DE102007055155A1

DE102007055155A1 - Induktiver Näherungssensor, Inkrementalgeber mit Richtungserkennung und Auswerteschaltung

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Publication number: DE102007055155A1
Application number: DE200710055155
Authority: DE
Inventors: Rudolf Schubach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-18
Filing date: 2007-11-18
Publication date: 2009-05-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven, berührungslosen Messen der Drehung eines Zahnrades oder einer Bremsscheibe mit planaren Spulen auf einem Sensorkopf bis zum Stillstand und einer Auflösung bis zu Bruchteilen vom Zahnmodul 1, unabhängig vom Abstand. Die Messung erfolgt mit zwei kleinen, planaren Spulen auch über einige Millimeter hinweg, wobei das in einem Gerät oder einer Maschine vorhandene Zahnrad oder eine Bremsscheibe mit regelmäßigen Löchern als Geber verwendet werden kann. Die Messung kann ebenso in linearer Anordnung erfolgen. Mit der Taktsteuerung und differentiellen Auswerteschaltung erfolgt die Messung bimodal vom Stillstand des Gebers bis zu höheren Frequenzen mit Strompulsen veränderbarer Dauer und Phasenwinkel und nutzt die Wechselwirkung unterschiedlich induzierter Wirbelströme mit dem elektromagnetischen Feld der Spulen. Mit einer einzigen Spule ist es so möglich, den Abstand induktiv sehr genau zu bestimmen, indem die Messung für unterschiedliche Pulsdauern differentiell durchgeführt wird und eine Messart als Referenz dient. Sie ist anwendbar als Ersatz von bekannten induktiven Näherungsschaltern sowie inkrementellen Drehgebern der industriellen Messtechnik oder Radsensoren im Automobil und hat einen mechanisch und elektronisch denkbar einfachen Aufbau. In einer weiteren Ausgestaltung des Sensors werden die planaren Spulen auf der Außenseite einer hochfesten Keramik angeordnet, so dass die Dicke dieser Schutzkeramik ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven, berührungslosen Messen der Drehung eines Zahnrades oder einer Bremsscheibe mit planaren Spulen auf einem Sensorkopf bis zum Stillstand, mit einer Auflösung bis zu Bruchteilen von Zahnmodul 1 unabhängig vom Abstand. Die Messung erfolgt mit zwei kleinen, planaren Spulen auch über einige Millimeter hinweg, wobei das in einem Gerät oder einer Maschine vorhandene Zahnrad oder eine Bremsscheibe mit regelmäßigen Löchern als Geber verwendet werden kann. Die Messung kann ebenso in linearen Anordnungen erfolgen. Mit der Taktsteuerung und differentiellen Auswerteschaltung, erfolgt die Messung bimodal vom Stillstand des Gebers bis zu höheren Frequenzen mit Strompulsen veränderbarer Dauer und Phasenwinkel, und nutzt die Rückwirkung unterschiedlich induzierter Wirbelströme. Mit einer einzigen Spule ist es so möglich, den Abstand induktiv sehr genau zu bestimmen, indem die Messung für unterschiedliche Pulsdauern differentiell durchgeführt wird und eine Messart als Referenz dient.
Sie ist anwendbar als Ersatz von bekannten induktiven Näherungsschaltern sowie inkrementellen Drehgebern der industriellen Messtechnik oder Radsensoren im Automobil, und hat einen mechanisch und elektronisch denkbar einfachen Aufbau. In einer weiteren Ausgestaltung des Sensors, werden die planaren Spulen auf der Außenseite einer hochfesten Keramik angeordnet, so dass die Dicke dieser Schutzkeramik nicht zum Abstand zum Geber beiträgt und die Messung auch bei hohen Drücken und Temperaturen in aggressiven Umgebungen erfolgen kann.
In bekannten Vorrichtungen zum induktiven Messen des Abstandes und Drehgebern werden mit Spulen und Kondensatoren Schwingkreise oder Oszillatoren hergestellt, deren Güte, Amplitude oder Frequenz durch die Annäherung eines Geberelementes an das Feld der Spule und den damit verbundenen Wirbelstromverlusten geringfügig verändert werden.
Der offensichtliche Nachteil dieser Lösungen besteht darin, dass diese Veränderung der Spannung des Schwingkreises sehr klein ist im Verhältnis zur Amplitude und mit wachsendem Abstand rasch im Bereich der Toleranzen der elektronischen Bauteile verschwindet. Verbesserungen dieser Systeme beschäftigen sich deshalb meist mit der Verbesserungen der Präzision des Oszillators.
In einfachen Ausführungen ist zudem die Messung im Stillstand nicht direkt durchführbar, oder der Abstand zwischen Sensorspule und Geber wird mit erheblichem Aufwand möglichst gering gemacht und konstant gehalten. Zudem wird der mögliche Arbeitsabstand durch die Dicke der Schutzgehäuse vermindert. Sofern der Abstand im Arbeitsbereich variabel ist, sind alle bekannten Geber auf die Bestimmung von 1 Takt je Geberelement beschränkt und erreichen bei sicherem Betrieb nur die Auflösung von Zahnmodul 2, ohne Richtungserkennung. Bei Anordnungen in denen der Abstand proportional zur Drehstellung ist, wird die erzielbare Genauigkeit wegen der prinzipbedingten Nichtlinearitäten ohnehin fragwürdig.
Andere Lösungen, wie magnetische Polräder arbeiten auch über etwas größere Abstände mit guter Auflösung. Ein offensichtlicher Nachteil besteht nun darin, dass die Kosten für einen magnetischen Geber und Sensor recht hoch sind. Hinzu kommt die Empfindlichkeit gegen hohe Temperaturen und mechanische Belastungen sowie die Neigung, ferromagnetische Stäube in ihrer Umgebung einzusammeln. Auch dies führt zu Fehlmessungen über der Lebensdauer und Einschränkungen bei der Verwendung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Sensoranordnung vorteilhaft auszubilden, mit welcher die Drehung eines Polrades oder linearen Gebers bis zum Stillstand induktiv und berührungslos bis zu etwa 1/16 des Zahnmoduls 1 bei mindestens 2 mm Abstand bestimmt wird und der Einfluss des veränderlichen Abstandes im Arbeitsbereich kompensiert wird, wobei der Durchmesser der planaren Sensorspulen etwa dem zu messenden Zahnmodul entspricht, bei Modul 1 also lediglich 3,5 mm beträgt.
Auf einem ebenen Trägermaterial werden nebeneinander zwei planare Spulen mit 4 oder 5 Windungen, einer Breite von etwa 3,5 mm und einer Länge von etwa 5 mm nebeneinander angeordnet. Für den Zahnmodul 1 beträgt der Abstand der Mittelpunkte 1 Modul plus 180°, also 6/4 M oder 4,7 mm, und die Form sei weitgehend rechteckig. Das Polrad mit Zahnmodul 1 hat mit seinen Zähnen einen Abstand von 1 bis 3 mm zu den Spulen, kann nach links oder rechts gedreht werden und besteht aus einem ferromagnetischen oder elektrisch leitfähigem Material. Es kann auch ein linearer Geber zum Einsatz kommen. Der Zahnabstand oder Modul entspricht jetzt einer Periode und die relative Lage der linken Spule dem Sinus und die der rechten dem Sinus von φ + 180°.
Jede der beiden Spulen ist über eine elektrisch leitende Verbindung, wie eine Leiterbahn, einen Steckverbinder oder ein Kabel, mit der Auswerteschaltung verbunden. Jede Spule wird mit einem ohmschen Widerstand und einem Schaltelement in Reihe geschaltet. Der ohmsche Widerstand begrenzt den Strom im eingeschalteten Zustand und über das Schaltelement kann der Strom jeder Spule von einer Steuerung individuell ein- bzw. ausgeschaltet werden.
Der Strom durch die Spule erzeugt ein elektromagnetisches Feld mit einer bestimmten Energie. Bei Veränderung des Stromes durch Ein- und Ausschalten werden in elektrisch leitfähigen Materialien Wirbelströme induziert und die Energie des magnetischen B-Feldes einer Spule wird im Schaltvorgang um den Betrag der Energie der Wirbelströme vermindert und messbar. Dabei ist die Größe dieser Wirbelströme quadratisch proportional zu dem Abstand zwischen den Stromleitern der Spulen und der leitfähigen Fläche, der Oberfläche des Polrades, und nach dem Induktionsgesetz, der Dauer des Schaltvorgangs. Zudem entwickelt der Wirbelstrom ein eigenes B-Feld, das dem der Spule entgegensetzt ist und klingt erst nach einiger Zeit ab. Deshalb ist der Einfluss auf das zu messende B-Feld der Spulen auch abhängig von der Zeit zwischen Einschalten und Ausschalten des Spulenstroms.
Zudem sind die Spulen benachbart und abhängig von der Richtung der Ströme werden die B-Felder der Spulen in dem benachbarten Teil addiert, bzw. subtrahiert. Durch gleichzeitiges Schalten, bzw. entgegengesetztes Ein- und Ausschalten und zeitversetztes Schalten wird die Induktion der Wirbelströme weiter steuerbar. Durch die zeitliche Abfolge des Ein- und Ausschaltens der Ströme durch die Spulen kann die elektrodynamische Wechselwirkung mit dem Wirbelstrom und die Überlagerung der B-Felder benutzt werden, um mit den gleichen Spulen in der gleichen Geometrie voneinander unabhängige Messungen in rascher Folge durchzuführen.
Erfolgt nun ein 1. Messung mit einer sehr kurzen Dauer zwischen Ein- und Ausschalten des Spulenstroms und so, dass immer nur eine Spule bestromt wird, so ist die Rückwirkung des induzierten Wirbelstroms viel stärker als bei einer 2. Messung mit gleichzeitigem Schalten des Stroms in beiden Spulen, weil die Spulenströme im benachbarten Teil gegensinnig geführt werden wirken beide Spulen wie eine größere, die zu den Geberelementen eine Phasenlage von 90°, also dem Kosinus, hat. Durch den Vergleich der 1. und der 2. Messung kann so die Drehstellung erheblich genauer bestimmt werden, unabhängig von dem Abstand zwischen Sensorkopf und Geber, bzw. die Bewertung erfolgt differentiell und es können größere Verstärkungen sicher genutzt werden.
Wenn der Winkel innerhalb einer Periode zwischen Sensorkopf und Geberelement Null ist, kommen ein Geberelement und die linke Spule optimal zur Deckung. In dieser Position werden Wirbelströme optimal induziert. Bei der Bewegung um eine halbe Periode weiter, ist die Induktion von Wirbelstrom minimal. Im Verlauf der Drehung entsteht so ein periodischer Signalverlauf, der in etwa einem Sinus entspricht. Die Amplitude dieses Signals ist sehr stark und nichtlinear vom Abstand abhängig und dem des eigentlichen B-Feldes der Spule überlagert. Durch die Anordnung der zweiten Spule mit einem Versatz, der 180° in der Periode des zu messenden Moduls entspricht, wird ein Signalverlauf erzeugt, der dem negativen Sinus entspricht.
Durch Subtraktion der Messung der linken Spule von der rechten wird der Gleichanteil von den Signalen entfernt und durch Division von Sinus mit dem Kosinus kann der Winkel unabhängig von der Amplitude der Signale bestimmt werden. Die Genauigkeit wird dabei nur begrenzt durch den erforderlichen Dynamikbereich und die verfügbare Auflösung eines Analog-Digital-Wandlers. Zwischen 1 und 3 mm wird beispielsweise ein Signalhub von 60 mV bis herab zu 1 mV für Zahnmodul 1 beobachtet. Mit einer Verstärkung um den Faktor 10 und einen ADC mit 1 mV Auflösung, kann der Winkel bis auf 1/16 der Periode, also etwa 20° bestimmt werden, ohne genaue Kenntnis des Abstandes.
Die Energie der B-Felder der Spulen und der Einfluss der Verluste durch die Wirbelströme wird mit einer neuartigen Schaltung bestimmt. Durch die beschriebene Reihenschaltung von Widerstand und Induktivität wird ein bestimmter Strom eingeprägt, wobei die Spule an einer Seite direkt mit einer Speisespannung verbunden ist. Das Abschalten dieses Stroms erfolgt mit realen Schaltern mit endlicher Schaltgeschwindigkeit und erzeugt gemäß dem Induktionsgesetz einen Spannungspuls proportional zu Strom, Induktivität und Schaltgeschwindigkeit. An dem anderen Anschluss der Spule wird nun ein Kondensator angebracht, der über eine Diode in Flussrichtung mit einem weiteren Kondensator, dem Messkondensator, verbunden ist. Der Spannungspuls bewirkt nun einen Spannungsanstieg an dem Kondensator an der Spule, so dass mit dem Fluss von Ladungsträgern über die Diode in den Messkondensator ein Strom entsteht. Wenn man parasitäre Effekte zunächst vernachlässigt, entspricht so der zeitliche Verlauf des Produktes aus Spannungspuls und Strom der Energie des B-Feldes der Spule, die den Messkondensator bis zu der Spannung auflädt, bei der die Energie entsprechend seiner Kapazität der der Spule entspricht. Damit wird zunächst die Energie einer Spule als Spannung an einem Kondensator für einige Zeit messbar. Der Vorteil ist, dass die Dauer des Schaltvorgangs von Transistoren sehr kurz sein kann und dieses sehr hohe dl/dt als Verstärkung wirkt. Trotz der sehr geringen Induktivität werden einige Volt Signalhub erreicht und die durch Wirbelströme verursachten Änderungen des B-Feldes, so einfach und schnell messbar.
Vor dem Ausschalten ist es zweckmäßig, den Strom zunächst einzuschalten. Dabei werden die stromlose Spule und der erste Kondensator kurz bis auf das Massepotential des Schalters gebracht. Die andere Seite dieses Koppelkondensators weist nun ein negatives Potenzial auf, das über den Zustrom von Ladungsträgern über eine weitere Diode an Masse ausgeglichen wird. Damit stehen beim nächsten Abschalten wieder Ladungsträger zum Aufladen des Messkondensators zur Verfügung und es können mehrere solcher Pulse nacheinander ausgeführt werden und führen zu einer weiteren Verstärkung der messbaren Spannung.
Tatsächlich folgt diese Verstärkung über mehrere Pulse empirisch einer e-Funktion, asymptotisch gegen einen Grenzwert, der der Spannung des Abschaltpulses der Spule entspricht.
Um einen definierten Anfangszustand herzustellen, ist es zweckmäßig, den Messkondensator über ein weiteres Schaltelement vor der Messung zu entladen. Jedoch zeigt die praktische Prüfung, dass auch die dauernde, geringe Entladung über einen sehr hohen Parallelwiderstand gute Signalpegel und Dynamik erreicht.
Wird diese Schaltung jeweils für eine Spule vorgesehen, so kann die Differenz der Spannungen an den Messkondensatoren analog weiter verstärkt und gemessen werden. Im Falle des Drehgebers mit Richtungserkennung sind so Messungen mit simultaner und getrennter Bestromung erforderlich. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass Schwankungen von Bauteiletoleranzen und Änderungen im Temperaturbereich, wie etwa das Schaltverhalten der Transistoren, sehr gut kompensiert werden.
Die Schaltung kann auch vorteilhaft so erweitert werden, dass die beiden Messungen mit unterschiedlichen Einschaltdauern für nur eine Spule direkt analog möglich wird. Dazu wird die Diode, über welche der Ladungsausgleich erfolgt mit einem Schalter versehen, so dass über die Steuerung der Ladungsausgleich ein- bzw. ausgeschaltet werden kann. Damit wird das Aufladen des Messkondensators ein- und ausgeschaltet.
Bringt man diese „Messschaltung" aus Kondensatoren, Dioden und Schaltern ein zweites Mal, parallel zur ersten an der Spule an, so können kurze Pulse in der einen und längere in der anderen gespeichert werden und sind so direkt differentiell messbar. Besonders vorteilhaft ist, dass durch diese bimodale Messung der kritische Schalter des Spulenstroms für beide Messschaltungen gleich wirkt und Toleranzen so sehr gut kompensiert werden.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn zwischen Versorgungsspannung und Spule ein weiterer Schalter eingefügt wird. Damit kann eine zweite Spule mit einem eigenen Schalter parallel zur ersten Spule angebracht und die Spulen so von der Steuerung gemultiplext werden. Das Ergebnis ist eine weitere Verbesserung der Stabilität und damit der Genauigkeit der Messung.
Ist die Messung des Abstandes mit nur einer Spule erforderlich, so kann die zweite, elektrisch gleiche Spule so angeordnet und gemultiplext werden, dass Veränderungen der Umgebung auf sie nicht oder anders wirken. Damit können Störeinflüsse noch weiter kompensiert und die Genauigkeit der Messung erhöht werden. Oder die Verstärkung wird erhöht, um die Reichweite, bzw. Auflösung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Teilen durch die Patentansprüche (1) und (6) gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gerätes ergeben sich aus den Maßnahmen in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zweier planarer Spulen und der elektronischen Auswerteschaltung hat im Vergleich zu bislang bekannten Lösungen den Vorteil, dass damit der mechanische Aufbau einfacher und kostengünstiger ist, große Spulen und Ferritkerne entfallen.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass diese Anordnung mit zwei kleinen planaren Spulen eine wesentliche Verbesserung der geometrischen Auflösung bietet und die Messung so voll differentiell ausgestaltet werden kann, oder die planaren Spulen als Teil des Gehäuses näher an den Messort gebracht werden können.
Es ist auch vorteilhaft, dass die Anordnung sowohl mit Geberelementen aus ferromagnetischen Materialien, als auch mit solchen aus elektrisch leitfähigem Material oder solcher Beschichtung funktioniert.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Auswerteschaltung besteht darin, dass eine Spule, bzw. eine Kombination von elektrisch gleichen Spulen, bimodal gemessen wird und eine 1. Messart als Referenz für die 2. Messart dient.
Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Figuren.
Dabei zeigt
1 als 3D-Skizze einen Träger mit zwei rechteckigen planaren Spulen auf der Oberseite, deren Mittelpunkte im Abstand von etwa 1 + 2/4 Zahnmodulen angeordnet sind, und ein kreisförmiges Polrad mit Geberelementen, die im Abstand von je einem Zahnmodul angeordnet sind und das derart drehbar ist, dass zwischen dem Träger mit den Spulen und den Geberelementen eine relative Bewegung in Richtung X erfolgt, sowie Durchkontaktierungen und Anschlüsse für die elektrische Verbindung mit der Auswerteelektronik;
2 zwei planare Kreisspulen in 3D-Ansicht auf Ober- und Unterseite des Trägers angeordnet, eine Abdeckung zum mechanischen Schutz über der Spule auf der Oberseite, ihre elektrischen Anschlüsse und einen lineares Element mit einer Bohrung als Geberelement;
3 eine planare Kreisspule in 3D-Ansicht auf dem Trägerelement, eine weitere Trägerstruktur mit elektrischen Verbindungen zu der ersten und einer weiteren planaren Spule, die in dieser Anordnung durch Geberelemente weitgehend unbeeinflusst ist und eine Geberstruktur;
4 die elektrische Auswerteschaltung in einer ersten Ausführung mit einer Geberstruktur in Wechselwirkung mit zwei Spulen, die jeweils mit der Versorgungsspannung leitend verbunden und mit einem ohmschen Widerstand und einem steuerbaren Schaltelement in Reihe geschaltet sind, sowie jeweils einen Koppelkondensator, zwei Dioden, die den Ladungsträgerfluss bei dem positiven Abschaltimpuls zu dem Messkondensator leiten und beim negativen Einschaltimpuls dem Koppelkondensator wieder Ladungsträger zuführen und so die Messspannung am Messkondensator unabhängig von der Versorgungsspannung machen, und einen Parallelwiderstand oder ein weiteres Schaltelement zum Entladen des jeweiligen Messkondensators und die elektrisch leitende Verbindung mit der Steuerung, sowie einige exemplarische Impulsfolgen mit denen die Steuerung den Strom durch die Spulen ein-, bzw. ausschaltet;
5 eine weitere exemplarische Anordnung von zwei rechteckigen Spulen mit einem Abstand von 6/4 Zahnmodul in der 3D-Ansicht und einer linearen Geberstruktur mit Bohrungen im Abstand von 1 Zahnmodul, sowie einem beispielhaften Wirbelstrom und der Überlagerung und Wechselwirkung der B-Felder;
6 eine weitere Ausführung der elektronische Auswerteschaltung mit einer Spule, wobei die beiden Messschaltungen aus Kondensatoren und Dioden parallel geschaltet und um jeweils ein Schaltelement erweitert sind, das den Zufluss von Ladungsträgern in den Koppelkondensator steuert, um Messungen mit unterschiedlichen Pulsdauern in je einen Messkondensator zu leiten, damit die Messspannungen gleichzeitig analog verfügbar sind;
7 eine weitere Ausführungsform der elektronischen Auswerteschaltung mit einer weiteren Spule und jeweils einem zusätzlichen Schaltelement zwischen Versorgungsspannung und Spulen zum zeitlichen Multiplexen der Spulen auf die Auswerteschaltung und jeweils einer weiteren Diode in Reihe mit der Spule, um den Rückfluss über die in FETs meist vorhandene Substrat-Diode zu unterbinden;
In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei möglichst gleichen, planaren, weitgehend rechteckigen Spulen (2) auf der Oberseite des Trägers (5) dargestellt. Die Spulen (2) haben mehrere Windungen und ihre Mittelpunkte haben etwa 6/4 des Abstandes (M) der Geberelemente (8). In der Mitte der Spulen (2) befindet sich eine Durchkontaktierung über welche zusammen mit einer Leiterbahn (7) die elektrische leitende Verbindung zu den vier mechanischen und elektrischen Anschlusselementen (4) hergestellt wird. Dabei hat der Träger (5) eine der Anwendung entsprechende Dicke (d) und kann auf einer Hülse (6) angeordnet sein. Der Träger (2) kann hochfest, eine Leiterplatte oder sogar flexibel sein, kennzeichnend ist, dass er aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material besteht. Ein Zahnrad (1) mit Geberelementen (8), hier exemplarisch Zähne in Trapezform mit dem Abstand von einem Zahnmodul (M), ist mit einem Abstand (h) so über dem Träger (5) drehbar angeordnet, dass seine Rotation eine Relativbewegung zwischen den Geberelementen (8) und den beiden Spulen (2) in Richtung X über erzeugt. Die Richtung X entspricht dabei der Verbindungslinie der Mittelpunkte der beiden Spulen (2.1, 2.2) und die Anordnung kann radial, tangential oder axial sein. Zu messen ist diese Relativbewegung in X mit einer Genauigkeit, die abhängig vom Abstand (h) wenigstens die Bewegung um einen Zahnmodul oder Bruchteile davon und die Drehrichtung erkennt. Bruchteile des Zahnmoduls (M) werden als Winkel und der Abstand der Geberelemente (8) als Periode betrachtet. Dabei sei der Winkel 0°, wenn ein Geberelement (8) mit dem Mittelpunkt seiner Fläche genau über dem Mittelpunkt der linken Spule (2.1) steht.
Diese Geberstruktur kann ebenso eine Bremsscheibe oder Flügelrad sein.
2 zeigt zwei runde, planare Spulen (2.1, 2.2) in der 3D-Anssicht übereinander auf Ober-, bzw. Unterseite des Trägers (5), optionale Hülse (6) und elektrische Verbindungselemente (3, 4, 7). Hinzu kommt ein möglichst dünnes Schutzelement (11), das die Oberseite des Trägers (5) und die Spule (2.1) gegen mechanische und chemische Beanspruchungen aus der Umgebung schützt. Darüber befindet sich im Abstand (h) eine angedeutete lineare Geberstruktur (9) mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen oder ferromagnetischen Oberfläche, oder aus solchem Material, und einer Bohrung als Geberelement (8). Zu messen ist der Abstand (h) zur Spule (2.1) auf der Oberseite, bzw. der Abstand (h + d) zur Spule (2.2) auf der Unterseite, die hier als Referenz mit dem bekannten zusätzlichen Abstand (d) genutzt wird. Auch ein Vorschub in Richtung X kann gemessen werden, jedoch ohne Unterscheidung zwischen links und rechts.
3 beschreibt zusätzlich beispielhaft die Anordnung von nur einer Spule (2.1) auf der Oberseite des Trägers (5). Über die dauerhaften oder lösbaren elektromechanischen Verbindungen (4) ist diese Spule (2.1) mit einem weiteren Träger (10) elektrisch verbunden, auf dem sich eine weitere, möglichst gleichartig gestaltete Spule (2.2) und die Auswerteschaltung befinden. Diese Spule (2.2) ist so angeordnet, dass die Relativbewegungen von Geberelementen (9) ihr elektromagnetisches Feld möglichst nicht beeinflussen und die so als Referenz bei der Messung des Abstandes (h) oder anderer Größen, wie Leitfähigkeit des Gebers oder Vorhandensein von Rissen und Schichtdicken, dienen kann. Solange die mechanische Stabilität und geometrische Genauigkeit der Spulen gewährleistet sind, können alle Herstellverfahren und Anordnungen der Spulen (2) als gleichwertig betrachtet werden. Planare Spulen auf Elektronikplatinen oder Keramikträgern haben nur den Vorteil der guten geometrischen Reproduzierbarkeit im kostengünstigen Herstellprozess.
4 zeigt einen exemplarischen Stromlaufplan der erfindungsgemäßen Auswerteschaltung mit der Geberstruktur (1), den Spulen (L1, L2), jeweils in Reihe geschaltet mit einem ohmschen Widerstand R und einem FET (T1) als Schalter. Die Steuerung (S) erzeugt eine zeitliche Abfolge von Ein- und Ausschalt vorgängen, die als Impulsfolgen (S1, S2) angedeutet sind und entsprechend über die Geometrie der Spulen (L) mit der Geberstruktur (1) in Wechselwirkung sind und die zu messenden Energieinhalte der B-Felder der Spulen (L) verändern. Beim Ausschalten des Stroms mit einem Schaltelement (T1) entsteht ein positiver Spannungspuls mit einer Spannung proportional zur Schaltgeschwindigkeit dl/dt. Über den Koppelkondensator (C1) bewirkt dies den Fluss von Ladungsträgern über die Diode (D1) in den Messkondensator (C2), bis die Spannung (U) dieser Impulsspannung entspricht oder die Spannung am Koppelkondensator (C1) durch den Abfluss der Ladungsträger angeglichen ist. Bei Vernachlässigen parasitärer Verluste entspricht die elektrische Energie des Messkondensators (C2) dem Energieinhalt des elektromagnetischen Spulenfeldes und wird so als Spannung (U) direkt messbar. insbesondere entspricht diese Spannung auch der Anzahl der gemessenen Pulse, so dass die Verstärkung bei bekannter Kapazität über die Zahl der Pulse weiter einstellbar ist.
Dazu ist es erforderlich, dass beim Einschalten des Schalters (T1) dem Koppelkondensator (C1) wieder Ladungsträger über die Diode (D2) zugeführt werden, bis seine Spannung ausgeglichen ist. Dies ist möglich, weil beim Einschalten die Spannung der Spule (L) und damit des Koppelkondensators (C1) kurz bis auf das Potential des Schalters (T1) gelegt wird, bis ein Strom durch den Widerstand (R) fließt. Damit wird das Potential der anderen Seite des Koppelkondensators (C1) entsprechend der vorher abgegebenen Ladung negativer, Ladungen fließen über die Diode (D2), während Diode (D1) den Rückfluss aus dem Messkondensator sperrt.
Entsprechend der häufig geringen Wechselwirkung zwischen Spulen (L) und Geberstruktur (1) ist die gemessene Spannung (U) relativ hoch und die Amplitude der Anderung relativ gering. Durch die doppelte Ausführung kann dieser Offsett in der Steuerung analog subtrahiert werden und die Differenz der Spannungen mit bekannten Mitteln differentiell weiter verstärkt werden. Wird diese Messung jetzt einmal mit gleichzeitigem Schalten der Spulen (L) durchgeführt, so entspricht diese Differenz der Spannungen (U1, U2) dem Kosinus, während sie bei zeitlich versetztem Schalten dem Sinus entspricht.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass bei dieser sequentiellen, bimodalen Messung alle Bauteile gleich eingehen und letztlich nur die unterschiedliche Erzeugung des Wirbelstroms wirksam wird. Damit sind erheblich genauere Messungen im Vergleich zum Stand der Technik möglich. Ebenfalls tragen die sehr kleinen Induktivitäten zu einer deutlich höheren Messfolge bei, so dass auch die Dynamik um etwa den Faktor 10 bis 100 höher ist. Die Stromstärke im Puls durch die Spulen ist in der Größenordnung von nur 1 mA bis etwa 100 mA.
Der Parallelwiderstand (Ry) dient dem Entladen, dass über ein weiteres Schaltelement (T4) auch zeitlich genau gesteuert werden kann, um den Messkondensator in den definierten Anfangszustand zu bringen. Vorteilhaft werden all diese Erweiterungen, bis hin zu einem Analog-Digital-Wandler und der Ablaufsteuerung in einem Schaltkreis integriert. Die Ausgabe des gemessenen Taktes und der Bewegungsrichtung erfolgt mit bekannten Mitteln.
5 zeigt eine exemplarische Anordnung der beiden rechteckigen Spulen (L1, L2), nebeneinander mit dem Abstand 6/4 M ihrer Flächenschwerpunkte in einer Ebene, und in geringem Abstand (h) die angedeutete Geberstruktur (1) mit Bohrungen (A). Diese Geberstruktur (1) kann linear oder eine Scheibe sein, die Bohrungen (A) axial oder radial, möglichst am Umfang, angeordnet sein. Wichtig ist, das hier die Spulen (L) gleichsinnig gewickelt sind und entgegengesetzt bestromt werden. In dem Bereich, in dem die Spulen (L) aneinander grenzen, überlagert sich damit das B-Feld (B12) der Ströme (IL1, IL2), indem es sich gegenseitig fast auslöscht. Bei gleichzeitigem Ein- bzw. Ausschalten der Ströme (IL) findet in diesem Bereich also eine stark verminderte Induktion von Wirbelstrom (Iw) statt. In den anderen Segmenten der beiden Spulen (L) stimmt dagegen die Stromrichtung sehr gut überein, so dass beide Spulen (L) insgesamt einen Wirbelstrom (Iw) induzieren, der ihrer gemeinsamen Fläche entspricht und auch mit den darunter liegenden Geberelementen (8) gesamthaft in Wechselwirkung tritt.
Die Geberelemente (8) beeinflussen die Ausbildung von Wirbelstrom (Iw) direkt, wie bei Spule L1 gut sichtbar ist, wenn sie allein bestromt wird. Sind die Mittelpunkte von Bohrung (8) und Spule L direkt übereinander, so kann sich ein kreisförmiger Wirbelstrom (Iw) beim Ein-, bzw. Ausschalten ausbilden und entzieht dem magnetischen B-Feld der Spule so Energie. Zudem ist sein B-Feld dem der Spule entgegengesetzt, so dass dieses noch einmal gemindert wird und eine Abhängigkeit der Stärke dieser Wechselwirkung vom Abstand (h) mit der vierten Potenz entsteht. Kommen Spule und Geberelemente, hier Spule L2 und Bohrung A2, nicht zur Deckung, so wirkt die Bohrung wie ein Isolator und verhindert bis zu einer gewissen Tiefe die Ausbildung eines Wirbelstroms. Entsprechend wird das Feld der Spule L2 weniger geschwächt.
Im Experiment geprüft ist, dass diese Wechselwirkung beim Vorschub der Geberstruktur (1) in Richtung X als sinusförmiger Verlauf messbar ist, wenn man mit der Auswerteschaltung die Differenz von L1 und L2 misst, sofern abwechselnd jeweils nur eine Spule bestromt und gemessen wird. Erfolgt die Messung gleichzeitig, so ist ein kosinusförmiger Verlauf messbar, wobei die Periodendauer dem Abstand (M) der Geberelemente (8) entspricht.
Werden hingegen zahnartige Strukturen als Geberelemente (8) verwendet, so ist die Physik zwar anders, es ist aber das gleiche Ergebnis mit etwa 30% niedrigeren Differenzspannungen (U) zu beobachten.
6 zeigt einen weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messschaltung mit einer Spule (L) und einer Geberstruktur (1). Die Messschaltung (C1, D1, D2, C2) ist doppelt ausgeführt und jeweils über die Koppelkondensatoren (C1.1, C1.2) mit der Spule (L1) verbunden. Über ein zusätzliches Schaltelement (T2) wird jetzt der Zufluss von Ladungsträgern beim Einschalten steuerbar. Wenn keine Ladungsträger nachfließen, trägt der Ausschaltpuls nicht zur Messspannung bei (bei realen FETs wird die Spannung immerhin hinreichend abgesenkt). So können unterschiedliche Pulsfolgen auf den einen (C2.1) oder anderen (C2.2) Messkondensator geleitet werden und die geringen Spannungsunterschiede sind so differentiell messbar. Dies ist vorteilhaft, um Abstände und Drehung zu detektieren, wenn das Erkennen der Drehrichtung nicht erforderlich ist, oder für die Messaufgabe nur eine Spule zur Verfügung steht.
7 zeigt die erfindungsgemäße Messschaltung mit einer Spule (L2) parallel geschaltet zur ersten (L1). Mit je einem weiteren Schaltelement (T3.1, T3.2) zwischen Versorgungsspannung und Spulen (L) können diese jetzt gemultiplext werden und für jede Spule diese Messungen durchgeführt werden. Die Diode (D3), jeweils in Reihe geschaltet mit einer Spule (L) verhindert lediglich den Rückfluss über die integrierte Substratdiode realer FETs als Schaltelement (T3) beim Spannungspuls des Abschaltens.
Diese zweite Spule (L2) hat möglichst die gleichen elektrischen Eigenschaften wie die erste (L1) und ist ganz außerhalb des Einflussbereichs der Geberstruktur (1) angeordnet, oder mit einer definierten Änderung, wie dem um die Dicke (d) eines Trägers erhöhten Abstand (h). Damit dient diese Spule (L2) als weitere Referenz und alle Toleranzen und thermischen Einflüsse können fast vollständig kompensiert werden.
Eine Spule mit der Induktivität L wird von einem Strom I durchflossen. Den Zusammenhang zwischen diesen Größen und der Energie des um die Spule erzeugten elektromagnetischen Feldes beschreibt EL = 1/2·L·I2 (1)
Wird diese Energie E_L durch einen induzierten Wirbelstrom I_E verringert, so ergibt sich der Zusammenhang: EL = 1/2·L·(I – IE)2 (2)
Diese Energie wird mit dem neuartigen Messverfahren bestimmbar und die Größe der Wirbelströme wird als eine Änderung der Messspannung Uc am Messkondensator erlebbar. Die Energie des Spulenfeldes wird als Strom-Spannungspuls genutzt, um den Messkondensator aufzuladen. Den Zusammenhang zwischen dem Feld der Spule und der Messspannung beschreibt bei Vernachlässigen parasitärer Verluste die Formel zur Energie der Ladung eines Kondensators: EC = ½·C·UC 2 = EL (3)und nach Umformen: UC 2 = 2·EL/C (4)
Diese Spannung wird für die beiden Spulen (2.1, 2.2) gem. 1 mit der Schaltung gem. 4 für die funktional identischen Spulen (L1, L2) bestimmt, wobei die Messung der Pulse nicht gleichzeitig und nacheinander erfolgt. Entsprechend der relativen Position zwischen Geberelementen (8) und den Spulen (2.1, 2.2) werden Wirbelströme ausgebildet und messbar, die empirisch bestimmt werden: UC1S = O + a·sin(φ) (5) UC2S = O – a·sin(φ) (6)
Dabei beschreibt O den Offsett oder die Grundspannung der Messung und a die Amplitude der Schwingung über einer vollen Periode. Durch Subtraktion ergibt sich UC1S – UC2S = 2·a·sin(φ) (7)unabhängig vom Offsett. In einer weiteren Messung werden die Pulse gleichzeitig und nacheinander erzeugt. Entsprechend der relativen Position zwischen Geberelementen (8) und den Spulen (2.1, 2.2) werden Wirbelströme ausgebildet, teilweise überlagert und somit messbar, die empirisch bestimmt werden als: UC1C = O + a·cos(φ) (8) UC2C = O – a·cos(φ) (9)
Durch Subtraktion ergibt sich UC1C – UC2C = 2·a·cos(φ) (10)
Durch weiteres Einsetzen von (7) in (10) und einfaches Umformen ergibt sich φ = arctan((UC1S – UC2S)/(UC1C – UC2C) (11) womit der Winkel unabhängig von der Amplitude der Signale bestimmt ist. Damit ist die induktive Bestimmung des Winkels innerhalb einer Periode der Geberelemente (8) dargestellt, unabhängig vom Abstand h, der die Amplitude bestimmt und frei von dynamischen Schwellwerten, also bis zum Stillstand. Solange das Abtast-Theorem nicht verletzt wird, d. h. die Messungen wenigstens doppelt so häufig erfolgen wie die Frequenz der Geberelemente (8) zu den Spulen ist, kann je Zahnmodul ein Takt je Periode und z. B. ein 90°-Takt für die Bewegungsrichtung von der Steuerung erzeugt werden. Ebenso ist eine recht genaue Vervielfachung dieser Takte einfach möglich, wenn die Veränderung des Winkels zwischen zwei Abtastungen, bzw. dem letzten erzeugten Takt bewertet wird. Bei einem Takt je 20°Winkelveränderung seit dem letzten Takt entspricht dies 16 Takten je Zahnmodul.
Besonders hervorzuheben ist, dass hier der Zahnmodul benutzt wird, weil er in technischen Anwendungen mit Zahnrädern etc. eine bekannte Größe ist. Nun ist es freilich so, dass die „Reichweite" von induktiven Sensoren auch proportional zum Durchmesser der Spulen ist, besonders bei planaren Spulen. Abhängig von der Messaufgabe kann in der erfindungsgemäßen Sensoranordnung der Durchmesser der Spulen und ihr Abstand innerhalb weiter Grenzen vergrößert und verkleinert werden.
Eine Grenze der Vergrößerung ist dann erreicht, wenn die die Spule beim Abschalten mit parasitären Kapazitäten einen Schwingkreis bildet. Dies ist nicht schädlich, solange die Amplituden der Folgeschwingungen rasch abfallen, aber auch nicht hilfreich, weil es eine Verzögerung bis zum Beginn der nächsten Messung erforderlich macht. Dies wird besonders dann erforderlich, wenn herkömmliche Spulen mit oder ohne ferromagnetischen Kern und größerer Induktivität zum Einsatz kommen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Spulen auf oder in einer hochfesten technischen Keramik als Träger angeordnet werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen induktiven Näherungssensoren, die stets innerhalb eines Gehäuses angebracht sind, können die Spulen so näher an die Geberstruktur gebracht werden. Bei einer Dicke des Trägers von etwa 2 mm und einer maximalen Reichweite von etwa 3 mm bei Zahnmodul 1 ist dies ein erheblicher Vorteil, der für eine weitere Erhöhung der Taktzahl/Pol und damit der Auflösung verwendet werden kann.
Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensors ergeben sich aus der Betrachtung, dass es häufig wünschenswert ist, die Amplitude a genau zu bestimmen, um darüber den Abstand zu einer Geberstruktur (1) zu messen. Diese Messung erfolgt z. B. mit einer Anordnung gem. 2 und der Schaltungsvariante in 6 oder 7.
Mit einem Einschaltvorgang wird abhängig vom Abstand ein Wirbelstrom in die Geberstruktur induziert. Entsprechend der Leitfähigkeit der Geberstruktur (1) wird diese Energie mit der Zeit in Wärme umgesetzt. Erfolgt nun die Messung kurzer Pulse auf den einen Messkondensator (C2.1) und die Messung längerer Pulse auf den anderen (C2.2), so kann der unterschiedliche Abfall des Wirbelstroms und seine Rückwirkung auf das B-Feld der Spule differentiell bestimmt werden und ist bei konstanten Pulsdauern proportional zum Abstand.
Weitere Verfeinerungen mit diesen bimodalen Mehrfachmessungen sind bis zur Bestimmung der Leitfähigkeit des Materials möglich.
Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ergibt sich, wenn man alle Komponenten auf einem einzigen Träger anordnet. Die Lösung der Messaufgabe erfolgt unverändert.
Zudem kann die erfindungsgemäße Schaltung mehrfach ausgeführt werden und beispielsweise einen Indexpuls als absolute Position erkennen oder mit mehreren Kanälen eine absolute Codierung auf der Geberstruktur erkennen, wie beispielsweise einen Gray-Code oder einen rekursiven binären Zufallscode, der es erlaubt die absolute Position nach n Takten auf 2ⁿ-1 Teilungen zu bestimmen. Ebenso kann die erfindungsgemäße Messschaltung eingesetzt werden, um Veränderungen im B-Feld einer Spule zu bestimmen, die anderen Messaufgaben entsprechen, etwa dem Bestimmen der Schichtdicke von elektrisch leitenden Materialien, der Ausbildung von Rissen in Oberflächen oder dem Messen der Leitfähigkeit in organischen und anorganischen Stoffen, sowie der Veränderung der relativen Permeabilität durch Interaktion mit anderen Stoffen und Molekülen.

Claims

Vorrichtung zum induktiven, berührungslosen Messen der Geschwindigkeit und Richtung einer Geberstruktur (1), dadurch gekennzeichnet, A dass zwei Spulen (2.1, 2.2) mit jeweils einer Breite, die etwa dem Zahnmodul M der zu messenden Geberelemente (8) entspricht, in einer Ebene auf einem Träger (5) nebeneinander angeordnet sind, wobei der Abstand ihrer Mittelpunkte etwa dem 1,5 fachen dieses Moduls M entspricht und B die Spulen (2.1, 2.2, bzw. L1, L2) mit jeweils wenigstens einem ohmschen Widerstand (R1, R2) und einem steuerbaren Schaltelement (T1.1, T1.2) in Reihe geschaltet sind und C eine Steuerung S die Ströme durch die Spulen (2.1, 2.2, bzw. L1, L2) zeitgesteuert ein- und ausschaltet und D diese Pulse (S1.1, S1.2) nach einander gleichzeitig und gleichsinnig geschaltet werden oder für jede Spule entgegengesetzt (S2.1, S2.2) geschaltet werden oder zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen oder unterschiedliche Dauer haben und E jede Spule (L1, L2) mit einer Auswerteschaltung zum Messen der induktiven Wechselwirkung mit den Geberelementen (8) elektrisch leitend verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass A die beiden Spulen (2.1, 2.2, bzw. L1, L2) mit allen Windungen auf der Oberfläche des Trägers (5) aufliegen, also planar sind, und B die Spulen durch wenigstens eine weitere Schicht oder solchen Körper (11) aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material bedeckt und mechanisch geschützt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass A die Auswerteschaltung auf dem gleichen Träger (5) angeordnet ist, oder B die Auswerteschaltung nicht auf dem gleichen Träger (5) angeordnet ist und die elektrisch leitenden Verbindungen (4) ein festes Kontaktsystem sind, oder C diese elektrisch leitenden Verbindungen (4) Stecker oder Buchse eines lösbaren Kontaktsystems sind, oder D die elektrisch leitenden Verbindungen über ein flexibles Kabel hergestellt werden.
Vorrichtung nach wenigstem einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geberstruktur A aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, welches durch Geberelemente (8, bzw. A) regelmäßige Strukturen aufweist, oder B mit einem elektrisch leitfähigem Material derart beschichtet ist, oder C aus einem Material mit ferromagnetischen Eigenschaften besteht, welches durch Geberelemente (8, bzw. A) regelmäßige Strukturen aufweist, oder D mit einem ferromagnetischen Material derart beschichtet ist.
Vorrichtung nach wenigstem einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass A die Geberstruktur (1) ein Zahnrad mit axial oder radial periodisch angeordneten Zähnen als Geberelementen (8) ist, oder B die Geberstruktur (1) eine Scheibe mit axial oder radial angebrachten Bohrungen oder Löchern als Geberelementen (8) ist, etwa eine Bremsscheibe bei Automobil oder Motorrad, oder C die Geberstruktur (1) linear ausgeführt ist und eine regelmäßige Anordnung von Zähnen oder Bohrungen als Geberelementen (8) aufweist, etwa eine Zahnstange.
Vorrichtung zum elektronischen Messen der veränderlichen Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld einer Spule und einer Struktur aus elektrisch leitfähigem oder ferromagnetischem Material, dadurch gekennzeichnet, dass A wenigstens zwei Spulen (L1, L2) mit einer Versorgungsspannung gem. 4 verbunden und mit wenigstens einem ohmschen Widerstand (R1, R2) und je einem Schaltelement (T1.1, T1.2) in Reihe geschaltet sind, und B jeweils über einen Koppelkondensator (C1.1, C1.2) mit der einen Elektrode zwischen Spule (L) und Widerstand (R) verbunden sind, sowie über die andere Elektrode die elektrisch leitende Verbindung zur Anode einer Diode (D1) und zur Kathode der Diode (D2) hergestellt wird, und C die Kathode der Diode (D1) mit dem Messkondensator (C2) und die Anode der Diode (D2) mit dem Bezugspotential von Schaltelement (T1) und Messkondensator (C2) elektrisch leitend verbunden ist, und D die Steuerung (S) die Schaltelemente (T1) zeitgesteuert ein- und ausschaltet und mit den Messkondensatoren (C2) und den Dioden (D1) mittelbar oder unmittelbar elektrisch leitend verbunden ist, und E ein Parallelwiderstand (Ry) oder eine Kombination aus Widerstand (Rx) und Schaltelement (T4) zwischen Messkondensator (C2) und Bezugspotential zum Entladen der Messkondensatoren (C2) integriert sein kann, und F die Messung der elektromagnetischen Wechselwirkung über die Differenz der Spannungen (U1, U2) an den Messkondensatoren (C2.1, C2.2) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass A die Differenz der Spannungen (U1, U2) zunächst für eine bestimmte Folge von Ein-Ausschaltvorgängen (S1) der Schalter (T1) bestimmt wird und danach B diese Differenz der Spannungen (U1, U2) dann für eine andere Folge von Ein-Ausschaltvorgängen (S2) der Schalter (T1) bestimmt wird und C diese Pulssequenzen (S) periodisch wiederholt werden und D die Verstärkung und eine Analog-Digital-Wandlung und weitere Auswertung in die Steuerung (S) integriert sein kann.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass A nur eine Spule (L1) gem. 6 eingesetzt wird und B die Elektroden von wenigsten zwei Koppelkondensatoren (C1.1, C1.2) der ansonsten gleichen Messanordnungen zwischen Spule (L) und Widerstand R) elektrisch leitend verbunden werden und C zwischen dem Bezugspotential und den Dioden (D2.1, D2.2) jeweils ein weiteres Schaltelement (T2.1, T2.2) eingefügt wird und D die Steuerung (S) diese Schaltelemente im Zeitablauf steuert, so dass an dem einen Messkondensatoren (C1.1) die Spannung (U1) entsprechend einer Pulsfolge (S1) und an dem anderen (C1.2) die Spannung (U2) für eine zweite Pulsfolge (S2) differentiell gemessen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass A wenigstens eine weitere Spule (L2) der ersten (L1) parallel geschaltet wird und B zwischen Versorgungsspannung und Spule (L) jeweils ein weiteres steuerbares Schaltelement (T3.1, T3.2) elektrisch leitend eingefügt wird und C zwischen Spule (L), Widerstand (R) und Koppelkondensatoren (C1) für jede Spule (L1, L2) eine Diode (D3.1, D3.2) gem. 7 eingefügt wird, so dass D die Spulen von der Steuerung S gemultiplext werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurch Gekennzeichnet, dass A es eine Messanordnungen mit einer oder zwei Spulen (L1, L2) ist, bei der die Energie im elektromagnetischen Feld wenigstens einer Spule (L1) durch Wechselwirkung mit einem mechanisch beweglichen Gegenstand verändert wird oder B diese Veränderung durch eine mechanische Kraft auf ein geeignetes Material hervorgerufen wird und die relative Permeabilität verändert, oder C diese Veränderung durch Einbringen von einem geeigneten Gas oder einer Flüssigkeit in das elektromagnetische Feld wenigsten einer Spule (L1) hervorgerufen wird oder D diese Spulen (L1, L2) den Spulen (2.1, 2.2) in den Anordnungen von Anspruch 1 bis 5 entsprechen.