CONTROL CIRCUIT FOR AN INDUCTIVE SENSOR

Abstract: A control circuit is proposed for an inductive sensor (1), in particular a distance sensor. During a measurement, the sensor is connected to a voltage source (10) via a current limiter (2) and a switch (3). The time from the application of a measurement voltage to the onset of the current limitation is evaluated by a microcomputer (5) and converted into the quantity measured by the sensor (1). To reduce the effects of temperature changes and the tolerance in the components in the control circuit, the voltage US applied to the sensor (1) is controlled to a constant value by means of a feed back line (11) to the controllable voltage source (10). <IMAGE>

Description: Ansteuerschaltung fUr einen induktiven Sensor Die Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuerschaltung fUr einen induktiven Sensor gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Mit einem solchen Sensor kann z.B. ein Weg gemessen werden. Bekannt sind Ausfuhrungen, in dem ein Eisenkern in eine Spule einschiebbar ist. Die hierdurch ver grösserte Induktivität der Spule wird mittels einer geeigneten elektrischen Schaltung erfasst und ausgewertet (DE-A 33 43 885). In der o.e. bekannten Schaltung, von der die Erfindung ausgeht, wird die Spule während eines Messvorganges an eine Konstantspannungsquelle angelegt. Hierzu ist der Spule ein strombegrenzender Schalter vorgeschaltet. Der Spulenstrom steigt dann bis zum Einsatz der Strombegrenzung an. Die Zeit vom Beginn des Spannungsimpulses bis zum Einsatz der Strombegrenzung wird durch einen Mikrocomputer ausgewertet. Sie ist ein Mass für die Induktivität der Spule bzw. für den Weg des Eisenkerns. Es hat sich nun in Versuchen herausgestellt, dass die Messgenauigkeit der bekannten Anordnung den Anforderungen nicht in allen Fällen genUgt. Insbesondere kann sich eine unerwünschte Temperaturabhängigkeit der Messung durch den im Stromkreis liegenden steuerbaren strombegrenzenden Schalter, der im allgemeinen Halbleiter enthält, zeigen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerschaltung für einen induktiven Sensor der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die Messgenauigkeit erhöht und insbesondere die Temperaturabhängigkeit verringert wird. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 enthaltene Erfindung gelöst. Die UnteransprUche enthalten zweckmässige Weiterbildungen der Erfindung. Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 eine Ansteuerschaltung für einen induktiven Sensor nach der Erfindung Fig. 2a bis 2d zugehörige Diagramme der auftretenden Ströme und Spannungen huber die Zeit. Die in Fig. 1 dargestelle erfindunggemµsse Schaltung hat den Zweck, einen induktiven Sensor 1 mit einer Mess Spannung zu beaufschlagen, wobei der dabei entstehende Strom infolge einer Strombegrenzung 2 nur auf einen festen Wert ansteigen kann. Die Zeit vom Einschalten der Mess-Spannung bis zum Einsatz der Strombegrenzung wird durch einen Mikrocomputer 5 gemessen und in den auszuwertenden Weg umgerechnet. Die Schaltung gemäss Fig. 1 besteht aus einer Spannungsquelle 10, die an eine Eingangsspannung UE von etwa 18 bis 30 V angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 10 ist durch einen Regler 6 regelbar. Sie wird als Regelspannung UR bezeichnet. Die Spannungsquelle 10 ist an eine Strombegrenzung 2 angeschlossen. Hier wird der Strom auf einen maximalen Wert von ImaX begrenzt, Die Strombegrenzung 2 ist Uber einen Schalter 3, der als Transistor ausgebildet ist, an den induktiven Sensor 1 angeschlossen. Durch den Sensor 1 fliesst der Strom i, und es fällt eine Spannung US ab. Der Schalter 3 (Basisanschluss) wird über eine Leitung 16 vom Mikrocomputer 5 angesteuert (Ausgang OUT). Die Spannung Us am Sensor 1 wird über eine Leitung 11 und den Regler 6 zum Steuereingang der Spannungsquelle 10 zurückgeleitet. Hierdurch wird die Spannung Us am Sensor 1 auf einen konstanten Wert geregelt. Es ist weiter ein Komparator 4 vorgesehen, dessen Ausgang über eine Leitung 12 mit einem Eingang (IN) des Mikrocomputers 5 verbunden ist. Der nicht invertierte Eingang 7 des Komparators 4 ist über einen Spannungsteiler 9, 15 an die Regelspannung UR angeschlossen. Der zweite, invertierte Eingang 8 des Komparators 4 ist an den Ausgang der Strombegrenzung 2 angeschlossen. Zur Aufnahme der Abschalt-Spannungsspitze am Sensor 1 dient eine Abschaltbegrenzung, die aus einer Zenerdiode 14 und einer entgegengesetzt gepolten Diode 13 besteht, und parallel zum Sensor 1 geschaltet ist. Anstelle des Mikrocomputers 5 kann auch eine andere, zeitmessende Schaltung vorgesehen sein. Als Strombegrenzung 2 und als Spannungsquelle 10 kann jeweils eine Schaltung mit dem gleichen IC, z.B. der Typ LM 317 der Firma National Semi Conductor, eingesetzt werden. Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltung in Verbindung mit den Diagrammen der Fig. 2 näher erläutert. Gemäss Fig. 2a gibt der Mikrocomputer 5 über die Leitung 16 (OUT) ein Messsignal ab, das zum Zeitpunkt to beginnt. Hierdurch wird der Schalter 3 geöffnet, und die Spannung Us am Sensor 1 steigt auf einen konstanten, durch die Spannungsquelle 10 geregelten Wert an. Da mit steigendem Strom i durch den Sensor 1 die Spannungsabfälle in der Strombegrenzung 2 und im Schalter 3 ansteigen, muss zur Kompensation dieser Spannungsabfälle die Regelspannung UR am Ausgang der Spannungsquelle 10 ebenfalls ansteigen, Im Ruhezustand vor dem Zeitpunkt t0 ist der Wert der Regelspannung UR etwa gleich dem Wert der Eingangsspannung UE (vergleiche Fig. 2b). Ab dem Zeitpunkt t0 steigt der Sensorstrom i gemäss einer e-Funktion an (Fig. 2c). Im Zeitpunkt t1 ist der Wert Imax erreicht, und die Strombegrenzung 2 beginnt, den Strom i auf den Wert ImaX zu begrenzen. Da der selbst induzierte Anteil der Spannung Us am Sensor 1 proportional der Ableitung des Stromes i ist, sinkt die Spannung U5 mit Einsetzen der Strombegrenzung zum Zeitpunkt t auf den Wert Imax ' Sensor. Da die Strombegrenzung 2 eine endliche Verstärkung aufweist, geht die Spannung Us nicht schlagartig auf diesen Wert. Es handelt sich um einen Regelvorgang, der im Mikrosekundenbereich liegt. Wenn die Spannung Us absinkt, geht die Regelspannung UR wieder auf den Wert UE hoch. Der erfolgte Einsatz der Strombegrenzung wird von der Schaltung nach Fig. 1 mit Hilfe des Komparators 4 erkannt. Dieser vergleicht mit dem Eingang 8 eine Spannung, die etwa der Sensorspannung Us entspricht, mit einer zweiten Spannung (Eingang 7), die der Regelspannung UR entspricht. Wie aus Fig. 2b hervorgeht, driften diese beiden Spannungen im Anschluss an t1 stark auseinander. Dieses Auseinanderdriften wird vom Komparator 4 erkannt, der daraufhin über die Leitung 12 einen Ausgangsimpuls auf den Eingang IN des Mikrocomputers 5 gibt (siehe Fig. 2d). Dieser Impuls erfolgt zum Zeitpunkt t2 und bewirkt einen Interrupt des Mikrocomputers 5. Der Mikrocomputer verzweigt in seinem Programm an eine Programmstelle, in dem der Mess- wert, d.h. die verstrichene Zeit von den Zeitpunkten t0 bis t2, abgespeichert wird. Dieser Messwert ist ein Mass für die Induktivität des Sensors 1 und damit für den Weg des Eisenkerns des Sensors. Im Anschluss an t2 wird die im Sensor 1 gespeicherte magnetische Energie über die aus den beiden Dioden 14 und 13 bestehende Abschaltbegrenzung vernichtet. Hier bei entsteht eine Abschaltspannung (siehe Fig. 2a), deren Maximum vom Wert der Zenerdiode 14 bestimmt wird. Hierdurch wird der Abschaltvorgang in an sich bekannter Weise beschleunigt, so dass die Anordnung im Anschluss daran für eine neue Messung bereit steht. Die Anordnung nach Fig. 1 ist auch zum Anschluss mehrerer Sensoren geeignet. Hierzu müssen lediglich der Sensor 1', der Schalter 3' und die Abschaltbegrenzung 13', 14' entsprechend mehrfach vorgesehen werden. Durch Anschluss der Leitungen 16' an verschiedene Ausgänge des Mikrocomputers 5 lassen sich die einzelnen Sensoren in gewünschter Reihenfolge nacheinander ansteuern bzw. abfragen. Der Hauptteil der Schaltung nach Fig. 1 braucht nur einmal vorgesehen zu werden. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Schaltung liegt darin, dass beim Einsatz der Strombegrenzung das Bezugspotential des Komparators 4 am nichtinvertierten Eingang 7 angehoben wird, wodurch das Umschalten des Komparators 4 beschleunigt wird. Hierdurch wird die Zeit von t1 bis t2 bis zum Interrupt des Mikrocomputers 5 verringert. Durch die gegenläufige Spannungsänderung in den Eingängen 7, 8 des Komparators 4 wird also der Einsatz der Strombegrenzung 2 besonders schnell erkannt. Hierdurch steigt die Genauigkeit der Wegmessung. Da als Messgrösse wie oben angegeben die Zeit zwischen Einschalten des Sensorstromes i und Erzeugen des Interrupts (t2) dient, diese Zeit Jedoch vom Absolutwert der angelegten Sensorspannung US abhängig ist, bringt die erfindungsgemässe Stabilisierung der Sensorspannung US einen Genauigkeitsgewinn. Schliesslich gehen die Toleranzen und die Temperaturab hängigkeiten der Restspannung des Strombegrenzers 2 und des Schalters 3 nicht als Messfehler ein, da sie vom Regler 6 ausgeregelt werden.

Claims: Patentansprüche: 1. Ansteuerschaltung für einen induktiven Sensor (1), mit einer Spannungsquelle (10), die während einer Messphase von einem Mikrocomputer (5) über eine Strom begrenzung (2) an den Sensor (1) gelegt wird, und mit einer Schaltung zur auswertung der Stromanstiegs zeit am Sensor (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung U5 am Sensor (1) auf einen konstanten Wert regelbar ist. 2. Ansteuerschalutng nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) die Spannungsquelle (10) ist steuerbar ausgebildet b) die Spannung US am Sensor (1) wird über eine Rückfuhrungsleitung (11) zum Steuereingang der Spannungsquelle (10) geleitet. 3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung der Strom anstiegszeit am Sensor (1) ein Komparator (4) vorge sehen ist, dessen nicht invertierter Eingang (7) über einen Spannungsteiler (9, 15) an der Spannungs quelle (10) liegt, dessen invertierter Eingang (8) über einen Schalter (3) am Sensor (1) liegt, und dessen Ausgang (12) am Mikrocomputer (5) liegt. 4. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass zur Auswertung weiterer Sensoren (1') lediglich der Schalter (3') und eine Abschalt begrenzung (13', 14') mehrfach vorhanden sind.

Inventors: GUDAT, WOLFGANG, DIPL.-ING., MEYER, DIETMAR, DIPL.-ING.
Applicants: WABCO WESTINGHOUSE FAHRZEUGBREMSEN GMBH
Application year: 1986
Main classification: G01D5
IPC codes: G01D5