JP3727133B2 - 荷重測定方法及び荷重測定装置 - Google Patents
荷重測定方法及び荷重測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3727133B2 JP3727133B2 JP06108797A JP6108797A JP3727133B2 JP 3727133 B2 JP3727133 B2 JP 3727133B2 JP 06108797 A JP06108797 A JP 06108797A JP 6108797 A JP6108797 A JP 6108797A JP 3727133 B2 JP3727133 B2 JP 3727133B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- load
- piezo element
- strain gauge
- displacement
- piezo
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 36
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 208000031872 Body Remains Diseases 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
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
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/225—Measuring circuits therefor
- G01L1/2262—Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges
-
- 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
- G01L1/08—Measuring force or stress, in general by the use of counterbalancing forces
-
- 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
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピエゾ素子等の計測手段の変位や変形を伴うことなく、該計測手段に加わる荷重を測定することのできる荷重測定方法及び荷重測定装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
荷重計測は、一般的には測定すべき荷重による弾性体の変形量を計測することにより行われる。最も典型的なものはバネ計りであり、バネに加わる荷重と該バネの伸びとが比例することを利用して、バネの伸び量を計測することで荷重が求められる。ロードセルと称される歪みゲージの場合も同様であり、ピエゾ素子等の弾性体に貼り付けた歪みゲージの伸びによる該歪みゲージの抵抗の変化を利用してその荷重を求めている。この歪みゲージの場合、その伸び量が小さいが、弾性体が伸びる事により荷重を求めていることには変わりはない。ちなみに一般的なロードセルの場合、フルスケールの荷重に対して20〜50ミクロンの伸びがある程度である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで荷重を計測するピエゾ素子等の装置の変形が、その荷重に影響を与えない場合には何ら問題はない。例えばバネ計りを用いて物体の重さを計測する場合、物体を吊すことによりバネが伸びて上記物体は下方に降下する。このとき物体と地球の中心との距離が短くなるので、厳密に言うならばその荷重が増加するが、実質的にはその計測に全く影響がない。
【0004】
しかしながら荷重を計測する装置の変形が、その荷重に影響を与える場合には問題が発生する。例えば両端を固定した物体を熱したときに、物体を固定した壁に掛かる荷重を計測しようとする場合、上記物体の熱による膨張は極めて小さいが、その荷重をロードセルによって計測しようとするとロードセル自体が変形する。すると測定対象物の状態が変化することになるので、その測定値は意味のないものとなってしまう。従ってこのような場合には、荷重により変位・変形が発生しない状態でその荷重を測定するするが望ましい。換言すれば、計測対象の状態を変化させないで荷重を計測することが望ましい。
【0005】
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、ピエゾ素子等の計測手段の変位や変形を伴うことなく、該計測手段に加わる荷重を正確に測定することのできる荷重測定方法及び荷重測定装置を提供することにある。
【0006】
【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荷重測定方法及び荷重測定装置は、実質的に同一の特性を持つ2つのピエゾ素子を用い、これらの各ピエゾ素子にその変位を検出する歪みゲージをそれぞれ貼付して実現され、
特に測定すべき荷重を作用させる第1のピエゾ素子の駆動電圧を、該第1のピエゾ素子に貼り付けられた第1の歪みゲージの出力が零となるようにフィードバック制御し、この第1の歪みゲージの出力を零に保った状態における前記第1のピエゾ素子の駆動電圧を、前記荷重を作用させていない状態の第2のピエゾ素子にその駆動電圧として印加して、このときに第2のピエゾ素子に貼り付けられている第2の歪みゲージの出力を検出することで前記荷重を計測するようにしたことを特徴としている。
【0007】
つまり特性の同一なピエゾ素子の一方にだけ荷重を加え、この荷重が加えられたピエゾ素子の変形・変位を打ち消すようにその駆動電圧をフィードバック制御することで、その変位をなくす。そしてこのときの駆動電圧にて他方のピエゾ素子を駆動することで、荷重が掛けられていないピエゾ素子に逆向きの変位を生じさせ、その変位を計測することで等価的に前記荷重を計測することを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る荷重測定方法及び荷重測定装置について説明する。
図1は本発明の一実施形態を示す荷重測定装置の概念を示す図である。この測定装置には、計測しようとする荷重2が加えられる第1のピエゾ素子1と、上記荷重2が加えられることのない第2のピエゾ素子8とが用いられる。これらの第1および第2のピエゾ素子1,8は、実質的に同一の特性を持つものである。しかしてこれらの各ピエゾ素子1,8には、やはり実質的に同一の特性を持つ第1および第2の歪みゲージ4,9がそれぞれ貼付されており、これらの歪みゲージ4,9によって前記第1および第2のピエゾ素子1,8の変位(変形)がそれぞれ計測されるようになっている。尚、歪みゲージ4,9は、ピエゾ素子1,8の変位に応じた抵抗値の変化として、そのブリッジ出力に電圧を発生するものである。
【0009】
さて前記第1のピエゾ素子1は固定台3上に載置して設けられ、その他端から荷重2が加えられるようになっている。これに対して第2のピエゾ素子8は、例えば中吊りにする等して荷重2の加わることのないように設けられる。しかしこれらの実質的な同一特性を保証するべく、第1および第2のピエゾ素子1,8の動作環境(環境温度等)は両者等しく設定される。
【0010】
しかして第1のピエゾ素子1に貼付された第1の歪みゲージ4の出力は、増幅器5を介して検出されており、その増幅出力は積分器6に与えられている。この積分器6は、ポテンショメータ12によって設定される制御目標値13を基準として前記増幅器5を介して検出された第1の歪みゲージ4の出力との差分(誤差)を積分するものであり、その積分出力は高利得増幅器7を介して前記第1のピエゾ素子1に印加されるようになっている。このようにして第1のピエゾ素子1に加える駆動電圧により、該ピエゾ素子1に逆向きの変位が与えられ、荷重2によって生じた変位が打ち消されるようになっている。
【0011】
即ち、このように構成された回路は、第1の歪みゲージ4によって検出される第1のピエゾ素子1の変位量を零とし、該第1のピエゾ素子1の荷重による変位を相殺する為のフィードバック制御回路を形成する。そしてこのフィードバック制御回路は、前記増幅器5の出力が目標値13と等しくなるように(それらの差が零となるように)作動することになる。従って、例えば第1のピエゾ素子1に荷重2を加えない状態でポテンショメータ12を調整し、該ポテンショメータ12によって設定される目標値13が増幅器5の出力(歪みゲージ4によって検出されるピエゾ素子の変位量)と等しくなるようにしておけば、第1のピエゾ素子1に加わる荷重2の大きさに拘わらず、その変位(変形)を実質的に零にすることが可能となる。つまり第1のピエゾ素子1の変位(変形)をなくすことが可能となる。
【0012】
さてこのようにして第1のピエゾ素子1に加えられる駆動電圧(フィーバック電圧)は、同時に第2のピエゾ素子8にも、その駆動電圧として印加されるようになっている。従って電圧の印加によって第2のピエゾ素子8は、第1のピエゾ素子1と同様な変位(変形)を生じることになる。しかしながらこの第2のピエゾ素子8には荷重2が加えられていないので、荷重2によって変位が相殺されることはなく、その変位が直接的に現れる。するとこの第2のピエゾ素子8の逆向きの変位は、第2の歪みゲージ9によって検出されるので、第2の歪みゲージ9の出力を増幅器10を介して検出すれば、その増幅出力11として前記荷重2を検出することが可能となる。
【0013】
即ち、第2のピエゾ素子8には、第1のピエゾ素子1に加わる荷重2による変位を打ち消して、その変位を零とする為の逆向きの変位が生じる。従って第2のピエゾ素子8に生じた変位を第2の歪みゲージ9を介して検出すれば、前記第1のピエゾ素子1に加えられた荷重2を等価的に検出することが可能となる。但し、荷重2を打ち消すための逆向きの荷重を検出することになるので、その検出値の極性は逆になる。
【0014】
従って上述した如く構成された荷重測定装置(荷重測定方法)にて第1のピエゾ素子1に加わる荷重2を計測すれば、第1のピエゾ素子1の荷重2による変位(変形)を伴うことなしに、その荷重2を正確に計測することが可能となる。従って簡易にして効果的にピエゾ素子の変位(変形)に起因する誤差要因を排除して、正確な荷重の計測が可能となる等の実用上多大な効果が奏せられる。
【0015】
以上のように本発明では、同一の特性を持った2つの歪みゲージ付きピエゾ素子を用いている。そして測定すべき荷重2を第1のピエゾ素子1に加えると、当然、第1のピエゾ素子1は弾性変形を引き起こす。この変形量は、ピエゾ素子の弾性係数に応じたもので、一般的なピエゾ素子の場合、100Nの力(荷重)で1μm程度の変形である。
【0016】
このような第1のピエゾ素子1の変形を相殺するべく、この第1のピエゾ素子1に貼られている第1の歪みゲージ5の出力が常に零となるようにフィードバック制御する。つまり荷重2によって第1のピエゾ素子1に生じた変形を、該第1のピエゾ素子1に電圧を加えることにより押し戻し、これによってその変形が実質的に零となるように制御する。そして第1のピエゾ素子1の変位(変形)を零とすることで、測定対象物に対して実質的な影響を与えることがないようにしている。この状態で第2のピエゾ素子8に、第1のピエゾ素子1と同一の電圧を印加することで、第2の歪みゲージ9によって検出される変位として第1のピエゾ素子1に作用する荷重2を計測するものとなっている。
【0017】
ちなみに上記フィードバック制御の下でピエゾ素子に加えられる電圧は、概ね測定すべき荷重に近い値を示す。この場合、計測精度を問題にしなければ、上記電圧を計測することで、ピエゾ素子の変位を伴わずに荷重2を測定することが可能である。しかしながらこの場合、ピエゾ素子に特有な問題には対処することができない。即ち、ピエゾ素子にはヒステリシスと、ドリフトの問題がある。
【0018】
ピエゾ素子に印加する電圧を徐々に高めると、そのピエゾ素子は徐々に伸びる。反対にピエゾ素子に印加する電圧を徐々に低くすると、ピエゾ素子は徐々に収縮する。しかしピエゾ素子に加える電圧の変化と、これに伴う伸び(縮み)の量との関係は一定でなく、伸び時と収縮時とで特性経路が異なる(ヒステリシス特性)。従ってもこのヒステリシスに起因して同一の印加電圧であってもピエゾ素子の長さが異なるので、その電圧から正確な計測を行うことはできない。またピエゾ素子に電圧を加えると該ピエゾ素子は変形するが、その変形量が時間と共に変化する(ドリフト現象)。これ故、ピエゾ素子に加える電圧が一定であってもピエゾ素子の長さはー定ではなく、従ってこの点でも上記電圧から正確な計測を行うことはできない。
【0019】
この点、本発明の構成によれば、第1のピエゾ素子と第2のピエゾ素子とを同一条件で駆動するようにしており、その印加電圧をフィードバック制御しているので、前述したヒステリシスやドリフト等の問題を生じることなしに、その正確な計測が可能である。
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えばピエゾ素子のフルスケール等は、計測対象とする荷重の大きさ等に応じて定めておけぱ良い。またフィードバック系の回路構成やその制御利得等も、その仕様に応じて定めれば十分である。要するに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、荷重によってピエゾ素子に発生する変位(変形)を、該ピエゾ素子に加える電圧のフィードバック制御により相殺し、実質的にその変位(変形)を零として荷重の計測を行うので、ピエゾ素子の変位(変形)に伴う誤差を生じることなく、その荷重を正確に計測することができる。しかもピエゾ素子の極微小な変位であっても、これを補正することで測定すべき荷重に影響が及ぶことのない正確な計測が可能となる等の実用上多大な効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す測定装置の回路図。
【符号の説明】
1 第1のピエゾ素子
2 荷重
3 固定台
4 第1の歪みゲージ
5 増幅器
6 積分器
7 目標値
8 第2のピエゾ素子
9 第2の歪みゲージ
10 増幅器
11 出力
12 ポテンショメータ
13 目標値
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピエゾ素子等の計測手段の変位や変形を伴うことなく、該計測手段に加わる荷重を測定することのできる荷重測定方法及び荷重測定装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
荷重計測は、一般的には測定すべき荷重による弾性体の変形量を計測することにより行われる。最も典型的なものはバネ計りであり、バネに加わる荷重と該バネの伸びとが比例することを利用して、バネの伸び量を計測することで荷重が求められる。ロードセルと称される歪みゲージの場合も同様であり、ピエゾ素子等の弾性体に貼り付けた歪みゲージの伸びによる該歪みゲージの抵抗の変化を利用してその荷重を求めている。この歪みゲージの場合、その伸び量が小さいが、弾性体が伸びる事により荷重を求めていることには変わりはない。ちなみに一般的なロードセルの場合、フルスケールの荷重に対して20〜50ミクロンの伸びがある程度である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで荷重を計測するピエゾ素子等の装置の変形が、その荷重に影響を与えない場合には何ら問題はない。例えばバネ計りを用いて物体の重さを計測する場合、物体を吊すことによりバネが伸びて上記物体は下方に降下する。このとき物体と地球の中心との距離が短くなるので、厳密に言うならばその荷重が増加するが、実質的にはその計測に全く影響がない。
【0004】
しかしながら荷重を計測する装置の変形が、その荷重に影響を与える場合には問題が発生する。例えば両端を固定した物体を熱したときに、物体を固定した壁に掛かる荷重を計測しようとする場合、上記物体の熱による膨張は極めて小さいが、その荷重をロードセルによって計測しようとするとロードセル自体が変形する。すると測定対象物の状態が変化することになるので、その測定値は意味のないものとなってしまう。従ってこのような場合には、荷重により変位・変形が発生しない状態でその荷重を測定するするが望ましい。換言すれば、計測対象の状態を変化させないで荷重を計測することが望ましい。
【0005】
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、ピエゾ素子等の計測手段の変位や変形を伴うことなく、該計測手段に加わる荷重を正確に測定することのできる荷重測定方法及び荷重測定装置を提供することにある。
【0006】
【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荷重測定方法及び荷重測定装置は、実質的に同一の特性を持つ2つのピエゾ素子を用い、これらの各ピエゾ素子にその変位を検出する歪みゲージをそれぞれ貼付して実現され、
特に測定すべき荷重を作用させる第1のピエゾ素子の駆動電圧を、該第1のピエゾ素子に貼り付けられた第1の歪みゲージの出力が零となるようにフィードバック制御し、この第1の歪みゲージの出力を零に保った状態における前記第1のピエゾ素子の駆動電圧を、前記荷重を作用させていない状態の第2のピエゾ素子にその駆動電圧として印加して、このときに第2のピエゾ素子に貼り付けられている第2の歪みゲージの出力を検出することで前記荷重を計測するようにしたことを特徴としている。
【0007】
つまり特性の同一なピエゾ素子の一方にだけ荷重を加え、この荷重が加えられたピエゾ素子の変形・変位を打ち消すようにその駆動電圧をフィードバック制御することで、その変位をなくす。そしてこのときの駆動電圧にて他方のピエゾ素子を駆動することで、荷重が掛けられていないピエゾ素子に逆向きの変位を生じさせ、その変位を計測することで等価的に前記荷重を計測することを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る荷重測定方法及び荷重測定装置について説明する。
図1は本発明の一実施形態を示す荷重測定装置の概念を示す図である。この測定装置には、計測しようとする荷重2が加えられる第1のピエゾ素子1と、上記荷重2が加えられることのない第2のピエゾ素子8とが用いられる。これらの第1および第2のピエゾ素子1,8は、実質的に同一の特性を持つものである。しかしてこれらの各ピエゾ素子1,8には、やはり実質的に同一の特性を持つ第1および第2の歪みゲージ4,9がそれぞれ貼付されており、これらの歪みゲージ4,9によって前記第1および第2のピエゾ素子1,8の変位(変形)がそれぞれ計測されるようになっている。尚、歪みゲージ4,9は、ピエゾ素子1,8の変位に応じた抵抗値の変化として、そのブリッジ出力に電圧を発生するものである。
【0009】
さて前記第1のピエゾ素子1は固定台3上に載置して設けられ、その他端から荷重2が加えられるようになっている。これに対して第2のピエゾ素子8は、例えば中吊りにする等して荷重2の加わることのないように設けられる。しかしこれらの実質的な同一特性を保証するべく、第1および第2のピエゾ素子1,8の動作環境(環境温度等)は両者等しく設定される。
【0010】
しかして第1のピエゾ素子1に貼付された第1の歪みゲージ4の出力は、増幅器5を介して検出されており、その増幅出力は積分器6に与えられている。この積分器6は、ポテンショメータ12によって設定される制御目標値13を基準として前記増幅器5を介して検出された第1の歪みゲージ4の出力との差分(誤差)を積分するものであり、その積分出力は高利得増幅器7を介して前記第1のピエゾ素子1に印加されるようになっている。このようにして第1のピエゾ素子1に加える駆動電圧により、該ピエゾ素子1に逆向きの変位が与えられ、荷重2によって生じた変位が打ち消されるようになっている。
【0011】
即ち、このように構成された回路は、第1の歪みゲージ4によって検出される第1のピエゾ素子1の変位量を零とし、該第1のピエゾ素子1の荷重による変位を相殺する為のフィードバック制御回路を形成する。そしてこのフィードバック制御回路は、前記増幅器5の出力が目標値13と等しくなるように(それらの差が零となるように)作動することになる。従って、例えば第1のピエゾ素子1に荷重2を加えない状態でポテンショメータ12を調整し、該ポテンショメータ12によって設定される目標値13が増幅器5の出力(歪みゲージ4によって検出されるピエゾ素子の変位量)と等しくなるようにしておけば、第1のピエゾ素子1に加わる荷重2の大きさに拘わらず、その変位(変形)を実質的に零にすることが可能となる。つまり第1のピエゾ素子1の変位(変形)をなくすことが可能となる。
【0012】
さてこのようにして第1のピエゾ素子1に加えられる駆動電圧(フィーバック電圧)は、同時に第2のピエゾ素子8にも、その駆動電圧として印加されるようになっている。従って電圧の印加によって第2のピエゾ素子8は、第1のピエゾ素子1と同様な変位(変形)を生じることになる。しかしながらこの第2のピエゾ素子8には荷重2が加えられていないので、荷重2によって変位が相殺されることはなく、その変位が直接的に現れる。するとこの第2のピエゾ素子8の逆向きの変位は、第2の歪みゲージ9によって検出されるので、第2の歪みゲージ9の出力を増幅器10を介して検出すれば、その増幅出力11として前記荷重2を検出することが可能となる。
【0013】
即ち、第2のピエゾ素子8には、第1のピエゾ素子1に加わる荷重2による変位を打ち消して、その変位を零とする為の逆向きの変位が生じる。従って第2のピエゾ素子8に生じた変位を第2の歪みゲージ9を介して検出すれば、前記第1のピエゾ素子1に加えられた荷重2を等価的に検出することが可能となる。但し、荷重2を打ち消すための逆向きの荷重を検出することになるので、その検出値の極性は逆になる。
【0014】
従って上述した如く構成された荷重測定装置(荷重測定方法)にて第1のピエゾ素子1に加わる荷重2を計測すれば、第1のピエゾ素子1の荷重2による変位(変形)を伴うことなしに、その荷重2を正確に計測することが可能となる。従って簡易にして効果的にピエゾ素子の変位(変形)に起因する誤差要因を排除して、正確な荷重の計測が可能となる等の実用上多大な効果が奏せられる。
【0015】
以上のように本発明では、同一の特性を持った2つの歪みゲージ付きピエゾ素子を用いている。そして測定すべき荷重2を第1のピエゾ素子1に加えると、当然、第1のピエゾ素子1は弾性変形を引き起こす。この変形量は、ピエゾ素子の弾性係数に応じたもので、一般的なピエゾ素子の場合、100Nの力(荷重)で1μm程度の変形である。
【0016】
このような第1のピエゾ素子1の変形を相殺するべく、この第1のピエゾ素子1に貼られている第1の歪みゲージ5の出力が常に零となるようにフィードバック制御する。つまり荷重2によって第1のピエゾ素子1に生じた変形を、該第1のピエゾ素子1に電圧を加えることにより押し戻し、これによってその変形が実質的に零となるように制御する。そして第1のピエゾ素子1の変位(変形)を零とすることで、測定対象物に対して実質的な影響を与えることがないようにしている。この状態で第2のピエゾ素子8に、第1のピエゾ素子1と同一の電圧を印加することで、第2の歪みゲージ9によって検出される変位として第1のピエゾ素子1に作用する荷重2を計測するものとなっている。
【0017】
ちなみに上記フィードバック制御の下でピエゾ素子に加えられる電圧は、概ね測定すべき荷重に近い値を示す。この場合、計測精度を問題にしなければ、上記電圧を計測することで、ピエゾ素子の変位を伴わずに荷重2を測定することが可能である。しかしながらこの場合、ピエゾ素子に特有な問題には対処することができない。即ち、ピエゾ素子にはヒステリシスと、ドリフトの問題がある。
【0018】
ピエゾ素子に印加する電圧を徐々に高めると、そのピエゾ素子は徐々に伸びる。反対にピエゾ素子に印加する電圧を徐々に低くすると、ピエゾ素子は徐々に収縮する。しかしピエゾ素子に加える電圧の変化と、これに伴う伸び(縮み)の量との関係は一定でなく、伸び時と収縮時とで特性経路が異なる(ヒステリシス特性)。従ってもこのヒステリシスに起因して同一の印加電圧であってもピエゾ素子の長さが異なるので、その電圧から正確な計測を行うことはできない。またピエゾ素子に電圧を加えると該ピエゾ素子は変形するが、その変形量が時間と共に変化する(ドリフト現象)。これ故、ピエゾ素子に加える電圧が一定であってもピエゾ素子の長さはー定ではなく、従ってこの点でも上記電圧から正確な計測を行うことはできない。
【0019】
この点、本発明の構成によれば、第1のピエゾ素子と第2のピエゾ素子とを同一条件で駆動するようにしており、その印加電圧をフィードバック制御しているので、前述したヒステリシスやドリフト等の問題を生じることなしに、その正確な計測が可能である。
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。例えばピエゾ素子のフルスケール等は、計測対象とする荷重の大きさ等に応じて定めておけぱ良い。またフィードバック系の回路構成やその制御利得等も、その仕様に応じて定めれば十分である。要するに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、荷重によってピエゾ素子に発生する変位(変形)を、該ピエゾ素子に加える電圧のフィードバック制御により相殺し、実質的にその変位(変形)を零として荷重の計測を行うので、ピエゾ素子の変位(変形)に伴う誤差を生じることなく、その荷重を正確に計測することができる。しかもピエゾ素子の極微小な変位であっても、これを補正することで測定すべき荷重に影響が及ぶことのない正確な計測が可能となる等の実用上多大な効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す測定装置の回路図。
【符号の説明】
1 第1のピエゾ素子
2 荷重
3 固定台
4 第1の歪みゲージ
5 増幅器
6 積分器
7 目標値
8 第2のピエゾ素子
9 第2の歪みゲージ
10 増幅器
11 出力
12 ポテンショメータ
13 目標値
Claims (2)
- 測定すべき荷重が作用する第1のピエゾ素子と、この第1のピエゾ素子に貼り付けられて該第1のピエゾ素子の変位を計測する第1の歪みゲージと、前記第1のピエゾ素子と同一の特性を持ち、前記荷重を作用させることのない第2のピエゾ素子と、この第2のピエゾ素子に貼り付けられて該第2のピエゾ素子の変位を計測する第2の歪みゲージとを用い、
前記第1の歪みゲージの出力が零となるように前記第1のピエゾ素子の駆動電圧を調整して、該駆動電圧にて前記第2のピエゾ素子を駆動し、前記第2の歪みゲージの出力を計測することを特徴とする荷重測定方法。 - 測定すべき荷重が作用する第1のピエゾ素子と、この第1のピエゾ素子に貼り付けられた第1の歪みゲージと、前記第1のピエゾ素子の駆動電圧をフィードバック制御して前記第1の歪みゲージの出力を零に設定するフィードバック制御部と、前記第1のピエゾ素子と同一の特性を持ち、前記荷重を作用させることのない第2のピエゾ素子と、この第2のピエゾ素子に貼り付けられた第2の歪みゲージと、前記第1のピエゾ素子の駆動電圧を前記第2のピエゾ素子に加えて前記2の歪みゲージの変位を計測する手段とを具備したことを特徴とする荷重測定装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06108797A JP3727133B2 (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | 荷重測定方法及び荷重測定装置 |
US09/041,132 US6234032B1 (en) | 1997-03-14 | 1998-03-12 | Load measuring method and an apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06108797A JP3727133B2 (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | 荷重測定方法及び荷重測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10253467A JPH10253467A (ja) | 1998-09-25 |
JP3727133B2 true JP3727133B2 (ja) | 2005-12-14 |
Family
ID=13160975
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06108797A Expired - Fee Related JP3727133B2 (ja) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | 荷重測定方法及び荷重測定装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6234032B1 (ja) |
JP (1) | JP3727133B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6731219B1 (en) * | 2002-02-28 | 2004-05-04 | Norman Victor Wheat | Force sensitive switch |
DE10310392A1 (de) * | 2003-03-07 | 2004-09-16 | Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh | Aufnehmer zur Ermittlung einer Dehnung |
GB2419670A (en) * | 2004-10-26 | 2006-05-03 | Robin Terence Albert Stevens | A strain gauge measuring circuit |
US20060087326A1 (en) * | 2004-10-26 | 2006-04-27 | Stevens Robin Terence A | Resistive sensing element circuit |
TWI530670B (zh) * | 2012-01-25 | 2016-04-21 | Murata Manufacturing Co | Displacement sensor |
JP6240468B2 (ja) * | 2013-01-31 | 2017-11-29 | 株式会社フジクラ | 流量検出センサ |
FR3005223B1 (fr) * | 2013-04-30 | 2015-04-24 | Sagem Defense Securite | Procede de commande d'un dispositif piezoelectrique a element piezoelectrique rapporte sur un support |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4261195A (en) * | 1979-02-21 | 1981-04-14 | Hottinger Baldwin Measurements, Inc. | Transducer bridge circuit arrangement and method |
US4380175A (en) * | 1981-06-12 | 1983-04-19 | Reliance Electric Company | Compensated load cell |
FR2536853A1 (fr) * | 1982-11-30 | 1984-06-01 | Artigue Francis | Appareil de pesage a jauges de deformation, notamment pese-personne |
JPS59217375A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-07 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体機械−電気変換装置 |
US5534773A (en) * | 1994-06-23 | 1996-07-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method for compensating an offset voltage temperature drift in a semiconductor strain gage sensor |
-
1997
- 1997-03-14 JP JP06108797A patent/JP3727133B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-03-12 US US09/041,132 patent/US6234032B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10253467A (ja) | 1998-09-25 |
US6234032B1 (en) | 2001-05-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7075700B2 (en) | Mirror actuator position sensor systems and methods | |
JP2954406B2 (ja) | カテーテル先端圧力トランスジューサの温度補償装置および方法 | |
JP3399953B2 (ja) | 圧力センサ | |
JPH02116755A (ja) | 加速度計及びその較正方法 | |
US6578434B1 (en) | Tensile testing sensor for measuring mechanical jamming deformations on first installation and automatic calibrating based on said jamming | |
US5962792A (en) | Beam strain gauge | |
JP3727133B2 (ja) | 荷重測定方法及び荷重測定装置 | |
JPH10111200A (ja) | センサにおける膜応力を補償する回路および方法 | |
US6230571B1 (en) | Beam strain gauge | |
JP2005227170A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡用微動機構 | |
US6318184B1 (en) | Beam strain gauge | |
CN116907703A (zh) | 应变检测电路、方法、机器人及计算机可读存储介质 | |
Dhanalakshmi | Shape memory alloy wire for force sensing | |
JP4901533B2 (ja) | 力センサ、荷重検出装置及び形状測定装置 | |
US3248936A (en) | Temperature compensated transducer | |
JPS6216368B2 (ja) | ||
JP3534205B2 (ja) | ひずみゲージ式変換器における過渡温度特性の補償回路およびその補償方法 | |
JPS6255629B2 (ja) | ||
US6298733B1 (en) | Beam accelerometer | |
JPH05333930A (ja) | 微動機構 | |
JP3400578B2 (ja) | 圧電素子アクチュエータ | |
JPS6342731B2 (ja) | ||
JPH0676941B2 (ja) | 圧力検出装置 | |
JP2608637B2 (ja) | 静電容量式ロードセル | |
JPH02290087A (ja) | 位置決め装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040305 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050822 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050831 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050927 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |