DE102007062862A1 - Method for determining position and change of position of measured object, involves arranging magnet in area of influence of sensor, which brings about change in permeability of foil - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position und/oder Positionsänderung eines Messobjekts relativ zu einem Sensor, wobei der Sensor vorzugsweise eine mit Wechselstrom beaufschlagte Sensorspule aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Sensoranordnung.The The invention relates to a method for determining the position and / or Position change of a measuring object relative to a sensor, wherein the sensor is preferably acted upon by an alternating current Has sensor coil. Furthermore, the invention relates to a corresponding Sensor arrangement.
Elektromagnetische Sensoren finden in der Technik weite Verbreitung. Sie werden beispielsweise zum Überwachen des Abstands zwischen einem Sensor und einem Messobjekt, zur Messung von Dreh- oder Ventilhubbewegungen, zur Ermittlung der Position eines Kolbens oder zum Detektieren von leitfähigen Objekten eingesetzt. Diese nicht abschließende Aufzählung belegt die umfangreichen Einsatzmöglichkeiten dieser Sensorgattung.electromagnetic Sensors are widely used in technology. They become, for example for monitoring the distance between a sensor and a Measuring object, for measuring rotary or valve lift movements, for Determining the position of a piston or detecting conductive Used objects. This non-exhaustive list proves the extensive application possibilities of this sensor type.
Bei
einem aus der
Aus
der
Aus
der
Für
die berührungslose Erfassung einer Drehbewegung eines Polrades
werden Sensoren mit magnetoelektrischen Wandlern verwendet. Beispiele hierfür
sind aus der
Weitere
Sensoren und Näherungsschalter, die den Sättigungseffekt
von weichmagnetischen Materialien hoher Permeabilität nutzen,
sind aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Position oder eine Positionsänderung eines Messobjekts relativ zu einem Sensor sowohl im statischen als auch im dynamischen Betrieb mit hoher Auflösung gemessen werden kann. Ferner soll eine entsprechende Vorrichtung mit möglichst einfacher Konstruktion angegeben werden.Of the The invention is therefore based on the object of specifying a method with which a position or a position change of a DUT relative to a sensor in both static and be measured in dynamic operation with high resolution can. Furthermore, a corresponding device with as possible simple construction can be specified.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Danach ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass durch einen dem Messobjekt zugeordneten Magneten in einer weichmagnetischen Folie, deren Permeabilität sich unter Einfluss eines Magnetfelds in Abhängigkeit der Feldstärke des Magnetfelds ändert und die in dem Einflussbereich des Sensors angeordnet ist, eine Änderung der Permeabilität der Folie hervorgerufen wird und dass die Änderung der Permeabilität der Folie aus deren Rückwirkung auf den Sensor und daraus die Position und/oder Positionsänderung des Messobjekt relativ zu dem Sensor bestimmt wird. Der Bestimmung einer Position oder Positionsänderung gleichgestellt ist die Bestimmung eines Winkels, einer Winkeländerung oder einer Drehzahlmessung.According to the invention the above object by the features of claim 1 solved. Thereafter, the inventive A method characterized in that by a the measurement object associated magnets in a soft magnetic film whose permeability under the influence of a magnetic field depending on the Field strength of the magnetic field changes and that in the Influence range of the sensor is arranged, a change the permeability of the film is caused and that the change in the permeability of the film from their Reaction to the sensor and from this the position and / or Position change of the measurement object relative to the sensor is determined. Identified as determining a position or position change is the determination of an angle, an angle change or a speed measurement.
In vorrichtungsmäßiger Hinsicht wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 13 gelöst. Danach ist die erfindungsgemäße Sensoranordnung dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einflussbereich des Sensor eine Folie aus weichmagnetischem Material angeordnet ist, wobei sich die Permeabilität der Folie unter Einfluss eines Magnetfelds in Abhängigkeit der Feldstärke des Magnetfelds ändert und dass eine Auswerteschaltung vorgesehen ist, mittels der die Änderung der Permeabilität der Folie aus deren Rückwirkung auf den Sensor bestimmt und auf die Position und/oder Positionsänderung des Messobjekt relativ zu dem Sensor geschlossen wird. Auch hier sei angemerkt, dass der Bestimmung einer Position oder Positionsänderung gleichgestellt ist die Bestimmung eines Winkels, einer Winkeländerung oder einer Drehzahlmessung.In terms of the device, the above object is achieved by the features of claim 13. Thereafter, the sensor arrangement according to the invention is characterized in that in the influence of the sensor, a film of soft magnetic material is arranged, wherein the permeability of the film under the influence of a magnetic field as a function of the field strength of the magnetic field changes and that an evaluation circuit is provided by means of the change of the Permeability of the film determined from their retroactive effect on the sensor and is closed to the position and / or position change of the measurement object relative to the sensor. Again, it should be noted that the determination of a position or position change is equated the determination of an angle, an angle change or a speed measurement.
Eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, die die voranstehende Aufgabe löst, ist mit dem nebengeordneten Patentanspruch 25 beansprucht. Danach ist die insoweit erfindungsgemäße Sensoranordnung dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einflussbereich des Sensors eine Folie aus weichmagnetischem Material angeordnet ist, wobei sich die Permeabilität der Folie unter Einfluss eines Magnetfelds in Abhängigkeit der Feldstärke des Magnetfelds ändert und wobei eine Bewegung des Messobjekts im Wesentlichen in Richtungen parallel zu einer Ausdehnungsrichtung der Folie erfolgt und dass die Änderung der Permeabilität der Folie aus deren Rückwirkung auf den Sensor und daraus die Position und/oder Positionsänderung des Messobjekt relativ zu dem Sensor geschlossen wird. Auch hier sei angemerkt, dass der Bestimmung einer Position oder Positionsänderung gleichgestellt ist die Bestimmung eines Winkels, einer Winkeländerung oder einer Drehzahlmessung.A alternative embodiment of an inventive Sensor assembly that solves the above problem is claimed with the independent claim 25. After that is the sensor arrangement according to the invention characterized in that in the sphere of influence of the sensor a film of soft magnetic material is arranged, wherein the permeability of the film under the influence of a magnetic field changes depending on the field strength of the magnetic field and wherein a movement of the measurement object is substantially in directions takes place parallel to an extension direction of the film and that the change in the permeability of the film from their Reaction to the sensor and from this the position and / or Position change of the measurement object relative to the sensor is closed. Again, it should be noted that the determination of a Position or position change is equal to the Determination of an angle, an angle change or a Speed measurement.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass eine Eigenschaft weichmagnetischer Materialien für eine hochgenaue Positionsmessung genutzt werden kann. Unter Einfluss eines äußeren Magnetfelds verändert sich die Permeabilität weichmagnetischer Materialien in Abhängigkeit der jeweils vorhandenen Feldstärke.In inventive way is first been recognized that a property of soft magnetic materials can be used for a highly accurate position measurement. Under the influence of an external magnetic field changed the permeability of soft magnetic materials in Dependence of the existing field strength.
Diese Eigenschaft kann in einer Sensoranordnung zur Anwendung kommen. Dazu ist einem Messobjekt, dessen Position relativ zum Sensor erfasst werden soll, ein Magnet zugeordnet. Durch diesen Magneten steigt bei Annäherung des Messobjekts an den Sensor bzw. bei Annäherung des Sensors an das Messobjekt die magnetische Feldstärke im Bereich des weichmagnetischen Materials. Dadurch sinkt dessen Permeabilität, was sich auf die Eigenschaften eines in der Nähe des weichmagnetischen Materials angeordneten Messelementes auswirkt und über eine geeignete, mit dem Messelement verbundene Auswerteschaltung einem Wert für die Position oder Positionsänderung des Messobjekts zugeordnet werden kann. Geeignete Messelemente sind beispielsweise Magnetfeldsensoren wie z. B. Hallsensoren, AMR- und GMR-Sensoren, oder induktive Sensoren wie z. B. Spulen eines induktiven Sensors oder eines Wirbelstromsensors oder jedes andere Messelement, das auf Änderungen der Permeabilität empfindlich ist.These Property can be used in a sensor arrangement. For this purpose, a measurement object whose position is detected relative to the sensor to be assigned to a magnet. Rising through this magnet when approaching the DUT to the sensor or when approaching of the sensor to the test object the magnetic field strength in Area of the soft magnetic material. This decreases its permeability, which affects the properties of a near the soft magnetic Material arranged measuring element affects and over a suitable, connected to the measuring element evaluation circuit a value for the position or position change of the DUT can be assigned. Suitable measuring elements are For example, magnetic field sensors such. B. Hall sensors, AMR and GMR sensors, or inductive sensors such. B. coils of an inductive sensor or an eddy current sensor or any other measuring element, the sensitive to changes in permeability.
Erfindungsgemäß ist ferner erkannt worden, dass eine Verbesserung der Empfindlichkeit der Sensoranordnung dadurch erreicht werden kann, dass das weichmagnetische Material lediglich als dünne Folie ausgebildet ist. Damit wird das Entstehen von Volumeneffekten weitestgehend vermieden, wodurch für Änderungen der Permeabilität geringere Feldstärken notwendig sind und in kürzerer Zeit ablaufen können. Dies wirkt sich günstig auf die Empfindlichkeit und Dynamik der Sensoranordnung aus. Umgekehrt führt dies dazu, dass das Magnetfeld des dem Messobjekt zugeordneten Magneten in einem relativ weiten Messbereich Einfluss auf die Permeabilität der Folie nimmt.According to the invention Furthermore, it has been recognized that an improvement in sensitivity the sensor arrangement can be achieved in that the soft magnetic Material is formed only as a thin film. In order to the emergence of volume effects is largely avoided resulting in changes in permeability lower field strengths are necessary and shorter Time can expire. This has a favorable effect on the sensitivity and dynamics of the sensor array. Conversely leads this is because the magnetic field of the magnet associated with the measurement object In a relatively wide measuring range influence on the permeability the film takes.
Bei Bewegungen zwischen Messobjekt und Sensor in Richtungen, die im Wesentlichen parallel zu einer Ausdehnungsrichtung der Folie verlaufen, entstehen in der Folie ein Bereich hoher Permeabilität, ein Bereich reduzierter Permeabilität und ein Übergangsbereich zwischen den beiden Bereichen. In Abhängigkeit des Abstands zwischen Sensor und Messobjekt kann der Übergangsbereich entlang der Folie verschoben werden. Dadurch wird über einen vergleichsweise großen Messbereich hinweg eine hohe Beeinflussung des Messelements bewirkt.at Movements between the measuring object and the sensor in directions in the Run substantially parallel to an extension direction of the film arise in the film, a region of high permeability, an area reduced permeability and a transition region between the two areas. Depending on the distance between sensor and measuring object, the transition area be moved along the slide. This will over a comparatively large measuring range across a high Influencing the measuring element causes.
Von besonderem Vorteil ist eine derart konfigurierte Sensoranordnung, bei der die Magnetfeldrichtung des Magneten des Messobjekts entlang einer Achse "schwerer" Magnetisierung der Folie liegt. In diesem Fall besitzt das Magnetfeld des Magneten eine Kopplung nur kleiner Fläche der Stirnseite der Folie. Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn der ungesättigte Bereich der Folie effektiv genutzt werden kann.From particular advantage is a sensor arrangement configured in this way, in which the magnetic field direction of the magnet of the measurement object along an axis of "heavy" magnetization of the film is. In this Case, the magnetic field of the magnet has a coupling only smaller Surface of the front side of the foil. Also advantageous is when the unsaturated region of the film is used effectively can be.
Die Auflösung und Genauigkeit der erfindungsgemäßen Sensoranordnungen ist abhängig von den elektromagnetischen und mechanischen Eigenschaften der Folie. Es können beispielsweise Folien aus M-Metall, Vitrovac oder Ferrit benutzt werden.The Resolution and accuracy of the invention Sensor arrangements is dependent on the electromagnetic and mechanical properties of the film. It can, for example Films of M-metal, Vitrovac or ferrite can be used.
Vorteilhaft ist eine Kombination aus hoher mechanischer Festigkeit und sehr guten elektromagnetischen Eigenschaften, die man beispielsweise durch die Verwendung einer Folie aus nanokristallinem Material erreicht. Zu den sehr guten elektromagnetischen Eigenschaften gehören eine große magnetische Permeabilität (beispielsweise μ = 50 000 ... 500 000), eine relativ kleine elektrische Leitfähigkeit und kleine Verluste in großen Temperatur- und Frequenzbereichen.Advantageous is a combination of high mechanical strength and very Good electromagnetic properties, for example, through achieved the use of a film of nanocrystalline material. Among the very good electromagnetic properties include a high magnetic permeability (for example μ = 50,000 ... 500,000), a relatively small electrical conductivity and small losses in large temperature and frequency ranges.
Die beschriebenen Effekte lassen sich erfindungsgemäß durch die nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen nutzen. Ziel dieser Ausgestaltungen ist es, einen Sensor mit möglichst großem Detektionsbereich zu schaffen und eine möglichst hohe Empfindlichkeit des Sensors zu erreichen.The described effects can be inventively by use the embodiments described below. Goal of this Embodiments is to use a sensor with the largest possible Detection range to create and the highest possible sensitivity to reach the sensor.
Erfindungsgemäß wird eine Folie aus weichmagnetischem Material eingesetzt, deren Permeabilitätsänderung sich auf eine Sensorspule auswirkt.According to the invention a film of soft magnetic material used, whose permeability change affects a sensor coil.
Die Änderung der Permeabilität erzeugt eine detektierbare Rückwirkung auf die Spule, die sich meist in einer Änderung der Impedanz der Spule niederschlägt. Die Impedanz bzw. die Impedanzänderung der Spule kann in üblicher Weise gemessen werden, indem die Sensorspule beispielsweise mit Wechselstrom beaufschlagt wird.The change the permeability produces a detectable reaction on the coil, usually in a change of impedance the coil precipitates. The impedance or the impedance change The coil can be measured in the usual way by the sensor coil is supplied with alternating current, for example.
Es sei jedoch betont, dass die Permeabilitätsänderung auch mit anderen induktiven oder magnetfeldempfindlichen Messelementen erfasst werden kann.It However, it should be emphasized that the permeability change also with other inductive or magnetic field-sensitive measuring elements can be detected.
In Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Nähe der weichmagnetischen Folie zusätzlich zu der mit einem Wechselstrom beaufschlagten Sensorspule eine Kompensationsspule angeordnet, die mit Gleichstrom erregt wird. Dadurch kann – je nach Ausbildung und Anordnung der Spule – die Permeabilität in einem mehr oder weniger großen Bereich der Folie beeinflusst werden. Dies kann genutzt werden, um gezielt besonders günstige Bedingungen für die Detektion des Messobjekts entstehen zu lassen. Befindet sich das Messobjekt in einem relativ großen Abstand, so wird das Magnetfeld des dem Messobjekt zugeordneten Magneten lediglich geringen Einfluss auf die Folie nehmen, da sich die Empfindlichkeit der Sensoranordnung in einem ungünstigen Bereich befindet. Durch Beaufschlagen der Kompensationsspule mit einem Gleichstrom kann eine Verschiebung der Empfindlichkeitskennlinie erreicht und die Empfindlichkeit an einem bestimmten Teil des Messbereichs gezielt erhöht werden. Andererseits könnte die Feldstärke bereits zu hohe Werte angenommen haben, wenn sich beispielsweise das Messobjekt sehr nahe an dem Sensor befindet. Durch die Kompensationsspule kann die Feldstärke dann gezielt reduziert werden, so dass die Sensoranordnung sich wieder in einem günstigeren Betriebszustand befindet. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit der Polarität und Stärke des Gleichstroms der Messbereich erheblich ausgedehnt und die Empfindlichkeit über den Messbereich verbessert werden. Ferner können durch Einstellung des Magnetfelds der Kompensationsspule Einbautoleranzen oder langsam veränderliche Störungen, wie Temperaturdrift oder Alterung, kompensiert bzw. ausgeregelt werden.In Framework of an advantageous embodiment is in the vicinity the soft magnetic film in addition to the one with AC acted upon sensor coil a compensation coil arranged, which is energized with DC. This can - depending on Training and arrangement of the coil - the permeability influenced in a more or less large area of the film become. This can be used to target particularly cheap Conditions for the detection of the DUT arise allow. Is the measurement object in a relatively large Distance, so the magnetic field of the measuring object is assigned Magnets only slight influence on the film, since the sensitivity of the sensor arrangement in an unfavorable Area is located. By applying the compensation coil with a direct current can cause a shift in the sensitivity characteristic achieved and the sensitivity at a certain part of the measuring range be increased specifically. On the other hand, the Field strength have already assumed too high values when For example, the measurement object is very close to the sensor. By the compensation coil can then target the field strength be reduced, so that the sensor assembly back in one is more favorable operating condition. This way you can depending on polarity and strength of DC, the measurement range is greatly extended and the sensitivity over the measuring range can be improved. Furthermore, by Setting the magnetic field of the compensation coil Installation tolerances or slowly changing disturbances, such as temperature drift or aging, be compensated or corrected.
Beide Ausgestaltungen können auch gleichzeitig realisiert sein, wodurch sich die positiven Effekte beider Ausgestaltungen addieren.Both Embodiments can also be realized simultaneously, whereby the positive effects of both embodiments add up.
Bei der Ausgestaltung mit einer gleichstromerregten Kompensationsspule ist vorteilhafter Weise der Gleichstrom einstellbar. Dies kann sich zum einen lediglich auf die Stärke des Gleichstroms beziehen, zum anderen könnte auch dessen Polarität geändert werden. Durch Einstellen der Stärke des Gleichstroms lässt sich das Maß der Beeinflussung der Permeabilität der weichmagnetischen Folie verändern. Eine Änderung der Polarität bewirkt, dass das resultierende Magnetfeld, das sich aus den Magnetfeldern der Sensorspule, der Kompensationsspule und dem Magneten des Messobjekts ergibt, erhöht oder reduziert wird. Dadurch kann besonders umfangreich auf das die Permeabilität der Folie beeinflussende Magnetfeld eingewirkt werden. Dabei könnte der Gleichstrom derart eingestellt werden, dass sich ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld der Sensorspule einstellt.at the embodiment with a Gleichstromerregten compensation coil Advantageously, the DC current is adjustable. This can happen relate only to the strength of the direct current, on the other hand, its polarity could also be changed become. By adjusting the strength of the DC current leaves the degree of influencing the permeability change the soft magnetic film. A change the polarity causes the resulting magnetic field, resulting from the magnetic fields of the sensor coil, the compensation coil and the magnet of the DUT, increases or decreases becomes. This can be particularly extensive on the permeability The film influencing the magnetic field are acted upon. It could the direct current can be adjusted so that a substantially constant magnetic field of the sensor coil adjusts.
In vorteilhafter Weise wird der Sensor, insbesondere vor der ersten Inbetriebnahme, einer Kalibrierung unterzogen. Dazu werden vorzugsweise die folgenden Schritte durchgeführt. In einem ersten Schritt wird das Messobjekt an einer Vielzahl von Positionen h relativ zu dem Sensor positioniert. Dabei besitzen die einzelnen Positionen h eine Schrittweite δh. Vorzugsweise sind die einzelnen Positionen derart angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Linie befinden.In Advantageously, the sensor, in particular before the first Commissioning, subjected to a calibration. These are preferably the following steps are performed. In a first step the measured object is relative to at a plurality of positions h positioned the sensor. The individual positions have h a step size δh. Preferably, the individual Positions arranged so that they are essentially on a common line.
An jeder der Positionen h wird ein Wechselstrom in die Sensorspule eingespeist. Dadurch erzeugt die Sensorspule ein elektromagnetisches Wechselfeld, das durch die weichmagnetische Folie beeinflusst wird. Für jede der Positionen h wird die Impedanz Z und/oder die relative Impedanzänderung ΔZ/Z der Spule bestimmt. Dazu sind verschiedene Verfahren aus der Praxis bekannt. Aus den so ermittelten Werten wird eine Kennlinie bestimmt, die eine Abhängigkeit zwischen der relativen Empfindlichkeit S der Sensorspule und der Position h des Messobjekts relativ zu der Sensorspule beschreibt. Dabei ist die relative Empfindlichkeit S gegeben durch At each of the positions h, an alternating current is fed to the sensor coil. As a result, the sensor coil generates an electromagnetic alternating field, which is influenced by the soft magnetic film. For each of the positions h, the impedance Z and / or the relative impedance change ΔZ / Z of the coil is determined. For this purpose, various methods are known in practice. From the values thus determined, a characteristic curve is determined which describes a relationship between the relative sensitivity S of the sensor coil and the position h of the test object relative to the sensor coil. The relative sensitivity S is given by
Aus dieser Kennlinie wird eine Position h0 bestimmt, an der die relative Empfindlichkeit S einen maximalen Wert annimmt. Der zu dieser Position h0 korrespondierende Wert Z0 der komplexen Impedanz wird in einem nicht flüchtigen Speicher abgespeichert. Mit diesen Schritten wurde somit die Kennlinie des Sensors bestimmt.From this characteristic, a position h 0 is determined at which the relative sensitivity S assumes a maximum value. The value Z 0 of the complex impedance corresponding to this position h 0 is stored in a non-volatile memory. With these steps, the characteristic curve of the sensor was determined.
In den nächsten Schritten wird die Abhängigkeit der Messergebnisse von der Stärke des Gleichstroms bestimmt. Dazu wird zunächst ein Gleichstrom in die Kompensationsspule eingespeist. Wiederum wird das Messobjekt an verschiedenen Positionen h platziert und die Impedanz Z und/oder relative Impedanzänderung ΔZ/Z der Spule an jeder Position h bestimmt. Dabei wirkt auf die Folie die Überlagerung der Magnetfelder der Sensorspule, der Kompensationsspule und des Magneten des Messobjekts. In einem nächsten Schritt wird die Stärke des Gleichstroms im Messbereich ± Δh variiert. Dies wird solange wiederholt, bis ein vorbestimmter und gespeicherter Sollwert der Impedanz erreicht wird. Aus den so bestimmten Werten wird die Abhängigkeit des Gleichstroms von der Positionsänderung des Messobjekts ermittelt. Dabei hat sich gezeigt, dass in dem Messbereich ± Δh ein im Wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen der Position h und dem Gleichstrom durch die Kompensationsspule ergibt. Daher kann es in vielen Anwendungs fällen genügen, lediglich den Proportionalitätsfaktor zwischen Positionsänderung und dem Gleichstrom zu bestimmen und zu speichern.In the next steps the dependence of the measurement results on the strength of the direct current is determined. For this purpose, a direct current is first fed into the compensation coil. Again, the measurement object is placed at different positions h and the impedance Z and / or relative impedance change ΔZ / Z of the coil at each position h is determined. The superposition of the magnetic fields of the sensor coil, the Kom, acts on the foil compensation coil and the magnet of the DUT. In a next step, the strength of the direct current in the measuring range ± Δh is varied. This is repeated until a predetermined and stored reference value of the impedance is reached. From the values thus determined, the dependence of the direct current on the change in position of the DUT is determined. It has been shown that in the measuring range ± Δh results in a substantially linear relationship between the position h and the DC current through the compensation coil. Therefore, in many applications it may be sufficient to determine and store only the proportionality factor between position change and direct current.
Vorteilhaft ist, wenn der vorbestimmte Sollwert der komplexen Impedanz bei einen Grundabstand zwischen Messobjekt und dem Sensor ermittelt wird, bei welchem die Positionsänderungen des Messobjekts zu maximalen Impedanzänderungen des Spulensystems führt.Advantageous is when the predetermined target value of the complex impedance at a The basic distance between the test object and the sensor is determined in which the position changes the object to maximum impedance changes of the coil system leads.
Im Allgemeinen wird zur Bestimmung der Rückwirkung der Änderung der Permeabilität der Folie auf die Spule deren Impedanz bzw. -änderung gemessen. Allerdings sei angemerkt, dass die Messung der Permeabilität prinzipiell auch auf andere Art und Weise bestimmt werden könnte. Die Messung der Impedanz kann direkt oder indirekt erfolgen. So kann beispielsweise bei Einprägung eines bekannten Stroms die über der Spule abfallende Spannung gemessen und durch Division der Spannung durch den Strom die Impedanz bestimmt werden. Allerdings könnte die Impedanz auch durch eine parallel geschaltete Kapazität zu einem freischwingenden Oszillator erweitert werden, der beispielsweise über eine PLL (Phase Locked Loop)-Schaltung angesteuert wird. Aus dem Ausgangssignal der PLL-Schaltung kann auf die Impedanz der Sensorspule geschlossen werden.in the Generally, to determine the retroactivity of the change the permeability of the film to the coil their impedance or change measured. However, it should be noted that the measurement of permeability in principle to others Way could be determined. The measurement of the impedance can be done directly or indirectly. For example, when impressed a known current, the voltage drop across the coil measured and by dividing the voltage by the current the impedance be determined. However, the impedance could also be through a parallel switched capacity to a free-running Oscillator be extended, for example, via a PLL (Phase Locked Loop) circuit is controlled. From the output signal the PLL circuit can be closed to the impedance of the sensor coil become.
Aus
der komplexen Impedanz Z der Sensorspule lässt sich der
Realteil Re{Z} und der Imaginärteil Im{Z} bestimmen. Die
Bestimmung des Real- und Imaginärteils kann analog oder
digital erfolgen. Entsprechende Verfahren sind aus der Praxis hinlänglich bekannt.
Zusätzlich könnte der Quotient D aus dem Realteil
Re{Z} und dem Imaginärteil Im{Z} gebildet werden, wobei
für den Quotienten D gilt:
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Größe des Gleichstroms durch die Kompensationsspule in einer Nachlaufsteuerung mittels eines geschlossenen Regelkreises eingestellt. Der Quotient D kann hierbei als Sollwert für den Regelkreis dienen, wobei D konstant gehalten werden könnte. Aus dem Imaginärteil Im{Z} könnte die Position oder Positionsänderung des Messobjekts relativ zu dem Sensor ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ könnte die Stärke des Gleichstroms durch die Kompensationsspule dann zur Positionsbestimmung herangezogen werden.To A preferred embodiment of the invention is the Size of direct current through the compensation coil in a tracking control by means of a closed loop set. The quotient D can be used as a setpoint for serve the control loop, where D could be kept constant. From the imaginary part Im {Z} could be the position or position change of the measurement object relative to the sensor be determined. Additionally or alternatively could the strength of the DC current through the compensation coil then be used for position determination.
Vorzugsweise erfolgt die Regelung derart, dass eine maximale relative Empfindlichkeit S des Sensors über den gesamten Messbereich oder zumindest einen Teil hiervon konstant gehalten wird. Dazu könnten die aus einer Kalibrierung gewonnenen Informationen verwendet werden. Maximale Empfindlichkeit liegt bei der Position h0 vor, die durch Wahl eines Gleichstroms durch die Kompensationsspule verschoben werden kann.Preferably, the regulation takes place in such a way that a maximum relative sensitivity S of the sensor over the entire measuring range or at least a part thereof is kept constant. For this purpose, the information obtained from a calibration could be used. Maximum sensitivity is at the position h 0 , which can be shifted by selecting a DC current through the compensation coil.
Alternativ zu einer Regelung könnte der Gleichstrom manuell eingestellt werden. Insbesondere bei Bewegungen des Messobjekts mit hoher Dynamik könnte die Regelung nicht ausreichend schnell auf Änderungen reagieren. Eine manuelle Einstellung des Gleichstroms lässt sich auf verschiedenste Art und Weise realisieren. So könnte die Stärke des Gleichstroms beispielsweise über Tasten oder eine Tastatur eingegeben werden. Alternativ oder zusätzlich könnten analoge oder digitale Dreh- oder Schieberegler Verwendung finden.alternative to a scheme, the DC could be set manually become. Especially with movements of the DUT with high dynamics The scheme might not be fast enough to change react. A manual adjustment of the direct current leaves to realize themselves in different ways. So could the strength of the direct current over, for example Keys or a keyboard can be entered. Alternatively or in addition could be analog or digital rotary or slider Find use.
Bei der Sensoranordnung, die über eine gleichstromerregte Kompensationsspule verfügt, werden sich die Magnetfelder der Sensorspule, der Kompensationsspule und des Magneten des Messobjekts zu einem resultierenden Magnetfeld überlagern. Dabei werden die Richtungen und Polarität der einzelnen Magnetfelder im Allgemeinen unterschiedlich sein. Das Magnetfeld der Sensorspule ist bedingt durch die Speisung mit einem Wechselstrom ein Wechselfeld und ändert somit mit der doppelten Frequenz des Wechselstroms seine Polarität. Das Magnetfeld der Kompensationsspule wird in Abhängigkeit von der Position des Messobjekts relativ zu dem Sensor über eine Regelung oder manuell eingestellt. Dabei kann die Polarität des die Kompensationsspule erregenden Gleichstroms derart gewählt werden, dass die statische Feldkomponente des Magnetfelds erhöht oder abgesenkt wird. Dies wird davon abhängen, in welche Richtung das resultierende Magnetfeld verschoben werden soll, um möglichst gute oder gar ideale Bedingungen zur Messung der Positionen zu erzielen. Das Magnetfeld des dem Messobjekt zugeordneten Magneten wird im Allgemeinen ein inhomogenes Magnetfeld sein und von dem Abstand zwischen Sensor und Messobjekt abhängen.at the sensor arrangement, which has a Gleichstromerregte compensation coil the magnetic fields of the sensor coil, the compensation coil and the magnet of the DUT to a superimpose the resulting magnetic field. Here are the Directions and polarity of the individual magnetic fields in the Generally be different. The magnetic field of the sensor coil is due to the supply of an alternating current an alternating field and thus changes with twice the frequency of the alternating current his polarity. The magnetic field of the compensation coil becomes relative depending on the position of the measuring object to the sensor via a control or manually adjusted. In this case, the polarity of the compensation coil exciting DC are chosen such that the static Field component of the magnetic field is increased or decreased. This will depend on which direction the resulting Magnetic field should be shifted to the best possible or even ideal conditions for measuring the positions. The magnetic field the magnet associated with the measurement object generally becomes one be inhomogeneous magnetic field and the distance between sensor and the object to be measured.
Die Sensorspule und die Kompensationsspule könnten galvanisch voneinander getrennt sein. Dadurch lassen sich die beiden Spulen vollständig unabhängig voneinander mit Strömen beaufschlagen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die beiden Spulen auch zu einer einzelnen Spule zusammengefasst werden könnten oder eine der beiden Spulen durch einen Zwischenabgriff als Teilabschnitt der anderen Spule ausgestaltet sein kann. Bei Ausgestaltung durch eine einzelne Spule würde ein um einen Gleitstromanteil verschobener Wechselstrom in die Spule eingespeist. Der Offset könnte ebenso wie bei galvanisch getrennter Ausgestaltung der beiden Spulen mittels eines Regelkreises oder manuell eingestellt werden.The sensor coil and the compensation coil could be galvanically isolated from each other. As a result, the two coils can be acted upon completely independently of each other with currents. It should be noted, however, that the two coils also combined into a single coil could be summarized or one of the two coils can be configured by a Zwischenabgriff as a section of the other coil. When configured by a single coil, a shifted by a Gleitstromanteil alternating current was fed into the coil. The offset could be adjusted by means of a control loop or manually as well as in galvanically separated embodiment of the two coils.
Bei dem Magneten des Messobjekts handelt es sich vorzugsweise um einen Permanentmagneten. Dadurch kann das Messobjekt unabhängig von jeglicher weiteren Energiezufuhr genutzt werden. Allerdings könnte der Magnet auch durch einen Elektromagneten gebildet sein. Dadurch könnte weiter auf die Messung Einfluss genommen werden. Befindet sich das Messobjekt beispielsweise vergleichsweise nahe an dem Sensor, so könnte durch Reduzierung des Erregerstroms das Magnetfeld des Magneten reduziert werden. Ebenso könnte bei großem Abstand zwischen Messobjekt und Sensor der Erregerstrom erhöht werden. Beide Ausgestaltungen des Magneten könnten auch kombiniert angewendet werden.at the magnet of the test object is preferably a Permanent magnets. As a result, the measurement object can be independent be used by any other energy supply. Indeed The magnet could also be formed by an electromagnet be. This could further influence the measurement become. For example, if the measurement object is comparatively close at the sensor, so could by reducing the excitation current the magnetic field of the magnet can be reduced. Likewise could at a large distance between the object to be measured and the sensor increases the excitation current become. Both embodiments of the magnet could also be applied in combination.
In einer möglichen Ausgestaltung der Auswerteschaltung für den Sensor ist die Folie kapazitiv mit der Sensorspule gekoppelt. Die Folie weist in dieser Ausgestaltung einen elektrischen Kontakt auf, der mit einem Oszillator verbunden ist. Der andere Pol des Oszillators ist mit einem der Anschlüsse der Sensorspule verbunden. Auf diese Weise würde die Energie kapazitiv in die Sensorspule eingekoppelt werden. Die beiden Anschlüsse der Sensorspule sind mit den Eingängen eines Verstärkers verbunden, der die über der Sensorspule abfallende Spannung verstärkt. Der Verstärker ist dabei Teil der Auswerteschaltung, mittels der die Änderung der Permeabilität der Folie bestimmt wird. Die über der Spule abfallende Spannung wird durch den Verstärker verstärkt und als verstärktes Signal U2 ausgegeben. Dieses Signal U2 ist proportional zu der relativen Impedanzänderung ΔZ/Z.In a possible embodiment of the evaluation circuit for the sensor, the film is capacitively coupled to the sensor coil. In this embodiment, the foil has an electrical contact which is connected to an oscillator. The other pole of the oscillator is connected to one of the terminals of the sensor coil. In this way, the energy would be capacitively coupled into the sensor coil. The two terminals of the sensor coil are connected to the inputs of an amplifier, which amplifies the voltage drop across the sensor coil. The amplifier is part of the evaluation circuit, by means of which the change in the permeability of the film is determined. The voltage drop across the coil is amplified by the amplifier and output as amplified signal U 2 . This signal U 2 is proportional to the relative impedance change ΔZ / Z.
Alternativ zu dieser Ausgestaltung könnte der Oszillator direkt mit der Sensorspule verbunden sein. Der Wechselstrom würde also direkt in die Spule eingekoppelt werden. Die Folie könnte dann beispielsweise mit Masse verbunden sein. Auch bei dieser Ausgestaltung würde die über der Sensorspule abfallende Spannung verstärkt und ein zur relativen Impedanzänderung ΔZ/Z proportionales Signal U2 ausgegeben werden.As an alternative to this embodiment, the oscillator could be connected directly to the sensor coil. The alternating current would therefore be coupled directly into the coil. The film could then be connected to ground, for example. In this embodiment too, the voltage drop across the sensor coil would be amplified and a signal U 2 proportional to the relative impedance change ΔZ / Z would be output.
In beiden Fällen könnte eine elektronische Anordnung vorgesehen sein, die aus dem Spannungssignal U2 zwei orthogonale Spannungskomponenten bildet. Die beiden Komponenten sind dann proportional zum Realteil Re{Z} bzw. Imaginärteil Im{Z} der komplexen Impedanz Z der Sensorspule. Die elektronische Anordnung würde Spannungssignale U3 und U4 ausgeben, die die beiden orthogonalen Spannungskomponenten repräsentieren. Das Signal U4 könnte zur Synchronisation des Oszillators herangezogen werden, während das Signal U3 zur Steuerung der Spannungsquelle, die die Kompensationsspule mit einem Gleitstrom speist, genutzt wird. Die elektronische Anordnung könnte durch verschiedenste aus der Praxis bekannte Anordnungen implementiert sein. Vorzugsweise erfolgt die Analyse der verstärkten Spannung digital. Die elektronische Anordnung würde dann einen A/D-Wandler, einen Prozessor und einen Speicher aufweisen. Zur galvanischen Trennung der elektronischen Anordnung von der Stromquelle könnte zusätzlich ein Optokoppler vorgesehen sein, über den die Steuerinformationen galvanisch entkoppelt an die Stromquelle übergeben werden.In both cases, an electronic arrangement could be provided which forms two orthogonal voltage components from the voltage signal U 2 . The two components are then proportional to the real part Re {Z} or imaginary part Im {Z} of the complex impedance Z of the sensor coil. The electronic device would output voltage signals U 3 and U 4 representing the two orthogonal voltage components. The signal U 4 could be used to synchronize the oscillator, while the signal U 3 is used to control the voltage source, which feeds the compensation coil with a sliding current. The electronic device could be implemented by a variety of arrangements known in the art. Preferably, the analysis of the amplified voltage is digital. The electronic device would then comprise an A / D converter, a processor and a memory. For galvanic isolation of the electronic device from the power source, an optocoupler could additionally be provided, via which the control information is transferred galvanically decoupled to the power source.
Bei der Ausgestaltung der Sensoranordnung ohne Kompensationsspule und mit eingeschränkter Bewegungsrichtung des Messobjekts auf Richtungen, die im Wesentlichen parallel zu einer Ausdehnungsrichtung der Folie erfolgt, könnte der Magnet ebenso durch einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten realisiert sein. Bei Ausgestaltung durch einen Elektromagneten könnten wiederum auf das Messverhalten des Sensors – wie bereits zuvor beschrieben – Einfluss genommen werden.at the embodiment of the sensor arrangement without compensation coil and with limited direction of movement of the measurement object Directions that are substantially parallel to an expansion direction the film is done, the magnet could also be through a Permanent magnets or an electromagnet can be realized. at Design by an electromagnet could turn on the measurement behavior of the sensor - as previously described - influence be taken.
Auch bei dieser Art der Ausgestaltung könnte eine Kalibrierung der Sensoranordnung durchgeführt werden. Dazu würden die zuvor beschriebenen Schritte zum Bestimmen der Kennlinie des Sensors entsprechend durchgeführt werden.Also in this type of embodiment could be a calibration the sensor arrangement are performed. For that would the previously described steps for determining the characteristic of the Sensors are carried out accordingly.
Die Ausgestaltung der Auswerteschaltung würde auf vergleichbare Art und Weise wie bei der Ausgestaltung mit Kompensationsspule erfolgen. Ein Oszillator könnte ein Spannungssignal direkt in einen Kontakt der Folie einspeisen. Die Spannung könnte dann kapazitiv in die Sensorspule eingekoppelt werden. Die an der Spule entstehende Spannung könnte wiederum über einen Verstärker verstärkt und einer elektronischen Anordnung zur Ermittlung des Real- und des Imaginärteils zugeführt werden. Aus einem dem Imaginärteil proportionalen Spannungssignal U4 könnte eine Synchronisation des Oszillators herbeigeführt werden.The design of the evaluation circuit would be done in a similar manner as in the embodiment with compensation coil. An oscillator could feed a voltage signal directly into a contact of the foil. The voltage could then be capacitively coupled into the sensor coil. The voltage generated at the coil could in turn be amplified by an amplifier and fed to an electronic device for determining the real and the imaginary part. From a the imaginary part proportional voltage signal U 4 , a synchronization of the oscillator could be brought about.
Ebenso könnte der Oszillator direkt mit der Sensorspule verbunden sein und der über der Spule entstehende Spannungsabfall über einen Verstärker verstärkt werden. Wiederum könnte das verstärkte Signal einer elektronischen Anordnung zugeführt werden, um aus dem verstärkten Signal den Real- und den Imaginärteil zu extrahieren.As well the oscillator could be connected directly to the sensor coil and the voltage drop across the coil over amplify an amplifier. Again could the amplified signal is fed to an electronic device, from the amplified signal the real and the imaginary part to extract.
Bei beiden erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der Sensoranordnung – also der Sensoranordnung mit oder ohne Kompensationsspule – könnte der Sensor auf verschiedene Arten gebildet sein. So könnte der Sensor auf einem runden oder auf sonstige Art und Weise dreidimensional ausgeprägten Träger aufgebracht sein. Auf diesen Träger könnten die Sensorspule, die Folie und gegebenenfalls die Kompensationsspule gewickelt, geklebt oder auf sonstige Art und Weise aufgebracht sein.In both embodiments of the sensor arrangement according to the invention - that is, the sensor order with or without compensation coil - the sensor could be formed in different ways. Thus, the sensor could be applied in a round or in some other way three-dimensionally pronounced carrier. On this carrier, the sensor coil, the film and possibly the compensation coil could be wound, glued or applied in any other way.
In einer alternativen Ausgestaltung könnte der Sensor flächig ausgestaltet sein. Dabei ist der Sensor vorzugsweise auf einem planen Träger aufgebracht. Allerdings könnte der Träger auch gekrümmt und an spezielle Arbeitsumgebungen angepasst sein. Nach entsprechenden Kalibrierungsmaßnahmen können derartige Sensoren problemlos eingesetzt werden.In an alternative embodiment, the sensor could be flat be designed. The sensor is preferably on a plan Carrier applied. However, the carrier could also curved and adapted to special working environments be. After appropriate calibration measures can Such sensors are used easily.
Für eine weitere Verbesserung der Empfindlichkeit der Sensoranordnung könnte die Dicke der Folie an die Eindringtiefe des durch die Sensorspule erzeugten elektromagnetischen Felds angepasst sein. Dabei ist das durch die Sensorspule erzeugte elektromagnetische Feld vorzugsweise hochfrequent. Für die Eindringtiefe δ in ein leitfähiges Material gilt: wobei ω = 2πf mit f als Frequenz des Wechselfeldes gilt und σ die Leitfähigkeit und μ die Permeabilität der Folie sind. Wie zu erkennen ist, ist δ umgekehrt proportional zu der Wurzel aus der Permeabilität μ der Folie. Sinkt also bedingt durch ein äußeres Magnetfeld die Permeabilität der Folie, so steigt die Eindringtiefe des elektromagnetischen Felds in die Folie. Ist die Dicke der Folie geeignet dimensioniert, so dringt das elektromagnetische Feld in Bereichen mit niedriger Permeabilität durch die Folie hindurch. Dieser Effekt kann weiter zu einer Erhöhung der Empfindlichkeit genutzt werden. Es könnte nämlich auf der der Sensorspule abgewandten Seite nahe der Folie eine leitfähige Fläche angeordnet sein. Dabei weist diese leitfähige Fläche vorzugsweise eine im Vergleich zu der weichmagnetischen Folie wesentlich höhere Leitfähigkeit auf. Dadurch würden in der leitfähigen Fläche in höherem Maße Wirbelströme induziert als in der weichmagnetischen Folie.For a further improvement of the sensitivity of the sensor arrangement, the thickness of the film could be adapted to the penetration depth of the electromagnetic field generated by the sensor coil. In this case, the electromagnetic field generated by the sensor coil is preferably high-frequency. For the penetration depth δ into a conductive material, the following applies: where ω = 2πf where f is the frequency of the alternating field and σ is the conductivity and μ is the permeability of the film. As can be seen, δ is inversely proportional to the root of the permeability μ of the film. Thus, if the permeability of the film decreases due to an external magnetic field, the penetration depth of the electromagnetic field in the film increases. When the thickness of the film is properly sized, the electromagnetic field penetrates through the film in areas of low permeability. This effect can be further used to increase the sensitivity. It could namely be arranged on the sensor coil side facing away from the film, a conductive surface. In this case, this conductive surface preferably has a much higher conductivity compared to the soft magnetic film. As a result, eddy currents would be induced to a greater extent in the conductive surface than in the soft magnetic film.
Insbesondere bei Einschränkung der Bewegung des Messobjekts in Richtungen im Wesentlichen parallel zu einer Ausdehnungsrichtung der Folie wird erreicht, dass die weichmagnetische Folie die dahinter liegende leitfähige Fläche in Abhängigkeit der Position des Messobjekts freigibt. Je nach Position des Messobjekts würde eine unterschiedlich breite Zone mit reduzierter Permeabilität die weichmagnetische Folie für das elektromagnetische Feld der Sensorspule durchlässig werden lassen. (Dies kann anschaulich derart vorgestellt werden, dass die Folie ähnlich einer Jalousie einen unterschiedlich großen Teil einer Fensteröffnung freigibt.) Dadurch würden in Abhängigkeit der Position des Messobjekts in unterschiedlich starkem Maße Wirbelströme in der leitfähigen Fläche induziert. Diese bewirken eine stärkere Beeinflussung der Impedanz der Sensorspule als die in der weichmagnetischen Folie induzierten Wirbelströme, was sich wiederum positiv auf die Empfindlichkeit der Sensoranordnung auswirkt.Especially when restricting the movement of the measuring object in directions becomes substantially parallel to an extension direction of the film ensures that the soft magnetic film lies behind it conductive area depending on Position of the DUT releases. Depending on the position of the DUT would be a different width zone with reduced Permeability of the soft magnetic film for the electromagnetic field of the sensor coil become permeable to let. (This can be clearly presented in such a way that the Foil similar to a blind a different sized part a window opening releases.) This would depending on the position of the DUT in different strong measure eddy currents in the conductive Surface induced. These cause a stronger influence the impedance of the sensor coil than that in the soft magnetic film induced eddy currents, which in turn has a positive effect the sensitivity of the sensor arrangement affects.
In vorteilhafter Weise wird die Sensorspule mit einem Wechselstrom mit hoher Frequenz gespeist. Damit ist die Dynamik des Sensors sehr hoch. Durch die hohe Frequenz ist zwar die Eindringtiefe der Wirbelströme in leitfähigen Materialien gering, was jedoch für dünne Folien (beispielsweise 20 μm) ausreicht. Es ist zu erkennen, dass ein Volumeneffekt nicht nötig oder sogar nicht gewünscht ist: Bei einem voluminösem weichmagnetischen Material würde der Wirbelstrom ebenfalls nur in einer dünnen Schicht fließen, so dass der Messeffekt in Verhältnis zum Volumen gering ist.In Advantageously, the sensor coil with an alternating current fed at high frequency. Thus, the dynamics of the sensor is very high. Due to the high frequency, although the penetration depth of the eddy currents low in conductive materials, but what for thin films (for example, 20 microns) is sufficient. It can be seen that a volume effect is not necessary or even not wanted: With a voluminous Soft magnetic material, the eddy current would also just flow in a thin layer, so that the Measuring effect in relation to the volume is low.
Wie zuvor beschrieben, ist die Zone der Permeabilitätsänderung abhängig von der Magnetfeldstärke. Je nach Magnet kann der Sensor dessen Position in relativ weitem Abstand (z. B. 30 ... 50 mm) mit sehr hoher Auflösung (einige μm) messen, indem durch eine geeignete Anordnung die Zone höchster Empfindlichkeit gerade so gelegt wird, dass der Arbeitspunkt bei dem vorgegebenen Grundabstand des Magneten relativ zum Sensor liegt. Bei geeigneter Ausgestaltung des Magnetkreises ist ein sogenannter Redundanzfaktor von typischer Größenordung 3 erreichbar. Das bedeutet, dass die Strecke der Bewegung des Messobjektes um den Faktor 3 größer ist als die Änderung der Verteilung der Permeabilität in der Folie. Die Länge der Folie ist damit um den Redundanzfaktor gegenüber der Strecke der Bewegung verkürzt. Dies ist besonders vorteilhaft, weil dadurch eine kurze und kompakte Bauform derartiger Sensoren ermöglicht wird.As previously described, the zone is the permeability change depending on the magnetic field strength. Depending on the magnet the sensor can determine its position at a relatively long distance (eg 30 ... 50 mm) with very high resolution (a few μm) measure, by a suitable arrangement, the zone of highest sensitivity just placed so that the operating point at the given Base distance of the magnet is relative to the sensor. In a suitable embodiment of the magnetic circuit is a so-called redundancy factor of more typical Size 3 achievable. It means that the distance of the movement of the object to be measured increases by a factor of 3 is considered the change in the distribution of permeability in the slide. The length of the film is thus around the redundancy factor shortened compared to the track of movement. This is particularly advantageous because a short and compact Design of such sensors is possible.
Die zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Sensoren können auch derart realisiert sein, dass die Folie und der Magnet feststehend sind und lediglich die Spule bewegt wird.The previously described embodiments of the sensors can Also be realized in such a way that the film and the magnet fixed are and only the coil is moved.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung kann der Magnet fest mit dem Sensor verbunden sein. Um am Ort der Sensorspule ein von der Position des Messobjektes veränderliches Magnetfeld zu erhalten, muss das Messobjekt aus einem Material bestehen, das Magnetfelder beeinflusst. Dies kann beispielsweise ein ferromagnetisches Material sein. Durch eine Positionsänderung des ferromagnetischen Messobjektes relativ zum Sensor und dem mit dem Sensor verbundenen Magneten werden die Magnetfeldlinien beeinflusst und damit ebenfalls eine Änderung der Verteilung der Permeabilität in der Folie bewirkt.In a further advantageous embodiment, the magnet can be firmly connected to the sensor. In order to obtain a magnetic field which varies from the position of the measurement object at the location of the sensor coil, the measurement object must be made of a material which influences magnetic fields. This may be, for example, a ferromagnetic material. By a change in position of the ferromagnetic object to be measured relative to the sensor and the magnet connected to the sensor, the magnetic field lines are influenced and thus also a Changing the distribution of permeability causes in the film.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1, 13 und 25 jeweils nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigenIt Now there are different ways of teaching the present Invention in an advantageous manner and further develop. On the one hand to the claims 1, 13th and 25 each subordinate claims and on the other hand to the following explanation of preferred embodiments of the invention with reference to the drawing. Combined with the explanation of the preferred embodiments The invention with reference to the drawings are also generally preferred Embodiments and developments of the teaching explained. In the drawing show
Bei den einzelnen Figuren sind für gleiche oder gleichartige Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet.at The individual figures are for the same or similar Components same reference numerals used.
Die
Spannung U3 wird zum Steuern einer steuerbaren
Spannungsquelle
Die
steuerbare Spannungsquelle
Die
zweite Spannungskomponente U4, die durch
die elektronische Anordnung aus der Spannung U2 erzeugt
wird, wird zur Synchronisation des Oszillators
Die
Sensoranordnung
Anhand
der
Das
in
Das
Diagramm in
In
Ein
Permanentmagnet
Als
Träger
Der
Träger
Die
Messspule
Eine
Folie
Vorteilhaft
bei dieser Ausführungsform ist, dass der Sensor
Das
Messobjekt
In
einer ersten Variante (A) ist der Permanentmagnet
In
einer zweiten Variante (B) ist der Permanentmagnet
In
einer dritten Variante ist das Spulensystem
Im Z konstant bleibt. In diesem Fall ist die Höhe des Gleichstromes proportional zu Positionsänderungen Δh. Das Messobjekt könnte auch eine profilierte Oberfläche ausweisen, beispielsweise ein Zahnrad oder ein Polrad, wodurch mit dem Sensor auch Drehzahlen und/oder Winkel gemessen werden können.in the Z remains constant. In this case, the height of the DC proportional to changes in position Δh. The measurement object could also have a profiled surface, For example, a gear or a flywheel, which with the sensor also Speeds and / or angles can be measured.
Die über
dem Widerstand
Schließlich sei angemerkt, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele die beanspruchte Lehre lediglich erläutern, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.After all It should be noted that the embodiments discussed above merely explain the claimed teaching, but these do not limit to the embodiments.
- 11
- Sensoranordnungsensor arrangement
- 22
- Messobjektmeasurement object
- 33
- Sensorsensor
- 44
- Magnetmagnet
- 55
- Spulensystemcoil system
- 66
- Sensorspulesensor coil
- 77
- Kompensationsspulecompensating coil
- 88th
- Foliefoil
- 99
- el. Kontakt (Folie)el. Contact (foil)
- 1010
- Oszillatoroscillator
- 1111
- Auswerteschaltungevaluation
- 1212
- Verstärkeramplifier
- 1313
- elektronische Anordnungelectronic arrangement
- 1414
- Spannungsquellevoltage source
- 1515
- (Mess-)Widerstand(Measuring) resistance
- 1616
- Integratorintegrator
- 1717
- Trägercarrier
- 1818
- Messspulemeasuring coil
- 1919
- Träger (rund)carrier (Round)
- 2020
- Rohrpipe
- 2121
- el. Kontakt (Rohr)el. Contact (pipe)
- 2222
- Gehäusecasing
- 2323
- Auswerteschaltungevaluation
- 2424
- Träger (plan)carrier (plan)
- 2525
- Abschirmungshielding
- 2626
- leitfähige Flächeconductive area
- 2727
- Digital-PotentiometerDigital Potentiometers
- 2828
- Ansteuerleitungdrive line
- 2929
- Operationsverstärkeroperational amplifiers
- 3030
- Operationsverstärkeroperational amplifiers
- 3131
- Schleifer (Poti)grinder (Pot)
- 3232
- Operationsverstärkeroperational amplifiers
- 3333
- SpuleKitchen sink
- 3434
- Widerstandresistance
- 3535
- Operationsverstärkeroperational amplifiers
- 3636
- Widerstandresistance
- 3737
- Kapazitätcapacity
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Claims (35)
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|---|---|---|---|
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