JPH05157642A - 計測装置 - Google Patents

計測装置

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JPH05157642A
JPH05157642A JP34764491A JP34764491A JPH05157642A JP H05157642 A JPH05157642 A JP H05157642A JP 34764491 A JP34764491 A JP 34764491A JP 34764491 A JP34764491 A JP 34764491A JP H05157642 A JPH05157642 A JP H05157642A
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JP
Japan
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rectangular wave
signal
temperature
wave voltage
strain
Prior art date
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Pending
Application number
JP34764491A
Other languages
English (en)
Inventor
Osamu Kawabata
修 川端
Tomoaki Kamimura
智昭 上村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ひずみゲージブリッジや温度検出ブリッジに
より検出されたひずみ信号の補正処理を行って、正確な
計測値が得られるようにする。 【構成】 ひずみゲージブリッジ1や温度検出ブリッジ
で検出した信号により変調された微小矩形波信号をディ
ジタルに変換するアナログ/ディジタル変換器3と、矩
形波電圧信号を取り出すレベル変換回路16とを設け
て、マイクロプロセッサ5に、上記矩形波電圧信号によ
って上記信号に補正処理を加えさせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ひずみ計測素子や温
度計測素子の電気抵抗の変化を、電圧に変換することに
より、信号中のひずみデータや温度データを計測する計
測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は例えば特願平3−152196号
に示された従来のひずみや温度を計測する計測装置を示
すブロック図であり、図において、1は被計測体に貼り
付けられた例えばひずみゲージと、このひずみゲージに
比較して温度計数が非常に小さい抵抗体とからなるひず
みゲージブリッジ、2は差動増幅器、3は信号をマイク
ロプロセッサ5にディジタルデータとして入力するアナ
ログ/ディジタル変換器、4はアナログ/ディジタル変
換器3に入力する信号を選択するアナログスイッチ、5
は矩形波の制御,信号のサンプル,演算処理などのディ
ジタル処理を行う上記のマイクロプロセッサである。
【0003】また、6はマイクロプロセッサ5の基準ク
ロック9を分周し、所要の周波数の矩形波を出力するデ
ィジタル出力回路、7は矩形波を正と負の矩形波に励振
する矩形波ドライバー、8はひずみゲージブリッジ1に
矩形波電圧を供給するブリッジ励振トランス、9はマイ
クロプロセッサ5からの矩形波生成のための上記の基準
クロック、10はディジタル出力回路6によって生成さ
れた矩形波、11は矩形波ドライバー7により正,負に
励振された矩形波電圧、12は差動増幅器2によりアナ
ログ/ディジタル変換器3への入力レンジに見合うよう
に増幅されたひずみ出力波形を示す。
【0004】次に動作について説明する。マイクロプロ
セッサ5は自身の回路で発生させたクロックを、ブリッ
ジ励振トランス8の特性に応じた周波数に分周し、図4
の基準クロック9として出力する。次に、この基準クロ
ック9をディジタル出力回路6でさらに2分周した矩形
波10として矩形波ドライバー7ヘ入力する。
【0005】また、矩形波ドライバー7では、その矩形
波10を正,負に励振された矩形波電圧11として、ブ
リッジ励振トランス8を経てひずみゲージブリッジ1に
印加する。もし、上記矩形波電圧11にひずみが発生し
ていれば、ひずみゲージブリッジ1はブリッジでの電圧
バランスがくずれ、ひずみゲージブリッジ1の出力に微
小信号が発生する。
【0006】なお、上記ひずみゲージブリッジ1は、図
5に示すように、ひずみゲージブリッジの抵抗Rと温度
計数の小さい抵抗R1,R2,R3をブリッジ接続した
ものからなり、ブリッジ電圧Eである矩形波を入力する
ことで、出力電圧εは、ε=(R・R3−R1・R2)
E/(R+R2)(R1+R3)となる。通常、出力感
度を上げるためには、各辺の抵抗値は、R=R2,R1
=R3のように選定されるため、R・R3=R1・R2
となって、ブリッジ出力εは0となる。
【0007】従って、ひずみや温度などによって抵抗R
の値が変化すると、これに応じて出力電圧εはその大き
さおよび極性が変化することとなる。また、ひずみの方
向は、基準クロックの立上がりでブリッジ電圧Eおよび
出力電圧εを同一時刻でサンプルし、このサンプル点に
おける各電圧極性により判別できる。
【0008】次に、上記微小信号を差動増幅器2で増幅
し、図4にも示すようなひずみ出力波形12を得て、こ
れをさらにアナログ/ディジタル変換器3へ入力する。
マイクロプロセッサ5は自身の基準クロック9のタイミ
ングにて、矩形波波形の安定したタイミング14,15
で、検出したひずみ出力波形12をサンプルする。
【0009】ひずみの大きさは検出したひずみ出力波形
12の山または谷の大きさに比例するが、ひずみゲージ
ブリッジ1に印加された矩形波の正,負と、検出したひ
ずみ出力波形12の山,谷との上記のような関係によ
り、ひずみの方向をも弁別できる。また、ひずみの大き
さは山と谷との差をとることによって、ひずみ出力波形
12の零レベルの変動の影響を無くすこともできる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来の計測装置は以上
のように構成されているので、回路自体が低温から高温
までの広範囲な温度雰囲気中に設置される場合に、回路
構成素子の温度特性によって、検出したひずみや温度の
信号レベルが変動するなどの問題点があった。
【0011】特に、矩形波ドライバー7の出力である矩
形波電圧の周囲温度に対する変動は、ひずみゲージブリ
ッジ1への印加電圧の変動を招き、ひずみ検出に誤差を
生ずる大きな要因になるなどの問題点があった。
【0012】この請求項1の発明は上記のような問題点
を解消するためになされたもので、ひずみゲージブリッ
ジへの印加矩形波電圧の変動によるひずみ信号の誤差を
補正できる計測装置を得ることを目的とする。
【0013】また、この請求項2の発明は、温度検出ブ
リッジへの印加矩形電圧の変動による温度検出信号の誤
差を補正できる計測装置を得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この請求項1の発明に係
る計測装置は、矩形波に生じたひずみを検出する、ひず
みゲージを含んで構成されたひずみゲージブリッジと、
該ひずみゲージブリッジにより得られたひずみ信号によ
り変調された微小矩形波信号をディジタルデータに変換
するアナログ/ディジタル変換器と、上記矩形波電圧を
レベル変換した矩形波電圧信号を出力するレベル変換回
路とを設けて、マイクロプロセッサに、上記ディジタル
データにもとづき上記ひずみ信号を計測させるととも
に、該ひずみ信号を上記矩形波電圧信号により補正処理
させるようにしたものである。
【0015】また、この請求項2の発明に係る計測装置
は、温度データの矩形波電圧を入力して、温度変化によ
る上記矩形波の変化を検出する測温抵抗体を含んで構成
された温度検出ブリッジと、該温度検出ブリッジにより
得られた温度信号により変調された微小矩形波信号をデ
ィジタルデータに変換するアナログ/ディジタル変換器
と、上記矩形波電圧をレベル変換した矩形波電圧信号を
出力するレベル変換回路とを設け、マイクロプロセッサ
に、上記ディジタルデータにもとづき上記温度信号を計
測するとともに、該温度信号を上記矩形波電圧信号によ
り補正処理させるようにしたものである。
【0016】
【作用】この請求項1の発明におけるマイクロプロセッ
サは、レベル変換回路から得た矩形波電圧により、ひず
みゲージブリッジにより検出されたひずみ信号に対し一
定の補正演算を施して、より正確なひずみ計測を行える
ようにする。
【0017】また、この請求項2の発明におけるマイク
ロプロセッサは、レベル変換回路から得た矩形波電圧に
より、温度検出ブリッジにより検出された温度信号に対
し一定の補正演算を施して、より正確な温度計測を行え
るようにする。
【0018】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1において、1は被計測体に貼り付けられた例
えばひずみゲージと、このひずみゲージに比較して温度
計数が非常に小さい抵抗体とからなるひずみゲージブリ
ッジ、2は差動増幅器、3は信号をマイクロプロセッサ
5にディジタルデータとして入力するアナログ/ディジ
タル変換器、4はアナログ/ディジタル変換器3に入力
する信号を選択するアナログスイッチ、5は矩形波の制
御,信号のサンプル,演算処理などのディジタル処理を
行う上記のマイクロプロセッサである。
【0019】また、6はマイクロプロセッサ5の基準ク
ロック9を分周し、所要の周波数の矩形波を出力するデ
ィジタル出力回路、7は矩形波を正と負の矩形波に励振
する矩形波ドライバー、8はひずみゲージブリッジ1に
矩形波電圧を供給するブリッジ励振トランス、9はマイ
クロプロセッサ5からの矩形波生成のための上記の基準
クロック、10はディジタル出力回路6によって生成さ
れた矩形波、11は矩形波ドライバー7により正,負に
励振された矩形波電圧、12は差動増幅器2によりアナ
ログ/ディジタル変換器3への入力レンジに見合うよう
に増幅されたひずみ出力波形、13は温度センサ、16
は矩形波ドライバー7が出力する矩形波電圧をアナログ
/ディジタル変換器3の入力レンジに見合うように変換
するレベル変換回路、17はレベル変換回路16にて電
圧変換された矩形波電圧信号を示す。
【0020】次に動作について説明する。マイクロプロ
セッサ5は自身の回路で発生させたクロックを、ブリッ
ジ励振トランス8の特性に応じた周波数に分周し、図2
の基準クロック9として出力する。次に、この基準クロ
ック9をディジタル出力回路6にてさらに2分周した矩
形波10として矩形波ドライバー7へ入力する。
【0021】矩形波ドライバー7では、その矩形波10
を正,負に励振された矩形波電圧11として、ブリッジ
励振トランス8を経てひずみゲージブリッジ1に印加す
る。もし、上記矩形波電圧11に図2に示すようなひず
みが発生していれば、ひずみゲージブリッジ1はブリッ
ジでの電圧バランスがくずれ、ひずみゲージブリッジ1
の出力に微小信号が発生する。
【0022】そこで、この微小信号を差動増幅器2で増
幅し、図2にも示すような、ひずみ出力波形12を得
て、これをさらにアナログ/ディジタル変換器3へ入力
する。マイクロプロセッサ5は、自身の基準クロック9
のタイミングにて、矩形波波形の安定したタイミング1
4,15で、検出したひずみ出力波形12をサンプルす
る。
【0023】一方、レベル変換回路16は矩形波ドライ
バー7により正,負に励振された矩形波電圧11を取り
出して、アナログ/ディジタル変換器3の入力レンジに
見合うある特定の比に電圧変換した図2に示すような矩
形波電圧信号17を、ひずみ出力波形12の場合と同様
に、マイクロプロセッサ5の基準クロック9のタイミン
グにて、波形の安定したタイミング14,15でサンプ
ルする。矩形波電圧信号17とひずみ出力波形12はア
ナログスイッチ4により切り替えられる。
【0024】ひずみの大きさは、ひずみ出力波形12の
山と谷との差をとることにより、ひずみ出力波形12の
零レベルの変動(オフセット)の影響がキャンセルされ
る。そして、ほぼ同時にサンプルした矩形波電圧信号1
7のディジタルデータの値により、ε’=ε×(E’/
E)の演算をマイクロプロセッサ5内部にてディジタル
演算処理することで、ひずみの大きさに補正を行う。こ
こで、ε’は補正後のひずみデータ、εはサンプルした
ひずみデータ、E’は矩形波電圧の設計値、Eはサンプ
ルした矩形波電圧データである。
【0025】また、ひずみの方向の弁別も、サンプルし
た矩形波電圧データに正,負の極性をもたせることで弁
別することができる。すなわち、上記ブリッジ電圧Eに
対する出力電圧εの極性によって簡単に判別できる。
【0026】実施例2.また、実施例1を応用すれば請
求項2の発明に示す温度計測をする計測装置を構成でき
る。ここでは、ひずみゲージブリッジ1に代えて、被計
測体に取り付けられた1個の測温抵抗体と、この測温抵
抗体に比較して温度係数が非常に小さい3個の抵抗体と
で構成された温度検出ブリッジが用いられる。
【0027】この実施例では、測温抵抗体により検出さ
れた被計測体の温度およびその温度の変化を検出し、こ
の検出データを上記レベル変換回路16を通じて得られ
る矩形波電圧によって補正することができる。この場合
はひずみ計測のときと違って方向の判別はなく、温度検
出と、その温度の補正を行う。
【0028】
【発明の効果】以上のように、この請求項1の発明によ
れば、矩形波に生じたひずみを検出する、ひずみゲージ
を含んで構成されたひずみゲージブリッジと、該ひずみ
ゲージブリッジにより得られたひずみ信号により変調さ
れた微小矩形波信号をディジタルデータに変換するアナ
ログ/ディジタル変換器と、上記矩形波電圧をレベル変
換した矩形波電圧信号を出力するレベル変換回路とを設
けて、マイクロプロセッサに、上記ディジタルデータに
もとづき上記ひずみ信号を計測させるとともに、該ひず
み信号を上記矩形波電圧信号により補正処理させるよう
に構成したので、ひずみ検出用の抵抗体素子を含んで構
成されたひずみゲージブリッジに印加される矩形波電圧
の変動による検出信号の誤差を、容易に補正でき、より
精度の高いひずみ計測ができるとともに、そのひずみの
方向の弁別が容易に行えるものが得られる効果がある。
【0029】また、この請求項2の発明によれば、温度
データの矩形波電圧を入力して、温度変化による上記矩
形波の変化を検出する測温抵抗体を含んで構成された温
度検出ブリッジと、該温度検出ブリッジにより得られた
温度信号により変調された微小矩形波信号をディジタル
データに変換するアナログ/ディジタル変換器と、上記
矩形波電圧をレベル変換した矩形波電圧信号を出力する
レベル変換回路とを設け、マイクロプロセッサに、上記
ディジタルデータにもとづき上記温度信号を計測すると
ともに、該温度信号を上記矩形波電圧信号により補正処
理させるように構成したので、温度検出ブリッジに入力
される矩形波電圧の変動による検出信号の誤差を容易に
補正でき、高精度の温度計測が行えるものが得られる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による計測装置を示すブロ
ック接続図である。
【図2】図1におけるブロック各部の信号波形を示すタ
イミングチャート図である。
【図3】従来の計測装置を示すブロック図である。
【図4】図3におけるブロック各部の信号波形を示すタ
イミングチャート図である。
【図5】図3におけるひずみゲージブリッジの詳細を示
す回路図である。
【符号の説明】
1 ひずみゲージブリッジ 2 差動増幅器 3 アナログ/ディジタル変換器 5 マイクロプロセッサ 16 レベル変換回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 矩形波電圧を入力して、該矩形波に生じ
    たひずみを検出する、ひずみゲージを含んで構成された
    ひずみゲージブリッジと、該ひずみゲージブリッジによ
    り得られたひずみ信号により変調された微小矩形波信号
    を増幅する差動増幅器と、該差動増幅器にて増幅された
    微小矩形波信号をディジタルデータに変換するアナログ
    /ディジタル変換器と、上記矩形波電圧をレベル変換し
    た矩形波電圧信号を出力するレベル変換回路と、上記デ
    ィジタルデータにもとづき上記ひずみ信号を計測すると
    ともに、該ひずみ信号を上記矩形波電圧信号により補正
    処理するマイクロプロセッサとを備えた計測装置。
  2. 【請求項2】 矩形波電圧を入力して、温度変化による
    上記矩形波の変化を検出する測温抵抗体を含んで構成さ
    れた温度検出ブリッジと、該温度検出ブリッジにより得
    られた温度信号により変調された微小矩形波信号を増幅
    する差動増幅器と、該差動増幅器にて増幅された微小矩
    形波信号をディジタルデータに変換するアナログ/ディ
    ジタル変換器と、上記矩形波電圧をレベル変換した矩形
    波電圧信号を出力するレベル変換回路と、上記ディジタ
    ルデータにもとづき上記温度信号を計測するとともに、
    該温度信号を上記矩形波電圧信号により補正処理するマ
    イクロプロセッサとを備えた計測装置。
JP34764491A 1991-12-04 1991-12-04 計測装置 Pending JPH05157642A (ja)

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JP34764491A JPH05157642A (ja) 1991-12-04 1991-12-04 計測装置

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JP (1) JPH05157642A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002214024A (ja) * 2001-01-17 2002-07-31 Yamato Scale Co Ltd 重量測定装置
JP2017138172A (ja) * 2016-02-03 2017-08-10 株式会社島津製作所 測定装置および材料試験機

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002214024A (ja) * 2001-01-17 2002-07-31 Yamato Scale Co Ltd 重量測定装置
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