DE4023323A1 - Positionssensor - Google Patents

Description

Ein derartiger Positionssensor dient zum Messen der Relativ­ position zwei der relativ zueinander entlang beweglichen Ge­ genstände. Entlang zueinander beweglich heißt, daß die Bewe­ gung in einer Ebene erfolgt. Sie ist dabei in der Regel li­ near oder beinhaltet ein relatives Verschwenken um eine Dreh­ achse. Gattungsgemäße Positionssensoren in Form von optischen Drehwinkelmessern sind an sich bekannt.

Sie weisen ein um ihr Zentrum verschwenkbar angeordnetes, strahlenförmiges optisches Gitter und einen oder mehrere vor diesem angeordnete Schlitze auf. Die bekannten Drehwinkelmesser oder -geber stellen hohe Anforderungen an ihre Einsatzbereiche. Sie sind gegen Umge­ bungseinflüsse empfindlich, insgesamt nicht preiswert und für den Masseneinsatz nicht geeignet. Ferner ist ihr Auflösungs­ vermögen infolge von Beugungseffekten stark begrenzt, da diese Effekte bei Strichstrukturen im Bereich einiger Mikrometer bereits wirksam werden. Außerdem werden höchste Anforderungen an die Präzision der Achsjustierung und der sonstigen Geometrie- Parameter gestellt.

Drehwinkelmesser oder -geber werden beispielsweise zur Messung der Drosselklappenstellung in Fahrzeugen mit Katalysator zu dessen Optimierung verlangt. Bisher wurden in der Regel elek­ trische Drehwinkelmesser, wie mit Potentiometern oder derglei­ chen eingesetzt. Es sind hier Winkelgenauigkeiten von einigen hundertstel Grad erforderlich. Es ist ersichtlich, daß in sol­ chen Fällen ein preiswertes Massenprodukt erforderlich ist, das dennoch gegenüber externen Störeinflüssen möglichst unempfind­ lich ist.

Als derartige Störeinflüsse haben sich unter anderem hohe Tem­ peraturen, entstehende Temperaturunterschiede sowie elektro­ magnetische Einflüsse herausgestellt. Durch die immer besser werdende Kapselung der Motoren aufgrund ihrer Geräuschemis­ sionen steigen innerhalb der Kapselung die Temperaturen, so daß herkömmliche Sensoren, wie ein Potentiometer, zur Feststel­ lung der Stellung der Drosselklappe ungeeignet sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Posi­ tionssensor zu schaffen, der unempfindlich gegen äußere Ein­ flüsse, insbesondere hohe Temperaturen, Temperaturunterschiede und elektromagnetische Einflüsse ist und eine genaue Posi­ tionsbestimmung erlaubt.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit einem Posi­ tionssensor gelöst, der gekennzeichnet ist durch zwei über­ einander angeordneten, quer zu ihren Strichen beweglichen optischen Gittern, von denen zumindestens eines strahlenför­ mig ausgebildet ist. Die Genauigkeit kann insbesondere da­ durch optimiert werden, daß seitlich des Überlappungsbereichs von Gittern und Schlitzen mindestens ein Sende- und ein Emp­ fangslichtleiter münden.

Durch diese Ausbildung wird beispielsweise beim Einsatz zur Messung der Drosselklappenstellung erreicht, daß im Bereich des Motors, insbesondere innerhalb seiner Kapselung keine Ele­ mente eingesetzt werden müssen, die temperaturempfindlich und empfindlich gegenüber elektromagnetischen Einflüssen sind, wie elektrooptische und optoelektronische Wandler sowie elektro­ nische Schaltelemente, insbesondere Halbleiterbauelemente. Die optische Strahlung wird durch die Lichtleiter vom einem zum Motor entfernten Bereich, in dem die elektrooptische und opto­ elektrische Umwandlung stattfindet, zu den mechanischen be­ ziehungsweise mechanooptischen Sensorteilen geführt und das Streulicht von dort ohne optoelektrische Umwandlung aus dem Bereich des Motors, insbesondere aus seiner Kapselung zu einem Bereich herausgeführt, in dem für hinreichend kleine Tempera­ turdifferenzen sowie elektromagnetischer Abschirmung Sorge getragen werden kann. Erst dort findet dann die optoelektrische Umwandlung des empfangenen Signals und die Weiterverarbeitung desselben statt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Lichtleiter jeweils aus einer oder mehreren Glasfasern bestehen.

Eine äußerst bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß das zwei­ te optische Gitter parallel zueinander verlaufende Striche aufweist. Ein derartiger Sensor kann sowohl zur Messung von Linear- als auch von Schwenkbewegungen eingesetzt werden.

Obwohl auch Kunststofflichtleiter mit einer für die vorgesehene Anwendung auch hinreichenden Temperaturbeständigkeit herstellbar sind, ist doch der Einsatz von Glasfasern vorzuziehen. Es können damit nicht nur hohe absolute Temperaturen, sonderen darüber­ hinaus auch große Temperaturänderungen beherrscht werden. Ein besonderer Vorteil von Glasfaser-Lichtleitern besteht weiter darin, daß mit ihnen ein enger Biegeradius verwirklichbar ist. Dieser ermöglicht einen Sensorkopf, bei dem die Lichtleiter nicht senkrecht zur Scheibe, sondern um 90 Grad zu der Normalen abgewinkelt austreten.

Während grundsätzlich der Sende-Lichtleiter und der Empfangs- Lichtleiter einzelne Leiter sein können, ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, daß jeder der entsprechenden Lichtlei­ ter aus einer Vielzahl von einzelnen Fasern, also aus einem Bündel von Einzelfasern besteht. In weiterer bevorzugter Ausge­ staltung ist vorgesehen, daß Sende- und Empfangs-Lichtleiter bezüglich der mit Strichen oder einem Raster versehenen Schei­ ben gemeinsam auf einer Seite angeordnet sind. Hierdurch wird die Halterung für die nahe der Meßscheibe angeordneten Enden der Lichtleiter gegenüber einer Anordnung beidseitig der ent­ sprechenden Scheiben vereinfacht. Durch diese Anordnung wird also nicht das Durchlicht, sondern das zurückgestreute bzw. reflektierte Licht gemessen.

Über die oben genannten Vorteile hinsichtlich Temperaturbestän­ digkeit und Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Einflüssen hieraus, weist der erfindungsgemäße Drehwinkelmesser den Vorteil der Möglichkeit des Aufbaus eines einfachen Sensor­ kopfes auf, bei dem die Empfangs- und Sende-Lichtleiter nahe beieinander liegen. Es wird ein guter Signal-Rausch-Abstand erreicht.

In bevorzugter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß ein Sende- Lichtleiter und beidseitig desselben jeweils ein, also insgesamt zwei Empfänger-Lichtleiter angeordnet sind, die jeweils Faser­ bündel sein können. Hierdurch wird erreicht, daß beide Empfänger- Lichtleiter und damit auch die optoelektronischen Wandler die gleiche reflektierte Lichtmenge erhalten.

Der Durchmesser der Lichtleiter beziehungsweise Faserbündel be­ trägt jeweils vorzugsweise 0,4 Millimeter, so daß der gesamte aktive Sensorkopf eine maximale Ausdehnung von 1,2 Millimeter hat. Neben im Schnitt kreisförmigen Lichtleitern können auch, insbesondere wenn sie aus Faserbündeln gebildet sind, solche mit anderer Stirnseiten- beziehungsweise Querschnittsgeometrie, wie insbesondere quadratischer eingesetzt werden.

Bei inkremental arbeitenden Positionssensoren können eine oder mehrere Referenzmarken auf den Scheiben vorgesehen sein, die detektiert und ausgewertet werden, wodurch definierte Relativ­ stellungen erfaßt werden. Die Referenzmarke kann dabei insbe­ sondere ein Strich sein, der sich von den anderen Strichen des entsprechenden Strichgitters charakteristisch unterscheidet; er kann beispielsweise einen größeren Strich oder eine die anderen Striche überragenden Länge haben. Im ersten Fall ist er mit dem gleichen Sensor detektierbar wie die Helligkeits­ änderung bei Relativbewegung, im letzten Fall müßte ein zu­ sätzlicher Sensor vorgesehen sein.

Ein bevorzugter geeigneter Sensorkopf weist dabei einen zen­ tralen Empfänger-Lichtleiter (gegebenenfalls als Bündel) auf, der ringförmig von mehreren Sende-Lichtleitern beziehungs­ weise einem ringförmigen Sende-Lichtleiter umgeben ist, wobei letzterer durch eine Ringanordnung von Einzelfasern gebildet ist. Diese Augestaltung bedingt, daß kein zusätzlicher Ju­ stieraufwand erforderlich ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die optischen Strichmarkierungen auf Glasflächen ausge­ bildet sind, wobei die Strukturen durch litographische Verfahren, oder durch Aufbringen von Chromdioxid erzeugt werden können.

Während durch den vorstehend beschriebenen inkrementalen Po­ sitionssensor eine Positionsänderung sehr genau ermittelt wer­ den kann, wird in vielen Fällen gewünscht, eine Absolutstel­ lung relativ zu einer Nullstellung und insbesondere auch ge­ wisse Stellungsbereiche relativ zu der Nullstellung mit ein­ fachem Aufwand zu bestimmen, wobei es auf hohe Genauigkeit weniger ankommt. In diesem Falle schlägt die Erfindung in äußerst bevorzugter Ausgestaltung eine bewegliche Schalte­ scheibe mit mindestens einem ersten Spalt mit in Bewegungs­ richtung der Scheibe kontinuierlich veränderlichem Transmis­ sions- bzw. Reflexionsverhalten vor. Diese Ausgestaltung kann weiterhin dadurch weitergebildet werden, daß Spalt und Strich­ gitter durch eine gemeinsame Lichtquelle beleuchtet und das durch den Spalt empfangene Empfangssignal durch das Unter­ grundsignal bzw. Gleichwertsignal des dem Strahlenkranz zu­ geordneten Empfänger dividiert wird, um Driften und Alterun­ gen der Lichtquellen und/oder Empfänger zu eliminieren. Statt vorgenannter Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, daß neben dem ersten Spalt ein weiterer Spalt mit in Bewegungs­ richtung zum veränderlichen Transmissions- bzw. Reflexions­ verhalten des ersten Spaltes gegenläufig veränderlichen Trans­ missions- bzw. Reflexionsverhalten angeordnet ist, wobei sich dann eine Weiterbildung insbesondere dadurch auszeichnet, daß die Spalte durch eine gemeinsame Lichtquelle beleuchtet und durch getrennte, jeweils einen Spalt zugeordnete Empfänger beobachtet werden und daß die Ausgangssignale der Empfänger elektronisch dividiert werden, um Driften und Alterungen von Sendern und Empfängern zu eliminieren. Während der Spalt grundsätzlich geometrisch als Keil ausgebildet werden kann, wodurch in seiner Erstreckungsrichtung sich das Transmis­ sionsverhalten oder das Reflexionsverhalten ändert - wenn der Spalt beispielsweise in einer gut reflektierenden Umge­ bung angeordnet ist oder aber selbst in einer weniger gut reflektierenden Umgebung ein besseres Reflexionsverhalten aufweist, kann das unterschiedliche Transmissions- bzw. Re­ flexionsverhalten auch in anderer Weise erhalten werden, so sehen Weiterbildungen beispielsweise vor, daß neben dem er­ sten Spalt ein weiterer Spalt mit in Bewegungsrichtung zum veränderlichen Transmissions- bzw. Reflexionsverhalten des ersten Spaltes gegenläufig veränderlichen Transmissions- bzw. Reflexionsverhalten angeordnet ist, daß die Spalte keilför­ mig ausgebildet sind oder daß die Spalte eine veränderliche Tönung aufweisen (Graukeile).

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Aus­ führungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine erste schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Drehwinkelmessers senk­ recht zur Drehachse, deren Drehwinkel fest­ gestellt werden soll;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung sich über­ lappender Strahlenkränze des Drehwinkelmes­ sers der Fig. 1 in Explosionsdarstellung;

Fig. 3 ein von einem erfindungsgemäßen Drehwinkel­ messer erzeugtes Bild zweier hintereinander angeordneter Strahlenkranzbereiche bei Ver­ dunklung im Zentralbereich;

Fig. 4 ein Bild entsprechend der Fig. 3 bei Ver­ schwenken des einen Strahlenkranzausschnit­ tes zum anderen um eine halbe Periode der Strahlenanordung mit hierdurch bewirkter Aufhellung des Mittelbereichs;

Fig. 5 die Überlagerung eines Strahlenkranzes mit einem Parallelraster;

Fig. 6 eine weitere Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Drehwinkelmessers;

Fig. 7 Stirnseitenansichten einer Ausführungsform der Lichtleiter oder Bündelanordnung;

Fig. 8 eine Stirnseitenansicht einer weiteren Aus­ führungsform der Lichtleiteranordnung; und

Fig. 9 eine Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung zur Detektion einer Referenz­ marke.

Der erfindungsgemäße Drehwinkelmesser weist zunächst eine um eine Achse 14 drehbare Scheibe 2 mit einem Strahlenkranzbe­ reich 4 auf. Unmittelbar neben dem Strahlenkranzbereich 4 ist eine weitere Scheibe 1 mit einem Strahlenkranzringausschnitt 6 angeordnet. Neben beiden befindet sich eine Halterung 5, in welchem die Enden eines Sende-Lichtleiters 10 und von Empfänger-Lichtleitern 15, 15a gehalten sind.

Die Strahlenkranzabschnitte 6, 7 weisen eine Vielzahl radial von den Zentren 13, 14 ausgehender Striche 16, 17 mit dazwi­ schen befindlichen lichtdurchlässigen Zwischenräumen 18, 19 beziehungsweise vice versa auf. Die Winkelperiode der Striche beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung 0,2 Grad, das heißt, der Winkelabstand vom Beginn eines Striches bis zum Beginn des nächsten Striches beträgt 0,2 Grad. Obwohl das Verhältnis von Strichdicke und lichtem Abstand (Lücke) zwischen zwei Strichen unkritisch ist und durchaus einige Bruchteile abweichen kann, wird vorzugsweise vorgesehen, daß das Verhältnis 1 beträgt, da hierdurch ein optimaler Kontrast zwischen um eine halbe Periode verdrehter Winkelstellungen und damit ein hohes Nutzsignal erreichbar ist. Die radialen Dimensionen der Scheiben liegen in der Größenordnung von wenigen Zentimetern, vorzugsweise von weniger als 3 Zentimetern. Strichabstände liegen dann in der Größenordnung von einigen hundertstel Millimetern oder einigen Zig-Mikrometern, wodurch störende Beugungserscheinungen alleine aufgrund des Abstandes der Striche einer Scheibe noch vermieden sind. Im detektierten Überlappungsbereich haben die Striche eine ähnliche bzw. im wesentlichen die gleiche Gitterkonstan­ te.

Die Darstellung der Scheiben in den Fig. 1 und 2 ist le­ diglich schematisch. Die Innenbereiche 8, 9 der Scheiben sind vorzugsweise geschwärzt, was in den Figuren aus zeichnerischen beziehungsweise reproduktionstechnischen Gründen hier nicht vorgenommen wurde. Gegebenenfalls kann auch die Darstellung der Fig. 2 als Negativdarstellung der tatsächlich verwende­ ten Scheiben verstanden werden. Eine präzisere Darstellung der Strichmuster in den Strahlenkranzringausschnitten ist den Fig. 3 und 4 in den dortigen Randbereichen zu entnehmen. Während vorzugsweise zwei Strahlenkranzausschnitte 6, 7 neben­ einander angeordnet und "zur Überlagerung" gebracht werden, die radiale Strahlen aufweisen, deren Zentren nicht überein­ stimmen und insbesondere auf entgegengesetzten Seiten des Überlappungsbereichs 6, 7 liegen kann beispielsweise auch das Scheibensegment 1 ein Parallelstrichraster aufweisen, wobei eine Haltraute entsteht. Wesentlich ist lediglich, daß die Zentren der Strahlenkranzbereiche nicht übereinstimmen bezie­ hungsweise nicht auf einer gemeinsamen Drehachse liegen, was bei einem strahlenförmigen und einem Parallelraster (Zentrum im Unendlichen) trivialerweise erfüllt ist.

Der Lichtleiter 10 führt von einer Lichtquelle 22, wie bei­ spielsweise einer lichtemittierenden Diode von einer entfern­ ten Stelle zum Beobachtungsbereich, der nahe beim Motor, in der Regel innerhalb dessen Kapselung liegt. Entsprechend füh­ ren die Lichtleiter 15, 15a zum weit entfernten Empfänger 24, wie Fotodioden, die Lichtleiter 15, 15a führen insbeson­ dere aus der Kapselung des Motors heraus.

Die von den Fotoempfängern 24 aufgenommenen Lichtsignale wer­ den in einer elektronischen Schaltung zur Bestimmung und Aus­ gabe beziehungsweise Anzeige des Drehwinkels, insbesondere auch zur Regelung der Drosselklappenstellung weiterverarbeitet.

Durch Verdrehen der beiden Rasterscheiben gegeneinander erge­ ben sich Helligkeitsänderungen, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind. Es ergibt sich gegenüber lediglich ein­ achsigen hell-dunkel Mustern des Standes der Technik je nach Relativstellung ein flächiges großes Zentrum ein in zwei Rich­ tungen erstreckendes großes Zentrum insbesondere bei der Ver­ änderung der Winkelstellung der Scheiben zueinander. Das Zentrum hat insbesondere eine zweiachsige, vierzählige Drehsymmetrie (Raute), wie sie den Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist. Die Helligkeitsänderung der zentralen Raute kann leicht detektiert werden und setzt aus den vorgenannten Gründen keine genaue Justierung der Strichmuster voraus. Bei Veränderung der Rela­ tivstellung der Scheiben 1, 2 ergibt sich eine sinusförmige Intensitäts- und nach fotoelektrischer Umwandlung eine sinus­ förmige Fotostromänderung, die durch einen Stromspannungs­ wandler in eine eine Gleichspannung überlagernde sinusförmi­ ge Wechselspannung umgewandelt wird, deren Periode einer Win­ keländerung entsprechend der Periode des Strichmusters, also dem Abstand der vorderen Kante eines Striches zur vorderen Kante des nächsten Striches und im angenommenen Beispiel al­ so 0,2 Winkelgrad entspricht. Die elektronische Auswertung kann in geeigneter Weise erfolgen, beispielsweise durch Spitzenwertdetektoren, durch Flankenwechsel von Rechteck- Impulsen nach Analog-Digital-Wandlung etc. Bei der in den Fig. 1 und 5 dargestellten Ausgestaltung der optischen An­ ordnung beobachten beide Empfänger-Lichtleiter 15, 15a die Überlagerungsraute aus unterschiedlichen Positionen. Durch die hierdurch gegebene Paralpaxe sehen die beiden Detektoren 24 unterschiedliche Helligkeitszustände. Die von ihnen abgegebenen elektrischen Signale weisen ebenfalls Unterschiede in ihrer Amplitude auf, was auf eine Phasenverschiebung der beiden Sig­ nale zueinander zurückzuführen ist. Hierdurch läßt sich die Drehrichtung bestimmen. Alternativ hierzu können zur Beleuchtung der Strichscheiben auch zwei Lichtquellen, beispielsweise LED′s verwendet werden, deren Licht ebenfalls durch Sende-Lichtleiter 10 übertragen wird, wobei das Licht jeder LED dann durch jeweils einen Empfänger oder einen gemeinsamen Empfänger detektiert wird. Die beiden Lichtquellen arbeiten dann vorzugsweise im schiedlicher Wellenlänge verwendet werden können, wobei in den Empfängern dann in geeigneter Weise eine Signaltrennung vor­ genommen wird.

Die Fig. 5 zeigt das Überlagerungsbild eines (zentralsym­ metrischen) Strahlenkranzes (mit einem Symmetriezentrum in endlichem Abstand vom Überlappungsbereich) mit einem Paral­ lelraster. Im unteren Bereich entsteht eine flächige Halb­ raute, die bei Aktivbewegung der Abbildung der Gitter ihre Helligkeit zyklisch ändert. In diesem Bereich ist die De­ tektion vorzunehmen.

Die Lichtleiter 10, 15, 15a können grundsätzlich Einzellicht­ leiter sein. Sie können aber in gleicher Weise auch Licht­ leiterbündel aus einer Vielzahl von Fasern, insbesondere Glas­ fasern, sein. Der Querschnitt und insbesondere die Beobach­ tungsstirnfläche der Lichtleiter kann kreisförmig sein, wie dies in der Fig. 6 der Fall ist. Sie kann aber auch quadra­ tisch sein, wie dies in der Fig. 7 dargestellt ist, insbe­ sondere wenn die Lichtleiterbündel eine Vielzahl von Fasern sind. Grundsätzlich können auch weitere Sensorgeometrien ver­ wendet werden.

Bei inkremental arbeitenden Drehwinkelsensoren können die Strichscheiben in geeigneter Weise Referenzmarken 20 auf­ weisen, die ebenfalls detektiert und ausgewertet werden. Ei­ ne Referenzmarke 20 besteht aus einem lichtdurchlässigen oder reflektierenden Strich, der radial zur Drehachse verläuft. Insbesondere in einem solchen Falle kann eine Sensoranordnung eingesetzt werden wie sie in der Fig. 9 dargestellt ist. Der Empfänger-Lichtleiter 15 ist dabei ringförmig von Sende-Licht­ leitern 10 beziehungsweise einem Sende-Lichtleiter 10 in Form eines ringförmigen Senderfaserbündels umgeben. Der Sensor zur Detektion einer Referenzmarke oder zur Detektion von Absolut­ wertbereichen auf der Strichscheibe ist über der Strichschei­ be angeordnet. Aufgrund seines Aufbaus muß dieser Sensor be­ züglich der Referenzmarke nicht justiert werden. Das reflek­ tierte Licht wird von dem Empfangs-Lichtleiter aufgefangen und weitergeleitet. Wird zum Empfang des reflektierten Lichts eben­ falls ein Faserbündel verwendet, so sollte die Anordnung der Ein­ zelfasern kreisförmig sein, wie dies in der Fig. 9 dargestellt ist, da bei dieser Anordnung die Detektion einer strichförmigen Referenzmarke keinen zusätzlichen Justieraufwand notwendig macht.

Ebenso können auch ganze Bereiche, die lichtdurchlässig sind, und deren Übergang zu Bereichen mit starker Reflexion des Lichtes von diesem Sensor als Referenzmarke detektiert wer­ den.

Während der bisher beschriebene inkrementale Positionssensor zur Feinmessung der genauen Position bzw. Winkelstellung dient, wird oftmals eine einfache wenig aufwendige näherungs­ weise Bestimmung der Absolutstellung eines beweglichen - ver­ schiebbaren oder schwenkbaren - Teils gewünscht.

Die Fig. 2 zeigt auf dem Außenumfang der beweglichen, das heißt verschwenkbaren Scheibe 2 zwei entlang des Umfangs der Scheibe 2 sich erstreckender lichtdurchlässiger teilförmiger Spalte 51, 52 auf. Jeder der Spalte 51, 52 weist damit in (Schwenk-) Bewegungssicht eine veränderliche Transmission auf, wobei sich mit Verschwenken der Scheibe die Transmis­ sion gegenläufig verändert. Neben den beiden Spalten 51, 52 sind wiederum Empfangslichtleiterbündel 53, 54 angeordnet, wie sie grundsätzlich vorstehend in Bezug auf den inkremen­ talen Positionssensor beschrieben wurden. Auf der gegenüber­ liegenden Seite der Scheibe 2 oder aber neben den Empfangs­ lichtleitern 53, 54 können Sendelichtleiter (im einzelnen nicht dargestellt) oder zumindest im erstgenannten Fall di­ rekt eine Leuchtdiode angeordnet sein. Die Sendelichtleiter sind gegebenenfalls mit einer gemeinsamen Lichtquelle, wie einer Leuchtdiode mit ihrer den Scheiben abgewandten Ende verbunden, so daß beide Spalte 51, 52 von einer gemeinsamen Lichtquelle beleuchtet werden. Die Sendelichtleiter 53, 54 sind mit ihren der Scheibe 2 abgewandten Stirnseite mit zwei Detektoren verbunden. Der zweite Spalt dient als Referenz. Durch elektronische Quotientenbildung der von den beiden mit den Empfangslichtleitern 53, 54 verbundenen Detektoren emp­ fangenen Signale können ein Driften, beispielsweise aufgrund von Temperaturveränderung, sowie Alterungen des Senders, aber auch der Empfänger, da diese im wesentlichen gleichmäßig al­ tern werden, eliminiert werden, beeinflussen also den hinsicht­ lich der Absolutpositionsbestimmung wesentlichen Meßwert nicht. Im Rahmen einer Kalibrierung der je nach Winkelstellung empfan­ genen Meßsignale können die Meßwerte und die Drehwinkelstel­ lungen in Form von Wertepaaren in einem EPROM abgelegt werden, wobei zur Kalibrierung ein hochpräziser Drehwinkelmesser, wie beispielsweise der erfinderische inkrementale Drehwinkelmesser, wie er vorstehend beschrieben wurde, verwendet werden kann. Bei Anordnung von Sender und Empfänger direkt neben den Spal­ ten 51, 52 sind senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Spalte 51, 52 verlaufende Schlitze vorgesehen, die die Auflösung be­ stimmen. Bei Verwendung von Glasfasern wird die Auflösung durch die Öffnungswinkel der Fasern und deren Abstand zu den keil­ förmigen Spalten 51, 52 bestimmt.

Wenn Sende- und Empfangslichtleiter auf einer gemeinsamen Sei­ te angeordnet sind und beispielsweise die Keile 51, 52 durch gut reflektierende Zonen oder aber schlecht reflektierende Zonen (wie bei transparenten Bereichen) in einer besser re­ flektierenden Umgebung gebildet sind, so sind vorzugsweise die Senderfasern parallel zu den in der Fig. 2 dargestellten Empfangsfasern 53, 54 angeordnet, um Winkeleinflüsse auszu­ schließen.

Statt der Spalte oder Keile 51, 52 mit sich tatsächlich geo­ metrisch verändernder Breite können auch entsprechende Spalte oder Flächen mit sich in Bewegungsrichtung veränderlichen Transmissions- bzw. Reflexionsverhalten eingesetzt werden, wie beispielsweise sogenannte Graukeile. Diese können in üb­ licher Weise kontinuierlich veränderliche Durchlässigkeit bzw. Reflektivität aufweisen. Sie könnten aber beispielsweise auch durch senkrecht zur Erstreckung der Keile bzw. Spalte 51, 52 und damit senkrecht zur Bewegungsrichtung gerichtete Striche mit veränderlichen Abständen bzw. Dichte gebildet sein.

Statt des zweiten (Referenz-) Keils bzw. -Spalts 52 kann die Information über die Alterung der Lichtquelle auch aus dem Empfangssignal der Inkrementalmessung gewonnen werden, wenn der Keil bzw. Spalt 51 und die Strichgitter durch die gleiche Lichtquelle beleuchtet werden, was über Lichtleiter kein Prob­ lem ist. Die Inkrementalmessung ergibt eine periodisch verän­ derliche Intensität über einer Grundintensität. Diese verän­ dert sich mit der Alterung der Let genauso wie die durch den Keil bzw. Spalt durchgelassene Intensität sich mit der Alte­ rung der Lichtquelle verändert. Die oben erwähnte Quotienten­ bildung kann daher mit dem Grund- bzw. Gleichsignal der in­ krementalen Messung vorgenommen werden. In diesem Falle ist insbesondere vorgesehen, daß die Sensoren bzw. die der Schei­ be 2 zugewandten Lichtleiterenden zu Inkrementalmessung einer­ seits und zur Absolutmessung andererseits auf einer radialen Verbindungslinie zum Drehpunkt der Winkelscheibe angeordnet sind, so daß sich Taumelbewegungen derselben auf beide Senso­ ren gleichmäßig auswirken und damit das Differenzsignal wie­ derum nicht beeinflussen.

Claims (15)

1. Positionssensor, gekennzeichnet durch zwei übereinan­ der angeordneten, quer zu ihren Strichen beweglichen optischen Gittern, von denen zumindestens eines strah­ lenförmig ausgebildet ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich des Überlappungsbereichs (6, 7) von Gittern und Schlitzen mindestens ein Sende- und ein Empfangs­ lichtleiter (10, 15, 15a) münden.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Gitter parallel zueinander ver­ laufende Striche aufweist.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet daß die Lichtleiter (10, 15, 15a) aus Glasfasern bestehen.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Sende- und Empfangslichtleiter (10, 15, 15a) einseitig des Überlappungsbereichs angeordnet sind, so daß das reflektierte Licht gemessen wird.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtleiter (10, 15, 15a) jeweils Bün­ del aus mehreren lichtleitenden Einzelfasern sind.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Sende-Lichtleiter (10) zwischen zwei Empfangs-Lichtleitern (15, 15a) angeordnet ist.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Empfangs-Lichtleiter (15) von mehreren Sende-Lichtleitern oder einem ringförmigen Lichtleiter aus einem ringförmigen Faserbündel umgeben ist.

9. Sensor insbesondere nach einem der vorangehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch eine bewegliche Schalte­ scheibe mit mindestens einem ersten Spalt (51) mit in Bewegungsrichtung der Scheibe (2) kontinuierlich ver­ änderlichem Transmissions- bzw. Reflexionsverhalten.

10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem ersten Spalt (51) ein weiterer Spalt (52) mit in Bewegungsrichtung zum veränderlichen Transmis­ sions- bzw. Reflexionsverhalten des ersten Spaltes (51) gegenläufig veränderlichen Transmissions- bzw. Reflexionsverhalten angeordnet ist.

11. Sensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spalte keilförmig ausgebildet sind.

12. Sensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spalte eine veränderliche Tönung aufwei­ sen (Graukeile).

13. Sensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spalte quer zu ihrer Erstreckungsrich­ tung Dichte mit veränderlicher Breite und/oder Ab­ stand aufweisen.

14. Sensor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spalte (51, 52) durch eine ge­ meinsame Lichtquelle beleuchtet und durch getrennte, jeweils einen Spalt zugeordnete Empfänger beobachtet werden und daß die Ausgangssignale der Empfänger elek­ tronisch dividiert werden, um Driften und Alterungen von Sendern und Empfängern zu eliminieren.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9, 11 bis 13 in Kombination mit einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Spalt (51) und Strichgitter (4) durch eine gemeinsame Lichtquelle beleuchtet und das durch den Spalt (51) empfangene Empfangssignal durch das Untergrundsignal bzw. Gleichwertsignal des dem Strahlenkranz (4) zugeordneten Empfänger dividiert wird, um Driften und Alterungen der Lichtquellen und/oder Empfänger zu eliminieren.