[发明专利]用于测量力的测量传感器

说明书

本发明涉及一种用于测量力(F)的测量传感器(1)；具有谐振元件(20)，其可以被激励到至少一个谐振频率；并具有至少一个力施加元件(30，30′)，其被施加力(F)并将力(F)传递到谐振元件(20)；力施加元件(30，30′)是中空体，具有顶表面(31，31′)、侧表面(32，32′)和空腔(33，33′)，顶表面(31，31′)和侧表面(32，32′)彼此机械连接并包围空腔(33，33′)；谐振元件(20)布置在空腔(33，33′)中；谐振元件(20)与侧表面(32，32′)机械连接；力(F)施加在顶表面(31，31′)上，顶表面将力(F)传递到侧表面(32，32′)中；侧表面(32，32′)具有至少一个留空区域(34，34′)，其延伸到空腔(33，33′)并阻止力(F)在侧表面(32，32′)中的传递；侧表面(32，32′)具有至少一个未留空区域(35，35′)，仅该未留空区域(35，35′)传递力(F)。

技术领域

本发明涉及一种用于力测量的测量传感器。

背景技术

专利文献EP0065511A1示出了一种用于测量动态力的测量传感器，其具有压电式传感元件。该压电式传感元件具有多个由压电材料制成的盘形板，板的盘形直径明显大于板的厚度。为了测量力，使用纵向效应形式的直接压电效应。压电材料在空间上相对于力被定向为，使得力正交地作用在板的盘形表面上并在盘形表面上产生电极化电荷。电极化电荷由电极拾取并作为电荷信号(Ladungssignal)被引向分析单元。电极化电荷与作用力成比例。由于在实践中总是存在漏电流，因此利用直接压电效应仅可以对变化频率在几Hz到几MHz范围内的动态力进行测量，仅可进行几分钟持续时间的准静态的力测量。

相反，静态力在数小时、数周和数年的长时间内也不会发生改变。为了测量静态力，专利文献EP0065511A1的测量传感器教导了逆压电效应的应用。另一种压电式传感元件具有多个由压电材料制成的盘形板，通过电极作为频率信号的交变电场施加在板上。交变电场通过逆压电效应激励板进行机械振荡。交变电场是可调节的并且由分析单元产生。如果交变电场的激励频率等于板的机械固有频率，则存在谐振，相应的频率称为谐振频率。在静态力的作用下，板的谐振频率改变，该频率变化由分析单元的振荡电路检测。根据专利文献EP0065511A1的教导，对动态力和静态力的测量是同时进行的。

发明内容

本发明的目的在于，改进基于现有技术的用于力测量的测量传感器。

本发明的目的通过根据本发明技术方案的特征来实现。

本发明涉及一种用于测量力的测量传感器，具有谐振元件，该谐振元件可被激励到至少一个谐振频率；并具有至少一个力施加元件，力被施加在在该力施加元件上，并且该力施加元件将力传递到谐振元件；其中，力施加元件是中空体，其具有顶表面、侧表面和空腔，顶表面和侧表面彼此机械连接并且包围空腔；其中，谐振元件布置在空腔中；其中，谐振元件与侧表面机械地连接；其中，力施加在顶表面上，该顶表面将力传递到侧表面中；其中，侧表面具有至少一个留空区域，该留空区域延伸到空腔并阻止力在侧表面中的传递；并且其中，侧表面具有至少一个未留空区域，仅该未留空区域传递力

受到谐振频率激励的谐振元件以谐振频率的频率变化响应于待测量的力。该频率变化与谐振元件的力灵敏度成比例，该力灵敏度又取决于力导入角。根据力导入角相对于力灵敏度的最大值的位置并根据力导入角范围的大小，测量频率变化以及一平均力灵敏度，该平均力灵敏度仅为最大力灵敏度的一小部分。

在此根据本发明，将力导入角范围调整为，使得平均力灵敏度总体上接近于谐振元件的力灵敏度的最大值。对力导入角范围的最佳调整通过力施加元件来实现。在此，利用侧表面的留空区域将力导入角范围限定在谐振元件的力灵敏度的最大值附近。对待检测力的传递仅在侧表面的未留空区域中进行。力导入角范围越小，平均力灵敏度就越大，谐振元件上的局部压力也越大。通过对力导入角范围的最佳限制，使得平均力灵敏度尽可能得大，同时使得谐振元件上的局部压力低于允许抗压强度。

附图说明