DE102005035571A1

DE102005035571A1 - Messanordnung mit einem Wiegandsensor

Info

Publication number: DE102005035571A1
Application number: DE102005035571A
Authority: DE
Inventors: Christian Schirp; Stefan Garneyer; Oliver Maier
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-02-01

Abstract

Beschrieben wird eine Meßanordnung mit einem Wiegandsensor, bestehend aus einer ersten Induktionsspule, welche einen Wieganddraht als Kern enthält, und mit mindestens einem relativ zum Wiegandsensor beweglich angeordneten Magneten, wobei eine zweite Induktionsspule vorgesehen ist, die mit einem Prüfstrom beaufschlagbar ist und die Prüfsignale in der ersten Induktionsspule induziert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Meßanordnung mit einem Wiegandsensor, bestehend aus einer ersten Induktionsspule, welche einen Wieganddraht als Kern enthält, und mit mindestens einem relativ zum Wiegandsensor beweglich angeordneten Magneten.

Aus der deutschen Patentschrift DE 102 59 223 B3 ist ein Positionsdetektor bekannt, bei der das Umklappen der magnetischen Domänen in einem Wieganddraht zur Zählung von Umdrehungen und zur Feststellung einer Umdrehungsrichtung genutzt wird. Die Anordnung weist eine Induktionsspule sowie ein weiteres Sensorelement auf, welches eine zweite Induktionsspule oder ein Hallsensor zur Drehrichtungserkennung sein kann.

Bei Anwendung eines solchen Sensors in einer sicherheitskritischen Applikationen, wie z. B. zur Lenkwinkelmessung in einem Kraftfahrzeug, ist die Diagnosefähigkeit ein wichtiges Glied in der Funktionskette. Es sollte dabei möglichst die gesamte Funktion des Wiegandsensors in der Applikation prüfbar sein. Ein möglicher Fehler ist beispielsweise, daß Umdrehungen nicht mitgezählt werden, wenn der elektrische Kontakt zu der Meßspule abreißt.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Meßanordnung mit einem Wiegandsensor zu schaffen, der auf einfache und kostengünstige Weise diagnosefähig ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine zweite Induktionsspule vorgesehen ist, die mit einem Prüfstrom beaufschlagbar ist und die Prüfsignale in der ersten Induktionsspule induziert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.
Es zeigen
1 eine Skizze zum Funktionsprinzip einer erfindungsgemäßen Meßanordnung,
2 eine Skizze zu einem Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßanordnung.
Ein Wieganddraht ist ein ferromagnetischer Draht mit einem weichmagnetischen Kern, der von einem hartmagnetischen Mantel umschlossen ist und bei dem Kern und Mantel eine entgegengesetzte Magnetisierung aufweisen. Durch ein äußeres Magnetfeld läßt sich die Magnetisierung des Kerns umkehren. Diese sprunghaft erfolgende Änderung kann durch eine Induktionsspule sehr gut nachgewiesen werden.
Die 1 skizziert eine Meßanordnung mit einer Meßspule (1), deren Windungen auf einem Wieganddraht (2) aufgebracht sind. Da der Wieganddraht (2) Änderungen eines äußeren Magnetfeldes registriert, kann durch einen beweglich angeordneten Permanentmagneten (5) ein Bewegungssensor oder ein Positionssensor realisiert werden. Der Wieganddraht ändert bei Über- oder Unterschreiten einer magnetischen Schwellwertfeldstärke die Magnetisierungsrichtung seines Kerns. An den Anschlußleitungen der Meßspule (1) kann eine induzierte Meßspannung (Umess_w) abgenommen werden, die von der Bewegung des Permanentmagneten (5) relativ zum Wieganddraht (2) bestimmt ist. Da diese Meßspannung (Umess_w) einen impulsförmigen Verlauf aufweist, kann eine Bewegungserfassung zweckmäßigerweise durch eine Zähleinrichtung (6) erfolgen.
Den Anspruch der Diagnosefähigkeit kann man erfüllen, indem man entweder in unmittelbarer Nähe oder sogar auf dem Wicklungskörper der Meßspule (1) mit dem Wieganddraht-Kern (2) eine Prüfspule (3) vorsieht. Durch Einbringen eines, vorzugsweise mit einem über die Zeit relativ gering ansteigenden Prüfstromes (Idiag) in die Prüfspule (3) wird ein Magnetfeld erzeugt, welches die Zündfeldstärke des Wieganddrahtes (2) überschreitet und damit das Umklappen der Domänen erzwingt. Der daraus in der Meßspule (1) entstehende Meßspannungsimpuls (Umess_w) läßt die Zähleinrichtung (6) um einen Schritt weiterzählen.
Alternativ kann auch vorgesehen werden, die Prüfspule (3) mit einem impulsförmigen Prüfstrom (Idiag) zu beaufschlagen, welcher jeweils einen Impuls in der Meßspule (1) induziert, der dem Impuls entspricht, den das Umklappen der Domänen im Wieganddraht (2) erzeugt und der somit von der Zähleinrichtung (6) registriert wird. Dieser Impuls kann damit zur Eigendiagnose ausgewertet werden.
Vorteilhaft, wenn nicht sogar wesentlich für eine ungestörte Überprüfung des Wiegandsensors ist, während des Prüfvorgangs die aktuelle Position des Permanentmagneten (5) zu berücksichtigen. Dies kann vorteilhaft durch einen Hallsensor (4) geschehen, der überprüft, ob sich der Permanentmagnet (5) in der Nähe des Wiegandsensors bzw. der Prüfspule (3) befindet, so daß die Prüfspule (3) nur dann mit einem Prüfstrom (Idiag) beaufschlagt wird, wenn der Permanentmagnet (5) ausreichend weit entfernt ist Vorteilhaft ist auch, den Hallsensor (4) in unmittelbarer Nähe von Prüfspule (3) und Wiegandsensor anzuordnen. Aufgrund der räumlich engen Anordnung dieser Elemente kann gleichzeitig mit dem Wiegandsensor auch der Hallsensor (4) durch die Prüfspule (3) überprüft werden.
Besonders vorteilhaft einsetzbar ist der beschriebene Wiegandsensor in Verbindung mit einem höher auflösenden Meßsystem. Eine mögliche Ausführungsform eines optischen Winkelsensors, beispielsweise für einen Lenkwinkelsensor in einem Kraftfahrzeug, ist in der 2 skizziert. Eine auf einer Welle (11) angeordnete Codierscheibe (10) ist mit einer optischen Winkelcodierung (12) versehen, die von einem optischen Abtastsystem (12) erfaßt werden kann. Die optische Winkelcodierung (12), von der nur ein Winkelausschnitt in der Figur dargestellt ist, erstreckt sich dabei vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs der Codierscheibe (10).
Um auch einen Drehwinkel oberhalb von 360° sicher zu erfassen, sind auf der Codierscheibe (10) mindestens zwei Permanentmagnete (14) angeordnet, deren Drehbewegung an einem Wiegandsensor (15) vorbei verläuft und dabei von diesem Wiegandsensor (15) registriert wird. Eine mit dem Wiegandsensor (15) verbundene Zähleinrichtung bestimmt hierbei die Anzahl der vollständigen Umdrehungen der Codierscheibe (10), während das optische Abtastsystem (12) einen 360°-Winkelbereich mit hoher Genauigkeit auflöst.
Der Wiegandsensor (15) ist auf erfindungsgemäße Weise diagnosefähig ausgeführt, was bedeutet, daß er zumindest eine mit einem Prüfstrom beaufschlagbare, in der 2 nicht dargestellte Prüfspule aufweist.
Auch hier ist es zweckmäßig, wenn eine Überprüfung des Wiegandsensors (15) nur erfolgt, solange nicht der Magnet (14) bzw. einer der Magneten sich in dessen Nähe befindet. Vor der Beaufschlagung der Prüfspule mit dem Prüfstrom ist daher jeweils die Lage des/der Permanentmagnete(n) zu bestimmen. Vorteilhaft bei dieser Anordnung ist, daß zur Lagebestimmung des/der Permanentmagneten (14) kein zusätzlicher magnetempfindlicher Sensor, wie beispielsweise der Hallsensor in der 1, benötigt wird, sondern daß die durch das optische Abtastsystem (12) bestimmte Lage der Codierscheibe (10) innerhalb des 360°-Winkelbereichs zur Lagebestimmung des/der Permanentmagneten (14) verwendet werden kann.

1: erste Induktionsspule (Meßspule)
2: Wieganddraht
3: zweite Induktionsspule (Prüfspule)
4: Hallsensor
5: (Permanent)magnet
6: Zähleinrichtung
10: Codierscheibe
11: Welle
12: Abtastsystem
13: Winkelcodierung
14: Permanentmagnet(e)
15: Wiegandsensor
Idiag: Prüfstrom
Umess_w: Meßspannung(simpuls)
Umess_h: Meßspannung

Claims

Meßanordnung mit einem Wiegandsensor, bestehend aus einer ersten Induktionsspule (1), welche einen Wieganddraht (2) als Kern enthält, und mit mindestens einen relativ zum Wiegandsensor (1, 2; 15) beweglich angeordneten Magneten (5, 14), dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Induktionsspule (3) vorgesehen ist, die mit einem Prüfstrom (Idiag) beaufschlagbar ist, und die Prüfsignale in der ersten Induktionsspule (1) induziert.
Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Induktionsspule (3) über den Prüfzeitraum mit einem konstanten Prüfstrom (Idiag) beaufschlagt ist.
Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Induktionsspule (3) über den Prüfzeitraum mit einem impulsförmigen Prüfstrom (Idiag) beaufschlagt ist.
Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Induktionsspule (1) eine Zähleinrichtung (6) zugeordnet ist.
Wiegandsensor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfsignale von der Zähleinrichtung (6) erfaßbare Zählereignisse bewirken.
Wiegandsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiegandsensor einen Drehsensor ausbildet.
Meßanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehsensor Umdrehungsanzahl und Umdrehungsrichtung einer Welle (11) erfaßt.
Meßanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehsensor Bestandteil eines Lenkwinkelsensors in einem Kraftfahrzeug ist.
Meßanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung mindestens einen weiteren Sensor (4, 12) zur Erfassung von Dreh- oder Linearbewegungen aufweist.
Meßanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Meßanordnung mindestens einen weiterer Sensor in Form eines Hallsensors (4) gehört.
Wiegandsensor nach einem der Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfstrom (Idiag) durch die zweite Induktionsspule (3) in dem Hallsensor (4) auswertbare Prüfsignale erzeugt.
Meßanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Sensor (12) für ein optisches Meßverfahren vorgesehen.
Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (5, 14) ein Permanentmagnet ist.
Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Induktionsspule (1, 3) als Kern beide den gleichen Wieganddraht (2) aufweisen.