KR870700243A

KR870700243A - 힘, 토오크, 가속도, 압력 및 기계적 스트레스의 전기적 측정용 힘 센서

Info

Publication number: KR870700243A
Application number: KR860700203A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 오페르만
Original assignee: 클라우스 오페르만
Priority date: 1984-08-09
Filing date: 1985-08-07
Publication date: 1987-05-30
Also published as: DE3429607A1; ATE43180T1; US4703663A; JPS61502982A; JPH0570770B2; DE3570284D1; EP0190270B1; WO1986001291A1; EP0190270A1

Abstract

내용 없음

Description

힘, 토오크, 가속도, 압력 및 기계적 스트레스의 전기적 측정용 힘 센서

본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음

제1도는 패턴이 운반체에 강하게 부착되어 있고 패턴의 필라멘드가 아주 가늘게 나타나 있으며 절연층이 도시 목적상 아주 두껍게 나타나 있는 힘센서의 부분 전개 절단 사시도.

Claims

힘, 토오크, 가속도, 압력, 기계적 스트레스가 센서의 내부에서 기계적 수직 스트레스 영역으로 변환된 다음 다시 전기저항으로 변환하고, 저항성 물질이 전기적으로 절연체 운반체상에서 필라멘트 끝단에서 접합부를 갖는 적어도 하나의 필라멘트의 형태로 배열되고 또한 적어도 하나의 전송체로 부터 측정소자로 전송되는 수직 스트레스 영역에 수직으로 위치한 측정소자에 강하게 부착되는 평활압전 저항 측정소자를 포함하는, 힘, 토오크, 가속도, 압력, 기계적 스트레스를 전기적으로 측정하는 힘 센서로서, 수직 스트레스 영역내의 측정소자는 그 사이에 절연층(9)이 배열되어 있는 적어도 두 개의 적층 저항층으로 구성되어 있고, 각 저항층은 적어도 하나의 두 방향 패턴(M₁,M₂)으로 구성되어 있으며, 수직 스트레스 영역의 방향내에서 두개의 패턴의 각 필라멘트 내에서 각 운반체(1)의 직교 스트레인(ε_x,ε_y)을 완전하게 갖추는 동일 면적 크기의 두개의 평면소자(13)를 형성하고, 패턴은 브리지 회로의 저항기를 형성하기 위하여 연결되고 전류(i)는 하나의 스트레인(ε_x)의 방향 내의 하나의 패턴(M₁) 내로 그리고 다른 스트레인(ε_y)의 방향 내의 적층 패턴(M₂) 내로 흐르는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1항에 있어서, 저항 물질의 물질 상수 C는 측정하는 수직 스트레스 영역에 의하여 압전 저항측정 소자의 저항 변화가 본질적으로 운반체(1)의 스트레인(ε_x,ε_y)에 의한 측정소자의 기계적 스트레인에 의하여 영향을 받지 않고 잔유하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제2항에 있어서, 물질상수 C는 저항물질의 프와송의 비 μ에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제3항에 있어서, 물질 상수 C는 C=-μ/(1-2μ)에 의하여 결정됨으로서 전기 저항의 압력 계수 α_p가 결정되는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제4항에 있어서, α_p=(1-μ)/E가 선택되며, E는 저항물질의 영률인 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1항에 있어서, 방해 영향의 보상을 위하여, 측정 소자와 보상소자를 포함하는 브리지 회로 내에서 저항기로서 압전 저항 측정소자에 대응하는 압전 보상소자를 갖추고, 보상소자는 측정소자로서 동일 운반체의 표면에 배열되나 수직 스트레스 영역으로 부터는 자유인 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제6항에 있어서, 각 측정 소자와 보상 소자에 의하여 덮힌 기질의 면적이 크기이 있어서 본질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제6항 또는 7항에 있어서, 각 측정소자와 보상 소자에 의하여 덮힌 기질의 면적이 동일 평면상에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제8항에 있어서, 측정 소자에 인접한 전송체(12)는 인결된 보상소자에 대향된 적어도 하나의 평평한 홈(25)을 갖춘 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제6항 또는 7항에 있어서, 보상소자는 수직 스트레스 영역의 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제6항 또는 7항에 있어서, 보상 소자는 측정소자가 배열되어 있는 면이 수직인 운반체의 면에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 압전저항 측정소자와 압전저항 보상 소자는 운반체(1) 상에 음극 스퍼터링 방식에 의하여 가하여지고 또한 운반체 상에 박막 필름상으로 필름부착된 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 운반체 상, 만일 적용 가능하다면 중첩된 패턴 사이의 절연층은 무기 재료인 Al₂O₃또는 SiO₂로 된 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 저항층 용으로서 0.3 내지 1원자%의 망간을 함유한 구리망간 합금 또는 2 내지 3원자%의 망간을 함유한 온망간 합금 또는 2원자%의 크롬을 함유한 금 크롬 합금이 사용되는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 재질이 다른 각각의 저항층이 사용되는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 두개의 투시된 패턴의 각 필라메트 내의 스퀘어 면적소자(13)는 전류의 방향에 대하여 폭(b)에 대한 길이(ℓ)의 배율로서 이 비율에 의하여 대응 저항층의 음 스퀘어 저항의 생성이 두 패턴내에서 동일한 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 두개의 투시패턴(M₁,M₂) 또는 (M₃,M₄) 각각의 필라멘트의 교차점에서 필라멘트의 중앙선의 접선(14,15)이 90°의 각(16)을 이루는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 중첩된 저항층의 두개의 각 패턴은 브리지 회로의 브랜치에 전기적으로 일련으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제6항에 있어서, 측정 소자를 형성하는 패턴은 하나의 브랜치 내에 배열되고, 보상소자를 나타내는 패턴은 전체 브리지 회로의 인접 브랜치내에 배열되는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제6항 또는 18항에 있어서, 전체 브리지 회로 내에서 측정 소자의 패턴의 절반은 하나의 브랜치 내에 배치되고 측정소자의 패턴의 나머지 절반은 브랜치 내의 정반대 대향 위치의 브랜치에 배치되며, 보상소자의 패턴의 절반은 또다른 브랜치에 배치되고 보상소자의 패턴의 나머지 절반은 그 정반대 대향위치의 브랜치에 배열되는 것을 특징으로 하는힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 측정소자의 패턴의 필라멘트(3,5)의 양 끝단에 접합부(4,6)가 운반체(1)상에 배열되어 수직 스트레스 영역에 가하여지지 않는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 패턴(M₁,M₂,M₃,M₄)의 필라멘트 끝단에서 접합부(4,6,7,8)는 필라멘트(3,5) 보다 상당히 더 작은 음 스퀘어 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제22항에 있어서, 접합부(4,6,7,8)은 본질적으로 층을 가함으로서 또는 높은 전도도를 갖는 재료로된 브리지를 결합시킴으로서 감소되는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 패턴 사이에 위치한 절연층(9)의 하나는 절연층(2)이 구비된 운반체(1)에 의하여 나타나는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 운반체(1)는 절연재료, 예를들면, 산화 세라믹으로 된 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 절연체(1)는 금속호일 또는 양면에 절연층(2)으로 피복된 판으로 된 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 측정 소자의 상부패턴(M₂)과 전송체(12) 사이에 절연층(10)이 구비된 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제27항에 있어서, 절연층(10)은 무기질 재료로 된 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제27항 또는 28항에 있어서, 전송체(12)와 절연층(10) 사이에 유기질 재료로 된 중간층(11)이 배열된 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제29항에 있어서, 중간층(11)은 측정소자의 상부패턴(M₂)을 전송체(12)에 전고하게 결합시키는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제29항에 있어서, 중간층(11)은 전송체(12)인 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 운반체(1)는 기계, 마찰 검사기구, 튜우브의 용기 또는 마운팅의 소자인 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 전송체(12)는 힘, 토오크, 가속도, 압력 또는 기계적 스트레스를 센서에 도입하는 것을 매개체(20)인 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1,2 또는 6항에 있어서, 전송체(12)는 힘, 토오크, 가속도, 압력 또는 기계적 스트레스를 센서에 도입하는 도입체인 것을 특징으로 하는 힘 센서.
힘, 토오크, 가속도, 압력, 기계적 스트레스가 센서의 내부에서 기계적 수직 스트레스 영역으로 변환된 다음 다시 전기저항으로 변환하고, 저항성물질이 전기적으로 절연체 운반체 상에서 필라멘트 끝단에서 접합부를 갖는 적어도 하나의 필라멘트의 형태로 배열되고, 또한 적어도 하나의 전송체로 부터 측정소자로 전송되는 수직 스트레스 영역에 수직으로 위치한 측정 소자에 강하게 부착되는 평활 압전 저항 측정소자를 포함하는 힘, 토오크, 가속도, 압력, 기계적 스트레스를 전기적으로 측정하는 힘 센서로서, 저항물질의 상수는 측정되는 수직 스트레스 영역으로 부터 얻어지는 압전저항 측정소자의 저항 변화가 본질적으로 운반체(1)의 스트레인(ε_x,ε_y)에 의한 측정소자에 미치는 기계적 스트레인에 의하여 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제35항에 있어서, 물질상주 C는 저항 물질의 프와송의 비로 부터 결정되는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제36항에 있어서, 물질 상수 C는 C=-μ/(1-2μ)로 부터 결정되고 따라서 전기적 저항의 압력계수 α_p가 결정되는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제37항에 있어서, α_p=(1-μ)/E(E는 영률)로 선택되는 것을 특징으로 하는 힘 센서.
힘, 토오크, 가속도, 압력, 기계적 텐션이센서의 내부에서 기계적 수직 스트레스 영역으로 변환된 다음 다시 전기저항으로 변환하고, 저항성 물질이 전기적으로 절연체 운반체상에서 필라멘트 끝단에서 접합부를 갖는 적어도 하나의 필라멘트의 형태로 배열되고, 또한 적어도 하나의 전송체로 부터 측정소자로 전송되는 수직 스트레스 영역에 수직으로 위치한 측정 소자에 강하게 부착되는 평활압전 저항 측정소자를 포함하는, 힘, 토오크, 가속도, 압력 기계적 텐션을 전기적으로 측정하는힘 센서로서, 방해 영향의 보상을 위하여 압전저항 측정소자에 대응하는 압전소자 보상소자가 측정소자로서 동일기질의 표면상에 배열된 측정소자와 보상소자를 포함하는 브리지 회로내에서 저정하기로서 구비되나 수직 스트레스 영역과는 무관한 것을 특징으로 하는 힘 센서.

※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.