KR102088119B1 - 가속도 측정 장치 및 가속도 측정 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압전 시스템(2), 진동 질량체(3) 및 베이스 플레이트(4)를 포함하는 가속도 측정 장치(1)에 관한 것이며; 가속 중에 진동 질량체(3)는 가속도에 비례하는 힘을 압전 시스템(2)에 가하고, 상기 힘은 압전 시스템(2)에서 압전 전하를 생성하고, 상기 압전 전하는 가속 신호로서 전기적으로 픽업될 수 있으며; 압전 시스템(2)은 2개의 시스템 요소(20, 20')를 포함하고; 진동 질량체(3)는 2개의 질량 요소(30, 30')를 포함하며; 프리로딩 조립체(4)는 질량 요소(30, 30')에 대해 시스템 요소(20, 20')를 기계적으로 프리로딩한다.
Description
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 가속도 측정 장치 및 상기 가속도 측정 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
문서 CH399021A는 압전 시스템, 진동 질량체(seismic mass), 프리로딩 슬리브(preloading sleeve) 및 베이스 플레이트를 포함하는 가속도 측정 장치를 설명한다. 압전 시스템은 프리로딩 슬리브에 의해 진동 질량체와 베이스 플레이트 사이에 기계적으로 프리로딩된다. 가속 중에 진동 질량체는 가속도에 비례하는 압전 시스템에 힘을 가한다. 양의 가속도와 음의 가속도는 둘 다 기계적 프리로딩으로 인해 탐지될 수 있다. 힘 자체는 가속 신호(acceleration signals)로서 전기적으로 픽업될 수 있는 압전 시스템에서 압전 전하를 생성한다. 이러한 가속 신호는 힘의 양에 비례한다. 전기적으로 픽업된 가속 신호는 전기적으로 증폭되어 평가 유닛(evaluation unit)에서 평가될 수 있다.
충격 및 진동을 측정하기 위한 가속도 측정기(acceleration measuring instrument)는 출원인에 의해 타입 지정(type designation) 8002K로 상업적으로 분배된다. 가속도 측정 장치는 스테인레스 스틸로 만들어진 기계적으로 견고한 하우징에 배치된다. 데이터 시트 번호 8002_00_205d_07.05에 따르면, 이는 무게가 20 그램이고, 장착 볼트에 의해 임의의 측정 대상물(measured object)에 부착될 수 있다. 측정 범위는 ±1000g의 범위 내에 있고, 공진 주파수는 40kHz이며, 동작 온도 범위는 -70℃ 내지 +120℃이다.
본 발명의 제 1 목적은 이러한 잘 알려진 가속도 측정 장치를 개선하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 이러한 가속도 측정기를 제조하는 비용 효율적인 방법을 제공하는 것이다.
제 1 목적은 독립항의 특징에 의해 달성되었다.
본 발명은 압전 시스템, 진동 질량체, 및 프리로딩 조립체를 포함하는 가속도 측정 장치에 관한 것이며; 가속 중에 진동 질량체는 가속도에 비례하는 힘을 압전 시스템에 가하며, 상기 힘은 압전 시스템에서 압전 전하를 생성하고, 상기 압전 전하는 가속 신호(acceleration signals)로서 전기적으로 픽업될 수 있고, 상기 압전 시스템은 2개의 시스템 요소를 포함하며, 상기 진동 질량체는 2개의 질량 요소를 포함하며; 프리로딩 조립체는 상기 질량 요소에 대한 상기 시스템 요소를 기계적으로 프리로딩한다.
2개의 질량 요소로 구성된 진동 질량체의 이점은 질량 요소 사이의 시스템 요소의 배치 때문에 압전 시스템이 기계적으로 프리로딩될 수 있고, 기계적 프리로딩을 달성하기 위해 베이스 플레이트와 같은 추가의 구성 요소가 필요하지 않다는 것이다. 프리로딩 조립체는 질량 요소에 대한 2개의 시스템 요소를 포함하는 압전 시스템을 기계적으로 프리로딩한다. 이러한 방식으로, 생성된 압전 변환기 조립체는 장착하기 전에 전기적 및 기계적 테스팅 및 저장을 할 수 있다. 따라서, 가속도 측정 장치의 제조는 비용면에서 효율적이다.
다음에는, 본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 가속도 측정기의 일부의 단면을 도시한다.
도 2는 프리로딩 조립체, 하우징 및 커버가 없는 도 1에 따른 가속도 측정 장치의 일부의 사시도를 도시한다.
도 3은 프리로딩 조립체에 의한 기계적 프리로딩 전에 도 1 및 도 2에 따른 가속도 측정 장치의 압전 변환기 조립체의 단면을 도시한다.
도 4는 프리로딩 조립체에 의한 기계적 프리로딩 후에 도 3에 따른 압전 변환기 조립체의 단면을 도시한다.
도 5는 도 1 또는 도 2에 따른 가속도 측정 장치의 진동 질량체에 대한 압전 시스템의 전기적 연결의 다이어그램을 도시한다.
도 6은 도 1 또는 도 2에 따른 가속도 측정 장치의 압전 시스템의 전극의 사시도를 도시한다.
도 7은 전기적 접점(electrical contacts) 및 신호 케이블을 갖는 도 1 또는 도 2에 따른 가속도 측정기의 일부의 단면을 도시한다.
도 8은 보호 슬리브의 장착 전에 도 7에 따른 가속도 측정 장치의 사시도를 도시한다.
도 9는 보호 슬리브 장착 후에 도 8에 따른 가속도 측정 장치의 사시도를 도시한다.
도 1은 가속도 측정기의 일부의 단면을 도시한다.
도 2는 프리로딩 조립체, 하우징 및 커버가 없는 도 1에 따른 가속도 측정 장치의 일부의 사시도를 도시한다.
도 3은 프리로딩 조립체에 의한 기계적 프리로딩 전에 도 1 및 도 2에 따른 가속도 측정 장치의 압전 변환기 조립체의 단면을 도시한다.
도 4는 프리로딩 조립체에 의한 기계적 프리로딩 후에 도 3에 따른 압전 변환기 조립체의 단면을 도시한다.
도 5는 도 1 또는 도 2에 따른 가속도 측정 장치의 진동 질량체에 대한 압전 시스템의 전기적 연결의 다이어그램을 도시한다.
도 6은 도 1 또는 도 2에 따른 가속도 측정 장치의 압전 시스템의 전극의 사시도를 도시한다.
도 7은 전기적 접점(electrical contacts) 및 신호 케이블을 갖는 도 1 또는 도 2에 따른 가속도 측정기의 일부의 단면을 도시한다.
도 8은 보호 슬리브의 장착 전에 도 7에 따른 가속도 측정 장치의 사시도를 도시한다.
도 9는 보호 슬리브 장착 후에 도 8에 따른 가속도 측정 장치의 사시도를 도시한다.
도 1은 가속도 측정 장치(1)의 실시예의 일부의 단면을 도시한다. 단면은 수직축(AA') 및 종축(BB')을 따라 연장된다. 가속도 측정 장치(1)의 수평축(CC')은 도 2에 따른 사시도로 도시된다. 3개의 축은 서로 수직으로 연장되고 가속도 측정 장치(1)의 중심(O)에서 교차한다.
가속도 측정 장치(1)는 하우징(5)과, 순수 금속, 니켈 합금, 코발트 합금, 철 합금 등과 같은 기계적 내성 재료로 제조된 커버(6)를 포함한다. 수직축(AA')에 대해, 하우징(5)은 단면이 중공 원통형이지만, 커버(6)는 단면이 원형이다. 본 발명을 알고 있는 당업자는 또한 다각형 등과 같은 상이한 단면 형상을 갖는 커버 및 하우징을 제공할 수 있다. 하우징(5) 및 커버(6)는 서로 기계적으로 연결된다. 기계적 연결은 용접, 확산 용접, 열 압착 본딩, 납땜 등과 같은 재료 본딩에 의해 달성된다. 하우징(5) 및 커버(6)는 오염(먼지, 습기 등)과 같은 유해한 환경 조건 및 전자기 복사의 형태로 전기 및 전자기 간섭 효과로부터 가속도 측정 장치(1)를 보호한다.
가속도 측정 장치(1)는 진동 질량체(3)를 포함한다. 진동 질량체(3)는 형상이 구형이고, 중심(O) 주위에 배치되고, 전기적 절연체(31)뿐만 아니라 바람직하게는 2개의 복수의 질량 요소(30, 30')를 포함한다. 질량 요소(30, 30')는 순수 금속, 니켈 합금, 코발트 합금, 철 합금 등과 같은 기계적 내성 재료로 제조된다. 전기적 절연체(31)는 세라믹, Al2O3 세라믹, 사파이어 등과 같이 전기적 절연 및 기계적 강성 재료로 제조된다. 수직축(AA')에 대해, 질량 요소(30, 30')는 단면이 원통형이지만, 전기적 절연체(31)는 단면이 직사각형이다. 그러나, 본 발명을 알고 있는 당업자는 또한 다각형, 원형 등과 같은 상이한 단면 형상을 질량 요소 및 전기적 절연체에 제공할 수 있다. 질량 요소(30, 30')는 바람직하게는 동일한 부분이다. 수직축(AA')에 대해, 전기적 절연체(31)는 질량 요소(30, 30') 사이에 배치되고, 질량 요소(30, 30')를 서로 전기적으로 절연시킨다. 질량 요소(30, 30') 및 전기적 절연체(31)는 서로 직접 기계적으로 접촉한다. 전기적 절연체(31)의 절연 저항은 1010 Ω보다 높거나 같다. 질량 요소(30, 30')는 이의 공간적 확장으로 인해 서로 전기적 및 기계적으로 쉽게 연결될 수 있다. 이의 종축에 관한 두 단부에서, 질량 요소(30, 30')는 리세스(recess)(32, 32')를 포함한다. 이러한 리세스(32, 32')는 종축(BB')에 대하여 단면이 직사각형이다. 그러나, 이 경우에도, 본 발명을 알고 있는 당업자는 원형 등과 같은 상이한 단면 형상을 고려할 수 있다.
가속도 측정 장치(1)는 압전 시스템(2)을 포함한다. 압전 시스템(2)은 바람직하게는 2개의 복수의 시스템 요소(20, 20')를 포함한다. 이러한 시스템 요소(20, 20')는 구성이 동일하다. 시스템 요소(20, 20')의 구성은 도 5에 따른 다이어그램에 도시된다. 각각의 시스템 요소(20, 20')는 복수의 전기적 절연체 요소(electrical insulator elements; 21, 21'), 복수의 전극(22, 22'), 및 복수의 압전 요소(23, 23', 23")를 포함한다. 바람직하게는, 각각의 시스템 요소(20, 20')는 2개의 전기적 절연체 요소(21, 21')를 포함한다. 전기적 절연체 요소(21, 21')는 종축(BB')에 대해 단면이 직사각형이고, 세라믹, Al2O3 세라믹, 사파이어 등과 같은 전기적 절연 및 기계적 강성 재료로 제조된다. 전기적 절연체 요소(21, 21')의 절연 저항은 1010 Ω보다 크거나 같다. 더욱이, 전극(22, 22')은 또한 종축(BB')에 대해 단면이 직사각형이고, 순수 금속, 니켈 합금, 코발트 합금, 철 합금 등과 같은 전기적 도전 재료로 제조된다. 도 6은 전극(22, 22')의 사시도를 도시한다. 바람직하게는, 각각의 시스템 요소(20, 20')는 2개의 전극(22, 22')을 포함한다. 각각의 전극(22, 22')은 하나의 단일 부품(piece)으로 제조되고, 바람직하게는 2개의 복수의 힌지에 의해 서로 기계적으로 연결되는 바람직하게는 3개의 복수의 전극 표면을 포함한다. 이의 전극 표면상에서, 전극(22, 22')은 바람직하게는 3개의 복수의 압전 요소(23, 23', 23")로부터 압전 전하를 수집한다. 종축(BB')에 대해, 압전 요소(23, 23', 23")는 단면이 직사각형이며, 수정(SiO2 단결정), 칼슘 갈로 게르마네이트(Ca3Ga2Ge4O14 또는 CGG), 랑가사이트(La3Ga5SiO14 또는 LGS), 전기석, 갈륨 오르토 인산염, 압전 세라믹 등과 같은 압전 재료로 제조된다. 압전 요소(23, 23', 23")는 힘이 탐지되는 높은 감도를 보장하는 결정학적 방향으로 절단된다. 바람직하게는, 압전 재료는 종 방향 또는 횡 방향 전단 효과에 대해 높은 감도를 갖는다. 이를 위해, 압전 요소(23, 23', 23")의 방향은 음 및 양의 압전 전하가 전단 응력의 축에 수직 또는 평행한 표면상에 생성되도록 되어 있다. 도 5에서, 음 및 양의 전하는 + 및 -로 나타내어진다. 이러한 압전 전하는 가속 신호로서 전기적으로 픽업될 수 있다. 본 발명을 알고 있는 당업자는 전기적 절연체 성분, 전극 및 압전 요소에 대한 원형 등과 같은 다른 단면 형상을 제공할 수 있다.
도 5에 따른 압전 시스템(2)을 도시하는 다이어그램에서, 3개의 압전 요소(23, 23', 23")는 2개의 전기적 절연체 요소(21, 21') 사이에 배치된다. 제 1 전기적 절연체 요소(21)는 중심(O)을 향하고, 제 2 전기적 절연체 요소(21')는 중심(O)으로부터 멀어지는 쪽을 향한다. 도 1 내지 도 4에서, 이러한 5개의 요소는 리세스(32, 32') 내에 배치되는 스택으로서 도시된 바와 같다. 이러한 리세스(32, 32')의 치수는 시스템 요소(20, 20')를 본질적으로 완전히 수용하도록 한다. 부사 "본질적으로"는 ±10%의 부정확도를 포함한다. 따라서, 압전 시스템(2) 및 진동 질량체(3)는 공간을 절약하도록 구성되며, 즉, 압전 시스템(2)은 진동 질량체(3)의 구형 표면 내에 최대 공간 이용을 갖도록 배치된다.
2개의 전극(22, 22')은 압전 요소(23, 23', 23")의 표면상에 3개의 전극 표면을 갖도록 배치된다. 바람직하게는, 전극(22, 22')은 동일한 부분이다. 양의 전극(22)은 압전 요소(23, 23', 23")의 표면으로부터 양의 압전 전하를 수용하지만, 음의 전극(22')은 압전 요소(23, 23', 23")의 표면으로부터 음의 압전 전하를 수용한다. 전극(22, 22')의 각각의 하나의 단부(24, 24')는 질량 요소(30, 30')에 전기적 및 기계적으로 연결된다. 양의 전극(22)은 이의 단부(24)를 통해 중심(O) 및 수직축(AA')에 대해 상부인 제 1 질량 요소(30)에 전기적 및 기계적으로 연결된다. 음의 전극(22')은 이의 단부(24')를 통해 중심(O) 및 수직축(AA')에 대해 하부인 제 2 질량 요소(30')에 전기적 및 기계적으로 연결된다. 전기적 및 기계적 연결은 질량 요소(30, 30')의 표면에서 프레스 끼워 맞춤(press fit), 마찰 끼워 맞춤(friction fit) 등과 같은 간섭 끼워 맞춤(interference fit)에 의해 달성된다. 이러한 방식으로, 음 및 양의 압전 전하는 전극(22, 22')에 의해 가속 신호로서 전기적으로 픽업되고, 질량 요소(30, 30')에 전기적으로 전달된다.
가속도 측정 장치(1)는 2개의 커버(40, 40') 및 슬리브(41)로 구성된 프리로딩 조립체(4)를 포함한다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 커버(40, 40')는 종축(BB')에 대해 단면이 곡선이지만, 슬리브(41)의 형상은 종축(BB')에 대해 단면이 중공 원통형이다. 프리로딩 조립체(4)는 순수 금속, 니켈 합금, 코발트 합금, 철 합금 등과 같은 기계적 강성 재료로 제조된다. 그러나, 본 발명을 알고 있는 당업자는 또한 다각형 등과 같은 상이한 단면 형상을 갖는 커버 및 슬리브를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 커버(40, 40')는 동일한 부분이다. 슬리브(41)는 고정 요소(fastening element)(42)를 포함한다. 고정 요소(42)는(도시되지 않은) 측정 대상물에 대한 기계적 연결을 보장한다. 기계적 연결은 나사 연결 등과 같은 기계적 힘-잠금 연결(mechanical force-locking connection)이다.
프리로딩 조립체(4)는 진동 질량체(3) 및 압전 시스템(2)을 실질적으로 완전히 둘러싼다. 커버(40, 40')의 각각은 진동 질량체(3)의 외부 표면의 부분을 둘러싼다. 중심(O) 및 종축(BB')에 대해, 좌측 상의 제 1 커버(40)는 진동 질량체(3)의 제 1 외부 표면의 부분을 둘러싸고, 우측 상의 제 2 커버(40')는 진동 질량체(3)의 제 2 외부 표면의 부분을 둘러싼다. 중심(O) 및 종축(BB')에 대해, 슬리브(41)는 진동 질량체(3)의 중심부를 둘러싼다. 커버(40, 40') 및 슬리브(41)는 부분적으로 중첩된다. 중심(O) 및 종축(BB')에 대해, 좌측 상의 제 1 커버(40)는 슬리브(41)의 제 1 단부와 중첩되고, 우측 상의 제 2 커버(40')는 슬리브(41)의 제 2 단부와 중첩된다. 시스템 요소(20, 20')의 영역에서, 커버(40, 40)는 시스템 요소(20, 20')와 직접 기계적으로 접촉한다. 중심(O) 및 종축(BB')에 대해, 좌측 상의 제 1 커버(40)는 제 1 시스템 요소(20)의 제 2 전기적 절연체 요소(21')와 기계적으로 접촉하고, 우측 상의 제 2 커버(40')는 제 2 시스템 요소(20')의 제 2 전기적 절연체 요소(21')와 기계적으로 접촉한다. 이러한 기계적 접촉은 중심(O)으로부터 멀어지는 제 2 전기적 절연체 요소(21')의 외부 표면에 걸친 표면 접촉이다. 제 2 전기적 절연체 요소(21')의 외부 표면에 걸쳐 클램핑력을 가함으로써 기계적 프리로딩이 달성된다. 문서 CH399021A에서 설명된 바와 같은 종래 기술과 비교하면, 클램핑력은 훨씬 큰 단면적에 적용된다. 문서 CH399021A에 따른 클램핑 슬리브는 작은 단면적을 가진 링 형상의 돌출부를 통해 진동 질량체에 클램핑력을 가한다. 본 발명에 따라 실질적으로 더 큰 단면적으로 인해, 대응하는 더 높은 클램핑력이 가해질 수 있고, 바람직하게는 클램핑력이 100% 더 높으며, 바람직하게는 데이터 시트 8002_00_205d_07.05에 따른 종래 기술의 것보다 500% 더 높다.
도 3 및 도 4는 단면에서의 압전 시스템(2)의 기계적 프리로딩 프로세스의 단계를 도시한다. 제 1 프로세스 단계에서, 전기적 절연체(31)는 수직축(AA')에 대해 질량 요소(30, 30') 사이에 배치된다. 그 후, 시스템 요소(20, 20')는 수직축(AA')에 대해 질량 요소(30, 30') 사이의 리세스(32, 32') 내에 배치된다. 다른 단계에서, 각각의 전극(22, 22')의 하나의 단부는 하나의 질량 요소(30, 30')에 전기적 및 기계적으로 연결된다. 결과적으로, 커버(40, 40') 및 슬리브(41)는 진동 질량체(3) 위에 위치된다. 이것은 슬리브(41)의 단부와 커버(40, 40')의 중첩을 초래한다. 또 다른 프로세스 단계에서, 커버(40, 40')는 질량 요소(30, 30')에 대해 시스템 요소(20, 20')를 기계적으로 프리로딩한다. 기계적으로 프리로딩된 이러한 상태에서, 커버(40, 40')는 슬리브(41)의 단부의 영역에서 슬리브(41)에 재료-본딩된다. 재료-본딩은 용접, 확산 용접, 열 압착 본딩, 납땜 등에 의해 달성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 커버(40, 40')는 각각 환형 용접부(43, 43')에 의해 슬리브(41)에 기계적으로 연결된다. 용접부(43, 43')는 접합 도구로 쉽게 접근 가능하며, 따라서 쉽게 제조될 수 있다. 게다가, 용접부(43, 43')는 곡선형 커버(40, 40')의 반경 방향 단부에 형성됨으로써, 이의 반경은 크기가 비교적 적당하여 용접 잔류 응력을 낮게 유지시킨다.
압전 시스템(2), 진동 질량체(3) 및 프리로딩 조립체(4)는 압전 변환기 조립체(10)를 형성한다. 하우징(5)에 조립되기 전에, 압전 변환기 조립체(10)는 전기적 및 기계적으로 테스트되고 저장될 수 있다.
도 7은 수평축(CC')을 따라 도 1 및 도 2에 따른 가속도 측정 장치(1)의 실시예의 일부의 단면을 도시한다. 도 8 및 도 9는 대응하는 사시도를 도시한다. 압전 변환기 조립체(10)는 하우징(5)에 장착된다. 이를 위해, 제 1 프로세스 단계에서, 압전 변환기 조립체(10)는 하우징(5) 내로 도입되고, 슬리브(41)의 영역에서 재료 본딩에 의해 중심(O)에 대한 하우징(5)의 바닥부에 부착된다. 재료 본드는 용접, 확산 용접, 열 압착 본딩, 납땜 등에 의해 달성된다. 다른 프로세스 단계에서, 커버(6)는 중심(O) 및 하우징(5)에 본딩된 재료에 대해 하우징(5)의 상부 에지 상에 장착된다. 이러한 재료 본드는 또한 용접, 확산 용접, 열 압착 본딩, 납땜 등에 의해 달성된다.
하우징(5)은 중심(O)에 대해 수평축(CC') 상의 단부에서의 개구(50)를 포함한다. 질량 요소(30, 30')는 이러한 개구를 통해 하우징(5)의 외부로부터 접근 가능하다. 추가의 프로세스 단계에서, 전기적 접점 요소(7, 7')는 질량 요소(30, 30')에 전기적 및 기계적으로 연결된다. 전기적 접점 요소(7, 7')는 원통형이고, 순수 금속, 니켈 합금, 코발트 합금, 철 합금 등과 같은 전기적 도전 재료로 구성된다. 전기적 및 기계적 연결은 용접, 확산 용접, 열 압착 본딩, 납땜 등과 같은 재료 본딩에 의해 이루어진다. 도 7 및 도 8에 도시된 실시예에서, 전기적 접점 요소(7, 7')는 질량 요소(30, 30')의 표면으로부터 개구(50)의 영역으로 연장되는 짧은 와이어이다. 짧은 와이어는 동작 시 기계적 응력에 매우 강하며, 따라서 비용 효과적일뿐만 아니라 내구성이 있는 이점을 갖는다.
가속도 측정 장치(1)는 신호 케이블(8)을 통해(도시되지 않은) 평가 유닛에 전기적으로 연결될 수 있다. 가속 신호는 평가 유닛에서 전기적으로 증폭되고 평가될 수 있다. 신호 케이블(8)은 신호 케이블 외피(cable sheath) 및 2개의 전기적 신호 도체(80, 80')를 포함한다. 신호 케이블 외피는 오염(먼지, 습기 등)과 같은 유해한 환경 조건으로부터 전기적 신호 도체(80, 80')를 보호한다. 신호 케이블 외피는 동축 전자기 차폐를 포함할 수 있으며, 전자기 복사의 형태로 전기적 및 전자기 간섭 효과로부터 신호 도체를 보호할 수 있다. 전기적 신호 도체(80, 80')는 순수 금속, 니켈 합금, 코발트 합금, 철 합금 등과 같은 전기적 도전 재료로 구성된다. 중심(O)에 대한 전기적 신호 도체(80, 80')의 전단(front end)은 전기적 접점 요소(7, 7')에 전기적 및 기계적으로 연결된다. 재료 본딩, 형태 끼워 맞춤(form-fit) 및 간섭 끼워 맞춤과 같은 모든 전기적 및 기계적 연결이 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 전기적 신호 도체(80, 80')는 질량 요소(30, 30')에 대한 간접적인 전기적 및 기계적 연결로 이루어져 있다. 가속 신호는 전기적 접점 요소(7, 7')를 통해 질량 요소(30, 30')에 의해 간접적인 방식으로 전기적 신호 도체(80, 80')에 전기적으로 송신된다. 그러나, 본 발명을 알고 있는 당업자는 또한 전기적 접점 요소 및 전기적 신호 도체를 단일 부품으로서 제공할 수 있으며, 또한 전기적 신호 도체와 질량 요소 사이의 연결을 직접적인 전기적 및 기계적 연결로서 설계할 수 있다. 이 경우에, 가속 신호는 질량 요소로부터 전기적 신호 도체로 직접 전기적으로 송신될 것이다.
가속도 측정 장치(1)는 보호 슬리브(9)를 포함한다. 보호 슬리브(9)는 형상이 중공 원통형이고, 순수 금속, 니켈 합금, 코발트 합금, 철 합금, 플라스틱, 세라믹 등과 같은 기계적 내성 재료로 이루어진다. 추가의 프로세스 단계에서, 개구(50)는 슬리브(9)에 의해 밀봉되고, 신호 케이블(8)은 변형 방지된다(strain relieved). 이를 위해, 보호 슬리브(9)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 케이블(8) 위로 당겨진다. 전기적 신호 도체가 전기적 접점 요소(7, 7')에 전기적 및 기계적으로 연결된 후에, 보호 슬리브(9)는 도 9에서 화살표에 의해 나타내어진 바와 같이 하우징(5)에 대해 당겨진다. 보호 슬리브는 디스크(90) 및 튜브(91)를 포함한다. 디스크(90) 및 튜브(91)는 단일 부품으로 제조된다. 디스크(90)의 직경은 디스크(90)에 의해 개구(50)를 완전히 밀봉하기에 충분하다. 그 후, 디스크(90)의 반경 방향 외부 에지는 하우징(5)에 기계적으로 연결된다. 기계적 연결은 용접, 확산 용접, 열 압착 본딩, 납땜 등과 같은 재료 본딩에 의해 수행된다. 이러한 방식으로, 기계적 연결은 개구(50)의 가스 기밀 밀봉(gas-tight seal)을 생성한다. 더욱이, 튜브(91)는 신호 케이블 외피의 외경보다 약간 큰 직경을 갖는다. 그 후, 튜브(91)와 신호 케이블 외피는 서로 기계적으로 연결된다. 기계적 연결은 본딩, 납땜 등과 같은 재료 본딩, 또는 크림핑(crimping), 클램핑 등과 같은 힘 끼워 맞춤(force-fit)에 의해 수행된다. 기계적 연결은 전기적 신호 도체의 전기적 및 기계적 연결의 변형 방지를 전기적 접점 요소(7, 7')에 제공한다.
가속도 측정 장치(1)의 구성 요소가 제조되는 재료는 -70℃ 내지 +700℃의 범위의 동작 온도가 달성되도록 한다. 따라서, 하우징(5), 커버(6), 질량 요소(30, 30'), 전극(22, 22'), 프리로딩 조립체(4)를 제조하기 위한 재료는 바람직하게는 재료 번호 2.4969 또는 2.4632를 가진 니켈 합금으로부터 선택된다.
참조 번호의 리스트
AA' 수직축
BB' 세로축
CC' 수평축
O 중심
1 가속도 측정기
2 압전 시스템
3 진동 질량체
4 프리로딩 조립체
5 하우징
6 커버
7, 7' 전기적 접점 요소
8 신호 케이블
9 보호 슬리브
10 압전 변환기 조립체
20, 20' 시스템 요소
21, 21' 전기적 절연체 요소
22, 22' 전극
23, 23', 23" 압전 요소
24, 24' 전극의 단부
30, 30' 질량 요소
31 전기적 절연체
32, 32' 리세스
40, 40' 커버
41 슬리브
42 고정 요소
43, 43' 용접
50 개구
80, 80' 전기적 신호 도체
90 디스크
91 튜브
AA' 수직축
BB' 세로축
CC' 수평축
O 중심
1 가속도 측정기
2 압전 시스템
3 진동 질량체
4 프리로딩 조립체
5 하우징
6 커버
7, 7' 전기적 접점 요소
8 신호 케이블
9 보호 슬리브
10 압전 변환기 조립체
20, 20' 시스템 요소
21, 21' 전기적 절연체 요소
22, 22' 전극
23, 23', 23" 압전 요소
24, 24' 전극의 단부
30, 30' 질량 요소
31 전기적 절연체
32, 32' 리세스
40, 40' 커버
41 슬리브
42 고정 요소
43, 43' 용접
50 개구
80, 80' 전기적 신호 도체
90 디스크
91 튜브
Claims (15)
- 압전 시스템(2), 진동 질량체(3) 및 프리로딩 조립체(4)를 포함하는 가속도 측정 장치(1)로서; 가속 중에 상기 진동 질량체(3)는 가속도에 비례하는 힘을 상기 압전 시스템(2)에 힘을 가하며, 상기 힘은 상기 압전 시스템에서 압전 전하를 생성하고, 상기 압전 전하는 가속 신호(acceleration signals)로서 전기적으로 픽업될 수 있는, 가속도 측정 장치(1)에 있어서,
상기 압전 시스템(2)은 2개의 시스템 요소(20, 20')를 포함하고; 각 시스템 요소(20, 20')는 복수의 전기적 절연체 요소(21, 21'), 복수의 전극(22, 22'), 및 복수의 압전 요소(23, 23', 23")를 포함하며; 상기 진동 질량체(3)는 2개의 질량 요소(30, 30')를 포함하며; 상기 프리로딩 조립체(4)는 상기 질량 요소(30, 30')에 대해 상기 시스템 요소(20, 20')를 기계적으로 프리로딩하는 것을 특징으로 하는, 가속도 측정 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 시스템 요소(20, 20'), 상기 질량 요소(30, 30') 및 상기 프리로딩 조립체(4)는 압전 변환기 조립체(10)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 가속도 측정 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
기계적 프리로드 하에, 상기 프리로딩 조립체(4)는 상기 시스템 요소(20, 20')에 직접 기계적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는, 가속도 측정 장치(1). - 제 3 항에 있어서,
기계적 프리로드 하에, 상기 프리로딩 조립체(4)는 상기 전기적 절연체 요소(21, 21')에 표면 접촉하는 것을 특징으로 하는, 가속도 측정 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 프리로딩 조립체(4)는 2개의 커버(40, 40') 및 슬리브(41)를 포함하고; 상기 커버(40, 40') 및 슬리브(41)는 상기 진동 질량체(3) 위에 배치되며; 상기 진동 질량체(3) 위에 배치되는 상기 커버(40, 40')는 기계적 프리로드 하에 상기 진동 질량체(3) 위에 배치되는 상기 슬리브(41)에 재료 본딩되는 것을 특징으로 하는, 가속도 측정 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 시스템 요소(20, 20')는 상기 질량 요소(30, 30')의 리세스(32, 32') 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 가속도 측정 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 질량 요소(30, 30')는 전기 절연체(31)에 의해 서로 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는, 가속도 측정 장치(1). - 제 1 항에 있어서,
각각의 시스템 요소(20, 20')는 양의 전극(22) 및 음의 전극(22')을 포함하며; 상기 양의 전극(22)은 양의 압전 전하를 수용하고; 상기 음의 전극(22')은 음의 압전 전하를 수용하며; 상기 양의 전극(22)은 제 1 질량 요소(30)에 전기적 및 기계적으로 연결되며; 상기 음의 전극(22')은 제 2 질량 요소(30')에 전기적 및 기계적으로 연결되며; 상기 압전 전하는 상기 질량 요소(30, 30')에서 가속 신호로서 픽업될 수 있는 것을 특징으로 하는, 가속도 측정 장치(1). - 제 8 항에 있어서,
상기 가속도 측정 장치(1)는 개구(50)를 갖는 하우징(5)을 포함하고; 상기 질량 요소(30, 30')는 상기 개구(50)를 통해 신호 케이블(8)에 전기적 및 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 가속도 측정 장치(1). - 제 9 항에 있어서,
상기 신호 케이블(8)은 2개의 전기적 신호 도체(80, 80')를 포함하고; 상기 전기적 신호 도체(80, 80')는 상기 질량 요소(30, 30')에 직접 또는 간접적으로 전기적 및 기계적으로 연결되며; 상기 전기적 신호 도체(80, 80')는 상기 질량 요소(30, 30')로부터 가속 신호를 전기적으로 전송하는 것을 특징으로 하는, 가속도 측정 장치(1). - 제 8 항에 있어서,
각각의 전극(22, 22')은 힌지에 의해 서로 기계적으로 연결되는 복수의 전극 표면을 포함하며; 상기 전극 표면에 의해 각각의 전극(22, 22')은 복수의 압전 요소(23, 23', 23")로부터 압전 전하를 수집하는 것을 특징으로 하는, 가속도 측정 장치(1). - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 가속도 측정 장치(1)의 제조 방법에 있어서,
상기 시스템 요소(20, 20')는 상기 질량 요소(30, 30') 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치(1)의 제조 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 프리로딩 조립체(4)의 2개의 커버(40, 40') 및 슬리브(41)는 상기 진동 질량체(3) 위에 배치되고; 상기 진동 질량체(3) 위에 배치되는 상기 커버(40, 40')는 기계적 프리로드 하에 상기 진동 질량체(3) 위에 배치되는 상기 슬리브(41)에 재료 본딩되는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치(1)의 제조 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 시스템 요소(20, 20'), 질량 요소(30, 30') 및 프리로딩 조립체(4)는 압전 변환기 조립체(10)를 형성하고, 상기 압전 변환기 조립체(10)는 상기 가속도 측정 장치(1)의 하우징(5)에 도입되고; 상기 프리로딩 조립체(4)는 상기 하우징(5)의 바닥부에 재료 본딩되고; 상기 가속도 측정 장치(1)의 커버(6)는 상기 하우징(5)의 상부 에지 상에 설치되며; 상기 커버(6)는 상기 하우징(5)의 상기 상부 에지에 재료 본딩되는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치(1)의 제조 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 시스템 요소(20, 20')는 상기 질량 요소(30, 30')에 전기적으로 연결되고; 상기 가속도 측정 장치(1)의 하우징(5)은 개구(50)를 갖고; 상기 질량 요소(30, 30')는 상기 개구(50)를 통해 신호 케이블(8)에 전기적 및 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가속도 측정 장치(1)의 제조 방법.
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