DE3002783A1

DE3002783A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE3002783A1
Application number: DE19803002783
Authority: DE
Inventors: Winfried 7251 Hemmingen Eichhorn; Wolfgang Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Grobe
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1980-01-26
Filing date: 1980-01-26
Publication date: 1981-07-30

Description

Sensoranordnung
Die Erfindung betrifft eine aus einem zylindrischen, einem äußeren magnetischen Feld aussetzbaren ferromagnetisch inhomogenem Draht bestehende Sensoranordnung.
Derartige Sensoranordnungen sind bekannt (Electronics, 10. Juli 1975, Seiten 100 bis 115). Diese Sensoranordnungen machen von dem sogenannten Wiegand-Effekt Gebrauch, der dann auftritt, wenn ein sosenannter Wiegand-Draht einem äußeren magnetischen Feld ausgesetzt wird. Beim Wiegand-Draht handelt es sich um einen ferromagnetischen Draht, messen Hülle, beispielsweise durch Walzhärten, magnetisch härter ist als der Kern. Ohne Vorhandensein eines äußeren magnetischen Feldes ist die Koezitivkraft in der härteren Hülle des Wiegand-Drahtes stärker als in seinem magnetisch weicheren Kern und die magnetischen Feldlinien schließen sich über den Kern, so daß das äußere magnetische Eijenfeld des Wiegand-Drahtes #vernachlässigbar klein ist.
Wird nun der Wiegand-Draht einem äußeren magnetischen Feld ausgesetzt, dessen Polarität parallel zum Feld in der Hülle gerichtet ist, dann wird der Kern beim Erreichen der Unmagnetisierungsfeldstärke abrupt ummagnetisiert. Das Rückfeld des Wiegand-Drahtes verb'ruft nun vollständig außerhalb des Drahtes.
Bei den bekannten Sensoranordnungen wird der Wiegand-Effekt in der Weise genutzt, daß in der Nähe des Wiegand-Drahtes, beispielsweise koaxial zu ihm, eine Spule angeordnet wird, in #der bei der Ummagnetisierung des Wiegand-Drahtes ein elektrischer Impuls induziert wird.
Die bekannten Sensoranordnungen besitzen den Nachteil, daß die Sensorspule, um einen Impuls ausreichend hoher Spannung zu erhalten, eine #erhebliche Windungszahl (mehr als 1000 Windungen) aufweisen muß.
Eine solche Sensorspule ist zunächst einmal ziemlich aufwendig in der Herstellung. Außerdem weist sie einen bestimmten Raumbedarf auf, so die Forderungen einerseits die Spule möglichst nahe am Wiegand-Draht anzuordnen und andererseits das äußere Feld möglichst nahe an den Wtegand-Draht heranzubringen nicht gleichzeitig optimal zu erfüllen sind.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine den Wiegand-Effekt nutzende Sensoranordnung zu schaffen, welche bei der Ummagnetisierung des Wiegand-Drahtes an ihm auftretenden physikalischen Wirkungen in ein stärkeres elektrisches Signal umsetzt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens mit einem Teil der Oberfläche des Drahtes ein piezoelektrisches Kristallplättchen fest verbunden ist.
Im Gegensatz zur bekannten Sensoranordnung wird bei der Erfindung von der bei der Ummagnetisierung des Wiegand-Drahtes auftretenden Magnetostriktion Gebrauch gemacht.
Diese Magnetostriktion wird auf das beispielsweise durch Löten oder reben mit dem Wiegand-Draht verbundene piezoelektrische Kristallplättchen übertragen, an dessen Elektroden verhältnismäßig hohe elektrische Spannungs-Impulse abgenommen werden können. Da derartige Kristallplättchen wenig raumgreifend sind, ist nicht nur eine preiswertere Herstellung der Sensoranrodnung, sondern auch eine ein stärkeres Signal liefernde Sensoranordnung realisierbar.
Das der Erfindung zugrunde liegende physikalische Prinzip sowie Ausfiührungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sind nachstend anhand der Figuren 1 bis 4 er läutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Wiegand-Draht vor der Ummagnetisierung, Fig. 2 einen Wiegand-Draht nach der Ummagnetisierung, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung, und Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung.
Fig. 1 zeigt einen aus weichem Kern 2 und härterer Hülle 3 bestehenden Wiegand-Drahtl ohne Einwirkung eines äußeren magnetischen Feldes. Wie an den Pfeilen erkennbar, besitzt die Hülle 2 eine Magnetisierung, deren Feldlinien sich über den Kern schließen.
In Fig. 2 ist der Wiegand-Draht 1 einem von dem Dauermagnet 4 erzeugten äußeren Magnetfeld ausgesetzt worden, wodurch - wie am Pfeil im Kern erkennbar - ein Ummagnetisierung des Kerns stattgefunden hat.
Fig. 3 zeigt die Ausführungsform einer Sensoranordnung, bei der drei Wiegand-Drähte 1 auf dem piezoelektrischen Kristallplättchen 5 befestigt sind. Bei dem Kristallplättchen kann es sich beispielsweise um ein Piezooxid mit der Typenbezeichnung PXE 22 (Philips) handeln, welches handelsüblich ist und die Abmessungen 0,3 x 1 x 5 mm besitzt. Die Impulsspannung, die bei einer derart ausgebildeten Sensoranordnung am Kristallplättchen abgegriffen werden kann, beträgt 15 bis 30 V.
Die aus Fig. 4 ersichtliche Ausführungsform der Sensoranordnung unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 3 im Wesentlichen dadurch, daß die Wiegand-Drähte 1 wesentlich länger als das Kristallplättchen 5 ausgebildet sind. Mit einer solchen Sensor-Anordnung kann die Wirkung (Impulsspannung) an einem Ort abgenommen werden, der einen -bestimmten Abstand zum A#nregungsort aufweist, d.h. der Wiegand-Draht sorgt gleichzeitig für eine räumliche Obertragung der Anregung.
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Claims

Patentanspruch Aus einem zylindrischen, einem äußeren magnetischen Feld aussetzbaren ferromagnetisch inhomogenem Draht bestehende Sensoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens mit einem Teil der Oberfläche des Drahtes ein piezoelektrisches Kristallplättchen fest verbunden ist.