JP6740076B2 - 搬送波型ひずみ測定装置における入力オープン検出回路 - Google Patents
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Description
従来の信号入力オープン検出回路の一例として、例えば、特許文献1(特開2000−260004号公報)に記載された、ハードディスク装置の入力オープン検出回路がある。
この特許文献1に係る信号入力オープン検出回路は、入力ラインのオープン検出を行う入力信号に接続し、設定可能なオフセット電圧を発生させるオフセット電圧発生回路と、前記オープン検出を行う入力信号と前記オフセット電圧発生回路を通過した入力信号の大きさを比較する比較回路とを有する。
入力ラインがオープンの状態の場合には、所定のレベルのアラーム信号を出力するように構成されている。
上記特許文献1に記載の技術は、ハードディスク装置(HDD)の入力ラインのオープン検出に係るものであるのに対し、本発明は、入力にひずみゲージが接続されたブリッジボックスまたは、ひずみゲージ式センサ(変換器)等が接続されている場合に、ひずみ出力を増幅して出力する搬送波型ひずみ測定装置(搬送波型動ひずみ測定装置と称される場合もある)に係るものである。
そのため、入力のオープン検出に関し、その課題や解決手段が異なっている。
これに対し、直流型ひずみ測定装置にあっては、入力オープン状態の際は、出力が低下するため、比較的その判別は容易である。
ところが、搬送波型ひずみ測定装置においては、作業者の接続ミス等により、入力がオープン状態であっても、その出力が飽和しないため、入力オープン状態であることに作業者が気付きにくい。
そのため、入力オープン状態であることに気付かないまま、計測を開始してしまう可能性がある。その場合、再計測が必要となる。
再計測に当たっては、測定系を組み直す必要があり、作業工数が多く掛かるうえ、計測の再現ができない計測対象もあるので、深刻な事態を招く。
最悪の場合、計測後のデータ解析の段階でも入力オープン状態で計測していたことに気付かず、それを有効なデータであると誤認する恐れもある。
しかしながら、この確認作業は、既知の入力を逐一加える必要がある上、数百チャンネルにも及ぶ多チャンネルの測定の場合には、それらの確認に多くの時間がかかり、現実的でない。
そのため、作業者にとって、不便で作業効率が著しく低下する、という課題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、搬送波型ひずみ測定装置において、入力に測定ブリッジが接続されている場合は、何ら支障なく測定信号を出力し、入力に測定ブリッジが接続されていない場合は、それを明瞭に確認し得る搬送波型ひずみ測定装置における入力オープン検出回路を提供することを目的としている。
搬送波型ひずみ測定装置において、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検出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検出信号を含む搬送波から搬送波成分を除去して測定信号を出力する検波回路と、
前記測定ブリッジを前記結合トランスおよび前記入力トランスの入力側にそれぞれ接続するコネクタと、
一端側が電源の正側に接続され他端側が前記入力トランスの入力側に接続されたプルアップ抵抗と、
前記プルアップ抵抗の他端側の電位が所定の閾値を越えているか否かを判定し、所定の閾値を越えたことを判定したとき、入力オープン信号を出力する入力オープン判定回路と、
前記入力オープン判定回路からの出力を絶縁状態を維持して伝達する光信号伝達手段と、
前記光信号伝達手段と、前記検波回路の出力を共に受け、前記光信号伝達手段から前記入力オープン信号を受けたときは、飽和信号を出力し、前記入力オープン信号を受けないときは、前記検波回路からの前記測定信号を出力する出力飽和回路と、
前記出力飽和回路からの出力信号を調整して出力する出力回路と、
前記出力回路から前記飽和信号を受けたとき、飽和したことを表示する表示手段と、
を具備し、
前記測定ブリッジがコネクタに接続されていないか、正常に接続されていないことを、前記表示手段をもって明瞭に確認し得るように構成したことを特徴としている。
搬送波型ひずみ測定装置において、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検出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検出信号を含む搬送波から搬送波成分を除去して測定信号を出力する検波回路と、
前記測定ブリッジを前記結合トランスおよび前記入力トランスの入力側にそれぞれ接続するコネクタと、
一端側が電源の正側に接続され他端側が前記入力トランスの入力側に接続されたプルアップ抵抗と、
前記プルアップ抵抗の他端側の電位が所定の閾値を越えているか否かを判定し、所定の閾値を越えたことを判定したとき、入力オープン信号を出力する入力オープン判定回路と、
前記入力オープン判定回路からの出力を絶縁状態を維持して伝達する光信号伝達手段と、
前記光信号伝達手段と、前記検波回路の出力を共に受け、前記光信号伝達手段から前記入力オープン信号を受けたときは、飽和信号を出力し、前記入力オープン信号を受けないときは、前記検波回路からの前記測定信号を出力する出力飽和回路と、
前記出力飽和回路からの出力信号を増幅して出力する出力回路と、
前記出力回路から前記飽和信号を受けたとき、飽和したことを表示する表示手段と、
を具備し、
前記測定ブリッジがコネクタに接続されていないか、正常に接続されていないことを、前記表示手段をもって明瞭に確認し得るように構成したから、測定ブリッジがコネクタに接続されていない場合には、特別の操作をする必要がなく、作業者が明瞭に確認することができ、一方、測定ブリッジがコネクタに正常に接続されている場合は、測定信号を忠実に出力することができ、しかも入力側と出力側との間は、電気的に絶縁されていることによる電源ノイズの低減と高電位な場所でのひずみ測定を可能となし得る搬送波型ひずみ測定装置における入力オープン検出回路を提供することができる。
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における入力オープン検出回路全体の回路構成を示す。
同図において、本実施の形態の搬送波型ひずみ測定装置は、ひずみゲージを含んで構成されたホイートストンブリッジ回路(以下、「ブリッジ回路」という)およびブリッジ回路を含んで構成されるひずみゲージ式変換器(以下、これらを総称して「測定ブリッジ」と称する)1は、搬送波型ひずみ測定装置2に対し、コネクタ3を介して離脱可能に接続される。ひずみゲージまたは、ひずみゲージを含んで構成される測定ブリッジ1は、被測定対象個所に接着、融着、溶着、その手段により添着されて、そのひずみ等を検出する。
測定ブリッジ1の抵抗体G1とG4との接続点をaとし、抵抗体G1とG2との接続点をbとし、抵抗体G2とG3との接続点をcとし、抵抗体G3とG4との接続点をdとしたとき、接続点aとcとの間に後述するブリッジ電源を入力する入力端とし、接続点bとdとの間からブリッジ回路の出力を取り出す出力端とする。
測定ブリッジ1の接続点aとcは、ケーブル6a、6cを介して、コネクタ3の端子AとCに接続され、接続点dとbは、ケーブル6dと6bを介してコネクタ3の入力端DとBに接続されるものとする。
即ち、搬送波発振回路5で生成した搬送波は、結合トランス4とコネクタ3の端子A、端子C、ケーブル6a、6cを介して測定ブリッジ1の接続点a、cに印加される。
この搬送波発振回路5で生成される搬送波は、例えば、5kHzの発振周波数で、ひずみの測定時に測定ブリッジ1に入力する搬送波電源(いわゆるブリッジ電源)を、磁気結合で受けて測定ブリッジ1に伝達する。
また、搬送波型ひずみ測定装置2は、測定ブリッジ1に印加される搬送波に重畳された測定信号をコネクタ3と入力トランス7を介して受け増幅する搬送波増幅回路8を備える。
搬送波型ひずみ測定装置2は、入力トランス7および結合トランス4から見てコネクタ3側を1次側回路系統(以下、「1次側」と略称する)と、上記搬送波増幅回路8側や後述する搬送波増幅回路8等を、2次側回路系統(以下、「2次側」と略称する)とに分けられる。
また、1次側として、上記したように、測定ブリッジ1の出力を受けて磁気結合により2次側に伝える入力トランス7(の1次コイル)と、後述する光信号伝達手段を構成する発光ダイオード等が含まれる。
さらに、本発明の要旨とするところではないので図示は省略するが、1次側には、特定の1または複数の校正値を、搬送波に重畳して入力トランス7に供給する校正値発生回路と、無ひずみ状態において、測定ブリッジ1の出力に含まれる抵抗分の初期平衡成分による誤差を調整する電圧を搬送波に重畳させて入力トランス7に注入する抵抗分調整回路と、2次側の搬送波(この場合、正弦波)発振回路としての発振回路5から出力される搬送波を測定ブリッジ1に伝達する結合トランス4の(2次コイル)とを備える。
入力トランス7(1次コイル)は、被測定対象物のひずみに比例する測定ブリッジ1からの出力(電圧値)を1次側(1次コイル)で受け、磁気結合により2次コイルに伝える。
次に、本発明の要旨ともいうべき、入力オープン判定回路12について、説明する。
即ち、入力オープン判定回路12は、広義には、一端側が電源の正側に接続され、他端側が入力トランス7の入力側(1次側)に接続されたプルアップ抵抗11を含み、狭義には、プルアップ抵抗11の他端側の電位、即ち、入力トランス7の入力側(1次側)、即ち、コネクタ3の端子Dの電位が、所定の閾値を越えているか否かを判定し、所定の閾値を越えたことを判定したとき、入力オープン信号を出力する。
先ず、プルアップ抵抗11の一端側は、正電源に接続され、他端側は、上述したように、入力トランス7の入力側に接続されると共に、増幅回路(演算増幅回路)の非反転入力端にも接続されている。
増幅回路13には、その出力端とブリッジ側共通電位(コモン電位)との間に2つの直列抵抗R1、R2からなる帰還抵抗が接続され、その直列抵抗R1とR2との接続点が、増幅回路13の反転入力端に接続され、これらの構成部材によって増幅回路13のゲイン(増幅率)が所定の値に設定される。
増幅回路13の出力端は、さらに、比較器14の非反転入力端に接続され、比較器14の反転入力端には、電源の正側とブリッジ側共通電位(コモン電位)との間に介挿された2つの直列抵抗R3、R4からなる分圧抵抗の中点が接続されている。
次に、光信号伝達手段としてのフォトカプラ15は、上記比較器14からHレベルの入力オープン信号を受けたときは、Lレベルの入力オープン信号を出力し、比較器14からLレベルの出力を受けたときは、入力に測定ブリッジが接続されていることを示すHレベルの信号を出力し、出力飽和回路10に伝達する。
出力飽和回路10においては、上記光信号伝達手段としてのフォトカプラ15と検波回路9の出力を共に受け、フォトカプラ15からLレベルの入力オープン信号を受けたときは、図2に示すように、出力飽和回路10の中の、切換切片10cが、接点10b側に切換えられて、電源の負電源と接続せしめ、飽和信号を出力回路16に出力する。
上記出力飽和回路10は、例えば、半導体スイッチを用いることにより、瞬時に上記切換動作が行われることになる。
出力回路16が、出力飽和回路10から入力オープン信号を受けないとき、測定信号を必要に応じ、内部のバッファ回路またはオフセット調整回路等を用いて、所望のゲインなどの調整を図り、搬送波型ひずみ測定装置2の出力端20から出力する。
一方、出力回路16が、出力飽和回路10から入力オープン信号を受けて飽和した場合には、その出力信号をAD変換器17により、デジタル信号に変換され、その結果は、CPU(中央処理装置)18により常時監視され、出力が飽和している場合は、その結果を表示器19にて表示する。
上記のように構成された搬送波型ひずみ測定装置における入力オープン検出回路(以下、「入力オープン検出回路」と略称する)の作用について説明する。
先ず、図1に示すように、コネクタ3に、測定ブリッジ1が接続されている場合について図1に基づいて説明する。
出力飽和回路10は、フォトカプラ15からHレベルの信号を受けて、切換切片10は、接点10a側に切換えられる。
次に、このような状態における搬送波型ひずみ測定装置2の作用につき説明する。
測定ブリッジ1には、上述した通り、接続点aとc間には、搬送波発振回路5から所定周波数(例えば、5KHz)のブリッジ電源が結合トランス4、コネクタ3の端子AとC、ケーブル6a、6cを順に介して印加される。
搬送波増幅回路8は、入力トランス7を介して受けた検出信号を、所定のゲインをもって増幅する。
この搬送波増幅回路8の出力を受けて、検波回路9は、上記検出信号を含む搬送波から搬送波成分を除去して測定信号を出力する。
出力飽和回路10は、上述したように、切換切片10cが、既に、接点10a側に切換えられているので、検波回路9から出力される測定信号を、そのまま出力回路16に出力する。
一方、搬送波型ひずみ測定装置2のコネクタ3に測定ブリッジ1が接続されていない場合の作用につき、図2を用いて説明する。
コネクタ3に測定ブリッジ1が接続されていない状態では、プルアップ抵抗11の他端(端子D点)の電位が上昇し、増幅回路13で増幅された電位が閾値(規定値)を越えたことを比較器14で判定すると、その判定結果である入力オープン信号は、フォトカプラ15を介して出力飽和回路10に伝送される。
この場合、フォトカプラ15からは、入力オープン信号であるLレベルの信号を、出力飽和回路10に入力すると、切換スイッチの切片10cが、接点10a側に切り換えて負電源と同電位の飽和信号を出力回路16に出力する。
このように、上記実施の形態に係る搬送波型ひずみ測定装置における入力オープン検出回路によれば、測定ブリッジがコネクタに接続されていない場合には、特別の操作をする必要がなく、通常の測定信号とは、明確に区別し得る大きさの信号を出力し、その旨を表示手段をもって明確に表示し、測定ブリッジがコネクタに正常に接続されている場合は、測定信号を忠実に出力することができ、しかも入力側と出力側との間は、電気的に絶縁されていることによる電源ノイズの低減と高電位な場所でのひずみ測定を可能となし得る搬送波型ひずみ測定装置における入力オープン検出回路を提供することができる。
本発明に係る搬送波型ひずみ測定装置2において、ひずみゲージを含む測定ブリッジ1と、
前記測定ブリッジ1に結合トランス4を介して印加する搬送波を発生する搬送波発振回路5と、
前記測定ブリッジ1に印加される搬送波に重畳された検出信号を入力トランス7を介して受け増幅する搬送波増幅回路8と、
前記搬送波増幅回路8の出力を受けて前記検出信号を含む搬送波から搬送波成分を除去して測定信号を出力する検波回路9と、
前記測定ブリッジ1を前記結合トランス4および前記入力トランス7の入力側にそれぞれ接続するコネクタ3と、
一端側が電源の正側に接続され他端側が前記入力トランス7の入力側に接続されたプルアップ抵抗11と、
前記プルアップ抵抗11の他端側の電位が所定の閾値を越えているか否かを判定し、所定の閾値を越えたことを判定したとき、入力オープン信号を出力する入力オープン判定回路12と、
前記入力オープン判定回路12からの出力を絶縁状態を維持して伝達するフォトカプラ(光信号伝達手段)15と、
前記フォトカプラ(光信号伝達手段)15と、前記検波回路9の出力を共に受け、前記フォトカプラ(光信号伝達手段)15から前記入力オープン信号を受けたときは、飽和信号を出力し、前記入力オープン信号を受けないときは、前記検波回路9からの前記測定信号を出力する出力飽和回路10と、
前記出力飽和回路10からの出力信号を調整して出力する出力回路16と、
前記出力回路16から前記飽和信号を受けたとき、飽和したことを表示する表示手段としての表示器19と、
を具備し、
前記測定ブリッジ1がコネクタ3に接続されていないか、正常に接続されていないことを、前記表示手段としての表示器19をもって明瞭に確認し得るように構成したことを特徴としている(請求項1に対応する)。
前記プルアップ抵抗11の他端側の電位を増幅する増幅回路13と、当該増幅回路13の出力電位が所定の基準電位を越えたとき、前記入力オープン信号を出力する比較器14とをもって構成されている(請求項2に対応する)。
前記フォトカプラ(光信号伝達手段)15は、発光ダイオードと受光ダイオードとが対峙して設けられたフォトカプラであり、入力側と出力側とを電気的に絶縁する役割を有する(請求項3に対応する)。
前記出力飽和回路10は、前記入力オープン信号を受けたとき、出力を飽和させ、前記入力オープン信号を受けないとき、前記測定信号を、出力する半導体スイッチで構成されている(請求項4に対応する)。
出力飽和回路10においては、フォトカプラ15からLレベルの入力オープン信号を受けたときは、切換スイッチの切換切片10cを、接点10b側に接触させ、電源の負側の電位として飽和させ出力回路16に出力する。
操作者は、特別の操作をする必要がなく、上記切換えも瞬時に行われるので、ひずみ測定に何らの支障を来すことがない。
前記出力回路16は、バッファ増幅回路またはオフセット調整回路等を有し、前記出力飽和回路10の出力を調整し、前記測定信号を搬送波型ひずみ測定装置2外に出力すると共にAD変換器17に出力するように構成されている(請求項5に対応する)
前記コネクタ3は、プラグとレセプタクルを含んで構成してなるものである(請求項6に対応する)。
前記コネクタ3は、NDIS規格に制定されたワンタッチロック式丸形コネクタであることが望ましい(請求項7に対応する)。
また、前記表示手段の前記表示器19は、デジタル数値表示、LEDによるオーバー点灯表示、合成音声やブザーなどの音表示の1つまたは複数の組合せ表示を実行するようにしてもよい(請求項9に対応する)。
尚、本発明は、上述し且つ図面に示されたものに限定されるものではなく、種々に変形して実施することができる。
2 搬送波型ひずみ測定装置
3 コネクタ
A、B、C、D (コネクタの)端子A、B、C、D
4 結合トランス(BVトランス)
5 搬送波発振回路
6、6a〜6d ケーブル
7 入力トランス
8 搬送波増幅回路
9 検波回路(キャリアフィルタ)
10 出力飽和回路
11 プルアップ抵抗
12 入力オープン判定回路
13 増幅回路(演算増幅器)
R1、R2 帰還抵抗
14 比較器
15 フォトカプラ(光信号伝達手段)
16 出力回路
17 AD変換器
18 CPU(中央処理装置)
19 表示器
20 搬送波型ひずみ測定装置の出力端
Claims (9)
- 搬送波型ひずみ測定装置において、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検出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検出信号を含む搬送波から搬送波成分を除去して測定信号を出力する検波回路と、
前記測定ブリッジを前記結合トランスおよび前記入力トランスの入力側にそれぞれ接続するコネクタと、
一端側が電源の正側に接続され他端側が前記入力トランスの入力側に接続されたプルアップ抵抗と、
前記プルアップ抵抗の他端側の電位が所定の閾値を越えているか否かを判定し、所定の閾値を越えたことを判定したとき、入力オープン信号を出力する入力オープン判定回路と、
前記入力オープン判定回路からの出力を絶縁状態を維持して伝達する光信号伝達手段と、
前記光信号伝達手段と、前記検波回路の出力を共に受け、前記光信号伝達手段から前記入力オープン信号を受けたときは、飽和信号を出力し、前記入力オープン信号を受けないときは、前記検波回路からの前記測定信号を出力する出力飽和回路と、
前記出力飽和回路からの出力信号を調整して出力する出力回路と、
前記出力回路から前記飽和信号を受けたとき、飽和したことを表示する表示手段と、
を具備し、
前記測定ブリッジがコネクタに接続されていないか、正常に接続されていないことを、前記表示手段をもって明瞭に確認し得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における入力オープン検出回路。 - 前記入力オープン判定回路は、
前記プルアップ抵抗の他端側の電位を増幅する増幅回路と、当該増幅回路の出力電位が所定の基準電位を越えたとき、前記入力オープン信号を出力する比較器とをもって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における入力オープン検出回路。 - 前記光信号伝達手段は、発光ダイオードと受光ダイオードとが対峙して設けられたフォトカプラであり、入力側と出力側とを電気的に絶縁する役割を有することを特徴とする請求項1または2に記載の搬送波型ひずみ測定装置における入力オープン検出回路。
- 前記出力飽和回路は、前記入力オープン信号を受けたとき、出力を飽和させ、前記入力オープン信号を受けないとき、前記測定信号を、出力する半導体スイッチ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における入力オープン検出回路。
- 前記出力回路は、バッファ増幅回路またはオフセット調整回路を有し、前記出力飽和回路の出力を調整し、前記測定信号をひずみ測定装置外に出力すると共にAD変換器に出力するように構成してなることを特徴とする請求項4に記載の搬送波型ひずみ測定装置における入力オープン検出回路。
- 前記コネクタは、プラグとレセプタクルを含んで構成してな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における入力オープン検出回路。
- 前記コネクタは、NDIS規格に制定されたワンタッチロック式丸形コネクタであることを特徴とする請求項6に記載の搬送波型ひずみ測定装置における入力オープン検出回路。
- 前記表示手段は、前記出力回路の出力をデジタル信号に変換するAD変換器と該AD変換器の出力を常時監視するCPUと、前記CPUの監視結果を表示する表示器とから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における入力オープン検出回路。
- 前記表示手段の前記表示器は、デジタル数値表示、LEDによるオーバー点灯表示、ブザーなどの音表示の1つまたは複数の組合せ表示を実行するように構成されていることを特徴とする請求項8に記載の搬送波型ひずみ測定装置における入力オープン検出回路。
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