Einrichtung zur Messung von Winkel und Winkelgeschwindigkeit oder Weg und Geschwindigkeit Device for measuring angle and angular velocity or path and velocity
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Mes¬ sung von Winkel und Winkelgeschwindigkeit oder Weg und Ge¬ schwindigkeit eines sich bewegenden Teiles mit einem statio¬ när anordbaren oder angeordneten Sensor und einem am sich bewegenden Teil anordbaren oder angeordneten Encoder, der gemeinsam mit dem Sensor ein vom Sensor zu demodulierendes Modulationssignal erzeugt, wobei der Encoder für die für die Winkelgeschwindigkeits /Geschwindigkeitsmessung erforderliche Frequenzmessung eine ein periodisches Muster wiedergebende Struktur besitzt, die durch mindestens einen Indexbereich für die Winkel/Wegmessung unterbrochen ist. The present invention relates to a device for Mes ¬ solution of angle and angular velocity or displacement and Ge ¬ speed of a moving part with a statio ¬ nar arrangeable or arranged sensor and moving on to part arrangeable or arranged encoder, which together with the sensor is a generated by the sensor to be demodulated modulation signal, the encoder for the required angular velocity / speed measurement frequency measurement has a periodic pattern reflecting structure, which is interrupted by at least one index range for the angle / distance measurement.
Solche Einrichtungen finden sowohl für lineare Weg- und Geschwindigkeitsmessungen als auch für Winkel- und Winkelgeschwindigkeits- bzw. Drehzahlmessungen Verwendung, wobei einerseits lineare und andererseits ringförmige Encoder Ver-
wendung finden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf beide Arten von Messeinrichtungen. Such devices are used both for linear travel and speed measurements and for angular and angular velocity or rotational speed measurements, whereby linear and, on the other hand, annular encoder are used. find a turn. The present invention relates to both types of measuring devices.
Die Messung einer Drehzahl, die in der Technik an vielen Maschinen und Anlagen benötigt wird, ist physikalisch gleichbedeutend mit der Messung der Winkelgeschwindigkeit. Es ist allgemein bekannt, die Drehzahl von Wellen zu messen, indem auf der Welle am Umfang ein Encoder in der Form eines periodischen Musters aufgebracht wird, beispielsweise ein Zahn¬ rad, welches von einem neben der Welle ortsfest angebrachten Sensor abgetastet wird. Der Sensor hat die Fähigkeit, zwi¬ schen Zahn und Zahnlücke oder anderen periodisch wechselnden Eigenschaften oder physikalischen Größen, wie z.B. magnetischer Feldrichtung oder optischer Transparenz, zu unterscheiden. Der Sensor erzeugt daraufhin ein Ausgangssignal, das die gleiche Periodizität aufweist wie das abgetastete Muster . The measurement of a speed, which is required in the technology on many machines and systems, is physically synonymous with the measurement of the angular velocity. It is well known to measure the speed of waves by an encoder in the form of a periodic pattern is applied to the shaft on the circumference, for example, a tooth ¬ wheel, which is scanned by a next to the shaft fixedly mounted sensor. The sensor has the ability to Zvi ¬ rule tooth and tooth gap or other periodically changing properties or physical quantities such as magnetic field direction or optical transparency to distinguish. The sensor then generates an output signal having the same periodicity as the sampled pattern.
Wenn in Verbindung mit Drezahl/Winkelgeschwindigkeitsmessung oder Geschwindigkeitsmessung eine absolute Position oder ein absoluter Winkel erkannt werden muss, ist es bekannt, ein separates, zusätzliches System zu verwenden, welches anstel¬ le des periodischen Musters eine Indexmarkierung oder mehrere Indexmarkierungen aufweist. Wird die Indexmarkierung vom separaten System erkannt, befindet sich der Sensor an der Indexposition, d.h. einer Position oder einem Winkel, deren bzw. dessen Absolutwert bekannt ist. Das Gesamtsystem kann alle folgenden Positionen bzw. Winkel bestimmen, indem mit Hilfe des periodischen Musters ausgehend von der Indexposi¬ tion die Änderung erfasst wird. If an absolute position or an absolute angle to be detected in conjunction with rpm and throttle position / angular velocity measurement or speed measurement, it is known to use a separate, additional system having Anstel ¬ le of the periodic pattern an index mark or a plurality of index marks. If the index mark is detected by the separate system, the sensor is at the index position, ie a position or an angle whose absolute value is known. The overall system can determine all of the following positions or angles by the change is detected on the basis of the index Posi ¬ tion with the aid of the periodic pattern.
Aus Kostengründen wird jedoch, beispielsweise bei Anwendungen in Kraftfahrzeugen, oft auf ein separates System zur Er-
kennung einer absoluten Position verzichtet, obwohl eine Absolutmessung erforderlich ist. Dann wird das periodische Muster des für die Winkelgeschwindigkeits/Geschwindigkeits- messung dienenden Systems an einer Stelle unterbrochen. Aus der Unterbrechung der ansonsten periodischen Signalfolge lässt sich so auf die Indexposition schließen. Voraussetzung dafür ist lediglich eine Begrenzung der Beschleunigung bzw. Winkelbeschleunigung, so dass eine Unterbrechung der Signalfolge an der Indexposition von der regulären Folge bei stärkster Verzögerung unterschieden werden kann. Dies ist bei technischen Anwendungen aufgrund der Trägheit der Systeme regelmäßig gegeben oder kann durch Wahl der Parameter des periodischen Musters leicht herbeigeführt werden. However, for cost reasons, for example in motor vehicle applications, a separate system is often used to Detection of an absolute position waived, although an absolute measurement is required. Then the periodic pattern of the angular velocity / velocity measurement system is interrupted at one point. From the interruption of the otherwise periodic signal sequence can thus close on the index position. The only prerequisite is a limitation of the acceleration or angular acceleration, so that an interruption of the signal sequence at the index position can be distinguished from the regular sequence with the strongest delay. This is common in technical applications due to the inertia of the systems or can be easily accomplished by choosing the parameters of the periodic pattern.
Wie erwähnt, muss die periodische Struktur des einzigen En¬ coders an einer Stelle unterbrochen werden, um die Kosten eines zusätzlichen Systems zu vermeiden. Dies geschieht üb¬ licherweise dadurch, dass die periodische Struktur für zwei Perioden ausgesetzt wird, beispielsweise über zwei fehlende Zähne in der Zahnreihe. Die Indexposition kann dadurch sicher erkannt werden. Für die Frequenzmessung, die für die Winkelgeschwindigkeits /Geschwindigkeitsmessung erforderlich ist, entsteht aber ein neues Problem, da die Frequenz nun temporär einbricht und ein Interpolations- bzw. Extrapolati¬ onsverfahren benötigt wird, um über die Indexposition hinweg die Frequenz messen zu können, ohne dass die Indexmarkierung einen Fehlerbeitrag liefert. As mentioned, the periodic structure of the single En ¬ coders must be interrupted at one point to avoid the cost of an additional system. This is done üb ¬ SHORT- characterized in that the periodic structure of two periods is exposed to, for example the two missing teeth in the tooth row. The index position can thus be reliably detected. For the frequency measurement, which is required for the angular velocity / speed measurement, but a new problem arises because the frequency is now temporarily breaks and an interpolation and Extrapolati ¬ onsverfahren is needed to be able to measure the frequency on the index away without the index mark provides an error contribution.
Eine Interpolation genügt, falls das Signal verzögert ausge¬ geben werden darf. Bei unverzögerter Ausgabe wird eine Extrapolation erforderlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Einrichtung der angegebenen Art zu schaffen, die bei einem einfachen Aufbau eine besonders genaue Winkel¬ geschwindigkeits /Geschwindigkeitsmessung ermöglicht . An interpolation is sufficient if the signal delay may be enter ¬. If the output is instantaneous, extrapolation is required. The present invention has for its object to provide a cost-effective device of the specified type, which allows a particularly accurate angle ¬ speed / speed measurement with a simple structure.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung der angegebenen Art dadurch gelöst, dass der Encoder im Indexbereich ein Ersatzmuster aufweist, das sich vom periodischen Muster durch mindestens eine vom Sensor erfassbare physika¬ lische Größe unterscheidet, jedoch eine die Frequenzmessung auch im Indexbereich ermöglichende Struktur besitzt. This object is achieved in a device of the specified type in that the encoder in the index region has a replacement pattern that differs from the periodic pattern by at least one detectable by the sensor physical ¬ cal size, however, has a frequency measurement in the index range enabling structure.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung benötigt nur ein System mit Muster und Indexmarkierung und damit nur einen abtastenden Sensor, um beide Arten von Messungen durchzuführen. Die Einrichtung ermöglicht eine Absolutmessung per Indexmarkierung und ist ferner so ausgebildet, dass ohne In¬ terpolation bzw. Extrapolation eine genaue Frequenzmessung über die Indexposition hinweg vorgenommen werden kann. Es versteht sich, dass der Encoder hierbei nur einen Teil des Messsystems darstellt und der abtastende Sensor mit den hierzu passenden Eigenschaften versehen ist. The device designed according to the invention requires only one system with pattern and index mark and thus only one scanning sensor to perform both types of measurements. The device allows an absolute measurement by index marking and is further designed so that without In ¬ terpolation or extrapolation an accurate frequency measurement across the index position can be made away. It goes without saying that the encoder here represents only a part of the measuring system and the scanning sensor is provided with the matching properties.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, das periodische Muster an der Indexmarkierung bzw. im Indexbereich nicht vollständig (im Sinne einer unstrukturierten Oberfläche) zu unterbrechen, sondern durch ein anderes Muster zu ersetzen. Dieses Ersatzmuster hat die Beschaffenheit, dass es vom periodischen Muster durch mindestens eine Eigenschaft bzw. physikalische Größe eindeutig unterscheidbar ist, gleichzeitig aber eine Struktur bietet, die die Fre¬ quenzmessung stützt. Diese Stützung besteht darin, dass an bestimmten Positionen bzw. Winkeln innerhalb des Indexberei-
ches Änderungen des Sensorsignals erfolgen, so dass sich die Frequenzmessung auch im Indexbereich auf den realen Bewegungsfortschritt bezieht, anstatt auf eine Interpolation oder Extrapolation im Sinne der Fortsetzung der Bewegung, die beim Eintritt in den Indexbereich bestand. The present invention is based on the consideration not to interrupt the periodic pattern at the index mark or in the index area not completely (in the sense of an unstructured surface), but to replace it with another pattern. This replacement pattern has the property that it is clearly distinguishable from the periodic pattern by at least one property or physical quantity, but at the same time offers a structure that supports the Fre ¬ quenzmessung. This support is that at certain positions or angles within the index range. Changes in the sensor signal occur, so that the frequency measurement in the index area on the real motion progress, rather than on an interpolation or extrapolation in the sense of continuing the movement that existed when entering the index area.
Da bei der bekannten Vorgehensweise durch Interpolation bzw. Extrapolation der Zeitpunkt des Austrittes aus dem Indexbe¬ reich noch nicht bekannt ist, kann dort lediglich vom Bewe¬ gungszustand beim Eintritt ausgegangen werden, entweder durch Annahme einer gleichbleibenden Geschwindigkeit oder durch Annahme einer gleichbleibenden Beschleunigung. Die Messunsicherheit wird somit während des Durchlaufens des In¬ dexbereiches immer größer. Demgegenüber bietet bei der Erfindung die Struktur des Ersatzmusters Abhilfe, indem die tatsächliche Position (oder der tatsächliche Winkel) inner¬ halb des Indexbereiches messbar ist. Since in the known procedure by interpolation or extrapolation the time of exit from the Indexbe ¬ rich is not yet known, it can only be assumed there from the ¬ movement state at the entrance, either by assuming a constant speed or by assuming a constant acceleration. The measurement uncertainty is therefore during the passage of the In ¬ dexbereiches growing. In contrast, in the invention, the structure of the replacement pattern provides a remedy by the actual position (or the actual angle) within ¬ half the index range is measurable.
Der Sensor hat die Aufgabe, den Übergang zwischen periodischem Muster und Ersatzmuster zu erkennen, während die Frequenzmessung, die sich auf die Periodizität des periodischen Musters stützt, wenig bis gar nicht gestört wird. Hierbei kann beispielsweise auch eine Umschaltung zwischen zwei bereichsweise anzuwendenden Messverfahren erfolgen, eines im Bereich des periodischen Musters, eines im Indexbereich. The task of the sensor is to detect the transition between the periodic pattern and the replacement pattern, while the frequency measurement, which relies on the periodicity of the periodic pattern, is little or not disturbed. In this case, it is also possible, for example, to switch over between two measuring methods to be used in regions, one in the region of the periodic pattern, one in the index region.
Vorzugsweise sind bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Ein¬ richtung Sensor und Encoder so ausgebildet, dass ein Signal in Form eines modulierten Signals mit einer Trägerfrequenz und zwei unterschiedlichen aufmodulierten „Nachrichten" für den Indexbereich und für den restlichen Bereich des Encoders erzeugt wird. Der Sensor ist hierbei vorzugsweise schal-
tungstechnisch so ausgebildet, dass er die Trägerfrequenz extrahiert und die übertragene „Nachricht" demoduliert. Preferably, the sensor and encoder are formed in accordance with the invention formed a ¬ a direction that a signal in the form of a modulated signal having a carrier frequency and two different modulated "news" for the index area and the remaining area of the encoder is generated. The sensor is in this case preferably Technically designed so that it extracts the carrier frequency and demodulates the transmitted "message".
Das Signal, welches aufgrund der Einwirkung des Encoders vom Sensorelement (dem physikalischen Wandler) geliefert wird, wird als moduliertes Signal betrachtet, wobei die zu messen¬ de Frequenz (die die Geschwindigkeit bzw. Winkelgeschwindig¬ keit repräsentiert) den Träger darstellt, das periodische Muster bzw. das Ersatzmuster hingegen zwei unterschiedliche aufmodulierte „Nachrichten". Der Sensor hat dann die Aufgabe, die Trägerfrequenz zu extrahieren und die „übertragene Nachricht" zu demodulieren. Je nach Modulationsverfahren können dazu ganz unterschiedliche Schaltungsteile notwendig sein. Der Sensor ist daher vorzugsweise erfindungsgemäß als Empfänger für modulierte Signale nach bekannten Modulations¬ verfahren mit bekannten Empfänger-Schaltungskonzepten ausgebildet . Which is supplied (the physical converter) due to the action of the encoder from the sensor element, the signal is considered as a modulated signal, wherein the measure ¬ de frequency (the speed or Winkelgeschwindig ¬ ness represented) represents the carrier, the periodic pattern or the replacement pattern, on the other hand, two different modulated "messages." The sensor then has the task of extracting the carrier frequency and demodulating the "transmitted message". Depending on the modulation method very different circuit parts may be necessary. The sensor is therefore preferably designed according to the invention as a receiver for modulated signals according to known modulation ¬ method with known receiver circuit concepts.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung (Encoder mit entsprechendem Sensor) lässt sich für die Messung von Drehbewegungen und linearen Bewegungen nutzen. Neben allgemeinen Anwendungen an beliebigen rotierenden Wellen oder linear bewegten Maschinen- oder Fahrzeugteilen sind insbesondere folgende Anwendungsgebiete von Bedeutung: Messung an Rädern von Fahrzeugen (Raddrehzahlsensoren) , Messung an Kurbelwellen von Verbrennungskraftmaschinen, Messung an Antriebsstrangkomponenten von Kraftfahrzeugen, beispielsweise Getrieben. The inventively designed device (encoder with a corresponding sensor) can be used for the measurement of rotational movements and linear movements. In addition to general applications on any rotating shafts or linearly moving machine or vehicle parts, the following application areas are of particular importance: measurement on wheels of vehicles (wheel speed sensors), measurement on crankshafts of internal combustion engines, measurement on drive train components of motor vehicles, for example transmissions.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das periodische Muster durchgehend auch im Indexbereich vorhanden, jedoch dort mit abweichender Amplitude gegenüber dem übrigen Bereich. Bei dieser Ausführungsform findet somit eine Amplitudenmodulation (AM) insbesondere mit einem Modula-
tionsfaktor m < 1 bzw. eine Amplitudenumtastung (ASK, Amplitude Shift Keying) Verwendung. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist das periodische Muster durchgehend vorhan¬ den, jedoch mit variabler Amplitude. Die Einrichtung zur Extraktion des Trägers ist empfindlich genug, um mit beiden Amplituden arbeiten zu können, während die Demodulation unterschiedliche binäre Werte für das Muster und das Ersatz¬ muster liefert. Für die praktische Ausgestaltung des Enco¬ ders mit unterschiedlicher Musteramplitude kommen beispiels¬ weise in Frage: Zähne unterschiedlicher Länge oder Form, unterschiedliche Materialstärke, unterschiedliches Material, unterschiedlicher Abstand zum Sensorelement etc. In a preferred embodiment of the invention, the periodic pattern is continuously present in the index area, but there with a different amplitude from the rest of the range. In this embodiment, an amplitude modulation (AM), in particular with a modular tion factor m <1 or an amplitude shift keying (ASK, Amplitude Shift Keying) use. In this embodiment of the invention, the periodic pattern is continuous EXISTING ¬, but with a variable amplitude. The device for extracting the carrier is sensitive enough to work with both amplitudes, while the demodulation provides different binary values for the pattern and the replacement ¬ pattern. For the practical embodiment of the Enco ¬ earth electrode with different patterns amplitude example ¬ example are: teeth of different length or shape, different material thickness, different material, different distance from the sensor element, etc.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung ist das periodische Muster im Indexbereich durch ein gleichartiges Muster mit anderer Frequenz ersetzt. Hierbei kommt eine Frequenzmodula¬ tion (FM) oder Frequenzumtastung (FSK, Frequency Shift In a further preferred embodiment of the device designed according to the invention, the periodic pattern in the index region is replaced by a similar pattern with a different frequency. Here comes a Frequenzmodula ¬ tion (FM) or Frequenzumtastung (FSK, Frequency Shift
Keying) zur Anwendung. Das periodische Muster wird im Indexbereich durch ein gleichartiges Muster mit anderer Frequenz, insbesondere doppelter Frequenz, abgelöst. Insbesondere mit einer digitalen Schaltungstechnik ist es einfach, die doppelte Frequenz im Indexbereich zu halbieren, um ein durchgehendes Frequenzsignal zu erhalten, das durch die Indexmar¬ kierung in keiner Weise beeinträchtigt wird. Wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können auch hierbei vorzugsweise zwei Perioden des Musters modifiziert werden. Wie viele Perioden modifiziert werden, ist jedoch letztend¬ lich für die Funktionsweise unerheblich. Keying). The periodic pattern is replaced in the index area by a similar pattern with a different frequency, in particular twice the frequency. In particular, with a digital circuit technology, it is easy to halve the double frequency in the index area in order to obtain a continuous frequency signal that is affected in any way by the Indexmar ¬ cation. As in the embodiment described above, it is also possible to modify two periods of the pattern in this case. How many times will be modified, but is letztend ¬ Lich irrelevant to the operation.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist im Indexbereich ein einer Phasenmodulation entsprechendes Muster vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform kommt eine Pha-
senmodulation (PM) oder Phasenumtastung (PSK, Phase Shift Keying) zur Anwendung. Beispielsweise ist hierbei ein Zahn um 90° im Raster der anderen Zähne versetzt und bewirkt an einem passenden Demodulator ein invertiertes binäres Signal. Der Vorteil gegenüber AM (ASK) und FM (FSK) besteht hierbei in den geringeren Anforderungen an die Amplitude des Signals. Während bei AM zwei deutlich unterschiedliche Amplitu¬ den direkt verarbeitet werden müssen und bei FM - je nach physikalischer Implementierung - unterschiedliche Amplituden durch eine Frequenzabhängigkeit der Empfindlichkeit verur¬ sacht werden können, besteht bei PM keine Notwendigkeit für eine diesbezügliche Reserve. Bei der vorliegenden Ausfüh¬ rungsform wird eine Versetzung nur einer Musterperiode als bevorzugt angesehen, weil dadurch eine besonders hohe scheinbare temporäre Frequenzänderung verursacht wird (Pha¬ senverschiebung um 90°, dann sofort, ausgehend vom neuen Augenblickswert, um -90°), die sich besonders leicht von Dreh¬ zahländerungen trennen lässt. In still another embodiment of the invention, a pattern corresponding to a phase modulation is provided in the index area. In this embodiment, a phase senmodulation (PM) or phase shift keying (PSK) for use. For example, in this case a tooth is offset by 90 ° in the grid of the other teeth and causes an inverted binary signal at a suitable demodulator. The advantage over AM (ASK) and FM (FSK) consists in the lower requirements for the amplitude of the signal. While in AM two distinctly different Amplitu ¬ must be processed directly and the FM - depending on the physical implementation - different amplitudes can be Doomed? ¬ gently by a frequency dependence of the sensitivity is at PM no need for a related reserve. In the present exporting ¬ approximately form a dislocation is only one pattern period considered preferred because a particularly high apparent temporal frequency change is caused (Pha ¬ senverschiebung by 90 °, then immediately, starting from the new instantaneous value, to -90 °), which particularly easy to separate from rotation ¬ number changes.
Erfindungsgemäß ist somit eine Einrichtung zur Messung von Winkel und Winkelgeschwindigkeit oder Weg und Geschwindig¬ keit geschaffen, die einen Encoder und einen zugehörigen Sensor umfasst. Weitere Schaltungsteile, falls solche erfor¬ derlich sind, sind hier nicht beschrieben. Deren Anordnung liegt im Ermessen des Fachmannes. Encoder und Sensor erzeu¬ gen gemeinsam ein Modulationssignal, das vom Sensor zu demo¬ dulieren ist. Der Träger wird zur Frequenzmessung extrahiert. Das demodulierte Signal dient der Auffindung von ei¬ ner oder mehrerer, gleicher oder verschiedener Indexmarkierungen, die für eine absolute Weg- oder Winkelmessung verwendet werden. Die entsprechende Modulation wird vom Encoder erzeugt, und zwar durch Strukturierung einer beliebigen physikalischen Größe entlang der Messrichtung. Der Sensor setzt
ein der Strukturierung entsprechendes Demodulationsverfahren ein, um die Indexmarkierungen zu finden. Durch die Modulation wird die Frequenzmessung nicht oder nur geringfügig be¬ einträchtigt . Thus a device for measurement of angle and angular velocity or displacement and VELOCITY ¬ ness according to the invention is provided which comprises an encoder and an associated sensor. Other circuit parts, if any erfor ¬ sary are not described here. Their arrangement is at the discretion of the skilled person. Encoder and sensor erzeu ¬ gen together a modulation signal from the sensor to demo ¬ demodulate. The carrier is extracted for frequency measurement. The demodulated signal is used to find ei ¬ ner or more, the same or different index marks that are used for an absolute path or angle measurement. The corresponding modulation is generated by the encoder, namely by structuring any physical quantity along the measuring direction. The sensor sets a structuring corresponding demodulation method to find the index marks. Due to the modulation, the frequency measurement is not or only slightly impaired ¬ .
Die hier verwendete Bezeichnung „Sensor" bezieht sich daher auf das eigentliche Sensorelement, das zusammen mit dem En¬ coder das Signal erzeugt, und auf die zugehörige Signalver- arbeitungs/auswertungseinheit . Für diese Teile können be¬ kannte Elemente/Schaltungen Verwendung finden. As used herein, "sensor" therefore refers to the actual sensor element, which generates along with the En ¬ coder the signal and the associated signal processing tung / evaluation unit. For these parts be ¬ known elements / circuits may find use.
Die vom Sensor (Sensorelement) erfassbare physikalische Grö¬ ße kann beliebiger Natur sein, beispielsweise geometrischer Art (Zahn/Zahnfläche), magnetischer Art oder optischer Art. Die Erfindung deckt jedenfalls alle möglichen Arten von erfassbaren physikalischen Größen ab. By the sensor (sensor element) detectable physical groE ¬ SSE may be of any nature, for example the geometric type (tooth / tooth surface), magnetic type or optical type. The invention in any case all possible types of detectable physical quantities.
Zur Modulation finden vorzugsweise folgende Verfahren Verwendung: AM (ASK) , FM (FSK) , PM (PSK), Unter- und Mischformen digitaler Modulationsverfahren, wie QAM (Quadraturamplitudenmodulation) , QPSK (Quadraturphasenumtastung) , 4-PSK, 8- PSK, 16-QAM usw. (mehrere Bit pro Symbol, attraktiv zur Unterscheidung vieler Indexmarkierungen) , wegen der engen Verwandtschaft auch Pulsmodulationsverfahren (teilweise vom Signalbild her nicht von PSK zu unterscheiden) , wie PPM (Puls-Pausen-Modulation, Puls-Phasen-Modulation) und für Fälle mit analoger Signalverarbeitung (verursacht geringeren Schaltungsaufwand, digital aber generell bevorzugt, wenn möglich) , AM, FM, PM. For modulation, preferably the following methods are used: AM (ASK), FM (FSK), PM (PSK), sub and hybrid digital modulation methods such as QAM (Quadrature Amplitude Modulation), QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 4-PSK, 8-PSK, 16 -QAM etc. (several bits per symbol, attractive for distinguishing many index marks), because of the close relationship also pulse modulation methods (partly from the signal image not to be distinguished from PSK), such as PPM (pulse-pause modulation, pulse-phase modulation) and for cases with analog signal processing (less circuitry, but generally preferred if possible), AM, FM, PM.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Vorgehensweise nach dem Stand der Technik, bei der das periodische Muster eines Sys¬ tems einfach an einer Stelle (Indexbereich) unterbrochen
ist, auch als Amplitudenmodulation (AM) mit dem Modulationsfaktor m = 1 bzw. als OOK (On-Off Keying) angesehen werden kann. Diese Vorgehensweise bzw. Verfahrensvariante des Stan¬ des der Technik wird von der Erfindung nicht umfasst, da von der Erfindung ausdrücklich ein Ersatzmuster im Indexbereich gefordert wird. It should be noted that the method according to the prior art, wherein the periodic pattern of a Sys tems ¬ easily at a location (index portion) interrupted can also be considered as amplitude modulation (AM) with the modulation factor m = 1 or as OOK (on-off keying). This procedure or variant of the method of the prior art is not covered by the invention, since the invention expressly requires a replacement pattern in the index range.
Der Encoder ist vorzugsweise als permanentmagnetischer Encoder ausgebildet. The encoder is preferably designed as a permanent magnetic encoder.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei¬ spielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen: The invention will be explained below with reference to Ausführungsbei ¬ games in conjunction with the drawings in detail. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Encoderform nach dem Stand der Technik; Figure 1 is a schematic representation of an encoder mold according to the prior art;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Encoderform gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Figure 2 is a schematic representation of an encoder mold according to a first embodiment of the invention;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Encoderform gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; Figure 3 is a schematic representation of an encoder mold according to a second embodiment of the invention;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Encoderform gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und Figure 4 is a schematic representation of an encoder mold according to a third embodiment of the invention; and
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Messung von Winkel und Winkelge¬ schwindigkeit (Drehzahl) .
Die in den Figuren 1-4 wiedergegebenen Encoderformen sind aus Gründen der zeichnerischen Einfachheit linear dargestellt. Die Struktur des Encoders entlang der Messkoordinate gilt jedoch genauso für ringförmige Encoder. Die Darstellung entspricht dann einer entsprechenden Abwicklung. Die Bewegungsrichtung ist durch den Pfeil verdeutlicht. Figure 5 is a schematic representation of a device for measuring angle and Winkelge ¬ speed (speed). The reproduced in Figures 1-4 encoder forms are shown linearly for reasons of simplicity of drawing. However, the structure of the encoder along the measurement coordinate also applies to ring-shaped encoders. The presentation then corresponds to a corresponding settlement. The direction of movement is indicated by the arrow.
Die gewählten schematischen Darstellungen der Encoderformen befassen sich nicht mit der genauen Geometrie des jeweiligen Musters, sondern beinhalten lediglich beispielhaft die Darstellung von Zahn und Zahnlücke als solche. Die unterschied¬ liche Natur von Encodern, d.h. die physikalische Größe, die innerhalb des Musters moduliert, wird hierbei nicht betrach¬ tet. Alle modulierenden Größen, ob geometrisch, magnetisch, optisch oder anderswie, sind exemplarisch durch Zahn und Zahnlücke symbolisiert. The selected schematic representations of the encoder shapes are not concerned with the exact geometry of the respective pattern, but merely exemplify the representation of tooth and tooth space as such. The difference ¬ Liche nature of encoders, ie the physical quantity modulated within the pattern is, this is not betrach ¬ tet. All modulating quantities, whether geometrical, magnetic, optical or otherwise, are exemplarily symbolized by tooth and tooth space.
Die Darstellung der Encoderformen zeigt immer nur eine Indexmarkierung. Eine Variation nach Anfall, Parameter oder Art der Indexmarkierung innerhalb eines Encoders ist mög¬ lich. The representation of the encoder forms always shows only one index mark. A variation only as required, parameters or type of index mark within an encoder is mög ¬ Lich.
Ferner sind bei den Ausführungsbeispielen keinerlei Angaben zur Ausbildung des jeweiligen Sensors gemacht. Insbesondere ist die Vorgehensweise bei der Demodulation nicht im Einzel¬ nen beschrieben, sondern es ist lediglich das zu wählende Modulationsverfahren angegeben. An den zwei Ausgängen der als bekannt angesehenen Schaltung liegen dann die Trägerfrequenz und das demodulierte Signal. Furthermore, no details are given in the embodiments for the formation of the respective sensor. In particular, the procedure is in the demodulation not described in individual ¬ nen, but it is given only to dial the modulation method. The carrier frequency and the demodulated signal are then located at the two outputs of the circuit considered to be known.
In Figur 5 ist eine Einrichtung zur Winkel- und Winkelge¬ schwindigkeitsmessung schematisch dargestellt. Die Einrichtung besitzt einen auf der Oberfläche eines rotierenden Tei¬ les, beispielsweise einer Welle 1, angeordneten Encoder 2
sowie einen benachbart zum Encoder angeordneten stationären Sensor 3. Der Encoder 2 besitzt eine ein periodisches Muster wiedergebende Struktur, bei der es sich beispielsweise um einzelne Zähne handeln kann. Der vorgesehene Indexbereich ist hierbei nicht speziell dargestellt. 5 shows a device for angular and Winkelge ¬ schwindigkeitsmessung is shown schematically. The device has a on the surface of a rotating Tei ¬ les, for example a shaft 1, arranged Encoder 2 and a stationary sensor 3 arranged adjacent to the encoder. The encoder 2 has a structure representing a periodic pattern, which may be, for example, individual teeth. The intended index range is not specifically shown here.
Figur 1 zeigt einen Encoder nach dem Stand der Technik. Die Figur zeigt eine Reihe von Zähnen, die ein periodisches Mus¬ ter 4 bilden, wobei in einem Indexbereich 5 zwei Zähne fehlen . Figure 1 shows an encoder according to the prior art. The figure shows a series of teeth which form a periodic pattern 4, wherein in an index region 5 two teeth are missing.
Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei der der Encoder wiederum eine Reihe von Zähnen besitzt, die ein periodisches Muster 4 bilden. Hierbei sind im Indexbe¬ reich 5 zwei Zähne 6 mit geringerer Länge vorgesehen, so dass bei dieser Ausführungsform die vorstehend beschriebene Amplitudenmodulation (AM) mit einem Modulationsfaktor m < 1 Anwendung finden kann. Figure 2 shows a first embodiment of the invention in which the encoder in turn has a series of teeth forming a periodic pattern 4. In this case, five teeth 2 are provided in the Indexbe ¬ rich 5 with a shorter length, so that in this embodiment, the amplitude modulation described above (AM) with a modulation factor m <1 may find application.
Bei der Ausführungsform der Figur 3 besitzt der Encoder eine Reihe von Zähnen, die ebenfalls ein periodisches Muster 4 bilden, wobei hier im Indexbereich 5 ein gleichartiges Zahnmuster 7 mit doppelter Frequenz vorhanden ist. Bei dieser Einrichtung findet die vorstehend beschriebene Frequenzmodu¬ lation (FM) Anwendung. In the embodiment of Figure 3, the encoder has a series of teeth, which also form a periodic pattern 4, wherein here in the index region 5 a similar tooth pattern 7 with double frequency is present. In this device, as described above Frequenzmodu ¬ lation (FM) applies.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Encoder weist das periodische Zahnmuster 4 im Indexbereich 5 einen um 90° im Raster gegenüber den anderen Zähnen versetzten Zahn 8 auf. Bei dieser Ausführungsform findet die vorstehend beschriebene Pha¬ senmodulation (PM) Anwendung.
In the case of the encoder shown in FIG. 4, the periodic tooth pattern 4 in the index region 5 has a tooth 8 offset by 90 ° in the raster from the other teeth. In this embodiment, takes the above-described Pha ¬ senmodulation (PM) application.