DE3133062A1

DE3133062A1 - "vibrationsfuehleranordnung"

Info

Publication number: DE3133062A1
Application number: DE19813133062
Authority: DE
Inventors: Shinichiro 48057 Auburn Heigths Mich. Iwasaki
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1982-07-01
Also published as: DE3133062C2; US4338823A; JPS5772025A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vibrationsfühler und im einzelnen auf eine Vibrationsfühleranordnung, die auf einen Vibrationen ausgesetzten Baublock anspricht und durch die Vibrationen verursachte Änderungen hinsichtlich der Lage des Blocks in entsprechende elektrische Signale umsetzt.

Ein bekannter Vibrationsfühler der hier beschriebenen Art enthält einen Halbleiter-Dehnungsmesser, dessen elektrischer Widerstand sich entsprechend dem Vibrationsausschlag ändert, und setzt die Widerstandsänderungen in entsprechende analoge Ausgangsspannungen in der Form von Vibrationsmeßsignalen um. Bei dem bekannten Vibrationsfühler sind die den Vibrationen entsprechenden Änderungen hinsichtlich des durch den Fühler gebildeten elektrischen Widerstand außerordentlich gering, so daß zur Vermeidung des Auftretens von Rausch- oder Störsignalen eine elektri-

Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070 Dresdner Bnnk (München) KIr 3939844 Posischeck (München) Kto. 670-43-804

-£· DE 1312

] sehe Schaltungsanordnung sehr kompliziert aufgebaut werden muß. Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Fühlers besteht darin, daß das Halbleiter-Element außerordentlich empfindlich gegenüber Temperaturänderungen ist und daher sein Arbeitstemperaturbereich auf ungefähr -30⁰C bis ungefähr +100⁰C beschränkt werden muß.

Im Hinblick auf die vorstehend angeführten Unzulänglichkeiten und Schwierigkeiten bei dem bekannten Vibrationsfühler liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vibrationsfühleranordnung zu schaffen, die eine einfache elektrische Verarbeitung der erfaßten Vibrationssignale ergibt.

Ferner soll die erfindungsgemäße Vibrationsfühleranordnung gegenüber Temperaturänderungen unempfindlich sein und mechanisch eine verbesserte Festigkeit und Haltbarkeit haben.

Weiterhin soll erfindungsgemäß die Vibrationsfühleranordnung eine integrierte Schaltung hohen Integrationsgrads (LSI) der bei einem Mikrocomputer angewandten Art enthalten, die einen verhältnismäßig einfach programmierten Logikteil für die Abnahme und die Verarbei-

25 tung erfaßter Vibrationsdaten enthält.

Gemäß der vorstehend kurz beschriebenen Erfindung ist ein Wandler bzw. mechanisch/elektrischer Umsetzer zur Umsetzung mechanischer Bewegungen wie Vibrationen in entsprechende elektrische Signale wie phasenverschobene Impulssignale vorgesehen. Der Umsetzer hat ein Gehäuse, das an einem Block angebracht ist, welcher Vibrationsbewegungen aufnimmt. Das Gehäuse enthält ein aus ferromagnetischem Material bestehendes Teil; das ent-.

*" sprechend den Vibrationsbewegungen des Blocks relativ

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versetzbar ist. Ferner enthält das Gehäuse mindestens ein weichmagnetisches Teil und einen Permanentmagneten, die beide fest in der Nähe des Bereichs der Relativversetzung des ferromagnetischen Teils angebracht sind. An

. 5 dem weichmagnetischen Teil ist eine elektrische Spulenwicklung angebracht. Ferner ist das weichmagnetische Teil so ausgelegt, daß es eine geringe Querschnittsfläche hat, die es ermöglicht, sehr leicht eine magnetische Sättigung des Teils zu erreichen. Demzufolge kann das ferromagnetische Teil, das durch die Vibrationen relativ versetzbar ist und auf diese Weise die Stärke eines an dem weichmagnetischen Teil wirkenden, durch ein äußeres Magnetfeld hervorgerufenen magnetischen Flusses steuert, gleichfalls mit einer kleinen Querschnittsfläche aufgebaut seäm. Die elektrische Spulenwieklung erhält eine Windungsanzahl, die groß genug ist, eine magnetische Sättigung des weichmagnetischen Teils beim Anlegen einer verhältnismäßig niedrigen Spannung an die Spule und daher bei einem Durchfluß eines schwachenErregungsstrons durch die Spule herbeizuführen. Der Permanentmagnet wird mit Abmessungen ausgebildet, die so verringert sind, daß sie das Anlegen eines Magnetfelds, dessen Stärke von dem Ausmaß der Vibrations-Versetzung des ferromagnetischen Teils abhängt, an das weichmagnetische Teil innerhalb eines vorbestimmten relativen Vibrations-Versetzungsbereichs des ferromagnetischen Teils erlauben.

Ein Zeitintervall T von dem Moment an, an dem das Anlegen einer Spannung an die Spule an dem weichmagnetischen

Teil beginnt, das in einem geeigneten Abstand von dem fest in dem Gehäuse angeordneten Permanentmagneten angeordnet ist, bis zu dem Moment, an dem das weichmagnetische Teil vollständig gesättigt ist, kann annähernd folgendermaßen ausgedrückt werden:

³⁵ T = I . ( «5m -«Ix) (1)

wobei gilt:

-S- . (q ' DE 131.2

1 E = an die Spule angelegte Spannung N = Spulenwindungsanzahl 0m= maximaler Fluß (=Sättigungsfluß)

0x= durch ein äußeres, an dem weichmagnetischen Teil über das ferromagnetische Teil wirkendes Magnetfeld gebildeter Fluß.

Wie aus den vorangehenden Ausführungen leicht ersichtlich ist, bewirkt irgendeine durch die Vibration hervorgerufene Relativbewegung des ferromagnetischen Teils eine entsprechende Änderung des Flusses 0x, so daß sich daher das Zeitintervall T ändert. Im einzelnen wird entsprechend einer Vibration eine Relativbewegung des ferromagnetischen Teils herbeigeführt, die eine·entsprechende Änderung des äußeren Flusses 0x hervorruft, der dem weichmagnetischen Teil aufgeprägt wird, das in einem geeigneten Abstand von dem Permanentmagneten angeordnet ist; dadurch wird eine entsprechende Änderung des Zeitintervalls T von dem Augenblick des Anlegens einer Spannung an die Spule bis

zu dem Augenblick des Erreichens eines bestimmten Spulenerregungsstrom-Pegels hervorgerufen.

Aufgrund der vorstehenden Betrachtung enthält die er— findungsgemäße Vibrationsfühleränordnung eine elektrische "" Schaltung, die dieses Zeitintervall T erfaßt und ein■ elektrisches Signal abgibt, das einen dem erfaßten Zeitintervall T entsprechenden Spannungspegel hat. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung wird zur Bildung des weichmagnetischen Teils ein

amorphes magnetisches Material verwendet. Da gewöhnlich das amorphe magnetische Material durch Abschrecken aus einem Flüssigphasen-Metall gewonnen werden muß, wird es zu einem dünnen Blatt geformt. Hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften ist das Material ferromagnetisch, wobei es eine hohe Permeabilität und eine hohe magneti-

-# , "j. - DE 1312

] sehe Sättigung hat. Ferner hat das Material eine geringe Koerzitivkraft, während es mechanisch fest ist und.schwer zu zerreißen ist. Andere Merkmale des Materials sind seine Elastizität und seine Reproduzierbarkeit. Diese Eigenschaften des amorphen magnetischen Materials entsprechen den ■mechanischen und elektrischen Erfordernissen bei der erfindungsgemäßen Vibrationsfühleranordnung. Daher hat die Anwendung dieses Materials die Vorteile, daß die elektrische Verarbeitung von Signalen vereinfacht wird und eine verbesserte Genauigkeit hinsichtlich der Ermittlung des Werts des Zeitintervalls T erreicht wird. Ferner erlaubt die Verwendung des Materials ein einfaches Herstellungsverfahren sowie eine Steigerung der Widerstandsfähigkeit des weichmagnetischen Teils gegenüber Schwingungen und

15 Stoßen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vibrationsfühleranordnung wird das ferromagnetische Teil aus einem amorphen magnetischen Material, Weicheisen oder einem ähnlichen Material geformt. Diese Materialien zeigen hohe Permeabilität, so daß sie daher selbst bei irgendeiner durch Vibrationen hervorgerufenen verhältnismäßig geringen Versetzung außerordentlich zuverlässig hinsichtlich der Erzeugung von Änderungen des dem weichmagnetischen Teil aufgeprägten äußeren Magnetflusses sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er-™ läutert, in welcher durchgehend durch alle Darstellungen gleiche oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Vibrations-

fühlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

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Fig. 2a ist ein Schaltbild, das den Aufbau einer mit dem in Fig. 1 gezeigten Vibrationsfühler verbundenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zeigt, die eine analoge Ausgangsspannung mit einem Pegel abgibt, der einer auf die Vibrationen zurückzuführenden ermittelten Versetzung entspricht.

Fig. 2b ist eine Darstellung von Kurvenformen des Eingangsund des Ausgangssignals der in Fig. 2a gezeigten elektrischen Verarbeitungsschaltung.

Fig. 3a ist eine perspektivische Ansicht, die die Relativlagen eines weichmagnetischen Teils, eines Permanentmagneten und eines ferromagnetischen Teils bei der experimentellen Bestimmung einer Verzögerungszeit zwischen zwei Impulsen zeigt, bei der das ferromagnetische Teil eine bezüglich des weichmagnetischen Teils und des Permanentmagneten gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 versetzte

20 Stellung einnimmt.

Fig. 3b ist eine graphische Darstellung von Daten über Zeitdifferenzen anzeigende Spannungen, die auf Vibrationen beruhenden Versetzungsstellungen entsprechen und die dadurch gemessen wurden,, daß die Relativlage des ferromagnetischen Teils bei dem in Fig. 3a gezeigten Aufbau verändert wurde.

Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht eines Vibrations-

fühlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 5a ist eine der Fig. 3a gleichartige perspektivische Ansicht, die die Relativlagen eines weichmagnetischen Teils, eines Permanentmagneten und eines

ferromagnetischen Teils gemäß dem Aufbau nach Fig.

4 darstellt.

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Fig. 5b ist eine der Fig. 3b gleichartige graphische

Darstellung und zeigt Daten, die durch das Messen von Zeitdifferenzen anzeigenden Spannungen bei dem in Fig. Sa gezeigten Aufbau erzielt werden. 5

Bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist eine allgemein mit 1 bezeichnete Fühleranordnung an einem Baublock 2 wie einem Motorblock eines Kraftfahrzeugs dargestellt, der Vibrationen ausgesetzt ist; die Fühleranordnung hat ein Gehäuse 3 aus unmagnetisehen Metall, das an dem Block 2 durch Schraubverbindung festgelegt ist. Innerhalb des Gehäuses 3 ist fest ein erster feststehender Rahmenteil 11 aus Kunstharz angebracht, in dem jeweilige Ausnehmungen für die Aufnahme eines '5 Paars weichmagnetischer Teile 4 und 5, eines Paars von Spulenkörpern 6 und 7, in die jeweils das weichmagnetische Teil 4 bzw. 5 eingeführt ist, eines Paars elektrischer Spulen 8 und 9, die jeweils um den entsprechenden Spulenkörper 6 bzw. 7 gewickelt sind, und eines Per-

manentmagneten 10 ausgebildet sind. Alle die vorstehend genannten Bauteile sind in den Ausnehmungen mittels eines zweiten Rahmenteils 12 aus Kunstharz festgelegt, der gleichfalls in dem Gehäuse 3 fest angebracht ist.

Jeweils ein Windungsende der Spulen 8 und 9 ist mit

einem Ende der anderen Spule verbunden, wie es bei 13 gezeigt ist, während die anderen Enden der Spulen 8 und 9 mit jeweiligen Zuleitungsdrähten 14 bzw. 15 verbunden sind, die aus dem Gehäuse 3 herausragen. In einer von dem zweiten Rahmenteil 12 begrenzten Kammer 16 innerhalb

des Gehäuses 3 ist gemäß der Darstellung ein Federelement wie eine Flach- oder Blattfeder 18 so angeordnet, daß seine einander gegenüberliegenden Enden an einer in dem Gehäuse 3 ausgebildeten inneren Umfangsschulter 17 festgelegt sind, wobei die Flachfeder 18 ein starr daran angebrachtes Teil 19 aus ferromagneti-

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schem Material trägt. Wenn eine äußere Vibrationskraft ein Vibrieren des Blocks 2 hervorruft, durch das ein gleichzeitiges Vibrieren des Gehäuses 3 hervorgerufen wird, wird durch das Beharrungsvermögen das ferromagnetisehe Teil 19 an der Flachfeder 18 in einer schwingungsfreien Lage gehalten, während entsprechend den Vibrationen, denen das Gehäuse 3 ausgesetzt ist, der Permanentmagnet 10 und die weichmagnetischen Teile 4 und 5, die die elektrischen Spulen 8 bzw. 9 tragen und fest innerhalb des zusammen mit dem Block 2 vibrierenden Gehäuses 3 angeordnet sind, näher zu dem in seiner schwingungsfreien Lage gehaltenen ferromagnetischen Teil 19 hin oder von diesem weg bewegt werden. Das heißt, das ferromagnetische Teil 19 erhält eine diesen Vibrationen entsprechende Relativversetzung in Bezug auf den Permanentmagneten 10 und die die elektrischen Spulen tragenden weichmagnetischen Teile 4 und 5. Diese von den Vibrationen hervorgerufenen Relativversetzungs-Lagen des ferromagnetischen Teils 19 werden mittels einer elektrischen Verarbeitungsschaltung erfaßt, die später beschrieben wird und die Vibrationsmeßsignale abgibt, welche die Vibrationen darstellen, denen das schwingende Gehäuse 3 ausgesetzt ist.

Bei dem Vibrationsfühler wird ein weichmagnetisches Material verwendet, das hohe Permeabilität ^max >·. 10 ) und niedrige Koerzitivkraft ( "'^1,O Oe) zeigt. (Einige weichmagnetische Materialien sind in dem Artikel "Soft Magnetic Properties, of Metallic Glasses - Recent Developments", J.Appl. Phys. 50(3), März 1979, Seiten

1551 bis 1556 von Hasegawa und anderen beschrieben. Weichmagnetisch Materialien werden unter der Handelsbezeichnung METGLAS (TM) von der Allied Chemical Corp. vertrieben).

Die Fig. 2a ist ein schematisches Schaltbild des Aufbaus

einer elektrischen Verarbeitungsschaltung 100 gemäß einer

it,

Ή· «/ff - DE 1312

Ausführungsform. Der Schaltungsaufbau 100 hat einen Anschluß 101, der mit einer (nicht gezeigten) konstanten Stromversorgungsquelle verbunden ist und an den aus der Quelle eine Gleichspannung mit einem konstanten Pegel (von beispielsweise + 5 V) angelegt wird. An einen Eingangsanschluß 102 werden Spannungsimpulse mit 5 bis 25 kHz angelegt, mit denen bei ihrem positiven Pegel ein NPN-Transistor 103 durchgeschaltet wird. Während des Massepegels der Impulsspannung ist der NPN-Transistor 103 gesperrt. Ein PNP-Transistor 104 bleibt während der Zeitdauer des Durchschaltens des Transistors 103 durchgeschaltet und während des Sperrens des Transistors 103 gesperrt.

Damit wird während des positiven Pegels der an den Eingangsanschluß 102 angelegten Impulsspannung eine konstante Versorgungsspannung Vcc an die Spule 8 bzw. 9 angelegt, während bei Massepegel der Eingangsimpulsspannung keine Spannung an die Spule angelegt wird. An einem Widerstand 105 wird eine zu einem über die Spule 8 bzw. 9 fließenden Strom proportionale Spannung hervorgerufen. Die Aus.gangsspannung von dem Widerstand wird an eine Integratorschaltung aus einem Widerstand 106 und einem Kondensator 107 angelegt. Die Integratorschalt gibt eine integrierte Ausgangsspannung ab, die an einem Ausgangsanschluß 108 auftritt.

Die Fig. 2b zeigt die Kurvenformen der Eingangs- und der Ausgangsspannung der in Fig. 2a gezeigten Schaltung. Ein Zeitintervall td vom Augenblick des Anstiegs einer Eingangsspannung IN zu Beginn des positiven Pegels bis zum Augenblick des Anstiegs der Spannung an dem Widerstand 105 über einen vorgegebenen Pegel sowie eine aus der Spannung a an dem Widerstand 105 integrierte Spannung vx entsprechen der relativen Versetzungslage des ferro-

-44 .fä . DE 1312

1 magnetischen Teils 19.

Die anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschriebene Vibrationsfühleranordnung 1 ist mit der vorstehend beschriebenen elektrischen Verarbeitungsschaltung 100 verbunden, die elektrische Signale liefern kann, welche den relativen Versetzungslagen des ferromagnetischen Teils 19 in der Vibrationsfühleranordnung entsprechen.

Die Bildung dieser elektrischen Signale wird nun anhand der in Fig. 3b gezeigten Versuchsdaten beschrieben. Zur experimentellen Bestimmung einer eine Zeitdifferenz angebenden Spannung Vx, die irgendeiner relativen Versetzungslage χ des ferromagnetischen Teils 19 entspricht, welche durch irgendeine Vibration in der Längsrichtung oder X-X-Richtung des weichmagnetischen Teils 4 und des Permanentmagneten 10 hervorgerufen wird, wird der Fühler gemäß der Darstellung in Fig. 3a so aufgebaut, daß das ferromagnetische Teil 19 mit seiner Längsachse senkrecht quer zu den Längsrichtungen der auf das weichmagnetische Teil 4 gewickelten Spule 8 und des Permanentmagneten 10 angeordnet wird; es wird vorausgesetzt, daß das seine Lage ändernde ferromagnetische Teil 19 dann am Ursprungspunkt (x = 0) steht, wenn die Mitte der Längsachse des ferro·^ magnetischen Teils 19 in der Mitte zwischen den jeweiligen Längsachsen des weichmagnetischen Teils 4 und des Permanentmagneten 10 steht und der Abstand j von dem weichmagnetischen Teil 4 zu dem ferromagnetischen Teil 19 gleich 5 mm ist. Der Fall 1 in der nachstehenden Tabelle ^ zeigt die Zusammenhänge zwischen den Parametern wie den Formen, Gestaltungen, Dimensionen a bis j und Arten der verwendeten Materialien und den experimentell erzielten Ergebnissen.

__ς In der Tabelle gibt die Spannungspolungs-Art "N-N" an,daß • •■.die Spule 8 an dem weichmagnetischen Teil 4.mit der elektrischen Schaltung so verbunden ist, daß die Spule eine magnetische Polung mit der gleichen Polarität wie der Permanentmagnet 10 liefert.

co ο

to

Fall Nr.	Weichmagnetxsches Teil 4	Dicke mm	a mm	b mm	Blatt anzahl	Spule 8
1	Material Atom Gew.-%	0.058	30	1.8	5	Win dungs zahl
2	^Fe4O^Ni4O^P14^B6 • Amorph	II	Il	Il	Il	1000
Il	Il

Fall
Nr.

Permanentmagnet 10

d mm

e mm

Ferromagnetisches Teil 19

Material
Atom Gew.-%

f mm

g mm

ti mm

Abstände

j mn

Mei3vorrich-

Span-
nungs-
polung

Daten

1

c mm

5

Te Ni Mo B
40 40 14 6
Amorph

25

10

2

i mm

X

tung und
Eingangsim-
pulärrequenz

N-N

Fig.
3b

2

30

Il

11

Il

50

30

Il

30

X

Schaltung
100
5 KHz

Il

Fig.
5b

Il

15

It

CD CD NJ

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Wie aus den Daten in Fig.. 3b deutlich ist, ist eine Spannung Vx mit sehr hoher Linearität.und Genauigkeit für eine Relativversetzungslage χ des ferromagnetischen Teils 19 in dem Bereich von -5 mm bis +5 mm und vorzugsweise im Bereich von -5 mm bis -2,5 mm in der X-X-Richtung erzielbar . Demzufolge kann der Vibrationsfühler so ausgelegt und gestaltet werden, daß der Abstand j so klein wie möglich gewählt wird und die Relativversetzungslage auf • den vorstehend genannten Bereich eingestellt wird, um damit eine Spannung Vx hoher Linearität und hoher Genauigkeit zu erzielen. Es ist anzumerken, daß zwar im Unterschied zu dem Aufbau nach Fig. 3a bei dem Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 ein Paar weichmagnetischer Teile vorgesehen ist, jedoch die erzielten Ergebnisse grundsätzlich diegleichen wie die in Fig. 3b gezeigten sind. Daher gelten die mit dem Aufbau nach Fig. 3a erzielten und vorstehend beschriebenen Versuchsergebnisse auch bei dem Aufbau nach Fig. 1.

Die Fig. 4 zeigt eine Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels, die nun beschrieben wird. Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich der Fühler 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 darin, daß er einen zu e'iner Edmheit mit dem Gehäuse geformten Halter 20 aus Kunstharz aufweist, der einen Permanentmagneten 10 und ein einziges weichmagnetisches Teil 4 aufnimmt, das über einen Spulenkörper 6 eine Spule 8 trägt, und daß zwischen den Permanentmagneten 10 und das die Spule 8 tragende weichmagnetische

Teil 4 ein ferromagnetisches Teil 19 so zwischengesetzt ist, daß es im Ansprechen auf irgendeine Vibration eine relative Versetzung erhält. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Permanentmagnet 10 und das weichmagnetische Teil 4 so angeordnet, daß ihre jeweiligen Längs-

^OJ achsen sich in der Längsrichtung (Y-Y-Richtung) bzw. in

DE 1.312 der zur Zeichnungsebene in Fig. 4 senkrechten Richtung erstrecken, während das ferromagnetische Teil 19 mit seiner Längsachse parallel zu der Y-Y-Richtung so angeordnet ist, daß er eine durch irgendeine Vibration verursachte relative Versetzung in der zur Y-Y-Richtung senkrechten X-X-Richtung bzw. in Vertikalrichtung in der Zeichnungsebene in Fig. 4 erfährt. Grundsätzlich sind die Teile bei dem Aufbau nach Fig. 4, die gleich denjenigen bei dem anderen Ausführungsbeispiel sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, während ihre Beschreibung weggelassen ist.

Die Vibrationsfühleranordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird gleichfalls an die voran- gehend beschriebene elektrische Verarbeitungsschaltung 100 angeschlossen. Die elektrische Verarbeitungsschaltung 100 spricht auf die erfaßten Relativversetzungslagen des ferromagnetischen Teils 19 an und gibt entsprechende elektrische Signale ab. Diese Vorgänge werden anhand der in der Fig. 5b gezeigten Versuchsdaten beschrieben.

Zur experimentellen Bestimmung einer eine Zeitdifferenz angebenden Spannung Vx, die irgendeiner Relativversetzungslage X entspricht, die das ferromagnetische Teil 19 in der X-X-Richtung in Bezug auf das weichmagnetische Teil 4 annimmt, wurde gemäß der Darstellung in Fig. 5a der Fühler 1 so aufgebaut, daß das weichmagnetische Teil 4, der Permanentmagnet 10 und das ferromagnetische Teil 19 mit ihren Längsachsen in der Y-Y-Richtung angeordnet

"^ wurden; es wird vorausgesetzt, daß das ferromagnetische Teil 19 dann die Ursprungs-Stellung(x = 0) einnimmt, wenn die Mitte der Längsachse des ferromagnetischen Teils 19 in der Mitte der Längsachsen des weichmagnetischen Teils 4 und des Permanentmagneten 10 steht und der in Fig. 5a gezeigte Abstand j zwischen dem in der X-X-Richtung

relativ versetzbaren ferromagnetischen Teil 19 und dem weichmagnetischen Teil 4 gleich Null ist. In der Tabelle sind die Zusammenhänge zwischen den Parametern wie den Formen, Gestaltungen, Dimensionen und Arten der verwendeten Materialen sowie die experimentell erzielten Ergebnisse als Fall Nr. 2 aufgeführt.

Aus den Daten nach Fig. 5b ist ersichtlich, daß eine Spannung Vx sehr hoher Linearität und sehr hoher Genauigkeit für eine Relativversetzungslage χ des ferromagnetischen Teils 19 in einem Bereich von -5 mm bis +15 mm oder vorzugsweise von +5 mm bis +15 mm in der X-X-Richtung erzielbar ist. Hierbei stellt nach Fig. 4 eine Aufwärtsversetzung des ferromagnetischen Teils 19 von dem Ursprung (x= 0) weg eine negative Versetzung dar, während eine Abwärtsversetzung eine positive Versetzung darstellt.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele bzw. Abwandlungen derselben spricht die Vibrationsfühleranordnung auf Vibrationen an, die mit dem Baublock wie dem Motorblock hervorgerufen werden, und gibt entsprechende Signale ab, die beispielsweise als Befehlssignale zur Steuerung des Maschinenbetriebs in Abhängigkeit von den Maschirienbedingungen wie eines · "Klopfens" oder dergleichen dienen können. Der Motorblock ist hier nur als ein Beispiel angeführt; an seine Stelle kann irgendein anderes Objekt treten, das Vibrationen ausgesetzt ist.

^ Bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist das weichmagnetische Teil aus einigen aufgeschichteten Blättern eines amorphen magnetischen Materials gebildet, das hohe Permeabilität, hohe Elastizität und hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Verformung bietet.

Statt dieses Materials können jedoch für die Vibrations-

DE 1312

fühleranordnung andere weichmagnetische Materialien verwendet werden, wie beispielsweise μ-Metall (Ni_0n- Fe₁,-

oU Io

Mo^-Legierung), Supermalloy (Nig_Q - Fe-g-Legierung) oder ähnliche Legierungen. Hinsichtlich der genannten weichmagnetischen Materialien einschließlich des amorphen magnetischen Materials besteht keine Einschränkung auf die hier genannten Arten und Atomgewichts-Prozentanteile; vielmehr sind geeignete Änderungen oder Abwandlungen in Abhängigkeit von dem Anwendungszweck oder den Verwendungsbedingungen möglich. Bei Anwendungsfällen, bei denen eine hohe Vibrations-Widerstandsfähigkeit und eine hohe Verformungs-Widerstandsfähigkeit notwendig sind, sollte vorzugsweise das amorphe magnetische Material verwendet werden.

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Es wird eine Vibrationsfühleranordnung angegeben, die einen mechanisch/elektrischen Wandler zum Umsetzen von durch Vibrationen verursachten mechanischen Änderungen wie Versetzungen in entsprechende elektrische Signale wie phasenverschobene Impulssignale aufweist und ein Gehäuse hat, das an einem Baublock wie einem Motorblock angebracht wird, der Vibrationen ausgesetzt ist. Das Gehäuse nimmt ein aus ferromagnetischem Material bestehendes Teil auf, das an einem Federglied wie einer Flachfeder angeordnet ist und entsprechend der Vibrationsbewegung des Blocks oder des Gehäuses relativ versetzbar ist. In der Nähe des Bereichs der relativen Ver-Setzung des ferromagnetischen Teils sind mindestens ein Teil'aus weichmagnetisehem Material und "ein Permanentmagnet angeordnet. An dem weichmagnetischen Teil ist eine elektrische Spule angebracht. Wenn bei dieser Anordnung an ein Windungsende der elektrischen Spule eine Impulsspannung angelegt wird, wird an einem mit dem anderen Windungsende der Spule verbundenen Widerstand

OC

ein Spannungsabfall erfaßt. Der Spannungsabfall an dem

«a-θ*. ήβ. DE 1312

Widerstand ist bezüglich des Zeitpunkts des Anlegens der Impulsspannung um eine Verzögerungszeit verzögert, die irgendeiner relativen Versetzung des ferromagnetischen Teils entspricht, welche durch die Vibrationen hervorgerufen ist, denen der Block und das Gehäuse ausgesetzt sind. Die Verzögerungszeit des Spannungsabfalls wird dann in der Form einer Analogspannung abgegeben.

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15

20 25 30 35

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Vibrationsfühler-Anordnung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (3), das an einem Vibrationen ausgesetzten Baublock (2) angebracht ist und mit dem Baublock mitschwingt, eine in dem Gehäuse angebrachte Federvorrichtung (18), ein aus ferromagnetischem Material bestehendes Teil (19) , das an der Federvorrichtung angebracht ist und das durch die Vibrationen des Gehäuses relativ versetzbar ist, eine Permanentmagnetvorrichtung (10) und mindestens eine weichmagnetische Kernvorrichtung (4, 5; 4), die nahe dem Bereich der relativen Versetzung des ferromagnetischen Beils angeordnet sind, eine um die weichmagnetische Kernvorrichtung gewickelte elektrische Spule (8, 9; 8) und eine Meßeinrichtung (100) zum Anlegen einer vorbestimmten Impulsspannung an die elektrische Spule-und Erfassen von Änderungen hinsichtlich der relativen Versetzung des ferromagnetischen Teils ^entsprechenden Änderungen der mittels der Permanentmagnetvorrichtung gelieferten, an der weichmagnetischen Kernvorrichtung wirkenden äußeren Magnetfeldstärke

/ 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federvorrichtung (18) eine flache Blattfeder ist.

-**- .7. DE 1312

] 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetische Kernvorrichtung (4, 5; 4) aus einem amorphen magnetischen Material gebildet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Teil (19) aus einem amorphen magnetischen Material gebildet ist.
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