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DE2924093A1 - INDUCTIVE DIFFERENTIAL GUIDE - Google Patents

INDUCTIVE DIFFERENTIAL GUIDE

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DE2924093A1
DE2924093A1 DE19792924093 DE2924093A DE2924093A1 DE 2924093 A1 DE2924093 A1 DE 2924093A1 DE 19792924093 DE19792924093 DE 19792924093 DE 2924093 A DE2924093 A DE 2924093A DE 2924093 A1 DE2924093 A1 DE 2924093A1
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Description

55Z555Z5

4.4.1979 Lr/Sm4.4.1979 Lr / Sm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1 Induktiver DifferentialweggeberInductive differential displacement encoder

Die Erfindung betrifft einen induktiven Differentialweggeber nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to an inductive differential displacement transducer according to the preamble of the main claim.

Aus der DE-AS 23 52 851 ist bereits ein Weggeber mit zwei auf einem gemeinsamen Eisenkern sitzenden Spulen bekannt, die auf jeweils einem der von den beiden kürzeren Schenkel gebildeten Joche eines rechteckförmigen Eisenkerns sitzen und von einem Kurzschlußring beeinflußt werden, welcher jeweils die beiden Langschenkel umfaßt und in Abhängigkeit von dem zu messenden Weg entlang diesen Schenkeln berührungsfrei verstellt werden kann. Bei dieser Verstellbewegung wird die Induktivität der einen der beiden Spulen vergrößert und gleichzeitig die Induktivität der anderen Spule verkleinert. Dort ist auch ein nach dem Differentialprinzip aufgebauter Drehwinkelgeber beschrieben, bei welchem die zwei in AchsrichtungDE-AS 23 52 851 already has a displacement encoder with two on a common iron core seated coils known, each on one of the two shorter legs Formed yokes of a rectangular iron core sit and are influenced by a short-circuit ring, which in each case includes the two long legs and adjusted in a contact-free manner along these legs as a function of the path to be measured can be. During this adjustment movement, the inductance of one of the two coils is increased and at the same time the inductance of the other coil is reduced. There is also a rotary encoder based on the differential principle described in which the two in the axial direction

03006270057 yp 03006270057 yp

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

R. 5535 Lr /SmR. 5535 Lr / Sm

verlaufenden Joche jeweils untereinander durch ringförmige Schenkel verbunden sind, welche von dem winkelabhängigverstellbaren Kurzschlußring umfaßt werden.extending yokes under each other by ring-shaped Legs are connected, which are encompassed by the angle-adjustable short-circuit ring.

Für die dort vorgeschlagene Auswerteschaltung ist vorgesehen, daß die beiden Spulen von demselben Strom durchflossen und die an den Spulen entstehenden Spannungen in Verstärkern verstärkt und gleichgerichtet werden, so daß die Differenz der gleichgerichteten Spannungen in einem Differenzverstärker gebildet vrerden kann. Dort ist außerdem empfohlen, anstelle von Verstärkern mit nachgeschalteten Gleichrichtern einen aktiven Gleichrichter mit Operationsverstärker zu verwenden.For the evaluation circuit proposed there it is provided that the same current flows through the two coils and the voltages generated at the coils are amplified and rectified in amplifiers, so that the difference the rectified voltages can be formed in a differential amplifier. It is also recommended to use instead to use an active rectifier with operational amplifier for amplifiers with downstream rectifiers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auswerteschaltung für einen Differentialweggeber zu schaffen, bei welchem mit einfachen Mitteln die bei diesen VJeggebern erreichbaren hohen Meßgenauigkeiten vor allem zur Steuerung von elektronischen Dieseleinspritzanlagen oder Vorrichtungen zur Fahrgeschwindigkeitsregelung auch derart ausgenutzt werden können, daß die Ausgangssignale der Auswerteschaltungen sowohl direkt digital als auch analog weiterverarbeitet werden können. Hierzu ist erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebene Merkmalskombination vorgesehen.The invention is based on the object of creating an evaluation circuit for a differential displacement encoder in which the high measuring accuracy achievable with these VJeggebern can be used with simple means, especially for controlling electronic diesel injection systems or devices for driving speed regulation, in such a way that the output signals of the evaluation circuits can be used as well can be further processed directly digitally as well as analogue. For this purpose, the feature combination specified in the characterizing part of the claim is provided according to the invention.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen, die durch die Zeichnung erläutert sind.Further refinements of the invention emerge from the subclaims in connection with those described below Embodiments that are explained by the drawing.

Der in Figur 1 dargestellte Differential-Weggeber arbeitet nach dem eingangs erwähnten Kurzschlußring (KR)-Prinzip und weist zwei zueinander konzentrische, gekrümmte Schenkel 1 und 2 auf, welche untereinander durch je einen von zwei radial verlaufenden Stegen 3 und 4 (Jochen) verbunden sind und ebenso wie die Schenkel aus dünnen Blechlamellen geschichtet sind.The differential displacement encoder shown in Figure 1 works according to the short-circuit ring (KR) principle mentioned at the beginning and has two curved legs 1 that are concentric to one another and 2, which are connected to one another by one of two radially extending webs 3 and 4 (yokes) and likewise how the legs are layered from thin sheet metal.

030062/0057030062/0057

ORIGINAL /NSPECTED ORIGINAL / NSPECTED

R. 5535 Lr/SmR. 5535 Lr / Sm

Jeweils in der Nähe der Stege 3 und 4 ist eine von zwei Spulen 5 bzw. 6 angeordnet, deren Wicklungsenden mit 51, 52 bzw. 61, 62 bezeichnet sind. Die Spulen 5 und 6 umfassen den äußeren gekrümmten Schenkel 1. Konzentrisch zu den Schenkeln 1 und 2 ist eine Welle 7 angeordnet, deren veränderliche, jeweilige Winkelstellung durch den Winkelgeber gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden soll.In the vicinity of the webs 3 and 4 is one of two Coils 5 and 6 are arranged, the winding ends of which are denoted by 51, 52 and 61, 62, respectively. The coils 5 and 6 comprise the outer curved leg 1. Concentric to the legs 1 and 2 is a shaft 7, the variable, the respective angular position is to be measured by the angle encoder and converted into an electrical signal.

Die Welle 7 trägt hierzu einen radial abstehenden Ausleger 8 nir einem Kurzschlußring 9, welcher in einer einzigen geschlossenen Windung ebenfalls den äußeren Schenkel 1 umschließ. Die Induktivität der Spule 5 ist in Figur 1 mit Ll bezeichnet, die Induktivität der Spule 6 mit L2. Beide Spulen sind in der aus Figur la erkennbaren Weise hintereinandergeschal^e-D.. Wenn die Induktivität Ll abnimmt, wird in gleichem Maße die Induktivität L2 der Spule 6 größer.The shaft 7 carries for this purpose a radially protruding arm 8 nir a short-circuit ring 9, which in a single closed turn also the outer leg 1 enclosing. The inductance of the coil 5 is shown in Figure 1 with Ll denotes the inductance of the coil 6 with L2. Both coils are arranged one behind the other in the manner shown in FIG. When the inductance Ll decreases, the inductance L2 of the coil 6 increases to the same extent.

In Figur 2 ist ein Halbdifferential-Weggeber dargestellt, welcher nach dem KR-Prinzip arbeitet und einen gemeinsamen Eisenkern 11 aufweist, welcher zwei nach oben gerichtete Schenkel 12 und 13 sowie drei nach unten weisende Schenkel 14, 15 und 1fca hat. Auf dem Mittelschenkel 15 sitzt eine Spule 16, deren Induktivität L2 unverändert ist. Auf den beiden nach oben zeigenden Schenkeln 12 und 13 des Eisenkerns 11 ist eine Spule 17 derart verteilt angeordnet, daß die Spulenwindungen den Schenkel 12 und den Schenkel 13 je zur Hälfte umfassen. Die Induktivität 11 dieser Spule 17 ist abhängig vom Verstellweg S eines Kurzschlußringes 18 veränderbar, welcher die beiden Schenkel 12 und 13 jeweils in Form einer KurζSchlußwindung umschließt. Die beiden Spulen 16 und 17 sind in der aus Figur 2a erkennbaren Weise hintereinandergeschaltet, wobei in Figur 2a die Wicklungsenden analog zu Figur 1 und Figur la mir 51 und 52 bzw. 6l und 62 bezeichnet sind.In Figure 2, a half-differential displacement encoder is shown, which works according to the KR principle and a common Has iron core 11, which has two upward legs 12 and 13 and three downward legs 14, 15 and 1fca has. On the middle leg 15 sits a coil 16, whose inductance L2 is unchanged. On the two upwardly pointing legs 12 and 13 of the iron core 11 is one Coil 17 arranged distributed such that the coil windings encompass the leg 12 and leg 13 each half. the Inductance 11 of this coil 17 is variable depending on the adjustment path S of a short-circuit ring 18, which the two Legs 12 and 13 each in the form of a KurζSchlußwindung encloses. The two coils 16 and 17 are shown in FIG 2a recognizable way connected in series, wherein in Figure 2a, the winding ends are denoted analogously to FIG. 1 and FIG. 1 a with 51 and 52 or 61 and 62.

..M 030082/0057..M 030082/0057

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

R- 5535 Lr/SmR- 5535 Lr / Sm

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im folgenden ebenso wie in den Figuren 3 bis 11 nur von der Induktivität Ll und der Induktivität L2 gesprochen, wobei unterstellt wird, daß die Induktivität Ll sich wegabhängig bzw. drehwinkelabhängig ändert, ohne daß es darauf ankommt, ob die Induktivität L2 veränderbar wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 oder konstant wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist. Zur Ermittlung des jeweiligen Wertes der Induktivität Ll bzw. L2 kann mit Vorteil ein Oszillator 20 verwende- werden, der als aktives Bauteil einen Operationsverstärker enthält und gemäß Figur 3 in einem von seinem Ausgang zu seiner. I-linuseingang führenden Rückkopplungszweig die zu messende Induktivität Ll enthält. Man erhält die in Figur dargestellte rechteckförmige Ausgangsspannung Ul3 deren Periodendauer mit Tl bezeichnet ist. Wenn die zweite Induktivität L2 in analoger Weise in den Rückkopplungs zweig eines Operationsverstärkers 21 eingeschaltet wird, ergibt sich eine rechteckförmige Ausgangsspannung U2, deren Periodendauer T2 proportional zur Induktivität L2 ist. Aus den Figuren 4 und 6 läßt sich aus dem einfachen Vergleich der Perioden Tl und T2 das Verhältnis der beiden Induktivitäten Ll und L2 gewinnen und hierbei eine große Genauigkeit erzielen, weil beide Perioden von den äußeren Umständen, wie der Versorgungsspannung der Oszillatoren 20, 21, deren Temperatur usw. unabhängig ist.To simplify the description, in the following, as in FIGS. 3 to 11, only the inductance Ll and the inductance L2 are spoken of, it being assumed that the inductance Ll changes as a function of the path or the angle of rotation, without it being important whether the inductance L2 is variable as in the exemplary embodiment according to FIG. 1 or constant as in the exemplary embodiment according to FIG. To determine the respective value of the inductance L1 or L2, an oscillator 20 can advantageously be used which contains an operational amplifier as an active component and, according to FIG. 3, in one from its output to its. I-line input leading feedback branch contains the inductance Ll to be measured. The rectangular output voltage Ul 3 shown in the figure is obtained, the period duration of which is denoted by Tl. If the second inductance L2 is switched on in an analogous manner in the feedback branch of an operational amplifier 21, the result is a square-wave output voltage U2, the period duration T2 of which is proportional to the inductance L2. From FIGS. 4 and 6, the ratio of the two inductances L1 and L2 can be obtained from the simple comparison of the periods T1 and T2 and a high degree of accuracy can be achieved here because both periods depend on the external circumstances, such as the supply voltage of the oscillators 20, 21, whose temperature etc. is independent.

Im einzelnen ist zur periodenanalogen Auswertung die in Figur 7 in ihrem schematischen Aufbau wiedergegebene Schaltung vorgesehen, welche nach dem Prinzip der in den Figuren 3 und 5 angedeuteten Relaxationsoszillatoren arbeitet. Die beiden Induktivitäten Ll und L2 sind gemeinsam an den rlinuseingang 24 eines Integrators 25 angeschlossen, dessen Ausgang 26 über einen Widerstand R auf den Minus-Eingang 24 rückgekoppelt ist und über einen Widerstand Rl mit dem Pluseingang 28 eines als Schmitt-Trigger arbeitendenIn detail, the circuit shown in FIG. 7 in its schematic structure is for period-analog evaluation provided, which works on the principle of the relaxation oscillators indicated in FIGS. The two inductors Ll and L2 are jointly connected to the linear input 24 of an integrator 25, whose Output 26 is fed back via a resistor R to the minus input 24 and via a resistor Rl to the Plus input 28 of a working as a Schmitt trigger

030062/0057 .-/5030062/0057 .- / 5

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

R. 5535 Lr/SmR. 5535 Lr / Sm

Operationsverstärkers 29 verbunden ist. Der Schmitt-Trigger 29j dem die Betriebsspannungen Uß und -Ug in üblicher Weise zugeführt sind, hat eine Schalthysterese von 2 Rl, Un. Der Ausgang 30 ist über eine Leitung 31 zuOperational amplifier 29 is connected. The Schmitt trigger 29j, to which the operating voltages U ß and -Ug are supplied in the usual way, has a switching hysteresis of 2 Rl, U n . The output 30 is closed via a line 31

R2"R2 "

einem Schalter S geführt, der abwechslungsweise die Induktivitäten Ll und L2 mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers 29 verbindet. Die Umschaltung erfolgt durch ein Flip-Flop 32, an dessen Ausgang 33 die tastverhältnisanaloge Spannung U. abgenommen wird. Diese wird über die Steuerleitung J>k zu einer den Umschalter S betätigenden Logikschaltung 35 geführt.a switch S, which alternately connects the inductances Ll and L2 to the output of the Schmitt trigger 29. The switchover is carried out by a flip-flop 32, at whose output 33 the voltage U., which is analogous to the pulse duty factor, is taken. This is fed via the control line J> k to a logic circuit 35 which actuates the changeover switch S.

In den obersten beiden Linienzügen der Figur 8 sind die an den VJicklungsenden 51 der Induktivität Ll und 62 der Induktivität L2 auftretenden Spannungen wiedergegeben. Der Eingang 24 des Integrators 25 ist fest mit: den die Induktivität Ll und L2 aufweisenden Spulen verbunden; jeweils nach der Zeit ti wird die Leitung 31 von der Induktivität Ll durch den Schalter S aus der mit Ol in Figur 7 angedeuteten Stellung auf die Induktivität L2 in der Stellung 02 umgeschaltet, wenn die seither aktivierte Induktivität Ll stromlos geworden ist und daher die Periode Sl abgelaufen ist. Dann folgt die. Periode S2, deren zeitliche Dauer durch die Größe der Induktivität L2 bestimmt ist. Die Schaltzeiten ti und t2 des Umsehaltsignals U30 am Ausgang des Schmitt-Triggers 29 bilden die im Tastverhältnis der Induktivitätswerte Ll und L2 modulierte Rechteckschwingung U. am Ausgang 33 des Flip-Flops 32. Dieses Flip-Flop 32 stellt sicher, daß die Umschaltung jeweils dann erfolgt, wenn eine der Induktivitäten Ll bzw. L2 stromlos geworden ist und verhindert sonst auftretende, durch Spannungsspitzen verursachte Verfälschungen der Tastverhältnis-analogen Auswertung.In the top two lines in FIG. 8, those at the winding ends 51 of the inductance L1 and 62 are the Inductance L2 reproduced voltages. The input 24 of the integrator 25 is fixed to: the Inductance Ll and L2 having coils connected; in each case after the time ti, the line 31 of the inductance Ll switched by the switch S from the position indicated by O1 in Figure 7 to the inductance L2 in position 02, when the inductance Ll, which has been activated since then, has become de-energized and the period Sl has therefore expired. then follows the. Period S2, the duration of which is determined by the size of the inductance L2. The switching times ti and t2 of the changeover signal U30 at the output of the Schmitt trigger 29 form the square wave U. modulated in the pulse duty factor of the inductance values Ll and L2 at the output 33 of the flip-flop 32. This flip-flop 32 ensures that the switchover takes place whenever one of the inductances Ll or L2 has become de-energized and prevents otherwise occurring falsifications of the Duty cycle analog evaluation.

Figur 9 zeigt eine praktisch erprobte Schaltungsrealisierung für den Einsatz in Kraftfahrzeugen. Dort ist als wesentlicher Bestandteil der Umschalteinrichtung ein alsFIG. 9 shows a circuit implementation that has been tried and tested in practice for use in motor vehicles. There is an essential part of the switching device as

030062/0057030062/0057

ΠΒίΠΙΜΛΙΠΒίΠΙΜΛΙ

-Jf- R- 5535 -Jf- R- 5535

Lr/SmLr / Sm

Speicherglied wirkendes Flip-Flop 32 vorgesehen, das unter der Handelsbezeichnung 4013 erhältlich ist. In der dargestellten Ausfuhrungsform ist die Schalterfunktion durch Gatter 4l, 42 mit Tristate-Ausgang sowie mit Entkoppelverstärkern 43 und 44 realisiert werden.Memory element acting flip-flop 32 is provided, which is available under the trade name 4013. In the The embodiment shown is the switch function can be implemented by gates 4l, 42 with tristate output and with decoupling amplifiers 43 and 44.

Die im Tastverhältnis modulierte Rechteckschwingung U. nach Figur S ermöglicht mit Hilfe eines nachgeschalteten Tiefpasses eine einfache analoge Auswertung durch Mittelwert; bildung. Darüber hinaus kann auch durch Auswertung der Schaltzeiten ti und t2 mittels eines nachgeschalteten Zählers eine einfache digitale Auswertung erfolgen. Sollten bei der zur Verfügung stehenden Auszählfrequenz für einen solchen nachgeschalteten Zähler die Tastzeiten ti und t2 zu kurz sein, so kann zweckmäßig das Flip-Flop 32 durch einen bekannten Frequenzteiler ersetzt werden, wodurch die Zeiten ti und t2 um einen beliebigen Faktor verlängert werden. Die Schaltung nach Figur 9 ermöglicht in verschiedenen Teilen einen Abgleich sowie eine Frequenzwahl, insbesondere durch Einstellung des Verstärkungsgrades der Entkoppelverstärker 43 und 44.The square wave U. according to FIG. 5, which is modulated in the pulse duty factor, is made possible with the aid of a downstream low-pass filter a simple analog evaluation using a mean value; education. In addition, by evaluating the Switching times ti and t2 by means of a downstream A simple digital evaluation can be carried out using the counter. Should the available counting frequency for a such downstream counters the sampling times ti and t2 be too short, the flip-flop 32 can expediently be replaced by a known frequency divider, whereby the times ti and t2 can be extended by any factor. The circuit of Figure 9 allows in different Share an adjustment and a frequency selection, in particular by setting the gain of the Decoupling amplifiers 43 and 44.

Die erfindungsgemäße Schaltung nach den Figuren 7 und 9 eignet sich gleichermaßen für analoge und digitale Meßwertverarbeitung. Da jeweils nur eine der beiden Induktivitäten Ll bzw. L2 aktiviert wird, findet keine gegenseitige Störung oder Beeinflussung statt. Die vollständig gemeinsame Benutzung derselben Schaltungsteile gewährleistet darüber hinaus ein Höchstmaß an Drift- und Fehlerkompensation.The circuit according to the invention according to FIGS. 7 and 9 is equally suitable for analog and digital processing of measured values. Since only one of the two inductances Ll or L2 is activated, there is no mutual interference or influencing instead. The completely shared use of the same circuit parts is guaranteed In addition, a high degree of drift and error compensation.

030062/0057030062/0057

ORlGJNAL /NSFECTEDORlGJNAL / NSFECTED

e ee e

r s e 11 er s e 11 e

Claims (3)

R. 5535 4.4.1979 Lr/Sm ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1 AnsprücheR. 5535 04/04/1979 Lr / Sm ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1 claims 1.) Induktiver Differentialweggeber mit zwei auf einem gemeinsamen Eisenkern angeordneten Spulen, von denen wenigstens eine in ihrer Induktivität veränderbar ist mit Hilfe eines Kurzschlußringes, der einen Schenkel des Eisenkerns umschließt und entlang diesem Schenkel berührungsfrei in Abhängigkeit von dem zu messenden Weg verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Spulen (5, 6; 16, 17 / Ll, L2) an den invertierenden Eingang (24) eines Integrators (25) angeschlossen und mit einem Umschalter (S) verbunden sind, der abwechlungsweise eine der Spulen mit dem Ausgang (30) eines" Schmitt-Triggers (29) verbindet, der an den Ausgang (26) des Integrators angeschlossen ist.1.) Inductive differential displacement transducer with two coils arranged on a common iron core, at least one of which can be changed in its inductance with the help of a short-circuit ring which encloses one leg of the iron core and is adjustable along this leg without contact depending on the path to be measured, thereby characterized in that both coils (5, 6; 16, 17 / Ll, L2) are connected to the inverting input (24) of an integrator (25) and are connected to a changeover switch (S) which alternately connects one of the coils to the output ( 30) a "Schmitt trigger (29) which is connected to the output (26) of the integrator. 030062/0057030062/0057 - 2 - R. 5535- 2 - R. 5535 Lr/SmLr / Sm 2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (S) an den Ausgang (30) des Schmitt-Triggers (29) angeschlossen ist.2. Encoder according to claim 1, characterized in that the Changeover switch (S) is connected to the output (30) of the Schmitt trigger (29). 3. Geber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang (30) des Schmitt-Triggers (29) ein Speicher, insbesondere ein Flip-Flop (32) angeschlossen ist, der den Umschalter (S) betätigt.3. Encoder according to claim 2, characterized in that a memory, in particular a flip-flop (32) is connected to the output (30) of the Schmitt trigger (29), which actuates the changeover switch (S). 030062/0057030062/0057
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