JPH0626946A - 機械的大きさの測定方法とその装置 - Google Patents

機械的大きさの測定方法とその装置

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JPH0626946A
JPH0626946A JP31447591A JP31447591A JPH0626946A JP H0626946 A JPH0626946 A JP H0626946A JP 31447591 A JP31447591 A JP 31447591A JP 31447591 A JP31447591 A JP 31447591A JP H0626946 A JPH0626946 A JP H0626946A
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JP
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force
detector
light
acceleration
light guide
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JP31447591A
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English (en)
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Andreas Pohl
アンドレアス、ポール
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Carl Schenck AG
Original Assignee
Carl Schenck AG
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G9/00Methods of, or apparatus for, the determination of weight, not provided for in groups G01G1/00 - G01G7/00
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G3/00Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/08Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a leaf spring
    • GPHYSICS
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    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • GPHYSICS
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    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 汎用的に採用でき、単純に構成され、正確な
測定結果が得られるような力や加速度の機械的大きさを
測定する方法およびその装置を提供する。 【構成】 光導体4の他端は光源6に接続されている。
光源6は好適にはレーザ光源として形成されている。光
導体4に導入された光線は光導体4の自由に動ける端部
から光線7として出て、光線経路中に後置接続された位
置検出器2に当たる。位置検出器2は光電式位置検出器
として形成され、検出器に当たる光点の位置を、後置接
続された評価電子回路において高い精度で検出すること
ができる。矢印5の方向の加速度の際に生ずる光導体4
の湾曲は、位置検出器2における光点の変位として表示
されるので、後置接続された評価電子回路において、導
入された加速度の大きさを表す光点の変位が評価され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工業的に多くの場所で
力、トルクおよび加速度のような機械的大きさを測定す
る方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】そのために例えば圧力計は電気機械式測
定器における測定要素として使用されている。圧力計は
主にその長手軸心に対して同心的に配置された変形体か
ら成っている。その力の導入は例えば変形体の内側母線
に結合されている力導入リングの力導入面を介して行わ
れる。その反力は、変形体の外側母線に接触支持され力
導入面を有する別の力導入リングを介して与えられる。
変形体の上側面および下側面にそれぞれ、電気抵抗ブリ
ッジのブリッジ回路に接続されているストレーンゲージ
が設けられている。
【0003】更に例えば容量式あるいは誘導式測定原理
で作動する多数の加速度検出器が知られている。
【0004】上述した一般的な測定器の場合、測定器か
ら出る信号を後置接続された測定増幅器において増幅
し、再処理に利用しなければならない。検出器には電子
部品が配置されているので、検出器は所定の採用分野に
対しては容器内に気密に封入しなければならない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、汎用
的に採用でき、単純に構成され、正確な測定結果が得ら
れるような機械的大きさを測定する方法およびその装置
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの目的
は、少なくとも1つの弾性ばね要素が作用し、そのばね
変形距離が光学的手段を介して表示され評価され、この
光学的手段がばね要素に配置されている機械的大きさを
測定する方法、およびこの方法を実施するための光学的
手段が光源およびそれに付属された位置検出器を有して
いる測定装置によって達成される。
【0007】この本発明に基づく機械的大きさを測定す
る方法および装置によって、力および加速度を測定する
ことができる。本発明に基づく検出器あるいは弾性ばね
要素には電子部品あるいは機械・電気変換要素は配置さ
れておらず、従って温度補償、容器内への気密の封入お
よび有害な電磁界に対する遮蔽はいずれも不要である。
【0008】光学的手段は光源およびそれに付属された
位置検出器を有している。これによって位置検出器に当
てられる光点の位置を、後置接続された評価電子回路に
おいて高い精度で検出することができる。更に弾性ばね
要素に配置された光源と位置検出器との間隔は任意に選
定できるので、位置検出器における弾性ばね要素の変形
距離は選定された前記間隔に相応して光学的に増幅して
表示される。
【0009】本発明の別の有利な実施態様において、光
導体を弾性ばね要素に配置することを提案する。光導体
はその質量が小さいという特長を有するので、測定対象
物は全く狂いを生じない。
【0010】以下図に示した実施例を参照して本発明を
詳細に説明する。
【0011】
【実施例】図1に示した加速度検出器は主に、その上に
位置検出器2およびこの位置検出器2に対して間隔を隔
てられた締付け装置3が配置されている基板1から成っ
ている。光導体4は片側が締付け装置3に、光導体4が
締付け装置3から位置検出器2の方向に突出し、光導体
4の一端が自由に振動できるように締付け固定されてい
る。従って光導体4はばね・質量系となっており、上述
した締付けに基づいて物理的原理により片側締付け振動
体として振る舞う。
【0012】矢印5で示されている加速度が加速度検出
器に導入されると、光導体4はそのばね定数、張り長さ
および質量あるいは質量分布に関係して湾曲する。
【0013】光導体4の他端は光源6に接続されてい
る。光源6は好適にはレーザ光源として形成されてい
る。光導体4に導入された光線は光導体4の自由に動け
る端部から光線7として出て、光線経路中に後置接続さ
れた位置検出器2に当たる。位置検出器2は公知のよう
に光電式位置検出器として形成され、検出器に当たる光
点の位置を、後置接続された評価電子回路(図示せず)
において高い精度で検出することができる。矢印5の方
向の加速度の際に生ずる光導体4の湾曲は、位置検出器
2における光点の変位として表示されるので、後置接続
された評価電子回路において、導入された加速度の大き
さを表す光点の変位が評価される。
【0014】使用状態に応じて光導体4はポリイミドの
ような減衰材料で被覆されている。また光導体4を鋼や
複合材料から成るばね要素に配置することもできる。更
にたわみ長さ(締付け固定され自由に振動できる光導体
の長さ)と光線長さ(光導体の端部と位置検出器との距
離)との比率は、存在する場所的条件に応じて任意に選
択できる。
【0015】また複数の光導体を並べて配置することも
でき、これによって良好な測定結果が得られる。光導体
4を締付け固定した締付け装置3および位置検出器2は
測定対象物に直接取り付けることもできる。
【0016】図2は力検出器10を断面図で示してい
る。この力検出器10は主に、評価電子回路が後置接続
されている感光要素11および光波導体13と光源とを
持った力検出体12から成っている。力検出体12はた
わみ梁として形成されている変形体14から成ってい
る。力導入面16を有する直方体状の力導入体15を介
して変形体14に力が導入される。力の導入方向は矢印
17で示されている。力導入体15は変形体14の終端
範囲に配置されている。変形体14の反対側の終端範囲
に直方体状の第2の力導入体18が配置されており、そ
の下側面19は下側力導入面を形成し、この下側力導入
面19により力検出器はそれを支持する面20の上に据
え付けられている。直方体状の力導入体18は例えば概
略的に図示したボルトによってそれを支持する面20の
上に取り付けられている。
【0017】変形体14の第1の力導入体15の力導入
面16と反対側の面に、光源(図示せず)に接続されて
いる光波導体13が取り付けられている。感光要素11
が力検出体12と間隔を隔てて、光波導体13から出る
光線21が感光要素11に当たるように配置されてい
る。感光要素11は好適には位置検出器として形成され
ている。
【0018】矢印17の方向に力が導入された場合、変
形体14およびこれに取り付けられた光波導体13が同
じように変形する。この変形は光線経路内に配置された
位置検出器11上における光点の変位として表示され、
後置接続された評価電子回路で評価される。位置検出器
11は使用状態および存在する場所的条件に応じて力検
出体12に対して任意の間隔を隔てて配置されるので、
変形距離の視覚的増強が図れる。
【0019】図3は、図2における2個の力検出体12
が力導入軸線30に対して対称に配置されている力検出
器を示している。両上側力導入面16の上にプレート3
1が置かれ、このプレート31を介して中央に力が導入
される。下側力導入面19はこれらを一緒に支持する面
20の上に配置されているので、両力検出体12間にお
いてプレート31および力検出体を支持する面20は内
部室32を形成している。変形体14にはそれぞれその
長手方向における中央に孔33が設けられている。これ
らの孔33は変形体14の内部室32に向いた終端範囲
において変形体14の下側縁に対して角度を成して延び
ている。両変形体14の孔33の中にそれぞれ光波導体
34が配置されているので、これらの光波導体34から
出る光線35は力検出器の内部室32内で力導入軸線3
0と交差し、それぞれ面20上に配置された位置検出器
36に当たる。
【0020】図4および図5には力検出器40の別の実
施例が示されている。この力検出器40の場合、基板4
1上に相対間隔を隔てて直方体状の変形体42および感
光要素43が配置されている。力の導入は矢印44で示
されており、変形体42の上側力導入面45で行われ
る。変形体42にレバー46が片側で締付け固定されて
おり、そのレバー46の長手軸線は力導入軸線に対して
垂直な平面内に位置し、レバー46は感光要素43の方
向に延びている。レバー46の長手軸線に対して垂直に
および力導入軸線に対して垂直に延びる軸線内に、ねじ
り棒ばね47がレバー46内に支持されている。このね
じり棒ばね47は両端がそれぞれ基板41上に配置され
た直方体状の受け要素48に締付け固定されている。従
ってレバー46は軸線49を中心に回転可能に支持さ
れ、その回転軸線49はレバー46の締付け個所の近く
に配置されている。レバー46の自由端においてその下
側面に光導体50が、光線51がレバー46の自由端に
おいて長手軸線の方向に出て、感光要素43に当たるよ
うに設けられている。矢印44の方向に力が荷重された
場合、レバー46は変形体42の変形に基づいて軸線4
9を中心に回転し、その場合、レバー46に取り付けら
れた光導体50は同様に軸線49を中心に回転される。
光導体から出る光線51は光線経路内に後置接続された
位置検出器として形成された感光要素43に衝突する。
力が荷重された際に生ずるレバー46の回転運動は位置
検出器43上における光点の変位として表示される。回
転軸線49の配置に基づいて、締付け個所における変形
距離はレバー46の自由端における変形距離に増大され
る。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば力および加速度を測定す
ることができ、検出器あるいは弾性ばね要素に電子部品
あるいは機械・電気変換要素が配置されていないので、
温度補償、容器内への気密の封入および有害な電磁界に
対する遮蔽はいずれも不要である。
【図面の簡単な説明】
【図1】加速度の測定装置の概略構成図。
【図2】力検出器の第1の実施例の断面図。
【図3】力検出器の第2の実施例の断面図。
【図4】力検出器の第3の実施例の断面図。
【図5】図4におけるV-V 線に沿った断面図。
【符号の説明】
2 位置検出器 4 光導体 6 光源 11 感光要素 13 光波導体 14 変形体 34 光波導体 36 位置検出器 42 変形体 43 感光要素 46 レバー 50 光導体

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも1つの弾性ばね要素(4,1
    4,42,46)が作用し、そのばね変形距離が光学的
    手段(2,4,6,11,13,34,36,43,5
    0)を介して表示され評価され、この光学的手段(2,
    4,6,11,13,34,36,43,50)がばね
    要素(4,14,42,46)に配置されていることを
    特徴とする機械的大きさの測定方法。
  2. 【請求項2】光学的手段が光源(4,6,13,34,
    50)およびそれに付属された位置検出器(2,11,
    36,43)を有していることを特徴とする請求項1記
    載の方法を実施するための装置。
  3. 【請求項3】弾性ばね要素がたわみ梁(4,14)とし
    て形成されていることを特徴とする請求項2記載の装
    置。
  4. 【請求項4】光源が少なくとも1つの光導体(4,1
    3,34,50)となっていることを特徴とする請求項
    1ないし3のいずれか1つに記載の装置。
  5. 【請求項5】光導体(13,34,50)が弾性ばね要
    素(14,46)に配置されていることを特徴とする請
    求項1ないし4のいずれか1つに記載の装置。
  6. 【請求項6】少なくとも1つの弾性ばね要素が光導体
    (4)として形成されていることを特徴とする請求項1
    ないし5のいずれか1つに記載の装置。
  7. 【請求項7】2つのばね要素(42,46)が設けら
    れ、機械的大きさが第1のばね要素(42)に作用し、
    そのばね変形距離が第2のばね要素(46)に伝達さ
    れ、このばね変形距離が機械的に増大されることを特徴
    とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の装置。
JP31447591A 1991-07-25 1991-11-28 機械的大きさの測定方法とその装置 Pending JPH0626946A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4124685.3 1991-07-25
DE19914124685 DE4124685A1 (de) 1991-07-25 1991-07-25 Verfahren und anordnung zur messung einer mechanischen groesse

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JPH0626946A true JPH0626946A (ja) 1994-02-04

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ID=6437001

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