具体实施方式

图1以剖视图示出了轨道1的一种实施方式的一部分。轨道1具有轨体10，该轨体由诸如铁、铁合金、钢等机械稳定的材料制成。轨体10是一件式的。轨道1沿着纵向轴线11具有数米的长度。轨道1沿着竖直轴线12具有几厘米的高度。轨道1沿着横向轴线14具有几厘米的宽度。纵向轴线11、竖直轴线12和横向轴线14这三个轴线相互垂直。纵向轴线11和横向轴线14形成水平平面。纵向轴线11和竖直轴线12形成竖直平面。轨道1具有头部15、腹板16和脚部17。轨道1通过脚部17被机械地紧固在轨枕2上。腹板16将轨道1的头部15和脚部17沿着竖直轴线12机械地相互连接。腹板16的宽度沿着横向轴线14比头部15或脚部17的宽度窄。在了解本发明的情况下，本领域技术人员还可以实现轨道的其它实施方式。因此，轨道的头部、腹板和脚部的尺寸可以彼此不同。轨道的长度、宽度和高度也可以更小或更大。

轨道1被安装在轨道网络中。轨道车辆在轨道网络中行驶。轨道车辆未在图中示出。轨道车辆可以是火车、有轨电车、地铁等。轨道车辆利用车轮在轨道1上行驶。车轮也未在图中示出。车轮施加轨道负载B在轨道1的头部15上。轨道负载B以双箭头示出。轨道负载B可以是力、力矩和加速度(振动)。轨道负载B具有静态分量和动态分量。静态分量可以是轨道车辆的车轮支承力(重量)。车轮支承力沿着轨道1的竖直轴线12作用。动态分量可以是轨道车辆的车轮引导力。车轮引导力沿着竖直轴线12作用并且作用在水平平面中。

轨道1具有孔13。孔13可以制成在轨道1的腹板16中。孔13优选地布置在轨道1的中性纤维中。在中性纤维中，轨道负载B不会导致轨道1沿着纵向轴线11的长度发生变化。在中性纤维中，轨道1也不会在轨道负载B下变形。因此在中性纤维中不会出现由于轨道1吸收部分轨道负载B而导致轨道负载B的采集失真的情况。孔13可以是沿着横向轴线14的横向孔。孔13可以是盲孔或通孔。孔13可以是圆柱形的，并且沿着横向轴线14具有15毫米的长度以及垂直于横向轴线14具有12.50毫米的孔半径R13。该孔半径R13在图2和图3中示出。孔半径R13是内半径。孔半径R13界定了孔13的内表面130。优选地，孔13以0.08毫米的公差制造。具有这样公差的孔13在已经安装在轨道网络中的轨道1上能够成本低廉地并且能够利用已知的且普遍可用的工具简单而快速地制造。

在了解本发明的情况下，本领域技术人员还可以在轨道的头部或脚部中实现孔。本领域技术人员还可以实现具有更小或更大长度的孔，或者具有更小或更大孔半径的孔。

根据本发明的用于采集轨道负载B的装置3可以装配到孔13中。装置3的一种实施方式在图2和图3中示出。装置3具有传感器壳体30。传感器壳体30由机械稳定的材料制成，例如纯金属、镍合金、钴合金、铁合金等。

传感器壳体30大致是中空柱形的并且具有中心点34、高度和壳体表面39。在本发明的意义下，形容词“大致”表示该形容词所涉及特征的+/-10％的变化。亦即，如果该特征是形状，则该形状可能与完美形状有+/-10％的偏差。壳体表面39在竖直平面中沿周向方向延伸。壳体表面39是传感器壳体30的外表面。传感器壳体30沿着横向轴线14可以具有大致15毫米的高度。传感器壳体30沿竖直轴线12的伸展不同于沿纵向轴线11的伸展。传感器壳体30沿竖直轴线12的伸展大于沿纵向轴线11的伸展。传感器壳体30沿竖直轴线12的较大伸展相比于传感器壳体30沿纵向轴线11的较小伸展的差在5％至20％的范围内。在了解本发明的情况下，本领域技术人员可以实现具有更小或更大高度或者具有更小或更大伸展差的传感器壳体。

传感器壳体30沿着竖直轴线12具有两个隆起37、37′。优选地，壳体表面39沿着竖直轴线12具有大致小于孔半径R13的一半的隆起半径R37。隆起半径R37可以大致为6.0毫米。隆起半径R37是从偏移点35测量得到。偏移点35是相对于中心点34沿着竖直轴线12偏移一距离38。该距离38优选地大致超过孔半径R13的一半。距离38可以大致为6.6毫米。隆起半径R37沿着竖直轴线12界定壳体表面39。因此，传感器壳体30沿着竖直轴线12具有较大的伸展，该伸展等于隆起半径R37和距离38的和。优选地，壳体表面39的具有较大伸展的周向区域37°大致为30°。壳体表面39的具有较大伸展的周向区域37°由两个隆起37、37′中的分别大致为15°的两个子周向区域组成。

传感器壳体30沿着纵向轴线11具有较小的伸展，该伸展等于壳体半径R30的两倍。优选地，壳体半径R30大致小于孔半径R13。壳体半径R30大致为11.0毫米。壳体半径R30从中心点34测量得到。壳体半径R30沿着纵向轴线11界定壳体表面39。优选地，壳体表面39的具有较小伸展的周向区域30°大致为330°。壳体表面39的具有较小伸展的圆周区域30°由两个隆起37、37之间的分别大致为165°的两个子周向区域组成。

在过渡区域中，壳体表面39从沿着竖直轴线12的较大伸展连续地过渡到沿着纵向轴线11的较小伸展。

如图2所示，壳体半径R30小于孔半径R13，而隆起半径R37和距离38的和大于孔半径R13。在壳体表面39的具有较大伸展的周向区域37°中，传感器壳体30相比于孔半径R13具有过大尺寸，而在壳体表面39的具有较小伸展的周向区域30°中，传感器壳体30相比于孔半径R13具有过小尺寸(Untermass)。

如图3所示，通过使壳体表面39的具有较大伸展的周向区域37°中的过大尺寸发生变形和受到挤压，装置3被形状配合和力配合地装配到孔13中。这一实际情况，即隆起半径R37大致小于孔半径R13的一半并且壳体表面39的具有较大伸展的周向区域37°大致延伸超过15°的两倍，引起了适合于材料的尺寸设计的过大尺寸。由于隆起半径较大，特别是在较大的隆起半径大致等于孔半径的情况下，因此这种过大尺寸具有过多的材料。即使在壳体表面39的周向区域37°具有明显大于两倍的15°的较大伸展时，过大尺寸也是具有过多的材料。这种适合于材料的尺寸设计的过大尺寸可以使用已知且普遍可用的工具来简单而快速地变形和挤压。

优选地，装置3在壳体表面39的具有较大伸展的周向区域37°中通过两个形状配合和力配合的连接33、33'装配到钻孔13中。在装配之后，传感器壳体30和轨体10通过两个形状配合和力配合的连接33、33′彼此机械连接。

对于无限刚性的(unendlich steifes)传感器壳体30和无限刚性的轨体10，这两个形状配合和力配合的连接33、33′中的每一个均形成线接触330。线接触330位于竖直轴线12上并沿着横向轴线14延伸。

然而，实际上传感器壳体30和轨体10的材料是具有有限的刚性(endlicheSteifigkeit)。对于有限刚性的传感器壳体30和有限刚性的轨体10，这两个形状配合和力配合的连接33、33′中的每一个均形成面接触331。面接触331在壳体表面39与孔13的内表面130之间延伸。该面接触331是沿着横向轴线14。面接触331沿壳体表面39的周向方向延伸1°至5°的周向区域。在孔半径R13为12.50毫米的情况下，面接触331沿壳体表面331的周向方向延伸0.2毫米至1.0毫米的周向长度。在面接触331中，传感器壳体30和轨体10具有接触刚性。在轨道负载B的作用下，接触刚性被定义为均匀的。这种被定义为均匀的接触刚性确保了轨道负载B在100N至250kN的宽范围内被高精度地，即等比例地传递。

在传感器壳体30中，装置3具有中空腔室31。在中空腔室31中布置有传感器32。传感器32具有传感器元件壳体320、至少一个压电式传感器元件321、321′以及至少一个电极322。

传感器32通过两个保持件(Stempeln)36、36′来保持。保持件36、36′与传感器壳体30是一体的。保持件36、36′沿着竖直轴线12朝向中心点34突出。每个保持件36、36′均终止于端面。传感器32通过中心点34处的端面保持在水平平面中。

传感器元件壳体320由机械稳定的材料制成，例如纯金属、镍合金、钴合金、铁合金等。传感器元件壳体320大致为中空柱形。传感器元件壳体320的中心点与传感器壳体30的中心点34相同。传感器元件壳体320气密密封地包围压电式传感器元件321、321′和电极322。传感器元件壳体320保护压电式传感器元件321、321′和电极322免受会干扰到轨道负载B采集的影响，例如水、油、电磁辐射等。在了解本发明的情况下，本领域技术人员还可以实现没有传感器元件壳体的传感器，在这种未图示的实施方式中，压电式传感器元件321、321′和电极322由保持件36、36′来保持。

传感器元件壳体320可以相对于传感器壳体30电绝缘。优选地，传感器元件壳体320通过绝缘层323、323′相对于传感器壳体30电绝缘。绝缘层323、323′可以从外侧设置在传感器元件壳体320上。绝缘层323、323′由电绝缘的和机械刚性的材料制成，例如陶瓷、Al₂O₃陶瓷、蓝宝石等。通过使传感器元件壳体320相对于传感器壳体30和轨道1电绝缘，能够不依赖于轨道1的接地电位地实现轨道负载B的采集。特别是由此没有电流从轨道1流向在轨道负载B的作用下由压电式传感器元件产生的极化电荷并干扰对轨道负载B的采集。

压电式传感器元件321、321′是柱形的并且由压电材料制成，例如石英(SiO₂单晶)、镓锗酸钙(Ca₃Ga₂Ge₄O₁₄或CGG)、硅酸镓镧(La₃Ga₅SiO₁₄或LGS)、电气石、磷酸镓、压电陶瓷等。压电式传感器元件321、321′在晶体学上被定向地切割为，其对于待采集的轨道负载B具有高灵敏度。灵敏度是压电式传感器元件321、321′所产生的负载信号S、S′的强度与作用的轨道负载B大小之比。所产生的极化电荷的数量与轨道负载B是成比例的。压电式传感器元件321、321′的表面在所述水平平面中与电极322和传感器元件壳体320的表面电接触。在压电式传感器元件321、321′的表面上生成的极化电荷由电极322和传感器元件壳体320拾取作为负载信号S、S′。优选地，从电极322拾取负极化电荷作为第一负载信号S，而从传感器元件壳体320拾取正极化电荷作为第二负载信号S′。轨道负载B的动态分量被以高达100kHz的高时间分辨率采集作为负载信号S、S′。

压电材料可以为了压电纵向效应而被成片地定向切割为，在待采集的轨道负载B作用在压电式传感器元件321、321′的位于水平平面中的表面上的情况下，在这些表面上产生极化电荷。然而，压电材料也可以为了压电剪切效应而被成片地定向切割为，在待采集的轨道负载B作用在压电式传感器元件321、321′的位于水平平面中的表面上的情况下，在这些表面上产生极化电荷。并且压电材料可以为了压电横向效应而被成棒地定向切割为，在待采集的轨道负载B作用在压电式传感器元件321、321′的位于水平平面中的表面上的情况下，在压电式传感器元件321、321′的垂直于这些表面布置的侧面上产生极化电荷。亦即，在了解本发明的情况下，本领域技术人员可以实现具有多个压电式传感器元件的装置，用于不同的压电效应，例如压电纵向效应、压电剪切效应和压电横向效应。

在根据图2和图3的实施方式中，传感器32具有两个压电式传感器元件321、321′。电极33布置在这两个压电式传感器元件32、32′之间。由此，在待采集的轨道负载B的作用下所产生的极化电荷的数量加倍，这使得装置3的灵敏度加倍。在了解本发明的情况下，本领域技术人员还可以实现具有多于两个压电式传感器元件的传感器。

作用在轨道1的头部15上的轨道负载B只有小部分也作用在装置3上。作用在轨道1的头部15上的轨道负载B的大部分是从轨道1的头部15通过轨道1的腹板16作用在轨道1的脚部17上，并从轨道1的脚部17作用在轨枕2上。如图3所示，该小部分的轨道负载B通过轨体10沿着竖直轴线12通过壳体表面39的具有较大伸展的周向区域37°中的两个形状配合和力配合的连接而作用在传感器壳体30上。还有更小部分的轨道负载B沿着纵向轴线11从传感器壳体30通过两个保持件36、36′作用在具有压电式传感器元件321、321′的传感器32上。作用在该压电式传感器元件321、321′上的该更小部分的轨道负载B与作用在轨道1的头部15上的轨道负载B是成比例的。由于只有更小部分的轨道负载B作用在压电式传感器元件321、321′上，因此装置3被设计用于采集高达250kN的大轨道负载B。

负载信号S、S′可以通过电导线传输给分析单元。电导线和分析单元未在图中示出。分析单元可以将负载信号S，S′电放大并且数字化。分析单元可以将负载信号S、S′表示为轨道负载B的量度。

传感器32可以在机械预紧下由保持件36、36′保持。该机械预紧将压电式传感器元件321、321′、电极322以及传感器元件壳体320的位于水平平面中的表面彼此相对置地机械预紧，以便不出现具有局部高电压和漏电电流的未电接触的区域。该机械预紧还使压电式传感器元件321、321′、电极322和传感器元件壳体320的表面被机械预紧，使得这些表面的粗糙和不平坦闭合(schliessen)，这使得装置3获得良好的线性度。该线性度表明了所产生的极化电荷的数量随着轨道负载B的增加而增加的恒定程度。装置3可以在从100N至250kN的宽范围内采集轨道负载B。机械预紧可以通过夹紧装置来调节，例如至少一个螺钉、楔子等。夹紧装置未在图中示出。

附图标记列表

1 轨道

2 轨枕

3 装置

10 轨体

11 纵向轴线

12 竖直轴线

13 孔

130 内表面

14 横向轴线

15 头部

16 腹板

17 脚部

30 传感器壳体

30° 具有较小伸展的周向区域

31 中空腔室

32 传感器

33，33′ 形状配合和力配合的连接

330 线接触

331 面接触

34 中心点

35 偏移点

36，36′ 保持件

37，37′ 隆起

37° 具有较大伸展的周向区域

38 距离

39 壳体表面

320 传感器元件壳体

321、321′ 压电式传感器元件

322 电极

323，323′ 绝缘层

B 轨道负载

R13 孔半径

R30 壳体半径

R37 隆起半径

S，S′ 负载信号。