JP2012047636A

JP2012047636A - ブリッジセンサの断線検出装置

Info

Publication number: JP2012047636A
Application number: JP2010191063A
Authority: JP
Inventors: Masatomo Adachi; 正知足立; Hirotada Sugiura; 弘忠杉浦; Masaaki Yasueda; 政昭安枝
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】正確な断線検出を実現するブリッジセンサの断線検出装置を提供する。
【解決手段】歪みゲージをブリッジ回路に組み込んで成るセンサ部２と、このセンサ部２の電源端子に接続して電流の検出を行う電流検出部３と、この電流検出部３による検出値と基準電流値とを比較して、その比較結果に応じて前記センサ部の断線の有無を判定する比較判定部４とを備えるブリッジセンサの断線検出装置１による。この構成により、センサ部２の特性を変化させることなく、正確な判定結果を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、歪みゲージをブリッジ回路に組み込んで成る圧力センサ、加速度センサ、トルクセンサまたは変位センサを有し、機械的な微小変化量である歪みを電気信号として検出するトランスデューサ回路におけるブリッジセンサの断線検出装置に関する。

従来から、歪みゲージをブリッジ回路に組み込んで成るセンサにおいて、その断線を検出可能な装置としては、特許文献１に示すものがある。この断線検出機能付きブリッジセンサは、４個の歪みゲージをブリッジ回路に組み込んで成るセンサ部の入力端には、２個の基準電圧が接続されており、スイッチング部を操作することにより、当該基準電圧を交互に接続可能に構成されている。そして、出力電圧値の変化率を比較することにより、断線等の動作不良を検出するものである。

特開平０２−２３２１２７号公報

しかしながら、前記断線検出機能付きブリッジセンサにおいては、基準電圧の切り替えには処理時間を要する。そのため、この切り替えの間にセンサのインピーダンスが変化してしまうから、正確な断線検出を行うことができない問題を有していた。

本発明のブリッジセンサの断線検出装置は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、歪みゲージをブリッジ回路に組み込んで成るセンサ部と、このセンサ部の電源端子に接続して電流の検出を行う電流検出部と、この電流検出部による検出値と基準電流値とを比較して、その比較結果に応じて前記センサ部の断線の有無を判定する比較判定部とを備えている。

また、前記電流検出部が、前記センサ部の電源端子に反転入力端子を接続するオペアンプ４と、当該電源端子にエミッタ端子を接続するトランジスタと、正電源電圧とトランジスタのコレクタ端子との間に接続される第１抵抗と、当該トランジスタとオペアンプとの間に接続される第２抵抗とから構成され、前記比較判定部がオペアンプから成り、このオペアンプの非反転端子には、第１抵抗の一端と前記トランジスタのコレクタ端子とが接続されて当該第１抵抗の一端の検出電圧が印加される一方、反転端子には、設定部が接続され、当該設定部に予め設定された基準電圧が印加されるよう構成され、前記検出電圧と基準電圧とを比較判定して前記センサ部の断線の有無を判定するよう構成されている。

請求項１に記載のブリッジセンサの断線検出装置によれば、センサ部に電流検出部を接続して、その電流検出値を基準電流値と比較判定するよう構成されている。これにより、センサ部の特性を変化させることなく、正確な判定結果を得ることができる。

請求項２に記載のブリッジセンサの断線検出装置によれば、常時、異常検出することができる。そればかりか、少ない部品点数で電流検出部および比較判定部を構成することができ、コスト面においても優れたものとなる。

本発明のブリッジセンサの断線検出装置の構成図である。本発明のブリッジセンサの断線検出装置の他の実施形態を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１はブリッジセンサの断線検出装置であり、歪みゲージの抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４をブリッジ回路に組み込んで成るセンサ部２を有している。また、このセンサ部２の電源端子Ｔ１には定電圧源５により供給される高精度な電圧が電流検出部３を介して印加される。

前記電流検出部３は、前記センサ部の電源端子に反転入力端子を接続するオペアンプ４と、同じく当該電源端子にエミッタ端子を接続するトランジスタ１１と、正電源電圧ＶＣＣとトランジスタ１１のコレクタ端子との間に接続される第１抵抗Ｒ６と、当該トランジスタ１１とオペアンプ４との間に接続される第２抵抗Ｒ７とから構成される。

前記定電圧源５は、高精度の電圧リファレンス回路であり、温度補償型のツェナーダイオード６と、電流制限抵抗Ｒ５とから構成されている。そして、このツェナーダイオード６のカソードが前記オペアンプ４の非反転入力端子に接続される。このような構成により、センサ部２には正電源電圧ＶＣＣが変動しても一定の電圧Ｖｂｉａｓが印加される。

また、本発明のブリッジセンサの断線検出装置１においては、前記電流検出部３による検出値と設定部１０に設定された基準電流値との比較を行う比較判定部４を有している。この比較判定部４はオペアンプ４で構成され、このオペアンプ４の非反転端子には、前記トランジスタ１１のコレクタ端子が接続される一方、反転端子には詳細を後述する設定部１０が接続されている。この構成により、非反転端子に印加される電圧Ｖｓｅｎｓが反転端子に印加される電圧Ｖｒｅｆよりも大きければ、断線異常信号を制御部９へ送る。

さらに、前記センサ部２の両出力端子Ｔ３，Ｔ４における出力電圧信号は、計装アンプ７で増幅され、Ａ／Ｄ変換部８でディジタル変換されて制御部９へ送られる。これを制御部９が電気信号として受信して解析することにより、トルク、圧力あるいは加速度等の各種データを検出することができる。

以下、本発明のブリッジセンサの断線検出装置１による断線検出動作を説明する。前記センサ部２の電源端子Ｔ１に電圧Ｖｂｉａｓが印加されている場合、センサ部２へ流れ込む電流Ｉｂｉａｓは、センサ部２の合成抵抗をＲｓとすると、Ｉｂｉａｓ＝Ｖｂｉａｓ／Ｒｓ（式１）として与えられる。ここで、センサ部２の少なくともいずれか一本が断線した場合、センサ部２の合成抵抗Ｒｓが変わり、その結果、供給される電流値は、正常時の電流値に比べて必ず小さくなる。

そこで、基準電流値は、正常なセンサ部２に電圧Ｖｂｉａｓを印加したとき、流れ込む電流値と、断線した場合に流れる最大の電流値との間に設定されている。そして、比較判定部４が検出電流値と当該基準電流値との比較を行い、その結果、検出電流値が基準電流値より小さいと判定すると、断線異常信号を制御部９へ送り、表示部（図示せず）に異常を表示するよう構成されている。

また、断線は複数箇所で発生する可能性もある。特に、ブリッジ回路同士を並列接続して計８本の歪みゲージを組み込んで成るセンサ部においては、歪みゲージの引出線の数も多く、複数の断線が発生する可能性も高くなる。

そこで、センサ部２においては断線数に応じて異常時に検出される電流値が異なるという特性を利用して断線本数の判定を可能な構成とする。具体的には、前記比較判定部４と前記設定部１０との組合わせを断線本数に応じて複数個設ける。また、それぞれの設定部には、予めあらゆる箇所を断線させてそのあらゆる断線数別に測定した電流値が設定されている。そして、断線数に対応する比較判定部４から断線信号が発せられれるから、制御部９はその信号を受信して断線数を表示するよう構成されている。このため、作業者には修理しなければならない断線数が明らかになり、断線修理を迅速かつ正確に行うことができる。

以下、電流検出部３に流れる電流を電圧に置き換えて断線を検出する構成を説明する。

前記第１抵抗Ｒ６を流れる電流Ｉｓｅｎｓは、センサ部２に流れる電流Ｉｂｉａｓと同じであるから、Ｉｓｅｎｓ＝Ｉｂｉａｓ（式２）が成り立つ。これにより、第１抵抗Ｒ６の両端の電位差ＶＲ６は、ＶＲ６＝Ｖｂｉａｓ／Ｒｓ×Ｒ６（式３）となる。したがって、第１抵抗Ｒ６の一端の電圧Ｖｓｅｎｓは、Ｖｓｅｎｓ＝ＶＣＣ−Ｖｂｉａｓ／Ｒｓ×Ｒ６（式４）として表される。この検出電圧Ｖｓｅｎｓが、比較判定部４のオペアンプの非反転端子に印加される。断線時には、合成抵抗Ｒｓが大きくなるから（式４）に基づき検出電圧Ｖｓｅｎｓは正常時よりも大きくなることがわかる。そして、正常時の電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとして設定し、比較判定部４がＶｓｅｎｓとＶｒｅｆを比較判定し、検出電圧Ｖｓｅｎｓが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きければ、異常信号を制御部９へ送り、表示部に異常を表示するよう構成されている。

以上の構成から成る電流検出部３および比較判定部４によれば、センサ部２に供給される電流を前記第１抵抗Ｒ６を利用して電流を電圧に変換するよう構成されている。これにより、常時、異常検出して即座に判定結果を得られるとともに、その判定精度も向上する。そればかりか、少ない部品点数で電流検出部３および比較判定部４を構成することができ、コスト面においても優れた装置を提供することができる。

以下、本発明の他の実施形態を図２に基づいて説明する。１’はブリッジセンサの断線検出装置であり、上記ブリッジセンサの断線検出装置１において図１に示す比較判定部４を不要とした構成である。

その構成としては、前記比較判定部４と設定部１０に代えて、Ａ／Ｄ変換器９ａを設ける。このＡ／Ｄ変換器９ａはマイクロプロセッサに内蔵されており、すなわちマイクロプロプロセッサ等で構成される制御部９に内蔵されている。このＡ／Ｄ変換器９ａの入力端子には電流検出部３のトランジスタ１１のコレクタ端子が接続されている。この構成により、相対値での比較判定処理が可能となり、別途基準電圧を設けて構成する必要がなくなる。

また、前記トランジスタ１１のコレクタ端子側に接続された前記第１抵抗Ｒ６の抵抗値は、その一端の検出電圧Ｖｓｅｎｓが前記Ａ／Ｄ変換器９ａの定格電圧を超えないように設定されている。そして、電源投入時のＡ／Ｄ変換器のディジタル出力値を正常時の基準電圧Ｖｒｅｆとして読み込み記憶し、基準電圧Ｖｒｅｆとして設定し、この基準電圧Ｖｒｅｆと検出電圧Ｖｓｅｎｓとを常時比較判定することにより、断線検出を行うよう構成されている。この構成によれば、別個に比較判定部を設ける必要が無くなる。しかも、電源投入毎に基準電圧Ｖｒｅｆを設定し直すので、センサ部２が経年劣化により温度特性が変化して正常時（断線無し）における基準電圧Ｖｒｅｆが変化した場合でも、正確な断線検出を行うことができる。なお、この構成は、複数の断線検出においても適用可能である。

１ブリッジセンサの断線検出装置
２センサ部
３電流検出部
４比較判定部
５定電圧源
６ツェナーダイオード
７計装アンプ
８Ａ／Ｄ変換部
９制御部
１０設定部
１１トランジスタ
１２オペアンプ

Claims

歪みゲージをブリッジ回路に組み込んで成るセンサ部と、
このセンサ部の電源端子に接続して電流の検出を行う電流検出部と、
この電流検出部による検出値と基準電流値とを比較して、その比較結果に応じて前記センサ部の断線の有無を判定する比較判定部と
を備えていることを特徴とするブリッジセンサの断線検出装置。
前記電流検出部が、前記センサ部の電源端子に反転入力端子を接続するオペアンプ４と、当該電源端子にエミッタ端子を接続するトランジスタと、正電源電圧とトランジスタのコレクタ端子との間に接続される第１抵抗と、当該トランジスタとオペアンプとの間に接続される第２抵抗とから構成され、
前記比較判定部がオペアンプから成り、このオペアンプの非反転端子には、第１抵抗の一端と前記トランジスタのコレクタ端子とが接続されて当該第１抵抗の一端の検出電圧が印加される一方、反転端子には、設定部が接続され、当該設定部に予め設定された基準電圧が印加されるよう構成され、
前記検出電圧と基準電圧とを比較判定して前記センサ部の断線の有無を判定するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のブリッジセンサの断線検出装置。