JPS5961728A - 荷重測定装置 - Google Patents
荷重測定装置Info
- Publication number
- JPS5961728A JPS5961728A JP17091082A JP17091082A JPS5961728A JP S5961728 A JPS5961728 A JP S5961728A JP 17091082 A JP17091082 A JP 17091082A JP 17091082 A JP17091082 A JP 17091082A JP S5961728 A JPS5961728 A JP S5961728A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- support
- supporting
- load measuring
- mass bodies
- 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.)
- Pending
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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
- G01L1/106—Constructional details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、荷重等を周波数の関数として出力するよう
構成した荷重測定装置に関するものである。
構成した荷重測定装置に関するものである。
従来、この種のＫｈｔとして、ストレンゲージ、＃電谷
量、差動トランス等のアナログ出力方式と、金属°また
は水晶等の圧電性材料でｔｉ４成した両持梁の振動変化
を検出して出力するようにした周波数出力方式とが知ら
れている。本発明は、後者の周波数出力方式からなる荷
重測定装置の改良に関するものである。
量、差動トランス等のアナログ出力方式と、金属°また
は水晶等の圧電性材料でｔｉ４成した両持梁の振動変化
を検出して出力するようにした周波数出力方式とが知ら
れている。本発明は、後者の周波数出力方式からなる荷
重測定装置の改良に関するものである。
従来、周波数出力方式の荷重測定装置としては、例えば
第１図（ａ） 、 （１））に示す構成からなるものが
知られ”Ｃいる。すなわち、第１図に示す従来の振動子
の構成は、一対の平行に対向する１辰動子１０．１２と
を備え、これら振動子の両端部を連結部１４．１４によ
り連結同定し、方形状の枠形構造とし、振動エネルギを
振動素子内に閉じ込めるように設定されている。また、
振動子は、連結部１４．１４に支持部１６．１６を設け
てこれらを相対する固定部１８．１８間に固定される。
第１図（ａ） 、 （１））に示す構成からなるものが
知られ”Ｃいる。すなわち、第１図に示す従来の振動子
の構成は、一対の平行に対向する１辰動子１０．１２と
を備え、これら振動子の両端部を連結部１４．１４によ
り連結同定し、方形状の枠形構造とし、振動エネルギを
振動素子内に閉じ込めるように設定されている。また、
振動子は、連結部１４．１４に支持部１６．１６を設け
てこれらを相対する固定部１８．１８間に固定される。
このように構成された一対の振動子１０．１２は、各振
動子の固有振動数が全く同等でない場合は、振動エネル
ギは振動素子外に流出し、振動子の機械的Ｑを著【２〈
低下させる。このＱと振動周波数の安定性との間には密
接なＩＪＪ係があり、Ｑの低下は振動周波数の安定性の
低下を意味する。また、振動子１０．１２の振動融がイ
９Ｉかに相違する場合は、単振動が発生１−て出力が不
安定となる。
動子の固有振動数が全く同等でない場合は、振動エネル
ギは振動素子外に流出し、振動子の機械的Ｑを著【２〈
低下させる。このＱと振動周波数の安定性との間には密
接なＩＪＪ係があり、Ｑの低下は振動周波数の安定性の
低下を意味する。また、振動子１０．１２の振動融がイ
９Ｉかに相違する場合は、単振動が発生１−て出力が不
安定となる。
【−か１−ながら、従来の振動子構造に卦いて、一対の
ｊ辰動子１０．１２の固有振動数を完全に揃えるために
に１．極めて高度の機械加工１１１ｆ匹が必背きなり、
製費コストが７■シく嵩む難点がある。
ｊ辰動子１０．１２の固有振動数を完全に揃えるために
に１．極めて高度の機械加工１１１ｆ匹が必背きなり、
製費コストが７■シく嵩む難点がある。
また、第１Ｍ＋ｒこ示ず従来の振動子イ１２り造でに、
外力（ｔｉｌｌ力）の作用によってＩｋ％ ｍｌ子の１
「９」有振動数が同時に同方向に変化することを・利用
１〜で、作用する力すなわち荷重を検出するものである
。
外力（ｔｉｌｌ力）の作用によってＩｋ％ ｍｌ子の１
「９」有振動数が同時に同方向に変化することを・利用
１〜で、作用する力すなわち荷重を検出するものである
。
」２かし、４から、振動−子にＩＩｔＩＩ力以外の外力
、例えＶ、１“１１旧ナモーメントが作用する場合は、
各振動子１０．１２に働く軸力は曲げモーメントの作用
によって同方向とけならない。この軸力の相違は、振動
子１０．１２の固有振動数の差となり、前述したように
単振動が発生して出力が不安定になり好ましくない。従
って、従来の振動子構造では、振動子に純粋な軸力を作
用させるためには、外力を対称軸に平行にかつ正確に作
用させる必要があり、しかも不要な曲げモーメントが作
用しないようにしなければならない。ところが、これら
の要求を全て満足きせることは、現実問題として極めて
困難であるう そこで、本発明者は、前述した従来の周波数出力方式の
荷重測定装置を構成する振動子の構造上の問題点を全て
克服すべく種々検討を重ねた結果、単体からなる振動子
の両端部に支持質量体を接続すると共にこり、らの支持
質量体をそれぞ力、支持はねを介して固定部に固定し、
前記支持質量体と支持はねて構成される振動系の固有振
動数を振動子の固有振動数よりも充分小さく設定するこ
とにより、前記問題点を解消し得ることを突き止めたう 従って、本発明の目的は、構造の簡略化と加工精度の低
減化を図り、振動子の１旧ずモーメントや剪断力に対す
る影響を防止して周波数％性の安定した荷重測定装置を
提供するにある。
、例えＶ、１“１１旧ナモーメントが作用する場合は、
各振動子１０．１２に働く軸力は曲げモーメントの作用
によって同方向とけならない。この軸力の相違は、振動
子１０．１２の固有振動数の差となり、前述したように
単振動が発生して出力が不安定になり好ましくない。従
って、従来の振動子構造では、振動子に純粋な軸力を作
用させるためには、外力を対称軸に平行にかつ正確に作
用させる必要があり、しかも不要な曲げモーメントが作
用しないようにしなければならない。ところが、これら
の要求を全て満足きせることは、現実問題として極めて
困難であるう そこで、本発明者は、前述した従来の周波数出力方式の
荷重測定装置を構成する振動子の構造上の問題点を全て
克服すべく種々検討を重ねた結果、単体からなる振動子
の両端部に支持質量体を接続すると共にこり、らの支持
質量体をそれぞ力、支持はねを介して固定部に固定し、
前記支持質量体と支持はねて構成される振動系の固有振
動数を振動子の固有振動数よりも充分小さく設定するこ
とにより、前記問題点を解消し得ることを突き止めたう 従って、本発明の目的は、構造の簡略化と加工精度の低
減化を図り、振動子の１旧ずモーメントや剪断力に対す
る影響を防止して周波数％性の安定した荷重測定装置を
提供するにある。
前記の目的を達成するため、本発明に卦いては、振動子
の両端部に支持質量体を接続し、これらの支持質ｌｒ１
体をそｔｌぞれ支持ばねを介して固定部に固定し、支持
質量体と支持ばねで構成される振動系の固有振動数を振
動子の固有振動数よりも小さく設定することを特徴とす
る。
の両端部に支持質量体を接続し、これらの支持質ｌｒ１
体をそｔｌぞれ支持ばねを介して固定部に固定し、支持
質量体と支持ばねで構成される振動系の固有振動数を振
動子の固有振動数よりも小さく設定することを特徴とす
る。
前ｎ〔１の荷重測定装置において、支持質量体を固定部
に接続Ｊ−る支持はねは、複数に分割して設け、１辰動
子からの曲げモーメントや剪断力に対し充分な剛性を有
するよう構成すｉｌ、げ好適である。
に接続Ｊ−る支持はねは、複数に分割して設け、１辰動
子からの曲げモーメントや剪断力に対し充分な剛性を有
するよう構成すｉｌ、げ好適である。
次に、本発明に係る荷重検出装ｆｉ′の実施例につき添
付図面全参照しながら以下詳細に説明する。
付図面全参照しながら以下詳細に説明する。
第２図（ａｔ 、 （ｂ）は、本発明装置の一実施例を
示すものである。すなわち、参照符号２０は単体からな
る振動子を示し、この振動子２０は振動面上に圧電性薄
膜または圧電性セラミックを形成し、この圧電性部材で
励振されることによりその固有振動数で振動するよう構
成される。振動子２００両端部には支持質量体２２．２
２を接続し、これら支持質量体２２．２２はそ几ぞれ支
持ばね２４，２４を介して荷重の作用する同定部２６．
２６に接続固定される。なお、振動子２０の振動面は、
破線で示すようにＹ軸方向に設定される。
示すものである。すなわち、参照符号２０は単体からな
る振動子を示し、この振動子２０は振動面上に圧電性薄
膜または圧電性セラミックを形成し、この圧電性部材で
励振されることによりその固有振動数で振動するよう構
成される。振動子２００両端部には支持質量体２２．２
２を接続し、これら支持質量体２２．２２はそ几ぞれ支
持ばね２４，２４を介して荷重の作用する同定部２６．
２６に接続固定される。なお、振動子２０の振動面は、
破線で示すようにＹ軸方向に設定される。
次に、このように構成１〜た荷重測定装置の作用につき
説明する。
説明する。
まず、本発明装置の作用を説明する前に、単体からなる
振動子２０が、支持質量体２２や支持ばね２４がない状
態で、直接固定部２６に接続される場合を仮定するとく
第３図参照）、固定部２６の振動子２０の接続部分に発
生する支点反力Ｆａ、曲げ七−メント反力Ｍ３は、固定
部２６に伝播して内部摩擦エネルギとして消費される。
振動子２０が、支持質量体２２や支持ばね２４がない状
態で、直接固定部２６に接続される場合を仮定するとく
第３図参照）、固定部２６の振動子２０の接続部分に発
生する支点反力Ｆａ、曲げ七−メント反力Ｍ３は、固定
部２６に伝播して内部摩擦エネルギとして消費される。
これに対し、本発明装置によれば、振動子２０を支持質
量体２２および支持ばね２４を介して固定部２６に接続
したものであるから（第４図参照）、支持質量体２２に
作用する振動子２゜からの支点反力Ｆ７、曲げモーメン
ト反力Ｍ２と１ｈ１定部２６に発生すふ支点反力Ｆａ、
ｇｌ＋げモーメント反力Ｍ３ とは次のような関係を
イラする。
量体２２および支持ばね２４を介して固定部２６に接続
したものであるから（第４図参照）、支持質量体２２に
作用する振動子２゜からの支点反力Ｆ７、曲げモーメン
ト反力Ｍ２と１ｈ１定部２６に発生すふ支点反力Ｆａ、
ｇｌ＋げモーメント反力Ｍ３ とは次のような関係を
イラする。
イＦ３． ｌ、、ω ： 振動子２０の角振動数ＩＩ＋
１．ω２： 支持値開１体２２と支持ばね２４で決定さ
ノする角振動数 ここて ω、′＝に、／□ 、ω２２−ｋＴ／Ｊ・・俸
（２） イクし、１ζ ： 支持（ｔ、ｊ’ね２４のけね定数ｍ
： 支持質ｈ１休２２の質相。
１．ω２： 支持値開１体２２と支持ばね２４で決定さ
ノする角振動数 ここて ω、′＝に、／□ 、ω２２−ｋＴ／Ｊ・・俸
（２） イクし、１ζ ： 支持（ｔ、ｊ’ね２４のけね定数ｍ
： 支持質ｈ１休２２の質相。
１（、： 支持ばね２４の回転ばね定数Ｊ ： 支持
質ｍ休２２の質量慣性モ ーメント 前記式：（１）、（２１の関係から、支持質嘉°体２２
と支持はね２４とで決定さＪする角振動数ω７．ω２を
、振動子２００角振動数ω。より充分低く設計すれば、
振動子２０の外へ流出する振動エネルギを極めて減少さ
せることができる。
質ｍ休２２の質量慣性モ ーメント 前記式：（１）、（２１の関係から、支持質嘉°体２２
と支持はね２４とで決定さＪする角振動数ω７．ω２を
、振動子２００角振動数ω。より充分低く設計すれば、
振動子２０の外へ流出する振動エネルギを極めて減少さ
せることができる。
例エバ、′１／ωｏ、Ｑ′２／ωｌ］＝１／１［１に設
定した場合、固定部２６に発生する支点反力および曲げ
モーメント反力は僅か１係程度になり、殆んどの振動エ
ネルギは振動子に閉じ込められ、極めて高い機械的Ｑを
得ることができる。
定した場合、固定部２６に発生する支点反力および曲げ
モーメント反力は僅か１係程度になり、殆んどの振動エ
ネルギは振動子に閉じ込められ、極めて高い機械的Ｑを
得ることができる。
また、外力Ｐと振動子２０の角振動数ω。との関係は、
次式で示さ力、る。
次式で示さ力、る。
・−・ｅ（３）
但乙、Ｐ：重力加速度
Ｅ：振動子２０の縦弾性係数
工：振動子２０の断面２次モーメント
ａ：振動子２０の断面積
ｔ：振動子２０の長さ
Ａ４ 、 Ｂ、 ： 振動子２０の振動モードで決定
さＪｌ、る定数 ｐ′Ｃつで、前記式（３）から明らかなように、振動子
２０の角振動数ω。が得られれば、この時振動子２０に
力えられる外力Ｐを宥：易に求めることができる。
さＪｌ、る定数 ｐ′Ｃつで、前記式（３）から明らかなように、振動子
２０の角振動数ω。が得られれば、この時振動子２０に
力えられる外力Ｐを宥：易に求めることができる。
第５図（ａｔ 、 （１））は、本発明装置の別の実施
例を示すものである。すなわち、本実施例においては、
ｍ２図に示す実施例と比較して、支持ばねの構造を変化
したもので、支持質量体２２．２２をそｔｌ、ぞ４２枚
の支持ばね２４ａ１２４ｂで同定部２６．２６に接続固
定し、たものである。このように支持はね２４ａ、２４
ｂを２つに分けることにより、支持質量体２２．２２に
作用する振型ノ子２０からの曲げモーメント書や剪１祈
力に２に対し充分な剛性をイコすると共に振動子２０か
らの反力Ｍ、 、 Ｆｙの荷重方向に対する応動を充分
柔軟にすることができる。
例を示すものである。すなわち、本実施例においては、
ｍ２図に示す実施例と比較して、支持ばねの構造を変化
したもので、支持質量体２２．２２をそｔｌ、ぞ４２枚
の支持ばね２４ａ１２４ｂで同定部２６．２６に接続固
定し、たものである。このように支持はね２４ａ、２４
ｂを２つに分けることにより、支持質量体２２．２２に
作用する振型ノ子２０からの曲げモーメント書や剪１祈
力に２に対し充分な剛性をイコすると共に振動子２０か
らの反力Ｍ、 、 Ｆｙの荷重方向に対する応動を充分
柔軟にすることができる。
前述した実施例から明らかなように、本発明装置は、ｆ
）ｌ′Ｊ単な構成で振動子の適正な作動を行わせること
ができるため、各種荷重や力の測定を高梢度に達成する
ことができる。甘た、単に荷重や力の計測に限らず、ベ
ローズやダイアフラム等の受圧素子を使用して、圧力を
力に変換することにより、圧力測定装置としても好適に
応用することができる。
）ｌ′Ｊ単な構成で振動子の適正な作動を行わせること
ができるため、各種荷重や力の測定を高梢度に達成する
ことができる。甘た、単に荷重や力の計測に限らず、ベ
ローズやダイアフラム等の受圧素子を使用して、圧力を
力に変換することにより、圧力測定装置としても好適に
応用することができる。
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明の精神を逸脱１．ない範囲内において、種々の設計変
更をなし得ることは勿論である。
明の精神を逸脱１．ない範囲内において、種々の設計変
更をなし得ることは勿論である。
第１図（ａ） 、 （ｂｌは従来の周波数出力方式の荷
重測定装置の要部構成を示し、（ａｌは平面図、（ｂｌ
は正面図、第２図（ａ）、伽）は本発明に係る荷重測定
装置の一実施例の要部構成を示し、＋ａ＋は平面図、（
ｂ）は正面図、第３図は振動子を固定部に直接接続した
場合の説明図、第４図は、＋１”、 ２図に示す振動子
の＋６１定部における接続固定状態説明図、第５図ｆａ
） 、 （ｂｌｄ本発明装置の別の実施例の要部構成を
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）け正面図である。 ２Ｑ・・・振 動 子 ２２・・−支持質量体２４・・
・支持ばね ２６・・・固 定 部ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、５
重測定装置の要部構成を示し、（ａｌは平面図、（ｂｌ
は正面図、第２図（ａ）、伽）は本発明に係る荷重測定
装置の一実施例の要部構成を示し、＋ａ＋は平面図、（
ｂ）は正面図、第３図は振動子を固定部に直接接続した
場合の説明図、第４図は、＋１”、 ２図に示す振動子
の＋６１定部における接続固定状態説明図、第５図ｆａ
） 、 （ｂｌｄ本発明装置の別の実施例の要部構成を
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）け正面図である。 ２Ｑ・・・振 動 子 ２２・・−支持質量体２４・・
・支持ばね ２６・・・固 定 部ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、５
Claims (2)
- （１）振動子の両端部に支持質量体を接続し７、これら
の支持質量体をそれぞれ支持はねを介して固定部に固定
し、支持質量体と支持ばねで構成ざ力、る振動系の固有
振動数を振動子の固有振動数よりも小さく設定すること
を特徴とする荷重測定装置。 - （２）特ｉ１′Ｆ請求の範囲第１項記載の荷重ｊｔｌｌ
ｌ定装浦において、支持１（量体を固定部に接続する支
持ばねは、複数に分割して設け、振動子からの曲げモー
メントや剪断力に対し充分な剛性を有するよう構成して
なる荷重測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17091082A JPS5961728A (ja) | 1982-10-01 | 1982-10-01 | 荷重測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17091082A JPS5961728A (ja) | 1982-10-01 | 1982-10-01 | 荷重測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5961728A true JPS5961728A (ja) | 1984-04-09 |
Family
ID=15913601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17091082A Pending JPS5961728A (ja) | 1982-10-01 | 1982-10-01 | 荷重測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5961728A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61138115A (ja) * | 1984-12-04 | 1986-06-25 | クルーゼ | 共鳴器 |
-
1982
- 1982-10-01 JP JP17091082A patent/JPS5961728A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61138115A (ja) * | 1984-12-04 | 1986-06-25 | クルーゼ | 共鳴器 |
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