DE4124685A1 - Optical measurement of force on elastic spring element - involves opto-electronic detection of displacement of point of impact of beam emitted from cantilevered light guide - Google Patents

Optical measurement of force on elastic spring element - involves opto-electronic detection of displacement of point of impact of beam emitted from cantilevered light guide

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DE4124685A1 DE19914124685 DE4124685A DE4124685A1 DE 4124685 A1 DE4124685 A1 DE 4124685A1 DE 19914124685 DE19914124685 DE 19914124685 DE 4124685 A DE4124685 A DE 4124685A DE 4124685 A1 DE4124685 A1 DE 4124685A1
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Abstract

The end of an optical waveguide (4) from pref. a laser source (6) projects beyond its fixture (3) towards an optoelectronic position detector (2) mounted on the same baseplate (1). Acceleration (5) of the system causes flexure of the optical waveguide (4) so that the emitted beam (7) falls on a different part of the detector (2). According to application the lightguide (4) may be coated with vibration-damping polymer or combined with steel or composite resilient elements. USE/ADVANTAGE - For mechanical forces, torques and accelerations, simple and accurate arrangement requires no temp. compensation, encapsulation or electromagnetic shielding of electronic components.

Description

Mechanische Größen wie Kräfte, Momente und Beschleunigun­ gen sind in der Technik an vielen Stellen zu messen. Hierfür werden beispielsweise Kraftmeßdosen als Meßelemen­ te in elektromechanischen Waagen verwendet. Kraftmeßdosen bestehen im wesentlichen aus einem Verformungskörper, der konzentrisch zur Längsachse der Kraftmeßdose angeordnet ist. Die Krafteinleitung erfolgt beispielsweise über eine Krafteinleitungsfläche eines mit einer inneren Mantellinie des Verformungskörpers verbundenen Krafteinleitungsrings. Die Gegenkraft wird über einen weiteren Krafteinleitungs­ ring aufgebracht, der sich einerseits an einer äußeren Mantellinie des Verformungskörpers abstützt und anderer­ seits eine Krafteinleitungsfläche aufweist. An der Ober- und Unterseite des Verformungskörpers sind jeweils Dehnungsmeßstreifen angebracht, die in einer Vollbrücken­ schaltung einer elektrischen Widerstandsmeßbrücke geschaltet sind.Mechanical quantities such as forces, moments and acceleration conditions can be measured at many points in technology. For this purpose, load cells are used as measuring elements used in electromechanical scales. Load cells consist essentially of a deformation body, the arranged concentrically to the longitudinal axis of the load cell is. The force is applied, for example, via a Force application area with an inner surface line of the deformation body connected force introduction ring. The counterforce is introduced via another force ring applied to the one hand on an outer Sheath line supports the deformation body and others on the one hand has a force introduction surface. At the top and underside of the deformation body are each Strain gauges attached in a full bridge circuit of an electrical resistance measuring bridge are switched.

Weiterhin sind eine Vielzahl von Beschleunigungsaufnehmern bekannt, die beispielsweise mittels dem kapazitiven oder induktiven Meßprinzip arbeiten.There are also a large number of accelerometers known, for example by means of the capacitive or work inductive measuring principle.

Bei den herkömmlichen, oben aufgezählten Aufnehmern, muß das von dem Aufnehmer kommende Signal in einem nachge­ schalteten Meßverstärker verstärkt werden, so daß es für die Weiterverarbeitung verwendbar wird. Da an den Aufnehmern elektronische Bauteile angeordnet sind, muß der Aufnehmer für bestimmte Einsatzgebiete aufwendig herme­ tisch abgekapselt werden.In the conventional transducers listed above, must the signal coming from the transducer in a post switched measuring amplifier are amplified so that it is for further processing becomes usable. Because of that Transducers are arranged electronic components, the Transducer for certain areas of application be encapsulated.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung von mechanischen Größen zu schaffen, das universell einsetzbar und einfach aufgebaut ist und ein exaktes Meßergebnis liefert. Diese Aufgabe wird durch die in dem Verfahrensanspruch 1 und dem Anordnungsanspruch 2 angegebenen Merkmale gelöst. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der Anordnung zur Messung von mechanischen Größen ist es möglich, Kräfte sowie Beschleunigungen zu messen. An dem erfindungsgemäßen Aufnehmer bzw. an dem elastischen Federelement sind keine elektronischen Bauteile bzw. mechanisch-elektrischen Wandlerelemente angeordnet, so daß auf eine Temperaturkom­ pensation sowie eine hermetische Abkapselung und auch auf eine Abschirmung gegen elektromagnetische Störfelder verzichtet werden kann.The object of the present invention is a method and an arrangement for measuring mechanical quantities create that universally applicable and easily constructed  is and provides an exact measurement result. This task is by the in the process claim 1 and Claim 2 specified features solved. With the inventive method and the arrangement for Measuring mechanical quantities it is possible to apply forces as well as measure accelerations. On the invention There are no sensors or on the elastic spring element electronic components or mechanical-electrical Transducer elements arranged so that on a Temperaturkom pensation as well as a hermetic encapsulation and also on a shield against electromagnetic interference fields can be dispensed with.

Die optischen Mittel umfassen eine Lichtquelle und einen zugeordneten Positionsdetektor. Hierdurch ist es möglich, die Lage eines Lichtpunktes, der auf den Positionsdetektor geworfen wird, in einer nachgeschalteten Auswerteelektro­ nik mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Desweiteren kann der Abstand der an dem elastischen Federelement angeordne­ ten Lichtquelle zu dem Positionsdetektor beliebig gewählt werden, so daß der Federweg des elastischen Federelements auf dem Positionsdetektor entsprechend des gewählten Abstands optisch verstärkt abgebildet wird.The optical means comprise a light source and one assigned position detector. This makes it possible the location of a light spot on the position detector is thrown in a downstream evaluation electrode technology with high accuracy. Furthermore can the distance arranged on the elastic spring element th light source to the position detector chosen arbitrarily be so that the travel of the elastic spring element on the position detector according to the selected one Distance is optically enhanced.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, einen Lichtleiter an dem elastischen Federele­ ment anzuordnen. Der Lichtleiter zeichnet sich durch seine geringe Masse auf, so daß das Meßobjekt kaum verfälscht wird.According to a particularly preferred embodiment provided a light guide on the elastic Federele order. The light guide is characterized by its low mass, so that the measurement object is hardly falsified becomes.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:The following are exemplary embodiments of the invention explained in more detail, which are shown in the drawings. Show it:

Fig. 1 Anordnung zur Messung von Beschleunigungen, Fig. 1 arrangement for measuring accelerations,

Fig. 2 eine erste Ausführung eines Kraftaufnehmers in Schnittdarstellung, Fig. 2 shows a first embodiment of a force transducer in section,

Fig. 3 eine zweite Ausführung eines Kraftaufnehmers in Schnittdarstellung, Fig. 3 shows a second embodiment of a force transducer in section,

Fig. 4 eine dritte Ausführung eines Kraftaufnehmers in Schnittdarstellung, Fig. 4 shows a third embodiment of a force transducer in section,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4. Fig. 5 is a section along the line VV in Fig. 4.

Der in Fig. 1 dargestellte Beschleunigungsaufnehmer besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte 1, auf der ein Positionsdetektor 2 und beabstandet zu dem Positions­ detektor 2 eine Einspannvorrichtung 3 angeordnet sind. In die Einspannvorrichtung 3 ist ein Lichtleiter 4 einseitig derart eingespannt, daß der Lichtleiter 4 in Richtung des Positionsdetektors 2 von der Einspannvorrichtung 3 wegragt und das Ende des Lichtleiters 4 frei beweglich schwingen kann. Der Lichtleiter 4 stellt somit ein Feder- Masse-System dar und verhält sich aufgrund der oben beschriebenen Einspannung gemäß der physikalischen Gesetze als einseitig eingespannter Schwinger.The acceleration sensor shown in Fig. 1 consists essentially of a base plate 1 , on which a position detector 2 and spaced from the position detector 2, a clamping device 3 are arranged. In the clamping device 3, a light guide 4 is cantilevered in such a way that the light guide 4 protrudes in the direction of the position detector 2 of the clamping device 3 and can oscillate the end of the light guide 4 can move freely. The light guide 4 thus represents a spring-mass system and, due to the clamping described above, behaves according to the physical laws as an oscillator clamped on one side.

Wird eine Beschleunigung, die durch den Pfeil 5 angedeutet ist, auf den Beschleunigungsaufnehmer eingeleitet, so wird der Lichtleiter 4 in Abhängigkeit von seiner Federkon­ stanten, seiner Einspannlänge und der Masse bzw. Massen­ verteilung ausgelenkt.If an acceleration, which is indicated by the arrow 5, is initiated on the accelerometer, the light guide 4 is deflected depending on its Federkon, its clamping length and the mass or mass distribution.

Der Lichtleiter 4 ist mit seinem anderen Ende mit einer Lichtquelle 6 verbunden. Die Lichtquelle 6 ist vorzugs­ weise als Laserlichtquelle ausgebildet. Der in den Lichtleiter 4 eingeleitete Lichtstrahl tritt an dem frei beweglichen Ende des Lichtleiters 4 als Lichtstrahl 7 aus und trifft auf den im Strahlengang nachgeschalteten Positionsdetektor 2. Der Positionsdetektor 2 ist in bekannter Weise als optisch-elektronischer Positionsdetek­ tor ausgebildet und ermöglicht es, die Lage eines Lichtpunktes, der auf den Detektor geworfen wird, in einer nachgeschalteten, nicht dargestellten Auswerteelektronik, mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Die bei Beschleunigung in Richtung des Pfeils 5 sich ergebende Auslenkung des Lichtleiters 4 wird somit als Lichtpunktverschiebung auf dem Positionsdetektor 2 abgebildet, so daß in einer nachgeschalteten Auswerteelektronik die Lichtpunktver­ schiebung, die ein Maß für die eingeleitete Beschleunigung darstellt, ausgewertet werden kann.The other end of the light guide 4 is connected to a light source 6 . The light source 6 is preferably designed as a laser light source. The light beam introduced into the light guide 4 emerges as a light beam 7 at the freely movable end of the light guide 4 and strikes the position detector 2 connected downstream in the beam path. The position detector 2 is designed in a known manner as an optical-electronic position detector and makes it possible to detect the position of a light spot which is thrown onto the detector in a downstream evaluation electronics (not shown) with high accuracy. The resulting deflection of the light guide 4 when accelerating in the direction of arrow 5 is thus imaged as a light point shift on the position detector 2 , so that the light point shift, which is a measure of the acceleration initiated, can be evaluated in a downstream evaluation electronics.

Je nach Anwendungsfall kann der Lichtleiter 4 mit dämpfenden Materialien, wie Polymid, beschichtet werden. Es ist auch möglich, den Lichtleiter 4 an Federelementen aus Stahl, Verbundwerkstoffen ect. anzuordnen. Weiterhin kann das Verhältnis der Biegelänge (Länge des eingespann­ ten, freischwingenden Lichtleiters) zu der Strahllänge (Abstand Ende des Lichtleiters zum Positionsdetektor) entsprechend den vorhandenen Platzverhältnissen beliebig gewählt werden.Depending on the application, the light guide 4 can be coated with damping materials, such as polymide. It is also possible to ect the light guide 4 on spring elements made of steel, composite materials. to arrange. Furthermore, the ratio of the bending length (length of the clamped, free-floating light guide) to the beam length (distance from the end of the light guide to the position detector) can be chosen according to the available space.

Es ist auch möglich, mehrere Lichtleiter nebeneinander anzuordnen, wodurch eine bessere Intensität erreicht wird. Die Einspannvorrichtung 3 mit eingespanntem Lichtleiter 4 und der Positionsdetektor 2 können auch direkt an dem Meßobjekt befestigt werden.It is also possible to arrange several light guides next to one another, whereby a better intensity is achieved. The clamping device 3 with clamped light guide 4 and the position detector 2 can also be attached directly to the measurement object.

Fig. 2 zeigt einen Kraftaufnehmer 10 in Schnittdar­ stellung, der im wesentlichen aus einem lichtempfind­ lichen Element 11 mit nachgeschalteter Auswerteelektronik und einem Kraftaufnahmekörper 12 mit Lichtwellenleiter 13 und Lichtquelle besteht. Der Kraftaufnahmekörper 12 besteht aus einem Verformungskörper 14, der als Biege­ balken ausgebildet ist. In den Verformungskörper 14 wird über einen quaderförmigen Krafteinleitungskörper 15, der eine Krafteinleitungsfläche 16 aufweist, eine Kraft eingeleitet. Die Richtung der Krafteinleitung ist durch den Pfeil 17 angedeutet. Der Krafteinleitungskörper 15 ist an einem Endbereich des Verformungskörpers 14 angeordnet. An dem anderen Endbereich des Verformungskörpers 14, auf der gegenüberliegenden Seite des Verformungskörpers 14, ist ein zweiter quaderförmiger Krafteinleitungskörper 18 angeordnet, dessen untere Stirnfläche 19 die untere Krafteinleitungsfläche bildet, mit der der Kraftaufnehmer auf einer ihn tragenden Flächen 20 montiert wird. Der quaderförmige Krafteinleitungskörper 18 ist beispielsweise mittels Schrauben, die in der Zeichnung nur schematisch angedeutet sind, auf der ihn tragenden Fläche 20 befes­ tigt. Fig. 2 shows a force transducer 10 in a sectional view position, which consists essentially of a photosensitive element 11 with downstream evaluation electronics and a force transducer body 12 with optical waveguide 13 and light source. The force receiving body 12 consists of a deformation body 14 which is designed as a bending beam. A force is introduced into the deformation body 14 via a cuboidal force introduction body 15 , which has a force introduction surface 16 . The direction of the force application is indicated by arrow 17 . The force introduction body 15 is arranged at an end region of the deformation body 14 . On the other end region of the deformation body 14 , on the opposite side of the deformation body 14 , a second cuboidal force introduction body 18 is arranged, the lower end face 19 of which forms the lower force introduction surface, with which the force transducer is mounted on a surface 20 that supports it. The cuboidal force introduction body 18 is fastened, for example by means of screws, which are only indicated schematically in the drawing, to the surface 20 supporting it.

An der der Krafteinleitungsfläche 16 des ersten Kraftein­ leitungskörpers 15 abgewandten Seite des Verformungskör­ pers 14 ist ein Lichtwellenleiter 13 befestigt, der mit einer nicht dargestellten Lichtquelle in Verbindung steht. Beabstandet von dem Kraftaufnahmekörper 12 ist ein lichtempfindliches Element 11 derart angeordnet, daß ein aus dem Lichtwellenleiter 13 austretender Lichtstrahl 21 auf das lichtempfindliche Element 11 fällt. Das lichtem­ pfindliche Element 11 ist vorzugsweise als Positionsdetek­ tor ausgebildet.On the force introduction surface 16 of the first force line body 15 facing away from the Verformungskör pers 14 , an optical fiber 13 is attached, which is connected to a light source, not shown. A light-sensitive element 11 is arranged at a distance from the force-absorbing body 12 such that a light beam 21 emerging from the optical waveguide 13 falls on the light-sensitive element 11 . The light sensitive element 11 is preferably designed as a position detector.

Bei Krafteinleitung in Richtung des Pfeils 17 verformt sich der Verformungskörper 14 und gleichermaßen der an dem Verformungskörper 14 befestigte Lichtwellenleiter 13. Diese Verformung wird als Lichtpunktverschiebung auf dem im Strahlengang angeordneten Positionsdetektor 11 abgebildet und in einer nachgeschalteten Auswerteelek­ tronik ausgewertet. Der Positionsdetektor 11 kann je nach Anwendungsfall und vorhandenen Platzverhältnissen in beliebigem Abstand zu dem Kraftaufnahmekörper 12 angeord­ net werden, so daß eine optische Verstärkung des Verfor­ mungsweges erreicht werden kann.When force is applied in the direction of arrow 17 , the deformation body 14 and likewise the optical waveguide 13 fastened to the deformation body 14 deform. This deformation is mapped as a light point shift on the position detector 11 arranged in the beam path and evaluated in a downstream evaluation electronics. The position detector 11 can be angeord net depending on the application and available space at any distance from the force-absorbing body 12 , so that an optical amplification of the deformation path can be achieved.

Fig. 3 zeigt einen Kraftaufnehmer, bei dem zwei Kraftauf­ nahmekörper 12 gemäß Fig. 2 symmetrisch zu einer Kraftein­ leitungsachse 30 angeordnet sind. Auf den beiden oberen Krafteinleitungsflächen 16 liegt eine Platte 31 auf, über die mittig eine Kraft eingeleitet wird. Die unteren Krafteinleitungsflächen 19 sind auf einer gemeinsamen sie tragenden Fläche 20 angeordnet, so daß zwischen den beiden Kraftaufnahmekörpern 12, der Platte 31 und der die Kraftaufnahmekörper tragenden Fläche 20 ein Innenraum 32 gebildet wird. In den Verformungskörper 14 ist jeweils mittig in seiner Längserstreckung eine Bohrung 33 eingebracht, die in dem zu dem Innenraum weisenden Endbereich des Verformungskörpers 14 winklig zu der unteren Kante des Verformungskörpers verläuft. In diese Bohrung 33 der beiden Verformungskörper 14 ist jeweils ein Lichtwellenleiter 34 angeordnet, so daß sich die aus den Lichtwellenleitern austretenden Lichtstrahlen 35 auf der Krafteinleitungsachse 30 im Innenraum 32 des Kraftaufneh­ mers kreuzen und jeweils auf einen auf der Fläche 20 angeordneten Positionsdetektor 36 treffen. Fig. 3 shows a force transducer in which two force transducer body 12 according to FIG. 2 are arranged symmetrically to a power line axis 30 . On the two upper force introduction surfaces 16 there is a plate 31 , via which a force is introduced in the middle. The lower force introduction surfaces 19 are arranged on a common surface 20 which supports them, so that an interior 32 is formed between the two force absorption bodies 12 , the plate 31 and the surface 20 which carries the force absorption bodies. A hole 33 is made centrally in the longitudinal extension of the deformation body 14 and runs in the end region of the deformation body 14 facing the interior at an angle to the lower edge of the deformation body. In this bore 33 of the two deformation body 14 , an optical waveguide 34 is arranged so that the light rays emerging from the optical waveguides 35 cross on the force introduction axis 30 in the interior 32 of the force absorber and each meet a position detector 36 arranged on the surface 20 .

In den Fig. 4 und 5 ist eine weitere Ausführung eines Kraftaufnehmers 40 dargestellt. Bei diesem Kraftaufnehmer 40 sind auf einer Grundplatte 41 beabstandet ein quader­ förmiger Verformungskörper 42 und ein lichtempfindliches Element 43 angeordnet. Die Krafteinleitung ist durch den Pfeil 44 dargestellt und erfolgt an der oberen Kraftein­ leitungsfläche 45 des Verformungskörpers 42. In dem Verformungskörper 42 ist ein Hebel 46 einseitig einge­ spannt, wobei die Längsachse des Hebels 46 in einer Ebene senkrecht zur Krafteinleitungsachse liegt und der Hebel 46 in Richtung des lichtempfindlichen Elements 43 sich erstreckt. In einer Achse, die senkrecht zur Längsachse des Hebels 46 und senkrecht zur Krafteinleitungsachse verläuft, ist eine Drehstabfeder 47 in dem Hebel 46 gelagert, die an ihren beiden Enden jeweils in einem auf der Grundplatte 41 angeordneten quaderförmigen Aufnahme­ element 48 eingespannt ist. Der Hebel 46 ist somit drehbar um eine Achse 49 gelagert, wobei diese Drehachse in der Nähe der Einspannstelle des Hebels angeordnet ist. An dem freien Ende des Hebels 46 ist an seiner Unterseite ein Lichtleiter 50 derart angebracht, daß ein Lichtstrahl 51 an dem freien Ende des Hebels 46 in Richtung der Längsachse austritt und auf das lichtempfindliche Element 43 trifft. Bei Kraftbeaufschlagung in Richtung des Pfeils 44 dreht sich der Hebel 46 gemäß der Verformung des Verformungskörpers 42 um die Achse 49, wobei der an dem Hebel 46 befestigte Lichtleiter 50 ebenfalls um die Achse 49 verdreht wird. Der aus dem Lichtleiter austretende Lichtstrahl 51 trifft auf das im Strahlengang nachgeschal­ tete lichtempfindliche Element 43, welches als Positions­ detektor ausgebildet ist. Die bei Kraftbeaufschlagung sich ergebende Drehbewegung des Hebels wird als Lichtpunktver­ schiebung auf dem Positionsdetektor 43 abgebildet. Aufgrund der Anordnung der Drehachse wird der Verformungs­ weg an der Einspannstelle an dem freien Enden des Hebels entsprechend übersetzt.In Figs. 4 and 5, a further embodiment of a force transducer 40 is shown. In this force transducer 40 , a cuboidal deformation body 42 and a light-sensitive element 43 are spaced apart on a base plate 41 . The introduction of force is represented by the arrow 44 and takes place on the upper force input surface 45 of the deformation body 42 . In the deformation body 42 , a lever 46 is clamped on one side, the longitudinal axis of the lever 46 lying in a plane perpendicular to the force introduction axis and the lever 46 extending in the direction of the light-sensitive element 43 . In an axis that runs perpendicular to the longitudinal axis of the lever 46 and perpendicular to the force introduction axis, a torsion bar spring 47 is mounted in the lever 46 , which is clamped at its two ends in a block-shaped receiving element 48 arranged on the base plate 41 . The lever 46 is thus rotatably mounted about an axis 49 , this axis of rotation being arranged in the vicinity of the clamping point of the lever. At the free end of the lever 46 , a light guide 50 is attached on its underside in such a way that a light beam 51 emerges at the free end of the lever 46 in the direction of the longitudinal axis and strikes the light-sensitive element 43 . When force is applied in the direction of the arrow 44 , the lever 46 rotates about the axis 49 in accordance with the deformation of the deformation body 42 , the light guide 50 attached to the lever 46 also being rotated about the axis 49 . The light beam 51 emerging from the light guide strikes the light-sensitive element 43 , which is designed as a position detector, in the beam path. The resulting rotational movement of the lever when the force is applied is imaged as a light point shift on the position detector 43 . Due to the arrangement of the axis of rotation, the deformation is translated accordingly at the clamping point at the free ends of the lever.

Claims (7)

1. Verfahren zur Messung einer mechanischen Größe, die auf mindestens ein elastisches Federelement (4, 14, 42, 46) einwirkt, wobei deren Federweg über optische Mittel (2, 4, 6, 11, 13, 34, 36, 43, 50) angezeigt und ausgewertet wird und das optische Mittel (2, 4, 6, 11, 13, 34, 36, 43, 50) an dem Federelement (4, 14, 42, 46) angeordnet ist.1. A method for measuring a mechanical variable which acts on at least one elastic spring element ( 4 , 14 , 42 , 46 ), the spring travel of which is via optical means ( 2 , 4 , 6 , 11 , 13 , 34 , 36 , 43 , 50 ) is displayed and evaluated and the optical means ( 2 , 4 , 6 , 11 , 13 , 34 , 36 , 43 , 50 ) is arranged on the spring element ( 4 , 14 , 42 , 46 ). 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die optischen Mittel eine Licht­ quelle (4, 6, 13, 34, 50) und einen zugeordneten Positionsdetektor (2, 11, 36, 43) umfassen.2. Arrangement for performing the method according to claim 1, wherein the optical means comprise a light source ( 4 , 6 , 13 , 34 , 50 ) and an associated position detector ( 2 , 11 , 36 , 43 ). 3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei das elastische Federelement als Biegebalken (4, 14) ausgebildet ist.3. Arrangement according to claim 2, wherein the elastic spring element is designed as a bending beam ( 4 , 14 ). 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle durch mindestens einen Lichtlei­ ter (4, 13, 34, 50) dargestellt ist.4. Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the light source by at least one Lichtlei ter ( 4 , 13 , 34 , 50 ) is shown. 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter (13, 34, 50) an dem elastischen Federelement (14, 46) angeordnet ist.5. Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the light guide ( 13 , 34 , 50 ) on the elastic spring element ( 14 , 46 ) is arranged. 6. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine elastische Federelement als Lichtleiter (4) ausgebildet ist.6. Arrangement according to one or more of the preceding claims, wherein the at least one elastic spring element is designed as a light guide ( 4 ). 7. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei Federelemente (42, 46) vorge­ sehen sind, und die mechanische Größe auf ein erstes Federelement (42) einwirkt, dessen Federweg auf ein zweites Federelement (46) übertragen wird und dieser Federweg mechanisch übersetzt wird.7. Arrangement according to one or more of the preceding claims, wherein two spring elements ( 42 , 46 ) are provided and the mechanical size acts on a first spring element ( 42 ), the spring travel of which is transmitted to a second spring element ( 46 ) and this spring travel is translated mechanically.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000050864A1 (en) * 1999-02-24 2000-08-31 Siemens Aktiengesellschaft Bragg grating device for measuring a mechanical force, utilization of said device and method for operating the same
DE10147240A1 (en) * 2001-09-25 2003-04-10 Rene Baltus Weighing platform uses reflection light barriers for measuring changes in the position of the platform that cause a change in detected light intensity and can thus be used to measure the weight of an object on the platform
EP3147673B1 (en) * 2015-09-24 2018-09-19 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Optomechanical physical sensor with improved sensitivity

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI110210B (en) * 1998-12-31 2002-12-13 Kibron Inc Oy Measuring device for measuring small forces and displacements

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3007462A1 (en) * 1979-04-20 1980-10-30 Benno Perren SENSOR FOR A MONITORING DEVICE
DE3230615A1 (en) * 1982-08-18 1984-02-23 Klaus Dipl.-Ing. Bartkowiak (TU), 4690 Herne Optoelectronic dynamometer
DE3403887A1 (en) * 1984-02-04 1985-08-08 Wolfgang Dr. 7000 Stuttgart Ruhrmann Sensor
DE3939573A1 (en) * 1989-11-30 1991-06-06 Baldur Dr Ing Barczewski Sensor for measuring forces and derivable physical parameters - has light source connected to clamped end of elastically deflectable light conducting body, with position detector at other end

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3007462A1 (en) * 1979-04-20 1980-10-30 Benno Perren SENSOR FOR A MONITORING DEVICE
DE3230615A1 (en) * 1982-08-18 1984-02-23 Klaus Dipl.-Ing. Bartkowiak (TU), 4690 Herne Optoelectronic dynamometer
DE3403887A1 (en) * 1984-02-04 1985-08-08 Wolfgang Dr. 7000 Stuttgart Ruhrmann Sensor
DE3939573A1 (en) * 1989-11-30 1991-06-06 Baldur Dr Ing Barczewski Sensor for measuring forces and derivable physical parameters - has light source connected to clamped end of elastically deflectable light conducting body, with position detector at other end

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000050864A1 (en) * 1999-02-24 2000-08-31 Siemens Aktiengesellschaft Bragg grating device for measuring a mechanical force, utilization of said device and method for operating the same
DE10147240A1 (en) * 2001-09-25 2003-04-10 Rene Baltus Weighing platform uses reflection light barriers for measuring changes in the position of the platform that cause a change in detected light intensity and can thus be used to measure the weight of an object on the platform
EP3147673B1 (en) * 2015-09-24 2018-09-19 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Optomechanical physical sensor with improved sensitivity
US10254304B2 (en) 2015-09-24 2019-04-09 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Opto-mechanical physical sensor with an improved sensitivity

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