(57)【要約】用途に応じて最適化された材料で作られた試験対象物に対して正確かつ簡単な非接触負荷測定を実施できるようにするために、本発明が提供する負荷測定装備(16)は、試験対象物(14)と、試験対象物への負荷を測定するための負荷測定装置(12)とを含む。負荷測定装置(12)は、試験対象物(14)の測定領域(11)に磁場を発生させるための磁場生成デバイス(18)と、負荷により変化する磁場パラメータを検出するための第１および第２の磁場検出デバイス(20,22)とを備える。ここで、測定領域(11）に、最大結晶粒サイズが1μm未満である、強磁性アモルファスまたはナノ結晶金属合金で形成された層（13）を備えることを特徴とする。
2021527825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験対象物(14)と、試験対象物の荷重を測定するための負荷測定装置(12)とを含む負荷測定装備(16)であって、負荷測定装置(12)は、試験対象物(14)の測定領域(11)に磁場を発生させるための磁場生成デバイス(18)と、負荷によって変化する磁場パラメータを検出するための第２の磁場検出デバイス(20, 22)とを備えるものにおいて、
測定領域（11）には、最大結晶粒サイズが１μm未満である、強磁性アモルファス金属またはナノ結晶金属から形成された層（13）を備えることを特徴とする負荷測定装備(16)。
【請求項２】
試験対象物(14)は、非強磁性材料から形成されたか、または導電性非強磁性分離層を有する強磁性材料から形成されたボディ(48)を含み、少なくとも測定領域(11)上に、強磁性のアモルファス金属またはナノ結晶金属から形成された層(13)を備えることを特徴とする、請求項１に記載の負荷測定装備(16)。
【請求項３】
ボディ(48)は、ステンレス鋼、アルミニウム、プラスチック、繊維強化プラスチック、ガラス繊維強化樹脂（ＧＲＰ）、及び炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）を含む群から選ばれた非強磁性材料から形成されたか、またはこの非強磁性材料でもって形成されたことを特徴とする、請求項２に記載の負荷測定装備(16)。
【請求項４】
アモルファス金属またはナノ結晶金属は、
4.1 金属ガラスである、および／または
4.2 鉄、ニッケル、コバルト、およびモリブデンの群からの少なくとも一つの金属を含む金属合金である、および／または
4.3 少なくとも一つのガラス形成剤を備えた金属合金である、および／または
4.4 シリコン、ホウ素、およびリンからなる群からの少なくとも一つのガラス形成剤を備えた金属合金である。および／または
4.5 特には、シリコン、ホウ素、およびリンからなる群からの、少なくとも一つのガラス形成剤を2〜30原子パーセント含む金属合金である、
4.5 リン含有量が2〜12重量％、好ましくは5〜9重量％の無電解ニッケルを含むか、または、このような無電解ニッケルである、および／または
4.6 鉄、コバルト、およびニッケルの群からの一つ以上の金属を65〜95原子パーセント、シリコン、ホウ素、およびリンの群からの一つ以上のガラス形成剤を5〜35原子パーセント含む金属合金であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の負荷測定装備（16）。
【請求項５】
5.1アモルファス金属またはナノ結晶金属からの層(13)は、試験対象物(14)上に部分的にのみ備えられる、および/または
5.2アモルファス金属またはナノ結晶金属からのれた層(13)は、途切れることなく二次元的に連続した層を備え、この層の上に、磁場生成デバイス(18)、及び、第1および第2磁場検出デバイス(20, 22)のいずれもが配置されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の負荷測定装備（16）。
【請求項６】
試験対象物(14)は、回転軸(44)まわりに負荷測定装置(12)に対して回転可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の負荷測定装備（16）。
【請求項７】
試験対象物(14)の第１の測定領域(11a)は、回転軸(44)まわりの周方向に均一に連続するアモルファス金属またはナノ結晶金属からの層(13a)を備え、第１の測定領域(11a)から回転軸(44)の方向に位置がずらされた第２の測定領域(11b)は、アモルファス金属またはナノ結晶金属からの第２の層(13b)を備え、
この第２の層(13b)は、周方向の一部にのみ備えられる、および／または、周方向の位置に応じて変化する、磁場に影響を与える材料パラメータを有することを特徴とする、請求項５または６に記載の負荷測定装備(16)。
【請求項８】
負荷測定デバイス(12)がセンサーヘッド(10)を備え、このセンサーヘッド(10)は、
8.1 磁場生成コイル、第１の磁場測定コイルおよび第２の磁場測定コイルを、Ｖ配置(32)をなすように備える、または
8.2 磁場生成コイル、及び、第１〜第４の磁場測定コイル（28）を、Ｘ配置をなすように備えることを特徴とする、請求項５または６に記載の負荷測定装備(16)。
【請求項９】
磁場生成デバイス(18)は、試験対象物の測定領域で放射状の磁場を能動的に生成するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の負荷測定装備(16)。
【請求項１０】
負荷測定装備(16)は、試験対象物(14)としての少なくとも一つのダイアフラム(112, 116)を備えた圧力センサー(110)として構成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の負荷測定装備(16)。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の負荷測定装備(16)を製造するための製造方法であって、
a）非強磁性材料から形成された試験対象物(14)または非強磁性の導電性分離層を備えた強磁性の試験対象物(14)を備え付けること、
b）測定領域(11)を形成するために、最大結晶粒サイズが１μm未満の、強磁性アモルファス金属またはナノ結晶金属でもって試験対象物(14)を少なくとも部分的にコーティングすること、
c）負荷測定装置(12)に、試験対象物(14)の測定領域(11)に磁場を発生させるための磁場生成デバイス(18)と、測定領域(11)での負荷に基づいて変化する磁場パラメータを捉えるための第１および第２の磁場検出デバイス(20, 22)とを備え付けること、および
d）負荷測定デバイス(12)を測定領域(11)に配置することを特徴とする製造方法。
【請求項１２】
ステップb)は、以下のステップのうちの少なくとも一つまたは複数を含むことを特徴とする請求項１１に記載の製造方法：
b1) 試験対象物(14)上に、特には電気的または化学的に、少なくとも１つのガラス形成剤と、少なくとも１つの強磁性特性を有する金属との合金を堆積させる。ここで、堆積は、非常に迅速に行われるため、最大結晶粒サイズが１μm未満のアモルファス金属またはナノ結晶金属が形成される。
b2) リン含有量が2〜12重量％、好ましくは5〜9重量％の無電解ニッケルを堆積させる。
b3) 厚みが10μmを超える層をコーティングする。特には、厚みが10μmと500μmとの間の層をコーティングする。
b4)試験対象物(14)の軸まわりに延びる、試験対象物(14)の周方向領域をコーティングする。
b5) 試験対象物(14)の軸のまわりに延びる試験対象物(14)の周方向領域を部分的にコーティングする。
b6) 層(13b)を部分的にコーティングするか、層(13b)をテクスチャリングするか、磁場に影響を与える材料パラメータが周方向位置でもって変化する層(13b)を生成することにより、試験対象物(14)の周面の箇所に周方向位置シグネチャを生成する。
b7) 途切れることなく２次元的に連続的な層を生成する。
b8) 金属ガラスを堆積させる。
b9) 鉄、ニッケル、コバルトおよびモリブデンからなる群からの少なくとも一つの金属を含む合金を堆積させる。
b10) 少なくとも一つのガラス形成剤を含む合金を堆積させる。
b11) シリコン、ホウ素、リンの群からの少なくとも一つのガラス形成剤を含む合金を堆積させる。
b12) 特にはシリコン、ホウ素、及びリンの群からの、少なくとも一つのガラス形成剤を2〜30原子パーセント含む合金を堆積させる。
b13） 鉄、コバルト、及びニッケルの群からの一つ以上の金属を65〜95原子パーセント含み、シリコン、ホウ素、及びリンの群からの一つ以上のガラス形成剤を5〜35原子パーセント含む合金を堆積させる。
【請求項１３】
非強磁性材料から形成された試験対象物(14)の応力を測定するための負荷測定方法であって、
試験対象物(14)の少なくとも一つの測定領域(11)を、最大結晶粒サイズが１μm未満の強磁性アモルファス金属またはナノ結晶金属でコーティングし、
測定領域にて磁場をアクティブに生成し、
試験対象物(14)への負荷による磁場パラメータの変化を検出することを含む負荷測定方法。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれかの負荷測定装置を用いて、または、請求項１１または１２の製造方法で得られる負荷測定装置を用いて実施されることを特徴とする、請求項１３に記載の負荷測定方法。
【請求項１５】
磁場は、試験対象物の回転軸に対して放射方向に生成されることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の負荷測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験対象物および試験対象物の応力を測定するための負荷測定装置を含む負荷測定装備、試験対象物の測定領域に磁場を生成するための磁場生成デバイスを有する負荷測定装置、および負荷によって変化する磁場パラメータを検出するための第１および第２の磁場検出デバイスに関する。本発明はさらに、そのような負荷測定装置の製造方法およびそれを用いて実施することができる負荷測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、特に、試験対象物への機械的負荷を測定するための方法および配置構成に関する。この文脈では、負荷は、試験対象物にかかる力、トルク、または機械的応力を意味すると理解される。
【０００３】
本発明のいくつかの例示的な実施形態は、特には、磁場の変化を検出しながら、シャフトの形態の試験対象物上のトルクを測定するためのトルクセンサー用のトルク測定変換器を備えたトルク測定装置に関する。さらに、本発明の実施形態は、磁場の変化を検出することによってトルクを測定するための測定方法に関する。特に、トルク変換器、トルクセンサー、および測定方法は、ビラリ効果による磁場の変化を検出するように設計されており、特に、トルクの磁気弾性（＝逆磁気制限）検出用に設計されている。
【０００４】
磁場の変化に起因する、特にシャフトなどの試験対象物のトルクを検出する、このようなトルクセンサー、およびこれの科学的根拠は、以下の参考文献（下記の先行技術文献）に記載されている。
【０００５】
特に、D4（DE 30 31 997 A1：下記特許文献３）に記載されているように、あるタイプのトルク変換器は、シャフトやその他の測定ポイントのトルクを測定するのに特に効果的であることが証明されている。
【０００６】
他の例示的な実施形態は、試験対象物としてダイアフラムを有する圧力センサー、および能動磁化によってダイアフラムの機械的応力を検出するための応力検出装置に関する。
【０００７】
磁気測定法を使用して、強磁性体のトルク、力、および位置の物理的に測定された変数を決定できることが知られている。通常、磁気弾性（または逆磁気収縮）センサーまたは渦電流または渦電流センサーが使用される。使用される強磁性材料は、引張応力または圧縮応力の影響下で透磁率を変化させる（ビラリ効果としても知られている）。実際には、通常、個々の効果を区別することは困難である。渦電流センサーだけが、周波数依存性によって他の効果と区別するのが容易である。さらに、物体の磁化の状態は、しばしば知られていないか、物体の処理と取り扱いによって永続的に影響を受けるため、幅広い産業用途には、しばしば困難である。さらに、この技術が使用される非常に過酷な環境条件下では、磁化された物体の耐用年数を予測できないことがよくある。たとえば、特に電動アシスト自転車（e-バイク、例えばPedelec）などの電動乗り物、重工業、ギアボックス、及び、建設機械や農業工学などの油圧システムには、多くの場合不可能である。
【０００８】
D7 EP37510265A1（特許文献６）から、kHz範囲の交番磁界によるアクティブな磁化によってこの欠点を補うことが知られている。この目的のために、生成器および検出器コイルが用いられる。すなわち、２つの第１の磁場検出コイルＡ１、Ａ２と、２つの第２の磁場検出コイルＢ１、Ｂ２と、中央発生器コイルＬｇとが、交差配置（Ｘ配置）にて使用される。コイル対A-B =（A1 + A2）-（B1 + B2）の差は、アナログ信号処理方式で決定さる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】D1: Gerhard Hinz and Heinz Voigt "Magnetoelastic Sensors" in "Sensors", VCH Verlagsgesellschaft mbH, 1989, pages 97-152
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】D2: US 3 311 818
【特許文献２】D3: EP 0 384 042 A2
【特許文献３】D4: DE 30 31 997 A
【特許文献４】D5: US 3 011 340 A
【特許文献５】D6: US 4 135 391 A
【特許文献６】D7: EP37510265A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、より普遍的に使用できるように、請求項１の前文に指定されたタイプの負荷測定装置を設計するという課題を自らに設定した。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、本発明は、請求項１に記載の負荷測定装備を提供する。さらに、そのような負荷測定装置を製造するための製造方法および特にそのような負荷測定装置で実施できる負荷測定方法を提案する。
【００１３】
有利な構成は、従属請求項の対象である。
【００１４】
本発明は、試験対象物および試験対象物の応力を測定するための負荷測定装置を含む負荷測定装備、試験対象物の測定領域で磁場を能動的に生成するための磁場生成デバイスを有する負荷測定装置、および負荷に応じて変化する磁場パラメータを検出するための第１および第２の磁場検出デバイスを提案する。ここで、測定領域は、最大結晶粒サイズが１μｍ未満の強磁性アモルファスまたはナノ結晶金属でできた層を有する。
【００１５】
例えば、強磁性のアモルファスまたはナノ結晶金属は、強磁性金属ガラスまたは無電解（化学）ニッケルなどのナノ結晶のコーティングである。
【００１６】
試験対象物は、少なくとも測定領域上に強磁性のアモルファス金属またはナノ結晶金属のコーティングを有する非強磁性材料で作られたボディを含むことが好ましい。
【００１７】
アモルファスまたはナノ結晶金属の層を通して、トルクや力などの負荷は、主に非強磁性材料で形成された試験対象物についてのビラリ効果（逆磁気収縮効果）を使用して特に有利に測定できる。例えば。このようにして、シャフト、ストラット、またはその他の部材にかかるトルクまたは力を、非接触で測定できる。これらの部材は、ステンレス鋼、アルミニウム、プラスチックまたは繊維複合材料から形成されている。
【００１８】
金属ガラス（アモルファス金属とも呼ばれる）は、原子レベルでは結晶構造を持たずにアモルファス構造を有しつつも、金属伝導性を示す、金属であるか、または金属と非金属との合金である。ナノスケールで1μm未満の非常に小さな結晶しかない金属は、同様にまたは同等に良好に動作する。最大結晶粒サイズが1μm（直径など）未満のナノ結晶を含むこのような金属は、ここではナノ結晶金属と呼ばれる。ナノ結晶材料が特に好ましい。これらには、例えばまた、化学的に（無電解で）堆積されたニッケル（リンなどのガラス形成剤を有する）が含まれる。例示的な実施形態で特定された、リン含有量を有する無電解ニッケルは、未だ、完全にアモルファスではない。
【００１９】
本発明では、磁性アモルファスまたはナノ結晶金属が使用される。好ましくは、ホウ素、シリコンおよびリンを含む群からの少なくとも一つのガラス形成剤と、ニッケル、クロム、鉄およびコバルトを含む群からの少なくとも一つの金属とから作られたアモルファス合金またはナノ結晶合金が使用される。これらの金属ガラスの多くは磁性を有し、通常（特にコバルトが優勢でない場合）軟磁性である。すなわち、保磁力が小さい。
【００２０】
アモルファスまたはナノ結晶金属は、鉄、ニッケル、コバルトおよびモリブデンの群からの少なくとも１つの金属を含む金属合金であることが好ましい。
【００２１】
アモルファスまたはナノ結晶金属は、少なくとも１つのガラス形成剤を有する金属合金であることが好ましい。
【００２２】
ガラス形成剤は、好ましくは、シリコン、ホウ素およびリンからなる群からのガラス形成剤である。
【００２３】
ガラス形成剤の割合は２〜３０原子パーセントであることが好ましい。
【００２４】
アモルファス金属またはナノ結晶金属は、リン含有量が２〜１１重量％、好ましくは５〜９％の無電解ニッケルを有するか、またはこのような無電解ニッケルであることが好ましい。堆積された無電解ニッケルが２〜１１重量パーセントのリン含有量を有することが特に好ましい。
【００２５】
アモルファスまたはナノ結晶金属は、鉄、コバルトおよびニッケルの群からの１つまたは複数の金属の６５〜９５原子パーセントと、シリコン、ホウ素及びリンの群からの１つまたは複数のガラス形成剤の５〜３５原子パーセントとを含む金属合金であることが好ましい。
【００２６】
ボディは、ステンレス鋼、アルミニウム、プラスチック、繊維強化プラスチック、ＧＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を含む群からの非強磁性材料から（含んで）形成されるか、またはこのような非強磁性材料でもって形成されることが好ましい。
【００２７】
特ボディへの負荷を検出するセンサー、特にはシャフトへのトルクを検出するセンサーを使用すると、特に良好な結果が得られる。ボディは、化学的にニッケルメッキされたアルミニウムで形成される。
【００２８】
強磁性のアモルファス金属またはナノ結晶金属の層は、試験対象物上に部分的にのみ備え付けられることが好ましい。この層は、この領域の全体に均一に広がる磁場が生じるように、領域中に、途切れることなく、すなわち領域中にパターンがないように、領域の全体にわたって連続するように設計されることが特に好ましい。
【００２９】
試験対象物が強磁性材料からなる場合、ボディとコーティングとの間に、非磁性で、導電性の高い分離層を有することが好ましい。
【００３０】
このコーティングにより、特に非強磁性の試験対象物の負荷を測定することが可能になる。ただし、強磁性材料から（を含んで）、または強磁性材料でもって形成された試験対象物も、コーティングによって測定結果を改善できる。この場合、ボディの強磁性材料とコーティングとの間に分離層を設けることが好ましい。
【００３１】
試験対象物は、負荷測定装置に対して回転軸まわりに回転可能であることが好ましい。
【００３２】
例えば、試験対象物は、トルクが測定される、回転軸を中心に回転するシャフトでありうる。
【００３３】
磁場生成デバイスは、試験対象物の測定領域にて放射方向（半径方向）磁場を能動的に生成するように設計されていることが好ましい。特に、磁場生成デバイスは、試験対象物へと放射方向を向いている測定ヘッドに非常に簡単に組み込むことができる。
【００３４】
試験対象物の第１の測定領域は、回転軸に対して周方向に均一に連続しているアモルファス金属またはナノ結晶金属の層を有することが好ましい。アモルファス金属またはナノ結晶金属の層は、例えば、全周にわたって延びるように、シャフト上に備え付けることができる。
【００３５】
第１の測定領域から、回転軸に沿った方向に位置をずらされた第２の測定領域が、備え付けられるのが好ましい。この第２の測定領域は、周面における軸まわりの一部にのみ備え付けられる、および／または、周方向位置に応じて変化するような磁場に影響を与える材料パラメータを有する。
【００３６】
アモルファス金属またはナノ結晶金属を、試験対象物の周面領域に部分的にのみコーティングすることで、試験対象物と負荷測定装置とが相互に回転する際に、一の磁場生成デバイスまたは他の一の磁場生成装置によって試験対象物に誘導される磁場についての角度依存性を生成することができる。この角度依存性は、磁場検出デバイスのうちの１つ、または追加で提供されるコイルなどを用いて測定することができる。このようにして、負荷と速度、または場合によっては回転角度も測定する組み合わせセンサーを作成できる。
【００３７】
周方向に部分的にコーティングする代わりに、第２の測定領域の層に、磁場に影響を与え、周方向位置に応じて変化する材料パラメータを割り当てることもできる。 材料パラメータは、例えば、層の厚さまたは層の幅または材料組成である。
【００３８】
負荷測定装置はセンサーヘッドを有することが好ましい。
【００３９】
センサーヘッドは、磁場生成コイル、第１の磁場測定コイル、および第２の磁場測定コイルを、Ｖ配置にて有することが好ましい。
【００４０】
センサーヘッドは、磁場生成コイルと、第１から第４の磁場測定コイルとを、Ｘ配置にて有することが好ましい。
【００４１】
さらなる態様によれば、本発明は、以下のステップを伴う先行する実施形態の１つによる負荷測定装置を製造するための製造方法を提供する。
【００４２】
a）非強磁性材料で作られた試験対象物または強磁性の試験対象物に非強磁性の導電性分離層を備え付ける。
【００４３】
b）測定領域を形成するために、少なくとも部分的に強磁性のアモルファス金属またはナノ結晶金属で試験対象物をコーティングする。
【００４４】
c）負荷測定装置に、試験対象物の測定領域に磁場を発生させるための磁場生成デバイスと、負荷によって変化する磁場パラメータを検出するための第1および第2の磁場検出デバイスを備え付ける。そして、
【００４５】
d）測定領域に負荷測定装置を配置する。
【００４６】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b1）好ましくは、少なくとも一つのガラス形成剤と、少なくとも一つの金属との合金を試験対象物へと化学的または電気的に堆積させる。堆積は非常に迅速に行われるため、最大結晶粒サイズが1μm未満のアモルファス金属またはナノ結晶金属が形成される。
【００４７】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b2）リン含有量が2〜12重量％、好ましくは5〜9重量％の無電解ニッケルを堆積させる。
【００４８】
無電解ニッケルは化学コーティングである。これは摩耗または腐食に対する保護として堆積させうる。これにより、無電解（化学）ニッケル層が作成される。電界ニッケルとの違いは、とりわけ、整流器からの外部電流が堆積に使用されず、ニッケルイオンの堆積（還元）に必要な電子は、化学酸化反応によって浴自体にて生成されることである。これにより、化学ニッケルメッキを施した輪郭に忠実なコーティングが得られる。その寸法は、8μmから80μmの範囲で、許容誤差は±2μmから±3μmである。堆積は、好ましくは、２００°未満、より具体的には１５０°未満の温度で、非常に具体的には９０°の領域で起こる。したがって、急冷する必要はない。
【００４９】
無電解堆積のため、非導電性の物体を使用することも可能である。例えばポリアミドなどのプラスチックを使用することもできる。
【００５０】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b3）層の厚さが10μmを超える、特には10μmと500μmとの間のコーティング。
【００５１】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b4）試験対象物の軸のまわりに延びる試験対象物の周面の周方向領域にコーティングする。
【００５２】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b5）試験対象物の軸のまわりに延びる試験対象物の周面の周方向領域の部分的にコーティングする。
【００５３】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b6）コーティングを部分的に施すか、コーティングをテクスチャリングするか、周方向の位置に応じて変化するように磁場に影響を与える材料パラメータを有するコーティングを生成することにより、試験対象物の周面の箇所に周方向位置シグネチャを生成する。
【００５４】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b7）中断することなく2次元的に連続する層を生成する。
【００５５】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b8）金属ガラスを堆積させる。
【００５６】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b9）鉄、ニッケル、コバルトおよびモリブデンからなる群からの少なくとも一つの金属を含む合金を堆積させる。
【００５７】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b10）少なくとも一つのガラス形成剤を含む合金を堆積させる。
【００５８】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b11）シリコン、ホウ素、リンからなる群からの少なくとも一つのガラス形成剤を含む合金を堆積させる。
【００５９】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b12）特にはシリコン、ホウ素、及びリンからなる群からの、少なくとも一つのガラス形成剤を2〜30原子パーセント含む合金を堆積させる。
【００６０】
ステップｂ）が以下を含むことが好ましい。
b13）鉄、コバルト、及びニッケルの群からの一つ以上の金属を65〜95原子パーセント含み、シリコン、ホウ素、及びリンの群からの一つ以上のガラス形成剤を5〜35原子パーセント含む合金を堆積させる。もちろん、他の合金添加剤をも備えうる。
【００６１】
さらなる態様によれば、本発明は、以下を含む、非強磁性材料から形成された試験対象物での負荷を測定するための負荷測定方法に関する。
【００６２】
測定対象物の少なくとも一つの測定領域を、最大結晶粒サイズが１μm未満の強磁性アモルファス金属またはナノ結晶金属でもってコーティングし、測定領域に、能動的に磁場を生成し、試験対象物への負荷による磁場パラメータの変化を検出する。
【００６３】
負荷測定方法は、好ましくは、前述の構成のうちの１つによる負荷測定装置を用いて実施される。
【００６４】
本発明の好ましい実施形態は、トルク測定用のメトグラスコーティング（メトグラス(Met-Glas)は、金属ガラス、すなわちアモルファス金属）またはナノ結晶金属コーティングと、センサーとの組み合わせのアイデアに関する。
【００６５】
能動的な磁気誘導センサーを使用したトルク測定では、現在、強磁性の材料をテスト対象に使用する必要がある。ステンレス鋼、アルミニウム、樹脂・プラスチック、GFRP複合材などの非強磁性材料は使用できない。
【００６６】
本発明の好ましい実施形態は、これらの基材上に堆積される、強磁性特性を有する層を提供する。メトグラス堆積物、および、ニッケルまたはクロムからのナノ結晶金属堆積物は、例えばそのような特性を示す。強磁性体以外の材料を使用することにより、例えば、使用するワークピースの軽量化が可能である。シャフトとして設計された試験対象物は、例えば、射出成形で製造できる。
【００６７】
したがって、シャフト、並びに、支柱、ギア要素、チェーンリング(chainring)などのその他の試験対象物を、他の材料から、より安価に製造でき、また、異なる寸法を実現できる。
【００６８】
メトグラスまたはナノ結晶金属を部分的にのみ試験対象物（例えばシャフト）に適用することも可能である。例えば、メトグラス／ナノ結晶金属を使用して、一の箇所にてトルク測定を実現し、メトグラス／ナノ結晶金属を使用してシャフト上の他の一の箇所にて角度測定の追加のシグネチャを付与する。本発明の実施形態では、シャフトのこのテクスチャリング（構造化）は、後の材料の除去によって、またはメトグラス／ナノ結晶金属が、特定の専用の箇所にのみコーティングされることによって実現される。
【００６９】
本発明の好ましい実施形態は、トルク測定のためにメトグラス／ナノ結晶金属でコーティングされたシャフトを提供する。
【００７０】
非磁性のシャフトを強磁性の金属ガラス（Met-Glass）またはナノ結晶金属でコーティングすることにより、非磁性のシャフトのトルクを測定することができる。
【００７１】
試験対象物の材料として、例えばシャフト材料は、密着性の高い強磁性のメトグラス／ナノ結晶金属コーティングを施すことができる、任意の非強磁性材料とすることがでる。力を加えてもコーティングが破壊されないようにすることが好ましい。
【００７２】
アモルファスまたはナノ結晶金属の層は、例えば、外面にコーティングされます。このような層は、他の金属よりも硬く、耐食性が高いため、外面材として最適である。ただし、この層は、一つ以上のカバー層の下の層とすることもできる。
【００７３】
堆積した材料の好ましい特性を以下に説明する。
【００７４】
層は、好ましくは、堆積によってコーティングされる。堆積する材料は、強磁性で、アモルファスまたはナノ結晶（金属ガラスなど）である必要がある。一例では、対応するコーティングは、リン含有量が5〜9重量％の無電解ニッケルを急速に堆積させることによって得られるが、この際、非常に穏やかな熱処理しか受けない。そのようなコーティングはまだ完全にアモルファスではないが、それでも１μmより小さい結晶粒サイズの結晶を含むことができる。
【００７５】
均質な、閉じられた層が好ましくは備え付けられる。
【００７６】
ベース基材への良好な機械的接続は有利である。
【００７７】
10μm、30μm、及び40μmを超える一般的な層の厚さは、試験に適していることが証明されている。
【００７８】
好ましい実施形態によれば、負荷測定装置は、シャフト、ホイール、ギア、チェーンリングなどの、回転する試験対象物と、試験対象物のトルクを測定するためのトルクセンサーとの組み合わせである。この実施形態は、例えば、電動アシスト自転車（e-バイク）で使用することにより、クランクまたはそれに付属する部材にてトルクを測定できる。ここでは、例えば、メトグラスまたはナノ結晶金属の層を備えたCFRPを使用できる。
【００７９】
さらに好ましい実施形態では、負荷測定装置は圧力センサーであり、試験対象物として測定される圧力によって作用される少なくとも１つのダイアフラムと、圧力の印加によって引き起こされる機械的応力の磁気弾性検出のための負荷測定装置としての磁気弾性応力検出装置とを有する。ここで、ダイアフラムは例えばステンレス鋼でできており、メトグラスまたはナノ結晶金属でコーティングされている。ステンレス鋼は、ダイアフラムとして使用するための優れた特性、特に耐食性と弾性挙動を備えている。圧力センサーの設計と利点の詳細については、ドイツ特許出願DE 10 2017 104547.3が明示的に参照される。これは参照により本明細書に組み込まれている。そこに記載されているすべての構成は、強磁性金属材料のコーティングが施されたダイアフラムを使用ことによっても実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】特には、試験対象物にかかる力、張力またはトルクなどの、機械的負荷を測定するための負荷測定装置のセンサーヘッドについての第１の好ましい実施形態を示す。
【図２】センサーヘッドの第２の好ましい実施形態を示す。
【図３】図１のセンサーヘッド並びに試験対象物についての側面図を示す。
【図４】センサーヘッドのさらなる実施形態の図３に対応する図を示す。
【図５】センサーヘッドのさらに別の実施形態についての図３に対応する図を示す。
【図６】試験対象物を金属ガラスでコーティングするステップの概略図を示す。
【図７】第１および第２の測定領域を備えた試験対象物についての実施形態の概略図を示す。
【図８】第１および第２の測定領域を備えた試験対象物についてのさらなる実施形態の概略図を示す。
【図９】図７または図８による試験対象物が使用される負荷測定装置の概略図を示す。
【図１０】負荷測定装置のさらなる例示的な実施形態としての圧力センサーの概略図を示す。
【図１１】図１０の圧力センサーで使用される負荷測定装置のセンサーヘッドの１つを示している。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
例示的な実施形態について、添付の図面を参照して、以下でより詳細に説明される。
【００８２】
図１〜５には、負荷測定装置１２用のセンサーヘッド１０についての種々の実施形態が示されている。負荷測定装置１２は、少なくとも部分的に磁化可能な試験対象物１４内における、特にはトルク、力または張力などの、機械的負荷を測定するのに用いられる。試験対象物１４は、好ましくは回転軸まわりに回転可能であり、例えば、シャフト、ギア(歯車)部材、ホイールハブ、チェーンリング(chainring)などである。試験対象物１４はまた、他の形態において固定部材であり、例えば、負荷または力が測定される、支持構造内の支持梁または支持棒（支柱や筋交いなど）である。試験対象物１４は、少なくとも１つの測定領域１１に、強磁性金属ガラスまたは強磁性ナノ結晶金属で作られた層１３を備えており、これについては、以下でより詳細に説明する。試験対象物１４と負荷測定装置１２は組み合わさって負荷測定装備１６を形成する。
【００８３】
負荷測定装置１２は、磁場生成デバイス１８および複数の磁場検出デバイス２０、２２を備える。
【００８４】
好ましい形態では、負荷測定装置１２は、試験対象物１４の回転角を検出するための回転角検出デバイス４０と、角度依存効果による負荷測定の影響を低減するための評価デバイス４２とを有する。評価デバイス４２は、回転角検出装置４０および磁場検出デバイス２０、２２に接続されている。評価デバイス４２は、特に、回転角度情報を使用してＲＳＮを低減するように設定されている。
【００８５】
磁場生成デバイス１８は、発生器コイルＬｇと、発生器コイルＬｇを駆動するための、詳細には示されていない駆動回路とを有する。
【００８６】
磁場検出デバイス２０、２２は、検出器コイルＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２または固体磁場センサー２７の形態の磁場センサー２６と、磁場センサー２６からの信号を評価するための評価装置４２とを有する。
【００８７】
試験対象物１４に向けられる前面を図１に示すセンサーヘッド１０の実施形態は、図３に側面から示されている。この実施形態は、第１の検出器コイルＡ１、Ａ２として具体化された２つの第１の磁場センサー２６−１と、第２の検出器コイルＢ１、Ｂ２として具体化された２つの第２の磁場センサー２６−２とを備える。検出器コイルＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は、強磁性材料で作られた共通の磁束濃縮器３０上に十字形の配置またはＸ配置２８で備え付けられる。ここで、発生器コイルＬｇは、中央に（ここでも磁束濃縮器３０の対応する突起上に）備え付けられており、第１の検出器コイルＡ１およびＡ２は互いに向かい合っており、第２の検出器コイルＢ１およびＢ２は互いに向かい合っている。
【００８８】
図２は、Ｖ配置３２を備えたセンサーヘッド１０のさらなる実施形態を示しており、ここでは、一つのみの第１の磁場センサー２６−１（例えば、第１の検出器コイルＡ１）と、一つのみの第２の磁場センサー２６−１とが、互いにある角度をなすように配置され、角度の形の頂点には発生器コイルＬｇが備え付けられる。
【００８９】
図４に示すように、検出器コイルの代わりに、固体磁場センサー２７を、第１および第２の磁場センサー２６−１、２６−２として備え付けることもできる。
【００９０】
図５は、センサーヘッド１０の実施形態であって、コイル（検出器コイルＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２および発生器コイルＬｇ）が、回路基板要素３６（例えばPCB板として具現される）内の平面コイル３４として備え付けられることを示している。
【００９１】
好ましい実施形態による負荷測定装置１２は、ドイツ特許出願第10 2007 112 913.8に詳細に記載および示されているように、磁場センサー２６−１、２６−２からの信号を拾（ひろ）って処理するための新しい信号処理概念を具現する。詳細事項のために、このドイツ特許出願が、明示的に引用される。
【００９２】
試験対象物１４は、強磁性のアモルファス金属またはナノ結晶金属で作られた層１３を備えている。
【００９３】
アモルファス金属は金属ガラスとも呼ばれる。ガラスは結晶構造のない固体材料である。すなわち、原子が格子を形成せず、一見してランダムに配置される。遠い距離の秩序はなくが、せいぜい短距離の秩序を有しており、この構造はアモルファスとし名づけられている。ナノ結晶金属とは、最大結晶粒サイズが１μm未満の非常に小さな結晶を未だに持っている金属を意味すると理解される。試験・実験は、ナノ結晶金属が、対応するアモルファス金属と同等の磁気特性を持っていることを示した。
【００９４】
全てのガラスと同様に、アモルファス金属またはナノ結晶金属も、自然結晶化を完全にまたは大幅に防止することによって生成される。このことは、例えば、溶融物を急速に冷却（「クエンチング」）することによって起こり得る。その結果、原子は、結晶配列をとる前に、可動性が失われる。例えば、アモルファス化が可能な少なくとも2つの金属の合金の形のナノ結晶金属及び金属ガラスが知られている。より一般的であるのは、アモルファス合金またはナノ結晶合金であって、一つのみの金属（例えばFe）と、いわゆるガラス形成剤（例えばホウ素またはリン）とから形成されたもの、例えばFe4Bの組成のものである。
【００９５】
一形態では、アモルファス金属またはナノ結晶金属の層は、試験対象物１４の冷却された回転体に注がれて、突然冷却される溶融物からの薄い帯状体として、生成される。
【００９６】
さらなる形態において、薄いアモルファスまたはナノ結晶の層１３は、化学的蒸気堆積（CVD; chemical vapor deposition）またはスパッタ堆積(sputter deposition)によって得られる。このようにすることで、試験対象物14の一部の領域のみに、簡単な方法で選択的にコーティングすることができる。
【００９７】
金属では非常に珍しいアモルファスまたはナノ結晶の原子配列は、物理的特性のユニークな組み合わせをもたらす。
【００９８】
アモルファス金属およびナノ結晶金属は、一般的な金属よりも、一般に、硬く、耐食性が高く、強度が高い。
【００９９】
金属ガラスは、とりわけ、典型的な金属光の反射を示し、素人にとって通常の金属と見分けがつかない。表面は特に滑らかに研磨することができ、硬度が高いことから傷がつきにくいため、特に美しく持続する光沢を実現できる。
【０１００】
金属ガラスは、結晶性のガラスよりも硬く、強度がある。小さな変形（<<１％）は純粋に弾性的である。これは、吸収されたエネルギーが、変形エネルギーとして失われるのではなく、材料が跳ね返ったときに再び、まるごと放出されることを意味する。
【０１０１】
耐食性は、一般に、同等の化学組成の金属よりも高い。 これは、腐食が主に金属の個々の結晶間の結晶粒境界を攻撃するという事実によるものであるが、アモルファス材料には結晶粒境界や結晶が存在しない。
【０１０２】
金属では、結合電子は一つの原子に属するのではなく、全ての原子に属する。これら原子は、このようにして互いに結合されて、互いに作用し、強磁性材料中にあって、磁気的に秩序化された領域（磁区；ワイスドメイン）に自発的に形成する。磁区（ワイスドメイン(Weiss domain)は、フランスの物理学者ピエール・アーネスト・ワイスにちなん名づけられた）は、磁気の強磁性体の結晶中にある、顕微鏡的に小さい磁化領域である。磁区のサイズは、約10〜1000μmの差し渡し寸法（線形に延びる寸法）である。磁化の方向は、材料の結晶格子に沿っている。このオーダー以下の結晶粒サイズの材料では、すべての微結晶は、単一ドメインの結晶粒である。つまり、ドメインにさらに細分化されていない。これはアモルファス金属の場合であるが、最大結晶粒サイズが1μm未満の金属（ナノ結晶金属）の場合にも当てはまる。アモルファス金属及びナノ結晶金属は均質であり、それらの磁気特性はすべての方向で同じである。したがって、磁化ははるかに容易である。これは、磁場の方向が再び変わるときに特に顕著である。格子構造の金属では、元の状態に戻す方がエネルギーを消費することが多く、残留磁化（残留磁気）が残る。したがって、アモルファス金属およびナノ結晶金属が示すヒステリシス効果は、はるかに低くなる。
【０１０３】
ヒステリシス効果は、アクティブな磁化を使用したトルク測定で特に問題となり、測定エラーにつながる可能性がある。したがって、ここで関心のあるアクティブ磁気センサーの分野における先行技術では、ヒステリシス効果を低減するために多大な努力が払われてきた。この目的のために、ここに提示された形態は、試験対象の測定領域に、アモルファスまたはナノ結晶金属の層を備え付けるという方法を用いる。
【０１０４】
ナノ結晶材料を製造する一つの可能な形態は、金属ガラスコーティングを500度から600度に加熱することである。別の可能な形態は、無電解ニッケルの堆積である。
【０１０５】
アモルファスおよび結晶性の金属ガラス帯状体の製造プロセスは、いくつかの優れた特性をもたらす。材料の個々の要素磁石は、非導電性のガラス形成要素によって部分的に互いに分離されているため、材料の比抵抗は約120〜150μΩ・cmであり、電気鋼の約3倍である。また、要素磁石は非常に小さく、結晶性の金属ガラス帯状体では約10 nmである。その結果、渦電流損失は、より高い周波数でも、他の結晶性合金よりも低くなる。
【０１０６】
本発明の実施形態では、磁性アモルファス金属またはナノ結晶金属が層１３に使用される。これにより、市販されている最高の軟磁性材料の一つでコーティングを行うことができる。これにより、優れた強磁性特性を備えた層を実現できるため、低い電界強度でも、非常に正確に負荷の測定を行うことができる。
【０１０７】
ガラス形成剤であるホウ素、シリコン及びリンと、金属鉄、コバルト、および/またはニッケルとからアモルファス合金またはナノ結晶合金は、磁性を帯び、実に通常（すなわち、コバルトが支配的でない場合）の軟磁性を帯びる。すなわち、強制電界強度が低く、同時に電気抵抗が高くなる。通常、導電率は、金属のものですが、溶融金属と同じオーダー、すなわち融点のすぐ上の溶融金属と同じオーダーの大きさである。これにより、電気渦電流の損失が少なくなる。
【０１０８】
従来の金属は、通常、固化する際に突然収縮する。ガラスとしての固化は一次相転移ではないため、ここで、この体積の急変は起こらない。金属ガラスの溶融物は、金型や空間形状を埋めるとき、固化する際にその形状を保持する。これは、たとえばポリマーから知られている動作であり、加工処理（たとえば注入成形）で大きな利点を提供する。したがって、異なる材料を十分にコーティングすることができ、それにもかかわらず、層１３は非常に耐久性があり、試験対象１４のために選択された材料の所望の機械的特性にほとんど影響を及ぼさない。
【０１０９】
本発明の実施形態において、層１３は、アモルファス金属またはナノ結晶金属から製造される。層１３は、好ましくは、アモルファスであるか、またはナノ結晶であって、結晶粒サイズが１μｍ未満の、アモルファス合金までのものである。好ましくは、強磁性の金属ガラスを形成するための合金、例えば、組成（Fe、Ni、Co）70-85（Si、B）15-30が用いられる。この組成は化学式として読まれるべきで、鉄、コバルト、及びニッケルの任意の混合物70〜85原子パーセントと、ホウ素及びシリコンの任意の混合物15〜30原子パーセントとして読まれるべきである。このような合金は、非常に急速な急冷によってアモルファスまたはナノ結晶になる。または、この層は、最初にアモルファスにされ、次に、ナノ結晶を形成するために加熱される。
【０１１０】
別の例示的な実施形態では、（Fe 0.68Dy0.07B0.2Si0.05)96Nb4が使用される。ここで、鉄の含有量は、７０原子パーセント未満である。
【０１１１】
他の可能な、また市販されている材料は、例えば、次のとおりである。
・  Fe78B13Si9（Metglas 2605 SA1）
・  Fe81 B13,5Si3,5C2（Metglas 2605 SC）
・  Fe66Co18B15Si1（Metglas 2605 CO）
・  Co69Fe4Ni1 Mo2Si12B12（Metglas 2705 M）
・  Co66Fe4B14Si15Ni1（Metglas 2714 A）
・  Fe40Ni38B18Mo4（Metglas 2826 MB）
・  Co66Fe4B12Si16Mo2（Vitrovac 6025）
・  Co70（FeMo）2Mn5（Sib）23（Vitrovac 6030）
【０１１２】
層１３の材料は、好ましくはガラス形成剤、特にはＳｉ、Ｂおよび／またはＰを含む。したがって、例示的な実施形態で使用されるナノ結晶の強磁性材料も、好ましくはガラス形成剤を含む。具体的な例としては、たとえば、Fe91Zr7B3を挙げることができ、これは、典型的な結晶粒サイズが17nmである。合金は、好ましくは、２〜３０原子パーセントの範囲内のＳｉ、Ｂ、およびＰの原子比率を有する。
【０１１３】
対応する、材料についての一実施形態において、前述の合金は、金属ガラスの製造で知られている方法によって測定領域にコーティングとして施される。
【０１１４】
上で説明したように、金属ガラスで作られた層１３は、試験対象物１４のボディ４８に種々の方法でコーティングすることができ、ボディ４８は、完全に異なる材料、特には非強磁性の材料から形成することができる。
【０１１５】
図６には、層１３を備えた試験対象物１４を製造するための方法ステップについての、目下のところの好ましい例示的な実施形態を示す。
【０１１６】
ここでは、試験対象物１４のボディ４８を選択的にコーティングするための浴６６が備え付けられている。浴６６は、コーティングされる部分領域のみ、例えば測定領域１１のみ、浴６６によって濡らされるように構成されている。浴６６は、無電解（化学）ニッケルを堆積させるように設計されている。特にはリン含有量が５〜９重量％の無電解ニッケルは、アモルファス金属が層１３を形成するようにボディ４８上に堆積される。無電解ニッケルによるこのような選択的コーティングは、市場のさまざまなサービスプロバイダーによって提供されている。
【０１１７】
詳細に示されていない実施形態において、試験対象物のボディ４８は、対応する、より大きな浴６６に完全に浸漬される。
【０１１８】
その結果、ボディ４８の表面全体に、アモルファスの無電解（化学）ニッケルで作られた層１３が備え付けられる。
【０１１９】
両者のいずれの場合も、この後の熱処理は、ないか、または、せいぜい穏やかなものである。
【０１２０】
図７および図８に示されるように、試験対象物１４は、例えば、回転軸４４まわりに回転可能なシャフト４６であり得る。
【０１２１】
回転軸４４まわりに、負荷測定装置１２に対して回転可能な試験対象物１４には、第１の測定領域１１ａが備えられ、この測定領域１１ａは、アモルファス金属またはナノ結晶金属で作られた第１の層１３ａを有する。第１の層１３ａは、試験対象物１４のまわりの周方向領域の全体（全周）にわたって周方向に延び、全周にわたって均一に備え付けられる。
【０１２２】
回転軸４４に対して軸方向に第１の測定領域１１ａから位置をずらされた第２の測定領域１１ｂには、アモルファス金属またはナノ結晶金属からの第２の層１３ｂが備え付けられる。この第２の層１３ｂは、図７などに示されるように周方向領域中に部分的にのみ（全周のうちの一部にのみ）備え付けられる。または、次のように備え付けられる。すなわち、層１３ｂについての、磁場に影響を与えるパラメータが、周方向の位置の関数として変化するように備え付けられる。例えば、層の幅が、図８に示すように、周方向の位置に応じて変化する。
【０１２３】
試験対象物１４がボディ４８を有し、ボディ４８には、層１３、１３ａ、１３ｂがコーティングされている。ボディ４８は、例えばアルミニウム、ステンレス鋼といった非強磁性材料、または説明されたような繊維複合材料から、例えばGRP（ガラス繊維強化プラスチック）またはCFRP（炭素繊維強化プラスチック）から製造される。
【０１２４】
図９は、図７または図８のいずれかにしたがう試験対象物１４を備えた負荷測定装備１６を示している。
【０１２５】
負荷測定装置１２は、図１から図５を参照して上で説明したセンサーヘッド１０のうちの１つと、少なくとも１つの追加のコイル５０とを有することができる。一実施形態において、数個の追加のコイル５０が試験対象物１４のまわりに備え付けられる。電流が追加のコイル５０を通過し、追加のコイル５０または追加の各コイル５０のインピーダンスが検出される。図７の部分的に備え付けられた第２の層１３ｂが、追加のコイル５０を通過する場合、追加のコイル５０のインピーダンスは変化する。追加のコイル５０のインピーダンスは、アモルファス金属またはナノ結晶金属の層１３ｂとのコイルの重なり合いに依存する。
【０１２６】
同様に、図８の試験対象物１４が使用される場合、それぞれの追加のコイル５０のインピーダンスは、コイル５０の箇所に現在位置しているところの、層１３ｂの領域の幅に応じて変化する。したがって、回転数情報または角度情報を取得することができる。
【０１２７】
回転数情報または角度情報とトルクによって、機械的出力は、例えば直接に記録できる。先のドイツ特許出願102018 113 378.2に示されているように、詳細については明示的に参照されており、RSN補償も非常に効果的に達成できる。
【０１２８】
センサーヘッド１０および少なくとも１つの追加のコイル５０は、負荷測定装置１２の共通ホルダー５２上に保持することができる。
【０１２９】
図１から図９に示す形態では、回転する試験対象物１４が備え付けられる。しかしながら、試験対象物１４は、荷重が測定される任意の試験対象物１４であり得る。例えば、試験対象物１４はまた、図１０に示されるように、圧力センサー１１０のダイアフラム１１２であり得る。したがって、圧力センサー１１０は、負荷測定装備１６についてのさらなる例示的な実施形態である。
【０１３０】
図１０および１１には、圧力センサー１１０の実施形態が示されており、圧力が作用する少なくとも一つのダイアフラム（ここでは第１のダイアフラム１１２の形態）と、圧力を加えることによって引き起こされる機械的応力を検出するための磁気弾性応力検出デバイス（ここでは第１の磁気弾性電圧応力出デバイス１１４の形態）とを備える。図示の実施形態では、能動磁化で作動する磁気弾性応力検出装置が備え付けられる。
【０１３１】
図示の実施形態では、加圧されるダイアフラムは第１のダイアフラム１１２であり、第１のダイアフラム１１２の加圧によって引き起こされる機械的応力は、第１の磁気弾性応力検出装置１１４によって検出される。
【０１３２】
好ましい実施形態では、第２のダイアフラム１１６も備え付けられ、第１の磁気弾性応力検出デバイス１１４が第１のダイアフラム１１２に割り当てられる方法と同様の方法で、第２の磁気弾性応力検出デバイス１１８が第２のダイアフラム１１６に割り当てられる。これにより、特に正確な差分測定を実現できる。
【０１３３】
図示の実施形態では、少なくとも１つのダイアフラム１１２、１１６は、少なくとも測定領域１１において強磁性のアモルファス金属またはナノ結晶金属の層１３を備えたボディ４８から形成される。したがって、ダイアフラム１１２、１１６は、強磁性材料から表面領域上に形成され、対応して割り当てられた磁気弾性応力検出デバイス１１４、１１８は、割り当てられたダイアフラム１１２、１１６の機械的応力を磁気弾性的に検出するように設計される。アモルファス材料またはナノ結晶材料でコーティングされているため、ダイアフラム１１２、１１６のボディの材料は、圧力センサー１１０の所望の特性に従って選択することができる。ダイアフラム１１２、１１６は、例えばセラミックであるか、特にはステンレス鋼で形成され得る。
【０１３４】
第１および第２の磁気弾性応力検出デバイス１１４、１１８は同様に構築され、それらの共通の構造は、図１１を参照して、第１の磁気弾性応力検出デバイス１１４のみに基づき、以下により詳細に説明される。
【０１３５】
磁気弾性応力検出デバイス１１４、１１８は、電圧が検出されるべき領域を通って流れる磁束を生成するための少なくとも１つの磁場生成デバイス１２０を有する。さらに、磁気弾性応力検出デバイス１１４、１１８は、機械的応力が検出されるべき領域における磁束を検出するための磁束検出デバイス１２２を有する。
【０１３６】
特には軟磁性材料から形成されたボディの表面の機械的応力の変化は、磁気弾性効果による透磁率の変化をもたらし、したがって表面に誘導される磁束の変化をもたらす。この効果は、圧力によって作用されるダイアフラム１１２、１１６内の応力を直接検出するために、図示の圧力センサー１１０で使用される。これらの応力は、ダイアフラムに作用する圧力の尺度である。
【０１３７】
ダイアフラムのたわみが測定される圧力センサーとは対照的に、圧力センサー１１０の場合、電圧がダイアフラムで測定される。したがって、ダイアフラム１１４、１１６は、信号を生成するために歪ませて偏らせる必要はない。したがって、ダイアフラム１１４、１１６も厚くすることができる。したがって、非常に広い測定範囲を有する圧力センサー１１０を作成することができる。
【０１３８】
したがって、磁場生成デバイス１２０は、応力が検出される関連するダイアフラム１１２、１１６の領域を通って流れる磁束を生成するように設計されており、磁束検出デバイス１２２は、機械的応力によって引き起こされる磁束の変化を検出するように、特には磁力線の方向の変化などを検出するように設計されている。
【０１３９】
磁場生成デバイス１２０は、少なくとも１つの励起コイル１２４および励起コイルコア１２６を有する。磁束検出デバイス１２２は、少なくとも１つの測定コイル１２８および測定コイルコア１３０を有する。この配置構成は、図１から５に示されるセンサーヘッドの配置構成と同様でありうる。
【０１４０】
磁気弾性応力検出デバイス１１４、１１８の構造の詳細については、DE 10 2016 122 172A1を参照されたい。
【０１４１】
圧力センサー１１０およびその可能な修正、実施形態、機能、使用および利点の詳細については、本件出願前に公開されていないドイツ特許出願10 2017 104 547.3を参照されたい。
【符号の説明】
【０１４２】
１０  センサーヘッド
１１  測定範囲
１１ａ  第１の測定範囲
１１ｂ  第２の測定範囲
１２  負荷測定装置
１３  強磁性アモルファス金属またはナノ結晶金属の層
１３ａ  第１の層
１３ｂ  第２の層
１４  試験対象物
１６  負荷測定装備
１８  磁場生成デバイス
２０  第１の磁場検出デバイス
２２  第２の磁場検出デバイス
２６  磁場センサー
２６−１  第１の磁場センサー
２６−２  第２の磁場センサー
２７  固体磁場センサー
２８  Ｘ配置
３０  磁束濃縮器
３２  Ｖ配置
３４  平面コイル
３６  ＰＣＢ部材
４０  回転角検出デバイス
４２  評価デバイス
４４  回転軸
４６  シャフト
４８  ボディ
１１０  圧力センサー
１１２  第１のダイアフラム
１１４  第１の磁気弾性応力検出デバイス
１１６  第２のダイアフラム
１１８  第２の磁気弾性応力検出デバイス
１２０  磁場生成デバイス
１２２  磁束検出デバイス
１２４  励起コイル
１２６  励起コイルコア
１２８  測定コイル
１３０  測定コイルコア
【図１】
2021527825.tif 000003
【図２】
2021527825.tif 000004
【図３】
2021527825.tif 000005
【図４】
2021527825.tif 000006
【図５】
2021527825.tif 000007
【図６】
2021527825.tif 000008
【図７】
2021527825.tif 000009
【図８】
2021527825.tif 000010
【図９】
2021527825.tif 000011
【図１０】
2021527825.tif 000012
【図１１】
2021527825.tif 000013
【国際調査報告】
2021527825.tif 000014
2021527825.tif 000015
2021527825.tif 000016
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