Die Entwicklung robuster Sensoren zur Bestimmung der Winkelposition, die sich auch leicht zu Winkelgeschwindigkeitsaufnehmern umbauen lassen, wird vorgestellt. Der Sensor besteht aus einer Statorplatte, die als Transmitter mit 8 übertragenden Segmenten (ÜSs) benutzt wird, und einem anderen Stator, der die empfangende Ringelektrode enthält. Die übertragende Elektrode (ÜE) und die Empfängerelektrode (EE) haben innere und äußere Sicherheitsring, um ein homogenes elektrisches Feld im Meßbereich zu gewährleisten. Der leitfähige Rotor ist über die Welle geerdet. Die 8 ÜSs und die EE bilden 8 Kondensatoren, deren Kapazitäten durch das Einsetzen des Rotors in Abhängigkeit von der Winkelposition des Rotors abnehmen. Zur Messung der Segmentkapazitäten wird eine Trägerfrequenz von 15 MHz verwendet. Ein Mikroregler regt sequentiell die ÜSs an. Die erste Stufe der Empfängerelektronik ist eine Resonanzschaltung. Die nachfolgenden Stufen umfassen einen Verstärker, ein sehr enges Bandfilter, einen elektronischen Gleichrichter und ein Tiefpaßfilter. Für die Serienproduktion werden Kundenschaltungen gefertigt, bei denen der Gleichrichter durch eine synchrone Demodulationseinheit ersetzt ist. Die 8 gemessenen Kapazitätswerte werden mit einem ratiometrischen Algorithmus bearbeitet; dadurch wird der Sensor gegen additive und multiplikative Einflüsse unempfindlich. Der Positionswinkel des Rotors ergibt sich dann aus speziellen Kombinationen der Segmentkapazitätswerte, die der Algorithmus vornimmt. Von diesem Grundaufbau des Sensors gibt es verschiedene Modifizierungen. Die leichte Austauschbarkeit wird durch einen Sensor mit einer Fingerstruktur ermöglicht, bei dem einige Segment der übertragenden Elektrode abgeschnitten sind. Durch Verwendung der Sicherheitsringe als Elektroden können elektrische Mängel des Rotors und der Welle aufgefangen werden; der absolute Meßfehler liegt bei 0,15 Grad. Eine weitere Kostensenkung des Sensors ist möglich, wenn die beiden elektronischen Schaltungen der ÜE und der EE zusammengefaßt werden. Dieses wird über einen positionsunabhängigen Kopplungskondensator realisiert.
Robust sensors for angular position and angular speed measurement
Robuste Sensoren für Winkel und Winkelgeschwindigkeit
2001
5 Seiten, 6 Bilder, 3 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Englisch
Measurement of shaft speed, angular displacement, position or movement
Europäisches Patentamt | 2015
|A robust capacitive angular speed sensor
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|WHEEL HUB ASSEMBLY HAVING DUAL ANGULAR POSITION SENSORS
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