DE19538163C1

DE19538163C1 - Rotation rate and rotation direction detection method e.g. for water meter

Info

Publication number: DE19538163C1
Application number: DE1995138163
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl Ing Rombach; Klaus Dipl Ing Stach; Lothar Dipl Ing Kuemmerlin; Franz Dipl Ing Bauer
Original assignee: WEHRLE E GmbH
Current assignee: WEHRLE E GmbH
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2015-10-14
Also published as: ES2119703B1; ES2119703A1

Abstract

The method uses a number of magnetic field sensor elements (2,3,4,5), positioned one after the other in the peripheral direction of a rotary magnetic field, supplying respective signals (S1,S2,S3,S4) to an evaluation processor (18), calculating the rotation rate and the rotation direction. The sensor elements are each provided with a magnetic field dependent electrical resistance (6,9,10,13) connected in series with a further resistance (7,8,11,12) for providing a voltage divider (15,16,20,21), the processor supplied with redundant phase-shifted measuring signals (M1,M2,M3,M4) provided by four electronic comparators (23,24,25,26).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahl- und Drehrichtungserkennung gemäß des Oberbegriffes des An spruches 1 sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchfüh rung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for speed and Direction of rotation detection according to the generic term of the An saying 1 and a circuit arrangement for implementation tion of this procedure.

Es sind Sensorsysteme zur Drehzahl-und Drehrichtungser kennung bekannt, bei welchen magnetoresistive, d. h. ma gnetfeldabhängige Sensoren Verwendung finden. Ein solcher Sensor weist wenigstens einen magnetfeldabhängigen Wider stand auf, dessen Impedanz sich in Abhängigkeit von der Stärke eines ihn umgebenden Magnetfeldes ändert. Zum Er zeugen eines Meßsignales können solche magnetfeldabhängi gen Widerstände in einer Vollbrücke zusammengeschaltet sein. Solche Vollbrückenschaltungen sind beispielsweise aus der DE 34 26 784 A1 oder der DE 36 05 178 A1 bekannt.There are sensor systems for speed and direction of rotation known in which magnetoresistive, d. H. ma find field-dependent sensors. Such a Sensor has at least one magnetic field dependent resistor got up, the impedance of which depends on the Strength of a surrounding magnetic field changes. To the Er Such a magnetic field can produce a measurement signal interconnected resistors in a full bridge be. Such full bridge circuits are, for example known from DE 34 26 784 A1 or DE 36 05 178 A1.

Zur Drehzahl- und Drehrichtungserkennung wird bei dieser Art Sensoren die Brückenspannung der Vollbrückenschaltung als Sensorsignal zur Auswertung herangezogen. Es sind da bei zur Drehrichtungserkennung zwei Sensorsignale notwen dig, welche von zwei Sensoren abnehmbar sind, die in ei nem rotierenden Magnetfeld in Umfangsrichtung hinterein ander angeordnet sind, wobei der Winkelversatz zwischen beiden Sensoren ungleich 180° sein muß. Eines der beiden Sensorsignale kann zur Drehzahlinformation herangezogen werden. Die Auswertung der beiden Sensorsignale erfolgt dabei mittels einer entsprechenden elektronischen Rechen einheit, welcher die Sensorsignale zugeführt werden. Um eine redundante Drehzahl- und Drehrichtungserkennung rea lisieren zu können, sind wenigstens drei dieser Sensoren notwendig, so daß bei Ausfall eines Sensors immer noch zwei Sensorsignale zur Drehzahl- und Drehrichtungserken nung vorliegen. Da diese Sensoren aus einer Vollbrücken schaltung gebildet sind, sind pro Sensor vier magnetfeld abhängige Widerstände zur Bildung eines solchen Sensors notwendig. Dies bedeutet wiederum, daß insgesamt zwölf magnetfeldabhängige Widerstände zum Einsatz kommen, so daß relativ hohe Herstellkosten für diese Sensoranordnung anfallen.For speed and direction of rotation detection with this Type sensors the bridge voltage of the full bridge circuit used as a sensor signal for evaluation. There are if two sensor signals are required to detect the direction of rotation dig, which are removable from two sensors that are in egg circumferential direction behind a rotating magnetic field are arranged differently, the angular offset between both sensors must be not equal to 180 °. One of the two Sensor signals can be used for speed information will. The two sensor signals are evaluated thereby by means of a corresponding electronic rake unit to which the sensor signals are fed. Around redundant speed and direction of rotation detection rea To be able to identify them are at least three of these sensors necessary so that in the event of a sensor failure two sensor signals for speed and direction of rotation detection available. Because these sensors consist of a full bridge circuit are formed, there are four magnetic fields per sensor dependent resistors to form such a sensor necessary. This in turn means that a total of twelve Magnetic field dependent resistors are used, so that relatively high manufacturing costs for this sensor arrangement attack.

Um diese magnetoresistiven Sensoren für eine Umdrehungs- und Drehrichtungserkennung verwenden zu können, müssen diese, wie oben bereits erwähnt, in einem rotierenden Ma gnetfeld angeordnet werden. Das rotierende Magnetfeld kann dabei mittels eines stabförmigen Permanentmagneten erzeugt werden, welcher beispielsweise von einem Wasser zähler in Form eines Flügelrad-Durchflußmessers zum Mes sen einer Wasserdurchflußmenge rotierend angetrieben wird. Das Flügelrad dieses Flügelrad-Durchflußmessers ro tiert dabei um seine Drehachse, sobald der Wasserzähler von einem entsprechenden Wasservolumenstrom durchflossen wird. Zum Erzeugen des rotierenden Magnetfeldes ist das Meßorgan, in Form des Stabmagneten vorgesehen, welcher ebenfalls koaxial zum Flügelrad um dessen Drehachse ro tierend angetrieben ist. Der Antrieb dieses Stabmagneten kann dabei durch eine magnetische Kopplung oder auch durch eine mechanische Kopplung des Stabmagneten mit dem Flügelrad erfolgen. Zur redundanten Umdrehungs- und Dreh richtungserkennung werden die Sensoren im Wirkbereich des Magnetfeldes des Stabmagneten in Umfangsrichtung versetzt in etwa einer gemeinsamen Ebene angeordnet, so daß sie nacheinander der Wirkung der Pole des Magnetfeldes des rotierenden Stabmagneten ausgesetzt sind und somit deren magnetfeldabhängigen Widerstände ihre Impedanz nacheinan der ändern und deren von diesen Sensoren abnehmbaren Sen sorsignale eine zeitliche Folge aufweisen.Around these magnetoresistive sensors for one revolution and to be able to use direction detection this, as already mentioned above, in a rotating dimension gnetfeld be arranged. The rotating magnetic field can by means of a rod-shaped permanent magnet are generated, for example by water counter in the form of an impeller flow meter for measuring a rotating water flow rate becomes. The impeller of this impeller flow meter ro tates around its axis of rotation as soon as the water meter flowed through by a corresponding water volume flow becomes. That is to generate the rotating magnetic field Measuring element, provided in the form of the bar magnet, which also coaxial to the impeller ro about its axis of rotation is driven. The drive of this bar magnet can be by magnetic coupling or by mechanically coupling the bar magnet with the Impeller made. For redundant rotation and rotation The sensors in the effective range of the Magnetic field of the bar magnet offset in the circumferential direction arranged in about a common plane so that they successively the effect of the poles of the magnetic field of the rotating bar magnets are exposed and thus their Magnetic field dependent resistors their impedance one after the other the others and their sen removable from these sensors have a temporal sequence.

Zur Erfassung der Drehzahl ist dabei lediglich das Signal eines Sensors notwendig, welches in zeitlichen Abständen erfaßt wird, so daß aus diesen zeitlich hintereinander liegenden Impulsen bzw. den Schwankungen des Sensorsi gnals die Drehzahl des Flügelrades ermittelbar ist. Zur Drehrichtungserkennung ist demgegenüber ein zweiter Sen sor erforderlich, dessen Meßsignal zeitversetzt an die elektronische Recheneinheit abgegeben wird, so daß aus dem Zeitversatz des ersten Meßsignals und des zweiten Meßsignals bei bekanntem Winkelversatz in Umfangsrichtung die Drehrichtung des Stabmagneten und damit des Flügelra des stets ermittelbar ist. Um eine redundante Anordnung zu erreichen, d. h. eine Anordnung bei welcher sicherge stellt ist, daß sowohl die Umdrehungserkennung als auch die Drehrichtungserkennung auch bei Ausfall eines Sensors möglich ist, d. h. daß in diesem Falle immer noch zwei Si gnale vorhanden sind, ist es notwendig, den dritten Sen sor in entsprechender Winkelanordnung zu den beiden ande ren Sensoren anzuordnen. Fällt nun einer dieser Sensoren aus, so stehen aufgrund der Funktionsfähigkeit der beiden anderen Sensoren zur Umdrehungs- und Drehrichtungserken nung weiterhin zwei Signale zur Verfügung, mittels wel cher die geforderte Redundanz sichergestellt ist.Only the signal is used to record the speed a sensor necessary, which is in time intervals is detected, so that from these in time lying impulses or the fluctuations of the sensori gnals the speed of the impeller can be determined. For In contrast, detection of the direction of rotation is a second sen sor required, whose measurement signal is delayed to the electronic computing unit is delivered, so that from the time offset of the first measurement signal and the second Measurement signal with known angular misalignment in the circumferential direction the direction of rotation of the bar magnet and thus the wing which is always determinable. A redundant arrangement to achieve d. H. an arrangement in which security is that both the rotation detection as well the detection of the direction of rotation even if a sensor fails is possible d. H. that in this case two Si gnale exist, it is necessary to the third Sen sor in a corresponding angular arrangement to the other two arrange sensors. If one of these sensors falls stand out because of the functionality of the two other sensors for detecting rotation and direction of rotation two signals are still available, by means of wel the required redundancy is ensured.

Für die oben beschriebenen Sensoren, welche aus zu einer Vollbrücke zusammengeschalteten magnetfeldabhängigen Wi derständen bestehen, sind auch Auswerteverfahren bekannt, bei welchen nicht die Vollbrückenspannung sondern zur Auswertung die Halbbrückenspannung der beiden Halbbrücken eines solchen Sensors zur Auswertung herangezogen werden. Diese Art der Meßwerterfassung ist beispielsweise aus der DE 43 00 028 A1 bekannt. Um eine solche Halbbrückenspannung messen zu können, ist es notwendig, eine entsprechende Referenzspannung zum Vergleich zu generieren (US 46 28 259), wobei aufgrund der geforderten Redundanz zwei sol cher Referenzspannungen generiert werden müssen. Zum Er reichen der geforderten Redundanz müssen diese Referenz spannungen äußerst präzise aufeinander abgestimmt sein und sollten auch idealerweise adaptiv sein. Somit ergibt sich bei einer Halbbrückenauswertung eine äußerst aufwen dige Auswerteschaltung bzw. sind dabei aufwendige Abstim mungen bezüglich der Referenzspannungen notwendig, so daß sowohl die Sensoranordnung als auch deren Auswerteverfah ren äußerst aufwendig und teuer sind.For the sensors described above, which turn into a Full bridge interconnected magnetic field dependent Wi evaluation methods are also known, in which not the full bridge voltage but for Evaluation of the half-bridge voltage of the two half-bridges of such a sensor can be used for evaluation. This type of measured value acquisition is, for example, from the DE 43 00 028 A1 known. To such a half-bridge voltage To be able to measure, it is necessary to have an appropriate one Generate reference voltage for comparison (US 46 28 259), whereby due to the required redundancy two sol cher reference voltages must be generated. To the Er This reference must be sufficient for the required redundancy voltages must be coordinated extremely precisely and ideally should also be adaptive. Thus it results extremely difficult in a half-bridge evaluation the evaluation circuit or are complex tuning measurements with respect to the reference voltages so that both the sensor arrangement and its evaluation process ren are extremely complex and expensive.

Desweiteren sind auch induktive Umdrehungssensoren für Flügelrad-Durchflußmesser bekannt (EP 0 370 174 B1), bei welchen beispielsweise drei Meßspulen im Wirkbereich ei nes sich drehenden Magnetfeldes angeordnet sind, so daß auch hier durch die Anordnung dieser drei Meßspulen eine redundante Umdrehungs- und Drehrichtungserkennung reali sierbar ist. Die Problematik einer solchen Anordnung be steht darin, daß die Spulen äußerst teuer in ihrer Her stellung sind, da sie eine hohe Präzision zur genauen Um drehungs- und Drehrichtungserkennung aufweisen müssen.Furthermore, inductive rotation sensors are also for Impeller flow meter known (EP 0 370 174 B1), at which, for example, three measuring coils in the effective range nes rotating magnetic field are arranged so that here too by arranging these three measuring coils redundant detection of rotation and direction of rotation reali is sizable. The problem of such an arrangement be is that the coils are extremely expensive to manufacture position because they are highly precise for precise must have detection of rotation and direction of rotation.

Damit ergibt sich allerdings auch eine äußerst aufwendige Fertigungstechnik. Soll zur Energieeinsparung die Ener gieversorgung der Meßspulen auch noch getaktet erfolgen, so ist es erforderlich, die Impulsbreite genauestens auf die Charakteristika der Meßspulen abzustimmen, so daß auch ein erhöhter Aufwand zur Abstimmung einer mit drei Meßspulen bestückten Sensoranordnung erforderlich ist.However, this also results in an extremely complex one Manufacturing engineering. To save energy, the Ener The supply of the measuring coils is also clocked, so it is necessary to exactly the pulse width to coordinate the characteristics of the measuring coils so that also an increased effort to coordinate one with three Measuring coils equipped sensor arrangement is required.

Desweiteren ist eine Vorrichtung zur Volumenerfassung von Wasserzählern bekannt (DE 94 16 497 U1), deren Sensoren aus Lichtschranken gebildet sind. Nachteilig bei diesen Systemen ist der hohe Stromverbrauch, welcher durch die Erzeugung des Lichtes erforderlich ist. Desweiteren ist eine solche Vorrichtung nur mit erhöhtem Fertigungsauf wand herzustellen, da das Flügelrad zwischen zwei mit Ab standshilfen verlöteten Platinen angeordnet werden muß, wodurch hohe Montagekosten entstehen. Auch ist eine sepa rate Fertigung der Elektronik und der Mechanik nicht durchführbar, so daß eine automatisierte Fertigung nur schwer möglich ist.Furthermore, a device for volume detection of Known water meters (DE 94 16 497 U1), their sensors are formed from light barriers. A disadvantage of these Systems is the high power consumption, which is caused by the Generation of light is required. Furthermore is such a device only with increased manufacturing wall because the impeller between two with Ab soldering boards must be arranged, which results in high assembly costs. Is also a sepa rate manufacture of electronics and mechanics not feasible so that automated manufacturing only is difficult to do.

Auch bei weiteren bekannten Sensoren, welche zur Impuls erzeugung bzw. zur Signalerzeugung magnetische Energie in Form eines rotierenden Magnetfeldes erzeugen, wie z. B. die oben bereits angesprochenen induktiven Sensoren, aber auch Impulsdrähte und Reedkontakte haben den Nachteil, daß sie ein rückwirkendes Drehmoment aufweisen, welches auf den Stabmagneten wirkt, so daß das Flügelrad eines Wasserzählers ein erheblich verschlechtertes Anlaufver halten aufweist.Also with other known sensors, which are used for impulse generation or for signal generation magnetic energy in Generate shape of a rotating magnetic field, such as. B. the inductive sensors already mentioned above, however pulse wires and reed contacts also have the disadvantage that they have a retroactive torque, which acts on the bar magnet, so that the impeller one Water meter a significantly deteriorated start-up hold has.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, welche die oben genann ten Nachteile vermeidet, wobei ein entsprechendes Auswer teverfahren vorgesehen sein soll, mittels welchem in ein facher Weise kostengünstig die von der Schaltungsanord nung abgegebenen Sensorsignale auswertbar sind.The invention is accordingly based on the object To create circuitry which called the above avoids disadvantages, with a corresponding evaluation should be provided by means of which in a times the cost of the circuit arrangement output sensor signals can be evaluated.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren des kennzeichnenden Teiles zusammen mit den im Oberbegriff aufgeführten Merkmalen gelöst, wo bei zur Durchführung dieses Verfahrens eine entsprechende Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 4 vorgesehen ist.The object is achieved according to the invention in claim 1 specified procedures of the characteristic part together solved with the features listed in the preamble where an appropriate to perform this procedure Circuit arrangement according to claim 4 is provided.

Durch das erfindungsgemäße Auswerteverfahren ist eine Schaltungsanordnung mit einem einfachen Aufbau des ei gentlichen bzw. der eigentlichen Sensoren möglich. Durch den kreuzweisen bzw. wechselseitigen Vergleich der auf einanderfolgenden Sensorsignale kann auf die Generierung einer Referenzspannung bzw. eines Referenzsignales, wel ches aufgrund der geforderten Redundanz zweifach vor handen sein müßte, verzichtet werden, so daß sich der Schaltungsaufbau erheblich vereinfacht.The evaluation method according to the invention is a Circuit arrangement with a simple structure of the egg possible or the actual sensors possible. By the crosswise or reciprocal comparison of the successive sensor signals can be generated a reference voltage or a reference signal, wel due to the required redundancy would have to be done, so that the Circuit structure considerably simplified.

Desweiteren wird durch die Verwendung von vier Sensoren und damit durch den paarweisen Vergleich von vier Meßsi gnalen eine einfache redundante Auswertung der Sensorsi gnale ermöglicht, da insgesamt durch die vorhandenen elektronischen Vergleichsschaltungen, die beispielsweise, je nach Ausbildung der Sensoren, elektronische Komparato ren oder auch D-Flip-Flops sein können, vier weiterverar beitbare Meßsignale an die Recheneinheit übergebbar sind. Bei Ausfall eines Sensors, dessen Sensorsignal zu jeweils zwei der elektronischen Vergleichsschaltungen geleitet wird, erzeugen diese beiden Vergleichsschaltungen keine Meßsignale mehr, so daß diese zur Umdrehungs- bzw. Dreh richtungserkennung keine Meßsignale mehr an die Rechen einheit abgeben können. Es sind aber gleichwohl noch von den beiden weiteren Vergleichsschaltungen zwei aufeinan derfolgende Meßsignale vorhanden, welche der Rechenein heit übergebbar sind, so daß durch das Auswerteverfahren immer noch zwei Meßsignale zur Umdrehungszählung und auch zur Drehrichtungserkennung für die Auswertung in der Re cheneinheit zur Verfügung stehen.Furthermore, by using four sensors and thus by the pairwise comparison of four Meßsi gnalen a simple redundant evaluation of the sensors gnale enables, because of the existing electronic comparison circuits which, for example, depending on the design of the sensors, electronic Komparato ren or D flip-flops, four more editable measurement signals can be transferred to the computing unit. If a sensor fails, its sensor signal to each two of the electronic comparison circuits passed these two comparison circuits do not generate any Measurement signals more, so that these for rotation direction detection no more measurement signals to the rake can deliver unit. However, they are still from the two other comparison circuits two on top of each other the following measurement signals are present, which the arithmetic are transferable, so that by the evaluation method still two measurement signals for revolution counting and also for detection of the direction of rotation for evaluation in the Re unit are available.

Durch die Ausgestaltungen der Ansprüche 2 und 3, kann ein eventuell auftretendes Rauschen bzw. können eventuell auftretende Schwingungen unterdrückt werden, so daß durch die Vergleichsschaltungen ein eindeutiges Signal an die Recheneinheit abgebbar ist und somit eine sichere Auswer tung sichergestellt ist. Äußere Einflüsse durch das ange sprochene Rauschen oder auch durch die angesprochenen Schwingungen werden dabei sicher unterdrückt.Due to the embodiments of claims 2 and 3, a any noise that may or may possibly occur occurring vibrations are suppressed, so that by the comparison circuits send a clear signal to the Arithmetic unit can be issued and thus a safe evaluation tion is ensured. External influences from the spoken noise or also by the addressed Vibrations are safely suppressed.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß An spruch 4 wird ein äußerst einfacher und kostengünstiger Schaltungsaufbau erreicht. Die Ausbildung der einzelnen Sensoren aus einem magnetfeldabhängigen elektrischen Wi derstand und einem zweiten elektrischen Widerstand, wel che jeweils zusammen einen Spannungsteiler bilden, dessen Mittenspannung als Sensorsignal abnehmbar ist, zeichnet sich durch eine rückwirkungsarme und äußerst stromsparen de Ausbildung aus. Auch ist ein derartiger erfindungsge mäßer Sensor äußerst unempfindlich gegenüber Unregelmä ßigkeiten der Rotation des rotierenden Magnetfeldes. Des weiteren sind derartige Sensoren abgleichsfrei, so daß für deren Einsatz keine weiteren Vorkehrungen getroffen werden müssen, um deren Betriebssicherheit bzw. die Abga be von eindeutigen Signalen gewährleisten zu können.With the circuit arrangement according to the invention saying 4 becomes an extremely simple and inexpensive Circuit structure reached. Training the individual Sensors from a magnetic field dependent electrical Wi derstand and a second electrical resistance, wel che together form a voltage divider, the Center voltage is removable as a sensor signal through a low-impact and extremely energy saving de training. Such is also inventive moderate sensor extremely insensitive to irregularities liquids of the rotation of the rotating magnetic field. Des further such sensors are free of adjustment, so that no further precautions have been taken for their use must be in order to ensure their operational safety or the Abga be able to guarantee clear signals.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemä ßen Schaltungsanordnung sind den Ansprüchen 5 bis 8 ent nehmbar.Further advantageous refinements of the invention essen circuit arrangement are claims 5 to 8 ent acceptable.

Von Sensoren, welche jeweils aus einem magnetfeld abhängigen Widerstand und einem beliebigen weiteren Wi derstand in Form eines Spannungsteilers ausgebildet sind, ist in einfacher Weise ein Sensorsignal generierbar, wo bei der Sensor selbst äußerst kostengünstig ist. Insbe sondere die Ausgestaltung des Anspruches 8 ermöglicht da bei einen äußerst geringen Energieverbrauch der Schal tungsanordnung, da die Sensoren und die Kompensatoren bzw. Vergleichsschaltungen nur über äußerst kurze Zeit räume getaktet mit Energie versorgt werden.From sensors, each consisting of a magnetic field dependent resistance and any other Wi the stand are designed in the form of a voltage divider, a sensor signal can be easily generated where where the sensor itself is extremely inexpensive. In particular special allows the embodiment of claim 8 with an extremely low energy consumption the scarf arrangement because the sensors and the compensators or comparison circuits only over an extremely short time rooms are supplied with energy in cycles.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt In the following the invention with reference to the drawing explained. It shows

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit vier magnetfeldab hängigen Sensoren, von welchen jeweils zwei paarweise zu einer Vollbrücke verschaltet sind; Figure 1 shows a circuit arrangement with four magnetic field dependent sensors, two of which are connected in pairs to a full bridge.

Fig. 2 die prinzipielle geometrische Schaltungsanord nung der Sensoren aus Fig. 1 mit der prinzipi ellen Darstellung der Auswerteelektronik; FIG. 2 shows the basic geometrical 1 Schaltungsanord voltage of the sensors of Fig prinzipi with the economic representation of the transmitter.

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung mit vier in jeweils einem Spannungsteiler angeordneten magnet feldabhängigen Widerständen und deren Auswerte elektronik; Fig. 3 shows a circuit arrangement with four in each of a voltage divider arranged magnetic field-dependent resistors and the evaluation electronics;

Fig. 4 die geometrische Anordnung der Sensoren aus Fig. 3 mit Auswerteelektronik; FIG. 4 shows the geometric arrangement of the sensors from FIG. 3 with evaluation electronics;

Fig. 5 den prinzipiellen Signalverlauf der Sensor signale der Sensoren aus den Fig. 1 und 3; Fig. 5 shows the basic waveform of the sensor signals of the sensors of Figs. 1 and 3;

Fig. 6 den prinzipiellen Signalverlauf nach dem Ver gleich jeweils zweier Sensorsignale. Fig. 6 shows the basic signal curve after the Ver equal to two sensor signals.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung 1 mit vier magnetfeldabhängigen Sensoren 2, 3, 4 und 5. Jeder der Sensoren 2, 3, 4, 5 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus jeweils zwei magnetfeldab hängigen Widerstandselementen 6 und 7, 8 und 9, 10 und 11 bzw. 12 und 13. Fig. 1 shows schematically an embodiment of a scarf arrangement 1 according to the invention with four magnetic field-dependent sensors 2 , 3 , 4 and 5 . Each of the sensors 2 , 3 , 4 , 5 in this embodiment consists of two magneto-dependent resistance elements 6 and 7 , 8 and 9 , 10 and 11 or 12 and 13 .

Die Widerstandselemente 6, 7 und 8, 9 sind, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, zu einer Vollbrücke 14 zusammen geschaltet und bilden jeweils einen Halbbrückenzweig 15, 16 dieser Vollbrücke 14. Die Vollbrücke 14 wird dabei über eine entsprechende Energiezuführleitung 17 von einer, in der Zeichnung nicht explizit dargestellten, Energieversorgungseinheit mit Energie versorgt. Die Ener gieversorgungseinheit kann dabei integraler Bestandteil einer elektronischen Recheneinheit 18 sein. Die beiden magnetfeldabhängigen Sensoren 4 und 5 sind in gleicher Weise in einer Vollbrücke 19 zusammengeschaltet wie die Sensoren 2 und 3, wobei die Sensoren 4 und 5 ebenfalls den jeweiligen Halbbrückenzweig 20 und 21 der Vollbrücke 19 bilden. Die Energieversorgung der Vollbrücke 19 erfolgt über eine Energiezuführleitung 22, welche zur gemeinsamen Energieversorgung der Vollbrücke 19 und auch der Vollbrücke 14 dient.The resistance elements 6 , 7 and 8 , 9 , as shown in FIG. 1, are connected together to form a full bridge 14 and each form a half-bridge branch 15 , 16 of this full bridge 14 . The full bridge 14 is supplied with energy via a corresponding energy supply line 17 from an energy supply unit (not explicitly shown in the drawing). The energy supply unit can be an integral part of an electronic computing unit 18 . The two magnetic field-dependent sensors 4 and 5 are interconnected in the same way in a full bridge 19 as the sensors 2 and 3 , the sensors 4 and 5 likewise forming the respective half-bridge branches 20 and 21 of the full bridge 19 . The full bridge 19 is supplied with energy via an energy supply line 22 , which is used to supply the full bridge 19 and also the full bridge 14 with energy.

Von den beiden Vollbrücken 14 und 19 werden jeweils die beiden Halbbrückenspannungen als Sensorsignale vier elek tronischen Komparatoren 23, 24, 25 und 26 zugeführt.From the two full bridges 14 and 19 , the two half-bridge voltages are supplied as sensor signals to four electronic comparators 23 , 24 , 25 and 26 .

Das Sensorsignal S1, welches zwischen dem Widerstandsele ment 6 und dem Widerstandselement 7 des Sensors 2 abnehm bar ist, wird dem positiven Eingang des Komparators 23 und dem positiven Eingang des Komparators 24 zugeführt. Das Sensorsignal S2, welches zwischen den Widerstandsele menten 8 und 9 des Sensors 3 abnehmbar ist, wird jeweils dem positiven Eingang des Komparators 25 und des Kompara tors 26 zugeführt. Die Sensorsignale S3 und S4 der Voll brücke 19 bzw. der Sensoren 4, 5 werden den Komparatoren 23, 24, 25 und 26 derart zugeführt, daß ein kreuzweiser Vergleich mit den Sensorsignalen S1 und S2 der Sensoren 2 und 3 erfolgen kann. Dazu wird das Sensorsignal S3 einer seits dem negativen Eingang des Komparators 23 zugeführt, so daß der Komparator 23 einen Vergleich des Sensorsigna les S1 mit dem Sensorsignal S3 durchführt und aus diesen unterschiedlichen Sensorsignalen S1 und S3 ein Meßsignal M1 erzeugt, welches der elektronischen Recheneinheit 18 zugeführt wird.The sensor signal S1, which can be removed between the resistance element 6 and the resistance element 7 of the sensor 2 , is fed to the positive input of the comparator 23 and the positive input of the comparator 24 . The sensor signal S2, which is removable between the resistance elements 8 and 9 of the sensor 3 , is fed to the positive input of the comparator 25 and the comparator gate 26 , respectively. The sensor signals S3 and S4 of the full bridge 19 and the sensors 4 , 5 are fed to the comparators 23 , 24 , 25 and 26 in such a way that a crosswise comparison with the sensor signals S1 and S2 of the sensors 2 and 3 can take place. For this purpose, the sensor signal S3 is supplied on the one hand to the negative input of the comparator 23 , so that the comparator 23 compares the sensor signal S1 with the sensor signal S3 and generates a measurement signal M1 from these different sensor signals S1 and S3, which is fed to the electronic computing unit 18 becomes.

Desweiteren wird das Sensorsignal S3 dem Komparator 25 an dessen negativen Eingang zugeführt, so daß der Komparator 25 das Sensorsignal S3 des Sensors 4 mit dem Sensorsignal S2 des Sensors 3 vergleichen kann und aus den beiden Sen sorsignalen S2 und S3 ein Meßsignal M3 generiert, welches ebenfalls der Recheneinheit 18 zugeführt wird.Furthermore, the sensor signal S3 is fed to the comparator 25 at its negative input, so that the comparator 25 can compare the sensor signal S3 of the sensor 4 with the sensor signal S2 of the sensor 3 and generate a measurement signal M3 from the two sensor signals S2 and S3, which also is supplied to the computing unit 18 .

Das Sensorsignal S4 des Sensors 5, welches zwischen den Widerstandselementen 12 und 13 abnehmbar ist, wird einer seits dem negativen Eingang des Komparators 24 zugeführt und andererseits dem negativen Eingang des Komparators 26. Somit bildet der Komparator 24 durch Vergleich des Sensorsignals S4 und des Sensorsignals S1 ein drittes Meßsignal M2, welches ebenfalls der Recheneinheit 18 hin zugeführt wird. Desweiteren wird das Sensorsignal S4 durch den Komparator 26 mit dem Sensorsignal S2 vergli chen und daraus ein Meßsignal M4 generiert, welches eben falls der Recheneinheit 18 übergeben wird.The sensor signal S4 of the sensor 5 , which can be removed between the resistance elements 12 and 13 , is supplied on the one hand to the negative input of the comparator 24 and on the other hand to the negative input of the comparator 26 . By comparing the sensor signal S4 and the sensor signal S1, the comparator 24 thus forms a third measurement signal M2, which is likewise fed to the computing unit 18 . Furthermore, the sensor signal S4 is compared by the comparator 26 with the sensor signal S2 and a measurement signal M4 is generated therefrom, which is also transferred to the computing unit 18 .

Die Sensoren 2, 3, 4 und 5 sind dabei, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, beispielsweise auf einem Sensorträger 27 angeordnet. Mittels eines rotierend angetriebenen Perma nentmagneten 28 wird ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Der Permanentmagnet 28 dreht sich dabei um eine Drehachse 29, welche zentral mittig bezüglich des Sensorträgers 27 angeordnet ist. Die Sensoren 2, 3 und 4, 5 sind auf einer gemeinsamen Kreisbahn in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse 29 des Permanentmagneten 28 um 90° versetzt angeordnet, so daß sie nacheinander von dem durch den rotierenden Permanentmagneten 28 erzeugten, rotierenden Magnetfeld nacheinander beaufschlagt werden. Damit unter liegen die Sensoren 2, 3 und 4, 5 jeweils hintereinander einem sich ständig ändernden Magnetfeld. Die Anordnung der Sensoren 2, 3 mit ihren Widerstandselementen 6, 7 und 8, 9 ist bezüglich ihrer geometrischen Orientierung bezüglich des vom Permanentmagneten 28 erzeugten Wechsel magnetfeldes derart gewählt, daß bei sich änderndem Magnetfeld die Sensorsignale S1 und S2 sich gegensinnig ändern. Desgleichen gilt für die Sensoren 4, 5, deren Widerstandselemente 10, 11 und 12, 13 ebenfalls in ihrer räumlichen Orientierung derart angeordnet sind, daß sich deren Sensorsignale S3 und S4 bei sich änderndem Magnet feld ebenfalls gegensinnig ändern. Die entsprechenden Sensorsignale S1, S2, S3 und S4 werden dann, in der wie oben zu Fig. 1 beschrieben Art und Weise, den entspre chenden Komparatoren 23, 24, 25 und 26 zum Vergleich zugeführt, wobei die Komparatoren 23, 24, 25 und 26 die entsprechenden Meßsignale M1, M2, M3 und M4 entsprechend der elektronischen Recheneinheit 18 zuführen, welche die ihm zugeführten Meßsignale M1 bis M4 zur Drehzahl- und Drehrichtungserkennung entsprechend auswertet.The sensors 2 , 3 , 4 and 5 are, as can be seen from FIG. 2, arranged for example on a sensor carrier 27 . By means of a rotatingly driven permanent magnet 28 , a rotating magnetic field is generated. The permanent magnet 28 rotates about an axis of rotation 29 which is arranged centrally in the middle with respect to the sensor carrier 27 . The sensors 2 , 3 and 4 , 5 are arranged on a common circular path offset in the circumferential direction with respect to the axis of rotation 29 of the permanent magnet 28 by 90 °, so that they are successively acted upon by the rotating magnetic field generated by the rotating permanent magnet 28 . Thus, the sensors 2 , 3 and 4 , 5 are each one behind the other a constantly changing magnetic field. The arrangement of the sensors 2 , 3 with their resistance elements 6 , 7 and 8 , 9 is chosen with respect to their geometric orientation with respect to the alternating magnetic field generated by the permanent magnet 28 such that the sensor signals S1 and S2 change in opposite directions when the magnetic field changes. The same applies to the sensors 4 , 5 , whose resistance elements 10 , 11 and 12 , 13 are also arranged in their spatial orientation in such a way that their sensor signals S3 and S4 also change in opposite directions when the magnetic field changes. The corresponding sensor signals S1, S2, S3 and S4 are then, in the manner described above for FIG. 1, the corresponding comparators 23 , 24 , 25 and 26 for comparison, the comparators 23 , 24 , 25 and 26 supply the corresponding measurement signals M1, M2, M3 and M4 in accordance with the electronic arithmetic unit 18 , which evaluates the measurement signals M1 to M4 supplied to it for speed and direction detection.

Fig. 3 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung 30, welche aus vier Sensoren 31, 32, 33 und 34, vier D-Flip-Flops 35, 36, 37 und 38 als elektronische Vergleichsschaltung und einer elektronischen Recheneinheit 51 besteht. Die Sensoren 31 bis 34 sind bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils aus einem magnetfeldabhängigen Widerstandselement 39, 40, 41 bzw. 42 gebildet, welche jeweils mit einem Kondensator 43, 44, 45 bzw. 46 zu einem RC-Glied zusam mengeschaltet sind. Über eine gemeinsame Energieversor gungsleitung 47 werden die Sensoren 31 bis 34 mit Energie versorgt. Den Sensoren 31 bis 34 ist jeweils ein Sensor signal S1, S2, S3 und S4 abnehmbar, wobei die Signalab nahme jeweils zwischen den Widerstandselementen 39 bis 42 und dem jeweils zugehörigen Kondensator 43 bis 46 er folgt. Fig. 3 shows a further circuit arrangement 30 consisting of four sensors 31, 32, 33 and 34, four D flip-flops 35, 36, consists of an electronic comparison circuit, and an electronic processing unit 51 37, and 38. In this exemplary embodiment, the sensors 31 to 34 are each formed from a magnetic field-dependent resistance element 39 , 40 , 41 and 42 , which are each connected together with a capacitor 43 , 44 , 45 and 46 to form an RC element. The sensors 31 to 34 are supplied with energy via a common energy supply line 47 . The sensors 31 to 34 each have a sensor signal S1, S2, S3 and S4 removable, the signal decrease between the resistance elements 39 to 42 and the associated capacitor 43 to 46, respectively.

Die Sensorsignale S1 bis S4 werden wie beim Ausführungs beispiel gemäß Fig. 1 den D-Flip-Flops 35 bis 38 zuge führt und kreuzweise miteinander verglichen, wodurch ent sprechende Meßsignale M1, M2, M3 und M4 generiert werden und der elektronischen Recheneinheit 39 zur Drehrich tungs- und Drehzahlermittlung zugeführt werden.The sensor signals S1 to S4 are as in the execution example according to FIGS. 1 to D-type flip-flops 35 to 38 supplied to and crosswise compared with each other, whereby ent speaking measurement signals M1, M2, are generated M3 and M4 and the electronic computing unit 39 to the rotation Rich tion and speed determination are supplied.

Dabei wird das Sensorsignal S1 des Sensors 31 dem positi ven Eingang des D-Flip-Flops 35 und dem positiven Eingang des D-Flip-Flops 36 zugeführt, während das Sensorsignal S2 des Sensors 32 dem positiven Eingang des D-Flip-Flops 37 und dem positiven Eingang des D-Flip-Flops 38 zugeführt wird. Als Vergleichsspannung bzw. als Vergleichssignal zum Sensorsignal S1 wird dem negativen Eingang des D-Flip-Flops 35 das Sensorsignal S3 des Sensors 33 und dem negativen Eingang des D-Flip-Flop 36 das Sensorsignal S4 des Sensors 34 zugeführt.The sensor signal S1 of the sensor 31 is fed to the positive input of the D flip-flop 35 and the positive input of the D flip-flop 36 , while the sensor signal S2 of the sensor 32 is fed to the positive input of the D flip-flop 37 and is fed to the positive input of the D flip-flop 38 . As a comparison voltage, or as a comparison signal to the sensor signal S1 to the negative input of the D flip-flop 35 is S3 of the sensor 33 and the negative input of the D flip-flop 36, the sensor signal S4 supplied to the sensor signal of the sensor 34th

Das Sensorsignal S2 des Sensors 32 wird somit mit den Sensorsignalen S3 und S4 verglichen, welche dem jeweili gen negativen Eingang des D-Flip-Flops 37 bzw. des D- Flip-Flops 38 zugeführt werden. Aus dem Vergleich der Sensorsignale S1 bis S4 werden, wie bereits oben gesagt, die Meßsignale M1 bis M4 generiert. The sensor signal S2 of the sensor 32 is thus compared with the sensor signals S3 and S4, which are fed to the respective negative input of the D flip-flop 37 and the D flip-flop 38 . As already mentioned above, the measurement signals M1 to M4 are generated from the comparison of the sensor signals S1 to S4.

Durch diesen kreuzweisen Vergleich der Sensorsignale S1 bis S4 ist es nicht notwendig, ein Referenzsignal zu generieren, mit welchem die entsprechenden Sensorsignale S1 bis S4 zu vergleichen wären, um entsprechende Meßsi gnale M1 bis M4 durch die D-Flip-Flops 35 bis 38 erzeugen zu können.Through this crosswise comparison of the sensor signals S1 to S4, it is not necessary to generate a reference signal with which the corresponding sensor signals S1 to S4 would have to be compared in order to generate corresponding measurement signals M1 to M4 by the D flip-flops 35 to 38 can.

Fig. 4 zeigt die geometrische Anordnung der Sensoren 31, 32, 33 und 34, welche auf einem Sensorträger 48 angeord net sind. Zum Erzeugen eines rotierenden Magnetfeldes ist auch in diesem Falle ein stabförmiger Permanentmagnet 49 vorgesehen, welcher um eine Drehachse 50 rotierend antreibbar ist. Die Sensoren 31 bis 34 sind auf einer konzentrisch zur Drehachse 50 des Permanentmagneten 49 verlaufenden Kreisbahn gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnet. Um miteinander vergleichbare Sensorsignale S1 bis S4 erzeugen zu können, sind die Sensoren 31 und 32 sich diametral gegenüberliegend angeordnet, während die Sensoren 33 und 34 zu den Sensoren 31 und 32 jeweils um 90° versetzt sich ebenfalls diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Durch den Winkelversatz zwischen den jeweils benachbarten Sensoren 31, 33 bzw. 33, 32 bzw. 32, 34 bzw. 34, 31 von 90° weisen die von den Sensoren 31 bis 34 abgegebenen Sensorsignale S1 bis S4 entsprechend der Drehung des Permanentmagneten 45 eine Phasenverschiebung von 90° zueinander auf. Fig. 4 shows the geometric arrangement of the sensors 31 , 32 , 33 and 34 , which are angeord net on a sensor carrier 48 . To generate a rotating magnetic field, a rod-shaped permanent magnet 49 is also provided in this case, which can be driven to rotate about an axis of rotation 50 . The sensors 31 to 34 are arranged on a circular path which is concentric to the axis of rotation 50 of the permanent magnet 49 and is uniformly distributed over the circumference. In order to be able to generate comparable sensor signals S1 to S4, the sensors 31 and 32 are arranged diametrically opposite one another, while the sensors 33 and 34 are also arranged diametrically opposite to the sensors 31 and 32, each offset by 90 °. Due to the angular offset between the respectively adjacent sensors 31 , 33 or 33 , 32 or 32 , 34 or 34 , 31 of 90 °, the sensor signals S1 to S4 emitted by the sensors 31 to 34 have a phase shift corresponding to the rotation of the permanent magnet 45 from 90 ° to each other.

Die Orientierungen der magnetfeldabhängigen Widerstands elemente 39 und 40 bzw. 41 und 42 sind dabei so gewählt, daß die Sensoren 31 und 32 bzw. 33 und 34 jeweils um 180° phasenverschobene invertierte Sensorsignale S1 und S2 bzw. S3 und S4 abgeben. Diese Sensorsignale S1 bis S4 werden den Komparatoren 35 bis 38 zum kreuzweisen Ver gleich, wie bereits zu Fig. 3 beschrieben, zugeführt. Die entsprechenden Meßsignale M1 bis M4, welche aus dem Ver gleich der entsprechenden Sensorsignale S1 bis S4 von den Komparatoren 35 bis 38 erzeugt werden, weisen ebenfalls eine Phasenverschiebung von 90° zueinander auf und werden in entsprechender Weise der elektronischen Recheneinheit 51 zugeleitet. Die Recheneinheit 51 bestimmt bzw. errech net aus den Meßsignalen M1 bis M4 die Drehzahl des Perma nentmagneten 49 und dessen Drehrichtung. Von der elektro nischen Recheneinheit 51 werden entsprechend der Fig. 4 bzw. der Fig. 3 die Sensoren 31 bis 34 mit der entspre chend notwendigen Energie versorgt.The orientations of the magnetic field-dependent resistance elements 39 and 40 or 41 and 42 are chosen so that the sensors 31 and 32 or 33 and 34 each emit phase-shifted inverted sensor signals S1 and S2 or S3 and S4. These sensor signals S1 to S4 are fed to the comparators 35 to 38 for crosswise comparison, as already described for FIG. 3. The corresponding measurement signals M1 to M4, which are generated from the comparison of the corresponding sensor signals S1 to S4 by the comparators 35 to 38 , likewise have a phase shift of 90 ° to one another and are fed in a corresponding manner to the electronic computing unit 51 . The computing unit 51 determines or calculates the speed of the permanent magnet 49 and its direction of rotation from the measurement signals M1 to M4. From the electronic computing unit 51 , the sensors 31 to 34 are supplied with the correspondingly necessary energy in accordance with FIG. 4 and FIG. 3.

Zur Energieeinsparung, d. h. um einen möglichst niedrigen Stromverbrauch zu realisieren, werden die Sensoren 2 bis 5 aus Fig. 1 bzw. Fig. 2 sowie die Sensoren 31 bis 34 aus den Fig. 3 und 4 nur für kurze Zeit mit Strom bzw. Ener gie versorgt, d. h. daß eine getaktete Energie- bzw. Stromversorgung vorgesehen ist. Desgleichen gilt für die Komparatoren 23 bis 26 aus den Fig. 1 und 2, welche ebenfalls im gleichen Takt mit Energie versorgt werden, so daß auch hierdurch ein möglichst niedriger Energieverbrauch beim Betrieb der Schaltungsanordnungen 1 bzw. 30 sichergestellt ist.For energy saving, that is to realize the lowest possible power consumption, the sensors 2 to 5 in FIG. 1 or FIG. 2, and the sensors are energy 31 to 34 in FIGS. 3 and 4 only for a short time with current or Ener supplied, ie that a clocked energy or power supply is provided. The same applies to the comparators 23 to 26 from FIGS. 1 and 2, which are also supplied with energy in the same cycle, so that this also ensures the lowest possible energy consumption when operating the circuit arrangements 1 and 30, respectively.

Wie aus dem Vergleich der Darstellungen aus der Fig. 2 bzw. der Fig. 4 hervorgeht, können auch die Sensoren 31, 32, 33, 34 der Fig. 4 in gleicher Weise angeordnet sein wie die Sensoren 2, 3, 4, 5 der Fig. 2 und auch umge kehrt. Es handelt sich in jedem Fall bei jedem Sensor 2, 3, 4, 5 bzw. 31, 32, 33, 34 um einen Sensor, welcher mit wenigstens einem magnetfeldabhängigen Widerstandselement 6, 9, 10, 13 bzw. 39, 40, 41, 42 und einem weiteren Widerstand 7, 8, 11, 12 bzw. 43, 44, 45, 46, sei es ein ohmscher Widerstand, ein kapazitiver Widerstand oder auch ein induktiver oder auch ein magnetfeldabhängiger Wider stand 7, 8 bzw. 11, 12 in Form eines Spannungsteilers zusammengeschaltet ist, dessen jeweilige Mittenspannung jeweils das Sensorsignal 31, 32, 33, 34 ergibt.As can be seen from the comparison of the representations from FIG. 2 and FIG. 4, the sensors 31 , 32 , 33 , 34 of FIG. 4 can also be arranged in the same way as the sensors 2 , 3 , 4 , 5 of the Fig. 2 and also vice versa. In any case, each sensor 2 , 3 , 4 , 5 or 31 , 32 , 33 , 34 is a sensor which is equipped with at least one magnetic field-dependent resistance element 6 , 9 , 10 , 13 or 39 , 40 , 41 , 42 and a further resistor 7 , 8 , 11 , 12 or 43 , 44 , 45 , 46 , be it an ohmic resistor, a capacitive resistor or also an inductive or also a magnetic field-dependent resistor was 7 , 8 or 11 , 12 in Form of a voltage divider is interconnected, the respective center voltage of which gives the sensor signal 31 , 32 , 33 , 34 .

Es ist lediglich wichtig, die magnetfeldabhängigen Wider standselemente, welche zur eigentlichen Messung benötigt werden, so zu orientieren, daß sie in einem wechselnden Magnetfeld entsprechend miteinander kreuzweise vergleich bare Sensorsignale S1 bis S4 abgeben können. Dies bedeu tet aber auch, daß die Sensoren 2, 3, 4, 5 bzw. 31, 32, 33, 34 nicht zwingend unter einem Winkelversatz von 90° zueinander anzuordnen sind. Der Winkelversatz kann belie big sein, solange die Bedingung erfüllt ist, daß von den Sensoren 2, 3, 4, 5 bzw. 31, 32, 33 ,34 zueinander pha senverschobene Signale S1 bis S4 abnehmbar sind.It is only important to orient the magnetic field-dependent resistance elements which are required for the actual measurement so that they can emit cross-comparable sensor signals S1 to S4 in an alternating magnetic field. However, this also means that the sensors 2 , 3 , 4 , 5 and 31 , 32 , 33 , 34 are not necessarily to be arranged at an angular offset of 90 ° to each other. The angular misalignment can be as long as the condition is fulfilled that signals 2 to 3 , 4 , 5 or 31 , 32 , 33 , 34 relative to one another can be removed from the sensors S1 to S4.

Solche Sensorsignale S1 bis S4 sind beispielhaft in Fig. 5 dargestellt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, verläuft das Sensorsignal S2 um 180° phasenversetzt invertiert zum Sensorsignal S1, wobei beide Sensorsignale S1 und S2 einen etwa sinusförmigen Verlauf aufweisen. Die beiden Sensorsignale S3 und S4 verlaufen etwa kosinusförmig und sind ebenfalls gegeneinander um 180° phasenverschoben, so daß das Sensorsignal S4 den invertierten Verlauf zum Sen sorsignal S3 darstellt. Mathematisch ist der Verlauf der Sensorsignale S1 bis S4 wie folgt darzustellen, sofern man von den Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 2 und Fig. 4 ausgeht, wobei die oben erwähnten Orientierungen der magnetfeldabhängigen Widerstände 6, 9, 10, 13 und 31 bis 34 in der oben beschriebenen Art erfolgt. Dabei sind die Sensorsignale S1 bis S4 durch die nachfolgenden mathema tischen Beziehungen bestimmt:Such sensor signals S1 to S4 are shown by way of example in FIG. 5. As can be seen from FIG. 5, the sensor signal S2 is inverted by 180 ° out of phase with the sensor signal S1, both sensor signals S1 and S2 having an approximately sinusoidal profile. The two sensor signals S3 and S4 are approximately cosine-shaped and are also phase-shifted from one another by 180 °, so that the sensor signal S4 represents the inverted curve to the sensor signal S3. Mathematically, the profile of the sensor signals S1 to S4 are represented as follows, it is provided of the circuit arrangements shown in FIG. 2 and FIG. 4 starts, the above-mentioned orientations of the magnetic field-dependent resistors 6, 9, 10, 13 and 31 to 34 in the above- described type. The sensor signals S1 to S4 are determined by the following mathematical relationships:

S1 = sin x
S2 = sin (-x)
S3 = cos x
S4 = cos (-x)S1 = sin x
S2 = sin (-x)
S3 = cos x
S4 = cos (-x)

Fig. 6 zeigt die 4 Meßsignale M1 bis M4, wie sie durch den Vergleich durch die Komparatoren 23 bis 26 bzw. die D-Flip-Flops 35 bis 38 erzeugt werden. Mathematisch ausformuliert folgen diese Meßsignale M1 bis M4 den nachfolgenden mathematischen Beziehungen: Fig. 6 shows the 4 measuring signals M1 to M4, as produced by the comparison by the comparators 23 to 26 or the D-flip-flops 35 to 38. Formulated mathematically, these measurement signals M1 to M4 follow the following mathematical relationships:

M1 = sin x - cos x
M2 = sin x - cos (-x)
M3 = sin (-x) - cos x
M4 = sin (-x) - cos (-x)M1 = sin x - cos x
M2 = sin x - cos (-x)
M3 = sin (-x) - cos x
M4 = sin (-x) - cos (-x)

Um Einflüsse durch Rauschen oder eventuell auftretende Schwingungen während der Meßphase in Abhängigkeit des zuletzt gemessenen Ergebnisses zu unterdrücken, wird über die Widerstände R1, R2, R3 und R4 an den jeweils positi ven Eingängen der jeweils zugeordneten Komparatoren 23, 24, 25 und 2 (Fig. 1) bzw. D-Flip-Flops 35, 36, 37 und 38 (Fig. 3) ein Spannungsoffset generiert. Die Polarität dieses Spannungsoffsets ist dabei so gewählt, daß zur Änderung des zuletzt gemessenen Ergebnisses die Sensorspannung bzw. das Sensorsignal S1, S2 der jeweils zugehörigen Sensoren 2, 3 bzw. 31, 32 den Spannungsoffset überwinden muß.In order to suppress the effects of noise or any vibrations that may occur during the measurement phase depending on the last measured result, resistors R1, R2, R3 and R4 are connected to the respective positive inputs of the associated comparators 23 , 24 , 25 and 2 ( Fig . 1) or D-type flip-flops 35, 36, 37 and 38 (Fig. 3), a voltage offset is generated. The polarity of this voltage offset is chosen so that in order to change the last measured result, the sensor voltage or the sensor signal S1, S2 of the respectively associated sensors 2 , 3 or 31 , 32 must overcome the voltage offset.

Desweiteren wird am positiven Eingang der Komparatoren 23, 24, 25, 26 (Fig. 1) auch eine analoge Hysterese über die diesen Komparatoren 23, 24, 25, 26 jeweils zugeordneten Widerstände R5, R6, R7 und R8 generiert, so daß ein sicherer Vergleich der Sensorspannungen bzw. Sensorsignale S1, S2, S3 und S4 sichergestellt ist. Furthermore, an analog hysteresis is generated at the positive input of the comparators 23 , 24 , 25 , 26 ( FIG. 1) via the resistors R5, R6, R7 and R8 respectively assigned to these comparators 23 , 24 , 25 , 26 , so that a more reliable Comparison of the sensor voltages or sensor signals S1, S2, S3 and S4 is ensured.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Auswertung der Sensorsignale S1 bis S4 mittels der entsprechenden Kompa ratoren 35 bis 38 bzw. 23 bis 26 und durch die oben beschrie benen Schaltungsanordnungen 30 bzw. 1 wird ein Verfahren bzw. eine Schaltungsanordnung zur Verfügung gestellt, mit welcher die Umdrehungszahl eines Permanentmagneten, wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt, sowie eine Drehrichtungserkennung der Drehrichtung diesem Permanentmagneten 28 bzw. 49 in einfacher Weise durchführbar ist. Die Schaltungsanordnungen 1 und 30 sind dabei so ausgebildet, daß redundante Sensorsignale S1 bis S4 erzeugt werden, d. h. daß bei Ausfall eines Sensors 2, 3, 4, 5 bzw. 31 bis 34 von den Komparatoren 23 bis 26 bzw. 35 bis 38 stets wenigstens zwei Meßsignale M1 bis M4 der elektronischen Recheneinheit 18 bzw. 51 zur Drehrichtungs- bzw. Drehzahlerkennung zuführbar sind.By the method according to the invention for evaluating the sensor signals S1 to S4 by means of the corresponding comparators 35 to 38 or 23 to 26 and by the circuit arrangements 30 or 1 described above, a method or a circuit arrangement is provided with which the number of revolutions of a permanent magnet, as shown in FIGS. 2 and 4, and a direction of rotation detection of the direction of rotation of this permanent magnet 28 or 49 can be carried out in a simple manner. The circuit arrangements 1 and 30 are designed such that redundant sensor signals S1 to S4 are generated, that is to say that in the event of a sensor 2 , 3 , 4 , 5 or 31 to 34 failure by the comparators 23 to 26 or 35 to 38, at least always two measurement signals M1 to M4 can be fed to the electronic computing unit 18 or 51 for detecting the direction of rotation or speed.

Desweiteren wird durch die getaktete Energieversorgung, deren Taktfrequenz zumindest doppelt ,so groß wie die maximale Drehzahl des Permanentmagneten 28 bzw. 49 sein soll, ein äußerst geringer Energiebedarf der Schaltungsanordnungen 1 bzw. 30 erreicht. Auch ist die gewählte Schaltungsanordnung 1 bzw. 30 rückwirkungsarm, äußerst preiswert in ihrer Herstellung und unempfindlich gegenüber Unregelmäßigkeiten der Rotation des Permanentmagneten 28 bzw. 49. Die Schaltungsanordnung 1 bzw. 30 muß auch nicht abgeglichen werden, so daß sie in einfacher Weise z. B. für die Verwendung eines Wasser durchflußmessers installierbar ist. Auch muß bei der Schaltungsanordnung 1 bzw. 30 kein Referenzsignal gene riert werden, welches für eine redundante Anordnung eben falls doppelt vorhanden sein müßte, so daß sich auch dadurch ein erheblich einfacher Aufbau der Schaltungsan ordnungen 1 bzw. 30 ergibt und somit eine kostengünstige Herstellung der Schaltungsanordnungen sichergestellt ist.Furthermore, the clocked energy supply, the clock frequency of which should be at least twice as high as the maximum speed of the permanent magnet 28 or 49 , achieves an extremely low energy requirement of the circuit arrangements 1 or 30 . The selected circuit arrangement 1 or 30 is also low-impact, extremely inexpensive to manufacture and insensitive to irregularities in the rotation of the permanent magnet 28 or 49 . The circuit arrangement 1 and 30 does not have to be adjusted, so that they can be z. B. installable for the use of a water flow meter. Also in the circuit arrangement 1 or 30 no reference signal must be generated, which would have to be duplicated if it were for a redundant arrangement, so that this also results in a considerably simple structure of the circuit arrangements 1 and 30 and thus an inexpensive manufacture of the Circuit arrangements is ensured.

Claims

1. A method for speed and direction of rotation detection by means of magnetic field-dependent sensors, each having at least one magnetic field-dependent electrical resistance and in a rotating magnetic field, which is generated by means of a bar magnet rotatingly driven by a measuring element of a sensor, in particular a water meter, in the latter Magnetic effective range are arranged one behind the other in the circumferential direction, sensor signals being taken from the sensors, which are fed to an electronic computing unit and evaluated by the latter for rotation direction and speed detection, characterized in that
that the sensor signal (S1) of a first sensor ( 2 , 31 ) is compared with the sensor signal (S3) of a second sensor ( 4 , 33 ) by a first electronic comparison circuit ( 23 , 35 ) and the first comparison circuit ( 23 , 35 ) generates a first measurement signal (M1) from these sensor signals (S1, S3), and
that the sensor signal (S1) of the first sensor ( 2 , 31 ) is compared with the sensor signal (S4) of a third sensor ( 5 , 34 ) by a second electronic comparison circuit ( 24 , 36 ) and the second comparison circuit ( 24 , 36 ) generates a second measurement signal (M2) from these sensor signals (S1, S4), and
that the sensor signal (S2) of a fourth sensor ( 3 , 32 ) is compared with the sensor signal (S3) of the second sensor ( 4 , 33 ) by a third electronic comparison circuit ( 25 , 37 ) and the third comparison circuit ( 25 , 37 ) this sensor signals (S2, S3) generates a third measurement signal (M3), and
that the sensor signal (S2) of the fourth sensor ( 3 , 32 ) is compared with the sensor signal (S4) of the third sensor ( 5 , 34 ) by a fourth electronic comparison circuit ( 26 , 38 ) and the fourth comparison circuit ( 26 , 38 ) this sensor signals (S2, S4) generates a fourth measurement signal (M4), and
that the four measurement signals (M1, M2, M3, M4) from the four comparison circuits ( 23 , 24 , 25 , 26 , or 35, 36, 37, 38) are fed to the computing unit ( 18 , 51 ) for detecting the direction of rotation and speed .

2. The method according to claim 1, characterized in that for noise suppression and for the suppression of possible vibrations during the measurement phase in dependence on the last measured sensor signal (S1, S2, S3, S4) on the respective comparison circuit ( 23 , 24 , 25 , 26) or 35 , 36 , 37 , 38 ) a voltage offset is generated, the polarity of the voltage offset being selected such that the sensor signal to be measured (S1, S2, S3.) is used to change the last measured sensor signal (S1, S2, S3, S4) , S4) must overcome the voltage offset.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for the safe comparison of the sensor signals (S1, S2, S3, S4) on the respective comparator circuits ( 23 , 24 , 25 , 26 ) designed as comparators, an analog hysteresis is generated.

4. Circuit arrangement for speed and direction of rotation detection with magnetic field-dependent sensors, each having at least one magnetic field-dependent electrical resistance and in a magnetic field that is generated by means of a bar magnet rotatingly driven by a measuring element of a transmitter, in particular a water meter, in its magnetic Effective range in the circumferential direction are arranged one behind the other, sensor signals can be removed from the sensors, which are fed to an electronic computing unit and can be evaluated by the latter for the detection of the direction of rotation and speed, for carrying out the method according to claim 1, characterized in that four on a common circular path in the magnetic field staggered sensors ( 2 , 3 , 4 , 5 or 31 , 32 , 33 , 34 ) are provided, which are formed from magnetic field-dependent electrical resistors ( 6 , 9 , 10 , 13 or 39 , 40 , 41 , 42 ), each with e in a second electrical resistor ( 7 , 8 , 11 , 12 or 43 , 44 , 45 , 46 ) are connected together to form a voltage divider, from each of which a sensor signal (S1, S2, S3, S4) can be removed and that four electronic comparison circuits ( 23 , 24 , 25 , 26 or 35 , 36 , 37 , 38 ) are provided, which each consist of two different sensor signals (S1, S3; S1, S4; S2, S3; S2, S4) generate four phase-shifted measurement signals (M1, M2, M3, M4), which are transferred to the computing unit ( 18 , 51 ) for detecting the direction of rotation and speed.

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the second electrical resistor ( 7 , 8 , 11 , 12 or 43 , 44 , 45 , 46 ) of the voltage divider of a sensor is an ohmic, capacitive ( 43 , 44 , 45 , 46 ) , inductive or magnetic field dependent ( 7 , 8 , 11 , 12 ) resistance.

6. Circuit arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that in each case two sensors designed as voltage dividers ( 2 , 3 or 4 , 5 ) each form a half bridge ( 15 , 16 , 20 , 21 ) of a full bridge ( 14 , 19 ), the magnetic field-dependent electrical resistances ( 6 , 7 , 8 , 9 or 10 , 11 , 12 , 13 ) are arranged such that they emit opposite sensor signals (S1, S2, S3, S4) in a given magnetic field.

7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the magnetic field-dependent resistors ( 6 , 9 or 10 , 13 ) of a voltage divider are each connected to a second magnetic field-dependent resistor ( 7 , 8 or 11 , 12 ) as a second electrical resistor, and that the magnetic field-dependent resistors ( 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 ) are selected so that the two half bridges ( 15 , 16 , 20 , 24 ) formed by the voltage dividers are the same.

8. Circuit arrangement according to one of claims 4 to 7, characterized in that the sensors ( 2 , 3 , 4 , 5 or 31 , 32 , 33 , 34 ) and the comparison circuits ( 23 , 24 , 25 , 26 or 35 , 36 , 37 , 38 ) are only supplied with energy for a short measuring period, the clock frequency of this energy supply corresponding to at least twice the speed of the rotating magnetic field.