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H. Wolfmayr:
"Entwicklung eines Rotationssensors mit transparentem Ferromagneten";
Betreuer/in(nen): Y. Didosyan, H. Hauser; Institut für Industrielle Elektronik und Materialwissenschaften, 2002.

In dieser Diplomarbeit wurde ein Prototyp eines Rotationssensors, der mit
einem transparenten Ferromagneten arbeitet, erstellt. Das Prinzip des Sensors
ist wie folgt: Permanentmagnete werden auf einer rotierenden Scheibe, deren
Rotationsgeschwindigkeit gemessen werden soll, montiert. Ein Magnetfeldsensor,
der mit einem transparentem Ferromagneten aufgebaut ist (einem
Orthoferriten), wandelt das Magnetfeld in eine Intensiät eines Laserstrahls
um. Mit einer Fotodiode und einem Verstärker wird daraus eine Spannung erzeugt.
Die Ausgangsspannung wird danach digitalisiert und mit einem Mikroprozessor
wird dann aus dem Eingangssignal die Rotationsgeschwindigkeit bestimmt.

Zuerst wurden die Magnetisierungseigenschaften des transparenten Ferromagneten
untersucht. Diese Eigenschaften wurden danach mit einem Gradientenfeld
optimiert. Dieses Feld wurde analytisch berechnet. Weiters wurde die
Schaltung des Magnetfeldsensors entwickelt und gefertigt. Im zweiten Teil
wurde das Feld des Rotors berechnet und optimiert was ebenfalls
analytisch durchgeführt wurde. Eine Geometrie des Rotors wurde bestimmt, die
einen dreiecksförmigen Feldverlauf hat, um die maximale Auflösung zu erhalten.

Für die Auswertung des Ausgangssignales des Magnetfeldsensors wurden drei
Prinzipien implementiert. Ein Schmitt-Trigger ist die einfachste Art der
Auswertung. Um die Auflösung weiter zu erhöhen, wurde für die Auswertung
eine Periode (entweder sinusförmig oder dreieckig) des Signals
herangezogen und in der Messung dann verfolgt, was gleiche Magnete
voraussetzt. Als dritte Methode wurde eine ganze Umdrehung des Rotors
aufgezeichnet und nachverfolgt. Dadurch gibt es (fast) keine Einschränkung
bezüglich des Streufeldes oder der Positionierung der Magnete.

During this diploma thesis project a prototype of a rotational
speed sensor by means of a transparent ferromagnet was built. The principle
of the sensor works as follows. Permanent magnets are mounted on a rotating
disc of which the rotational speed is to be measured. A magnetic field
sensor, built with a transparent ferromagnet (an orthoferrite-plate)
converts the magnetic field to an intensity change of a laser beam.
A photodiode with amplifier converts this to a voltage. The magnetic
field sensor's output voltage is then converted to digital and evaluated
by a microprocessor system that finally calculates the rotational speed.

First the magnetization-properties of the transparent ferromagnet was
examined. The performance of the magnetooptical sensing element was
then optimized by means of a gradient field. This field was calculated
analytically. The circuit of the magnetic field sensor was developed and
manufactured.

The second major part was the calculation and optimization
of the rotor's field. This was done analytically, too. A geometry was
determined that provides a triangular waveform, thus having maximum
resolution of the rotational speed sensor.

For evaluation of the magnetic field sensor's output signal three principles
were implemented. The first is thresholding, what is the easiest way of
evaluation. To increase resolution of the sensor either computing of a single
period was implemented (if the waveform is periodic, either sinusoidial or
triangular) which implies regular magnets. Most universal is the recording and
tracing of a full rotation of the sensor, where are nearly no demands upon
the magnets and their placement.