DE3809887A1 - Sensor zur messung mechanischer bewegungsgroessen - Google Patents
Sensor zur messung mechanischer bewegungsgroessenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zur Messung me
chanischer Bewegungsgrößen, d.h. des Weges und/oder des Be
wegungsverhaltens eines Körpers oder Bauteils, durch Um
wandlung der Bewegungsgröße in ein elektrisches Signal.
Derartige Sensoren mit Wandlersystemen für Weg, Geschwin
digkeit, Beschleunigung usw. auf der Grundlage verschiede
ner physikalischer Effekte sind bekannt. Hierunter fallen
Sensoren mit Dehnungsmeßwiderständen, mit piezoresistiven
oder piezoelektrischen Meßelementen, Hall-Sonden usw.
Bekannte und in großer Stückzahl verwendete Radsensoren zur
Messung des Drehverhaltens eines Fahrzeugrades beruhen auf
der magnetischen Induktion einer Meßspannung in einer Spule
infolge von Änderungen des Magnetfeldes. Solche Magnetfeld
änderungen werden beispielsweise mit Hilfe einer Zahnschei
be herbeigeführt, die sich mit dem Fahrzeugrad dreht und
die im Magnetfeld der zugehörigen Meßspule bzw. des magne
tischen Meßwertaufnehmers liegt.
Mit magnetoresistiven Sonden, durch besondere Halbleiteran
ordnungen und auf Basis kapazitiver Effekte läßt sich eben
falls die Bewegung eines Körpers in ein elektrisches Signal
umsetzen.
Besonders häufig eingesetzt werden piezoelektrische Wandler
und solche auf Basis von Dehnungsmeßstreifen. Entsprechende
Sensoren sind jedoch relativ teuer, weshalb sie für viele
Anwendungsgebiete, z.B. für elektronische Regler in Kraft
fahrzeugen, nicht oder nur eingeschränkt in Frage kommen,
obwohl ein großer Bedarf vorhanden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen robu
sten, mit geringem Aufwand herstellbaren und daher auch für
den Einsatz in Kraftfahrzeuge der mittleren und unteren
Preisklasse geeigneten Sensor zu schaffen, mit dem Lageän
derungen oder Wege mechanischer Teile, z.B. am Schwingungs
dämpfer, Bewegungsgeschwindigkeiten, Beschleunigungen usw.
mit hoher Zuverlässigkeit und mit der erforderlichen Genau
igkeit bestimmt werden können. Auf einen geringen Preis
wurde auch deswegen Wert gelegt, weil für manche Regelauf
gaben mehrere Sensoren dieser Art, z.B. an jedem Rad, benö
tigt werden.
Es hat sich nun herausgestellt, daß diese Aufgabe in über
raschend einfacher und technisch sehr fortschrittlicher
Weise durch einen Sensor der eingangs genannten Art gelöst
werden kann, dessen Besonderheit darin besteht, daß der
Sensor einen oder mehrere in einem Gehäuse verschiebbar ge
führte, z.B. in einem Hohlzylinder axial verschiebbare,
durch die Abstoßungskräfte gleichnamiger Magnetpole posi
tionierte oder in Schwebe gehaltene Permanentmagnete und
eine Meßeinrichtung mit einem Meßelement aufweist, das ein
der Verschiebung oder Schwingung, der Permanentmagnete re
lativ zu dem Gehäuse entsprechendes elektrisches Meßsignal
liefert.
Der mechanische Aufbau des erfindungsgemäßen Sensors ist
extrem einfach. Beispielsweise genügen zwei ortsfest in ei
nem Hohlzylinder oder Rohr angeordnete Permanentmagnete, um
einen oder mehrere zwischen diesen ortsfesten Magneten an
geordnete, verschiebbare Permanentmagnete magnetisch zu po
sitionieren oder in der Schwebe zu halten. Hierzu ist es
lediglich erforderlich, die ortsfesten und die verschiebba
ren Magnete derart anzuordnen, daß sich jeweils die gleich
namigen Magnetpole gegenüberliegen. Durch die magnetischen
Abstoßungskräfte werden dann die verschiebbaren Permanent
magnete federelastisch in der vorgegebenen Position gehal
ten.
Steht der Hohlzylinder oder das Glasrohr aufrecht, genügt
es, am Boden des Rohres den ortsfesten Permanentmagneten
festzukleben und einen verschiebbaren Magneten über diesen
ortsfesten Magneten anzuordnen. Der verschiebbare Magnet
wird dadurch in der Schwebe gehalten. Die Verschiebung des
Magneten nach oben wird durch dessen Masse bzw. durch die
Schwerkraft begrenzt. Ein Schrägstehen des Gehäuses bzw.
des Rohres oder Hohlzylinders kann in Kauf genommen werden,
wenn die Innenwandung des Rohres sehr glatt ist und daher
die Reibung des geführten Permanentmagneten gering wird.
Nach einer Ausführungart der Erfindung ist an dem ver
schiebbar geführten Permanentmagneten der Körper bzw. das
Bauteil, dessen Weg oder Bewegungsverhalten gemessen werden
soll, z.B. über eine dünne Nadel angelenkt. Zur Messung der
Position des verschiebbar geführten Permanentmagneten kann
eine Wicklung, in der eine Meßspannung induzierbar ist, ei
ne Sonde aus magnetoresistivem Material, eine Hallsonde
oder dergl. verwendet werden. Die Meßspule kann auch Be
standteil eines Schwingkreises sein, wobei dann bei Ände
rung der Induktivität infolge Verschiebung des Permanentma
gneten die Frequenz des Schwingkreises geändert oder deren
Frequenz moduliert wird.
Wichtig ist ferner, daß die gesamte Anordnung, d.h. die aus
den ortsfesten und aus den verschiebbaren Permanentmagneten
bestehende Anordnung, einschließlich der Meßspule oder Meß
elemente, in einen als Abschirmung dienenden Mantel aus ma
gnetisch gut leitendem Material eingebracht werden kann.
Zwischen den ortsfesten Permanentmagneten können auch meh
rere verschiebbare Permanentmagnete, z.B. auf der Achse ei
nes Rohres hintereinander angeordnet werden. Die Auslenkun
gen der einzelnen Magnete zur Bestimmung eines Weges oder
einer Beschleunigung können dann individuell gemessen wer
den, um z.B. gleichzeitig mehrere Meßgrößen, wie Weg, Ge
schwindigkeit, Beschleunigung, erfassen und auswerten zu
können. Durch die federnde Kopplung der einzelnen Magnete,
die sich ihre gleichnamigen Magnetpole zuwenden, ist es
auch möglich, eine mechanische Bewegung berührungslos zu
übertragen. Hierzu wird auf ortsfeste Permanentmagnete ver
zichtet, und es werden statt dessen die Magnete am Anfang
und Ende der Kette mit den Bauteilen verbunden, deren Bewe
gung über die "magnetischen Federn" bzw. Abstoßungskräfte
der gleichnamigen Magnetpole übertragen werden soll.
Nach einer weiteren Ausführungsart der Erfindung ist es
vorgesehen, die magnetisch positionierten Permanentmagnete
scheibenförmig auszubilden und im Inneren des Gehäuses auf
einer zentralen Führung, beispielsweise einem Stab, anzu
ordnen. Wird die zentrale Führung als Hohlzylinder ausge
bildet, kann in diesem das Meßelement, z.B. eine Meßsonde,
bis zum Wirkungsbereich des magnetisch verschiebbaren Per
manentmagneten hineingeschoben werden.
In den beigefügten Unteransprüchen sind noch weitere, be
sonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung be
schrieben.
Allen Ausführungsbeispielen ist die extrem einfache, fe
dernde Anordnung und Lagerung des beweglichen Permanentma
gneten durch die magnetischen Abstoßungskräfte gemein. Die
se Art von "Sensor-Mechanik" ist vielseitig verwendbar. Die
Federkräfte lassen sich durch Wahl des Abstandes zwischen
den ortsfesten Permanentmagneten, Wahl des Werkstoffes und
der Magnetisierung einstellen. Die Kennlinie des Systems,
die in vielen Fällen keineswegs linear sein muß, läßt sich
durch die vorgenannten Parameter beeinflussen. Der gesamte
Sensor, einschließlich Meßeinrichtung, benötigt nur geringes
Volumen, weshalb der Sensor praktisch an beliebiger Stelle
im Fahrzeug eingebaut werden kann.
Wegen des geringen Aufwandes ist es auch akzeptabel, mehre
re Sensoren zu kombinieren, um z.B. an einer Stelle Be
schleunigungen in mehreren Richtungen, (Aufbaubeschleuni
gung und Horizontalbeschleunigung) gleichzeitig messen zu
können.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der
Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen anhand der beigefügten Abbildungen hervor.
Es zeigen in schematischer, vereinfachter Darstellungsweise
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Sensors nach der
Erfindung mit zwei ortsfesten und einem verschieb
bar geführten Permanentmagneten,
Fig. 2 einen vereinfachten, für aufrechtstehende Montage
vorgesehenen Sensor,
Fig. 3 in gleicher Darstellungsweise zwei Ausführungsbei
spiele mit HF-Spulen,
Fig. 4 Sensoren mit magnetoresistiven Meßelementen,
Fig. 5 einen Sensor mit mehreren magnetisch positionier
ten Permanentmagneten für aufrechte Montage,
Fig. 6 in gleicher Darstellungsweise wie die vorangegan
genen Figuren ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung mit scheibchenförmigen, auf einer Achse
befestigten bzw. geführten Permanentmagneten,
Fig. 7 eine ähnliche Ausführungsart wie Fig. 6, jedoch
mit nur einem ortsfesten und einem verschiebbaren
Permanentmagneten und
Fig. 8 eine Sensorgestaltung ähnlich Fig. 6, jedoch mit
einem magnetoresistiven, im Inneren der Führungs
achse angeordneten Sensor als Meßelement.
Fig. 1 veranschaulicht die Grundstruktur eines Sensors nach
der Erfindung. Danach besteht der Sensor im wesentlichen
aus einem Gehäuse 1 aus magnetisch nichtleitendem Material,
beispielsweise aus einem Glasrohr, in das zwei Permanent
magnete 2, 3 ortsfest angeordnet, z.B. eingeklebt sind. Zwi
schen diesen beiden Magneten 2, 3 befindet sich ein Perma
nentmagnet 4, der durch das Rohr 1 lediglich geführt ist,
sich jedoch auf der Achse dieses Gehäuses oder Rohres 1
verschieben läßt.
Es stehen sich jeweils gleichnamige Magnetpole S/S (S =
Südpol) und N/N (N = Nordpol) der drei Dauermagnete 2, 3, 4
gegenüber. Durch die magnetischen Abstoßungskräfte gleich
namiger Pole wird dadurch der Permanentmagnet 4 federnd in
der dargestellten mittleren Position gehalten. Die Härte
dieser "Federn" ist durch Wahl des Abstandes zwischen den
ortsfesten Permanentmagneten 2,3 einstellbar.
Bei der aufrechtstehenden Montage des Sensors bzw. des Ge
häuses 3 wirkt auf den mittleren Permanentmagneten 4 außer
dem die Schwerkraft. Daher ist der Abstand zwischen den Ma
gneten 2/4 geringer als zwischen den Magneten 4/3.
Zu dem Sensor gehört außerdem eine Meßeinrichtung mit einem
Meßelement 5, das in der Ausführungsart nach Fig. 1 durch
eine über das Glasrohr 1 geschobene Wicklung realisiert
ist. Eine Verschiebung oder Schwingung des Permanentmagne
tes 4 in dem Rohr 1 ruft an den Klemmen der Wicklung 5 eine
Spannung hervor, die bei entsprechender Eichung ein Maß für
die Auslenkung des Magneten 4 darstellt.
Der Sensor nach Fig. 1 läßt sich beispielsweise zur Messung
der Aufbaubeschleunigung eines Fahrzeuges verwenden. Hierzu
wird das Sensorgehäuse oder Rohr 1 mit der auf diesem Rohr
ortsfest angebrachten Wicklung 5 mit dem Teil, dessen Be
schleunigung bestimmt werden soll, ortsfest verbunden. Das
Rohr mit den an diesem befestigten Teilen 2, 3, 5 macht daher
die Bewegung des zu messenden Bauteiles mit. Die Montage
richtung des Gehäuses 1 bestimmt die Richtung der Beschleu
nigung, auf den der Sensor reagiert. Besonders vorteilhaft
ist der Einsatz für senkrechte Beschleunigungen, weil dann
Reibung und Hysterese minimal werden. Solche senkrechten
Beschleunigungen treten im Kraftfahrzeug auf und werden
durch Schwingungsdämpfer aufgefangen. Wird das Maschinen
teil bzw. der Fahrzeugaufbau beschleunigt, wirkt die Träg
heitskraft des Magneten 4 richtungsabhängig gegen eine der
beiden magnetischen "Federkräfte", bis gemäß der Magnet
kraftkennlinie Kräftegleichgewicht herrscht. Hierbei läßt
sich ausnutzen, daß mit zunehmender Annäherung die magneti
sche Gegenkraft progressiv zunimmt, so daß eine Dyna
mik-Kompression stattfindet. Dadurch werden kleine Be
schleunigungen hoch aufgelöst, große Beschleunigungen weni
ger. Dies ist häufig erwünscht, weil es den ausnutzbaren
Meßbereich erweitert und sehr wirkungsvoll vor stoßartigen
mechanischen Überlastungen schützt.
Die mechanische Empfindlichkeit eines Sensors nach der Er
findung kann durch Überlagerung eines elektromagnetischen
Feldes verändert werden. Dies läßt sich beispielsweise zum
Abgleichen, zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen, aber
auch zum Erreichen einer bestimmten Kennlinie verwenden.
Mit Hilfe eines solchen elektromagnetischen Feldes läßt
sich auch ein Schutz gegen Überlastung erreichen. Das er
forderliche elektromagnetische Feld wird mit Hilfe einer
nicht gezeigten Zusatzspule in Höhe des schwebend positio
nierten Permanentmagneten 4 erzeugt. Je nach Polarität und
Stromstärke wird durch diese Spule bzw. dieses elektroma
gnetische Feld die Bewegungsfreiheit des Magneten 4 und da
mit die Schwingungscharakteristik verändert.
Auf eine solche Zusatzspule kann auch verzichtet und statt
dessen mit Hilfe der Wicklung 5 und eines eingeprägten
Stromes das gewünschte elektromagnetische Feld erzeugt wer
den. Elektronisch läßt sich dieser eingeprägte Strom von
dem Meßsignal trennen.
Ein Verschleiß und eine Veränderung der Parameter durch Al
terung ist bei solchen Anordnungen nicht zu erwarten. Die
Zuverlässigkeit solcher Sensorsysteme ist folglich sehr
hoch.
Eine Bewegung des magnetisch positionierten Magneten 4 in
duziert in der Meßspule 5 eine Induktionsspannung, die als
Sensorsignal ausgewertet werden kann. Es ist möglich und in
sehr vielen Fällen von großem Vorteil, den gesamten Sensor,
d.h. das Gehäuse 1 mit den eingesetzten Magneten 2, 3, 4 und
mit der Meßspule 5 in einen Mantel 6 aus magnetisch gut
leitendem Material, wie Eisenblech, einzuhüllen, um den
Sensor gegen elektrische Störungen abzuschirmen.
Fig. 2 zeigt einen Sensor mit noch einfacherem Aufbau. Die
ser Sensor besitzt lediglich einen ortsfesten Permanentma
gneten 7 und einen verschiebbar gelagerten, in der Schwebe
gehaltenen Permanentmagneten 8. Ein solcher Sensor ist nur
zur aufrechtstehenden Montage geeignet. Die Verschiebung
des Permanentmagneten 8 nach oben wird durch die Masse die
ses Magneten bzw. durch die Schwerkraft begrenzt. Zur Ein
stellung der Federkennlinie ist es sinnvoll, erforderli
chenfalls unterschiedliche Magnettypen für den ortsfesten
Magneten 7 und den schwebenden Magneten 8 zu verwenden.
Das Gehäuse oder Führungsrohr 9 kann nach oben geschlossen
sein. Durch eine nicht dargestellte Öffnung an der oberen
Stirnfläche des Rohres, durch die Abstimmung des Außen
durchmessers des Permanentmagneten 8 auf den Innendurchmes
ser des Rohres 8 bzw. durch den Strömungsquerschnitt zwi
schen Magneten 8 und Innenwandung des Rohres 9 läßt sich
die Schwingungscharakteristik ebenfalls beeinflussen.
Fig. 3 zeigt zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele der
Erfindung, die sich von den Beispielen nach den Fig. 1 und
2 durch die Verwendung von Hochfrequenz-Spulen 10, 11 an
stelle der Meßwicklung 5, 5′ unterscheiden. Diese HF-Spulen
sind Bestandteile von Schwingkreisen, deren Eigenfrequenz
bei Änderung der Induktivität variiert wird, was als Maß
oder Meßgröße für die Auslenkung des magnetisch positio
nierten Permanentmagneten auswertbar ist. In der Ausfüh
rungsart nach Fig. 3a ist in Höhe der HF-Spule 10 ein Fer
ritkern 14 in das Gehäuse eingebracht, wodurch die Änderung
der Induktivität infolge eines schwingenden oder ausgelenk
ten Permanentmagneten 12 erhöht wird.
Die Fig. 4a und 4b zeigen Ausführungsbeispiele des er
findungsgemäßen Sensors, bei denen als Meßelement eine Son
de 15,16 aus einem magnetoresistiven Material verwendet
wird. Unter der veränderlichen Feldstärke des verschiebbar
geführten, magnetisch positionierten Permanentmagneten
17, 18 ändert eine solche Sonde 15, 16 ihren inneren Wider
stand, was als Signal für die zu messende Größe, z.B. Be
schleunigung, ausgewertet werden kann.
In dem Beispiel nach Fig. 4b ist der Körper oder das Bau
teil, dessen mechanische Bewegung mit Hilfe des erfindungs
gemäßen Sensors ermittelt werden soll, über eine dünne,
leichte Nadel 19 an den magnetisch positionierten Perma
nentmagneten 18 angelenkt. Ein Pfeil F symbolisiert, daß in
diesem Fall der Magnet 18 durch die zu messende Kraft in
Richtung des Pfeiles ausgelenkt wird. Durch die Abstoßungs
wirkung der Gegenpolkräfte zwischen dem Magneten 18 und dem
ortsfesten Magneten 20 wird der Magnet 18 in seine Ruhelage
zurückgestellt.
In Fig. 5 ist ein Sensor nach der Erfindung mit mehreren
schwebenden Permanentmagneten 21 bis 25 wiedergegeben. Auch
diese Anordnung ist für eine aufrechtstehende Montage ge
dacht. Am Boden eines Gehäuses oder Führungsrohres 26 ist
ein Permanentmagnet 27 eingeklebt. Über diesem ortsfesten
Magneten 27 sind die Magnete 21 bis 25 auf der Achse des
Gehäuses 26 angeordnet und in der Schwebe magnetisch posi
tioniert. Es sind im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zwei
Festspulen 28, 29 vorgesehen, um die Auslenkung des oberen
Magneten 25 und des unteren Magneten 21 unabhängig vonein
ander messen zu können. Bei in Reihe angeordneten Perma
nentmagneten nimmt die Auslenkung infolge einer Beschleuni
gung mit der Anzahl der magnetisch positionierten Magnete
21-25 zu. In dem dargestellten Beispiel wird bei Be
schleunigung der oberste Magnet 25 um ein Vielfaches mehr
ausgelenkt als der unterste Magnet 21. Dieser Effekt läßt
sich ausnutzen, um Sensoren zu schaffen, die unter Verwen
dung dieser Mechanik sowohl bei großen als auch bei kleinen
Beschleunigungen im quasi linearen Bereich der Repul
sions-Kennlinie, die die Abstoßungskräfte der gleichnamigen
Magnete wiedergibt, messen. Dazu wird bei kleinen Beschleu
nigungen mit dem oberen, empfindlicheren System, das der
Magnet 25 mit der Spule 29 bildet, gemessen und bei Über
schreiten einer Grenzbeschleunigung mit dem unteren, weni
ger empfindlichen System 21, 28. In manchen Fällen könnte es
von Vorteil sein, sämtlichen schwebend positionierten Ma
gneten 21 bis 25 eine eigene Meßspule zuzuordnen. Auf diese
Weise entstehen Meßkaskaden nach Art des Noniusprinzips.
Es ist durchaus auch denkbar und in vielen Fällen vorteil
haft, Kaskaden der in Fig. 5 gezeigten Art mit Meßsonden
unterschiedlicher Art, z.B. Wicklungen und Sonden aus ma
gnetoresistivem Material, auszurüsten.
In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 6 und 7 sind so
wohl die ortsfesten als auch die verschiebbar geführten
Permanentmagnete 30, 31, 33; 32, 34 flach bzw. ring- oder
scheibenförmig ausgebildet. Der magnetisch positionierte
oder in der Schwebe gehaltene Permanentmagnet 32, 34 ist da
her zu seiner Führung auf einer Achse oder einem Bolzen
35, 36 geführt, der sich im Zentrum des Sensors befindet.
Die Auslenkung oder eine Schwingung des magnetisch positio
nierten Magneten 32, 34 wird wiederum mit Hilfe einer Meß
wicklung 37, 38, in der bei Bewegung des Magneten 32, 34 eine
Spannung induziert wird, gemessen und ausgewertet. Der Sen
sor nach Fig. 7 ist wiederum für aufrechtstehende Montage
vorgesehen, weil der Weg des geführten Magneten 34 einer
seits durch die Abstoßungskräfte gegenüber dem gleichnami
gen Magnetpol des ortsfesten Magneten 33 und andererseits
durch seine Masse bzw. durch Schwerkraft begrenzt ist.
Zur Schirmung ist der Sensor nach Fig. 6 von einem Mantel
39 aus magnetisch leitendem Material umgeben.
Schließlich ist in Fig. 8 noch ein Sensor dargestellt, der
sich von dem Sensor nach Fig. 6 im wesentlichen nur durch
die hohle Ausbildung der Führungsachse, auf dem die Perma
nentmagnete 41, 42, 43 angeordnet sind und durch die Verwen
dung einer Sonde 44 aus magnetoresistivem Material anstelle
der Meßwicklung 37 in Fig. 6 unterscheidet. Die Sonde 44
sitzt im Inneren der hohlen Achse 40 im Wirkungsbereich des
Magnetfeldes des magnetisch positionierten Magneten 43. Mit
Hilfe dieser Sonde 44 wird eine Auslenkung oder Schwingung
des Magneten 43 in ein elektrisches Signal umgesetzt.
Claims (14)
1. Sensor zur Messung mechanischer Bewegungsgrößen, d.h.
des Weges und/oder des Bewegungsverhaltens eines Kör
pers, durch Umwandlung der Bewegungsgröße in ein elek
trisches Signal, dadurch gekennzeich
net, daß dieser einen oder mehrere in einem Gehäuse
(1, 9, 26) verschiebbar geführte, z.B. in einem Hohlzy
linder axial verschiebbare, durch die Abstoßungskräfte
gleichnamiger Magnetpole (N, S) positionierte oder in
Schwebe gehaltene Permanentmagnete (4, 8, 12, 13, 17, 18, 21
- 25, 32, 34, 43) und eine Meßeinrichtung mit einem Meß
element (5, 5′, 10, 11, 15, 16, 28, 29) aufweist, das ein der
Verschiebung der Permanentmagnete (8, 4, 12, 13, 17, 18, 21-
25, 32, 34, 43) relativ zu dem Gehäuse (1, 9, 26) entspre
chendes elektrisches Meßsignal liefert.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die magnetisch positionierten
Permanentmagnete (4, 12, 17, 32, 43) zwischen zwei ortsfest
in dem Gehäuse angeordneten Permanentmagneten
(2, 3, 30, 31, 41, 42) eingefügt und durch diese Permanent
magnete positioniert sind.
3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gehäuse (9, 26) aus einem
aufrecht- oder annähernd aufrechtstehenden Hohlzylinder
besteht, in dem ein ortsfester Permanentmagnet
(7, 20, 27, 33) und der oder die magnetisch positionierten
Permanentmagnete (8, 13, 18, 21-25, 34) derart angeordnet
sind, daß diese durch die magnetischen Abstoßungskräfte
zwischen dem ortsfesten und den verschiebbaren Perma
nentmagneten sowie durch ihre Masse bzw. durch Schwer
kraft in Schwebe über dem ortsfesten Permanentmagneten
(7, 20, 27, 33) gehalten sind.
4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der oder eine der magne
tisch positionierten Permanentmagnete (18) über einen
in der Führungsachse angeordneten Bolzen (19) oder
dergl. mit dem Körper, dessen Bewegungsverhalten gemes
sen werden soll, mechanisch gekoppelt ist.
5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Meßelement aus einer
Wicklung (5, 5′, 28, 29, 37, 38) besteht, die im Wirkungsbe
reich der magnetisch positionierten Permanentmagnete
(4, 8, 21, 25, 32, 34) angeordnet ist und in der bei Bewe
gung der Permanentmagnete eine Meßspannung induzierbar
ist.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Meßelement ein
Schwingkreis vorgesehen ist, dessen Spule (10, 11) im
Wirkungsbereich der magnetisch positionierten Perma
nentmagnete (12, 13) angeordnet ist und dessen Frequenz
bei Bewegung der magnetisch positionierten Permanentma
gnete veränderbar oder modulierbar ist.
7. Sensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Sensorgehäuse (1) mit den
ortsfesten (2, 3, 30, 31) und den magnetisch positionier
ten Permanentmagneten (4, 32), einschließlich des Meß
elementes (5, 37), von einem als Abschirmung dienenden
Mantel (6, 39) aus magnetisch gut leitendem Material,
wie Eisenblech, umhüllt ist.
8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Meßelement eine Son
de (15, 16, 44) aus magnetoresistiven Material im Magnet
feld des magnetisch positionierten Permanentmagneten
(17, 18, 43) angeordnet ist.
9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Meßelement eine
Hall-Sonde im Magnetfeld des magnetisch positionierten
Permanentmagneten angeordnet ist.
10. Sensor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Sonde (15, 16) auf der Außen
fläche des Gehäuses oder des Hohlzylinders, in dem sich
die Permanentmagnete befinden, angeordnet ist.
11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß dieser aus einem
aufrecht- oder schrägstehenden Rohr (26), z.B. Glas
rohr, besteht, das als Gehäuse dient und in dem über
einem ortsfesten Permanentmagneten (27) mehrere axial
verschiebbare, magnetisch positionierte Permanentmagne
te (21-25) derart angeordnet sind, daß sich jeweils
gleichnamige Pole gegenüberstehen, sowie daß die Bewe
gung oder Auslenkung der einzelnen magnetisch positio
nierten Permanentmagnete (21-25) mit individuellen
Meßelementen (28, 29) ermittelbar ist.
12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß anstelle eines orts
festen Permanentmagneten ein an einem Hebel angelenkter
und durch diesen Hebel verschiebbarer Permanentmagnet
vorgesehen ist, dessen Bewegung über den oder die ma
gnetisch positionierten Permanentmagneten auf einen
zweiten, ebenfalls mit einem Hebel verbundenen Perma
nentmagneten, der der Verschiebung der magnetisch posi
tionierten Permanentmagneten folgt, übertragbar ist.
13. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die magnetisch posi
tionierten Permanentmagnete (32, 43) scheibenförmig aus
gebildet und in dem Gehäuse auf einer zentralen Führung
(35, 40) angeordnet sind.
14. Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zentrale Führung (40) als
Hohlzylinder ausgebildet ist, in den das Meßelement
(44) einbringbar ist.
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DE19883809887 DE3809887A1 (de) | 1988-03-24 | 1988-03-24 | Sensor zur messung mechanischer bewegungsgroessen |
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ID=6350545
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