振弦式传感器和用于振弦式传感器的振弦制造技术

本发明专利技术涉及一种振弦式传感器（20、30、40、50），其带有：振弦（21、31、41、51），振弦在测量条件下根据有待探测的当前的参量被不同地张紧；并且带有激励装置，用于对振弦（21、31、41、51）在其相应的固有频率的范围内进行激励，其中，该激励装置具有至少一个设置在振弦（21、31、41、51）的长度区段上的、带有压电的激活层（33、46、54）的激励层（22、32、42、52），该压电的激活层视激活状态而定具有不同的长度并且由此引起了振弦（21、31、41、51）的相应的其它的振动位置。由此能将振弦式传感器构造得更为结实耐用，其中，电流消耗还极大地变小。本发明专利技术此外涉及一种带有激励层（22、32、42、52）的振弦，该激励层具有压电的激活层。

Vibrating wire sensor and vibrating wire for vibrating wire sensor

The invention relates to a vibrating wire sensor (20, 30, 40, 50), which is provided with: vibrating wire (21, 31, 41, 51), the vibrating wire is tensioned differently according to the current parameters to be detected under the measurement conditions; and an excitation device is provided for exciting the vibrating wire (21, 31, 41, 51) in the range of its corresponding natural frequency, wherein the excitation device has at least one There are four excitation layers (22, 32, 42, 52) with piezoelectric activation layers (33, 46, 54) arranged on the length section of the vibrating strings (21, 31, 41, 51), the activation layers of which have different lengths depending on the activation state and thus cause corresponding other vibration positions of the vibrating strings (21, 31, 41, 51). Thus, the vibrating wire sensor can be constructed more robust and durable, in which the current consumption is greatly reduced. The invention further relates to a vibrating string with an excitation layer (22, 32, 42, 52) having a piezoelectric activation layer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】振弦式传感器和用于振弦式传感器的振弦
本专利技术涉及按照权利要求1和10的前序部分所述的振弦式传感器和用于振弦式传感器的振弦。
技术介绍
振弦式传感器是公知的并且使用在大量应用中，以便经常（但不是仅仅）测量当前的参量如形变或力。术语“形变”在当前指的是机器元件在运行中的弹性的也或者塑性的变形。这种形变可能对在任意类型的金属结构中或也在非金属的构造如建筑物或桥中监控安全的运行状态至关重要。此外，通过形变传感器能检测在运行中当前正在作用的负荷，例如为了控制运动。这种形变通过因此起到形变传感器/力传感器作用的振弦式传感器例如经由在测量点之间的移动加以检测，其中，是形变的尺度的力由此作用到传感器上。根据本专利技术的传感器同样也可以用作例如在天平（Waage）中的纯粹的力传感器。振弦式传感器可以这样构造，使得它们高分辨能力地检测最小的形变或力变化并且此外在一段时间内几乎不具有漂移，就此而言振弦式传感器在质量上常常优于测力计（Messdosen）或应变计（Dehnmessstreifen）。这种振弦式传感器的一种实施方式由CN203595494U公知并且在图1中示出。可以看到在运行中的，也就是说在测量条件下的振弦式传感器1，其带有在此矩形构造的框架2，带有固定元件3、4，所述固定元件作用在框架2的横梁5、6上并且本身固定在通过它们的固定点7、8固定在为了简化附图而没有示出的构件上，应当测量所述构件的形变，或者例如天平的构件，在天平中确定有待称重的重量（固定可以通过简单的旋紧或通过任意方式的简单的夹紧发生）。在测量条件下，在此在构件形变的情况下或出现的有待测量的力的情况下，传感器1例如沿箭头K的方向（或其反向）受力，传感器的框架2因此在力作用下弹性地变形，这又导致了传递杆9、10的偏转，在传递杆的头部11、12上振弦15借助夹紧销16被夹紧。因为传递杆也弹性地变形，所以从固定点7、8到头部11、12或夹紧销16产生了一行程-力转化（Kraftübersetzung），因而振弦15视当前存在的形变或有待测量的力而定被不同地拉紧，其中，在传感器的静止位置中，也就是说在固定点7、8上没有周边影响时，振弦15当然被预先确定地张紧。头部11、12与夹紧销16形成了用于振弦15的夹紧部位。此外还可以看到的是装置17，该装置在运行中产生了磁场，该磁场的场力线垂直地立在图平面上并且在装置17的左半部中离开观察者，在右半部中对准观察者。为此，交流电流I在运行中流过振弦15，交流电流由再次为了简化附图而略去的电子装置产生。因此对应交流电流I的洛伦兹力作用到振弦上，洛伦兹力使振弦以交流电流的频率发生振动，其中，在频率适当地改变时，振弦快速地进入其固有频率，固有频率又取决于作用到振弦上的拉力，即取决于作为形变的或力作用的结果的测量点7、8的移动。电子装置可以识别固有频率并且由此产生了用于形变/力作用的传感器信号。图1概括性地示出了一种振弦式传感器，其带有振弦，振弦在测量条件下根据有待探测的当前的参量被不同地张紧，并且该振弦式传感器带有激励装置，用于对振弦在其相应的固有频率的范围内进行激励。这种振弦式传感器是有缺点的，即，它的电流消耗非常高或者在粗处理时磁体能脱离其正确的位置，或者用于防碰撞的固定的耗费高。当桥设有形变传感器时，该形变传感器的电池必须不断地更换或备选用电缆连接时，高电流消耗例如起到了重要作用。
技术实现思路
本专利技术的任务是，改进振弦式传感器。为了解决该任务，根据本专利技术的振弦式传感器具有权利要求1的特征部分的特征并且根据本专利技术的振弦具有权利要求11的特征部分的特征。通过使振弦式传感器的振弦具有压电的激活层，可以相比传统的实施方案极大地降低电流消耗。此外，取消了用于产生磁场的磁体或其它元件以及因此取消了在粗处理时对传感器的灵敏度重要的元件。最后，根据本专利技术的振弦式传感器构造得较为紧凑。通过使压电的激活层视激活状态而定具有不同的长度，产生了双金属弹簧类型的振弦在其长度上的形变，所述激活层特别适合在弦中产生振荡。振弦式传感器的或振弦的根据本专利技术的实施方式具有按照独立权利要求所述的特征。附图说明借助附图详细说明本专利技术。图中：图1是根据现有技术的振弦式传感器；图2a是振弦式传感器的根据本专利技术的一个实施方式；图2b是图2a的一个放大的截取部分，带有振动侧；图3示意性示出了在振弦式传感器中的根据本专利技术的振弦的一个实施方式；图4示意性示出了在振弦式传感器中的根据本专利技术的振弦的另一个实施方式；图5a示意性示出了在振弦式传感器中的根据本专利技术的振弦的一个优选的实施方式；以及图5b是图5a的振弦的视图。具体实施方式图2a借助振弦式传感器20的一个优选的实施方式示出了本专利技术的原理。在运行中示出的振弦式传感器20可以（但不是必须）具有和图1的振弦式传感器1一样的基本结构。但缺少用于产生磁场的装置17（图1）。可以看到振弦21，该振弦用通过虚线示出的具有压电的激活层的激励层22至少在一个长度区段上、在此在其整个长度上覆盖。激励层22的可能的实施方式在图中加以详细说明。通过夹紧销23或接触元件向激励层22施加交流电压。该交流电压通过振弦式传感器20的为了简化附图而略去的电子装置产生。该图示出了一种运行状态，在该运行状态中，激励层22的压电的激活层基于所施加的交流电压而在左边的区段24中具有激活状态，激励层在该激活状态下变长，并且在右边的区段25中具有激活状态，激励层在该激活状态下缩短。由此双金属弹簧（Bimetallfeder）类型的振弦21从左向右观察在区段24中向右弯曲，在区段25中则向左弯曲。这种弯曲对应带有在中心的振动节点的振弦的振动位置（超过听阈（Hörschwelle）的振动频率是值得期望的）。图2b放大示出了在振弦21的区域内的振弦式传感器20的截取部分，但振弦相比图2a的示图具有另一个振动位置，对应之后作用在夹紧销23上的交流电压的半波。激励层22在左边的区段24中缩短，并且在右边的区段25中变长，因而振弦21在区段24中向左弯曲并且在区段25中向右弯曲。振弦21对应所施加的交流电压地、以激发（angeregt）的方式通过激励层22的不同的激活状态在图2a和2b所示的振动位置之间来回振动，，其中，交流电压的频率通过电子装置改变，直至振弦21在其当前的固有频率下振动。当前的固有频率由振弦21的当前的应力决定，由夹紧销16、23给定，夹紧销对应测量点7、8（图1）的移动地拉紧振弦21。如上所述，电子装置基于当前的固有频率生成信号，该信号对应有待由传感器20探测的形变（Deformation）或力。已经表明，根据本专利技术的振弦式传感器的激励装置具有至少一个设置在振弦的一个长度区段上的、带有压电的激活层的激励层，所述压电的激活层视激活状态而定具有不同的长度并且由此引起了振弦的相应的另一个振动位置。此外根据本专利技术得到了一种振弦，该振弦具有设置在至少一个长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.振弦式传感器（20、30、40、50），其带有：振弦（21、31、41、51），所述振弦在测量条件下根据有待探测的当前的参量被不同地张紧；并且带有激励装置，用于对振弦（21、31、41、51）在其相应的固有频率的范围内进行激励，其特征在于，所述激励装置具有至少一个设置在振弦（21、31、41、51）的长度区段上的、带有压电的激活层（33、46、54）的激励层（22、32、42、52），所述压电的激活层视激活状态而定具有不同的长度并且由此引起了振弦（21、31、41、51）的相应的其它的振动位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170215 CH 00175/171.振弦式传感器（20、30、40、50），其带有：振弦（21、31、41、51），所述振弦在测量条件下根据有待探测的当前的参量被不同地张紧；并且带有激励装置，用于对振弦（21、31、41、51）在其相应的固有频率的范围内进行激励，其特征在于，所述激励装置具有至少一个设置在振弦（21、31、41、51）的长度区段上的、带有压电的激活层（33、46、54）的激励层（22、32、42、52），所述压电的激活层视激活状态而定具有不同的长度并且由此引起了振弦（21、31、41、51）的相应的其它的振动位置。


2.按照权利要求2所述的振弦式传感器（30），其特征在于，所述激励层（32）具有电极（34、31），所述电极将所述压电的激活层（33）围在它们之间，并且其中，所述振弦（31）形成了电极之一。


3.按照权利要求1所述的振弦式传感器（40、50），其中，所述激励层（46、54）在所述振弦（41、51）上电绝缘。


4.按照权利要求1所述的振弦式传感器（30、40、50），其中，在所述压电的激活层（33、46、54）的外侧上设置有电极（34、44、55、56），所述电极至少在所述激励层（33、46、54）的长度区段上延伸。


5.按照权利要求1所述的振弦式传感器，其中，所述电极（30、40、50）从所述振弦（31、41、51）的振动的区段起延伸通过夹紧部位（58、59）。


6.按照权利要求1所述的振弦式传感器（40、50），其中，在所述激励层（42、52）的内侧上布置有电极（43、53），所述电极基本上在所述激励层（42、52）的长度上延伸。


7.按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：M勒斯滕伯格，
申请(专利权)人：迪知胜控股公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH