周波数特性、フィルタ特性、カットオフ周波数について

ロードセルアンプやデジタル指示計の仕様に「周波数特性」や「フィルタ特性」「カットオフ周波数」と言う用語がありますがこれらの用語は同じ特性に関する性能のことを表しています。

ロードセルアンプは、ロードセル入力の微弱な変化量(10mV程度)の電圧を10Vまたは20mAまで増幅(約1000倍)して出力します。入力電圧をそのまま約1000倍に増幅して出力するので入力信号を一瞬だけ切り取って測定するサンプリングという動作はありません。

一方、デジタル指示計は、ロードセル入力の微弱な変化量(5mV程度)を一瞬だけ切り取って測定するサンプリングを1秒間に4回から1000回行い、数100から10000カウント程のデジタル値に変換して表示します。

しかし、ロードセルアンプやデジタル指示計はロードセル入力の変化速度が早くなると(周波数が高くなると)応答できなくなります。

変化量を一定にしたロードセル入力の変化速度(周波数)に対する出力値の比率を表すのが“周波数特性”です。ロードセルアンプでオプション指定するフィルタ(1kHzなど)や、デジタル指示計の移動平均設定などで指定したフィルタの周波数特性のことを“フィルタ特性”と言います。また、出力値が本来の71%しか出力できなくなる変化速度(周波数)のことを“カットオフ周波数 fc”と言います。

これらは、ロードセルアンプやデジタル指示計の応答性を表す指標となり、この特性を利用して細かな振動を排除して安定した出力値にします。

例えばフィルタ特性(カットオフ周波数fc)1kHzのロードセルアンプで10V(100%)を出力するように校正したものは、周波数が100Hz以下だとほぼ10V(100%)を出力しますが、100Hzを超えた辺りから出力の低下が始まり、500Hzでは9.7V(97%)ほどの出力になり、1kHzでは7.1V(71%)しか出力しなくなります。更に周波数が高くなって2kHzでは2.4V(24%)、10kHz以上では出力されなくなってしまいます。

～図1.周波数特性～