DE19533135C2

DE19533135C2 - Verfahren zum Messen der Last in einem ferromagnetischen Metallelement, Verfahren zum Messen der Lastverteilung in einem flächigen Sensor und eine Messanordnung zum Messen von Lastverteilungen

Info

Publication number: DE19533135C2
Application number: DE19533135A
Authority: DE
Inventors: Hajime Gotoh; Tadahiro Kubota; Jun Sasahara
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2015-09-08
Also published as: DE19533135A1; JPH08128904A; JP3052047B2; US5650570A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Last in einem ferromagnetischen Metallelement, Verfahren zum Messen der Lastverteilung in einem flächigen Sensor und eine Messanordnung zum Messen von Lastverteilungen.

Es ist ein Verfahren zum Messen der Last in einem Gegenstand bekannt, in dem man Last-Magnetismuseigenschaften einer amorphen dünnen Folie nutzt, das ein ferromagnetisches Metallelement ist. In diesem Fall wird eine Spule zum Erfassen einer magnetischen Eigenschaft der amorphen dünnen Folie verwendet (siehe japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 9034/83).

Jedoch hat das bekannte Verfahren einen Nachteil darin, dass die magne tische Eigenschaft der amorphen dünnen Folie indirekt durch die Spule erfasst wird und somit die Empfindlichkeit relativ gering ist und, wenn der Abstand zwischen der amorphen dünnen Folie und der Spule geändert wird, sich der gemessene Wert ändert.

Die DE 42 03 124 A1 zeigt einen Drucksensor mit einer vormagnetisierten magnetostriktiven Schicht. Der Vormagnetisierungsvektor liegt im unbelaste ten Zustand schräg, insbesondere unter einem Winkel von 45°, zur Schichtebene. Bei Druckbelastung der magnetostriktiven Schicht ändert sich die Richtung der magnetischen Anisotropie der magnetostriktiven Schicht, wobei der Magnetisierungsvektor zur Schichtebene hin oder senkrecht hierzu ausgerichtet wird. Die Änderung der Magnetisierungsrichtung kann auf elektrischem Wege über den magnetoresistiven Effekt oder über den anomalen Hall-Effekt detektiert werden. In beiden Fällen wird ein konstanter elektrischer Gleichstrom durch die magnetostriktive Schicht geschickt und eine bei äußerer Druckbelastung auftretende Spannungsänderung an der magnetostriktiven Schicht abgegriffen.

Die US-A-3 011 081 zeigt eine Messanordnung zur Messung von Torsions belastungen eines ferromagnetischen Torsionskörpers. Mittels eines elektrischen Gleich- oder Wechselstroms wird in dem Torsionskörper ein Magnetfeld erzeugt. Bei tordierender Belastung des Torsionskörpers erfolgt eine Deformierung des Magnetfelds in dem Torsionskörper. Diese Magnet feldänderung wird mittels einer um den Torsionskörper herum angeordneten Induktionsspule induktiv erfasst.

Die DE 36 42 088 A1 zeigt schließlich eine Vielzahl matrixartig zusammen gefasster Kraftmessfühler, die bei mechanischer Krafteinwirkung elektrische Signale abgeben. Die Kraftmessfühler können bei Krafteinwirkung die Größe eines Widerstandswertes oder eines magnetischen Feldes verändern.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein relativ einfaches Lastmessverfahren anzugeben, durch das eine Lastinformation direkt von dem ferromagneti schen Metallelement erfasst werden kann, um hierdurch eine hochempfind liche und genaue Messung einer Last zu ermöglichen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren nach Anspruch 1 vorgeschla gen.

Hierbei wird ein Wechselstrom an das ferromagnetische Material angelegt und dabei der von dem ferromagnetischen Material dem Wechselstrom entgegengebrachte elektrische Widerstand gemessen. Als elektrischer Widerstand kommen insbesondere die Impedanz, d. h. der Scheinwider stand, und der ohmsche Wirkwiderstand in Frage. Durch den angelegten Wechselstrom finden in dem ferromagnetischen Material Ummagnetisie rungsvorgänge statt, die der Wechselstromquelle Energie entziehen. Die entzogene Energie ist in Form des elektrischen Widerstands erfassbar. Magnetostriktive Eigenschaften des ferromagnetischen Materials können bei mechanischer Lasteinwirkung zu einer Veränderung der der Wechsel stromquelle entzogenen Energie und damit des elektrischen Widerstands führen. Anhand einer im voraus empirisch ermittelten Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand des ferromagnetischen Materials und der einwirkenden mechanischen Last kann von dem gemessenen elektrischen Widerstand auf die aktuell einwirkende mechanische Last geschlossen werden.

Hierdurch ist es möglich, die mechanische Last des ferromagnetischen Metallelements aus dem gemessenen Wert der Impedanz |Z| oder des ohmschen Widerstands R genau zu messen, indem man zuvor die jeweils besondere Beziehung zwischen der Impedanz |Z| und der Last oder die jeweils besondere Beziehung zwischen dem ohmschen Widerstand R und der Last bestimmt, die das ferromagnetische Metallelement besitzt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Messen einer Lastverteilung des oben beschriebenen Typs anzugeben, das eine Lastver teilung in einem flächigen Sensor messen kann, indem es das oben beschriebene Lastmessverfahren nutzt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 vorgeschlagen.

Wenn der Wechselstrom durch die ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente fließt, nehmen die Impedanz |Z| bzw. der ohmsche Widerstand R mit Zunahme der mechanischen Last in jedem der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente ab.

Hierdurch ist es möglich, die mechanische Last in jedem der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente aus dem gemessenen Wert der Impedanz |Z| bzw. des ohmschen Widerstands R genau zu messen, indem man zuvor die jeweils besondere Beziehung zwischen der Impedanz |Z| und der Last bzw. die jeweils besondere Beziehung zwischen dem ohmschen Widerstand R und der Last jedes der ferromagnetischen Metallelemente bestimmt. Wenn die Summe der Lasten als die Last an dem virtuellen Schnittpunkt, wie oben beschrieben, definiert ist, entspricht die Last an jedem der virtuellen Schnittpunkte der an diesem virtuellen Schnittpunkt angelegten Last, wodurch man eine Lastverteilung in dem flächigen Sensor messen kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messanordnung mit einem flächigen Sensor des oben beschriebenen Typs anzugeben, der eine Lastverteilung leicht messen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Messanordnung nach Anspruch 13 vorgeschlagen.

Somit ist es möglich, die Messung der Lastverteilung durch den flächigen Sensor in leichter Weise durchzuführen.

Aus der folgenden Beschreibung sind bevorzugte Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführung eines Lastmessver fahrens;

Fig. 2 zeigt vergrößert ein wesentliches Teil von Fig. 1;

Fig. 3 zeigt in einem Graph ein erstes Beispiel der Beziehung zwischen der Last σ und der Impedanz |Z|;

Fig. 4 zeigt in einem Graph ein erstes Beispiel der Beziehung zwischen der Last σ und dem ohmschen Widerstand R;

Fig. 5 zeigt in einem Graph die Beziehung zwischen der Frequenz f eines Wechselstroms und der Impedanz |Z|;

Fig. 6 zeigt in einem Graph die Beziehung zwischen der Frequenz f des Wechselstroms und dem ohmschen Widerstand R;

Fig. 7 zeigt schematisch eine zweite Ausführung eines Lastmeßverfahrens;

Fig. 8 zeigt in einem Graph ein erstes Beispiel der Beziehung zwischen dem äußeren Magnetfeld H und der Impedanz |Z|;

Fig. 9 zeigt in einem Graph ein erstes Beispiel der Beziehung zwischen dem äußeren Magnetfeld H und dem Ohm'schen Widerstand R;

Fig. 10 zeigt schematisch eine dritte Ausführung eines Lastmeßverfahrens;

Fig. 11 zeigt in einem Graph ein erstes Beispiel der Beziehung zwischen dem äußeren Magnetfeld H und der Impedanz |Z| sowie dem Ohms'chen Widerstand R;

Fig. 12 zeigt in einem Graph ein zweites Beispiel der Beziehung zwischen der Last σ und der Impedanz |Z|;

Fig. 13 zeigt in einem Graph ein zweites Beispiel der Beziehung zwischen der Last σ und dem Ohm'schen Widerstand R;

Fig. 14 zeigt in einem Graph ein drittes Beispiel der Beziehung zwischen der Last σ und der Impedanz |Z|;

Fig. 15 zeigt in einem Graph ein drittes Beispiel der Beziehung zwischen der Last σ und dem Ohm'schen Widerstand R;

Fig. 16 zeigt in einem Graph ein zweites Beispiel der Beziehung zwischen dem äußeren Magnetfeld H und der Impedanz |Z|;

Fig. 17 zeigt in einem Graph ein zweites Beispiel der Beziehung zwischen dem äußeren Magnetfeld H und dem Ohm'schen Widerstand R;

Fig. 18 zeigt in einem Graph ein zweites Beispiel der Beziehung zwischen dem äußeren Magnetfeld H und der Impedanz |Z| sowie dem Ohm'schen Widerstand R;

Fig. 19 zeigt schematisch einen elektrischen Schaltkreis eines Lastmeßsystems;

Fig. 20 zeigt in einem Graph ein viertes Beispiel der Beziehung zwischen der Last σ und der Impedanz |Z|;

Fig. 21 zeigt perspektivisch einen flächigen Sensor;

Fig. 22 zeigt in Draufsicht den flächigen Sensor;

Fig. 23 zeigt den Sensor in Richtung des Pfeils 23 von Fig. 22;

Fig. 24 ist eine Explosionsperspektivansicht des flächi gen Sensors;

Fig. 25 zeigt schematisch einen elektrischen Schaltkreis in einem ersten Beispiel eines Lastverteilungs-Meßsystems;

Fig. 26 zeigt schematisch ein erstes Beispiel einer Lastverteilung;

Fig. 27 zeigt schematisch ein zweites Beispiel einer Lastverteilung;

Fig. 28 zeigt einen elektrischen Schaltkreis in einem zweiten Beispiel eines Lastverteilungs-Meßsystems;

Fig. 29 zeigt in einem Graph die Beziehung zwischen der gemessenen Spannung E_R und der Impedanz |Z|; und

Fig. 30 zeigt schematisch ein erstes Beispiel einer Lastverteilung.

Ausführung I (Beispiel 1)

A) Zu den Fig. 1 und 2. Ein ausgewähltes ferromagnetisches lineares Metallelement 1 bestand aus einer amorphen, auf Eisen geruhenden Legierung mit der Zusammensetzung Fe_77,5Si_7,5B₁₅ (die numerischen Werte bezeichnen Atom-%), und hatte einen Durch messer von 125 µm und eine Länge von 200 mm. Diese amorphe Eisenlegierung hat eine positive Magnetostriktion λs (d. h. λs < 0). Jedes der entgegengesetzten Enden des linearen Metall elements 1 wurde zwischen einem Paar von Klemmen 3, 4 eines Zugprüfgeräts eingeklemmt, wobei Schleifpapier (# 360) da zwischen eingelegt war, wobei dieses Papier einen hohen Reibkoeffizienten und elektrisch isolierende Eigenschaften hatte.
Ein Paar von Anschlüssen 5 und 6 wurde an dem linearen Metall element 1 derart angebracht, daß die Distanz D zwischen den Anschlüssen 150 mm betrug, und ein Impedanzmeßgerät 8 (Modell 4192A von YHP Corp.) mit einer Wechselstromversorgung wurde an beide Anschlüsse 5 und 6 durch ein Kabel 7 mit vier Anschlüssen verbunden. Dieses Impedanzmeßgerät 8 ermöglicht die Messung einer Impedanz |Z| und eines Ohm'schen Widerstands R aus der Beziehung |Z| = {R² + ωL - 1/ωC)², wobei ωL eine Induktanz und 1/ωC eine Kapazitanz darstellt.
Dann wurde an das lineare Metallelement 1 bei Raumtemperatur eine Zuglast angelegt, und es wurde ein Wechselstrom mit einer Frequenz F gleich 10 MHz, 1 MHz oder 100 kHz bei einer Spannung von 1 V durch das lineare Metallelement 1 geleitet, um eine Impedanz |Z| und einen Ohm'schen Widerstand R zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 unter Verwendung eines 4-Anschlußverfahrens zu messen.
Bei dieser Messung wurde die Zuglast an das lineare Metall element 1 in einem Bereich von 0 bis 2 kg f derart geändert, daß sich die Last σ in dem linearen Metallelement 1 in einem Bereich von 0 bis etwa 163 kg f/mm² änderte.
Fig. 3 und 4 zeigen Ergebnisse der Messung. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Last σ und der Impedanz |Z| und Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Last σ und dem gemessenen Wert des Ohm'schen Widerstands R.
Die Fig. 3 und 4 zeigen, daß bei Einstellung des Wechsel stroms auf eine Frequenz f von 10 MHz die Impedanz |Z| und der Ohm'sche Widerstand R mit zunehmender Last σ abnehmen. Bei der Frequenz f von 1 MHz ist die Abnahme der Impedanz |Z| und dgl. gering.
Hieraus ist ersichtlich, daß die Impedanz |Z| und der Ohm'sche Widerstand R zwischen den beiden Anschlüssen 5 und 6 gemessen werden kann, um eine Last σ in dem linearen Metallelement 1 genau zu messen, und zwar auf Basis der gemessenen Werte der Impedanz |Z| und des Ohm'schen Widerstands R aus der jeweils besonderen Beziehung zwischen der Impedanz |Z| und der Last σ oder dem Ohm'schen Widerstand R und der Last σ, die das lineare Metallelement 1 besitzt.
Wenn jedoch die Frequenz f des Wechselstroms gleich 100 KHz ist, ändern sich die Impedanz |Z| und der Ohm'sche Widerstand R nur wenig, auch wenn die Last σ zunimmt.
Im Falle eines linearen Metallelements, das keinen Ferromagne tismus zeigt, wie etwa Cu, JIS SUS304, ließen sich Meßergeb nisse wie in den Fig. 3 und 4 nicht erhalten.
B) Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde ein lineares Metallelement 1 aus einer amorphen Eisenlegierung mit der gleichen Zusammen setzung und der gleichen Größe wie dem oben beschriebenen in ähnlicher Weise zwischen dem Paar von Klemmen 3, 4 des Zug testgeräts eingeklemmt. Das Paar der Anschlüsse 6 und 7 wurden in gleicher Weise an dem linearen Metallelement 1 mit der gleichen Anschluß-zu-Anschluß-Distanz D angebracht, und ferner wurde das Impedanzmeßgerät 8 in gleicher Weise mit beiden Anschlüssen 5 und 6 verbunden.
Erstens wurde in einem Zustand, in dem die Last σ in dem linearen Metallelement gleich 0 kg f/mm² betrug (Zuglast 0 kg f) ein Wechselstrom durch das lineare Metallelement 1 geleitet, wobei die Frequenz f in einem Bereich von 1 bis 14 MHz bei einer Spannung von 1 V geändert wurde, um hierdurch eine Impedanz |Z| und einen Ohm'schen Widerstand R zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 unter Verwendung eines 4-Anschlußverfahrens zu messen.
Dann wurde in einem Zustand, in dem die Last σ in dem linearen Metallelement 1 gleich 40 kg f/mm² betrug (Zuglast 0,5 kg f) ein Wechselstrom durch das lineare Metallelement 1 geleitet, wobei die Frequenz f in einem Bereich von 1 bis 13 MHz bei einer Spannung von 1 V geändert wurde, um hierdurch eine Impedanz |Z| und einen Ohm'schen Widerstand R zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 unter Verwendung eines 4-Anschlußverfahrens zu messen.
Fig. 5 und 6 zeigen Ergebnisse der Messung. Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Frequenz f des Wechselstroms und dem gemessenen Wert der Impedanz |Z| und Fig. 6 zeigt die Bezie hung zwischen der Frequenz f des Wechselstroms und dem gemesse nen Wert des Ohm'schen Widerstands R.
In Fig. 5 entsteht eine Differenz zwischen der Impedanz |Z|, die bei der Last σ gleich 0 kg f/mm² vorliegt, und der Impedanz |Z|, die bei der Last σ gleich 40 kg f/mm² vorliegt, in einem Bereich, in dem die Frequenz f des Wechselstroms gleich oder größer als 300 kHz ist. Daher ist es bei der Messung der Last in dem linearen Metallelement 1 aus der amorphen Eisenlegierung erforderlich, die Frequenz f des Wechselstroms in einen Bereich von f ≧ 300 kHz zu legen. Dies trifft auch für den in Fig. 6 gezeigten Ohm'schen Widerstand R zu.
C) Wie in Fig. 7 gezeigt, wurde ein lineares Metallelement 1 aus amorpher Eisenlegierung mit der gleichen Zusammensetzung und gleichen Größe wie oben beschrieben in gleicher Weise zwischen dem Paar von Klemmen 3, 4 des Zugtestgeräts einge klemmt. Das Paar der Anschlüsse 5 und 6 wurde in gleicher Weise an dem linearen Metallelement 1 mit der gleichen Anschluß- Anschluß-Distanz D angebracht, und ferner wurde das Impedanz meßgerät 8 in gleicher Weise mit beiden Anschlüssen 5 und 6 verbunden. In diesem Fall führte ein zwischen beiden Anschlüs sen 5 und 6 befindlicher Abschnitt des linearen Metallelements 1 durch ein Solenoid 9.
Das Solenoid 9 bildet für das lineare Metallelement 1 ein axial gerichtetes äußeres Magnetfeld H und ist mit einer Gleichstrom versorgung 10 verbunden. Die Windungsanzahl des Solenoids 9 beträgt 3375 Windungen/m und die Länge des Solenoids 9 beträgt 120 mm.
In einem Zustand, in dem die Last σ in dem linearen Metall element 1 gleich 0 kg f/mm² betrug (Zuglast 0 kg f), wurde ein Wechselstrom mit einer Frequenz f von 10 MHz oder 1 MHz bei einer Spannung von 1 V durch das lineare Metallelement 1 geleitet, und das äußere Magnetfeld H wurde in einem Bereich von 0 bis 3400 A/m geändert, um hierdurch eine Impedanz |Z| und einen Ohm'schen Widerstand R zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 unter Verwendung eines 4-Anschlußverfahrens zu messen.
Fig. 8 und 9 zeigen Ergebnisse der Messung. Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem äußeren Magnetfeld H und dem gemessenen Wert der Impedanz |Z|, und Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem äußeren Magnetfeld H und dem gemessenen Wert des Ohm'schen Widerstands R.
Aus den Fig. 8 und 9 ist ersichtlich, daß sich die gemesse nen Werte der Impedanz |Z| und des Ohm'schen Widerstands R für das lineare Metallelement 1 nur wenig ändern, auch wenn das äußere Magnetfeld H etwa 3400 A/m groß ist, und daher werden diese Meßwerte nur wenig durch Störung, wie etwa ein schwimmen des Magnetfeld, beeinflußt. Dies ist der Tatsache zuzurechnen, daß die Magnetisierung des linearen Metallelements 1 schwierig ist, weil die das lineare Metallelement 1 bildende amorphe Eisenlegierung eine positive Magnetostriktion λs aufweist.
D) Wie in Fig. 10 gezeigt, wurde ein lineares Metallelement 1 aus amorpher Eisenlegierung mit der gleichen Zusammensetzung und gleichen Größe wie oben in gleicher Weise zwischen dem Paar von Klemmen 3, 4 des Zugtestgeräts eingeklemmt. Das Paar der Anschlüsse 5 und 6 wurde in gleicher Weise an dem linearen Metallelement 1 mit der gleichen Anschluß-zu-Anschluß-Distanz D angebracht, und ferner wurde das Impedanzmeßgerät 8 in gleicher Weise mit beiden Anschlüssen 5 und 6 verbunden. In diesem Fall waren die Nord- und Südpole eines Elektromagneten 11 an entgegengesetzten Seiten eines zwischen beiden Anschlüs sen 5 und 6 befindlichen Abschnitts des linearen Metallelements 1 angeordnet.

Der Elektromagnet 11 bildet für das lineare Metallelement 1 ein äußeres Magnetfeld H in einer Richtung orthogonal zur Achse des linearen Metallelements 1, und hat eine Doppeljochwicklung. Der Durchmesser der Endspitzen der Nord- und Südpole beträgt 80 mm und der Spalt zwischen den Nord- und Südpolen 42 mm. Das Joch besteht aus reinem Eisen.

In einem Zustand, in dem die Last σ in dem linearen Metall element 1 0 kg f/mm² betrug (Zuglast 0 kg f), wurde ein Wechselstrom mit einer Frequenz f von 10 MHz bei einer Spannung von 1 V durch das lineare Metallelement 1 geleitet, und ein äußeres Magnetfeld H wurde in einem Bereich von 500 bis 4000 A/m geändert, um hierdurch eine Impedanz |Z| und einen Ohm'schen Widerstand R zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 unter Verwendung eines 4-Anschlußverfahrens zu messen zum Erhalt der in Fig. 11 gezeigten Ergebnisse.

Fig. 11 zeigt, daß sich die Meßwerte der Impedanz |Z| und des Ohm'schen Widerstands R für das lineare Metallelement 1 nur wenig ändern, auch wenn das äußere Magnetfeld H etwa 4000 A/m stark ist, und daher diese Meßwerte durch Störung nur wenig beeinflußt werden. Dies ist dem oben beschriebenen Grund zuzurechnen.

Wenn das lineare Metallelement 1 aus der amorphen Eisenlegie rung gebildet ist, wie unter den Punkten C. und D. beschrieben, werden die Meßwerte der Impedanz |Z| und des Ohm'schen Wider stands R nur wenig beeinflußt, und daher ist bei der Messung der Impedanz |Z| eine magnetische Abschirmung nicht erforder lich. Somit ist es bei der Konstruktion eines Systems unter Verwendung des linearen Metallelements 1 möglich, die Größe zu mindern und das System zu vereinfachen.

(Beispiel 2)

Ausgewählt wurde ein ferromagnetisches lineares Metallelement 1 aus Eisen mit einer Reinheit von 99,98% und einem Durch messer von 100 µm und einer Länge von 200 mm.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde das lineare Metallelement 1 zwischen dem Paar von Klemmen 3, 4 des Zugtestgeräts wie in Beispiel 1 festgeklemmt. Ein Paar von Anschlüssen 5 und 6 wurde an dem linearen Metallelement 1 mit der gleichen Anschluß-zu- Anschlußdistanz D wie in Beispiel 1 angebracht, und ferner wurde das Impedanzmeßgerät 8 wie in Beispiel 1 mit beiden Anschlüssen 5 und 6 verbunden.

Dann wurde bei Raumtemperatur eine Zuglast an das lineare Metallelement 1 angelegt, und wurde ein Wechselstrom mit einer Frequenz f von 10 MHz oder 100 kHz bei einer Spannung von 1 V durch das lineare Metallelement 1 geleitet, um hierdurch eine Impedanz |Z| und einen Ohm'schen Widerstand R zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 unter Verwendung eines 4-Anschlußverfahrens zu messen.

Bei der Messung wurde die Zuglast in einem Bereich von 0 bis 0,5 kg f derart geändert, daß sich die Last σ in dem linearen Metallelement 1 in einem Bereich von 0 bis etwa 64 kg f/mm² änderte.

Fig. 12 und 13 zeigen Ergebnisse der Messung. Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen der Last σ und dem Meßwert der Impedanz |Z|, und Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen der Last σ und dem Meßwert des Ohm'schen Widerstands R.

Fig. 12 und 13 zeigen, daß bei Einstellung der Wechselstrom frequenz auf 10 MHz die Impedanz |Z| und der Ohm'sche Wider stand R mit Anstieg der Last σ abnehmen. Wenn jedoch die Frequenz f des Wechselstroms gleich 100 kHz ist, ändern sich die Impedanz |Z| und dgl. nicht.

(Beispiel 3)

A) Gewählt wurde ein ferromagnetisches lineares Metallelement 1 aus einer amorphen, auf Kobalt beruhenden Legierung der Zusammensetzung (Fe_0,06Co_0,94)_72,5Si_12,5B₁₅ (die numerischen Werte bezeichnen jeweils Atom-%) mit einem Durchmesser von 135 µm und einer Länge von 200 mm. Die Magnetostriktion λs dieser amorphen Kobaltlegierung ist nahezu gleich 0 (Null).
Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde das lineare Metallelement 1 zwischen dem Paar von Klemmen 3, 4 des Zugtestgeräts wie in Beispiel 1 festgeklemmt. Ein Paar von Anschlüssen 5 und 6 wurde an dem linearen Metallelement 1 mit der gleichen Anschluß-zu- Anschluß-Distanz D wie in Beispiel 1 angebracht, und ferner wurde das Impedanzmeßgerät 8 wie in Beispiel 1 mit beiden Anschlüssen 5 und 6 verbunden.
Dann wurde bei Raumtemperatur eine Zuglast an das lineare Metallelement 1 angelegt, und es wurde ein Wechselstrom mit einer Frequenz f von 10 MHz, 1 MHz oder 100 kHz bei einer Spannung von 1 V durch das lineare Metallelement 1 geleitet, um hierdurch eine Impedanz |Z| und einen Ohm'schen Widerstand R zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 unter Verwendung eines 4- Anschlußverfahrens zu messen.
Bei der Messung wurde die Zuglast in einem Bereich von 0 bis 2 kg f derart geändert, daß sich die Last σ in dem linearen Metallelement 1 in einem Bereich von 0 bis etwa 140 kg f/mm² änderte.
Fig. 14 und 15 zeigen Ergebnisse der Messung. Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen der Last σ und dem Meßwert der Impedanz |Z|, und Fig. 15 zeigt die Beziehung zwischen der Last σ und dem Meßwert des Ohm'schen Widerstands R.
Fig. 14 und 15 zeigen, daß bei der Wechselstromfrequenz gleich 10 MHz, 1 MHz und 100 kHz die Impedanz |Z| und der Ohm'sche Widerstand R mit einem Anstieg der Last σ abnehmen.
B) Wie in Fig. 7 gezeigt, wurde ein lineares Metallelement 1 aus amorpher Kobaltlegierung mit der gleichen Zusammensetzung und gleichen Größe wie oben beschrieben zwischen dem Paar von Klemmen 3, 4 des Zugtestgeräts festgeklemmt. Das Paar der Anschlüsse 5 und 6 wurde in gleicher Weise an dem linearen Metallelement 1 mit der gleichen Anschluß-zu-Anschluß-Distanz D wie oben beschrieben angebracht, und ferner wurde das Impedanzmeßgerät 8 in gleicher Weise mit beiden Anschlüssen 5 und 6 verbunden. In diesem Fall wurde ein zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 befindlicher Abschnitt des linearen Metallelements 1 durch das Solenoid 9 eingesetzt.
Das Solenoid 9 bildet für das lineare Metallelement 1 ein axial gerichtetes äußeres Magnetfeld H, wie in Beispiel 1, und ist mit einer Gleichstromversorgung 10 verbunden. Die Anzahl der Windungen des Solenoids 9 beträgt 3375 Windungen/m, und die Länge des Solenoids 9 120 mm.
In einem Zustand, in dem die Last σ in dem linearen Metall element 1 gleich 0 kg f/mm² betrug (Zuglast 0 kg f), wurde ein Wechselstrom mit einer Frequenz f gleich 10 MHz, 1 MHz und 100 kHz bei einer Spannung von 1 V durch das lineare Metallelement 1 geleitet, und ein äußeres Magnetfeld H wurde in einem Bereich von 15 bis 666 A/m geändert, um hierdurch eine Impedanz |Z| und einen Ohm'schen Widerstand R zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 unter Verwendung eines 4-Anschlußverfahrens zu messen.
Fig. 16 und 17 zeigen Ergebnisse der Messung. Fig. 16 zeigt die Beziehung zwischen dem äußeren Magnetfeld H und dem Meßwert der Impedanz |Z|, und Fig. 17 zeigt die Beziehung zwischen dem äußeren Magnetfeld H und dem Meßwert des Ohm'schen Widerstands R.
Fig. 16 und 17 zeigen, daß die Meßwerte der Impedanz |Z| und des Ohm'schen Widerstands R für das lineare Metallelement 1 sich unter Einfluß des äußeren Magnetfelds stark ändern. Dies ist der Tatsache zuzurechnen, daß das lineare Metallelement 1 leicht magnetisiert wird, weil die das lineare Metallelement 1 bildende amorphe Kobaltlegierung eine positive Magnetostriktion λs von fast gleich 0 (Null) aufweist.
C) wie in Fig. 10 gezeigt, wurde ein lineares Metallelement 1 aus amorpher, auf Kobalt beruhender Legierung mit der gleichen Zusammensetzung und gleichen Größe wie oben beschrie ben in gleicher Weise zwischen dem Klemmenpaar 3, 4 des Zugtestgeräts festgeklemmt. Das Paar der Anschlüsse 5 und 6 wurde in gleicher Weise an dem linearen Metallelement 1 mit der gleichen Anschluß-zu-Anschluß-Distanz D angebracht, und ferner wurde das Impedanzmeßgerät 8 in gleicher Weise mit beiden Anschlüssen 5 und 6 verbunden. In diesem Fall wurden Nord- und Südpole eines Elektromagneten 11 an entgegengesetzten Seiten eines zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 befindlichen Ab schnitts des linearen Metallelements 1 angeordnet.

Der Elektromagnet 11 bildet für das lineare Metallelement 1 ein äußeres Magnetfeld H in einer Richtung orthogonal zur Achse des linearen Metallelements 1 und ist in der gleichen Weise wie oben beschrieben aufgebaut.

In einem Zustand, in dem die Last σ in dem linearen Metall element 1 gleich 0 kg f/mm² betrug (Zuglast 0 kg f), wurde ein Wechselstrom einer Frequenz f von 10 MHz bei einer Spannung von 1 V durch das lineare Metallelement 1 geleitet, und ein äußeres Magnetfeld H wurde in einem Bereich von 500 bis 4000 A/m geändert, um hierdurch eine Impedanz |Z| und einen Ohm'schen Widerstand R zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 unter Ver wendung eines 4-Anschlußverfahrens zu messen, um die in Fig. 18 gezeigten Ergebnisse zu erzielen.

Fig. 18 zeigt, daß sich die Meßwerte der Impedanz |Z| und des Ohm'schen Widerstands R für das lineare Metallelement 1 unter Einfluß des äußeren Magnetfelds H stark ändern. Dies ist dem oben beschriebenen Grund zuzurechnen.

Bei Betrachtung der vorstehenden Punkte muß man die Lastmessung des aus amorpher Kobaltlegierung bestehenden linearen Metall elements 1 in Umgebungen durchführen, die frei von Störungs faktoren, wie etwa eines äußeren Magnetfelds H, sind, oder unter Verwendung einer magnetischen Abschirmung durchführen.

Wenn das lineare Metallelement 1 aus amorpher Eisenlegierung, einer amorphen Kobaltlegierung oder dgl. gebildet ist, kann die Streckgrenze (Elastizitätsgrenze) des linearen Metallelements 1 verbessert werden, und hierdurch ist es möglich, an dem linearen Metallelement ein wiederholte Last, eine Last, die die Entstehung einer starken Dehnung zuläßt, oder dgl. zu messen.

Die Messung der Last kann nicht mittels eines Dehnungsmeßgeräts durchgeführt werden, weil ein Widerstandsdraht des Dehnungs meßgeräts aufgrund der wiederholten Last oder dgl. ermüdet.

Fig. 19 zeigt ein Beispiel einer Lastmeßvorrichtung. In dieser Vorrichtung ist eine Wechselstromversorgung 14 zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 des linearen Metallelements 1 angeschlos sen, und die Impedanz |Z| und den Ohm'schen Widerstand R des linearen Metallelements 1 darstellende Wechselstromausgangs signale stehen zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 zur Ver fügung.

Das oben beschriebene Beispiel 1 wird beispielsweise zur Erfassung geringfügiger innerer Beschädigung eines FRP-Elements verwendet (faserverstärkter Gegenstand oder faserverstärkter Kunststoff). Insbesondere sind eine Mehrzahl linearer Metall elemente 1 in dem FRP-Element eingebettet und durch eine Kunststoffmatrix in einem vorgespannten Zustand gehalten. Wenn in der Kunststoffmatrix in dem FRP-Element Haarbrüche ent stehen, oder zwischen der Kunststoffmatrix und dem linearen Metallelement 1 ein Abschälen an der Grenzschicht stattfindet, nimmt die Haltekraft der Kunststoffmatrix an dem linearen Metallelement 1 und somit die anfänglich an das lineare Metallelement 1 angelegte Vorspannung ab, und somit nimmt auch die Last des linearen Metallelements 1 mit einer Minderung der Haltekraft und dgl. ab. Somit kann eine geringe interne Beschädigung des FRP-Elements erfaßt werden.

Ausführung II (Beispiel 1)

Gewählt wurde ein ferromagnetisches lineares Metallelement 1 aus einer amorphen, auf Eisen beruhenden Legierung einer Zusammensetzung von Fe_77,5Si_7,5B₁₅ (die numerischen Werte bezeich nen Atom-%) mit einem Durchmesser von 125 µm und einer Länge von 550 mm. Dieses lineare Metallelement 1 bestand aus dem gleichen Material und hatte den gleichen Durchmesser wie oben unter Punkt A. für das Beispiel 1 in der Ausführung I be schrieben. Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, wurden die entgegen gesetzten Enden des linearen Metallelements 1 zwischen einem Paar von Klemmen 3, 4 eines Zugtestgeräts in gleicher Weise wie oben beschrieben festgeklemmt.

Ein Paar von Anschlüssen 5 und 6 wurde an dem linearen Metall element 1 derart angebracht, daß die Distanz D zwischen den Anschlüssen 500 mm betrug, und beide Anschlüsse 5 und 6 wurden in ähnlich zum oben beschriebenen durch ein 4-Anschlußkabel 7 mit einem Impedanzmeßgerät verbunden.

Dann wurde eine Zuglast an das lineare Metallelement 1 ange legt, und wurde ein Wechselstrom einer Frequenz f von 1 MHz oder 10 MHz bei einer Spannung von 1 V durch das lineare Metallelement 1 geleitet, um hierdurch eine Impedanz |Z| zwischen beiden Anschlüssen 5 und 6 unter Verwendung eines 4- Anschlußverfahrens zu messen.

Bei der Messung wurde die Zuglast auf das lineare Metallelement 1 in einem Bereich von 0 bis 1 kg f geändert, so daß sich die Last σ in dem linearen Metallelement 1 in einem Bereich von 0 bis etwa 81 kg f/mm² änderte.

Fig. 20 zeigt Ergebnisse der Messung. Bei Einstellung der Frequenz f auf 10 MHz nimmt die Impedanz |Z| bei hoher Empfind lichkeit mit Anstieg der Last σ ab. Bei der Frequenz von 1 MHz ist die Zunahme der Impedanz |Z| ziemlich gering.

Zu den Fig. 21 bis 23. Ein flächiger Lastverteilungsmeßsen sor 17 umfaßt eine Mehrzahl von z. B. fünf ersten ferromagneti schen linearen Metallelementen 1 ₁, die parallel nebeneinander an einer Seite einer eine Folie enthaltenden elektrisch isolierenden Schicht 18 angeordnet sind und die zur Messung entweder der Impedanz |Z| oder eines Ohm'schen Widerstands R angeordnet sind, und eine Mehrzahl von, beispielsweise fünf, zweiten ferromagnetischen linaren Metallelementen 1 ₂, die parallel nebeneinander auf dem einer eine Folie enthaltenden elektrisch isolierenden Schicht 18 angeordnet sind, derart daß sie die ersten linearen Metallelemente 1 ₁ schneiden und zur Messung entweder einer Impedanz |Z| oder eines Ohm'schen Widerstands R angeordnet sind.

Jedes der ersten und zweiten linearen Metallelemente 1 ₁ und 1 ₂ besteht aus einer amorphen Eisenlegierung einer Zusammensetzung von Fe_77,5Si_7,5B₁₅ (die numerischen Werte bezeichnen jeweils Atom- %) mit einem Durchmesser von 125 µm und einer Länge von 500 mm.

Die ersten und zweiten linearen Metallelemente 1 ₁ und 1 ₂ sind in eben gewebte Glasgewebe 19 ₁ und 19 ₂ längs einer Kette 20 eingewoben. Jedes Element Kette 20 und Schuß 21 ist durch Verdrehen von extrem dünnen 900 Glasfasern hergestellt, die einen Durchmesser von 3 µm aufweisen. Jedes der Glasgewebe 19 ₁ und 19 ₂ hat eine Länge von 300 mm und eine Breite von 300 mm, und der Abstand zwischen den ersten und zweiten linearen Metallelementen 1 ₁ und 1 ₂ beträgt 50 mm.

Die elektrisch isolierende Schicht 18 ist aus Polyethylen terephthalat (PET) gebildet und hat eine Dicke von 30 µm.

Wie in Fig. 24 gezeigt, ist die elektrisch isolierende Schicht 18 sandwichartig zwischen beiden Glasgeweben 19 ₁ und 19 ₂ angeordnet, die ebenfalls sandwichartig zwischen zwei Hart schaumplatten 22 ₁ und 22 ₂ aus Kunstgummi angeordnet sind. Jede der Schaumplatten 22 ₁ und 22 ₂ hat eine Länge von 300 mm, eine Breite von 300 mm und eine Dicke von 10 mm.

Fig. 25 zeigt ein erstes Beispiel einer elektrischen Schaltung in dem Lastverteilungsmeßsystem. Die einen Enden jedes ersten linearen Metallelements 1 ₁ sind mit einer Abtasteinrichtung 23 ₁ verbunden, und die Abtastvorrichtung 23 ₁ und das andere Ende jedes ersten linearen Metallelements 1 ₁ sind mit einem Impedanz meßgerät 8 ₁ verbunden, ähnlich dem oben beschriebenen. In gleicher Weise sind die einen Enden der zweiten linearen Metallelemente 1 ₂ mit einer Abtasteinrichtung 23 ₂ verbunden, und die Abtasteinrichtung 23 ₂ und das andere Ende jedes zweiten linearen Metallelements 1 ₂ sind mit einem Impedanzmeßgerät 8 ₂ verbunden, ähnlich dem oben beschriebenen.

Hierbei sind die fünf ersten linearen Metallelemente 1 ₁ jeweils als Leitungen A₁ bis E₁ bezeichnet, und die fünf zweiten linearen Metallelemente 1 ₁ sind als Leitungen A₂ bis E₂ bezeich net, wie in den Fig. 22 und 25 gezeigt.

Beim Messen der Lastverteilung wurde ein säulenförmiges Gewicht 24 mit einem Durchmesser von 60 mm und einem Gewicht von 12 kg auf dem Sensor 17 angeordnet, so daß sich die Mitte des Gewichts 24 im wesentlichen an einem virtuellen Schnittpunkt (C₁, C₂) befand, der die Mitte des Sensors 17 bezeichnet, und es wurde an den Sensor 17 von einer flachen Fläche des Sensors 17 eine Last angelegt.

Dann wurde ein Wechselstrom mit einer Frequenz f von 1 MHz bei einer Spannung von 1 V durch die Leitungen A₁ bis E₁ und die Leitungen A₂ bis E₂ geleitet, um in jeder der Leitungen A₁ bis E₁ bzw. der Leitungen A₂ bis E₂ nacheinander eine Impedanz |z| zu messen.

Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen dem Meßwert der Impedanz |z| jeder der Leitungen A₁ bis E₁ und der Leitungen A₂ bis E₂ und der Lasten σ, erhalten aus Fig. 20 (f = 1 MHz) auf Basis der Meßwerte.

Tabelle 1

Fig. 26 zeigt die Summe der Lasten σ der Leitungen A₁ und A₂ und der Leitungen B₁ und A₂ und so fort, welche einander schneiden, als eine Last σ an jedem von virtuellen Schnitt punkten (A₁, A₂), (B₁, A₂) und so fort der Leitungen A₁ und A₂, der Leitungen B₁ und A₂ und so fort. In Fig. 26 ist die Einheit jedes numerischen Werts kg f/mm².

Fig. 26 zeigt, wenn die Last an den virtuellen Schnittpunkt (C₁, C₂), der die Mitte des Sensors 17 bildet, und an dessen Nähe angelegt wird, sich eine Lastverteilung ergibt, in der die Last σ an dem virtuellen Schnittpunkt (C₁, C₂) am größten ist und von dem virtuellen Schnittpunkt (C₁, C₂) zum Außenbereich des Sensors 17 allmählich abnimmt.

Jedoch ist die Last σ bezüglich der Leitung C₁ größer an der Seite der Leitung E₁ als an der Seite der Leitung A₁, und ist bezüglich der Leitung C₂ größer an der Seite der Leitung A₂ als an der Seite der Leitung E₂. Dies ist der Tatsache zuzurechnen, daß die Mitte des Gewichts 24 von dem virtuellen Schnittpunkt (C₁, C₂) versetzt ist und sich in einem Bereich befindet, der von den virtuellen Schnittpunkten (C₁, C₂), (C₁, B₂), (D₁, B₂) und (D₁, C₂) umgeben ist.

Dann wurde die Lastverteilung in der gleichen Weise unter den gleichen Bedingungen gemessen, außer daß die Frequenz f des Wechselstroms auf 10 MHz gelegt wurde.

Tabelle 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Meßwert der Impedanz |z| in jeder der Leitungen A₁ bis E₁ und der Leitungen A₂ bis E₂ und der Lasten σ, erhalten aus Fig. 20 (f = 10 MHz) auf Basis der Meßwerte.

Tabelle 2

Fig. 27 zeigt die Summe der Lasten σ der Leitungen A₁ und A₂, der Leitungen B₁ und A₂ und so fort, die einander schneiden, als eine Last σ an jedem von virtuellen Schnittpunkten (A₁, A₂), (B₁, A₂) und so fort der Leitungen A₁ und A₂, der Leitungen B₁ und A₂ und so fort. In Fig. 27 ist die Einheit jedes numerischen Werts kg f/mm².

Fig. 27 zeigt auch in diesem Fall eine Lastverteilung, die der oben beschriebenen ähnelt. Die Messung der Lastverteilung läßt sich auf Basis des Ohm'schen Widerstands R erzielen.

(Beispiel 2)

Fig. 28 zeigt ein zweites Beispiel eines elektrischen Schalt kreises in dem Lastverteilungsmeßsystem. Die einen Enden der ersten linearen Metallelemente 1 ₁, d. h. jeder der Leitungen A₁ bis E₁, sind mit der Abtasteinrichtung 23 ₁ verbunden, und die anderen Enden jeder der A₁ bis E₁ Leitungen sind mit einem Oszillator 25 ₁ verbunden. Ferner sind die Abtasteinrichtungen 23 ₁ und der Oszillator 25 ₁ durch einen Widerstand 26 ₁ verbunden, und eine Spannungsmeßeinrichtung 27 ₁ ist mit dem Widerstand 26 ₁ verbunden, um die Spannung über dem Widerstand 26 ₁ zu messen. Ein durch die Spannungsmeßeinrichtung 27 ₁ bestimmter Meßwert wird über einen AD-Wandler 28 ₁ einer CPU 29 ₁ zugeführt und in der CPU 29 ₁ bearbeitet.

Gleichermaßen sind die einen Enden jedes zweiten linearen Metallelements l₂, d. h. jeder der Leitungen A₂ bis E₂, mit der Abtasteinrichtung 23 ₂ verbunden, und die anderen Enden jeder der Leitungen A₂ bis E₂ sind mit einem Oszillator 25 ₂ verbunden. Ferner sind die Abtasteinrichtung 23 ₂ und der Oszillator 25 ₂ durch einen Widerstand 26 ₂ miteinander verbunden, und eine Spannungsmeßeinrichtung 27 ₂ ist mit dem Widerstand 26 ₂ ver bunden, um die Spannung über dem Widerstand 26 ₂ zu messen. Ein durch die Spannungsmeßeinrichtung 27 ₂ bestimmter Meßwert wird über einen AD-Wandler 28 ₂ einer CPU 29 ₂ zugeführt und in der CPU 29 ₂ bearbeitet. In Fig. 28 ist mit 30 ₁ und 30 ₂ jeweils ein Bezugswiderstand bezeichnet.

Diese elektrische Schaltung ist nach folgendem Prinzip angeord net. Betrachtet man beispielsweise die Leitung A₁, so sind die Leitung A₁, der Widerstand 26 ₁ und der Oszillator 25 ₁ in Serie geschaltet. Wenn die Impedanz der Leitung A₁ mit Z bezeichnet ist, der Widerstandswert des Widerstands 26 ₁ mit R (konstant) und die Wechselspannung des Oszillators 25 ₁ mit E (konstant), und wenn der elektrische Strom I der Leitung A₁ und dem Widerstand 26 ₁ zugeführt wird, gilt die Beziehung IZ + IR = E.

Die durch die Spannungsmeßeinrichtung 27 ₁ bestimmte Spannung E_R (E_R < E) ist gleich IR, und demzufolge gilt nun die Beziehung I = E_R/R. Im Hinblick auf diese Beziehung wird der obige Ausdruck zu Z = (ER/E_R) - R.

Weil die Wechselspannung E und der Widerstandswert R konstant sind, läßt sich die Impedanz Z durch Messung einer Spannung E_R bestimmen, und eine Last σ läßt sich aus Fig. 20 unter Verwendung der Impedanz Z bestimmen.

Wenn man in diesem Fall die gemessene Spannung E_R auf die Abszissenachse und die Impedanz Z auf die Ordinatenachse legt, wie in Fig. 29 gezeigt, beschreibt der Ausdruck Z = (ER/E_R) - R einen Abschnitt einer hyperbolischen Kurve, und somit läßt sich die Lastverteilung durch Betrachtung der gemessenen Spannung E_R als Last σ leicht aus der Kennlinie der Impedanz |Z|-Last σ bestimmen, wie in Fig. 20 gezeigt.

Bei der Messung der Lastverteilung durch dieses einfache Verfahren wurde ein säulenförmiges Gewicht 24 mit einem Durchmesser von 60 mm und einem Gewicht von 12 kg auf einem Sensor 17 derart angeordnet, daß sich die Mitte des Gewichts 24 im wesentlichen an dem virtuellen Schnittpunkt (C₁, C₂) befand, der die Mitte des Sensors 17 war, und es wurde an eine Flach seite des Sensors 17 eine Last angelegt.

Dann wurde ein Wechselstrom mit einer Frequenz f von 1 MHz bei einer Wechselspannung E von 4,5 V an die Leitungen A₁ bis E₁ und den Widerstand 26 ₁ angelegt sowie an die Leitungen A₂ bis E₂ und den Widerstand 26 ₂ zur Messung einer Spannung E_R über jedem der Widerstände 26 ₁, 26 ₂ der Leitungen.

Tabelle 3 zeigt die gemessenen Spannungen E_R für die Leitungen A₁ bis E₁ und die Leitungen A₁ bis E₂.

Tabelle 3

Fig. 30 zeigt die Summe der gemessenen Spannungen E_R der Leitungen A₁ und A₂ und der Leitungen B₁ und A₂ und so fort, die einander schneiden, eine Last σ an jedem von virtuellen Schnittpunkten (A₁, A₂), (B₁, A₂) und so fort der Leitungen A₁ und A₂, der Leitungen B₁ und A₂ und so fort. In Fig. 30 ist die Einheit jedes numerischen Werts V.

Fig. 30 zeigt auch in diesem Fall eine Lastverteilung, die der der oben beschriebenen ähnelt.

Das Meßverfahren der Lastverteilung läßt sich auch bei der Messung einer Lastverteilung durch einen Fahrer auf einem Fahrersitz in einem Fahrzeug oder dgl. anwenden.

Wenn eine isolierende Folienschicht an wenigstens einem der ersten und zweiten linearen Metallelemente l₁ und l₂ in dem flächigen Sensor 17 vorgesehen ist, ist die elektrisch isolie rende Schicht 18 nicht erforderlich.

Claims

1. Verfahren zum Messen einer auf ein ferromagnetisches, insbesondere magnetostriktives Metallelement (1) wirkenden mechanischen Last, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung eines elektrischen Widerstands des Metallelements (1) ein elektrischer Wechselstrom durch das Metallelement (1) geleitet wird und sodann anhand einer zuvor ermittelten Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand und der mechanischen Last die dem gemessenen elektrischen Widerstand entsprechende, auf das Metallelement (1) wirkende mechanische Last bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu messende elektrische Widerstand die Impedanz |Z| oder der ohmsche Widerstand R ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Metallelement (1) aus einer amorphen Legierung gebildet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Legierung eine auf Eisen beruhende amorphe Legierung ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz f des Wechselstroms in dem Bereich von f ≧ 300 kHz liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Metallelement (1) linear ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bereitstellen eines flächigen Sensors (17) mit einer Mehrzahl erster ferromagnetischer, insbesondere magnetostriktiver Metallelemente (1 ₁), die zueinander parallel angeordnet sind, und einer Mehrzahl zweiter ferromagnetischer, insbesondere magnetostriktiver Metallelemente (1 ₂), die parallel zueinander angeordnet sind, die ersten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁) schneiden und die von den ersten ferromagneti schen Metallelementen (1 ₁) elektrisch isoliert sind;
Leiten von Wechselstrom durch die ersten und zweiten ferromagneti schen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) in einem Zustand, in dem von einer Flachseite des Sensors (17) eine mechanische Last einwirkt, um hierdurch eine Impedanz |Z| jedes der ersten und zweiten ferromagne tischen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) zu messen;
Bestimmen der der gemessenen Impedanz |Z| entsprechenden, auf jedes der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) wirkenden mechanischen Last anhand einer zuvor ermittelten Beziehung zwischen der Impedanz |Z| und der mechanischen Last, die auf jedes der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) einwirkt, und dann
Bestimmen einer Summe der Lasten in den ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelementen (1 ₁, 1 ₂), die einander schneiden, zur Bildung der Summe der mechanischen Lasten als eine mechanische Last an einem virtuellen Schnittpunkt der ersten und zweiten ferromagneti schen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂).

8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bereitstellen eines flächigen Sensors (17) mit einer Mehrzahl erster ferromagnetischer, insbesondere magnetostriktiver Metallelemente (1 ₁), die zueinander parallel angeordnet sind, und einer Mehrzahl zweiter ferromagnetischer, insbesondere magnetostriktiver Metallelemente (1 ₂), die parallel zueinander angeordnet sind, die ersten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁) schneiden und die von den ersten ferromagneti schen Metallelementen (1 ₁) elektrisch isoliert sind;
Leiten von Wechselstrom durch die ersten und zweiten ferromagneti schen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) in einem Zustand, in dem von einer Flachseite des Sensors (17) eine mechanische Last einwirkt, um hierdurch einen ohmschen Widerstand R jedes der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) zu messen;
Bestimmen der dem ohmschen Widerstand R entsprechenden, auf jedes der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) wirkenden mechanischen Last anhand einer zuvor ermittelten Beziehung zwischen dem ohmschen Widerstand R und der mechanischen Last, die auf jedes der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) einwirkt, und dann
Bestimmen einer Summe der Lasten in den ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelementen (1 ₁, 1 ₂), die einander schneiden, zur Bildung der Summe der mechanischen Lasten als eine mechanische Last an einem virtuellen Schnittpunkt der ersten und zweiten ferromagneti schen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂).

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) aus einer amorphen Legierung gebildet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Legierung eine auf Eisen beruhende amorphe Legierung ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz f des Wechselstroms in einem Bereich f ≧ 300 kHz liegt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) linear ausgebildet ist.

13. Messanordnung, umfassend:
einen flächigen Sensor (17) zum Messen einer mechanischen Lastver teilung mit einer Mehrzahl erster ferromagnetischer, insbesondere magnetostriktiver Metallelemente (1 ₁), die parallel zueinander und zur Messung eines elektrischen Widerstands angeordnet sind, und mit einer Mehrzahl zweiter ferromagnetischer, insbesondere magnetostriktiver Metallelemente (1 ₂), die parallel zueinander angeordnet sind und die ersten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁) schneiden und von den ersten ferromagnetischen Metallelementen (1 ₁) elektrisch isoliert sind und die zur Messung des elektrischen Widerstands angeordnet sind,
wobei die Summe der mechanischen Lasten in den ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelementen (1 ₁, 1 ₂), die einander schneiden, als eine mechanische Last an einem virtuellen Schnittpunkt der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) definiert ist,
wobei die Messanordnung ferner eine mit den Metallelementen (1 ₁, 1 ₂) elektrisch verbundene Wechselstromquelle (23 ₁, 23 ₂), die zur Messung des jeweiligen elektrischen Widerstands der Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) einen elektrischen Wechselstrom durch die Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) leitet, und ferner eine Vergleichseinrichtung (8 ₁, 8 ₂) aufweist, die anhand einer zuvor ermittelten Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand und der mechanischen Last die den gemessenen elek trischen Widerständen entsprechenden, auf die Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) wirkenden mechanischen Lasten bestimmt.

14. Messanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) aus amorpher Legierung gebildet ist.

15. Messanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Legierung eine auf Eisen beruhende amorphe Legierung ist.

16. Messanordnung nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekenn zeichnet, dass jedes der ersten und zweiten ferromagnetischen Metallelemente (1 ₁, 1 ₂) linear ist.