JP6633581B2 - 検出装置 - Google Patents
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Description
[検出装置の構成]
図1は、検出装置10の回路構成を示す図である。本実施の形態の検出装置10は、例えば、ロードセルの起歪体等の測定対象物に貼着されたひずみゲージ12の抵抗値の変化を検出し、抵抗値の変化から測定対象物に発生するひずみ量を算出する。測定対象物のひずみ量から、測定対象物に作用する荷重、圧力、トルク、引張力、せん断力等、測定対象とする物理量を求めることができる。なお、ひずみゲージ12に代えて、ガス濃度に応じて抵抗値が変化する検出素子を用いて、測定対象とする物理量としてガス濃度を検出するようにしてもよい。
ひずみ量算出部42における測定対象物のひずみ量の算出方法について説明する。接点aと接点bとの間の電位差をVbとする。図1に示すように、ひずみゲージ12の抵抗値をRg、温度補償ゲージ30の抵抗値をRr、抵抗体32および抵抗体34の抵抗値をR1とする。なお、計装アンプ38の入力端子38a、38bは、ハイインピーダンスであるため、電流がほとんど流れないため、コネクタ28c、28dにおける電圧降下は無視することができる。
V+=Vb×[R1/(Rg+R1)]
V−=Vb×[R1/(Rr+R1)]
Vs=(V+)−(V−)
=Vb×{[R1/(Rg+R1)]−[R1/(Rr+R1)]}
(比較例の構成)
図3は比較例の検出装置44の回路構成を示す図である。以下、検出装置44の回路構成について説明するが、本実施の形態の検出装置10と同じ部分は説明を省略する。
比較例の検出装置44では、ブリッジ回路46内には、コネクタ50cおよびコネクタ50dがあるため、コネクタ50cおよびコネクタ50dの抵抗値が、接点cと接点dとの間の電位差に影響を与え、ひずみ量算出部42において、出力電圧を正確に検出することができなかった。
そこで、本実施の形態では、図1の検出装置10の回路図に示すように、コネクタ28をブリッジ回路14の外に配置するようにした。そして、ブリッジ回路14とハイインピーダンスの入力端子38a、38bを有する計装アンプ38とをコネクタ28c、28dによって接続するようにした。また、ひずみ量算出部42において、計装アンプ38において増幅されたブリッジ回路14の出力電圧を入力し、出力電圧に基づいて、測定対象物のひずみ量を算出する。これにより、ブリッジ回路14と計装アンプ38との間には、ほとんど電流が流れず、コネクタ28c、28dにおける電圧降下を無視できる程度に小さくすることができるため、ひずみ量算出部42により、ブリッジ回路14から出力される出力電圧を正確に検出することができる。
図4は、検出装置10の回路構成を示す図である。第2の実施の形態では、FPC20に4つのブリッジ回路14A〜14Dを搭載している。ブリッジ回路14A〜14Dでは、ひずみゲージ12および抵抗体32は、それぞれのブリッジ回路14A〜14Dで有するが、温度補償ゲージ30および抵抗体34は、ブリッジ回路14A〜14Dで共有している。また、電源16も、それぞれのブリッジ回路14A〜14Dに対して設けず、ブリッジ回路14A〜14Dで共有する。以下、本実施の形態の検出装置10の回路構成について説明するが、第1の実施の形態の検出装置10と同じ部分は説明を省略する。
本実施の形態では、検出装置10は、ブリッジ回路14A〜14Dを複数(4つ)有し、電源16を各ブリッジ回路14A〜14Dで共有する。これにより、検出装置10の小型化を図るとともに、製造コストを抑制することができる。
図5は、変形例の検出装置10の回路構成を示す図である。図5に示すように、第1の実施の形態の抵抗体32の位置(図1参照)に、ひずみゲージ12と対向して接着され、ひずみゲージ12と逆方向に抵抗値が変化する別のひずみゲージ13を配置するようにしてもよい。この場合、起歪体の膨張による温度変化はひずみゲージ12とひずみゲージ13を対向して接着することでキャンセルできるため、第1の実施の形態で配置していた温度補償ゲージ30は必要なく、抵抗体35とすることができる。この抵抗体35は、抵抗体32および抵抗体34と同じく、固定抵抗器である。また、ひずみゲージ13は、検出抵抗体31を構成する。この場合、ブリッジ回路14は、2つのひずみゲージ12、13を有することとなる。
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
16…電源 16a…正極
16b…負極 24…第1基板
26…第2基板 28…コネクタ
31…検出抵抗体 32、34、35…抵抗体
33…リファレンス抵抗体 38、38A〜38D…計装アンプ
38a、38b…入力端子 43…物理量算出部
L1、L2−1、L3…層
Claims (10)
- 測定対象物の物理量に応じて抵抗値が変化する検出抵抗体を少なくとも1つ含む、複数の抵抗体を有するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路に電圧を印加する電源と、
ハイインピーダンスの入力端子を有し、前記入力端子から前記ブリッジ回路の出力電圧を入力し、入力した前記出力電圧を増幅して出力するアンプと、
前記アンプにより増幅された前記出力電圧を入力し、前記出力電圧に基づいて、前記物理量を算出する物理量算出部と、
前記ブリッジ回路が設けられ、フレキシブルプリント回路基板である第1基板と、
前記アンプが設けられ、前記第1基板とは異なる第2基板と、
前記電源の正極と、前記電源の正極と接続する前記ブリッジ回路の各抵抗体との間の配線が設けられる第1層と、
前記ブリッジ回路が設けられる第2層と、
を備え、
前記第1基板は、コネクタを介して、前記第2基板と接続され、
前記第1層と前記第2層とを積層する、検出装置。 - 測定対象物の物理量に応じて抵抗値が変化する検出抵抗体を少なくとも1つ含む、複数の抵抗体を有するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路に電圧を印加する電源と、
ハイインピーダンスの入力端子を有し、前記入力端子から前記ブリッジ回路の出力電圧を入力し、入力した前記出力電圧を増幅して出力するアンプと、
前記アンプにより増幅された前記出力電圧を入力し、前記出力電圧に基づいて、前記物理量を算出する物理量算出部と、
前記ブリッジ回路が設けられ、フレキシブルプリント回路基板である第1基板と、
前記アンプが設けられ、前記第1基板とは異なる第2基板と、
前記ブリッジ回路が設けられる第2層と、
前記電源の負極と、前記電源の負極と接続する前記ブリッジ回路の各抵抗体との間の配線が設けられる第3層と、
を備え、
前記第1基板は、コネクタを介して、前記第2基板と接続され、
前記第2層と前記第3層とを積層する、検出装置。 - 測定対象物の物理量に応じて抵抗値が変化する検出抵抗体を少なくとも1つ含む、複数の抵抗体を有するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路に電圧を印加する電源と、
ハイインピーダンスの入力端子を有し、前記入力端子から前記ブリッジ回路の出力電圧を入力し、入力した前記出力電圧を増幅して出力するアンプと、
前記アンプにより増幅された前記出力電圧を入力し、前記出力電圧に基づいて、前記物理量を算出する物理量算出部と、
前記ブリッジ回路が設けられ、フレキシブルプリント回路基板である第1基板と、
前記アンプが設けられ、前記第1基板とは異なる第2基板と、
前記電源の正極と、前記電源の正極と接続する前記ブリッジ回路の各抵抗体との間の配線が設けられる第1層と、
前記ブリッジ回路が設けられる第2層と、
前記電源の負極と、前記電源の負極と接続する前記ブリッジ回路の各抵抗体との間の配線が設けられる第3層と、
を備え、
前記第1基板は、コネクタを介して、前記第2基板と接続され、
前記第2層を、前記第1層と前記第3層とによって挟んで配置する、検出装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の検出装置であって、
前記ブリッジ回路の前記複数の抵抗体の間の距離は、所定距離以下である、検出装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の検出装置であって、
前記電源の負極と、前記電源の負極と接続する各抵抗体との間の抵抗値が等しくなるように、前記電源と前記各抵抗体とを接続する配線を設ける、検出装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の検出装置であって、
前記電源の正極と、前記電源の正極と接続する各抵抗体との間の抵抗値が等しくなるように、前記電源と前記各抵抗体とを接続する配線を設ける、検出装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の検出装置であって、
前記電源の負極と、前記ブリッジ回路との間の配線は、所定幅以上であるベタパターンである、検出装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の検出装置であって、
前記電源の正極と、前記ブリッジ回路との間の配線は、所定幅以上であるベタパターンである、検出装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の検出装置であって、
前記ブリッジ回路を複数有し、
前記電源は、複数の前記ブリッジ回路で共有される、検出装置。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の検出装置であって、
前記ブリッジ回路を複数有し、
前記検出抵抗体は、前記測定対象物の測定対象の物理量、および、測定対象以外の物理量に応じて抵抗値が変化し、
前記ブリッジ回路は、前記測定対象物の測定対象以外の前記物理量に応じて抵抗値が変化するリファレンス抵抗体を有し、
前記リファレンス抵抗体は、複数の前記ブリッジ回路で共有される、検出装置。
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