DE2558956A1

DE2558956A1 - Magnetfeld-messfuehler zur erzeugung eines ausgangssignals

Info

Publication number: DE2558956A1
Application number: DE19752558956
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Makino; Hiroyuki Ookubo
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-12-29
Filing date: 1975-12-29
Publication date: 1976-07-01
Also published as: GB1535197A; NL7515046A; NL191248C; FR2296182A1; DE2558956C2; JPS5927115B2; CA1063207A; NL191248B; US4021728A; JPS5178647A; FR2296182B1

Description

D.PI..IM. H. M₁TSCHERL₁CH °- ·

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN _Φ (089) '296684

Dr. rer. not. W. KÖRBER Dipl.-lng. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE ²^ · ^Jo:'"^1OOr ' '''

SONY CORPORATION
7-35 Kitashinagawa-6
Shinagawa-ku

Tokyo / Japan

Patentanmeldung

Magnetfeld-Meßfühler zur Erzeugung eines Ausgangssignals

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetfeld-Meßfühler zur Erzeugung eines Ausgangssignals und insbesondere auf einen derartigen Meßfühler, der die Nähe eines Teiles abfühlen kann, welches ein Material hoher magnetischer Permeabilität aufweist.

Für viele Verwendungszwecke ist erwünscht, eine Schaltfunktion als die Funktion einer mechanischen Vorrichtung, jedoch ohne Ver-

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uendunq mechanischer Kontakte zu erzeugen, mit welchen die mechanische Vorrichtunq in l/erbindunq kommen muß und welche somit durch die mechanische Vorrichtunn für sich geschlossen uierden. Ein solrher Vorgang kann im allqernEinen durch einen kontaktlasen Schalter erzielt werden. Das heißt, eine Schaltfunktion, uiie z.B. die Betätigung eines elektronischen Schaltelements, kann in Abhängigkeit von der Stellung der hier in Frage stehenden mechanischen Vorrichtunn erhalten werden. Im allgemeinen sind verschiedene Arten knntaktloser Schalter bekannt. Darunter befinden sich lichtelektrische, elektrostatische und magnetisch empfindliche Vorrichtungen, wobei sämtliche Errichtungen verwendet werden können, um eine Schaltfunktion ohne tatsächliche ohysische Verbindung mechanischer Kontakte zu erreichen.

Ein typisches magnetisch empfindliches Schaltelement, welches bisher verwendet worden ist, ist der allgemein bekannte Magnetkopf, welcher im allgemeinen aus elektromagnetischer Wandler für Aufzeichnungs- und üJiedErgabevnrgänge in der Bandaufnahmetechnik verwendet wird. Wenn als achalter verwendet, so wird ein elektrisches Ausgangssignal als eine Funktion eines Magneten erzeugt, welcher neben dem Magnetkopf angeordnet ist. Sobald die Relativstellung des Magnetkopfes und eines magnetischen Poles verändert wird, erzeugt infolgedessen diese l/sränderung der Stellung ein elektrisches Ausgangssignal. Daher kann der Magnetkopf in Abhängigkeit von der entsprechenden Verwendung desselben zur Erzeugung verschiedener Schaltfunktionen verwendet werden.

Die Verwendung des MaqnetkDpfes als Schalter ist jedoch mit verschiedenen Nachteilen verbunden. Ein Nachteil besteht in der verhältnismäßig großen Konstruktion, die verwendet werden muß. Der Magnetkopf erfordert ein elektromagnetisches Spulenelement, einen geeigneten Tragkern und einen Vorspannungssignaloszillatar, damit der Hopf die Gegenwart und Nähe eines außenstehenden Magnetfeldes erfaßt. Für jene Verwendungszwecke, bei welchen der Magnetkopf als kontaktloser Grenzschalter verwendet werden soll, kann ferner ein hochempfindlicher Ausgang nicht erreicht werden, es sei denn,

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- 3 - 2 B 5 B Π 5 8

daß der Kopf sehr nahe an der Quelle des Magnetfeldes angeordnet ist, d.h. sehr nahe am Magnet. Ein derartia sehr enger Abstand begrenzt weitgehend die Verwendung dieses Kopfes für kontaktlüse Schaltanordnungen. Daher findet der Magnetkopf keine weite Verbreitung, wobei er auch nicht überragend erfolgreich bei vielen gewerblichen Verwendungszwecken gewesen ist.

Viele der obigen Nachteile bei Verwendung des Magnetkopfes als Schaltelement sind durch die Verwendung eines Elementes mit magnetischem Widerstand, wie in der US-Parallelanmeldung IMr. 597 DD7 von den Erfindern der vorliegenden Erfindunq offenbart, welche am IB.Juli 1975 eingereicht worden ist, überwunden worden. üJie darin beschrieben, besteht das Element mit magnetischem Widerstand aus einem isolierenden Träger oder Einer isolierenden Unterlage mi,t daran angebrachten senkrechten, in Reihe geschalteten, stromleitenden ferromagnetischen Streifen. Sobald dieses Element ein Magnetfeld, das durch einen in der PJ3he desy Elementes angenrdneten Generators erzeugt wird, abführt, wird ein Ausgangssignal erzeugt, welches eine Funktion der Relativstellungen der Vorderkante und der Hinterkante des oben genannten Magneten, das heißt des Generatormagneten, in Bezug auf das Element, ist. Obwohl diese Vorrichtungen für viele Verwendungszwecke zufriedenstellend ist, ist in manchen Fällen erwünscht, das Element mit magnetischem Widerstand zum Abhören der Nähe eines Teiles zu verwenden, welches selbst nicht ein Magnet ist. Ist jedoch der abzufühlende Teil kein Magnet, kann das erforderliche Magnetfeld, welches erfaßt werden muß, nicht erzeugt werden.

Daher ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines verbesserten Magnetfeld-Meßfühlers zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Abfühlen der Nähe eines magnetisch durchlässigen Teiles.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindunq ist die Schaffung einer verbesserten, magnetisch betätigten Schaltvorrichtung, welche

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die den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile nicht aufmeist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Magnetfeld-Detektors mit einem Element mit elektrischem Widerstand zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Magnetfeld, uiobei jedoch dieses Element keine Feldquelle außerhalb des Detektors erfordert.

Ein weiteres Ziel der vorlie enden Erfindung ist die Schaffung eines kontaktlosen Schalters mit einem Element mit magnetischem Widerstand.

Ein waeiteres Ziel der vorlegenden Erfindung ist die Schaffung eines hochempfindlichen Magnetfeld-Miniaturmeßfühlers, der als kantaktloser Schalter verwendet werden kann.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Erzielung einer Anzeige der Relativstellung eines Teiles, welches aus einem Material hoher Permeabilität gebildet ist.

Einweiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Erfassen der Bewegung und der Richtung dieser Bewegung eines Teiles.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Erzeugung einet kodierten Darstellung der UinkerstelLung eines drehbaren Elementes.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer magnetisch empfindlichen Hartenablesevorrichtung für eine Informationskarte.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung erhellen

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aus der nachfolgenden näheren Beschreibung, und aus den neuartigen Merkmalen, die insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen hervorgehoben werden.

Die vorliegende Erfindung geht von der Tatsache aus, daß der magnetisch widerstandsfähige Detektor der in der Parqllelanmeldung Nr. 597 DD7 offenbarten Art ein Ausgangssignal erzeugt, welches eine Funktion der Stärke und der Richtung eines Magnetfeldes ist, welches sich hindurch erstreckt. Bei der Parallelanmeldung ist die Quelle dieses Magnetfeldes der Generatormagnet, dessen Relativstellung erfaßt tjird. Bei der vorliegenden Erfindung uiird ein Uorspannungsmagnet vorgesehen, der ein Magnetfeld herstellt, welches zur allgemeinen Richtung des Stromes, welcher dem Element mit magnetischem Widerstand zugeführt wird, im wesentlichen senkrecht ist. Dieses sich durch das Element erstreckende Feld auf Grund des Uorspannungsmagneten wird verändert, wenn ein Material hoher magnetischer Permeabilität in der5 IMähe des Feldes liegt: zunächst, weil der Fluß aus dem Uarspannungsmagnet durch das durchlässige Material hindurchgehen kann, und somit eine andere Feldkomponente induziert. Die Richtung des zusammengesetzten Feldes, welche als ein Vektor betrachtet werden kann, der aus dem dem Uarspannungsmagnet zurückzuführenden Feld und dem dem durchlässigen Material zurückzuführenden Feld gebildet ist, ist eine Funktion der Relativstellung des urchlässigen Materials in Bezug auf das Element mit magnetischem Widerstand. Das Element mit magnetischem Widerstand erzeugt ein Ausgangssignal als eine Funktion dieses zusammengesetzten Magnetfeldes.

Ein Gerät ist vorgesehen, um ein Ausgangssignal nach dem Erfassen der IMähe eines Teiles zu erzeugen, welches aus einem Material besteht, das eine verhältnismäßig hohe magnetische Permeabilität aufweist, wobei es ein Element mit magnetischem Widerstand aufweist, welche? einen isolierenden Träger und erste und zweite ferromagnetische Streifen am Träger zur Herstellung einer ersten und einer zweiten Strecke zum Leiten eines Hauptstromes aufweist, die zueinander senkrecht sind, wobei die Streifen in Reihe geschaltet sind, um einen Übergang dazwischen zu bilden. Ferner

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einen Varspannungsmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes in einer Richtung senkrecht zu einer der stromleitenden Strecken, ujobei sich das Magnetfeld durch das Element mit magnetischem Widerstand hindurch erstreckt; souiie einem Teil, das aus einem Material besteht, das eine verhältnismäßig hohe magnetische Permeabilität hat und eine Oberfläche aufweist, die in einer Ebene verläuft, die van dem Element mit magnetischem Widerstand im Abstand angeordnet ist, um das Magnetfeld durch das Element mit magnetischem Widerstand zu verändern, so daß ein Ausgangssignal von dem Übergang, der durch die ferromagnetischen Streifen gebildet ist, abgeleitet uiird.

Die nachfolgende detaillierte Beschreibung ujird am besten verstanden durch die beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen

Fig. 1 Ansicht eines Elementes mit magnetischem Widerstand, welches bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsfarm verwendet warden kann;

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Grundsätze der Betätigung eines Elementes mit magnetischem Widerstand, wie bei der vorliegenden Erfindung angewandt;

Fig.. 3 eine grafische Darstellung des Verhältnisses zwischen einer l/eränderung des Ausgangssignals des Elementes mit magnetischem Widerstand und der Richtung eines daran angelegten Magnetfeldes;

Fig.4 . ein äquivalentes Schaltbild gem. Fig.2;

Fig. 5 eine Ausführungsform des Elements mit magnetischem Widerstand in Kombination mit einem Uorspannungsmagnet, wobei sie zum Abfühlen der Nähe eines magnetisch durchlässigen Materials verwendet werden kann;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Art und Weise, in welcher die in Fig.5 gezeigte Kombination verwendet

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uiird, um Ausgangssignale aus einer Funktion des Magnetfeldes, das sich hindurcherstreckt, verwendet wird;

Fig. 7 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen des Ausgangssignals, das durch das Element mit magnetischem Uliderstand erzeugt ist, und dem zusammengesetzten Magnetfeld, das sich hindurch erstreckt;

Fig. 8 eine schematische Ansicht, welche die Art und Weise zeigt, in welcher das durch das Element mit magnetischem Widerstand erzeugte Ausgangssignal verarbeitet wird, um ein weiteres Ausgangssignal zu erzeugen;

Fig. 9A - 9B

die Art und üJeise, in welcher Ausgangssignale von der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgeleitet werden,

Fig. 1OA-1OB

eine weitere Anordnung, bei welcher ein Ausgangssignal als Funktion der Nähe eines magnetisch durchlässigen Materials erzeugt wird;

Fig.1"¹A und Λ^Λ Β

eine schematische Ansicht der Art und Weise, in welcher die vorliegende Erfindung als kontaktloser Schalter verwendet werden kann;

Fig. 12 und 13

die Art und Weise, in welcher die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, um die Bewegung sowie die auf die Bewegung bezogenen Bedingungen, wie z.B! Länge, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung u.dgl. abzuleiten;

Fig. 14, 15 und 16

die Art und Weise, in welcher die vorliegende Erfindung

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verwendet werden kann, um die Drehung eines Drehteiles abzuleiten, welcher als ein drehbarer Geschwindigkeitsdetektor Verwendung findet, ferner eines Uellenkodierers u.dgl.;

Fig. 17, 18 und 19

die Art und Weise, in welcher die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, um eine kodierte Information von beispielsweise einer Datenkarte abzulesen;

Fig.20 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform und

Fig.21 eine Ausführungsform einer Signalverarbeiturgsvorrichtung, welche bei der Ausführungsfarm gem. Fig.20 Verwendung finden kann.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen, bei welchen gleiche Bezugszeichen verwendet worden sind, und insbesondere auf Fig.1 wird beider nachfolgenden näheren Beschreibung gewisser bevorzugter Ausführungsformen eine schematische Darstellung eines Elementes mit magnetischem Widerstand dargestellt, wobei dieses Element 1 bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Ein dünner Film aus ferromagnetischem Material wird beispielsweise durch herkömmliche Vakuumaufdampfungsmethaden beispielsweise auf einen isolierenden Träger mit einer Tiefe von annähernd 6DD - 1DDD A aufgetragen. Typische Beispiele eines Trägers sind ein Durchziehglas, eine fotografische Trockenplatte oder dgl. Andere geeignete Materialien können ebenso verwendet werden. Dann wird der dünne Film geätzt, um somit die ferromagnetischen Streifen A und B in Zick-Zack- ader Berpentinenform, wie gezeigt, oder in Streifen zusammen mit den Klemmen 5, 7A und 7B zu bilden. Die ferromagnetischen Streifen A und B enthalten eine Vielzahl von Hauptstromleitstrecken 2A und 2B und zugeordnete Verbindungsabschnitte 3A bzw. 3B. Die Hauptstramstrecken 2A und 2B im wesentlichen zueinander senkrecht. Idie aus Fig.1 ersichtlich, können

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die Streifen A Strom vorwiegend in senkrechter Richtung leiten, während die Streifen B vorwiegend in der horizontalen Richtung Strom leiten können. In Wirklichkeit können selbstverständlich auGh andere zueinander senkrechte Stromleitrichtungen verwendet werden. Die letzte Strecke kf\ der Hauptstrombahn 2A ist mit der ersten Strecke itB der Hauptstromleitbahn 2B in Reihe geschaltet. Der durch die letzte Strecke kf\ und die erste Strecke kB gebildete l/erbindungsübergang ist an die Klemme 5 angeschlossen. Die Klemmen 7A und 7B können als Stromspeiseklemmen für das Element mit magnetischem Widerstand dienen, uiobei sie mit den Strecken 2A bziü. 2B durch die Bereiche GA bzui. 6B verbunden sind.

Das Element mit magnetischem Widerstand, d.h. das Element A ist in der Paraqllelanmeldung IMr. kB7 282 näher beschrieben, welche am 10.OuIi 1975 eingereicht und auf den Rechtsnabhfolger der vorliegenden Erfindung übertragen ist. Auch die Verwendung dieses Elements mit magnetischem Widerstand, d.h. des Magnetawiderstandselements zum Erfassen eines Magnetfeldes ist in der Parallelanmeldung Nr. 597 818, die am 21.JuIi 1975 eingereicht morden ist, offenbart. Wie in dieser Anmeldung beschrieben, wird bevorzugt, das Magnetouiderstandselement 1 bwi einem Magnetfeld zu verwenden, uielches eine genügende Intensität hat, um die ferromagnetischen Streifen A und B zu sättigen, um somit einE seöbstbegrenzende Wirkung am Ausgangssignal zu erzielen, wodurch das Ausgangssignal in Bezug auf Veränderungen der Feldstärke im uiEsentlichen unempfindlich ist.

Zurückkehrend auf Fig.2, zeigt diese Figur, daB die Streifen A und B, die schematisch dargestellt sind, in Reihe miteinander elektrisch geschaltet sind. Die Stromspeiseklemmen sind an die entgegengesetzten Enden der Streifen A und B angeschlossen, mährend die Ausgangsklemme 5 mit dem Übergang oder der Verbindungsstelle verbunden ist, die durch die Reihenschaltung der Streifen gebildet ist. Είπε Kraft- bzw. Stromquelle 8 ist zwischen die SpEisEstramklEmmen 7A und 7B geschaltet. Eine Stromspeiseklemme 7B ist an ein Bezugspotential, wie z.B. an Erde, angeschlossen.

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- 1D -

Das SD erhaltene Magnetowiderstandselement bildet eine Meßfühlerschaltung 1 zum Erfassen von Magnetfeldern.

Es sei angenommen, daß ein Magnetfeld H mit einer Stärke,, welche ausreicht, um die Streifen A und B zu sättigen, andie Streifen in einem Winkel θ in Bezug auf die Längsrichtung des Streifens A angelegt ist. Im allgemeinen ist der Widerstand eines gesättigten ferromagnetischen Materials anisotrop. Das heißt, der Widerstand eines derartigen Materials ist größer in der Richtung der Magnetisierung als in der dazu senkrechten Richtung. Demgemäß können die Widerstände P A und ^³B der Streifen A und B durch die l/oight-Thomson-Formel dargestellt werden:

Ce)

_fl =/Οχ sin²B +Pll COS²Q ....... (1)

p _B ^ν°'=/)ι cos"8 +/J,| sin'B (2)

worin P X. der Widerstand der ferramagnetischen Streifen A oder B ist, wenn sie mit einem Magnetfeld gesättigt sind, welches senkrecht zur Längsrichtung der Streifen verläuft, während ß\\ der Widerstand des ferromagnetischen Streifens ist, wenn er mit einem Magnetfeld parallel zur Längsrichtung des Streifens gesättigt wird.

Fig.if zeigt eine equivalente Schaltung des in Fig.2 gezeigten Magnetowiderstandselements. Eine Spannung U (B) an der Ausgangsklemme 5 wird durch Spannungsteilung abgeleitet und durch folgende Formel dargestellt

/0 _B(B)
= .U_n (3)

/O_A

(B) /Ο (B)
B

worin l/_ die Spannung der Stromquelle 8 ist.

Durch Substituierung der Gleichungen (1) und (2) in die Gleichung (3)

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und durch Umarrangierung van Ausdrücken

marin 4/° » P\l~P±ist.

Bei der Gleichung (^) stellt der erste Ausdruck eine Konstantspannung V dar, ujelche die Funktion der Stromquelle (U = D

S S »-III

ist, während der zweite Ausdruck eine Veränderung oder 2 Abweichung von der Konstantspannung darstellt, was dem Einfluß des Magnetfeldes H zurückzuführen ist. Diese Veränderung der Ausgangsspannung ist als AV(B) dargestellt. Falls der Widerstand des ferromagnetischen Streifens A oder B in Abwesenheit des Feldes H ^₀ ist, und falls 2/°₀ = (^/+/⁰J. ist, so kann Av/CQ) als

cos 29 .V_Q (5)

umgeschrieben werden.

Aus der Gleichung (5) ist ersichtlich, daß ÄU(B) ein maxi maler pesitiver oder negativer Wert ist, das heißt, daB der absolute Wert der Veränderung der Ausgangsspannung maximal in lilinki
ist.

Winkeln 8 von 0°, 90°, 180° und 270.° ist, worin cos 20 + 1

Die Gleichung (it) kann wie in Fig.3 gezeigt, grafisch dargestellt werden. Wie ersichtlich, ist der Ausgang V(B) des Magnetowiderstandselements gleich Q , wenn das Magnetfeld H an den

Streifen in einem Winkel B = <+5° angelegt ist. Das heißt Av(B)=O da bei B = 45°, cos 2B = 0. Auch die Ausgangsspannung V(B) ist bei Winkeln 8=0° bzw. 90° Minimum bzw. Maximum.

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Die Art und Weiss, in welcher das Magnetfeld dem in Fig.1 gezeigten MagnetatüiderstandselEmEnt zugeführt wird und oben mathematisch beschrieben uird, ist in Fig.5 gezeigt. Das Magnetowiderstandselement 1 ist mit Einem Magnetfeld H₁ versehen, welches, uiie ersichtlich im wesentlichen senkrecht zur allgemeinen Stromstrecke ist, die sich von der Klemme 7A zur Klemme 7B erstreckt. Das heißt, die Richtung des Feldes 1 ist senkrecht zu einer der Hauptstromstrecken, z.B. der Streifen B. Vorzugsweise ist die Quelle dieses Magnetfeldes H. ein Vorspannungsmagnet 12, auf welchem das Magnetawiderstandselement 1 angeordnet ist, wie beispielsweise durch herkömmlichE Verbindungsmaterialien. Als Beispiel kann eine Siliziumverbindungsmasse odEr sin Gummiblatt vsrwendet werden, um das Element 1 mit dem Vorspannungsmagnet 12 zu verbinden. Die dabei erzielte Kombination wird nachfolgend mit dem Bezugszeichen 1D bezeichnet.

Die Längsabmessung des Vorspannungsmagneten 12 ist größer als die entpsTBchende Bemessung des Elements 1, so daB sich der Magnet über die Grenzen hinaus erstreckt, die durch das Element gebildet sind, wie dargestellt. Um das Magnetfeld t-L in der dargestellten Richtung zu erhalten, wird der Vorspannungsmagnet in der Richtung seiner Längsdimension magnetisiert. Falls die Fußlinien angenommenErwEise sich von dem Mordpol (N) zum Südpol (S) des Vorspannungsmagneten 12 erstrecken, so erstrecken sich diese Linien (und somit das Magnetfeld H.) durch das Element 1 hindurch, parallel zum besagten Träger.

Falls ein Material einer hohen magnetischen Permeabilität innerhalb der Umgebung der Kombination Ό vorgesehen ist, so daß der Fuß aus dem Vorspannungsmagnet durch das Material gestört bzw. aufgefangen wird, so wird der Fuß sich durch das Material hindurch erstrecken und die absolute Richtung des Magnetfeldes wesentlich beeinflussen, welches sich durch das Magnetowiderstandselement hindurch erstreckt. Diese Erscheinung ist Fig.6 dargestellt, worin

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ein Glied 13, das aus einem Material mit einer verhältnismäßig hohen magnetischen Permeabilität gebildet ist, wie z.B. aus Weicheisen, in der Nähe der Kombination 10 liegt. Das durch den Uorspannungsmagneten 12 erzeugte Magnetfeld induziert ein Magnetfeld H„ in das Glied 13. Somit idird eine Strecke für den MagnetfuB von dem IMorspol (N) des Uarspannungsmagneten durch zumindest einen Teil des Gliedes 13 und dann durch die Umgebungsatmosphäre (wie z.B. Luft) zum Südpol (S) des Uorspannungsmagneten hergestellt. Falls die Ebene des Gliedes 13 im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Uorspannungsmagneten 12 (und somit senkrecht zum Feld H₁) verläuft, so verläuft dann das induzierte Feld H„ im wesentlichen senkrecht zum Feld H₁. Infolgedessen hat das resultierende Feld H„, welches sich nun durch das Magnetwiderstandselement hindurch erstreckt, eine Kampanente H₁ sowie eine Komponente H„ , welche mit der Resultierenden H vektorial kombiniert sind. Das resultierende Feld H weist

einen Winkel B in Bezug auf die ^-Komponente auf. Das heißt, die Richtung des erhaltenen Feldes ist von der Richtung des Uorspannungsfeldes winkelig verlegt oder versetzt, welches in der Abwesenehit des Gliedes 13 vorhanden ist. Das resultierende Feld H„ und seine Richtung B durch das MagnetDüiiderstandselement ist eine Funktion der Nähe oder Annäherung und der Permeabilität des Gliedes 13, sowie die Strecke d zwischen dem Glied und dem Magnetoiiiiderstandselement.

Angenommen, daß das Glied 13 in der Richtung χ beweglich ist, und daß die am weitesten links liegende Kante sowie die am weitesten rechts liegende Kante des Gliedes in diesem Fall die Uorder- bzw. die Hinterkante sind, so wird dann, wenn das Glied in der x-Richtung bewegt wird, das Magnetawiderstandselement ein Signal an der Ausgangsklemme 5 erzeugen, welches eine Reak ion der Relativstellungen der Uorder- bzw. Hinterkanten des Gliedes 13 in Bezug auf das Magnetawiderstandselement ist. Dieses Ausgangssignal ist in Übereinstimmung mit den obigen Gleichungen (h) und (5).

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- Iff -

Das Verhältnis zuischen dsm Ausgangssignal, das durch das MagnetaüjiderstandselemEnt erzEugt ist, und dsm Magnetfeld, das dabei erfaßt wird, ist in Fig.7 grafisch dargestsllt. Der Punkt H. ist dis IntEnsität ader StärkE des Feldss, welche ausreicht, um die ferramagnetischen Streifen des Magnetoujiderstandselements zu sättigen. Bei einem Beispiel ist diese Feldstärke gleich 50 De. Die obere Kurve j3 stallt die Veränderung Lautstärkeumfangs des Ausgangssignals dar, uie ausschlieBlich dem Feld H„

zurückzuführen ist, das zur allgemeine Stromspeisestrecke parallel ist, die sich zwischen den Klemmen 7A und 7B erstreckt. Die untsre Kurve b_ stellt die Änderung des Lautstärkeumfangs des Ausgangssignals infolge ausschließlich des Feldes H₁, das senkrecht zur allgemeinen Stromspeisestrecke ist. Falls zunächst angenommen wird, daß das Glied 13 sich ziemlich weit von der Kombination 1D befindet, so uiird das Feld H„ im Vergleich zum senkrechten Feld H₁, das durch den Uorspannungsmagneten erzeugt ist, unbeachtlich. Daher hat der Vektor H_n des zusammengesetzten Feldes einen Winkel won B =0°. Falls.das Feld H ausreicht, um das Magnetouiderstandselement zu sättigen, so wird diE Ausgangsspannung A
liegen.

nung A \1_UA , wie gezeigt, an dem Punkt P der Kurve in Fig. 7 ΗΊ

Denn nun das Glied 13 in der +x-Richtung bewegt wird, wie in Fig.G gezeigt, bis die Vorderkante des Gliedes mit dem Magnetowiderstandselement fluchtet, so geht die Veränderung Λ V₀ in dem Ausgangssignal entlang der Kurve C in Richtung auf den Punkt Q vor. Die Kurve C , wie ersichtlich, ist eine Asymptote über den Punkt Q hinaus, ähnlich und wie durch die gestrichelte Linie gezeigt, erstreckt sich theoretisch weiter, falls das Feld H„ das Feld H₁ überschreiten könnte. Dies passiert jedoch selbstverständlich nicht, weil das Feld H^ in das Glied 13 durch das Feld H₁ induziert ist.

Bezugnehmend nun auf Fig.8, zeigt diese Figur ein schematisches Schaltbild, ujDbei ein Ausgangssignal e erzeugt uird, wenn die

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Kombination 10 als DEtektor zum Erfassen der Linearbewegung dES GlisdEs 13 verwendet wird. In Reihe geschaltete tdiderständs R. und R-, sind mit dsn Stromspeiseklemmen 7A und 7B des MagnEtoiüidErstandsElEmEntES 1 vsrbundEn, um somit είπε Brückenschaltung mit BrücksnausgangsklEmmEn 5 und 5' zu bilden. Diese BrückEnschaltung uiird durch die Stromquelle B erregt, ujElchE einE Vorspannung V_n zuführt.

Die BrückEnausgangsklemmen 5 und 5' sind an die Eingangsklemmen, eines Differentialverstärkers 1^ angeschlossen, dessen Ausgangsklemme mit dem Schaltungsausgang 15 verbunden ist, von welchem das Ausgangssignal e abgeleitet wird. Der Differentialverstärker ist herkömmlich und kann einen ArbeitsverstMrker mit einer Positiveingangsklemme, die mit dsr BrückenausgangsklEmme 5¹ verbunden ist, sowie eine Negativeingangsklemme aufweisen, welche mit der Brückenausgangsklemme 5 verbunden ist. Falls gewünscht, können selbstverständlich diese EingangsklemmenvErbindungen mit dem Differentialverstärker umgekehrt vorgesehen werden.

Das Gleichgewicht der dargestellten Brückenschaltung wird durch die Verstellung des Widerstandes R„ erzielt, der dementsprechend einen PotentiometEr, Einen Rhsostatsn od.dgl. aufweisen kann.

Es sei nun angenommen, daß das Magnetowiderstandselement imstande ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, welchEs eine Funktion der Stellungsbeziehung ader der Relativstellung zwischen dem Glied und dem Detektor 10 ist. Dieses stellungsmäßig bezog8nes Ausgangssignal kann aus V(x) dargestellt werden. Dieses Signal U(x) ist dem Signal /^ \/(θ) der obigen Gleichung (5) analog. Demgemäß ist ersichtlich, daß das an die Ausgangsklemme 5 des Magnetowiderstandselements angelegte Ausgangssignal e„ aus: e„ = ¹/^2Un ⁺ ^^^x^· ^aus~ gedrückt werden kann. Das an der Brückenausgangsklemme 5' erscheinende Ausgangssignal e.. ist aus e,. = "1/2U--. gleich erkannt worden.

Der Differentialverstärker I** fungiert, um das Signal e„ van dem Signal e,. zu subtrahieren und um dieses Differenzsignal auf geeig-

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riete UeisE zu verstärken. Daher wird gesehen, daß dann, wenn angenommen wird, dass der Differentialverstärker 1^ einen Spannungsverstärkungsfaktor oder eine Spannungsverstärkung -L. hat, wird das Ausgangssignal, das an die Klemme 15 zugeführt uird, gleich:

e = tC (e„ - e_o) = <£■ V(x). Somit ist das durch die dargestellte ο \ d

Schaltuno erzeugte Ausgangssignal e eine direkte Darstellung der stellungsmäßigen Beziehung oder des Stellungsverhältnisses zwischen dem Detektor 10 und dem Glied 13. Die Relativbewegung dazwischen führt zu einer entsprechenden Veränderung des Ausgangssignals e . Wie bald zu sehen sein wird, wird vei vielen VerwendungsztJEcken bevorzugt, daß der Detektor 10 stationär verbleibt.

Die in Fig.B gezeigte Schaltung zur Erzeugung des Ausgangssignals e ist nur zur Veranschaulichung gezeigt, wogegen verschiedene Abwandlungen und Alternativlösungen Verwendung finden können. So können z.B. Rückkopplungsschaltungen zusammen mit dem Differentialverstärker vorgesehen werden, um die gewünschte Signalverstärkung herzustellen.

Bezug wird nun auf die Fig.9A und 9 B genommen, welche das Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal e , das durch die Ausführungsform nach Fig.B erzeugt ist, und der Stellung des Gliedes 13 in Bezug auf den Detektor 10 zeigen. In den Fig. 9A und 9B sollangenommen werden, daß das Glied 13 so bemessen ist, daß es eine Länge L in der x-Richtung hat, sowie eine Breite oder UJeite Id und eine Dicke ader Stärke D hat. Es sei auch angenommen, daß das Glied 13 aus Weicheisen besteht und daß seine Oberfläche, die am nächsten zum Detektor 10 liegt, in einer Ebene vorgesehen ist, welche von dem Detektor um die Distanz D in Abstand liegt. Es sei ferner angenommen, daß der Vorspannungsmagnet aus einer CuNiFe-Legierung mit einer Länge 1, einer Höhe w und einer Dicke t gebildet ist, mährend das Magnetowiderstandselement eine Länge w_ hat und die Dicke des Dicke des Trägers t_? ist.

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Wie gezeigt, und wie in Fig.9B dargestellt, hat das Ausgangssignal e folgenden Parameter:

1 = 3mm

L = ifOmm

IJ s= 6mm

T = 6mm

UJ₁ = 2mm

w„ = 1mm

t. s= 0,5mm t„ = 0,7mm d = 2mm, 1,5mm, 1mm, D,5mm

üJie gezeigt, wird der Vorspannungsmagnet in der Richtung seiner Länge 1 magnetisiert, wobei bei dieser Ausführungsform angenommen uiird, daß die N-Palstirnflache näher am Glied 13 liegt, mährend die S-Polstirnfläche am entgegengesetzten Ende des Uorspannungsmagneten liegt. Es ist daher ersichtlich, daß das Magnetfeld H-aus der I\l-Polstirnfläche ausgeht und in Richtung auf die S-PaI-stirnfliche gerichtet ist. Die Hauptkamponente dieses Feldes ist senkrefht zur allgemeinen StrDmspeisestrecke zum Magnetowiderstandselement und parallel zum Träger.

Es sei nun angenommen, daß zunächst das Glied 13, obujahl uam Detektor 10 um die Distanz d in Abstand angeordnet, sehr weit nach rechts vom Detektor liegt. Somit kann die Distanz χ als unendlich betrachtet uierden. Bei dieser Distanz ist die induzierte Feldkomp nente H im wesentlichen gleich Null. Daher ist der Winkel θ Null, während die Komponente V(x) aus gleich Null angenommen werden kann. Das Ausgangssignal aus dem Magnetowiderstandselement liegt am Punkt P gem. Fig.7, wenn das ".Element gesättigt ist. Wenn das Glied 13 näher zum Detektor 10 in der x-Richtunc] bewegt wird, wird ein Teil der durch den üorspannungsmagneten erzeugte Fluß bald durch das Glied abgefangen bzw. geschnitten, womit die Feld-

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komponente H„ induziert wird. Wenn das Glied 13 noch näher zum Detektor 10 bewegt wird, steigt oder vergrößert sich das induzierte Feld H , wobei sich auch der Dinkel B auf Grund der Vektoraddition des Vorspannungsfeldes H. und des induzierten Feldes H„ vergrößert. Dies beuiirkt, daß das Ausgangssignal e_n (das, wie angenommen, bei der in Fig. fl gezeigten Ausführungsform negative Polarität hat) in absoluter Größe vergrößert wird.

Gem. Fig.9 ^fstellt> die Abscisse die Länge dar, während der Anfangspunkt oder Ursprung für den Fall festgelegt ist, in welchem die Vorderkante 13 b^ des Gliedes 13 im Ort des Detektors 1D ausgerichtet ist. Die weitere Bewegung des Gliedes in der x-Richtung bewirkt, daß das induzierte Feld H_ sich entsprechend vergrößert, bis ein Punkt erreicht wird, bei welchem kein weiterer Fluß durch das Glied aufgefangen wird, und zwar ungeachtet sogar einer weiteren Bewegung desselben. Zu diesem Zeitpunkt ist das induzierte Feld H„ im wesentlichen konstant, obwohl das Glied 13 sich weiterhin in der x-Richtung bewegt. Das lUsgangssignal e , welches erzeugt wurde, wenn das Feld H„ konstant ist, ist zwischen +20DmV und -50OmV, je nach der Distanz d zwischen dem Glied 13 und dem Detektor 10. Idle jedoch ersichtlich, sind die Formen der verschiedeen Kurven, die für die verschiedenen Distanzen d vorgesehen sind, im wesentlichen gleich ader ähnlich.

Wenn sich das Glied weiterhin in der x-Richtung bewegt, wird ein Teil des Flusses, der durch den Vorspannungsmagnet erzeugt wurde und der zuvor durch das Glied aufgefangen worden ist, nicht mehr so aufgefangen. Dies reduziert die Größe des induzierten Feldes H„, was in einer Veränderung des Ausgangssignals e , wie gezeigt, resultiert. Der Einfluß des Ausgangssignals auf Grund der Feldkomponente H„ verringert sich weiterhin, sogar über den Punkt hinaus, bei welchem die Hinterkante 13a_ des Gliedes über den Ort des Detektors 10 hinaus kommt.(Gezeigt bei der 40mm-Marke der Abscisse in Fig.9B) Bis die induzierte Feldkomponente H„ im we-

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sentlichen reduziert uiird. Das Ausgangssignal ε ist dann für

Einstellung das Gliedes 13 sehr weit nach links vqm Detektor 1D im üJESEntlichen gleich, wie für diE zunächst anganommEne Einstsllung des Gliedes ξεπγ uiEit nach rschts vom Detektor.

Es ist Ersichtlich, daß das Ausgangssignal ε mit dan in Fig.9B gezeigten Kurven als ein Zeichen oder eine Anzsige für diE Nähe oder Annäherung d8S GliedES 13 zum DEt8ktor 10 verwendet UErden kann. Darüber hinaus könnEn diese dargestElltsn charakteristischen Kurven oder Kennlinien als eine Schaltfunktian bei einem kontaktlqsen Schalter verwendet werden.

Die grafischen DarstEllung8n gem. Fig.9B zeigen, daß der maximale Spitzenliiert der l/eränderung des Ausgangssignals ε eine verhältnismäßig negative Polarität zeigt. Da dieses Ausgangssignal ε jedoch durch den in Fig.8 gez8igten DiffErsntialverstärker erzeugt ist, der wiederum mit den Ausgangssignalen e. und e„ geso8ist wird, üle durch die BrückEnschaltung ETZEugt wsrdEn, ist 8rkEnntlich, daß der maximale Spitzenwert des Ausgangssignals ε die entgegengesetztE Polarität (z.B. Eins vErhältnismäßig ρ sitive Polarität) aufweisen kann, falls die Differentialverstärkereingangsklemmen, welchen die Brückenschaltungsausgangsignale zugefü rt werden, untereinander ausgewechselt werden. Das heißt, in Bezug auf die Schaltung gsm. Fig.8 wird dann, wsnn das Brückenausgangssignal ε der Differentialverstärkernegativeingangsklemme zugeführt wird und dann, wenn das Brückenausgangssignal e„ der Positiveingangsklemme zugeführt wird, das in Fig.9B gezeigte Differ8ntialverstärkerausgangssignal e umgekehrt werden.

Ein weiteres Beispiel für die Uerw8ndung des Detektors 10 als Annäherungsdetektor ist in Fig.10A gezeigt, wobei die charakteristischen Kurven oder Kennlinien für dieses Beispiel der in Fig. 10B gezeigt8n Art sind. Der Uorspannungsmagnet bei diesem Beispi8l kann aus Bariumfarrit bestehen. Die Dimensionsparameter

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dEs DstEktors sind dieselben wie jene, die für das in Fig.9A gezeigte Beispiel angenommen werden. Das Glied 13, dessen Annäherung oder IMähe vom Detektar 10 abgefühlt wird, ist hier zylinderförmig mit einem Durchmesser D und einer Länge L. Wie bei dem Beispiel gem. Fig. 9A ist das Glied 13 aus Weicheisen oder Flußeisen hergestellt, uährend seine AuBenoberflächE vom Detektor um die Distanz D in Abstand liegt. Während das Glied nach Fig.9A in der x-Richtung Entlang seiner Längsachse bewegt wird, wird dagegen das Glied 13 nach Fig.iGA in der x-Richtung senkrecht zu seiner Längsachse bewegt.

Wenn das Glied 13 bewegt wird, um vor den Detektar 10 zu kämmen, das heißt, wenn es vor der (Mordpolstirnfläche (IM) des Vorspannungsmagneten und an dieser Oberfläche kommt, so ist das resultierende Ausgangssignal e , das von dem Magnetowiderstandselement abgeleitet uiird, auf die IMähe oder Annäherung des Gliedes bezogen, wie durch die Kennlinien der Fig.10 B für die Bedingungen gezeigt, bei welchen d gleich 0,5mm bzui. 0,8mm ist. Infolge derzylindrischen Form des Gliedes 13 ist kein Bereich eines Hanstantfeldes vorhanden, das in das Glied induziert werden könnte, wie auch für die in den Fig.9A-9B gezeigte rechteckige Form der Fall uiar. Es ist in Fig.10B dargestellt, welche zeigt, daß ein maximaler Spitzenwert der Ausgangsspannung erhalten wird, wenn das Glied in der Richtung χ bewegt wird, bis ein Durchmesser mit dem Detektor 10 fluchtet oder ausgerichtet ist. Es is ersichtlich, daß der Ursprung oder Anfangspunkt der Kurven der Fig.10B so ausgewählt ist, daß er dieser Ausrichtung entspricht, bei welcher das magnetisch durchlässige Material am nächsten zum Detektor liegt. Somit wird der durch den l/orspannungsmagneten erzeugte maximale Fluß durch den zylindrischen Teil gem.Fig.10A nur dann aufgefangen, wenn die Längsachse des Gliedes mit dem Detektor fluchtet, wogegen der maximale Fluß durch ein Glied mit einsr Planaroberfläche (gem.Fig.9A) über eine wesEntliche Länge des Gliedes aufgefangen wird. Dies wird durfh die Kurven der Fig.10B bzw. 9B dargestellt.

Eine Besichtigung der Kurven der Fig.9B und 10B zeigt, daß die

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Dimension oder Bemessung des Gliedes 13 vorzugsweise parallel zur x-Richtung ist, das heißt, die Richtung entlann welcher es sich bewegt, größer als die Gesamtdicke des Detektors 10 ist. Falls die Bemessung oder Dimension des Gliedes in derselben Größenordnung wie die Dicke des Detektors liegt, so wird weniger Fluß durch das Glied aufgefangen und somit das Feld H₁ infolge des Vorspannungsmagneten nicht bedeutsam beeinflußt. Infolgedessen wird der LJinkel B, uiie in Fig.6 gezeigt, klein, da das induzierte Feld I-L klein ist, während' die Empfindlichkeit des Detektors nicht voll ausgewertet ist. Falls die Ebene des Magnetowiderstandselement parallel zur Längsdimension des Gliedes 13 ist, z.B. dann, wenn die Ebene des Elements parallel zur Stirnfläche des Gliedes gem. Fig.9A ist, wird auch der Einfluß des Feldes H. , das sich durch das Element hindurch erstreckt, durch das durchlässige Material des Gliedes, nicht sehr groß sein. Dies reduziert ebenso die Empfindlichkeit des Detektors. Obwohl diese Konfigurationen operativ sind, sind die demgemäß bei vielen Verwendungszwecken nicht bevorzugt.

Nun wird die Verwendung des Detektors 1D in Kombination mit dem Glied 13 zur entsprechenden Durchführung drr Funktion eines kontaktlasen Schalters unter Bezugnahme auf die Fig.11A und 11B beschrieben. Wie in Fig.11A gezeigt, kann die Konfiguration zwischen dem Detektor und dem Glied, das aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität hergestellt ist, derart sein, wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig.6 beschrieben wurde. Der Ausgang des Magnetowiderstandselements ist an einen Differentialverstärker 16 angeschlossen, welcher beispielsweise auch die Brückenschaltungswiderstände R. und R„ enthalten kann. Der Ausgang des Differentialverstärkers wird durch eine LJellenformungsschaltung und einen zusätzlichen Verstärker 18 einer Betätigungsvorrichtung 19 zugeführt. Eine "Stromquelle 8 ist, wie gezeigt, mit sämtlichen Schaltungselementen zum Zwecke der Erregung derselben, verbunden.

Die Betätigungsvorrichtung 19 weisut vorzugsweise eine Anzeigeschal-

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tung zum Zwecke der Anzeige der Stellungsbeziehung ader des Stellungsverhältnisses zwischen dem Glied 13 und dem Detektor 1D auf. Als ein Beispiel dafür, kann die Anzeigeschaltung 19 ein Relais aufweisen.

Im Arbeitszustand, wenn sich das Glied 13 entlang einer Strecke am Detektor 10 vorbei linear bewegt, wie z.B. in den Fig.6, B oder 9A gezeigt, wird das durch das Magnetowiderstandselement erzeugte Signal dem Differentialverstärker 16 zugeführt, uo das Ausgangssignal e erzeugt wird. Zweckmäßigerweise ist das Ausgangssignal e in Fig. 11B grafisch dargestellt. Das Ausgangssignal e wird der Wellenformungsschaltung zugeführt, welche vorzugsweise einen Schwellenwertdetektor aufweist. Jeder beliebige herkömmliche Schwellenwertdetektor kann verwendet werden, wie z.B. eine Schmitt-Triggerschaltung od.dgl., so daß dann, wenn der Pegel des Ausgangssignals β den vorbestimmten Schiijellenwertpegel überquert, wie durch die gestrichelten Linien in Fig.HB gezeigt, ein Ausgangsimpuls erzeugt wird. Dieser Ausgangsimpuls p_ wird durch den Verstärker 18 weiter verstärkt und dann an das Relais 19 angelegt. Bei diesem Beispiel wird der positive Übergang des Ausgangsimpulses B verwendet, um das Relais 19 einzuschalten, während der negative Übergang des Ausgangsimpulses verwendet wird, um das Relais auszuschalten. Falls gewünscht, kann durchaus das Relais so gewählt werden, daß es dabei in Abhängigkeit von Einem negativen Übergang erregt und in Abhängigkeit von einem positiven Übergang aberregt wird. In diesem Fall wird der Impuls p_, wis in Fig.HB gezeigt, umgekehrt.

Wie ersichtlich, kann die selektive Betätigung des Relais 19 verwendet werdEn, um sine beliebige geeignete Schaltfunktion zu erzielen. Die Schaltungsanordnung nach F g.11A fungiert daher als kontaktloser Schalter, wodurch die Schaltfunktion ohne den tatsächlicnen physischen Kontakt der Schaltkantakte durch beispielsweise ein mechanisches Element erzielt wird.

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Eine andere Anwendung der vorliegenden Erfindung ist in Fig.12 dargestellt. Bei diesem Verwendungszweck fungiert der Detektor 10 in Kombination mit einem Streifen aus einem Material einer verhältnismäßig hohen magnetischen Permeabilität und mit gleichmäßig in Abstand voneinander vorgesehenen Bereichen aus nicht-

magnetischem Material, wie z.B. Löcher, als ein Geschwindigkeitsdetektor, ein Längendetektor oder dgl. Der Steifen 20 kann aus Weicheisen oder Permalloy gebildet sein und auch dabei geeignet sein, sich in der +x - Richtung, wie angezeigt, zu bewegen. Der Streifen kann mit einer anderen Vorrichtung verbunden, an dieser Uorrichtung angeordnet oder durch diese Uorrichtung angetrieben sein, deren Bewegung ermittelt werden soll. Die Bereiche nichtmagnetischen Materials, wie z.B. die Löscher 21, die im Streifen 20 vorgesehen sind, haben vorzugsweise eine rechteckige oder quadratische Form und können durch herkömmliche Methoden, wie z.B. Stanzen, Lichtätzen u.dgl. gebildet werden. LJie gezeigt sind die Löcher oder Ausnehmungen 21 entlang der Länge des Streifens 20 gleichmäßig in Abstand voneinander vorgesehen und auch periodisch, um somit eine Periode .< zu bilden. Benachbarte Löcher sind durch einen magnetisch durchlässigen Werkstoff mit einer Breite oder LJeite m getrennt.

Der Detektor 10 ist vom Streifen 20 um die Distanz d im Abstand vorgesehen. Wenn der Streifen in der Längsrichtung bewegt wird, kommen magnetisch durchlässiges Material und Löcher abwechselnd vor den Detektor. Nun soll berücksichtigt werden, daß dann, wenn die Mittelachse einer Weiten- oder Breitendimension von Matrial m mit dem Detektor 10 fluchtet, Maximalfluß aufgefangen wird, und somit ein Feld H„ maximaler Stärke zu induzieren. Umgekehrt, wenn die Mittelachse einer Öffnung 21 mit dem Detektor fluchtet, wird Maximalfluß durch den magnetisch durchlässigen Streifen aufgefangen, um somit ein Feld H_ minimaler Stärke zu induzieren. Während sich somit das induzierte Feld H„ mit der Bewegung des Streifens ändert, ändert sich auch daa Ausgangssignal, das von dem Magnetowiderstandselement abgeleitet ist. Falls diesses Ausgangssignal der in Fig.8 gezeigten Schaltung oder der in Fig11A

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gezRigten Schaltung zugeführt uird, wird eine Folge oder ein Zug van Ausganqsimpulsen erzeugt, die eine Frequenz haben, welche der Öffnungsperiode A und der Geschwindigkeit der Bewegung des Streifens 20 propartinnal ist. Jeder Impuls stellt einen Zuwachs der Bewegung des Streifens dar, während die Gesamtanzahl der Impulse, die erzeugt werden die Distanz darstellt, in welcher der Streifen versetzt oder verschoben wird. Diese Anzahl kann aus einer Anzeige für die Streifenlänge verwendet werden. Auch die Flußfrequenz kann als Anzeige der Streifengeschwindigkeit verwendet werden.

Falls gewünscht, können die Ausgangsimpulse einer weiteren Vorrichtung zugeführt werden, wie z.B. einem Computer, einem Zählergerät, einem Frequenzdetektor oder einem anderen Impulssignalverarbeitungsgerät.

Obwohl die in Fig.10 gezeigte Ausführungsform verwendet werden! kann, um die Länge oder die Geschwindigkeit der Bewegung des Streifens 20 zu bestimmen, zeigen die Ausgangsimpulse selbst nicht an, ob der Streifen in der +x-Richtung oder in der -x-Richtung bewegt worden ist. Durch das Vorsehen einer anderen Reihe oder Spur van Bereichen aus nichtmagnetischen Material oder Löcher, wie in Fig.13 gezeigt, kann die Richtung der Streifenbewegung bestimmt werden. Diese zweite Reihe T„ aus .Öffnungen ist von der ersten Reihe T₁ durch beispielsweise ein Viertel der Periode von im Abstand voneinander liegenden Löcher oder Öffnungen oder j/k versetzt. Wechselweise kann diese Versetzungs /\ /8 sein. Falls nun einzelne Detektoren für die betreffenden Reihen ader Spuren T. und T„ vorgesehen sind, wird ein Detektor ein Ausgangssignal in Phasenvoreil- oder Nacheilverhältnis in Bezug auf den anderen Detektor erzeugen. Das heißt, dann, wenn der Streifen in der -x-Richtung bewegt wird und falls die Löcher oder Öffnungen in den beiden Reihen gleiche Weite Dder Breite und gleichen Abstand haben, werden die Ausgangsimpulse, welche von den entsprechenden Detektoren abgeleitet werden, gleiche Frequenzen und IMutzungsfaktoren haben, weil durch die Phase der Impulse, die erzeugt werden, indem die Reihe 10. abgefühlt wird, die Impulse führen wird, die

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durch das Abfühlen der Reihe J erzeugt werden. Umgekehrt, wenn der Streifen in der +x-Richtung bewegt wird, wird die Phase der Impulse, die erzeugt werden, indem die Reihe T~ abgefühlt wird, die Impulse führen, die erzeugt werden, indem die Reihe T^ abgefühlt wird. Geeignete Öffnungen können mit den Detektoren verbunden werden, um diese Richtungsinformation auszuwerten.

Die in Fig.12 dargestellte Ausführungsfarm zum Erfassen einer linearen Bewegung und linearen Geschwindigkeit kann abgewandelt werden, um eine LJinkelbewegung und Winkelgeschwindigkeit zu erfassen. Dies ist in Fig.14 dargestellt, worin eine Scheibe 23 aus einem magnetisch durchlässigen Material auf einer üJelle 22 vorgesehen und für eine Drehbewegung bestimmt ist.Bereiche aus nichtmagnetischem Werkstoff, wie z.B. die Öffnungen 21, sind am Kreisumfang herum um die Scheibe vorgesehen und gleichmäßig im Abstand voneinander angeordnet, um die Periode Λ zu bestimmen; benachbarte Öffnungen sind dabei durch eine Weite oder Breite m aus durchlässigem Material getrennt. Falls ein (nicht gezeigter) Detektor 10 oberhalb oder unterhalb der Scheibe 23 neben der Kreisumfangsbahn der Öffnungen 21 vorgesehen wird, können Ausgangsimpulse von dem Detektor mit einer Frequenz abgeleitet werden, welche Λ und der Drehgeschwindigkeit der Scheibe proportional sind. Somit wird ähnlich wie im Falle des Linearbewegungsdetektor nach Fig.12 ein Wimkelbewegungsdetektor erhalten. Dieser Winkelbewegungsdetektor kann als Wellenkodierer ader, wenn gewünscht, für andere Zwecke verwendet werden.

Eine Abänderung des Winelbewegungsdetektors gem.Fig.14 zur Bestimmung der Richtung der Drehung ist in Fig.15 gezeigt. Bei dieser abgewandelten Ausführungsfarm sind zwei Spuren oder Reihen T₁ und T„ aus versetzten Bereichen aus nicgtmagnetischem Material oder aus Öffnungen vorgesehen. Da diese Ausführungsfarm der zuvor beschriebenen AusführungsfDrm gem. Fig.13 ähnlich ist, ist keine nähere Beschreibung derselben erforderlich. Der Durchschnttsfachmann erkennt ohne weiteres, wie eine Richtungsinformaticn von

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dieser hier dargestellten Ausführungsfarm erhalten uiird.

Eins weitere Ausführungsfarm Eines idinkelbewEgungdetektors ist in Fig. 16 gezsigt, wobei er eins Scheibe ader einen Ring 25 aufweist, der auf einer üJelle 22 gelagert und drehbar angeordnet ist. Die Scheibe ader der Rinn ist mit in Abstand voneinander angeordneten Zähnen 26 versehen, welche eine Psriode Λ bilden» Die Zähne bestBhen aus einem hachdurchlässigen Material mit βϊπεγ Ueite oder BreitB m. Es ist ersichtlich, daß die Scheibe oder der Ring aus durchlässigem Material gebildet werden kann, während die Zähne ausgestanzt sind. LJechselueisB kann die Scheibe aus einem unterschiedlichen Material bestehEn, während die Zähne dem Hreisumfang der Scheibe zusätzlich zugegeben werden können. Bei jeder der Ausführungsformen wird die üJinkelbewegung der Zähne durch die Vorsehung eines DstEktors oberhalb (oder unterhalb) dar EbsnE der Scheibe neben der Kreisumfangsspur abgefühlt, die durch die Zähne begrenzt bzw, ge/fbildet ist. Eb ist ersichtlich, daß dies dem liiinkelbewegungsdetektor ähnlich ist, welcher oben unter Bszugnahms auf Fig.1^ beschrieben wurde. Eine andere Ausführungsfarm ist der (nicht gezeigte)

Detektor won der Kreisumfangsbegrenzung, die für die Zähne gebildet ist, in Abstand angeordnet und dieser Grenze zugewandt, ähnlich dem Fall des Bewegungsdetektors, der zuvor mit Bezug auf Fig.12 beschrieben wurde. Da der UinkBlbewegungsdetektor, der von der in Fig.16 gezeigten Ausführungsfarm sein kann, in seiner Arbeitswsise den zuvor beschriebEnEn Ausführungsfarmen van BewegungsdEtsktoren ähnlich ist, erfordart eine entsnrechends Usrständigung desselbsn ksine weitere Beschreibung.

Eine WeItBTB U rwsndung der vorliegenden Erfindung ist in Fig.17 dargestellt. Wie dort gezeigt, ist Eine Matrixanordnunq 1D £ aus Detektoren auf einer geeigneten Stütze 28, vorzugsweiss aus nichtmagnetischem Material, vorgesehen. Jeder Detektor, der in der Anordnung enthalten ist, bestsht aus EinEm MagnetowidErstandsBlEmEnt 1, das an ßinsm Uorspannungsmagnaten 12 angeschlossen ist. Diese Anard-

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nung, die als eine Linearmatrix dargestellt ist, kann selective Informationsbits ablesen, die durch eine Anordnung von Gliedern 13 aus hochdurchlässigem Material dargestellt sind und auf einer geeigneten Stütze 27 selectiv angeordnet sind. Als ein Beispiel dafür kann die Stütze 27 eine Informationskarte aufweisen, während die Glieder 13 in Säulen (oder Reiehen) T., T„, ... T₅ selectiv angeordnet sein können, umdie Information auf dieser Karte dazustellen, Die Stütze ist aus nichtmagnetischem Material gebildet.

Jeder in der Anordnung 1D £ enthaltene Detektor ist mit einer entsprechenden Säule T. ... Tj- ausgerichtet. Wenn die Stütze 27 an den Detektoren vorbei in der Richtung des Pfeiles bewegt uird, oder falls die Detektoren über die Stütze in einer entgegengesetzten Richtung bewegt werden, so wird der Fluß, der durch gewisse Magnete der Vorspannungsmagnete erzeugt ist, durch die durchlässigen Glieder aufgefangen werden, die in den entsprechenden Säulen vorgesehen sind, wodurch induzierte Felder mit den Vorspannt mysPyltittm vektoriell kombiniert werden, um somit die Richtung der Felder zu ändern, die sich durch entsprechende Magnetowiderstandselemente hindurch erstrecken, und zwar auf die nun verstandene Art und üJeise. Die fiusgangssignale werden daher von gewählten Detektoren je nachdem, ob ein durchlässiges Glied während der Relativverschiebung der Stütze 27 und der Detektoranordnung 10 c_ abgefühlt wird, abgeleitet. Diese Ausgangssignale können verwendet werden, um die Information dazustellen, die auf der Stütze kodiert ist, wobei sie auch entsprechenden, geeigneten Verarbeitungsgeräten zugeführt werden können, wie z.B. einem Computer, einem Drucker, einem Zentralverarbeitungsgerät od.dgl.

Eine Abwandlung der in Fig.17 gezeigten Informationskarte ist in Fig1B dargestellt, worin die Stütze 29 aus hochdurchlä sigem Material besteht und die darauf befindliche Information durch ausgewählte Öffnungen 3D dargestellt ist. Somit siBnd die die Information darstellenden Bits und die Stütze dafür in Fig.17 im wesentlichen

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in Fig.16 untereinander ausgewechselt. Nichtsdestoweniger ist die Anordnung der Detektoren 10 £ und im wesentlichen die gleiche, wobei auch eine gleiche Methode verwendet wird, um die Information, die auf der Stütze 29 kodiert ist, zu erhalten und zu verwenden, bzw. zu verwerten. Daher ist der Kürze halber eine weitere Beschreibung der Anordnung bzw. der Ausführungsform gem. Fig.18 überflüssig. Es ist ersichtlich, daß die ausgewählte Anwesenheit (oder Abwesenheit) einer Öffnung in einer Säule und einer Reihe der Informationskarte durch eine entsprechende Veränderung des Ausgangssignals dargestellt wird, das von den Detektoren abgeleitet wird.

Während bei der obigen Beschreibung angenommen wurde, daß eine Relativverschiebung zwischen der Linearanordnung der Detektoren 1D £ und der Informationskarte besteht, weist eine Alternativausführungsform eine nxm-Anordnung von Detektroen auf, welche den mxn-Gliedern (oder Öffnungen) der5 Informationskarte entsprechen. Die Ausgänge sämtlicher Detektoren in einpr Säule T. ... T₁- sind gemeinsam beispielsweise mit einem Differentialverstärker oder einer anderen Ausgangsvorrichtung verbunden, während die Stromspeiseklemrnen 7A und 7B eine Reihe Detektoren mit einem zugeordneten Stromspeiseeingang verbunden sind. Um die kodierte Information auf einer richtig eingestellten Datenkarte abzulesen, werden! die entsprechenden Stromspeiseeingänge in einer bestimmten Reihenfolge betätigt, um zu ermöglichen, daß aufeinanderfolgende Reihen von Detektoren, die Anwesenheit (oder Abwesenheit) von Gliedern oder Öffnungen abzufühlen. Auf diese Weise wird die kodierte Information auf einer Reihenbasis abgelesen.

Eine Ausführungsform einer geeigneten Informationskarte gemäß der Beispiele der Fig.17 und 18 ist in Fig.19 gezeigt. Diese Informationskarte kann als eine: Identifikationskarte, eine Kreditkarte od.dgl. verwendet werden. Die datentragende Stütze 27 oder 29 ist zwischen den nichtmagnetischen Gliedern 31e3 und 31 £ hineingequetscht, uelche zusätzlich zum Schützen und Abschirmen der Datenstütze dienen können.

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Eine weitere Ausführungsform eines Detektors 1Π ist in Fig.20 dargestellt und besteht aus einem Magnetauiderstandselement 1, das auf einem Uarspannungsmagnet 12 vorgesehen ist, der in seiner Längsrichtung magnetisiert und neben dem durchlässigen Glied angeordnet ist. Dieser Uarspannungsmagnet 12 steht in magnetischer l/erbindung mit einem Joch oder Bügel 33 mit Armen 33 h_ und 33 £ in Verbindung durch einen Schenkel 33 a^ Der Bügel besteht aus einem Material einer verhältnismäßig hohen magnetischen Permeabilität, uiie z.B. aus Pe rmalloy, und ergibt eine gute Flußstrecke.

Das Uürspannungsfeld H₁, das durch den Magneten 12 erzeugt ist, induziert eine Feldkompanente H„ in das Glied 13. Somit wird zwischen dem Nordpol (IM) und dem Südpol (S) des Magneten eine magnetische Schaltung durch die Strecke gebildet, welche das Glied 13, den Arm 33 t3 und den Schenkeln 33a^ des Bügels aufweist. Eine Parallelstracke enthält das Glied 13, den Arm 33 £ und den Schenkel 33a_ . Es st ersichtlich, daß durch die Uorsehung des hachdurchlässigen Bügels 33 sich in der Flußbahn, weniger Flußleck und somit ein stärkeres induziertes Feld H„ vorhanden ist. Dies wiederum erhöht die Empfindlichkeit des Detektors, da der Winkel B, der durch die Uektarkombination des VorsoannungsfeldES und des induzierten Feldes H^ gebildet ist, einen größeren Bereich aufweisen kann.

Fig.21 ist ein schematisches Schaltbild, zur Ueranschaulichung der Art und Weise, in welcher der Detektor nach Fig.20 verwendet werdem kann, um ein Ausgangssignal e aus einer Anzeige der Bewegung des Gliedes 13 zu erzeugen. Da diese Schaltung der zuvor beschriebenen Schaltung gem. Fig.8 ähnlich ist, ist eine weitere Beschreibung derselben zum Verständnis ihrer Konstruktion und Arbeitsweise nicht erfordsrlich.

Obwohl die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf

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gewisse bevorzugte Ausführungsformen beschrieben und dargestellt warden ist, ist ersichtlich, daß verschiedene Abwandlungen und Veränderungen in Bezug auf ,Form und Einzelheiten möglich sind. Als Beispiel soll hervorgehoben werden, daß dann, wenn die ferromagnetischen Filmstreifen A und B, welche das Magnetowiderstandselement 1 aufweisen, keine identische Charakteristiken haben, eine geignete Kompensation kann nichtsdestoweniger erhalten werden. Das heißt, dann, wenn die ferromagnetischen Streifen A und B auf dem Träger vorgesehen sind, so sollen die magnetischen Teilchen in dem Film zunächst in der richtigen Richtung magnetisch ausgerichtet oder orientiert werden. Diese magnetische Orientierung während des Auftragens auf den Träger gewährleistet im wesentlichen identische Charakteristik in den Streifen A und B.

Als weiteres Beispiel kann ein Temperaturausgleich des MagnetD-widerstandselements vorgesehen werden. Eine Ausführungsfarm einer derartigen Temperaturausgleichsanordnung verwendet zwei Magnetowiderstandselemente, die in Brückenschaltungskonfiguration verbunden sind, wie in der Parallelanmeldung IMr. 597 007 näher beschrieben ist.

Es ist daher zu verstehen, daß die beigefügten Patentansprüche als sämtliche Veränderungen und Abwandlungen enthaltend sowie als verschiedene andere Arten von Verwendungszwecken betreffend, ausgelegt werden sollen, für welche die vorliegende Erfindung besonders gut geeignet ist.

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Claims

Anspruchs

Magnetfeld-Meßfühler zur Erzeugung είπεΞ Ausgangssignals nach Abfühlen dEr NähE oder Annäherung eines Gliedes mit einem Material einer verhältnismäßig hohen magnetischen Permeabilität, gekennzeichnEt durch είπε MagnstowidErstands-ElEmEntEinrichtung, diE aus einsm isoliErEndsn Träger und senkrEcht angsordnEten ferromagnetischEn Strsifen auf dem Träger besteht, um erstt? und zweite HauptstramlEitstrecken zwischsn Einem Paar einsr StromspEisEkl8mmEneinrichtung zu erhalten, wobei die besagten Streifen in Reih8 geschaltst sind um εΐηεη Übergang odsr είπε VErbindungsstelle dazwischen zu bilden, von welcher ein Pusgangssignal abgeleitet wird, und durch eine Einrichtung zum Erhalten eines magnetischen Uorspannungsfeldes, welches sich durch die Mannetowirierstandselementeinrichtung hindurch erstreckt, wobei disses magnetische Uorspannungsfeld zumindest eine KomponEntE aufweist, welche zum besagten Träger in εϊπεγ Richtung S8nkrecht zu einem der besagtan Streifen parallel verläuft, sowie ferner durch ein Glied, das ein Material Einer verhältnismäßig hohen magnetischen PermEabilität aufwsist und in der Nachbarschaft tier MagnEtowidErstandsElErriEnteinrichtung anpEordnet werden kann, um einen Teil des Uorpsannungsfeldss aufzunshmEn, um somit zu gEstattsn, daß είπ anderES Magnatfeld darin induziert wird, wodurch die Kombination aus dem Uorspannungsfeld und dem besagt8n anderen Feld bswirkt, daß ein zusammengesetztEs Magnatf8ld sich durch dis Magnstowiderstandsalementeinrichtung hindurch erstreckt und somit das Ausgangssignal erzeugt.

Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das hesagte Glied eine Oberfläche aufweist, die im wesentlichen senkrecht zum besagten Träger verläuft.

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3) Meßfühler bzu. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das induzierte Magnetfeld Im wesentlichen senkrecht zum besagten Vorspannungsfeld ist, das sich durch die besagte MaqnetowiderstandselementeinrichtunQ hindurch erstreckt.

k) Meßfühler bzw. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Glied in einer Richtung senkrecht zum besagten Träger beweglich ist.

5) Meßfühler bzw. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Einrichtung zur Erzielung des besagtEn Vorspannungsfeldes einen Vorspannungsmagneten aufweist, wobei die besagte Magnetowiderstandselementseinrichtung auf dEm Vorspannungsmagneten angeordnet ist.

6) MeßfühlEr bzw. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pol des Vorspannungsmagneten dem besagten Glied zugewandt ist und daß das zusammengesetzte Feld in einem Winkel in Bezug auf eine Hauptstramleitstrecke liegt und eine Stärke oder Intensität hat, welche ausreicht, um die Magnetowiderstandselement einrichtung zu sättigen.

7) Meßfehler oder Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangsschaltungseinrichtung vorgesehen ist, die mit dem besagtsn Übsrgang odEr mit der besagten Verbindungsstelle verbunden ist, um eine Ausgangsdarstellung des Ausgangssignals zu erzeugen, daß am besagten Übergang oder an der besagten Verbindungsstelle abgeleitet wird.

8) Meßfühler bzw. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltungseinrichtung Impedanzmittel aufweist, die mit den in Reihe geschalteten Streifen parallel geschaltet ist, um somit eine Brückenschaltung mit den besagten Streifen zu bilden, und daß ein Differentialverstärker vorgesehen ist, dessen eine erste Eingangsklemme mit dem besagten Übergang und dessen zweite Eingangsklemme mit der Impedanzeinrichtung verbunden ist.

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9) Meßfühler bzw. GErät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnEt, daß diE besagte Ausgangsschaltungseinrichtung fernEr Eine S-hwellenwertdetektoreinrichtung aufweist, diE mit dem DiffE-rentialverstärker verbunden ist, um zu erfassen, wann der Ausgang aus dsm Differsntialverstarker einen vorbestimmten S_nhüjellentjErtpegel überquert, sowie eins Einrichtung zur An-ZEige der Überquerung des vorbestimmten Schuiellenujertpegels.

10) Meßfühler bzui. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die bEsagte Anzeigeeinrichtung eine Relaiseinrichtung aufweist, uiElche in Abhängigkeit won der ÜberquErung des vorbestimmten SchuEllenujertpegels durch den besagten Differentialverstärkerausgang betätigt wird.

11) Meßfühler bzu. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gegenzeichnet, daß die MagnetouiderstandselEmenteinrichtung eins Anordnung νση Elementen aufweist, wovon jedss Einen insulisrendEn Trägar aufwEist, sowie senkrecht angeordnete ferromagnetische Streifen auf dem Träger zur Erzielung einer ersten und einer zweiten Hauptstromleitstrecke zwischen zwei Stromspeiseklemmen, wobei die besagten Streifen in Reihe geschaltet sind, um einen übergang bzw. eine Verbindungsstelle dazwischen zu bilden und jedes Element auf einem entsprechenden Uorspannungsmagnet vorgesehen ist, und daß das besagte Glied eine Stütze aufwsist, auf welcher das Material hoher magnetischer Permeabilität in einem vorbestimmten Muster angeordnet ist.

12) Meßfühler bzw. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Stütze aus nietmagnetischem Material besteht und eine Matrixanordnung aus wahlweise angeordneten einzelnen Gliedern ae-s einem verhältnismäßig hochdurchlässigem Material besteht.

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13) Meßfühler bzw. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Stütze'aus einem verhältnismäßig hochdurchlässigem Material besteht und eine Matrixanordnung aus selectiven Bereichen aus nichtmagnetischem Material aufweist.

Meßfühler bzw. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Bereiche aus nichtmagnetischem Material Öffnungen sind.

15) Meßfühler bzw. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Anordnung aus Elementen eine lineare Anordnunq ist, die zur Relativbewegung in Bezug auf das besagte Glied angeordnet ist, so daß jedes Element die Anwesenheit oder Abwesenheit des Materials hoher magnetischer Permeabilität abfühlt.

16) Meßfühler bzw. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Glied einen Streifen aus Material einer verhältnismäßig hohen magnetischen Permeabilität aufweist, das linear verschoben werden kann und gleichmäßig im Abstand voneinander liegende Bereiche aus nichtmagnetischem Material in der Längsrichtung aufweist und daß das Magnetowiderstandselement angeordnet ist, um die selective Anwesenheit der besagten Bereiche und des besagten durchlässigen Materials angeordnet ist.

17) Meßfühler bzw. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Glied ein drehbares Material aufweist, das eine verhältnismäßig hohe magnetische Permeabilität besitzt und daß das Magnetowiderstandselement angeordnet ist, um das besagte Material abzufühlen.

609827/1039

18) Meßfühler bzu. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte drehbare Material mit gleichmäßig im Abstand voneinander vorgesehenen Bereichen aus nichtmagnetischem Material versehen ist, die durch Bereiche aus einem Material getrennt sind, das eine verhältnismäßig hohe magnetische Permeabilität hat.

Der Patentanwalt

6098 2 7/1039

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