DE3639208A1 - Magnetoresistiver sensor zur abgabe von elektrischen signalen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem magnetoresistiven Sensor zur Abgabe von elektrischen Signalen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, an einem in einem feststehenden Magnetfeld angeordneten magnetoresistiven Sensor einen Zahnkranz vorbei zu bewegen. Dadurch wird die Richtung der Magnetisierung im Sensor beeinflußt. Dabei wird aber nur die in der Sensorebene liegende Komponente des Magnet­ feldes zur Signalerzeugung verwendet, und nicht die insgesamt zur Verfügung stehende Feldstärke ausgenutzt, so daß der meßbare Effekt gering ist. Deshalb kann nur bei kleinen Arbeitsluftspalten gearbei­ tet werden, die bei Temperaturen bis ca. 200°C in der Größenordnung von 0,5 bis 3,5 mm liegen. Ferner ist für verschiedene Zahnkränze auch eine unterschiedliche Geometrie der Sensoren notwendig. Die Positionierung von Sensor und Magneten zueinander ist kompliziert. Insbesondere kann die Temperaturabhängigkeit der Brückenmittenspan­ nung nur durch sehr genaue Positionierung innerhalb in der Praxis verwendbarer Toleranzen gehalten werden. Ferner ist der Sensor sehr empfindlich gegen Schwingungen, die die Meßsignale stark verfälschen können. Wird der Sensor in ein Kraftfahrzeug eingebaut, so treten oft Schwingungsfrequenzen auf, die im Signalbereich des Sensors lie­ gen können und ihn für diese Messungen dadurch unbrauchbar machen. Der Sensor kann so nicht für einen festen Einbau bei Antiblockier­ systemen für Kraftfahrzeuge verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß kein zusätzlicher, als Zahnkranz ausgebildeter Körper am Sensor vorbeibewegt werden muß. Da sich der Sensor ständig im homogenen Bereich des Magnetfel­ des befindet und die Richtung des Magnetfeldes während der Bewegung vollständig geändert wird, sind über einen großen Meß- und Tempera­ turbereich gut auswertbare Signale erhältlich. Abhängig von der Stärke der verwendeten Magnete sind Arbeitsluftspalte bis ca. 25 mm möglich. Der Sensor ist in einem Temperaturbereich von -50°C bis +200°C, sogar ohne Verstärkung der Meßsignale, einsetzbar. Insbe­ sondere für die Anwendung im Kfz-Bereich ist dieser große Tempera­ turbereich besonders vorteilhaft. Aufgrund des großen homogenen Ma­ gnetfeldes ist eine einfache Positionierung des Sensors zum Magneten möglich. Es reicht deshalb bereits eine ungenaue Positionierung im Millimeterbereich aus. Schwingungen des Gesamtsystems Sensor/Magnet bleiben ohne Einfluß auf das Meßsignal, solange die maximale Schwingungsamplitude die Größe des homogenen Magnetfeldes nicht überschreitet. Außerdem treten keine sogenannten Offsetspannungen und Offsetspannungsdriften, die durch den Aufbau des Sensors verur­ sacht werden können, auf. Ein fester Einbau des Sensors bei Anti­ blockiersystemen von Kraftfahrzeugen ist möglich. Selbst wenn der Sensor um die Sensor-Magnet-Achse verdreht wird oder der Sensor und der Magnet zueinander verkippt sind oder der Sensor im homogenen Ma­ gnetfeldbereich verschoben wird, treten nahezu keine Signalverände­ rung mehr auf. Der beim Stand der Technik verwendete Zahnkranz wird durch einen verhältnismäßig kleinen und einfach einbaubaren Magneten ersetzt. Der Sensor hat dadurch eine geringe Masse, ein geringes Trägheitsmoment und eine kleine Bauweise, so daß er billig her­ stellbar und einfach einsetzbar ist.

Durch eine besondere Magnetgeometrie können zusätzliche Signalinfor­ mationen erhalten werden. Ferner können auch Beschleunigungen detek­ tiert werden. Dadurch ist eine einfache Kombination einer Anti­ schlupf- und Antiblockierregelung möglich. Durch die besondere Ma­ gnetgeometrie können mehrere Sensoren in einem Magnetfeldvolumen un­ tergebracht werden. Sind die einzelnen Sensorelemente verschiedenen Bewegungen zugeordnet, so können durch die Auswertung der Phasenbe­ ziehung mehrere Bewegungen simultan gemessen werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. Insbesondere sind hier vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Anwendungsfälle beschrieben.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung am Beispiel magnetoresistiver Sensoren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 je eine schema­ tische Darstellung des Meßprinzips,

Fig. 3 eine Definition des Ju­ stierbereichs,

Fig. 4 den Verlauf der Spannung U abhängig vom Ver­ drehwinkel α bei verschiedenen Phasenbeziehungen ϕ,

Fig. 5 den Verlauf der Spannung U abhängig vom Abstand a bei verschiedenen Temperaturen,

Fig. 6 und 7 je ein Ausführungsbeispiel für angetrie­ bene Achsen,

Fig. 8 bis 10 je ein Ausführungsbeispiel für nicht angetriebene Achsen,

Fig. 11 und 12 je eine Anwendung als Durchflußmesser,

Fig. 13 Diagramme und eine Auswerteschaltung für einen Sensor,

Fig. 14 Diagramme und eine Auswerteschaltung für zwei Sensoren,

Fig. 15, 16 je eine Anordnung der Sensoren und der Aus­ werteschaltung auf einem gemeinsamen Träger und

Fig. 17 eine besondere Anordnung mit einem beweglichen und einem unbeweglichen Sensor, wobei die Sensoranzahl nicht auf zwei beschränkt bleiben muß.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist an einer Welle 10 ein Per­ manentmagnet 11 drehfest angeordnet, in dessen Magnetfeld H sich mit einem Abstand a ein Sensor 13 befindet. Auf einer Stirnseite des Sensors 13 sind vier Widerstände 14 unter einem Winkel von 90° zu­ einander angeordnet. Sie sind zu einer Brückenschaltung 15 mitein­ ander verschaltet. Die Widerstände 14 sind auf einem etwa quadra­ tischen Bereich des Substrates des Sensors 13 in jeweils einen der vier Quadranten aufgebracht. Die Enden der Widerstände 14 sind mit Anschlußdrähten 16 zur Spannungsversorgung und zum Abgriff einer Meßspannung kontaktiert. Eine relativ große Meßspannung erhält man an einer Brückenschaltung 15 immer dann, wenn sich die diagonal ge­ genüberliegenden Widerstände 14 der Brückenschaltung 15 in gleicher Richtung und die in ein- und demselben Brückenzweig liegenden Wider­ stände 14 in entgegengesetzter Richtung verändern. Dies wird er­ reicht, wenn die Bahnen 17 der Widerstände 14 in ihrer Längsrichtung zu den Bahnen der benachbarten Widerstände 14 um 90° gedreht sind. Die Widerstände 14 verlaufen parallel bzw. bei Hall-Sensoren senk­ recht zum Magnetfeld H.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Permanentmagnet 11 in einer an der Welle 10 befestigten Halterung 20 angeordnet. Es ist möglich, einen oder mehrere Permanentmagnete 11 vorzusehen. Ent­ scheidend ist aber in allen Fällen, daß der Permanentmagnet 11 ei­ nen möglichst großen homogenen Magnetfeldbereich in der Umgebung des Sensors 13 hat. Durch diese Maßnahme ist ein sicherer und störungs­ freier Betrieb in Kraftfahrzeugen möglich. Nach Fig. 3 ist hierzu der maximal mögliche Justierbereich 21 eingezeichnet. Durch den ver­ hältnismäßig großen homogenen Magnetfeldbereich wird eine gleich­ mäßige Aussteuerung der Widerstände 14 des Sensors 13 in dem großen Justierbereich 21 gewährleistet. Selbstverständlich kann ein solch großer Magnetfeldbereich statt mit Permanentmagneten 11 auch mit stromdurchflossenen Feldspulen erzeugt werden. Die Widerstände 14 sind vorzugsweise dünne Magnetschichten aus Permalloy, Ni₈₀Co₂₀ oder amorphen Ferromagnetica. Ferner sind Feldplatten, Hall-Elemen­ te, Magnetdioden oder -transistoren einsetzbar. Die gezeigten Anord­ nungen sind dann derart zu ändern, daß die Sensoren bei wenigstens einem Drehwinkel maximal ausgesteuert werden können.

Wird der Magnet 11 gleichförmig gedreht, so wird im Sensor 13 eine Spannung mit einem sinusähnlichen Verlauf erzeugt, dessen Frequenz gleich der Frequenz der Drehbewegung ist. Änderungen dieser Dreh­ frequenz, z. B. durch Beschleunigungen, rufen eine Änderung der Si­ gnalfrequenz hervor und ermöglichen so eine Beschleunigungsmessung. Bei Kraftfahrzeugen kann dies z. B. zur Messung des Radschlupfes bei zu starken Beschleunigungen ausgenutzt werden. Die Phasenlage ϕ des Sensorsignals U, welches durch Drehung des Magneten 11 um den Win­ kel α entsteht, ist gegeben durch den Verdrehwinkel β des Sensors bezogen auf eine feste Referenz, die hier durch die Vertikale V in Fig. 4 gekennzeichnet ist.

In Fig. 4 sind das Sensorsignal und die dazugehörigen Verdrehwinkel und Phasenlagen gezeigt. Bezüglich der festen Referenz V wird der Sensor in 45°-Schritten verdreht. Der jeweilige Verlauf der Meßspan­ nung U über den Drehwinkel α ist dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der Verlauf der Meßspannung U jeweils um 45° nach rechts, d. h. zum positiven Bereich hin, verschoben ist.

Aus Fig. 5 ist der Verlauf der Meßspannung U abhängig vom Abstand a zwischen dem Sensor 13 und dem Permanentmagneten 11 bei verschiede­ nen Temperaturen entnehmbar. Es ist die Meßspannung bei Temperaturen von 25°C bis 200°C eingezeichnet. Aus der Fig. 5 ist erkennbar, daß bei den beiden sehr unterschiedlichen Temperaturen 25° und 200°C sogar bei einem Abstand von ca. 15 mm noch eine Meßspannung von über ca. 100 Millivolt (mV) meßbar ist. Bei dem als Stand der Technik genannten Sensor mit einem Zahnkranz ist bei diesen großen Abständen a keine noch mit einfachen und im Kfz-Bereich verwendbaren Mitteln meßbare Spannung erzeugbar. Beim Stand der Technik führt die durch den Zahnkranz hervorgerufene Verzerrung aller Komponenten des den Sensor aussteuernden Magnetfeldes lediglich zu einer Signalände­ rung, die durch die Variation der Komponente des Magnetfeldes verur­ sacht wird, in welcher der Sensor sensitiv ist. Wegen der geringen Magnetfeldänderungen muß auch das erzielbare Sensorsignal dem Betrag nach gering ausfallen. Bei dem erfindungsgemäßen Sensor hingegen wird das Magnetfeld in seiner Gesamtheit homogen belassen und nicht verzerrt, sondern in der magnetfeldempfindlichen Ebene des Sensors gedreht. Damit ändern sich lediglich die x-, y-Komponenten, während die z-Komponente erhalten bleibt. Das resultierende Feld in der xy-Ebene bleibt dem Betrag nach erhalten.

In Fig. 6 ist ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für einen Drehzahlsensor, insbesondere für Antiblockiersysteme bei Kraftfahrzeugen, dargestellt. Besonders problematisch gestaltet sich wegen der baulichen Verhältnisse die direkte stirnseitige Montage auf der sich drehenden Gelenkwelle 25, wie es in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Um diese Problematik zu lösen, ist am radseitigen Ende eine Verzahnung 26 an der Gelenkwelle 25 eines Kraftfahrzeuges ausgebildet. Mit Hilfe eines Zahnriemens 27 wird die Drehbewegung der Gelenkwelle 25 auf eine zweite Welle 28 übertragen. Zur Erhöhung der Signalfrequenz kann gleichzeitig auch eine Übersetzung in höhere Drehzahlen vollzogen werden, indem an der zweiten Welle 28 eine kleinere Verzahnung 29 ausgebildet ist. Die zweite Welle 28 ist in zwei Kugellagern 30 gelagert und von einem Gehäuse 31 abgekapselt. Auf der der Verzahnung 29 abgewandten Stirnseite der zweiten Welle 28 ist in einem verbreiterten Endbereich 32 der Welle 28 eine Längs­ nut 33 ausgebildet. In dieser Längsnut 33 ist der Permanentmagnet 11, wie in Fig. 6a näher dargestellt, angeordnet. Dem Permanentma­ gneten 11 ist direkt gegenüber an einer Aufhängung 34 der oben be­ schriebene Sensor 13 zugeordnet. Vom Sensor 13 führen die Anschluß­ drähte 16 über einen Stecker 35 zu einer nicht dargestellten Auswer­ teschaltung. Es ist aber auch möglich, mehrere Sensoren, wie in Fig. 15 bzw. 17 dargestellt, einzubauen. Als Sensor 13 können verwen­ det werden, magnetfeldempfindliche Dünnschichtsensoren aus Permalloy oder aus dem FeNiCo-System, Feldplatten oder Elemente mit induktiv arbeitenden Sensoren und magnetfeldempfindliche Dioden oder Transi­ storen.

Im Unterschied zu Fig. 6 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 der Sensor 13 nicht im Bereich des Rades, sondern am gegenüberlie­ genden Ende der Gelenkwelle 25 im Bereich des aus Übersichtlich­ keitsgründen nicht dargestellten Differentialgehäuses angeordnet. In diesem Bereich ist die Schüttelbeanspruchung und die Hitzeentwick­ lung weniger stark, und der Sensor 13 kann mit einfacheren Mitteln abgekapselt werden. Der Aufbau des Sensors 13 entspricht wieder der der Fig. 6. Die Ausbildungen nach Fig. 6 und 7 eignen sich beson­ ders für die Bestimmung der Drehzahl der angetriebenen Räder eines Kraftfahrzeuges.

Bei nicht angetriebenen Rädern ist eine Ausbildung nach den Fig. 8, 9, 10 möglich. Hierzu ist in einer Längsbohrung 40 der Radlager­ achse 41 eine Welle 42 angeordnet. Die Radlagerachse 41 ist in zwei Kugellagern 43 im Radkörper 44 gelagert. Mit Hilfe eines Flansches 45 ist die Radlagerachse 41 am Achskörper 46 befestigt. Die Welle 42 ist mit Hilfe eines Kugellagers 47 im Achskörper 46 gelagert, und ragt mit diesem Ende in das Innere des Achskörpers 46. An diesem En­ de der Welle 42 befindet sich eine Verzahnung 48 und ein Zahnriemen 49, der die Drehbewegung der Welle 42 auf die Meßeinrichtung 50 überträgt, die der der Ausbildung nach Fig. 6 oder 7 entspricht. Das andere Ende der Welle 42 ragt in eine sogenannte Fettkappe 52 des Radkörpers 44 hinein. An diesem Ende befindet sich eine Steck­ kupplung 53, deren Gegenstück 54 am Gehäuse der Fettkappe 52 ange­ ordnet ist.

Mit Hilfe der Steckkupplung 53 wird die Drehbewegung des Radkörpers 44 über die Fettkappe 52 auf die Welle 42 übertragen. Von dort wird die Drehbewegung durch den Zahnriemen 49 zur Meßeinrichtung 50 wei­ tergeleitet und in der bereits oben beschriebenen Weise bestimmt.

In der Ausbildung nach Fig. 9 ist es möglich, auf den Zahnriemen 49 zu verzichten. Dabei ist der Permanentmagnet 11 direkt an dem dem Achskörper 46 zugewandten Ende der Welle 42 angeordnet. In einem Ge­ häuse 57 befindet sich der Sensor 13, der dem Permanentmagneten 11 direkt zugewandt ist, und mit dem er in der oben beschriebenen Weise in Wirkverbindung steht. Das Gehäuse 57 ist drehfest am Achskörper 46 befestigt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 ist der Sensor 13 in der Rad­ mutter 59 der Radlagerachse 41 angeordnet. Dem Sensor 13 gegenüber ist an der Innenseite der Fettkappe 52 der Permanentmagnet 11 be­ festigt. Im Unterschied zu den Fig. 8 und 9 kann auf die Welle 42 zur Übertragung der Drehbewegung verzichtet werden. Durch die Längs­ bohrung 40 werden die Anschlußdrähte 16 über eine Steckverbindung 58 ins Innere des Achskörpers 46 geführt. Wie auch in den bisherigen Ausführungsbeispielen entspricht die Drehbewegung des Permanentma­ gneten 11 der Drehbewegung des Radkörpers 44 und steht mit dem dreh­ fest angeordneten Sensor 13 in Wirkverbindung.

Außer zur Messung der Drehzahl von Rädern bei Kraftfahrzeugen kann die Meßeinrichtung auch allgemein zur Bestimmung der Drehzahl von Motoren verwendet werden. Es ist auch eine indirekte Bestimmung der Durchflußmenge über die Drehzahl möglich. Hierzu wird, wie in Fig. 11 dargestellt, in einem Durchflußkanal 60 ein Flügelrad 61 angeord­ net. Die Achse 62 des Flügelrads 61 ist mit Hilfe von Kugellagern 63 im Gehäuse des Durchflußkanals 60 gelagert und weist an einer Stirn­ seite den Permanentmagneten 11 auf. Der Sensor 13 ist an der Innen­ seite einer Kappe 64 drehfest angeordnet, die zugleich auch den Per­ manentmagneten 11 abkapselt.

Der Permanentmagnet 11 kann sich aber beispielsweise auch im durch­ strömenden Medium, das sogar aggressiv sein kann, befinden oder so klein ausgebildet sein, daß er keine Störung des durchströmenden Me­ diums hervorruft. Der Permanentmagnet 11 befindet sich dabei, wie in Fig. 12 gezeigt, in der Halterung 67 der Achse 62. Der Sensor 13 ist an der Außenwand des Durchflußrohrs 60 angebracht und stört da­ durch nicht die Meßbedingungen. Ferner ist der Sensor 13 auch frei von jedem Angriff durch das durchströmende Medium. Dieses Medium mag z. B. gasförmig oder flüssig sein. Auch kann der Durchflußmesser zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit verwendet werden. Abhängig von der Geschwindigkeit bzw. von der durchströmenden Menge dreht sich das Flügelrad 61 mit einer unterschiedlichen Drehzahl. Diese Dreh­ zahl wird aufgrund der Wirkverbindung zwischen dem Permanentmagneten 11 und dem Sensor 13 in der oben beschriebenen Weise bestimmt und über Eichungen einer entsprechenden Mengenangabe zugeordnet.

Befinden sich zwei magnetfeldempfindliche Sensorelemente in dem gleichen homogenen Magnetfeld H eines rotierenden Magneten 11, so entspricht der Winkel zwischen beiden Sensoren 13 der in Fig. 4 dargestellten Phasenverschiebung ϕ der zugeordneten Sensorsignale. Die Messung der Phasenverschiebung ϕ ermöglicht die Bestimmung der Relativbewegung beider Sensoren. Dabei ist aber darauf zu achten, daß die Verdrehgeschwindigkeit der Sensoren 13 wesentlich kleiner ist als die Rotationsgeschwindigkeit des Magneten 11. Der Magnet 11 sollte nahezu mit konstanter Geschwindigkeit rotieren, d. h. die Ge­ schwindigkeitsänderung des Magneten 11 sollte wesentlich kleiner sein als die Verdrehgeschwindigkeit der Sensoren 13 gegeneinander.

Diese Phasenbeziehung ϕ kann zur Erhöhung der Signalfrequenz eines Drehzahlgebers ausgenutzt werden. Der Drehzahlgeber besteht dann, wie in Fig. 14 dargestellt, aus mehreren gegeneinander verdrehten Sensoren 13, die als Vollbrücke oder als Halbbrücke ausgebildet sein können. Wichtig ist dabei, daß sich die gegeneinander verdrehten Sensoren 13 alle auf einem gemeinsamen Substrat 70 und in dem gleichen sich drehenden, homogenen Magnetfeld H befinden. Diese For­ derung kann sehr vorteilhaft durch den Einsatz der Dünnschichttech­ nik erfüllt werden. Zusätzlich ist der Verdrehwinkel der Sensoren zueinander mit der in dieser Technologie eingesetzten Maskentechnik sehr genau einstellbar. Die Sensoren 13 erzeugen Meßsignale, die um den Winkel ϕ zwischen den Sensoren 13 phasenverschoben sind. Werden diese Signale in einer digitalen Auswerteschaltung 71 ausgewertet, so erhält man durch deren logische Verknüpfungen ein höherfrequentes Ausgangssignal als nur bei einem einzigen Sensor 13.

Zur Erklärung des Meßprinzips und der Auswerteschaltung 71 bzw. 72 wird in Fig. 13 die Auswertung des Meßsignals mit nur einem Sensor 13 beschrieben. Wird der Sensor 13 mit einem Drehwinkel α relativ zum Magnetfeld H bewegt, so wird an der Stelle a der in Fig. 13a dargestellte sinusförmige Verlauf der Ausgangsspannung U über den Drehwinkel α erzeugt. Dieses Meßsignal wird einem Schmitt-Trigger 73 zugeführt, so daß an der Stelle b, der Signalverlauf der Fig. 13b entsteht. Anschließend wird das Signal in einer Parallelschal­ tung einem Verzögerungsglied 74, das den in Fig. 13d beschriebenen Verlauf erzeugt, und einem inversen Glied 75 zugeführt, das den in Fig. 13c dargestellten Verlauf erzeugt. Die Signale der Stellen c und d werden in einem EXOR-Gatter 76 miteinander verknüpft, so daß man die Impulse der Fig. 13e erhält. Pro vollständiger Umdrehung des Magneten 11 ergeben sich zwei vollständige Schwingungen, die in vier auszuwertende Impulse digitalisiert werden können. Mit Hilfe zusätzlicher EXOR-Gatter 76 könnte das Signal weiter unterteilt wer­ den, um eine noch höhere Impulszahl zu erzielen. Dabei ist aber dar­ auf zu achten, daß die nachfolgenden Impulse immer von der Exaktheit und der von der Genauigkeit des zeitlichen Eintreffens der vorher­ gehenden Impulse abhängen. Einmal vorhandene Fehler würden sich so­ mit auf alle nachfolgenden Impulse fortpflanzen.

In Fig. 14 sind die Diagramme und die Auswerteschaltung für zwei Sensoren 13 dargestellt, die gegeneinander um 45° verdreht auf dem Substrat 70 angeordnet sind. Die Sensoren 13 können relativ zuein­ ander nach der Vorschrift b = 90°/n angeordnet werden, wobei n der Anzahl der Sensoren 13 entspricht. Die von den Sensoren 13 erzeugten Signale, die in Fig. 14a und b dargestellt sind, werden jeweils ei­ nem Schmitt-Trigger 73 zugeführt. Die dadurch entstehenden Impulse, wie in Fig. 14c und d gezeigt, werden durch ein EXOR-Glied 76 mit­ einander verknüpft. Mit Hilfe eines Verzögerungselements wird die Impulsanzahl verdoppelt und in einem zweiten EXOR-Glied 76 mit dem Impuls aus Fig. 14e verknüpft. Mit Hilfe eines zusätzlichen Verzö­ gerungselementes 74 kann die Anzahl der Impulse nochmals verdoppelt werden. Die Reihenfolge der so gewonnenen Impulse ist aus Fig. 14f bis i entnehmbar.

Allgemein läßt sich sagen, daß jeder Sensor 13 pro Magnetumdrehung um a = 360° zwei, wie in Fig. 13b dargestellte, Impulse liefert. Von diesen zwei Impulsen ist jeweils die Vorder- und die Hinterflan­ ke auswertbar. Damit erhält man also vier Zählergebnisse. Durch eine Verzögerungseinheit 74 je Sensorelement wird die Zahl der Zählergeb­ nisse verdoppelt. Zu der oben angegebenen Formel β = 90°/n ist zu bemerken, daß die ersten 90° einer Winkelumdrehung bereits die ge­ samte Information des Drehvorgangs enthalten. Die Sensoren 13 brauchen deshalb lediglich zwischen 0° und 90° zueinander verdreht zu werden, um dann anschließend mit Hilfe einer logischen Auswerte­ schaltung 71 und invertierenden Gliedern die gewünschte Anzahl an Impulsen zu erhalten.

Die Sensoren 13 und die Auswerteschaltung 71 bzw. 72 und Logikschal­ tungen können auf einem gemeinsamen Träger bzw. Chip 80 integriert werden. Der Träger 80 in Fig. 15 besteht aus einem Substrat 81 und aus einer Isolierschicht 82. Wie in Fig. 16 dargestellt, ist es auch möglich, zur weiteren Auswertung der Impulse einen dazu notwen­ digen Mikroprozessor 83 und einen elektronischen Speicher 84 (EPROM) auf dem Träger 80 anzuordnen. Es befinden sich dort auch die An­ schlüsse (I/O) 85. Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß die elek­ tronischen Bausteine nicht an bestimmte Orte auf dem Träger 80 ge­ bunden sind, sondern abhängig von der speziellen Verwendung den Sen­ soren 13 zugeordnet werden können.

Die Phasenbeziehung ϕ zweier zueinander verdrehter Sensoren hat ei­ ne weitere Anwendung. Es kann die überlagerte Drehbewegung bzw. der Winkel in einem rotierenden Magnetfeld gemessen werden. In Fig. 17 wird ein Sensor 90 hierbei fest angeordnet und erzeugt dadurch ein Referenzsignal. Die übrigen Sensoren 91 werden relativ zum Sensor 90 bewegt. Der Magnet 11 wird ebenfalls wie bisher gedreht. Dadurch lassen sich sowohl die Winkel- und die Drehbewegung messen, als auch können unterschiedliche Winkelpositionen kontrolliert angefahren werden. Man erhält die gewünschte Position dann durch Messung der Phasenlage der Sensoren 90 und 91. Abhängig von der Anzahl der Sen­ soren 91 kann eine dementsprechende Anzahl von Positionen einge­ stellt werden. Eine zu bestimmende lineare Bewegung kann, wie in Fig. 17b gezeigt, über ein Ritzel 92 oder eine Zahnstange in eine Drehbewegung übertragen werden. Diese kann dann über die Phasenbe­ ziehung zwischen dem Sensor 91 und dem Referenzsensor 90 ausgewertet werden. Es wäre auch möglich, die in Fig. 17 dargestellte Anordnung spiegelbildlich auszubilden und somit zu verdoppeln. Dadurch können insbesondere Temperatureinflüsse kompensiert und die Meßgenauigkeit erhöht werden.

Claims (14)

1. Magnetoresistiver Sensor (13) zur Abgabe von elektrischen Signa­ len aus magnetoresistiven, von einem Meßstrom durchflossenen Meß­ streifen (14), deren Widerstand sich in Abhängigkeit von der Ände­ rung mindestens einer Komponente eines Magnetfeldes (H) ändert, die mit der Stromrichtung in dem Meßstreifen (14) einen Winkel bildet, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens ein Sensor (13) aus­ schließlich im Bereich eines homogenen, möglichst großen Magnetfel­ des (H) mindestens eines Magneten (11) befindet, daß auf einem Sub­ strat des Sensors (13) mindestens zwei um jeweils 90° zueinander versetzt angeordnete Meßstreifen (14) sind und daß ausschließlich durch die relative Bewegung des Sensors (13) und des Magneten (11) zueinander das Magnetfeld (H) verändert und ein Meßsignal erzeugt wird.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (11) an einer die Drehbewegung übertragenden Welle (10) befestigt ist und daß der Sensor (13) ortsfest an einem Gehäuse (31) angeord­ net ist.

3. Sensor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (13) unter einem Phasenwinkel (ϕ) zum Magnetfeld (H) des Magneten (11) angeordnet ist.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Referenzsensor (90) feststehend und mindestens ein zweiter Sensor (91) beweglich im Magnetfeld (H) des Magneten (11) angeordnet sind und der Referenzsensor (90) und der Sensor (91) eine feste Phasenbeziehung (ϕ) zueinander aufweisen.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeden der beweglichen Sensoren (91) eine eigene Drehbewegung übertragen wird.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei angetriebenen Achsen (25) deren Drehbewegung mit Hilfe eines Zahnriemens (27) und verschiedener Verzahnungen (26, 29) auf eine zweite Welle (28) übertragen wird, und daß sich an einem Ende der zweiten Welle (28) mindestens ein Magnet (11) befindet, der mit mindestens einem Sensor (13) in Wirkverbindung steht.

7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (13) im Bereich des Differentialgetriebes der angetriebenen Achse (25) eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer nicht angetriebenen Achse (41) eine Längsbohrung (40) ausgebildet ist, in der sich eine Welle (42) befindet, mit deren Hilfe die Drehbewegung eines Körpers (44) über eine Steckkupplung (53) und einen Zahnriemen (49) auf eine zweite Welle (28) übertragen wird, und daß sich an einem Ende der Welle (28) mindestens ein Ma­ gnet (11) befindet, der mit mindestens einem Sensor (13) in Wirkver­ bindung steht.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer nicht angetriebenen Achse (41) eine Längsbohrung (40) ausgebildet ist, in der sich eine Welle (42) befindet, mit deren Hilfe und einer Steckkupplung (53) die Drehbewegung eines Körpers (44) übertragen wird und daß sich an einem Ende der Welle (42) min­ destens ein Magnet (11) befindet, der mit mindestens einem Sensor (13) in Wirkverbindung steht.

10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor (13) im Kopf einer nicht angetriebenen Achse (25) angeordnet ist und daß dieser Sensor (13) mit mindestens einem am Gehäuse eines drehenden Körpers (44) befindenden Magneten (11) in Wirkverbindung steht.

11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Körper das Rad (61) eines Durchflußmessers (60) ist.

12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßsignale jedes Sensors (13) mindestens einem Schmitt- Trigger (73) zugeführt werden und daß eine Auswerteschaltung (72) mindestens ein Verzögerungsglied (74) und mindestens ein EXOR-Glied (76) aufweist.

13. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Sensoren (13) und die Auswerteschaltung (72) auf einem gemeinsamen Träger (80) befinden.

14. Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Träger (80) ein Mikrocomputer (83) und ein elektronischer Speicher (84) befinden.