Neuartige Absolutwertgeber auf Basis Magneto-Resistiver Sensoren

Abstract:
Seit einigen Jahren sind magnetische Absolutwertgeber (AWG) verfügbar, die das Magnetfeld eines Permanentmagneten mit einem Anisotropen-Magneto-Resistiven (AMR) Sensor direkt abtasten. Diese AWG mit Direktabtastung erreichen allerdings nur geringe Genauigkeiten von ca. einem Grad und Auflösungen von ca. 12 Bit bezogen auf eine Umdrehung. Der AMR-Sensor liefert in dieser Aufbautechnik sinus- und cosinusförmige Ausgangssignale mit zwei Perioden pro Umdrehung und somit wenig Informationsgehalt. Absolutmessende Systeme mit optischer Abtastung profitieren hier vor der Verfügbarkeit hoch präziser Codescheiben mit Strukturen im um-Bereich, auf denen die Absolutposition digital kodiert ist. Für den hier vorgestellten AWG GEL 235 wurde eine neuartige hochpräzise Codescheibe zur Abtastung auf Magneto-Resistiver (MR-) Basis entwickelt. Diese Noniusscheibe aus ferro-magnetischem Stahl weist drei Inkrementalspuren mit abgestufter Periodenzahl bzw. Stegzahl auf. Die periodischen Stegstrukturen werden in einem Belichtungs- und Ätzverfahren realisiert. Die Abtastung dieser Stege mit Giant-Magneto-Resistiven-Sensoren (GMR) liefert Sinussignale mit korrespondierender Periodenzahl und Phasenlage. Die Phasenlage der Sinussignale wird auf Basis eines Nonius- Algorithmus ausgewertet und so die Absolutposition ermittelt. Mit dieser Noniusscheibe ist es gelungen, den „Informationsgehalt“ pro Umdrehung deutlich zu erhöhen und Rekordwerte von 19 Bit Auflösung und 0,04Grad Genauigkeit zu erreichen. Für die lokale magneto-resistive Abtastung der kompakten Strukturen auf der Noniusscheibe musste die Aufbau- und Verbindungstechnik des neuartigen AWG unter Berücksichtigung der Magnetfeldeigenschaften optimiert werden.