ひずみゲージアンプの応答周波数範囲

質問

動ひずみ計用アンプ購入にあたって適正な応答周波数性能を
検討、選定するのに何か良い方法はありますでしょうか。

現在、金属をせん断する設備のフレームにひずみゲージを貼り、
アンプを通してPCに取り込み、Labviewにて荷重計算して発生荷重を監視しています。
（荷重のトレンドと、最大荷重）

今回アンプを交換するため購入することになり、現状使っているアンプの
応答周波数性能が適正かどうか検討するよう指示されました。
性能が過剰であれば、応答周波数性能の低いものを購入しろ、ということです。

しかし、そういった知識・経験が無くどうやって検討すればよいか
全く検討もつきません。
現状Labviewで荷重の波形を描画して監視しているのですが、
そういった情報から判断できたりはするのでしょうか。
長さ10～20mの金属板を幅方向に一回でカットする設備で、
荷重は大きく一回立つイメージです。

使用しているひずみゲージは共和　KFG-5-120-C1、アンプの応答周波数性能は
DC～10kHz(偏差±10%)です。

何卒、宜しくお願い致します。

回答No.2

pastrana

現状のデータにLabviewでローパスフィルタをかければ、擬似的ですが、アンプの応答周波数を落とした場合のシミュレーションになるのではないでしょうか。
フィルタのカットオフ周波数を徐々に落としていき、使用に問題のない下限周波数を見つければアンプの選定に役立つはずです。

回答No.1

tance

あくまでヒントとして捉えていただきたいのですが、一般論を述べます。

まず、システム全体をとおしてバランスが取れているかを検討する
必要があります。センサやADコンバータの帯域より大幅に広い
帯域のアンプは無駄なだけでなく、エイリアシングを生じてノイズが
増える可能性があります。（ADの仕様による）

次に検討するのは、いままでのデータが十分なものだったか、です。
どのような波形になるのか判りませんが、どこまで短い周期の
波形を見たいのか、または、どこまで短い立ち上がり波形を
見たいのかで必要帯域が決まります。

今までのデータが必要十分なものだったのなら、LabVIEWの計算結果
だけでなく、生データ波形をみてください。そこにサイン波的な
繰り返し波形があるなら、一番細かいものの周期を測ります。
十分小振幅のものは無視してください。階段状の波形なら
その立ち上がり時間を計ります。

立ち上がり時間とは、段つき部分の段の高さを100%としたとき、10%の
高さを通過する時刻と、90%の高さを通過する時刻との差です。

サイン波状の最短周期（ひとつの山から次の山までの時間）
をTsとすると、最低限必要な帯域は　　1/Ts　　です。

段波形の立ち上がり時間を Tp とすると、必要帯域は 0.35/Tp です。

両方の結果が異なる数字になったときは、当然周波数の高い
方を重視します。

おそらくキレイなサイン波とは限らず、キレイな段波形とも限らないので
上記の計算は目安です。これに余裕をもって考えてください。

もし、ADコンバータのサンプリングレートが判るなら、その
半分の帯域があれば十分です。　例えば、50kspsのサンプリング
レートのADなら、25kHzのアンプでOKです。

その他、途中にフィルタがある場合は、その通過帯域をカバー
すればOKです。

アンプは、大幅な過剰帯域はディメリットが大きいですが、
少々なら余裕を持っておいた方が良いと思います。位相特性
などはカットオフ周波数と言われている周波数より相当低い
周波数から悪化し始めます。そもそも位相特性が重要かどうか
わかりませんが、波形の形そのものが大事なときは帯域の
余裕を見てください。

それと、低周波側の周波数特性が問題になるケースがあります。
それはまた、別の考察が必要です。