JP3499507B2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、材料試験に供され
ている試験片の急激な反応に対処し得る材料試験機に関
する。

【０００２】

【関連する背景技術】材料試験機は、試験片に対して圧
縮荷重または引っ張り荷重からなる負荷を加えながら、
これによって生じる上記試験片の伸び（変位）を計測す
るものであって、荷重センサおよび伸びセンサを備えて
構成される。そして一般的には、例えば図４に示すよう
に上記センサ１により計測される荷重または伸びからな
るセンサ出力を前置増幅器２を介して増幅した後、出力
増幅器３を介して予め設定された計測レンジに対応した
増幅率（倍率）で増幅し、この増幅出力を所定ビット数
のＡ／Ｄ変換器４を介してデジタル値に変換した後、マ
イクロプロセッサやシーケンサ等からなるコントローラ
５に取り込むことで、その計測データを取得するように
構成される。

【０００３】特に出力増幅器３は、増幅率設定器６の制
御の下でその増幅率（計測レンジ）が可変設定されるよ
うに構成されており、例えばコントローラ５による指示
の下で切換設定される出力切換器（スイッチ回路）７か
らの指令に従って出力増幅器３の増幅率を設定すること
で、Ａ／Ｄ変換器４のフルスケールに見合った増幅出力
を得るものとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述した如く
構成された計測系においては、例えば図５に示すように
Ａ／Ｄ変換器４を介して得られる計測データ（デジタル
値）が所定のスケール範囲（計測レンジ）内にあるか否
かをコントローラ５において判定することが必要である
［ステップＳ１］。そして計測データがスケール範囲か
ら外れるような場合には、前記出力増幅器３における増
幅率（計測レンジ）の切換指示を発し［ステップＳ
２］、出力切換器（スイッチ回路）７が駆動されてその
計測レンジ（増幅率）が変更されたか否かを判定する
［ステップＳ３］。その上で前記Ａ／Ｄ変換器４から得
られる計測データが所定のスケール範囲内にあるか否か
を再度確認し［ステップＳ１］、そのセンサ値を取得す
ることになる［ステップＳ４］。この結果、センサ１の
出力レベルに応じた分解能の高いデジタル変換値をその
計測値として取得することが可能となる。

【０００５】しかしながら試験片によっては、加えられ
た負荷による反応が急激に変化するものがある。このよ
うな場合、コントローラ５が取得した計測データに応じ
て出力増幅器３の増幅率（計測レンジ）を切り換えてい
ると、その増幅率の切り換えがセンサ出力の変化に追従
できない虞がある。そしてその切換タイミングを逸する
と、計測データの取得漏れが生じる虞も生じる。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、センサの出力レベルに応じたデ
ジタル変換値をその計測値として、高い分解能で確実に
取得することのできる計測系を備えた材料試験機を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る材料試験機は、試験片に加えられた負
荷または伸びを計測するセンサと、予め設定された互い
に異なる計測レンジの増幅率で前記センサの出力をそれ
ぞれ増幅する複数の出力増幅器と、これらの出力増幅器
の各増幅出力にそれぞれ対応するデジタル変換値を得る
と共に該デジタル変換値を択一的に出力するマルチチャ
ネル型のＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出力に応
じて該Ａ／Ｄ変換器のチャネルを切り換えて前記Ａ／Ｄ
変換器から取得するデジタル変換値を選択するコントロ
ーラとを備えたことを特徴としている。

【０００８】即ち、本発明に係る材料試験機は、互いに
異なる複数の計測レンジ（計測倍率）に応じて、その増
幅率を固定的に設定した複数の出力増幅器を備えてな
り、これらの出力増幅器にてセンサから得られる計測デ
ータをそれぞれ増幅して複数の増幅出力を得、これらの
各増幅出力をＡ／Ｄ変換器を介してそれぞれデジタル変
換してコントローラに選択的に取得するようにしたもの
で、前記各出力増幅器の増幅率の切り換えを不要とする
ことで、センサの出力レベルに応じた計測レンジでのデ
ジタル変換値をその計測値として分解能良く得るように
したことを特徴としている。

【０００９】 特に前記コントローラは、前記Ａ／Ｄ変
換器の出力を予め設定された上限値および下限値と比較
して前記Ａ／Ｄ変換器のチャネルの切り換えを制御し、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力（デジタル変換値）が上記上限
値を上回るときには前記増幅率を１段低くした出力増幅
器のチャネルを選択すると共に、前記Ａ／Ｄ変換器の出
力（デジタル変換値）が上記下限値を下回るときには前
記増幅率を１段高くした出力増幅器のチャネルを選択す
ることで計測レンジの自動切り換えを実行し、計測レン
ジに応じて増幅率が固定された複数の出力増幅器の１つ
を介して、計測レンジの最大計測値が対応付けられた前
記Ａ／Ｄ変換器のフルスケールに対して５０％程度（下
限値）から９５％程度（上限値）までの範囲として設定
された計測スケール内のデジタル変換値を高精度に得る
ことを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る材料試験機の、特徴的な構成を有する計
測系について説明する。図１はこの材料試験機における
計測系の概略構成図であり、１１は試験片（図示せず）
に加えられる負荷（荷重）を検出する為のロードセル等
からなるセンサである。このセンサ１１の出力は、所謂
センサアンプとしての前置増幅器１２を介して取り出さ
れて出力増幅器１３に導かれる。しかしてこの材料試験
機においては、予め設定された互いに異なる複数の計測
レンジのそれぞれに対応して、その計測レンジにより特
定される増幅率が固定的に設定された複数の出力増幅器
１３ａ,１３ｂ,〜１３ｎが並列に設けられており、前記
前置増幅器１２を介して検出されるセンサ出力がそれぞ
れの増幅率にて各別に増幅されている。

【００１１】一方、これらの各出力増幅器１３ａ,１３
ｂ,〜１３ｎの増幅出力をそれぞれ入力するＡ／Ｄ変換
器１４はマルチチャネル型のものからなり、前記出力増
幅器１３ａ,１３ｂ,〜１３ｎから得られる各増幅出力を
それぞれ所定のビット数のデジタル値に変換する。そし
てマイクロプロセッサやシーケンサ等からなるコントロ
ーラ１５からの選択信号を受けてチャネル選択し、選択
したチャネルのデジタル変換値を該コントローラ１５に
出力し、コントローラ１５はこれをその計測データとし
て取得するものとなっている。

【００１２】ちなみに前記コントローラ１５におけるセ
ンサ出力の計測レンジ（計測倍率）が、例えば(×１),
(×２),(×５),(×１０),(×２０),(×５０),(×１０
０),(×２００)からなる８つのレンジとして設定されて
いる場合、前記複数の出力増幅器１３ａ,１３ｂ,〜１３
ｎに対して設定される増幅率は、上記各計測レンジにお
ける最大計測値が、前記Ａ／Ｄ変換器１４のフルスケー
ルＦＳとなるように設定さる。具体的には、上述した例
において最大計測レンジ(×２００)での増幅率が［１］
として与えられる場合、最小計測レンジ(×１)での増幅
率は［２００］として設定される。

【００１３】 またコントローラ１５は、Ａ／Ｄ変換器
１４から与えられるデジタル値を、その上限値と比較す
る上限値判定機能１５ａおよび下限値と比較する下限値
判定機能１５ｂを備え、更にこれらの判定機能１５ａ,
１５ｂによる比較結果に従って前記Ａ／Ｄ変換器１４の
チャネルを選択的に切り換える出力制御機能１５ｃを備
えている。具体的には上記上限値判定機能１５ａは、Ａ
／Ｄ変換器１４から求められるデジタル値が、例えばそ
のフルスケールの９５％を上回るとき、その計測レンジ
を１段高める信号を出力し、また前記下限値判定機能１
５ｂは、Ａ／Ｄ変換器１４から求められるデジタル値
が、例えばそのフルスケールの５０％を下回るとき、そ
の計測レンジを１段低くする信号を出力する。そして出
力制御機能１５ｃは、これらの各判定機能１５ａ,１５
ｂからの比較結果と、現在設定している計測レンジとに
従って前記Ａ／Ｄ変換器１４のチャネルを切り換え設定
し、前記デジタル出力値がその計測レンジ内にあると
き、これを計測データとして取得するように構成されて
いる。

【００１４】かくしてこのように構成された計測系によ
れば、図２に模式的に示すように前記各出力増幅器１
３,１３ｂ,〜１３ｎは、予め固定的に定められた増幅率
でセンサ出力をそれぞれ増幅しており、Ａ／Ｄ変換器１
４はこれらの増幅出力をそれぞれのチャネルに入力して
そのデジタル変換値を得ている。そしてこのＡ／Ｄ変換
器１４から、その１つのチャネルのデジタル変換値を得
るコントローラ１５は、当該デジタル変換値が上述した
上限値と下限値とにより規定される計測レンジ内に入っ
ているか否かを判定しており、計測レンジから外れてい
る場合には前記Ａ／Ｄ変換器１４のチャネルを切り換え
ることで、フルスケール内に収まるデジタル変換値を求
めるものとなっている。

【００１５】従ってこのように構築された計測系によれ
ば、例えば図３に示すようにコントローラ１５におい
て、Ａ／Ｄ変換器１４から得れたデジタル変換値が所定
の計測スケール内に含まれるか否かを判定し［ステップ
Ｓ１１］、計測スケール内から外れる場合にはＡ／Ｄ変
換器１４のチャネルを切り換えるだけで［ステップＳ１
２］、計測レンジの切り換えを実行してそのセンサ値
（デジタル変換値）を取得することが可能となる［ステ
ップＳ１３］。

【００１６】特にこの場合、その計測レンジを決定する
上で、従来のように出力増幅器３の増幅率を変える必要
がないので、切り換え設定された計測レンジでのデジタ
ル変換値を即時に得ることができる。即ち、出力増幅器
３の増幅率を可変設定すると言うアナログ的な処理が不
要であり、計測レンジに応じた増幅率が予め設定された
複数の出力増幅器１３,１３ｂ,〜１３ｎにてそれぞれ各
別に求められている複数種の増幅出力に応じたデジタル
変換値を選択するだけなので、その切り換えを速やかに
実行することができる。

【００１７】従って負荷の印加によって試験片が急激に
反応するような場合であっても、複数の計測レンジにそ
れぞれ対応して設けられた出力増幅器１３,１３ｂ,〜１
３ｎが、予め設定された増幅率の下でその増幅出力をそ
れぞれ求めているので、該試験片の反応の様子、つまり
試験片に加わる荷重や伸びの変化の様子を確実に捉える
ことができる。特に出力増幅器３の増幅率の変更に伴う
動作安定までの応答遅れ等の問題を招来することなし
に、最適な計測レンジの下でのデジタル変換値を得るこ
とができる。従って適切な計測レンジの下で、計測分解
能が十分に高い計測データを取得することができ、実用
的利点が多大である。

【００１８】また上述した構成によれば、出力増幅器１
３,１３ｂ,〜１３ｎがなすアナログ系にて、その増幅率
を切り換える等のスイッチ処理が不要なので、スイッチ
処理に伴うノイズ発生の問題がなく、Ｓ／Ｎの良い計測
が可能となる等の効果も奏せられる。更にはアナログ系
でのスイッチ処理が不要なので、その回路自体の設計が
容易であり、構成の簡素化を図り得る等の効果も奏せら
れる。

【００１９】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば複数の計測レンジは、材料試験
機における荷重および伸びの計測範囲と、要求される計
測分解能に応じて設定すればよいものであり、そのチャ
ネル数も限定されない。またチャネル切換を実行する上
での上限値と下限値についても、計測仕様に応じて定め
ればよいものである。その他、本発明はその要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の計測レンジに応じて予め増幅率が設定された複数の
出力増幅器を備えており、マルチチャネル型のＡ／Ｄ変
換器を介してそのデジタル変換値を当該デジタル変換値
に応じて択一的に得るので、センサ出力が急激に変化す
るような場合であっても、その計測レンジを速やかに切
り換えて、その計測データを漏れなく取得することがで
き、しかもその構成が簡単で分解能の高い計測をＳ／Ｎ
良く実行することができる等の実用上多大なる効果が奏
せられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る材料試験機における
計測系の概略構成図。

【図２】図１に示す計測系でのセンサ出力と複数の出力
増幅器の増幅出力（デジタル変換値）との関係と、その
増幅出力の切り換え形態を説明するための図。

【図３】図１に示す計測系での計測レンジの切り換え
と、センサ値の取得の流れを示す図。

【図４】従来一般的な材料試験機における計測系の構成
例を示す図。

【図５】従来の計測系における計測レンジの切り換え
と、センサ値の取得の流れを示す図。

【符号の説明】

１１ センサ １２ 前置増幅器（センサ増幅器） １３ａ,１３ｂ,〜１３ｎ 出力増幅器（計測レンジに応
じた増幅率） １４ Ａ／Ｄ変換器 １５ コントローラ １５ａ 上限値判定機能 １５ｂ 下限値判定機能 １５ｃ 出力制御機能

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 3/00 - 3/62 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験片に加えた負荷と、該試験片に生じ
   る伸びとを計測する材料試験機において、 前記試験片に加えられた負荷または伸びを計測するセン
   サと、 予め設定された互いに異なる計測レンジでの最大計測値
   が、取得すべきデジタル変換値のフルスケールとなるよ
   うに固定的に設定された増幅率で前記センサの出力をそ
   れぞれ増幅する複数の出力増幅器と、 これらの出力増幅器の各増幅出力にそれぞれに対応する
   デジタル変換値を得ると共にこれらのデジタル変換値を
   択一的に選択して出力するマルチチャネル型のＡ／Ｄ変
   換器と、 このＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタル変換値を予め
   設定された上限値および下限値と比較して該Ａ／Ｄ変換
   器のチャネル切り換えを制御し、前記Ａ／Ｄ変換器から
   出力されるデジタル変換値が上記上限値を上回るときに
   は前記増幅率を１段低く設定した出力増幅器のチャネル
   に切り換えると共に、前記Ａ／Ｄ変換器から出力される
   デジタル変換値が上記下限値を下回るときには前記増幅
   率を１段高く設定した出力増幅器のチャネルに切り換え
   るコントローラと、 前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル変換値が現在
   選択されているチャネルの所定の計測スケール内にある
   とき該Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル変換値を計
   測データとして取得するデータ取得手段と を具備したこ
   とを特徴とする材料試験機。
2. 【請求項２】 前記計測データを取得する際の前記所定
   の計測スケールは、各計測レンジの最大計測値が対応付
   けられた前記Ａ／Ｄ変換器のフルスケールに対して５０
   ％程度から９５％程度までの範囲として設定されるもの
   である請求項１に記載の材料試験機。