(57)【要約】  本発明は、構造物の基準点に結合されるように構成された変位変換器装置（１）に関する。該装置は、構造物の第１の基準点（Ａ）に一体的に固定されるように意図された第１の要素（６）と、互いに磁気的に反発するように配置された、すなわち互いに対向する表面に同一の極を有する第１の磁石（３）および第２の磁石（４）と、第１の磁石（３）および第２の磁石（４）の近傍に配置され、第１の磁石（３）と第２の磁石（４）との間に存在する磁場における変動を検出するように、およびその変動を処理ユニットが処理できる信号に変換するように構成された変換器（５）と、を備える。変位変換器装置（１）は、構造物の第２の基準点（Ｂ）に一体的に固定される第２の要素（７）を備える。第１の基準点（Ａ）または第２の基準点（Ｂ）の相対的な動きが変換器（５）によって検出可能な磁場における変動を引き起こすように、第１の磁石（３）、第２の磁石（４）または変換器（５）のうちの１つは、第１の要素（６）に接続され、第１の磁石（３）、第２の磁石（４）または変換器（５）のうちの残りの要素は、第２の要素（７）に接続される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の基準点に結合されるように構成された変位変換器装置（１）であって、
前記構造物の対応する第１の基準点（Ａ）に一体的に固定されるように意図された第１の要素（６）と、
互いに磁気的に反発するように配置された第１の磁石（３；２３；３３）および第２の磁石（４；２４；３４）と、
前記第１の磁石（３；２３；３３）および前記第２の磁石（４；２４；３４）の近傍に配置され、前記第１の磁石（３；２３；３３）と前記第２の磁石（４；２４；３４）との間に存在する磁場における変動を検出するように、および前記変動を処理ユニットが処理できる信号に変換するように構成された変換器（５；２５；３５）と、
を備え、
前記変位変換器装置（１）は、前記構造物の第２の基準点（Ｂ）に一体的に固定されるように意図された第２の要素（７）を備え、
前記第１の基準点（Ａ）および前記第２の基準点（Ｂ）は、前記構造物の互いに異なる点であり、
前記第１の基準点（Ａ）または前記第２の基準点（Ｂ）の相対的且つ独立した動きが前記変換器（５；２５；３５）によって検出可能な磁場における変動を引き起こすように、前記第１の磁石（３；２３；３３）、前記第２の磁石（４；２４；３４）または前記変換器（５；２５；３５）のうちの１つは、前記第１の要素（６）に拘束され、前記第１の磁石（３；２３；３３）、前記第２の磁石（４；２４；３４）または前記変換器（５；２５；３５）のうちの残りの要素は、前記第２の要素（７）に拘束されることを特徴とする、
変換器装置（１）。
【請求項２】
前記変換器（５；２５；３５）は、前記第１の磁石（３；２３；３３）と前記第２の磁石（４；２４；３４）との間に配置される、
請求項１に記載の変換器装置（１）。
【請求項３】
前記第１の磁石（３；２３；３３）および前記第２の磁石（４；２４；３４）は、永久磁石である、
請求項１または２に記載の変換器装置（１）。
【請求項４】
前記変換器（５；２５；３５）は、単軸、２軸または３軸のホール効果型センサである、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の変換器装置（１）。
【請求項５】
湿度センサおよび／または温度センサを備える、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の変換器装置（１）。
【請求項６】
前記第１の基準点（Ａ）と前記第１の要素（６）との間に一体的に配置された第１のスペーサ（８）と、
前記第２の基準点（Ｂ）と前記第２の要素（７）との間に一体的に配置された第２のスペーサ（９）と、
を備え、
前記第１の要素（６）および前記第２の要素（７）は、平板形状を有し、第１の端部（６ａ，７ａ）を介して、前記第１のスペーサ（８）および前記第２のスペーサ（９）にそれぞれ接続される、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の変換器装置（１）。
【請求項７】
前記第１の磁石（３）および前記第２の磁石（４）からなる第１の対を有し、前記第１の磁石（３）および前記第２の磁石（４）は、円筒形またはプリズム形状を有し、互いに対向する平坦な第１の基部（３ａ）および第２の基部（４ａ）をそれぞれ有し、
前記第１の基部（３ａ）は、前記第１の要素（６）の上面に一致し、
前記第２の磁石（４）の前記第２の基部（４ａ）の反対側の基部（４ｂ）は、前記第２の要素（７）の上面に一致し、
第１の長手方向軸（Ｌ１）が、前記第１の磁石（３）および前記第２の磁石（４）のそれぞれの質量中心を通り、
前記第１の基準点（Ａ）または前記第２の基準点（Ｂ）の動きに起因する前記第１の磁石（３）および前記第２の磁石（４）または前記変換器（５）の動きが前記第１の長手方向軸（Ｌ１）に対して垂直であり、前記第１の長手方向軸（Ｌ１）が前記第１の基準点（Ａ）および前記第２の基準点（Ｂ）を通る直線（Ｘ）に対して垂直であるように、前記第１の磁石（３）および前記第２の磁石（４）は、前記第１の要素（６）および前記第２の要素（７）の前記第１の端部（６ａ，７ａ）の反対側の第２の自由端部（６ｂ，７ｂ）にそれぞれ拘束される、
請求項６に記載の変換器装置（１）。
【請求項８】
前記第１の磁石（２３）および前記第２の磁石（２４）からなる第２の対を有し、前記第１の磁石（２３）および前記第２の磁石（２４）は、円筒形またはプリズム形状を有し、互いに対向する平坦な第１の基部（２３ａ）および第２の基部（２４ａ）をそれぞれ有し、
前記第１の基部（２３ａ）は、前記第１の要素（６）の上面に対して垂直に配向され、
前記第２の基部（２４ａ）は、前記第１の要素（６）または前記第２の要素（７）の上面に対して垂直に配向され、
第２の長手方向軸（Ｌ２）が、前記第１の磁石（２３）および前記第２の磁石（２４）のそれぞれの質量中心を通り、
前記第１の基準点（Ａ）または前記第２の基準点（Ｂ）の相対的な動きに起因する前記第１の磁石（２３）および前記第２の磁石（２４）または前記変換器（２５）の動きが前記第２の長手方向軸（Ｌ２）に対して平行であり、前記第２の長手方向軸（Ｌ２）が前記第１の基準点（Ａ）および前記第２の基準点（Ｂ）を通る直線（Ｘ）に対して平行であるように、前記第１の磁石（２３）および前記第２の磁石（２４）は、前記第１の要素（６）および前記第２の要素（７）の前記第１の端部（６ａ，７ａ）の反対側の第２の自由端部（６ｂ，７ｂ）にまたはその近傍にそれぞれ接続される、
請求項６に記載の変換器装置（１）。
【請求項９】
前記第１の磁石（３）および前記第２の磁石（４）からなる前記第１の対と、前記第１の磁石（２３）および前記第２の磁石（２４）からなる前記第２の対と、前記第１の磁石（３３）および前記第２の磁石（３４）からなる第３の対と、を有し、これらの前記対は、前記対の磁石の間に配置された第１の変換器（５）、第２の変換器（２５）および第３の変換器（３５）をそれぞれ把持し、
前記第１の磁石（３）および前記第２の磁石（４）からなる前記第１の対の質量中心を通る前記第１の長手方向軸（Ｌ１）は、前記第１の基準点（Ａ）および前記第２の基準点（Ｂ）を通る前記直線（Ｘ）と、前記構造物の表面に存在する場合、亀裂（Ｆ）の主要な延長線との両方に対して垂直であり、
前記第１の磁石（２３）および前記第２の磁石（２４）からなる前記第２の対の質量中心を通る前記第２の長手方向軸（Ｌ２）は、前記第１の基準点（Ａ）および前記第２の基準点（Ｂ）を通る前記直線（Ｘ）に対して平行であり、存在する場合、前記亀裂（Ｆ）の主要な延長線に対して垂直であり、
前記第１の磁石（３３）および前記第２の磁石（３４）からなる前記第３の対の質量中心を通る第３の長手方向軸（Ｌ３）は、前記第１の基準点（Ａ）および前記第２の基準点（Ｂ）を通る前記直線（Ｘ）に対して垂直であり、存在する場合、前記亀裂（Ｆ）の主要な延長線に対して平行である、
請求項１、６および７に記載の変換器装置（１）。
【請求項１０】
前記第１の磁石（３）および前記第２の磁石（４）は、円筒形またはプリズム形状を有し、互いに対向する平坦な第１の基部（３ａ）および第２の基部（４ａ）をそれぞれ有し、前記第１の要素（６）に一体的に拘束され、
前記変換器（５）は、前記第２の要素（７）に接続される、
請求項６に記載の変換器装置（１）。
【請求項１１】
構造体の２つの基準点間の動きを検出する方法であって、
請求項１〜１０のいずれか１項に従って形成された変位変換器装置（１）を提供するステップと、
前記構造物の第１の基準点（Ａ）および第２の基準点（Ｂ）を特定するステップと、
前記変位変換器装置（１）の第１の要素（６）を前記第１の基準点（Ａ）に拘束するステップと、
前記変位変換器装置（１）の第２の要素（７）を前記第２の基準点（Ｂ）に拘束するステップと、
処理ユニットを前記変位変換器装置（１）の変換器（５）に接続するステップと、
前記第１の基準点（Ａ）および前記第２の基準点（Ｂ）の相対的な動きを時間の関数として検出するように、前記変換器（５）によって収集され前記処理ユニットによって処理されたデータを監視するステップと、
を含む、
方法。
【請求項１２】
前記第１の基準点（Ａ）および前記第２の基準点（Ｂ）の相対的な動きの値が所定のしきい値に達するかそれを超えると、前記処理ユニットに動作可能に接続された通信手段を介して、警告メッセージを送信するステップを含む、
請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の前文に記載された特徴を有する変位変換器装置および関連するその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築構造物の安全性（構造ヘルスモニタリング（ＳＨＭ））を目的とした研究分野において、好ましくは容易に且つ踏み入ることなく、正確且つ継続的に当該構造物の状態の分析および監視を可能にする方法を開発することは非常に重要である。
【０００３】
特に、長期間（数週間、数ヶ月、数年）にわたって潜在的に危険であると考えられる構造物の部分のあらゆる変位の発達を監視することは、重要なパラメータの１つであると考えられる。
【０００４】
当該技術分野において、強磁性要素と、電流が通過する複数の巻線との電磁結合によって、１つの部分の、別の部分に対する線形変位を測定することができる線形誘導型変位変換器（線形可変変位変換器（ＬＶＤＴ）を使用することが知られている。
【０００５】
しかしながら、上記装置は、その名称が示すように、純粋に線形変位にのみ使用することができる。
【０００６】
より具体的には、この制限は、実際に装置の特定の外形構成、特に強磁性要素を備える可動要素の、強磁性要素が通る３つの円形巻線に対する同軸配置に起因する。
【０００７】
このように、実際の用途において、荷重や内部的地盤沈下に関連する変形および自然環境（土砂崩れ、地震、地すべり等）によって加えられた力を受ける構造物の場合、ＬＶＤＴの制限的な動作条件が問題であり、制限的であることが明らかである。
【０００８】
さらなる欠点は、線形誘導型変位変換器装置によって検出された変位値を正しく設定または修正できるように、複雑な正弦波信号を使用する必要があることである。
【０００９】
さらに、当該構造物の一部に接続された可動要素にさらに接続された直線的に通る強磁性要素の中心にある複数の同軸トロイダル巻線よりも単純な内部構造を備える機器を使用することができることが有利となる。
【００１０】
独国特許出願第３８０９８８７号には、反発構成を有するように配置された磁石と、その磁石に近接して配置された変換器とを備える装置によって、加速度および変位を検出するためのシステムが記載されている。
【００１１】
しかしながら、上記装置は、装置自体の反発磁力によって減衰される可動要素の加速度を検出して、それによって起こる変位に対抗し且つ変位を最小化する。
【００１２】
この意味において、上記装置は、当該構造物の一部の変位の発達を完全に、ましてや時間をかけて監視することを可能にするものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、先行技術の既知の欠点の少なくとも一部を克服できるように構造的および機能的に構成された変位変換器装置を提供することである。
【００１４】
上記目的において、本発明の目的の１つは、当該構造物の異なる部分のあらゆる変位の発達を検出および監視することを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によって実現された発見は、構造物の基準点に結合されるように適合された変位変換器装置である。装置は、監視対象の構造物の対応する第１の基準点に一体的に固定されるように意図された第１の要素と、互いに磁気的に反発するように配置された第１の磁石および第２の磁石と、を備える。
【００１６】
好ましくは、変換器装置は、第１の磁石および第２の磁石の近傍に配置された変換器を備える。変換器は、第１の磁石と第２の磁石との間に存在する磁場における変動を検出するように、およびその変動を、（動作可能に接続された）処理ユニットが処理することができる信号に変換するように構成される。有利には、変位変換器装置は、構造物の第２の基準点に一体的に固定されるように意図された第２の要素を備える。第１の基準点または第２の基準点の相対的且つ独立した変位が変換器によって検出可能な磁場における変動を引き起こすように、第１の磁石、第２の磁石または変換器のうちの１つは、第１の要素に拘束され、第１の磁石、第２の磁石または変換器のうちの残りの要素は、第２の要素に拘束される。
【００１７】
これに関連して、第１の基準点および第２の基準点は、当該構造物の、互いに異なり且つ互いに独立して移動する可能性を有する部分を特定することに留意されたい。
【００１８】
すなわち、例えば第１の磁石および第２の磁石を第１の要素上に収容し、変換器を第２の要素上に収容することは、構造物に生じる変形の関数として２つの基準点間の相対的な変位を評価できるという技術的利点を有する。実際、構造物の２つの基準点は、例えば類似の、逆の、または独立した変位の方向または変位の量で移動してもよい。このような利点は、従来技術で提供される解決策を用いて得ることができない。
【００１９】
本技術的解決策によって、構造物の複数の点における相対的な変位を時間の関数として監視することできる。このようにして、当該構造物における複数の点における変位の開始、増加、減少または終了を検出することできる。
【００２０】
実際、本技術的解決策では、装置は、初期平衡状態への自動復帰を提供しないことに留意されたい。むしろ、本発明によって実現された発見の目的は、対応する第１の基準点の、第２の基準点に対する相対的な変位の発達がどのようなものであるかを経時的に評価することである。
【００２１】
明確である実践的な一例として、本発明の装置を亀裂（crack）に適用することが挙げられる。本発明に従って実現された技術的解決策を適用する有利な方法は、例えば、第１の磁石および第２の磁石を対応する第１の基準点に接続し、変換器を第２の基準点に接続することを提供する。第１の基準点および第２の基準点は、検査中の亀裂の両側の位置で特定される（すなわち、一方が亀裂または割れ目（fissure）の片側に連結され、他方がその反対側に連結される）。このようにして、それぞれの基準点の動きによって両側の相対的な変位を評価して、亀裂の経時的な発達を常に監視することができる。
【００２２】
この情報は、単一の点で構造物に拘束された装置、または相対的な変位の可能性を伴わずに一体的且つ堅固に相互接続された点の領域において構造物に拘束された装置を用いても、検出できないことは明らかである。
【００２３】
したがって、本技術的解決策によって、当該構造物の構造的安全性の状態を効果的に監視および分析することができる。このようにして、特に、発生したまたは進行中の変位の発達を評価して、構造物自体の完全性にとって潜在的に危険であるあらゆる変位の発達の可能性を予測することができる。
【００２４】
本発明によって実現された発見によって、例えば４ミリメートルスケールベースで１５０ナノメートルの分解能を得ることができ、当該構造物の安全状態および変位の経時的な発達の可能性を評価するために、小さくても重要な変位を検出することができる。
【００２５】
さらに、監視対象の変位の範囲の関数として磁石のサイズを適合させることで、本発明によって実現された発見の大きさを必要に応じて容易に増減させることができる。
【００２６】
実際、所望のスケールの関数として寸法と材料のタイプを変更するだけで、３％の相対的誤差で同じ精度を維持しながら、本発見の大きさを幅広い変位の測定範囲で増減させることができる。
【００２７】
また、有利には、本発明によって実現された発見の出力信号は、測定対象（２つの基準点の相対的な変位）の変数に直接的且つ直線的に比例するアナログ信号である。この条件は、測定の精度および信頼性を向上させると共に、操作を簡素化させることができる。
【００２８】
一実施形態において、変換器は、第１の磁石と第２の磁石との間に配置される。
【００２９】
このようにして、反発構成で発生した磁場の進行に対して対称構成を有するように配置された変換器の部分において、より正確且つ信頼性の高い応答を得ることができる。
【００３０】
好ましくは、第１の磁石および第２の磁石は、永久磁石である。本技術的解決策によって、装置の簡素化による利点を得ることができる。これは、永久磁石が磁場を発生させるための電気的接触を必要としないこと、および永久磁石が比較的軽量であるため輸送および組み立てが容易であることから達成される。
【００３１】
一態様において、変換器装置は、磁気抵抗性、磁気誘導性または同様のセンサである。
【００３２】
好ましくは、変換器装置は、ホール効果型センサである。本技術的解決策によって、基準点の相対的な変位に起因する変動、すなわち第１の磁石と第２の磁石との間の磁場における変動を、迅速且つ非常に効率的に、動作可能に接続された処理ユニットに送信される電気信号の変動に変換することができる。
【００３３】
一実施形態において、変換器は、単軸、２軸または３軸のホール効果型センサである。
【００３４】
代替的に、変換器は、例えば空間内の３つのデカルト軸のセットに沿って配置された３つの単軸のホール効果型センサを備える。
【００３５】
別の実施形態において、本変換器は、好ましくは単軸のホール効果型センサと、それに接続された単軸、２軸または３軸の傾斜計と、を備える。これにより、上述した相対的な変位に関する単軸のホール効果型センサのデータに加えて、分析された軸に沿ったシステムの傾斜に関するデータを提供することができる。
【００３６】
実際、（その他の選択肢の中でも）これらの解決策によって、空間内の所望の３つの軸のセット（例えば３つのデカルト軸のセット）に沿った変位の要素の評価を可能にする情報の組み合わせを実現することができる。
【００３７】
このようにして得られた分析は、２つの要素の一方が他方の基準要素に対してどのように変位および／または傾斜されているかに関する情報も提供するので、従来技術で提供された技術的解決策よりもより完全である。
【００３８】
また、本発明による変換器装置の感度は、正の意味での特定の方向における変位についても、逆の意味での変位についても、同一であることに留意されたい。すなわち、変換器装置の感度は、正の意味および負の意味での変位（または変形）に対して同一である。その一方で、従来技術における解決策は、装置の圧縮および拡張において、異なる挙動を有する。
【００３９】
さらに、本発見で実現される容易且つ効果的な構成によって、変換器装置内に多軸センサが存在することができ、これにより、変換器の位置を常に把握して修正を進めることができるため、現場での設置後のキャリブレーションを追加する必要がない。
【００４０】
実際、好ましくは、多軸（例えば３軸）の変換器を備える実施形態によって、機器類を容易且つ非常に正確にキャリブレーションすることができる。したがって、正しい動作に必要なリソースをさらに必要とし、且つ変換器またはその一部が例えば垂直な基準軸に対して変位が生じた場合にデータの正しい評価と分析を保証することができない外部機器を使用してキャリブレーションを実行する必要がない。
【００４１】
すなわち、単軸、２軸または３軸のホール効果型センサによって、相対的な傾斜を用いて検出された軸方向の変位を組み合わせて検査対象の構造物の変形や割れ目に関する情報を時間の関数として得ることができ、また、その伝播の発達に関する情報を得ることができる。
【００４２】
好ましくは、変換器装置は、湿度センサおよび／または温度センサを備える。
【００４３】
上記技術的解決策によって、検出された相対湿度および／または温度パラメータの関数として、測定された変位を補正および修正することができる。このようにして、有利には、すべての測定中に検出された湿度および温度の値の関数として、より正確且つ精密な変位の測定値が得られる。
【００４４】
好ましくは、変換器装置は、第１の基準点と第１の要素との間に一体的に配置された第１のスペーサと、第２の基準点と第２の要素との間に一体的に配置された第２のスペーサと、を備える。第１の要素および第２の要素は、平板形状を有し、第１の端部を介して、第１のスペーサおよび第２のスペーサにそれぞれ接続される。
【００４５】
このようにして、第１の要素と第２の要素とを異なるレベルに配置して、特定の要件に応じた相対的な空間配置を最適化することができる。
【００４６】
一実施形態において、第１の磁石および第２の磁石は、第１の要素上に間隔をおいて収容され、変換器は、初期の設置および監視段階において２つの磁石間に配置されるように、第２の要素上に収容される。
【００４７】
上述した実施形態によって、例えば亀裂の発達および伝播を調査することに関して、装置を、割れ目を「またいで」配置することができる。これに関連して、割れ目を「またいで」という用語は、対応する第１の基準点（例えば、亀裂／割れ目の一方の側で画定された表面上）に一体的に拘束された第１の要素と、第２の基準点（例えば、亀裂／割れ目の反対側で画定された表面上）に一体的に拘束された第２の要素とを位置決めすることができることを示す。
【００４８】
本技術的解決策によって、第１の基準点の、第２の基準点に対する相対的な変位が、例えば第２の要素内または第２の要素上に収容された変換器の相対的な変位に対して、（第１の要素内または第１の要素上に収容された）第１の磁石および第２の磁石の相対的な変位に正確に対応するように、変換器を分析対象の割れ目（または調査領域）の真上に正確に配置することができる。
【００４９】
本解決策は、検査対象の構造物に加わる力のうち、短時間で大きな相対的な変位を生じさせる衝撃力の測定に有効であるのみならず、長期間（例えば数日、数週間、数ヶ月、数年等）にわたって互いに対して移動する構造物の２つの特定の基準点に関する情報を得るのに最も有効である。
【００５０】
特に短期的には小さいが長期的に大きくなる変位を測定することに関するこのタイプの解決策は、従来技術で提供される解決策に従って実現することができない。
【００５１】
一実施形態において、第１の磁石および第２の磁石は、円筒形またはプリズム形状を有し、互いに対向する平坦な第１の基部および第２の基部をそれぞれ有する。第１の基部は、第１の要素の上面に一致し、第２の磁石の第２の基部の反対側の基部は、第２の要素の上面に一致する。第１の長手方向軸が、第１の磁石および第２の磁石のそれぞれの質量中心を通る。第１の基準点または第２の基準点の変位に起因する第１の磁石および第２の磁石または変換器の変位が第１の長手方向軸に対して垂直であり、第１の長手方向軸が第１の基準点および第２の基準点を通る直線に対して垂直であるように、第１の磁石および第２の磁石は、第１の要素および第２の要素の第１の端部の反対側の第２の自由端部にそれぞれ接続される。
【００５２】
有利には、変換器装置が当該表面の割れ目に配置されたときに、第１の磁石および第２の磁石のそれぞれの質量中心を通る第１の長手方向軸は、割れ目の主要な延長線に対して実質的に垂直であると同時に、第１の基準点および第２の基準点を通る直線に対して実質的に垂直である。
【００５３】
これに関連して、第１の磁石および第２の磁石または変換器の潜在的な変位における長手方向軸に対して垂直な平面が画定される。ここで、磁石は、当該構造物の表面部分の平面的な移動の後、互いに接触したり衝突したりすることなく、この平面内で自由に移動することができる。
【００５４】
さらに、上記構成によって、第１の磁石および第２の磁石の相対的な変位が長手方向軸に沿って近接することを避けることができ、対向磁気構成を有するように配置された２つの磁石間の反発力が過度に増大する状況を防止することができる。
【００５５】
有利には、変換器は、長手方向軸に対して垂直な平面に属するベクトルに沿った基準点の変位に関連する第１の磁石と第２の磁石との間の磁場における変動を最適に検出する。
【００５６】
一実施形態において、第１の磁石および第２の磁石の対が３つ提供される。各対は、相互に直交する３つの長手方向軸に沿って、反発磁気構成を有するように配置される。このようにして、画定された３つの直交する軸の個々の変位要素を個別に検出するのに適した３軸の変換器装置が実現される。
【００５７】
特に、変換器装置は、好ましくは、第１の磁石および第２の磁石からなる第１の対と、第１の磁石および第２の磁石からなる第２の対と、第１の磁石および第２の磁石からなる第３の対と、を備え、これらの対は、対の磁石の間に配置された第１の変換器、第２の変換器および第３の変換器をそれぞれ把持する。
【００５８】
一実施形態において、第１の磁石および第２の磁石からなる第１の対の第１の長手方向軸は、第１の基準点および第２の基準点を通る直線と、当該構造物の表面上に存在する場合、割れ目の主要な延長線との両方に対して垂直であり、第１の磁石および第２の磁石からなる第２の対の第２の長手方向軸は、第１の基準点および第２の基準点を通る直線に対して平行であり、存在する場合、割れ目の主要な延長線に対して垂直であり、第１の磁石および第２の磁石からなる第３の対の第３の長手方向軸は、第１の基準点および第２の基準点を通る直線に対して垂直であり、存在する場合、割れ目の主要な延長線に対して平行である。
【００５９】
このようにして、画定された３つの相互に垂直な軸の個々の変位要素を個別に検出することができる３軸の変換器装置が実現される。
【００６０】
本技術的解決策が、空間内の第１の基準点および／または第２の基準点のあらゆる相対的な変位の完全且つ網羅的な情報を提供できることは明らかである。
【００６１】
一実施形態において、第１の磁石および第２の磁石は、円筒形またはプリズム形状を有し、互いに対向する平坦な第１の基部および第２の基部をそれぞれ有する。第１の基部は、第１の要素の上面に対して垂直に配向され、第２の基部は、第２の要素の上面に対して垂直に配向される。第２の長手方向軸が、第１の磁石および第２の磁石のそれぞれの質量中心を通る。代替的に、第１の磁石および第２の磁石は、プリズム形状を有する。
【００６２】
有利には、第１の基準点または第２の基準点の相対的な変位に起因する第１の磁石および第２の磁石または変換器の変位が第２の長手方向軸に対して平行であり、第２の長手方向軸が第１の基準点および第２の基準点を通る直線に対して垂直であるように、第１の磁石および第２の磁石は、第１の要素および第２の要素の第１の端部の反対側の第２の自由端部にそれぞれ接続される。
【００６３】
好ましくは、第１の磁石および第２の磁石は、円筒形またはプリズム形状を有し、互いに対向する平坦な第１の基部および第２の基部をそれぞれ有する。第１の基部および第２の基部は、第１の要素に一体的に拘束され、変換器は、第２の要素に接続される。
【００６４】
本実施形態において、変換器が、第１の磁石および第２の磁石から独立して移動することができ、磁場における変動の非常に直線的な進行を検出することができる。
【００６５】
本発明の方法は、以下に記載する操作ステップを含む。
【００６６】
一実施形態において、構造体の２つの基準点間の変位を検出するための方法は、
・  変位変換器装置を提供するステップと、
・  当該構造物の第１の基準点および第２の基準点Ｂを特定するステップと、
・  変位変換器装置の第１の要素を対応する第１の基準点に拘束するステップと、
・  変位変換器装置の第２の要素を第２の基準点に拘束するステップと、
・  処理ユニットを変位変換器装置の変換器に拘束するステップと、
・  第１の基準点および第２の基準点の相対的な動きを時間の関数として検出するように、変換器によって収集され処理ユニットによって処理されたデータを監視するステップと、
を含む。
【００６７】
このようにして、本発明の変位変換器装置を当該構造物に迅速且つ容易に設置して、その部分のあらゆる変位の経時的な進行を評価することができる方法が実現される。
【００６８】
有利には、処理ユニットは、ＵＳＢ接続、ｕＳＤカード、ＢＴＬＥ、ＬｏＲａまたはクラウド等の通信手段を介して、さらなる処理ユニットに動作可能に接続される。
【００６９】
一実施形態において、処理ユニットは、変換器の信号を読み取り、ローカルに保存し、ＵＳＢ、ｕＳＤカード、ＢＴＬＥまたはＬｏＲａ等の通信手段を使用して、ホストコンピュータまたはクラウドシステムに送信または転送することができる。
【００７０】
有利には、処理ユニットは、変換器装置から取り外し可能である。
【００７１】
好ましくは、第１の基準点および第２の基準点の相対的な変位の値が所定のしきい値に達するかそれを超えると、処理ユニットに動作可能に接続された通信手段を介して、警告メッセージが送信される。
【００７２】
このようにして、以前の構造条件が大きく変化した状態および／または潜在的に危険な状況を効果的且つ迅速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
本発明の特徴および利点は、添付の図面を参照して非限定的に例示された好適な実施形態に関する以下の詳細な説明からより明確になるであろう。
【図１】変位変換器装置を上から見た図である。
【図２】図１の装置の側面図である。
【図３】本発明の変換器装置の別の実施形態を上から見た図である。
【図４】図３の装置の側面図である。
【図５】本発明によって実現された発見によって観察された、互いに反対側に固定距離をおいて配置された２つの磁石間の磁場の進行を、２つの磁石のうちの一方からの距離の関数として示すグラフである。
【図６】３軸の変位用の本発明の変換器装置のさらなる実施形態を上から見た図である。
【図７】カバーを有する変位変換器装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
図において、参照符号１は、構造物の基準点に結合することができる変位変換器装置を全体として示している。装置１は、構造物の対応する第１の基準点Ａに一体的に固定されるように意図された第１の要素６と、それぞれ互いに磁気的に反発するように配置された、すなわち互いに対向する表面上に同一の極を有する第１の磁石３，２３，３３および第２の磁石４，２４，３４と、を備える。
【００７５】
したがって、反発磁気構成は、２つの磁石が、互いに対向する２つの同一の極、例えば図２に示すようなＮ極とＮ極とを有するような配置を提供する。このようにして、２つの磁石間に反発磁力が実現される。
【００７６】
この反発磁気構成によって、第１の磁石３，２３，３３および第２の磁石４，２４，３４のそれぞれの位置の間の近傍に、非常に直線的な磁気的挙動の領域を実現することができる。この特定の直線的な領域によって、磁気的変動と、第１の磁石３，２３，３３および第２の磁石４，２４，３４または変換器５，２５，３５の相対的な変位とを正確に相関させることができる。
【００７７】
本出願人は、第１の磁石３，２３，３３および第２の磁石４，２４，３４に関する磁場の式が、直線的でないことを確認した。主軸を揃えて配置された１対の円筒形磁石の反発磁気構成（例えば、それぞれのＮ極が互いに対向する状態）とした場合の全磁場ＢＴｏｔに関する式を、以下に示す。
【００７８】
【数１】
2021505869.tif 000003
ここで、ＢＭ１は、第１の磁石３によって生成された磁場を示し、ＢＭ２は、第２の磁石４によって生成された磁場を示し、次式を満たす。
【００７９】
【数２】
2021505869.tif 000004
ここで、
・  Δは、（質量中心を通る軸によって画定される方向に沿って測定された）第１の磁石３の厚さを示し、
・  ｚは、第１の磁石３および第２の磁石４の質量中心を通る軸に属する磁場が算出される点Ｐにより近い第１の磁石３の面間の距離を示し、
・  ｄは、第１の磁石３および第２の磁石４の対向する面間の距離を示し（有利には、第１の磁石および第２の磁石は、第１の磁石３および第２の磁石４の質量中心を通る軸に対して垂直な面を有する。）、
・  ＢＲは、質量中心からの半径方向の距離および質量中心を通る軸からの距離の関数としての磁場の値である。
【００８０】
このようにして、本出願人は、第１の磁石３，２３，３３および第２の磁石４，２４，３４が本発見の特徴に従って配置および構成されたときに、ＢＭ１およびＢＭ２の和が、最小化された、実質的に無視することができる非直線的な領域を構成することを確認した。
【００８１】
特に、図５を参照すると、５ｍｍの固定距離をおいて配置された２つの磁石によって構成された、＋２０００ガウス〜−２０００ガウスの範囲の磁場の進行が、０〜５ｍｍの間隔で第１の磁石３，２３，３３と第２の磁石４，２４，３４との間の検出位置の関数として、非限定的に例示されている。
【００８２】
本出願人は、これらのシミュレーションされた変位が、０．９９９８以上の相関係数Ｒ２を有する構造物の実際の変位に対応することを確認した。
【００８３】
有利には、第１の磁石３，２３，３３および第２の磁石４，２４，３４は、天然磁石、焼結磁石または電磁石である。
【００８４】
図１および図２を参照すると、好ましくは、変換器５，２５，３５は、第１の磁石３，２３，３３および第２の磁石４，２４，３４に近接して配置され、第１の磁石３，２３，３３と第２の磁石４，２４，３４との間に存在する磁場における変動を検出するように、およびそれを処理ユニット（図示せず）が処理できる信号に変換するように構成される。
【００８５】
さらに、変位変換器装置１は、構造物の第２の基準点Ｂに一体的に固定されるように意図された第２の要素７を備える。第１の基準点Ａまたは第２の基準点Ｂの相対的な変動が変換器５によって検出可能な磁場における変動を含むように、第１の磁石３，２３，３３、第２の磁石４，２４，３４および変換器５，２５，３５のうちの１つは、第１の要素６に接続され、第１の磁石３，２３，３３、第２の磁石４，２４，３４または変換器５，２５，３５のうちの残りの要素は、第２の要素７に接続される。
【００８６】
有利には、変換器５，２５，３５は、処理ユニットが処理できる電気的、光学的または類似の信号を提供することができる。
【００８７】
好ましくは、第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂは、当該構造物の連続した均一な表面上の隣接する点であるか、割れ目、地盤沈下または様々な性質の欠陥等によって分離された構造物の点であってもよい。
【００８８】
有利には、第１の要素６は、変換器５，２５，３５に接続されたさらなる任意の電子デバイスも含むハウジング２内に収容される。
【００８９】
一実施形態において、第１の要素６、第２の要素７および／またはハウジング２は、例えばアルミナのようなセラミック、オーステナイト系ステンレス鋼のような金属（当該構造物に典型的に実現されるコンクリートまたはセメントと類似するまたはそれに近い線形熱膨張係数を有する）または黄銅、またはポリ塩化ビニルやポリマーマトリックス複合材料（ＦＲ４）のようなポリマーを含む、反磁性材料または非磁性材料から形成される。
【００９０】
好ましくは、ハウジング２は、第１の要素６と第２の要素７とを一体的に接続する延在部を備える。また、好ましくは、２つの貫通孔１８，１９が、当該構造物の第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂにおいて、第１の要素６上および第２の要素７上にそれぞれ形成される。
【００９１】
本技術的解決策によって、変換器装置１を当該構造物の表面上に迅速に配置し、基準点を容易に特定し、変換器装置１を、例えば２つの孔１８，１９を通るねじや釘を介して、当該構造物の表面に正確に接続して、その後、第１の要素６と第２の要素７とを相互接続する延在部を取り外して、それらを独立して自由に移動させるようにすることができる。
【００９２】
有利には、これらの延在部は、セラミック、金属または好ましくはポリマー（例えばＰＶＣ）材料から形成される。これにより、剪断または同様の加工技術を用いた取り外しが容易になる。
【００９３】
図２を参照すると、一実施形態において、変換器５は、第１の磁石３と第２の磁石４との間に配置される。引き続き図２を参照すると、有利には、変換器５は、第１の磁石３を接続するように意図された面の反対側の第１の要素６の面に接続される。
【００９４】
好ましくは、第１の磁石３，２３，３３および第２の磁石４，２４，３４は、永久磁石である。例えば、第１の磁石３，２３，３３および第２の磁石４，２４，３４は、鉄、ニッケル、コバルトまたは希土類の合金またはマグネタイトのような天然鉱物を含む。より好ましくは、永久焼結フェライト磁石またはネオジム磁石が使用される。
【００９５】
一実施形態において、変換器５，２５，３５は、ホール効果型センサである。有利には、ホール効果型センサによって、磁場における変動を、装置自体によって検出された電流の変動に変換することができる。このようにして、変換器５，２５，３５によって検出された、第１の磁石３，２３，３３と第２の磁石４，２４，３４との間の磁場における非常に小さな変動を正確に測定して、対応する第１の基準点Ａの、第２の基準点Ｂに対する相対的な変位を、例えば４ミリメートルスケールベースで１５０ナノメートルの感度で算出することができる。上述したように、この測定値は、本発見の技術的特徴の結果として、必要に応じて容易に増減させることができる。
【００９６】
図１および図２を参照すると、好ましくは、変換器装置１は、第１の基準点Ａと第１の要素６との間に一体的に配置された第１のスペーサ８と、第２の基準点Ｂと第２の要素７との間に一体的に配置された第２のスペーサ９と、を備える。第１の要素６および第２の要素７は、平板形状を有し、その各々は、第１の端部６ａ，７ａを介して、第１のスペーサ８および第２のスペーサ９にそれぞれ接続される。
【００９７】
有利には、第１の要素６、第２の要素７、第１のスペーサ８および第２のスペーサ９は、当該技術分野で知られている工業技術を用いて製造および加工することが容易なプラスチック材料またはプラスチックマトリックス複合材料から形成される。
【００９８】
一実施形態において、変換器装置１を構成する固定部材は、接着またはねじ等の保持手段を介して、互いにおよび／または当該構造物の表面に接続される。さらに、好ましくは、第１の要素６は、その相対的な動きを可能にする滑動部を介して、第２の要素７に接続されてもよい。
【００９９】
図１〜図４を参照すると、好ましくは、第１の磁石３および第２の磁石４からなる第１の対が特定される。第１の磁石３および第２の磁石４は、円筒形またはプリズム形状を有し、互いに対向する平坦な第１の基部３ａおよび第２の基部４ａをそれぞれ有する。図１および図２を参照すると、有利には、第１の基部３ａは、第１の要素６のより大きい表面に当接し、第２の磁石４の第２の基部４ａの反対側の基部４ｂは、第２の要素７のより大きい表面に当接する。第１の長手方向軸Ｌ１が、第１の磁石３および第２の磁石４のそれぞれの質量中心を通る。第１の基準点Ａまたは第２の基準点Ｂの変位に起因する第１の磁石３および第２の磁石４または変換器５の変位が第１の長手方向軸Ｌ１に対して垂直であり、第１の長手方向軸Ｌ１が第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂを通る直線Ｘに対して垂直であるように、第１の磁石３および第２の磁石４は、第１の要素６および第２の要素７の第１の端部６ａ，７ａの反対側の第２の自由端部６ｂ，７ｂにそれぞれ接続される。
【０１００】
引き続き図１および図２を参照すると、有利には、変換器装置１が当該表面の割れ目Ｆに配置されたときに、第１の磁石３および第２の磁石４のそれぞれの質量中心を通る第１の長手方向軸Ｌ１は、割れ目Ｆの主要な延長線に対して実質的に垂直であると同時に、第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂを通る直線Ｘに対して実質的に垂直である。より好ましくは、第１の要素６および第２の要素７は、割れ目Ｆの両側にそれぞれ配置される。
【０１０１】
より具体的には、第１の磁石３および第２の磁石４の起こり得る変位のベクトルは、長手方向軸Ｌに対して垂直な平面に属する。
【０１０２】
このようにして、図２に示すような初期位置に関して、長手方向軸Ｌに垂直な平面に属する２つの磁石３，４のうちの一方が変位した場合、第１の磁石３と第２の磁石４との間の反発磁力が減少する。
【０１０３】
有利には、変換器５は、長手方向軸Ｌに対して垂直な平面に属するベクトルに沿った基準点の変位に関連する第１の磁石３と第２の磁石４との間の磁場における変動を最適に検出する。
【０１０４】
図３、図４および図６を参照すると、一実施形態において、第１の磁石２３および第２の磁石２４は、円筒形またはプリズム形状を有し、互いに対向する平坦な第１の基部２３ａおよび第２の基部２４ａをそれぞれ有する。第１の基部２３ａは、第１の要素６のより大きい表面に対して垂直に配向され、第２の基部２４ａは、第１の要素６または第２の要素７のより大きい表面に対して垂直に配向される。第２の長手方向軸Ｌ２が、第１の磁石２３および第２の磁石２４のそれぞれの質量中心を通る。第１の基準点Ａまたは第２の基準点Ｂの変位に起因する第１の磁石２３および第２の磁石２４または変換器２５の変位が第２の長手方向軸Ｌ２に対して平行であり、第２の長手方向軸Ｌ２が第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂを通るＸに対して平行であるように、第１の磁石２３および第２の磁石２４は、第１の要素６および第２の要素７の第１の端部６ａ，７ａの反対側の第２の自由端部６ｂ，７ｂにまたはその近傍にそれぞれ接続される。
【０１０５】
上記構成において、互いに最終的に近接する第１の磁石２３および第２の磁石２４の変位は、それらの間の反発磁力の増加をもたらす。
【０１０６】
代替的に、第１の磁石２３および第２の磁石２４は、円筒形またはプリズム形状を有し、互いに対向する平坦な第１の基部２３ａおよび第２の基部２４ａをそれぞれ有する。第１の基部２３ａおよび第２の基部２４ａは、第１の要素６のより大きい表面に対して垂直に配向される。第２の長手方向軸Ｌ２が、第１の磁石２３および第２の磁石２４のそれぞれの質量中心を通る。第１の基準点Ａまたは第２の基準点Ｂの変位に起因する第１の磁石２３および第２の磁石２４または変換器２５の変位が第２の長手方向軸Ｌ２に対して平行であり、第２の長手方向軸Ｌ２が第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂを通る直線Ｘに対して平行であるように、第１の磁石２３および第２の磁石２４は、第１の要素６の第１の端部６ａの反対側の第２の自由端部６ｂにまたはその近傍にそれぞれ接続され、変換器２５は、第２の要素７の第２の自由端部７ｂの近傍に接続されて、第１の磁石２３と第２の磁石２４との間に配置される。
【０１０７】
この場合、第１の磁石２３と第２の磁石２４との間の磁場における変動は、２つの磁石の物理的な相対的な変位によるものではなく、第１の磁石２３および第２の磁石２４に対する変換器２５の変位によるものである。
【０１０８】
これらの様々な構成は、必要に応じて選択的に選択されてもよく、例えば２つの基準点Ａ，Ｂの接近をより正確に評価してもよい（これにより、上述した場合には反発磁力が増加する可能性を利用することができる）。
【０１０９】
特に、本出願人は、例えば、第１の磁石２３および第２の磁石２４との間の磁場における変動が２つの磁石の物理的な相対的な変位によるものではなく、第１の磁石２３および第２の磁石２４に対する変換器２５の変位によるものであることを提供する一部の実施形態によって、少なくとも第１の磁石３，２３，３３または第２の磁石４，２４，３４を互いに対して物理的に変位させることによって得られるものよりも、全磁場ＢＴｏｔの直線性についてより広い領域を得ることができることを確認した。
【０１１０】
一実施形態において、第１の磁石３，２３，３３および第２の磁石４，２４，３４のそれぞれの３つの対が変位される。各対は、３つの相互に直交する長手方向軸に沿って、反発磁気構成を有するように配置される（図６参照）。
【０１１１】
図６を参照すると、好ましくは、変換器装置１は、第１の磁石３および第２の磁石４からなる第１の対と、第１の磁石２３および第２の磁石２４からなる第２の対と、第１の磁石３３および第２の磁石３４からなる第３の対と、を備え、これらの対は、対の磁石の間に配置された第１の変換器５、第２の変換器２５および第３の変換器３５をそれぞれ有する。
【０１１２】
図６を参照すると、好ましくは、第１の長手方向軸Ｌ１は、第１の磁石３および第２の磁石４からなる第１の対の質量中心を通り、第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂを通る直線Ｘと、存在する場合、割れ目Ｆの主要な延長線との両方に対して垂直であり、第２の長手方向軸Ｌ２は、第１の磁石２３および第２の磁石２４からなる第２の対の質量中心を通り、第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂを通る直線Ｘに対して平行であり、存在する場合、割れ目Ｆの主要な延長線に対して垂直であり、第３の長手方向軸Ｌ３は、第１の磁石３３および第２の磁石３４からなる第３の対の質量中心を通り、第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂを通る直線Ｘに対して垂直であり、存在する場合、割れ目Ｆの主要な延長線に対して平行である。
【０１１３】
図４または図６を引き続き参照すると、有利には、第１の磁石３３および第２の磁石３４からなる第３の対が提供される。第１の磁石３３および第２の磁石３４は、円筒形またはプリズム形状を有し、互いに対向する第１の基部３３ａおよび第２の基部３４ａをそれぞれ有する。第１の基部３３ａおよび第２の基部３４ａは、第１の要素６のより大きい表面に対して垂直に配向され、特定可能な場合、第２の長手方向軸Ｌ２に対して垂直に配向される。第３の長手方向軸Ｌ３が、第１の磁石３３および第２の磁石３４のそれぞれの質量中心を通る。第３の長手方向軸Ｌ３が第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂを通る直線Ｘに対して垂直であり、存在する場合、割れ目Ｆの最大延長線に対して平行であるように、第１の磁石３３および第２の磁石３４は、第１の要素６の第１の端部６ａの反対側の第２の自由端部６ｂにまたはその近傍にそれぞれ接続され、変換器３５は、第２の要素７の第２の自由端部７ｂの近傍に接続されて第１の磁石３３と第２の磁石３４との間に配置される。
【０１１４】
このようにして、画定された３つの直交する軸の個々の変位要素を個別に検出することができる３軸の変換器装置が実現される。
【０１１５】
図７に示す実施形態において、変換器装置１は、好ましくは第１の要素６上および第２の要素７上または第１のスペーサ８上および第２のスペーサ９上に配置されたカバー３０を備える。有利には、カバー３０は、変換器装置自体の残りの構成要素（例えば、第１の磁石３、第２の磁石４、変換器５および任意の電気的接続部等）を実質的に覆うように形成された中空の箱状形状を有し、それらの構成要素を、環境中に存在するあらゆる湿気、液体または汚れから保護する。また、有利には、カバー３０は、１つの面に、構造物の基準点の１つに接続された装置の一部に対してかなりの相対的な変位を可能にするように形成された開口部を有する。
【０１１６】
好ましくは、本発明の方法は、上述した操作ステップを含む。
【０１１７】
一実施形態において、構造物の２つの基準点間の変位を検出するための方法は、
・  少なくとも部分的に上述した技術的特徴に従って形成された変位変換器装置１を提供するステップと、
・  当該構造物の対応する第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂを特定するステップと、
・  変位変換器装置１の第１の要素６を第１の基準点Ａに拘束するステップと、
・  変位変換器装置１の第２の要素７を第２の基準点Ｂに拘束するステップと、
・  処理ユニットを変位変換器装置１の変換器５に接続するステップと、
・  第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂの相対的な動きを時間の関数として検出するように、変換器５によって収集され処理ユニットによって処理されたデータを関するステップと、
を含む。
【０１１８】
有利には、時間の関数として収集されたデータのグラフでは、例えば週や月に分割された時間が横軸に示され、第１の基準点Ａと第２の基準点Ｂとの間で生じる相対的な変位のナノメートルまたはマイクロメートル単位の量が縦軸に示される。
【０１１９】
一実施形態において、上記方法は、
・  第１の基準点Ａおよび第２の基準点Ｂの相対的な動きの値が所定のしきい値に達するかそれを超えると、処理ユニットに動作可能に接続された通信手段を介して、警告メッセージを送信するステップ
を含む。
【０１２０】
実際、起こり得る危険な状態または潜在的に危険な状態に向かう変位の発達に関する処理ユニットによる通信をもたらすしきい値は、予め定義されていてもよい。
【０１２１】
また、時間の関数としての変位のこの評価システムによって、少なくとも介入のタイミングに関する最初の推定値を提供することができる。これにより、良好なタイミングが不明だった結果、効果的な介入を実施することができなかったという失敗を回避することができる。
【図１】
2021505869.tif 000005
【図２】
2021505869.tif 000006
【図３】
2021505869.tif 000007
【図４】
2021505869.tif 000008
【図５】
2021505869.tif 000009
【図６】
2021505869.tif 000010
【図７】
2021505869.tif 000011
【国際調査報告】
2021505869.tif 000012
2021505869.tif 000013
2021505869.tif 000014