WO2012159771A4 - Sensor oder sensor-messeinheit mit einem mechanisch-elektrischen wandler - Google Patents

Sensor oder sensor-messeinheit mit einem mechanisch-elektrischen wandler Download PDF

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Abstract

Die Erfindung richtet sich auf einen Sensor mit einem mechanisch-elektrischen Wandler zur Erzeugung eines von einer Auslenkung abhängigen Meßsignals, wobei zwischen einer Lichtquelle und einem lichtempfindlichen Bauelement ein scheibenförmiger Körper aus einem ganz oder teilweise lichtdurchlässigen Material derart beweglich gelagert und/oder geführt ist, dass ein von der Lichtquelle ausgehender und von dem lichtempfindlichen Bauelement aufgefangener Lichtstrahl das lichtdurchlässige Material des scheibenförmigen Körpers bei verschiedenen Positionen desselben vorzugsweise etwa lotrecht durchsetzt und bei einer Bewegung des scheibenförmigen Körpers eine Bahn auf diesem beschreibt, wobei entlang der von dem Lichtstrahl auf dem scheibenförmigen Körper beschriebenen Bahn eine Linie aus einem undurchsichtigen Material appliziert ist, deren Breite sich von einem ersten Punkt der Bahn bis zu einem weiteren Punkt der Bahn kontinuierlich vergrößert, so dass die undurchsichtige Linie je nach Bahnpunkt einen mehr oder weniger großen Teil des von der Lichtquelle ausgesandten Lichts auffängt.

Claims

1
2/159771 PCT/EP2012/002263
GEÄNDERTE ANSPRÜCHE
beim Internationalen Büro eingegangen am 22. April 2013
Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) zur Erfassung einer mechanischen, durch eine Auslenkung oder Relativausienkung eines Messkörpers (4,5) gegenüber einem Chassis (3) oder einem anderen internen Element darstellbaren Größe, mit wenigstens einem mechanisch-elektrischen Wandler zur Erzeugung eines von der Auslenkung oder Relativauslenkung des Messkörpers (4,5) abhängigen Meßsignals, wobei der Messkörper (4,5) aus einem ganz oder teilweise lichtdurchlässigen Material scheibenförmig ausgebildet und zwischen einer Lichtquelle ( 5) und einem lichtempfindlichen Bauelement (16) derart beweglich gelagert und/oder geführt ist, dass ein von der Lichtquelle (15) ausgehender und von dem lichtempfindlichen Bauelement (16) aufgefangener Lichtstrahl das lichtdurchlässige Material des scheibenförmigen Messkörpers (4,5) bei verschiedenen Positionen desselben vorzugsweise etwa lotrecht durchsetzt und bei einer Relativbewegung des scheibenförmigen Messkörpers (4,5) eine Bahn auf diesem beschreibt, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der von dem Lichtstrahl auf dem scheibenförmigen Messkörper beschriebenen Bahn eine keilförmige Spur (13) aus einem undurchsichtigen Material appliziert ist, welche direkt auf der Bahn des Lichtstrahls von der Lichtquelle (15) zu dem lichtempfindlichen Bauelement (16) angeordnet ist, so dass an keinem Bahnpunkt ein Lichtstrahl von dem Zentrum der Lichtquelle ( 5) auf direktem Weg zu dem Zentrum des lichtempfindlichen Bauelements (16) gelangen kann, wobei sich die Breite der keilförmigen Spur (13) von einem ersten Punkt der Bahn bis zu einem weiteren Punkt der Bahn kontinuierlich vergrößert, so dass die undurchsichtige Spur (13) je nach Bahnpunkt einen mehr oder weniger großen Teil des von der Lichtquelle (15) ausgesandten Lichts auffängt. .
Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine zu der Bahnmitte symmetrische Anordnung der keilförmigen Spur ( 3).
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 2
WO 2012/159771 PCT/EP2012/002263
3. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Breite bDi0de der lichtempfindlichen Fläche des lichtempfindlichen Bauteils (16), welche zwischen dem 0,8-fachen und dem 1 ,2-fachen der maximalen Breite bmax der keilförmigen Spur (13) liegt:
0,8 * bmax < boiode < 1 >2 * bmax-
4. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein lichtempfindliches Bauteil (16) eines mechanisch-elektrischen Wandlers als Photodiode (PD) ausgebildet ist.
5. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein lichtempfindliches Bauteil (16) eines mechanisch-elektrischen Wandlers zwischen dem invertierenden Eingang (-) und dem nicht-invertierenden Eingang (+) eines Operationsverstärkers (24) geschaltet ist.
6. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (25) des Operationsverstärkers (24) zu dessen (invertierendem) Eingang (-) zurückgekoppelt ist, insbesondere mit einem ohmschen Widerstand (R4) und/oder mit einem Bauteil mit frequenzabhängiger Kennlinie wie einer Kapazität (C2).
7. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Streulicht von dem lichtempfindlichen Bauteil (16) eines mechanisch-elektrischen Wandlers ferngehalten oder begrenzt wird.
8. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Messkörper (4,5) eines mechanisch-elektrischen Wandlers aus einem durchsichtigen Glas oder einem durchsichtigen Kunststoff besteht.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 3
WO 2012/159771 PCT/EP2012/002263
9. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Messkörper (4,5) eines mechanisch-elektrischen Wandlers - ggf. abgesehen von zu seiner Lagerung oder Führung von Lagerungs- oder Führungsmitteln durchgriffenen Öffnungen - keine Durchbrechung aufweist.
10. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keilförmige Spur (13) auf den scheibenförmigen Messkörper (4,5) eines mechanischelektrischen Wandlers aufgedruckt ist, bspw. unter Verwendung von dunkler Farbe.
11. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus maximaler Breite bmax der keilförmigen Spur (13) zu minimaler Breite bmin der keilförmigen Spur eines mechanisch-elektrischen Wandlers gleich oder größer ist als 2: bmax/bmin > 2, beispielsweise gleich oder größer als 5: bmax/bmin > 5, vorzugsweise gleich oder größer als 10: bmax/bmin > 10, insbesondere gleich oder größer als 20: bmax/bmin > 20.
12. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mechanisch-elektrischen Wandler zwei nebeneinander verlaufende Spuren (13) mit antiparalleler Keilgeometrie vorgesehen sind, sowie je ein zugeordnetes lichtempfindliches Element (16).
13. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem scheibenförmigen Messkörper (4,5) eines mechanisch-elektrischen Wandlers zusätzlich wenigstens eine Inkrementalspur (26,27) angeordnet ist, und/oder wenigstens eine Referenzmarkierung (28).
14. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;43;64;69;79) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zur Messung eines Winkels oder
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 4
WO 2012/159771 PCT/EP2012/002263 einer Drehbewegung (beispielsweise als Dreh- oder Winkelsensor), dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Messkörper (4) eines mechanischelektrischen Wandlers drehbar gelagert ist, insbesondere um eine zu seiner Ebene lotrechte Achse (7) drehbar.
15. Sensor oder Sensor-Messeinheit (2;44;49) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zur Messung eines Weges oder einer Linearbewegung (beispielsweise als Linear- oder Wegsensor), dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Messkörper (5) eines mechanischelektrischen Wandlers verschiebbar geführt ist, insbesondere entlang einer Richtung (11 ) innerhalb seiner Ebene.
16. Sensor oder Sensor-Messeinheit (2;44;49) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Messkörper (5) die längliche Form eines Translators (5) aufweist mit zwei zueinander parallelen Längskanten (9), welche in je einer von zwei zueinander parallelen Führungsnuten (10) verschiebbar geführt sind, derart, dass der Translator (5) eine geführte Translationsbewegung in seiner Längsrichtung (11 ) ausführen kann, jedoch keine andere Bewegung.
17. Sensor oder Sensor-Messeinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 15 oder 16, insbesondere zur Messung einer Kraft (Kraftsensor), dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Messkörper (5) eines mechanischelektrischen Wandlers entgegen der rückstellenden Kraft wenigstens einer Feder (39) verschiebbar geführt ist (Linearsensor), mittels wenigstens eines federnden Elements (39), welches mit dem scheibenförmigen Messkörper (5) gekoppelt ist.
18. Sensor oder Sensor-Messeinheit (2;44;49;78) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 15 oder 16, insbesondere zur Messung einer Beschleunigung (Beschleunigungssensor BS1 , BS2, BS3), dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Messkörper eines mechanisch-elektrischen Wandlers entgegen der rückstellenden Kraft wenigstens einer Feder (39) verschiebbar geführt ist (Linearsensor), mittels wenigstens eines federnden Elements (39),
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 5
WO 2012/159771 PCT/EP2012/002263 welches mit dem scheibenförmigen Messkörper gekoppelt ist, wobei an dem scheibenförmigen Messkörper oder an dessen Lagerung oder Führung ein oder mehrere Gewicht(e) (76) angeordnet ist (sind).
19. Sensor oder Sensor-Messeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Messkörper (4) eines mechanisch-elektrischen Wandlers entgegen der rückstellenden Kraft wenigstens einer Feder (39) drehbar gelagert ist (Drehsensor), mittels wenigstens eines federnden Elements (39), welches mit dem scheibenförmigen Messkörper (4) gekoppelt ist.
20. Sensor oder Sensor-Messeinheit (44;49) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 15 oder 16, insbesondere zur Messung eines Drucks (Drucksensor), gekennzeichnet durch wenigstens eine mit dem scheibenförmigen, verschiebbar geführten Messkörper (5) eines mechanisch-elektrischen Wandlers gekoppelte Membran (46,50) zur Sensierung eines Druckunterschieds zwischen den beiden Oberflächen der Membran (46,50).
21. Sensor oder Sensor-Messeinheit (43;64;69) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, insbesondere zur Messung einer Drehbewegung (Kompasssensor, Drehratesensor oder Gierratesensor), gekennzeichnet durch wenigstens einen mit dem scheibenförmigen Messkörper (4) eines mechanisch-elektrischen Wandlers gekoppelten Magnet zur Sensierung eines Magnetfeldes, bspw.in Form eines Stabmagneten, insbesondere in Form einer Kompassnadel (65).
22. Sensor oder Sensor-Messeinheit (79) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zur Messung eines Nick-, Wank- oder Rollwinkels (Neigungssensor, insbesondere Nick-, Wank- oder Rollwinkelsensor) oder einer Nick-, Wank- oder Rollwinkeldrehrate, dadurch gekennzeichnet, dass an dem scheibenförmigen Messkörper (4) eines mechanisch-elektrischen Wandlers oder an dessen Lagerung oder Führung ein(e) oder mehrere Pendel (53,81 ), Masse(n) (63) oder Gewicht(e) (76) angeordnet ist (sind).
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 6
WO 2012/159771 PCT/EP2012/002263
23. Sensor oder Sensor-Messeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem scheibenförmigen Messkörper (4) eines mechanisch-elektrischen Wandlers oder an dessen Lagerung oder Führung zwei oder mehrere gegen eine Federkraft auslenkbare Gewichte angeordnet sind.
24. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;43;64;69;79) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem scheibenförmigen Messkörper (4) eines mechanisch-elektrischen Wandlers eine exzentrische Masse angeordnet ist, bspw. in Form eines (Halb-) Kreisbogens (53,63,81 ), insbesondere zur passiven Kompensation äußerer Einflüsse.
25. Sensor oder Sensor-Messeinheit (1 ;2;43;44;49;64;69;79) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem scheibenförmigen Messkörper (4,5) eines mechanisch-elektrischen Wandlers oder dessen Lagerung oder Führung ein oder mehrere Aktuator(en) (82,83) angeordnet ist (sind), insbesondere zur aktiven Kompensation unerwünschter Störeinflüsse.
26. Sensor oder Sensor-Messeinheit zur Erfassung einer mechanischen, durch eine Auslenkung oder Relativauslenkung eines Messkörpers gegenüber einem Chassis oder einem anderen internen Element darstellbaren Größe, mit wenigstens einem mechanisch-elektrischen Wandler zur Erzeugung eines von der Auslenkung oder Relativauslenkung des Messkörpers abhängigen Meßsignals, wobei der Messkörper rohr- oder zylinderförmig ausgebildet und derart beweglich gelagert ist, dass dieser von einem Aufnehmer (86) in Form eines Hall-Elements oder induktiven Aufnehmers abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der von dem Aufnehmer auf dem scheibenförmigen Messkörper abgetasteten Bahn eine keilförmige Spur (84) aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material appliziert ist.
27. Sensor oder Sensor-Messeinheit nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch zwei keilförmige Strukturen (84), die in einem Abstand voneinander
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 7
2/159771 PCT/EP2012/002263 angeordnet sind und vorzugsweise ein Rohr umfassen, an welchem eine Winkelgröße, bspw. ein Drehmoment, gemessen werden soll, wobei jeder keilförmigen Struktur (84) ein separater Aufnehmer (86) zugeordnet ist.
Sensor oder Sensor-Messeinheit nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Aufnehmer (86) an ihren Ausgängen (A,B) je nach Belastungsfall gleiche Ausgangssignale ohne Phasenunterschied (ΔΦ=0) oder Ausgangssignale mit einem Phasenunterschied (ΔΦ>0) liefern.
Sensor oder Sensor-Messeinheit zur Erfassung einer mechanischen, durch eine Auslenkung oder Relativauslenkung eines Messkörpers gegenüber einem Chassis oder einem anderen internen Element darstellbaren Größe, mit wenigstens einem mechanisch-elektrischen Wandler zur Erzeugung eines von der Auslenkung oder Relativauslenkung des Messkörpers abhängigen Meßsignals, wobei der Messkörper rohr- oder zylinderförmig ausgebildet und derart beweglich geführt ist, dass dieser von einem Aufnehmer (86) abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der von dem Aufnehmer auf dem scheibenförmigen Messkörper abgetasteten Bahn eine keilförmige Spur (84) aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material appliziert ist, wobei sich der Luftspalt zwischen dem Aufnehmer (86) und der keilförmigen Struktur (84) ändert, und wobei jeder Aufnehmer (86) als Hall-Element, induktiver Sensor oder mittels anderer Technologien ausgeführt ist und die Änderung des Luftspaltes zwischen dem Aufnehmer (86) und der Keilstruktur (84) misst.
Sensor oder Sensor-Messeinheit nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch zwei keilförmige Strukturen (84), die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, wobei jeder keilförmigen Struktur (84) ein separater Aufnehmer (86) zugeordnet ist.
Sensor oder Sensor-Messeinheit nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Aufnehmer (86) an ihren Ausgängen (A,B) je nach Belastungsfall gleiche Ausgangssignale ohne Phasenunterschied (ΔΦ=0) oder Ausgangssignale mit einem Phasenunterschied (ΔΦ>0) liefern.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)
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