JPH0245701A - 自動バランス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はひずみ増幅器の自動バランス装置に係り、特に
、温度変動下で振動する物体のひずみを測定するのに好
適な自動バランス装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、ホイーストンブリッジの初期抵抗不平衡
分をＩＣメモリに記憶しておき、測定中は測定値から初
期不平衡分を差し引く方式となっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

温度の変動する物体の振動によるひずみを測定する場合
、温度変化によってひずみゲージの抵抗が変化する。こ
の抵抗変化はひずみゲージの材質や構造、被測定物の材
質、温度範囲などで異るが、大きいものでは室温から５
００℃までの温度変化で１％程度の値になる。これはゲ
ージ率が２．０のひずみゲージの場合は、５　ｘ　１０
”３のひずみに相当する。一般に、振動によるひずみは
これにくらべずつと小さく　（５０〜１００）ＸＩＯ−
６程度の値を測定したいことが多いから、測定感度を高
くしておく必要がある。そのため、温度が変動して抵抗
が変化するとそれによるブリッジの不平衡分が大きくな
り、測定可能範囲を超えてしまう。

従来の装置ではブリッジの一辺に並列に接続された可変
抵抗をその都度手動で調整してこの不平衡分を相殺する
か、あるいは、その都度メモリ内の初期不平衡量を更新
して測定していた。しかし、温度変化が速い場合は操作
が間に合わず、又、メモリ内容を更新する場合はその間
測定波形が中断するという問題があった。

本発明の目的は従来技術の問題点を改良し、測定すべき
振動ひずみ以外の要因で生じる抵抗変化分を自動的に相
殺可能な自動バランス装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は測定すべき振動ひずみの周波数以下の出力成
分のみを通過させるフィルタを用い、フィルタ通過後の
電圧と基準電圧の差が、常に、零になるように、ブリッ
ジ回路の平衡を調整する自動装置を設けることにより達
成される。

Ｃ作用〕 ひずみ増幅器からの出力は二つに分かれ、一方は必要な
記録装置などにそのまま伝達される。他方はフィルタを
通って振動ひずみ成分が除かれ、その電圧が、常に、基
準電圧（通常は０ボルト）に一致するように、すなわち
、ブリッジの振動ひずみ成分以外の不平衡量が、常に、
一定に（通常は零に）なるようにフィードバックされる
ので、ひずみ増幅器は振動ひずみ成分に対応した高い測
定感度の状態でも、ブリッジの不平衡量が測定範囲を超
えることがない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

第１図は本発明をブリッジ電圧として交流を用いる方式
のひずみ増幅器に適用する場合の一実施例を示す回路ブ
ロック図である。アクティブゲージ１と三個のダミーゲ
ージ２でホイーストンブリッジ３が構成される。端子Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄはひずみ増幅器４に接続され、Ｄ、Ｃ間に
並列に可変抵抗Ｒｖｚ５、及び、可変抵抗ＲＶ２６が挿
入される６ひずみ増幅器４の出力は二つに分かれ、一方
は記録計１４に、他方はローパスフィルタ７を経てオペ
アンプ８に接続される。オペアンプ８の出力は差動増幅
器９に接続され、−差動増幅器９のフィードバック回路
にはオペアンプ１０の出力が接続される。オペアンプ１
ｏには可変抵抗１１がアースとの間に挿入される。差動
増幅器９の出力はモータ駆動装置１２に入り、モータ駆
動装置１２はサーボモータ１３に接続される。サーボモ
ータ１３の回転軸は可変抵抗Ｒｖ２６の回転軸に接続さ
れる。

アクティブゲージ１及び三個のダミーゲージ２のうち２
ａ、２ｂをすべて１２０Ω、２ｃのみ１、７０Ωとする
。今、可変抵抗Ｒｖｔ５を手動で４５０Ωに調整し、可
変抵抗ＲＶ２６の抵抗が４３７１Ωであるとすると、端
子ＤＣ間の合成抵抗は１２０Ωとなるのでブリッジ３は
平衡状態にある。

アクティブゲージ１に振幅５０Ｘｌ□−ｅの振動ひずみ
が加わるとすると、ひずみ増幅器４の測定レンジを１０
０ＸＩＯ−Ｂフルスケールにしておけば十分な感度で測
定できる。何らかの原因、例えば、アクティブゲージ１
の温度変化により緩やかにアクティブゲージ１の抵抗が
変化した場合、ひずみ増幅器４の出力はローパスフィル
タ７を通るので振動ひずみによる高周波数成分は除かれ
、温度変動などによる緩やかな電圧変動のみがオペアン
プ８に入る。オペアンプ８で増幅された信号と、可変抵
抗１１で設定されオペアンプ１ｏで増幅された基準信号
とは差動増幅器９で比較される。二つの信号の差の電圧
は差動増幅器９で増幅され、モータ駆動回路１２に供給
される。それによって、サーボモータ１３は回転し、可
変抵抗Ｒｖｚ６の回転軸を回転させる。今、アクティブ
ゲージ１の抵抗が温度変化によって１２１Ωになったと
すると、端子ＤＣ間の合成抵抗が１２１Ωになるまで不
平衡分による電圧がひずみ増幅器４から出力され続ける
。可変抵抗ＲＶ２６の抵抗が６２５４Ωになれば端子Ｄ
Ｃ間の合成抵抗は１２１Ωになるので、もはや、サーボ
モータ１３へは駆動電圧が供給されなくなる。このよう
にしてホイーストンブリッジ３の平衡が緩やかにくずれ
ようとすると、サーボモータ１３がそれを打消すように
可変抵抗Ｒｖｚ６の抵抗を変化させるので、ホイースト
ンブリッジ３は振動ひずみ成分の周波数よりも低い抵抗
変化があっても常に平衡状態を保持することができる。

従って、ひずみ増幅器４の感度は、常に、１００×１０
″″６のレンジにしておくことが可能である。

本実施例によれば、ブリッジ電圧に交流を用いる方式の
ひずみ増幅器を用いた振動ひずみの測定において、温度
変動などによる緩やかではあるが大きな抵抗変化を自動
的に打消すことができる効釆がある。

第２図は本発明の他の実施例を示す回路ブロック図であ
る。第１図を異るところは、ひずみ増幅器４として、ブ
リッジ電圧に直流を用いる方式の場合に適用する点であ
る。ひずみ増幅器４の出方はローパスフィルタ７を経て
Ａ／Ｄ変換器１５によりデジタル値に変換されてマイク
ロコンピュータ１６に入る。マイクロコンピュータ１６
のデジタル出力はＤ／Ａ変換器１７によってアナログ電
圧に変換され、ブリッジ回路のＢ、Ｄ端子間に並列に接
続される。

ブリッジの印加電圧Ｅｏ（Ａ、Ｃ端子間の直流電圧）を
２ｖ、アクティブ１及びダミーゲージ２ａ。

２ｂ、２ｃの抵抗をすべて１２０Ωとする。今。

アクティブゲージ１の抵抗が温度変化によって１２１Ω
に変化したとすると、ブリッジの出力電圧ΔＥ　（Ｂ、
Ｄ端子間の直流電圧）は次のようになる。

この直流電圧はひずみ増幅器４によって増幅されフィル
タ７によって振動ひずみ成分が除かれて。

Ａ／Ｄ変換器１５によってディジタル値に変換される。

マイクロコンピュータ１６にはあらがじめ第５図のプロ
グラムが組込まれている。

前述のように、アクティブゲージ１の温度変化でブリッ
ジの出力電圧が０．０１６７Ｖ　になったとする。ひず
み増幅器４の利得を１０とすると、ひずみ増幅器４の出
力電圧ｅは１．６７Ｖ　になる。

基準電圧ｅｏは通常零とするから、偏差電圧Δｅは１．
６７Ｖである。許容偏差電圧を０．１ｖとすると、八〇
は許容偏差を超え、符号が正であるがら、Ｄ／Ａ変換器
１７には出力電圧を減らすように指令が出される。この
手順が繰り返され、偏差電圧Δｅが０．１ｖ以下になれ
ばＤ／Ａ変換器１７はその出力電圧を維持し続ける。許
容偏差電圧は測定すべき振動ひずみの大きさに関係し。

例として振動ひずみが±２００Ｘ１０−Ｂで、ひずみ増
幅器４の感度を±５００Ｘ１０″″６のレンジとして測
定する場合は次のようになる。この場合、アクティブゲ
ージ１の振動以外の温度変化などによって生じる抵抗変
化がひずみに換算して±３００ｘｉＱ−ｅを超えると、
振動ひずみのピーク値が測定範囲を超える。従って、許
容偏差電圧はひずみ換算でＨａ”±３００Ｘ１０−”で
ある。アクティブゲージ１のゲージ率Ｋを２．０　　ブ
リッジ回路の印加電圧Ｅｏを２．Ｏｖ、ひずみ増幅器４
の利得Ｆを特徴とする特許容偏差電圧ｅａは ｅｌ、＝ε＆Ｎ　Ｋ　＠　Ｅｏ−Ｆ ＝±０．１２Ｖ である。一方、それに対応するブリッジ回路の出力電圧
ΔＥは±Ｏ，０Ｏ１２Ｖ、すなわち、±１．２ｍＶであ
る。従って、Ａ／Ｄ変換器１５の電圧分解能は±０．１
２Ｖ以上、Ｄ／Ａ変換器１７の電圧分解能は±１　、２
　ｍ　Ｖ以上必要である。

Ａ／Ｄ変換器１５は入力レベル±５ｖ、分解能８ビツト
のものを用いれず±０．０２Ｖ程度の分解能が得られる
ので十分である。Ｄ／Ａ変換器１７は出力レベル±１ｖ
、分解能１２ビツトのものにすれば、±０．５ｍＶ程度
の分解能が得られる。

本実施例によれば、ブリッジ電圧に直流を用いる方式の
ひずみ増幅器を用いた振動ひずみ測定において、温度変
動などによる緩やかではあるが大きな抵抗変化を自動的
に打消すことができる。

第３図は本発明の変形例を示すもので、第１図の一部分
の構成を変形したものである。可変抵抗Ｒｖｚ６とは独
立に可変抵抗１９を設け、これに電源１８により直流電
圧を与えておく。可変抵抗１９は可変抵抗Ｒｖｚ６と一
定の相関を保って変動するようにサーボモータ１３と接
続される。アクティブゲージ１の抵抗が温度変動などに
より変化し、それによるホイーストンブリッジ３の不平
衡分を可変抵抗ＲＶＺ６の変化によって修正するように
サーボ回路が動作した時、端子Ｅ、Ｆ間の電圧はそれに
連動して変化する。この電圧変化はアクティブゲージ１
の温度などによる抵抗変化に対応するので、その電圧変
化を記録すればアクティブゲージ１の抵抗が変化する過
程を知ることができる。

第４図は第３図の変形例と同様な動作を第２図に示した
回路で行う場合の変形例である。第４図では第２図のＤ
／Ａ変換器１７を二チャンネルとし、第一のチャンネル
は第２図と同様にホイーストンブリッジ３の出力端子Ｂ
、Ｄに接続されるが、第二のチャンネルには外部出力端
子Ｅ、Ｆが設けられている。マイクロコンピュータ１６
はＤ／Ａ変換器１７の第二のチャンネルに第一のチャン
ネルと一定の相関を持った電圧を出力するように指令が
出されるにのように構成することにより。

アクティブゲージ１の抵抗変化に対応する電圧をＤ／Ａ
変換器１７の第二のチャンネルの外部出力端子Ｅ、Ｆか
ら取出すことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ひずみ増幅器に接続するだけで、振動
ひずみを測定する際に生じる温度変動など振動以外の原
因によるブリッジ回路の不平衡分を自動的にバランスさ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図、第３図は
本発明の他の実施例の回路図、第４図は本発明の他の実
施例のブロック図、第５図は本発明のプログラムフロー
チャートである。 １・・・アクティブゲージ、６・・・可変抵抗、７・・
・ローパスフィルタ、８・・・オペアンプ、９・・・差
動増幅器、１５・・・Ａ　／　Ｄ　ｉｌ器、１６・・・
マイクロコンピュータ、１７・・・Ｄ／Ａ変換器。 第１図 第２図 第 図 第４図 ！３ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、抵抗線ひずみゲージを用いてホイーストンブリッジ
   を構成し、前記ホイーストンブリツジの出力電圧を増幅
   するひずみ増幅器において、増幅器の出力のうち任意の
   周波数以下の成分のみを通すフィルタ、前記フィルタか
   らの出力を所定の基準値と比較して、両者の差に対応す
   る信号を出力する判別器、前記判別器からの出力によつ
   て前記ホイーストンブリツジのバランスを修正する調節
   器から成るシステムを備えたことを特徴とする自動バラ
   ンス装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記ひずみ増幅器として前記ホイーストンブリツジの入
   力端子間に直流を印加する方式の増幅器を用い、前記判
   別器及び前記調節器として、Ａ／Ｄ変換器、マイクロコ
   ンピュータ及びＤ／Ａ変換器から成るデジタル回路を用
   いることを特徴とするひずみ増幅器の自動バランス装置
   。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記ひずみ増幅器として、前記ホイーストンブリツジの
   入力端子間に交流を印加する方式の増幅器を用い、前記
   判別器としてサーボアンプ回路を用い、前記調節器とし
   てサーボモータ付可変抵抗を用いたことを特徴とする自
   動バランス装置。