JP5017891B2 - Strain detector - Google Patents
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Description
本発明は、車両用シート等の荷重を測定するための歪検出装置に関するものである。 The present invention relates to a strain detection device for measuring a load on a vehicle seat or the like.
以下、従来の歪検出装置について説明する。 Hereinafter, a conventional strain detection apparatus will be described.
従来の歪検出装置は、図8に示すように、複数の貫通孔1を有する板状の金属製の起歪体2と、この起歪体2の貫通孔1の間に配置され歪量に応じて抵抗値が変化する抵抗素子3と、この抵抗素子3に結線された信号処理回路(図示せず)とを備えている。
As shown in FIG. 8, the conventional strain detection device is arranged between a plate-shaped metal
この歪検出装置を、例えば、車両用シートと床面部との間に取り付ければ、車両用シートに座る人員の荷重を測定することができる。起歪体2に設けた複数の貫通孔1の内、内側の貫通孔1に車両用シートの一部を挿入して起歪体2と車両用シートとを連結し、外側の貫通孔1に床面部の一部を挿入して起歪体2と床面部とを連結して取り付ける(例えば、車両用シートの一部や床面部の一部をネジ部とし、起歪体2を介してナットで締めて取り付ける)。そうすると、車両用シートに荷重が加わった際、起歪体2が歪んで抵抗素子3の抵抗値が変化するので、これを信号処理回路で処理することによって荷重を測定することができる。この場合、起歪体2は車両用シートと床面部との両方に連結されているので、圧縮方向に対する荷重と引張方向に対する荷重を測定することができる。信号処理回路には、4つの抵抗素子3を環状に接続してホーイストンブリッジ回路を形成し、信号処理回路に入力している。
For example, if the strain detection device is attached between the vehicle seat and the floor portion, the load of the person sitting on the vehicle seat can be measured. Among the plurality of through holes 1 provided in the
このような起歪体2の形状としては板形状の他に円筒形状のものもあるが、共に、複数の取り付け部品を組み合わせて歪検出装置を取り付けているものである。
As the shape of the
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1や特許文献2が知られている。
上記構成の信号処理回路は、起歪体の歪量に基づき荷重値を検出する。しかし、この起歪体2の歪量は温度によって異なり、高温時は歪量が大きく低温時は歪量が小さくなり、使用される周囲温度の影響を受け、起歪体に係る温度が高温になったり低温になったりすると、適正な荷重値を検出できないという問題点を有していた。
The signal processing circuit having the above configuration detects the load value based on the strain amount of the strain generating body. However, the strain amount of the
本発明は上記問題点を解決し、使用される周囲温度の影響を受けず、起歪体に係る温度が変化しても適正な荷重値を検出できる歪検出装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a strain detection device that can detect an appropriate load value even if the temperature of a strain generating body changes without being affected by the ambient temperature used. .
上記目的を達成するために本発明は、特に、信号処理回路には、第1出力信号および第2出力信号が入力されるとともに前記第1出力信号と第2出力信号との差動をとり増幅する第1増幅器から出力される第1増幅信号を入力して第2増幅信号を出力する第2増幅器を設け、入力抵抗部を介して前記第1増幅信号を前記第2増幅器に入力し、帰還抵抗部を介して前記第2増幅信号の一部を前記第1増幅信号とともに前記第2増幅器に入力しており、温度変化に起因して生じた前記起歪体の異常歪に基づいて出力される異常な前記第1、第2出力信号を補正する補正手段を設けるとともに、前記補正手段は温度によって抵抗値が変化する複数の感温抵抗を並列に接続して前記入力抵抗部とし、さらに同一の抵抗値からなる入力抵抗部と帰還抵抗部とを選択して切り替える切替手段を設けた構成としたものである。 In order to achieve the above object, the present invention particularly amplifies the signal processing circuit by inputting the first output signal and the second output signal and taking the differential between the first output signal and the second output signal. A second amplifier that inputs a first amplified signal output from the first amplifier and outputs a second amplified signal is provided, and the first amplified signal is input to the second amplifier via an input resistor unit and fed back. A part of the second amplified signal is input to the second amplifier together with the first amplified signal via a resistor, and is output based on an abnormal strain of the strain generating body caused by a temperature change. Correction means for correcting the abnormal first and second output signals is provided, and the correction means connects a plurality of temperature-sensitive resistors whose resistance values vary with temperature in parallel to form the input resistance unit. Input resistance section and feedback resistance consisting of It is obtained by a structure in which a switching means for switching Select and.
上記構成により、入力抵抗部に感温抵抗を用いているので、温度によって抵抗値を変化させることができる。すなわち、温度が上昇すると抵抗値が大きくなる感温抵抗を用いた場合は、温度が上昇し起歪体の歪量が大きくなったとしても、入力抵抗部の抵抗値が大きくなり、相対的に第1、第2出力信号の出力値を低下させる。よって、起歪体の大きな歪量に応じた異常な第1、第2出力信号は生じず、入力抵抗部の抵抗値に応じて、適切な第1、第2出力信号が出力され、適切な荷重値を検出できる。 With the above configuration, since the temperature sensitive resistor is used for the input resistance portion, the resistance value can be changed depending on the temperature. That is, when using a temperature-sensitive resistor whose resistance value increases as the temperature rises, even if the temperature rises and the strain amount of the strain generating body increases, the resistance value of the input resistance portion increases, The output values of the first and second output signals are reduced. Therefore, abnormal first and second output signals corresponding to the large strain amount of the strain generating body do not occur, and appropriate first and second output signals are output according to the resistance value of the input resistance unit, and appropriate The load value can be detected.
一方、温度が低下し起歪体の歪量が小さくなったとしても、入力抵抗部の抵抗値が小さくなり、相対的に第1、第2出力信号の出力値を増大させる。よって、起歪体の小さな歪量に応じた異常な第1、第2出力信号は生じず、入力抵抗部の抵抗値に応じて、適切な第1、第2出力信号が出力され、適切な荷重値を検出できる。 On the other hand, even if the temperature decreases and the strain amount of the strain generating body decreases, the resistance value of the input resistance portion decreases, and the output values of the first and second output signals are relatively increased. Therefore, abnormal first and second output signals corresponding to the small strain amount of the strain generating body do not occur, and appropriate first and second output signals are output according to the resistance value of the input resistance unit, and appropriate The load value can be detected.
以下、本発明の全請求項に記載の発明について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the invention described in all claims of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態における歪検出装置の断面図、図2は同歪検出装置の側面図、図3は同歪検出装置の上面図、図4は同歪検出装置の回路ブロック図、図5は同歪検出装置を用いて車両用シートと床面部とを連結したシートユニットの側面図である。 1 is a cross-sectional view of a strain detection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of the strain detection device, FIG. 3 is a top view of the strain detection device, and FIG. 4 is a circuit block of the strain detection device. FIG. 5 is a side view of a seat unit in which a vehicle seat and a floor surface portion are connected using the strain detection device.
図1〜図3において、本発明の一実施の形態における歪検出装置は、荷重により歪を生じ、軸方向に空洞10を有する筒状の金属製(析出硬化系ステンレス鋼)の起歪体12と、この起歪体12を挟むように起歪体12の軸方向の上下に配置したネジ部14とを備えている。このネジ部14は、ネジ胴部18の直径よりもネジ頭部20の直径を大きくしており、起歪体12とネジ部14のネジ頭部20とを互いに溶接して接合し一体化している。
1 to 3, the strain detection device according to the embodiment of the present invention is a cylindrical metal (precipitation hardening stainless steel)
また、この起歪体12の外周面には、図4に示すように、歪量に応じて抵抗値が変化し、互いに環状に接続された第1〜第4抵抗素子13、15、17、19を配置し、第1抵抗素子13と第4抵抗素子19との間に電源電圧を供給し、第2抵抗素子15と第3抵抗素子17との間を接地し、第1抵抗素子13と第2抵抗素子15との間から第1出力信号を出力し、第3抵抗素子17と第4抵抗素子19との間から第2出力信号を出力するホーイストンブリッジ回路21を形成している。さらに、起歪体12とネジ部14の外周面に取り付けたケース16に、このホーイストンブリッジ回路21に結線され第1、第2出力信号から荷重値を検出する信号処理回路23を配置している。
Also, on the outer peripheral surface of the
この歪検出装置を、例えば、図5に示すように、車両用シート22と床面部24との間に取り付ければ、車両用シート22に座る人員の荷重を測定することができる。
For example, as shown in FIG. 5, if this strain detection device is attached between the
車両用シート22にはその下部にネジ部14のネジ胴部18を挿入する貫通孔を設けており、床面部24には床面28に取り付けたレール部26に上記ネジ胴部18を挿入する貫通孔を設けており、各々の貫通孔の軸方向が床面28に対して垂直方向になるように設けている。一方のネジ胴部18を車両用シート22の貫通孔へ挿入し、他方のネジ胴部18をレール部26の貫通孔へ挿入し、互いにナット30で締め付けて起歪体12およびネジ部14を介して車両用シート22と床面部24とを連結している。
A through hole for inserting the
そうすると、車両用シート22に荷重が加わった際、荷重方向が起歪体12の軸方向(床面28に対する上下方向)になるようにネジ部14に荷重が付加され、起歪体12の軸力に起因して起歪体12が歪む。そして、起歪体12の歪に起因して第1〜第4抵抗素子13、15、17、19の抵抗値が変化するので、これを信号処理回路23で処理することによって荷重を測定できる。
Then, when a load is applied to the
この荷重の測定において、荷重変化に対する第1、第2出力信号の出力値(電圧値)は、図6に示すように、起歪体12に係る温度が高温時、常温時、低温時において異なる変化を示し、高温時は起歪体12の歪量が大きく、低温時は起歪体12の歪量が小さくなり、常温時に比べて、温度変化に起因して起歪体12は異常な歪を生じ、異常な第1、第2出力信号を出力してしまう。
In the measurement of the load, the output values (voltage values) of the first and second output signals with respect to the load change are different when the temperature of the
そこで、図7に示すように、温度によって抵抗値が変化しない非感温抵抗(固定抵抗)に対して、温度が上昇すると抵抗値が小さくなる第1感温抵抗や、温度が低下すると抵抗値が大きくなる第2感温抵抗を用いて、異常な第1、第2の出力信号の出力値を増大させたり低下させたりして、図6における異常な第1、第2出力信号の出力値と相殺させ、適切な荷重値を検出させるようにしている。 Therefore, as shown in FIG. 7, the first temperature-sensitive resistor whose resistance value decreases as the temperature rises, or the resistance value as the temperature falls, with respect to the non-temperature-sensitive resistor (fixed resistor) whose resistance value does not change with temperature. The output values of the abnormal first and second output signals in FIG. 6 are increased or decreased by using the second temperature sensing resistor in which the output increases. And an appropriate load value is detected.
具体的な信号処理回路23は、図4に示すように、第1、第2出力信号を入力し第1増幅信号を出力する第1増幅器32を設けるとともに、第1増幅信号を入力して第2増幅信号を出力する第2増幅器35を設け、入力抵抗部34を介して第1増幅信号を第2増幅器35に入力し、帰還抵抗部36を介して第2増幅信号の一部を第1増幅信号とともに第2増幅器35に入力している。また、温度変化に起因して生じた起歪体12の異常歪に基づいて出力される異常な第1、第2出力信号を補正する補正回路37を設けるとともに、この補正回路37は温度によって抵抗値が変化する感温抵抗38を入力抵抗部34に用いて補正している。入力抵抗部34は1つの非感温抵抗である固定抵抗40と複数の感温抵抗38とを並列接続した感温抵抗群44と、この感温抵抗群44に直接接続した非感温抵抗である固定抵抗46とからなり、帰還抵抗部36は1つの非感温抵抗である固定抵抗47からなり、かつ、複数の感温抵抗38は互いに温度に対する抵抗値変化率を異ならせている。
As shown in FIG. 4, the specific signal processing circuit 23 includes a
また、入力抵抗部34と帰還抵抗部36とを切り替える第1切替手段48と、温度変化に起因して生じた起歪体12の異常歪量に応じて感温抵抗38を選択して切り替える第2切替手段50を設けている。第1切替手段48は、入力抵抗部34と帰還抵抗部36とを入れ替える切替手段であって、図6の荷重変化に対する第1、第2出力信号の極性の状態(常温時を基準にした場合の温度変化に対する第1、第2出力信号の正負の状態)によって切り替えている。第2切替手段50は、並列に接続した複数の感温抵抗38を選択または組み合わせるように切り替えることにより、図7における第1感温抵抗と第2感温抵抗の温度勾配を大きくしたり小さくしたりでき、図6の荷重変化に対する第1、第2の出力信号の様々な状態に対応させることができる。特に、複数の感温抵抗38は各々温度に対する抵抗値変化率を異ならせれば、さらに様々な状態に対応させることができる。
In addition, the first switching means 48 for switching the input resistance unit 34 and the
上記構成により、入力抵抗部34に感温抵抗38を用いているので、温度によって抵抗値を変化させることができる。すなわち、温度が上昇すると抵抗値が大きくなる感温抵抗38を用いた場合は、温度が上昇し起歪体12の歪量が大きくなったとしても、入力抵抗部34の抵抗値が大きくなり、相対的に第1、第2出力信号の出力値を低下させる。よって、起歪体12の大きな歪量に応じた異常な第1、第2出力信号は生じず、入力抵抗部34の抵抗値に応じて、適切な第1、第2出力信号が出力され、適切な荷重値を検出できる。
With the above configuration, since the temperature
一方、温度が低下し起歪体12の歪量が小さくなったとしても、入力抵抗部34の抵抗値が小さくなり、相対的に第1、第2出力信号の出力値を増大させる。よって、起歪体12の小さな歪量に応じた異常な第1、第2出力信号は生じず、入力抵抗部34の抵抗値に応じて、適切な第1、第2出力信号が出力され、適切な荷重値を検出できる。
On the other hand, even if the temperature decreases and the strain amount of the
また、入力抵抗部34と帰還抵抗部36とを切り替える第1切替手段48を設けているので、荷重変化に対する第1、第2出力信号の極性の状態(常温時を基準にした場合の温度変化に対する第1、第2出力信号の正負の状態)によって切り替えることができる。
Further, since the first switching means 48 for switching between the input resistance unit 34 and the
入力抵抗部34は複数の感温抵抗38を並列接続しており、温度変化に起因して生じた起歪体12の異常歪量に応じて感温抵抗38を選択または組み合わせるように切り替える第2切替手段50を設けているので、入力抵抗部34の抵抗値の温度勾配を変化させることができ、異常な第1、第2の出力信号の様々な状態に対応させることができる。特に、複数の感温抵抗38は各々温度に対する抵抗値変化率を各々異ならせれば、さらに様々な状態に対応させることができる。
The input resistance unit 34 has a plurality of temperature
なお、本発明の一実施の形態では、円筒状の起歪体12を用いたが、従来技術で説明したような図8に示す板状の金属製の起歪体2を用いてもよい。
In the embodiment of the present invention, the cylindrical
また、補正回路37における第1切替手段48、第2切替手段50による切り替えは、歪検出装置として使用する前に、起歪体12の温度特性を考慮して事前に切り替えておいたり、歪検出装置の使用中において、随時、起歪体12に係る温度や周囲温度を検出して自動的に切り替えたりすればよい。自動的に切り替える場合は、事前に起歪体12の温度特性をメモリに格納しておき、随時比較するようにすれば、簡単に自動制御できる。
In addition, the switching by the
さらに、本発明の一実施の形態では、歪検出装置を車両用シート22の荷重測定に用いたが、トルク測定に用いてもよい。
Furthermore, in one embodiment of the present invention, the strain detection device is used for load measurement of the
以上のように本発明にかかる歪検出装置は、使用される周囲温度の影響を受けず、起歪体に係る温度が変化しても適正な荷重値を検出でき、荷重を測定するセンサとして各種の機器に適用できる。 As described above, the strain detection device according to the present invention is not affected by the ambient temperature to be used, can detect an appropriate load value even if the temperature of the strain generating body changes, and can be used as various sensors for measuring the load. Applicable to other equipment.
10 空洞
12 起歪体
13 第1抵抗素子
14 ネジ部
15 第2抵抗素子
16 ケース
17 第3抵抗素子
18 ネジ胴部
19 第4抵抗素子
20 ネジ頭部
21 ホーイストンブリッジ回路
22 車両用シート
23 信号処理回路
24 床面部
26 レール部
28 床面
30 ナット
32 第1増幅器
34 入力抵抗部
35 第2増幅器
36 帰還抵抗部
37 補正回路
38 感温抵抗
40 固定抵抗
44 感温抵抗群
46 固定抵抗
47 固定抵抗
48 第1切替手段
50 第2切替手段
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