JP4869224B2 - 異なる感度の出力を有する測定装置 - Google Patents

Description

本発明は圧電センサと２個以上の増幅器を含む異なる分解能レベルの２つ以上の出力を有する物理値を測定するための測定設定に関係する。

測定の仕組みは、信号を検出し変換するセンサと、出力に送信する前に信号を増幅する増幅器とを基本的に含む。応用例に応じて、測定信号の異なる増幅度または変換係数が必要となる。通常、必要に応じて増幅器が調節可能である：高感度を選択して、分解能は非常に高いが全測定範囲は非常に狭い、または低感度を選択して、分解能は非常に低いが全測定範囲は非常に広範囲である、かである。

しかしながら、ある種の応用例は異なった時に異なる分解能を必要とする。例えば、射出成型またはダイキャスト機の力の分布を監視する際、射出と冷却操作用に型を締める時には非常に大きな力が測定される。反対に、閉鎖操作時には、型間の空間は空であり、すなわち特に除去すべき部品も捕捉できず閉鎖時に型を損傷する。このため、力信号の分解能は閉鎖状態の信号のそれより約５０から１００倍まで高くする必要となる。

高分解能の微弱信号を測定しかつ非常に強力な信号を監視評価する必要性の他の応用例は、射撃特性の分野である。

それ故、振幅に対して大体同一の分解能で高低両方の振幅を監視する必要が有る。

従来技術によると、例えば、個別に設定可能なセンサと増幅器を各々が有する２個の測定チェーンがこの目的に使用された。測定チェーンの一方は低範囲の低い力を高分解能で再生するのに適しているが、他方の測定チェーンは高振幅低分解能で大きな力を再生するのに適している。第１の測定チェーンは力が増大すると飽和する。

この型式の設定の欠点は、２個のセンサの空間の必要性、２つの設備の必要性及び２つの完全な測定チェーンのコストである。

他の可能性は１つの測定チェーンのみを使用し、ここで増幅器は適当な時に新たな所要感度に切換えられなければならない。この設定の欠点は、測定の流れの中断と共に、切換えの適正な時間を見出すことの困難性にある。

ＣＨ６８１７５５号に既に記載されているように、電気信号に重ね合せた部分信号を評価することも可能である。しかしながら、部分信号は基本信号と同じ零点に関係していないため、この処理は本明細書で記載する応用例や要件には不適切である。

本発明の目的は、異なる感度の２つ以上の出力を有する上述の型式の測定チェーンを示唆することである。

本発明の他の目的は、異なる感度の２つ以上の出力を有する力、圧力、伸長、慣性または加速度の測定用の装置を示唆することである。

この目的は特許請求項第１項及び第８項の特徴により達成された。

本発明による測定の構成は、圧電センサと、各々が端子を有する異なる増幅設定の２個以上の電荷増幅器と、と共にセンサと増幅器との間に配置された信号スプリッタとを含む。測定時に、圧電センサにより検出された電荷信号は２つ以上の部分信号に分割され、その各々が電荷増幅器の１つに送信され処理されて、最終的に端子に送信される。信号スプリッタは２個以上のコンデンサを含むことが望ましい。圧電センサを有する測定設定は主に力、圧力、伸長、慣性または加速度の測定に使用される。

図１は、互いに独立し並列に配置した従来技術による２個の測定チェーンを図示し、各測定チェーンはセンサ１０と１１と増幅器２０と２１から構成され、増幅器は異なる感度を有していて、センサ１０と１１で、例えばこれに作用する力により検出された電荷信号Ｑ１とＱ２は増幅器２０と２１の各々の出力Ａ１とＡ２で異なる信号量と感度を有する。

これらの測定チェーンには２つの完全な構成が必要であり、特に２個のセンサ１０と１１を設置しなければならない。この解決法は非常にコスト高となるが、これが使用されていた。

図２は従来技術による測定チェーンの他の構成を示す。この測定チェーンは１個のセンサ１０のみと、増幅器２０、２１用の設定装置３０付の増幅器２０、２１を含み、これにより設定に依存して１個の端子Ａのみが図１の第１センサ２０または第２センサ２１の感度に応対可能である。この配置は、特定の時間に電荷信号Ｑが高感度または低感度によってのみ増幅可能であり、切換えの時を決定する指示装置が必要であるという欠点を有する。

図３は本発明による測定チェーンの構成を概略的に表示する。測定の仕組みは圧電センサ１０を含み、主に力、圧力、伸長、慣性または加速度の測定に使用される。さらに、測定の仕組みは、各々が出力端子Ａ１とＡ２を有する異なる増幅度の２個の電荷増幅器２０と２１と共に、センサ１０と増幅器２０と２１との間に配置した信号スプリッタ４０とを含む。測定時に、圧電センサ１０から送信された電荷信号Ｑは信号スプリッタ４０により２つの部分信号Ｑ１とＱ２とに分割され、その各々が電荷増幅器２０と２１の一方に送信され処理されて最後に出力Ａ１とＡ２に送られる。圧電センサからの電荷信号Ｑは非常に高インピーダンスの信号であるため、信号スプリッタ４０は２個の適切に配置したコンデンサＣ１とＣ２とを含むことが望ましい。コンデンサＣ１とＣ２の容量値は線およびセンサの組合せ容量より少なくとも１０倍よりも高くすべきことが望ましい。

本発明の構成により、２個以上の電荷増幅器２０、２１をまさしく１個のセンサ１０と接続可能である。電荷増幅器２０、２１は入力に直接接続できない。本発明による測定の構成は、電荷増幅器入力の仮想零点により信号スプリッタ４０を形成する適切に配置したコンデンサＣ１とＣ２により達成される。しかしながら、この信号スプリッタ４０は入力リード線とセンサの容量により乱される。信号スプリッタ４０を適切な大きさにすることにより、誤差を小さくする、または平衡させて、高低信号が同時に測定可能となるように電荷増幅器２０、２１に電荷を分布可能である。同一のコンデンサＣ１、Ｃ２が設けられた場合、同量の誤差が両チャネルで得られる。

それ故、コンデンサＣ１、Ｃ２の容量値は同じオーダーであり、互いに最大１０倍だけ異なることが望ましい。容量に従って、電荷信号Ｑ１とＱ２もまた同一または同様である。

例えば、電荷増幅器２０、２１の増幅度は１００倍まで異なる。このようにして、端子Ａ１の感度は例えば端子Ａ２のものより１０００倍とし、一方電荷増幅器の範囲は同じ倍数だけ電荷増幅器２０の範囲より広い。しかし、１００倍の範囲の感度の差は標準である。

図４は図３と同様に本発明による同じ構成を図示し、ここで信号スプリッタ４０はいくつかのコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃｉにより元の電荷信号Ｑをいくつかの部分電荷信号Ｑ１、Ｑ２、Ｑｉに分割する。従って、この測定チェーンはいくつかの電荷増幅器２０、２１、２２といくつかの出力Ａ１、Ａ２、Ａｉを含む。

図５はセンサを統合した２つの出力Ａ１とＡ２を有する図３による全体測定の構成を含む装置５０を表示する。従って、装置５０はまた図４による測定の構成も収容可能であり、いくつかの出力Ａを有することが出来る。

測定チェーンとしてまたは装置５０として使用されるに係わらず、本配置の利点は、増幅器装置の切換えが不要であり、出力Ａ１、Ａ２、及びＡ３の全ての信号を同時に読取り可能である点である。本発明による本測定チェーンまたは本発明による本装置の他の利点は、これが１個のセンサのみを必要とし、これにより測定のコストと労力が低く保持できる点である。

さらに、本発明の測定の構成をＣＨ６８１７５５号と組合せる可能性もある。これにより、任意の範囲で付加的なズーム機能を可能とし、この場合の零点は関係ない。

以下の図面を参照して本発明を説明する。
従来技術による測定の構成の概略説明図。 従来技術による他の測定の構成の概略説明図。 本発明による測定の構成の概略説明図。 本発明による他の測定の構成の概略説明図。 本発明による装置の概略説明図。

符号の説明

１０ 圧電センサ
１１ 第２圧電センサ
２０ 第１電荷増幅器
２１ 第２電荷増幅器
２２ 別の電荷増幅器
３０ 増幅器装置の切替え装置
３０ 信号スプリッタ
Ａ 出力
Ｃ コンデンサ
Ｑ 電荷信号
Ｆ 力
ε 歪
Ｐ 圧力

Claims (7)

1. 異なる感度レベルの２つ以上の出力（Ａ１、Ａ２、Ａｉ）を有する物理値を測定する測定装置において、圧電センサ（１０）と異なる増幅度設定の２個以上の電荷増幅器（２０、２１、２２）とを含み、センサ（１０）と電荷増幅器（２０、２１、２２）との間に、測定時にそのセンサ（１０）からの電荷信号（Ｑ）を、各々が電荷増幅器（２０、２１）の内の１つで処理可能な部分信号（Ｑ１、Ｑ２、Ｑｉ）に分割可能な信号スプリッタ（４０）を配置した、前記測定装置。
2. 請求項１記載の測定装置において、前記センサ（１０）は力、圧力、伸長、慣性または加速度を測定可能である、前記測定装置。
3. 請求項１または２記載の測定装置において、前記信号スプリッタ（４０）には、各前記電荷増幅器（２０、２１）の前にコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）が配置されている、前記測定装置。
4. 請求項３記載の測定装置において、前記コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）の容量値は同じオーダーであり、互いに最大１０倍だけ異なる、前記測定装置。
5. 請求項３または４記載の測定装置において、前記電荷増幅器（２０、２１）の増幅度設定は最大１００倍だけ異なる、前記測定装置。
6. 請求項１及至５のいずれか１項に記載の測定装置において、出力（Ａ１、Ａ２）の感度は最大１０００倍だけ異なっている、測定装置。
7. 請求項１及至６のいずれか１項に記載の測定装置を含む装置（５０）。

Images