JPH054013B2 - - Google Patents
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- JPH054013B2 JPH054013B2 JP60191455A JP19145585A JPH054013B2 JP H054013 B2 JPH054013 B2 JP H054013B2 JP 60191455 A JP60191455 A JP 60191455A JP 19145585 A JP19145585 A JP 19145585A JP H054013 B2 JPH054013 B2 JP H054013B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- signal
- vibrator
- phase difference
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Gyroscopes (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は高精度の荷重測定を行うことができ
る振動式荷重測定装置に関する。
る振動式荷重測定装置に関する。
「従来の技術」
近年、弦あるいは音叉振動子等を用いて高精度
の荷重測定を行う振動式荷重測定装置が開発され
ている（特公昭58−56422号公報参照）。この装置
は、振動子に印加される荷重に応じて該振動子の
固有振動数が変化することを利用したもので、第
２図にその構成例を示す。この図において、符号
１は音叉振動子、２は音叉振動子１を励振する圧
電素子（励振手段）、３は振動子１の振動を検出
するための圧電素子（検出手段）、４は圧電素子
３の出力を増幅して圧電素子２へ出力する励振回
路であり、上述した振動子１、圧電素子２，３、
励振回路４によつて、振動子１の固有振動数で発
振する自励発振回路５が構成されている。６は発
振回路５の出力信号を計数する計数回路、７は計
数回路６の出力に基づいて振動子１に印加されて
いる荷重Ｗ（第２図参照）を算出する演算制御回
路、８は算出された荷重Ｗを表示する表示器であ
る。
の荷重測定を行う振動式荷重測定装置が開発され
ている（特公昭58−56422号公報参照）。この装置
は、振動子に印加される荷重に応じて該振動子の
固有振動数が変化することを利用したもので、第
２図にその構成例を示す。この図において、符号
１は音叉振動子、２は音叉振動子１を励振する圧
電素子（励振手段）、３は振動子１の振動を検出
するための圧電素子（検出手段）、４は圧電素子
３の出力を増幅して圧電素子２へ出力する励振回
路であり、上述した振動子１、圧電素子２，３、
励振回路４によつて、振動子１の固有振動数で発
振する自励発振回路５が構成されている。６は発
振回路５の出力信号を計数する計数回路、７は計
数回路６の出力に基づいて振動子１に印加されて
いる荷重Ｗ（第２図参照）を算出する演算制御回
路、８は算出された荷重Ｗを表示する表示器であ
る。
上記構成の装置は、振動子１の荷重Ｗによる固
有振動数の変化を発振回路５の発振周波数の変化
に換算して荷重Ｗの測定を行つている。したがつ
て、荷重測定を高精度で、かつ安定して行うため
には、振動子１に荷重Ｗを印加する機械的な構成
以外に、上記発振回路５をいかに振動子１の個有
振動数の周波数で正確かつ安定に発振させるかが
重要な要件となる。
有振動数の変化を発振回路５の発振周波数の変化
に換算して荷重Ｗの測定を行つている。したがつ
て、荷重測定を高精度で、かつ安定して行うため
には、振動子１に荷重Ｗを印加する機械的な構成
以外に、上記発振回路５をいかに振動子１の個有
振動数の周波数で正確かつ安定に発振させるかが
重要な要件となる。
「発明が解決しようとする問題点」
ところで、上述した励振回路４内には、系の安
定性、速応性を良くするため、振動子１の固有振
動数近傍の周波数の信号のみを通過させるフイル
タ回路が設けられる。これは、固有振動数近傍の
周波数より低減の周波数を遮断することで外部振
動の影響を除くと共に、高域の周波数を遮断する
ことで、高次高調波での発振を防止し、荷重Ｗの
印加により固有振動数が変化した場合に、発振回
路５の発振周波数を変化後の周波数に迅速かつ安
定に追従させるためである。しかしながら、この
ような周波数特性を有するフイルタ回路は、固有
振動数近傍での位相の傾き（位相特性の変化）が
大きくなつてしまうため、次のような問題が生じ
る。
定性、速応性を良くするため、振動子１の固有振
動数近傍の周波数の信号のみを通過させるフイル
タ回路が設けられる。これは、固有振動数近傍の
周波数より低減の周波数を遮断することで外部振
動の影響を除くと共に、高域の周波数を遮断する
ことで、高次高調波での発振を防止し、荷重Ｗの
印加により固有振動数が変化した場合に、発振回
路５の発振周波数を変化後の周波数に迅速かつ安
定に追従させるためである。しかしながら、この
ような周波数特性を有するフイルタ回路は、固有
振動数近傍での位相の傾き（位相特性の変化）が
大きくなつてしまうため、次のような問題が生じ
る。
すなわち、例えばセラミツクの圧電素子２，３
を用いた場合、励振回路４の出力信号Ｓ１１と圧
電素子３の出力信号Ｓ１２との位相差が90゜のと
き信号Ｓ１１のレベルが最も大きくなり、かつ、
発振も安定して行われる。第３図に、信号Ｓ１
１，Ｓ１２の位相差（曲線Ｌ１）と、信号Ｓ１１
のレベル（曲線Ｌ２）との関係を示す。一方、信
号Ｓ１１，Ｓ１２の位相差が90゜からずれればず
れるほど、発振が不安定になり、また、測定誤差
も大きくなる。したがつて、励振回路４内のフイ
ルタ回路により、発振周波数に応じて信号Ｓ１
１，Ｓ１２の位相差が変化すると、発振不安定の
状態が発生するとともに、測定誤差が発生する。
このため、位相差の少ない範囲を利用して荷重の
測定を行おうとすると、最大定格荷重に対する周
波数変化（以下、スパンという）が大きくとれ
ず、測定精度が低下してしまう。また、通常、フ
イルタ回路の特性は周囲温度に応じて変化し、し
たがつて、発振周波数も周囲温度に応じて変化し
てしまい、再現性が悪くなる。
を用いた場合、励振回路４の出力信号Ｓ１１と圧
電素子３の出力信号Ｓ１２との位相差が90゜のと
き信号Ｓ１１のレベルが最も大きくなり、かつ、
発振も安定して行われる。第３図に、信号Ｓ１
１，Ｓ１２の位相差（曲線Ｌ１）と、信号Ｓ１１
のレベル（曲線Ｌ２）との関係を示す。一方、信
号Ｓ１１，Ｓ１２の位相差が90゜からずれればず
れるほど、発振が不安定になり、また、測定誤差
も大きくなる。したがつて、励振回路４内のフイ
ルタ回路により、発振周波数に応じて信号Ｓ１
１，Ｓ１２の位相差が変化すると、発振不安定の
状態が発生するとともに、測定誤差が発生する。
このため、位相差の少ない範囲を利用して荷重の
測定を行おうとすると、最大定格荷重に対する周
波数変化（以下、スパンという）が大きくとれ
ず、測定精度が低下してしまう。また、通常、フ
イルタ回路の特性は周囲温度に応じて変化し、し
たがつて、発振周波数も周囲温度に応じて変化し
てしまい、再現性が悪くなる。
なお、このような問題を解決するため、励振回
路４の位相特性を、所定範囲にわたつてフラツト
にすると、系の安定性、速応性が低下し、また測
定精度も悪化する。
路４の位相特性を、所定範囲にわたつてフラツト
にすると、系の安定性、速応性が低下し、また測
定精度も悪化する。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもの
で、系の安定性、速応性を低下させることなく、
しかも、励振手段（圧電素子２）へ印加される信
号Ｓ１と検出手段（圧電素子３）の出力信号Ｓ２
の位相差を常に一定（例えば、90゜）に保つこと
ができる振動式荷重測定装置を提供することを目
的としている。
で、系の安定性、速応性を低下させることなく、
しかも、励振手段（圧電素子２）へ印加される信
号Ｓ１と検出手段（圧電素子３）の出力信号Ｓ２
の位相差を常に一定（例えば、90゜）に保つこと
ができる振動式荷重測定装置を提供することを目
的としている。
「問題点を解決するための手段」
この発明は、加えられた荷重に応じて固有振動
数が変化する振動子と、前記振動子と振動させる
励振手段と、前記振動子の振動を検出する検出手
段と、増幅手段とを閉ループ状に構成してなる自
励発振回路を具備し、前記振動子の振動数に基づ
いて荷重を測定する振動式荷重測定装置におい
て、前記自励発振回路が、前記励振手段へ印加す
る信号と前記検出手段の出力信号との位相差を検
出する位相差検出手段と、前記増幅手段と直列に
前記閉ループ内に介挿され、前記振動子の固有振
動数近傍の周波数の信号のみを通過させるフイル
タ回路と、前記増幅手段およびフイルタ回路と直
列に前記閉ループ内に介挿され、前記位相差検出
手段の検出結果に基づいて、前記励振手段へ印加
する信号と前記検出手段の出力信号との位相差が
常に一定となるように位相調整する位相調整回路
とを有することを特徴としている。
数が変化する振動子と、前記振動子と振動させる
励振手段と、前記振動子の振動を検出する検出手
段と、増幅手段とを閉ループ状に構成してなる自
励発振回路を具備し、前記振動子の振動数に基づ
いて荷重を測定する振動式荷重測定装置におい
て、前記自励発振回路が、前記励振手段へ印加す
る信号と前記検出手段の出力信号との位相差を検
出する位相差検出手段と、前記増幅手段と直列に
前記閉ループ内に介挿され、前記振動子の固有振
動数近傍の周波数の信号のみを通過させるフイル
タ回路と、前記増幅手段およびフイルタ回路と直
列に前記閉ループ内に介挿され、前記位相差検出
手段の検出結果に基づいて、前記励振手段へ印加
する信号と前記検出手段の出力信号との位相差が
常に一定となるように位相調整する位相調整回路
とを有することを特徴としている。
「実施例」
以下、図面を参照してこの発明の一実施例につ
いて説明する。第１図はこの発明の一実施例の構
成を示すブロツク図である。この図において、１
は音叉振動子、２，３はセラミツク製の圧電素
子、１１は励振回路であり、これらの音叉振動子
１、圧電素子２，３、励振回路４によつて、自励
発振回路１２が構成されている。また、６は計数
回路、７は演算制御回路、８は表示器である。
いて説明する。第１図はこの発明の一実施例の構
成を示すブロツク図である。この図において、１
は音叉振動子、２，３はセラミツク製の圧電素
子、１１は励振回路であり、これらの音叉振動子
１、圧電素子２，３、励振回路４によつて、自励
発振回路１２が構成されている。また、６は計数
回路、７は演算制御回路、８は表示器である。
次に、励振回路１１について詳述する。まず、
１３は同相増幅器であり、圧電素子３の出力を増
幅し、信号Ｓ１として利得調整回路１４および位
相差検出回路１５へ出力する。なお、この増幅器
１３は、入出力の位相差がほとんど無視できる程
度のものとする。利得調整回路１４は、制御信号
発生回路１６の出力信号Ｓ２に応じて利得が変化
する増幅器によつて構成され、その出力信号Ｓ３
は位相調整回路１７へ供給される。位相調整回路
１７は、位相差検出回路１５の出力信号Ｓ４に応
じて、利得調整回路１４の出力信号Ｓ３の位相を
変化させて出力する。すなわち、位相差検出回路
１５の出力信号Ｓ４が予め定められている一定電
圧Ｖ１にあるときは、利得調整回路１４の出力信
号Ｓ３をそのまま信号Ｓ５としてフイルタ回路１
８へ出力し、同一定電圧Ｖ１以上のときは、（S4
−V1）に対応する量だけ信号３の位相を進めて
出力し、同一定電圧Ｖ１以下のときは、（V1−
S4）に対応する量だけ信号Ｓ３の位相を遅らせ
て出力する。フイルタ回路１８は、音叉振動子１
の固有振動数近傍の周波数の信号のみを通過させ
る回路であり、その出力信号Ｓ６によつて圧電素
子２が駆動される。位相差検出回路１５は、増幅
器１３の出力信号Ｓ１とフイルタ回路１８の出力
信号Ｓ６の位相差を検出する回路であり、信号Ｓ
１の位相が信号Ｓ６の位相より丁度90゜進んでい
る時は、信号Ｓ４として前述した一定電圧Ｖ１を
出力し、信号Ｓ１の位相が信号Ｓ６の位相より
90゜以上進んでいる時は、電圧Ｖ１より高いレベ
ルの信号Ｓ４を出力し、信号Ｓ６に対する信号Ｓ
１の位相の進み量が90゜以下の時は、電圧Ｖ１よ
り低いレベルの信号Ｓ４を出力する。制御信号発
生回路１６は、信号Ｓ６のレベルに対応する信号
Ｓ２を利得調整回路１４へ供給する。発振異常検
出回路１９は発振回路１２の発振周波数が急激に
変動した等の異常な発振状態を検出する回路であ
る。すなわち、発振回路１２が異常な発振状態を
起こすと、信号Ｓ１とＳ６の位相差が90゜から大
きくずれる。そこで、発振異常検出回路１９は、
信号Ｓ４のレベルを検出し、同レベルが、V1±
V2（V2；回路１９内に設定されている電圧）内
の場合にＬレベルの信号Ｓ７を、V1±V2外の場
合にＨレベルの信号Ｓ７を演算制御回路７へ出力
する。演算制御回路７は、信号Ｓ７がＬレベルの
場合にのみ荷重の算出を行い、信号Ｓ７がＨレベ
ルの場合は、荷重の算出を行わない。
１３は同相増幅器であり、圧電素子３の出力を増
幅し、信号Ｓ１として利得調整回路１４および位
相差検出回路１５へ出力する。なお、この増幅器
１３は、入出力の位相差がほとんど無視できる程
度のものとする。利得調整回路１４は、制御信号
発生回路１６の出力信号Ｓ２に応じて利得が変化
する増幅器によつて構成され、その出力信号Ｓ３
は位相調整回路１７へ供給される。位相調整回路
１７は、位相差検出回路１５の出力信号Ｓ４に応
じて、利得調整回路１４の出力信号Ｓ３の位相を
変化させて出力する。すなわち、位相差検出回路
１５の出力信号Ｓ４が予め定められている一定電
圧Ｖ１にあるときは、利得調整回路１４の出力信
号Ｓ３をそのまま信号Ｓ５としてフイルタ回路１
８へ出力し、同一定電圧Ｖ１以上のときは、（S4
−V1）に対応する量だけ信号３の位相を進めて
出力し、同一定電圧Ｖ１以下のときは、（V1−
S4）に対応する量だけ信号Ｓ３の位相を遅らせ
て出力する。フイルタ回路１８は、音叉振動子１
の固有振動数近傍の周波数の信号のみを通過させ
る回路であり、その出力信号Ｓ６によつて圧電素
子２が駆動される。位相差検出回路１５は、増幅
器１３の出力信号Ｓ１とフイルタ回路１８の出力
信号Ｓ６の位相差を検出する回路であり、信号Ｓ
１の位相が信号Ｓ６の位相より丁度90゜進んでい
る時は、信号Ｓ４として前述した一定電圧Ｖ１を
出力し、信号Ｓ１の位相が信号Ｓ６の位相より
90゜以上進んでいる時は、電圧Ｖ１より高いレベ
ルの信号Ｓ４を出力し、信号Ｓ６に対する信号Ｓ
１の位相の進み量が90゜以下の時は、電圧Ｖ１よ
り低いレベルの信号Ｓ４を出力する。制御信号発
生回路１６は、信号Ｓ６のレベルに対応する信号
Ｓ２を利得調整回路１４へ供給する。発振異常検
出回路１９は発振回路１２の発振周波数が急激に
変動した等の異常な発振状態を検出する回路であ
る。すなわち、発振回路１２が異常な発振状態を
起こすと、信号Ｓ１とＳ６の位相差が90゜から大
きくずれる。そこで、発振異常検出回路１９は、
信号Ｓ４のレベルを検出し、同レベルが、V1±
V2（V2；回路１９内に設定されている電圧）内
の場合にＬレベルの信号Ｓ７を、V1±V2外の場
合にＨレベルの信号Ｓ７を演算制御回路７へ出力
する。演算制御回路７は、信号Ｓ７がＬレベルの
場合にのみ荷重の算出を行い、信号Ｓ７がＨレベ
ルの場合は、荷重の算出を行わない。
しかして、上記の構成によれば、位相差検出回
路１５および位相調整回路１７の働きにより、信
号Ｓ１とＳ６の位相差、言い換えれば、圧電素子
２へ印加される信号と圧電素子３の出力信号の位
相差が常に一定値（90゜）に保たれる。また、異
常な発振状態となり、正確な荷重の測定が不可能
の場合には、演算制御回路７が荷重の算出を停止
し、したがつて、誤つた値が表示器８に表示され
ることがない。
路１５および位相調整回路１７の働きにより、信
号Ｓ１とＳ６の位相差、言い換えれば、圧電素子
２へ印加される信号と圧電素子３の出力信号の位
相差が常に一定値（90゜）に保たれる。また、異
常な発振状態となり、正確な荷重の測定が不可能
の場合には、演算制御回路７が荷重の算出を停止
し、したがつて、誤つた値が表示器８に表示され
ることがない。
なお、振動子１は、音叉振動子に限らず、一枚
板状のもの、円筒状のもの、弦状のもの等であつ
てもよい。また、周波数の変化を荷重に変換する
方式は、どのような方式であつてもよい。例え
ば、発振波形の周期を基準パルスによつて計測す
る方式でもよい。また、演算制御回路７は通常マ
イクロコンピユータによつて構成される。
板状のもの、円筒状のもの、弦状のもの等であつ
てもよい。また、周波数の変化を荷重に変換する
方式は、どのような方式であつてもよい。例え
ば、発振波形の周期を基準パルスによつて計測す
る方式でもよい。また、演算制御回路７は通常マ
イクロコンピユータによつて構成される。
「発明の効果」
以上説明したように、この発明によれば、フイ
ルタ回路の位相特性にかかわらず、励振手段（圧
電素子２）へ印加する信号と検出手段（圧電素子
３）の出力信号との位相差を常時一定に保つこと
ができる。この結果、安定した発振を行うことが
できると共に、スパンを大きくすることが可能と
なるため高精度の荷重測定を行うことができる。
また、フイルタ特性の傾きを従来以上に急峻にす
ることができ、これによつても測定精度を上げる
ことができる。
ルタ回路の位相特性にかかわらず、励振手段（圧
電素子２）へ印加する信号と検出手段（圧電素子
３）の出力信号との位相差を常時一定に保つこと
ができる。この結果、安定した発振を行うことが
できると共に、スパンを大きくすることが可能と
なるため高精度の荷重測定を行うことができる。
また、フイルタ特性の傾きを従来以上に急峻にす
ることができ、これによつても測定精度を上げる
ことができる。
第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図、第２図は従来の振動式荷重測定装置の構
成を説明するためのブロツク図、第３図は、第２
図における信号Ｓ１１とＳ１２の位相差と、発振
出力との関係を示す図である。 １……音叉振動子、２……圧電素子（励振手
段）、３……圧電素子（検出手段）、１１……励振
回路、１５……位相差検出回路、１７……位相調
整回路（位相制御回路）。
ツク図、第２図は従来の振動式荷重測定装置の構
成を説明するためのブロツク図、第３図は、第２
図における信号Ｓ１１とＳ１２の位相差と、発振
出力との関係を示す図である。 １……音叉振動子、２……圧電素子（励振手
段）、３……圧電素子（検出手段）、１１……励振
回路、１５……位相差検出回路、１７……位相調
整回路（位相制御回路）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ (a) 加えられた荷重に応じて固有振動数が変
化する振動子と、 (b) 前記振動子と振動させる励振手段と、 (c) 前記振動子の振動を検出する検出手段と、 (d) 増幅手段とを閉ループ状に構成してなる自励
発振回路を具備し、 (e) 前記振動子の振動数に基づいて荷重を測定す
る振動式荷重測定装置において、 (f) 前記自励発振回路が、 (g) 前記励振手段へ印加する信号と前記検出手段
の出力信号との位相差を検出する位相差検出手
段と、 (h) 前記増幅手段と直列に前記閉ループ内に介挿
され、前記振動子の固有振動数近傍の周波数の
信号のみを通過させるフイルタ回路と、 (i) 前記増幅手段およびフイルタ回路と直列に前
記閉ループ内に介挿され、前記位相差検出手段
の検出結果に基づいて、前記励振手段へ印加す
る信号と前記検出手段の出力信号との位相差が
常に一定となるように位相調整する位相調整回
路とを有することを特徴とする振動式荷重測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19145585A JPS6250630A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 振動式荷重測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19145585A JPS6250630A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 振動式荷重測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6250630A JPS6250630A (ja) | 1987-03-05 |
| JPH054013B2 true JPH054013B2 (ja) | 1993-01-19 |
Family
ID=16274917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19145585A Granted JPS6250630A (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 振動式荷重測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6250630A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005012920A1 (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 力学量センサ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60222734A (ja) * | 1984-04-20 | 1985-11-07 | Hitachi Ltd | 力の検出方法および装置 |
-
1985
- 1985-08-30 JP JP19145585A patent/JPS6250630A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6250630A (ja) | 1987-03-05 |
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