(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮により抵抗値が変化する歪ゲージと、被測定対象物と線膨張係数が略同じ板状部材と、これに歪ゲージを接着する手段と、前記歪ゲージの前記板状部材との接着面とは反対側の面との間に隙間がある状態で、板状部材に接着された歪ゲージを密閉する手段とにより構成されていることを特徴とする歪センサ。
【請求項２】
歪ゲージを接着した板状部材が、歪ゲージを密閉する手段の構成部材の一部を成していることを特徴とする請求項１記載の歪センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁などの建造物の表面歪計測に使用する歪センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物のひずみを測定する歪センサがある。歪センサは、絶縁性を有する薄いベース上に金属箔等の抵抗体が形成された歪ゲージを備える。抵抗体には、歪ゲージから出力値を取り出すリード線が接続する。歪ゲージは、被測定物に取り付けられる。抵抗体は、被測定物のひずみに応じてひずみ、抵抗値が変化する。従って、歪ゲージの出力値に基づいて被測定物のひずみ量を測定できる。
【０００３】
歪センサを用いて橋梁等の被測定物のひずみを測定する場合、歪ゲージを被測定物の表面に接着剤で接着する。そして、耐候性を高めるために、コーティング剤で歪ゲージと、歪ゲージおよびリード線の接続部分とを覆う（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】株式会社  共和電業、“ひずみゲージの接着法と防湿処理の一例”、［online］、［平成２７年１０月３０日検索］、インターネット<URL：http://www.kyowa-ei.com/jpn/technical/notes/bonding_procedure/index.html>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
歪ゲージは、例えば長さ数ｃｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ程度であり、小さく薄い。そのため、歪ゲージの接着作業およびコーティング作業は困難であり、歪センサの取り付け作業には手間がかかる。特に、河川橋梁の下面のような足場のない高所や風が強い難所で歪センサの取り付け作業を行う場合、取り付け作業は大変困難である。
【０００６】
被測定物から漏水が生じる場合がある。被測定物が例えばコンクリートの場合、コンクリートの劣化に伴いコンクリートから漏水が生じたり、遊離石灰が浸出したりする。従来の歪センサでは、被測定物側から漏水等が生じると、歪ゲージが損傷を受けるおそれがある。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑み、現場での被測定物への接着作業が容易で、コーティング作業の必要がなく、長期間のモニタリングにも耐え得る歪センサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一般に、実施形態によれば、歪センサは、歪ゲージと、板状部材と、歪ゲージを接着する手段と、板状部材に接着された歪ゲージを密閉する手段と、を備える。歪ゲージは、伸縮により抵抗値が変化する。板状部材は、被測定対象物と線膨張係数が略同じである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】歪センサの分解斜視図である。
【図２】被測定物に設置された歪センサの側面図である。
【図３】弾性接着剤の機能を説明するための模式図である。
【図４】板状部材がひずむ様子を示す模式図である。
【図５】処理ユニットの構成を示すブロック図である。
【図６】収容部の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、歪センサ１００の分解斜視図である。
歪センサ１００は、橋梁等の被測定物（被測定対象物）に取り付けられる。歪センサ１００は、被測定物のひずみを測定し、測定値をメモリに蓄積する。歪センサ１００は、通信相手局にメモリ内の測定値を無線により送信する。
【００１１】
歪センサ１００は、板状部材１（板状部）、収容部２、歪ゲージ３、リード線４、処理ユニット５、電池６を備える。
【００１２】
板状部材１は、矩形の板状であり、後述するが、図１の下面が接着剤９２（図２）にて被測定物に接着される。板状部材１は、金属製であり、被測定物と略等しい線膨張係数を有する。板状部材１の材質は、被測定物がコンクリートである場合、ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０であってもよい。
【００１３】
板状部材１の外縁部には、外縁部に沿って一周するように切れ目なく連続して弾性接着剤９１が塗布される。板状部材１は、弾性接着剤９１により、収容部２の下面に接着される。弾性接着剤９１は、切れ目なく環状に板状部材１に塗布されるので、収容部２と板状部材１との隙間を塞ぎ、収容部２と板状部材１との間から水分が歪センサ１００の内部に侵入することを防ぐ。
【００１４】
収容部２は、筐体２１および蓋２２を備える。筐体２１および蓋２２は、金属製であり、被測定物と略等しい線膨張係数を有する。筐体２１および蓋２２の材質は、被測定物がコンクリートである場合、ＪＩＳ規格のＳＵＳ４３０であってもよい。筐体２１および蓋２２の材質は、板状部材１と異なっていてもよい。筐体２１および蓋２２の材質は、互いに異なっていてもよい。
【００１５】
筐体２１は、上部が開口した有底箱状である。筐体２１において、四辺の各側壁部２１１が繋がる各隅部には、取付穴２１２がある。筐体２１において、底部２１３の中央部には、底部２１３を貫通する開口部２１４がある。開口部２１４は、歪ゲージ３の外形より大きい。
【００１６】
蓋２２の四隅には孔２２１がある。取付ネジ８が各孔２２１を介して各取付穴２１２に嵌められることにより、蓋２２が筐体２１に取り付けられる。筐体２１および蓋２２は、板状部材１と共に、歪ゲージ３、リード線４、処理ユニット５、および電池６を内部に密閉する。従って、板状部材１に接着された歪ゲージ３を密閉する手段が、板状部材１、弾性接着剤９１、および収容部２を備えて構成されている。歪ゲージ３を接着した板状部材１が、歪ゲージ３を密閉する手段の構成部材の一部を成している。
【００１７】
歪ゲージ３は、板状部材１上において、開口部２１４内に収まる位置に接着剤（歪ゲージ３を接着する手段）によって接着される。歪ゲージ３は、ベース３１と抵抗体３２とを備える。歪ゲージ３として、被測定物に合わせて温度特性が設計されているものが用いられる。
【００１８】
ベース３１は、絶縁性を有する素材からなり、フィルム状である。ベース３１は、接着剤により板状部材１上に接着される。
【００１９】
抵抗体３２は、例えば金属箔である。抵抗体３２は、ベース３１上にあり、被測定物のひずみに応じて伸縮し、抵抗値が変化する。
【００２０】
リード線４は、２本ある。各リード線４の一端は、抵抗体３２の両端にそれぞれ接続する。リード線４の他端は、処理ユニット５に接続する。リード線４は、歪ゲージ３の出力を処理ユニット５に伝達する。
【００２１】
処理ユニット５は、歪ゲージ３の出力信号に対し、ひずみ測定に好適な信号となるように増幅等の処理を行う。処理ユニット５については後述する。
電池６は、処理ユニット５に電力を供給する。
【００２２】
以下、歪ゲージ３を板状部材１へ接着する手順を説明する。
まず、板状部材１を、筐体２１の下面に弾性接着剤９１によって接着する。
続いて、弾性接着剤９１を完全に硬化させる。
そして、板状部材１において、開口部２１４から露出する部分に歪ゲージ３を接着剤によって接着する。
【００２３】
本実施形態では、板状部材１を筐体２１に接着することにより、板状部材１の初期歪を矯正でき、板状部材１の平坦度を改善できる。実施形態では、平坦度を改善した板状部材１に歪ゲージ３を接着するので、歪ゲージ３の出力オフセットを軽減できる。
【００２４】
本実施形態では、歪ゲージ３の出力を、処理ユニット５の高利得のひずみ増幅器５２（図５）で増幅する。本実施形態では、歪ゲージ３の出力オフセットを軽減できるので、ひずみ増幅器５２の出力ダイナミックレンジを確保できる。
【００２５】
本実施形態では、筐体２１に板状部材１を接着し、続いて板状部材１に歪ゲージ３を接着した後、筐体２１内に処理ユニット５および電池６を設置する。そして、蓋２２を筐体２１に取り付けることで、歪センサ１００を組み立てる。なお、処理ユニット５および電池６が設置された筐体２１に、板状部材１を接着してもよい。
【００２６】
図２は、被測定物に設置された歪センサ１００の側面図である。
歪センサ１００を使用する際には、板状部材１の下面を接着剤９２により被測定物に接着する。被測定物が橋梁等のコンクリートである場合、接着剤９２としては、多孔性で粗面であるコンクリート表面への接着に適した一般的なコンクリート用接着剤を用いることができる。
【００２７】
図３は、弾性接着剤９１の機能を説明するための模式図である。
弾性接着剤９１は、板状部材１の外縁部に沿って環状に塗布される。歪ゲージ３は、環状に塗布される弾性接着剤９１の間に位置する。弾性接着剤９１は、板状部材１の中央部の領域と収容部２との間に隙間Ｃを形成する。
【００２８】
図４は、板状部材１がひずむ様子を示す模式図である。
板状部材１の中央部の領域と収容部２との間に隙間Ｃがあるので、板状部材１の中央部の領域が、被測定物のひずみに追従して収容部２側にひずむことができる。また、弾性接着剤９１が十分な弾性を有し、被測定物のひずみに追従して弾性変形するので、弾性接着剤９１に代えて弾性の低い接着剤を使用する場合に比べ、板状部材１が良好にひずむことができる。これにより、本実施形態では、被測定物の測定精度を良好にできる。
【００２９】
図５は、処理ユニット５の構成を示すブロック図である。
処理ユニット５は、ブリッジ回路５１、ひずみ増幅器５２、ＡＤ変換器５３、ＭＣＵ５４（Micro Controller Unit）、無線通信モジュール５５、アンテナ５６、および電圧レギュレータ５７を備える。
【００３０】
歪ゲージ３の抵抗値は、歪ゲージ３の伸縮に応じて概ね１％以下の僅かな変化を示す。歪ゲージ３は、１２０Ω〜１ｋΩの範囲で規格化されている。
【００３１】
歪ゲージ３の僅かな抵抗値の変化を十分なＳＮ(Signal to Noise )比でＡＤ(Analogue to Digital) 変換するために、歪ゲージ３は、ホイートストン型のブリッジ回路５１の一辺に置かれている。
【００３２】
ひずみ増幅器５２は、ブリッジ回路５１の平衡差動出力を４００倍から１０００倍の範囲で増幅する。
【００３３】
ＡＤ変換器５３は、ひずみ増幅器５２の出力を１２bit以上のデジタル信号に変換する。ひずみ測定の測定値の分解能が１με以上であってもよい場合には、量子化レベルは１２bit以下でもよい。
【００３４】
ＭＣＵ５４は、設定したタイミングでひずみ測定を行い、内蔵するメモリに測定値を蓄積する。なお、ＭＣＵ５４に代えて、プロセッサとメモリとが別体で処理ユニット５内にあってもよい。
【００３５】
ＭＣＵ５４は、無線通信モジュール５５およびアンテナ５６を介して通信相手局と通信する。ＭＣＵ５４は、通信相手局からの測定値の送信要求に応じて、メモリに蓄積した測定値を通信相手局に送信する。
【００３６】
ＭＣＵ５４は、定期的な測定タイミング時や、通信相手局からの測定値の送信要求時には処理ユニット５の各部を動作させ、それ以外の時は処理ユニット５の各部を動作させない。すなわち、ＭＣＵ５４は、処理ユニット５の各部をスリープ動作（間欠動作）させる。ＭＣＵ５４は、電圧レギュレータ５７の出力タイミングを制御することにより、スリープ時における処理ユニット５の各部への電力供給を抑える。
【００３７】
本実施形態では、歪センサ１００にスリープ期間を設け、歪センサ１００の消費電力を抑える。これにより、本実施形態では、歪センサ１００を、設置現場で長期間動作させることができる。
【００３８】
電圧レギュレータ５７は、電池６の電圧出力を安定化させ、歪センサ１００の各部へ電力を供給する。
【００３９】
（変形例）
図６は、歪センサ１００Ａの分解斜視図である。
本変形例では、前記実施形態の板状部材１が板状部１Ａとなっている。板状部１Ａは、弾性接着剤９１無しに直接筐体２１に繋がる。板状部１Ａは、プレス加工や鋳造等により、筐体２１の側壁部２１１と一体成形されていてもよい。板状部１Ａは、各側壁部２１１の下端に溶接されていてもよい。
【００４０】
板状部１Ａにおいて、被測定物のひずみに対する追従性を良好にするために、歪ゲージ３が接着される領域の肉厚が薄くなっていてもよい。
【００４１】
被測定物を数年単位という長期にわたってモニタリングする場合、被測定物の劣化により被測定物側から漏水が生じることがある。しかし、前記実施形態の歪センサ１００，１００Ａは、歪ゲージ３が板状部材１（板状部１Ａ）および収容部２に密閉されるので、周囲からの防水性に加え、被測定物側からの漏水に対しても防水性を有する。従って、前記実施形態では、歪センサ１００，１００Ａの長期のモニタリングでの使用が可能となる。
【００４２】
前記実施形態では、歪ゲージ３が板状部材１（板状部１Ａ）および収容部２に密閉されるので、歪センサ１００，１００Ａの設置時に歪ゲージ３のコーティング作業を不要にできる。
【００４３】
前記実施形態では、歪ゲージ３より大きく剛性も高い歪センサ１００，１００Ａ(板状部材１（板状部１Ａ）および収容部２)を被測定物に接着させる。従って、前記実施形態は、歪ゲージ３を被測定物に接着する従来よりも、歪センサ１００，１００Ａの被測定物への取付作業を容易化できる。
【００４４】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００４５】
１…板状部、２…収容部、３…歪ゲージ、５…処理ユニット、３１…ベース、３２…抵抗体、９１…接着剤、１００…歪センサ。
【図１】
0006632325.tif 000002
【図２】
0006632325.tif 000003
【図３】
0006632325.tif 000004
【図４】
0006632325.tif 000005
【図５】
0006632325.tif 000006
【図６】
0006632325.tif 000007