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Ausgewählte Ausgabe: S1-2015 Ansicht: Modernes Layout
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Winkel- und Längenmessung in hochdynamischen Antrieben mit magnetoresistiven Sensoren

In zahlreichen industriellen und automobilen Anwendungen zeichnet sich ein Trend zu höheren Drehzahlen und schnelleren Linearbewegungen ab. Daraus ergeben sich neue Anforderungen an das Messsystem. Innovative Sensorlösungen werden benötigt, die hohe dynamische Eigenschaften mit hoher Auflösung, hoher Robustheit und geringen Abmessungen vereinen.


Bildartikel zu Bild 01_KAP_Sensitec.TIF

Bild 1
Funktionsprinzip des Zahnsensors

Die hohe Bandbreite, die magnetoresistive (MR-) Sensoren bieten, galt bisher eher als versteckter Vorteil dieser Technologie. Das hat sich geändert und inzwischen stellt sie in immer mehr Anwendungsbereichen die Basis für die Winkel- und Positionsmessung in Hochgeschwindigkeitsmaschinen dar. Das GLM Zahnsensormodul integriert einen Zahnsensorchip, basierend auf GMR (Riesenmagnetowiderstand) Multilagen, jeweils wenige Nanometer dick, mit einem starken Stützmagnet in einem kompakten und extrem robusten Gehäuse. Dieses miniaturisierte Modul ermöglicht eine sehr genaue Messung von sowohl linearen als auch rotatorischen Bewegungen bei hohen Auflösungen und sehr hohen Geschwindigkeiten.

Zahnsensoren auf GMR-Basis

Seit fast zehn Jahren beschäftigt sich Sensitec damit, die GMR-Technologie auch für Anwendungen der industriellen und medizinischen Messtechnik, also für analoge Sensoren, anzupassen und weiterzuentwickeln. Als besonders interessant und erfolgreich hat sich dabei ein Anwendungsgebiet erwiesen, bei dem die periodische Modulierung eines starken Magnetfeldes durch ferromagnetische Funktionsbauteile (Zahnräder oder Zylinderstangen) zur berührungslosen und dynamischen Erfassung von Bewegungen genutzt wird.
Bild 1 zeigt die Simulation des Feldverlaufes einer durch einen Stützmagnet aufmagnetisierten weichmagnetischen Zahnstruktur. Eine Modulation der Feldstärke ist klar ersichtlich. Der eingesetzte Zahnsensor ist ein Gradientensensor oder Magnetfelddifferenzsensor.
Er misst die Differenz der Feldstärke an zwei verschiedenen Punkten. Der Sensor ist aufgebaut aus zwei Wheat stone-Brücken (Vollbrücken), die geometrisch zueinander um ein Viertel der Periodenlänge der Maßverkörperung versetzt sind. Die Einzelwiderstände der Wheatstone-Brücke bestehen wiederum aus mehreren GMRStreifen, die ineinander  verschachtelt sind. In einem optimal aufeinander abgestimmten Gehäuse werden sowohl der GMR-Zahnsensorchip als auch der Stützmagnet untergebracht und gegen Fremdeinflüsse geschützt. Der starke Magnet erzeugt eine sehr hohe Feldstärke, was die  Störempfindlichkeit dieses Moduls deutlich reduziert und ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhalten gewährleistet.

Bildartikel zu Bild 02_KAP_Sensitec.jpg

Bild 2
Zahnsensormodul GLM

Die GLM Zahnsensormodule (Bild 2) sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, um die
einfache Nutzung mit unterschiedlichen Zahnteilungen (1, 2 und 3 mm) oder Zahnmodulen
(0,3 und 0,5) zu ermöglichen. Die Module können bei Umgebungstemperaturen zwischen –40 und +125 °C eingesetzt werden und liefern ein klirrarmes Sinus-Cosinus-Signal mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis. Die hohe Signalgüte macht eine sehr präzise 100-fache Interpolation möglich, welche lineare Geschwindigkeiten von mehr als 100 m/s bei einer Auflösung von 10 μm oder die Erfassung von Drehzahlen von mehr als 100.000 min-1 bei  Auflösungen im Winkelminutenbereich zulässt.

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Autoren

Dr. Rolf Slatter

Geschäftsführer Sensitec GmbH
 
Kontakt:
Sensitec GmbH
Georg-Ohm-Straße 11
35633 Lahnau
Tel.: 0 64 41/97 88-0
Fax: 0 64 41/97 88-17
E-Mail: rolf.slatter@sensitec.com
www.sensitec.com

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