Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.

In einer Anwender-Information "Hall Effect IC Applications Guide" der Fa. Allegro, Microsystems, USA, S. 4 -64 und 4 - 65, 4 - 66, werden digitale Hallsensoren (Fig. 6 und 7) gezeigt und beschrieben, die unter anderem als mechanische Grenzschalter und Positionssensoren verwendbar sind. Zum Hallelement gehört ein integrierter Schmitt-Trigger, der das analoge Ansprechsignal des Hallelements in unterschiedliche digitale Ausgangssignale umwandelt. Der Schmitt-Trigger weist eine Schalthysterese auf, aufgrund deren eine integrierte magnetische Totzone entsteht, so daß der Ope¬ rationspunkt bei zunehmender Dichte des das Hallelement beaufschlagenden Ma¬ gnetfeldes bei einem höheren Gauss-Wert liegt, als der Lösepunkt. Die Hysterese ist beabsichtigt und erforderlich, um Schwingungen oder Sprünge der Ausgangssignale zu vermeiden. Ab dem Operationspunkt fällt das Ausgangssignal ab. Bei Überschrei¬ ten des Lösepunktes steigt das Ausgangssignal auf einen hohen Wert an. Wird das Magnetfeld durch einen sich relativ zum Hallelement bewegenden Permanentmagne¬ ten erzeugt, dann findet demzufolge der Ausgangs-Signalwechsel beim Annähern des Permanentmagneten an das Hallelement bei einem anderen Abstand statt als beim Entfernen des Permanentmagneten.

Digitale Sensoren dieser Art (Hallsensoren oder Näherungssensoren mit magnetore- sistiven oder induktiven Sensorelementen) werden in der fadenverarbeitenden Tech¬ nik beispielsweise in Fadenspeicher- und -liefergeräten als Fadensensoren zur berüh¬ rungslosen Fadenabtastung eingesetzt (EP-B-0 171 516), z.B. um Steuersignale für einen Fadenaufwickelantrieb zu erzeugen, der im wesentlichen unabhängig vom Fa¬ denverbrauch einen Fadenvorrat einer bestimmten Größe auf der Speichertrommel aurechterhält. Auch als Fadenbruchsensor läßt sich ein derartiger digitaler Sensor verwenden. Der Faden bewegt einen in der Speichertrommel beweglich gelagerten Permanentmagneten, auf dessen Bewegung bzw. Abstand der Sensor anspricht. Bei¬ spielsweise digitale Hallsensoren sind sehr kostengünstig und zuverlässig. Jedoch ist es nachteilig, daß der Ausgangssignalwechsel abhängig von der Bewegungsrichtung

des Permanentmagneten oder eines Körpers aus magnetischen und/oder elektroma¬ gnetischen Fluß leitendem Material bei unterschiedlichen Abständen zum Sensorele¬ ment auftritt, weil dies zu unpräzisen Aussagen bezüglich der Bewegung und/oder der An- bzw. Abwesenheit des Fadens führt. Da ferner die Hysterese, z.B. digitaler Hall¬ sensoren, innerhalb einer Baureihe streut und in ein- und demselben Fadenspeicher¬ und -liefergerät mehrere Fadensensoren vorgesehen sein können, mußte bisher das dadurch bedingte, ungenaue Steuerverhalten in Kauf genommen werden, was gege¬ benenfalls zu einem zu großen oder einem zu kleinen Fadenvorrat und zu Störungen im Betrieb des Fadenspeicher- und -liefergeräts führen kann. In einem solchen Sen¬ sor kann als Sensorelement nicht nur ein Hallelement verwendet werden, sondern auch ein magnetoresistives oder induktives Sensorelement, das auf die Nähe eines Körpers aus magnetischen und/oder elektromagnetischen Fluß leitendem Material anspricht und sein elektrisches Ausgangssignal abstandsabhängig ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie einen digitalen Sensor zu schaffen, mit denen die für die Schaltpräzision des Näherungssensors notwendige Hysterese für die Abstandsdetektion unwirksam ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und den Merkmalen des selbständigen Patentanspruchs 11 gelöst.

Bei dem Verfahren wird die für die Schaltzuverlässigkeit gebrauchte Hysterese ihres Einflusses auf die Abstandsdetektion entledigt, da durch das der Abtastung des Aus¬ gangssignals vorausgehende Abschalten des Sensors der Lösepunkt des Schaltglie¬ des bei der Abtastung ignoriert wird, und nur mehr festgestellt wird, ob, z.B. bei einem Hallelement oder einem magnetoresistiven Sensorelement, die Dichte des Magnetfel¬ des den Wert für den Operationspunkt erreicht hat oder nicht. Der Ausgangs- Signalwechsel wird jeweils nur bei demselben Abstand zwischen dem Permanentma¬ gneten und dem Sensorelement detektiert. Unter Beibehalt der hohen Schaltzuver¬ lässigkeit des digitalen Sensors wird auf diese Weise die durch die funktionsnotwen¬ dige Hysterese bedingte Ungenauigkeit in der Abstandsdetektion eliminiert. Der ver¬ fahrensgemäß gesteuerte Sensor zeichnet sich durch hohe Genauigkeit bei der Ab¬ standsdetektion aus, weil der Ausgangssignalwechsel unabhängig von der relativen

Bewegungsrichtung zwischen dem Permanentmagneten und dem Sensorelement je¬ weils bei demselben Abstand exakt detektiert wird. Für das zeitgerechte Ein- und Ausschalten des Sensors ist der getaktete Unterbrecher verantwortlich.

Bei der Verfahrensvariante gemäß Anspruch 2 bleibt der Sensor jeweils über eine vorbestimmte Zeit eingeschaltet, um für die Abtastung des Ausgangssignals stabile Verhältnisse zu gewährleisten.

Bei der Verfahrensvariante gemäß Anspruch 3 wird durch die Frequenzabstimmung ein Ausgangssignalwechsel sehr rasch bzw. sofort festgestellt.

Eine besonders zuverlässige Abtastung wird mit geringem steuerungstechnischem Aufwand gemäß Anspruch 4 und gemäß Anspruch 5 erzielt.

Bei der Verfahrensvariante gemäß Anspruch 6 ist sichergestellt, daß nach dem Ein¬ schalten des Sensors stabile Abtastverhältnisse gegeben sind.

Alternativ kann bei relativ seltenen bzw. sehr häufigen Ausgangssignalwechseln die Verfahrensvariante gemäß Anspruch 7 zweckmäßig sein; bei häufigem Ausgangssig¬ nalwechsel hingegen die Ausführungsvariante gemäß Anspruch 8.

Für eine präzise Abstandsfeststellung ist der in Anspruch 9 angegebene Frequenzbe¬ reich ausreichend.

Das Verfahren läßt sich schließlich gemäß Anspruch 10 kostengünstig durchführen und in bestimmten Verfahrensparametern einfach ändern, wenn die Leistungsfähig¬ keit moderner Mikroprozessoren genutzt wird.

Baulich einfach ist die Ausführungsform des Sensors gemäß Anspruch 12. Im Regel¬ fall wird der Anordung des Unterbrechers zwischen dem Sensorelement, z.B. einem Hallelement, und der Erdung der Vorzug gegeben.

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 13 ist zuverlässig, leistet lange Standzeiten und arbeitet verlustarm.

Präzise Schaltverhältnisse ohne störende Spannungsspitzen bzw. Beeinträchtigung durch elektronischen Lärm ergeben sich bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 14.

Baulich einfach ist die Ausführungsform gemäß Anspruch 15 mit einem Mikroprozes¬ sor.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 16 läßt sich eine hohe Präzision bei der Abstandsdetektion erzielen.

Gemäß Anspruch 17 dient der Sensor als Fadensensor in einem Fadenspeicher- und -liefergerät, wobei der Fadensensor nicht nur zur Überwachung der Größe des Fa¬ denvorrats (Minimal- und Maximalfadensensor, Referenzfadensensor) für die Steue¬ rung des Aufwickelantriebs vorgesehen sein kann, sondern auch als Fadenbruchsen¬ sor, der bei Feststellung eines Fadenbruches ein Abschaltsignal oder ein Warnsignal erzeugt. Der besondere Vorteil des jeweiligen Fadensensorkonzeptes besteht darin, daß die abgeleiteten Steuersignale exakt auf nur einen Abstand des Permanentma¬ gneten oder Körpers aus magnetischen und/oder elektromagnetischen Fluß leiten¬ dem Material vom Sensorelement bezogen sind, unabhängig davon, ob sich der Permanentmagnet oder Körper gerade nähert oder entfernt.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes er¬ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen digitalen Sensor,

Fig. 2 mehrere einander zugeordnete Zeitdiagramme, und

Fig. 3 schematisch ein Fadenspeicher- und -liefergerät mit wenigstens einem

Fadensensor.

Ein digitaler Sensor S gemäß Fig. 1 (schematische Darstellung) enthält als haupt¬ sächliche Komponenten ein Sensorelement H, z.B. ein Hallelement, ein integriertes, digitalisierendes, mit Hysterese arbeitendes Schaltglied T, einen Unterbrecher U so¬ wie eine Auswerteschaltung und einen Taktgeber, die zweckmäßigerweise durch ei¬ nen Mikroprozessor MP gebildet werden. Der Taktgeber für den getakteten Unterbre¬ cher könnte jedoch auch von der Auswerteschaltung getrennt sein. Ferner könnte der Mikroprozessor MP außerhalb des Sensors S vorgesehen und mit diesem nur signa¬ lempfangend bzw. signalübertragend verbunden sein.

Das Sensorelement H, in diesem Fall ein Hallelement, ist mit einem Eingang über eine Leitung 10 mit einer Spannungsquelle + V, z.B. + 5V, verbunden, während sein ande¬ rer Eingang über eine Leitung 2 geerdet ist. Das Ansprechsignal des Sensorelemen¬ tes H wird über eine Leitung 4 einem in den Sensor S integrierten Schaltglied T übermittelt, das ausgangsseitig über eine Leitung 6 mit einem Kontakt Z des die Aus¬ werteschaltung bildenden Mikroprozessors MP verbunden ist. Das Schaltglied T ope¬ riert mit einer absichtlich vorgesehenen Hysterese und wird beispielsweise durch ei¬ nen Schmitt-Trigger 5 gebildet, der aus analogen Ansprechsignalen W des Sensore¬ lementes H digitale Ausgangssignale Y (1 oder 0) bildet. In der Leitung 2 ist der getak¬ tete Unterbrecher U enthalten, zweckmäßigerweise ein NPN-Transistor 8, dessen Basis über eine Leitung 7 mit einem in der gezeigten Ausführungsform durch den Mi¬ kroprozessor MP gebildeten Taktgeber für Spannungsimpulse X verbunden ist. In der Leitung 7 kann ein Widerstand R enthalten sein. Parallel zum Unterbrecher U ist in ei¬ ner geerdeten Leitung 9 ein Kondensator C vorgesehen. Der Anschlußpunkt der Lei¬ tung 9 liegt zwischen dem Unterbrecher U und dem Eingang des Sensorelements.

Das Sensorelement H wird mit einem Magnetfeld M veränderbarer Dichte beauf¬ schlagt, beispielsweise mittels eines Permanentmagneten P, der sich in Richtung ei¬ nes Doppelpfeiles 3 relativ zum Sensorelement H bewegt. Das Sensorelement H könnte auch ein magnetoresistives Sensorelement sein. Brauchbar ist ferner ein in¬ duktives Sensorelement, das auf die Nähe eines zumindest eisenhaltigen oder metal¬ lischen Körpers P anspricht.

Das Sensorelement H gibt (Leitung 4) analoge Ansprechsignale W ab, und zwar in Abhängigkeit von der Dichte des Magnetfeldes M. Das in den Sensor S integrierte Schaltglied T, d.h. der Schmitt-Trigger 5, erzeugt aus den Ansprechsignalen W digita¬ le Ausgangssignale Y (1 oder 0), die bei Z im Mikroprozessor MP abgestastet werden, und aus denen der Mikroprozessor MP Steuersignale Z' ableitet.

Das Schaltglied T schaltet am Operationspunkt bei einem vorbestimmten Gauss-Wert des Magnetfeldes M (Annähern des Permanentmagneten P an das Sensorelement) das Ausgangssignal Y auf einen dem Wert 0 entsprechenden Spannungspegel. Bei Verringerung der Dichte des Magnetfeldes M (Entfernen des Permanentmagneten) schaltet das Schaltglied T am Lösepunkt das Ausgangssignal Y auf einen hohen Si¬ gnalpegel 1 , sobald ein aufgrund der Hysterese niedrigerer Gauss-Wert als beim Auslösepunkt erreicht ist. Dies bedeutet, daß der Ausgangssignalwechsel von 0 auf 1 bei einem anderen Abstand zwischen dem Sensorelement H und dem Permanent¬ magneten P auftritt als der Ausgangssignalwechsel von 1 auf 0. Durch den getakteten Unterbrecher U wird jedoch für die Abtastung des Ausgangssignals Y durch den Mi¬ kroprozessor MP der eine der beiden Ausgangssignalwechsel, z.B. beim Lösepunkt, der Abtastung dadurch entzogen, daß der Unterbrecher U jeweils vor einer Abtastung des Ausgangssignals Y das Sensorelement H abschaltet und vor der Abtastung wie¬ der einschaltet. Durch das Abschalten kann der Mikroprozessor den einen Aus¬ gangssignalwechsel, z.B. von 1 auf 0, nicht mehr abtasten, sondern nur, ob der eine Ausgangssignalwechsel, z.B. von 0 auf 1 , stattgefunden hat oder nicht. In weiterer Folge bedeutet dies, daß der Mikroprozessor unabhängig von der jeweiligen Bewe¬ gungsrichtung des Permanentmagneten P (Doppelpfeil 3) nur feststellt, ob der eine Ausgangssignalwechsel, z.B. von 0 auf 1 , bereits stattgefunden hat oder nicht.

Fig. 2 verdeutlicht im Diagramm I die Spannungsimpulse X entlang der Zeitachse t, mit denen der Mikroprozessor MP den Unterbrecher U zum Ein- und Ausschalten des Sensorelements H betätigt. Jeweils zu einem Zeitpunkt ti wird das Sensorelement H eingeschaltet, und zwar bis zum darauffolgenden Zeitpunkt to, an dem wieder abge¬ schaltet wird. Zweckmäßigerweise sind die Einschalt- und Ausschaltzeiten gleich lang (Frequenz z. B. 300 Hz).

Das darunterliegende Diagramm II verdeutlicht die Veränderung des Magnetfeldes M über der Zeitachse t bzw. die Abstandsänderung des Permanentmagneten P. Das Diagramm III repräsentiert die Ausgangssignale Y über der Zeitachse t bei Anspre¬ chen des Sensorelements H. Solange das Magnetfeld M schwach ist (Permanentmagnet P entfernt vom Sensorelement H) liegt über jede Einschaltzeit (zwischen ti und to) das Ausgangssignal Y mit dem Wert 1 an. In den Abschaltzeiten (zwischen to und ti) liegt das Ausgangssignal Y mit dem Wert 0 an. Hat sich der Per¬ manentmagnet P dem Sensorelement H ausreichend weit genähert, dann bleibt das Ausgangssignal Y auf dem Wert 0. Hat sich der Permanentmagnet P ausreichend weit vom Sensorelement H entfernt, dann liegt in den Einschaltzeiten das Ausgangs¬ signal Y mit dem hohen Wert 1 an. Im Diagramm IV ist gezeigt, wie der Mikroprozes¬ sor MP zu den Zeitpunkten t1 , t2, t3 das Ausgangssignal Y abtastet, wobei die Zeit¬ punkte t1, t2, t3 jeweils innerhalb einer Einschaltzeit (ti bis to) liegen, zweckmäßiger¬ weise jeweils in etwa in der zeitlichen Mitte der Einschaltzeit. Im Diagramm V ist schießlich angedeutet, wie der Mikroprozessor MP aus dem abgetasteten Ausgangs¬ signal zu den Zeitpunkten t1 , 12, t3 ein Steuersignal Z erzeugt, hingegen über die Zeitdauer, in der der Permanentmagnet P dem Sensorelement H nahe ist, keine Steuersignale Σ abgibt.

Da das im Diagramm III äußerst rechte Ausgangssignal Y nur dann abgetastet wird, wenn das Sensorelement H zuvor abgeschaltet und wieder eingeschaltet worden ist, bleibt außer Betracht, daß der Ausgangssignalwechsel (z.B. von 1 auf 0) bei einem anderen Abstand zwischen Permanentmagnet P und dem Sensorelement H stattge¬ funden hat, als der vorausgehende Ausgangssignalwechsel (z.B. von 0 auf 1).

Der digitale Sensor gemäß Fig. 1 ist in Fig. 3 in einem Fadenspeicher- und -liefergerät F als Fadensensor vorgesehen. In einem Gehäuse 11 des Fadenspeicher- und - liefergeräts F ist ein Aufwickelantrieb 12 (ein Elektromotor) angeordnet, der ein Auf¬ wickelelement 14 antreibt, mit dem auf einer stationären Speichertrommel 13 ein aus Windungen bestehender Fadenvorrat gebildet wird, aus dem eine nicht dargestellte Textilmaschine, z.B. eine Webmaschine, bedarfsabhängig Faden verbraucht. Der Aufwickelantrieb 12 hat die Aufgabe, unabhängig vom Verbrauch durch die Textilma¬ schine stets einen ausreichend großen Vorrat des Fadens G aufrechtzuerhalten, d.h.,

sicherzustellen, daß der Vorrat nicht zu groß oder zu klein wird. In der Speichertrom¬ mel 13 ist auf einem durch eine Feder 17 nach außen beaufschlagten Fühler 16, z.B. der Permanentmagnet P oder ein Körper aus magnetischen und/oder elektromagneti¬ schen Fluß leitendem Material angeordnet. Jenachdem, ob sich Faden im Bereich des Permanentmagneten P, oder ein Körper befindet, oder nicht, nimmt der Perma¬ nentmagnet P eine in die Speichertrommel 13 zurückgezogene Position oder eine über die Speichertrommel vorstehende Position ein. Unter Berücksichtigung nur eines einzigen Abstandswertes zwischen dem Permanentmagneten P und dem Sensorele¬ ment H, z.B. einem Hallelement, des Fadensensors S werden Steuersignale an eine Steuervorrichtung 15 für den Aufwickelantrieb 12 übermittelt, um diesen zur Ergän¬ zung des Fadenvorrats anzutreiben oder zu beschleunigen bzw. zum Verhindern ei¬ ner Überschreitung der gewünschten Größe des Fadenvorrates anzuhalten oder zu verzögern. Der Fadensensors S entspricht dem Sensor S der Fig. 1 und ist in der La¬ ge, Steuersignale in Abhängigkeit davon abzugeben, ob der Abstand des Perma¬ nentmagneten P einen exakt vorbestimmten Wert hat, oder nicht, und zwar unab¬ hängig davon, ob sich der Permanentmagnet P dem Sensorelement nähert oder sich von diesem entfernt.

Strichliert ist in Fig. 3 angedeutet, daß nicht nur ein einziger Fadensensor S vorgese¬ hen sein kann, sondern gegebenenfalls weitere gleichartige Fadensensoren, auch ein Fadenbruchsensor.