信号处理电路以及载荷检测装置的制作方法

1.本发明涉及信号处理电路以及载荷检测装置。


背景技术：

2.在下述专利文献1中公开了如下技术：在具备具有压电效应的应变传感器的传感器节点中，根据应变传感器的静电电容的减少率，推定应变传感器的劣化度，使用与应变传感器的劣化度对应的校正值，计算应变测量值。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2017-3370号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的课题
7.但是，专利文献1的技术推定应变传感器的劣化度，因此，无法准确地计算应变传感器的劣化度，因此，无法更高精度地计算应变测量值。
8.用于解决课题的手段
9.一实施方式的信号处理电路是检测对象物的载荷的信号处理电路，取得设置为检测值因对象物的载荷而变化的第一物理传感器的第一输出值、和设置为检测值不因对象物的载荷而变化，且具有与第一物理传感器相同的电特性的第二物理传感器的第二输出值，计算第一输出值与第二输出值的差分值作为表示对象物的载荷的输出值。
10.发明效果
11.根据一实施方式的信号处理电路，能够计算考虑了物理传感器的检测值的经时变化的、高精度的载荷检测值。
附图说明
12.图1是一实施方式的载荷检测装置的结构图。
13.图2是表示一实施方式的第一应变传感器及第二应变传感器的输出特性的图。
14.图3是表示一实施方式的第一应变传感器及第二应变传感器的输出电压值的经时性变化的图。
15.图4是表示一实施方式的第一输出电压值与第二输出电压值的差分值的经时性变化的图。
16.图5是表示一实施方式的信号处理电路的处理的过程的流程图。
具体实施方式
17.以下，参照附图，对一实施方式进行说明。
18.(载荷检测装置10的结构)
19.图1是表示一实施方式的载荷检测装置10的结构的图。图1所示的载荷检测装置10是检测对象物50的载荷的装置。如图1所示，载荷检测装置10具有：第一应变传感器12、第二应变传感器14、afe芯片20以及信号处理电路30。
20.第一应变传感器12是“第一物理传感器”的一例，是电阻值(检测值)根据应变量而变化的电阻变化型的应变传感器。第一应变传感器12以在对对象物50施加载荷而产生了应变的情况下，该第一应变传感器12的电阻值(以下，表示为“第一电阻值”)变化的方式，相对于对象物50固定地设置。第一应变传感器12相对于对象物50的固定例如使用双面胶带、粘接剂等。由此，第一应变传感器12在对对象物50施加载荷而产生了应变的情况下，第一电阻值变化。例如，第一应变传感器12在伴随对象物50的应变而伸长的情况下，第一电阻值根据对象物50的应变量增加。相反地，第一应变传感器12在伴随对象物50的应变而缩小的情况下，第一电阻值根据对象物50的应变量减少。
21.第二应变传感器14是“第二物理传感器”的一例，是电阻值(检测值)根据应变量而变化的电阻变化型的应变传感器。第二应变传感器14使用具有与第一应变传感器12相同的电特性的应变传感器。另外，第二应变传感器14使用电阻值的经时变化量与第一应变传感器12相同的应变传感器。第二应变传感器14设置为，即使在对对象物50施加载荷而产生了应变的情况下，该第二应变传感器14的电阻值(以下，表示为“第二电阻值”)也不变化。例如，第二应变传感器14设置在不受对象物50的应变的影响的壳体内，与对象物50分离地设置等，由此，设置为即使在对对象物50施加载荷而产生了应变的情况下，第二电阻值也不变化。
22.此外，虽然省略图示，但第一应变传感器12构成为，通过构成桥接电路等，能够将与该第一应变传感器12的第一电阻值对应的电压值(以下，表示为“第一输出电压值”)作为“第一输出值”的一例而输出。
23.同样地，第二应变传感器14构成为，通过构成桥接电路等，能够将与该第二应变传感器14的第二电阻值对应的电压值(以下，表示为“第二输出电压值”)作为“第二输出值”的一例而输出。
24.afe(analog front end：模拟前端)芯片20是在第一应变传感器12以及第二应变传感器14与信号处理电路30之间连接的集成电路。如图1所示，afe芯片20具有：多路复用器(mux)22、放大器(amp)24以及a-d转换器(adc)26。
25.多路复用器22的输入端子与第一应变传感器12的输出端子和第二应变传感器14的输出端子连接。多路复用器22的输出端子与放大器24的输入端子连接。多路复用器22选择性地切换从第一应变传感器12输出的第一输出电压值和从第二应变传感器14输出的第二输出电压值并向放大器24输出。
26.放大器24的输入端子与多路复用器22的输出端子连接。放大器24的输出端子与a-d转换器26的输入端子连接。放大器24对从多路复用器22输出的第一输出电压值和第二输出电压值进行放大，向a-d转换器26输出。
27.a-d转换器26的输入端子与放大器24的输出端子连接。a-d转换器26的输出端子与信号处理电路30的输入端子连接。a-d转换器26将从放大器24输出的第一输出电压值和第二输出电压值从模拟信号转换为数字信号，向信号处理电路30输出。
28.信号处理电路30的输入端子与a-d转换器26的输出端子连接。信号处理电路30的
输出端子根据载荷检测装置10的利用目的，经由有线或无线与外部装置60(例如，假设微型计算机，但也可以是个人计算机、智能手机、平板终端、服务器等)连接。
29.信号处理电路30根据从a-d转换器26输出的第一输出电压值和第二输出电压值来计算表示对象物50的载荷的载荷检测值。然后，信号处理电路30将计算出的载荷检测值向外部装置60输出。具体而言，信号处理电路30计算第一输出电压值与第二输出电压值的差分值作为表示对象物50的载荷的载荷检测值。
30.如上所述，第二应变传感器14设置为即使在对对象物50施加了载荷的情况下第二电阻值也不变化，且，第一应变传感器12的第一输出电压值的经时变化量与第二应变传感器14的第二输出电压值的经时变化量相同。因此，信号处理电路30通过从第一输出电压值减去第二输出电压值，能够计算第一输出电压值的经时变化量被第二输出电压值的经时变化量抵消的载荷检测值。
31.此外，信号处理电路30例如通过设置在afe(analog front end：模拟前端)芯片20上的处理器、存储器等来实现。
32.(第一应变传感器12和第二应变传感器14的输出特性)
33.图2是表示一实施方式的第一应变传感器12及第二应变传感器14的输出特性的图。在图2所示的图表中，横轴表示施加于对象物50的载荷，纵轴表示第一应变传感器12及第二应变传感器14的输出电压值。
34.此外，在图2所示的图表中，实线表示第一应变传感器12的第一输出电压值。另外，虚线表示作为基准用而使用的第二应变传感器14的第二输出电压值。另外，虚线表示第二应变传感器14被设置为第二电阻值不变化的情况下的、第二应变传感器14的第二输出电压值。
35.如图2中实线所示，第一应变传感器12固定设置于对象物50，因此，随着施加于对象物50的载荷增加，第一输出电压值以一定的减少率减少。
36.另外，如图2中虚线所示，第二应变传感器14具有与第一应变传感器12相同的电特性，因此，假设在固定设置于对象物50的情况下，随着施加于对象物50的载荷增加，第二输出电压值以一定的减少率(与第一输出电压值的减少率相同的减少率)减少。
37.但是，在本实施方式的载荷检测装置10中，第二应变传感器14设置为，即使在对对象物50施加载荷而产生了应变的情况下，第二输出电压值也不变化。因此，如图2中虚线所示，在本实施方式的载荷检测装置10中，第二应变传感器14的第二输出电压值与施加于对象物50的载荷的变化无关，是一定的。
38.(第一应变传感器12和第二应变传感器14的输出电压值的经时性变化)
39.图3是表示一实施方式的第一应变传感器12及第二应变传感器14的输出电压值的经时性变化的图。在图3所示的图表中，横轴表示时间，纵轴表示第一应变传感器12及第二应变传感器14的输出电压值。此外，图3表示对对象物施加了一定的载荷的条件下的、第一应变传感器12以及第二应变传感器14的输出电压值。因此，在图3中，在第一应变传感器12的输出电压值与第二应变传感器14的输出电压值之间产生与一定的载荷对应的差分。
40.图4是表示一实施方式的第一输出电压值与第二输出电压值的差分值的经时性变化的图。在图4所示的图表中，横轴表示时间，纵轴表示第一输出电压值与第二输出电压值的差分值。
41.第一应变传感器12及第二应变传感器14具有彼此相同的电特性，且以彼此相同的工艺进行制造。因此，如图3所示，关于第一应变传感器12的第一输出电压值和第二应变传感器14的第二输出电压值，因经时性变化，随着时间经过，以彼此相同的减少率减少。因此，如图4所示，在对对象物50施加了一定的载荷时，第一输出电压值与第二应变传感器14的差分值与时间经过无关，是一定的。
42.(信号处理电路30进行的处理的过程)
43.图5是表示一实施方式的信号处理电路30进行的处理的过程的流程图。
44.首先，信号处理电路30取得从a-d转换器26输出的第一输出电压值(步骤s501)。在此，信号处理电路30通过将多路复用器22的输出切换为第一输出电压值，能够从a-d转换器26输出第一输出电压值。
45.接着，信号处理电路30取得从a-d转换器26输出的第二输出电压值(步骤s502)。在此，信号处理电路30通过将多路复用器22的输出切换为第二输出电压值，能够从a-d转换器26输出第二输出电压值。
46.然后，信号处理电路30计算在步骤s501中取得的第一电压值与在步骤s502中取得的第二电压值的差分值，作为表示对象物50的载荷的载荷检测值(步骤s503)。由此计算的载荷检测值是第一输出电压值的经时变化量被第二输出电压值的经时变化量抵消的值，高精度地表示对象物50的载荷。
47.然后，信号处理电路30将在步骤s503中计算出的载荷检测值向外部装置60输出，结束图5所示的一系列的处理。
48.如以上说明的那样，一实施方式的信号处理电路30是检测对象物50的载荷的信号处理电路30，取得设置为电阻值因对象物50的应变而变化的电阻变化型的第一应变传感器12的第一输出电压值、和设置为电阻值不因对象物50的应变而变化且具有与第一应变传感器12相同的电特性的电阻变化型的第二应变传感器14的第二输出电压值，计算第一输出电压值与第二输出电压值的差分值作为表示对象物50的载荷的载荷检测值。
49.由此，一实施方式的信号处理电路30能够计算第一输出电压值的经时变化量被第二输出电压值的经时变化量抵消的高精度的载荷检测值。
50.特别是，在一实施方式的信号处理电路30中，第一应变传感器12的第一输出电压值和第二应变传感器14的第二输出电压值的经时变化量彼此相等。
51.由此，一实施方式的信号处理电路30能够计算第一输出电压值的经时变化量被第二输出电压值的经时变化量更可靠地抵消的更高精度的载荷检测值。
52.另外，一实施方式的载荷检测装置10是检测对象物50的载荷的载荷检测装置10，具有：电阻变化型的第一应变传感器12，其设置为电阻值因对象物50的载荷而变化；电阻变化型的第二应变传感器14，其设置为电阻值不因对象物50的应变而变化，且具有与第一应变传感器12相同的电特性；以及信号处理电路30，其计算第一应变传感器12的第一输出电压值与第二应变传感器14的第二输出电压值的差分值，作为表示对象物50的载荷的载荷检测值。
53.由此，一实施方式的载荷检测装置10能够计算第一输出电压值的经时变化量被第二输出电压值的经时变化量抵消的高精度的载荷检测值。
54.特别是，在一实施方式的载荷检测装置10中，第一应变传感器12的第一输出电压
值以及第二应变传感器14的第二输出电压值的经时变化量彼此相等。
55.由此，一实施方式的载荷检测装置10能够计算第一输出电压值的经时变化量被第二输出电压值的经时变化量更可靠地抵消的更高精度的载荷检测值。
56.另外，一实施方式的载荷检测装置10还具有：多路复用器22，其选择性地切换第一应变传感器12的第一输出电压值和第二应变传感器14的第二输出电压值，并向信号处理电路30输出。
57.由此，一实施方式的载荷检测装置10能够通过比较简单的电路结构实现将第一应变传感器12的第一输出电压值和第二应变传感器14的第二输出电压值向信号处理电路30供给的功能。
58.此外，一实施方式的载荷检测装置10还具有温度校正功能。由此，一实施方式的载荷检测装置10能够通过由温度传感器检测出的温度来校正第一应变传感器12以及第二应变传感器14的传感器输出值，因此，能够更高精度地计算载荷检测值。
59.另外，一实施方式的载荷检测装置10能够根据储存在afe芯片20的第二输出电压值的初始值与由第二应变传感器14检测出的第二输出电压值的当前值的差分，来计算第一应变传感器12以及第二应变传感器14的劣化度。并且，一实施方式的载荷检测装置10也能够构成为根据计算出的劣化度来促进倾向。
60.以上，对本发明的一实施方式进行了详述，但本发明并不限定于这些实施方式，在请求专利保护的技术方案范围所记载的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形或变更。
61.例如，载荷检测装置10的电路结构不限于图1所示的结构。即，载荷检测装置10的电路结构只要是至少将第一输出电压值以及第二输出电压值输入到信号处理电路30的电路结构，则可以是任意的电路结构。例如，载荷检测装置10也可以是不具有放大器24的结构。
62.另外，“第一物理传感器”以及“第二物理传感器”只要是能够设置为检测值因对象物的载荷而变化，且检测值不因对象物的载荷而变化的传感器，则可以是任意的传感器。
63.本国际申请主张基于2020年4月9日申请的日本专利申请第2020-070475号的优先权，将该申请的全部内容引用于本国际申请。
64.符号说明
65.10 载荷检测装置
66.12 第一应变传感器(第一物理传感器)
67.14 第二应变传感器(第二物理传感器)
68.20 afe芯片
69.22 多路复用器
70.24 放大器
71.26 a-d转换器
72.30 信号处理电路
73.50 对象物
74.60 外部装置。