(57)【要約】【課題】  差動トランス式変位計と歪みゲージ式変位計のいずれを使用する場合であっても、共通して使用することが可能な変位計用アンプ装置を提供する。【解決手段】  変位計が差動トランス式変位計であるか歪みゲージ式変位計であるかの種別を記憶した不揮発性記憶素子と、変位計の種別に基づいて変位計から受信した出力信号に対するゲインの値を変更する計装アンプ５５と、変位計の種別に基づいて変位計から受信した出力信号に対する検波の方法を変更する相関係数計算部５８と、変位計の種別に基づいて変位計に送信する電源電圧の波形を変更する波形メモリ５３および波形制御部５４とを備える。【選択図】        図４
2011169774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料試験機に使用される差動トランス式変位計と、歪みゲージ式変位計とを選択使用可能な変位計用アンプ装置であって、
接続された変位計が差動トランス式変位計であるか歪みゲージ式変位計であるかを識別する識別手段と、
前記識別手段により識別した変位計の種別に基づいて、前記変位計から受信した出力信号に対するゲインの値を変更するゲイン変更手段と、
前記識別手段により識別した変位計の種別に基づいて、前記変位計から受信した出力信号に対する検波の方法を変更する検波変更手段と、
前記識別手段により識別した変位計の種別に基づいて、前記変位計に送信する電源電圧の波形を変更する電源電圧変更手段と、
を備えたことを特徴とする変位計用アンプ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変位計用アンプ装置において、
前記変位計が差動トランス式変位計であるか歪みゲージ式変位計であるかの種別と、前記変位計に固有の電気的キャリブレーション用情報とを記憶した記憶部を備えるケーブルユニットを備え、
前記識別手段は、前記記憶部に記憶された前記変位計が差動トランス式変位計であるか歪みゲージ式変位計であるかの種別の情報を読み込むことにより、接続された変位計が差動トランス式変位計であるか歪みゲージ式変位計であるかを識別することを特徴とする変位計用アンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、変位計用アンプ装置に関し、特に、材料試験機に使用される差動トランス式変位計と、歪みゲージ式変位計とを選択使用可能な変位計用アンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静的試験や疲労試験等を実行する材料試験機においては、試験片の変位を測定するために変位計が使用される。このような変位計としては、例えば、差動コイルに発生する起電力の差を検出することにより変位を測定するＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）式とも呼称される差動トランス式変位計や、ひずみゲージの抵抗変化を検出することにより変位を測定するＳＧ（Ｓｔｒａｉｎ  Ｇａｕｇｅ）式とも呼称される歪みゲージ式変位計が知られている。これらの変位計は、変位計用アンプを介して、材料試験機に接続されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、特許文献２には、変位量に対応したＬＶＤＴ出力をケーブルユニットを介して計装アンプ供給するに際し、材料試験機の電源を投入するたびに計装アンプのゲインを調整しなければならないという問題を解決するために、差動トランス式変位計に実変位を与えることなく電気的に仮想的変位出力を供給するためのキャリブレーション用インピーダンスを備えたケーブルユニットを利用する材料試験機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３１２５６号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
差動トランス式変位計と歪みゲージ式変位計とは、その電気的特性に違いがある。例えば、差動トランス式変位計は交流でのみ駆動されるのに対し、歪みゲージ式変位計は直流でも駆動される。また、差動トランス式変位計の検出感度は比較的高いことから受信回路のゲインは低く設定されるのに対し、歪みゲージ式変位計の検出感度は比較的低く受信回路のゲインを高く設定する必要がある等の差違がある。このため、差動トランス式変位計と、歪みゲージ式変位計との両者を使用する場合には、変位計用アンプも変位計の形式に対応して複数個準備する必要がある。
【０００６】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、差動トランス式変位計と歪みゲージ式変位計のいずれを使用する場合であっても、共通して使用することが可能な変位計用アンプ装置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】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、材料試験機に使用される差動トランス式変位計と、歪みゲージ式変位計とを選択使用可能な変位計用アンプ装置であって、接続された変位計が差動トランス式変位計であるか歪みゲージ式変位計であるかを識別する識別手段と、前記識別手段により識別した変位計の種別に基づいて、前記変位計から受信した出力信号に対するゲインの値を変更するゲイン変更手段と、前記識別手段により識別した変位計の種別に基づいて、前記変位計から受信した出力信号に対する検波の方法を変更する検波変更手段と、前記識別手段により識別した変位計の種別に基づいて、前記変位計に送信する電源電圧の波形を変更する電源電圧変更手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記変位計が差動トランス式変位計であるか歪みゲージ式変位計であるかの種別と、前記変位計に固有の電気的キャリブレーション用情報とを記憶した記憶部を備えるケーブルユニットを備え、前記識別手段は、前記記憶部に記憶された前記変位計が差動トランス式変位計であるか歪みゲージ式変位計であるかの種別の情報を読み込むことにより、接続された変位計が差動トランス式変位計であるか歪みゲージ式変位計であるかを識別することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、差動トランス式変位計と歪みゲージ式変位計のいずれを使用する場合であっても、単一の変位計用アンプを使用することができる。このため、経済的であり、かつ、設置スペースを小さくすることが可能となる。また、変位計の選択に拡張性を得ることが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、ケーブルユニットにおける記憶部に記憶された変位計の種別の情報を利用して接続された変位計が差動トランス式変位計であるか歪みゲージ式変位計であるかを識別できるとともに、この記憶部に記憶された変位計に固有の電気的キャリブレーション用情報を利用して電気的キャリブレーションを実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明に係る変位計用アンプ装置を適用した材料試験機の概要図である。
【図２】ケーブルユニット２４の概要図である。
【図３】変位計１５に対応したケーブルユニット２４の機能を示す説明図である。
【図４】アンプコントローラ２５のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る変位計用アンプ装置を適用した材料試験機の概要図である。
【００１３】
この材料試験機は、テーブル１６と、このテーブル１６上に鉛直方向を向く状態で回転可能に立設された一対のねじ棹１１、１２と、これらのねじ棹１１、１２に沿って移動可能なクロスヘッド１３と、このクロスヘッド１３を移動させて試験片１０に対して試験力を付与するための負荷機構３０とを備える。
【００１４】
クロスヘッド１３は、一対のねじ棹１１、１２に対して、図示を省略したナットを介して連結されている。各ねじ棹１１、１２の下端部には、負荷機構３０におけるウォーム減速機３２、３３が連結されている。このウォーム減速機３２、３３は、負荷機構３０の駆動源であるサーボモータ３１と連結されており、サーボモータ３１の回転がウォーム減速機３２、３３を介して、一対のねじ棹１１、１２に伝達される構成となっている。サーボモータ３１の回転によって、一対のねじ棹１１、１２が同期して回転することにより、クロスヘッド１３は、これらのねじ棹１１、１２に沿って昇降する。
【００１５】
クロスヘッド１３には、試験片１０の上端部を把持するための上つかみ具２１が付設されている。一方、テーブル１６には、試験片１０の下端部を把持するための下つかみ具２２が付設されている。引っ張り試験を行う場合には、試験片１０の両端部をこれらの上つかみ具２１および下つかみ具２２により把持した状態で、クロスヘッド１３を上昇させることにより、試験片１０に試験力（引張荷重）を負荷する。
【００１６】
このときに、試験片１０に作用する試験力はロードセル１４によって検出され、演算制御部２３に入力される。また、試験片１０における標点間の距離の変位量は、変位計１５により測定される。この変位計１５による変位量の測定値は、ケーブルユニット２４およびアンプコントローラ２５を介して、演算制御部２３に入力される。このケーブルユニット２４およびアンプコントローラ２５は、この発明に係る変位計用アンプ装置を構成する。
【００１７】
演算制御部２３はコンピュータやシーケンサーおよびこれらの周辺機器によって構成されており、ロードセル１４および変位計１５からの試験力データおよび変位量データを取り込んでデータ処理を実行する。また、サーボモータ３１は、この演算制御部２３により、フィードバック制御される。
【００１８】
図２は、図１に示すケーブルユニット２４の概要図である。
【００１９】
このケーブルユニット２４は、変位計１５とアンプコントローラ２５との間を接続するものであり、変位計側コネクタ２４１と、試験機側コネクタ２４２と、これらを連結するケーブル本体２４３とから構成される。試験機側コネクタ２４２の内部には、基板２４４が配設されており、この基板２４４上には、後述する受動回路と不揮発性記憶素子とが搭載されている。
【００２０】
後述するように、変位計１５には、差動トランス式変位計と歪みゲージ式変位計とがあり、それらの特性は互いに異なるばかりでなく、同種の変位計であっても使用される仕様により電気的特性が異なり、また、全く同一の製品であってもその特性には製造や組立のばらつきによる違いがみられる。このため、基板２４４上に搭載してある不揮発性記憶手段の記憶内容、ならびに、受動回路における抵抗器の抵抗値およびコンデンサの静電容量値は、各変位計１５の固有特性に適合した内容に設定される。すなわち、不揮発性記憶素子には、変位計に固有の電気的キャリブレーション用情報が記憶され、受動回路は各変位計に対応した設定がなされている。
【００２１】
図３は、変位計１５に対応したケーブルユニット２４の機能を示す説明図である。ここで、図３（ａ）は、差動トランス式変位計１５ａ用のケーブルユニット２４ａを示し、図３（ｂ）は、歪みゲージ式変位計１５ｂ用のケーブルユニット２４ｂを示している。
【００２２】
図３（ａ）に示す差動トランス式変位計１５ａ用のケーブルユニット２４ａは、作動トランス式変位計用の受動回路２４５ａと、不揮発性記憶素子２４６ａとを備えている。不揮発性記憶素子２４６ａには、作動トランス式変位計１５ａに固有の電気的キャリブレーション用情報が記憶され、受動回路２４５ａは作動トランス式変位計１５ａに対応した設定がなされている。一方、図３（ｂ）に示す歪みゲージ式変位計１５ｂ用のケーブルユニット２４ｂは、歪みゲージ式変位計用の受動回路２４５ｂと、不揮発性記憶素子２４６ｂとを備えている。不揮発性記憶素子２４６ｂには、歪みゲージ式変位計１５ｂに固有の電気的キャリブレーション用情報が記憶され、受動回路２４５ｂは歪みゲージ式変位計１５ｂに対応した設定がなされている。
【００２３】
但し、差動トランス式変位計１５ａ用と歪みゲージ式変位計１５ｂ用とにおける変位計側コネクタ２４１および試験機側コネクタ２４２の形状やピン割付は、全く同一となっている。このため、これらを選択的に使用することが可能となる。
【００２４】
図４は、図１に示すアンプコントローラ２５のブロック図である。
【００２５】
このアンプコントローラ２５は、アンプユニット５０と制御回路６０とから構成される。アンプユニット５０は、ケーブルユニット２４における受動回路２４５に対して変位計１５の一次側駆動信号としてのアナログ信号を送信するとともに、この受動回路２４５から変位計１５の二次側受信信号としてのアナログ信号を受信する。また、制御回路６０は、ケーブルユニット２４における不揮発性記憶素子２４６にアクセスすることにより、この不揮発性記憶素子２４６から、ケーブルユニット２４を介して接続された変位計１５が差動トランス式変位計１５ａであるか歪みゲージ式変位計１５ｂであるかの種別の情報と、この変位計１５に固有の電気的キャリブレーション用情報とを読み取る。また、この制御回路６０は、材料試験機本体における演算制御部２３に接続されている。
【００２６】
このアンプコントローラ２５においては、上述したように、制御回路６０がケーブルユニット２４における不揮発性記憶素子２４６にアクセスすることにより、ケーブルユニット２４を介して接続された変位計１５が差動トランス式変位計１５ａであるか歪みゲージ式変位計１５ｂであるかを識別する。そして、識別した接続された変位計１５が差動トランス式変位計１５ａであるか歪みゲージ式変位計１５ｂであるかの情報に基づいて下記の動作を実行する。この制御回路６０および不揮発性記憶素子２４６は、接続された変位計１５が差動トランス式変位計１５ａであるか歪みゲージ式変位計１５ｂであるかを識別する識別手段として機能する。
【００２７】
アンプコントローラ２５における駆動側の回路においては、制御回路６０が識別した変位計１５の情報に基づいて、この変位計１５に出力する一次側駆動信号を生成する。すなわち、制御回路６０の制御により、波形メモリ５３から、変位計１５に対応した電源電圧の波形のデータを出力する。より具体的には、差動トランス式変位計１５ａに対しては電源電圧として正弦波を出力し、歪みゲージ式変位計１５ｂに対しては電源電圧として直流のデータを出力する。このときには、波形制御部５４において、差動トランス式変位計１５ａのときには波形メモリ５３のアドレスをすすめ、歪みゲージ式変位計１５ｂのときには波形メモリ５３のアドレスを固定しておく。また、波形制御部５４は、各差動トランス式変位計１５ａに対応した周波数を選択する。波形メモリ５３からの出力は、Ｄ／Ａ変換器でＤ／Ａ変換された後、パワーアンプ５１を介して変位計１５に出力される。
【００２８】
一方、アンプコントローラ２５における受信側の回路においては、制御回路６０が識別した変位計１５の情報に基づいて、この変位計１５から受信する二次側受信信号を処理する。すなわち、最初に、計装アンプ５５が、受信信号に対する増幅率を、差動トランス式変位計１５ａと歪みゲージ式変位計１５ｂとで変更する。また、このときには、変位計１５に固有の電気的キャリブレーション用情報に基づいて、増幅率が調整される。この信号は、キャリア信号を残したままで、ローパスフィルタ５６およびＡ／Ｄ変換器５７を介して、相関係数計算部５８に送信される。
【００２９】
この相関係数計算部５８においては、キャリア信号の検波、すなわち、復調を実行する。この相関係数計算部５８は、制御回路６０が識別した変位計１５の種類に応じて変位計１５から受信した出力信号に対する検波の方法を変更する検波変更手段として機能するものであり、変位計１５が差動トランス式変位計１５ａであるか歪みゲージ式変位計１５ｂであるかの情報に基づいて検波方式を変更する。より具体的には、差動トランス式変位計１５ａのときにはｅｊωｔ  との相関をとることにより検波を行い、歪みゲージ式変位計１５ｂのときには一定値との相関をとることにより検波を行う。なお、このような検波の方法は、例えば、特開２００８−７６３００号公報等に開示されている。
【００３０】
検波後の受信信号は、デジタルフィルタ５９において、キャリア信号の１周期分ごとの測定結果が平均化され、制御回路６０に入力される。そして、制御回路６０は、アンプユニット５０において処理後の二次側受信信号を、図１に示す演算制御部２３に送信する。
【００３１】
以上のように、この発明に係る変位計用アンプ装置においては、変位計１５として、差動トランス式変位計１５ａと、歪みゲージ式変位計１５ｂとを選択的に使用することが可能となる。
【符号の説明】
【００３２】
１０      試験片
１１      ねじ棹
１２      ねじ棹
１３      クロスヘッド
１４      ロードセル
１５      変位計
１６      テーブル
１７      照明装置
２１      上つかみ具
２２      下つかみ具
２３      演算制御部
２４      ケーブルユニット
２５      アンプコントローラ
３０      負荷機構
３１      サーボモータ
５０      アンプユニット
５１      パワーアンプ
５２      Ｄ／Ａ変換器
５３      波形メモリ
５４      波形制御部
５５      計装アンプ
５６      ローパスフィルタ
５７      Ａ／Ｄ変換器
５８      相関係数計算部
５９      デジタルフィルタ
６０      制御回路
２４１    変位計側コネクタ
２４２    試験機側コネクタ
２４３    ケーブル本体
２４４    基板
２４５    受動回路
２４６    不揮発性素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011169774.tif 000006