EP4634618A1 - Verfahren zur bestimmung einer magnetisierungsrichtung eines wieganddrahts und wiegandsensoranordnung - Google Patents

Verfahren zur bestimmung einer magnetisierungsrichtung eines wieganddrahts und wiegandsensoranordnung

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Publication number
EP4634618A1
EP4634618A1 EP22836075.6A EP22836075A EP4634618A1 EP 4634618 A1 EP4634618 A1 EP 4634618A1 EP 22836075 A EP22836075 A EP 22836075A EP 4634618 A1 EP4634618 A1 EP 4634618A1
Authority
EP
European Patent Office
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reference voltage
sensor coil
calibration
voltage value
current
Prior art date
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Pending
Application number
EP22836075.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias LANSING
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Fraba BV
Original Assignee
Fraba BV
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Publication date
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Publication of EP4634618A1 publication Critical patent/EP4634618A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G01P21/02—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/4815—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals using a pulse wire sensor, e.g. Wiegand wire
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0088—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables use of bistable or switching devices, e.g. Reed-switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a magnetization direction of a Wiegand wire, wherein: a test current that increases over time is impressed into a sensor coil surrounding the Wiegand wire, and while the test current is impressed, a sensor coil voltage applied to the sensor coil is detected.
  • the present invention further relates to a Wiegand sensor arrangement comprising: a Wiegand wire and a sensor coil that surrounds the Wiegand wire.
  • a Wiegand wire in the sense of the present application is also referred to as a pulse wire and generally has a hard magnetic jacket and a soft magnetic core or vice versa. Under the influence of an external magnetic field, a magnetization direction of the Wiegand wire suddenly inverts, whereby a short Wiegand voltage pulse is generated in a sensor coil radially surrounding the Wiegand wire, which can be tapped via the two ends of the sensor coil. This effect is referred to as the Wiegand effect and is well known in the art.
  • Knowing the magnetization direction of the Wiegand wire is important, for example, in a rotary encoder to ensure synchronization between a Wiegand sensor-based revolution counter sensor unit, also known as a multiturn sensor unit, and a Fine position sensor unit, also known as singleturn sensor unit.
  • a method for determining a magnetization direction of a Wiegand wire is known from EP 1 565 755 B1, wherein an increasing test current is impressed into a sensor coil surrounding the Wiegand wire and, during the impression of the test current, a sensor coil voltage applied to the sensor coil is detected and evaluated.
  • the present invention is based on the object of enabling a relatively simple and reliable determination of the magnetization direction of a Wiegand wire.
  • a test current that increases over time is impressed into a sensor coil surrounding the Wiegand wire in order to generate a test magnetic field acting on the Wiegand wire. It is preferably provided that the test current increases continuously, i.e. steadily, starting from zero, following a defined test current curve. It is particularly preferably provided that the test current increases linearly with a defined gradient.
  • the test current curve can be defined, for example, based on the results of laboratory tests. It is also conceivable to define different test current curves for different measurement conditions, for example for different temperatures.
  • Wiegand voltage pulse is induced in the sensor coil by the Wiegand wire. Based on the occurrence or non-occurrence of a Wiegand voltage pulse, it can be determined whether the direction of magnetization of the Wiegand wire was aligned or opposite to the test magnetic field before the test current was applied.
  • a sensor coil voltage applied to the sensor coil is therefore detected and evaluated during the application of the test current.
  • the sensor coil voltage recorded during the application of the test current is compared with a reference voltage that increases simultaneously and preferably uniformly with the test current and that increases from a defined start reference voltage value to a defined end reference voltage value.
  • the start reference voltage value and the end reference voltage value can be defined both directly and indirectly, for example via a predetermined mathematical relationship.
  • the reference voltage increases continuously, particularly preferably linearly.
  • the end reference voltage value is defined indirectly via a predetermined slope of the reference voltage.
  • the comparison of the sensor coil voltage with the reference voltage is preferably carried out by means of appropriate hardware, for example by means of a comparator, which compares the sensor coil voltage recorded on the sensor coil with a reference voltage that increases simultaneously and preferably uniformly with the test current. with the test current increasing reference voltage signal.
  • a comparator which compares the sensor coil voltage recorded on the sensor coil with a reference voltage that increases simultaneously and preferably uniformly with the test current. with the test current increasing reference voltage signal.
  • the comparison of the sensor coil voltage with the reference voltage can also be implemented in software, whereby a signal representing the recorded sensor coil voltage
  • Sensor coil voltage variable is compared with a reference voltage variable that increases simultaneously with the test current.
  • the magnetization direction is determined depending on whether the sensor coil voltage exceeds the reference voltage during the application of the test current, i.e. whether its magnitude is greater than the reference voltage or not. If the sensor coil voltage exceeds the reference voltage, it is assumed that a Wiegand voltage pulse was induced and consequently the Wiegand wire had a magnetization direction opposite to the test magnetic field before the test current was applied. In this case, the magnetization direction is set to a first magnetization direction value. If, on the other hand, the sensor coil voltage does not exceed the reference voltage, it is assumed that no Wiegand voltage pulse was induced and consequently the Wiegand wire had a magnetization direction rectified to the test magnetic field before the test current was applied. In this case, the magnetization direction is set to a second magnetization direction value.
  • a specified minimum exceedance period as a criterion for exceedance, i.e. to only set the magnetization direction to the first magnetization direction value if the sensor coil voltage exceeds the reference voltage for the minimum exceedance period.
  • the determined magnetization direction value is typically stored in a data memory However, it is also conceivable that the magnetization direction value is not stored, but only processed. For example, a revolution count value can be determined or corrected based on the determined magnetization direction value.
  • the method according to the invention therefore enables a simple and reliable determination of the magnetization direction of a Wiegand wire.
  • the electrical properties of the sensor coil are generally temperature-dependent, so that a voltage drop on the sensor coil caused by impressing the test current into the sensor coil is also temperature-dependent according to Ohm's law.
  • a temperature is recorded and the start reference voltage value and/or the end reference voltage value is defined based on the recorded temperature in order to enable a reliable determination of the magnetization direction of the Wiegand wire regardless of a current temperature.
  • a calibration is carried out before the test current is impressed.
  • a calibration current which preferably increases over time and has a maximum calibration current value corresponding to 1/N times a maximum test current value of the test current, is impressed into the sensor coil, and the sensor coil voltage is recorded during this time.
  • the final reference voltage value up to which the reference voltage increases is then defined as the sum of the start reference voltage value and N times a the maximum sensor coil voltage value recorded during the application of the calibration current.
  • the final reference voltage value is therefore always greater than a maximum voltage drop on the sensor coil caused by the test current, so that exceeding the reference voltage due to the sensor coil voltage caused solely by the test current can be reliably avoided regardless of the current measurement conditions.
  • the sensor coil voltage recorded during the impressing of the calibration current is compared with a constant calibration reference voltage value which is - preferably only slightly - greater than the product of the maximum calibration current value and an electrical resistance of the sensor coil in order to determine whether or not a Wiegand voltage pulse was induced in the sensor coil during the calibration. If the sensor coil voltage recorded during the impressing of the calibration current exceeds the calibration reference voltage value, it is assumed that a Wiegand voltage pulse was induced and consequently the magnetization direction is set to the first magnetization direction value. To avoid incorrect determination of the magnetization direction due to voltage fluctuation, it can also be advantageous here to provide a specified minimum exceedance period as a criterion for exceeding. To avoid so-called cripple pulses, after calibration, even though the magnetization direction is already known, the test current is preferably still impressed into the sensor coil in order to completely magnetize the Wiegand wire.
  • the above object is further achieved by a Wiegand sensor arrangement having the features of claim 5.
  • the Wiegand sensor arrangement according to the invention comprises a Wiegand wire and a sensor coil which radially surrounds the Wiegand wire.
  • Such an arrangement of a Wiegand wire and a sensor coil is well known from the prior art and is also referred to as a Wiegand sensor.
  • the Wiegand sensor arrangement comprises a magnetization direction determination unit which is electrically connected to the sensor coil and which is configured to carry out a method according to the invention for determining a magnetization direction of the Wiegand wire.
  • the magnetization direction determination unit is designed to impress a test current that increases over time into the sensor coil and, at the same time, to detect a sensor coil voltage applied to the sensor coil.
  • the magnetization direction determination unit typically comprises a controllable current source designed in any known manner and a voltage measuring device designed in any known manner.
  • the magnetization direction determination unit is configured, as already described above for the method according to the invention, to determine a magnetization direction of the Wiegand wire by comparing the sensor coil voltage detected during the application of the test current with a reference voltage that increases simultaneously with the test current and increases from a defined start reference voltage value to a defined end reference voltage value.
  • the magnetization direction determination unit can basically be implemented by any combination of hardware and/or software. Preferably, the However, the magnetization direction determination unit is completely implemented in a single, appropriately structured and programmed integrated circuit (IC), particularly preferably in a so-called application-specific integrated circuit (ASIC).
  • IC integrated circuit
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the Wiegand sensor arrangement according to the invention enables a simple and reliable determination of the magnetization direction of the Wiegand wire by means of the magnetization direction determination unit set up to carry out a method according to the invention.
  • the Wiegand sensor arrangement in a preferred embodiment has a temperature sensor and the magnetization direction determination unit comprises a
  • Temperature compensation module configured to define the start reference voltage value and/or the end reference voltage value based on a temperature detected by the temperature sensor.
  • the temperature compensation module preferably comprises a reference value memory, also known as a look-up table, in which several temperature-specific start reference voltage values assigned to different temperatures and/or several temperature-specific end reference voltage values assigned to different temperatures are stored. This enables a simple temperature-dependent definition of the start reference voltage value and/or the end reference voltage value, for which no particularly powerful computing unit is required.
  • the temperature compensation module can also include a calculation algorithm for temperature-dependent calculation of the start reference voltage value and/or the end reference voltage value by a computing unit. This enables a temperature-dependent definition of the start reference voltage value and/or the end reference voltage value, for which no particularly large data memory is required. In this case, it is also conceivable, for example, that the calculation algorithm for calculating the start reference voltage value and/or the end reference voltage value uses one or more reference voltage values stored in the reference value memory.
  • the magnetization direction determination unit comprises a calibration module which is set up, as described above, to carry out a calibration before the test current is impressed.
  • the calibration module is set up to impress a calibration current, which preferably increases over time, into the sensor coil, wherein a maximum calibration current value corresponds to 1/N times a maximum test current value, to detect the sensor coil voltage while the calibration current is impressed, and to define the final reference voltage value as the sum of the start reference voltage value and N times a maximum sensor coil voltage value detected while the calibration current is impressed.
  • the calibration module is configured to compare the sensor coil voltage detected during the application of the calibration current with a constant calibration reference voltage value. which is - preferably only slightly - greater than the product of the maximum calibration current value and an electrical resistance of the sensor coil, and, if the sensor coil voltage detected during the impression of the calibration current exceeds the calibration reference voltage value, to prevent the impression of the test current and to set the magnetization direction to a first magnetization direction value.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a Wiegand sensor arrangement according to the invention
  • Fig. 2 a schematic diagram of a
  • Fig. 3 shows exemplary time profiles of a test current impressed into a sensor coil of the Wiegand sensor arrangement from Fig. 1, a sensor coil voltage detected during the impression of the test current and a reference voltage, in the event that a Wiegand voltage pulse is induced in the sensor coil,
  • Fig. 4 shows the time courses of the test current, the sensor coil voltage recorded during the impression of the test current and the reference voltage from Fig. 3, but for the case that no Wiegand voltage pulse is induced in the sensor coil
  • Fig. 5 a schematic diagram of an alternative
  • Fig. 6 shows exemplary time profiles of a calibration current impressed into a sensor coil of the Wiegand sensor arrangement from Fig. 1 and a sensor coil voltage detected during the impression of the calibration current as well as a calibration reference voltage value, in the event that no Wiegand voltage pulse is induced in the sensor coil, and
  • Fig. 7 shows the time courses of the calibration current and the sensor coil voltage detected during the impression of the calibration current as well as the calibration reference voltage value, but for the case that a Wiegand voltage pulse is induced in the sensor coil.
  • Fig. 1 shows a Wiegand sensor arrangement 100 with a Wiegand sensor 1, which comprises a Wiegand wire 11 and a sensor coil 12 radially surrounding the Wiegand wire 11, and with a circuit arrangement 2 which is electrically connected to the sensor coil 12.
  • the circuit arrangement 2 comprises an application-specific integrated circuit (ASIC) 21, a microcontroller 22 and a data memory 23, which together form a magnetization direction determination unit 3.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the ASIC 21 comprises a temperature sensor 211, a regulated current source circuit 212, a reference voltage generator circuit 213 and a comparator circuit 214.
  • the microcontroller 22 comprises a temperature compensation module 221 implemented in software, the a temperature T detected by the temperature sensor 211 is provided.
  • the temperature compensation module 221 is configured to define a current start reference voltage value URa and a current end reference voltage value URe based on the temperature T.
  • the temperature compensation module 221 comprises a reference value memory 2211 in which several temperature-specific start reference voltage values URa(Tl)-URa(Tn) associated with different temperatures Tl-Tn and several temperature-specific end reference voltage values URe(Tl)-URe(Tn) associated with different temperatures Tl-Tn are stored.
  • the temperature compensation module 221 further comprises a calculation algorithm 2212 which is set up to calculate the current start reference voltage value URa and the current end reference voltage value URe based on the temperature T and the temperature-specific start reference voltage values URa(Tl)-URa(Tn) and temperature-specific end reference voltage values URe(Tl)-URe(Tn) stored in the reference value memory 2211.
  • the temperature compensation module 221 can alternatively comprise only one reference value memory 2211 or only one calculation algorithm 2212.
  • the temperature compensation module 221 is set up to determine the current start reference voltage value URa and the current end reference voltage value URe by reading the temperature-specific start reference voltage value URa(T) assigned to the temperature T and the temperature-specific end reference voltage value URe(T) assigned to the temperature T from the Reference value memory 2211.
  • the calculation algorithm 2212 is set up to define the current start reference voltage value URa and the current end
  • Reference voltage value URe to be calculated only based on the temperature T.
  • the temperature compensation module 221 can also be configured to define only the current start reference voltage value URa or only the current end reference voltage value URe. In this case, the other reference voltage value URa, URe is a constant.
  • the reference voltage generator circuit 213 is provided with the current start reference voltage value URa and the current end reference voltage value URe.
  • Reference voltage generator circuit 213 is configured to generate a reference voltage UR that increases linearly over time t from the current start reference voltage value URa to the current end reference voltage value URe.
  • the regulated current source circuit 212 is configured to inject a test current Ip that increases linearly with time t into the sensor coil 12, wherein a maximum test current value Ip-max is specified via a maximum test current parameter PIp-max.
  • the comparator circuit 214 is provided with the sensor coil voltage US and the reference voltage UR.
  • the comparator circuit 214 is configured to determine a magnetization direction value M indicating the magnetization direction of the Wiegand wire 11 by comparing the sensor coil voltage US with the reference voltage UR and to write it into the data memory 23.
  • Fig. 3 shows, by way of example, the time profiles of the test current Ip, the sensor coil voltage US and the reference voltage UR in the event that a Wiegand voltage pulse WP is induced in the sensor coil 12.
  • Fig. 4 shows the time profiles of the test current Ip, the sensor coil voltage US and the reference voltage UR from Fig. 3, but in the event that no Wiegand voltage pulse WP is induced in the sensor coil 12.
  • Fig. 5 shows an alternative magnetization direction determination unit 3' according to the invention, which is formed by an alternatively configured microcontroller 22' for the circuit arrangement 2 from Fig. 1.
  • the microcontroller 22' differs from the microcontroller 22 from Fig. 2 essentially in that the microcontroller 22' has a calibration module 222 for defining the current start reference voltage value URa and the current end reference voltage value URe instead of the temperature compensation module 221.
  • the calibration module 222 comprises a calibration factor memory 2221 in which a calibration factor N is stored, a software-implemented calibration parameter determination module 2222, a software-implemented calibration sensor coil detection module 2223 and a software-implemented calibration evaluation module 2224.
  • the calibration parameter determination module 2222 is configured to determine a maximum calibration current parameter PIk-max based on the calibration factor N, which corresponds to 1/N times the maximum test current parameter PIp-max.
  • the calibration parameter determination module 2222 is further configured to determine a calibration reference voltage value URk, which is - preferably only slightly - greater than the product of the maximum calibration current parameter PIk-max and an electrical resistance of the sensor coil 12.
  • the calibration parameter determination module 2222 is configured to provide the maximum calibration current parameter PIk-max to the regulated current source circuit 212, so that the latter impresses a calibration current Ik into the sensor coil 12 that increases linearly over time t up to a maximum calibration current value Ik-max specified by the maximum calibration current parameter PIk-max.
  • the calibration sensor coil detection module 2223 is configured to detect a calibration sensor coil voltage USk while impressing the calibration current Ik.
  • the calibration evaluation module 2224 is set up, the calibration
  • Evaluation module 2224 is set up if the calibration
  • Fig. 6 shows, by way of example, the time profiles of the calibration current Ik and the calibration sensor coil voltage USk as well as the calibration reference voltage value URk, in the event that no Wiegand voltage pulse WP is induced in the sensor coil 12.
  • Fig. 7 shows the time profiles of the calibration current Ik and the calibration sensor coil voltage USk as well as the calibration reference voltage value URk from Fig. 6, but in the event that a Wiegand voltage pulse WP is induced in the sensor coil 12.
  • the magnetization direction determination unit 3' is configured, after the current start reference voltage value URa and the current end reference voltage value URe have been defined by the calibration module 222, to generate the reference voltage UR by means of the reference voltage generator circuit 213 as described above, to impress the test current Ip into the sensor coil 12 by means of the regulated current source circuit 212, and to compare the sensor coil voltage US with the reference voltage UR by means of the comparator circuit 214 while impressing the test current Ip in order to determine the magnetization direction value M.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Magnetisierungsrichtung (M) eines Wieganddrahts (11), wobei: ein mit der Zeit (t) ansteigender Prüfstrom (Ip) in eine den Wieganddraht (11) umgebende Sensorspule (12) eingeprägt wird, während des Einprägens des Prüfstroms (Ip) eine an der Sensorspule (12) anliegende Sensorspulenspannung (US) erfasst wird, und die Magnetisierungsrichtung (M) durch Vergleichen der während des Einprägens des Prüfstroms erfassten Sensorspulenspannung (US) mit einer gleichzeitig mit dem Prüfstrom (Ip) ansteigenden Referenzspannung (UR) bestimmt wird, wobei die Referenzspannung (UR) ausgehend von einem definierten Start- Referenzspannungswert (URa) zu einem definierten End- Referenzspannungswert (URe) ansteigt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Wiegandsensoranordnung (100) umfassend: einen Wieganddraht (11) und eine Sensorspule (12), die den Wieganddraht (11) umgibt, wobei eine Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit (3) vorhanden ist, die eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur 20 Bestimmung einer Magnetisierungsrichtung (M) des Wieganddrahts (11) auszuführen.

Description

B E S C H R E I B U N G
Verfahren zur Bestimmung einer Magnetisierungsrichtung eines Wieganddrahts und Wiegandsensoranordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Magnetisierungsrichtung eines Wieganddrahts, wobei: ein mit der Zeit ansteigender Prüfstrom in eine den Wieganddraht umgebende Sensorspule eingeprägt wird, und während des Einprägens des Prüfstroms eine an der Sensorspule anliegende Sensorspulenspannung erfasst wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Wiegandsensoranordnung umfassend : einen Wieganddraht und eine Sensorspule, die den Wieganddraht umgibt.
Ein Wieganddraht im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird auch als Impulsdraht bezeichnet und weist im Allgemeinen einen hartmagnetischen Mantel und einen weichmagnetischen Kern oder umgekehrt auf. Unter Einwirkung eines externen Magnetfelds invertiert sich eine Magnetisierungsrichtung des Wieganddrahts schlagartig, wodurch in einer den Wieganddraht radial umgebenden Sensorspule ein kurzer Wiegandspannungspuls erzeugt wird, der über die beiden Enden der Sensorspule abgegriffen werden kann. Dieser Effekt wird als Wiegand- Effekt bezeichnet und ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Die Kenntnis der Magnetisierungsrichtung des Wieganddrahts ist beispielsweise in einem Drehgeber wichtig, um eine Synchronisation zwischen einer Wiegandsensor-basierten Umdrehungszählersensoreinheit, auch bekannt als Multiturn-Sensoreinheit, und einer Feinpositionssensoreinheit, auch bekannt als Singleturn-Sensoreinheit, durchzuführen.
Vor diesem Hintergrund ist aus der EP 1 565 755 Bl ein Verfahren zur Bestimmung einer Magnetisierungsrichtung eines Wieganddrahts bekannt, wobei ein ansteigender Prüfstrom in eine den Wieganddraht umgebende Sensorspule eingeprägt wird und während des Einprägens des Prüfstroms eine an der Sensorspule anliegende Sensorspulenspannung erfasst und ausgewertet wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ einfache und zuverlässige Bestimmung der Magnetisierungsrichtung eines Wieganddrahts zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Magnetisierungsrichtung eines Wieganddrahts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer Magnetisierungsrichtung eines Wieganddrahts wird ein mit der Zeit ansteigender Prüfstrom in eine den Wieganddraht umgebende Sensorspule eingeprägt, um ein auf den Wieganddraht einwirkendes Prüfmagnetfeld zu erzeugen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Prüfstrom kontinuierlich, also stetig, von Null ausgehend einem definierten Prüfstromverlauf folgend ansteigt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Prüfstrom linear mit einer definierten Steigung ansteigt. Der Verlauf des Prüfstroms kann beispielsweise basierend auf den Ergebnissen von Laborversuchen definiert werden. Es ist auch vorstellbar, für verschiedene Messbedingungen, beispielsweise für verschiedene Temperaturen, verschiedene Prüfstromverläufe zu definieren. Falls durch das erzeugte Prüfmagnetfeld die Magnetisierungsrichtung umgekehrt wird, wird von dem Wieganddraht ein sogenannter Wiegandspannungspuls in die Sensorspule induziert. Anhand des Auftretens oder Nichtauftretens eines Wiegandspannungspulses kann folglich bestimmt werden, ob die Magnetisierungsrichtung des Wieganddrahts vor dem Einprägen des Prüfstroms gleichgerichtet oder entgegengerichtet zu dem Prüfmagnetfeld war.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer Magnetisierungsrichtung eines Wieganddrahts wird daher während des Einprägens des Prüfstroms eine an der Sensorspule anliegende Sensorspulenspannung erfasst und ausgewertet.
Um zu bestimmen, ob ein Wiegandspannungspuls in die Sensorspule induziert wurde oder nicht, und darüber die Magnetisierungsrichtung des Wieganddrahts zu bestimmen, wird erfindungsgemäß die während des Einprägens des Prüfstroms erfasste Sensorspulenspannung mit einer gleichzeitig und vorzugsweise gleichförmig mit dem Prüfstrom ansteigenden Referenzspannung verglichen, die ausgehend von einem definierten Start-Referenzspannungswert zu einem definierten End- Referenzspannungswert ansteigt. Der Start-Referenzspannungswert und der End-Referenzspannungswert können hierbei sowohl direkt als auch indirekt, beispielsweise über einen vorgegebenen mathematischen Zusammenhang, definiert sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Referenzspannung kontinuierlich, besonders bevorzugt linear, ansteigt. Hierbei ist es beispielsweise vorstellbar, dass der End- Referenzspannungswert indirekt über eine vorgegebene Steigung der Referenzspannung definiert ist. Der Vergleich der Sensorspulenspannung mit der Referenzspannung wird vorzugsweise mittels entsprechender Hardware, beispielsweise mittels eines Komparators, ausgeführt, die die an der Sensorspule erfasste Sensorspulenspannung mit einem gleichzeitig mit dem Prüfstrom ansteigenden Referenzspannungssignal vergleicht. Der Vergleich der Sensorspulenspannung mit der Referenzspannung kann jedoch grundsätzlich auch in Software realisiert sein, wobei eine die erfasste Sensorspulenspannung abbildende
Sensorspulenspannungsvariable mit einer gleichzeitig mit dem Prüfstrom ansteigenden Referenzspannungsvariable verglichen wird.
Die Magnetisierungsrichtung wird hierbei in Abhängigkeit davon bestimmt, ob die Sensorspulenspannung die Referenzspannung während des Einprägens des Prüfstroms überschreitet, also betragsmäßig größer wird als die Referenzspannung, oder nicht. Falls die Sensorspulenspannung die Referenzspannung überschreitet, wird angenommen, dass ein Wiegandspannungspuls induziert wurde und folglich der Wieganddraht vor dem Einprägen des Prüfstroms eine dem Prüfmagnetfeld entgegengerichtete Magnetisierungsrichtung aufgewiesen hat. In diesem Fall wird die Magnetisierungsrichtung auf einen ersten Magnetisierungsrichtungswert festgelegt. Falls die Sensorspulenspannung die Referenzspannung hingegen nicht überschreitet, wird angenommen, dass kein Wiegandspannungspuls induziert wurde und folglich der Wieganddraht vor dem Einprägen des Prüfstroms eine zu dem Prüfmagnetfeld gleichgerichtete Magnetisierungsrichtung aufgewiesen hat. In diesem Fall wird die Magnetisierungsrichtung auf einen zweiten Magnetisierungsrichtungswert festgelegt. Zur Vermeidung einer fehlerhaften Bestimmung der Magnetisierungsrichtung auf Grund von Spannungsfluktuation kann es hierbei vorteilhaft sein, als Kriterium für das Überschreiten eine festgelegte Mindestüberschreitungsdauer vorzusehen, also die Magnetisierungsrichtung nur dann auf den ersten Magnetisierungsrichtungswert festzulegen, wenn die Sensorspulenspannung die Referenzspannung für die Mindestüberschreitungsdauer überschreitet. Der bestimmte Magnetisierungsrichtungswert wird typischerweise in einem Datenspeicher gespeichert. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Magnetisierungsrichtungswert nicht gespeichert wird, sondern nur verarbeitet wird. Beispielsweise kann basierend auf dem bestimmten Magnetisierungsrichtungswert ein Umdrehungszählwert bestimmt oder korrigiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht folglich eine einfache und zuverlässige Bestimmung der Magnetisierungsrichtung eines Wieganddrahts.
Die elektrischen Eigenschaften der Sensorspule, insbesondere der elektrische Widerstand der Sensorspule, sind im Allgemeinen temperaturabhängig, sodass ein durch das Einprägen des Prüfstroms in die Sensorspule verursachter Spannungsabfall an der Sensorspule gemäß ohmschem Gesetz ebenfalls temperaturabhängig ist. Vorzugsweise wird daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Temperatur erfasst und der Start-Referenzspannungswert und/oder der End- Referenzspannungswert basierend auf der erfassten Temperatur definiert, um unabhängig von einer aktuellen Temperatur eine zuverlässige Bestimmung der Magnetisierungsrichtung des Wieganddrahts zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Einprägen des Prüfstroms eine Kalibrierung ausgeführt. Hierbei wird ein vorzugsweise mit der Zeit ansteigender Kalibrierungsstrom in die Sensorspule eingeprägt, der einen dem 1/N-fachen eines maximalen Prüfstromwerts des Prüfstroms entsprechenden maximalen Kalibrierungsstromwert aufweist, und währenddessen die Sensorspulenspannung erfasst. Der End-Referenzspannungswert, bis zu dem die Referenzspannung ansteigt, wird anschließend definiert als die Summe aus dem Start-Referenzspannungswert und dem N-fachen eines während des Einprägens des Kalibrierungsstroms erfassten maximalen Sensorspulenspannungswerts. Der End-Referenzspannungswert ist daher stets größer als ein maximaler durch den Prüfstrom verursachter Spannungsabfall an der Sensorspule, sodass ein Überschreiten der Referenzspannung aufgrund der allein durch den Prüfstrom verursachten Sensorspulenspannung unabhängig von den aktuellen Messbedingungen zuverlässig vermieden werden kann.
Vorzugsweise wird die während des Einprägens des Kalibrierungsstroms erfasste Sensorspulenspannung mit einem konstanten Kalibrierungs- Referenzspannungswert verglichen, der - vorzugsweise nur geringfügig - größer ist als das Produkt aus dem maximalen Kalibrierungsstromwert und einem elektrischen Widerstand der Sensorspule, um festzustellen, ob während der Kalibrierung ein Wiegandspannungspuls in die Sensorspule induziert wurde oder nicht. Falls die während des Einprägens des Kalibrierungsstroms erfasste Sensorspulenspannung den Kalibrierungs- Referenzspannungswert überschreitet, wird angenommen, dass ein Wiegandspannungspuls induziert wurde und folglich die Magnetisierungsrichtung auf den ersten Magnetisierungsrichtungswert festgelegt. Zur Vermeidung einer fehlerhaften Magnetisierungsrichtungsbestimmung auf Grund von Spannungsfluktuation kann es auch hier vorteilhaft sein, als Kriterium für das Überschreiten eine festgelegte Mindestüberschreitungsdauer vorzusehen. Zur Vermeidung von sogenannten Krüppelpulsen wird nach der Kalibrierung, obwohl die Magnetisierungsrichtung bereits bekannt ist, vorzugsweise trotzdem noch der Prüfstrom in die Sensorspule eingeprägt, um den Wieganddraht vollständig durchzumagnetisieren.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch eine Wiegandsensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Die erfindungsgemäße Wiegandsensoranordnung umfasst einen Wieganddraht und eine Sensorspule, die den Wieganddraht radial umgibt. Eine derartige Anordnung eines Wieganddrahts und einer Sensorspule ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und wird auch als Wiegandsensor bezeichnet.
Erfindungsgemäß umfasst die Wiegandsensoranordnung eine Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit, die elektrisch mit der Sensorspule verbunden ist, und die eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung einer Magnetisierungsrichtung des Wieganddrahts auszuführen.
Im Speziellen ist die Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit eingerichtet, einen mit der Zeit ansteigenden Prüfstrom in die Sensorspule einzuprägen und währenddessen eine an der Sensorspule anliegende Sensorspulenspannung zu erfassen. Hierzu umfasst die Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit typischerweise eine auf beliebige bekannte Weise ausgestaltete regelbare Stromquelle sowie eine auf beliebige bekannte Weise ausgestaltete Spannungsmesseinrichtung.
Ferner ist die Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit eingerichtet, wie oben für das erfindungsgemäße Verfahren bereits beschrieben, eine Magnetisierungsrichtung des Wieganddrahts durch Vergleichen der während des Einprägens des Prüfstroms erfassten Sensorspulenspannung mit einer gleichzeitig mit dem Prüfstrom ansteigenden Referenzspannung, die ausgehend von einem definierten Start-Referenzspannungswert zu einem definierten End-Referenzspannungswert ansteigt, zu bestimmen.
Die Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit kann hierbei grundsätzlich durch eine beliebige Kombination aus Hardware und/oder Software realisiert sein. Vorzugsweise ist die Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit jedoch vollständig in einem einzigen entsprechend strukturierten und programmierten integrierten Schaltkreis (engl. : Integrated Circuit, IC), besonders bevorzugt in einem sogenannten anwendungsspezifischen IC (application-specific integrated circuit, ASIC) realisiert.
Die erfindungsgemäße Wiegandsensoranordnung ermöglicht durch die zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtete Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit eine einfache und zuverlässige Bestimmung der Magnetisierungsrichtung des Wieganddrahts.
Um unabhängig von einer aktuellen Temperatur eine zuverlässige Bestimmung der Magnetisierungsrichtung des Wieganddrahts zu ermöglichen, weist die erfindungsgemäße Wiegandsensoranordnung in einer bevorzugten Ausführung einen Temperatursensor auf und umfasst die Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit ein
Temperaturkompensationsmodul, das eingerichtet ist, den Start- Referenzspannungswert und/oder den End-Referenzspannungswert basierend auf einer durch den Temperatursensor erfassten Temperatur zu definieren.
Vorzugsweise umfasst das Temperaturkompensationsmodul hierbei einen Referenzwertspeicher, auch als Look-up Table bekannt, in dem mehrere unterschiedlichen Temperaturen zugeordnete temperaturspezifische Start- Referenzspannungswerte und/oder mehrere unterschiedlichen Temperaturen zugeordnete temperaturspezifische End- Referenzspannungswerte gespeichert sind. Dies ermöglicht eine einfache temperaturabhängige Definition des Start-Referenzspannungswerts und/oder des End-Referenzspannungswerts, für welche keine besonders leistungsfähige Recheneinheit erforderlich ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Temperaturkompensationsmodul auch einen Berechnungsalgorithmus zur temperaturabhängigen Berechnung des Start-Referenzspannungswerts und/oder des End-Referenzspannungswert durch eine Recheneinheit umfassen. Dies ermöglicht eine temperaturabhängige Definition des Start-Referenzspannungswerts und/oder des End-Referenzspannungswerts, für welche kein besonders großer Datenspeicher erforderlich ist. Hierbei ist es beispielsweise auch vorstellbar, dass der Berechnungsalgorithmus zur Berechnung des Start- Referenzspannungswerts und/oder des End-Referenzspannungswerts einen oder mehrere in dem Referenzwertspeicher gespeicherte Referenzspannungswerte verwendet.
Um eine besonders zuverlässige Bestimmung der Magnetisierungsrichtung des Wieganddrahts zu ermöglichen, umfasst in einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Wiegandsensoranordnung die Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit ein Kalibrierungsmodul, das eingerichtet ist, wie oben beschrieben, vor dem Einprägen des Prüfstroms eine Kalibrierung auszuführen. Im Speziellen ist das Kalibrierungsmodul eingerichtet, einen vorzugsweise zeitlich ansteigenden Kalibrierungsstrom in die Sensorspule einzuprägen, wobei ein maximaler Kalibrierungsstromwert dem 1/N-fachen eines maximalen Prüfstromwerts entspricht, während des Einprägens des Kalibrierungsstroms die Sensorspulenspannung zu erfassen, und den End-Referenzspannungswert als die Summe aus dem Start-Referenzspannungswert und dem N-fachen eines während des Einprägens des Kalibrierungsstroms erfassten maximalen Sensorspulenspannungswerts zu definieren.
Vorzugsweise ist das Kalibrierungsmodul hierbei eingerichtet, die während des Einprägens des Kalibrierungsstroms erfasste Sensorspulenspannung mit einem konstanten Kalibrierungs-Referenzspannungswert zu vergleichen, der - vorzugsweise nur geringfügig - größer ist als das Produkt aus dem maximalen Kalibrierungsstromwert und einem elektrischen Widerstand der Sensorspule, und, falls die während des Einprägens des Kalibrierungsstroms erfasste Sensorspulenspannung den Kalibrierungs-Referenzspannungswert überschreitet, das Einprägen des Prüfstroms zu unterbinden und die Magnetisierungsrichtung auf einen ersten Magnetisierungsrichtungswert festzulegen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Wiegandsensoranordnung,
Fig. 2 eine Prinzipskizze einer
Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit der
Wiegandsensoranordnung aus Fig. 1,
Fig. 3 beispielhafte zeitliche Verläufe eines in eine Sensorspule der Wiegandsensoranordnung aus Fig. 1 eingeprägten Prüfstroms, einer während des Einprägens des Prüfstroms erfassten Sensorspulenspannung und einer Referenzspannung, für den Fall, dass ein Wiegandspannungspuls in die Sensorspule induziert wird,
Fig. 4 die zeitlichen Verläufe des Prüfstroms, der während des Einprägens des Prüfstroms erfassten Sensorspulenspannung und der Referenzspannung aus Fig. 3, jedoch für den Fall, dass kein Wiegandspannungspuls in die Sensorspule induziert wird, Fig. 5 eine Prinzipskizze einer alternativen
Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit der
Wiegandsensoranordnung aus Fig. 1,
Fig. 6 beispielhafte zeitliche Verläufe eines in eine Sensorspule der Wiegandsensoranordnung aus Fig. 1 eingeprägten Kalibrierungsstroms und einer während des Einprägens des Kalibrierungsstroms erfassten Sensorspulenspannung sowie einen Kalibrierungs-Referenzspannungswert, für den Fall, dass kein Wiegandspannungspuls in die Sensorspule induziert wird, und
Fig. 7 die zeitlichen Verläufe des Kalibrierungsstroms und der während des Einprägens des Kalibrierungsstroms erfassten Sensorspulenspannung sowie den Kalibrierungs- Referenzspannungswert, jedoch für den Fall, dass ein Wiegandspannungspuls in die Sensorspule induziert wird.
Fig. 1 zeigt eine Wiegandsensoranordnung 100 mit einem Wiegandsensor 1, der einen Wieganddraht 11 und eine den Wieganddraht 11 radial umgebende Sensorspule 12 umfasst, und mit einer Schaltungsanordnung 2, die mit der Sensorspule 12 elektrisch verbunden ist. Die Schaltungsanordnung 2 umfasst einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) 21, einen Mikrocontroller 22 und einen Datenspeicher 23, welche zusammen eine Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit 3 bilden.
Der ASIC 21 umfasst einen Temperatursensor 211, eine geregelte Stromquellenschaltung 212, eine Referenzspannungsgeneratorschaltung 213 und eine Komparatorschaltung 214. Der Mikrocontroller 22 umfasst ein in Software realisiertes Temperaturkompensationsmodul 221, dem eine durch den Temperatursensor 211 erfasste Temperatur T bereitgestellt ist.
Das Temperaturkompensationsmodul 221 ist eingerichtet, einen aktuellen Start-Referenzspannungswert URa und einen aktuellen End- Referenzspannungswert URe basierend auf der Temperatur T zu definieren.
Das Temperaturkompensationsmodul 221 umfasst einen Referenzwertspeicher 2211, in dem mehrere unterschiedlichen Temperaturen Tl-Tn zugeordnete temperaturspezifische Start- Referenzspannungswerte URa(Tl)-URa(Tn) und mehrere unterschiedlichen Temperaturen Tl-Tn zugeordnete temperaturspezifische End-Referenzspannungswerte URe(Tl)-URe(Tn) gespeichert sind. Das Temperaturkompensationsmodul 221 umfasst ferner einen Berechnungsalgorithmus 2212, der eingerichtet ist, basierend auf der Temperatur T und den in dem Referenzwertspeicher 2211 gespeicherten temperaturspezifischen Start-Referenzspannungswerten URa(Tl)- URa(Tn) und temperaturspezifischen End-Referenzspannungswerten URe(Tl)-URe(Tn) den aktuellen Start-Referenzspannungswert URa und den aktuellen End-Referenzspannungswert URe zu berechnen.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass das Temperaturkompensationsmodul 221 alternativ auch nur einen Referenzwertspeicher 2211 oder nur einen Berechnungsalgorithmus 2212 umfassen kann. Im ersten Fall ist das Temperaturkompensationsmodul 221 eingerichtet, den aktuellen Start-Referenzspannungswert URa und den aktuellen End-Referenzspannungswert URe durch Auslesen des der Temperatur T zugeordneten temperaturspezifischen Start- Referenzspannungswerts URa(T) und des der Temperatur T zugeordneten temperaturspezifischen End-Referenzspannungswert URe(T) aus dem Referenzwertspeicher 2211 zu definieren. Im zweiten Fall ist der Berechnungsalgorithmus 2212 eingerichtet, den aktuellen Start- Referenzspannungswert URa und den aktuellen End-
Referenzspannungswert URe nur basierend auf der Temperatur T zu berechnen.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass das Temperaturkompensationsmodul 221 auch eingerichtet sein kann, nur den aktuellen Start-Referenzspannungswert URa oder nur den aktuellen End- Referenzspannungswert URe zu definieren. In diesem Fall ist der jeweils andere Referenzspannungswert URa, URe eine Konstante.
Der Referenzspannungsgeneratorschaltung 213 sind der aktuelle Start- Referenzspannungswert URa und der aktuelle End- Referenzspannungswert URe bereitgestellt. Die
Referenzspannungsgeneratorschaltung 213 ist eingerichtet, eine mit der Zeit t linear von dem aktuellen Start-Referenzspannungswert URa zu dem aktuellen End-Referenzspannungswert URe ansteigende Referenzspannung UR zu generieren.
Die geregelte Stromquellenschaltung 212 ist eingerichtet, einen mit der Zeit t linear ansteigenden Prüfstrom Ip in die Sensorspule 12 einzuprägen, wobei ein maximaler Prüfstromwert Ip-max über einen Maximalprüfstromparameter PIp-max vorgegeben ist.
Der Komparatorschaltung 214 sind die Sensorspulenspannung US und die Referenzspannung UR bereitgestellt. Die Komparatorschaltung 214 ist eingerichtet, durch Vergleichen der Sensorspulenspannung US mit der Referenzspannung UR einen die Magnetisierungsrichtung des Wieganddrahts 11 angebenden Magnetisierungsrichtungswert M zu bestimmen und in den Datenspeicher 23 zu schreiben. Im Speziellen ist die Komparatorschaltung 214 eingerichtet, einen ersten Magnetisierungsrichtungswert M = 1 in den Datenspeicher 23 zu schreiben, falls die Sensorspulenspannung US die Referenzspannung UR für eine definierte Mindestüberschreitungsdauer überschreitet, und andernfalls einen zweiten Magnetisierungsrichtungswert M=0 in den Datenspeicher 23 zu schreiben.
Fig. 3 zeigt beispielhaft die zeitlichen Verläufe des Prüfstroms Ip, der Sensorspulenspannung US und der Referenzspannung UR, für den Fall, dass ein Wiegandspannungspuls WP in die Sensorspule 12 induziert wird. Fig. 4 zeigt die zeitlichen Verläufe des Prüfstroms Ip, der Sensorspulenspannung US und der Referenzspannung UR aus Fig. 3, jedoch für den Fall, dass kein Wiegandspannungspuls WP in die Sensorspule 12 induziert wird.
Fig. 5 zeigt eine alternative erfindungsgemäße Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit 3', welche durch einen alternativ eingerichteten Mikrocontroller 22' für die Schaltungsanordnung 2 aus Fig. 1 gebildet wird. Der Mikrocontroller 22' unterscheidet sich von dem Mikrocontroller 22 aus Fig. 2 im Wesentlichen dadurch, dass der Mikrocontroller 22' anstelle des Temperaturkompensationsmoduls 221 ein Kalibrierungsmodul 222 zur Definition des aktuellen Start- Referenzspannungswerts URa und des aktuellen End- Referenzspannungswerts URe aufweist.
Das Kalibrierungsmodul 222 umfasst einen Kalibrierungsfaktorspeicher 2221, in dem ein Kalibrierungsfaktor N gespeichert ist, ein in Software realisiertes Kalibrierungs-Parameterbestimmungsmodul 2222, ein in Software realisiertes Kalibrierungs-Sensorspulenerfassungsmodul 2223 und ein in Software realisiertes Kalibrierungs-Auswertemodul 2224. Das Kalibrierungs-Parameterbestimmungsmodul 2222 ist eingerichtet, basierend auf dem Kalibrierungsfaktor N einen Maximalkalibrierungsstromparameter PIk-max zu bestimmen, welcher dem 1/N-fachen des Maximalprüfstromparameters PIp-max entspricht. Das Kalibrierungs-Parameterbestimmungsmodul 2222 ist ferner eingerichtet, einen Kalibrierungs-Referenzspannungswert URk zu bestimmen, der - vorzugsweise nur geringfügig - größer ist als das Produkt aus dem Maximalkalibrierungsstromparameter PIk-max und einem elektrischen Widerstand der Sensorspule 12. Das Kalibrierungs- Parameterbestimmungsmodul 2222 ist eingerichtet den Maximalkalibrierungsstromparameter PIk-max an die geregelte Stromquellenschaltung 212 bereitzustellen, sodass diese einen mit der Zeit t linear bis zu einem über den Maximalkalibrierungsstromparameter PIk- max vorgegeben maximalen Kalibrierungsstromwert Ik-max ansteigenden Kalibrierungsstrom Ik in die Sensorspule 12 einprägt.
Das Kalibrierungs-Sensorspulenerfassungsmodul 2223 ist eingerichtet, während des Einprägens des Kalibrierungsstroms Ik eine Kalibrierungs- Sensorspulenspannung USk zu erfassen.
Das Kalibrierungs-Auswertemodul 2224 ist eingerichtet, die Kalibrierungs-
Sensorspulenspannung USk mit dem Kalibrierungs-
Referenzspannungswert URk zu vergleichen. Das Kalibrierungs-
Auswertemodul 2224 ist eingerichtet, falls die Kalibrierungs-
Sensorspulenspannung USk den Kalibrierungs-Referenzspannungswert
URk nicht überschreitet: einen maximalen Kalibrierungs-
Sensorspulenspannungswert USk-max zu bestimmen, den aktuellen Start-
Referenzspannungswert URa als den Kalibrierungs-
Referenzspannungswert URk zu definieren, und den aktuellen End-
Referenzspannungswert URe als die Summe aus dem aktuellen Start-
Referenzspannungswert URa und dem N-fachen des maximalen Kalibrierungs-Sensorspulenspannungswerts USk-max zu definieren. Ferner ist das Kalibrierungs-Auswertemodul 2224 eingerichtet, falls die Kalibrierungs-Sensorspulenspannung USk den Kalibrierungs- Referenzspannungswert URk überschreitet, den ersten Magnetisierungsrichtungswert M = 1 in den Datenspeicher 23 zu schreiben.
Fig. 6 zeigt beispielhaft die zeitlichen Verläufe des Kalibrierungsstroms Ik und der Kalibrierungs-Sensorspulenspannung USk sowie den Kalibrierungs-Referenzspannungswert URk, für den Fall, dass kein Wiegandspannungspuls WP in die Sensorspule 12 induziert wird. Fig. 7 zeigt die zeitlichen Verläufe des Kalibrierungsstroms Ik und der Kalibrierungs-Sensorspulenspannung USk sowie den Kalibrierungs- Referenzspannungswert URk aus Fig. 6, jedoch für den Fall, dass ein Wiegandspannungspuls WP in die Sensorspule 12 induziert wird.
Die Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit 3' ist eingerichtet, nachdem der aktuelle Start-Referenzspannungswert URa und der aktuelle End-Referenzspannungswert URe durch das Kalibrierungsmodul 222 definiert wurden, wie oben beschrieben mittels der Referenzspannungsgeneratorschaltung 213 die Referenzspannung UR zu generieren, mittels der geregelten Stromquellenschaltung 212 den Prüfstrom Ip in die Sensorspule 12 einzuprägen, und mittels der Komparatorschaltung 214 während des Einprägens des Prüfstroms Ip die Sensorspulenspannung US mit der Referenzspannung UR zu vergleichen, um den Magnetisierungsrichtungswert M zu bestimmen. Bezugszeichenliste
100 Wiegandsensoranordnung
1 Wiegandsensor
11 Wieganddraht
12 Sensorspule
2 Schaltungsanordnung
21 anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC)
211 Temperatursensor
212 geregelte Stromquellenschaltung
213 Referenzspannungsgeneratormodul
214 Komparatorschaltung
22; 22' Mikrocontroller
221 Temperaturkompensationsmodul
2211 Referenzwertspeicher
2212 Berechnungsalgorithmus
222 Kalibrierungsmodul
2221 Kalibrierungsfaktorspeicher
2222 Kalibrierungs-Parameterbestimmungsmodul
2223 Kalibrierungs-Sensorspulenerfassungsmodul
2224 Kalibrierungs-Auswertemodul
23 Datenspeicher
3; 3' Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit
Ik Kalibrierungsstrom
Ik-max maximaler Kalibrierungsstromwert
Ip Prüfstrom
Ip-max maximaler Prüfstromwert
M Magnetisierungsrichtungswert
N Kalibrierungsfaktor
PIk-max Maximalkalibrierungsstromparameter PIp-max Maximalprüfstromparameter
S Stoppsignal t Zeit
T erfasste Temperatur Tl-Tn Temperaturen
UR Referenzspannung
URa Start-Referenzspannungswert
URa(Tl-Tn) temperaturspezifische Start-Referenzspannungswerte
URe End-Referenzspannungswert URe(Tl-Tn) temperaturspezifische End-Referenzspannungswerte
URk Kalibrierungs-Referenzspannungswert
US Sensorspulenspannung
USk Kalibrierungs-Sensorspulenspannung
USk-max maximaler Kalibrierungs-Sensorspulenspannungswert WP Wiegandspannungspuls

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Bestimmung einer Magnetisierungsrichtung (M) eines Wieganddrahts (11), wobei:
- ein mit der Zeit (t) ansteigender Prüfstrom (Ip) in eine den Wieganddraht (11) umgebende Sensorspule (12) eingeprägt wird, und
- während des Einprägens des Prüfstroms (Ip) eine an der Sensorspule (12) anliegende Sensorspulenspannung (US) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsrichtung (M) durch Vergleichen der während des Einprägens des Prüfstroms erfassten Sensorspulenspannung (US) mit einer gleichzeitig mit dem Prüfstrom (Ip) ansteigenden Referenzspannung (UR) bestimmt wird, wobei die Referenzspannung (UR) ausgehend von einem definierten Start-Referenzspannungswert (URa) zu einem definierten End-Referenzspannungswert (URe) ansteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei:
- eine Temperatur (T) erfasst wird, und
- der Start-Referenzspannungswert (URa) und/oder der End- Referenzspannungswert (URe) basierend auf der erfassten Temperatur (T) definiert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei:
- vor dem Einprägen des Prüfstroms (Ip) ein Kalibrierungsstrom (Ik) in die Sensorspule (12) eingeprägt wird, wobei ein maximaler Kalibrierungsstromwert (Ik-max) dem 1/N-fachen eines maximalen Prüfstromwerts (Ip-max) entspricht, - während des Einprägens des Kalibrierungsstroms (Ik) die Sensorspulenspannung (USk) erfasst wird, und
- der End-Referenzspannungswert (URe) definiert wird als die Summe aus dem Start-Referenzspannungswert (URa) und dem N-fachen eines während des Einprägens des Kalibrierungsstroms erfassten maximalen Sensorspulenspannungswerts (USk-max).
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei:
- die während des Einprägens des Kalibrierungsstroms (Ik) erfasste Sensorspulenspannung (USk) mit einem Kalibrierungs- Referenzspannungswert (URk) verglichen wird, der größer ist als das Produkt aus dem maximalen Kalibrierungsstromwert (Ik-max) und einem elektrischen Widerstand der Sensorspule (12), und
- falls die während des Einprägens des Kalibrierungsstroms (Ik) erfasste Sensorspulenspannung (USk) den Kalibrierungs- Referenzspannungswert (URk) überschreitet, die Magnetisierungsrichtung (M) auf einen ersten Magnetisierungsrichtungswert (M = l) festgelegt wird.
5. Wiegandsensoranordnung (100) umfassend:
- einen Wieganddraht (11) und
- eine Sensorspule (12), die den Wieganddraht (11) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit (3) vorhanden ist, die eingerichtet ist:
- einen mit der Zeit (t) ansteigenden Prüfstrom (Ip) in die Sensorspule (12) einzuprägen,
- während des Einprägens des Prüfstroms (Ip) eine an der
Sensorspule (12) anliegende Sensorspulenspannung (US) zu erfassen, und - eine Magnetisierungsrichtung (M) des Wieganddrahts (11) durch Vergleichen der während des Einprägens des Prüfstroms (Ip) erfassten Sensorspulenspannung (US) mit einer gleichzeitig mit dem Prüfstrom (Ip) ansteigenden Referenzspannung (UR) zu bestimmen, wobei die Referenzspannung (UR) ausgehend von einem definierten Start-Referenzspannungswert (URa) zu einem definierten End-Referenzspannungswert (URe) ansteigt. Wiegandsensoranordnung (100) nach Anspruch 5, zusätzlich umfassend einen Temperatursensor (211), wobei die Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit (3) ein Temperaturkompensationsmodul (221) umfasst, das eingerichtet ist, den Start-Referenzspannungswert (URa) und/oder den End- Referenzspannungswert (URe) basierend auf einer durch den Temperatursensor (211) erfassten Temperatur (T) zu definieren. Wiegandsensoranordnung (100) nach Anspruch 6, wobei das Temperaturkompensationsmodul (221) einen Referenzwertspeicher (2211) umfasst, in dem mehrere unterschiedlichen Temperaturen (Tl-Tn) zugeordnete temperaturspezifische Start- Referenzspannungswerte (URa(Tl)-URa(Tn)) und/oder mehrere unterschiedlichen Temperaturen (Tl-Tn) zugeordnete temperaturspezifische End-Referenzspannungswerte (URe(Tl)- URe(Tn)) gespeichert sind. Wiegandsensoranordnung (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das
Temperaturkompensationsmodul (221) einen
Berechnungsalgorithmus (2212) zur temperaturabhängigen Berechnung des Start-Referenzspannungswerts (URa) und/oder des End-Referenzspannungswert (URe) umfasst. Wiegandsensoranordnung (100) nach Anspruch 5, wobei die Magnetisierungsrichtungsbestimmungseinheit (3) ein Kalibrierungsmodul (222) umfasst, das eingerichtet ist:
- vor dem Einprägen des Prüfstroms (Ip) einen Kalibrierungsstrom (Ik) in die Sensorspule (12) einzuprägen, wobei ein maximaler Kalibrierungsstromwert (Ik-max) dem 1/N-fachen eines maximalen Prüfstromwerts (Ip-max) entspricht,
- während des Einprägens des Kalibrierungsstroms (Ik) die Sensorspulenspannung (USk) zu erfassen, und
- den End-Referenzspannungswert (URe) als die Summe aus dem Start-Referenzspannungswert (URa) und dem N-fachen eines während des Einprägens des Kalibrierungsstroms (Ik) erfassten maximalen Sensorspulenspannungswerts (USk-max) zu definieren. Wiegandsensoranordnung (100) nach Anspruch 9, wobei das Kalibrierungsmodul (222) eingerichtet ist:
- die während des Einprägens des Kalibrierungsstroms (Ik) erfasste Sensorspulenspannung (USk) mit einem Kalibrierungs- Referenzspannungswert (URk) zu vergleichen, der größer ist als das Produkt aus dem maximalen Kalibrierungsstromwert (Ik-max) und einem elektrischen Widerstand der Sensorspule (12), und
- falls die während des Einprägens des Kalibrierungsstroms (Ik) erfasste Sensorspulenspannung (USk) den Kalibrierungs- Referenzspannungswert (URk) überschreitet, die Magnetisierungsrichtung (M) auf einen ersten
Magnetisierungsrichtungswert (M = l) festzulegen.
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