JPH0643929B2 - 振動式力検出器 - Google Patents
振動式力検出器Info
- Publication number
- JPH0643929B2 JPH0643929B2 JP6399684A JP6399684A JPH0643929B2 JP H0643929 B2 JPH0643929 B2 JP H0643929B2 JP 6399684 A JP6399684 A JP 6399684A JP 6399684 A JP6399684 A JP 6399684A JP H0643929 B2 JPH0643929 B2 JP H0643929B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating body
- vibrating
- force detector
- exciting
- vibration
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/10—Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、振動体に作用する力を、その振動体の振動周
波数によって検出する、振動式力検出器に関し、更に詳
しくは、磁界中の振動体に励振電流を流すことによっ
て、振動体を励振する方式の振動式力検出器に関する。
波数によって検出する、振動式力検出器に関し、更に詳
しくは、磁界中の振動体に励振電流を流すことによっ
て、振動体を励振する方式の振動式力検出器に関する。
（ロ）従来技術 一般に、振動式力検出器は、力や重量や加速度の計測に
利用されるもので、出力をＡ−Ｄ変換器を介することな
く、直接デジタル量の検出値が得られるという特徴を有
しいるが故に、近年その応用範囲が拡大されつつある。
振動体としては、水晶，弦，音叉等が用いられる。この
うち、弦又は音叉を振動体として使用した検出器では、
振動体の両端を把持した状態で励振するとともに、その
振動体の張架方向に検出すべき力を作用させることによ
って振動体の固有振動数を変化させ、その振動数の計測
結果から被検出力の大きさを求めるようになっている。
このような弦又は音叉を振動体とした力検出器における
励振方法としては、従来、(1)振動体に圧電素子を貼り
付ける方法、(2)電磁石により振動体を吸引する方法，
および(3)磁界中に振動体を配置してその振動体に電流
を流す方法がある。しかし、(1)の方法では、圧電素子
を貼り付けるときに使用する接着剤等の影響で、振動体
の機械的特性が安定しない欠点があり、また、(2)の方
法では振動体材質が強磁性材料に限定される為、有効な
振動体材質の選択が困難であるという問題点がある。更
に、(3)の方法では、振動体の電気抵抗が大きい場合、
みかけ上のＱが低下して励振することができないという
欠点がある。すなわち、第１図に従来のこの種の基本回
路構成図を示す如く、このような回路構成においては、
紙面に垂直な磁界１中に振動体２が置かれ、この振動体
２は装置への電源投入時における電気的ノイズ等をきっ
かけとして発振を開始し、その振動によりフレミングの
右手の法則に従って振動体２に発生する起電力は増巾器
３により増巾された後、抵抗４を介して振動体２に正帰
還される。そして、この正帰還された電流と磁界１の作
用により、振動体２にはフレミングの左手の法則に従っ
た力が作用する結果、振動体２の振動が持続して発振状
態となる。この発振状態においては、増幅器３の出力信
号は振動体２の振動周波数と等しい交流信号となる。こ
こで、弦の固有振動数は、弦の長さおよびその単位長さ
当たりの重量と、重力の加速度が一定であるならば、そ
の張力によって一意的に定まるため、増幅器３の出力信
号の周波数を計測することによって振動体２の張架方向
に作用している力を求めることができる。ところで、振
動体２には電気抵抗があるから、流れた電流との積によ
る電圧が振動体２の振動による起電力に重畳して増巾器
３に加えられることになる。振動体２の電気抵抗が極め
て小さく、また、真空中等、振動体２のＱが高い場合に
は、この電位は僅かであって問題は生じない。ところが
振動体２の材質によっては電気抵抗が大きく、また、空
気中等、Ｑが低い場合には電気抵抗分による電位が振動
起電力を上回り、この為見かけ上のＱが低下してうまく
励振することが困難となる。
利用されるもので、出力をＡ−Ｄ変換器を介することな
く、直接デジタル量の検出値が得られるという特徴を有
しいるが故に、近年その応用範囲が拡大されつつある。
振動体としては、水晶，弦，音叉等が用いられる。この
うち、弦又は音叉を振動体として使用した検出器では、
振動体の両端を把持した状態で励振するとともに、その
振動体の張架方向に検出すべき力を作用させることによ
って振動体の固有振動数を変化させ、その振動数の計測
結果から被検出力の大きさを求めるようになっている。
このような弦又は音叉を振動体とした力検出器における
励振方法としては、従来、(1)振動体に圧電素子を貼り
付ける方法、(2)電磁石により振動体を吸引する方法，
および(3)磁界中に振動体を配置してその振動体に電流
を流す方法がある。しかし、(1)の方法では、圧電素子
を貼り付けるときに使用する接着剤等の影響で、振動体
の機械的特性が安定しない欠点があり、また、(2)の方
法では振動体材質が強磁性材料に限定される為、有効な
振動体材質の選択が困難であるという問題点がある。更
に、(3)の方法では、振動体の電気抵抗が大きい場合、
みかけ上のＱが低下して励振することができないという
欠点がある。すなわち、第１図に従来のこの種の基本回
路構成図を示す如く、このような回路構成においては、
紙面に垂直な磁界１中に振動体２が置かれ、この振動体
２は装置への電源投入時における電気的ノイズ等をきっ
かけとして発振を開始し、その振動によりフレミングの
右手の法則に従って振動体２に発生する起電力は増巾器
３により増巾された後、抵抗４を介して振動体２に正帰
還される。そして、この正帰還された電流と磁界１の作
用により、振動体２にはフレミングの左手の法則に従っ
た力が作用する結果、振動体２の振動が持続して発振状
態となる。この発振状態においては、増幅器３の出力信
号は振動体２の振動周波数と等しい交流信号となる。こ
こで、弦の固有振動数は、弦の長さおよびその単位長さ
当たりの重量と、重力の加速度が一定であるならば、そ
の張力によって一意的に定まるため、増幅器３の出力信
号の周波数を計測することによって振動体２の張架方向
に作用している力を求めることができる。ところで、振
動体２には電気抵抗があるから、流れた電流との積によ
る電圧が振動体２の振動による起電力に重畳して増巾器
３に加えられることになる。振動体２の電気抵抗が極め
て小さく、また、真空中等、振動体２のＱが高い場合に
は、この電位は僅かであって問題は生じない。ところが
振動体２の材質によっては電気抵抗が大きく、また、空
気中等、Ｑが低い場合には電気抵抗分による電位が振動
起電力を上回り、この為見かけ上のＱが低下してうまく
励振することが困難となる。
Ｑの低い振動体を用いても励振することのできる方法
は、特開昭５２−６９６７７によって既に提案されては
いるものの、その回路構成が複雑で、振巾の極小又は極
大値になるよう発振周波数を制御しても、高性能を期待
することはできない。
は、特開昭５２−６９６７７によって既に提案されては
いるものの、その回路構成が複雑で、振巾の極小又は極
大値になるよう発振周波数を制御しても、高性能を期待
することはできない。
（ハ）目的 本発明の目的は、磁界中の振動体に電流を流して励振す
る方式にあって、振動体の電気抵抗が高くても能率よく
励振することができ、従って振動体の材質に制限を受け
ることなく有効な機械特性を持つ振動体を選択すること
ができ、もって性能の高い振動式力検出器を提供するこ
とにある。
る方式にあって、振動体の電気抵抗が高くても能率よく
励振することができ、従って振動体の材質に制限を受け
ることなく有効な機械特性を持つ振動体を選択すること
ができ、もって性能の高い振動式力検出器を提供するこ
とにある。
（ニ）構成 本発明の特徴とするところは、磁界中に配置され、か
つ、検出すべき力の作用により張力が変化する振動体
と、その振動体に励振電流を供給する励振手段と、振動
体の振動により発生した起電力を上記励振手段に供給す
る手段を有し、振動体の発振周波数の計測結果に基づい
てこの振動体の張架方向に作用する力の大きさを求める
装置において、振動体の電気抵抗とそこに流れる励振電
流の積によって生ずる電位を、励振手段の励振電圧を分
圧した電位を用いて消去する手段を設けたことにある。
つ、検出すべき力の作用により張力が変化する振動体
と、その振動体に励振電流を供給する励振手段と、振動
体の振動により発生した起電力を上記励振手段に供給す
る手段を有し、振動体の発振周波数の計測結果に基づい
てこの振動体の張架方向に作用する力の大きさを求める
装置において、振動体の電気抵抗とそこに流れる励振電
流の積によって生ずる電位を、励振手段の励振電圧を分
圧した電位を用いて消去する手段を設けたことにある。
（ホ）実施例 第２図は本発明の基本的な実施例を示す回路構成図であ
る。
る。
紙面に垂直な方向の磁界１内に振動弦２が配設される。
この振動弦２は、従来のこの種の力検出器と同様に、そ
の張架方向に被検出力が作用してその張力が変化するよ
うになっており、また、装置に電源を投入した際の電気
的ノイズ等をきっかけとして振動を開始するようになっ
ている。振動弦２の振動による起電力は増巾器３で増巾
され、抵抗４を介して励振電流として振動弦２に帰還さ
れるが、この励振電流は「振動弦２と抵抗５」および
「抵抗６と抵抗７」の２つの回路に流れるよう構成され
ている。振動弦２と抵抗５との接続点は入力抵抗８を介
して増巾器３の正入力に、抵抗６と抵抗７との接続点は
入力抵抗９を介して増巾器３の負入力に接続され、増巾
器３はこれら両接続点の電位差電圧を増巾する差動増巾
器として作動する。従って、増幅器３の出力信号の周波
数は、第１図に示した従来の装置と同様に振動体２の振
動周波数と等しくなり、その計測結果から振動体２の張
架方向に作用している力を求めることができるが、振動
弦２の電気抵抗と、この振動弦２を流れる励振電流の積
による電位、すなわち、上述した振動弦２の振動による
起電力とは関係のない、好ましくない電位は、振動弦２
と抵抗７との抵抗比を適度に選択することにより、完全
に消去されることになる。これにより、増巾器３の出力
の大きさは、振動弦２の振動によって発生した起電力の
増巾分だけとなって振動弦２に帰還される結果、振動弦
２の電気抵抗が大きくても見かけのＱが低下することな
く振動状態が持続されることになる。
この振動弦２は、従来のこの種の力検出器と同様に、そ
の張架方向に被検出力が作用してその張力が変化するよ
うになっており、また、装置に電源を投入した際の電気
的ノイズ等をきっかけとして振動を開始するようになっ
ている。振動弦２の振動による起電力は増巾器３で増巾
され、抵抗４を介して励振電流として振動弦２に帰還さ
れるが、この励振電流は「振動弦２と抵抗５」および
「抵抗６と抵抗７」の２つの回路に流れるよう構成され
ている。振動弦２と抵抗５との接続点は入力抵抗８を介
して増巾器３の正入力に、抵抗６と抵抗７との接続点は
入力抵抗９を介して増巾器３の負入力に接続され、増巾
器３はこれら両接続点の電位差電圧を増巾する差動増巾
器として作動する。従って、増幅器３の出力信号の周波
数は、第１図に示した従来の装置と同様に振動体２の振
動周波数と等しくなり、その計測結果から振動体２の張
架方向に作用している力を求めることができるが、振動
弦２の電気抵抗と、この振動弦２を流れる励振電流の積
による電位、すなわち、上述した振動弦２の振動による
起電力とは関係のない、好ましくない電位は、振動弦２
と抵抗７との抵抗比を適度に選択することにより、完全
に消去されることになる。これにより、増巾器３の出力
の大きさは、振動弦２の振動によって発生した起電力の
増巾分だけとなって振動弦２に帰還される結果、振動弦
２の電気抵抗が大きくても見かけのＱが低下することな
く振動状態が持続されることになる。
第３図は本発明の実用的な実施例の回路構成図である。
この実施例では、振動弦２の振動振巾を一定にコントロ
ールする為のＡＧＣ回路１０を設けている。すなわち、
振動弦２の振動により発生した増巾後の電圧を整流し、
この電圧を基準電圧と比較して、その大小関係に応じて
ＦＥＴ１１のゲート電圧をコントロールすることによ
り、起電力の増巾度が、振動弦２の振巾が一定となるよ
うコントロールされる。この場合、抵抗４は必ずしも必
要ではない。
この実施例では、振動弦２の振動振巾を一定にコントロ
ールする為のＡＧＣ回路１０を設けている。すなわち、
振動弦２の振動により発生した増巾後の電圧を整流し、
この電圧を基準電圧と比較して、その大小関係に応じて
ＦＥＴ１１のゲート電圧をコントロールすることによ
り、起電力の増巾度が、振動弦２の振巾が一定となるよ
うコントロールされる。この場合、抵抗４は必ずしも必
要ではない。
なお、以上の実施例回路において、抵抗７を可変抵抗器
として、振動弦２の抵抗と、抵抗７の抵抗との比を調節
可能なるよう構成し、振動弦２の抵抗による電位を精密
にセャンセルし得るよう構成することが望ましい。
として、振動弦２の抵抗と、抵抗７の抵抗との比を調節
可能なるよう構成し、振動弦２の抵抗による電位を精密
にセャンセルし得るよう構成することが望ましい。
また、以上の実施例では、励振電圧を抵抗を用いて分圧
する例を示したが、第４図または第５図に本発明の他の
実施例の要部回路構成図を示す如く、励振電圧をコンデ
ンサＣ，Ｃ，またはインダクタンスＬ，Ｌによって分圧
してもよい。
する例を示したが、第４図または第５図に本発明の他の
実施例の要部回路構成図を示す如く、励振電圧をコンデ
ンサＣ，Ｃ，またはインダクタンスＬ，Ｌによって分圧
してもよい。
更に、振動弦２の励振の仕方は、上述した実施例で示す
ように１次モードでなく、第６図，第７図および第８図
に振動弦２と磁界の構成例を示す如く、２次，３次およ
び４次モードとすることができることは云うまでもな
い。次数を増すことによって外部への振動エネルギの漏
れが少なくなり性能が向上する。
ように１次モードでなく、第６図，第７図および第８図
に振動弦２と磁界の構成例を示す如く、２次，３次およ
び４次モードとすることができることは云うまでもな
い。次数を増すことによって外部への振動エネルギの漏
れが少なくなり性能が向上する。
更にまた、以上、振動体を振動弦２で構成した場合につ
いて説明したが、音叉型の振動体を用いても同様であ
る。
いて説明したが、音叉型の振動体を用いても同様であ
る。
（ヘ）効果 以上説明したように、本発明によれば、振動体の電気抵
抗と励振電流の積によって生ずる電位を、励振電圧を分
圧した電位によって消去するよう構成したので、振動体
に供給される励振電流は振動体の振動による起電力によ
るもののみとなり、固有抵抗の高い振動体を用いても能
率良く励振することが可能となった結果、機械特性の優
れた材料（合成樹脂等に金属を蒸着したものをも含む）
を振動体とすることができ、選択の制限が大巾に緩和さ
れることになり、高精度の振動式力検出器の実現が可能
となった。
抗と励振電流の積によって生ずる電位を、励振電圧を分
圧した電位によって消去するよう構成したので、振動体
に供給される励振電流は振動体の振動による起電力によ
るもののみとなり、固有抵抗の高い振動体を用いても能
率良く励振することが可能となった結果、機械特性の優
れた材料（合成樹脂等に金属を蒸着したものをも含む）
を振動体とすることができ、選択の制限が大巾に緩和さ
れることになり、高精度の振動式力検出器の実現が可能
となった。
第１図は従来の磁界中の振動体に電流を流して励振する
方式の励振回路の基本構成図、第２図は本発明の基本的
な実施例を示す回路構成図、第３図は本発明の実用的実
施例を示す回路構成図、第４図および第５図はそれぞれ
本発明の他の実施例の要部回路構成図、第６図，第７図
および第８図はそれぞれ振動弦の励振モード例を示す説
明図である。 １…磁界、２…振動弦 ３…増巾器 ４，５，６，７，８，９…抵抗 １０…ＡＧＣ回路、１１…ＦＥＴ Ｃ…コンデンサ、Ｌ…インダクタンス
方式の励振回路の基本構成図、第２図は本発明の基本的
な実施例を示す回路構成図、第３図は本発明の実用的実
施例を示す回路構成図、第４図および第５図はそれぞれ
本発明の他の実施例の要部回路構成図、第６図，第７図
および第８図はそれぞれ振動弦の励振モード例を示す説
明図である。 １…磁界、２…振動弦 ３…増巾器 ４，５，６，７，８，９…抵抗 １０…ＡＧＣ回路、１１…ＦＥＴ Ｃ…コンデンサ、Ｌ…インダクタンス
Claims (5)
- 【請求項１】磁界中に置かれ、かつ、検出すべき力の作
用により張力が変化する振動体と、その振動体に励振電
流を供給する励振手段と、上記振動体の振動により発生
した起電力を上記励振手段に供給する手段を有し、上記
振動体の発振周波数の計測結果に基づいて当該振動体の
張架方向に作用する力の大きさを求める装置において、
上記振動体の電気抵抗と上記励振電流の積によって生ず
る電位を、上記励振手段の励振電圧を分圧した電位を用
いて消去する手段を設けたことを特徴とする振動式力検
出器。 - 【請求項２】上記励振電圧の分圧に、抵抗を用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の振動式力検出
器。 - 【請求項３】上記励振電圧の分圧に、コンデンサを用い
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の振動式
力検出器。 - 【請求項４】上記励振電圧の分圧に、インダクタンスを
用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の振
動式力検出器。 - 【請求項５】上記電位の消去を、差動増幅回路を用いて
行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項，第２項，
第３項又は第４項記載の振動式力検出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6399684A JPH0643929B2 (ja) | 1984-03-31 | 1984-03-31 | 振動式力検出器 |
| EP19850302215 EP0159831A2 (en) | 1984-03-31 | 1985-03-29 | Vibration type force detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6399684A JPH0643929B2 (ja) | 1984-03-31 | 1984-03-31 | 振動式力検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60207027A JPS60207027A (ja) | 1985-10-18 |
| JPH0643929B2 true JPH0643929B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=13245384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6399684A Expired - Lifetime JPH0643929B2 (ja) | 1984-03-31 | 1984-03-31 | 振動式力検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0159831A2 (ja) |
| JP (1) | JPH0643929B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ2006439A3 (cs) * | 2006-07-03 | 2007-09-26 | Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická | Zarízení pro kontinuální merení kmitu strunových tenzometrických snímacu s dvouvodicovým pripojením |
| CZ300136B6 (cs) * | 2008-07-03 | 2009-02-18 | Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická | Zarízení pro kontinuální merení kmitu strunových tenzometrických snímacu s dvouvodicovým pripojením |
| CN103808453B (zh) * | 2014-02-08 | 2015-09-16 | 安徽工程大学 | 工作带宽内具有幅值自稳定正弦波激励力的电磁激振器 |
| CN103968973B (zh) * | 2014-05-23 | 2017-01-11 | 重庆建工第三建设有限责任公司 | 一种振弦式传感器激振方法 |
-
1984
- 1984-03-31 JP JP6399684A patent/JPH0643929B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-03-29 EP EP19850302215 patent/EP0159831A2/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60207027A (ja) | 1985-10-18 |
| EP0159831A2 (en) | 1985-10-30 |
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