(57)【要約】【課題】歪測定領域を特定した歪測定、微小領域の歪測定、歪測定箇所に隣接して突起物があるような箇所の歪測定に好適な、表面電位計用プローブ取付治具と、前記表面電位計用プローブ取付治具を用いた歪測定方法を提供する。【解決手段】被測定物１に圧電材料２を接着して、前記圧電材料２の表面電位を振動容量方式で距離補償特性を備えた非接触型表面電位計３で計測することにより、被測定物１の歪測定を行うに当り、前記非接触型表面電位計３のプローブ４に、平板電極２０、導電性支持部材２１、柔軟電極板２２、接続部材２３、および、これら全体を前記プローブ４に着脱可能に固定する取付具２４から構成された表面電位計用プローブ取付治具を取付け、歪測定においては、前記表面電位計用プローブ取付治具の柔軟電極板２２の底面を、前記圧電材料２に全面接触させて表面電位を計測して、被測定物１の歪を求める。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物１に圧電材料２を接着して、前記圧電材料２の表面電位を振動容量方式で距離補償特性を備えた非接触型表面電位計３で計測することにより、被測定物１の歪測定を行うに当り、前記非接触型表面電位計３のプローブ４に取付ける治具であって、前記プローブ４の筐体電極６と微小間隔を介して対向する位置に配置した平板電極２０と、前記平板電極２０の表面に略垂直に接合しかつ電気的に接続した導電性支持部材２１と、前記導電性支持部材２１の先端部に配置した導電性ゴムなどの柔軟電極板２２と、前記柔軟電極板２２と前記導電性支持部材２１とを機械的かつ電気的に接続する接続部材２３と、前記平板電極２０、前記柔軟電極板２２、前記導電性支持部材２１、および前記接続部材２３から成る全体を、絶縁材料を介して前記プローブ４に着脱可能に固定する取付具２４とを備えたこと、を特徴とする表面電位計用プローブ取付治具。
【請求項２】
請求項１に記載の表面電位計用プローブ取付治具を用いた歪測定方法であって、被測定物１に圧電材料２を接着したこと、振動容量方式で距離補償特性を備えた非接触型表面電位計３のプローブ４に前記表面電位計用プローブ取付治具を取付けて、前記表面電位計用プローブ取付治具の前記柔軟電極板２２の底面を、前記圧電材料２の表面に全面接触させて表面電位を計測して、被測定物１の歪を求めたこと、を特徴とする表面電位計用プローブ取付治具を用いた歪測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物に圧電材料を接着して、前記圧電材料の表面電位を、振動容量方式で距離補償特性を備えた非接触型表面電位計で計測することにより、被測定物の歪測定を行うに当り、前記非接触型表面電位計のプローブに取付ける表面電位計用プローブ取付治具と、前記表面電位計用プローブ取付治具を用いた歪測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定物にＰＶＤＦなどの圧電材料を接着して、被測定物が歪を受けたときに生じる前記圧電材料の表面電位を、振動容量方式で距離補償特性を備えた非接触型表面電位計で計測し、計測した表面電位が被測定物の歪と比例関係にあることを利用して、歪測定を行う方法が提案されている。
【０００３】
図７は振動容量方式で距離補償特性を備えた非接触型表面電位計を用いた、従来の歪測定方法を説明する図である。まず、導電性の被測定物１の歪測定箇所に圧電材料２を接着する。次に、前記非接触型表面電位計３の接地端子７を、被測定物１と電気配線で接続する。
【０００４】
被測定物１に歪が生じると、その表面に接着された圧電材料２は分極して、圧電材料２の表面に電位が生じる。歪測定においては、前記非接触型表面電位計３のプローブ４を圧電材料２が接着されていない被測定物１の表面に接近させて零点調節を行い、その後に、前記プローブ４を圧電材料２の表面に接近させて表面電位を計測する。
【０００５】
上述した、従来の歪測定方法では、被測定物１の応力集中部など歪が変化している箇所で歪測定を行った場合、歪測定領域を特定することが困難であるという問題があった。また、プローブ４の測定スポットよりも小さい領域の歪測定が困難であるという問題があった。さらに、歪測定箇所に隣接して突起物がある場合、前記プローブ４を直接接近させると、プローブ４が突起物に接触して歪測定が困難になるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、被測定物１に圧電材料２を接着して、前記圧電材料２の表面電位を計測することにより、被測定物１の歪測定を行うに当り、歪測定領域を特定した歪測定や、プローブ４の測定スポットよりも小さい領域の歪測定、および、プローブ４を直接接近させることが困難な箇所での歪測定に好適な、表面電位計用プローブ取付治具と、前記表面電位計用プローブ取付治具を用いた歪測定方法を提供することが課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の表面電位計用プローブ取付治具は、
［１］被測定物１に圧電材料２を接着して、前記圧電材料２の表面電位を振動容量方式で距離補償特性を備えた非接触型表面電位計３で計測することにより、被測定物１の歪測定を行うに当り、前記非接触型表面電位計３のプローブ４に取付ける治具であって、前記プローブ４の筐体電極６と微小間隔を介して対向する位置に配置した平板電極２０と、前記平板電極２０の表面に略垂直に接合しかつ電気的に接続した導電性支持部材２１と、前記導電性支持部材２１の先端部に配置した導電性ゴムなどの柔軟電極板２２と、前記柔軟電極板２２と前記導電性支持部材２１とを機械的かつ電気的に接続する接続部材２３と、前記平板電極２０、前記柔軟電極板２２、前記導電性支持部材２１、および前記接続部材２３から成る全体を、絶縁材料を介して前記プローブ４に着脱可能に固定する取付具２４とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の表面電位計用プローブ取付治具を用いた歪測定方法は、
［２］前記［１］に記載の表面電位計用プローブ取付治具を用いた歪測定方法であって、被測定物１に圧電材料２を接着したこと、振動容量方式で距離補償特性を備えた非接触型表面電位計のプローブ４に前記表面電位計用プローブ取付治具を取付けて、前記表面電位計用プローブ取付治具の前記柔軟電極板２２の底面を、前記圧電材料２の表面に全面接触させて表面電位を計測して、被測定物１の歪を求めたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の表面電位計用プローブ取付治具の一実施例を縦割り断面で示す。表面電位計用プローブ取付治具は、たとえば、円形の金属の平板電極２０と、前記平板電極２０の表面に略垂直に、たとえば、スポット溶接などで一体接合して強度を保持するとともに電気的に接続した導電性支持部材２１と、前記導電性支持部材２１の先端部に配置した導電性ゴムなどの柔軟電極板２２と、前記柔軟電極板２２と前記導電性支持部材２１とを機械的かつ電気的に接続する接続部材２３と、前記平板電極２０、前記導電性支持部材２１、前記柔軟電極板２２、および前記接続部材２３から成る全体を、絶縁材料を介して前記プローブ４に着脱可能に固定する取付具２４（図１の斜線部分）から構成される。
【００１０】
図２は、本発明の表面電位計用プローブ取付治具において、導電性支持部材２１の先端部に配置した導電性ゴムなどの柔軟電極板２２と、前記柔軟電極板２２と導電性支持部材２１とを機械的かつ電気的に接続する接続部材２３の一実施例を示す。
【００１１】
柔軟電極板２２には、たとえば、導電性ゴム板を使用し、片面に導電性支持部材２１の外径よりも少し小さい内径の導電性ゴム円筒の接続部材２３を取付けて、前記導電性ゴム板と一体に形成する。この円筒に前記導電性支持部材２１を差し込むことで、柔軟電極板２２を機械的に接続するとともに、前記導電性ゴム円筒と前記導電性支持部材２１の接触によって電気的に接続する。前記導電性ゴム板の形状を変化させると、自在に差し替えて使用することができる。
【００１２】
あるいは、前記導電性支持部材２１の先端部と前記柔軟電極板２２とを、ピンなどの回転自在部を具備した接続部材で、機械的かつ電気的に接続しても良い。
【００１３】
図３は、本発明の表面電位計用プローブ取付治具を、前記プローブ４に固定した形態の一実施例を縦割り断面で示す。
【００１４】
振動容量方式で距離補償特性を備えた非接触型表面電位計のプローブ４には、内部にセンサ電極５を配置した開孔が設けられており、前記開孔の周辺に筐体電極６が設置されている。本発明の表面電位計用プローブ取付治具は、前記平板電極２０の表面の中心部を前記センサ電極５の軸と一致させて、筐体電極６と微小間隔を介して対向する位置に配置する。そして、前記微小間隔を保持した状態で、平板電極２０、柔軟電極板２２、導電性支持部材２１、および接続部材２３から成る全体を、取付具２４を用いて前記プローブ４に、ネジまたは締付けなどの固定手段で着脱可能に固定する。
【００１５】
前記取付具２４が平板電極２０および導電性支持部材２１と接触する部分には、少なくとも絶縁材料を使用して、プローブ４と平板電極２０および導電性支持部材２１の間を電気的に絶縁する。また、表面電位計用プローブ取付治具をプローブ４に固定した状態で、前記取付具２４が筐体電極６に接触していると、取付具２４に付着した帯電物質などによって表面電位にドリフトが生じることがあるので、取付具２４が筐体電極６に接触しない形態でプローブ４に固定する。
【００１６】
図４は、本発明の表面電位計用プローブ取付治具を用いた歪測定方法の一実施例を示す図である。まず、被測定物１の歪測定箇所に圧電材料２を接着する。次に、前記非接触型表面電位計のプローブ４に、本発明の表面電位計用プローブ取付治具を取付ける。
【００１７】
表面電位計測においては、まず、前記表面電位計用プローブ取付治具の柔軟電極板２２の底面を被測定物１に接触させて零点調節を行い、その後に、前記柔軟電極板２２の底面を圧電材料２の表面に全面接触させて表面電位を計測する。前記柔軟電極板２２に導電性ゴムを用いるのは、被測定物１の表面が平坦でない場合においても、前記柔軟電極板２２の底面を圧電材料２の表面に全面接触可能にするためである。
【００１８】
圧電材料２の電位は被測定物１の歪に比例するので、計測される表面電位は、柔軟電極板２２の底面を全面接触させた領域の、被測定物１の歪の平均値に比例することになる。このため、歪の測定領域を特定した歪測定を行うことができる。圧電材料２の表面電位と被測定物１の歪（応力）との関係は、たとえば、特開２００２−１３１１５０「塗装構造物の応力測定法およびその装置」に示されている。
【００１９】
図５は、本発明の表面電位計用プローブ取付治具と、これを用いた歪測定方法の一実施例を詳細に説明する図である。従来の表面電位計測では、プローブ４を圧電材料２に直接接近させて、プローブ４と圧電材料２の間で静電容量を構成して表面電位を計測する。これに対して、本発明の表面電位計用プローブ取付治具を用いた歪測定方法では、非接触部分をプローブ４と平板電極２０との間に設けてこの間で静電容量を構成し、柔軟電極板２２の底面は圧電材料２に全面接触させて、接触方式で電位を計測する。
【００２０】
被測定物１に歪が生じて圧電材料２が分極すると、前記圧電材料２に底面を全面接触させた柔軟電極板２２、接続部材２３、導電性支持部材２１、および平板電極２０の全体に静電誘導が生じる。
【００２１】
振動容量方式で距離補償方式の非接触型表面電位計は、センサ電極５の出力信号を参照しながら筐体電極６の電位を操作し、筐体電極６と前記平板電極２０とを同一電位にして、静電容量の影響を打ち消すことで距離補償特性を得ている。
【００２２】
このため、圧電材料２とプローブ４との間の、平板電極２０、導電性支持部材２１、および柔軟電極板２２の形状によらず、表面電位が計測できると考えられるが、実際に実験を行ってみると、柔軟電極板２２の底面積が小さい場合、平板電極２０の大きさと導電性支持部材２１の長さと太さによって、表面電位の計測値が影響を受ける。
【００２３】
柔軟電極板２２の底面積が小さい場合、前記静電誘導による移動電荷量も少ない。このため、前記平板電極２０の寸法が大きい、あるいは、導電性支持部材２１の長さが長いまたは太いなど、導電性材料の総量が多い場合、周辺の電位の影響を受けやすくなる。
【００２４】
そこで、平板電極２０が筐体電極６と対向する間隔は、筐体電極６と平板電極２０の間で放電が生じない範囲でできるだけ微小間隔にして、前記プローブ４の測定スポットの大きさを小さくし、前記平板電極２０の寸法を測定スポットの領域と等しいか、わずかに大きい寸法に規制する。また、導電性支持部材２１の長さと太さも、表面電位計測が可能であって支持強度が保持できる必要最小限に規制する。このようにして導電性材料の総量を少なくすると、柔軟電極板２２の底面が微小であっても、精度良く表面電位を計測することができる。
【００２５】
また、本発明の表面電位計用プローブ取付治具を用いて歪測定を行うと、およそ導電性支持部材２１の長さ分だけ、プローブ４を圧電材料２の表面からさらに離して表面電位を計測することができるので、歪測定箇所に隣接して突起物があるような箇所の歪測定を容易に行うことができる。
【００２６】
次に、本発明の表面電位計用プローブ取付治具を用いて歪測定実験を行った一例を説明する。表面電位計には、ＴＲＥＫ−Ｍｏｄｅｌ−３４７を使用し、プローブ４にはＭｏｄｅｌ−６０００Ｂ−７Ｃを使用した。
【００２７】
表面電位計用プローブ取付治具の平板電極２０には、直径約５ｍｍの円形の鉄の平板電極２０を使用し、前記平板電極２０の中心部に略垂直に接合された導電性支持部材２１には、直径約１ｍｍの円形断面の鉄線を使用した。鉄線の長さは約８ｍｍのものと、約２５ｍｍのものを２種類使用した。
【００２８】
柔軟電極板２２には導電性ゴム板を一辺が７ｍｍ、５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍの正方形に切り出して、前記鉄線の先端を尖らせて導電性ゴム板の中心部に刺して機械的かつ電気的に接続した。また、前記平板電極２０と筐体電極６との間隔は約０．２ｍｍで対向させた。
【００２９】
まず、ＰＶＤＦを２枚重ねて接着したもの（２枚のＰＶＤＦを伸延方向が直交するように配置し、極性が直列接続になるように重ねて等方性圧電材料としたもの）を準備し、平滑材の被測定物１に接着した。次に、平滑材を疲労試験機に取付けて、引張り圧縮の両振り軸歪を繰り返し負荷した。
【００３０】
図６は平滑材の歪範囲が０．０００６５のときの、前記表面電位計用プローブ取付治具で計測した表面電位の変動範囲を示す。長さ８ｍｍの鉄線を使用した場合、導電性ゴム板の寸法によらずほぼ同じ表面電位の変動範囲が計測された。また、長さ２５ｍｍの鉄線を使用した場合には、導電性ゴム板の寸法が小さくなるにつれて表面電位の変動範囲が少しずつ小さくなった。また、前記ＰＶＤＦの表面に、プローブ４を直接接近させて計測した表面電位の変動範囲は、一辺が７ｍｍの正方形の導電性ゴム板を取付けた表面電位計用プローブ取付治具で計測した表面電位の変動範囲と、記録紙で見る限り同じであった。
【００３１】
前記導電性支持部材２１の長さが長くて、表面電位の計測値が影響を受ける場合には、以下のキャリブレーションを行うと表面電位を計測することができる。
【００３２】
平滑材に圧電材料２を接着して、前記平滑材に、たとえば正弦波の繰り返し歪振幅を負荷する。次に、被測定物１で使用するものと同じ柔軟電極板２２、同じ導電性支持部材２１、同じ平板電極２０、および同じ接続部材２３で構成された表面電位計用プローブ取付治具を用いて表面電位を計測する。そして、表面電位の計測値と歪との比例関係の比例定数を求めておくと歪測定が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
被測定物１に圧電材料２を接着して、前記圧電材料２の表面電位を計測することにより、被測定物１の歪測定を行うに当り、本発明の表面電位計用プローブ取付治具を用いると、歪の測定領域を特定した歪測定、非接触型表面電位計のプローブ４の測定スポットより小さい微小領域の歪測定、および、歪測定箇所に隣接して突起物があるような箇所の歪測定を容易に行うことができる。
【００３４】
また、本発明の表面電位計用プローブ取付治具は、市販の振動容量方式で距離補償特性を備えた非接触型表面電位計３のプローブ４に着脱可能であるので、被測定物１の歪測定を安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面電位計用プローブ取付治具の一実施例の縦割り断面図である。
【図２】導電性支持部材の先端部に配置した柔軟電極板と、柔軟電極板と導電性支持部材とを機械的かつ電気的に接続する接続部材の一実施例を示す図である。
【図３】表面電位計用プローブ取付治具を、プローブに固定した形態の一実施例の縦割り断面図である。
【図４】本発明の表面電位計用プローブ取付治具を用いた歪測定方法の一実施例を示す図である。
【図５】表面電位計用プローブ取付治具と、これを用いた歪測定方法の一実施例を詳細に説明する図である。
【図６】表面電位の計測実験の結果を説明する図である。
【図７】非接触型表面電位計を用いた、従来の歪測定方法を説明する図である。
【符号の説明】
１    被測定物
２    圧電材料
３    非接触型表面電位計
４    プローブ
５    センサ電極
６    筐体電極
７    接地端子
２０  平板電極
２１  導電性支持部材
２２  柔軟電極板
２３  接続部材
２４  取付具
【図１】
2004251863.tif 000003
【図２】
2004251863.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004251863.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004251863.tif 000008
【図７】
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