DE19701261C2

DE19701261C2 - Verfahren zum Erkennen von passierenden magnetischen Artikeln mit einer Geschwindigkeit bis nahe Null

Info

Publication number: DE19701261C2
Application number: DE19701261A
Authority: DE
Inventors: Kristann L Moody; Ravi Vig; Jay M Towne; Teri L Tu
Original assignee: Allegro Microsystems Inc
Current assignee: Allegro Microsystems Inc
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2017-01-18
Also published as: GB9700984D0; DE19701261A1; GB2309310B; US5729130A; JP3389438B2; GB2309310A; JPH1073453A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung von passierenden magnetischen Artikeln bei Geschwindigkeiten bis nahe Null sowie auf einen Annäherungssensor bzw. Detektor zur Durchführung dieses Verfahrens.

In dem am 15. August 1995 erteilten Patent US-A-5,442,283 ist ein flankenaktivierter Hallspannungssensor beschrieben, der es erlaubt, die ansteigenden und fallenden Flanken eines Zahnradzahnes zu erkennen, wobei der Sensor einen Schaltkreis zum Einfangen einer Flanke einer Hallspannung und zum kurzzeitigen Halten der nachfolgenden Spitzenspannung umfaßt, bevor ein Impulssignal erzeugt wird, das den Anfang der folgenden Hallspannungsflanke mit der entgegengesetzten Richtung anzeigt. Der Schaltkreis zum Halten der Hallspannung umfaßt einen Kondensator und eine Schaltkreiseinrichtung zum kontrollierten Ableiten der Ladung aus oder in den Kondensator, um das falsche Auslösen eines Komparators zu verhindern, der das Impulsausgangssignal erzeugt. Die Haltespannung des Kondensators hat daher einen Abfall, die zu einem wachsenden Verlust in der Haltegenauigkeit führt, wenn die Geschwindigkeit der passierenden Zahnradzähne geringer wird, und der Detektor hat daher eine minimale Zahnradzahngeschwindigkeit, bei der eine exakte Erkennung möglich ist. Und in einem Bereich von sehr geringen Geschwindigkeiten bis nahe Null ist keine Erkennung möglich.

Aus der DE 39 26 617 A1 ist eine Drehzahlmeßvorrichtung mit einem Drehzahlsensor bekannt, der z. B. in ABS-Systemen zum Einsatz kommt. Hierbei werden Spitzenwerte des Eingangssinales weder erkannt noch gehalten.

Aus der EP 621 460 A1 ist ähnlich wie aus der eingangs erwähnten US-5 442 283 A eine Vorrichtung bekannt, die eine steigungsgesteuerte Flankenerkennung unter Einsatz konventioneller Spitzenwert-Haltekreise für Analogsignale bewirkt. Signal-Spitzenwerte können hierbei nicht über ausreichend lange Zeiträume gehalten werden.

Aus der EP 590 190 A1 ist ein Hall-Detektor zur Erzeugung eines binären Ausgangssignals bekannt, welches auf vorbeilaufenden magnetischen Körpern beruht. Das Spitzenwert-Digitalsignal wird jedoch nicht gehalten.

Aus der EP 366 619 A1 ist ein Detektor mit einem induktiven Meßfühler bekannt, der ein Signal proportional zur Veränderung des umgebenden Magnetfeldes erzeugt. Eine Sensierung, wenn das Magnetfeld um einen vorbestimmten Betrag von einem Spitzenwert abgenommen hat, ist dort nicht vorgesehen.

Schließlich ist aus der US 4 185 265 A ein Detektor zum Detektieren von Magneten bekannt. Die Erfassung erfolgt über Schwellenwertdetektoren, die ein binäres Anregungssignal erzeugen, wenn das detektierte Signal einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Spitzenwerte des detektierten Signales werden weder erfaßt noch gehalten.

Ein Verfahren zur Erkennung von passierenden magnetischen Artikeln umfaßt das Erfassen eines Umgebungsmagnetfeldes und das Erzeugen einer Spannung Vsig, die proportional zu dem Magnetfeld ist, das Umwandeln nur von Bereichen mit positiver Steigung eines analogen Signals Vsig in ein digitales Signal V_pcount, das Umwandeln des digitalen Signals V_pcount in ein positives Vsig-einfangendes Analogsignal V_DAC-P, das Halten von V_pcount an jeder positiven Spitzenauslenkung in Vsig, und, wenn Vsig zum Zeitpunkt t_ppk nach jeder positiven Spitze in Vsig einen vorbestimmten Betrag unter DAC-P gefallen ist, das Erzeugen eines Erkennungsimpulses (V_pcompt), der die Erkennung der Ankunft eines passierenden magnetischen Artikels anzeigt. Ein bevorzugtes Verfahren umfaßt darüber hinaus das Umwandeln nur von Bereichen mit negativer Steigung des Analogsignals Vsig in ein Digitalsignal V_Ncount, das Umwandeln des Digitalsignals V_Ncount in ein negatives Vsig- einfangendes Analogsignal V_DAC-N, das Halten von V_Ncount an jeder negativen Spitzenauslenkung in Vsig und, wenn Vsig zum Zeitpunkt t_npk nach jeder negativen Spitze in Vsig um einen vorbestimmten Betrag über _DAC-N angestiegen ist, das Erzeugen eines anderen Erkennungsimpulses (V_ncomp), der die Erkennung des Abgangs eines passierenden magnetischen Artikels anzeigt.

Das Verfahren kann zusätzlich das Aktivieren des Starts der Umwandlung des digitalen Signals V_ncount in ein negatives Vsig-einfangendes Analogsignal V_DAC-N zum Zeitpunkt t_ppk umfassen und das Starten der Umwandlung nur der Bereiche mit positiver Steigung des Analogsignals Vsig in ein digitales Signal V_Pcount.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und einen Annäherungssensor bzw. Detektor anzugeben, das bzw. der einen exakten Betrieb über einen weiten Geschwindigkeitsbereich der passierenden magnetischen Artikel bis nahe Null ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Annäherungssensors sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Das Verfahren kann auch das Erzeugen eines binären Ausgangssignals umfassen, das zu den Zeitpunkten t_ppk zu einem binären Pegel übergeht und das zu den Zeitpunkten t_npk von dem einen zu einem anderen binären Pegel übergeht, so daß das binäre Ausgangssignal einen Pegel annimmt, wenn das proportionale Magnetfeldsignal Vsig eine positive Steigung und einen anderen Pegel annimmt, wenn das proportionale Magnetfeldsignal Vsig eine negative Steigung hat.

Die Erfindung schließt auch einen Annäherungssensor für magnetische Artikel ein, der einen Magnetfeld/Spannungs-Wandler zur Erzeugung eines Signals Vsig aufweist, das proportional zudem Magnetfeld ist. Der Wandler kann beispielsweise aus einem Hallelement bestehen, dem ein Hallspannungsverstärker nachgeschaltet ist. Ein digitales Signal wird von einem Wandlerspannungskomparator (OTVcomp) erzeugt, wobei ein erster Schaltkreiszweig direkt den Ausgang des Wandlers und den einen OTVcomp- Eingang verbindet und ein zweiter Schaltkreiszweig zwischen dem Wandlerausgang und dem anderen Eingang des OTVcomp geschaltet ist.

Der zweite Schaltkreiszweig hat die Aufgabe, ein binäres Erkennungsausgangssignal zu erzeugen, das zu dem Zeitpunkt, zu dem eine positive Spitze t_ppk in Vsig auftritt, einen Übergang von einer Polarität hat und dabei einen positiven Spitzendetektor (PPD) verwendet, der einen Schmitt- Komparator (OScomp) mit einem über den ersten Schaltkreiszweig mit dem Wandlerausgang verbundenen Eingang aufweist, einen Digital/Analog-Wandler (P-DAC) verwendet, der einen mit dem anderen Eingang des OTVcomp verbundenen Ausgang hat, einen Taktgeber verwendet, der eine Folge von Taktimpulsen erzeugt und ein UND-Gatter verwendet.

Ein Zähler weist einen mit dem Ausgang des Takteingangs verbundenen Zähleingang auf und weist einen Zählaktivierungseingang auf, der mit dem Ausgang des OTVcomp über das eine UND-Gatter verbunden ist, wobei dies zur Folge hat, daß der OTVcomp-Ausgang mit einem der UND-Gattereingänge verbunden ist. Der eine Zähler zählt die Taktimpulse nur dann, wenn ein Aktivierungssignal mit einem binären Pegel an dem Zählaktivierungseingang anliegt. Der eine Zähler zählt die Taktimpulse nur dann, wenn Vsig eine positive Steigung hat. Der P-DAC fängt zusätzlich einen Bereich von Vsig mit einer positiven Steigung ein und hält die nachfolgende positive Spitzenspannung von Vsig bis zu einem Zeitpunkt t_ppk, zu dem Vsig von der gehaltenen positiven Spitzenspannung um einen Betrag abfällt, der gleich dem Schwellenwert Vhys von OScomp ist. Der Ausgangsimpuls von dem OScomp- Komparator zeigt die Zeit der Spitzenwertbildung eines positiven Impuls in dem Wandlersignal Vsig an. Eine Einrichtung zur Erzeugung eines Rückstellsignals ist mit dem Ausgang des einen OScomp verbunden, wobei die Erzeugungseinrichtung einen mit dem Rückstelleingang des Zählers verbundenen Ausgang aufweist, um den einen Zähler zum Zeitpunkt t_ppk zurückzustellen.

In einer weiteren Ausführungsform des Detektorschaltkreises umfaßt der zweite Schaltkreiszweig zusätzlich einen negativen Spitzendetektor (NPD), der ein zu dem positiven Spitzendetektor (PPD) spiegelbildlich aufgebauter Schaltkreis ist und so einen anderen Wandlerspannungskomparator (ATVcomp), einen N- DAC, einen anderen Schmitt-Komparator (AScomp) und ein anderes UND- Gatter umfaßt.

Der AScomp-Ausgang ist mit einem anderen Eingang des anderen UND- Gatters verbunden, um in dem anderen Schmitt-Komparatorausgang einen Übergang von einer Polarität zu dem Zeitpunkt zu bewirken, zu dem eine negative Spitze t_npk in Vsig auftritt.

Der NPD hat ferner die Aufgabe, den einen Zähler zu Beginn des nächsten Bereichs mit einer positiven Steigung zu deaktivieren und daher den Ausgang des P-DAC zu zwingen, auf Null zu gehen. Dies ermöglicht es dem einen Zähler zu zählen und dem P-DAC die Spannung Vsig einzufangen und wie zuvor während des nächsten Bereichs von Vsig mit einer positiven Steigung zu halten. Diese Merkmale führen zu einer Synergie zwischen dem NPD und dem PPD, wodurch die positive und negative Abtastung von Vsig während jeder Periode in Vsig von der NPD getriggert wird, um in der PPD zu beginnen und umgekehrt.

Das erste und zweite Digitalsignal, die in der Takteinheit während des Einfangens jeweils der positiven und negativen Flanken in Vsig erzeugt werden, ermöglichen es, daß die Spitzenwerte in dem Zähler und so in der P- DAC und der N-DAC variabel gehalten werden und machen es dem erfindungsgemäßen Annäherungsdetektor daher möglich, das Passieren von magnetischen Artikeln mit einer Geschwindigkeit bis nahe Null zu erkennen.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Annäherungsdetektors für magnetische Artikel gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Wellenform der Hallspannung Vsig in dem Schaltkreis von Fig. 1, wobei die Wellenform dem Passieren eines eisenhaltigen Zahnradzahnes (oder anderen magnetischen Artikels) entspricht.

Fig. 3 zeigt die Wellenform des Ausgangssignals V_comp von dem Komparator OScomp von Fig. 1. Jeder Impuls in V_comp zeigt den Anfang einer abfallenden Flanke des einzelnen passierenden Zahnradzahns an. Die Fig. 2 und 3 haben den gleichen Zeitmaßstab.

Fig. 4 zeigt wieder eine Wellenform von Vout in dem Schaltkreis von Fig. 1.

Fig. 5 zeigt die Wellenform von verschiedenen Perioden in der verstärkten Hallspannung Vsig in dem Detektor von Fig. 1.

Fig. 6 ist in dem gleichen Maßstab wie Fig. 5 dargestellt und zeigt die Impulse in dem Signal V_comp, die den positiven Spitzen in der Hallspannung Vsig entsprechen.

Fig. 7 zeigt die Wellenform von V_DAC-P und V_DAC-N, die jeweils Vsig einfangen und halten (Vsig ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt).

Fig. 8 und 9 zeigen jeweils die Signale V_pcomp und V_ncomp, die in demselben Zeitmaßstab wie Fig. 7 dargestellt ind.

Fig. 10 zeigt die Wellenform des Ausgangsspannungsignals Vout in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1 und ist in demselben Maßstab wie die Wellenformen von Fig. 7 dargestellt.

Fig. 11 zeigt den Ausschnitt 40 der Wellenform von Fig. 7 in vergrößerter Darstellung.

Das Hallelement 10 von Fig. 1 wird mit einem Strom I_H versorgt und hat einen Ausgang, der mit dem Eingang des Hallspannungsverstärkers 12 verbunden ist. Das Hallelement kann an dem Pol eines nicht dargestellten Magneten befestigt sein, so daß die Hallspannung V_H und die verstärkte Hallspannung Vsig ansteigen (oder abfallen), wenn ein eisenhaltiger Artikel sich nähert; und wenn die Artikel sich wegbewegen, V_H und Vsig abfallen (oder in Abhängigkeit von der Polarität der Magnetpole ansteigen). Alternativ kann der Sensorschaltkreis von Fig. 1 auch dazu verwendet werden, um magnetische Artikel, die selbst magnetisiert sind, zu erkennen, wobei das Hallelement in diesem Fall nicht in der Nähe eines Magneten befestigt sein muß.

Eine nicht dargestellte Feldplattenbrücke kann das Hallelement ersetzen und zwei Hallelemente, deren Ausgänge unterschiedlich mit dem Eingang des nicht dargestellten Hallspannungsgenerators verbunden sind, stellen einen zweiten alternativen Magnetfeld/Spannungs-Wandler dar.

Die verstärkte Hallspannung Vsig wird von den übrigen Schaltkreisen in dem Annäherungsdetektor von Fig. 1 beeinflußt, um ein binäres Rechteckwellenausgangssignal Vout zu erzeugen, das ein das Profil der passierenden Artikel reflektierendes Profil hat. Dies wird teilweise dadurch erreicht, daß die positiv verlaufenden Bereiche von Vsig eingefangen werden und die nächste positive Spitze erkannt wird, wobei diese Funktion durch einen oberen Bereich des Schaltkreises in Fig. 1 implementiert wird. Dieser obere Bereich des Schaltkreises und seine Funktion werden zuerst beschrieben.

Die verstärkte Hallspannung Vsig wird an den negativen Eingang eines ersten Komparators 14 über ein UND-Gatter 15 gelegt und wird auch an den negativen Eingang eines zweiten Komparators 16 gelegt. Wenn der Ausgang des ersten Komparators 14 einen logisch hohen Pegel annimmt, beginnt der Zähler 17 die Taktimpulse von dem Taktgeber 18 zu zählen. Der resultierende Zählstand wird an den Digital/Analog-Wandler (DAC) 20 weitergegeben, der ein analoges Ausgangsspannungssignal V_DAC-P erzeugt, das innerhalb des Bereichs von Null bis zu der anliegenden Gleichspannung +V_reg liegt. Daher ist die Amplitude von V_DAC-P zu jedem Augenblick eine direkte lineare Funktion des anliegenden Zählsignals.

Wenn zuerst der Detektorschaltkreis mit Energie versorgt wird, erfaßt ein logischer Block 22 den Zeitpunkt, zu dem die Versorgungsgleichspannung +V_reg eingeschaltet wird und setzt die Zähler zum Start auf den Zählstand Null zurück.

Der Komparator 14 hat eine schmale Hysterese und ist daher ein Schmitt- Komparator. Der Ausgang des DAC 20 ist mit dem negativen Eingang des Komparators 14 derart verbunden, daß der Komparatorausgang einen logisch hohen Pegel annimmt und der Zähler 17 aktiviert wird und zu zählen beginnt, jedesmal dann, wenn Vsig größer als die Spannung V_DAC-P zuzüglich der kleinen Hysterese-Schwellenwertspannung des Schmitt-Komparators 14 ist. Wird Vsig weiter positiv, so wird V_DAC-P gezwungen, Vsig nach Art einer Treppenstufe zu folgen, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Die inkrementalen vertikalen Auslenkungen der gestuften V_DAC-P, τ, sind gleich dem letzten signifikanten Bit von DAC (in mV), während die inkrementalen horizontalen Zeiträume Δt1 mit abnehmender Steigung von Vsig zunehmen. Die Hysterese- Schwellenwerte des Schmitt-Komparators 14 und 24 sind kleiner als die inkrementalen Auslenkungen in V_DAC-P bzw. V_DAC-N, so daß diese keine Auswirkung auf die Größe dieser Übergänge haben.

Wenn die Spitzenspannung von Vsig erreicht ist, stoppt der Zähler 17 das Zählen und V_DAC-P hält diese Spitzenspannung V_pk bis zu dem Zeitpunkt t_ppk. Zu dem Zeitpunkt t_ppk ist Vsig um einen Betrag, der gleich dem Schwellenwert V_hys des zweiten Schmitt-Komparators 16 ist, unter die gehaltene Spitzenspannung abgefallen. Zu dem Zeitpunkt t_ppk nimmt der Ausgang des zweiten Komparators 16 V_pcomp kurzzeitig einen logisch hohen Pegel an, wie in Fig. 3 gezeigt ist, und setzt das Flipflop 33, so daß der Q-Ausgang des Flipflop 33 logisch 1 wird, wie in Fig. 4 dargestellt ist.

Der Q-Ausgang des Komparators 33 ist mit dem Rückstell-Eingang des Zählers 17 über den logischen Block 22 verbunden. Der logische Block 22 erzeugt ein Rückstellimpuls, der den Zähler 17 auf den Zählstand Null nur dann zurücksetzt, wenn ein Übergang in dem Signal Vout von einem logisch niedrigen auf einen hohen Pegel auftritt. Dies zwingt die Ausgangsspannung des DAC V_DAC-P auf Null Volt abzufallen, was den hohen Ausgangsimpuls in dem Signal V_pcomp beendet.

Dieser Komparatorausgangsimpuls V_pcomp neigt dazu, sehr schmal zu sein und es kann erforderlich sein, von einem logischen Block 21 in der Verbindung von dem Ausgang des zweiten Komparators 16 mit dem Eingang des Flipflops 33 Gebrauch zu machen, um die Impulsbreite zu vergrößern, so daß eine größere Zuverlässigkeit der logischen Funktionen erreicht wird.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die sich wiederholende Natur des Ausgangssignals Vsig, das bei der Anwendung zur Erfassung eines Zahnradzahns auftritt, wobei die positiven Spitzen in Vsig dem Passieren von aufeinanderfolgenden Zahnradzähnen entsprechen können, und ein Impuls in der Komparatorausgangsspannung V_pcomp gerade nach jedem Auftreten (t_ppk) einer positiven Spitzenspannung in Vsig erscheint und in jedem nachfolgenden Augenblick das Signal Vout einen logisch hohen Pegel annimmt.

Bei jedem dieser Ereignisse (t_ppk) ist es erforderlich, den Zähler 17 zu deaktivieren, um diesen während des nachfolgenden Bereichs der verstärkten Hallspannung Vsig mit einer negativen Steigung inaktiv zu halten. Dies wird dadurch erreicht, daß der Ausgang des Flipflops 33 mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 15 über den Inverter 19 verbunden wird.

Vsig ist in den Fig. 2 und 5 mit breiten Spitzen dargestellt, um die Beziehung zwischen Vsig und V_DAC-P mit besonderer Deutlichkeit zu zeigen. In den meisten praktischen Anwendungsfällen haben die magnetischen Artikel, die erkannt werden sollen, eine derartige Geometrie und einen derartigen Vorschubweg zu dem Hallelement, daß die Hallspannung V_H und Vsig einer Rechteckwellenform näher kommt als die breit abgerundeten Spitzensignale Vsig, die in den Fig. 2 und 5 gezeigt sind.

Für das typische an der Spitze eher abgeflachte Signal Vsig (nicht dargestellt) tritt die Zählerrückstellzeit t_ppk im wesentlichen am Ende der Spitze in der verstärkten Hallspannung Vsig auf, was dem Anfang der nachfolgenden nach unten gerichteten Flanke von Vsig entspricht, die beispielsweise wiederum dem Anfang der abfallenden Flanke eines passierenden Zahnradzahns entspricht.

In einem flankenaktivierten Detektor nach dem Stand der Technik erscheint Vsig in einem festen Zeitmaßstab zu dem Punkt, wo die Abfallrate in der gehaltenen Spitzenspannung die Flanke von Vsig gerade nach einer Spitze erreicht, mehr und mehr abgerundet (da diese nicht exakt rechteckförmig sein kann), wenn die Geschwindigkeit oder Rate der passierenden magnetischen Artikel immer geringer wird. In einem bekannten Detektor führt dieser Zustand einer geringen Geschwindigkeit dazu, daß das Differenzsignal an dem Komparatoreingang nicht in der Lage ist, die Hysteresen des Komparators zu überschreiten und bei niedrigen Geschwindigkeiten werden keine Ausgangsimpulse erzeugt.

Auf der anderen Seite hält der Zähler in der vorliegenden Erfindung einen Zählstand an der Spitze, was den DAC 20 dazu zwingt, die Spitzenspannung variabel zu halten, wobei dieser selbst Stunden oder Tage wartet, bis die Differenz der beiden Signale Vsig und V_DAC-P Vhys erreicht und so eine richtige Erkennung der passierenden Artikel bis zu einer Vorschubrate von nahe Null ermöglicht.

Die obige Beschreibung bezieht sich auf einen Teil des Annäherungsdetektorschaltkreises (Fig. 1), der die Spitze der positiv verlaufenden Bereiche (positive Steigung) des verstärkten Hallspannungssignals Vsig einfängt und hält. In der Beschreibung fehlt aber noch die Einrichtung zum (a) Beenden eines Zeitintervalls nach t_ppk, in welchem der Zähler 17 deaktiviert wird, und zum (b) Verändern von Vout wieder von einem logisch hohen auf einen niedrigen Pegel. Diese Funktionen basieren auf dem jetzt beschriebenen Teil des Annäherungsdetektors von Fig. 1, der auch die negativ verlaufenden (negative Steigung) Bereiche des verstärkten Hallspannungssignals Vsig einfängt und hält.

In dem Detektor von Fig. 1 mit zwei Polaritäten werden die negativ verlaufenden Bereiche von Vsig abgetastet und gehalten an den negativen Spitzen durch die zusätzlichen Komponenten: einen ersten Komparator 24, UND-Gatter 25, Zähler 27, Digital/Analog-Wandler (DAC) 30, Impulsexpansionsschaltkreis 31 und einen zweiten Komparator 26. Diese Komponenten entsprechen in ihrer Funktion jeweils den oben beschriebenen Komponenten, dem ersten Komparator 14, UND-Gatter 15, Zähler 17, DAC 20, Impulsexpansionsschaltkreis 21 und dem zweiten Komparator 16, der die Spitze des positiv verlaufenden Bereichs von Vsig abtastet und hält.

Der negative Eingang des ersten Komparators 24 ist mit dem Ausgang des Hallspannungsverstärkers 12 verbunden. Der logische Block 32 erzeugt ein Rückstellimpuls, der den Zähler 27 nur dann auf den Zählstand Null zurücksetzt, wenn ein Übergang in dem Signal Vout von einem logisch hohen auf einen niedrigen Pegel auftritt.

Der Aufbau des Annäherungsdetektors zur Detektion von zwei Spitzen gemäß Fig. 1 ist in den Fig. 7 bis 11 dargestellt. In Fig. 7 ist V_DAC-P gezeigt, wobei V_DAC-P Vsig in Bereichen von Vsig mit positiver Steigung einfängt. Das verstärkte Hallsignal Vsig ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt.

V_DAC-N ist gezeigt, wobei V_DAC-N Vsig in Bereichen von Vsig mit negativer Steigung einfängt.

Das Ausgangssignal Vout (Fig. 10) ist eine Rechteckwelle, die logisch Null ist, während eines Zeitraums, in dem die verstärkte Hallspannung Vsig eine positive Steigung hat und logisch Eins ist, wenn die verstärkte Hallspannung Vsig eine negative Steigung hat. Vout ist daher ein Indikator für die Polarität der Steigung und wird direkt an den Eingang des UND-Gatters 15 gelegt, um das Zählen des Zählers 27 nur während des Zeitraumes in Gang zu setzen, wenn die Steigung von Vsig negativ ist und bei negativen Spitzen. Andererseits gelangt Vout an den Eingang des UND-Gatters 15 durch den Inverter 19, um das Zählen des Zählers 17 nur während des Zeitraums in Gang zu setzen, in dem die Steigung von Vsig positiv ist und bei positiven Spitzen. Das Ausgangssignal des zweiten Komparators ist mit den Setzeingängen des Flipflops 33 verbunden.

Der Näherungssensor von Fig. 1 ermöglicht eine Spitzenerkennung mit zwei Polaritäten, die es ermöglicht, ein rechteckwellenförmiges Ausgangssignal Vout zu erzeugen, das ein dem Profil von passierenden Zahnradzähnen oder dgl. entsprechendes Profil hat. Ein Annäherungsdetektor zur Spitzenerkennung, der im wesentlichen die gleiche Ausbildung und Funktion hat, ist in einer etwas anderen Darstellung in der zeitgleich eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel "Verfahren zum Erkennen von passierenden magnetischen Artikeln, bei dem die Erkennungsschwellenwerte periodisch an die sich verändernden Amplituden des Magnetfelds angepaßt werden" beschrieben. In einer anderen zeitgleich eingereichten Patentanmeldung mit dem Titel "Verfahren zum Detektieren von passierenden magnetischen Artikeln, bei dem die Erkennungsschwellenwerte periodisch an die sich verändernden Amplituden des Magnetfelds angepaßt werden" beschreibt einen ähnlichen Analog/Digital- Wandler, dem ein Analog/Digital-Wandler zum Einfangen und Halten von Vsig nachgeschaltet ist. Auf diese beiden von den gleichen Anmeldern eingereichten Patentanmeldungen wird im Sinne einer umfassenderen Darstellung ausdrücklich Bezug genommen.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung von passierenden magnetischen Artikeln bei Geschwindigkeiten bis nahe Null mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Erfassen eines Umgebungsmagnetfeldes und Erzeugen einer Spannung Vsig, die proportional zu dem Magnetfeld ist,
b) Umwandeln der Bereiche des Analogsignals Vsig nur mit positiver Steigung in ein Digitalsignal V_Pcount,
c) Umwandeln des Digitalsignals V_Pcount in ein positives Vsig- einfangendes Analogsignal V_DAC-P,
d) Halten von V_Pcount an jeder positiven Spitzenauslenkung in Vsig und
e) Erzeugen eines Detektorimpulses (V_pcomp), der die Erkennung der Ankunft eines passierenden magnetischen Artikels anzeigt, wenn Vsig zum Zeitpunkt t_ppk nach jeder positiven Spitze in Vsig Vsig einen vorbestimmten Betrag unter V_DAC-P abgefallen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal V_Pcount zum Zeitpunkt t_ppk auf den Zählstand von Null zurückgesetzt und so das Halten gestoppt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte:

a) Umwandeln der Bereiche des Analogsignals Vsig nur mit negativer Steigung in ein Digitalsignal V_Ncount,
b) Umwandeln des Digitalsignals V_Ncount in ein negatives Vsig- einfangendes Analogsignal V_DAC-N,
c) Halten von V_Ncount an jeder negativen Spitzenauslenkung in Vsig, und
d) Erzeugen eines anderen Detektorimpulses (V_ncomp), der die Erkennung des Abgangs eines passierenden magnetischen Artikels anzeigt, wenn zum Zeitpunkt t_npk nach jeder negativen Spitze in Vsig Vsig um einen vorbestimmten Betrag über V_DAC-N angestiegen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zeitpunkt t_npk das Signal V_Ncount auf den Zählstand von Null zurückgesetzt und so das Halten gestoppt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Aktivieren des Startens der Umwandlung des Digitalsignals V_Ncount in ein negatives Vsig-einfangendes Analogsignal V_DAC-N zum Zeitpunkt t_ppk und
b) Starten des Umwandelns der Bereiche des Analogsignals Vsig nur mit positiver Steigung in ein Digitalsignal V_Pcount.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das Erzeugen eines binären Ausgangssignals, das zum Zeitpunkt t_ppk auf einen binären Pegel übergeht und zum Zeitpunkt t_npk von dem einen auf einen anderen binären Pegel übergeht, so daß das binäre Ausgangssignal einen Pegel annimmt, wenn das dem Magnetfeld proportionale Signal Vsig eine positive Steigung hat und einen anderen Pegel annimmt, wenn das dem Magnetfeld proportionale Signal Vsig eine negative Steigung hat.

7. Verfahren zur Erkennung von passierenden magnetischen Artikeln bei Geschwindigkeiten bis nahe Null mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Erfassen eines Umgebungsmagnetfeldes und Erzeugen einer Spannung Vsig, die proportional dem Magnetfeld ist,
b) Erzeugen einer Folge von Taktimpulsen,
c) Ausführen der Schritte zur Erzeugung einer Spannung V_DAC-P, die jeden positiv verlaufenden Bereich von Vsig einfängt und den folgenden positiven Spitzenwert in Vsig für ein Intervall über die Zeit der positiven Spitze hinaus hält, bis Vsig von dem gehaltenen positiven Spitzenwert um einen vorbestimmten Betrag Vhys abfällt, wobei die Schritte umfassen:
- 1. Vorsehen eines Digital/Analog-Wandlers (P-DAC) und eines Zählers, der einen digitalen mit dem Eingang des P-DAC verbundenen Ausgang aufweist und Anlegen einer Versorgungsgleichspannung an den P-DAC,
- 2. wenn Vsig positiv wird, Aktivieren des einen Zählers zum Zählen der Taktimpulse nur dann, wenn Vsig einen vorbestimmten Betrag Vhys V_DAC-P übersteigt, bis zum Zeitpunkt t_ppk nach der folgenden positiven Spitze in Vsig, bei der Vsig von dem positiven Spitzenwert um eine vorbestimmte Spannung Vhys abfällt,
- 3. Zurücksetzen und Deaktivieren des einen Zählers zum Zeitpunkt t_ppk, um V_DAC-P auf Null Volt zu bringen,
d) Ausführen der Schritte zur Erzeugung einer Spannung V_DAC-N, die jeden negativ verlaufenden Bereich von Vsig einfängt und die folgenden negativen Spitzenwerte in Vsig für ein Intervall hält, das über den Zeitpunkt einer negativen Spitze hinausgeht, bis Vsig von dem gehaltenen negativen Spitzenwert einen vorbestimmten Betrag Vhys abfällt, wobei die Schritte umfassen:
- 1. Vorsehen eines anderen Digital/Analog-Wandlers (N-DAC) und eines anderen Zählers, der ein digitalen mit dem Eingang des N- DAC verbundenen Ausgang aufweist und Anlegen einer Versorgungsgleichspannung an den N-DAC,
- 2. wenn Vsig negativ wird, Aktivieren eines anderen Zählers zum Zählen der Taktimpulse bis zum Zeitpunkt T_npk nach der folgenden negativen Spitze in Vsig, bei der Vsig von dem negativen Spitzenwert um eine vorbestimmte Spannung Vhys abfällt und
- 3. Zurücksetzen und Deaktivieren des anderen Zählers zum Zeitpunkt t_npk, um V_DAC-N auf eine positive DAC- Versorgungsspannung zu bringen und
e) Erzeugen eines binären Ausgangssignals, das zu den Zeitpunkten t_ppk auf einen binären Pegel übergeht und das zu den Zeitpunkten t_npk von dem einen zu dem anderen binären Pegel übergeht, so daß das binäre Ausgangssignal einen Pegel annimmt, wenn das dem Magnetfeld proportionale Signal Vsig eine positive Steigung hat und den anderen Pegel annimmt, wenn das dem Magnetfeld proportionale Signal Vsig eine negative Steigung hat.

8. Annäherungssensor für magnetische Artikel mit

a) einem Magnetfeld/Spannungs-Wandler zur Erzeugung eines dem Magnetfeld proportionalen Signals Vsig,
b) einem Wandlerspannungs-Komparator (OTVcomp), der einen Ausgang und einen und einen anderen Differenzeingang aufweist, und
c) eine erste Stromzweigeinrichtung, die mit dem Ausgang des Wandlers und dem einen OTVcomp-Eingang verbunden ist, um das Signal Vsig direkt an den OTVcomp-Eingang zu legen,

gekennzeichnet durch
eine zweite Stromzweigeinrichtung, die zwischen dem Wandlerausgang und dem anderen OTVcomp-Eingang geschaltet ist, wobei die zweite Stromzweigeinrichtung aufweist:

1. einen Schmitt-Komparator (OScomp), der einen Ausgang und einen und einen anderen Differenzeingang aufweist, von denen der eine Eingang mit dem Wandlerausgang verbunden ist,
2. einen Taktgeber zum Erzeugen einer Folge von Taktimpulsen,
3. einen Digital/Analog-Wandler (P-DAC), der einen mit dem anderen Eingang des OTVcomp verbundenen Ausgang aufweist,
4. ein UND-Gatter mit zwei Eingängen und einem Ausgang,
5. einer Zähleinrichtung, die einen mit dem Ausgang des Taktgebers verbundenen Zähleingang und einen Zählaktivierungseingang aufweist, der über das eine UND-Gatter mit dem Ausgang des OTVcomp verbunden ist, der mit einem der einen UND-Gattereingänge verbunden ist, wobei die eine Zähleinrichtung zum Zählen der Taktimpulse nur dann dient, wenn ein Aktivierungssignal an dem Zählaktivierungseingang mit dem einen binären Pegel anliegt, und die eine Zähleinrichtung zum Zählen der Taktimpulse nur dann dient, wenn Vsig eine positive Steigung hat und
wobei der P-DAC zusätzlich zum Einfangen eines Bereichs von Vsig mit positiver Steigung und Halten der nachfolgenden positiven Spitzenspannung von Vsig bis zu einem Zeitpunkt t_ppk dient, zu dem Vsig von der gehaltenen positiven Spitzenspannung um einen Betrag abfällt, der gleich dem Schwellenwert von dem OScomp ist und wobei der OScomp zum Erzeugen eines Ausgangsimpulses bei t_ppk dient, der die Ankunft eines passierenden magnetischen Artikels anzeigt.

9. Annäherungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Stromzweigeinrichtung und der OScomp zusammen einen Detektor (PPD) für positive Spitzen bilden und daß zusätzlich eine Detektoreinrichtung (NPD) für negative Spitzen vorgesehen ist, die zu der Detektoreinrichtung für positive Spitzen entsprechend symmetrisch ausgebildet ist, wobei die NPD-Einrichtung einen anderen Wandlerspannungs-Komparator (ATVcomp), eine erste andere Stromzweigeinrichtung, die zwischen den Ausgang des Wandlers und dem ATVcomp-Eingang geschaltet ist, um das Signal Vsig direkt an den anderen ATVcomp-Eingang zu legen und eine andere zweite Stromzweigeinrichtung, die zwischen den Wandlerausgang und den anderen ATVcomp-Eingang geschaltet ist, aufweist, wobei die andere zweite Stromzweigeinrichtung einen anderen Schmitt-Komparator (AScomp), einen anderen Digital/Analog-Wandler (N-DAC) mit einem mit dem ATVcomp verbundenen Ausgang, ein anderes UND-Gatter und eine andere Zähleinrichtung mit einem Aktivierungseingang aufweist, der über das UND-Gatter mit dem ATVcomp verbunden ist, der einen mit dem Taktgeber verbundenen Eingang und einen mit dem N-DAC verbundenen Ausgang aufweist, wobei der N-DAC dient zum Zählen der Taktimpulse nur dann; wenn Vsig eine negative Steigung und zum Einfangen eines Bereichs von Vsig mit negativer Steigung und zum Halten der nachfolgenden negativen Spitzenspannung von Vsig bis zu dem Zeitpunkt t_npk, zu dem Vsig von der gehaltenen positiven Spitzenspannung um einen Betrag abfällt, der gleich dem Schwellenwert des AScomp ist und AScomp zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses bei t_npk dient, der den Abgang eines passierenden magnetischen Artikels anzeigt.

10. Annäherungssensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der PPD zusätzlich eine Erzeugungseinrichtung für ein Rücksetzsignal aufweist, die mit dem Ausgang des einen Schmitt-Komparators verbunden ist, der einen Ausgang aufweist, der mit dem Rücksetzeingang der anderen Zähleinrichtung in der NPD zum Rücksetzen der anderen einen Zähleinrichtung zum Zeitpunkt t_ppk verbunden ist, und daß eine andere Erzeugungseinrichtung für ein Rücksetzsignal mit dem Ausgang des anderen Schmitt-Komparators verbunden ist, der einen Ausgang aufweist, der mit dem Rücksetzeingang der einen Zähleinrichtung in dem PPD zum Zurücksetzen der einen Zähleinrichtung zum Zeitpunkt t_npk verbunden ist.

11. Detektor zurm Erkennen von passierenden magnetischen Artikeln bei Geschwindigkeiten bis nahe Null mit:

a) einer Magnetfeld/Spannungs-Wandlereinrichtung, die einen Wandlerausgang zum Erzeugen einer Spannung VSig an dem Wandlerausgang aufweist, die proportional der Stärke des Umgebungsmagnetfeldes ist,
b) einem ersten Schmitt-Komparator, der einen Ausgang und positive und negative Differenzeingangsanschlüsse zum Erzeuegn einer binären Ausgangsspannung aufweist, die auf einen binären Pegel von einem anderen Pegel übergeht, wenn die Größe der an den Differenzeingangsanschlüssen anliegenden Differenzspannung eine vorbestimmte positive Größe Vhys überschreitet,
c) einem Taktgeber zum Erzeugen einer Folge von Taktimpulsen,
d) einem Digital/Analog-Wandler P-DAC mit einem Ausgang, wobei die positiven und negativen Eingänge der einen Schmitt- Komparatoreinrichtung jeweils mit dem Wandlerausgang und dem P-DAC-Ausgang verbunden sind,
e) einem UND-Gatter mit zwei Eingängen und einem Ausgang.
f) einer Zähleinrichtung, die einen mit dem Ausgang des Taktgebers verbundenen Zähleingang und einen Zählaktivierungseingang aufweist, der über das eine UND-Gatter mit dem Ausgang des einen ersten Schmitt-Komparators verbunden ist, dessen Ausgang mit einem der UND-Gatter- Eingänge verbunden ist, wobei die eine Zähleinrichtung dazu dient, die Taktimpulse nur dann zu zählen, wenn ein Aktivierungssignal mit dem einen binären Pegel an dem Zählaktivierungseingang anliegt und wobei die Zähleinrichtung dazu dient, die Taktimpulse nur dann zu zählen, wenn Vsig eine positive Steigung hat, und
wobei der P-DAC zusätzlich zum Einfangen jedes Bereichs von Vsig mit positiver Steigung und zum Halten der nachfolgenden positiven Spitzenspannung von Vsig bis zum Zeitpunkt t_ppk dient,
g) einem zweiten Schmitt-Komparator mit einer Schwellenwertspannung Vhys, der einen mit dem Ausgang der Wandlereinrichtung verbundenen einen Eingang und einen mit dem P-DAC-Ausgang verbundenen anderen Eingang zum Erzeugen eines Impulses mit einem Pegel aufweist, wenn zum Zeitpunkt t_ppk Vsig von der gehaltenen positiven Spannung Vhys Volt abfällt,
h) einer Flipflop-Einrichtung mit einem Rücksetzeingang und mit einem mit dem Ausgang des einen zweiten Schmitt-Komparators verbundenen Setzeingang zum Erzeugen eines rechteckwellenförmigen Ausgangssignals, das einen binären Pegel annimmt, wenn es gesetzt ist und zu einem anderen Pegel übergeht, wenn es zurückgesetzt ist, wobei der Setzeingang des Flipflops mit dem einen zweiten Schmitt-Komparator verbunden ist,
i) einem anderen ersten Schmitt-Komparator mit einem Ausgang und positiven und negativen Differenzeingangsanschlüssen zum Erzeugen einer binären Ausgangsspannung, die auf einen binären Pegel von einem anderen Pegel übergeht, wenn die Größe der an den Differenzeingangsanschlüssen anliegenden Differenzspannung eine vorbestimmte negative Größe Vhys überschreitet,
j) einem anderen Digital/Analog-Wandler N-DAC mit einem Ausgang, wobei die negativen und positiven Eingänge des einen Schmitt-Komparators jeweils mit dem Wandlerausgang und dem N-DAC-Ausgang verbunden sind,
k) einem anderen UND-Gatter mit zwei Eingängen und einem Ausgang,
l) einer anderen Zähleinrichtung, die eine mit dem Ausgang des Taktgebers verbundenen Zähleingang und einen Zählaktivierungseingang aufweist, der über das andere UND- Gatter mit dem Ausgang des anderen ersten Schmitt- Komparators verbunden ist, dessen Ausgang mit einem der anderen UND-Gatter-Eingänge verbunden ist, wobei die andere Zähleinrichtung dazu dient, die Taktimpulse nur dann zu zählen, wenn ein Aktivierungssignal mit einem anderen binären Pegel an dem Zählaktivierungseingang anliegt und die Taktimpulse nur dann zu zählen, wenn Vsig eine negative Steigung hat,
wobei N-DAC zusätzlich zum Abtasten jedes Bereichs von Vsig mit negativer Steigung und zum Hatten der nachfolgenden negativen Spitzenspannung von Vsig bis zum Zeitpunkt t_npk dient,
m) einem anderen zweiten Schmitt-Komparator mit einer Schwellenwertspannung Vhys, einem mit dem Ausgang der Wandlereinrichtung verbundenen Eingang und einem anderen mit dem P-DAC-Ausgang verbundenen Eingang und zum Erzeugen eines Impulses mit einem Pegel, wenn zum Zeitpunkt t_ppk Vsig von der gehaltenen negativen Spannung Vhys Volt abfällt, wobei der andere zweite Schmitt-Komparator einen mit dem Rücksetzeingang des Flipflops verbundenen Ausgang aufweist, um das wellenförmige Ausgangssignal zum Zeitpunkt t_npk auf einen anderen Pegel zu bringen.