DE4133837A1 - Sensoreinrichtung - Google Patents
SensoreinrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung geht von einer gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruches konzipierten Sensoreinrichtung aus.
Eine derartige Sensoreinrichtung ist dafür vorgesehen, um die
Bewegung eines mit einer Anzahl von vorzugsweise in
regelmäßigem Abstand voneinander in einer Reihe angeordneten
Zähnen oder dergl. versehenen Maschinenteils z. B. eines
Zahnrades zu erfassen.
Es ist allgemein bekannt, solchen sich bewegenden
Maschinenteilen zur Erfassung der Bewegung einen magnetisch
vorgespannten Hallgenerator und eine damit verbundene
Auswertschaltung zuzuordnen, wobei die Auswertschaltung im
wesentlichen aus einem mit dem Hallgenerator verbundenen
Operationsverstarker und einem daran angeschlossenen Komparator
besteht, dem eine ein Steuersignal liefernde Endstufe
nachgeschaltet ist.
Bei den bislang bekannten Ausführungsformen besteht das
Problem, daß infolge der dort vorhandenen festen Schaltschwelle
des Komparators eine Abstimmung des magnetischen Bauteils auf
das als Geber wirkende Maschinenteil nur sehr schwierig
durchzuführen ist und daß die Einflüsse des Temperaturgangs und
der Exemplarstreuung der einzelnen Bestandteile der
Sensoreinrichtung wenn überhaupt dann nur mit großem
Aufwand auszugleichen sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Sensoreinrichtung der eingangs erwähnten Art derart
weiterzubilden, daß mit relativ einfachen Mitteln eine schnelle
Funktionsbereitschaft, und zwar auch bis quasi in den
statischen Bewegungszustand gewährleistet ist, wobei selbst
Störeinflüsse, wie Temperaturgang und Exemplarstreuung der
beteiligten Bauelemente automatisch ausgeglichen werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden
Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.
Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die durch das
tiefpaßartige RC-Glied gebildete variable Schaltschwelle
infolge der Zuordnung zu einer Kurzzeit-Ladeschaltung sehr
schnell eine Funktionsbereitschaft der Sensoreinrichtung
sicherstellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden
anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 einen Ausschnitt eines mehr oder minder
schematisch dargestellten Maschinenteils mit
zugeordnetem, der Sensoreinrichtung zugehörigen
Sensorelement,
Fig. 2 eine das Sensorelement umfassende
Schaltungsanordnung der Sensoreinrichtung.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist einem als Zahnrad ausgebildeten,
d. h. an seinem Umfang eine Anzahl von in gleichem Abstand
neben- bzw. hintereinander angeordneten ferromagnetischen
Zähnen Z1, Z2, Z3 . . . Zn-1, Zn aufweisenden Maschinenteil MT ein
Sensorelement SE zugeordnet. Das Sensorelement SE besteht aus
einem ortsfest angeordneten, vorzugsweise aus Kunststoff
hergestellten Träger T, in dem in relativ geringem Abstand von
den jeweils damit in Wechselwirkung tretenden Zahnköpfen ein
Hallgenerator H sowie ein vorzugsweise aus einem Ferrit-
Magneten bestehendes magnetisches Bauteil MB gehalten sind. Das
magnetische Bauteil MB ist auf der von den Zahnköpfen
abgewandten Seite des Hallgenerators H angeordnet und spannt
durch seine definiert ausgerichtete Polarität S/N den
Hallgenerator H magnetisch vor.
In der die Schaltungsanordnung der Sensoreinrichtung
darstellenden Fig. 2 ist die den Hallgenerator H aufweisende
Schaltungsstufe mit III bezeichnet. Der als IC ausgebildete
Hallgenerator ist dabei mit seinem einen Eingang 1 über einen
zur Stromeinstellung vorgesehenen Vorwiderstand R4 an einer von
einer vorgeschalteten Schaltungsstufe II bereitgestellten
Konstantspannung Uv angeschlossen und mit seinem anderen
Eingang 3 an Masse gelegt.
Die Schaltungsstufe II besteht aus einem ebenfalls als IC
ausgebildeten Spannungsregler II₁, dessen Eingang 8 an einer
Eingangsstufe 1 angeschlossen ist und dessen Eingang 4 an Masse
liegt. An den Ausgängen 1, 7 des Spannungsreglers II1 sind
Widerstände R2, R3 angeschlossen, über die die Ausgangsspannung
auf die für den Hallgenerator H erforderliche Konstantspannung
Uv z. B. = 8 V eingestellt und durch die Kondensatoren C2, C3 in
ihrem Arbeitsbereich stabilisiert wird. Die an der
Versorgungsspannungsquelle UB angeschlossene Eingangsstufe I
ist als Schutzbeschaltung anzusehen, d. h. es ist dort eine als
Verpolschutz dienende Diode D1 sowie ein als
Störspannungsschutz dienendes, aus dem Widerstand R1 und der Z-
Diode D2 sowie dem Transistor T1 und dem Kondensator C1
bestehendes Netzwerk vorhanden.
Dem Hallgenerator H ist eine Auswertschaltung IV
nachgeschaltet, wobei der Ausgang 2 des Hallgenerators H über
einen Widerstand R5 mit dem negativen Eingang 2 eines ebenfalls
als IC ausgebildeten Operationsverstärkers IV1 verbunden ist,
während der andere Eingang 4 des Hallgenerators H an einem aus
den Widerständen R6 und R8 gebildeten Spannungsteiler
angeschlossen ist, dessen Teilerpunkt mit dem positiven Eingang
3 des Operationsverstärkers IV1 verbunden ist. Außerdem besteht
zwischen dem Ausgang 1 des mit seinen Versorgungseingängen
einerseits an der Konstantspannung Uv und andererseits an Masse
liegenden Operationsverstärkers IV1 und dem negativen Eingang 2
desselben über den Widerstand H7 eine Rückkopplung, so daß sich
am Ausgang des Operationsverstärkers IV1 eine definierte
Verstärkung der Hallspannung einstellt. Weiterhin ist der
Ausgang 1 des Operationsverstärkers IV1 einerseits über einen
Vorwiderstand R16 direkt mit dem positiven Eingang 5 eines über
seinen Eingang 8 an der Konstantspannung Uv und mit seinem
Eingang 4 auf Masse liegenden Komparators IV2 verbunden und
andererseits an einem aus den Widerständen R12, R13 bestehenden
Spannungsteiler angeschlossen, dessen Teilerpunkt über ein aus
dem Widerstand R14 und dem Kondensator C5 gebildetes
tiefpaßartiges RC-Glied und einen Vorwiderstand R15 mit dem
negativen Eingang 6 des Komparators IV2 verbunden ist. Der aus
den Widerständen R12, R13 gebildete Spannungsteiler ist dafür
vorgesehen, um ein definiertes Schalten des Komparators dadurch
sicherzustellen, daß an dem negativen Komparatoreingang 6 eine
um etwa 5% verringerte Spannung angelegt wird.
Bei einer solchen Anbindung des Komparators an den
Operationsverstärker erhält der Komparator eine variable
Schaltschwelle, womit Temperatureinflüsse als auch
Exemplarstreuungen der Schaltungsbestandteile und Differenzen
des Abstandes des Hallgenerators vom Maschinenteil in weitem
Umfang ausgeglichen werden.
Um bei Inbetriebnahme der Sensoreinrichtung eine sehr schnelle
Funktion derselben zu gewährleisten, ist dem tiefpaßartigen
RC-Glied eine bei jeder Inbetriebnahme der Sensoreinrichtung
sofort und nur einmal in Funktion tretende Ladeschaltung
zugeordnet. Diese besteht aus einem einerseits über einen
Begrenzungswiderstand R9 an dem Ausgang 1 des
Operationsverstärkers IV1 und andererseits an die Verbindung
des Widerstandes R14 mit dem Kondensator C5 angeschlossenen
Transistor T2, dessen Basis über eine aus dem Kondensator C4
und den Widerständen R10, R11 gebildete hochpaßartige
RC-Kombination an der Konstantspannung Uv liegt.
Der Ausgang 7 des über einen Widerstand R17 mitgekoppelten
Komparators IV2 ist mit einer an ihrem Ausgang ein Steuersignal
UA liefernden Steuerstufe V verbunden. Im einzelnen bedeutet
dies, daß der Ausgang 7 des Komparators IV2 über einen
Basisvorwiderstand R18 an der Basis eines Transistors T3
angeschlossen ist, der einerseits mit seinem Kollektor über
einen Begrenzungswiderstand R20 an der Versorgungsspannung UB
und andererseits mit seinem Emitter an Masse liegt. Um den
Transistor T3 schnell durchsteuern zu können, ist parallel zum
Basisvorwiderstand R18 ein Kondensator C6 vorhanden. Außerdem
ist zwecks definierter Durchsteuerung des Transistors T3 an der
Basis desselben ein Widerstand R19 einerseits angeschlossen,
der andererseits mit Masse verbunden ist.
An dem das Steuersignal UA liefernden Ausgang des Transistors
T3 ist schließlich noch ein aus einem Widerstand R21 und einer
Z-Diode D3 gebildeter Schaltungsteil vorhanden, der zum
Störspannungsschutz und zwecks Kurzschlußfestigkeit vorgesehen
ist.
Natürlich ist es auch möglich, mittels einer der einen
Transistorstufe nachgeschalteten zweiten Transistorstufe ein
invertiertes Ausgangssignal zu erzielen.
Bei Zuordnung einer solchen Sensoreinrichtung zu einem in einem
Kraftfahrzeug befindlichen Maschinenteil (Zahnrad eines
Fahrzeuggetriebes) kann es erforderlich sein, diese gegen von
außen eingestrahlte Störungen zu schützen. Dies kann dadurch
gewährleistet werden, daß die Sensoreinrichtung mit
Abschirmmitteln und/oder mit Entstörkondensatoren versehen
und/oder mit einer hohen Integrationsdichte der
Schaltungsbestandteile hergestellt wird.
Claims (7)
1. Sensoreinrichtung zur Erfassung der Bewegung eines
Maschinenteils, das mit einer Anzahl von im Abstand voneinander
in einer Reihe angeordneten ferromagnetischen Zähnen oder
dergleichen versehen ist, wobei an einer in relativ geringem
Abstand vom Maschinenteil angeordneten Halterung ein auf die
Anwesenheit bzw. Abwesenheit eines Zahnes reagierender analoger
Hallgenerator und ein demselben zugeordnetes magnetisches
Bauteil befestigt sind und wobei der an einer Konstant-
Spannungsquelle bzw. Stromquelle angeschlossene, eine als
Gleichspannung mit aufmodulierter Wechselspannung anzusehende
Hallspannung liefernde Hallgenerator mit einer Auswertschaltung
verbunden ist, die im wesentlichen mit einem dem Hallgenerator
nachgeschalteten Operationsverstärker und einem demselben
zugeordneten Komparator versehen ist, und an die eine
ausgangsseitig zumindest ein Steuersignal liefernde Endstufe
angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Ausgang (1) des Operationsverstärkers (IV1) der eine
Eingang (5) des Komparators (IV2) direkt und der andere Eingang
(6) über ein zu Anfang einer jeden Inbetriebnahme der
Sensoreinrichtung nur einmal kurzfristig von einer
Ladeschaltung (R9, R10, R11, C4, T2) beeinflußtes
tiefpaßartiges RC-Glied (R14, C5) angeschlossen ist.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kurzzeit-Ladeschaltung aus einem einerseits mit dem
RC-Glied (R14, C5) verbundenen und andererseits über einen
Begrenzungswiderstand (R9) an dem Ausgang (1) des
Operationsverstärkers (IV1) angeschlossenen Transistor (T2)
besteht, dessen Basis über eine hochpaßartige RC-Kombination
(R10, R11, C4) mit der Konstant-Spannungsquelle (II1) so
verbunden ist, daß beim Einschalten der Versorgungsspannung der
Transistor (T2) nur einmal kurzfristig durchgesteuert wird.
3. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß dem einen Komparator-Eingang (5) und/oder
dem an dem anderen Komparator-Eingang (6) angeschlossenen RC-
Glied (R14, G5) Mittel zur geringfügigen, in ihrer Auslegung
etwas größer als die Mitkopplung des Komparators (IV2)
gewählten Reduktion der dem Komparator (IV2) zugeführten
Spannung zugeordnet sind.
4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel aus einem die dem Komparator (IV2) zugeführte
Spannung um etwa 5% vermindernden, aus zwei Widerständen (R12,
R13) gebildeten Spannungsteiler bestehen.
5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Endstufe (V) mit einem das Steuersignal
liefernden Transistor (T3) versehen ist, zu dessen am
Komparator (IV2) angeschlossenen Basisvorwiderstand (R18) ein
Kondensator (C6) zum schnelleren Durchsteuern des Transistors
(T3) parallel geschaltet ist.
6. Sensoreinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Basis des Transistors (T3) zur definierten
Durchsteuerung desselben ein Widerstand (R19) einerseits
angeschlossen ist, der andererseits mit Masse verbunden ist.
7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das den Hallgenerator (H) magnetisch
vorspannende Bauteil (MB) aus einem Ferrit-Magneten besteht.
Priority Applications (2)
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DE19914133837 DE4133837C2 (de) | 1991-10-12 | 1991-10-12 | Sensoreinrichtung |
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DE19914133837 DE4133837C2 (de) | 1991-10-12 | 1991-10-12 | Sensoreinrichtung |
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ID=6442561
Family Applications (1)
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Country | Link |
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Also Published As
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