DE4120861C2 - Stellweg-Meßeinrichtung - Google Patents
Stellweg-MeßeinrichtungInfo
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- DE4120861C2 DE4120861C2 DE19914120861 DE4120861A DE4120861C2 DE 4120861 C2 DE4120861 C2 DE 4120861C2 DE 19914120861 DE19914120861 DE 19914120861 DE 4120861 A DE4120861 A DE 4120861A DE 4120861 C2 DE4120861 C2 DE 4120861C2
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stellweg-Meßeinrichtung
mit einem ersten Kurzschlußringsensor, der auf einem
Kern eines Magnetkreises einen beweglichen Kurzschluß
ring und eine Meßspule aufweist, mit einem Referenzsen
sor, der auf einem Kern eines Referenzmagnetkreises
einen ortsfesten Referenzkurzschlußring und eine Refe
renzspule aufweist, wobei der Kurzschlußringsensor und
der Referenzsensor in einer Baueinheit angeordnet und
im wesentlichen den gleichen Umgebungseinflüssen ausge
setzt sind, und mit einer Verarbeitungseinrichtung,
die mit der Meßspule und mit der Referenzspule verbunden
ist und ein Verhältnis zwischen ihren Induktivitäten
ermittelt.
Eine derartige Stellweg-Meßeinrichtung ist aus Sensors
and Actuators 3 (1982/83) 315-326 "Shading-Ring Sen
sors as Versatile Position and Angle Sensors in Motor
Vehicles" bekannt. Mit einer darartigen Stellweg-Meßein
richtung läßt sich beispielsweise der Drehwinkel einer
Welle oder die Position eines linear bewegten Betäti
gungselements ermitteln. Hierbei wird die Tatsache aus
genutzt, daß sich der magnetische Fluß im Kern des magne
tischen Kreises nur in dem Bereich zwischen Kurz
schlußring und Spule schließen kann. Der magnetische
Widerstand und damit die Induktivität der Spule sind
damit Funktionen des Ortes, an dem sich der Kurzschluß
ring befindet. Diese Induktivität ist jedoch infolge
unvermeidlichen Temperaturdriftens des Kernmaterials
und der ohmschen Widerstände von Spule und Kurzschluß
ring stark von Einflüssen der Umgebung abhängig, so
daß die Ermittlung des absoluten Betrages der Induktivi
tät der Meßspule nur in seltenen Fällen zu einem ausrei
chend genauen Meßergebnis führt. Man hat daher im bekann
ten Fall eine ratiometrische Auswertung vorgeschlagen,
bei der zwei Magnetkreise verwendet werden. Von den
beiden Magnetkreisen dient der eine mit ortsfestem
Kurzschlußring als Referenzkreis, der andere mit beweg
lichem Kurzschlußring als Geber.
Aufgrund der beiden Magnetkreise, die jeweils den Kern,
die Spule und den Kurzschlußring aufweisen, erhält die
Stellweg-Meßeinrichtung allerdings eine beträchtliche
Größe, die auch nicht wesentlich vermindert werden kann.
Im Fahrzeug- oder Flugzeugbau steht aber in der Regel
nur ein begrenzter Platz zur Verfügung. Besonders kri
tisch wird die Angelegenheit dann, wenn mehrere Stell
weg-Meßeinrichtungen auf kleinstem Raum zusammen unterge
bracht werden sollen. Dies kann beispielsweise dann
der Fall sein, wenn die Positionen von zwei koaxialen
Wellen ermittelt werden sollen, wie sie beispielsweise
im Vergaserbereich zur Steuerung einer Drosselklappe
mit Sollwert-Vorgabe- und Istwert-Ermittlung notwendig
sind.
De 32 08 785 C2 zeigt einen Lagesensor, bei dem auf ei
nem Kern zwei Kurzschlußringe angeordnet sind. Jeder
Kurzschlußring ist einem Verstellorgan zugeordnet.
Durch die Veränderung der Position eines Kurzschlußrin
ges auf dem Kern ändert sich eine Induktivität. Mit
Hilfe der Induktivitätsänderung möchte man überwachen
können, ob die Lagedifferenz der Kurzschlußringe gleich
Null ist. Für die Überwachung der Lage der Differenz
gibt es verschiedene Möglichkeiten. Man kann entweder
eine gemeinsame Spule für beide Kurzschlußringe vorse
hen und die Änderung der Induktivität dieser Spule
überwachen. Oder man kann jedem Kurzschlußring eine ei
gene Spule zuordnen und die beiden Spulen in Reihe be
treiben. Die Meßspannung ergibt sich dann am Verbin
dungspunkt. In einer dritten Ausgestaltung ist vorgese
hen, daß die Meßspannung nicht unmittelbar an den den
Kurzschlußringen zugeordneten Spulen abgenommen wird,
sondern an einer dritten Spule, die über einen dritten
Schenkel eines E-förmigen Kernes gelegt ist. Hierbei
ergibt sich eine Art transformatorische Signalübertra
gung.
DE 29 24 092 C2 zeigt einen induktiven Differentialweg
geber mit analoger Auswerteschaltung. Auf einem Kern,
der die Form eines liegenden H hat, ist auf einer Hälf
te eine Meßspule angeordnet. Mit dieser Hälfte ist ein
Kurzschlußring verschiebbar. Die Induktivität der Spule
ändert sich in Abhängigkeit von der Position des Kurz
schlußringes. Die andere Seite ist mit einer geteilten
Spule versehen, d. h. jeweils ein Teil befindet sich auf
einem Schenkel. Auch hier ist ein Kurzschlußring vorge
sehen, der allerdings nicht verstellbar ist, sondern
lediglich zum Abgleich der Induktivität eingestellt
werden kann.
DE 26 30 894 C2 zeigt einen induktiven Weggeber, bei
dem zwischen den Schenkeln eines Kernes ein inhomogenes
magnetischen Feld erzeugt werden soll. Ein Kurzschluß
ring wird im Bereich des inhomogenen magnetischen Fel
des verschoben. Mann kann auch mehrere in axialer Rich
tung der Spule hintereinander angeordnete Kurzschluß
ringe verwenden, die dann gemeinsam ein Kurzschlußele
ment bilden.
EP 0 039 181 A1 zeigt eine Stellweg-Meßeinrichtung,
insbesondere für die Verwendung in Kraftfahrzeugen.
Hierbei ermittelt man die Phasenverschiebung eines
Wechselstromes zu der speisenden Wechselspannung, die
von der axialen Verschiebung eines überwachten Gegen
standes abhängt. Auch hier sind mehrere Induktivitäten
in Reihe geschaltet. Sie können wahlweise ausgewählt
werden.
DE 29 18 961 A1 zeigt eine Auswerteschaltung für einen
induktiven Kurzschlußring-Weggeber, der auf einem Ei
senkern eine Spule trägt, deren Induktivität durch ei
nen Kurzschlußring veränderbar ist. Hierbei wird eine
Rechteckspannung erzeugt, deren Periodendauer von dem
jeweiligen Induktivitätswert der Spule und damit von
der Stellung des Kurzschlußringes abhängt. Mit der
Rechteckspannung wird ein Flip-Flop angesteuert, das
entweder eine Spule mit veränderbarer Induktivität oder
eine Referenzspule auf den das Rechtecksignal erzeugen
den Komparator zurückkoppelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den baulichen
Aufwand bei einer Mehrfach-Stellweg-Meßeinrichtung zu
verringern.
Diese Aufgabe wird bei einer Stellweg-Meßeinrichtung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in der
Baueinheit mindestens ein weiterer Kurzschlußringsensor
angeordnet ist, der auf einem Kern eines weiteren Magnet
kreises einen weiteren beweglichen Kurzschlußring und
eine weitere Meßspule, die ebenfalls mit der Verarbei
tungseinrichtung verbunden ist, aufweist, wobei der
erste und der mindestens eine weitere Kurzschlußring
unabhängig voneinander beweglich sind und die Verarbei
tungseinrichtung ein Verhältnis zwischen der Induktivi
tät der weiteren Meßspule und der Referenzspule ermit
telt.
Bei der neuen Stellweg-Meßeinrichtung nutzt man die
Tatsache aus, daß der Referenzsensor lediglich dazu
vorhanden ist, einen Bezugswert zu liefern. Ansonsten
hat er keine eigenen Aufgaben. Wenn nun aber ein Bezugs
wert vorhanden ist, läßt er sich erfindungsgemäß vorteil
haft auch für mehrere Kurzschlußringsensoren verwenden,
ohne daß für jeden Kurzschlußringsensor ein eigener
Referenzsensor notwendig wäre. Für jeden weiteren Kurz
schlußringsensor steigt daher der Aufwand nur um die
Hälfte des Aufwandes, den man für den ersten Kurzschluß
ringsensor treiben muß.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
daß die Verarbeitungseinrichtung eine Schwingschaltung
mit einer Schalteinrichtung aufweist, die die Meßspule
des ersten Kurzschlußringsensors und die Meßspule des
weiteren Kurzschlußringsensors im Zeitmultiplex als
schwingungsbestimmende Elemente in die Schwingschaltung
schaltet. Mit dieser Ausführungsform wird auch der Auf
wand der Verarbeitungseinrichtung weiter verringert.
Für jeden Kurzschlußringsensor sind nicht mehr alle
Elemente der Verarbeitungseinrichtung notwendig. Gewisse
Teile der Verarbeitungseinrichtung können für alle Kurz
schlußringsensoren gemeinsam verwendet werden. Hierbei
werden die gemeinsam verwendeten Elemente zeitlich hin
tereinander den einzelnen Kurzschlußringsensoren zuge
teilt. Jeder Kurzschlußringsensor wird daher in einem
Zyklus nur während einer bestimmten Zeit betrieben.
Wenn die Zykluszeit klein gegen die zu ermittelnde Ver
änderung der Stellung des Kurzschlußringes ist, läßt
sich eine Messung ohne größere Fehler durchführen.
Vorteilhafterweise erzeugt die Schwingschaltung ein
pulsbreitenmoduliertes Ausgangssignal, bei dem die Puls
zeiten und die Pausenzeiten abhängig von der Größe der
Induktivität der jeweils zugeschalteten Spule bzw. der
Referenzspule sind. Eine derartige Schwingschaltung
läßt sich zum Beispiel durch einen Multivibrator reali
sieren. Je nach Polarität kann die Pausenzeit, also
die Zeit zwischen zwei Pulsen, proportional zur Indukti
vität der Referenzspule sein oder die Pulszeit, d. h.
die Zeit zwischen zwei Pausen. Die jeweils andere Zeit,
d. h. die Pausenzeit oder die Pulszeit, ist dann propor
tional zur Induktivität der jeweils zugeschalteten Spu
le. Da diese Induktivität wiederum abhängig ist von
der Stellung des Kurzschlußringes im Magnetkreis, ist
die entsprechende Pulszeit und Pausenzeit als Maß für
den Stellweg oder den eingestellten Winkel zu verwenden.
Aus den Pulszeiten und den Pausenzeiten läßt sich ein
Verhältnis bilden, beispielsweise das Tastverhältnis.
Die Auswertung des Tastverhältnisses kann analog erfol
gen, beispielsweise unter Verwendung eines Tiefpaßfil
ters. Am Ausgang des Tiefpaßfilters steht dann eine
weg- oder stellungsabhängige Spannung zur Verfügung.
Bevorzugterweise weist aber die Verarbeitungseinrichtung
einen Zählsignalgenerator auf, der ein Zählsignal mit
einer wesentlich höheren Frequenz als das Ausgangssignal
erzeugt, wobei eine Zähleinrichtung vorgesehen ist,
die die Perioden des Zählsignals in den Pulszeiten bzw.
den Pausenzeiten zählt. Hierdurch lassen sich die Längen
der Pulszeiten und der Pausenzeiten digital erfassen.
Je größer der Zählwert ist, desto länger ist der Puls
bzw. die Pause. Die dadurch erhaltene Information läßt
sich dann auch digital weiterverarbeiten, wodurch Ana
log/Digital-Wandler eingespart werden.
Bevorzugterweise weist die Schalteinrichtung einen Um
schaltzähler auf, der nach einer vorbestimmten Anzahl
von Perioden des Ausgangssignals die nächste Meßspule
in die Schwingschaltung schaltet. Hierdurch erhält man
zum einen den Vorteil, daß sich kleine Fehler über eine
Anzahl von Perioden des Ausgangssignals ausmitteln.
Andererseits erfolgt die Umschaltung zustandsabhängig.
Auch wenn das Ausgangssignal sehr lange Perioden hat,
ist sichergestellt, daß die notwendige oder gewünschte
Anzahl von Perioden ausgewertet wird.
In einer besonders einfachen Ausführungsform ist vorge
sehen, daß die Zähleinrichtung eine vom Ausgangssignal
steuerbare Gattereinrichtung aufweist. Wenn die Gatter
einrichtung aufgesteuert ist, läßt sie das Zählsignal
hindurch, so daß die Periodenzahl bequem gezählt werden
kann. Am Ende des Pulses bzw. der Pause steuert das
Ausgangssignal die Gattereinrichtung wieder zu, so daß
auch das Zählen beendet wird. Der so erhaltene Zählwert
kann dann weiterverarbeitet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Zählein
richtung einen Zähler für die Pulszeiten und einen Zähler
für die Pausenzeiten auf. Die Pulszeiten und die Pausen
zeiten können somit parallel dargestellt werden.
Hierbei ist bevorzugt, daß jeder Zähler mit mindestens
einem Register verbunden ist. Der Zählwert muß dann
nicht unmittelbar im Anschluß an das Zählen ausgewertet
werden. Er kann vielmehr in das Register hineingeschrie
ben werden, so daß für die Auswertung des Zählwertes
zumindest die Zeit zur Verfügung steht, die bis zum
Erhalt des nächsten Zählwertes verstreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist einer der Zäh
ler mit einer Anzahl von Registern verbunden, die der
Anzahl der Kurzschlußringsensoren entspricht, wobei
die Schalteinrichtung die Register gleichlaufend zum
Umschalten der Meßspulen mit dem Ausgang des Zählers
verbindet. Mit dem Ausdruck "verbinden" ist hier die
Funktion gemeint. Eine elektrische Verbindung wird in
der Regel hergestellt sein. Der Umschaltzähler bewirkt
dann, daß die Verbindung zur Übermittlung von Signalen
tätig werden kann. Für jede Meßspule ist also ein Re
gister vorgesehen. Die Zählwerte für jede Meßspule stehen
daher bis zum Ende eines kompletten Meßzyklus an, also
so lange, bis alle Kurzschlußringsensoren abgefragt
worden sind. Die Werte stehen damit parallel zur Ver
fügung.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die
Zähleinrichtung nur einen Zähler und ein Register auf,
wobei die Umschalteinrichtung eine Information erzeugt,
die neben dem Zählwert in das Register eingeschrieben
wird und die Spule kennzeichnet, die für den Zählwert
verantwortlich ist. Neben dem Zählwert befindet sich
also nicht nur die Information, welche der Spulen gerade
für die Pulszeit oder die Pausenzeiten verantwortlich
ist, sondern auch die Information, ob es sich um eine
Meßspule oder um eine Referenzspule handelt. Die Ergeb
nisse stehen hier seriell zur Verfügung und können der
Reihe nach abgearbeitet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung
beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Stellweg-Meß
einrichtung mit zwei Kurzschlußringsensoren,
Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau einer zugehörigen
elektrischen Schaltung,
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Ausgangssignal der
Schaltung nach Fig. 2,
Fig. 4 einen Ausschnitt aus der Schaltung nach Fig. 2
im Detail,
Fig. 5 verschiedene Signalverläufe in der Schaltung
nach Fig. 4,
Fig. 6 eine andere Ausführungsform des Details nach
Fig. 2 und
Fig. 7 verschiedene Signalverläufe in der Schaltung
nach Fig. 6.
Eine Stellweg-Meßeinrichtung 1 weist einen ersten Kurz
schlußringsensor 2, einen zweiten Kurzschlußringsensor 3
und einen Referenzsensor 4 auf. Jeder Kurzschlußring
sensor 2, 3 weist einen Magnetkreis mit einem Kern 5,
6 und eine Spule 7, 8 auf. Die Kerne sind kreisbogen
förmig ausgeführt, wobei die beiden Schenkel der Kerne
jeweils auf Kreisbögen liegen. Auf den inneren Schenkeln
9, 10 der Kerne 5, 6 sind Kurzschlußringe 11, 12 ver
schiebbar angeordnet. Jeder Kurzschlußring 11, 12 ist
über einen Hebel 13, 14 mit einer Achse 15, 16 verbun
den, wobei die beiden Achsen 15, 16 koaxial sind. Bei
einer Verdrehung der Achse 15, 16 wird der Kurzschluß
ring 11, 12 auf dem inneren Schenkel 9, 10 des jeweili
gen Kernes 5, 6 verschoben. Ein über die Spule 7, 8
im magnetischen Kern 5, 6 induzierter magnetischer Fluß
kann sich nur in dem Bereich zwischen Kurzschlußring
und Spule schließen. Der magnetische Widerstand und
damit die Induktivität der Spule 7, 8, die im vorlie
genden Fall mit L1 bzw. L2 gekennzeichnet ist, ist damit
eine Funktion des Ortes, an dem sich der Kurzschlußring
befindet. Der Referenzsensor ist ähnlich aufgebaut,
d. h. er weist einen Kern 17 und eine Spule 18 auf. Auf
dem inneren Schenkel 19 des Kernes 17 ist ein Kurzschluß
ring 20 angeordnet. Dieser Kurzschlußring 20 ist aller
dings ortsfest und kann nicht verschoben werden. Die
Induktivität der Spule 18, die im folgenden mit LRef
bezeichnet werden soll, ist somit festgelegt. Sie ist
allerdings, genau wie die Induktivitäten L1 und L2,
abhängig von Umgebungseinflüssen, wie der Temperatur.
Aus dem Verhältnis der Induktivitäten L1 zu LRef bzw.
L2 zu LRef lassen sich Rückschlüsse auf die Positionen
der Kurzschlußringe 11, 12 auf den inneren Schenkeln
9, 10 der Kerne 5, 6 gewinnen. Im vorliegenden Fall
sind lediglich zwei Kurzschlußringsensoren 2, 3 darge
stellt. Der Aufbau und die Funktionsweise der Mehrfach-
Stellweg-Meßeinrichtung soll im folgenden auch anhand
des Ausführungsbeispiels mit zwei Kurzschlußringsensoren
erläutert werden. Die Anzahl der Kurzschlußringsensoren
ist jedoch nicht auf zwei beschränkt. Vielmehr können
auch Mehrfach-Stellweg-Meßeinrichtungen mit mehr als
zwei Kurzschlußringsensoren Verwendung finden.
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Schaltungs
anordnung zur Auswertung der Induktivitäten und zur
Verwertung der daraus gewonnenen Information.
Die Schaltungsanordnung weist eine Schwingschaltung
21 auf, die als Multivibrator aufgebaut ist. Die Schwing
schaltung weist hierzu zwei Operationsverstärker 22, 23
auf. Die nichtinvertierenden Eingänge der Operations
verstärker 22, 23 sind mit den Mittelabgriffen von aus
je zwei Widerständen R2, R3 gebildeten Spannungsteilern
verbunden. Über den Spannungsteilern R2, R3 liegt eine
Spannung URef an. Der invertierende Eingang der Opera
tionsverstärker 22, 23 ist mit einem ohmsch-induktiven
Spannungsteiler verbunden, der jeweils durch einen Wider
stand R1 und eine Induktivität gebildet wird. Hierbei
ist der nicht invertierende Eingang des Operationsver
stärkers 22 mit der Referenzspule LRef verbunden, wäh
rend der nicht invertierende Eingang des Operationsver
stärkers 23 entweder mit der Spule L1 oder mit der Spule
L2 verbindbar ist. Hierzu ist eine Schalteinrichtung
24 vorgesehen, die beispielsweise durch einen Halbleiter
schalter realisiert werden kann. Gesteuert wird die
Schalteinrichtung 24 durch ein Signal LS, das weiter
unten näher erläutert wird. Die Ausgangsspannung des
Operationsverstärkers 22 wird über den ohmsch-induktiven
Spannungsteiler angelegt, dessen Mittelabgriff mit dem
invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 23
verbunden ist. Die Ausgangsspannung des Operationsver
stärkers 23 wird über den ohmsch-induktiven Spannungs
teilen angelegt, dessen Mittelabgriff mit dem invertie
renden Eingang des Operationsverstärkers 22 verbunden
ist. Die Operationsverstärker 22, 23 sind hier als Kompa
ratoren geschaltet. Am Ausgang des Operationsverstärkers
22 läßt sich ein Signal UM abnehmen. Dieses Signal UM
ist eine pulsbreitenmodulierte Spannung, bei der die
Pulsbreiten proportional zur Induktivität L1 bzw. L2
sind und die Pausenbreiten proportional zur Induktivität
LRef. Aus dem Tastverhältnis des in Fig. 3 dargestell
ten Signals UM läßt sich also eine Information über
die Stellung der Kurzschlußringe 11, 12 und damit über
den eingestellten Drehwinkel der Achsen 15, 16 gewinnen.
Das Ausgangssignal UM des Operationsverstärkers 22 wird
einer Verarbeitungseinrichtung 25 zugeführt, die wie
derum über eine Busleitung 26 mit einer Auswerteeinrich
tung 27 verbunden ist. Fig. 4 zeigt den näheren Aufbau
der Verarbeitungseinrichtung 25.
Die Verarbeitungseinrichtung 25 weist einen Zählsignal
generator 28 auf, der ein Signal UZ erzeugt, das eine
wesentlich höhere Frequenz als das Ausgangssignal UM
hat. Der Ausgang des Zählsignalgenerators 28 ist mit
einem Eingang eines ersten UND-Gatters 29 und einem
Eingang des zweiten UND-Gatters 30 verbunden. Einem
weiteren Eingang der UND-Gatter 29, 30 wird das Ausgangs
signal UM zugeführt, wobei es dem Eingang des. UND-Gat
ters 30 invertiert zugeführt wird. Das Ausgangssignal
UM wird einem Umschaltzähler 31 zugeführt, der einen
Zähler 32 und einen Decoder 33 aufweist. Der Decoder
33 ist mit weiteren Eingängen der UND-Gatter 29, 30
verbunden.
Der Ausgang des UND-Gatters 29 ist mit einem Zähler
34 verbunden, dessen Ausgang mit einem ersten Register
35 und einem zweiten Register 36 verbunden ist. Der
Ausgang des anderen UND-Gatters 30 ist mit einem Zähler
37 verbunden, dessen Ausgang mit einem Register 38 ver
bunden ist. Die Takteingänge T1, T2 der Register 35,
36, 38 sind mit dem Decoder 33 verbunden. Die Zäh
ler 34, 37 weisen Rücksetzeingänge R auf, die ebenfalls
mit dem Decoder 33 verbunden sind. Die Ausgänge der
Register 35, 36, 38 sind mit der Busleitung 26 verbunden.
Der Decoder 33 weist einen Ausgang auf, an dem das Signal
LS abnehmbar ist. Der Decoder 33 vergleicht das Ausgangs
signal des Zählers 32 mit vorbestimmten Werten und er
zeugt bei Übereinstimmung vorbestimmte Ausgangssignale.
Fig. 5 zeigt Signalverläufe an einigen Punkten der Schal
tung nach Fig. 4. In Fig. 5a ist die pulsbreitenmodulier
te Ausgangsspannung UM dargestellt, wobei, um die Unter
scheidung kenntlich zu machen, die Pulse, die unter
dem Einfluß der Induktivität L2 erzeugt worden sind,
schraffiert sind.
Der Umschaltzähler 31 zählt die Perioden des Ausgangs
signals UM und schaltet nach einer vorbestimmten Anzahl
von Perioden, im vorliegenden Fall 16, die Spulen um,
d. h. die Schwingschaltung 21 erzeugt dann ihre Schwingun
gen in Abhängigkeit von der Induktivität der nächsten
Spule. Hervorgerufen wird diese Umschaltung durch das
Signal LS (Fig. 5f). Zur Auswertung der Induktivität
jeder Einzelspule werden die Perioden des vom Zählsignal
generator 28 erzeugten Zählsignals UZ ausgezält, die
während einer vorbestimmten Anzahl, im dargestellten
Beispiel 13, Unterperioden und hier während der Puls
zeiten bzw. der Pausenzeiten auftreten. Die erste Perio
de, die in Fig. 5a mit 0 gekennzeichnet ist, wird zur
Auswertung nicht heran gezogen. Verwendet werden viel
mehr nur die Unterperioden 1 bis 13.
Da das Ausgangssignal UM am Eingang des UND-Gliedes
30 invertiert wird, zählt der Zähler 37 die Perioden
des Zählsignals Z während der Pausenzeiten, während
der Zähler 34 die Anzahl der Perioden während der Puls
zeiten zählt. Am Ende des 13. Pulses werden die UND-Gat
ter 29, 30 über das Signal G (Fig. 5i) geschlossen.
Der Decodierer 33 erzeugt zu diesem Zeitpunkt ein Takt
signal T, mit dessen Hilfe der Zählerstand des Zählers
37 in das Register 38 eingeschrieben wird. Je nach Größe
des Signals LS erzeugt er ein Taktsignal T1, mit dem
der Zählerstand des Zählers 34 in das Register 35 über
tragen wird, oder ein Taktsignal T2, mit dem der Zähler
stand des Zählers 34 in das Register 36 eingeschrieben
wird. Das Einschreiben erfolgt hierbei mit der steigen
den Flanke des Taktsignals T, T1, T2. Mit dem Ende des
14. Impulses des Ausgangssignals UM erzeugt der Decodie
rer 33 ein Rücksetzsignal R, das die Zähler 34 und 37
zurücksetzt. Am Ende eines kompletten Zyklus, wenn also
alle Spulen L1, L2 einmal für die Erzeugung des Ausgangs
signals UM verantwortlich gewesen sind, stehen in den
Registern 35 und 36 die entsprechenden Zählwerte zur
Verfügung. Im Register 38 steht ein Zählwert, der der
Referenzinduktivität LRef proportional ist. Diese Zähl
werte können über den Bus 26, der in diesem Fall als
paralleler Bus augebildet sein kann, an die Auswerte
einrichtung 27 übertragen werden. Dort können sie digi
tal weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann dort
für jede Meßspule eine Division stattfinden, so daß
für jede Spule das Tastverhältnis zur Verfügung steht,
aus dem Rückschlüsse über die Position des Kurzschluß
ringes 11, 12 gezogen werden können.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform einer Verarbei
tungseinrichtung 125, bei der Teile, die denen der
Fig. 4 entsprechen, mit um 100 erhöhten Bezugszeichen
versehen worden sind.
Bei dieser Ausführungsform wird der Zähler 134 und das
Register 135 mehrfach ausgenutzt. Zu diesem Zweck wird
am Ende einer jeden Zählperiode, d. h. nach 14 Perioden,
wovon die erste (0) nicht gezählt wird, der Inhalt des
Zählers 134 in das Register 135 eingeschrieben. Hierauf
wird der Zähler mit Hilfe des Signals R zurückgesetzt.
Neben dem Signal LS, das anzeigt, welche der beiden
Kurzschlußringsensoren aktiv ist, erzeugt der Decodierer
133 noch ein Signal MS, das anzeigt, ob die Impulsdauer
oder die Pausendauer ausgezählt wird. Zusätzlich zu
dem Zählwert werden diese beiden Informationen in das
Register 135 eingeschrieben, so daß im Register 135
jeweils eine Information darüber zu finden ist, welche
Spule für den Zählwert verantwortlich ist und ob es
sich um eine Meßspule oder die Referenzspule handelt.
In diesem Fall werden die Zählergebnisse seriell über
den Bus 126 an die Auswerteeinrichtung 27 übertragen.
Von den dargestellten Ausführungsbeispielen kann in
vielerlei Hinsicht abgewichen werden. Insbesondere kön
nen mehr als zwei Kurzschlußringsensoren vorgesehen
sein. Es können mehr oder weniger als die dargestellten
Unterperioden des Ausgangssignals UM ausgewertet werden.
Claims (10)
1. Stellweg-Meßeinrichtung mit einem ersten Kurzschluß
ringsensor, der auf einem Kern eines Magnetkreises
einen beweglichen Kurzschlußring und eine Meßspule
aufweist, mit einem Referenzsensor, der auf einem
Kern eines Referenzmagnetkreises einen ortsfesten
Referenzkurzschlußring und eine Referenzspule auf
weist, wobei der Kurzschlußringsensor und der Refe
renzsensor in einer Baueinheit angeordnet und
den gleichen Umgebungseinflüssen ausge
setzt sind, und mit einer Verarbeitungseinrichtung,
die mit der Meßspule und mit der Referenzspule verbun
den ist und ein Verhältnis zwischen ihren Induktivi
täten ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Baueinheit mindestens ein weiterer Kurzschlußringsen
sor (3) angeordnet ist, der auf einem Kern (6) eines
weiteren Magnetkreises einen weiteren beweglichen
Kurzschlußring (12) und eine weitere Meßspule (8),
die ebenfalls mit der Verarbeitungseinrichtung (21,
25, 27) verbunden ist, aufweist, wobei der erste
und der mindestens eine weitere Kurzschlußring (7,
8) unabhängig voneinander beweglich sind und die
Verarbeitungseinrichtung (21, 25, 27) ein Verhältnis
zwischen der Induktivität (L2) der weiteren Meßspule
(8) und der Referenzspule (18) ermittelt.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Verarbeitungseinrichtung (21, 25, 27)
eine Schwingschaltung (21) mit einer Schalteinrichtung
(24) aufweist, die die Meßspule (7) des ersten Kurz
schlußringsensors (2) und die Meßspule (8) des weite
ren Kurzschlußringsensors (3) im Zeitmultiplex als
schwingungsbestimmende Elemente in die Schwingschal
tung (21) schaltet.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Schwingschaltung (21) ein pulsbreiten
moduliertes Ausgangssignal (UM) erzeugt, bei dem
die Pulszeiten und die Pausenzeiten abhängig von
der Größe der Induktivität (L1, L2) der jeweils zuge
schalteten Spule (7, 8) bzw. der Referenzspule (18)
sind.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Verarbeitungseinrichtung (21, 25, 27)
einen Zählsignalgenerator (28, 128) aufweist, der
ein Zählsignal (UZ) mit einer wesentlich höheren
Frequenz als das Ausgangssignal (UM) erzeugt, und
daß eine Zähleinrichtung (34, 37; 134) vorgesehen
ist, die die Perioden des Zählsignals (UZ) in den
Pulszeiten bzw. den Pausenzeiten zählt.
5. Meßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schalteinrichtung einen Umschalt
zähler (31, 131) aufweist, der nach einer vor
bestimmten Anzahl von Perioden des Ausgangssignals
(UM) die nächste Meßspule in die Schwingschaltung
(21) schaltet.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zähleinrichtung (34, 37; 137) eine
vom Ausgangssignal (UM) steuerbare Gattereinrichtung
(29, 30) aufweist.
7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung
einen Zähler (34) für die Pulszeiten und einen Zähler
(37) für die Pausenzeiten aufweist.
8. Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß jeder Zähler (34, 37) mit mindestens einem
Register (35, 36, 38) verbunden ist.
9. Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß einer der Zähler (34) mit einer Anzahl
von Registern (35, 36) verbunden ist, die der Anzahl
der Kurzschlußringsensoren (2, 3) entspricht, wobei
die Schalteinrichtung (24, 31) die Register (35, 36)
gleichlaufend zum Umschalten der Meßspulen (7, 8)
mit dem Ausgang des Zählers (34) verbindet.
10. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zähleinrichtung
nur einen Zähler (134) und ein Register (135) auf
weist, wobei die Umschalteinrichtung (231) eine
Information erzeugt, die neben dem Zählwert in das
Register (135) eingeschrieben wird und die Spule
kennzeichnet, die für den Zählwert verantwortlich
ist.
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- 1991-06-25 DE DE19914120861 patent/DE4120861C2/de not_active Expired - Fee Related
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WO2023160950A1 (de) | 2022-02-24 | 2023-08-31 | Vitesco Technologies GmbH | Verfahren und schaltungsanordnung zur ermittlung einer induktivität einer messspule |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SIEMENS AG, 80333 MUENCHEN, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |