeitspunkt des Permalloy-Widerstandes in einen bestimmten Punkt seiner Widerstandskennlinie zu legen. Dieses Zusatzfeld kann zu einem auf dem Sensorchip integriert erzeugt werden, indem zunächst eine Isolierschicht und dann eine geeignet dimensionierte Permanentmagnetschicht über dem Permalloy-Widerstand aufgedampft werden; oder zum anderen kann das Zusatzfeld auf dem Chip integriert erzeugt werden, indem über dem Permalloy-Widerstand und parallel zu ihm ein planarer Leiter aufgebracht wird, der von dem Permalloy nur wenige Hundert Angström durch eine Isolierschicht getrennt ist. Fließt durch diesen Leiter ein Strom, so wird am Ort des Permalloy-Widerstandes ein Magnetfeld erzeugt. Durch Variation der Stromstärke kann in diesem Fall der Arbeitspunkt kontinuierlich über der Kennlinie eingestellt werden, was in manchen Anwendungsfällen von Vorteil sein kann.
Aus der Literatur ist noch eine weitere Möglichkeit, nämlich die Barber-Pol-Konfiguration bekannt.
Von entscheidendem Einfluß auf die Genauigkeit und die technische Realisierbarkeit des vorliegenden Positionssensors sind neben dem bereits abgehandelten Abstand des Sensorkopfes von den Magnetspuren, die von der endlichen Länge der aufmagnetisierten Spur naturgemäß bedingten Abweichungen von einem regelmäßigen Feldverlauf, was anhand von Figur 2b bereits erörtert wurde. Bei vorgegebener Genauigkeit lassen sich diese Abweichungen im idealen regelmäßigen Feldverlauf der Magnetfeldstärke auf ein Minimum beschränken, indem die aufmagnetisierten Spuren länger als geometrisch notwendig gemacht werden, wobei der Sensorkopf nur den zentralen, den Anforderungen
_ /η«. ο ο Zd ο υ ο
genügenden Bereich abtastet. Die notwendige Anzahl der magnetisierten Elemente der Länge L einer jeden Spur und damit die Gesamtlänge kann mit den Gleichungen der Magnetostatik berechnet werden,
5
Gemäß Figur 3 ist neben den Permalloy-Widerständen R., R^ und R., für die Abtastung der Magnetspuren noch ein weiterer Permalloy-Widerstand RQ in einem solchen Abstand von den Magnetspuren angeordnet, daß er von diesen praktisch nicht beeinflußt wird. Der Permalloy-Widerstand RQ dient der Kompensation von schwachen homogenen Störmagnetfeldern sowie der Temperaturdrift der Permalloy-Widerstände R1, R„ und R-., was später noch anhand der Figur 5 näher erläutert wird.
Gemäß Figur 4 ist eine Auswerteelektronik dargestellt, die an den Sensorkopf gemäß Figur 3 angeschlossen wird oder auch zum größten Teil mit auf dem Siliziumsubstrat integriert ist. Allen Permalloy-Widerständen RQ - R3 sind jeweils Stromquellen I- - I3 zugeordnet, die eingeprägte Ströme jeweils über die zugeordneten magnetfeldabhängigen Widerstände schicken. Hierdurch entstehen Spannungsabfälle U0 - U3, wobei die Spannungen U1 - U3 jeweils dem positiven Eingang eines zugeordneten Operationsverstärkers DA1 - DA3 zugeführt werden. Die Spannung U_ wird über einen Spannungsfolger VF jeweils den negativen Eingängen der Operationsverstärker DA1 - DA3 zugeführt. Auf diese Weise wird sowohl eine Temperaturdrift als auch der Einfluß eines magnetischen Störfeldes kompensiert. Die Ausgangssignale der Operationsverstärker DA1 - DA3 werden in Komparatoren C1 - C3 jeweils mit einer Referenzspannung U f verglichen, und die Ausgangssignale der Komparatoren C1 - C3 werden über eine gemeinsame Schnittstelle I einem Mikroprozessor μρ zugeführt, der in üblicher Weise an einen Taktgenerator CG und an einen Speicher M angeschlossen ist und seine errechneten Ergebnisse über eine Anzeige D ausgibt.
Am Ausgang der Komparatoren C1-C- und somit am Eingang der Schnittstelle I liegt eine Binärkombination von normierten Spannungswerten an. Eine Änderung dieser Binärkombination erzeugt einen Interrupt im Mikroprozessor μρ, wodurch eine Programmsequenz ausgelöst wird. Daraufhin werden die neuen Werte eingelesen, und es wird geprüft, ob eine zulässige Binärkombination vorliegt. Ist dies der Fall, so wird die Richtung erkannt und es wird ein Zähler entsprechend erhöht oder erniedrigt, je nach der erkannten Richtung. Entsprechend wird die Position angezeigt. Es ist auch möglich, einen internen Zeitzähler abzufragen und die Geschwindigkeit bzw. die Beschleunigung zu errechnen und anzuzeigen.
Ferner sind die verwendete Auswerteelektronik und das μΡ-Programm in der Lage, auch dann eine zuverlässige Aussage über die vorliegende Position zu ermitteln, wenn η - 1 aufeinanderfolgende fehlerbehaftete Magnetfeldkombinationen vorliegen und nur die n-te Messung eine richtige Kombination von η Magnetfeldamplituden ergibt. Aus der letzten gültigen und der η-ten Messung ergeben sich sodann die Bewegungsrichtung und die momentan vorliegende Position.
Gemäß Figur 5 ist der Eingangsteil der Auswerteschaltung gemäß Figur 4 noch einmal in näheren Einzelheiten dargestellt. Die dargestellte Schaltung verwendet j-Permalloy-Meßwiderstände R., R3, ... R. sowie einen Permalloy-Kompensationswiderstand RQ. Bei einer Brückenschaltung müßten mindestens etwa doppelt soviele Permalloy-Widerstände verwendet werden. Der Vorteil einer verminderten Anzahl von Permalloy-Widerständen wird durch die Anordnung von Stromquellen I_ - I. erkauft, die jedem Permalloy-Widerstand zuzuordnen sind. Bei diesen Stromquellen handelt es sich jedoch um elektronische Standardelemente, die auf einem Silizium-Chip sehr viel weniger Platz beanspruchen als hochohmige Permalloy-Widerstände.
-Absetzt man ideale Operationsverstärker DA1 - DA. voraus, so stellt sich die Ausgangsspannung Vj dieses Operationsverstärkers folgendermaßen dar:
R" *U üo
1J
R3j
10
Ir. (1 + cc· At) - 6r(i +€ ·Δτ)<8ΐη2θ>|·ΐ.(ΐ +γΔτ)
R0(I +öC-Δτ) io(i
In dieser Gleichung bedeuten:
OC ι £, ι Y s die Temperaturkoeffizienten der Permalloy-Wider stände R, der Widerstandsänderung <f R und der Stromquellen
Δτ : die Temperaturdifferenz bezogen auf eine
Bezugstemperatur. 20
Die vorstehende Gleichung läßt sich folgendermaßen neu anschreiben:
V. = - (1 +YAT) (1 +£ΔΤ) ^U (^RI. <sin2e> R3j
E3j
- (1 +νΔτ) (1 +6Δτ) <iR.ι .<sin2e>
J D
Der letzte Ausdruck in vorstehender Gleichung ist vernachlässigbar klein im Vergleich zu den beiden anderen Ausdrücken, da er nicht mit dem Verstärkungsfaktor R.. dividiert durch R3. multipliziert wird.
Wenn zusätzlich die Widerstände Rq , R- oder die Ströme IQ, I. so gewählt werden, daß
R4j
' ist, so liefert auch der zweite Ausdruck keinen Beitrag zu der Ausgangspannung V..
Unter diesen Voraussetzungen ergibt sich das Ausgangssignal wie folgt: ·
Vj^ (1 +Xa1T) (1 +ΕΔΤ) _Ü O Riesin2 θ>
Aus der vorstehenden Gleichung erkennt man, daß die magnetoresistive Empfindlichkeit nicht von O R/_ sondern alleine
r
von ö R abhängig ist. Somit kann die Filmdicke auf dem
Siliziumsubstrat herabgemindert werden, ohne daß hiervon
die magnetoresistive Empfindlichkeit berührt wird. Die
Filmdicke kann daher so dünn gewählt werden, wie dies technisch machbar ist.
Die Temperaturdrift der Ausgangsspannung V. kann durch eine geeignete Auswahl des Temperaturkoeffizienten der Stromquellen auf ein Minimum reduziert werden. Wählt xnan den Temperaturkoeffizienten V" der Stromquellen I so, daß er den Temperaturkoeffizienten E der Widerstandsänderung or kompensiert, so wird das Ausgangssignal V. unabhängig von jedem Temperatureinfluß.

Claims (11)

  1. Patentansprüche:
    Vorrichtung zur Erfassung der Position eines beweglichen Teiles mit η Magnetspuren aus Einzelelementen der Länge L, die um den Betrag AL = L/ in bezug aufeinander versetzt
    ' η
    sind, und mit einem über den Magnetspuren angeordneten, magnetfeldabhängige Widerstände aufweisenden Sensor, wobei der Abstand d der magnetfeldabhängigen Widerstände von den Magnetspuren die Länge L nicht wesentlich überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl n>1 der Magnetspuren (Sp1, Sp2, Sp3) durch das Auflösungsvermögen des Positionssensors (Sp1, Sp2, Sp3; R1, R3, R3) und den geforderten Abstand d^L des Sensors von dem beweglichen Teil (T) vorgegeben ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß der Sensor (S) nur den zentralen Teil bezüglich der Gesamtlänge der magnetisieren Spuren (Sp1, Sp2, Sp3) abtastet.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch auf ein Siliziumsubstrat (S) aufgedampfte und jeder Spur (Sp1, Sp2, Sp3) zugeordnete Permalloy-Widerstände (R , R3, R3) als magnetfeldabhängige Widerstände.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permalloy-Widerstände (R1, R3, R3) durch auf dem Sensor (S) integrierte magnetische Zusatzfelderzeuger auf einen vorgebbaren Arbeitspunkt ihrer Kennlinie eingestellt sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen in vergrößertem Abstand von den Magnetspuren (Sp1, Sp2, Sp3) angeordneten weiteren Permalloy-Wider stand (Rq) zur Kompensation von äußeren Magnetfeldern und Temperatureinflüssen.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der die Magnetspuren
    (Sp , Spp, Sp_) abtastenden Permalloy-Widerstände (R1, R_, R~) jeweils Operationsverstärkern (DA1, OA0, DA7) zugeführt werden, und daß dem zweiten Eingang eines jeden Differenzverstärkers das Signal des weiteren Permalloy-Widerstandes (RQ) zugeführt wird.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Permalloy-Meßwiderstände (R1, R2, R3) und der Permalloy-Kompensationswiderstand (RQ) jeweils von Stromquellen (I1, I2, I3, IQ) gespeist werden, und daß die Kompensationsspannung so vorgegeben wird, daß nachfolgende Gleichung
    R
    R0 · I0 = (1 + _Ji) R.I. erfüllt ist,
    R4j J
    wobei R3. und R.. die die Verstärkung des zugeordneten Operationsverstärkers (DA.) vorgebenden Widerstände im Eingangs- und Rückführungszweig sind.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient der Stromquelle an den Temperaturkoeffizienten der Widerstandsänderung des zugeordneten Meßwiderstandes angepaßt ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Auswertung der Magnetfeldkomponenten senkrecht zu den Magnetspuren (Sp1, Sp2, Sp3) mittels der Permalloy-Widerstände (R1, R2, R3)-
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Auswertung der Magnetfeldkomponenten parallel zu den Magnetspuren (Sp1, Sp2, sPo) mittels der Permalloy-Widerstände (R1, R2, R3).
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (S) in einem magnetisch abschirmenden Gehäuse angeordnet ist.
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DE (1) DE3325353A1 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3528552A1 (de) * 1984-08-30 1986-03-06 Sokkisha Co., Ltd., Tokio/Tokyo Vielspaltmagnetkopf fuer eine magnetskala
DE3611469A1 (de) * 1986-04-05 1987-10-08 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung und verfahren zur beruehrungslosen positionsmessung
DE3704729A1 (de) * 1987-02-14 1988-08-25 Standard Elektrik Lorenz Ag Anordnung zur bestimmung der position und der bewegung von gegenstaenden
EP0382856A1 (de) * 1988-07-29 1990-08-22 Fanuc Ltd. Magnetische kodierungsvorrichtung der absoluten lage
DE4233331A1 (de) * 1992-10-05 1994-04-07 Inst Mikrostrukturtechnologie Anordnung zur Bestimmung von Positionen
EP0596535A2 (de) 1992-11-06 1994-05-11 HELMUT HUND GmbH Verfahren zur hochauflösenden Messung von Linear- und Drehpositionen
DE19963363C2 (de) * 1999-12-27 2003-09-18 Heinz-Guenther Franz Magnetische Maßverkörperung und Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer solchen

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6086412A (ja) * 1983-10-19 1985-05-16 Hitachi Ltd 磁気検出装置
JPS6145922A (ja) * 1984-08-10 1986-03-06 Hitachi Ltd 位置検出センサ
JPS61281902A (ja) * 1985-06-07 1986-12-12 Toshiba Mach Co Ltd 絶対位置検出装置
US4785241A (en) * 1985-08-08 1988-11-15 Canon Denshi Kabushiki Kaisha Encoder unit using magnetoresistance effect element
US4712144A (en) * 1985-08-20 1987-12-08 International Business Machines Corporation Method and apparatus for reading recorded data by a magnetoresistive head
JPS62168019A (ja) * 1986-01-20 1987-07-24 Hitachi Ltd 磁気式回転センサ
US4686470A (en) * 1986-03-12 1987-08-11 Verbatim Corporation Magnetic disk for measuring the azimuth of a transducer head
GB2188430B (en) * 1986-03-19 1990-01-17 Honda Motor Co Ltd Angle-of-rotation sensor
GB2188159B (en) * 1986-03-19 1990-05-30 Honda Motor Co Ltd Angle-of-rotation sensor
US5115195A (en) * 1991-01-22 1992-05-19 Mts Systems Corporation System and method for measuring the absolute position of one body which is constrained to move with respect to another body
EP0555961B1 (de) * 1992-02-13 1997-07-16 Japan Servo Co. Ltd. Absolutkodierer
US6097183A (en) * 1998-04-14 2000-08-01 Honeywell International Inc. Position detection apparatus with correction for non-linear sensor regions
US6747448B2 (en) 2002-08-14 2004-06-08 Honeywell International Inc. Rotary position sensor methods and systems
US7196875B2 (en) * 2004-03-24 2007-03-27 Honeywell International Inc. Permalloy sensor having individual permalloy resist pattern runners with lengths perpendicular to a wafer level anisotropy
JP5007753B2 (ja) * 2010-04-12 2012-08-22 村田機械株式会社 位置センサ
US9245556B2 (en) * 2014-03-10 2016-01-26 Western Digital Technologies, Inc. Disk drive employing multiple read elements to increase radial band for two-dimensional magnetic recording
US9070406B1 (en) 2014-03-10 2015-06-30 Western Digital Technologies, Inc. Disk drive configuring one-dimensional and two-dimensional recording areas based on read element spacing
JP2019160991A (ja) * 2018-03-13 2019-09-19 ヤマハ発動機株式会社 着磁装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3493694A (en) * 1966-01-19 1970-02-03 Ampex Magnetoresistive head
US4001890A (en) * 1974-08-05 1977-01-04 Honeywell Information Systems, Inc. Double chip flying head
FR2299694A1 (fr) * 1975-01-31 1976-08-27 Ibm Dispositif d'acces aux pistes d'un milieu d'enregistrement tel qu'un disque magnetique
US4044392A (en) * 1975-08-14 1977-08-23 International Business Machines Corporation Process for making a read-while-write tape head and the product made thereby
JPS56124103A (en) * 1980-02-29 1981-09-29 Victor Co Of Japan Ltd Digital magnetic recording and/or reproducing method
US4485414A (en) * 1980-07-07 1984-11-27 Ampex Corporation Servo system for positioning a movable transducing head assembly

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3528552A1 (de) * 1984-08-30 1986-03-06 Sokkisha Co., Ltd., Tokio/Tokyo Vielspaltmagnetkopf fuer eine magnetskala
US4672317A (en) * 1984-08-30 1987-06-09 Sokkishia Co., Ltd. Multi-gap head apparatus for use with a magnetic scale
DE3611469A1 (de) * 1986-04-05 1987-10-08 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung und verfahren zur beruehrungslosen positionsmessung
DE3704729A1 (de) * 1987-02-14 1988-08-25 Standard Elektrik Lorenz Ag Anordnung zur bestimmung der position und der bewegung von gegenstaenden
EP0382856A1 (de) * 1988-07-29 1990-08-22 Fanuc Ltd. Magnetische kodierungsvorrichtung der absoluten lage
EP0382856A4 (en) * 1988-07-29 1991-01-09 Fanuc Ltd Magnetic absolute position encoder
DE4233331A1 (de) * 1992-10-05 1994-04-07 Inst Mikrostrukturtechnologie Anordnung zur Bestimmung von Positionen
EP0596535A2 (de) 1992-11-06 1994-05-11 HELMUT HUND GmbH Verfahren zur hochauflösenden Messung von Linear- und Drehpositionen
DE19963363C2 (de) * 1999-12-27 2003-09-18 Heinz-Guenther Franz Magnetische Maßverkörperung und Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer solchen

Also Published As

Publication number Publication date
US4589038A (en) 1986-05-13

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