Der Wiegand-Effekt und seine Anwendung

In diesem Beitrag geht es um den Wiegand-Effekt und dessen Anwendung am Beispiel eines Drehwinkelgebers.

Wiegand-Sensoren oder Impulsdrahtsensoren enthalten sogenannte Wiegand-Drähte als wesentliches Bauelement, die durch parallele weich- und hartmagnetische Bereiche eine Hysteresekurve mit zwei ausgeprägten Sprungstellen aufweisen. Die plötzliche Änderung der Magnetisierung verursacht in einer nahen Spule einen Spannungsimpuls, dessen Größe und Form nicht davon abhängt, wie schnell das äußere Magnetfeld sich ändert. Dieser Effekt wurde 1972 von John Richard Wiegand entdeckt und patentiert.

Wiegand-Sensoren werden heute vorwiegend zur Bewegungserfassung mittels (Dreh-)Impulsgebern oder in Weg- und Näherungssensoren eingesetzt. Möglich Anwendungsbeispiele sind:

  • Lineare Abtastung mit bewegten Magneten (Wegsensor).
  • Abtastung an rotierenden Systemen mit bewegten Magneten (Drehwinkelgeber).
  • Identkarte mit Wiegand-Drähten und Lesekopf.

Ein typischer Anwendungsfall sind sogenannte Multiturn-Absolutwert-Drehgeber. Absolutwert-Drehgebern verwenden zunächst ein magnetischem Abtastprinzip mit Hall-Sensoren. Ein rotierendes Magnetfeld erzeugt ein Sinus- bzw. Kosinussignal. Dieses Signal wird über den internen Prozessor bearbeitet, sodass der Prozesswert dem Ausgangswert eines Absolutwert-Drehgebers mit optischer Abtastung gleicht. Mit einem zusätzlichen Wiegand-Sensor wird daraus ein Multiturn-Absolutwert-Drehgeber. Ein über dem Wiegand-Sensor rotierendes Permanent-Magnetfeld erzeugt im Kern des Wiegand-Sensors einen Wechsel der Magnetfeldrichtung. Dies führt wiederum zu einer induzierten Spannung in einer darüber gewickelten Spule. Somit steht immer bei einem Magnetfeldrichtungswechsel, also jeweils zwei Mal pro Umdrehung, Energie zur Verfügung. Diese dient zur elektronischen Zählung der Umdrehungen und zur Speicherung in einem nichtflüchtigen Speicher.

Dieser Mechanismus funktioniert erstens auch bei sehr langsamen Drehzahlen und zweitens auch bei einem Ausfall der Stomversorgung des Drehgebers.

Was sich zunächst relativ einfach anhört, stellt in der Praxis hohe Anforderungen an die Hardware des Drehgebers, bewegen sich doch die zu erwartenden Spannungsimpulse nur im unteren Mikrovolt-Bereich.

OKN besitzt umfangreiche Erfahrung aus der Teilnahme an Entwicklungsprojekten von Absolutwert-Drehgebern mit Integration des Wiegand-Effekts. Gerne unterstützen wir auch Sie bei ihrer Entwicklung oder Optimierung ihrer Drehwinkelgeber.

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Wir suchen Verstärkung für unser Team !

Wir suchen ständig neue Mitarbeiter(innen) zur Verstärkung unseres Teams.

Sie suchen neue Herausforderungen?

Sie sind in ihrem Hauptberuf nicht ausgelastet oder suchen ein zweites Standbein?

Sie wollen sich neu orientieren oder einfach nicht den technischen Anschluss verlieren?

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Wir bieten ihnen eine abwechslungsreiche Tätigkeit mit freier Zeiteinteilung. Sie arbeiten, abgesehen von gelegentlichen Meetings und Kundenbesuchen, in der Regel im Home-Office. Die erforderliche Hardware und Software stellen wir ihnen bei Bedarf unentgeltlich zur Verfügung. Die Bezahlung erfolgt auf Stundenbasis und der vereinbarte Stundensatz richtet sich nach ihren Vorkenntnissen bzw. ihrer Erfahrung mit Softwareentwicklung.

Wir suchen zur Verstärkung unseres Teams:

freie Mitarbeiter(innen) in Voll- oder Teilzeit.

Mitarbeiter(innen) in Teilzeit mit Festanstellung, auch als geringfügige Beschäftigung.

Voraussetzungen:

Sie haben einen technische Berufsausbildung oder Studienabschluss und haben in ihrem Berufsleben bereits Erfahrung mit der Entwicklung von Software gesammelt, 

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Sie wohnen in den Regionen Allgäu, Oberschwaben oder Bodensee und sie sind mobil.

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mail@okn-software.de

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OKN entwickelt Mastercontroller für Sensoren

OKN entwickelt einen Mastercontroller zum Anschluss mehrerer Drehwinkelgeber oder anderer Sensoren.

Die aktuellen Modelle namhafter Sensorhersteller verfügen in der Regel über eine integrierte A/D Wandlung und/oder Messwertaufbereitung und eine digitale Schnittstelle. Häufig sind hier serielle Schnittstellen nach dem SSI Standard anzutreffen. Ein häufig verwendetes Übertragungsprotokoll ist BiSS-C. Es existieren aber auch zahlreiche proprietäre Lösungen. Allen gemeinsam ist das Problem, dass sich diese Sensoren nicht ohne zusätzliche Hardware in ein vorhandenes Feldbussystem integrieren lassen. Sofern überhaupt vorhanden, ermöglichen die meisten Feldbusmodule / Protokollumsetzer außerdem nur den Anschluss eines einzigen Sensors.

Hier setzt der Mastercontroller von OKN an.

Mit dem in der Entwicklung befindlichen Prozessorboard ist es möglich bis zu 5 digitale Sensoren/Encoder zentral in gängige Feldbussysteme zu integrieren. Dadurch ergeben sich deutliche Kosteneinsparungen, zum Beispiel durch geringere Investitionen in Hardware und Verkabelung.

Die Hardware basiert auf dem SAMA5D3 Xplained Board mit Atmel 32bit Microcontroller SAMA5D3 (ARM Cortex A5). Als Betriebssystem dient ein speziell konfiguriertes Yocto-Linux.

Unit-Tests auf Systemen mit eingeschränkten Ressourcen

Sehr geehrte Leserinnen und Leser

aus aktuellem Anlass geht es in diesem Beitrag um das Thema Unit-Test (auch Modultest genannt). Unit-Tests sind bekanntlich ein wesentlicher Bestandteil der Qualitätssicherung in der Softwareentwicklung. Wie der Name schon andeutet werden dabei funktionale Einzelteile (Module) der Software auf korrekte Funktionalität und Robustheit gegenüber z.B. ungültiger Parameter geprüft.

Speziell im Embedded Bereich gibt es zwei grundlegende Ansätze für die Durchführung, nämlich die Ausführung der Tests auf dem Zielsystem/Target (Online) oder auf dem Hostsystem (Offline). Während die am meisten verbreiteten kommerziellen Werkzeuge Cantata und TESSY beide Möglichkeiten anbieten, ermöglichen die etwas preiswerteren bzw. freien Systeme meist nur Offline-Tests.

Dabei gibt es gute Gründe für Tests auf dem Zielsystem:

  • Nur dann kommt für Test- und Normalversion der gleiche Compiler zum Einsatz und Interpretationsfreiheiten der Compilerhersteller haben keinen Einfluss mehr. Zum Beispiel können Datenbreite und Endianess auf dem Host- und Targetsystem unterschiedlich sein.
  • Nur dann ist es möglich auch Fehler der Compiler selbst oder Fehler in deren Standardbibliothek zu finden.
  • Gemischter Code, also zum Beispiel C und Assembler, kann mit vertretbarem Aufwand nur auf dem Target getestet werden.
  • Betriebssystem Funktionsaufrufe müssen ggf. nicht durch Stubs ersetzt werden.
  • Das Laufzeitverhalten entspricht der (meist traurigen) Realität und nicht dem erheblich schnelleren Hostsystem. Sehr wichtig zum Beispiel bei zeit- oder Hardware-getriggerten Funktionen.
  • die relevanten Normen (z.B. ISO 26262) raten dazu.

Gegen Tests auf dem Zielsystem sprechen in der Regel

  • der insgesamt höhere Aufwand.
  • die eingeschränkten Möglichkeiten des Targets bzgl. Anzeigen und Kommunikation mit dem Host. Denn schließlich können auf dem Embedded System die Testergebnisse nicht einfach auf dem Monitor angezeigt werden.
  • die eingeschränkten Ressourcen (Speicher, CPU, Timing usw.) auf dem Zielsystem.

Was den letzten Punkt angeht, stoßen besonders die viel gelobten kommerziellen Tools schnell an Grenzen. Nur die wenigsten, auf minimalen Hardware Einsatz getrimmten Embedded Projekte, bei denen um jedes Byte und jede Mikrosekunde gefeilscht wird, vertragen noch zusätzlich einen aufgeblähten Testcode. Ganz zu schweigen wenn Kommunikationsstandards jenseits von CAN, Flexray und Ethernet zum Einsatz kommen sollen.

Genau hier setzt das von OKN entwickelte Unit-Testsystem an.
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