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WO2011160796A2 - Vorrichtung zum erzeugen eines sensorsignals und verfahren zur bestimmung der position eines gebers - Google Patents

Vorrichtung zum erzeugen eines sensorsignals und verfahren zur bestimmung der position eines gebers Download PDF

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Publication number
WO2011160796A2
WO2011160796A2 PCT/EP2011/003013 EP2011003013W WO2011160796A2 WO 2011160796 A2 WO2011160796 A2 WO 2011160796A2 EP 2011003013 W EP2011003013 W EP 2011003013W WO 2011160796 A2 WO2011160796 A2 WO 2011160796A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
magnetic field
signal
sensor signal
generating
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/003013
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011160796A3 (de
Inventor
Axel Bartos
Reinhold Pieper
Francois Limouzineau
Armin Meisenberg
Andreas Voss
Original Assignee
Meas Deutschland Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meas Deutschland Gmbh filed Critical Meas Deutschland Gmbh
Priority to US13/805,972 priority Critical patent/US9297634B2/en
Publication of WO2011160796A2 publication Critical patent/WO2011160796A2/de
Publication of WO2011160796A3 publication Critical patent/WO2011160796A3/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Definitions

  • a first movable component of a device In a variety of different technical fields there is a need to determine the position of a first movable component of a device relative to a second, usually stationary component. For example, in piping systems with valves, it is of interest to determine the position of a valve body of a valve relative to its valve housing, for example to determine if the valve is open or closed, or to determine how far the valve is open. There is also an interest in determining the position of a piston in a cylinder. Often, there is an interest in determining the absolute position of the first movable member relative to the most stationary second member with respect to a fixed coordinate system of the second member. Equally often, there is an interest in determining when the first moveable component passes a particular position.
  • a device in which a plurality of magnetic field-sensitive sensors are arranged along a measuring path.
  • the output signals of the sensors are fed to a multiplexer.
  • the output signal of the multiplexer is supplied to an evaluation, which generates from the output signal of the multiplexer, a signal from which the position of a magnetic field generating encoder can be determined relative to the sensors.
  • LVDT differential transformers
  • inductive sensor solutions EP 0 693 673 A2
  • Hall EP 1 264 159 B1
  • magnetoresistive sensors DE 32 44 891 C2
  • the piston is provided with a position sensor.
  • a position sensor is a ring magnet whose outer diameter corresponds approximately to the maximum piston diameter. Or, a much smaller disc magnet is integrated at a location in the piston that is closest to a particular outer slot in the cylinder.
  • the different types of cylinders usually use different position encoders.
  • EP 0 783 666 B1 speaks of a magnet that provides a magnetic field more adequately
  • Thickness is generated to saturate the magnetoresistive material.
  • the invention was based on the object, a device for generating a sensor signal and a method for determining the position of a .0 magnetic field generating encoder relative to a device for generating a
  • the invention is based on the basic idea, in a device for generating a sensor signal, the course of which from the position of a magnetic field generating
  • magnetic field-sensitive sensors Arranged measuring path, magnetic field-sensitive sensors to provide a support field device which generates a magnetic support field in the magnetic field-sensitive sensors, at least in the magnetic field-sensitive sensors, a substantially same direction and a substantially homogeneous
  • Support field device is useful for achieving a stable operating state. Furthermore, it was recognized that the use of such a support field device allows the use of magnetic field generating donors that generate a magnetic field with low field strength.
  • magnetoresistive sensors are used as magnetic-field-sensitive sensors.
  • AMR sensors anisotropy magnetoresistive sensors
  • barber poles are used.
  • the supporting field generated by the supporting field device can be used in 5 such an embodiment to ensure reliable magnetic saturation of the sensor material at each encoder position.
  • Magnetic field-sensitive sensors in particular magnetoresistive sensors, in particular Barberpolsensoren, often have a course of the characteristic which for each 0 field strength of the magnetic field component of a magnetic field-generating
  • Gebers generated magnetic field in the sensor a value of the ratio of the strength of the sensor signal generated by the sensor relative to the maximum sensor signal generated by the sensor, which is substantially linear only in a partially low field strength region of the magnetic field component and adjacent to the substantially linear portion of the characteristic line is non-linear.
  • the device according to the invention for generating a sensor signal can be adjusted, for example, by suitably selecting the supporting field device so that it provides a characteristic curve in the case of the otherwise non-linear sensor characteristic when the sensor characteristic is too linear, in the case of the strongest expected encoder magnet which generated in the sensor field strength is still in the largely linear region of the sensor characteristic and on the other hand, even at weaker, distant magnet still well evaluable characteristics curves available.
  • the use of a support field also makes it possible to provide a single design of the device according to the invention, which can be used with different encoders with different magnetic fields of the encoder.
  • the respective sensor has a full-bridge arrangement (Wheatstone bridge) of magnetoresistive elements or a half-bridge circuit of such magnetoresistive elements.
  • further full bridge circuits or further half-bridge circuits can be provided per sensor.
  • the magnetic field sensitive sensors are magnetoresistive sensors.
  • the respective sensor can have the "anisotropic magnetoresistive effect” (AMR effect) or the “gigantic” magnetoresistive effect (GMR effect).
  • AMR effect anisotropic magnetoresistive effect
  • GMR effect gigantic magnetoresistive effect
  • the sensor element may also have other effects, such as the Giant Magneto Impedance (GMI), the tunnel magnetoresistance effect (TMR) or the Hall effect.
  • GMI Giant Magneto Impedance
  • TMR tunnel magnetoresistance effect
  • the measuring path, along which the at least two sensors are arranged is a line.
  • the measuring path is an elliptical arc, in particular a circular arc.
  • the measuring path along which the at least two magnetic field-sensitive sensors are arranged can be selected as a function of the movement of the magnetic field generating transmitter with which the device according to the invention is intended to cooperate for generating a sensor signal. If the device according to the invention is to be used with a magnetic field generating transmitter which moves linearly relative to the device according to the invention, then the measuring path can be formed as a line.
  • the measuring path can be formed as elliptical arc, particularly preferably as a circular arc.
  • a multiplicity of sensors in particular preferably more than 4, particularly preferably more than 7 sensors, are arranged along the measuring path. If the device according to the invention with a magnetic-field-generating transmitter and a device for generating a sensor signal is used to generate a signal when the transmitter reaches a previously determined switching position, at least two sensors can be arranged in the region of this switching point, in particular arranged symmetrically with respect to this switching point.
  • the arrangement of the magnets forming the backbone device near the sensors allows the use of smaller magnets with less extensive fields, which in practice can reduce problems of adhering metal contamination.
  • the magnets may be provided with a surface coating.
  • the support field device consists of a single, segmentally differently magnetized magnet.
  • the sensors are arranged uniformly along the measuring path.
  • a support field device is provided in this embodiment, are used in the permanent magnet, which are also arranged uniformly.
  • the respective outer magnet can contain a shape or position deviating from the inner magnets.
  • the support field device to permanent magnets, which are identical.
  • this step is advantageously carried out with unmagnetized magnets, which are magnetized only in an additional manufacturing step.
  • the sensors and the supporting field device are attached to a carrier element to form a sensor head.
  • the dimensions of the sensor head are less than 45 mm in the direction of the measuring path and less than 2.4 mm in a first direction perpendicular to the measuring path and less than 10 mm in a second direction perpendicular to the measuring path and perpendicular to the first direction is.
  • At least one sensor in particular preferably all sensors, has a first part which generates a first intermediate signal and a second part which generates a second intermediate signal, wherein the profile of the first intermediate signal and the course of the second intermediate signal is dependent on the direction and / or the strength of an externally generated magnetic field and the first intermediate signal substantially a sinusoidal course and the second Intermediate signal has substantially a cosinus-like course, wherein the center of the first part corresponds to the center of the second part.
  • the sinusoidal signal generating part relative to the second, the cosine-like signal generating part can be achieved in an advantageous manner that can be concluded from an analysis of the two intermediate signals to a current signal amplitude, so that in another Signal evaluation a selection can be made and only these signals of the sensors are used, which have a selected based on selection criteria based on the initially determined current signal amplitude, sufficient signal amplitude.
  • a device with a magnetic field generating transmitter and a device for generating a sensor signal, whose course depends on the position of a magnetic field generating encoder relative to the device, has at least two magnetic field sensitive sensors arranged along a measuring path, which sensor signal or in the generation of the Sensor signal generated intermediate signal or generate a plurality of signals used in the generation of the sensor signal, wherein the device for generating a sensor signal comprises a support field device which generates a magnetic support field in the magnetic field sensitive sensors, and / or in the device for generating a sensor signal at least one sensor a first Part has, which generates a first intermediate signal, and a second part which generates a second intermediate signal, wherein the course of the first intermediate signal and the course of the second intermediate signal depended
  • the first intermediate signal has essentially a sinusoidal course and the second intermediate signal essentially has a cosine-like profile, wherein the center of the first part essentially corresponds to the midpoint of the second Partly corresponds.
  • the magnetic field generating transmitter can be moved relative to the device substantially along a path which runs parallel to the measuring path.
  • a movement of the magnetic field generating sensor relative to the device for generating a sensor signal while the movement of the device for generating a sensor signal relative to a stationary magnetic field generating encoder is understood, and the simultaneous movement of the encoder and the device, but then with different direction of movement and / or different movement speed.
  • This device with a magnetic field generating transmitter and a device for generating a sensor signal has the following features: - At least one sensor has with respect to a magnetic field component of an externally applied to the sensor magnetic field without the action of the support field a curve of the characteristic for each field strength of the magnetic field component in the sensor a value of the ratio of the strength of the sensor signal generated by the sensor relative to the maximum of representative of the sensor signal, which is substantially linear in a field intensity range of the magnetic field component and which is non-linear adjacent to the substantially linear portion of the characteristic;
  • the magnetic field generated by the encoder when the encoder is located at the position along the path at which the encoder is closest to the sensor, and no support field in the sensor has a magnetic field component with a first field strength, which is outside the field strength range in which the characteristic curve has a substantially linear region, and
  • the sensor with respect to a magnetic field component of an externally applied to the sensor magnetic field when acting on the support field has a different course of the characteristic which is substantially linear in a field strength range of the magnetic field component and adjacent to the substantially linear portion of the curve is non-linear .
  • the device according to the invention with the magnetic field generating transmitter and the device for generating a sensor signal thus makes use of the fact that the characteristic of at least one sensor, in particular of all sensors, can be influenced by the support field in such a way that when the magnetic field component of a through given magnetic field generator is in the field strength range of the characteristic of the sensor, in which the characteristic curve is not linear, the support field can cause a change in characteristics, so that the changed by the support characteristic in the field strength range of the magnetic field component of the magnetic field generated by the encoder has a linear section having.
  • the senor can be moved along a fixed, limited in its extent path and the support field is selected such that the magnetic field generated by the encoder at each position of Encoders along the path in the sensor has a magnetic field component with a first field strength, which is within the field strength range in which the changed by the supporting field curve of the characteristic has a substantially linear region.
  • the above-described device according to the invention for generating a sensor signal is used in the device according to the invention with a magnetic field generating transmitter and a device for generating a sensor signal.
  • the course of the sensor signal which is generated when the encoder is in the position to be determined is compared in an evaluation with a stored in the evaluation reference curve, the reference curve shows the course of a sensor signal generated with the device, which was generated when the encoder was in a reference position relative to the device, or the reference curve was otherwise generated,
  • EP 1 209 439 B1 From the prior art, for example from EP 1 209 439 B1, methods are known which, for example, build on the basic idea of selecting the signals of two sensors located close to the sensor and determining a position value from an extra or interpolation of these two sensor signals. wherein EP 1 209 439 B1 describes an additional correction possibility for this fundamental principle. Such a method can be carried out with the devices according to the invention. However, such a method assumes that always the same encoder magnet is used.
  • the device according to the invention for producing a sensor signal is only produced in a design which is intended to be usable with as many different donor magnets as possible, it is to be expected that only a coarse one will be used with this method known from the prior art Position determination is possible.
  • the position of the encoder can be better determined.
  • the inventive method makes it possible to use the device for generating a sensor signal with different magnetic field generating donors, since in the evaluation unit a reference curve is parameterized, which reproduces the course of a sensor signal generated with the device, which was generated as the encoder in a known Reference position relative to the device, or was generated in other ways, for example by a simulation.
  • a simulation is particularly suitable, the result of which is the profile of the expected sensor signal when the magnetic field generating transmitter is in a reference position relative to the device for generating the sensor signal.
  • the acquisition of the reference curve which was determined at another, in particular preferably from another, identical device.
  • a one-time calibration process can be carried out, in which the course of the sensor signal from the signals generated by the sensors, for example the intermediate signals, are determined as a reference curve.
  • the reference profile before it is stored in the evaluation unit be smoothed by the usual signal processing methods.
  • the reference curve can then be mathematically shifted in the preferred embodiment so that the course of the sensor signal determined during operation coincides as well as possible with this reference curve. Out of the for the shift of Reference curve necessary parameters, a precise position value can be determined.
  • the course of the sensor signal, or the reference curve are stored in particular preferably in tables or the like, in which the values of the X-coordinate, the respective values of the reference curve, or the course of the sensor signal are stored at this value of the X-coordinate.
  • the number of X-values in the table and the distance between the individual values of the X-coordinate can be adapted to the measurement requirements.
  • the values of the X coordinates stored in the tables are particularly preferably equally spaced; in particular, they are preferably at a substantially smaller distance from one another than the centers of the sensors are spaced from one another in the direction of the measurement path.
  • the sensors generate intermediate analog signals which are digitized into digital intermediate signals, the sensor signal being generated from the digital intermediate signals. This allows better signal processing.
  • sensor characteristic linearity deviations which originate both from the sensor principle and from manufacturing-related deviations from sensor alignments and supporting field devices, are compensated.
  • the digitized sensor signals are corrected before their further evaluation taking into account the shape of the reference curve.
  • the digitized sensor signals can, before their further evaluation taking into account the actual temperature in the measurement, the Temperature behavior of the sensor characteristic, in particular the temperature behavior of the sensor amplitude and the offset are corrected.
  • a further evaluation unit is located in the connection line or the connection plug or in a housing of the device, which triggers digital switching processes based on previously defined switching positions with the aid of the position information provided by the sensor arrangement and its evaluation unit and / or these switching states via a provides suitable interface.
  • the encoder is an annular permanent magnet or a cylindrical permanent magnet.
  • ring-shaped permanent magnets are frequently used as encoders.
  • Figure 1 is a sketch of the device according to the invention with a magnetic field generating encoder and a device for generating a sensor signal.
  • Fig. 2 is a graphical representation of the sensor signal
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the magnetic fields acting on a sensor of a device according to the invention
  • Fig. 4a. b is a schematic representation of a sensor of the device according to the invention together with a magnetic field generating transmitter
  • 5 shows a perspective view of a sensor according to the invention in a housing together with a magnetic field generating transmitter
  • FIG. 6 shows a Barberpolsensor, as it can be used in connection with the sensor of the device according to the invention
  • Fig. 7 shows the arrangement of such a Barberpolsensors relative to a magnetic field generating encoder
  • Fig. 8a, b is a schematic representation of a sensor, as it can be used in the inventive device.
  • FIG. 1 shows a device for generating a sensor signal 1, whose profile 2 shown as table 2 depends on the position of a magnetic field generating transmitter 3 relative to the device 1.
  • the device 1 has a multiplicity of magnetically sensitive sensors 4 (three sensors of this plurality are shown in the illustration of FIG. 1).
  • the sensors 4 are arranged along a measuring path which points linearly from top to bottom in the illustration of FIG. 1.
  • the magnetosensitive sensors generate intermediate signals 5.
  • the device 1 shown in FIG. 1 has a support field device which generates a magnetic support field in the magnet-sensitive sensors 4, which has a substantially identical direction and a substantially homogeneous field strength, at least in the magnet-sensitive sensors.
  • FIG. 3 shows the magnetic field acting on the sensors 4, whose magnetic field lines 13 are influenced by the supporting field generated by the permanent magnets 6 of the supporting device and the magnetic field superimposed on the supporting field and generated by the magnetic field generating transmitter 3.
  • the support field device is formed by a plurality of permanent magnets 6. As shown in FIG. 1, the sensors each have a part which generates an intermediate signal, the course of the intermediate signal being dependent on the direction and / or the strength of the magnetic field generated by the transmitter 3.
  • the support field device is formed by a plurality of permanent magnets 6.
  • the respective sensor has a first part (resistors R1, R2, R3, R4) which generates a first intermediate signal and a second part (resistors R5, R6, R7, R8) which forms a first part generates second intermediate signal, wherein the course of the first intermediate signal and the course of the second intermediate signal is dependent on the direction and / or the strength of the magnetic field generated by the encoder 3.
  • the first intermediate signal is substantially a sinusoidal waveform (see Fig. 8b) for the applied voltage Usin).
  • the second intermediate signal is essentially a cosine-like waveform (see Fig. 8b) for the applied voltage Ucos).
  • the center of the first part corresponds to the center of the second part.
  • the sinusoidal and cosine-like signals of the sensors 4 can be used to determine the field direction course.
  • the support field ensures compliance with this condition. With strong donor fields can be dispensed with the support field. The disadvantage is then the increased electronics and computational effort.
  • the field angle does not have to be determined-both signals can be used and evaluated independently of one another analogously to the method described in more detail below, for example.
  • the number of measuring points can be doubled for the same size.
  • only one of the two signals per sensor can be evaluated analogously to the method described in more detail below, but this requires strong encoder field strengths.
  • the intermediate signals 5 generated by the sensors 4 are fed to a unit 7 in which digital intermediate signals 8 are generated from the intermediate analog signals 5, and nonlinearities and temperature dependencies of the sensors are also generated from the intermediate analog signals in the generation of the intermediate digital signals and the unit 7 provided A / D converter are corrected.
  • the analog intermediate signals can also be supplied to a unit 7 via a multiplexer.
  • the sensor signal 2 is then generated from the digital intermediate signals 8 (input signals).
  • the sensor signal can be represented as a table which assigns a measured value for each sensor 4 to the current position of the sensor 3.
  • the position of the sensors 4 along the linear measuring path is previously known, so that the table-like representation, in which a measured value is assigned to the respective sensor, is similar to the representation of a signal curve in which the course of measured values is shown along a linear X coordinate (the measuring path) becomes.
  • the sensor signal 2 is fed to an evaluation unit 10. In this evaluation unit 10, the course of the signal which is generated when the encoder is in the position to be determined, compared with a stored in the evaluation unit 10 reference curve 11, wherein the reference curve the course of a with the
  • L 0 reference signal and sensor signal to reach. From the amount and the direction and the reference position, the position of the encoder is determined, in which it is located when the course of the sensor signal is generated.
  • FIG. 2 shows as points the values stored in the sensor profile for the respective sensors.
  • the reference values are shown in the graph of FIG. It can be seen that the measured sensor profile is shifted to slightly more than two sensors to the left. Moves mathematically the reference curve on the> 0 sensor history (or - which in the result provides the same information - the
  • Traces are determined by what amount and in which direction the encoder is at the time of generating the sensor history relative to the position in which the reference curve was recorded. Thus, the exact position of the encoder 3 at the time of recording the sensor history can be determined. i o
  • FIGS. 4a, b show the front side and the rear side of a device according to the invention with sensors 4 which are arranged on a base plate.
  • FIG. 4 a shows a front view of a device according to the invention
  • FIG. 4 b shows the rear side of the same device according to the invention.
  • FIG. 4b shows the permanent magnets 6 of FIG.
  • FIGS. 4a and 4b Supporting field device. Furthermore, the transmitter magnet 3 is shown in FIGS. 4a and 4b.
  • FIG. 5 shows a device according to the invention with a housing 14. 0 shown.
  • the base plate is supported by it
  • the housing 14 of the encoder magnet 3 is provided opposite.
  • the housing 14 has a shape which makes it possible to insert the housing into a groove.
  • FIG. 6 shows a barber pole sensor.
  • This Barberpolsensor consists of 4 magnetoresistive resistors 15, on which so-called "Barberpole” 16 are arranged.
  • FIG. 7 shows the arrangement of the Barber pole sensor shown in FIG. 6 in the magnetic field of a transmitter magnet 3.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, dessen Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren, wobei eine Stützfeldvorrichtung, die in den magnetfeldempfindlichen Sensoren ein magnetisches Stützfeld erzeugt, das zumindest in den magnetfeldempfindlichen Sensoren eine im wesentlichen gleiche Richtung und eine im wesentlichen homogenen Feldstärke aufweist.

Description

"Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals und Verfahren zur Bestimmung der
Position eines Gebers"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, dessen zeitlicher Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Gebers. Ebenso betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals.
In einer Vielzahl unterschiedlicher technischer Gebiete besteht das Bedürfnis die Position eines ersten bewegbaren Bauteils einer Vorrichtung relativ zu einem zweiten, meist stationären Bauteil zu bestimmen. So ist es beispielsweise in Leitungssystemen mit Ventilen von Interesse, die Stellung eines Ventilkörpers eines Ventils relativ zu seinem Ventilgehäuse zu ermitteln, beispielsweise um zu ermitteln, ob das Ventil geöffnet oder geschlossen ist, oder um zu ermitteln, wie weit das Ventil geöffnet ist. Ebenso besteht ein Interesse daran, die Position eines Kolbens in einem Zylinder festzustellen. Häufig besteht ein Interesse daran, die Absolutposition des ersten, bewegbaren Bauteils relativ zu dem meist stationären zweiten Bauteil in Bezug auf ein festes Koordinatensystem des zweiten Bauteils festzustellen. Ebenso häufig besteht ein Interesse daran, festzustellen, wann das erste, bewegbare Bauteil eine bestimmte Position passiert.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Aus DE 32 44 891 C2 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der mehrere magnetfeldempfindliche Sensoren entlang eines Messwegs angeordnet sind. Die Ausgangssignale der Sensoren werden einem Multiplexer zugeführt. Das Ausgangssignal des Multiplexers wird einer Auswerteelektronik zugeführt, die aus dem Ausgangssignal des Multiplexers ein Signal erzeugt, aus dem die Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu den Sensoren ermittelt werden kann.
Aus EP 1 209 439 B1 ist neben einem zu DE 32 44 891 C2 vergleichbaren Aufbau ein Auswerteverfahren beschrieben, mit dem das Ausgangssignal des Multiplexers ausgewertet werden kann.
Die Ermittlung der Kolbenposition in pneumatischen Druckluftzylindern mit magnetischen Sensoren ist Standard in der Industrieautomation. Neben Mikrowellen, Differentialtransformatoren (LVDT) und induktiven Sensorlösungen (EP 0 693 673 A2) kommen als Wegaufnehmer vorwiegend siliziumbasierte Magnetsensoren, wie Hall- (EP 1 264 159 B1) und magnetoresistive Sensoren (DE 32 44 891 C2) zum Einsatz. Je nach Aufgabenstellung liegen diese als Einzelsensoren für die Schaltpunktbestimmung oder als Sensorarray für die mehrfache Schaltpunktbestimmung oder absolute Positionsbestimmung vor.
Hierzu wird der Kolben mit einem Positionsgeber versehen. Üblicherweise handelt es sich um einen Ringmagneten, dessen Aussendurchmesser etwa dem maximalen Kolbendurchmesser entspricht. Oder es wird ein wesentlich kleinerer Scheibenmagnet an einer Stelle im Kolben integriert, die einer bestimmten äusseren Nut im Zylinder am nächsten ist. Je kleiner bzw. schwächer die verwendeten Magnete sind, desto kleiner ist einerseits die Gefahr der Verschmutzung durch magnetische Späne; andererseits gewinnen magnetische Störfelder größeren Einfluss auf die Messgenauigkeit. Die verschiedenen Zylindertypen verwenden üblicherweise unterschiedliche Positionsgeber.
Beim Passieren des Magneten an einem Wegaufnehmer wird im einfachsten Fall ein Sensorsignal erzeugt, das in einer nachgeschalteten Elektronik bei vorgegebenem Referenzwert ein Schaltsignal erzeugt. Oft ist es wünschenswert den automatisierten Vorgang in mehrere Abschnitte zu unterteilen, für die entsprechend mehrere Schaltpunkte notwendig sind. Zur Reduzierung des Montageaufwands ist es wünschenswert nicht mehrere Schaltsensoren für jeden Schaltpunkt zu montieren, sondern diese Aufgabe durch einen Wegaufnehmer wahrzunehmen. Noch vorteilhafter ist die Messung einer Absolutposition des Kolbens. Die entsprechenden Schaltpunkte ließen sich dann in einer nachgeschalteten speicherprogrammierten Steuerung abbilden. Beim Einsatz von magnetoresistiven Sensoren, die den anisotropen magnetoresistiven Effekt (AMR) ausnutzen, ist zu beachten, dass bei zu schwachem äußeren Feld, wie es bei einer entfernten Geberlage auftritt, Ummagnetisierungsvorgänge in den aktiven Mäandern auftreten können, die zu Undefinierten Sensorsignalen führen. Deswegen 5 spricht EP 0 783 666 B1 von einem Magneten, der ein Magnetfeld ausreichender
Stärke erzeugt, um das magnetoresistive Material zu sättigen.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals und ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines .0 magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu einer Vorrichtung zum Erzeugen eines
Sensorsignals bereitzustellen, mit denen die Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu einer Vorrichtung besser bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche 1 , 2 und .5 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hiernach folgenden Beschreibung angegeben.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, bei einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, dessen Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden
: 0 Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, mit mindestens zwei entlang eines
Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren eine Stützfeldvorrichtung vorzusehen, die in den magnetfeldempfindlichen Sensoren ein magnetisches Stützfeld erzeugt, das zumindest in den magnetfeldempfindlichen Sensoren eine im Wesentlichen gleiche Richtung und eine im Wesentlichen homogene
! 5 Feldstärke aufweist. Es wurde erkannt, dass der Einsatz einer derartigen
Stützfeldvorrichtung für das Erzielen eines stabilen Betriebszustands sinnvoll ist. Ferner wurde erkannt, dass der Einsatz einer derartigen Stützfeldvorrichtung den Einsatz magnetfelderzeugender Geber erlaubt, die ein Magnetfeld mit schwacher Feldstärke erzeugen.
■ o
In einer bevorzugten Ausführungsform werden als magnetfeldempfindliche Sensoren magnetoresistive Sensoren eingesetzt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden AMR-Sensoren (Anisotropie magnetoresistive-Sensors) mit Barberpolen eingesetzt. Das durch die Stützfeldvorrichtung erzeugte Stützfeld kann bei 5 einer solchen Ausführungsform dazu eingesetzt werden, bei jeder Geberposition eine zuverlässige magnetische Sättigung des Sensormaterials sicher zu stellen.
Magnetfeldempfindliche Sensoren, insbesondere magnetoresistive Sensoren, insbesondere Barberpolsensoren, weisen häufig einen Verlauf der Kennlinie, die für 0 jede Feldstärke der Magnetfeldkomponente eines durch einen magnetfelderzeugenden
Gebers erzeugten Magnetfelds in dem Sensor einen Wert des Verhältnisses der Stärke des von dem Sensor erzeugten Sensorsignals relativ zum maximal von dem Sensor erzeugbaren Sensorsignal wiedergibt, auf, der nur in einem teilweise geringen Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente im Wesentlichen linear ist und angrenzend an den im Wesentlichen linear verlaufenden Abschnitt der Kennlinie nichtlinear verläuft. Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz einer Stützfeldvorrichtung besteht die Möglichkeit, die Kennlinie des Sensors zu beeinflussen, um so den Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente des externen Magnetfelds, in dem die Kennlinie linear verläuft, anzupassen. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals beispielsweise durch geeignete Wahl der Stützfeldvorrichtung so eingestellt werden, dass sie bei der sonst bei zu starken Signalen des Gebers nicht-linear werdenden Sensorkennlinie durch den Einsatz der Stützfeldvorrichtung ein Kennlinienverlauf bereitstellt, bei dem einerseits bei den stärksten zu erwartenden Gebermagneten die dadurch in dem Sensor erzeugte Feldstärke noch im weitgehend linearen Bereich der Sensorkennlinie ist und andererseits auch bei schwächeren, weit entfernten Magneten noch gut auswertbare Kennlinienverläufe zur Verfügung stellt. Auch ermöglicht es der Einsatz eines Stützfeldes eine einzige Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitzustellen, die mit unterschiedlichen Gebern mit unterschiedlichen Magnetfeldern des Gebers eingesetzt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der jeweilige Sensor eine Vollbrücken- Anordnung (Wheatstone Brücke) magnetoresistiver Elemente auf oder eine Halbbrückenschaltung derartiger magnetoresistiver Elemente. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können pro Sensor weitere Vollbrückenschaltungen, bzw. weitere Halbbrückenschaltungen vorgesehen sein . Durch eine geeignete Konstruktion des magnetfeldempfindlichen Sensors können zwei sinus- und cosinusartige, in erster Linie von der Feldrichtung abhängende Signale erhalten werden. Auch in diesem Fall kann zur Sicherstellung eines stabilen Betriebszustandes, insbesondere in Abwesenheit des Gebermagneten, entfernter Lage des Gebermagneten oder eines sehr schwachen Gebermagneten, der Einsatz einer Stützfeldvorrichtung vorgesehen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die magnetfeldempfindlichen Sensoren magnetoresistive Sensoren. Insbesondere kann der jeweilige Sensor den„anisotropen- magnetoresistiven Effekt" (AMR-Effekt) oder den „gigantischen" magnetoresistiven Effekt (GMR-Effekt) aufweisen. Das Sensorelement kann allerdings auch andere Effekte aufweisen, wie beispielsweise den Giant Magneto Impedance (GMI), den Tunnelmagnetoresistance-Effekt (TMR) oder den Hall-Effekt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Messweg, entlang dem die mindestens zwei Sensoren angeordnet sind, eine Linie. In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist der Messweg ein Ellipsenbogen, insbesondere ein Kreisbogen. Der Messweg, entlang dem die mindestens zwei magnetfeldempfindlichen Sensoren angeordnet werden, kann in Abhängigkeit der Bewegung des magnetfelderzeugenden Gebers, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zusammenwirken soll, gewählt werden. Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber eingesetzt werden, der sich relativ zur erfindungsgemäßen Vorrichtung linear bewegt, so kann der Messweg als Linie ausgebildet sein. Vollführt der magnetfelderzeugende Geber, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden soll, jedoch eine Rotationsbewegung, beispielsweise wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung einer Drehwinkelposition eingesetzt werden soll, so kann der Messweg als Ellipsenbogen, insbesondere bevorzugt als Kreisbogen ausgebildet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und auch bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren sind entlang des Messwegs eine Vielzahl von Sensoren, insbesondere bevorzugt mehr als 4, besonders bevorzugt mehr als 7 Sensoren angeordnet. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals dazu eingesetzt, ein Signal zu erzeugen, wenn der Geber eine vorher bestimmte Schaltposition erreicht, so können mindestens zwei Sensoren im Bereich dieses Schaltpunkts angeordnet, insbesondere symmetrisch zu diesem Schaltpunkt angeordnet.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Stützfeldvorrichtung kann aus einem oder mehreren Bauteilen, beispielsweise Permanentmagneten bestehen. Die Stützfeldvorrichtung kann aber auch aus einer Vielzahl von Komponenten bestehen, wie sie beispielsweise bei der Erzeugung von Magnetfeldern mittels elektromagnetischer Spulen notwendig sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Stützfeldvorrichtung durch eine Mehrzahl von Permanentmagneten gebildet, wobei jedem Sensor mindestens ein Permanentmagnet, insbesondere bevorzugt genau ein Permanentmagnet zugeordnet ist. Werden die Sensoren bei einer solchen Ausführungsform auf einem Trägerelement, beispielsweise einer Leiterplatte angeordnet, so können die Permanentmagneten neben oder gegenüber den Sensoren auf derselben Leiterplatte angeordnet sein. Ebenso können die Permanentmagneten unmittelbar auf oder unter den Sensorsubstraten angeordnet sein. Die Anordnung der die Stützfeldvorrichtung bildenden Magnete in der Nähe der Sensoren erlaubt den Einsatz kleinerer Magnete mit weniger ausgreifenden Feldern, wodurch im praktischen Einsatz Probleme durch anhaftende Metallverunreinigung verringert werden können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die zusätzlichen Permanentmagneten auf der Leiterplatte in demselben Lötvorgang wie die Sensoren und übrigen Bauelemente aufgebracht. Zur Verbesserung des Löt- oder Klebevorganges können die Magnete mit einer Oberflächenbeschichtung versehen sein.
In einer besonders einfachen Ausführungsform besteht die Stützfeld-Vorrichtung aus einem einzelnen, segmentweise unterschiedlich magnetisierten Magneten.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren entlang des Messwegs gleichmäßig angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist bei dieser Ausführungsform eine Stützfeldvorrichtung vorgesehen, bei der Permanentmagneten eingesetzt werden, die ebenfalls gleichmäßig angeordnet sind.
Um bei den jeweils äußeren Sensoren der Sensorreihe durch den Abbruch der Magnetreihe eine abweichende magnetische Flussdichte am Sensorort zu vermeiden, kann der jeweils äußere Magnet eine von den inneren Magneten abweichende Form oder Lage enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Stützfeldvorrichtung Permanentmagneten auf, die gleich ausgebildet sind.
Zur Erleichterung der Handhabung der Magnete beim Bestückungsvorgang und zur Sicherstellung einer korrekten Magnetisierung aller Magnete erfolgt dieser Schritt vorteilhafterweise mit unmagnetisierten Magneten, welche erst in einem zusätzlichen Fertigungsschritt magnetisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren und die Stützfeldvorrichtung zur Bildung eines Sensorkopfes an einem Trägerelement befestigt. Die Abmessungen des Sensorkopfes sind in einer bevorzugten Ausführungsform kleiner als 45 mm in Richtung des Messweges und kleiner als 2,4 mm in eine erste Richtung senkrecht zum Messweg und kleiner als 10 mm in einer zweiten Richtung, die senkrecht zum Messweg und senkrecht zur ersten Richtung ist. Eine derartige Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt es, die Vorrichtung in T-Nuten oder C-Nuten einzusetzen, wie sie häufig an den Gehäusen von pneumatischen Zylindern oder dergleichen ausgeführt werden.
Ergänzend oder alternativ weist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zumindest ein Sensor, insbesondere bevorzugt alle Sensoren einen ersten Teil auf, der ein erstes Zwischensignal erzeugt, und einen zweiten Teil auf, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke eines extern erzeugten Magnetfelds und das erste Zwischensignal im Wesentlichen einen sinus-artigen Verlauf und das zweite Zwischensignal im Wesentlichen einen cosinus-artigen Verlauf aufweist, wobei der Mittelpunkt des ersten Teils dem Mittelpunkt des zweiten Teils entspricht. Durch diese Anordnung des ersten, das sinus-artige Signal erzeugenden Teils relativ zum zweiten, das cosinus-artige Signal erzeugenden Teils kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass aus einer Analyse der beiden Zwischensignale auf eine momentane Signalamplitude geschlossen werden kann, sodass bei einer weiteren Signalauswertung eine Auswahl getroffen werden kann und nur diese Signale der Sensoren verwendet werden, die eine aufgrund von Auswahlkriterien anhand der zunächst bestimmten momentanen Signalamplitude ausgewählten, ausreichenden Signalamplitude aufweisen.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorssignals, dessen Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, weist mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordnete, magnetfeldempfindliche Sensoren auf, die das Sensorsignal oder ein bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendetes Zwischensignal oder mehrere bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendete Zwischensignale erzeugen, wobei die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals eine Stützfeldvorrichtung aufweist, die in den magnetfeldempfindlichen Sensoren ein magnetisches Stützfeld erzeugt, und/oder bei der Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zumindest ein Sensor einen ersten Teil aufweist, der ein erstes Zwischensignal erzeugt, und einen zweiten Teil aufweist, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke eines extern erzeugten Magnetfelds und das erste Zwischensignal im Wesentlichen einen sinus-artigen Verlauf und das zweite Zwischensignal im Wesentlichen einen cosinus- artigen Verlauf aufweist, wobei der Mittelpunkt des ersten Teils im Wesentlichen dem Mittelpunkt des zweiten Teils entspricht. Bei dieser erfindungsgemäßen, einen Geber und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals aufweisenden Vorrichtung kann der magnetfelderzeugende Geber relativ zur Vorrichtung im Wesentlichen entlang eines Weges bewegt werden, der parallel zum Messweg verläuft. Als eine Bewegung des magnetfelderzeugenden Gebers relativ zur Vorrichtung zur Erzeugung eines Sensorsignals wird dabei auch die Bewegung der Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals relativ zu einem stationären, magnetfelderzeugenden Geber verstanden, sowie die gleichzeitige Bewegung des Gebers und der Vorrichtung, allerdings dann mit unterschiedlicher Bewegungsrichtung und/oder unterschiedlicher Bewegungsgeschwindigkeit. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals weist folgende Merkmale auf: - zumindest ein Sensor weist bezüglich einer Magnetfeldkomponente eines von außen an den Sensor angelegten Magnetfeldes ohne Einwirken des Stützfelds einen Verlauf der Kennlinie, die für jede Feldstärke der Magnetfeldkomponente in dem Sensor einen Wert des Verhältnisses der Stärke des von dem Sensor erzeugten Sensorsignals relativ zum maximal von dem Sensor erzeugbaren Sensorsignal wiedergibt, auf, der in einem Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente im wesentlichen linear ist und angrenzend an den im wesentlichen linear verlaufenden Abschnitt der Kennlinie nicht-linear verläuft,
- das von dem Geber erzeugte Magnetfeld, wenn der Geber sich an der Position entlang des Weges befindet, an der der Geber dem Sensor am nächsten ist, und kein Stützfeld anliegt in dem Sensor eine Magnetfeldkomponente mit einer ersten Feldstärke aufweist, die außerhalb des Feldstärkenbereichs liegt, in dem die Kennlinie einen im wesentlichen linearen Bereichs aufweist, und
- der Sensor bezüglich einer Magnetfeldkomponente eines von außen an den Sensor angelegten Magnetfeldes bei Einwirken des Stützfelds einen anderen Verlauf der Kennlinie aufweist, der in einem Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente im wesentlichen linear ist und angrenzend an den im wesentlichen linear verlaufenden Abschnitt der Kennlinie nicht-linear verläuft,
- das von dem Geber erzeugte Magnetfeld, wenn der Geber sich an der Position entlang des Weges befindet, an der der Geber dem Sensor am nächsten ist, und das Stützfeld anliegt in dem Sensor eine Magnetfeldkomponente mit einer ersten Feldstärke aufweist, die innerhalb des Feldstärkenbereichs liegt, in der der andere Verlauf der Kennlinie einen im wesentlichen linearen Bereichs aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem magnetfelderzeugenden Geber und der Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals macht es sich somit zu Nutze, dass durch das Stützfeld die Kennlinie zumindest eines Sensors, insbesondere bevorzugt aller Sensoren, in solcher Weise beeinflusst werden kann, dass wenn die Magnetfeldkomponente des durch einen vorgegebenen Geber erzeugten Magnetfelds in dem Feldstärkenbereich der Kennlinie des Sensors liegt, in dem die Kennlinie nicht linear verläuft, das Stützfeld eine Kennlinienänderung herbeiführen kann, sodass die durch das Stützfeld geänderte Kennlinie in dem Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente des durch den Geber erzeugten Magnetfelds einen linear verlaufenden Abschnitt aufweist. ln einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals kann der Geber entlang eines festgelegten, in seiner Ausdehnung beschränkten Wegs bewegt werden und ist das Stützfeld derart gewählt, dass das von dem Geber erzeugte Magnetfeld bei jeder Position des Gebers entlang des Weges in dem Sensor eine Magnetfeldkomponente mit einer ersten Feldstärke aufweist, die innerhalb des Feldstärkenbereichs liegt, in der der durch das Stützfeld geänderte Verlauf der Kennlinie einen im Wesentlichen linearen Bereich aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals die voranstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals eingesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren, die das Sensorsignal oder ein bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendetes Zwischensignal oder mehrere bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendete Zwischensignale erzeugen, sieht vor, dass
- der Verlauf des Sensorsignal, das erzeugt wird, wenn sich der Geber in der zu bestimmenden Position befindet, in einer Auswerteeinheit mit einem in der Auswerteeinheit abgespeicherten Referenzverlauf verglichen wird, wobei der Referenzverlauf den Verlauf eines mit der Vorrichtung erzeugten Sensorsignals wiedergibt, das erzeugt wurde, als der Geber sich in einer Referenzposition relativ zur Vorrichtung befand, oder der Referenzverlauf auf andere Weise erzeugt wurde,
- in der Auswerteeinheit festgestellt wird, um welchen Betrag und in welche Richtung der Verlauf des Sensorsignals und der Verlauf des Referenzsignals relativ zu einander verschoben werden müssen, um eine Deckung zwischen Sensorsignal und Referenzsignal zu erreichen, und
- aus dem Betrag und der Richtung und der Referenzposition die Position des Gebers ermittelt wird, in der er sich befindet, wenn der Verlauf des Sensorsignals erzeugt wird.
Das Sensorsignal des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist insbesondere ein Signal, das bei einer den Messweg wiedergebenden oder zum Messweg proportionalen X-Achse zu jedem Wert der X- Achse einen Signalwert aufweist. Das Sensorsignal, bzw. das Zwischensignal kann auch ein Tabelle sein, in der X-Werten Signalwerte, bzw. Zwischensignalwerte zugeordnet werden.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus EP 1 209 439 B1 sind Verfahren bekannt, welche beispielsweise auf dem Grundgedanken aufbauen, die Signale zweier, in Gebernähe liegender Sensoren auszuwählen und aus einer Extra-, bzw. Interpolation dieser beiden Sensorsignale einen Positionswert zu ermitteln, wobei EP 1 209 439 B1 zu diesem grundsätzlichen Prinzip eine zusätzliche Korrekturmöglichkeit beschreibt. Ein solches Verfahren kann mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen durchgeführt werden. Ein solches Verfahren setzt jedoch voraus, dass stets der gleiche Gebermagnet eingesetzt wird. Werden jedoch unterschiedliche Gebermagneten eingesetzt, beispielsweise wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals nur in einer Bauform produziert wird, die mit möglichst vielen unterschiedlichen Gebermagneten verwendbar sein soll, so ist zu erwarten, dass mit diesem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nur eine grobe Positionsbestimmung möglich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Position des Gebers besser bestimmt werden. Insbesondere ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals mit unterschiedlichen magnetfelderzeugenden Gebern einzusetzen, da in der Auswerteeinheit ein Referenzverlauf parametrisiert ist, der den Verlauf eines mit der Vorrichtung erzeugten Sensorsignals wiedergibt, der erzeugt wurde, als der Geber sich in einer bekannten Referenzposition relativ zur Vorrichtung befand, oder der auf andere Weise, beispielsweise durch eine Simulation, erzeugt wurde. Als andere Weise, den Referenzverlauf zu erzeugen bietet sich insbesondere ein Simulation an, deren Ergebnis der Verlauf des zu erwartenden Sensorsignals ist, wenn sich der magnetfelderzeugende Geber in einer Referenzposition relativ zur Vorrichtung zur Erzeugung des Sensorsignals befindet. Ebenso kann als andere Weise die Übernahme des Referenzverlaufs sein, der an einer anderen, insbesondere bevorzugt aus einer anderen, baugleichen Vorrichtung ermittelt wurde.
So kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach der Platzierung am Betriebsort ein einmaliger Kalibriervorgang vorgenommen werden, bei dem der Verlauf des Sensorsignals aus den durch die Sensoren erzeugten Signalen, beispielsweise den Zwischensignalen, als Referenzverlauf ermittelt werden. Dabei kann der Referenzverlauf bevor er in der Auswerteeinheit abgelegt wird, mittels der üblichen signalverarbeitenden Methoden geglättet werden. Im Messbetrieb kann an der bevorzugten Ausführungsform dann der Referenzverlauf rechnerisch so verschoben werden, dass der Verlauf des im Betrieb ermittelten Sensorsignals möglichst gut mit diesem Referenzverlauf übereinstimmt. Aus den für die Verschiebung des Referenzverlaufs notwendigen Parameter kann ein genauer Positionswert ermittelt werden.
Der Verlauf des Sensorsignals, bzw. der Referenzverlauf werden insbesondere bevorzugt in Tabellen oder dergleichen abgelegt, in denen zu Werten der X-Koordinate die jeweiligen Werte des Referenzverlaufs, bzw. des Verlaufs des Sensorsignals an diesem Wert der X-Koordinate abgelegt werden. Die Anzahl der in der Tabelle vorgesehenen X-Werte und der Abstand der einzelnen Werte der X-Koordinate zueinander kann den Messanforderungen angepasst werden. Insbesondere bevorzugt sind die in den Tabellen abgelegten Werte der X-Koordinate gleich beabstandet, insbesondere bevorzugt weisen sie einen wesentlich kleineren Abstand zueinander auf, als die Mittelpunkte der Sensoren in Richtung des Messwegs zueinander beabstandet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugen die Sensoren analoge Zwischensignale, die in digitale Zwischensignale digitalisiert werden, wobei das Sensorsignal aus den digitalen Zwischensignalen erzeugt wird. Dadurch lässt sich eine bessere Signalverarbeitung erreichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Sensorkennlinienlinearitätsab- weichungen, die sowohl vom Sensorprinzip als auch von fertigungstechnisch bedingten Abweichungen von Sensorausrichtungen und Stützfeldeinrichtungen herrühren, kompensiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Erzeugung des Sensorsignals Eingangssignale verwendet, die auf Grundlage der Zwischensignale erzeugt werden, wobei bei der Erzeugung der Eingangssignale Nichtlinearitäten und/oder Temperaturabhängigkeiten der Sensoren und/oder der A/D-Wandler korrigiert werden. Dies kann erreicht werden, indem im Rahmen einer einmaligen Werkskalibrierung einerseits die Kennlinie jedes Einzelsensors bei mehreren und magnetischen Feldstärken ausgemessen und in tabellierter Form oder in Form von charakteristischen Kennlinienparametern in einem nicht flüchtigen Speicher abgespeichert wird, andererseits das Temperaturverhalten der Sensoren bei mindestens zwei verschiedenen Temperaturen gemessen und ebenfalls in geeigneter Form abgespeichert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die digitalisierten Sensorsignale vor ihrer weiteren Auswertung unter Berücksichtigung der Form des Referenzverlaufs korrigiert. Die digitalisierten Sensorsignale können vor ihrer weiteren Auswertung unter Berücksichtigung der tatsächlichen Temperatur bei der Messung, des Temperaturverhaltens der Sensorkennlinie, insbesondere des Temperaturverhaltens der Sensoramplitude und des Offsets korrigiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit, welche aus den Sensorsignalen die Position des Gebers ermittelt, auf derselben Leiterplatte, wie die Sensoren platziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich in der Anschlussleitung oder dem Anschlussstecker oder in einem Gehäuse der Vorrichtung eine weitere Auswerteeinheit, welche mit Hilfe der von der Sensoranordnung und ihrer Auswerteeinheit zur Verfügung gestellten Positionsinformationen anhand zuvor definierter Schaltpositionen digitale Schaltvorgänge auslöst und/oder diese Schaltzustände über eine geeignete Schnittstelle zur Verfügung stellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Geber ein ringförmiger Permanentmagnet oder ein zylindrischer Permanentmagnet. Insbesondere bei Kolben werden als Geber häufig ringförmige Permanentmagneten eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Geber Teil eines Kolbens und die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals Teil eines Kolbengehäuses. In einer alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist der Geber Teil eines Ventilkörpers und die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals Teil eines Ventilgehäuses in einem Ventilschieber.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine skizzenhafte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals;
Fig. 2 eine grafische Darstellung des Sensorsignals und des
Referenzsignals;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des auf einen Sensor einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einwirkenden Magnetfelder;
Fig. 4a. b eine schematische Darstellung eines Sensors der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einem magnetfelderzeugenden Geber, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensors in einem Gehäuse zusammen mit einem magnetfelderzeugenden Geber;
Fig. 6 einen Barberpolsensor, wie er im Zusammenhang mit dem Sensor der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann,
Fig. 7 die Anordnung eines derartigen Barberpolsensors relativ zu einem magnetfelderzeugenden Geber und
Fig. 8a, b eine schematische Darstellung eines Sensors, wie er bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann.
In der Figur 1 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals 1 , dessen als Tabelle 2 dargestellter Verlauf 2 von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers 3 relativ zu der Vorrichtung 1 abhängt. Die Vorrichtung 1 weist eine Vielzahl von magnetempfindlichen Sensoren 4 (in der Darstellung der Figur 1 sind drei Sensoren dieser Vielzahl dargestellt) auf. Die Sensoren 4 sind entlang eines in der Darstellung der Figur 1 linear von oben nach unten weisenden Messwegs angeordnet. Die magnetempfindlichen Sensoren erzeugen Zwischensignale 5.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist eine Stützfeldvorrichtung auf, die in den magnetempfindlichen Sensoren 4 ein magnetisches Stützfeld erzeugt, das zumindest in den magnetempfindlichen Sensoren eine im Wesentlichen gleiche Richtung und eine im Wesentlichen homogene Feldstärke aufweist.
Die Fig. 3 zeigt das auf die Sensoren 4 wirkende Magnetfeld, dessen magnetische Feldlinien 13 durch das von den Permanentmagneten 6 der Stützvorrichtung erzeugte Stützfeld und das dem Stützfeld überlagerte, von dem magnetfelderzeugenden Geber 3 erzeugte Magnetfeld beeinflusst werden.
Die Stützfeldvorrichtung wird durch eine Mehrzahl von Permanentmagneten 6 gebildet. Wie in den Figur 1 dargestellt, weisen die Sensoren jeweils einen Teil auf, der ein Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke des von dem Geber 3 erzeugten Magnetfelds.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Stützfeldvorrichtung durch eine Mehrzahl von Permanentmagneten 6 gebildet. Wie in den Figur 8a) dargestellt, weist der jeweilige Sensor einen ersten Teil (Widerstände R1 , R2, R3, R4) auf, der ein erstes Zwischensignal erzeugt und einen zweiten Teil (Widerstände R5, R6, R7, R8) auf, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke des von dem Geber 3 erzeugten Magnetfelds. Das erste Zwischensignal ist im Wesentlichen ein sinus-artiger Verlauf (vgl. Fig. 8b) für die angelegte Spannung Usin). Das zweite Zwischensignal ist im Wesentlichen ein cosinus-artiger Verlauf (vgl. Fig. 8b) für die angelegte Spannung Ucos). Wie aus der Figur 8a ersichtlich, entspricht der Mittelpunkt des ersten Teils dem Mittelpunkt des zweiten Teils.
Die sinus- und cosins-artigen Signale der Sensoren 4 können verwendet werden um den Feldrichtungsverlauf zu bestimmen. Der Feldwinkel ergibt sich in einfacher Weise durch die Division der beiden Signalamplituden mit anschließender Arcus- Tangensberechnung. (Feldwinkel= 0.5*ARCTAN(Uasin/Uacos)). Diese Ausführungsform bietet beispielsweise den Vorteil, dass bei jedem einzelnen Sensor über die Beziehung Uasin*Uasin+Uacos*Uacos = const überprüft werden kann, ob das Sensorsignal in Ordnung ist. Bei schwachen Geberfeldern gewährleistet das Stützfeld die Einhaltung dieser Bedingung. Bei starken Geberfeldern kann auf das Stützfeld verzichtet werden. Nachteilig ist dann der erhöhte Elektronik- und Rechenaufwand.
Bei dieser Variante muß aber nicht der Feldwinkel bestimmt werden - beide Signale können beispielsweise analog dem nachstehend näher beschriebenen Verfahren unabhängig voneinander verwendet und ausgewertet werden. So läßt sich die Anzahl der Messpunkte bei gleicher Baugröße verdoppeln. Es kann aber auch nur eines der beiden Signale pro Sensor analog dem nachstehend näher beschriebenen Verfahren ausgewertet werden, was aber starke Geberfeldstärken voraussetzt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, werden die von den Sensoren 4 erzeugten Zwischensignale 5 einer Einheit 7 zugeführt, in der aus den analogen Zwischensignalen 5 digitale Zwischensignale 8 erzeugt werden, wobei beim Erzeugen der digitalen Zwischensignale aus den analogen Zwischensignalen ebenfalls Nichtlinearitäten und Temperaturabhängigkeiten der Sensoren und des in der Einheit 7 vorgesehenen A/D- Wandlers korrigiert werden. Die analogen Zwischensignale können auch über einen Multiplexer einer Einheit 7 zugeführt werden.
In der Einheit 9 wird dann aus den digitalen Zwischensignalen 8 (Eingangssignale) das Sensorsignal 2 erzeugt. Das Sensorsignal kann als Tabelle dargestellt werden, die jedem Sensor 4 einen Messwert für die aktuelle Position des Gebers 3 zuordnet. Die Position der Sensoren 4 entlang des linearen Messwegs ist vorbekannt, sodass die tabellenartige Darstellung, bei der dem jeweiligen Sensor ein Messwert zugeordnet wird, der Darstellung eines Signalsverlaufs gleicht, bei der entlang einer linearen X-Koordinate (dem Messweg) der Verlauf von Messwerten dargestellt wird. Das Sensorsignal 2 wird einer Auswerteeinheit 10 zugeführt. In dieser Auswerteeinheit 10 wird der Verlauf des Signals, das erzeugt wird, wenn sich der Geber in der zu bestimmenden Position befindet, mit einem in der Auswerteeinheit 10 abgespeicherten Referenzverlauf 11 verglichen, wobei der Referenzverlauf den Verlauf eines mit der
5 Vorrichtung erzeugten Sensorsignals wiedergibt, das erzeugt wurde, als der Geber 3 sich in einer bekannten Referenzposition relativ zur Vorrichtung befand. In der Auswerteeinheit wird - wie in Figur 2 dargestellt - festgestellt, um welchen Betrag und in welche Richtung der Verlauf des Sensorsignals und der Verlauf des Referenzsignals relativ zueinander verschoben werden müssen, um eine Deckung zwischen
L 0 Referenzsignal und Sensorsignal zu erreichen. Aus dem Betrag und der Richtung und der Referenzposition wird die Position des Gebers ermittelt, in der er sich befindet, wenn der Verlauf des Sensorsignals erzeugt wird.
In der in Figur 2 dargestellten Grafik wird beispielhaft der Inhalt des tabellenartigen L 5 Sensorverlaufs 2 und des tabellenartigen Referenzverlaufs 11 dargestellt. Figur 2 zeigt als Punkte die zu den jeweiligen Sensoren abgelegten Werte im Sensorverlauf. Als durchgezogene Linie sind in der Grafik der Figur 2 die Referenzwerte dargestellt. Zu erkennen ist, dass der gemessene Sensorverlauf um etwas mehr als zwei Sensoren nach links verschoben ist. Verschiebt man mathematisch den Referenzverlauf auf den > 0 Sensorverlauf (oder - was im Ergebnis die gleiche Information liefert - den
Sensorverlauf auf den Referenzverlauf), so kann man den Betrag feststellen, um den der jeweilige Verlauf verschoben werden muss und in welche Richtung er verschoben werden muss. Zu dem Referenzverlauf ist bekannt, in welcher Position sich der Geber 3 befand, als der Referenzverlauf aufgenommen werden musste. Mit der Information 15 des Betrags und der Richtung kann somit aus dem mathematischen Verschieben der
Verläufe festgestellt werden, um welchen Betrag und in welche Richtung sich der Geber zum Zeitpunkt des Erzeugen des Sensorverlaufs relativ zu der Position befindet, in der der Referenzverlauf aufgenommen wurde. Damit lässt sich die exakte Position des Gebers 3 zum Zeitpunkt der Aufnahme des Sensorverlaufs feststellen. i O
In den Figuren 4a, b sind die Vorderseite und die Rückseite einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Sensoren 4 dargestellt, die auf einer Grundplatte angeordnet sind. Dabei ist in der Figur 4a eine Ansicht der Vorderseite einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und in der Figur 4b die Rückseite der gleichen erfindungsgemäßen 15 Vorrichtung dargestellt. In der Figur 4b erkennt man die Permanentmagneten 6 der
Stützfeldvorrichtung. Ferner ist in den Figuren 4a und 4b der Gebermagnet 3 dargestellt.
In der Figur 5 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Gehäuse 14 . 0 dargestellt. In dem Gehäuse 14 ist die Grundplatte mit den von ihr getragenen
Elementen, wie sie beispielsweise in den Figuren 4a und 4b zu erkennen ist, angeordnet. Ferner ist dem Gehäuse 14 der Gebermagnet 3 gegenüber gestellt. Das Gehäuse 14 weist eine Formgebung auf, die es ermöglicht, das Gehäuse in eine Nut einzuschieben.
In Figur 6 ist ein Barberpolsensor dargestellt. Dieser Barberpolsensor besteht aus 4 magnetoresistiven Widerständen 15, auf denen so genannte „Barberpole" 16 angeordnet sind.
Die Figur 7 zeigt die Anordnung des in Figur 6 dargestellten Barberpolsensors in dem Magnetfeld eines Gebermagnetens 3.

Claims

"Patentansprüche :"
Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, dessen Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren, die das Sensorsignal oder ein bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendetes Zwischensignal oder mehrere bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendete Zwischensignale erzeugen,
gekennzeichnet durch
eine Stützfeldvorrichtung, die in den magnetfeldempfindlichen Sensoren ein magnetisches Stützfeld erzeugt, das zumindest in den magnetfeldempfindlichen Sensoren eine im wesentlichen gleiche Richtung und eine im wesentlichen homogenen Feldstärke aufweist, und/oder
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor einen ersten Teil aufweist, der ein erstes Zwischensignal erzeugt, und einen zweiten Teil aufweist, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke eines extern erzeugten Magnetfelds und das erste Zwischensignal im wesentlichen einen sinus-artigen Verlauf und das zweite Zwischensignal im wesentlichen einen cosinus-artigen Verlauf aufweist, und der Mittelpunkt des ersten Teils dem Mittelpunkt des zweiten Teils im wesentlichen entspricht.
Vorrichtung mit einem magnetfelderzeugenden Geber und einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals, dessen Verlauf von der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu der Vorrichtung abhängt, mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren, die das Sensorsignal oder ein bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendetes Zwischensignal oder mehrere bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendete Zwischensignale erzeugen, wobei die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals eine Stützfeldvorrichtung aufweist, die in den magnetfeldempfindlichen Sensoren ein magnetisches Stützfeld erzeugt, und/oder bei der Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals zumindest ein Sensor einen ersten Teil aufweist, der ein erstes Zwischensignal erzeugt, und einen zweiten Teil aufweist, der ein zweites Zwischensignal erzeugt, wobei der Verlauf des ersten Zwischensignals und der Verlauf des zweiten Zwischensignals abhängig ist von der Richtung und/oder der Stärke eines extern erzeugten Magnetfelds und das erste Zwischensignal im wesentlichen einen sinus-artigen Verlauf und das zweite Zwischensignal im wesentlichen einen cosinus-artigen Verlauf aufweist, und der Mittelpunkt des ersten Teils dem Mittelpunkt des zweiten Teils im wesentlichen entspricht, insbesondere eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei der magnetfelderzeugende Geber relativ zur Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals im wesentlich entlang eines Weges bewegt werde kann, der im wesentlichen parallel zum Messweg verläuft,
wobei
- zumindest ein Sensor bezüglich einer Magnetfeldkomponente eines von außen an den Sensor angelegten Magnetfeldes ohne Einwirken des Stützfelds einen Verlauf der Kennlinie, die für jede Feldstärke der Magnetfeldkomponente in dem Sensor einen Wert des Verhältnisses der Stärke des von dem Sensor erzeugten Sensorsignals relativ zum maximal von dem Sensor erzeugbaren Sensorsignal wiedergibt, aufweist, der in einem Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente im wesentlichen linear ist und angrenzend an den im wesentlichen linear verlaufenden Abschnitt der Kennlinie nicht-linear verläuft,
- das von dem Geber erzeugte Magnetfeld, wenn der Geber sich an der Position entlang des Weges befindet, an der der Geber dem Sensor am nächsten ist, und kein Stützfeld anliegt, in dem Sensor eine Magnetfeldkomponente mit einer ersten Feldstärke aufweist, die außerhalb des Feldstärkenbereichs liegt, in dem die Kennlinie einen im wesentlichen linearen Bereichs aufweist, und
- der Sensor bezüglich einer Magnetfeldkomponente eines von außen an den Sensor angelegten Magnetfeldes bei Einwirken des Stützfelds einen anderen Verlauf der Kennlinie aufweist, der in einem Feldstärkenbereich der Magnetfeldkomponente im wesentlichen linear ist und angrenzend an den im wesentlichen linear verlaufenden Abschnitt der Kennlinie nicht-linear verläuft,
- das von dem Geber erzeugte Magnetfeld, wenn der Geber sich an der Position entlang des Weges befindet, an der der Geber dem Sensor am nächsten ist, und das Stützfeld anliegt in dem Sensor eine
Magnetfeldkomponente mit einer ersten Feldstärke aufweist, die innerhalb des Feldstärkenbereichs liegt, in der der andere Verlauf der Kennlinie einen im wesentlichen linearen Bereichs aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messweg eine Linie oder ein Ellipsenbogen oder eine zylindrische Fläche oder eine hyperbolische Fläche ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren und die Stützfeldvorrichtung zur Bildung eines Sensorkopfes an einem Trägerelement befestigt sind und dass die Abmessungen des Sensorkopfes kleiner als 150 mm in Richtung des Messwegs und kleiner als 2,4 mm in eine erste Richtung senkrecht zum Messweg und kleiner als 10 mm in einer zweiten Richtung, die senkrecht zum Messweg und senkrecht zur ersten Richtung ist, sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetfeldempfindlichen Sensoren magnetoresistive Sensoren sind.
Vorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber ein ringförmiger Permanentmagnet oder ein zylindrischer Permanentmagnet ist.
L 0
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber Teil eines Kolbens ist und die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals Teil eines Kolbengehäuses ist oder dass der Geber Teil eines Ventilkörpers und die Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals Teil eines Ventilgehäuses ist.
Verfahren zur Bestimmung der Position eines magnetfelderzeugenden Gebers relativ zu einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals mit mindestens zwei entlang eines Messwegs angeordneten, magnetfeldempfindlichen Sensoren, die das Sensorsignal oder ein bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendetes Zwischensignal oder mehrere bei der Erzeugung des Sensorsignals verwendete Zwischensignale erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Verlauf des Sensorsignal, das erzeugt wird, wenn sich der Geber in der zu bestimmenden Position befindet, in einer Auswerteeinheit mit einem in der Auswerteeinheit abgespeicherten Referenzverlauf verglichen wird, wobei der Referenzverlauf den Verlauf eines mit der Vorrichtung erzeugten Sensorsignals wiedergibt, das erzeugt wurde, als der Geber sich in einer Referenzposition relativ zur Vorrichtung befand, oder der auf andere Weise erzeugt wurde,
- in der Auswerteeinheit festgestellt wird, um welchen Betrag und in welche Richtung der Verlauf des Sensorsignals und der Verlauf des Referenzsignals relativ zu einander verschoben werden müssen, um eine Deckung zwischen Sensorsignal und Referenzsignal zu erreichen, und
- aus dem Betrag und der Richtung die Position des Gebers ermittelt wird, in der er sich befindet, wenn der Verlauf des Sensorsignals erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren analoge Zwischensignale erzeugen, die in digitale Zwischensignale digitalisiert werden, und das Sensorsignal aus den digitalen Zwischensignalen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Sensorsignals Eingangssignale verwendet werden, die auf Grundlage der Zwischensignale erzeugt werden und dass bei der Erzeugung der Eingangssignale Nichtlinearitäten und/oder Temperaturabhängigkeiten der Sensoren und/oder der A/D-Wandler korrigiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal und/oder die Zwischensignale mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erzeugt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, welches zum Einschieben in Nuten von Positioniervorrichtungen geeignet ist und das im Bereich der Sensoren nur zu einem kleinen Anteil oder gar nicht aus der Nut herausragt, wobei lediglich im Bereich des Kabelanschlusses ein auch als Montagehandhabe dienender Vorsprung wesentlich aus der Nut herausragen kann.
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