JP2005156193A - 変換器の異常検出装置及び変換器の異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブリッジ回路よりなるセンサと、このセンサに接続したケーブルの断線或いは短絡などのセンサを検出するセンサの異常検出装置及びセンサの検出方法に於いて、ブリッジ回路の各ブリッジ辺或いはこのブリッジ辺と接続された各ケーブルの断線或いは短絡などを簡単に検出可能なセンサの検出装置及びセンサの検出方法を得る。
【解決手段】 ひずみ測定等の物理量の変化計測前に、ブリッジ回路よりなるセンサ１１の各辺をブリッジ辺切換回路２７で順次切り換えて、ブリッジ辺に定電流源２８から定電流を流した時の電圧を電圧測定回路２９で測定し、この測定電圧を基にＣＰＵ２４は記憶手段内のテーブルにより、断線又は／及び短絡状態を検出して通信回線或は無線回線等の送受信回線を介して受信したパソコン３０等の表示装置に表示させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ブリッジ回路よりなる変換器（以下センサと記す）とこのセンサに接続したケーブルの断線或いは短絡などのセンサの異常検出装置及びセンサの異常検出方法に係わり、特に、ブリッジの各辺のインピーダンスやケーブルの断線或いは短絡などを簡単に検出可能なセンサの異常検出装置及びセンサの異常検出方法に関する。

従来から、ブリッジ回路よりなる種々のセンサの検出装置及びセンサの検出方法が提案されている。図６は特許文献１に開示された断線検出機能付きブリッジセンサの回路構成を示すものである。

図６に於いて、断線検出機能付きブリッジセンサ１１は、電源端子Ｔ１、グランド端子Ｔ２及び両出力端子Ｔ３，Ｔ４を有するブリッジ回路構成の抵抗Ｒ１乃至Ｒ４より構成され、入力としての加速度や圧力などの物理量に応じたレベルの検出電圧を両出力端子Ｔ３，Ｔ４間に発生するセンサ１１と、電圧ＶＤＤの電源とセンサ１１の電源端子Ｔ１との間に接続され、オンまたはオフに応じてそれぞれセンサ１１を駆動または停止させるＦＥＴ（スイッチ手段）１２と、このＦＥＴ１２のオフ時に基準電流としての定電流を電源端子Ｔ１からセンサ１１に供給する電流源１３と、センサ１１に供給された定電流によりセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧を測定する差動アンプなどの電圧測定部１５と、この電圧測定部１５の出力と基準電圧源１６の基準電圧Ｖｆとの比較を行い、この比較結果に応じてセンサ１１が断線しているか否かの検出を行う比較部１４とで構成されている。

上述の構成で、センサ１１の端子Ｔ２はグランドＧＮＤに接続され、スイッチング手段を構成するＦＥＴ１２は図示しない制御部からゲートに供給される信号に応じてオン／オフしてセンサ１１を間欠的に駆動し、電流源１３は該制御部から供給される信号に応じて定電流をセンサ１１に供給する構成になっている。さらに、比較部１４は、例えば、センサ１１に供給された基準の定電流によりセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧が基準電圧Ｖｆより高レベルになると出力レベルがＨになり、そうでなければＬになるコンパレータなどで構成される。つまり、電源端子Ｔ１に発生する電圧はコンパレータの非反転入力端子に印加し、基準電圧Ｖｆはコンパレータの反転入力端子に印加する。

上述構成の比較部１４に対する設定方法は断線検出時、つまりＦＥＴ１２のオフ時、センサ１１に供給された定電流Ｉｆによりセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧Ｖ１は、センサ１１を構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ４の合成抵抗をＲｓとしたとき、次式で与えられる。

Ｖ１ ＝Ｒｓ×Ｉｆ
ここで、センサ１１が断線状態（断線しかかりの状態を含む）になったとすれば、合成抵抗Ｒｓの値が正常状態のそれよりも大きくなるので、上式から、断線状態のセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧Ｖ１は、正常状態のそれよりも高レベルになるのが分かる。

そこで、基準電圧（Ｖｆ）は、正常状態のセンサ１１の電源端子Ｔ１に基準の定電流Ｉｆを供給したとき、そのセンサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧Ｖ１と同レベルになるように設定される。これにより、センサ１１の電源端子Ｔ１に発生する電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｆより高レベルになると、比較部１４の出力レベルがＨになり、センサ１１が断線しているとの検出結果が出力端子Ｔ５に得られるように成されている。

図７に示す回路構成は非特許文献１に記載されたブリッジ回路よりなるセンサの検出装置を示すものであり、図７に於いて、抵抗Ｒ１〜Ｒ４からなるブリッジ回路を構成したセンサ１１の電源端子Ｔ１及びグランド端子Ｔ２間に電圧ＶＤＤの電源を接続し、電源端子Ｔ１をブリッジ回路の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ４との接続点Ａに接続すると共にグランド端子Ｔ２をブリッジ回路の抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点Ｃに接続し、出力端子Ｔ３をブリッジ回路の抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点Ｂに接続し、出力端子Ｔ４をブリッジ回路の抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点Ｄに接続する。

ブリッジ回路で構成するセンサ１１に電圧ＶＤＤを供給する電源には、抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７の直列接続回路が並列に接続され、可変抵抗器で構成した抵抗Ｒ６はブリッジ回路の接続点ＡＣ間の抵抗値のズレ分の調整を行うもので可変抵抗器の中点端子の中点電圧が可変抵抗器の可動接片からなる中点端子及び抵抗６と抵抗７の接続点からコンパレータを構成する比較部１４に供給される。更に、出力端子Ｔ３，Ｔ４の出力も比較部１４に供給される。比較部１４は４つの差動アンプにより出力電圧と基準電圧の比較がなされ、比較部１４の比較出力端はＬＥＤなどの発光素子１７に接続され、ＬＥＤ１７には抵抗Ｒ８を介して電圧＋Ｖが供給される。

上述の構成の動作はブリッジ回路のセンサ１１に印加した電源の電圧ＶＤＤより発生するＢ，Ｄ間の出力電圧を測定し、次にＢ，Ｄ間の電圧を可変抵抗器Ｒ６の中点端子から取り出した基準電圧Ｖｆと比較し、中点電圧からのズレが基準電圧から或る程度以上ズレていればＬＥＤ１６を点灯することで異常を検出報知している。

特許文献１に開示された断線検出機能付きブリッジセンサの回路構成によると
（１）ブリッジ回路の断線状態の検出しかできないので各辺の合成抵抗値を知ることができない。
（２）従って、ブリッジ回路に接続しているケ−ブルの断線であるか否かの判断ができないという問題があった。

又、非特許文献１に開示された断線検出機能付きブリッジセンサの回路構成によると
（１）ブリッジ回路１１の接続点Ｂ−Ｄ間の短絡を検出することが出来ない。
（２）断線が、ブリッジ回路１１内で生じたか、ケ−ブルの断線なのかの区別が付かない。
（３）ブリッジチェックの結果が離れた場所からＬＥＤの点滅だけなので短絡或いは断線の状態が判らないという問題があった。
特開２００１−９１３８５号公報（図１） ＮＥＣ三栄カタログ電気測定装置ダイジェスト、ストレンアンプ、ＡＳシリーズ、高耐圧型アイソレーションタイプＡＳ１５０３、ページ５，２００１年２月１３日製作。

本発明が解決しようとする課題は、ブリッジ回路の４辺のどの辺が断線しているか、或いはブリッジ回路を構成するセンサの各辺に接続されたケーブルのどの辺が断線或いは短絡しているかを検出可能なセンサの検出装置及びセンサの検出方法を得るにある。このことにより、多数（例えば数１０乃至数１００）個の各センサに測定前にどのセンサ或いはケーブルに異常があるかを確実にチェック可能なセンサの検出装置及びセンサの検出方法を得ることができる。
又、ブリッジ回路のセンサに断線や短絡がなくともセンサの各辺のインピーダンスが大きくバラついている場合には異常な測定結果となる恐れがあるが、このような弊害を除くことができる。

第１の本発明のセンサの検出装置は、測定手段用センサの出力を異常検出装置側に接続する接続手段と、ブリッジ構成のセンサの各辺を切換えるブリッジ辺切換手段と、センサの各辺に定電流を供給する定電流手段と、ブリッジ辺切換手段に接続され、ブリッジの各辺に流した定電流によって発生する電圧を測定する電圧測定手段と、ブリッジの各辺の電圧値からブリッジの各辺の異常を判断するコンピュータと、を具備してなることを特徴とするセンサの異常検出装置としたものである。
第２の本発明のセンサの検出装置は、ブリッジ構成の機械―電気センサを介して、物理量を測定する測定手段に付加されたセンサの異常検出装置であって、上記測定手段のセンサの出力を異常検出装置側に切換える切換手段と、ブリッジ構成のセンサの各辺を切換えるブリッジ辺切換手段と、センサの各辺に定電流を供給する定電流手段と、ブリッジ辺切換手段に接続され、ブリッジの各辺に流した定電流によって発生する電圧を測定する電圧測定手段と、ブリッジの各辺の電圧値からブリッジの各辺の異常を判断するコンピュータと、を具備してなるセンサの異常検出装置としたものである。

第３の本発明のセンサの異常検出方法は測定手段用センサの出力を異常検出装置側に接続する接続プロセスと、ブリッジ構成のセンサの各辺に切換えるブリッジ辺切換プロセスと、センサの各辺に定電流を供給する定電流プロセスと、ブリッジ辺切換手段に接続され該ブリッジの各辺に流した定電流によって発生する電圧を測定する電圧測定プロセスと、ブリッジの各辺の電圧値からブリッジの各辺の異常を判断する判定プロセスと、よりなることを特徴とするセンサの異常検出方法となしたものである。

第４の本発明のセンサの異常検出方法はブリッジ構成の機械―電気センサを介して、物理量を測定する測定手段に付加されたセンサの異常検出方法であって、測定手段の上記センサの出力を異常検出装置側に切換える切換プロセスと、ブリッジ構成のセンサの各辺に切換えるブリッジ辺切換プロセスと、センサの各辺に定電流を供給する定電流プロセスと、ブリッジ辺切換手段に接続され、ブリッジの各辺に流した定電流によって発生する電圧を測定する電圧測定プロセスと、ブリッジの各辺の電圧値からブリッジの各辺の異常を判断する判定プロセスと、よりなることを特徴とするセンサの異常検出方法と成したものである。

斯かる、本発明に依れば、ブリッジ回路の各辺の断線状態の検出ができるので各辺の抵抗値を知ることができると共にブリッジ回路に接続しているケ−ブルが断線しているか否かの判断もできる。更に、短絡或いは断線のブリッジチェックの結果が離れた場所から判定可能なセンサの異常検出装置及びセンサの異常検出方法を得ることができるため多数のセンサを用いてひずみ（歪）などの測定を行う場合に便利なものとなる。

以下、本発明の１形態例を示すセンサの異常検出装置の構成を図１乃至図５によって説明する。なお、図６及び図７の従来構成との対応部分には同一符号を付して説明する。

図１は、本発明のセンサの検出装置の全体を示す系統図、図２は、本発明の断線検出の原理を説明するための原理図、図３は、本発明のセンサの検出装置の動作説明用のフローチャート、図４及び図５は本発明のセンサの検出装置の具体的構成を示す回路図である。

図１於いて、ブリッジ回路の抵抗Ｒ１乃至Ｒ４で構成された各抵抗の接続点Ａ、Ｃ、Ｂ、Ｄに接続された、電源端子Ｔ１、グランド端子Ｔ２、出力端子Ｔ３、Ｔ４は入力切換器２０の可動接片ａ１、ａ３、ａ２、ａ４に接続され、入力切換器２０の固定接点ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４はひずみ測定回路２１の入力端子に接続され、入力切換器２０の固定接点ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は断線チェック回路２６を構成するブリッジ辺切換回路２７の入力端子に接続される。

断線チェック回路２６はブリッジ辺切換回路２７を介してセンサ１１に例えば、１ｍＡの定電流を供給する定電流源２８と、ブリッジ辺切換回路２７からのセンサ１１ブリッジ辺等の出力が供給される例えば、利得１倍の電圧測定回路２９より構成される。

ひずみ測定回路２１及び電圧測定回路２９の出力端は出力切換器２２の固定接点ｂ５、ｃ５に接続され、出力切換器２２の可動接片ａ５はアナログーデジタル変換回路（Ａ−Ｄ変換回路）の入力端子に接続され、出力切換器２２からの出力をデジタルデータに変換してコンピュータ（以下ＣＰＵ）２４に供給して、ＣＰＵ２４でセンサ１１が計測したひずみ測定データや同じくセンサ１１の抵抗の切断箇所３１（図２参照）及びセンサ１１に接続されているケーブル切断箇所３２（図２参照）並びに接続点ＡＤ間短絡箇所３３（図２参照）等の検出データを判定し、インタフェース２５を介して例えば、各種通信回線を介して遠隔地にあるパソコンのＬＣＤ等の表示装置に判定結果を表示する。

ＣＰＵ２４は入力切換器２０、ブリッジ辺切換回路２７、出力切換器２２の可動接片をコントロールして切換器をオン、オフ制御する。勿論、これらの切換回路はＦＥＴの様な電気的切換器であってもよい。又、ＣＰＵ２４は断線チェック回路２６内に設けた制御手段であってもよい。

図２は、本発明の断線チェック回路２６によってブリッジ回路のセンサ１１の接続点Ａ−Ｂ間を測定する場合の原理的回路構成を示すものであり、図１との対応部分には同一符号を付して、重複説明を省略する。各抵抗Ｒ１乃至Ｒ４＝１ｋΩとし、抵抗Ｒ８乃至Ｒ１１＝４００Ω、電源の電圧ＶＤＤ＝±５Ｖ、定電流源２８の定電流＝１ｍＡとして示している。ここで、抵抗Ｒ１１はアナログ切換器のオン時の抵抗を示す。又、３１及び３２は抵抗及びケーブルの切断箇所を示し、３３はＡ−Ｄ間の短絡箇所を示すものとする。

図３のフローチャートによって、本発明のセンサ１１の各辺の断線チェック回路２６の動作を図１及び図２と共に説明する。図１に於いて、先ず、ＣＰＵ２４は入力切換器２０、ブリッジ辺切換回路２７、出力切換器２２を制御し、通常のひずみ測定状態からセンサ１１の断線チェック状態に切換えることで、入力切換器２０及び出力切換器２２の可動接片ａ１，ａ２、ａ３、ａ４及びａ５は固定接点ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４及びｂ５側から固定接点ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、及びｃ５側に切換わり、ブリッジ辺切換回路２７も後述するが所定の例えば、センサ１１のブリッジ辺Ａ−Ｂ間へ接続するように切換えが行われる。

上述のブリッジ辺切換回路２７の動作により図２に示す様に電圧測定回路２９が端子Ｔ１，Ｔ３に接続される。図１では入力切換器２０及び出力切換器２２の可動接片ａ１，ａ２，ａ３、ａ４、及びａ５は破線で示す方向に切換えられている。

この状態で、断線チェック回路２６の定電流源２８からセンサ１１の接続点Ａ−Ｂ辺にケーブルＣＡ及びＣＢを介して、第１ステップＳＴ１のように１ｍＡの定電流を流す、次の第２ステップＳＴ２では電圧測定回路２９によってＡ−Ｂ辺の電圧を測定する。次のステップでは、第３乃至第９ステップＳＴ３乃至ＳＴ９の様に０Ｖ（短絡状態）、５００ｍＶ、６６７ｍＶ、７５０ｍＶ、１Ｖ、３Ｖ、７Ｖ（出力飽和状態）の例えば、７通り（ブリッジ回路の抵抗値によって電圧値は変化する。）の得られた電圧値で順次０Ｖの値から７Ｖの値までの各値を、ＣＰＵ２４内の図示しないＲＡＭ等の記憶手段内に第１０ステップＳＴ１０に示す様にＡ−Ｂ辺の測定結果を第３ステップＳＴ３乃至第９ステップ乃至ＳＴ９の１つの値を記憶する。

次に、第１４ステップＳＴ１４ではセンサ１１のＢ−Ｃ辺に定電流源２８から１ｍＡの定電流を流し電圧を測定し、電圧測定の第３ステップＳＴ３乃至第９ステップ乃至ＳＴ９の頭に戻される。ここで第３ステップＳＴ３乃至第９ステップ乃至ＳＴ９に示す７通りの電圧値で順次０Ｖの値から７Ｖの値までの各値を、ＣＰＵ２４内のＲＡＭ内に第１１ステップＳＴ１１に示す様にＢ−Ｃ辺の測定結果の１つの値を記憶する。

次に、第１５ステップＳＴ１５ではセンサ１１のＣ−Ｄ辺に定電流源２８から１ｍＡの定電流を流し電圧を測定し、電圧測定の第３ステップＳＴ３乃至第９ステップ乃至ＳＴ９の頭に戻される。ここで第３ステップＳＴ３乃至第９ステップ乃至ＳＴ９に示す７通りの電圧値で順次０Ｖの値から７Ｖの値までの各値を、ＣＰＵ２４内のＲＡＭ内に第１２ステップＳＴ１２に示す様にＣ−Ｄ辺の測定結果の１つの値を記憶する。

次に、第１６ステップＳＴ１６ではセンサ１１のＤ−Ａ辺に定電流源２８から１ｍＡの定電流を流し電圧を測定し、電圧測定の第３ステップＳＴ３乃至第９ステップ乃至ＳＴ９の頭に戻される。ここで第３ステップＳＴ３乃至第９ステップ乃至ＳＴ９に示す７通りの電圧値で順次０Ｖの値から７Ｖの値までの各値を、ＣＰＵ２４内のＲＡＭ内に第１３ステップＳＴ１３に示す様にＤ−Ａ辺の測定結果の１つの値を記憶する。

上述の様に、センサ１１の各辺の電圧測定の終了後に第１７ステップＳＴ１７に進み、センサ１１のステップＳＴ１０乃至ＳＴ１３の各辺の測定結果と下記の表１及び表２に示すＣＰＵ２４内のＲＯＭに記憶した判定テーブルを比較する。表１はセンサ１１の各辺Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｄ、Ｄ−Ａ或いはケーブルＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤ の断線状態の判定テーブルであり、表２はセンサ１１の各辺Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ或いはケーブルＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤ の短絡状態の判定テーブルを示す。これらの表で○は正常、×は断線、短絡を示している。センサの各辺の測定電圧がすべて７５０ｍＶであればセンサの各辺とこれら各辺に接続されたケーブルがすべて正常で、センサの各辺の測定電圧がすべて７Ｖであればセンサの各辺とこれら各辺に接続されたケーブルがすべて断線状態であることが解る。従って、図２の短絡箇所３３は表２のセンサ１１のＤ−Ａ辺の測定電圧が０Ｖであれば、短絡していることが解り、図２のＢ−Ｃ辺の断線箇所３１は表１の測定電圧が３Ｖであれば、切断していることが解り、図２のケーブルの断線箇所３２は測定電圧が７Ｖであれば、切断していることが解る。

上述の判定テーブルに基づいてＣＰＵ２４は第１８ステップＳＴ１８に示す様にセンサ或いはケーブルの断線又は／及び短絡状態の判定をして、終了にいたる。勿論、これらの判定結果はＣＰＵ２４からインタフェース２５を介してパソコン３０の表示装置に断線箇所及び短絡箇所の表示が成されるため複数の測定チャンネルがあっても容易に異常箇所をモニタすることが出来る。

以下、本発明の１実施例を図４及び図５を用いて説明する。図４はひずみ測定回路及び断線チェック回路を含む回路の詳細図、図５は断線チェック回路の更なる詳細な他の回路図を示すもので、図４及び図５に於いて、図１及び図２との対応部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

図４に於いて、センサ１１のブリッジのひずみゲージを構成する抵抗辺Ｒ１は被測定物６０に貼着される。センサ１１はブリッジボックス３５内に配設され、図４に於いてはブリッジの接続点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びグランド点ＥよりケーブルＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤ、ＣＥを介してジャンクションボックス３６に接続され、このジャンクションボックス３６から導出されたケーブルＣＡ１、ＣＢ１、ＣＣ１、ＣＤ１、ＣＥ１はアンプ本体３７内のマルチアンプニット３８に配設された入力切換器２０及びグランドに接続される。ケーブルＣＥ１はグランドの接地電位に落とされる。

入力切換器２０の可動接片ａ１、ａ２，ａ３、ａ４には接続点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが接続される。入力切換器２０の固定接点ｂ１とｂ３には２個の電池を直列接続し、接続点をグランドに接地したブリッジ電源ＶＤＤ（±ＢＶ）が接続され、固定接点ｂ２、ｂ４はひずみ測定回路２１を構成する差動アンプ４０の反転端子及び非反転端子に接続されている。

又、入力切換器２０の固定接点ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は断線チェック回路２６内に配されたブリッジ切換回路２７を構成する第１のアナログスイッチ２７Ａの固定接点ｂ６、ｂ７、ｂ８、ｂ９に夫々接続されている。更に、入力切換器２０の固定接点ｂ１、ｂ３には＋ＢＶ及び−ＢＶの２個の電源を直列接続し、接続点を接地したブリッジ電源ＶＤＤが接続されている。更にまた、固定接点ｂ２は差動アンプ４０の反転入力端子に接続され、固定接点ｂ４は差動アンプ４０の非反転入力端子に接続されている。

上述の差動アンプ４０には、較正電圧印加回路（ＣＡＬ）４２から較正電圧が供給され、初期平衡補正回路（Ｒ−ＢＡＬ）４３で初期平衡補正がおこなわれる。差動アンプ４０の出力は感度切換用のアッテネータ（ＡＴＴ）４１及びアンプ４４を介して出力切換器２２の固定接点ｂ５−可動接片ａ５を通して、周波数切換用のローパスフイルタ４５に供給される。４６はＡ−Ｄ変換回路２３で生ずる折り返しを防止するためのアンチエイリアシングフイルタである。又、出力切換器２２の固定接点ｃ５は電圧測定回路２９の出力端に接続されている。Ａ−Ｄ変換回路２３の出力はコンピュータ（ＣＰＵ）２４に伝送される。

断線チェック回路２６内のブリッジ切換回路２７は４極双投の第１のアナログスイッチ２７Ａ及び同じく、４極双投の第２のアナログスイッチ２７Ｂで構成され、第１のアナログスイッチ２７Ａの可動接片ａ６、ａ７、ａ８、ａ９は定電流源２８に共通に接続され、固定接点ｂ６、ｂ７、ｂ８、ｂ９からは、更にブリッジボックス３５の接続点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ或いはジャンクションボックス３６の接続点Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤにケーブルＣＡ２、ＣＢ２、ＣＣ２、ＣＤ２を介して接続される。第１のアナログスイッチ２７Ａの可動接片ａ１０、ａ１１、ａ１２、ａ１３は共通に接地され、固定接点ｂ１０、ｂ１１、ｂ１２、ｂ１３は夫々ブリッジボックス３５の接続点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａ或いはジャンクションボックス３６の接続点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａに図示しないケーブルを介して接続されている。

第２のアナログスイッチ２７Ｂの可動接片ａ１４、ａ１５、ａ１６、ａ１７は電圧測定回路を構成する差動アンプ２９の反転入力端子に抵抗Ｒ１０を介して接続されている。固定接点ｂ１４、ｂ１５、ｂ１６、ｂ１７からは、ブリッジボックス３５の接続点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ或いはジャンクションボックス３６の接続点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに図示しないケーブルを介して接続される。第２のアナログスイッチ２７Ｂの可動接片ａ１８、ａ１９、ａ２０、ａ２１は共通に接続され、差動アンプ２９の非反転入力端子に抵抗Ｒ１１を介して接続されている。差動アンプ２９の非反転入力端子と抵抗Ｒ１１の接続点及び接地間に抵抗Ｒ１５を接続し、反転端子と出力間にフィードバック用抵抗Ｒ１６を接続し、差動アンプ２９の出力端を出力切換器２２の固定接点ｃ５に接続する。固定接点ｂ１８、ｂ１９、ｂ２０、ｂ２１は夫々ブリッジボックス３５の接続点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａ或いはジャンクションボックス３６の接続点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａに図示しないケーブルを介して接続されている。

第１のアナログスイッチ２７Ａ及び第２のアナログスイッチ２７Ｂ内にはデコーダ４７Ａ、４７Ｂが設けられ、各々のデコーダ４７Ａ及び４７Ｂは可動接片ａ６、ａ７、ａ８、ａ９とａ１０、ａ１１、ａ１２、ａ１３、及び可動接片ａ１４、ａ１５、ａ１６、ａ１７とａ１８、ａ１９、ａ２０、ａ２１のオン、オフ制御を行う。デコーダ４７Ａ、４７Ｂには制御用ＩＣ（ＭＣ１４０９４）４９に供給するデータ、クロック、ラッチ入力に対し出力されるデータＤ４９、Ｄ５０によって第１のアナログスイッチ２７Ａ及び第２のアナログスイッチ２７Ｂ内の所定の可動接片ａ６、ａ７、ａ８、ａ９とａ１０、ａ１１、ａ１２、ａ１３、及び可動接片ａ１４、ａ１５、ａ１６、ａ１７とａ１８、ａ１９、ａ２０、ａ２１がオン、オフ制御される。またデータＤ５１によって入力切換器２０の可動接片ａ１、ａ２、ａ３、ａ４がオン、オフ制御され、データＤ４８によって出力切換器２２の可動接片ａ５がオン、オフ制御される。

図５は、マルチアンプユニット３８内の定電流源２８及び電圧測定回路２９の具体的回路構成を示すものであり、図４との対応部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図５に於いて、定電流源２８の出力端は第１のアナログスイッチ２７Ａの可動接片ａ６、ａ７、ａ８、ａ９に共通に抵抗Ｒ１９を介して接続され、固定接点ｂ６、ｂ７、ｂ８、ｂ９はブリッジ回路を構成するセンサ１１の接続点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに接続されている。又、可動接片ａ１０、ａ１１、ａ１２、ａ１３は共通に接地され、固定接点ｂ１０、ｂ１１、ｂ１２、ｂ１３はブリッジ回路を構成するセンサ１１の接続点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａに図示しないケーブルを介して接続されている。定電流源２８を構成する第１の差動アンプ５８の反転入力端子には抵抗Ｒ２５を介して基準電圧源（ＲＥＦ）５４から基準電圧（４，０９６Ｖ）が与えられ非反転入力端子にはグランド電圧が与えられる。Ｒ２６はフィードバック用抵抗であり、第１の差動アンプ５８の出力端子は抵抗Ｒ２２＝２ｋΩ及び抵抗２３＝２０ｋΩを介して第２の差動アンプ５２の反転入力端子及び非反転入力端子に接続されている。この非反転入力端子と接地間には抵抗Ｒ２４＝３０ｋΩが接続され、第２の差動アンプ５２の出力端は抵抗Ｒ２０＝１０ｋΩを介してトランジスタＴｒ１のベースに接続され、トランジスタＴｒ１のエミッタは抵抗Ｒ２１＝１００Ωを介して第２の差動アンプ５２の反転入力端子に接続され、コレクタは抵抗Ｒ１９＝１ｋΩに接続されると共に、接地されさたダイオードＤ１に接続されている。上述の回路構成で１ｍＡの定電流をセンサ１１に流すことができる。

電圧測定回路２９は、第３乃至第５の差動アンプ２９、５０、５１で構成され、第２のアナログスイッチ２７Ｂの可動接片ａ１４、ａ１５、ａ１６、ａ１ｄ７は、共通に抵抗Ｒ１７＝４．７ｋΩを介して第４の差動アンプ５０の非反転入力端子に接続され、固定接点ｂ１４、ｂ１５、ｂ１６、ｂ１７はブリッジ回路を構成するセンサ１１の接続点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに接続されている。可動接片ａ１８、ａ１９、ａ２０、ａ２１は、共通に抵抗Ｒ１８＝４．７ｋΩを介して第５の差動アンプ５１の非反入力転端子に接続され、固定接点ｂ１８、ｂ１９、ｂ２０、ｂ２１はブリッジ回路を構成するセンサ１１の接続点Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａに接続されている。第４の差動アンプ５０の非反転入力端子と第５の差動アンプ５１の非反入力転端子間にはコンデンサＣ１＝０．１μＦが接続されて、抵抗Ｒ１７，Ｒ１８とで構成するフィルタによって略１７０Ｈｚの共振周波数（ｆ_ｃ）を生ずる。第４の差動アンプ５０及び第５の差動アンプ５１の反転入力転端子と夫々の出力間はショートされ、第４及び第５の出力端子は夫々抵抗Ｒ１０＝１０ｋΩ、抵抗Ｒ１１＝１０ｋΩを介して第３の差動アンプ２９の反転入力転端子及び非反転入力転端子に接続されている。第３の差動アンプ２９は図４の構成と同様であり、出力端は出力切換器２２の固定接点ｃ５に接続されている。ここで抵抗Ｒ１５＝Ｒ１６＝１０ｋΩである。

上述の様に、第１及び第２のアナログスイッチ２７Ａ、２７Ｂと二つに分割することで、第２のアナログスイッチ２７Ｂは、第１のアナログスイッチ２７Ａの内部抵抗値がセンサ１１のブリッジ辺及びケーブルの内部抵抗値に合算されて、ブリッジ辺の電圧測定時の精度が悪くなるのを除去することになる。

上述の回路構成に於いて、定電流源２８の経路に含まれる抵抗はセンサ１１を構成する１辺の抵抗値１２０Ω乃至１ｋΩの時に、ブリッジの１辺から見た抵抗は正常時９０Ω乃至７５０Ω、断線時で１２０Ω乃至３ｋΩであり、ケーブルＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤ、ＣＡ１、ＣＢ１、ＣＣ１、ＣＤ１……等の０．５ミリメートルスケアの１００ｍ往復での内部抵抗は略１０Ω、第１のアナログスイッチ２７Ａ及び第２のアナログスイッチ２７Ｂをオンさせた時の内部抵抗が略夫々１００Ω、定電流源２８の保護抵抗が１ｋΩであり、合計時の最小抵抗値＝１３００Ω、最大抵抗値＝４２１０Ω程度となる。

以下、本発明の動作を図４及び図５に示した回路構成で説明する。ひずみ測定等の物理的な測定を行う前に入力切換器２０の可動接片ａ１、ａ２、ａ３、ａ４を制御用のＩＣ４９からの制御データＤ５１によって断線チェック回路２６側の固定接点ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４側に切換えると共に同じく制御用のＩＣ４９からの制御データＤ４８によって出力切換器２２の可動接片ａ５も固定接点ｃ５側に切換える。更に、制御用のＩＣ４９からの制御データＤ４９及びＤ５０によってブリッジ辺切換回路２７の第１のアナログスイッチ２７Ａ及び第２のアナログスイッチ２７Ｂ内の可動接片ａ６乃至ａ２１も固定接点ｂ６乃至ｂ２１側にデコーダ４７Ａ、４７Ｂのデコード値に応じて切換える。

例えば、センサ１１のブリッジ辺の接続点ＡＢ間の抵抗Ｒ１の断線或いは短絡状態の測定を行う場合には、第１のアナログスイッチ２７Ａの可動接片ａ６、ａ１０をデコーダ４７Ａによって「オン」状態とし、入力切換器２０の固定接点ｃ１−可動接片ａ１−ケーブルＣＡ１−ケーブルＣＡ−センサ１１の接続点Ａ−抵抗Ｒ１−接続点Ｂ−ケーブルＣＢ−ケーブルＣＢ１−ａ２−ｃ２−固定接点ｂ１０に接続された図示しないケーブル−可動接片ａ１０−接地の経路で抵抗Ｒ１に１ｍＡの定電流が流される。

次に、図３で詳記したと同様に電圧の測定を行う。即ち、第２のアナログスイッチ２７Ｂの可動接片ａ１４、ａ１８を制御ＩＣ４９のデータＤ４９、Ｄ５０によりデコーダ４７Ｂを介して「オン」状態とし、入力切換器２０の固定接点ｃ１−可動接片ａ１−ケーブルＣＡ１−ケーブルＣＡ−センサ１１の接続点Ａの抵抗Ｒ１とケーブルＣＢ−ケーブルＣＢ１固定接点ｃ２−可動接点ａ２−図示しないケーブルを含むＣＢ２間の電圧が測定される。図示しないケーブルを含むＣＡ２、ＣＢ２はマルチアンプユニット３８内の経路である為、上記経路に比べて抵抗値が低く測定電圧に影響を与えない。この測定電圧は０Ｖから出力飽和状態電圧までを所定の整数Ｎで分割した所定の電圧測定値を求めて、ＣＰＵ２４内の記憶手段内に記憶させる。このような、電圧測定操作を第１及び第２のアナログスイッチ２７Ａと２７Ｂの可動接片ａ７、ａ１１とａ１５、ａ１９の次にはａ８、ａ１２とａ１６、ａ２０更に、次にはａ９、ａ１３とａ１７、ａ２１を順次「オン」させてセンサ１１の抵抗Ｒ２乃至抵抗Ｒ４を測定してこれらの各データを記憶することで、ＣＰＵ２４は表１及び表２に基いてセンサ１１内の抵抗又は／及びケーブルの断線又は／及び短絡状態を判定して、パソコン３０の表示装置に表示する。

上述の構成及び動作に於いて、ケーブルＣＡ、ＣＡ１乃至ＣＥ、ＣＥ１の内部抵抗を含まないセンサ１１のブリッジ辺ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＡ間或いは、ジャンクションボックス３６のケーブルＣＡ乃至ＣＥの内部抵抗を含むセンサ１１のブリッジ辺ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＤＡ間の抵抗測定時には標準の低い所定抵抗値を有するケ−ブルＣＡ２乃至ＣＤ２をセンサ１１の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ或いはジャンクションボックス３６の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに直接接続するようにして測定してもよい。

上述の構成では、ひずみ測定用のセンサについて説明したが、差動変圧器型のセンサの異常を検出する場合は定電流源２８に交流の電流源を用い、電圧測定には実効値を測定可能な実効値増幅器を使用して断線或いは短絡状態の検出を行うことが出来る。又、定電流源２８をブリッジ電源ＶＤＤとし、電圧測定回路２９と組み合わせることでＤＣストレンアンプとするようにしてもよい。更に、又、定電流源からの定電流を白金抵抗体等に流し、電圧測定回路２９と組み合わせることで、温度計測を行うようにすることもできる。

本発明によれば、各種センサを用いて、センサ１１の４辺のどの辺が断線又は／及び短絡状態を判定、或いは、センサ１１に接続されている４本のケーブルのどのケーブルが断線又は／及び短絡状態かを判定することが出来るために多数（例えば何１０乃至何１００）のどのセンサ或いはケーブルがあるかを、簡単に見出すことが出来るので時間及び手間を大幅に短縮可能となる。又、センサ１１の各辺のインピーダンスが大きくバラついている場合の検出も可能となる。更に、本発明によれば、測定時に誤ってインピーダンスの異なるセンサを測定部位に配設した場合にでも、これらの間違いを見出すことが可能となる。

本発明の１形態例を示す変換器の検出装置及び変換器の検出方法の系統図である。 本発明の変換器の検出装置に用いるブリッジ辺測定時の原理説明用の回路図である。 本発明の変換器の検出方法を示すフローチャートである。 本発明の変換器の検出装置の１実施例を示す系統図である。 本発明の変換器の検出装置の他の実施例を示す系統図である。 従来の変換器の検出装置の回路図である。 従来の変換器の検出装置の他の構成を示す回路図である。

符号の説明

１１‥‥センサ、１２‥‥スイッチ手段、‥‥、１３‥‥定電流源、１４‥‥比較部、１５‥‥電圧測定部、１６‥‥基準電圧源、２０‥‥入力切換器、 ２１‥‥ひずみ測定回路、２２‥‥出力切換器、２４‥‥ＣＰＵ、２６‥‥断線チェック回路、２７‥‥ブリッジ辺切換回路、２８‥‥定電流源、２９‥‥電圧測定回路、３０‥‥パソコン

Claims (6)

1. 測定手段用変換器の出力を異常検出装置側に接続する接続手段と、
   ブリッジ構成の上記変換器の各辺を切換えるブリッジ辺切換手段と、
   上記変換器の各辺に定電流を供給する定電流手段と、
   上記ブリッジ辺切換手段に接続され、該ブリッジの各辺に流した定電流によって発生する電圧を測定する電圧測定手段と、
   ブリッジの各辺の電圧値からブリッジの各辺の異常を判断するコンピュータと、
   を具備してなることを特徴とする変換器の異常検出装置。
2. ブリッジ構成の機械―電気変換器を介して、物理量を測定する測定手段に付加された変換器の異常検出装置であって、
   上記測定手段の上記変換器の出力を上記異常検出装置側に切換える切換手段と、
   上記ブリッジ構成の上記変換器の各辺を切換えるブリッジ辺切換手段と、
   上記変換器の上記各辺に定電流を供給する定電流手段と、
   上記ブリッジ辺切換手段に接続され、上記ブリッジの各辺に流した上記定電流によって発生する電圧を測定する電圧測定手段と、
   上記ブリッジの各辺の電圧値から該ブリッジの各辺の異常を判断するコンピュータと、
   を具備してなることを特徴とする変換器の異常検出装置。
3. 前記ブリッジ辺切換手段を第１及び第２のブリッジ切換器より構成させてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の変換器の異常検出装置。
4. 測定手段用変換器の出力を異常検出装置側に接続する接続プロセスと、
   ブリッジ構成の上記変換器の各辺に切換えるブリッジ辺切換プロセスと、
   上記変換器の各辺に定電流を供給する定電流プロセスと、
   上記ブリッジ辺切換手段に接続され、該ブリッジの各辺に流した上記定電流によって発生する電圧を測定する電圧測定プロセスと、
   上記ブリッジの各辺の電圧値から該ブリッジの各辺の異常を判断する判定プロセスと
   よりなることを特徴とする変換器の異常検出方法。
5. ブリッジ構成の機械―電気変換器を介して、物理量を測定する測定手段に付加された変換器の異常検出方法であって、
   上記測定手段の上記変換器の出力を異常検出装置側に切換える切換プロセスと、
   上記ブリッジ構成の変換器の各辺に切換えるブリッジ辺切換プロセスと、
   上記変換器の上記各辺に定電流を供給する定電流プロセスと、
   上記ブリッジ辺切換手段に接続され、上記ブリッジの各辺に流した上記定電流によって発生する電圧を測定する電圧測定プロセスと、
   上記ブリッジの各辺の電圧値から該ブリッジの各辺の異常を判断する判定プロセスと、
   よりなることを特徴とする変換器の異常検出方法。
6. 前記ブリッジ辺切換プロセスを第１及び第２のブリッジ切換プロセスにより切換えてなることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の変換器の異常検出方法。

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