專利名稱：具有橋接電路的物理量檢測設(shè)備和零點調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有橋接電路的物理量檢測設(shè)備，更具體來說，涉及一種檢測設(shè)備，所述檢測設(shè)備包括一對傳感器元件(element)，所述傳感器元件的阻抗隨所要測量的物理量而改變。如在這里所使用的那樣，所述“物理量”是可以通過傳感器元件測量的任何量，以及指的是這樣的各種量中的任意一種，所述量諸如是力(包括轉(zhuǎn)矩負載的各種力)、電流、電壓、光通量和溫度。
背景技術(shù)：
包括磁致伸縮傳感器元件的磁致伸縮負載檢測設(shè)備已經(jīng)發(fā)展了許多年。磁致伸縮傳感器元件是由磁致伸縮材料所制成的元件，其初始磁導(dǎo)率隨所給定的負載而改變，以及，例如，作為檢測線圈的阻抗(例如電感和電阻)的變化來檢測磁致伸縮材料的初始磁導(dǎo)率的變化。優(yōu)選的磁致伸縮材料的例子包括磁性材料、軟磁性材料和超磁性材料，例如鐵合金、鐵鉻合金、鐵鎳合金、鐵鈷合金、純鐵、鐵硅合金、鐵鋁合金和坡莫合金。
圖1A是示出傳統(tǒng)磁致伸縮負載檢測設(shè)備中的典型檢測電路的等效電路圖。在圖1A中所示的橋接電路具有對其提供AC電壓(或交流)的第一和第二輸入點N1和N2，以及被連接到差分放大器(未示出)的第一和第二輸出點S1和S2。所述AC電壓從AC電壓產(chǎn)生器10被提供給所述第一和第二輸入點N1和N2。
在圖1A所示的橋接電路中，磁致伸縮傳感器元件SE1和SE2相互并聯(lián)連接。這種類型的橋接電路在這里被稱為“并聯(lián)橋接電路”。例如，在公開號為5-60627、10-261128及2001-356059的日本專利申請中和在公開號為5-45537的日本實用新型申請中描述了具有這種并聯(lián)橋接電路的負載檢測設(shè)備。
在并聯(lián)的橋接電路中，如果其磁致伸縮傳感器元件對具有明顯不同的初始磁導(dǎo)率，那么在無負載下的平衡點和在有負載下的輸出靈敏度將不是恒定的，這樣就降低了所結(jié)果的傳感器元件值的精確性和可靠性。這就是需要減小由所述磁致伸縮傳感器元件之間的初始磁導(dǎo)率的這種顯著差異所導(dǎo)致的有害影響的原因。
用于減小由初始磁導(dǎo)率中的這種不同所導(dǎo)致的所述影響的最有效的方法之一是增加流經(jīng)所述橋接電路的交流電(即，激勵電流)的數(shù)量。
然而，當采用所述傳統(tǒng)的并聯(lián)橋接電路時，為了減少所述磁致伸縮傳感器元件的特性的變化，很難增加所述激勵電流的數(shù)量。原因如下。
在圖1A所示的并聯(lián)橋接電路中，所述橋接電路的固定電阻的大小需要基本上等于所述磁致伸縮傳感器元件SE1和SE2的電阻值(或阻抗)，以擴展其可測量的負載范圍(即檢測范圍)。磁致伸縮傳感器元件通常具有大約100Ω或更小的阻抗，以及因此，所述電橋阻抗的大小通常固定在100Ω左右。由于這個原因，很難進一步增加所述橋接電路的阻抗。
另一方面，如果在所述并聯(lián)橋接電路中所產(chǎn)生的阻抗變化影響所述AC電壓產(chǎn)生器10的振蕩器(未示出)，那么所述振蕩器的輸出AC信號將具有變化的振蕩波形。為避免這個問題，需要在所述振蕩器和并聯(lián)橋接電路之間插入運算放大器或任何其它合適的電路組件，作為緩沖放大器。如果采用這種電路配置，那么所述振蕩器的輸出AC電壓通過運算放大器到達所述并聯(lián)橋接電路。結(jié)果，所述并聯(lián)橋接電路中的阻抗變化不再影響所述振蕩器。然而，由于所述運算放大器的性能限制，可以提供給所述并聯(lián)橋接電路的激勵電流的數(shù)量至多是幾十mA(毫安)。除此之外，電流在所述并聯(lián)橋接電路中對稱地流動。這就是流經(jīng)所述兩個磁致伸縮傳感器元件SE1和SE2的每個的激勵電流的數(shù)量減少到提供給所述輸入點N1和N2的激勵電流量的一半的原因。
由于這些原因，很難通過增加流經(jīng)所述磁致伸縮傳感器元件SE1和SE2的每個的激勵電流量來顯著地減少由傳感器元件特性的變化所引起的有害影響。
而且，如果所述磁致伸縮傳感器元件具有非常低的阻抗，那么需要在所述橋接電路和運算放大器之間再插入電阻，以及將限制所述電流量，以使得所述運算放大器不會引起輸出飽和。結(jié)果，施加到所述橋接電路的電壓又降低了，以及所述負載檢測范圍變得更窄。
同時，當橋接電路包括磁致伸縮傳感器元件時，為了補償所述磁致伸縮傳感器元件之間初始磁導(dǎo)率的差異，需要進行零點調(diào)節(jié)。在公開號為7-2943的日本實用新型申請所批露的并聯(lián)橋接電路中，通過控制被串聯(lián)連接到相應(yīng)磁致伸縮傳感器元件的可變電阻器的電阻值，而進行所述零點調(diào)節(jié)。然而，如之后將描述的那樣，不可能通過這種零點調(diào)節(jié)來達到完全的平衡。
磁致伸縮傳感器元件由交流電所激勵。因此，為了實現(xiàn)完全的平衡，需要在實部和虛部同樣地將阻抗中的不平衡減小到零。然而，根據(jù)傳統(tǒng)的零點調(diào)節(jié)方法，可以僅從所述實部和虛部之一來消除所述阻抗不平衡，而不是從二者來消除所述阻抗不平衡。由于這個原因，即使進行所述零點調(diào)節(jié)以便最小化無負載下的輸出電壓，也總是會產(chǎn)生剩余電壓，所述剩余電壓然后在所述兩個磁致伸縮傳感器元件的輸出特性中產(chǎn)生差異。此外，由于所述無負載下的輸出電壓不是零，因此，所述輸出電壓將具有較窄的動態(tài)范圍。如上所述，所述傳統(tǒng)的橋接電路不能實現(xiàn)完全的平衡，并且僅保證不充分的測量精確性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問題，本發(fā)明的優(yōu)選實施例在包括AC橋接電路的物理量檢測設(shè)備中減少了由一對傳感器元件之間的輸出特性的差異所引起的有害影響。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例還提供了物理量檢測設(shè)備，所述設(shè)備在橋接電路中實現(xiàn)完全的平衡，并且其使所述完全平衡點隨時間的漂移最小化。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的物理量檢測設(shè)備優(yōu)選地包括具有第一和第二輸入點的橋接電路，以及被連接到差分放大器的第一和第二輸出點，其中AC電壓被施加到所述輸入點上。所述橋接電路優(yōu)選地包括用于將所述第一輸入點電連接到所述第一輸出點的第一電橋臂，用于將所述第一輸出點電連接到所述第二輸入點的第二電橋臂，用于將所述第一輸入點電連接到所述第二輸出點的第三電橋臂，以及用于將所述第二輸出點電連接到所述第二輸入點的第四電橋臂。所述第一電橋臂優(yōu)選地包括第一傳感器元件，所述第一傳感器元件的阻抗隨所要測量的物理量而改變，以及所述第二電橋臂優(yōu)選地包括第二傳感器元件，所述第二傳感器元件的阻抗也隨所要測量的物理量而改變。所述第一和第二電橋臂的總阻抗優(yōu)選地小于所述第三和第四電橋臂的總阻抗。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述第一和第二傳感器元件的每一個優(yōu)選地是磁致伸縮傳感器元件，其阻抗根據(jù)給定的負載而改變，以及所要測量的物理量優(yōu)選地是被放置在所述第一和第二傳感器元件之一上的負載。
在所述特定的優(yōu)選實施例中，所述第一傳感器元件優(yōu)選地是第一磁致伸縮傳感器元件，其包括由磁致伸縮材料所制成的第一磁致伸縮部件(member)和圍繞所述第一磁致伸縮部件的第一線圈。所述第一線圈優(yōu)選地將所述第一輸入點和所述第一輸出點電連接在一起。所述第二傳感器元件優(yōu)選地是第二磁致伸縮傳感器元件，其包括由磁致伸縮材料所制成的第二磁致伸縮部件和圍繞所述磁致伸縮部件的第二線圈。所述第二線圈優(yōu)選地將所述第一輸出點和所述第二輸入點電連接在一起。
在另一個優(yōu)選實施例中，所述第一和第二電橋臂的總阻抗優(yōu)選地至多是所述第三和第四電橋臂的總阻抗的大約90％。
在另一個優(yōu)選實施例中，所述第一和第二電橋臂中的至少一個優(yōu)選地包括平衡可變電阻器。
在另一個優(yōu)選實施例中，所述橋接電路優(yōu)選地還包括平衡可變電阻器，所述電阻器被串聯(lián)連接在所述第一和第二傳感器元件之間，以及所述第一輸出點優(yōu)選地被連接到所述平衡可變電阻器。
在特定的優(yōu)選實施例中，所述橋接電路優(yōu)選地還包括第二平衡可變電阻器，所述電阻器被串聯(lián)連接在所述第三和第四電橋臂之間，以及所述第二輸出點優(yōu)選地被連接到所述第二平衡可變電阻器。
在所述特定的優(yōu)選實施例中，在所述檢測設(shè)備執(zhí)行測量操作時，在所述第一輸出點和所述差分放大器之間以及在所述第二輸出點和所述差分放大器之間優(yōu)選地基本上沒有電流流過。
在另一個優(yōu)選實施例中，所述物理量檢測設(shè)備優(yōu)選地還包括AC電壓產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生被施加到所述橋接電路的第一和第二輸入點的AC電壓。所述AC電壓產(chǎn)生器和被連接到所述第一和第二輸出點的所述差分放大器優(yōu)選地被集成在相同的電路板上。
更具體地，所述AC電壓產(chǎn)生器優(yōu)選地包括振蕩器和用于限制所述振蕩器輸出信號的幅度的限幅器。
在另一個優(yōu)選實施例中，所述物理量檢測設(shè)備優(yōu)選地包括檢測電路部，所述檢測電路部包括所述差分放大器。即使由所述第一傳感器元件所測量的物理量的值等于由所述第二傳感器元件所測量的物理量的值，所述檢測電路部也優(yōu)選地輸出具有非零值的信號，由此確定傳播所述檢測電路部的輸出信號的線路是否斷開。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的運載工具優(yōu)選地包括根據(jù)本發(fā)明的上述優(yōu)選實施例中的任何一個的物理量檢測設(shè)備、以及引擎，所述引擎可被連接到所述物理量檢測設(shè)備，以便根據(jù)由所述物理量檢測設(shè)備所檢測的物理量來控制所述引擎的運轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，由所述物理量檢測設(shè)備所檢測的所述物理量優(yōu)選地是取決于由操作者在運載工具的把手上所施加的力的量。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的零點調(diào)節(jié)方法是用于在上述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例之一的物理量檢測設(shè)備中調(diào)節(jié)所述橋接電路的零點的方法。所述方法優(yōu)選地包括以下步驟a)通過調(diào)節(jié)所述兩個平衡可變電阻器之一，其中由所述第一和第二傳感器元件所檢測的物理量減小為零，從而使所述第一和第二輸出點之間的差分電壓的幅度最小化，以及b)通過調(diào)節(jié)另一個平衡可變電阻器，其中零物理量被施加到所述第一和第二傳感器元件上，從而使所述第一和第二輸出點之間的差分電壓的幅度最小化。
在本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中，所述方法優(yōu)選地包括這樣的步驟，即，通過重復(fù)地執(zhí)行所述步驟a)和b)而將所述差分電壓減小為局部極小值。
根據(jù)上述本發(fā)明的各個優(yōu)選實施例，兩個傳感器元件被串聯(lián)地安排在橋接電路的兩個電流路徑之一中，以及可以增加流經(jīng)所述傳感器元件的激勵電流的數(shù)量，由此使得由所述傳感器元件之間特性的差異所引起的有害影響最小化。另外，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例，在所述零點實現(xiàn)完全的平衡。因此，與其中采用并聯(lián)橋接電路的傳統(tǒng)例子相比較，還可以顯著地減少在所述兩個傳感器元件的輸出特性之間可能出現(xiàn)的差異。
參考附圖，根據(jù)下面本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、元件、處理、步驟、特性和優(yōu)點將變得更加清楚。


圖1A示出了具有并聯(lián)連接在一起的兩個傳感器元件的傳統(tǒng)橋接電路；圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的具有串聯(lián)連接在一起的兩個傳感器元件的橋接電路；圖1C示出了根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的具有串聯(lián)連接在一起的兩個傳感器元件的橋接電路，其中為其兩個輸出點提供有可變電阻器；圖2是示出用于根據(jù)本發(fā)明第一特定優(yōu)選實施例的物理量檢測設(shè)備的電路配置的電路圖；圖3是示出用于圖2中所示的橋接電路20的詳細配置的電路圖；圖4A示出了可變電阻器，以及圖4B示出了用于圖4A中所示的可變電阻器的特定配置；圖5是說明連接到操縱軸的負載傳感器單元的透視圖；圖6是示出圖5所示的負載傳感器單元的配置的橫截面圖；圖7是示出在可比較的例子的負載檢測設(shè)備中兩個傳感器的輸出如何隨給定負載而改變的圖，其中在其橋接電路部上還未完全地實現(xiàn)平衡；圖8是示出在根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的負載檢測設(shè)備中兩個傳感器的輸出如何隨給定負載而改變的圖，其中在其橋接電路部上完全地實現(xiàn)了平衡；圖9示意性地說明了作為示例性運載工具的水上噴射推進式(waterjet-propelled)船100的配置，所述運載工具包括根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的物理量檢測設(shè)備；圖10說明了圖9所示的把手104的配置；圖11示意性地說明了所述水上噴射推進式船100的引擎和控制器。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的物理量檢測設(shè)備優(yōu)選地包括橋接電路，其中物理量傳感器元件被串聯(lián)連接在一起。如圖1B所示，所述橋接電路優(yōu)選地包括具有其上被施加所述AC電壓的第一和第二輸入點N1和N2，以及被連接到差分放大器的第一和第二輸出點S1和S2。所述AC電壓優(yōu)選地從AC電壓產(chǎn)生器10被施加到所述第一和第二輸入點N1和N2。被連接到所述第一和第二輸出點S1和S2的所述差分放大器(在圖1B中未示出)的輸出將優(yōu)選地作為信號電壓而從檢測電路部(也未示出)被提供。
圖1B所示的所述橋接電路優(yōu)選地包括用于將所述第一輸入點N1電連接到所述第一輸出點S1的第一電橋臂，用于將所述第一輸出點S1電連接到所述第二輸入點N2的第二電橋臂，用于將所述第一輸入點N1電連接到所述第二輸出點S2的第三電橋臂，以及用于將所述第二輸出點S2電連接到所述第二輸入點N2的第四電橋臂。
所述第一電橋臂優(yōu)選地包括第一傳感器元件SE1，其阻抗隨所要測量的物理量而改變，以及所述第二電橋臂優(yōu)選地包括第二傳感器元件SE2，其阻抗也隨所要測量的物理量而改變。在圖1B所示的橋接電路中，所述兩個傳感器元件SE1和SE2以這種方式被串聯(lián)連接在一起。這就是相對于傳統(tǒng)的“并聯(lián)橋接電路”而言這種橋接電路可以被稱為“串聯(lián)橋接電路”的原因。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中所述第一和第二傳感器元件SE1和SE2被串聯(lián)連接在一起的所述第一和第二電橋臂的總阻抗(即，固定電阻值)優(yōu)選地小于所述第三和第四電橋臂的總阻抗。因此，當在所述第一和第二輸入點N1和N2之間提供交流電時，流經(jīng)所述第一和第二電橋臂的電流量大于流經(jīng)所述第三和第四電橋臂的電流量。結(jié)果，流經(jīng)所述兩個串聯(lián)連接的傳感器元件SE1和SE2的電流量可以遠大于流經(jīng)所述傳統(tǒng)的并聯(lián)連接的傳感器元件的電流量。因此，由所述傳感器元件SE1和SE2之間特性中的差異會引起非常少的有害影響。更具體地，如果所述第一和第二電橋臂的總阻抗是所述第三和第四電橋臂的總阻抗的九分之一，那么從所述AC電壓產(chǎn)生器10提供給所述橋接電路部20的交流電的大約90％將流經(jīng)所述第一和第二電橋臂。
所述第一和第二電橋臂的總阻抗優(yōu)選地至多是所述第三和第四電橋臂的總阻抗的大約90％，更優(yōu)選地是大約50％或更少，以及更優(yōu)選地是大約20％或更少。
優(yōu)選實施例1在下文中，將作為根據(jù)本發(fā)明特定優(yōu)選實施例的物理量檢測設(shè)備來描述磁致伸縮負載檢測設(shè)備。
圖2示出了用于根據(jù)所述優(yōu)選實施例的負載檢測設(shè)備的主電路部分的電路配置。這種負載檢測設(shè)備優(yōu)選地包括AC電壓產(chǎn)生部10、橋接電路部20和檢測電路部30。
所述AC電壓產(chǎn)生部10優(yōu)選地包括參考DC電源16，用于產(chǎn)生就參考電壓進行振蕩的正弦波的正弦波振蕩器17，具有高輸入阻抗的緩沖放大器18，以及用于調(diào)節(jié)要提供給所述橋接電路部20的電流量的限流固定電阻19。
所述橋接電路部20優(yōu)選地包括兩個磁致伸縮傳感器元件21和22，其被串聯(lián)連接在一起，其中在它們之間插入平衡可變電阻器23，以及兩個橋接固定電阻24和25，其也被串聯(lián)連接在一起，其中在它們之間插入平衡可變電阻器26。所述橋接電路部20具有與圖1C所示的橋接電路基本相同的配置。
所述檢測電路部30優(yōu)選地具有用于放大所述橋接電路部20的差分電壓的AC差分放大器31，用于從所述差分放大器31的輸出信號中消除DC分量的DC隔直流電容器32，用于整流經(jīng)過所述電容32的剩余AC信號的全波整流器33，用于平滑所述全波整流器33的輸出電壓的低通濾波器34，具有增益控制可變電阻器的DC放大器35，以及信號電壓輸出終端36。
其次，將參考圖3，更加詳細地描述所述橋接電路部20的配置。
如圖3所示，在所述優(yōu)選實施例的所述橋接電路部20中，所述第一電橋臂BA1優(yōu)選地包括磁致伸縮傳感器元件21，以及所述第二電橋臂BA2優(yōu)選地包括磁致伸縮傳感器元件22。
所述磁致伸縮傳感器元件21和22中的每一個優(yōu)選地包括由磁致伸縮材料所制成的磁致伸縮部件和圍繞所述磁致伸縮部件的線圈。所述磁致伸縮傳感器元件21的線圈優(yōu)選地將所述第一輸入點N1和所述第一輸出點S1電連接在一起。另一方面，所述磁致伸縮傳感器元件22的線圈優(yōu)選地將所述第一輸出點S1和所述第二輸入點N2電連接在一起。
所述第一和第二電橋臂BA1和BA2之間的連接點(即，所述第一輸出點S1)出現(xiàn)在所述平衡可變電阻器23上。在所述優(yōu)選實施例中使用的所述平衡可變電阻器23優(yōu)選地具有圖4A和4B中所示出的配置。在終端A和B之間所提供的電阻元件40優(yōu)選地具有固定電阻值R。然而，通過移動在被連接到終端C的觸點42和所述電阻元件40之間的連接點(或觸點)，在所述終端A和C之間的電阻值可以變化。特別地，如果在所述終端A和C之間的電阻值增加，那么在所述終端B和C之間的電阻值就減小。在所述觸點42和電阻元件40之間的連接點位置，所述電阻元件40可以分成被串聯(lián)連接在一起的兩個電阻部分。假定這兩個電阻部分具有電阻值R1和R2，則滿足R＝R1+R2。
再參照圖3，所述第一電橋臂BA1的阻抗被表示為所述磁致伸縮傳感器元件21的阻抗和在所述平衡可變電阻器23中的一個電阻部分的電阻R1之和(如果忽略線路電阻的話；相同的說明也將應(yīng)用到以下描述中)。另一方面，所述第二電橋臂BA2的阻抗被表示為所述磁致伸縮傳感器元件22的阻抗和在所述平衡可變電阻器23上的另一個電阻部分的電阻R2之和。因此，所述第一和第二電橋臂BA1和BA2的全部阻抗被表示為所述磁致伸縮傳感器元件21和22的總阻抗和所述平衡可變電阻器23的電阻值R之和。所述電阻值R可以近似地等于所述磁致伸縮傳感器元件21和22之間阻抗的差值，以及可以明顯地小于所述磁致伸縮傳感器元件21或22的阻抗。例如，在所述優(yōu)選實施例中使用的所述磁致伸縮傳感器元件21和22的阻抗優(yōu)選地是在大約50Ω至大約100Ω的范圍內(nèi)。同時，例如，這兩個磁致伸縮傳感器元件21和22之間阻抗的差值可以是大約5Ω至大約10Ω。由此，所述電阻值R例如也可以是大約5Ω至大約10Ω。
另一方面，所述橋接電路部20中的第三電橋臂BA3優(yōu)選地包括固定電阻24，以及所述第四電橋臂BA4優(yōu)選地包括固定電阻25。以及所述第三和第四電橋臂BA3和BA4之間的連接點(即，所述第二輸出點S2)在平衡可變電阻器26中。所述平衡可變電阻器26的結(jié)構(gòu)優(yōu)選地與所述平衡可變電阻器23的結(jié)構(gòu)相同。
在所述優(yōu)選實施例中，如上所述，在所述平衡可變電阻器23和26中的終端C(見圖4A和4B)優(yōu)選地被連接到圖2所示的檢測電路部30。因此，如果所述AC差分放大器31的輸入阻抗高，那么就實現(xiàn)了這樣的配置，其中在所述橋接電路部20的輸出點和所述檢測電路部30的信號輸入部分之間沒有電流流過。隨后將描述由這種配置所達到的效果。
磁致伸縮傳感器元件接著，將參照圖5和6描述根據(jù)所述優(yōu)選實施例的用于在負載檢測設(shè)備中使用的所述磁致伸縮傳感器元件21和22的示例性安排。所述優(yōu)選實施例的所述負載檢測設(shè)備可以在需要對其上所放置的負載進行測量的各種類型的機器中使用。在以下的例子中，所述負載檢測設(shè)備被連接到運載工具的操縱軸上以檢測轉(zhuǎn)矩。
圖5是說明被連接到操縱軸的負載傳感器單元5的透視圖。圖6是在從右側(cè)穿過所述操縱軸的平面上所觀看到的所述負載傳感器單元5的橫截面圖。圖5中所示的所述負載傳感器單元5優(yōu)選地在上操縱軸3a和下操縱軸3b被連接在一起的地方被提供。所述下操縱軸3b優(yōu)選地在其上端部具有傳感器儲存(storage)部分51，在所述上端部，所述下和上操縱軸3b和3a被連接到一起。從所述上操縱軸3a的下端部分的外圍突出的擠壓(pressing)部分3c優(yōu)選地伸出進入到所述傳感器儲存部分51中。
所述傳感器儲存部分51優(yōu)選地由所述擠壓部分3c水平地分為兩個部分。所述磁致伸縮傳感器元件21優(yōu)選地被儲存在所述右手側(cè)部分中，而所述磁致伸縮傳感器元件22優(yōu)選地被儲存在所述左手側(cè)部分。
所述磁致伸縮傳感器元件21優(yōu)選地使其底部受彈簧53A所擠壓，彈簧53A位于所述傳感器元件21的底部和所述傳感器儲存部分51的一個側(cè)壁之間，朝向所述擠壓部分3c。結(jié)果，從所述磁致伸縮傳感器元件21的相反側(cè)(與所述底部相反)突出的受擠壓部分55A接觸所述擠壓部分3c并由所述擠壓部分3c所擠壓。
同樣地，所述磁致伸縮傳感器元件22優(yōu)選地也使其底部受彈簧53B所擠壓，彈簧53B位于所述傳感器元件22的底部和所述傳感器儲存部分51的另一側(cè)壁之間，朝向所述擠壓部分3c。結(jié)果，從所述磁致伸縮傳感器元件22的相反側(cè)(與所述底部相反)突出的另一擠壓部分55B接觸所述擠壓部分3c并由所述擠壓部分3c所擠壓。
所述磁致伸縮傳感器元件21和22中的每一個優(yōu)選地包括磁性線圈，所述線圈通過利用反向的磁致伸縮效果來檢測磁性變化，并且其通過其相關(guān)的受擠壓部分55A或55B來組成磁致伸縮傳感器。具體來說，當由所述擠壓部分3c擠壓和拉緊所述受擠壓部分55A或55B時，某種磁性變化(例如，磁導(dǎo)率或磁化特性)在所述受擠壓部分55A或55B中被產(chǎn)生以及可以隨著所述磁致伸縮傳感器元件21或22的磁性線圈阻抗中的變化而被檢測到。
在通過使用這種負載傳感器單元5來檢測所述操縱軸的轉(zhuǎn)矩過程中，例如，如果向左轉(zhuǎn)動所述把手，那么耦合到所述把手的上操縱軸3a在由箭頭301所指的方向上旋轉(zhuǎn)。隨著所述上操縱軸3a在所述方向上旋轉(zhuǎn)，其擠壓部分3c也隨著所述上操縱軸3a在箭頭302的方向上旋轉(zhuǎn)。以及通過利用所述上操縱軸3a的旋轉(zhuǎn)力，沖著所述彈簧53A在箭頭303的方向上驅(qū)動所述受擠壓部分55A和所述磁致伸縮傳感器元件21。
當隨著所述上操縱軸3a旋轉(zhuǎn)而由所述擠壓部分3c擠壓時，所述受擠壓部分55A隨著所述上操縱軸3a的旋轉(zhuǎn)力而變形。結(jié)果，在所述受擠壓部分55A中產(chǎn)生磁性變化以表示所述變形。最后，由所述磁致伸縮傳感器元件21的磁性線圈作為所述上操縱軸3a的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩而檢測所述磁性變化。
另一方面，當向右(即，在相反方向上)轉(zhuǎn)動所述把手時，所述磁致伸縮傳感器元件22、受擠壓部分55B和彈簧53B執(zhí)行與其相對物21、55A和53A基本上相同的功能，除了其旋轉(zhuǎn)和擠壓方向相反之外。由此，這里省略了其描述。
假定在裝配所述負載傳感器單元50時預(yù)先將F牛頓(N)的特定負載施加到所述彈簧53A上。在這種情況中，除非由所述擠壓部分3c在所述受擠壓部分55A和磁致伸縮傳感器元件21上所施加的負載超過F牛頓，否則，所述受擠壓部分55A和磁致伸縮傳感器元件21就不會移動。然而，一旦所述負載超過F牛頓，所述受擠壓部分55A和磁致伸縮傳感器元件21就開始向右移動。由此，實現(xiàn)了過載防止機制，其中超過F牛頓的負載從不被施加到所述受擠壓部分55A和磁致伸縮傳感器元件21上。
將負載施加到負載檢測設(shè)備的所述磁致伸縮傳感器元件的方法不必是上面所描述的那樣，也可以是各種其它方法。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，負載優(yōu)選地僅被施加到所述兩個磁致伸縮傳感器元件中的一個上，而沒有施加負載的另一個磁致伸縮傳感器元件將作為用于測量的參考來使用。由此，在所述優(yōu)選實施例的負載檢測設(shè)備中，所要測量的負載需要被放置在兩個磁致伸縮傳感器元件的其中一個上。這個原理被應(yīng)用到每一種可想象的情況，其中通過根據(jù)本發(fā)明任意優(yōu)選實施例的物理量檢測設(shè)備來測量預(yù)定的物理量。
圖5和6沒有說明這樣的任意電路板，在所述電路板上，放大器、電阻和其它電路元件被集成在一起。然而，所述電路板種的每一種可以被安排在其相關(guān)的磁致伸縮傳感器元件的附近，或者可以與所述磁致伸縮傳感器元件之外的其它控制電路相結(jié)合。
負載檢測操作下文中，將參照圖2更全面地描述所述優(yōu)選實施例的負載檢測設(shè)備如何執(zhí)行其測量操作。
首先，例如，參考DC電源16優(yōu)選地在接收到大約5V的電源電壓(未示出)之后輸出大約2.5V的參考DC電壓。所述參考DC電壓優(yōu)選地輸入到所述正弦波振蕩器17中。作為響應(yīng)，所述正弦波振蕩器17優(yōu)選地輸出就所述參考DC電壓進行振蕩的正弦波振蕩信號。所述正弦波振蕩信號例如可以具有大約1kHz的頻率和大約2V的幅度Vpp(峰到峰)。
然后，所述振蕩信號優(yōu)選地通過所述高阻抗緩沖放大器18和限流固定電阻19被提供給所述橋接電路部20。
當負載被放置在所述磁致伸縮傳感器元件21和22之一上時，所述磁致伸縮材料的初始磁導(dǎo)率由于在剛接收到所述負載的磁致伸縮傳感器元件21或22中的磁致伸縮效應(yīng)而改變。結(jié)果，所述磁致伸縮傳感器元件21或22的阻抗從其初始值進行改變，以及在所述第一和第二電橋臂之間打亂阻抗平衡。
一旦所述阻抗平衡以這種方式丟失，在所述橋接電路部20的第一和第二輸出點S1和S2之間就產(chǎn)生差分電壓。此后，所述差分電壓由所述檢測電路部30的AC差分放大器31所放大。所述AC差分放大器31的輸出信號的AC分量通過所述DC隔直流電容器32，以及然后進入所述全波整流器33。
所述全波整流器33包括整流二極管，但在小于正向電壓時不能執(zhí)行整流操作。這就是說，所述整流器33具有死區(qū)。為了避免這種不希望的情況和使所述全波整流器33執(zhí)行正確的整流操作，所述AC差分放大器31優(yōu)選地具有盡可能高的增益。在所述優(yōu)選實施例中，所述AC差分放大器31的增益優(yōu)選地被控制為其最大等級，以使得即使最大絕對額定值的負載被放置在所述兩個磁至伸縮傳感器元件21和22之一上，所述AC差分放大器31的輸出也不會飽和。
同時，在所述優(yōu)選實施例中，為了增加所述全波整流器33的靈敏度，所述信號的幅度在所述全波整流完成之后加倍。所放大的信號然后輸入到所述低通濾波器34。為了完全消除具有與所述激勵電流的頻率(即，所述振蕩頻率)相同的頻率的AC分量，所述低通濾波器34的截止頻率優(yōu)選地是所述振蕩頻率的大約1/10或更少。
所述低通濾波器34的輸出優(yōu)選地由所述DC放大器35所放大，以及然后經(jīng)由所述信號電壓輸出終端36輸出。在所述信號電壓輸出終端36的信號電壓的大小優(yōu)選地對應(yīng)于已經(jīng)被放置在所述磁致伸縮傳感器元件21和22之一上的負載的大小。
初始調(diào)節(jié)為了測量具有高精確度的負載，需要進行初始調(diào)節(jié)。在所述優(yōu)選實施例中，執(zhí)行兩種類型的初始調(diào)節(jié)。所述兩種類型之一是“零點調(diào)節(jié)”，其中通過所述信號電壓輸出終端36所輸出的信號電壓被設(shè)置為等于零，其中沒有負載被施加到所述磁致伸縮傳感器元件21和22上。另一種類型的初始調(diào)節(jié)是“靈敏度調(diào)節(jié)”，其中通過所述信號電壓輸出終端36所輸出的信號電壓被設(shè)置為預(yù)定值，并且最大絕對額定值的負載被施加到所述磁致伸縮傳感器元件21和22之一。
在所述優(yōu)選實施例中，當測量所述AC差分放大器31的AC輸出時，優(yōu)選地調(diào)節(jié)所述平衡可變電阻器23和26，以最小化所述AC輸出的幅度值(這是“零點調(diào)節(jié)”)。接著，通過測量所述DC放大器35的DC輸出，優(yōu)選地將大約400N(牛頓)的負載施加到所述磁致伸縮傳感器元件21和22之一上。例如，當施加所述負載時，優(yōu)選地控制所述DC放大器35的增益以將所述DC放大器35的輸出DC電壓設(shè)置為等于大約3.5V(這是“靈敏度調(diào)節(jié)”)。
應(yīng)當注意，作為緩沖放大器的所述差分放大器31例如可以具有大約10mA的輸出電流。在所述優(yōu)選實施例中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的并聯(lián)橋接電路而采用串聯(lián)橋接電路。由此，流經(jīng)包括所述磁致伸縮傳感器元件21和22的所述第一和第二電橋臂的電流量可以大于流經(jīng)所述第三和第四電橋臂的電流量。因此，例如，即使所述兩個磁致伸縮傳感器元件21和22具有初始磁導(dǎo)率的差異所引起的稍微變化的初始特性，足夠大的電流量仍然可以流經(jīng)所述磁致伸縮傳感器元件21和22，以及在所述磁致伸縮傳感器元件21和22之間的輸出特性的差異將不會降低所述檢測精確度。
應(yīng)當注意，為了增加所述AC差分放大器31的靈敏度，重要的是擴大將要進入所述AC差分放大器31的信號的差分幅度范圍。為了最大化在所述最大絕對額定值的負載的差分輸出電壓的幅度，在所述橋接電路中的第一電橋臂的阻抗需要基本上等于所述第二電橋臂的阻抗。如果在所述第一和第二電橋臂之間的阻抗基本上匹配，那么可以使得所述差分幅度范圍的近似中心接近于所述參考電壓。結(jié)果，增加了所述AC差分放大器31的增益。
用于在所述優(yōu)選實施例中使用的所述磁致伸縮傳感器元件21和22具有基本相等的阻抗。由此，與采用并聯(lián)橋接電路的傳統(tǒng)例子相比較，更容易使所述第一和第二電橋臂的阻抗基本上相匹配。這就是通過將所述磁致伸縮傳感器元件21和22串聯(lián)在一起所實現(xiàn)的優(yōu)點。
而且，如果所述磁致伸縮傳感器元件21的阻抗基本上等于所述磁致伸縮傳感器元件22的阻抗，那么所述平衡可變電阻器23所需具有的電阻變化范圍可以比所述相應(yīng)的磁致伸縮傳感器元件21和22的阻抗小許多。這使得不僅減小了所述第一和第二電橋臂的整個阻抗，而且最小化了由所述平衡可變電阻器23的溫度特性引起的不希望的影響。所述平衡可變電阻器23的電阻通常具有相當大程度的溫度依賴性。由于這個原因，如果在進行所述零點調(diào)節(jié)之后已經(jīng)所述平衡可變電阻器23的溫度發(fā)生改變，那么將較容易地打亂所述阻抗平衡。然而根據(jù)所述優(yōu)選實施例，所述平衡可變電阻器23的電阻值可以足夠地小于所述傳感器元件的阻抗。因此，可以最小化由所述電阻器的溫度特性所引起的不希望的效應(yīng)。
平衡在下文，將描述根據(jù)所述優(yōu)選實施例的平衡方法。如這里所使用的那樣，所述“平衡”意味著當沒有負載被施加到所述兩個磁致伸縮傳感器元件21和22之一上時(其狀態(tài)將在這里被稱為“無負載狀態(tài)”)，將所述橋接電路部20的輸出差分電壓(在輸出點S1和S2之間的電壓)減少到零。
首先，在所述無負載狀態(tài)下優(yōu)選地調(diào)節(jié)所述平衡可變電阻23和26之一，由此最小化所述AC差分放大器的輸出幅度。接著，在所述無負載狀態(tài)下優(yōu)選地又調(diào)節(jié)另一個平衡可變電阻器23或26，由此再次最小化所述AC差分放大器的輸出幅度。如果通過在所述兩個平衡可變電阻器23和26上交替地進行這種調(diào)節(jié)從而將所述輸出幅度減到局部最小值，理論上來講，所剩余的電壓可以完全減少到零(在這里稱為“完全平衡”)。
然而，如果由于不完全的零點調(diào)節(jié)，所剩余的電壓沒有完全達到零，那么已經(jīng)接收到負載的所述磁致伸縮傳感器元件21和22之一的輸出信號將具有暫時降低的電平。結(jié)果，在所述兩個磁致伸縮傳感器元件的輸出特性之間產(chǎn)生差異。然而，根據(jù)所述優(yōu)選實施例，可以消除這種現(xiàn)象。
圖7是示出兩個磁致伸縮傳感器元件的輸出特性的圖，其中通過所述傳統(tǒng)橋接電路在所述元件上不完全地實現(xiàn)了平衡。另一方面，圖8是示出其上實現(xiàn)完全平衡的所述優(yōu)選實施例的橋接電路中的所述相同的兩個磁致伸縮傳感器元件的輸出特性的圖。如從圖7可見的那樣，如果不完全地實現(xiàn)平衡，那么在所述兩個磁致伸縮傳感器元件的輸出之間就具有顯著的差異。同時，如從圖8可見的那樣，在完全實現(xiàn)平衡的所述優(yōu)選實施例中，在所述兩個磁致伸縮傳感器元件的輸出之間幾乎沒有差異。
由此，圖2中所示的所述電路配置實現(xiàn)完全的平衡，以及可以將所述剩余的電壓減少到絕對的零。所述零剩余電壓意味著在沒有負載下的輸出電壓電平也到達零。
應(yīng)當注意，在圖7和8中，由于“斷開檢測”，在很小負載面積上的輸出不是零，而是大約0.5V。在下文，將描述如何執(zhí)行所述“斷開檢測”。
在所述優(yōu)選實施例的所述負載檢測設(shè)備中，如果通過所述完全平衡將所述剩余電壓減少到零，那么當零負載被施加到所述磁致伸縮傳感器元件上時，在所述DC放大器35的輸入部上的信號電壓將是0V。
例如，當在用于運載工具的系統(tǒng)中使用所述負載檢測設(shè)備時，所述輸出信號可以從所述信號電壓輸出終端36通過裝置提供給引擎控制單元。然而，如果在所述裝置中的一些線路斷開，則將一直給所述引擎控制單元提供0V電壓，不論負載是否被施加到所述負載檢測設(shè)備上。在這種情況下，很難確定這是無負載狀態(tài)還是斷開狀態(tài)。
出于這種考慮，優(yōu)選地設(shè)計所述優(yōu)選實施例的所述DC放大器35，以使得即使其輸入電壓是0V，也具有大約0.5V的非零輸出電壓。這就是說，當工作時，所述優(yōu)選實施例的負載檢測設(shè)備一直輸出具有非零值的信號，而不論負載是否被施加到所述磁致伸縮傳感器設(shè)備。正常狀態(tài)中的所述非零值明顯地不同于異常(例如斷開)狀態(tài)中的值。因此，如果所述引擎控制單元從所述負載檢測設(shè)備上接收到低于例如大約0.5V的所述參考電壓的輸出電壓，那么可以容易地檢測到所述斷開。
本發(fā)明人通過實驗確定了所述平衡電路中的差值對所述剩余電壓的影響程度。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)所述剩余電壓電平在非完全平衡電路中顯著地變化，而測量的動態(tài)范圍可以根據(jù)為所述完全平衡電路所收集的數(shù)據(jù)而有效地被擴展。
如上所述，所述零點穩(wěn)定性對所述傳感器的水平不平衡和非常小的負載的檢測精確度具有重要的影響。這就是應(yīng)該盡可能地穩(wěn)定所述零點的原因。
一起形成圖2所示的電路的所述線路、電阻、放大器、電容器和其它電路元件優(yōu)選地一起被集成在單個的電子電路板上。所述電子電路板優(yōu)選地在進行適當調(diào)節(jié)之后用鑄模樹脂化合物(molding resin compound)封裝。如果用樹脂以這種方式覆蓋所述電子電路板的表面，那么將不再移動所述平衡可變電阻器23和26的可移動部分。然而，這些平衡可變電阻器23和26的觸點42(見圖4A和4B)沒有完全固定。因此，在圖4A和4B中所示的所述電阻元件40和觸點42之間的接觸部分具有容易隨時間改變的不一致的電阻值(觸點電阻值)。
具有可變電阻器的傳統(tǒng)并聯(lián)橋接電路被設(shè)計以使得電流流經(jīng)其觸點。在這種電路中，在觸點電阻值中的變化改變了在圖4B所示的終端A和B之間的電阻值，由此改變了所述橋接電路的平衡點。
然而，在所述實施例的橋接電路部20中，所述AC差分放大器31優(yōu)選地具有如此高的輸入阻抗，以至于幾乎沒有電流流過所述平衡可變電阻器23和26的觸點。因此，即使在所述平衡可變電阻器23和26的觸點中的觸點電阻的值由于時間或其它原因而變化，所述變化根本不影響所檢測的電壓，以及測量的可靠性可以被增加。
在用在本發(fā)明所述優(yōu)選實施例里的串聯(lián)橋接電路中，即使將可變電阻器插入到所述電橋臂的至少一個中(優(yōu)選兩個)，仍然可以實現(xiàn)平衡。然而在這種情況下，電流將流經(jīng)每個可變電阻器的觸點以及由于觸點電阻的變化可能降低穩(wěn)定性。雖然如此，通過使用具有更高一致性的觸點電阻的可變電阻器仍然可以避免零點穩(wěn)定性的降低。
優(yōu)選實施例2在下文，將描述包括本發(fā)明第一特定優(yōu)選實施例的負載檢測設(shè)備的水上運載工具(water vehicle)。在以下描述中，將作為根據(jù)本發(fā)明第二特定優(yōu)選實施例的水上運載工具來描述水上噴射推進式船。所述水上噴射推進式船優(yōu)選地通過經(jīng)噴口噴射水以及利用由所述水噴射所產(chǎn)生的反作用而被推進，所述噴射的水是由引擎驅(qū)動噴射推進機器所施壓的。當在這種運載工具中被使用時，因為假定所述運載工具是在水上使用的，這是任何機電設(shè)備所忍受的非常惡劣的環(huán)境，因此，諸如負載檢測設(shè)備的物理量檢測設(shè)備需要保證足夠的持久性和長期的可靠性。因此，通過使用本發(fā)明優(yōu)選實施例的物理量檢測設(shè)備，可以實現(xiàn)很多有益效果。
圖9說明了用于根據(jù)所述優(yōu)選實施例的水上噴射推進式船100的示意性配置。所述水上噴射推進式船的外殼100優(yōu)選地包括下部的外殼部件101和上部的甲板部件102。操作者的座位103優(yōu)選地在所述甲板部件102上被提供。在所述座位103的前面提供操縱把手104。
在所述外殼中，優(yōu)選地作為驅(qū)動馬達來提供引擎1，以及所述引擎1的輸出軸105被連接到所述噴射推進式機器106的葉輪107。因此，當所述噴射推進式機器106的葉輪107由所述引擎1驅(qū)動時，水通過所述船底部上的吸水孔108而被吸入，以及然后由所述噴射推進式機器106加壓和加速。然后，所加壓的水通過噴口109向后噴射，這樣由于其反作用而推進所述船。同樣地，如果轉(zhuǎn)動所述把手104，那么被稱為“偏導(dǎo)裝置(deflector)”的操縱機構(gòu)在所述噴口109后面擺動。也就是說，通過轉(zhuǎn)動所述把手104，水噴射的方向改變，以及可以在任意方向上駕駛所述船。為使所述船倒退，操作反向桿120，由此在所述噴口109后面上下移動反向門121，以及經(jīng)由所述噴口109向前噴射水。使用反向開關(guān)112來檢測通過所述反向桿120的操作的所述船的向后移動。
圖10說明了用于所述把手104的配置。所述把手104可以圍繞所述操縱軸113向右或向左轉(zhuǎn)動。將由操作者所操作以加速或減速所述船的油門桿110優(yōu)選地在所述把手104的右手柄附近被提供。當沒有握緊時，所述油門桿110不與所述右手柄接觸。在加速所述船時，所述操作者向著所述手柄端握緊所述油門桿110。以及當放開時，所述油門桿110返回其靜止位置以減速所述船。
用于檢測在所述把手104上的操縱力(更具體地，操縱轉(zhuǎn)矩(steeringtorque))的操縱轉(zhuǎn)矩傳感器111優(yōu)選地在所述操縱軸113上被提供。所述操縱轉(zhuǎn)矩傳感器111優(yōu)選地具有與上述第一優(yōu)選實施例的磁致伸縮負載檢測設(shè)備相同的配置。當所述把手104轉(zhuǎn)動到預(yù)定程度時，將限制所述把手104的軸，以及所述把手104將不再移動。當操縱力被施加到所述把手104上時，所述操縱轉(zhuǎn)矩傳感器111還作為負載單元用于檢測所述把手104上的操縱轉(zhuǎn)矩。應(yīng)當注意，所述操縱轉(zhuǎn)矩傳感器111的配置不限于如圖5和6所示的負載檢測單元的特定配置。相反地，所述磁致伸縮傳感器元件可以通過多種其它方式被安排以及被機械連接。所述油門桿110被提供有油門打開傳感器114，用于檢測由操作者按壓所述油門桿110(即，油門打開)的程度。
圖11示意性地示出了所述水上噴射推進式船100的引擎和控制器。所述優(yōu)選實施例的引擎201優(yōu)選地是具有相對小的排水量的沖程引擎(strokeengine)201，以及優(yōu)選地包括圓柱體202、曲柄軸203、活塞204、燃燒室205、進氣管206、進氣閥207、排氣管208、排氣閥209、火花塞210和點火線圈211。而且，在所述進氣管206中，油門閥212優(yōu)選地被安排以根據(jù)所述油門桿110的打開程度而打開和關(guān)閉其自身。以及在所述進氣管206部分中，在所述油門閥212的下游優(yōu)選地作為燃料噴射器來提供噴射器213。所述噴射器213優(yōu)選地被連接到在油箱219中所提供的過濾器218、燃料泵217和壓力控制閥216上。
在所述進氣管206的油門閥212附近，優(yōu)選地安排旁通管206a以便在所述油門閥212的旁邊對所述燃料進行分流。以及所述旁通管206a優(yōu)選地被提供有用于調(diào)節(jié)所述旁通管206a的打開的旁通閥214(作為用于在減速期間控制引擎輸出的裝置)。和怠速閥(idle valve)一樣，優(yōu)選地，所述旁通閥214與所述油門閥212的打開無關(guān)地來調(diào)節(jié)流向所述引擎210的進入空氣流，由此控制所述引擎的輸出(即，在這種情況下的引擎轉(zhuǎn)矩)。應(yīng)當注意，例如可以通過調(diào)節(jié)提供給傳動器223的用于驅(qū)動所述旁通閥214的電流，或者電磁工作閥中的其占空比，從而控制所述旁通管206a的打開(即，引擎轉(zhuǎn)矩)。
所述引擎201的工作狀態(tài)和用于所述旁通閥214的傳動器223的驅(qū)動狀態(tài)優(yōu)選地由引擎控制單元215所控制，所述控制單元優(yōu)選地包括例如微型機算機的計算機。作為所述引擎控制單元215的控制輸入(即，用于檢測所述引擎201的工作狀態(tài)的裝置)而提供用于檢測所述曲柄軸203的旋轉(zhuǎn)角度(即，相位)或所述曲柄軸203自身的旋轉(zhuǎn)速度的曲柄角度傳感器220，用于檢測所述圓柱體202的溫度或所述冷卻水的溫度(即，引擎體的溫度)的冷卻水溫度傳感器221，用于檢測在排氣管208中空氣-燃料比的排氣空氣-燃料比傳感器222，用于檢測所述進氣管206中進氣壓力的進氣壓力傳感器224，以及用于檢測所述進氣管206中的溫度(即，所述進氣溫度)的進氣溫度傳感器225。
通常，為所述油門桿110所提供的油門打開傳感器114的輸出信號被用于控制所述引擎轉(zhuǎn)矩。然而，在油門關(guān)閉模式中，為所述操縱把手104所提供的所述操縱轉(zhuǎn)矩傳感器(即，所述磁致伸縮負載傳感器)111的輸出信號也可以被用于控制所述引擎轉(zhuǎn)矩。所述引擎控制單元215優(yōu)選地接收這些傳感器的檢測信號，由此輸出控制信號到所述燃油泵217、壓力控制閥216、噴射器213、點火線圈211和傳動器223。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例，可以通過其上實現(xiàn)完全平衡的負載檢測設(shè)備來檢測所述操縱轉(zhuǎn)矩。這就是即使給定負載相當小也能實現(xiàn)很高的測量精確度和提高的可靠性的原因。在上述優(yōu)選實施例中，本發(fā)明作為示例性水上運載工具而被應(yīng)用到水上噴氣推進式船中。然而，本發(fā)明不以任何方式被限于所述特定的優(yōu)選實施例。
在上述的優(yōu)選實施例中，磁致伸縮傳感器元件優(yōu)選地作為示例性傳感器元件而被使用。然而，本發(fā)明不以任何方式被限于所述特定的優(yōu)選實施例?？蛇x地，代替使用所述磁性變化的傳感器元件，還可以使用通過利用靜電電容中的變化、壓電效應(yīng)、或者電阻中的變化來檢測給定負載的傳感器元件。具體來說，在利用靜電電容變化的所述傳感器中，受擠壓部分優(yōu)選地是靜電電容電極，以及當通過所述操縱軸的旋轉(zhuǎn)力來擠壓所述電極時，用于檢測靜電電容中變化的某種元件或設(shè)備優(yōu)選地檢測靜電電容中的變化作為受擠壓部分的變化。另一方面，在利用壓電效應(yīng)的傳感器中，受擠壓部分優(yōu)選地是壓電元件，以及當通過所述操縱軸的旋轉(zhuǎn)力來擠壓所述壓電元件時，用于檢測壓電變化的某種元件或設(shè)備優(yōu)選地檢測壓電元件的電變化作為受擠壓部分的變化。另外，在利用電阻中的變化的傳感器中，受擠壓部分優(yōu)選地是電阻器，以及當通過所述操縱軸的旋轉(zhuǎn)力來擠壓所述電阻器時，用于檢測電阻變化的某種元件或設(shè)備優(yōu)選地檢測電阻器的電阻變化作為受擠壓部分的變化。
然而，本發(fā)明通過使用除了各種其它類型的傳感器元件之外的磁致伸縮傳感器元件而實現(xiàn)最顯著的效果。這是因為當使用所述磁致伸縮傳感器元件時，如果可以給所述傳感器元件提供大量電流而實際上卻不能提供所述數(shù)量的電流，則使特性的變化最小化。這樣，當就所述問題通過使用磁致伸縮傳感器元件而需要精確地測量給定負載時，本發(fā)明實現(xiàn)顯著的效果。
根據(jù)上述本發(fā)明各個優(yōu)選實施例中的任何一個的物理量檢測設(shè)備可以有效地被用于檢測被放置在多種運載工具的任何一種上的負載，所述運載工具被用在地面上或者水上。這樣，所述檢測設(shè)備具有高度的工業(yè)適用性。
雖然本發(fā)明已經(jīng)就其優(yōu)選實施例而被描述，但是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的是，所公開的發(fā)明可以通過多種方式被修改，以及除了上面具體描述的實施例之外還可以采用許多實施例。因此，所附權(quán)利要求將覆蓋本發(fā)明的所有修改，所述修改落在本發(fā)明實際的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種物理量測量設(shè)備，包括橋接電路，其包括第一和第二輸入點，AC電壓被施加到所述輸入點上；第一和第二輸出點，其被連接到差分放大器上；第一電橋臂，用于將所述第一輸入點電連接到所述第一輸出點；第二電橋臂，用于將所述第一輸出點電連接到所述第二輸入點；第三電橋臂，用于將所述第一輸入點電連接到所述第二輸出點；以及第四電橋臂，用于將所述第二輸出點電連接到所述第二輸入點；其中所述第一電橋臂包括第一傳感器元件，所述第一傳感器元件的阻抗隨所要測量的物理量而改變，以及所述第二電橋臂包括第二傳感器元件，所述第二傳感器元件的阻抗也隨所要測量的物理量改變，以及所述第一和第二電橋臂的總阻抗小于所述第三和第四電橋臂的總阻抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的物理量測量設(shè)備，其中，所述第一和第二傳感器元件的每個都是磁致伸縮傳感器元件，其阻抗根據(jù)給定的負載而改變，以及所要測量的物理量是被放置在所述第一和第二傳感器元件之一上的負載。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的物理量測量設(shè)備，其中，所述第一傳感器元件是第一磁致伸縮傳感器元件，其包括由磁致伸縮材料所制成的第一磁致伸縮部件和圍繞所述第一磁致伸縮部件的第一線圈，所述第一線圈將所述第一輸入點和所述第一輸出點電連接在一起，以及所述第二傳感器元件是第二磁致伸縮傳感器元件，其包括由磁致伸縮材料所制成的第二磁致伸縮部件和圍繞所述第二磁致伸縮部件的第二線圈，所述第二線圈將所述第一輸出點和所述第二輸入點電連接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的物理量測量設(shè)備，其中，所述第一和第二電橋臂的總阻抗至多為所述第三和第四電橋臂的總阻抗的大約90％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的物理量測量設(shè)備，其中，所述第一和第二電橋臂中的至少一個包括平衡可變電阻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的物理量測量設(shè)備，其中，所述橋接電路還包括平衡可變電阻器，所述平衡可變電阻器被串聯(lián)連接在所述第一和第二傳感器元件之間，以及所述第一輸出點被連接到所述平衡可變電阻器上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的物理量測量設(shè)備，其中，所述橋接電路還包括第二平衡可變電阻器，所述第二平衡可變電阻器被串聯(lián)連接在所述第三和第四電橋臂之間，以及所述第二輸出點被連接到所述第二平衡可變電阻器上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的物理量測量設(shè)備，其中，在所述檢測設(shè)備執(zhí)行測量操作時，在所述第一輸出點和所述差分放大器之間以及在所述第二輸出點和所述差分放大器之間基本上沒有電流流過。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的物理量測量設(shè)備，還包括AC電壓產(chǎn)生器，其用于產(chǎn)生被施加到所述橋接電路的所述第一和第二輸入點的所述AC電壓，以及所述AC電壓產(chǎn)生器和被連接到所述第一和第二輸出點的所述差分放大器被集成在共同的電路板上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的物理量測量設(shè)備，其中，所述AC電壓產(chǎn)生器包括振蕩器和用于限制所述振蕩器輸出信號的幅度的限幅器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的物理量測量設(shè)備，還包括檢測電路部，所述檢測電路部包括所述差分放大器，其中即使由所述第一傳感器元件所測量的物理量的值等于由所述第二傳感器元件所測量的物理量的值，所述檢測電路部也輸出具有非零值的信號，由此確定傳播所述檢測電路部的輸出信號的線路是否斷開。
12.一種運載工具，包括權(quán)利要求1的所述物理量檢測設(shè)備；以及引擎，其可被連接到所述物理量檢測設(shè)備上，以使得根據(jù)由所述物理量檢測設(shè)備所檢測的物理量來控制所述引擎的運轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的運載工具，其中，由所述物理量檢測設(shè)備所檢測的所述物理量是取決于由操作者在所述運載工具把手上所施加的力的量。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的運載工具，其中，所述運載工具是噴射推進式船。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的運載工具，其中，所述物理量檢測設(shè)備包括操縱轉(zhuǎn)矩傳感器。
16.一種用于在物理量檢測設(shè)備中調(diào)節(jié)橋接電路的零點的方法，所述物理量檢測設(shè)備包括橋接電路，所述橋接電路具有其上被施加AC電壓的第一和第二輸入點，被連接到差分放大器的第一和第二輸出點，用于將所述第一輸入點電連接到所述第一輸出點的第一電橋臂，用于將所述第一輸出點電連接到所述第二輸入點的第二電橋臂，用于將所述第一輸入點電連接到所述第二輸出點的第三電橋臂，以及用于將所述第二輸出點電連接到所述第二輸入點的第四電橋臂，其中，所述第一電橋臂包括第一傳感器元件，所述第一傳感器元件的阻抗隨所要測量的物理量而改變，以及所述第二電橋臂包括第二傳感器元件，所述第二傳感器元件的阻抗隨所要測量的物理量而改變，所述第一和第二電橋臂的總阻抗小于所述第三和第四電橋臂的總阻抗，并且還包括被串聯(lián)連接在所述第一和第二傳感器元件之間的第一平衡可變電阻器，并且所述第一輸出點被連接到所述第一平衡可變電阻器上，以及包括被串聯(lián)連接在所述第三和第四電橋臂之間的第二平衡可變電阻器，并且所述第二輸出點被連接到所述第二平衡可變電阻器上，所述方法包括以下步驟a)通過調(diào)節(jié)所述第一和第二平衡可變電阻器之一，其中將所述第一和第二傳感器元件所要檢測的物理量減小為零，從而使所述第一和第二輸出點之間的差分電壓的幅度最小化，以及b)通過調(diào)節(jié)所述第一和第二平衡可變電阻器的另一個，其中零物理量被施加到所述第一和第二傳感器元件上，從而使所述第一和第二輸出點之間的差分電壓的幅度最小化。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括這樣的步驟，即，通過重復(fù)地執(zhí)行所述步驟a)和b)而將所述差分電壓減少為局部極小值。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，所檢測的物理量是取決于由操作者在運載工具把手上所施加的力的量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，所述運載工具是噴射推進式船。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，所述物理量檢測設(shè)備檢測操縱轉(zhuǎn)矩。
全文摘要
一種物理量檢測設(shè)備，包括橋接電路，所述電路具有其上施加AC電壓的第一和第二輸入點以及連接到差分放大器的第一和第二輸出點。所述橋接電路包括用于將所述第一輸入點電連接到所述第一輸出點的第一電橋臂，用于將所述第一輸出點電連接到所述第二輸入點的第二電橋臂，用于將所述第一輸入點電連接到所述第二輸出點的第三電橋臂，以及用于將所述第二輸出點電連接到所述第二輸入點的第四電橋臂。所述第一電橋臂包括第一傳感器元件，其阻抗隨所要測量的物理量而改變，以及所述第二電橋臂包括第二傳感器元件，其阻抗也隨所要測量的物理量而改變。所述第一和第二電橋臂的總阻抗小于所述第三和第四電橋臂的總阻抗。
文檔編號G01L1/12GK1704743SQ20051007347
公開日2005年12月7日 申請日期2005年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月31日
發(fā)明者瀨戶賢治 申請人:雅馬哈發(fā)動機株式會社