CN108779975A - 传感器装置、测量装置、机动车和用于探测构件的瞬时变形的方法 - Google Patents

传感器装置、测量装置、机动车和用于探测构件的瞬时变形的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于测量构件(3)、尤其底盘构件的瞬时变形的传感器装置(5)，传感器装置具有：至少一个可固定在构件(3)处的传感器层(7)，该传感器层具有尤其由聚合物材料形成的载体材料和嵌入其中的导电颗粒；和至少三对触头对，其分别具有两个彼此间隔开地布置在传感器层(7)处的电测量触头(8)，其中，触头对相对彼此如此布置，使得可通过电阻测量来确定传感器层(7)在至少三个不同的方向上的瞬时变形。本发明还涉及一种用于探测构件(3)、尤其底盘构件的瞬时变形的测量装置(4)和方法，以及具有底盘(2)的机动车(1)。

Description

传感器装置、测量装置、机动车和用于探测构件的瞬时变形的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量构件、尤其底盘构件或传动机构构件的瞬时变形的传感器装置，具有至少一个可固定在构件上的传感器层，其具有载体材料和嵌入其中的导电颗粒。
本发明还涉及一种用于探测构件、尤其底盘构件或传动机构构件的瞬时变形的测量装置，具有至少一个可固定在构件处的传感器装置和至少一个在信号技术上与传感器装置连接的测量电子设备，其中，测量电子设备设置成由在传感器装置处的电阻测量确定构件的瞬时变形。
本发明还涉及一种具有底盘和传动机构的机动车以及用于探测构件、尤其底盘构件或传动机构构件的瞬时变形的方法，构件具有至少一个固定在此处的传感器层，其具有载体材料、尤其聚合物材料和嵌入其中的导电颗粒，并且在该传感器层处布置有电测量触头。
背景技术
已知应变片用于测量构件的瞬时变形，以便由此确定作用在构件处并且引起变形的力。应变片可为此粘到构件上，其中，使构件伸展的力通过粘接部传递到应变片上。然而，粘接部可由于老化改变其传递作用，这使得构件的瞬时变形的测量失真。
此外，已知为了测量构件的瞬时变形，使用其磁致伸缩特性。在此，使构件磁化，使得在没有机械力作用的情况下，没有磁场离开构件。作用在构件上的力越大，或构件的由此引起的瞬时变形越强，离开构件的磁场线越多。此时可探测磁场线，以测量构件的瞬时变形。然而，磁致伸缩的测量方法对外部的干扰场相对敏感，从而该方法在此同样会出现错误地测量构件的瞬时变形。
通常，力的方向上的测量是重要的。虽然，应变片相对于磁致伸缩的方法具有的优点是，其可测量在确定方向上的伸展和压缩，然而，必须针对每个方向将主要用于相应的应变的各自的应变片粘接到构件上。
由US2013/0118267A1已知可固定在构件上的负荷传感器，其具有传感器层，传感器层具有聚合物材料和嵌入其中的导电碳纳米管(Carbon-Nano-Tubes；CNT)。通过该负荷传感器可测量构件的瞬时变形。
发明内容
本发明的目的在于，实现改善地测量构件的瞬时变形。
该目的通过独立权利要求来实现。有利的设计方案尤其在从属权利要求中给出，其可相应单独地或以彼此不同的组合呈现本发明的改进的或有利的方案。在此，传感器装置的改进方案可相应于测量装置、机动车和/或方法的改进方案，并且反之亦然，即使在下文中未明确指出个别情况。
根据本发明的用于测量构件、尤其底盘构件或传动机构构件的瞬时变形的传感器装置包括：至少一个可固定在构件处的传感器层，该传感器层具有载体材料、尤其聚合物材料和嵌入其中的导电颗粒；和至少三对触头对，其分别具有两个彼此间隔开地布置在传感器层处的电测量触头，其中，触头对相对彼此如此布置，使得传感器层在至少三个不同的方向上的瞬时变形可通过电阻测量确定。
因此，可仅仅借助于传感器装置确定构件在至少三个方向上的瞬时变形。构件的瞬时变形可为构件的弹性或塑性变形。传感器层原则上能够实现在任意多的方向上测量电阻测量，因为传感器层在所有的方向上一样敏感。最终在哪个方向上进行电阻测量，可通过触头元件相对彼此或相对于传感器层的相应的布置来确定。基于由电阻测量确定的传感器层在至少三个不同的方向上的瞬时变形确定构件的瞬时变形。在此，传感器层的瞬时变形尽可能相应于构件的瞬时变形。在电阻测量时，测量在一对触头对的两个测量触头之间的电阻。通过至少一个非共同的测量触头区分使触头对彼此区分开。
载体材料优选地为塑料。传感器层的聚合物材料为可弹性变形的聚合物材料。导电颗粒可以不同的大小和取向布置在传感器层中。载体材料可尤其合适地承担保护颗粒不受外部影响(温度、污物、湿气)并且具有好的粘合性能，从而在构件的使用寿命期间实现阻抗测量。
传感器装置可具有三个或多个触头对，其相应具有两个彼此间隔开地布置在传感器层处的电测量触头。在此，各测量触头可为多对触头对的一部分。然而，必须存在至少三个测量触头，以便可形成三对触头对。
传感器装置还可具有两个或多个布置在构件的不同区段处的传感器层，其具有布置在此处的测量触头。
传感器装置可施加在底盘构件上，例如导杆或摆动支座。同样，传感器装置可布置在传动机构的轴或杠杆上。因此可确定相关构件的推力负荷、压力负荷或拉力负荷或扭转，如随后还将更详细地阐述的那样。
根据一有利的设计方案，导电颗粒构造为碳纳米管。因此，传感器层最佳地适合于测量构件在至少三个方向上的瞬时弹性变形。碳纳米管在聚合物材料内各向同性地取向和分布。
根据另一有利的设计方案，传感器层材料配合地与构件连接。在此，传感器层可直接或通过粘接间接地材料配合地与构件连接。
有利地，传感器层构造为涂层。例如，传感器层可构造为镀层。替代地，传感器层可通过将其材料喷镀到构件上来形成。
另一有利的设计方案规定，在传感器层处布置有多个彼此间隔开的测量触头，其中，测量触头以规律的方式布置。这使得可在传感器层布置在构件上之后选择触头对，其使得能够实现在期望的方向上测量构件的瞬时变形。测量触头例如可矩阵似地布置在传感器层处。
根据本发明的用于探测构件、尤其底盘构件的瞬时变形的测量装置包括至少一个可固定在构件处的传感器装置和至少一个在信号技术上与传感器装置连接的测量电子设备，其中，测量电子设备设置成由在传感器装置处的电阻测量确定构件的瞬时变形。根据本发明，传感器装置根据上述设计方案中的一种或设计方案中的至少两种彼此的任意组合来构造。
上文参考传感器装置提到的优点相应与测量装置相联系。测量装置还可具有两个或多个可固定在构件的不同区段处的传感器装置。测量装置可针对每个传感器装置具有自己的测量电子设备或针对至少两个传感器装置具有一个共同的测量电子设备。测量电子设备可有线或无线地在信号技术上与传感器装置连接。测量电子设备可通过存在的车辆电子设备或单独的电子设备形成。测量电子设备可设置成在得到的构件的瞬时变形超过预定的极限值时产生信号。
根据一有利的设计方案，测量电子设备设置成由在传感器装置处的电阻测量确定瞬时作用到构件上的拉力、压力和/或弯曲力。
例如，作用到构件上的拉力可由传感器层和因此构件的测得的伸展确定。作用到构件上的压力可由传感器层和因此构件的测得的压缩确定。同样，作用到构件上的弯曲力可由在传感器层或构件处测得的弯曲力矩确定。替代地，弯曲力可由在一个方向上测得的传感器层或构件的伸展和在该方向上测得的压缩来确定。此外，还可测量构件的扭转，例如底盘导杆或轴。传感器层在相应的负荷作用到构件上时一起扭曲，从而还可确定这种类型的负荷。
有利地，测量电子设备设置成与位置相关地确定瞬时作用在构件上的力。由此可彼此分开地尤其测量一方面作用到构件上的弯曲力和另一方面作用到构件上的拉力和/或压力。
根据本发明的机动车包括底盘和根据上述设计方案中任一种或设计方案中的至少两种彼此的任意组合中的至少一个测量装置，其中，传感器层固定在底盘的构件处。
上文参考传感器装置或测量装置提到的优点相应与机动车相关联。机动车可尤其为轿车。
根据本发明的用于探测构件、尤其底盘构件或传动机构构件的瞬时变形的方法包括以下步骤，其中，借助至少一个固定在此处的传感器层来探测，传感器层具有载体材料，尤其聚合物材料和嵌入其中的导电颗粒，并且在该传感器层处布置有电测量触头：
-测量传感器层的在至少三对触头对的相应的电测量触头之间的瞬时的电阻值；和
-由测得的瞬时电阻值确定构件在至少三个不同的方向上的瞬时变形。
上文参考传感器装置提到的优点相应与该方法相关联。传感器装置尤其可用于执行该方法。
本发明不限于独立权利要求和从属权利要求的特征的给出的组合。还存在各特征彼此组合的其他的可能性，尤其在它们从权利要求、下文的实施例的说明，或直接从附图中得出时。
附图说明
下面借助附图进一步阐述本发明的优选的实施方式。其中：
图1示出了用于机动车的实施例的示意性的图示。
具体实施方式
图1示出了用于根据本发明的机动车1的实施例的示意性的图示。机动车1包括底盘2，在图1中仅仅示出了其中的底盘构件3。
机动车1还包括至少一个测量装置4以用于探测底盘构件3的瞬时变形。测量装置4包括固定在底盘构件3上的、用于测量底盘构件3的瞬时变形的传感器装置5和在信号技术上与传感器装置5连接的测量电子设备6。测量电子设备6设置成由在传感器装置5处的电阻测量确定底盘构件3的瞬时变形。测量电子设备6尤其可设置成由在传感器装置5处的电阻测量确定瞬时作用到底盘构件3上的拉力、压力和/或弯曲力。此外，测量电子设备可设置成与位置相关地或通过位置分辨确定瞬时作用到底盘构件3上的力。
传感器装置5包括固定在底盘构件3上的传感器层7，其具有聚合物材料和嵌入其中的未示出的导电颗粒。导电颗粒构造为碳纳米管。传感器层7材料配合地与底盘构件3连接。为此，传感器层7可构造为涂层。
传感器装置5允许形成多对触头对，其相应具有两个彼此间隔开地布置在传感器层7处的电测量触头8。在此，各触头对在本公开中通过布置在相应两个测量触头8之间双箭头9来表示。因此，在传感器层7处布置有多个彼此间隔开的测量触头8，其中，测量触头8以规律的方式布置。触头对相对彼此如此布置，使得传感器层5的在至少三个不同的方向上的瞬时变形可通过电阻测量来确定。
对于在图1中示出的实施例，探测三个不同的电阻值Ω1、Ω2和Ω3，并且将它们输送给测量电子设备6。因此，在三个不同的方向上进行电阻测量。该方向相对彼此以偏离90°的角度取向。
附图标记列表
1 机动车
2 底盘
3 底盘构件
4 测量装置
5 传感器装置
6 测量电子设备
7 传感器层
8 测量触头
9 双箭头(触头对)
Ω1 电阻值
Ω2 电阻值
Ω3 电阻值。

Claims (10)

1.一种用于测量构件(3)、尤其底盘构件的瞬时变形的传感器装置(5)，所述传感器装置具有能固定在所述构件(3)上的至少一个传感器层(7)，该传感器层具有尤其由聚合物材料形成的载体材料和嵌入其中的导电颗粒，其特征在于，所述传感器层还具有至少三对触头对，所述触头对分别具有两个彼此间隔开地布置在所述传感器层(7)处的电测量触头(8)，其中，所述触头对相对彼此如此布置，使得能通过电阻测量来确定所述传感器层(7)在至少三个不同的方向上的瞬时变形。
2.根据权利要求1所述的传感器装置(5)，其特征在于，所述导电颗粒为碳纳米管。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置(5)，其特征在于，所述传感器层(7)材料配合地与所述构件连接。
4.根据权利要求3所述的传感器装置(5)，其特征在于，所述传感器层(7)为涂层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器装置(5)，其特征在于，在所述传感器层(7)处布置有多个彼此间隔开的测量触头(8)，其中，所述测量触头(8)以规律的方式布置。
6.一种用于探测构件(3)、尤其底盘构件的瞬时变形的测量装置(4)，所述测量装置具有能固定在所述构件(3)上的至少一个传感器装置(5)和在信号技术上与所述传感器装置(5)连接的至少一个测量电子设备(6)，其中，所述测量电子设备(6)设置成由在所述传感器装置(5)处的电阻测量确定所述构件(3)的瞬时变形，其特征在于，所述传感器装置(5)根据权利要求中1至5中任一项来构造。
7.根据权利要求6所述的测量装置(4)，其特征在于，所述测量电子设备(6)设置成由在所述传感器装置(5)处的电阻测量确定瞬时作用到所述构件(5)上的拉力、压力和/或弯曲力。
8.根据权利要求7所述的测量装置(4)，其特征在于，所述测量电子设备(6)设置成与位置相关地确定瞬时作用到所述构件(3)上的力。
9.一种具有底盘(2)的机动车(1)，其特征在于，其具有根据权利要求6至8中任一项所述的至少一个测量装置(4)，其中，所述传感器层(7)固定在所述底盘(2)的构件(3)上。
10.一种用于探测构件(3)、尤其底盘构件的瞬时变形的方法，通过至少一个固定在此处的传感器层(7)来探测，该传感器层具有尤其由聚合物材料形成的载体材料和嵌入其中的导电颗粒，并且在该传感器层处布置有电测量触头(8)，所述方法具有以下步骤：
-测量传感器层(7)的在至少三对触头对的相应的电测量触头(8)之间的瞬时的电阻值(Ω1、Ω2、Ω3)；并且
-由测得的瞬时电阻值(Ω1、Ω2、Ω3)确定所述构件(3)在至少三个不同的方向上的瞬时变形。
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