DE3205625A1 - Sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Gebergiver
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Geber nach der Gattung des Hauptanspruches.PRIOR ART The invention is based on a transmitter according to the Genre of the main claim.
Es ist bekannt, Drehzahlen, Bezugsmarken und dgl. von Zahnscheiben und Zahnstangen mit Hilfe von Gebern abzutasten, die auf Variationen eines von den Zähnen modulierten Magnetfelds ansprechen. Hierzu ist es bekannt, Geber mit Hall-Elementen, Wiegandelementen oder dgl. zu verwenden.It is known, speeds, reference marks and the like. Of toothed pulleys and to scan racks with the help of encoders that respond to variations of one of the Address teeth modulated magnetic field. For this purpose, it is known to use encoders with Hall elements, Wiegand elements or the like. To be used.
Aus der Zeitschrift Electronics vom 24.11.1977 Seite 130 ist ein Geberelement bekannt, bei dem auf ein dünnes ferromagnetisches Blech, beispielsweise/u-Metall eine Spule aufgewickelt ist, wobei dieses Element einem externen magnetischen Feld ausgesetzt wird. Dieses Feld bringt schon bei geringer Intensität das Blech teilweise bis ganz in Sättigung, so daß eine besonders hohe Induktivitätsvariation, bis hin zu Verhältnissen von 1:200 auftritt.From the magazine Electronics from November 24th, 1977 page 130 is a transmitter element known in which on a thin ferromagnetic sheet, for example / u-metal a coil is wound, this element being exposed to an external magnetic field is exposed. Even at low intensity, this field partially brings the sheet metal up to saturation, so that a particularly high inductance variation, up to occurs at ratios of 1: 200.
Die bekannten Geber haben jedoch den Nachteil, daß nicht nur die Feldvariation durch die sich vorbeibewegenden Zähne der Zahnscheibe sondern auch Variationen in der Breite des Luftspaltes zwischen Geber und Zahnscheibe in die Amplitude des Meßsignales eingehen. Hierdurch können erhebliche Verfälschungen des Meßwertes dann eintreten, wenn durch ungenaue Montage oder Abnutzung Vibrationen am Sensor auftreten, die eine Luftspaltmodulation darstellen. Dann überlagert sich die Meßfrequenz mit der Vibrationsfrequenz, so daß es zu Fehlauswertungen kommen kann.However, the known donors have the disadvantage that not only the field variation due to the teeth of the toothed disk moving past but also variations in the width of the air gap between the encoder and the pulley into the amplitude of the measurement signal enter. This can lead to significant falsifications of the measured value if vibrations occur on the sensor due to inaccurate assembly or wear, which represent an air gap modulation. Then the measuring frequency is superimposed with the Vibration frequency, so that incorrect evaluations can occur.
In der älteren Patentanmeldung P 30 31 357.6 ist schließlich noch ein Geber vorgeschlagen worden, bei dem mehrere Feldplatten in Differentialanordnung zur Erfassung von Drehzahl und Bezugsmarken einer Zahnscheibe vorgesehen sind.In the older patent application P 30 31 357.6 is finally still an encoder has been proposed in which several field plates in a differential arrangement are provided for detecting the speed and reference marks of a toothed pulley.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Geber mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat darüber hinaus den Vorteil, daß besonders hohe Nutzsignale erzielbar sind, die weitgehend unabhängig vom jeweils vorliegenden Luftspalt sind.Advantages of the invention The encoder according to the invention with the characterizing Features of the main claim also has the advantage that particularly high Useful signals can be achieved that are largely independent of the air gap present are.
Durch den räumlichen Aufbau des Sensors aus einem dünnen ferromagnetischen Blech ist darüber hinaus eine besonders platzsparende Bauweise möglich. Weiterhin reichen zur Erzeugung des magnetischen Feldes geringe Feidstärken aus, so daß sehr schwache Vorspannmagneten, beispielsweise Hartferrite ausreichen.Due to the spatial structure of the sensor from a thin ferromagnetic Sheet metal is also a particularly space-saving design possible. Farther small field strengths are sufficient to generate the magnetic field, so that very weak bias magnets, e.g. hard ferrites, are sufficient.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Gebers möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Further training of the donor specified in the main claim is possible.
So ist eine besonders hohe Signalausbeute dann möglich, wenn das verwendete ferromagnetische Blech über abgewinkelte Schenkel verfügt, so daß das Vorspannfeld sich nahezu vollkommen in Blechrichtung ausbreitet.A particularly high signal yield is then possible if that is used ferromagnetic sheet metal has angled legs so that the prestressing field spreads almost completely in the direction of the sheet metal.
Schließlich ist erfindungsgemäß eine frequenzanaloge Auswerteschaltung vorgesehen, so daß eine besonders einfache digitale oder analoge Auswertung möglich ist.Finally, according to the invention, there is a frequency-analog evaluation circuit provided so that a particularly simple digital or analog evaluation is possible is.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages emerge from the description and the attached Drawing.
Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gebers; Figur 2 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gebers; Figur 3 das Schaltbild einer Auswerteschaltung für die in Figur 1 oder 2 dargestellten Geber; Figuren 4a bis c Diagramme zur Erläuterung der Schaltung gemäß Figur 3; Figur 5 ein Zeitdiagramm des mit einem erfindungsgemäßen Geber erzielbaren Nutzsignales.Drawing The invention is illustrated in the drawing and will explained in more detail in the following description. FIG. 1 shows a perspective View of a first embodiment of a transmitter according to the invention; Figure 2 a View of a second embodiment of a transmitter according to the invention; Figure 3 that Circuit diagram of an evaluation circuit for the transmitter shown in Figure 1 or 2; FIGS. 4a to c are diagrams for explaining the circuit according to FIG. 3; Figure 5 a timing diagram of the useful signal that can be achieved with a transmitter according to the invention.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 bezeichnet 10 eine Zahnscheibe, beispielsweise eines Anlasserzahnkranzes in einem Kraftfahrzeug. Die Zähne der Zahnscheibe 10 verfügen jeweils über einen Zahnkopf 11 und eine Zahnflanke 1-2. Im Abstand zu den Zähnen der Zahnscheibe 10 ist ein dünnes ferromagnetisches Blech 13 angeordnet, das vorzugsweise aus/u-Metall, Metallglas oder dgl. besteht. Auf dieses, tangential zur Zahnscheibe 10 angeordnete Blech 13 sind zwei Spulen L1, L2 gewickelt, wobei der Abstand der Spulen L1, L2 ein ungerades Vielfaches eines halben Zahnabstandes der Zahnscheibe 10 beträgt, vorzugseise einen halben Zahnabstand. Unterhalb des Bleches 13 befindet sich eine permanentmagnetische Platte 14 mit radial zur Zahnscheibe 10 angeordneten Polen.Description of the exemplary embodiments In FIG. 1, 10 denotes a Toothed disk, for example a starter ring gear in a motor vehicle. the Teeth of the toothed disk 10 each have a tooth tip 11 and a tooth flank 1-2. At a distance from the teeth of the toothed disk 10 is a thin ferromagnetic one sheet 13 arranged, which preferably consists of / u-metal, metal glass or the like. on this sheet metal 13, which is arranged tangentially to the toothed disk 10, consists of two coils L1, L2 wound, the distance between the coils L1, L2 being an odd multiple of one half the tooth spacing of the toothed disk 10, preferably half a tooth spacing. Below the sheet 13 is a permanent magnetic plate 14 with radial to the toothed disc 10 arranged poles.
Das Feld der permanentmagnetischen Platte 10 schließt sich dabei durch das Blech 13 über die Zahnscheibe 10. In der in Figur 1 eingezeichneten Stellung der Zahnscheibe 10 wird dabei die Spule L1 von einem Feld B durchsetzt, das näherungsweise senkrecht zum Blech 13 verläuft, da es in den Zahnkopf 11 eindringt. Demgegenüber wird das Blech 13 an der Stelle der Spule L2 von einem Feld B2 durchdrungen, das zur Blechebene geneigt ist, da das Feld B2 in die Zahnflanke 12 eindringt. Wie man leicht sieht, werden die Felder B1, B2 im Takte des Vorbeibewegens der Zähne der Zahnscheibe 10 moduliert, wobei sich die Richtung der Felder B1, B2 zueinander gegenläufig um die Senkrechte zur Blechebene ändert.The field of the permanent magnetic plate 10 closes through the sheet 13 over the toothed disk 10. In the position shown in FIG of the toothed disk 10, the coil L1 is penetrated by a field B, which is approximately runs perpendicular to the sheet metal 13, since it penetrates the tooth tip 11. In contrast the sheet 13 is penetrated at the location of the coil L2 by a field B2, the is inclined to the plane of the sheet, since the field B2 penetrates the tooth flank 12. How one can easily be seen, the fields B1, B2 are in time with the passing of the teeth of the Toothed pulley 10 modulated, the direction of the fields B1, B2 opposing each other changes by the perpendicular to the sheet metal plane.
Es versteht sich dabei, daß statt einer Zahnscheibe 10 auch eine Zahnstange, eine Blendenanordnung oder dgl. die Feldvariation bewirken kann.It goes without saying that instead of a toothed disk 10 also a toothed rack, a diaphragm arrangement or the like. Can cause the field variation.
Bei der verwendeten Anordnung mit einem ferromagnetischen Blech 13 und den Spulen L1, L2 trägt im wesentlichen die in der Blechebene wirksame Komponente des Feldes B1, B2 zum Signal bei. Bei der in Figur 1 eingezeichneten Stellung der Zahnscheibe 10 ist am Ort der Spule L1 praktisch keine Komponente in Blechrichtung vorhanden, so daß die Induktivität L1 relativ niedrig ist. Demgegenüber weist das Feld B2 am Ort der Spule L2 eine ausgeprägte Komponente in Blechrichtung auf, so daß die Induktivität L2 relativ hoch ist.In the arrangement used with a ferromagnetic sheet 13 and the coils L1, L2 essentially carry the component effective in the plane of the sheet of the field B1, B2 to the signal. In the position shown in Figure 1 Toothed pulley 10 is practically no component in the sheet metal direction at the location of the coil L1 present, so that the inductance L1 is relatively low. In contrast, the Field B2 at the location of coil L2 has a pronounced component in the direction of the sheet metal on, so that the inductance L2 is relatively high.
Die Auswertung des Nutzsignales erfolgt nun in einer weiter unten näher beschriebenen Weise derart, daß der Quotient der Induktivitäten L1, L2 ausgewertet wird.The evaluation of the useful signal is now carried out in a further below described in more detail in such a way that the quotient of the inductances L1, L2 is evaluated will.
Ändert sich der Luftspalt zwischen Blech 13 und Zahnscheibe 10, ändern sich zwar die Amplituden der Felder B1, B2, nicht jedoch deren Quotient, so daß die erfindungsgemäße Anordnung weitgehend unabhängig gegenüber Luftspaltschwankungen ist.If the air gap between sheet 13 and toothed washer 10 changes, change the amplitudes of the fields B1, B2, but not their quotient, so that the arrangement according to the invention largely independent of air gap fluctuations is.
Bei der in Figur 2 dargestellten Variante wird im Gegensatz zum tangentialen, ebenen Blech 13 in Figur 1 ein U-förmiges ferromagnetisches Blech 15 verwendet, das über zwei freie Schenkel 16, 17 verfügt. Bei dieser Anordnung sind die Spulen L1, L2 auf die freien Schenkel 16, 17 gewickelt, was den Vorteil hat, daß die Felder B1, B2, die in der gleichen Weise wie in Figur 1 erzeugt werden, im wesentlichen in Blechrichtung verlaufen. Hierdurch wird zwar ein etwas größerer Raum für das Geberelement benötigt, die Signalausbeute ist jedoch aufgrund der Ausrichtung der Schenkel 16, 17 in Feldrichtung größer.In the variant shown in Figure 2, in contrast to the tangential, flat sheet 13 in Figure 1 a U-shaped ferromagnetic sheet 15 is used, which has two free legs 16, 17. In this arrangement the coils are L1, L2 wound on the free legs 16, 17, which has the advantage that the fields B1, B2, which are generated in the same manner as in Figure 1, essentially run in the sheet metal direction. This creates a slightly larger space for the Encoder element required, but the signal yield is due to the orientation of the Legs 16, 17 larger in the field direction.
Figur 3 zeigt das Schaltbild einer möglichen Auswerteschaltung für eine der Anordnungen gemäß Figur 1 oder Figur 2. Für eine frequenzanaloge Auswertung des Nutzsignales wird ein astabiler Multivibrator mit zwei Transistoren T1, T2 verwendet, wobei die Anordnung aus einer Bezugsspannung UB versorgt wird. Die Basen der Transistoren T1, T2 sind über die Reihenschaltung der Induktivitäten L1, L2 miteinander verbunden. Am Kollektor eines der Transistoren T1, T2 kann dann ein Signal abgenommen werden, wie dies in Figur 4a bis 4c dargestellt ist. Wie man sieht, ändern sich die Periodenabschnitte t tb tb in Abhängigkeit vom Verhältnis der Induktivitäten L1, L2. Bei gleichen Induktivitätswerten L1=L2 gemäß Figur 4a sind die Periodenabschnitte tb, tbt gleich groß, während für L1 L2 tb größer als t a a ist und für L1 L2 ta größer als tb ist. Dieses sich und für L L b ändernde Tastverhältnis kann entweder mit Hilfe einer digitalen Auswerteschaltung durch Auszählen der Zeiten t , tb ausgewertet werden, es ist jedoch in besonders einfacher Weise möglich, eine analoge Auswertung über einen Tiefpaß R, C in Figur 3 vorzunehmen. Das dabei entstehende Signal UA ist in den Diagrammen gemäß Figur 4a bis 4c gestrichelt eingezeichnet. Bezogen auf die Betriebsspannung UB ergibt sich im Fall der Figur 4a ein Mittelwert von 0,5, im Falle Figur b ein Wert kleiner als 0,5 und im Falle der Figur 4c ein Wert, der größer ist als 0,5. Stellt man diesen Mittelwert VA bezogen auf die Betriebsspannung UB über die Zeit dar, ergibt sich ein Verlauf, wie er in Figur 5 dargestellt ist. In Sollstellung des Elementes gemäß Figur 1 oder Figur 2 ergibt sich dabei der durchgezogene Verlauf, während bei Variation des Luftspaltes einer der gestrichelten Verläufe eintritt. Diese Abweichung bewirkt zwar eine Änderung der Extremwerte des Verlaufes gemäß Figur 5, die Mittelinie bleibt jedoch aufgrund der Quotientenbildung unverändert. Es ist daher möglich, mit Hilfe von Schwellwertstufen ein Meßergebnis zu erzielen, das vollkommen unabhängig vom jeweils vorliegenden Luftspalt ist. LeerseiteFigure 3 shows the circuit diagram of a possible evaluation circuit for one of the arrangements according to FIG. 1 or FIG. 2. For a frequency-analog evaluation an astable multivibrator with two transistors T1, T2 is used for the useful signal, the arrangement being supplied from a reference voltage UB. The bases of the transistors T1, T2 are connected to one another via the series connection of the inductances L1, L2. A signal can then be picked up at the collector of one of the transistors T1, T2, as shown in Figures 4a to 4c. As you can see, the periods change t tb tb depending on the ratio of the inductances L1, L2. With the same inductance values L1 = L2 according to FIG. 4a, the period segments are tb, tbt the same size, while for L1 L2 tb is greater than t a a and for L1 L2 ta is greater than tb. This duty cycle, which changes for L L b, can either evaluated with the help of a digital evaluation circuit by counting the times t, tb but it is possible in a particularly simple manner to carry out an analog evaluation to be carried out via a low-pass filter R, C in FIG. The resulting signal UA is shown in dashed lines in the diagrams according to FIGS. 4a to 4c. Related to the operating voltage UB results in the case of FIG. 4a a mean value of 0.5, in the case of FIG. b a value less than 0.5 and in the case of FIG. 4c a value which is greater than 0.5. If this mean value VA is set in relation to the operating voltage UB over time, the result is a curve as shown in FIG. In the desired position of the element according to FIG. 1 or FIG. 2, the solid line is obtained Course, while with variation of the air gap one of the dashed courses entry. This deviation causes a change in the extreme values of the course according to FIG. 5, but the center line remains unchanged due to the formation of the quotient. It is therefore possible to achieve a measurement result with the help of threshold levels, which is completely independent of the air gap present. Blank page
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823205625 DE3205625A1 (en) | 1980-08-20 | 1982-02-17 | Sensor |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19803031357 DE3031357A1 (en) | 1980-08-20 | 1980-08-20 | COMBINED INCREMENT AND REFERENCE BRAND RECOGNITION FOR A ROTATING SHAFT, IN PARTICULAR THE CRANKSHAFT OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
| DE19823205625 DE3205625A1 (en) | 1980-08-20 | 1982-02-17 | Sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3205625A1 true DE3205625A1 (en) | 1983-08-25 |
Family
ID=25787332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19823205625 Withdrawn DE3205625A1 (en) | 1980-08-20 | 1982-02-17 | Sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3205625A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2562253A1 (en) * | 1984-03-30 | 1985-10-04 | Daimler Benz Ag | DEVICE FOR CAPTURING THE ROTATION SPEED AND / OR THE ROTATION ANGLE OF A TREE |
| DE4121724A1 (en) * | 1991-07-01 | 1993-01-07 | Schaeffler Waelzlager Kg | Pulse transducer mfr. method - producing alternating regions of different magnetic properties on component by structural heat treatment |
-
1982
- 1982-02-17 DE DE19823205625 patent/DE3205625A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2562253A1 (en) * | 1984-03-30 | 1985-10-04 | Daimler Benz Ag | DEVICE FOR CAPTURING THE ROTATION SPEED AND / OR THE ROTATION ANGLE OF A TREE |
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