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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Erzeugung eines Impulssignals.
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Auf
dem Gebiet der automatischen Steuerung oder elektrischen oder elektronischen
Ausrüstung
ist es erforderlich, ein Impulssignal als Reaktion auf die Position
oder Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts bereitzustellen.
Ein elektromagnetischer Abtaster ist ein Beispiel für derartige
Impulsgeneratoren. Dieser elektromagnetische Abtaster umfasst einen
magnetischen Körper,
einen Magneten und eine elektrische Spule. Der magnetische Fluss
variiert mit der Bewegung des zu erfassenden Objekts, um in der
elektrischen Spule durch die elektromagnetische Induktion eine Spannung
zu erzeugen. Die Spannung wird als Impulssignal verwendet.
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Auf
dem folgenden Gebiet ist der elektromagnetische Abtaster jedoch
nicht geeignet. Das heißt, dass
die erzeugte Spannung so niedrig wie der Rauschpegel ist, wenn sich
das zu erfassende Objekt bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten bewegt.
Wenn ein Verstärker
verwendet wird, wird das Rauschen ebenfalls verstärkt, so
dass es erforderlich ist, ein Filter zu verwenden, um das Rauschen
vor der Verstärkung
zu entfernen. Wenn sich das Objekt umgekehrt mit hohen Geschwindigkeiten
bewegt, überschreitet die
resultierende Spannung die Durchschlagspannung des Verstärkers, wodurch
ein Begrenzer erforderlich wird. In dem Fall von niedrigen Geschwindigkeiten
wird ein Zusatzring an dem zu erfassenden Objekt befestigt, um den
Durchmesser und somit die Umfangsgeschwindigkeit zu vergrößern. Jedoch werden
durch dieses Verfahren die Anzahl der Teile und die Größe der Vorrichtung
vergrößert. Darüber hinaus
variiert der zeitliche Ablauf des Anstiegs oder Abfalls der Spannung
mit der Bewegungsgeschwindigkeit des zu erfassenden Objekts, was
einen komplizierten Signalprozessor zur Bereitstellung einer exakten
Zeitablauferfassung erforderlich macht. Des Weiteren variiert die
Wellenform der Spannung mit der Form des zu erfassenden Objekts.
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Ein
anderes Beispiel ist ein Hall-Effektsensor, der als Positionssensor,
Winkelsensor oder Geschwindigkeitssensor verwendet wird. Die japanische
Patentanmeldung Kokai Nr. 2-284082
offenbart einen Hall-Effektsensor. Dieser Hall-Effektsensor umfasst
ein Hall-Element
und einen Magneten zur Änderung
des Magnetflusses zum Hall-Element als Reaktion auf die Bewegung
des zu erfassenden Objekts, um ein elektrisches Signal von dem Hall-Element
bereitzustellen. Jedoch benötigt
diese Art von Sensor eine Stromquelle zur Versorgung des Hall-Elements.
Das elektrische Ausgangssignal ist eine Sinuswelle und kann kein
scharfes Impulssignal erzeugen. Wenn sich das zu erfassende Objekt
mit niedrigen Geschwindigkeiten bewegt, ist der Anstieg einer Ausgangsspannung
so gering, dass die Wellenform verkürzt wird. Wie der oben genannte
elektromagnetische Abtaster ist er für ein externes Magnetfeld und
Rauschen anfällig
und leidet unter thermischer Drift, was einen komplizierten Prozessor
erfordert, um ein exaktes Erfassungssignal bereitzustellen.
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Die
japanische Patentanmeldung Kokai Nr. 54-161257 offenbart noch eine
weitere Art von Impulssignalgenerator. Dieser Impulssignalgenerator umfasst
Folgendes: ein für
Magnetismus empfindliches Element, das aus einem ferromagnetischen Material
hergestellt ist, so dass es relativ weiche und harte Abschnitte
mit magnetischer Anisotropie aufweist, eine erste Magnetfeldquelle
zur Magnetisierung des für
Magnetismus empfindlichen Elements in einer positiven Richtung,
eine zweite Magnetfeldquelle zur Magnetisierung des weichen Abschnitts des
für Magnetismus
empfindlichen Elements in einer negativen Richtung, eine Erfassungsspule,
die benachbart zu dem für
Magnetismus empfindlichen Element angeordnet ist, und einen beweglichen
Körper
zur Unterbrechung der Magnetisierung des für Magnetismus empfindlichen
Elements durch die erste Magnetfeldquelle, so dass durch die Bewegung des
beweglichen Körpers
eine Impulsspannung in der Erfassungsspule erzeugt wird.
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Dieser
Impulssignalgenerator ist von der stromlosen Art, stellt eine konstante
Impulsspannung bereit, sogar wenn sich das bewegliche Objekt bei sehr
niedrigen Geschwindigkeiten bewegt, und er ist gegen ein externes
Magnetfeld resistent, wodurch einige der Probleme des elektromagnetischen
Abtasters und des Hall-Effektsensors gelöst werden.
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Jedoch
weist dieser Impulssignalgenerator folgende Probleme auf und ist
weit entfernt von der praktischen Anwendung. Zunächst benötigt er einen beweglichen Körper mit
einem Schlitz. Dieser bewegliche Körper kann nicht kleiner hergestellt
werden, als der Magnet, wie beispielsweise die erste und zweite
Magnetfeldquelle, und das für
Magnetismus empfindliche Element. Da die Schlitze in dem beweglichen
Körper
in radialen Richtungen bereitgestellt werden, ist es erforderlich,
einen beweglichen Körper mit
großem
Durchmesser bereitzustellen, um die Auflösung zu erhöhen. Darüber hinaus sollten der bewegliche
Körper,
der Magnet und das für
Magnetismus empfindliche Element parallel zueinander angeordnet sein.
Der Magnet ist für
ein externes Magnetfeld oder Metall anfällig und wird bei Betrieb instabil. Er
kann den elektromagnetischen Abtaster oder Hall-Effektsensor abhängig von
dem räumlichen
Verhältnis
mit dem zu erfassenden Objekt nicht ersetzen. Beispielsweise kann
er nicht für
die direkte Erfassung der Zähne
eines Zahnrads angeordnet werden.
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FR-A-
2 530 036 offenbart einen magnetischen Abstandssensor, der eine
Sensorwicklung verwendet, die um ein bistabiles Metallelement, wie
beispielsweise einen Wiegand-Draht, herum angeordnet ist, der entlang
der Mittelachse eines röhrenförmigen Magneten
angeordnet ist. Gegen die interne Feldkomponente des röhrenförmigen Magneten
wirkt eine zweite Feldkomponente, die von einem radial magnetisierten
Scheibenmagneten, der ein Ende des röhrenförmigen Magneten abdeckt, und
einem Stabmagneten, der an dem anderen offenen Ende des röhrenförmigen Magneten
zentriert ist, erzeugt wird. Wenn ein Objekt mit einem geringen
magnetischen Widerstand in nächste
Nähe zu
dem offenen Ende gebracht wird, wird das Magnetfeld des röhrenförmigen Magneten
kurzgeschlossen, was verursacht, dass die entgegenwirkende Feldkomponente über der
internen Feldkomponente vorherrscht, wodurch das bistabile Magnetelement
in einen antiparallelen Zustand zurück gesetzt wird.
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der Erfindung, einen Impulssignalgenerator zu schaffen,
der derartige Probleme, wie sie oben beschrieben wurden, löst und für mehr Anwendungen
als bisher verwendet wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Erfindung nach Anspruch 1 erfüllt.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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1 eine
schematische Zeichnung eines Impulssignalgenerators gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 ein
Diagramm ist, das die Wellenform einer Impulsspannung zeigt, die
von dem Impulssignalgenerator erzeugt wird;
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3 ein
Diagramm ist, das einen Vergleich zwischen der Impulsspannung von
dem Impulssignalgenerator und der Impulsspannung von dem herkömmlichen
elektromagnetischen Abtaster zeigt;
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4 eine
schematische Zeichnung ist, die eine Mehrstufenkonstruktion des
Impulssignalgenerators aus 1 zeigt;
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5 eine
schematische Zeichnung ist, die eine Anwendung des Impulssignalgenerators
aus 1 zeigt; und
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6 eine
schematische Zeichnung ist, die eine weitere Anwendung des Impulssignalgenerators aus 1 zeigt.
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Bevor
die Ausführungsformen
beschrieben werden, wird das "Magnetelement,
das einen großen Barkhausen-Sprung
verursachen kann" (manchmal einfach "Magnetelement" genannt), beschrieben.
Zuerst wird die Konstruktion und Funktion eines Drahtkompositmagnetelements
beschrieben. Wenn ein fenomagnetischer Körper gezogen wird, um einen Draht
zu bilden, weist der Draht charakteristische magnetische Eigenschaften
auf, die von der Legierungszusammensetzung abhängen. Wenn der ferromagnetische
Draht verdrillt wird, weisen der Umfangsbereich und der zentrale
Bereich aufgrund unterschiedlicher Ausmaße der Verdrillung unterschiedliche
magnetische Eigenschaften auf. Daraufhin wird der Draht so behandelt,
dass ein fenomagnetischer Draht bereitgestellt wird, der die magnetischen
Eigenschaften beibehält.
Die magnetische Richtung des Umfangsbereichs wird durch ein schwaches
Magnetfeld geändert,
während
die magnetische Richtung des zentralen Bereichs durch ein Magnetfeld
geändert
wird, das stärker
als das Magnetfeld für
den Umfangsbereich ist. Das heißt,
dass der magnetische Kompositkörper
zwei Arten von magnetischen Bereichen aufweist; einen, der leicht
magnetisiert wird, und den anderen, der schwer zu magnetisieren ist.
Dieser Kompositmagnetdraht ist uniaxial anisotrop. Der Umfangsbereich
und der zentrale Bereich werden jeweils als "weiche" und "harte" Schicht bezeichnet und der Kompositmagnetdraht
wird "Drahtkompositmagnetelement" genannt.
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Die
magnetischen Richtungen der harten und weichen Schicht sind anfänglich nicht
festgelegt. Wenn ein externes Feld, das ausreichend stark ist, um
die magnetische Richtung der harten Schicht umzukehren, an den Kompositmagnetdraht
in axialer Richtung angelegt wird, werden sowohl die weiche als
auch die harte Schicht in derselben magnetischen Richtung magnetisiert.
Daraufhin wird ein externes Magnetfeld, das ausreichend stark ist,
um nur die weiche Schicht zu magnetisieren, in der Richtung angelegt,
die der vorherigen Richtung entgegengesetzt ist. Folglich wird die
weiche und die harte Schicht in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert.
Da das Element uniaxial anisotrop ist, bleibt die magnetische Richtung
der weichen Schicht unter dem Einfluss der harten Schicht stabil,
wenn das externe Feld entfernt wird. Dieses externe Magnetfeld wird "eingestelltes Magnetfeld" genannt. Daraufhin
wird ein externes Feld, das in der Richtung entgegengesetzt ist,
angelegt, um das Magnetfeld zu verstärken. Wenn das externe Magnetfeld
die kritische Stärke überschreitet, wird
die magnetische Richtung der weichen Schicht abrupt umgekehrt. Dieses
Magnetfeld wird "kritisches Magnetfeld" genannt. Das Umkehrungsphänomen tritt
sofort auf, da sich die magnetische Wand der weichen Schicht wie
eine Lawine bewegt. Folglich sind die magnetischen Richtungen der
weichen und der harten Schicht dieselben wie im ursprünglichen
Zustand. Dieses externe Magnetfeld ist stärker als das kritische Magnetfeld
und wird "Rücksetzmagnetfeld" genannt. Dieses
Lawinenphänomen
wird "großer Barkhausen-Sprung" genannt. Die Geschwindigkeit der
magnetischen Umkehrung hängt
nur von dem großen
Barkhausen-Sprung ab und ist für
das externe Magnetfeld irrelevant.
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Abgesehen
von dem Drahtmagnetelement kann eine Vielzahl anderer Magnetelemente,
die dieselben Eigenschaften zeigen, für die Erfindung verwendet werden.
Ein Magnetelement, das keine Kompositschichten, wie beispielsweise
harte und weiche Schichten, aufweist, kann ebenfalls einen großen Barkhausen-Sprung
verursachen. Beispielsweise wird ein Dünnfilmherstellungsverfahren,
wie jenes, das in der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. 4-218905
offenbart ist, zur Bildung eines magnetischen Dünnfilmkörpers verwendet. Die Magnetelemente
können
aus den Dickfilmen oder -platten bestehen. Somit umfassen die "Magnetelemente, die einen
großen
Barkhausen-Sprung verursachen können" alle Magnetelemente,
die die oben genannten Eigenschaften aufweisen.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
Erfindung beschrieben. In 1 umfasst
ein Impulssignalgenerator ein Drahtmagnetelement 10, eine
Erfassungsspule 20, die um das Kompositmagnetelement 1 gewickelt
ist, einen stabartigen Vorspannungsdauermagneten 30, der
in der Nähe
des Magnetelements 1 angeordnet ist, um ein Vorspannungsmagnetfeld
zu erzeugen, das die weiche und die harte Schicht des Magnetelements 10 in
entgegengesetzte Richtungen magnetisieren kann, einen Wechselmagneten 40 zum Ändern des
Magnetfelds in dem Magnetelement 10, wenn sich das zu erfassende
Objekt dem Generator nähert,
und einen Zusatzmagneten 50 zur Bildung eines magnetischen Kreises
zwischen sich selbst und dem Wechselmagneten 40.
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Im
Folgenden wird der Betrieb des Impulssignalgenerators beschrieben.
Der zu erfassende Körper 10 ist
beispielsweise ein Zahn eines Zahnrads. Wenn sich der Zahnradzahn 60 nicht
in der Nähe
des Wechselmagneten 40 befindet, ist das Vorspannungsmagnetfeld
des Vorspannungsmagneten 30 stärker als das Magnetfeld zwischen
dem Wechselmagneten 40 und dem Zusatzmagneten 50 in
Bezug auf das Magnetelement 10 und magnetisiert nur die weiche
Schicht des Magnetelements 10 in der Richtung, die der
harten Schicht entgegengesetzt ist. Wenn sich der Zahnradzahn 10 in
der Nähe
des Wechselmagneten 40 befindet, ist das Magnetfeld zwischen
dem Wechselmagneten 40 und dem Zusatzmagneten 50 stärker als
das Vorspannungsmagnetfeld des Vorspannungsmagneten 30 in
Bezug auf das Magnetelement 10, so dass das Magnetfeld,
das an das Magnetelement 10 angelegt wird, umgekehrt wird,
um die magnetischen Richtungen der weichen und der harten Schicht
des Magnetelements 10 auszurichten.
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Der
Vorspannungsmagnet 30 wird nur zur Magnetisierung der weichen
Schicht des Magnetelements 10 in der Richtung entgegengesetzt
zur Richtung der harten Schicht bereitgestellt. Um eine stabile Magnetisierung
nahezu der gesamten Länge
des Magnetelements 10 sicherzustellen, ist der Vorspannungsmagnet 30 parallel
zum Magnetelement 10 bereitgestellt und weist eine Länge auf,
die im Wesentlichen dieselbe ist, wie die des Magnetelements 10. Der
Vorspannungsmagnet 30 ist ein Dauermagnet, dessen N- und S-Pol auf die
gegenüberliegenden Pole
jeweils des Wechselmagneten 40 und des Zusatzmagneten 50 gerichtet
sind, wie in 1 gezeigt. Da das externe Magnetfeld
des Vorspannungsmagneten 30 elliptische Kurven an den gegenüberliegenden
Enden des Magneten aufweist und im Wesentlichen parallel zur axialen
Richtung des Magnetelements 10 verläuft, wird das Magnetelement 10 in
einer vorherbestimmten Richtung im Wesentlichen in der gesamte Länge magnetisiert.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Stärke der Magnetisierung durch den
Vorspannungsmagneten 30 ausreicht, um nur die weiche Schicht
des Vorspannungsmagneten 30 in der Richtung zu magnetisieren,
die der der harten Schicht entgegengesetzt ist.
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Der
Wechselmagnet 40 ist ein Dünnplattendauermagnet. Die Dicke
ist reduziert, um die Herstellungskosten zu senken. Anders als der
Vorspannungsmagnet 30 ist der Wechselmagnet 40 in
Richtung der Dicke magnetisiert, um magnetische Pole auf der oberen
und der unteren Seite bereitzustellen. Folglich verstärkt das
hintere Magnetfeld das interne Magnetfeld, um die Änderungsrate
des Magnetfelds erhöhen.
Benachbart zum Magnetelement 10 sind der Wechselmagnet 40 und
der Zusatzmagnet 50 in rechten Winkeln angeordnet, so dass
ein Magnetfeld zwischen dem Wechselmagneten 40 und dem
Zusatzmagneten 50 in Längsrichtung
des Magnetelements 10 erzeugt wird. Das zu erfassende Objekt 60 nähert sich
dem Wechselmagneten 40 von der Seite des S-Pols, das der
Seite gegenüberliegt,
die dem Zusatzmagneten 50 zugewandt ist.
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Wie
der Wechselmagnet 40 ist der Zusatzmagnet 50 ein
plattenartiger Dauermagnet und ist in Richtung der Dicke magnetisiert.
Der Zusatzmagnet 50 weist eine Länge auf, die im Wesentlichen
der des Wechselmagneten 40 entspricht und ist parallel
zum Wechselmagneten 40 angeordnet, so dass zwischen diesen
parallele Magnetfelder erzeugt werden. Durch die Verwendung des
Zusatzmagneten 50 ist es möglich, Änderungen der Magnetfelder
zwischen sich selbst und dem Wechselmagneten 40 zu beschleunigen
und zwischen diesen stabile parallele Magnetfelder zu erzeugen.
Der Zusatzmagnet 50 kann durch einen magnetischen Körper, wie
beispielsweise einen Eisenkörper,
ersetzt werden. Der magnetische Körper kann die Änderungen
der Magnetfelder nicht beschleunigen, erzeugt jedoch stabile parallele
Magnetfelder.
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Im
Allgemeinen weist ein Magnet zwei Arten von Magnetfeldern auf; d.h.
interne und externe Magnetfelder. Jedoch sind der Wechselmagnet 40 und der
Zusatzmagnet 50 so dünn,
dass die externen Magnetfelder schwach sind. Um externe Magnetfelder von
derart dünnen
Magneten abzunehmen, wird ein magnetischer Körper zu dem Magneten gebracht. Somit
besteht das zu erfassende Objekt 60 aus einem magnetischen
Material oder ist mit einem magnetischen Körper bereitgestellt. Ein derartiger
magnetischer Körper
nähert
sich dem Wechselmagneten 40 und es werden mehr externe
Magnetfelder in Richtung des zu erfassenden Objekts 60 erzeugt.
Als Reaktion auf die Erzeugung eines externen Magnetfelds in einem
Pol, werden externe Magnetfelder derselben Stärke in dem entgegengesetzten
Pol des Wechselmagneten 40 erzeugt. Diese externen Magnetfelder
erscheinen als parallele Magnetfelder zwischen dem Zusatzmagneten 50 und
dem Wechselmagneten 40. Eine Verstärkung des externen Magnetfelds
des Wechselmagneten 40 verstärkt das externe Magnetfeld
des Zusatzmagneten 50, wodurch wiederum das Magnetfeld
zwischen dem Wechselmagneten 40 und dem Zusatzmagneten 50 verstärkt wird.
Das externe Magnetfeld des Zusatzmagneten 50 weist eine
Stärke
auf, die etwas geringer ist als die des Wechselmagneten 40.
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Wenn
sich das Objekt 60 nicht in der Nähe des Wechselmagneten 40 befindet,
sind die Magnetfelder zwischen dem Wechselmagneten 40 und
dem Zusatzmagneten 50 schwach und das Magnetfeld des Vorspannungsmagneten 30 herrscht
vor, so dass die weiche Schicht des Magnetelements 10 in
entgegengesetzter Richtung zur harten Schicht magnetisiert wird,
wodurch ein eingestellter Zustand erzeugt wird.
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Wenn
sich das Objekt 60 dem Wechselmagneten 40 nähert, werden
die Magnetfelder zwischen dem Wechselmagneten 40 und dem
Zusatzmagneten 50 stärker
als das des Vorspannungsmagneten 30, so dass das Magnetfeld
mit derselben Richtung wie die harte Schicht angelegt wird. Folglich
wird die weiche Schicht in dieselbe Richtung wie die harte Schicht
umgekehrt, wodurch ein großer
Barkhausen-Sprung verursacht wird. Da sich das Magnetfeld der weichen
Schicht mit sehr hohen Geschwindigkeiten ändert, wird in der Erfassungsspule 20 durch
die elektromagnetische Induktion eine Impulsspannung erzeugt. Die
Wellenform der Impulsspannung ist in 2 gezeigt.
Der Wechselmagnet 40 und der Zusatzmagnet 50 wandeln
die Änderung
der Zahnraddrehzahl mit Hilfe des Vorspannungsmagneten 30 in die Änderungsrate
des magnetischen Zustands des Magnetelements 10 um. Die
Länge des
Wechselmagneten 40 und des Zusatzmagneten 50 ist
an die Größe des Objekts 60 angepasst,
um die Auflösung zu
steuern, so dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung für Objekte
unterschiedlicher Größe geeignet ist.
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Auf
diese Weise werden Änderungen
des magnetischen Zustands in dem Magnetelement 10 mit Hilfe
der elektromagnetischen Induktion von der Erfassungsspule 20 als
Impulsspannungen erfasst. Das Vorhandensein oder die Abwesenheit
eines Zahns eines Zahnrads verursacht einen großen Barkhausen-Sprung, ungeachtet
der Drehzahl des Zahnrads, wodurch mit Sicherheit ein Impulssignal erzeugt
wird. Selbst, wenn sich das Objekt 60 mit sehr geringen
Geschwindigkeiten bewegt, ist es somit möglich, eine Erfassung vorzunehmen.
Das Impulssignal behält
ein konstantes Spannungs- und Phasenverhältnis bei. Ein Vergleich zwischen
der Impulsspannung gemäß der Erfindung
und der Impulsspannung des herkömmlichen
elektromagnetischen Abtasters ist in 3 gezeigt.
Die Amplitude der Impulsspannung des herkömmlichen elektromagnetischen
Abtasters variiert mit der Geschwindigkeit des zu erfassenden Objekts 60.
Wenn sich das Objekt mit sehr niedrigen Geschwindigkeiten bewegt,
kann die Impulsspannung unterhalb des Rauschpegels liegen, während die
Amplitude der Impulsspannung der Erfindung ungeachtet der Geschwindigkeit
des zu erfassenden Objekts 60 einen vorherbestimmten Pegel beibehält. Die
Verwendung von zwei Magneten oder dem Wechselmagneten 40 und
dem Zusatzmagneten 50 gewährleistet eine Erfassung des
Objekts 60.
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4 zeigt
eine Anwendung der Vorrichtung aus 1 zur schrittweisen
Erfassung des Objekts. Eine neue Gruppe bestehend aus einem Magnetelement 10', einer Erfassungsspule 20', einem Vorspannungsmagneten 30' und einem Zusatzmagneten 50 wird
der Vorrichtung aus 1 hinzugefügt, um eine Zweistufenkonstruktion
bereitzustellen. Es können mehr
Gruppen hinzugefügt
werden, um eine Mehrstufenkonstruktion zur schrittweisen Erfassung
des Objekts bereitzustellen.
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Durch
das Vorhandensein des Objekts 60 wird das Magnetfeld zwischen
dem Wechselmagneten 40 und dem Objekt 60 verstärkt, so
dass von dem Wechselmagneten 40 zum Zusatzmagneten 50 ein externes
Feld mit derselben Stärke
erzeugt wird. Als Reaktion wird das externe Magnetfeld vom Zusatzmagneten 50 zum
Wechselmagneten 40 geändert, was
wiederum ein externes Magnetfeld mit derselben Stärke vom
Zusatzmagneten 50 zum Zusatzmagneten 50' erzeugt. Das
Magnetfeld von dem Zusatzmagneten 50 zum Zusatzmagneten 50' ist etwas schwächer als
das Magnetfeld zwischen dem Zusatzmagneten 50 und dem Wechselmagneten 40.
Durch Erfassen des schwächeren
Magnetfelds zwischen dem Zusatzmagneten 50 und 50' mit Hilfe der
Erfassungsspule 20' und
des Magnetelements 10' ist
es möglich, eine
Zweistufenerfassung des Magnetfelds vorzunehmen. Wenn beispielsweise
ein schrittweises Magnetfeld erfasst wird, wird das erste schwache
Magnetfeld 61 und das nächste
stärkere
Magnetfeld 62 jeweils zwischen dem Wechselmagneten 40 und dem
Zusatzmagneten 50 und dem Zusatzmagneten 50 und
dem Zusatzmagneten 50' erfasst.
Auf diese Weise wird das Magnetfeld exakter erfasst.
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5 zeigt,
wie der Impulssignalgenerator aus 1 verwendet
wird, um die Zähne 71 eines Rotationszahnrads 70 zu
erfassen, das aus einem magnetischen Material hergestellt ist und
sich in Richtung eines Pfeils dreht. Jedesmal, wenn ein Zahn 71 an
dem Wechselmagneten 40 vorbeigeht, wird in der Erfassungsspule 20 eine
Impulsspannung erzeugt. Die Impulsspannung wird verarbeitet, um die
Drehzahl und die Winkelposition des Rotationszahnrads 70 zu
ermitteln.
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6 zeigt
eine andere Anordnung des Impulssignalgenerators aus 1 zur
Erfassung der Zähne 71 eines
Zahnrads 70, das aus einem magnetischen Material hergestellt
ist und sich in Richtung eines Pfeils dreht. Jedesmal, wenn ein
Zahn 71 an dem Wechselmagneten 40 vorbeigeht,
wird in der Erfassungsspule 20 eine Impulsspannung erzeugt.
Die Impulsspannung wird verarbeitet, um die Drehzahl und die Winkelposition
des Rotationszahnrads 70 zu ermitteln.
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Das
Drahtmagnetelement 10 kann durch ein Dünnfilmmagnetelement ersetzt
werden. In diesem Fall kann die Erfassungsspule 20 ebenfalls
durch eine ebene Erfassungsspule ersetzt werden. Das Magnetelement
kann ein einschichtiges Magnetelement sein.
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Der
Vorspannungsdauermagnet kann durch einen Elektromagneten ersetzt
werden. Die Erfassungsspule kann durch ein Hall-Element, ein MR-Element
oder einen Schwingkreis ersetzt werden. Gemäß der Erfindung kann die sehr
niedrige Geschwindigkeit einer geraden oder Rotationsbewegung erfasst
werden. Das resultierende Impulssignal behält ein konstantes Spannungs-
und Phasenverhältnis
bei, so dass es weder von Rauschen überwältigt wird, noch einen Begrenzer
benötigt.
Die Verwendung von Zusatzmagneten und Wechselmagneten gewährleistet
die Erzeugung eines Magnetfelds zwischen denselben. Es ist einfach,
eine hohe Auflösung bereitzustellen
und es ist möglich,
einen stromlosen Typ und eine explosionssichere Vorrichtung bereitzustellen.
Die Vorrichtung ist so kompakt, dass sie den herkömmlichen
Abtaster oder Hall-Effektsensor ersetzen kann.
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Wie
oben beschrieben, kann die Vorrichtung mehr Anwendungen als der
herkömmliche
elektromagnetische Abtaster und Hall-Effektsensor finden. Beispielsweise
kann sie für
Folgendes verwendet werden: die Erfassung der Drehzahl und des Winkels eines
Kraftfahrzeugmotors, ein Kraftfahrzeug-ABS-System, einen Motor,
eine Kurbelwelle, einen Beschleunigungssensor, wie beispielsweise
einen Airbagsensor, eine PC-Tastatur, die Anschlusserfassung von
HID-Lampen, einen Vibrationssensor, einen Schwingungssensor und
einen Tür-Offen-Geschlossen-Sensor.