[发明专利]用于磁致弹性的传感器的测量头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于磁致弹性的传感器的测量头以及一种具有这种测量头的磁致弹性传感器。

背景技术

磁致弹性的传感器具有逆磁致伸缩效应，也就是铁磁材料在受到机械应力时会发生磁导率变化的效应。因为机械应力通过拉力和压力以及通过扭曲而产生，所以逆磁致伸缩效应被用于测量力和扭矩并且因此可用于很多方面。

用于测量逆磁致伸缩效应的测量头包含发射线圈或激励线圈，借助它们可以在铁磁层中感应出磁场。其中，在该层中会生成响应信号，其磁通密度取决于该层的磁导率。这种磁导率又由在该层中产生的机械应力确定。响应信号的磁通密度确定了由于线圈被磁通密度穿过而在接收线圈中感应出的电流的电流强度。由该电流强度可以得知在铁磁层中的机械应力。

发明内容

由于制造公差，接收线圈——进而测量头——具有在制造中受限的可重复性和在测量时受限的精度。因此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于磁致弹性传感器的测量头，其在制造中具有更高的可重复性和在测量中具有改善的精度。本发明所要解决的另外的技术问题在于，提供一种有利的磁致弹性的传感器。

第一个技术问题通过按照权利要求1所述的测量头解决，第二个技术问题通过按照权利要求12所述的磁致弹性传感器解决。从属权利要求包含本发明的优选实施形式。

按照本发明的用于磁致弹性传感器的测量头包括铁氧体芯，其具有第一端，在该第一端上安置产生磁场的激励线圈(也称为发射线圈)，还具有至少一个第二端，在该第二端上安置磁场传感器。在此尤其将基于霍尔效应的磁场传感器、基于巨磁阻效应的磁场传感器或具有各向异性磁阻效应的磁场传感器用作磁场传感器。

通过使用磁场传感器取代简单的接收线圈来检测由激励线圈在铁磁层中感应出的响应信号，可以提高测量头的敏感度。此外磁场传感器可以比复杂制造的接收线圈以更小的制造公差制造。因此按照本发明的测量头可以简单和廉价地制造。此外，被制造的测量头的易变性由于公差的减小而减小。

铁氧体芯上设置发送线圈和磁场传感器，铁氧体芯可以尤其具有U形形状。该U形形状具有两个臂，它们包括铁氧体芯的端部。其中激励线圈设置在U形铁氧体芯的一个臂上并且磁场传感器设置在U形铁氧体芯的另一个臂上。

作为备选，铁氧体芯具有中间臂和至少两个围绕中间臂并且与其相连的外部臂，其中铁氧体芯的端部位于所述臂上。在这种结构设计中，激励线圈设置在铁氧体芯的中间臂上，磁场传感器设置在铁氧体芯的外部臂上。在此尤其有利的是，外部臂分别以相同的间距围绕中间臂，因为那样由磁场传感器所接收的信号不会由于各个臂与激励线圈的不同的间距而被影响。

在具有两个外部臂的情况中，铁氧体芯尤其具有E形形状。由此经过待测量的铁磁材料的路程相对U形增大了，由此可使测量头获得更高的敏感度。在这种结构设计中，磁场传感器参照激励线圈优选镜像对称地相互对置，用于排除仅当相对激励线圈具有不同间距时才会对测量造成的影响。

当铁氧体芯具有多于两个外部臂时，磁场传感器尤其是围绕铁氧体芯点对称或旋转对称地设置。尤其当具有四个外部臂时可以很好地检测在铁磁层中沿相互垂直方向延伸的应力。这种测量头可以特别有利地用于测量例如轴中的扭矩和弯矩。

按照本发明的第二方面，提供一种磁致弹性的传感器。其具有按照本发明的测量头，因此在该传感器中可以实现关于测量头描述的属性和优点。

附图说明

本发明其它的特征、属性和优点由以下参照附图对实施例的描述得出。

图1示出按照本发明的具有U形测量头的磁致弹性传感器的实施例，

图2示出按照本发明的具有E形测量头的磁致弹性传感器的实施例，

图3示出按照本发明的磁致弹性传感器的另一实施例的侧视图，

图4示出图3的传感器的测量头的俯视图。

具体实施方式

图1示出按照本发明的测量头和配备该测量头的磁致弹性传感器的第一实施例。测量头1包括U形铁氧体芯3，其具有两个相互平行定向的臂5和7。在第一臂上安置激励线圈9，借助该线圈可以产生磁场。在第二臂7上设置磁场传感器11，其在本实施例中设计为霍尔传感器。

测量头1和设置在要测量其中应力的物体上的铁磁性层13一起构成磁致弹性传感器。该层13在此安置在待测量的物体上。可选的是，待测量的物体自身也可以由铁磁性材料构成。在这种情况中磁致弹性传感器由物体本身连同测量头1构成。