DE102010019485B4 - Sensoranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung - Google Patents

Abstract

Sensoranordnung, umfassend: – mindestens einen Magnetfeldsensor (SM1), – eine Signalverarbeitungseinrichtung (PROC), die dazu eingerichtet ist, ein Minimalsignal (MIN) und ein Maximalsignal (MAX) des Magnetfeldsensors (SM1) über den Messbereich (FSR) der Sensoranordnung festzustellen, – eine Anpassungsschaltung (DSPL), die dazu eingerichtet ist, ein Korrektursignal (COR) in Abhängigkeit des Minimal- und Maximalsignals (MIN, MAX) zu generieren, und – ein erstes Kombinationsmittel (ADD1), welches eingangseitig den ersten Magnetfeldsensor (SM1) mit der Anpassungsschaltung (DSPL) koppelt und ausgangsseitig den ersten Magnetfeldsensor (SM1) mit einem Signalausgang (OUT) der Signalverarbeitungseinrichtung verbindet.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung.
• Kontaktlose und kostengünstige Positionsbestimmungen sind möglich durch eine Kombination eines handelsüblichen Magneten oder Magnetstreifens mit einem Magnetfeldsensor (typischerweise einem Hall-Element). Ist die Magnetfeldquelle drehbar gegenüber dem Sensor gelagert, so ermöglicht eine solche Anordnung eine kontaktlose Winkelbestimmung. Ist die Magnetfeldquelle hingegen linear entlang einer Bewegungsachse bewegbar, so ist eine eindimensionale Positionsbestimmung möglich. Grundsätzlich unterscheidet man in diesem Zusammenhang unipolare und bipolare Anordnungen, je nachdem, ob ein einzelner Magnetpol oder mehrere Magnetpole zur Messung herangezogen werden.
• 1A zeigt eine bipolare Anordnung einer Magnetfeldquelle N, S und eines Magnetfeldsensors SM1. Die Magnetfeldquelle N, S ist beispielsweise ein Stabmagnet und entlang einer Bewegungsachse X relativ zum Magnetfeldsensor SM1 bewegbar. Der Magnetfeldsensor SM1 ist üblicherweise ein Hall-Element. In 1A ist eine charakteristische Messkurve für die beschriebene Anordnung gezeigt. Die Grafik zeigt die Magnetfeldstärke B (gemessen in mT) aufgetragen gegen Positionen entlang der Bewegungsachse X (gemessen in mm). Die resultierende Magnetfeldfunktion BX weist mehrere charakteristische Punkte auf. Das Minimum des Magnetfeldes BMIN entspricht dem Minimum der Magnetfeldfunktion BX und das Maximum des Magnetfeldes BMAX entspricht dem Maximum der Magnetfeldfunktion BX. Diese Punkte korrespondieren in gewissem Sinn mit den einzelnen Polen der Magnetfeldquelle N, S. Zwischen dem Minimum und dem Maximum des Magnetfeldes BMIN, BMAX verläuft die Magnetfeldfunktion BX nahezu linear und durch den Magnetfeldursprung B0. Der Magnetfeldursprung B0 ist dadurch charakterisiert, dass an ihm idealerweise die Magnetfeldfunktion BX identisch Null ist. Der Magnetfeldursprung B0 charakterisiert weiterhin den Fall, bei dem die Magnetfeldquelle N, S mittig über dem Magnetfeldsensor SM1 entlang der Bewegungsachse X steht. In der Praxis ist in diesem Punkt der Messwert der Magnetfeldfunktion BX in der Regel nicht identisch Null, sondern durch sekundäre Effekte wie Temperatur- und Fertigungstoleranzen des Magnetfeldsensors SM1, sowie dem Abstand zwischen Magnetfeldsensor SM1 und Magnetfeldquelle N, S (der so genannte Luftspalt oder Airgap) beeinflusst. Durch diese Effekte ist in der Regel das Signal vom Magnetfeldsensor SM1 nicht identisch Null.
• Die zentrale Größe für Anwendungen der bipolaren wie unipolaren Sensoranordnungen für Winkel- wie auch lineare Positionsbestimmung ist die Auflösung (für einen gegebenen Luftspalt). Die Auflösung selbst ist wiederum abhängig von einer Verstärkung G der Sensoranordnung, die bestimmt ist durch die Ausgangsspannung VOUT des Magnetfeldsensors SM1 und der Magnetfeldstärke B: G = VOUT / B.
• Für eine optimale Verstärkung G und damit eine optimale Auflösung ist es von besonderer Wichtigkeit im linearen Bereich der Magnetfeldfunktion BX über einen Bewegungsbereich XMIN, XMAX der Magnetfeldquelle N, S zu bleiben. Dazu ist es notwendig, einen minimalen Endpunkt XMIN der Bewegung der Magnetfeldquelle N, S und einen maximalen Endpunkt XMAX zu kennen. Durch geeignete Wahl des Bewegungsbereiches XMIN, XMAX kann der volle Messbereich FSR der Sensoranordnung zwischen einer oberen und einer unteren Messbereichsgrenze FSRMIN, FSRMAX des Magnetfeldsensors SM1 ausgefüllt werden. Die untere und obere Messbereichsgrenze FSRMIN, FSRMAX sind dabei im Allgemeinen von dem verwendeten Magnetfeldsensor SM1 sowie von den verwendeten Komponenten der Signalverarbeitung abhängig. In diesem Sinne wird im Folgenden vom Messbereich bzw. den Messbereichsgrenzen der Sensoranordnung oder kurz Messbereich bzw. Messbereichsgrenzen gesprochen.
• Die 1B zeigt eine charakteristische Magnetfeldkennlinie BCH, die aus der Ausgangsspannung VOUT des Magnetfeldsensors SM1 als Funktion der Magnetfeldstärke B abgeleitet ist. Da in der Regel der Magnetfeldsensor SM1 selbst ein ratiometrischer Sensor ist (wie etwa ein Hall-Element), ist die Magnetfeldstärke B proportional zur Position entlang der Bewegungsachse X. Das Ziel ist es nun, den Messbereich FSR so innerhalb des Bewegungsbereichs XMIN, XMAX der Magnetfeldquelle N, S zu platzieren, dass die Magnetfeldkennlinie BCH möglichst linear bzw. auf einer idealen linearen Kennlinie BLIN komplett innerhalb des Messbereiches FSR zu liegen kommt.
• Herkömmliche Sensoranordnungen der vorgestellten Art führen beim Einschalten eine Kompensation der Empfindlichkeit und von Luftspaltvariationen durch und durchfahren zunächst den kompletten Bewegungsbereich XMIN, XMAX. Aufgrund charakteristischer Messwerte wird die Empfindlichkeit angepasst oder vom Benutzer eingestellt. Im Idealfall ist eine mechanische Nullposition innerhalb des Bewegungsbereichs XMIN, XMAX identisch mit dem magnetischen Ursprung B0, sodass sich die ideale lineare Kennlinie BLIN ergibt und optimal im Messbereich FSR ist. Aufgrund mechanischer Toleranzen ist jedoch meist der Bewegungsbereich XMIN, XMAX nicht optimal zentriert und der Messbereich FSR nicht geeignet ausgenutzt.
• Aufgrund dieser Effekte wird in der Regel die Empfindlichkeit des Sensors so weit reduziert, dass ein möglichst großer Bereich der Kennlinie BCH innerhalb des Messbereiches zu liegen kommt. Dadurch verringern sich jedoch die Verstärkung und damit die mögliche Auflösung der Sensoranordnung. Beispielsweise ergibt für einen Bewegungsbereich XMIN, XMAX von +/–250 um und einer mechanischen Verschiebung von +/–100 μm eine Verringerung der Auflösung des Systems um fast einen Faktor 2. Auch ist durch die Reduzierung der Empfindlichkeit allein nicht gewährleistet, dass auch die entsprechende Magnetfeldkennlinie BCH innerhalb des Messbereiches FSR in genügendem Maße linear ist.
• WO 2009/052537 zeigt eine Methode und eine Sensoranordnung zur berührungslosen Abtastung von Rotation und Winkellage mit einem Tracking-System. Die Vorrichtung basiert auf mehreren Magnetfelderfassungselementen, die an verschiedenen Positionen unter einen magnetischen Ziel angeordnet sind. Die gemessenen Signale werden verwendet, um die Sensorelemente zu wählen oder zu kombinieren, um die tatsächliche Orientierung des Magneten zu bestimmen. Dazu wird die Ausrichtung zunächst als ein grober Wert bestimmt und die restliche Verschiebung als feiner Wert ergänzt.
• US 2002/052537 A1 zeigt ebenfalls eine Sensoranordnung zur berührungslosen Abtastung einer Rotation. Eine Drehwelle weist Rotationssensoren auf, die direkt auf der Welle befestigt sind und Paare von diametral entgegengesetzten Magnetfeldsensoren bilden. Die Magnetfeldsensoren bilden innerhalb gewisser Grenzen Sensorpaarbereiche ab und in Verbindung mit einer Kommutierungslogik kann aus einem linearen Winkellagesignal oder aus einer stückweisen Differenzierung ein analoges Positionssignal generiert werden.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sensoranordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung bereitzustellen, das Störeinflüsse auf die Empfindlichkeit des Sensors reduziert.
• Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• In einer Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung mindestens einen Magnetfeldsensor. Die Sensoranordnung umfasst ferner eine Signalverarbeitungseinrichtung und eine Anpassungsschaltung. Ein erstes Kombinationsmittel koppelt eingangsseitig den ersten Magnetfeldsensor mit der Anpassungsschaltung und verbindet ausgangsseitig den Magnetfeldsensor mit einem Signalausgang der Signalverarbeitungseinrichtung.
• Die Signalverarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, beispielsweise durch einen Komparator oder eine Logik, ein Minimalsignal und ein Maximalsignal des ersten Magnetfeldsensors innerhalb des Messbereichs der Sensoranordnung festzustellen. In der Folge generiert die Anpassungsschaltung ein Korrektursignal in Abhängigkeit des Minimal- und Maximalsignals, welches Sensorsignalen des ersten Magnetfeldsensors über das erste Kombinationsmittel überlagert wird.
• Vorteilhafterweise lässt sich mit Hilfe der Anpassungsschaltung eine Reduzierung störender Faktoren auf die Auflösung der Sensoranordnung realisieren. Beispielsweise ist der erste Magnetfeldsensor so gegenüber einer bewegbaren Magnetfeldquelle angeordnet, dass der Messbereich unter Umständen nicht optimal ausgenutzt ist. Dies kann mit der Anpassungsschaltung ausgeglichen werden, in dem der Messwertbereich des Sensors durch das Korrektursignal verschoben wird. Eine solche Verschiebung mittels des Korrektursignals hat zudem keinen Einfluss auf die Linearität der Magnetfeldkennlinie.
• In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung ist die Signalverarbeitungseinrichtung mittels des Signalausgangs mit einer Recheneinheit verbunden. Ferner ist die Recheneinheit mittels einer Schnittstelle an die Anpassungsschaltung gekoppelt. Die Recheneinheit umfasst beispielsweise einen Mikroprozessor oder eine geeignete integrierte Schaltung, wie einen ASIC (ASIC: Application Specific Integrated Circuit).
• Die Signalverarbeitungseinrichtung generiert auf Basis von Sensorsignalen ein Ausgangssignal, welches bevorzugt am Signalausgang bereitgestellt wird. Entsprechend können auch das Minimal- und Maximalsignal am Signalausgang ausgegeben werden. Die Recheneinheit verarbeitet die Ausgangssignale beziehungsweise das Minimal- und Maximalsignal nach Vorgabe oder Eingriff eines Benutzers. Als Folge dieser Verarbeitung generiert die Anpassungsschaltung das Korrektursignal.
• Alternativ kann die Anpassungsschaltung auch über entsprechende Mittel verfügen, das Korrektursignal ohne die Recheneinheit beziehungsweise einen externen Eingriff eines Benutzers vorzunehmen. Dazu ist die Anpassungsschaltung bevorzugt mit dem Signalausgang der Signalverarbeitungseinrichtung gekoppelt und wird in Abhängigkeit des Minimal- und Maximalsignals das Korrektursignal generieren.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Signalverarbeitungseinrichtung einen Signaleingang und einen Offsetausgang. Ein zweites Kombinationsmittel koppelt eingangsseitig den Offsetausgang mit der Anpassungsschaltung. Ausgangsseitig ist das zweite Kombinationsmittel mit dem ersten Kombinationsmittel verbunden.
• Die Signalverarbeitungseinrichtung dient der weiteren Signalverarbeitung von Sensorsignalen des ersten Magnetfeldsensors. Zum einen stellt sie Sensorsignale am Signalausgang bereit, die beispielsweise zu einer Position einer entlang einer Bewegungsachse bewegbaren Magnetfeldquelle proportional sind. Zum anderen berechnet die Signalverarbeitungseinrichtung einen Offset des ersten Magnetfeldsensors und stellt diesen am Offsetausgang bereit. Ein solcher Offset wird über das zweite beziehungsweise erste Kombinationsmittel Sensorsignalen des ersten Magnetfeldsensors überlagert. Auf diese Weise kann ein Offset kompensiert werden.
• Vorteilhafterweise erlaubt die Signalverarbeitungseinrichtung eine Signalverarbeitung und Offsetkompensation. Ein Offset tritt in der Regel bei handelsüblichen Magnetfeldsensoren auf und ist meist eine Folge von Schwankungen in der Umgebungstemperatur oder von Fertigungstoleranzen. Eine Kompensation führt meist zu einer deutlichen Steigerung der Genauigkeit einer Sensoranordnung. Die Signalverarbeitungseinrichtung verfügt dazu beispielsweise über geeignete Mittel, um ein Current Spinning zu erlauben und entsprechende Berechnungen durchzuführen. Ferner erlaubt die Signalverarbeitungseinrichtung entsprechend Offset kompensierte Sensorsignale am Signalausgang abzugreifen und mit einer Position einer relativ zur Sensoranordnung bewegbaren Magnetfeldquelle in Verbindung zu bringen.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anpassungsschaltung ein Vergleichsmittel, das das Minimalsignal mit einer unteren Messgrenze und das Maximalsignal mit einer oberen Messbereichsgrenze vergleicht. Das Vergleichsmittel ist beispielsweise als ein Komparator oder eine geeignete Logik ausgeführt.
• Der Messbereich der Sensoranordnung lässt sich mit Hilfe der unteren und oberen Messbereichsgrenze charakterisieren. Beispielsweise kann so ein linearer Messbereich der Sensoranordnung definiert werden. Ein geeignetes Vergleichsmaß ist beispielsweise jeweils eine Differenz zwischen dem Minimalsignal und der unteren Messgrenze beziehungsweise dem Maximalsignal und der oberen Messbereichsgrenze. Der Vergleich mittels des Vergleichsmittels erfolgt bevorzugt beim Einschalten der Sensoranordnung. Dazu kann beispielsweise die bewegbare Magnetfeldquelle entlang der Bewegungsachse zu einer Minimal- und Maximalposition verfahren werden und an den jeweiligen Positionen das Minimal- und Maximalsignal gemessen werden.
• Vorteilhafterweise kann der Magnetfeldsensor durch die Anpassungsschaltung so betrieben werden, dass der Messbereich in höherem Maße ausgenutzt wird. Insbesondere kann das Korrektursignal in Abhängigkeit des Vergleichs generiert werden.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anpassungsschaltung eine Schaltvorrichtung, die zwischen erstem Magnetfeldsensor und dem ersten Kombinationsmittel gekoppelt ist.
• Die Schaltvorrichtung ist dazu eingerichtet, aus Sensorsignalen des Magnetfeldsensors ein erstes und zweites Phasensignal zu generieren. Das erste und zweite Phasensignal wird beispielsweise durch einen Wechsel der Elektroden des Magnetfeldsensors erhalten. Die Anpassungsschaltung generiert dann das Korrektursignal in Abhängigkeit des ersten und zweiten Phasensignals. Auf diese Weise wird ein so genanntes Current Spinning realisiert.
• Mit Hilfe des ersten und zweiten Phasensignals lässt sich in der darauffolgenden Signalverarbeitung in der Sensoranordnung eine Offsetkompensation durchführen. Für handelsübliche Magnetfeldsensoren, wie etwa Hallelemente, ist es bekannt, dass diese in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen und der Umgebungstemperatur einen Offset aufweisen. Dadurch generiert der Magnetfeldsensor auch bei nicht anliegendem Magnetfeld ein von Null verschiedenes Sensorsignal. Für genaue Positionsmessungen mit Hilfe einer Sensoranordnung ist es jedoch vorteilhaft, den Offset zu korrigieren und so höhere Genauigkeiten zu erzielen. Dazu wird beispielsweise eine als Current Spinning bekannte Methode angewandt. Dabei wird aus dem ersten und zweiten Phasensignal ein Offset rechnerisch bestimmt.
• In einer weiteren Ausführungsform wird das Korrektursignal zeitlich synchron zum ersten und zweiten Phasensignal des ersten Magnetfeldsensors gebildet. Dazu werden die Anpassungsschaltung und die Schaltvorrichtung synchronisiert. Auf Basis der Phasensignale kann die Magnetfeldkennlinie des Magnetfeldsensors so verschoben werden, dass sie optimal in den Messbereich der Sensoranordnung passt.
• Vorteilhafterweise lässt sich die Schaltvorrichtung in doppelter Weise zum einen für die Offsetkompensation, aber zudem auch für die Anpassung des Messbereichs bzw. der Auflösung der Sensoranordnung verwenden. Das synchrone Invertieren führt somit zu einer besonders vorteilhaften Verschiebung des Messbereichs, die keinen Einfluss auf die Linearität der Magnetfeldkennlinie hat.
• In einer weiteren Ausführungsform weist die Sensoranordnung mindestens den ersten Magnetfeldsensor und einen zweiten Magnetfeldsensor auf. Darüber hinaus umfasst die Sensoranordnung ein Auswahlmittel, das sowohl mit dem ersten und zweiten Magnetfeldsensor gekoppelt ist.
• Mit dem ersten oder zweiten Magnetfeldsensor werden beispielsweise in Abhängigkeit einer zur Sensoranordnung bewegbaren Magnetfeldquelle entsprechende Sensorsignale über den Messbereich der Sensoranordnung gemessen. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Minimalsignal und ein Maximalsignal des ersten oder zweiten Magnetfeldsensors innerhalb des Messbereichs der Sensoranordnung festzustellen. Dies kann beispielsweise zu gegebenen Positionen der bewegbaren Magnetfeldquelle entlang einer Bewegungsachse geschehen. In Abhängigkeit des Minimal- und Maximalsignals des ersten oder zweiten Magnetfeldsensors wird der erste oder zweite Magnetfeldsensor ausgewählt. Dies erfolgt dadurch, dass das Auswahlmittel den ersten oder zweiten Magnetfeldsensor mit dem ersten Kombinationsmittel koppelt.
• Vorteilhafterweise ist es mittels des Auswahlmittels möglich, einen der beiden Magnetfeldsensoren, beispielsweise während einer Initialisierung beim Start der Sensoranordnung, für eine folgende Messung auszuwählen. Der Vergleich mit dem Minimalsignal und dem Maximalsignal ermöglicht dabei, diese Auswahl mit Hinblick auf einen optimalen Messwertbereich durchzuführen. So kann die Auswahl in Abhängigkeit des Minimal- und Maximalsignals beispielsweise berücksichtigen, dass der lineare Anteil der Magnetfeldkennlinie des ersten oder zweiten Magnetfeldsensors möglichst linear innerhalb des Messbereiches zu liegen kommt. Auf diese Weise ist es möglich, mechanische Intoleranzen und andere Störfaktoren zu reduzieren und somit die Empfindlichkeit beziehungsweise Auflösung der Sensoranordnung zu verbessern.
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Recheneinheit mittels der Schnittstelle an das Auswahlmittel gekoppelt.
• Die Signalverarbeitungseinrichtung generiert auf Basis von Sensorsignalen ein Ausgangssignal, welches bevorzugt am Signalausgang bereitgestellt wird. Entsprechend können auch das Minimal- und Maximalsignal am Signalausgang ausgegeben werden. Die Recheneinheit verarbeitet die Ausgangssignale beziehungsweise das Minimal- und Maximalsignal nach Vorgabe oder Eingriff eines Benutzers. Als Folge dieser Verarbeitung wählt das Auswahlmittel, beispielsweise mittels eines Steuersignals, den ersten oder zweiten Magnetfeldsensor aus.
• Alternativ kann das Auswahlmittel auch über entsprechende Mittel verfügen, die Auswahl des ersten oder zweiten Magnetfeldsensors ohne die Recheneinheit beziehungsweise einen externen Eingriff eines Benutzers vorzunehmen. Dazu ist das Auswahlmittel bevorzugt mit dem Signalausgang der Signalverarbeitungseinrichtung gekoppelt und wird in Abhängigkeit des Minimal- und Maximalsignals die Auswahl vornehmen.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Auswahlmittel ein Vergleichsmittel, welches das Minimalsignal mit einer unteren Messbereichsgrenze und das Maximalsignal mit der oberen Messbereichsgrenze vergleicht. Beispielsweise umfasst das Vergleichsmittel einen Komparator oder eine geeignete Logik.
• Vorteilhafterweise lässt sich der Messbereich der Sensoranordnung mit Hilfe der unteren und oberen Messbereichsgrenze charakterisieren. Beispielsweise kann so ein linearer Messbereich der Sensoranordnung definiert werden. Der Vergleich und damit die Auswahl des ersten oder zweiten Magnetfeldsensors erfolgt bevorzugt beim Einschalten der Sensoranordnung. Dazu kann beispielsweise die bewegbare Magnetfeldquelle entlang der Bewegungsachse zu einer Minimal- und Maximalposition verfahren werden und an den jeweiligen Positionen des Minimal- und Maximalsignals gemessen werden. Auf diese Weise ist eine schnelle und unkomplizierte Zweipunktkalibrierung möglich.
• Alternativ kann eine komplette Magnetfeldkennlinie gemessen und/oder in einen geeigneten Speicher abgelegt werden. Diese Magnetfeldkennlinie kann dann zu Kalibrierungszwecken abgerufen werden.
• In einer weiteren Ausführungsform weist das erste Kombinationsmittel eingangsseitig einen Signalverstärker auf.
• Mit dem Signalverstärker wird das unter Umständen geringe Sensorsignal verstärkt oder auch in eine andere elektrische Größe umgewandelt. Bevorzugt wird der Signalverstärker ein Sensorsignal in einen Messstrom umwandeln und verstärken.
• In einer weiteren Ausführungsform ist jeweils der erste und zweite Magnetfeldsensor mit je einer Schaltungsvorrichtung verbunden.
• Jede der Schaltungsvorrichtungen ist dazu eingerichtet Phasensignale des ersten beziehungsweise zweiten Magnetfeldsensors abzuleiten, um diese der Signalverarbeitungseinrichtung zur weiteren Signalverarbeitung zuzuführen.
• Des Weiteren können auch mehr als zwei Magnetfeldsensoren mit jeweils entsprechenden Schaltungsvorrichtungen vorgesehen sein.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Signalverarbeitungseinrichtung einen Analog/Digital-Konverter, der mit dem Signaleingang verbunden ist. Ferner umfasst die Signalverarbeitungseinrichtung einen Funktionsbaustein, der mit einem Ausgang des Analog/Digital-Konverters verbunden ist. Mit diesem Ausgang des Analog/Digital-Konverters ist zudem eine Offsetkompensationseinrichtung verbunden. Die Offsetkompensationseinrichtung ist zudem mit dem Offsetausgang verbunden. Ein Digital/Analog-Konverter koppelt den Offsetausgang mit dem ersten Kombinationsmittel.
• Die Signalverarbeitungseinrichtung verarbeitet die Sensorsignale des ersten oder zweiten Magnetfeldsensors. Dazu werden zunächst mittels des Analog/Digital-Konverters die Sensorsignal digitalisiert. Der Funktionsbaustein ist dazu eingerichtet, aus den Sensorsignalen oder den Phasensignalen des ersten oder zweiten Magnetfeldsensors ein Ausgangssignal abzuleiten. Aus diesem Ausgangssignal lässt sich beispielsweise die Position einer bewegbaren Magnetfeldquelle bestimmen. Die Offsetkompensationseinrichtung ist dazu eingerichtet, aus den Sensorsignalen oder ersten und zweiten Phasensignalen des ersten oder zweiten Magnetfeldsensors ein Offsetsignal abzuleiten. Dieses Offsetsignal wird durch den Digital/Analog-Konverter in ein analoges Offsetsignal gewandelt und mittels des ersten Kombinationsmittels den Sensorsignalen oder Phasensignalen überlagert.
• Vorteilhafterweise ermöglicht die Signalverarbeitungseinrichtung eine Offsetkompensation durch Rückführung der Sensorsignale beziehungsweise Phasensignale. Das auf diese Weise generierte Offsetsignal wird den Sensorsignalen so überlagert, dass ein Offset berücksichtigt und kompensiert werden kann. Das entsprechende Ausgangssignal, wie es durch den Funktionsbaustein bereitgestellt wird, ist dann von Offseteinflüssen, bereinigt.
• In einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Sensoranordnung werden ein Minimalsignal und ein Maximalsignal eines Magnetfeldsensors über einen Messbereich festgestellt. Ferner wird ein Korrektursignal in Abhängigkeit des Minimalsignals und des Maximalsignals generiert. Sensorsignale des Magnetfeldsensors werden mit dem Korrektursignal korrigiert. Ein so korrigiertes Sensorsignal wird von der Sensoranordnung abgegeben.
• Vorteilhafterweise lässt sich mit Hilfe des Korrektursignals eine Verbesserung des Messbereiches und damit der Auflösung der Sensoranordnung realisieren. Beispielsweise ist der erste Magnetfeldsensor so angeordnet, dass der Messwertbereich unter Umständen noch nicht geeignet ausgenutzt ist. So kann es passieren, dass gerade an den Randbereichen eine der Endpositionen außerhalb des Messbereichs zu liegen kommt. Das kann mit dem Korrektursignal ausgeglichen werden, indem der Messwertbereich des Magnetfeldsensors verschoben wird.
• Nach einer weiteren Ausführungsform wird das Korrektursignal in Abhängigkeit von dem Vergleich des Minimalsignals und einer unteren Messbereichsgrenze und des Maximalsignals mit einer oberen Messbereichsgrenze generiert.
• Mit Hilfe der unteren und oberen Messbereichsgrenze wird ein linearer Messbereich der Sensoranordnung charakterisiert. Es ist daher vorteilhaft, auch das Korrektursignal auf diese Vergleichsgrößen zu beziehen. Auf diese Weise lässt sich der Messbereich der Sensoranordnung so einstellen, dass er möglichst linear ist und Sensorsignale dabei innerhalb des Messbereiches bleiben.
• Nach einer weiteren Ausführungsform wird das Korrektursignal in Abhängigkeit von einem ersten und einem zweiten Phasensignal des ersten Magnetfeldsensors generiert. Das erste und zweite Phasensignal ergeben sich beispielsweise aus einem Current Spinning der Sensorsignale des Magnetfeldsensors mittels einer geeigneten Schaltvorrichtung.
• Vorteilhafterweise lassen sich die Phasensignale in doppelter Weise für die Offsetkompensation und das Korrektursignal verwenden. Auf Basis der Phasensignale kann die Magnetfeldkennlinie des Magnetfeldsensors so verschoben werden, dass sie jeweils optimal in den Messbereich des ersten Magnetfeldsensors passt.
• Nach einer weiteren Ausführungsform wird das Korrektursignal in Abhängigkeit von dem ersten und zweiten Phasensignal mittels eines synchronen Invertierens generiert.
• Die Phasensignale entstehen beispielsweise durch Wechsel der Elektroden des Magnetfeldsensors und sind so in ihrer Polarität unterschiedlich. Ihr Betrag ist jedoch derselbe. Das Korrektursignal wird so synchron zu den Phasensignalen invertiert.
• In einer weiteren Ausführungsform einer Sensoranordnung wird das Minimal- und das Maximalsignal des ersten und eines zweiten Magnetfeldsensors innerhalb des Messbereichs festgestellt. Das Minimalsignal und das Maximalsignal werden mit vorher festgelegten Vergleichswerten verglichen. In Abhängigkeit des Vergleichens des Minimalsignals und des Maximalsignals mit den festgelegten Vergleichswerten wird der erste oder zweite Magnetfeldsensor ausgewählt.
• Vorteilhafterweise ist es mittels des Vergleichs von Minimalsignal und Maximalsignal möglich, eine Auswahl eines Magnetfeldsensors mit Hinblick auf einen optimalen Messwertbereich durchzuführen. So kann die Auswahl in Abhängigkeit des Minimal- und Maximalsignals beispielsweise berücksichtigen, dass die Sensorsignale des ersten oder zweiten Magnetfeldsensors möglichst linear zur Position der Magnetfeldquelle innerhalb des Messwertbereiches sind. Auf diese Weise ist es möglich, mechanische Intoleranzen und andere Störfaktoren zu reduzieren und somit die Empfindlichkeit beziehungsweise Auflösung der Sensoranordnung zu verbessern. Bevorzugt wird das Verfahren bei der Initialisierung der Sensoranordnung durchlaufen.
• In einer weiteren Ausführungsform umfassen die festgelegten Vergleichswerte je eine untere Messbereichsgrenze und eine obere Messbereichsgrenze.
• Vorteilhafterweise lässt sich der Messbereich der Sensoranordnung mit Hilfe der unteren und oberen Messbereichsgrenze charakterisieren. Beispielsweise kann so ein linearer Messbereich der Sensoranordnung definiert werden. Dazu kann beispielsweise eine bewegbare Magnetfeldquelle entlang der Bewegungsachse zu einer minimalen und maximalen Position verfahren und an den jeweiligen Positionen das Minimal- und Maximalsignal gemessen werden. Auf diese Weise ist eine schnelle und unkomplizierte Kalibrierung eines möglichst linearen Messbereiches möglich.
• Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Elemente tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
• Es zeigen:
• 1A eine Sensoranordnung mit einem Magnetfeldsensor und einer bewegbaren Magnetfeldquelle, sowie einen charakteristischen Verlauf der gemessenen Magnetfeldstärke,
• 1B eine Magnetfeldkennlinie als Funktion der Magnetfeldstärke für einen Messbereich,
• 2 ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung nach dem vorgestellten Prinzip,
• 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
• 4A, 4B, 4C, 4D eine beispielhafte Funktionsweise einer Anpassungsschaltung einer Sensoranordnung nach dem vorgeschriebenen Prinzip,
• 5A, 5B, 5C eine beispielhafte Funktionsweise einer Auswahlschaltung einer Sensoranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, und
• 6 ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung nach 2 mit einer Recheneinheit nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
• 2 zeigt eine Sensoranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Sensoranordnung umfasst einen ersten Magnetfeldsensor SM1, vorzugsweise ein Hall-Element. Der erste Magnetfeldsensor SM1 ist über eine erste Schaltvorrichtung SW1 an einen ersten Signalverstärker A gekoppelt. Dieser Signalverstärker A ist mit einem ersten Kombinationsmittel ADD1 verbunden. Ausgangsseitig ist das Kombinationsmittel ADD1 mit einem Analog/Digital-Wandler ADC verbunden. Der Analog/Digital-Wandler ADC ist über einen Ausgang mit einem Funktionsbaustein POS und einer Offsetkompensation OFF verbunden. Die Offsetkompensation OFF ist über einen Integrator INT, einem zweiten Kombinationsmittel ADD2 und einem Digital/Analog-Konverter DAC mit dem ersten Kombinationsmittel ADD1 gekoppelt.
• Der erste Magnetfeldsensor SM1 generiert ein erstes Sensorsignal S1, das beispielsweise abhängig ist von der Position einer relativ zur Sensoranordnung entlang einer Bewegungsachse X bewegbaren Magnetfeldquelle N, S. Bevorzugt werden während einer Initialisierungsroutine beim Start der Sensoranordnung ein Maximalsignal und ein Minimalsignal mittels der Signalverarbeitungseinrichtung PROC festgestellt. Dazu wird beispielsweise die relativ zur Sensoranordnung bewegbare Magnetfeldquelle N, S über ihren Bewegungsbereich zwischen zwei Endpositionen XMIN, XMAX verfahren. An den jeweiligen Endpositionen XMIN, XMAX der Bewegung werden Sensorsignale aufgenommen und bilden so das Minimalsignal MIN und Maximalsignal MAX. In Abhängigkeit des Minimalsignals MIN und Maximalsignals MAX erfolgt eine weitere Signalverarbeitung und optimierter Betrieb des Magnetfeldsensors SM1. Dies wird mit Bezug auf die 4A bis 4D bzw. 5A bis 5C weiter diskutiert. Die dort beschriebene Signalverarbeitung erfolgt bevorzugt nachdem die Verstärkung der Sensoranordnung eingestellt wurde und in den folgenden Schritten konstant bleibt.
• Das Sensorsignal S1 ist in der Regel mit einem Offset behaftet. Dieser Offset tritt auch ohne äußeres Magnetfeld beispielsweise durch Temperatur und Prozessvariationen in dem verwendeten Magnetfeldsensor SM1 selbst auf. Ein solcher Offset ist beispielsweise bei Hall-Elementen bekannt und Gegenstand zahlreicher Methoden und Maßnahmen, ihn zu kompensieren. So ist es für Hall-Elemente bekannt, den Offset mit einer Technik zu kompensieren, die als „Current Spinning” bekannt ist.
• Mit Hilfe der Schaltvorrichtung SW1 wird ein Current Spinning realisiert. Der Schaltvorrichtung SW1 umfasst dabei alle notwendigen Komponenten, um etwa einen Hallstrom in seiner Richtung durch den Magnetfeldsensor SM1 zu ändern. Dies wird durch wechselndes Umschalten von Elektroden des Magnetfeldsensors SM1 erreicht und generiert so beispielsweise zwei Phasensignale VPH1, VPH2. Diese entsprechen beispielsweise zwei Sensorsignalen S1 unterschiedlicher Polarität. Ein Offset lässt sich auf dieser Basis herausrechnen.
• Über den Signalverstärker A und das erste Kombinationsmittel ADD1 werden die zwei Phasensignale VPH1, VPH2 dem Analog/Digital-Konverter ADC zugeführt und dort in digitale Signale umgewandelt. Aus den zwei nun digitalen Phasensignalen VPH1, VPH2 wird dann in der Offsetkompensation OFF ein Offset für den Magnetfeldsensor SM1 festgestellt. Dieser wird beispielsweise durch Summieren der zwei Phasensignale VPH1, VPH2 berechnet: OFF =YPH1 + VPH2.
• Der Offset wird über den Integrator INT mittels des Digital/Analog-Wandler DAC in ein analoges Signal gewandelt und über das erste Kombinationsmittel ADD1 den zwei verstärkten Phasensignalen VPH1, VPH2 des Magnetfeldsensors SM1 so zugeführt, dass sich der Offset kompensiert.
• Die vom Analog/Digital-Konverter ADC digitalisierten Sensorsignale S1 beziehungsweise die zwei Phasensignale VPH1, VPH2 werden zudem zur Bestimmung einer Position der bewegbaren Magnetfeldquelle N, S einem Funktionsbaustein POS zugeführt. Durch geeignete Signalverarbeitung wird ein Positionswert abgeleitet. Dazu werden beispielsweise die zwei Phasensignale VPH1, VPH2 subtrahiert: VOUT = VPH1 – VPH2 ∝ X.
• Das so abgeleitete Differenzsignal bzw. Ausgangssignal VOUT aus den beiden Phasensignalen VPH1, VPH2 ist einer Position X der Magnetfeldquelle N, S proportional.
• Die Signalverarbeitungseinrichtung PROC ist ferner dazu eingerichtet, ein Minimalsignal MIN und ein Maximalsignal MAX des Magnetfeldsensors SM1 über den Messbereich FSR festzustellen. Die Anpassungsschaltung DSPL generiert ein Korrektursignal COR in Abhängigkeit des Minimal- und Maximalsignals MIN, MAX. Die Funktionsweise der Anpassungsschaltung DSPL wird mit Bezug auf die 4A bis 4D weiter beschrieben.
• 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die 3 zeigt die Sensoranordnung nach 2, die zudem einen Sensorarray aus einem ersten, zweiten und dritten Magnetfeldsensor SM1, SM2, SM3 umfasst. Jeder der Magnetfeldsensoren SM1, SM2, SM3 ist jeweils mit einer ersten, zweiten und dritten Schaltvorrichtung SW1, SW2, SW3 verbunden. Ausgangsseitig sind die erste, zweite und dritte Schaltvorrichtung SW1, SW2, SW3 mit dem Signalverstärker A verbunden. Ein Auswahlmittel MOV ist zudem mit der ersten, zweiten und dritten Schaltvorrichtung SW1, SW2, SW3 gekoppelt.
• Jeweils der erste, zweite und dritte Magnetfeldsensor SM1, SM2, SM3 generiert ein Sensorsignal S1, S2, S3, die beispielsweise abhängig sind von der Position einer relativ zur Sensoranordnung entlang einer Bewegungsachse X bewegbaren Magnetfeldquelle N, S. Diese Sensorssignale S1, S2, S3 werden den entsprechenden Schaltvorrichtungen SW1, SW2, SW3 zugeführt. In den Schaltvorrichtungen SW1, SW2, SW3 wird wie mit Bezug auf 2 erläutert ein Current Spinning realisiert. So wird für den ersten, zweiten, dritten Magnetfeldsensor SM1, SM2, SM3 je ein Satz aus je zwei Phasensignalen VPH1, VPH2 generiert. Welche der je zwei Phasensignale VPH1, VPH2 dem Signalverstärker A zuführt werden, wird mittels der Auswahlschaltung MOV bestimmt. Die genaue Funktionsweise der Auswahlschaltung MOV wird mit Bezug auf die 5A bis C weiter diskutiert.
• Das Auswahlmittel MOV steuert bevorzugt in Abhängigkeit vom Minimal- und Maximalsignal MIN, MAX die Schaltvorrichtungen SW1, SW2, SW3 und erwirkt so die Auswahl eines der Magnetfeldsensoren SM1, SM2, SM3. Auf diese Weise lassen sich die Schaltvorrichtungen SW1, SW2, SW3 in doppelter Weise sowohl für das Current Spinning, wie auch für die folgende Signalverarbeitung nutzen.
• Alternativ können andere Anzahlen als drei Magnetfeldsensoren vorgesehen werden. Möglich ist u. a. ein Sensorarray aus Magnetfeldsensoren, die entlang einer Linie oder in einer Matrix angeordnet sind. Auch ist es denkbar, nur zwei Magnetfeldsensoren vorzusehen.
• Vorteilhafterweise können die Abstände der Magnetfeldsensoren für eine gegebene Anwendung so gewählt werden, dass sie eine weitere Verbesserung der Auflösung der Sensoranordnung ermöglichen.
• Die 4A bis 4D illustrieren die Funktionsweise der Anpassungsschaltung DSPL einer Sensoranordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
• Dabei zeigt die 4A ein Ausgangssignal VOUT des ersten Magnetfeldsensors SM1 aufgetragen gegen die Position der Magnetfeldquelle N, S entlang der Bewegungsachse X. Das Ausgangssignal VOUT des Magnetfeldsensors SM1 ergibt eine Magnetfeldkennlinie BCH. Ziel der Sensoranordnung und Anpassungsschaltung DSPL ist es, zwischen den Endpositionen XMIN, XMAX der Magnetfeldquelle N, S innerhalb der Messbereichsgrenzen FSRMIN, FSRMAX zu bleiben. Idealerweise füllt diese Magnetfeldkennlinie BCH den kompletten Messbereich FSR der Sensoranordnung aus. Auf diese Weise ist eine hohe Verstärkung innerhalb des Bewegungsbereiches XMIN, XMAX beziehungsweise des Messbereiches FSR möglich und führt damit zu einer hohen Auflösung der Sensoranordnung.
• Der beschriebene Idealfall tritt in der 4A jedoch nicht auf. Ein erster Messpunkt 1 auf der Magnetfeldkennlinie BCH charakterisiert das Minimalsignal MIN, also das Ausgangssignal VOUT des Magnetfeldsensors SM1 an der Position XMIN der Magnetfeldquelle N, S. Ein zweiter Messpunkt 2 an der Magnetfeldkennlinie BCH beschreibt das Maximalsignal MAX, also das Ausgangssignal VOUT des Magnetfeldsensors SM1 an der Position XMAX. Wie in der 4A deutlich zu sehen ist, liegt der erste Messpunkt 1 außerhalb des Messbereichs FSR. Zwar liegt der zweite Messpunkt 2 innerhalb des Messbereichs FSR, jedoch füllt die Magnetfeldkennlinie BCH diesen nicht optimal aus, d. h. es gibt einen Abstand zwischen dem Maximalsignal MAX und einer oberen Messbereichsgrenze FSRMAX. Idealerweise sollten der erste Messpunkt 1 die Werte XMIN, FSRMIN und der zweite Messpunkt die Werte XMAX, FSRMAX aufweisen. Dabei bezeichnet FSRMIN eine untere Messbereichsgrenze.
• 4B zeigt die Ausgangsspannung VOUT des ersten Magnetfeldsensors SM1 an den Endpositionen XMIN, XMAX aufgetragen gegen die Zeit t. Die Abbildung zeigt die ideale lineare Magnetfeldkennlinie BLIN und die gemessene oder reale Magnetfeldkennlinie BCH. Diese Magnetfeldkennlinie BCH wird in Folge des Current Spinning entsprechend einer ersten und zweiten Phase invertiert und ist als invertierte Magnetfeldkennlinie BCH' eingezeichnet. Die korrespondierenden Phasensignale VPH1, VPH2 beziehungsweise die Magnetfeldkennlinie BCH und die invertierte Magnetfeldkennlinie BCH' lassen sich mit Mitteln, wie etwa Komparatoren, mit der unteren und oberen Messwertbereichgrenze FSRMIN, FSRMAX vergleichen.
• 4C zeigt ein Korrektursignal COR aufgetragen gegen die Zeit t. Auf Basis der Magnetfeldkennlinie BCH und der invertierten Magnetfeldkennlinie BCH' beziehungsweise den Phasensignalen VPH1, VPH2 lässt sich im Bewegungsbereich XMIN, XMAX durch Vergleich mit der unteren und oberen Messwertbereichgrenze FSRMIN, FSRMAX ein Korrektursignal COR bestimmen. Dieses kann im gesamten Bewegungsbereich XMIN, XMAX, das heißt auf die gesamte Magnetfeldkennlinie BCH angewandt werden. Dies erfolgt beispielsweise durch Addition. Dabei wird das Korrektursignal COR zeitlich synchron zur ersten und zweiten Phase bzw. den Phasensignalen VPH1, VPH2 des Current Spinning invertiert. Das Vorzeichen des Korrektursignals COR kann auch durch Umkehrung der Phasenbeziehung der ersten und zweiten Phase geändert werden.
• 4D zeigt das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors SM1 gemessen nach dem ersten Kombinationsmittel ADD1 und aufgetragen gegen die Zeit t. Das Korrektursignal COR erzeugt beispielsweise durch Addition zu den Phasensignalen VPH1, VPH2 eine korrigierte Kennlinie. Dies resultiert darin, dass sowohl die Magnetfeldkennlinie BCH und die invertierte Magnetfeldkennlinie BCH' oder aber die entsprechenden zwei Phasensignale VPH1, VPH2 entlang der Achse des Ausgangssignals VOUT verschoben werden.
• Vorteilhafterweise ist es mit Hilfe der Anpassungsschaltung DSPL möglich eine Verschiebung der Magnetfeldkennlinie BCH in kleinen Stufen durchzuführen. Durch den Vergleich mit der unteren und oberen Messwertbereichgrenze FSRMIN, FSRMAX lässt sich die Verschiebung so durchführen, dass die Magnetfeldkennlinie BCH den Messbereich FSR optimal abdeckt. Das erlaubt eine verbesserte Verstärkung und damit Auflösung der Sensoranordnung. Des Weiteren wird die Linearität der Magnetfeldkennlinie BCH nicht beeinflusst.
• Die Sensoranordnung lässt sich auch mit mehr als einem Magnetfeldsensor, wie in 3 beschrieben, betreiben. 5A zeigt dazu die Ausgangsspannung VOUT eines Magnetfeldsensors SM1, SM2, SM3 einer Sensoranordnung mit einem ersten, zweiten und dritten Magnetfeldsensor SM1, SM2, SM3 aufgetragen gegen die Position entlang der Bewegungsachse X der bewegbaren Magnetfeldquelle N, S. Im vorliegenden Fall ist der zweite Magnetfeldsensor SM2 mittels der Auswahlschaltung MOV ausgewählt und die Magnetfeldkennlinie BCH zeigt dessen Magnetfeldkennlinie BCH an.
• In diesem Fall liegt die Magnetfeldkennlinie BCH ideal zwischen den Positionen XMIN, XMAX und fällt mit einer idealen linearen Magnetfeldkennlinie zusammen. Die Messpunkte 1, 2 liegen zudem auf den oberen und unteren Messbereichsgrenzen FSRMIN, FSRMAX. In diesem optimalen Fall ist die höchste Auflösung der Sensoranordnung beziehungsweise die höchste Verstärkung möglich.
• Aufgrund von Fertigungstoleranzen und in Folge mechanischer Einflüsse ist dies jedoch nicht immer der Fall. Ziel der Auswahlschaltung MOV ist es daher, einen möglichst großen linearen Bereich der Magnetfeldkennlinie BCH in den Messbereich FSR innerhalb des Bewegungsbereiches XMIN, XMAX zu platzieren. Mit anderen Worten sollen der erste Messpunkt 1 die Werte XMIN, FSRMIN beziehungsweise der zweite Messpunkt 2 die Werte XMAX, FSRMAX aufweisen.
• 5B zeigt einen Fall, in dem die Magnetfeldkennlinie BCH zwischen den Positionen XMIN, XMAX nicht linear und den Messbereich FSR nicht optimal abdeckt. Dies ist insbesondere am ersten und zweiten Messpunkt 1, 2 deutlich. Am ersten Messpunkt 1 kommt die Magnetfeldkennlinie BCH nicht auf der idealen linearen Magnetfeldkennlinie BLIN zu liegen und weicht ebenso von der unteren Messbereichgrenze FSRMIN ab. Am zweiten Messpunkt 2 ist die Magnetfeldkennlinie BCH zwar parallel zur idealen linearen Magnetfeldkennlinie BLIN, aber an einer Ausgangsspannung VOUT, die unter der oberen Messbereichsgrenze FSRMAX liegt.
• Um eine höhere Verstärkung beziehungsweise höhere Auflösung der Sensoranordnung zu erzielen, wird mittels der Auswahlschaltung MOV ein anderer der Magnetfeldsensoren SM1, SM2, SM3, beispielsweise der erste Magnetfeldsensor SM1, ausgewählt. Wie in 5C zu sehen, ist beispielsweise der erste Magnetfeldsensor SM1 besser geeignet, das heißt seine Magnetfeldkennlinie BCH zeigt zwischen den Endpositionen XMIN, XMAX einen größeren Grad an Linearität. Mit anderen Worten wird also mit dem Auswahlmittel MOV ein Magnetfeldsensor SM1, SM2, SM3 ausgewählt, der einen optimalen linearen Bereich der Magnetfeldkennlinie BCH aufweist. Dies kann beispielsweise während der Initialisierung der Sensoranordnung durchgeführt werden.
• Vorteilhafterweise durch die Kombination der Anpassungsschaltung DSPL und der Auswahlschaltung MOV eine weitere Verbesserung der Verstärkung und damit Auflösung der Sensoranordnung erzielen. Beispielsweise kann mittels des Auswahlmittels MOV der Magnetfeldsensor SM1, SM2, SM3 ausgewählt, der die höchste Auflösung erzielen kann. Da jedoch die Magnetfeldsensoren stets einen Abstand zueinander aufweisen, wird unter Umständen die Magnetfeldkennlinie BCH des gewählten Magnetfeldsensors den Messbereich FSR nicht vollends ausfüllen. Eine weitere und feinere Optimierung übernimmt dann die Anpassungsschaltung DSPL durch Verschieben der Magnetfeldkennlinie BCH.
• Auch ein umgekehrtes Vorgehen ist denkbar, bei der die Anpassungsschaltung DSPL ein Verschieben der Magnetfeldkennlinie BCH vornimmt. Stößt diese beispielsweise an gewisse systembedingte Grenzen, so könnte die Auswahlschaltung MOV einen anderen Magnetfeldsensor wählen und die Anpassungsschaltung DSPL erneut ihre Anpassung vornehmen.
• 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung nach 2 mit einer Recheneinheit COMP nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Zusätzlich zu den in 2 gezeigten Komponenten umfasst die Sensoranordnung eine Recheneinheit COMP, die mit der Signalverarbeitungseinrichtung PROC mittels eines Signalausgangs OUT verbunden ist. Ferner ist die Recheneinheit COMP mittels einer Schnittstelle an die Anpassungsschaltung DSPL gekoppelt. Die Recheneinheit COMP umfasst beispielsweise einen Mikroprozessor oder eine geeignete integrierte Schaltung, wie einen ASIC (ASIC: Application Specific Integrated Circuit).
• Die Signalverarbeitungseinrichtung PROC generiert auf Basis von Sensorsignalen das Ausgangssignal VOUT, welches bevorzugt am Signalausgang OUT bereitgestellt wird. Entsprechend können auch das Minimal- und Maximalsignal MIN, MAX am Signalausgang OUT ausgegeben werden. Die Recheneinheit COMP verarbeitet die Ausgangssignale VOUT beziehungsweise das Minimal- und Maximalsignal MIN, MAX nach Vorgabe oder Eingriff eines Benutzers. Als Folge dieser Verarbeitung generiert die Anpassungsschaltung DSPL das Korrektursignal COR.
• In einem weiteren nicht gezeigten und alternativen Ausführungsbeispiel kann die Anpassungsschaltung DSPL auch über entsprechende Mittel verfügen, das Korrektursignal COR ohne die Recheneinheit beziehungsweise einen externen Eingriff eines Benutzers vorzunehmen. Dazu ist die Anpassungsschaltung DSPL bevorzugt mit dem Signalausgang OUT der Signalverarbeitungseinrichtung PROC gekoppelt und wird in Abhängigkeit des Minimal- und Maximalsignal MIN, MAX die Auswahl selbstständig vornehmen.
• In einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst eine Sensoranordnung nach 3 zusätzlich die Recheneinheit COMP. Diese ist entsprechend mit der Signalverarbeitungseinrichtung PROC mittels des Signalausgangs OUT verbunden. Zudem ist die Recheneinheit COMP mittels einer weiteren Schnittstelle an das Auswahlmittel MOV gekoppelt.
• Bezugszeichenliste

1

erster Messpunkt

2

zweiter Messpunkt

ADD1

erstes Kombinationsmittel

ADD2

zweites Kombinationsmittel

B

Magnetfeldstärke

B0

Magnetfeldursprung

BCH

Magnetfeldkennlinie

BCH'

invertierte Magnetfeldkennlinie

BLIN

ideale lineare Magnetfeldkennlinie

BMIN

Minimum der Magnetfeldstärke

BMAX

Maximum der Magnetfeldstärke

BX

Magnetfeldfunktion

COMP

Recheneinheit

COR

Korrektursignal

DSPL

Anpassungsschaltung

FSR

Messbereich

FRSMIN

untere Messbereichsgrenze

FSRMAX

obere Messbereichsgrenze

IN

Signaleingang

MOV

Auswahlmittel

MIN

Minimalsignal

MAX

Maximalsignal

N

Magnetpol

OUT

Signalausgang

OUTOFF

Offsetausgang

PROC

Signalverarbeitungseinrichtung

ROM

Speicher

S

Magnetpol

S1

erstes Sensorsignal

S2

zweites Sensorsignal

S3

drittes Sensorsignal

SM1

erster Magnetfeldsensor

SM2

zweiter Magnetfeldsensor

SM3

dritter Magnetfeldsensor

SW1

erste Schaltvorrichtung

SW2

zweite Schaltvorrichtung

SW3

dritte Schaltvorrichtung

t

Zeit

VPH1

erstes Phasensignal

VPH2

zweites Phasensignal

X

Bewegungsachse

Claims (11)

1. Sensoranordnung, umfassend: – mindestens einen Magnetfeldsensor (SM1), – eine Signalverarbeitungseinrichtung (PROC), die dazu eingerichtet ist, ein Minimalsignal (MIN) und ein Maximalsignal (MAX) des Magnetfeldsensors (SM1) über den Messbereich (FSR) der Sensoranordnung festzustellen, – eine Anpassungsschaltung (DSPL), die dazu eingerichtet ist, ein Korrektursignal (COR) in Abhängigkeit des Minimal- und Maximalsignals (MIN, MAX) zu generieren, und – ein erstes Kombinationsmittel (ADD1), welches eingangseitig den ersten Magnetfeldsensor (SM1) mit der Anpassungsschaltung (DSPL) koppelt und ausgangsseitig den ersten Magnetfeldsensor (SM1) mit einem Signalausgang (OUT) der Signalverarbeitungseinrichtung verbindet.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, bei der – die Signalverarbeitungseinrichtung (PROC) mittels des Signalausgangs (OUT) mit einer Recheneinheit (COMP) verbunden ist, und – die Recheneinheit (COMP) mittels einer Schnittstelle an die Anpassungsschaltung (DSPL) gekoppelt ist.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der – die Signalverarbeitungseinrichtung (PROC) einen Signaleingang (IN), den Signalausgang (OUT) und einen Offsetausgang (OUTOFF) aufweist, und – ein zweites Kombinationsmittel (ADD2) eingangsseitig den Offsetausgang (OUTOFF) und die Anpassungsschaltung (DSPL) koppelt und ausgangsseitig mit dem ersten Kombinationsmittel (ADD1) verbunden ist.
4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Anpassungsschaltung (DSPL) ein Vergleichsmittel umfasst, das das Minimalsignal (MIN) mit einer unteren Messbereichsgrenze (FSRMIN) und das Maximalsignal (MAX) mit einer oberen Messbereichsgrenze (FSRMAX) vergleicht.
5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der – eine Schaltvorrichtung (SW1) zwischen den ersten Magnetfeldsensor und dem ersten Kombinationsmittel (ADD1) gekoppelt ist und eingerichtet ist, ein erstes und zweites Phasensignal (VPH1, VPH2) des ersten Magnetfeldsensors (SM1) abzuführen, und – die Anpassungsschaltung (DSPL) dafür eingerichtet ist, das Korrektursignal (COR) in Abhängigkeit des ersten und zweiten Phasensignals (VPH1, VPH2) zu generieren.
6. Sensoranordnung nach Anspruch 1 bis 5, bei der das Korrektursignal (COR) synchron zum ersten und zweiten Phasensignal (VPH1, VPH2) invertiert wird.
7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: – ein Sensorarray aus mindestens dem ersten Magnetfeldsensor (SM1) und einem zweiten Magnetfeldsensor (SM2), und – ein Auswahlmittel (MOV) mittels dessen in Abhängigkeit des Minimal- und Maximalsignals (MIN, MAX) der erste oder zweite Magnetfeldsensor (SM1, SM2) auswählbar ist.
8. Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordung, umfassend: – Feststellen eines Minimalsignals (MIN) und eines Maximalsignals (MAX) eines Magnetfeldsensors (SM1) über einen Messbereich (FSR) der Sensoranordnung, – Generieren eines Korrektursignals (COR) in Abhängigkeit des Minimalsignals (MIN) und des Maximalsignals (MAX), und – Korrigieren von Messsignalen (S1) des Magnetfeldsensors (SM1) mit dem Korrektursignal (COR).
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem – das Minimalsignal (MIN) mit einer unteren Messbereichsgrenze (FSRMIN) und das Maximalsignal (MAX) mit einer oberen Messbereichsgrenze (FSRMAX) verglichen wird, und – das Korrektursignal (COR) in Abhängigkeit von dem Vergleich des Minimalsignals (MIN) mit der unteren Messbereichsgrenze (FSRMIN) und des Maximalsignals (MAX) mit der oberen Messbereichsgrenze (FSRMAX) generiert wird.
10. Verfahren nach einem Anspruch 8 oder 9, bei dem das Korrektursignal (COR) in Abhängigkeit von einem ersten und einem zweiten Phasensignal (VPH1, VPH2) des Magnetfeldsensors (SM1) generiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Korrektursignal (COR) synchron zum ersten und zweiten Phasensignal (VPH1, VPH2) des Magnetfeldsensors (SM1) invertiert wird.

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