DE20022291U1

DE20022291U1 - Device for detecting the speed, direction of movement and / or position of a part of the device to be moved

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Publication number: DE20022291U1
Application number: DE20022291U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2010-03-14

Description

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BeschreibungDescription

Einrichtung zur Erfassung von Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und/oder Position eines zu bewegenden Geräteteils 5Device for detecting the speed, direction of movement and/or position of a moving part of a device 5

Die Neuerung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung der Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und/oder Stillstandsbzw. Momentan-Position - linearen oder Drehwinkel-Position im Zusammenhang mit einer auch nicht-geradlinig linearen oder insbesondere rotationsmäßigen Bewegung eines Körpers, wie eines Geräteteils und insbesondere eines Rotors, z.B. eines Rades oder einer Scheibe, Walze oder dergl. Diese Einrichtung umfasst einen mit dem beweglichen Geräteteil starr verbundenen Informationsträger, der in mindestens einer Spur wenigstens ein Informationsmuster mit in Bewegungsrichtung gesehen hintereinander angeordnet einem oder mehreren Informationsbereichen bzw. -abschnitten aufweist. Ferner hat diese Einrichtung wenigstens eine Sensor-Messvorrichtung, die in der neuerungsgemäßen Einrichtung mit dem Informationsmuster zur Erfassung des Informationsinhalts des jeweiligen Musters in Wechselwirkung kommt, wobei von einer solchen Sensorvorrichtung dabei entsprechende Sensor-Messsignale abgegeben werden. Es sind außerdem Mittel zur Aufbereitung und Verarbeitung der Signale vorgesehen.The innovation relates to a device for detecting the speed, direction of movement and/or standstill or current position - linear or rotational angle position in connection with a non-rectilinear linear or in particular rotational movement of a body, such as a device part and in particular a rotor, e.g. a wheel or a disk, roller or the like. This device comprises an information carrier rigidly connected to the movable device part, which has at least one information pattern in at least one track with one or more information areas or sections arranged one behind the other when viewed in the direction of movement. This device also has at least one sensor measuring device which interacts with the information pattern in the device according to the innovation to detect the information content of the respective pattern, with corresponding sensor measuring signals being emitted by such a sensor device. Means for preparing and processing the signals are also provided.

Eine in etwa derartige Einrichtung, die auch als Positionsgebereinrichtung bezeichnet werden kann, geht z.B. aus der US-A-4599561 hervor. Die bekannte Einrichtung stellt einen Drehpositionsgeber, der auch als Dreh- oder Winkelschrittgeber, Drehmesswertaufnehmer oder Drehwinkeldekodierer bezeichnet wird, dar, mit dem sich allgemein im Falle eines Rotors als Geräteteil dessen Drehbewegung mit Hilfe der zu erhaltenden Sensorsignale erfassen lässt. Sinngemäß sind auch Positionsgeber für Geräte mit linear bewegtem Geräteteil entwickelt worden, mit denen die Linearposition und/oder Lineargeschwindigkeit erfasst werden können. Die aus der US-PatentschriftA device of this kind, which can also be referred to as a position sensor device, is disclosed, for example, in US-A-4599561. The known device is a rotary position sensor, which is also referred to as a rotary or angle encoder, rotary measurement sensor or rotary angle decoder, with which, in the case of a rotor as a device part, the rotary movement of the rotor can generally be recorded using the sensor signals to be received. Similarly, position sensors have also been developed for devices with linearly moving device parts, with which the linear position and/or linear speed can be recorded. The device disclosed in the US patent specification

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zu entnehmende Positionsgebereinrichtung enthält einen mitrotierenden, kreisscheibenförmigen Informationsträger, dessen Flachseite bzw. Scheibenoberfläche mit konzentrischen Spuren aus magnetischem Material versehen ist. Am Außenrand dieses Informationsträgers ist eine Spur zur inkrementalen Detektion (vgl. z.B. &ldquor;Sensor Report"¹, Heft 3, 1989, Seiten 6 und 7) für kleine Winkeländerungen vorgesehen. Diese inkrementale Spur ist aus in Richtung der Bewegung hintereinanderliegenden Informationsabschnitten mit alternierender magnetischer .Polaritat bestehend gebildet. Eine solche bekannte Einrichtung hat somit ein Informationsmuster, das aus einer Folge magnetisierter Materialabschnitte besteht.The position sensor device contains a rotating, circular disk-shaped information carrier, the flat side or disk surface of which is provided with concentric tracks made of magnetic material. On the outer edge of this information carrier, a track for incremental detection (see e.g. "Sensor Report" ¹ , Issue 3, 1989, pages 6 and 7) is provided for small angular changes. This incremental track is made up of information sections with alternating magnetic polarity lying one behind the other in the direction of movement. Such a known device thus has an information pattern that consists of a sequence of magnetized material sections.

In der DE-A-29 08 599 ist eine weitere einschlägige Einrichtung beschrieben, bei der ein Informationsmuster verwendet ist, das aus diskreten permanentmagnetischen Elementen besteht. DE-A-29 08 599 describes another relevant device which uses an information pattern consisting of discrete permanent magnetic elements.

Aus der DE-A-195 04 307 ist eine einschlägige Einrichtung bekannt, bei der als Sensorvorrichtung eine Wirbelstrom-Messeinrichtung verwendet ist. Eine solche spricht auf unterschiedlich elektrisch leitende Eigenschaft mit entsprechendem Sensorsignal an. Für eine solche Sensorvorrichtung genügt es, dass das Informationsmuster der Einrichtung zur Positions- oder Geschwindigkeitserfassung, d.h. der Informationsträger bzw. dessen Informationsmuster, in Bewegungsrichtung dem Muster entsprechend örtlich unterschiedlich elektrisch leitendes Material umfasst. In diesem Stand der Technik ist ein Wirbelstromsensor-Messkopf beschrieben, mit dem wirbelstromsensitiv das Informationsmuster des Informationsträgers des bewegten Geräteteils messtechnisch erfasst werden kann. Ein wie dort beschriebener Wirbelstromsensorkopf mit einem Substratplättchen, auf dessen beiden Flächen, Vorder- und Rückseite, je eine Sensor-Gradiometerspule angebracht ist und das senkrecht zur Spur des Informationsmusters positioniert wird, kann auch bei der Neuerung das Informationsmuster ausgelesen bzw. abgetastet werden.A relevant device is known from DE-A-195 04 307, in which an eddy current measuring device is used as the sensor device. Such a device responds to different electrically conductive properties with a corresponding sensor signal. For such a sensor device, it is sufficient that the information pattern of the device for position or speed detection, i.e. the information carrier or its information pattern, comprises locally different electrically conductive material in the direction of movement according to the pattern. This prior art describes an eddy current sensor measuring head with which the information pattern of the information carrier of the moving device part can be measured using eddy current sensitivity. An eddy current sensor head as described there with a substrate plate, on both surfaces of which a sensor gradiometer coil is attached, and which is positioned perpendicular to the track of the information pattern, can also be used to read or scan the information pattern in the innovation.

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Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist es, eine einschlägige Einrichtung anzugeben, mit der sich mit möglichst geringem technischem Aufwand eine Erfassung der Geschwindigkeit und/oder der Bewegungsrichtung und/oder der Position eines zu bewegenden Geräteteils ausführen lässt. Teilaufgaben sind, die Notwendigkeit eines Frequenzumformers für die Drehzahlbestimmung entbehrlich zu machen, mit geringem Aufwand eine gute Winkelauflösung zu erzielen, die Einrichtung so auszubilden, dass möglichst hohe Störfeld-Unempfindlichkeit erzielt ist und die Herstellung und den Aufbau der Einrichtung mit einfachen Mitteln und einfacher Technologie zu realisieren ist.The aim of this innovation is to provide a relevant device with which the speed and/or the direction of movement and/or the position of a part of a device to be moved can be recorded with as little technical effort as possible. Sub-tasks are to make the need for a frequency converter for determining the speed unnecessary, to achieve good angular resolution with little effort, to design the device in such a way that the highest possible insensitivity to interference fields is achieved and the production and construction of the device can be carried out using simple means and simple technology.

Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst und weitere Ausgestaltungen dieser neuerungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved with a device having the features of patent claim 1 and further embodiments of this innovative solution are the subject of the subclaims.

Nachfolgend werden neuerungswesentliche Merkmale genannt, die im Einzelfall einer jeweiligen Ausführung der Neuerung jedoch nicht vollzählig bzw. insgesamt angewandt sind bzw. sein müssen und/oder über die hinaus und/oder statt dessen noch weitere, noch nachfolgend beschriebene Merkmale benutzt sind bzw. sein müssen:The following are essential features of the innovation, which in the individual case of a respective implementation of the innovation are not or do not have to be applied in full and/or in addition to and/or instead of which further features described below are or must be used:

Das linear oder insbesondere rotationsmäßig zu bewegende bzw. bewegte Geräteteil, z.B. ein Rotor, mit einer eine solche Bewegung mit einer Bewegungsrichtung ausführenden Körperfläche, z.B. der Stirnfläche und/oder der Mantelfläche eines Rades, einer Walze oder dgl., hat auf einer oder mehreren solcher Flächen jeweils ein oder mehrere Informationsmuster teilweise bekannter, oder aber insbesondere im vorliegenden Zusammenhang neuer Art bzw. Ausgestaltung. Darin sinngemäß eingeschlossen ist auch der Fall eines Informationsmusters, das in entsprechend wirksam werdender Weise mit dem Geräteteil in Bezug auf dessen Bewegung und deren Richtung sonst wie starr oder wenigstens kinetisch verbunden angeordnet ist.The device part that is to be moved or is moved linearly or in particular rotationally, e.g. a rotor, with a body surface that carries out such a movement in a direction of movement, e.g. the front face and/or the outer surface of a wheel, a roller or the like, has on one or more of these surfaces one or more information patterns of a partially known type or design, or of a new type or design, particularly in the present context. This also includes the case of an information pattern that is otherwise rigidly or at least kinetically connected to the device part in a correspondingly effective manner with respect to its movement and its direction.

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Ein solches Informationsmuster auf einer eine Bewegung ausführenden Fläche des Geräteteils ist vorzugsweise zweidimensional, kann aber auch dreidimensional ausgebildet sein, wovon eine Dimension die der Bewegungsrichtung ist und wenigstens eine insbesondere weitere Dimension zumindest eine Komponente der Information enthält. Das heuerungsgemäße Informationsmuster ist bzw. enthält über seine Länge in Richtung der Bewegung hinweg, - bei einer Rotationsbewegung bzw. auf oder an einem Rotationskörper sei dies die Länge einer im wesentlichen rotationsaxialen, ringförmigen Spur -, eine Periode einer periodischen Funktion als Informationsinhalt. Dieser Informationsinhalt ist in einer messtechnisch zu erfassenden Komponente des Informationsmusters enthalten, die am jeweiligen Ort der Koordinate &khgr; oder &phgr; der Bewegung orthogonal zu der Bewegungsrichtung ausgerichtet ist.Such an information pattern on a surface of the device part that executes a movement is preferably two-dimensional, but can also be three-dimensional, of which one dimension is that of the direction of movement and at least one, in particular another dimension, contains at least one component of the information. The information pattern according to the invention is or contains, over its length in the direction of movement - in the case of a rotational movement or on or at a rotating body, this is the length of an essentially rotationally axial, ring-shaped track - a period of a periodic function as information content. This information content is contained in a component of the information pattern that is to be measured and that is aligned orthogonal to the direction of movement at the respective location of the coordinate χ or φ of the movement.

Der Informationsinhalt eines solchen Musters ist in Verbindung mit der Messeinrichtung derart, dass aus diesem Inforiftationsmuster von den Messgrößen Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und Position jeweils wenigstens eine mit der Messeinrichtung erfasst werden kann.The information content of such a pattern in connection with the measuring device is such that from this information pattern at least one of the measured variables speed, direction of movement and position can be detected by the measuring device.

Das oder die den Informationsinhalt enthaltenden Informationsmuster sind in einer oder mehreren bzw. als eine oder mehrere Spuren vorgesehen, die mit der vorgegebenen Bewegung des Geräteteils an der jeweiligen Messeinrichtung vorbeilaufen. Entsprechend ist eine jeweilige Spur demgemäß auf die Bewegungsrichtung bezogen ausgerichtet. Insbesondere ist die Ausführung von Single-Turn-Spuren vorgesehen. Unter Single-Turn-Spuren sind hier solche Spuren zu verstehen, bei denen eine vorgebbare Länge einer Spur, - im Falle einer in sich geschlossenen Spur auf z.B. einem walzenförmigen Rotationskörper ist dies z.B. die Umfangslänge oder es ist dies die Länge einer ringförmigen Spur auf einer rotierenden Seiten- bzw. Stirnfläche dieses Körpers -, als Informationsmuster eine Periode des vorgesehenen Informationsinhalts umfasst. Insbeson-The information pattern(s) containing the information content are provided in one or more or as one or more tracks that run past the respective measuring device with the specified movement of the device part. Accordingly, each track is aligned in relation to the direction of movement. In particular, the design of single-turn tracks is provided. Single-turn tracks are understood here to be tracks in which a predeterminable length of a track - in the case of a self-contained track on, for example, a cylindrical rotating body, this is, for example, the circumferential length or it is the length of an annular track on a rotating side or front surface of this body - comprises a period of the intended information content as an information pattern. In particular,

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dere ist dies hier eine 27t-Periode einer Sinus x- oder Cosinus x-Funktion mit z.B. &khgr; = &phgr; eines Dreh- bzw. Positionswinkels &phgr;.Here, this is a 27t period of a sine x or cosine x function with, for example, &khgr; = ϕ of a rotation or position angle ϕ.

Es kann bei der Neuerung insbesondere auch nur zusätzlich eine wenigstens dem Grunde nach an sich bekannte Inkremental-Spur vorgesehen sein. Eine Inkremental-Spur umfasst innerhalb einer vorzugebenden Länge dagegen eine Vielzahl Perioden, z.B. mehrere periodische Informationselemente innerhalb einer solchen z.B. Umfangslänge.In particular, the innovation can also provide an additional incremental track that is at least known in principle. An incremental track, on the other hand, comprises a large number of periods within a predetermined length, e.g. several periodic information elements within such a circumferential length.

Diese beiden prinzipiellen Ausführungsformen, Single-Turn- und Inkremental-Spur haben voneinander unterschiedlich bei deren Anwendung sich ergebende Vorteile.These two basic designs, single-turn and incremental track, have different advantages when used.

Die Wechselwirkung zwischen dem Informationsmuster und der Messeinrichtung beruht bevorzugt auf Effekte magnetischer, elektromagnetischer Art, wie z.B. Wirbelstromeffekt, felderregt bedingte Ausrichtung magnetischer Domänen, Magnetowider-Standseffekt, magnetischem Orientierungseffekt, deren Nutzung insbesondere auch bei rauen Betriebsbedingungen, wie insbesondere physikalische und/oder elektromagnetische Verschmutzung, außerordentlich hohe Betriebssicherheit gewährleistet.The interaction between the information pattern and the measuring device is preferably based on effects of a magnetic, electromagnetic nature, such as eddy current effect, field-excited alignment of magnetic domains, magnetoresistance effect, magnetic orientation effect, the use of which ensures extraordinarily high operational reliability, especially under harsh operating conditions, such as physical and/or electromagnetic pollution.

Um diese vorgenannten Wechselwirkungen zu erfassen, sind die vorgesehenen Messeinrichtungen bevorzugt Wirbelstrom-Messköpfe in Verbindung mit Wirbelstromerregung, Magnetfeldsensoren, vorzugsweise magnetoresistiver Art, und dergleichen.In order to detect these aforementioned interactions, the measuring devices provided are preferably eddy current measuring heads in conjunction with eddy current excitation, magnetic field sensors, preferably of the magnetoresistive type, and the like.

Ein für die Neuerung zu verwendender Wirbelstrom-Messkopf kann gemäß einer ersten Ausführungsform eine generell auch als Magnetometer bezeichneten Detektor enthalten oder daraus bestehen. Dieses Magnetometer hat eine Empfangs-/Antennen-Messspule bzw. -Leiterschleife mit vorzugsweise einer oder mit mehreren Schleifen bzw. Windungen des Leiters. Mit einem solchen Magnetometer wird die jeweilige Amplitude des magnetischen Feldes der erzeugten Wirbelströme und zusätzlich auchAccording to a first embodiment, an eddy current measuring head to be used for the innovation can contain or consist of a detector, also generally referred to as a magnetometer. This magnetometer has a receiving/antenna measuring coil or conductor loop with preferably one or more loops or windings of the conductor. With such a magnetometer, the respective amplitude of the magnetic field of the generated eddy currents and also

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das Feld der magnetischen Erregung gemessen. Der mit einem solchen Magnetometer-Wirbelstrom-Messkopf gemessene Amplitudenwert enthält somit auch Offset-Amplitudenanteile. Eine andere Ausführungsform eines Wirbelstrom-Messkopfes ist die eines Gradiometers mit wiederum einer Erregerspule und mit üblicherweise zwei Magnetometer-Spulen bzw. -Leiterschleifen. Diese beiden Spulen bzw. Schleifen sind in der Regel axial oder planar, quer zur Bewegungsrichtung nebeneinander angeordnet und haben als wesentliches Merkmal einander entgegengesetzten Wicklungssinn. Mit einem solchen Gradiometer ist eine differentielle Magnetfeldmessung ausführbar mit.wesentlich verringertem bzw. weitgehend unterdrücktem Offset-Amplitudenanteil, der z.B. auf dem Erregerfeld beruht. Zu weiteren Einzelheiten eines solchen an sich bekannten Messkopfes und speziellen Ausführungsformen eines solchen sei auch auf den Stand der Technik verwiesen.the field of the magnetic excitation is measured. The amplitude value measured with such a magnetometer eddy current measuring head therefore also contains offset amplitude components. Another embodiment of an eddy current measuring head is that of a gradiometer with an excitation coil and usually two magnetometer coils or conductor loops. These two coils or loops are usually arranged axially or planar, transversely to the direction of movement, next to each other and have an essential feature that they are wound in opposite directions. With such a gradiometer, a differential magnetic field measurement can be carried out with a significantly reduced or largely suppressed offset amplitude component, which is based on the excitation field, for example. For further details of such a known measuring head and special embodiments of such a head, reference is also made to the state of the art.

Im Falle der Verwendung eines Messkopfes mit magnetoresistivem Messelement können als Gradiometer derartige Elemente in elektrischer Brückenschaltung betrieben verwendet werden, womit ebenfalls ein Offset-Wert und/oder ein Temperaturgang kompensiert werden kann.In the case of using a measuring head with a magnetoresistive measuring element, such elements can be used as gradiometers operated in an electrical bridge circuit, which can also compensate for an offset value and/or a temperature response.

Zur Bestimmung des nachgefragten Messwertes der Position, bei Rotation des Drehwinkels, eignet sich als Informationsmuster im Besonderen ein solches einer wie schon oben beschriebenen Single-Turn-Spur. Auch kann mit diesem Informationsmuster die Bewegungsgeschwindigkeit, bei Rotation die Drehzahl, in einfacher Weise erfasst bzw. gemessen werden. Für die Eindeutigkeit der Bestimmung der Bewegungsrichtung und der Position ist als eine bevorzugte Lösung vorgesehen, innerhalb dieser Periode der Single-Turn-Spur in Bewegungsrichtung aufeinanderfolgend zwei Messköpfe vorzusehen. Vorzugsweise werden diese in einem Abstand von &pgr;/2 einer 27t-Periode eines vorgesehenen Sinus-Informationsmusters der Spur, also mit &pgr;/2-phasenverschobenem Messsignal, angeordnet oder, im Falle zweier Spuren mit gleichem Informationsmuster, werden diese SpurenTo determine the required measured value of the position, when the angle of rotation is rotated, a particularly suitable information pattern is one of a single-turn track as described above. This information pattern can also be used to easily record or measure the speed of movement, or the speed of rotation when rotating. To ensure that the direction of movement and the position are determined unambiguously, a preferred solution is to provide two measuring heads in succession in the direction of movement within this period of the single-turn track. These are preferably arranged at a distance of π/2 of a 27t period of a provided sinusoidal information pattern of the track, i.e. with a π/2 phase-shifted measurement signal, or, in the case of two tracks with the same information pattern, these tracks are

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in Bewegungsrichtung um dieses Maß zueinander phasenversetzt angeordnet. Allgemein heißt dies, die zwei Messköpfe bzw. die zwei Informationsmuster um vorzugsweise eine Viertelperiodenlänge der Periode des Informationsmusters gegenseitig versetzt zu positionieren.in the direction of movement, they are arranged out of phase with each other by this amount. In general, this means that the two measuring heads or the two information patterns are positioned offset from each other by preferably a quarter period length of the period of the information pattern.

Zu praktischen Ausführungsformen der Neuerung sei auch auf die weiter unten erfolgende Beschreibung verwiesen.For practical implementations of the innovation, please refer to the description below.

Insbesondere für hohe Auflösung der Longitudinal-Geschwindigkeits- bzw. der Drehzahl-Messung oder -Erfassung kann auch bei der Neuerung ein Informationsmuster in der Art eines Inkremental-Musters, hier als Inkremental-Spur bezeichnet, vorgesehen sein. Auch hierzu sei hinsichtlich weiterer Einzelheiten der Neuerung auf die weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiele verwiesen, an Hand derer die neuerungsgemäßen Besonderheiten noch besser erklärt werden können.In particular, for high resolution longitudinal speed or rpm measurement or detection, the innovation can also provide an information pattern in the form of an incremental pattern, referred to here as an incremental track. For further details of the innovation, please refer to the examples described below, which can be used to explain the special features of the innovation even better.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform mit einer Walze und mit einem auf deren Mantelfläche als Umfangsfläche befindlichen Informationsmuster.Figure 1 shows an embodiment with a roller and with an information pattern located on its outer surface as a peripheral surface.

Figuren IA bis ID zeigen Beispiele weiterer Informationsmuster.
25Figures IA to ID show examples of further information patterns.
25

Figuren 2A und 2B zeigen auf einer Seiten- bzw. Stirnfläche eines walzenförmigen Körpers angeordnete Informationsmuster.Figures 2A and 2B show information patterns arranged on a side or front surface of a cylindrical body.

Figuren 3, 3A, 3B zeigen Ausführungsformen mit Inkrementalspur. Figures 3, 3A, 3B show embodiments with incremental track.

Die perspektivische Darstellung der Figur 1 zeigt eine insbesondere hinsichtlich des Informationsmusters ganz einfache Ausführungsform mit hier auch nur einer Spur. Mit 11 bezeichnet zeigt die Figur als Geräteteil einen Rotor mit seiner Welle 12. Auf der Umfangsfläche 13 des Geräteteils 11 ist ein neuerungsgemäß ausgestaltetes Single-Turn-InformationsiuusterThe perspective view of Figure 1 shows a very simple embodiment, particularly with regard to the information pattern, with only one track. The figure shows a rotor with its shaft 12 as part of the device, designated 11. On the peripheral surface 13 of the device part 11, a single-turn information display designed in accordance with the innovation is

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20 aufgebracht, das beispielsweise z.B. eine aufgeklebte Metallfolie ist, die die für Wirbelstrom-Sensortechnik erforderlich höhere elektrische Leitfähigkeit als ihre Unterlage aufweist. Zumindest im Bereich der Umfangsflache 13 besteht der Rotor 11 dementsprechend sinngemäß aus elektrisch zumindest wesentlich schlechter als das Metall elektrisch leitendem Material. Figur IA zeigt zur Figur 1. die Abwicklung der Metallfolie des Single-Turn-Informationsmusters 20 mit einer sinusförmig vom Winkel &phgr; abhängigen - wie ersichtlichen Seitenbegrenzung 21 wie in der Figur 1. Von &phgr;=0 bis &phgr;=2&pgr; reicht die Länge der Umfangsflache 13 des Rotors 11. Die beiden &pgr;-Sinushalbbögen 21i und 2I2 sind um den Winkel &phgr; = &pgr; gegeneinander versetzt auf die beiden Hälften beiderseits der Mittellinie M des Informationsmusters 20 verteilt positioniert. Die Figur IB zeigt zur Figur IA das Diagramm V₃ der Signalspannung 121, die mit der hier vorgesehenen Gradiometer-Messeinrichtung 30 der Figuren 1 und IA zu erfassen ist, aufgetragen über der Zeit t, und zwar für diese eine Periode 2&pgr; der Rotation.20 is applied, which is, for example, a glued-on metal foil which has the higher electrical conductivity than its base required for eddy current sensor technology. At least in the area of the circumferential surface 13, the rotor 11 accordingly consists of material which is at least considerably less electrically conductive than the metal. Figure 1A shows, for example, the development of the metal foil of the single-turn information pattern 20 with a side boundary 21 which is sinusoidal and dependent on the angle ϕ, as can be seen, as in Figure 1. The length of the circumferential surface 13 of the rotor 11 ranges from ϕ=0 to ϕ=2π. The two π-sinusoidal semi-arcs 21i and 2I2 are offset from one another by the angle ϕ = π and positioned on the two halves on either side of the center line M of the information pattern 20. Figure IB shows, in relation to Figure IA, the diagram V ₃ of the signal voltage 121, which is to be recorded with the gradiometer measuring device 30 of Figures 1 and 1A provided here, plotted against time t, specifically for this one period 2π of rotation.

Die Spulen 3Oi und 3&Ogr;2 des Gradiometers sind in der Richtung 14 für hohe Winkelauflösung so schmal mit b bemessen, wie dies für ausreichend großes messbares Signal möglich ist. In der dazu orthogonalen Richtung erstreckt sich dieses Gradiometer über die gesamte Breite B des Informationsmusters 20. Wie ersichtlich, führt eine neuerungsgemäße SeitenbegrenzungThe coils 3Oi and 3�O2 of the gradiometer are dimensioned as narrowly with b in the direction 14 for high angular resolution as is possible for a sufficiently large measurable signal. In the orthogonal direction, this gradiometer extends over the entire width B of the information pattern 20. As can be seen, a new side limitation leads

21 mit Sinusform, nämlich wie in Figur IA gezeigt, zu einer optional offset-armen sinusförmigen Signalspannung wie sie in Figur IB mit 121 bezeichnet ist.21 with a sinusoidal shape, namely as shown in Figure IA, to an optionally low-offset sinusoidal signal voltage as designated 121 in Figure IB.

Mit 50 ist eine elektronische Auswerteeinrichtung für die jeweilige Signalspannung bezeichnet.50 designates an electronic evaluation device for the respective signal voltage.

Eine ebenfalls gezeigte alternative Randbegrenzung 2I_x führt zu einer Signalspannung 12I_x. Diese hat ersichtlich Oberwellen bzw. hohen Klirrfaktor. Für eine solche Signalspannung 12I_x mit lediglich der Grundwelle gleich der Frequenz desAn alternative edge limitation 2I _x also shown leads to a signal voltage 12I _x . This has obvious harmonics or a high distortion factor. For such a signal voltage 12I _x with only the fundamental wave equal to the frequency of the

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Messsignals 121 würde ein größerer Aufwand in der Auswertung erforderlich sein. Neuerungsgemäß ist die Sinusform möglichst weit angenähert bevorzugt.The measurement signal 121 would require a greater effort in the evaluation. According to the innovation, the sinusoidal shape is preferred as close as possible.

Es ist eine Magnetfeld-Erregung für die Wirbelstromerzeugung in dem Metall des Informationsmusters 20 erforderlich. Hierzu verwendet man eine Erregerspule 230 in prinzipiell bekannter Art und Weise. Diese Erregerspule kann Bestandteil der Messeinrichtung 30 sein, womit auch die örtliche Übereinstimmung von Magnetfelderregung und Messung des damit erzeugten Wirbelstrom-Responses gewährleistet ist. Entsprechendes gilt für eine Messeinrichtung mit magnetoresistiven Messelementen.A magnetic field excitation is required for the eddy current generation in the metal of the information pattern 20. For this purpose, an excitation coil 230 is used in a manner known in principle. This excitation coil can be part of the measuring device 30, which also ensures the local agreement of the magnetic field excitation and the measurement of the eddy current response generated thereby. The same applies to a measuring device with magnetoresistive measuring elements.

Insbesondere aus der Figur IB ist ersichtlich, dass das Signal des Gradiometer-Messkopfes der Messeinrichtung 30 sowohl eine Angabe des augenblicklichen Drehwinkels &phgr; des jeweiligen Umlaufs des Geräteteils 11, nämlich als momentane positive
oder negative Amplitude der Spannung, liefert und die Frequenz
dieser Signalspannung 121, bzw. die Grundwelle der Signalspannung 12I_x, die Umdrehungszahl, diese gemittelt über
die Periode 2&pgr;, angibt.In particular, it can be seen from Figure IB that the signal of the gradiometer measuring head of the measuring device 30 provides both an indication of the instantaneous angle of rotation φ of the respective rotation of the device part 11, namely as an instantaneous positive
or negative amplitude of the voltage, and the frequency
of this signal voltage 121, or the fundamental wave of the signal voltage 12I _x , the number of revolutions, this averaged over
the period 2π.

Die Eindeutigkeit des momentanen Drehwinkels &phgr; und die Drehrichtung +14 oder -14 können bei dieser ganz einfachen Ausführungsform jedoch nur aus dem unmittelbar vorangegangenen Amplitudenverlauf der Signalspannung 121 ermittelt werden.However, in this very simple embodiment, the uniqueness of the instantaneous angle of rotation φ and the direction of rotation +14 or -14 can only be determined from the immediately preceding amplitude curve of the signal voltage 121.

Um letzterem Umstand zu begegnen, empfiehlt es sich, noch
eine zweite nur schematisch dargestellte Messeinrichtung 30', die vorzugsweise gleich der Messeinrichtung 30 ausgeführtTo counteract the latter circumstance, it is advisable to
a second measuring device 30', shown only schematically, which is preferably designed in the same way as the measuring device 30

ist, vorzusehen. Diese ist wie in der Figur 1 angedeutet positioniert, nämlich in oder wie hier entgegen der Bewegungsrichtung 14 um ein Winkelmaß &Dgr;&phgr; versetzt. Insbesondere empfiehlt es sich, diesen Winkelversatz gleich einem ungeradzahligen (1, 3) Vielfachen der halben Periodenlänge &pgr;/2 zu wählen. Die beiden Messeinrichtungen 30 und 30' geben dann eine ebenfalls um &pgr;/2 gegeneinander versetzte Signalspannung, d.h.is to be provided. This is positioned as indicated in Figure 1, namely in or, as here, against the direction of movement 14, offset by an angle dimension Δφ. In particular, it is recommended to select this angular offset equal to an odd-numbered (1, 3) multiple of half the period length π/2. The two measuring devices 30 and 30' then emit a signal voltage that is also offset from one another by π/2, i.e.

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eine Sinus-Spannung und eine Cosinus-Spannung ab. Aus den Signalspannungen 121 und 121' lässt sich dann ohne weiteres sowohl der Drehwinkel einer Stillstands- bzw. Momentan-Position als auch die jeweilige Drehrichtung eindeutig bestimmen. 5a sine voltage and a cosine voltage. From the signal voltages 121 and 121', both the angle of rotation of a standstill or current position and the respective direction of rotation can be clearly determined. 5

Anstelle des in der Figur 1 bzw. IA gezeigten Gradiometers als Messeinrichtung 30 können auch zwei orthogonal zur Bewegungsrichtung 14 nebeneinander angeordnete einzelne Messelementespulen vorgesehen sein, die in differentieller bzw. Brückenschaltung zusammengeschaltet sind und deren Signalspannungsdifferenz im Ergebnis eine Signalspannung ist, die der Signalspannung 121 des Gradiometers entspricht. Anstelle von Messelementespulen können auch z.B. magnetoresistive Messelemente verwendet sein, die ebenfalls differentiell miteinander und somit mit Gradiometerwirkung verschaltet sind.Instead of the gradiometer shown in Figure 1 or 1A as the measuring device 30, two individual measuring element coils arranged next to one another orthogonally to the direction of movement 14 can also be provided, which are connected together in a differential or bridge circuit and whose signal voltage difference results in a signal voltage that corresponds to the signal voltage 121 of the gradiometer. Instead of measuring element coils, magnetoresistive measuring elements can also be used, for example, which are also connected differentially to one another and thus with a gradiometer effect.

Die Figur IC zeigt in wie schon zur Figur IA angegebener Weise die Abwicklung eines zwei-spurigen Informationsmusters 2&Ogr;2, und zwar mit parallel der Bewegungsrichtung laufenden zwei Spuren 2&Ogr;2' und 202''mit dazwischen neutraler Spur 2O_n. Bei dieser Ausführungsform kann wiederum ein Gradiometer als Messeinrichtung 30 verwendet werden. Es können auch, - wie hier als Beispiel dargestellt -, zwei einzelne Magnetfelddetektoren 130, 130', z.B. auch magnetoresistive Elemente, die orthogonal zur Bewegungsrichtung 14, die neutrale Spur dazwischenliegend, nebeneinander angeordnet sind, vorgesehen sein. Von dem einen Detektor 130 wird bei Bewegung in Richtung 14 zunächst als Information der Sinus-Halbbogen 21i der einen Spur 2&Ogr;2', und dann vom zweiten Detektor 130' um &pgr;-phasenversetzt der Sinusbogen 2I2 der anderen Spur 2&Ogr;2'' messtechnisch erfasst. Die neutrale Spur 2O_n erleichtert die Positionierung der Detektoren.As already indicated for Figure 1A, Figure IC shows the development of a two-track information pattern 2Ω2, namely with two tracks 2Ω2' and 202'' running parallel to the direction of movement with a neutral track 2O _n in between. In this embodiment, a gradiometer can again be used as the measuring device 30. It is also possible - as shown here as an example - to provide two individual magnetic field detectors 130, 130', e.g. magnetoresistive elements, which are arranged next to one another orthogonal to the direction of movement 14, with the neutral track in between. During movement in direction 14, one detector 130 first measures the sinusoidal half-arc 21i of one track 2Ω2' as information, and then the second detector 130' measures the sinusoidal arc 2I2 of the other track 2Ω2'' with a phase shift of π. The neutral track 2O _n facilitates the positioning of the detectors.

Die Figur ID zeigt noch ein weiteres Muster 2&Ogr;3 zur Ausführung nach Figur 1. Dieses besteht hier aus einer Sinuskurve Wi · sincp als nur einseitig modulierte Begrenzung 21c und einem zusätzlichen unmodulierten Anteil 2Oq des Musters. DasFigure ID shows another pattern 2Ω3 for implementation according to Figure 1. This consists of a sinusoidal curve Wi · sincp as a one-sided modulated limitation 21c and an additional unmodulated part 2Oq of the pattern. The

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Minimum eines Offsets ist erreicht für W₀ = 2Wi, siehe Figur ID.Minimum of an offset is reached for W ₀ = 2Wi, see Figure ID.

Die Figuren 2A und 2B zeigen die Neuerung weitergehend erläuternde bevorzugte Beispiele für die Neuerung zu verwendende Informationsmuster.Figures 2A and 2B show preferred examples of information patterns to be used in the innovation, further explaining the innovation.

Figur 2A zeigt ein auf der bei Bewegung des Geräteteils 11a rotierenden Seiten- oder Stirnfläche 113 aufgebrachtes, für die Neuerung zu verwendendes Informationsmuster 20a. Dieses besteht aus wie dargestellten zwei konzentrischen Spuren 20'a und 20''a. Die Messeinrichtung 30 ist vor dieser Stirnfläche 113, d.h. seitlich des Geräteteils 11, angebracht und ist wiederum ein Gradiometer mit den Spulen 30&khgr; und 302· Die eine Gradiometerspule liegt über der Spur 20'a und die andere Gradiometerspule liegt über der Spur 20''a. Diese Messeinrichtung 30 liefert die resultierende offset-freie Differenz-Signalspannung 121 am elektrischen Ausgang. Diese beiden Spuren haben je einen Anteil 120' bzw. 120'', die als Seitenbegrenzungen - vergleiche 21 in Figur IA - wieder jeweils einen 180°-Sinusbogen enthalten, was infolge der Krümmung der Spur als solches ohne diesen Hinweis so nicht zu erkennen ist. Jede dieser beiden Spuren enthält somit eine &pgr;- bzw. 180°- Sinus-Amplitudenfunktion einer 27C-Sinuswelle, und zwar die eine Spur mit der Phase O bis &pgr; und die andere Spur mit der Phase &pgr; bis 2&pgr; einer 27i-Umdrehung des Musters 20a. Die Signalspannung bei Rotation des Geräteteils 11 ist wieder eine weitestgehend von Klirrfaktor-Anteilen freie Sinusspannung mit der Frequenz der Grundwelle. Diese Frequenz ist gleich der Umdrehungszahl dieses Geräteteils 11 pro Sekunde.Figure 2A shows an information pattern 20a to be used for the innovation, applied to the side or front surface 113 which rotates when the device part 11a moves. This consists of two concentric tracks 20'a and 20''a as shown. The measuring device 30 is mounted in front of this front surface 113, i.e. to the side of the device part 11, and is again a gradiometer with the coils 30x and 302. One gradiometer coil is located above the track 20'a and the other gradiometer coil is located above the track 20''a. This measuring device 30 supplies the resulting offset-free differential signal voltage 121 at the electrical output. These two tracks each have a portion of 120' and 120'', which as side boundaries - compare 21 in Figure 1A - again each contain a 180° sinusoidal arc, which cannot be recognized as such without this indication due to the curvature of the track. Each of these two tracks thus contains a π or 180° sinusoidal amplitude function of a 27C sinusoidal wave, namely one track with the phase O to π and the other track with the phase π to 2π of a 27i revolution of the pattern 20a. The signal voltage when the device part 11 rotates is again a sinusoidal voltage with the frequency of the fundamental wave that is largely free of distortion components. This frequency is equal to the number of revolutions of this device part 11 per second.

Die Figur 2B zeigt ein Informationsmuster, das alternativ zur Figur 2A wieder auf der Seitenfläche 113 vorgesehen bzw. dort angebracht ist. Das Informationsmuster 20b ist im Gegensatz zur Figur 2A ein einspuriges Muster, das funktionell und messtechnisch vergleichbar dem in Figur ID in Abwicklung, gezeigten linearen Muster ist und für die Seitenfläche 113 wieFigure 2B shows an information pattern that is provided or attached to the side surface 113 as an alternative to Figure 2A. In contrast to Figure 2A, the information pattern 20b is a single-track pattern that is functionally and metrologically comparable to the linear pattern shown in Figure ID in development and for the side surface 113 as

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bei Figur 2A angepasst ist. Dieses ringförmige Muster 20b hat zusätzlich zu dem Informationsinhalt, der hier wiederum eine 27t-Sinusfunktion Wi · sin &phgr; ist, noch den Gleichanteil 2Oo/ nämlich wie in Figur ID. Mit (Wo - Wi) ist der Minimalwert der Summe der Sinusfunktion und des Gleichanteils bei &phgr; = 270° kenntlich gemacht. Mit (Wo + Wi) ist auch die Maximalamplitude dieser Summe aus Gleichanteil und Sinusfunktion bei &phgr; = 90°hervorgehoben. Diese Stelle befindet sich in Figur 2B gerade im Bereich der Messeinrichtung 30. Diese überdeckt die gesamte maximale Breite B = W₀ + Wi des Musters 2 0b der Spur. Bei Rotation des Geräteteils 11 und damit dieser Stirnfläche 113 wird mit der Messeinrichtung eine Funktion W = Wo + Wi ■ sin &phgr; erfasst. Diese Signalspannung ist wie bei den vorangehenden Beispielen proportional dem Drehwinkel &phgr;, dieser bezogen auf einen vorgebbaren Ausgangspunkt.in Figure 2A. This ring-shaped pattern 20b has, in addition to the information content, which here again is a 27t sine function Wi · sin φ, the direct component 2Oo/ as in Figure ID. The minimum value of the sum of the sine function and the direct component at φ = 270° is marked (Wo - Wi). The maximum amplitude of this sum of the direct component and the sine function at φ = 90° is also marked (Wo + Wi). This point is located in Figure 2B precisely in the area of the measuring device 30. This covers the entire maximum width B = W ₀ + Wi of the pattern 2 0b of the track. When the device part 11 and thus this end face 113 rotate, a function W = Wo + Wi ■ sin φ is recorded by the measuring device. As in the previous examples, this signal voltage is proportional to the angle of rotation φ, relative to a predeterminable starting point.

Im Falle der Verwendung eines Gradiometers als Messeinrichtung 30, 30' empfiehlt es sich, dieses hier in Figur 2B mit dessen Symmetriemitte, - etwa sinngemäß wie zur Figur ID angegeben -, bezogen auf das Muster 20b so zu positionieren, dass auch der Offset-Anteil im Signal 121, 121' eliminiert ist. Als Bemessungsregel sei angegeben, die jeweilige Symmetriemitte im Abstand R = Ri ± ^ Wo = R₁ ± Wi zu positionieren. Darin ist Ri der Radius der hierfür um die Achse A kreisförmig zu wählenden einen Berandung der Spur 20b, und zwar der inneren Berandung 21i für das Pluszeichen oder der äußeren Berandung 21a für das Minuszeichen der Gleichung. Die jeweils andere Berandung 21a bzw. 21i enthält in diesen Fällen dementsprechend allein die Funktion Wi-sincp der Information des Informationsmusters der Spur, wie auch zur Figur ID erläutert. If a gradiometer is used as the measuring device 30, 30', it is recommended to position it here in Figure 2B with its center of symmetry - roughly as indicated for Figure ID - in relation to the pattern 20b in such a way that the offset component in the signal 121, 121' is also eliminated. As a design rule, the respective center of symmetry is to be positioned at a distance R = Ri ± ^ Wo = R ₁ ± Wi. Here, Ri is the radius of one edge of the track 20b to be selected in a circle around the axis A, namely the inner edge 21i for the plus sign or the outer edge 21a for the minus sign of the equation. The other edge 21a or 21i in each case accordingly contains only the function Wi-sincp of the information of the information pattern of the track, as also explained for Figure ID.

Mit dieser Anordnung nach Figur 2B lässt sich die Drehzahl und lassen sich, eingeschlossen die Hinzuziehung der unmittelbaren Vorgeschichte, auch eindeutig die Drehwinkel-Position und die Drehrichtung bestimmen. Wie schon oben darauf hingewiesen, kann diese Eindeutigkeit auch durch AnordnungWith this arrangement according to Figure 2B, the speed and, including the immediate history, the angle of rotation position and the direction of rotation can be clearly determined. As already mentioned above, this clarity can also be achieved by arranging

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· &diams;· &diams;

und Signalauswertung mit einer weiteren Messeinrichtung 30', die wie die Messeinrichtung 30, wie gezeigt, beide im Abstand r von der Rotationsachse A angeordnet sind, gewährleistet werden. Vorzugsweise ist ein Versatz der beiden Messeinrichtungen um &pgr;/2 vorgesehen, womit die jeweilige Signalspannung der einen und der anderen Messeinrichtung eine Sinus-Funktion bzw. eine Cosinus-Funktion enthalten. Diese beiden Funktionen werden schaltungstechnisch verarbeitet, nämlich zu den wie schon genannt eindeutigen Messsignalen für Drehzahl, Drehrichtung und Position.and signal evaluation with a further measuring device 30', which, like the measuring device 30, as shown, are both arranged at a distance r from the axis of rotation A. Preferably, an offset of the two measuring devices by π/2 is provided, whereby the respective signal voltage of one and the other measuring device contains a sine function or a cosine function. These two functions are processed by circuitry, namely into the unambiguous measuring signals for speed, direction of rotation and position, as already mentioned.

Für eine Messwerterfassung mit höherer Auflösung kann zusätzlich zu einem wie voranstehend beschriebenen Informationsmuster 20 oder auch allein eine Inkremental-Spur 40, ein- oder mehrspurig, vorgesehen sein. In Figur 3 ist auf einem Geräteteil 11, hier auf einer Walze, gemäß je einer Alternative eine solche Spur 40 gezeigt. Dargestellt ist nur je ein Abschnitt einer solchen Spur auf wahlweise der Umfangsflache 13 oder der Stirnfläche 113. In den Figuren 3A und 3B ist wiederum je ein Anteil einer Spur 40, hier jedoch als Abwicklung gezeigt. Eine solche Inkremental-Spur ist prinzipiell bekannt. Sie besteht aus Inkrement-Elementen 41 mit zu diesen zugehörigen Zwischenräumen 42. Ein Inkrement-Element und ein benachbarter Zwischenraum bilden eine Periode der Inkremental-Spur. Wie ersichtlich, kann eine Vielzahl Inkremental-Perioden innerhalb einer 27t-Periode der Umdrehung des Geräteteils 11 vorgesehen sein. Mit einer solchen bekannten Inkremental-Spur kann man bekanntermaßen die Drehzahl problemlos bestimmen. Hierzu ist es üblich, Magnetometer zu verwenden, soweit es sich um magnetische Wechselwirkung der Ausführungsform handelt.For higher resolution measurement recording, an incremental track 40, single or multi-track, can be provided in addition to an information pattern 20 as described above or on its own. Figure 3 shows such a track 40 on a device part 11, here on a roller, according to one alternative. Only one section of such a track is shown on either the peripheral surface 13 or the front surface 113. Figures 3A and 3B again show a portion of a track 40, but here shown as a developed version. Such an incremental track is known in principle. It consists of increment elements 41 with associated gaps 42. An increment element and an adjacent gap form a period of the incremental track. As can be seen, a large number of incremental periods can be provided within a 27t period of rotation of the device part 11. With such a known incremental track, it is known that the speed can be determined without any problem. For this purpose, it is usual to use magnetometers, as long as the design involves magnetic interaction.

Um neuerungsgemäß bei Verwendung einer wie beschriebenen Inkremental-Spur außer der Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit auch eindeutig die Drehrichtung und/oder eine Position bestimmen zu können, können die voranstehend zur Single-Turn-Spur der vorliegenden Neuerung genannten AusführungsVariantenIn order to be able to clearly determine the direction of rotation and/or a position in addition to the speed or rotational speed when using an incremental track as described, the design variants mentioned above for the single-turn track of the present innovation can be used.

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angepasst auch bei der Inkremental-Spur 40 angewendet werden. Eine solche Ausführungsform ist, wie Figur 3A zeigt, zur Bewegungsrichtung 14 orthogonal zwei Messeinrichtungen innerhalb der Breite der Inkremental-Spur anzuordnen, jedoch neuerungswesentlich diese beiden Messeinrichtungen um vorzugsweise (2n-l) ■ 1/4 · &rgr; mit &eegr; = 1 oder 2 und &rgr; = der Periode der Folge der Inkrementelemente 41 gegeneinander in Richtung der Bewegung zu versetzen. Die eine Messeinrichtung misst also ein Signal, das gegenüber demjenigen der anderen Messeinrichtung um dieses Maß des Periodenversatzes zeitlich versetztist. Die beiden Signale verhalten sich bei dieser Messung wie Cosinus und Sinus zueinander. Das Maß des Versatzes kann auch von demjenigen einer Viertelperiode abweichend sein, soweit es bis an das Maß einer halben oder ganzen Periode lediglich angenähert ist, bei dem die Eindeutigkeit wieder verloren geht.adapted can also be used for the incremental track 40. Such an embodiment is, as shown in Figure 3A, to arrange two measuring devices orthogonally to the direction of movement 14 within the width of the incremental track, but the innovation is to offset these two measuring devices against each other in the direction of movement by preferably (2n-l) ■ 1/4 · ρ with η = 1 or 2 and ρ = the period of the sequence of increment elements 41. One measuring device therefore measures a signal that is offset in time from that of the other measuring device by this amount of the period offset. In this measurement, the two signals behave like cosine and sine to each other. The amount of the offset can also deviate from that of a quarter period, provided that it is only approximated to the amount of a half or full period, at which the uniqueness is lost again.

Anstelle eines Versatzes der Messeinrichtungen 30, 30', d.h. bei stattdessen genau orthogonal zur Bewegungsrichtung 14 nebeneinander angeordneten Messeinrichtungen 30, 30' kann, wie Figur 3B zeigt, die Inkremental-Spur auch zweispurig, d.h. mit zwei Parallelspuren 40 und 40', ausgeführt sein, wobei die Inkrement-Elemente 41, 41' der einen und der anderen Spur um das schon zum Versatz der Messeinrichtungen beschriebene Maß 1/4 · P gegeneinander versetzt sind.Instead of an offset of the measuring devices 30, 30', i.e. with measuring devices 30, 30' arranged next to one another exactly orthogonal to the direction of movement 14, the incremental track can also be designed with two tracks, i.e. with two parallel tracks 40 and 40', as shown in Figure 3B, wherein the increment elements 41, 41' of one and the other track are offset from one another by the dimension 1/4 · P already described for the offset of the measuring devices.

Meistenteils werden, in Richtung der Bewegung 14 gesehen, die Abmessungen von Element 41 und Zwischenraum 42 zwischen zwei benachbarten Elementen etwa gleich groß bemessen. Die Abmessung b der Innenfläche der Spule(n) oder Schleife(n) einer Messeinrichtung 30, und zwar in Richtung der Bewegung 14, wird vorzugsweise auf die Inkremental-Elemente abgestimmt, vorzugsweise etwa gleich groß, bemessen. Damit erreicht man sowohl eine hohe Auflösung als auch große Signalspannung.In most cases, the dimensions of element 41 and the gap 42 between two adjacent elements are approximately the same size, viewed in the direction of movement 14. The dimension b of the inner surface of the coil(s) or loop(s) of a measuring device 30, specifically in the direction of movement 14, is preferably matched to the incremental elements, preferably approximately the same size. This achieves both a high resolution and a high signal voltage.

Es empfiehlt sich, die Breite einer Inkremental-Spur 40, 40'It is recommended to set the width of an incremental track 40, 40'

breiter, insbesondere mehrfach breiter als das Maß der halbenwider, especially several times wider than the size of half

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Periodenlänge &rgr; zu bemessen. Damit können die Anforderungen an die Justierung in Lateralrichtung zwischen Spur und Messeinrichtung wesentlich herabgesetzt werden.period length &rgr;. This allows the requirements for the adjustment in the lateral direction between the track and the measuring device to be significantly reduced.

Es empfiehlt sich auch, bei Anwendung des Wirbelstromprinzips für das Informationsmuster der Spur bzw. Spuren Material mit sehr hoher spezifischer elektrischer Leitfähigkeit, z.B. Kupfer oder Silber, zu verwenden und zudem die Frequenz der Erregung derart hoch zu wählen, dass die durch die Wirbelstromwirkung induzierte Signalspannung der Messeinrichtung 30 weitgehend nur noch induktive Signalanteile hat. In entsprechender Weise ist es von Vorteil, bei Spuren aus ferritischem Material solches mit geringem Verlustwinkel vorzusehen, um ebenso mit hoher Erregerfrequenz im wesentlichen nur induktive Anteile in der induzierten Signalspannung zu erreichen. Insbesondere empfiehlt es sich, für die beiden voranstehend genannten Fälle, nicht-phasenempfindliche Gleichrichtung der Signalspannung der Messeinrichtung vorzunehmen.When applying the eddy current principle, it is also recommended to use material with a very high specific electrical conductivity, e.g. copper or silver, for the information pattern of the track or tracks and also to select the frequency of the excitation so high that the signal voltage of the measuring device 30 induced by the eddy current effect largely only has inductive signal components. In a corresponding way, it is advantageous to provide tracks made of ferritic material with a low loss angle in order to achieve essentially only inductive components in the induced signal voltage with a high excitation frequency. In particular, it is recommended to carry out non-phase-sensitive rectification of the signal voltage of the measuring device for the two cases mentioned above.

Nachfolgend werden noch zusätzliche Lösungswege für Randprobleme gegeben. Ein solches Problem ist, eine Temperaturkompensation zur Erzielung hoher Genauigkeit durchzuführen. Ein anderes beruht darauf, dass bei Messungen mit Magnetfeldeffekten der Abstand zwischen der Spur und der Messeinrichtung und insbesondere unbeabsichtigte Abstandsänderungen und -fehler großen Einfluss auf die Messergebnisse haben können. Zur Behebung solcher Probleme empfiehlt es sich, die Demodulation der Signalspannung der Messeinrichtung phasenempfindlich durchzuführen und damit zwei Messergebnisse zu erhalten, nämlieh einmal den Realteil und einmal den Imaginärteil der Signalspannung. Die dadurch im Vergleich zur phasenunempfindlichen Demodulation zu erhaltende zusätzliche Messwertgröße ist geeignet, als Regelgröße für eine Abstands- und/oder Temperaturkompensation des eigentlich gesuchten Messwertes zu dienen. In im wesentlich gleichem Sinne empfiehlt es sich, für die Nutzung der Neuerung die magnetische Erregung auf mehreren verschiedenen Frequenzen, und zwar dies gleichzeitig,Additional solutions for peripheral problems are given below. One such problem is to carry out temperature compensation to achieve high accuracy. Another is that when measuring with magnetic field effects, the distance between the track and the measuring device and in particular unintentional distance changes and errors can have a major influence on the measurement results. To solve such problems, it is recommended to carry out the demodulation of the signal voltage of the measuring device in a phase-sensitive manner and thus obtain two measurement results, namely the real part and the imaginary part of the signal voltage. The additional measured value obtained in this way compared to phase-insensitive demodulation is suitable for use as a control variable for distance and/or temperature compensation of the actual measured value sought. In essentially the same sense, it is recommended to use the innovation to apply magnetic excitation at several different frequencies, and at the same time.

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durchzuführen. Im Ausgangssignal der Messeinrichtung erhält man entsprechend Mehrfachfrequent-Signalspannungen, die für jede Frequenz einzeln demoduliert werden. Bei phasenunempfindlicher Demodulation erhält man für jede Frequenz je ein Ausgangssignal und bei phasenselektiver Demodulation für jede Frequenz zwei Größen, von denen dann wiederum eine dieser Größen der oben angegebenen Kompensation von Änderungen des Abstands, der Temperatur und dgl. im anderen Signal dient.to be carried out. The output signal of the measuring device contains corresponding multi-frequency signal voltages, which are demodulated individually for each frequency. With phase-insensitive demodulation, one output signal is obtained for each frequency and with phase-selective demodulation, two quantities are obtained for each frequency, one of which is then used to compensate for changes in distance, temperature, etc. in the other signal as described above.

Für die Herstellung der für die Nutzung der Neuerung erforderlichen elektrischen und elektronischen Elemente empfiehlt sich die Anwendung von aus der Mikroelektronik bekannten Technologien. Zum Beispiel ist es vorteilhaft, die Spulen und dgl. Elemente z.B. der Messeinrichtung unter Verwendung kupferkaschierten Platinenmaterials auszuführen. Lithographisch hergestellte Spulen für die Erregung und für die Messeinrichtung können so präzise bemessen hergestellt werden, dass insbesondere auch das Übersprechen bei der Verwendung doppelter Messeinrichtungen 30 und 30', wie sie oben für die Eindeutigkeit der Messgrößen vorgeschlagen sind, erreichbar sind.For the production of the electrical and electronic elements required for the use of the innovation, the use of technologies known from microelectronics is recommended. For example, it is advantageous to manufacture the coils and similar elements, e.g. of the measuring device, using copper-clad circuit board material. Lithographically produced coils for the excitation and for the measuring device can be manufactured with such precise dimensions that, in particular, crosstalk can be achieved when using double measuring devices 30 and 30', as suggested above for the unambiguousness of the measured quantities.

Die voranstehend beschriebenen Ausführungen gelten sinngemäß auch für Messungen bei linearer Bewegung eines Geräteteils.The statements described above also apply to measurements during linear movement of a device part.

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Claims

1. Device for detecting the speed and/or direction of movement and/or position of a device part ( 11) that can be moved in a direction of movement (14 ) on the basis of the detection of measured values of a magnetic and/or induction interaction effect that occurs between a material provided on the device part ( 11 ) and at least one measuring device ( 30 ) that is sensitive to this interaction effect, wherein this material is located on a surface ( 13 , 113 ) that moves when the device part ( 11 ) moves and this material contains an information pattern ( 20 ) that is present in at least one track that extends in the direction of movement ( 14 ) on this surface ( 13 , 113 ), and wherein the measuring device ( 30 ) is arranged opposite this track, so that when the device part ( 11 ) moves, this information pattern ( 20 ) runs past the measuring device ( 30 ), so that the the information pattern ( 20 ) contains information as a modulation of the magnitude of the interaction effect and is to be detected by the measuring device ( 30 ) as a signal voltage ( 121 ), characterized in that the information pattern ( 20 ) comprises a period of a periodic function f (x, φ) for a predetermined length in the direction of movement ( 14 ), wherein a respective amplitude of this function is contained in a component of the information pattern which is to be detected by measurement and which is aligned at the respective location (x; φ) orthogonal to the direction of movement ( 14 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that this function is a sine function/cosine function (x; φ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the function of the information pattern ( 20 ) is realized as a lateral edge boundary ( 21 ) of the material of the interaction effect.

4. Device according to claim 3, characterized in that the material is a portion of a surface ( 13 , 113 ) of the device part ( 11 ) with this function as an edge boundary.

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that this material is a coating applied to the surface ( 13 , 113 ) of the device part ( 11 ).

6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the material has high electrical conductivity and the interaction effect is based on eddy current generation.

7. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the material consists of ferritic material and the interaction effect is of a magnetic nature.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the information pattern ( 20 ₂ , 20 _a ) is distributed over two parallel tracks running side by side for half a period of the pattern each, and the portion of one track ( 20 ₂ ') is offset from the portion of the other track ( 20 ₂ ") in the direction of movement ( 14 ) by an odd multiple ( 1 , 3 . . .) of half a period.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the device part carrying the information pattern ( 11 ) is a body which carries out a rotational movement and has a rotationally symmetrical outer surface ( 13 ) and the information pattern ( 20 ) extends on this in one or more tracks in the direction of movement ( 14 ).

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the pattern ( 20 _a , 20 _b ) is provided on the end face ( 113 ) performing a rotational movement as one or more ring tracks concentric with the axis of rotation.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that two measuring devices ( 30 , 30 ') are provided, which are arranged one behind the other and offset from one another with respect to the direction of movement ( 14 ) and the one or more tracks of the information pattern.

12. Device according to claim 11, characterized in that this offset of the measuring devices ( 30 , 30 ') is at least approximately equal to an odd multiple ( 1 , 3 ...) of half a period length of the information pattern.

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the measuring device ( 30 ) is provided with two coils ( 30 ₁ , 30 ₂ ) which are electrically and differentially connected to one another and with a gradiometer having the center of symmetry between them.

14. Device according to claim 13, characterized in that in the case of a two-track information pattern ( 20 ₂ ; 20 _a ) a first of the coils ( 301 , 302 ) is assigned to a first track and the second of these coils is assigned to the second track of these tracks (20' ₂ , 20'_a;20" ₂ , 20" _a ) of the tracks of the information pattern.

15. Device according to claim 13, characterized in that in an information pattern which comprises a first track or in a track ( 20 ₃ , 20 _b ) a first track portion ( 20 ₀ ) without information content with only a DC component and a second track or in the track ( 20 ₃ , 20 _b ) a second track portion with the information content, the gradiometer is positioned with its center of symmetry relative to the track(s) such that one coil ( 30 ₂ ) only detects the DC component ( 20 ₀ ) and the other coil ( 30 ₁ ) only detects the information content of the entire information pattern free of the DC component.

16. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that in addition to a single-turn information pattern ( 20 ), a further information pattern in the form of one or more incremental tracks ( 40 ) with associated one or more measuring devices ( 30 , 30 ') is provided.

17. Device according to claim 16, characterized in that two measuring devices ( 30 , 30 ') are provided for the incremental track, both of which are offset with respect to the direction of movement by at least approximately an odd multiple ( 1 , 3 ...) of a 1/4 period length of the period of the incremental track ( 40 ).

18. Device according to claim 16, characterized in that the pattern of the increment elements ( 41 ) of one track of the increment elements in the direction of movement ( 14 ) is offset from one another relative to the periodic sequence of the increment elements ( 41 ') of the other track by at least approximately an odd multiple ( 1 , 3 ...) of a 1/4 period length of the increments of the incremental track.

19. Device according to one of claims 16 to 18, characterized in that the width of the increment elements ( 41 , 41 ') in the direction of movement ( 14 ) for high resolution is narrow compared to their length transverse to this direction ( 14 ).

20. Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that when an eddy current measuring device ( 30 ) is provided, the material of the information pattern ( 20 ) is one with a very high electrical specific conductivity and a high frequency of excitation is selected, so that the signal voltage ( 121 ) to be measured induced by eddy current has essentially only an inductive component.

21. Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that when an eddy current measuring device ( 30 ) is provided, a ferritic material with a low loss angle is provided as the material of the information pattern ( 20 ) and a high frequency of excitation is selected, so that the signal voltage ( 121 ) to be measured induced by eddy current has essentially only an inductive component.

22. Device according to claim 20 or 21, characterized in that a rectification of the signal voltage ( 121 ) coming from the measuring device ( 30 ) in the evaluation device ( 50 ) is provided in a non-phase-sensitive manner.

23. Device according to one of claims 1 to 21, characterized in that the demodulation of the signal voltage ( 121 , 121 ') received from the measuring device ( 30 , 30 ') provided in the evaluation device ( 50 ) is provided in a phase-sensitive manner and the real part and imaginary part of the demodulated signal are used for error compensation.