EP1141658A2 - Sensor device for detecting a physical measured quantity - Google Patents

Sensor device for detecting a physical measured quantity

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Publication number
EP1141658A2
EP1141658A2 EP99967940A EP99967940A EP1141658A2 EP 1141658 A2 EP1141658 A2 EP 1141658A2 EP 99967940 A EP99967940 A EP 99967940A EP 99967940 A EP99967940 A EP 99967940A EP 1141658 A2 EP1141658 A2 EP 1141658A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor device
output
signal
sensor
sensor element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99967940A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Norbert Bendicks
Detlef Kerkmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leopold Kostal GmbH and Co KG
Original Assignee
Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leopold Kostal GmbH and Co KG filed Critical Leopold Kostal GmbH and Co KG
Publication of EP1141658A2 publication Critical patent/EP1141658A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G01P21/02—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown

Definitions

  • the invention is based on a sensor device for detecting a physical measured variable with an output via which the measured value is output as a digitally or analogously coded signal.
  • Sensor elements that are sensitive to magnetic fields or radiation are used in particular when realizing such sensor devices that are used to detect variables such as path, angle, position, speed, speed, etc. In this case, these are triggered by means of appropriate field or radiation-causing means for generating field or radiation-dependent electrical output signals.
  • the desired physical measured variable is then derived from these output signals, which can relate, for example, to the position of the field-generating means with respect to a reference position or the speed of a scale causing its modulation of the received electromagnetic radiation relative to the sensor device. This measurand will then supplied as digital signal with a fixed level via an output line to control electronics.
  • An example of a sensor device of the presupposed type is the device for measuring the speed of a gear, which is the subject of DE 41 33 837 C2.
  • a Hall generator which, when exposed to a magnetic field, generates an output voltage proportional to this over a certain range of the field strength.
  • the Hall generator is identified by the field of one
  • Permanent magnets applied with a constant field strength.
  • a ferromagnetic gearwheel that rotates in front of the sensor modulates the field strength at the location of the Hall generator and thus also its output voltage in time with the change of teeth and gaps.
  • the absolute level of the output voltage and the modulation amplitude are influenced by many different factors, such as strength of the magnetic field, distances between the magnet, Hall generator and gear, temperature, etc.
  • the data from the evaluation circuit digital output signal generated by means of a comparator with variable switching threshold represents the modulation frequency of the Hall voltage and thus the speed of the gearwheel.
  • This sensor device provides reliable information about the speed of the gear over a wide tolerance range of the influencing factors mentioned.
  • a disadvantage is that the output signal does not allow any conclusions to be drawn as to which point of the tolerance range the system is in in a specific situation, ie which tolerance reserves can still be exhausted before the sensor device fails.
  • Another example of a sensor device that corresponds to the preamble of the independent claims is a length measuring device based on a magnetostrictive sensor principle. Such a measuring device, as described, for example, in US Pat. No.
  • 5,334,933 essentially consists of an elongated, ferromagnetic, magnetostrictive effect Material existing, acoustic delay line, a sensor head that terminates this line at one end, which contains the measuring and evaluation electronics, and a permanent magnet arranged displaceably along the line.
  • the length is measured by determining the position of the
  • an electrical current pulse is applied to this delay line and a time measurement is started at the same time.
  • the magnetic field caused by this current pulse interacts at the location of the permanent magnet with its magnetic field in such a way that a voltage state is generated there in the delay line, which propagates along the delay line in the form of an acoustic torsion pulse, which occurs at the speed of sound typical of the material.
  • the acoustic torsion pulse is converted into an equivalent electrical signal in the sensor head, which is fed to a comparator which, when a threshold value is exceeded, generates an output signal that ends the time measurement.
  • the determined time is proportional to the length to be measured, so that the measurement result sought can be output in digital or analog coded form by the electronics in the sensor head.
  • the object of the present invention is therefore to develop sensor devices of the type mentioned in such a way that information for assessing the current tolerance situation is accessible at all times.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a circuit arrangement for a Hall-effect speed sensor device developed according to the invention in an embodiment according to claim 1
  • 2 shows a schematic representation of a circuit arrangement for a Hall-effect speed sensor device developed according to the invention in an embodiment according to claim 2
  • a circuit arrangement 1 of a Hall-effect speed sensor device designed according to claim 1 comprises a connection 2 for feeding in a supply voltage U B and a connection 3 for connection to a reference (ground) potential.
  • the Hall element 5 is supplied with a voltage adapted to its requirements via a circuit block 4 containing a protective circuit and a voltage regulation.
  • the Hall element is - not shown here - in a physical operative connection with a permanent magnet and a ferromagnetic gearwheel to implement the speed sensor function.
  • the output signal of the Hall element is amplified in an amplification stage 6, and the signal amplified in this way is firstly fed directly to an output 12 ' and secondly to a comparator stage 7, which compares it with a reference value and generates a corresponding digital output signal which is transmitted via an output stage 8 is fed to the digital output 12.
  • the analog signal present at the output 12 ' is proportional to the analog Hall voltage supplied by the Hall element 5 and can thus be used Knowledge of the limit values relevant for reliable function can be used to determine the available tolerance reserves.
  • the circuit arrangement 1 of a Hall-effect speed sensor device shown in FIG. 2, executed in accordance with claim 2, works essentially the same as the previously discussed embodiment, so that the description here can be limited to the differences from it.
  • the most important difference is that an additional output for the analog signal is dispensed with in this embodiment, since this can also be output via the output 12 for the digital signal.
  • the selection of which signal is to be present at output 12 is made here via a switch 9, which is part of circuit arrangement 1, and with which output 12 either with output stage 8 for the digital signal or with the output of amplifier stage 6, at the amplified, analog output signal of sensor element 5 is connected.
  • the execution and control of the switch 9 can take place in many ways, an electronic switch being used in the embodiment shown here, which is controlled via a signal line 10 from the voltage supply block 4.
  • a signal line 10 from the voltage supply block 4.
  • the selection can be made, for example, in that with "correctly polarized” voltage supply, ie + U B at connection 2 and ground at connection 3, the normal sensor function takes place with a digital output signal, while with “reverse polarity” voltage supply within the voltage supply block 4 the potentials are interchanged so that the correct operating voltage for the following components are available, but at the same time the switch 9 is influenced via the signal line 10 so that the amplified, analog output signal of the Hall element 5 is present at the output 12.
  • an operating mode can be set by deliberately reversing the polarity of the supply voltage, in which the analog Hall signal is available at output 12.
  • the magnetostrictive length measuring device shown in FIG. 3 is controlled by a logic module 13, which is part of the circuit device 1 and performs various control and measuring functions.
  • the logic module 13 causes the pulse generator 14 to apply a current pulse to the ferromagnetic delay line 5.
  • the mode converter 16 converts the electrical signal into an electrical signal by the mode converter 16.
  • This electrical signal is compared in a comparator 17 with a reference voltage supplied by a reference value circuit 18 and which can be influenced by the logic module 13.
  • the comparator 17 inputs
  • the measured time or the length value already determined from it is output at the output 12 as a digitally coded signal.
  • the output signal of the mode converter 16 is also fed to an analog output 12 ' , at which it is available, for example, for test purposes or for assessing the tolerance situation.
  • FIG. 4 corresponds to claim 6
  • the secondary output signal is not routed via a separate output, but is fed to the logic module 13, which is in this
  • Execution also includes the function of a signal mixer and am
  • Output 12 provides an output signal representing both the primary and the secondary signal.
  • the primary signal be a DC voltage, on which the secondary signal is superimposed as an AC voltage, or vice versa.
  • a digital or frequency-modulated signal can also be superimposed on a DC voltage.

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
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Abstract

The invention relates to a sensor device for detecting a physical measured quantity which comprises at least one sensor element, means that influence said element, and a circuit with an output via which the measured value is output as a digitally or analog coded signal. Using a sensor device of this type should solve the technical problem of making information externally accessible at any time in order to evaluate the current tolerance situation. To this end, the invention provides that, in addition to the primary output signal which represents the measured value, another physical quantity which occurs in the sensor device is made available as a secondary signal for subsequent control and testing devices. Said additional physical quantity is utilized for detecting the desired measured quantity and, according to the value thereof, makes it possible to deduce the tolerance situation of the system.

Description

Sensoreinrichtung zur Erfassung einer physikalischen Meßgröße Sensor device for recording a physical measured variable
Beschreibungdescription
Die Erfindung geht aus von einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer physikalischen Meßgröße mit einem Ausgang, über den der gemessene Wert als digital oder analog codiertes Signal ausgegeben wird.The invention is based on a sensor device for detecting a physical measured variable with an output via which the measured value is output as a digitally or analogously coded signal.
Bei der Realisierung solcher Sensoreinrichtungen, die eingesetzt werden, um Größen wie z.B. Weg, Winkel, Position, Geschwindigkeit, Drehzahl u.s.w. zu erfassen, kommen insbesondere magnetfeld- oder strahlungsempfindliche Sensorelemente zum Einsatz. Diese werden dabei durch Ansteuerung mit entsprechenden feld- bzw. Strahlungsverursachenden Mitteln zur Erzeugung feld- bzw. strahlungsabhängiger, elektrischer Ausgangssignale veranlaßt. Entsprechend der konstruktiven Gestaltung der Sensoreinrichtung wird aus diesen Ausgangssignalen dann die gewünschte physikalische Meßgröße abgeleitet, die z.B. die Position des felderzeugenden Mittels bezüglich einer Referenzposition oder die Geschwindigkeit eines durch seine Bewegung relativ zur Sensoreinrichtung eine Modulation der empfangenen elektromagnetischen Strahlung verursachenden Maßstabes betreffen kann. Diese Meßgröße wird dann als digitales Signal mit einem festgelegten Pegel über eine Ausgangsleitung einer Steuerelektronik zugeleitet.Sensor elements that are sensitive to magnetic fields or radiation are used in particular when realizing such sensor devices that are used to detect variables such as path, angle, position, speed, speed, etc. In this case, these are triggered by means of appropriate field or radiation-causing means for generating field or radiation-dependent electrical output signals. According to the constructive design of the sensor device, the desired physical measured variable is then derived from these output signals, which can relate, for example, to the position of the field-generating means with respect to a reference position or the speed of a scale causing its modulation of the received electromagnetic radiation relative to the sensor device. This measurand will then supplied as digital signal with a fixed level via an output line to control electronics.
Ein Beispiel für eine Sensoreinrichtung der vorausgesetzten Art ist die die den Gegenstand der DE 41 33 837 C2 bildende Einrichtung zur Messung der Drehzahl eines Zahnrades.An example of a sensor device of the presupposed type is the device for measuring the speed of a gear, which is the subject of DE 41 33 837 C2.
Bei dieser wird ein Hallgenerator eingesetzt, der bei Beaufschlagung mit einem magnetischen Feld über einen gewissen Bereich der Feldstärke eine zu dieser proportionale Ausgangsspannung erzeugt. In der vorliegenden Konfiguration wird der Hallgenerator durch das Feld eines ihm zugeordnetenIn this case, a Hall generator is used which, when exposed to a magnetic field, generates an output voltage proportional to this over a certain range of the field strength. In the present configuration, the Hall generator is identified by the field of one
Permanentmagneten mit einer konstanten Feldstärke beaufschlagt. Durch ein ferromag netisches Zahnrad, das sich vor dem Sensor dreht, wird die Feldstärke am Ort des Hallgenerators und damit auch dessen Ausgangsspannung im Takt des Wechsels von Zähnen und Lücken moduliert. Die absolute Höhe der Ausgangsspannung sowie die Modulationsamplitude werden von vielen verschiedenen Faktoren, wie Stärke des Magnetfeldes, Abstände zwischen Magnet, Hallgenerator und Zahnrad, Temperatur etc. beeinflußt. Das von der Auswerteschaltung u.a. mittels eines Komparators mit variabler Schaltschwelle erzeugte digitale Ausgangssignal repräsentiert die Modulationsfrequenz der Hall-Spannung und damit die Drehzahl des Zahnrades.Permanent magnets applied with a constant field strength. A ferromagnetic gearwheel that rotates in front of the sensor modulates the field strength at the location of the Hall generator and thus also its output voltage in time with the change of teeth and gaps. The absolute level of the output voltage and the modulation amplitude are influenced by many different factors, such as strength of the magnetic field, distances between the magnet, Hall generator and gear, temperature, etc. The data from the evaluation circuit digital output signal generated by means of a comparator with variable switching threshold represents the modulation frequency of the Hall voltage and thus the speed of the gearwheel.
Diese Sensoreinrichtung liefert über einen weiten Toleranzbereich der genannten Einflußfaktoren hinweg eine zuverlässige Information über die Drehzahl des Zahnrades. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß das Ausgangssignal keinen Rückschluß darauf zuläßt, an welchem Punkt des Toleranzbereichs sich das System in einer konkreten Situation befindet, d.h. welche Toleranzreserven noch ausschöpfbar sind, bevor die Sensoreinrichtung versagt. Ein weiteres Beispiel einer dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche entsprechenden Sensoreinrichtung stellt eine auf einem magnetostriktiven Sensorprinzip basierende Längenmeßeinrichtung dar. Eine solche Meßeinrichtung, wie sie z.B. in der US 5,334,933 beschrieben wird, besteht im wesentlichen aus einer langgestreckten, aus einem ferromagnetischen, einen magnetostriktiven Effekt aufweisenden Material bestehenden, akustischen Verzögerungsleitung, einem diese Leitung an einem Ende abschließenden Sensorkopf, der die Meß- und Auswertelektronik enthält, und einem entlang der Leitung verschieblich angeordneten Permanentmagneten.This sensor device provides reliable information about the speed of the gear over a wide tolerance range of the influencing factors mentioned. A disadvantage, however, is that the output signal does not allow any conclusions to be drawn as to which point of the tolerance range the system is in in a specific situation, ie which tolerance reserves can still be exhausted before the sensor device fails. Another example of a sensor device that corresponds to the preamble of the independent claims is a length measuring device based on a magnetostrictive sensor principle. Such a measuring device, as described, for example, in US Pat. No. 5,334,933, essentially consists of an elongated, ferromagnetic, magnetostrictive effect Material existing, acoustic delay line, a sensor head that terminates this line at one end, which contains the measuring and evaluation electronics, and a permanent magnet arranged displaceably along the line.
Die Längenmessung erfolgt dabei durch die Bestimmung der Position desThe length is measured by determining the position of the
Permanentmagneten bezüglich des Sensorkopfes entlang derPermanent magnets with respect to the sensor head along the
Verzögerungsleitung.Delay line.
Dazu wird diese Verzögerungsleitung mit einem elektrischen Stromimpuls beaufschlagt und gleichzeitig eine Zeitmessung gestartet. Das von diesem Stromimpuls verursachte Magnetfeld wechselwirkt am Ort des Permanentmagneten mit dessen Magnetfeld in der Weise, daß dort ein Spannungszustand in der Verzögerungsleitung erzeugt wird, der sich in Form eines akustischen Torsionsimpulses entlang der Verzögerungsleitung fortpflanzt, was mit der für das Material typischen Schallgeschwindigkeit erfolgt. Der akustische Torsionsimpuls wird im Sensorkopf in ein äquivalentes elektrisches Signal umgesetzt, das einem Komparator zugeführt wird, der bei Überschreiten eines Schwellwertes ein Ausgangssignal erzeugt, das die Zeitmessung beendet. Die ermittelte Zeit ist proportional zu der zu messenden Länge, so daß das gesuchte Meßergebnis durch die Elektronik im Sensorkopf in digital oder analog codierter Form ausgegeben werden kann.For this purpose, an electrical current pulse is applied to this delay line and a time measurement is started at the same time. The magnetic field caused by this current pulse interacts at the location of the permanent magnet with its magnetic field in such a way that a voltage state is generated there in the delay line, which propagates along the delay line in the form of an acoustic torsion pulse, which occurs at the speed of sound typical of the material. The acoustic torsion pulse is converted into an equivalent electrical signal in the sensor head, which is fed to a comparator which, when a threshold value is exceeded, generates an output signal that ends the time measurement. The determined time is proportional to the length to be measured, so that the measurement result sought can be output in digital or analog coded form by the electronics in the sensor head.
Da die Amplitude des Torsionsimpulses und damit auch das durch diesen im Sensorkopf erzeugte elektrische Signal mit zunehmender Meßlänge geringer wird, ist es erforderlich, den Schwellwert für den Komparator nachzuführen, z.B. so, wie es in der zitierten Patentschrift beschrieben ist. Eine Kontrolle über die absolute Höhe des elektrischen Signals, wie sie zur Einschätzung der Toleranzlage des Gesamtsystems - insbesondere hinsichtlich eines ausreichenden Signal-Rauschabstandes - erforderlich wäre, ist bei den z.Zt. gebräuchlichen Sensoreinrichtungen dieser Art nicht möglich.Since the amplitude of the torsion pulse and thus also the electrical signal generated by it in the sensor head decrease with increasing measuring length , it is necessary to adjust the threshold value for the comparator, for example as described in the cited patent. A check on the absolute level of the electrical signal, as would be necessary to assess the tolerance of the overall system - especially with regard to a sufficient signal-to-noise ratio - is currently necessary. common sensor devices of this type are not possible.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Sensoreinrichtungen der genannten Art derart weiterzubilden, daß Informationen zur Beurteilung der aktuellen Toleranzsituation jederzeit zugänglich sind.The object of the present invention is therefore to develop sensor devices of the type mentioned in such a way that information for assessing the current tolerance situation is accessible at all times.
Dies gelingt dadurch, daß neben dem den gemessenen Wert repräsentierenden, primären Ausgangssignal eine in der Sensoreinrichtung auftretende, zur Ermittlung der gewünschten Meßgröße herangezogene und ihrem Wert nach Rückschlüsse auf die Toleranzsituation des Systems ermöglichende, andere physikalische Größe als sekundäres Signal für nachfolgende Steuer- oder Prüfgeräte verfügbar gemacht wird. Eine solche Größe ist in der Regel durch das direkte Ausgangssignal des jeweils verwendeten Sensorelements gegeben.This is achieved in that, in addition to the primary output signal representing the measured value, a different physical quantity that occurs in the sensor device and is used to determine the desired measured variable and enables its value to be used to draw conclusions about the tolerance situation of the system as a secondary signal for subsequent control or testing devices is made available. Such a variable is generally given by the direct output signal of the sensor element used in each case.
Weitere Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und gehen auch aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele hervor.Further refinements and expedient developments of the subject matter according to the invention are specified in the subclaims and are also apparent from the following description of the exemplary embodiments illustrated in the drawing.
Dabei zeigt:It shows:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung für eine erfindungsgemäß weitergebildete Hall-Effekt-Drehzahlsensor- einrichtung in einer Ausführung gemäß Anspruch 1 Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung für eine erfindungsgemäß weitergebildete Hall-Effekt-Drehzahlsensor- einrichtung in einer Ausführung gemäß Anspruch 21: shows a schematic representation of a circuit arrangement for a Hall-effect speed sensor device developed according to the invention in an embodiment according to claim 1 2: shows a schematic representation of a circuit arrangement for a Hall-effect speed sensor device developed according to the invention in an embodiment according to claim 2
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß weitergebildeten magnetostriktiven Längenmeßeinrichtung in einer Ausführung gemäß Anspruch 13: a schematic representation of a magnetostrictive length measuring device further developed according to the invention in an embodiment according to claim 1
Fig. 4: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß weitergebildeten magnetostriktiven Längenmeßeinrichtung in einer Ausführung gemäß Anspruch 64: a schematic representation of a magnetostrictive length measuring device developed according to the invention in an embodiment according to claim 6
Wie in Fig. 1 zu sehen, umfaßt eine gemäß Anspruch 1 ausgeführte Schaltungsanordnung 1 einer Hall-Effekt-Drehzahlsensoreinrichtung einen Anschluß 2 zur Einspeisung einer Versorgungsspannung UB und einen Anschluß 3 zur Verbindung mit einem Referenz- (Masse-) Potential. Über einen eine Schutzbeschaltung und eine Spannungsregelung beinhaltenden Schaltungsblock 4 wird das Hall-Element 5 mit einer seinen Erfordernissen angepassten Spannung versorgt. Das Hall-Element befindet sich - hier nicht dargestellt - in einer physikalischen Wirkverbindung mit einem Permanentmagneten sowie einem ferromagnetischen Zahnrad zur Realisierung der Drehzahlsensorfunktion.As can be seen in FIG. 1, a circuit arrangement 1 of a Hall-effect speed sensor device designed according to claim 1 comprises a connection 2 for feeding in a supply voltage U B and a connection 3 for connection to a reference (ground) potential. The Hall element 5 is supplied with a voltage adapted to its requirements via a circuit block 4 containing a protective circuit and a voltage regulation. The Hall element is - not shown here - in a physical operative connection with a permanent magnet and a ferromagnetic gearwheel to implement the speed sensor function.
Das Ausgangssignal des Hall-Elements wird in einer Verstärkungsstufe 6 verstärkt, und das so verstärkte Signal zum einen direkt einem Ausgang 12', zum anderen einer Komparatorstufe 7 zugeführt, die dieses mit einem Referenzwert vergleicht und ein entsprechendes digitales Ausgangssignal erzeugt, das über eine Ausgangsstufe 8 dem Digitalausgang 12 zugeführt wird. Das am Ausgang 12' anstehende Analogsignal ist proportional zu der vom Hall-Element 5 gelieferten, analogen Hall-Spannung und kann somit bei Kenntnis der für eine zuverlässige Funktion maßgeblichen Grenzwerte zur Bestimmung der verfügbaren Toleranzreserven herangezogen werden.The output signal of the Hall element is amplified in an amplification stage 6, and the signal amplified in this way is firstly fed directly to an output 12 ' and secondly to a comparator stage 7, which compares it with a reference value and generates a corresponding digital output signal which is transmitted via an output stage 8 is fed to the digital output 12. The analog signal present at the output 12 ' is proportional to the analog Hall voltage supplied by the Hall element 5 and can thus be used Knowledge of the limit values relevant for reliable function can be used to determine the available tolerance reserves.
Die in Fig. 2 dargestellte, gemäß Anspruch 2 ausgeführte Schaltungsanordnung 1 einer Hall-Effekt-Drehzahlsensoreinrichtung arbeitet im wesentlichen genauso, wie die zuvor behandelte Ausführung, so daß sich die Beschreibung hier auf die Unterschiede zu dieser beschränken kann. Der wichtigste Unterschied ist, daß bei dieser Ausführung auf einen zusätzlichen Ausgang für das Analogsignal verzichtet wird, da dieses ebenfalls über den Ausgang 12 für das Digitalsignal ausgegeben werden kann. Die Auswahl, welches Signal am Ausgang 12 anstehen soll, erfolgt hierbei über einen Schalter 9, der Teil der Schaltungsanordnung 1 ist, und mit dem der Ausgang 12 entweder mit der Ausgangsstufe 8 für das digitale Signal oder mit dem Ausgang der Verstärkerstufe 6, an dem das verstärkte, analoge Ausgangssignal des Sensorelements 5 anliegt, verbunden ist.The circuit arrangement 1 of a Hall-effect speed sensor device shown in FIG. 2, executed in accordance with claim 2, works essentially the same as the previously discussed embodiment, so that the description here can be limited to the differences from it. The most important difference is that an additional output for the analog signal is dispensed with in this embodiment, since this can also be output via the output 12 for the digital signal. The selection of which signal is to be present at output 12 is made here via a switch 9, which is part of circuit arrangement 1, and with which output 12 either with output stage 8 for the digital signal or with the output of amplifier stage 6, at the amplified, analog output signal of sensor element 5 is connected.
Die Ausführung und Ansteuerung des Schalters 9 kann dabei in vielfältiger Weise erfolgen, wobei in der hier dargestellten Ausführungsform ein elektronischer Schalter zum Einsatz kommt, der über eine Signalleitung 10 aus dem Spannungsversorgungsblock 4 angesteuert wird. Alternativ dazu kann selbstverständlich auch ein handbetätigter, elektromechanischer Schalter oder ein durch fernwirkende Mittel von außerhalb der Schaltungsanordnung zu beeinflussender, elektronischer Schalter eingesetzt werden. In der hier dargestellten Ausführungsform kann die Auswahl z.B. dadurch erfolgen, daß bei „richtig gepolter" Spannungsversorgung, d.h. +UB an Anschluß 2 und Masse an Anschluß 3 die normale Sensorfunktion mit digitalem Ausgangssignal erfolgt, während bei „verpolter" Spannungsversorgung innerhalb des Spannungsversorgungsblocks 4 eine Vertauschung der Potentiale erfolgt, so daß die korrekte Betriebsspannung für die nachfolgenden Komponenten zur Verfügung steht, gleichzeitig aber über die Signalleitung 10 der Schalter 9 so beeinflußt wird, daß am Ausgang 12 das verstärkte, analoge Ausgangssignal des Hall-Elements 5 ansteht. So kann z.B. für Prüfungszwecke durch bewußte Umpolung der Versorgungsspannung ein Betriebsmodus eingestellt werden, in dem am Ausgang 12 das analoge Hall-Signal verfügbar ist.The execution and control of the switch 9 can take place in many ways, an electronic switch being used in the embodiment shown here, which is controlled via a signal line 10 from the voltage supply block 4. As an alternative to this, it is of course also possible to use a manually operated, electromechanical switch or an electronic switch which can be influenced by means of remote control from outside the circuit arrangement. In the embodiment shown here, the selection can be made, for example, in that with "correctly polarized" voltage supply, ie + U B at connection 2 and ground at connection 3, the normal sensor function takes place with a digital output signal, while with "reverse polarity" voltage supply within the voltage supply block 4 the potentials are interchanged so that the correct operating voltage for the following components are available, but at the same time the switch 9 is influenced via the signal line 10 so that the amplified, analog output signal of the Hall element 5 is present at the output 12. For example, for test purposes, an operating mode can be set by deliberately reversing the polarity of the supply voltage, in which the analog Hall signal is available at output 12.
Die in Fig. 3 dargestellte, magnetostriktive Längenmeßeinrichtung wird gesteuert von einem Logik-Baustein 13, der Teil der Schaltungseinrichtung 1 ist und verschiedene Steuer- und Meßfunktionen durchführt. So veranlaßt der Logik-Baustein 13 zu Beginn einer Messung den Puls-Generator 14, die ferromagnetische Verzögerungsleitung 5 mit einem Stromimpuls zu beaufschlagen. Wenn der dadurch am Ort des Permanentmagneten 15 gestartete, mechanische Torsionsimpuls am sensorseitigen Ende der Verzögerungsleitung ankommt, wird dieser durch den Modenwandler 16 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses elektrische Signal wird in einem Komparator 17 mit einem von einer Referenzwertschaltung 18 gelieferten, durch den Logik-Baustein 13 beeinflußbaren Referenzspannung verglichen. Bei Überschreitung der Referenzspannung durch das elektrische Ausgangssignal des Modenwandlers 16 gibt der Komparator 17 einThe magnetostrictive length measuring device shown in FIG. 3 is controlled by a logic module 13, which is part of the circuit device 1 and performs various control and measuring functions. Thus, at the start of a measurement, the logic module 13 causes the pulse generator 14 to apply a current pulse to the ferromagnetic delay line 5. When the mechanical torsion pulse thus started at the location of the permanent magnet 15 arrives at the end of the delay line on the sensor side, this is converted into an electrical signal by the mode converter 16. This electrical signal is compared in a comparator 17 with a reference voltage supplied by a reference value circuit 18 and which can be influenced by the logic module 13. When the reference voltage is exceeded by the electrical output signal of the mode converter 16, the comparator 17 inputs
Impulssignal an den Logik-Baustein 13 ab, das die dort bei Erzeugung des Stromimpulses gestartete Zeitmessung beendet. Die gemessene Zeit bzw. der daraus bereits ermittelte Längenwert wird am Ausgang 12 als digital codiertes Signal ausgegeben. Zusätzlich wird das Ausgangssignal des Modenwandlers 16 aber auch einem Analogausgang 12' zugeführt, an dem es z.B. für Prüfzwecke oder zur Beurteilung der Toleranzsituation zur Verfügung steht. Als Alternative dazu ist in Fig. 4 eine dem Patentanspruch 6 entsprechendePulse signal to the logic module 13, which ends the time measurement started there when the current pulse is generated. The measured time or the length value already determined from it is output at the output 12 as a digitally coded signal. In addition, the output signal of the mode converter 16 is also fed to an analog output 12 ' , at which it is available, for example, for test purposes or for assessing the tolerance situation. As an alternative to this, FIG. 4 corresponds to claim 6
Ausführungsform der beschriebenen magnetostriktiven Längenmeßeinrichtung dargestellt.Embodiment of the magnetostrictive length measuring device described.
Bei dieser wird das sekundäre Ausgangssignal nicht über einen separaten Ausgang geführt, sondern dem Logik-Baustein 13 zugeleitet, der in dieserIn this, the secondary output signal is not routed via a separate output, but is fed to the logic module 13, which is in this
Ausführung zugleich auch die Funktion einer Signalmischstufe umfaßt und amExecution also includes the function of a signal mixer and am
Ausgang 12 ein sowohl das primäre als auch das sekundäre Signal repräsentierendes Ausgangssignal zur Verfügung stellt.Output 12 provides an output signal representing both the primary and the secondary signal.
Die dazu erforderliche Überlagerung der beiden Signale kann hierbei in vielfältiger weise erfolgen. So kann z.B. das Primärsignal eine DC-Spannung sein, der das Sekundärsignal als AC-Spannung überlagert ist oder umgekehrt.The required superimposition of the two signals can take place in a variety of ways. For example, the primary signal be a DC voltage, on which the secondary signal is superimposed as an AC voltage, or vice versa.
Ebenso kann aber einer DC-Spannung auch ein digitales oder frequenzmoduliertes Signal überlagert sein.However, a digital or frequency-modulated signal can also be superimposed on a DC voltage.
Vorraussetzung für den Einsatz dieser Ausführungsform ist allein, daß ein nachgeordnetes Steuergerät, das zum Empfang des Ausgangssignals vorgesehen ist, in der Lage sein muß, die beiden Signale wieder zu separieren.The only prerequisite for the use of this embodiment is that a downstream control device, which is provided for receiving the output signal, must be able to separate the two signals again.
Selbstverständlich sind sowohl bei der Drehzahlsensoreinrichtung als auch bei der magnetostriktiven Längenmeßeinrichtung Konfigurationen in der in den Beispielen nur an der jeweils anderen dargestellten Art und Weise möglich, ebenso, wie die geschilderten Maßnahmen für eine große Zahl weiterer hier nicht ausdrücklich benannter Meßeinrichtungen anwendbar sind. Of course, both in the speed sensor device and in the magnetostrictive length measuring device, configurations in the manner shown in the examples are only possible in the other way shown, just as the described measures can be used for a large number of other measuring devices not explicitly mentioned here.

Claims

Patentansprüche claims
1. Sensoreinrichtung zur Erfassung einer physikalischen Meßgröße umfassend zumindest ein Sensorelement (5) sowie dieses beeinflussende Mittel (15) und eine Schaltungsanordnung (1 ) mit einem Ausgang (12), über den ein den gemessenen Wert repräsentierendes, digital oder analog codiertes, primäres Signal ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (1 ) neben dem Ausgang (12) für das primäre Signal einen weiteren Ausgang (12') aufweist, über den ein aus dem Ausgangssignal des Sensorelements (5) direkt generiertes, sekundäres Signal verfügbar ist, das zur Beurteilung des1. Sensor device for detecting a physical measured variable comprising at least one sensor element (5) and means (15) influencing it and a circuit arrangement (1) with an output (12) via which a primary or digitally coded signal representing the measured value is output, characterized in that the circuit arrangement (1) has, in addition to the output (12) for the primary signal, a further output (12 ' ) via which a secondary signal directly generated from the output signal of the sensor element (5) is available, that to assess the
Betriebszustands der Sensoreinrichtung herangezogen ist. Sensoreinrichtung zur Erfassung einer physikalischen Meßgröße umfassend zumindest ein Sensorelement (5) sowie dieses beeinflussende Mittel (15) und eine Schaltungsanordnung (1 ) mit einem Ausgang (12), über den ein den gemessenen Wert repräsentierendes, digital oder analog codiertes, primäres Signal ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (1 ) einen Schalter (9) aufweist, durch den beeinflußt über den Ausgang (12) für das primäre Signal wahlweise auch ein aus dem Ausgangssignal des Sensorelements (5) direkt generiertes, sekundäres Signal verfügbar ist, das zurOperating state of the sensor device is used. Sensor device for detecting a physical measured variable comprising at least one sensor element (5) and means (15) influencing it and a circuit arrangement (1) with an output (12) via which a primary or digitally coded signal representing the measured value is output , characterized in that the circuit arrangement (1) has a switch (9) through which, via the output (12) for the primary signal, a secondary signal generated directly from the output signal of the sensor element (5) is optionally available, which to
Beurteilung des Betriebszustands der Sensoreinrichtung herangezogen ist.Assessment of the operating state of the sensor device is used.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (9) als handbetätigter, elektromechanischer Schalter ausgeführt ist. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (9) als elektronischer, durch fernwirkende, außerhalb der Schaltungsanordnung (1 ) liegende Mittel zu betätigender Schalter ausgeführt ist.2. Sensor device according to claim 2, characterized in that the switch (9) is designed as a manually operated, electromechanical switch. Sensor device according to claim 2, characterized in that the switch (9) is in the form of an electronic switch which can be actuated by means of remotely operating means located outside the circuit arrangement (1).
Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (9) als elektronischer, durch die Polarität der von außerhalb der Schaltungsanordnung (1 ) zugeführten Versorgungsspannung zu beeinflussender Schalter ausgeführt ist.Sensor device according to Claim 2, characterized in that the switch (9) is designed as an electronic switch which can be influenced by the polarity of the supply voltage supplied from outside the circuit arrangement (1).
5. Sensoreinrichtung zur Erfassung einer physikalischen Meßgröße umfassend zumindest ein Sensorelement (5) sowie dieses beeinflussende Mittel (15) und eine Schaltungsanordnung (1 ) mit einem Ausgang (12), über den ein den gemessenen Wert repräsentierendes, digital oder analog codiertes, primäres Signal ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (1 ) eine Komponente (13) aufweist, die eine Signalmischstufe umfaßt und ein Ausgangssignal generiert, das über den Ausgang (12) verfügbar ist und durch das neben dem primären Signal auch ein aus dem Ausgangssignal des Sensorelements (5) direkt generiertes, sekundäres Signal, das zur5. Sensor device for detecting a physical measured variable comprising at least one sensor element (5) and means (15) influencing this and a circuit arrangement (1) with an output (12) via which a primary or digitally coded primary signal representing the measured value is output, characterized in that the circuit arrangement (1) has a component (13) which comprises a signal mixer and generates an output signal which is available via the output (12) and through which, in addition to the primary signal, also an output signal from the Sensor element (5) directly generated, secondary signal for
Beurteilung des Betriebszustands der Sensoreinrichtung herangezogen ist, repräsentiert ist.Assessment of the operating state of the sensor device is used, is represented.
6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (5) magnetfeldempfindlich ist und die dieses beeinflussenden Mittel (15) ein Magnetfeld erzeugen und/oder modifizieren. 6. Sensor device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sensor element (5) is sensitive to a magnetic field and the means (15) influencing this generate and / or modify a magnetic field.
7. Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (5) ein nach dem Hall-Prinzip arbeitendes ist.7. Sensor device according to claim 7, characterized in that the sensor element (5) is a working according to the Hall principle.
8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (5) ein einen magnetoresistiven Effekt aufweisendes ist.8. Sensor device according to claim 7, characterized in that the sensor element (5) is a magnetoresistive effect.
9. Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (5) ein langestreckter, einen magnetostriktiven Effekt aufweisender, ferromagnetischer Körper ist.9. Sensor device according to claim 7, characterized in that the sensor element (5) is an elongated, having a magnetostrictive effect, ferromagnetic body.
10. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfelderzeugenden und/oder - modifizierenden Mittel (15) einen Permanentmagneten und/oder einen ferromagnetischen Körper umfassen.10. Sensor device according to one of claims 7 to 10, characterized in that the magnetic field generating and / or - modifying means (15) comprise a permanent magnet and / or a ferromagnetic body.
11. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (5) strahlungsempfindlich ist und die dieses beeinflussenden Mittel (15) elektromagnetische Strahlung erzeugen und/oder modifizieren.11. Sensor device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sensor element (5) is sensitive to radiation and the means (15) influencing this produce and / or modify electromagnetic radiation.
12. Sensoreinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (5) eine Photodiode oder ein Phototransistor ist.12. Sensor device according to claim 12, characterized in that the sensor element (5) is a photodiode or a phototransistor.
13. Sensoreinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungserzeugenden und/oder -modifizierenden Mittel (15) eine Leuchtdiode und/oder einen Bereiche mit unterschiedlicher Strahlungsdurchlässigkeit und/oder -reflektivität aufweisenden Körper umfassen. 13. Sensor device according to claim 12 or 13, characterized in that the radiation-generating and / or -modifying means (15) comprise a light emitting diode and / or an area having different radiation permeability and / or reflectivity body.
4. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erfassende, physikalische Meßgröße eine Länge, eine Position, einen Winkel und/oder eine Drehzahl betrifft. 4. Sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the physical measured variable to be detected relates to a length, a position, an angle and / or a speed.
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