JPS60192216A - 多点測定器 - 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】 （、）　技術分野 本発明は、多数の検出器、例えはひずみゲージ式変換器
によりひずみ量、圧力、トルク、荷重等の物理量を電気
量に変換して時分割で順次測定する多点測定器に関する
ものである。

（ｂ）　従来技術 多点ひずみ測定器は、多数の１ｌｌｌ！ｌ定点でひすみ
ゲージ式変換器により検出される荷重等の物理量を測定
するものであり、第１図は、多点ひすみ測定器の従来例
を示す回路ブロック図である。

この多点ひずみ測定器は、測定点１からｄ（ｑ定点ｎま
でのｎ個の各測定点にブリッジ電源１からの電源電圧を
受けてひずみ検出電圧Ｅｌ　。

Ｅ２．・・・・・・、Ｅｎを発生するひずみゲージ式変
換器２−１．２−２．・・・・・・、２−ｎを配置して
各測定点におけるひずみを検出できるようにすると共に
測定点切換器３によって検出動作をするひずみゲージ式
変換器２を切換えるようにさねでいる。測定点切換器３
は、各ひずみゲージ式変換器と対応する切換部４−１．
４−２．・・・・・・、４−ｎからなり、切換指令信号
Ｓｓｗにより指定された切換部４の各スイッチＳＷが閉
じてその切換部４と対応するひずみゲージ式変換器２ヘ
ブリツジ電源１からのブリッジ電源電圧を印加すると共
にそのひずみゲージ式変換器２から出力されたひずみ検
出電圧としての出力電圧Ｅを長いケーブルを介して増幅
器５へ送出する。

増幅器５は測定点切換器３からの出力電圧Ｅを増幅して
積分型Ａ／Ｄ変換器６へ送出する。該積分型Ａ／Ｄ変換
器６は、制御器７からの測定開始指令信号Ｓｓｔにより
制御されて増幅器５の出力電圧を積分し、ディジタル信
号に変換する動作をする。制御器７は、前述の切換指令
信号Ｓｓｗを測定点切換器３へ送出して検出動作するひ
ずみゲージ式変換器２を一定の順序に従って切換えるこ
とにより測定点を切換えると共に、積分型Ａ／Ｄ変換器
６の動作タイミングを制御する役割を果す。

ところで、増幅器５の出力電圧をディジタル信号に変換
するＡ／Ｄ変換器として積分型のＡ／Ｄ変換器６を用い
、増幅器５の出力電圧をそのままディジタル信号に変換
するのではなく積分したうえでディジタル信号に変換す
るのは、誘導ノイズによる測定誤差が生じないようにす
るためである。この点についてより詳細に説明すると、
次のとおりである。

すなわち、被測定対象物が大型化し、測定点の数が増加
する傾向にあり、各ひずみゲージ式変換器２および測定
点切換器３と、増幅器５との間を接続するケーブルは非
常に長くなる。また、ひずみゲージ式変換器から出力さ
れるひすみ検出電圧Ｅは微小電圧（一般的に数μ■から
数ｍＶ程度である）であるにも拘らず静電、電磁シール
ドしないケーブルが用いられることが多い。その結果、
ケーブルに商用電源等による正弦波の誘導ノイズが侵入
し、ひずみゲージ式変換器によって検出されたひずみに
比例した真の出力電圧Ｅｏに、第２図（Ａ）に示すよう
に、その誘導ノイズが重畳されてしまい、実際の出力電
圧Ｅｘは、その誘導ノイズに従って脈動することになる
。従って、ある一定のタイミングでその出力電圧Ｅｘを
サンプリングして、ディジタル信号に変換した場合、そ
のディジタル値には誤差が生じる可能性がある。そこで
、誘導ノイズが一般に一定の周波数（主に商用電源周波
数）を有する正弦波であるので、その誘導ノイズの１周
期あるいはその整数倍の期間における出力電圧Ｅｘの平
均値を得ることにより誘導ノイズ成分を除去することが
でき、その平均値をめるために積分が行われる。Ａ／Ｄ
変換器として積分型のＡ／Ｄ変換器６を用いるのはその
ためである。

第２図（Ｂ）は、積分型Ａ／Ｄ変換器６の積分電圧ｅの
波形を示すものであり、この図に従って積分の方法を説
明する。制御器７がら測定開始指令信号Ｓｓｔを受ける
と誘導ノイズの１周期の間（図の場合）あるいはその整
数倍の間、出力電圧Ｅｘを積分する。具体的には、例え
は図示しないコンデンサをその出力電圧ＥＸによって充
電することによりその積分（これを−次積分という）を
行う。そして、その−次積分時間が終るとコンデンサを
適宜な放電回路によって放電する（これを二次積分とい
う。）そして、その放電に要した時間、すなわち二次積
分時間をディジタル値に変換することにより真の出力電
圧Ｅｏがめられる。第３図は、この測定器の動作を示す
フローチャー１〜である。

ところで、このような多点ひすみ測定器によれば、誘導
ノイズを除去することはできるけれども測定に時間がか
かるので測定点の数を増やすことが大きく制約されてし
まうという問題がある。すなわち、１つの測定をするの
に一次積分時間に二次積分時間を加えた時間が必要であ
る。そして、−次積分時間は誘導ノイズの１周期あるい
はその整数倍であり、例えば関東の揚合であると商用周
波数が５０Ｈｚであるとすると最低でも２０ｍ５ｅｃと
なる。そして、二次積分時間も無視できない程の長さを
有しており、しかも、出力電圧Ｅｏの大きさに依存性を
有しており、出力電圧ＥＯが大きくなる程二次積分時間
が長くなる。依って、測定時間が長くなり、高速の測定
をすることができなかった。そこで、測定時間を短縮す
るため一次積分時間を誘導ノイズの１周期よりも短くす
ると誘導ノイズによる出力電圧Ｅｘの平均化が不完全に
なり、誘導ノイズ成分を完全に除去することはできず、
誤差が生じてしまうので好ましくない。

（ｃ）　目的 本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、測定
系に侵入する誘導ノイズ成分を除去することができ、測
定精度が高く、しかも測定速度が速い多点測定器を提供
することを目的としている。

（ｄ）　構成 本発明は、上記目的を達成するために、各測定点に配置
されたｎ個の検出器と、検出器指定信号により指定され
た検出器を選択してその検出器の出力電圧を送出する切
換器と、この切換器から出力された出力電圧を増幅する
増幅器と、この増幅器の出力をディジタル値に変換する
Ａ／Ｄ変換器と、前記検出器の出力電圧に重畳されるノ
イズの周期の整数（１も含む）倍の時間を偶数ｍに分割
した偶数分割時間内にｎ個の検出器の出力電圧が一定の
順序に従って前記増幅器に入力されるように切換器へ検
出器指定信号を送出する動作をする測定点切換手段と、
前記Ａ／Ｄ変換器から順次出力される出力電圧のディジ
タル値を順次記憶する記憶手段と、前記測定点切換手段
に偶数分割時間を１つの周期とする前記動作を誘導ノイ
ズの周期の整数倍の期間内にｍ回繰返させる切換動作繰
返指令手段と、１つの測定点についてのｍ個の出力電圧
の平均値を算出する演算処理を各測定点について順次行
う演算手段とを具（１１せしめたものである。

第４図は、本発明の基本的構成を示す機能ブロック図で
ある。

゛　同図において、Ａ１〜Ａｎは、各測定点にそれぞれ
配置された検出器、Ｂは切換器で、各検出器Ａ１〜Ａｎ
の出力電圧を受け後述する測定点切換手段からの切換指
令信号（検出器指定信号）により指定された１個の検出
器Ａの出力電圧を出力する。Ｃは増幅器で、切換器Ｂか
ら出力された出力電圧を適宜に増幅する。

ＤはＡ／Ｄ変換器で、増幅器Ｃから出力された電圧をデ
ィジタル信号に変換する。Ｅは制御器で、Ｆ、Ｇ、Ｈお
よび１の各手段を内蔵（包含）する。Ｆは測定点切換手
段で、切換器Ｂへ切換指令信号を送出して切換器Ｂから
各検出器Ａ１〜Ａｎの出力電圧が検出器ＡＩ　、　Ａ２
　、・・・・・・。

Ａｎの順番で出力されるようにする。このｎ個の検出器
Ａ１〜Ａｎの出力電圧、すなわち切換器Ｂの出力は、そ
れに重畳される誘導ノイズの周期の整数倍（１倍を含む
）の時間を偶数ｍに分割した偶数分割時間内に行われる
ようにする。

この測定点切換手段Ｆが偶数分割時間内に行う切換指令
動作は、切換動作繰返指令手段Ｇによって繰返指令を受
けるとそれを受ける毎に繰返される。具体的には、切換
動作繰返指令手段Ｇは、誘導ノイズの１周期の整数倍の
時間内にＡｌ１４定点切換手段Ｆに対して上述した一連
の切換動作をｍ回繰返させる。Ｈは記憶手段で、Ａｌ１
つ変換器りから順次出力される出力電圧のディジタル値
を順次記憶する役割を果す。■は演算手段で、各測定点
についてのｍ個のディジタル値の平均値を算出する動作
を全測定点について順次に行う。

以下に、本発明を具体的な実施例に従って詳細に説明す
る。

第５図乃至第７図は、本発明の一つの実施例を説明する
ためのものであり、第５図は、多点ひずみ測定器の回路
構成を示すブロック図である。

同図において、この多点ひすみ測定器も第１図に示した
従来の多点ひずみ測定器と同しように、測定点工から測
定点ｎまでの１１個の各測定点にブリッジ電源１からの
電源電圧を受けてひずみ検出電圧Ｅｌ　、　Ｅ２　、・
・・・・・、Ｅｎを発生するひずみゲージ式変換器２−
１．２−２．・・・・・・。

２−ｎを配置して各測定点におけるひずみを検出できる
ようにすると共に測定点切換器３によって検出動作をす
るひずみゲージ式変換器２を切換えるようにされている
。

また、測定点切換器３も第１図の従来例の測定点切換器
３と同じように各ひずみゲージ式変換器２−１　、’　
２−２　、・・・・・・、２−ｎに対応する切換部４−
１　、４−２　、・・・・・・、４−ｎからなり、切換
指令信号Ｓｓｗにより指定された切換部４と対応するひ
ずみゲージ式変換器２ヘブリツジ電源ｌからの電源電圧
を印加すると共に、そのひずみゲージ式変換器２　（２
−１、２−２、・・・・・・。

２−ｎ）から出力された出力電圧（ひずみ検出電圧）Ｅ
をケーブルを介して増幅器５へ送出する。増幅器５は、
測定点切換器３からの出力電圧Ｅ（Ｅｌ、Ｅ２．・・・
・・・、　Ｅｎ　）を増幅してＡ／Ｄ変換器６′へ送出
する。

Ａ／Ｄ変換器６′は、前記従来例に用いられたものとは
異なり逐次比較型のものであり、制御器７′から測定開
始指令信号Ｓｓｔを受けると直ちにアナログ信号である
ひずみゲージ式変換器２の出力電圧Ｅをディジタル信号
ｔ；変換する。

７′はマイクロコンピュータからなる制御器で、測定点
切換器３へ切換指令信号Ｓｓνを送出して測定点の切換
を行わせ、また逐次比較型Ａ／Ｄ変換器６′へ測定開始
指令信号Ｓｓｔ、を送出してＡ／Ｄ変換を行わせると共
に、Δ／１つ変換器６′によってディジタル信号に変換
されたひずみゲージ式変換器２の出力電圧Ｅを順次記憶
し適宜演算処理する。ここで、８はＣＩ）　Ｕ、９はＲ
ＡＭ、１０はＲＯＭ、１１は入力ポート、１２は出カポ
−１−である。

第６図は、ディジタル信号に変換された各ひずみゲージ
式変換器の出力電圧Ｅに対するＡ／Ｄ変換器による変換
タイミングを示すタイムチャー１〜であり、この図に従
って各出力電圧Ｅ１〜Ｅｎに対する変換タイミングにつ
いて説明する。

第６図（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、測定点１の出力
電圧Ｅｌ測定点２の出力電圧Ｅ２、および測定点ｎの出
力電圧Ｅｎをそれぞれ示し、（Ｄ）はＡ／Ｄ変換器によ
る変換タイミングを示す。

誘導ノイズの１周期（関東の商用電源５０Ｈｚによる誘
導ノイズの場合を例にすると２０ｍ　５ｅｃ）を偶数「
ｍ」、例えば、「４」で分割し、各出力電圧Ｅｌ　、　
Ｅ２　、・・・・・・、Ｅｎについては各分割時間（本
実施例では５ｍ　５ｅｃ）毎に測定し、その偶数ｍ、例
えば４個の出力電圧（測定点１の出力電圧Ｅｌの場合は
Ｅｌ−１゜Ｅｌ−２，Ｅｌ、−３，Ｅｌ−’４の４出力
電圧、測定点２の出力電圧Ｅ２の場合はＥ２−１．　、
Ｅ２−２゜Ｅ２−３．Ｅ２−４の４出力電圧、測定点ｎ
の出力電圧Ｅｎの場合は、Ｅ　ｎ　１　、　Ｅ　ｎ　−
２、Ｅ　ｎ　−３。

Ｅｎ−４の４出力電圧）の平均値をめることにより、ノ
イズ成分のない真の出力電圧Ｅｏを得る。そして、誘導
ノイズの１周期を偶数、例えば４個に分割した各時間内
に測定点１から測定点ｎまでのｎ個の測定点における測
定を一定の順序に従って行う。すなわち本実施例におい
ては５ｍ５ｅｃの間において、時点１＋−＋では切換指
令信号Ｓｓｗによって測定点１のひずみを検出するひず
みゲージ式変換器２−１の出力電圧Ｅ１が測定点切換器
３を介して増幅器５に入力されるようにし、次の時点ｔ
２−１では測定点２のひずみを検出するひすみゲージ式
変換器２−２の出力電圧Ｅ２が同様にして増幅器５に入
力されるようにするというように順次切換を行い、５ｍ
５ｅｃ経過する直前の時点ｔｎ　、−＋で測定点ｎのひ
ずみゲージ式変換器２−ｎの出力電圧Ｅｎが増幅器５に
入力されるようにする。

次に、時点ｔ１−１から偶数分割時間、すなわち本実施
例では５ｍ５ｅｃ経過した時点ｔ１−２で測定点１に戻
り、上述した５ｍ５ｅｃの期間で行ったと同じ動作を繰
返す。そして、この５ｍ５ｅｃの期間で行った動作をｍ
回、この例の場合、４回繰返すことによってｎ個の測定
点それぞれについて４つの出力電圧Ｅが得られる。そし
て、各測定点１〜ｎについて、各４個の出力電圧Ｅ１−
１〜Ｅｌ−４，Ｅ２−１〜Ｅ２−４゜Ｅｎ−１〜Ｅｎ−
４の平均値をめることにより誘導ノイズ成分のない真の
出力電圧Ｅｏ−１〜Ｅｏ−ｎをめることができる。何と
なれば、正弦波の１周期あるいはその整数倍の期間を偶
数ｍに分割し、各分割時点における振幅値を測定しこれ
を平均するので、上述したように４つの出力電圧Ｅ（例
えばＥｌ−１〜Ｅｌ−４）の平均値をめることにより誘
導ノイズ成分を零にして真の出力電圧Ｅｏをめることが
できるのである。

而して、Ａ／Ｄ変換器は、第６図（Ｄ）に示すようにｔ
ｌ　−＋　、ｔ２−＋　、　°“１．ｔｎ−＋。

ｔｌ−２，ｔ２−２．”’、ｔｎ−２，ｔｌ−３゜ｔ２
−ｓ、−“、ｔｎ−ｓ、ｔｌ−４，ｔ２−４゜・・・、
ｔｎ−４の各時点でＡ／Ｄ変換する。この例によれば、
１つの測定点における測定間隔は、５ｍ５ｅｃ間隔であ
り、仮に１つの測定点と次の測定点との間の時間間隔を
１０μＳｅｃで行うこととすれば、５００の測定点にお
けるひずみを２０ｍ５ｅｃの間に測定することができる
。

第７図は、測定のためにマイクロコンピュータからなる
制御器が実行するプログラムのフローチャートである。

（イ）「はじめの測定点１の指定」 プログラムが開始すると、先ず出力ボート１２から測定
点切換器３へはじめの測定点、本実施例では、測定点１
を指定する切換指令信号Ｓｓνを送出して、その測定点
１のひずみを検出するひずみゲージ式変換器２−１の出
力電圧Ｅ１が増幅器５に入力されるようにする。

（ロ）ｒＡ／Ｄ変換器測定開始」 出力ボート１２からＡ／Ｄ変換器６′へ測定開始指令信
号Ｓｓｔを送出して増幅器５からのアナログ出力をその
Ａ／Ｄ変換器６′によりディジタル信号に変換させる。

（ハ）ｒＡ／Ｄ変換器の出力の取り込み」Ａ／Ｄ変換器
６′の出力を入力ポート１１を通して取り込む。

（ニ）ｒＡ／Ｄ変換器の出力の記憶」 取り込んだＡ／Ｄ変換器６′の出力をＲＡＭ９に記憶す
る。

（ホ）「最後の測定点ｎか」 ステップ（ロ）〜（ニ）の処理の対象となった測定点が
最後の測定点ｎであるか否かを判定する。

具体的にはステップ（ロ）〜（ニ）の処理の対象となっ
た測定点の番号を記憶する図示しないレジスタの記憶内
容がｎであるか否かを判定する。

（へ）［次の測定点に切換える」 ステップ（ホ）の判定の結果がｒＮＯＪである場合には
、次の測定点の指定を行う。具体的には上記レジスタの
内容をインクリメント（＋１）する。

そして、ステップ（ロ）に戻る。

（ト）ｒｍ回繰返したか」 ステップ（ホ）の判定でｒＹＥＳＪという判定結果が得
られた場合には、そのｒＹＥＳＪという判定結果が得ら
れたのはｍ回目（本実施例では４回目）であるか否かを
判定する。そして、判定結果がｒＮＯＪであればステッ
プ（イ）に戻る。結局、（イ）から（へ）までの動作が
ｍ回繰返されてはじめて判定結果がｒＹＥｓＪになる。

（チ）「１つの測定点の各出力電圧Ｅの読み出し」ステ
ップ（ト）の判定によってｒＹＥＳＪという判定結果が
得られた場合に１つの測定点についての各出力電圧Ｅを
ＲＡＭ９から順次読み出す。

（す）「演算」 ステップ（チ）において読み出した各測定点についての
各出力電圧（ｍ個ある）を加算し、それをｍで除算して
その出力電圧Ｅの平均値、すなわち真のひずみを示す出
力電圧Ｅｏを算出する演算を行う。

（ヌ）「ディジタル出力」 ステップ（す）の演算によりめた出力電圧ＥＯをディジ
タル値のまま出カポ−１へ１２より出力する。この出力
は、他の記録装置例えば磁気記録再生装置へ供給されて
別途記録されたり、または、ＣＲＴ等のディスプレイに
供給され画像表示されるか、さらには、別の演算に供せ
られる。

（ル）「全点演算終了か」 ステップ（１月の演算によって測定点１から測定点ｎま
でのｎ個の測定点のすべてについての演算が終了したか
どうかを判定する。

（ヲ）「次の測定点の指定」 ステップ（ル）の判定によってｒＮＯＪ　という判定結
果が得られた場合には次の測定点を指定し、ステップ（
チ）に戻る。すると、ステップ（チ）においではステッ
プ（ヲ）において指定された測定点についての出力電圧
Ｅの読み出しが行われる。

このようにして、ｎ個の測定点全部について測定が終Ｙ
するとステップ（ル）の判定においてｒＹＥｓＪという
判定結果が得られ、そのときこのプログラムが終了する
。

尚、本発明は、上述した実施例に何ら限定されるもので
はなく、その要旨に包含される範囲内で種々変形して実
施することができる。

例えば、上記実施例では、本発明を多点ひずみ測定器に
適用したものであったが、本発明はｎ個の検出器によっ
て検出される荷重等の物理量その他を測定する多点測定
器一般に適用し得ることは勿論である。

（ｅ）　効果 以上詳述したように、本発明によれば、正弦波である誘
導ノイズの１周期の整数倍の期間を偶数ｍに分割し、各
分割時点におけるｒｎ個の出力電圧を平均することによ
り１つの測定点についての測定結果を得る如く構成した
から誘導ノイズ成分を零にすることができると共に１つ
の偶数分割時間内にｎ個の測定点についての測定を行う
如く構成したから非常に高速に多点測定を行うことがで
きる多点測定器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図乃至第３図は従来例を説明するためのもので、第
１図は多点ひずみ測定器の回路構成を示す回路ブロック
図、第２図（Ａ）は出力電圧の波形図、（Ｂ）は積分電
圧の波形図、第３図は動作を示すフローチャート、第４
図は本発明の基本的構成を示す機能ブロック図、第５図
乃至第７図は本発明の一実施例を説明するためのもので
、第５図は多点ひずみ測定器の一実施例の回路構成を示
す回路ブロック図、第６図（Ａ）〜（Ｄ）は動作を説明
するためのタイムチャート、第７図は制御器が実行する
プログラムを示すフローチャートである。 Ａ１〜Ａｎ・・・・・・検出器、Ｂ・・・・・・切換器
、Ｃ，５・・・・・・増幅器、 Ｄ、６′・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、 Ｅ、７′・・・・・・制御器、 Ｆ・・・・・・測定点切換手段、 Ｇ・・・・・・切換動作繰返指令手段、Ｈ・・・・・・
記憶手段、　■・・・・・・演算手段、２−１〜２−ｎ
・・・・・・ひずみゲージ式変換器、３・・・・・・測
定点切換器、８・・・・・・ＣＰＵ、９・・・・・・Ｒ
ＡＭ　１０・・・・・・ＲＯＭ、１１・・・・・・入力
ボート、１２・・・・・・出力ボート。 第　１　図 第　２　図 第　３　図 手続補正書（方式） 昭和５９年７月１６日 生１許庁　志　賀　学　殿 ］　事件の表示 昭和５９年特許　願第４６４１２号 ２発明の名称　多点測定器 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４　代　理　人　〒１０７　電話（０３）５８６−６９
６９（Ｄ）’ｌ−別紙の通り」訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）各測定点に配置されたｎ個の検出器と、検出器指
   定信号により指定された検出器を選択してその検出器の
   出力電圧を送出する切換器と、この切換器から出力され
   た出力電圧を増幅する増幅器と、この増幅器の出力をデ
   ィジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記検出器の出
   力電圧に重畳されるノイズの周期の整数（１も含む）倍
   の時間を偶数ｍに分割した偶数分割時間内にｎ個の検出
   器の出力電圧が一定の順序に従って前記増幅器に入力さ
   れるように切換器へ検出器指定信号を送出する動作をす
   る測定点切換手段と、前記Ａ／Ｄ変換器から順次出力さ
   れる出力電圧のディジタル値を順次記憶する記憶手段と
   、前記測定点切換手段に偶数分割時間を１つの周期とす
   る前記動作を誘導ノイズの周期の整数倍の期間内にｍ回
   繰返させる切換動作繰返指令手段と、１つの測定点につ
   いてのｍ個の出力電圧の平均値を算出する演算処理を各
   測定点について順次行う演算手段とからなることを特徴
   とする多点測定器。