JP2594722B2 - アナログ入力方式 - Google Patents

アナログ入力方式

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JP2594722B2 JP3285454A JP28545491A JP2594722B2 JP 2594722 B2 JP2594722 B2 JP 2594722B2 JP 3285454 A JP3285454 A JP 3285454A JP 28545491 A JP28545491 A JP 28545491A JP 2594722 B2 JP2594722 B2 JP 2594722B2
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  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ストレンゲージや測
温抵抗体などの抵抗値の変化をブリッジ回路にて電圧に
変換し、データ処理手段に取り込むアナログ入力方式に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は従来のアナログ入力方式を示すブ
ロック図である。図において、1a〜1nはそのアーム
の1つ(例えばR1 )に、外力による歪みの大きさによ
ってその抵抗値が変化するストレンゲージなどをもった
ブリッジ回路である。
【0003】2はこのブリッジ回路1a〜1nに所定の
電源電圧V1 ,V2 を印加するための定電圧電源であ
り、3a〜3nは各ブリッジ回路1a〜1nのそれぞれ
の2つの中点から得られる電圧v1 ,v2 を差動増幅す
る、高入力インピーダンスの差動形アナログ増幅器であ
る。
【0004】4は各差動形アナログ増幅器3a〜3nに
て差動増幅されて出力される電圧値v中の1つを選択し
て取り込むためのマルチプレクサであり、5はこのマル
チプレクサ4にて選択された電圧値vのアナログ・ディ
ジタル変換(以下、A/D変換という)を行うA/D変
換器である。
【0005】6はマイクロプロセッサやメモリなどによ
って構成され、前記A/D変換器5によってディジタル
値に変換された電圧値vを取り込んで所定の処理を行
う、データ処理手段としてのマイクロコンピュータ(以
下、マイコンという)である。
【0006】次に動作について説明する。定電圧電源2
によって所定の電源電圧V1 ,V2 がブリッジ回路1a
〜1nに印加されると、各ブリッジ回路1a〜1nの2
つの中点からは、それぞれ各アームR1 〜R4 の抵抗値
の比に対応した電圧v1 , v2 が得られる。なお、この
中点の電圧v1 , v2 と電源電圧V1 ,V2 との関係
は、次に示す式(1) で与えられる。
【0007】
【数1】
【0008】この式(1) 中において、εは測定対象のア
ームR1 のストレンゲージから得られる歪みであり、K
は使用しているストレンゲージによって定まる既知の定
数である。
【0009】一方、差動形アナログ増幅器3a(〜3
n)の出力する電圧値vとこのブリッジ回路1a(〜1
n)の2つの中点の電圧v1 ,v2との間には、次の式
(2) で示す関係が明らかに成り立っている。
【0010】 v=g(v2 −v1 )+α(v2 +v1 )+β ……(2)
【0011】この式(2) 中、gは差動形アナログ増幅器
1a(〜1n)のゲインであり、この場合には、中点の
電圧v1 ,v2 はmV単位の微少な電圧であるため、数
百倍程度に設定されている。また、αは同相電位に対す
る増幅率であり、理想的には“0”であるが現実には若
干の値を持つ。βは差動形アナログ増幅器1a(〜1
n)のオフセットである。
【0012】以上のようにして増幅された各差動形アナ
ログ増幅器3a〜3nの出力電圧値vは、それぞれマル
チプレクサ4に入力されてその中の1つが選択され、A
/D変換器5に送られる。選択された電圧値vはA/D
変換器5においてアナログ値からディジタル値に変換さ
れる。
【0013】マイコン6はA/D変換器5でディジタル
値に変換された電圧値vを取り込んで、前記式(1) およ
び式(2) を逆にたどって処理し、歪みの測定値εを得
る。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】従来のアナログ入力方
式は以上のように構成されているので、常温時に差動形
アナログ増幅器3a〜3nを調整してオフセットβをほ
ぼ“0”にしても、差動形アナログ増幅器3a〜3nの
ゲインgが大きなものであるため、このオフセット電圧
のわずかな変動でも大きな影響となり、特に、使用温度
範囲が広い場合、温度変化による変動値が予測困難なこ
ともあって、測定精度に悪影響を及ぼすことになり、ま
た、定電圧電源2の出力する電源電圧V1 ,V2 が温度
の影響を受けるような場合にも、式(1) から明らかなよ
うに測定精度への影響はさけられず、さらに、ブリッジ
回路1a〜1nに印加する電源電圧V1 ,V2 は正負の
同一電圧とし、各アームR1 〜R4 の抵抗値をほぼ同一
となるように設定して、同相電圧(v2 +v1 )がほぼ
“0”となるようにすることで、数2のα(v2
1 )の項を無視できるようにはしているが、それには
同相電圧(v2 +v1 )が“0”になるように設定して
おかなければならないという制約がつきまとうなどの問
題点があった。
【0015】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、温度変化による影響を受けに
くいアナログ入力方式を得ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
係るアナログ入力方式は、ブリッジ回路の2つの中点の
電圧をマルチプレクサで切り替えて差動形アナログ増幅
器の2つの入力端子に入力し、差動形アナログ増幅器の
両入力端子に、ブリッジ回路の別々の中点の電圧を入力
したときの出力のディジタル値を測定値、いずれか一方
の中点の電圧を入力したときの出力のディジタル値を、
前記測定値の補正値としてデータ処理手段に取り込むも
のである。
【0017】また、請求項2に記載の発明に係るアナロ
グ入力方式は、ブリッジ回路の2つの中点の電圧をマル
チプレクサで切り替えてアナログ増幅器の入力端子に順
番に入力し、その出力のディジタル値をデータ処理手段
に取り込んで、それらの差に基づいて測定値を得るもの
である。
【0018】
【作用】請求項1に記載の発明におけるアナログ入力方
式は、差動形アナログ増幅器の両入力端子にブリッジ回
路のいずれか一方の中点の電圧を入力したときの、出力
A/D変換値で測定値の補正を行うことにより、温度変
化の精度に及ぼす影響を極力抑えたアナログ入力方式を
実現する。
【0019】また、請求項2に記載の発明におけるアナ
ログ入力方式は、ブリッジ回路の2つの中点の電圧をア
ナログ増幅器の入力端子に順番に入力して、その出力の
ディジタル値の差に基づいて測定値を得ることにより、
温度変化の精度に及ぼす影響を極力抑えたアナログ入力
方式を実現する。
【0020】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図1は請求項1に記載の発明の一実施例を示すブロ
ック図である。図において、1a〜1nはそのアームの
1つにストレンゲージをもったブリッジ回路、2は定電
圧電源、3a〜3nは差動形アナログ増幅器、5はA/
D変換器、6はデータ処理手段としてのマイコンであ
り、図4に同一符号を付した従来のそれらと同一、ある
いは相当部分であるため詳細な説明は省略する。
【0021】また、7a〜7nは各差動形アナログ増幅
器3a〜3n対応に設けられ、それぞれの一方の入力端
子(+)にブリッジ回路1a〜1nの2つの中点の電圧
1 ,v2 の一方を選択して入力するためのマルチプレ
クサであり、8は各差動形アナログ増幅器3a〜3nの
出力電圧値vだけでなく、定電圧電源2の電源電圧
1 ,V2 もA/D変換器5に選択入力できる点で、従
来のものとは異なったマルチプレクサである。
【0022】次に動作について説明する。マルチプレク
サ7aがブリッジ回路1aの中点の電圧v2 を選択した
場合、差動形アナログ増幅器1aの出力する電圧値v
は、従来の場合と同様に式(1) および式(2) に基づいて
得られる。
【0023】一方、マルチプレクサ7aが電圧v1 を選
択した場合に得られる差動形アナログ増幅器3a出力電
圧をΔvとすると、Δvは次に示す式(3) によって求め
られる。
【0024】 Δv=2α・v1 +β ……(3)
【0025】この式(3) を前述の式(2) から減算すると
式(4) となり、差動形アナログ増幅器では一般にゲイン
gが増幅率αに比べて極めて大きなものであるため、こ
の式(4) は式(5) と変形できる。
【0026】 v−Δv=g(v2 −v1 )+α(v2 −v1 ) ……(4)
【0027】 v−Δv=g(v2 −v1 ) ……(5)
【0028】従って、まずマルチプレクサ7aで中点の
電圧v2 を選択して差動増幅し、その出力電圧値vをA
/D変換してマイコン6に取り込み、その後、マルチプ
レクサ7aで中点の電圧v1 を選択して差動増幅し、そ
の出力電圧値Δvをマイコン6に取り込んで、前記電圧
値vのディジタル値より差し引くと、数5に示したオフ
セットβの影響のない測定値を得ることができる。
【0029】なお、式(2) における同相電圧の影響α
(v2 +v1 )も無視することが可能となって、定電圧
電源2の電源電圧V1 ,V2 も正負の同一電圧とする必
要がなくなるため、一方の電源電圧、例えばV1
“0”にして、必要電源の数を削減することができる。
【0030】また、ゲインgは差動形アナログ増幅器3
a〜3nの内部抵抗の値によって決定されるため、温度
の影響を受けにくい設計をすることは比較的容易であ
る。
【0031】前記式(1) とこの式(5) をまとめると、次
に示す式(6) が得られる。
【0032】
【数2】
【0033】この式(6) の中には、温度の影響を受け易
い項目として、電源電圧V1 , V2 がまだ存在している
が、マルチプレクサ8によってこれら電源電圧V1 ,V
2 を選択してA/D変換器5に送り、それらをA/D変
換したディジタル値をマイコン6に取り込んで補正すれ
ば、それらによる温度の影響も除くことは容易である。
【0034】なお、A/D変換器5も温度の影響を受け
るが、ゲインの高い差動形アナログ増幅器3a〜3n程
ではなく、また、影響を受けたとしても、マルチプレク
サ8にて電源電圧V1 あるいはV2 を選択してA/D変
換し、マイコン6に取り込んで処理してやれば、A/D
変換器5自体の温度の影響を補正することも可能であ
る。
【0035】実施例2.図2は請求項2に記載の発明の
一実施例を示すブロック図で、図1と同一の部分には同
一符号を付して説明の重複をさけている。図において、
9a〜9nは差動増幅を行わない通常の正転または反転
のアナログ増幅器であり、対応するマルチプレクサ7a
〜7nによってブリッジ回路1a〜1nの2つの中点の
電圧v1 ,v2 が順番に入力される。
【0036】次に動作について説明する。今、アナログ
増幅器9a(〜9n)のゲインをg、オフセットをβと
すると、マルチプレクサ7a(〜7n)で中点の電圧v
1 を選択した場合にはその出力電圧値va は次の式(7)
で与えられ、電圧v2 を選択した場合にはその出力電圧
値vb は次の式(8) で与えられる。
【0037】 va =gv2 +β ……(7)
【0038】 vb =gv1 +β ……(8)
【0039】これら式(7) と式(8) との差を求めると次
の式(9) となり、オフセットβの項目がキャンセルされ
ていることがわかる。
【0040】 va −vb =g(v2 −v1 ) ……(9)
【0041】このように、前述の式(1) とこの式(9) と
によって、図2に示す構成によっても温度の影響を軽減
することができるが、その場合には、次のような注意が
必要となる。
【0042】即ち、アナログ増幅器9a〜9nの出力が
飽和することのないように、ブリッジ回路1a〜1nの
各アームR1 〜R4 および定電圧電源2の電源電圧
1 ,V2 を適当に選定して、ブリッジ回路1a〜1n
の中点の電圧V1 ,V2 が0V近辺となるようにする。
【0043】このようなことは、ストレンゲージの場
合、各アームR1 〜R4 の値がほぼ等しいものであるた
め、電源電圧V1 ,V2 をV1 ≒V2 とすることによっ
て容易に実現することができる。
【0044】実施例3.なお、上記実施例では、複数の
アナログ増幅器9a〜9nを用いたものを示したが、そ
れぞれのゲインを同じにすることが可能であれば、図3
に示すようにアナログ増幅器を9の1つだけとし、1つ
のマルチプレクサ7によって各ブリッジ回路1a〜1n
の2つの中点の電圧V1 ,V2 を、そのアナログ増幅器
9に選択入力することにより、ハードウェア量を削減す
ることが可能となる。
【0045】実施例4.また、上記実施例1〜3では、
ブリッジ回路1a〜1nにストレンゲージを接続した場
合について説明したが、測温抵抗体など他の素子を接続
してもよく、上記各実施例と同様の効果を奏する。
【0046】
【発明の効果】以上のように、請求項1に記載の発明に
よれば、差動形アナログ増幅器の両入力端子にブリッジ
回路のいずれか一方の中点の電圧を入力したときの出力
A/D変換値で測定値の補正を行うように構成したの
で、温度変化の影響が有効に排除され、高い精度のアナ
ログ入力方法が得られる効果がある。
【0047】また、請求項2に記載の発明によれば、ブ
リッジ回路の2つの中点の電圧をアナログ増幅器の入力
端子に順番に入力して、その出力のディジタル値の差に
基づいて測定値を得るように構成したので、温度変化の
影響が有効に排除され、高い精度のアナログ入力方式が
得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に記載の発明の一実施例によるアナロ
グ入力方式を示すブロック図である。
【図2】請求項2に記載の発明の一実施例を示すブロッ
ク図である。
【図3】請求項2に記載の発明の他の実施例を示すブロ
ック図である。
【図4】従来のアナログ入力方式を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
1a〜1n ブリッジ回路 3a〜3n 差動形アナログ増幅器 5 A/D変換器 6 データ処理手段(マイコン) 7a〜7n,7 マルチプレクサ 9a〜9n,9 アナログ増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01D 3/04 Q

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 抵抗値の変化をブリッジ回路を用いて電
    圧に変換し、当該電圧を増幅した後、アナログ・ディジ
    タル変換器でディジタル値に変換してデータ処理手段に
    取り込むアナログ入力方式において、前記ブリッジ回路
    の2つの中点の電圧をマルチプレクサで切り替えて差動
    形アナログ増幅器の2つの入力端子に入力し、前記差動
    形アナログ増幅器の入力端子の一方に前記ブリッジ回路
    の一方の中点の電圧を入力し、前記差動形アナログ増幅
    器の入力端子の他方に前記ブリッジ回路の他方の中点の
    電圧を入力したときの、前記差動形アナログ増幅器の出
    力をアナログ・ディジタル変換したディジタル値を測定
    値とし、また、前記差動形アナログ増幅器の2つの入力
    端子に前記ブリッジ回路の一方の中点の電圧を入力した
    ときの、前記差動形アナログ増幅器の出力をアナログ・
    ディジタル変換したディジタル値を、前記測定値の補正
    値として前記データ処理手段に取り込むことを特徴とす
    るアナログ入力方式。
  2. 【請求項2】 抵抗値の変化をブリッジ回路を用いて電
    圧に変換し、当該電圧を増幅した後、アナログ・ディジ
    タル変換器でディジタル値に変換してデータ処理手段に
    取り込むアナログ入力方式において、前記ブリッジ回路
    の2つの中点の電圧をマルチプレクサで切り替えてアナ
    ログ増幅器の入力端子に順番に入力し、前記アナログ増
    幅器の出力のそれぞれをアナログ・ディジタル変換した
    ディジタル値を前記データ処理手段に取り込み、その差
    に基づいて測定値を得ることを特徴とするアナログ入力
    方式。
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DE102011081147A1 (de) * 2011-08-17 2013-02-21 Robert Bosch Gmbh Sensormodul zur Erfassung eines Betriebsparameters, Verfahren zur Überwachung eines Sensormoduls und Kombinationssignal
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