WO1987007941A1 - Circuit for operating a magneto-elastic sensor - Google Patents

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WO1987007941A1
WO1987007941A1 PCT/DE1987/000236 DE8700236W WO8707941A1 WO 1987007941 A1 WO1987007941 A1 WO 1987007941A1 DE 8700236 W DE8700236 W DE 8700236W WO 8707941 A1 WO8707941 A1 WO 8707941A1
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sensor
circuit
coil
sensor coil
circuit arrangement
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Application number
PCT/DE1987/000236
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Dobler
Hansjörg Hachtel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • 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
    • G01D5/20—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G—PHYSICS
    • 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
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    • 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
    • G01D5/243—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 phase or frequency of ac
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/023—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring distance between sensor and object

Definitions

  • the invention is based on a circuit arrangement for operating a magnetoelastic sensor according to the type of the main claim.
  • Ferromagnetic materials in particular amorphous metals or nickel-iron alloys, change their permeability in the direction in which tensile or compressive forces act on them. This so-called magneto-elastic effect is used to measure forces and torques.
  • the change in permeability of the measurement object is detected by a sensor coil which is mounted so close to the measurement object that magnetic coupling takes place.
  • a circuit arrangement for operating such a magnetoelastic sensor is known from patent application DE-P 35 34 460.1.
  • An alternating voltage generator feeds a voltage divider circuit, which consists of the series connection of a resistor and the sensor coil, with an alternating current of a predetermined frequency.
  • the voltage at the sensor coil is detected and evaluated.
  • a change in the permeability of the material of the test object results in a change in voltage at the sensor coil, which represents a measure of the mechanical action on the test object.
  • the Voltage on the sensor coil depends not only on the permeability of the measurement object but also on the distance between the sensor coil and the measurement object, since the magnetic coupling changes. A clear force measurement therefore requires a constant distance between the sensor coil and the test object.
  • the circuit arrangement according to the invention has the advantage that a change in the distance between the sensor coil and the measurement object has almost no influence on the sensor signal.
  • the sensor coil is supplemented " with a" capacitor to form a resonant circuit, the damping of which is determined by a damping resistor.
  • An AC voltage generator is provided for supplying energy to the resonant circuit.
  • the resistance value of the damping resistance, the inductance of the sensor coil, the capacitance of the capacitor and the frequency of the alternating voltage generator are matched to one another in such a way that a change in distance with given measuring object material has almost no influence on the sensor signal.
  • the resonant circuit can be designed as a series or parallel resonant circuit. It is particularly advantageous if the damping resistor is connected in series with a parallel resonant circuit consisting of a capacitor and a sensor coil. With this circuit A variant, if necessary a matching resistor between the resonant circuit and the AC voltage generator is superfluous.
  • the sensor signal present at the sensor coil is expediently rectified and converted in a subsequent filter circuit into a direct voltage which is amplified to suitable values in a subsequent direct voltage amplifier.
  • the circuit arrangement according to the invention brings great savings in the sensor design, since precision mechanical parts are eliminated. Torque detection on rotating parts is easily possible. Until now, several sensors were required to carry out this measurement.
  • FIG. 1 shows a magnetoelastic sensor consisting of a sensor coil and a measurement object
  • FIG. 2 shows a circuit arrangement according to the invention for operating the magnetoelastic sensor according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows measurement voltages on the sensor coil as a function of the frequency of an AC voltage shown in FIG ⁇ generator. Description of the embodiment
  • FIG. 1 shows a measurement object 10 which consists of a material which shows the magnetoelastic effect.
  • a tensile force 12 is exerted on the measurement object 10.
  • a sensor coil 16 is arranged at a distance 14 from the measurement object 10.
  • FIG. 2 shows an AC voltage energy source 20, which consists of an AC voltage generator 22 and an internal resistor 24.
  • the AC voltage is available at the two connections 26, 28.
  • a parallel circuit consisting of the sensor coil 16 and a capacitor 30 is connected to the two terminals 26, 28 via a damping resistor 32.
  • a sensor signal 3 can be removed from the sensor coil 16.
  • the sensor signal 34 is fed via a diode 36 to a filter circuit 38 consisting of a filter capacitor 40 and a bleeder resistor 42.
  • the sieved signal voltage 44 passes via a * Depth bergeran Aunt 46, which is formed of a resistor 48 and a Tiefharikondensator 50, arrangement of a Verellr ⁇ 52.
  • the amplifier arrangement 52 is formed as inverting Ope ⁇ rationsverMarchr circuit 54 whose gain with the two Resistors 56, 58 is adjustable.
  • FIG. 3 shows a functional relationship between the frequency (f) of the alternating voltage generator 22 and the sensor signal 34 (U).
  • a different distance 14 between the sensor coil 16 and the measurement object 10 and a different tensile force 12 are provided as parameters.
  • the two curves 60, 62 are based on a different distance 14 of the measuring coil 16 from the measuring object 10, whereby in each case no tensile force 12 is exerted on the measuring object 10.
  • the curve 60 is based on a larger distance 14 than the curve 62.
  • the two curves 60, 62 intersect at an intersection 64.
  • the two curves 66, 68 are obtained when a tensile force 12 is exerted on the measurement object 10.
  • the curve 66 is based on a greater distance 14 than the curve 68.
  • the two curves 66, 68 intersect at an intersection 70.
  • the two intersections 64, 70 lie almost one above the other in the ordinate direction. They are at a frequency F of the alternating voltage generator 22.
  • the AC voltage energy source 20 generates a current flow in the sensor coil 16.
  • the alternating magnetic field generated by the current flowing through the winding of the sensor coil 16 detects the measurement object 10, so that the electrical properties of the sensor coil 16 are influenced by the measurement object 10.
  • the permeability of the test object 10 determines the inductance of the measuring coil 16. Since the permeability of ferromagnetic substances changes under 1 tensile or compressive load and under torsional stress, the mechanical stress state of the test object 10 can be measured without contact.
  • the measurement object 10 can be made entirely of ferromagnetic material, for example, but it is also possible to apply a thin layer of ferromagnetic material to the surface of a non-ferromagnetic part.
  • the inductance of the sensor coil 16 is also a function of the distance of the coil 16 from the measurement object 10. A smaller distance results in a higher inductance.
  • the electrical properties of the measuring coil 16 are determined by a second effect.
  • the alternating magnetic field induces 10 eddy currents into the metal surface of the measurement object Cause the inductance to decrease.
  • the influence of the eddy currents is also a function of the distance between the sensor coil 16 and the measurement object 10. Both effects increase with the distance 1 decreasing.
  • the curve 60 shown in FIG. 3 is associated with a specific distance 14 between the sensor coil 16 and the measurement object 10 of, for example, 0.6 mm.
  • the amplitude of the alternating voltage sensor signal 34 is shown as a function of the frequency f of the alternating voltage generator 22.
  • the test object 10 is initially relieved, there is no tensile force 12.
  • the curve 60 goes into the Curve 66 over, the distance 14 is still 0.6 mm.
  • the maximum of curve 66 is shifted towards a higher frequency f than the maximum of curve 60.
  • a tensile force 12 acting on the measurement object 10 brings about a reduction in permeability. Depending on the material, an increase in permeability can also result.
  • the two following measuring processes are carried out with a smaller distance 14 of, for example, 0.2 mm between the coil 16 and the test object 10.
  • the smaller distance 14 increases the influence of the eddy currents and at the same time increases the influence of the permeability of the measuring object 10 on the measuring coil 16.
  • the result is curve 62, the maximum of which is shifted towards a lower frequency f than that of curve 60.
  • the two curves 60, 62 have an intersection 64 at a specific frequency F.
  • the action of a tensile force 12 leads, starting from curve 62, to a result which curve 68 shows.
  • the tensile force 12 reduces the permeability of the measurement object 10, as a result of which the maximum of curve 68 is shifted towards a higher frequency f compared to the maximum of curve 62.
  • the curve 68 intersects the curve 66 at the intersection 70, which is almost at the frequency F.
  • the traces 60, 62, 66, 68, which are a function of frequency f, show that at a certain frequency F, the height of Sensor ⁇ signal 34 almost ⁇ only the mechanical stress condition of the measuring object 10, but not on the distance 14 depends between the sensor coil 16 and the measurement object 10.
  • the two intersections 64 and 70 are not exactly, but only approximately at the determined frequency F.
  • the positions of the intersection points 64, 70 depend on the material properties of the measurement object 10, which are predefined.
  • the suitable choice of the measuring frequency f, which becomes the value F, the inductance of the measuring coil 16, the capacitance of the capacitor 30 and the resistance value of the damping resistor 32 largely eliminate the distance dependence of the measurement result.
  • the experimentally found values are fixed and apply to a specific material of the measurement object 10.
  • the sensor signal 34 -the present as an AC voltage having the specific 'frequency F, is rectified by the diode 36th
  • the filter element 38 smoothes the rectified, pulsating AC voltage.
  • the filter capacitor 40 is supplemented by the parallel resistance 42. Without the resistance 42, only peak value detection would be possible.
  • a remaining ripple of the signal is eliminated by the low-pass filter 46, which consists of a resistor-capacitor combination 48, 50.
  • the DC voltage occurring after the low-pass filter is amplified to a desired signal level in an amplifier arrangement 52, so that the signal voltage assumes a value which is proportional or almost proportional to the sensor voltage 3.
  • An inverting amplifier circuit with an operational amplifier 54 is used, whose amplification
  • the parallel resonant circuit shown in FIG. 2 consisting of the measuring coil 16 and the capacitor 30, it is also possible to use a series resonant circuit.
  • the sensor signal 34 is also tapped at the measuring coil 16 in a series resonant circuit.
  • the damping widgets and 32 can also be connected in parallel to the measuring coil 16 if the AC voltage energy source 20 is designed as a current source.
  • the circuit variant shown in FIG. 2, in which the damping resistor 32 is connected in series with the parallel resonant circuit has the advantage that the AC voltage energy source 20 can be designed as an AC voltage generator 32 with an internal resistor 24. This version largely corresponds to the practical circumstances.

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Description

*
Schaltungsanordnung zum Betreiben eines magnetoelastischen Sensors
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Betreiben eines magnetoelastischen Sensors nach der Gattung des Hauptan¬ spruches. Ferromagnetische Materialien, insbesonde e amorphe Metalle oder Nickeleiseή-Legierungen, ändern ihre Permeabilität in der Rich¬ tung, in der Zug- oder Druckkräfte auf sie einwirken. Dieser soge¬ nannte magnetoelastische Effekt wird zum Messen von Kräften und Drehmomenten genutzt. Die Permeabilitätsänderung des Meßobjekts wird von einer Sensorspule erfaßt, die so nahe am Meßobjekt angebracht ist, daß eine magnetische Kopplung stattfindet.
Aus der Patentanmeldung DE-P 35 34 460.1 ist eine Schaltungsan¬ ordnung zum Betreiben eines solchen magnetoelastischen Sensors be¬ kannt. Ein Wechselspannungsgenerator speist eine Spannungs¬ teilerschaltung, die aus der Reihenschaltung von einem Widerstand und der Sensorspule besteht, mit einem Wechselstrom vorgegebener Frequenz. Die Spannung an der Sensorspule wird erfaßt und aus¬ gewertet. Eine Permeabilitätsänderung des Materials des Meßobjektes hat eine Spannungsänderung an der Sensorspule zur Folge, die ein Maß für die mechanische Einwirkung auf das Meßobjekt darstellt. Die Spannung an der Sensorspule hängt nicht nur von der Permeabilität des Meßobjektes sondern auch vom Abstand zwischen der Sensorspule und de'm Meßobjekt ab, da sich die magnetische Kopplung ändert. Eine ein- deutige Kraftmessung setzt somit einen konstanten Abstand zwischen Sensorspule und Meßobjekt voraus. Bei der Konstruktion eines magne- toelastischen Sensors muß ein erheblicher Aufwand getrieben werden, um eine Abstandsänderung zwischen Sensorspule und Meßobjekt zu ver- meiden oder sehr enge Toleranzen einzuhalten. Eine Sensorkonstruk- tion, die diesen Gesichtspunkt weitgehend berücksichtigt, ist beispielsweise aus der DE-OS 34 36 643 bekannt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat demgegenüber den Vor¬ teil, daß eine Abstandsänderung zwischen der Sensorspule und dem Meßobjekt nahezu keinen Einfluß mehr auf das Sensorsignal hat. Die Sensorspule ist "mit einem "Kondensator zu einem Schwingkreis ergänzt, dessen Dämpfung von-einem Dämpfungswiderstand festgelegt ist. Ein Wechselspannungsgenerator ist zur Energieversorgung des Schwing¬ kreises vorgesehen. Der Widerstandswert des Dämpfungswiderstandes, die Induktivität der Sensorspule, die Kapazität des Kondensators so¬ wie die Frequenz des Wechselspannungsgenerators sind derart aufein¬ ander abgestimmt, daß eine Abstandsänderung bei gegebenen Meßob¬ jektmaterial nahezu keinen Einfluß mehr auf das Sensorsignal hat.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Schal¬ tungsanordnung möglich.
Der Schwingkreis kann als Serien- oder Parallelschwingkreis aus¬ gebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Dämpfungs¬ widerstand in Reihe zu einem Parallel-Schwingkreis, bestehend aus Kondensator und Sensorspule, geschaltet ist. Mit dieser Schaltungs- Variante wird ein gegebenenfalls erforderlicher Anpaßwiderstand zwi¬ schen dem Schwingkreis und dem Wechselspannungsgenerator überflüs¬ sig.
Zweckmäßigerweise wird das an der Sensorspule anliegende Sensor¬ signal gleichgerichtet und in einer nachfolgenden Siebschaltung in eine Gleichspannung umgewandelt, die in einem nachfolgenden Gleich¬ spannungsverstärker auf passende Werte verstärkt wird.
Günstig ist es, wenn zwischen dem Gleichspannungsverstärker und der Siebschaltung eine Tiefpaßanordnung vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bringt eine große Ersparnis bei der Sensorkonstruktion, da präzisionsmechanische Teile entfal¬ len. Auf einfache Weise wird die Drehmomenterfassung an rotierenden Teilen möglich. Bislang waren mehrere Sensoren zur Durchführung die¬ ser Messung erforderlich.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der erfin¬ dungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich aus der folgenden Be¬ schreibung.
Zeichnung
Figur 1 zeigt einen magnetoelastischen Sensor, bestehend aus einer Sensorspule und einem Meßobjekt, Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben des magnetoelastischen Sensors ge¬ mäß Figur 1 , und Figur 3 zeigt Meßspannungen an der Sensorspule als Funktion der Frequenz eines in Figur 2 gezeigten Wechselspannungs¬ generators. Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt ein Meßobjekt 10, das aus einem Material besteht, wel¬ ches den magnetoelastischen Effekt zeigt. Auf das Meßobjekt 10 wird eine Zugkraft 12 ausgeübt. In einem Abstand 14 zu dem Meßobjekt 10 ist eine Sensorspule 16 angeordnet.
Figur 2 zeigt eine Wechselspannungs-Energiequelle 20, die aus einem Wechselspannungsgenerator 22 und einem Innenwiderstand 24 besteht. Die Wechselspannung steht an den beiden Anschlüssen 26, 28 zur Ver¬ fügung. Eine Parallelschaltung, bestehend aus der Sensorspule 16 und einem Kondensator 30 ist über einen Dämpfungswiderstand 32 an die beiden Klemmen 26, 28 geschaltet. An der Sensorspule 16 ist ein Sen¬ sorsignal 3 abnehmbar. Das Sensorsignal 34 wird über eine Diode 36 einer Siebschaltung 38, bestehend aus einem Siebkondensator 40 und einem Ableitwiderstand 42, zugeführt. Die gesiebte Signalspannung 44 gelangt über eine* Tief aßanordnung 46, die aus einem Widerstand 48 und einem Tiefpäßkondensator 50 gebildet wird, an eine Verstärker¬ anordnung 52. Die Verstärkeranordnung 52 ist als invertierende Ope¬ rationsverstärker-Schaltung 54 ausgebildet, deren Verstärkungsfaktor mit den beiden Widerständen 56, 58 einstellbar ist.
Figur 3 zeigt einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Frequenz (f) des Wechselspannungsgenerators 22 und des Sensorsignals 34 (U). Als Parameter sind ein unterschiedlicher Abstand 14 zwischen der Sensorspule 16 und dem Meßob ekt 10 sowie eine unterschiedliche Zug¬ kraft 12 vorgesehen. Den beiden Kurven 60, 62 liegt ein unterschied¬ licher Abstand 14 der Meßspule 16 von dem Meßobjekt 10 zugrunde, wo¬ bei auf das Meßobjekt 10 jeweils keine Zugkraft 12 ausgeübt wird. Der Kurve 60 liegt ein größerer Abstand 14 zugrunde als der Kurve 62. Die beiden Kurven 60, 62 schneiden sich in einem Schnittpunkt 64. Die beiden Kurven 66, 68 werden erhalten, wenn auf das Meßobjekt 10 eine Zugkraft 12 ausgeübt wird. Der Kurve 66 liegt ein größerer Abstand 14 als der Kurve 68 zugrunde. Die beiden Kurven 66,68 schneiden sich in einem Schnittpunkt 70. Die beiden Schnittpunkte 64, 70 liegen in Ordinatenrichtung nahezu übereinander. Sie liegen bei einer Frequenz F des Wechselspannungsgenerators 22.
Anhand von Meßvorgängen, denen unterschiedliche Abstände 14 und ver¬ schiedene Zugkräfte 12 zugrundeliegen, wird die Wirkung der Schal¬ tungsanordnung nach Figur 2 anhand der in Figur 3 gezeigten Kurven näher erläutert:
Die Wechselspannungs-Energiequelle 20 erzeugt in der Sensorspule 16 einen Stromfluß. Das von der stromdurchflossenen Wicklung der Sen¬ sorspule 16 erzeugte magnetische Wechselfeld erfaßt das Meßobjekt 10, so daß die elektrischen Eigenschaften der Sensorspule 16 von dem Meßobjekt 10 beeinflußt werden. Zunächst bestimmt die Permeabilität des Meßobjektes 10 die Induktivität der Meßspule 16. Da sich die Permeabilität ferromagnetischer Stoffe unter1 Zug- oder Druckbe¬ lastung sowie bei Torsionsbeanspruchung ändert, kann berührungsfrei der mechanische Spannungszustand des Meßobjektes 10 gemessen werden. Dabei kann das Meßobjekt 10 beispielsweise vollständig aus ferromag- netischem Material hergestellt sein, es ist jedoch auch möglich, auf die Oberfläche eines nichtferromagnetischen Teiles eine dünne Schicht aus ferromagnetischem Material aufzubringen. Die Indukti¬ vität der Sensorspule 16 ist weiterhin auch eine Funktion des Ab- standes der Spule 16 von dem Meßobjekt 10. Ein geringerer Abstand hat eine höhere Induktivität zur Folge.
Die elektrischen Eigenschaften der Meßspule 16 werden von einem zweiten Effekt bestimmt. Das magnetische Wechselfeld induziert in die metallene Oberfläche des Meßobjektes 10 Wirbelströme, die ein Absinken der Induktivität bewirken. Auch der Einfluß der Wirbel- ströme ist eine Funktion von dem Abstand der Sensorspule 16 von dem Meßobjekt 10. Beide Effekte vergrößern sich mit kleiner werdendem Abstand 1 .
Die in Figur 3 gezeigte Kurve 60 ist einem bestimmten Abstand 14 zwischen der Sensorspule 16 und dem Meßobjekt 10 von beispielsweise 0,6 mm zugeordnet. Dargestellt ist die Amplitude des Wechselspan- nungs-Sensorsignals 34 als Funktion der Frequenz f des Wechselspan¬ nungsgenerators 22. Das Meßobjekt 10 sei zunächst entlastet, es wir¬ ke keine Zugkraft 12. Beim Auftreten einer Zugkraft 12 geht die Kur¬ ve 60 in die Kurve 66 über, wobei der Abstand 14 weiterhin 0,6 mm beträgt. Das Maximum der Kurve 66 ist gegenüber dem Maximum der Kur¬ ve 60 zu einer höheren Frequenz f hin verschoben. Eine auf das Me߬ objekt 10 wirkende Zugkraft 12 bewirkt im gezeigten Beispiel eine Permeabilitätsabsenkung. Je nach Material kann sich auch eine Perme¬ abilitätserhöhung ergeben.
Die beiden folgenden Meßvorgänge, deren Ergebnisse die beiden Kurven 62, 68 zeigen, werden bei einem kleineren Abstand 14 von beispiels¬ weise 0,2 mm zwischen Spule 16 und Meßobjekt 10 durchgeführt. Der geringere Abstand 14 erhöht den Einfluß der Wirbelströme und erhöht gleichzeitig den Einfluß der Permeabilität des Meßobjektes 10 auf die Meßspule 16. Als Resultat ergebe sich die Kurve 62, deren Maxi¬ mum gegenüber dem der Kurve 60 zu einer niedrigeren Frequenz f hin verschoben ist. Die beiden Kurven 60, 62 weisen bei einer bestimmten Frequenz F einen Schnittpunkt 64 auf. Die Einwirkung einer Zugkraft 12 führt, ausgehend von der Kurve 62, zu einem Resultat, das die Kurve 68 zeigt. Die Zugkraft 12 verringert die Permeabilität des Meßobjekts 10, wodurch sich das Maximum der Kurve 68 gegenüber dem Maximum der Kurve 62 zu einer höheren Frequenz f hin verschiebt. Die Kurve 68 schneidet die Kurve 66 in dem Schnittpunkt 70, der nahezu bei der Frequenz F liegt. Die Meßkurven 60, 62, 66, 68, die eine Funktion der Frequenz f sind, zeigen, daß bei einer bestimmten Frequenz F die Höhe des Sensor¬ signals 34 nahezu nur vom mechanischen Spannungszustand des Meß- \ Objekts 10, nicht jedoch vom Abstand 14 zwischen der Sensorspule 16 und dem Meßobjekt 10 abhängt. Die beiden Schnittpunkte 64 und 70 liegen nicht exakt sondern nur näherungsweise bei der bestimmten Frequenz F.
Die Positionen der Schnittpunkte 64, 70 hängen von den Material¬ eigenschaften des Meßobjektes 10 ab, die fest vorgegeben sind. Die geeignete Wahl der Meßfrequenz f, die zum Wert F wird, der Induk¬ tivität der Meßspule 16, der Kapazität des Kondensators 30 sowie des Widerstandswertes des Dämpfungswiderstandes 32 eliminiert die Ab¬ standsabhängigkeit des Meßergebnisses weitgehend. Die experimentell gefundenen Werte werden fest eingestellt und gelten für ein bestimm¬ tes Material des Meßobjekts 10.
.Das Sensorsignal 34, -das als Wechselspannung mit der bestimmten' Frequenz F vorliegt, wird mit der Diode 36 gleichgerichtet. Das Siebglied 38 glättet die gleichgerichtete, pulsierende Wechsel¬ spannung. Der Siebkondensator 40 ist ergänzt durch den parallel ge¬ schalteten Ableitwiderstand 42. Ohne Ableitwiderstand 42 wäre nur eine Spitzenwerterfassung möglich. Eine noch verbleibende Welligkeit des Signals beseitigt der Tiefpaß 46, der aus einer Widerstands- Kondensator-Kombination 48, 50 besteht. Die nach dem Tiefpaß auf¬ tretende Gleichspannung wird in einer Verstärkeranordnung 52 auf einen gewünschten Signalpegel verstärkt, so daß die Signalspannung einen proportionalen oder nahezu proportionalen Wert zur Sensor¬ spannung 3 annimmt. Verwendet wird eine invertierende Verstärker¬ schaltung mit einem Operationsverstärker 54, deren Verstärkungs-
* faktor in bekannter Weise mit den beiden Widerständen 56 und 58 ein¬ gestellt wird. t
Anstelle des in Figur 2 gezeigten Parallelschwingkreises, bestehend aus der Meßspule 16 und dem Kondensator 30, ist es auch möglich, einen Serienschwingkreis zu verwenden. Auch bei einem Serien¬ schwingkreis wird das Sensorsignal 34 an der Meßspule 16 abgegriffen. Der Dämpfungswiders and 32 kann bei dem in Figur 2 gezeigten Paral¬ lelschwingkreis auch parallel zur Meßspule 16 geschaltet werden, wenn die Wechselspannungs-Energiequelle 20 als Stromquelle aus¬ gebildet ist. Die in Figur 2 gezeigte Schaltungsvariante, bei der der Dämpfungswiderstand 32 in Serie zum Parallelschwingkreis ge¬ schaltet ist, weist den Vorteil auf, daß die Wechselspannungs- Energiequelle 20 als Wechselspannungsgenerator 32 mit einem Innen¬ widerstand 24 ausgebildet sein kann. Diese Ausführung entspricht weitgehend den praktischen Gegebenheiten.

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Betreiben eines magnetoelastischen Sen¬ sors, bei dem eine Sensorspule auf eine Permeabilitätsänderung eines Meßobjekts reagiert, mit einem der Sensorspule zugeordneten Wider¬ stand, mit einer Wechselspannungsquelle, die die Sensorspule speist, und mit Mitteln zur Auswertung des an der Sensorspule abnehmbaren Signals, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorspule (16) ein Kon¬ densator (30) zugeordnet ist und daß der Widerstandswe'rt des der Sensorspule 06-) zugeordneten Widerstands (24, 32) , die Induktivität der Sensorspule (16), die Kapazität des Kondensators (30) sowie die Frequenz (f) der Wechselspannungsquelle (20) derart aufeinander ab¬ gestimmt sind, daß eine Abstandsänderung (16) zwischen Sensorspule (14) und Meßobjekt (10) nahezu keinen Einfluß auf das Sensorsignal hat.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Sensorspule (16) zugeordnete Widerstand zusammengesetzt ist aus einem Innenwiderstand (24) der Wechselspannungsquelle (20) und einem Dämpfungswiderstand (32).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Serienschwingkreis vorgesehen ist, bei dem der Dämpfungswiders and (32), der Kondensator (30) und die Meßspule (16) in Serie geschaltet sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Parallelschwingkreis vorgesehen ist, bei dem der Dämpfungswiderstand (32), der Kondensator (30) und die Meßspule (16) parallel geschaltet sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Dämpfungswiderstand (32) in Serie geschaltet ist zu einer Parallelschaltung aus Kondensator (30) und Meßspule (16).
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle (20) eine Reihenschal¬ tung einer Spannungsquelle (22) und eines Innenwiderstandes (24) ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle (20) besteht aus einer Parallelschaltung eines Wechselstromgenerators (22) und eines Innen¬ widerstands (24).
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das an der Meßspule(l6) auftretende Sensorsignal (34) mit einer Diode (36) gleichgerichtet und in einer nachfolgenden Siebschaltung (38), mit der Parallelschaltung eines Kondensators (40) und eines Ableitwiderstands (42), geglättet wird.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß eine Verstärkeranordnung (52) zum Verstärken der geglätteten Sensorspannung vorgesehen ist.
-10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verstärkeranordnung (52) und der Siebschaitung (38) ein Tiefpaß (46) vorgesehen ist.
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