KR102655462B1 - 접촉 없이 토크, 비틀림 고유 진동수, 및/또는 비틀림 진동을 감지하기 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents

접촉 없이 토크, 비틀림 고유 진동수, 및/또는 비틀림 진동을 감지하기 위한 디바이스 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접촉 없이 샤프트 (10) 의 토크 및/또는 비틀림 고유 진동수 및/또는 비틀림 진동을 감지하기 위한 디바이스 (14) 및 방법에 관한 것이다. 샤프트 (10) 는 강자성 재료를 포함한다. 샤프트 측벽 (12) 을 향하는 측정 헤드 (16) 는 샤프트 (10) 에 자기장을 결합하는 여기 코일 (22) 을 갖는다. 더욱이, 측정 헤드 (16) 는 샤프트 (10) 에서 나오는 자기장을 측정하는 다수의 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 을 포함한다.

Description

접촉 없이 토크, 비틀림 고유 진동수, 및/또는 비틀림 진동을 감지하기 위한 디바이스 및 방법
본 발명은 토크, 비틀림 고유 진동수 및 비틀림 진동의 비접촉 측정에 적합한 유도 센서 (inductive sensor) 에 관한 것이다. 본 발명은 더욱이, 강자성 재료 (ferromagnetic material) 로 만들어지거나 또는 강자성 특성을 갖는 재료를 포함하거나 둘 중 어느 하나인, 중공 샤프트 (hollow shaft) 이든 또는 고체-재료 샤프트 (solid-material shaft) 이든, 샤프트에 대한 토크, 비틀림 고유 진동수 및 비틀림 진동의 비접촉 검출을 위한 방법에 관한 것이다.
비접촉 토크 검출을 위해, 특히 강자성 재료의 경우에, 이방성 자기변형 효과 (anisotropic magnetostrictive effect) 가 사용될 수도 있다. 이 경우에, 이들 재료에서, 투과성 (permeability) 은 - 예를 들어, 비틀림 하중 (torsional load) 시에 - 장력 및 압축 방향에 있어서 상이하다는 사실이 사용된다. 비접촉 센서에 의하여, 넓은 측정 범위 내에서 샤프트에 스트레스를 가하는 토크 또는 표면 스트레스에 비례로 가변하는, 이들 차이를 측정하는 것이 가능하다.
본 발명의 목적은, 샤프트가 결과적으로 기계적으로 스트레스를 받을 수 있게 하는, 예를 들어 믹서, 교반기, 패들 건조기 등에서, 샤프트에 인가되는 토크를 검출하는 것이 가능한 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 샤프트에 대한 토크, 비틀림 고유 진동수 및 비틀림 진동의 비접촉 검출을 위한 디바이스가 제공되고, 그 샤프트는 강자성 특성을 갖는 재료로 만들어지거나 또는 이러한 재료를 포함한다. 이 샤프트의 샤프트 벽을 향하는 측정 헤드는 그 샤프트에 자기장을 결합하는 여기 코일 (excitation coil) 을 포함하고, 그 측정 헤드는 더욱이, 샤프트 벽을 통하여 샤프트에서 나오는 자기장을 측정하는 다수의 측정 코일을 포함한다.
비접촉 측정의 이점 외에, 본 발명에 따른 솔루션은, 이러한 디바이스에 의해, 샤프트 재료의 표면 스트레스에, 뿐만 아니라 상대적으로 넓은 측정 범위에서의 샤프트의 토크에 비례하는 측정 신호가 얻어진다는 추가의 이점을 제공한다. 자기장의 주파수 (frequency) 및 강도 (strength) 는, 얻어진 측정 신호가 큰 주파수 범위에 걸쳐 선형으로 가변하고, 그리고 자기 포화 (magnetic saturation) 가 사실상 가장 잘 알려진 강자성 재료에 대해 달성되지 않는 그러한 방식으로 선택된다. 그 주파수는 대략 80 kHz 내지 120 kHz 정도, 예를 들어, 100 kHz 이다.
유리하게는, 본 발명에 따라 제공된 디바이스는 복수의 측정 코일을 포함하는 측정 헤드를 포함한다. 특히 바람직한 실시형태에서, 측정 헤드는 서로에 대하여 대칭적으로 각각 배열되는 4 개의 측정 코일을 포함한다. 바람직하게는, 그 수의 측정 코일은 샤프트의 메인 축에 대해 45° 각도로 서로에 관하여 포지셔닝될 수 있다.
여기 코일 및 그 수의 측정 코일 양자 모두가 위치되는 측정 헤드는 샤프트의 샤프트 벽으로부터 거리를 두고 배열된다. 에어 갭으로 지칭되는 이 거리는 0.5 mm 와 1 mm 사이에 있고, 바람직하게는 대략 0.75 mm 정도이다. 바람직한 값의 0.75 mm 와 +/- 0.25 mm 로부터의 거리의 편차는 단지 약간만 측정에 영향을 미친다.
본 발명에 따라 제공된 디바이스의 유리한 가능한 실시형태에서, 측정 헤드는 PEEK 로 만들어진다. 본 발명에 따라 제공된 디바이스의 측정 헤드에서의 여기 코일은 50 kHz 와 150 kHz 사이, 바람직하게는 75 kHz 와 125 kHz 사이, 그리고 특히 바람직하게는 대략 100 kHz 정도의 여기 주파수 (excitation frequency) 로 동작된다. 이것은 샤프트의 회전 진동수와 관계 없이 토크에서 빠른 동적 변화를 검출하는 것을 가능하게 한다.
샤프트의 세로 축 및 디바이스의 회전 대칭적으로 구성된 하우징의 세로 축에 의해 스패닝되는 평면에서의 디바이스의 수평 장착 포지션이 특히 유리하다. 이러한 장착 포지션에서, 최적의 측정 결과가 달성될 수 있다.
센서를 샤프트의 샤프트 벽에 대하여 정확히 그 거리를 두고 패스닝 (fastening) 하기 위하여, 샤프트가 중공 샤프트로서 구성되든 또는 고체-재료 샤프트이든, 디바이스의 하우징은 제 1 센서 홀더에 의해 인클로징 (enclosing) 될 수도 있다. 제 1 센서 홀더는 특히 별도로 구성된 하프-쉘 (half-shell) 로부터 형성되고 센서의 하우징을 인클로징한다. 더욱이, 예를 들어, 센서를 앵글 플레이트 (angle plate) 로서 구성된 제 2 센서 홀더에 의하여 측정 헤드의 루트 (root) 에 또는 하우징에 패스닝하고, 그리고 비접촉 검출이 수행되고 있는 동안에 측정 헤드 및 그 안에 포함된 코일과 샤프트의 샤프트 벽 사이의 거리가 일정하게 유지되는 것을 보장하는 것이 가능하다.
최상의 가능한 측정 결과를 달성하기 위하여, 샤프트의 샤프트 벽에 대한 측정 헤드에 포함된 모든 코일의 거리는 동일하다. 측정 헤드에 포함된 코일은 전압을 생성하며, 그 전압의 하한은 대략 10 newtons/mm2 정도의 샤프트의 최소 비틀림 하중에 대해 발생하는 전압에 대응한다. 측정 헤드에서 중심으로 포함되는 여기 코일에 관하여, 원통형으로 구성된 측정 헤드에서 배열된 모든 측정 코일은 여기 코일에 대하여 동일한 방사 거리를 두고 놓여 있다. 측정 헤드 그 자체는, 비틀림 스트레스가 측정되어야 하는 샤프트의 샤프트 벽에 대하여, 대략 수 밀리미터 정도로 가까이에, 바람직하게는 0.75 mm 의 거리를 두고 위치된다.
바람직하게는, 측정 헤드 둘레에 배열된 측정 코일과 여기 코일 양자 모두는 플라스틱 재료, 예를 들어, PEEK 에 임베딩된다. 측정 헤드는 원통형 외관 및 약 20 mm 의 직경을 갖는다.
본 발명은 더욱이 본 발명에 따른 디바이스로 샤프트의 토크 및/또는 비틀림 고유 진동수 및/또는 비틀림 진동의 비접촉 검출을 위한 방법에 관한 것이며, 그 디바이스의 여기 코일은 그 샤프트에 자기장을 결합하고 다수의 측정 코일은 그 샤프트에서 나오는 자기장을 측정하고, 그리고 측정 코일에서의 모든 전압의 합이 측정된다.
검출된 토크의 방향은 그 수의 측정 코일의 개개의 측정 코일 간의 전압 차이의 부호로부터 결정될 수도 있다.
본 발명에 따라 제공된 방법에 의해, 샤프트에 작용하는 토크에 비례하는 표면 스트레스가 샤프트의 샤프트 벽에서 측정된다. 이 경우에, 토크 검출이 적어도 35 mm 의 직경을 갖는 것이 바람직한 샤프트에 대해 수행될 수도 있다.
본 발명에 따라 제공된 방법에 따르면, 특히, 자기장 강도 및 주파수 면에서, 선형 측정 신호가 생성될 수 있는 80 kHz 와 100 kHz 사이의 주파수 범위, 즉, 예를 들어, 100 kHz 를 포함하는 자기장이 샤프트에 결합된다.
출력 신호에서, 본 발명에 따라 제공된 디바이스는 토크 값으로 컨버팅되는 대략 4 mA 와 20 mA 사이 정도의 전류를 전달한다. 토크, 비틀림 고유 진동수 및 비틀림 진동의 비접촉 검출을 위한 디바이스의 여기 코일의 공급 전압은 24 V 인 것이 바람직하다.
디바이스의 캘리브레이션을 위해, 토크의 비접촉 검출은 본 발명에 따라 제공된 디바이스에 의하여 수행된다. 이것을 위해, 디바이스 뿐만 아니라 연관된 소프트웨어는 각각의 샤프트에 대해 개별로 캘리브레이팅되고, 2 개의 알려진 하중 포인트에서의 고정 측정 (stationary measurements) 이 이 목적을 위해 수행된다. 캘리브레이션의 품질은 얻어진 측정의 품질에 상당히 영향을 미친다. 본 발명에 따라 제공된 디바이스는 이러한 캘리브레이션을 수행하지 않고 비틀림 고유 진동수 및 상기 비틀림 진동을 결정하는데 사용될 수도 있다.
본 발명에 따라 제공된 디바이스로, 한 예로 들면 - 강자성 드라이브 샤프트의, 개개의 토크에 비례하는, 표면 스트레스가 측정된다. 디바이스의 결과의 측정 신호는 사용되는 샤프트 재료의 자기 특성에 의해 뿐만 아니라 자기변형 또는 기존의 재료 이질성의 규모의 오더 (the order of magnitude) 에 의해 영향을 받는다. 큰 재료 이질성의 경우에도, 10 newtons/mm2 초과의 표면 스트레스로 이어지는 하중의 경우에, 양호한 측정 결과가 신중한 캘리브레이션에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명은 도면의 도움으로 아래에 더 상세히 설명될 것이며, 여기서:
도 1 은 디바이스의 포지셔닝을 도시하고,
도 2 는 측정 헤드 상의 코일의 포지셔닝을 도시하고,
도 3 은 디바이스의 전기 접속 (electrical connection) 을 도시하고,
도 4 는 디바이스의 배면 및 조정 엘리먼트를 도시하고,
도 5 내지 도 7 은 디바이스의 캘리브레이션을 도시하고,
도 8 및 도 9 는 제 1 센서 홀더를 도시하고, 그리고
도 10 은 제 2 센서 홀더의 가능한 실시형태를 도시한다.
도 1 에 따른 묘사는, 특히 센서의 구성에서, 본 발명에 따라 제공된 디바이스의 포지셔닝을 나타낸다.
고체-재료 샤프트로 또는 중공 샤프트로 만들어지는 샤프트 (10) 는, 샤프트 벽 (12) 을 갖는다. 수평 방향 (18) 에서 샤프트 벽의 맞은편에는, 센서로서 구성되는 것이 바람직한, 본 발명에 따라 제공된 디바이스 (14) 가 존재한다. 그 세로 축에 관하여, 센서 (14) 는 도면의 평면에 수직으로 센서 (14) 의 하우징 (17) 의 세로 축 및 샤프트 (10) 의 세로 축에 의해 스패닝되는 평면에 있다. 센서 (14) 의 바람직한 장착 포지션 (20) 이 도 1 에 따른 묘사에서 표현된다. 센서 (14) 의 하우징 (17) 상에서, 전단 (front end) 에는, 샤프트 (10) 의 샤프트 벽 (12) 으로부터 거리를 두고 포지셔닝 - 아래에 더 상세히 논의될 것임 - 되는 측정 헤드 (16) 가 존재한다.
도 2 는 도 1 에 따른 개략적 묘사에 따른 센서의 측정 헤드 상의 코일의 포지션을 도시한다.
도 2 는 측정 헤드 (16) 상에는, 대략 그 측정 헤드 (16) 의 중심에, 여기 코일 (22) 이 있다는 것을 나타낸다. 여기 코일 (22) 은 50 kHz 와 150 kHz 사이, 바람직하게는 75 kHz 와 125 kHz 사이, 그리고 특히 바람직하게는 대략 100 kHz 정도의 여기 주파수로 여기된다. 이것은 샤프트 (10) 의 회전 진동수와 관계 없이 - 토크의 빠른 동적 변화를 검출하는 것을 가능하게 한다. 여기 코일 (22) 에 의해 샤프트 (10) 에 결합된 자기장은, 측정 신호가 큰 주파수 범위에 걸쳐 선형이고, 그리고 자기 포화가 강자성 특성을 갖는 가장 잘 알려진 재료에 대해 도달되지 않는 그러한 방식으로 선택된다; 특히, 주파수 범위는 80 kHz 와 120 kHz 사이에 있고, 100 kHz 의 주파수가 예를 들어 선택될 수도 있다.
도 2 의 묘사에 따르면, 대략 24 V 정도인 입력 전압 (32) (Uin) 이 여기 코일에 인가된다. 예를 들어, PEEK 와 같은 재료로 만들어지는 것이 바람직한 측정 헤드 (16) 둘레에는, 다수의 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 이 존재한다. 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 은 출력 전압 (34) (Uout) (도 3 에 따른 묘사를 참조) 을 전달한다. 도 2 에 따른 묘사로부터, - 이 예시적인 실시형태에서 4 개가 존재하는 - 측정 코일은 서로에 대하여 대칭적으로 배열되는 것을 볼 수 있다. 도 2 에서, 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 은 샤프트 (10) 의 메인 축에 대하여 서로에 대해 45°의 각도 배향 (36) 으로 각각 포지셔닝된다. 바람직하게는, 도 1 의 묘사에 따른 측정 헤드 (16) 및 그 상에 위치된 코일, 즉, 여기 코일 (22) 및 상기 수의 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 은, 고체-재료 샤프트 (10) 이든 또는 중공 샤프트로서 구성되는 샤프트이든, 샤프트 (10) 의 샤프트 벽 (12) 으로부터 동일한 거리를 두고 놓여 있다.
측정 헤드 (16) 의 사이즈 및 그 위에 대칭적으로 피팅될 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 의 수를 고려하면, 약 35 mm 의 최소 요구된 직경의 샤프트 (10) 가 존재한다. 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 의 배열, 그 측정 코일의 전기 배선 (electrical wiring) 및 샤프트 (10) 의 샤프트 벽 (12) 에 관한 측정 헤드 (16) 의 포지셔닝 때문에, 토크에 비례하는 샤프트 (10) 의 샤프트 벽 (12) 에서의 표면 스트레스만이 센서 (14) 에 의해 검출된다.
도 3 은 센서의 전기 접속을 도시한다.
도 3 은, 센서 (14) 의 수평 방향 (18) 에서, 측정 헤드 (16) - 도 1 에 표현된 바와 같음 - 는 샤프트 (10) 의 샤프트 벽 (12) 의 바로 맞은편에 놓여 있는 것을 나타낸다. 센서 (14) 의 하우징 (17) 은 그라운드 접속 (38) 뿐만 아니라, 공급 전압 (42) (UDC) 을 위한 그리고 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 의 세트의 개별로 측정된 출력 전압 (34) 이 탭핑될 수 있는 출력 라인을 위한 단자를 갖는다. 여기서, 대략 500 Ω 정도의 저항 (R) 을 갖는 분로 저항기 (40) 가 제공된다. 바람직하게는, 공급 전압 (42) 을 위한 접속 케이블은 센서 (14) 의 공급 전압 (42) 에 대한 전압 강하가 2% 를 초과하지 않는 그러한 방식으로 디멘져닝된다.
도 4 는 센서의 배면을 도시한다.
포지션 (46) 은 센서 하우징 (17) 의 배면을 나타낸다. 센서 하우징 (17) 의 배면 (46) 은 소켓 (48) 및 케이블 입력 (50) 을 갖는다. 센서 (14) 의 캘리브레이션은 제로 포인트 조정 (52) 에서 수행될 수 있다. 이득 팩터 또는 감소 팩터의 조정은, 다음의 스텝이 이용가능할 수도 있는 조정 디바이스 (54) 에서 수행될 수 있다: 0.312 / 0.625 / 1.25 / 2.5 / 5 및 10. 주파수 조정은 1 Hz 에서 시작하여 5 Hz, 10 Hz, 50 Hz, 100 Hz 및 200 Hz 까지, 주파수 조정 (56) 에서 수행될 수 있다.
도 5, 도 6 및 도 7 의 도면 시퀀스는 측정 세그먼트의 결정의 가능성을 도시한다.
도 5, 도 6 및 도 7 에 따른 묘사는 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 의 포지션이 두께 (60) 를 갖는 금속 시트 (58) 를 사용하는 것에 의해 결정될 수 있다는 것을 나타낸다. 금속 시트 (58) 의 시트 두께 (60) 는 대략 2 mm 정도인 것이 바람직하다. 센서 (14) 의 제로 포인트의 조정은 예를 들어, 12 mA 에서 수행된다. 센서 (14) 의 측정 헤드 (16) 앞에 포지셔닝되어야 하는 금속 시트 (58), 및 그 회전 - 왼쪽으로 45°회전 (64) 한 포지션 (6) 과 비교 또는 오른쪽으로 45°회전 (66) 한 도 7 과 비교 - 때문에, 익스커션 (excursion) 이 각각 존재한다. 도 5 에 따른 금속 시트 (58) 의 수직 포지션에서는, 익스커션이 존재하지 않는데, 이는 예를 들어 12 mA 의 오프셋 전류가 측정되는 것을 의미한다. 왼쪽으로 45°회전 (64) 한 도 6 에 표현된 포지션의 경우, 포지티브 최대 값이 존재하고, 도 7 에 표현한 바와 같이 오른쪽으로의 금속 시트 (58) 의 45°회전 (66) 의 경우, 네거티브 최대 값이 존재한다. 센서의 기능, 뿐만 아니라 전류 변화의 방향은, 금속 시트 (58) 를 이동시키는 것에 의해 샘플링될 수 있다.
도 8 및 도 9 는 센서에 대한 제 1 센서 홀더를 도시한다.
도 8 은 센서 (14) 의 하우징 (17) 이 제 1 센서 홀더 (70) 에 의해 인클로징되는 것을 도시한다. 도 8 에 따른 묘사로부터, 더욱이 센서 (14) 의 하우징 (17) 으로부터 멀리 연장되는 측정 헤드 (16) 가 샤프트 (10) 의 샤프트 벽 (12) 에 대해 거리 (68) 를 두고 놓여 있는 것을 볼 수 있다. 거리 (68) 는 0.5 mm 와 1 mm 사이에 있는 것이 바람직하고, 0.75 mm 인 것이 특히 바람직하다. 하우징 (17) 의 배면 (46) 에는, 전술한 케이블 입력 (50) 이 존재한다.
도 9 는 제 1 센서 홀더 (70) 가 제 1 홀더 하프 (72) 및 제 2 홀더 하프 (74) 를 갖는다는 것을 도시한다. 장착된 상태에서, 이들은 개구 직경 (82) 으로 구성될 수도 있는 관통-개구 (76) 의 범위를 정한다. 2 개의 홀더 하프 (72, 74) 중 하나는, 홀더 하프 (72, 74) 가 센서 (14) 의 하우징 (17) 을 인클로징하는, 나사 (screw) 를 클램핑하기 위한 리세스 (78) 를 포함한다.
도 10 은 제 2 센서 홀더를 도시한다.
도 10 에 따른 묘사는, 제 2 센서 홀더 (84) - 앵글 플레이트 (86) 로서 구성됨 - 가 나사산 (screw thread) (88) 으로 스크류되는, 너트 (90) 에 의하여 센서 (14) 의 하우징 (17) 에 패스닝될 수 있다는 것을 나타낸다. 나사산 (88) - 도 8 에 따른 묘사와 또한 비교 - 은 센서 (14) 의 측정 헤드 (16) 의 외측 벽 표면 상에 위치된다. 너트 (70) 에 의해, 앵글 플레이트 (86) 의 일단은 센서 (14) 의 하우징 (17) 에 기대어 세워 놓인다 (set against). 또한, 도 10 에 따른 묘사에는, 측정 헤드 (16) 의 단부 측이 강자성 재료로 만들어지거나 또는 이러한 재료를 포함하거나 둘 중 어느 하나인, 샤프트 (10) 의 샤프트 벽 (12) 으로부터 거리 (68) 를 두고 놓여 있는 것으로 도시된다. 전술한 케이블 입력 (50) 은 센서 (14) 의 하우징 (17) 의 배면 (46) 상에 위치된다.
센서 (14) 의 캘리브레이션에 관하여, 센서 (14) 가 그 동작 온도에 도달하자마자 최상의 가능한 측정 결과가 얻어진다는 것에 유의해야 한다. 예상되는 전체 스펙트럼에서의 측정 값을 얻기 위하여, 이득 팩터는 대응하는 조정 (54) 에서 적절히 선택되어야 한다. 센서 (14) 의 필터 주파수 (filter frequency) 의 조정은 측정 태스크에 의해 주로 지시된다. 센서 (14) 의 배면 (46) 상에 위치되는 - 도 4 에 따른 묘사와 비교 - 주파수 조정 (56) 은 컷-오프 주파수 (cut-off frequency) 를 조정하기 위하여 사용된다. 토크를 양자의 방향에서 비접촉으로 검출하기 위하여, 오프셋이 가능한 한 측정 범위의 중간 (12 mA, 또는 6 V 입력 전압, 여기서 500 Ω 의 저항 (40) 을 가짐) 에 있어야 한다. 바람직하게는, 오프셋의 정확한 결정이 그 안에 포함된 재료 이질성의 영향을 고려하기 위하여, 무하중 (no load) 하의 샤프트 (10) 의 회전 속도에 대해 수행된다. 센서 (14) 는 항상 4 mA 와 20 mA 사이에 있는 전류를 출력 신호로서 전달한다. 저항 R = 500 Ω 을 가진 분로 저항기 (40) 를 사용할 때, 2 V 와 10 V 사이의 출력 전압이 얻어진다. 이들은 토크를 결정하기 위하여 컨버팅될 필요가 있다. 다음의 관계는 센서 (14) 의 측정 범위에서 적용된다: 모멘트 = FAKT (전압 마이너스 오프셋).
컨버전 팩터 FAKT 및 오프셋을 결정하기 위하여, 2 개의 알려진 측정 포인트가 선택되어야 한다. 오프셋의 정확한 결정은 재료 이질성의 영향을 정확히 고려하기 위하여 샤프트 (10) 의 정격 회전 속도에서 수행되어야 한다. 이것은 무하중 하에서 샤프트 (10) 로 행해지는 것이 최선이다. 이것이 가능하지 않다면, 낮은 하중을 가진 다른 동작 포인트 및 높은 하중을 가진 두번째 동작 포인트가 또한 선택될 수도 있다. 오프셋의 계산은 이하의 공식에 의해 주어진다:
오프셋 =
여기서, M1 은 센서 전압 (U1) 이 측정되는 높은 하중이고 M2 는 센서 전압 (M2) 을 가진 낮은 하중이다. 센서 (14) 의 이득 팩터를 결정하기 위하여, 가능한 한 정격 하중에 가까운 하중 포인트가 요구된다. 팩터 FAKT 는 그 후 다음으로서 주어진다:
10 : 샤프트
12 : 샤프트 벽
14 : 디바이스, 센서
16 : 측정 헤드
17 : 하우징
18 : 수평 방향
20 : 디바이스 (14) 의 장착 포지션
22 : 여기 코일
24 : 제 1 측정 코일 (L1)
26 : 제 2 측정 코일 (L2)
28 : 제 3 측정 코일 (L3)
30 : 제 4 측정 코일 (L4)
32 : 입력 전압 (Uin)
34 : 출력 전압 (Uout)
36 : 각도 배향 (45°)
38 : 그라운드에 대한 접속
40 : 분로 저항기 (R = 500Ω)
42 : 공급 전압 (UDC)
44 : 신호 전류 4 mA - 20 mA
46 : 센서 하우징의 배면
48 : 소켓
50 : 케이블 입력
52 : 제로 포인트 조정
54 : 이득/감소 조정
56 : 주파수 조정
58 : 캘리브레이션 시트
60 : 시트 두께 (d)
62 : 90°포지션
64 : 왼쪽으로의 45°회전
66 : 오른쪽으로의 45°회전
68 : 거리
70 : 제 1 센서 홀더
72 : 제 1 센서 홀더 하프
74 : 제 2 센서 홀더 하프
76 : 관통-개구
78 : 나사 머리 (screw head) 에 대한 리세스
80 : 홀더 개구
82 : 개구 폭, 개구 직경
84 : 제 2 센서 홀더
86 : 앵글 플레이트
88 : 나사산
90 : 너트

Claims (17)

  1. 샤프트 (10) 의 토크 및/또는 비틀림 고유 진동수 및/또는 비틀림 진동의 비접촉 검출을 위한 디바이스 (14) 로서,
    상기 샤프트 (10) 는 강자성 재료를 포함하고,
    상기 샤프트 (10) 의 샤프트 벽 (12) 을 향하는 측정 헤드 (16) 는 상기 샤프트 (10) 에 자기장을 결합하는 여기 코일 (22) 을 포함하고, 상기 측정 헤드 (16) 는 상기 샤프트 (10) 에서 나오는 자기장을 측정하는 다수의 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 을 포함하고, 상기 측정 헤드 (16) 는 PEEK 로 만들어지고, 상기 측정 헤드 (16) 는 상기 샤프트 벽 (12) 으로부터 거리 (68) 를 두고 배열되고, 상기 거리 (68) 는 0.5 mm 와 1 mm 사이에 있거나, 또는 0.75 mm 이고, 상기 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 은 서로에 대하여 대칭적으로 배열되고, 상기 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 은 상기 샤프트 (10) 의 메인 축에 대하여 45°의 각도로 배열되며, 상기 여기 코일 (22) 은 상기 측정 헤드 (16) 의 중심에 위치하는, 비접촉 검출을 위한 디바이스 (14).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 여기 코일 (22) 의 여기 주파수 (excitation frequency) 는 50 kHz 와 150 kHz 사이, 또는 75 kHz 와 125 kHz 사이에 있거나, 또는 100 kHz 인, 비접촉 검출을 위한 디바이스 (14).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 여기 코일 (22) 에 대한 상기 측정 헤드 (16) 에 포함된 모든 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 의 거리 (68) 는 동일한, 비접촉 검출을 위한 디바이스 (14).
  6. 제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 디바이스 (14) 로 샤프트 (10) 의 토크 및/또는 비틀림 고유 진동수 및/또는 비틀림 진동의 비접촉 검출을 위한 방법으로서,
    a) 상기 디바이스 (14) 의 여기 코일 (22) 은 상기 샤프트 (10) 에 자기장을 결합하고,
    b) 다수의 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 은 상기 샤프트 (10) 에서 나오는 자기장을 측정하고,
    c) 상기 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 에서의 모든 전압의 합이 측정되고; 그리고
    d) 토크 및/또는 비틀림 고유 진동수 및/또는 비틀림 진동의 검출을 위한 상기 디바이스 (14) 는 2 개의 알려진 하중 포인트에서의 고정 측정에 의해 캘리브레이팅되는, 비접촉 검출을 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    검출된 토크의 방향은 상기 다수의 측정 코일 (24, 26, 28, 30) 간의 전압 차이의 부호로부터 결정되는, 비접촉 검출을 위한 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 샤프트 (10) 의 샤프트 벽 (12) 에 있어서의, 상기 토크에 비례하는, 표면 스트레스가 측정되는, 비접촉 검출을 위한 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 여기 코일 (22) 에 의해 결합된 상기 자기장의 주파수 (frequency) 및 강도 (strength) 는 80 kHz 에서 120 kHz 까지의 주파수 범위 (frequency range) 에 걸쳐 선형 측정 신호를 허용하는, 비접촉 검출을 위한 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    4 mA 와 20 mA 사이의 전류가 측정 신호로서 생성되는, 비접촉 검출을 위한 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 여기 코일 (22) 은 24 볼트의 공급 전압으로 동작되는, 비접촉 검출을 위한 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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