负载测量方法、负载测量装置和负载测量配置制造方法及图纸

为了通过主动磁化来改善负载测量的输出信号质量，本发明专利技术提供了一种用于测量测试对象(14)上的机械负载的负载测量方法，包括以下步骤：a)产生并施加磁场到所述测试对象(14)；b)通过第一磁场检测装置(20)检测由于所述测试对象(14)上的机械负载导致的由所述测试对象(14)改变的磁场，以产生第一测量信号(U1、UAB)，c)通过第二磁场检测装置(22)检测由于所述测试对象(14)上的机械负载导致的由所述测试对象(14)改变的磁场，以产生第二测量信号(U1、UAB)，d)根据所述第一测量信号(U1、UAB)和所述第二测量信号(U2、UAT)计算确定第三测量信号(UBT)，以及优选地包括以下步骤：e)与所述第一测量信号和第二测量信号中的一个(U2，UAT)和由计算确定的所述第三测量信号(UBT)形成差分，以产生输出信号，f)根据所述输出信号确定施加到所述测试对象(14)的所述机械负载。本发明专利技术还提供用于执行负载测量方法的相应的负载测量装置。

Load measurement method, load measurement device and load measurement configuration

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负载测量方法、负载测量装置和负载测量配置
本专利技术涉及一种用于测量测试对象上的机械负载的方法、装置和配置。负载定义为测试对象上的力、扭矩或机械应力。
技术介绍
已知可以使用磁性测量方法来确定在铁磁物体上的物理测量值扭矩、力和位置。磁致弹性(或逆磁致伸缩)传感器或涡流传感器是最常用的。被使用的铁磁材料会在拉伸应力或压缩应力的影响下改变其磁导率(也称为维拉里效应)。在实践中，通常很难区分各个效应，只有涡流传感器更容易通过其频率依赖性与其他效应区分开。另外，物体的磁化状态通常是未知的，或者受物体的处理和操作的强烈影响，因此通常难以广泛的工业应用。另外，在使用该技术的通常非常恶劣的环境条件下(例如，但不仅限于重工业、齿轮、工程机械或农业机械中的液压系统等等)，通常无法预测磁化物体的使用寿命。从EP3051265A1已知，可以使用千赫兹(kHz)范围内的交变磁场通过主动磁化来弥补该缺点。为此，使用发生器线圈和检测器线圈，即两个第一磁场检测线圈A1、A2和两个第二磁场检测线圈B1、B2以及中央的发生器线圈Lg以交叉布置(“X”形布置)。线圈对的差分A-B＝(A1+A2)-(B1+B2)以模拟信号处理方案来确定。
技术实现思路
基于现有技术，本专利技术的目的是提供一种具有改善的信号质量的负载测量方法、负载测量装置和负载测量配置。为了实现该目的，本专利技术提供了根据独立权利要求的方法、装置和设置。从属权利要求的主题为有利的设计。优选地，利用有利的设计，尤其是具有改进的确定负载方向的可能性，应当能实现改善的信噪比。特别优选的设计涉及一种扭矩传感器电路，该扭矩传感器电路具有最佳的信噪比而没有相位影响，或者涉及一种可以实现的方法。根据第一方面，本专利技术提供一种用于测量测试对象上的机械负载的负载测量方法，该方法包括：a)产生并施加磁场到测试对象，b)通过第一磁场检测装置检测由于所述测试对象上的机械负载导致的由所述测试对象改变的磁场，以产生第一测量信号，c)通过第二磁场检测装置检测由于所述测试对象上的机械负载导致的由所述测试对象改变的磁场，以产生第二测量信号，以及d)根据第一测量信号和第二测量信号计算确定第三测量信号，并根据第一测量信号和第二测量信号中的至少一个以及第三测量信号确定负载。优选地，该方法包括以下步骤：e)根据所述第一测量信号和第二测量信号中的一个和计算确定的所述第三测量信号形成差分以产生输出信号；以及f)根据所述输出信号确定施加到所述测试对象的所述机械负载。优选地，步骤a)包括：产生磁场，并将产生的磁场施加到测试对象。优选地，步骤b)包括：通过多个串联的磁场传感器检测改变的磁场并从这些磁场传感器中提取总和信号或差分信号，以及步骤c)包括：借助于这些磁场传感器中的一个或子组来检测改变的磁场，以提取来自磁场传感器的所述一个或所述子组的部分信号。优选地，步骤b)包括借助于至少一个第一磁场传感器和至少一个第二磁场传感器来检测改变的磁场，并以模拟形式根据所述至少一个第一磁场传感器和所述至少一个第二磁场传感器提取差分信号，以产生所述第一测量信号。优选地，步骤c)包括借助于所述至少一个第一磁场传感器检测改变的磁场，产生所述第二测量信号。优选地，步骤d)包括根据所述差分信号和所述第一磁场传感器的测量信号来计算确定所述第二磁场传感器的测量信号。优选地，步骤b)包括借助于至少两个第一磁场传感器和至少两个第二磁场传感器来检测改变的磁场，并且步骤b)包括使用所述磁场传感器的互连，该互连使得一对以模拟方式相加的第一磁场传感器和第二磁场传感器的信号和以模拟方式相减的所述第一磁场传感器和第二磁场传感器的信号被输出为模拟差分信号。优选地，此外，所述至少一个第一磁场传感器和所述至少一个第二磁场传感器的总和信号被提取并被评估，特别是用于确定到所述测试对象的距离。优选地，至少一个第二磁场传感器的信号的振幅被确定为第三测量信号，以便确定来自至少一个第一磁场传感器和至少一个第二磁场传感器的信号的振幅差分作为产生的信号。优选地，线圈或固态磁场传感器被用作磁场传感器。优选地，为了提取来自所述多个磁场传感器的不同总和信号与差分信号，所述多个磁场传感器的互连是多变的。优选地，使用至少一个传感器头，所述传感器头包括所述第一磁场检测装置和第二磁场检测装置的所述磁场传感器以及所述磁场产生装置的发生器线圈。优选地，传感器头分布在测试对象周围，并用于生成共同的(common)测量信号，每一传感器头包括所述第一磁场检测装置和第二磁场检测装置的所述磁场传感器以及所述磁场产生装置的发生器线圈。优选地，使用至少一个传感器头，所述传感器头包括作为所述第一磁场检测装置和第二磁场检测装置的所述磁场传感器以及作为所述磁场检测装置的发生器线圈的平面线圈，所述平面线圈被布置在印刷电路板元件之中或之上。优选地，步骤a)包括施加交变磁场，特别是频率从1kHz到1000kHz的磁场。优选地，步骤b)和步骤c)包括在多个波列上平均所述测量信号，其中，优选地对10至10000个波列上进行平均。优选地，步骤b)和c)包括用于振幅测量的平均共模时钟(common-modeclocking)。优选地，第一磁场检测装置和第二磁场检测装置的磁场传感器和所述磁场产生装置的至少一个“X”形布置或“V”形布置使用共同的铁磁体放大磁芯。优选地，使用数个“X”形布置或“V”形布置，且所述“X”形或“V”形布置分布在所述测试对象周围。根据另一方面，本专利技术提供一种用于测量测试对象上的机械负载的负载测量装置，该负载包括：用于向所述测试对象施加磁场的磁场产生装置，用于检测由于所述测试对象的机械负载导致的由测试对象改变的磁场，并提供第一测量信号的第一磁场检测装置，用于检测由于所述测试对象的机械负载导致的由测试对象改变的磁场，并提供第二测量信号的第二磁场检测装置，以及用于根据所述第一测量信号和所述第二测量信号计算确定第三测量信号的计算装置，以及评估装置，所述评估装置被配置为根据第三测量信号以及第二测量信号和第一测量信号中的至少一个产生指示测试对象上的负载的输出信号。优选地，评估装置被配置为根据第一测量信号和第二测量信号中的一个与计算得出的第三测量信号形成差分，以产生输出信号，基于所述输出信号能够确定施加到所述测试对象的机械负载。优选地，第一磁场检测装置包括至少一个第一磁场传感器和至少一个第二磁场传感器，并且被配置为从至少一个第一磁场传感器和至少一个第二磁场传感器中提取第一磁场传感器和第二磁场传感器的信号的振幅差分，该差分形成第一测量信号。优选的是，第一磁场检测装置包括串联连接的多个磁场传感器，以便提取来自所述多个磁场传感器的共同的信号。优选地，第二磁场检测装置包括属于第一磁场检测装置的所述磁场传感器中的一个或子组，以便本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于测量测试对象(14)上的机械负载的负载测量方法，包括：/na)产生并施加磁场到所述测试对象(14)，/nb)通过第一磁场检测装置(20)检测由于所述测试对象(14)上的机械负载导致的由所述测试对象(14)改变的磁场，以产生第一测量信号(U1、UAB)，/nc)通过第二磁场检测装置(22)检测由于所述测试对象(14)上的机械负载导致的由所述测试对象(14)改变的磁场，以产生第二测量信号(U2、UAT)，/nd)根据所述第一测量信号(U1、UAB)和所述第二测量信号(U2、UAT)计算确定第三测量信号(UBT)，以及/ne)根据所述第一测量信号和所述第二测量信号(U1、U2)中的至少一个以及所述第三测量信号确定输出信号，以及/nf)根据所述输出信号确定施加到所述测试对象(14)的所述机械负载。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170612 DE 102017112913.81.用于测量测试对象(14)上的机械负载的负载测量方法，包括：
a)产生并施加磁场到所述测试对象(14)，
b)通过第一磁场检测装置(20)检测由于所述测试对象(14)上的机械负载导致的由所述测试对象(14)改变的磁场，以产生第一测量信号(U1、UAB)，
c)通过第二磁场检测装置(22)检测由于所述测试对象(14)上的机械负载导致的由所述测试对象(14)改变的磁场，以产生第二测量信号(U2、UAT)，
d)根据所述第一测量信号(U1、UAB)和所述第二测量信号(U2、UAT)计算确定第三测量信号(UBT)，以及
e)根据所述第一测量信号和所述第二测量信号(U1、U2)中的至少一个以及所述第三测量信号确定输出信号，以及
f)根据所述输出信号确定施加到所述测试对象(14)的所述机械负载。


2.根据权利要求1所述的负载测量方法，
其特征在于
2.1步骤e)包括：
根据所述第一测量信号和所述第二测量信号中的一个(U2、UAT)与计算确定的所述第三测量信号(UBT)形成差分以产生所述输出信号，和/或
2.2步骤b)包括：
通过多个串联的磁场传感器(26-1、26-2、A1、A2、B1、B2)检测改变的磁场，并从这些磁场传感器(26-1、26-2；A1、A2、B1、B2)中提取总和信号或差分信号(UAB、U1)，以及
步骤c)包括：
通过这些磁场传感器(26-1、26-2；A1、A2、B1、B2)中的一个(A1)或子组(26-1、A1、A2)检测所述改变的磁场，以提取来自所述磁场传感器(26-1、26-2；A1、A2、B1、B2)的所述一个或所述子组的部分信号(U2、UAT)。


3.根据前述权利要求中任一项所述的负载测量方法，
其特征在于
步骤b)包括借助于至少一个第一磁场传感器(26-1)和至少一个第二磁场传感器(26-2)来检测所述改变的磁场，并从所述至少一个第一磁场传感器(26-1)和所述至少一个第二磁场传感器(26-2)提取差分信号，从而产生所述第一测量信号，以及
步骤c)包括借助于所述至少一个第一磁场传感器(26-1)检测所述改变的磁场，从而产生所述第二测量信号，以及
步骤d)包括根据所述差分信号和所述第一磁场传感器(26-1)的所述测量信号来计算确定所述第二磁场传感器(26-2)的所述测量信号。


4.根据权利要求2或3所述的负载测量方法，
其特征在于
4.1步骤b)包括借助于至少两个第一磁场传感器(26-1、A1、A2)和至少两个第二磁场传感器(26-2、B1、B2)来检测所述改变的磁场，并且步骤b)包括使用所述磁场传感器(26-1、26-2)的互连，所述互连使得以模拟方式相加的一对第一磁场传感器(A1、A2)和第二磁场传感器(B1、B2)的信号和以模拟方式相减的所述两对信号(A1、A2；B1、B2)各自被输出为模拟差分信号(U1、UAB)，和/或
4.2此外，所述至少一个第一磁场传感器(26-1)和所述至少一个第二磁场传感器(26-2)的总和信号被提取并被评估，特别是用于确定到所述测试对象(14)的距离，和/或
4.3来自所述至少一个第二磁场传感器(26-2)的信号的振幅被确定为第三测量信号，以便确定来自所述至少一个第一磁场传感器(26-1)和所述至少一个第二磁场传感器(26-2)的信号的振幅的差分作为产生的输出信号，和/或
4.4线圈(A1、A2、B1、B2)或固态磁场传感器(27)被用作磁场传感器(26-1、26-2)和/或
4.5所述多个磁场传感器(26-1、26-2；A1、A2、B1、B2)的所述互连是多变的，以便提取来自多个所述磁场传感器的不同总和信号或差分信号。


5.根据前述权利要求中任一项所述的负载测量方法，
其特征在于
5.1步骤a)包括施加交变磁场，特别是频率从1kHz到1000kHz的磁场；以及
步骤b)和c)包括在多个波列上平均所述测量信号，其中，在10至10000个波列上进行平均，和/或
5.2使用至少一个传感器头(10)，所述传感器头(10)包括所述第一磁场检测装置和所述第二磁场检测装置(20、22)的所述磁场传感器(26-1、26-2；A1、A2、B1、B2)以及所述磁场产生装置(18)的发生器线圈(Lg)，和/或
5.3多个传感器头(10)分布在测试对象(14)周围并用于共同生成测量信号，每一传感器头(10)包括所述第一磁场检测装置和所述第二磁场检测装置(20、22)的所述磁场传感器(26-1、26-2；A1、A2、B1、B2)以及所述磁场产生装置(18)的发生器线圈(Lg)，
5.4使用至少一个传感器头(10)，所述传感器头(10)包括作为所述第一磁场检测装置和所述第二磁场检测装置(20、22)的磁场传感器(26-1、26-2；A1、A2、B1、B2)以及作为所述磁场产生装置(18)的发生器线圈(Lg)的平面线圈(34)，所述平面线圈(34)被布置在印刷电路板元件(36)之中或之上。


6.根据前述权利要求中任一项所述的负载测量方法，
其特征在于
步骤b)和c)包括用于振幅测量的平均后的共模。


7.根据前述权利要求中任一项所述的负载测量方法，
其特征在于
所述第一磁场检测装置和所述第二磁场检测装置(20、22)的磁场传感器(26-1、26-2)和所述磁场产生装置(18)的至少一个“X”形布置(28)或“V”形布置(32)使用共同的铁磁体放大磁芯(30)。


8.根据权利要求7所述的负载测量方法，
其特征在于
使用数个“X”形或“V”形布置(28、32)，所述“X”形或“V”形布置(28、32)分布在所述测试对象(14)周围。


9.用于测量测试对象(14)上的机械负载的负载测量装置(12)，包括：
用于向所述测试对象(14)施加磁场的磁场产生装置(18)，
用于检测由于所述测试对象(14)的机械负载导致的由测试对象(14)改变的...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫·尚茨，菲利普·科林，托比亚斯·基茨勒，托比亚斯·森克贝尔，迪特尔·蔡塞尔，
申请(专利权)人：特拉法格股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH