DE4233691A1 - Magnetoelastisch-optischer Kraftaufnehmer - Google Patents
Magnetoelastisch-optischer KraftaufnehmerInfo
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- G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
- G01L1/125—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means
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Description
Bei der Erfindung handelt es sich um einen Kraftaufnehmer, der
auf dem zur Magnetostriktion inversen Effekt einer Magnetisie
rungsänderung eines ferromagnetischen Körpers unter Druck (resp.
Zug) beruht (Villari-Effekt II). Er führt eine Kraftmessung
über magnetoelastisch bedingte Magnetisierungsänderung auf eine
optische Winkelmessung zurück.
Neben federmechanischen und piezoelektrischen Kraftaufnehmern
existieren bereits magnetoelastische Kraftaufnehmer, die eine
durch Magnetoelastizität bedingte Permeabilitätsänderung eines
ferromagnetischen Druckkörpers über elektrische Induktivitäts
messung nachzuweisen gestatten. Zwar sind diese Kraftaufnehmer
mechanisch äußerst einfach aufgebaut und für robuste Betriebs
messungen geeignet, ihre Induktivitätsmessung ist jedoch weit
ungenauer als optische Winkelmessungen sein können. Sie benöti
gen in jedem Fall eine elektrische Versorgung.
Mit der eingangs genannten Erfindung soll eine Kraftmessung
über den invers-magnetostriktiven Effekt (Villari II - Effekt)
einer Magnetisierungsänderung eines ferromagnetischen, elastisch
deformierbaren Detektorstabes auf eine optische Winkelmessung
zurückgeführt werden, die mit hoher Genauigkeit ausgeführt wird.
Die Magnetfeldmessung über optische Winkelmessung kann geschehen
durch Messung der Lichtdurchlässigkeit einer Baugruppe aus Mag
netnadel und einer diese überlagernden drehbaren Schablonen
scheibe, die von einer lichten Fläche mit der Form der Nadel
gekennzeichnet ist. Der die Lichtdurchlässigkeit der Baugruppe
erfassende fotoelektrische Sensor steuert einen Drehgeber an,
der die Schablone solange dreht, bis das absolute Minimum an
Transmission der Baugruppe gemessen wird. Dann befinden sich
Magnetnadel und lichte Fläche der Schablone in Deckung. Ein
weiteres Ausführungsbeispiel gäbe die Maximum-Messung in Trans
mission oder auch Reflexion. Die Extremum-Methode könnte sich
auch einer Hilfsabbildung bedienen, die das Bild der Nadel und
die Schablone überlagert. Hat die Schablone die optimale Deckung
mit der Nadel, kann ein Winkeldekoder am Schablonenring ein elek
trisches Ausgangssignal liefern, das in Krafteinheiten kalibrier
bar ist. Die Zuordnung von Kraft zu Winkel ist eindeutig, wenn
die Hysterese der Magnetisierung des Detektorstabes eine zu ver
nachlässigende Fläche beinhaltet, was z. B. bei Nickel durch eine
Folge von Kompressionen mit jeweils nachfolgender magnetischer
Umpolung zu erreichen ist. Nach einer solchen Vorbehandlung ist
die Druckmagnetisierung dann nicht mehr remanent. Zur Abschirmung
äußerer magnetischer Störfelder sollte der magnetoelastisch-opti
sche Druckaufnehmer in hochpermeables Mymetall eingekapselt sein.
Der Mantel wird nur von notwendigen Durchführungen wie der Detek
torstabdurchführung durchbrochen.
Claims (2)
- Magnetoelastisch-optischer Kraftaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Kraftmessung über magnetoelastisch bedingte Magnetisierungsänderung eines mechanisch auf Spannung belasteten Detektorstabes erfolgt, dessen Verhalten hinsichtlich Magnetisierungsänderung hervorgerufen durch mechanische Spannung über Vor behandlung, etwa eine Folge von Kompressions-Umpo lungszyklen, optimiert wurde,
- b) die magnetische Feldänderung des Detektorstabes magnetomechanisch auf eine optoelektrische Mes sung zurückgeführt wird. Ungenauigkeiten, mit denen die Induktivitätsmessung beim bekannten magneto elastisch-induktiven Kraftaufnehmer behaftet ist, entfallen. Nicht die magnetoelastische Permeabi litätsänderung, sondern die spannungselastisch be dingte Änderung der Magnetisierung wird quasista tisch zur Kraftmessung herangezogen und mit hoher Präzision magnetomechanisch-optoelektrisch umge setzt. Weiter ist kennzeichnend, daß
- c) die magnetoelastisch-magnetomechanisch-optoelek trische Kraftmessung vollständig automatisch und sehr genau erfolgen kann, z. B. beim Wägen schwerer Maschinen, und der Kraftaufnehmer magnetisch und elektrisch abgeschirmt sowie als kompakte Einheit zu fertigen ist.
- 2. Kraftaufnehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
- a) eine Vorrichtung zum magnetomechanischen Umsetzen einer axial auf den als Meßfühler fungierenden magnetoelastischen Detektorstab wirkenden Spannung in eine Drehbewegung einer Magnetnadel,
- b) eine sich mit der Magnetnadel, bei Hilfsabbildung deren Bild, überlagernde drehbare Schablone, die in der Regel so ausgeführt wird, daß sie flach und bis auf eine lichte Fläche mit der Form der Nadel lichtundurchlässig ist. Bei einer Messung wird dann die lichte Fläche mit der Nadel in Deckung gebracht, bis das die Baugruppe aus Nadel und Schablone passierende Licht ein Exremum (Mini mum) annimmt. Ein mit dem Schablonenring verbunde ner Winkeldecoder kann ein elektrisches Ausgangs signal liefern, das in Krafteinheiten kalibrier bar ist. Der Schablonenring kann mittels Drehgeber mit der Nadel in Deckung gebracht werden. Zudem ist der Kraftaufnehmer nach 2.a), b) gekennzeichnet durch
- c) die Eigenschaft, daß die Steuerimpulse für den Dreh geber in Abhängigkeit von der Lichtdurchlässigkeit der Baugruppe aus Magnetnadel und drehbarer Schablo nenscheibe von einem fotoelektrischen Sensor gelie fert werden, der solange zu einer Drehung der Schab lone Anlaß gibt, bis ein Extremum (Minimum) an Durch lässigkeit erreicht ist. Sodann ist die Winkelstel lung des Schablonenringes ein Maß für die auf den Kraftaufnehmer wirkende Kraft. Schließlich ist der Kraftaufnehmer gekennzeichnet durch
- d) eine Verkapselung der magnetoelastisch-magnetomecha nisch-optischen Baugruppe aus hochpermeablem Mymetall, die nur von notwendigen Durchführungen durchbrochen. wird.
Priority Applications (1)
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DE19924233691 DE4233691C2 (de) | 1992-10-04 | 1992-10-04 | Magnetoelastischer Kraftaufnehmer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4233691C2 DE4233691C2 (de) | 1995-06-29 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19924233691 Expired - Fee Related DE4233691C2 (de) | 1992-10-04 | 1992-10-04 | Magnetoelastischer Kraftaufnehmer |
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Country | Link |
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DE (1) | DE4233691C2 (de) |
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-
1992
- 1992-10-04 DE DE19924233691 patent/DE4233691C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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CN110799799B (zh) * | 2017-06-02 | 2022-04-29 | 爱德拜克私人有限公司 | 位移测量装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4233691C2 (de) | 1995-06-29 |
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