[发明专利]用于测量力的测量传感器

权利要求书

1.一种用于测量力(F)的测量传感器(1)；该测量传感器具有谐振元件(20)，所述谐振元件可以被激励到至少一个谐振频率；并且该测量传感器具有至少一个力施加元件，在所述力施加元件上施加力(F)，并且所述力施加元件将力(F)传递到所述谐振元件(20)；其中，所述力施加元件(30，30′)是中空体，其具有顶表面(31，31′)、侧表面(32，32′)和空腔(33，33′)，顶表面(31，31′)和侧表面(32，32′)彼此机械地连接并且包围所述空腔(33，33′)；所述谐振元件(20)布置在所述空腔(33，33′)中；所述谐振元件(20)与所述侧表面(32，32′)机械地连接；力(F)施加在所述顶表面(31，31′)上，所述顶表面将力(F)传递到所述侧表面(32，32′)中；所述侧表面(32，32′)具有至少一个留空区域，所述留空区域延伸到空腔(33，33′)并阻止力(F)在所述侧表面(32，32′)中的传递；并且所述侧表面(32，32′)具有至少一个未留空区域，仅所述未留空区域(35，35′)传递力(F)；所述力施加元件(30，30′)在背向所述顶表面(31，31′)的端部上具有基表面(36，36′)；顶表面(31，31′)和基表面(36，36′)通过所述侧表面(32，32′)彼此机械地连接，

其特征在于，所述谐振元件(20)与所述基表面(36，36′)机械连接；所述基表面(36，36′)将力(F)传递到所述谐振元件(20)中；力(F)在所述谐振元件(20)中引起横向应变(Q)，该横向应变(Q)在所述谐振元件(20)中沿着横向方向发生，该横向方向与力方向形成一非零的角度，所述横向应变(Q)的大小与力(F)的大小成比例；并且所述横向应变(Q)产生被激励到所述谐振频率(f)的谐振元件(20)的频率变化(Δf)，该频率变化是力(F)的函数；

所述力施加元件(30，30′)具有一纵轴(AA′)，该纵轴(AA′)从所述顶表面(31，31′)延伸到所述基表面(36，36′)；顶表面(31，31′)和基表面(36，36′)彼此平行地位于横向平面(BC)中；该纵轴(AA′)垂直于该横向平面(BC)；并且所述基表面(36，36′)相对于该纵轴(AA′)的最大距离(B2)大于所述顶表面(31，31′)相对于该纵轴(AA′)的最大距离(B1)；以及

所述力施加元件(30，30′)是中空球区段形的或中空截圆锥形的或中空截棱锥形的；并且施加在所述顶表面(31，31′)上的力(F)在所述谐振元件(20)中引起增大的横向应变(Q)。

2.根据权利要求1所述的测量传感器(1)，其特征在于，所述侧表面(32，32′)的未留空区域(35，35′)与所述基表面(36，36′)形成至少一个力导入角范围。

3.根据权利要求2所述的测量传感器(1)，其特征在于，所述谐振元件(20)是圆柱形的并具有两个端面；所述谐振元件(20)具有一纵轴(AA′)，该纵轴(AA′)垂直于所述端面；所述谐振元件(20)具有至少一个谐振接触区域，所述谐振接触区域(K2，K2′)布置在所述谐振元件(20)的与所述纵轴(AA′)径向间隔开的边缘区域中；并且力(F)施加在所述谐振元件(20)上，在所述谐振接触区域(K2，K2′)中。

4.根据权利要求3所述的测量传感器(1)，其特征在于，所述谐振元件(20)具有振荡区域，该振荡区域接近所述纵轴(AA′)地设置在所述谐振元件(20)的中心区域中；并且所述谐振元件(20)在所述空腔(33，33′)中作为厚度振子或者作为长度或应变振子或者作为弯曲振子或者作为面剪切振子或者作为厚度剪切振子而振荡。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的测量传感器(1)，其特征在于，所述测量传感器(1)具有至少一个压电式传感元件；所述压电式传感元件(10，10′)与所述基表面(36，36′)机械地连接；并且力(F)在所述压电式传感元件(10，10′)的元件表面上产生电极化电荷，所产生的电极化电荷的数量与力(F)的大小成比例。