测力换能器的制作方法

专利名称：测力换能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定物理或力学量的测力换能器。根据本发明，本发明所指的力包括可由力来定义的所有量，例如压力，加速度，扭矩等。与具有热电性质的测量计的创造性的使用相结合，也可以确定温度。
已知有用于确定物理或力学量的许多测量换能器。取决于测量原理，通过电感、电容或电阻的影响来检测作用在这样的测量换能器上的力，由此基于所述测量原理的特定待测量可能伴随着另外的寄生影响，下面将不对此进行论述。
已知的测量计通常具有电子上和机械上都非常复杂并且因而非常昂贵的结构，并且从而非常敏感。所提供的测量计大多数是机械上精细并且从而非常昂贵的力传递元件，所述力传递元件有时不适合于薄传感器。
DE 37 35 657 A1公开了一种用于测量固体的延展，尤其是内延展事件的设备，其中电感器在生产过程中被结合到所述固体内并且电感的变化确定延展的测量。这种测量设备的结构非常复杂并且精细，不能用于小的或薄的传感器。另外的缺点在于传感器位置的不可变化。此外，存在电耦合，因此会发生干涉。
DE 44 20 691 C1公开了一种测压元件，该测压元件具有用于感测重量的弹性可变形力传感器和与之邻近布置的电感器，从而由于传感器布置而使用涡流效应。这里也存在上述缺点。
本发明具有的很大优点在于，与电感的、电容的和/或电阻的测量计相结合，可以在例如1欧姆的低阻抗范围内进行测量。因而，与已知换能器的测量范围相比更好地避免了干涉，并且不需要为了符合安全规定而采用昂贵的结构设计。此外，本发明的优点在于它在其特定实施例中适合很薄的传感器，例如测量区域的厚度在20微米以下的传感器，并且所述测量计可以固有地被定位而不需要任何精细的措施。
由于测量计与振荡电路电隔离，因此还可以避免对振荡器的干涉。
尤其是，本发明很好地适合于在诸如肮脏、潮湿等严酷的条件下应用测量计。
根据本发明，物理或力学量对测量计的作用导致其中阻抗的变化，而这又改变了次级绕组中的负载，所述次级绕组电力地(导电地)连接到测量计并且以变压器布置与振荡器的电感器相耦合。这种阻抗或负载的变化引起振荡器的频率与物理作用量(例如，力)成比例地变化，并且该频率变化作为电学待测量被估计和检测。
在多种应用中，具有压电传感器的换能器用于测量物理和力学量，诸如力、压力、扭矩、加速度、温度等。
然而，压电传感器具有已知的缺点，即，需要测量值记录输入电阻值很高且高度绝缘的电子电压放大器或所谓的电荷放大器。这样的静电计或电荷放大器首先在结构上非常复杂，从而制造昂贵，其次这样的放大器还提供了可能的干涉源。
压电传感器的另外的已知缺点在于它们能够固有地测定非静态负荷。利用压电传感器仅仅执行“准静态”测量的测量换能器从EP 0459 069 A1已知，但是这样的换能器也需要具有相应的绝缘电阻的昂贵且精细的电荷放大器。
本发明的优点在于使用了具有压电或压阻测量计的创新的测力换能器，所述测量计的电极电连接到振荡器的电感器的次级绕组。压电或压阻测量计上的力的作用改变电容或电阻，并且从而改变测量计的阻抗。该阻抗变化引起次级绕组中的负载的变化，这经由变压器耦合导致振荡器的频率的变化。由于该创新的测量原理，不需要电荷或静电放大器并且静态测量也是可能的。
这种测量设置不仅为所有压电测量换能器，诸如石英、压电陶瓷、压电聚合物，诸如PVDF及其共聚物、具有压电颗粒或压电光纤的聚合物、压电泡沫，铁永电体等，而且为诸如硅这样的压阻测量换能器提供了上述优点。
当使用具有热电性质的压电测量计时，温度变化引起测量计的压电材料的极化的变化，该极化的变化又可以被电极检测并且被测量作为上述的振荡器的频率变化。这样，该创新的测力换能器还可以确定温度。这样能够使用一种创新的测力换能器以一种非常简单和经济的方式来同时测量例如车辆轮胎压力和车辆轮胎温度。
包括有具有压电性质的测量计的该创新的测力换能器当然也能够与测震物质相结合用于确定加速度。
优选地，当使用具有压电、压阻或热电性质的测量计时，与之电连接的次级绕组以变压器耦合形式布置在诸如由铁氧体制成的磁性软环形芯周围。这样，磁场的散射损失在多数部分上得以避免，从而具有“理想的”耦合。
对于需要很薄的或三维测量计的应用领域，例如牙科应用，优选使用的创新测量计是压电箔(PVDF及其共聚物)，该压电箔的厚度在80微米以下，优选地在30微米以下，或者是可以很薄地被浇铸或溅射的液态PVDF共聚漆(copolymer lacquer)。
由压电泡沫或所谓的铁永电体构成的测量计也可以获得上述优点。
为了确定两个压靠在一起的主体之间的牙合(occlusion)接触，染色或脱色箔例如用于牙科学中，以此上颌齿和下颌齿之间的接触导致箔的脱色，而且使牙齿上的接触点着色。此外，所述箔可以具有颜色层，该颜色层具有封闭在胶囊中的染料。取决于作用在颜色层上的压力，不同数量的胶囊裂开，从而释放不同量的染料。然而，这种箔不能够精确地确定压力的强度，尤其是牙齿之间的牙合压力的强度。
为了确定牙合压力，电压力传感器因此也是已知的。因而，DE 3117 284 A1，US 4,521,186和EP 0 379 524 B1使用这样的传感器所述传感器由两层组成，每层具有轨迹导体并且在两层之间具有电阻层。传感器的咬合(bite)部分上的压力的作用改变两层的轨迹导体之间的电阻，并且该变化作为待测量被检测。
已知的传感器在结构和操作上相对复杂，因此它们还未能获得比具有脱色作用的传统牙合接触箔更广的接受程度。而且，已知的传感器具有相对厚的咬合部分，这减小了牙合测量的精确度。而且，必须影响具有轨迹导体的两层的电接触以用于提供输入和输出信号。由于为了卫生原因必须对每个患者改变咬合部分，因此这包括了额外的工作。
在基于压电效应的牙合压力传感器中发现了基本上相同的缺点(例如US 4,592,727)。另外，已知的压电传感器具有在不利的环境条件下(例如水，污物，油等)由于需要具有高值输入电阻的放大器而易受影响的缺点。DE 197 05 569 C1在咬合区域脱离电传感器，改为用加压液体进行牙合力传递。
本发明的问题也是提供一种构造简单的装置以用于精确地确定两个压靠在一起的主体之间的压力，尤其是牙齿的接触压力，其例如在牙科应用领域可以类似于具有脱色作用的传统牙合箔来进行操作，并且尤其是不要求在咬合区域中有电接触。
一种创新装置尤其有可能确定当上下颌闭合时牙齿之间出现的牙齿接触压力。该牙齿接触压力测量也能够确定压靠在一起的牙齿之间的距离。
根据本发明提供了一种具有至少一个电感器的振荡器以用于确定作用的物理或机械力。也可以提供两个或以上的振荡器代替一个振荡器，例如测量和参考振荡器。例如根据所谓的拍频原理，两个振荡器的频率差异在这里可以可听地被体现。
用于该创新应用的振荡器具有某个固有频率，例如在10kHz和1GHz的范围内。所述振荡器可以是自振荡振荡器或由振荡发生器激活。
任何已知的LC振荡器基本上都可以使用，例如迈斯纳(Meissner)振荡器，哈特利(Hartley)振荡器或考匹兹(Colpitts)振荡器；也可以使用RL和石英发生器。然而，优选的是使用具有反相器，尤其是具有施密特(Schmitt)触发脉冲反相器，NAND和/或NOR门的振荡器。这样的振荡器之所以令人关注是因为它们具有非常简单和经济的结构。已经证明尤其适合使用利用频率固定电感器作为反相器电路中的输入和输出之间的跨导的电路。
所述电感器优选地由具有磁性软芯的初级绕组形成，所述磁性软芯优选地为铁氧体制成的棒形芯或环形芯，但是空心线圈也基本上适合于该创新测量原理。环形芯胜过棒形芯的优点在于电感的磁散射被降低，从而提高了变压耦合。这提高了振荡器中的频率变化。
所述电感器的次级绕组与根据本发明的测量计导电地连接。所述测量计具有电阻和/或电容和/或电感性质。取决于其执行，对所述测量计上的力的作用改变了(过渡)电阻和/或电容和/或磁导率，从而改变了所述测量计的阻抗。该阻抗变化影响/改变了布置成与电感器变压耦合的次级绕组中的负载，从而改变了振荡器的频率。在求值电路中对与所述作用力成比例产生的该频率变化进行求值。
所述力可以根据本发明由测量单元数字地确定，或者例如作为不基于单位的相对测量值被确定。所述力的确定还有可能确定压靠在一起的主体之间的距离或者具体而言牙科应用中的牙齿之间的距离以用于确定牙齿接触压力或咀嚼压力和牙合。
一种创新执行尤其用于确定牙齿之间出现的接触压力，但是也可以一般地用于确定两个压靠在一起的主体之间的压力。
使用的测量带(gauge strip)的测量区域的特定形成(具有交叉顶峰的隆起/凹陷)也允许用户确定牙齿的滑移，即额外的动态侧向运动。
所述测量计例如可以由导电箔或导电线形成。此外，所述测量计例如可以由压电晶片形成，在所述压电晶片中电极电连接到次级绕组，所述次级绕组以变压耦合的形式布置在电感线圈周围。在优选的变型中，为了牙科应用作为简单箔的所述测量计与次级绕组整体地形成在一起并且作为测量带围绕振荡器的电感器缠绕至少一次，所述振荡器优选地位于薄的、杆状的外壳中。当牙齿牙合时位于它们之间的测量带测量区域接触，从而改变过渡电阻，这导致了通过变压耦合引起的振荡器的频率变化。
次级绕组和/或整体地形成的测量带围绕振荡器的电感器缠绕至少一次。如果它们围绕电感器缠绕多次，则测量效果提高。
很普遍地，通过初级绕组和次级绕组的变压比，本发明允许测量范围或测量的灵敏度与特定应用领域协调。
所述测量计也可以由具有导电性质的材料形成，所述材料至少在压靠在一起的主体的压力吸收区域中具有电绝缘层。所述电绝缘层例如可以由电绝缘塑料形成，或者例如由金属氧化物形成。在压靠在一起的主体的压力的作用下，所述电绝缘层可以在接触区域中被破坏，从而影响过渡电阻。通过选择测量计的电绝缘层的厚度，这允许该创新装置与多种应用领域中要求的测量范围相协调。
在优选实施例中，所述导电测量计由铝形成并且具有固有铝层或在至少一个测量区域中的阳极镀层。
然而，所述测量计不需要基本地具有可由压力作用破坏的电绝缘层。而是有可能使用由导电材料制成的测量计，当两个主体或牙齿压靠在一起从而导致振荡器的频移时，所述导电材料的过渡电阻例如在0.1毫欧至100毫欧的范围内变化。
当牙齿接触压力确定时，导电箔能够例如形成为测量带。此外，所述测量带可以由导电材料制成的箔来形成，并且例如在其内侧上具有电绝缘层。所述导电材料具体而言是金属材料，例如铝或铜材料，即，铝或铝合金或者铜或铜合金。然而，例如也可以使用导电塑料薄膜代替金属箔。所述测量带的电绝缘层例如可以是金属氧化物，或者例如也可以是压电层。显然，如果存在电绝缘层，它必须仅仅在位于压靠在一起的主体或牙齿之间的所述测量带的那个区域中提供。所述测量带也可以在外侧上具有电绝缘层。
所述测量计还可以由导电材料和具有铁电性质的电绝缘材料，例如具有铁电性质的电绝缘层形成。在这里优选地使用压电材料。这些材料的高介电常数引起了测量计中的附加电容负载，这导致了振荡器的频率变化。介电常数受到压靠在一起的主体之间的压力变化影响。
该创新装置的另外的优点在于如果使用压电元件作为测量计的一部分，由于所述元件与具有低阻抗的传感器电子设备耦合作为电容性负载，因此不需要放大器。即使在不利的环境条件下，尤其是在牙科的潮湿环境下，这也能够确定两个压靠在一起的主体之间的压力。
所述测量计，尤其是箔或测量带，也可以由铁磁材料，尤其是具有磁弹性性质的铁磁材料形成。因而，被称为金属玻璃的非晶态合金已证明是合适的。具有磁弹性性质的材料的特征在于它们的磁导率根据机械负载而变化。具有磁弹性性质的材料的使用允许通过更强的电感影响来提高测量效果。
优选地作为测量带形成的测量计可以由多个层组成，所述多个层交替地由导电和电绝缘材料组成。在这样的测量带中导电材料层形成多个绕组，所述多个绕组可以与压靠在一起的主体的压力的作用的顺序相同地被相继激励。因而，层材料的数量或选择允许不同的测量和比例范围。
此外，取决于应用领域，另外的功能层被应用到导电箔或测量带。因而有可能将着色或脱色层应用到外部测量区域以允许牙科医生确定牙齿接触压力以及确定接触牙齿的接触点。
此外，用应用的塑料层固定厚度大约为5微米至10微米的铝箔也是非常有利的。这不仅可以在外侧而且可以在内侧实行，但是测量区域(咬合区域)必须保持没有塑料层。塑料具有的优点在于避免了在测量带的内侧上的不希望的过早接触；此外它向具有隆起和凹陷的测量带赋予了期望的测量区域的可逆性，从而允许更多的动态测量。
所述线性隆起和凹陷优选地布置成与测量带的纵向方向成45度角。这保证了当所述带被折叠时隆起的顶峰以90度角交叉。这允许更经济地生产测量带。
所述测量带的隆起和凹陷优选地由压纹法生成。
所述测量计例如可以具有自粘合层以固定到振荡器的外壳。也有可能为所述测量带提供弹簧夹以用于将其固定到外壳。也有可能制作振荡器的外壳以使测量计例如可以利用如同圆珠笔具有的敞开套管或弹簧夹机械地固定到那里。
还存在用于可分离地互连所述测量计和所述外壳的各种可能性。因而，可以在所述外壳之上或之中提供开口，例如形成为测量带的测量计通过所述开口插入或拧入。
所述测量计也可以应用于电绝缘材料。所述材料例如可以是纸，丝绸或塑料，尤其是弹性塑料。所述塑料优选地被构成为使得所述测量计可以通过杀菌而被清洁。
所述传感器例如由金属箔形成。可能的金属例如为贵金属，诸如金或银，其也可以例如通过蒸汽沉积应用于绝缘支撑材料。
已经证明使用铝材料的测量带特别有利，该测量带在内侧上利用氧化铝层钝化。所述氧化铝层的厚度可以阳极氧化所述铝带而被优化。这里所述的测量带具有的厚度优选小于200微米，尤其小于100微米。咬合在测量带上可以破坏牙合点处的电绝缘层。因而，如果测量带已经围绕电感线圈缠绕了一次，那么在电感线圈的周围出现另外的绕组并且使振荡器失谐。该绕组以变压耦合形式影响电感并且在力的作用下改变振荡器的频率。取决于频率固定振荡电路的电磁条件和工作点的选择，失谐引起的所述频率变化可以引起振荡器固有频率的增加和减小。
代替由此导致的电感负载或作为其补充，频率变化也可以由电容和/或电阻负载导致。因而，由绝缘层的破坏形成的绕组具有欧姆电阻，该欧姆电阻尤其取决于在牙合点处的机械接触。
此外，利用缠绕在电感线圈周围的测量带，受到待确定的压力的测量带的两个端部，即被咬合的两个端部，利用它们具有电绝缘或介电层的内侧彼此靠着。因而，所述测量带同时形成导致频率变化的电容，取决于介电层的厚度以及因而所述带的导电箔端部之间的距离和咬合期间介电常数的变化。
该创新装置的求值电路可以是锁相环(PLL)电路和/或例如是振荡器或PLL电路的输出信号提供给它的PC。
所述振荡器可以布置在外壳中，该外壳具有测量带缠绕在其周围的套管形部分。优选地，所述振荡器无线地连接到求值电路。对于测量牙齿接触压力，仅仅需要围绕套管形的、例如铅笔大小的外壳缠绕测量带一次，在该处患者咬在围绕振荡器外壳缠绕的测量带的重叠端部上。所述传感器或箔或测量带当然也可以通过电缆连接到振荡器和/或求值电路。
该创新测量带优选地具有与具有脱色作用的传统牙合箔相应的厚度和挠性。可以在其外侧上额外地提供涂层，用于通过着色或脱色测量牙合点以获得进一步的测量数据。
求值电路的输出信号例如可以存储在存储器中和/或提供给显示器。所述显示器例如可以由发光二极管阵列形成。
由于该创新装置在低阻抗范围内工作，因此它不受例如在唾液中产生的电流效应影响。这也允许有利的电子设备结构符合电子设备安全规定。
所述测量带的优选实施例在测量区域中具有导电层。因而，测量区域的过渡电阻被均化并且特性被更稳定的测量信号提高。此外，例如导电凝胶(electroconductive gel)具有形成测量区域的粘合的优点，因此测量带的端部被固定在一起，从而为牙科医生简化了操作。
测量带的优选实施例具有箔片，该箔片在内侧上具有绝缘层(优选为聚合物或粘合剂层)，然后是导电层，然后是稳定层(优选为聚合物)，其中至少测量区域具有隆起和凹陷，使得在实际测量期间当测量带被折叠时它们的顶峰交叉。
作为薄片的测量带优选地具有至多15微米的厚度，因此测量区域在折叠状态达到30微米的最大厚度。
这样的创新测量带具有的优点在于其适于测量期间牙齿的三维形式，并且不涉及阻断效应以阻碍最后的咬合。这允许在牙齿的固有位置进行牙齿接触压力测量或咀嚼压力测量。
为了更容易地操作，所述测量带或测量计优选地早已包含在待滑动到电感器上的部分(帽，套管)或可用粘合层固定到那里的部分中。
与在至少一个测量区域上安装有衬垫的测量带一起使用，该创新力换能器使牙科用户能够确定待制备的牙齿的制备高度，或具体测定所需的制备高度未被满足。取决于类型(全陶瓷，金属陶瓷，聚合物等)，牙齿假体，例如牙冠，牙桥，上部结构植入构造等的制造要求假体的某个最小厚度。例如，全陶瓷牙冠在面对对合齿的区域应当达到1.5mm至2mm的最小厚度以能够承受咀嚼期间的机械影响。若该最小厚度未被满足，则在咬合期间存在牙齿假体被破坏的危险。具有金属构架的牙齿假体也要求某个最小高度，在该情况下这主要是为了美容目的，这是因为牙科技师必须对形成黑芯(dark core)的金属构架应用若干覆盖层，以获得人造齿的自然外观。另一方面，当制备牙齿时牙科医生应当仅仅去除绝对必需的天然牙齿物质而不管所需的最小高度以避免永久性地损伤它。在通常的制备检查中，由于牙齿闭合期间的不可检查性，因此牙科医生在许多情况下不能准确识别他是否真正地在制备齿的所有区域中达到了最小高度。当应用本发明时，当牙齿张开时他将具有衬垫的测量带放在待制备的牙齿上。由于衬垫具有的厚度或高度大于所需的最小高度，因此咬合压缩优选的挠性或橡胶弹性材料。在出现最大压缩的地方对测量带施加最大压力。这能够测量或限定制备齿和对合齿之间的最小距离。
在下文中将通过参考附图的例子更详细地解释本发明，其中

图1显示了该创新装置的电路的实施例；图2显示了当力作用在测量带/传感器上时频率变化的不同特性；图3以透视图方式显示了围绕振荡器的外壳缠绕的测量带；图4示意性地显示了补牙之前和之后的牙合压力；图5以透视图方式显示了围绕振荡器的外壳缠绕的次级拾波绕组的透视图，其中该绕组具有压电元件。
图6显示了用于确定牙齿牙合、牙齿接触压力和/或咀嚼力的测量计用振荡器的透视图；图7显示了根据图6的振荡器的部分的透视图，其中所述部分具有初级绕组和要套到测力换能器上的套接元件，以及应用于该部分的测量带；图8显示了通过根据另一实施例的测量带的纵截面；图9显示了具有隆起和凹陷的展开测量带的内侧的平面图；图10显示了通过根据图9的测量带的纵截面；
图11显示了围绕根据图9和图10的振荡器缠绕的测量带在其围绕振荡器缠绕之后的平面图；图12显示了根据另一实施例的具有隆起和凹陷的展开测量带的内侧的平面图；图13显示了通过根据图12的测量带的纵截面；图14显示了通过根据图12的测量带的下部区域的横截面；图15显示了测量带围绕振荡器缠绕之后其端部的透视图；图16显示了根据图9至图11的测量带的横截面的放大图；图17显示了通过围绕振荡器缠绕的测量带的纵截面，其中该测量带具有可压缩材料制成的衬垫；以及图18显示了根据图17的在最后咬合的两个相对齿之间的测量带的示意图。
根据图1，振荡器1具有包含电感线圈形式的电感器2的自振荡电路，多个电容器3，4，5，两个欧姆电阻器6，7和用于形成输出信号的两个施密特触发脉冲反相器8，9。两个施密特触发脉冲反相器8，9例如施加有未示出的5V超低电压源(例如蓄电池或电池)。
传感器或测量计11形成为整体测量带并且具有至少一个绕组，所述至少一个绕组与电感器2变压耦合地形成次级绕组30，如图1中示意性地所示。此外，具有欧姆电阻13或另一负载的另外的次级绕组12与电感器2变压耦合地布置。利用该另外的次级绕组12，当力作用在测量计11上时频率变化的特性可以被优化。
电感器2也可以形成为差动变压器或差动线圈。如上所述，尤其当提供两个或更多振荡器时这种执行是有利的。当在图1中省略绕组12时存在差动线圈。然而，绕组12可以与差动变压器共存并且与初级绕组2对称地布置。
测量带也可以由测量计11形成，该测量计11通过电线连接到次级绕组30。如图1中所示，所述两条电线可以通过电阻器29相连。当测量计11具有包括压电或压阻的电感或电容性质时，这样的电阻器是有利的。
图2显示了五个不同的测量特性A，B，C，D和E，其中特性A在很大程度上是无用的，而特性B具有长的成比例范围，特性C具有更短的成比例范围，特性D具有两个成比例范围。特性E显示了当测量力增加时振荡频率的增加。
反相器9的输出信号被提供给求值电路14，该求值电路例如可以由PLL电路形成，即由将输入频率与固有频率进行比较并在频率不同的情况下产生输出信号15的电路形成。施密特触发脉冲反相器9产生数字输出信号用于耦合输出该信号，而PLL电路形成模拟输出信号。后者可以由模数转换器(未示出)变为数字信号并且存储在存储芯片(未示出)中以及显示在LED阵列(同样未示出)上。因而，例如，可以存在三至十个存储芯片，从而可以在三至十个发光阵列上相继显示三至十个测量。该表示允许牙科医生在进行牙科工作之前、期间和之后多次测量咬合力和牙齿距离。
根据图3，振荡器1(图1)被布置在套管状的、大约铅笔尺寸的外壳16中。振荡器无线地连接到由箭头10指示的求值电路14(图1)。
在图3中测量带11在电感线圈2(图1)的区域中围绕外壳16缠绕一次。从而其末端17，18形成重叠接头。具有大约对应于牙齿的宽度的测量带11例如由在其内侧上设有绝缘氧化铝层的铝箔构成。为了测量牙合压力，患者咬在重叠接头17，18上。这使得氧化铝层在牙合点20被破坏，或者至少其层厚度减小，从而产生闭合的、导电的绕组，该绕组改变了电感，因而改变了振荡器1(图1)的频率。为了提高测量效果，测量带11也可以围绕外壳缠绕若干次。测量带也可以由不具有绝缘层的金属箔构成。接头17，18之间的过渡电阻于是取决于牙合压力。
如果根据图4例如对患者的与上颌齿21牙合的下颌齿22进行填补，根据(I)对牙合压力进行测量作为填补之前的参考并进行存储。然后根据(II)向牙齿22提供填补物23，并且所述填补物被下压(III)直到出现如填补之前的参考牙合压力(I)。当插入诸如牙冠、牙桥等的牙齿假体时，如果在插入之前、期间和之后的参考测量中确定邻近牙齿假体的牙齿的压力或距离，这被证明是有利的。
在图5中，次级绕组30在电感线圈2(图1)的区域中围绕外壳16缠绕若干次。次级绕组30的两个导线26连接到压电元件24的两个压电电极27。作用在牙合点20上的压力如上所述地影响压电元件24，从而使振荡器失谐，从而能够确定牙合压力。
根据图6和图7，振荡器1具有把手31，该把手31具有用于开动振荡器的开关32，和锥形部分33，电感器2布置在该锥形部分33中，如图7中的虚线所示。振荡器1由充电站34接纳，该充电站34与振荡器1电感地耦合。
从图7显而易见，测量带或测量计11可以设在套接元件35上，该套接元件例如将以套管或帽的形式套到具有电感器2的锥形部分33上。测量计11例如可以粘合地紧附到套接元件35。
在根据图8的实施例中，围绕电感器2缠绕的测量带11由多个功能层36至41组成。设在测量带11的两个端部上的最外层36由用于确定牙齿接触点的着色和/或脱色材料形成。相邻的层37是电绝缘和稳定载体层，其优选地由塑料材料制成，对于相邻的导电层38，其例如由诸如铝这样的金属构成。在层38的内侧还具有例如由塑料制成的电绝缘层39，但是它并不覆盖测量带11的两端处的测量区域。在测量带的内侧上的测量区域40上的层由导电的和可变形的材料形成，所述材料例如为凝胶。此外，粘合剂层被施加到测量带的内侧，在两个测量区域40之前终止并且用于将测量带11紧附到套接元件35或者直接到振荡器的锥形区域33。
在根据图9至图11的实施例中，测量带11具有交替地和线性地彼此平行地延伸的隆起43和凹陷44。线性隆起43和凹陷44与测量带11的纵轴倾斜地布置。
如图11中所示，当测量带11围绕振荡器部分33缠绕时，隆起43和凹陷44因而在测量带11的端部的重叠测量区域上交叉。
如果测量带11或测量计由导电材料组成，隆起43的交叉顶峰45(图16)形成电接触表面，当测量带11的测量区域压靠在一起时所述电接触表面的尺寸增加。所述接触表面的增大或减小导致测量带11的过渡电阻相应地减小或增大。
如图16中所示，顶峰45所成的角度α例如可以是120度。从一个顶峰45到下一个顶峰45的距离a优选地小于0.5mm。
图12至图14显示了测量带11或测量计的另一实施例，其与根据图9至图11的实施例的本质区别在于隆起43和凹陷44仅仅设在测量带11的端部上的测量区域46和47中，并且在一个区域46中沿测量带11的横向延伸，而在另一区域47中沿其纵向延伸。从图15显而易见，隆起的顶峰45因而以90度角交叉。
根据图17的测量带11在测量区域的至少一个外侧面具有一个由可压缩材料制成的衬垫48，所述可压缩材料例如由橡胶弹性塑料材料形成。
图18显示了最后咬合期间制备齿51和相对齿52之间的根据图17的测量计。可以看出测量计11适合牙齿52的形式。进一步地，制备齿51压缩衬垫48。这导致衬垫48通过取决于压缩的不同的压力压靠在测量计11上。从图18显而易见，因而与在B相比，衬垫48施加到布置在那里的测量区域46，47的部分上的A处的压力大于施加到B处的压力。可以选择衬垫48的厚度以使距离A是可确定的。这是有可能的，因为衬垫48的可压缩材料在一定的厚度上导致测量区域46，47上的压力明显增加，从而导致振荡器1的频率变化。当制备牙齿时，这使得用户有可能确定例如在区域A中是否达到待成形的牙齿假体所需的制备高度。
权利要求
1.一种测力换能器，其特征在于包括至少一个振荡器(1)和至少一个测量计(11)，所述振荡器(1)具有至少一个由初级绕组形成的电感器(2)，所述测量计(11)具有次级绕组(30)，该次级绕组(30)导电地与所述测量计(11)连接并且与所述振荡器(1)的所述电感器(2)以变压耦合的方式布置，从而在所述测量计(11)上的力的作用改变所述测量计(11)的阻抗和所述电感耦合的次级绕组(30)的负载；以及求值电路(14)，其用于确定所产生的与作用在所述测量计(11)上的所述力成比例的所述振荡器(1)的频率变化。
2.根据权利要求1所述的测力换能器，其特征在于所述振荡器(1)具有至少一个电容器(3，4，5)和/或至少一个电阻器(6，7)和/或至少一个另外的电感器。
3.根据权利要求1所述的测力换能器，其特征在于所述振荡器(1)无线地连接到所述求值电路(14)。
4.根据权利要求1所述的测力换能器，其特征在于所述振荡器(1)的所述电感器(2)具有磁性软芯，该磁性软芯优选地为铁氧体制成的棒形芯或环形芯。
5.根据权利要求1所述的测力换能器，其特征在于所述电感器(2)与具有负载(13)的另外的次级绕组(12)相关联，用于优化测量特性(A，B，C，D，E)。
6.根据权利要求1所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)和与之电连接的所述次级绕组(30)与所述振荡器(1)的所述电路电隔离。
7.根据权利要求1所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)具有电感性质和/或电容性质和/或电阻性质。
8.根据权利要求7所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)具有铁电性质。
9.根据权利要求7所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)具有压电和/或压阻性质。
10.根据权利要求7所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)具有热电性质。
11.根据权利要求7所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)具有铁磁性质。
12.根据权利要求11所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)具有铁弹性或磁弹性性质。
13.根据权利要求7所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)至少部分地由导电材料形成。
14.根据权利要求13所述的测力换能器，其特征在于所述导电材料是金属，优选是银、铝或铜。
15.根据权利要求1所述的测力换能器，其特征在于所述振荡器(1)设在外壳中，该外壳包括具有所述电感器(2)的部分(33)，所述次级绕组(30)围绕所述部分(33)布置。
16.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)和所述次级绕组(30)整体地形成在一起。
17.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器，其特征在于与所述次级绕组(30)整体地形成并且具有铁磁性质的导电测量计(11)将作为电感芯至少部分地布置在所述电感器(2)的所述初级绕组内。
18.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器，其特征在于至少所述测量计(11)的测量区域以箔的形状形成。
19.根据权利要求18所述的测力换能器，其特征在于所述箔形测量计(11)由导电材料和/或具有磁弹性性质的材料构成。
20.根据权利要求16或权利要求19所述的测力换能器，其特征在于与所述次级绕组(30)整体地形成的所述箔形测量计(11)由优选为银、铝或铜的金属形成，或由金属玻璃形成，并且可围绕所述电感器(2)缠绕至少一次。
21.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器，其特征在于所述箔形测量计(11)在内侧和/或外侧上具有至少一个另外的具有功能性质的层(36，37，39，40，41)。
22.根据权利要求21所述的测力换能器，其特征在于所述功能层(36，37，39，40，41)具有绝缘和/或导电和/或稳定和/或可逆和/或粘合和/或着色和/或脱色和/或在力的作用下发生化学反应的性质和/或在力的作用下可破坏绝缘的性质。
23.根据权利要求21所述的测力换能器，其特征在于在所述箔形测量计(11)的内侧在所述测量区域(46，47)中应用导电材料层(40)，所述导电材料优选为导电液体或导电凝胶。
24.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)包括具有铁电和/或压电性质的电绝缘层。
25.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器，其特征在于所述箔形测量计(11)的至少一个测量区域(46，47)具有设在其上的衬垫(48)。
26.根据权利要求25所述的测力换能器，其特征在于所述衬垫(48)由弹性材料和/或在力的作用下可压缩的材料形成。
27.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)作为测量带被形成。
28.根据权利要求18所述的测力换能器，其特征在于所述箔形测量计(11)具有铁电和/或压电和/或压阻和/或热电性质。
29.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)在至少一个测量区域(46，47)中具有隆起(43)和/或凹陷(44)，所述隆起(43)和/或凹陷(44)取决于施加在所述测量计(11)上的力的程度被变形。
30.根据权利要求29所述的测力换能器，其特征在于所述隆起(43)和凹陷(44)交替地并线性彼此平行地延伸。
31.根据权利要求29或30所述的测力换能器，其特征在于形成所述箔形测量计(11)以便一个测量区域(46，47)的所述隆起(43)的顶峰(45)与另一个重叠的测量区域(47，46)的所述隆起(43)的顶峰(45)交叉。
32.根据权利要求31所述的测力换能器，其特征在于所述两个测量区域(46，47)的所述隆起(43)的线性平行延伸的顶峰(45)以大约70度至110度，优选为80度至100度的角度交叉。
33.根据权利要求31所述的测力换能器，其特征在于所述隆起(43)的所述顶峰(45)围住一个角度(α)，该角度(α)在100度和140度之间，优选地在110度和130度之间，和/或从一个顶峰(45)到下一个顶峰(45)的距离(a)小于1mm，优选地小于0.5mm。
34.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器，其特征在于至少一个电绝缘层和/或至少一个导电层被形成为可由压力作用破坏。
35.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器，其特征在于所述测量计(11)在所述测量区域(46，47)中具有的厚度不超过150微米，优选地不超过100微米。
36.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器用于确定温度。
37.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器用于确定牙齿咬合和/或牙齿接触压力和/或咀嚼力。
38.根据权利要求38所述的测力换能器的使用，其中所述测量计(11)在所述测量区域(46，47)中具有的厚度不超过30微米，优选地不超过15微米。
39.根据权利要求37或38所述的测力换能器的使用，其特征在于使用的测量计(11)在所述测量区域(46，47)中的宽度对应于待测量的牙齿(21，22)的宽度。
40.根据上述权利要求中任一项所述的测力换能器用于确定制备齿(51)的制备高度或制备深度。
全文摘要
本发明涉及一种测力换能器，其具有振荡器(1)和测量计(11)，所述振荡器具有由初级绕组形成的电感器(2)，所述测量计具有次级绕组(30)，该次级绕组(30)导电地与测量计(11)连接并且与振荡器(1)的电感器(2)变压耦合地布置。在测量计(11)上的力的作用改变测量计(11)的阻抗和电感耦合的次级绕组(30)的负载。求值电路(14)用于确定产生的与作用在测量计(11)上的力成比例的振荡器(1)的频率变化。
文档编号A61C19/05GK1882825SQ200480033640
公开日2006年12月20日 申请日期2004年9月17日 优先权日2003年9月18日
发明者布鲁诺·斯塔雷克, 赫尔穆特·皮尔纳, 弗朗兹·韦科雷 申请人:奥卡卢斯坎股份公司