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Dokumentenidentifikation DE202006002657U1 02.08.2007
Titel Messeinrichtung
Anmelder Valeo Schalter und Sensoren GmbH, 74321 Bietigheim-Bissingen, DE
Vertreter Dreiss, Fuhlendorf, Steimle & Becker, 70188 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 202006002657
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 02.08.2007
Registration date 28.06.2007
Application date from patent application 14.02.2006
IPC-Hauptklasse G01H 1/00(2006.01)A, F, I, 20060214, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Messung von an einem Messobjekt auftretenden Schwingungen.

Mit einer solchen Messeinrichtung können Schwingungen, die an oder in einem Messobjekt auftreten, erfasst werden. Solche Messungen werden benötigt, um das Körperschallverhalten eines Messobjekts zu ermitteln. Die Körperschalleigenschaften eines Messobjekts bestimmen sich durch den Auftritt bestimmter Frequenzen und Amplituden in verschiedenen Abschnitten eines Messobjekts.

Um die genannten Messungen durchzuführen, ist es bekannt, Laservibrometer einzusetzen. Hierbei wird mit Hilfe eines Laserstrahls die Oberfläche eines Messobjekts abgetastet. Nachteilig bei dieser Messeinrichtung ist jedoch, dass sie aufgrund der Verwendung eines Laserstrahls vergleichsweise teuer ist, schwierig zu handhaben ist und zudem keine Messung der Amplitude einer Schwingung erlaubt.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung zu schaffen, die einfacher und flexibler einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wir erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die eingangs genannte Messeinrichtung ein Piezoelement aufweist, ferner einen mit dem Piezoelement gekoppelten Anlagebereich für ein zu messendes Objekt und weiterhin eine mit dem Piezoelement in Verbindung stehende Auswerteeinheit. Das Piezoelement wird über den Anlagebereich von dem zu messenden Objekt in Schwingung versetzt werden und setzt diese Schwingungsanregung in elektrische Signale um. Die Signale können mit Hilfe der Auswerteeinheit ausgewertet werden, so dass nicht nur der Frequenzbereich, sondern auch die Amplitude einer an dem Messobjekt auftretenden Schwingung erfasst werden kann. Durch den Verzicht auf die Verwendung eines Laserstrahls ist die erfindungsgemäße Messeinrichtung relativ preiswert und erlaubt zudem eine sehr kompakte Konstruktion. Daher eignet sich die Messeinrichtung auch besonders gut für einen mobilen Einsatz.

Um eine möglichst verlustfreie Übertragung der Schwingungen des Messobjekts auf das Piezoelement zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Anlagebereich einen Tastkörper aufweist, der zur Anlage an das Messobjekt ausgebildet ist. Das Piezoelement steht in diesem Fall also nicht direkt mit dem Messobjekt in Kontakt, sondern über den Tastkörper. Der Tastkörper erleichtert den Aufbau eines Schwingungsübertragungswegs zwischen dem Messobjekt und dem Piezoelement. Dies gilt insbesondere, wenn der Tastkörper nadelförmig ist.

Wenn das freie Ende des Tastkörpers kugelförmig ist, kann unabhängig von der Orientierung des Tastkörpers relativ zu dem Messobjekt eine definierte Anlage des Messobjekts an dem Tastkörper geschaffen werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Auswerteeinheit eine Verstärkungseinheit vorgeschaltet ist. Diese ermöglicht eine Verstärkung der aufgrund des Piezoeffekts durch Umwandlung der mechanischen Spannungen erzeugten elektrische Signale. Dies erleichtert die Auswertung der Signale.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Piezoelement über elektrische Leitungen kontaktiert ist, die einen geringen Verformungswiderstand aufweisen. Auf diese Weise können die Schwingungen des Messobjekts über den Anlagebereich auf das Piezoelement übertragen werden, ohne das die Messung dabei verfälscht wird, indem ein Teil der Schwingungsenergie aufgebracht werden muss, um die elektrischen Leitungen zu verformen. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die elektrischen Leitungen als Litze ausgebildet sind.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Piezoelement an einer Haltevorrichtung gehalten ist. Dies erleichtert die Handhabung der Messeinrichtung. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Piezoelement und die Haltevorrichtung über ein Entkopplungselement voneinander entkoppelt sind. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass Schwingungen sich ausgehend von dem Piezoelement in die Haltevorrichtung übertragen. Das Entkopplungselement kann beispielsweise aus einem Elastomer gebildet sein.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Haltevorrichtung als Gehäuse ausgebildet ist oder ein Gehäuse aufweist. Dies ermöglicht die Anordnung weiterer Bauteile der Messeinrichtung in der Haltevorrichtung, ohne dass weitere Trägerteile bereitgestellt werden müssten. Beispielsweise kann in dem Gehäuse die Verstärkungseinheit und/oder die Auswerteeinheit angeordnet sein.

Wenn die Messeinrichtung eine Spannungsversorgung umfasst, kann sie besonders flexibel eingesetzt werden. Hierfür wird beispielsweise vorgeschlagen, dass die Spannungsversorgung Batterien, insbesondere wiederaufladbare Batterien, umfasst.

Auch die Spannungsversorgung kann in dem Gehäuse angeordnet sein.

Die Erfindung betrifft auch eine Messanordnung. Diese Messanordnung kennzeichnet sich dadurch, dass an dem Anlagebereich einer vorstehend beschriebenen Messeinrichtung ein Messobjekt angelegt ist. Das Messobjekt kann insbesondere ein Ultraschallsensor sein. Ultraschallsensoren weisen in üblicher Weise eine Membran auf, die beispielsweise mit Hilfe eines Piezoelements den Membranboden der Membran in Schwingung versetzen können. Die auf diese Weise erzeugten Ultraschallsignale werden von Hindernissen in der Umgebung des Ultraschallsensors zurück auf den Ultraschallsensor reflektiert, dort empfangen und weiterverarbeitet. Das Messverhalten eines Ultraschallsensors hängt in erheblichem Maße davon ab, wie gut die Membran von einem Gehäuse des Ultraschallsensors schwingungsentkoppelt ist. Um das Schwingungsverhalten in verschiedenen Abschnitten eines solchen Ultraschallsensors erfassen zu können, eignet sich die vorstehend beschriebene Messeinrichtung besonders gut.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung gezeigten sowie in den Ansprüchen sowie in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

In der Zeichnung ist eine Messeinrichtung insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Die Messeinrichtung 2 dient zur Messung von an einem Messobjekt 4 auftretenden Schwingungen. Die Messeinrichtung 2 und das Messobjekt 4 bilden gemeinsam eine Messanordnung 6.

Die Messeinrichtung 2 umfasst einen insgesamt mit Bezugszeichen 8 bezeichneten Anlagebereich. Dieser Anlagebereich 8 weist einen Tastkörper 10 auf, der mit seinem freien Ende 12 an dem Messobjekt 4 anliegt. Der Tastkörper 10 ist ferner mit einem dem freien Ende 2 abgewandten Ende mit einem Piezoelement 14 verbunden. Das Piezoelement 14 ist an einem Entkopplungselement 16, das aus einem elastischen Material gebildet ist, angeordnet. Das Entkopplungselement 16 ist an einer insgesamt mit dem Bezugzeichen 18 bezeichneten Haltevorrichtung angeordnet. Die Haltevorrichtung 18 weist ein Gehäuse 20 auf, an dem das Entkopplungselement 16 befestigt ist.

Das Piezoelement 14 steht über elektrische Leitungen 22, beispielsweise Litze, die einen sehr geringen Verformungswiderstand aufweisen, mit einer Verstärkungseinheit 24 in Verbindung. Diese ist innerhalb des Gehäuses 20 angeordnet.

Die Verstärkungseinheit 24 wird über eine Leitung 26 von einer Spannungsversorgung 28 mit elektrischer Energie versorgt. Die Verstärkungseinheit 24 steht ferner über eine Leitung 30 mit einer Auswerteeinheit 32 in Verbindung.

Wenn an dem Messobjekt 4 Schwingungen auftreten, beispielsweise, wenn das Messobjekt 4 als Ultraschallsensor ausgebildet ist, und dessen Membran mit Hilfe eines weiteren Piezoelements in Schwingung versetzt wird, kann der an dem Messobjekt 4 anliegende Tastkörper 10 die an dem Messobjekt 4 auftretenden Schwingungen auf das Piezoelement 14 übertragen. Dieses kann sich aufgrund des geringen Verformungswiderstands der elektrischen Leitungen 22 und durch die elastische Lagerung an dem Entkopplungselement 16 weitestgehend ungehindert kontrahieren und ausdehnen, um über den Tastkörper 10 übertragene Schwingungen des Messobjekts 4 in elektrische Signale umwandeln zu können. Diese werden von der Verstärkungseinheit 24 verstärkt und mit Hilfe der Auswerteeinheit 32, die ein Oszilloskop umfassen kann, im Hinblick auf Frequenz und Amplitude der Schwingungen des Messobjekts 4 ausgewertet.


Anspruch[de]
Messeinrichtung (2) zur Messung von an einem Messobjekt (4) auftretenden Schwingungen, mit einem Piezoelement (14), mit einem mit dem Piezoelement (14) gekoppelten Anlagebereich (8) für ein zu messendes Objekt (4) und mit einer mit dem Piezoelement (14) in Verbindung stehenden Auswerteeinheit (32). Messeinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagebereich (8) einen Tastkörper (10) aufweist, der zur Anlage an das Messobjekt (4) ausgebildet ist. Messeinrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkörper (10) nadelförmig ist. Messeinrichtung (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (12) des Tastkörpers (10) kugelförmig ist. Messeinrichtung (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinheit (32) eine Verstärkungseinheit (24) vorgeschaltet ist. Messeinrichtung (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (14) über elektrische Leitungen (22) kontaktiert ist, die einen geringen Verformungswiderstand aufweisen. Messeinrichtung (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (14) an einer Haltevorrichtung (18) gehalten ist. Messeinrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (14) und die Haltevorrichtung (18) über ein Entkopplungselement (10) voneinander entkoppelt sind. Messeinrichtung (2) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (18) ein Gehäuse (20) aufweist. Messeinrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (20) die Verstärkungseinheit (24) angeordnet ist. Messeinrichtung (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (20) die Auswerteeinheit (32) angeordnet ist. Messeinrichtung (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (2) eine Spannungsversorgung (28) umfasst. Messeinrichtung (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung (28) eine insbesondere wiederaufladbare Batterie umfasst. Messeinrichtung (2) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung (28) in dem Gehäuse (20) angeordnet ist. Messanordnung (6), umfassend eine Messeinrichtung (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem an dem Anlagebereich (8) angelegten Messobjekt (4). Messanordnung (6) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt (4) ein Ultraschallsensor ist.






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