DE3203933A1

DE3203933A1 - Anordnung zum erfassen einer mechanischen groesse

Info

Publication number: DE3203933A1
Application number: DE19823203933
Authority: DE
Inventors: Edmond Dipl.Ing. 8520 Erlangen Petrossian Avakian
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-02-05
Filing date: 1982-02-05
Publication date: 1983-08-18
Also published as: JPS58149597A; DE3203933C2

Description

Anordnung zum Erfassen einer mechanischen Größe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Erfassen einer mechanischen Größe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Mechanische Größen können bekanntlich mit Hilfe elektrischer Verfahren gemessen werden. Dabei werden für das Umwandeln der mechanischen Meßgröße in elektrische Meßsignale eine Widerstandsänderung, Kapazitätsänderung, Induktionsänderung und Polaritätsänderung (Piezo-elektrischer Effekt) ausgenutzt und die Strom- bzw. Spannungsänderungen aufgezeichnet. Sind die Meßstelle und der Anzeigeort räumlich voneinander getrennt, so ist eine Fernübertragung der Meßwerte erforderlich und die als elektrische Signale vorliegenden Meßwerte müssen vorher verstärkt und dann über mehr oder weniger lange elektrische Leitungen übertragen werden.
Bei diesen bekannten Verfahren können die Eigenschaften der Signalübertragungsleitungen die Meßsignale beeinflussen. Ferner besteht die Gefahr, daß die die Ubertragungsleitungen umgebenden Medien, wie Temperaturen, elektrische und magnetische Felder die Meßsignale verfälschen.
Darüberhinaus ist eine Speisung der elektrischen Bauelemente eines am Meßort angeordneten Verstärkers mit elektrischer Energie erforderlich. Da in vielen Fällen eine elektrische Speisequelle am Meßort nicht zur Verfügung steht, ist der Einsatz von Batterien erforderlich, die bei einer Dauerüberwachung eines mechanischen Bauteiles einer ständigen Wartung bedürfen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Erfassen einer Kraft, eines Weges, einer Drehzahl, eines Winkels oder von Stößen zu schaffen, bei der man am Meßort ohne Verstärker auskommt und im Bereich der Ubertragungsleitungen Temperatureinflüsse sowie magnetische und elektrische Felder die Meßsignale nicht störend beeinflussen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.
Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß am Meßort keine elektrische Energieversorgung erforderlich ist, also eine dauernde Uberwachung eines mechanischen Bauteiles ohne Leistungseinspeisung möglich ist, die immer betriebsbereit ist. Ferner werden am Meßort keine Kompensationsschaltungen benötigt und man kommt bis zu Entfernungen von mehreren Kilometern mit einer einfachen als Lichtleiter ausgebildeten Ubertragungsleitung aus, die sehr unempfindlich gegen äußere Einflüsse ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Darin zeigt: Fig. 1 eine als Grenzwertmelder für eine Kraft, einen Druck, einen Weg oder einen Winkel dienende Anordnung, Fig. 2 einen Drehzahlmesser, Fig. 3 einen Winkelmesser und Fig. 4 einen Zähler für Stöße, Die Fig. 1 ist als Meßwertaufnehmer ein in einem Gehäuse 1 angeordneter Piezo-Keramikkörper 2 vorgesehen, dessen elektrische Ausgänge 3, 4 mit einer Leuchtdiode 5 verbunden sind, an deren Lichtaustrittsstelle das Ende 6a eines Lichtleiters 6 angeordnet ist. Die Leucht- diode 5 und das Ende des Lichtleiters 6 sind in einem dichten Gehäuse 7 angeordnet. Der Piezo-Keramikkörper 2 ist im Gehäuse 1 befestigt. Durch Einwirkung einer Kraft F auf den zu Uberwachenden Bauteil (Balken) 8 entsteht eine Wegänderung, durch die ein Stößel 9 nach oben bewegt wird, so daß eine Feder 10 ausgelöst wird und auf den Piezo-Keramikkörper 2 schlägt. Im Piezo-Keramikköroer 2 wird eine Spannung erzeugt, die an den Elektroden 3, 4 abgegriffen und der Leuchtdiode 5 zugeführt wird, so daß diese zum Leuchten gebracht wird.
Das Lichtsignal wird über den Lichtleiter 6 ohne Verstärkung mehrere Kilometer weit zu einer Auswerteeinrichtung 11 übertragen und dort in eine elektrische Größe umgewandelt. Hierbei wird das am Ende 6b des Lichtleiters 6 austretende Lichtsignal von einer Fotodiode 12 empfangen und über einen Verstärker 13 einem Anzeige- und/oder Registriergerät zugeführt. Als Anzeigegerät dient ein Leuchttableau 14 und/oder eine Hupe 15.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Drehzahlmesser ist eine Welle 16 mit einem Stift 17 oder einem Nocken versehen, der auf eine dem Piezo-Keramikkörper 2 zugeordnete Feder 10 derart einwirkt, daß bei jeder Umdrehung ein Stoß auf den Piezo-Körper ausgeführt wird. Die Stöße werden im Registriergerät 18 als Maß für die Drehzahl erfaßt.
Der Winkelmesser gemäß Fig. 3 arbeitet nach demselben Prinzip wie die Anordnung nach Fig. 2, wobei Jedoch auf der Welle 16 mehrere Stifte 17 bzw. Nocken angeordnet sind. Zur Winkelwerterfassung in zwei Drehrichtungen wird eine zweite Anordnung mit den Bauteilen 2, 7 und 10 vorgesehen.
Zum Zählen von Stößen Jeglicher Art dient in Fig. 4 eine Anordnung, bei der Stöße auf einen Stößel 19 einwirken. Der durch eine Feder 20 in einer vorgegebenen Lage zum Piezo-Keramikkörper gehaltene Stößel 19 überträgt den Stoß auf den Piezo-Keramikkörper 2, der seinerseits in einem Rohr 21 auf einer Feder 22 gelagert ist. Die Stöße werden im Registriergerät 18 erfaßt.
Diese federnde Lagerung kann auch bei den Anordnungen zum Erfassen einer Kraft, eines Weges, eines Winkels oder einer Drehzahl eingesetzt werden. Die federnde Lagerung verhindert eine vorzeitige Zerstörung des Piezo-Keramikkörpers.
4 Figuren 3 Patentansprüche Bezugszeichenliste 1 Gehäuse 2 Piezo-Keramikkörper 3, 4 Ausgänge 5 Leuchtdiode 6 Lichtleiter 6a Ende des Lichtleiters 6b Ende des Lichtleiters 7 Gehäuse 8 Bauteil 9 Stößel 10 Feder 11 Auswerteeinrichtung 12 Fotodiode 13 Verstärker 14 Leuchttableau 15 Hupe 16 Welle 17 Stift 18 Registriergerät 19 Stößel 20 Feder 21 Rohr 22 Feder L e e r s e i t e

Claims

PatentansrUche Anordnung zum Erfassen einer mechanischen Größe, insbesondere einer Kraft, eines Weges, einer Drehzahl, eines Winkels oder von Stößen, unter Verwendung eines Piezo-Keramikkörpers als Aufnehmer und Umwandler fUr die zu erfassende Größe in eine elektrische Größe, die ueber eine Leitung zu einer mit einem Verstärker versehenen Auswerteeinrichtung Ubertragen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektrischen Ausgänge (3, 4) des Piezo-Keramikkörpers (2) mit einer Leuchtdiode (5) verbunden sind, an deren Lichtaustrittsstelle das Ende (6a) mindestens eines Lichtleiters (6) angeordnet ist, der zu der Auswerteeinrichtung geführt ist, in der das übertragene Lichtsignal in eineelektrische Größe ungewandelt, verstärkt und einem Anzeigegerät (14, 15) und/oder Registriergerät (18) zugeführt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Piezo-Keramikkörper (2) in einem Gehäuse (1) angeordnet ist, in dem die Leuchtdiode (5) und das ihr zugeordnete Ende (6a) des Lichtleiters untergebracht sind.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Piezo-Keramikkörper (2) schwingend aufgehängt ist.