JPH03103734A - 振動式力センサ - Google Patents
振動式力センサInfo
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- JPH03103734A JPH03103734A JP24256289A JP24256289A JPH03103734A JP H03103734 A JPH03103734 A JP H03103734A JP 24256289 A JP24256289 A JP 24256289A JP 24256289 A JP24256289 A JP 24256289A JP H03103734 A JPH03103734 A JP H03103734A
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- Japan
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は振動式力センサに関するものである。
従来の技術
従来の振動式力センサは第6図と第7図に示すように構
成されている〔米国特許第4.594,898号など〕
。これは起歪体1の上面に溝2を形成して応力集中部3
を起歪体1の途中に形成し、応力集中部3の両縁部4
a t 4 bに水晶振動片5が貼り付けられている。
成されている〔米国特許第4.594,898号など〕
。これは起歪体1の上面に溝2を形成して応力集中部3
を起歪体1の途中に形成し、応力集中部3の両縁部4
a t 4 bに水晶振動片5が貼り付けられている。
起歪体1の一端P1は固定され、他端P2に荷重Fが作
用する。水晶振動片5には第1,第2の長孔6a,6b
が穿設されており、水晶振動片5を駆動すると第5図に
破線al bで示すように中央の梁部5cと両側の梁部
5a,5bとは逆位相で振動する。荷重Fが大きくなっ
て水晶振動片5に作用する引張力fが大きくなるに伴っ
て水晶振動片5の振動周波数は高くなる。そこでこの水
晶振動片5の振動周波数から荷重Fの大きさを測定でき
る。
用する。水晶振動片5には第1,第2の長孔6a,6b
が穿設されており、水晶振動片5を駆動すると第5図に
破線al bで示すように中央の梁部5cと両側の梁部
5a,5bとは逆位相で振動する。荷重Fが大きくなっ
て水晶振動片5に作用する引張力fが大きくなるに伴っ
て水晶振動片5の振動周波数は高くなる。そこでこの水
晶振動片5の振動周波数から荷重Fの大きさを測定でき
る。
発明が解決しようとする課題
このような従来の構成では、荷重Fを水晶振動片5の振
動周波数として捕らえているため、ストレインゲージを
起歪体1に貼着した場合に比べて高分解能の荷重検出を
実現できる。しかし、荷重Fが一定であっても環境温度
が変化すると起歪体1と水晶振動片5の線膨張係数の違
いの影響を受けて水晶振動片5の振動周波数が変化し、
荷重Fを正確に測定できない問題がある。具体的には、
水晶振動片5が貼付されている起歪体1の前記両縁部4
a+4bの長さが起歪体1の線膨張によって変動し、こ
れによって水晶振動片5に作用する引張力fが変動する
ものである。
動周波数として捕らえているため、ストレインゲージを
起歪体1に貼着した場合に比べて高分解能の荷重検出を
実現できる。しかし、荷重Fが一定であっても環境温度
が変化すると起歪体1と水晶振動片5の線膨張係数の違
いの影響を受けて水晶振動片5の振動周波数が変化し、
荷重Fを正確に測定できない問題がある。具体的には、
水晶振動片5が貼付されている起歪体1の前記両縁部4
a+4bの長さが起歪体1の線膨張によって変動し、こ
れによって水晶振動片5に作用する引張力fが変動する
ものである。
本発明は起歪体1の線膨張の影響を軽減して、荷重を正
確に測定できる振動式力センサを提供することを目的と
する。
確に測定できる振動式力センサを提供することを目的と
する。
課題を解決するための手段
本発明の振動式力センサは、起歪体の薄肉の応力集中部
に、起歪体の固定端と可動端を結ぶ長手方向とは交差す
る方向に貫通孔を穿設して薄肉部を形成し、この薄肉部
の上面に、前記長手方向に突出した突部が形成されるよ
うに前記貫通孔と連通ずる切り欠き孔を穿設し、前記切
り欠き孔によって分割された前記薄肉部の間で起歪体の
固定端または可動端から等距離の第1,第2の取り付け
部の間に振動片を貼付したことを特徴とする。
に、起歪体の固定端と可動端を結ぶ長手方向とは交差す
る方向に貫通孔を穿設して薄肉部を形成し、この薄肉部
の上面に、前記長手方向に突出した突部が形成されるよ
うに前記貫通孔と連通ずる切り欠き孔を穿設し、前記切
り欠き孔によって分割された前記薄肉部の間で起歪体の
固定端または可動端から等距離の第1,第2の取り付け
部の間に振動片を貼付したことを特徴とする。
また、前記切り欠き孔によって分割された前記薄肉部の
間で起歪体の固定端または可動端からそれぞれ等距離の
取り付け部の間に一方には力が引張力として作用し他方
には圧縮力として作用するように第1の振動片と第2の
振動片を貼付したことを特徴とする。
間で起歪体の固定端または可動端からそれぞれ等距離の
取り付け部の間に一方には力が引張力として作用し他方
には圧縮力として作用するように第1の振動片と第2の
振動片を貼付したことを特徴とする。
好ましくは第1,第2の振動片を1一端が起歪体に貼付
され3本の振動エレメントの他端の相互間を連結して構
成する。
され3本の振動エレメントの他端の相互間を連結して構
成する。
作用
この構成によると、貫通孔と切り欠き孔が穿設された応
力集中部では、可動端に荷重が作用すると前記切り欠き
孔によって分割された前記薄肉部の間隔が変化する。こ
れによって貼付されている振動片に作用する引張力が変
化して、振動片の振動数が変化し、荷重を検出できる。
力集中部では、可動端に荷重が作用すると前記切り欠き
孔によって分割された前記薄肉部の間隔が変化する。こ
れによって貼付されている振動片に作用する引張力が変
化して、振動片の振動数が変化し、荷重を検出できる。
環境温度が変化して起歪体が膨張すると、振動片の起歪
体への貼付位置である第1の取り付け部と第2の取り付
け部は起歪体の長手方向にほぼ同じように移動し、この
2点間での前記長手方向での間隔の変動は非常に僅かで
ある。したがって、環境温度が変化しても振動片に作用
する引張力の変化は極めて僅かであって、荷重に応じた
正確な振動周波数信号が得られる。
体への貼付位置である第1の取り付け部と第2の取り付
け部は起歪体の長手方向にほぼ同じように移動し、この
2点間での前記長手方向での間隔の変動は非常に僅かで
ある。したがって、環境温度が変化しても振動片に作用
する引張力の変化は極めて僅かであって、荷重に応じた
正確な振動周波数信号が得られる。
また、上記のように切り欠き孔によって分割された同一
の薄肉部について、作用する力の方向が引張力と圧縮力
で異なるように貼付された第l,第2の振動片は、作用
する力の大きさが同一でその方向が逆方向であるため、
検出力については振動周波数の変化の方向が逆方向であ
る。環境温度の変化などのノイズについては第1,第2
の振動片の振動周波数は同一の方向に変化するため、第
l,第2の振動片の振動周波数の偏差を求めると、ノイ
ズ成分による振動周波数の変化分が打ち消される。
の薄肉部について、作用する力の方向が引張力と圧縮力
で異なるように貼付された第l,第2の振動片は、作用
する力の大きさが同一でその方向が逆方向であるため、
検出力については振動周波数の変化の方向が逆方向であ
る。環境温度の変化などのノイズについては第1,第2
の振動片の振動周波数は同一の方向に変化するため、第
l,第2の振動片の振動周波数の偏差を求めると、ノイ
ズ成分による振動周波数の変化分が打ち消される。
また、第1,第2の振動片の構造を3本の振動エレメン
トとすると、中央の振動エレメントとその両側の振動エ
レメントの間で振動振幅の位相を逆相にすることによっ
て、振動片の固有振動を振動片の中だけに閉じ込めるこ
とができる。
トとすると、中央の振動エレメントとその両側の振動エ
レメントの間で振動振幅の位相を逆相にすることによっ
て、振動片の固有振動を振動片の中だけに閉じ込めるこ
とができる。
実施例
以下、本発明の実施例を第1図〜第5図に基づいて説明
する。
する。
第1図と第2図は本発明の振動弐カセンサを示す。起歪
体1は恒弾性金属材料ブロックに孔8を穿設して薄肉の
応力集中部9a〜9dが形成されている。応力集中部8
a〜9dには起歪体1の長手方向とは交差する方向にそ
れぞれ貫通孔10a〜10dを穿設して薄肉部1 1
a−1 1 dが形成されている。薄肉部11a〜Il
dには切り欠き孔12が穿設されている。具体的には、
薄肉部11aの上面には起歪体1の長手方向に突部l3
が形成されるように、貫通孔10aに連通ずる切り欠き
孔l2が穿設されている。薄肉部1lb−lidにおけ
る切り欠き孔12も同様である。ここでは応力集中部9
a*9bに形成された薄肉部11a. llbに次のよ
うに振動片l4が貼付されている。
体1は恒弾性金属材料ブロックに孔8を穿設して薄肉の
応力集中部9a〜9dが形成されている。応力集中部8
a〜9dには起歪体1の長手方向とは交差する方向にそ
れぞれ貫通孔10a〜10dを穿設して薄肉部1 1
a−1 1 dが形成されている。薄肉部11a〜Il
dには切り欠き孔12が穿設されている。具体的には、
薄肉部11aの上面には起歪体1の長手方向に突部l3
が形成されるように、貫通孔10aに連通ずる切り欠き
孔l2が穿設されている。薄肉部1lb−lidにおけ
る切り欠き孔12も同様である。ここでは応力集中部9
a*9bに形成された薄肉部11a. llbに次のよ
うに振動片l4が貼付されている。
第3図は薄肉部11aの拡大図で、切り欠き孔I2によ
って分割された前記薄肉部11aの間で起歪体1の可動
端P2から等距ML.の第1〜第8の取り付け部11〜
J3の間に、振動エレメン}Elとその両側の振動しな
いエレメントE2,E3からなる3本脚の振動片l4が
設けられている。具体的には各エレメン} E t〜E
3の一端が第1〜第3の取り付け部J1〜J3に貼付さ
れ、エレメン}El〜E3の他端の相互間を連結して構
成されている。
って分割された前記薄肉部11aの間で起歪体1の可動
端P2から等距ML.の第1〜第8の取り付け部11〜
J3の間に、振動エレメン}Elとその両側の振動しな
いエレメントE2,E3からなる3本脚の振動片l4が
設けられている。具体的には各エレメン} E t〜E
3の一端が第1〜第3の取り付け部J1〜J3に貼付さ
れ、エレメン}El〜E3の他端の相互間を連結して構
成されている。
薄肉部1lbへの振動片l4の貼付も同様である。
このように構成したため、振動片l4を励起すると振動
エレメントE,が固有振動数で振動する。
エレメントE,が固有振動数で振動する。
振動片14には荷重Fが引張力として作用し、荷重Fが
大きくなる方向に変化すると振動片14の固有振動数が
高くなる方向に変化する。したがって、この振動片14
. 14の固有振動数を測定することによって荷重Fを
求めることができる。
大きくなる方向に変化すると振動片14の固有振動数が
高くなる方向に変化する。したがって、この振動片14
. 14の固有振動数を測定することによって荷重Fを
求めることができる。
さらに、環境温度が上昇して起歪体1が長手方向に膨張
しても第1〜第3の取り付け部J1〜J3は何れも起歪
体1の端部からほぼ等距離の位置になるため、振動片l
4に作用する引張力はほとんど変化せず、環境温度の影
響を受けない正確な荷重測定ができる。
しても第1〜第3の取り付け部J1〜J3は何れも起歪
体1の端部からほぼ等距離の位置になるため、振動片l
4に作用する引張力はほとんど変化せず、環境温度の影
響を受けない正確な荷重測定ができる。
上記の実施例では振動片14. 14は何れも引張力を
検出するように貼着したが、第3図に仮想線で示すよう
に圧縮力を検出するよう第1〜第3の取?付け部J1〜
J3の間に貼着しても荷重Fを検出できる。
検出するように貼着したが、第3図に仮想線で示すよう
に圧縮力を検出するよう第1〜第3の取?付け部J1〜
J3の間に貼着しても荷重Fを検出できる。
上記の実施例では単一の振動エレメントE8とその両側
の振動しないエレメントE2,E3の振動片l4を使用
したが、第1の取り付け部J1と第2の取り付け部J2
の間、または第1の取り付け部J■と第3の取り付け部
J3の間に単一の振動エレメントを引張力または圧縮力
を検出するように貼付しても荷重Fを固有振動数として
捕らえることができる。また、エレメントEl,E2,
E3を振動エレメントとしたものも考えられる。
の振動しないエレメントE2,E3の振動片l4を使用
したが、第1の取り付け部J1と第2の取り付け部J2
の間、または第1の取り付け部J■と第3の取り付け部
J3の間に単一の振動エレメントを引張力または圧縮力
を検出するように貼付しても荷重Fを固有振動数として
捕らえることができる。また、エレメントEl,E2,
E3を振動エレメントとしたものも考えられる。
上記の実施例では各1つの振動片l4を薄肉部11a,
llbに貼付したが、作用する力が一定であっても環
境温度が変化すると振動片の固有振動数が僅か変化する
。そのため、より正確に荷重Fを測定するためには、第
4図と第5図に示すように1つの薄肉部に2つの振動片
14a,14bを貼付することが好ましい。具体的には
、引張力を検出するように第1の振動片14aを第1〜
第3の取り付け部J8〜J3に貼付し、圧縮力を検出す
るように第2の振動片14bを第4〜第6の取り付け部
14〜J@に貼付する。起歪体1の端部から第1〜第3
の取り付け部J1〜J3までの距離Llと第4〜第8の
取り付け部J4〜J6までの距離L2とはほぼ等しいこ
とが望ましい。
llbに貼付したが、作用する力が一定であっても環
境温度が変化すると振動片の固有振動数が僅か変化する
。そのため、より正確に荷重Fを測定するためには、第
4図と第5図に示すように1つの薄肉部に2つの振動片
14a,14bを貼付することが好ましい。具体的には
、引張力を検出するように第1の振動片14aを第1〜
第3の取り付け部J8〜J3に貼付し、圧縮力を検出す
るように第2の振動片14bを第4〜第6の取り付け部
14〜J@に貼付する。起歪体1の端部から第1〜第3
の取り付け部J1〜J3までの距離Llと第4〜第8の
取り付け部J4〜J6までの距離L2とはほぼ等しいこ
とが望ましい。
このように第1,第2の振動片14a,14bを使用す
ると次のようにして環境温度に伴う固有振動周波数の変
動成分を打ち消すことができる。
ると次のようにして環境温度に伴う固有振動周波数の変
動成分を打ち消すことができる。
第1,第2の振動片14a. 14bの固有振動数をそ
れぞれfs=f2とすると、 fs=fxo + Δf. f2 =f Qo + Δ f2と表せる。fl
Gは第1の振動片14aに作用している規定の力に応じ
た振動数、f2。は第2の振動片14bに作用している
規定の力に応じた振動数、Δf2は環境温度変化に伴う
固有振動周波数の変動成分である。ここで荷重Fが増加
したときのfl+f2は、 f1 =(ft。−Δft)+ Δf2fa=(f2。
れぞれfs=f2とすると、 fs=fxo + Δf. f2 =f Qo + Δ f2と表せる。fl
Gは第1の振動片14aに作用している規定の力に応じ
た振動数、f2。は第2の振動片14bに作用している
規定の力に応じた振動数、Δf2は環境温度変化に伴う
固有振動周波数の変動成分である。ここで荷重Fが増加
したときのfl+f2は、 f1 =(ft。−Δft)+ Δf2fa=(f2。
十Δf2)+ Δf.
と表せる。したがって、第1,第2の振動片14a,1
4bの振動周波数の偏差(f1−f2)は、=(f+o
f2o)一Δ(ft+f2)となり、環境温度変化
に伴う固有振動周波数の変動成分Δf2を消去できる。
4bの振動周波数の偏差(f1−f2)は、=(f+o
f2o)一Δ(ft+f2)となり、環境温度変化
に伴う固有振動周波数の変動成分Δf2を消去できる。
発明の効果
以上のように本発明によれば、起歪体の薄肉の応力集中
部に、起歪体の固定端と可動端を結ぶ長手方向とは交差
する方向に貫通孔を穿設して薄肉部を形成し、この薄肉
部の上面に、前記長手方向に突出した突部が形成される
ように前記貫通孔と連通ずる切り欠き孔を穿設し、前記
切り欠き孔によって分割された前記薄肉部の間で起歪体
の固定端または可動端から等距離の第1,第2の取り付
け部の間に振動片を貼付したため、環境温度が変動して
起歪体に線膨張が発生しても第1,第2の取り付け部の
相互間の位置にはほとんど変化が発生しないため、荷重
を正確に測定できる。
部に、起歪体の固定端と可動端を結ぶ長手方向とは交差
する方向に貫通孔を穿設して薄肉部を形成し、この薄肉
部の上面に、前記長手方向に突出した突部が形成される
ように前記貫通孔と連通ずる切り欠き孔を穿設し、前記
切り欠き孔によって分割された前記薄肉部の間で起歪体
の固定端または可動端から等距離の第1,第2の取り付
け部の間に振動片を貼付したため、環境温度が変動して
起歪体に線膨張が発生しても第1,第2の取り付け部の
相互間の位置にはほとんど変化が発生しないため、荷重
を正確に測定できる。
また、前記切り欠き孔によって分割された前記薄肉部の
間で起歪体の固定端または可動端からそれぞれ等距離の
取り付け部の間に一方には力が引張力として作用し他方
には圧縮力として作用するように第1の振動片と第2の
振動片を貼付した場合には、作用する力の方向が引張力
と圧縮力で異なるように貼付された第1,第2の振動片
は、作用する力の大きさが同一でその方向が逆方向であ
るため、検出力については振動周波数の変化の方向が逆
方向であって、環境温度の変化などのノイズについては
第1,第2の振動片の振動周波数は同一の方向に変化す
るため、第1,第2の振動片の振動周波数の偏差を求め
ると、ノイズ成分による振動周波数の変化分を打ち消す
ことができる。
間で起歪体の固定端または可動端からそれぞれ等距離の
取り付け部の間に一方には力が引張力として作用し他方
には圧縮力として作用するように第1の振動片と第2の
振動片を貼付した場合には、作用する力の方向が引張力
と圧縮力で異なるように貼付された第1,第2の振動片
は、作用する力の大きさが同一でその方向が逆方向であ
るため、検出力については振動周波数の変化の方向が逆
方向であって、環境温度の変化などのノイズについては
第1,第2の振動片の振動周波数は同一の方向に変化す
るため、第1,第2の振動片の振動周波数の偏差を求め
ると、ノイズ成分による振動周波数の変化分を打ち消す
ことができる。
また、第1,第2の振動片を、一端が起歪体に貼付され
3本の振動エレメントの他端の相互間を連結して構成し
た場合には、中央の振動エレメントとその両側の振動エ
レメントの間で振動振幅の位相を逆相にすることによっ
て、振動片の固有振動を振動片の中だけに閉じ込めるこ
とができて、僅かの振動振幅であっても荷重を正確に測
定できる。
3本の振動エレメントの他端の相互間を連結して構成し
た場合には、中央の振動エレメントとその両側の振動エ
レメントの間で振動振幅の位相を逆相にすることによっ
て、振動片の固有振動を振動片の中だけに閉じ込めるこ
とができて、僅かの振動振幅であっても荷重を正確に測
定できる。
第1図は本発明の振動式力センサの一実施例の平面図、
第2図は同装置の側面図、第3図は同装置の要部拡大図
、第4図は別の実施例の要部拡大図、第5図は第4図の
側面図、第6図は従来の振動式力センサの平面図、第7
図は同装置の側面図である。 1・・・起歪体、9a〜9b・・・応力集中部、P1・
・・固定端NP2・・・可動端N I O a ” l
O d・・・貫通孔、lla−11d・・・薄肉部、
12・・・切り欠き孔、l3・・・突部、l4・・・振
動片、14a, 14b・・・第1,第2の振動片、E
1〜E3・・・振動エレメント、J1〜J3・・・第1
〜第3の取り付け部、J4〜J8・・・第4〜第6の取
り付け部。 第f図 第2図
第2図は同装置の側面図、第3図は同装置の要部拡大図
、第4図は別の実施例の要部拡大図、第5図は第4図の
側面図、第6図は従来の振動式力センサの平面図、第7
図は同装置の側面図である。 1・・・起歪体、9a〜9b・・・応力集中部、P1・
・・固定端NP2・・・可動端N I O a ” l
O d・・・貫通孔、lla−11d・・・薄肉部、
12・・・切り欠き孔、l3・・・突部、l4・・・振
動片、14a, 14b・・・第1,第2の振動片、E
1〜E3・・・振動エレメント、J1〜J3・・・第1
〜第3の取り付け部、J4〜J8・・・第4〜第6の取
り付け部。 第f図 第2図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、起歪体の薄肉の応力集中部に、起歪体の固定端と可
動端を結ぶ長手方向とは交差する方向に貫通孔を穿設し
て薄肉部を形成し、この薄肉部の上面に、前記長手方向
に突出した突部が形成されるように前記貫通孔と連通す
る切り欠き孔を穿設し、前記切り欠き孔によって分割さ
れた前記薄肉部の間で起歪体の固定端または可動端から
等距離の第1、第2の取り付け部の間に振動片を貼付し
た振動式力センサ。 2、起歪体の薄肉の応力集中部に、起歪体の固定端と可
動端を結ぶ長手方向と交差する方向に貫通孔を穿設して
薄肉部を形成し、この薄肉部の上面に、前記長手方向に
突出した突部が形成されるように前記貫通孔と連通する
切り欠き孔を穿設し、前記切り欠き孔によって分割され
た前記薄肉部の間で起歪体の固定端または可動端からそ
れぞれ等距離の取り付け部の間に一方には力が引張力と
して作用し他方には圧縮力として作用するように第1の
振動片と第2の振動片を貼付し、第1、第2の振動片の
振動周波数の偏差を荷重検出出力とした振動式力センサ
。 3、第1、第2の振動片を、一端が起歪体に貼付され3
本の振動エレメントの他端の相互間を連結して構成した
請求項1、2記載の振動式力センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24256289A JPH03103734A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 振動式力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24256289A JPH03103734A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 振動式力センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03103734A true JPH03103734A (ja) | 1991-04-30 |
Family
ID=17090932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24256289A Pending JPH03103734A (ja) | 1989-09-19 | 1989-09-19 | 振動式力センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03103734A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009162598A (ja) * | 2007-12-29 | 2009-07-23 | Brother Ind Ltd | 表示体及び表示体構造 |
-
1989
- 1989-09-19 JP JP24256289A patent/JPH03103734A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009162598A (ja) * | 2007-12-29 | 2009-07-23 | Brother Ind Ltd | 表示体及び表示体構造 |
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