(57)【要約】【課題】測定物体９上に作用する力の測定信号を生成するために測定物体に動作上で接続された測定素子１５、７４を有する変換器８、７３と、互いに独立した測定信号の相互に対応する信号を伝送するように構成された２つの伝送チャネル４、５、１０４、１０５とを備えた力センサを提供する。また、かかる力センサの動作上の信頼性を試験する方法を提供する。【解決手段】力センサの容易な生産を可能にするため及び／又は改善した動作特性を有する力センサを提供するために、伝送チャネルは、各伝送チャネルの出力部のところで伝送した信号が検証され得るように同じ変換器に並列に接続される。試験方法では、試験信号は、試験信号が注入された伝送チャネル及び試験信号が注入されなかった別の伝送チャネルで評価される。別の試験方法では、伝送された信号が比較され、結果が伝送された信号の正確さを評価するために使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定物体（９）上に作用する力の測定信号を生成するために前記測定物体（９）に動作上で接続された測定素子（１５、７４）を有する変換器（８、７３）と、互いに独立した前記測定信号の相互に対応する信号を伝送するように構成された少なくとも２つの伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）とを備えた力センサにおいて、前記伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）は、各伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）の出力部のところで前記伝送信号が検証され得るように、前記同じ変換器（８、７３）に並列に接続されることを特徴とする、力センサ。
【請求項２】
前記変換器（８、７３）が、前記測定物体（９）に動作上で接続された単一の変換器であることを特徴とする、請求項１に記載の力センサ。
【請求項３】
前記測定物体は、前記測定信号が振動錘（９）の加速の結果として前記振動錘（９）上に作用する力を表すように少なくとも１つの振動錘（９）を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の力センサ。
【請求項４】
前記測定物体は、前記測定信号がガス及び／又は液体の圧力及び／又は圧力変化を表すように少なくとも１つの前記ガス及び／又は液体を含むことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の力センサ。
【請求項５】
前記変換器（８、７３）が、前記測定素子（１５、７４）によって生成される前記測定信号を集めるために正電極及び負電極（１６、１７、７６、７７）を備え、前記電極（１６、１７、７６、７７）の各々が、前記伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）の各々に接続されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の力センサ。
【請求項６】
前記伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）のうちの少なくとも１つを前記電極（１６、１７、７６、７７）に接続する少なくとも１つのコネクタ（１８、１９、７８、７９、１１８）が、設けられることを特徴とする、請求項５に記載の力センサ。
【請求項７】
前記変換器（８、７３）が、筐体（７）内に封入され、前記コネクタ（１８、１９、７８、７９、１１８）が、前記筐体（７）の壁に一体化されることを特徴とする、請求項６に記載の力センサ。
【請求項８】
前記伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）の第１のものが、前記測定素子（１５、７４）の一方の端部のところで前記電極（１６、１７、７６、７７）に接続され、且つ前記伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）の第２のものが、前記測定素子（１５、７４）の反対側の端部のところで前記電極（１６、１７、７６、７７）に接続されることを特徴とする、請求項５から７までのいずれか一項に記載の力センサ。
【請求項９】
前記測定素子が、ピエゾ電気測定素子（１５、７４）であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の力センサ。
【請求項１０】
前記ピエゾ電気測定素子（１５、７４）が、ピエゾ電気プレート（７５）の積層体によって構成されることを特徴とする、請求項９に記載の力センサ。
【請求項１１】
前記電極（１６、１７、７６、７７）が、前記ピエゾ電気プレート（７５）の積層体を通る蛇行した経路で延びることを特徴とする、請求項５から８まで及び請求項１０のいずれか一項に記載の力センサ。
【請求項１２】
前記伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）の各々が、信号増幅器（５１、５２）を含むことを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の力センサ。
【請求項１３】
前記信号増幅器（５１、５２）が、前記信号のＤＣ部分を分離するための手段を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の力センサ。
【請求項１４】
試験信号注入装置（６２、６３）が、前記伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）のうちの少なくとも１つに設けられることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の力センサ。
【請求項１５】
前記試験信号注入装置（６２、６３）が、前記信号増幅器（５１、５２）のうちの少なくとも１つの入力部のところに設けられることを特徴とする、請求項１２又は１３及び請求項１４に記載の力センサ。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか一項による少なくとも１つの力センサを備えた、振動エンジン及び／又は回転エンジン、特に航空機エンジン及び／又はガス・タービン用の監視システム。
【請求項１７】
請求項１から１５までのいずれか一項による力センサの動作上の信頼性を試験するための方法において、前記変換器（８、７３）によって生成され且つ前記伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）によって伝送された複数の前記測定信号が、比較され、前記比較の結果が、前記伝送された信号の正確さを評価するために使用されることを特徴とする、方法。
【請求項１８】
請求項１４又は１５に記載の力センサの動作上の信頼性を試験するための方法において、試験信号が、前記試験信号注入装置（６２、６３）によって前記伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）のうちの少なくとも１つへと注入され、前記試験信号は、前記試験信号が注入された前記伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）において及び前記試験信号が注入されなかったもう１つの伝送チャネル（４、５、１０４、１０５）において評価されることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定物体上に作用する力の測定信号を生成するために測定物体に動作上で接続された測定素子を有する変換器、及び互いに独立した前記測定信号の相互に対応する信号を伝送するように構成された少なくとも２つの伝送チャネルを備えた力センサに関する。本発明はまた、少なくとも１つのこのような力センサを備えた振動エンジン及び／又は回転エンジン用の監視システムに関する。本発明はさらに、このような力センサの動作上の信頼性を試験するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような力センサは、ＥＰ０１１６８１０Ａ１から知られる。力センサは、２つのピエゾ電気変換器を備えた加速度計並びに両方の変換器上で作用する共通振動錘及び一方の変換器上でだけ作用する追加の振動錘によって形成される測定物体によって構成される。２つの変換器の感度及びこれらに作用する慣性力は、加速力の作用下で２つの変換器が等しい出力信号を各々が伝えるように選択される。２つの変換器の感度のマッチングに起因して、相互に対応する測定信号を、生成することができ、各変換器用に設けられたそれぞれの伝送チャネルによって伝送することができる。
【０００３】
冗長センサは、非常に高い信頼性が特定の測定のために要求される用途において一般に使用される。冗長測定方法は、測定の信頼性を高めるために、相互に対応する測定信号、特に所与の時間における同じパラメータの測定信号を比較することにある。比較を行うために、両方の信号は、理想的には同じであるべきである。
【０００４】
２チャネル振動測定の特定のケースでは、しかしながら、２つの力センサ、特に２つの加速度計を、エンジン内の正確に同じ点に設置できないという理由で、完全に同じである２つの別個の信号を得ることが非常に困難であることを、経験は示している。この理由のために、ＥＰ０１１６８１０Ａ１による、２つの別々の変換器素子が１つの共通筐体中に組み込まれているいわゆるデュアル加速度計が開発された。この取り組みの冗長性は、共通プレロード・システム、共通振動錘であるが各チャネル用に１つの２つの別々のピエゾ電気変換器素子を含む。測定チェーンの残りのものは、すなわち、伝送ケーブル及び電荷増幅器は、別々であり完全に分離された伝送チャネルとして維持される。
【０００５】
しかしながら、システムがうまく機能するためには、デュアル加速度計の２つの伝送チャネルは、正確にマッチングしなければならない。このマッチングは、感度、周波数応答、キャパシタンス及び共振などの性能特性を含む。マッチングは、しばしば製造することを困難にし、多数のピエゾ電気素子の利用及び長時間を必要とする変換器素子の校正をやはり必要とする。温度応答及び個別の長時間エージングを近いかたちで行うことが、やはり重要である。従って、このようなデュアル加速度計の製造は、非常にコストがかかることがある。信号のミスマッチ又は十分には一致しないマッチングはまた、非常に頻繁に誤ったアラームの原因となる。加えて、このような装置のサイズ及び重量は、優先事項が小さなサイズ及び重量である航空機エンジン上に搭載する際に不利益を示すことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＥＰ０１１６８１０Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上に述べた欠点のうちの少なくとも１つを改善すること並びに初めに扱った力センサのより容易な生産を可能にすること並びに／又はその構造サイズの削減を可能にすること並びに／又は、特に、その動特性及び／若しくは温度応答及び／若しくは周波数応答に関する少なくとも１つの改善した動作特性を有する力センサを提供することが、本発明の目的である。このような力センサの有利な用途を提供することが、本発明のさらなる目的である。特に、動作における既知の力センサの少なくとも１つの欠点を回避することによって、このような力センサの動作上の信頼性を試験するための方法を提供することが、本発明のもう１つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの目的のうちの少なくとも１つが、請求項１による力センサ、請求項１６による監視システム、及び請求項１７及び１８による試験方法によって達成される。従属請求項は、好ましい実施例を規定する。
【０００９】
従って、本発明による力センサでは、少なくとも２つの伝送チャネルは、各伝送チャネルの出力部のところで伝送された信号を検証することができるように、同じ変換器に並列に接続される。このようにして、測定物体上に作用する力に対応する相互に対応する測定信号を、特に所与の時間又は時間間隔で、少なくとも１つの測定物体に動作上で接続されている同じ変換器から伝送チャネルへと供給することができる。このように、両方の伝送チャネルにおける測定信号は、変換器の同じ測定素子から得られるので、測定物体上に作用する力に基づくことが可能である。
【００１０】
これによって、変換器は、好ましくは、単一の測定素子を含むだけである。
【００１１】
これは、必要とする変換器の数を減少させることができ、追加の対応する変換器の性能特性に関する変換器特性のどちらかといえば複雑なマッチングを省くことができるので、力センサの製造コストを減少させることができるという、経済的な利点を有する。特に、変換器の１回の校正だけが必要であり得るので、コストを低下させ、２つのチャネルのミスマッチに起因する生産における不合格品を減少させるという結果をもたらす。さらにその上、センサ・システムの残りの部分に対する変換器性能特性のマッチングを必要としないであろう。特に、変換器内に設けられた測定素子は、特に高品質なものでなくともよい。例えば、任意のピエゾ電気材料を、特に、材料の温度応答において比較的低い精度を有する材料を、使用することができる。
【００１２】
その上、力センサのサイズ及び／又は重量の削減の構造的な利点を、力センサの構成部品の数を減少させることによって実現することができる。本発明による力センサの提案した構造的な特徴はまた、既存のシステムへの容易な改造を可能にすることができ、特に、提案した構造的な特徴を、既に存在する力センサの代わりに適用することができ、センサ及び／又はケーブル配線の形態及び取り付けにおける変更を必要としないはずである。
【００１３】
同時に、測定システムの高い信頼性を、維持する又は高めることさえできる。特に、各伝送チャネル用に別々の変換器を有する冗長性態様をダウングレードしても、これらの伝送チャネル用の共通素子として１つだけの変換器を適用することの動作上の利点によって補償することができる又は改善することさえできることが、本発明の中で認識されている。
【００１４】
これらの動作上の利点は、単一の性能特性、特に、単一の動的挙動、単一の温度応答、等を示す変換器を含むことができることであり、これが、それぞれの伝送チャネルにおける出力信号の完全な比較を可能にする。その上、独立した変換器のために、周波数応答及び／又は共振周波数に関する性能特性の向上を期待することができる。提案した力センサが故障しやすい要素を少ししか含まないので、もう１つの動作上の利点をより高い信頼性及びより長い平均故障時間間隔（ＭＴＢＦ）に見ることができ、ＭＴＢＦは累積動作時間当たりの累積故障数に対応する。
【００１５】
さらなる動作上の利点は、機能の検証可能性及び不具合検出可能性の強化であってもよい。最新の航空宇宙産業及び工業的用途においては、問題となるのは、故障の数ではなく、検出されないで残る故障の数であるので、この利点は、極めて重要である場合がある。特に、事実上故障のすべての原因を、本発明による力センサにおいて検出可能にすることができるが、これは、従来技術のシステムでは不可能である。不具合検出に関して、標準組み込み型試験（ＢＩＴ）システムのライン・モニタリング及びコンタクト・モニタリングを採用することができる。不具合試験のための有利な方法を、さらに下記に記述する。
【００１６】
好ましい構成によれば、少なくとも２つの伝送チャネルに接続された変換器は、測定物体に動作上で接続されている単一の変換器である。より好ましくは、力センサは、１つのこのような変換器を本当に備えるだけである。このようにして、上に既に詳細に説明したように、力センサの生産コスト、重量及びサイズを最小にすることができ、同時に動作上の高い信頼性を実現することができる。
【００１７】
原理的には、少なくとも２つの変換器を力センサ中へと取り込み、各変換器は、測定物体に動作上で接続された測定素子を備え、少なくとも２つのそれぞれの伝送チャネルが各変換器に接続されることによって、１つよりも多くの変換器の冗長性の利点をやはり、少なくとも２つの伝送チャネル用の共通変換器の、上に述べた動作上の利点と組み合わせることもできる。しかしながら、最新の変換器、特にピエゾ電気測定素子に基づく変換器は、処理技術及び製造技術の改善のおかげで非常に信頼性の高い構成部品になってきていることに留意されたい。従って、変換器の冗長性を、重要性の低い要因にすることができる。従来技術のシステムの現場での経験は、しかしながら、故障の大部分が、伝送チャネルにおいて、特にそのコネクタ内及び伝送ケーブル内で生じることを示しており、これは本発明による力センサ・システム内の完全な冗長性を好ましくは残す。
【００１８】
各伝送チャネルの出力部のところでの伝送した信号の検証に関して、様々な可能性が考えられる。第１の好ましい検証方法によれば、伝送した信号は、特に伝送した信号の比較によって、互いに関係付けられる。述べたような比較器回路を、伝送チャネルの出力部のところに又は伝送チャネル内の中間構成要素として設けることができる。測定エラー及び／又は伝送エラーの発生を、次に、比較した伝送信号が上回る所定の差異値に基づいて認識することができる。この方法では、伝送チャネルの完全さの行われている永続的なチェックを行う。
【００１９】
第２の好ましい検証方法によれば、伝送された信号は、期待される信号値に関連して個別に調査される。例えば、既知の測定条件下での測定又は少なくとも１つの試験信号の注入を、伝送された信号のある種の期待値を与えるために使用することができる。試験信号の述べたような検証回路を、各伝送チャネルの出力部のところに又は各伝送チャネル内の中間構成要素として設けることができる。最も好ましくは、両方の検証方法が、本発明による力センサにおいて適用可能である。
【００２０】
好ましくは、各伝送チャネルによって個別に伝送される相互に対応する測定信号は、特に、特定の時間又は時間間隔又は周期的な時間間隔において測定物体上に作用する力と同じパラメータを表すものである。このパラメータは、測定物体の加速度、速度、変位、圧力、又は圧力変化を含むことができる。
【００２１】
第１の好ましい配置によれば、測定物体は、前記測定信号が、振動錘の加速の結果として振動錘上に作用する力を表すような少なくとも１つの振動錘を含む。このようにして、加速度計を実現することができる。このような加速度計は、加速度計が小さなセンサ・サイズを必要とし同時に力測定の非常に高い信頼性を要求する用途領域にしばしば利用されるので、力センサの特に有利な動作分野を構成することができる。
【００２２】
第２の好ましい配置によれば、測定物体は、前記測定信号が、前記ガス及び／又は液体の圧力及び／又は圧力変化を表すような少なくとも１つのガス及び／又は液体を含む。このようにして、圧力変換器を実現することができる。特に、メンブランを、力センサの内側又は外側に配置することができ、このメンブラン上にガス及び／又は液体の圧力及び／又は圧力変化が作用する。好ましくは、変換器の測定素子が、その時にはメンブランに接続される。
【００２３】
好ましくは、特に上記の配置の両方において、変換器は、前記測定素子によって生成される前記測定信号を集めるための正電極及び負電極を備える。従って、測定素子から得られる測定信号を、好ましくはこれらの電極のところで取り出すことができる。好ましくは、各電極は、各伝送チャネルに接続される。
【００２４】
第１の好ましい構成によれば、伝送チャネルは、それぞれの電極のうちの少なくとも１つに実質的に直接接続される。これによって、各伝送チャネルについて、別々の接点が、好ましくは前記電極のうちの少なくとも１つの上に、より好ましくは前記電極の各々の上に形成される。最も好ましくは、伝送チャネルの各々は、それぞれの電極のもう一方の端部に好ましくは接続される。このようにして、センサ筐体の内側の接続部を含む伝送チャネルの基本的に全長にわたって、冗長性を維持することができる。
【００２５】
第２の好ましい構成によれば、伝送チャネルのうちの少なくとも２つが、それぞれの電極に接続され、そこでは伝送チャネルが電極に接続された共通接続ラインを含む。より好ましくは、伝送チャネルは、電極に接続されている共通接続ライン上に共通ノードを有する。好ましくは、共通ノードは、伝送チャネルのおそらく長い距離にわたって冗長性を維持するために、電極にごく近接して設置される。このように、共通接続ラインは、伝送ラインの全長に対して好ましくは比較的短い。特に、共通接続ライン及び／又は共通ノードは、伝送チャネルの伝送ケーブル用の電極とコネクタとの間に及び／又は変換器が配置される筐体の内側に好ましくは配置される。
【００２６】
或いは、コネクタを配線すること及び／又は伝送ケーブルを搭載することを容易にするために、共通接続ラインはまた、伝送チャネルのいくつかの伝送ケーブル用の共通コネクタの内側に及び／又は変換器が配置される筐体の外側に延びることができる。これによって、共通ノードをまた、伝送チャネルのいくつかの伝送ケーブル用の共通コネクタの内側に及び／又は変換器が配置される筐体の外側に配置することができる。その上、共通ノードをまた、伝送チャネルのさらに上流に、特に伝送ケーブル用の共通コネクタのさらに上流に配置することができ、伝送ラインの主要部は、好ましくは２つの完全な冗長伝送チャネルとして依然として形成される。一実例として、伝送ラインの全長の少なくとも３分の２、より好ましくは、伝送ラインの全長の少なくとも９０パーセントは、少なくとも２つの別々の伝送チャネルによって好ましくは形成される。
【００２７】
この第２の好ましい構成では、センサ内部のすべての部品が両方の伝送チャネルに対して共通であるので、好ましくはセンサ自体の冗長性がない。しかしながら、センサ配置のコストは、少ない数の部品を使用するので、低減され、その信頼性が向上する。
【００２８】
信頼性の観点から、コネクタが通常は全体の測定システムの最も弱い部品であることを経験が示すという理由で、測定システムは、好ましくは最少の可能な数のコネクタを含む。しかしながら、測定システムを据え付け且つ維持するための実施上の問題は、ある数のコネクタの存在を要求する。コネクタの比較的低い信頼性についてわかっているので、変換器と電子ユニットとの間の伝送チャネルの試験可能性を提供することが極めて有用であることが、本発明において理解されてきている。
【００２９】
好ましくは、少なくとも１つの伝送チャネルを電極に接続する少なくとも１つのコネクタが設けられる。より好ましくは、それぞれのコネクタが前記伝送チャネルの各々に対して設けられ、このコネクタによって、それぞれの伝送チャネルが前記電極に接続される。これが、コネクタを含む伝送チャネルの完全な冗長性の利点を有することができ、その結果、やはり、コネクタが潜在的な不具合発生源として容易に検証可能である。もう１つの好ましい構成では、共通コネクタが前記伝送チャネル用に設けられ、このコネクタによって、伝送チャネルが前記電極に共通に接続される。これが、伝送チャネルの単純化した配線又は搭載を可能にする。
【００３０】
コネクタは、好ましくは正極及び負極を備える。これらの極の各々は、接続ワイアを介して対応する電極に好ましくは接続される。各伝送チャネルについて、それぞれのコネクタの極に搭載される伝送ケーブルが、好ましくは設けられる。好ましくは、コネクタは、その上に伝送ケーブルを搭載することを容易にするために、変換器の相互に反対の側に配置される。
【００３１】
好ましくは、コネクタは、変換器が封入される筐体の壁に一体化される。より好ましくは、コネクタは、筐体壁を通って延びる。これらのコネクタを、これ以降、フィード・スルー・コネクタと呼ぶ。各伝送チャネルの伝送ケーブルを、筐体の外部からそれぞれのフィード・スルー・コネクタに好ましくは差し込むことができる。このように、伝送チャネルの据え付けを容易にすることができる。好ましくは、測定物体は、筐体内に部分的に又は完全に含まれる。
【００３２】
好ましくは、変換器は、ベース・プレート上に搭載される。ベース・プレート、変換器及び測定物体は、好ましくは直列に配置される。これによって、変換器の測定素子は、ベース・プレートと測定物体との間に好ましくは機械的にクランプされる。特にボルト及びナットを含むプレロード配置が、変換器の機械的なクランプを実現するために好ましくは適用される。特に、変換器とベース・プレート及び／又は筐体壁との間に配置された絶縁プレートによって、変換器は、ベース・プレート及び／又は筐体壁から好ましくは電気的に絶縁される。
【００３３】
好ましい構成によれば、第１の伝送チャネルが、測定素子の一方の端部のところで電極に接続され、第２の伝送チャネルが、測定素子の反対側の端部のところで電極に接続される。これは、変換器に並列な容易にした伝送チャネルの配線、特に、それぞれのコネクタの容易にした配線を可能にする。
【００３４】
好ましくは、変換器の測定素子は、ピエゾ電気測定素子、特にピエゾ電気プレートの積層体によって構成される。このようなピエゾ電気部材から作られた測定素子は、力センサの様々な目的とされる応用領域において、特に、航空機エンジン及び／又はガス・タービンなどの振動エンジン及び／又は回転エンジン用の監視システムの分野において、よく証明され且つ試験されるという利点を有する。原理的には、しかしながら、やはり、測定物体上に加えられる力に敏感な他の測定素子が考えられる。
【００３５】
好ましい構成によれば、電極は、ピエゾ電気プレートの積層体の一方の端部から反対側の端部へとピエゾ電気プレートの積層体を通って延びる。その上、電極は、ピエゾ電気プレートの積層体を通り蛇行した経路で好ましくは延びる。これによって、各電極は、連続して相互接続されるいくつかのコンタクト・プレートによって好ましい構成とされる。コンタクト・プレートは、積層体内の各ピエゾ電気プレートのそれぞれの正に帯電した側又は負に帯電した側の上に好ましくは設置される。これによって、コンタクト・プレートは、これらの間の導電性インターコネクタによって一緒に好ましくは連続して接続され、インターコネクタの各々は、ピエゾ電気プレートの外側面に沿って延びる。電極は、コンタクト・プレート及び導電性インターコネクタの遷移領域のところで好ましくは曲げられて、ピエゾ電気プレートの積層体を通って延びる電極の蛇行した形状を形成する。伝送チャネルへの、特にそれぞれのコネクタへの電気的コンタクトは、蛇行した電極の各端部のところに好ましくは設けられる。
【００３６】
好ましくは、各伝送チャネルは、信号増幅器を含む。各信号増幅器は、変換器が中に配置される筐体から外側のそれぞれの伝送チャネル内に好ましくは含まれる。より好ましくは、それぞれの信号増幅器は、各伝送チャネルの出力部のところに配置される。好ましくは、信号増幅器は、単一の電子ユニット内に含まれる。その上、信号増幅器は、それぞれの伝送チャネルのコネクタ及び／又は伝送ケーブルを介して変換器に好ましくは接続される。好ましくは、信号増幅器は、ＤＣデカップリング手段、フィルタ、積分器及びグランドに対して完全にフローティングの入力部を与えるための手段のうちの少なくとも１つを含む。これらの構成要素、中でも最も注目すべきはＤＣデカップリング手段が、信号増幅器の出力部のところで所望の品質の信号を供給するため、特に、高精度の測定値を供給するため及び／又は下記にさらに詳細に述べる方法でセンサ信頼性の試験を可能にするためには不可欠であることが、見出されている。好ましくは、ＤＣデカップリングは、信号増幅器の正の入力部及び負の入力部のところに設置されたシリアル・キャパシタによって実現される。
【００３７】
好ましくは、少なくとも１つのシリアル・スイッチが、信号増幅器の選択的な適用を可能にするために、少なくとも１つの信号増幅器の入力部の前に、好ましくは各信号増幅器の入力部の前に配置される。これは、不具合箇所検出のさらなる改善に寄与することができる。
【００３８】
好ましくは、試験信号注入器が、伝送チャネルのうちの少なくとも１つの中に設けられる。試験信号注入器は、それぞれの伝送チャネルの信号増幅器の入力部のところに好ましくは設けられる。
【００３９】
第１の好ましい構成によれば、試験信号注入器は、伝送チャネルのうちの１つだけに含まれる。本発明による力センサでは、単一の試験信号注入器のこのような配置は、潜在的な不具合発生源に関してそれぞれの伝送チャネルを試験するだけでなく、このような試験信号注入器が設けられていない他の伝送チャネルもまた、及び下記に詳細に述べるように、全体の力センサの本質的に内部の他の潜在的な不具合発生源もまた試験することを可能にすることができる。従って、本発明による力センサ内の単一の試験信号注入器の配置は、必要な構成要素の数を都合よく削減することによって、高い信頼性基準を与えることができる。
【００４０】
第２の好ましい構成によれば、それぞれの試験信号注入器は、少なくとも２つの伝送チャネル内に含まれる。試験信号注入器のこのような冗長性によって、信頼性基準を、さらに強化することができ、潜在的な不具合発生源の位置関係決定を、さらに容易にすることができる。好ましくは、試験信号注入器は、それぞれの伝送チャネルの信号増幅器の入力部のところに設けられる。
【００４１】
好ましくは、試験信号注入器は、少なくとも１つの信号発生器及び少なくとも１つの信号コンバータ、特にキャパシタを備え、信号発生器によって生成される試験信号を、伝送チャネル中へと供給することができる対応する電荷へと変換する。より好ましくは、試験信号注入器は、少なくとも１つの信号インバータをさらに備え、信号発生器によって生成されたものと同じであるが反転した試験信号を作り出し、これをやはり、伝送チャネル中へと供給することができる。
【００４２】
従って、本発明はまた、上に記述したような少なくとも１つの試験信号注入器を含む試験ユニットを備え、上に記述した方式で力センサ内に含まれる。
【００４３】
従って、本発明は、少なくとも１つの試験信号注入器を備えた力センサの動作上の信頼性を試験するための第１の方法をさらに含む。本試験方法は、試験信号が試験信号注入器によって少なくとも１つの伝送チャネル中へと注入されるステップを好ましくは含む。好ましくは、試験信号は、それぞれの伝送チャネルの信号増幅器の入力部のところに注入される。好ましくは、試験信号は、信号発生器によって生成され、信号コンバータによって、特に１つ又は複数の注入キャパシタによって注入される。
【００４４】
好ましくは、試験方法は、試験信号が注入された伝送チャネル内で試験信号が評価されるステップをさらに含む。これによって、試験信号は、好ましくは信号増幅器を通過し、それぞれの伝送チャネル内の信号増幅器の出力部のところに出力信号として現れる。好ましくは、この出力信号は、試験信号によってトラバースされている少なくとも１つの構成要素、特に信号増幅器の伝送特性を確認するために使用される。
【００４５】
好ましくは、試験方法は、試験信号が注入されなかったもう１つの伝送チャネルにおいて、試験信号が評価されるステップをさらに含む。これによって、特に、試験信号が、伝送チャネルの信号増幅器の入力部のところに注入されているときに、試験信号は、好ましくは、試験信号が力センサの変換器の方向に注入されている伝送チャネルをトラバースする。試験信号は、次に、変換器に、好ましくは並列接続で接続された他の伝送チャネルに好ましくは入る。これによって、試験信号は、好ましくはやはり変換器を通過する。
【００４６】
他の伝送チャネルへの転送処理の後で、試験信号は、他の伝送チャネル内の信号増幅器に好ましくは伝送される。最終的に、試験信号は、好ましくは試験信号が始めに注入されなかった他の伝送チャネルの信号増幅器の出力部のところに出力信号として現れる。好ましくは、この出力信号は、これにより、試験信号によってトラバースされた構成要素、特にそれぞれの信号増幅器並びに／又はそれぞれの伝送ラインの一方若しくは両方及び／又は変換器の伝送特性を確認するために使用される。
【００４７】
このようにして、一方の伝送チャネルへの試験信号の注入は、好ましくは、各信号増幅器における対応する出力信号に基づいて力センサの実質的にすべての構成部品が完璧に機能することを確認することを可能にする。各信号増幅器のさらに上流の残りの伝送ラインにおけるこれらの出力信号の確認によって、残りの伝送ラインにおけるこのような出力信号の他の利用者の伝送特性を、やはり試験することができるはずである。
【００４８】
このように、測定信号の伝送ラインにおける故障の実質的にすべての発生源を、本発明による力センサにおいて、特に、上に記述した方法を適用することによって検出可能にすることができる。対照的に、従来技術のシステムは、試験信号が注入された伝送チャネルの点からさらに上流に配置されている構成要素の伝送特性の検証を本当に可能にするだけである。その結果、力センサの変換器及び伝送チャネルの残りの部品などの試験信号注入から下流の従来技術のシステム中に含まれる少なくとも一部の構成要素を、従って検証することができない。本発明によって大部分を削減する又は削除することさえできるそれらの検証不可能な不具合発生源は、最新の航空宇宙用途及び工業的用途における主要な関心事である。
【００４９】
本発明は、力センサの動作上の信頼性を試験するための第２の方法をさらに含む。その方法では、変換器によって生成され且つ伝送チャネルによって別々に伝送された測定信号は、好ましくは互いに比較される。これによって、測定信号は、単一の変換器だけによって好ましくは供給される。この比較の結果は、次に信号の正確さを評価するために好ましくは使用される。好ましくは、信号は、それぞれの信号増幅器によって信号の比較の前に別々に増幅される。
【００５０】
第１の試験方法及び／又は第２の試験方法は、通常の測定条件下で力センサを動作させる前に及び／又は動作中に好ましくは適用される。これによって、通常の力センサ動作中には第２の試験方法は、変換器に接続された第１の伝送チャネルの出力と第２の伝送チャネルの出力との永続的な比較を好ましくは含む。好ましくは、２つの伝送チャネルの所定の差を超えるときには、アラームがトリガされる。好ましくは、不具合認識及び不具合箇所検出の２つの異なる方法が結局はより高い動作信頼性を生むことができるので、力センサは、第１の試験方法及び第２の試験方法の両方を動作させるように構成される。
【００５１】
本発明はまた、上に記述したような少なくとも１つの力センサが含まれる振動エンジン及び／又は回転エンジン、特に航空機エンジン及び／又はガス・タービン用の監視システムを含む。これによって、力センサは、監視しようとするエンジン又は他の構造物に好ましくは直接搭載される。力センサの好ましい搭載は、特に、変換器が上に搭載される力センサのベース・プレートを貫通するボルトによる固定を含む。
【００５２】
本発明は、図面を参照して好ましい実施例の手段によって、以降により詳細に説明され、図面は、本発明のさらなる特性及び利点を図示する。図、説明、及び特許請求の範囲は、当業者が、やはり別々の予想することができ、さらに適切な組み合わせで使用することができる組み合わせで、多数の特徴を含む。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施例による加速度計の模式的表示図である。
【図２】第２の実施例による加速度計の感知ユニットの模式的表示図である。
【図３】図２に示した加速度計の感知ユニット中のピエゾ電気変換器の詳細図である。
【図４】第３の実施例による加速度計の模式的表示図である。
【図５】図１、図２及び図４に示した加速度計中へとやはり組み込むことができる電子ユニットの模式的表示図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１は、加速度計の形態での力センサ１を示す。加速度計１は、感知ユニット２及び感知ユニット２からの測定値を表す出力信号を伝えるための電子ユニット３を備える。感知ユニット２及び電子ユニット３は、２つの伝送チャネル４、５を介して相互接続され、これによって相互に対応する測定信号を、感知ユニット２から電子ユニット３へと伝送することができる。
【００５５】
感知ユニット２は、ベース・プレート６を含み、この上に、感知ユニット２を、特にボルトによって監視しようとするエンジン又は他の構造物上に搭載することができる。ベース・プレート６の搭載面の反対側には、筐体７が配置される。筐体７内部には、ピエゾ電気変換器８が、ベース・プレート６上に配置される。ピエゾ電気変換器８上には、振動錘９が配置される。このように、ベース・プレート６、ピエゾ電気変換器８及び振動錘９の直列配置が形成される。
【００５６】
ピエゾ電気変換器８は、ベース・プレート６及び振動錘９からはこれらの間に配置したそれぞれの絶縁プレート１０、１１によって電気的に絶縁される。ベース・プレート６、絶縁プレート１０、ピエゾ電気変換器８、絶縁プレート１１及び振動錘９の直列配置は、プレロード固定法によって機械的にしっかりと留められる。プレロード固定法は、前記直列配置の中心を通って延びるボルト１２及び振動錘９上のナット１３を含む。
【００５７】
ピエゾ電気変換器８は、ピエゾ電気測定素子１５によって生成される測定信号を集めるための正電極１６と負電極１７との間に配置されたピエゾ電気測定素子１５を備える。振動錘９は、振動錘９の加速の結果としての振動錘９上に作用する力を表す測定信号を、測定素子１５内で生成することができる方法でピエゾ電気測定素子１５に動作上で接続される測定物体を、このように構成する。
【００５８】
筐体７中へと一体化されたものには、２つの電気的に分離されたフィード・スルー・コネクタ１８、１９が含まれる。フィード・スルー・コネクタ１８、１９は、筐体７の壁を横並びで貫通する。各フィード・スルー・コネクタ１８、１９は、正極２０、２１及び負極２２、２３を含む。各フィード・スルー・コネクタ１８、１９の正極２０、２１は、筐体７の内側でそれぞれの正の接続ワイア２４、２５を介してピエゾ電気変換器８の正電極１６に接続される。対応して、各フィード・スルー・コネクタ１８、１９の負極２２、２３は、筐体７の内側でそれぞれ負の接続ワイア２６、２７を介してピエゾ電気変換器８の負電極１７に接続される。
【００５９】
正の接続ワイア２４、２５は、ピエゾ電気変換器８の正電極１６にごく近接した共通ノード２８のところで交わる。負の接続ワイア２６、２７は、ピエゾ電気変換器８の負電極１７にごく近接した共通ノード２９のところで交わる。共通ノード２８、２９から、それぞれの共通コネクタラインが、それぞれ正電極１６及び負電極１７まで導く。このようにして、フィード・スルー・コネクタ１８、１９は、ピエゾ電気変換器８に並列に接続される。
【００６０】
それぞれの伝送チャネル４、５は、伝送ケーブル３１、３２をさらに含む。各伝送ケーブル３１、３２は、正の信号ライン３３、３４及び負の信号ライン３５、３６を含む。正の信号ライン３３、３４が正極２０、２１と電気的に接触し、負の信号ライン３５、３６が負極２２、２３と電気的に接触するような方法で、各伝送ケーブル３１、３２は、フィード・スルー・コネクタ１８、１９中に差し込まれる。
【００６１】
電子ユニット３は、２つの実質的に同一のサブユニット４１、４２を備える。サブユニット４１、４２は、正の信号入力部４３、４４及び負の信号入力部４５、４６をそれぞれ備え、これらは伝送ケーブル３１、３２のそれぞれの信号ライン３３、３４、３５、３６に接続される。サブユニット４１、４２は、それぞれ信号出力部６５、６６をさらに備え、その上に各伝送チャネル４、５用の出力信号が与えられる。このようにして、ピエゾ電気変換器８によって生成された相互に対応する測定信号を、それぞれの伝送ケーブル３１、３２を介して各サブユニット４１、４２に伝送することができ、それぞれの信号出力部６５、６６を介して各サブユニット４１、４２から出力信号として伝えることができる。２つの区別された信号進路が、図１中に文字Ａ及びＢによって示される。
【００６２】
この取り組みの冗長性は、共通ピエゾ電気変換器素子８、プレロード・ボルト１２及びナット１３によって構成される共通プレロード・システム、共通振動錘９及び共通筐体７並びにベース・プレート６を含むが、各チャネルＡ及びＢに対して１つの、２つの別々のフィード・スルー・コネクタ１８、１９を除く。従って、加速度計１は、変換器素子８に並列に接続された２つの出力コネクタ１８、１９を有する１つの単一ピエゾ電気変換器素子８によって特徴付けられる。
【００６３】
感知ユニット２が振動すると、振動錘９の慣性力は、作用する慣性力及びこれによって感知ユニット２が受ける加速度に対応する電荷を、ピエゾ電気効果を介して生成する共通ピエゾ電気変換器８上に作用するであろう。電荷は、チャネルＡ及びＢの別々のフィード・スルー・コネクタ１８、１９の両方に現れるであろう。
【００６４】
電荷信号は、次に電子ユニット３へ伝送ケーブル３１、３２によって搬送される。電子ユニット３のサブユニット４１、４２は、それぞれの信号増幅器５１、５２を各々備える。単純化のために、これらの電荷増幅器５１、５２は、図１では非常に基本的な配線略図によって記号を用いて表されるが、ＤＣデカップリング手段、フィルタ、積分器、グランドに対して完全にフローティングである入力を与えるための手段、等を含み、非常に精巧であり得る。前記ＤＣデカップリング手段は、図１、図４及び図５に示した電荷増幅器５１、５２の正入力部及び負入力部の両方に置かれたシリアル・キャパシタから特に構成することができる。これによって、電荷増幅器５１、５２が電気的に並列に接続されるピエゾ電気変換器素子８、７３とともに、電荷増幅器５１、５２の得られる入力インピーダンスが、ピエゾ電気変換器素子８、７３によって生成される電荷に関する電荷分割器として働くような方法で、シリアル・キャパシタは、好ましくは設けられる。
【００６５】
各信号増幅器５１、５２の入力部のところには、試験信号を注入することを可能にする試験信号注入装置６２、６３が設けられる。各試験信号注入装置６２、６３は、一対の注入キャパシタ５３、５４及び５５、５６、信号発生器５７、５８並びにインバータ５９、６０を備える。試験信号は、それぞれの信号発生器５７、５８によって生成される。同じであるが反転された信号が、それぞれのインバータ５９、６０によって作り出される。キャパシタ５３、５４、５５、５６は、試験信号電圧を対応する電荷へと変換する。
【００６６】
試験の方法は、信号発生器５７によって生成された試験信号を、チャネルＡの電荷増幅器５１の入力部のところに注入キャパシタ５３、５５手段によって注入することで構成される。試験信号は、電荷増幅器５１を通過し、チャネルＡの電荷増幅器５１の出力部のところに出力信号として現れる。この出力信号を確認することによって、電荷増幅器５１の伝送特性が、完璧に機能するものであることを検査することができる。
【００６７】
信号発生器５７によって生成され且つキャパシタ５３、５５によって注入された試験信号はしかも、電荷増幅器５１の入力部から伝送ケーブル３１を通り感知ユニット２に向けて伝送され、コネクタ１８を介して感知ユニット２に入るであろう。２つの伝送チャネル４、５、特に２つのコネクタ１８、１９が、ピエゾ電気変換器８に並列に接続されるので、試験信号はまた、信号進路Ｂ用の感知ユニット２の出力部のところに、すなわちコネクタ１９のところに現れるであろう。そこから、試験信号は、サブユニット４２の電荷増幅器５２の入力部へ伝送ケーブル３２を通って通過し、次に電荷増幅器５２を通過し、最終的にチャネルＢの電荷増幅器５２の出力部のところに出力信号として現れる。この出力信号を確認することによって、電荷増幅器５２の伝送特性が、完璧な機能であるものであることを検査することができる。出力信号の利用者により信号進路Ａ及びＢのさらに上流の試験信号を確認することによって、残りの伝送ラインを、やはり試験することができる。
【００６８】
図２は、本発明による加速度計の感知ユニット７２の第２の実施例を描く。図１に示した感知ユニット２のそれぞれの構成部品に直接対応する感知ユニット７２の構成要素を、同じ参照符号によって示す。
【００６９】
感知ユニット７２のピエゾ電気変換器７３は、感知ユニット２中のピエゾ電気変換器８に照らして相応に配置される。ピエゾ電気変換器７３は、多数のピエゾ電気プレート７５によって構成された測定素子７４を備える。一実例として、図２は、測定素子７４中に含まれる５つのピエゾ電気プレート７５を示す。しかしながら、任意の別の数のピエゾ電気プレート７５を、測定素子７４中に含むことができる。ピエゾ電気プレート７５は、互いに上に積み重ねられる。対応する帯電した側が互いに隣り合うような方法で、ピエゾ電気プレート７５は積み重ねられる。
【００７０】
ピエゾ電気変換器７３は、正電極７６及び負電極７７をさらに含む。ピエゾ電気プレート７５の間には、ピエゾ電気プレート７５の積層体を通る蛇行した経路でピエゾ電気プレート７５の実質的にすべての正に帯電した側に沿って延びる正電極７６が、設けられる。同様の方式で、ピエゾ電気プレート７５の積層体を通る蛇行した経路でピエゾ電気プレート７５の実質的にすべての負に帯電した側に沿って延びる負電極７７が、設けられる。このようにして、正電極７６及び負電極７７は、実質的に測定素子７４の第１の端部から測定素子の第２の端部へとピエゾ電気プレート７５の積層体を通って蛇行する。
【００７１】
２つのフィード・スルー・コネクタ７８、７９は、筐体７の壁の中に一体化される。各コネクタ７８、７９は、正極８０、８１及び負極８２、８３を含む。従って、図２に示したコネクタ７８、７９を通る２つの異なる信号進路Ａ、Ｂは、図１に示した加速度計１の信号進路Ａ、Ｂに対応する。２つのコネクタ７８、７９を筐体７の２つの反対側の側面上に示したが、コネクタ７８、７９をまた、同一場所に配置する又は電気的に分離されたコンタクト極８０、８２及び８１、８３を有する１つのコネクタへと物理的に一体化することができる。
【００７２】
コネクタ７８、７９の正極８０、８１は、それぞれの正の接続ワイア８４、８５を介して正電極７６に各々直接接続される。これによって、コネクタ７８の正の接続ワイア８４が、正電極７６の第１の端部８８に接続され、他方のコネクタ７９の正の接続ワイア８５が、正電極７６の第２の端部８９に接続される。同様に、コネクタ７８、７９の負極８２、８３は、それぞれの負の接続ワイア８６、８７を介して負電極７７に各々直接接続される。これによって、コネクタ７８の負の接続ワイア８６が、負電極７７の第１の端部９０に接続され、他方のコネクタ７９の負の接続ワイア８７が、負電極７７の第２の端部９１に接続される。このようにして、コネクタ７８、７９が、ピエゾ電気変換器の電極７６、７７の反対側の端部８８、９０及び８９、９１のところでピエゾ電気変換器７３に並列に接続される。
【００７３】
従って、チャネルＡに対応する第１のフィード・スルー・コネクタ７８の正極８０及び負極８２は、接続ワイア８４、８６を使用してピエゾ電気プレート７５の積層体の第１の端部８８、９０のところでそれぞれ正電極７６及び負電極７７に接続される。チャネルＢに対応する第２のフィード・スルー・コネクタ７９の正極８１及び負極８３は、接続ワイア８５、８７を使用してピエゾ電気プレート７５の積層体の第２の端部８９、９１のところでそれぞれ正電極７６及び負電極７７に接続される。
【００７４】
これと同様に、チャネルＡにおいて第１のコネクタ７８の負極８２のところに与えられる電気信号は、接続ワイア８６、８７及びすべての対応する接続部を含む負電極７７のチェーン全体が完全である場合には、チャネルＢにおいて第２のコネクタ７９の負極８３へ通過できるだけである。対応する考察を、正電極７６のチェーン全体に適用する。従って、感知ユニット７２の機能をやはり検証するために、図１に関連して上に記述した試験方法を有利なことに適用することができる。
【００７５】
図３は、図２に示した感知ユニット７２内のピエゾ電気変換器７３の模式的な分解図である。ピエゾ電気プレート７５は、円形の表面を有する。正電極７６は、ピエゾ電気プレート７５の表面と一致する正のコンタクト・プレート９５を含む。正のコンタクト・プレート９５は、ピエゾ電気プレート７５の２つの正に帯電した面の間に挟まれる。同様に、負電極７７は、ピエゾ電気プレート７５の表面と一致する負のコンタクト・プレート９６を含む。負のコンタクト・プレート９６は、ピエゾ電気プレート７５の２つの負に帯電した面の間に挟まれる。
【００７６】
それぞれの電極７６、７７のコンタクト・プレート９５、９６は、間に配置された導電性インターコネクタ９７、９８によって直列に相互接続される。各導電性インターコネクタ９７、９８は、ピエゾ電気プレート７５の外側面に沿って延びる。電極７６、７７は、コンタクト・プレート９５、９６と導電性インターコネクタ９７、９８との間のそれぞれの遷移領域のところで曲げられる。このようにして、電極７６、７７の蛇行した経路が形成される。
【００７７】
図３にさらに示したものは、正電極７６及び負電極７７の上側端部８８、９０及び下側端部８９、９１であり、これらに別々の信号チャネルＡ、Ｂが接触する。従って、正電極７６は、各伝送チャネル４、５を別々に接触させるための別々の接点８８、８９を含む。対応して、負電極７７は、各伝送チャネル４、５を別々に接触させるための別々の接点９０、９１を含む。
【００７８】
図４は、本発明による加速度計１０１の第３の実施例を示す。図１に示した加速度計１のそれぞれの構成要素に直接対応する加速度計１０１の構成要素を、同じ参照符号によって示す。
【００７９】
加速度計１０１の感知ユニット１０２は、単一フィード・スルー・コネクタ１１８が筐体７の壁の中に一体化されることだけが、加速度計１の感知ユニット２とは異なる。フィード・スルー・コネクタ１１８の正極１２０は、正の接続ワイア１２４を介して正電極１６と直接接続される。フィード・スルー・コネクタ１１８の負極１２２は、負の接続ワイア１２６を介して負電極１７と直接接続される。
【００８０】
伝送チャネル１０４、１０５のそれぞれの信号ケーブル１３１、１３２は、単一コネクタ１１８に並列に相互接続される。各信号ケーブル１３１、１３２は、正の信号ライン１３３、１３４及び負の信号ライン１３５、１３６を含む。正の信号ライン１３３、１３４は、単一フィード・スルー・コネクタ１１８にごく近接した共通ノード１２８のところで交わる。負の信号ライン１３３、１３４は、単一フィード・スルー・コネクタ１１８にごく近接した共通ノード１２９のところで交わる。共通ノード１２８、１２９から、それぞれの共通コネクタラインが、それぞれコネクタ１１８の正極１２０まで及びコネクタ１１８の負極１２２まで導く。このようにして、伝送チャネル１０４、１０５はやはり、ピエゾ電気変換器１０８に並列に接続される。
【００８１】
図５は、上に記述した電子ユニット３の代わりに適用することができる電子ユニット１４０を示す。図１及び図４に示した電子ユニット３のそれぞれの構成要素に直接的に対応する電子ユニット１４０の構成要素を、同じ参照符号によって示す。
【００８２】
電子ユニット１４０は、２つの実質的に同一のサブユニット１４１、１４２を備える。各サブユニット１４１、１４２の入力部４３、４４及び４５、４６の後に、それぞれシリアル・スイッチ１４５、１４６が配置される。スイッチ１４５、１４６は、加速度計１、１０１内のサブユニット１４１、１４２の、特にサブユニットのそれぞれの信号増幅器５１、５２及び／又は試験信号注入装置６２、６３の選択的な適用を可能にする。従って、サブユニット１４１、１４２の一方だけを、又は両方を、それぞれの伝送ケーブル３１、３２、１３１、１２３に選択的に接続することができる、又は何も接続しないことができる。サブユニット１４１、１４２のこの選択的な適用は、潜在的な不具合箇所の検出をさらに改善することを可能にする。
【００８３】
全体では、本発明の上記の例示的な実施例では、単一変換器素子を有するが２つの別々のコネクタＡ及びＢを有する加速度計を使用するデュアル・チャネル測定システムを、提示してきた。ピエゾ電気変換器素子の個々の（正及び負）電極を、筐体に一体化された２つの別々のフィード・スルー・コネクタに並列に電気的に接続することができる。
【００８４】
１つの好ましい実施例は、正電極及び負電極が積層体の第１の端部から反対側の第２の端部までピエゾ電気プレートの積層体を通って蛇行することで特徴付けられる。第１のフィード・スルー・コネクタＡの正極及び負極を、ピエゾ電気プレートの積層体の第１の端部のところでそれぞれ正電極及び負電極に接続することができ、第２のフィード・スルー・コネクタＢの正極及び負極を、ピエゾ電気プレートの積層体の第２の端部のところでそれぞれ正電極及び負電極に接続することができる。これと同様に、第１のコネクタＡの負極のところに与えられる電気信号は、すべての接続ワイアを含む負電極のチェーン全体が完全である場合には、第２のコネクタＢの負極へ通過できるだけである。同じ理由付けを、正電極に関して適用可能である。
【００８５】
このような例示的な冗長測定システムの残りの部品を、従来技術のシステムに対して同じように保つことができ、多くの部品では同じに保つことができる、即ち、２つの別々の伝送ケーブルを、共通素子デュアル・センサのところでコネクタＡ及びＢに接続することができ、別々の電荷増幅器へと導くことができる。
【００８６】
本発明による例示的な方法は、チャネルＢに対するチャネルＡの出力の永続的な比較を含む。２つのチャネルの所定の差を超えるときには、アラームがトリガされる。
【００８７】
本発明によるような共通素子デュアル・センサ振動感知システムの一実例はまた、電荷増幅器及び測定システムの上流構成要素だけでなく共通素子デュアル・センサを含む電荷増幅器の下流の構成要素をも含む全体の振動感知システムを試験するための組み込み型試験（＝ＢＩＴ）構成を含むことができる。チャネルＡ及びチャネルＢの電荷増幅器の入力部において、試験信号の注入を可能にする手段を設けることができる。チャネルＡの電荷増幅器の入力部のところに個別の校正した電荷信号を注入することによって、ＢＩＴシーケンスを実現することができる。この試験信号は、チャネルＡの電荷増幅器及び残りの上流構成要素を通過することができ、システムの出力部Ａのところで最終的に確認することができる。同じ信号は、注入点から下流へチャネルＡの伝送ケーブルを通って共通素子デュアル変換器へ並びにそこからチャネルＢの伝送ケーブルを上りチャネルＢの電荷増幅器及び残りの上流構成要素を通って通過することができ、システムの出力部Ｂのところで確認することができる。
【００８８】
この試験方法は、チャネルＡ及びチャネルＢのすべての機能部品を含む全体のシステムを試験することを可能にすることができる。ＢＩＴ試験を次に、チャネルＢの電荷増幅器における電荷信号の注入とともに繰り返すことができ、これに応じてチャネルＢ及びチャネルＡの出力部のところで確認することができる。これは全体のシステムを試験するために厳密には必ずしも必要ではないが、故障を検出したケースでは、システムのどの部分で故障を見つけることができるかの、いくつかのさらなる兆候を与える。図５に示した任意選択の構成によれば、電荷増幅器の入力部のところでのシリアル・スイッチの選択的な使用で、故障の潜在的な箇所のさらに精度を高めることが可能である。
【００８９】
デュアル・チャネル加速度計を使用する従来技術のデュアル・システムは、いくつかの共通モード故障、即ち、両方のチャネルＡ及びＢの良い機能を含むはずである故障を有する場合がある。これは、２つのチャネルに共通である部品の故障に起因する。これらの構成部品は、特にデュアル・センサ及び共通錘の筐体並びにプレロード・ボルト及びナットであるが、変換器が設備内に少しでも存在するかどうかという事実でもある。
【００９０】
本発明による共通素子デュアル・センサを使用する本発明による振動感知システムは、従来技術のシステムと比較していくつかの追加の共通モード故障を有することがある。これは、やはりピエゾ電気変換器素子を両方のチャネル用の共通素子とすることができるという事実に起因することがある。本発明によるシステムは、しかしながら、従来技術システムには当てはまらない事実上すべての故障を検出することができるという理由で、従来技術システムよりもはるかに優れている場合がある。
【００９１】
前述の記載から、本発明による力センサ及びその動作上の信頼性を試験するための方法の数多くの修正は、特許請求の範囲によってのみ規定される本発明の保護の範囲から離れずに当業者には明白である。
【符号の説明】
【００９２】
１  力センサ又は加速度計
２  感知ユニット
３  電子ユニット
４  伝送チャネル
５  伝送チャネル
６  ベース・プレート
７  筐体
８  ピエゾ電気変換器
９  測定物体又は振動錘
１０  絶縁プレート
１１  絶縁プレート
１２  ボルト
１３  ナット
１５  ピエゾ電気測定素子
１６  正電極
１７  負電極
１８  フィード・スルー・コネクタ
１９  フィード・スルー・コネクタ
２０  正極
２１  正極
２２  負極
２３  負極
２４  正の接続ワイア
２５  正の接続ワイア
２６  負の接続ワイア
２７  負の接続ワイア
２８  共通ノード
２９  共通ノード
３１  伝送ケーブル
３２  伝送ケーブル
３３  正の信号ライン
３４  正の信号ライン
３５  負の信号ライン
３６  負の信号ライン
４１  サブユニット
４２  サブユニット
４３  正の信号入力部
４４  正の信号入力部
４５  負の信号入力部
４６  負の信号入力部
５１  電荷増幅器又は信号増幅器
５２  電荷増幅器又は信号増幅器
５３  注入キャパシタ
５４  注入キャパシタ
５５  注入キャパシタ
５６  注入キャパシタ
５７  信号発生器
５８  信号発生器
５９  インバータ
６０  インバータ
６２  試験信号注入装置
６３  試験信号注入装置
６５  信号出力部
６６  信号出力部
７２  感知ユニット
７３  ピエゾ電気変換器
７４  測定素子
７５  ピエゾ電気プレートの積層体
７６  正電極
７７  負電極
７８  フィード・スルー・コネクタ
７９  フィード・スルー・コネクタ
８０  正極
８１  正極
８２  負極
８３  負極
８４  正の接続ワイア
８５  正の接続ワイア
８６  負の接続ワイア
８７  負の接続ワイア
８８  第１の端部又は接点
８９  第２の端部又は接点
９０  第１の端部又は接点
９１  第２の端部又は接点
９５  正のコンタクト・プレート
９６  負のコンタクト・プレート
９７  導電性インターコネクタ
９８  導電性インターコネクタ
１０１  加速度計
１０４  伝送チャネル
１０５  伝送チャネル
１１８  フィード・スルー・コネクタ
１２０  正極
１２２  負極
１２４  正の接続ワイア
１２６  負の接続ワイア
１２８  共通ノード
１２９  共通ノード
１３１  信号ケーブル
１３２  信号ケーブル
１３３  正の信号ライン
１３４  正の信号ライン
１３５  負の信号ライン
１３６  負の信号ライン
１４０  電子ユニット
１４１  サブユニット
１４２  サブユニット
１４５  シリアル・スイッチ
１４６  シリアル・スイッチ
Ａ  信号進路又はチャネル
Ｂ  信号進路又はチャネル
【図１】
2014048295.tif 000003
【図２】
2014048295.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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