專利名稱：載荷檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種載荷檢測裝置，它用于以電磁的方式檢測直接作用于磁體上的載荷。
背景技術(shù)：
作為一種用于測定作用于彈性部件的載荷傳感器，已周知有應(yīng)變儀式測力儀，其中，測出因載荷而變形的彈性部件的張力，并根據(jù)所測出的張力計算出作用于該彈性部件的載荷。
但是，上述應(yīng)變儀式測力儀具有這樣的問題即機械強度低；由于動態(tài)范圍窄(使用中的載荷范圍)，故額定力以上的余量??；當這種測力儀是高額定值式的時，對小載荷來說就無法確保測定精度；還有，由于輸出信號弱，故該這動測力儀的信號處理器電路較為復(fù)雜，從而比較昂貴。
根據(jù)以上內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供了一種載荷檢測裝置，它結(jié)構(gòu)簡單、機械強度高、動態(tài)范圍廣、有較小的尺寸、能減少重量并節(jié)約成本、而且靈敏度高、易于使用并易于調(diào)節(jié)、并特別適于移動。
本發(fā)明的公開為了達到上述目的，權(quán)利要求1的發(fā)明其特征在于一種載荷檢測裝置，該裝置具有一檢測部，此檢測部包括一線圈和一實心的桿狀磁體，所述磁體設(shè)置在上述線圈的軸心上，其中，上述磁體被前述線圈所磁化，并且，載荷直接作用于上述磁體從而使感應(yīng)系數(shù)發(fā)生變化，因而能檢測出所說的載荷。
權(quán)利要求2的發(fā)明其特征在于權(quán)利要求1的發(fā)明，其中，提供有多個所說的檢測部，這些檢測部用于形成對載荷的感應(yīng)系數(shù)變化的差值，可根據(jù)該感應(yīng)系數(shù)變化的差值來檢測出載荷。
權(quán)利要求3的發(fā)明其特征在于權(quán)利要求2的發(fā)明，其中，用上述檢測部中所使用的磁體間的磁致伸縮系數(shù)之差來形成上述感應(yīng)系數(shù)變化的差值。
權(quán)利要求4的發(fā)明其特征在于權(quán)利要求2的發(fā)明，其中，用上述檢測部中所使用的磁體間的應(yīng)力之差來形成上述感應(yīng)系數(shù)變化的差值。
權(quán)利要求5的發(fā)明其特征在于權(quán)利要求2的發(fā)明，其中，用上述檢測部中所使用的磁體間的熱處理硬度之差來形成上述感應(yīng)系數(shù)變化的差值。
權(quán)利要求6的發(fā)明其特征在于權(quán)利要求2的發(fā)明，其中，用上述檢測部中所使用的磁體間的磁導(dǎo)率之差來形成上述感應(yīng)系數(shù)變化的差值。
權(quán)利要求7的發(fā)明其特征在于權(quán)利要求1的發(fā)明，其中，可使上述磁體的一部分發(fā)生改變或變形，從而根據(jù)磁體的改變或變形部分與其它部分的感應(yīng)系數(shù)之差來檢測載荷。
權(quán)利要求8的發(fā)明其特征在于權(quán)利要求7的發(fā)明，其中，用于使上述磁體部分地發(fā)生改變或變形的方法是加工硬化、熱處理、表面處理或改變直徑。
權(quán)利要求9的發(fā)明其特征在于權(quán)利要求2的發(fā)明，其中，以彼此相共軸且相對向的方式設(shè)置有多個檢測部，并且，確定來自檢測部的輸出信號之差，以便檢測作用于上述檢測部內(nèi)的磁體的載荷。
權(quán)利要求10的發(fā)明其特征在于權(quán)利要求2的發(fā)明，其中，以彼此相共軸且成整體的方式設(shè)置有多個檢測部，并且，載荷作用于其中心部分，從而能沿多個方向檢測該載荷。
權(quán)利要求11的發(fā)明其特征在于權(quán)利要求2的發(fā)明，其中，以彼此相共軸且成整體的方式設(shè)置有多個檢測部，設(shè)置有為所述檢測部所共用的單個磁體，并且，所述磁體固定在中心部分，從而能沿多個方向檢測載荷。
所以，依照本發(fā)明，上述載荷檢測裝置由一實心桿狀磁體和一用于對該磁體進行磁化的線圈構(gòu)成，因此，所述磁體的直徑可以較小，其結(jié)構(gòu)也能得以簡化，從而能提供一種機械強度高、動態(tài)范圍廣、具有較小尺寸、重量輕、成本降低并易于使用、適于移動的裝置。
此外，依照本發(fā)明，一具有小直徑的磁體設(shè)置在一線圈的軸心處，在該位置處，磁通量的密度為最高，因此，可將對上述磁體進行磁化所需的能量保持為最小并使感應(yīng)系數(shù)也較小，所以，能很容易地提供有利于檢測的高頻驅(qū)力。
再有，依照本發(fā)明，載荷直接作用于一磁體，并且，根據(jù)因載荷所導(dǎo)致的磁體的磁導(dǎo)率的變化而引起的感應(yīng)系數(shù)的變化來檢測所說的載荷，因此，不會有移動伴隨著檢測，從而會提供這樣一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有較高的直接響應(yīng)率、易于調(diào)整、有較小的磁滯且不可能受到磁力的影響。
對附圖的簡要說明圖1是顯示本發(fā)明實施例1的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2是顯示本發(fā)明實施例2的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3是顯示本發(fā)明實施例2的載荷檢測裝置的一種變化形式的剖面圖；圖4是顯示本發(fā)明實施例3的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5是顯示本發(fā)明實施例3的載荷檢測裝置的一種變化形式的剖面圖；圖6是顯示本發(fā)明實施例4的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖7是顯示本發(fā)明實施例4的載荷檢測裝置的一種變化形式的剖面圖；圖8是顯示本發(fā)明實施例5的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖9是顯示本發(fā)明實施例5的載荷檢測裝置的一種變化形式1的剖面圖；圖10是顯示本發(fā)明實施例5的載荷檢測裝置的一種變化形式2的剖面圖；圖11是顯示本發(fā)明實施例6的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的框圖；圖12是顯示本發(fā)明實施例6的載荷檢測裝置的信號處理器電路的結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖13是顯示本發(fā)明實施例6的載荷檢測裝置的一種變化形式1的剖面圖；圖14是顯示本發(fā)明實施例6的載荷檢測裝置的一種變化形式2的剖面圖；
圖15是顯示本發(fā)明實施例6的載荷檢測裝置的一種變化形式3的剖面圖；圖16是顯示本發(fā)明實施例6的載荷檢測裝置的一種變化形式3的剖面圖；圖17是顯示本發(fā)明實施例7的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖18是顯示本發(fā)明實施例7的載荷檢測裝置的一種變化形式1的剖面圖；圖19是顯示本發(fā)明實施例7的載荷檢測裝置的一種變化形式2的剖面圖；圖20是顯示本發(fā)明實施例7的載荷檢測裝置的一種變化形式3的剖面圖；圖21是顯示本發(fā)明實施例8的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖22是顯示本發(fā)明實施例8的載荷檢測裝置的一種變化形式1的剖面圖；圖23是顯示本發(fā)明實施例8的載荷檢測裝置的一種變化形式2的剖面圖；圖24是顯示圖23的載荷檢測裝置的信號處理器電路的結(jié)構(gòu)的框圖；圖25是顯示本發(fā)明應(yīng)用1的摩托車盤式制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖26是顯示本發(fā)明應(yīng)用2的摩托車加速器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖27是沿圖26箭頭方向的圖；圖28是顯示本發(fā)明應(yīng)用3的物體位置檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖29是軟磁性材料的輸出特性的圖；圖30是超磁致伸縮材料的輸出特性的圖；圖31是顯示輸出差值ΔV與載荷差值ΔP之間關(guān)系的圖；以及圖32是顯示本發(fā)明應(yīng)用3的人體姿勢檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式以下參照


本發(fā)明的實施例。
實施例1圖1是顯示本發(fā)明實施例1的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖。
在圖1中，標號1表示實心桿狀磁體，該磁體被磁化線圈2和檢測線圈3所包圍。所以，磁體1設(shè)置在磁化線圈2和檢測線圈3的軸心處，并且，磁體1、磁化線圈2和檢測線圈3被包封在一由磁性材料制成的磁屏蔽外罩4內(nèi)。磁化線圈2和檢測線圈是電絕緣的。
磁體1由諸如鐵合金、鉻鐵、鎳鐵、鈷鐵、純鐵、硅鐵、坡莫合金等之類的磁性材料、軟磁材料或超磁致伸縮材料制成，其相對磁屏蔽外罩4向上突出的頂端嵌有一由非磁性材料制成的接頭5。接頭5用作一減震器以及一磁屏蔽部件。
一振蕩器電路6電連接于磁化線圈2，一整流器電路7、一放大器8以及用作一處理器的CPU9電連接于檢測電路3。
以下說明上述載荷裝置的功能。
振蕩器電路6所驅(qū)動的磁化線圈2使磁體1磁化，并且，當載荷P經(jīng)由接頭5沿軸向方向作用到被磁化了的磁體1上時，如圖1所示，一壓力就會作用于磁體1，從而因磁致伸縮作用而減少了該磁體的磁導(dǎo)率并導(dǎo)致感應(yīng)系數(shù)的變化。這就會使得磁化線圈2兩端的電壓發(fā)生變化，同時，檢測線圈3兩端的電壓V也會按線圈匝數(shù)的比例發(fā)生變化。磁致伸縮作用對超磁致伸縮材料來說在數(shù)百ppm至數(shù)千ppm的范圍內(nèi)，而對其它材料來說則在數(shù)十ppm的范圍內(nèi)。
電壓V在整流電路7中整流之后被放大器8所放大，并被作為一輸出信號輸入給CPU9，從而，CPU9根據(jù)電壓V來計算出作用于磁體1的載荷P的大小。
所以，在本實施例中，所述載荷檢測設(shè)備由一磁體1、一用于對該磁體進行磁化的磁化線圈2、一用于檢測電壓V的檢測線圈3、一用于對上述組件進行磁屏蔽的磁屏蔽外罩4等構(gòu)成，因此，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，機械強度高、尺寸較小、重量輕且易于使用、適于移動。
此外，在這一實施例的載荷檢測裝置中，具有小直徑的磁體1設(shè)置在磁化線圈2的軸心處，在該位置處，磁通量的密度為最高，因此，可將對上述磁體進行磁化所需的能量保持為最小并使感應(yīng)系數(shù)也較小，所以，能很容易地提供有利于檢測的高頻驅(qū)力。
再有，在這一實施例的載荷檢測裝置中，載荷P直接作用于磁體1，并且，根據(jù)因載荷P所導(dǎo)致的磁體1的磁導(dǎo)率的變化而引起的感應(yīng)系數(shù)的變化來檢測載荷P，因此，檢測時不會有移動，從而，直接響應(yīng)率高，易于調(diào)整，有較小的磁滯。特別是在將超磁致伸縮材料用作磁體1時，可以最佳地獲得大的檢測輸出。此外，由一磁體1、一磁化線圈2和一檢測線圈3構(gòu)成的上述檢測部被磁屏蔽外罩4所磁屏蔽，因此，檢測結(jié)果不可能受到磁力影響，從而能高精度地檢測載荷P。
盡管在本實施例中使用了磁化線圈2和檢測線圈3，但是，也可以只用磁化線圈2來檢測所說的電壓(這同樣適用于以下的實施例)。
實施例2以下參照圖2說明本發(fā)明的實施例2。圖2是顯示本發(fā)明這一實施例的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖，在圖2中，略去了所說的磁化線圈和信號處理器電路。
本實施例的載荷檢測設(shè)備設(shè)置成以串聯(lián)且共軸的方式垂直地設(shè)置有兩個檢測部K1、K2，這兩個檢測部被一個由非磁性材料制成的外罩10所覆蓋。
檢測部K1包括一磁體1、一設(shè)置在上述磁體周圍的檢測線圈3以及一用于包封住這些部件的磁屏蔽外罩4，與此相似，檢測部K2包括一磁體11、一設(shè)置在上述磁體周圍的檢測線圈13以及一用于包封住這些部件的磁屏蔽外罩14，磁體11通過由非磁性材料制成的接頭15與檢測部K1的磁屏蔽外罩4相連。
在這一實施例的載荷檢測裝置中，檢測部K1、K2中的磁體1、11由具有不同磁致伸縮常數(shù)的材料制成，通過接頭5作用于磁體1的軸向載荷同樣地通過接頭15作用于另一個磁體11。
所以，在這一實施例的載荷檢測裝置中，有相同的載荷P分別作用于檢測部K1、K2中的磁體1、11，但是，由于這些磁體1、11的磁致伸縮常數(shù)是彼此不同的，故檢測部K1、K2中的感應(yīng)系數(shù)變化也是彼此不同的，所以，檢測線圈3、13中因感應(yīng)系數(shù)變化的不同而產(chǎn)生的電壓V1、V2也有彼此不同的值。
檢測線圈3、13中所產(chǎn)生的電壓V1、V2受環(huán)境狀態(tài)(溫度或濕度)等的影響，但是，在本實施例的檢測裝置中，可將電壓V1、V2之差(V2-V1)檢測為輸出差ΔV，以便能在不受環(huán)境狀態(tài)等的影響的情況下檢測到載荷P。
此外，在本實施例中還能獲得與在實施例1中相同的效果，由于精度高，故可以有較大的放大系數(shù)，并且，可將普通材料用作磁體1、11以代替昂貴的超磁致伸縮材料，因此，可以進一步減少所述裝置的成本。
盡管可將具有不同磁致伸縮常數(shù)的材料用于磁體1、11以作為用于產(chǎn)生檢測部K1、K2中感應(yīng)系數(shù)變化之差的裝置，但是，也可以使用具有不同磁導(dǎo)率的材料，或者，可以使用通過熱處理、表面處理(電鍍、碳化、氮化處理等)或加工硬化(噴丸硬化等)而導(dǎo)致的具有不同硬度的相同材料(例如，一種材料經(jīng)過處理，另一種材料不經(jīng)過處理)。
此外，如圖3所示，可將磁體1、11和檢測線圈3、13包封在一個成整體的磁屏蔽外罩4內(nèi)。在這種情況下，可以進一步減少重量并使尺寸變得較小，從而使部件數(shù)量較少并降低成本。
實施例3以下參照圖4說明本發(fā)明的實施例3。圖4是顯示該實施例的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖，在圖4中，也略去了所說的磁化線圈和信號處理器電路。
這一實施例的載荷裝置也設(shè)置成以串聯(lián)的方式垂直地設(shè)置有兩個檢測部K1、K2，這兩個檢測部被一個由非磁性材料制成的外罩10所覆蓋。但是，提供了一個為檢測部K1、K2所共用的磁體1。對磁體1的位于檢測部K1一側(cè)的部分1a作局部的熱處理。磁體1的這一部分1a可僅包括表面。
在如上所述那樣對磁體1的一部分1a作熱處理時，該部分1a的金屬結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，從而使該部分1a的磁導(dǎo)率不同于其它部分的磁導(dǎo)率，這就與使用了兩個具有不同磁導(dǎo)率的磁體有同樣的效果。所以，與上述實施例2相類似，由于檢測線圈3、13中所產(chǎn)生的電壓V1、V2之差(V2-V1)被檢測為輸出差ΔV，故可在不受環(huán)境狀態(tài)等的影響的情況下高精度地檢測出直接作用于磁體1的載荷P。
此外，在本實施例中使用了一個單個的磁體1，從而能確保有較高的檢測精度。
另外，如圖5所示，可將磁體1和檢測線圈3、13包封在一個成整體的磁屏蔽外罩4內(nèi)。在這種情況下，可以進一步減少重量并使尺寸變得較小，從而使部件數(shù)量較少并降低成本。
實施例4
以下參照圖6說明本發(fā)明的實施例4。圖6是顯示該實施例的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖，在圖6中，也略去了所說的磁化線圈和信號處理器電路。
這一實施例的載荷裝置也設(shè)置成以串聯(lián)的方式垂直地設(shè)置有兩個檢測部K1、K2，這兩個檢測部被一個由非磁性材料制成的外罩10所覆蓋，但是，提供了一個為檢測部K1、K2所共用的磁體1，并且，局部地減小了磁體1的位于檢測部K1一側(cè)的部分1a的直徑。
在減小磁體1的一部分1a的直徑時，由載荷P所導(dǎo)致的部分1a上的應(yīng)力會變得比其它部分的應(yīng)力大，這就與使用了兩個由不同材料(磁致伸縮常數(shù))構(gòu)成的磁體有同樣的效果。所以，與上述實施例2、3相類似，由于檢測線圈3、13中所產(chǎn)生的電壓V1、V2之差(V2-V1)被檢測為輸出差ΔV，故可在不受環(huán)境狀態(tài)等的影響的情況下高精度地檢測出直接作用于磁體1的載荷P。
此外，在本實施例中也使用了一個單個的磁體1，從而能確保有較高的檢測精度。
另外，如圖7所示，可將磁體1和檢測線圈3、13包封在一個成整體的磁屏蔽外罩4內(nèi)。在這種情況下，可以進一步減少重量并使尺寸變得較小，從而使部件數(shù)量較少并降低成本。
實施例5以下參照圖8說明本發(fā)明的實施例5。圖8是顯示該實施例的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖，在圖8中，也略去了所說的磁化線圈和信號處理器電路。
這一實施例的載荷裝置也設(shè)置成以串聯(lián)的方式垂直地設(shè)置有兩個檢測部K1、K2，這兩個檢測部被一個由非磁性材料制成的外罩10所覆蓋，但是，檢測部K1、K2是完全獨立的，并且，作用于檢測部K1的磁體1的載荷P不會作用于檢測部K2的磁體11。
所以，在本實施例的載荷檢測裝置中，載荷P僅作用于檢測部K1中的磁體1，因此，檢測部分K2起一空載體的作用，以便補償因環(huán)境狀態(tài)等的差異所造成的檢測誤差，從而，由于檢測線圈3、13中所產(chǎn)生的電壓V1、V2之差(V2-V1)被檢測為輸出差ΔV，故可在不受環(huán)境狀態(tài)等的影響的情況下高精度地檢測出直接作用于磁體1的載荷P。
此外，在本實施例中，可將同樣的材料用于磁體1、11，從而可進一步地降低成本。
如圖9所示，可將磁體1、11和檢測線圈3、13包封在一個成整體的磁屏蔽外罩4內(nèi)。在這種情況下，可以進一步減少重量并使尺寸變得較小，從而使部件數(shù)量較少并降低成本。
另外，如圖10所示，可彼此獨立地設(shè)置檢測部K1、K2。在這種情況下，只需將檢測部K1設(shè)置在實際接收載荷的位置，這就能使得尺寸減半，從而改善安裝的自由度。
實施例6以下參照圖11和12說明本發(fā)明的實施例6。圖11是顯示該實施例的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖12是顯示上述載荷檢測裝置的信號處理器電路的結(jié)構(gòu)的框圖。
如圖11所示，這一實施例的載荷裝置設(shè)置成以彼此相對的方式將兩個檢測部K1、K2設(shè)置在一固定板40上，一設(shè)置在可橫向移動的移動板41的底面上的突出部41a與檢測部K1、K2中的磁體1、11的一端相接觸。在圖11中，標號3、13表示檢測線圈，標號4、14表示屏蔽外罩，檢測線圈3、13分別被磁化電路(未示出)所磁化。
在本實施例的載荷檢測裝置中，可檢測出沿向左和向右方向之一作用于移動板41的載荷P。也就是說，如圖12所示，在整流器電路7、17對來自檢測部K1、K2的輸出(電壓)V1、V2進行整流，并在平滑電路12、22中使該電壓變得平滑，然后將該電壓輸入到差分放大器電路8中，在該差分放大器電路中，確定并放大所述電壓的差值ΔV(＝V2-V1)以便輸出。根據(jù)該輸出結(jié)果計算出沿向右和向左方向作用于可移動板41的載荷P。
在如上所述的實施例中，用簡單的結(jié)構(gòu)就可檢測出沿向右和向左方向的載荷P，并且，還可獲得與前述實施例1-5同樣的效果。
如圖13所示，可采用這樣一種結(jié)構(gòu)，其中，在固定板40上以彼此相對且獨立的方式設(shè)置有兩個檢測部K1、K2，設(shè)置在可橫向移動的移動板41的底面上的兩個突出部41a中的各個突出部與檢測部K1、K2中的各個磁體1、11相接觸。在這種情況下，如圖14所示，可將上述移動板分成兩部分。
另外，如圖15和圖16所示，可在固定板40上以彼此相對的方式設(shè)置有四個檢測部K1、K2、K3、K4，以可傾斜方式設(shè)置在這些檢測部的中心的桿狀杠桿42與檢測部K1-K4中的磁體1、11、1′、11′的一端相接觸，因此，杠桿42可構(gòu)成一操縱桿。
在上述結(jié)構(gòu)中，由于能檢測到來自相對向的檢測部K1、K2與相對向的檢測部K3、K4的輸出信號之差，故可以分別檢測到橫向和縱方向上的分力P1、P2，從而，可根據(jù)這些呈矢量形式的分力P1、P2確定作用于杠桿42的載荷P的大小與方向。
實施例7以下參照圖17說明本發(fā)明的實施例7。圖17是顯示該實施例的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖。
這一實施例的載荷裝置固定在固定板40上并包括兩個檢測部K1、K2，它們設(shè)置成一共用的實心桿狀磁體1包封在檢測線圈3、13的軸心內(nèi)，所述檢測線圈則共軸地設(shè)置在一共用的磁屏蔽外罩4內(nèi)。在這一載荷檢測裝置內(nèi)，磁屏蔽外罩4接收磁體1的兩端，與可橫向移動的移動板41的底面相連的平板43位于磁體1的中心部分處。
在本實施例的載荷檢測裝置中，當沿向右或向左方向的載荷P作用于移動板41時，載荷P就會通過平板43作用于磁體1的上述中心部分，從而擠壓(位于檢測部K1一側(cè)的)左半邊或(位于檢測部K2一側(cè)的)右半邊，因此，與前述實施例6相類似，可以檢測出沿兩個方向作用于移動板41的載荷P。
在本發(fā)明的這一實施例中，由于磁體1接收位于所述中心部分的載荷，所以，如果有沿向左方向的載荷P作用于磁體1，那么，就會有壓載作用于磁體1的左面一半并且沒有載荷作用于右面一半。相反，如果有沿向右方向的載荷P作用于磁體1，那么，就會有壓載作用于磁體1的右面一半并且沒有載荷作用于左面一半。
在如上所述的本實施例載荷檢測裝置中，由于載荷P只作用于(位于檢測部K1一側(cè)的)左半邊或(位于檢測部K2一側(cè)的)右半邊，故未受載荷作用的檢測部K1或K2可起一空載體的作用，以便如在實施例5中那樣補償因環(huán)境狀態(tài)的差異所造成的檢測誤差，并且，由于可將檢測部K1、K2之差檢測為一輸出差，故可在不受環(huán)境狀態(tài)等的影響的情況下檢測出沿向左和向右方向之一作用于移動板41的載荷P。
如圖18所示，如果所述載荷檢測裝置設(shè)置成該載荷檢測裝置中的共用磁體1穿過磁屏蔽外罩4，并且，該磁體的兩端被設(shè)置在固定板40上的突出部40a所接收，那么，由于沒有載荷P作用在磁屏蔽外罩4上，故磁屏蔽外罩4不需要有高機械強度，從而，可在使壁面厚度變薄的情況下減少所述載荷裝置的重量。
如圖19所示，所述載荷檢測裝置設(shè)置成用固定在移動板41上的平板44將該裝置分成檢測部K1、K2，檢測部K1、K2中的磁體1、11的一端被平板44所接收，而另一端則被設(shè)置在固定板40上的突出部40a所接收。在這種情況下，如圖20所示，所述載荷檢測裝置可設(shè)置成將各具有作為單個主體的相同結(jié)構(gòu)的檢測部K1、K2以彼此相共軸且相對的方式設(shè)置在平板44的兩側(cè)。
實施例8以下參照圖21說明本發(fā)明的實施例8。圖21是顯示該實施例的載荷檢測裝置的基本結(jié)構(gòu)的剖面圖。
這一實施例的載荷裝置固定在可橫向移動的移動板41的底面上并包括兩個檢測部K1、K2，它們設(shè)置成一共用的實心桿狀磁體1穿過檢測線圈3、13的軸心，所述檢測線圈則共軸地設(shè)置在一共用的屏蔽外罩4內(nèi)。在這一載荷檢測裝置內(nèi)，磁體1的中心部分固定在磁屏蔽外罩4上，并且，磁體1相對磁屏蔽外罩4側(cè)向突出的兩端分別與設(shè)置在固定板40上的突出部40a相接觸。
在本實施例的載荷檢測裝置中，與前述實施例6相似，可檢測出沿兩個方向作用于移動板41的載荷P。但是，由于磁體1固定在中心部分，所以，如果有沿向左方向的載荷P作用于磁體1，那么，就會有壓載作用于磁體1的右面一半并且沒有載荷作用于左面一半。相反，如果有沿向右方向的載荷P作用于磁體1，那么，就會有壓載作用于磁體1的左面一半并且沒有載荷作用于右面一半。
在如上所述的本實施例載荷檢測裝置中，由于載荷P只作用于(位于檢測部K1一側(cè)的)左半邊或(位于檢測部K2一側(cè)的)右半邊，故未受載荷作用的檢測部K1或K2可起一空載體的作用，以便如在實施例5中那樣補償因環(huán)境狀態(tài)的差異所造成的檢測誤差，并且，由于可將檢測部K1、K2之差檢測為一輸出差，故可在不受環(huán)境狀態(tài)等的影響的情況下檢測出沿向左和向右方向之一作用于移動板41的載荷P。
如圖22所示，可采用這樣的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，所述載荷檢測裝置固定在固定板40上，并且，設(shè)置在移動板41底面上的突出部41a與磁體1穿過該載荷檢測裝置中心部分的兩端相接觸。
另外，如圖23所示，可采用這樣的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，有多個載荷檢測裝置(圖23中作為實例示出了兩個)設(shè)置在固定板40上，并且，設(shè)置在可橫向移動的移動板41、41′底面上的突出部41a、41a′與相應(yīng)磁體1、11穿過該載荷檢測裝置中心部分的兩端相接觸。
在如圖23所示那樣設(shè)置有兩個載荷檢測裝置的情況下，在如圖24的框圖所示的整流器電路7、17、7′、17′內(nèi)分別對來自前述兩個載荷檢測裝置中的檢測部K1、K2、K1′、K2′的輸出(電壓)V11、V12、V21、V22進行整流，并在平滑電路12、22、12′、22′中使上述電壓變得平滑，然后將該電壓輸入到差分放大器電路8、8′中，在該差分放大器電路中，確定并放大電壓差值ΔV1(＝V12-V11)、ΔV2(＝V22-V21)以便輸出。還將差值ΔV1、ΔV2輸入給差分放大器電路18，在該差分放大器電路中，確定并放大所述差值的差值ΔV(＝ΔV1-ΔV2)以便輸出，并根據(jù)該差值ΔV確定出作用于兩個可移動板41、41′的載荷P、P′之差。
應(yīng)用1以下參照圖25說明本發(fā)明載荷檢測裝置的應(yīng)用1。
圖25是摩托車的盤式制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的載荷檢測裝置(如實施例1所示的同一個裝置，在圖25中，用相同的標號表示與圖1中相同的部件)設(shè)置在摩托車的手柄21內(nèi)，磁體1的一端通過接頭5與制動手柄22的中間部分相接觸。
手柄21內(nèi)包含有一信號處理器電路23，它與所述載荷檢測裝置的檢測線圈3相連，信號處理器電路23電連接于控制器24。
另一方面，在圖25中，標號25表示一盤形制動盤，它可同車輪(未示出)一道旋轉(zhuǎn)，所述制動盤的兩側(cè)設(shè)置有卡鉗27，它們用于將襯墊26壓在制動盤25的兩側(cè)上，以形成必要的制動力?？ㄣQ27電連接于控制器24。
當摩托車的騎車人抓持住制動手柄22進行操作時，就將與因騎車人的抓持力而作用于載荷檢測裝置的磁體1的載荷P成比例的輸出信號輸入給信號處理器電路23，在該信號處理器電路中，對所輸入的輸出信號進行處理，從而將其轉(zhuǎn)換成輸入給控制器24的電壓。然后，控制器24計算出載荷并將與載荷P成比例的控制信號輸入給卡鉗27，以便控制該卡鉗進行驅(qū)動，卡鉗27將襯墊26壓在制動盤25的兩面上以形成所需的制動力。
在上述實施中，與騎車人作用在制動手柄22上的抓持力有關(guān)的載荷P可直接被載荷檢測裝置所接收以便進行檢測，因此，可提高對制動器的操作感覺。
此外，信號處理器電路23提供了機械制動系統(tǒng)所無法獲得的制動特性。
應(yīng)用2以下參照圖26和圖27說明本發(fā)明載荷檢測裝置的應(yīng)用2。
圖26是摩托車的加速器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖27是沿圖26中箭頭A方向的圖。本發(fā)明的載荷檢測裝置(如實施例1所示的同一個裝置，在圖26和圖27中，用相同的標號表示與圖1中相同的部件)設(shè)置在摩托車的手柄21內(nèi)，磁體1的接頭5通過滾柱30與杠桿29的一端相接觸，而所述杠桿則與手柄28成整體。
手柄28內(nèi)包含有一信號處理器電路23，它與所述載荷檢測裝置的檢測線圈3相連，信號處理器電路23電連接于控制器24。
另一方面，在圖26中，標號31表示一發(fā)動機，標號32表示一進氣管，它與發(fā)動權(quán)31的進氣系統(tǒng)相連接；進氣管32的中間設(shè)置有一化油器33，進氣管32相對化油器33的上游處設(shè)置有一節(jié)氣閥34。節(jié)氣閥34附近設(shè)置有一啟動器35，它用于開啟/關(guān)閉節(jié)氣閥34，啟動器35電連接于控制器24。
當摩托車的騎車人沿圖27中箭頭方向操縱手柄28時，就通過杠桿29和滾柱30將騎車人的操縱力傳給所述載荷檢測裝置，因此，載荷P會沿軸向方向作用于該載荷檢測裝置的磁體1。然后，將與載荷P成比例的輸出信號從所述載荷檢測裝置輸入給信號處理器電路23，在該信號處理器電路中，對所輸入的輸出信號進行處理，從而將其轉(zhuǎn)換成輸入給控制器24的電壓。然后，控制器24計算出載荷P并將與載荷P成比例的控制信號輸出給啟動器35，從而控制啟動器35進行驅(qū)動，啟動器35用于開啟/關(guān)閉節(jié)氣閥34以控制進入發(fā)動機31的空氣量。
在上述應(yīng)用中，不需要如通常那樣顯著地轉(zhuǎn)動手柄，因此，騎車人不需要扭手腕，從而改善了節(jié)氣操作。
此外，信號處理器電路23提供了機械裝置所無法獲得的節(jié)氣控制，因此，對發(fā)動機31中的混合物的燃燒控制會獲得高輸入功率、低排放、清潔燃燒等。
應(yīng)用3以下參照圖28說明本發(fā)明載荷檢測裝置的應(yīng)用3。圖28是一物體位置檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
本應(yīng)用示出了這樣一個實例，其中，在用于檢測在水平梁36上作線性運動的物體W的位置的裝置中使用了本發(fā)明的載荷檢測裝置(如實施例1所示的同一個裝置)。
本發(fā)明的載荷檢測裝置的檢測部K1、K2支承著梁31的兩端，檢測部K1、K2分別由磁體1、11和檢測線圈3、13以及包封這些組件的磁屏蔽外罩4、14構(gòu)成，磁體1、11的上端通過接頭5、15支承著梁36的兩端。
假定已知兩個檢測部K1、K2之間的距離L并且梁36的重量可以忽略不計，檢測部K1、K2接收物體W的重量P，載荷P1、P2分別作用于檢測部K1、K2中的磁體1、11，并且，載荷P1、P2根據(jù)位置x(距載荷P的加載點的距離)而改變自身數(shù)值，那么，P與P1、P2的關(guān)系就可寫成P＝P1+P2 (1)考慮到物體W的重量P對所述加載點的力矩平衡，有下式P1·x＝P2(L·X)(2)可根據(jù)等式(1)、(2)將物體W的位置x寫成x＝P2·L/(P1+P2) (3)所以，如果載荷檢測裝置中的檢測部K1、K2檢測到了載荷P1、P2，那么，就可根據(jù)等式(3)計算出物體W的位置x。
在已知物體W的重量P(＝P1十P2)時，等式(3)可寫成x＝P2·L/P (3′)那么，如果載荷P2僅被一個檢測部K2檢測到，則可根據(jù)等式(3′)計算出物體W的位置x。
作用于檢測部K1、K2的載荷P1、P2之差ΔP是ΔP＝P1-P2(4)檢測部K1、K2的輸出值之差ΔV是ΔV＝V1-V2(4′)所以，還可將上述電路設(shè)置成能檢測所說的輸出差ΔV。
一般地說，在將軟磁性材料用于磁體1的情況下，如果適當?shù)卦O(shè)定了載荷范圍以及磁化電流/頻率，那么，各個傳感器的輸出(感應(yīng)系數(shù)的變化)就如圖29所示那樣是線性的。另一方面，在用超磁致伸縮材料的情況下，開始時的增長會很大，但隨著載荷的僧加，輸出增加率會逐漸減小。
就利用輸出差的裝置而言，當載荷僅作用于一個傳感器而不作用于另一個傳感器時，其輸出特性與相應(yīng)的各個傳感器的輸出特性相類似，因此，可按與載荷差一一對應(yīng)的方式確定傳感器的輸出差，從而能對所說的系統(tǒng)進行控制。特別是在使用超磁致伸縮材料時，可獲得較大的輸出，從而能提高溫度特性等的精度。此外，不會施加據(jù)認為是不利于機械強度的拉伸應(yīng)力，因此，能獲得較廣的載荷范圍。
還有，在有輸出差的情況下，當有大載荷作用于一個傳感器并有小載荷作用于另一個傳感器時，就軟磁性材料而言，可按與任何載荷范圍內(nèi)的載荷差一一對應(yīng)的方式確定傳感器的輸出差，而就超磁致伸縮材料而言，輸出的增加率會因載荷范圍的不同而不同，結(jié)果，對各個載荷范圍來說，載荷差是不同的。
依照前述內(nèi)容，適當?shù)卦O(shè)定用于磁體1的磁性材料和工作傳感器的結(jié)構(gòu)或構(gòu)成以及諸如載荷范圍和磁化電流/頻率之類的控制量，因此，可按與等式(4)中的ΔP一一對應(yīng)的方式確定等式(4′)中的ΔV。特別是在使用軟磁性材料時，ΔV的值相對ΔP而言是線性的，如圖31所示，從而，能提高可控性。盡管在圖31中所述輸出的中值是零，但是，也可以用一電路來調(diào)整該中值。
此外，如果圖28所示的物體W是圖32所示的人，那么，利用檢測部K1、K2的輸出信號的和與差可檢測出重量P以及左側(cè)和右側(cè)載荷P1、P2之差，因此，可斷定人在梁36上的姿勢。在這種情況下，可對梁36進行分割。
本發(fā)明的效果從以上的說明中可以清楚地看到，依照本發(fā)明，所述載荷檢測裝置由一實心桿狀磁體以及用于對該磁體進行磁化的線圈構(gòu)成，因此，所述磁體的直徑可以較小，其結(jié)構(gòu)也能得以簡化，從而能提供一種機械強度高、動態(tài)范圍廣、具有較小尺寸、重量輕、成本降低的并易于使用、適于移動的裝置。
此外，依照本發(fā)明，一具有小直徑的磁體設(shè)置在一線圈的軸心處，在該位置處，磁通量的密度為最高，因此，可將對上述磁體進行磁化所需的能量保持為最小并使感應(yīng)系數(shù)也較小，所以，能很容易地提供有利于檢測的高頻驅(qū)力。
再有，依照本發(fā)明，載荷直接作用于一磁體，并且，根據(jù)因載荷所導(dǎo)致的磁體的磁導(dǎo)率的變化而引起的感應(yīng)系數(shù)的變化來檢測所說的載荷，因此，不會有移動伴隨著檢測，從而會提供這樣一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能有較高的直接響應(yīng)率，并易于調(diào)整，有較小的磁滯，且不可能受到磁力的影響。
權(quán)利要求
1.一種具有一檢測部的載荷檢測裝置，此檢測裝置包括一線圈和一實心的桿狀磁體，所述磁體設(shè)置在上述線圈的軸心上，所述載荷檢測裝置的特征在于，上述磁體被前述線圈所磁化，并且，載荷直接作用于上述磁體從而使感應(yīng)系數(shù)發(fā)生變化，因而能檢測出所說的載荷。
2.如權(quán)利要求1的載荷檢測裝置，其特征在于，提供有多個所說的檢測部，這些檢測部用于形成對載荷的感應(yīng)系數(shù)變化的差值，可根據(jù)感應(yīng)系數(shù)變化的差值來檢測出該載荷。
3.如權(quán)利要求2的載荷檢測裝置，其特征在于，用上述檢測部中所使用的相應(yīng)磁體間的磁致伸縮系數(shù)之差來形成上述感應(yīng)系數(shù)變化的差值。
4.如權(quán)利要求2的載荷檢測裝置，其特征在于，用上述檢測部中所使用的相應(yīng)磁體間的應(yīng)力之差來形成上述感應(yīng)系數(shù)變化的差值。
5.如權(quán)利要求2的載荷檢測裝置，其特征在于，用上述檢測部中所使用的相應(yīng)磁體間的熱處理硬度之差來形成上述感應(yīng)系數(shù)變化的差值。
6.如權(quán)利要求2的載荷檢測裝置，其特征在于，用上述檢測部中所使用的相應(yīng)磁體間的磁導(dǎo)率之差來形成上述感應(yīng)系數(shù)變化的差值。
7.如權(quán)利要求1的載荷檢測裝置，其特征在于，可使上述磁體的一部分改變或變形，從而根據(jù)磁體的改變或變形部分與其它部分的感應(yīng)系數(shù)之差來檢測載荷。
8.如權(quán)利要求7的載荷檢測裝置，其特征在于，用于使上述磁體部分地發(fā)生改變或變形的方法是加工硬化、熱處理、表面處理或改變直徑。
9.如權(quán)利要求2的載荷檢測裝置，其特征在于，以彼此共軸且相對向的方式設(shè)置有多個檢測部，并且，確定來自檢測部的輸出信號之差，以便檢測作用于上述各個檢測部內(nèi)的磁體的載荷。
10.如權(quán)利要求2的載荷檢測裝置，其特征在于，以彼此共軸且成整體的方式設(shè)置有多個檢測部，并且，載荷作用于其中心部分，從而能沿多個方向檢測該載荷。
11.如權(quán)利要求2的載荷檢測裝置，其特征在于，以彼此共軸且成整體的方式設(shè)置有多個檢測部，設(shè)置有為上述檢測部所共用的單個磁體，并且，所述磁體固定在中心部分，從而能沿多個方向檢測載荷。
全文摘要
本發(fā)明的載荷檢測裝置具有一檢測部,此檢測部包括一磁化線圈(2)和一實心的杠狀磁體,所述磁體設(shè)置在上述線圈(2)的軸心上,上述磁體(1)被前述磁化線圈(2)所磁化,載荷(P)直接作用于上述磁體(1)從而使感應(yīng)系數(shù)發(fā)生變化,因而能檢測出所說的載荷。所以,依照本發(fā)明,上述裝置的結(jié)構(gòu)能得以簡化,且機械強度高、動態(tài)范圍廣,具有較小尺寸、重量輕、成本降低并易于使用、適于移動。此外,根據(jù)因載荷(P)所導(dǎo)致的磁體(1)的磁導(dǎo)率的變化而引起的感應(yīng)系數(shù)的變化來檢測所說的載荷,因此,不會有移動伴隨著檢測,從而會提供這樣一種結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具有較高的直接響應(yīng)率,并易于調(diào)整,有較小的磁滯,且不可能受到磁力的影響。
文檔編號G01G3/00GK1253622SQ98804428
公開日2000年5月17日 申請日期1998年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月26日
發(fā)明者水野裕, 原延男 申請人:雅馬哈發(fā)動機株式會社