DE102008020325B4 - angle sensor - Google Patents
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Abstract
Winkelsensor mit einer Sendespule (5), einer an die Sendespule (5) angeschlossenen Oszillatorschaltung (4), um ein Wechselspannungssignal zu erzeugen und in die Sendespule (5) einzuspeisen, und einer Empfangsspule (7, 8), in der die Sendespule (5) im Betrieb ein von der Winkelstellung eines beweglichen Messglieds (10) abhängendes Messsignal induziert, wobei die Oszillatorschaltung (4) und die Sendespule (5) auf dem Messglied (10) angeordnet sind, und zur Spannungsversorgung der Oszillatorschaltung (4) auf dem Messglied (10) eine an die Oszillatorschaltung (4) angeschlossene Versorgerspule (3) angeordnet ist, in der mittels einer zweiten Sendespule (2), relativ zu welcher das Messglied (10) beweglich ist, eine Versorgungswechselspannung induzierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Versorgungswechselspannung von der Frequenz des Wechselspannungssignals abweicht.Angle sensor comprising a transmitting coil (5), an oscillator circuit (4) connected to the transmitting coil (5) for generating an alternating voltage signal and feeding it into the transmitting coil (5), and a receiving coil (7, 8) in which the transmitting coil (5 ) induces a measuring signal dependent on the angular position of a movable measuring element (10) during operation, wherein the oscillator circuit (4) and the transmitting coil (5) are arranged on the measuring element (10), and for supplying voltage to the oscillator circuit (4) on the measuring element ( 10) a supply coil (3) connected to the oscillator circuit (4) is arranged, in which a supply alternating voltage is inducible by means of a second transmitting coil (2), relative to which the measuring element (10) is movable, characterized in that the frequency of the Supply AC voltage deviates from the frequency of the AC signal.
Description
Die Erfindung geht aus von einem induktiven Winkelsensor mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein derartiger Winkelsensor ist beispielsweise aus der
Induktive Winkelsensoren ermöglichen eine berührungslose Winkelmessung und werden deshalb in Kraftfahrzeugen zur Detektion von Klappenstellungen, beispielsweise von Drosselklappen, Drallklappen oder in Abgasrückführsystemen, verwendet, wie beispielsweise aus der
Bei einem induktiven Winkelsensor wird mit einer Oszillatorschaltung ein Wechselspannungssignal erzeugt, das in eine Sendespule eingespeist wird, so dass in einer Empfangsspule ein von der zu messenden Winkelstellung eines Messglieds abhängendes Signal induziert wird. Bei dem aus der
Nachteilig an dem bekannten Winkelsensor ist ein sehr niedriges Signalsrauschverhältnis, so dass eine äußerst aufwendige Aufbereitung des in der Empfangsspule induzierten Signals erforderlich ist.A disadvantage of the known angle sensor is a very low signal to noise ratio, so that an extremely complex conditioning of the induced signal in the receiver coil is required.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, das Signalrauschverhältnis zu verbessern.The object of the invention is to show a way to improve the signal-to-noise ratio.
Diese Aufgabe wird durch einen Winkelsensor mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren zur Messung der Winkelstellung eines beweglichen Messglieds mit den im Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by an angle sensor having the features specified in
Erfindungsgemäß wird eine verbesserte magnetische Kopplung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule und somit ein stärkeres Messsignal erreicht, indem die Sendespule zusammen mit der Oszillatorschaltung auf dem beweglichen Messglied angeordnet ist. Zur Spannungsversorgung der Oszillatorschaltung ist auf dem Messglied eine an die Oszillatorschaltung angeschlossene Versorgerspule angeordnet, in der mittels einer zweiten Sendespule, relativ zu welcher das Messglied beweglich ist, eine Versorgungswechselspannung induzierbar ist. Die Oszillatorschaltung nutzt die Versorgungswechselspannung, um das Wechselspannungssignal zu erzeugen, welches das Messsignal induziert. Auf diese Weise kann in der Empfangsspule das Messsignal in einer wesentlich erhöhten Signalfeldstärke induziert werden, so dass sich ein besseres Signalrauschverhältnis ergibt.According to the invention an improved magnetic coupling between the transmitting coil and the receiving coil and thus a stronger measuring signal is achieved by the transmitting coil is arranged together with the oscillator circuit on the movable measuring member. For supplying voltage to the oscillator circuit, a supply coil connected to the oscillator circuit is arranged on the measuring element, in which a supply alternating voltage can be induced by means of a second transmitting coil, relative to which the measuring element is movable. The oscillator circuit uses the AC supply voltage to generate the AC signal which induces the measurement signal. In this way, in the receiving coil, the measurement signal can be induced in a significantly increased signal field strength, resulting in a better signal to noise ratio.
Die auf dem Messglied angeordneten Teile eines erfindungsgemäßen Winkelsensors bilden gewissermaßen einen Transponder, der von der zweiten Sendespule abgefragt wird und dessen Antwort von der Empfangsspule als Messsignal empfangen wird.The arranged on the measuring element parts of an angle sensor according to the invention form a sort of transponder, which is queried by the second transmitting coil and the response of the receiving coil is received as a measurement signal.
Zur Spannungsversorgung der zweiten Sendespule kann diese an eine Erregerschaltung angeschlossen sein, die im Betrieb die Sendespule mit Wechselspannung speist.For supplying power to the second transmitting coil, it can be connected to an excitation circuit which, during operation, supplies the transmitting coil with alternating voltage.
Bevorzugt weicht die Frequenz der Versorgungswechselspannung von der Frequenz des Wechselspannungssignals und damit von der Frequenz des Messsignals ab. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass sich Störsignale, die in der Empfangsspule durch die zweite Sendespule mit der Frequenz der Versorgungswechselspannung induziert werden können, herausfiltern lassen. Bevorzugt ist die Frequenz der Versorgungswechselspannung kleiner als die Frequenz des Wechselspannungssignals, besonders bevorzugt mindestens 10mal, insbesondere mindestens 100mal kleiner. Die Frequenz der Versorgungswechselspannung kann beispielsweise zwischen 500 Hz und 500 kHz, insbesondere 1 kHz bis 100 kHz, gewählt werden. Für die Frequenz des Wechselspannungssignals ist insbesondere der Frequenzbereich von 500 kHz bis 1 GHz, insbesondere 1 MHz bis 100 MHz, vorteilhaft. Liegt beispielsweise die Frequenz der Versorgungswechselspannung im kHz-Bereich und die Frequenz des Wechselspannungssignals im MHz-Bereich, so lassen sich auf der Versorgungswechselspannung beruhende Störsignalanteile leicht von dem Messsignal trennen.Preferably, the frequency of the AC supply voltage deviates from the frequency of the AC signal and thus from the frequency of the measured signal. This measure has the advantage that interference signals that can be induced in the receiver coil by the second transmitter coil at the frequency of the AC supply voltage can be filtered out. Preferably, the frequency of the AC supply voltage is less than the frequency of the AC signal, more preferably at least 10 times, in particular at least 100 times smaller. The frequency of the AC supply voltage can be selected for example between 500 Hz and 500 kHz, in particular 1 kHz to 100 kHz. The frequency range from 500 kHz to 1 GHz, in particular 1 MHz to 100 MHz, is particularly advantageous for the frequency of the alternating voltage signal. If, for example, the frequency of the alternating supply voltage is in the kHz range and the frequency of the alternating voltage signal is in the MHz range, interference signal components based on the alternating supply voltage can be easily separated from the measuring signal.
Ein besonders einfacher Aufbau der Oszillatorschaltung lässt sich erreichen, indem das Wechselspannungssignal als Oberschwingung der Versorgungswechselspannung erzeugt wird. Bevorzugt ist deshalb das Wechselspannungssignal eine Oberschwingung der Versorgungswechselspannung.A particularly simple structure of the oscillator circuit can be achieved by the AC signal is generated as a harmonic of the AC supply voltage. Preferably, therefore, the AC signal is a harmonic of the AC supply voltage.
Bevorzugt hat der Winkelsensor mehrere Empfangsspulen, relativ zu denen das Messglied beweglich ist. Indem mehrere unterschiedlich orientierte Empfangsspulen verwendet werden, lässt sich die Messgenauigkeit erhöhen. Beispielsweise können zwei Empfangsspulen verwendet werden, die quer zueinander, insbesondere rechtwinklig zueinander, nach Art eines Winkellagegebers orientiert sind.Preferably, the angle sensor has a plurality of receiving coils relative to which the measuring member is movable. By using several differently oriented receiver coils, the measurement accuracy can be increased. For example, two receiving coils can be used, which are oriented transversely to each other, in particular at right angles to each other, in the manner of an angular position sensor.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Messsignal mit der Frequenz der Versorgungswechselspannung getriggert wird. Auf diese Weise lässt sich das Messsignal eindeutig an seiner zeitlichen Lage in Bezug auf die Phase der Versorgungswechselspannung, deren, vorzugsweise wesentlich kleinere, Frequenz unvermeidlich in geringer Stärke ebenfalls in der Empfangsspule induziert wird, identifizieren und folglich besser auswerten. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Oszillatorschaltung das Wechselspannungssignal und damit das Messsignal nur in Spannungspulsen erzeugt, deren Länge kleiner als die Periode des Versorgungswechselspannung ist und deren Beginn jeweils mit einer definierten Phase der Versorgungswechselspannung, beispielsweise dem Nulldurchgang bei abnehmender Amplitude, festgelegt ist. An advantageous development of the invention provides that the measuring signal is triggered with the frequency of the alternating supply voltage. In this way, the measurement signal can be uniquely identified in its temporal position with respect to the phase of the AC supply voltage whose, preferably much smaller, frequency is inevitably also induced in the receiving coil in low intensity, and thus better evaluate. For example, it can be provided that the oscillator circuit generates the AC signal and thus the measurement signal only in voltage pulses whose length is smaller than the period of the AC supply voltage and whose beginning is defined in each case with a defined phase of the AC supply voltage, for example the zero crossing with decreasing amplitude.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigt:Further details and advantages of the invention will be explained with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings. It shows:
Der in
Die Empfangsspulen
Die Oszillatorschaltung
Die zweite Sendespule
Die Oszillatorschaltung
Die Messfrequenz und somit die Frequenz des Wechselspannungssignals, ist eine Oberwelle der Frequenz der Versorgungswechselspannung, also ein ganzteiliges Vielfaches der Versorgungswechselspannung. Die Frequenzen des Wechselspannungssignals und der Versorgungswechselspannung können in einem großen Frequenzbereich weitgehend beliebig gewählt werden. Günstig ist es, die Frequenz der Versorgungswechselspannung im kHz-Bereich und die Frequenz des Wechselspannungssignals im MHz-Bereich zu wählen. Zu einem geringen Anteil wird von der zweiten Sendespule
Das Messsignal bzw. das von der Oszillatorschaltung erzeugte Wechselspannungssignal wird mit der Frequenz der Versorgungswechselspannung getriggert. Auf diese Weise kann die Auswerteschaltung das Messsignal durch seine zeitliche Lage zu der Frequenz der Versorgungswechselspannung eindeutig erkennen. Störeinflüsse können somit besser eliminiert und das Signalrauschverhältnis des Winkelsensors gesteigert werden.The measurement signal or the alternating voltage signal generated by the oscillator circuit is triggered with the frequency of the supply alternating voltage. In this way, the evaluation circuit can clearly identify the measurement signal by its temporal position to the frequency of the AC supply voltage. Interference can thus be better eliminated and the signal to noise ratio of the angle sensor can be increased.
Die asymmetrischen Empfangsspulen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Erregerschaltungexcitation circuit
- 22
- Sendespuletransmitting coil
- 33
- Versorgerspulecatering coil
- 44
- Oszillatorschaltungoscillator circuit
- 55
- Sendespuletransmitting coil
- 66
- Auswerteschaltungevaluation
- 77
- Empfangsspulereceiving coil
- 88th
- Empfangsspulereceiving coil
- 1010
- Messgliedmeasuring element
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