本发明专利技术涉及一种用于选择性检测构件上的振动的探测器装置。为此探测器装置包括配备有至少一个压电元件的薄膜(02)。薄膜(02)如此安装在构件上，使得出现的机械振动作用到压电元件上，从而在压电元件的连接电极上随着与机械振动相关的频率产生电荷。电滤波器(03)连接在压电元件上并且滤出所产生的电荷的、与预先给定的频率相应的部分。连接在电滤波器(03)上的电荷储存器(05)用于累积滤出的电荷部分。此外设有一种信号化器件(06)，当在电荷储存器(05)上达到预定的电荷极限值时，该信号化器件生成电信号。
Piezoelectric Film with Electric Filter for Selective Detection of Vibration on Components
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于选择性检测构件上的振动的配有电滤波器的压电薄膜
本专利技术涉及一种探测器装置，该探测器装置使得能够测量在固定不动的或旋转的构件上、尤其机器元件上的振动，特别优选在考虑频率的情况下测量。探测器装置在此利用压电薄膜或以压电材料涂层的薄膜。
技术介绍
一般地，振动被描述为系统的状态变量的重复时间波动。在特殊情况下，系统是机器或机器的构件。在希望有针对性地利用振动功能时，例如在振动磨光机或振动输送机中，系统可有意地进行振动。但是在多种应用中仅在预先给定范围中或在一定的强度下的振动对于系统来说是正常且可容许的。超出特定组件或特定应用的极限的振动值大多被分级为有害的，甚至是对出现的磨损或损伤的指示，该磨损或损伤在后续的进程中会导致构件或机器的失效。因此检测在构件上或机器上的振动是非常有意义的，以借助收集的数据例如可靠地使机器运行，甚至可预告机器部件的失效。由现有技术已知从输入变量，路程、速度或加速度中得出在机器和构件上的振动的设备。用于测量振动的设备例如基于涡流方法、光学测量方法、电感、压电测量方法。为了实现压电测量方法需要使用压电活性材料。除了陶瓷以外，技术人员还已知作为合适材料的涂有硅表面的晶体和半导体技术。同样具有压电特性的材料是聚偏二氟乙烯(PVDF)。PVDF是一种热塑性塑料，其通过注塑被加工为成型件或通过挤出被加工为薄膜。通过在加工期间的极化，PVDF具有可用程度的压电特性。因此由PVDF制成的注塑件以及薄膜具有压电特性是专业知识，所以他们应用于不同领域，例如作为传感器，尤其在可用的结构空间有限时。DE102012214229A1提出一种具有压电薄膜形式的力传感器的齿轮机器。压电薄膜设置在轴承体上并且用于检测作用到齿轮上的力。电导线连接压电薄膜与评估单元。缺点是，传感器由于其构造不可使用在旋转的构件上。技术人员同样已知，振动可通过其出现在不同的频率范围中的频率来描述特征。例如，基于转动频率的激励在出现损伤的旋转构件上与在未受损伤的旋转部件上具有不同频率的信号。通过频率修改可评估限定的频率范围。技术人员已知限定频率范围的电信号可近似无衰减地经过的电路。这些电路用作频率相关的滤波器并且可用作高通滤波器、低通滤波器和带通滤波器。尤其为了定期或持久地检测构件或机器状态，目前已知的振动测量系统不能为所有应用领域提供满意的实现方案。由于缺少数据，数据评估通常是不完整的。很难得出关于未来状态的陈述。满足状态监测要求的振动测量系统是昂贵的。缺点还在于，其大多不能在没有外部电源的情况下工作，以实现信号接收和传输，尤其因为对信号的评估，例如通过FFT(快速傅里叶变换)评估消耗大量能源。
技术实现思路
基于现有技术，本专利技术的目的是，提供更好的用于选择性检测构件上的振动的探测器装置，该探测器装置能够连续地检测测量数据并且本身作为自主的系统供给能源。此外，本专利技术的目的是，即使在结构空间很小的情况下也可实现这种探测器广泛地应用在不同的应用中，对此有利的生产价格也是重要的。探测器对此应特别简单地实施。所述目的通过根据所附的权利要求1的探测器装置实现。根据本专利技术的探测器装置用于选择性检测构件上、尤其机器部件等上的振动。探测器装置优选用于检测滚动轴承上的振动。为此，探测器装置包括压电薄膜、电滤波器、电荷储存器以及信号化器件。压电薄膜配备有至少一个压电元件，至少一个压电元件优选是薄膜的一体组成部分。这种压电薄膜原则上来说对技术人员是已知的，从而无需详细描述其构造。配备有压电元件的薄膜如此确定尺寸，使得在预期的振动中获得足够的测量灵敏度。薄膜如此安装在构件上，使得出现的机械振动作用到压电元件上。通过选择薄膜的布置方式为系统提供能量，从而一旦出现振动，在压电元件的连接电极上随着与机械振动相关的频率产生电荷。对此无需外部的供电装置。为此证实薄膜面式地足够大地施加在构件上是有利的，例如通过使薄膜粘结在构件上。优选根据预期的频率和强度如此设计薄膜的面积，使得为探测器提供足够的能量。电滤波器用于从由压电元件提供的电荷中滤出电荷部分。为此将电滤波器连接在压电元件上。可滤出的电荷部分具有预先给定的频率或频率范围，其与观察到的振动相关。因此也可同时例如在相同的频率范围中得出原始信号部分和包络线信号部分。不同的信号处理方法的比较对频率激励的类型(例如，脉冲状或正弦状)以及对可能的损伤类型提供有价值的结论。就此方面，下面仅讨论频率，这也包括对更宽的或更窄的频率范围的考虑，该频率范围可根据特定的应用情况来选择。在非常简单的应用情况下，例如仅在原始信号中滤出从0至1kHz的频率范围并且评估该信号。较高频率的频率部分用作系统的能量提供部分。在另一应用情况下可想到的是，并行地涉及多个频率范围。这种应用示例只有在希望使(例如由不平衡引起的)简单的脉冲激励与轴承和齿部激励分开时才存在。在这种情况下，在必要时需要使用单独的压电薄膜作为纯粹的能量发生器或外部的能源，因为可能在剩余频率范围中的能量不再足以运行探测器。滤波器也可构造成简单滤波器的组合，以例如形成在高通滤波器、整流装置和低通滤波器上的包络线。在简单的情况下滤波器可通过其他的电路方案形成，借此可对原始信号数据与包络线数据在相同的频率范围中进行直接比较。根据预先给定的频率滤出的电荷部分累积在电荷储存器中。对此，电荷储存器连接在电滤波器上。因此电荷储存器随着时间积累由压电薄膜产生的并且由滤波器选择的电荷。因此，在电荷储存器上的电荷值是对在受监控的构件上的特定振动出现的度量，在受监控的构件上安装有薄膜。一旦在电荷储存器上达到预定的电荷极限值，则借助信号化器件生成电信号。每时间单位的频率选择的能量收益提供作为历史值的有价值的检测结果。针对多个结构相同的设备比较该能量收益，从而可得出关于机器状态的详细结论。在特别有利的构造方案中，该参数此时还涉及机械功率。因此，通过所述结构在电荷储存器上随时间累积能量。在特定的实施方式中，探测器的能量消耗可用作正常振动时恒定水平的变量，从而在电荷储存器上仅在未预期的振动值的情况下达到电荷极限值。通过该结构能够以有利的方式实现一种传感器，该传感器可持久地对出现的振动提供值，可成本有利地制造，具有简单的结构并且尤其可安装在有限的结构空间中。对检测的振动的评估使得能够在至今不可提供的范围中对机器的构件状态以及对由于磨损、材料失效或安装错误而引起的可能的损害的推断。在第一优选实施方式中，探测器装置具有多个不同的电滤波器。为了以从高至低的频率检测振动，其中一个滤波器优选构造成高通滤波器、其中一个构造成带通滤波器并且其中一个构造成低通滤波器。高通滤波器通常构造用于滤出高于极限频率的频率，而低通滤波器通常滤出低于极限频率的频率。而带通滤波器具有在频率下限和频率上限之间的范围，滤出在该范围中的频率。通过组合滤波器提供能够使用在不同频率的宽泛应用范围中的探测器装置。为了积累滤出的电荷部分，在探测器装置中，每个滤波器具有一个电荷储存器并且每个电荷储存器具有一个信号化器件。探测器装置的特点不仅在于多样化地应用在完全不同的频率范围中，而且滤出的频率数量是可变的。例如可收集关于出现的振动的频率和强度的检测结果。本专利技术的探测器装置一方面适用于检测预先给定的频率范围，其方式是仅如此构造其中一个信号化器件，使得在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于选择性检测构件上的振动的探测器装置(01)，所述探测器装置包括：‑配备有至少一个压电元件的薄膜(02)，所述薄膜如此安装在所述构件上，使得出现的机械振动作用到所述压电元件上，从而在所述压电元件的连接电极上随着与所述机械振动相关的频率产生电荷；‑电滤波器(03)，所述电滤波器连接到所述压电元件上并且滤出所述产生的电荷的、与预先给定的频率相应的部分；‑电荷储存器(05)，所述电荷储存器连接在所述电滤波器(03)上并且累积所述滤出的电荷部分；‑信号化器件(06)，当在所述电荷储存器(05)上达到预定的电荷极限值时，所述信号化器件生成电信号。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.13 DE 102017100573.01.用于选择性检测构件上的振动的探测器装置(01)，所述探测器装置包括：-配备有至少一个压电元件的薄膜(02)，所述薄膜如此安装在所述构件上，使得出现的机械振动作用到所述压电元件上，从而在所述压电元件的连接电极上随着与所述机械振动相关的频率产生电荷；-电滤波器(03)，所述电滤波器连接到所述压电元件上并且滤出所述产生的电荷的、与预先给定的频率相应的部分；-电荷储存器(05)，所述电荷储存器连接在所述电滤波器(03)上并且累积所述滤出的电荷部分；-信号化器件(06)，当在所述电荷储存器(05)上达到预定的电荷极限值时，所述信号化器件生成电信号。2.根据权利要求1所述的探测器装置(01)，其特征在于，所述探测器装置包括多个电滤波器(03)，尤其一个低通滤波器、一个高通滤波器和一个带通滤波器，其中，每个电滤波器(03)配备有单独的电荷储存器(05)和单独的信号化器件(06)。3.根据权利要求1或2所述的探测器装置(01)，其特征在于，所述电滤波器(03)、所述电荷储存器(05)和所述信号化器件(06)是所述薄膜(02...
【专利技术属性】
技术研发人员：约阿奇·赫林，汉斯威利·凯斯勒，马丁·克拉姆，
申请(专利权)人：舍弗勒技术股份两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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