[發明專利]用于測量力的測量傳感器

有效

• 申請號: 201780074234.2
• 申請日: 2017-10-05
• 公開（公告）號: CN110036268B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 克勞迪奧·卡瓦洛尼;K·普夫魯格
• 申請（專利權）人: 基斯特勒控股公司
• 主分類號: G01L5/167
• 分類號: G01L5/167;G01L1/16;H01L41/053
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 黃艷;謝強

本發明涉及一種用于測量力(F)的測量傳感器(1)；具有諧振元件(20)，其可以被激勵到至少一個諧振頻率；并具有至少一個力施加元件(30，30′)，其被施加力(F)并將力(F)傳遞到諧振元件(20)；力施加元件(30，30′)是中空體，具有頂表面(31，31′)、側表面(32，32′)和空腔(33，33′)，頂表面(31，31′)和側表面(32，32′)彼此機械連接并包圍空腔(33，33′)；諧振元件(20)布置在空腔(33，33′)中；諧振元件(20)與側表面(32，32′)機械連接；力(F)施加在頂表面(31，31′)上，頂表面將力(F)傳遞到側表面(32，32′)中；側表面(32，32′)具有至少一個留空區域(34，34′)，其延伸到空腔(33，33′)并阻止力(F)在側表面(32，32′)中的傳遞；側表面(32，32′)具有至少一個未留空區域(35，35′)，僅該未留空區域(35，35′)傳遞力(F)。

技術領域

本發明涉及一種用于力測量的測量傳感器。

背景技術

專利文獻EP0065511A1示出了一種用于測量動態力的測量傳感器，其具有壓電式傳感元件。該壓電式傳感元件具有多個由壓電材料制成的盤形板，板的盤形直徑明顯大于板的厚度。為了測量力，使用縱向效應形式的直接壓電效應。壓電材料在空間上相對于力被定向為，使得力正交地作用在板的盤形表面上并在盤形表面上產生電極化電荷。電極化電荷由電極拾取并作為電荷信號(Ladungssignal)被引向分析單元。電極化電荷與作用力成比例。由于在實踐中總是存在漏電流，因此利用直接壓電效應僅可以對變化頻率在幾Hz到幾MHz范圍內的動態力進行測量，僅可進行幾分鐘持續時間的準靜態的力測量。

相反，靜態力在數小時、數周和數年的長時間內也不會發生改變。為了測量靜態力，專利文獻EP0065511A1的測量傳感器教導了逆壓電效應的應用。另一種壓電式傳感元件具有多個由壓電材料制成的盤形板，通過電極作為頻率信號的交變電場施加在板上。交變電場通過逆壓電效應激勵板進行機械振蕩。交變電場是可調節的并且由分析單元產生。如果交變電場的激勵頻率等于板的機械固有頻率，則存在諧振，相應的頻率稱為諧振頻率。在靜態力的作用下，板的諧振頻率改變，該頻率變化由分析單元的振蕩電路檢測。根據專利文獻EP0065511A1的教導，對動態力和靜態力的測量是同時進行的。

發明內容

本發明的目的在于，改進基于現有技術的用于力測量的測量傳感器。

本發明的目的通過根據本發明技術方案的特征來實現。

本發明涉及一種用于測量力的測量傳感器，具有諧振元件，該諧振元件可被激勵到至少一個諧振頻率；并具有至少一個力施加元件，力被施加在在該力施加元件上，并且該力施加元件將力傳遞到諧振元件；其中，力施加元件是中空體，其具有頂表面、側表面和空腔，頂表面和側表面彼此機械連接并且包圍空腔；其中，諧振元件布置在空腔中；其中，諧振元件與側表面機械地連接；其中，力施加在頂表面上，該頂表面將力傳遞到側表面中；其中，側表面具有至少一個留空區域，該留空區域延伸到空腔并阻止力在側表面中的傳遞；并且其中，側表面具有至少一個未留空區域，僅該未留空區域傳遞力

受到諧振頻率激勵的諧振元件以諧振頻率的頻率變化響應于待測量的力。該頻率變化與諧振元件的力靈敏度成比例，該力靈敏度又取決于力導入角。根據力導入角相對于力靈敏度的最大值的位置并根據力導入角范圍的大小，測量頻率變化以及一平均力靈敏度，該平均力靈敏度僅為最大力靈敏度的一小部分。

在此根據本發明，將力導入角范圍調整為，使得平均力靈敏度總體上接近于諧振元件的力靈敏度的最大值。對力導入角范圍的最佳調整通過力施加元件來實現。在此，利用側表面的留空區域將力導入角范圍限定在諧振元件的力靈敏度的最大值附近。對待檢測力的傳遞僅在側表面的未留空區域中進行。力導入角范圍越小，平均力靈敏度就越大，諧振元件上的局部壓力也越大。通過對力導入角范圍的最佳限制，使得平均力靈敏度盡可能得大，同時使得諧振元件上的局部壓力低于允許抗壓強度。

附圖說明