DE3133056C2

DE3133056C2 - Beschleunigungs- und Verzögerungsmeßfühler

Info

Publication number: DE3133056C2
Application number: DE3133056A
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Auburn Heights Mich. Iwasaki
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1985-07-11
Also published as: JPS5772067A; JPH0136589B2; US4322973A; DE3133056A1

Abstract

Es wird ein Beschleunigungs/Verlangsamungs-Fühler angegeben, der ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Kern mit einem Federteil und einen zu einer Einheit mit dem Federteil verbundenen weichmagnetischen Teil aus amorphem Metall und eine um den Kern gewickelte elektrische Spule aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungs- und Verzögerungsmeßfühler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der FR-OS 23 46 722 ist ein derartiger Beschleunigungs- und Verzögerungsmeßfühler bekannt, dessen gewichttragender Arm nahe dem Polstück eines ein oder zwei Permanentmagnete umfassenden Magnetjochs angeordnet ist und als magnetischer Rückschluß dient. Bei durch eine Beschleunigung oder Verzögerung hervorgerufenen Armbewegungen verändert sich der Luftspalt zwischen dem Polstück und dem Arm und damit die Größe des magnetischen Widerstands, was entsprechende Induktionsspannungen in einer um den Arm gewickelten Spule hervorruft Bei länger dauernden kontinuierlichen Beschleunigungen oder Verzögerungen nehmen die Pendelbewegungen des Arms umd die dem Betrag der jeweiligen Geschwindigkeitsveränderung entsprechende neue Sollage allerdings zunehmend ab, so daß auch das Ausgangssignal der Meßspule abklingt, d. h. trotz kontinuierlich andauernder Geschwindigkeitsveränderung fehlerhafter weise zumindest ein Abnehmen derselben ermittelt wird. Weiterhin ist bei dem bekannten Meßfühler stets zumindest ein Dauermagnet erforderlich, was entprechenden konstruktiven Aufwand begründet.

Weiterhin sind Beschleunigungs- und Verzögerungsmeßfühler bekannt, die mit einem aus Halbleitermaterial bestehenden Dehnungsmesser arbeiten, wobei die bei Geschwindigkeitsänderungen auftretenden Widerstandsänderungen in eine Analogspannung umgesetzt werden. Mit derartigen Meßfühlern lassen sich allerdings nur geringe Widerstandsänderungen erzielen, so daß eine aufwendige Auswerteschaltung zur störungsfreien Auswertung dieser geringen Widerstandsänderungen erforderlich ist. Zudem sind derartige Meßfühler lediglich in einem Temperaturbereich von ungefähr — 30° bis + 100° C einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Beschleunigungs- und Verzögerungsmeßfühler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, daß bei relativ geringem konstruktiven Aufwand eine zuverlässige Messung sichergestellt ist.
Diese Aufgäbe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Meßfühler ist somit am Arm zumindest ein Element aus amorphem weichmagnetischem Metall angeordnet, in dem den Armverbindungen entsprechende Zug bzw. Druckspannungen auftreten. Diese Zug- bzw. Druckspannungen führen zu entsprechenden Permeabilitätsveränderungen, die über die Spule in einfacher Weise und zuverlässig auswertbar und in den jeweiligen GeschwindigkcitsveränderungSAericn exakt entsprechende Meßwerte umsetzbar sind. Da die Zug- oder Druckspannungen auch bei langer dauernder

b5 Armverbiegung, d. h. bei lang anhaltenden, z. B. konstanten Geschwindigkeitsveränderungen unverändert bestehen bleiben, ist somit auch bei derartigen langdauernden Geschwindigkeitsveränderungen eine exakte Messung sichergestellt. Darüber hinaus kann das beim Stand der Technik erforderliche exakte Einjustieren des Liiftspalts zwischen Magnetjoch und Arm entfallen. Weiterhin ist kein Dauermagnet erforderlich, so daß bei einfachem

Aufbau eine zuverlässige Messung sichergestellt ist Ferner zeichnet sich der erfindungsgemäße Meßfühler durch Temperaturunempfindlichkeit und hohe mechanische Festigkeit und Beständigkeit aus. Schließlich kann die Auswertung der Spulensignale durch eine verhältnismäßig einfach aufgebaute Auswerteschaltung erfolgen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäß weitergebildeten Meßfühler ist somit die elektrische Spule um einen Spulenkörper gewickelt, der in einem Gehäuse angebracht ist und durch den der Arm geführt ist. Das weichmagnetische Element aus amorphem Metall ist mit dem Gewicht so verbunden, daß bei einer durch den Arm ausgeübten Belastung eine der Beschleunigung oder Verzögerung proportionale mechanische Spannung hervorgerufen wird. Die Windungszahl der elektrischen Spule wird so gewählt, daß das weichmagnetische Element aus amorphem Metall durch Anlegen einer verhältnismäßig niedrigen Spannung oder Speisung mit verhältnismäßig schwachem Strom magnetisch gesättigt werden kann.

Die Zeit T, die der durch die elektrische Spule fließende Strom nach Anlegen einer Spannung an die Spule bis zum Erreichen einer vorbestimmten Stärke braucht, kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Τ=-£ψ, (1)

wobei ifdie angelegte Spannung, Λ/die Windungsanzahl der Spule und φ die Differenz zwischen der Remanenznußdichte und der Flußdichte eines Magnetfelds bezeichnen, das bei einer vorbestimmten Strom·.- isrke erzeugt wird. Der Parameter φ ist direkt proportional zu der Permeabilität des weichmagnetischen Lienents aus amorphem Metall. Wenn in dem weichmagnenschen Element eine Spannungsbelastung wie beispielsweise eine Zugspannung hervorgerufen wird, steigt mit einer Steigerung dieser Zugspannung die Permeabilität und damit der Parameter φ an. Wenn eine Druckspannung hervorgerufen wird, nimmt mit einer Steigerung der Druckspannung die Permeabilität und damit der Parameter φ ab. Dement^cprechend nimmt die auf das Anlegen einer Spannung an die Spule hin für den Strom durch die elektrische Spule zum Erreichen einer vorbestimmten Stärke notwendige Zeit T mit einer in dem weichmagnetischen Element hervorgerufenen Zugspannung zu und mit einer in dem Element hervorgerufenen Druckspannung ab. Daher kann der beschriebene Meßfühler an eine elektrische Schaltung oder eine elektronische Halbleitereinrichtung angeschlossen werden, die die Größe der Zeit Γ bestimmt und ein elektrisches Signal in Form eines Spannungspegels oder eines digitalen Codes abgibt, das diese Größe angibt. Das weichmagnetische Element kann als dünnes Blatt gebildet werden. Da das Metall durch Abschrecken eines Flüssigphasen-Metalls gewonnen werden kann, zeigt es Ferromagnetismus und hat eine hohe magnetische Sättigung, eine hohe Permeabilität und eine niedrige Koerzitivkraft, während es mechanisch eine sehr hohe Bruchfestigkeit, eine hohe Elastizität und eine hohe Beständigkeit hat und hinsichtlich seiner Eigenschaften eine im Vergleich zu einem Halbleiter beachtlich geringe Änderung durch Temperaturänderungen erfährt. In elektrischer Hinsicht zeichnet sich der beschriebene Meßfühler durch einfache Signalverarbeitung und hohe Genauigkeit hinsichtlich der Bestimmung des Werts der Zeit Taus. In mechanischer Hinsicht besitzt der Meßfühler gesteigerte Haltbarkeit, die nicht durch Temperaturänderungen beeinträchtigt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der gleiche oder entsprechende Teile gleich bezeichnet sind. Es zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Beschleunigungs- und \erzögerungsmeßfühlers gemäß einem Ausführungsbeispiel,

F i g. 2a ein Schaltbild einer an den in F i g. i gezeigten Fühler angeschlossenen elektrischen Verarbeitnngsschaltung zur Erzeugung einer Analogspannung mit einem Pegel, der von der erfaßten Beschleunigung oder Verzögerung abhängt,

Fig. 2b graphisch die Kurvenformen des Eingangs- und des Ausgangssignals der Verarbeitungsschaltung nach F i g. 2a,

F i g. 3a ein Schaltbild einer weiteren, an den in F i g. 1 gezeigten Fühler angeschlossenen elektrischen Verarbcitungsschaltung zur Abgabe von Impulsen, die eine Verzögerungszeit anzeigen, welche von einer ermittelten Beschleunigung oder Verzögerung abhängt,

F i g. 3b graphisch die Ktirvenformen des Eingangs- und des Ausgangssignals der in F i g. 3a gezeigten Verarbeitungsschaltung,

Fig.4 ein Blockschaltbild einer Zählerschaltung, die eine VLi-zögerungszeit td zwischen Eingangs- und Ausgangsimpulsen der in F i g. 3a gezeigten Verarbeitungsschaltung in einen digitalen Code umsetzt,

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer an den in Fig. 1 gezeigten Fühler anzuschließenden elektronischen Versrbeitungseinheit zur Bestimmung der zeitlichen Verzögerung der Anstiegsflanke eines entsprechend einem von einem Einzelbaustein-MikrocompLter an eine elektrische Spule des Fühlers abgegebenen Impuls durch die Spule fließenden Stroms,

F i g. 6a eine perspektivische Ansicht eines Kerns, der bei einem Versuch eingesetzt wurde, bei dem an einem Kernende eine Kraft ausgeübt und die jeweilige Ausgangsspannung v'x und Verzögerungszeit td ermittelt wurden, F i g. 6b eine Draufsicht des in F i g. 6a gezeigten Kerns, allerdings ohne elektrische Spule,

F i g. 6c eine Seitenansicht des Kerns gemäß den F i g. 6a und 6b und der Relativlage eines weichmagnetischen Teils aus amorphem Metall.

F i g. 6d eine Vorderansicht des Kerns nach F i g. 6c,

Fig.6e eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einer Zugbelastung .v und der Aus- bä gangsspannung Vx veranschaulicht, wenn die elektrische Spule an die elektrische Verarbeitungsschaltung nach F i g. 2a unter Verwendung des Kerns angeschlossen wird, dessen Abmessungen und Gestaltung in den F i g. 6a bis F i g. 6d dargestellt siH,

F i g. 6f eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Zugbelastung χ und der Verzögerungszeit id bei Anschluß der elektrischen Spule an die elektrische Verarbeitungsschaltung nach F i g. 3a unter Verwendung des Kerns veranschaulicht, dessen Abmessungen und Gestaltung in den F i g. 6a bis 6d dargestellt sind,

F i g. 7 eine l.ängsschnittansicht eines Beschleunigungs- und Verzögerungsrneßfühlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

F i g. 8a eine perspektivische Ansicht eines Kerns, der bei einem Versuch verwendet wurde, bei dem an einem Kernende eine Kraft ausgeübt und die Ausgangsspannung Vx und die Verzögerungszeit /c/ermittelt wurden,
F i g. 8b eine Draufsicht auf den in F i g. 8a gezeigten Kern ohne elektrische Spule.

ίο F i g. 8c eine Seitenansicht des Kerns gemäß den F i g. 8a und 8b und die Relativlage eines weichmagnetischen Teils aus amorphem Metall, in dem eine Druckbelastung hervorgerufen wird.
F i g. 8d eine Vorderansicht des Kerns gemäß F i g. 8c.

F i g. 8e eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einer Druckbeiastung χ und einer tatsachlichen Spannung Iv bei Anschluß der elektrischen Spule an die elektrische Verarbeitungsschaltung nach F i g. 2a unter Verwendung des Kerns veranschaulicht, dessen Abmessungen und Gestaltung in den F i g. 8a bis 8d dargestellt sind, und

F ι g. Sf eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang Zwischen der Druckbciasiung χ und der Vcrzo gerungs/eit rc/bei Anschluß der elektrischen Spule an die elektrische Verarbeitungsschaltung nach F i g. 3a unter Verwendung des Kerns veranschaulicht, dessen Abmessungen und Gestaltung in den F i g. 8a bis 8d gezeigt sind.

Das in F i g. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des Beschleunigungs- und Verzögerunsfühlers 1 weist ein Harz-Gehäuse 2 auf. in dem ein Spulenkörper 3 befestigt ist, um den eine Spule 4 gewickelt ist. Die beiden F.nden der Spule 4 sind an Anschlüsse 5 bzw. 6 angeschlossen. Ein Kern 7 hat einen als elastischer Arm dienenden Federtoil 8 au-> EpiAshiifz. Vinylchlorid oder Berylkupfer und ein weichmagnetisches Element in Form eines Teils 9 aus amorphem Metall, der an die äußere linke Seite des Federteils 8 angeschlossen ist. Der Kern 7 ist durch eine öffnung 10 in dem Spulenkörper 3 geführt. Das obere Ende des Federteils 8 ist in dem Gehäuse mittels einer Schraube Il festgelegt, während an aem unteren Ende ein Gewich. 12 befestigt ist. Damit kann das Gewicht 12 um die Schraube 11 schwingen bzw. pendeln.

Bei dem Fül. ■· wird für den Teil 9 ein weichmagnetisches Material verwendet, das hohe Permeabilität (μ,-·..,> 10^J) und geringe Koerzitivkraft (< 1,0 Oe) zeigt.

Wenn eine Verzögerung auftritt, schwenkt das Gewicht 12 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schraube 11, woraufhin an der linken Seite des Kerns 7 eine Zugbelastung und an der rechten Kernseite eine Druckbelastung entsteht. Die an der linken Seite des Kerns entstehende Zugbelastung wirkt an dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall, so daß eine Zugspannung entsteht.

Wenn eine Beschleunigung auftritt, schwingt das Gewicht 12 im Uhrzeigersinn um die Schraube 11, so daß eine Druckbebstung an der linken Seite des Kerns 7 und eine Zugbelastung an der rechten Seite des Kerns entsteht. Die an der linke Seite des Kern? entstehende Druckbelastung wirkt an dem weichmagnetischen Metall, so daß eine Druckspannung entsteht.

F i g. 2a zeigt eine elektrische Verarbeitungsschaltung 100 zur Verwendung mit dem Fühler 1 nach Fig. 1. Die Schaltung 100 hat einen Anschluß 101. an den aus einer Konstantspannungsquelle eine Gleichspannung mit einem vorgegebenen Pegel (in der Größenordnung von beispielsweise +5 Volt) angelegt wird. Ferner hat die Schaltung einen Eingangsanschluß 102. an den Spannungsimpulse mit einer Frequenz in der Größenordnung von beispielweise 5 bis 25 kHz angelegt werden. Ein mit seiner Basis an den Eingangsanschluß 102 angeschlossener NPN-Transistor 103 ist während der Zeit positiver Impulsspannung durchgeschaltet und gesperrt, wenn die Irr.pulsspannune Massepege' hat. Wenn der Transistor 103 durchgeschaltet bzw. gesperrt ist. ist ein PNP-Transi-

J5 stör 104 riurchgeschaltet bzw. gesperrt. Damit wird während der Zeit, während die an den Eingangsanschluß 102 angelegte Impulsspannung positiv ist. die Versorgungsspannung Vcc an die elektrische Spule 4 angelegt, während bei Massepegel der Impulsspannung an die Spule keine Spannung angelegt wird. An einem Widerstand 105 entsteht eine dem über die Spule 4 fließenden Strom proportionale Spannung, die mittels eines Integrators aus einem Widerstand 106 und einem Kondensator 107 integriert wird. Die integrierte Spannung erscheint an einem Ausgangsanschluß 108.

F ι g. 2b zeigt graphisch die Kurvenform der Eingangs- und der Ausgangsspannung der in Fig. 2a gezeigten Schaltung. Eine Verzögerungszeit inzwischen dem Zeitpunkt, an dem die Eingangsspannung IN auf positiven Pegel (J-) ansteigt, und dem Zeitpunkt, an dem die Spannung an dem Widerstand 105 eine vorgegebenen Pegel übersteigt, sowie die integrierte Spannung Vx. die ein Integral der Spannung a an dem Widerstand 105 darstellt, hängen von der in derr, weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall hervorgerufenen Spannungsbelastung ab.

F ι g. 3a zeigt eine weitere elektrische Verarbeitungsschaltung 120. Während der Zeitdauer positiver Eingangi.spannung INm ein NPN-Transistor 103 und damit ein PNP-Transistor 104 durchgeschaltet, so daß an der Sp'jie 4 eine Spannung anlegt. Während der Zeitdauer des Massepegels der Eingangsspannung IN ist der Transistor ¹.03 und damit der Transistor 104 gesperrt, wodurch das Anlegen irgendeiner Spannung an die Spule 4 gesperrt ist. Ein Paar von N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren FET\ und FET2 bilden eine Konstanlstronquellc. die den Stromfiuß durch die Spule 4 konstant hält. Die Stärke des über den Feldeffekttransistor FET2 ?üe3e*.den Stroms kann mittels eines veränderbaren Widerstands 122 eingestellt werden. Die an dem mit den Feldeffekttransistoren FET\ und FET2 verbundenen Anschluß der Spule entstehende Spannung wird einem Paar von in Kaskade geschalteten invertierenden Verstärkern IN 1 und IN 2 zum Verstärken und Formen zugeführt.

F i g. 3b zeigt graphisch die Kurvenformen der Eingangs- und der Ausgangsspannung der Schaltung nach F i g. Ii. Die Schaltung 120 gibt als Ausgangssignal OPi/TSpannungsimpulse ab, die jeweils in Bezug auf einen

Eingangsimpuls IN um eine Verzögerungszeit td verzögert sind, deren Wert von der in dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall hervorgerufenen Spannungsbelastung abhängt.

Fig. 4 zeigt eine Zählerschaltung 140, die die Größe der Verzögerungszeit td in einen entsprechenden digitalen Code umsetzt. Bei der Schaltung 140 nach F i g. 4 wird von der Anstiegsflanke einer Eingangsspannung IN ein Flipflop Fl gesetzt, woraufhin dessen (?-AusgangssignaI hohen Pegel »1« annimmt, durch den ein UND-Glied A 1 für den Durchlaß von mittels eines Taktimpulsoszillators 141 erzeugten Impulsen an einen Taktnnpiulseingang CK eines Zählers 142 durchgeschaltet wird. Ein Ausgangsimpuls Oi77"und das (J-Ausgangssignal des Flipflops Fl werden an ein UND-Glied -4 2 angelegt, das hohen Pegel »1« abgibt, wenn der Ausgangsimpuls OLTauf hohen Pegel ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Flipflop Fl rückgesetzt, so daß sein (?-Ausgangssignal niedrigen Pegel »0« annimmt. Dieser sperrt das UND-Glied A 1 und unterbrich« damit die Zufuhr der Taktimpulse zu dem Zähler 142. Zum Zeitpunkt der Abgabe eines Ausgangssignals hohen Pegels »I« aus dem UND-Glied A 2 wird ein den Zählerstand indem Zähler 142 darstellender Code in einen Zwischenspeicher 143 eingespeichert. Nach dem Rücksetzen des Flipflops F1 und dem Beschicken des Zwischenspeichers 143 mit dem Zählstand-Code läßt ein UND-Glied A3 Taktimpulse zum Löschen des Zählers 142 durch. Ein Ausgangscodesignal des Zwischenspeichers 143 gibt die Anzahl der während des Zeitintervalls rddurchgelassenen Taktimpulse an und stellt damit den Wert der Verzögerungszeit tddar.

Eine in F i g. 5 gezeigte elektronische Verarbeitungseinheit 160 hat einen Einzelbaustein-Mikrocomputer (integrierte Halbleitereinheit mit hohem Integrationsgrad, LSI) 161, einen Verstärker 162, einen N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor FETh der als Konstantstromquelle wirkt, eine Widerstand 163, einen Kondensator 164, einen Verstärker 165. und einen Taktimpulsoszillator 166. Die Zusammenschaltung aus dem Widerstand 163 'o und dem Kondensator 164 bildet ein Filter, das Spannungsschwingungen mit Frequenzen unterdrückt, die höher als die Frequenz der Eingangs- und Ausgangsimpulse sind. Der Mikrocomputer 161 bildet entsprechend den Taktimpulsen Impulse mit einer vorgegebenen Frequenz in einem Bereich von 5 bis 30 kHz und führt diese Impulse dem Verstärker 162 zu. Ferner überwacht der Mikrocomputer 161 die an dem Verbindungspunkt zwischen dem N-Kanal-Feldeffekttransistor FETl und einem Ende der Spule 4 entstehende Spannung, nämlich die Ausgangsspannung des Verstärkers 165, und zählt die Taktimpulse, die zwischen dem Anstieg des von dem Mikrocomputer abgegebenen Impulses auf einen vorgegebenen Pegel und dem Anstieg der Ausgangsspannung des Verstärkers 165 auf einen vorgegebenen Pegel erzeugt werden. Dieses Zeitintervall entspricht der Verzögerung--zeit td, für deren Wert der Mikrocomputer ein Ausgangscodesignal bildet.

Der in der Fig. I gezeigte Beschleunigungs- und Verzögerungsmeßfühler 1 erzeugt gemäß der nachstehenden Beschreibung mit Hilfe der elektronischen Verarbeitungsschaltungen 100,120 oder 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 im Ansprechen auf eine Beschleunigung oder eine Verzögerung eine elektrischen Signal. Wenn eine Verzögerung auftritt, schwingt das Gewicht 12 in dem Fühler 1 derart, daß an der linken Seite des Kerns 7 eine Zugbelastung entsteht, die in eine Zugspannung in dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall umgesetzt wird. Die Umsetzung der Zugspannung in dem weichmagnetischen Teil 9 in ein elektrisches Signal wird anhand der in der. F i g. be und 6f gezeigten Versuchsdaten beschrieben

Gemäß den F i g. 6a bis Od hai der Kern 7 einen Federteii 8, an weichem zwei paraiieie Sätze vveichmagneiischer Teile bzw. Elemente 9 aus amorphem Metall angebracht sind. Jeder Satz besteht aus zwei Elementen, die mittels eines Epoxy-Klebstoffes zu einer Einheit verbunden sind. Das linke Ende des Kerns 7 wird mittels einer Klemme 13 festgelegt, wobei die weichmagnetischen Elemente 9 nach oben gerichtet sind. Ein (nicht gezeigter) Zug/Druckmesser wird dazu verwendet, an einer von dem rechten Ende des Kerns um 5 mm entferntenn Stelle eine Kraft in der mit X bezeichneten Richtung auszuüben, um dabei eine Spannung Vx und eine Verzögerungszeit fc/für eine in den weichmagnetischen Elementen 9 aus dem amorphen Metall hervorgerufene Zugbelastung * zu ermitteln. Die bestimmten Werte verschiedener Parameter (einschließlich der Dimensionen a, b. c. d und e) und das Material des weichmagnetischen Teils 9 sowie die erzielten Daten sind in der nachstehenden Tabelle 1 als Fälle Nr. I und 2 aufgelistet.

Die Daten nach F i g. 6e für den Fall Nr. 1 zeigen, daß eine Spannung Vx guter Reproduzierbarkeit für eine Zugbelastung χ in dem Bereich von 0 bis 100 g erzielt wird. Für den Fall Nr. 2 zeigen die Daten nach F i g. 6f, daß sich für eine Zugbelastung χ im Bereich von 0 bis 0,1 kg die Verzögerungszeit td stark verändert und damit einfach auswertbar ist.

Tabelle I

Fall	Weichmagnclisches Teil 9 aus	I	Dicke	a	b	Blatt	Federteile	d	C	Spule 4	Meßvorr.	Daten
Nr.	amorphem Metal	mm	mm	mm	anzahl	C	mm	mm	Windungs	u. Eing.-
	Material	0,058	80	1,8	4	mm			zahl	Impuls
	Atom-Gew.-°/o						6	0,6		frequenz
1	Fe₄₀Ni₄₀Pi₄B₆					95			2000	Schaltung	F i g. 6e
		0,058	80	1,8	4					100
							6	Ο,ό		5 kHz
2	Fe₄₀Ni₄₀Pi₄B₆					95			2000	Schaltung	Fig.6f
										12Ou.
		0,058	80	1.8	4					Synchroskop
							6	0,6		100 Hz
3	Fe₄₀Ni₄₀Pi₄B₆					95			2000	Schaltung	F i g. 8e
		0,058	80	1,8	4					100
							6	0,6		5 kHz
4	Fe₄₀Ni₄₀Pi₄B₆					95			2000	Schaltung	Fig.Sf
										120
									u. Synchroskop
								100 Hz

Anhand der Fi g. 7 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel des Beschleunigungs- und Verzögerungsmeßfühlers beschrieben. Der Fühler 1 hat ein Harz-Gehäuse 2, in dem ein Spulenkörper 3 festgelegt ist, um den eine elektrische Spule 4 gewickelt ist. Die beiden Enden der Spule 4 sind an Anschlüsse 5 und 6 angeschlossen. ΕΞϊη Kern 7 hat einen Federteil 8 aus Epoxyharz, Vinylchlorid oder Beryllkupfer und einen weichmagnetisch^ Teil 9 aus amorphem Metall, der an die rechte Außenseite des Federteils 8 angeschlossen ist. Der Kern 7 ist durch eine öffnung TO in dem Spulenkörper 3 hindurchgeführt, wobei das obere Ende des Federteils 8 mit Hilfe einer Schraube 11 in dem Gehäuse 2 festgelegt ist, während an dem unteren Ende des Federteils 8 ein Gewicht 12 befestigt ist. Damit ermöglicht der Kern 7 ein Schwingen bzw. Pendeln des Gewichts 12 um die Schraube 11 herum.

Wenn eine Verzögerung auftritt, schwingt das Gewicht 12 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schraube 11, woraufhin an der rechten Seite des Kerns eine Druckbelastung entsteht, während an der linken Seite des Kerns eine Zugbelastung entsteht. Die an der rechten Seite des Kerns 7 hervorgerufene Druckbelastung bewirkt, daß in dem weichmagnetischen Teil aus dem amorphen Metal! eine Druckspannung hervorgerufen wird.

Wenn eine Beschleunigung auftritt, schwingt das Gewicht 12 im Uhrzeigersinn um die Schraube 11, so daß an der rechten Seite des Kerns 7 eine Zugbelastung auftritt, während an der linken Seite des Kerns eine Druckbelastung entsteht. Die an der rechten Seite des Kerns 7 hervorgerufene Zugbelastung bewirkt, daß in dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall eine Zugspannung entsteht.

Der in Fig. 7 gezeigte Fühler 1 gibt gemäß der nachstehenden Beschreibung mit Hilfe der elektrischen Verarbeitungsschaltung 100,120 oder 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 im Ansprechen auf eine Beschleunigung oder eine Verzögerung ein elektrisches Signal ab. Wenn eine Verzögerung auftritt, pendelt das Gewicht 12 in dem Fühler 1 so, daß an der rechten Seite des Kerns 7 eine Druckbelastung hervorgerufen wird, die in eine Druckspannung in dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall umgesetzt wird. Die Umsetzung der Druckspannung in dem weichmagnetischen Teil 9 in ein elektrisches Signal wird anhand der in den F i g. 8e und 8f gezeigten Versuchsdaten beschrieben.

Gemäß der Darstellung in den F i g. 8a bis 8d hat der Kern 7 einen Federteil 8, an dem zwei parallele Sätze weichmagnetischer Elemente 9 aus amorphem Metall angebracht sind. Jeder Satz besteht aus zwei Elementen, die mittels eines Epoxy-Klebstoffs zu einer Einheit verbunden sind.

Das linke Ende des Kerns 7 wird mittels einer Klemmme 13 festgelegt, wobei die weichmagnetischen Elemente 9 nach unten gerichtet sind. Ein (nicht gezeigter) Zug/Druckmesser wird dazu verwendet, an einer von dem rechten Ende des Kerns um 5 mm entfernten Stelle eine Kraft in der durch X angegebenen Richtung auszuüben, um dadurch für eine an dem weichmagnetischen Teil 9 aus dem amorphen Metall ausgeübte Druckbelastung χ eine Spannung Vx und eine Verzögerungszeit td zu ermitteln. Die einzelnen Werte verschiedener Parameter (unter Einschluß von Abmessungen a, b, .c, d und e) und das Material des weichmagnetischen Teils sowie die erzielten Daten sind in der vorangehenden Tabelle 1 als Fälle Nr. 3 und 4 aufgelistet

Die Daten gemäß F i g. 8e für den Fall Nr. 3 zeigen, daß für eine Druckbelastung χ in dem Bereich von 0 bis 150 g eine Spannung Vx guter Reproduzierbarkeit erzielt wird. Für den Fall Nr. 4 zeigen die Daten nach F i g. 8f, daß sich für eine Druckbelastung χ in dem Bereich von 0 bis 0,1 kg bzw. von 0,2 bis 0,35 kg die Verzögerungszeit fc/stark verändert bzw. relativ linear ist.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Beschleunigungs- und Verzögerungsmeßfühler mit einem einseitig eingespannten elastischen Arm, dessen freies Ende mit einem Gewicht belastet ist, das bei einer Geschwindigkeitsänderung eine Verbiegung des Arms bewirkt, und einer den Arm umgebenden Spule, deren Ausgangssignale eine Auswerteschaltung

zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß am Arm (8) im Bereich der Spule (4) zumindest ein Element (9) aus amorphem weichmagnetischem Metall angeordnet ist, in dem bei einer Armverbie{.ung Zug- bzw. Druckspannungen hervorgerufen werden, die über die Spule (4) in Form elektrischer Signale erfaßt und durch die Auswerteschaltung (105 bis 107; FETi, FETl,122; IN 1, IN2,140; FETX, 161,163 bis ίο 166) in entsprechenden Beschleunigungs- b2w. Verzögerungswerte umgesetzt werden.

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (2) vorgesehen ist, das den Arm (8) umschließt und in dem die Spule (4) über ihren Spulenkörper (3) fest angebracht ist

3. Meßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Element (9) mit dem Arm (7) fest verbunden ist

4. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (8) aus Epoxyharz, Polyvinylchlorid oder Beryllkupfer besteht.

5. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Element (9^ aus mehreren miteinander verbundenen, aufeinandergeschichteten Einzelelementen besteht.

6. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß in die Spule (4) eine Impulsspannung eingespeist wird.

7. Meßfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Integrierschaltung (105 bis 107) aufweist, die die spulenausgangsseitig auftretenden, in ihrer Breite von der Größe der jeweiligen Geschwindigkeitsänderung abhängigen Impulse in eine entsprechende Gleichspannung umsetzt.

8. Meßfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Auswerteschaltung eine Impulsformerschaltung (FETi, FET2, 122, INt, IN2; 163 bis 165) aufweist, die die spu'jenausgangsseitig auftretenden Impulse formt

9. Meßfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerte durch Ermittlung der Zeitintervalle zwischen den Anstiegsflanken der in die Spule (4) eingespeisten Impulse und den Anstiegsflanken der von der Impulsformerschaltung abgegebenen Impulse bestimmt werden.

10. Meßfühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Zeitintervalle über die Zählung der in diesen Z^itintervaüen auftretenden Taktimpulse erfolgt.