DE3526338C2

DE3526338C2 -

Info

Publication number: DE3526338C2
Application number: DE3526338A
Authority: DE
Inventors: Kenji Hadano Kanagawa Jp Indo
Original assignee: SOKKISHA CO Ltd TOKIO/TOKYO JP
Current assignee: SOKKISHA CO Ltd TOKIO/TOKYO JP
Priority date: 1984-08-30
Filing date: 1985-07-23
Publication date: 1988-03-17
Also published as: GB8518038D0; JPS6146413U; JPH0623931Y2; GB2163852A; GB2163852B; US4731580A; DE3526338A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Meßeinrichtung, die magnetoresistive Elemente enthält, die gegenüber einem Maßstab, z. B. einer magnetischen Art einer drehbaren oder linearen Maßeinteilung angeordnet sind, wobei die Meßeinrichtung für die Messung eines rela tiven Betrages der Bewegung zwischen der Maßeinteilung und der Reihe der magnetoresistiven Elemente durch Ausnutzung einer Änderung des Widerstandswertes der magnetoresistiven Elemente infolge der Wirkung eines magnetischen Musters auf der magnetischen Maßeinteilung einge richtet ist.

Es ist eine Meßeinrichtung bekannt, die das Maß der Drehung, der Be wegung usw. eines Objektes feststellt. Diese Art von Meßeinrichtung wurde wegen ihrer hohen Genauigkeit auf verschiedenen Gebieten benutzt. Vor kurzem wurde sie auf dem Gebiet der automatischen Steuerung eingesetzt. Die Einrichtung enthält ein magnetisches Muster mit einer Art gegebener Teilung und einen Sensor, der gegenüberliegend der magnetischen Maßein teilung angeordnet ist. Die Meßeinrichtung kann entweder mit ortsfester magnetischer Maßeinteilung bzw. Sensor und dem jeweils anderen Teil in Verbindung mit einem beweglichen Objekt den Betrag der Bewegung des Objektes durch elektrische Verarbeitung eines Signals feststellen, das vom Sensor gewonnen wird, wenn sich das Objekt bewegt.

In diesem Fall enthalten Abschnitte für magnetoresistive Elemente die mit einer Teilung angeordneten magnetoresistiven Elemente, wobei deren Tei lung der Teilung des magnetischen Musters auf der magnetischen Maßein teilung entspricht. Die Meßeinrichtung erzeugt ein dem Ausmaß der Be wegung entsprechendes elektrisches Signal durch die Ausnutzung der Änderung des Widerstandswertes des magnetoresistiven Elementes aufgrund der Einwirkung des magnetischen Musters auf die magnetische Maßein teilung.

Bei der oben beschriebenen Meßeinrichtung richtet sich die Teilung des magnetischen Musters auf der magnetischen Maßeinteilung nach der Auf lösung der Messung. Die magnetoresistiven Elemente des Sensors sind so angeordnet, daß ihre Teilung der Teilung des magnetischen Musters entspricht. Das heißt, die Teilung des magnetischen Musters und die Teilung der magnetoresistiven Elemente müssen in entsprechender wechselseitiger Beziehung zueinander stehen.

Wenn eine Vielzahl von magnetischen Maßeinteilungsarten mit ver schiedenen Auflösungen benutzt werden soll, ist es deshalb notwendig, eine Vielzahl von Sensorarten bereitzustellen, die magnetoresistive Elemente enthalten, die mit einer der Teilung des magnetischen Musters auf der jeweiligen Maßeinteilung entsprechenden Teilung versehen sind. Dies führt oft zu einem komplizierten Meßvorgang.

Eine Verschiebungsmeßvorrichtung wie sie eingangs angegeben ist, ist aus der US-PS 44 29 276 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein Verschiebungssensor mit zwei mangetoresistiven Sensorabschnitten versehen. Ihre Anordnung zueinander ist derart, daß bei einer Verschiebung des Sensors die an den Ausgängen der Sensorabschnitte abgegriffenen elektrischen Signale eine vorher festgelegte Phasenverschiebung erfahren, so daß eine verbesserte Meßwertauflösung erreicht wird. Falls jedoch eine Vielzahl von Maßteilungen mit verschiedenen Auflösungen Verwendung finden soll, ist es nach wie vor notwendig, eine Vielzahl von Sensorarten mit magneto resistiven Elementen bereitzustellen, wobei diese mit einer der Teilung des magnetischen Musters auf der jeweiligen Maßeinteilung entsprechenden Teilung versehen sein müssen. Derartige Meßvorrichtungen sind aufwendig und kostspielig.

Aus der DE-OS 33 08 352 ist eine Magnetdetektor vorrichtung, insbesondere zur Verwendung bei einem Drehwinkelgeber bekannt, bei der abweichend vom Gegenstand der Erfindung die magnetoresistive Elemente aufweisenden Sensoren so angeordnet bzw. ausgebildet sind, daß eine störende Beeinflussung der Vorrichtung durch ein externes Magnetfeld weitgehend ausgeschaltet wird.

Auch aus der DE-OS 31 26 806 gehen die erfindungs tragenden Merkmale nicht hervor. Diese Druckschrift befaßt sich vielmehr mit einer Meßeinrichtung, die eine magnetische Maßeinteilung und einen der Maßeinteilung gegenüberliegenden Detektor mit mindestens einem magnetoresistiven Sensorelement aufweist, wobei es möglich sein soll, ohne Umwandlung über eine Wechsel spannung dem Detektor direkt ein Gleichspannungssignal zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschiebungsmeßvorrichtung der eingangs angegebenen Art derart weiterzubilden, daß ein Sensor für mehrere Arten von beispielsweise drehbaren Maßeinteilungen angewendet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Aus führungsbeispiels. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht von außen einer bei einer drehbaren Maßeinteilung auf magnetischer Basis eingesetzten Einrichtung,

Fig. 2 einen Hauptteil der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Ansicht in einer Ebene,

Fig. 3a bis 3f Wellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Eine bei einer drehbaren Maßeinteilung auf magnetischer Basis eingesetzte Einrichtung der Erfindung wird im folgenden ausführlicher unter Bezug auf die Zeichnungen erklärt.

In Fig. 1 zeigt die Bezugsziffer 11 eine drehbare Maßeinteilung, die in Verbindung mit einem drehbaren, nicht gezeigten Gegenstand, in Drehung versetzbar ist, um den Betrag der Drehung zu messen. Ein magnetisches Muster 12 ist auf der Außenseite der drehbaren Maßeinteilung mit einer vorgegebenen Periode oder Teilung ausgebildet. Ein Sensor 13 ist gegen über der Außenseite der drehbaren Maßeinteilung 11 fest angebracht.

Wie in Fig. 2 dargestellt, weist der Sensor 13 einen ersten Abschnitt 14 für magnetoresistive Elemente und einen zweiten Abschnitt 15 für magneto resistive Elemente auf. Der erste und der zweite Abschnitt 14 und 15 für magnetoresistive Elemente sind als dünner ferromagnetischer Film auf einem isolierenden Substrat, z. B. Glas, durch Zerstäubung oder durch ein Verdampfungsverfahren mittels Ni, Ni-Fe-Legierung, Co usw. ausge bildet. An dieses Verfahren schließt sich ein Ätzverfahren an, um das in Fig. 2 gezeigte Muster herzustellen.

Es sei angenommen, daß 2λ eine Periode des magnetischen Musters 12 auf der drehbaren Maßeinteilung 11 darstellt. In diesem Fall ist der erste Abschnitt 14 für magnetoresistive Elemente derart ausgebildet, daß magnetoresistive Elemente 17 und 18 mit der Teilung λ jeweils als Paare im Abstand von ^λ/₄ angeordnet sind. Ein A-Phasen-Signal (ein Sinuswellensignal) und ein B-Phasensignal (ein Cosinuswellensignal) von verschiedenen Zyklen werden jeweils von den magnetoresistiven Elementen 17 und 18 ausgegeben.

Andererseits ist der zweite Abschnitt 15 für magnetoresistive Elemente derart ausgebildet, daß die magnetoresistiven Elemente 19 und 20 mit einer Teilung ^λ/₂ als Paare in einem Abstand von ^λ/₈ angeordnet sind. Das A-Phasen-Signal (Sinuswellensignal) und das B-Phasen-Signal (Cosinuswellensignal) von verschiedenen Zyklen werden jeweils von den magnetoresistiven Elementen 19 und 20 ausgegeben. Dies bedeutet, daß das Verhältnis zwischen der Teilung λ der magnetoresistiven Elemente 17 und 18 in dem ersten Abschnitt 14 für magnetoresistive Elemente und der Teilung ^λ/₂ der magnetoresistiven Elemente 19 und 20 im zweiten Ab schnitt 15 für magnetoresistive Elemente die Beziehung einer geometrischen Reihe hat (eine zweifache Beziehung in dieser Ausführungsform). Die Auflösung einer Messung im zweiten Abschnitt 15 für magnetoresistive Elemente hat deshalb eine zweifache Beziehung zur Auflösung einer Messung im ersten Abschnitt 14 für magnetoresistive Elemente.

Wenn die drehbare Maßeinteilung 11 sich dreht, verändert sich ein Wider standswert R zwischen den Anschlüssen T 1 und T 2 des magnetoresistiven Elementes 17 aufgrund der Wirkung des magnetischen Musters 12, wie in Fig. 3a dargestellt. In entsprechender Weise verändern sich jeweils ein Widerstandswert R zwischen den Anschlüssen T 3 und T 4 des magneto resistiven Elementes 17, ein Widerstandswert R zwischen den Anschlüssen T 5 und T 6 des magnetoresistiven Elementes 18 und ein Widerstandswert R zwischen den Anschlüssen T 7 und T 8 des magnetoresistiven Elementes 18, wie in Fig. 3b, 3c und 3d dargestellt. Wenn eine Spannung mit einem vorgegebenen Pegel an die Anschlüsse T 1 und T 4 des magnetoresistiven Elementes 17 angelegt wird, wird daher ein in Fig. 3e gezeigtes A- Phasen-Signal mit einem Spannungspegel V zwischen den Anschlüssen T 3 und T 4 des magnetoresistiven Elementes 17 erzeugt, wobei dieses A- Phasen-Signal dem Betrag der Drehung der drehbaren Maßeinteilung 11 entspricht. In entsprechender Weise wird ein in Fig. 3f gezeigtes B- Phasen-Signal mit einem Spannungspegel V zwischen den Anschlüssen T 7 und T 8 des magnetoresistiven Elementes 18 erzeugt, wenn eine Spannung mit einem gegebenen Pegel V an die Anschlüsse T 5 und T 8 des magneto resistiven Elementes 18 gelegt wird, wobei das B-Phasen-Signal dem Maß der Drehung der drehbaren Maßeinteilung entspricht.

Wenn eine Spannung mit vorgegebenem Pegel an die Anschlüsse t 1 und t 4 des magnetoresistiven Elementes 19 gelegt wird, wird ein A-Phasen-Signal zwischen den Anschlüssen t 3 und t 4 des magnetoresistiven Elementes 19 erzeugt. Wenn eine Spannung mit vorgegebenem Pegel an die Anschlüsse t 5 und t 8 gelegt wird, wird in entsprechender Weise ein B-Phasen-Signal an den Anschlüssen t 7 und t 8 hervorgerufen, wobei vorausgesetzt wird, daß die Teilung λ eine Periode des magnetischen Musters 12 auf dem dreh baren Maßstab 11 darstellt.

Gemäß der Erfindung kann der Sensor 13 für zwei Arten von drehbaren Maßeinteilungen angewendet werden. Bei einer Art für das magnetische Muster mit einer Periode von 2λ und bei einer Art für das magnetische Muster mit einer Periode von λ. Da das magnetische Muster auf den drehbaren Maßeinteilungen oft mit der Teilung von 2g, λ, ^λ/₂, ^λ/₄, . . . in einer geometrischen Reihenbeziehung ausgebildet ist, wird ein Verhältnis zwischen der Teilung der magnetoresistiven Elemente 17 und 18 im ersten Abschnitt 14 für magnetoresistive Elemente und der Teilung der magnetoresistiven Elemente 19 und 20 im zweiten Abschnitt 15 für magnetoresistive Elemente am günstigsten, wenn es die Beziehung einer geometrischen Reihe hat.

Claims

Verschiebungsmeßvorrichtung mit einer magnetischen Maßeinteilung, die ein magnetisches Muster von einer vorgegebenen Teilung aufweist, und mit einem der magnetischen Maßeinteilung gegenüberliegenden Sensor, der zwei Abschnitte für magnetoresistive Elemente mit magnetoresistiven Elementen aufweist, wobei die Elemente jeden Abschnitts in ihrem Abstand funktional auf das Muster der magnetischen Maßeinteilung abgestimmt sind, so daß ein elektrisches Signal, das der relativen Verschiebung zwischen der magnetischen Maßeinteilung und dem Sensor entspricht, entsprechend einer Änderung des Widerstandswertes jedes magnetoresistiven Elements aufgrund der Einwirkung des magnetischen Musters auf der magnetischen Maßeinteilung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt (14, 15) aus jeweils einem Paar von getrennten magnetoresistiven Elementen (17, 18) und (19, 20) besteht, wobei das Paar der magneto resistiven Elemente (17, 18), das einen der Abschnitte (14) bildet, in einer Teilung angeordnet ist, die einen n mal größeren Abstand zwischen den Elementen aufweist als die Teilung des Paars der magnetoresistiven Elemente (19, 20) des anderen Abschnitts (15) wobei n eine ganze Zahl größer als eins ist und daß die Abschnitte (14, 15) mit den magnetoresistiven Elementen derart angeordnet sind, daß sie entsprechend der Teilung des magnetischen Musters (12) der magnetischen Maßeinteilung (11) genutzt werden und daß die magnetoresistive Elemente des Paares (17, 18) des einen Abschnitts (14) und die magnetoresistiven Elemente des Paares (19, 20) des anderen Abschnitts (15) jeweils so angeordnet sind, daß sie elektrische Signale mit wechselweise unterschiedlicher Phase in jedem Abschnitt (14, 15) erzeugen.