(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動いたときに力を受ける弾性構造体（１３、２２、２３、３２、３３、９２、１２０２、１３０２、１４０２）の少なくとも１つの物理的特性を検出するシステムであって、
前記弾性構造体は少なくとも１つのセンサ（１１１、１１２、１４、２１１、２１２、３１１、３１２、９１１、１２１１、１３１１、１４１１）を備え、
前記センサは第１および第２の電極と圧電材料とを含み、前記圧電材料は変形を生じさせる力に正比例し前記物理的特性を表す信号に変換される電圧を生じさせる電荷の変位を前記圧電材料内に発生し、そして
前記システムは前記信号を受信する受信機を含んだ少なくとも１つの検出器（１６、４１６、５１６、９１６、１３１６、１４１６）を備え、
前記センサは前記第１の電極に接続された第１のセンサ導体と前記第２の電極に接続された第２のセンサ導体とを含み、前記第１および第２のセンサ導体はアンテナとして配置され、そして
前記検出器は、前記第１および第２のセンサ導体間の前記電圧を容量的に感知して前記特性の決定を可能にするために、前記弾性構造体に隣接して配置された受信アンテナを含む、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記構造体は平坦な構造体である請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記構造体が、ベルト、コンベヤ、ワイヤ、シート材料、紙シート、生地、布、印刷用紙、紙幣、または銀行券であり、かつ前記構造体が少なくとも１つの実質的に円筒形の回転体と協働／相互作用する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの実質的に円筒形の回転体はロールである請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記構造体が２つのロールと協働／相互作用する請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記構造体が３つのロールと協働／相互作用する請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記構造体が実質的に円筒形の回転体である請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記構造体がタイヤを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記構造体が、ロール、ローラ、シリンダ、配達用ボウル、ゴムで被覆されたシリンダ、ドラム、ホール・シリンダ等を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記構造体がシート材料を送るロールまたはシリンダである請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記送信機を備えた前記センサが前記構造体上またはその内部に配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記構造体がプレス配置を通過する矩形構造体を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記構造体がロールによって形成されたニップにおけるコンベヤ状構造体であり、かつ少なくとも１つのセンサが前記ロール間のニップの圧力と圧力分布を検出するために、前記コンベヤ状構造体の表面上か、または実質的に前記コンベヤ状構造体の中に配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ニップが、ニップ・ロール、ローラ・プレス、ヤンキー・マシン、シュー・プレス、または製紙機のスムージング・コーティング機内に存在する請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
検出された特性は、ニップ・ロール・プレス機のロールのニップ力、ニップの圧力／圧力分布、および／またはニップ幅である請求項である請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記センサが前記構造体の長手方向、半径方向、または横断方向の１つまたはいくつかに配置される請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記センサが１つまたはいくつかの前記構造体の絶対線速度または横滑り特性を提供するように配置される請求項１または１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ロールは製紙機内に配置され、前記構造体がベルトまたはコンベヤであり、かつセンサが前記ベルトの長手方向および／または横断方向のいずれかで前記ベルトの材料内部に配置される請求項４から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ロールは印刷機内に配置され、前記構造体が印刷用紙であり、かつ少なくとも１つのセンサが前記印刷用紙の表面上または前記印刷用紙の実質的に内部に配置される請求項４から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記センサが前記用紙の実質的に内部に組み込まれたフォイルを含む請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
１つまたはいくつかのセンサが前記構造体でバー・コードを構成する請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記センサがある時間間隔の間に変形し、これにより前記センサを含んだ前記構造体の一部はある表面と接触し、これによって前記時間間隔の間、電気信号（電圧／電流パルス）が生成され、かつ前記センサの長さがわかっている場合には、この長さを前記電圧／電流パルスの幅で割ることによって回転の線速度が取得される請求項７から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２３】
さらなる情報が前記構造体の回転によりパルスが発生するときの周波数によって提供され、この両方の情報は相互に、かつ前記構造体の動きの線速度に関連しており、前記パルス幅から、および時間とともに変化する構造体の回転の周波数から算出される前記構造体の線速度の差は横滑りを示す請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記センサがケーブル、繊維、ストリップ、フォイル、糸、フィルム、または粒子等として形成される請求項１から２３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２５】
前記受信導電素子が、２つの導電板（受信アンテナ）を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
前記受信機が差動増幅器、アナログ／デジタル変換器、信号処理ユニットを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項２７】
いくつかのセンサが、信号を連続的に取得できるように、かつ前記構造体の幅の圧力分布を連続的に測定できるように前記構造体内に重複された配置で設置された請求項１または２５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２８】
前記センサが前記センサの端部から延びる２つの導体を含み、折り曲げられたセンサが２つの脚部を構成し、そのうちの１つは前記センサが曲がった状態で動作するように力を受ける請求項１または２５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】
前記送信アンテナはそれらの送信アンテナの間で電界線が最小またはヌルになるように離間され、かつ前記電界線の主要部分が送信アンテナと受信アンテナの各対の間に存在する請求項２５に記載のシステム。
【請求項３０】
前記受信アンテナの延長部は前記送信アンテナの延長部よりも長い請求項２５に記載のシステム。
【請求項３１】
１つの受信アンテナは送信アンテナの各々に対して使用される請求項１または２５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記圧電材料はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である請求項１から３１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３３】
負荷がかかったセンサ（すなわち前記力を受けたセンサ）と負荷を受けていないセンサとの間の差動信号が使用される請求項１〜３２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記差動信号技術が温度変化を測定するために使用される請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
請求項１から３４に記載のいずれか一項に記載の装置を用いて、動いたときに力を受ける弾性構造体（１３、２２、２３、３２、３３、９２、１２０２、１３０２、１４０２）の少なくとも１つの物理的特性を検出する方法であって、
前記弾性構造体を設ける工程であって、前記構造体は少なくとも１つのセンサ（１１１、１１２、１４、２１１、２１２、３１１、３１２、９１１、１２１１、１３１１、１４１１）を備え、前記センサは第１および第２の電極と圧電材料を含み、前記圧電材料は変形を生じさせる力に正比例し前記特性を表す信号に変換可能な電圧を前記第１および第２の電極の間に生じさせる電荷の変位を前記圧電材料内に発生し、前記センサはさらに前記第１の電極に接続されている第１のセンサ導体と前記第２の電極に接続されている第２のセンサ導体とを備え、前記第１および第２のセンサ導体はアンテナとして配置されている、工程と、
受信アンテナを備える少なくとも１つの検出器を設ける工程であって、前記受信アンテナは前記弾性構造体に隣接して配置されている、工程と、そして
前記第１および第２のセンサ導体の間の電圧を前記受信アンテナにより容量的に感知する工程であって、前記物理的特性の決定を可能にする、工程と
を含む方法。
【請求項３６】
弾性構造体（１３、２２、２３、３２、３３、９２、１２０２、１３０２、１４０２）に組み込まれるとともに、動きの下で力を受けるときに前記構造体の少なくとも１つの物理的特性を提供するためのセンサ装置（１１１、１１２、１４、２１１、２１２、３１１、３１２、９１１、１２１１、１３１１、１４１１）であって、
前記センサは第１および第２の電極と圧電材料とを含み、前記圧電材料は変形を生じさせる力に正比例し前記物理的特性を表す信号に変換される電圧を生じさせる電荷の変位を前記圧電材料内に発生し、前記電圧は前記物理的特性を表す信号に変換可能であり、
前記センサはさらに前記第１の電極に接続された第１のセンサ導体と前記第２の電極に接続された第２のセンサ導体とを含み、前記第１および第２のセンサ導体は、前記センサが前記弾性構造体に組み込まれるときに、前記第１および第２のセンサ導体の間の前記電圧の容量的な感知を可能にするアンテナとして配置される、
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項３７】
前記センサがケーブル、繊維、ストリップ、フォイル、糸、フィルム、粒子等として形成される請求項３６に記載のセンサ装置。
【請求項３８】
前記送信アンテナは前記送信アンテナ間で電界線が最小またはヌルになるように離間された請求項３６に記載のセンサ装置。
【請求項３９】
前記圧電材料はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である請求項３６から３８のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項４０】
請求項３６〜３９のいずれかに記載のセンサ装置を埋め込んだベルトであって、前記センサ装置が前記ベルトに作用する力の検出を可能にする、ベルト。
【請求項４１】
シート材料の少なくとも１つの物理的特性を検出するために、シート材料を送る少なくとも１つの実質的に円筒形の回転体を備えた装置において請求項１から３４のいずれか一項に記載のシステムの使用。
【請求項４２】
動き、材料の存在、回転速度、および滑りのいずれか又はそれらのいくつか又は全ての組合せ特性が検出される請求項４１に記載の使用。
【請求項４３】
前記センサがベルトを送る少なくとも１つの実質的に円筒形の回転体と協働または相互作用するベルトまたはコンベヤの特性を検出するために製紙器機器において使用され、前記センサが前記ベルトの長手方向および横断方向のいずれかに前記ベルトやコンベヤに組み込まれている請求項４１に記載の使用。
【請求項４４】
前記シート材料はロールによって形成されたニップにおけるコンベヤ状構造体であり、前記センサが前記ロール間のニップの圧力と圧力分布を検出するために、前記コンベヤ状構造体の表面上か、または実質的に前記コンベヤ状構造体の中に配置される請求項４１に記載の使用。
【請求項４５】
前記ニップがニップ・ロール、ローラ・プレス、ヤンキー・マシン、シュー・プレス、または製紙機のスムージング・コーティング機内に存在する請求項４４に記載の使用。
【請求項４６】
検出された特性は、ニップ・ロール・プレス機のロールのニップ力、ニップの圧力／圧力分布、および／またはニップ幅である請求項である請求項４５に記載の使用。
【請求項４７】
前記センサが印刷用紙を送る少なくとも１つの実質的に円筒形の回転体と協働／相互作用する印刷用紙の特性を検出するために印刷機において使用され、前記センサが前記印刷用紙の表面上か、または前記印刷用紙の実質的に内部に配置される請求項４１に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのセンサを備える弾性構造体の特性を検出するシステムと方法に関し、そのシステムは少なくとも１つの検出器を備える。
【背景技術】
【０００２】
円筒形状体、例えば、ゴム、合成材料または有機材料等から製造されるタイヤや他の構造体は、他の物体の表面との接触により変形する。さらに、種々の構造体の特性や機能は時間とともに劣化する。
【０００３】
円筒形状体に加え、シート材料、例えば紙、紙板、布地、またはワイヤー・フェルト・ベルトまたは抄紙機クロージングなどのコンベヤといった平坦なボディの特性は特に重要である。
【０００４】
変形を検出するために種々の方法とデバイスが提案されてきた。例えば、ＷＯ００／０２７１４１号はタイヤが道路などの耐荷重面に接する負荷の下でタイヤが回転するときに周期的な機械的応力に反応するセンサを利用して空気式タイヤの回転数を計数する方法と装置を開示している。このセンサは回転数計数モジュールに電気的に接続された圧電素子から構成されている。この圧電素子は圧電素子を含んだタイヤの周縁部分が道路または別の車輌支持面に押圧される度にタイヤと共に曲がるように、タイヤの内壁に、トレッドまたは側壁の下に適切に取り付けられるか、またはその中に埋め込まれる。
【０００５】
米国特許第６，１０５，４２３号は車輌の空気式タイヤの回転を検出する圧電バーを備えたセンサを開示している。この圧電バーはセンサの２つの端部に効果的に固定され、その端部はまたタイヤ・トレッドの内面上の２つの離間した地点に接着剤を用いて接続されている。圧電バーの中心はベースの中心に取り付けられ、次にバーの前記離間した地点の中間地点においてタイヤの内面に取り付けられている。このため、タイヤ・トレッドが接地面においてタイヤの通常の湾曲形状から平坦になるときに、バーの中心はその端部の固定された地点に対して内側に向かって放射状に移動する。電気回路ブロックは出力パルスが接触地点の放射状の内側方向への移動のみに対して生成されるように信号を処理する。
【０００６】
米国特許第４，８６２，４８６号はタイヤの所与の部分が回転毎に応力を受けるときに応力の変化を感知する圧電高分子センサを備えた装置を開示している。この圧電高分子はタイヤに圧力を加えるときに圧電高分子センサ上に応力を加え、かつ放出するように働く整列された双極子から構成される。この装置はタイヤの内側壁に設置される。
【０００７】
ＪＰ０４２５４７３０Ａはタイヤ空気圧を監視するデバイスを開示しており、このデバイスはタイヤの周囲環境が変動に対して安定している間にタイヤ圧を常に検出できるようにする。このデバイスはタイヤの空気圧に応じてインピーダンスが変化する圧電素子を備え、リム側コイルが同じくタイヤの周囲環境の変動によって変化する。
【０００８】
米国特許第５，５４６，０７０号はセンサとして、また同時に、送信ユニットに供給するためのコンデンサのエネルギ源としても圧電セラミック素子を使用することを開示している。
【０００９】
独国特許第１９７  ４５  ７３４  Ａ１号はタイヤの磨耗やトレッドを検出しかつ記録するセンサを示している。しかし、このタイヤは分散されない単一の素子を含んでいる。仏国特許第２６４５７９９号では、磁気質量がタイヤの所定の深さに配置されており、したがって、管理される。
【００１０】
米国特許第５，５５９，４３７号は、例えばタイヤを再製する前に、磨耗したタイヤの金属補強要素の状態を非破壊検査するための、磨耗したタイヤの状態を検査する方法と装置に関連する。米国特許第６，００５，３８８号はタイヤの欠陥を検出する方法に関する。
【００１１】
１つまたはいくつかの円筒体を通過するときに平坦な構造体の特性を検出する先行技術に共通しているのは、円筒体自身の中にセンサを配置することであり、そのような先行技術の例には、ＷＯ  ０２／０６６２３９号、米国特許第５５６２０２７号、米国特許２００３／０１４４１１９号、ＥＰ  ０５３８  ２２１号、独国特許第１９９  ２０  １３３号、ＷＯ  ０３／０２７６２３号、米国特許第５，８２１，４３３号、米国特許第６，３７０，９６１号がある。
【００１２】
簡単に言えば、本発明と先行技術との主な違いは、本発明はセンサから検出器まで信号の容量性および／または誘導性の送信を使用することにあり、これによりセンサやアンテナのための素子を付勢しなくて済む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は弾性のある（変形可能な）、平坦または実質的に円筒形のボディの状態、特に回転可能なボディまたは構造体の状態を検出する装置を提供することにある。この状態には主として材料の変形を含む。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
好適には、実質的に円筒形の弾性回転体はタイヤまたはタイヤの一部であり、この装置は例えば、動き、例えば、車輌の速度を判断するのに役立つ回転、横滑り性、空気圧等を検出するために使用される。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、装置、関連する構造体のほかそれらを組み合わせたものにおいて実質的に円筒形の回転体の状態を判断するための装置を提供することにある。好適には、この場合円筒形回転体は紙などのシート材料を送るロールまたは円筒である。この場合、この装置は例えば、材料の動きと存在、回転速度、滑り特性を判断するのに使用される。
【００１６】
さらに、本発明の主要な一態様による圧電プラスチックまたは高分子材料を含んだセンサを使用することによって、より大きな検出素子を有する可能性などのある利点が得られる。さらに、圧電プラスチック材料は圧電セラミック材料よりも安価である。さらに、圧電プラスチック材料は、同じく圧電セラミック材料よりも大きな張力と力を提供し得る。さらに、２つの主な利点は、本発明において利用される圧電弾性プラスチック材料の異方性特質と非脆性（可塑性）である。
【００１７】
本発明の最も好適な一態様によれば、例えば紙などのシート材料を製造するニップ(nip)・ロール・プレスにおけるロールのニップ力、ニップ圧、および／またはニップ幅を測定する検出器としてセンサが使用される。
【００１８】
しかし、本発明は測定される構造体内に分散かつ分解される磁性材料の形態の、または薄膜等の形態の磁性弾性材料の形態の、さらなるタイプのセンサも備え得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下では、添付図面に示した実施形態に関して本発明を記載する。
【００２０】
本発明を簡単に説明すると、以下に記載のセンサの例示的実施形態のすべては、例えば以下のような種々の材料から製造される。
・変形すると同時に電荷を発生する圧電材料。この電荷は信号（電圧および／または電流）に変換される。この信号は外部手段（電気アンテナ）によって検出されるか、またはこの信号を増強する低出力増幅器を駆動する。この増幅器はボディ自体の中に設置される。外部デバイスがこの増幅された信号を検出する。
・例えばストリップまたは磁性粒子などの磁性材料（永久磁石）。
・変形と同時にその磁化を変える磁気弾性材料。変形した材料がその変形していない状態に戻るとき、磁化は最初の状態に戻る。磁気アンテナ、例えば、コイルが磁性材料を検出し得る。
【００２１】
第１の実施形態では、実質的に円筒形の回転体１３を図１ａ、１ｂに概略的に示している。この場合、回転体１３はタイヤ１３を備える車輌１２の車輪１０を含む。例えば６個である多くのセンサ１１１がタイヤ１３の上または中に配置されるか、またはタイヤ材料内に埋め込まれる。タイヤ１３は従来のタイプのものであり、有機材料、弾力のある材料、弾性材料、ゴム材料から製造される。センサ１１１は好適には金属補強材の内側またはタイヤ１３の表面上に配置されてよい。
【００２２】
図１ｂでは、センサ１１１の各々は帯状であり、タイヤ１３の実質的に軸方向に配置されるが、半径方向にも延びている（図１ａ）。しかし、図２の第２の実施形態では、別のタイプのセンサ１１２がタイヤ１３の周縁方向に長く配置されている。
【００２３】
センサ１１１、１１２は圧電高分子材料または磁気弾性材料から構成される。タイヤが回転する間、タイヤ１３と地面との接触によって、タイヤ１３は特にタイヤ１３と地面との接触部分において、局所的に延ばされる。したがって、タイヤ１３の伸長により結果として、地面と接するタイヤの部分に近接するセンサ素子が延び、信号が生成される。その後すぐに、この素子は弛緩して元の形状になり、信号はゼロになる。この後、次のストリップが変形され、同じプロセスを辿る。典型的には、約１００ｋｍ／時の速度および（ストリップの場所において）約０．５ｍの半径で６個のストリップを備えた車輪は、約１ｋＨｚの周波数を発生する。
【００２４】
この信号は伸長されたセンサ１１１、１１２の両側が適切な抵抗（図示せず）を用いて短絡されたときに生成される。
【００２５】
例えば車体に関連させて配置されたアンテナによって検出されるパルス磁界を生成するのに使用される、例えば、タイヤ上の適切なコイルとして形成された磁路を形成することによって、磁気的検出も可能である。信号受信機はそのようなアンテナの重要な部分であり、タイヤ１３内のコイルによって磁界が生成されるときに荷電される別のコイルとして配置される。さらに、この配置は同様にタイヤ１３内の金属補強材の内側に配置される。
【００２６】
別の可能性は、圧電材料と多少同様に機能する磁気弾性材料を使用することである。磁気弾性材料は変形されるときにその磁化を変化させ、その変形が平衡状態に戻るときに元の磁化に戻る。また、この場合、車輌のボディ上の適切な磁気検出が使用されてよい。
【００２７】
しかし一方では、図２に示した第２の実施形態のセンサ１１２は、センサを含んだタイヤの部分が地面と接している時間の間に伸長する。この時間間隔の間、電気信号が生成される。回転の線速度は、ストリップの長さを電圧／電流パルスの幅で単に割ることによってストリップの長さが知られる場合に取得される。
【００２８】
さらなる情報が車輌の回転によりパルスが発生するときの周波数によって提供される。両方の情報は相互に、かつタイヤの動きの線速度に関連する。適切なソフトウェアを用いてパルス幅とタイヤ回転の周波数（タイヤの動きの線速度を算出してあるタイヤの直径、例えば、適切な空気圧を有するタイヤの直径を推定するのに用いるタイヤ回転の角速度に比例する）から算出されるタイヤの線速度の差は、一定になるべきである。この差が一定でなく、時間で変動する場合、センサは横滑りが発生したという信号を発生する。
【００２９】
横滑りが発生したかどうかを判断するさらに別の方法は、他の車輪に設置されたセンサ装置から取得された読取値（周波数または時間間隔）を相互に比較することである。このセンサ読取値は横滑りのない動きが生じたときに車輪の各々に同一の速度を提供する。横滑りが発生すると、横滑りが生じた車輪から取得された読取値は、横滑りが生じていない車輪から取得された読取値と異なるであろう。
【００３０】
さらに、小さくかつゆっくり変化する差は、空気圧は正確ではないという信号を送る。これはその変化がタイヤの直径を変化させ、故にそれぞれ各々の方法で決定される線速度の差を変化させるためである。
【００３１】
本発明の第３の実施形態では、図３を参照すると、センサ１４はタイヤ材料の内部に配置される。この場合、センサ１４はタイヤ１３の材料内で分散かつ分解される磁性材料から製造され、好適には、タイヤ１３の最上層内に配置される。この磁気センサ１４はタイヤ１３の材料内部で離間して（距離１５）配置される。タイヤ１３が磨耗すると、（１）磁性材料の量が減少する、（２）タイヤ１３と以下で説明する好適な検出手段との間の距離が変わる。
【００３２】
上記すべての実施形態では、センサ１１１、１１２、１４（またはこのようなセンサからの信号）を検出する１つまたはいくつかの検出手段１６が配置され、信号を生成する。好適には、検出器１６は、タイヤ１３に近接して従来の車輌内のホイールハウジングの内側に配置される。有利には、検出器１６は測定されるタイヤ１３の各側に、相互に所定の距離を置いて配置される。
【００３３】
最も好適には、センサによって生成された信号は図６〜１４の実施形態に開示したような容量性および／または誘導性の送信を用いて検出器に送信される。
【００３４】
本発明の第１と第２実施形態の装置１０は動きを示すために使用される。また、気圧も測定されるが、これはセンサ１１２がタイヤ１３が空気圧により変形するときに延びるためである。
【００３５】
しかし、圧電材料はゆっくりとした変形速度に対して反応し難いので、図１ａのように放射状に設置されたストリップのみを用いて、または図２または３のように長手方向に設置されたストリップのみを用いては、通常の使用中のタイヤのゆっくりとした圧力低下を検出することはできないことに留意されたい。
【００３６】
第２の実施形態では、速度はセンサ１１２が地面と接する間の時間間隔とストリップ状のセンサ１１２の長さとを示すことによって取得される。
【００３７】
さらに、車輪のスピン特性を取得するために、車輪の軸方向の周波数を接地接触の周波数と比較することも可能である。このような周波数が異なると、スピンが起こっているかもしれない。
【００３８】
第３の実施形態では、タイヤ１３内の磁性材料の量が示される。信号強度は、磁性材料１４の量が減少するにつれて、かつタイヤ１３と検出器１６との間の距離が増加するにつれて弱くなるので、磨耗を検出できる。
【００３９】
上記例では、車輪が任意の回転構造体に置き代えられることは明白である。
【００４０】
以下では、材料の状態や特性を判断する本発明のさらなる実施形態の装置２０、３０を紙などのシート材料製造の用途に関連する略図４ａ〜５ｂと合わせて記載する。以下の実施形態では、状態や特性は主として材料の存在だけでなく動きも意味する。
【００４１】
装置２０、３０は以下でロール２３、３３として示した少なくとも１つの実質的に円筒形の回転体を含む。構造体２２、３２はロール２３、３３と協働／相互作用するように配置される。この場合、構造体２２、３２はワイヤ、ベルト、紙シート、銀行券、紙幣等であってよい。さらに、構造体２２、３２はロール２３、３３に隣接して配置されるが、ある場合には、構造体２２、３２はロール２３、３３と少なくとも部分的に接した状態で部分的または完全に配置されてよい。
【００４２】
図４ａでは、ベルトまたはコンベヤ２２は例えば製紙機内の３つのロール２３間に延びている。センサ２１１、２１２は図４ｂの側面図に示したようにベルト２２の材料の内部に配置されている。この場合、センサ２１１、２１２は、ベルト２２の長手方向またはベルト２２の横方向、或いはその双方のいずれかでベルト２２に組み込まれる。センサ２１１、２１２は圧電ポリマー材料または磁気弾性材料のワイヤ（適切なポリマーによって覆ってもよく覆わなくてもよい）で構成することができる。
【００４３】
さらに、少なくとも１つの検出器４１６がセンサ２１１、２１２と製紙機に関連させて配置されている。
【００４４】
製紙機の稼動中、センサ２１１、２１２は、ベルト２２がロール２３を通過するときにさらなる圧縮や伸長に晒される。センサ２１１がベルト２２の横断方向に配置されている場合、得られるパルスの周波数が、センサ２１１がさらなる引張力を受けるときに測定される。この周波数は速度に比例し、ロール２３の速度は適切なソフトウェアによって迅速に算出される。別の場合には、センサ２１２が長手方向に配置されている場合、ロール２３の絶対回転線速度はタイヤに関して記載したのと実質的に同じように測定され、周波数に変換され、次にベルト２２の周波数と比較される。
【００４５】
したがって、一定であるはずのベルト２２の速度が、ロール２３上でベルトが滑っていないことを確認するために、測定される。ベルト２２の速度もロール２３の回転速度に関連して測定される。このように、ベルト２２がローラ２３上で滑っていればそれを検出することが可能となり、これは次にベルト２２が恐らくはその伸長に起因して消耗しており、交換すべきであることが示される。
【００４６】
この実施形態では、圧電高分子材料に代わるものとして磁性材料を使用することも可能である。この磁性材料は上記と同じ方法で横断方向または長手方向の糸に編まれる。したがって、最初の信号は電気パルスではなく、磁界パルスである。磁界パルスは、例えばホール・センサまたはコイルを用いて検出される。さらに、パルス磁界は結果としてコイルで電流パルスになる。この糸に磁気弾性材料を使用することも可能である。これにより、糸の弾性変形は磁界の変化を生じる。
【００４７】
当然ながら、この実施形態も布または生地などの材料を引き伸ばすことを伴う他の用途に使用でき、その場合動きはロールを用いて制御される。
【００４８】
図５ａに示した第５の実施形態では、２つのロール３３が好適には紙シート（または他の情報担体）を送る印刷機用途２０内に配置されている。少なくとも１つのセンサ３３１が印刷用紙の表面上、または実質的には印刷用紙３２中に配置される。好適な実施形態では、センサ３３１は用紙３２の実質的に内部に組み込まれた膜を含む。少なくとも１つの検出器５１６がセンサの存在を検出するために配置される。
【００４９】
この場合、動きは例えば印刷機の中断の形で示され、印刷機ロールを通して移動する紙の速度と印刷機ロールの速度がわかれば予測することが可能となる。
【００５０】
銀行券、紙幣等を送るための銀行用の紙用途の形態のさらに別の好適な実施形態を図５ｂに示しており、これは主に上記の印刷用途として設計されている。その違いは少なくとも１つのセンサ３１２がストリップとして配置されていることである。好適には、いくつかのセンサ３１２が銀行用紙または紙幣３２のバー・コードを形成する。
【００５１】
後者の用途では、銀行券と紙幣はセンサにより生成されるパルスの周波数を読み取るロール３３の間を通過する。次に、この周波数はセンサ３１２間の距離と送り装置装置、すなわちロール３３が紙幣を送る速度を用いて判断される。銀行券または紙幣が偽物である場合、センサは存在しないかもしれず、またはバー・コード３１２間の距離が変動し、これにより周波数が変えられる。したがって、この場合センサ３１２の形態の材料の存在（実在／有効性）が示され、動きの特性は示されない。
【００５２】
上記のように、上記すべての実施形態において圧電高分子材料を磁気弾性材料に代えることも可能である。次に、センサは好適には薄膜のような形状であるべきである。この薄膜の伸長と圧縮によって磁化の局所的変動が生じ、この変動は材料がその元の形状に戻ろうとするときに消失する。
【００５３】
したがって、第１の実施形態では、ボディ１３は、例えば、製紙機、印刷機、ロールを含む銀行券と紙幣用の銀行用紙用途、あらゆるタイプの機械における従来のロールなどの他の用途、さらには一般に本発明の他の実施形態におけるゴム材料の配置におけるタイヤ配置、ロール、ローラ、シリンダ、配達用ボウル、ゴムで被覆されたシリンダ、ドラム、ホール・シリンダ等の全部または一部から構成される。
【００５４】
センサ１１１、１１２、１４，２１１、２１２、３１１、３１２はストリップ状のバンド、薄膜、糸、粒子等から構成される。さらに、検出手段１６は好適にはコイル、トランスポンダ等から構成される。最後に、すなわち、実質的に円筒形のボディ１３、２３、３３の半径と無関係な絶対速度を取得するために、センサ１１１、１１２、１４，２１１、２１２、３１１、３１２を互いに垂直に設置することも可能である。
【００５５】
図５ａ、５ｂの実施形態も、ローラ３３と、シュー・プレス、ワイヤ、フェルトまたはバンドなどのコンベヤ状構造体３２とによって形成されたニップ(nip)を実現し得る。センサ３１１は構造体３２の内部に配置されおり、受信機にロール間のニップ内の圧力と圧力分布に関する情報を提供する。最も好適な用途は、例えば、ニップ・ロール、ローラ・プレス、ヤンキー・マシン、シュー・プレス、製紙機のスムージング・コーティング機、またはそこを通過する構造体に圧力を印加する他の任意の装置である。
【００５６】
最も好適には、センサはＰＶＤＦ、すなわちポリフッ化ビニリデンなどの高分子圧電材料から製造される。このセンサは用途領域に応じてフィルム、ケーブル、糸、繊維等の形状であってよい。
【００５７】
基本的な概念は、２つの電極を有する圧電材料が圧力を受けるときに、起こり得る変化が電極間の出力信号として取得されるということである。圧電高分子センサの同等の回路を図６に示しており、これは以下の特徴的なカットオフ周波数ｆ0を有する高域フィルタとして圧電高分子センサを実現している。
【数１】
0004503010.tif 000002
【００５８】
圧電センサに負荷が加えられると、高分子圧電材料の電荷の変位が生じ、この変位はセンサに加わる力に正比例する電圧Ｕを発生する。静電容量Ｃfは２つの電極間の誘電材料に起因するものであり、その値はセンサの種類（フィルム、ワイヤ）、その寸法と使用される材料の相対誘電率に左右される。Ｒは高分子材料の抵抗と入力抵抗を含むある測定単位の全抵抗である。
【００５９】
出力を測定する場合、信号Ｖoutが測定されるが、センサに力を与えるＵが重要な値である。Ｖoutを測定する場合、Ｕは次式を用いて得られる：
【数２】
0004503010.tif 000003
【００６０】
センサ全体が負荷を受けていない場合、高分子の静電容量が、図７の回路図に示した負荷がかかった領域に相当するＣAと、負荷がかかっていない部分に相当するＣPに分割される。
【００６１】
センサがセンサ電極間にあれば、ＰＶＤＦ材料に関する誘電損のために、明らかに周波数依存性の抵抗と静電容量が取得される。この作用はセンサの力負荷から、センサシステムからの出力信号への完全な伝達機能を得ることができるもと考えられるべきである。抵抗と静電容量の周波数依存は、図８の回路図に示したようにＣAとＣPに平行な抵抗ＲA、ＲPを挿入することによって実現される。これは次式のようになる：
【数３】
0004503010.tif 000004
【００６２】
上式中、ε'およびε"は（ＰＶＤＦなどの）誘電体材の比誘電率の実数と虚数部分であり、Ｃ0AとＣ0Pは誘電材料のなしのセンサの静電容量であり、ωは周波数である。
【００６３】
この回路は十分に高い周波数で信号を阻止する、すなわち、帯域フィルタである。
【００６４】
コンベヤ内にセンサを組み込んでいるので、例えば、信号は検出され、処理ユニットへ送られる。本発明の好適な一実施形態によれば、これは非接触通信によって達成される。
【００６５】
図９は本発明のＶOUTを検出する本発明の実施形態を示している。コンベヤ９２は２つの（ニップ）ロール９３の間に延びている。このコンベヤは多数の圧電センサ９１１（わかり易いように１つだけを図示した）を組み込んでいる。２つの導体９１３が圧電センサの出力に接続されたアンテナとして配置されている。アンテナ９１３からの送信を受信するために、受信アンテナ９１６がコンベヤに隣接して配置されている。好適には受信アンテナ９１６は２枚の導電板を備える。この導電板は次に差動増幅器やアナログ／デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）を備えた受信機９１５に接続されており、例えばコンピュータ９５で、アンテナから受信されたアナログ信号は所定の速度でデジタル信号に変換され、信号処理ユニットに送信される。受信機９１５がコンピュータ９５に内蔵されることは明白である。処理された信号の結果は圧電センサ受ける力に相当する。
【００６６】
この非接触送信は静電結合と比較される。すなわち、結合容量ＣKは送信アンテナと受信アンテナとの間で取得される。図１０は圧電センサ、アンテナ、増幅器、およびデータ収集を備えたシステム全体に相当する回路図を示しており、Ｒiは電荷増幅器または電圧増幅器などである増幅器の入力抵抗である。ＣKの値は送信アンテナと受信アンテナの相対位置に対して変化する。この変化を補償するために、送信アンテナは受信アンテナよりも小さく製造され、これによりニップ工程全体を追跡する。ロール間の圧力値を取得するために、センサからの信号が、圧電センサに負荷がかかった瞬間からセンサがローラのニップを通過するまで追跡される。これには受信アンテナの延長部が送信アンテナよりも大きいことを必要とする。コンベヤ材料に組み込むことができるように、送信アンテナは小さく製造されなければならない。
【００６７】
図１１は図９のコンベヤ９２の断面図であり、センサ９１１、送信機９１３、受信アンテナ９１６を示している。センサは図面の平面内で延びている。送信アンテナと受信アンテナとの間で良好な静電結合を得るために、送信アンテナ間で電界線が最小またはヌルになるように送信アンテナが離れていなければならない。この目的は電界線の主要部分が送信アンテナと受信アンテナの対の間に延在することである。
【００６８】
圧電センサ１２１１は図１２に示したようにコンベヤ１２０２内に配置される。１２１３は送信アンテナを示す。矢印はコンベヤの動作方向を示す。センサが重複して配置されていることによって、信号を連続的に取得することが可能となる。しかし、関連する情報を取得するために、信号処理ユニットはアンテナ間で切り換わらなければならない。この実施形態によってコンベヤの幅方向の圧力分布を測定することが可能となる。
【００６９】
各々の圧電センサは長さ、すなわち異なるセンサ間の距離を有しているので、各々の圧電センサから生成される各信号の開始と終了によってコンベヤの実際の速度を計算することが可能となる。したがって、ベルトまたはマシン・クロージングが歪んだ動作をしていないか、すなわち、異なるパーツにおいて異なる速度になっていないかどうかを検出することが可能である。
【００７０】
好適には、１つの受信アンテナが送信アンテナの各々に対して使用されるが、信号レベルが十分に強い場合や異なる圧電センサからの信号を区別することが可能な場合、コンベヤの幅にわたって延びる１つのアンテナで十分である。
【００７１】
センサに振動やたわみが生じると、信号の読取りが不正確になる。この問題を抑えるか、またはなくすために、負荷がかかるセンサ、すなわちニップの通過と、負荷がかかっていないセンサとの間の差動信号が使用される。この技術は２つの隣接するセンサ間の差動信号が生成されることを意味する。同じ差動技術が温度変化を補償するために使用される。この場合、隣接する２つの負荷がかかったセンサと負荷がかかっていないセンサは、実質的に同じ温度になるように使用される。したがって、温度変化を測定することが可能である。
【００７２】
上記の容量性の送信は誘導性の送信に代えられる。この場合、図１３に示したように、コイル１３１３はアンテナの代わりに送信機として使用される。受信アンテナは例えば送信コイル１３１３からより強い信号を取得するために磁気コアを有する別のコイル１３１６に代えられる。この受信コイルは上記と同じように増幅器１３１４と信号処理プロセッサ１３０５に接続される。
【００７３】
さらに別の実施形態では、図１４に示したように、コンベヤ１４０２の内部に配置された圧電センサ１４１１は圧電センサが曲げられた状態で動作するように折り曲げられており、これにより厚くなった状態よりもよりよい信号が得られる。センサの端部に接続されたアンテナ１４１３はこのように、センサの一方の側に受信アンテナ１４１６に対して同じレベルで配置される。これによりコンベヤの動作方向を示すことが可能となる。
【００７４】
上記実施形態は圧電素子に限定されるものではなく、磁気弾性材料が使用されてもよい。この場合、センサとアンテナは同じであってよく、誘導的検出が使用される。
【００７５】
さらに別の実施形態では、受信機がインダクタンスの変動を受信するコイルとして配置されるとともに、誘電子内でコアとして機能する磁性材料がコンベヤに組み込まれる。
【００７６】
製紙機では、例えば、ロール間の距離を、故にロールの圧力またはニップ圧を例えばコンピュータを用いてリアルタイムで制御するために、結果としてセンサから得られる信号が使用される。
【００７７】
さらに、「コンベヤ」という用語は、種々の材料やその材料に左右されない任意の用途の任意のタイプの搬送装置を意味することを理解されたい。この用語はロールを通過する材料自身を意味してもよい。
【００７８】
本発明は示した実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲から逸脱せずに、多数の様式で、例えば、示した実施形態の２つ以上を組み合わせて変形させることができ、本発明の配置と方法は用途、機能ユニット、必要性、び要件等に応じて実施される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明のデバイスを使用した第１の実施形態を示す断面略図と正面略図である。
【図２】本発明の第２の態様のデバイスを用いた第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の態様のデバイスを用いた第３の実施形態を示す略断面図である。
【図４】本発明の第４のデバイスを用いた配置を示す側面略図（ａ）と図４ａの配置を示す正面図（ｂ）である。
【図５】本発明の第５のデバイスを用いた配置を示す側面略図（ａ）と本発明の第６のデバイスを用いた配置を示す側面略図（ｂ）である。
【図６】同等の回路スキームを示す回路図である。
【図７】同等の回路スキームを示す回路図である。
【図８】同等の回路スキームを示す回路図である。
【図９】第７の実施形態を示す略図である。
【図１０】同等の回路スキームを示す回路図である。
【図１１】本発明の配置を封入したコンベヤの断面図である。
【図１２】図１１のコンベヤの一部を示す横方向図である。
【図１３】本発明の別の態様の配置を封入したコンベヤの断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態の配置を封入したコンベヤの側断面図である。
【図１ａ】
0004503010.tif 000005
【図１ｂ】
0004503010.tif 000006
【図２】
0004503010.tif 000007
【図３】
0004503010.tif 000008
【図４ａ】
0004503010.tif 000009
【図４ｂ】
0004503010.tif 000010
【図５】
0004503010.tif 000011
【図６】
0004503010.tif 000012
【図７】
0004503010.tif 000013
【図８】
0004503010.tif 000014
【図９】
0004503010.tif 000015
【図１０】
0004503010.tif 000016
【図１１】
0004503010.tif 000017
【図１２】
0004503010.tif 000018
【図１３】
0004503010.tif 000019
【図１４】
0004503010.tif 000020