JPS6086427A - 振動式荷重測定装置 - Google Patents

振動式荷重測定装置

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JPS6086427A
JPS6086427A JP58195500A JP19550083A JPS6086427A JP S6086427 A JPS6086427 A JP S6086427A JP 58195500 A JP58195500 A JP 58195500A JP 19550083 A JP19550083 A JP 19550083A JP S6086427 A JPS6086427 A JP S6086427A
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Masaaki Kobayashi
政明 小林
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Shinko Denshi Co Ltd
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Shinko Denshi Co Ltd
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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】 本発明は、振動式の荷重変換器を用い高精度で安定度の
高い測定値が得られる振動式荷重測定装置に関するもの
である。
振動弦や音叉振動子などを用いた荷重変換器は、構造が
簡単な上に測定(iQが振動数というデジタル量で得ら
れるため、A/D変換器を必要としないという長所を持
っている。しかしながら、この種の変換器は測定荷重と
は別に外a+から加わる妨害的な振動や衝撃力に対して
極めて敏感なため、デジタル表示された測定値がちらつ
き易く、不安定になり実用化が阻害される傾向がある。
第1図は荷重変換器の一部を構成する従来の荷重変換用
音叉振動子1の一例を示したものであり、中心軸に対称
かつ平行した2枚の振動片1a、1bで構成された振動
子1の両端を、コ字形結合部2a、2bで接続し、その
一方の結合部2bの両側面に第1、第2の圧電素子3a
、3bを取り伺け、外部に設けた発振増幅器4に接続す
ることにより、第1の圧電素子3aをピックア・ンプ用
、第2の圧電素子3bを励振用として使用することがで
きる。
このような構成において、発振増幅器4の利得や周波数
特性を適切に選枳することにより、振動片1a、1bは
破線で示すように対称モードの基本振動数で発振する。
この状態において、振動子1の取伺部5a、5bを介し
て軸方向に測定すべき荷重Fが加えられると、その発振
振動数が変化することから、この振動数を周波数カウン
タ6て読取って荷iFを知ることができる。しかしなが
ら、A111定荷重F以外の振動的或いは衝撃的な加速
度を伴う外力として、軸方向にfl、f2或いは軸に直
角方向にf3、f4などの力が加わると、振動数が突然
大幅に変化するほか、正常な振動状態を帷持てきすに測
定荷重Fと振動数との間の忠実な対応性か一11f的に
失なわれるというような現象が生ずる。
このような異常状態の下においては、周波数カウンタ6
の入力部にフィルタを挿入するとか、積分方式により積
分時間を大きくして111分期間内の平均値を指示する
などの在来の手法だけでは正常な荷重測定を行うことは
極めて国難となり、計数された荷重に対しては荷重i!
III定植としての信頼性が全く失なわれ、妨害振動に
基づく荷重指示値の変動が大幅なため読取り不可能にな
ることもある。
本発明の目的は、このような振動式荷重変換器の特異性
に鑑み、外部振動や衝撃力の影響を受けることなく正確
な荷重を測定し得る振動式荷重測定装置を提供すること
にあり、その要旨は、加えられた荷重に応じて固有振動
数が変化する振動式荷重変換器を用いた荷重測定装置6
において、前記変換器の電気出力の過大振幅の異常状態
を検出する手段と、振動が前記異常状態の場合に該期間
内の変換器からの振動数出力を破棄して正常状態におけ
る振動数出力のみを測定値として採用する手段とを有す
ることを特徴とするものである。
本発明を第2図以下に図示の実施例に基ういて詳細に説
明する。
第2図は第1の実施例の回路構成を示すプロ・ツク図で
ある。ここで11は荷重検出器であり、例えばpj51
図に示したような音叉振動子1を用いることかでき、発
振増幅器4は第1図に示すものと同一である。発振増幅
器4の出力は整流器12及び周波数カウンタ6に入力さ
れ、整流器12の出力は比較器13において基準設定器
14の出力EOと比較される。比較器13の出力はラッ
チ回路15に送られ、ラッチ回路15の出力は周波数−
カウンタ6の出力と共に、マイクロプロセッサなどを用
いたデータ処理回路16に送出され、更に表示器17に
出力される。
測定すべき荷重Fが荷重検出器11に加えられそのまま
維持されると、無負荷のときに例えば2KHzで振動し
ていた振動子1の振動数が2.2KH2に変化し、その
状態を継続することになる。
従って、発振増幅器4の出力を基に周波数カウンタ6で
その振動数の変化を計数することにより、加えられた荷
重Fの大きさを知ることができる。
しかしながら、前述のように例えばf1〜f4で示され
た種々の方向及び伝達経路による妨害的外部振動や衝撃
が振動子1に加わると、その振動数と共に振幅も突然大
幅に変化し、特に波高のピーク値が異常に急増する。こ
の異常電圧は整流器12により整流された後に、荷重検
出器11の使用環境や使用目的などに応じて基べ1設定
器14により適当なレベルに設定された基準電圧EOと
、比較器13において比較判別される。整流器12の出
力が基準電圧EOよりも大きい異常期間は、ラッチ回路
15を作動させることによりデータ処理回路16に判別
結果を伝達し、発振増幅器4の出力を計数している周波
数カウンタ6の計数値を破棄し、正常状態における周波
数カウンタ6の計数値のみを採用して表示器17に伝達
し荷重A11l定値として表示する。
第3図は外部振動などの影響を受けて、振動子1の振動
状況が異常になった時の振動出力を破棄し、正常な状態
における振動出力のみを11[1定値として採用する本
実施例について、各部の信号波形を簡略化した説明図で
ある。発振増幅器4から得゛ られる振動出力波形は例
えば第3図(a)に示すようになり、区間A、B及びC
ては外部振動の影響により振動周波数や波形が著しく乱
れている。これを整流器12で整流した後の出力は、(
b)に示すようにノ、(増設定器14で設定された基準
電圧EOを上廻るに至る。すると、(c)に示すように
ラッチ回路15の出力かOFFからONに変ってラッチ
信号が出力され、異常期間A、B及びC中はその振動出
力計数値を測定値から破棄するようにデータ処理回路1
6が指令する。
異常状態時の信号を測定値から破棄除去する具体的な方
法は種々考えられるが、第3図において例えば予め定め
られた成る一定の積分時間TO毎の振動数を計数して表
示する方法によると、第3図(a)で先ず最初の区間工
では振動出力信号が全く正阜であるから、定められたT
oの間の振動数を計数してそのまま測定値として表示す
る。第2の区間IIでは、正常な最初の信号区間T21
において振動数を再び零から計数し、T21がTOに達
しないうちに異常区間Aに移行したため、計数を一時停
止し又は計数値を破棄して測定値に加えないようにし、
異常区間Aの終了と共に旧数を再開して、再開後の計数
時間T22と最初の計数時間T2+ との和がToにな
った時に第2の計数を終了して表示する。wS3の計数
は第2の計数終了と共に区間1■において開始されるが
、途中にBとCの2つの異常区間があるため区間■中の
有効な計数時間はT31+’T32 +T33 =TO
となる。
第4図は第2の実施例の回路構成を示すブロック図であ
り、発振増幅器4の後段に位相比較器20、ループフィ
ルタ21、電圧制御発振器22から成るPLL回路23
が挿入されている。発振増幅器4の出力は位相比較器2
0に入力され、その出力は整流器12に送出されると共
に、ループフィルタ21を介して電圧制御発振器22の
入力となる。電圧制御発振器22の出力は周波数カウン
タ6に送出され、同時に一部は再び位相比較器20に負
帰還されている。
このようなPLL回路23の構成や機能についてはよく
知られているので詳細な説明は省略するが、要は入力交
流信号の位相に追随する位相同期回路である。一般に入
力信号と同一周波数でS/N比を改善した交流信号が出
力として得られるとか、定常的な入力信号には追随する
が入力信号周波数変化が激しい時や大きな雑音が加わっ
たような場合には、入出力間に生じた位相差・波形差・
周波数差などに応じて発生する差信号電圧を利用するな
どの用途に使用され、実用に際してはPLL回路23と
してIC化された単一の素子を利用することができる。
このようにPLL回路23を接続した状態において、荷
重Fが一定であるか或いは時間的に変化はするがその変
化率が緩やかな場合には、このPLL回路23は十分に
振動子1の振動数及びその変化に追随応答するのて、発
振増幅器4の出力つまり位相比較器20の入力と電圧制
御発振器22の出力とは位相・周波数共に等しくなる。
そして、位相比較器20の入力と電圧制御発振器22の
出力とを比較した結果は、位相比較器20の出力として
現われ、その差信号電圧は零となる。このような定常状
態時の実際の位相差は90°であるが、以下に簡単のた
め90°を基準値零として説明する。
振動子1に妨害的な外部振動や衝整が加わると、その振
動数が突然大幅に変化するためPLL回路23はその著
変に追随できず、位相比較器20の差信号出力電圧は一
時的に異常値に著増する。この異常電圧は整流器12に
より整流された後に、基準設定器14の基準電圧EOと
比較器13において比較判別される。以下は先の第1の
実施例と同様に整流器12の出力が基準電圧EOよりも
大きい異常期間は、う・ンチ回路15を作動させデータ
処理回路16に判別結果を伝達し、電圧制御発振器22
の出力を計数している周波数カウンタ6の計数値を破棄
し、正常状態における周波数カウンタ6の計数値のみを
採用して表示器17に伝達する。
第5図は各部の信号波形の説明図であり、発振増幅器4
から得られる振動出力波形は、例えば第5図(a)に示
すようになり、区間A、B及びCでは外部振動の影響に
より振動周波数や波形が著しく乱れている。このような
振動波形の異常状態下では既に説明したPLL回路23
の動作により、(b)に示すように位相比較器20の出
力が増大する。これを整流器12で整流した後の出力は
、(c)に示すように基準設定器14で設定された基準
電圧EOを上廻るに至る。すると、(d)に示すように
ラッチ回路15の出力がOFFからONに変ってラッチ
信号が出力され、異常期間A、B及びC中はその振動出
力計数値を測定値から破棄することになる。
変型なる実験研究によれば、振動子1に加わる外部振動
や衝撃力の影響は極めて大きく、その対策として振動子
1の取付部5a、5bなどの機械的妨振描造を種々工夫
し、前述のようにフィルタの挿入や積分時間延長など回
路的な補償努力を払っても実効が」二らなかったにも拘
らず、第1、第2の実施例の回路構成を採用することに
よる効果は極めて著しく、特に第2の実施例の測定精度
実用化が可能になった。
以上説明したように本発明に係る振動式荷重測定装置は
、簡単な構成ながら振動子の異常動作時の信号を破棄し
て、正常動作時の信号のみを測定値として採用するため
に、実質上外部振動や衝撃力の影響を受けることなく、
振動式荷重変換器を用いて迅速かつ高精度の荷重測定を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は荷重変換用音叉振動子の構成図、第2図以下は
本発明に係る振動式荷重測定装置の実施例を示すもので
あり、t52図は第1の実施例のブロック回路構成図、
第3図はその各部波形と動作説明図、第4図は第2の実
施例のブロック回路構成図、第5図はその各部波形と動
作説明図である。 符号1は振動子、3a、3bは圧電素子、4は発振増幅
器、6は周波数カウンタ、11は荷重検出器、12は整
流器、13は比較器、14は基準設定器、15はラッチ
回路、16はデータ処理回路、17は表示器、20は位
相比較器、21はループフィルタ、22は電圧制御発振
器、23はPLL回路である。 特許出願人 新光電子株式会社 図面 第1図 F 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、加えられた荷重に応じて固有振動数が変化する振動
    式荷重変換器を用いた荷重測定装置0において、前記変
    換器の電気出力の過大振幅の異常状態を検出する手段と
    、振動が前記異常状態の場合に該期間内の変換器からの
    振動数出力を破棄して正常状態における振動数出力のみ
    を測定値として採用する手段とを有することを特徴とす
    る振動式%式% 2、 前記異常状態を検出する手段を、前記変換器の出
    力と該出力による電圧制御発振器の出力間の位相差信号
    を利用するようにした特許請求範囲第1項に記載の振動
    式荷重測定装置。 3、 前記正常状態における計数期間が所定時間に達す
    るするごとに測定荷重を表示するようにした特許請求範
    囲第1項に記載の振動式荷重測定装置。
JP58195500A 1983-10-18 1983-10-18 振動式荷重測定装置 Granted JPS6086427A (ja)

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JPH034090B2 JPH034090B2 (ja) 1991-01-22

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JP2008203181A (ja) * 2007-02-22 2008-09-04 Shinko Denshi Kk 荷重変換用音叉振動装置
US10119762B2 (en) 2008-09-02 2018-11-06 Gala Industries, Inc. Dryer system with improved throughput
CN111417846A (zh) * 2017-10-27 2020-07-14 佩尔皮图姆有限公司 监视铁路车辆的轮轴

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