DE3742524A1

DE3742524A1 - Method for determining the position of an element sending out flux lines

Info

Publication number: DE3742524A1
Application number: DE19873742524
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietrich Kreft; Holger Mackenthun; Bernd Reinwardt; Ullrich Hansmann
Original assignee: Angewandte Digital Elektronik GmbH
Current assignee: Angewandte Digital Elektronik GmbH
Priority date: 1987-08-22
Filing date: 1987-12-11
Publication date: 1989-03-02

Abstract

The invention relates to a method for determining the position of an element sending out flux lines with reference to sensors which are sensitive to flux lines. In this connection, a plurality of sensor strips were electronically linearly combined. By means of address circuits arranged on each sensor strip and by taking into account the address value resulting from the number of sensors, conversion into length units indicating the position can be achieved. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Ermittlung der Position eines Feldlinien aussendenden Elementes.Procedure for determining the position of a field line emitting Element.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Position eines Feldlinien aussendenden Elementes gemäß dem Oberbegriff des Patenanspruchs1.The invention relates to a method for determining the position an element emitting field lines according to the preamble of the patent claim 1.

Ein derartiges Verfahren ist in der EP-A 85 114 314 bzw. DE-OS 34 43 176 beschrieben.Such a method is described in EP-A 85 114 314 and DE-OS 34 43 176 described.

Nach diesem Meßprinzip werden die jeweiligen Spannungswerte einzelner feldlinienempfindlicher Sensoren gemultiplext abgefragt und ergeben im Wirkungsbereich eines Positionsindikators (z. B. Magnet) eine positionstypische Spannungsverteilung, welche zur Ermittlung der Position des Positionsindikators dient. Jeder in Längeneinheiten gemessenen Magnetposition entspricht eine eindeutig bestimmte Spannungsverteilung, welche im nachfolgenden Positionsspannungsverteilung (abgekürzt: PSV) genannt wird. Das die PSV verursachende Feldlinien aussendende Element (z. B. Magnet) wird Positionsindikator genannt und nachfolgend mit PIK abgekürzt.The respective voltage values are based on this measuring principle individual field line-sensitive sensors are multiplexed and result in the effective range of a position indicator (e.g. magnet) a typical voltage distribution, which to determine the position of the position indicator serves. Each magnet position measured in units of length corresponds to a clearly defined voltage distribution, which in the following position voltage distribution (abbreviated: PSV) is called. The field lines causing the PSV emitting element (e.g. magnet) becomes a position indicator named and abbreviated to PIK below.

Die Zuordnung von der in Längeneinheiten zu messenden Position eines PIK zur PSV setzt sich auf zwei Teilen zusammen. Zum einen werden Sensoren, bei denen keine PSV feststellbar ist, in auf- oder absteigender Ordnung elektronisch gemultiplext abgefragt, und somit werden die Sensoren ermittelt, bei denen die PSV auftritt. Zum anderen wird bei Sensoren mit PSV die PSV einer besonderen elektronischen und rechnerischen Auswertung unterzogen, um auch Längenwerte zwischen Sensoren durch Interpolation zu ermitteln. Der Längenmeßwert setzt sich somit additiv aus dem Anteil zusammen, der sich aus der Interpolation der Sensorspannungswerte ergibt und dem Anteil, der sich aus dem gemultiplexten Adresswert eines Sensors ergibt.The assignment of the position to be measured in units of length a PIK to the PSV consists of two parts. To the one becomes sensors for which no PSV can be determined, electronically multiplexed in ascending or descending order queried, and thus the sensors are determined for which the PSV occurs. On the other hand, for sensors with PSV PSV a special electronic and arithmetic evaluation also subjected to length values between sensors To determine interpolation. The length measurement settles thus additively from the share that results from the Interpolation of the sensor voltage values and the proportion which is derived from the multiplexed address value of a sensor results.

Längenmeßwert (LMW)=Multiplexmeßwert (MMW)+Interpolations meßwert (IMW).Length measurement value (LMW) = multiplex measurement value (MMW) + interpolation measured value (IMW).

Das POMUX-Meßprinzip wird auch auf Längen angewandt, bei denen die Anzahl der Sensoren sehr groß ist und somit ihre linieare Anordnung auf einem Trägermaterial (z. B. industrieübliches Leiterplattenmaterial) Stabilitätsprobleme mit sich bringen. Es ist die Bruchfestigkeit derart langer Leiterplatten nicht hinreichend gewährleistet. Aus diesem Grunde wird eine bestimmte Anzahl von Senoren auf einem Trägermaterial zu einem einheitlichen Element - Sensorstreifen genannt - zusammen gefaßt, welches mechanisch hinreichend stabil ist. Es besteht nun das Problem, bei hintereinander angeordneten und elektronisch verbundenen (kaskadierten) Sensorstreifen eine eindeutige Zuordnung von Sensor- und Längenwert zu gewährleisten, um den Multiplexmeßwert (MMW) zu erhalten. Außerdem muß die PSV auf allen Sensorstreifen ausgewertet werden können, um den Interpolationsmeßwert (IMW) zu erhalten. Zwischen MMW und IMW besteht ferner eine elektronische Verknüpfung, da zum Multiplexen der Sensoren Informationen aus der PSV herangezogen werden, um den Multiplexwert zu erhöhen oder zu erniedrigen. Dies ist erforderlich, um genau die Sensoren elektronisch an die Auswerteelektronik anzuschließen, in deren Nähe der PIK steht.The POMUX measuring principle is also applied to lengths at which the number of sensors is very large and therefore theirs Linear arrangement on a carrier material (e.g. industry standard PCB material) stability problems with itself bring. It is the breaking strength of such long circuit boards not sufficiently guaranteed. For this reason, one certain number of senors on a substrate a single element - called a sensor strip - together captured, which is mechanically sufficiently stable. It there is now the problem with one behind the other and electronically connected (cascaded) sensor strips to ensure a clear assignment of sensor and length value, to get the multiplex measurement value (MMW). In addition, the PSV must be evaluated on all sensor strips can be obtained in order to obtain the interpolation measurement value (IMW). There is also an electronic one between MMW and IMW Link because information is multiplexed for the sensors can be used from the PSV to increase the multiplex value increase or decrease. This is required to be precise to connect the sensors electronically to the evaluation electronics, near the PIK is.

Mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren sind die gesetzten Ziele mit marktüblichen Bauteilen einerseits und produktions technisch preiswert andererseits zu erreichen.With the procedure described below, the ones set Goals with standard components on the one hand and production technically inexpensive to achieve on the other hand.

Fig. 1 zeigt zwei Positionen PIK 1 und PIK 2 für den Positionsindikator, welcher symbolisch über acht Sensoren S 1 bis S 8 angeordnet ist. Die Positionsspannungsverteilung PSV 1 (Spannungswerte US 1-US 6) entspricht der Pos. PIK 1, PSV 2 (Spannungswerte US 2-US 7) entspricht PIK 2. Fig. 1 shows two positions PIK PIK 1 and 2 for the position indicator, which is arranged above symbolically eight sensors S 1 to S8. The position voltage distribution PSV 1 (voltage values US 1-US 6) corresponds to item PIK 1, PSV 2 (voltage values US 2-US 7) corresponds to PIK 2.

Fig. 2 zeigt in einem Blockdiagramm das Verfahren zur Ermittlung eines Positionswertes des PIK. Im Teil 1 wird eine digitale Sensoradresse so lange erhöht oder erniedrigt, bis für den anzusprechenden Sensor eine Maximumdetektion die Nähe des PIK anzeigt. Somit kann die Multiplexadresse im Bereich der PSV wahlweise dekrementiert oder inkrementiert werden, um einzelne Sensorwerte zu erfassen. Fig. 2 shows in a block diagram the method for determining a position value of the PIK. In part 1, a digital sensor address is increased or decreased until maximum detection for the sensor to be addressed indicates the proximity of the PIK. The multiplex address in the area of the PSV can thus either be decremented or incremented in order to record individual sensor values.

Es soll sich im angegebenen Beispiel um einen 12 bit Adreßwert für die Sensoren handeln, womit 4096 einzelne Sensoren zu dekodieren sind. Die Teile S 1, S 2 bis Sn stellen Sensorstreifen dar, auf denen jeweils 32 Sensorelemente in einem Abstand von ca. 5 mm angebracht sind. Diese Sensorstreifen sind durch elektrische Verbindungen (z. B. Stecker) miteinander verbunden und ergeben zusammengesetzt die Meßlänge für die Position des PIK. Jeder Sensor auf einem Sensorstreifen kann über Multiplexer gemäß Beschreibung zu Fig. 4 mit seinem analogen Spannungswert dem Teil 2 in Fig. 3 der Analogspannungsauswertung zugeführt werden, welche gemäß Beschreibung zu Fig. 5 näher erläutert ist. In diesem Teil 2 werden Ana logspannungswerte benachbarter Sensoren ausgewertet, welche aufgrund der Lage des PIK entgegengesetzte Spannungspolarität haben (z. B. US 3 und US 4 in Fig. 1).In the example given, it should be a 12-bit address value for the sensors, with which 4096 individual sensors are to be decoded. The parts S 1 , S 2 to Sn represent sensor strips, on each of which 32 sensor elements are attached at a distance of approximately 5 mm. These sensor strips are connected to each other by electrical connections (e.g. plugs) and, when put together, give the measuring length for the position of the PIK. Each sensor on a sensor strip can be supplied with its analog voltage value to part 2 in FIG. 3 of the analog voltage evaluation, which is explained in more detail according to the description of FIG. 5, via multiplexers as described in FIG. 4. In this part 2, analog voltage values of neighboring sensors are evaluated, which have opposite voltage polarity due to the position of the PIK (e.g. US 3 and US 4 in FIG. 1).

Teil 2 werden die vier Signale: Start Maximumauswertung, Startpuls für Zählung, Takt und Analogsignal vom Sensorstreifen zugeführt. Ausgegeben wird von Teil 2 ein Signal für die Maximumdetektion eines Sensors und ferner ein binärer Inter polationswert als Indikation für die Stellung des PIK zwischen zwei benachbarten Sensoren. Part 2 will be the four signals: start maximum evaluation, Start pulse for counting, clock and analog signal from the sensor strip fed. Part 2 outputs a signal for the Maximum detection of a sensor and also a binary inter polationswert as an indication for the position of the PIK between two adjacent sensors.

Wie aus Fig. 3 ferner ersichtlich ist, wird die digitale Adresse zum Längenwert des PIK, welche in Teil 1 als 12 bit Wert erzeugt wird, von jedem Sensorstreifen um einen 5 bit Wert (entsprechend der Zahl von 32 Sensoren auf einem Sensorstreifen) vermindert. Dies Verfahren wird so lange wiederholt, bis ein Sensorstreifen nur noch eine digitale Codierung zwischen 0 und 32 erhält, womit genau ein Sensor auf diesem Sensorstreifen zu indentifizieren ist. Die Identifikation eines einzelnen Sensors geschieht gemäß der nachfolgenden Beschrieben zu:As can also be seen from FIG. 3, the digital address for the length value of the PIK, which is generated in part 1 as a 12 bit value, is reduced by a 5 bit value (corresponding to the number of 32 sensors on a sensor strip) from each sensor strip. This process is repeated until a sensor strip only receives digital coding between 0 and 32, with which exactly one sensor on this sensor strip is to be identified. An individual sensor is identified according to the following description:

In Fig. 4 ist der Aufbau eines Sensorstreifens prinzipiell dargestellt. A 0 bis A 11 stellen die digitalen Signalleitungen für die Codierung eines Sensorelementes dar. Teil 1 ist als Gate Array aufgebaut und gibt den an A 0 bis A 11 anliegenden digitalen Wert um 32 vermindert an den nächsten Sensorstreifen weiter. Liegt die absolute Sensornummer durch Verminderung nur noch im Bereich der ersten 5 bit, d. h. sind alle Leitungen A 5 bis A 11 mit 0 belegt, dann befindet sich der anzusprechende Sensorwert auf dem erreichten Sensorstreifen. Die Logik des Gat Array (Teil 1 von) erzeugt dann ein Chip-Selektsignal (CS0 bis CS7) fr einen der acht Multiplexer (MUX 0 bis MUX 7), welche auf dem Sensorstreifen sitzen und jeweils einen Sensor aus 4 Sensoren gemäß der Belegung auf den Leitungen A 0, A 1 auswählen und an die Analogleitung S 1, S 2 legen, womit die analoge Ausgangsspannung des feldlinienempfindlichen Sensors zur Auswertung zur Verfügung steht.The structure of a sensor strip is shown in principle in FIG. 4. A 0 to A 11 represent the digital signal lines for coding a sensor element. Part 1 is constructed as a gate array and passes the digital value present at A 0 to A 11 to the next sensor strip, reduced by 32. If the absolute sensor number is only in the range of the first 5 bits due to a reduction, ie if all lines A 5 to A 11 are assigned 0, then the sensor value to be addressed is on the sensor strip reached. The logic of the Gat Array (P1) generates a chip select signal (CS0 to CS7) for one of the eight multiplexers (MUX 0 to MUX 7) which sit on the sensor strip and a respective sensor 4 sensors according to the availability on Select the lines A 0 , A 1 and connect them to the analog line S 1 , S 2 , whereby the analog output voltage of the field line-sensitive sensor is available for evaluation.

Die Erzeugung des Interpolationsmeßwertes (IMW) als Teil des Längenmeßwertes ist in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt:The generation of the Interpolationsmeßwertes (IMW) as part of Längenmeßwertes is shown in Fig 5 and Fig. 6.:

Fig. 5 zeigt eine weitere Untergliederung von Teil 2 aus Fig. 3. Es werden die Analogsignale vom Sensorstreifen einer Ver stärkerstufe Teil 1 und anschließend einem Tiefpaß Teil 2 und einem Maximumkomparator Teil 3 zugeführt. Teil 3 erhält von der Sensoradreßvorgabe (Teil 1 in Fig. 3) ein Eingangssignal zum Start der Maximumauswertung, wenn per Sensoradressierung das Ausgangsspannungssignal eines Sensors elektronisch auswertbar anliegt. Die Maximumauswertung wird solange an unterschiedlichen Sensoren gelegt, bis zwei benachbarte Sensoren gefunden sind, von denen der eine Sensor positive Spannungswerte und der andere Sensor negative Spannungswerte liefert. Dies entspricht den Sensorspannungswerten US 3 und US 4 in Fig. 1 bzw. US 4 und US 5 in Fig. 2. Zwischen der Sensoradreßvorgabe und dem Maximumkomparator erfolgt somit eine laufende elektronische Rückkoppelung zur Suche der geeigneten Sensoren. Dem Tiefpaß - Teil 2 in Fig. 5 - werden zeitlich nacheinander die Spannungswerte der mit dem Maximum komparator gefundenen benachbarten Sensoren zugeführt. Gemäß Fig. 1 handelt es sich beispielsweise um die Spannungen der Sensorelemente S 3 und S 4 mit den Bezeichnungen US 3, US 4. Die Spannungswerte dieser beiden benachbarten Sensoren sind in Fig. 6 mit US 3 und US 4 in Fig. als Analogsignale vom Sensorstreifen dargestellt. Das Verhältnis von US 3 zu US 4 charakterisiert genau eine Position des PIK, in diesem Falle die Position PIK 1. Fig. 7 zeigt die Signale am Ausgang des Tiefpasses, welche dem O-Komparator Teil 4, Fig. 5, zugeführt werden. Der O-Komparator liefert ein Signal für den Interpolationszähler (Taktzählung) Teil 5 von Fig. 5, womit die Zählung des Interpolationszählers gestoppt wird, wenn der Nullkomparator den Nulldurchgang einer Spannung indiziert, welche vom Tiefpaß geliefert wird. Ausgelöst wird die Zählung durch ein Signal aus der Sensoradreßvorgabe, welches dem Zeitpunkt entspricht, da die Spannung US 3 vom Tiefpaß getrennt wird. Dies entspricht der negativen Flanke von US 3, wobei abwechselnd US 3 und US 4 an den Tiefpaß angelegt wird. Der Signalverlauf zwischen +US 3 und -US 4 muß gemäß der vorgegebenen Sensoradreßvorgabe die O-Linie durchlaufen. Dies Ereignis wird im Teil 4 - dem O-Komparator - gemessen. Die Differenz zwischen T 1 - dem Zeitpunkt der Auslösung der Zählung - und T 2 dem Zeitpunkt des Stopps der Zählung - stellt eine Zahl von Zählimpulsen dar, welche ein Maß für die Stellung des PIK ist und als Interpolationsmeßwert IMW zwischen zwei Sensoren verwendet werden kann. Verknüpft mit dem Sensoradreßwert ergibt sich damit der Längenmeßwert für den PIK. Fig. 5 shows a further breakdown of part 2 of Fig. 3. The analog signals from the sensor strip of a United amplifier part 1 and then a low-pass part 2 and a maximum comparator part 3 are supplied. Part 3 receives an input signal from the sensor address specification (part 1 in FIG. 3) to start the maximum evaluation if the output voltage signal of a sensor is present electronically and can be evaluated by sensor addressing. The maximum evaluation is applied to different sensors until two neighboring sensors are found, one of which provides positive voltage values and the other sensor negative voltage values. This corresponds to the sensor voltage values US 3 and US 4 in FIG. 1 and US 4 and US 5 in FIG. 2. Electronic feedback is therefore carried out between the sensor address specification and the maximum comparator to search for suitable sensors. The low-pass filter - part 2 in FIG. 5 - is successively supplied with the voltage values of the neighboring sensors found with the maximum comparator. Referring to FIG. 1 is, for example, the voltages of the sensor elements S 3 and S 4 under the names US 3, US 4, the voltage values of these two adjacent sensors are shown in FIG. 6 with US 3 and US in Fig. 4 as analog signals from the Sensor strips shown. The ratio of US 3 to US 4 characterizes exactly one position of the PIK, in this case the position PIK 1. FIG. 7 shows the signals at the output of the low pass, which are fed to the O-comparator part 4, FIG. 5. The O comparator provides a signal to the interpolation counter (clock count) part 5 of Fig. 5, which stops the interpolation counter count when the zero comparator indicates the zero crossing of a voltage provided by the low pass. The counting is triggered by a signal from the sensor address specification, which corresponds to the time when the voltage US 3 is separated from the low-pass filter. This corresponds to the negative edge of US 3, whereby US 3 and US 4 are alternately applied to the low pass. The signal curve between + US 3 and -US 4 must pass through the O-line in accordance with the specified sensor address specification. This event is measured in part 4 - the O-comparator. The difference between T 1 - the time at which the count was triggered - and T 2 when the count was stopped - represents a number of counting pulses, which is a measure of the position of the PIK and can be used as an interpolation measurement value IMW between two sensors. Linked to the sensor address value, this results in the length measurement value for the PIK.

Claims

1. A method for determining the position of an element (PIK) which emits field lines, for example a magnet in relation to sensors sensitive to field lines, a certain selection of sensors being arranged linearly on carriers at an approximately adequate distance and connected to form a sensor strip, characterized in that that several sensor strips are linearly combined by electronic connection and that an electronic address circuit (GATE ARRAY) is attached to each sensor strip and this is connected by lines to the preceding sensor strip and the subsequent one, an address value applied to the connecting lines being exactly around the The value of the number of sensors located on the sensor strip is reduced and the value reduced in this way is passed on at the output of the electronic address circuit to the following sensor strip with its electronic address circuit, this method being repeated so often until ei n Address value is reached, which is equal to or less than the number of sensors on this sensor strip, which means that exactly one sensor can be addressed with the remaining address value and that that sensor is also addressed in that the analog output voltages of the sensors are as long as electronic Evaluation circuit be created until two adjacent sensors are found, in which one sensor has positive output signals and the other sensor has negative output signals, which indicates that the PIK as a field line emitting element is exactly with the neutral field line center (magnetic center) between these two sensors and that, furthermore, the positive voltage or negative voltage of the sensors indexed in this way are applied to an electronic low-pass filter immediately one after the other, as a result of which a zero crossing of the voltage must result in the output voltage curve at the low-pass filter, and a tracking counter begins its counting t, when a voltage is applied and then completes its counting when the voltage crosses the zero line, whereby the number determined between these two events is a measure of the field line mean position of the PIK between the two sensors and the total value of the position over all Additive sensor strips from the address fed into the first sensor strip and decremented or incremented until a value is set at the output of the counter between two sensors, and this value is added to the address value, with the added binary values being represented by a mathematical conversion into length units can be.

2. The method according to claim 1, characterized in that 32 Sensors are arranged on each sensor strip.