NL8602360A - Apparatus for scanning accelerations or vibrations. - Google Patents

Description

N.0. 34094 ‘N.0. 34094 "

Inrichting voor het aftasten van versnellingen of trillingen»Device for sensing accelerations or vibrations »

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het aftasten van versnel1i ngen of tri 11i ngen.The invention relates to a device for scanning accelerations or triangles.

De uitvinding beoogt een versnel!ings- of trillingsaftastinrich-ting met een bijzonder sterke en eenvoudige structuur te verschaffen 5 die eenvoudig en goedkoop gemaakt kan worden, die zeer nauwkeurig is en die gemakkelijk en eenvoudig gefnstalleerd kan worden.The object of the invention is to provide an acceleration or vibration scanning device with a particularly strong and simple structure, which can be made simple and inexpensive, which is very accurate and which can be easily and simply installed.

Dit doel wordt volgens de uitvinding gerealiseerd door middel van een inrichting welke gekenmerkt wordt door een steunstructuur voor bevestiging aan het lichaam waarvan de versnelling of trillingen gemeten 10 moeten worden, en een elektrisch isolerend substraat dat onder invloed van een versnelling van het lichaam buigzaam vervormbaar is; tenminste een aan het substraat aangebrachte dikke-film weerstand zodat in gebruik deze weerstand op eenduidige wijze in overeenstemming met de vervormingen van het substraat vervormingen ondergaat, en met de tenminste 15 ene weerstand verbonden schakelingsmiddelen voor het afgeven van elektrische signalen die de variaties in de weerstandswaarde aangeven.This object is achieved according to the invention by means of a device which is characterized by a support structure for attachment to the body whose acceleration or vibrations are to be measured, and an electrically insulating substrate which is flexibly deformable under the influence of an acceleration of the body ; at least one thick film resistor applied to the substrate so that in use this resistor undergoes distortions unambiguously in accordance with the deformations of the substrate, and circuit means connected to the at least one resistor for supplying electrical signals which show the variations in the resistance value to hand over.

Bij een verdere uitvoering van de uitvinding heeft de inrichting het kenmerk dat een massa aan het substraat bevestigd kan zijn om de traagheid daarvan te vergroten en om de vervorming daarvan te verster-20 ken.In a further embodiment of the invention, the device is characterized in that a mass can be attached to the substrate to increase its inertia and to enhance its deformation.

De uitvinding zal aan de hand van een uitvoeringsvoorbeêld nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekeningen, waarin:The invention will be further elucidated on the basis of an exemplary embodiment with reference to the drawings, in which:

Ffg. 1 een perspectivisch aanzicht toont van een lichaam waarvan men de versnelling wil meten, welk lichaam een sensor heeft volgens de 25 uitvinding die schematisch bij wijze van voorbeeld is aangegeven;Ffg. 1 shows a perspective view of a body whose acceleration is to be measured, which body has a sensor according to the invention which is schematically indicated by way of example;

Fig. 2 een elektrisch schema toont voor een deel in blokvorm van de sensor volgens de uitvinding;Fig. 2 shows an electrical diagram partly in block form of the sensor according to the invention;

Fig. 3 en 5 twee verschillende oplossingen van de samenstelling van de inrichting volgens de uitvinding tonen; 30 Fig. 4 en 6 schema's geven van de samenstellen van de fig. 3 en 5; enFig. 3 and 5 show two different solutions of the composition of the device according to the invention; FIG. 4 and 6 show diagrams of the assemblies of Figs. 3 and 5; and

Fig. 7 een doorsnedehoogte-aanzicht van een andere aftastinrich-ting volgens de uitvinding toont.Fig. 7 shows a sectional elevation view of another scanning device according to the invention.

In fig. 1 is een lichaam, waarvan men de versnelling in een vooraf 35 bepaalde richting wil detecteren, door een 1 aangeduid. Aan dit lichaam is een plaat of substraat 2 bevestigd, bijvoorbeeld van keramisch materiaal dat in de aangegeven uitvoeringsvorm rechthoekig van vorm is.In Fig. 1, a body whose acceleration is to be detected in a predetermined direction is indicated by a 1. A plate or substrate 2 is attached to this body, for example of ceramic material which in the embodiment shown is rectangular in shape.

Meer in het bijzonder is de plaat 2 langs een zijde van het lichaam 1 8602330 2 bevesti gd.More particularly, the plate 2 is secured along one side of the body 1 8602330 2.

Een dikke-film weerstand 3 is op een vlak van de plaat 2 met behulp van het bekende zeefdrukproces neergeslagen. De geleidende sporen 4 en 5 zijn eveneens op dit vlak aangebracht en zijn met de geleiders 5 6, 7 verbonden voor aansluiting op een verwerkings- en behandelings-schakeling 8. Deze schakeling, zoals aangegeven in fig. 2, kan bijvoorbeeld een brugschakeling 9 van bekend type hebben waarvan de dikke-film weerstand 3 een zijde vormt. De schakeling 9 is verbonden met een versterker 10.A thick-film resistor 3 has been deposited on a face of the plate 2 using the known screen printing process. The conductive tracks 4 and 5 are also disposed on this plane and are connected to the conductors 5, 6, 7 for connection to a processing and treatment circuit 8. This circuit, as shown in Fig. 2, can for example be a bridge circuit 9 of known type of which the thick film resistor 3 forms one side. The circuit 9 is connected to an amplifier 10.

10 Wanneer het lichaam 1 onderworpen is aan een versnelling, bijvoor beeld in de door de pijl Fj_ in fig. 1 aangeduide richting, wordt de steunplaat 2 onderworpen aan een versnelling in de tegenovergestelde richting zoals aangeduid door de pijl Fg. De steunplaat vervormt dan tot een configuratie van het bij wijze van voorbeeld in gebroken lijnen 15 in fig. 1 aangeduide type. De plaat 2 wordt dus des te sterker vervormd des te groter de versnelling van het lichaam 1 is. Als gevolg van de vervorming van het substraat 2 wordt de dikke-film weerstand 3 ook vervormd en treedt er als gevolg van zijn piëzo-resistieve eigenschappen een overeenkomstige variatie in zijn weerstand op. Dientengevolge va-20 rieert het aan de versterker 10 via de brugschakeling 9 toegevoerde spanningssignaal en varieert eveneens het uitgangssignaal van de versterker.When the body 1 is subjected to an acceleration, for example in the direction indicated by the arrow Fj_ in Fig. 1, the support plate 2 is subjected to an acceleration in the opposite direction as indicated by the arrow Fg. The support plate then deforms into a configuration of the type shown in broken lines, for example, in FIG. 1. The plate 2 is thus deformed the more strongly the greater the acceleration of the body 1. As a result of the deformation of the substrate 2, the thick-film resistor 3 is also deformed and, due to its piezo-resistive properties, a corresponding variation in its resistance occurs. As a result, the voltage signal applied to the amplifier 10 via the bridge circuit 9 varies and the output signal of the amplifier also varies.

Het uitgangssignaal van de schakeling 8 geeft dus rechtstreeks een aanduiding van de versnelling waaraan het lichaam 1 onderworpen is.The output signal of the circuit 8 thus directly indicates the acceleration to which the body 1 is subject.

25 Teneinde de traagheid van de plaat 2 te vergroten en daarom de vervormingen daarvan te versterken kan een massa, zoals die aangeduid door M in fig. 1, daaraan bevestigd worden.In order to increase the inertia of the plate 2 and therefore enhance its deformations, a mass such as that indicated by M in Figure 1 can be attached thereto.

Ofschoon het gebruik van een enkelvoudige dikke-film weerstand bij wijze van voorbeeld en schematisch in de fig. 1 en 2 is aangegeven, is 30 het duidelijk dat er twee of meer dikke-film weerstanden op het substraat 2 op plaatsen kunnen worden aangebracht waarin de vervormingen van het substraat goed waarneembaar zijn.Although the use of a single thick-film resistor is shown by way of example and schematically in Figures 1 and 2, it is clear that two or more thick-film resistors may be applied to the substrate 2 at locations in which the deformations of the substrate are clearly visible.

Zoals derhalve in fig. 3 is aangegeven kunnen er respectievelijke, dikke-film weerstanden 3, 3' aan elke van de twee vlakken van de plaat 35 2 van fig. 1 worden aangebracht. Wanneer als gevolg van versnellingen of trillingen een van deze twee weerstanden uitgerekt en de andere samengedrukt wordt, en deze weerstanden op geschikte wijze in een schakeling (bijvoorbeeld de uitvoering van fig. 4) zijn opgenomen, is het mogelijk om de effecten te sommeren teneinde voor een gegeven versnelling 40 een sterker elektrisch signaal te verkrijgen.Therefore, as shown in FIG. 3, respective thick film resistors 3, 3 'can be applied to either of the two faces of the plate 35 2 of FIG. When, due to accelerations or vibrations, one of these two resistors is stretched and the other is compressed, and these resistors are suitably included in a circuit (for example, the embodiment of Fig. 4), it is possible to sum the effects in order to a given acceleration 40 to obtain a stronger electrical signal.

8 o 0 2 3 € 0 38 o 0 2 3 € 0 3

Fig. 5 toont een Inrichting volgens de uitvinding waarin van de steunplaat 2 beide uiteinden aan het lichaam 1 zijn bevestigd waarvan de versnellingen of trillingen gedetecteerd moeten worden. Aan hetzelfde vlak van de plaat 2 zijn dikke-film weerstanden aangebracht, met na-5 me weerstanden 3 in het middengebied en weerstanden 3' dicht bij de bevestigingspunten. Wanneer de massa M aan het midden van het andere vlak van de plaat 2 is aangebracht heeft een kracht Fg, die werkt in de aangegeven richting, de neiging om de plaat op de wijze, zoals in gebroken lijnen aangegeven, te vervormen waardoor de weerstanden 3 samen-10 gedrukt en de weerstanden 3' uitgetrokken worden. Met de in fig. 6 aangegeven brugschakeling is het eveneens in dit geval mogelijk om de effecten van de vervormingen van de weerstanden 3 en 3' te sommeren.Fig. 5 shows a device according to the invention in which the support plate 2 has both ends attached to the body 1, the accelerations or vibrations of which must be detected. Thick film resistors are mounted on the same face of the plate 2, with resistors 3 in the middle region and resistors 3 'close to the mounting points. When the mass M is applied to the center of the other face of the plate 2, a force Fg acting in the indicated direction tends to deform the plate in the manner shown in broken lines, causing the resistors 3 pressed together and the resistors 3 'are pulled out. With the bridge circuit shown in Fig. 6 it is also possible in this case to sum the effects of the deformations of the resistors 3 and 3 '.

Het is voor de steunplaat 2 niet nodig om van keramisch materiaal te zijn: de plaat kan bijvoorbeeld van staal zijn en de dikke-film 15 weerstanden kunnen aan vooraf geïsoleerde gebieden van de plaat of het blad aangebracht zijn. Ook kunnen dikke-film weerstanden die voorafgaand op een isolerend substraat, zoals een keramiek, zijn .neergeslagen, op de plaat of het blad zijn aangebracht.It is not necessary for the support plate 2 to be of ceramic material: the plate may be, for example, steel and the thick film resistors may be applied to pre-insulated areas of the plate or sheet. Also, thick film resistors previously deposited on an insulating substrate, such as a ceramic, may be applied to the plate or sheet.

Het is voor de steunplaat 2 niet nodig om rechthoekig te zijn en 20 het is zelfs nog minder nodig voor de plaat om aan een gedeelte slechts van zijn omtrek bevestigd te worden. Fig. 3 toont een uitvoeringsvorm waarin de steunplaat 2 cirkelvormig is en waarin de omtrek daarvan tussen twee halve schalen 11 en 12, die samen een gesloten huis vormen, aangegrepen wordt.It is not necessary for the support plate 2 to be rectangular and it is even less necessary for the plate to be attached to a portion only of its circumference. Fig. 3 shows an embodiment in which the support plate 2 is circular and in which the circumference thereof is engaged between two half shells 11 and 12, which together form a closed housing.

25 In de aangegeven uitvoeringsvorm is de eventuele massa M bij voorkeur aangebracht aan het midden van het diafragma en de dikke-film weerstand of weerstanden moeten natuurlijk op plaatsen zijn aangebracht, waarin de vervormingen goed waarneembaar zijn, en dat is bij voorkeur nabij het midden van het diafragma en de vaste omtrek.In the indicated embodiment, the optional mass M is preferably arranged at the center of the diaphragm and the thick-film resistor or resistors must, of course, be arranged in places in which the deformations are clearly visible, and that is preferably near the center of the diaphragm and fixed circumference.

30 Voor gebruik in omstandigheden waarbij kleine krachten op het substraat zijn voorzien, kan het nuttig zijn het huis waarin het substraat is bevestigd te evacueren om demping als gevolg van lucht te vermijden alswel toevlucht te kunnen nemen tot een hulpmassa.For use in conditions where small forces are applied to the substrate, it may be useful to evacuate the housing in which the substrate is attached to avoid damping due to air or to resort to an auxiliary mass.

Wanneer echter in de omstandigheden van gebruik zeer grote krach-35 ten op het substraat zijn voorzien, kan het huis, waarin het substraat is gemonteerd, bij voorkeur tenminste voor een deel gevuld zijn met een inert fluidum, zoals olie, freon, enz.However, when very high forces are provided on the substrate under conditions of use, the housing in which the substrate is mounted may preferably be at least partially filled with an inert fluid such as oil, freon, etc.

Een versnel!ingssensor volgens de uitvinding kan met voordeel gebruikt worden voor het meten van versnellingen van motorvoertuigen of 40 coiranerciële voertuigen. De sensor kan ook gebruikt worden voor het 8602350 4 detecteren en nieten van trillingen in een motorvoertuig op een meer of minder ruwe ondergrond.An acceleration sensor according to the invention can advantageously be used for measuring accelerations of motor vehicles or co-commercial vehicles. The sensor can also be used to detect and staple vibrations in a motor vehicle on a more or less rough surface.

8 6 0 2 3 6 08 6 0 2 3 6 0

Claims (7)

1. Versnel!ings- of triΠingsaftastin r i ch ti n g, gekenmerkt door een steunstructuur (2; 11» 12) voor bevestiging aan een lichaam (1) waarvan men de versnelling of trillingen wil meten, en een substraat (2) dat 5 onder invloed van een versnelling van het lichaam (1) buigzaam vervormbaar is; tenminste een op het substraat (2) aangebrachte dikke-film weerstand (3) zodat deze in gebruik op eenduidige wijze vervormingen in overeenstemming met de vervormingen van het substraat (2) ondergaat, en met de tenminste ene weerstand (3) verbonden schakelingsmiddelen (8, 9, 10 10) voor het afgeven van elektrische signalen die de variaties in de weerstandswaarde aanduiden.1. Acceleration or triΠing scan, characterized by a support structure (2; 11 »12) for attachment to a body (1) for which acceleration or vibration is to be measured, and a substrate (2) under 5 influence of an acceleration of the body (1) is flexibly deformable; at least one thick film resistor (3) applied to the substrate (2) so that it in use unambiguously undergoes distortions in accordance with the deformations of the substrate (2), and circuit means (8 connected to the at least one resistor (3) , 9, 10 10) for outputting electrical signals indicating the variations in the resistance value. 2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een massa (H) aan het substraat (2) is bevestigd om de traagheid daarvan te vergroten en om de vervorming daarvan te versterken.Device according to claim 1, characterized in that a mass (H) is attached to the substrate (2) to increase its inertia and to enhance its deformation. 3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, in het bijzonder voor ge bruik in situaties waarin zeer lichte krachten op het substraat (2) inwerken, met het kenmerk, dat de structuur een huis (11, 12) omvat dat luchtdicht en onder vacuum is, en waarin het substraat (2) is gemonteerd.Device according to claim 1 or 2, in particular for use in situations where very light forces act on the substrate (2), characterized in that the structure comprises a housing (11, 12) which is airtight and under vacuum , and in which the substrate (2) is mounted. 4. Inrichting volgens conclusie 1 of 2» in het bijzonder voor ge bruik in situaties waarin krachten groter dan een vooraf bepaalde waarde op het substraat (2) inwerken, met het kenmerk, dat de structuur een huis (11, 12) omvat dat vloeistofdicht is en een inerte vloeistof bevat, en waarin het substraat (2) is gemonteerd.Device according to claim 1 or 2, in particular for use in situations where forces greater than a predetermined value act on the substrate (2), characterized in that the structure comprises a housing (11, 12) which is liquid-tight and contains an inert liquid, and in which the substrate (2) is mounted. 5. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het ken merk, dat het substraat (2) de vorm van een aan de steunstructuur (11, 12. rond de omtrek daarvan bevestigd diafragma heeft.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the substrate (2) has the form of a diaphragm fastened around the periphery thereof on the support structure (11, 12.). 6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het substraat (2) van keramisch materiaal is.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the substrate (2) is made of ceramic material. 7. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het ken merk, dat de steunstructuur een metaalplaat omvat, waaraan een substraat van keramisch materiaal, dat een of meer dikke-film weerstanden draagt, is aangebracht. +++++++ S δ 0 2 35Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the support structure comprises a metal plate on which a substrate of ceramic material, which carries one or more thick film resistors, is arranged. +++++++ S δ 0 2 35