DE4007653A1

DE4007653A1 - Movement sensor esp. for bicycle tachometer - uses magnets on spokes generating alternating magnetic field w.r.t. fixed Wiegand element

Info

Publication number: DE4007653A1
Application number: DE19904007653
Authority: DE
Inventors: Guenther Hahlganss; Holger Jagdt
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1990-03-10
Filing date: 1990-03-10
Publication date: 1991-09-12

Abstract

A transmitter has its input electrically coupled to the output of the Wiegand element. A receiver is spatially and electrically separated from the transmitter. The latter (7) is composed entirely of passive components and includes an electric oscillating circuit excitable from a Wiegard pulse generated by the Wiegard element. The magnetic field generating arrangement (4,5) can be mounted on a vehicle wheel (1), e.g. on the spokes (3) of a bicycle wheel. The transmitter can be mounted on the fork (6) of the front wheel and the receiver (13) on the handlebars (14). USE/ADVANTAGE - Counting number of rotations of wheel for tachometer or antilocking system. Transmitter does not have to be made accessible and is insensitive to dirt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bewegungssensor mit einem ortsfest angeordneten Wiegand-Element und einer beweglich angeordneten Magnetfelderzeugungseinrichtung, die bei Bewegung ein in Bezug auf das Wiegand-Element alternie rendes Magnetfeld erzeugt, mit einem Sender, dessen Eingang elektrisch mit dem Ausgang des Wiegand-Elements verbunden ist, und mit einem Empfänger, der räumlich und elektrisch getrennt vom Sender angeordnet ist.The invention relates to a motion sensor with a stationary Wiegand element and one movable arranged magnetic field generating device, which at Movement one in relation to the Wiegand element alternie generating magnetic field, with a transmitter whose Electrical input with the output of the Wiegand element connected, and with a receiver that is spatially and is arranged electrically separated from the transmitter.

Anstelle eines Wiegand-Elements können auch andere bi stabile magnetische Elemente mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden.Instead of a Wiegand element, other bi stable magnetic elements with similar properties be used.

Bei einer bekannten Anordnung der eingangs genannten Art (Wiegand-Sensoren für Weg- und Geschwindigkeitsmes sungen, Technologie und Komponenten 51 (1984), S. 123 bis 129) weist der Sender einen Verstärker auf, der dem vom Wiegand-Element erzeugten Impuls verstärkt. Dazu ist im Sender eine Spannungsquelle, z. B. eine Bat terie, notwendig, falls der Sender nicht mit einer orts festen Spannungsquelle verbunden werden kann. Da Batte rien aber nur eine begrenzte Lebensdauer haben, ist es notwendig, daß der Sender zugänglich ist, um einen Batteriewechsel vornehmen zu können. Darüber hinaus muß für die Batterie eine verschließbare Öffnung vorge sehen sein. Durch die Öffnung kann Schmutz in das Sender gehäuse eindringen. Darüber hinaus entstehen Kanten und Vorsprünge, die das Gehäuse bei äußeren Belastungen anfällig für Beschädigungen machen. Für Anwendungsfälle, bei denen der Sender schwer zugänglich ist oder zum Verschmutzen neigt und bei denen keine stationäre Span nungsquelle zur Verfügung steht, ist der bekannte Sensor ungeeignet. Insbesondere bei Verwendung in Fahrzeugen ist eine derartige Einsatzmöglichkeit aber erwünscht.In a known arrangement of the aforementioned Art (Wiegand sensors for distance and speed measurements solutions, technology and components 51 (1984), p. 123 to 129) the transmitter has an amplifier which the impulse generated by the Wiegand element. For this purpose, a voltage source, e.g. B. a bat terie, necessary if the transmitter is not connected to a location fixed voltage source can be connected. Da Batte but have a limited lifespan it is necessary that the transmitter is accessible to one To be able to change the battery. Furthermore must have a closable opening for the battery to be seen. Dirt can enter the transmitter through the opening penetrate housing. In addition, edges are created and protrusions that the housing under external loads susceptible to damage. For use cases, where the transmitter is difficult to access or to Soiling tends and where there is no stationary chip is the well-known sensor not suitable. Especially when used in vehicles such an application is desirable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bewe gungssensor anzugeben, dessen Sender nicht zugänglich sein muß.The invention has for its object a Bewe specify the sensor whose transmitter is not accessible have to be.

Diese Aufgabe wird bei einem Bewegungssensor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Sender ausschließ lich aus passiven Bauelementen aufgebaut ist und einen elektrischen Schwingkreis aufweist, der durch einen vom Wiegand-Element erzeugten Wiegand-Impuls anregbar ist.This task is the beginning of a motion sensor mentioned type in that the transmitter excludes is made up of passive components and one has electrical resonant circuit, which by a Wiegand pulse generated by the Wiegand element can be excited is.

Der Sender sendet also mit der Eigenfrequenz des Schwing kreises, wenn der Schwingkreis durch den Wiegand-Impuls angestoßen wird. Die Amplitude des Sendesignals wird zwar aufgrund der Dämpfung des Schwingkreises rasch abklingen. Sie reicht aber immer noch aus, um ein ausrei chendes Nutzsignal zum Empfänger zu übertragen, das mit ausreichender Sendeleistung zeitlich länger als der einzelne Wiegand-Impuls sendet. Die Sendeenergie muß hierbei nicht von einer externen Spannungsquelle zugeführt werden. Vielmehr wird die Sendeenergie dem von der Magnetfelderzeugungseinrichtung am Wiegand-Ele ment vorbeigeführten Magnetfeld entnommen. Der Sender arbeitet somit vollkommen autark. Er kann auch an schwer zugänglichen Stellen eingesetzt werden, wobei es voll kommen unerheblich ist, ob er durch äußere Einflüsse verschmutzt oder nicht. Der Sender kann zudem äußerst kompakt gestaltet werden, da keine mechanischen Vor kehrungen getroffen werden müssen, um einen Batteriefach deckel mit ausreichender Haltekraft am Sender zu befesti gen.The transmitter therefore transmits at the natural frequency of the oscillation if the resonant circuit is triggered by the Wiegand pulse is initiated. The amplitude of the transmission signal is because of the damping of the resonant circuit quickly fade away. However, it is still sufficient to be sufficient to transmit the useful signal to the receiver with sufficient transmission power longer than the single Wiegand pulse sends. The transmission energy does not have to come from an external voltage source are fed. Rather, the transmission energy is the from the magnetic field generation device at Wiegand-Ele ment magnetic field taken past. The transmitter thus works completely independently. It can also be difficult accessible places are used, it being full is irrelevant whether it is due to external influences dirty or not. The transmitter can also be extremely be made compact, since no mechanical front Precautions need to be taken to a battery compartment Attach the cover to the transmitter with sufficient holding force gene.

Vorteilhafterweise ist der Schwingkreis durch eine Spule und deren parasitäre Kapazität gebildet. Der Schwingkreis besteht praktisch nur aus einem einzigen Bauteil, nämlich der Spule, die mit dem Wiegand-Element verbunden ist. Die Kapazität, die sich zwischen den einzelnen Spulenwin dungen ausbildet, reicht aus, um einen Schwingkreis mit den gewünschten Eigenschaften zu bilden.The resonant circuit is advantageously a coil and their parasitic capacitance is formed. The resonant circuit consists practically of only one component, namely the coil that is connected to the Wiegand element. The capacity that is between the individual coils training is sufficient to create a resonant circuit with the desired properties.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Perioden länge der Eigenschwingung des Schwingkreises an die Impulsbreite des Wiegand-Impulses angepaßt. Dadurch ist gewährleistet, daß von der Energie des Wiegand-Im pulses der größtmögliche Teil an den Schwingkreis über tragen wird.In a preferred embodiment, the periods length of the natural oscillation of the resonant circuit to the Adjusted pulse width of the Wiegand pulse. Thereby it is guaranteed that the energy of the Wiegand-Im pulses the largest possible part to the resonant circuit will wear.

Eine besonders vorteilhafte Anpassung liegt dann vor, wenn die Periodenlänge der Eigenfrequenz des Schwing kreises so gewählt ist, daß die Impulsbreite des Wie gand-Impulses ein ganzzahliges, ungeradzahliges Viel faches einer halben Periodenlänge beträgt. Besonders bevorzugt ist dabei der Spezialfall, daß die Impulsbreite des Wiegand-Impulses gleich einer halben Periodenlänge der Eigenschwingung des Schwingkreises ist. In diesem Fall wird der Schwingkreis über eine halben Periodenlänge mit größtmöglicher Leistung angeregt und schwingt dann aus.A particularly advantageous adaptation is then available if the period length of the natural frequency of the oscillation circle is chosen so that the pulse width of the how gand pulse an integer, odd-numbered lot times half a period. Especially preferred is the special case that the pulse width of the Wiegand pulse equal to half a period the natural vibration of the resonant circuit. In this The resonant circuit will fall over half a period excited with the greatest possible power and then vibrates out.

Mit Vorteil erzeugt das Wiegand-Element einen symme trischen Impuls, dessen Periodenlänge der Periodenlänge der Eigenschwingung des Schwingkreises entspricht. Die Anregung des Schwingkreises erfolgt also über eine ganze Periode der Eigenschwingung. Da die Anregung mit der Resonanzfrequenz erfolgt, ist eine außerordentlich gute Einkopplung des Wiegand-Impulses bzw. der Wiegand-Schwin gung in den Schwingkreis gewährleistet.The Wiegand element advantageously creates a symme trical impulse, the period length of the period length corresponds to the natural vibration of the resonant circuit. The The resonant circuit is thus excited over a whole Period of natural vibration. Since the suggestion with the Resonance frequency is an extraordinarily good one Coupling of the Wiegand pulse or the Wiegand-Schwin guaranteed in the resonant circuit.

Bevorzugterweise ist die Eigenfrequenz des Schwingkreises sehr viel größer als die Frequenz des alternierendes Magnetfeldes. Damit ist sichergestellt, daß der Schwing kreis praktisch ausgeschwungen ist, bevor die nächste Anregung des Wiegand-Elements und damit die nächste Erzeugung eines Wiegand-Impulses durch die Änderung des Magnetfeldes erfolgt. Irgendwelche Irritationen, die durch einen noch schwingenden Schwingkreis in Bezug auf den auszusendenden Wiegand-Impuls auftreten könnten, brauchen hierbei nicht mehr beachtet zu werden.The natural frequency of the resonant circuit is preferably very much larger than the frequency of the alternating end Magnetic field. This ensures that the oscillation circle has practically swung out before the next Excitation of the Wiegand element and thus the next one Generation of a Wiegand pulse by the change of the magnetic field. Any irritation, which are related by a still oscillating resonant circuit could occur on the Wiegand pulse to be sent, no longer need to be considered.

Bevorzugterweise liegt der Abstand zwischen Sender und Empfänger im Bereich zwischen 30 und 50 cm, insbesondere bei 40 cm. Dieser Abstand erlaubt einerseits eine weit gehende Unabhängigkeit der Bewegungen von Sender und Empfänger zueinander. Andererseits ist die Entfernung noch klein genug, damit sie von dem Sendesignal über brückt und vom Empfänger mit ausreichender Stärke empfan gen werden kann. The distance between the transmitter and is preferably Receiver in the range between 30 and 50 cm, in particular at 40 cm. On the one hand, this distance allows a wide independence of movements of transmitter and Recipients to each other. On the other hand, the distance still small enough for it to be over by the broadcast signal bridges and received by the recipient with sufficient strength can be gen.

Bevorzugterweise liegt die Eigenfrequenz des Schwing kreises im Bereich zwischen 80 und 250 kHz. Mit dieser Frequenz ist gewänrleistet, daß mit der gegebenen Anord nung auch nur die oben angegebene Entfernung überbrückt wird. Maßnahmen, um ein Abstrahlen des Empfängers in andere Richtungen als zum Empfänger hin oder in eine größere Entfernung zu verhindern, brauchen nicht vorge sehen zu werden.The natural frequency of the oscillation is preferably circle in the range between 80 and 250 kHz. With this Frequency is guaranteed with the given arrangement only bridged the distance specified above becomes. Measures to emit the receiver in directions other than the receiver or in one Preventing greater distance do not need to be featured to be seen.

Bevorzugterweise weisen Sender und Empfänger im wesent lichen parallel zueinander ausgerichtete Antennen auf. Dies gewährleistet die beste Übertragung zwischen Sender und Empfänger.Preferably, the transmitter and receiver essentially have Lichen antennas aligned parallel to each other. This ensures the best transmission between transmitters and receiver.

Vorteilhafterweise wird im Sender als Antenne die Spule verwendet. Die Antenne ist also als magnetische Antenne ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung muß kein weiteres Bauteil als Antenne vorgesehen werden. Dies spart Gewicht und Platz, so daß der Sender relativ klein und leicht ausgebildet werden kann. Darüber hinaus hat diese Anord nung den Vorteil, daß die Reichweite der Antenne begrenzt ist, so daß die Sendeleistung zwar vom Empfänger noch empfangen werden kann, aber keine weiteren Empfänger, die in einer größeren Entfernung angeordnet sind, stören kann.The coil is advantageously used as an antenna in the transmitter used. So the antenna is like a magnetic antenna educated. With this configuration, no further Component can be provided as an antenna. This saves weight and space so that the transmitter is relatively small and light can be trained. It also has this arrangement the advantage that the range of the antenna is limited is, so that the transmission power from the receiver can be received, but no other recipients, which are located at a greater distance can.

Dabei ist bevorzugt, daß die Antenne des Empfängers als Spule ausgebildet ist, wobei die Spulenachsen der Spulen im Sender und Empfänger auf einer Linie liegen. Damit ist die beste magnetische Kopplung zwischen den beiden Antennen von Sender und Empfänger gewährleistet. It is preferred that the antenna of the receiver is designed as a coil, the coil axes of the Coils in the transmitter and receiver lie on one line. This is the best magnetic coupling between the two antennas of transmitter and receiver guaranteed.

Vorteilhafterweise sind Länge und Durchmesser der Spule im Sender klein gegen die Entfernung zwischen Sender und Empfänger. Der Abstand sollte dabei mindestens fünf mal größer als die Spulenlängsausdehnung bzw. der Spulen durchmesser sein. Der Faktor kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 10 und 20 gewählt werden. Diese Maßnahme erlaubt einen klaren Empfang durch den dem Sender zugeordneten Empfänger. Ein anderer Empfänger, dessen Spulenachse nicht auf der gleichen Linie wie die Spulenachse des Senders liegt, der aber ansonsten in der gleichen Entfernung zum Sender angeordnet ist, erhält ein wesentlich schwächeres Signal, beispielsweise um den Faktor fünf abgeschwächt.The length and diameter of the coil are advantageous in the transmitter small against the distance between transmitter and receiver. The distance should be at least five times larger than the length of the coil or the coils diameter. The factor can, for example, be in a range between 10 and 20 can be selected. These Measure allows a clear reception by the Sender-assigned receiver. Another recipient whose coil axis is not on the same line as the coil axis of the transmitter is, but otherwise is located at the same distance from the transmitter, receives a much weaker signal, for example weakened by a factor of five.

Vorteilhafterweise ist die Spule im Sender als Luftspule ausgebildet. Dadurch kann man senderseitig auf einen Abgleich verzichten.The coil in the transmitter is advantageously in the form of an air coil educated. This allows you to access the transmitter No adjustment.

Mit Vorteil ist der Sender in eine Gießmasse vergossen. Der Sender kann also als Bauteil mit einer glatten Ober fläche vorgesehen werden, zu dem keine Anschlüsse notwen dig sind, wenn man von einer mechanischen Befestigung absieht.The transmitter is advantageously cast in a casting compound. The transmitter can therefore be used as a component with a smooth surface area to which no connections are required are dig if one of a mechanical fastening refrains.

In einem bevorzugten Anwendungsgebiet ist die Magnetfeld erzeugungseinrichtung auf einem rotierenden Körper ange ordnet, wobei das Wiegand-Element exzentrisch zur Rota tionsachse angeordnet ist. Der Bewegungssensor dient in diesem Fall zur Feststellung der Drehzahl des rotie renden Körpers. The magnetic field is in a preferred field of application generating device on a rotating body arranges, with the Wiegand element eccentric to the Rota tion axis is arranged. The motion sensor serves in this case to determine the speed of the rotie body.

Dabei ist bevorzugt, daß die Magnetfelderzeugungseinrich tung von einem Fahrzeugrad angetrieben ist. Der Bewe gungssensor kann hier vorteilhaft zur Drehzahlerfassung eines Fahrzeugrades verwendet werden, beispielsweise zur Ermittlung der Drehzahl für ein Antiblockier-System oder als Geber für einen Tachometer.It is preferred that the magnetic field generating device device is driven by a vehicle wheel. The Bewe supply sensor can be used for speed detection a vehicle wheel can be used, for example to determine the speed for an anti-lock braking system or as an encoder for a speedometer.

Bevorzugterweise ist die Magnetfelderzeugungseinrichtung hierbei an den Speichen eines Fahrrad-Rades, insbesondere des Vorderrades, angebracht. Durch den einfachen Aufbau ist der Bewegungssensor so leicht und kompakt, daß er an einem Fahrrad verwendet werden kann, ohne daß der Fahrradfahrer merklich durch ein höheres Gewicht oder einen höheren Windwiderstand benachteiligt wird. Der Bewegungssensor kann in diesem Fall mit Vorteil als Geber für einen Fahrradtachometer verwendet werden.The magnetic field generating device is preferably here on the spokes of a bicycle wheel, in particular of the front wheel. Due to the simple structure the motion sensor is so light and compact that it can be used on a bicycle without the Cyclists noticeably by a higher weight or a higher wind resistance is disadvantaged. The In this case, motion sensor can be used as an advantage Transmitter for a bicycle tachometer can be used.

Vorteilhafterweise ist der Sender dabei an der Gabel des Vorderrades und der Empfänger am Lenker des Fahr rades angeordnet.The transmitter is advantageously on the fork of the front wheel and the receiver on the handlebars of the driver wheel arranged.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigtThe invention is based on a preferred Embodiment in connection with the drawing described. It shows

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Fahrrades, Fig. 1 is a front view of a bicycle,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Vorderteils eines Fahr rades, Fig. 2 is a side view of the front part of a driving wheel,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des elektrischen Aufbaus des Bewegungssensors und Fig. 3 is a schematic representation of the electrical structure of the motion sensor and

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der elektrischen Signale im Sender. Fig. 4 shows the time course of the electrical signals in the transmitter.

Die Erfindung soll anhand eines Fahrrad-Tachometers beschrieben werden, bei dem der Bewegungssensor dazu dient, die Drehzahl eines Vorderrades 1 eines Fahrrades 2 zu ermitteln. Da der Umfang des Vorderrades 1 bekannt ist, läßt sich aus der Drehzahl die Fahrradgeschwindig keit unmittelbar errechnen.The invention is to be described with the aid of a bicycle tachometer, in which the movement sensor serves to determine the speed of a front wheel 1 of a bicycle 2 . Since the scope of the front wheel 1 is known, the speed of the bicycle speed can be calculated directly from the speed.

Das Vorderrad 1 ist mit Hilfe von Speichen 3 an einer Achse 19 befestigt. An einigen einander gegenüberliegen den Speichen 3 sind zwei Permanentmagnete 4, 5 befestigt. Dargestellt sind lediglich zwei Permanentmagnete. Für eine bessere Auflösung kann jedoch auch eine größere Anzahl von Permanentmagneten vorgesehen sein, sofern die Anzahl geradzahlig ist. Der eine Magnet 4 ist so ausgerichtet, daß sein Nordpol in der in Fig. 1 darge stellten Ansicht auf der rechten Seite, sein Südpol auf der linken Seite liegt. Der andere Magnet 5 hat eine umgekehrte Orientierung, d. h. sein Nordpol ist auf der linken Seite, während sein Südpol nach rechts zeigt. Die beiden Magnete 4, 5 bilden eine Magnetfelder zeugungseinrichtung, die bei Drehung des Vorderrades 1 ein in Bezug auf einen ortsfesten, also nicht mitdrehen den Punkt am Fahrrad 2 ein alternierendes Magnetfeld erzeugt. Wenn eine größere Anzahl von Magneten vorhanden ist, müssen diese so angeordnet sein, daß auf einer Stirnfläche des Vorderrades 1 immer ein Nordpol auf einen Südpol und umgekehrt folgt.The front wheel 1 is fastened to an axle 19 by means of spokes 3 . On some of the spokes 3 opposite one another, two permanent magnets 4 , 5 are attached. Only two permanent magnets are shown. For a better resolution, however, a larger number of permanent magnets can also be provided, provided that the number is an even number. One magnet 4 is aligned so that its north pole is in the Darge in Fig. 1 view on the right side, its south pole is on the left side. The other magnet 5 has an opposite orientation, ie its north pole is on the left, while its south pole points to the right. The two magnets 4 , 5 form a magnetic field generating device, which generates an alternating magnetic field when the front wheel 1 rotates with respect to a stationary, that is, does not rotate, the point on the bicycle 2 . If a larger number of magnets are present, they must be arranged such that a north pole always follows a south pole and vice versa on one end face of the front wheel 1 .

Die Achse 19 ist in einer Gabel 6 gelagert. An der Innen seite der Gabel 6 ist ein Sender 7 befestigt und zwar in einer Höhe, bei der die in den Speichen 3 des Vorder rades 1 befestigten Magnete 4, 5 bei Drehung des Vorder rades 1 an dem Sender 7 vorbeigeführt werden. Der Abstand zwischen den Magneten 4, 5 und dem Sender 7 in achsparal leler Richtung ist dabei möglichst gering gewählt, um eine gute Ankoppelung des von den Magneten 4, 5 erzeugten Magnetfeldes an den Sender 7 zu erreichen. Natürlich muß ein gewisses Spiel vorgesehen sein, damit das Vorder rad 1 nicht am Sender 7 schleift und dem Fahrer des Fahrrades 2 das Vorwärtskommen erschwert.The axis 19 is mounted in a fork 6 . On the inside of the fork 6 , a transmitter 7 is attached at a height at which the magnets 4 , 5 attached in the spokes 3 of the front wheel 1 , 5 are guided past the transmitter 7 when the front wheel 1 rotates. The distance between the magnets 4 , 5 and the transmitter 7 in the axially parallel direction is chosen to be as small as possible in order to achieve a good coupling of the magnetic field generated by the magnets 4 , 5 to the transmitter 7 . Of course, a certain game must be provided so that the front wheel 1 does not grind on the transmitter 7 and makes it difficult for the rider of the bicycle 2 to move forward.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung den inneren Aufbau des Senders 7. Der Sender 7 weist ein Wiegand-Ele ment 8 auf, das einen Wiegand-Draht 9 enthält, um den eine Sensorspule 10 gewickelt ist. Anstelle eines Wie gand-Drahtes läßt sich natürlich ein anderes bistabiles magnetisches Element mit ähnlichen Eigenschaften verwen den. Ein Wiegand-Draht besitzt infolge seines Aufbaus und einer besonderen mechanischen und thermischen Behand lung einen weich-magnetischen Kern und einen hart-magne tischen Mantel. Für die folgende Betrachtung wird ange nommen, daß Kern und Mantel in die gleiche Richtung magnetisiert sind. Wird nun dieser Wiegand-Draht 9 in ein Magnetfeld gebracht, dessen Richtung mit der Richtung der Drahtachse übereinstimmt, der Magnetisierungsrichtung des Wiegand-Drahtes 9 aber entgegengesetzt ist, wird bei Überschreiten einer bestimmten Feldstärke die Magne tisierungsrichtung des Kerns des Wiegand-Drahtes 9 umge kehrt. Kern und Mantel besitzen dann unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen. Wird der Wiegand-Draht 9 nun in ein Magnetfeld gebracht, dessen Richtung der des ersten Magnetfeldes entgegengesetzt ist, kehrt sich die Magnetisierungsrichtung des Kernes wieder um, so daß Kern und Mantel wieder parallel magnetisiert sind. Die Stärke des zweiten Magnetfeldes kann dabei etwas geringer sein als die Stärke des ersten Magnetfeldes. Die zweite Umkehrung der Magnetisierungsrichtung des Kerns erfolgt sehr rasch und induziert in der Sensorspule 10 einen Spannungsimpuls. Die Höhe und die Breite des Spannungsimpulses in der Sensorspule 10 ist dabei unab hängig davon, wie schnell sich das durch die Magnetfeld erzeugungseinrichtung erzeugte Magnetfeld ändert. Der Impuls, der sogenannte "Wiegand-Impuls" bleibt im wesent lichen konstant. Fig. 3 shows a schematic representation of the internal structure of the transmitter 7. The transmitter 7 has a Wiegand element 8 , which contains a Wiegand wire 9 , around which a sensor coil 10 is wound. Instead of a Wie-gand wire, of course, another bistable magnetic element with similar properties can be used. As a result of its structure and special mechanical and thermal treatment, a Wiegand wire has a soft magnetic core and a hard magnetic sheath. For the following consideration it is assumed that the core and the jacket are magnetized in the same direction. If this Wiegand wire 9 is now brought into a magnetic field, the direction of which coincides with the direction of the wire axis, but the magnetization direction of the Wiegand wire 9 is opposite, the magnetization direction of the core of the Wiegand wire 9 is reversed when a certain field strength is exceeded . The core and jacket then have different directions of magnetization. If the Wiegand wire 9 is now brought into a magnetic field, the direction of which is opposite to that of the first magnetic field, the direction of magnetization of the core reverses again, so that the core and the jacket are magnetized in parallel again. The strength of the second magnetic field can be somewhat less than the strength of the first magnetic field. The second reversal of the magnetization direction of the core takes place very quickly and induces a voltage pulse in the sensor coil 10 . The height and the width of the voltage pulse in the sensor coil 10 is independent of how quickly the magnetic field generated by the magnetic field generating device changes. The pulse, the so-called "Wiegand pulse" remains essentially constant.

Der Wiegand-Impuls wird an einen Schwingkreis 11 weiter geleitet, der als Parallelschwingkreis mit einer Induk tivität L1 und einer Kapazität C aufgebaut ist. Der Schwingkreis hat eine durch die Kapazität C und die Induktivität L1 bestimmte Resonanz- oder Eigenfrequenz. Bei dieser Eigenfrequenz bildet der Schwingkreis eine Eigenschwingung aus. Die Induktivität L1 und die Kapazi tät C sind so aufeinander abgestimmt, daß die Eigen schwingung an die Breite des Wiegand-Impulses angepaßt ist. Genauer gesagt beträgt die Breite des Wiegand-Im pulses ein ungeradzahliges Vielfaches einer halben Perio denlänge der Eigenschwingung. Im optimalen Fall ist die Breite des Wiegand-Impulses gleich einer halben Periodenlänge der Eigenschwingung.The Wiegand pulse is forwarded to a resonant circuit 11 , which is constructed as a parallel resonant circuit with an inductance L 1 and a capacitance C. The resonant circuit has a resonance or natural frequency determined by the capacitance C and the inductance L 1 . At this natural frequency, the resonant circuit forms a natural oscillation. The inductance L 1 and the capaci ty C are matched to one another so that the natural vibration is adapted to the width of the Wiegand pulse. More precisely, the width of the Wiegand pulse is an odd multiple of half a periodic length of the natural vibration. In the optimal case, the width of the Wiegand pulse is equal to half a period of the natural oscillation.

Nach Anregung durch den in Fig. 4 dargestellten Wiegand- Impuls 20 schwingt der Schwingkreis 11 mit seiner Re sonanz- oder Eigenfrequenz weiter, wobei die Schwingung 21, die in Figur gestrichelt dargestellt ist, durch die innere Dämpfung des Senders 7 gedämpft wird.After excitation by the results shown in Fig. 4 Wiegand pulse 20 of the resonant circuit 11 continues to oscillate with its natural frequency or Re sonanz-, the vibration 21, which is shown in dashed lines in figure, is damped by the internal damping of the transmitter 7.

Der Ausgang des Schwingkreises 11 ist über eine Anpas sungsinduktivität L2 mit einer Antenne 12 verbunden. Über die Antenne 12 wird die Schwingung des Schwing kreises 11 ausgesendet. The output of the resonant circuit 11 is connected to an antenna 12 via a matching inductance L 2 . The vibration of the oscillating circuit 11 is emitted via the antenna 12 .

Die Kapazität C und die Antenne 12 mit der Anpassungsin duktivität L2 sind als konkrete Bauelemente dargestellt. Dies dient jedoch lediglich der Erläuterung der Funktion. In einer konkreten Ausführungsform des Bewegungssensors können alle dargestellten Funktion auch von einem einzi gen Bauelement erfüllt werden. Die Kapazität kann bei spielsweise durch die parasitären Kapazitäten zwischen einzelnen Spulenwindungen gebildet werden. Die Antenne 12 kann als magnetische Antenne ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Spule L1 selbst als Antenne dienen. Wenn sie als Luftspule ausgebildet ist, ist senderseitig kein Abgleich notwendig.The capacitance C and the antenna 12 with the adaptivity L 2 are shown as specific components. However, this only serves to explain the function. In a specific embodiment of the motion sensor, all the functions shown can also be fulfilled by a single component. The capacitance can be formed, for example, by the parasitic capacitances between individual coil turns. The antenna 12 can be designed as a magnetic antenna. In this case, the coil L 1 itself can serve as an antenna. If it is designed as an air coil, no adjustment is necessary on the transmitter side.

Zum Empfang der Schwingung ist ein Empfänger 13 vorge sehen, der am Lenker 14 des Fahrrades angeordnet ist.To receive the vibration, a receiver 13 is easily seen, which is arranged on the handlebar 14 of the bicycle.

Die Entfernung d zwischen Sender 7 und Empfänger 13 beträgt ca. 40 cm. Da der Lenker 14 und die Gabel 6 durch ein Lenkrohr miteinander verbunden sind, ist immer eine räumliche Zuordnung zwischen Sender 7 und Empfänger 13 gegeben.The distance d between transmitter 7 and receiver 13 is approximately 40 cm. Since the handlebar 14 and the fork 6 are connected to one another by a steering tube, there is always a spatial association between the transmitter 7 and the receiver 13 .

Der Empfänger 13 weist eine Antenne 16 auf, die mit einer Auswerteeinrichtung 17 verbunden ist. Die Auswerte einrichtung 17 weist neben Mitteln zum Auswerten der von der Antenne 16 empfangenen Signale auch eine Anzeige 18 auf, die dem Fahrradfahrer direkt die augenblickliche Geschwindigkeit des Fahrrades 2 anzeigt.The receiver 13 has an antenna 16 which is connected to an evaluation device 17 . In addition to means for evaluating the signals received by the antenna 16 , the evaluation device 17 also has a display 18 which shows the cyclist the instantaneous speed of the bicycle 2 directly.

Die Antenne 16 im Empfänger 13 kann ebenfalls als Spule ausgebildet sein, um das von der Spule L1 erzeugte Mag netfeld zu erfassen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, um eine größtmögliche Kopplung zu erreichen, daß die beiden Antennen 12, 16, d. h. die die Antennen realisie renden Spulen, auf einer gemeinsamen geraden Linie ange ordnet sind, wie dies aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist. The antenna 16 in the receiver 13 can also be designed as a coil in order to detect the magnetic field generated by the coil L 1 . In this case, it is advantageous in order to achieve the greatest possible coupling that the two antennas 12 , 16 , ie the coils realizing the antennas, are arranged on a common straight line, as can be seen from FIGS. 1 and 2.

Die Eigenfrequenz des Schwingkreises 11 ist wesentlich größer als die Frequenz des alternierenden Magnetfeldes. Das Magnetfeld hat eine Frequenz zwischen etwa 1 und 100 Hz. Die Resonanz- oder Eigenfrequenz des Schwing kreises 11 bewegt sich im Bereich zwischen etwa 80 kHz und etwa 250 kHz. Diese Frequenz, die auch als Sende frequenz verwendet wird, erlaubt es, den relativ kleinen Abstand zwischen Sender und Empfähger zuverlässig zu überbrücken, ohne allzu weit nach außen, d. h. vom Fahrrad weg, zu streuen. Außerdem ist durch dieses Frequenzver hältnis zwischen Sendefrequenz und Magnetfeld-Änderungs frequenz gewährleistet, daß der Schwingkreis 11 immer ausgeschwungen ist, bevor die Anregung durch den nächsten Wiegand-Impuls erfolgt. Der Empfänger 13 kann deswegen die einzelnen Wiegand-Impulse auswerten, ohne eine komplizierte Unterscheidung zwischen den ausschwingenden Amplituden des Schwingkreises und den angeregten Amplitu den des Schwingkreises treffen zu müssen.The natural frequency of the resonant circuit 11 is significantly greater than the frequency of the alternating magnetic field. The magnetic field has a frequency between approximately 1 and 100 Hz. The resonance or natural frequency of the oscillating circuit 11 moves in the range between approximately 80 kHz and approximately 250 kHz. This frequency, which is also used as a transmission frequency, allows the relatively small distance between the transmitter and receiver to be reliably bridged without being spread too far outwards, ie away from the bicycle. In addition, this frequency ratio between the transmission frequency and the magnetic field change frequency ensures that the resonant circuit 11 is always decayed before the excitation takes place by the next Wiegand pulse. The receiver 13 can therefore evaluate the individual Wiegand pulses without having to make a complicated distinction between the swinging amplitudes of the resonant circuit and the excited amplitudes of the resonant circuit.

Der Sender 7 benötigt keine elektrische Energiezufuhr. Er entnimmt seine Energie vielmehr dem Magnetfeld, das durch die Magnete 4, 5 erzeugt wird. Der Sender benötigt deswegen auch keine Öffnung zur Aufnahme einer Batterie. Vielmehr kann er komplett in einer Gießmasse vergossen sein. Dies ermöglicht eine Gestaltung des Senders mit glatten Oberflächen, an denen sich weder Schmutz fest setzen kann noch Kräfte angreifen können, die zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Senders 7 führen können. The transmitter 7 does not require any electrical energy supply. Rather, it takes its energy from the magnetic field that is generated by the magnets 4 , 5 . The transmitter therefore does not need an opening to hold a battery. Rather, it can be completely cast in a casting compound. This enables the transmitter to be designed with smooth surfaces on which neither dirt can settle nor forces which can lead to damage or destruction of the transmitter 7 .

Das Wiegand-Element erzeugt üblicherweise einen asymme trischen Impuls 20. In einer anderen, bevorzugten Aus führungsform erzeugt das Wiegand-Element 8 aber einen symmetrischen Impuls 22, d. h. eine komplette Schwingung. Der Schwingkreis ist dabei bevorzugterweise so ausgelegt, daß die Periodenlänge der Eigenschwingung genau der Periodenlänge des symmetrischen Wiegand-Impulses 22 entspricht. In diesem Fall ist eine noch bessere Anregung des Schwingkreises, d. h. eine noch effektivere Über tragung der Energie des Wiegand-Impulses an den Schwing kreis und damit an die Antenne zum Sender, möglich.The Wiegand element usually generates an asymmetrical pulse 20 . In another preferred embodiment, the Wiegand element 8 generates a symmetrical pulse 22 , ie a complete oscillation. The resonant circuit is preferably designed so that the period length of the natural oscillation corresponds exactly to the period length of the symmetrical Wiegand pulse 22 . In this case, an even better excitation of the resonant circuit, ie an even more effective transmission of the energy of the Wiegand pulse to the resonant circuit and thus to the antenna to the transmitter, is possible.

Der Bewegungssensor wurde im Zusammenhang mit einem Fahrrad-Tachometer beschrieben. Er ist aber genauso gut geeignet, zur Erfassung der Drehzahl eines Rades eines Kraftfahrzeuges verwendet zu werden. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, daß der Sender und der Empfänger nicht unmittelbar am Rad montiert sein müssen. Vielmehr kann der Empfänger auch geschützter im Innern des Fahrzeuges angeordnet sein. Da man nicht darauf achten muß, daß der Sender frei zugänglich ist oder vor Verschmutzung geschützt sein muß, kann der Sender auch an relativ exponierter Stelle angeordnet sein. Der Bewegungssensor kann auch zur Erfassung von Bewegung im Innern von Maschinen verwendet werden, die für eine Wartung nicht zugänglich sind.The motion sensor was associated with a Bicycle speedometer described. But it is the same well suited for recording the speed of a wheel of a motor vehicle to be used. Here is it is particularly advantageous that the transmitter and the The receiver does not have to be mounted directly on the wheel. Rather, the recipient can also be protected inside of the vehicle. Since you don't care must ensure that the transmitter is freely accessible or The transmitter can be protected from pollution also be arranged at a relatively exposed point. The motion sensor can also be used to detect motion used inside machines that are used for a Maintenance are not accessible.

Claims

1. Motion sensor with a stationary Wie gand element and a movably arranged magnetic field generating device that generates an alternating magnetic field when moving with respect to the Wiegand element, with a transmitter whose input is electrically connected to the output of the Wiegand element is and with a receiver, which is spatially and elec trically separated from the transmitter, characterized in that the transmitter ( 7 ) is constructed exclusively from passive components and has an electrical resonant circuit ( 11 ) by one of the Wiegand element ( 8 ) generated Wiegand pulse ( 20 ) can be excited.

2. Motion sensor according to claim 1, characterized in that the resonant circuit is formed by a coil (L 1 ) and its parasitic capacitance (C).

3. Motion sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the period length of the Eigenschwwin supply of the resonant circuit ( 11 ) is adapted to the pulse width of the Wiegand pulse ( 20 ).

4. Motion sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the period length of the natural frequency of the resonant circuit ( 11 ) is selected so that the pulse width of the Wiegand pulse ( 20 ) is an integer, odd multiple of half a period length.

5. Motion sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pulse width of the Wiegand pulse ( 20 ) is equal to half a period of the natural oscillation of the resonant circuit ( 11 ).

6. Motion sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Wiegand element ( 8 ) generates a symmetrical pulse ( 22 ) whose period corresponds to the length of the period of the natural oscillation of the resonant circuit ( 11 ).

7. Motion sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the natural frequency of the resonant circuit ( 11 ) is very much greater than the frequency of the alternating magnetic field.

8. Motion sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the distance (d) between the transmitter ( 7 ) and receiver ( 13 ) is in the range between 30 and 50 cm, in particular 40 cm.

9. Motion sensor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the natural frequency of the resonant circuit ( 11 ) is in the range between 80 and 250 kHz.

10. Motion sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the transmitter ( 7 ) and receiver ( 13 ) substantially parallel to each other aligned antennas ( 12 , 16 ).

11. Motion sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the coil (L 1 ) is used in the transmitter ( 7 ) as the antenna ( 12 ).

12. Motion sensor according to claim 11, characterized in that the antenna ( 16 ) of the receiver ( 13 ) is designed as a coil, the coil axes of the coils in the transmitter and receiver lying on one line.

13. Motion sensor according to claim 12, characterized in that the length and the diameter of the coil (L 1 ) in the transmitter ( 7 ) are small against the distance (D) between the transmitter and receiver.

14. Motion sensor according to one of claims 1 to 13, characterized in that the coil (L 1 ) in the transmitter ( 7 ) is designed as an air coil.

15. Motion sensor according to one of claims 1 to 14, characterized in that the transmitter ( 7 ) is cast in a casting compound.

16. Motion sensor according to one of claims 1 to 15, characterized in that the magnetic field generating device ( 4 , 5 ) is arranged on a rotating body ( 1 ), the Wiegand element ( 8 ) being arranged eccentrically to the axis of rotation ( 19 ).

17. Motion sensor according to claim 16, characterized in that the magnetic field generating device ( 4 , 5 ) is driven by a vehicle wheel ( 1 ).

18. Motion sensor according to claim 16 or 17, characterized in that the magnetic field generating device ( 4 , 5 ) on the spokes ( 3 ) of a bicycle wheel ( 1 ), in particular a front wheel, is attached.

19. Motion sensor according to claim 18, characterized in that the transmitter ( 7 ) on the fork ( 6 ) of the front wheel ( 1 ) and the receiver ( 13 ) on the handlebars ( 14 ) of the bicycle ( 2 ) are arranged.