(57)【要約】【課題】本発明は、２つの標点を結ぶ線に沿う方向の計測対象となる変位による歪を検出した歪から分離することのできる変位計を提供する。【解決手段】変位計１は、計測対象となる標点距離を隔てて設けられる２つの標点にそれぞれ固定される脚部８，９と、それぞれ異なる曲率で形成されて両端が脚部８，９に固定された複数のアーチ１０，１１と、このアーチ１０，１１のそれぞれに取付けられた歪ゲージ１２，１３とを備える。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象となる標点距離を隔てて設けられる２つの標点にそれぞれ固定される脚部と、
それぞれ異なる曲率で形成されて前記脚部に両端が固定された複数のアーチと、
前記アーチのそれぞれに取付けられた歪ゲージとを備えることを特徴とする変位計。
【請求項２】
計測対象となる標点距離を隔てて設けられる２つの標点にそれぞれ固定される脚部と、
異なる曲率で形成されて前記脚部に両端が固定された２つのアーチと、
前記２つのアーチにそれぞれ取付けられた歪ゲージと、
前記アーチ毎の前記歪ゲージで検出される実測歪を基に前記２つの標点を通る直線に沿って前記脚部が移動する真の変位量を求める計測装置とを備えることを特徴とする変位計。
【請求項３】
前記計測装置は、
前記標点を通る直線に沿って前記脚部が移動した変位量として前記歪ゲージで検出された実測歪を較正する較正式と、
前記アーチが倣う平面と直交する線を軸に前記脚部が相対的に回動する角変位を前記アーチに加えたときに前記歪ゲージに発生する回動歪を角変位量から算出する換算式と、
各前記アーチに角変位を加えることで発生する回動歪を前記較正式に代入して得られる見掛け変位量の差を角変位量に変換する変換式とを備えることを特徴とする請求項２に記載の変位計。
【請求項４】
前記計測装置は、
前記歪ゲージで検出された各実測歪を前記較正式でそれぞれ実測変位量に換算し、
前記実測変位量の差がゼロの場合、前記実測変位量を真の変位量とし、
前記実測変位量の差がゼロ以外の場合、前記実測変位量の差を前記変換式に代入して角変位量を算出し、この角変位量を前記換算式に代入して回動歪を算出し、この回動歪を前記較正式に代入して見掛け変位量を算出し、この見掛け変位量を前記実測変位量から差引いて真の変位量とすることを特徴とする請求項３に記載の変位計。
【請求項５】
前記計測装置は、
前記歪ゲージで検出された各実測歪を前記較正式でそれぞれ実測変位量に換算し、
前記実測変位量の差がゼロの場合、前記実測変位量を真の変位量とし、
前記実測変位量の差がゼロ以外の場合、前記実測変位量の差を前記変換式に代入して角変位量を算出し、この角変位量を前記換算式に代入して回動歪を算出し、この回動歪を前記実測歪から差引いた値を前記較正式に代入して真の変位量を求めることを特徴とする請求項３に記載の変位計。
【請求項６】
液化天然ガス貯槽のメンブレンに設けられるコルゲーションに隔てられて隣合うプレートにそれぞれ固定される一対の脚部と、
前記脚部に掛け渡される２つのアーチと、
前記アーチのそれぞれに取付けられる歪ゲージと、
前記アーチ毎の前記歪ゲージで検出される実測歪を基に、前記コルゲーションの開き量を求める計測装置とを備えることを特徴とする変位計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）貯槽のメンブレンなど、二つの面の相対的な変位量を計測する変位計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円弧状に形成された１つのアーチと、このアーチの頂部に取付けられた歪ゲージとを備えた変位計がある（例えば、非特許文献１参照。）。この変位計は、アーチの両端がそれぞれ固定される２つの標点の相対的な変位を測定する。この変位計は、例えば、コンクリート表面に現れた亀裂をまたいで取付けられ、亀裂の伸展を監視するために用いられる場合がある。また、他の用途として、この変位計は、温度変化によって膨張または収縮する容器や配管の応力緩和部として設けられるコルゲーションをまたいで取付けられ、コルゲーションに与えられる疲労を評価するために用いられる場合がある。
【０００３】
コルゲーションを備える容器として、例えば、液化天然ガス貯槽がある。この液化天然ガス貯槽は、コンクリート製の外槽とこの外槽の内側にライニングされたメンブレンとを備える。メンブレンは、格子状にコルゲーションが形成されている。液化天然ガスの液面が変化することで、メンブレンは、繰り返し温度変化を受ける。メンブレンが冷やされて収縮すると、コルゲーションは開き、メンブレンが温められて膨張すると、コルゲーションは閉じる。したがって、コルゲーションの繰返し変形を変位計で観察し、安全性の評価をすることは重要である。
【０００４】
【非特許文献１】
パイ型変位計、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１４年１１月１９日］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｋｙｏｓｏｋｋｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ／ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ／ｄｅｔａｉｌ／ｐｉ．ｈｔｍｌ＞
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２つの標点が設けられたそれぞれの面は、この２つの標点を通る直線状の基準線を設けた場合、互いにこの基準線に沿う線内方向に変位するだけでなく、基準線を外れる線外方向にも変位することがある。例えば、液化天然ガス貯槽のメンブレンの場合、格子状に設けられたコルゲーションで隔てられた個々のプレートは、温度変化によって膨張または収縮する。この結果、コルゲーションを隔てて隣合うプレート上に２つの標点を配置した場合、これらの標点が面内方向及び面外方向へ相対的に移動する可能性がある。面内方向の変位として、これらの標点がプレートの面に沿ってコルゲーションが開く方向に移動する開方向変位と、プレート面に沿って計測方向を横切る方向の横水平変位が想定される。また、面外方向の変位として、プレートの面に対して垂直方向の垂直変位と、コルゲーションを支点に一方のプレートが他方のプレートに対して回動する方向の角変位が想定される。したがって、これらの標点に変位計の両端を固定した場合、変位計は、２つの標点の計測対象となる開方向変位による歪だけでなく、横水平変位、垂直変位、角変位による歪も同時に検出している可能性がある。そして、計測方向の変位を評価したい場合、変位計は、これらの歪を個々に分離することができない。
【０００６】
そこで、本発明は、２つの標点を結ぶ線に沿う方向の計測対象となる変位による歪を検出した歪から分離することのできる変位計を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る変位計は、計測対象となる標点距離を隔てて設けられる２つの標点にそれぞれ固定される脚部と、それぞれ異なる曲率で形成されて両端が脚部に固定された複数のアーチと、このアーチのそれぞれに取付けられた歪ゲージとを備える。
【０００８】
または、本発明に係る変位計は、計測対象となる標点距離を隔てて設けられる２つの標点にそれぞれ固定される脚部と、異なる曲率で形成されて両端が前記脚部に固定された２つのアーチと、これら２つのアーチにそれぞれ取付けられた歪ゲージと、アーチ毎の歪ゲージで検出される実測歪を基に前記２つの標点を通る直線に沿って脚部が相対的に移動する真の変位量を求める計測装置とを備える。
【０００９】
この場合、計測装置は、標点を通る直線に沿って脚部が移動した変位量として歪ゲージで検出された実測歪を較正する較正式と、アーチが倣う平面と直交する線を軸に脚部が相対的に回動する角変位をアーチに加えたときに歪ゲージに発生する回動歪を角変位量から算出する換算式と、各アーチに角変位を加えることで発生する回動歪を較正式に代入して得られる見掛け変位量の差を角変位量に変換する変換式とを備える。
【００１０】
そして、計測装置は、歪ゲージで検出された各実測歪を較正式でそれぞれ実測変位量に換算し、実測変位量の差がゼロの場合、実測変位量を真の変位量とし、実測変位量の差がゼロ以外の場合、実測変位量の差を変換式に代入して角変位量を算出し、この角変位量を換算式に代入して回動歪を算出し、この回動歪を較正式に代入して見掛け変位量を算出し、この見掛け変位量を実測変位量から差引いて真の変位量とする。或いは、計測装置は、歪ゲージで検出された各実測歪を較正式でそれぞれ実測変位量に換算し、実測変位量の差がゼロの場合、実測変位量を真の変位量とし、実測変位量の差がゼロ以外の場合、実測変位量の差を変換式に代入して角変位量を算出し、この角変位量を換算式に代入して回動歪を算出し、この回動歪を実測歪から差引いた値を較正式に代入して真の変位量を求める。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る第１の実施形態の変位計１について、液化天然ガス貯槽２のメンブレン３に形成されるコルゲーション４の開き量計測に適用する場合を一例に、図１から図５を参照して説明する。液化天然ガス貯槽（以下、ＬＮＧ貯槽とする）２を一部切欠いて図１に示す。ＬＮＧ貯槽２は、縦型円筒容器であって、主要部は、地下に埋設されている。ＬＮＧ貯槽２は、耐圧部としてコンクリートで形成された外槽５と、液化天然ガスを密封する容器として外槽５の内側にライニングされるメンブレン３とを備える。メンブレン３は、底部メンブレン３ａと側部メンブレン３ｂとを有している。底部メンブレン３ａには、半径方向と円周方向に、側部メンブレン３ｂには、水平方向と垂直方向に、それぞれコルゲーション４が形成されている。コルゲーション４は、温度変化によるメンブレン３の膨張収縮等の歪を緩和する。また、図２に示すように外槽５とメンブレン３との間には、保冷材６が挿入される。
【００１２】
コルゲーション４をまたいで変位計１を取付けた状態のメンブレン３の一部を図２に示す。さらに、説明する上で方向を特定しやすくするために、図３に示すように、コルゲーション４の延びる方向にＸ軸を取り、コルゲーション４がプレート７に沿って開く方向にＹ軸を取り、Ｘ軸とＹ軸に直交する方向にＺ軸を取る。また、Ｘ軸と平行な軸周りに回動する方向としてωを取る。
【００１３】
図３に示すように変位計１は、脚部８，９と、２つのアーチ１０，１１と、歪ゲージ１２，１３と、計測装置１４とを備えている。脚部８，９は、コルゲーション４を隔てて隣合うメンブレン３のプレート７上に設けられる標点に固定されている。２つのアーチ１０，１１は、コルゲーション４をまたいでそれぞれ両端１５，１６が脚部８，９に固定されている。それぞれのアーチ１０，１１は、コルゲーション４の延びるＸ方向に幅を有した帯状で、円弧状に形成されている。２つのアーチ１０，１１は、異なる曲率を有しており、同一平面に沿って配置されている。この場合、２つのアーチ１０、１１は、Ｙ−Ｚ平面に沿って配置されている。そして、一方のアーチ１１は、他方のアーチ１０よりも半径が大きく、変形した場合でも２つのアーチ１０，１１が互いに接触しない隙間を有して二重に配置された状態である。以後、外アーチ１１、内アーチ１０とする。
【００１４】
歪ゲージ１２，１３は、内アーチ１０、外アーチ１１のそれぞれに取付けられている。各歪ゲージ１２，１３は、それぞれのアーチ１０，１１にひとつずつ取付けられれば良いが、この場合、円弧状に曲がったアーチ１０，１１のそれぞれ外側の面、或いはそれぞれ内側の面に取付けられることが好ましく、さらに、脚部８，９から等しい位置となるアーチ１０，１１の頂部に取付けるとなお良い。歪ゲージ１２，１３は、絶縁性の部材で覆われ、歪ゲージ１２，１３の信号は、リード線１５で取り出される。なお、絶縁性の部材やリード線１５は、この変位計１が使用される環境に応じた耐久性に優れた部材を使用する。
【００１５】
計測装置１４は、３つの関係式を備えており、歪ゲージ１２，１３で計測された実測歪εｏ，εｉを基に真の変位量Ｄを求める。第１式は、各歪ゲージ１２，１３が出力する実測歪εｏ，εｉの信号が計測対象方向の真の変位量Ｄのみによるものとして変位量δｏ，δｉを求める較正式（εｏ・Ｋｏ＝δｏ，εｉ・Ｋｉ＝δｉ）である。第２式は、角変位量θによって生じる回動歪εｓｏ，εｓｉを求める換算式（θ・Ｃｏ＝εｓｏ，θ・Ｃｉ＝εｓｉ）である。第３式は、２つの歪ゲージ１２，１３で検出される実測歪εｏ，εｉを第１式に代入することによって求められる実測変位量δｏ，δｉの差ａから角変位量θを求める変換式（ａ・Ｂ＝θ）である。
【００１６】
第１式〜第３式の係数Ｋｏ，Ｋｉ，Ｂ，Ｃｏ，Ｃｉは、それぞれ予め変位計１に対して行われる予備試験によって求められる。予備試験は、以下の要領で実施される。図４に示すように変位計１は、一方の脚部８を固定端とし、他方の脚部９を変位可能な台２１に取付けた移動端とする。２つのアーチ１０，１１は、両端がそれぞれ固定端と移動端の脚部８，９に固定されている。そして、計測対象方向（Ｙ方向）、角変位方向（θ方向）、垂直方向（Ｚ方向）、横水平方向（Ｘ方向）について台２１を移動させ、それぞれ変位と歪の関係について計測する。
【００１７】
まず、計測対象方向、すなわち、メンブレン３に取付けた場合にコルゲーション開き方向となるＹ方向に台２１を移動させる。それぞれのアーチ１０，１１の変位量δｏ，δｉは、真の変位量Ｄであるので、第１式から係数Ｋｏ，Ｋｉが求まる。
【００１８】
次に、角変位方向、すなわち、メンブレン３に取付けた場合にコルゲーション４を支点にプレート７の一方が他方に対して回動する方向、Ｘ軸と平行な軸周りに移動端を回動させるω方向に台２１を移動させる。歪ゲージ１２，１３で検出される実測歪εｏ，εｉは、角変位量θのみによって生じている回動歪εｓｏ，εｓｉであるので、第２式から係数Ｃｏ，Ｃｉが求まる。
【００１９】
ここで、曲率の異なる２つのアーチ１０，１１に対して同じ方向に同じ大きさの変位を加えた場合、各アーチ１０，１１には、異なる大きさの歪が発生する。また、各アーチ１０，１１に異なる方向から同じ大きさの変位を加えた場合においても、異なる大きさの歪が発生する。したがって、Ｙ方向に加えた変位によって発生する実測歪εｏ，εｉからＹ方向の変位量δｏ，δｉを算出するように決められた第１式に回動歪εｓｏ，εｓｉを代入して得られる見掛け変位量δｓｏ，δｓｉは、２つのアーチ１０，１１の間で差ａが生じる。この差ａは、角変位量θに起因する変数であるので、第３式から係数Ｂが求まる。
【００２０】
なお、角変位方向（ω方向）と同様に、垂直方向（Ｚ方向）、横水平方向（Ｘ方向）についても見掛け変位量の差を求めたが、角変位方向ωに変位することによって生じる見掛け変位量δｓｏ，δｓｉの差ａに比べて無視できる程度に十分に小さいものであった。したがって、本実施形態においては、説明を省略する。
【００２１】
次に、変位計１を用いてコルゲーション４の真の変位量Ｄを求める方法を説明する。図４に示すように計測装置１４は、アーチ１０，１１に取付けられた歪ゲージ１２，１３で検出された実測歪εｏ，εｉを検出する（Ｓ１）と、第１式より、変位量δｏ，δｉをそれぞれ算出する（Ｓ２）。
εｏ・Ｋｏ＝δｏ，εｉ・Ｋｉ＝δｉ
求められた変位量δｏ，δｉは、差ａが有るか判断される（Ｓ３）。
δｏ−δｉ＝ａ
差ａがない場合、変位量δｏ，δｉには角変位量θによる見掛けの変位量δｓｏ，δｓｉが含まれていないことであるから、求められた変位量δｏ，δｉは、真の変位量Ｄ、すなわち、コルゲーション開き量として扱われる（Ｓ８）。
δｏ＝δｉ＝Ｄ
差ａがある場合、変位量δｏ，δｉには角変位量θによる見掛けの変位量δｓｏ，δｓｉが含まれている。
δｏ＝Ｄ＋δｓｏ
δｉ＝Ｄ＋δｓｉ
そこで、第３式（ａ・Ｂ＝θ）からθを求め（Ｓ４）、このθを用いて第２式から回動歪εｓｏ，εｓｉを求める（Ｓ５）。
θ・Ｃｏ＝εｓｏ
θ・Ｃｉ＝εｓｉ
この回動歪εｓｏ，εｓｉを第１式に代入し、見掛け変位量δｓｏ，δｓｉを求める（Ｓ６）。
εｓｏ・Ｋｏ＝δｓｏ
εｓｉ・Ｋｉ＝δｓｉ
この見掛け変位量δｓｏ，δｓｉを変位量δｏ，δｉからそれぞれ差引いて（Ｓ７）、真の変位量Ｄを求める（Ｓ８）。求められる真の変位量はＤ、１つであるので、Ｓ５〜Ｓ８において、歪ゲージ１２，１３のどちらか一方について演算するだけでも良い。
Ｄ＝δｏ−δｓｏ
Ｄ＝δｉ−δｓｉ
なお、回動歪εｓｏ，εｓｉから見掛け変位量δｓｏ，δｓｉを求めずに、直接実測歪εｏ，εｉから回動歪εｓｏ，εｓｉを差し引き、回動歪εｓｏ，εｓｉが差引かれた真の歪を第１式に代入することで、真の変位量Ｄを求めても良い。
【００２２】
以上のように、変位計１は、実測歪εｏ，εｉに含まれる回動歪εｓｏ，εｓｉを分離し、真の変位量Ｄを求めることができる。したがって、コルゲーション４の開き量など、標点距離を正しく評価することができる。また、変位計１は、角変位量を計測対象とし、計測した実測歪から分離することも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係る変位計によれば、２つの面の間に生じる変位において、角変位量による見掛けの変位量を分離し、計測した歪から求められる変位量を補正することで、真の変位量を求めることができる。したがって、２点を結ぶ直線に沿ってこの２点が変位する変位量を正しく評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の変位計を取付ける対象となる液化天然ガス貯槽の一部を切欠いて示す斜視図。
【図２】図１中のＦ２部分を拡大し、液化天然ガス貯槽の側壁の一部を示す斜視図。
【図３】図２中のＦ３部分を拡大し、変位計とメンブレンの一部を示す斜視図。
【図４】図３の変位計を較正する状態を示す斜視図。
【図５】図３の変位計で計測される実測歪から真の変位量を求める流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…変位計、２…液化天然ガス貯槽、３…メンブレン、４…コルゲーション、７…プレート、８，９…脚部、１０，１１…アーチ、１２，１３…歪ゲージ、１４…計測装置、Ｄ…真の変位量、εｏ，εｉ…実測歪、εｓｏ，εｓｉ…回動歪、δｏ，δｉ…変位量、δｓｏ，δｓｉ…見掛け変位量。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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