KR101528651B1

KR101528651B1 - 진단 가능한 홀 센서

Info

Publication number: KR101528651B1
Application number: KR1020107021864A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 포이케르트; 볼프강 클리만넬
Original assignee: 젯트에프 프리드리히스하펜 아게
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2015-06-12
Also published as: EP2260315A2; US20110018534A1; KR20110021718A; US8362764B2; WO2009121352A3; CN101983340A; JP2011516842A; DE102008000943A1; JP5599112B2; DE102008000943B4; WO2009121352A2

Abstract

본 발명은 홀 프로브(2)에 의해 자계 강도를 결정하기 위한 측정 장치 및 홀 센서 장치(1)의 기능 진단 방법에 관한 것이다. 측정 장치는 홀 프로브(2)를 가진 센서 장치(1)를 포함하고, 본 발명에 따라 홀 프로브(2)로부터 갈바닉 분리된 전기 진단 도체(4)를 특징으로 한다. 진단 가능한 홀 센서 장치(1), 및 센서 장치(1) 또는 홀 센서(2)를 영구적이고 포괄적으로 진단을 할 수 있는, 홀 센서(2)의 기능 진단 방법이 형성된다. 특히, 홀 센서(2)는 질적으로 기능적 성능 또는 고장에 대해 체크될 뿐만 아니라, 양적으로 정확한 교정에 대해 체크될 수 있고, 경우에 따라 센서(2)의 즉각적인 보정 또는 재교정이 이루어질 수 있다. 따라서, 예컨대 온도 드리프트에 기인한 또는 센서(2)의 기계적 응력에 기인한 측정 에러가 제거될 수 있다.

Description

진단 가능한 홀 센서{DIAGNOSABLE HALL SENSOR}

본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 홀 프로브를 구비한 센서 장치의 위치를 결정하기 위한 측정 장치에 관한 것이다.

홀 프로브는 종래 기술에 공지되어 있다. 기본적으로 홀 프로브는 공급 전류가 흐르는 도전성 센서 면으로 이루어진다. 전류가 흐르는 센서 면이 자계와 상호 작용하면, 센서 면에서 이동되는 전하 캐리어에 대한 로렌츠 힘으로 인해, 전하 캐리어의 이동 방향에 대해 횡으로 전하 캐리어의 편향이 나타난다. 이로 인해, 전계, 및 센서 면의 2개의 측면 가장자리들 사이에 측정 가능한 전압이 생긴다.

홀 전압이라고 공지된 이 전압은 센서에 작용하는 자계의 자속 밀도와 센서 면을 흐르는 공급 전류와의 곱에 비례한다. 이로 인해, 홀 전압의 측정에 의해 -공급 전류 세기가 공지된 경우- 센서에 작용하는 자속 밀도가 비례 상수(proportionality factor)를 제외하고 결정될 수 있다. 비례 상수는 주로 센서 면의 기하학적 치수에 의존한다.

이러한 홀 프로브 또는 홀 센서는 예컨대 집적 홀 센서 소자의 형태로 공지되어 있으며, 홀 센서 다음에 처리 장치가 접속되고, 상기 처리 장치는 홀 센서에 의해 송출된 홀 신호를 평가를 위해 처리하고 홀 신호로부터 결과하는 출력 신호를 송출한다. 홀 센서 및 처리 장치는 하나의 하우징 내에 집적될 수 있다.

홀 센서는 예컨대 접촉 및 마모 없이 2개의 기계적 부품들의 상대 위치를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 이를 위해, 홀 센서가 2개의 기계 부품들 중 하나에 배치되는 한편, 자계 발생 부품, 바람직하게는 영구자석이 상기 2개의 기계적 부품들 중 다른 하나에 배치된다. 2개의 기계 부품들의 상대 운동시, 홀 센서의 위치에서 자계 발생 부품의 자력선의 세기 및/또는 각도, 그에 따라 홀 센서에 의해 발생되는 홀 전압이 변한다. 따라서, 2개의 기계적 부품의 상대 위치의 변화가 레지스터될 수 있고, 홀 센서의 상응하는 교정(calibration)의 경우 측정되거나 양적으로 검출된다.

그러나, 홀 센서의 경우에도 예컨대 전자적 결함으로 인한 센서 소자의 고장 위험이 있다. 마찬가지로, 예컨대 상이한 작동 온도로 인해, 표유된 외부 자계로 인해, 또는 홀 센서로 전달됨으로써 센서의 감도 또는 특성 곡선을 변화시킬 수 있는 기계적 응력으로 인해, 측정 신호가 왜곡될 수 있다.

종래의 홀 센서 소자가 그러한 결함으로 인해 고장나거나 또는 설명된 경계 조건으로 인해 홀 센서의 신호의 왜곡이 나타나면, 종종 조립된 상태에서 또는 작동 중에 홀 센서 소자의 기능적 성능이 충분히 체크되지 못함으로써, 결함이 검출되지 않는 문제가 생긴다. 종래 기술은 홀 센서 소자 자체뿐만 아니라 홀 센서에 관련된, 즉 센서 소자와 함께 대부분 하나의 칩 하우징에 수용되는 전자 평가 장치의 진단과 관련해서 낮은 가능성을 갖는다.

DE 100 47 994 A1에는 홀 센서 소자를 통해 흐르는 전류가 주기적으로 변하고, 센서 출력 전압의 상응하는 변화로부터 센서의 기능적 성능이 추정되는 방식으로, 조립된 상태에서 홀 센서의 진단이 실시될 수 있는 홀 센서 소자가 공지되어 있다. 그러나, 상기 공보에서는 질적 분석의 의미로만, 홀 센서 소자 및/또는 후속 접속된 전자 평가 장치가 제대로 기능 하는지의 여부, 또는 소자들 중 하나의 소자의 고장이 있는지의 여부가 확인될 수 있다. 이에 반해, 홀 센서 소자 자체 또는 전자 평가 장치가 고장에 관련되는지의 여부가 확인될 수 없고, 센서의 출력 신호가 예컨대 외부 영향에 의해 왜곡되었는지의 여부가 체크될 수 있도록 양적 분석이 이루어질 수 없다. 상기 공보에서는 또한 홀 센서 소자가 예컨대 기계적으로 응력을 받고, 이러한 이유로 왜곡된 신호를 송출하는지의 여부가 확인될 수 없다. 왜냐하면, 이 경우 홀 센서 소자의 출력 신호의 변화가 홀 센서 소자의 기계적 응력 또는 다른 에러에 기인하는지의 여부, 또는 측정된 자계의 변화에 실제로 상응하는지의 여부가 확인될 수 없기 때문이다.

이러한 배경에서, 본 발명의 과제는 센서 장치의 포괄적인 진단이 이루어지는, 홀 프로브를 구비한 진단 가능한 센서 장치 및 홀 센서 장치의 기능 진단 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명에 의해 홀 센서 소자 및 홀 센서 소자의 전자 평가 장치의 진단이 실시될 수 있어야 한다. 또한, 센서 장치의 질적 및 양적 진단이 가능해짐으로써, 센서 장치의 교정, 또는 예컨대 변화된 주변 조건으로 인해 발생하는 측정 에러들의 제거가 가능해져야 한다.

상기 과제는 청구항 제 1항에 따른 진단 가능한 측정 장치에 의해 해결되고, 청구항 제 9항에 따른 홀 센서 장치의 기능 진단 방법에 의해 해결된다.

바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 대상이다.

공지된 방식으로 측정 장치는 자계의 세기를 검출하기 위해 사용된다. 이를 위해, 측정 장치는 하나 이상의 홀 프로브를 구비한 센서 장치를 포함한다. 홀 프로브는 홀 프로브를 관통하는 자계에 따라 그리고 홀 프로브를 통해 흐르는 공급 전류에 따라 홀 전압을 발생시키도록 설계된다.

본 발명에 따라 측정 장치는 홀 프로브로부터 갈바닉 분리된, 바람직하게는 홀 프로브의 바로 근처에 배치된 전기 진단 도체, 및 진단 도체를 통해 특정 진단 전류를 발생시키기 위한 드라이버 장치를 특징으로 한다.

드라이버 장치에 의해 특정 진단 전류가 안내되는 진단 도체는 진단 전류에 의해 야기된 자계를 발생시키고, 상기 자계는 홀 프로브에 작용한다. 이로 인해, 홀 프로브 내에 특정 크기의 홀 전압이 생긴다. 진단 전류에 의해 야기된 홀 전압이 평가될 수 있고 평가를 기초로 홀 프로브의 기능 및 홀 프로브의 전자 평가 장치의 기능에 대한 추정이 이루어질 수 있다.

특히, 진단 전류의 크기와 이로 인해 야기되는 홀 전압의 크기 사이의 관계가 형성될 수 있는데, 그 이유는 진단 도체의 특정 자계 세기 및 상기 자계 세기와 관련된 홀 전압의 특정 설정 값이 진단 전류의 특정 크기에 할당되기 때문이다. 이로 인해, 홀 프로브 또는 그 전자 평가 장치의 기능적 성능에 대한 질적 및 양적 추정이 이루어질 수 있다. 상응하게 정확한 평가시, 진단 전류의 공지된 크기, 이로 인해 야기된 홀 전압의 크기 및 이 진단 전류와 관련된 홀 전압의 설정 값으로부터, 상응하는 보정 값이 결정됨으로써, 홀 프로브 또는 측정 장치의 교정이 이루어질 수 있다. 이로 인해, 예컨대 홀 프로브의 온도 보상이 이루어짐으로써, 홀 프로브의 정확도, 신뢰도 및 온도 안정성이 현저히 개선될 수 있다.

본 발명에 따른 측정 장치에 의해, 안전상의 이유로, 예컨대 센서의 고장 시 사람 또는 장치의 손상을 피하기 위해 센서 고장의 확실한 검출이 필요한 곳에 바람직하게 사용될 수 있는 진단 가능한 자계 센서가 형성된다.

본 발명에 따른 측정 장치는 종래 기술과는 달리, 인용된 종래 기술에서와 같은 외부 자계 없이, 홀 센서 또는 전자 평가 장치의 기능적 성능을 테스트할 수 있다. 진단에 기초가 되는 자계는 본 발명에 따라 진단 도체 및 진단 전류 자체에 의해 발생되며, 이는 진단 자계의 세기가 공지되어 있거나 또는 필요에 따라 설정될 수 있다는 추가의 장점을 갖는다. 예컨대, 홀 프로브의 기계적 응력은 공지되거나 진단될 수 있는데, 그 이유는 이것이 홀 전압의 상응하는 왜곡을 일으키지만, 이 왜곡이 본 발명에 따라 공지된 진단 전류 및 마찬가지로 공지된 진단 자계를 기초로 레지스터 될 수 있기 때문이다.

진단 도체와 홀 프로브 사이의 갈바닉 분리는 매우 확실한 진단 및 진단 전압 또는 진단 전류로부터 홀 프로브의 보호에 기여한다.

본 발명은, 진단 전류를 결정하는 변수가 공지되어 있고 이로부터 진단 자계의 세기, 및 진단 자계에 의해 발생되는 홀 전압의 설정 크기가 계산될 수 있다면, 진단 전류가 어떤 형태 및 크기인지와는 관계없이 구현될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라, 진단 전류가 공지된 방식으로 주기적으로 변하는 전류 세기를 갖거나, 또는 공지된, 정해진 펄스 패턴이 진단 전류에 가해진다. 이로 인해, 홀 프로브에 의해 송출되는 홀 전압을 측정 부분 전압 및 진단 부분 전압으로 분할할 수 있는 바람직한 가능성이 생긴다. 이는, 공지된 또는 공지되지 않은 크기의 외부 자계 또는 전류 자계가 있다면, 홀 프로브의 완전한, 경우에 따라 양적 진단이 이루어질 수 있다는 점에서 바람직하다.

특히, 진단 전류가 공지된 펄스 패턴의 형태로 주어지면, 홀 프로브에 의해 송출되는 홀 전압에서도 상응하는 펄스 패턴이 확인될 수 있다. 홀 전압에 존재하는 펄스의 수 및 특히 크기를 기초로, 경우에 따라 측정 신호와 중첩된 진단 신호와 측정 신호 사이의 분리가 이루어질 수 있다. 특히, 홀 전압에 존재하는 펄스의 진폭이 측정된 다음, 상기 측정된 진폭을 기초로 그리고 진단 전류의 공지된 진폭을 기초로, 전술한 바와 같이, 측정 장치 또는 홀 프로브의 완전한 진단이 이루어질 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 다른 실시예에 따라, 홀 프로브와 진단 도체가 함께 프로브 하우징 내에 배치 또는 주조된다. 상기 프로브 하우징은 홀 프로브와 그 전자 평가 장치 및 진단 도체가 수용되는 칩 하우징일 수 있다. 이는 진단 도체와 홀 프로브 사이의 상대 위치가 정확하게 그리고 변함없이 정해짐으로써, 홀 프로브의 영역에서 진단 도체에 의해 발생된 자계의 교정이 이루어질 필요가 없다는 장점을 갖는다. 또한, 이로 인해, 진단 도체의 최적의 보호 및 센서 장치의 최적의 핸들링이 이루어진다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서는, 센서 장치가 집적 전류 측정 센서이다. 달리 표현하면 진단 도체가 전류 측정 센서의 칩 하우징 내에 배치된 분로 저항(shunt resistance) 또는 계기용 분류기(instrument shunt)로 형성된다. 이 경우, 상기 전류 측정 센서는 공지되지 않은 전류 세기를 측정하는데 사용되지 않고, 진단 전류 형태의 공지된 전류 세기의 프리세팅(presetting)에 의해 센서 및 전자 평가 장치의 진단과 동시에 공지되지 않은 크기의 자계를 측정하는데 사용된다.

본 발명의 다른 특히 바람직한 실시예에 따라, 측정 장치는 센서 장치 또는 홀 프로브에 대해 상대 이동 가능하게 배치된 추가의 자석을 특징으로 한다. 자석의 자계에 의해 생긴 홀 프로브의 홀 전압을 기초로, 센서 장치와 자석 사이의 상대 위치 또는 간격이 결정된다. 바람직하게는 센서 장치와 자석이 서로 상대적으로 회전 가능하거나 또는 서로 상대적으로 이동 가능하게 배치된다.

이는, 센서 장치가 상대 이동 가능한 부품들 중 하나에 배치되고 자석이 2개의 상대 이동 가능한 부품들 중 다른 하나에 배치됨으로써, 측정 장치가 일반적으로 2개의 상대 이동 가능한 기계적 부품들의 상대 위치를 결정하기 위해 사용되는 것을 가능하게 한다.

이러한 배경에서, 본 발명에 따른 측정 장치의 가능한 그리고 바람직한 사용 분야는 자동차 전자 공학 분야, 특히 자동차의 시프트-바이-와이어(shift-by-wire) 제어식 변속기용 작동 장치이다. 이 경우, 홀 센서 측정 장치는 특히 작동 레버의 변속 위치를 마모 및 마찰 없이 검출하기 위해 사용된다.

이러한 작동 장치의 경우 자동차 내부에서 변속기 작동 레버의 실제 변속 상태를 검출하기 위해 예컨대 작동 레버에 자석이 배치될 수 있고, 상기 자석은 특정 변속 위치에서 센서 장치 또는 센서 장치의 홀 프로브의 작용 영역에 특정 크기의 자계를 형성한다.

자동차에서 상기 용도를 위해 본 발명에 따른 측정 장치가 사용되면, 자동차 내에 배치된 전자 진단 장치에 의해 센서 장치의 장애 또는 고장이 검출될 수 있고 상응하게 진단될 수 있다. 또한, 자동차 내에 배치된 전자 진단 장치에 의해, 변속기 작동 장치 내에 사용된 홀 센서 장치의 기능적 성능이 영구적으로 모니터링되고, 경우에 따라 보정될 수 있다. 센서 장치의 장애 또는 고장이 검출되면, 운전자에게 이것을 신호화하거나 또는 고장에 할당된 안전 프로그램을 실행하는 것이 가능하다. 이로 인해, 변속기의 오작동이 방지됨으로써 운전자 또는 차량의 손상이 피해질 수 있다.

본 발명은 또한 홀 센서 장치의 기능 진단 방법에 관한 것이다. 홀 센서 장치는 하나 이상의 홀 프로브, 상기 홀 프로브로부터 갈바닉 분리된 진단 도체, 및 드라이버 장치를 포함한다. 드라이버 장치는 미리 주어진 진폭 파형으로 변하는 진단 전류를 진단 도체에 인가하기 위해 사용된다. 본 발명에 따른 방법은 하기에 제시되는 방법 단계들을 포함한다.

먼저, 센서 장치의 전자 제어 장치에 의해 규정된 공급 전류가 발생되고, 상기 전류는 홀 전압 측정의 전제 조건으로서 홀 프로브를 통해 흐른다.

후속해서, 다음 방법 단계에서, 진단 전류가 진단 도체에 인가된다. 달리 표현하면, 상응하는 드라이버 회로는 미리 주어진 주기로 변하는 진단 전류가 진단 도체를 통해 흐르게 한다. 이러한 2개의 제 1 방법 단계들의 순서는 임의이며 중요하지 않다.

후속해서, 다음 방법 단계에서 홀 프로브에 의해 생긴 홀 전압이 결정되며, 상기 홀 전압은 다음 방법 단계에서 측정 부분 전압 및 진단 부분 전압으로 분할된다. 측정 부분 전압과 진단 부분 전압으로 홀 전압의 분할은 간단한 차이 형성에 의해 이루어질 수 있는데, 그 이유는 진단 전류의 진폭 파형 및 상기 진단 전류에 의해 생긴 홀 전압의 설정 크기가 공지되어 있기 때문이다. 따라서, 홀 프로브에 의해 송출된 홀 전압과, 펄스형 진단 전류에 의해 생긴 홀 부분 전압의 설정 크기 사이의 차이 형성에 의해, 홀 프로브의 측정 부분 전압이 검출될 수 있다.

이러한 방식으로, 측정 부분 전압(홀 프로브에 작용하는 외부 자계의 척도로서) 및 진단 부분 전압(진단 전류에 의해 생긴 자계의 척도로서)이 공지되어 있고, 후속해서 다음 방법 단계에서 별도로 평가될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 정상 작동 중에도 홀 센서 장치의 영구 진단을 가능하게 한다. 진단 전류와 진단 도체에 의해 발생된 진단 자계와 예컨대 영구 자석의 외부 자계와의 중첩, 및 후속해서 진단 부분 전압과 측정 부분 전압으로 홀 프로브 신호의 재분리로 인해, 측정 신호와 진단 신호의 상호 영향이 나타나지 않는다.

본 발명에 따른 방법에 의해, 홀 센서 장치의 기능이 주어지는지 또는 주어지지 않는지의 여부에 대한 질적 진단이 이루어질 뿐만 아니라, 홀 프로브의 신호가 정확하고 각각 주어진 자계에 비례하는지의 여부에 대한 양적 진단도 이루어질 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명에 따른 방법에 의해 홀 프로브의 영구 모니터링 및 경우에 따라 교정이 실시될 수 있다. 이는 예컨대 온도 드리프트로 인한 또는 홀 프로브의 기계적 응력으로 인한 신호 왜곡이 발생할 때 필요할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 진단 전류의 진폭 파형이 공지되어 있거나 정확하게 미리 정해질 수 있어서 차이 형성에 의해 진단 부분 전압이 측정 부분 전압으로부터 다시 분리될 수 있다면, 가변 진단 전류가 어떤 진폭 파형을 갖는지와는 관계없이 실시될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시예에 따라, 진단 전류는 펄스형 진폭 파형을 갖는다. 펄스형 진폭 파형은, 펄스가 그것의 높은 에지 경사도로 인해 매우 간단하고 정확하게 홀 프로브의 출력 신호에서 검출될 수 있어서 측정 부분 전압으로부터 확실하게 분리될 수 있다는 점에서 바람직하다.

본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 실시예에 따라, 홀 프로브의 출력 신호의 평가의 범주에서, 미리 정해진 시간 내에 검출된 펄스의 평가 또는 펄스의 진폭의 평가가 이루어진다. 펄스 수의 평가는, 특히 공급된 진단 전류의 펄스의 수와 동일한 수의 펄스가 정해진 특정 시간 내에 레지스터 되면, 센서 장치의 고장이 추정될 수 있는, 홀 센서 장치의 간단한 질적 진단의 범주에서 이루어질 수 있다. 이와 달리, 진단 부분 전압의 펄스 진폭의 평가는 특히 전술한 바와 같이 센서 장치의 양적 진단 또는 교정을 가능하게 한다.

자동차, 특히 작동 부재를 이용한 변속기의 작동 분야에 본 발명에 따른 방법을 사용한다는 배경에서, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 센서 장치에 대해 상대 운동 가능한 부품에 자석이 배치된다. 측정 부분 전압을 기초로, 센서 장치와 자석 사이의 상대 위치가 결정된다. 바람직하게는 변속 레버의 이동 시에 센서 장치와 자석 사이의 상대 운동이 이루어지도록, 센서 장치 또는 자석이 작동 장치의 베이스 또는 변속 레버에 배치됨으로써 차량 변속기의 변속 레버의 위치가 검출된다. 이러한 상대 운동은 센서 장치의 영역에 또는 센서 장치의 홀 프로브의 영역에서 작용하는 자석의 자계를 변동시키고, 이로 인해 상응하는 교정 후에 작동 장치의 베이스와 변속 레버 사이의 각각의 상대 위치가 추정될 수 있다.

이하에서, 본 발명이 실시예를 도시한 도면을 참고로 상세히 설명된다.

본 발명에 의해, 센서 장치의 포괄적인 진단이 이루어지는, 홀 프로브를 구비한 진단 가능한 센서 장치 및 홀 센서 장치의 기능 진단 방법이 제공된다. 특히, 본 발명에 의해 홀 센서 소자 및 홀 센서 소자의 전자 평가 장치의 진단이 실시될 수 있다. 또한, 센서 장치의 질적 및 양적 진단이 가능해짐으로써, 센서 장치의 교정, 또는 예컨대 변화된 주변 조건으로 인해 발생하는 측정 에러들의 제거가 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 측정 장치의 센서 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 측정 장치 실시예의, 도 1에 상응하는 도면.
도 3은 도 2에 따른 측정 장치의 홀 프로브의 출력 전압의 다이어그램.
도 4는 작동 동안 도 2 및 도 3에 따른 측정 장치의 홀 프로브의 출력 전압을 나타낸, 도 3에 상응하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 측정 장치의 센서 장치 및 자석으로 이루어진 장치를 나타낸 개략도.
도 6은 도 5에 따른 센서 장치 및 자석으로 이루어진 장치를 나타낸 도 5에 상응하는 저면도.

도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 측정 장치의 센서 장치(1)가 개략적인 회로도로 도시된다.

홀 프로브(2)가 도시되고, 홀 프로브의 4개의 에지는 통상의 방식으로 전자적 공급 및 평가 회로(3)와 접속된다. 이로 인해, 홀 효과의 발생에 필요한 공급 전류가 홀 프로브(2)에 제공되고, 자계의 발생시, 공급 전류에 대해 평행한, 홀 프로브(2)의 측면 에지에서 상응하는 홀 전압이 탭 되고 레지스터 된다.

도시된 센서 장치(1)는 홀 프로브(2)로부터 갈바닉 분리된 진단 도체(4)를 포함하고, 상기 진단 도체는 드라이버 장치(8)(도 1에 도시되지 않음, 도 2 참고)로부터 전류를 공급받기 때문에, 특정 진단 전류가 진단 도체(4)에 흐를 수 있다.

진단 도체(4)를 통해 흐르는 진단 전류는, 진단 도체 주위에 진단 전류에 의해 야기된 자계(5)가 형성되게 한다. 상기 자계(5)는 홀 프로브(2)를 통과함으로써, 공급 전류에 대해 평행하게 홀 프로브(2)를 통해 연장하는 홀 프로브(2)의 2개의 에지에 상응하는 홀 전압을 발생시킨다.

센서 장치의 평가 회로(3)는 홀 전압을 받아 증폭시키고, 상응하는 신호로서 센서 장치의 출력부(6)를 통해 출력한다.

도 2는 도 1의 센서 장치(1)가 본 발명에 따른 측정 장치 내에 통합되는지를 나타낸다. 도 1에 따른 센서 장치(1) 외에, 도 2에는 센서 장치(1)에 대해 상대 이동 가능한 자석(7)이 도시된다. 예컨대, 자석(7)은 변속기용 작동 장치의 변속 레버에 배치될 수 있는 반면, 센서 장치(1)는 작동 장치의 하우징 또는 베이스에 배치된다.

측정 장치는 센서 장치(1) 외에, 드라이버 장치(8), 직렬 저항(9) 및 전자 제어 장치(10)를 포함한다. 전자 제어 장치(10)는 센서 장치(1)의 본 발명에 따른 진단을 위해 필요한 전체 과정들을 코디네이트 한다. 상기 과정들에는, 전자 제어 장치(10)에 의해 송출된 구형파 신호(11)에 의한 드라이버 장치(8)의 제어가 포함된다. 구형파 신호(11)는 드라이버 장치(8)에 의해 증폭되고 구형 진폭 파형을 가진 펄스형 진단 전류(12)의 형태로, 센서 장치(1) 내에 배치된 진단 도체(4)에 인가된다. 진단 도체(4)를 통해 흐르는 전류의 제한을 위해 그리고 진단 도체(4)를 통해 흐르는 전류 세기를 검출하기 위해, 측정 장치는 직렬 저항(9)을 포함한다. 진단 전류(12)의 파형에 비례하는, 진단 전류(12)와 마찬가지로 펄스형인 제어 전압(13)이 직렬 저항(9)에서 강하하고, 상기 제어 전압은 전자 제어 장치(10)에 공급된다.

또한, 전자 제어 장치(10)가 센서 장치(1)의 출력부(6)와 접속되므로, 홀 프로브(2)의 상응하게 증폭된 신호(14)가 전자 제어 장치(10)에 공급된다. 센서 장치(1)에 의해 송출된 홀 프로브(2)의 신호(14)는 합 신호(14)이며, 상기 합 신호는 홀 프로브(2)의 위치에 있는, 자석(7) 및 진단 도체(4)의 중첩된 자계에 상응한다.

드라이버 장치(8)의 공지된 특성으로 인해 그리고 직렬 저항(9)을 통해 재측정된 진단 전류(12)로 인해, 진단 도체(4)를 통해 흐르는 전류 세기, 그에 따라 진단 도체(4)에 의해 홀 프로브(2)의 영역에 생긴 자계(5)의 크기도 공지되어 있다. 따라서, 상기 공지된 관계로 인해, 홀 프로브(2)에 의해 생긴 설정 진단 신호가 계산될 수 있고 홀 프로브(2)에 의해 송출된 합 신호(14)와의 중첩에 의해 합 신호(14)로부터 제거되거나 또는 합 신호(14)로부터 분리됨으로써, 자석(7)으로 리턴하는, 홀 프로브의 순수한 아날로그 신호가 얻어진다.

도 3 및 도 4에는 센서 장치(1)에 의해 송출되는 합 신호(14)에 대한 예가 도시되며, 상기 합 신호(14)는 전술한 바와 같이 자석(7)과 진단 도체(4)의 자계들의 중첩으로부터 얻어진다.

도 3은 센서 장치(1)에 대해 자석(7)이 정지된 경우 센서 장치(1)의 출력 전압 또는 합 신호(14), 예컨대 작동 레버가 움직이지 않을 경우 변속기용 작동 장치의 센서 장치(1)의 신호를 나타낸다. 합 신호(14)의 구성 성분으로서 수직 축을 따라 도시된 측정 신호(15)는 시간에 대해 일정하다. 합 신호(14)의 측정 부분 전압(15)의 크기로부터, 자석(7)과 센서 장치(1) 사이의 간격, 또는 예시의 경우 변속기 작동 레버의 절대 위치가 추정될 수 있다.

펄스형 진단 전류(12)로부터 진단 도체(4)에 의해 생긴 펄스형 진단 부분 전압(16)이 측정 부분 전압(15)과 중첩된다. 진단 부분 전압(16)의 펄스의 존재 및 진폭으로부터 본 발명에 따라 센서 장치(1)의 기능적 성능 및 정확한 교정이 추정될 수 있는데, 그 이유는 진단 전류(12)의 세기, 그에 따라 진단 전류(12)에 의해 야기된 자계의 크기 및 이로 인해 발생된 진단 신호의 설정 값이 공지되고 진단 신호(16)의 실제 값과 비교될 수 있기 때문이다.

도 4에는 센서 장치(1)에 대한 자석(7)의 움직임이 동일하지 않은 경우 또는 센서 장치(1)를 구비한 변속기 작동 레버의 움직임이 이에 상응하는 경우 나타나는 바와 같은 센서 장치(1)의 합 신호(14)가 도시된다. 합 신호(14)는 한편으로는 자석(7)의 자계로부터 나온 측정 부분 전압(15)과 다른 한편으로는 진단 도체(4)의 펄스형 자계로부터 나온 진단 부분 전압(16)의 중첩으로부터 이루어진다.

여기서도, 진단 신호(16)의 진폭의 공지된 설정 크기를 기초로, 자석(7) 또는 진단 전류(12)로 리턴하는 신호(15)와 (16)의 계산적 분리가 이루어질 수 있어서, 2개의 신호들(15) 및 (16)이 분리되어 평가될 수 있다. 이로 인해, 펄스형 진단 부분 전압(16)의 평가를 기초로 센서 장치(1)의 기능적 성능 및 정확한 교정이 추정될 수 있는 한편, 합 신호(14)의 측정 부분 전압(15)의 크기를 기초로 자석(7)과 센서 장치(1) 사이의 간격, 또는 센서 장치(1)에 대한 작동 레버의 상대 위치가 추정될 수 있다.

특히, 센서 장치(1)에 의해 송출된 실제-진단 부분 전압(16)과 전자 제어 장치(10)에 의해 계산된 설정 진단 신호와의 비교에 의해, 센서 장치(1)의 양적 진단 또는 교정이 이루어질 수 있다. 예컨대, 실제 진단 신호(16)의 진폭이 상기 진폭의 계산된 또는 저장된 설정 값보다 크면, 진단 부분 전압(16)의 진폭의 측정된 실제 값이 설정 값과 일치할 때까지, 홀 프로브(2)에 의해 안내되는 공급 전류의 상응하는 보정(여기서는 감소)가 이루어질 수 있다. 이로 인해, 예컨대 홀 프로브(2)의 온도 드리프트, 또는 홀 프로브(2)의 기계적 응력이 검출되고 경우에 따라 자동으로 보상될 수 있고, 이로써 측정 장치의 신뢰도 및 측정 정확도가 현저히 개선될 수 있다.

도 5 및 도 6에는 본 발명에 따른 측정 장치의 다른 실시예가 도시된다. 센서 장치(1)를 간섭 필드에 대해 최적으로 차폐하기 위해, 바람직하게는 금속으로 형성된 팬(pan) 형태의 하우징(17)이 도시된다. 하우징(17)은 암(18)을 통해 가동 결합 핀(19)과 결합하고, 가동 결합 핀(19)은 변속기의 (도시되지 않은) 변속 레버와 연결됨으로써 변속 레버의 운동을 따른다.

도 5 및 도 6에서 상응하는 알파벳(20)으로 표시된, 개별 변속 단들 P-R-N-D 사이에서 변속 레버의 이동시, 하우징(17)은 암(18)을 통해 하우징 지지부(21)를 중심으로 회전된다.

도 6에 나타나는 바와 같이, 하우징(17)의 내부에는 원호형 영구 자석(7)이 배치되고, 상기 영구 자석은 기울어진 평면의 형태로 그 원호 형상을 따라 선형으로 커지는 두께를 갖는다. 영구 자석(7)은 도 6에 도시된 센서 장치(1)에 작용하고, 센서 장치(1)는 하우징(17)과 연결되지 않고, 예컨대 작동 장치의 (여기에 도시되지 않은) 베이스에 고정된다. 즉, 하우징(17) 및 상기 하우징과 연결된 영구 자석(7)의 회전 운동시, 영구 자석(7)과 센서 장치(1) 사이의 유효 간격이 하우징의 회전 각에 비례해서 변한다.

이에 따라 센서 신호(14)의 레벨, 더 정확히 말하면 센서 장치의 측정 부분 전압(15)의 레벨이 변한다(예컨대, 도 4 참고). 따라서, 센서(1)의 측정 부분 전압(15)의 평가를 기초로, 하우징(17)의 회전 각 위치가 검출될 수 있다. 본 발명에 따라 항상 별도로 평가 가능한 진단 부분 신호(16)에 의해, 전술한 바와 같이 센서(1)의 영구적인 체크 및 경우에 따른 자동 교정이 동시에 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 센서 장치(1)가 기능 및 고장에 대해 영구적으로 체크될 수 있고, 고장시 경우에 따라 비상 프로그램이 개시되거나 또는 사용자가 상응하게 통지를 받을 수 있다.

경우에 따라, 센서 장치(1)가 시스템 가용성, 리던던시 및 고장 안전성을 더 높인다는 의미로 2중으로 제공될 수 있다. 달리 표현하면, 홀 센서(2) 및 진단 도체(4)를 포함하는 센서 장치(1)가 2중으로 존재한다. 전자 제어 장치(10)는 비용상의 이유로 간단하게만 실시될 수 있다. 이 경우, 전자 제어 장치(10)의 센서 콘택의 수가 -2중으로 존재하는 센서 장치(1)에 따라- 마찬가지로 2배로 된다.

센서 장치(1)가 2중으로 존재하는 경우, 센서들 중 하나에 고장이 생기면, 시스템은 센서 고장에도 불구하고 완전히 이용될 수 있고, 고장 센서의 신호는 본 발명에 따른 진단 가능성으로 인해 제 2 센서에 의해 완전히 보정되거나 대체될 수 있다.

결과적으로, 본 발명에 의해, 특히 신뢰도 및 측정 정확도와 관련해서 결정적인 장점을 갖는, 진단 가능한 센서 장치 및 센서 장치의 기능 진단 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 센서 장치 및 본 발명에 따른 방법은 홀 센서 소자의 완전하고 영구적인 양적 진단 및 교정을 가능하게 하므로, 예컨대 온도 드리프트 또는 기계적 응력으로 인한 측정 에러가 제거될 수 있다.

1 센서 장치
2 홀 프로브
3 평가 회로
4 진단 도체
5 자계
6 출력부
7 자석
8 드라이버 장치
9 직렬 저항
10 전자 제어 장치
11 구형파 신호
12 진단 전류
13 제어 전압
14 합 신호
15 측정 부분 전압
16 진단 부분 전압
17 하우징
18 암
19 결합 핀
20 변속 단 P-R-N-D
21 지지부

Claims

자계의 세기를 검출하기 위한 측정 장치로서, 상기 측정 장치는 하나 이상의 홀 프로브(2)를 구비한 센서 장치(1)를 포함하고, 상기 홀 프로브(2)는 상기 홀 프로브를 관통하는 자계(5)에 따라 그리고 상기 홀 프로브(2)를 통해 흐르는 공급 전류에 따라 홀 전압(14)을 발생시키도록 설계된, 측정 장치에 있어서,
상기 홀 프로브(2)로부터 갈바닉 분리된, 전기 진단 도체(4)가 제공되고, 상기 진단 도체(4)를 통해 진단 전류(12)를 발생시키기 위한 드라이버 장치(8)가 제공되되, 상기 진단 전류가 공지된, 정해진 펄스 패턴과 공지된 전류 세기를 가지며, 상기 홀 프로브(2)에서 출력되는 홀 전압(14)을 측정 부분 전압(15)과 진단 부분 전압(16)으로 분할하여 상기 진단 부분 전압(16)의 진폭 파형을 평가하는 평가회로가 제공되어, 상기 센서 장치(1)를 진단하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 측정 장치.
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제 1항에 있어서, 상기 홀 프로브(2)와 상기 진단 도체(4)가 함께 프로브 하우징(1)에 수용되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 센서 장치(1)가 홀 효과에 기초한 집적 전류 측정 센서인 것을 특징으로 하는 측정 장치.
제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 센서 장치(1)에 대해 상대 이동 가능하게 배치된 자석(7)이 제공되고, 상기 홀 프로브의 상기 홀 전압(14)을 기초로 상기 센서 장치(1)와 상기 자석(7) 사이의 상대 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
제 6항에 있어서, 상기 센서 장치(1) 및 상기 자석(7)이 서로 상대 회전 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
제 6항에 있어서, 상기 센서 장치(1) 및 상기 자석(7)이 서로 상대 이동 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
하나 이상의 홀 프로브(2), 상기 홀 프로브(2)로부터 갈바닉 분리된 진단 도체(4), 및 미리 주어진 주기로 변하는 진단 전류(12)를 상기 진단 도체(4)에 인가하기 위한 드라이버 장치(8)를 포함하는 홀 센서 장치(1)의 기능 진단 방법에 있어서,
a) 상기 홀 프로브(2)를 통해 흐르는 공급 전류를 발생시키는 단계,
b) 상기 진단 전류(12)를 상기 진단 도체(4)에 인가하는 단계,
c) 상기 홀 프로브(2)의 홀 전압(14)을 결정하는 단계,
d) 측정 부분 전압(15) 및 진단 부분 전압(16)으로 상기 홀 전압(14)을 분할하는 단계,
e) 상기 홀 센서 장치(1)의 진단을 위해 상기 진단 부분 전압(16)의 진폭 파형을 평가하는 단계를 포함하는 홀 센서 장치의 기능 진단 방법.
제 9항에 있어서, 상기 진단 전류(12)가 펄스형 진폭 파형을 갖는 것을 특징으로 하는 홀 센서 장치의 기능 진단 방법.
제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 진단 부분 전압(16)의, 미리 정해진 시간 내에 검출된 펄스의 수가 평가되는 것을 특징으로 하는 홀 센서 장치의 기능 진단 방법.
제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 진단 부분 전압(16)의 펄스 진폭이 평가되는 것을 특징으로 하는 홀 센서 장치의 기능 진단 방법.
제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 센서 장치(1)에 대해 상대 이동 가능한 부품에 배치된 자석(7)이 제공되고, 상기 측정 부분 전압(15)을 기초로 상기 센서 장치(1)와 상기 자석(7) 사이의 상대 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 홀 센서 장치의 기능 진단 방법.
제 9항 또는 제 10항에 있어서, 차량 변속기의 변속 레버의 위치가 검출되는 것을 특징으로 하는 홀 센서 장치의 기능 진단 방법.