[发明专利]力传感器及其可靠性测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及力传感器，包括：具有在操作上连接至测量对象的用于生成对作用于测量对象上的力的测量信号的测量元件的换能器，以及配置用于彼此独立地相互传输所述测量信号的相应信号的至少两个传输通道。本发明还涉及用于振动和/或旋转包括至少一个这样的力传感器的引擎的监测系统。本发明还涉及用于测试此类力传感器的操作可靠性的方法。

背景技术

这样的力传感器可从EP0116810A1中了解。力传感器通过包括两个压电换能器的加速计以及由作用于两个换能器上的公共震动质量块以及仅作用于一个换能器上的附加震动质量块提供的测量对象来构造。两个换能器的灵敏度以及作用于其上的惯性力被选择，使得两个换能器在加速力的作用之下各自传递相等的输出信号。由于两个换能器的灵敏度的匹配，相互对应的测量信号能够被生成并且通过为每个换能器提供的各个传输通道来传输。

冗余的传感器一般被用于其中需要很高的可靠性来进行特定的测量的应用中。冗余测量法包括比较相互对应的测量信号，特别是在给定时刻的参数相同的测量信号，以便提高测量的可靠性。为了进行该比较，理想情况下这两个信号应当是相同的。

但是，在双通道振动测量的特定情形中，实践表明，要获得完全相同的两个单独信号是很困难的，因为两个力传感器，特别是两个加速计，无法精确地放置于引擎内的同一点上。由于该原因，根据EP0116810A1的所谓的双加速计被研发出来，其中两个分离的换能器元件被构造于一个公共的外壳之内。这种方法的冗余性包括公共的预加载系统、公共的震动质量块，但是两个分离的压电换能器元件，每个通道一个。测量链（即，传输线缆和电荷放大器）的剩余部分被保持为分离的且完全隔离的传输通道。

但是，为了良好执行的系统，双加速计的两个传输通道必须精确匹配。该匹配包括性能特性，例如，灵敏度、频率响应、电容和谐振。匹配常常使制造变得困难，并且它还需要利用大量的压电元件以及耗时的换能器元件校准。同样重要的是，温度响应以及个体的长时间老化变得靠近在一起。因而，这样的双加速计的生产会是很昂贵的。信号的失配或者非足够接近的匹配还会非常频繁地引起误报警。另外，这样的器件的尺寸和重量还会在安装于飞行器引擎上（其中优选为小的尺寸和重量）方面存在缺点。

本发明的一个目的是弥补上述不足中的至少一个，并且允许较容易地生产最初寻址的力传感器，和/或允许减小其构造尺寸，和/或给力传感器提供至少一个改进的操作特性，特别是有关其动态行为和/或温度响应和/或频率响应方面。本发明的另一目的是提供这样的力传感器的有利应用。本发明的另一个目的是提供用于测试此类力传感器的操作可靠性的方法，特别是通过避免已知的力传感器在操作方面的至少一个缺点。

这些目的中的至少一个通过根据权利要求1的力传感器、根据权利要求16的监测系统以及根据权利要求17和18的测试方法来达到。从属权利要求界定了优选的实施例。

发明内容

因此，在根据本发明的力传感器中，至少两个传输通道并行连接至同一换能器，使得在每个传输通道的输出处的传输信号能够被验证。以此方式，能够由在操作上连接到至少一个测量对象的同一换能器将与作用于测量对象上的力对应的相互对应的测量信号馈入传输通道之内，特别是在给定的时刻或者时间间隔。因而，在两个传输通道内的测量信号能够基于从换能器的同一测量元件得出的作用于测量对象上的力。由此，换能器优选地仅包括单个测量元件。

这具有能够降低力传感器的生产成本的经济上的优点，因为所需换能器的数量能够减少，并且相对附加的对应换能器的性能，换能器性质的相当复杂的匹配能够省略。特别地，可能只需要换能器的单次校准，从而导致较低的成本以及较少的因两个通道的失配所致的拒绝生产。而且，将不需要换能器性能与其余传感器系统的匹配。特别地，在换能器中提供的测量元件可以不是特别高的质量的。例如，任何压电材料都可以使用，特别是在其温度响应方面具有相对较低的精度的材料。

而且，力传感器的减小的尺寸和/或重量的结构优点能够通过减少其组件的数量来获得。所提出的根据本发明的力传感器的结构特征还可以允许容易地翻新现有系统，特别是它们可以应用于已经存在的力传感器的位置，其中将不需要改变传感器和/或线缆的形式和配合。

同时，能够保持或者甚至提高测量系统的高可靠性。特别地，在本发明的发明过程中已经认识到，仅将一个换能器用作这些传输通道的公共元件的操作优势能够补偿或者甚至提高具有用于每个传输通道的单独换能器的下降的冗余方面。