用于確定機械的表面應力和/或組織狀態(tài)的傳感器裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測鐵磁性的工件的表面應力和/或組織狀態(tài)的傳感器裝置和一種用于確定機械的表面應力和/或組織狀態(tài)的方法。
【背景技術】
[0002]確定表面應力狀態(tài)和組織狀態(tài)是在監(jiān)控機械工件的應變時的重要的任務。對此存在不同的測量方法。最常應用的方法中的一種借助于應變儀來工作，所述應變儀為了該目的必須借助于耗費的方法施加在表面上的測量點處。在工件運動時附加地需要用于主動地饋給和傳輸測量值的遙測設施。此外也已知無接觸地進行工作的光學方法。然而兩者都是非常耗費的。

【發(fā)明內容】

[0003]因此本發(fā)明的第一目的是提出一種傳感器裝置，所述傳感器裝置解決在上文中所提到的問題。另一目的是提出一種用于確定鐵磁性的工件的機械的表面應力和組織狀態(tài)的方法。
[0004]根據(jù)本發(fā)明，第一目的借助于提出一種用于檢測鐵磁性的工件的表面應力和/或組織狀態(tài)的傳感器裝置來實現(xiàn)，其中:
[0005]-設有至少一個第一基礎線圈系統(tǒng)，所述第一基礎線圈系統(tǒng)具有第一方向和第一方向敏感性，
[0006]-設有至少一個第二基礎線圈系統(tǒng)，所述第二基礎線圈系統(tǒng)具有第二方向和第二方向敏感性，
[0007]-設有至少一個第三基礎線圈系統(tǒng)，所述第三基礎線圈系統(tǒng)具有第三方向和第三方向敏感性，
[0008]-并且其中至少第一基礎線圈系統(tǒng)和第二基礎線圈系統(tǒng)構成第一角差并且第二基礎線圈系統(tǒng)和第三基礎線圈系統(tǒng)構成第二角差，
[0009]-并且其中第一基礎線圈系統(tǒng)設置在第二方向敏感性和第三方向敏感性之外，第二基礎線圈系統(tǒng)設置在第一方向敏感性和第三方向敏感性之外并且第三基礎線圈系統(tǒng)設置在第一方向敏感性和第二方向敏感性之外，使得可至少部分地確定工件的機械的表面應力。
[0010]本發(fā)明基于專門設計和設置的由多個基礎線圈系統(tǒng)構成的傳感器裝置的應用。下游的計算算法確定起作用的機械的表面應力的量值和方向。為了與方向相關地確定磁導率從而確定機械的應力狀態(tài)，也需要工件表面的盡可能方向靈敏的磁通勢。機械的應力的檢測在此以無接觸的方式進行，即傳感器裝置不直接與表面接觸。只要關于傳感器裝置提供特定的粗糙度或平坦度，那么也不必將任何輔助機構施加到表面上并且不必進行對工件表面的處理。傳感器裝置能夠在測量點中求得主應力狀態(tài)。隨后能夠從主應力狀態(tài)中計算拉應力或壓應力的矢量分量和沿著任意的取向方向的剪切應力。傳感器裝置也能夠有利地應用于運動的工件、即例如旋轉的軸。本發(fā)明允許無接觸的和自由應用的測量原理，通過所述測量原理能夠在短時間內測量工件上的極其多的測量點，或者甚至能夠進行表面繪圖。顯然，傳感器裝置也還能夠包括其它基礎線圈系統(tǒng)。通過使用多于三個的這種基礎線圈系統(tǒng)能夠產生附加的冗余，或者例如也執(zhí)行可信度檢驗。
[0011]優(yōu)選地，基礎線圈系統(tǒng)包括至少一個勵磁線圈和接收線圈。這是基礎線圈系統(tǒng)的一個非常簡單的實施方案。
[0012]在優(yōu)選的設計方案中，勵磁線圈還有接收線圈具有線圈芯，所述線圈芯具有線圈芯直徑。方向敏感性此時通過這兩個線圈芯的距離的比例和/或通過這兩個線圈芯直徑的比例給出。
[0013]從線圈芯的直徑和距離的比例中得出所述裝置的方向靈敏性。小的芯直徑和大的芯距離得出極其方向靈敏的傳感器裝置。當然，在芯距離大的情況下觀察到，在影響區(qū)域中能夠產生不均勻的應力分布，所述應力分布隨后通過線圈系統(tǒng)進行準積分、即以面積的形式取中間值。因此在確定線圈系統(tǒng)的尺寸時有利的是，在方向敏感性和空間分辨率之間進行折衷。
[0014]在優(yōu)選的設計方案中，第一基礎線圈系統(tǒng)和/或第二基礎線圈系統(tǒng)和/或第三基礎線圈系統(tǒng)包括勵磁線圈和接收線圈，所述勵磁線圈和接收線圈設置到U形鐵氧體芯上。優(yōu)選地，第一基礎線圈系統(tǒng)和/或第二基礎線圈系統(tǒng)和/或第三基礎線圈系統(tǒng)包括勵磁線圈和第一接收線圈以及第二接收線圈，所述勵磁線圈和第一接收線圈以及第二接收線圈設置在U形鐵氧體芯和/或EI形鐵氧體芯上，其中勵磁線圈設置在、尤其居中地設置在第一接收線圈和第二接收線圈之間。顯然，其它設置方案也能夠是可行的。
[0015]優(yōu)選地，三個基礎線圈系統(tǒng)的至少兩個勵磁線圈具有串聯(lián)電路。除了平衡接收器線圈系統(tǒng)以外，在此還尤其要注意相同的勵磁。通過勵磁線圈的例如電串聯(lián)電路，此時在第一基礎線圈系統(tǒng)的和第二基礎線圈系統(tǒng)的以及第三基礎線圈系統(tǒng)的電布線中實現(xiàn)盡可能相同的靈敏性。其它的用于實現(xiàn)不同的基礎線圈系統(tǒng)的盡可能相同的靈敏性的電的或者電子的措施也是可行的。
[0016]除了設置具有不同的鐵氧體芯的獨立的基礎線圈系統(tǒng)以外，這些基礎線圈系統(tǒng)還能夠在鐵氧體芯上、例如在復合線圈上組合。當然，為此需要將裝置幾何結構轉換到鐵氧體芯(或者通常線圈芯)的構造中。這意味著:之前在三個基礎線圈系統(tǒng)中所實現(xiàn)的功能性、即表面區(qū)域的沿著至少三個不同方向的磁通勢，此時借助于僅一個線圈載體或鐵氧體芯實現(xiàn)。
[0017]優(yōu)選地，至少三個基礎線圈系統(tǒng)通過復合線圈系統(tǒng)提供，所述復合線圈系統(tǒng)包括:復合勵磁線圈和第一復合接收線圈作為第一基礎線圈系統(tǒng);復合勵磁線圈和第二復合接收線圈作為第二基礎線圈系統(tǒng);和復合勵磁線圈和第三復合接收線圈以及另一第四復合接收線圈作為第三基礎線圈系統(tǒng)，并且其中復合勵磁線圈和四個復合接收線圈設置在共同的鐵氧體芯上。優(yōu)選地，此外四個接收線圈具有距復合勵磁線圈的相同的距離，其中相鄰的接收線圈彼此間分別以相同的距離設置。這除了對稱的設置方式以外還具有簡單的方程組的優(yōu)點，所述方程組對于計算表面應力是有利的。此外，以這種方式補償制造傳感器裝置中的不對稱性。
[0018]優(yōu)選地，至少三個基礎線圈系統(tǒng)通過復合線圈系統(tǒng)提供，所述復合線圈系統(tǒng)包括:復合勵磁線圈和第一復合接收線圈作為第一基礎線圈系統(tǒng);復合勵磁線圈和第二復合接收線圈作為第二基礎線圈系統(tǒng)；和復合勵磁線圈和第三復合接收線圈作為第三基礎線圈系統(tǒng)，并且其中三個復合接收線圈以及復合勵磁線圈設置在共同的鐵氧體芯上。在優(yōu)選的設計方案中，三個復合接收線圈具有距復合勵磁線圈相同的距離，其中相鄰的接收線圈彼此間分別以相同的距離設置。在優(yōu)選的設計方案中，至少三個基礎線圈系統(tǒng)通過復合線圈系統(tǒng)提供，所述復合線圈系統(tǒng)包括:復合勵磁線圈和第一復合接收線圈作為第一基礎線圈系統(tǒng);復合勵磁線圈和第二復合接收線圈作為第二基礎線圈系統(tǒng);和復合勵磁線圈以及第三復合接收線圈、第四復合接收線圈、第五復合接收線圈和第六復合接收線圈作為第三基礎線圈系統(tǒng)，并且其中六個復合接收線圈以及復合勵磁線圈設置在共同的鐵氧體芯上。優(yōu)選地，六個接收線圈具有距復合勵磁線圈的相同的距離，其中相鄰的接收線圈彼此間分別以相同的距離設置。這(如在上文中那樣)除了對稱的設置方式以外還具有簡單的方程組的優(yōu)點，所述方程組是對于計算表面應力有利的。此外，以這種方式補償在傳感器裝置的制造中的不對稱性。在此，所有復合線圈也設置在共同的鐵氧體芯上。
[0019]這些復合系統(tǒng)的接收線圈在每個方向系統(tǒng)具有多個線圈的情況下優(yōu)選在串聯(lián)電路方式運行。
[0020]獨立的基礎線圈系統(tǒng)和/或在共同的鐵氧體芯上的配屬于取向方向的線圈系統(tǒng)彼此間以特定的角差取向設置。
[0021]優(yōu)選地，第一角差與第二角差相同并且尤其為45度。替選地，第一角差和第二角差為60度。第一角差和第二角差也能夠為120度。在此，除了對稱的設置方式以外也能夠列舉用于隨后確定工件的表面應力的簡單的方程組的優(yōu)點。此外，也以這種方式補償在傳感器裝置的制造中的在此確定的不對稱性。同樣地，任意的角差是可行的。
[0022]線圈軸線通過如下方式限定:該線圈軸線在線圈的中部垂直地伸展穿過下述平面，所述平面由線圈的繞組形成?；A線圈系統(tǒng)和/或復合線圈系統(tǒng)關于工件的表面的設置方式在此被選擇為，使得實現(xiàn)線圈軸線相對于工件表面的正交的定向，也就是說，線圈臂(Spulenschenkel)的敞開的橫截面平行于工件表面。在此，傳感器裝置相對于鐵磁性的工件的該表面具有額定距離，其中至少第一基礎線圈系統(tǒng)和第二基礎線圈系統(tǒng)以及第三基礎線圈系統(tǒng)朝向彼此具有該額定距離的最大20%的距離。然而，如果傳感器裝置