(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被応力測定物に近接させる励磁用コイルと検出用コイルとを備え、前記励磁用コイルに励磁用電流を流して被応力測定物を励磁させ、該励磁によって前記検出用コイルに出力電圧を誘起させ、該出力電圧を検出して前記被応力測定物に作用している応力を測定する応力測定装置であって、
２位相信号発生器によって発生させた互いに位相が９０°異なる２種類の交流電流を、前記被応力測定物を消磁するための消磁用電流として前記励磁用コイル及び前記検出用コイルに流す電流発生手段を備えたことを特徴とする応力測定装置。
【請求項２】
前記励磁用コイルと前記検出用コイルとは、当該コイルの線材の太さと巻数が同一であることを特徴とする請求項１に記載の応力測定装置。
【請求項３】
一対の軸部からなる第１のコアと、これら第１のコアの配列方向に直交して配列された同じく一対の軸部からなる第２のコアとを一体化したコア部材を備え、前記第１のコアに導線を巻回して前記励磁用コイルを構成し、前記第２のコアに導線を巻回して前記検出用コイルを構成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の応力測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の応力測定装置を用いた応力測定方法であって、前記電流発生手段から消磁用電流を前記励磁用コイル及び前記検出用コイルの各々に流す消磁工程と、前記電流発生手段から励磁用電流を前記励磁用コイルに流し、前記検出用コイルに出力電圧を誘起させ、該出力電圧を検出して前記被応力測定物に作用している応力を測定する測定工程と、を含むことを特徴とする応力測定方法。
【請求項５】
前記励磁用コイル及び前記検出用コイルに流す前記消磁用電流の電流値をピーク値とした状態で、これら励磁用コイル及び検出用コイルを前記被応力測定物に近接させて前記消磁工程を開始し、電流値を前記ピーク値から漸次減少させていき、該電流値が０となった時点で前記消磁工程を終了することを特徴とする請求項４に記載の応力測定方法。
【請求項６】
前記励磁用コイル及び前記検出用コイルに流す前記消磁用電流の電流値を０とした状態で、これら励磁用コイル及び検出用コイルを前記被応力測定物に近接させて前記消磁工程を開始し、電流値を０からピーク値まで漸次上昇させた後に該ピーク値から漸次減少させていき、該電流値が再び０となった時点で前記消磁工程を終了することを特徴とする請求項４に記載の応力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既に構築された構造物を構成している鋼材等に、どの程度の応力が作用しているかを、現場において測定する応力測定装置及び応力測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、橋梁等の構造物を構成している鋼材について、その鋼材にどの程度の内在応力が作用しているかを定量的に測定することは、その構造物の安全性を評価するうえで必要なことである。
【０００３】
被応力測定物としての鋼材の内在応力を測定する方法の一つとして、磁歪応力測定方法が挙げられる。この磁歪応力測定方法は、例えば特開平５−２３１９６１号公報において開示されているように、強磁性体である鋼材に荷重が作用すると磁化特性に異方向性が生じる（荷重作用方向に磁化されやすくなり、荷重作用方向に垂直な方向に磁化されにくくなる）という現象を利用するもので、両方向の磁化特性の差を測定用プローブで測定し、鋼材に作用する内在応力の方向とその大きさとを測定しようというものである。すなわち、得られる電圧信号から、それに対応する主応力差を測定する。なお主応力差とは、荷重作用方向の主応力（σ１）と、荷重作用方向に垂直な方向の主応力（σ２）との差（σ１−σ２）である。
【０００４】
こうした磁歪応力測定方法においては、応力測定前の消磁が重要な要件となる。消磁を行わずに測定を行った場合（消磁無）と、消磁を行った後に測定を行った場合（消磁有）との感度特性の比較を、図８に示す。この図から明らかなように、消磁を行った場合と行っていない場合では、測定精度に大きな差が生じる。そのため、被応力測定物の消磁を行うための手段を有する応力測定装置が、広く用いられている。
【０００５】
このような消磁手段を備えた応力測定装置の従来例を、図５に示す。この応力測定装置１００は、装置本体１０１と、装置本体１０１にコード１０２ａで連結されている測定用プローブ１０２と、装置本体１０１にコード１０３ａで連結されている消磁ヘッド１０３と、を備えている。
【０００６】
この応力測定装置１００の回路構成を、図６及び図７に示す。これらの図に示すように、応力測定装置１００は、測定回路部１１０と、消磁回路部１２０とを備えている。
測定回路部１１０は、装置本体１０１に設けられた信号発生器１１１、測定用増幅器１１２及び同期整流器１１５と、測定用プローブ１０２に設けられた励磁用コイル１１３及び検出用コイル１１４と、を備えた構成となっている。
また、消磁回路部１２０は、装置本体１０１に設けられた２位相信号発生器１２１及び一対の消磁用増幅器１２２ａ、１２２ｂと、消磁ヘッド１０３に設けられた一対の消磁用コイル１２３ａ、１２３ｂと、を備えた構成となっている。
【０００７】
この応力測定装置１００を用いた応力測定方法においては、先ず消磁工程として、消磁ヘッド１０３を被測定物である鋼材Ｓに接近させて、鋼材Ｓの消磁を行う。すなわち図６に示すように、２位相信号発生器１２１で、互いに位相が９０°異なる２種類の交流電流信号を発生させ、これらの信号を各々消磁用増幅器１２２ａ、１２２ｂに流して増幅し、増幅された信号を各々消磁用コイル１２３ａ、１２３ｂに流す。こうすることで、消磁用コイル１２３ａと１２３ｂには互いに位相が９０°異なった磁界が発生し、鋼材Ｓは磁化の方向を攪拌されながら励磁され、磁化の方向性は殆ど無くなって消磁される。
【０００８】
消磁が完了したら、続く測定工程において、鋼材Ｓの消磁された部分に測定用プローブ１０２を近接させて、応力測定を行う。すなわち、信号発生器１１１で交流電流を発生させ、測定用増幅器１１２で増幅して励磁用コイル１１３に流す。こうすることで、鋼材Ｓは励磁され、この励磁によって検出用コイル１１４に出力電圧が誘起される。この出力電圧は同期整流器１１５に流れ、ここで検出されるとともに、信号発生器１１１からの交流電流との間で同期・整流され、応力測定装置１００の外部に設けられた出力信号処理部Ｐに流れ、演算処理されて、主応力差が求められる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
こういった応力測定装置１００では、測定プローブとは別個独立した消磁ヘッドを有しており、また回路部も互いに独立したものとなっていた。そのため、装置構成や回路構成が複雑となり、部品点数も増加して、装置の大型化・重量化を招いていた。
また、計測者は、消磁ヘッドと測定用プローブとを持ち替えなくてはならず、測定現場における作業性は、決して良好なものではなかった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、部品点数を削減し、装置の信頼性・耐久性を高めるとともに、応力測定作業を簡略化して、測定効率及び測定精度の向上を図ることのできる応力測定装置及び応力測定方法を提供すること、を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被応力測定物に近接させる励磁用コイルと検出用コイルとを備え、前記励磁用コイルに励磁用電流を流して被応力測定物を励磁させ、該励磁によって前記検出用コイルに出力電圧を誘起させ、該出力電圧を検出して前記被応力測定物に作用している応力を測定する応力測定装置であって、２位相信号発生器によって発生させた互いに位相が９０°異なる２種類の交流電流を、前記被応力測定物を消磁するための消磁用電流として前記励磁用コイル及び前記検出用コイルに流す電流発生手段を備えたことを特徴とする。
また本発明は、前記励磁用コイルと前記検出用コイルとは、当該コイルの線材の太さと巻数が同一であることを特徴とする。
【００１２】
このように、応力を測定するための励磁用コイル及び検出用コイルに、被応力測定物を消磁させるための機能を兼用させるようにしているので、測定用プローブとは別個に消磁ヘッドを設ける必要が無く、部品点数を削減して、装置構成あるいは回路構成を簡易なものとできる。
【００１４】
このように、２位相信号発生器で２種類の交流電流を発生させるようにしているので、応力測定装置に搭載する信号発生器を一つとでき、回路構成をより簡易なものとすることができる。また、２種類の交流電流を同一部品で発生させるので、交流電流の波形の歪みや位相のずれを抑制し、より正確に交流電流を発生させることができる。
【００１５】
また、本発明は、上述の応力測定装置であって、一対の軸部からなる第１のコアと、これら第１のコアの配列方向に直交して配列された同じく一対の軸部からなる第２のコアとを一体化したコア部材を備え、前記第１のコアに導線を巻回して前記励磁用コイルを構成し、前記第２のコアに導線を巻回して前記検出用コイルを構成することを特徴とする。
【００１６】
このように、励磁用コイルと検出用コイルとを一体にしているので、コイル同士の間隔を常に一定に保持したまま消磁及び応力測定をおこなうことができる。
【００１７】
また、本発明は、上述の応力測定装置を用いた応力測定方法であって、前記電流発生手段から消磁用電流を前記励磁用コイル及び前記検出用コイルの各々に流す消磁工程と、前記電流発生手段から励磁用電流を前記励磁用コイルに流し、前記検出用コイルに出力電圧を誘起させ、該出力電圧を検出して前記被応力測定物に作用している応力を測定する測定工程と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
このように、被応力測定物の消磁を行った後に応力の測定を行うようにしているので、非常に高精度の応力測定を行うことができる。
【００１９】
また、本発明は、上述の応力測定方法であって、前記励磁用コイル及び前記検出用コイルに流す前記消磁用電流の電流値をピーク値とした状態で、これら励磁用コイル及び検出用コイルを前記被応力測定物に近接させて前記消磁工程を開始し、電流値を前記ピーク値から漸次減少させていき、該電流値が０となった時点で前記消磁工程を終了することを特徴とする。
【００２０】
このようにすれば、短時間でほぼ確実に被応力測定物の消磁を行うことができる。
【００２１】
また、本発明は、上述の応力測定方法であって、前記励磁用コイル及び前記検出用コイルに流す前記消磁用電流の電流値を０とした状態で、これら励磁用コイル及び検出用コイルを前記被応力測定物に近接させて前記消磁工程を開始し、電流値を０からピーク値まで漸次上昇させた後に該ピーク値から漸次減少させていき、該電流値が再び０となった時点で前記消磁工程を終了することを特徴とする。
【００２２】
このように、電流値を０とした状態で励磁用コイル及び検出用コイルを被応力測定物に近接させるようにすれば、強力な磁力が発生することによって、応力測定装置が急激に被応力測定物に吸引されるような事態を、未然に防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る応力測定装置及び応力測定方法の実施の形態について、図１乃至図４を用いて説明する。
【００２４】
この応力計測装置１は、図１に示すように、装置本体２と、装置本体２にコード３ａで連結されているプローブ３とを備えている。
【００２５】
この応力測定装置１の回路構成を、図３及び図４に示す。この回路は、装置本体２に設けられた２位相信号発生器２１、第１増幅器２２ａ、第２増幅器２２ｂ及び同期整流器２５と、プローブ３に設けられた励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂと、第２増幅器２２ｂと検出用コイル２４ｂとの間の導通をオン・オフするスイッチ２３と、を備えている。これらのうち、２位相信号発生器２１、第１増幅器２２ａ及び第２増幅器２２ｂは、電力発生手段２０を構成している。また、同期整流器２５は、応力測定装置１の外部に設けられた出力演算処理部Ｐと連結している。
【００２６】
２位相信号発生器２１は、互いの位相が９０°異なる２種類の交流電流を発生させ、これら交流電流のうちの一方を第１増幅器２２ａに流し、他方を第２増幅器２２ｂに流すものである。これら２種類の交流電流は、第１増幅器２２ａ及び第２増幅器２２ｂで各々増幅された後、スイッチ２３がオンの状態であれば、励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂの双方へと流れることができる。スイッチ２３がオフの状態であれば、第２増幅器２２ｂから検出用コイル２４ｂには、交流電流は流れることができない。
なお、図３及び図４の例においては、スイッチ２３は装置本体２とプローブ３との間、すなわちコード３ａに設けられるようにしているが、設けられる位置は、第２増幅器２２ｂから検出用コイル２４ｂへの導通をオン・オフできる位置であれば、特に限定されるものではない。
【００２７】
プローブ３には、図２に示すようなコア部材３０が設けられている。このコア部材３０は、中心軸線Ｏを有する略円柱状の基部３１と、基部３１の一端面側から中心軸線Ｏ方向に突出し、中心軸線Ｏを取り囲むように配置された４本のコア、すなわち一対の軸部からなる第１のコア３２ａ、３２ｂと、同じく一対の軸部からなる第２のコア３３ａ、３３ｂとが一体化されている。これら一対をなす第１のコア３２ａ、３２ｂと、同じく一対をなす第２のコア３３ａ、３３ｂとは、互いの配列方向が直交している。また、これら４本のコアは、互いの長さ、体積及び形状が互いに略同一となっている。
【００２８】
第１のコア３２ａ、３２ｂ、及び第２のコア３３ａ、３３ｂの各々には、導線が巻回され、第１コイル４１ａ、４１ｂと第２コイル４２ａ、４２ｂが各々形成されている。第１コイル４１ａと第１コイル４１ｂとは、中心軸線Ｏを挟んで対向しており、励磁用コイル２４ａを構成している。また第２コイル４２ａと第２コイル４２ｂも、中心軸線Ｏを挟んで対向しており、検出用コイル２４ｂを構成している。
【００２９】
この応力測定装置１を用いた、応力測定方法について説明する。この応力測定方法は、消磁工程と測定工程とを含んでいる。
先ず消磁工程においては、図３に示すように、スイッチ２３をオンにしておき、電流発生手段２０から消磁用電流としての２種類の交流電流を、励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂの各々に流す。すなわち、２位相信号発生器２１で、互いの位相が９０°異なる２種類の交流電流を発生させ、これら交流電流を第１増幅器２２ａ、第２増幅器２２ｂで各々増幅して、プローブ３に流す。このように本消磁工程においては、励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂは、従来例において示した消磁用コイルと同様の動作を行う。
図３、及び次の図４においては、導通している部分を太線で、導通していない部分を細線で、各々示している。なお、２位相信号発生器２１からの交流電流は同期整流器２５にも流れるが、本消磁工程においては、同期整流器２５は動作を行わない。
【００３０】
これら２種類の交流電流によって、図２に示した中心軸線Ｏ周りに回転する磁界が、励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂに発生する。これにより、鋼材Ｓは磁化の方向を攪拌されながら励磁され、磁化の方向性は殆ど無くなって消磁されることとなる。
【００３１】
なお図３においては、プローブ３を鋼材（被応力測定物）Ｓに近接させている状態を示しているが、消磁工程としては、２種類の方法がある。
そのうちの第１の方法では、消磁用電流を予めピーク値として励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂに流しておいて、プローブ３を鋼材Ｓに近接させる。この状態を、消磁工程の開始時点とする。消磁工程開始後は、鋼材Ｓとプローブ３との距離を維持しながら電流値を漸次減少させていき、電流値が０となった時点で消磁工程を終了させる。
本発明者らの検討によれば、こうすることで、短時間でほぼ確実に鋼材Ｓの消磁を行うことができる。
【００３２】
一方、第２の方法では、励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂに流す消磁用電流の電流値を０として、すなわち電流を流さない状態で、プローブ３を鋼材Ｓに近接させる。この状態を、消磁工程の開始時点とする。消磁工程開始後は、鋼材Ｓとプローブ３との距離を維持しながら、電流値を０からピーク値まで漸次上昇させていく。そして、このピーク値から漸次減少させていき、電流値が再び０となった時点で消磁工程を終了させる。
こうすれば、消磁工程開始時点においては励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂには磁界が発生しないので、プローブ３が急激に鋼材Ｓに吸引されるような事態を未然に防止することができ、作業性は非常に良好なものとなる。
【００３３】
次の測定工程においては、図４に示すように、スイッチ２３をオフとしておいて、電流発生手段２０からの交流電流のうち、その一方のみを励磁用電流として励磁用コイル２４ａに流す。すなわち、２位相信号発生器２１で２種類の交流電流を発生させ、これら交流電流を第１増幅器２２ａ、第２増幅器２２ｂの各々に流すが、第２増幅器２２ｂから検出用コイル２４ｂへの電流は遮断されるようにする。こうすることで、励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂは、従来例において示した励磁用コイル及び検出用コイルの各々と同様の動作を行う。
【００３４】
２位相信号発生器２１で発生させた２種類の交流電流のうちの一方を、第１増幅器２２ａで増幅して励磁用コイル２４ａに流す。こうすることで、鋼材Ｓは励磁され、この励磁によって検出用コイル２４ｂに出力電圧が誘起される。この出力電圧は同期整流器２５に流れ、ここで検出されるとともに、２位相信号発生器２１からの交流電流との間で同期・整流され、応力測定装置１の外部に設けられた出力信号処理部Ｐに流れ、演算処理されて、主応力差が求められる。
【００３５】
本実施形態に係る応力測定装置１においては、応力を測定するための励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂに、鋼材Ｓを消磁させるための機能を兼用させるようにしているので、従来のように、測定用プローブとは別個に消磁ヘッドを設ける必要が無く、部品点数を削減して、装置構成あるいは回路構成を簡易なものとできる。そのため、応力測定装置１の小型化・軽量化に寄与することができるとともに、装置の信頼性・耐久性を高めることができる。
【００３６】
また、電流発生手段２０は、互いの位相が９０°異なる２種類の交流電流を発生させ、これら交流電流を消磁用電流として励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂの各々に流す２位相信号発生器２１を含むようにしている。このため、応力測定装置１に搭載する信号発生器を一つとでき、回路構成をより簡易なものとすることができ、応力測定装置１の小型化・軽量化に更に寄与することができる。また、２種類の交流電流を同一部品で発生させるので、交流電流の波形の歪みや位相のずれを抑制し、より正確に交流電流を発生させることができ、測定精度の向上を図ることができる。
【００３７】
更に、プローブ３に、第１のコア３２ａ、３２ｂと、これら第１のコア３２ａ、３２ｂの配列方向に直交して配列された第２のコア３３ａ、３３ｂとを一体化したコア部材３０を備え、第１のコア３２ａ、３２ｂに導線を巻回して励磁用コイル２４ａを構成し、第２のコア３３ａ、３３ｂに導線を巻回して検出用コイル２４ｂを構成するようにしている。このように、励磁用コイル２４ａと検出用コイル２４ｂとを一体にしているので、コイル同士の間隔を常に一定に保持したまま消磁及び応力測定をおこなうことができ、装置の信頼性・耐久性をより高めるとともに、測定精度のさらなる向上を図ることができる。
【００３８】
また、応力測定装置１を用いた応力測定方法においては、消磁工程の第１の方法として、励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂに流す消磁用電流の電流値をピーク値とした状態でプローブ３を鋼材Ｓに近接させて消磁工程を開始し、電流値をピーク値から漸次減少させていき、０となった時点で消磁工程を終了するようにしている。このため、短時間でほぼ確実に被応力測定物の消磁を行うことができ、測定効率を向上させることができる。
【００３９】
更に、消磁工程の第２の方法として、励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂに流す消磁用電流の電流値を０とした状態でプローブ３を鋼材Ｓに近接させて消磁工程を開始し、電流値を０からピーク値まで漸次上昇させた後にこのピーク値から漸次減少させていき、再び０となった時点で消磁工程を終了するようにしている。このため、消磁工程開始時点においては励磁用コイル２４ａ及び検出用コイル２４ｂには磁界が発生しないので、強力な磁力によってプローブ３が急激に鋼材Ｓに吸引されるような事態を未然に防止することができ、応力測定作業の効率が向上するとともに、作業者の負担を著しく軽減させることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、上記の如き構成を採用しているので、部品点数を削減して装置の信頼性・耐久性を高めるとともに、応力測定作業を簡略化して、測定効率及び測定精度の向上を図ることのできる応力測定装置及び応力測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明に係る応力測定装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】   図１に示した応力測定装置に備えられる、励磁用コイル及び検出用コイルを示す斜視図である。
【図３】   図１に示した応力測定装置の回路構成を示す図である。
【図４】   図１に示した応力測定装置の回路構成を示す図である。
【図５】   従来の応力測定装置の一例を示す概略構成図である。
【図６】   図５に示した応力測定装置の回路構成を示す図である。
【図７】   図５に示した応力測定装置の回路構成を示す図である。
【図８】   消磁の有無による感度特性の違いの一例を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１  応力測定装置
２  装置本体
３  プローブ
２０  電流発生手段
２１  ２位相信号発生器
２３  スイッチ
２４ａ  励磁用コイル
２４ｂ  検出用コイル
２５  同期整流器
３０  コア部材
３１  基部
３２ａ、３２ｂ  第１のコア
３３ａ、３３ｂ  第２のコア
４１ａ、４１ｂ  第１コイル
４２ａ、４２ｂ  第２コイル
Ｐ  出力信号処理部
Ｓ  鋼材（被応力測定物）
【図１】
0004691277.tif 000002
【図２】
0004691277.tif 000003
【図３】
0004691277.tif 000004
【図４】
0004691277.tif 000005
【図５】
0004691277.tif 000006
【図６】
0004691277.tif 000007
【図７】
0004691277.tif 000008
【図８】
0004691277.tif 000009