KR19990045519A

KR19990045519A - 센서 장치

Info

Publication number: KR19990045519A
Application number: KR1019980050369A
Authority: KR
Inventors: 로트하르 브로스펠트
Original assignee: 볼프강 자우어; 미크로나스 인터메탈 게엠베하
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 1999-06-25
Also published as: US6144229A; JPH11230781A; KR100551537B1; EP0919789B1; EP0919789A1; DE59707977D1

Abstract

본 발명은 적어도 제1 동작 상태(b1) 및 제2 동작 상태(b2)를 한정하는 제어기(9)를 갖는 센서 장치를 개시하며, 상기 제1 동작 상태(b1)는 공급 전압(U_B)의 인가에 의해 우선적으로 트리거가능하게 된다. 설정 장치(5)는 제1 동작 상태(b1)에서는 측정 장치(2)의 동작 범위를 센서 신호(s1)의 각각의 DC 레벨에 신속하게 적응시키고, 제2 동작 상태(b2)에서는 트랙킹을 위해 평균 센서 신호값(sm)을 결정한다. 출력 회로(4)는 제1 동작 상태에서는 센서 신호(s1)에 독립적인 제1 출력 신호(s3)를 제공하고, 제2 동작 상태(b2)에서는 중첩된 센서 신호(s2)에 좌우되는 제2 출력 신호(s4)를 제공한다.

Description

센서 장치

본 발명은 힘, 압력, 가속도, 자장 또는 광학계와 비광학계에서의 복사 등의 물리적인 측정량에 응답하여 전기적인 출력 신호를 제공하는 센서를 포함하는 전자 센서 장치에 관한 것이다. 흔히, 측정량은 일정하거나 매우 느리게 변화하는 상대적으로 큰 배경 신호에 대해 중첩된다. 이러한 배경 신호는 센서 어레이 또는 측정 장치의 오프셋 에러가 될 것이다. 센서 신호가 순수하게 스태틱인 경우, 분리는 쵸퍼 원리(chopper principle)를 이용하여야만 가능하다. 그러나, 센서 신호가 배경 신호의 주파수보다 상당히 높은 제로와 상이한 주파수 스펙트럼을 갖는 경우, 필터 소자에 의해, 즉 가장 간단한 경우 각 센서 또는 개개의 증폭단에 대한 용량성 결합에 의해 간단하게 분리가 가능하게 된다.

전자물리 센서를 포함하고 있는 모노리틱 집적 센서 회로에서는 동일 칩 상에 신호 처리 회로가 포함되어 있고, 전체 회로가 일반적으로 DC-결합 단으로 구성되므로 용량성 결합이 가능하지 않다. 따라서, 개개의 회로단의 동작 범위가 배경 신호의 DC 레벨에 의해 초과되지 않는다는 것을 다른 방식으로 보장해야만 한다. 이것은 널리 알려진 차동-증폭기 원리, 즉 DC 레벨 상에 중첩된 센서 신호와 기준 레벨간의 차이를 처리함으로써 달성된다. 이러한 용도를 위해, 차동 증폭기의 동작 범위는 적어도 최대로 가능한 센서 신호 만큼 커야만 한다. 후속 단을 위해, 간섭 DC 레벨이 더 이상 존재하지 않거나 아주 작게 존재한다. 따라서, DC 레벨은 이득이 작을 경우에 신호 경로의 개시점에서 억제되어야 하고, 필요한 증폭 및 신호 처리가 후속 단으로 이동되어야만 한다.

이러한 센서 장치를 위한 특수한 중요한 응용장치로는 예를 들어 기계 설비 또는 자동차 분야에서 회전 속도 또는 위치를 감지하기 위해 사용되는 회전 부품이 있다. 흔히, 강하고 일정한 자장(=백바이어스 자장)에 의해 센서가 바이어스되는 장치가 사용된다. 회전 동안, 철 등의 물질로 구성된 기어는 센서 내의 자속을 변조시킨다. 이러한 변조는 센서에 의해 정보 신호로서 평가된다. 일정 자속에 대한 변조의 백분율은 통상 1% 내지 10%이다.

존재하고 있는 기본 커패시턴스가 측정될 양에 의해 다소 크게 변조되므로, 용량성 센서가 힘, 압력 또는 가속도를 결정하기 위해 사용되는 경우에는 조건이 거의 유사하다. 비교적 높은 휘도 레벨에서의 강도 변조를 빈번하게 검출해야만 하는 광학 센서를 이용하여도 유사한 문제점이 발생된다.

변조 신호와 비변조 DC 신호의 바람직하지 않은 비율 때문에, 센서 장치의 정확성 및 안정성에 대해 엄격한 요건이 요구된다. 제조 및 조립 허용오차와 온도 및 노화로 인한 동작 동안에 야기되는 변이에 대한 후속 보상이 가능하기는 하지만, 일반적으로 이러한 보상은 이루어지지 않는다. 이러한 문제점에 대한 더욱 일반적인 해결 방법은 동적 신호만을 평가할 수 있는 동적 센서 장치를 이용하는 것이다. 이 방법에서, DC 레벨 보상을 위해 필요한 기준 레벨은 입력 증폭기의 출력이 저역 필터링되어 이 증폭기의 보상 또는 기준 입력단에 귀환되는 제어 회로를 통해 형성된다. 입력 증폭기에 가해지는 센서 신호가 차동 신호인 경우, 관련 귀환 입력은 대체로 가산 네트워크를 통해 차동 입력단의 한 입력단에서 이루어진다. 이러한 센서 장치는 최소 주파수를 갖는 신호만을 처리할 수 있다.

많은 시스템, 특히 자장 센서를 사용하는 시스템에서, 운동 또는 회전외에 정지 또한 감지되어야만 한다. 더욱이, 위치에 좌우되는 제어 시스템(position-dependant control system)에서, 예를 들어 개시 후에 기어의 제1 치부(tooth)가 센서를 통과하는 때에 관한 정보 등의 정보는 항상 손실되어서는 안된다. 이러한 응용은 예를 들어 엔진 제어, 안티로킹 브레이킹 또는 속도 감지의 분야에서의 자동차 시스템에서 찾아볼 수 있다.

그러나, 많은 응용장치에 대해, 센서 장치의 더 낮은 차단 주파수가 수 분의 1 ㎐의 범위에 있으면 충분하다. 이러한 저주파 범위에 적합한 동적 센서는 매우 느린 제어 응답을 가져야만 하고, 이로써 개시 후에 이들 센서가 연장된 시간 주기 동안 센서 신호를 감지하지 못하게 되어야 한다.

본 발명의 목적은 매우 낮은 신호 주파수를 감지하는 한편 턴온 후의 단시간 내에 동작할 수 있어야 하고 큰 배경 신호와 높은 호환성을 제공하는 센서 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 특징을 갖는 청구항 제1항의 센서 장치는, 적어도 제1 동작 상태(b1) 및 제2 동작 상태(b2)를 한정하고, 상기 제1 동작 상태가 공급 전압(U_B)의 인가에 의해 우선적으로 트리거 가능하게 되는 제어기(9)와; 제1 동작 상태(b1)에서는 측정 장치(2)의 동작 범위를 설정값(sm0)에 의해 센서 신호(s1)의 각각의 DC 레벨(s0)에 적응시키고, 제2 동작 상태(b2)에서는 평균 센서 신호값(sm)을 결정하는 설정 장치(5)와; 제1 동작 상태에서는 센서 신호(s1)에 독립적이지만 한정되어 있는 제1 출력 신호(s3)를 발생하고, 제2 동작 상태(b2)에서는 평균 센서 신호값(sm)에 중첩된 센서 신호(s2)에 좌우되는 제2 출력 신호(s4)를 발생하는 출력 회로(4)를 구비한다.

본 발명에 따르면, 센서 장치를 적어도 제1 및 제2 동작 상태로 한정함으로써 센서 장치의 동작 성능을 개시 조건 및 정상 동작 조건에 최적으로 적응시키는 가능성을 열어준다. 본 발명에 따르면, 완전한 동적 센서 장치에서와 같은 제어율과 낮은 차단 주파수를 위한 요건에 대한 균형(trade-off)이 요구되지 않는다. 제1 동작 상태에서, 설정 장치는 저속 드리프트 변화를 후속하기 위해 제2 동작 상태에서만 필요로 하는 평균 센서 신호값을 매우 신속하게 결정한다. 제1 동작 상태에서의 평균 센서 신호값의 결정은 각종 방식으로 달성된다. 예를 들어, 제어 슬로프는 현저하게 증가될 것이다. 또한, 샘플링 및 홀드 회로를 통해 DC 레벨을 직접적으로 측정하여 이 기억된 아날로그 값을 기준 신호 입력단에 제공할 수 있다. 그와 유사한 방법으로는 아날로그 메모리가 아닌 디지탈 메모리를 사용하는 방법이 있으며, 이전에 결정된 DC 레벨이 아날로그/디지탈 변환기에 의해 디지탈화된다. 한눈에, 이 방법은 불편한 것처럼 보이지만, 디지탈 신호 처리가 센서 장치 내에서 수행된다면, 이 용도로 제공된 단이 사용될 수 있다. 또한, 미세 트랙킹이 제2 동작 상태에서 수행될 수 있기 때문에, 제1 동작 상태에서의 분해능은 비교적 조악하게 유지할 것이다. 유사한 디지탈 방법은 DC 레벨을 결정하기 위해 제1 동작 상태에서의 연속적인 근사를 수행한다. 여기서, 연속적인 근사는 결정된 설정값이 기대된 신호 크기보다 작을 때 종료될 수 있다. 비교적 저속의 변화를 후속하도록 요구하는 미세 트랙킹을 위해, 트랙킹 변환기는 LSB 단계에서 이 변화를 후속하는 것이 적합하다.

제1 동작 상태의 지속 기간은 제어기에 의해 결정되며, 이 제어기는 차동 증폭기 이후의 신호가 0에 충분하게 근접하였는지의 여부를 검사하거나 또는 제1 동작 상태를 위해 디지탈 방식에서 내부 클록 신호에 의해 제어되는 고정 시간을 설정한다. 기어 센서에 대해, 이러한 설정 처리는 대략 100㎲에 대응하는 8 내지 10 클록 펄스 후에 완료되어야만 한다.

센서 신호의 DC 레벨이 제1 동작 상태에서 "보상"된 후, 제2 동작 상태에서는 센서 장치가 중첩된 센서 신호를 즉각 검출하고 그 중첩 센서 신호로부터 아날로그 또는 디지탈 출력 신호를 형성할 수 있다. 출력 신호가 순간적으로 역전환하여 제1 동작 상태로 되는 것을 방지하기 위해, 예를 들어 논리 1 또는 0 상태, 가능하게는 부동 3상 조건(a floating tri-state condition)의 한정된 상태가 이 시간 범위에서의 출력 신호에 제공된다. 필요한 경우, 이 신호 상태는 상태의 최초의 변화가 중첩된 센서 신호에서 검출될 때까지 제2 동작 상태의 개시시에 유지된다.

제2 동작 상태에서 중첩된 센서 신호의 진폭이 진폭 검출기에 의해 검출된다면 센서 장치는 추가의 장점을 갖는다. 이 진폭값을 이용하여, 전환 신호 응용장치를 위해 이력 임계값이 변경될 수 있거나, 또는 신호 경로에서의 이득이 중첩된 센서 신호의 크기에 적응된다. 이 자동 적응은 신호 레벨에 영향을 미치는 동작 및 조립 허용오차에 대해 센서 장치를 매우 둔감하게 만든다.

센서 장치가 자기 기어 센서에 사용되는 경우, 수 분의 1 내지 10 ㎑의 주파수의 검출이 요망된다. 센서 장치에 의해 커버할 수 있는 주파수 범위가 가능한 한 넓게 되도록 하기 위해서는 평균 센서 신호값에 대한 신호 트랙킹이 각각의 신호 주파수에 근사적으로 이루어져야 한다는 점이 중요하다. 이것은 개개의 출력 신호간의 각각의 평균 센서 신호값을 변경시키지 않음으로써 달성된다. 평균 센서 신호값은 중첩된 센서 신호와 평균 센서 신호값의 교차 지점에서 개시하고 중첩된 센서 신호의 상대적인 극단값의 획득으로 종료하는 시간 구간 내에서만 변화할 것이다.

연장된 시간 구간 동안 제2 동작 상태에서 출력 신호가 형성되지 않는 경우, 본 발명의 추가의 발전에 따라, 제어기는 평균 센서 신호값이 손실된 평균 센서 신호값의 방향으로 저속으로 유도되고 제어 방향이 차동 증폭기 이후의 센서 신호 또는 출력단에서의 센서 신호의 부호에 의해 결정되는 제3 동작 상태를 개시한다.

평균 센서 신호값의 트랙킹은 사전 설정된 임계값 또는 필터 회로를 경유하는 신호 외란(disturbance)에 좌우되어 줄어들게 될 수 있다.

평균 센서 신호값이 단시간 전압 강하의 경우 또는 턴오프 이후에 손실되는 것을 방지하기 위해, 그 평균 센서 신호값을 온칩 동적 및/또는 비휘발성 메모리 소자에 디지탈 값으로 기억하는 것이 바람직하다. 이 기억된 값은 각각의 새로운 시작 처리에 이용가능하게 되고, 이로써 제1 동작 상태에서의 트랙킹이 더 빠르게 되거나 또는 찾아진 값이 더 정확하게 될 것이다. 물론, 설정 장치의 다른 설정 및/또는 제어 파라미터를 메모리 소자에 저장하는 것도 가능하다. 비휘발성 저장을 통해, 센서 장치는 연장된 신호 외란 또는 공급 실패 이후에도 전체적으로 동작한다. 단시간 신호 외란 또는 단시간 공급 실패는 또한 설정 및/또는 제어 파라미터의 동적 저장에 의해 교락(bridge)될 수 있다. 동적 메모리는 추가의 처리 단계없이 종래의 CMOS 처리로 제조될 수 있는 반면, 비휘발성 메모리 소자는 제조 비용이 더 비싸고, 또한 일의적으로 기록할 수 없다.

홀 이펙트 센서(Hall-effect sensor)의 경우, "제1 치부"가 검출되어야만 될 것이다. 이것은 제1 동작 상태 동안 기억된 평균 센서 신호값이 우연하게 치부의 최상부에 대응하는 최대 센서 신호인 경우 그리고 출력 신호가 제로 레벨로 묶여진(tied) 경우 거의 불가능하다. 그 경우, 제1 치부에 대한 정보는 억제될 것이다. 이것은 제1 동작 상태에서 기억된 평균 센서 신호값으로부터의 중첩된 센서 신호의 편차가 검출된다면 제1 시간 동안의 소정 지속기간의 펄스를 제2 동작 상태로 넘겨줌(delivering)으로써 방지될 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 치부의 선두측(leading side)과 후미측(trailing side)이 신뢰적으로 검출되고, 정보로서 후속 회로에 건네진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 대한 블록도.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 대한 블록도.

도 3은 일부의 신호 파형을 도시하는 타이밍도.

도 4는 평균 센서 신호값을 도시하는 타이밍도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 센서

2 : 측정 장치

3 : 입력 증폭기

4 : 출력 회로

5 : 설정 장치

6 : DC 레벨 검출기

7 : 분석 회로

8 : 설정기

9 : 제어기

10 : 턴온 검출기

11 : 스위치

본 발명 및 추가 장점의 특징을 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한된다.

도 1의 센서 장치의 실시예는 출력이 센서 신호로서 단극 또는 차동 형태로 측정 장치(2)에 인가되는 감지 소자 즉 센서(1)를 입력부에 포함하며, 센서가 예를 들어 홀-이펙트 센서인 경우에는 센서(1)의 출력은 차동 형태가 된다. 측정 장치(2)는 센서 신호(s1)의 DC 레벨(s0)(도 3 참조)을 억제 또는 보상하기 위해 필수적인 입력 증폭기(3)를 포함한다. 가장 간략한 경우, 이 입력 증폭기는 센서 신호(s1)가 한 입력단에 인가되고 DC 레벨(s0) 또는 DC 레벨에 근접한 설정 전압(sm0)이 나머지 입력단에 인가되는 차동 증폭기에 의해 달성된다.

입력 증폭기(3)의 출력 신호는 DC 레벨(s0) 및 낮은 배경 신호 주파수가 없는 요구된 센서 신호(s2)와 이상적으로 동일하다. 더욱 구체적으로, 입력 증폭기(3)의 출력단에서의 정지 전위(quiescent potential)가 정확하게 제로인 경우에만 DC 전압으로부터 자유로워진다. 그러나, 센서 장치가 단극 설계로 구성되는 경우, 입력 증폭기(3)의 출력단에서의 정지 전위는 제로와 다르게 될 것이고, 고정된 정지값으로 한정되며, 이 고정된 정지값은 그 후에 외란되지 않을 것이다. 입력 증폭기(3)에서의 DC 레벨(s0)의 억제를 위해서는 입력 종료시에 넓은 동적 범위가 요구될 것이고, 이로써 적절한 신호 증폭이 제2 증폭기 또는 출력 회로(4)로 이동되어야만 한다. 회로가 선형 회로인 경우, 제2 동작 상태(b2)로 넘겨진(delivered) 출력 신호(s4)는 중첩된 센서 신호(s2)에 비례하는 신호가 될 것이다. 그러나, 스위칭 응용장치에 대해, 출력 회로(4)는 중첩된 센서 신호(s2)의 극성 및 가능하게는 스위칭 임계값에 좌우되는 스위칭 신호(s4)를 제공하는 비교기가 될 것이다.

DC 레벨(s0)의 보상은 설정 장치(5)에 의해 달성되며, 스위칭 임계값에 영향을 줄 것이다. 설정 장치(5)의 필수적인 구성요소는 DC 레벨 검출기(6), 분석 회로(7) 및 설정기(8)이다. DC 레벨 검출기(6)는 센서 장치의 개시 동안 가능한 한 신속하게 DC 레벨(s0) 또는 유사한 전압값(sm0)을 찾아내어 이 레벨 또는 값을 측정 장치(2)에 공급하도록 작용한다. 이러한 동작은 공급 전압(U_B)이 센서 장치에 접속되도록 하는 턴온 신호에 의해 턴온 검출기(10)가 제어기(9)에 신호를 보낼 때 제어기(9)에 의해 개시되는 제1 동작 상태(b1) 동안 발생한다. 제1 동작 상태의 종료는 소정 시간 구간(b1) 또는 중첩된 센서 신호(s2)가 소정 값보다 작게 된다는 사실에 의해 결정된다. 설정 장치(5)의 개개의 단은 선형 단이 될 것이다. DC 레벨 검출기(6) 및/또는 트랙킹 회로(8.1)로부터의 적어도 하나의 DC 레벨값이 설정 장치(5)에 기억되어야만 하므로, 아날로그 실시예에서는 이들 아날로그 값을 기억하기 위해 설정 장치(5)에 온칩 커패시터를 설치하여야만 한다. 매우 낮은 주파수 센서 신호까지도 센서 장치를 이용하여 감지될 것이므로, 커패시터는 너무 작아서는 안된다. 중첩된 센서 신호(s2)를 위한 아날로그/디지탈 변환기와 설정 장치(5)의 아날로그 출력 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 디지탈/아날로그 변환기를 필요로 하는 설정 장치에서의 디지탈 처리는 중요하지 않다. 내부 신호 처리 및 기억이 간략한 디지탈 회로에 의해 수행되므로, 복잡도가 증가되는 것은 감내할 수 있다. DC 레벨 검출기(6)는 DC 레벨(s0)을 매우 신속하게 찾아내어 이 값을 고정된 설정값(sm0)으로서 디지탈적으로 기억하는 연속적인 근사기(approximator)로서 설계될 것이다. 도 2의 실시예에서, 이러한 설정값(sm0)은 트랙킹 회로(8.1)에 의해 실제 신호 조건을 따르도록 되고, 따라서 지속적으로 오버라이트된다. 도 1에서의 설정값(sm0)은 자장 센서의 경우에 현재의 백바이어스 필드에 대응하는 기본 설정을 나타낸다. 현재의 백바이어스 필드는 반드시 일정하게 유지하고, 이로써 비교적 작은 드리프트만이 트랙킹 회로(8.1)에 의해 보상되도록 요구된다.

디지탈 처리는 또한 상대적인 극단값을 기억함으로써 진폭 검출기(7.1) 및 평균기(7.2)가 분석 회로(7)로 실시될 수 있도록 한다. 극단값의 감산에 의해 2배의 진폭값(as)이 제공되고, 극단값의 가산에 의해 중간값의 2배의 값이 제공된다. 실제 진폭 또는 평균 값은 이들 값을 1/2로 나눔으로써 간단하게 얻어질 수 있다. 간섭을 억제하기 위해 진폭값 또는 평균값(as 또는 ms)은 필터링될 것이다.

더욱이, 기억된 중간 센서 신호값(sm 또는 sm0)의 변경은 기억된 값이 소정 모니터링 주기(tv2) 동안 변경되지 않으면 제어기(9)에 의해 제공되는 변경 신호에 의해 영향을 받게 된다(도 4 참조). 그러나, 내부 필터 회로에 의해 상대적인 극단값을 검출하고 이 값을 분석 회로(7)에서 사용하여 새로운 평균값(ms)을 형성하는 것이 가능하다. 디지탈 방법에서, 제어기(9)는 개개의 시간 구간의 종결을 결정하는 타이머를 포함한다. 비휘발성 메모리가 설정 장치를 위해 사용되는 경우, 기억되었을 시에 그 값들이 사전 조정을 위해 각각의 추가의 턴온 처리에서 이용가능하므로, 제1 동작 상태(b1)를 위한 시간은 현저하게 단축될 수 있다.

도 2는 도 1의 실시예와 동일한 서브회로를 필수적으로 포함하는 센서 장치의 제2 실시예를 도시한다. 주요한 차이는 DC 레벨(s0)의 보상과 제1 및 제2 동작 상태(b1,b2)에서의 드리프트 보상이 입력 증폭기(3)에서만 수행된다는 점이다. 스위치(11)에 의해, DC 레벨 검출기(6)의 출력 신호(sm0) 및 트랙킹 회로(8.1)의 출력 신호(sm)는 각각 제1 및 제2 동작 상태(b1,b2) 동안 입력 증폭기(3)의 기준 입력단에 인가된다. 대응하는 스위치 위치 1 및 2는 각각 제1 동작 상태(b1)와 제2 동작 상태(b2)에서 제어기(9)에 의해 선택된다. 출력 회로(4)가 비교기로서 동작하는 경우, 그 기준 입력단은 진폭값(as)의 함수로서 각각의 이력 임계값(sh)을 설정하는 이력 설정기(8.2)에 접속될 것이다.

도 3은 회전 속도계(tachometer) 내의 홀 이펙트 센서의 대표적인 신호 파형을 도시하는 타이밍도이다. 이 타이밍도는 일정 자장으로 바이어스되는 기어 센서로부터의 센서 신호(s1)를 도시한다. DC 레벨(s0)은 예를 들어 200 mTesla의 자장에 대응하고, 중첩된 센서 신호(s2)는 대략 5 mTesla의 크기에 대응한다. 평균 센서 신호값(sm)은 드리프트 처리로 인해 다소 증가한다. 드리프트 처리는 명료하게 도시하기 위해 다소 과장되어 도시되어 있다. 제1 동작 상태(b1) 동안, 측정된 설정값(sm0)은 DC 레벨(s0)로 급속하게 증가하는 반면, 입력 증폭기(3)의 출력 신호(s2)는 제로에 근접한다. 보상 조건은 늦어도 순간 t1에서 도달된다. 즉, 입력 증폭기(3)의 출력 신호는 중첩된 센서 신호(2)에 대응하고, 이로써 스위칭 신호(s4)가 이 신호(s2)로부터 형성될 수 있다. 기어의 제1, 제2 및 제3 치부(z1,z2,z3)에 의해, 펄스(p1,p2,p3 등)가 트리거된다. 출력 신호(s3)가 제1 동작 상태(b1) 동안 불필요하게 전후로 전환되는 것을 방지하기 위해, 신호는 제어기(9) 또는 설정 장치(5)에 의해 고정된 전압 레벨로 묶여지거나 소위 3상 조건이 된다. 도 3의 b)에서, 고정된 중간 레벨이 사전설정되고, 이로써 설정값(sm0)이 어느 치부 영역에 관련하는지의 여부에 상관없이 제1 치부(z1)의 신호가 제1 펄스(p1)를 트리거한다. 제1 동작 상태(b1)에서 출력 신호(s3)가 제로 레벨로 클램프되는 장점을 갖는 도 3의 c)의 신호 파형을 이용하여 더 우수한 제1 치부의 검출이 가능하다. 제1 치부(z1)의 선두측 또는 후미측의 통과는 기억된 설정값(sm0)으로부터의 센서 신호(s2)의 편차에 의해 검출되어 소정 길이(ti)의 제1 펄스(p1')를 발생한다. 그러므로, 센서 장치에 접속된 회로는 제1 치부(z1)에 대한 정보를 수신한다. 후속 펄스(p2,p3 등)는 도 3의 b)에 도시된 바와 같이 발생된다.

도 4는 평균 센서 신호(sm)의 트랙킹을 더욱 상세히 예시하고 있다. 도 4의 a)는 양의 방향과 음의 방향에서 약간의 상대적인 극단값을 갖는 중첩된 센서 신호(s2)를 도시하고 있다. 최적의 평균값(sms)은 또한 중간 신호 범위에 있기 때문에 펄스 충격 계수에 상관없이 "중간값"으로서 지칭된다. 이를 예시하기 위해, 대수적인 평균(sma)이 도시되어 있으며, 이 대수적인 평균은 펄스 충격 계수가 고려되고 상대적인 극단값에 대해 비대칭을 이루고 있다. 이 값(sma)이 제1 스위칭 임계값으로서 사용된다면, 작은 간섭 또는 잡음 신호로도 거짓 출력 신호(false output signals:s4)를 개시할 수 있다. 도 4의 b)는 중첩된 센서 신호(s2)의 상대적인 극단의 발생시에 평균 센서 신호값(sm)이 어떻게 변화하는지를 과장된 형태로 도시하고 있다. 상대적인 극단값이 상대적으로 긴 시간 동안 지속된다면, 평균 센서 신호값(sm)의 트랙킹이 출력 펄스(s4)의 전체 지속기간 동안 발생되는 경우에는 적합하지 않다. 따라서, 신호 에지에 재조정이 가해지고, 대략적으로 센서 신호(s2)가 상대적인 극단값에 도달할 때 종료된다. 평균기(7.1)에서 형성된 평균(ms)은 DC 레벨(s0)을 위한 보상값으로서 직접 사용되지만 PID 구성과 같은 제어 필터에 의해 수정된다. 최소의 변경값이 하나의 LSB 단계에 대응하고, 변경율은 진폭값(as)에 좌우될 것이다.

제2 동작 상태(b2) 동안 평균 신호값(sm)이 연장된 시간 주기 동안 초과되지 않는다면, 기어가 완전히 정지되거나 아니면 평균 센서 신호값(sm)이 약간의 외란으로 인해 전체적으로 잘못된다. 그 경우, 구간 tv2 후에 제어기(9)에 의해 개시된 제3 동작 상태는 평균 센서 신호 레벨(sm)이 요구된 값(sms)의 방향으로 점차적으로 다시 도달되게 한다. 평균 센서 신호(sm)가 중첩된 센서 신호(s2) 내에 놓이게 되는 즉시, 트랙킹 회로(8.1)의 정상적인 기능에 의해 트랙킹이 다시 수행된다. 이것은 리셋 기능처럼 시간 구간 tv2에 대해 작용하며, 이로써 제3 동작 상태의 저속 트랙킹이 더 이상 영향을 주지 못하게 된다.

도 1 및 도 2의 실시예는 출력 스테이지(4)가 기어 센서에 좌우되는 출력 데이타 시퀀스 내에서의 추가의 정보를 전달하기 위해 3개 이상의 출력 레벨을 발생할 수 있도록 수정될 수 있다. 출력 스테이지(4)는 2-핀 센서의 경우에 바람직한 정보 전달을 위한 각각의 전력 소비를 제어하는 스위칭 전류 싱크로서 설계될 수 있다.

본 발명에 따른 센서 장치는 매우 낮은 신호 주파수를 감지하는 한편, 턴온 후 단시간 내에 동작할 수 있다.

Claims

적어도 제1 동작 상태(b1) 및 제2 동작 상태(b2)를 한정하고, 상기 제1 동작 상태가 공급 전압(U_B)의 인가에 의해 우선적으로 트리거 가능하게 되는 제어기(9)와;

제1 동작 상태(b1)에서는 측정 장치(2)의 동작 범위를 설정값(sm0)에 의해 센서 신호(s1)의 각각의 DC 레벨(s0)에 적응시키고, 제2 동작 상태(b2)에서는 평균 센서 신호값(sm)을 결정하는 설정 장치(5)와;

제1 동작 상태에서는 센서 신호(s1)에 독립적이지만 한정되어 있는 제1 출력 신호(s3)를 발생하고, 제2 동작 상태(b2)에서는 평균 센서 신호값(sm)에 중첩된 센서 신호(s2)에 좌우되는 제2 출력 신호(s4)를 발생하는 출력 회로(4)를 구비하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제1항에 있어서, 제2 동작 상태(b2)에서는 상기 측정 장치(2)에 접속된 진폭 검출기(7.1)가 중첩된 센서 신호(s2)의 진폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제2항에 있어서, 상기 진폭 검출기(7.1)는 상기 측정 장치(2)의 이득 및/또는 이력 임계값(h)을 제어하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 동작 상태(b2)에서, 상기 설정 장치(5)는 중첩된 센서 신호(s2)와 평균 센서 신호값(sm)의 교차로 개시하고 중첩된 센서 신호(s2)의 상대적인 극단값의 획득으로 종료하는 제1 시간 구간(tv1)에서 평균 센서 신호값(sm)을 변경하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제4항에 있어서, 평균 센서 신호값(sm)의 변경은 중첩된 센서 신호(s2)의 부호의 변경이 사전 결정된 제2 시간 구간(tv2) 이내에서 발생되지 않는다면 상기 제어기(9)에 의해 개시된 제3 동작 상태에서 발생하고, 평균 센서 신호값(sm)의 변경 방향은 중첩된 센서 신호(s2) 또는 제2 출력 신호(s4)의 부호에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 설정 장치(5)는 새로운 평균 센서 신호값(sm)이 소정 양만큼 현재 평균 센서 신호값(sm)과 상이한 경우에만 평균 센서 신호값(sm)을 변경하는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제6항에 있어서, 평균 센서 신호값(sm) 및/또는 설정값(sm0)은 디지탈 값으로 온칩 메모리 소자, 특히 비휘발성 메모리 소자에 기억되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제7항에 있어서, 상기 온칩 메모리 소자, 특히 비휘발성 메모리 소자에는 설정 및/또는 제어 파라미터가 디지탈 값으로 기억되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제1항에 있어서, 제2 동작 상태(b2)에서, 상기 출력 회로(4)는 제1 동작 상태에서 기억된 평균 센서 신호값(sm)으로부터의 중첩된 센서 신호(s2)의 편차가 제 1 시간 동안 측정 장치(2)에 의해 검출될 때 사전 결정된 지속기간(ti)의 펄스(p1')를 제2 출력 신호(s4)로서 넘겨주는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
제3항에 있어서, 이력 임계값(sh)이 기억된 값으로서 사전 설정되고, 제2 동작 상태(b2)에서 상기 이력 임계값은 진폭값(as)을 함수로 하여 수정되는 것을 특징으로 하는 센서 장치.