涡流传感器和用于测量力的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涡流传感器以及一种用于测量力的方法。
【背景技术】
[0002]DE 10 2010 009 923 Al描述了一种用于扫描在试件体积中的平面试件的涡流传感器，在试件体积里面可以插入和/或插入试件。涡流传感器具有芯，它们设置在试件体积对置的侧面上。两个芯的至少一个芯至少分段地被线圈缠绕。
【发明内容】
[0003]由这个背景通过本发明建议一种如主权利要求所述的涡流传感器和用于测量力的方法。由各从属权利要求和下面的描述给出有利的扩展结构。
[0004]为了测量力或者压力需要对应体，它产生与要测量的力或要测量的压力相反的确定的阻力。在此可以检测对应体的偏转，并且可以通过弹性常数或者等效材料值推断要测量的力或者说单位面积的力(压力)。同样，通过对应体的偏转、弹性常数和质量可以推断应用的加速度。所述对应体的偏转可以直接检测，用于测量行程。
[0005]涡流适用于测量表面相对于发射器、例如电线圈的偏转。利用弹簧可以使表面相对于发射器保持位置，并且占据确定的静止位置，如果没有力作用于表面或表面背面。如果力作用于表面或表面背面上，弹簧弹性变形并且表面偏转与力成比例。
[0006]一种涡流传感器具有下列特征:
能导电的传感器线圈，用于提供电磁交变场；
传感器面，用于影响电磁交变场，其中，所述传感器线圈和传感器面可相互相对运动地设置；和
弹性部件(弹簧部件)，它与传感器线圈和传感器面连接，或者通过传感器面形成，并且设计成，通过弹性力(弹簧力)抵制在传感器面与传感器线圈之间的相对运动。
[0007]关于涡流传感器可以理解为力传感器、压力传感器、加速度传感器或运动传感器。所述涡流传感器设计成，利用涡流原理再现在测量信号中的测量参数。传感器线圈可以是电导体，它设置在至少一圈里面。所述传感器线圈可以具有电感。所述传感器线圈可以由没有芯的空气线圈构成。所述传感器线圈可以由螺旋形式的扁平线圈构成。所述传感器线圈也可以由空间缠绕的线圈构成。所述传感器线圈可以被交流通流。在通流时围绕传感器线圈建立电磁交变场。传感器面可以是导电面，在其中传感器线圈的电磁交变场可以感应涡流。涡流又可以引起自身的电磁交变场，它相反地调整传感器线圈的交流场，即反作用于交流场。电磁场相互影响并且相互平衡。所述传感器面也可以具有自身磁场。该磁场同样可以影响传感器线圈的交流场。所述传感器面可以具有给定的质量。弹性部件可以弯曲并且施加与反向偏转的偏转成比例的力。例如，所述弹性部件可以是弯曲的薄膜，在其上固定传感器面或传感器线圈。所述弹性部件也可以是弯曲簧。所述弹性部件可以设置在传感器线圈与传感器面之间的力流(力束)里面。所述弹性部件可以使传感器面在静止状态保持与传感器线圈间隔。所述传感器面可以活动地设置在基本穿过传感器线圈极的轴向上。所述弹性部件例如可以是盘簧。连接可以以固定距离布置。例如，所述传感器线圈可以与外壳保持相对于弹性部件第一棱边给定的相对位置。所述弹性部件的第二棱边可以与传感器面连接。有意义的相互影响参数是传感器线圈与传感器面之间的距离。由于影响在传感器线圈上的电压可以具有与传感器线圈中电流的错相。通过影响可以调整表征在传感器线圈与传感器面之间距离的传感器线圈阻抗。如果传感器线圈与传感器面的距离变化，则影响的大小和相关的传感器线圈的阻抗也变化。这种变化可以由传感器线圈、例如通过测量阻抗检测。通过变化可以确定传感器线圈与传感器面的距离。通过影响还可以调整表征在传感器线圈与传感器面之间距离的包括传感器线圈的传感器振荡回路的谐振频率。通过影响同样可以调整表征在传感器线圈与传感器面之间距离的包括传感器线圈的传感器振荡回路的品质。所述传感器线圈的阻抗、传感器振荡回路的谐振频率或传感器振荡回路的品质或者其任意的组合可以在使用适合的评价装置或测量装置的条件下通过已知的方法确定。分别由阻抗或谐振频率或品质本身或者其组合可以推断在传感器线圈与传感器面之间的距离，例如在使用预先确定的基准值的条件下。
[0008]所述传感器线圈可以静止地构成，并且所述传感器面可以设计成，执行相对运动。同样，所述传感器面可以静止地构成，并且所述传感器线圈设计成，执行相对运动。同样，所述传感器面和传感器线圈可以分别活动地构成，并且由一个或多个弹性部件中的力平衡确定传感器组成部分的位置。根据涡流传感器的使用领域可以选择相应的涡流传感器结构形式。
[0009]所述涡流传感器可以具有评价线圈，用于检测谐振频率并且附加或备选地检测包括传感器线圈的传感器振荡回路品质。所述评价线圈可以设置在传感器线圈的影响范围里面。所述评价线圈可以感应地与传感器线圈连接。通过评价线圈可以无导线地监控传感器线圈。所述评价线圈可以设置在传感器面影响范围以外的部位。由此可以不影响测量地检测电磁交变场的变化。所述传感器振荡回路除了传感器线圈以外还可以包括传感器线圈的寄生电容。为了检测谐振频率和附加或备选地也检测传感器振荡回路的品质可以在评价线圈上施加电交变信号、例如交流。通过在评价线圈与传感器线圈之间的感应连接可以激励包括传感器线圈的传感器振荡回路到振荡。通过施加在评价线圈上的电交变信号的频率变化，可以确定传感器振荡回路的谐振频率。由此，例如可以评价通过传感器线圈流动的交流的大小。所述谐振频率取决于在传感器面与传感器线圈之间的距离。在此除了反电感以外由于平板距离、即在传感器面与传感器线圈之间的距离引起的欧姆损失也变化。因此可以根据谐振频率的了解和附加或备选地根据品质的了解推断在传感器面与传感器线圈之间的距离。
[0010]所述传感器线圈可以具有电接头，用于检测传感器线圈阻抗。所述电接头可以用于施加适合于检测阻抗的电交变信号、例如交流在传感器线圈上。在电接头上可以截取在传感器线圈中的电压和/或电流。用于评价的装置可以产生代表阻抗的信号。所述阻抗取决于在传感器面与传感器线圈之间的距离。因此，根据阻抗的了解可以推断传感器面与传感器线圈之间的距离。
[0011]所述涡流传感器可以具有与传感器线圈相邻设置的基准线圈，用于提供基准场。所述涡流传感器还可以具有与传感器面相邻设置的基准面，用于影响基准场。所述基准线圈和基准面相互间可以刚性地设置。通过基准线圈和基准面可以补偿环境影响、例如温度变化和电磁干扰场。通过基准部件可以平衡涡流传感器。
[0012]所述涡流传感器可以具有外壳，它具有用于固定涡流传感器的接口，其中，所述弹性部件、传感器面和备选或附加地传感器线圈设置在外壳里面。通过外壳可以使涡流传感器可靠地固定在测量点上。所述外壳可以使涡流传感器的组成部分组成易于使用的单元。所述外壳例如可以保护敏感的弹性部件免受有害影响。
[0013]在传感器线圈与传感器面之间可以设置凝胶体。所述凝胶体可以电绝缘。所述凝胶体例如可以流体静态地传导压力。所述凝胶体可以是不导电的。通过凝胶体可以阻止来自传感器线圈与传感器面之间的中间空间的异物。
[0014]所述相对运动可以是倾翻运动。该倾翻运动例如可以通过摇摆体传递到传感器线圈或传感器面上。例如，所述摇摆体可以包括弹性部件、传感器线圈或传感器面和一作用面。该作用面例如可以被介质加载地设置，而弹性部件协调涡流传感器与介质的传感器空穴。
[0015]所述涡流传感器可以具有另一传感器线圈，它与传感器线圈刚性连接。所述涡流传感器可以具有第二传感器面，它与传感器面刚性连接。通过其它影响电磁交变场的元件可以增强在传感器线圈中的信号。
[0016]所述传感器面和弹性部件可以通过金属基体的柔性部位构成，其中所述基体一体地且无缝地构成，并且具有一传感器腔室，其中，所述柔性部位构成传感器腔室的壁体。所述基体、弹性部件和传感器面可以无缝且一体地构成，用于达到特别好的耐压性和耐用性。例如可以由基体中钻孔得到所述传感器腔室。
[0017]所述涡流传感器可以具有另一能导电的传感器线圈，用于提供另一电磁交变场。所述涡流传感器可以具有另一传感器面，用于影响另一电磁交变场，其中，另一传感器线圈和另一传感器面可相互相对运动地设置。所述涡流传感器可以具有另一弹性部件，它与另一传感器线圈和另一传感器面连接，或者通过另一传感器面构成，并且设计成，通过另一弹性力抵制在另一传感器面与另一传感器线圈之间的另一相对运动。通过在相同涡流传感器中的另一测量单元可以产生谐振，它导致增加的测量安全性。因此，所述涡流传感器也可以在一个测量单元故障时保持发挥功能。
[0018]一种用于测量力的方法包括下列步骤:
利用能导电的传感器线圈提供电磁交变场；
利用传感器面影响电磁交变场，其中，所述传感器线圈和传感器面可相互相对运动地设置；
利用弹性部件提供抵制在传感器线圈与传感器面之间的相对运动的弹性力，所述弹性部件与传感器线圈和传感器面连接；
检测电磁交变场的变化；和在使用变化的条件下确定力。
[0019]在提供电磁交变场的步骤里面，可以利用基准线圈提供一基准场。在影响步骤里面，可以利用基准面影响基准场，其中，所述基准线圈和基准面相互间刚性地设置。在检测步骤里面可以检测基准场的变化。在确定步骤中还可以在使用基准场变化的条件下确定力。通过不受相对运动影响的基准例如可以补偿涡流传感器的装配误差或温度变化。同样，可以从外部补偿例如干扰源的电磁场干扰。为此，例如可以从电磁交变场的变化中减去基准场的变化，用于得到补偿信号。
【附图说明】
[0020]下面借助于附图示例地详细解释本发明。附图示出:
图1按照本发明一实施例的涡流传感器的方框图；
图2按照本发明一实施例的用于测力的方法流程图；
图3在按照本发明一实施例的电磁交变场变化时谐振频率偏移的曲线图；
图4a至4c 按照本发明一实施例的涡流传感器在未加载状态和加载状态中的示意图；
图5a至5c按照本发明另一实施例的涡流传感器在未加载状态和加载状态中的示意图；
图6按照本发明一实施例的具有冗余结构的涡流传感器的示意图；
图7按照本发明另一实施例的具有冗余结构的涡流传感器的示意图；
图8a和Sb按照本发明一实施例的涡流传感器的示意图，它以表面微机构构成；
图9a和9b 按照本发明一实施例的涡流传感器在未加载状态和加载状态中的示意图，具有用于无导线地评价涡流传感器的评价线圈，用于实部的频率评价；
图10涡流传感器的视图，具有耦联线圈的向外位移，用于优化耦联，没有在耦联路径中的祸流损失；
图1la和Ilb按照本发明一实施例的涡流传感器作为压力差传感器在未加载状态和加载状态中的示意图；
图12a和12b 按照本发明一实施例的涡流传感器作为压力差传感器的示意图，具有以不导电的流体充满的空穴；
图13a和13b 按照本发明另一实施例的涡流传感器作为压力差传感器的示意图，具有以不导电的流体充满的空穴；
图14a和14b按照本发明一实施例的涡流传感器作为压力差传感器具有相反线圈结构的示意图，具有以不导电的流体充满的空穴；
图15a和15b按照本发明另一实施例的涡流传感器作为压力差传感器具有相反线圈结构的示意图，具有以不导电的流体充满的空穴；
图16a和16b按照本发明一实施例的涡流传感器作为压力差传感器以全摇摆结构形式在未加载状态和加载状态中的示意图；
图17 按照本发明一实施例的涡流传感器作为压力差传感器以半摇摆结构形式的示意图；
图18a至18c 按照本发明一实施例的涡流传感器作为压力差传感器的示意图，具有只从一侧的压力接头；
图19a和19b按照本发明一实施例的涡流传感器作为压力差传感器以桥结构形式在未加载状态和加载状态中的