DE3338998C2 - Force transducer - Google Patents
Force transducerInfo
- Publication number
- DE3338998C2 DE3338998C2 DE19833338998 DE3338998A DE3338998C2 DE 3338998 C2 DE3338998 C2 DE 3338998C2 DE 19833338998 DE19833338998 DE 19833338998 DE 3338998 A DE3338998 A DE 3338998A DE 3338998 C2 DE3338998 C2 DE 3338998C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- converter according
- coils
- force
- transducer
- elastic plastic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Kraftmeßwandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a force transducer according to the preamble of claim 1.
Ein derartiger Kraftmeßwandler ist aus der DE-OS 03 141 bereits bekannt. Die druckempfindliche Einrichtung besteht hierbei aus einer oder zwei Leiterschleifen, die auch spulenförmig gestaltet sein können, wobei bei Krafteinwirkung eine Induktivitäts- bzw. Gegeninduktivitätsänderung gemessen wird. Bei Verwendung von einer Leiterschleife wird die Induktivitätsänderung durch Abstandsänderung eines elektrischen Schirms erzeugt, bei zwei Leiterschleifen, die vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wird die Gegeninduktivität durch Winkeländerung der zwei Leiterschleifen zueinander verändert.Such a force transducer is already known from DE-OS 03 141. The pressure sensitive device consists of one or two conductor loops, which can also be designed in the form of a coil, whereby a change in inductance or mutual inductance is measured when a force is applied. Using of a conductor loop is the change in inductance by changing the distance of an electrical Screen generated, with two conductor loops, which are preferably arranged at right angles to each other, the Mutual inductance changed by changing the angle between the two conductor loops.
Beide Meßprinzipien lassen sich für eine Aufnahme von flächenhaften Kraftverteilungen nur sehr bedingt einsetzen, da sie vor allem einen sehr hohen schaltungstechnische Aufwand zur Induktivitätsmessung erfordern und zudem eine einfache matrixförmige Ansteuerung und Abfrage nicht möglich ist.Both measuring principles can only be used to a very limited extent for recording two-dimensional force distributions use because they require a very high circuitry complexity for inductance measurement and, moreover, a simple matrix-type control and query is not possible.
Ebenso ist ein ähnlicher Kraftmeßwandler aus der DE-OS 30 11 266 bereits bekannt. Die Wandlerelemente werden hierbei durch gekreuzte elektrisch leitende Bänder gebildet, an deren Kreuzungspunkten ein kraftproportionaler elektrischer Widerstand durch ein elektrisch leitendes Material gemessen wird. Nachteile:Likewise, a similar force transducer from DE-OS 30 11 266 is already known. The transducer elements are formed here by crossed electrically conductive strips, at their crossing points a force-proportional electrical resistance is measured through an electrically conductive material. Disadvantage:
— schlechte mechanische Entkopplung benachbarter Wandlerelemente,- poor mechanical decoupling of neighboring transducer elements,
— inhomogene alterungsbedingte Widerstandsänderungen des leitenden elastischen Materials,- inhomogeneous age-related changes in resistance of the conductive elastic material,
hohe elektrische Störeinflüsse bei hohen Abfragegeschwindigkeiten, high electrical interference at high query speeds,
unzureichende Flexibilität durch die leitenden Kontaktierungsbänder,
geringe Ansprechempfindlichkeit,
Hysterese des elektrischen Widerstandes.insufficient flexibility due to the conductive contact strips,
low sensitivity,
Electrical resistance hysteresis.
Aufgabe der Erfindung ist es einen Kraftmeßwandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine mechanische Entkopplung der Wandlerelemente erfolgt, keine Alterungserscheinungen auftreten, daß große Flexibilität der Matte erreichbar ist, daß die elektrischen Werte der Wandlerelemente geringe Toleranzen aufweisen, daß die Empfindlichkeit in weiten Bereichen wählbar ist, daß sehr hohe Abfragegeschwindigkeiten möglich sind.The object of the invention is to develop a force transducer according to the preamble of claim 1 in such a way that that a mechanical decoupling of the transducer elements takes place, no signs of aging occur, that great flexibility of the mat can be achieved, that the electrical values of the transducer elements are low Have tolerances, that the sensitivity can be selected over a wide range, that very high query speeds possible are.
Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by the measures in the characterizing part of claim 1. Further developments are described in the subclaims.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen
näher erläutert Es zeigt
Fig. 1 schematischer Aufbau eines Wandlerelements, F i g. 2 Schnitt durch ein Wandlerelement,
Fig.3 Verschaltung in Form einer Meßmatte mit Steuer- und Auswerteelektronik.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings
1 shows a schematic structure of a transducer element, FIG. 2 section through a transducer element,
Fig. 3 Interconnection in the form of a measuring mat with control and evaluation electronics.
F i g. 1 und 2 zeigen den neuentwickelten Kraftmeßwandler. Die elektrotechnischen Grundlagen liefert das Transformatorprinzip: eine von einem Wechselstrom konstanter Amplitude durchflossene Primärinduktivität (11,21) induziert aufgrund der magnetischen Kopplung in einer Sekundärinduktivität (12, 22) eine Spannung, deren Amplitude bei konstanten elektrophysikalischen Werten (Selbstinduktivität) hauptsächlich vom Kopplungsgrad abhängt Dieser läßt sich insbesondere bei Luftspulen als Funktion des Abstandes der beiden Spulen darstellen.F i g. 1 and 2 show the newly developed force transducer. This provides the electrotechnical basics Transformer principle: a primary inductance through which an alternating current of constant amplitude flows (11,21) induced due to the magnetic coupling in a secondary inductance (12, 22) a voltage whose amplitude at constant electrophysical Values (self-inductance) mainly depends on the degree of coupling Represent air coils as a function of the distance between the two coils.
Die Primär- und die Sekundärinduktivität (11, 21,12, 22) sind bspw. auf Epoxyplättchen (24) geätzte Spiralen mit je 19 Windungen (Dicke: 0,3 mm, Z = 10 mm), deren Anschlüsse diagonal herausgeführt sind. Das den Kopplungsfaktor verändernde Kraft/Weg transformierende Element (13, 23) ist ein Spezialschaumstoff (Dikke: 1 mm), dessen Federkennlinie experimentell bestimmtwurde. The primary and secondary inductance (11, 21, 12, 22) are, for example, spirals etched onto epoxy plates (24) with 19 turns each (thickness: 0.3 mm, Z = 10 mm), the connections of which are led out diagonally. The force / path transforming element (13, 23) that changes the coupling factor is a special foam (thickness: 1 mm), the spring characteristic of which has been determined experimentally.
Wirkt auf eine der beiden Spulen eine Kraft F, so verringert sich ihr Abstand zueinander. Die daraus resultierende Amplitudenvergrößerung der induzierten Sekundärspannung is*, ein Maß für die aufgebrachte Kraft und erfolgt nicht linear, sondern nähert sich asymptotisch einem Endwert. If a force F acts on one of the two coils, their distance from one another is reduced. The resulting increase in amplitude of the induced secondary voltage is *, a measure of the force applied, is not linear, but rather approaches an end value asymptotically.
Die Übertragungsfunktion des Kraftmeßwandlers wirü größtenteils durch die Selbstinduktivitäten und die geometrische Anordnung der beiden Spulen zueinander bestimmt. Beide Faktoren lassen sich bei der Spulen- und Mattenfertigung so optimieren, daß sehr niedrige Austauschtoleranzen bei hoher Meßgenauigkeit erreicht werden.The transfer function of the force transducer is largely due to the self-inductances and the geometric arrangement of the two coils to each other determined. Both factors can be used in the coil and optimize mat production in such a way that very low exchange tolerances are achieved with high measurement accuracy will.
Der Meßbereich des Kraftmeßwandlers wird durch die Zusammendrückbarkeit des Federelements festgelegt Er läßt sich im Bereich 0,4 N/cm2 ... 150 N/cm2 festlegen.The measuring range of the force transducer is determined by the compressibility of the spring element. It can be determined in the range of 0.4 N / cm 2 ... 150 N / cm 2 .
Die Kraftaufnehmer können in einer Meßmatte mit beliebiger Anzahl von Spalten und Zeilen matrixförmig durch Serienschaltung der Primär- bzw. Sekundärspulen angeordnet werden. Der Mittelpunktabstand bestimmt sich aus dem Durchmesser der Spulen und deren Anordnung zueinander. Verdrahtung und Wandler sind bis zur Höhe des Federelements in mit Glasfaser ver-The force transducers can be arranged in a matrix with any number of columns and rows in a measuring mat by connecting the primary or secondary coils in series to be ordered. The center distance is determined from the diameter of the coils and their Arrangement to each other. Wiring and converter are covered with fiberglass up to the height of the spring element.
stärktem Silikonkautschuk ebgegossen und somit bei ausreichender Flexibilität weitgehend vor mechanischen Beschädigungen geschützt Nach diesem Verfahren lassen sich beliebig geformte Meßmatten herstellen.cast in reinforced silicone rubber and thus largely protected against mechanical damage with sufficient flexibility. Measuring mats of any shape can be produced using this process.
F i g. 3 zeigt den prinzipiellen elektronischen Aufbau der Labormeßanlage.F i g. 3 shows the basic electronic structure of the laboratory measuring system.
Der Prozeßrechner steuert die Zeilen- und Spaltenschalter, über die jeder Kraftmeßwandler einmal während eines Meßzyklus kurzzeitig (50 |is) abgefragt wird: durch Aufpräguiig eines Konstartstromes (f = 1 MHz) auf eine (Primär-) Spalte wird bei hochohmigem Abgriff einer (Sekundär-) Zeile die am Kreuzungspunkt Zeile/ Spalte induzierte Spannung gemessen. Diese Art der matrixförmigen Serienschaltung von Primär- bzw. Sekundärspulen in Verbindung mit der o.g. Anschalt- is sequenz gewährleistet eine vollständige Entkopplung der einzelnen Meßstellen. Nach Verstärkung und Gleichrichtung wird das Meßsignal in einem schnellen A/D-Wandler (30 μ5) digitalisiert und im Prozessor abgespeichert. Die Dauer eines Meßzyklus wird von der Anzahl der Kraftsensoren bestimmt und beträgt bspw. bei einer Meümatte mit (iö χ 20) Fühlern 200 χ 100 us = 20 ms.The process computer controls the row and column switches, via which each force transducer is interrogated briefly (50 | is) once during a measuring cycle: when a constant current (f = 1 MHz) is impressed on a (primary) column, a (secondary) -) Line measured the voltage induced at the intersection of the line / column. This type of matrix-like series connection of primary or secondary coils in conjunction with the above connection sequence ensures complete decoupling of the individual measuring points. After amplification and rectification, the measurement signal is digitized in a fast A / D converter (30 μ5) and stored in the processor. The duration of a measuring cycle is determined by the number of force sensors and is, for example, with a measuring mat with (iö χ 20) sensors 200 100 us = 20 ms.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
3030th
3535
4040
4545
5050
5555
6565
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833338998 DE3338998C2 (en) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | Force transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833338998 DE3338998C2 (en) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | Force transducer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3338998A1 DE3338998A1 (en) | 1985-05-09 |
DE3338998C2 true DE3338998C2 (en) | 1985-08-29 |
Family
ID=6212874
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19833338998 Expired DE3338998C2 (en) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | Force transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3338998C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100529700C (en) * | 2003-11-28 | 2009-08-19 | 株式会社施乐库 | Detection device using electromagnetic coupling |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3540195C2 (en) * | 1985-11-13 | 1995-05-18 | Festo Kg | Signal generator |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE410123B (en) * | 1978-01-31 | 1979-09-24 | Ahlstrom Bengt | PRESSURE-DEVICING DEVICE WITH AT LEAST ONE TO A REACTANCE-DEPENDENT DETECTION CIRCUIT, PREFERABLY OSCILLATOR CIRCUIT, CONNECTED LEADER LOOP |
DE3011266A1 (en) * | 1980-03-24 | 1981-10-01 | Battelle-Institut E.V., 6000 Frankfurt | Measurement mat for laminar pressure distributions - has transverse and longitudinal conductors on either side forming electrodes |
-
1983
- 1983-10-27 DE DE19833338998 patent/DE3338998C2/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100529700C (en) * | 2003-11-28 | 2009-08-19 | 株式会社施乐库 | Detection device using electromagnetic coupling |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3338998A1 (en) | 1985-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0393387B1 (en) | Coil arrangement for an inductive detection apparatus | |
DE102007046054B4 (en) | Improved high-precision Rogowski current transformer | |
DE102005009390B3 (en) | Force sensor, for pressure sensor, has magnetic layers, whose directions of magnetization are aligned parallelly due to ferromagnetic coupling or are aligned antiparallel due to antiferromagnetic coupling in ideal state of layers | |
DE4300529C2 (en) | Method and device for determining the spatial arrangement of a direction-sensitive magnetic field sensor | |
WO1994029740A1 (en) | Magnetic field sensor composed of a magnetic reversal conductor and one or several magnetoresistive resistances | |
DE4103603A1 (en) | Position sensor detecting linear or rotary movement - has permanent magnet attached to moving part displayed relative to stationary core with associated measuring coil | |
DE3716985C1 (en) | Device for detecting the strength and direction of a magnetic field, in particular the earth's magnetic field | |
EP0620416B1 (en) | Magnetic measuring system | |
DE102019209474A1 (en) | Scaling configuration for inductive position encoders | |
DE69525935T2 (en) | ACCELERATION SENSOR | |
EP0403788A3 (en) | Sensor coil arrangement | |
DE10044839A1 (en) | Contactless position sensor for detecting movable object e.g. in motor vehicle | |
DE3205705C2 (en) | Device for measuring a physical quantity with a deformable spring | |
DE3338998C2 (en) | Force transducer | |
DE3518772A1 (en) | SENSOR ARRANGEMENT | |
DE3411528C2 (en) | ||
EP0676622B2 (en) | Position sensor | |
DE3638641C2 (en) | ||
DE4309413C2 (en) | Magnetoelastic strain measuring unit for the detection of strains on a component surface | |
DE69504829T2 (en) | Process for capturing codes on labels | |
DE3330879A1 (en) | Electromechanical sensor for force measurement | |
EP0873497B1 (en) | Device for the detection of deflections of a magnetic body | |
EP0182997B1 (en) | Measuring arrangement | |
DE2149667A1 (en) | Storage device | |
DE3735657C2 (en) | Device for the inductive measurement of the expansion of a full body, in particular of internal expansion processes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |