DE102018112924A1

DE102018112924A1 - Kompensation von parasitären Effekten, insbesondere Temperatur, für Zweikanal-Messungen

Info

Publication number: DE102018112924A1
Application number: DE102018112924.6A
Authority: DE
Inventors: Lutz May
Original assignee: TRAFAG AG
Current assignee: TRAFAG AG
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2019-12-05

Abstract

Eine Signalverarbeitungseinheit (100) für eine Kraftmessvorrichtung (10), eine Kraftmessvorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln einer auf ein Testobjekt wirkenden Kraft ist beschrieben. Die Signalverarbeitungseinheit (100) weist eine Vorverarbeitungseinheit (105) auf. Die Vorverarbeitungseinheit (105) ist ausgeführt, ein erstes Kraftmesssignal (60-1, Ain) und ein zweites Kraftmesssignal (60-2, Ain) zu erhalten; einen ersten Signalwert des ersten Kraftmesssignals und einen zweiten Signalwert des zweiten Kraftmesssignals zu ermitteln, einen Verstärkungsfaktor zu ermitteln, um den ersten Signalwert und den zweiten Signalwert auf einen gleichen Wert zu bringen; den Verstärkungsfaktor auf zumindest ein Kraftmesssignal anzuwenden, um den ersten Signalwert und den zweiten Signalwert auf den gleichen Wert zu bringen und ein normiertes Trägersignal zu erhalten; und den Verstärkungsfaktor während eines Messvorgangs einer angewandten Kraft beizubehalten und die somit angepassten Kraftmesssignale (Aout, Bout) für das Ermitteln der anliegenden Kraft auszugeben. Somit können parasitäre Effekte auf die Kraftmesssignale entfernt werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungseinheit für eine Kraftmessvorrichtung, eine Kraftmessvorrichtung, und ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kraftmessvorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung das berührungslose Messen von Kräften, die an einem Testobjekt anliegen.
Technisches Gebiet
In vielen industriellen Bereichen ist es notwendig, an einem Bauteil, oder allgemein Testobjekt, anliegende mechanische Belastungen zu erfassen, um sich ein Bild von dem Zustand oder den Betriebsbedingungen des Bauteils machen zu können. Gerade auf dem Gebiet beweglicher Bauteile, z.B. rotierender Wellen, kann es eine Herausforderung sein, geeignete Messverfahren und -vorrichtungen bereitzustellen.
Beispielsweise können Dehnungsmessstreifen auf eine Welle geklebt werden, um einen Indikator für die Verformung der Welle zu erfassen. Alternativ können berührungslose Messverfahren samt -vorrichtungen bereitgestellt werden, um die an einer rotierenden Welle anliegenden Kräfte (z.B. Biegemomente, Drehmomente) zu erfassen. Solche berührungslosen Messverfahren haben den Vorteil, dass keine Sensoren unmittelbar an der Welle angebracht werden müssen. Auch ist es oftmals nicht erforderlich, die Welle für die Kraftmessung vorzubereiten oder zu präparieren. Die Kraftmessvorrichtung kann von außerhalb, z.B. seitlich, an die Welle herangeführt werden und die in der Welle vorherrschenden Kräfte erfassen und anzeigen. Insbesondere muss es nicht notwendig sein, dass die berührungslose Kraftmessvorrichtung die Welle vollständig umgibt, sondern sie kann von einer Seite angenähert und in einem gewissen Abstand zu der Welle positioniert werden.
Solche Messverfahren werden bevorzugt unter Verwendung von magnetischen Feldern umgesetzt. Eine Spule erzeugt ein Magnetfeld ausgehend von einem elektrischen Wechselsignal. Die Kraftmessvorrichtung wird so angeordnet, dass das erzeugte Magnetfeld zumindest teilweise durch das zu messende Testobjekt verläuft. Wird nun eine Kraft auf das Testobjekt ausgeübt, so verändert sich das Testobjekt dermaßen, dass es die Feldlinien des Magnetfeldes verändert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die weissschen Bezirke (magnetisierte Domänen) des Testobjekts sich auf Grund der anliegenden Kraft verändern. Jedenfalls kann der Einfluss dieser Veränderung des Testobjekts auf das Magnetfeld detektiert und als Indikator für die anliegende Kraft genutzt werden. Dieser Einfluss auf das Magnetfeld kann auch als Modulation bezeichnet werden. Um das modulierte Magnetfeld zu detektieren, können ebenfalls Spulen genutzt werden, in welche durch das modulierte Magnetfeld eine Spannung bzw. ein Strom induziert wird. Änderungen des Magnetfeldes führen zu Änderungen der induzierten Spannung bzw. des induzierten Stroms, so dass hieraus auf die anliegende Kraft geschlossen werden kann.
EP 3 051 265 A1 beschreibt eine solche Kraftmessvorrichtung, welche auf magnetischen Prinzipien beruht und bei welcher ein generiertes Magnetfeld von einem Testobjekt moduliert wird, das modulierte Trägersignal von Spulen erfasst wird und als Indikator für eine an dem Testobjekt anliegende Kraft dient.
Zusammenfassung
Es mag als objektive technische Aufgabe betrachtet werden, parasitäre Effekte und insbesondere Einflüsse von Temperatur oder Temperaturveränderungen auf Messsignale von Kraftmessvorrichtungen zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Signalverarbeitungseinheit für eine Kraftmessvorrichtung angegeben. Die Signalverarbeitungseinheit weist eine Vorverarbeitungseinheit auf. Die Vorverarbeitungseinheit ist ausgeführt, ein erstes Kraftmesssignal und ein zweites Kraftmesssignal zu erhalten, einen ersten Signalwert des ersten Kraftmesssignals und einen zweiten Signalwert des zweiten Kraftmesssignals zu ermitteln, einen Verstärkungsfaktor zu ermitteln, um den ersten Signalwert und den zweiten Signalwert auf einen gleichen Wert zu bringen, den Verstärkungsfaktor auf zumindest ein Kraftmesssignal anzuwenden, um den ersten Signalwert und den zweiten Signalwert auf den gleichen Wert zu bringen und ein normiertes Trägersignal zu erhalten, und den Verstärkungsfaktor während eines Messvorgangs einer angewandten Kraft beizubehalten und die somit angepassten Kraftmesssignale für das Ermitteln der anliegenden Kraft auszugeben.
Die beiden Kraftmesssignale sind beispielsweise Wechselsignale mit einer entsprechenden Amplitude und können amplitudenmoduliert sein. Die Amplitudenmodulation zeigt an, wie groß eine an einem Testobjekt anliegende Kraft ist. Die Amplitudenmodulation moduliert einem Trägersignal eine Amplitudenänderung in Abhängigkeit der anliegenden Kraft auf und verändert die Amplitude des Trägersignals positiv oder negativ. Als Kraftmesssignal wird das modulierte Trägersignal verstanden.
Die beiden Kraftmesssignale werden jeweils in einem Verarbeitungszweig der Vorverarbeitungseinheit verarbeitet.
Der Signalwert der Kraftmesssignale kann beispielsweise ein Spitzenwert sein. Der Spitzenwert stellt insbesondere einen Unterschied zwischen den jeweiligen Maximalwerten der positiven und negativen Halbwellen des Wechselsignals dar. Dieser Spitzenwert wird auch als peak-to-peak-voltage (VPP) oder Spitze-Spitze-Spannung (VSS) bezeichnet. Der Signalwert kann aber auch das quadratische Mittel (rms, root mean square) oder der Effektivwert des entsprechenden Signals sein. Allgemein ist der Signalwert charakteristisch für ein Kraftmesssignal, insbesondere für dessen Amplitude.
Der Verstärkungsfaktor wird auf zumindest ein Kraftmesssignal angewendet und verändert die Amplitude dieses zumindest einen Kraftmesssignals in positiver oder negativer Richtung. Beispielsweise kann das Kraftmesssignal mit dem niedrigeren Signalwert verstärkt (positiver Verstärkungsfaktor) oder das Kraftmesssignal mit dem höheren Signalwert gedämpft (negativer Verstärkungsfaktor) werden. Es können aber auch beide Kraftmesssignale mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren beaufschlagt werden, um beide Kraftmesssignale auf einen gewünschten Amplitudenwert (VPP) zu verändern.
Der Schritt des Ermittelns des Verstärkungsfaktors und dessen Anwenden auf zumindest ein Kraftmesssignal wird bevorzugt ausgeführt, wenn an dem Testobjekt keine Kraft anliegt. Die sich dahinter verbergende Erkenntnis ist die Folgende: Nachdem zwei Kraftmesssignale in zwei Verarbeitungszweigen verarbeitet werden und möglicherweise auch von zwei Krafterfassungseinheiten (Sensoren) bereitgestellt werden, können sich parasitäre Effekte der zwei Krafterfassungseinheiten sowie der Verarbeitungszweige sowie darin angeordneter aktiver und passiver Komponenten unterschiedlich auf die beiden Kraftmesssignale auswirken und diese in ungewünschter Weise verändern. Insbesondere können sich die zwei Kraftmesssignale in unterschiedlicher Richtung verändern, so dass irrtümlicherweise auf eine an dem Testobjekt anliegende Kraft geschlossen wird. Bei den genannten parasitären Effekten kann es sich beispielsweise um Temperatureffekte handeln, welche die beiden Kraftmesssignale und/oder deren Verarbeitungszweig und/oder die Krafterfassungseinheiten unterschiedlich beeinflussen. Um nicht irrtümlicherweise eine von parasitären Effekten verursachte Signaländerung für ein Nutzsignal zu halten, welches auf eine anliegende Kraft hindeutet, werden die Kraftmesssignale in den zwei Verarbeitungszweigen auf einen gemeinsamen Wert gebracht, und zwar wenn an dem Testobjekt keine äußere Kraft anliegt. In diesem Fall müssen die beiden Kraftmesssignale gleich sein, weil beide Kraftmesssignale dem unmodulierten Trägersignal entsprechen. Die entsprechenden Schritte können als Einstellung oder Kalibrierung der Kraftmessvorrichtung oder der Signalverarbeitungseinheit bezeichnet werden. Bis zu diesem Punkt wurde das Trägersignal nicht moduliert und die Signalverarbeitungseinheit wurde so angepasst, dass beide Verarbeitungszweige den gleichen Signalwert des Trägersignals ausgeben. Dieser aneinander angeglichene Signalwert des Trägersignals kann als normiertes Trägersignal bezeichnet werden, weil beide Verarbeitungszweige so eingestellt sind, dass sie im belastungslosen Fall den gleichen Signalwert haben. In dem normierten Trägersignal sind einseitige (nur auf ein Kraftmesssignal oder nur auf einen Verarbeitungszweig wirkende) parasitäre Effekte eliminiert.
Es wird der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass in dieser Beschreibung unter dem Begriff der parasitären Effekte insbesondere auch äußere Einflüsse verstanden werden, insbesondere solche Einflüsse, die von der Temperatur herrühren.
Ändert sich nun die an dem Testobjekt anliegende Kraft, so wird das Trägersignal moduliert. Das modulierte Signal enthält eine Information über die an dem Testobjekt anliegende Kraft, und zwar in dem Ausmaß der Veränderung der Amplitude des Trägersignals. Diese Veränderung hat allerdings das normierte Trägersignal als Ausgangswert, so dass Änderungen der Signale in beiden Verarbeitungszweigen unabhängig von parasitären Effekten inkl. Temperatureinflüssen sind.
Der Verstärkungsfaktor kann positiv oder negativ sein und kann auf das erste Kraftmesssignal alleine oder auf das zweite Kraftmesssignal alleine angewandt werden. In einer Variante kann jeweils ein individueller Verstärkungsfaktor für beide Kraftmesssignale ermittelt werden, um beide Kraftmesssignale auf einen gewünschten Wert zu verstärken. In diesem letzten Fall sind die Verstärkungsfaktoren in der Regel nicht identisch.
Die ursprünglichen Kraftmesssignale werden von einer Erfassungseinheit oder einem Sensor bereitgestellt und an die Signalverarbeitungseinheit übertragen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorverarbeitungseinheit ausgeführt, bei einem Messvorgang einer anliegenden Kraft einen Signalwert des normierten Trägersignals von einem Signalwert des ersten Kraftmesssignals und von einem Signalwert des zweiten Kraftmesssignals zu subtrahieren.
Nachdem das normierte Trägersignal in beiden Verarbeitungszweigen und in beiden Kraftmesssignalen gleichermaßen und mit dem gleichen Betrag vorkommt, ist es für die Berechnung der anliegenden Kraft nicht mehr ausschlaggebend und kann von beiden Kraftmesssignalen subtrahiert werden. Nach dieser Subtraktion verbleibt in jedem Kraftmesssignal relativ zu dem normierten Trägersignal nur noch die von der anliegenden Kraft verursachte Modulation.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorverarbeitungseinheit ausgeführt, eine Differenz zwischen dem Signalwert des ersten Kraftmesssignals und dem Signalwert des normierten Trägersignals sowie eine Differenz zwischen dem Signalwert des zweiten Kraftmesssignals und dem Signalwert des normierten Trägersignals zu verstärken.
Diese Differenz entspricht dem der Kraft entsprechenden Signal bzw. dem von der anliegenden Kraft hervorgerufenen Modulation. Insbesondere bei niedrigen Modulationsgraden kann es für die weitere Verarbeitung hilfreich sein, das Modulationssignal zu verstärken.
Der Modulationsgrad entspricht dem Verhältnis der Signalveränderung, welche von der an dem Testobjekt maximal anliegenden Kraft verursacht wird, und dem Signalwert des unmodulierten Trägersignals. In Abhängigkeit von dem Messverfahren kann der Modulationsgrad unter 1%, teilweise erheblich unter 1%, z.B. bei 0,15%, liegen. Dies bedeutet, dass bei einem VPP des Trägersignals von 1 Volt die maximal an dem Testobjekt anliegende Kraft zu einer Veränderung des Trägersignals von höchstens +/- 10 mV führt, bei einem Modulationsgrad von 0,15% sind dies 1,5 mV. Das Nutzsignal für die Kraftmessung beträgt also höchstens 10 mV oder sogar weniger. Wird dieses Signal verstärkt, kann beispielsweise ein Wertebereich eines Analog-Digital-Wandlers besser ausgenutzt werden, um eine höhere Messgenauigkeit zu erzielen.
Gerade bei einem solch niedrigen Modulationsgrad ist der Einfluss von externen Parametern auf das Trägersignal gemessen an dem Nutzsignal sehr groß. Wenn beispielsweise die Umgebungstemperatur das Trägersignal um 3% verändert, ist diese Veränderung um Größenordnungen größer als die maximale Veränderung des Trägersignals auf Grund einer auf das Testobjekt angebrachten Kraft. Selbst wenn die Umgebungstemperatur das Trägersignal nur um 0,15% verändert, entspricht dies in manchen Ausführungsformen dem höchsten Betrag der Modulation resultierend aus der angewandten Kraft. Wird also das normierte Trägersignal aus den Messsignalen entfernt, wird auch der vergleichsweise große Einfluss von externen Parameter entfernt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorverarbeitungseinheit ausgeführt, im unbelasteten Fall des Testobjekts den ersten Signalwert und den zweiten Signalwert zu addieren und die Summe mit einem Ausgleichsmultiplikator von 0,5 zu multiplizieren, um das normierte Trägersignal zu erhalten.
Im unbelasteten Fall bestehen beiden Kraftmesssignale lediglich aus dem Trägersignal. Eine Kraft liegt definitionsgemäß nicht an, so dass die beiden Kraftmesssignale den gleichen Wert haben müssen. In dieser Ausführungsform wird das arithmetische Mittel der beiden Kraftmesssignale gebildet, um das normierte Trägersignal zu erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorverarbeitungseinheit ausgeführt, das normierte Trägersignal zu invertieren und bei einem Messvorgang der an dem Testobj ekt anliegenden Kraft auf das erste Kraftmesssignal und das zweite Kraftmesssignal zu addieren.
Damit verbleibt in beiden Verarbeitungszweigen lediglich die von der an dem Testobjekt anliegenden Kraft verursachte Modulation als Signal übrig, welches für die weitere Verarbeitung genutzt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Signalverarbeitungseinheit weiterhin eine Recheneinheit auf, welche mit der Vorverarbeitungseinheit so verbunden ist, dass die angepassten Kraftmesssignale von der Vorverarbeitungseinheit an die Recheneinheit übertragen werden können. Die Recheneinheit ist ausgeführt, eine Differenz zwischen dem ersten angepassten Kraftmesssignal und dem zweiten angepassten Kraftmesssignal zu ermitteln und diese Differenz für das Ermitteln der an dem Testobjekt anliegenden Kraft heranzuziehen.
Die Kraftmesssignale können als differentielle Messsignale ausgestaltet sein, d.h. bei einer an dem Testobjekt anliegenden Kraft verändert sich das eine Kraftmesssignal in positiver Richtung und das andere Kraftmesssignal in negativer Richtung. Die Differenz zwischen den beiden Kraftmesssignalen ist indikativ für die anliegende Kraft. Weil es sich um differentielle Signale handelt, wird u.a. der Wertebereich für die Messung der anliegenden Kraft erhöht.
Die Recheneinheit kann ein Prozessor, ein Mikrokontroller oder ein programmierbares Logikgatter (z.B. ein field programmable gate array, FPGA) sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Signalverarbeitungseinheit weiterhin einen Signalgenerator auf, welcher ausgeführt ist, ein Wechselspannungssignal an eine Magnetfelderzeugungseinheit auszugeben, damit die Magnetfelderzeugungseinheit ein magnetisches Feld erzeugt, welchem das Testobj ekt ausgesetzt wird.
Der Signalgenerator erzeugt das Anregungssignal für eine Spule, damit diese ihrerseits ein Magnetfeld erzeugt. Das von dem Signalgenerator ausgegebene Signal ist ursächlich für das Trägersignal. Auf der Empfängerseite induziert das Magnetfeld eine Spannung bzw. einen Strom in eine oder mehrere Magnetfelderfassungseinheiten. Diese induzierte Spannung bzw. Strom ist proportional zu dem von dem Signalgenerator ausgegebenen Signal, so dass diese Signale als Trägersignal bezeichnet werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Signalgenerator ausgeführt, ein Wechselsignal mit einer Frequenz zwischen 100 Hz und 50 kHz auszugeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform gibt der Signalgenerator ein Wechselsignal mit einer Frequenz zwischen 3 kHz und 10 kHz aus. Der Signalgenerator kann beispielsweise ein sinusförmiges Signal oder ein Rechtecksignal ausgeben.
Auf der Empfangsseite, also bei der Magnetfelderfassungseinheit, können sinusförmige Signale (beispielsweise im Vergleich zu rechteckförmigen Signalen) den Vorteil haben, dass hochfrequente Oberschwingungen nicht oder kaum vorhanden sind, so dass die Arbeitsweise von Spulen, Kondensatoren, Operationsverstärkern oder anderen analogen Bauteilen in einer Schaltung der Signalverarbeitungseinheit nicht negativ beeinträchtigt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Kraftmessvorrichtung angegeben. Die Kraftmessvorrichtung weist eine Signalverarbeitungseinheit wie oben und im Folgenden beschrieben, eine Magnetfelderzeugungseinheit, welche mit der Signalverarbeitungseinheit so verbunden ist, dass ein Anregungssignal an die Magnetfelderzeugungseinheit zum Erzeugen eines Magnetfeldes übertragen werden kann, und eine Magnetfelderfassungseinheit, welche so angeordnet ist, dass sie das von der Magnetfelderzeugungseinheit erzeugte und von einem Testobjekt modulierte Magnetfeld erfassen kann und zugehörige Kraftmesssignale an die Signalverarbeitungseinheit übertragen kann, auf.
Die Elemente der Kraftmessvorrichtung können in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, so dass die Kraftmessvorrichtung in der Nähe des zu messenden Testobjektes angeordnet werden kann. Es ist auch denkbar, dass nur ein Teil der Elemente der Kraftmessvorrichtung in einem eigenen Gehäuse angeordnet sind, und dann nur dieses Gehäuse in der Nähe des Testobjekts angeordnet wird. Die übrigen Elemente befinden sich in räumlichem Abstand zu dem Testobjekt. Zumindest die Magnetfelderzeugungseinheit und die Magnetfelderfassungseinheit befinden sich in einem vorgegebenen Abstand (>0) zu einer Oberfläche des Testobjekts. Damit kann das Testobj ekt auch eine rotierende Welle sein und es ist nicht nötig, irgendwelche Komponenten an der Oberfläche der Welle zu befestigen. Die Kraftmessvorrichtung ist damit eine berührungslose magnetische Kraftmessvorrichtung.
Wenn das normierte Trägersignal einmal berechnet wurde, kann es mit diesem Betrag verwendet werden, solange sich die Konfiguration des Messaufbaus nicht verändert. Wird allerdings eine Komponente verändert, z.B. der Sensor wird an einem anderen Ort mit Bezug zu dem Testobjekt angeordnet, der Abstand zwischen Sensor und Testobjekt ändert sich, oder es werden gar Komponenten ausgewechselt, muss das normierte Trägersignal neu bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Magnetfelderzeugungseinheit eine Spule, welche bei Anlegen eines Wechselsignals ein Magnetfeld erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Magnetfelderfassungseinheit eine erste Spule und eine zweite Spule auf und die erste und zweite Spule ist jeweils mit der Vorverarbeitungseinheit so verbunden, dass die von der ersten Spule und der zweiten Spule ausgegebenen Signale als erstes Kraftmesssignal bzw. als zweites Kraftmesssignal an die Vorverarbeitungseinheit übertragen werden.
Das modulierte Magnetfeld induziert Spannung/Strom in den Spulen der Magnetfelderfassungseinheit und dieses induzierte elektrische Signal ist indikativ für das modulierte Magnetfeld. Nachdem eine auf das Testobjekt angewandte Kraft das Magnetfeld verändert, ist das induzierte elektrische Signal auch indikativ für die angewandte Kraft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die erste Spule aus einer ersten Teilspule und einer dazu in Reihe geschalteten zweiten Teilspule und die zweite Spule besteht aus einer ersten Teilspule und einer dazu in Reihe geschalteten zweiten Teilspule besteht.
In dieser Ausführungsform können die Teilspulen räumlich voneinander beabstandet an dem Testobjekt angeordnet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Messen einer auf ein Testobj ekt wirkenden Kraft über ein erstes Kraftmesssignal und ein zweites Kraftmesssignal angegeben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Erfassen des ersten Kraftmesssignals und des zweiten Kraftmesssignals in einem unbelasteten Zustand des Testobjekts; Ermitteln eines Verstärkungsfaktors, um einen ersten Signalwert des ersten Kraftmesssignals und einen zweiten Signalwert des zweiten Kraftmesssignals auf einen gleichen Wert zu bringen; Anwenden des ermittelten Verstärkungsfaktors auf zumindest ein Kraftmesssignal, um ein normiertes Trägersignal zu erhalten; Entfernen des normierten Trägersignals von dem ersten Kraftmesssignal und dem zweiten Kraftmesssignal während eine Kraft auf das Testobj ekt ausgeübt wird, um ein erstes und ein zweites angepasstes Kraftmesssignal zu erhalten; Ermitteln der auf das Testobjekt ausgeübten Kraft basierend auf dem ersten und zweiten angepassten Kraftmesssignal.
Das Verfahren entspricht im Wesentlichen den Funktionen wie sie mit Bezug zu der Kraftmessvorrichtung und/oder der Signalverarbeitungseinheit beschrieben wurden. An dieser Stelle werden die Details nicht wiederholt. Selbstverständlich gilt die Beschreibung der Signalverarbeitungseinheit in analoger Weise für das Verfahren.
Figurenliste
Im Folgenden werden mit Bezug zu den Figuren Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Kraftmessvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung einer Kraftmessvorrichtung,
3 eine schematische Darstellung einer Kraftmessvorrichtung mit einer V orverarbeitungseinheit,
4 eine schematische Darstellung einer Vorverarbeitungseinheit,
5 eine schematische Darstellung einer Vorverarbeitungseinheit,
6 eine schematische Darstellung der Magnetfelderzeugungseinheit sowie mehrerer Magnetfelderfassungseinheiten mit Bezug zu einem Testobj ekt,
7 eine schematische Darstellung eines Diagramms mit den Schritten eines Verfahrens zum Messen einer auf ein Testobjekt wirkenden Kraft.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt eine Kraftmessvorrichtung 10 mit einer Signalverarbeitungseinheit 100, einer Magnetfelderzeugungseinheit 50 (Generatorspule LG) und zwei Magnetfelderfassungseinheiten 60 (Sensorspulen LSA und LSB).
Die Signalverarbeitungseinheit 100 weist einen Signalgenerator 110 auf, welcher ein Wechselspannungssignal mit vorgebbarer Frequenz und Amplitude an die Generatorspule LG ausgibt. Beispielsweise hat das Wechselspannungssignal eine Frequenz zwischen 3 kHz und 10 kHz und eine Spitze-Spitze-Spannung VSS von 1 Volt.
Das Testobj ekt 1 ist in der Nähe von LG sowie LSA und LSB angeordnet. Das Testobj ekt 1 besteht bevorzugt aus ferromagnetischem Material. In Abhängigkeit der auf das Testobj ekt wirkenden mechanischen Belastung (Biegemomente, Drehmomente) wird das von LG erzeugte Magnetfeld moduliert. Das modulierte Magnetfeld induziert ein Wechselsignal in LSA und LSB. Aus dem in LSA und LSB induzierten Signal kann auf die auf das Testobjekt 1 wirkende Kraft geschlossen werden.
LSA und LSB übertragen das induzierte Signal an eine Signalaufbereitungseinheit 120. Die Signalaufbereitungseinheit 120 bereitet die von LSA und LSB gelieferten Signale auf und liefert die aufbereiteten Signale an eine Recheneinheit 130 (Mikrokontroller, FPGA, programmierbarer Chip). Die Recheneinheit 130 ermittelt basierend auf den von der Signalaufbereitungseinheit 120 gelieferten Signale ein Ausgabesignal, welches indikativ für die an dem Testobjekt 1 anliegende Kraft ist. Dieses Ausgabesignal kann an einer seriellen Schnittstelle 150 ausgegeben werden oder zunächst an einen Ausgangspuffer 160 mit Tiefpasspunktion geliefert werden. Die serielle Schnittstelle 150 ist ein digitaler Ausgang, der Ausgangspuffer 160 ist ein analoger Ausgang. Gemeinsam bilden sie die Ausgabeschnittstelle 170.
Weiterhin weist die Signalverarbeitungseinheit 100 eine Energieversorgung 140 auf. Wie bereits oben beschrieben können die Elemente der Kraftmessvorrichtung 10 in einem Gehäuse mit entsprechenden Ausgabeschnittstellen angeordnet sein. Es können alternativ aber LG, LSA und LSB in einem Gehäuse angeordnet sein, welches von den übrigen Komponenten räumlich beabstandet ist. Die Komponenten LG, LSA und LSB können als Sensoreinheit bezeichnet werden. Die übrigen Komponenten, also der gestrichelte Kasten aus 1, welcher mit dem Bezugszeichen 100 versehen ist, kann als Sensorelektronik bezeichnet werden.
In 1 sind LSA und LSB gegenläufig und in Reihe geschaltet, so dass nur ein Signal ausgegeben wird, welches der Differenz der von den Spulen LSA und LSB erfassten Signale entspricht. Dieses einzelne differentielle Signal wird an die Signalaufbereitungseinheit 120 übergeben.
Die Recheneinheit weist mindestens einen AD-Wandler (nicht gezeigt) auf. Dieser AD-Wandler ist an der Übergabeschnittstelle zwischen Signalaufbereitungseinheit 120 und Recheneinheit 130 angeordnet und wandelt das analoge Signal von der Signalaufbereitungseinheit 120 in ein Digitalsignal um.
2 zeigt eine Kraftmessvorrichtung 10 ähnlich derjenigen aus 1. Es wird hier nur auf den Unterschied zwischen diesen beiden Varianten eingegangen. Die Spulen LSA und LSB sind nicht miteinander verbunden, sondern jeweils einer Signalaufbereitungsvorrichtung 120A, 120B zugeordnet. Die Signale von LSA und LSB werden jeweils in eine Signalaufbereitungsvorrichtung eingespeist und von dort an die Recheneinheit 130 übergeben. In dieser Variante weist die Recheneinheit 130 zwei AD-Wandler auf, wovon jeweils einer einer Signalaufbereitungsvorrichtung 120A, 120B zugeordnet ist.
3 zeigt aufbauend auf 1 und 2 die funktionale Anordnung der Vorverarbeitungseinheit 105. 3 unterscheidet sich nur hierin von der in 2 gezeigten Variante.
Die Vorverarbeitungseinheit 105 dient dazu, das normierte Trägersignal zu bestimmen, indem die Signale von LSA und LSB im unbelasteten Fall des Testobj ekts auf einen gleichen Wert gebracht und das arithmetische Mittel gebildet wird. Dieses normierte Trägersignal wird dann während den laufenden Kraftmessungen von den tatsächlich erfassten Messwerten von LSA und LSB abgezogen, um als Ergebnis hiervon den Betrag der Modulation verursacht durch die an dem Testobjekt anliegende Kraft zu erhalten. Diese Signale können dann optional verstärkt werden, um die Signale Aout und Bout zu erhalten, welche an die Recheneinheit 130 übergeben werden.
4 zeigt eine beispielhafte Implementierung der Vorverarbeitungseinheit 105 als Schaltung 200. Die Schaltung 200 enthält zwei Verarbeitungszweige 210 (Zweig A) und 220 (Zweig B), welche die Signale von LSA bzw. LSB erhalten und verarbeiten.
Das von den Spulen LSA und LSB gelieferte Signal wird als Ain bzw. Bin bezeichnet. Die Kondensatoren C1 (Zweig A) und C2 (Zweig B) dienen dazu, einen Gleichstromversatz aus den Signalen zu entfernen, um Messfehler zu reduzieren. In den beiden Zweigen 210, 220 laufen die Signale Ain und Bin durch einen einstellbaren Verstärker 212. Dieser einstellbare Verstärker ermöglicht es, die Signale Ain und Bin aneinander anzugleichen, um bei einem unbelasteten Testobjekt das normierte Trägersignal zu erhalten.
Es ist denkbar, dass ein einstellbarer Verstärker nur in einem Zweig angeordnet ist und das entsprechende Signal durch einen positiven oder negativen Verstärkungsfaktor an das Signal aus dem anderen Zweig angepasst wird. In der Ausführungsform der 4 ist aber jeweils ein einstellbarer Verstärker in jedem Zweig angebracht.
Anschließend werden die beiden normierten Trägersignal der Zweige A und B über jeweils einen Kondensator C7 und C8 einem Summierwerk 230 (kann auch als Mittelwertbildungseinheit bezeichnet werden) zugeführt. Das Summierwerk addiert die normierten Trägersignale der beiden Zweige, halbiert die Summe, und wendet einen Verstärkungsfaktor von 0,5 an. Das Ergebnis wird invertiert und den Signalen A und B hinzugefügt. Faktisch wird dadurch das normierte Trägersignal von den Signalen A und B entfernt und es bleibt nur noch das modulierte Signal übrig, welches indikativ für die auf das Testobjekt angewandte Kraft ist. Dieses Signal wird dann als Aout und Bout ausgegeben. In der Schaltung 200 sind die Zweige 210 und 220 mit jeweils identischen Bauteilen ausgestaltet. Hierzu können mit Toleranzen versehene Bauteile überprüft werden, und solche Bauteile ausgesucht und für die Schaltung verwendet werden, welche einen nahezu identischen Wert (Abweichung voneinander kleiner als 1%, bevorzugt sogar höchstens 0,1%) haben. Beispielsweise gilt dies für die Kapazität der Kondensatoren C1 und C2, aber auch für die Werte der Widerstände R1 und R2 sowie für die übrigen Bauteile, welche in einander entsprechender Funktion in den Zweigen 210, 220 verwendet werden.
Wird das normierte Trägersignal von den gemessenen Signalen A und B abgezogen, verbleibt nur noch die Modulation. Dieses Signal ist in Abhängigkeit von dem Modulationsgrad sehr klein (kleiner als 1% von dem Trägersignal). Daher ist ein Verstärker 214 vorgesehen, welcher dieses Signal verstärkt (beispielsweise mit einem Verstärkungsfaktor 10 oder größer), bevor es als Aout bzw. Bout ausgegeben wird. Die Differenz zwischen Aout und Bout stellt den gesamten Messbereich dar. Dieser Spannungsbereich kann dann in der Recheneinheit 130 in einem AD-Wandler mit einer Auflösung von beispielsweise 19 bis 21 bit in ein Digitalformat umgewandelt werden.
Zwischen den einstellbaren Verstärkern in den beiden Zweigen 210, 220 und dem Abzweig zu den Kondensatoren C7 bzw. C8 ist jeweils ein Puffer bzw. ein Verzögerungsglied angeordnet.
Die Widerstände R4, R5, R6 definieren den Verstärkungsfaktor für die Summe der beiden normierten Trägersignale. Dieser Verstärkungsfaktor ist bevorzugt 0,5.
Die kapazitive Kopplung zwischen den einzelnen Stufen der Vorverarbeitungseinheit dient sämtlich dem Entfernen eines Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsversatzes.
5 zeigt aufbauend auf 4 eine Schaltung 200, bei der den Spulen LSA und LSB jeweils ein Kondensator CSA und CSB parallel geschaltet ist. Diese beiden Kondensatoren haben die gleiche Kapazität oder eine um weniger als 1%, bevorzugt höchstens 0,1%, voneinander abweichende Kapazität. Die Kondensatoren CSA und CSB bilden mit den Spulen LSA und LSB einen Schwingkreis, um die Form des Signals möglichst an ein sinusförmiges Signal anzugleichen. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn das Trägersignal von LG nicht sinusförmig ist. Ein sinusförmiges Signal in den Zweigen 210, 220 der Vorverarbeitungseinheit ist von Vorteil für die Verarbeitung durch die dort verwendeten Komponenten (insbesondere Kondensatoren und Operationsverstärker).
Allgemein und für alle Ausführungsbeispiele sei darauf hingewiesen, dass die Signalverarbeitungseinheit in verschiedenen Betriebsarten verwendet werden kann. Diese Betriebsarten werden nachfolgend beschrieben:
Wird die Summe der normierten Trägersignale nach dem Summierwerk 230 über einen Verstärkungsfaktor von genau 0,5 halbiert und das normierte Trägersignal vollständig aus den Kraftmesssignalen A und B in beiden Zweigen 210, 220 entfernt, wird lediglich ein Signal entsprechend dem Betrag der an dem Testobjekt anliegenden Kraft ausgegeben. Es ist in diesem Fall nicht möglich, die Richtung der wirkenden Kraft zu ermitteln.
Um die Richtung der an dem Testobjekt anliegenden Kraft ermitteln zu können, kann der Verstärkungsfaktor im Anschluss an das Summierwerk 230 leicht von 0,5 abweichen, z.B. um etwa 1% bis 3%, so dass der Verstärkungsfaktor 0,485 beträgt. Das Trägersignal wird damit in den beiden Zweigen 210, 220 ungleichmäßig eliminiert, in einem Zweig wird zu viel abgezogen, in dem anderen zu wenig. Die Signale Aout und Bout sind damit nicht symmetrisch um eine Nulllinie platziert und es kann eine Fallunterscheidung getroffen werden, in welche Richtung die Kraft angewandt wird.
Alternativ kann der Verstärkungsfaktor im Anschluss an das Summierwerk 230 bei 0,5 bleiben und das Subtrahierwerk 214 belässt noch einen Anteil des Trägersignals in dem Kraftmesssignal A bzw. B, so dass beispielsweise nur 99% des Trägersignals aus den Kraftmesssignalen eliminiert wird und das übrigen Trägersignal noch dort verbleibt. Das verbliebene Trägersignal wirkt in beiden Zweigen, also für beide Kraftmesssignale, mit dem gleichen Vorzeichen. Bei einem differentiellen Messprinzip, wie es hier verwendet wird, wird bei anliegender Kraft das erste Kraftmesssignal ein positiver Wert und das zweite Kraftmesssignal ein negativer Wert (oder umgekehrt, je nach Richtung der Kraft). Nachdem aber das Vorzeichen des verbliebenen Trägersignals stets positiv ist, kann über die Unsymmetrie der beiden Kraftmesssignale die Richtung der Kraft erkannt werden.
Die Signale Aout und Bout bzw. die Differenz zwischen diesen beiden Signalen ist ein Spannungswert, welcher die an dem Testobjekt anliegende Kraft anzeigt. Dieser Spannungswert kann genutzt werden, um aus einer Tabelle einen zugehörigen Kraftwert zu entnehmen. In Abhängigkeit der oben beschriebenen Fallunterscheidung, um die Richtung der Kraft zu ermitteln, kann dann die Kraft mit einem entsprechenden Vorzeichen als Richtungsangabe ermittelt und ausgegeben werden.
Um die genannten Fallunterscheidungen auszuführen, ist die Recheneinheit 130 mit der Vorverarbeitungseinheit 105 verbunden und erhält die Signale der beiden Zweige 210 und 220 zu jedem Verarbeitungsschritt. So werden für beiden Zweige 210, 220 das Eingangssignal Ain bzw. Bin, das normierte Trägersignal, der Verstärkungsfaktor des einstellbaren Verstärkers 212, und das angepasste Kraftmesssignal an die Recheneinheit 130 übertragen bzw. der Recheneinheit 130 bereitgestellt. Auch kennt die Recheneinheit den Verstärkungsfaktor anschließend an das Summierwerk 230 und auch, ob das Subtrahierwerk 214 das vollständige normierte Trägersignal aus den Kraftmesssignalen A, B entfernt. Damit kann die Recheneinheit die notwendigen Fallunterscheidungen treffen.
6 zeigt beispielhaft die Anordnung der Sensoreinheit mit der Magnetfelderzeugungseinheit 50 und der Magnetfelderfassungseinheit 60 in Form von vier Spulen 60A, 60B, 60C und 60D. Die Magnetfelderzeugungseinheit 50 ist ebenfalls eine Spule und ist mittig zwischen den Spulen 60A, 60B, 60C und 60D angeordnet. Die Spulen 60A und 60C sind in Reihe geschaltet und bilden als zwei Teilspulen eine erste Spuleneinheit, welche der Spule LSA aus den 1 bis 5 entspricht. Die Spulen 60B und 60D sind ebenfalls in Reihe geschaltet und entsprechen LSB aus den 1 bis 5.
Das Testobjekt 1 kann beispielsweise eine rotationssymmetrische Welle sein. Die hier beschriebene Kraftmessvorrichtung ermöglicht es, die in der Welle auftretenden Kräfte, insbesondere Drehmomente, zu bestimmen, selbst wenn die Welle sich bewegt, also rotiert.
Die Sensoreinheit ist mit Bezug zu dem Testobjekt 1 so angeordnet, dass die Spule 50 mittig über dem Testobjekt 1 und einer Mittelachse 2 angeordnet ist. Die Spulen 60A, 60B, 60C und 60D sind seitlich versetzt zu der Mittelachse 2. Wirkt nun ein Drehmoment auf das Testobjekt 1, so verändert sich das von der Spule 50 generierte Magnetfeld und die Spulen 60A, 60B, 60C und 60D werden von einem modulierten Magnetfeld beeinflusst und induzieren eine geänderte Spannung in diesen Spulen. In Abhängigkeit der Richtung des Drehmoments wird das Signal des Teilspulenpaars 60A, 60C größer und gleichzeitig das Signal des Teilspulenpaars 60B, 60D kleiner oder umgekehrt. Die Differenz zwischen diesen Signalen zeigt den Betrag des anliegenden Drehmoments an, das Vorzeichen der Signale die Richtung.
Die Spulen können auf einem Joch (nicht gezeigt) angeordnet sein, um die Feldlinien des Magnetfeldes zu lenken.
7 zeigt schematisch die Schritte eines Verfahrens 300 zum Messen einer auf ein Testobj ekt 1 wirkenden Kraft. In einem ersten Schritt 310 wird das erste Kraftmesssignal und das zweite Kraftmesssignal in einem unbelasteten Zustand des Testobj ekts erfasst. In einem zweiten Schritt 320 wird ein Verstärkungsfaktor ermittelt, welcher benötigt wird, um einen ersten Signalwert des ersten Kraftmesssignals und einen zweiten Signalwert des zweiten Kraftmesssignals auf einen gleichen Wert zu bringen. In einem dritten Schritt 330 wird der ermittelte Verstärkungsfaktor auf zumindest ein Kraftmesssignal angewandt, um ein normiertes Trägersignal zu erhalten. In einem vierten Schritt 340 wird das normierte Trägersignal von dem ersten Kraftmesssignal und dem zweiten Kraftmesssignal entfernt, während eine Kraft auf das Testobjekt ausgeübt wird, um ein erstes und ein zweites angepasstes Kraftmesssignal zu erhalten. In einem fünften Schritt 350 wird die auf das Testobjekt ausgeübte Kraft basierend auf dem ersten und zweiten angepassten Kraftmesssignal ermittelt.
Das Verfahren wird bevorzugt von einer Signalverarbeitungseinheit 100 wie mit Bezug zu den 1 bis 5 beschrieben ausgeführt. Insbesondere werden die Schritte des Verfahrens von einem Prozessor oder einem Mikrokontroller 130 bzw. von einer Vorverarbeitungseinheit 105 ausgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Testobj ekt
2: Mittelachse, Längsachse
10: Kraftmessvorrichtung
50: Magnetfelderzeugungseinheit, Spule
60: Magnetfelderfassungseinheit, Spule
60A: Teilspule
60B: Teilspule
60C: Teilspule
60D: Teilspule
60-1: erstes Kraftmesssignal
60-2: zweites Kraftmesssignal
100: Signalverarbeitungseinheit
105: Vorverarbeitungseinheit
110: Signalgenerator, Verstärker
120: Signalaufbereitungseinheit
130: Mikrocontroller (PSoC, programmable system on chip), inkl. AD-Wandler
140: Energieversorgung
150: serielle Schnittstelle, digitaler Ausgang
160: Puffer, Tiefpassfilter, analoger Ausgang
170: Ausgabeschnittstelle
200: Prinzipschaltung der Vorverarbeitungseinheit
210: Zweig A
212: Einstellbarer Verstärker
214: Subtrahierwerk und Verstärker
220: Zweig B
230: Summierwerk
300: Verfahren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3051265 A1 [0005]

Claims

Signalverarbeitungseinheit (100) für eine Kraftmessvorrichtung (10), die Signalverarbeitungseinheit (100) aufweisend eine Vorverarbeitungseinheit (105), wobei die Vorverarbeitungseinheit (105) ausgeführt ist: ein erstes Kraftmesssignal (60-1, Ain) und ein zweites Kraftmesssignal (60-2, Ain) zu erhalten; einen ersten Signalwert des ersten Kraftmesssignals und einen zweiten Signalwert des zweiten Kraftmesssignals zu ermitteln, einen Verstärkungsfaktor zu ermitteln, um den ersten Signalwert und den zweiten Signalwert auf einen gleichen Wert zu bringen; den Verstärkungsfaktor auf zumindest ein Kraftmesssignal anzuwenden, um den ersten Signalwert und den zweiten Signalwert auf den gleichen Wert zu bringen und ein normiertes Trägersignal zu erhalten; den Verstärkungsfaktor während eines Messvorgangs einer angewandten Kraft beizubehalten und die somit angepassten Kraftmesssignale (Aout, Bout) für das Ermitteln der anliegenden Kraft auszugeben.
Signalverarbeitungseinheit (100) nach Anspruch 1, wobei die Vorverarbeitungseinheit (105) ausgeführt ist, bei einem Messvorgang einer anliegenden Kraft einen Signalwert des normierten Trägersignals von einem Signalwert des ersten Kraftmesssignals und von einem Signalwert des zweiten Kraftmesssignals zu subtrahieren.
Signalverarbeitungseinheit (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorverarbeitungseinheit (105) ausgeführt ist, eine Differenz zwischen dem Signalwert des ersten Kraftmesssignals und dem Signalwert des normierten Trägersignals sowie eine Differenz zwischen dem Signalwert des zweiten Kraftmesssignals und dem Signalwert des normierten Trägersignals zu verstärken.
Signalverarbeitungseinheit (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Vorverarbeitungseinheit (105) ausgeführt ist, im unbelasteten Fall des Testobj ekts den ersten Signalwert und den zweiten Signalwert zu addieren und die Summe mit einem Ausgleichsmultiplikator von 0,5 zu multiplizieren, um das normierte Trägersignal zu erhalten.
Signalverarbeitungseinheit (100) nach Anspruch 4, wobei die Vorverarbeitungseinheit (105) ausgeführt ist, das normierte Trägersignal zu invertieren und bei einem Messvorgang der an dem Testobjekt anliegenden Kraft auf das erste Kraftmesssignal und das zweite Kraftmesssignal zu addieren.
Signalverarbeitungseinheit (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Recheneinheit (130), welche mit der Vorverarbeitungseinheit (105) so verbunden ist, dass die angepassten Kraftmesssignale von der Vorverarbeitungseinheit (105) an die Recheneinheit (130) übertragen werden können; wobei die Recheneinheit (130) ausgeführt ist, eine Differenz zwischen dem ersten angepassten Kraftmesssignal (Aout) und dem zweiten angepassten Kraftmesssignal (Bout) zu ermitteln und diese Differenz für das Ermitteln der an dem Testobjekt anliegenden Kraft heranzuziehen.
Signalverarbeitungseinheit (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen Signalgenerator (110), welcher ausgeführt ist, ein Wechselspannungssignal an eine Magnetfelderzeugungseinheit (50) auszugeben, damit die Magnetfelderzeugungseinheit ein magnetisches Feld erzeugt, welchem das Testobj ekt ausgesetzt wird.
Signalverarbeitungseinheit (100) nach Anspruch 7, wobei der Signalgenerator (110) ausgeführt ist, ein Wechselsignal mit einer Frequenz zwischen 100 Hz und 50 kHz auszugeben.
Kraftmessvorrichtung (10), aufweisend: eine Signalverarbeitungseinheit (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche; eine Magnetfelderzeugungseinheit (50), welche mit der Signalverarbeitungseinheit so verbunden ist, dass ein Anregungssignal an die Magnetfelderzeugungseinheit zum Erzeugen eines Magnetfeldes übertragen werden kann; eine Magnetfelderfassungseinheit (60), welche so angeordnet ist, dass sie das von der Magnetfelderzeugungseinheit (50) erzeugte und von einem Testobjekt modulierte Magnetfeld erfassen kann und zugehörige Kraftmesssignale an die Signalverarbeitungseinheit (100) übertragen kann.
Kraftmessvorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei die Magnetfelderzeugungseinheit (50) eine Spule (LG) ist.
Kraftmessvorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Magnetfelderfassungseinheit (60) eine erste Spule (LSA) und eine zweite Spule (LSB) aufweist, welche mit der Vorverarbeitungseinheit (105) so verbunden sind, dass die von der ersten Spule und der zweiten Spule ausgegebenen Signale als erstes Kraftmesssignal bzw. als zweites Kraftmesssignal an die Vorverarbeitungseinheit (105) übertragen werden.
Kraftmessvorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei die erste Spule (LSA) aus einer ersten Teilspule (60A) und einer dazu in Reihe geschalteten zweiten Teilspule (60C) besteht; wobei die zweite Spule (LSB) aus einer ersten Teilspule (60B) und einer dazu in Reihe geschalteten zweiten Teilspule (60D) besteht.
Verfahren (300) zum Messen einer auf ein Testobj ekt wirkenden Kraft über ein erstes Kraftmesssignal und ein zweites Kraftmesssignal, aufweisend die folgenden Schritte: Erfassen (310) des ersten Kraftmesssignals und des zweiten Kraftmesssignals in einem unbelasteten Zustand des Testobj ekts; Ermitteln (320) eines Verstärkungsfaktors, um einen ersten Signalwert des ersten Kraftmesssignals und einen zweiten Signalwert des zweiten Kraftmesssignals auf einen gleichen Wert zu bringen; Anwenden (330) des ermittelten Verstärkungsfaktors auf zumindest ein Kraftmesssignal, um ein normiertes Trägersignal zu erhalten; Entfernen (340) des normierten Trägersignals von dem ersten Kraftmesssignal und dem zweiten Kraftmesssignal während eine Kraft auf das Testobj ekt ausgeübt wird, um ein erstes und ein zweites angepasstes Kraftmesssignal zu erhalten; Ermitteln (350) der auf das Testobjekt ausgeübten Kraft basierend auf dem ersten und zweiten angepassten Kraftmesssignal.