CH659323A5 - Messwandler mit einem feldplatten-verschiebungsfuehler und mit einem magnetischen gitter. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Messwandler gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Feldplatten-Fühler ist aus der US-PS 33 949 345 bekannt. Diese Patentschrift beschreibt ein Fühlerelement, das aus einer ersten und einer zweiten Gruppe paralleler Streifen aus einem anisotropen Material mit magnetfeldabhängigem Widerstand besteht, beispielsweise aus Nickel-Kobalt oder Nickel-Eisen, das auf einem Isoliersubstrat
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niedergeschlagen oder aus einer Schicht auf dem Isoliersub-■>irat geätzt ist. Die Streifen und die sie verbindenden Leiter werden vorzugsweise durch Anwendung einer üblichen Dünnfilmtechnik auf ein geeignetes Substrat wie beispielsweise Glas niedergeschlagen. Alle Streifen eines Fühlerelements sind zwischen den Klemmen einer Spannungsquelle in Reihe miteinander verbunden, und eine Ausgangsklemme ist an der Verbindungsstelle der ersten und der zweiten Gruppe von Streifen vorgesehen.
Ein anisotropes Material mit magnetfeldabhängigem Widerstand hat einen spezifischen Widerstand, der sich entsprechend der Richtung des angelegten Magnetfeldes ändert. Wenn das Magnetfeld senkrecht zum durch die Streifen fliessenden Strom verläuft, ist der spezifische Widerstand der Streifen minimal. Wenn das Magnetfeld parallel zum Strom in den Streifen ist, ist der spezifische Widerstand der Streifen maximal. Der Widerstand eines Streifens einheitlicher Dicke ist proportional zur Länge des Streifens und umgekehrt proportional zu dessen Breite.
Ein magnetisches Gitter, das neben dem Fühlerelement angeordnet ist, hat in der Verschiebungsrichtung des Fühlerelements zum Gitter abwechselnde Nord- und Südpole. Der Abstand zwischen entsprechenden gleichnamigen Polen (z. B. der Abstand von einem Nordpol zum nächstliegenden Nordpol) definiert einen im folgenden mit Gitterkonstante X bezeichneten Teilungsabstand des magnetischen Gitters. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von Streifen ist bezüglich der Gitterkonstanten des magnetischen Gitters derart festgelegt, dass dann, wenn die erste Gruppe von Streifen einen maximalen spezifischen Widerstand hat, die zweite Gruppe von Streifen einen minimalen spezifischen Widerstand zeigt, und umgekehrt. Die erste und die zweite Gruppe von Streifen bilden einen Spannungsteiler, an welchem über einer der beiden Gruppen ein Ausgangssignal abgenommen wird. Da sich die Widerstände der beiden Gruppen von Streifen in umgekehrten Richtungen ändern, wenn sich die Lage zwischen ihnen und den magnetischen Polen des magnetischen Gitters ändert, ändert auch das Ausgangssignal entsprechend der Lageänderung.
Bei einer Anwendung des Fühlerelements der genannten US-Patentschrift ist die Messauflösung oder, mit anderen Worten, die minimale Verschiebungsstrecke, die erfasst werden kann, durch die minimale brauchbare Gitterkonstante X des magnetischen Gitters bestimmt, welche ihrerseits durch die endliche minimale Grösse der Gruppen von Streifen begrenzt ist. In der Praxis kann eine Auflösung von besser als 1 mm ohne Anwendung einer relativ aufwendigen, eine Interpolation bewirkenden Phasenmodulationsdetek-tion nicht erzielt werden.
Bei der Anordnung gemäss der genannten US-Patentschrift ist es erwünscht, mehrere derartige in Reihe geschaltete und in der Verschiebungsrichtung angeordnete Fühlerelemente zu verwenden. Durch eine solche Verwendung mehrerer Fühlerelemente wird jedoch die Anordnung gross. Wenn die Gitterkonstante des magnetischen Gitters beispielsweise 2 mm beträgt und wenn die Anzahl der Fühlerelemente beispielsweise 10 beträgt, ist die Länge der Gruppe von 10 Fühlerelementen mindestens 40 mm. Diese der bekannten Fühleranordnung innewohnende schlechte Auflösung und grosse Abmessung erhöhen die Herstellungskosten eines praktisch verwendbaren Verschiebungsfühlers.
Gemäss der japanischen Patentanmeldung 114 699/1977 ist der Versuch gemacht worden, die Auflösung bei kleinerer Grösse dadurch zu verbessern, dass die mehreren Gruppen von Streifen des US-Patentes durch eine einzige Gruppe von parallelen Streifen aus magnetfeldabhängigem Widerstandsmaterial ersetzt wurden. Die parallelen Streifen sind hierbei zickzackförmig elektrisch in Reihe geschaltet. Jeder Streifen hängt zur Steuerung seines spezifischen Widerstands vom magnetischen Streufluss eines einzigen Magnetpols ab.
Wenn jedoch die Gitterkonstante des magnetischen Gitters zur Verbesserung der Auflösung der Anordnung vermindert wird, wird dadurch der magnetische Streufluss derart stark reduziert, dass die dem Streufluss ausgesetzten Streifen nicht gesättigt sind. Dies führt zu Schwierigkeiten mit der magnetischen Hysterese.
Eine teilweise Lösung zur Erzielung einer Sättigung der Streifen bei verhältnismässig kleiner Gitterkonstanten des magnetischen Gitters besteht darin, einen dünnen Film hoher magnetischer Permeabilität niederzuschlagen, um geschlossene Magnetpfade um Paare benachbarter Streifen zu bilden. Die geschlossenen Magnetpfade induzieren einen erhöhten Streufluss des magnetischen Gitters und erhöhen dadurch das Magnetfeld, welchem die Streifen ausgesetzt sind, ausreichend, um eine Sättigung zu erzielen und Hystereseeffekte zu vermeiden. Die sich aus der Verwendung geschlossener Dünnfilm-Magnetpfade ergebenden Vorteile sind durch den verhältnismässig niedrigen Wert der magnetischen Permeabilität beschränkt, welche in einem dünnen Film erzielbar ist.
Ein anderer Versuch zur Erzielung einer Sättigung von aus einem magnetfeldabhängigen Widerstandsmaterial bestehenden Streifen ist in einem Artikel mit dem Titel «Non-Contact Switch is Based on Magnetoresistance», Electronics (McGraw-Hill), l.Mai 1975, Seite 3E, beschrieben. Ein Vor-magnetisierungsfeld von etwa 4000 A/m ist an die Streifen angelegt, um sie im Sättigungszustand zu halten. Dadurch wird jede Änderung des durch die Nähe des magnetischen Gitters bewirkten Ausgangssignal frei von Hystereseeinwirkungen. In diesem Artikel wird auch erwähnt, dass durch eine Anordnung des Vormagnetisierungsfeldes unter einem Winkel von 45° bezüglich der Streifen der ursprünglich kleine Temperaturkoeffizient der magnetfeldabhängigen Widerstandsänderung auf null reduziert wird.
Ein weiterer Versuch zur Verbesserung des Auflösungsvermögens eines Wandlers mit magnetfeldabhängigen Widerständen sieht die Verwendung von Streifen aus magnetfeldabhängigem Widerstandsmaterial in einer symmetrischen, sich wellenartig wiederholenden Dreieckmuster vor, dessen «Wellenlänge» gleich der bereits erwähnten Gitterkonstanten X des magnetischen Gitters ist. Hierbei ist die Streifenanordnung einem konstanten Vormagnetisierungsfeld ausgesetzt, dessen Richtung senkrecht zu den Magnetfeldern des magnetischen Gitters ist. Die resultierenden Magnetfeldvektoren des magnetischen Gitters und des Vormagnetisierungsfeldes sind parallel zu benachbarten Streifenpaaren in ihrer einen Lage mit maximalem spezifischem Widerstand und bilden einen Winkel mit den Streifen in ihrer anderen Lage mit minimalem spezifischem Widerstand. Zwei Dreieckmuster sind gleichzeitig dem Feld des magnetischen Gitters ausgesetzt. Die beiden Dreiecksmuster sind derart angeordnet, dass ein maximales Ausgangssignal des einen Musters jeweils mit einem minimalen Ausgangssignal des anderen Musters zusammenfällt, und umgekehrt.
Ein solches dreieckförmiges Streifenmuster hat den Nachteil, dass sich ein vermindertes Ausgangssignal aufgrund der Tatsache ergibt, dass die Streifen jedes benachbarten Paars über die Strecke der halben Gitterkonstanten X des magnetischen Gitters angeordnet sind. Dadurch dürfte eine mindestens teilweise Auslöschung des Effekts der magnetfeldabhängigen Widerstandsänderung auftreten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Messwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem unter Vermeidung der angeführten Nachteile eine hohe Auflösung erzielt wird.
Erfindungsgemäss weist der Messwandler die im kenn5
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zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf.
Nachstehend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch vereinfacht eine Ansicht eines bekannten Messwandlers,
Fig. 2 in grösserem Massstab einen anderen bekannten Messwandler gleicher Art mit für einen verbesserten Streufluss ausgebildeten Magnetpfaden,
Fig. 3 einen bekannten Messwandler, dessen Verschiebungsfühler magnetfeldabhängige Widerstandsstreifen verwendet, die in einem sich wiederholenden, wellenartigen Dreiecksmuster angeordnet sind, das einem Vormagnetisierungsfeld ausgesetzt ist,
Fig. 4 schematisch einen Messwandler gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 einen Messwandler gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 6 schematisch eine Darstellung eines Messwandlers gemäss einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 7 schematisch eine Darstellung eines Messwandlers gemäss einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 8 schematisch eine Darstellung eines Messwandlers gemäss einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 9 schematisch eine Darstellung eines Messwandlers gemäss einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 10 schematisch eine Darstellungeines Messwandlers gemäss einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfingung,
Fig. 11 schematisch eine Darstellung eines Messwandlers gemäss einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 12 einen Messwandler gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei besonderer Anpassung zur Erfassung einer Drehbewegungs-Verschiebung,
Fig. 13A bis Fig. 13L Signalverläufe, auf die bei der Beschreibung der Weise Bezug genommen wird, in der die Auflösung unter Verwendung einer Interpolation verbessert wird,
Fig. 14 ein Logik-Blockschaltbild einer Signalverarbei-tungsschaltung zur Verbesserung der Auflösung durch Interpolation,
Fig. 15A bis Fig. 15E Signalverläufe, auf die bei der Beschreibung eines vier Ausgänge aufweisenden Feldplatten-Verschiebungsfühlers Bezug genommen wird,
Fig. 16A bis Fig. 16S Signalverläufe, auf die bei der Beschreibung der Weise Bezug genommen wird, in der die Ausgangssignale eines vier Ausgänge aufweisenden Feldplatten-Verschiebungsfühlers interpolierbar sind, um eine Auflösung von 22,5° zu erreichen
Fig. 17AbisFig. 17R Signalverläufe einiger der Signale bei einem Feldplatten-Verschiebungsfühler und der Signalverarbeitungsschaltung dafür, die acht Ausgangssignale zur Erzeugung einer Auflösung von 22,5° verwendet,
Fig. 18 eine Signalverlaufdarstellung einschliesslich vier Ausgangssignale eines Feldplatten-Verschiebungsfühlers, auf die bei der Beschreibung eines anderen Weges Bezug genommen wird, mit dem eine Auflösung von 22,5° erreichbar ist,
Fig. 19 schematisch eine Weise, gemäss der Feldplatten-Verschiebungsfühler in einer Schaltungsanordnung angeschlossen werden können,
Fig. 20 schematisch eine Darstellung einer anderen Anordnung von Feldplatten-Verschiebungsfühlern in einer Schaltungsanordnung,
Fig. 21 schematisch eine Darstellung einer anderen Anordnung von Feldplatten-Verschiebungsfühlern in einer Schaltungsanordnung, und
Fig. 22 schematisch eine Darstellung einer anderen Anordnung von Feldplatten-Verschiebungsfühlern in einer Schaltungsanordnung.
Vor einer ausführlichen Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 3 bekannte Ausführungsformen der eingangs geschilderten Art kurz erläutert.
In Fig. 1 besitzt ein Feldplattenfühler 20 zwei Gruppen von magnetfeldabhängigen Widerstandselementen 22,22' in enger Annäherung an ein magnetisches Gitter 24, in welchem Nord- und Süd-Magnetpole sich wiederholend abwechseln. Der Abstand zwischen benachbarten gleichnamigen Polen, beispielsweise benachbarten Nordpolen, ist als Gitterkonstante X des magnetischen Gitters 24 definiert.
Jede Gruppe von Widerstandselementen, beispielsweise die Gruppe 22, besteht aus zumindest einem magnetfeldabhängigen Widerstandselement, das zumindest einen und vorzugsweise mehrere parallele Streifen 28 aufweist. Wenn mehrere Streifen 28 verwendet werden, sind deren Enden mittels relativ breiter Verbindungsleiter 30 schlangenförmig oder mäanderartig miteinander verbunden. Die Widerstandselemente 26 jeder Gruppe 22,22' sind um die Distanz X e voneinander getrennt, worin e = k/2(k = 1,2,...). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gilt e = 1/2 (k = 1). Der Abstand zwischen den am weitesten rechts befindlichen Elementen der Gruppe 22 und dem am weitesten links befindlichen Element der Gruppe 22' entspricht nXe + 1 e/2. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel gilt n = O, und daher ist der Abstand gleich X/4 (k = 1). Aufgrund des Abstands zwischen den Elementen 26 der gleichen Gruppe 22 oder 22'
sind alle Streifen 28 in einer Gruppe in ähnlicher Weise durch die Magnetfelder des magnetischen Gitters 24 beein-flusst. Beispielsweise ist jedes Widerstandselement 26 der Gruppe 22' nahe einem Pol des magnetischen Gitters 24 dargestellt. Zusätzlich ist aufgrund des Abstands zwischen den Gruppen jedes der Widerstandselemente 26 der Gruppe 22 im wesentlichen zwischen benachbarten Nord- und Südpolen angeordnet und ist daher praktisch unbeeinflusst durch deren Magnetfelder. Folglich zeigen alle Streifen 28 der Gruppe 22' einen maximalen Widerstand aufgrund der Tatsache, dass die Magnetfelder des magnetischen Gitters 24 parallel zu den Streifen 28 sind, und zeigen gleichzeitig alle Streifen 28, die kein Magnetfeld parallel für einen Stromfluss in ihnen besitzen, einen minimalen Widerstand.
Eine Erregerspannung Ve ist an Eingangsanschlüsse 32 angelegt, und ein Ausgangssignal wird von der Verbindungsstelle der Gruppen 22 und 22' abgenommen und Ausgangsanschlüssen 34 und 34' zugeführt. Für den Fachmann ergibt sich, dass bei einer Verschiebung des Fühlers 20 in Richtung des Doppelpfeils 36 die Spannung am Ausgangsanschluss 34 sich entsprechend der Beziehung der Gitterkonstanten X des magnetischen Gitters 24 zum Abstand der Widerstandselemente 26 in den Gruppen 22 und 22' ändert. Beim dargestellten Zustand ist der Widerstand der rechtsseitigen Elemente 26 der Gruppe 22' maximal und derjenigen der Gruppe 22 minimal. Dies führt zu einer minimalen Ausgangsspannung am Ausgangsanschluss 34'. Wenn der Fühler 20 um einen Abstand X/4 in irgendeiner Richtung verschoben wird, die durch den Doppelpfeil 36 angegeben ist, kommt eines der Widerstandselemente 26 in der Gruppe 22 in Ausrichtung zu Magnetpolen im magnetischen Gitter 24 und werden diejenige der Gruppe 22' um X/4 aus der Ausrichtung mit diesen bewegt. Daher ist in dieser Verschiebestellung der Widerstand eines der Elemente 26 der Gruppe 22 maximal und derjenige der Elemente 26 der Gruppe 22' minimal, wodurch eine Änderung der Ausgangsspannung an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34' erreicht ist. Wenn der
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Fühler 20 kontinuierlich in der einen oder der anderen durch den Doppelpfeil 36 wiedergegebenen Richtung bewegt wird, beschreibt das Ausgangssignal an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34' eine Sinusfunktion.
Fig. 2 zeigt eine bekannte Ausführungsform, bei dem einzelne Streifen 28 um X/2 voneinander getrennt sind und in einem Abstand A vom magnetischen Gitter 24 liegen. Bei dem dargestellten Zustand ist jeder Streifen 28 einem Nordoder Südpol ausgesetzt. Bei diesem Zustand ist der magnetische Streufluss des magnetischen Gitters 24 im wesentlichen parallel zum Stromfluss i, der durch die Strichpunkt-Pfeile dargestellt ist. Daher wird in dieser Stellung ein maximaler Widerstand erreicht. Bei einer relativen Bewegung des Fühlers 20' um einen Abstand von X/4 in der durch den Doppelpfeil 36 wiedergegebenen Richtung wird der Widerstand der Gruppe 22 (oder 22') der Widerstandselemente minimal.
Wie erläutert, beeinflusst die kurze Gitterkonstante X die Sättigung der Streifen 28. Aus diesem Grund sind U-förmige Magnetwege 38 aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität, vorzugsweise unter Verwendung von Dünnfilmtechnik, über benachbarte Paare von Streifen 28 gebildet, um einen Flussweg für den Fluss zu erreichen, wie das durch die U-förmigen Strichpunkt-Pfeile dargestellt ist. Wie erläutert, ist die magnetische Permeabilität (i der magnetischen Wege 38 durch das zur Verfügung stehende Material begrenzt, das zur Herstellung von Dünnfilmschaltungen verwendbar ist. Eine annehmbare Auflösung bleibt daher unerreichbar.
Fig. 3 zeigt ein weiteres bekanntes Ausführungsbeispiel eines Fühlers 20", bei dem Gruppen 22 und 22' Streifen 28 bzw. 28' besitzten, die als sich wiederholende dreieckförmige Muster mit einer Periode entsprechend der Gitterkonstanten X des magnetischen Gitters 24 angeordnet sind, wobei die Phase des Dreiecksmusters der Gruppe 22 entgegengesetzt zur Phase des Dreiecksmusters der Gruppe 22' ist.
Die Streifen 28 und 28' schliessen einen Winkel von 0° bzw. -0° gegenüber einer Normalen zum magnetischen Gitter 24 ein. Eingangsanschlüsse 32 und ein Ausgangsanschluss 34 werden wie in Fig. 1 dargestellt, verwendet, um eine Erregungsspannung anzulegen bzw. ein Ausgangssignal zu erhalten.
Ein Vormagnetisierungsfeldvektor Hb ist in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu den Signal-Magnetfeldvektoren Hs des Magnetgitters 24 angelegt. Sich ergebende ebene Magnetfeldvektoren H erreichen Winkel von 0' zu den Signal-Magnetfeldvektoren Hs. Die Beziehung zwischen dem Winkel ©' des sich ergebenden Magnetfeldvektors H und dem Winkel 0° der Streifen 28 beträgt vorzugsweise:
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Bei den dargestellten relativen Lagen sind die Streifen 28 der Gruppe 22 im wesentlichen parallel zu den sich ergebenden Magnetfeldvektoren H und zeigen daher maximalen Widerstand. Im Gegensatz dazu werden die Streifen 28' der Gruppe 22' von den sich ergebenden Magnetfeldvektoren H geschnitten, wie das durch Pfeile 40 dargestellt ist, und zeigen daher minimalen Widerstand. Wie erläutert, besitzt das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 Begrenzungen bezüglich der Auflösung, und es enthält dessen Ausgangssignal keine Information bezüglich der Richtung der Verschiebung. Zusätzlich dürfte die Anordnung benachbarter Streifen 28 über einen Abstand von X/2 eine Auslöschung des magnetfeldabhängigen Widerstandseffekts erreichen.
Fig. 4 zeigt einen Feldplatten-Verschiebungsfühler 42 gemäss der Erfindung neben einem magnetischen Gitter 24 mit der Gitterkonstante X. Der Verschiebungsfühler 42 enthält ein erstes Fühlerelement 44 mit Streifen 28 und 28' und ein zweites Fühlerelement 44' mit Streifen 28" und 28"', welche in der Verschiebungsrichtung, die durch den Doppelpfeil 36 wiedergegeben ist, ausgerichtet sind. Die Streifen 28, 28', 28" und 28'" sind vorzugsweise mittels Dünnfilmtechnik auf einem Glassubstrat niedergeschlagen. Verbindende Leiter 30 sind vorzugsweise mittels Dünnfilmtechnik und vorzugsweise unter Verwenden des gleichen Werkstoffs mit magnetfeldabhängigem Widerstand, der für die Streifen 28-28'" verwendet ist, niedergeschlagen. Die grössere Breite der verbindenden Leiter 30 verringert deren Widerstandswert (und eine Widerstandsänderung aufgrund des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Magnetfeldes) so ausreichend, dass deren magnetfeldabhängige Widerstandsänderung vernachlässigbar ist. Ein Vormagnetisierungsfeld Hb ist an den Verschiebungsfühler 42 parallel zu den Streifen 28 angelegt, wie das durch die umrandeten Pfeile 46 dargestellt ist. Das erste Fühlerelement 44 besitzt eine erste Gruppe 48 aus magnetfeldabhängigen Widerstandsstreifen 28 und eine zweite Gruppe 48' aus magnetfeldabhängigen Magnet-Widerstandsstreifen 28'. Die Streifen 28 und 28' sind X/2 von dem nächsten benachbarten Streifen innerhalb der gleichen Gruppe entfernt. Entsprechende Streifen 28 und 28' in den Gruppen 48 und 48' sind um (n/2 + 1/4) X, mit n = 1,2,3,..., distanziert. Wie mit Bezug auf Fig. 1 erläutert, erzeugt jede Verschiebung in Richtung des Doppelpfeils 36 um X/4 eine 90°-Änderung im Ausgangssignal, das am Ausgangsanschluss 34 ansteht.
Das zweite Fühlerelement 44' besitzt in ähnlicher Weise Gruppen48" und48'" der magnetfeldabhängigen Widerstandsstreifen 28" bzw. 28" ' mit der gleichen Beziehung der Streifen innerhalb der gleichen Gruppe und deren Partnergruppe wie bei den Streifen 28 und 28' bei den Gruppen 48 und 48'. Der Abstand zwischen entsprechenden Streifen der Fühlerelemente 44 und 44' ergibt sich zu (m/2 + 1/8) X, wobei m positiv ganzzahlig ist.
Wie sich für den Fachmann ergibt, sind die an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34' erhältlichen Ausgangssignale voneinander um 90° verschoben, wenn der Verschiebungsfühler 42 in einer durch den Doppelpfeil 36 wiedergegebenen Richtung bewegt wird. Eine verbesserte Auflösung wird dadurch erreicht, dass die um 90° distanzierten Null-Durch-gänge der Signale an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34' erfasst werden können. Weiter ist eine Anzeige der Richtung der Verschiebung von den Ausgangssignalen erreichbar.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäss Fig. 4 ist insbesondere wirksam, wenn die Magnetfelder des magnetischen Gitters 24 ausreichend gross sind im Vergleich zum Vormagnetisierungsfeld Hb, um eine Sättigung in den Streifen zu erreichen.
Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Feldplatten-Verschiebungsfühlers 50 gemäss der Erfindung. Streifen 28 innerhalb der Gruppe 48, Streifen 28' innerhalb der Gruppe 48', Streifen 28" innerhalb der Gruppe 48" und Streifen28'" innerhalb der Gruppe48'" sind um X voneinander distanziert, und entsprechende Streifen innerhalb der beiden Gruppen 48 und 48' des ersten Magnetwiderstandsfühlers 44 sowie innerhalb der Gruppen 48" und 48" ' des zweiten Magnetwiderstandsfühlers 44' sind um n X + X/2 voneinander distanziert. Zusätzlich sind aufgrund des Abstands von X zwischen benachbarten Streifen in einer Gruppe entsprechende Streifen, wie die Streifen 28 und 28', in dem ersten und dem zweiten Fühlerelement 44 und 44' um (m + 1/4) X voneinander distanziert. Dieser Abstand kann, wie in Fig. 4 dargestellt, durch eine Anordnung des ersten und des zweiten Fühlerelements 44, 44' mit den Enden aneinander oder durch die in Fig. 5 dargestellte Nebeneinanderanordnung erreicht werden. Bei der Anordnung gemäss Fig. 5 gilt m = O, jedoch kann m auch andere s
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Werte besitzen. Das Vormagnetisierungsfeld Hb, das durch den umrandeten Pfeil 46 dargestellt ist, ist unter einem Winkel von 45° zu den Streifen 28,28', 28" und 28'" angeordnet. Wie erläutert, trägt dies zur Verringerung des Temperaturkoeffizienten der magnetfeldabhängigen Widerstandsänderung bei.
Der Verschiebungsfühler 52 gemäss Fig. 6 erzeugt zwei Ausgangssignale mit einer Phasendifferenz von 90° an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34 '. Die Ausgangssignale an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34' durchlaufen einen vollen Zyklus abhängig von der Verschiebung um eine Gitterkonstante X des magnetischen Gitters 24 in der durch den Doppelpfeil 36 wiedergegebenen Richtung. Nulldurchgänge der Ausgangssignale von den Ausgangsanschlüssen 34 und 34' treten auf, wenn die Widerstände der zugeordneten Gruppen der Streifen eines Fühlerelements 44 oder 44'
gleich sind. Daher wird, wenn der Widerstands wert der Gruppe 48 dem Widerstandswert der Gruppe 48' entspricht, ein Nulldurchgang erfasst.
Fig. 7 zeigt einen Verschiebungsfühler 54, in dem entsprechenden Streifen 28 und 28' des ersten Fühlerelements 44 mit den Streifen 28" bzw. 28'" des zweiten Fühlerelements 44' ausgerichtet sind. Zwei magnetische Gitter 24 beeinflussen das erste bzw. das zweite Fühlerelement 44,44'. Die magnetischen Gitter 24 sind um (m/2 + \/4)X oder (m/2 + 1/2)a mit Bezug aufeinander entsprechend der angegebenen Lehre distanziert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die magnetischen Gitter 24 um X/4 gegeneinander verschoben, wodurch eine wirksame Phasendifferenz im Ausgangssignal von den Ausgangsanschlüssen 34 bzw. 34' von 90° erhalten wird. Das Vormagnetisierungsfeld Hb ist vorzugsweise unter einem Winkel 0 = 45° gegenüber den Streifen 28,28', 28" und 28' ' ' angeordnet.
Fig. 8 zeigt einen Verschiebungsfühler 56, bei dem ein erstes und ein zweites Fühlerelement 44,44' verschachtelt sind. Wie erläutert, kann der Abstand zwischen benachbarten Streifen, beispielsweise den Streifen 28 des ersten Fühlerelements 44, ein ganzteiliges Vielfaches der halben Gitterkonstanten X sein. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 wechselt der Abstand zwischen X und 2X ab, wobei die Gruppe 48 in der Gruppe 48" und die Gruppe 48' in der Gruppe 48" ' verschachtelt ist in dem Streifen der einen Gruppe, die um X distanziert sind, mit Streifen der anderen Gruppe, die um 2X distanziert sind, ausgerichtet und verschachtelt sind. Wie erläutert, sind das erste und das zweite Fühlerelement 44 und 44' um X/4 in Richtung der durch den Doppelpfeil 36 wiedergegebenen Verschiebungsrichtung versetzt. Eine solche Verschachtelung verringert die vom Verschiebungsfühler 56 eingenommene Fläche.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 zeigt auch Teilungen 58, die die Magnetpole des magnetischen Gitters 24 definieren, die unter einem Winkel ® gegenüber der durch den Doppelpfeil 36 wiedergegebenen Verschiebungsrichtung schräggestellt sind. Durch Anordnen der Teilungen 58 des magnetischen Gitters 24 auf der Diagonalen wird die wirksame Breite des magnetischen Gitters 24 bezüglich der Grösse der tatsächlichen Breite des magnetischen Gitters 24 erhöht. Die Streifen 28,28', 28" und 28' ' ' sind ebenfalls unter einem Winkel 0 angeordnet. Das Vormagnetisierungsfeld Hb kann unter einem Winkel © bezüglich der Streifen angeordnet sein. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Zustand gilt für das Vormagnetisierungsfeld Hb ein Winkel © = 45° und für die Streifen und Teilungen 58 des magnetischen Gitters 24 ein Winkel <I> = 45°. Dadurch ergibt sich ein Ergebnis ähnlich demjenigen der Fig. 5. Für einen Winkel 0 = O, d.h. für ein zu den Streifen ausgerichtetes Vormagnetisierungsfeld Hb, ergibt sich eine Wirkungsweise ähnlich dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4.
Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Verschiebungsfühlers 60 wird eine Erhöhung der Anzahl der Streifen 28,28', 28" und 28' ' ' möglich, die dem Magnetfeld des magnetischen Gitters 24 in einem verschachtelten System ausgesetzt sind. Es zeigt sich, dass Paare von Streifen sehr nahe zueinander angeordnet sind, wodurch der magnetische Streufluss des magnetischen Gitters 24 gleichmässig auf beide Teile des Paars einwirkt. Dadurch wird der Effekt der magnetfeldabhängigen Widerstandsänderung im Vergleich zu einem einfachen Streifen 28 an derselben Stelle verdoppelt. Solche Streifenpaare sind entsprechend den erwähnten Regeln für einzelne Streifen distanziert. Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 9 sind die Streifenpaare um X distanziert. Jede Gruppe 48,48', 48 " und 48 ' " der Streifen ist so dargestellt, dass sie insgesamt 10Streifen28,28', 28" bzw. 28'" enthält, und wird daher durch den genannten Effekt stärker beeinflusst. Es ist ersichtlich, dass die relativ breiten Verbindungsleiter 30 lediglich an einem Ende jedes Streifens vorhanden sind. Obwohl breite Verbindungsleiter an dem geschlossenen Ende der Paare der Streifen verwendet werden können, wäre aufgrund des engen Abstands der Streifen und der folglichen Kürze der Verbindung dazwischen jeder Widerstandsänderungseffekt im Verbindungsabschnitt minimal, und es kann die zusätzliche Breite des verbindenden Leiters weggelassen werden.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäss den Fig. 4 bis 9 erzeugen vier Nulldurchgänge während der Verschiebung des Verschiebungsfühlers 42,50,52,54, 56 bzw. 60 bei einer Verschiebung um eine Gitterkonstante X, wodurch ein Ausgangssignal alle 90° von X erzeugt wird. Eine weitere Verbesserung der Auflösung kann unter Verwendung eines Verschiebungsfühlers 62 gemäss Fig. 10 erreicht werden. Ein erstes, ein zweites und ein drittes Fühlerelement 44,44' bzw. 44", das jeweils den erläuterten Elementen ähnlich ist, sind nebeneinander angeordnet. Ein Abstand von X/6 ist zwischen den nächstliegenden Streifen benachbarter Fühlerelemente vorgesehen. Wie sich für den Fachmann unter Berücksichtigung der vorstehenden Überlegungen ergibt, erzeugt ein solcher Abstand drei Signale an Ausgangsanschlüssen 34, 34' und 34", die um 60° phasenverschoben sind. Dadurch werden sechs Nulldurchgänge pro Gitterkonstante X und eine folgliche Auflösung von 60° erreicht. Eine geeignete Signalverarbeitung ist möglich, um diese Auflösung um einen Faktor zwei zu verbessern, um eine Auflösung von 30° zu erreichen, wie das erläutert werden wird. Eine solche Auflösungsverbesserung ist beispielsweise gemäss der japanischen Patentanmeldungspublikation Nr. 2258/73 möglich.
Gemäss Fig. 11 enthält ein Ausführungsbeispiel eines Verschiebungsfühlers 64 vier Fühlerelemente 44,44', 44" und 4' ' ' mit einem Abstand zwischen entsprechenden Streifen benachbarter Fühler von (n - 1/8)À. Aufgrund der vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, dass dadurch Nulldurchgänge an Ausgangsanschlüssen 34,34', 34" und 34' ' ' alle 45° erreicht werden. Eine Signalverarbeitung kann diese Auflösung um einen Faktor zwei verbessern, um eine Auflösung von 22,5° zu erreichen.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 11 zeigt auch Magnetfelder, des magnetischen Gitters 24', die sich quer zu deren Teilungen erstrecken, wie das durch die kleinen Pfeile im magnetischen Gitter 24' dargestellt ist.
Irgendeines der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kann bei einem Rotationsfühler gemäss Fig. 12 verwendet werden. Der Rotationsfühler 66 kann ein magnetisches Gitter 24" enthalten, das an einem Drehglied wie einer Scheibe 68 befestigt ist. Die Scheibe 68 kann sich in den durch den Doppelpfeil 36' dargestellten Richtungen auf einer Welle 70 nahe einem ersten und einem zweiten Fühlerelement 44 bzw. 44' drehen. Mit der Ausnahme der Tat-
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sache, dass die Streifen 28,28', 28", 28'" und die Teilungen des magnetischen Gitters 24" längs Radien der Scheibe 68 angeordnet sind und dass der Winkel 0 des Vormagnetisierungsfeldes Hb bezüglich der Radien der Scheibe 68 zu wählen ist, wirkt der Rotationsfühler 66 in identischer Weise wie die zuvor erläuterten Verschiebungsfühler, weshalb eine nähere Erläuterung entbehrlich ist.
Anhand der Fig. 13Abis 13Lwird ein Signalverarbeitungsverfahren erläutert, durch das die Auflösung der Vorrichtung mit zwei Augängen gemäss den Fig. 4, 5, 6,7, 8, 9 und 12 um einen Faktor zwei verbessert wird unter Verwendung lediglich eines Nulldurchgangs als Lagezeiger. Obwohl die Ausgangssinale der erläuterten Magnetwiderstandsfühler im allgemeinen sinusförmig sind, sei zur leichteren Beschreibung angenommen, dass die Signale Dreieckwellen sind. Das Signal (A), das vom ersten Fühlerelement 44 der erläuterten Ausführungsbeispiele stammen kann, beschreibt einen vollen Zyklus, wenn eine Verschiebung um eine Gitterkonstante X auftritt. Ein zweites Signal (B), das vom zweiten Fühlerelement 44' der vorhergehenden Ausführungsbeispiele stammen kann, eilt dem Signal (A) um 90° nach. Wenn lediglich die Nulldurchgänge verwendet werden, um die Auflösung bezüglich der Verschiebung oder der Drehung zu erreichen, werden vier um 90° verschobene Punkte erzeugt.
Wenn die Summe und die Differenz der Signale (A) und (B), wie in Fig. 13B dargestellt, gebildet werden, kann die Auflösung um einen Faktor zwei verbessert werden. Die Differenz (A) - (B) ist in Vollinien und die Summe (A) + (B) ist in Strichlinien dargestellt. Es zeigt sich, dass das Summen-und das Differenzsignal vier zusätzliche Nulldurchgänge zwischen den Nulldurchgängen der Signale (A) und (B) gemäss Fig. 13 A hinzufügen. Wenn alle acht Nulldurchgänge verwendet werden, wird eine Auflösung von 45° erreicht.
Im Folgenden wird auch auf Fig. 14, die eine Signalverarbeitungsschaltung 72 zur Erzeugung der erläuterten Verbesserung der Auflösung zeigt, erläutert. Das Signal (A) wird einem Eingang eines Schmitt-Triggers 74, einem Plus-Eingang eines Addierers 76 und einem Plus-Eingang eines Subtrahierers 78 zugeführt. Das Signal (B) wird einem Eingang eines Schmitt-Triggers 80, einem Plus-Eingang eines Addierers 76 und einem Minus-Eingang eines Subtrahierers 78 zugeführt. Das Ausgangssignal des Addierers 76 wird einem Eingang eines Schmitt-Triggers 82 zugeführt. Das Augangs-signal des Subtrahierers 78 wird einem Schmitt-Trigger 84 zugeführt. Jeder Schmitt-Trigger 74,80, 82 und 84 erzeugt ein direktes Augangssignal_8_6, _88, JJO bzw. 92 sowie in invertiertes Ausgangssignal 86, 88,90 bzw. 92. Das direkte Ausgangssignal 86 wird einer Differenzierschaltung 94 und jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 96 bzw. 98 zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 94 wird jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 100 bzw. 102 zugeführt. Das invertierte Ausgangssignal 86 wird einer Differenzierschaltung 104 und jeweils einem Eingangeines UND-Glieds 106 bzw. 108 zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 104 wird jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 110 bzw. 112 zugeführt. Das direkte Ausgangssignal 88 wird einem Eingang einer Differenzierschaltung 114 und jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 100 bzw. 112 zugeführt. Das invertierte Ausgangssignal 88 wird einem Eingang einer Differenzierschaltung 116 und jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 110 bzw. 102 zugeführt. Das direkte Ausgangssignal 90 wird einem Eingang einer Differenzierschaltung 118 und jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 120 bzw. 122 zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 118 wird jeweils einem Eingang eines UND-Glieds_124 bzw. 126 zugeführt. Das invertierte Ausgangssignal 90 wird einem Eingang einer Differenzierschal659 323
tung 128 und jeweils einem Eingangeines UND-Glieds 130 bzw. 132 zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 128 wird jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 134 bzw. 136 zugeführt. Das direkte Ausgangssignal 92 wird einem Eingang einer Differenzierschaltung 138 und jeweils einem Eingangeines UND-Glieds 136 bzw. 124zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 138 wird jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 130 bzw. 120 zugeführt. Das invertierte Ausgangssignal 92 wird einem Eingang einer Differenzierschaltung 140 zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 140 wird jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 122 bzw. 132 zugeführt. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 100, 110, 106,98, 124, 134, 130, 122 werden einem ersten Eingang 142 eines umkehrbaren oder Zweirichtungszählers 144 zugeführt. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 102, 112,96, 108, 126, 136, 120,132 werden einem zweiten Eingang 146 des Zweirichtungszählers 144 zugeführt.
Wie bekannt, erzeugt ein Schmitt-Trigger einen ersten Ausgangssignalpegel jedesmal dann, wenn das Eingangssignal unter einer vorgegebenen Spannung ist, wie OV, und einen zweiten Ausgangssignalpegel, wenn das Eingangssignal über der vorgegebenen Spannung ist. Zu Beschreibungszwecken sei angenommen, dass die Schmitt-Trigger 74, 80, 82 und 84 ihre Ausgangssignale dann umschalten, wenn deren Eingangssignale in positiver und negativer Richtung durch Null hindurchgehen. Daher verlaufen die direkten Ausgangssignale 86, 88, 90 und 92 der Schmitt-Trigger 74, 80, 82 und 84 gemäss den Figuren 13C, BD^BE bzw. 13F. Die invertierten Ausgangssignale 86, 88, 90 und 92 sind die invertierten Signale zu den Signalen gemäss den Fig. 13C-13F. Die Ausgangssignale der Differenzierschaltungen 94 und 104 sind im oberen Teil der Fig. 13G dargestellt, wenn die Verschiebung in der Richtung +X auftritt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 104 ist zur Verdeutlichung als negativ werdende Spitze dargestellt. Jedoch kann selbstverständlich das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 104, da es am invertierten Ausgangssignal 86 arbeitet, eine positiv werdende Spitze sein. Aufgrund der durch die UND-Glieder erreichten Verknüpfung werden die als positiv werdend dargestellten Spitzen dem Eingang 146 des Zweirichtungszählers 144 und die als negativ werdend dargestellten Spitzen dem Eingang 142 des Zweirichtungszählers 144 zugeführt. Bei einer Verschiebung in der Richtung —X sind die Ausgangssignale der Differenzierschaltungen 94 und 104 so, wie in der unteren Kurve gemäss Fig. 13G dargestellt. Es zeigt sich, dass die positive und die negative Richtung der Spitzen mit der Richtungsumkehr umgekehrt sind. Daher empfängt der jeweils andere der Eingänge 142 und 146 abhängig von der Verschiebungsrichtung oder Drehungsrichtung die Signale.
Fig. 13H zeigt die dem Zweirichtungszähler 144 zugeführten Signale als Ergebnis der Ausgangssignale von den UND-Gliedern 96, 98, 106 und 108, die von den differenzierten direkten und invertierten Ausgangssignalen 88 und 88 verknüpft sind, die durch die Nulldurchgänge des Signals (B) erzeugt sind. In ähnlicher Weise zeigt Fig. 131 die Eingangssignale zum Zweirichtungszähler 144 von den UND-Gliedern 124,126, 134,136, die durch die Nulldurchgänge von (A) + (B) verknüpft sind. Fig. 13J zeigt die Eingangssignale zum Zweirichtungszähler 144 von den UND-Gliedern 120, 122, 130 und 132 aufgrund der Nulldurchgänge von (A)-(B). Der Zweirichtungszähler 144 läuft entsprechend der Eingangssignale und deren Richtung nach, um einen fortgeschriebenen Zählerstand zu enthalten, der der Stromverteilung oder dem Drehwinkel in Inkrementen von 45° entspricht, wie in Fig. 13K für Bewegung in Richtung +X bzw. 13L für Bewegung in Richtung -X dargestellt ist.
Wenn ein Verschiebungsfühler wie der Fühler 64 gemäss
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Fig. 11 vier Fühlerelemente 44,44', 44' und 44' ' ' besitzt, erzeugen deren vier Ausgangssignale (A), (B), (C) und (D), wie in Fig. 15A dargestellt, acht Nulldurchgänge pro Gitterkonstante des magnetischen Gitters zur Erzeugung einer Auflösung von 45°. Ausgangssignale von nicht dargestellten Schmitt-Triggern in Abhängigkeit von den Signalen (A), (B),
(C) und (D) sind jeweils in den Fig. 15B bis 15E dargestellt.
Die Fig. 16A bis 16S zeigen, wie die von den vier Signalen,
wie (A), (B), (C) und (D), erreichbare 45°-Auflösung bei voneinander um 45° distanzierten Signalen zu einer Auflösung von 22,5° verbessert werden kann. Die vier Signale sind in Fig. 16A dargestellt. Fig. 16B zeigt in Vollinie das Signal (A)-(B), in Strichlinie das Signal (A)+(B), in Strichpunktlinie das Signal (B)-(C) und in Doppelpunktstrichlinie das Signal (C)-(D). Die Fig. 16C bis 16J zeigen die Ausgangssignale von (nicht dargestellten) Schmitt-Trägern, denen Signale (A), (B), (C), (D), (A)-(B), (BMC), (C)-(D) bzw. (A)+(D) zugeführt sind. Wie sich am besten aus den Fig. 16K bis 16S ergibt, können Signale, die denen der Fig. 14 äquivalent sind, einen Ausgangsimpuls alle 22,5° einer Bewegung längs eines magnetischen Gitters in der Verschiebungsrichtung erzeugen. Da die Erzeugung der Spitzensignale gemäss den Fig. 16K bis 16R zur Erzeugung von Zählimpulsen gemäss 16S sich ohne weiteres aus der mit zwei Eingangssignalen arbeitenden ähnlichen Schaltung gemäss Fig. 14 ergibt, ist eine Darstellung und/oder eine Erläuterung einer Vorrichtung zur Erzeugung der Signale gemäss den Fig. 16B bis 16S im Einzelnen entbehrlich.
Ein direkteres Verfahren zum Erhalten einer Auflösung von 22,5° ist in den Fig. 17A bis 17R dargestellt. Wie in Fig. 17A dargestellt, werden acht getrennte Signale (A), (B), (C),
(D), (E), (F), (G), und (H), die um 22,5° distanziert sind, nicht dargestellten Schmitt-Triggern zugeführt zur Erzeugung der in den Fig. 17B bis 171 dargestellten Signale. Die Fig. 17J bis
17R zeigen die zur Zufuhr an einen (nicht dargestellten) Zweirichtungszähler erzeugten Signale für die Bewegung über eine Gitterkonstante in der Richtung +X. Die dem Zweirichtungszähler für eine Drehung oder Bewegung in Richtung —X zugeführten Signale sind nicht dargestellt, jedoch ergeben sie sich ohne weiteres aus der vorstehenden Beschreibung. Die obige Anordnung, die acht Signale zur
Erreichung einer Auflösung von 22,5° verwendet, ist vorteilhaft, da Addierer und Subtrahierer nicht erforderlich sind, weshalb ein einfacher Schaltungsaufbau ausreicht.
Eine andere Möglichkeit, eine Auflösung von 22,5° zu s erreichen, ist in Fig. 18 dargestellt, wobei lediglich Signale (A) und (B), die um 90° beabstandet sind, ein Signal (C), das dem Signal (A) um 22,5° nacheilt und ein Signal (D), das dem Signal (B) um 22,5° nacheilt, verwendet sind. Die Art, in der die Signale gemäss Fig. 18 verwendet werden, um die Auflö-10 sung von 22,5° zu erreichen, ist folgende:
Va = Ei sin(nX+0)
Vb = Ei sin (nÄ,+0—ti/2) Va+b = Ei sin (n)v+0—ti/4) Va-b = E2 sin (n>.+0+n/4) Vc = Ei sin (ni.+0—ti/8) Vd = Ei sin(nX+0-5^/8) Vc+d = E2 sin (X+0—3ji/8) Vc-d = E2sin (n>.+0+jc/8)
Signal (A)
Signal (B)
Signal (A)+(B)
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Signal (C)
Signal (D)
Signal (C)+(D)
Signal (C)-(D)
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Obwohl die Verwendung der Signale gemäss Fig. 18 sich etwas von der Verwendung der Signale gemäss Fig. 16 unterscheidet, um die Auflösung von 22,5° zu erreichen, sind die Ergebnisse gleich.
25 Die Fig. 19 und 20 zeigen zwei mögliche Wege, auf denen mehrere Fühlerelemente, beispielsweise vier Fühlerelemente 44,44', 44" und 44" ', miteinander verbunden werden können, um Ausgangssignale für die Signalverarbeitungsschaltung zu erhalten. Veränderbare Widerstände 148,148', 30 148" und 148'" erlauben einen Abgleich der Signale. In Fig. 19 sind die einzelnen Ausgangssignale von den Ausgangsanschlüssen 34,34', 34' ' und 34' ' ' erhalten, wobei ein gemeinsamer Ausgang bzw. eine gemeinsame Ausgangsleitung entweder Masse oder die Erregungsspannung Ve sein kann. 35 In Fig. 20 wird die gemeinsame Signalspannung Vsc von den Ausgangsanschlüssen 34,34', 34' ' und 34' ' ' erreicht. Die einzelnen Ausgangssignale können von einem der Eingangsanschlüsse 32,32', 32' ' und 32' ' ' jedes Fühlerelements 44,44', 44' ' und 44' ' ' erhalten werden. Wie sich aus den Fig. 40 21 und 22 ergibt, ist die Anzahl der erforderlichen externen Anschlüsse drastisch verringert.
B
10 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Messwandler mit einem Feldplatten-Verschiebungsfühler (42; 50; 52; 54; 56; 60) und mit mindestens einem langgestreckten magnetischen Gitter (24), das Teilungen mit abwechselnden Nord- und Südpolen hat, von welchen die gleichnamigen Pole einen bestimmten, eine Gitterkonstante (À) definierenden Teilungsabstand haben, welcher Verschiebungsfühler ein erstes (44) und ein zweites (44') Feldplatten-Fühlerelement enthält, welche in einem festen gegenseitigen Abstand angeordnet sind und von welchen jedes mindestens eine Gruppe (48,48' ; 48", 48' ") von mindestens zwei Streifen (28; 28' ; 28" ; 28"') aus einem Material mit magnetfeldabhängigem Widerstand enthält, welche Streifen innerhalb einer Gruppe gleichmässig distanziert und durch Verbindungsleiter (30) in Reihe geschaltet sind, wobei das erste (44) und das zweite (44') Fühlerelement dazu ausgebildet sind, in Abhängigkeit von einer Lageverschiebung der Fühlerelemente bezüglich des magnetischen Gitters (24) ein erstes (A) bzw. ein zweites (B) Ausgangssignal zu erzeugen, welche Ausgangssignale an Anschlussleitern (32,34; 32', 34') zwischen den Streifen (28,28' ; 28", 28' ") der jeweiligen Fühlerelemente (44,44') abnehmbar sind, und wobei ein Vorma-gnetisierfeld (Hb) an die Fühlerelemente (44,44') entweder parallel oder unter einem Winkel (0) von 45° bezüglich der Streifen (28,28', 28", 28" ') angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen (48,48') von Streifen (28,28') des ersten Fühlerelements (44) bezüglich der Gruppen (48",
48' ") von Streifen (28", 28" ') des zweiten Fühlerelements (44' ) entweder Ende an Ende oder Seite an Seite oder verschachtelt oder von einem gemeinsamen Zentrum ausgehend angeordnet sind, dass ferner das Vormagnetisierungsfeld (Hb) und der Abstand der Fühlerelemente (44,44') derart eingerichtet sind, dass eine Phasendifferenz zwischen dem ersten (A) und zweiten (B) Ausgangssignal von weniger als 180° auftritt und dass die Distanz zwischen den Streifen (28, 28' ; 28", 28'") der Fühlerelemente (44,44') eine solche Grösse hat, dass in den Streifen des ersten (44) bzw. des zweiten (44') Fühlerelements magnetfeldabhängige Widerstandsänderungen mit einer relativen Phasenverschiebung von 180° hervorgerufen werden, wobei alle Verbindungsleiter (30) eine gegenüber der Breite der Streifen (28,28', 28", 28' ") grössere Breite haben, um in den Verbindungsleitern (30) die magnetfeldabhängige Widerstandsänderung vernachlässigbar gering zu halten.
2. Messwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen (48,48', 48", 48' ") der Fühlerelemente (44,44') in der Längsrichtung des magnetischen Gitters (24) Ende an Ende angeordnet sind und dass die Streifen (28,28', 28", 28"') der Fühlerelemente (44,44') gegenseitig parallel sind, wobei die Distanz zwischen benachbarten Streifen (28,28', 28 ", 28 " ' ) in der gleichen Gruppe "k/2 beträgt, wobei ferner die Distanz zwischen entsprechenden Streifen (28,28" ; 28', 28" ') in verschiedenen Gruppen desselben Fühlerelements (n/2 + 1/4) X beträgt und wobei die Distanz zwischen entsprechenden Streifen (28, 28" ; 28', 28" ') in entsprechenden Gruppen verschiedener Fühlerelemente (m/2 + 1/8) X beträgt, worin X die Gitterkonstante des magnetischen Gitters (24) sowie n und m positive ganze Zahlen sind.
3. Messwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen (48,48', 48", 48' ") der Fühlerelemente (44,44' ) quer zur Längsrichtung des magnetischen Gitters (24) Seite an Seite angeordnet sind und dass die Streifen (28,28', 28 ", 28 " ' ) gegenseitig parallel sind, wobei die Distanz zwischen zwei benachbarten Streifen (28,28',
28 ", 28 " ' ) in der gleichen Gruppe X beträgt, wobei ferner die Distanz zwischen entsprechenden Streifen (28,28' ; 28", 28' ") in verschiedenen Gruppen desselben Fühlerelements n^. + X/2 beträgt und wobei die Distanz zwischen entsprechenden Streifen (28,28" ; 28', 28" ') in entsprechenden Gruppen verschiedener Fühlerelemente (m + 1/4) À beträgt, worin X die Gitterkonstante des magnetischen Gitters (24), n eine positive ganze Zahl und m eine positive ganze Zahl oder null sind.
4. Messwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der verschachtelten Anordnung der Gruppen (48,48', 48", 48" ') der Fühlerelemente (44,44') die Streifen (28,28', 28", 28' ") gegenseitig parallel sind und dass die Streifen jedes Fühlerelements zur Bildung mindestens einer U-förmigen Schleife in Reihe geschaltet sind, wobei die mindestens eine U-förmige Schleife des ersten Fühlerelements (44) mit der mindestens einen U-förmigen Schleife des zweiten Fühlerelements (44' ) verschachtelt ist.
5. Messwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz zwischen benachbarten Streifen (28,28', 28", 28'") in der gleichen Gruppe nX/2 beträgt, und dass das erste Fühlerelement (44) gegenüber dem zweiten Fühlerelement (44' ) um X/A versetzt ist, worin X die Gitterkonstante des magnetischen Gitters (24) und n eine ganze positive Zahl sind.
6. Messwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für benachbarte Streifen (28,28', 28", 28" ') in einer gleichen Gruppe (48,48', 48", 48" ' ) beider Fühlerelemente (44,44') n abwechselnd 2 und 4 beträgt.
7. Messwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (28,28', 28", 28'") mindestens des einen Fühlerelements (44; 44') als Mehrfachstreifen, beispielsweise als Doppelstreifen, ausgebildet sind, deren Einzelstreifen derart nahe beieinander liegen, dass sie im wesentlichen in gleicher Weise durch einen einzigen Abschnitt des magnetischen Gitters (24) beeinflusst werden, wobei die Mehrfachstreifen die U-förmige Schleife bilden, welche mit einer U-förmigen Schleife des anderen Fühlerelements (44' ; 44) verschachtelt ist.
8. Messwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anordnung, in welcher die Streifen (28, 28', 28", 28" ') der Fühlerelemente (44,44') von einem gemeinsamen Zentrum aus verlaufen, die Streifen (28,28', 28", 28' ") und die Teilungen des magnetischen Gitters (24") längs Radien einer drehbaren Scheibe (68) angeordnet sind und das Vormagnetisierungsfeld (Hb) in einem Winkel (0) bezüglich der Radien der Scheibe (68) liegt.
9. Messwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (28,28', 28", 28'") der Fühlerelemente (44,44') parallel zu einem Winkel (®) liegen, unter welchem Teilungen (58) magnetischer Domänen des magnetischen Gitters (24) zu dessen Längsrichtung geneigt sind.
10. Messwandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vormagnetisierungsfeld (Hb) eine zum genannten Neigungswinkel (O) parallele Richtung (0) hat.
11. Messwandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vormagnetisierungsfeld (Hb) eine Richtung (0) in einem Winkel von etwa 45° zum genannten Neigungswinkel (<I>) hat.
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| JP13281078A JPS5559314A (en) | 1978-10-27 | 1978-10-27 | Magnetic scale signal detector |
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