CN112513559A

CN112513559A - 传感器装置

Info

Publication number: CN112513559A
Application number: CN201880095802.1A
Authority: CN
Inventors: 金辰一郎
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2021-03-16
Also published as: KR102625041B1; TWI793198B; EP3825646A4; TW202007987A; JPWO2020017068A1; KR20210034052A; US20210293520A1; WO2020017068A1; EP3825646A1; US11421974B2

Abstract

本发明的传感器装置具有：传感器部件，具有使用了2％伸长后的残余应变为0.4％以下的芯材材料的芯材、在芯材的外周部卷绕成线圈状的电阻值为1kΩ/m以下的导电体、以及屏蔽向导电体的外来电磁波的电磁波阻断层；以及测定单元，检测来自传感器部件的电信号，并基于该电信号的变化来测定传感器部件的位移。

Description

传感器装置

技术领域

本发明涉及用于高精度且简易地测定(监测)被测定体的伸长、位移的传感器装置。

背景技术

以往，为了将被测定体的疲劳劣化所引起的破坏、暂时性的较大的应力负荷所引起的破坏防患于未然，使用了用于测定伸长、位移的传感器装置，但要求能够保持耐久性、而且能够高精度且简易地测定的传感器装置。

例如，作为测定位移的单元，公知有如下的传感器装置(专利文献1)，芯材使用弹性支承体，检测在该弹性支承体卷绕有金属制的导电体而得的线圈状结构体的阻抗变化，来测定弹性支承体轴向上的伸长位移。

专利文献1：日本特开2011-89923号公报

若使专利文献1这样的传感器装置的弹性支承体在轴向(长度方向)上伸缩，则存在伸缩后的轴向的尺寸比伸缩前大(塑性变形)的情况。塑性变形有金属制的导电体的塑性变形和弹性支承体的塑性变形，但直接支配轴向尺寸(长度)的弹性支承体的塑性变形的影响更大。因此，在使用对于伸长位移的塑性变形性较大的弹性支承体的情况下，伸长测定所涉及的重复尺寸特性(可逆性)变低，因此存在施加持续的重复负荷的环境下的精度变低这样的课题。

另外，在金属制的导电体的塑性变形较大的情况下，对伸长测定所涉及的重复尺寸特性(可逆性)带来不良影响，因此对其进行抑制成为课题。

发明内容

本发明鉴于上述的课题，目的在于提供下述那样的传感器装置，即：适合于非破坏且连续测定，并且即使在较高的重复精度以及户外等严酷的周围环境下的使用中也具有较高的稳定性、可靠性。

本发明的传感器装置具有：传感器部件，具有使用了2％伸长后的残余应变为0.4％以下的芯材材料的芯材、在芯材的外周部卷绕成线圈状的电阻值为1kΩ/m以下的导电体、以及屏蔽向导电体的外来电磁波的电磁波阻断层；以及测定单元，检测来自传感器部件的电信号，并基于该电信号的变化来测定传感器部件的位移。另外，优选在25℃时测定出的芯材材料的拉伸弹性模量为1～250GPa，优选在导电体与电波阻断层之间具备具有绝缘功能的绝缘层。

另外，优选为测定单元具有：检测部，检测阻抗变化；以及运算部，基于该阻抗变化来对被测定体的位移量和/或位移率进行运算，进一步优选为，运算部基于由检测部检测出的值中的电感变化来对位移量和/或位移率进行运算。其中，测定单元也可以具有对传感器部件和/或被测定体的异常进行判定的判定单元。

根据本发明，提供能够高精度且简易地测定的传感器装置、以及使用了该传感器装置的伸长位移的测定方法。

附图说明

图1是本发明的传感器部件的概念图(局部剖视图)。

图2是表示使用了本发明的传感器装置的测定方法的原理的概念图。

图3是表示芯材材料的残余应变和蠕变试验用的试验片的概念图。

图4是表示本发明的传感器部件的残余应变的测定方法的概念性曲线图。

图5是表示本发明的传感器部件的试验评价方法的概念图。

图6是表示传感器部件的伸长测定时的E值与e值的关系和测定误差的概念性曲线图

图7是表示使用了多个本发明的传感器部件的测定方法的一个例子的概念图。

具体实施方式

以下，详细地说明本发明的实施方式。

本发明提供一种传感器装置，具有：芯材，使用了伸长2％后的残余应变为0.4％以下的芯材材料；在芯材的外周部卷绕成线圈状的电阻值为1kΩ/m以下的导电体；传感器部件，具有电磁波阻断层，该磁波阻断层屏蔽向导电体的外来电磁波；以及测定单元，检测来自传感器部件的电信号，基于该电信号的变化来测定传感器部件的位移。其中，将在芯材卷绕了导电体而得的部件称为传感器体。

本发明的传感器部件所使用的芯材能够使用纤维(复丝、单丝)、薄膜或者带等芯材材料。其中，在是薄膜、带的情况下，优选预先实施加捻加工，在形成接近圆形的剖面形状之后使用。另外，芯材材料优选从有机纤维、无机纤维、天然纤维、表面被绝缘层覆盖的金属或者金属纤维等中选择至少一个。

另外，关于芯材的伸长后的残余应变，优选塑性变形性较低，更优选为通常的使用环境、特别是在后述的条件下测定出的芯材材料的25℃时的伸长2％后的残余应变为0.4％以下。而且，优选25℃时伸长3％后的残余应变为0.4％以下，特别优选25℃时伸长4％后的残余应变为0.4％以下。通过采用这样的范围，能够得到较高的重复测定精度。

并且，关于高温时的芯材材料的伸长后的残余应变，优选在后述的条件下测定出的60℃时伸长2％后的残余应变为0.4％以下，更优选60℃时伸长3％后的残余应变为0.4％以下，而且，特别优选60℃时伸长4％后的残余应变为0.4％以下。通过采用这样的范围，能够承受在户外等严酷的周围环境下的使用，能够应对由户外环境的直射日光引起的温度上升、由风、振动等引起的外力、由摩擦等引起的传感器部件的温度上升。此外，在不满足该温度条件下的伸长后的变形恢复率的情况下，由于传感器部件的重复的测定精度、长期使用中的稳定性降低，因此不优选。

作为满足这样的条件的芯材材料，例如列举以下的材料。此外，芯材材料所使用的纤维可以是单丝，也可以是复丝。

无机纤维：例示玻璃纤维、二氧化硅纤维、氧化铝等，其中也特别优选以氧化硅为主成分而混合多个其他种类的无机成分而成的玻璃纤维(例如E玻璃等)。

有机纤维(高分子纤维)：作为伸长2％后的残余应变为0.4％以下的纤维材料(芯材材料)，例如，例示对位型(Para型)芳香族聚酰胺纤维(例如，聚对苯二甲基对苯二胺纤维，帝人公司制、“twaron”)、共聚合型的对位型芳族纤维(例如，共聚对亚苯基-3、4’-氧二亚苯基对苯二甲酰胺纤维、帝人公司制、“Technora”)、PBO纤维(例如东洋纺制“Xyron”)、PEEK纤维(例如ZYEX社制)、PEK纤维、PEKK纤维、PPS纤维(例如东丽(Toray)公司制“torukon”、PTT纤维(例如旭化成制“solotex”)、PET纤维(例如帝人Frontier制“Tetron”)、PEN纤维、液晶聚酯纤维(例如Kuraray制“Vectran”、KBSeiren制“Zekushion”)等。

上述的各种材料可以使用以满足本发明的残余应变的要件的方式实施了各种加工的材料，例如，作为后处理，也可以根据需要，实施在张力下或无张力下的热处理，进行纤维的残余应力的缓和、结晶度、取向度的提高等，实现纤维结构的稳定化。

另外，像后述那样，优选在导电体强力地捆紧芯材的状态下进行。优选在对导电体施加较高的张力的状态下进行对芯材的卷绕，但此时，芯材需要不承受导电体的张力而保持直线性，因此需要根据导电体的张力而对芯材施加适当的张力。由此，通过在制造传感器体的工序中利用被覆机器等将导电体对芯材的卷绕，能够提高导电体与芯材的摩擦力，能够使导电体的线圈形状的直径稳定化。此外，若这里芯材的拉伸弹性模量不充分高，则在芯材由于张力而大幅伸长的状态下进行导电体的卷绕，在卷绕后的张力开放时，芯材在长度方向上大幅收缩，导致传感器体的形状的破坏、线圈的卷绕节距、直径的不均匀化的品质的降低，因此不优选。

另外，在传感器部件的使用时，也存在由于重复拉伸变形而引起导电体的塑性变形的情况，导电体的尺寸变化给本传感器装置的测定精度带来不良影响。为了将该影响最小化，通过使芯材材料的拉伸弹性模量×芯材的剖面积为线圈形状的导电体的轴向的拉伸弹性模量×线圈形状的导电体的剖面积的至少5倍以上，从而利用芯材的较低的塑性变形性将传感器体整体的塑性变形性控制得低是有效的。

因此，关于芯材材料的拉伸弹性模量，优选25℃时测定出的拉伸弹性模量为1～250GPa，更优选为10～150GPa，进一步优选为30～120GPa，最优选为50～100GPa。

另外，为了防止在传感器部件的制造时芯材断裂的不良情况、并且提高在传感器部件的使用时的对各种应力的耐性，关于芯材材料的拉伸强度，优选25℃时测定出的拉伸强度为0.1GPa以上，更优选为0.3～10GPa，进一步优选为1～10GPa，特别优选为2～10GPa。

另外，从耐热性的观点出发，关于高温时的芯材材料的拉伸强度，优选60℃时测定出的拉伸强度为0.1GPa以上，进一步优选为0.3～10GPa，特别优选为1～10GPa，特别优选为2～10GPa。

在芯材材料不满足上述的温度条件下的拉伸强度的情况下，传感器部件受到外力的破坏、脆化的可能性变大，因此不优选。

另外，芯材材料的拉伸蠕变与测定精度的长期的再现性相关联，因此优选尽可能小，使用与25℃的断裂强度的30％相当的试验载荷，25℃时测定出的蠕变速率优选为0.00001～0.003％/分，更优选为0.00001～0.001％/分，进一步优选为0.00001～0.0005％/分，特别优选为0.00001～0.0003％/分。

另外，从耐热性的观点出发，优选高温时的芯材材料的拉伸蠕变也较低，使用与60℃时的芯材的断裂强度的30％相当的试验载荷，60℃时测定出的蠕变速率优选为0.00001～0.003％/分，更优选为0.00001～0.001％/分，进一步优选为0.00001～0.0005％/分，特别优选为0.00001～0.0003％/分。

在芯材材料不满足上述的温度条件下的拉伸蠕变的情况下，重复的测定精度、长期使用中的稳定性降低，因此不优选。

另外，关于芯材材料的拉伸断裂伸度，25℃时测定出的拉伸断裂伸度优选为2～100％，更优选为3～50％，进一步优选为4～30％。

另外，从耐热性的观点出发，关于高温时的芯材材料的拉伸断裂伸度，60℃时测定出的拉伸断裂伸度优选为2～100％，更优选为3～50％，进一步优选为4～30％。

若芯材材料在上述的温度条件下的伸度小于2％，则传感器部件或传感器装置能够测定的伸长率范围变窄，因此不优选。另一方面，若伸度超过100％则芯材过于容易伸长，在制造工序中掌控性降低，因此不优选。

另外，为了提高传感器部件的实用上的热稳定性，芯材材料优选热收缩较小，在无张力下，在60℃时湿度30％以下的干燥环境下，放置了2小时时的芯材材料的长度方向的尺寸收缩优选为1％以下，更优选为0.7％以下，进一步优选为0.5％以下，最优选为0.3％以下。在芯材材料不满足该尺寸收缩率的情况下，尺寸不容易稳定，因此有可能影响测定精度，因此不优选。

另外，为了预先减少热尺寸收缩，也可以对芯材材料实施热处理。具体而言，可以使用如下的处理(热固着处理)等，通过在无张力下，放置在高温环境，缓和芯材材料的残余应变并抑制热收缩的处理、或在高温下施加高张力的处理，能够提高芯材材料的分子取向性、或者推进结晶化，由此抑制分子结构的热缓和。

优选芯材处于减少了加捻、编织等2次结构的状态。具体而言，关于卷绕导电体后的芯材的纤维的加捻条件，加捻系数优选为1.0以下，更优选为0.8以下，进一步优选为0.6以下，最优选为0.4以下。这里，加捻系数由加捻系数＝每1m长的纤维的加捻次数(转/m)×(芯材的纤度(tex))^1/2/1055表示。这样，通过减少2次结构的影响，能够实现测定的高精度化。

此外，上述的2次结构是指，例如在芯材由纤维构成的情况下，通过对纤维施加适当的加捻、或者对多根纤维进行编织(braid)，而利用纤维的2次结构(结构伸长)来提高伸度。在对纤维实施加捻、编织的情况下，有时会新产生由这些2次结构引起的塑性变形，需要根据测定对象、测定精度，按照使用目的来适当地设定加捻、编织条件。

此外，芯材材料也可以使用没有加捻的要素的单丝。另外，在将导电体卷绕于芯材的过程中，有时由于摩擦力等而在芯材产生加捻的情况，因此也可以考虑预先在卷绕中产生的加捻，控制卷绕前的芯材的加捻状态。

另外，芯材的直径优选为0.02～300mm，更优选为0.04～30mm，进一步优选为0.06～3mm，特别优选为0.08～0.6mm。此外，这里的直径是近似直径，并且是从剖面的面积换算成符合该面积的正圆的直径的值。若芯材的直径过小，则在芯材的周围卷绕导电体的基础上，很难进行导电体的均匀卷绕，容易在卷绕时产生导电体重叠等不良情况。另一方面，若芯材的直径过大，则弯曲性、弯曲耐久性容易降低，并且导电体与芯材的紧固力容易变得不充分，因此两者的摩擦力变得不充分，相互容易滑动，容易产生导电体的卷绕节距的不均匀，因此不优选。

如后述那样，优选本发明的传感器装置测定电感的变化等来作为电信号，根据该测定值求出芯材的伸长位移。由于螺线管线圈中的电感与导磁系数成正比例关系，因此在伸长位移的测定使用电感的变化的情况下，优选与导电体的芯相当的芯材的透过率较高。即，优选芯材中的、将物质的导磁系数以与真空的导磁系数的比表示的相对导磁系数(无单位)较少。具体而言，优选为1～10000，更优选为1～1000，进一步优选为1～100，特别优选为1～10。若相对导磁系数处于该范围，则传感器信号的大小与噪声的大小之比(S/N比)提高，因此能够提高测定精度。然而，若相对导磁系数处于上述的范围外、即相对导磁系数过高，则电感的绝对值变大，交流阻抗增大，从而对传感器信号的电处理施加较大的负荷，有可能难以连续测定。

为了像这样提高芯材的相对导磁系数，例示将高导磁系数的材料的微粒子分散复合在构成芯材的高分子树脂、高分子纤维中的方法、或进行涂布的方法。作为这样的高导磁系数的材料，例示坡莫合金、铁、铁氧体、硅钢、铁氧体、碳钢、镍、铝等。其中，特别是铁氧体微粒子的掌控性良好，因此优选。

此外，芯材在其外周部卷绕有导电体，因此优选在表面具有绝缘性，例如在芯材使用具有导电性的纤维的情况下，优选在芯材和导电体的两者的界面(或者接触面)形成绝缘层。另外，也可以根据需要，实施用于提高与导电体的摩擦力、紧贴力的涂布。

此外，在传感器体的制造的稳定性、使用时的掌控上优选提高芯材与导电体的摩擦力，因此优选使用相对于导电体不容易滑动的芯材。即，优选相对于导电体的静摩擦系数为规定以上的芯材。然而，由于传感器体中的静摩擦系数的测定在技术上有困难，因此作为代用试验，也可以在传感器体的拉伸试验中，通过求出芯材和导电体的产生相互滑动的传感器体的伸长率来评价摩擦力(滑动容易度)。

本发明的传感器部件所使用的导电体优选为具有导电性的各种金属，例如例示铜、铜合金、铝等。此外，在作为本发明的传感器装置的电信号，使用电感变化的情况下，不容易受到导电体的表面氧化、刮伤等引起的电阻值的经时变化，因此在通常环境下，能够进行充分稳定的可靠性较高的测定，但也可以对导电体的表面实施镀敷。镀敷例示了镀银、镍等，能够通过镀敷而进一步提高表面防氧化的效果、耐磨耗性。另外，从卷绕的导电体的表面保护、防短路等观点出发，也可以使用导电体的表面被电绝缘性的树脂覆盖的、所谓的漆包线等。

此外，导电体也可以是使用将金属线捆束并进行加捻加工而成的。这样，通过使用捻线来作为传感器部件的内部结构，能够进一步提高对弯曲等的耐久性。但是，为了使捆束的金属线不相互导通，优选使用漆包线等实施了绝缘层的涂布的导电体。

另外，导电体的直流电阻值优选为0.001～1000(Ω/m)，更优选为0.01～100(Ω/m)，进一步优选为0.1～10(Ω/m)。在处于上述的范围的情况下，能够实现传感器的高精度化、消耗电力的减少、动作的稳定性提高。此外，只要根据传感器部件的使用长度来适当选择导电体的电阻值即可，优选传感器部件的使用长度越长则使用电阻值越小的导电体。例如，在传感器部件的使用长度为100m以上的情况下，可以使用电阻值优选为10Ω/m以下，更优选为5Ω/m以下，进一步优选为2Ω/m以下的导电体。

另外，在导电体的形状为圆形或者大致圆形的情况下，该直径优选为0.01～3mm，更优选为0.015～1mm，进一步优选为0.02～0.2mm。另外，在剖面为非圆形的情况下，求出与该剖面积相等的假想圆的直径，优选该假想圆的直径处于上述的范围内。另外，导电体也可以为箔状的形状，在为箔状的情况下，优选该厚度为0.01～0.5mm。宽度没有特别限定，但从加工的容易度出发，优选为0.05～3mm，更优选为0.07～1mm，进一步优选为0.1～0.7mm，最优选为0.2～0.5mm。若直径、厚度过大则弯曲耐久性处于降低的趋势，若直径、厚度过小则强度降低，容易引起导电体的破坏，因此不优选。

另外，优选导电体被配设为在以线圈状卷绕于芯材的外周部时，相邻的导电体彼此不重叠。其原因子在于，在使用本发明的传感器部件的测定中，作为原理，使用由卷绕节距(或每一恒定长度的匝数)的位移引起的电感值的相对变化，因此导电体的重叠阻碍卷绕节距、匝数的位移而容易成为测定的误差的重要因素。

此外，在传感器部件的使用长度非常长的情况下(例如1000m以上等)中，为了降低导电体的电阻值，也可以重叠多根导电体来使用，也可以电并联地配置导电体。具体而言，例如可以通过在芯材上将多根芯材平行卷绕的方法、将在芯材上卷绕有导电体的传感器芯捻合多根而成为所谓的集合线的状态的方法而使其并联化。通过像这样将导电体并联化，虽然像上所述那样产生测定误差，但能够抑制由于导电体的直流电阻值的增加而引起的电力损耗，因此能够进行长距离下的测定。

在本发明的导电体使用了小径或者箔厚金属的情况下，在成为线圈形状时具有恢复力，但对于过度的拉伸或弯曲等变形，有时发生塑性变形。因此，在本发明的传感器体中，优选使低塑性变形性的芯材捆紧而卷绕导电体，在两者之间产生充分的摩擦力，由此与芯材一同伸长、伸缩。因此，优选导电体以规定以上的紧固力强力地卷绕于芯材。

另外，由于导电体通过芯材而间接地承受施加给传感器部件的应力(张力)，因此施加给导电体本身的应力相对较低。因此，导电体不容易发生因断裂、重复疲劳引起的破坏等，因此能够长期使用。

此外，在导电体没有进行珐琅加工等绝缘层的表面覆盖、所谓的裸线的情况下，相邻卷绕的导电体的间隙(线圈间隙)优选为0.01～3mm，更优选为0.03～0.6mm，进一步优选为0.04～0.4mm，最优选为0.05～0.15mm。

通过这样的间隙，在卷绕成线圈状的导电体的、相邻的导电体间(线圈间隔)能够确保绝缘性，电特性(电感等)稳定。另一方面，若相邻的导电体间的间隔过大，则产生来自线圈形状的导电体的磁通的泄漏量增加、电感的绝对值降低等影响，存在信号/噪声比(S/N比)不充分的情况，在得到较高的测定精度的方面不优选。

此外，在使用预先涂布了树脂等绝缘层的导电体(漆包线等)的情况下，即使在使相邻的导电体间的间隙为零的情况下，也能够通过绝缘层来确保相邻的导电体间的绝缘。

此外，在使用预先涂布了树脂等绝缘层的导电体的情况下，也可以将导电体以2层、3层进行重叠卷绕，线圈形状以多层重叠的形式形成。此时，也可以根据各层的卷绕方向、匝数、层叠时的相对位置等条件，来调整电感值。此外，也可以使一部分层电短路，利用相互电感的作用来减少其他层的电感。

在以较短的距离进行测定时，多数情况下优选将电感设定得高，能够提高信号强度、S/N比。另一方面，在以较长的距离进行测定时，将电感设计得低，抑制了信号强度的衰减(传输损失)，因此多数情况下是优选的。这些设计优选主要基于测定对象物的尺寸、检测器(测量器)的电性能等来进行。

芯材每1m长度的导电体的匝数(线圈匝数)优选为250～100000T/m，更优选为500～30000T/m，进一步优选为1000～18000T/m，特别优选为2000～12000T/m。

匝数(T/m)与电感的值为正比例关系，因此通过增大匝数，能够提高电感的绝对值，提高传感器部件的灵敏度。另一方面，若使匝数过大，则电感的值过大，而交流阻抗增大，检测器(电信号的处理电路)的负荷变大，不优选。

此外，优选匝数(T/m)被设计成：在电特性的测定频率下的传感器部件的特性阻抗的值与检测器(电信号的处理电路)的输入输出阻抗、信号传输用中继电缆等的特性阻抗的值具有一致或接近的值。特别是，作为检测器，在使用市售的测量器(阻抗分析器、LCR测试仪、网络分析器，高功能示波器等)的情况下，这些测量器的输入输出阻抗通常设计为50Ω、75Ω、100Ω等，因此优选使它们与传感器部件的特性阻抗整合，优选基于此而进行匝数(T/m)、线圈形状的间隙、芯材的导磁系数、导电体与电磁波阻断层之间的寄生电容等电参数、测定频率的设计。

本发明的传感器部件优选配设有屏蔽向导电体的外来电磁波的电磁波阻断层。

电磁波阻断层配设在传感器体的外侧(径向外侧)，是具有高导电率和/或高导磁系数的层，具有吸收和/或反射从外来(外部环境)入射到导电体的电磁波的电磁场的功能。具体而言，例如是将由银、铜、镍、金、铅、铝等高导电率材料形成的金属线或金属箔、由铁氧体(氧化铁系合金)、坡莫合金(铁/镍系合金)等高导磁系数材料形成的磁性线、磁性箔以传感器装置的长度方向为轴进行卷绕或编织(编织)，而在传感器部件的长度方向上连续形成的层。这些金属线、金属箔、磁性线、磁性箔优选根据需要，经由暂时卷绕于纤维等芯材的工序，在提高线、箔的拉伸强度、弯曲强度的基础上，进行卷绕、编织。此外，金属线、金属箔、磁性线、磁性箔优选在传感器部件的周围尽可能无间隙地形成，但也可以在未明显降低层的电磁波阻断性能的范围内，具有间隙。

此外，电磁波阻断层也可以实现所谓的接地的作用，将在电缆内部产生的寄生电容开放。

另外，使用了高导电率材料的电磁波阻断层是相对于传感器装置的长度方向，优选为0.0001～10Ω/m的高导电率的层，更优选为0.0001～1Ω/m，进一步优选为0.0001～0.1Ω/m。

另外，使用了高导磁系数材料的电磁波阻断层优选是层的相对导磁系数为100～100000的高导磁系数层。

另外，电磁波阻断层的厚度优选为0.01～2mm，更优选为0.015～1mm，进一步优选为0.02～0.5mm，特别优选为0.025～0.25mm。若电磁波阻断层的厚度过薄则阻断性能有可能降低，相反若过厚则传感器部件的整体直径变大，因此处于导致弯曲性、弯曲耐久性的降低的趋势，不优选。

此外，传感器部件也可以将2根至多根传感器体相互捻合、或编织，作为各传感器体相互抵消外来噪声的结构(采用这样的结构的电缆一般称为双绞线电缆(Twisted-paircable))，也可以相互作为电磁波阻断层发挥功能。

此外，在被测定体充分满足电磁波阻断层的功能的情况下，例如也可以通过将传感器体埋没、覆盖于被测定体等的方式而将被测定体本身视为电磁波阻断层。

此外，电磁波阻断层优选隔着绝缘层配设于传感器体的外侧(径向外侧)。

绝缘层优选是层的比电阻处于1×10＾10～1×10＾22(Ω·m)的范围的层，更优选为1×10＾12～1×10＾19(Ω·m)，进一步优选为1×10＾14～1×10＾18(Ω·m)。

绝缘层例如也可以是像漆包线那样利用绝缘体覆盖涂布导电体本身而成的，也可以是在导电体与电磁波阻断层的间隙中填充或涂布绝缘体而成的。具体而言，珐琅层优选是从合成橡胶、热可塑性弹性体、聚酰亚胺、环氧、硅酮交联橡胶(优选是通过2次交联处理而提高耐热性、弹性变形性的橡胶)、聚氨酯、四氟化乙烯、三氟化乙烯、环氧树脂、苯酚树脂、聚酰胺树脂(包含芳香族聚酰胺树脂)、聚醚酰胺树脂、聚砜树脂、硬质硅酮树脂、氨酯树脂等橡胶、树脂的至少一个选择的材料。通过利用这些橡胶、树脂涂布导电体，能够形成绝缘层。

另外，绝缘层的厚度也依赖于该材质，但优选为0.01～3mm，更优选为0.05～2mm，进一步优选为0.1～1mm，特别优选为0.2～0.5mm。若过薄，则绝缘功能不稳定，相反若过厚则传感器部件的弯曲性、弯曲耐久性处于降低的趋势，不优选。

另外，关于绝缘层的涂布方法，例示使导电体浸渍于将树脂溶解于溶剂中的层的浸泡涂布法、使导电体通过填充有熔融树脂的孔中的熔融涂布法等。

此外，除了上述的方法以外，绝缘层也可以是卷绕了电绝缘性的纤维、薄膜的层。即，能够在导电体的外周使用被覆机器等，卷绕电绝缘性的纤维、薄膜，而形成绝缘层。作为具体例，例如优选耐热性较高并且具有绝缘性的芳族聚酰胺纤维(Technora或twaron)、玻璃纤维等。

另外，也可以在电磁波阻断层的外侧进一步设置保护层。保护层的厚度优选为0.01～3mm，更优选为0.05～2mm，进一步优选为0.1～1mm，特别优选为0.2～0.5mm。此外，保护层优选为用于防止电磁波阻断层的刮伤、脱散等外部刺激的纤维、树脂等。此外，保护层也可以使用与绝缘层相同的材料、加工方法。在保护层具有电绝缘性的情况下，也可以赋予电磁波阻断层例如防止像静电那样从外部直接流动的电流的效果、摩擦耐性的提高、耐水性的提高、或者提高粘接力而与周边的固定。此外，在保护层以外部刺激的防止、摩擦耐性的提高等为目的的情况下，保护层也可以仅设置于电磁波阻断层的一部分。

此外，本发明的传感器部件的长度也可以根据测定用途、对象而适当地决定，也可以遍及作为测定对象的被测定体的全长而配置，也可以仅在一部分配置。另外，也可以配置在被测定体的多个部位。另外，也可以仅配设在被测定体的任意的一部分。

在配置被测定体的多个传感器部件的情况下，即使在多个传感器中的、几个传感器部件由于故障、断裂等而失效的情况下，只要留有至少1个传感器部件，就能够继续测定，因此故障安全性提高。

另外，也可以使各传感器部件的长度大致相同，也可以使各传感器部件的至少一部分或者全部的长度不同。通过以相同的长度配置，能够取得多个测定数据，因此测定精度提高。通过以不同的长度配置，能够使用后述的测定单元，根据任意的2个以上的传感器部件的测定数据来测定被测定体在任意的区间中的位移量和/或位移率。

另外，也可以使多个传感器部件的物性不同。具体而言，例如，也可以通过配置多个传感器部件中的、确定的传感器部件的芯材材料的破裂强度、断裂伸度比其他传感器部件相对低的传感器部件，能够阶段性地检测施加给被测定体的负荷。

另外，传感器部件也可以以直线状配置，也可以以具有二维、三维地弯曲的状态配置。另外，例如也可以配置成U字，换言之，配置为在被测定体的一端侧配置传感器部件的两端部，在被测定体的另一端侧，传感器部件的中央部折回，也可以如图7所示，从2个传感器部件的一端侧取出导电体(测定用的端子)，将另一端侧的导电体(测定用的端子)彼此连接。通过配置成U字，能够将位于传感器部件的两端部的导电体集中在被测定体的1个部位，因此能够将布线简化。

另外，也可以将传感器部件的至少2个、或多个分别配置成实质上平行。这里，“实质上平行”还包含各传感器部件在几何学上也平行排列的情况、或相互加捻的情况(例如双螺旋结构)。即，相对于各传感器部件的长度方向，将各传感器部件的距离实质上相同的排列条件设为“实质上平行”。

即，能够提供如下的传感器部件，通过将长度不同的2个以上的多个传感器部件分别实质上平行地配置，能够提高测定精度，测定任意的区间中的位移量和/或位移率，而且除了上述的结构之外，通过将各传感器部件例如配置成U字等，将其两端部配置在被测定体的一端侧或者确定的一部分，能够进行布线的简化。此外，也可以如图7所示，将长度不同的传感器部件配置多个组。

此外，优选传感器部件的位移率(伸长率)与被测定体的伸长率一致或大致一致。可以进一步优选为传感器部件的芯材的主要的材料与被测定体的主要的材料相同。通过使传感器部件与被测定体的伸长率大致一致，能够提高传感器精度，并且能够抑制对传感器部件的过度的负荷。

另外，传感器部件固定在被测定体的内部或者表层的整体或者一部分。向内部的固定能够使用组装、埋入等方式。另外，向表层的固定能够使用粘接、或基于金属零件等的紧固等方式。例如，在被测定体为纤维的情况下，也可以是将传感器部件与纤维一同进行加捻加工，利用由加捻加工的捻力产生的压接力和摩擦力来进行固定的方式、或在陷入熔融的树脂内之后使树脂硬化。

另外，为了进一步提高固定力，也可以在传感器部件与被测定体的界面设置具有粘接功能的粘接树脂层。粘接树脂层没有较大的制约，但优选考虑传感器部件中包含的芯材、树脂等的耐热温度来选定，能够使用各种热固化性树脂、热可塑性树脂、芳香族聚酰胺树脂等。通过使用这样的树脂，从而在加热时树脂硬化、软化或熔融、相互溶解等，由此在它们的界面，容易粘接或融接。具体而言，在被测定体为电缆等纤维的情况下，列举在组装前在传感器部件或者被测定体的纤维的最表层预先涂布粘接树脂的方法、在组装后从外侧注入粘接树脂并使其浸入的方法等。

此外，热固化性树脂例示聚氨酯、不饱和聚酯、乙烯基酯、丙烯酸系、苯酚系、环氧系、硅酮系的树脂等，热可塑性树脂例示聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚醚砜以及它们的变性树脂等。

另外，传感器部件也可以配置一个，也可以配置多个，在多个的情况下，也可以随机配置，也可以平行、并联地配置。此外，在配置成并联配置的情况下，能够进行测定点的多个信道选择，能够根据需要而自由选择信道。另外，通过传感器的并联电路化，能够进行作为测定值的电感值等的平均化，提高数据的稳定性，能够进行电信号的前进/返回的往复电路的一体化等的运用。这样，通过将多个本发明的伸长传感器相互并行地配设而成的结构，能够提高测定的可靠性。

接下来，对使用了本发明的传感器部件的传感器装置和位移量和/或位移率的测定方法进行描述。

本发明的传感器装置优选具有测定单元，该测定单元对来自传感器部件内的线圈状的导电体的电信号进行检测，基于该电信号的变化来测定被测定体的位移。此外，测定单元也可以一体地组装于传感器部件，也可以是分体的。另外，优选测定单元具有：检测部，其与传感器部件的导电材料电连接，检测电信号变化；以及运算部，其基于该电信号的变化，而对被测定体的位移量和/或位移率进行运算。特别优选电信号变化为电感变化。这是因为，导电体的电感变化和传感器部件的位移量具有稳定的线性，因此能够提高测定精度。此外，作为最简单的系统，只要能够测定被测定体的位移的有无即可，但优选测定位移量和/或位移率。此外，位移量、位移率也称为伸长率、伸长率、伸长度、伸长位移。

接着，以下对线圈状的导电体的伸长与电感的减少的关系进行说明。此外，这里，如图2所示，将线圈初始长度设为D(m)、将电流设为I(A)、将线圈剖面积设为S(m²)、将总匝数设为N、而且将每单位长度的匝数设为n＝N/D。

在将导磁系数设为μ(N/A²)时，线圈的自感L(H)被表示为如下：

L＝μN²S/D。

作为电流I，(线圈内部的磁场H(N/Wb)为：

H＝nI，

线圈内部的磁通密度B(Wb/m²)为：

B＝μH＝μnI，

贯穿线圈剖面积S(m²)的磁通Φ₀(Wb)为：

Φ₀＝B·S＝μnIS，

在长度D、总匝数N的线圈中，磁通Φ₀与总匝数N的线圈相交，因此为：

Φ＝N·Φ₀＝N·μnIS＝N·μ(N/D)IS＝μN²SI/D

这里，若将伸长前的线圈的自感设为L(H)、将伸长前的初始线圈长度设为D，将初始剖面积设为S，则表示为如下：

L＝Φ/I＝μN²S/D。

另一方面，若将以伸长率e伸长的线圈的自感设为L’(H)，将剖面积设为S’，则线圈长由eD表示，成为：

L’＝μN²S’/eD。

可知，根据上述两式，导出如下的关系：

L/L’＝e(S/S’)，

线圈的伸长率e表示为如下：

e＝(L/L’)·(S’/S)。

由此，只要求出L/L’的值和S’/S的值，则求出线圈的伸长率e。此外，S’/S的值是伴随着线圈伸长的变量，但在节距均匀的线圈中，能够根据线圈的初始形状(线圈的直径、导电体的厚度、宽度、每单位长度的匝数的设计值)，利用几何学计算求出的值来代替，因此不需要实际进行测量。

这是本发明的传感器装置中的、使用了传感器部件的电感变化的传感器部件的伸长率测定的原理，通过由运算部对检测部所检测出的电感变化与线圈状的导电体的长度方向的伸长率的相关性进行运算，由此能够求出传感器部件的伸长量、伸长率(位移量、位移率)。

关于传感器部件的电感的测定，阻抗的相位角θ优选为大致3～90°的范围，更优选为10～90°，最优选为20～90°的范围。若是该范围，则能够精度良好地进行高灵敏度的测定。

另外，例如根据被测定体的材料、使用方法，有时在被测定体的各区间(任意的区间)中伸长率不同。在该情况下，通过使用长度不同的多个传感器部件，能够简易且精度良好地测定伸长量、伸长率(位移量、位移率)。

具体而言，例如如图7中示意性所示，对被测定体(被测定体具有伸长率不同的区间a、b、c)，配置长度不同的传感器部件S1、S2、S3。将被测定体的区间a、b、c中的各初始长度设为La、Lb、Lc，将伸长后的长度设为La’、Lb’、Lc’、Lc”，将伸长率设为ea’、eb’、ec’、ec”。另外，将传感器部件S1、S2、S3的初始长度分别设为LS1、LS2、LS3，将利用电感的实际测量求出的伸长率设为e1’、e2’、e3’、e3”。此外，使被测定体的各区间的伸长率与配置于各区间的传感器部件的伸长率同等地，将传感器部件固定在被测定体。此外，初始值的La、Lb、Lc、LS1、LS2、LS3为测定完毕的已知的值，e1’、e2’、e3’、e3”是像上所述那样通过测量而得的值。

区间a内的传感器部件的伸长率ea’与根据实际测量而求出的e1’的值相等，为ea’＝e1’。

使用根据实际测量而求出的e1’和e2’的值，求出区间a内的传感器部件的伸长率eb’。区间b内的传感器部件S2的伸长后长度为(LS2×e2’)-La’＝(LS2×e2’)-(La×e1’)，若将其除以区间b内的传感器部件S2的初始长度(LS2-La)，则求出区间b内的传感器部件的伸长率eb’，成为eb’＝((LS2×e2’)-(La×e1’))/(LS2-La)。

使用根据实际测量而求出的e1’和e3’的值和像上述那样求出的eb’的值，求出区间c内的传感器部件的伸长率ec’。区间c内的传感器部件S3的伸长后长度为(LS3×e3’)-La’-Lb’＝(LS3×e3’)-(La×e1’)-(Lb×eb’)，若将其除以区间c内的传感器部件S3的初始长度(LS3-La-Lb)，则求出区间b内的传感器部件的伸长率ec’，成为ec’＝((LS3×e3’)-(La×e1’)-(Lb×eb’))/(LS3-La-Lb)。

此外，区间a、b不伸长，仅区间c伸长的情况下的、区间c内的传感器部件的伸长率ec”被表示为使e1’和eb’分别为1的式子，成为ec”＝((LS3×e3”)-La-Lb)/(LS3-La-Lb)。

即，如图7所示，在被测定体上对于长度不同的至少2个以上的传感器部件，使各传感器的一端侧与被测定体的一端侧对齐，并且将各传感器部件实质上平行地配置。从传感器部件的一端侧和另一端侧取出导电体(测定用的端子)，基于电感变化来测定被测定体的位移量和/或位移率。此外，也可以如图7的中段(全部伸长)所示，从各个端部取出导电体(测定用的端子)，也可以如图7的下段(一部分伸长)中示意性所示，通过分别配设2个长度不同的传感器部件，从各传感器部件的一端侧取出导电体(测定用的端子)，将另一端侧的导电体(测定用的端子)分别连接，而将2个传感器部件相对于被测定体往复配置(配置成U字)，由此将传感器部件的布线集中在1个部位而进行测定。

此外，优选像图7的中段(全部伸长)的传感器部件那样，在传感器部件的外侧对布线进行处理时，对外侧的布线实施用于防止噪声的屏蔽。此外，在将2个传感器部件相对于被测定体往复配置(配置成U字)的情况下，也可以适当修正上述的计算式所使用的传感器部件的长度等。

接下来，使用传感器部件的任意的2个以上的传感器部件的位移量的差分，求出该任意的2个不重叠的非共用区间的位移量，由此能够测定被测定体的任意的区间(图7的区间a、b、c)中的位移量和/或位移率。

通过像上述那样进行测定，从而例如在图7的下段的被测定体的全部伸长的情况下、或仅被测定体的一部分(图7的区间c)伸长的情况下，也能够测定各区域的位移率(伸长率)。此外，在仅一部分伸长的情况下，也可以将未测量位移的传感器部件设定为基于运算部的运算对象外。

另外，关于上述的传感器部件的位移测定方法，在传感器部件的导电体的长度相对短的情况下(在导电体的长度超过测定中使用的交流电流的波长的大致1/4的情况下)，在作为集中常数电路的处理为优选的条件下特别有效。另外，在该条件中，不仅根据电感的变化，还能够根据电容、电阻值、交流阻抗值、谐振点频率、Q值等的变化而得到与传感器装置的变形相关的信息。

另一方面，在本传感器部件的导电体的长度相对较长的情况下(在导电体的长度为测定中使用的交流电流的波长的大致1/4以下的情况下)，在作为分布常数电路的处理为优选的条件下，也能够使用传输路解析的方法，而感知传感器的变形状况。例如，能够对特性阻抗、由传输引起的相位延迟、传输衰减率的变化进行测定，来掌握传感器的电参数的变化。另外，还能够使用TDR法(Time Domain Reflectance)，对局部性产生了阻抗的不均匀变化的异常部位进行确定、或对断线的产生等进行检测。

本发明的传感器装置的检测部是具有用于对导电体的电参数的变化进行测定的电气处理电路的装置，也可以使用市售的电子测量装置，也可以以离散式设计电子电路而进行测量。

市售的电子测量装置例如优选列举阻抗分析器、LCR测试仪、网络分析器(作为装置制造商，存在Keysight、日置电气等)、TDR电缆诊断测定装置(作为装置制造商，存在BiCommunications等)、或能够测定相对于成为基准的交流信号的相位延迟或衰减率的示波器等(Keysight制等)，根据需要而组合地使用。

在作为集中常数电路进行处理的情况下，优选检测部与传感器部件的导电体的两端电连接，电磁波阻断层与检测部的接地电位的端子、屏蔽线的端子连接。此时，检测部也可以与传感器装置分体设置，也可以一体化。关于检测部与传感器装置的布线连接方法，优选使用公知的2端子法、4端子法、5端子法等测定法，进一步优选为基于常规方法的4端子法或5端子法。

另外，在作为分布常数电路进行处理的情况下，例如优选在传感器部件的一端，将导电体和电磁波阻断层与检测部的端子(2端子)连接，在传感器部件的另一端，在将导电体和电磁波阻断层电开放(open)的状态下进行测定。

根据通过这些测定法而得的电感以外的电参数变化的信息，基于上述的原理等，能够容易地运算算出传感器部件的变形状态。另外，关于所得到的电参数变化数据、运算算出的传感器装置的变形数据，也可以根据需要，通过有线、无线等而远程发送，也可以用于各种用途中的监视管理、控制目的。

此外，本发明的传感器装置的测定单元也可以具有判定传感器部件的异常的判定单元，例如也可以在检测出传感器部件的导电体的直流电阻值的异常增加、短路等的情况下、或者在传输路解析中得到非常大的反射信号的情况下等，将由于较大的外力的施加、重复疲劳等引起的传感器装置的破坏或一部分破坏的产生判定为异常。

本发明提供传感器装置，具有传感器部件，该传感器部件具有：使用塑性变形性较低的芯材材料的芯材；在芯材的外周部卷绕成线圈状的导电体；以及保护导电体免受电磁波的电磁波阻断层，基于从传感器部件检测出的电信号的变化，对导电体的卷绕节距位移(每一恒定长度的匝数的位移)进行运算，由此能够测定被测定体的位移量和/或位移率，在重复的测定精度、随着时间经过的可靠性上优越。

特别是本发明的传感器装置能够应用于绳索、吊索、渔网、建筑用的电缆支架、电梯电缆等的绳状、纤维状部件、或电力电缆、通信电缆、燃料(液体燃料、气体燃料)移送用的柔性管、树脂成型部件、橡胶成形部件、无机成型部件、树脂纤维复合材料的伸长压缩(还包含伴随弯曲变形的伸长压缩)的测定。另外，也能够测定结构物、接合部的间隙尺寸的变化。作为用途，列举航空机、船舶(还包含海中行驶的机器)、车辆等各种输送机器、建筑建造物(梁材、壁面)、道路、桥梁等。另外，本传感器部件能够进行高精度并且符合用途的形状设计，向各种被测定体的组装、复合性优越，重复的使用也具有较强的高耐用性，在户外(海中、海边、风雨、高温、太阳光等)的严酷的环境下也能够使用。

另外，还提供一种使用传感器装置的位移量和/或位移率的测定方法，对于这些被测定体的位移量和/或位移率例如伸长位移量/率的测定，能够非破坏并且实时地以较高的可靠性进行测定，始终高精度地采取被测定体的位移量和/或位移率或异常(断裂、破坏、故障等)的数据。

实施例

以下，根据实施例而进一步详细地说明本发明，但本发明不仅限于以下的实施例。此外，实施例的测定是通过如下的方法求出的。

(1)芯材材料的残余应变试验用和蠕变试验用的试验片的制作

如图3所示，将试验材料(在本实施例中全部使用纤维，因此以下记述为纤维，但即使是薄膜等其他形态也可以同样地试验)在无捻状态下拉齐，适量地浸透氰基丙烯酸酯系瞬间粘接剂(Konishi Co.，Ltd.制Aron Alpha专业用No1低粘度快速型)，在由切成30mm平方的2张1mm厚条纸((kentpaper)市售品)夹着的状态下进行硬化，将纤维固定于条纸。接着，在与先前的固定位置分离150mm的间隔的位置同样地将纤维固定于条纸，制作了固定间距离为150mm的残余应变试验用和蠕变试验用的试验片。

此外，在纤维的粘接不充分的情况下，存在在拉伸试验时(载荷施加时)产生纤维的滑动(还观察到载荷/应变曲线的急剧拐折)的情况，但在推断为纤维的滑动产生的情况下删除试验结果，使用其他试验片来重新进行试验。

(2)芯材材料的拉伸试验和残余应变的测定

以下进行60℃测定的各试验片使用预先在无张力下、60℃且湿度20％以下的干燥环境中，放置2小时，实施了排除芯材材料的热尺寸收缩的影响的前处理的试验片。此外，在该前处理时，使用这些试验片，还测定芯线材料的长度方向的热收缩率。

在25℃测定中，在调整为25℃的试验室中，使用上述的试验片，使用Instron公司制的拉伸试验机，在将卡盘的初始间隔设为150mm、载荷施加时的位移速度3mm/分、卸载时的位移速度3mm/分的条件下进行了拉伸试验。此外，载荷施加时的初载荷设为与25℃的试验片断裂强度的0.1％相当，将此时的应变的值设为初始应变(应变为零)。此外，试验片的拉伸强度和伸度的测定是赋予位移直到试验片的断裂而测定出的。

关于试验片的拉伸弹性模量，将与试验片的拉伸强度的75％相当的载荷设为最大载荷，A载荷第一次：从初载荷点到最大伸长率为止载荷施加，B载荷卸载第一次：载荷卸载到初载荷点，C在初载荷点保持30秒，D载荷第二次：载荷施加到最大伸长率，E载荷卸载(开放)，是根据第二次的载荷施加时的载荷/位移曲线中的与最大载荷的10％相当的载荷点的切线的倾斜求出的。

试验片的残余应变是按照图4所示的要领，按照A载荷第一次：从初载荷点到最大伸长率为止载荷施加，B载荷卸载第一次：载荷卸载到初载荷点，C在初载荷点保持30秒，D载荷施加第二次：载荷施加到最大伸长率，E载荷卸载(开放)的循环进行拉伸试验，是根据第二次的载荷施加时的载荷/位移曲线中的与最大载荷的1％相当的载荷时的伸长率(将来自初始载荷点的位移除以初始载荷点的卡盘间隔的长度而得的值)而求出的。

这里，最大伸长率相对于初载荷点的卡盘间隔，以2％的伸长、3％伸长、4％伸长这3个条件来设定。

另外，在60℃测定中，使用拉伸试验机的恒温槽附件，将恒温槽升温至60℃，在槽内温度充分稳定之后，施加与60℃的试验片断裂强度的0.1％相当的初载荷值，然后，按照与25℃测定相同的要领实施测定。

各种试验是对五个试验片进行的，将该测定值的平均值作为该试验片的残余应变。但是，在五个试验片的测定值的最大值和最小值相对于平均值未收敛于±20％以内的情况下(在偏差极大的情况下)，考虑源自试验片的调整的误差，使用另外准备的其他五个试验片而重新进行测定。

(3)芯材材料的拉伸蠕变试验和蠕变速率的计算

在25℃测定中，在调整为25℃的试验室中，使用上述的试验片，使用Instron公司制的拉伸试验机，将卡盘的初始间隔设为150mm，而实施试验。初载荷设为与25℃的试验片断裂强度的0.1％相当，将初载荷施加时的应变的值设为初始应变。用于蠕变试验的试验载荷设为与25℃的试验片断裂载荷的30％相当，在从初载荷达到蠕变试验载荷之后，进行连续240分的载荷施加，测定了试验片的应变的增加(蠕变现象)。此外，在试验中观察到纤维的断裂的情况下，在该时刻结束试验。此外，直到达到蠕变试验载荷为止的试验片伸长以10mm/分的拉伸速度进行。

另外，在60℃测定中，使用拉伸试验机的恒温槽附件，将恒温槽升温至60℃，在槽内温度充分稳定之后，施加与60℃的试验片断裂强度的0.1％相当的初载荷，将此时的应变的值设为初始应变。用于蠕变试验的试验载荷设为与60℃的试验片断裂载荷的30％相当，在从初载荷达到蠕变试验载荷之后，进行连续240分的载荷施加，测定了试验片的应变的增加(蠕变现象)。此外，在试验中观察到纤维的断裂的情况下，在该时刻结束试验。此外，直到达到蠕变试验载荷为止的试验片伸长以10mm/分的拉伸速度进行。

蠕变速率(％/分)的计算是将达到试验载荷后10分后的应变(％)与240分后的应变(％)的差分(％)除以230(分)而求出的。

蠕变试验是利用五个试验片进行的，将所得到的试验值的平均值设为测定值。但是，在五个测定值的最大值和最小值相对于平均值未收敛于±20％以内的情况下，使用其他的五个试验片而重新进行测定。

(4)传感器体的芯材和导电体的摩擦力(滑动容易度)的评价

将导电体卷绕于芯材的传感器体切断为300mm长度，仅残余其端部40mm长度，制作除去了所卷绕的导电体的试验片。即，该试验片被区分为未卷绕有导电体的260mm长度的一端部和卷绕有导电体的40mm长度的另一端部。

接下来，按照与(1)相同的要领，在使用瞬间粘接剂将一端部的一部分固定在2张条纸间之后，固定在拉伸试验机(Instron制)的一个卡盘。另外，将另一端部的卷绕有导电体的部分的全长固定于另一个卡盘。此外，另一端部填埋卡盘紧固时的间隙，以能够稳定地夹紧的方式隔着缓冲材料(橡胶薄片等)进行固定。

在将卡盘间的间隔设为200mm、位移速度2mm/分的条件下进行试验片的拉伸试验。在本拉伸试验的载荷施加时的载荷/位移曲线中，观察到因芯材和导电体间的滑动的产生而引起的位移暂时增大的拐折点(滑动产生点)。试验片表示拐折点的载荷值(在存在多个拐折点的情况下为初次的拐折点的载荷值)相对于试验片加工前的传感器体的2％伸长所需要的载荷值在小于1％的情况下设为×，在1％以上且小于2％的情况下设为△，在2％以上且小于3％的情况下设为○，在3％以上的情况下评价为◎。试验是对于10个试验片进行的，以该试验值的平均值作为测定值。但是，在10个测定值的最大值和最小值相对于平均值未收敛于±33％以内的情况下，使用另外准备的10个试验片而重新进行测定。

(5)传感器装置的重复拉伸试验和测定误差的评价

在25℃的测定中，在调整为25℃的试验室内实施了试验。使用Instron公司制的拉伸试验机，调整卡盘的紧固力以使得传感器部件能够无滑动地进行拉伸试验。此外，在电磁波阻断层在传感器部件的表面露出的试验片的情况下，优选在试验片与卡盘间夹入0.13mm厚度的PET薄膜，取得电磁波阻断层与卡盘间的电绝缘。另一方面，在传感器部件的表面覆盖有绝缘层，电磁波阻断层未露出的试验片的情况下，未必需要夹入PET薄膜，为了可靠地利用卡盘进行试验片的紧固的目的，也可以根据需要，优选使用用于对表面实施凹凸的质地加工的卡盘，使紧固的应力局部集中。

如图5所示，准备全长1200mm的传感器部件，将其中央部的一部分以150mm间隔不松动地固定于卡盘。另一方面，1200mm长度的传感器部件的两端部与连接有专用的测试夹具的市售的LCR测试仪(Keysight制)连接。关于传感器部件的连接，传感器体与测试夹具盒的设备测定用的端子连接，电磁波阻断层与测试夹具的屏蔽线连接。此外，通过本连接，成为电磁波阻断层经由测试夹具的屏蔽线(有时也称为保护线的名称)而形成电性闭电路的状态。另外，由于测试夹具的屏蔽线与接地电位连接，因此电磁波阻断层也与接地电位连接(由于是概念图，因此省略了详细的连接)。即，施加了拉伸载荷的试验部分的传感器部件长为150mm，不施加载荷的非试验部分的传感器部件长为1050mm。而且，通过LCR测试仪，以频率1MHz进行了传感器部件的电感的测定。

针对中央部150mm长度的传感器部件的拉伸试验，以3mm/分的位移速度重复进行5次的载荷施加、卸载。最大伸长率设定了2％伸长(+3mm)、3％伸长(+4.5mm)、4％伸长(+6mm)这3个条件。

此外，在60℃测定中，使用拉伸试验机的恒温槽附件，在恒温槽内的温度稳定后按照与25℃测定相同的要领实施。

a)基于拉伸试验机的指示值的伸长率：将伸长试验时的各测定点的试验机指示值(150mm+α)除以伸长试验前的初始长度(150mm)而求出。值是将小数点第四位数四舍五入，成为小数点三位数的数值。将其设为E值。这里，E值意味着以传感器部件作为测定对象的被测定体的伸长率。本实施例中卡盘间距离的伸长率为被测定对象，但在实际的用途中为测定对象物的伸长率。

b)根据电感值计算出的传感器部件的伸长率：通过伸长试验前的传感器部件的全长的电感值×1050(mm)/1200(mm)的计算，而求出非试验部分的电感值，从伸长试验时的各测定点的电感值减去该值，而成为试验部分的电感值。而且，关于试验部分的电感值，在各测定点计算伸长试验前的初始电感值(L)除以伸长试验后的电感值(L‘)而得的值，将小数点第四位数四舍五入，成为小数点三位数的数值。将其设为A值。

另外，根据上述的线圈的自感的关系式，在无误差的理想的传感器装置中，得到A值的理想值，E值＝A值×线圈剖面积比(测定点的剖面积S’/伸长前的初始剖面积S)的关系成立，但为了评价实测的误差，设为A值×线圈剖面积比(伸长试验后的测定点的剖面积S’/伸长试验前的初始剖面积S)＝e值，e值(实测值)与E值(理想值)的差分(绝对值)越接近零则测定误差越小，差分的值越大则测定误差越大。这里，线圈剖面积比使用伸长试验前的线圈的直径与每单位长度的匝数、导电体的厚度与宽度、根据各测定点的线圈伸长率而桌上计算的值。此外，图6中示意性地表示无误差的理想的传感器装置中的E值与e值的关系、具有误差的传感器装置中的E值与e值的关系的一例。

关于测定误差的评价，以伸长试验的第五次重复时(载荷施加时和卸载时)的E值为0.002～1.04的范围的测定数据为对象，而求出E值与e值的差分(绝对值)的最大值，评价为最大值越小则传感器部件的测定误差越少(性能越良好)。此外，本试验是对五个试验片进行的，求出该测定值的平均值。但是，在测定值的最大值与最小值的差为平均值的±20％以上的情况下，判定为有可能导致试验片不良，通过其他的五个试验片而重新进行试验。

(6)传感器装置的蠕变耐久性的评价

在(5)的重复拉伸试验的配置中，使传感器部件在60℃环境下，以1.5％伸长时的载荷值恒定保持240分钟载荷(蠕变试验)，在卸载之后，对传感器部件实施(5)的重复拉伸试验，评价测定误差。

[实施例1]

(传感器部件的制作)

芯材使用纤度440dtex的共聚合芳香族聚酰胺纤维丝条(共聚对亚苯基-3、4‘-氧二亚苯基对苯二酰胺纤维丝条、帝人公司制、“Technora”、长纤维丝构成纤维根数267根、纤维束的近似直径约0.21mm、相对导磁系数1.0)。

导电材料使用厚度约为0.025mm、宽度约为0.3mm的镀银压延铜箔。本导电材料的电阻值约为2.4Ω/m。

以纤维丝条为芯材，使用被覆机器，将该镀银压延铜箔线按照约2700T/m的匝数条件进行卷绕，得到传感器体。此外，对纤维丝条实施加捻加工，将纺丝时的卷取线轴直接组装于被覆机器。所得到的传感器体的平均直径约为0.3mm，铜箔线呈螺旋状以大致均匀的节距卷绕在芯材的外周，铜箔线间的间隙平均约为0.07mm。

此外，为了确认卷绕后的纤维的加捻状态，在传感器体的制作后，在对传感器体施加拉伸张力的状态下，将所卷绕的导电体剥离，在测定芯线纤维的加捻节距(转/m)之后，加捻约为130T/m(加捻系数0.82)。

接下来，以所得到的传感器体为中心轴，在其周围，从熔融挤出装置的模具将烯烃系的热可塑性弹性体以熔融状态挤出涂布于传感器体的周围，在传感器体的外周覆盖形成厚度0.25mm的绝缘层。并且，在绝缘层的外周按照以下的要领形成电磁波阻断层。

首先，在纤度110dtex的共聚合芳香族聚酰胺纤维丝条(共聚对亚苯基-3、4‘-氧二亚苯基对苯二酰胺纤维丝条、帝人公司制、“Technora”、长纤维丝构成纤维根数48根、纤维束的近似直径约0.1mm)的周围，使用被覆机器，将厚度约为0.025mm、宽度约为0.3mm的镀镍压延铜箔按照约3000转/m的匝数条件进行卷绕，而制作以纤维为芯材的导电线。此外，镀镍作为铜箔的防锈对策是有效的，为了使电磁波阻断层的导电性(电阻值)长期地稳定化的目的而实施。

使用32根该导电线，使用编织机器，在上述的绝缘层的外周形成了将导电线编织(编织)而成的电磁波阻断层。该电磁波阻断层的长度方向的电阻值为1.3Ω/m。这样，制作了将芯材、导电层、绝缘层、电磁波阻断层依次层叠的平均直径约1.8mm的传感器部件。

在表1中表示芯材材料的评价结果，在表2中表示本传感器体的评价和传感器部件的性能评价结果。

如表1、2所示，实施例1与其他的例子进行比较，在芯材与导电体之间产生的摩擦力的相对评价特别优越，该结构在传感器体的制造的稳定性、使用时的掌控上优越。另外，在25℃、60℃时的传感器部件的测定精度(最大误差(E值与e值的差分最大值))和耐久性(蠕变试验后的最大误差)上也优越，适合非破坏且连续测定，并且即使在较高的重复精度以及严酷的周围环境下的使用中也具有较高的可靠性。

[实施例1-1]

以实施例1中制作的传感器部件为中心轴，进一步在其周围，从熔融挤出装置的模具将烯烃系的热可塑性弹性体以熔融状态挤出涂布于传感器部件的周围，制作了覆盖形成厚度0.25mm的绝缘性的保护层的传感器部件。

本传感器部件在30℃的海水中浸渍了2周之后，外观也没有变化，导电体、电磁波阻断层的电阻值也几乎没有观察到变化。另外，在60℃85％RH的高温高湿环境下放置1000小时的试验后，虽然观察到最表层的保护层的色相的变化，但导电体、电磁波阻断层的电阻值几乎没有观察到变化，未产生实用上的问题。另外，在进行了促进紫外线暴露试验(超级氙气试验、紫外线放射照度180W/m²、500小时)之后，虽然观察到最表层的保护层的色相的变化，但导电体、电磁波阻断层的电阻值几乎没有观察到变化，未产生实用上的问题。

[实施例1-2]

取代在实施例1中由烯烃系的热可塑弹性体形成的绝缘层、保护层，分别变更为由硅酮橡胶加硫物形成的绝缘层，除此以外，与实施例1同样地制作传感器部件。此外，为了提高由硅酮橡胶形成的绝缘层、保护层的形状稳定性、耐久性，在用于二次加硫的传感器部件制作后实施加热处理。

本传感器部件在30℃的海水中浸渍了2周之后，外观也没有变化，导电体，电磁波阻断层的电阻值也几乎没有观察到变化。另外，在60℃85％RH的高温高湿环境下放置1000小时的试验后，也几乎没有观察到最表层的保护层的色相的变化，导电体、电磁波阻断层的电阻值也几乎没有观察到变化。另外，在进行促进紫外线暴露试验(超级氙气试验、紫外线放射照度180W/m²、500小时)后，也几乎没有观察到最表层的保护层的色相的变化，导电体、电磁波阻断层的电阻值几乎没有观察到变化，未产生实用上的问题。

[实施例2]

鉴于在实施例1中由于导电体卷绕时的芯材纤维与导电体间的摩擦力对芯材纤维的加捻的施加，而在导电体卷绕后的芯材纤维产生加捻，预先对导电体卷绕前的芯材纤维施加与导电体的卷绕方向相反方向的加捻，而制作传感器体。在与实施例1同样地测定了加捻之后，加捻约为50T/m(加捻系数0.31)。

如表1、2所示，实施例2与其他的例子进行比较，在芯材与导电体之间产生的摩擦力的相对评价特别优越，该结构在传感器体的制造的稳定性、使用时的掌控上优越。另外，在25℃、60℃时的传感器部件的测定精度(最大误差(E值与e值的差分最大值))和耐久性(蠕变试验后的最大误差)上也特别优越，适合非破坏并且连续测定，并且即使在具有较高的重复精度以及严酷的周围环境下的使用中也具有极高的可靠性。

[实施例3]

在实施例1中，导电体使用直径0.08mm的带有珐琅绝缘层的铜线(圆线)，以10000T/m的匝数卷绕于芯材纤维，而成为传感器体，除此以外，与实施例1同样地制作传感器部件。铜箔线间的间隙平均约为0.02mm。

如表1、2所示，实施例3与其他的例子进行比较，在芯材与导电体之间产生的摩擦力的相对评价特别优越，该结构在传感器体的制造的稳定性、使用时的掌控上优越。另外，在25℃、60℃时的传感器部件的测定精度(最大误差(E值与e值的差分最大值))和耐久性(蠕变试验后的最大误差)上也优越，适合非破坏并且连续测定，并且即使在较高的重复精度以及严酷的周围环境下的使用中也具有较高的可靠性。

[实施例4]

在实施例1中，作为芯材的纤维丝条，使用PTT纤维的单丝(旭化成制SOLOTEX、纤度390dtex、纤维束的近似直径约0.19mm、相对导磁系数1.0)，除此之外，与实施例1同样地制作传感器部件。

如表1、2所示，实施例4与其他的例子进行比较，在芯材与导电体之间产生的摩擦力的相对评价优越，该结构在传感器体的制造的稳定性、使用时的掌控上优越。另外，在25℃、60℃时的传感器部件的测定精度(最大误差(E值与e值的差分最大值))和耐久性(蠕变试验后的最大误差)上也优越，适合非破坏并且连续测定，并且即使在较高的重复精度以及严酷的周围环境下的使用中也具有较高的可靠性。

[实施例5]

在实施例1中，作为芯材的纤维丝条，使用PET纤维的单丝(帝人Frontier制Tetoron、纤度230dtex、纤维束的近似直径约0.15mm、相对导磁系数1.0)，除此以外，与实施例1同样地制作传感器部件。

如表1、2所示，实施例5与其他的实施例进行比较，在芯材与导电体之间产生的摩擦力的相对评价稍差，但在传感器体的制造的稳定性、使用时的掌控上无障碍。另外，25℃、60℃时的传感器部件的测定精度(最大误差(E值与e值的差分最大值))和耐久性(蠕变试验后的最大误差)与其他的实施例进行比较稍差，但能够根据用途(测定对象)而发挥充分的性能，适合非破坏并且连续测定，并且具有重复精度和可靠性。

[实施例6]

在实施例1中，作为芯材的纤维丝条，使用液晶聚酯纤维的复丝(KB Seiren社制、Zekushion、纤度440dtex、纤维束的近似直径约0.21mm、相对导磁系数1.0)，除此以外，与实施例1同样地制作传感器部件。

如表1、2所示，实施例6与其他的实施例进行比较，在芯材与导电体之间产生的摩擦力的相对评价稍差，但在传感器体的制造的稳定性、使用时的掌控上无障碍。另外，25℃、60℃时的传感器部件的测定精度(最大误差(E值与e值的差分最大值))和耐久性(蠕变试验后的最大误差)与其他的实施例进行比较稍差，但例如能够根据位移量和/或位移率较少的用途(测定对象)而发挥充分的性能，适合非破坏并且连续测定，并且具有重复精度和可靠性。

[实施例7]

在实施例1中，作为导电体，使用厚度约为0.029mm、宽度约为0.7mm的镀银压延铜箔，使用按照约1200T/m的匝数条件卷绕的传感器体，除此以外，与实施例1同样地制作传感器部件。铜箔间的间隙平均约为0.13mm。

在本传感器部件的性能特性中，关于五个试验片测定时的E值与e值的差分测定值的最大值与最小值的偏差，相对于在实施例1中为±9％前后，在实施例7中增加到±12％前后，但关于误差评价结果，与如表1、2所示的实施例1的传感器部件的性能特性同等。

[实施例8]

在实施例3中，作为导电体，使用直径0.05mm的带有珐琅绝缘层的铜线(丸线)，以15000T/m的匝数卷绕于芯材纤维，而制作传感器体，除此以外，与实施例3同样地制作传感器部件。铜箔间的间隙平均约为0.02mm。

在本传感器部件的性能特性中，关于五个试验片测定时的E值与e值的差分测定值的最大值与最小值的偏差，相对于在实施例3中为±7％前后，在实施例8中增加到±10％前后，但关于误差评价结果，与如表1、2所示的实施例3的传感器部件的性能特性同等。

[表1]

[表2]

[比较例1]

在实施例1中，作为芯材的纤维丝条，使用氨酯弹性纤维的复丝(旭化成纤维制Roica纤度940dtex)，除此以外，与实施例1同样地尝试了传感器部件的制作。然而，在使用被覆机器而将导电体卷绕于芯材纤维的工序中，芯材纤维由于在利用被覆机器的加工时施加的张力而大幅伸长，在线轴卷取、卸除张力时，仅芯材纤维大幅收缩，传感器部件的形态大幅变化，无法进行之后的工序。

在表3中表示芯材材料的评价结果，在表4中表示本传感器体的评价和传感器部件的性能评价结果。

[比较例2]

在实施例1中，作为芯材的纤维丝条，使用超高分子聚乙烯纤维的复丝(东洋纺制IZANAS SK60、纤度1760dtex、纤维束的近似直径0.59mm)，除此以外，与实施例1同样地制作传感器部件。

[比较例3]

在实施例1中，作为导电体，使用厚度约为0.029mm、宽度约为0.7mm的镀银压延铜箔，以200T/m的匝数卷绕于芯材纤维，而制作传感器体，除此以外，与实施例3同样地制作传感器部件。铜箔线间的间隙平均约为3.3mm。

在本传感器部件的性能特性中，关于基于五个试验片的E值与e值的差分测定值的最大值与最小值的偏差，相对于在实施例1中为±9％前后，在比较例3中重复成为±25～35％的范围的结果，因此无法进行误差评价。

根据本结果，判定为本比较例的传感器部件的重复测定精度相对于实施例，明确劣化。

[比较例4]

在实施例1中，使用两个厚度约为0.025mm、宽度约为0.3mm的镀银压延铜箔，分别依次按照2700转/m的条件向相反方向卷绕，而制作层叠了两层的线圈的状态的传感器体，除此以外，与实施例1同样地制作传感器部件。此外，在传感器部件的两端部，两导电体相互实施焊接，在取得电连接的状态下，与测量器连接。

在本传感器部件的性能特性中，关于基于五个试验片的E值与e值的差分测定值的最大值与最小值的偏差，相对于在实施例1中为±9％前后，在比较例4中重复超过±50％以上的结果，因此无法进行误差评价。

根据本结果，判定为本比较例的传感器部件的重复测定精度相对于实施例，明确劣化。本比较例的传感器部件在试验中，线圈的电特性(电感、阻力)大幅变动，但该理由被推断为两个导电体在长度方向的所至的部位相互接触而产生导通。

[表3]

[表4]

附图标记的说明

1…芯材；2…外周部；3…导电材料；4…绝缘层；5…电磁波阻断层；6…条纸；7…试验材料(芯材材料)；8…粘接剂；9…测量器(LCR测试仪)；10…测试夹具；11…传感器部件；12…拉伸试验装置的卡盘。

Claims

1.一种传感器装置，其特征在于，具有：

传感器部件，具有使用了2％伸长后的残余应变为0.4％以下的芯材材料的芯材、在所述芯材的外周部卷绕成线圈状的电阻值为1kΩ/m以下的导电体、以及屏蔽向所述导电体的外来电磁波的电磁波阻断层；以及

测定单元，检测来自所述传感器部件的电信号，并基于该电信号的变化来测定传感器部件的位移。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，

在25℃时测定出的芯材材料的拉伸弹性模量为1GPa～250GPa。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其中，

在所述导电体与所述电波阻断层之间具备具有绝缘功能的绝缘层。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器装置，其中，

所述测定单元具有：

检测部，检测阻抗变化；以及

运算部，基于该阻抗变化来对被测定体的位移量和/或位移率进行运算。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器装置，其中，

所述运算部基于由所述检测部检测出的值中的电感变化来对位移量和/或位移率进行运算。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器装置，其中，

所述测定单元具有对所述传感器部件和/或被测定体的异常进行判定的判定单元。

7.一种测定方法，是位移量和/或位移率的测定方法，其中，

该测定方法使用了权利要求1至6中任一项所述的传感器装置。

8.根据权利要求7所述的测定方法，其中，

在被测定体配置长度不同的至少2个以上的传感器部件，

使用任意2个以上的传感器部件的位移量和/或位移率的差分，求出该任意2个不重叠的非共用区间中的位移量和/或位移率，由此测定被测定体的任意区间中的位移量和/或位移率。