DE4446313A1

DE4446313A1 - Aktiver Sensor mit einem magnetfeldabhängigen Meßelement

Info

Publication number: DE4446313A1
Application number: DE19944446313
Authority: DE
Inventors: Matthias Schildwaechter
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1996-06-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen aktiven Sensor, der ein magnetfeldabhängiges Meßelement besitzt, das ein die zu messende Größe darstellendes elektrisches Ausgangssignal liefert.

Ein derartiger aktiver Sensor, der zur Messung der Drehzahl dient, ist aus der DE 35 13 148 A1 bekannt. Ein von einem Permanentmagneten hervorgerufenes Magnetfeld wird in Abhän gigkeit von der Drehzahl moduliert. Es werden magnetfeldab hängige Widerstände, die zu einer Brücke zusammengeschaltet sind, verwendet. Das von der Drehzahl abhängige Magnetfeld ruft eine Brückenspannung hervor, die nach Verstärkung mit Hilfe eines Differenzverstärkers ein zur Bestimmung des Magnetfeldes auswertbares Ausgangssignal liefert. Zur Kompensation der störenden Temperaturabhängigkeit der Meßanordnung ist über dem Verstärker ein Rückkoppelwiderstand vorgesehen, der ebenso wie die Brückenwiderstände aus einer Nickel-Eisen-Legierung besteht. Dieses Material ist magneto resistiv. Auf diese Weise kann höchstens, wie auch in der Schrift angegeben ist, eine teilweise Temperaturkompensation erzielt werden.

Die Temperaturabhängigkeit solcher Schaltungsanordnungen und damit der Sensoren bereitet vor allem dann große Schwie rigkeiten, wenn, wie dies bei Verwendung solcher Sensoren für Kraftfahrzeuge zutrifft, die Umgebungstemperatur in sehr weiten Grenzen variieren kann. In Kraftfahrzeugen treten Temperaturen am Rad zwischen -40°C und weit über 100°C auf. Der Temperaturgang und die üblicherweise recht hohen Toleranzen solcher Bauelemente haben zur Folge, daß die Meßgenauigkeit solcher Sensoren relativ gering wird. Trotz der Verwendung von temperaturkompensierenden Maßnahmen, der Auswahl bestimmter Widerstands-Werkstoffe mit verhältnismäßig geringer Temperaturabhängigkeit, Kompensation des Temperatur gangs mit Hilfe von Widerständen mit positiven und negativen Widerstandskoeffizienten usw. läßt sich nicht verhindern, daß die Brückenschaltungen bzw. jeder einzelne Sensor mehrfach und bei unterschiedlichen Temperaturen abgeglichen werden muß. Dieser Arbeitsaufwand verteuert die Herstellung solcher Sensoren und beeinträchtigt den Einsatzbereich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen aktiven Sensor der vorgenannten Art zu entwickeln, der einfach und mit verhältnismäßig geringem Aufwand herzustellen ist und der sich durch einen vergleichsweise geringen Temperaturgang auszeichnet.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch den im beigefügten Anspruch 1 beschriebenen Sensor zu lösen ist. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Sensors, mit der die Unab hängigkeit von der Temperatur oder eine weitgehende Kompensa tion des Temperaturganges erreicht wird, besteht darin, daß das magnetfeldabhängige Meßelement in einer Spule angeordnet ist, in der das Ausgangssignal des Meßelementes einen Strom hervorruft, welcher das von dem Meßelement erfaßte Magnetfeld oder zumindest die für die Messung maßgebliche Magnetfeldkom ponente teilweise oder vollständig kompensiert. Auf diese Weise wird erreicht, daß das magnetfeldabhängige Sensor- bzw. Meßelement über den gesamten Meßbereich in seinem Nullpunkt betrieben wird. Die Temperaturabhängigkeit der Meßempfindlichkeit wird dadurch eliminiert. Das Meßelement muß nur noch einmal, nämlich im Bereich des Nullpunktes, abgeglichen werden.

Einige besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Darstellung von Ausfüh rungsbeispielen der Erfindung hervor.

Es zeigen

Fig. 1 in schematisch vereinfachter Darstellung die räum liche Anordnung der einzelnen Komponenten eines Sensors nach der Erfindung und

Fig. 2 das elektrische Schaltbild eines Sensors bzw. eines Meßelementes gemäß eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.

Bei dem hier beschriebenen und dargestellten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um einen aktiven Raddrehzahlsensor, der beispielsweise als Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Regelungssystems, wie ABS, ASR oder einer Fahrstabilitätsregelung (FSR), verwendet werden könnte. Bei solchen Anwendungsfällen muß die Funktion über den vorge nannten hohen Temperaturbereich von -40°C bis etwa +190°C gewährleistet sein.

Bei dem Radsensor nach Fig. 1 wird mit Hilfe eines Permanentmagneten 1 ein Magnetfeld erzeugt, das moduliert wird, wenn eine Zahnscheibe 2 relativ zu dem stationären Permanentmagneten 1 eine Drehbewegung ausführt. Diese Zahnscheibe 2 läuft mit dem Fahrzeugrad um, dessen Drehbewegung gemessen werden soll. Durch den ständigen Wechsel von Zahn 3 und Zahnlücke 4 bei einer Drehbewegung der Zahnscheibe 2 wird in bekannter Weise das Magnetfeld des Permanentmagneten 1, mit einer Frequenz moduliert, aus der sich die Drehgeschwindigkeit der Zahnscheibe 2 bzw. des Fahrzeugrades ermitteln läßt.

In dem Magnetfeld des Permanentmagneten 1, das über die gezahnte Peripherie der aus ferromagnetischem Material be stehenden Zahnscheibe 2 verläuft, ist ein magnetfeldab hängiges bzw. magnetfeldempfindliches Meßelement 5 angeordnet. Eine Spule 6 umgibt dieses Meßelement 5. Anschlüsse zur Zuführung von elektrischer Energie und zum Abgriff des Ausgangssignals sind mit 7 beziffert. Meßelement 5 und Spule 6, einschließlich der Anschlüsse 7, bilden zusam men den aktiven Sensor nach der Erfindung.

Fig. 2 veranschaulicht die elektrische Struktur und die Arbeitsweise des aktiven Sensors 5 bis 7 gemäß Fig. 1 der Erfindung. Als Meßelement 5 ist nach Fig. 2 eine Wheatstone′sche Brückenschaltung, die aus den magnet-resi stiven Widerständen R₁ bis R₄ besteht, vorgesehen. Die zwischen den Brückenanschlüssen P1, P2 anstehende Brückenspan nung wird mit Hilfe eines Differenzverstärkers 8, der mit einem Rückkoppelwiderstand R_k versehen ist, abgegriffen. Einige ohmsche Widerstände R₅, R₆ und R₇ dienen in bekannter Weise zur Festlegung des Arbeitspunktes des Differenzver stärkers 8 und zur Definition der Spannungsschwellen. Zur Stromversorgung sind die Meßbrücke ebenso wie der Verstärker an eine Spannungsquelle U_V angeschlossen.

Die Brücke R₁ bis R₄ wird zweckmäßigerweise außerhalb des Magnetfeldes oder bei minimalem Magnetfeld abgeglichen. Eine Verstimmung der Brückenschaltung infolge eines Magnetfeldes führt folglich zu einer Brückenspannung zwischen den Brückenpunkten P1, P2 und zu einem Ausgangssignal des Dif ferenzverstärkers 8, das unmittelbar einen Spulenstrom I_a in der Spule 6 hervorruft, die das Meßelement 5, nämlich die Wheatstone′sche Brückenschaltung mit den Widerständen R₁ bis R₄, umgibt. Das von dem Spulenstrom I_A hervorgerufene Magnetfeld kompensiert das Magnetfeld, welches zu dem ursprünglichen Signal im Sensorelement 5, nämlich zu der Verstimmung der Brückenschaltung, führte. Das Sensorelement wird folglich ständig in seinem Nullpunkt oder nahe seinem Nullpunkt betrieben, mit der Folge, daß sich eine weitgehende Temperaturunabhängigkeit des Meßsignals ergibt. Der zur Kompensation des Magnetfeldes in der Spule 6 hervorgerufene Strom I_A kann unmittelbar als Ausgangssignal zur Ermittlung der Meßgrößen, nämlich der Drehbewegung der Zahnscheibe 2 bzw. des Rades ausgewertet werden.

Anstelle der Wheatstone′schen Brücke, die nach Fig. 2 als Meßelement des erfindungsgemäßen Sensors dient, kann z. B. auch ein Hall-Generator oder ein anderes magnetfeldempfindliches Meßelement verwendet werden.

Claims

1. Aktiver Sensor, mit einem magnetfeldabhängigen Meßelement, das ein die zu messende Größe darstellendes Ausgangssignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement zumindest teilweise in einer Spule angeordnet ist, in der das Ausgangssignal des Meßelementes einen Strom hervorruft, welcher das von dem Meßelement erfaßte Magnetfeld oder zumindest die für die Messung ausschlaggebende Magnetfeldkomponente teilweise oder vollständig kompensiert.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor Bestandteil eines Meßwertaufnehmers ist, der das von einem stationären Permanentmagneten (1) erzeugte Magnetfeld, das von einem mit einem Fahrzeugrad um laufenden, in Form einer Zahnscheibe (2) oder dergl. ausgebildeten Meßwertgeber moduliert wird, erfaßt und zur Ermittlung der Drehzahl des Fahrzeugrades auswertet.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement in Form einer elektrischen Brück enschaltung, z. B. einer Wheatstone′schen Brücke ausgebildet ist, deren Widerstände (R₁ bis R₄) aus magneto-resistiven Materialien bestehen, und daß die Brückenspannung nach Verstärkung mit Hilfe eines Dif ferenzverstärkers (6) die Höhe des Spulenstroms (I_A) bestimmt.

4. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßelement ein Hall-Generator vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal die Höhe des Spulenstroms (I_A) bestimmt.

5. Sensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenstrom (I_a) zur Ermittlung der Meßgröße, z. B. der Drehbewegung eines Rades, ausgewertet wird.