振动激励器的制作方法

本发明更具体地涉及用于以受控的方式向测量对象施加明确的振动力的装置。这种装置在下文中将称为“振动激励器”。由于振动激励器本身是已知的，所以这里不必对其进行广泛的讨论。

振动激励器通常包括：(i)主体，其具有相对大的质量，并且旨在用作配重；(ii)相对轻质的动态部件，其旨在被连接至测量对象，并且柔性地被支撑在主体上，以便可相对于主体移动；以及(iii)驱动装置，用于在控制信号的影响下驱动主体和动态部件相对彼此移动，或者至少产生作用在主体和动态部件之间的力。

振动激励器的驱动装置通常包括两个力产生元件，第一个设置在主体上，第二个设置在动态部件上，该两个力产生元件配置为产生作用在主体和动态部件之间的力，该力由控制信号控制。至少一个力产生元件可以包括，用于在电流的影响下感应磁场的线圈。另一个力产生元件也可以是被动地作用于由第一力产生元件诱导的磁场的元件。

柔性地支撑动态部件以使其能相对于主体移动的装置通常包括弹簧类元件，弹簧类元件为，例如盘、线圈、梁或其他形式的装置，弹簧类元件在动态部件和主体之间形成固定的、柔性的连接。然而，也可以通过磁场或通过流体或气体填充系统，至少部分地提供柔性的支撑。

为了测量由振动激励器施加到测量对象上的力，或者为了能够精确地测量该测量对象在施加力的位置处的位移或加速度有多大，其中该力是用于在测量对象上执行振动分析的系统的一部分，提供一个或多个传感器，该一个或多个传感器可以构成振动激励器的一部分。

某些振动激励器的问题是它们易受损坏。动态部件相对较轻，通常具有相对较薄的设计，例如在将振动激励器安装至测量对象期间、将振动激励器从测量对象上卸载期间或，振动激励器已经定位在测量对象上，主体可能收到意外推动，从而使动态部件相对容易地凹陷、破裂或变形。同样的事故可能对悬挂动态部件的装置有害，从而相对于主体移动，这通常也是相对稀薄的设计，以便符合关于它们在装置操作期间的柔性的要求。所述装置可能例如破裂，使得主体和动态部件之间的固定的、柔性的连接失效。

现有振动激励器的另一个问题是力相互作用元件可能失效。例如，用于在电流的影响下感应磁场的励磁线圈可能过热。当励磁线圈由动态部件构成时，励磁线圈过热的可能性特别高，如果在这种情况，动态部件的重量要求使得励磁线圈从例如相对细的线缠绕。

显然，不希望振动激励器所包含的任何部件有损坏和故障，并且振动激励器所包含的任何部件的损坏和故障可能使振动激励器无效，直到损坏和故障部件被修理或更换为止。然而，即使可能，这种更换的修理是麻烦的。

本发明旨在提供一种解决方案，或者至少减轻一个或多个的上述问题的影响。特别地，本发明的目的在于提供一种改进的振动激励器，并且具体地，本发明的目的是提供一种不易损坏或故障的振动激励器，或者损坏和故障的后果相对较小的振动激励器。另外，本发明的目的是提供一种振动激励器，其相比现有种类的振动激励器适用面更广。

通过一种振动激励器实现至少一个上述目的，所述振动激励器，包括连接装置，该连接装置构造为使主体和动态部件可释放地连接，该连接装置包括连接元件，该连接元件配置为可释放地接合处于连接状态下的主体和动态部件中的一个，该连接元件设置在主体和动态部件中的另一个上，以使得处于连接状态的动态部件通过连接元件被柔性地支承于主体上。

连接装置通过连接元件在主体和动态部件之间提供可释放的连接，该连接元件可释放地接合处于连接状态的主体和动态部件中的一个，其中该连接元件配置为，通过主体和动态部件的相对移动使主体和动态部件处于非连接状态，从而导致该连接元件与主体和动态部件中的一个脱离，这使得动态部件损坏或失效的情况下，能够容易地更换动态部件。

动态部件容易被更换，允许动态部件相对轻且小因而易碎，无需诸如护罩和行程限定器(strokedelimiter)的保护元件。这允许振动激励器整体上相对较小并且具有更简单的设计。例如，振动激励器尺寸小是使其能在狭窄空间中使用的要点。更轻质的动态部件可进一步实现更精确的测量。

应注意的是，当与现有类型的振动激励器相比，允许在损坏的情况下容易地更换动态部件，包括一新的、成本有效的和/或降低复杂性的方法，该方法倾向于保护动态部件免受损坏，该方法通过封装、通过将负载带离动态部件的元件、通过行程限定器或通过外部断路元件来实现。

在主体包括相对昂贵的力相互作用元件(例如包含在主体中的永磁体)的情况下，易于更换是有用的；而动态部件包括较便宜的力相互作用元件，例如励磁线圈。然后，在动态部件相对便宜的情况下，损坏或失效的动态部件可以被丢弃；而在主体相对昂贵的情况下，主体可以继续与新的、无故障的动态部件结合使用。

此外，由于主体相对于动态部件的意外移动，可释放的连接不易受损，其中，通过可释放地接合主体和动态部件中的一个的连接元件来设置主体上动态部件的柔性支撑。在这种运动发生的情况下，动态部件和主体更倾向于从彼此脱离，而不是被损坏。此外，连接元件将倾斜以保持不受损伤，因为它被配置为处理或甚至够实现该脱离。

此外，如上所描述的可释放的连接，使得能够使用多个动态部件结合单个主体(或至少有限数量的主体)，所述多个动态部件被安装至测量对象的不同位置上，，从而在几个连续测量步骤的每一个中，所述主体相对快速地连接到不同动态部件上，和相对快速地与不同动态部件分离。这使得根据本发明的振动激励器在其应用中更通用。

在连接元件可释放地接合处于连接状态下的主体和动态部件中的一个的情况下，所述连接元件设置在主体和动态部件中的另一个上，使得处于连接状态下的主体通过连接元件柔性地支撑在动态部件上，当动态部件和主体彼此连接时，自动获得动态部件在主体上柔性的支撑，其中，连接元件被用作接合所述动态部件与主体中的一个。

优选地，主体和动态部件之间的可释放连接是卡扣式连接，以便主体和动态部件能够相对快速且容易地执行连接和分离。然而，其他类型的可释放连接也是可能的，例如螺旋型连接或夹紧型连接。

所有类型的连接的共同特征是，连接可以通过主体和动态部件中的一个相对于另一个的位移实现，在相对位移的过程中，连接元件更倾向于相对于主体和动态部件中的一个移动，多于相对于主体和动态部件中的另一个移动。

上述连接可以通过例如设置在主体和动态部件上的连接元件实现，所述连接需要沿着特定轴产生相对位移，沿着特定轴的相对位移是实现主体和动态部件相互连接和分离所必须的。

所述相对位移包括，例如沿着主体和动态部件共同的轴的运动，在这种情况下，连接元件能够被设置为固定在主体和动态部件中的一个，从而防止连接元件沿着所述共同的轴相对于所述主体或动态部件的相对运动。

所述固定的设置能够通过例如连接元件实现，所述连接元件容纳在凹槽内的所述主体或动态部件上，该凹槽具有适合所述目的的形状。

在这种配置下，与主体和动态部件之间的可释放的接合可以由连接元件来设置，所述连接元件被构造为容纳和设置在进一步的凹槽中，所述进一步的凹槽设置在主体和动态部件中的一个上，所述进一步的凹槽还与之前的凹槽形状不同，并且具有在主体和动态部件相对运动期间允许连接元件被从其释放的形状，同时连接元件保持固定在之前的凹槽内，以与所述之前的凹槽设置在其上的部件共同运动。

为此目的，进一步的凹槽例如可以比较早的凹槽具有较浅的深度，和/或具有，与较早的凹槽的横截面形状相比，具有倾斜边缘的横截面形状，以便如上所述，在相对位移期间，使连接元件更容易滑入和滑出更远的凹槽，而不是进或出较早的凹槽。

优选地，所述相对位移包括主体和动态部件沿共同的轴的相对平移运动，用于用户能够以相对容易的方式执行连接和分离操作。根据连接元件与主体和动态部件中的一个的可释放的结合类型，相对位移还包括相对于主体和动态部件围绕共同的轴的相对旋转运动(例如螺旋式连接的情况)或平移运动和旋转运动的组合。

存在的单个连接元件是优选的，特别是在它是环形的情况下，以及例如它包括o形环的情况下，在主体和动态部件之间以相对多自由度形式提供相对自由的运动，例如，在3d正交坐标系中的所有的三个平移自由度和所有的三个旋转自由度，同时在主体和动态部件之间提供可靠的连接。然而，多个连接元件，例如两个连接元件也是可能的，在这种情况下：在主体和连接元件相对位移期间，每个连接元件单独地设置为固定在主体和动态部件中的一个，或至少可以与主体和动态部件中的一个一起移动，同时主体和动态部件中的另一个配置为由相对于彼此移动的主体和动态部件可释放地接合(或分离)，以使得通过连接元件在连接状态下提供主体上动态部件的柔性的支撑，该柔性的支撑在主体和动态部件彼此连接的过程中获得，其中连接元件可释放地接合主体和动态部件中的另一个；并且该柔性的支撑在主体和动态部件分离的过程中消除，在这种情况下，释放连接元件与所述主体和动态部件的另一个的可释放的接合。

环形元件作为连接元件是优选的，因为它能够实现相对简单的结构，同时它还具有旋转对称的刚度特性，但是其他类型的连接元件，例如膜状、条状、圈状或海绵状也是可以的，既可以作为单独的元件，或可以为多个元件的组合。作为连接元件的两个环形元件可能被彼此间隔开，使得每个环形元件围绕如在连接状态中所描述的共同的轴线，优选地，两个连接元件彼此平行地延伸，并且在进行振动激励器件工作期间，引导主体和动态部件相对于彼此的相对运动，在这种情况下，处于连接状态的主体和动态部件在力的影响下优选地执行沿共同的轴的相对于彼此的振荡运动，该力由力产生元件产生，该力产生元件设置在主体和动态部件上、或主体和动态部件分别包含该力产生元件、或至少一个主体和动态部件包含该力产生元件，同时连接元件保持接合主体和动态部件中的每一个，以保持处于连接状态。

连接元件本身能可释放地设置在主体和动态部件中的一个上，即在主体和动态部件相对位移期间，连接元件将被移动，以将两者彼此连接或分离。为此，环形连接元件可以例如具有一内直径，该内直径小于在相对位移期间设置的主体或动态部件的外直径；或具有一外直径，该外直径大于其相应的内直径。这根据连接元件是设置在主体上，还是布置在动态部件上。两者是同等可能的，尽管主体是优选的，因此动态部件仅需要设有相对浅的容纳凹槽，并且动态部件可以保持相对轻的重量。

优选地，在将主体连接到动态部件时，它们中的一些作为主要部分，另一些作为次要部分，主要部分插入次要部分中。然后，连接元件设置主要部分或次要部分上，在连接状态下设置在一面向另一表面的表面上，其中它从第一表面朝向(在连接情况下)凹槽突出并进入一凹槽，该凹槽设置在另一个表面上，以便在所得到的连接状态下被接收和容纳在其中，并且当主体和动态部件彼此分离时从凹槽中被释放。在环形连接元件的情况下，这些表面中的每一个可以如所描述的那样围绕共同的轴延伸。连接元件可以设置在向内的表面或向外的表面上，这也取决于连接元件设置在主要部分还是次要部分上。

优选地，连接元件包括一由柔性材料一体成型的元件，以操作装置期间，在力的影响下提供主体和动态部件之间的相对运动，该力通过连接元件变形，由一个或多个力产生元件产生。

为了便于连接过程，其他部件与连接元件设置在其上的部件相比，可设有一倾斜边缘，该倾斜边缘用于在连接过程中，推动该连接元件或者使该连接元件变形，以便所述的其他部件的一部位通过所述连接元件，从而当在相对位移的方向上看时，连接元件可以被容纳在位于旁边的容纳凹槽内，或者至少通过所述其他部件的所述部分。通过接合连接元件的倾斜边缘，优选地，主体和动态部件相互对齐，以使得它们地主轴重合形成共同轴。

可以在另一凹槽内进一步设置力产生元件，例如励磁线圈，该凹槽设置在其上还设有容纳凹槽的部件上，以便在容纳凹槽比所述力产生元件进一步定位在所述部件上的情况下，在耦合过程中使力产生元件容易地通过连接元件，从而使连接过程更容易。

最后要注意的是，存在一个或优选地两个连接元件配置为传到电力至一力产生元件，该力产生元件设置在主体和动态部件中的一个上，或配置为传递来自于传感器的信号，其中所述传感器设置在一个或多个那些部件上。为此，这种连接元件可以至少部分地由诸如金属的导电材料制成，并且具有导电表面，所述导电表面用于在主体和动态部件彼此连接的过程中，与设置在相应主体或动态部件上的导电表面相接触。连接元件配置为在主体和动态部件之间传导电力或传感器信号，其中，第一连接元件可以用作正极端，以及第二连接元件可以用作负极端，该连接元件消除了连接至主体或动态部件的单独接线需求，该单独接线可能易于失效，并且可能使装置的组装、安装和操作复杂化。

根据本发明的振动激励器的进一步优选的特征和操作方法如下和所附权利要求中所述。

下面参考附图更详细地解释本发明，其中：

图1a和1b分别示出了根据本发明的振动激励器，其处于非连接状态时的动态部件和主体的纵向截面图；

图2a至2c示出了在连接动态部件和主体以形成根据本发明的振动激励器的过程的各个阶段，图1a和1b中动态部件和主体的纵向剖视图；

图3示出了根据本发明的振动激励器的另一实施例；

图4示出了测量对象与的测量系统的组合的侧视图，该测量系统用于确定测量对象的振动特性，该测量系统包括多个安装在测量对象上的动态部件，其中单个主体安装在其中一个动态部件上，以构成振动激励器。

参考图1a，根据本发明的振动激励器的动态部件10包括用于将力施加到测量对象上的施力体11。

该施力体11具有基部12，该基部12具有底表面13，该底表面13抵靠或至少面向测量对象放置，以使得施力体11沿垂直于底表面13的方向通过基部12和底表面13施加力。

在所示实施例中，基部12大体上是盘形的。然而，它也可以具有环的形状，或者具有任何其他使其能够经由底表面13，尤其是沿垂直于该底表面13的方向，有效地将力施加到测量对象上的形状。

施力体11具有顶部14，在所示的示例中，顶部14承载第一力产生元件30，第一力产生元件30与振动激励器的主体所包括的第二力产生元件配合作用，用于产生作用于动态部件10和那个主体之间的力。

在所示实施例中，顶部14是环形的，以便它围绕且沿着施力体11的主轴a延伸，该主轴a相对于基部12居中对齐，并且定向为垂直于底表面13。

在所示的情况下，第一力产生元件30是环形元件，其被设置为沿着主环槽15在其内部延伸，该主环槽15设置在施力体11上，该主环槽15沿着顶部14的外圆周延伸。第一力产生元件30优选地包括励磁线圈。

施力体11具有中间部16，该中间部16将顶部14连接到基部12，该中间部16用于将由第一力产生元件30产生的力，从施力体11的顶部14传递至基部12，该第一力产生元件30位于顶部14。

在所示的实施例中，中间部16还作为一个可以连接至主体的部件，该部件通过施力体11及其动态部件10连接至主体。为此，在中间部16上设有容纳凹槽7，容纳凹槽7沿其外圆周延伸，用于接收和可释放地接合连接元件，该连接元件用于将动态部件10连接至主体。在所示的示例中，容纳凹槽17在横截面中具有弧形形状，以便紧密地接收具有圆形横截面形状的连接元件。

施力体11具有顶部边缘18，该顶部边缘18倾斜取向，用于推动或使连接元件变形，从而使得施力体11的顶部14，或者使施力体11位于顶部边缘18和容纳凹槽17之间中的至少一部分，在动态部件10连接至主体的过程中，相对容易地通过连接元件。

参考图1b，根据本发明的振动激励器的主体20，该主体20连接至图1a的动态部件10，并与动态部件10配合；主体20具有容纳空间21，用于容纳主体11的至少一部分，以及用于容纳设置在其上的第一力产生元件30。

在所示的实施例中，容纳空间21包括环形区域22，该环形区域22围绕并沿着主体20的主轴线b延伸，其中，环形区域22用于容纳施力体11的顶部14，以及用于容纳其中间部16。

主体20具有核心部23，核心部23由环形区域22围绕，其中，在所示实施例中的核心部23承载第二力产生元件40，该第二力产生元件40与第一力产生元件30相互作用，以在动态部件10和主体20之间产生一作用力，使得该力作用于动态部件10和主体20之间。第二力产生元件40可以例如包括永磁体或线圈。

主体20设有传感器70作为其一部分，传感器70用于探测主体10特别是沿着主轴b方向的加速度、速度或位移，或用于探测其他作用于动态部件10和主体20之间的力的有关性质。

连接元件50，其用于可释放地将动态部件10连接至主体20，连接元件50设置在主体20上。在所示的示例中，连接元件50包括o形环、弹性环或至少柔性材料，其设置为使得连接元件50从圆形锁定槽24内部突出到环形区域22中，该圆形锁定槽24设置在围绕环形区域22的主体20的部分25。

参考图2a，在动态部件10到主体20的过程中，动态部件10和主体20首先彼此对齐，以使主轴a、b基本上重合。接下来，将动态部件11插入主体20中，使得施力体11的至少一部分，更具体地，顶部14和中间部16被容纳在容纳空间21内。在该步骤中，动态部件10和主体20沿其主轴线a、b相对于彼此移动，直到施力体通过顶部边缘18与连接元件50接触。

参考图2b，动态部件10被进一步插入容纳空间21中，施力体11的顶部边缘18被推至连接元件50，以使连接元件50弹性地变型，并使连接元件50斜着移动，从而使施力体11的顶部14通过。在连接元件50变形时，连接元件50产生一阻力，该阻力需要被克服，以使顶部14通过，并且使动态部件10被容纳在相对于主体20的最终连接的、位置。应注意，在该过程中，为了简化操作，也可以通过将连接元件50移到锁定凹槽24(参见图1b)提供的附加空间27中使连接元件50变形。

参考图2c，在动态部件10和主体20的连接位置，顶部14位于、连接元件50后面的容纳空间21内，并且连接元件50已经变回圆形形状，并且紧密地被容纳在容纳凹槽17内，其中容纳凹槽17设置在中间部16上。因此，连接元件50借助中间部16，与施力体11和动态部件10接合，继而使得施力体11和动态部件10通过连接元件50被柔性地支撑在主体20上。在图2c的位置中，动态部件10、主体20和连接元件50共同构成根据本发明的振动激励器1。

在图2c的位置中，在力产生元件30、40没有产生力的情况下，动态部件10和主体20处于相互参考位置。如果动态部件10和主体20的安装状态允许，通过由力产生元件30、40产生的力，在控制信号(例如通过由力产生元件30、40构成的励磁线圈的电信号)的影响下，动态部件10和主体20可以被驱使以相对彼此运动，该相对运动沿着共同的主轴a、b，以震荡的方式围绕参考位置进行。在动态部件10和主体20相对于彼此移动的情况下，连接元件50弹性变形，以充当主体20上的动态部件10的弹性支承体的作用。在操作期间，可以测量传感器70的输出，以便作为一属性使用，从该属性可以计算作用在主体20和动态部件10中的每一个上的力。

应注意，为了振动激励器1的最佳性能，主体20的重量是这样分布的，在动态部件10和主体20的连接位置处，主体20的质心位于由某一装置确定的刚度中心，该装置提供动态部件10相对于主体20的柔性悬挂。在所示的情况下，这意味着主体20的质心位于环形连接元件50的中心。

在图2c的位置中，动态部件10和主体20可以通过容纳空间21拉出动态部件10，彼此分离。在该步骤中，连接构件50被推开或弹性变形，以移出容纳凹槽17，从而脱离中间部16并使顶部14通过，最终使动态部件10和主体20能够分离。在该过程中，连接元件50保持被锁定在锁定凹槽24内，该锁定凹槽24内设置在主体20上。在被推开或变形的过程中，如果锁定凹槽24(见图1b)设有额外空间27，则连接构件50可移动入额外空间27中，以简化操作。

应注意，以上描述的实施例仅是示例性实施例。在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对其进行各种修改。作为示例，图3中示出了另一个实施例，其包括每个实施例均可单独应用的特征：两个连接元件50而不是单个连接元件；多个容纳凹槽17，用于容纳多个连接元件50；任意连接元件50设置在动态部件10上而不是设置在主体20上；任意容纳凹槽17设置在主体20上而不是设置在动态部件10上；任意连接元件50具有扁平环形膜结构，而不是具有圆形横截面的o形环；第二力产生元件40，其定位在主体20的外环部25上，该外环部25在连接状态下围绕动态部件10的一部分，而不是围绕被容纳在动态部件10的空间内的核心部；倾斜边缘18，其设置在主体20上，而不是设置在动态部件10上；以及传感器70，其设置为作为动态部件10的一部分，或设置在动态部件10上，而不是在主体20上。

参考图4，根据本发明的振动激励器1，使得多个动态部件10、10'能够安装在不同位置的测量对象100上，并且在几个连续测量步骤的每一个步骤中，单个主体20能够连接到那些动态部件10、10'不同的一个。通过这样的设置，仅需要单个主体20；并且还仅需要单个控制系统201、202，用于将控制信号s发送至振动激励器1，或用于从振动激励器1接收输出信号o，同时仍然可以在不同的位置进行测量。