オシロスコープでロードセルを測定

オシロスコープでロードセルを測定

ずみ
ずみ (ID4371) 2019/03/12
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DMM.make AKIBAでキーサイト様のオシロスコープキャンペーンが開催とのことで、ちょうどオシロスコープを使ってロードセルの出力や電源回りを観察してみたいと考えていたため、実際に使ってみることにしました!

オシロスコープ&アナログ回路初心者のため、内容や使い方に間違いがあるかもしれません。ご指摘やご指南をいただけると大変ありがたく存じます。

DSOX1204G

キャンペーンで利用できるのはキーサイト様の最新モデル「DSOX1204G」です。
DMM.make AKIBAの10F、12Fにキャンペーンの間設置されております。

黒い!めっちゃかっこいい!LEDがとても素敵!
とても優れたビジュアルをしており 測定してぇ!という気持ちさせてくれます。

入力は4ch、通常の波形測定に加えてファンクションジェネレータやロジックアナライザ等の機能もあり非常に多機能となっております!
これまではそれぞれ用意する必要があったものがこれ1台で済んでしまいそうです。

ロードセル仕様

使用するロードセルの仕様は下記になります。

・定格荷重:5 kg
・定格出力:1.0±0.15 mV/V
・電源電圧:5 V

定格荷重時の出力電圧は、定格出力×電源電圧になりますので、
定格荷重5kgをかけた際は5mvが出力されることになります。

ロードセル単体での測定...はうまくいかず

https://www.youtube.com/watch?v=9fCZ_LmOM7I

ロードセル単体の出力を見ようと思いましたが、波形が荒れてしまいました。
出力電圧が最大でも5mVと微小なため、ノイズ成分の方が大きく荒れた波形になってしまったと考えております(測り方がよくない可能性も)。
出力と電源はほぼ同程度の振幅(300mV前後)が発生しておりました
電源にスイッチング電源を用いており、それのリプルの影響も少なからず受けていそうです。
電池単体を測定した場合は振幅がの荒れは1/5程度でした。

ロードセルを指で押すと波形がほんの少し上下している様子が見えるため、動作はしていることが確認できました。

アンプ回路を追加

出力を増幅するため、アンプ回路を製作しました。
DMM.make AKIBAの基板加工機"LPKF"を用いて基板を削り出しました。
外注だと1~2週間はかかってしまうところをLPKFなら1日で作れてしまうのは本当にありがたいですね...試作を繰り返す場合は非常に重宝します。

アンプには計装アンプ”LT1167CN8”を使用しております。
抵抗1個で増幅率を決めれる初心者にもやさしいアンプです。
今回は増幅率495倍で設定しております。
実際にはアンプにも抵抗にも個体差や誤差があるため、多少前後することになります。

ロードセル+アンプの出力結果

https://www.youtube.com/watch?v=HbkFl2EVdw0

想定していた波形を見ることができました!
逆方向の力もしっかり出力できております。

一番懸念していたのが電源に絶縁DCDCを使用したことで、電圧のリプルがそのまま増幅されて大きく乱れた波形になることでした。
電源電圧の振幅とアンプの出力電圧の振幅がほとんど一緒だったため、電源のリプルが増幅されているといういことはなさそうで、アンプ回路は問題ないだろうと判断します。

検証

試しにペットボトル(500g)をつるしてみました。
計算上は247.5mVが出力されるはずですが...

500gをつるした際の出力電圧は 245mVとほぼほぼ計算通りの結果となりました!
ロードセルやアンプの精度、使い方は問題なさそうなことが確認できました。
リニアリティも確認したかったですが、ペットボトル数本をうまくつるせなかったので準備してからまた検証してみようと思います。

今後

これからプログラム製作に入ります!最終的に6軸力を見れるようになるのが目標です。

オシロスコープを使ってみての感想

オシロスコープはあまり触ったことがありませんでしたが、特に困ることなくスムーズに扱うことができ、非常に使いやすい印象を受けました!

これまでは回路にトラブルがあった場合、思いついた原因を総当たりのごとく修正して動作するかどうかの繰り返しやってしまっており解決に時間がかかっておりましたが、オシロスコープを活用することでより短時間で理論的に解決できそうに感じました。

今後もどんどん活用していきたいと思います!

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