DE29701180U1 - Elektronischer Kompass - Google Patents

Description

97G 1057 j

Beschreibung
Elektronischer Kompass

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Kompass, bei dem ein elektronischer Magnetfeldsensor gegenüber einem Kompassgehäuse fest positioniert ist, bei dem ein gegenüber dem Magnetfeldsensor drehbar gelagerter, sich selbständig auf das Erdmagnetfeld ausrichtender Magnet vorgesehen ist und bei dem sich der elektronische Magnetfeldsensor im Einflußbereich des vom Magneten erzeugten Magnetfeldes befindet.

Eine Vorrichtung zum Erfassen einer Winkelposition eines Objektes bezüglich einer vorgegebenen Null-Lage mit einem Magnetowiderstand(MR)-Sensor, der eine feste Bezugsachse aufweist sowie in einem Magnetfeld angeordnet ist, ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 680 614 Bl bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten elektronischen Kompass auf der Basis von MR-Sensoren zu entwickeln.

Die Aufgabe wird durch einen elektronischen Kompass mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß weist der elektronische Magnetfeldsensor mindestens einen Magnetowiderstand mit einer festen Bezugsachse auf, dessen elektrischer Widerstand von einem Drehwinkel zwischen der festen Bezugsachse und der Richtung des Magnetfeldes abhängig ist. Der Magnetowiderstand ist weiterhin in einer Differential-Brückenschaltung angeordnet, die im Betrieb des Kompasses eine von dem Drehwinkel abhängige Ausgangsspannung liefert.

97G 105 7

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der bzw. sind die Magnetowiderstände als Giant-Magnetowiderstände (Giant-MR) ausgebildet. Diese sind beispielsweise in der EP 680 614 beschrieben und werden von daher an dieser Stelle nicht mehr näher erläutert. Der Vorteil der Giant-MRs besteht darin, daß sie einen Effekt von bis zu 70% aufweisen können.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektronischen Kompasses weist mindestens eine erste und eine zweite Differential-Brückenschaltung mit jeweils mindestens einem Magnetowiderstand auf, wobei die Bezugsachsen der Magnetowiderstände der ersten und der zweiten Differential-Brückenschaltung um einen Winkel &dgr; von 0°< &dgr; < 90°, vorzugsweise &dgr;=90°, verdreht zueinander angeordnet sind.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Ausgangssignale der beiden Differential-Brückenschaltungen, typischerweise sinusförmige Spannungssignale, bei Drehung des Magneten bezüglich der Zeitachse versetzt zueinander angeordnet sind.

Dadurch ist eine eindeutige Bestimmung der Orientierung der Bezugsachse zum Erdmagnetfeld gewährleistet.

Der erfindungsgemäße elektronische Kompass wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispieles,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Differential-Brückenschaltung, 0 Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Differential-Brückenschaltung und Figur 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnetfeldsensors mit zwei hinsichtlich ihrer Bezugsachsen zueinander verdrehten Differential-Brückenschaltungen und Figur 5 eine schematische Darstellung des Signalverlaufes bei Verwendung von zwei Differential-Brückenschaltungen, bei denen die Bezugsachsen der magnetfeldabhängigen elektrischen

97G 105 7 j

Widerstandselemente um 90° verdreht zueinander angeordnet sind und sich der Magnet um insgesamt 360° gegenüber dem Magnetfeldsensor dreht.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist auf einer gemeinsamen, in einem Kompassgehäuse KG mit einer Bauteilachse BA befestigten Drehachse D ein drehbar gelagerter Magnet M mit einem einen Nordpol N und einen Südpol S aufweisenden Magnetfeld H angeordnet. Über diesem befindet sich ein fest und unverdrehbar mit der Drehachse D und damit auch fest und unverdrehbar mit dem Kompassgehäuse KG verbundener Magnetfeldsensor MS mit mindestens einer festen Bezugsachse B.

Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Beispiele für Differential-Brückenschaltungen können hierzu wahlweise eingesetzt werden.

Bei der in Figur 2 dargestellten Differential-Brückenschaltung DB ist eine Serienschaltung aus zwei Magnetowiderständen MRl, MR2 vorgesehen, deren Magnetisierungen (angedeutet durch Pfeile in den Bauteilsymbolen) aufeinander zu gerichtet sind. Parallel zu den beiden Magnetowiderständen MRl,MR2 ist eine Reihenschaltung aus zwei Festwiderständen Rl,R2 geschaltet. Diese Parallelschaltung ist einerseits mit einer Versorgungsspannung V_in und andererseits mit einem festen Bezugspotential P verbunden. Der Mittelabgriff zwischen den beiden Magnetowiderständen MRl,MR2 ist mit einem ersten Anschluss Al und der Mittelabgriff zwischen den beiden Festwiderständen Rl,R2 ist mit einem zweiten Anschluss A2 verbunden. An diesen beiden Anschlüssen A1,A2 ist eine von den Widerstandswerten der Magnetowiderstände MRl,MR2 abhängige Ausgangs spannung V_out der Differential-Brückenschaltung DB abgreifbar. Die beiden Magnetowiderstände MRl,MR2 sind vorzugsweise Giant-MRs.

97G 1057

Bei der in Figur 3 dargestellten Differential-Brückenschaltung DB sind an Stelle der beiden Festwiderstände Rl,R2 der Ausführungsform von Figur 2 vorteilhafterweise ebenfalls zwei Magnetowiderstände MR3,MR4 vorgesehen. Die Magnetisierung des Magnetowiderstandes MR3 ist entgegengesetzt zur Magnetisierung des Magnetowiderstandes MRl und die Magnetisierung des Magnetowiderstandes MR4 ist entgegengsetzt zur Magnetisierung des Magnetowiderstandes MR2 gerichtet. Der sonstige Aufbau dieser Brückenschaltung DB entspricht dem der Brückenschaltung DB von Figur 2. Die zuletzt beschriebene Schaltungsanordnung hat insbesondere den Vorteil, dass ein vergleichsweise großes Ausgangssignal V_out erzeugt wird. Sämtliche Magnetowiderstände MRl - MR4 sind vorzugsweise Giant-MRs.

Bei der in Figur 4 schematisch dargestellten Ausführungsform eines Magnetfeldsensors MS für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen elektronischen Kompass ist eine erste Differential-Brückschaltung DBl gemäß Figur 3 mit einer ersten Bezugsachse Bl und eine zweite Differential-Brückenschaltung DB2 gemäß Figur 3 mit einer zweiten Bezugsachse B2 vorgesehen. Hierbei sind die erste und die zweite Bezugsachse Bl,B2 derart zueinander orientiert, daß sie, projiziert auf eine senkrecht zu einer Drehachse D des Magneten M liegenden Ebene, einen rechten Winkel &dgr; einschließen. Die Bezugsachsen Bl,B2 sind durch die Magnetowiderstände MRl - MR8 definiert. Ein derartiger Magnetfeldsensor MS kann alternativ natürlich auch mit Differential-Brückschaltungen DB gemäß Figur 2 ausgebildet 0 sein. Ebenso kann der von den Bezugsachsen Bl,B2 eingeschlossene Winkel &dgr; einen anderen Wert größer als 0° aufweisen. Je kleiner der Winkel &dgr;, umso geringer ist jedoch die Differenz zwischen den beiden Ausgangsspannungen V_outl und V_out2 an den Differential-Brückenschaltungen DBl und DB2.

Das in Figur 5 gezeigte Diagramm eines AusgangssignalVerlaufs eines erfindungsgemäßen elektronischen Kompasses mit einem

97 6 1 O 5 7

Magnetfeldsensor MS gemäß Figur 4 bei einer Drehung des Magneten M um 360° um die Drehachse D (Abszisse: Drehwinkel, Ordinate: Spannung) weist zwei sinusförmige Ausgangs Spannungen V_outl und V_out2 der beiden Differential-Brückenschaltungen DBl und DB2 auf. Diese beiden sinusförmigen Ausgangs spannungen V_outl und V_out2 sind entsprechend dem Winkel &dgr;, hier also um 90° zueinander versetzt, so dass jeder Orientierung des Magnetfeldes H des Magneten M eindeutig ein Ausgangs spannungswert epaar (V_outl ^vout²) zugeordnet ist. Dadurch ist eine eindeutige Bestimmung der Orientierung des Magneten M gegenüber dem Magnetfeldsensor MS möglich.

Claims (7)

97 G 105 7 Schutzansprüche

1. Elektronischer Kompass, bei dem ein elektronischer Magnetfeldsensor (MS) gegenüber einem Kompassgehäuse (KG) fest positioniert ist, bei dem ein gegenüber dem Magnetfeldsensor (MS) drehbar gelagerter, sich selbständig auf das Erdmagnetfeld ausrichtender Magnet (M) vorgesehen ist und bei dem sich der elektronische Magnetfeldsensor (MS) im Einflußbereich eines vom Magneten (M) erzeugten Magnetfeldes

(H) befindet,

dadurch gekennzeichtnet, dass der elektronische Magnetfeldsensor (MS) mindestens einen Magnetowiderstand (MRl) mit einer festen Bezugsachse (Bl) aufweist, dessen elektrischer Widerstand von einem Drehwinkel (&agr;) zwischen der festen Bezugsachse (Bl) und der Richtung des Magnetfeldes (H) abhängig ist, und dass der Magnetowiderstand (MRl) in einer Differential-Brückenschaltung (DB) angeordnet ist, die im Betrieb des Kompasses eine von dem Drehwinkel (&agr;) abhängige Ausgangs spannung (V_outl) liefert.

2. Elektronischer Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichtnet, dass der elektronische Magnetfeldsensor (MS) mindestens einen weiteren Magnetowiderstand (MR5) mit einer weiteren festen Bezugsachse (B2) aufweist, die derart verdreht zur Bezugsachse (Bl) angeordnet ist, daß die beiden Bezugsachsen (Bl,B2), projiziert auf eine parallel zur Drehebene des Magneten (M) liegende Ebene, einen Winkel &dgr; von 0° < &dgr; < 90°, vorzugsweise &dgr; = 90°, einschließen, und

dass der elektrische Widerstand des weiteren Magnetowiderstands (MR5) von einem weiteren Drehwinkel (ß) zwischen der weiteren festen Bezugsachse (B2) und der Richtung des Magnetfeldes (H) abhängt. 35

3. Elektronischer Kompass nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichtnet, dass

97 G 10 5

der weitere Magnetowiderstand (MR5) in einer weiteren Differential-Brückenschaltung (DB2) angeordnet ist, die im Betrieb des Kompasses eine von dem Drehwinkel (ß) abhängige weitere Ausgangs spannung (V_out2) liefert, 5

4. Elektronischer Kompass nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichtnet, dass

der bzw. die Magnetowiderstände (MRl, MR5) als Giant-Magnetowiderstände ausgebildet sind. 10

5. Elektronischer Kompass nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichtnet, dass mindestens eine der Differential-Brückenschaltungen (DBl,DB2) eine zwei Magnetowiderstände (MRl,MR2) aufweisende erste Reihenschaltung und eine parallel zu dieser angeschlossene zwei Festwiderstände (Rl,R2) aufweisende zweite Reihenschaltung aufweist, die einerseits mit einer Versorgungsspannung (V_1n) und andererseits mit einem festen Potential (P) verbunden sind und an deren Mittelabgriffen (Al, A2) im Betrieb des Kompasses die Ausgangs spannung (V_outl bzw. V_out2) abgreifbar ist.

6. Elektronischer Kompass nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichtnet, dass die bzw. mindestens eine der Differential-Brückenschaltungen (DBl,DB2) eine zwei Magnetowiderstände (MRl,MR2) aufweisende erste Reihenschaltung und eine parallel zu dieser angeschlossene weitere zwei Magnetowiderstände (MR3,MR4) aufweisende zweite Reihenschaltung aufweist, die einerseits mit einer Versorgungsspannung (V_in) und andererseits mit einem festen Potential (P) verbunden sind und an deren Mittelabgriffen (Al, A2) im Betrieb des Kompasses die Ausgangs spannung (V_outl bzw. V_out2) abgreifbar ist.

7. Elektronischer Kompass nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichtnet, dass die zwei Magnetowiderstände (MRl,MR2) der ersten Reihenschaltung

97 G 105?

Magnetisierungen (MhR₁, M_nR₂) aufweisen, die zueinander
entgegengesetzt gerichtet sind und dass ggf. auch die Magnetowiderstände (MR3,MR4) der zweiten Reihenschaltung Magnetisierungen (M_nR₃, M₁₀₁₄) aufweisen, die zueinander entgegengesetzt gerichtet sind, wobei bei einer der beiden Reihenschaltungen die Magnetisierungen aufeinander zu gerichtet sind und bei der anderen voneinander weg gerichtet sind.