JP6433049B2 - Carrier type strain measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、ひずみゲージを含む測定ブリッジに搬送波電源電圧を印加して、前記測定ブリッジの出力からひずみゲージのひずみ抵抗に応じた信号を得る搬送波型ひずみ測定装置に関するものである。   The present invention relates to a carrier-type strain measuring device that applies a carrier power supply voltage to a measurement bridge including a strain gauge and obtains a signal corresponding to the strain resistance of the strain gauge from the output of the measurement bridge.

従来より、ひずみゲージを使用した応力測定には、ひずみゲージおよび抵抗をブリッジ接続してなる測定ブリッジに搬送波電源電圧を印加して、測定ブリッジの出力から搬送波にひずみゲージのひずみ抵抗に応じた信号成分が重畳した信号を取り出し、ひずみ抵抗に応じた信号を得る搬送波型ひずみ測定装置が多用されている。その理由は、この種の搬送波型ひずみ測定装置が、原理的に電源から発生するハム等のノイズによる影響および測定ブリッジに接続する接点などに生ずる熱起電力の影響を受けにくいため、高安定で且つ高精度なひずみ測定を行うことができるからである。
本出願人は、ひずみゲージを含む測定ブリッジに正弦波等の搬送波電源電圧を印加して、前記測定ブリッジの出力からひずみゲージのひずみ抵抗に応じた信号を得る搬送波型ひずみ測定装置において、容量の不平衡分を自動的に打ち消すことで抵抗分のみを測定することが可能な搬送波型ひずみ測定装置を先に提案しており、例えば特許文献1(特開2010−266408号)等に開示されている。
Conventionally, for stress measurement using a strain gauge, a carrier power supply voltage is applied to a measurement bridge formed by connecting a strain gauge and a resistor, and a signal corresponding to the strain resistance of the strain gauge is applied from the output of the measurement bridge to the carrier. 2. Description of the Related Art Carrier-type strain measurement devices that take out signals with superimposed components and obtain signals corresponding to strain resistance are often used. The reason for this is that this type of carrier-type strain measurement device is highly stable because it is less susceptible to the effects of noise such as hum generated from the power supply and the thermoelectromotive force generated at the contacts connected to the measurement bridge. This is because highly accurate strain measurement can be performed.
The present applicant applies a carrier power supply voltage such as a sine wave to a measurement bridge including a strain gauge, and obtains a signal corresponding to the strain resistance of the strain gauge from the output of the measurement bridge. A carrier-type strain measuring apparatus capable of measuring only the resistance component by automatically canceling the unbalanced component has been proposed previously, and disclosed in, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-266408). Yes.

即ち、特許文献1に係る搬送波型ひずみ測定装置は、
ひずみゲージを含む測定ブリッジと、
前記測定ブリッジに結合トランスを介して印加する搬送波を発生する搬送波発振回路と、
前記測定ブリッジに印加される搬送波に重畳された測定信号を入力トランスを介して受け増幅する搬送波増幅回路と、
前記搬送波増幅回路の出力を受けて前記測定ブリッジの容量変化分に対応する不平衡成分を抽出し、前記不平衡成分に対応した補償量の信号を出力する容量分位相検波回路と、
少なくとも1つの発光ダイオードとこれと対峙するように配置された受光ダイオードからなる光信号伝達手段と、
前記補償量の信号に応じて前記発光ダイオードの発光輝度を制御する容量分打消し駆動回路と、
前記発光ダイオードの発光を受けて、電気信号に変換する前記受光ダイオードに流れる電流に応じて前記補償量に対応した極性と振幅を持つ補償用電位に変換し、前記極性に応じて出力波形の位相を変えて前記搬送波に前記補償用電位を重畳して前記入力トランスの1次側に供給し、前記測定ブリッジに発生する容量成分による不平衡成分を自動的に打消す容量分打消し回路と、
2次側の各回路に電力を供給する2次側電源と、
前記2次側電源から電力トランスを介して電力を受け、1次側の各回路に電力を供給する1次側電源回路と、
を具備し、
前記搬送波増幅回路、前記容量分位相検波回路、前記容量分打消し駆動回路、前記発光ダイオード、前記搬送波発振回路および前記2次側電源に対し、
前記測定ブリッジ、前記容量分打消し回路、前記受光ダイオードおよび前記1次側電源回路は、
前記入力トランス、前記光信号伝達手段、前記結合トランスおよび前記電力トランスからなる電磁的手段および前記光信号伝達手段により接続され、電気的には絶縁された状態で接続されていることを特徴としている。
That is, the carrier wave type distortion measuring apparatus according to Patent Document 1 is
A measurement bridge including a strain gauge;
A carrier wave oscillation circuit for generating a carrier wave to be applied to the measurement bridge via a coupling transformer;
A carrier amplifier circuit that receives and amplifies a measurement signal superimposed on a carrier wave applied to the measurement bridge via an input transformer;
Receiving the output of the carrier wave amplifier circuit, extracting an unbalanced component corresponding to the capacitance change of the measurement bridge, and outputting a compensation phase signal corresponding to the unbalanced component;
An optical signal transmission means comprising at least one light-emitting diode and a light-receiving diode disposed to face the light-emitting diode;
A capacitance canceling drive circuit for controlling the light emission luminance of the light emitting diode according to the compensation amount signal;
The light emission from the light emitting diode is converted into an electric signal, converted into an electric signal, converted into a compensation potential having a polarity and amplitude corresponding to the compensation amount according to the current flowing through the light receiving diode, and the phase of the output waveform according to the polarity And the compensation potential is superimposed on the carrier wave and supplied to the primary side of the input transformer, and a capacitance canceling circuit for automatically canceling the unbalanced component due to the capacitance component generated in the measurement bridge;
A secondary power supply for supplying power to each circuit on the secondary side;
A primary power supply circuit that receives power from the secondary power supply via a power transformer and supplies power to each circuit on the primary side;
Comprising
For the carrier wave amplification circuit, the capacitance phase detection circuit, the capacitance cancellation drive circuit, the light emitting diode, the carrier wave oscillation circuit, and the secondary power supply,
The measurement bridge, the capacitance canceling circuit, the light receiving diode, and the primary power circuit are:
The input transformer, the optical signal transmission means, the electromagnetic means including the coupling transformer and the power transformer, and the optical signal transmission means are connected to each other and are electrically insulated. .

上述したように、特許文献1に示された構成おいては、容量の不平衡分を自動的に打ち消すために、容量分位相検波回路、容量分打ち消し駆動回路、並びに光信号伝達手段を利用した打ち消し回路等の多くの複雑な回路が必要とされる。このため、特許文献1の構成は、回路構成が複雑になり、部品数も多くなってしまうことから、小型化、省電力化および低コスト化の妨げとなっている。
一般にひずみ測定を行う際には、測定点からひずみ測定装置まで入力ケーブルを引き回す必要があるが、上述した搬送波型ひずみ測定装置を使用する場合には、入力ケーブルによる分布容量の存在を考慮しなければならない。入力ケーブルの分布容量は、測定ブリッジの抵抗値の初期不平衡と共に、容量分の初期不平衡成分として現れる。ひずみゲージの抵抗値の変化分は、測定に必要なものであるが、容量分は正確な測定を妨げる要因となる。そのため、容量不平衡成分を打ち消すための回路が必要となる。従来のひずみ測定装置における容量分打ち消し回路は、特許文献1に示されたように回路構成が複雑であり電気部品を多く使用することから、装置そのものの小型化、省電力化および低コスト化を妨げる要因となっている。
As described above, in the configuration shown in Patent Document 1, in order to automatically cancel the unbalanced capacity, a capacitive phase detection circuit, a capacitive cancellation driving circuit, and an optical signal transmission means are used. Many complex circuits such as cancellation circuits are required. For this reason, the configuration of Patent Document 1 complicates the circuit configuration and increases the number of components, which hinders downsizing, power saving, and cost reduction.
In general, when performing strain measurement, it is necessary to route the input cable from the measurement point to the strain measurement device. However, when using the carrier-type strain measurement device described above, the existence of distributed capacity due to the input cable must be considered. I must. The distributed capacity of the input cable appears as an initial unbalanced component for the capacity together with the initial unbalance of the resistance value of the measurement bridge. The change in the resistance value of the strain gauge is necessary for measurement, but the capacity is a factor that hinders accurate measurement. Therefore, a circuit for canceling the capacity imbalance component is required. The capacitance canceling circuit in the conventional strain measuring apparatus has a complicated circuit configuration as shown in Patent Document 1 and uses many electric parts, so that the apparatus itself can be reduced in size, power consumption and cost. It is a hindrance.

特開2010−266408号公報JP 2010-266408 A

上述したように、特許文献1に示されたような従来の搬送波型ひずみ測定装置においては、容量の不平衡成分を打ち消して抵抗分のみを測定するために、回路構成が複雑で多くの電気部品を使用する容量分打ち消し回路を必要としており、このような容量分打ち消し回路の存在が、装置そのものの小型化、省電力化および低コスト化を妨げる要因となっていた。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、複雑な構成の容量分打ち消し回路を用いることなく、容量分の影響を回避することができ、回路構成の簡略化および部品点数の削減を可能とし、装置の小型化、省電力化および低コスト化を達成し得る搬送波型ひずみ測定装置を提供することを目的としている。
As described above, in the conventional carrier-type distortion measuring device as disclosed in Patent Document 1, in order to cancel the unbalanced component of the capacitance and measure only the resistance component, the circuit configuration is complicated and many electrical components are used. Therefore, the existence of such a capacitance canceling circuit is a factor that hinders downsizing, power saving, and cost reduction of the device itself.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can avoid the influence of the capacity without using a circuit having a complicated capacity, thereby simplifying the circuit structure and reducing the number of parts. It is an object of the present invention to provide a carrier-type distortion measuring device that can be made smaller, achieve power saving and cost reduction.

本発明は、上述した目的を達成するためになされたものであり、次のような特徴を有している。
請求項1に記載した発明に係る搬送波型ひずみ測定装置は、
ひずみゲージを含む測定ブリッジに搬送波電源電圧を印加して、前記測定ブリッジの出力からひずみゲージのひずみ抵抗に応じた信号を得る搬送波型ひずみ測定装置において、
前記測定ブリッジに矩形波の搬送波電源電圧を印加するブリッジ電源回路と、
前記測定ブリッジの出力を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力を反転する反転回路と、複数の入力端子、複数の制御端子および出力端子を有し、前記複数の制御端子に入力される制御信号に応じ前記複数の入力端子への入力信号を選択的に抽出して前記出力端子から出力するマルチプレクサと、からなる検波回路と、
前記ブリッジ電源回路および前記マルチプレクサの前記複数の制御端子に所定の第1の制御信号、第2の制御信号および第3の制御信号を与えて、前記ブリッジ電源回路および前記マルチプレクサを同期制御する制御回路と、
前記検波回路のひずみ抵抗に応じた信号成分を含む出力信号から搬送波成分を除去するキャリアフィルタ回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記第1の制御信号を前記ブリッジ電源回路に出力し前記ブリッジ電源回路から所定の周期T1の矩形波の搬送波電圧を出力するように駆動制御し、
前記第2の制御信号を前記マルチプレクサの前記制御端子に出力し、前記増幅回路の出力および前記反転回路の出力を前記搬送波周期と同一の周期T1で前記マルチプレクサから交互に繰り返し出力するように駆動制御し、
前記第3の制御信号を前記マルチプレクサの前記制御端子に出力し、出力波形の立ち上がりと立ち下がり付近にリプルが生じている時間を容量分出力時間T2として予め設定しておき、前記容量分出力時間T2の開始直前から前記容量分出力時間T2が経過した後の時点までの時間T3にわたり、前記第3の制御信号を前記マルチプレクサの前記制御端子に出力し、前記マルチプレクサの出力端からの出力がゼロ電圧となるように駆動制御し、
前記制御回路で前記ブリッジ電源回路およびマルチプレクサを駆動制御することによって、容量分の影響を有効に取り除き、抵抗分のみに相当する出力を前記検出回路より出力させ、
さらに、前記検波回路の出力を前記キャリアフィルタ回路を介して、搬送波成分を取り除くことによって測定しようとするひずみゲージの抵抗変化分に応じた直流レベル信号を検出するように構成したことを特徴としている
The present invention has been made to achieve the above-described object, and has the following characteristics.
A carrier-type distortion measuring apparatus according to the invention described in claim 1 is:
In a carrier-type strain measurement device that applies a carrier power supply voltage to a measurement bridge including a strain gauge and obtains a signal corresponding to the strain resistance of the strain gauge from the output of the measurement bridge.
A bridge power supply circuit for applying a rectangular wave carrier power supply voltage to the measurement bridge;
An amplifier circuit for amplifying the output of the measurement bridge ;
An inverting circuit that inverts the output of the amplifier circuit, a plurality of input terminals, a plurality of control terminals, and an output terminal, and an input signal to the plurality of input terminals according to a control signal input to the plurality of control terminals A multiplexer that selectively extracts and outputs from the output terminal, and a detection circuit comprising:
A control circuit that synchronously controls the bridge power supply circuit and the multiplexer by applying predetermined first control signals, second control signals, and third control signals to the plurality of control terminals of the bridge power supply circuit and the multiplexer. When,
A carrier filter circuit for removing a carrier wave component from an output signal including a signal component corresponding to a distortion resistance of the detection circuit,
The control circuit includes:
The first control signal is output to the bridge power supply circuit and is driven and controlled so as to output a rectangular wave carrier voltage having a predetermined period T1 from the bridge power supply circuit,
Drive control is performed so that the second control signal is output to the control terminal of the multiplexer, and the output of the amplifier circuit and the output of the inverting circuit are alternately output from the multiplexer at the same period T1 as the carrier wave period. And
The third control signal is output to the control terminal of the multiplexer, and a time during which ripple occurs near the rise and fall of the output waveform is preset as a capacity output time T2, and the capacity output time The third control signal is output to the control terminal of the multiplexer for a time T3 from immediately before the start of T2 to the time after the output time T2 for the capacity has elapsed, and the output from the output terminal of the multiplexer is zero. Drive control to become voltage,
By driving and controlling the bridge power supply circuit and the multiplexer with the control circuit, the influence of the capacitance is effectively removed, and the output corresponding to only the resistance is output from the detection circuit,
Further, the present invention is characterized in that a DC level signal corresponding to the resistance change of the strain gauge to be measured is detected by removing the carrier component through the carrier filter circuit . .

請求項2に記載した発明に係る搬送波型ひずみ測定装置は、請求項1の搬送波型ひずみ測定装置であって、
前記容量分出力時間T2は、
前記測定ブリッジの各辺間や接続点と接地電位との間に生ずる分布容量の影響で出力波形の立ち上がりと立ち下がり附近に生じるリプルの発生から消滅に至る時間に基づいて設定することを特徴としている。
請求項3に記載した発明に係る搬送波型ひずみ測定装置は、請求項1または2の搬送波型ひずみ測定装置であって、
前記容量分出力時間T2は、
前記測定ブリッジに含まれる前記ひずみゲージの抵抗値、前記測定ブリッジから測定回路までの入力ケーブルの長さ、前記搬送波周波数等を考慮して、設定することを特徴としている。
請求項4に記載した発明に係る搬送波型ひずみ測定装置は、請求項3の搬送波型ひずみ測定装置であって、
前記測定回路は、前記増幅回路、前記反転回路、前記マルチプレクサ、前記制御回路、前記ブリッジ電源回路および前記キャリアフィルタ回路から構成されていることを特徴としている。
The carrier-type distortion measuring apparatus according to the invention described in claim 2 is the carrier-type distortion measuring apparatus according to claim 1,
The capacity output time T2 is:
It is set based on the time from the generation to the disappearance of the ripple generated near the rising and falling of the output waveform due to the influence of the distributed capacitance generated between each side of the measurement bridge or between the connection point and the ground potential. Yes.
The carrier-type distortion measuring apparatus according to the invention described in claim 3 is the carrier-type distortion measuring apparatus according to claim 1 or 2,
The capacity output time T2 is:
It is set in consideration of the resistance value of the strain gauge included in the measurement bridge, the length of the input cable from the measurement bridge to the measurement circuit, the carrier frequency , and the like.
The carrier-type distortion measuring apparatus according to the invention described in claim 4 is the carrier-type distortion measuring apparatus according to claim 3,
The measuring circuit, the amplifier circuit, the inverting circuit, the multiplexer, the control circuit is characterized by being composed of the bridge power supply circuit and the carrier filter circuit.

請求項5に記載した発明に係る搬送波型ひずみ測定装置は、請求項の搬送波型ひずみ測定装置であって、
記検波回路は、前記反転回路と前記マルチプレクサとを含んで構成されていることを特徴としている
The carrier-type distortion measuring apparatus according to the invention described in claim 5 is the carrier-type distortion measuring apparatus according to claim 1 ,
Before Symbol detection circuit is characterized in that it is configured to include said and said inverting circuit multiplexer.

本発明によれば、複雑な構成の容量分打ち消し回路を用いることなく、容量分の影響を回避することができ、回路構成の簡略化および部品点数の削減を可能とし、装置の小型化、省電力化および低コスト化を達成し得る搬送波型ひずみ測定装置を提供することができる。
すなわち、本発明の請求項1の搬送波型ひずみ測定装置によれば、
ひずみゲージを含む測定ブリッジに搬送波電源電圧を印加して、前記測定ブリッジの出力からひずみゲージのひずみ抵抗に応じた信号を得る搬送波型ひずみ測定装置において、
前記測定ブリッジに矩形波の搬送波電源電圧を印加するブリッジ電源回路と、
前記測定ブリッジの出力を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力を反転する反転回路と、複数の入力端子、複数の制御端子および出力端子を有し、前記複数の制御端子に入力される制御信号に応じ前記複数の入力端子への入力信号を選択的に抽出して前記出力端子から出力するマルチプレクサと、からなる検波回路と、
前記ブリッジ電源回路および前記マルチプレクサの前記複数の制御端子に所定の第1の制御信号、第2の制御信号および第3の制御信号を与えて、前記ブリッジ電源回路および前記マルチプレクサを同期制御する制御回路と、
前記検波回路のひずみ抵抗に応じた信号成分を含む出力信号から搬送波成分を除去するキャリアフィルタ回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記第1の制御信号を前記ブリッジ電源回路に出力し前記ブリッジ電源回路から所定の周期T1の矩形波の搬送波電圧を出力するように駆動制御し、
前記第2の制御信号を前記マルチプレクサの前記制御端子に出力し、前記増幅回路の出力および前記反転回路の出力を前記搬送波周期と同一の周期T1で前記マルチプレクサから交互に繰り返し出力するように駆動制御し、
前記第3の制御信号を前記マルチプレクサの前記制御端子に出力し、出力波形の立ち上がりと立ち下がり付近にリプルが生じている時間を容量分出力時間T2として予め設定しておき、前記容量分出力時間T2の開始直前から前記容量分出力時間T2が経過した後の時点までの時間T3にわたり、前記第3の制御信号を前記マルチプレクサの前記制御端子に出力し、前記マルチプレクサの出力端からの出力がゼロ電圧となるように駆動制御し、
前記制御回路で前記ブリッジ電源回路およびマルチプレクサを駆動制御することによって、容量分の影響を有効に取り除き、抵抗分のみに相当する出力を前記検出回路より出力させ、
さらに、前記検波回路の出力を前記キャリアフィルタ回路を介して、搬送波成分を取り除くことによって測定しようとするひずみゲージの抵抗変化分に応じた直流レベル信号を検出するように構成したことにより、
複雑な構成の容量分打ち消し回路を用いることなく、搬送波周期T1から容量分出力時間T2を間引いて取り除いた残りの直流部分に生じる出力を連続して効果的に取得することができ、回路構成の簡略化および部品点数の削減を達成し、装置の小型化、省電力化および低コスト化を実現することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to avoid the influence of the capacity without using the capacity canceling circuit having a complicated configuration, and it is possible to simplify the circuit configuration and reduce the number of parts. It is possible to provide a carrier-type distortion measuring apparatus that can achieve power reduction and cost reduction.
That is, according to the carrier-type distortion measuring apparatus of claim 1 of the present invention,
In a carrier-type strain measurement device that applies a carrier power supply voltage to a measurement bridge including a strain gauge and obtains a signal corresponding to the strain resistance of the strain gauge from the output of the measurement bridge.
A bridge power supply circuit for applying a rectangular wave carrier power supply voltage to the measurement bridge;
An amplifier circuit for amplifying the output of the measurement bridge ;
An inverting circuit that inverts the output of the amplifier circuit, a plurality of input terminals, a plurality of control terminals, and an output terminal, and an input signal to the plurality of input terminals according to a control signal input to the plurality of control terminals A multiplexer that selectively extracts and outputs from the output terminal, and a detection circuit comprising:
A control circuit that synchronously controls the bridge power supply circuit and the multiplexer by applying predetermined first control signals, second control signals, and third control signals to the plurality of control terminals of the bridge power supply circuit and the multiplexer. When,
A carrier filter circuit for removing a carrier wave component from an output signal including a signal component corresponding to a distortion resistance of the detection circuit,
The control circuit includes:
The first control signal is output to the bridge power supply circuit and is driven and controlled so as to output a rectangular wave carrier voltage having a predetermined period T1 from the bridge power supply circuit,
Drive control is performed so that the second control signal is output to the control terminal of the multiplexer, and the output of the amplifier circuit and the output of the inverting circuit are alternately output from the multiplexer at the same period T1 as the carrier wave period. And
The third control signal is output to the control terminal of the multiplexer, and a time during which ripple occurs near the rise and fall of the output waveform is preset as a capacity output time T2, and the capacity output time The third control signal is output to the control terminal of the multiplexer for a time T3 from immediately before the start of T2 to the time after the output time T2 for the capacity has elapsed, and the output from the output terminal of the multiplexer is zero. Drive control to become voltage,
By driving and controlling the bridge power supply circuit and the multiplexer with the control circuit, the influence of the capacitance is effectively removed, and the output corresponding to only the resistance is output from the detection circuit,
Furthermore, by configuring the output of the detection circuit to detect a DC level signal corresponding to the resistance change of the strain gauge to be measured by removing the carrier component through the carrier filter circuit ,
Without using a complicated capacity canceling circuit, the output generated in the remaining DC portion obtained by decimating and removing the output time T2 from the carrier wave period T1 can be obtained effectively and continuously . It is possible to achieve simplification and reduction of the number of parts, and to realize downsizing, power saving and cost reduction of the apparatus.

本発明の一つの実施の形態に係る搬送波型ひずみ測定装置の測定回路の構成を、当該搬送波型ひずみ測定装置に測定ブリッジを接続した状態として回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a circuit structure as a state which connected the measurement bridge | bridging to the said carrier-type distortion measuring apparatus about the structure of the measuring circuit of the carrier-type distortion measuring apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 図1の搬送波型ひずみ測定装置の測定回路内の検波回路の詳細な回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detailed circuit structure of the detection circuit in the measurement circuit of the carrier wave type | mold distortion measuring apparatus of FIG. ひずみを測定しようとする被測定部位に添着したひずみゲージおよび抵抗を用いてホイートストンブリッジを構成した測定ブリッジを図1の搬送波型ひずみ測定装置に接続する接続構成を示す接続実体図である。FIG. 2 is a connection entity diagram showing a connection configuration in which a measurement bridge that constitutes a Wheatstone bridge is connected to the carrier-type strain measurement apparatus of FIG. 1 using a strain gauge and a resistance attached to a site to be measured for strain. 測定ブリッジを搬送波型ひずみ測定装置へ接続する詳細な接続構成を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the detailed connection structure which connects a measurement bridge to a carrier wave type distortion measuring device. 図4の等価回路における測定ブリッジ出力の波形の例を詳細に示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing in detail an example of a waveform of a measurement bridge output in the equivalent circuit of FIG. 4. 図2の検波回路における各部の波形を示す各部波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram of each part showing the waveform of each part in the detection circuit of FIG. 2. 図4の等価回路における測定ブリッジ部分をさらに簡略化して示す等価回路およびブリッジ電源の印加に対するブリッジ出力波形を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit in which the measurement bridge portion in the equivalent circuit of FIG. 4 is further simplified and a bridge output waveform with respect to application of a bridge power supply. 図1の搬送波型ひずみ測定装置の測定回路内の検波回路の処理原理を説明するためにひずみゲージの抵抗値が、それぞれ120Ω、350Ωおよび1000Ωの場合における分布容量の変化に対する時定数τの大きさを示す図である。In order to explain the processing principle of the detection circuit in the measurement circuit of the carrier-type strain measurement device of FIG. 1, the magnitude of the time constant τ with respect to the change in the distributed capacity when the resistance value of the strain gauge is 120Ω, 350Ω and 1000Ω, respectively. FIG.

以下、本発明の搬送波型ひずみ測定装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1〜図4は、本発明の一つの実施の形態に係る搬送波型ひずみ測定装置の要部の構成を示している。図1は、本発明の実施の形態に係る搬送波型ひずみ測定装置の測定回路の構成を、当該搬送波型ひずみ測定装置に測定ブリッジを接続した状態として示すブロック図、図2は、図1の搬送波型ひずみ測定装置の測定回路内の検波回路の詳細な構成を示すブロック図、図3は、ひずみを測定しようとする部位に添着したひずみゲージおよび抵抗を用いてホイートストンブリッジを構成した測定ブリッジを図1の搬送波型ひずみ測定装置に接続する接続構成を模式的に示す接続実体図、そして図4は、測定ブリッジを搬送波型ひずみ測定装置へ接続する詳細な接続構成を示す等価回路図である。
図1は、本発明の一つの実施の形態に係る搬送波型ひずみ測定装置の測定回路の構成を示すブロック図であり、一般的なひずみ測定において、この実施の形態に係る搬送波型ひずみ測定装置にホイートストンブリッジで構成された測定ブリッジを接続した状態として示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a carrier-type distortion measuring apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
1 to 4 show the configuration of the main part of a carrier-type distortion measuring apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a measurement circuit of a carrier-type strain measurement apparatus according to an embodiment of the present invention as a state in which a measurement bridge is connected to the carrier-type distortion measurement apparatus, and FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the detection circuit in the measurement circuit of the strain measuring apparatus, and FIG. 3 is a diagram showing a measurement bridge in which a Wheatstone bridge is configured using a strain gauge and a resistance attached to a portion where strain is to be measured. FIG. 4 is a connection entity diagram schematically showing a connection configuration connected to one carrier-type strain measurement device, and FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing a detailed connection configuration for connecting a measurement bridge to the carrier-type strain measurement device.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a measurement circuit of a carrier-type distortion measuring apparatus according to one embodiment of the present invention. In general distortion measurement, FIG. 1 shows a carrier-type distortion measuring apparatus according to this embodiment. A measurement bridge composed of a Wheatstone bridge is shown as connected.

図1には、一つの実施の形態に係る搬送波型ひずみ測定装置に接続した測定ブリッジ11および当該搬送波型ひずみ測定装置本体を構成する測定回路12を示している。
図1に示す測定ブリッジ11は、接続点A、接続点B、接続点Cおよび接続点Dの4つの接続点を有しており、測定ブリッジ11の接続点Aと接続点Bとの間にひずみゲージR1を接続し、接続点Bと接続点Cとの間に抵抗R2を接続し、接続点Cと接続点Dとの間に抵抗R3を接続し、そして接続点Dと接続点Aとの間に抵抗R4を接続して、ホイートストンブリッジ回路を構成している。ひずみゲージR1は、被測定物の起歪部、すなわち測定しようとするひずみ変形が発生する部位に、例えば、接着、融着、溶着等の手段により、添着され、当該起歪部のひずみの大きさに応じて抵抗値が変化する。
図1に示す測定回路12は、増幅回路13、検波回路14、キャリアフィルタ回路15、ブリッジ電源回路16および制御回路17を備えている。ブリッジ電源回路16は、測定ブリッジ11に矩形波の搬送波ブリッジ電源電圧を印加する。増幅回路13は、測定ブリッジ11からの出力を検出し増幅する。検波回路14は、増幅回路13の出力を信号処理して、測定ブリッジ11のひずみゲージR1の抵抗値変化に応じた信号成分を含む信号を取り出す。キャリアフィルタ回路15は、検波回路14の出力からブリッジ電源電圧に基づく搬送波成分を除去する。制御回路17は、ブリッジ電源回路16と検波回路14を制御して、所定のタイミングで同期的に作動させる。
FIG. 1 shows a measurement bridge 11 connected to a carrier wave distortion measuring apparatus according to one embodiment and a measurement circuit 12 constituting the carrier wave distortion measuring apparatus body.
The measurement bridge 11 shown in FIG. 1 has four connection points, a connection point A, a connection point B, a connection point C, and a connection point D, between the connection point A and the connection point B of the measurement bridge 11. Connect the strain gauge R1, connect the resistor R2 between the connection point B and the connection point C, connect the resistor R3 between the connection point C and the connection point D, and connect the connection point D and the connection point A. A resistor R4 is connected between the two to constitute a Wheatstone bridge circuit. Strain gauges R1 is strain-generating-portions of the object, i.e. at a site try to strain deformation occurs measuring, for example, contact bonding, fusion bonding by means of welding or the like, are affixed, of the strain-generating-portions strain The resistance value changes according to the size.
The measurement circuit 12 shown in FIG. 1 includes an amplifier circuit 13, a detection circuit 14, a carrier filter circuit 15, a bridge power supply circuit 16, and a control circuit 17. The bridge power supply circuit 16 applies a rectangular wave carrier power supply voltage to the measurement bridge 11. The amplifier circuit 13 detects and amplifies the output from the measurement bridge 11. The detection circuit 14 performs signal processing on the output of the amplifier circuit 13 and extracts a signal including a signal component corresponding to a change in the resistance value of the strain gauge R1 of the measurement bridge 11. The carrier filter circuit 15 removes a carrier wave component based on the bridge power supply voltage from the output of the detection circuit 14. The control circuit 17 controls the bridge power supply circuit 16 and the detection circuit 14 to operate synchronously at a predetermined timing.

図1に示した搬送波型ひずみ測定装置の構成において、測定回路12内のブリッジ電源回路16の出力は、ケーブル11aおよび11cを介してそれぞれ測定ブリッジ11の接続点Aおよび接続点Cに接続しており、これら接続点Aと接続点Cの間に矩形波の搬送波ブリッジ電圧を印加する。測定ブリッジ11からの出力は、接続点Bおよび接続点Dにそれぞれ接続されたケーブル11bおよび11dを介して増幅回路13で検出され増幅される。増幅回路13の出力は、検波回路14により詳細を後述するように信号処理されて、測定ブリッジ11のひずみゲージR1の抵抗値変化に応じた信号成分を含む信号が取り出される。検波回路14の出力から不要な搬送波成分をキャリアフィルタ15にて除去して、所要の信号成分をキャリアフィルタ15から出力する。
制御回路17は、第2の制御信号、第3の制御信号としての2種の制御信号17aおよび17bを検波回路14に供給して検波回路14を制御するとともに、第1の制御信号としての制御信号17cをブリッジ電源回路16に供給し、ブリッジ電源回路16の搬送波周期を制御する。
次に、検波回路14の詳細な構成および処理動作について図2を参照して説明する。
1, the output of the bridge power supply circuit 16 in the measurement circuit 12 is connected to the connection point A and connection point C of the measurement bridge 11 via cables 11a and 11c, respectively. A rectangular wave carrier bridge voltage is applied between these connection points A and C. The output from the measurement bridge 11 is detected and amplified by the amplifier circuit 13 via the cables 11b and 11d connected to the connection point B and the connection point D, respectively. The output of the amplifier circuit 13 is signal-processed by the detection circuit 14 as will be described in detail later, and a signal including a signal component corresponding to a change in the resistance value of the strain gauge R1 of the measurement bridge 11 is extracted. An unnecessary carrier component is removed from the output of the detection circuit 14 by the carrier filter 15, and a required signal component is output from the carrier filter 15.
The control circuit 17 supplies the two control signals 17a and 17b as the second control signal and the third control signal to the detection circuit 14 to control the detection circuit 14, and also controls as the first control signal. The signal 17c is supplied to the bridge power supply circuit 16, and the carrier wave period of the bridge power supply circuit 16 is controlled.
Next, a detailed configuration and processing operation of the detection circuit 14 will be described with reference to FIG.

図2は、検波回路14の詳細な構成を示しており、検波回路14は、反転回路18と、マルチプレクサ19とから構成している。マルチプレクサ19は、入力端子19a、19b、19c、19d、出力端子19eおよび制御端子19f、19gを有する。増幅回路13の出力信号13aを、マルチプレクサ19の入力端子19aと、反転回路18とに入力している。反転回路18は、増幅回路13の出力を反転(「×(−1)」、すなわち−1倍)して、マルチプレクサ19の入力端子19bに入力している。また、マルチプレクサ19の入力端子19cおよび19dは、共に基準電位点(通常は、いわゆるグラウンドレベル等と称される接地電位点)20に接続されている。
ここで、マルチプレクサ19の動作を説明する。
マルチプレクサ19は、制御端子19fおよび19gの電圧レベルが、高(HIGH)レベルか、低(LOW)レベルか、に基づいて、入力端子19a、19b、19cおよび19dのいずれか1つをオン(ON)として、オンとされた端子の入力信号を出力端子19eに出力する。制御端子19fおよび19gの電圧レベルは、制御回路17から供給される制御信号17aおよび17bによって制御される。マルチプレクサ19の制御端子19fおよび19gの電圧レベルと、それらの組み合わせによってオンとされて出力端子19eに導出される入力端子との関係を次表に示している。
FIG. 2 shows a detailed configuration of the detection circuit 14, and the detection circuit 14 includes an inverting circuit 18 and a multiplexer 19. The multiplexer 19 has input terminals 19a, 19b, 19c, 19d, an output terminal 19e, and control terminals 19f, 19g. The output signal 13 a of the amplifier circuit 13 is input to the input terminal 19 a of the multiplexer 19 and the inverting circuit 18. The inverting circuit 18 inverts the output of the amplifier circuit 13 (“× (−1)”, that is, −1), and inputs the inverted signal to the input terminal 19 b of the multiplexer 19. The input terminals 19 c and 19 d of the multiplexer 19 are both connected to a reference potential point (usually a ground potential point called a so-called ground level) 20.
Here, the operation of the multiplexer 19 will be described.
The multiplexer 19 turns on one of the input terminals 19a, 19b, 19c, and 19d based on whether the voltage level of the control terminals 19f and 19g is high (HIGH) level or low (LOW) level. ), The input signal of the turned-on terminal is output to the output terminal 19e. The voltage levels of the control terminals 19f and 19g are controlled by control signals 17a and 17b supplied from the control circuit 17. The following table shows the relationship between the voltage levels of the control terminals 19f and 19g of the multiplexer 19 and the input terminals that are turned on by the combination thereof and led to the output terminal 19e.

Figure 0006433049
Figure 0006433049

表1によれば、例えば、第2の制御信号として、制御端子19fが低レベル、制御端子19gが低レベルのときには、入力端子19aがオンとされて、増幅回路13の出力を受ける入力端子19aの電圧がそのまま出力端子19eに出力される。
また、表1によれば、例えば、第2の制御信号として、制御端子19fが高レベル、制御端子19gが低レベルのときには、入力端子19bがオンとされて、反転回路18からの出力を受ける入力端子19bの電圧がそのまま出力端子19eに出力される。
図3は、測定回路12から測定ブリッジ11に至る接続構成を実体的な図として示しており、図4は、図3の構成の電気的な等価回路を示している。測定ブリッジ11は、既に述べたようにひずみを測定しようとする部位に添着したひずみゲージR1と抵抗R2〜R4を用いてホイートストンブリッジを構成したものである。
図3には、固定抵抗R2、R3、R4およびひずみゲージR1でホイートストンブリッジを構成してなる測定ブリッジ11を、4本の接続線からなる入力ケーブル21を介して測定回路12に接続した状態を示している。このような状態において、測定ブリッジ11には、分布容量が生じる。この分布容量は、測定ブリッジ11の出力信号中に、初期不平衡値としてあらわれるとともに、容量分の不平衡値としてもあらわれる。この場合、ひずみゲージR1の抵抗値変化分は、測定に必要なものであるが、容量分およびその変化分は、上述したように、正確な測定を妨げる要因、すなわち測定精度阻害要因となる。
According to Table 1, for example, as the second control signal, when the control terminal 19f is at the low level and the control terminal 19g is at the low level, the input terminal 19a is turned on and the input terminal 19a that receives the output of the amplifier circuit 13 is received. Is directly output to the output terminal 19e.
According to Table 1, for example, as the second control signal, when the control terminal 19f is at a high level and the control terminal 19g is at a low level, the input terminal 19b is turned on and an output from the inverting circuit 18 is received. The voltage of the input terminal 19b is output as it is to the output terminal 19e.
FIG. 3 shows a connection configuration from the measurement circuit 12 to the measurement bridge 11 as a substantial diagram, and FIG. 4 shows an electrical equivalent circuit of the configuration of FIG. The measurement bridge 11 is configured as a Wheatstone bridge using the strain gauge R1 and the resistors R2 to R4 attached to the portion where the strain is to be measured as described above.
FIG. 3 shows a state in which a measurement bridge 11 comprising a Wheatstone bridge with fixed resistors R2, R3, R4 and a strain gauge R1 is connected to a measurement circuit 12 via an input cable 21 consisting of four connection lines. Show. In such a state, distributed capacitance is generated in the measurement bridge 11. This distributed capacity appears in the output signal of the measurement bridge 11 as an initial unbalance value and also as an unbalance value for the capacity. In this case, the change in the resistance value of the strain gauge R1 is necessary for the measurement, but as described above, the capacitance and the change are a factor that hinders accurate measurement, that is, a measurement accuracy impediment factor.

この測定精度阻害要因についてさらに詳細に検討する。
図3に示す測定回路12と、測定ブリッジ11との間の回路構成では、入力ケーブル21が介在することにより、測定ブリッジ11の隣接する2辺の各接続点と接地(グラウンド〜GND)電位との間に分布容量が存在する。
すなわち、測定ブリッジ11の4辺の抵抗をR1〜R4、各辺間の分布容量をCb1〜Cb4、入力ケーブル21の各接続線のケーブル抵抗をr1〜r4、各接続点、すなわち各接続線と接地電位との間の分布容量をCg1〜Cg4とすると図4に示すような等価回路となる。図4においては、搬送波ブリッジ電圧をE、そしてブリッジ出力電圧をeとして示している。
ひずみ測定において、必要なのはひずみゲージR1の抵抗変化分である。実際にひずみ測定を実施し、ひずみゲージR1に抵抗変化分ΔR1が生じ、ブリッジ出力電圧eを増幅回路13で増幅した時の出力波形の例を図5に示している。図5においては、時間軸tに対する搬送波周期をT1として出力波形を示している。
図5(a)に示す波形は、各辺間の分布容量Cb1〜Cb4、各接続点と接地電位との間の分布容量Cg1〜Cg4がゼロであって、抵抗変化分ΔR1が生じた場合における理想的な出力波形である。
This measurement accuracy impeding factor will be examined in more detail.
In the circuit configuration between the measurement circuit 12 and the measurement bridge 11 shown in FIG. 3, the input cable 21 is interposed, so that each connection point on two adjacent sides of the measurement bridge 11 and the ground (ground to GND) potential are There is a distributed capacity between the two.
That is, the resistances of the four sides of the measurement bridge 11 are R1 to R4, the distributed capacitances between the sides are Cb1 to Cb4, the cable resistances of the connection lines of the input cable 21 are r1 to r4, the connection points, that is, the connection lines. If the distributed capacitance between the ground potential is Cg1 to Cg4, an equivalent circuit as shown in FIG. 4 is obtained. In FIG. 4, the carrier wave bridge voltage is indicated as E, and the bridge output voltage is indicated as e.
In the strain measurement, what is required is the resistance change of the strain gauge R1. FIG. 5 shows an example of an output waveform when a strain measurement is actually performed, a resistance change ΔR1 occurs in the strain gauge R1, and the bridge output voltage e is amplified by the amplifier circuit 13. In FIG. 5, the output waveform is shown with the carrier wave period with respect to the time axis t as T1.
The waveform shown in FIG. 5A is obtained when the distributed capacitances Cb1 to Cb4 between the sides and the distributed capacitances Cg1 to Cg4 between the connection points and the ground potential are zero and the resistance change ΔR1 occurs. This is an ideal output waveform.

しかしながら、現実には、各辺間や各接続点と接地電位との間に必ず分布容量が存在するため、出力波形は、図5(a)のような波形にはならず、図5(b)のようなリプルが生じることが多い。図5においては、時間軸tに対するリプルの周期をT2として示している。その原因について、次に説明する。
リプルの片側(半サイクル)の大きさを算出するために、図4のブリッジ回路を簡略化する。ブリッジの4辺の抵抗が、同じ抵抗値である(抵抗バランスがとれている)とし、各辺の抵抗値を、R1=R2=R3=R4≒Rとし、各辺間の分布容量については、Cb1≠Cb2、Cb3=Cb4=0とし、各接続点と接地電位との間の分布容量については、Cg1=Cg2=Cg3=Cg4=0と仮定する。ここでゼロと仮定した分布容量Cb3、Cb4、Cg1、Cg2、Cg3およびCg4は、実際に存在し、本来考慮しなければならないが、リプルの片側だけの大きさを理解するためには、これらの分布容量についてCb3=Cb4=0、Cg1=Cg2=Cg3=Cg4=0とおいても差支えない。
図7(a)は、このような考察に基づいて図4を簡略した図であり、図7(b)は、接続点Aと接続点Cとの間にブリッジ電源電圧Eを印加した時の接続点Bと接続点Dとの間のブリッジ出力電圧eを示している。
図7(a)の等価回路の伝達関数は、次式(1)であらわされる。
However, in reality, since distributed capacitance always exists between each side or between each connection point and the ground potential, the output waveform does not become the waveform as shown in FIG. ) Often occurs. In FIG. 5, the ripple period with respect to the time axis t is shown as T2. The cause will be described next.
In order to calculate the size of one side (half cycle) of the ripple, the bridge circuit of FIG. 4 is simplified. The resistance of the four sides of the bridge is the same resistance value (resistance balance is balanced), the resistance value of each side is R1 = R2 = R3 = R4≈R, and the distributed capacitance between each side is It is assumed that Cb1 ≠ Cb2, Cb3 = Cb4 = 0, and the distributed capacitance between each connection point and the ground potential is Cg1 = Cg2 = Cg3 = Cg4 = 0. The distributed capacities Cb3, Cb4, Cg1, Cg2, Cg3, and Cg4, which are assumed to be zero here, actually exist and must be taken into account, but in order to understand the magnitude of only one side of the ripple, Regarding the distributed capacity, Cb3 = Cb4 = 0 and Cg1 = Cg2 = Cg3 = Cg4 = 0 may be set.
FIG. 7A is a simplified diagram of FIG. 4 based on such consideration, and FIG. 7B is a diagram when the bridge power supply voltage E is applied between the connection point A and the connection point C. The bridge output voltage e between the connection point B and the connection point D is shown.
The transfer function of the equivalent circuit in FIG. 7A is expressed by the following equation (1).

Figure 0006433049
Figure 0006433049

図7(a)の接続点Aと接続点Cとの間に1ステップのブリッジ電源Eを印加して、ラプラス変換をすると、出力電圧eは、次式(2)のようになる。   When a one-step bridge power supply E is applied between the connection point A and the connection point C in FIG. 7A and Laplace conversion is performed, the output voltage e is expressed by the following equation (2).

Figure 0006433049
Figure 0006433049

となる。リプルの大きさは、次式(3):   It becomes. The size of the ripple is given by the following formula (3):

Cb1−Cb2≪Cb1+Cb2 (3)
であるため、ほとんど時定数τ=R(Cb1+Cb2)/2によって決定される。
Cb1-Cb2 << Cb1 + Cb2 (3)
Therefore, it is almost determined by the time constant τ = R (Cb1 + Cb2) / 2.

図8に、ひずみゲージの抵抗値が、それぞれ120Ω、350Ωおよび1000Ωの場合における分布容量の変化に対する時定数τの大きさを示している。
例えば、図3に示した入力ケーブル21を100m延長したとき、その分布容量として、Cb1+Cb2=4000pF、ゲージ抵抗R=120Ωであるとすると、時定数240nSである。
図5(b)には、ひずみゲージR1に抵抗変化分ΔRが生じるとともに、各辺間や各接続点と接地電位との間に分布容量がある場合の出力波形の一例である。図5(b)の波形においては、容量分の影響で出力波形の立ち上がり、立ち下がり付近にリプルが生じている。図5(b)においては、この時のリプルが生じている時間をT2としており、ここでは容量分出力時間と称する。この容量分出力時間T2は、図7(b)に示した時定数に相当する。搬送波周波数が低ければ低いほど、時間軸tからみると、搬送波周期T1に対する容量分出力時間T2の割合は低くなる。
ひずみ測定において必要なのは抵抗変化分の測定であって、搬送波周期T1から、容量分出力時間T2を間引いて取り除いた、残りの直流(DC)部分に生じる出力が得られればよい。
FIG. 8 shows the magnitude of the time constant τ with respect to the change in distributed capacity when the resistance value of the strain gauge is 120Ω, 350Ω, and 1000Ω, respectively.
For example, when the input cable 21 shown in FIG. 3 is extended by 100 m, assuming that Cb1 + Cb2 = 4000 pF and gauge resistance R = 120Ω as the distributed capacitance, the time constant is 240 nS.
FIG. 5B shows an example of an output waveform when a resistance change ΔR occurs in the strain gauge R1 and there is a distributed capacitance between each side or between each connection point and the ground potential. In the waveform of FIG. 5B, ripples are generated near the rise and fall of the output waveform due to the influence of the capacitance. In FIG. 5 (b), the time during which ripple occurs at this time is T2, and is referred to herein as a capacity output time. This capacity output time T2 corresponds to the time constant shown in FIG. The lower the carrier frequency, the lower the ratio of the output time T2 corresponding to the capacity to the carrier cycle T1 from the time axis t.
What is required in the strain measurement is the measurement of the resistance change, and it is sufficient that the output generated in the remaining direct current (DC) portion obtained by thinning out the output time T2 for the capacity from the carrier wave period T1 is obtained.

図6は、図2に示す検波回路14を用いた時の出力波形の一例である。
図6(a)は、増幅回路13の出力波形を示しており、この信号がマルチプレクサ19の入力端子19aに入力される。図6(b)は、反転回路18の出力波形を示しており、この信号がマルチプレクサ19の入力端子19bに入力される。図6(c)は、制御回路17から出力される制御信号17aの信号波形を示しており、この信号がマルチプレクサ19の制御端子19fに入力される。図6(d)は、制御回路17から出力される制御信号17bの信号波形を示しており、この信号がマルチプレクサ19の制御端子19gに入力される。
ここで、制御回路17の制御動作について図2、図6および表1を参照して具体的に説明する。
まず、制御回路17は、制御信号17cによって、ブリッジ電源回路16を制御する(図1も参照されたい)。この場合、搬送波ブリッジ電源電圧の搬送波周期がT1となるように制御する。したがって、この搬送波ブリッジ電源電圧により生起される計測ブリッジ11のブリッジ出力に基づく、増幅回路13の出力および反転回路18の出力は、図6(a)および図6(b)にそれぞれ波形を示すように、搬送波周期T1と同一の周期となる。
FIG. 6 is an example of an output waveform when the detection circuit 14 shown in FIG. 2 is used.
FIG. 6A shows the output waveform of the amplifier circuit 13, and this signal is input to the input terminal 19 a of the multiplexer 19. FIG. 6B shows the output waveform of the inverting circuit 18, and this signal is input to the input terminal 19 b of the multiplexer 19. FIG. 6C shows the signal waveform of the control signal 17 a output from the control circuit 17, and this signal is input to the control terminal 19 f of the multiplexer 19. FIG. 6D shows the signal waveform of the control signal 17 b output from the control circuit 17, and this signal is input to the control terminal 19 g of the multiplexer 19.
Here, the control operation of the control circuit 17 will be specifically described with reference to FIGS. 2 and 6 and Table 1. FIG.
First, the control circuit 17 controls the bridge power supply circuit 16 by the control signal 17c (see also FIG. 1). In this case, control is performed so that the carrier wave period of the carrier wave bridge power supply voltage is T1. Therefore, the output of the amplifier circuit 13 and the output of the inverting circuit 18 based on the bridge output of the measurement bridge 11 caused by the carrier wave bridge power supply voltage are shown in waveforms in FIGS. 6 (a) and 6 (b), respectively. In addition, the cycle is the same as the carrier cycle T1.

図6(c)に示す制御回路17から出力される制御信号17aは、搬送波周期T1と同一の周期で低(LOW)レベルと高(HIGH)レベルとを交互に繰り返すように制御される。容量分の影響を取り除くためには、図6に示す容量分出力時間T2に生じる容量分の出力波形を間引く必要がある。
表1によれば、制御信号17b、すなわちマルチプレクサ19の制御端子19gの電圧レベルが高(HIGH)レベルのときは、マルチプレクサ19の出力端子19eの出力は、基準電位点20に接続されたマルチプレクサ19の入力端子19cまたは19dの電圧、すなわち基準電位であるためゼロ電圧となる。
図6(d)に示す制御回路17から出力される第3の制御信号としての制御信号17bは、容量分出力時間T2の開始時間よりも早く電圧レベルが高(HIGH)レベルとなり、容量分出力時間T2の終了時間より遅く低(LOW)レベルとなるように制御される必要がある。図6(d)に示す期間T3は、制御信号17bの波形の電圧レベルが高(HIGH)レベルとなっている期間に相当し、このときの出力端子19eの出力波形は、図6(e)の波形となる。
The control signal 17a output from the control circuit 17 shown in FIG. 6C is controlled so as to alternately repeat a low (LOW) level and a high (HIGH) level in the same cycle as the carrier cycle T1. In order to remove the influence of the capacity, it is necessary to thin out the output waveform corresponding to the capacity generated in the capacity output time T2 shown in FIG.
According to Table 1, when the control signal 17 b, that is, the voltage level of the control terminal 19 g of the multiplexer 19 is high (HIGH) level, the output of the output terminal 19 e of the multiplexer 19 is the multiplexer 19 connected to the reference potential point 20. The voltage at the input terminal 19c or 19d is zero voltage because it is the reference potential.
The control signal 17b as the third control signal output from the control circuit 17 shown in FIG. 6 (d) has a high voltage level earlier than the start time of the capacity output time T2, and is output by the capacity. It needs to be controlled to become a low (LOW) level later than the end time of the time T2. A period T3 shown in FIG. 6D corresponds to a period in which the voltage level of the waveform of the control signal 17b is high (HIGH), and the output waveform of the output terminal 19e at this time is shown in FIG. It becomes the waveform.

表1からわかるように、図6(c)および図6(d)に波形を示す第2の制御信号並びに第3の制御信号としての制御信号17aおよび17bとして制御回路17からマルチプレクサ19の制御端子19fおよび19gに与えられる制御信号17aおよび17bの電圧レベルによって、マルチプレクサ19の入力端子19aおよび19bにそれぞれ与えられる増幅回路13の出力および反転回路18の出力、並びに基準電位としてのゼロ電圧のうちのいずれかが選択され、マルチプレクサ19の出力端子19eに導出されて出力される。
図6に示すハッチング部は、このようにして選択された出力をあらわしている。図6(e)のハッチング部が、ひずみ測定において必要となる抵抗変化分に対応する部分のみを抽出した出力であり、この出力における搬送波成分がキャリアフィルタ回路15で取り除かれて、キャリアフィルタ回路15の出力として、図6(f)のような波形が得られる。
上述したように、制御回路17により、ブリッジ電源回路16およびマルチプレクサ19を制御することにより、抵抗分のみに相当する出力を得て、さらにキャリアフィルタ回路15を介して、搬送波成分を取り除き、測定しようとするひずみゲージの抵抗変化分に応じた直流レベル信号として検出している。
As can be seen from Table 1, the control terminal of the multiplexer 19 from the control circuit 17 as the second control signal whose waveforms are shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d) and the control signals 17a and 17b as the third control signal. Depending on the voltage levels of the control signals 17a and 17b applied to 19f and 19g, the output of the amplifier circuit 13 and the output of the inverting circuit 18 applied to the input terminals 19a and 19b of the multiplexer 19, respectively, and the zero voltage as the reference potential One of them is selected, led to the output terminal 19e of the multiplexer 19, and outputted.
The hatched portion shown in FIG. 6 represents the output selected in this way. The hatched portion in FIG. 6 (e) is an output obtained by extracting only the portion corresponding to the resistance change necessary for the strain measurement, and the carrier filter component in this output is removed by the carrier filter circuit 15. As a result, a waveform as shown in FIG. 6F is obtained.
As described above, by controlling the bridge power supply circuit 16 and the multiplexer 19 by the control circuit 17, an output corresponding to only the resistance is obtained, and further, the carrier wave component is removed and measured through the carrier filter circuit 15. It is detected as a DC level signal corresponding to the resistance change of the strain gauge.

この実施の形態に係る搬送波型ひずみ測定装置は、測定ブリッジに電源として印加する電圧を搬送波とすることで、原理的にノイズに強い構成とし、さらに搬送波電源電圧を矩形波とすることで、搬送波の周期、マルチプレクサの制御信号を制御し、ひずみ測定に不要な容量分の出力を間引いて取り除き、測定に必要な抵抗変化分に応じた出力のみを効果的に検出することができる。この場合、従来から利用されているものとおおむね同様な検波回路における信号処理を工夫するだけで、容量分の影響を有効に取り除くことができ、従来から利用されていた容量分打ち消し回路が不要となるため、回路の簡略化を図ると同時に、部品点数の削減、測定装置そのものの小型化、省電力化および低コスト化が実現可能となる。
この実施の形態に係る搬送波型ひずみ測定装置は、測定ブリッジに電源として印加する電圧を搬送波とすることで、原理的にノイズに強い構成とし、さらに搬送波電源電圧を矩形波とすることで、搬送波の周期、マルチプレクサの制御信号を制御し、ひずみ測定に不要な容量分の出力を間引いて取り除き、測定に必要な抵抗変化分に応じた出力のみを効果的に検出することができる。
The carrier-type distortion measuring apparatus according to this embodiment uses a voltage applied as a power source to the measurement bridge as a carrier wave, and in principle has a configuration that is resistant to noise. Further, the carrier wave power supply voltage is a rectangular wave, By controlling the control signal of the multiplexer and the multiplexer, the output corresponding to the capacitance unnecessary for the strain measurement is thinned out and removed, and only the output corresponding to the resistance change necessary for the measurement can be detected effectively. In this case, it is possible to effectively remove the influence of the capacity by simply devising signal processing in a detection circuit that is almost the same as that used in the past, and the capacity canceling circuit that has been used in the past is unnecessary. Therefore, the circuit can be simplified, and at the same time, the number of parts can be reduced, the measuring device itself can be reduced in size, the power can be saved, and the cost can be reduced.
The carrier-type distortion measuring apparatus according to this embodiment uses a voltage applied as a power source to the measurement bridge as a carrier wave, and in principle has a configuration that is resistant to noise. Further, the carrier wave power supply voltage is a rectangular wave, By controlling the control signal of the multiplexer and the multiplexer, the output corresponding to the capacitance unnecessary for the strain measurement is thinned out and removed, and only the output corresponding to the resistance change necessary for the measurement can be detected effectively.

この場合、従来から利用されているものとおおむね同様な検波回路における信号処理を工夫するだけで、容量分の影響を有効に取り除くことができ、従来から利用されていた容量分打ち消し回路が不要となるため、回路の簡略化を図ると同時に、部品点数の削減、測定装置そのものの小型化、省電力化および低コスト化が実現可能となる。
なお、本発明は、上述し且つ図面に示した実施の形態にのみ限定されることなく、その要旨を変更しない範囲内で種々変形して実施することができる。
たとえば、上述した実施の形態おいては、測定ブリッジ11として、歪みゲージR1と、
抵抗R2〜R4を用いてホイートストンブリッジを構成したものを示したが、4個ともひずみゲージでブリッジを構成したり、2個のひずみゲージと、2個の固定抵抗とをもって、ブリッジを構成してもよい。
In this case, it is possible to effectively remove the influence of the capacity by simply devising signal processing in a detection circuit that is almost the same as that used in the past. Therefore, the circuit can be simplified, and at the same time, the number of parts can be reduced, the measuring device itself can be reduced in size, the power can be saved, and the cost can be reduced.
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
For example, Oite to the above-described embodiment, the measuring bridge 11, a strain gauge R1,
Although a Wheatstone bridge is configured using resistors R2 to R4, all four strain gages are used to construct a bridge, or two strain gages and two fixed resistors are used to construct a bridge. Also good.

11 測定ブリッジ
11a〜11d ケーブル
12 測定回路
13 増幅回路
14 検波回路
15 キャリアフィルタ回路
16 ブリッジ電源回路
17 制御回路
17a、17b、17c 制御信号
18 反転回路
19 マルチプレクサ
19a〜19d 入力端子
19e 出力端子
19f、19g 制御端子
20 基準電位点
R1 ひずみゲージ
R2〜R4 (固定)抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Measurement bridge 11a-11d Cable 12 Measurement circuit 13 Amplification circuit 14 Detection circuit 15 Carrier filter circuit 16 Bridge power supply circuit 17 Control circuit 17a, 17b, 17c Control signal 18 Inversion circuit 19 Multiplexer 19a-19d Input terminal 19e Output terminal 19f, 19g Control terminal 20 Reference potential point R1 Strain gauge R2 to R4 (Fixed) resistance

Claims (5)

ひずみゲージを含む測定ブリッジに搬送波電源電圧を印加して、前記測定ブリッジの出力からひずみゲージのひずみ抵抗に応じた信号を得る搬送波型ひずみ測定装置において、
前記測定ブリッジに矩形波の搬送波電源電圧を印加するブリッジ電源回路と、
前記測定ブリッジの出力を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力を反転する反転回路と、複数の入力端子、複数の制御端子および出力端子を有し、前記複数の制御端子に入力される制御信号に応じ前記複数の入力端子への入力信号を選択的に抽出して前記出力端子から出力するマルチプレクサと、からなる検波回路と、
前記ブリッジ電源回路および前記マルチプレクサの前記複数の制御端子に所定の第1の制御信号、第2の制御信号および第3の制御信号を与えて、前記ブリッジ電源回路および前記マルチプレクサを同期制御する制御回路と、
前記検波回路のひずみ抵抗に応じた信号成分を含む出力信号から搬送波成分を除去するキャリアフィルタ回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記第1の制御信号を前記ブリッジ電源回路に出力し前記ブリッジ電源回路から所定の周期T1の矩形波の搬送波電圧を出力するように駆動制御し、
前記第2の制御信号を前記マルチプレクサの前記制御端子に出力し、前記増幅回路の出力および前記反転回路の出力を前記搬送波周期と同一の周期T1で前記マルチプレクサから交互に繰り返し出力するように駆動制御し、
前記第3の制御信号を前記マルチプレクサの前記制御端子に出力し、出力波形の立ち上がりと立ち下がり付近にリプルが生じている時間を容量分出力時間T2として予め設定しておき、前記容量分出力時間T2の開始直前から前記容量分出力時間T2が経過した後の時点までの時間T3にわたり、前記第3の制御信号を前記マルチプレクサの前記制御端子に出力し、前記マルチプレクサの出力端からの出力がゼロ電圧となるように駆動制御し、
前記制御回路で前記ブリッジ電源回路およびマルチプレクサを駆動制御することによって、容量分の影響を有効に取り除き、抵抗分のみに相当する出力を前記検出回路より出力させ、
さらに、前記検波回路の出力を前記キャリアフィルタ回路を介して、搬送波成分を取り除くことによって測定しようとするひずみゲージの抵抗変化分に応じた直流レベル信号を検出するように構成したことを特徴とする搬送波型ひずみ測定装置。
In a carrier-type strain measurement device that applies a carrier power supply voltage to a measurement bridge including a strain gauge and obtains a signal corresponding to the strain resistance of the strain gauge from the output of the measurement bridge.
A bridge power supply circuit for applying a rectangular wave carrier power supply voltage to the measurement bridge;
An amplifier circuit for amplifying the output of the measurement bridge ;
An inverting circuit that inverts the output of the amplifier circuit, a plurality of input terminals, a plurality of control terminals, and an output terminal, and an input signal to the plurality of input terminals according to a control signal input to the plurality of control terminals A multiplexer that selectively extracts and outputs from the output terminal, and a detection circuit comprising:
A control circuit that synchronously controls the bridge power supply circuit and the multiplexer by applying predetermined first control signals, second control signals, and third control signals to the plurality of control terminals of the bridge power supply circuit and the multiplexer. When,
A carrier filter circuit for removing a carrier wave component from an output signal including a signal component corresponding to a distortion resistance of the detection circuit,
The control circuit includes:
The first control signal is output to the bridge power supply circuit and is driven and controlled so as to output a rectangular wave carrier voltage having a predetermined period T1 from the bridge power supply circuit,
Drive control is performed so that the second control signal is output to the control terminal of the multiplexer, and the output of the amplifier circuit and the output of the inverting circuit are alternately output from the multiplexer at the same period T1 as the carrier wave period. And
The third control signal is output to the control terminal of the multiplexer, and a time during which ripple occurs near the rise and fall of the output waveform is preset as a capacity output time T2, and the capacity output time The third control signal is output to the control terminal of the multiplexer for a time T3 from immediately before the start of T2 to the time after the output time T2 for the capacity has elapsed, and the output from the output terminal of the multiplexer is zero. Drive control to become voltage,
By driving and controlling the bridge power supply circuit and the multiplexer with the control circuit, the influence of the capacitance is effectively removed, and the output corresponding to only the resistance is output from the detection circuit,
Further, the output of the detection circuit is configured to detect a DC level signal corresponding to the resistance change of the strain gauge to be measured by removing the carrier component through the carrier filter circuit. Carrier type strain measuring device.
前記容量分出力時間T2は、
前記測定ブリッジの各辺間や接続点と接地電位との間に生ずる分布容量の影響で出力波形の立ち上がりと立ち下がり附近に生じるリプルの発生から消滅に至る時間に基づいて設定することを特徴とする請求項1に記載の搬送波型ひずみ測定装置。
The capacity output time T2 is:
It is set based on the time from the generation to the disappearance of the ripple generated near the rising and falling of the output waveform due to the influence of the distributed capacitance generated between each side of the measurement bridge or between the connection point and the ground potential. The carrier-type distortion measuring apparatus according to claim 1.
前記容量分出力時間T2は、
前記測定ブリッジに含まれる前記ひずみゲージの抵抗値、前記測定ブリッジから測定回路までの入力ケーブルの長さ、前記搬送波周波数等を考慮して、設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の搬送波型ひずみ測定装置。
The capacity output time T2 is:
3. The setting according to claim 1 or 2 , wherein a resistance value of the strain gauge included in the measurement bridge, a length of an input cable from the measurement bridge to a measurement circuit, the carrier frequency, and the like are set. The carrier-type distortion measuring apparatus described in 1.
前記測定回路は、前記増幅回路、前記反転回路、前記マルチプレクサ、前記制御回路、前記ブリッジ電源回路および前記キャリアフィルタ回路から構成されていることを特徴とする請求項3に記載の搬送波型ひずみ測定装置。 The carrier-type distortion measuring apparatus according to claim 3, wherein the measurement circuit includes the amplifier circuit, the inverting circuit, the multiplexer, the control circuit, the bridge power supply circuit, and the carrier filter circuit. . 記検波回路は、前記反転回路と前記マルチプレクサとを含んで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の搬送波型ひずみ測定装置。 Before Symbol detection circuit, carrier wave type strain measuring device according to claim 1 you characterized in that it is configured to include a said said inverting circuit multiplexer.
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