WO2003044468A1 - Rotating switch unit with additional switching function - Google Patents

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WO2003044468A1
WO2003044468A1 PCT/EP2002/013001 EP0213001W WO03044468A1 WO 2003044468 A1 WO2003044468 A1 WO 2003044468A1 EP 0213001 W EP0213001 W EP 0213001W WO 03044468 A1 WO03044468 A1 WO 03044468A1
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switching
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output
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PCT/EP2002/013001
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Axel Bartos
Dirk Schmitz
Armin Meisenberg
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Hl-Planar Technik Gmbh
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    • G01DMEASURING 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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    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
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    • H03K2217/94Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/94057Rotary switches
    • H03K2217/94068Rotary switches with magnetic detection

Definitions

  • the invention relates to an encoder, in particular a rotary switch unit, the switching stages are run through by turning a rotary knob.
  • rotation angle sensor units For the contactless detection of the rotary movement of an axis, rotation angle sensor units are known in which a ferromagnetic (passive) or permanent magnetic (active) pole wheel is fixedly connected to the axis, which emits signals when it rotates with the axis, which signals are then detected by a measurement sensor.
  • the resulting signals can be measured in the form of magnetic field changes with the help of active sensors in the form of a Hall element or a magnetoresistive bridge.
  • the sensors respond in an effect-specific manner to modulations of the flux density or the field strength of the signal transmitter and output electrical signals after a magnetoelectric conversion of the field strength changes.
  • the rotational position of the magnet wheel ie the angular position in the direction of rotation of the axis, can also be determined. In the simplest case, this can be done either by a The output signals are digitized correctly using a threshold switch or by digitally querying the current signal level after analog-to-digital conversion with more than 1 bit resolution and subsequent control of a digital counter with counting and counting direction input.
  • the object of the invention is to provide an inexpensive rotary switch unit which allows additional switching functions.
  • the object is achieved by the object characterized in claim 1.
  • Magnetic field sensors in the sense of this invention are to be understood in particular to mean all magnetoresistive sensors which make use of one of the XMR technologies.
  • Various XMR technologies (AMR, GMR, CMR, GMI) are described in "Stefan Mengel, Technology Analysis Magnetism, Volume 2: XMR Technologies, VDI Technology Center Physical Technologies", to which content is referred.
  • a transmitter which by the arrangement of a signal pickup unit relative to a signal transmitter unit, a contactless measurement z. B. the rotational angle position of the rotary switch enables, the switching stages can be determined by the number of recorded signals.
  • the basic idea can be achieved by a rotary switching function with a plurality of switching stages with one consisting of a pole wheel with n Realize magnetic poles as a pulse generator unit and a magnetoresistive sensor as a pulse pick-up unit existing rotary sensor. Hall sensors can also be used instead of magnetic field sensors.
  • a magnetoresistive sensor detects, for example, the changes in field strength by the passage of a respective pole, so that in this case there are n switching steps per revolution of the magnet wheel.
  • the rotary switch can be turned endlessly without specifying a zero position.
  • the switching function of the rotary switch is expanded by the detection of the signal emitted from the respective pole of the magnet wheel to the magnetoresistive sensor and by the detection of the magnetic field strength.
  • the signal strength of the signal is advantageously set as a function of the distance between the magnet wheel and the sensor unit, so that a change in this amplitude results in a change in amplitude.
  • the magnetoresistive sensor advantageously has two outputs, at each of which a first and a second output signal is output.
  • the first output signal essentially corresponds to a signal which is sinusoidal in the first approximation, while the second output signal is an essentially cosine-shaped signal in the first approximation.
  • These two output signals are read out in a phase-shifted manner and digitized in an analog-digital converter, so that ultimately a counting or direction of rotation signal is present.
  • a suitable phase shift is for example Vi period of the output signals.
  • a threshold switching unit for the rotary switching range, with which the two output signals are each converted into binary sensor signals with constant amplitude, the rotational position of the magnet wheel being determined from the flank change of the amplitudes.
  • a conventional amplifier / trigger circuit for example, which triggers when a certain value is exceeded can serve as the threshold value switching unit.
  • Such a circuit can consist of two triggers with a switching threshold at 0 mV / V, which generate a counting pulse and a direction of rotation signal for the digital counter from the two magnetoresistive bridge signals.
  • a further signal is now advantageously obtained for the linear switching range from the course of the characteristic curve of the output signals, in order to be able to obtain further, additional location information beyond the angular position of the pole wheel.
  • This further information is set as a function of the distance, which can be varied by a relative movement of the magnet wheel away from the sensor or towards it in a direction of movement that is essentially perpendicular to the plane of rotation.
  • an additional switching function can be implemented, by means of which a relative linear movement between the magnet wheel and the sensor in the above direction of movement distinguishes the "magnetic field strong” state from the “magnetic field weak” state.
  • these two states “magnetic field strong” and “magnetic field weak” can then be recognized in any rotational angle position.
  • the characteristic curves are analyzed in a certain threshold value range in an advantageous development of the invention.
  • This range corresponds to the upper limit of the amplitude, that is to say the maximum output voltage value of the analog output signal, the lower limit being limited by the voltage value of the analog output signal above which a measurement of the angular position of the magnet wheel is still possible reliably.
  • the threshold value range is determined by two threshold values, the switching thresholds of the lower limit advantageously being selected such that in the "magnetic field strong" state, at least one of the two output signals is always outside the threshold value range.
  • it can be determined by means of the threshold switches whether the amount of the output voltage of one of the two sensor outputs exceeds a defined limit or whether the amount of both output voltages of the respective sensor outputs is simultaneously below the defined limit.
  • the switching function of the contactless rotary switch is expanded with the aid of the switching function realized by a linear displacement of the magnet wheel relative to the sensor.
  • the circuit function is intended to interrupt the forwarding of the counting and counting direction signal of the rotation detection when the "magnetic field weak" state is determined.
  • the threshold value exceeding signals of the linear circuit area also become in a manner corresponding to the rotary switching range, advantageously converted into binary signals.
  • the two sensor output signals are digitized with 1 or more bit resolution, knowing the shape of the characteristic curve.
  • the evaluation circuit for determining this linear location information perpendicular to the direction of rotation level requires, for example, four triggers with switching thresholds at approximately half the amplitude, each bridge being provided with a positive and a negative switching threshold.
  • An OR gate combination of the output signals gives a high signal as soon as the magnitude of one of the two output voltages exceeds the trigger threshold.
  • the invention creates an inexpensive, contactless, electronic rotary switch with an integrated push-button function.
  • the rotary knob rotating the magnet wheel itself or a separate button embedded in this rotary knob can serve as actuation means, the distance between the magnet wheel and sensor being either increased or decreased when the button is pressed. If the rotary movement positions are only to be forwarded in only one of the two switching positions, which switching position would correspond to that with a small distance between the magnet wheel and the sensor, a rotary switch with anti-rotation lock is implemented when the distance is reduced at the push of a button, in which the rotary switch function only presses of the rotary knob responds. In contrast, a rotary switch with confirmation function is implemented in the event of an increase in the distance at the push of a button.
  • a plurality of switching ranges can be provided per output signal with a plurality of switching thresholds for the linear displacement of the pole wheel to the sensor.
  • Such a choice of function depends then on the resolving power and the course of the sine or cosine curve.
  • the output voltage amplitudes are divided into several stages, the number of stages multiplied by the rotary switching stages giving the total number of switching positions to be assumed by means of the rotary switch.
  • the sensor signals can then be digitized with a resolution higher than 1 bit in order to evaluate the characteristic from the digitized result.
  • FIG. 1 schematically shows the arrangement of individual components of the rotary switch according to the invention for the various push-button rotary switch variants
  • FIG. 3 is a graph illustrating the output amplitude of a magnetoresistive sensor as a function of the magnetic field strength at the sensor location;
  • FIG. 4 is an exemplary graph showing the field strength and sensor amplitude of the magnetoresistive sensor as a function of the distance between the magnet wheel and the sensor;
  • FIG. 5 shows an exemplary graph in which the output characteristic curves of the magnetoresistive sensor are shown with the magnet wheel sensor at a small distance
  • Fig. 6 is an exemplary graph in which the output characteristics of magnetoresistive sensor at a medium distance magnet wheel sensor are shown;
  • FIG. 7 shows an exemplary graph in which the output characteristic curves of the magnetoresistive sensor are shown with the magnet wheel sensor at a large distance
  • FIG. 9 shows an exemplary representation of the signal curve in the evaluation circuit for a characteristic curve according to FIG. 5;
  • FIG. 10 shows an exemplary representation of the signal curve in the evaluation circuit for a characteristic curve according to FIG. 6;
  • FIG. 11 shows an exemplary representation of the signal curve in the evaluation circuit for a characteristic curve according to FIG. 7.
  • Fig. 1 shows schematically the arrangement of individual components of the rotary switch.
  • a magnet wheel 2 (not shown) which is equipped with magnetized poles (not shown) can be rotated about a rotation axis 3 and displaced linearly according to arrow v.
  • the pole wheel By turning the pole wheel, the poles pass through the measuring range of a magnetoresistive sensor 1.
  • This sensor detects the impulses of the field strength change and, as a result, outputs a periodic output signal at two sensor outputs.
  • the first signal output by the magnetoresistive sensor is a periodic cosine signal, while a periodic sine signal is tapped at the second output. As shown in FIG.
  • both signals carry out a complete voltage sweep from 0 to the positive and negative amplitudes.
  • the angle scaling given here on the ordinate axis therefore refers to the phase position of the signal and not to the angular position of the pole wheel.
  • the two signals have a constant phase shift of " ⁇ period, ie ⁇ / 2.
  • This constant phase shift means that any angular position after counting the detected pulses and the determined direction of rotation is characterized by comparing the two signal voltages.
  • FIG. 3 shows the output signal amplitude as a function of the magnetic field strength. As shown in this figure, the output signal amplitude also decreases with decreasing field strength at the sensor location. It can also be seen that the signal drop increases rapidly above a certain limit of the field strength. If this relationship is combined with the course of the field strength on a pole wheel as a function of the distance from the sensor to the pole wheel, an exemplary representation of the dependence of the sensor output signal amplitude on the distance between the sensor and the pole wheel is shown in FIG.
  • two threshold switches are provided per output channel, one switching threshold + S in the positive voltage range and the other switching threshold -S in the negative
  • the evaluation circuit consists of two parts.
  • One part contains two Schmitt triggers with a switching threshold at OmV / V, which generate a counting pulse signal and a direction of rotation signal for a digital counter from the two bridge signals.
  • the second part of the circuit requires four Schmitt triggers with which the switching thresholds are set.
  • Each magnetoresistive bridge has a trigger threshold set in the positive range and a trigger threshold in the negative range.
  • An OR operation is connected between the detected trigger signals for the amplitudes, so that it is always determined when the magnitude of one of the two output signals exceeds the trigger threshold. If the amounts of both output signals are below the threshold, no high signal is passed on via the OR link.
  • FIGS. 9, 10 and 11 show the signals which can be determined in the switching arrangement of FIG. 8.
  • FIG. 9 shows the signals at points A to G of a characteristic curve according to FIG. 5 output by the sensor.
  • FIG. 10 shows a signal series A to G based on a characteristic curve shown in FIG. 6, while FIG. 11 shows a signal series A to G according to a characteristic curve of FIG. 7.
  • the signals A to G are in a digitized form with 1-bit resolution, the signal
  • the digital 1-bit signal G at certain phase angles of the signal shows that at these angles the trigger threshold is undershot by one signal, but not by both signals. In contrast, the trigger threshold of both signals is not reached at other phase angles.
  • this area should only be run when the button is pressed or released and for as short a time as possible.
  • the end points of the sensor-magnet wheel movement must be in the outside areas with clearly defined switching states to ensure functional safety.
  • the sensor signals can be evaluated both in analog and in the corresponding example above in digitized form. This means that even with an analog evaluation for exceeding or falling below the threshold value, subsequent digitization with a resolution of 1 bit or more leads to a switching function of the rotary switch via the distance between the pole wheel sensor.

Abstract

The invention relates to a contact-free sender with a signal transmitting unit and a signal receiver unit, whereby the digitised output voltages of the signal receiver unit are analysed as, for example, counter or rotation-direction signals. Further positional information can be obtained from the dependence of the output signal amplitudes, applied in one embodiment as a function of the separation of the signal transmission unit from the signal receiver unit, which can be used as a further digital signal to extend the switching range.

Description

"Drehschaltereinheit mit zusätzlicher Schaltfunktion" "Rotary switch unit with additional switching function"
Die Erfindung betrifft einen Geber, insbesondere eine Drehschaltereinheit, deren Schaltstufen durch Drehen eines Drehknopfes durchlaufen werden.The invention relates to an encoder, in particular a rotary switch unit, the switching stages are run through by turning a rotary knob.
Für die berührungslose Erfassung der Drehbewegung einer Achse sind Drehwinkelsensoreinheiten bekannt, bei denen ein ferromagnetisches (passives) oder permanentmagnetisches (aktives) Polrad fest mit der Achse verbunden ist, das bei dessen Drehung mit der Achse Signale abgibt, die dann von einem Messwertaufnehmer erfaßt werden. So können bei Drehung des Polrades die sich daraus ergebenden Signale in Form von Ma- gnetfeldänderungen mit Hilfe aktiver Sensoren in Form eines Hallelementes oder einer magnetoresistiven Brücke gemessen werden. Die Sensoren sprechen effektspezifisch auf Modulationen der Flussdichte bzw. der Feldstärke des Signalgebers an und geben nach einer magnetoelektrischen Wandlung der Feldstärkeänderungen elektrische Signale aus.For the contactless detection of the rotary movement of an axis, rotation angle sensor units are known in which a ferromagnetic (passive) or permanent magnetic (active) pole wheel is fixedly connected to the axis, which emits signals when it rotates with the axis, which signals are then detected by a measurement sensor. When the magnet wheel rotates, the resulting signals can be measured in the form of magnetic field changes with the help of active sensors in the form of a Hall element or a magnetoresistive bridge. The sensors respond in an effect-specific manner to modulations of the flux density or the field strength of the signal transmitter and output electrical signals after a magnetoelectric conversion of the field strength changes.
Wie beispielsweise aus der US-Patentschrift 4 628 259 hervorgeht, lassen sich durch die Auswertung von Zählimpulsen eines n-poligen Polrades auch die Drehposition des Polrades, d.h. die Winkelstellung in Drehrichtung der Achse bestimmen. Dies kann im einfachsten Fall entweder durch eine di- rekte Digitalisierung der Ausgangssignale mittels Schwellwertschalter oder durch eine digitale Abfrage der momentanen Signalhöhe nach erfolgter Analog-Digital-Wandlung mit mehr als 1 Bit-Auflösung und darauffolgender Ansteuerung eines Digitalzählers mit Zähl- und Zählrichtungseingang erfol- gen.As can be seen, for example, from US Pat. No. 4,628,259, by evaluating counting pulses of an n-pole magnet wheel, the rotational position of the magnet wheel, ie the angular position in the direction of rotation of the axis, can also be determined. In the simplest case, this can be done either by a The output signals are digitized correctly using a threshold switch or by digitally querying the current signal level after analog-to-digital conversion with more than 1 bit resolution and subsequent control of a digital counter with counting and counting direction input.
Im Ergebnis kann man mit dieser Art von berührungslosen Sensoren sowohl die Drehwinkelposition, die Drehzahl, die Drehgeschwindigkeit, die Beschleunigung und die Drehrichtung der Achse ermitteln.As a result, you can use this type of non-contact sensors to determine the angle of rotation position, the speed, the speed of rotation, the acceleration and the direction of rotation of the axis.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Drehschaltereinheit vorzusehen, die zusätzliche Schaltfunktionen erlaubt.The object of the invention is to provide an inexpensive rotary switch unit which allows additional switching functions.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den im Anspruch 1 gekennzeich- neten Gegenstand gelöst.According to the invention the object is achieved by the object characterized in claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den jeweiligen Unteransprüchen hervor.Advantageous developments of the invention emerge from the respective subclaims.
Unter Magnetfeldsensor im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere sämtliche magnetoresistiven Sensoren zu verstehen, die von einer der XMR- Technologien Gebrauch machen. Verschiedene XMR-Technologien (AMR, GMR, CMR, GMI) sind in "Stefan Mengel, Technologieanalyse Magnetismus, Band 2: XMR Technologien, VDI-Technologiezentrum Physikalische Technologien, beschrieben, worauf inhaltlich bezug genommen wird.Magnetic field sensors in the sense of this invention are to be understood in particular to mean all magnetoresistive sensors which make use of one of the XMR technologies. Various XMR technologies (AMR, GMR, CMR, GMI) are described in "Stefan Mengel, Technology Analysis Magnetism, Volume 2: XMR Technologies, VDI Technology Center Physical Technologies", to which content is referred.
Gemäß der Erfindung ist ein Geber vorgesehen, der durch die Anordnung einer Signalaufnehmereinheit relativ zu einer Signalgebereinheit eine kontaktlose Messung z. B. der Drehwinkelposition des Drehschalters ermög- licht, wobei durch die Anzahl der aufgenommenen Signale die Schaltstufen festlegbar sind. Erfindungsgemäß läßt sich die Grundidee durch eine Drehschaltfunktion mit mehreren Schaltstufen mit einem aus einem Polrad mit n- magnetischen Polen als Impulsgebereinheit und einem magnetoresistiven Sensor als Impulsaufnehmereinheit bestehenden Drehsensor verwirklichen. Statt Magnetfeldsensoren können auch Hallsensoren zum Einsatz kommen.According to the invention, a transmitter is provided, which by the arrangement of a signal pickup unit relative to a signal transmitter unit, a contactless measurement z. B. the rotational angle position of the rotary switch enables, the switching stages can be determined by the number of recorded signals. According to the invention, the basic idea can be achieved by a rotary switching function with a plurality of switching stages with one consisting of a pole wheel with n Realize magnetic poles as a pulse generator unit and a magnetoresistive sensor as a pulse pick-up unit existing rotary sensor. Hall sensors can also be used instead of magnetic field sensors.
Bei einer Drehbewegung des Polrades mit n-ferro- oder permanentmagnetischen Polen am Sensor vorbei, detektiert beispielsweise ein magnetoresisti- ver Sensor die Feldstärkeänderungen durch das Vorüberziehen eines jeweiligen Pols, so daß sich in diesem Fall n-Schaltstufen pro Umdrehung des Polrades ergeben. Der Drehschalter kann sich dabei ohne Festlegung einer Nullposition endlos drehen lassen.When the magnet wheel rotates past the sensor with n-ferro- or permanent-magnetic poles, a magnetoresistive sensor detects, for example, the changes in field strength by the passage of a respective pole, so that in this case there are n switching steps per revolution of the magnet wheel. The rotary switch can be turned endlessly without specifying a zero position.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Schaltfunktion des Drehschalters durch die Detektion des vom jeweiligen Pol des Polrades an den magnetoresistiven Sensor abgegebenen Signales und durch die Detektion der magnetischen Feldstärke erweitert. Die Signalstärke des Signales wird dabei in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit des Abstands zwischen Polrad und Sensoreinheit gesetzt, so dass bei einer Änderung dieses Abstands eine Amplitudenänderung die Folge ist.According to an advantageous embodiment of the invention, the switching function of the rotary switch is expanded by the detection of the signal emitted from the respective pole of the magnet wheel to the magnetoresistive sensor and by the detection of the magnetic field strength. The signal strength of the signal is advantageously set as a function of the distance between the magnet wheel and the sensor unit, so that a change in this amplitude results in a change in amplitude.
Im folgenden wird der physikalisch technische Aufbau näher erläutert, der sich in zwei Schaltfunktionen, d.h. in den Drehschaltbereich und in den durch die Signalamplitude abhängigen linearen Schaltbereich unterteilen lässt.In the following, the physical-technical structure is explained in more detail, which can be divided into two switching functions, i.e. can be divided into the rotary switching range and the linear switching range dependent on the signal amplitude.
Der magnetoresistive Sensor verfügt vorteilhafterweise über zwei Ausgänge, an denen jeweils ein erstes bzw. ein zweites Ausgangssignal ausgegeben wird. Das erste Ausgangssignal entspricht im wesentlichen einem in erster Näherung sinusförmigen Signal, während das zweite Ausgangssignal ein im wesentlichen cosinusförmiges Signal in erster Näherung ist. Diese beiden Ausgangssignale werden konstant phasenverschoben ausgelesen und in einem Analog-Digitalwandler digitalisiert, so dass letztlich ein Zähl- bzw. Drehrichtungssignal vorliegt. Eine geeignete Phasenverschiebung beträgt beispielsweise Vi-Periode der Ausgangssignale. Mit Hilfe dieser Signalge- bung kann durch Vergleich der Amplituden zueinander ein Wechsel der Drehposition für den Drehschaltbereich festgestellt werden.The magnetoresistive sensor advantageously has two outputs, at each of which a first and a second output signal is output. The first output signal essentially corresponds to a signal which is sinusoidal in the first approximation, while the second output signal is an essentially cosine-shaped signal in the first approximation. These two output signals are read out in a phase-shifted manner and digitized in an analog-digital converter, so that ultimately a counting or direction of rotation signal is present. A suitable phase shift is for example Vi period of the output signals. With the aid of this signaling, a change in the rotational position for the rotary switching range can be determined by comparing the amplitudes with one another.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist für den Drehschaltbereich eine Schwellwertschalteinheit vorgesehen, mit der beide Ausgangssignale jeweils in binäre Sensorsignale mit konstanter Amplitude umgewandelt werden, wobei aus dem Flankenwechsel der Amplituden die Drehposition des Polrades ermittelt wird. Als Schwellwertschalteinheit kann hier beispielsweise eine herkömmliche Verstärker-tTriggerschaltung dienen, die das Überschreiten eines bestimmten Wertes triggert. Eine derartige Schaltung kann aus zwei Triggern mit einer Schaltschwelle bei 0 mV/V bestehen, die aus den beiden magnetoresistiven Brückensignalen einen Zählimpuls und ein Drehrichtungssignal für den Digitalzähler erzeugen.According to an advantageous development of the invention, a threshold switching unit is provided for the rotary switching range, with which the two output signals are each converted into binary sensor signals with constant amplitude, the rotational position of the magnet wheel being determined from the flank change of the amplitudes. A conventional amplifier / trigger circuit, for example, which triggers when a certain value is exceeded can serve as the threshold value switching unit. Such a circuit can consist of two triggers with a switching threshold at 0 mV / V, which generate a counting pulse and a direction of rotation signal for the digital counter from the two magnetoresistive bridge signals.
Erfindungsgemäß wird nun in vorteilhafter Weise für den linearen Schaltbereich aus dem Verlauf der Kennlinie der Ausgangssignale ein weiteres Signal gewonnen, um über die Drehwinkelstellung des Polrades hinaus eine weitere, zusätzliche Orts-Information gewinnen zu können. Diese weitere Information ist in Abhängigkeit des Abstands gesetzt, der durch eine Relativbewegung des Polrades vom Sensor weg, bzw. zu diesem hin in einer zur Drehebene im wesentlichen senkrechten Bewegungsrichtung variiert werden kann.According to the invention, a further signal is now advantageously obtained for the linear switching range from the course of the characteristic curve of the output signals, in order to be able to obtain further, additional location information beyond the angular position of the pole wheel. This further information is set as a function of the distance, which can be varied by a relative movement of the magnet wheel away from the sensor or towards it in a direction of movement that is essentially perpendicular to the plane of rotation.
So kann in einer Ausführungsform zur Drehschaltfunktion eine zusätzliche Schaltfunktion realisiert werden, über die durch eine relative Linearbewegung zwischen Polrad und Sensor in obiger Bewegungsrichtung der Zustand "Magnetfeld stark" vom Zustand "Magnetfeld schwach" unterschieden wird. Bei einer gleichzeitigen Auswertung beider Ausgangssignalspan- nungen können diese beiden Zustände "Magnetfeld stark" und "Magnetfeld schwach" dann in jeder beliebigen Drehwinkelposition erkannt werden. Um überdies die Drehschaltfunktion auch noch im Zustand "Magnetfeld schwach" zuverlässig aufrechtzuerhalten und die Erzeugung fehlerhafter Drehsignale zu eliminieren, werden in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Kennlinien in einem bestimmten Schwellwertbereich analysiert. Dieser Bereich entspricht an der oberen Grenze der Amplitude, also dem maximalen Ausgangsspannungswert des analogen Ausgangssignals, wobei die untere Grenze durch denjenigen Spannungswert des analogen Ausgangssignals begrenzt ist, oberhalb dessen eine Messung der Drehwinkelstellung des Polrades noch zuverlässig möglich ist.Thus, in an embodiment for the rotary switching function, an additional switching function can be implemented, by means of which a relative linear movement between the magnet wheel and the sensor in the above direction of movement distinguishes the "magnetic field strong" state from the "magnetic field weak" state. When the two output signal voltages are evaluated simultaneously, these two states "magnetic field strong" and "magnetic field weak" can then be recognized in any rotational angle position. In order to reliably maintain the rotary switching function even in the "weak magnetic field" state and to eliminate the generation of incorrect rotary signals, the characteristic curves are analyzed in a certain threshold value range in an advantageous development of the invention. This range corresponds to the upper limit of the amplitude, that is to say the maximum output voltage value of the analog output signal, the lower limit being limited by the voltage value of the analog output signal above which a measurement of the angular position of the magnet wheel is still possible reliably.
Pro Ausgangssignal des Sensors wird der Schwellwertbereich durch jeweils zwei Schwellwerte festgelegt, wobei die Schaltschwellen der unteren Grenze vorteilhafterweise derart zu wählen sind, dass im Zustand "Magnetfeld stark" immer mindestens eines der beiden Ausgangssignale außerhalb des Schwellwertbereichs liegt. So ist in dieser Ausführungsform mittels der Schwellwertschalter festzustellen, ob der Betrag der Ausgangsspannung eines der beiden Sensorausgänge eine festgelegte Grenze überschreitet, oder ob der Betrag bei beiden Ausgangsspannungen der jeweiligen Sensorausgänge gleichzeitig unterhalb der festgelegten Grenze liegt.For each output signal of the sensor, the threshold value range is determined by two threshold values, the switching thresholds of the lower limit advantageously being selected such that in the "magnetic field strong" state, at least one of the two output signals is always outside the threshold value range. In this embodiment, it can be determined by means of the threshold switches whether the amount of the output voltage of one of the two sensor outputs exceeds a defined limit or whether the amount of both output voltages of the respective sensor outputs is simultaneously below the defined limit.
Aufgrund dieser Schaltungseinrichtung ist mit Hilfe der durch eine lineare Verschiebung des Polrades zum Sensor realisierten Schaltfunktion die Schaltfunktion des kontaktlosen Drehschalters erweitert.Because of this switching device, the switching function of the contactless rotary switch is expanded with the aid of the switching function realized by a linear displacement of the magnet wheel relative to the sensor.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schaltungsfunktion dafür vorgesehen, bei einer Feststellung des Zustandes "Magnetfeld schwach" die Weiterleitung des Zähl- und Zählrichtungssignals der Drehdetektion zu unterbrechen.According to an advantageous embodiment, the circuit function is intended to interrupt the forwarding of the counting and counting direction signal of the rotation detection when the "magnetic field weak" state is determined.
Entsprechend einem zum Ermitteln der Drehposition zu vollziehenden Flankenvergleich der in binäre Signale umgesetzten Amplituden werden auch die Schwellwertüberschreitungs-Signale des linearen Schaltungsbereiches in entsprechender Weise zum Drehschaltbereich in vorteilhafter Weise in binäre Signale umgesetzt. Das heißt, dass die beiden Sensorausgangssignale in Kenntnis der Kennlinienform mit 1 oder mehr Bit-Auflösung digitalisiert werden.Corresponding to an edge comparison of the amplitudes converted into binary signals to determine the rotational position, the threshold value exceeding signals of the linear circuit area also become in a manner corresponding to the rotary switching range, advantageously converted into binary signals. This means that the two sensor output signals are digitized with 1 or more bit resolution, knowing the shape of the characteristic curve.
Die Auswerteschaltung zur Ermittlung dieser linearen Ortinformation senkrecht zur Drehrichtungsebene erfordert beispielweise vier Trigger mit Schaltschwellen auf in etwa der halben Höhe der Amplitude, wobei jede Brücke mit einer positiven und einer negativen Schaltschwelle versehen ist. Über eine ODER-Gatterverknüpfung der Ausgangssignale erhält man ein High-Signal, sobald der Betrag einer der beiden Ausgangsspannungen die Triggerschwelle überschreitet.The evaluation circuit for determining this linear location information perpendicular to the direction of rotation level requires, for example, four triggers with switching thresholds at approximately half the amplitude, each bridge being provided with a positive and a negative switching threshold. An OR gate combination of the output signals gives a high signal as soon as the magnitude of one of the two output voltages exceeds the trigger threshold.
Die Erfindung schafft somit im Ergebnis einen kostengünstigen, kontaktlo- sen, elektronischen Drehschalter mit integrierter Tastfunktion.As a result, the invention creates an inexpensive, contactless, electronic rotary switch with an integrated push-button function.
Zur Betätigung der Tastfunktion kann der das Polrad drehende Drehknopf selbst oder ein in diesen Drehknopf eingelassener separater Knopf als Betätigungsmittel dienen, wobei beim Eindrücken des Knopfes der Abstand zwischen Polrad und Sensor entweder vergrößert oder verkleinert wird. Sollen die Drehbewegungspositionen ausschließlich in nur einer der beiden Schaltpositionen weitergeleitet werden, welche Schaltposition derjenigen mit geringem Abstand zwischen Polrad und Sensor entspräche, ist bei einer Verkleinerung des Abstandes auf Tastendruck ein Drehschalter mit Ver- drehsicherung realisiert, bei dem die Drehschalterfunktion nur nach Eindrük- ken des Drehknopfes anspricht. Demgegenüber ist im Falle einer Vergrößerung des Abstandes auf Tastendruck ein Drehschalter mit Bestätigungsfunktion realisiert.To actuate the button function, the rotary knob rotating the magnet wheel itself or a separate button embedded in this rotary knob can serve as actuation means, the distance between the magnet wheel and sensor being either increased or decreased when the button is pressed. If the rotary movement positions are only to be forwarded in only one of the two switching positions, which switching position would correspond to that with a small distance between the magnet wheel and the sensor, a rotary switch with anti-rotation lock is implemented when the distance is reduced at the push of a button, in which the rotary switch function only presses of the rotary knob responds. In contrast, a rotary switch with confirmation function is implemented in the event of an increase in the distance at the push of a button.
Erfindungsgemäß können jedoch auch mehrere Schaltbereiche pro Ausgangssignal mit mehreren Schaltschwellen für die lineare Verschiebung des Polrades zum Sensor vorgesehen sein. Eine derartige Funktionswahl hängt dann vom Auflösungsvermögen und dem Verlauf der sinus- bzw. cosinus- förmigen Kennlinie ab. In einem Fall mit mehrfachem linearen Schaltbereich werden die Ausgangsspannungsamplituden in mehrere Stufen unterteilt, wobei die Anzahl der Stufen multipliziert mit den Drehschaltstufen die Ge- samtzahl der mittels des Drehschalters einzunehmenden Schaltpositionen ergibt. Die Sensorsignale können dann mit einer höheren Auflösung als 1 Bit digitalisiert werden, um aus dem digitalisierten Ergebnis die Kennlinie auszuwerten.According to the invention, however, a plurality of switching ranges can be provided per output signal with a plurality of switching thresholds for the linear displacement of the pole wheel to the sensor. Such a choice of function depends then on the resolving power and the course of the sine or cosine curve. In a case with a multiple linear switching range, the output voltage amplitudes are divided into several stages, the number of stages multiplied by the rotary switching stages giving the total number of switching positions to be assumed by means of the rotary switch. The sensor signals can then be digitized with a resolution higher than 1 bit in order to evaluate the characteristic from the digitized result.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Drehschalter- Ausführungsbeispiels mit zusätzlicher zweistufiger Schaltfunktion unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:The invention is explained in more detail below with the aid of a rotary switch exemplary embodiment with an additional two-stage switching function with the aid of the attached drawing. In this shows:
Fig. 1 schematisch die Anordnung einzelner Bestandteile des erfindungs- gemäßen Drehschalters für die verschiedenen Tast-Drehschalter- varianten;1 schematically shows the arrangement of individual components of the rotary switch according to the invention for the various push-button rotary switch variants;
Fig. 2 zwei periodische Ausgangssignale des Sensors;2 shows two periodic output signals from the sensor;
Fig. 3 einen Graphen, der die Ausgangsamplitude eines magnetoresistiven Sensors als Funktion der magnetischen Feldstärke am Sensorort veranschaulicht;3 is a graph illustrating the output amplitude of a magnetoresistive sensor as a function of the magnetic field strength at the sensor location;
Fig. 4 einen exemplarischen Graphen, der Feldstärke und Sensoramplitu- de des magnetoresistiven Sensors als Funktion des Abstands zwischen Polrad und Sensor zeigt;4 is an exemplary graph showing the field strength and sensor amplitude of the magnetoresistive sensor as a function of the distance between the magnet wheel and the sensor;
Fig. 5 einen exemplarischen Graphen, in dem die Ausgangskennlinien des magnetoresistiven Sensors bei geringem Abstand Polrad-Sensor gezeigt sind;FIG. 5 shows an exemplary graph in which the output characteristic curves of the magnetoresistive sensor are shown with the magnet wheel sensor at a small distance; FIG.
Fig. 6 einen exemplarischen Graphen, in dem die Ausgangskennlinien des magnetoresistiven Sensors bei mittlerem Abstand Polrad-Sensor gezeigt sind;Fig. 6 is an exemplary graph in which the output characteristics of magnetoresistive sensor at a medium distance magnet wheel sensor are shown;
Fig. 7 einen exemplarischen Graphen, in dem die Ausgangskennlinien des magnetoresistiven Sensors bei großem Abstand Polrad-Sensor gezeigt sind;FIG. 7 shows an exemplary graph in which the output characteristic curves of the magnetoresistive sensor are shown with the magnet wheel sensor at a large distance; FIG.
Fig. 8 einen Schaltplan einer Schaltungsanordnung;8 shows a circuit diagram of a circuit arrangement;
Fig. 9 eine exemplarische Darstellung des Signalverlaufs in der Auswertschaltung für eine Kennlinie nach Fig. 5;FIG. 9 shows an exemplary representation of the signal curve in the evaluation circuit for a characteristic curve according to FIG. 5;
Fig. 10 eine exemplarische Darstellung des Signalverlaufs in der Auswertschaltung für eine Kennlinie nach Fig. 6;10 shows an exemplary representation of the signal curve in the evaluation circuit for a characteristic curve according to FIG. 6;
Fig. 11 eine exemplarische Darstellung des Signalverlaufs in der Auswertschaltung für eine Kennlinie nach Fig. 7.11 shows an exemplary representation of the signal curve in the evaluation circuit for a characteristic curve according to FIG. 7.
Fig. 12 Analoge Auswertung.Fig. 12 Analog evaluation.
Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung einzelner Bestandteile des Drehschalters. Mit einem Drehknopf 4 des Drehschalters kann über eine Drehachse 3 ein mit magnetisierten Polen (nicht gezeigt) besetztes Polrad 2 gedreht und gemäß dem Pfeil v linear verschoben werden. Durch Drehen des Polrades durchlaufen die Pole den Messbereich eines magnetoresistiven Sensors 1. Dieser Sensor detektiert die Impulse der Feldstärkenänderung und gibt im Ergebnis darauf an zwei Sensor-Ausgängen jeweils ein periodisches Ausgangssignal ab. Das erste vom magnetoresistiven Sensor ausgegebene Signal ist im vorliegenden Fall ein periodisches Cosinus-Signal, während am zweiten Ausgang ein periodisches Sinus-Signal abgegriffen wird. Wie in Fig. 2 gezeigt, vollziehen beide Signale bei einem vollständigen Pha- sendurchlauf von 360° des Signals einen vollständigen Spannungsdurchlauf von 0 bis zur positiven und negativen Amplitude. Die hier angegebene Winkelskalierung auf der Ordinatenachse bezieht sich deshalb auf die Phasen- läge des Signals und nicht auf die Winkelstellung des Polrades.Fig. 1 shows schematically the arrangement of individual components of the rotary switch. With a rotary knob 4 of the rotary switch, a magnet wheel 2 (not shown) which is equipped with magnetized poles (not shown) can be rotated about a rotation axis 3 and displaced linearly according to arrow v. By turning the pole wheel, the poles pass through the measuring range of a magnetoresistive sensor 1. This sensor detects the impulses of the field strength change and, as a result, outputs a periodic output signal at two sensor outputs. In the present case, the first signal output by the magnetoresistive sensor is a periodic cosine signal, while a periodic sine signal is tapped at the second output. As shown in FIG. 2, with a complete phase sweep of 360 ° of the signal, both signals carry out a complete voltage sweep from 0 to the positive and negative amplitudes. The angle scaling given here on the ordinate axis therefore refers to the phase position of the signal and not to the angular position of the pole wheel.
Die beiden Signale haben im vorliegenden Fall eine konstante Phasenverschiebung von "Α-Periode, also π/2. Durch diese konstante Phasenverschiebung ist jede beliebige Winkelstellung nach Zählung der detektierten Impul- se und der ermittelten Drehrichtung durch Vergleich der beiden Signalspannungen gekennzeichnet.In the present case, the two signals have a constant phase shift of " Α period, ie π / 2. This constant phase shift means that any angular position after counting the detected pulses and the determined direction of rotation is characterized by comparing the two signal voltages.
Fig. 3 zeigt die Ausgangssignalamplitude als Funktion der magnetischen Feldstärke. Wie in dieser Figur gezeigt, nimmt die Ausgangssignalamplitude mit abnehmender Feldstärke am Sensorort ebenso ab. Auch ist zu erkennen, dass der Signalabfall ab einem bestimmten Grenzwert der Feldstärke rapide zunimmt. Kombiniert man diese Beziehung mit dem Verlauf der Feldstärke an einem Polrad in Abhängigkeit vom Abstand des Sensors zum Polrad, so erhält man eine in Fig. 4 gezeigte exemplarische Darstellung der Abhängigkeit der Sensorausgangs-Signalamplitude vom Abstand Sensor- Polrad.3 shows the output signal amplitude as a function of the magnetic field strength. As shown in this figure, the output signal amplitude also decreases with decreasing field strength at the sensor location. It can also be seen that the signal drop increases rapidly above a certain limit of the field strength. If this relationship is combined with the course of the field strength on a pole wheel as a function of the distance from the sensor to the pole wheel, an exemplary representation of the dependence of the sensor output signal amplitude on the distance between the sensor and the pole wheel is shown in FIG.
Wie das in Fig. 4 zu erkennen ist, gibt es bei geringen Abständen vom Polrad zum Sensor eine Zone, in der die Signalamplitude bei nur geringer Orts- abhängigkeit sehr groß ist. Ab einer bestimmten Entfernung fällt die Signalamplitude dann - wie oben bereits erwähnt - steil ab. In der Praxis treten an dieser Grenze oft auch zunehmend Oberwellen in der Sinus- oder Cosinuskurve auf, die zu starken Verformungen der Kennlinie führen. Die Erzeugung eines brauchbaren Ausgangssignals für die Polzählung wird durch die Kurvenverformung bzw. die Amplitudenabnahme allerdings erst bei sehr geringen Feldstärken beeinträchtigt. Um nun zusätzlich zur Ermittlung der Drehwinkelposition eine zweistufige Schaltfunktion zu realisieren, wird gemäß der Erfindung der Abstand des Polrades zum Sensor über die Signalstärke gemessen. Um allein anhand der beiden Ausgangssignale festzustellen, ob der Abstand Polrad-Sensor gering ist, wird im vorliegenden Fall bei einer Phasenverschiebung von VA- Periode die Beziehung:As can be seen in FIG. 4, at short distances from the magnet wheel to the sensor there is a zone in which the signal amplitude is very large with only a small spatial dependence. From a certain distance, the signal amplitude then drops steeply - as already mentioned above. In practice, harmonics in the sine or cosine curve, which lead to severe deformations of the characteristic curve, often occur at this limit. The generation of a usable output signal for the pole count is, however, only impaired by the curve deformation or the decrease in amplitude at very low field strengths. In order to implement a two-stage switching function in addition to determining the rotational angle position, the distance of the pole wheel to the sensor is measured via the signal strength according to the invention. In order to determine whether the distance between the magnet wheel sensor and the distance between them is small, based on the two output signals alone, the relationship in the present case with a phase shift of VA period becomes:
SUI Λ; = COS Λ; fur x = —SUI Λ; = COS Λ; for x = -
4 zwischen Sinus und Cosinus genutzt, wobei4 used between sine and cosine, whereby
π sm = Aπ sm = A
2 und π A sm— = -τ= 4 2 mit A = Betrag der Amplitude.2 and π A sm— = -τ = 4 2 with A = magnitude of the amplitude.
Damit ist bei reinen sinus- bzw. cosinus-förmigen Kennlinien bei jedem Phasenwinkel der Betrag der Ausgangsspannung mindestens eines AusgangsIn the case of pure sine or cosine-shaped characteristic curves, the magnitude of the output voltage of at least one output for each phase angle
A größer als -j=- , da im Schnittpunkt der Graphen beim Abfallen der Sinus-A greater than - j = - because at the intersection of the graphs when the sine
V2 Kurve die Cosinus-Kurve ansteigt und vice versa (siehe Fig. 2).V2 curve the cosine curve rises and vice versa (see Fig. 2).
Mit bezug auf Fig. 5 ist ein Beispiel für die Kennlinie der Ausgangssignale des Sensors bei geringem Abstand zwischen Polrad und Sensor gezeigt.With reference to FIG. 5, an example of the characteristic curve of the output signals of the sensor with a small distance between the magnet wheel and the sensor is shown.
Sind nun - wie im vorliegenden Fall - pro Ausgangskanal zwei Schwellwertschalter vorgesehen, wobei dessen eine Schaltschwelle +S im positiven Spannungsbereich und dessen andere Schaltschwelle -S im negativenNow, as in the present case, two threshold switches are provided per output channel, one switching threshold + S in the positive voltage range and the other switching threshold -S in the negative
A Spannungsbereich und zwar unterhalb dieser Grenze ISI <—= liegen, dannA voltage range and below this limit ISI <- =, then
V2 kann ein Unterschreiten dieser Schaltschwellen festgestellt werden, ohne die Information über die Drehwinkelstellung zu verlieren. Dies ist bei ober- wellenfreier Kennlinie der Fall, sobald die Signalamplitude größer als der
Figure imgf000013_0001
V2, it can be determined that these switching thresholds have been undershot without losing the information about the angle of rotation position. This is wave-free characteristic as soon as the signal amplitude is greater than that
Figure imgf000013_0001
Liegt, wie das in Fig. 6 gezeigt ist, die Signalamplitude A im Bereich S≤A≤S - ->/2 , so hängt der Tastzustand von dem jeweiligen Phasenwinkel ab. Denn in diesem Bereich überschreitet der Signalwert nur bei bestimmten Phasenwinkel θ (beispielsweise 0 = 0) den Wert S- 2 - So wird bei bestimmten Phasenwinkeln die Triggerschwelle zwar von einer Amplitude, nicht jedoch von beiden Amplituden unterschritten. Demgegenüber wird bei anderen Phasenwinkeln die Triggerschwelle von beiden Amplituden unterschritten (siehe hierzu auch digitales 1 -Bit-Signal in Fig. 10). Dieser Bereich sollte beim Betätigen oder Loslassen der Taste lediglich kurzzeitig durchlaufen werden. Die Endpunkte der Bewegung Sensor-Polrad müssen zur Gewährleistung der Funktionssicherheit in den außerhalb liegenden Berei- chen mit eindeutig definierten Schaltzuständen liegen.If, as shown in FIG. 6, the signal amplitude A is in the range S≤A≤S - -> / 2, the pulse state depends on the respective phase angle. Because in this range the signal value only exceeds the value S-2 at certain phase angles θ (for example 0 = 0). Thus, at certain phase angles, the trigger threshold is below one amplitude, but not under both amplitudes. In contrast, the trigger threshold of both amplitudes is not reached at other phase angles (see also digital 1-bit signal in FIG. 10). This area should only be run briefly when the button is pressed or released. The end points of the sensor-magnet wheel movement must be in the outside areas with clearly defined switching states to ensure functional safety.
Sinken nun - entsprechend Fig. 7 - infolge einer Zunahme des Polrad- Sensor-Abstands die Signalamplituden unter den Schwellwert S der Schwellwertschalter, so signalisiert kein Schwellwertschalter für einen belie- bigen Phasenwinkel ein Überschreiten der Schaltschwelle. Die Weitergabe der Drehwinkelpositionen, die in diesem Zustand noch messbar sind, werden dann gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch die Schaltfunktion entsprechend einer Unterbrechung nicht weitergegeben.If, as shown in FIG. 7, the signal amplitudes drop below the threshold value S of the threshold switches as a result of an increase in the magnet wheel sensor distance, no threshold value switch signals that the switching threshold has been exceeded for any phase angle. The forwarding of the rotational angle positions, which can still be measured in this state, are then not forwarded according to the present embodiment by the switching function after an interruption.
Bei der Wahl des zu verwendenden Sensortyps ist diesbezüglich darauf zu achten, dass der Sensor an der unteren Grenze des Undefinierten Schaltbereichs noch ein einwandfreies, für die sichere Zähl- und Drehrichtungsimpul- serzeugung qualitativ ausreichendes Ausgangssignal generiert.When choosing the type of sensor to be used, care must be taken that the sensor at the lower limit of the undefined switching range still generates a perfect output signal that is of sufficient quality for reliable counting and direction of rotation pulse generation.
Fig. 8 zeigt die mögliche Schaltungsanordnung zur Feststellung, ob der Betrag der Ausgangsspannung eines der beiden Sensorausgänge eine festgelegte Grenze überschreitet oder ob der Betrag der Ausgangsspannung bei beiden Sensorausgänge gleichzeitig unterhalb der festgelegten Grenze liegt.8 shows the possible circuit arrangement for determining whether the magnitude of the output voltage of one of the two sensor outputs exceeds a predetermined limit or whether the magnitude of the output voltage for both sensor outputs is below the specified limit at the same time.
Die Auswertschaltung besteht dabei aus zwei Teilen. Der eine Teil enthält zwei Schmitt-Trigger mit einer Schaltschwelle bei OmV/V, die aus den beiden Brükkensignalen ein Zählimpulssignal und ein Drehrichtungssignal für einen Digitalzähler erzeugen.The evaluation circuit consists of two parts. One part contains two Schmitt triggers with a switching threshold at OmV / V, which generate a counting pulse signal and a direction of rotation signal for a digital counter from the two bridge signals.
Der zweite Teil der Schaltung erfordert vier Schmitt-Trigger, mit denen die Schaltschwellen gesetzt sind. Jede magnetoresistive Brücke verfügt über eine im positiven Bereich und eine im negativen Bereich gesetzte Triggerschwelle. Eine ODER-Verknüpfung ist zwischen den detektierten Triggersignalen für die Amplituden geschaltet, so daß immer festgestellt wird, wenn der Betrag eines der beiden Ausgangssignale die Triggerschwelle über- schreitet. Liegen die Beträge beider Ausgangssignale unterhalb der Schwelle, wird über die ODER-Verknüpfung kein High-Signal weitergegeben.The second part of the circuit requires four Schmitt triggers with which the switching thresholds are set. Each magnetoresistive bridge has a trigger threshold set in the positive range and a trigger threshold in the negative range. An OR operation is connected between the detected trigger signals for the amplitudes, so that it is always determined when the magnitude of one of the two output signals exceeds the trigger threshold. If the amounts of both output signals are below the threshold, no high signal is passed on via the OR link.
Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen die in der Schaltanordnung von Fig. 8 ermittel- baren Signale. Fig. 9 stellt dabei die Signale an den Punkten A bis G einer vom Sensor ausgegebenen Kennlinie gemäß Fig. 5 dar. Entsprechend zeigt die Fig. 10 eine Signalreihe A bis G auf der Grundlage einer in Fig. 6 gezeigten Kennlinie, während Fig. 11 eine Signalreihe A bis G nach einer Kennlinie von Fig. 7 zeigt.FIGS. 9, 10 and 11 show the signals which can be determined in the switching arrangement of FIG. 8. FIG. 9 shows the signals at points A to G of a characteristic curve according to FIG. 5 output by the sensor. Correspondingly, FIG. 10 shows a signal series A to G based on a characteristic curve shown in FIG. 6, while FIG. 11 shows a signal series A to G according to a characteristic curve of FIG. 7.
Die Signale A bis G liegen in einer digitalisierten Form mit 1 -Bit-Auflösung vor, wobei das SignalThe signals A to G are in a digitized form with 1-bit resolution, the signal
A dem Sinus-Signal B dem Cosinus-SignalA the sine signal B the cosine signal
C der Schwellwertüberschreitung +S des Sinus-SignalsC the threshold value exceeded + S of the sine signal
D der Schwellwertüberschreitung -S des Sinus-Signals der Schwellwertüberschreitung +S des Cosinus- Signals der Schwell wertübersch reitung -S des Cosinus- Signals und der Schwellwertunterschreitung eines der beiden AusgangssignaleD the threshold value exceeded -S of the sine signal the overshoot + S of the cosine signal, the overshoot -S - the cosine signal and the undershoot of one of the two output signals
entspricht.equivalent.
Wie aus Fig. 10 hervorgeht, ergibt das digitale 1 -Bit-Signal G bei bestimmten Phasenwinkeln des Signals, dass bei diesen Winkeln die Triggerschwelle zwar von einem Signal, nicht jedoch von beiden Signalen unterschritten wird. Demgegenüber wird bei anderen Phasenwinkeln die Triggerschwelle von beiden Signalen unterschritten. Dieser Bereich sollte - wie oben erwähnt - nur beim Betätigen oder Loslassen der Taste und möglichst kurzzeitig durchlaufen werden. Die Endpunkte der Bewegung Sensor-Polrad müssen zur Gewährleistung der Funktionssicherheit in den außerhalb liegenden Bereichen mit eindeutig definierten Schaltzuständen liegen.As can be seen from FIG. 10, the digital 1-bit signal G at certain phase angles of the signal shows that at these angles the trigger threshold is undershot by one signal, but not by both signals. In contrast, the trigger threshold of both signals is not reached at other phase angles. As mentioned above, this area should only be run when the button is pressed or released and for as short a time as possible. The end points of the sensor-magnet wheel movement must be in the outside areas with clearly defined switching states to ensure functional safety.
Abschließend ist zu betonen, dass die Sensorsignale sowohl in analoger wie auch entsprechend obigem Beispiel in digitalisierter Form ausgewertet werden können. Das heißt, dass auch bei einer analogen Auswertung zur Schwellwertüber- bzw. -unterschreitung eine nachfolgende Digitalisierung mit einer Auflösung von 1 Bit oder mehr zu einer Schaltfunktion des Dreh- Schalters über den Abstand Polrad-Sensor führt.Finally, it should be emphasized that the sensor signals can be evaluated both in analog and in the corresponding example above in digitized form. This means that even with an analog evaluation for exceeding or falling below the threshold value, subsequent digitization with a resolution of 1 bit or more leads to a switching function of the rotary switch via the distance between the pole wheel sensor.
Um den Schaltpunkt reproduzierbarer zu machen oder den Abstand Sensor- Polrad mit einer größeren Auflösung als 1 Bit zu erfassen, ist es zweckmäßig, den Undefinierten Schaltbereich zu verkleinern. Dies beinhaltet eine Bestimmung der Sensorsignalamplitude unabhängig von der jeweiligen Stellung des Phasenwinkels. Bei angenommenen reinen sinus- bzw. cosi- nusförmigen Signalen kann hierzu die Beziehung A=ψ _ +U QS genutzt werden. Die schaltungstechnische Realisierung dieser Amplitudenbestimmung und die nachfolgende Digitalisierung kann sowohl analog (Fig. 12) als auch nach vorheriger Digitalisierung des Sensorsignals digital erfolgen. Bei einer digitalen Auswertung hat man den zusätzlichen Vorteil, auch Abweichungen von der sin-Form, Offsetfehler, Temperatureinflüsse, etc berücksichtigen zu können. In order to make the switching point more reproducible or to record the sensor-pole wheel distance with a resolution greater than 1 bit, it is advisable to reduce the undefined switching range. This includes determining the sensor signal amplitude independently of the respective position of the phase angle. If pure sinusoidal or cosine-shaped signals are assumed, the relationship A = ψ _ + U QS can be used for this become. The implementation of this amplitude determination in terms of circuitry and the subsequent digitization can take place digitally both analog (FIG. 12) and after prior digitization of the sensor signal. A digital evaluation has the additional advantage of being able to take deviations from the sin shape, offset errors, temperature influences, etc. into account.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Kontaktloser Geber, der eine Signalgebereinheit mit Signalgebern und eine Signalaufnehmereinheit aufweist und bei Detektion eines vom Si- gnalgeber an die Signalaufnehmereinheit abgegebenen Signales durch Signalanalyse des Signals eine Erweiterung der Schaltfunktion erlaubt.1. Contactless transmitter, which has a signal transmitter unit with signal transmitters and a signal pickup unit and, upon detection of a signal emitted by the signal transmitter to the signal pickup unit, permits an expansion of the switching function by signal analysis of the signal.
2. Geber nach Anspruch 1 , mit einem Drehschalter, dessen Signalge- bereinheit ein Polrad (2) mit n-mag netischen Polen als Signalgeber und dessen Signalaufnehmereinheit ein Magnetfeld-Sensor (1) ist.2. Encoder according to claim 1, with a rotary switch, the signal transmitter unit is a magnet wheel (2) with n-magnetic poles as the signal transmitter and the signal pick-up unit is a magnetic field sensor (1).
3. Geber nach Anspruch 2, wobei die von der Signalaufnehmereinheit gemessene Signalstärke des Signales einen Schaltbereich definiert, der in Abhängigkeit des Abstandes vom Polrad (2) zum Magnetfeld-3. Encoder according to claim 2, wherein the signal strength of the signal measured by the signal pick-up unit defines a switching range which is a function of the distance from the magnet wheel (2) to the magnetic field.
Sensor (1 ) gesetzt ist.Sensor (1) is set.
4. Geber nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Sensor einen ersten Ausgangssignal-Ausgang, an dem der Sensor ein in erster Näherung si- nusförmiges Ausgangssignal ausgibt, und einen zweiten Ausgangssignal-Ausgang hat, an dem der Sensor ein in erster Näherung cosi- nusförmiges Ausgangssignal ausgibt, welche Ausgangssignale zueinander konstant phasenverschoben sind.4. Encoder according to claim 2 or 3, wherein the sensor has a first output signal output at which the sensor outputs a sinusoidal output signal in a first approximation, and a second output signal output at which the sensor cosines a first approximation. outputs a nut-shaped output signal, which output signals are constantly phase-shifted from one another.
5. Geber nach Anspruch 4, wobei die beiden Ausgangssignale mit einer Phasenverschiebung von einer %-Periode konstant zueinander verschoben sind.5. Encoder according to claim 4, wherein the two output signals are constantly shifted from one another with a phase shift of a% period.
6. Geber nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein Analog-Digitalwandler vor- gesehen ist, mit dem die beiden Ausgangssignale des Sensors digitalisiert sind. 6. Encoder according to claim 4 or 5, wherein an analog-digital converter is provided with which the two output signals of the sensor are digitized.
7. Geber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Schwellwertschalteinheit vorgesehen ist, mit der die beiden Ausgangs-Signale jeweils in binäre Sensorsignale mit konstanter Amplitude umgewandelt werden und aus dem Flankenwechsel der binären Sensorsignale die Drehposition des Polrades ermittelt wird.7. Encoder according to one of claims 4 to 6, wherein a threshold switching unit is provided with which the two output signals are each converted into binary sensor signals with a constant amplitude and the rotational position of the pole wheel is determined from the edge change of the binary sensor signals.
8. Geber nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei eine Schwellwertschalteinheit aus Schwellwertschaltern vorgesehen ist, die pro Ausgangssignal einen Schaltschwellenbereich festlegen, wobei aus einer Messung der beiden Amplituden der Ausgangssignalspannungen des8. Encoder according to one of claims 4 to 7, wherein a threshold switch unit is provided from threshold switches which define a switching threshold range for each output signal, with a measurement of the two amplitudes of the output signal voltages of the
Sensors in Abhängigkeit des Abstands zwischen der Impulsgebereinheit zur Impulsaufnehmereinheit in einer zur Drehachse des Drehschalters radialen oder axialen Bewegungsrichtung ein Überschreiten oder Unterschreiten der Schwellwerte von den beiden Ausgangs- Signalen ermittelt wird.Sensor depending on the distance between the pulse generator unit to the pulse pickup unit in a radial or axial movement direction to the axis of rotation of the rotary switch an exceeding or falling below the threshold values of the two output signals is determined.
9. Geber nach Anspruch 8, wobei durch die Schwellwertschalter pro Ausgangssignal ein Schwellwertbereich festgelegt ist, der nach oben durch den Betrag der Ausgangssignalspannungen und nach unten durch den Betrag eines vorbestimmten Spannungswertes der Ausgangssignalspannungen begrenzt ist, unterhalb dessen eine zuverlässige Ermittlung der Drehposition des Polrades aus der Kennlinie noch möglich ist.9. Encoder according to claim 8, wherein a threshold value range is defined by the threshold switches per output signal, which is limited by the amount of the output signal voltages and down by the amount of a predetermined voltage value of the output signal voltages, below which a reliable determination of the rotational position of the magnet wheel the characteristic is still possible.
10. Geber nach Anspruch 9, wobei eine Schaltungseinrichtung vorgesehen ist, mit der die Information über den Abstand der Signalgebereinheit von der Impulsnehmereinheit in ein binäres 1 -Bit-Schaltsignal gewandelt wird, das dem Drehschalter eine Schaltstufen-Funktion "ein-aus" gibt.10. Encoder according to claim 9, wherein a circuit device is provided with which the information about the distance of the signal generator unit from the pulse pick-up unit is converted into a binary 1-bit switching signal which gives the rotary switch a switching stage function "on-off".
11. Geber nach Anspruch 10, wobei die Schaltstufe eine Weiterleitung oder Unterbrechung des Drehposition-Signals schaltet. 11. The encoder of claim 10, wherein the switching stage switches a forwarding or interruption of the rotational position signal.
12. Geber nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei eine Schaltschwelleneinheit mit mehreren Schaltschwellen vorgesehen sind, die mehrere Schaltschwellenbereiche pro Ausgangssignal definieren, dessen unter- ster Schaltschwellenbereich durch den Betrag eines vorbestimmten12. Encoder according to one of claims 4 to 7, wherein a switching threshold unit with a plurality of switching thresholds are provided which define a plurality of switching threshold ranges per output signal, the lowest switching threshold range by the amount of a predetermined
Spannungswertes der Ausgangssignalspannungen begrenzt ist, unterhalb dessen eine zuverlässige Ermittlung der Drehposition des Polrades aus der Kennlinie noch möglich ist, wobei der Abstand zwischen Polrad (2) und Sensor (1) mit einer Auflösung von mehr als 1 Bit be- stimmt wird.Voltage value of the output signal voltages is limited below which a reliable determination of the rotational position of the magnet wheel from the characteristic curve is still possible, the distance between the magnet wheel (2) and sensor (1) being determined with a resolution of more than 1 bit.
13. Verwendung eines aus einem Polrad mit n-magnetischen Polen und einem magnetoresistiven Sensor bestehenden Drehsensors als Drehschaltereinheit, deren Schaltstufen durch die Impulszählung der durch die Pole generierten Impulse definiert sind. 13. Use of a rotary sensor consisting of a pole wheel with n-magnetic poles and a magnetoresistive sensor as a rotary switch unit, the switching stages of which are defined by the pulse count of the pulses generated by the poles.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006030746A1 (en) * 2006-06-22 2007-12-27 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Lever switch for steering column of motor vehicle, has magnetic field sensor arrangement producing analog output signals so that different output signals are assigned to different switching positions of lever
DE102006057310A1 (en) * 2006-12-05 2008-06-12 Cherry Gmbh Input module for use in motor vehicles, has rotating and pressing input element, axially sliding supported shaft and signal generator, which is provided at end of shaft, turning away input element
DE102006057571A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Steering column switch for motor vehicles
DE102008037080A1 (en) * 2008-08-08 2010-02-11 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn Operating device i.e. pitman arm, for e.g. controlling motor vehicle lighting, has transmitting units linearly arranged in direction, and receiving units linearly arranged in another direction, which deviates from former direction
DE102010003416A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-06 Zf Friedrichshafen Ag Device for detecting a first and a second switching point
DE102011004007B4 (en) * 2011-02-11 2020-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Input device for a field device for process instrumentation and method for detecting the actuation of a key of such an input device
DE102012001997B4 (en) * 2012-02-03 2023-02-09 Tdk-Micronas Gmbh Operating device for an electrical device
DE102012014946A1 (en) * 2012-07-30 2014-01-30 Grohe Ag Electronic control switch for water fittings
DE102012107931A1 (en) * 2012-08-28 2014-03-06 K.A. Schmersal Holding Gmbh & Co. Kg Sensor device and method for detecting a ferromagnetic actuator

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3201811A1 (en) * 1982-01-21 1983-09-08 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Device for measuring rotational speed, angle and position
EP0338559A2 (en) * 1988-04-22 1989-10-25 Hitachi, Ltd. Torque detecting apparatus with abnormality signal
US6181127B1 (en) * 1998-05-04 2001-01-30 Mannesmann Vdo Ag Method and circuit for checking the width of the air gap in a speed sensor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3174569D1 (en) * 1980-09-29 1986-06-12 Hitachi Ltd Rotation detecting means for a rotating body
DE4030085A1 (en) * 1990-09-22 1992-03-26 Philips Patentverwaltung EVALUATION FOR A MAGNETORESISTIVE SPEED SENSOR OR THE LIKE.
DE29706203U1 (en) * 1997-03-27 1997-06-05 Siemens Ag High-voltage circuit breaker with a device for switching position detection
DE19749330C2 (en) * 1997-11-07 2003-10-30 Kostal Leopold Gmbh & Co Kg Device for detecting switching positions of a mechanically actuated switching means
DE19929200A1 (en) * 1999-06-25 2000-12-28 Cherry Gmbh Rotary selection switch system with magnetoresistive sensors has shaft whose rotation is transferred element mounted on different axis of rotation, on which permanent magnet is mounted

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3201811A1 (en) * 1982-01-21 1983-09-08 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Device for measuring rotational speed, angle and position
EP0338559A2 (en) * 1988-04-22 1989-10-25 Hitachi, Ltd. Torque detecting apparatus with abnormality signal
US6181127B1 (en) * 1998-05-04 2001-01-30 Mannesmann Vdo Ag Method and circuit for checking the width of the air gap in a speed sensor

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