DE10002007A1 - Verfahren zur Hysterese- und/oder Empfindlichkeitskorrektur eines magnetoelastischen Sensors - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Hysterese- und/oder Empfindlichkeitskorrektur eines magnetoelastischen Sensors, bei dem ein Sensorsignal U(x) in Abhängigkeit von einer mechanischen Belastung x, welche in zwei entgegengesetzten Richtungen wirken kann, ausgegeben wird, mit folgenden Schritten: DOLLAR A - Durchfahren einer Ist-Kennlinie des Sensors über einen ersten, insbesondere maximalen Belastungsbereich mit Belastungsmaxima x4, x2 und diesen zugeordneten Signalmaxima U(x4) bzw. U(x2), DOLLAR A - Speichern der Signalmaxima U(x4), U(x2) und der hysteresebehafteten oberen und unteren Nulldurchgangssignale U¶1¶(0), U¶2¶(0), welche beim Übergang von einer in einer ersten Richtung wirkenden Belastung zu einer in einer zweiten Richtung wirkenden Belastung bzw. umgekehrt auftreten, DOLLAR A - Bestimmung einer aus Soll-Kennlinienabschnitten zusammengesetzten Soll-Kennlinie durch Verbindung der Signalmaxima U(x2), U(x4) mit den Nulldurchgangspunkten U¶1¶(0), U¶2¶(0), DOLLAR A - Ausführung einer Empfindlichkeits- und/oder Hysteresekorrektur auf der Grundlage der bestimmten Soll-Kennlinie durch Feststellung eines Belastungszustandes, Beobachtung der Steigung bzw. Steigungsänderung des Sensorsignals U(x) und entsprechende Zuordnung eines korrespondierenden Soll-Kennlinienabschnitts.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hysterese- und/oder Empfindlichkeitskorrektur eines magnetoelastischen Sensors.

Magnetoelastische Kraftsensoren, beispielsweise nach dem Kreuzduktorprinzip, sind bekannt und zur Messung sehr hoher Kräfte über einen weiten Betriebstemperaturbereich, beispielsweise bei Kraftfahrzeugbremsen, geeignet. Üblicherweise weisen magnetoelastische Kraftsensoren eine zylindrische Form auf, bestehen aus schwach ferromagnetischem Material, sind mit einer Primärwicklung und einer zu der Primärwicklung senkrecht angeordneten Sekundärwicklung versehen. Die Funktionsweise basiert darauf, daß eine in die Primärwicklung eingespeiste Wechselspannung nur dann in der zu dieser senkrecht angeordneten Sekundärwicklung eine Spannung induziert, wenn eine Meßkraft auf den Kraftsensor wirkt. Unter der Wirkung der Kraft wird dann das im Ruhezustand (Nulldurchgangspunkt einer entsprechenden Kennlinie) magnetisch isotrope und magnetoelastische Material anisotrop. Hierdurch entsteht zusätzlich eine zur Primärwicklung spulenparallele Feldkomponente, welche jedoch keine Sekundärspannung induziert, sowie eine zu dieser Feldkomponente orthogonale Feldkomponente, die eine annähernd zur Kraft proportionale Spannung induziert. Eine Umkehr der Kraftrichtung, d. h. eine aufgebrachte Druck- anstelle einer Zugspannung, hat hierbei unter idealen Randbedingungen eine gegenphasige induzierte Spannung zur Folge, so daß die Richtung der Kraft beispielsweise mit Hilfe eines phasenselektiven Gleichrichters feststellbar ist. Bei dieser Meßmethode ist der Nullpunkt der Kraft-Spannungskennlinie nahezu unabhängig von Temperaturbelastungen.

Magnetoelastische Sensoren, welche insbesondere als Zugkraft-, Druckkraft-, Torsions- oder Biegekraftsensoren dienen können, unterliegen großen mechanischen Spannungswerten bei kleiner Baugröße, so daß bei großer Beanspruchung, beispielsweise Kraft-, Momenten- oder Biegebeanspruchung, unter zyklischen Lastwechseln mit Nulldurchgang eine last- und beanspruchungsvorgeschichteabhängige Hysterese und Nichtlinearität auftritt. Auch die Empfindlichkeit eines magnetoresistiven Sensors zeigt eine derartige Abhängigkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei magnetoelastischen Sensoren auftretende Hysterese- und/oder Empfindlichkeitseffekte in möglichst einfacher Weise zu kompensieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind in einfacher Weise Linearitäts- und Hysteresefehler, welche herkömmlicherweise bei magnetoelastischen Sensoren auftreten, korrigierbar. Die kleine Baugröße derartiger magnetoelastischer Sensoren kann optimal ausgenutzt werden, da trotz der kleinen Sensorgeometrie große Meßbereiche mit hoher Genauigkeit realisiert werden können. Es ist bei der Herstellung von magnetoelastischen Sensoren, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beaufschlagt werden, kein Nullpunkts- oder Steigungsabgleich in Serienfertigung notwendig, da das Sensorverhalten über eindeutig definierte Kennlinienpunkte beschrieben ist, welche zur Korrektur verwendet werden. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein last- und vorgeschichteabhängiges Empfindlichkeitsverhalten eines magnetoelastischen Sensors mitkorrigiert werden. Als Belastungen, die in zwei entgegengesetzten Richtungen wirken können, sind insbesondere Zug-Druckkraftbelastungen, Torsionsbelastungen oder Biegekraftbelastungen zu verstehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist bevorzugt, als Sollkennlinie eine linearisierte Sollkennlinie zu verwenden, welche sich insbesondere mittels Verbindung der Signalmaxima und Nulldurchgänge durch Geraden ergibt. Derartige Geraden lassen sich in einfacher und unaufwendiger Weise berechnen und liefern für zahlreiche Anwendungen. Soll-Kennlinien ausreichender Genauigkeit.

Zweckmäßigerweise wird für den Fall, daß während des Sensorbetriebes wenigstens ein von den ursprünglichen Signalmaxima abweichendes Signalmaximum auftritt, ein diesem Signalmaximum zuordnenbarer hysteresebehafteter Nulldurchgangspunkt ermittelt. Eine dem neuen Signalmaximum zuordnenbare Hysterese wird zum Erhalt eines neuen Nulldurchgangspunktes in Beziehung zu den ursprünglichen Nulldurchgangspunkten gesetzt.

Es ist bevorzugt, daß die Berechnung des Nulldurchgangspunktes durch Subtraktion einer dem neuen Belastungsmaximum zuordnenbaren Hysterese von dem ursprünglichen oberen Nulldurchgangspunkt bzw. Addition zu dem ursprünglichen unteren Nulldurchgangspunkt erfolgt. Ein neuer Soll-Kennlinienabschnitt wird hierbei zweckmäßigerweise durch Verbindung des neu aufgetretenen Signalmaximums mit dem neu berechneten Nulldurchgangspunkt ermittelt. Bei Verbindung dieser Punkte durch eine Gerade ist die allgemeine Form der Geradengleichung zweckmäßigerweise einsetzbar. Diese lautet

oder

y(x) = ((y2 - y1)x - x1y2 + x2y1)/(x2 - x1).

Im vorliegenden Fall entspricht y1 dem neuen Nulldurchgangspunkt, y2 dem neu aufgetretenen Signalmaximum, x1 dem Wert 0 und x2 dem Abszissenwert des neu aufgetretenen Signalmaximums. Diese Sollfunktion hat solange Gültigkeit, bis ein erneuter Lastwechsel mit. Nulldurchgang auftritt. In diesem Fall wird nach dem gleichen Verfahren ein neuer Nulldurchgangspunkt und eine entsprechend neue Sollgerade berechnet.

Zweckmäßigerweise erfolgt im Falle einer weiteren Berechnung eines Nulldurchgangspunktes eine Subtraktion oder Addition einer entsprechenden Hysterese von bzw. zu dem bereits berechneten neuen Nulldurchgangspunkt. Es ist ebenfalls möglich, diese ermittelte Hysterese von einem der ursprünglichen Nulldurchgangspunkte zu subtrahieren bzw. zu einem dieser zu addieren.

Es ist ferner bevorzugt, daß die zu subtrahierende bzw. zu addierende Hysterese unter Berücksichtigung der ursprünglichen Nulldurchgangspunkte und eines linearen oder polynomischen Zusammenhangs zwischen Belastung und Hysterese berechnet wird, wobei die neu berechneten Nulldurchgangspunkte jeweils gespeichert und weiteren Nulldurchgangspunktsberechnungen zugrundegelegt werden. Hierdurch ist es möglich, die Hysterese, welche durch einen Eichlauf für die ursprünglichen Belastungsmaxima bekannt ist, linear oder mit einer Polynomfunktion über der Belastung zu beschreiben und je nach Belastungsfall bzw. Belastungsverlauf Hystereseabweichungen zu berechnen, welche in Form von neuen Soll-Kennlinien abgespeichert werden können. Es sei darauf hingewiesen, daß eine lineare Beschreibung der Hysterese über die Belastung zu ungenauen Ergebnissen führen kann, da beispielsweise bei zyklischen Lastfällen zwischen den jeweils halben Extrema (|x_max|/2) eine Null-Hysterese berechnet würde, d. h. in diesem Fall ein maximaler Korrekturfehler vorliegt. Es erweist sich als wesentlich günstiger, die Beschreibung der Hysterese über die Belastung mittels einer Polynomfunktion durchzuführen.

Zweckmäßigerweise erfolgt im Falle einer Überschreitung von wenigstens einem der ursprünglichen Belastungsmaxima ein Ersetzen dieses wenigstens einen ursprünglichen Belastungsmaximums durch das neu auftretende Belastungsmaximum. Es sei angemerkt, daß sich in diesem Fall diesem neuen Belastungsmaximum zugeordnete Nulldurchgangspunkte ergeben, welche oberhalb bzw. unterhalb der ursprünglichen Nulldurchgangspunkte liegen.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch verschiedene, unterschiedlichen Belastungen zuordnenbare Kennlinienabschnitte bzw. Kennlinien eines magnetoelastischen Zug-Druckkraftsensors, und

Fig. 2 ein Schaubild zur Darstellung der für verschiedene Beanspruchungszustände eines magnetoelastischen Sensors auftretenden Hystereseeffekte.

Im Rahmen einer Endprüfung von in Serie hergestellten magnetoelastischen Sensoren wird typischerweise einmal, zweimal oder mehrmals zyklisch eine Ist-Sensorkennlinie eines vorbestimmten Belastungsbereiches (beispielsweise eines Bereiches einer zu erwartenden maximalen Belastung) durchfahren. Hierbei werden die Extrempunkte, d. h. die der maximalen Zug- bzw. Druckbelastung des magnetoelastischen Sensors zugeordneten Sensorsignale, sowie die hysteresebehafteten Nulldurchgangspunkte, d. h. die bei einer Null-Belastung (Übergang von Zug- zu Druckbelastung oder umgekehrt) des Sensors auftretenden Signale, ermittelt. Es kann ausreichend sein, nur die Extrempunkte und die Nulldurchgangspunkte, d. h. ohne Aufnahme der zwischenliegenden Kennlinie, zu ermitteln. Die Extrempunkte sind in der Fig. 1, in welcher das Sensorsignal U(x) über der Zug- bzw. Druckbelastung x aufgetragen ist, mit U(x2), U(x4) und die Nulldurchgangspunkte mit U₁(0) und U₂(0) bezeichnet. Die Signale U(x2), U(x4), U₁(0), U₂(0) werden in einem Speicher einer Auswerteeinheit abgespeichert. Als Ergebnis einer derartigen Endprüfung ist der geprüfte magnetoelastische Sensor bezüglich des Nulldurchgangspunktes U₁(0) definiert eingestellt. Der Abszissenabstand der Punkte x2, x4 entspricht dem durchfahrenen Belastungsbereich, der Ordinatenabstand der Punkte U₁(0), U₂(0) der hierbei auftretenden Hysterese H_max. Ausgehend von diesem definierten Startpunkt U₁(0) kann nun während eines Betriebes des Sensors eine Sollfunktion bzw. Soll-Kennlinie und hiermit ein korrigiertes Sensorsignal wie folgt berechnet werden:

Ausgehend von dem definierten Startpunkt U₁(0) (oberer Nulldurchgangspunkt) wird dieser über eine erste Gerade y(2/1) mit dem druckseitigen Belastungsextrempunkt U(x2) verbunden. Man erhält so einen ersten Soll- Kennlinienabschnitt zwischen den Punkten U₁(0) und U(x2), deren Verwendung weiter unten beschrieben wird. Zum Erhalt eines weiteren Soll-Kennlinienabschnitts bei einer anschließenden Reduzierung der Druckkraftbelastung von dem Extrempunkt U(x2) aus wird der Punkt U(x2) zum Erhalt einer Sollgeraden y(2/3) mit dem zweiten, unteren Nulldurchgangspunkt U₂(0) verbunden. Bei einem Übergang zu einer Zugbelastung, deren Maximalwert hier mit x4 bezeichnet ist, wird eine weitere Sollgerade y(4/3) durchlaufen, welche den Nulldurchgangspunkt U₂(0) mit dem Extrempunkt U(x4) verbindet. Zur Darstellung des Verhaltens des magnetoelastischen Sensors bei Verminderung der Zugbelastung nach einem Erreichen des Extrempunktes U(x4) wird eine weitere Sollgerade y(4/1) ermittelt, welche den Extrempunkt U(x4) mit dem ursprünglichen Nulldurchgangspunkt bzw. Ausgangspunkt U₁(0) verbindet. Insgesamt erhält man die vier Punkte U₁(0), U(x2), U₂(0), U(x4) miteinander verbindende Soll-Kennlinienabschnitte, welche insgesamt die Soll-Kennlinie 10 ergeben. Zur Berechnung der die Punkte verbindenden Sollgeraden sind vorteilhafterweise analytische Formeln der Geradengleichung mit jeweils zwei bekannten Punkten verwendbar.

Die Zuordnung einer Druck- bzw. einer Zugbelastung zu einem tatsächlichen Sensorsignal U_Sensor unter Berücksichtigung der ermittelten Sollkennlinie wird nun erläutert: Entsprechend dem aktuellen Belastungsfall (Zug- oder Druckbelastung) wird zunächst ermittelt, ob die Steigung der Sensorspannung positiv oder negativ ist, d. h. ob das Sensorsignal zu- oder abnimmt. Wird beispielsweise eine zunehmende Druckbelastung festgestellt (positive Steigung dU_sensor/dx) wird die Sollgerade y(2/1) zur Korrektur ausgewählt und verwendet. Das heißt, mittels der Geraden y(2/1) wird dem gemessenen Sensorsignal U_Sensor in eindeutiger Weise eine Druckbelastung zugeordnet. Die ausgewählte Sollgerade y(2/1) wird zur Korrektur erhaltener Sensorsignale beibehalten, bis sich das Vorzeichen der Steigung ändert, d. h. im vorliegenden Fall nach Erreichen des Extremwertes U(x2) die Druckbelastung wieder sinkt. Bei Erreichen beispielsweise des Extrempunktes U(x2) und anschließender abnehmender Druckbelastung wird die Sollgerade y(2/1) durch die Sollgerade y(2/3) ersetzt. In analoger Weise wird bei Erreichen des unteren Nulldurchgangspunktes U₂(0) und einer anschließend auftretenden Zugbelastung die Gerade y(2/3) durch die Sollgerade y(4/3) ersetzt, dies bis zum Erreichen des Extrempunktes U(x4). Bei anschließender Abnahme der Zugbelastung wird, wiederum in analoger Weise, die Sollgerade y(4/1) zur Korrektur erhaltener Sensorsignale U_Sensor verwendet.

Für den Fall, daß während des Sensorbetriebes ein Belastungsmaximum auftritt, welches nicht mit den ursprünglich gewählten Belastungsmaxima U(x2) bzw. U(x4) übereinstimmt, erfolgt eine Modifizierung wenigstens einer der Sollgeraden, wie im folgenden am Beispiel des "lokalen Extremums" bzw. Belastungsumkehrpunktes U(x1) beispielhaft erläutert wird. Es sei davon ausgegangen, daß zunächst aufgrund ansteigender Druckbelastung die Sollgerade y(2/1) als Korrekturgerade verwendet wird. Wird nun festgestellt, daß ein Druckbelastungsextremum U(x1) auftritt, d. h. die Sensorsignalspannung nach Erreichen dieses Signalwertes wieder abnimmt, erfolgt eine Berechnung eines neuen, dem festgestellten Extremum U(x1) zuordnenbaren Nulldurchgangspunktes. Der Einfachheit halber sind derartige, von den ursprünglichen Nulldurchgangspunkten U1(0), U2(0) abweichende Nulldurchgangspunkte im folgenden mit N(xi) bezeichnet. Bei der Berechnung beispielsweise des neuen Nulldurchgangspunktes N(x1) wird berücksichtigt, daß im Falle eines geringeren Belastungsbereiches (die Druckbelastung x1 ist kleiner als die Druckbelastung x2) auch geringere Hystereseeffekte auftreten. Dieser Zusammenhang ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Es wird hierbei davon ausgegangen, daß man für einen maximalen Belastungswert x_max eine maximale Hysterese H(x_max) erhält. Die Bezeichnung x_max ist hierbei allgemein als beliebig definierbarer Bereich maximaler Belastung anzusehen. In der Darstellung der Fig. 1 kann x_max beispielsweise als (halber) Abszissenabstand der Belastungsmaxima x4 und x2, oder auch als Abszissenabstand der maximalen Belastungen. x2 bzw. x4 vom Nullpunkt interpretiert werden. Eine für Zwischenwerte auftretende Hysterese H(x) läßt sich durch eine Geradenfunktion Hg(x) der Form αx + b mit b = 0, oder als Polynomfunktion Hp(x) der Form αxⁿ + βx^n-1 + . . . + b mit b = 0 beschreiben. Beispielhaft ist für einen Punkt x₀ die unter Annahme einer linearen Beziehung auftretenden Hysterese H(x₀) eingezeichnet.

Im vorliegenden Fall bietet es sich an, den Wert H(x_max) als ganzen oder halben Abszissenabstand der Nulldurchgangspunkte U1(0) und U2(0) zu interpretieren.

Für die in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Belastung x1 ergibt sich (bei Annahme einer linearen Beziehung zwischen Belastung und Hysterese) der Hysteresewert H(x1) (siehe Fig. 1). Es erweist sich als zweckmäßig, diesen Hysteresewert H(x1) zum Erhalt eines der Belastung x1 zuordnenbaren Nulldurchgangspunktes von dem ursprünglichen Nulldurchgangspunkt U₁(0) zu subtrahieren, so daß man insgesamt einen modifizierten Nulldurchgangswert N(x1)) = U₁(0) - H(x1) erhält. Durch Verbindung der Punkte U(x1) und N(x1) erhält man eine neue Sollgerade, welche bei abnehmender Druckbelastung, ausgehend von dem Extremwert U(x1), bis zum Erreichen einer Nullbelastung zur Korrektur bzw. Belastungszuordnung ermittelter Sensorspannungen verwendet wird.

Wird nach Erreichen des Nulldurchgangspunktes N(x1) die Nullbelastung überschritten und eine Zugbelastung festgestellt, erweist es sich als zweckmäßig, zunächst eine neue Sollgerade, welche die Punkte N(x1) und U(x4) miteinander verbindet, zu verwenden. Im vorliegenden Fall erkennt man, daß diese Gerade jedoch nur teilweise durchlaufen wird, da bereits bei einem Extrempunkt U(x5) wieder eine Abnahme der Zugbelastung einsetzt. In analoger Weise wie oben für den Punkt U(x1) bzw. x1 beschrieben, wird nun für die Belastung x5 bzw. den Extrempunkt U(x5) ein hystereseabhängiger Nulldurchgangspunkt N(x5) berechnet, und eine neue Sollgerade, welche die Punkte U(x5) und N(x5) verbindet, für abnehmende Zugbelastungen zwischen der Zugbelastung x5 und einer Nullbelastung verwendet. Die dem Umkehrpunkt bzw. Extrempunkt x5 zuordnenbare Hysterese H(x5) wird zweckmäßigerweise zum Nulldurchgangspunkt N(x1) hinzuaddiert.

Bei abermaligem Nulldurchgang, d. h. einer erneuten (zunehmenden) Druckbelastung, erweist es sich als zweckmäßig, die die Punkte N(x5) und U(x2) verbindende Gerade als Sollgerade zu verwenden. Es wäre hierbei auch denkbar, eine die Punkte N(x5) und U(x1) verbindende Gerade als Sollgerade zu verwenden.

Man erkennt, daß gemäß dem Beispiel der Fig. 1 bereits bei Erreichen des Punktes U(x3), welcher auf der Geraden N(x5) - U(x2) liegt, eine Belastungsumkehr erfolgt. Auch hier wird, wie oben beschrieben, für den Extrempunkt U(x3) ein neuer Nulldurchgangspunkt N(x3) durch Subtraktion einer Hysterese H(x3) von dem unmittelbar vorangegangen Nulldurchgangspunkt N(x5) berechnet.

Es sei weiterhin gemäß dem dargestellten Beispiel angenommen, daß bei Erreichen des Nulldurchgangspunktes N(x3) kein Belastungswechsel von einer Druckbelastung zu einer Zugbelastung erfolgt, d. h. spätestens bei Erreichen des Nulldurchgangspunktes N(x3) nimmt die Druckbelastung wieder zu. In diesem Fall bleibt die die Punkte N(x3) und U(x3) verbindende Gerade die vorzugsweise verwendete Sollgerade. Erst bei Erreichen des Punktes U(x3), d. h. dem Schnittpunkt der genannten Geraden mit der die Punkte N(x5) und U(x2) verbindenden Geraden, wird diese letztere Gerade als weitere Sollkennlinie angenommen. Es sei ferner davon ausgegangen, daß ein erneuter Steigungswechsel kurz vor Erreichen des Extrempunktes U(x2), nämlich im Punkte U(x6), erfolgt. Analog zu den oben beschriebenen Berechnungsverfahren wird nun für den Punkt U(x6) ein neuer Nulldurchgangspunkt berechnet. Erfolgt hierbei die Subtraktion der für den Extrempunkt U(x6) berechneten Hysterese H(x6) (nicht eingezeichnet) von dem ursprünglichen Nulldurchgangspunkt U₁(0), erhält man einen Nulldurchgangspunkt im Ordinatenbereich zwischen den ursprünglichen Nulldurchgangspunkten U₁(0) und U₂(0). Subtrahiert man jedoch die für den Extrempunkt U(x6) ermittelte Hysterese von dem letzten ermittelten Nulldurchgangspunkt, im vorliegenden Beispiel dem Punkt N(x3), ist es möglich, daß der Punkt N(x6) unterhalb des ursprünglich unteren Nulldurchgangspunktes U₂(0) zu liegen kommt. Dies widerspricht jedoch der Tatsache, daß der Belastungsextrempunkt x6 bzw. das zugehörige Extremum U(x6) innerhalb des ursprünglichen Druckbelastungsbereiches mit dem Extremum x2 bzw. U(x2) liegt. In diesem Fall ist es, zur Vermeidung von Unstimmigkeiten, zweckmäßig, den Punkt N(x6) durch den ursprünglich unteren Nulldurchgangspunkt U₂(0) zu ersetzen.

Im Beispiel gemäß der Fig. 1 erkennt man zusammenfassend die folgende Vorgehensweise: Der für den Punkt x1 ermittelte Hysteresewert H(x1) ist vom ursprünglichen Nulldurchgangspunkt U₁(0) subtrahiert, der dem zugseitigen Extremum U(x5) zugeordnete Hysteresewert H (x₅) ist zum Erhalt des Nulldurchgangspunktes N(x5) zu dem Wert N(x1) hinzuaddiert, und schließlich ist der dem Punkt x3 zuordnenbare Hysteresewert H(x3) vom Nulldurchgangspunkt N(x5) zum Erhalt des Nulldurchgangspunktes N(x3) subtrahiert.

Insgesamt ist festzustellen, daß bei Nichtüberschreitung der Extremwerte x2 bzw. x4 die berechneten N(x) immer innerhalb des Ordinatenabschnitts zwischen U₁(0) und U₂(0) liegen müssen. Liegt ein berechnetes N(x) außerhalb, wird es, je nach konkretem Fall, gleich U₁(0) bzw. U₂(0) gesetzt. Werden die Maximalbelastungswerte x2 bzw. x4 einzeln oder zyklisch überschritten (Überlast), erweist es sich als zweckmäßig, die ursprünglichen Belastungsextrema x2 bzw. x4 durch einen oder beide neue Belastungsmaxima zu ersetzen. Auch für innerhalb des ursprünglichen Belastungsbereiches liegende Belastungsmaxima ist eine derartige Vorgehensweise möglich. Es sei rein beispielhaft angegeben, daß eine derart erhaltene Sollkennlinie die Punkte U₁(0), U(x1), N(x1), U(x4) miteinander verbinden könnte. Wie oben beschrieben, wird es sich jedoch häufig als zweckmäßiger erweisen, die ursprünglichen Belastungsmaxima auch im Falle kleinerer Belastungsmaxima während des Betriebes weiter zu berücksichtigen.

Zweckmäßigerweise werden die aktuellen Nulldurchgangswerte und Extremwerte stets gespeichert.

Für den bereits erwähnten Überlast-Zustand des magnetoelastischen Sensors (Überschreiten der Extrempunkte x2 bzw. x4) ist ferner auf folgendes hinzuweisen: Erfolgt beispielsweise bei Überschreiten des Extrempunktes x2 keine Änderung des Vorzeichens der Steigung, ist die Sollgerade y(2/1) bzw. y(4/3) weiter verwendbar. Ändert sich das Vorzeichen der Steigung, erfolgt die Berechnung einer neuen Sollgeraden nach der bereits beschriebenen Methode. Ein neu erhaltener Nulldurchgangspunkt bei Belastung Null liegt nun z. B. unterhalb des Punktes U₂(0). Ein derartiger neuer Nulldurchgangspunkt wird ebenfalls abgespeichert und für eine künftige Berechnung der Hysterese verwendet.

Überbeanspruchungen in umgekehrter Richtung (Überschreiten des Punktes U(x4)) werden in äquivalenter Weise behandelt. Der neue Nulldurchgangspunkt liegt in diesem Fall oberhalb des Punktes U1(0), wird berechnet und ebenfalls gespeichert und bei der Berechnung der Hysterese verwendet.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sind gegenüber herkömmlichen Verfahren Verbesserungen bei auftretenden Linearitäts- und Hysteresefehlern um einen Faktor von etwa vier bis zehn möglich. Trotz kleiner Sensorgeometrien sind somit über große Meßbereiche hohe Genauigkeiten erzielbar. Es ist kein Nullpunkts- und Steigungsabgleich bei der Serienendprüfung notwendig, da das Sensorverhalten mit den oben beschriebenen charakteristischen Kennlinienpunkten (Extrempunkte, Nulldurchgangspunkte) definiert ist, wobei diese Punkte in effektiver Weise zur Korrektur eines tatsächlichen Hystereseverhaltens eines magnetoelastischen Sensors verwendet werden können. Last- und vorgeschichteabhängiges Empfindlichkeitsverhalten des Sensors ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mitkorrigierbar.

Claims (7)

1. Verfahren zur Hysterese- und/oder Empfindlichkeitskorrektur eines magnetoelastischen Sensors, bei dem ein Sensorsignal U(x) in Abhängigkeit von einer mechanischen Belastung x, welche in zwei entgegengesetzten Richtungen wirken kann, ausgegeben wird, mit folgenden Schritten:

• - Durchfahren einer Ist-Kennlinie des Sensors über einen ersten, insbesondere maximalen Belastungsbereich mit Belastungsmaxima x4, x2 und diesen zugeordneten Signalmaxima U(x4) bzw. U(x2),
• - Speichern der Signalmaxima U(x4), U(x2) und der hysteresebehafteten oberen und unteren Nulldurchgangssignale U₁(0), U₂(0), welche beim Übergang von einer in einer ersten Richtung wirkenden Belastung zu einer in einer zweiten Richtung wirkenden Belastung bzw. umgekehrt auftreten,
• - Bestimmung einer aus Soll-Kennlinienabschnitten zusammengesetzten Soll-Kennlinie durch Verbindung der Signalmaxima U(x2), U(x4) mit den Nulldurchgangspunkten U₁(0), U₂(0),
• - Ausführung einer Empfindlichkeits- und/oder Hysteresekorrektur auf der Grundlage der bestimmten Soll-Kennlinie durch Feststellung eines Belastungszustandes, Beobachtung der Steigung bzw. Steigungsänderung des Sensorsignals U(x) und entsprechende Zuordnung eines korrespondierenden Soll- Kennlinienabschnitts.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine linearisierte Soll-Kennlinie, insbesondere mittels Verbindung der Signalmaxima und Nulldurchgänge durch Geraden, bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß während des Sensorbetriebes ein von den ursprünglichen Signalmaxima U(x2), U(x4) abweichendes, einer veränderten Belastung x1, x5, x3 entsprechendes Signalmaximum U(x1), U(x5), U(x3) auftritt, wenigstens ein diesem Signalmaximum zuordnenbarer hysteresebehafteter Nulldurchgangspunkt N(x1), N(x5), N(x3) berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Nulldurchgangspunktes N(x1) durch Subtraktion einer dem neuen Belastungsmaximum x1 zuordnenbaren Hysterese H(x1) von dem ursprünglichen oberen Nulldurchgangspunkt U₁(0) bzw. Addition zu dem ursprünglichen unteren Nulldurchgangspunkt U₂(0) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer weiteren Berechnung eines Nulldurchgangspunktes N(x3, x5) eine Subtraktion oder Addition einer entsprechenden Hysterese H(x3), H(x5)) von bzw. zu dem bereits berechneten Nulldurchgangspunkt N(x1) oder von bzw. zu einem der ursprünglichen Nulldurchgangspunkte U₁(0), U₂(0) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu subtrahierende bzw. zu addierende Hysterese unter Berücksichtigung der ursprünglichen Nulldurchgangspunkte U₁(0), U₂(0) und eines linearen oder polynomischen Zusammenhangs zwischen Belastung und Hysterese berechnet wird, wobei die neu berechneten Nulldurchgangspunkte jeweils gespeichert werden und weiteren Nulldurchgangspunktsberechnungen zugrunde gelegt werden.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Überschreitung von wenigstens einem der ursprünglichen Belastungsmaxima x2, x4 das wenigstens eine neue Belastungsmaximum das ursprüngliche ersetzt.