CN103674400A - 力传感器及其可靠性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种力传感器及其可靠性测试方法，包括：具有在操作上连接至测量对象（9）的生成作用于测量对象（9）上的力的测量信号的测量元件（15，74）的换能器（8，73），彼此独立地传输所述测量信号的相应信号的两个传输通道（4，5，104，105）。为了更容易生产力传感器和/或提供力传感器改进的操作特性，将所述传输通道（4，5，104，105）并行连接至同一换能器（8，73），所传输的信号能够在每个传输通道的输出处验证。在一种测量方法中，测试信号在其内注入了所述测试信号的传输通道（4，5，104，105）内以及在其内尚未注入测试信号的另一传输通道内被评价。在另一种测试方法中，比较所传输的信号，比较的结果被用来评估所传输信号的正确性。

Description

力传感器及其可靠性测试方法

技术领域

本发明涉及力传感器，包括：具有在操作上连接至测量对象的用于生成对作用于测量对象上的力的测量信号的测量元件的换能器，以及配置用于彼此独立地相互传输所述测量信号的相应信号的至少两个传输通道。本发明还涉及用于振动和/或旋转包括至少一个这样的力传感器的引擎的监测系统。本发明还涉及用于测试此类力传感器的操作可靠性的方法。

背景技术

这样的力传感器可从EP0116810A1中了解。力传感器通过包括两个压电换能器的加速计以及由作用于两个换能器上的公共震动质量块以及仅作用于一个换能器上的附加震动质量块提供的测量对象来构造。两个换能器的灵敏度以及作用于其上的惯性力被选择，使得两个换能器在加速力的作用之下各自传递相等的输出信号。由于两个换能器的灵敏度的匹配，相互对应的测量信号能够被生成并且通过为每个换能器提供的各个传输通道来传输。

冗余的传感器一般被用于其中需要很高的可靠性来进行特定的测量的应用中。冗余测量法包括比较相互对应的测量信号，特别是在给定时刻的参数相同的测量信号，以便提高测量的可靠性。为了进行该比较，理想情况下这两个信号应当是相同的。

但是，在双通道振动测量的特定情形中，实践表明，要获得完全相同的两个单独信号是很困难的，因为两个力传感器，特别是两个加速计，无法精确地放置于引擎内的同一点上。由于该原因，根据EP0116810A1的所谓的双加速计被研发出来，其中两个分离的换能器元件被构造于一个公共的外壳之内。这种方法的冗余性包括公共的预加载系统、公共的震动质量块，但是两个分离的压电换能器元件，每个通道一个。测量链（即，传输线缆和电荷放大器）的剩余部分被保持为分离的且完全隔离的传输通道。

但是，为了良好执行的系统，双加速计的两个传输通道必须精确匹配。该匹配包括性能特性，例如，灵敏度、频率响应、电容和谐振。匹配常常使制造变得困难，并且它还需要利用大量的压电元件以及耗时的换能器元件校准。同样重要的是，温度响应以及个体的长时间老化变得靠近在一起。因而，这样的双加速计的生产会是很昂贵的。信号的失配或者非足够接近的匹配还会非常频繁地引起误报警。另外，这样的器件的尺寸和重量还会在安装于飞行器引擎上（其中优选为小的尺寸和重量）方面存在缺点。

本发明的一个目的是弥补上述不足中的至少一个，并且允许较容易地生产最初寻址的力传感器，和/或允许减小其构造尺寸，和/或给力传感器提供至少一个改进的操作特性，特别是有关其动态行为和/或温度响应和/或频率响应方面。本发明的另一目的是提供这样的力传感器的有利应用。本发明的另一个目的是提供用于测试此类力传感器的操作可靠性的方法，特别是通过避免已知的力传感器在操作方面的至少一个缺点。

这些目的中的至少一个通过根据权利要求1的力传感器、根据权利要求16的监测系统以及根据权利要求17和18的测试方法来达到。从属权利要求界定了优选的实施例。

发明内容

因此，在根据本发明的力传感器中，至少两个传输通道并行连接至同一换能器，使得在每个传输通道的输出处的传输信号能够被验证。以此方式，能够由在操作上连接到至少一个测量对象的同一换能器将与作用于测量对象上的力对应的相互对应的测量信号馈入传输通道之内，特别是在给定的时刻或者时间间隔。因而，在两个传输通道内的测量信号能够基于从换能器的同一测量元件得出的作用于测量对象上的力。由此，换能器优选地仅包括单个测量元件。

这具有能够降低力传感器的生产成本的经济上的优点，因为所需换能器的数量能够减少，并且相对附加的对应换能器的性能，换能器性质的相当复杂的匹配能够省略。特别地，可能只需要换能器的单次校准，从而导致较低的成本以及较少的因两个通道的失配所致的拒绝生产。而且，将不需要换能器性能与其余传感器系统的匹配。特别地，在换能器中提供的测量元件可以不是特别高的质量的。例如，任何压电材料都可以使用，特别是在其温度响应方面具有相对较低的精度的材料。

而且，力传感器的减小的尺寸和/或重量的结构优点能够通过减少其组件的数量来获得。所提出的根据本发明的力传感器的结构特征还可以允许容易地翻新现有系统，特别是它们可以应用于已经存在的力传感器的位置，其中将不需要改变传感器和/或线缆的形式和配合。

同时，能够保持或者甚至提高测量系统的高可靠性。特别地，在本发明的发明过程中已经认识到，仅将一个换能器用作这些传输通道的公共元件的操作优势能够补偿或者甚至提高具有用于每个传输通道的单独换能器的下降的冗余方面。

这些操作优点可以包括展示出单一性能特性，特别是单一动态行为、单一温度响应等的换能器，这些单一性能特性允许各个传输通道的输出信号进行理想的比较。而且，由于隔离的换能器，因而能够预期有关频率响应和/或谐振频率方面的改进的性能特性。另一个操作优点能够见于较高的可靠性以及与每次累计操作时间的累计失效次数对应的较大的平均故障间隔时间（MTBF）方面，因为所提出的力传感器含有较少的容易失效的元件。

另一操作优点可以是增强的功能可验证性和错误可检测性。这个优点是关键的，因为在现代航天和工业应用方面并不是那么关心失效的次数，而是更关心仍未检测到的失效数。特别地，几乎所有的失效来源在根据本发明的力传感器中都能够成为可检测的，这在现有技术的系统中是不可能的。对于错误检测，可以采用在测试（BIT）系统中所创建的标准的线路及接触监测。一种用于错误测试的有利方法将在下文进一步描述。

根据一种优选配置，与至少两个传输通道连接的换能器是与测量对象在操作上连接的单个换能器。更优选的是，力传感器确实仅包括一个这样的换能器。以此方式，能够使力传感器的生产成本、重量和尺寸最小化，并且同时能够获得高的操作可靠性，如同以上已经详述的。

原则上，多个换能器的冗余优点同样能够通过将至少两个换能器并入力传感器内而与用于至少两个传输通道的公共换能器的上述操作优点结合，每个换能器包括在操作上连接至测量对象的测量元件，其中至少两个各自的传输通道连接至每个换能器。但是，应当注意，当代的换能器，特别是基于压电测量元件的换能器，由于改进的处理及制造技术已经成为高度可靠的构件。因而，换能器的冗余可能不再是重要的因素。但是，现有技术的系统的现场经验指出，大部分的失效发生于传输通道，特别是在它们的连接器和传输线缆内，这些连接器和传输线缆在根据本发明的力传感器系统中优选地保持为完全冗余的。

为了在每个传输通道的输出处验证传输信号，可以想到各种可能性。根据第一优选验证方法，传输信号彼此相关，特别是通过传输信号的比较。相应的比较器电路可以设置于传输通道的输出处，或者设置为传输通道内的公共的中间构件。测量和/或传输错误的发生则可以基于由所比较的传输信号超出的预定差值来辨认。这种方法提供了对传输通道的完整性的持续常设检查。

根据第二优选验证方法，所传输的信号是关于所预期的信号值来单独调查的。例如，在已知的测量条件之下的测量或者至少一个测试信号的注入可以被使用以提供传输信号的某一期望值。测试信号的相应的验证电路可以设置于每个传输通道的输出处或者设置为在每个传输通道内的中间构件。更优选的是，两种验证方法都可应用于根据本发明的力传感器中。

优选地，由每个传输通道单独传输的相互对应的测量信号代表作用于测量对象上的力的相同参数，特别是在特定的时刻或者时间间隔或者以周期性的时间间隔。该参数可以包括测量对象的加速度、速度、位移、压力或压力变化。

根据第一优选布局，测量对象包括至少一个震动质量块，使得所述测量信号代表作为震动质量块的加速的结果而作用于震动质量块上的力。以此方式，可以实现加速计。这样的加速计可以构造出力传感器的特别有利的工作领域，因为加速计通常用于需要小的传感器尺寸的并且同时要求更高力测量可靠性的应用领域。

根据第二优选布局，测量对象包括至少一种气体和/或液体，使得所述测量信号代表所述气体和/或液体的压力和/或压力变化。以此方式，可以实现压力换能器。特别地，隔膜可以布置于力传感器之内或之外，在该隔膜上气体和/或液体的压力和/或压力变化将会起作用。优选地，换能器的测量元件然后在操作上连接至隔膜。

优选地，特别是在上述两种布局中，换能器包括用于采集由所述测量元件生成的所述测量信号的正电极和负电极。因而，从测量元件中得出的测量信号能够优选地在那些电极处被选择。优选地，每个电极连接至每个传输通道。

根据第一优选配置，传输通道基本上直接连接到各个电极中的至少一个。由此，对于每个传输通道，分离的接触点被优选地设置于所述电极中的至少一个上，更优选的是在所述电极的每一个上。更优选的是，每个传输通道优选地连接至各自电极的另一端。以此方式，冗余能够保持于基本上传输通道（包括传感器外壳之内的连接）的整个长度之上。

根据第二优选配置，传输通道中的至少两个连接至各自的电极，因为它们包括与电极连接的公共连接线。更优选的是，传输通道具有在与电极连接的公共连接线上的公共节点。优选地，公共节点紧接于电极而定位，以便在传输通道的尽可能大的距离上保持冗余。因而，相对于传输线的总长度，公共的连接线优选为相对较短的。特别地，公共的连接线和/或公共的节点优选地排布于电极与用于传输通道的传输线缆的连接器之间和/或在换能器所布置的外壳之内。

作为选择，公共的连接线还可以延伸到用于传输通道的几个传输线缆的公共连接器之内，和/或延伸到其内布置了换能器的外壳之外，以便促进连接器的布线和/或传输线缆的安装。由此，公共的节点同样可以排布于用于传输通道的几个传输线缆的公共连接器之内和/或排布于其内布置了换能器的外壳之外。而且，公共的节点还可以排布于传输通道的更上游处，特别是用于传输线缆的公共连接器的更上游处，其中传输线的主要部分仍然优选地设置为两个完全冗余的传输通道。例如，至少传输线的总长度的三分之二优选地通过至少两个分离的传输通道来提供，更优选的是至少传输线的总长度的90%。

在该第二优选配置中，优选的是其没有传感器自身的冗余，因为在传感器内的所有部件都是两个传输通道所共用的。但是传感器布局的成本被降低，并且其可靠性由于使用较少的部件而提高。

鉴于可靠性，测量系统优选地含有最少可能数量的连接器，因为实践表明连接器通常是整个测量系统中最脆弱的部件。但是，安装和维护测量系统的实用性规定要存在一定数量的连接器。了解连接器的相对较低的可靠性，在本发明中已经认识到，提供在换能器与电子单元之间的传输通道的可测性是非常有帮助的。

优选地，至少一个连接器被提供用于将至少一个传输通道连接到电极。更优选的是，各自的连接器被提供给所述传输通道中的每一个，通过该连接器各自的传输通道连接至所述电极。这可以具有包括连接器的传输通道完全冗余的优点，使得连接器作为可能的错误来源同样是可容易验证的。在另一种优选的配置中，公共的连接器被提供给所述传输通道，通过该连接器，传输通道共同地连接至所述电极。这可以允许传输通道的简化布线或安装。

连接器优选地包括正极（positive pole）和负极（negative pole）。这些极点中的每一个经由连接导线优选地连接至相应的电极。对于每个传输通道，优选地提供安装于各自连接器的极点的传输线缆。优选地，连接器布置于换能器的彼此相对的两侧，以方便传输线缆安装于其上。

优选地，连接器被集成于其内包封有换能器的外壳的壁内。更优选的是，连接器延伸穿过外壳壁。那些连接器在下文称为直通连接器。每个传输通道的传输线缆能够优选地从外壳的外部插入各自的直通连接器内。因而，能够方便传输通道的安装。优选地，测量对象部分地或者完全地包含于外壳之内。

优选地，换能器安装于底板上。底板、换能器和测量对象优选地串行排布。由此，换能器的测量元件优选地被机械夹持于底板与测量对象之间。预加载布局，特别是包括螺栓和螺母的预加载布局，被优选地应用以实现对换能器的机械夹持。换能器优选地与底板和/或外壳壁电绝缘，特别是通过布置于它们之间的绝缘板。

根据一种优选配置，第一传输通道连接至在测量元件的一端的电极，而第二传输通道连接至在测量元件的相对端的电极。这可以允许传输通道便于与换能器并行地布线，特别是各自连接器的方便布线。

优选地，换能器的测量元件通过压电测量元件，特别是压电板的叠层来构造。由这样的压电部件制成的测量元件具有在力传感器的各种预期应用领域中，特别是在用于振动和/或旋转引擎（例如，飞行器引擎和/或燃气轮机）的监测系统的领域中已得到良好证明和测试的优点。但是，原则上，同样可以想得到对施加于测量对象的力敏感的其他测量元件。

根据一种优选配置，电极基本上延伸穿过压电板的叠层，从其一端到相对端。而且，电极优选地沿蜿蜒的路线延伸穿过压电板的叠层。由此，每个电极优选地通过互连成串的几个接触板来构造。接触板被优选地布置于叠层内的每个压电板各自的带正电或带负电侧。由此，通过在它们之间的导电互连器将接触板优选地串在一起，每个接触板沿着压电板的外部面延伸。电极优选地在接触板和导电互连器的过渡区内弯曲，以提供延伸穿过压电板的叠层的电极的蜿蜒形状。与传输通道的电接触，特别是与各自的连接器的电接触，被优选地设置于蜿蜒的电极的每一端。

优选地，每个传输通道包括信号放大器。每个信号放大器优选地包含于外壳之外的各自的传输通道内，在该外壳内排布有换能器。更优选的是，各个信号放大器被布置于每个传输通道的输出处。优选地，信号放大器包含于单个电子单元内。而且，信号放大器优选地经由各自传输通道的连接器和/或传输线缆连接至换能器。优选地，信号放大器包括DC解耦装置、滤波器、积分器以及用于使输入相对于地线完全浮置的装置中的至少一个。已经发现，这些构件，最主要的是DC解耦装置，能够用于提供在信号放大器的输出处的期望质量的信号，特别是用于提供高精度的测量值和/或允许以将在下面进一步描述的方法来测试传感器可靠性所必需的。优选地，DC解耦通过布置于信号放大器的正输入和负输入处的串行电容器来实现。

优选地，至少一个串行开关在至少一个信号放大器的，优选为每个信号放大器的输入之前布置，以便允许选择性的应用信号放大器。这能够有助于错误位置检测的进一步改进。

优选地，测试信号注入器被提供于至少一个传输通道内。测试信号注入器被优选地设置于各个传输通道的信号放大器的输入处。

根据第一优选配置，测试信号注入器仅包含于一个传输通道内。在根据本发明的力传感器中，单个测试信号注入器的这样布局不仅可以允许针对可能的错误来源来测试各个传输通道，而且可以测试其中没有提供这样的测试信号注入器的其他传输通道以及还有实际上处于整个力传感器中的其他可能的错误来源，这将在下文进一步描述。因而，在根据本发明的力传感器中的单个测试信号注入器的布局能够通过有利地减少所需构件的数量来提供高的可靠性标准。

根据第二优选配置，各个测试信号注入器包含于至少两个传输通道内。通过这样的测试信号注入器冗余，可以进一步提高可靠性标准，并且可以进一步促进对可能的错误来源的位置确定。优选地，测试信号注入器被提供于各个传输通道的信号放大器的输入处。

优选地，测试信号注入器包括至少一个信号发生器以及用于将由信号发生器生成的测试信号转换成能够馈入传输通道之内的相应电荷的至少一个信号转换器，特别是电容器。更优选的是，测试信号注入器还包括至少一个信号反相器，用于创建在信号发生器中产生的同样能够馈入传输通道之内的相同但反相的测试信号。

因此，本发明还包括包含以上所述的至少一个测试信号注入器的，且按照以上所述的方式包含于力传感器内的测试单元。

因此，本发明还包括用于测试包括至少一个测试信号注入器的力传感器的操作可靠性的第一方法。该测试方法优选地包括通过测试信号注入器将测试信号注入至少一个传输通道之内的步骤。优选地，测试信号在各个传输通道的信号放大器的输入处注入。优选地，测试信号由信号发生器生成，并且通过信号转换器，特别是一个或多个注入电容器来注入。

优选地，该测试方法还包括在其内已经注入测试信号的传输通道内评价测试信号的步骤。由此，测试信号优选地传输给信号放大器，并且在各个传输通道的信号放大器的输出处呈现为输出信号。优选地，该输出信号被用来验证由测试信号穿过的至少一个构件（特别是信号放大器）的传输特性。

优选地，该测试方法还包括在其内尚未注入测试信号的另一传输通道中评价测试信号的步骤。由此，特别是当测试信号已经在传输通道的信号放大器的输入处注入时，测试信号优选地穿过其中它已经在力传感器的换能器的方向上注入的传输通道。然后，测试信号优选地进入与换能器连接（优选为并行连接）的另一传输通道。由此，测试信号同样优选地传输给换能器。

在传输到另一传输通道之后，测试信号被优选地传输到在另一传输通道内的信号放大器。最后，测试信号优选地在还没有初始地注入测试信号的另一传输通道的信号放大器的输出处呈现为输出信号。优选地，该输出信号被用来验证由此已经由测试信号穿过的构件的传输特性，特别是各个信号放大器和/或者是各个传输线和/或换能器之一或二者。

以此方式，在一个传输通道内的测试信号注入优选地允许基于在每个信号放大器上的相应的输出信号来验证力传感器的基本上全部构件的无瑕疵功能。通过验证在每个信号放大器的更上游处的其余传输线内的这些输出信号，在其余传输线内的此类输出信号的其他用户的传输特性同样能够被测试。

因而，在根据本发明的力传感器中能够使在测量信号的传输线内的失效的实际上所有来源都可检测，特别是通过应用以上所述的方法。相比之下，现有技术的系统确实仅允许验证布置于从测试信号已经注入的传输通道的点起更上游处的构件的传输特性。因此，包含于现有技术的系统内的在测试信号注入的下游处的至少一些构件（例如，力传感器的换能器以及传输通道的剩余部分）因此无法被验证。那些不可验证的错误来源（能够通过本发明很大程度地减少，甚至去除）在现代航天和工业应用中是主要关注点。

本发明还包括用于测试力传感器的操作可靠性的第二方法。在该方法中，优选地将由换能器生成的和由传输通道单独传输的测量信号进行相互比较。由此，测量信号优选地仅由单个换能器来提供。该比较的结果然后被优选地用来评估信号的正确性。优选地，信号对它们进行比较之前就已经通过各个信号放大器被单独地放大。

第一和/或第二测试方法优选地在力传感器于正常的测量条件下操作之前和/或期间应用。由此，在正常的力传感器操作期间的第二测试方法优选地包括与换能器连接的第一传输通道的输出与第二传输通道的输出的常设比较。优选地，当两个传输通道的预定差值被超过时，警报被触发。优选地，力传感器被配置用于操作第一及第二测试方法两者，因为错误辨认和错误位置检测的两种不同方式能够累加达更高的操作可靠性。

本发明还包括用于振动和/或旋转引擎（特别是飞行器引擎和/或燃气轮机）的监测系统，在该监测系统中包括以上所述的至少一个力传感器。由此，力传感器被优选地直接安装于被监测的引擎或其他结构。力传感器的优选安装包括通过螺栓，特别是通过换能器安装于其上的力传感器的底板来固定。

附图说明

本发明将在下文参考用于说明本发明的更多性质和优点的附图通过优选实施例来更详细地解释。附图、说明书和权利要求书包括本领域技术人员同样可以单独预想到的且在更多适当的组合中使用的众多组合特征。在附图中:

图1是根据第一实施例的加速计的示意图；

图2是根据第二实施例的加速计的传感单元的示意图；

图3是在图2所示的加速计的传感单元内的压电换能器的详细视图；

图4是根据第三实施例的加速计的示意图；以及

图5是同样能够创建于图1、2和4所示的加速计内的电子单元的示意图。

具体实施方式

图1示出了形式为加速计的力传感器1。加速计1包括传感单元2以及用于传递代表传感单元2的测量结果的输出信号的电子单元3。传感单元2和电子单元3经由两个传输通道4、5来互连，通过这两个传输通道4、5能够将相互对应的测量信号从传感单元2传输到电子单元3。

传感单元2包括底板6，在该底板6上能够将传感单元2安装于待监测的引擎或其他结构上，特别是借助于螺栓。在底板6的安装表面的相对侧，布置有外壳7。在外壳7之内，压电换能器8布置于底板6之上。在压电换能器8之上，布置有震动质量块9。因而，提供了底板6、压电换能器8和震动质量块9的串行布局。

压电换能器8借助于布置于它们之间的各个绝缘板10、11与底板6和震动质量块9电隔离。底板6、绝缘板10、压电换能器8、绝缘板11及震动质量块9的串行布局借助于预加载固定来机械固定。预加载固定包括延伸穿过所述串行布局的中心的螺栓12以及在震动质量块9之上的螺母13。

压电换能器8包括布置于用于采集由压电测量元件15生成的测量信号的正电极16与负电极17之间的压电测量元件15。因而，震动质量块9构成以使代表由于震动质量块9的加速而作用于震动质量块9上的力的测量信号能够在测量元件15内生成的方式在操作上与压电测量元件15连接的测量对象。

包括集成于外壳7内的两个电隔离的直通连接器18、19。直通连接器18、19并排地穿过外壳7的壁。每个直通连接器18、19包括正极20、21和负极22、23。每个直通连接器18、19的正极20、21经由在外壳7之内的各个正连接导线24、25连接至压电换能器8的正电极16。相应地，每个直通连接器18、19的负极22、23经由在外壳7之内的各个负连接导线26、27连接至压电换能器8的负电极17。

正连接导线24、25在紧接于压电换能器8的正电极16的公共节点28处相遇。负连接导线26、27在紧接于压电换能器8的负电极17的公共节点29处相遇。自公共的节点28、29起，各个公共的连接器线分别通至正电极16和负电极17。以此方式，直通连接器18、19并行连接至压电换能器8。

传输通道4、5每个都还包括传输线缆31、32。每个传输线缆31、32包括正信号线33、34和负信号线35、36。每个传输线缆31、32以使正信号线33、34与正极20、21电接触并且负信号线35、36与负极22、23电接触的方式插入各自的直通连接器18、19之内。

电子单元3包括两个基本上相同的子单元41、42。子单元41、42每个都包括正信号输入43、44和负信号输入45、46，该正信号输入43、44和负信号输入45、46连接至传输线缆31、32的各自信号线33、34、35、36。子单元41、42还包括其上提供了每个传输通道4、5的输出信号的各自信号输出65、66。以此方式，由压电换能器8生成的相互对应的测量信号能够经由各自的传输线缆31、32传输到每个子单元41、42，并且经由各个信号输出65、66作为每个子单元41、42的输出信号来传递。两种不同的信号方式由图1中的字母A和B来指示。

这种方法的冗余性包括公共的压电换能器元件8、由预加载螺栓12和螺母13构成的公共的预加载系统、公共的震动质量块9以及公共的外壳7和底板6，但是两个分离的直通连接器18、19，每个通道A和B一个。因而，加速计1的特征在于一个单个压电换能器元件8，其具有与换能器元件8并行连接的两个输出连接器18、19。

当传感单元2被振动时，震动质量块9的惯性力将作用于公共的换能器元件8，该公共的换能器元件8将通过压电效应产生与作用惯性力对应的并且由此与传感单元2所受到的加速度对应的电荷。电荷出现于通道A和B的两个分离的直通连接器18、19上。

电荷信号然后借助于传输线缆31、32传送到电子单元3。电子单元3的子单元41、42每个都包括各自的信号放大器51、52。出于简化起见，这些电荷放大器51、52以图1中的很基本的示意图来进行符号表示，并且可以是更加复杂的，包括DC解耦装置、滤波器、积分器、使输入相对地线完全浮置的装置等。所述DC解耦装置可以具体包括放置于图1、4和5所示的电荷放大器51、52的正输入和负输入处的串行电容器。由此，串行电容器优选地被提供为使得电荷放大器51、52连同电荷放大器51、52与其并行电连接的压电换能器元件8、73一起所产生的输入阻抗作为用于由压电元件8、73产生的电荷的电荷划分器来工作。

在每个信号放大器51、52的输入处设置有用于允许测试信号的注入的测试信号注入器62、63。每个测试信号注入器62、63都包括一对注入电容器53、54和55、56，信号发生器57、58以及反相器59、60。测试信号由各个信号发生器57、58生成。相同但反相的信号由各个反相器59、60产生。电容器53、54、55、56将测试信号电压转换成相应的电荷。

测试方法包括借助于在通道A的电荷放大器51的输入处的注入电容器53、55来注入由信号发生器57生成的测试信号。测试信号传输到电荷放大器51，并且呈现为在通道A的电荷放大器51的输出处的输出信号。通过验证该输出信号，可以检查出电荷放大器51的传输特性是否是无瑕疵功能的。

由信号发生器57生成的且由电容器53、55注入的测试信号将同样通过传输线缆31从电荷放大器51的输入向传感单元2传输，并且经由连接器18进入传感单元2。由于两个传输通道4、5（特别是两个连接器18、19）并行连接至压电换能器8，因而测试信号将同样呈现于用于信号通道B（即，连接器19）的传感单元2的输出处。从该处起，测试信号通过传输线缆32传输到子单元42的电荷放大器52的输入处，并且然后传输到电荷放大器52，并且最后呈现为在通道B的电荷放大器52的输出处的输出信号。通过验证该输出信号，可以检查出电荷放大器52的传输特性是否是无瑕疵功能的。通过由输出信号的用户验证在信号通道A和B的更上游处的测试信号，同样能够测试剩余的传输线。

图2示出了根据本发明的加速计的传感单元72的第二实施例。与图1所示的传感单元2的各个构件直接对应的传感单元72的构件由相同的附图标记指示。

与传感单元2的压电换能器8相对比地，相应地布置了传感单元72的压电换能器73。压电换能器73包括通过多个压电板75来构造的测量元件74。例如，图2示出了包含于测量元件74内的5个压电板75。但是，任何其他数量的压电板75都能够包含于测量元件74内。压电板75堆叠于彼此之上。压电板75以使相应充电的面彼此相邻的方式来堆叠。

压电换能器73还包括正电极76和负电极77。在压电板75之间，设置有正电极76，该正电极76在穿过压电板75的叠层的蜿蜒进程中沿着压电板75的基本上全部带正电的面延伸。以类似的方式来设置负电极77，该负电极77在穿过压电板75的叠层的蜿蜒进程中沿着压电板75的基本上全部带负电的面延伸。以此方式，正电极76和负电极77基本上从测量元件74的第一端部到其第二端部蜿蜒地穿过压电板75的叠层。

两个直通连接器78、79被集成于外壳7的壁内。每个连接器78、79都包括正极80、81和负极82、83。因而，穿过图2所示的连接器78、79的这两个不同的信号通道A、B对应于图1所示的加速计1的信号通道A。虽然这两个连接器78、79被示于外壳7的两个相对侧面上，但是连接器78、79同样能够共同定位或者物理集成于具有电隔离的接触极80、82和81、83的一个连接器内。

连接器78、79的正极80、81每个都经由各自的正连接导线84、85直接连接至正电极76。由此，连接器78的正连接导线84连接至正电极76的第一端部88，而另一连接器79的正连接导线85连接至正电极76的第二端部89。类似地，连接器78、79的负极82、83每个都经由各自的负连接导线86、87直接连接至负电极77。由此，连接器78的负连接导线86连接至负电极77的第一端部90，而另一连接器79的负连接导线87连接至负电极77的第二端部91。以此方式，连接器78、79并行连接至在其电极76、77的相对端部88、90和89、91处的压电换能器73。

因而，与通道A对应的第一直通连接器78的正极和负极80、82使用连接导线84、86连接至在压电板75的叠层的第一端部88、90处的各自的正电极和负电极76、77。与通道B对应的第二直通连接器79的正极和负极81、83使用连接导线85、87连接至在压电板75的叠层的第二端部89、91处的各自的正电极和负电极76、77。

像这样，施加于通道A处的第一连接器78的负极82的电子信号将仅能够传递到通道B处的第二连接器79的负极83，如果包括连接导线86、87和全部相应的连接的负电极77的整个链完好无损。对正电极76的整个链进行相应的考虑。因而，以上结合图1所描述的测试方法能够有利地应用于同样验证传感单元72的功能。

图3是在图2所示的传感单元72中的压电换能器73的示意性分解图。压电板75具有圆形表面。正电极76包括与压电板75的表面匹配的正接触板95。正接触板95被夹于压电板75的两个带正电的面之间。类似地，负电极77包括与压电板75的表面匹配的负接触板96。负接触板96被夹于压电板75的两个带负电的面之间。

各个电极76、77的接触板95、96通过布置于它们之间的导电互连器97、98来串行互连。每个导电互连器97、98沿着压电板75的外部面延伸。电极76、77在接触板95、96与导电互连器97、98之间的各个过渡区处弯曲。以此方式，提供了电极76、77的蜿蜒进程。

在图3中进一步示出的是分离的信号通道A、B与其接触的正电极76和负电极77的上端部88、90和下端部89、91。因而，正电极76包括用于与每个传输通道4、5单独接触的分离的接触点88、89。相应地，负电极77包括用于与每个传输通道4、5单独接触的分离的接触点90、91。

图4示出了根据本发明的加速计101的第三实施例。与图1所示的加速计1的各个构件直接对应的加速计101的构件由相同的附图标记来指示。

加速计101的传感单元102不同于加速计1的传感单元2，因为只有单个直通连接器118被集成于外壳7的壁内。直通连接器118的正极120经由正连接导线124与正电极16直接连接。直通连接器118的负极122经由负连接导线126与负电极17直接连接。

传输通道104、105各自的传输线缆131、132与单个连接器118并行地互连。每个信号线缆131、132都包括正信号线133、134和负信号线135、136。正信号线133、134在紧接于单个直通连接器118的公共节点128处相遇。负信号线133、134在紧接于单个直通连接器118的公共节点129处相遇。从公共节点128、129起，各个公共的连接器线分别通至连接器118的正极120以及连接器118的负极122。以此方式，传输通道104、105同样并行地连接至压电换能器108。

图5示出了能够代替以上所描述的电子单元3来应用的电子单元140。与图1和4所示的电子单元3的各个构件直接对应的电子单元140的构件以相同的附图标记指示。

电子单元140包括两个基本上相同的子单元141、142。在每个子单元141、142的输入43、44和45、46之后，布置各个串行开关145、146。开关145、146允许子单元141、142的，特别是它们各自的信号放大器51、52和/或测试信号注入器62、63的在加速计1、101内的选择性应用。因而，只有子单元141、142中的一个或两者或者没有任何一个能够选择性地连接至各个传输线缆31、32、131、123。子单元141、142的这种选择性应用允许进一步地提高对可能的错误位置的检测。

总体上，在本发明的上述示例性实施例中，使用具有单个换能器元件的且两个分离的连接器A和B的加速计的双通道测量系统被给出。压电换能器元件的个体（正的和负的）电极可以并行地电连接至集成于外壳内的两个分离的直通连接器。

一种优选的实施例的特征在于正电极和负电极蜿蜒穿过压电板的叠层，从叠层的第一端部到相反的第二端部。第一直通连接器A的正极和负极可以连接至在压电板的叠层的第一端部处的各个正电极和负电极，而第二直通连接器B的正极和负极可以连接至在压电板的叠层的第二端部处的各个正电极和负电极。像这样，施加于第一连接器A的负极的电子信号可以只能够传递到第二连接器B的负极，如果包括全部连接导线的负电极的整个链是完整无损的。对于正电极，可以应用相同的推理。

这样的示例性冗余测量系统的其余部分能够保持为相似的，并且许多部分是与现有技术的系统相同的，即，两个分离的传输线缆可以在公共的元件双传感器处连接至连接器A和B，并且导致分离的电荷放大器。

根据本发明的一种示例性方法包括通道A与通道B的输出的常设比较。当两个通道的预定差值被超过时，警报被触发。

根据本发明的公共元件双传感器振动传感系统的一个实例还可以包括用于测试整个振动传感系统的机内测试（=BIT）特征，该振动传感系统包括测量系统的电荷放大器和上游构件，以及包括公共元件双传感器的电荷放大器的下游构件。在通道A和通道B的电荷放大器的输入处，可以设置用于允许测试信号的注入的装置。BIT序列可以通过在通道A的电荷放大器的输入处注入个体校准的电荷信号来实现。该测试信号能够传输到通道A的电荷放大器以及其余上游构件，并且最后能够在系统的输入A处被验证。相同的信号能够穿过通道A的传输线缆从注入点的下游传输到公共的元件双换能器，以及从通道B的传输线缆之上并且穿过通道B的电荷放大器和其余上游构件，并且能够在系统的输出B处被验证。

这种测试方法可以允许测试整个系统，包括通道A和通道B的全部功能部件。然后，BIT测试能够重复进行在通道B的电荷放大器处的电荷信号注入以及因此在通道B和通道A的输出处的验证。虽然这对于整个系统的测试并不是严格必要的，但是它在检测到失效的情况下给出关于在哪个系统部件可以找到失效的某种进一步的指示。在电荷放大器的输入处的串行开关的选择性使用按照图5所示的可选特征进行。有可能进一步提炼失效的可能位置。

使用双通道加速计的现有技术的双系统可以具有几种公共模式的失效，即，会损害两个通道A和B的良好功能的失效。这是由于两个通道所共用的部件的失效。这些构件具体地为双传感器的外壳以及公共的质量块和预加载螺栓及螺母，而且还有换能器是否完全存在于安装内的事实。

与现有技术的系统相比，使用根据本发明的公共元件双传感器的根据本发明的振动传感系统可以具有几个附加的公共模式的失效。这可以是由于压电换能器元件同样能够是用于两个通道的公共元件的事实。但是，根据本发明的系统能够比现有技术的系统更高级，因为几乎所有的失效都能够检测，这在现有技术的系统中并非如此。

根据上述描述，在不脱离仅由本权利要求书界定的本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员应当清楚根据本发明的力传感器的以及用于测试其操作可靠性的方法的众多修改。

Claims (18)

1.一种力传感器，包括：换能器（8，73）以及至少两个传输通道（4，5，104，105），所述换能器具有可操作地连接至测量对象（9）的用于生成作用于所述测量对象（9）上的力的测量信号的测量元件（15，74），所述传输通道被配置用于彼此独立地相互传输所述测量信号的相应信号，其特征在于所述传输通道（4，5，104，105）与同一换能器（8，73）并行连接使得在每个传输通道（4，5，104，105）的输出处所传输的信号能够被验证。

2.根据权利要求1所述的力传感器，其特征在于所述换能器（8，73）是可操作地连接至所述测量对象（9）的单个换能器。

3.根据权利要求1所述的力传感器，其特征在于所述测量对象包括至少一个震动质量块（9）使得所述测量信号代表作为所述震动质量块（9）的加速的结果的作用于所述震动质量块（9）上的力。

4.根据权利要求1所述的力传感器，其特征在于所述测量对象包括至少一种气体和/或液体，使得所述测量信号代表所述气体和/或液体的压力和/或压力变化。

5.根据权利要求1所述的力传感器，其特征在于所述换能器（8，73）包括用于采集由所述测量元件（15，74）生成的所述测量信号的正电极和负电极（16，17，76，77），其中所述电极（16，17，76，77）中的每一个连接至所述传输通道（4，5，104，105）中的每一个。

6.根据权利要求5所述的力传感器，其特征在于至少一个连接器（18，19，78，79，118）被提供用于将所述传输通道（4，5，104，105）中的至少一个连接至所述电极（16，17，76，77）。

7.根据权利要求6所述的力传感器，其特征在于所述换能器（8，73）被封闭于外壳（7）内，其中所述连接器（18，19，78，79，118）被集成于所述外壳（7）的壁内。

8.根据权利要求5所述的力传感器，其特征在于所述传输通道（4，5，104，105）中的第一传输通道在所述测量元件（15，74）的一端与所述电极（16，17，76，77）连接，而所述传输通道（4，5，104，105）中的第二传输通道在所述测量元件（15，74）的相对端与所述电极（16，17，76，77）连接。

9.根据权利要求1所述的力传感器，其特征在于所述测量元件是压电测量元件（15，74）。

10.根据权利要求9所述的力传感器，其特征在于所述压电测量元件（15，74）由压电板叠层（75）构成。

11.根据权利要求5至8和权利要求10中的任一项所述的力传感器，其特征在于所述电极（16，17，76，77）沿蜿蜒路线延伸穿过所述压电板叠层（75）。

12.根据权利要求1所述的力传感器，其特征在于所述传输通道（4，5，104，105）中的每一个包括信号放大器（51，52）。

13.根据权利要求12所述的力传感器，其特征在于所述信号放大器（51，52）包括用于对所述信号的DC部分解耦的装置。

14.根据权利要求1所述的力传感器，其特征在于测试信号注入器（62，63）被提供于所述传输通道（4，5，104，105）中的至少一个传输通道内。

15.根据权利要求12、权利要求13和权利要求14中的任一项所述的力传感器，其特征在于所述测试信号注入器（62，63）被提供于所述信号放大器（51，52）中的至少一个信号放大器的输入处。

16.一种用于振动和/或旋转引擎，特别是振动和/或旋转飞行器引擎和/或燃气轮机的监测系统，包括根据至少一个权利要求1至15中的任一项所述的力传感器。

17.一种用于测试根据权利要求1至15中的任一项所述的力传感器的操作可靠性的方法，其特征在于由所述换能器（8，73）生成的所述测量信号与由所述传输通道（4，5，104，105）传输的所述测量信号被比较，其中所述比较的结果被用来评估所传输信号的正确性。

18.一种用于测试根据权利要求14至15中的任一项所述的力传感器的操作可靠性的方法，其特征在于，测试信号由所述测试信号注入器（62，63）注入所述传输通道（4，5，104，105）中的至少一个之内，并且其特征在于，在其内注入了所述测试信号的所述传输通道（4，5，104，105）内以及在其内还没有注入所述测试信号的另一个传输通道（4，5，104，105）内，所述测试信号被评价。

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