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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere einen piezoelektrischen Schersensor.
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Stand der Technik
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Piezoelektrische Sensoren weisen ausgezeichnete Eigenschaften auf, wie beispielsweise ein weites Frequenzband, eine hohe Empfindlichkeit, ein ausgezeichnetes Signal-Rausch-Verhältnis, einen einfachen Aufbau und einen zuverlässigen Betrieb und sind zudem leicht im Gewicht. Die piezoelektrischen Sensoren werden daher weitverbreitet in der Luftfahrt, im Schiffbau, Schienenverkehr, in der Leistungserkennung (Windenergie, Kernenergie und Wärmeenergie), Industrieerprobung und in zahlreichen weiteren Anwendungsgebieten verwendet.
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Einer der piezoelektrischen Sensortypen ist ein piezoelektrischer Schersensor. Piezoelektrische Schersensoren werden in ringförmige piezoelektrische Schersensoren, ebene piezoelektrische Schersensoren und dreieckige ebene piezoelektrische Schersensoren unterteilt.
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Bei einem ringförmigen piezoelektrischen Schersensor werden ein piezoelektrisches Element und ein Massenblock durch Reibung und durch Aufkleben auf eine ringförmige Kontaktfläche fixiert. Beim Ausüben einer großen Kraft auf den ringförmigen piezoelektrischen Schersensor wird eine Reibung auf der ringförmigen Kontaktfläche des piezoelektrischen Elements und des Massenblocks abgeschwächt, sodass daher der ringförmige piezoelektrische Schersensor weniger gegen Überlastung beständig ist. Außerdem kann der Klebstoff zum Aufkleben des piezoelektrischen Elements und des Massenblocks bei hohen Temperaturen schmelzen oder versagen, was die Stabilität des piezoelektrischen Elements und des Massenblocks beeinträchtigt. Der ringförmige piezoelektrische Schersensor darf daher einerseits nicht bei hohen Temperaturen verwendet werden und andererseits dürfen keine großen Kräfte auf diesen ausgeübt werden.
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Der ebene piezoelektrische Schersensor weist eine ähnliche Kompressionsstruktur mit positivem Ende auf. Das piezoelektrische Element und der Massenblock werden mit einer seitlichen Vorspannung mit einer lateralen Gewindestange fixiert. Beim ebenen piezoelektrischen Schersensor ist es schwieriger, die Gewindestange bei der Installation nach dem piezoelektrischen Element und dem Massenblock auszurichten, sodass die Montage kompliziert und die Seitenstabilität unzureichend ist. Außerdem läßt sich der Frequenzgang des ebenen piezoelektrischen Schersensors kaum verbessern.
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Beim dreieckigen ebenen piezoelektrischen Schersensor werden drei Massenblock-Abschnitte und drei piezoelektrische Platten mit einem ringförmigen Vorspanner an ein Dreieckprisma befestigt. Wie beim ebenen piezoelektrischen Schersensor sind die Installation und die Ausrichtung des Vorspanners schwieriger. Die Montage ist daher kompliziert und die Seitenstabilität unzureichend. Da zudem der Massenblock und die Leiterplatte durch Aufkleben befestigt sind, eignen sie sich nicht für hohe Temperaturen.
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Aufgabe der Erfindung
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein piezoelektrischer Schersensor geschaffen. Der piezoelektrische Schersensor umfasst eine Manschette, ein piezoelektrisches Element und einen Massenblock. Die Manschette ist außerhalb eines Befestigungsnagels angeordnet. Der Befestigungsnagel ist an eine Stütze, die auf einer Grundlage angeordnet ist, angeschraubt. Das piezoelektrische Element ist außerhalb der Manschette angeordnet. Der Massenblock ist außerhalb des piezoelektrischen Elements angeordnet. Die Manschette wird beim Anschrauben des Befestigungsnagels an die Stütze ausgedehnt. Das piezoelektrische Element wird mit einer Ausdehnkraft, die von der Manschette übertragen wird, ausgedehnt. Der Massenblock wird mit einer Ausdehnkraft, die vom piezoelektrischen Element übertragen wird, ausgedehnt.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Schersensors geschaffen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Manschette, die außerhalb eines Befestigungsnagel angeordnet ist, wobei beim Anschrauben des Befestigungsnagels an eine Stütze, die auf einer Grundlage angeordnet ist, die Manschette ausgedehnt wird, wenn der Befestigungsnagel an die Stütze angeschraubt wird; Bereitstellen eines piezoelektrischen Elements, das außerhalb der Manschette angeordnet ist, wobei das piezoelektrische Element mit einer Ausdehnkraft, die von der Manschette übertragen wird, ausgedehnt wird; und Bereitstellen eines Massenblocks, der außerhalb des piezoelektrischen Elements angeordnet ist, wobei der Massenblock mit einer Ausdehnkraft, die vom piezoelektrischen Element übertragen wird, ausgedehnt wird.
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Nach dem piezoelektrischen Schersensor der vorliegenden Erfindung werden das piezoelektrische Element und der Massenblock mit einer Ausdehnkraft, die von der Manschette beim Anschrauben des Befestigungsnagels an die Stütze übertragen wird, ausgedehnt, sodass der piezoelektrische Schersensor leicht montiert werden kann und eine hohe Empfindlichkeit aufweist. Da außerdem kein Klebstoff zwischen der Manschette und dem Befestigungsnagel, zwischen dem piezoelektrischen Element und der Manschette sowie zwischen dem Massenblock und dem piezoelektrischen Element zum Aufkleben verwendet wird, kann der piezoelektrische Schersensor nach der vorliegenden Erfindung bei hohen Temperaturen verwendet werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Vorteile und Merkmale des erfinderischen Konzepts und die Methoden zum Erreichen dieser sind in der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen eingehender beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Längsquerschnittansicht des piezoelektrischen Schersensors nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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2 eine schematische Querschnittansicht der Innenseite der Manschette nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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3 eine schematische Ansicht der Manschette nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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4 eine schematische Ansicht der Manschette nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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5 eine schematische Ansicht des piezoelektrischen Elements nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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6 eine schematische Ansicht des piezoelektrischen Elements nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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7 eine Querschnittansicht des piezoelektrischen Schersensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang dem Schnitt A-A in 1 und
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8 ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Herstellen eines Ausführungsbeispiels des piezoelektrischen Schersensors gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Die Merkmale des erfinderischen Konzepts und die Methoden zum Erreichen derselben werden mit Bezugnahme auf die nachstehende detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele und auf die beigelegten Zeichnungen offensichtlicher. Das erfinderische Konzept kann jedoch in zahlreichen verschiedenen Formen ausgeführt werden und soll nicht als auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschränkt verstanden werden. Die Ausführungsbeispiele werden nachstehend als Beispiele detaillierter mit Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen beschrieben, wobei sich die auf den beigelegten Zeichnungen verwendeten Bezugsziffern auf die entsprechenden Bezugsziffern der in der Beschreibung bezeichneten Elemente beziehen. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in verschiedenen Formen ausgeführt sein und darf nicht als Einschränkung auf nur die hier veranschaulichten Ausführungsbeispiele verstanden werden. Diese Ausführungsbeispiele dienen vielmehr lediglich als Beispiele, sodass diese Beschreibung vollständig ist und die Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung dem Fachmann auf diesem Gebiet nähergebracht werden.
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1 zeigt einen Längsquerschnitt eines piezoelektrischen Schersensors 100 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 1 zeigt dabei, dass der piezoelektrische Schersensor 100 eine Manschette 101, ein piezoelektrisches Element 105 und einen Massenblock 106 umfasst. Die Manschette 101 ist außerhalb eines Befestigungsnagels angeordnet. Der Befestigungsnagel ist an eine Stütze, die auf einer Grundlage angeordnet ist, angeschraubt. Das piezoelektrische Element 105 ist außerhalb der Manschette 101 angeordnet. Der Massenblock 106 ist außerhalb des piezoelektrischen Elements 105 angeordnet. Die Manschette 101 wird beim Anschrauben des Befestigungsnagels 102 an die Stütze 103 ausgedehnt. Das piezoelektrische Element 105 wird mit einer Ausdehnkraft, die von der Manschette 101 übertragen wird, ausgedehnt. Der Massenblock 106 wird mit einer Ausdehnkraft, die vom piezoelektrischen Element 105 übertragen wird, ausgedehnt.
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Nach dem piezoelektrischen Schersensor 100 der vorliegenden Erfindung erfolgt die piezoelektrische Wandlung durch den piezoelektrischen Schereffekt des piezoelektrischen Elements 105. Da das piezoelektrische Element 105 und der Massenblock 106 mit der Ausdehnkraft, die von der Manschette 101 übertragen wird, entsprechend ausgedehnt werden, kann der piezoelektrische Schersensor 100 der vorliegenden Erfindung leicht zusammengebaut werden und weist eine hohe Empfindlichkeit auf. Da außerdem das piezoelektrische Element 105 und der Massenblock 106 mit der Ausdehnkraft ausgedehnt werden, bedarf es zum Befestigen keines Klebstoffs. Der piezoelektrische Schersensor 100 gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei hohen Temperaturen verwendet werden.
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Die jeweiligen Komponenten des piezoelektrischen Schersensors 100 sind unten detailliert beschrieben.
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Die Manschette 101 wird beim Anschrauben des Befestigungsnagels 102 an die Stütze 104 ausgedehnt. Die Manschette 101 weist eine konische Innenfläche auf, d.h. die Außenseite der Manschette 101 kann eine drehbare Konfiguration, wie beispielsweise eine Zylinderform, aufweisen. Die Innenseite der Manschette 101 kann eine konische Form mit einem bestimmten Winkel aufweisen. Die 2 zeigt eine schematische Querschnittansicht der Innenseite der Manschette gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie dies in der 2 gezeigt ist, weist die Innenseite der Manschette 101 eine konische Fläche auf. Der Winkel zwischen der konischen Fläche und der Unterseite ist θ. Der Winkel θ der konischen Innenfläche der Manschette 101 kann aufgrund des Moments, das auf den Befestigungsnagel 102 ausgeübt wird, um eine vorbestimmte Vorspannung zu erzielen, berechnet werden. Die vorbestimmte Vorspannung ist eine vorbestimmte Kraft, mit der die Manschette 101 ausgedehnt werden soll.
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Die Manschette 101 kann mindestens einen durchgehenden Ausschnitt aufweisen. Die Manschette 101 kann beim Anschrauben eines Befestigungsnagels 102 an die Stütze 104 ausgedehnt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann die Manschette 101 nur einen durchgehenden Ausschnitt aufweisen. Die 3 zeigt ein Beispiel der Manschette 101 mit nur einem durchgehenden Ausschnitt. Wie dies in der Figur gezeigt ist, kann die Manschette 101 nur einen durchgehenden Ausschnitt 1011 aufweisen. Beim Anschrauben des Befestigungsnagels 102 an die Stütze 104 wird die Öffnung des durchgehenden Ausschnitts 1011 vergrößert und die Manschette 101 ausgedehnt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Manschette 101 zwei durchgehende Ausschnitte aufweisen. Die 4 zeigt ein Beispiel der Manschette 101 mit zwei durchgehenden Ausschnitten. Wie dies in der Figur gezeigt ist, kann die Manschette 101 zwei durchgehende Ausschnitte 1011 aufweisen. Die Anzahl der durchgehenden Ausschnitte der Manschette 101 kann je nach dem durch das Design zu befriedigenden Bedarf verändert werden. Generell gilt, je größer die Anzahl der durchgehenden Ausschnitte, desto größer ist die Vorspannung, die auf die Manschette 101 ausgeübt wird, desto mehr wird die Manschette 101 ausgedehnt und desto größer ist die Ausdehnkraft, die an das piezoelektrische Element 105 außerhalb der Manschette 101 übertragen wird. Es soll angemerkt werden, dass die Manschette 101 mehrere durchgehende Ausschnitte aufweisen kann. Ein Fachmann auf diesem Gebiet kann eine angemessene Anzahl durchgehender Ausschnitte nach dem durch das Design zu befriedigenden Bedarf vorsehen. Hinsichtlich der Darstellung der 2 und der 3 soll angemerkt werden, dass aus Gründen der Einfachheit nur die Außenseite der Manschette 101 gezeigt ist, während die konische Innenkonfiguration nicht gezeigt ist.
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Die Manschette 101 kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wie Edelstahl, einer Aluminiumlegierung oder einer Titanlegierung. Diese Materialien sind nur als Beispiel angegeben. Der Fachmann auf diesem Gebiet kann die Manschette 101 anhand der Lehre der vorliegenden Erfindung mit anderen Materialien durchführen.
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Das piezoelektrische Element 105 kann mit der Ausdehnkraft, die von der Manschette 101 übertragen wird, ausgedehnt werden. Das piezoelektrische Element 105 kann ein axial polarisiertes piezoelektrisches Element sein. In einem Ausführungsbeispiel kann das piezoelektrische Element 105 eine Zylinderform aufweisen. Die elektrische Ladung kann von der Außenfläche des Zylinders gegenüber der Innenfläche des Massenblocks 106 bezogen werden. Es soll jedoch angemerkt werden, dass die Form des piezoelektrischen Elements 105 nicht auf die Zylinderform beschränkt ist. Es kann eine beliebige drehbare Konfiguration aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel kann das piezoelektrische Element 105 eine konische Form aufweisen.
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Das piezoelektrische Element 105 kann mindestens einen durchgehenden Ausschnitt aufweisen. Beim Ausdehnen der Manschette 101 kann das piezoelektrische Element 105 mit der Ausdehnkraft von der Manschette 101 ausgedehnt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann das piezoelektrische Element 105 nur einen durchgehenden Ausschnitt aufweisen. Die 5 zeigt ein Beispiel, in dem das piezoelektrische Element 105 nur einen durchgehenden Ausschnitt aufweist. Wie dies der 5 gezeigt ist, kann das piezoelektrische Element 105 nur einen durchgehenden Ausschnitt 1051 aufweisen. Beim Ausdehnen der Manschette 101 wird die Öffnung des durchgehenden Ausschnitts 1051 vergrößert und das piezoelektrische Element 105 ausgedehnt. Die 5 zeigt eine Seitenansicht des oberen Teils des piezoelektrischen Elements 105. Wie dies in der Figur gezeigt ist, ist, da das piezoelektrische Element 105 nur einen durchgehenden Ausschnitt in diesem Ausführungsbeispiel aufweist, die ausgedehnte Ansicht als ein Rechteck dargestellt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das piezoelektrische Element 105 zwei durchgehende Ausschnitte in einem Winkel von 180 Grad aufweisen. Die 6 zeigt ein Beispiel, bei dem das piezoelektrische Element 105 zwei durchgehende Ausschnitte aufweist. Wie dies in der 6 gezeigt ist, kann das piezoelektrische Element 105 zwei durchgehende Ausschnitte 1051 aufweisen. Die 6 zeigt eine ähnliche Seitenansicht des oberen Teils des piezoelektrischen Elements 105. Wie dies in der Figur gezeigt ist, ist, da das piezoelektrische Element 105 in diesem Ausführungsbeispiel zwei Ausschnitte aufweist, die erweiterte Ansicht als zwei nebeneinander angeordnete Rechtecke dargestellt. Die Lücke zwischen den beiden Rechtecken stellt eines der Ausschnitte 1051 dar. Es soll angemerkt werden, dass das piezoelektrische Element 105 weitere durchgehende Ausschnitte aufweisen kann. Beispielsweise können drei durchgehende Ausschnitte in einem Winkel von 120 Grad zueinander ausgebildet sein. Der Fachmann auf diesem Gebiet kann eine angemessene Anzahl durchgehender Ausschnitte nach dem durch das Design zu befriedigenden Bedarf vorsehen.
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In einem Ausführungsbeispiel kann das piezoelektrische Element 105 eine piezoelektrische Keramik sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das piezoelektrische Element 105 ein piezoelektrischer Monokristall sein. Die elektromechanische Wandlung erfolgt durch Anwenden des piezoelektrischen Schereffekts der piezoelektrischen Keramik oder der piezoelektrischen Monokristalle.
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Der Massenblock 106 wird mit der Ausdehnkraft, die vom piezoelektrischen Element 105 übertragen wird, ausgedehnt. Der Massenblock 106 ist ein Block mit einer gewissen Masse. Die Masse dieses Massenblocks 106 kann nach dem durch das Design zu befriedigenden Bedarf bestimmt werden. Der Massenblock 106 kann als eine drehbare Konfiguration oder in einer quadratischen oder in einer speziellen Form konzipiert sein. Die Form des Massenblocks 106 ist eigentlich nicht sonderlich eingeschränkt, solange die Unterseite im Wesentlichen eine flache Unterseite ist. Der Massenblock 106 kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Vorzugsweise besteht der Massenblock 106 aus einem metallischen Material mit einer hohen Dichte, wie beispielsweise aus einer Wolframlegierung, aus Edelstahl oder ähnlichen Materialien.
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Der Befestigungsnagel 102 kann ein konischer Nagel mit einem Verschlusskopf und mit einer konischen Oberfläche sein. Die konische Oberfläche des Befestigungsnagels 102 stimmt mit der konischen Fläche der Innenseite der Manschette 101 überein. Der Befestigungsnagel 102 kann an die Stütze 104 mit einem Innengewinde angeschraubt und an dieser befestigt werden. Beim Anschrauben des Befestigungsnagels 102 an die Stütze 104 wird daher die am Befestigungsnagel 102 vorgesehene Manschette 101 ausgedehnt, sodass das piezoelektrische Element 105 und der Massenblock 106 ebenfalls ausgedehnt werden.
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Wie dies aus der obenstehenden Beschreibung hervorgeht sowie nach dem piezoelektrischen Schersensor 100 der vorliegenden Erfindung wird zwischen dem Befestigungsnagel 102 und der Stütze 104, zwischen der Manschette 101 und dem piezoelektrischen Element 105 und zwischen dem piezoelektrischen Element 105 und dem Massenblock 106 zum Aufkleben kein Klebstoff aufgetragen. Die vorliegende Erfindung weist einen einfachen Aufbau auf und eignet sich insbesondere für Anwendungen bei hohen Temperaturen.
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Der piezoelektrische Schersensor 100 nach der vorliegenden Erfindung kann entweder keine Leiterplatte 107 oder die Leiterplatte 107 umfassen, um so verschiedene Sensortypen zu konzipieren. Beispielsweise umfasst der piezoelektrische Sensor 101 in einem Ausführungsbeispiel keine Leiterplatte 107. Der piezoelektrische Schersensor 100 kann als ein Beschleunigungssensor für den Ausgang der elektrischen Ladung verwendet werden. Die elektrische Ladung kann von der Außenfläche des piezoelektrischen Elements 105 bezogen werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der piezoelektrische Schersensor 100 aus einer Leiterplatte 107 bestehen. Die Leiterplatte 107 ist mit dem Befestigungsnagel 102 am Massenblock 106 befestigt. Der piezoelektrische Schersensor 100 kann durch das Anpassen der Impedanz der Leiterplatte als ein Beschleunigungssensor für die Ausgangsspannung verwendet werden. In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel kann die Leiterplatte 107 aus einer Schaltungseinheit für die Spannungs-Strom-Wandlung bestehen, sodass der piezoelektrische Schersensor 100 als ein Beschleunigungssensor des Stromausgangs verwendet werden kann. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Leiterplatte 107 aus einer integrierenden Hauptschaltungseinheit bestehen, sodass der piezoelektrische Schersensor 100 als ein Vibrationsgeschwindigkeitssensor verwendet werden kann. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Leiterplatte 107 aus einer integrierenden quadratischen Schaltungseinheit bestehen, sodass der piezoelektrische Schersensor 100 als ein Vibrationsabstandssensor verwendet werden kann.
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Die 1 zeigt wiederum, dass neben der Manschette 101, dem Befestigungsnagel 102, der Grundlage 103, der Stütze 104, des piezoelektrischen Elements 105, des Massenblocks 106 und der Leiterplatte 107 der piezoelektrische Schersensor 100 weiter einen Stecker 108, einen Elektrodenträger 109, eine Abschirmung 110, einen Befestigungsnagel 111, eine isolierende Platte 112, eine Bodenbasis 113 und ähnliche Komponenten umfassen kann.
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Diese Komponenten 108–113 besitzen dieselbe Funktion wie die Komponenten der unterschiedlichen piezoelektrischen Schersensoren gemäß dem Stand der Technik. Die spezifische Anordnung dieser Elemente kann auf dieselbe Weise wie bei den unterschiedlichen piezoelektrischen Schersensoren gemäß dem Stand der Technik implementiert werden, wie beispielsweise durch Pressen, Verschrauben oder Schweißen. Es soll jedoch angemerkt werden, dass die Anordnung dieser Elemente nicht auf die hier erwähnten bestimmten Weisen beschränkt sein soll. Sie kann eine Konfiguration gemäß dem Stand der Technik oder eine in der Zukunft zu entwickelnde Konfiguration aufweisen. Es soll angemerkt sein, dass die Komponenten 108–113 ebenfalls nicht mit einem Klebstoff aneinander befestigt werden.
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Für eine deutlichere Darstellung der Anordnung der Manschette, des piezoelektrischen Elements und des Massenblocks zeigt die 7 eine Querschnittansicht des piezoelektrischen Schersensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entlang dem Schnitt A-A in 1. Wie dies in der 7 gezeigt ist, ist die Manschette 101 außerhalb des Befestigungsnagels 102 angeordnet. Der Befestigungsnagel 102 kann an die Stütze 104 (nicht gezeigt), die auf der Grundlage 103 angeordnet ist, angeschraubt werden. Das piezoelektrische Element 105 ist außerhalb der Manschette 101 angeordnet. Der Massenblock 106 ist außerhalb des piezoelektrischen Elements 105 angeordnet.
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Der kleine weiße Stab der radialen Richtung in der 7 entlang stellt die durchgehenden Ausschnitte der Manschette 101 und des piezoelektrischen Elements 105 dar. In dieser Zeichnung weisen die Manschette 101 und das piezoelektrische Element 105 nur einen durchgehenden Ausschnitt auf. Wie dies in der Figur gezeigt ist, ist der durchgehende Ausschnitt der Manschette 101 nach dem durchgehenden Ausschnitt des piezoelektrischen Elements 105 ausgerichtet. Insbesondere ist der Befestigungsnagel 102 mit der Innenseite der Manschette 101 in Kontakt. Die Außenseite der Manschette 101 ist mit der Innenseite des piezoelektrischen Elements 105 in Kontakt. Die Außenseite des piezoelektrischen Elements 105 ist am Massenblock 106 befestigt.
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Beim Vibrieren des piezoelektrischen Schersensors oder bei einem Aufschlag auf den piezoelektrischen Schersensor wird, da der Befestigungsnagel 102 an die Stütze angeschraubt ist, die Manschette 101 mit dem durchgehenden Ausschnitt mit der Verriegelungskraft des Befestigungsnagels 102, der Toleranz und der Passung ausgedehnt. Durch die durch die Ausdehnung der Manschette 101 erzeugte Ausdehnkraft wird das piezoelektrische Element 105, das außerhalb der Manschette 101 angeordnet ist, wiederum ausgedehnt. Durch die durch die Ausdehnung der Manschette 101 erzeugte Ausdehnkraft wird der Massenblock 106, der außerhalb des piezoelektrischen Elements 105 angeordnet ist, ausgedehnt.
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Nach dem piezoelektrischen Schersensor der vorliegenden Erfindung erfolgt daher die piezoelektrische Wandlung mit dem piezoelektrischen Schereffekt des piezoelektrischen Elements. Da der Massenblock und das piezoelektrische Element mit der Ausdehnkraft, die von der Manschette übertragen wird, ausgedehnt werden, ist die Montage des piezoelektrischen Schersensors gemäß der vorliegenden Erfindung einfach. Außerdem kann mit dem piezoelektrischen Schersensor nach der vorliegenden Erfindung eine niedrige Seitenstabilität erzielt und der Einfluss in Querrichtung dank der Funktion der Selbstausrichtung und der Selbstkalibrierung der konischen Scherung erheblich reduziert werden. Da außerdem kein Klebstoff zwischen dem Massenblock und dem piezoelektrischen Element und/oder zwischen dem Massenblock und der Leiterplatte verwendet wird, muss der piezoelektrische Schersensor gemäß der vorliegenden Erfindung während der Herstellung nicht aufgeklebt, gebacken u.ä. werden, was den Arbeitsaufwand bei der Herstellung reduziert und die Produktionseffizienz verbessert. Der piezoelektrische Schersensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist gegenüber hohen Temperaturen beständig und weist einen g-Hochfrequenzwert auf.
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Die 8 stellt ein Flussdiagramm eines verfahrens 800 zum Herstellen eines piezoelektrischen Schersensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
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Wie dies in der 8 gezeigt ist, umfasst das Verfahren 800 die folgenden Schritte:
Schritt 801: Bereitstellen einer Manschette, die außerhalb eines Befestigungsnagels angeordnet ist, wobei der Befestigungsnagel an eine Stütze, die auf einer Grundlage angeordnet ist, angeschraubt wird;
Schritt 802: Bereitstellen eines piezoelektrischen Elements, das außerhalb der Manschette angeordnet ist;
Schritt 803: Bereitstellen eines Massenblocks, der außerhalb des piezoelektrischen Elements angeordnet ist, wobei die Manschette beim Anschrauben des Befestigungsnagels an die Stütze ausgedehnt wird, wobei das piezoelektrische Element mit einer Ausdehnkraft, die von der Manschette übertragen wird, ausgedehnt wird, und wobei der Massenblock mit einer Ausdehnkraft, die vom piezoelektrischen Element übertragen wird, ausgedehnt wird.
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Nach dem Verfahren 800 kann ein piezoelektrischer Schersensor hergestellt werden, der die oben beschriebenen verschiedenen Vorteile aufweist.
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Die Bezugnahme in dieser Beschreibung auf "ein Ausführungsbeispiel" und auf "ein weiteres Ausführungsbeispiel" deutet nicht darauf hin, dass die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen Komponenten nicht in einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden können, sondern vielmehr, dass die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen Komponenten ebenfalls für beliebige Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, d.h. beliebige Komponenten in den hier in dieser Beschreibung beschriebenen Ausführungsbeispielen können auf eine beliebige Weise kombiniert werden.
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In den angehängten Schutzansprüchen ist der Begriff "umfasst" offen, d.h. ein Sensor, der aus weiteren Elementen als den in den Ansprüchen aufgeführten Elementen besteht, gehört weiterhin mit in den Schutzbereich der Ansprüche.
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Trotz der detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung zum Zweck der Veranschaulichung können verschiedene Modifikationen und Ausbesserungen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Erfindung soll daher nur durch die angehängten Ansprüche definiert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- piezoelektrischer Schersensor
- 101
- Manschette
- 1011
- durchgehender Ausschnitt
- 102
- Befestigungsnagel
- 103
- Grundlage
- 104
- Stütze
- 105
- piezoelektrisches Element
- 1051
- durchgehende Ausschnitte
- 106
- Massenblock
- 107
- Leiterplatte
- 108
- Stecker
- 109
- Elektrodenträger
- 110
- Abschirmung
- 111
- Befestigungsnagel
- 112
- isolierende Platte
- 113
- Bodenbasis
- θ
- Winkel
