JP2000002600A - Method for measuring stress - Google Patents

Method for measuring stress

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JP2000002600A
JP2000002600A JP16867598A JP16867598A JP2000002600A JP 2000002600 A JP2000002600 A JP 2000002600A JP 16867598 A JP16867598 A JP 16867598A JP 16867598 A JP16867598 A JP 16867598A JP 2000002600 A JP2000002600 A JP 2000002600A
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stress
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electromotive force
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Sadaaki Sakai
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid influence of a nonlinearity of an output characteristic of a magnetostriction sensor and a distance between an object to be measured and the magnetostriction sensor by making a voltage value corresponding to a stress dimensionless and measuring the stress based on the stress-corresponding voltage value with no dimension. SOLUTION: In measuring a stress acting to an object to be measured by a magnetostriction sensor having a yoke to which an excitation coil 2 and a lift-off detection coil 9 are wound and a yoke orthogonal to the yoke 3 to which a detection coil is wound, a voltage value corresponding to the stress is obtained on the basis of a waveform of an electromotive force induced to the detection coil when the magnetostriction sensor rotates. The obtained voltage value is made dimension less with the use of an electromotive force induced to the lift-off detection coil 9 and a function set beforehand by a calibration test or the like which represents a relationship between the electromotive force at the lift-off detection coil 9 and a value utilized for the dimensionless making. The stress acting to the object to be measured is obtained on the basis of the dimensionless value and a preliminarily set function showing a relationship between the stress and a dimensionless electromotive force of the magnetostriction sensor without dimension.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁歪センサを用い
て被測定物に作用している応力を測定する応力測定方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring a stress acting on an object using a magnetostrictive sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的に、鉄鋼材料などの強磁性体は、
磁化されるとその方向に長さが伸縮する(磁歪効果)。
また、これとは逆に、被測定物に応力が作用すると当該
被測定物の磁気的性質が変化する(磁歪効果の逆効
果)。
2. Description of the Related Art Generally, ferromagnetic materials such as steel materials are
When magnetized, the length expands and contracts in that direction (magnetostriction effect).
Conversely, when stress is applied to the device under test, the magnetic properties of the device under test change (the opposite effect of the magnetostrictive effect).

【0003】従来より、この磁歪効果の逆効果を利用し
て、被測定物に作用している応力を測定する方法が用い
られている。特に、特開昭62−121325号公報、
実開平1−135338号公報、特開平7−11027
0号公報等に開示されている技術では、磁歪効果の逆効
果によって生じる磁気異方性を利用して鋼構造物や機械
部品に負荷されている応力を非破壊で比較的簡単に測定
できる点で有効である。
Conventionally, there has been used a method of measuring a stress acting on an object to be measured by utilizing an inverse effect of the magnetostriction effect. In particular, JP-A-62-121325,
JP-A-1-135338, JP-A-7-11027
The technology disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 0-2005 / 0105 and the like makes it possible to non-destructively measure stress applied to a steel structure or a mechanical component relatively easily by utilizing magnetic anisotropy caused by an inverse effect of the magnetostrictive effect. Is effective in

【0004】上記の方法は、以下のような原理に基づい
ている。図14は、磁気異方性を利用する応力測定方法
における磁歪センサの配置例を示す斜視図である。
[0004] The above method is based on the following principle. FIG. 14 is a perspective view showing an example of arrangement of magnetostrictive sensors in a stress measurement method using magnetic anisotropy.

【0005】磁歪センサ1は、励磁用コイル2を巻いた
コの字型の励磁用ヨーク3と、検出用コイル4を巻いた
コの字型の検出用ヨーク5とが互いにヨーク鞍部の中央
部で直交するように配置されて構成される。
In the magnetostrictive sensor 1, a U-shaped exciting yoke 3 wound with an exciting coil 2 and a U-shaped detecting yoke 5 wound with a detecting coil 4 are mutually centered in a yoke saddle portion. Are arranged so as to be orthogonal to each other.

【0006】この励磁用コイル2には、交流電流を流し
て磁性材料である被測定物6を励磁するための交流電源
7が備えられている。さらに、検出用コイル4には、誘
起される起電力を測定して被測定物6を流れる磁束を検
出するための電圧計8が備えられている。また、図14
の矢印は、磁束の方向を示している。
The exciting coil 2 is provided with an AC power supply 7 for passing an AC current to excite the DUT 6 which is a magnetic material. Further, the detection coil 4 is provided with a voltmeter 8 for measuring the induced electromotive force and detecting the magnetic flux flowing through the DUT 6. FIG.
Arrows indicate the direction of the magnetic flux.

【0007】いま、被測定物6のX方向に引っ張り応力
σX が作用したとする。このときの被測定物6のX方向
の透磁率をμX とする。また、X方向と垂直なY方向の
被測定物6の透磁率をμY とする。
Now, it is assumed that a tensile stress σ X acts on the object 6 in the X direction. The permeability of the X direction of the object 6 at this time is mu X. Further, the permeability of the object 6 in the X direction and the Y direction perpendicular to the mu Y.

【0008】この場合、この透磁率μX 、μY は、応力
σX による磁歪効果の逆効果により下記の(1)式の関
係、すなわち磁気異方性が生じる。 μX > μY …(1) このような磁気異方性が生じている状態にある被測定物
6に上記の磁歪センサ1の両ヨーク3、4の開口部側を
接近させ、この磁歪センサ1の励磁用ヨーク3に巻かれ
た励磁用コイル2に交流電源7によって交流電流を流し
て被測定物を励磁すると、励磁用ヨーク3の一方の開口
端3aから出た磁束の大部分は直接励磁用ヨーク3の他
方の開口端3bへ向かう。
In this case, the magnetic permeability μ X , μ Y has a relationship represented by the following equation (1), ie, magnetic anisotropy, due to the inverse effect of the magnetostriction effect due to the stress σ X. μ X > μ Y (1) The openings of both yokes 3 and 4 of the magnetostrictive sensor 1 are brought close to the DUT 6 in which such magnetic anisotropy is generated. When an object to be measured is excited by applying an AC current to the exciting coil 2 wound around the exciting yoke 3 by the AC power supply 7, most of the magnetic flux emitted from one opening end 3 a of the exciting yoke 3 is directly It goes to the other open end 3b of the exciting yoke 3.

【0009】しかし、被測定物6には引っ張り応力σX
により(1)式のような磁気異方性が生じているため、
磁束の一部は検出用ヨーク5を経由して励磁用ヨーク3
の開口端3bに流れる。
However, the object 6 has a tensile stress σ X
As a result, magnetic anisotropy as shown in equation (1) occurs,
Part of the magnetic flux passes through the detection yoke 5 and the excitation yoke 3
To the open end 3b.

【0010】このため、検出用ヨーク5に巻かれた検出
用コイル4に取付けられた電圧計8には、下記の(2)
式に示す起電力が誘起され、この起電力が出力される。 V=M0 ・(μX −μY )・COS[ 2・(θ−π/4)] …(2) ここで、Vは検出用コイル4に誘起される交流起電力の
整流値である。また、M0 は励磁条件やコイル、被測定
物6の磁気的特性などによって定まる値である。さら
に、COS[ 2・(θ−π/4)] は余弦関数であり、
θは検出用ヨーク5の一方の開口端5aと他方の開口端
5bとを結ぶ直線とX軸のなす角度である。
For this reason, the voltmeter 8 attached to the detection coil 4 wound around the detection yoke 5 has the following (2)
The electromotive force shown in the equation is induced, and this electromotive force is output. V = M 0 · (μ X -μ Y) · COS [2 · (θ-π / 4)] ... (2) where, V is is a rectification value of the AC electromotive force induced in the detection coil 4 . M 0 is a value determined by the excitation conditions, the coil, the magnetic characteristics of the device under test 6, and the like. Further, COS [2 · (θ−π / 4)] is a cosine function,
θ is the angle between the straight line connecting one open end 5a and the other open end 5b of the detection yoke 5 and the X-axis.

【0011】さらに、透磁率の差(μX −μY )は応力
の差(σX −σY )に比例するため、(2)式は下記の
(3)式に書き換え可能である。 V=M・(σX −σY )・COS[ 2・(θ−π/4)] …(3) ここで、Mは励磁条件やコイルの条件、被測定物6の磁
気的特性などによって定まる値である。
Further, since the difference in magnetic permeability (μ XY ) is proportional to the difference in stress (σ XY ), the expression (2) can be rewritten into the following expression (3). V = M · (σ X −σ Y ) · COS [2 · (θ−π / 4)] (3) where M is determined by excitation conditions, coil conditions, magnetic characteristics of the DUT 6, and the like. It is a value determined.

【0012】したがって、電圧Vを測定し、(3)式を
用いることにより、被測定物6に作用している応力の差
を求めることができる。また、ここでは応力がX方向に
作用している場合を示しているので、この応力差から応
力を求めることができる。
Therefore, by measuring the voltage V and using the equation (3), the difference between the stresses acting on the object 6 can be determined. Since the case where the stress acts in the X direction is shown here, the stress can be obtained from this stress difference.

【0013】図15は、被測定物6の応力と磁歪センサ
1の出力Vとの関係を示す図である。この図15に示さ
れているように、応力と磁歪センサの出力Vは、所定の
線形範囲T1 ではほぼ線形関係を有する。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the stress of the DUT 6 and the output V of the magnetostrictive sensor 1. As shown in this FIG. 15, the output V of the stress and the magnetostriction sensor has an approximately linear relationship in a predetermined linear range T 1.

【0014】したがって、(3)式の係数M(以下、
「磁歪感度」という)は、所定の線形範囲T1 では定数
として定義可能である。ゆえに、この所定の線形範囲T
1 における磁歪感度Mは、例えば最小二乗近似などの統
計的手法によって図15の特性を直線に回帰させること
で定義することができる。
Therefore, the coefficient M of the equation (3)
Referred to as "magnetostrictive sensitivity") can be defined as a predetermined in the linear range T 1 constant. Therefore, this predetermined linear range T
The magnetostriction sensitivity M in 1 can be defined by regressing the characteristics of FIG. 15 on a straight line by a statistical method such as least squares approximation.

【0015】しかしながら、この磁歪感度Mは、磁歪セ
ンサ1と被測定物6との距離(以下、「リフトオフ」と
いう)に影響を受けて変化する。一般的に、被測定物6
である鋼構造物や機械部品などには防食のために塗装等
が施されているが、この塗装の厚さは厳密ではなく、ば
らつきを有する。
However, the magnetostrictive sensitivity M changes depending on the distance between the magnetostrictive sensor 1 and the object 6 (hereinafter referred to as "lift-off"). Generally, the DUT 6
The steel structures and mechanical parts are coated with a coating or the like for corrosion protection, but the thickness of the coating is not strict and varies.

【0016】このため、測定時のリフトオフを厳密に規
定することは困難である。また、たとえこのような防食
対策が施されていない場合であっても、測定を自動化、
高速化して非接触測定を行う場合等には、リフトオフを
厳密に規定することが困難である。
For this reason, it is difficult to strictly define the lift-off at the time of measurement. In addition, even if such anticorrosion measures are not taken, measurement is automated,
When non-contact measurement is performed at high speed, it is difficult to strictly define the lift-off.

【0017】このようなリフトオフによる影響を防ぐた
めに、図16に示すように、励磁用ヨーク3に励磁用コ
イル2とは別のリフトオフ検出用コイル9を巻いた磁歪
センサ1を用いて応力を測定する方法が特開昭62−1
21325号公報、及び実願昭63−33647号公報
に開示されている。
In order to prevent the influence of such lift-off, as shown in FIG. 16, the stress is measured using a magnetostrictive sensor 1 in which an exciting yoke 3 and a lift-off detecting coil 9 different from the exciting coil 2 are wound. JP-A-62-1
No. 21325 and Japanese Utility Model Application No. 63-33647.

【0018】この応力測定方法においては、まず、図1
7に示すようなリフトオフとリフトオフ検出用コイル9
の起電力VL (以下、「リフトオフ電圧」という)の関
係が求められる。
In this stress measuring method, first, FIG.
Lift-off and lift-off detecting coil 9 as shown in FIG.
Electromotive force V L (hereinafter referred to as "lift-off voltage") relationship is required.

【0019】ここで、図17(a)は、リフトオフに対
するリフトオフ電圧VL の変化の状態を示す概念図であ
る。また、図17(b)は、被測定物6としてSM49
0を適用した場合の具体例を示す図である。
FIG. 17A is a conceptual diagram showing a state of change of the lift-off voltage VL with respect to the lift-off. FIG. 17 (b) shows the measured object 6 as SM49.
It is a figure showing a specific example at the time of applying 0.

【0020】次に、この応力測定方法では、図18に示
すようなリフトオフと磁歪感度Mの関係が求められる。
そして、求められた図17と図18とから、図19に示
すリフトオフ電圧VLと磁歪感度Mの関係が求められ
る。
Next, in this stress measuring method, a relationship between lift-off and magnetostriction sensitivity M is obtained as shown in FIG.
Then, the relationship between the lift-off voltage VL and the magnetostriction sensitivity M shown in FIG. 19 is obtained from the obtained FIG. 17 and FIG.

【0021】ゆえに、被測定物6に作用している応力の
測定時には、まずリフトオフ電圧VL が測定される。次
に、この測定されたリフトオフ電圧VL と先で求めた図
19とを用いて、リフトオフによる影響が補正された磁
歪感度Mが求められる。そして、測定された磁歪センサ
出力V及び磁歪感度Mが(3)式に代入され、応力が求
められる。
Therefore, when measuring the stress acting on the object 6 to be measured, first, the lift-off voltage VL is measured. Next, using the measured lift-off voltage VL and FIG. 19 obtained above, the magnetostriction sensitivity M in which the influence of the lift-off is corrected is obtained. Then, the measured output V of the magnetostrictive sensor and the measured magnetostrictive sensitivity M are substituted into the equation (3), and the stress is obtained.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の応力測定方法では、例えば図15のよう
に、応力により発生する磁歪センサの出力特性を線形と
して扱っていることから、被測定物6の応力状態が大き
い場合又は小さい場合の磁歪センサ1の出力特性が非線
形な範囲T2 、T3 では、実際の磁歪感度に比べて評価
に用いる磁歪感度が大きくなり、応力が結果的に小さく
求められることになる。
However, in the above-described conventional stress measurement method, the output characteristic of the magnetostrictive sensor generated by the stress is treated as linear as shown in FIG. In the case where the output characteristics of the magnetostrictive sensor 1 are nonlinear in the non-linear ranges T 2 and T 3 in the case where the stress state 6 is large or small, the magnetostrictive sensitivity used for the evaluation is larger than the actual magnetostrictive sensitivity, and the stress is consequently smaller. Will be required.

【0023】これでは、構造物や機械部品に実際に作用
している応力が危険なレベルであっても、測定した応力
が危険レベルに到達していないと判断される場合が発生
する。すなわち、構造物や機械部品に作用している応力
をその破壊に対する安全性の観点で評価する場合に危険
側の結果となってしまう。
In this case, even if the stress actually acting on the structure or the mechanical component is at a dangerous level, it may be determined that the measured stress does not reach the dangerous level. That is, when the stress acting on the structure or the mechanical component is evaluated from the viewpoint of safety against destruction, a dangerous result is obtained.

【0024】このような問題の対策として、例えば、図
15に示すような応力に対する磁歪センサ1の出力特性
を近似する際に、その非線形性を考慮して高次の多項式
に近似することが考えられる。
As a countermeasure against such a problem, for example, when approximating the output characteristics of the magnetostrictive sensor 1 with respect to stress as shown in FIG. 15, it is considered to approximate to a higher-order polynomial in consideration of its nonlinearity. Can be

【0025】しかし、この場合には、前述したリフトオ
フに対する補正の数学的処理が非常に複雑になり、実用
上困難となる。本発明は、以上のような実状に鑑みてな
されたもので、応力に対する磁歪センサの起電力の非線
形性を考慮し、またリフトオフに対する磁歪センサの出
力特性の補正を実現する応力測定方法を提供することを
目的とする。
However, in this case, the mathematical processing of the correction for the lift-off described above becomes very complicated and practically difficult. The present invention has been made in view of the above situation, and provides a stress measurement method that considers the non-linearity of the electromotive force of a magnetostrictive sensor with respect to stress and that corrects output characteristics of the magnetostrictive sensor with respect to lift-off. The purpose is to:

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。本発明は、励
磁用コイル及びリフトオフ検出用コイルを巻いたコの字
型のヨークと検出用コイルを巻いたコの字型のヨーク
を、互いにヨーク鞍部の中央部で直交するように配置し
てなる磁歪センサを用いて被測定物に作用している応力
を測定する方法に関するものである。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures. In the present invention, a U-shaped yoke wound with an exciting coil and a lift-off detection coil and a U-shaped yoke wound with a detection coil are arranged so as to be orthogonal to each other at the center of the yoke saddle. The present invention relates to a method for measuring a stress acting on an object to be measured by using a magnetostrictive sensor.

【0027】本発明を具体的に説明すると、まず両コの
字型ヨークの開口端側を被測定物に接近させる。次に、
励磁用コイルに交流電流を流して磁歪センサを回転させ
る。また、この際に検出用コイルに誘起される起電力の
出力波形に基づいて、応力に相当する電圧値を求める。
次に、リフトオフ検出用コイルに誘起される起電力と、
リフトオフ検出用コイルの起電力と無次元化に利用する
値との関係を示す関数とを用いて、応力に相当する電圧
値を無次元化する。そして、この無次元化された応力に
相当する電圧値と、応力と無次元化された磁歪センサの
起電力との関係を示す関数とに基づいて、被測定物に作
用されている応力を測定する。
The present invention will be described in detail. First, the open ends of both U-shaped yokes are brought close to the object to be measured. next,
An alternating current is passed through the exciting coil to rotate the magnetostrictive sensor. At this time, a voltage value corresponding to the stress is obtained based on the output waveform of the electromotive force induced in the detection coil.
Next, an electromotive force induced in the lift-off detection coil,
Using a function indicating the relationship between the electromotive force of the lift-off detection coil and the value used for dimensionlessization, the voltage value corresponding to the stress is dimensionlessized. Then, the stress acting on the object is measured based on a voltage value corresponding to the dimensionless stress and a function indicating the relationship between the stress and the electromotive force of the dimensionless magnetostrictive sensor. I do.

【0028】この発明において、例えば応力に相当する
電圧値は、検出用コイルに誘起される起電力の出力波形
を下記の(4)式であらわした際のパラメータBが適用
される。
In the present invention, for example, the parameter B when the output waveform of the electromotive force induced in the detection coil is expressed by the following equation (4) is applied to the voltage value corresponding to the stress.

【0029】 V=A+B・COS[ 2・(θ−C)] …(1) V:磁歪センサに誘起される交流起電力の整流値 θ:両コの字型ヨークの開口端を結んだ直線がなす角度
の二等分線と、被測定物の基準軸とのなす角度 A、B、C:パラメータ また、本発明において利用される関数は、予め較正試験
の結果に基づいて設定されている。
V = A + B · COS [2 · (θ−C)] (1) V: Rectified value of AC electromotive force induced in the magnetostrictive sensor θ: Straight line connecting the open ends of both U-shaped yokes A, B, and C: parameters between the bisector of the angle formed by the reference axis of the DUT and the reference axis of the DUT The function used in the present invention is set in advance based on the results of a calibration test. .

【0030】この上記の方法で応力を測定することで、
任意のリフトオフに対して磁歪センサの非線形性の特性
の影響を受けることなく、簡易にかつ精度よく応力を測
定することができる。
By measuring the stress by the above method,
The stress can be easily and accurately measured without being affected by the non-linear characteristic of the magnetostrictive sensor for an arbitrary lift-off.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る応
力測定方法では、予め較正試験を実行してデータを収集
し、このデータを解析して応力測定に必要な近似関数
φ、Ψを特定する関数特定処理を実行しておく。そし
て、この近似関数φ、Ψを用いて被測定物に作用してい
る応力を測定する応力測定処理を実行する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the stress measurement method according to the present embodiment, a calibration test is executed in advance to collect data, and the data is analyzed to execute a function specifying process for specifying the approximate functions φ and Ψ necessary for the stress measurement. . Then, a stress measurement process for measuring the stress acting on the object to be measured is performed using the approximate functions φ and Ψ.

【0032】なお、以下において、先に述べた図14乃
至図19と同一のものに対しては、同一の符号を付して
その説明を省略する。まず、関数特定処理について説明
する。
In the following, the same components as those in FIGS. 14 to 19 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. First, the function specifying process will be described.

【0033】図1は、この関数特定処理の流れを示すフ
ローチャートである。この処理では、まず、被測定物と
同種あるいは同規格の材料から製造された較正試験片が
準備される(s1)。
FIG. 1 is a flowchart showing the flow of the function specifying process. In this process, first, a calibration test piece manufactured from a material of the same type or the same standard as the measured object is prepared (s1).

【0034】図2は、この較正試験片の一例を示す上面
図である。この較正試験片10には、試験時の負荷応力
を検出可能とするためのひずみゲージ11a、11bが
取り付けられている。また、リフトオフ検出用コイル9
を有する磁歪センサ1の設置位置12が指定されてい
る。さらに、ここでは較正試験片10の長手方向をX方
向、幅方向をY方向とし、このX方向となす角度がθと
される。
FIG. 2 is a top view showing an example of the calibration test piece. The calibration test piece 10 is provided with strain gauges 11a and 11b for detecting a load stress during the test. The lift-off detection coil 9
The installation position 12 of the magnetostrictive sensor 1 having the following is designated. Further, here, the longitudinal direction of the calibration test piece 10 is the X direction, the width direction is the Y direction, and the angle between the X direction and the X direction is θ.

【0035】次に、関数特定処理においては、この較正
試験片10が荷重負荷装置にセットされる(s2)。こ
の荷重負荷装置は、較正試験片10に応力となる荷重を
負荷させる装置である。この荷重負荷装置としては、例
えば較正試験片10に引っ張り応力及び圧縮応力の双方
を負荷可能な4点曲げ載荷試験装置が用いられる。
Next, in the function specifying process, the calibration test piece 10 is set in the load applying device (s2). This load application device is a device that applies a load that becomes a stress to the calibration test piece 10. As the load applying device, for example, a four-point bending test device capable of applying both tensile stress and compressive stress to the calibration test piece 10 is used.

【0036】次に、磁歪センサ1が較正試験片10のセ
ンサ設置位置12上に任意のリフトオフを有する状態で
配置される(s3)。このように磁歪センサ1を較正試
験片10から浮かせてリフトオフを確保することで、磁
歪センサ1の軸を回転軸とし、この回転軸を較正試験片
10の法線とほぼ平行に回転可能となる。
Next, the magnetostrictive sensor 1 is placed on the sensor installation position 12 of the calibration test piece 10 with an arbitrary lift-off (s3). By lifting the magnetostrictive sensor 1 from the calibration test piece 10 to secure lift-off in this way, the axis of the magnetostrictive sensor 1 can be used as a rotation axis, and this rotation axis can be rotated substantially parallel to the normal line of the calibration test piece 10. .

【0037】次に、荷重負荷装置によって較正試験片1
0に任意の応力がX方向に負荷され(s4)、この任意
のリフトオフを有する状態でのリフトオフ電圧VL が磁
歪センサ1によって測定される(s5)。この求められ
たリフトオフ電圧VL は、リフトオフの値に対応付けさ
れて保持される。
Next, the calibration test piece 1 was
0 is applied with an arbitrary stress in the X direction (s4), and the lift-off voltage VL in a state having this arbitrary lift-off is measured by the magnetostrictive sensor 1 (s5). The obtained lift-off voltage V L is held in association with the lift-off value.

【0038】次に、磁歪センサ1の軸を回転軸とし、当
該回転軸が較正試験片10の法線と平行になるように、
磁歪センサ1を回転機構によって回転させる(s6)。
図3は、磁歪センサ1を回転させる回転機構を示す概念
図である。
Next, the axis of the magnetostrictive sensor 1 is set as a rotation axis, and the rotation axis is parallel to the normal line of the calibration test piece 10.
The magnetostrictive sensor 1 is rotated by the rotation mechanism (s6).
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a rotation mechanism that rotates the magnetostrictive sensor 1.

【0039】この回転機構13のハウジング14内に
は、ピニオンギア15とリングギア16を介して、磁歪
センサ1が回転可能に設けられている。また、このハウ
ジング14内には、エンコーダを備えたDCサーボモー
タ17が設けられている。Cリング18はDCサーボモ
ータ17による磁歪センサ1の回転位置を保つ作用を有
する。ボールベアリング19はDCサーボモータ17に
よる磁歪センサ1の回転を円滑に行う作用を有する。さ
らに、リングスペーサ20は、磁歪センサ1と較正試験
片10又は被測定物との間に配置されるものであり、あ
る程度のリフトオフを確保する作用を有する。このよう
にリングスペーサ20によってリフトオフを確保するこ
とで、リフトオフが非常に小さくなった場合に発生する
磁歪センサ1の起電力の飽和を防止することが可能とな
る。
The magnetostrictive sensor 1 is rotatably provided in a housing 14 of the rotating mechanism 13 via a pinion gear 15 and a ring gear 16. In the housing 14, a DC servomotor 17 having an encoder is provided. The C ring 18 has an operation of maintaining the rotational position of the magnetostrictive sensor 1 by the DC servo motor 17. The ball bearing 19 has an operation of smoothly rotating the magnetostrictive sensor 1 by the DC servo motor 17. Further, the ring spacer 20 is disposed between the magnetostrictive sensor 1 and the calibration test piece 10 or the object to be measured, and has a function of securing a certain degree of lift-off. By securing the lift-off by the ring spacer 20 in this manner, it is possible to prevent the electromotive force of the magnetostrictive sensor 1 from being saturated when the lift-off becomes extremely small.

【0040】次に、関数特定処理においては、回転角θ
毎に磁歪センサ1の検出用コイル4に誘起される磁歪セ
ンサ1の起電力の出力値Vが測定される(s7)。図4
は、回転角θに対する磁歪センサ出力Vの変化を示す図
である。
Next, in the function specifying process, the rotation angle θ
Each time, the output value V of the electromotive force of the magnetostrictive sensor 1 induced in the detection coil 4 of the magnetostrictive sensor 1 is measured (s7). FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a change in magnetostrictive sensor output V with respect to rotation angle θ.

【0041】この図4に示すように、磁歪センサ1を回
転させて検出した起電力Vの変化は(1)式と同様のも
のとなる。 V=A+B・COS[ 2・(θ−C)] …(1) ここで、Vは検出コイル4に誘起される交流起電力の整
数値であり、θは両ヨークの開口端を結んだ直線がなす
角度の二等分線が、較正試験片10の基準方向となす角
度である。また、COS[ 2・(θ−C)] は余弦関数
である。さらに、A、B、Cはパラメータである。
As shown in FIG. 4, the change of the electromotive force V detected by rotating the magnetostrictive sensor 1 is similar to that of the equation (1). V = A + B · COS [2 · (θ−C)] (1) where V is an integer value of the AC electromotive force induced in the detection coil 4, and θ is a straight line connecting the open ends of both yokes. The bisector of the angle formed by the angle is the angle formed by the reference direction of the calibration test piece 10. Further, COS [2 · (θ−C)] is a cosine function. A, B, and C are parameters.

【0042】したがって、関数特定処理においては、回
転角θに対する磁歪センサ出力Vの変化が(1)式によ
って近似される(s8)。ここで、近似により定められ
たパラメータBは、較正試験片10に作用されている主
応力差に相当する電圧値、すなわち主応力相当電圧値で
ある。また、パラメータB、Cから、較正試験片10に
作用されている応力の主方向を特定可能である。
Therefore, in the function specifying process, the change of the magnetostrictive sensor output V with respect to the rotation angle θ is approximated by the equation (1) (s8). Here, the parameter B determined by approximation is a voltage value corresponding to the main stress difference applied to the calibration test piece 10, that is, a voltage value corresponding to the main stress. Further, the main direction of the stress applied to the calibration test piece 10 can be specified from the parameters B and C.

【0043】定められたパラメータB、Cは、現状のリ
フトオフ及び応力と関係付けされて保持される。次に、
このパラメータB、Cを用いて、下記の(5)式によ
り、応力の主方向(ここではX方向)における磁歪セン
サ出力Va が求められる(s9)。すなわち、このVa
は、磁歪センサ出力Vの主応力方向成分である。
The determined parameters B and C are held in relation to the current lift-off and stress. next,
This parameter B, and using the C, (5) below, the magnetostrictive sensor output V a is obtained in the main direction of stress (X-direction in this case) (s9). That is, this Va
Is the main stress direction component of the magnetostrictive sensor output V.

【0044】Va =B・COS(2C) …(5) また、(5)式を適用することで、主応力差相当電圧を
示すパラメータBに符号がもたされることにもなってい
る。
V a = B · COS (2C) (5) By applying the equation (5), a sign is given to the parameter B indicating the voltage corresponding to the main stress difference. .

【0045】次に、この起電力Va測定時における較正
試験片10の負荷応力がひずみゲージによって求められ
る(s10)。上記のような磁歪センサ出力Vの主応力
方向成分Va を求める処理は、較正試験片10に作用さ
せる任意の応力を適当なピッチで変化させながら順次実
行される。これにより、様々な応力に対する磁歪センサ
出力Vの主応力方向成分Va が求められる(s11)。
Next, the load stress of the calibration test piece 10 at the time of measuring the electromotive force Va is obtained by a strain gauge (s10). Process of obtaining the principal stress direction component V a magnetostrictive sensor output V as described above is sequentially performed while changing any stress to be applied to the calibration test piece 10 at a suitable pitch. Thus, the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V is determined for various stresses (s11).

【0046】図5は、応力を変化させた場合における磁
歪センサ出力Vの主応力方向成分Va の変化を示す図で
ある。また、現状のリフトオフにおいて、十分な数の応
力に対して磁歪センサ出力の主応力方向成分Va を測定
した場合には、現状のリフトオフを他の状態に変化させ
る(s12)。
FIG. 5 is a diagram showing a change in the main stress direction component Va of the magnetostrictive sensor output V when the stress is changed. Further, in the lift-off of the current, when measuring a principal stress direction component V a magnetostrictive sensor output for a sufficient number of stress changes the lift-off of the current to another state (s12).

【0047】そして、変化後の新規のリフトオフに対す
るパラメータB、Cが上記の処理と同様に応力を変化さ
せながら測定され、これにより各リフトオフにおける磁
歪センサ出力Vの主応力方向成分Va と負荷応力の関係
が求められる(s13)。
[0047] Then, the parameter B for the new lift-off after the change, C is measured while varying the stress in the same manner as the above processing, thereby the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V for each lift load stress Is obtained (s13).

【0048】図6は、種々のリフトオフにおける磁歪セ
ンサ出力Vの主応力方向成分Va と負荷応力の関係を示
す図である。ここで、図6(a)は、3種のリフトオフ
1 〜L3 において、応力を変化させた場合の磁歪セン
サ出力の主応力方向成分Va の変化(リフトオフ毎の較
正曲線)を示した概念図である。
[0048] Figure 6 is a diagram showing the relationship between the main stress direction component V a and the load stress of the magnetostrictive sensor output V at various lift-off. Here, FIG. 6 (a), the three lift L 1 ~L 3, shows changes in the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output in the case of changing stresses (calibration curve for each lift) It is a conceptual diagram.

【0049】また、図6(b)は、較正試験片10とし
て厚さ20mmのSM490を用いた場合の具体的変化
を示している。この図6(b)では、リフトオフが1.
0mm、1.5mm、2.0mmの場合を例示してい
る。
FIG. 6B shows a specific change when SM490 having a thickness of 20 mm is used as the calibration test piece 10. In FIG. 6B, the lift-off is 1.
The case of 0 mm, 1.5 mm, and 2.0 mm is illustrated.

【0050】通常、磁歪効果の逆効果を考慮すると、較
正試験片10に作用している応力がゼロの場合には、磁
歪センサ1を回転させて得られる起電力Vの出力波形の
振幅Bもゼロになるため、この起電力Vの主応力方向成
分Va はゼロとなると考えられる。
Usually, considering the adverse effect of the magnetostriction effect, when the stress acting on the calibration test piece 10 is zero, the amplitude B of the output waveform of the electromotive force V obtained by rotating the magnetostriction sensor 1 is also obtained. to become zero, the main stress direction component V a of the electromotive force V is considered to be zero.

【0051】しかしながら、図6では、負荷応力が+Δ
Xのときに、磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va
ゼロとなっている。すなわち、この図6より、較正試験
片10の残留応力は−ΔXとなることが分かる。
However, in FIG. 6, the applied stress is + Δ
When the X, the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V is zero. That is, it can be seen from FIG. 6 that the residual stress of the calibration test piece 10 is −ΔX.

【0052】したがって、この関数特定処理において
は、磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va と応力(=
σX −σY )の特性(較正曲線)を残留応力の分だけ応
力の負方向にシフトさせることで、絶対的な応力(絶対
応力)に対する磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va
の特性が求められる(s14)。
[0052] Thus, in this function a particular process, the main stress direction component V a and the stress of the magnetostrictive sensor output V (=
sigma X - [sigma] Y) of characteristics (calibration curve) by shifting in the negative direction of the amount corresponding stress residual stress, the principal stress direction component V a magnetostrictive sensor output V for the absolute stress (absolute stress)
Is required (s14).

【0053】図7は、磁歪センサ出力Vの主応力方向成
分Va と絶対応力との関係を示す図であり、3種のリフ
トオフL1 〜L3 に関して示している。ここで、図8を
用いて、磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va と、絶
対応力の特性を説明する。なお、この図8では、説明を
簡略化させるために1つのリフトオフL1 における場合
の特性のみを例示している。
[0053] Figure 7 is a diagram showing the relationship between the main stress direction component V a and the absolute stress of the magnetostrictive sensor output V, are shown for the three lift L 1 ~L 3. Here, with reference to FIG. 8, the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V, and the characteristics of the absolute stress will be described. In FIG. 8 illustrates only characteristic of the case in the one lift-off L 1 in order to simplify the description.

【0054】この図8中の応力σmax には、例えば被測
定物の材料の降伏応力や設計許容応力のような実在する
応力のレベルが用いられる。絶対応力に対する磁歪セン
サ出力Vの主応力方向成分Va の特性は、磁歪センサ1
の動作原理により、原点において点対称となる。すなわ
ち、絶対応力の絶対値が等しく符号が異なる場合には、
磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va も絶対値が等し
く符号が異なる関係を有する。例えば、絶対応力σmax
に対する磁歪センサ出力の主応力方向成分Va がVmax
となる場合には、絶対応力−σmax に対する磁歪センサ
出力Vの主応力方向成分Va は−Vmax となる。
As the stress σ max in FIG. 8, a level of an existing stress such as a yield stress or a design allowable stress of a material to be measured is used. Characteristics of the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V for the absolute stress, magnetostrictive sensors 1
Is symmetrical about the origin at the point of origin. That is, when the absolute values of the absolute stresses are equal and the signs are different,
The main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V also has an absolute value equal signs are different relations. For example, the absolute stress σ max
The main stress direction component V a magnetostrictive sensor output with respect to the V max
When a is a principal stress direction component V a magnetostrictive sensor output V for the absolute stress - [sigma] max becomes -V max.

【0055】同様に、絶対応力σ1 〜σ3 における磁歪
センサ出力Vの主応力方向成分VaがV1 〜V3 の場合
には、絶対応力−σ1 〜−σ3 における磁歪センサ出力
Vの主応力方向成分Va は、−V1 〜−V3 となる。
[0055] Similarly, if the principal stress direction component V a magnetostrictive sensor output V in an absolute stress σ 13 is V 1 ~V 3 is magnetostrictive sensor output V in an absolute stress -σ 13 the main stress direction component V a of becomes -V 1 ~-V 3.

【0056】次に、この関数特定処理においては、絶対
応力に対する磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va
特性が、Vmax によって無次元化(正規化)される(s
15)。
Next, in the function specifying process characteristics of the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V for the absolute stress is dimensionless (normalized) by the V max (s
15).

【0057】図9は、絶対応力に対する無次元化された
磁歪センサ出力Pの特性を示す図である。この図9中に
おけるPmax 、P3 〜P1 、−P1 〜−P3 、−Pmax
は、先の図8に示す磁歪センサ出力Vの主応力方向成分
max 、V3 〜V1 、−V1 〜−V3 、−Vmax を無次
元化した値であり、以下の(6)〜(13)式から求ま
る。
FIG. 9 is a diagram showing the characteristic of the dimensionless magnetostrictive sensor output P with respect to the absolute stress. P max in the FIG. 9, P 3 ~P 1, -P 1 ~P 3, -P max
Is a dimensionless value of the main stress direction components V max , V 3 to V 1 , −V 1 to −V 3 , and −V max of the magnetostrictive sensor output V shown in FIG. ) To (13).

【0058】Pmax =Vmax /Vmax …(6) P3 =V3 /Vmax …(7) P2 =V2 /Vmax …(8) P1 =V1 /Vmax …(9) −P1 =(−V1 )/Vmax …(10) −P2 =(−V2 )/Vmax …(11) −P3 =(−V3 )/Vmax …(12) −Pmax =(−Vmax )/Vmax …(13) この図9で示す無次元化された磁歪センサ出力Pの特性
は、図8の場合と異なり、磁歪センサ1のリフトオフに
関係なく一義的に定義される。
P max = V max / V max (6) P 3 = V 3 / V max (7) P 2 = V 2 / V max (8) P 1 = V 1 / V max (9) ) -P 1 = (- V 1 ) / V max ... (10) -P 2 = (- V 2) / V max ... (11) -P 3 = (- V 3) / V max ... (12) - P max = (− V max ) / V max (13) Unlike the case of FIG. 8, the characteristic of the dimensionless magnetostrictive sensor output P shown in FIG. 9 is unique regardless of the lift-off of the magnetostrictive sensor 1. Is defined as

【0059】次に、この無次元化された磁歪センサ出力
Pと絶対応力との関係を示す図9のx軸、y軸が入れ替
えられて、図10が得られる(s16)。ここで、この
図10(a)は、無次元化された磁歪センサ出力Pをx
軸とし、絶対応力をy軸とした概念図である。
Next, the x-axis and y-axis in FIG. 9 showing the relationship between the dimensionless magnetostrictive sensor output P and the absolute stress are exchanged, and FIG. 10 is obtained (s16). Here, FIG. 10A shows that the dimensionless magnetostrictive sensor output P is x
It is a conceptual diagram which made an axis | shaft an absolute stress and made a y-axis.

【0060】一方、図10(b)は、較正試験片10と
して厚さ20mmのSM490を用いた場合の具体的変
化を示している。すなわち、この図10(b)は、図6
(b)の特性(リフトオフが1.0mm、1.5mm、
2.0mmの場合)をシフトし、無次元化し、x軸及び
y軸を入れ替えたものである。
On the other hand, FIG. 10 (b) shows a specific change when SM490 having a thickness of 20 mm is used as the calibration test piece 10. That is, FIG.
Characteristics of (b) (lift-off is 1.0 mm, 1.5 mm,
(In the case of 2.0 mm), is made dimensionless, and the x-axis and the y-axis are interchanged.

【0061】次に、この図10に示す無次元化された磁
歪センサ出力Pと絶対応力の関係を高次の多項式によっ
て近似し、近似関数φが定義される(s17)。以上の
ような処理により、無次元化された磁歪センサ出力Pか
ら応力を求める近似関数φが求められる。
Next, the relationship between the dimensionless magnetostrictive sensor output P and the absolute stress shown in FIG. 10 is approximated by a higher-order polynomial, and an approximate function φ is defined (s17). By the above processing, the approximate function φ for obtaining the stress from the dimensionless magnetostrictive sensor output P is obtained.

【0062】続いて、近似関数Ψを求めるための処理で
は、先に示した図7の絶対応力に対する磁歪センサ出力
Vの主応力方向成分Va の特性と、図8のおいて説明し
たσmax とから、リフトオフ毎のVmax が求められる
(s18)。
[0062] Subsequently, in the processing for obtaining an approximate function Ψ has a characteristic in the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V for the absolute stress of FIG. 7 indicated above and describes the contact of FIG. 8 sigma max from a, V max of each lift-off is determined (s18).

【0063】図11は、このリフトオフ毎のVmax の状
態を示す概念図である。また、先において測定されたリ
フトオフ毎のリフトオフ電圧と、求められたリフトオフ
毎のVmax の関係が求められる(s19)。
[0063] Figure 11 is a conceptual diagram showing a state of the V max for each lift-off. Also, the lift-off voltage for each lift-off measured in the previous relationship V max for each determined liftoff is determined (s19).

【0064】図12は、このリフトオフ毎のリフトオフ
電圧とVmax の絶対値との関係を示す図である。ここ
で、図12(a)は、概念図を示しており、図12
(b)は、較正試験片10として厚さ20mmのSM4
90を用いた場合の具体例を示している。
[0064] Figure 12 is a diagram showing a relationship between the absolute value of the liftoff voltage for each lift-off and V max. Here, FIG. 12A shows a conceptual diagram, and FIG.
(B) shows a SM4 having a thickness of 20 mm as the calibration test piece 10.
A specific example when 90 is used is shown.

【0065】次に、この図12に示すリフトオフ電圧に
対するVmax の絶対値の特性が適当な式によって近似さ
れ、これにより近似関数Ψが定義される(s20)。こ
の近似関数Ψを用いると、任意のリフトオフにおけるV
max を推定することが可能となる。
Next, the characteristic of the absolute value of V max with respect to the lift-off voltage shown in FIG. 12 is approximated by an appropriate equation, and an approximate function Ψ is defined (s20). Using this approximation function Ψ, V at any lift-off
It is possible to estimate max.

【0066】そして、得られた近似関数φ、Ψは、磁歪
センサ1の出力特性としてデータベース化される(s2
1)。以上のように、関数特定処理においては、リフト
オフから無次元化に用いるための値Vmax を求めるため
の近似関数Ψ、及び無次元化された磁歪センサ出力から
応力を求めるための近似関数φが求められる。
Then, the obtained approximation functions φ and 化 are compiled into a database as output characteristics of the magnetostrictive sensor 1 (s2).
1). As described above, in the function specifying process, the approximate function 求 め る for obtaining the value V max used for dimensionlessization from lift-off and the approximate function φ for obtaining stress from the dimensionless magnetostrictive sensor output are: Desired.

【0067】次に、この近似関数Ψ及び近似関数φを用
いて、実際に被測定物の応力を求める応力測定処理につ
いて説明する。図13は、この応力測定処理の流れを示
すフローチャートである。
Next, a description will be given of a stress measurement process for actually obtaining the stress of the measured object by using the approximate function Ψ and the approximate function φ. FIG. 13 is a flowchart showing the flow of the stress measurement process.

【0068】まず、被測定物の任意の観測点Sにおい
て、磁歪センサ1が回転され(t1)、この回転により
得られる起電力Vの出力波形が(5)式に近似されてパ
ラメータB、Cが求められ(t2)、また磁歪センサ1
によってリフトオフ電圧VL が測定される(t3)。
First, at an arbitrary observation point S of the object to be measured, the magnetostrictive sensor 1 is rotated (t1), and the output waveform of the electromotive force V obtained by this rotation is approximated by the equation (5), and the parameters B and C are obtained. (T2), and the magnetostrictive sensor 1
The lift-off voltage VL is measured (t3).

【0069】ここで、この求められたパラメータB、C
はそれぞれBs 、Cs であるとする。また、測定された
リフトオフ電圧VL はLs であるとする。このとき、下
記の(14)式に示すように、リフトオフ電圧LとV
max の関係を示す近似関数Ψに、測定したリフトオフ電
圧Ls が代入されて、観測点SにおけるVmax である
(Vmaxs が求められる(t4)。
Here, the obtained parameters B, C
Are B s and C s , respectively. Further, the measured lift-off voltage V L is assumed to be L s. At this time, as shown in the following equation (14), the lift-off voltages L and V
approximation function indicating the relationship max [psi, and the measured lift-off voltage L s is substituted, is V max at the observation point S (V max) s is determined (t4).

【0070】(Vmaxs =Ψ(Ls ) …(14) 次に、下記の(15)式、Bs 、(Vmaxs を用い
て、観測点Sにおける無次元化された磁歪センサ出力P
s が求められる(t5)。
(V max ) s = Ψ (L s ) (14) Next, using the following equation (15), B s and (V max ) s , the dimensionless magnetostriction at the observation point S is obtained. Sensor output P
s is obtained (t5).

【0071】Ps =Bs /(Vmaxs …(15) 次に、下記の(16)式に示すように、無次元化された
磁歪センサ出力Pから絶対応力を求める近似関数φに、
求められた磁歪センサPs が代入され、観測点Sの絶対
応力差(σ1 −σ2s が求められ、この応力差により
応力が測定される(t6)。
P s = B s / (V max ) s (15) Next, as shown in the following equation (16), an approximate function φ for obtaining the absolute stress from the dimensionless magnetostrictive sensor output P is obtained. ,
The obtained magnetostrictive sensor P s is substituted, an absolute stress difference (σ 1 −σ 2 ) s at the observation point S is obtained, and a stress is measured based on this stress difference (t6).

【0072】(σ1 −σ2s =φ(Ps )…(16) なお、この絶対応力差(σ1 −σ2s が得られる応力
方向はCs で示される。
1 −σ 2 ) s = φ (P s ) (16) The stress direction in which the absolute stress difference (σ 1 −σ 2 ) s is obtained is indicated by C s .

【0073】したがって、被測定物の主応力方向成分の
応力差(σx −σys は、下記の(17)式によって
求められる。 (σx −σys =(σ1 −σ2s ・COS(2Cs )…(17) 以上説明したように、本実施の形態に係る応力測定方法
においては、まず関数特定処理によって、リフトオフか
らVmax を求める近似関数Ψ、及び無次元化された磁歪
センサ出力Pから応力を求める近似関数φが求められ
る。
Accordingly, the stress difference (σ x −σ y ) s of the component in the main stress direction of the measured object is obtained by the following equation (17). (Σ x −σ y ) s = (σ 1 −σ 2 ) s · COS (2C s ) (17) As described above, in the stress measurement method according to the present embodiment, first, the function identification processing is performed. , An approximate function を for obtaining V max from lift-off, and an approximate function φ for obtaining stress from the dimensionless magnetostrictive sensor output P.

【0074】そして、応力測定処理によって、磁歪セン
サ1を回転させて得られる磁歪センサ出力の特性、リフ
トオフ起電力、及び近似関数φ、Ψとから応力が求めら
れる。
Then, by the stress measurement process, the stress is obtained from the characteristics of the magnetostrictive sensor output obtained by rotating the magnetostrictive sensor 1, the lift-off electromotive force, and the approximate functions φ and Ψ.

【0075】この上記の方法を適用すると、任意のリフ
トオフに対して、磁歪センサの起電力出力に発生する非
線形の特性に影響されることなく、簡易にかつ正確に応
力を測定することができる。
By applying this method, the stress can be easily and accurately measured for any lift-off without being affected by the non-linear characteristics generated in the electromotive force output of the magnetostrictive sensor.

【0076】なお、本実施の形態において、較正試験片
の具体例として用いたSM490は、炭素を0.20重
量%以下、ケイ素を0.55重量%以下、マンガンを
1.60重量%以下、リンを0.035重量%以下、硫
黄を0.035重量%以下含有する鋼材である。
In the present embodiment, SM490 used as a specific example of the calibration test piece has a carbon content of 0.20% by weight or less, silicon of 0.55% by weight or less, manganese of 1.60% by weight or less, It is a steel material containing 0.035% by weight or less of phosphorus and 0.035% by weight or less of sulfur.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上詳記したように本発明の応力測定方
法においては、磁歪センサを回転させることによって検
出用コイルに誘起される起電力の出力波形に基づいて応
力に相当する電圧値を求め、この応力相当電圧値を無次
元化し、この無次元化された応力相当電圧値に基づい
て、応力を測定する。
As described above, in the stress measuring method of the present invention, a voltage value corresponding to a stress is obtained based on an output waveform of an electromotive force induced in a detecting coil by rotating a magnetostrictive sensor. The stress equivalent voltage value is made dimensionless, and the stress is measured based on the dimensionless stress equivalent voltage value.

【0078】この上記の応力測定方法を適用することに
より、磁歪センサの出力特性の非線形性や、被測定物と
磁歪センサの間の距離であるリフトオフに影響を受ける
ことなく、応力を測定することができる。ゆえに、容易
に、かつ精度よく応力を測定することができる。
By applying this stress measurement method, the stress can be measured without being affected by the nonlinearity of the output characteristics of the magnetostrictive sensor and the lift-off which is the distance between the object to be measured and the magnetostrictive sensor. Can be. Therefore, stress can be measured easily and accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る関数特定処理の流れ
を示すフローチャート。
FIG. 1 is a flowchart showing a flow of a function specifying process according to an embodiment of the present invention.

【図2】較正試験片の一例を示す上面図。FIG. 2 is a top view showing an example of a calibration test piece.

【図3】磁歪センサを回転させる回転機構を示す概念
図。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a rotation mechanism for rotating a magnetostrictive sensor.

【図4】回転角θに対する磁歪センサ出力Vの変化を示
す図。
FIG. 4 is a diagram showing a change in a magnetostrictive sensor output V with respect to a rotation angle θ.

【図5】応力と磁歪センサの起電力Vの主応力方向成分
a の関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between stress and a main stress direction component Va of an electromotive force V of a magnetostrictive sensor.

【図6】種々のリフトオフにおける磁歪センサの起電力
Vの主応力方向成分Va と負荷応力の関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a main stress direction component Va of an electromotive force V of a magnetostrictive sensor and a load stress at various lift-offs.

【図7】種々のリフトオフにおける磁歪センサの起電力
Vの主応力方向成分Va と絶対応力との関係を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a main stress direction component Va of an electromotive force V of a magnetostrictive sensor and an absolute stress at various lift-offs.

【図8】磁歪センサの起電力Vの主応力方向成分Va
絶対応力との具体的関係を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a specific relationship between a main stress direction component Va of an electromotive force V of a magnetostrictive sensor and an absolute stress.

【図9】絶対応力と無次元化された磁歪センサの起電力
Pとの関係を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between an absolute stress and an electromotive force P of a dimensionless magnetostrictive sensor.

【図10】x軸、y軸を入れ替えた絶対応力と無次元化
された磁歪センサの起電力Pとの関係を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an absolute stress obtained by exchanging the x-axis and the y-axis and an electromotive force P of a dimensionless magnetostrictive sensor.

【図11】リフトオフ毎のVmax の状態を示す概念図。FIG. 11 is a conceptual diagram showing a state of V max for each lift-off.

【図12】リフトオフ毎のリフトオフ電圧とVmax の絶
対値との関係を示す図。
12 is a diagram showing the relationship between the absolute value of the liftoff voltage for each lift and V max.

【図13】本発明の実施の形態に係る応力測定処理の流
れを示すフローチャート。
FIG. 13 is a flowchart showing a flow of a stress measurement process according to the embodiment of the present invention.

【図14】磁気異方性を利用する応力測定方法における
磁歪センサの配置例を示す斜視図。
FIG. 14 is a perspective view showing an arrangement example of a magnetostrictive sensor in a stress measurement method using magnetic anisotropy.

【図15】被測定物の応力と磁歪センサの出力Vとの関
係を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the stress of an object to be measured and the output V of a magnetostrictive sensor.

【図16】リフトオフ検出用コイルを備えた励磁用ヨー
クを示す斜視図。
FIG. 16 is a perspective view showing an excitation yoke provided with a lift-off detection coil.

【図17】リフトオフとリフトオフ検出用コイルの起電
力VL の関係を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between lift-off and an electromotive force VL of a lift-off detection coil.

【図18】リフトオフと磁歪感度Mの関係を示す図。FIG. 18 is a diagram showing a relationship between lift-off and magnetostriction sensitivity M.

【図19】リフトオフ検出用コイルの起電力VL と磁歪
感度Mの関係を示す図。
FIG. 19 is a diagram showing a relationship between an electromotive force VL of a lift-off detection coil and a magnetostriction sensitivity M.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…磁歪センサ 2…励磁用コイル 3…励磁用ヨーク 4…検出用コイル 5…検出用ヨーク 6…被測定物 7…交流電源 8…電圧計 9…リフトオフ検出用コイル 10…較正試験片 11a、11b…ひずみゲージ 12…センサ設置位置 13…回転機構 14…ハウジング 15…ピニオンギア 16…リングギア 17…DCサーボモータ 18…Cリング 19…ボールベアリング 20…リングスペーサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetostrictive sensor 2 ... Exciting coil 3 ... Exciting yoke 4 ... Detection coil 5 ... Detection yoke 6 ... Measurement object 7 ... AC power supply 8 ... Voltmeter 9 ... Lift-off detection coil 10 ... Calibration test piece 11a 11b Strain gauge 12 Sensor installation position 13 Rotation mechanism 14 Housing 15 Pinion gear 16 Ring gear 17 DC servo motor 18 C ring 19 Ball bearing 20 Ring spacer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 励磁用コイル及びリフトオフ検出用コイ
ルを巻いたコの字型のヨークと検出用コイルを巻いたコ
の字型のヨークを、互いにヨーク鞍部の中央部で直交す
るように配置してなる磁歪センサを用いて被測定物に作
用している応力を測定する方法において、 前記両コの字型ヨークの開口端側を前記被測定物に接近
させ、 前記励磁用コイルに交流電流を流して前記磁歪センサを
回転させた際に前記検出用コイルに誘起される起電力の
出力波形に基づいて、応力に相当する電圧値を求め、 前記リフトオフ検出用コイルに誘起される起電力と、リ
フトオフ検出用コイルの起電力と無次元化に利用する値
との関係を示す関数とを用いて、前記応力に相当する電
圧値を無次元化し、 当該無次元化された応力に相当する電圧値と、応力と無
次元化された磁歪センサの起電力との関係を示す関数と
に基づいて、前記被測定物に作用されている応力を測定
することを特徴とする応力測定方法。
1. A U-shaped yoke wound with an exciting coil and a lift-off detection coil and a U-shaped yoke wound with a detection coil are arranged so as to be orthogonal to each other at the center of the yoke saddle. A method for measuring stress acting on an object to be measured using a magnetostrictive sensor comprising: a step of bringing an open end of the two U-shaped yokes close to the object to be measured; Based on the output waveform of the electromotive force induced in the detection coil when flowing and rotating the magnetostrictive sensor, a voltage value corresponding to the stress is determined, the electromotive force induced in the lift-off detection coil, Using a function indicating the relationship between the electromotive force of the lift-off detection coil and the value used for dimensionless, the voltage value corresponding to the stress is dimensionless, and the voltage value corresponding to the dimensionless stress is used. And stress and dimensionless Has been based on the function representing the relationship between the electromotive force of the magnetostrictive sensor, the stress measurement method characterized by measuring a stress which is applied to the object to be measured.
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