JPS60222734A - 力の検出方法および装置 - Google Patents
力の検出方法および装置Info
- Publication number
- JPS60222734A JPS60222734A JP7841784A JP7841784A JPS60222734A JP S60222734 A JPS60222734 A JP S60222734A JP 7841784 A JP7841784 A JP 7841784A JP 7841784 A JP7841784 A JP 7841784A JP S60222734 A JPS60222734 A JP S60222734A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase angle
- piezoelectric body
- frequency
- external force
- detecting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 16
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
- G01L1/162—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices using piezoelectric resonators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は圧電体を用いた力の検出方法および装置に係り
、特に静的な力から動的な力まで検出可能な力の検出方
法および装置に関するものである。
、特に静的な力から動的な力まで検出可能な力の検出方
法および装置に関するものである。
圧電体は、これに印加された外力に比例して電圧を発生
する材料としてよく知られている。この電圧の発生は、
外力の加わった瞬時のみで、長時間維持することはない
。そのため、この圧電体は外力が常に変化しているよう
な動的な力の検出に利用されているのみであった。
する材料としてよく知られている。この電圧の発生は、
外力の加わった瞬時のみで、長時間維持することはない
。そのため、この圧電体は外力が常に変化しているよう
な動的な力の検出に利用されているのみであった。
このため、圧電体を用いて静的な外力を検出する方策が
提案されている。その−例として、特公昭５７−５１６
１１号公報のものがある。これは圧電体の共振現象を利
用して動的な力から静的な力まで測定するものである。
提案されている。その−例として、特公昭５７−５１６
１１号公報のものがある。これは圧電体の共振現象を利
用して動的な力から静的な力まで測定するものである。
この方策では圧電体への印加電圧周波数が圧電体の共振
点における共振周波数に近いほど、圧電体に作用された
外力に相当する電圧振幅の値が大きくなり、外力の検出
感度が高くなるという利点があり、比較的小さな外力の
検出には好都合である。しかし、圧電体に作用する外力
が大きくなると、電圧振幅変化は、作用する外力が大き
くなるにしたがって小さくなり、外力の検出感度が低下
するものであった。
点における共振周波数に近いほど、圧電体に作用された
外力に相当する電圧振幅の値が大きくなり、外力の検出
感度が高くなるという利点があり、比較的小さな外力の
検出には好都合である。しかし、圧電体に作用する外力
が大きくなると、電圧振幅変化は、作用する外力が大き
くなるにしたがって小さくなり、外力の検出感度が低下
するものであった。
本発明の目的は、圧電体に作用する外力の検出範囲が広
く、感度が一様でかつ静的な力から動的な力まで′検出
することができる方法および装置を提供することにある
。
く、感度が一様でかつ静的な力から動的な力まで′検出
することができる方法および装置を提供することにある
。
本発明は、上記の目的を達成するために、圧電体に印加
する電圧の周波数を変化させたときの印加電圧と圧電体
の端子電圧の位相角とが共振点近傍で大きく変化する現
象に注目したものであり、この位相角の変化する位置は
圧電体に外力が作用すると、印加電圧の周波数の高い側
にずれるという特徴があり、この周波数の変化を検出し
作用する外力を検出するものである。
する電圧の周波数を変化させたときの印加電圧と圧電体
の端子電圧の位相角とが共振点近傍で大きく変化する現
象に注目したものであり、この位相角の変化する位置は
圧電体に外力が作用すると、印加電圧の周波数の高い側
にずれるという特徴があり、この周波数の変化を検出し
作用する外力を検出するものである。
以下本発明の実施例を図面によって説明する。
第１図は本発明の装置の一実施例を示すもので、この図
において、圧電体１には直列インピーダンス２を介して
可変周波数発振器４から電圧が印加される。可変周波数
発振器４は外部信号によって、その発振周波数を調整で
きる機能をもったもの例えばＶ／Ｆコンバータである。
において、圧電体１には直列インピーダンス２を介して
可変周波数発振器４から電圧が印加される。可変周波数
発振器４は外部信号によって、その発振周波数を調整で
きる機能をもったもの例えばＶ／Ｆコンバータである。
可変周波数発振器４の出力電圧と、圧電体１の端子電圧
とは位相角検出回路５に入力される。この位相角検出回
路５は可変周波数発振器４の出力電圧を基準として圧電
体１の端子電圧の位相角を検出するものであり、その位
相角に応じ電圧を出力するようになっている０位相角検
出回路５の出力電圧と位相角設定回路６の出力は差動増
幅回路７に入力される。
とは位相角検出回路５に入力される。この位相角検出回
路５は可変周波数発振器４の出力電圧を基準として圧電
体１の端子電圧の位相角を検出するものであり、その位
相角に応じ電圧を出力するようになっている０位相角検
出回路５の出力電圧と位相角設定回路６の出力は差動増
幅回路７に入力される。
これにより差動増幅回路７は位相角設定回路６の設定位
相角になるまで電圧を出力する。この出力電圧は可変周
波数発振器４に入力されその周波数を変化させる。
相角になるまで電圧を出力する。この出力電圧は可変周
波数発振器４に入力されその周波数を変化させる。
次に上述した本発明の装置による力検出方法を説明する
。
。
検出方法の説明に先立って、可変周波数発振器４の出力
電圧と、圧電体１の端子電圧との位相角の関係を第２図
によって説明する。この第２図において横軸は周波数Ｆ
を、縦軸は位相角θを示す。
電圧と、圧電体１の端子電圧との位相角の関係を第２図
によって説明する。この第２図において横軸は周波数Ｆ
を、縦軸は位相角θを示す。
そして位相角θは圧電体１の共振点および反共振点付近
で大きく変化する。第２図における曲線Ｘｏは圧電体１
に外力が作用しない時の特性を示し、また曲線ＸＩ、Ｘ
ｉは圧電体１に外力が作用した時の特性を示している。
で大きく変化する。第２図における曲線Ｘｏは圧電体１
に外力が作用しない時の特性を示し、また曲線ＸＩ、Ｘ
ｉは圧電体１に外力が作用した時の特性を示している。
この曲線Ｘ ｓ 、 Ｘ ２の場合に、圧電体１に作用
する力の大きさは、Ｘｔ ＜Ｘ２の関係となっている。
する力の大きさは、Ｘｔ ＜Ｘ２の関係となっている。
この第２図から明らかなように、位相角θが急変する周
波数Ｆは、作用する外力が大きくなるにしたがって高周
波側に移る。したがって、急変する位相角θの任意の角
度θ、を設定すれば、外力が作用しないときの曲線Ｘ。
波数Ｆは、作用する外力が大きくなるにしたがって高周
波側に移る。したがって、急変する位相角θの任意の角
度θ、を設定すれば、外力が作用しないときの曲線Ｘ。
上のＰｔ点は、作用する外力によって２２点およびＰ３
点に変化する。このため、これらの各点Ｐ、〜Ｐ３に対
応する周波数ｆｏｔｆｔ＊ｆ２を検出すれば、この周波
数変化に対応する作用外力との関係により、圧電体１に
作用する外力を検出することができる。
点に変化する。このため、これらの各点Ｐ、〜Ｐ３に対
応する周波数ｆｏｔｆｔ＊ｆ２を検出すれば、この周波
数変化に対応する作用外力との関係により、圧電体１に
作用する外力を検出することができる。
次に上述した本発明の装置による力の検出方法を説明す
る。
る。
いま、圧電体１に外力を作用させない状態において、位
相角設定回路６における位相角θを第２図に示すように
位相角θ、に設定すれば、上述した動作によって曲線Ｘ
ｏ上の点Ｐ１になるように可変周波数発振器４からの周
波数Ｆは周波数ｆ。
相角設定回路６における位相角θを第２図に示すように
位相角θ、に設定すれば、上述した動作によって曲線Ｘ
ｏ上の点Ｐ１になるように可変周波数発振器４からの周
波数Ｆは周波数ｆ。
で安全状態となる。この状態から圧電体１に外力が作用
し曲線Ｘ、のように位相角特性が変化すると、差動増幅
回路７からの出力が変化し、可変周波数発振器４の発振
周波数Ｆは第２図に示すようにｆｏから周波数ｆ、に変
化し、位相角θ、になる点Ｐ２で安定する。この間の周
波数変化は差動増幅回路７からの出力ｅ。を測定するこ
とで得られ、作用する外力を知ることができる。同様に
作用する外力によって位相角特性がさらに曲線Ｘ２に変
化したときもその動作は上記と同様となり外力を知るこ
とができる。また作用する外力が小さくなる場合も同様
である。したがって、外力によって点ＰＩ ｒ Ｐ２
＋ ｐ３と位相角θ、の設定値とによって変化すること
になり、静的な外力のみでなく、動的に変化する外力も
検出することができる。
し曲線Ｘ、のように位相角特性が変化すると、差動増幅
回路７からの出力が変化し、可変周波数発振器４の発振
周波数Ｆは第２図に示すようにｆｏから周波数ｆ、に変
化し、位相角θ、になる点Ｐ２で安定する。この間の周
波数変化は差動増幅回路７からの出力ｅ。を測定するこ
とで得られ、作用する外力を知ることができる。同様に
作用する外力によって位相角特性がさらに曲線Ｘ２に変
化したときもその動作は上記と同様となり外力を知るこ
とができる。また作用する外力が小さくなる場合も同様
である。したがって、外力によって点ＰＩ ｒ Ｐ２
＋ ｐ３と位相角θ、の設定値とによって変化すること
になり、静的な外力のみでなく、動的に変化する外力も
検出することができる。
上記のように設定位相角θ、を検出する方法のほか、位
相角Ｏの極大値を示す周波数の変化を検出する方法でも
外力を検出することができる。
相角Ｏの極大値を示す周波数の変化を検出する方法でも
外力を検出することができる。
以上述べた本発明の実施例によれば、圧電体に印加され
る可変周波数発振器の出力電圧と圧電体の端子電圧との
位相角が同一になるよう周波数を変化させ、その変化量
を検出して外力を検出するものであるため、従来困難で
あった静的な力が検出できる。また、作用する外力と周
波数変化とが比例しているために、検出感度は一様であ
り、位相角の急峻に変化する点を使うので感度も高い。
る可変周波数発振器の出力電圧と圧電体の端子電圧との
位相角が同一になるよう周波数を変化させ、その変化量
を検出して外力を検出するものであるため、従来困難で
あった静的な力が検出できる。また、作用する外力と周
波数変化とが比例しているために、検出感度は一様であ
り、位相角の急峻に変化する点を使うので感度も高い。
さらに単なる電圧同志の位相角を周波数変化として検出
するため、簡単な回路で静的な力から動的な力まで検出
できる。
するため、簡単な回路で静的な力から動的な力まで検出
できる。
本発明によれば、圧電体に印加される可変周波数発振器
の出力電圧と、圧電体の端子電圧との位相角変化の急峻
な部分にその設定値を選ぶことができるので、検出感度
が高く、一様な感度で外力を検出することができるとい
う効果がある。
の出力電圧と、圧電体の端子電圧との位相角変化の急峻
な部分にその設定値を選ぶことができるので、検出感度
が高く、一様な感度で外力を検出することができるとい
う効果がある。
第１図は本発明の装置の一実施例を示す構成図、第２図
は本発明の検出方法を説明するための位相角変化を示す
特性図である。
は本発明の検出方法を説明するための位相角変化を示す
特性図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、圧電体を用いてこれに作用する力を検出する方法に
おいて、圧電体への印加電圧と圧電体の端子電圧との位
相角の差を検出し、その位相角差変化の任意な位相角を
基準として設定し、この状態において圧電体に外力を作
用させ、このとき変化する位相角差の位相角が設定値に
なるように圧電体への印加電圧の周波数を制御し、この
ときの作用外力に対応する周波数変化を検出することを
特徴とする力の検出方法。 ２、位相角設定値は位相角変化特性における急変点に選
定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の力の検出方法。 ３、圧電体を用いてこれに作用する力を検出する装置に
おいて、圧電体に直列インピーダンス基準位相角設定器
からの値にもとづいて前記可変周波数発振器の周波数を
変化させる差動増幅回路を備えたことを特徴とする力の
検出装置。 ４、基準位相角設定器は位相角変化特性における急変点
に対する位相角の値を設定値としたことを特徴とする特
許請求の範囲第３項記載の力の検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7841784A JPS60222734A (ja) | 1984-04-20 | 1984-04-20 | 力の検出方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7841784A JPS60222734A (ja) | 1984-04-20 | 1984-04-20 | 力の検出方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60222734A true JPS60222734A (ja) | 1985-11-07 |
Family
ID=13661464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7841784A Pending JPS60222734A (ja) | 1984-04-20 | 1984-04-20 | 力の検出方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60222734A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6250630A (ja) * | 1985-08-30 | 1987-03-05 | Teraoka Seiko Co Ltd | 振動式荷重測定装置 |
| WO2000052440A1 (en) * | 1999-03-05 | 2000-09-08 | Hill-Rom Services, Inc. | Monitoring system and method |
| US8365615B2 (en) | 2008-01-22 | 2013-02-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric vibration type force sensor |
| EP3329235A4 (en) * | 2015-07-31 | 2019-03-27 | Sikorsky Aircraft Corporation | MULTIFUNCTIONAL PIEZOELECTRIC LOAD SENSOR ARRANGEMENT |
-
1984
- 1984-04-20 JP JP7841784A patent/JPS60222734A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6250630A (ja) * | 1985-08-30 | 1987-03-05 | Teraoka Seiko Co Ltd | 振動式荷重測定装置 |
| JPH054013B2 (ja) * | 1985-08-30 | 1993-01-19 | Teraoka Seiko Kk | |
| WO2000052440A1 (en) * | 1999-03-05 | 2000-09-08 | Hill-Rom Services, Inc. | Monitoring system and method |
| US6252512B1 (en) | 1999-03-05 | 2001-06-26 | Hill-Rom, Inc. | Monitoring system and method |
| US6819254B2 (en) | 1999-03-05 | 2004-11-16 | Hill-Rom Services, Inc. | Monitoring system and method |
| US8365615B2 (en) | 2008-01-22 | 2013-02-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric vibration type force sensor |
| EP3329235A4 (en) * | 2015-07-31 | 2019-03-27 | Sikorsky Aircraft Corporation | MULTIFUNCTIONAL PIEZOELECTRIC LOAD SENSOR ARRANGEMENT |
| US10620063B2 (en) | 2015-07-31 | 2020-04-14 | Sikorsky Aircraft Corporation | Multifunctional piezoelectric load sensor assembly |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4603299A (en) | Constant duty cycle peak detector | |
| EP1855096A2 (en) | Time interval trimmed differential capacitance sensor | |
| JPS60222734A (ja) | 力の検出方法および装置 | |
| US3684953A (en) | Single frequency moisture gauge with two-channel demodulation and feedback control of input | |
| JP4075152B2 (ja) | 角速度センサ | |
| US3932741A (en) | Circuit to reduce harmonic distortion in a triangular wave-form function generator | |
| PL170773B1 (pl) | Uklad czujnika pomiarowego PL | |
| JPS60114723A (ja) | 測定装置 | |
| SU648895A1 (ru) | Способ определени физико-химических характеристик вещества по их резистивным и диэлектрическим параметрам | |
| JPS60187834A (ja) | 力検出装置 | |
| JP2610269B2 (ja) | 可変位相補償装置 | |
| SU1340915A1 (ru) | Способ контрол качества сборного инструмента | |
| JP2554526B2 (ja) | 圧力検出装置 | |
| JPH01214276A (ja) | 超音波モータの制御装置 | |
| SU1138659A1 (ru) | Устройство дл испытани изделий в автоколебательном режиме | |
| SU913099A1 (ru) | Устройство для вибрационных испытаний изделий 1 | |
| SU1364939A1 (ru) | Устройство дл программных испытаний изделий в автоколебательном режиме | |
| SU1640712A1 (ru) | Устройство дл определени дисперсии | |
| SU1120174A1 (ru) | Способ определени амплитуды ультразвуковых колебаний тела | |
| SU415603A1 (ja) | ||
| JPH02303209A (ja) | 多段出力制御装置 | |
| JPS63252258A (ja) | 振動により生じる加速度の検出装置 | |
| SU442406A1 (ru) | Способ контрол свойств веществ | |
| Neelakantan et al. | Effect of externally induced fluctuations on an ON–OFF temperature controller | |
| SU970646A1 (ru) | Измерительный генератор дл управлени процессом сортировки |