CN101285724B - 负载和负载方向检测装置 - Google Patents

Abstract

负载和负载方向检测装置被构建为使得当负载W沿垂直于应变体(20)的轴(C)的方向(A)从移置构件(26)施加到外壳构件(24)时，剪切力作用在圆柱形应变体(20)上。因此，应变体(20)易于发生形变。于是，负载(W)的数值的检测灵敏度得到提高，其中，负载数值由第一差分放大器(42)(负载数值计算单元(16))基于输出自第一电桥(B1)的输出电压(V1)进行计算。负载(W)的方向(θw)由负载方向计算器(46)(负载方向计算单元(18))基于输出自第二电桥(B2)的输出电压(V2)和输出自第一电桥(B1)的输出电压(V1)进行计算。

Description

负载和负载方向检测装置

本申请基于申请号为No.2007-242861的日本专利申请，其内容被援引至本文中。

技术领域

本发明涉及负载和负载方向检测装置，其用于检测施加到各种构件或装置的负载的数值(也就是大小)和方向。例如，该检测装置用于检测施加到车辆踏板等等上的压低负载的数值和方向、检测施加到车辆驻车制动杆上的负载的数值和方向、检测车辆座椅的座椅表面负载和负载方向、检测施加到悬架上的车体负载或车轮负载的数值和方向以及检测施加到起重装置上的负载的数值和方向等等。

背景技术

总体来说，负载检测装置具有例如图12到图14所示出的结构。图12是传统负载检测装置的透视图，图13是该负载检测装置的主传感器单元中的应变体的展开视图，图14是该负载检测装置的电路图。在图12到图14中，圆周方向应变检测元件对2和宽度方向应变检测元件对3被固定到圆柱形应变体1的外圆周表面。另外，通过用电路图案7对圆周方向应变检测元件2、宽度方向应变体3、电源端子4、GND端子5以及输出端子6进行电气连接，在应变体1的外圆周表面上构建如图14所示的桥接电路。

在由此构建的传统负载检测装置中，当压缩力沿平行于轴C的方向作用在圆柱形应变体1上时，宽度方向应变检测元件对3的电阻值减小，圆周方向应变检测元件对2的电阻值增大。由于电源端子4、GND端子5、输出端子6和电路图案7构成桥接电路7，宽度方向应变检测元件对3和圆周方向应变检测元件对2根据作用在应变体1上的压缩力从输出端子6输出信号。例如，专利文献1(日本未审查专利公开No.H6-207866)已知为与本申请的发明有关的现有技术文献。

但是，在上面介绍的传统负载检测装置中，负载被施加或作用在与应变体1的轴C平行的方向上。因此，应变体1本身会抵抗由负载引起的形变，从而使得在圆周方向应变检测元件2和宽度方向应变检测元件3中不太容易发生应变，故而降低了输出信号的灵敏度。此外，不能检测施加到主传感器单元的负载的方向，这限制了该负载检测装置的应用。

发明内容

本发明以上述状况为背景而做出，其目的是提供这样的负载和负载方向检测装置：该装置能够提高对施加到主传感器单元的负载进行检测的灵敏度，并能检测施加到主传感器单元的负载的方向。

为了实现上述目的，本发明第一实施形态的特征在于一种用于检测负载数值和负载方向的负载和负载方向检测装置，其包含：(a)主传感器单元，该单元包含：(i)圆柱形应变体，在其圆周表面上配备有沿圆周方向间隔开的至少四个应变检测元件，以及(ii)第一构件和第二构件，其分别被固定并支撑应变体的相应末端，使得垂直于应变体的轴定向的负载作用于应变体的所述相应末端中的一个，反作用力作用于所述相应末端中的另一个；(b)负载数值计算单元，该单元使用第一输出信号计算负载数值，所述第一输出信号基于输出自第一电桥的信号，所述第一电桥包含所述至少四个应变检测元件中相对于所述轴定位的至少一对应变检测元件；以及(c)负载方向计算单元，该单元使用(i)第二输出信号以及(ii)第一输出信号来计算负载方向，所述第二输出信号基于输出自第二电桥的信号，所述第二电桥由所述至少四个应变检测元件中相对于所述轴定位的一对应变检测元件和两个固定电阻器构成。

采用根据本发明第一实施形态的负载和负载方向检测装置，负载沿垂直于应变体轴的方向从第一构件和第二构件中的一个施加到其中的另一个，使得剪切力作用在圆柱形应变体上。因此，与负载沿轴向方向在圆柱形应变体上施加的传统结构相比，应变体容易发生形变或发生偏斜，从而容易在应变检测元件中产生应变。

负载的检测灵敏度由此得到提高，所述负载由负载计算单元使用第一输出信号计算，所述第一输出信号基于输出自第一电桥的信号。另外，负载的方向由负载方向计算单元使用第二输出信号和上述第一输出信号计算，所述第二输出信号基于输出自第二电桥的信号。

优选为，第一电桥由第三应变检测元件与第二应变检测元件、第四应变检测元件与第一应变检测元件构成。第一输出信号对应于当电源电压施加到第三应变检测元件与第四应变检测元件之间以及第二应变检测元件与第一应变检测元件之间时出现在第三应变检测元件与第二应变检测元件间所产生电势和第四应变检测元件与第一应变检测元件间所产生电势之间的电势差。

相应地，在由第三应变检测元件与第二应变检测元件、第四应变检测元件与第一应变检测元件构成的第一电桥中，当电源电压施加到第三应变检测元件与第四应变检测元件之间以及第二应变检测元件与第一应变检测元件之间时，第一电桥如下所述地运行。即，将出现在第三应变检测元件与第二应变检测元件间所产生电势和第四应变检测元件与第一应变检测元件间所产生电势之间的电势差或该电势差的放大值输出为第一输出信号。负载数值计算单元基于第一输出信号计算负载数值。

优选为，第二电桥由第四应变检测元件与第一应变检测元件以及两个固定电阻器构成。第二输出信号对应于当电源电压施加到第四应变检测元件与一个固定电阻器之间以及第一应变检测元件与另一固定电阻器之间时出现在第四应变检测元件与第一应变检测元件间所产生电势和两个固定电阻器间所产生电势之间的电势差。

相应地，在由第四应变检测元件与第一应变检测元件以及两个固定电阻器构成的第二电桥中，当电源电压施加到第四应变检测元件与一个固定电阻器之间以及第一应变检测元件和另一固定电阻器之间时，第二电桥如下所述地运行。即，将出现在第四应变检测元件与第一应变检测元件间所产生电势和两个固定电阻器间所产生电势之间的电势差或该电势差的放大值输出为第二输出信号。因此，负载方向计算单元基于第一输出信号和第二输出信号计算负载方向。

优选为，所述至少四个应变检测元件沿圆周方向等距地布置在圆柱形应变体上。响应于所施加的负载，第二应变检测元件及第四应变检测元件在其电阻值上以与第三应变检测元件及第一应变检测元件相反的方向变化。

采用这样的结构，基于输出自第一电桥的信号的第一输出信号根据负载数值的变化而变化，而与负载方向的变化无关。基于输出自第二电桥的信号的第二输出信号根据负载方向的变化而变化。

附图说明

图1是用于解释根据本发明一实施例的负载和负载方向检测装置的结构的视图；

图2是沿图1的线2-2截取的纵向截面图，用于解释图1的实施例中主传感器单元的结构；

图3示出了处于展开状态的、图1的实施例中固定到主传感器单元应变体的外圆周表面上的检测电路以及连接到该检测电路的测量电路的结构；

图4示出用于解释检测单元和图3的检测电路中所构建的第一电桥与第二电桥的等效电路图；

图5是沿图2的线5-5截取的截面图，用于解释在向图1和图2示出的主传感器单元施加负载时应变体的形变；

图6是用于解释图3和图4所示第一电桥中输出电压相对于负载的变化的特性图；

图7是用于解释图3和图4所示第一电桥中以负载为参数、输出电压相对于负载方向的变化的特性图；

图8是用于解释图3和图4所示第二电桥中以负载为参数、输出电压相对于负载方向的变化的特性图；

图9是与图4对应、用于解释本发明另一实施例的主传感器单元等效电路的图；

图10是用于解释图9所示第一电桥中以负载为参数、输出电压相对于负载方向的变化的特性图；

图11是用于解释图9所示第二电桥中以负载为参数、输出电压相对于负载方向的变化的特性图；

图12是示出布置在传统主传感器单元中的应变体的透视图；

图13示出了处于展开状态的、固定到图12的应变体的外圆周表面上的检测电路；以及

图14是用于解释固定到图12的应变体的外圆周表面上的检测电路结构的等效电路图。

具体实施方式

下面将参照附图解释根据本发明一实施例的负载和负载方向检测装置10。

<实施例1>

图1是用于解释负载和负载方向检测装置(下文中称为“检测装置”)10的结构的视图。在图1中，检测装置10由主传感器单元12和检测单元14构成，主传感器单元12由用于检测负载W的多个部件构成，检测单元14用于检测施加到主传感器12的负载W的数值和负载W的方向θ_W。

检测单元14具有负载数值计算单元16和负载方向计算单元18。负载数值计算单元16基于第一桥接电路B1的输出电压V1计算负载W，第一桥接电路B1包括布置在主传感器单元12中的四个应变电阻元件HR1、HR2、HR3和HR4。负载方向计算单元18基于第二桥接电路B2的输出电压V2计算负载W的方向，第二桥接电路B2包括布置在主传感器单元12中的四个应变电阻元件HR1、HR2、HR3和HR4中的两个以及两个固定电阻器SR1和SR2。

在图1中，主传感器单元12在其一部分断开的状态下显示。图2是沿图1所示主传感器单元12的线II-II截取的截面图。如图1和图2所示，主传感器单元12具有圆柱形应变体20、外壳构件(权利要求中的第一构件)24、移置(displacing)构件(权利要求中的第二构件)26以及装入移置构件26的负载传送闩28。为了接收反作用力，外壳构件24被固定或安装到任意构件，并通过环形垫圈22固定到应变体20的一个轴向末端以便对其进行支撑。固定到应变体20的另一轴向末端以便对其进行支撑的移置构件26被施加或接受负载W。这些构件以同心的方式或与轴C同轴地布置。

应变体20、垫圈22、外壳构件24、移置构件26以及负载传送闩28均由金属制成，例如铁素体不锈钢。外壳构件24具有圆柱形管部分24a、向外突出为与圆柱形管部分24a为一体的外定向凸缘部分24b以及向内突出为与圆柱形管部分24a为一体的内定向凸缘部分24c。

环状垫圈22被固定到内定向凸缘部分24c的内圆周边缘。垫圈22的外圆周部分在一个轴向末端(右端)被装配到应变体20的开口，并通过焊接固定到所述开口的整个圆周或整个圆周的一部分。移置构件26具有管状圆柱形部分26a和盘状安装部分26b，负载传送闩28居中地插入管状圆柱形部分26a，盘状安装部分26b向外突出为与管状圆柱形部分26a在其一个轴向末端(左端)上成为一体。在另一轴向末端(左端)封闭应变体20的开口的安装部分26b被装配到其外圆周部分，并通过焊接固定到整个圆周或其部分。

由于应变体20在直径上大于移置构件26的圆柱形部分26a，且外壳构件24的圆柱形管部分24a在直径上大于应变体20，外壳构件24作为主传感器单元12的外壳。应变体20、垫圈22以及移置构件26被容纳在外壳构件24内。

在由此构建的主传感器单元12中，应变体20的所述另一轴向末端由移置构件26的安装部分26b支撑，应变体20的所述一个轴向末端通过垫圈22由外壳构件24的内定向凸缘部分24c支撑。也就是说，应变体20的各个轴向末端被固定到作为第二构件的移置构件26和作为第一构件的外壳构件24并由其支撑。因此，在外壳构件24的外圆周表面位置固定的状态下，当通过居中地装配在移置构件26中的负载传送闩28沿垂直于轴C的方向施加负载W时，切向应力作用在应变体20上。

在本实施例的主传感器单元12中，相比于负载沿应变体20的轴C方向作用的情况，在应变体20中更容易产生应变，使得输出信号的灵敏度得到提高。图5是沿图2的线V-V截取的截面图，其用夸张手法示出了通过切向应力的施加在应变体20中产生的应变。

为了检测应变体20中的应变，通过粘性剂等在应变体20的外圆周表面上固定如图3所示的膜片状或膜状的应变检测电路30，在该电路中形成有预定的纵向带状电路图案。应变检测电路30具有基底膜32、绝缘层34、预定图案的导电膜36以及应变电阻膜38。基底膜32由不锈钢、镍或铜等金属箔制成，或者由聚酰亚胺树脂等耐热树脂制成。

由玻璃或耐热树脂制成的绝缘层34固定到基底膜32的整个表面上。预定图案的导电膜36由铝、镍或银等制成，这些材料通过印刷、溅射或其他技术固定到绝缘层34。应变电阻膜38由预定图案的厚膜电阻材料或钨、钌等金属电阻材料制成，这些材料类似地通过印刷、溅射或其他技术固定到绝缘层34。

应变检测电路30可以通过下面描述的过程以直接固定到应变体20的外圆周表面的状态形成。也就是说，首先，玻璃涂浆(未示出)被印在圆柱形无缝不锈钢管(未示出)的外圆周表面上，其将成为厚度约1mm的用于应变体20的材料。然后，将不锈钢管在约850℃下烘烤约10分钟，以形成绝缘层34。

接下来，印上以银为主要成份并置于不锈钢管外表面上的导电涂浆(未示出)，接着，在约850℃下烘烤该不锈钢管约10分钟。从而，在该不锈钢管的外圆周表面上形成电源端子EVcc和EGND、输出端子EVf+和EFf-以及预定图案的导电膜36。

然后，将金属釉电阻性涂浆(未示出)印到不锈钢管外圆周表面，并在约130℃下干燥约10分钟。之后，将该不锈钢管在约850℃下烘烤约10分钟，以形成四个应变电阻元件HR1、HR2、HR3和HR4。由此，该不锈钢管被加工成了应变体20。

预定图案的导电膜36和应变电阻膜38构成一对电源端子EVcc和EGND、第一桥接电路B1(其为包括四个应变电阻元件HR1、HR2、HR3和HR4的全桥)以及第一桥接电路B1的输出端子EVf+和EVf-。四个应变电阻元件HR1、HR2、HR3和HR4位于纵向带状应变检测电路30上以从宽度中心WC向一个轴向侧移动。在缠绕并附着在应变体20的外圆周表面周围的应变检测电路30上，应变电阻元件HR1、HR2、HR3和HR4在圆周方向基本等距布置，也就是相对于轴C等角度。

如图2所示，为了表现负载W相对于轴C--其为中心方向--的偏转角度，将负载W的参考方向A定义为零度。在这样的定义下，在本实施例中，应变电阻元件HR2被布置为横跨基本为顺时针45度的位置，即围绕这个位置。相应地，应变电阻元件HR1被布置为横跨基本为顺时针135度的位置，应变电阻元件HR3被布置为横跨基本为顺时针225度的位置，应变电阻元件HR4被布置为横跨基本为顺时针315度的位置。因此，应变电阻元件HR3和HR4以及应变电阻元件HR1和HR2分别位于负载W的参考方向A的左侧和右侧。应变电阻元件HR4和HR2以及应变电阻元件HR3和HR1分别位于与负载W的参考方向A正交的线B的上侧(负载W方向的上游侧)和下侧(负载W方向的下游侧)。

在图3中，检测单元14装备有电源装置40，装置40输出固定的DC电压或AC电压，装置40的一对输出端子分别连接至电源端子EVcc和EGND。检测单元14还装备有串联连接在电源装置40的输出端子对之间的两个固定电阻器SR1和SR2。在所述四个应变电阻元件HR1、HR2、HR3和HR4之中，相对于轴C对称放置的两个应变电阻元件(在本实施例中为应变电阻元件HR1和HR4)和外部连接的两个固定电阻器SR1与SR2构成第二桥接电路B2。图4示出了作为全桥的第二电桥B2和第一电桥B1的等效电路。

在图3中，检测单元14装备有连接至第一电桥B1的输出端子EVf+和EVf-的第一差分放大器42、连接至第二电桥B2的输出端子EVd-和EVd+(＝EVf+)的第二差分放大器44以及负载方向计算器46。负载方向计算器46基于第一差分放大器42的输出信号V1和第二差分放大器44的输出信号V2计算负载W的方向。

接下来，将要描述图3和图4中第一电桥B1和第二电桥B2的运行。四个应变电阻元件HR1、HR2、HR3和HR4的电阻值分别用R1、R2、R3和R4表示，在施加应变时这些电阻值的变化量分别用ΔR1、ΔR2、ΔR3和ΔR4表示。固定电阻器SR1和SR2的电阻值用R0和R0表示。R1、R2、R3和R4以及R0各自的电阻值被认为是相等的，第一差分放大器42和第二差分放大器44的放大率被认为是1。

这里，第一差分放大器42的第一输出信号--即第一电桥B1的输出电压V1--由下面的公式(1)估算，第二差分放大器44的第二输出信号--即第二电桥B2的输出电压V2--由下面的公式(2)估算。

V1＝[(ΔR1/R1)-(ΔR2/R2)+(ΔR3/R3)-(ΔR4/R4)]Vcc/4    (1)

V2＝[(ΔR1/R1)-(ΔR4/R4)]Vcc/4    (2)

在第一电桥B1中，在施加负载W时的应变下具有同样的电阻变化趋势的应变电阻元件被放置在相对侧。也就是说，如图5所示，当施加负载W时，位于线B上侧的应变电阻元件HR2和HR4接受沿应变体20的宽度方向的压缩应力，表现出电阻值减小的趋势。这里，图5是沿线V-V截取的截面图，以夸张手法示出了由负载W导致的应变体20的应变形变。

另一方面，位于线B下侧的应变电阻元件HR1和HR3接受沿应变体20的宽度方向的拉伸应力，表现出电阻值增大的趋势。在第一电桥B1中，在两对相对侧中，应变电阻元件HR2和HR4被放置在一对相对侧上，应变电阻元件HR1和HR3被放置在另一对相对侧上。

在由此构建的第一电桥B1中，在施加负载W时，相对于负载W的参考方向A以及与之垂直的方向位于交叉位置的半桥对的中点电势Vf+和Vf-以相反的方向变化。相应地，得到以高灵敏度相对于负载W的值变化的输出电压V1。

在保持电阻值相对于负载W的变化趋势的范围内，如上所述布置的第一电桥B1具有对所施加负载W的角度θ_w的变化不敏感的特性。这种特性已通过将在下面描述的、本发明的发明人进行的实验得到证实。因此，第一差分放大器42的第一输出信号指示负载W，第一差分放大器42构成负载数值计算单元16的一部分或全部。

图6和图7示出了发明人的实验结果。图6示出在试制的第一电桥B1中，当沿垂直于图2所示轴C的方向施加到移置构件26的负载W的数值增加时测量得到的输出电压V1的值。由于所得到的与负载W成比例的输出电压V1，通过事先存储负载W与输出电压V1之间的关系，可以利用这种关系基于输出电压V1测量负载W。

图7示出分别在五种固定负载数值F1、F2、F3、F4和F5中的每一种作为负载W被施加的状态下，当负载施加的角度(方向)θ_w变化时测量得到的输出电压V1的值。负载数值从最小值(F1)连续增加到最大值(F5)。此结果显示，对于五种负载的每一个，即使在负载施加的角度(方向)θ_w变化的时候，输出电压V1并不改变。因此，即使是角度θ_w变化的负载W也能以高精度得到测量。

第二电桥B2是由两个半桥构成的全桥。一个半桥由串联连接的应变电阻元件HR4和HR1形成，或是位于相对于第一电桥B1中应变电阻元件HR2和HR3的交叉位置的。另一半桥由串联连接的固定电阻器SR1和SR2构成。图8示出了对于试制的第二电桥B2，分别在五种固定负载数值F1、F2、F3、F4和F5中的每一种作为负载W沿着垂直于图2所示轴C的方向施加到移置构件26的状态下，当负载施加的角度(方向)θ_w变化时测量得到的输出电压V2的值。

从图8中显而易见，输出电压V2与负载W的数值成比例，并随着所施加负载W的角度(方向)θ_W成比例变化。因此，使用通过对负载W归一化的实验而确定的常数α和系数β(输出电压V1的函数)，得到由下面的公式(3)表达的关系式。使用该关系式，基于输出电压V2计算所施加负载的角度(方向)θ_w。构成负载方向计算单元18的一部分或全部的负载方向计算器46基于第一电桥B1的输出电压V1和电桥B2的输出电压V2通过公式(3)计算表示所施加负载W的角度(方向)θ_w的角度信号Sθ，从而将其输出。常数α不必固定，而是可以在必要时根据V1的值等受到校正。

θ_W＝β×V2-α(其中α＝常数；β＝f₂(V1))    (3)

如上所述，根据本实施例的检测装置10被布置为当负载W沿垂直于应变体20的轴C的方向从移置构件26施加到外壳构件24时，剪切力作用在圆柱形应变体20上。因此，与负载沿轴C的方向施加到圆柱形应变体20的传统结构相比，应变体20易于产生形变，从而易于在应变电阻元件HR1到HR4上产生应变。

因此，用作为第一输出信号的输出电压V1表示的负载W的检测灵敏度得到提高，负载W是由第一差分放大器42(负载数值计算单元16)基于输出自第一电桥B1的信号计算得到的。另外，由负载方向计算器46(负载方向计算单元18)基于输出电压V2和输出电压V1计算负载W的方向θ_w。这里，输出电压V2是第二差分放大器44基于输出自第二电桥B2的信号计算得到的第二输出信号。输出电压V1是输出自第一差分放大器42的第一输出信号。

另外，对于根据本实施例的检测装置10，第一电桥B1由第三应变电阻元件HR3与第二应变电阻元件HR2以及第四应变电阻元件HR4与第一应变电阻元件HR1构成。输出电压V1是出现在第三应变电阻元件HR3与第二应变电阻元件HR2间所产生电势和第四应变电阻元件HR4与第一应变电阻元件HR1间所产生电势之间的电势差。当在第三应变电阻元件HR3与第四应变电阻元件HR4之间以及第二应变电阻元件HR2与第一应变电阻元件HR1之间施加电源电压Vcc时，出现此电势差。

因此，在由第三应变电阻元件HR3与第二应变电阻元件HR2以及第四应变电阻元件HR4与第一应变电阻元件HR1构成的第一电桥B1中，当在第三应变电阻元件HR3与第四应变电阻元件HR4之间以及第二应变电阻元件HR2与第一应变电阻元件HR1之间施加电源电压Vcc时，执行下面的运行。也就是说，在第三应变电阻元件HR3与第二应变电阻元件HR2间所产生电势和第四应变电阻元件HR4与第一应变电阻元件HR1间所产生电势之间出现电势差。该电势差作为输出电压V1被输出。第一差分放大器42(负载数值计算单元16)基于该输出电压V1计算负载W的数值。

另外，对于根据本实施例的检测装置10，第二电桥B2由第四应变电阻元件HR4与第一应变电阻元件HR1以及两个固定电阻器SR1和SR2构成。输出电压V2是出现在第四应变电阻元件HR4与第一应变电阻元件HR1间所产生电势和两个固定电阻器SR1与SR2间所产生电势之间的电势差。为了检测输出电压V2，在第四应变电阻元件HR4与一个固定电阻器SR1之间以及第一应变电阻元件HR1与另一固定电阻器SR2之间施加电源电压Vcc。

因此，在由第四应变电阻元件HR4与第一应变电阻元件HR1以及两个固定电阻器SR1与SR2构成的第二电桥B2中，当在第四应变电阻元件HR4与一个固定电阻器SR1之间以及第一应变电阻元件HR1与另一固定电阻器SR2之间施加电源电压Vcc时，执行下面的运行。也就是说，电势差出现在第四应变电阻元件HR4与第一应变电阻元件HR1间所产生电势和两个固定电阻器SR1与SR2间所产生电势之间，并作为输出电压V2被输出。负载方向计算器46基于输出自第一差分放大器42的第一输出信号(输出电压V1)和输出自第二差分放大器44的第二输出信号(输出电压V2)计算负载W的方向θ_w。

另外，对于根据本实施例的检测装置10，四个应变电阻元件HR1、HR2、HR3和HR4以沿圆周方向基本等距间隔的位置被放置在圆柱形应变体20的外表面上。响应于所施加的负载W，第二应变电阻元件HR2及第四应变电阻元件HR4在电阻值上以与第三应变电阻元件HR3及第一应变电阻元件HR1相反的方向变化。因此，第一电桥B1的输出电压V1对应于负载W的数值而变化，而与负载W的方向θ_w的变化无关，第二电桥B2的输出电压V2对应于负载方向θ_w而变化。于是，获得高的灵敏度，即高的测量精度。

<实施例2>

下面将介绍本发明的另一实施例。在接下来的描述中，为与上面的实施例1共通的构件或部分添加同样的符号，并省略对其的介绍。

图9示出主传感器单元12的另一实施例中的等效电路。本实施例的第一电桥B1与图4的第一电桥B1的不同之处在于，代替应变电阻元件HR1和HR4，布置固定电阻器SR2和SR1。第一电桥B1的其他部分以及第二电桥B2以与实施例1同样的方式布置。

图10和图11示出了本实施例的第一电桥B1和第二电桥B2的输出电压V3和输出电压V4的测量值。在五种固定负载数值F1、F2、F3、F4和F5中的每一种如图2所示沿垂直于轴C的方向作为负载W施加到移置构件26，且所施加负载的角度(方向)θ_w变化的相应的状态下进行测量。负载数值从最小值(F1)连续增加到最大值(F5)。

结果，获得输出电压V3，其与负载W的数值成比例地变化，并与所施加负载W的角度(方向)θ_w成比例地变化。获得输出电压V4，其与负载W的数值成比例地变化，并与所施加负载W的角度(方向)θ_W成反比例地变化。因此，在本实施例中，输出电压V3和输出电压V4的合计值--即(V3+V4)--具有不依赖于负载W的角度θ_w的固定数值，与上面的实施例1的图7相似。

因此，对于本实施例，负载W的数值可使用输出电压的合计值(V3+V4)代替上面的实施例的输出电压V1来确定。采用公式(3)，基于作为合计值(V3+V4)的函数的β、常数α以及输出电压V4(V2)来计算负载W的角度(方向)θ_w。与上面的实施例类似，常数α不必固定，而是可以在必要时根据输出电压的合计值(V3+V4)等等得到校正。

尽管直到此时基于附图介绍了本发明的实施例，本发明也可以以其他的模式实施。

例如，在上面的检测装置10中，应变检测电路30被固定到应变体20的外圆周表面上，但是，它也可以被固定到应变体20的内圆周表面上。

另外，上面的检测装置10中的第一应变电阻元件HR1、第二应变电阻元件HR2、第三应变电阻元件HR3和第四应变电阻元件HR4不仅可以由厚膜电阻器形成，还可以由薄膜电阻器形成。

如图3所示，在应变检测电路30中，考虑到电极(端子)图案的定位等等，各应变电阻元件HR1、HR2、HR3和HR4被定位在应变体20的外圆周表面上，以从宽度中心沿宽度方向移动。但是，应变电阻元件可以沿宽度方向在中心位置上定位在外圆周表面上。总的来说，位于线B上侧的应变电阻元件和位于线B下侧的应变电阻元件被布置为使得前者和后者接受以相反方向定向的应力。

在上面的实施例的检测装置10中，外壳构件24被用作为第一构件，移置构件26被用作为第二构件。但是，外壳构件24可以被用作为第二构件，而移置构件26可以被用作为第一构件。另外，在上面的实施例中，负载W被施加到移置构件26且外壳构件24接受反作用力，但是，负载W可被施加到外壳构件24且移置构件26可接受反作用力。取决于安装结构、支撑结构和负载施加结构，可在必要时对上述实施例中的外壳构件24和移置构件26进行多种改变。

第一应变电阻元件HR1、第二应变电阻元件HR2、第三应变电阻元件HR3和第四应变电阻元件HR4不必具有图3示出的图案形状。可对图案形状的长和/或宽比例以及总体形状等等进行多种改变。

由无缝不锈钢管形成的上述应变体20可以通过沿纵向接合矩形不锈钢板的l两个末端而形成。当被焊接到移置构件26的安装部分26b和垫圈22时，不锈钢板可被形成为圆柱形。

在应变检测电路30中，各应变电阻元件HR1、HR2、HR3和HR4如图2所示沿圆周方向等距地布置在应变体20上。但是，它们不必布置为严格等间距，而是可以根据负载检测装置的定位模式或负载输入情况等在一定范围内环向移动。

在实施例2中，第二电桥B2的输出电压V4用于计算负载W的角度(方向)θ_w。但是，也可以使用第一电桥B1的输出电压V3类似地计算角度(方向)θ_W。

不言而喻，本发明可以以其他模式来实行，其中，尽管没有一一详细解释这样的其他模式，基于本领域技术人员的知识，可以做出多种变化和修改。

Claims (6)

1.一种用于检测负载值和负载方向的负载和负载方向检测装置(10)，包括：

主传感器单元(12)，该单元包括：(i)圆柱形应变体(20)，其在圆周表面上配备有沿圆周间隔开的至少四个应变检测元件(HR1，HR2，HR3，HR4)，以及(ii)第一构件(24)和第二构件(26)，这两个构件分别被固定，并支撑所述圆柱形应变体的相应末端，使得垂直于所述圆柱形应变体的轴(C)定向的负载作用在所述圆柱形应变体的所述相应末端中的一个上，反作用力作用在所述相应末端的另一个上；

负载数值计算单元(16)，其使用第一输出信号计算负载数值，所述第一输出信号基于输出自第一电桥(B1)的信号，所述第一电桥包括所述至少四个应变检测元件中相对于所述轴定位的至少一对应变检测元件(HR3，HR2)；以及

负载方向计算单元(18)，其使用(i)第二输出信号以及(ii)所述第一输出信号来计算负载方向，所述第二输出信号基于输出自第二电桥(B2)的信号，所述第二电桥由所述至少四个应变检测元件中相对于所述轴定位的一对应变检测元件(HR4，HR1)和两个固定电阻器(SR1，SR2)构成。

2.如权利要求1的负载和负载方向检测装置，其中，所述第一电桥(B1)由第三应变检测元件(HR3)与第二应变检测元件(HR2)以及第四应变检测元件(HR4)与第一应变检测元件(HR1)构成，且

所述第一输出信号对应于当在所述第三应变检测元件与所述第四应变检测元件之间以及所述第二应变检测元件与所述第一应变检测元件之间施加电源电压(E)时出现在所述第三应变检测元件与所述第二应变检测元件间所产生电势和所述第四应变检测元件与所述第一应变检测元件间所产生电势之间的电势差。

3.如权利要求1或2的负载和负载方向检测装置，其中，所述第二电桥(B2)由第四应变检测元件(HR4)与第一应变检测元件(HR1)以及两个固定电阻器(SR1，SR2)构成，且

所述第二输出信号对应于当在所述第四应变检测元件与一个固定电阻器之间以及所述第一应变检测元件与另一固定电阻器之间施加电源电压(E)时出现在所述第四应变检测元件与所述第一应变检测元件间所产生电势和所述两个固定电阻器间所产生电势之间的电势差。

4.如权利要求1的负载和负载方向检测装置，其中，所述至少四个应变检测元件(HR1到HR4)沿圆周方向等距地布置在所述圆柱形应变体(20)上，且

响应于施加的负载，第二应变检测元件(HR2)及第四应变检测元件(HR4)在其电阻值上与第三应变检测元件(HR3)及第一应变检测元件(HR1)以相反的方向变化。

5.如权利要求2的负载和负载方向检测装置，其中，所述至少四个应变检测元件(HR1到HR4)沿圆周方向等距地布置在所述圆柱形应变体(20)上，且

响应于施加的负载，所述第二应变检测元件(HR2)及所述第四应变检测元件(HR4)在其电阻值与所述第三应变检测元件(HR3)及所述第一应变检测元件(HR1)以相反的方向变化。

6.如权利要求3的负载和负载方向检测装置，其中，所述至少四个应变检测元件(HR1到HR4)沿圆周方向等距地布置在所述圆柱形应变体(20)上，且

响应于施加的负载，所述第二应变检测元件(HR2)及所述第四应变检测元件(HR4)在其电阻值上与所述第三应变检测元件(HR3)及所述第一应变检测元件(HR1)以相反的方向变化。

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