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音叉センサについて
音叉センサのしくみ
金属音叉は時計や楽器の音の基準になっていることからも、その振動数はきわめて安定しており、正確です。
この振動特性をさらに引き出しやすくするため、二つの音叉を上下に組み合わせたものが、金属音叉振動子です。
音叉振動子は測定機構に取り付けるときの障害を避けるため、てこや支点機構をモノブロック構造にし、はかり機構部に組み込まれています。
電源を入れると、音叉振動子に取り付けられた圧電素子に電圧を加え、あらかじめ音叉振動子を一定の周波数で振動させておきます。
計量皿に荷重Wが加わると、伝達機構を伝わって音叉振動子をひっぱり、周波数が変化します。
その変化は圧電素子によって読みとられ、CPUで処理して、重量信号に変換されます。
この振動特性をさらに引き出しやすくするため、二つの音叉を上下に組み合わせたものが、金属音叉振動子です。
音叉振動子は測定機構に取り付けるときの障害を避けるため、てこや支点機構をモノブロック構造にし、はかり機構部に組み込まれています。
電源を入れると、音叉振動子に取り付けられた圧電素子に電圧を加え、あらかじめ音叉振動子を一定の周波数で振動させておきます。
計量皿に荷重Wが加わると、伝達機構を伝わって音叉振動子をひっぱり、周波数が変化します。
その変化は圧電素子によって読みとられ、CPUで処理して、重量信号に変換されます。
音叉センサ式センサは、なぜ高精度なのでしょう?
音叉式センサは、細長い振動子に荷重が加わると振動周波数が変化するという原理を利用しています。小さな荷重でも大きく振動周波数が変化しますので、この時の力または重量を測定します。
また、この方式はデジタル出力で処理されますので、A/D変換器を必要とせず原理的な誤差要因が少ないため高精度が得られます。
また、この方式はデジタル出力で処理されますので、A/D変換器を必要とせず原理的な誤差要因が少ないため高精度が得られます。
新光電子はこの音叉式センサをはかりに採用し、1983年世界初の音叉式電子はかりを発表しました。
その後も独自性ある高精度音叉式はかりを開発しています。 本質安全防爆構造の型式認証や、新計量法での国内初の型式認証を取得。またヨーロッパCEマーキングの認証を受けるなど、音叉式センサの性能は世界的にも高い評価を得ています。
その後も独自性ある高精度音叉式はかりを開発しています。 本質安全防爆構造の型式認証や、新計量法での国内初の型式認証を取得。またヨーロッパCEマーキングの認証を受けるなど、音叉式センサの性能は世界的にも高い評価を得ています。
| 音叉式 | ロードセル式 | フォースバランス式 | |
| 長期安定性 (年単位のスパン変化例) |
優れている(1/20万) | 低い(1/1万) | 普通(1/5万) |
| A/D変換 (アナログ/デジタル) |
不要(デジタル出力) | 要(アナログ出力) | 要(アナログ出力) |
| センサの消費電力 | 極小 (ロードセルの数十分の1) |
小 | 大 |
| 耐ノイズ性 | 強い | 弱い | 普通 |
| ウォーミングアップ | 不要 | 要 | 要 |
世界が認めた150億年光年の彼方を見守る、音叉式センサ技術
国立天文台は2000年、ハワイ島マウナケア山頂に世界最大の光学式赤外線望遠鏡「すばる」を完成させました。400億円の巨額を投じて建設されたこの天体望遠鏡には、当社の音叉式センサが採用されています。
「すばる」の反射鏡は、口径8.3m、厚さ20cmの超低膨張ガラスで作られていますが、自重が23トンもあるため鏡面が歪んで焦点が合わなくなります。この歪みをなくすには、直径100km(関東平野に相当する広さ)の表面を±2mmの歪みに抑えるほどの超高精度が求められます。
このため、鏡面をコントロールする261本の主鏡能動支持機構には、きわめて高精度で長期安定性に優れた力センサが必要になりました。そこで数あるセンサの中から、当社の音叉式センサが採用されたのです。
「すばる」の反射鏡は、口径8.3m、厚さ20cmの超低膨張ガラスで作られていますが、自重が23トンもあるため鏡面が歪んで焦点が合わなくなります。この歪みをなくすには、直径100km(関東平野に相当する広さ)の表面を±2mmの歪みに抑えるほどの超高精度が求められます。
このため、鏡面をコントロールする261本の主鏡能動支持機構には、きわめて高精度で長期安定性に優れた力センサが必要になりました。そこで数あるセンサの中から、当社の音叉式センサが採用されたのです。
技術的価値と社会貢献が評価され、音叉式センサが「第27回発明大賞」受賞!
