JPS61210923A - 力検出装置 - Google Patents
力検出装置Info
- Publication number
- JPS61210923A JPS61210923A JP5192385A JP5192385A JPS61210923A JP S61210923 A JPS61210923 A JP S61210923A JP 5192385 A JP5192385 A JP 5192385A JP 5192385 A JP5192385 A JP 5192385A JP S61210923 A JPS61210923 A JP S61210923A
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- JP
- Japan
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- circuit
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Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 26
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
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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)
- Measuring Fluid Pressure (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、測定すべき力に対応した周波数信号を出力す
る力検出装置に関し、密度補正をはかった力検出＠置に
関する。
る力検出装置に関し、密度補正をはかった力検出＠置に
関する。
〈従来の技術〉
第７図は、従来公知のこの種の装置の一例を示す構成説
明図で、特開昭５６−７９２２１号公報に記載されてい
る。この装置は、測定圧力（力）を受番プるダイアフラ
ム１と、一端が筐体２の内壁に、他端がダイアフラム１
に固着された平板状力検出振動子３と、この平板状力検
出振動子３を固有振動数で共振させる増幅器４からなる
自励振回路と前記固有振動数を処理する信号処理手段５
とで構成されている。この様な構成の装置によれば圧力
感度が高く、又圧力に対応した信号をコンピュータとの
整合性のよいディジタル信号で得ることができる。
明図で、特開昭５６−７９２２１号公報に記載されてい
る。この装置は、測定圧力（力）を受番プるダイアフラ
ム１と、一端が筐体２の内壁に、他端がダイアフラム１
に固着された平板状力検出振動子３と、この平板状力検
出振動子３を固有振動数で共振させる増幅器４からなる
自励振回路と前記固有振動数を処理する信号処理手段５
とで構成されている。この様な構成の装置によれば圧力
感度が高く、又圧力に対応した信号をコンピュータとの
整合性のよいディジタル信号で得ることができる。
〈発明が解決しようとする問題点〉
ところでこのような力検出装置においては力検出振動子
の感度が高いので、共振周波数のＱが周囲気体の密度に
よる影響を受は零点が変動するという問題がある。
の感度が高いので、共振周波数のＱが周囲気体の密度に
よる影響を受は零点が変動するという問題がある。
く問題点を解決するための手段〉
本発明は上記問題点に鑑みて成されたもので、周囲気体
の密度変化に伴う共振周波数の影響を補正した力検出装
置を提供することを目的とし、その構成上の特徴は、変
換すべき力が軸方向に加えられる力検出振動子と、この
力検出振動子を共振させる自励振回路と、前記力検出振
動子の振動を処理する信号処理手段とを有する力検出装
置において、前記自励振回路中に位相を変化させる移相
回路を設け、この移相回路を含んだ自励振回路と前記移
相回路を含まない自励振回路を切替える切替え手段を設
けたものである。
の密度変化に伴う共振周波数の影響を補正した力検出装
置を提供することを目的とし、その構成上の特徴は、変
換すべき力が軸方向に加えられる力検出振動子と、この
力検出振動子を共振させる自励振回路と、前記力検出振
動子の振動を処理する信号処理手段とを有する力検出装
置において、前記自励振回路中に位相を変化させる移相
回路を設け、この移相回路を含んだ自励振回路と前記移
相回路を含まない自励振回路を切替える切替え手段を設
けたものである。
〈作用〉
測定すべき力が加えられ、その力に対応した共振周波数
で振動している力検出装置は、この装置が配置された周
囲気体（雰囲気）の密度により影響を受けて零点が変動
するが、自励振回路中に移相回路を入れて発振周波数を
変化させ、元の発振周波数と移相回路により変化した周
波数の差からそのときの密度を測定し密度変化に伴う共
振周波数の変動を補正する 〈実施例〉 第１図は本発明による力検出装置の一実施例を示すブロ
ック図である。
で振動している力検出装置は、この装置が配置された周
囲気体（雰囲気）の密度により影響を受けて零点が変動
するが、自励振回路中に移相回路を入れて発振周波数を
変化させ、元の発振周波数と移相回路により変化した周
波数の差からそのときの密度を測定し密度変化に伴う共
振周波数の変動を補正する 〈実施例〉 第１図は本発明による力検出装置の一実施例を示すブロ
ック図である。
図において１０は力検出振動子であり、２枚のビーム状
板１１ａ、１１ｂが対称に平行して設けられ、結合部１
２により口字状に形成され、フレクシャ１３を介して支
持部１４に連結されている。
板１１ａ、１１ｂが対称に平行して設けられ、結合部１
２により口字状に形成され、フレクシャ１３を介して支
持部１４に連結されている。
１５ａ、１５ｂは結合部の側面にそれぞれ取付番プられ
た圧電素子で、例えば１５ａは励振素子、１５ｂは振動
の検出素子であり、それぞれの素子は外部に設けられた
増幅器１６に接続されて自励振掻回路が構成されている
。２ｏは移相回路、２１は切替えスイッチ、２２は信号
処理手段である。
た圧電素子で、例えば１５ａは励振素子、１５ｂは振動
の検出素子であり、それぞれの素子は外部に設けられた
増幅器１６に接続されて自励振掻回路が構成されている
。２ｏは移相回路、２１は切替えスイッチ、２２は信号
処理手段である。
一般に共撮周波数近（力における振幅および位相の関係
は第２図に示すような関係にあり、ある共振周波数の最
大振幅ｆｏから３ｄＢ下った（４５°位相がずれた）と
ころの共振周波数をｆｌ、「２とすると、共振の先鋭度
Ｑは次の式により求めることができる。
は第２図に示すような関係にあり、ある共振周波数の最
大振幅ｆｏから３ｄＢ下った（４５°位相がずれた）と
ころの共振周波数をｆｌ、「２とすると、共振の先鋭度
Ｑは次の式により求めることができる。
Ｑ＝ｆｏ ／ （ｆ２−ｆ＋ ）・・（Ｉ）又、位相が
αだけずれたところでの共振周波数のずれをΔｆとする
と次の関係がある。
αだけずれたところでの共振周波数のずれをΔｆとする
と次の関係がある。
Ｑ ＝ ｆ ｏ ／ ａ ｆ−ｔ ａ ｎ ａ ／ ２
・・・（２）従って、本発明では自励振回路中でαだ
け位相を変化させたときの共振周波数を測定することに
よりＱを求めるようにしたものである。
・・・（２）従って、本発明では自励振回路中でαだ
け位相を変化させたときの共振周波数を測定することに
よりＱを求めるようにしたものである。
ここで、力検出器の共振周波数は次式により表される。
ｆ中ｆρＣ口１下・・・（３）
「ρ：Ｆ−測定圧力が零のときの共振周波数
Ｆ：測定圧力（軸力）
Ｋ：定数
しかしながら、力検出器の共振周波数では周囲気体密度
に感度を有するため、たとえば大気中で使用する場合、
気圧変化によりｆが変化し□零点の変動が生じる。
に感度を有するため、たとえば大気中で使用する場合、
気圧変化によりｆが変化し□零点の変動が生じる。
周囲気体密度をρとした共振周波数ｆρは次式により表
すことが出来る。
すことが出来る。
ｆρ−Ｔ ｏ ／ ｒゴー「Ｎツー・・・（４）ｆｏ：
’真空中での共振周波数 Ａ：定数 第３図は上式による計算値および実験値により求めた密
度に対する周波数の変化率を横軸を密度、縦軸を周波数
変化率として示したものである。図において、（イ）は
実験値、（ロ）は計算値により求めた値を示している。
’真空中での共振周波数 Ａ：定数 第３図は上式による計算値および実験値により求めた密
度に対する周波数の変化率を横軸を密度、縦軸を周波数
変化率として示したものである。図において、（イ）は
実験値、（ロ）は計算値により求めた値を示している。
図によれば、密度が増加するに従って共振周波数は少な
くなっていき、例えば２ｍｇ／ｃｍ３の密度では周波数
変化率が−０，３％になっていることがわかる。
くなっていき、例えば２ｍｇ／ｃｍ３の密度では周波数
変化率が−０，３％になっていることがわかる。
また、力検出器のＱは音ｌ放射により周囲気体の密度の
影響を受けるがその値は次式により与えられる。
影響を受けるがその値は次式により与えられる。
Ｑρ−Ｑ Ｑ ・Ｑｏ ／ （Ｑ Ｑ ＋ Ｑｏ ）
・・・（Ｓ）Ｑｏ ：力検出器の真空中におけるＱ Ｑｇ二周囲気体密度ρにおいて下記（６）式％式％ ： （５）式において、ρを求めると、 Ｑρ−（Ｂ／ρ・Ｑｏ）／（Ｂ／ρ十〇ｏ）＝Ｂ−ＱＯ
／（Ｂ＋ρＱｏ ） Ｑρ （Ｂ＋ρＱｏ）−Ｂ−Ｑ。
・・・（Ｓ）Ｑｏ ：力検出器の真空中におけるＱ Ｑｇ二周囲気体密度ρにおいて下記（６）式％式％ ： （５）式において、ρを求めると、 Ｑρ−（Ｂ／ρ・Ｑｏ）／（Ｂ／ρ十〇ｏ）＝Ｂ−ＱＯ
／（Ｂ＋ρＱｏ ） Ｑρ （Ｂ＋ρＱｏ）−Ｂ−Ｑ。
Ｂ＋ρＱｏ＝ＢＱｏ／Ｑρ
従って ρ−１／ Ｑｏ （Ｂ Ｑｏ ／ Ｑρ−Ｂ）
・・・（７） ここで、Ｑｏ、Ｂは既知数なのでＱρを測定することに
よりその時点におけるρを知ることが可能となる。
・・・（７） ここで、Ｑｏ、Ｂは既知数なのでＱρを測定することに
よりその時点におけるρを知ることが可能となる。
第４図は上式によって求めた密度とＱとの関係を示すも
ので、横軸を密度、縦軸をＱρとして示すものである。
ので、横軸を密度、縦軸をＱρとして示すものである。
図において、Ａは実験値、Ｂは計算値により求めた埴を
示している。図によれば、密度が増加するに従って共振
周波数が減少していることがわかる。
示している。図によれば、密度が増加するに従って共振
周波数が減少していることがわかる。
従って、Ｑρを測定することによりρを知るこ−とが出
来、（４）式によりｆρの密度補正が出来る。
来、（４）式によりｆρの密度補正が出来る。
なお、第１図に示す本実施例においては力検出振動子を
２枚のビーム状板を平行に設けた例について示したが、
本発明はこのような形状に限るものではなく、励振回路
により自励振するものであればよい。また、位相回路と
の切替はスイッチとしたが、第５図に示ずように可変抵
抗を用いて位相を変化させてもよい。また、第６図に示
すように位相回路を両方に入れ、位相を±４５°変化さ
せたものとすればΔｆを大きなものとすることができる
ため、密度の測定鳩度を向上させることが出来る。
２枚のビーム状板を平行に設けた例について示したが、
本発明はこのような形状に限るものではなく、励振回路
により自励振するものであればよい。また、位相回路と
の切替はスイッチとしたが、第５図に示ずように可変抵
抗を用いて位相を変化させてもよい。また、第６図に示
すように位相回路を両方に入れ、位相を±４５°変化さ
せたものとすればΔｆを大きなものとすることができる
ため、密度の測定鳩度を向上させることが出来る。
〈発明の効果〉
以上、実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、密度センサ等、他の素子を必要とせず位相回路
を付加するだ【ノの簡単な構成で密度補正が可能であり
、また、密度信号が周波数として得られるため演算処理
回路を付加する必要もない。
よれば、密度センサ等、他の素子を必要とせず位相回路
を付加するだ【ノの簡単な構成で密度補正が可能であり
、また、密度信号が周波数として得られるため演算処理
回路を付加する必要もない。
第１図は本発明に係る力検出装置の一実施例を示すブロ
ック図、第２図は周波数と振幅および位相の関係を示す
説明図、第３図は計算式および実Ｍ Ｉｌｌ［により求
めた密度に対する共振周波数の変化率を示す図、第４図
は力検出振動子の密度に対するＱの変化を示す図、第５
図〜第６図は他の実施例を示す図、第７図は従来例を示
す構成説明図である。 １０・・・力検出振動子、１５ａ・・・励振素子、１５
ｂ・・・検出素子、１６・・・増幅器、２０・・・位相
手段、２１・・・切替スイッチ、２２・・・信号処理手
段。 第１ 図 第２図 闇うＬ扛 第３図 第４図 嘔友 （ｒ５／び３〕 第５図
ック図、第２図は周波数と振幅および位相の関係を示す
説明図、第３図は計算式および実Ｍ Ｉｌｌ［により求
めた密度に対する共振周波数の変化率を示す図、第４図
は力検出振動子の密度に対するＱの変化を示す図、第５
図〜第６図は他の実施例を示す図、第７図は従来例を示
す構成説明図である。 １０・・・力検出振動子、１５ａ・・・励振素子、１５
ｂ・・・検出素子、１６・・・増幅器、２０・・・位相
手段、２１・・・切替スイッチ、２２・・・信号処理手
段。 第１ 図 第２図 闇うＬ扛 第３図 第４図 嘔友 （ｒ５／び３〕 第５図
Claims (1)
- 変換すべき力が軸方向に加えられる力検出振動子と、こ
の力検出振動子を固有振動周波数で共振させる自励振回
路と、前記力検出振動子の振動を検出する信号処理手段
とを有する力検出装置において、前記自励振回路中に位
相を変化させる移相回路を設け、この移相回路を含んだ
自励振回路と前記移相回路を含まない自励振回路を切替
える切替え手段を設けたことを特徴とする力検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5192385A JPS61210923A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | 力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5192385A JPS61210923A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | 力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61210923A true JPS61210923A (ja) | 1986-09-19 |
| JPH0554618B2 JPH0554618B2 (ja) | 1993-08-13 |
Family
ID=12900392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5192385A Granted JPS61210923A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | 力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61210923A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4914963A (en) * | 1987-11-05 | 1990-04-10 | Esselte Moreau S.A. | Double tuning fork type laminated force transducer, manufacturing method therefor and application thereof in a load cell |
-
1985
- 1985-03-15 JP JP5192385A patent/JPS61210923A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4914963A (en) * | 1987-11-05 | 1990-04-10 | Esselte Moreau S.A. | Double tuning fork type laminated force transducer, manufacturing method therefor and application thereof in a load cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0554618B2 (ja) | 1993-08-13 |
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