JPH07111387B2 - 多分力検出器 - Google Patents
多分力検出器Info
- Publication number
- JPH07111387B2 JPH07111387B2 JP3119753A JP11975391A JPH07111387B2 JP H07111387 B2 JPH07111387 B2 JP H07111387B2 JP 3119753 A JP3119753 A JP 3119753A JP 11975391 A JP11975391 A JP 11975391A JP H07111387 B2 JPH07111387 B2 JP H07111387B2
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- JP
- Japan
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- strain
- axis
- strain gauge
- bridge
- moment
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ビームに作用する力
のうち各分力を他の分力から分離して、ビームの表面及
び裏面に貼り付けた歪ゲージの電気抵抗変化として電気
的に検出する多分力検出器に関する。
のうち各分力を他の分力から分離して、ビームの表面及
び裏面に貼り付けた歪ゲージの電気抵抗変化として電気
的に検出する多分力検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、技術の急速な進歩に伴い船舶、車
両、航空機等が非常に厳しい条件で使用されるようにな
って来ている。従って、これ等の乗物に関する研究開発
を進めるためには、外的要因として実際どのような力及
びモーメントが作用しているのかを精密に計測すること
が要求される。そのため、従来より多分力検出器が使用
されている。
両、航空機等が非常に厳しい条件で使用されるようにな
って来ている。従って、これ等の乗物に関する研究開発
を進めるためには、外的要因として実際どのような力及
びモーメントが作用しているのかを精密に計測すること
が要求される。そのため、従来より多分力検出器が使用
されている。
【０００３】この種の検出器では、測定側フランジと固
定側フランジを弾性的に固定接続するビームの表面に歪
ゲージが貼り付けてある。測定側フランジに作用する分
力の大きさは、ビームに生じる歪から算出されるもの
で、歪ゲージで形成したブリッジ回路がゲージの電気抵
抗の変化によって非平衡出力信号を発し、この信号値が
分力に比例することを利用している。
定側フランジを弾性的に固定接続するビームの表面に歪
ゲージが貼り付けてある。測定側フランジに作用する分
力の大きさは、ビームに生じる歪から算出されるもの
で、歪ゲージで形成したブリッジ回路がゲージの電気抵
抗の変化によって非平衡出力信号を発し、この信号値が
分力に比例することを利用している。
【０００４】しかしながら、上記の構成で外力の所定方
向の分力をそれ以外の分力から分離し、高精度で検出す
るためには、歪ゲージの貼付位置、各ビームの形状、寸
法、材質、配置位置等の極めて厳しい条件が課せられて
いて、分力相互の干渉による検出誤差を実用上問題なく
抑えることは極めて困難であった。
向の分力をそれ以外の分力から分離し、高精度で検出す
るためには、歪ゲージの貼付位置、各ビームの形状、寸
法、材質、配置位置等の極めて厳しい条件が課せられて
いて、分力相互の干渉による検出誤差を実用上問題なく
抑えることは極めて困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、上
に述べた先行技術の欠点を排除し、構造が簡単で、製造
コストが低減でき、各分力を他の分力と干渉させない
で、精密に出力を生じる歪ゲージの貼付、及びこれ等の
歪ゲージによって構成されたブリッジ回路を提供するこ
とにある。
に述べた先行技術の欠点を排除し、構造が簡単で、製造
コストが低減でき、各分力を他の分力と干渉させない
で、精密に出力を生じる歪ゲージの貼付、及びこれ等の
歪ゲージによって構成されたブリッジ回路を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、固定側フランジと、この固定側フランジに対向
する測定側フランジと、両フランジの中心軸線であるＺ
軸に平行に固定され、一方の辺が他方の辺に比べて充分
薄い断面の広い側面と狭い側面を有し、広い側面がＺＸ
平面かＺＹ平面に平行で、上下に同じ間隔を保ちまた左
右にも同じ間隔を保って二つづつ対をなす平板状の四本
のビームと、上記ビームの広い側面の両端の表面及び裏
面にそれぞれ対にして貼り付けた、ビームの軸方向の歪
を検知する第一歪ゲージ群と、ビームの広い側面の軸方
向の中心の表面及び裏面に貼り付けた、ビームの軸方向
の歪か、軸方向に４５°傾いた方向の歪を検知する第二
歪ゲージ群とから成り、第一歪ゲージ群で形成したＹ方
向かＸ方向の力ＦｙかＦｘを検出するブリッジと、第二
歪ゲージ群で形成したＸ軸周りのモーメントＭｘかＹ軸
周りのモーメントＭｙかＺ軸周りのモーメントＭｚかの
何ずれか一つを検出するブリッジと、で構成されてい
る、多分力検出器によって解決されている。
により、固定側フランジと、この固定側フランジに対向
する測定側フランジと、両フランジの中心軸線であるＺ
軸に平行に固定され、一方の辺が他方の辺に比べて充分
薄い断面の広い側面と狭い側面を有し、広い側面がＺＸ
平面かＺＹ平面に平行で、上下に同じ間隔を保ちまた左
右にも同じ間隔を保って二つづつ対をなす平板状の四本
のビームと、上記ビームの広い側面の両端の表面及び裏
面にそれぞれ対にして貼り付けた、ビームの軸方向の歪
を検知する第一歪ゲージ群と、ビームの広い側面の軸方
向の中心の表面及び裏面に貼り付けた、ビームの軸方向
の歪か、軸方向に４５°傾いた方向の歪を検知する第二
歪ゲージ群とから成り、第一歪ゲージ群で形成したＹ方
向かＸ方向の力ＦｙかＦｘを検出するブリッジと、第二
歪ゲージ群で形成したＸ軸周りのモーメントＭｘかＹ軸
周りのモーメントＭｙかＺ軸周りのモーメントＭｚかの
何ずれか一つを検出するブリッジと、で構成されてい
る、多分力検出器によって解決されている。
【０００７】更に、上記の課題は、この発明により、固
定側フランジと、この固定側フランジに対向する測定側
フランジと、両フランジの中心軸線であるＺ軸に平行に
固定され、一方の辺が他方の辺に比べて充分薄い断面を
有し、広い側面がＺＸ平面に平行で、このＺＸ平面に同
じ間隔を保って二つの対をなし、狭い側面がＺＹ平面に
対し同じ間隔を保って二つの対をなす平板状の四本のビ
ームと、上記ビームの両端の表面及び裏面にそれぞれ対
にして貼り付けた、ビームの軸方向の歪を検知する第一
歪ゲージ群と、ビームの軸方向の中心に貼り付けた、ビ
ームの軸方向の歪を検知する第二歪ゲージ群とからな
り、第一歪ゲージ群で形成したＹ方向の力Ｆy を検出す
るブリッジと、第二歪ゲージ群で形成したＸ軸周りのモ
ーメントＭ X を検出するブリッジと、で形成される二つ
の多分力検出器の一方を他方に対して軸線を共通に互い
に 90°回転させて固定連結して作製されたＦx,Ｆy,Ｍ
X,Ｍy ,の４分力を検出する多分力検出器によって解決さ
れている。
定側フランジと、この固定側フランジに対向する測定側
フランジと、両フランジの中心軸線であるＺ軸に平行に
固定され、一方の辺が他方の辺に比べて充分薄い断面を
有し、広い側面がＺＸ平面に平行で、このＺＸ平面に同
じ間隔を保って二つの対をなし、狭い側面がＺＹ平面に
対し同じ間隔を保って二つの対をなす平板状の四本のビ
ームと、上記ビームの両端の表面及び裏面にそれぞれ対
にして貼り付けた、ビームの軸方向の歪を検知する第一
歪ゲージ群と、ビームの軸方向の中心に貼り付けた、ビ
ームの軸方向の歪を検知する第二歪ゲージ群とからな
り、第一歪ゲージ群で形成したＹ方向の力Ｆy を検出す
るブリッジと、第二歪ゲージ群で形成したＸ軸周りのモ
ーメントＭ X を検出するブリッジと、で形成される二つ
の多分力検出器の一方を他方に対して軸線を共通に互い
に 90°回転させて固定連結して作製されたＦx,Ｆy,Ｍ
X,Ｍy ,の４分力を検出する多分力検出器によって解決さ
れている。
【０００８】
【実施例】以下に実施例を示す図面を参照しながら、こ
の発明を詳しく説明する。
の発明を詳しく説明する。
【０００９】図１に示すように、物体の任意の一点０に
作用する力とモーメントは、Ｘ，Ｙ，Ｚ直交座標系でＦ
X,ＦY,ＦZ,ＭX,ＭY,ＭZ の６つの独立した力とモーメン
トに分離することができる。以下の説明では、この記号
を用いて説明する。
作用する力とモーメントは、Ｘ，Ｙ，Ｚ直交座標系でＦ
X,ＦY,ＦZ,ＭX,ＭY,ＭZ の６つの独立した力とモーメン
トに分離することができる。以下の説明では、この記号
を用いて説明する。
【００１０】図２ａと図２ｂは、この発明の受感部の機
械的構造を模式的に示したものである。図のように、固
定側フランジ２と分力を測定する部材（図示せず）を連
結する測定側フランジ１の間に間隔は上下左右で必ずし
も同じとは限らないが、上下に同じ間隔を保ち、また左
右にも同じ間隔を保っている平板状の四本のビーム１１
〜１４が固定連結してある。これ等のビーム１１〜１４
は、それぞれ厚みｔを幅Ｂより遙に小さくした広い側面
と狭い側面とを持つ同じ形状の矩形断面を有する。これ
等のビームの厚さ方向の狭い側面はＹ軸に向き、また幅
方向の広い側面はＸ軸に向き、ビームの縦方向はＺ軸に
平行に向けてある。ビーム１１〜１４は、図２ｂに示す
ように、フランジ１，２の軸線中心を含むＸＺ面及びＹ
Ｚ面に対してそれぞれ鏡面対称に配設してある。それ
故、ビームの変形はＹ軸方向に柔で、Ｘ軸方向に剛であ
る。これ等は９０°回転させて固定することもでき、そ
の場合、ビームの変形は逆にＹ軸方向に剛で、Ｘ軸方向
に柔である。
械的構造を模式的に示したものである。図のように、固
定側フランジ２と分力を測定する部材（図示せず）を連
結する測定側フランジ１の間に間隔は上下左右で必ずし
も同じとは限らないが、上下に同じ間隔を保ち、また左
右にも同じ間隔を保っている平板状の四本のビーム１１
〜１４が固定連結してある。これ等のビーム１１〜１４
は、それぞれ厚みｔを幅Ｂより遙に小さくした広い側面
と狭い側面とを持つ同じ形状の矩形断面を有する。これ
等のビームの厚さ方向の狭い側面はＹ軸に向き、また幅
方向の広い側面はＸ軸に向き、ビームの縦方向はＺ軸に
平行に向けてある。ビーム１１〜１４は、図２ｂに示す
ように、フランジ１，２の軸線中心を含むＸＺ面及びＹ
Ｚ面に対してそれぞれ鏡面対称に配設してある。それ
故、ビームの変形はＹ軸方向に柔で、Ｘ軸方向に剛であ
る。これ等は９０°回転させて固定することもでき、そ
の場合、ビームの変形は逆にＹ軸方向に剛で、Ｘ軸方向
に柔である。
【００１１】図３ａ、図３ｂ及び図３ｃには、何れも力
ＦY とモーメントＭX を検出する種々のゲージ貼付例が
示してある。
ＦY とモーメントＭX を検出する種々のゲージ貼付例が
示してある。
【００１２】歪ゲージ１１１〜１２６は、上記各ビーム
１１〜１４の両端近くに両面上にそれぞれ対にして、し
かもＺ軸方向の変形歪を測定できる向きにして貼り付け
てある。これ等の歪ゲージ１１１〜１２６を図４に示す
ブリッジに結線すると（以下、電気回路図で各歪ゲージ
を抵抗で表し、図３ａ〜ｄと同じ参照符号を付ける）、
ビームの柔な変形を検知できるため分力ＦY のみを高感
度に計測できる。
１１〜１４の両端近くに両面上にそれぞれ対にして、し
かもＺ軸方向の変形歪を測定できる向きにして貼り付け
てある。これ等の歪ゲージ１１１〜１２６を図４に示す
ブリッジに結線すると（以下、電気回路図で各歪ゲージ
を抵抗で表し、図３ａ〜ｄと同じ参照符号を付ける）、
ビームの柔な変形を検知できるため分力ＦY のみを高感
度に計測できる。
【００１３】分力ＦY のみを計測できる歪ゲージの結線
は、図５又は図６に示すブリッジ回路でも達成できる。
は、図５又は図６に示すブリッジ回路でも達成できる。
【００１４】更に、図３ｂと図３ｃによれば、歪ゲージ
２１１〜２１８がビーム１１〜１４の軸方向の中央近く
に両面上にそれぞれ対にして、しかもＺ軸方向の変形歪
を測定できる向きにして貼り付けてある。これ等の歪ゲ
ージ２１１〜２１８を用いてモーメントＭX を測定でき
るブリッジ結線は、図７、図８及び図９の何れかの構成
を使用することができる。
２１１〜２１８がビーム１１〜１４の軸方向の中央近く
に両面上にそれぞれ対にして、しかもＺ軸方向の変形歪
を測定できる向きにして貼り付けてある。これ等の歪ゲ
ージ２１１〜２１８を用いてモーメントＭX を測定でき
るブリッジ結線は、図７、図８及び図９の何れかの構成
を使用することができる。
【００１５】次に、上に述べたビーム１１〜１４の軸方
向の中央近くで、図３ｄに示すように、ビーム１１〜１
４の縦方向に対して 45 °傾けて、それぞれ表面と裏面
で90 °互いに交差する対にして歪ゲージ２１１′〜２
１８′を貼り付ける。ここで図３ｄの点線で示してある
歪ゲージは裏面に貼り付けたものに相当する。
向の中央近くで、図３ｄに示すように、ビーム１１〜１
４の縦方向に対して 45 °傾けて、それぞれ表面と裏面
で90 °互いに交差する対にして歪ゲージ２１１′〜２
１８′を貼り付ける。ここで図３ｄの点線で示してある
歪ゲージは裏面に貼り付けたものに相当する。
【００１６】図２に示す構成の場合、測定側フランジＺ
軸周りにモーメントＭZ が加わると、各ビーム１１〜１
４は曲げ歪と剪断歪を生じる。その際、Ｘ方向の剛性は
Ｙ方向の剛性に比べて圧倒的に大きいので、モーメント
ＭZ は図２ｂから理解できるように、 ＭZ ≒ ＦMZｘＬY と表すことができる。ここで、ＬY はビーム１１，１２
とビーム１３，１４との間の間隔である。従って、歪ゲ
ージ２１１′〜２１８′を図１０、図１１又は図１２の
ブリッジ配置に結線すれば、モーメントＭZ をブリッジ
の出力信号として取り出すことができる。
軸周りにモーメントＭZ が加わると、各ビーム１１〜１
４は曲げ歪と剪断歪を生じる。その際、Ｘ方向の剛性は
Ｙ方向の剛性に比べて圧倒的に大きいので、モーメント
ＭZ は図２ｂから理解できるように、 ＭZ ≒ ＦMZｘＬY と表すことができる。ここで、ＬY はビーム１１，１２
とビーム１３，１４との間の間隔である。従って、歪ゲ
ージ２１１′〜２１８′を図１０、図１１又は図１２の
ブリッジ配置に結線すれば、モーメントＭZ をブリッジ
の出力信号として取り出すことができる。
【００１７】ＭX とＭZ を同時に測定するには、各ビー
ム１１〜１４の表面の軸方向の中心に幅方向に向けて横
に並べて縦歪ゲージ２１１〜２１６と 45 °歪ゲージ２
１１′〜２１６′を接着し（図示せず）、前者の歪ゲー
ジに対して第７〜９図の何れかを、後者の歪ゲージに対
して第１０〜１２図の何れかのブリッジを用いる。ある
いは、歪ゲージ２１１〜２１６及び歪ゲージ２１１′〜
２１６′として対応するロゼットゲージを使用すれば、
貼り付けスペースを節約できる。上記の構成に加えて、
ビーム１１〜１４の両端に接着した歪ゲージ１１１〜１
２２で第４〜６図のブリッジを形成すれば、合計してＦ
Y,ＭX,ＭZ を測定できる三分力検出器を形成できる。
ム１１〜１４の表面の軸方向の中心に幅方向に向けて横
に並べて縦歪ゲージ２１１〜２１６と 45 °歪ゲージ２
１１′〜２１６′を接着し（図示せず）、前者の歪ゲー
ジに対して第７〜９図の何れかを、後者の歪ゲージに対
して第１０〜１２図の何れかのブリッジを用いる。ある
いは、歪ゲージ２１１〜２１６及び歪ゲージ２１１′〜
２１６′として対応するロゼットゲージを使用すれば、
貼り付けスペースを節約できる。上記の構成に加えて、
ビーム１１〜１４の両端に接着した歪ゲージ１１１〜１
２２で第４〜６図のブリッジを形成すれば、合計してＦ
Y,ＭX,ＭZ を測定できる三分力検出器を形成できる。
【００１８】更に、図３ａ〜ｄに示した三分力検出器を
二個用意し、一方の検出器は他方の検出器に対してフラ
ンジの中心軸線を共通にして、この軸線の周りに 90 °
回転して固定連結すると、新しい一個の検出器を形成す
ることができる。即ち、Ｆx,ＦY,ＭX,ＭY,ＭZ の５分力
検出器を形成できる。
二個用意し、一方の検出器は他方の検出器に対してフラ
ンジの中心軸線を共通にして、この軸線の周りに 90 °
回転して固定連結すると、新しい一個の検出器を形成す
ることができる。即ち、Ｆx,ＦY,ＭX,ＭY,ＭZ の５分力
検出器を形成できる。
【００１９】
【発明の効果】上に説明したように、この発明による多
分力検出器は簡単な構造にもかかわらず、独立した分力
を他の分力と干渉させることなく取り出すことができ、
製造経費が安価で、使用し易くしかも高い精度の分力測
定を可能にする。
分力検出器は簡単な構造にもかかわらず、独立した分力
を他の分力と干渉させることなく取り出すことができ、
製造経費が安価で、使用し易くしかも高い精度の分力測
定を可能にする。
【図１】分力を規定する直交座標系の斜視図である。
【図２】この発明による多分力検出器の側面図（ａ）と
線分IIb −IIb ′から見た平面図（ｂ）である。
線分IIb −IIb ′から見た平面図（ｂ）である。
【図３】ビームに対する歪ゲージの貼付位置を示す模式
配置図であって、線分IIa −IIa ′より見た平面図
（ａ）、図３ａを左から見た側面図（ｂ）、図３ａを下
から見た第一の貼付方法の場合の側面図（ｃ）および図
３ａを下から見た第二の貼付方法の場合の側面図（ｄ）
である。
配置図であって、線分IIa −IIa ′より見た平面図
（ａ）、図３ａを左から見た側面図（ｂ）、図３ａを下
から見た第一の貼付方法の場合の側面図（ｃ）および図
３ａを下から見た第二の貼付方法の場合の側面図（ｄ）
である。
【図４】ＦY を測定するための歪ゲージのブリッジ構成
を示す結線図である。
を示す結線図である。
【図５】ＦY を測定するための歪ゲージのブリッジ構成
を示す結線図である。
を示す結線図である。
【図６】ＦY を測定するための歪ゲージのブリッジ構成
を示す結線図である。
を示す結線図である。
【図７】ＭX を測定するための歪ゲージのブリッジ構成
を示す結線図である。
を示す結線図である。
【図８】ＭX を測定するための歪ゲージのブリッジ構成
を示す結線図である。
を示す結線図である。
【図９】ＭX を測定するための歪ゲージのブリッジ構成
を示す結線図である。
を示す結線図である。
【図１０】ＭZ を測定するための歪ゲージのブリッジ構
成を示す結線図である。
成を示す結線図である。
【図１１】ＭZ を測定するための歪ゲージのブリッジ構
成を示す結線図である。
成を示す結線図である。
【図１２】ＭZ を測定するための歪ゲージのブリッジ構
成を示す結線図である。
成を示す結線図である。
１ 測定側フランジ、 ２ 固定側フランジ、 １１〜１４ ビーム、 １１１〜１２６ ビーム端歪ゲージ、 ２１１〜２１８ ビーム中央歪ゲージ、
Claims (1)
- 【請求項１】 固定側フランジと、 この固定側フランジに対向する測定側フランジと、 両フランジの中心軸線であるＺ軸に平行に固定され、一
方の辺が他方の辺に比べて充分薄い断面の広い側面と狭
い側面を有し、広い側面がＺＸ平面かＺＹ平面に平行
で、上下に同じ間隔を保ちまた左右にも同じ間隔を保っ
て二つづつ対をなす平板状の四本のビームと、 上記ビームの広い側面の両端の表面及び裏面にそれぞれ
対にして貼り付けた、ビームの軸方向の歪を検知する第
一歪ゲージ群と、 ビームの広い側面の軸方向の中心の表面及び裏面に貼り
付けた、ビームの軸方向の歪か、軸方向に４５°傾いた
方向の歪を検知する第二歪ゲージ群とから成り、 第一歪ゲージ群で形成したＹ方向かＸ方向の力ＦｙかＦ
ｘを検出するブリッジと、 第二歪ゲージ群で形成したＸ軸周りのモーメントＭｘか
Ｙ軸周りのモーメントＭｙかＺ軸周りのモーメントＭｚ
かの何ずれか一つを検出するブリッジと、 で構成されていることを特徴とする多分力検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3119753A JPH07111387B2 (ja) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | 多分力検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3119753A JPH07111387B2 (ja) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | 多分力検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05256710A JPH05256710A (ja) | 1993-10-05 |
| JPH07111387B2 true JPH07111387B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=14769310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3119753A Expired - Lifetime JPH07111387B2 (ja) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | 多分力検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07111387B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102589765B (zh) * | 2012-03-19 | 2014-07-23 | 南宁宇立汽车安全技术研发有限公司 | 多维力传感器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50115076A (ja) * | 1974-02-20 | 1975-09-09 |
-
1991
- 1991-05-24 JP JP3119753A patent/JPH07111387B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05256710A (ja) | 1993-10-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960806 |