JP2001033477A - Dynamic quantity sensor and displacement measuring apparatus using this dynamic quantity sensor, displacement measuring method, apparatus and method for vibration control - Google Patents

Dynamic quantity sensor and displacement measuring apparatus using this dynamic quantity sensor, displacement measuring method, apparatus and method for vibration control

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JP2001033477A
JP2001033477A JP11211371A JP21137199A JP2001033477A JP 2001033477 A JP2001033477 A JP 2001033477A JP 11211371 A JP11211371 A JP 11211371A JP 21137199 A JP21137199 A JP 21137199A JP 2001033477 A JP2001033477 A JP 2001033477A
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JP
Japan
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vibration
mechanical structure
quantity sensor
mechanical
physical quantity
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JP11211371A
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Japanese (ja)
Inventor
Shizuo Yamamoto
鎮男 山本
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Original Assignee
LIFE TEC KENKYUSHO KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To directly detect the time differentiation of acceleration, i.e., jerk. SOLUTION: If an acceleration (a) acts on a base portion 3, a cantilever body 4 is curved, and an angular velocity Ω is generated at its tip part. The angular velocity Ω is detected by a vibrating gyro 5. If the acceleration (a) is constant, the cantilever body 4 becomes at a standstill at a certain quantity of deflection. Since any angular velocity Ω is not generated at the tip part of the cantilever body 4, on this occasion, the output of the vibrating gyro 5 becomes zero. Until the acceleration (a) changes in point of time, the cantilever body 4 does not curve, and any angular velocity Ω is not generated at the tip part, and the vibrating gyro 5 does not generate an output. Namely, the vibrating gyro 5 outputs a signal according to the time differentiation of the acceleration (a), i.e., jerk.

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、例えば建物や橋梁
等の機械構造物に振動が加わることによりその機械構造
物に発生する力学量を検出する力学量センサ及びその応
用技術に関し、特に、上記機械構造物のクラック(亀
裂)の発生及び進展を検出することにより機械構造物自
体の劣化・損傷を監視する(この技術は、ヘルスモニタ
リングとも呼ばれている。)のに適した力学量センサ及
びその応用技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity generated in a mechanical structure such as a building or a bridge when vibration is applied to the mechanical structure, and an application technique thereof. A physical quantity sensor suitable for monitoring the deterioration and damage of the mechanical structure itself by detecting the occurrence and propagation of cracks (cracks) in the mechanical structure (this technology is also called health monitoring). Related to its applied technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】上記機械構造物のクラックの発生及び進
展を検査する技術として、従来、例えば加速度センサを
用いる方法が知られている。これは、自然環境下におい
て、建物や橋梁等の機械構造物が様々な要因(例えば人
間や車両の移動や風の影響等)により振動している点に
着目したもので、この振動状況の変化から、上記クラッ
ク等の発生及び進展を検出するものである。
2. Description of the Related Art As a technique for inspecting the occurrence and progress of cracks in the above-mentioned mechanical structure, a method using, for example, an acceleration sensor is conventionally known. This focuses on the fact that mechanical structures such as buildings and bridges vibrate in a natural environment due to various factors (for example, the movement of humans and vehicles and the influence of wind). Thus, the occurrence and progress of the cracks and the like are detected.

【0003】即ち、建物や橋梁等の機械構造物に加速度
センサを取り付け、この加速度センサの出力から、機械
構造物の振動状況を監視する。ここで、機械構造物に上
記クラックの発生や進展が生じず、所謂機械構造物が静
的状態にあるとする。この場合、加速度センサの出力は
機械構造物の振動に応じて連続的に変化する。ところ
が、機械構造物にクラックが発生したり或いはクラック
が進展すると、その時点で、上記加速度センサの出力が
時間的に不連続となる(換言すれば高周波成分が発生す
る)ことが知られている。この不連続は、加速度の時間
微分、所謂加加速度に相当し、一般にジャーク(Jerk:
単位[m/sec2/sec]または[ft/sec2/sec])と呼ばれ
ている。
That is, an acceleration sensor is attached to a mechanical structure such as a building or a bridge, and the vibration state of the mechanical structure is monitored from the output of the acceleration sensor. Here, it is assumed that the above-described crack does not occur or propagate in the mechanical structure, and the so-called mechanical structure is in a static state. In this case, the output of the acceleration sensor changes continuously according to the vibration of the mechanical structure. However, it is known that when a crack occurs or a crack develops in a mechanical structure, the output of the acceleration sensor becomes temporally discontinuous (in other words, a high-frequency component is generated) at that time. . This discontinuity corresponds to the time derivative of acceleration, so-called jerk, and is generally a jerk (Jerk:
The unit is called [m / sec 2 / sec] or [ft / sec 2 / sec].

【0004】そこで、上記加速度センサの出力を微分す
れば、上記ジャークを求めることができ、ひいては機械
構造物にクラック等が発生したことまたはその進展を検
出できる。この微分値を求めるには、一般に知られてい
るアナログ式の微分回路を用いてもよいし、或いはCP
U(中央演算処理装置)やDSP(ディジタル演算処理
装置)等によってディジタル処理することによっても求
められる。なお、上記クラック等による機械構造物の劣
化や損傷が進展すると、上記不連続部分の発生する頻度
と振幅が大きくなるので、これらの変化から機械構造物
の劣化及び損傷の進展状況を把握できる。
Therefore, the jerk can be obtained by differentiating the output of the acceleration sensor, and the occurrence of cracks or the like in the mechanical structure or the progress thereof can be detected. In order to obtain this differential value, a generally known analog type differential circuit may be used, or CP
It can also be obtained by digital processing using a U (central processing unit), a DSP (digital processing unit), or the like. When the deterioration or damage of the mechanical structure due to the cracks or the like progresses, the frequency and amplitude of occurrence of the discontinuous portion increase, so that the progress of deterioration and damage of the mechanical structure can be grasped from these changes.

【0005】上記加速度センサを用いる方法とは別に、
従来、歪ゲージを用いる方法も知られている。これは、
監視対象となる機械構造物の表面に歪ゲージを取り付け
ることで、上記クラック等により機械構造物に生じる撓
みを直接測定するものである。
[0005] Apart from the method using the acceleration sensor,
Conventionally, a method using a strain gauge is also known. this is,
By attaching a strain gauge to the surface of the machine structure to be monitored, the bending generated in the machine structure due to the crack or the like is directly measured.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記各従来技
術のうち、加速度センサを用いる方法によれば、上記ジ
ャークを求めるために加速度センサの出力を微分する微
分手段を設けなければならない。従って、構成が複雑化
し、かつ高コスト化するという問題がある。また、この
微分手段を設けることにより、加速度センサの出力に含
まれるノイズ成分が強調されるため、これを低減するた
めに、実際には、微分手段の入力側にロー・パス・フィ
ルタ等のフィルタ手段を設ける必要がある。よって、こ
のフィルタ手段と上記微分手段とを設けることにより、
センサとしての応答性が低下するという問題もある。更
に、上記微分手段として、例えばCPUやDSPを用い
た場合には、これらCPUやDSPによる処理に或る程
度の時間が係るので、リアルタイム(実時間)性に欠け
るという問題がある。
However, according to the method using an acceleration sensor among the above-mentioned prior arts, differentiating means for differentiating the output of the acceleration sensor must be provided in order to obtain the jerk. Therefore, there is a problem that the configuration becomes complicated and the cost increases. In addition, since the noise component included in the output of the acceleration sensor is emphasized by providing the differentiating means, in order to reduce the noise component, a filter such as a low-pass filter is actually provided on the input side of the differentiating means. Means need to be provided. Therefore, by providing this filter means and the differentiating means,
There is also a problem that the response as a sensor is reduced. Further, when a CPU or DSP is used as the differentiating means, for example, the processing by the CPU or DSP takes a certain amount of time, so that there is a problem that real-time (real-time) performance is lacking.

【0007】また、上記歪ゲージを用いる方法では、こ
の歪ゲージを取り付けた部分の撓みしか検出できない。
従って、機械構造物全体を検出対象とすると、膨大な数
の歪ゲージが必要となり、実現不可能な場合が多いとい
う問題がある。
Further, in the method using the strain gauge, only the deflection of the portion to which the strain gauge is attached can be detected.
Therefore, if the entire machine structure is to be detected, an enormous number of strain gauges are required, and there is a problem that it is often impossible to realize.

【0008】そこで、本発明は、上記微分回路等を用い
ることなく、直接上記ジャーク値を検出できる所謂ジャ
ークセンサとして機能する力学量センサを提供すること
を目的とする。また、上記歪ゲージを用いる方法よりも
広い範囲で機械構造物の撓みを検出できる技術を提供す
ることも、本発明の目的とするところである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a dynamic quantity sensor that functions as a so-called jerk sensor that can directly detect the jerk value without using the differentiating circuit and the like. It is another object of the present invention to provide a technique capable of detecting the bending of a mechanical structure in a wider range than the method using the strain gauge.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項1に記載の発明は、測定対象と
なる機械構造物の表面に取り付けられるベース部と、こ
のベース部に固定され上記機械構造物が所定の方向に沿
って振動したときに上記ベース部に固定された部分を基
点として上記振動方向に沿う方向に向って撓みを生じる
撓み部分を有する変形部と、この変形部の上記ベース部
に固定された部分から上記撓み部分を介して所定の間隔
を隔てた位置に設けられ該位置における角速度を検出す
る角速度検出手段と、を具備するものである。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a base mounted on a surface of a mechanical structure to be measured, and a base mounted on the base. A deformed portion having a bent portion that is fixed and that bends in a direction along the vibration direction with the portion fixed to the base portion as a base point when the mechanical structure vibrates in a predetermined direction; Angular velocity detecting means provided at a predetermined distance from a portion of the portion fixed to the base portion via the bending portion, and detecting an angular velocity at the position.

【0010】本請求項1に記載の発明によれば、機械構
造物が上記所定の方向に沿って振動すると、この機械構
造物にベース部を介して固定された変形部が、上記振動
方向に沿う方向に向って撓みながら振動する。そして、
この振動に応じて、変形部の上記角速度検出手段が設け
られた位置に角速度が生じ、この角速度が、角速度検出
手段によって検出される。
According to the first aspect of the present invention, when the mechanical structure vibrates in the predetermined direction, the deformed portion fixed to the mechanical structure via the base portion moves in the vibration direction. Vibrates while bending in the direction along. And
In response to the vibration, an angular velocity is generated at a position of the deformed portion where the angular velocity detecting means is provided, and the angular velocity is detected by the angular velocity detecting means.

【0011】ここで、例えば、今、機械構造物の振動に
より、ベース部に対して上記所定の方向に沿う一方向に
向って一定の加速度が作用したとする。この場合、変形
部(厳密にはこの変形部の撓み部分)は、上記加速度に
応じて一定の量だけ撓み、この一定量だけ撓んだ状態で
静止する。従って、変形部の上記角速度検出手段が設け
られた位置には角速度は生じず、角速度検出手段の出力
は零(0)となる。
Here, for example, it is assumed that a constant acceleration acts on the base portion in one direction along the predetermined direction due to the vibration of the mechanical structure. In this case, the deformed portion (strictly, a bent portion of the deformed portion) bends by a fixed amount in accordance with the acceleration, and stands still in a state of being bent by the fixed amount. Therefore, no angular velocity is generated at the position of the deformed portion where the angular velocity detecting means is provided, and the output of the angular velocity detecting means becomes zero (0).

【0012】一方、上記加速度が時間的に変化すると、
この加速度の変化に応じて、変形部の撓み量も時間的に
変化する。これにより、変形部の上記角速度検出手段が
設けられた位置に、上記加速度の時間的な変化に応じた
角速度が発生する。従って、角速度検出手段は、その角
速度に応じた出力、即ち上記加速度の時間的な変化に応
じた出力、を生成する。
On the other hand, when the acceleration changes with time,
In accordance with this change in acceleration, the amount of deflection of the deformed portion also changes over time. As a result, an angular velocity according to the temporal change of the acceleration is generated at the position of the deformed portion where the angular velocity detecting means is provided. Therefore, the angular velocity detecting means generates an output corresponding to the angular velocity, that is, an output corresponding to a temporal change of the acceleration.

【0013】このように、角速度検出手段は、機械構造
物の振動によりベース部に作用する加速度が時間的に変
化したときに、この加速度の時間的な変化、即ち上記ジ
ャーク値に応じた出力を生成する。つまり、本請求項1
に記載の発明の力学量センサは、機械構造物の振動によ
りベース部に作用するジャーク値を直接検出(測定)す
る、所謂ジャークセンサとして機能する。
As described above, when the acceleration acting on the base portion changes over time due to the vibration of the mechanical structure, the angular velocity detecting means outputs the change over time, that is, the output corresponding to the jerk value. Generate. That is, claim 1 of the present invention
The physical quantity sensor according to the invention described in (1) functions as a so-called jerk sensor that directly detects (measures) a jerk value acting on the base portion due to vibration of the mechanical structure.

【0014】従って、上記加速度センサの出力を微分す
ることによりジャークを求めるという従来技術とは異な
り、微分回路等の微分手段を設ける必要はない。よっ
て、その分、センサ全体の構成を簡素化でき、かつ低コ
スト化できる。また、上記従来技術によれば、上述した
ように微分手段の入力側にロー・パス・フィルタ等のフ
ィルタ手段を設けなければならないので応答性が低下す
るが、本請求項1に記載の発明によれば、ジャーク値を
直接検出できるので、上記よりも応答性が高く、かつS
/N比のの高いジャーク検出(測定)を実現できる。
Therefore, unlike the prior art in which jerk is obtained by differentiating the output of the acceleration sensor, it is not necessary to provide a differentiating means such as a differentiating circuit. Therefore, the configuration of the entire sensor can be simplified and the cost can be reduced accordingly. Further, according to the above prior art, as described above, a filter means such as a low-pass filter must be provided on the input side of the differentiating means, so that the responsiveness is reduced. According to this, since the jerk value can be directly detected, the responsiveness is higher than that described above, and S
Jerk detection (measurement) with a high / N ratio can be realized.

【0015】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明の力学量センサにおいて、上記変形部が、上記振
動方向と交差する方向に沿って伸延する片持ち梁体であ
って、この片持ち梁体の一端側を上記ベース部に固定
し、該片持ち梁体の他端側に上記角速度検出手段を設け
たものである。
According to a second aspect of the present invention, in the physical quantity sensor according to the first aspect of the present invention, the deformable portion is a cantilever extending along a direction intersecting the vibration direction. One end of the cantilever is fixed to the base, and the other end of the cantilever is provided with the angular velocity detecting means.

【0016】即ち、片持ち梁体の曲げモーメントに対す
る撓み(湾曲)量は、一般に知られているベルヌーイ−
オイラーの法則に基づく。従って、このような片持ち梁
体により変形部を構成すれば、機械構造物の振動の性質
(例えば周波数や振幅等)に対して希望の撓み方をする
変形体を比較的容易に設計でき、ひいては機械構造物に
適したジャークセンサを設計できる。
That is, the amount of bending (bending) of the cantilever with respect to the bending moment is generally known as Bernoulli
Based on Euler's law. Therefore, if the deformed portion is constituted by such a cantilever, a deformed body that bends in a desired manner with respect to the vibration characteristics (for example, frequency and amplitude) of the mechanical structure can be relatively easily designed, Consequently, a jerk sensor suitable for a mechanical structure can be designed.

【0017】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の発明の力学量センサにおいて、上記振動に対して上記
片持ち梁体が共振する所謂共振周波数を、上記機械構造
物の実際の振動周波数よりも高く設定したものである。
According to a third aspect of the present invention, in the physical quantity sensor according to the second aspect of the present invention, the so-called resonance frequency at which the cantilever resonates with the vibration is set to the actual frequency of the mechanical structure. It is set higher than the vibration frequency.

【0018】上記のように変形体を片持ち梁体で構成す
ると、この片持ち梁体は、或る特定の周波数の振動に対
して共振する。そして、この共振周波数よりも低い周波
数領域においては、上記ジャーク値に対する角速度検出
手段の出力の比率(即ち角速度検出手段の出力をジャー
ク値で除した値)、言わばこの力学量センサの対ジャー
ク感度は、略一定となる。このことは、上記ベルヌーイ
−オイラーの法則に基づく計算式によっても明らかであ
り、また、実際の実験結果からも証明できる。
When the deformable body is formed of a cantilever as described above, the cantilever resonates with vibration of a specific frequency. In the frequency range lower than the resonance frequency, the ratio of the output of the angular velocity detecting means to the jerk value (ie, the value obtained by dividing the output of the angular velocity detecting means by the jerk value), that is, the jerk sensitivity of the dynamic quantity sensor is , And becomes substantially constant. This is clear from the calculation formula based on Bernoulli-Euler's law, and can be proved from actual experimental results.

【0019】そこで、本請求項3に記載の発明では、上
記共振周波数を、機械構造物の実際の振動周波数よりも
高く設定する。このようにすれば、上記振動の周波数に
係わらず、常に一定の対ジャーク感度で、ジャーク測定
を実現できる。なお、機械構造物の実際の振動周波数
は、事前に測定すればよい。
Therefore, according to the third aspect of the present invention, the resonance frequency is set higher than the actual vibration frequency of the mechanical structure. In this way, jerk measurement can be realized with a constant sensitivity to jerk regardless of the frequency of the vibration. Note that the actual vibration frequency of the mechanical structure may be measured in advance.

【0020】請求項4に記載の発明は、請求項2に記載
の発明の力学量センサにおいて、上記振動に対して上記
片持ち梁体が共振する所謂共振周波数を、上記機械構造
物の実際の振動周波数近傍に設定したものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the physical quantity sensor according to the second aspect of the present invention, the so-called resonance frequency at which the cantilever resonates with the vibration is determined by the actual frequency of the mechanical structure. This is set near the vibration frequency.

【0021】上記のように、片持ち梁体は、或る特定の
周波数の振動に対して共振するが、この共振周波数にお
いて、上記対ジャーク感度が最大となる。このことは、
上記ベルヌーイ−オイラーの法則に基づく計算式によっ
ても明らかであり、また、実際の実験結果からも証明で
きる。
As described above, the cantilever resonates with vibration of a certain specific frequency. At this resonance frequency, the sensitivity to jerk is maximized. This means
It is clear from the above formula based on Bernoulli-Euler's law, and can also be proved from actual experimental results.

【0022】そこで、本請求項4に記載の発明では、上
記共振周波数を、機械構造物の実際の振動周波数近傍に
設定する。このようにすれば、最大の対ジャーク感度に
より、ジャーク測定を実現できる。
Therefore, according to the present invention, the resonance frequency is set near the actual vibration frequency of the mechanical structure. In this way, jerk measurement can be realized with maximum anti-jerk sensitivity.

【0023】請求項5に記載の発明は、請求項1に記載
の発明の力学量センサにおいて、上記角速度検出手段
が、ジャイロスコープ手段により構成されたものであ
る。
According to a fifth aspect of the present invention, in the physical quantity sensor according to the first aspect of the present invention, the angular velocity detecting means is constituted by a gyroscope means.

【0024】即ち、本請求項5に記載の発明は、上記角
速度検出手段を具体化したものである。なお、ここで言
う上記ジャイロスコープ手段は、例えば一般に知られて
いる振動式ジャイロスコープや光ファイバ式ジャイロス
コープ、或いはコマ式ジャイロスコープ等の各種ジャイ
ロスコープにより構成できる。
That is, the fifth aspect of the present invention embodies the angular velocity detecting means. The above-mentioned gyroscope means can be constituted by various types of gyroscopes such as generally known vibrating gyroscopes, optical fiber gyroscopes, and coma gyroscopes.

【0025】請求項6に記載の発明は、請求項1に記載
の発明の力学量センサと、この力学量センサの出力を基
に上記振動による上記機械構造物自体の変位を導出する
変位導出手段と、を具備するものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a dynamic quantity sensor according to the first aspect of the present invention, and displacement deriving means for deriving a displacement of the mechanical structure itself due to the vibration based on an output of the dynamic quantity sensor. And

【0026】即ち、上記請求項1に記載の発明の力学量
センサでジャーク値を検出することにより、例えば機械
構造物にクラックが発生したことや、そのクラックの進
展状況等を認識できる。このクラックの発生及び進展に
は、不連続な高周波成分の発生が伴うからである。そこ
で、本請求項6に記載の発明では、上記力学量センサの
出力から、機械構造物自体の状態変位、例えば劣化や損
傷等の進展状況等を、把握する。
That is, by detecting the jerk value with the physical quantity sensor according to the first aspect of the present invention, it is possible to recognize, for example, the occurrence of a crack in the mechanical structure and the progress of the crack. This is because the generation and progress of the crack is accompanied by the generation of a discontinuous high-frequency component. Therefore, in the invention according to claim 6, the state displacement of the mechanical structure itself, for example, the progress of deterioration or damage, etc., is grasped from the output of the physical quantity sensor.

【0027】請求項7に記載の発明は、測定対象となる
機械構造物が所定の方向に沿って振動したときにこの機
械構造物に生じる力学量を検出する力学量センサを該機
械構造物に取り付ける取付過程と、上記力学量センサの
出力を基に上記機械構造物自体の変位を導出する変位導
出過程と、を具備する変位測定方法において、上記力学
量センサとして請求項1に記載の発明の力学量センサを
用いたものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity generated in a mechanical structure to be measured when the mechanical structure vibrates along a predetermined direction. 2. The displacement measuring method according to claim 1, further comprising an attaching process and a displacement deriving process of deriving a displacement of the mechanical structure itself based on an output of the mechanical sensor. This uses a physical quantity sensor.

【0028】即ち、本請求項7に記載の発明は、上記請
求項6に記載の発明の変位測定装置と同様の作用及び効
果を奏する、変位測定方法に関する発明である。
That is, the present invention according to claim 7 relates to a displacement measuring method which has the same function and effect as the displacement measuring device according to claim 6.

【0029】請求項8に記載の発明は、請求項1に記載
の発明の力学量センサと、振動制御信号に従って上記機
械構造物に上記所定の方向に沿う振動を故意に与える振
動付与手段と、上記力学量センサの出力に基づいて上記
機械構造物自体の振動を抑制する状態に上記振動制御信
号を生成して上記振動付与手段に供給する振動制御手段
と、を具備するものである。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a physical quantity sensor according to the first aspect of the present invention, and a vibration applying means for intentionally applying a vibration along the predetermined direction to the mechanical structure according to a vibration control signal; Vibration control means for generating the vibration control signal in a state where the vibration of the mechanical structure itself is suppressed based on the output of the physical quantity sensor and supplying the vibration control signal to the vibration applying means.

【0030】即ち、本請求項8に記載の発明は、機械構
造物が振動したとき、この機械構造物に対して例えば外
部から故意に上記とは別の振動を与えることによって上
記振動を抑制する、所謂アクティブ型の防振装置に係る
発明である。例えば、今、機械構造物が、上記所定の方
向に沿う方向に振動したとする。この振動は、上記請求
項1に記載の発明の力学量センサによって検出される。
そして、この力学量センサの出力に基づいて、振動制御
手段が、上記機械構造物自体の振動を抑制するよう、機
械構造物に対して故意に振動を与えるべく、振動付与手
段を制御する(詳しくは、この制御を実現するための上
記振動制御信号を生成する)。
That is, according to the present invention, when the mechanical structure vibrates, the vibration is suppressed by intentionally applying another vibration to the mechanical structure from the outside, for example. This is an invention relating to a so-called active type vibration damping device. For example, it is now assumed that the mechanical structure vibrates in a direction along the predetermined direction. This vibration is detected by the physical quantity sensor according to the first aspect of the present invention.
Then, based on the output of the physical quantity sensor, the vibration control means controls the vibration applying means to intentionally apply vibration to the mechanical structure so as to suppress the vibration of the mechanical structure itself (details will be described in detail below). Generates the vibration control signal for realizing this control).

【0031】なお、このような防振装置は、例えば上記
力学量センサに代えて加速度センサを用いても実現でき
る。しかし、上記力学量センサは、加速度の時間変化、
即ち微分値を直接検出するので、加速度センサを用いる
場合よりも、遥かに応答性の高い防振装置を実現でき
る。
It is to be noted that such an anti-vibration device can also be realized by using, for example, an acceleration sensor instead of the above-mentioned physical quantity sensor. However, the above-mentioned physical quantity sensor has a time change of acceleration,
That is, since the differential value is directly detected, it is possible to realize an anti-vibration device with much higher responsiveness than when an acceleration sensor is used.

【0032】請求項9に記載の発明は、測定対象となる
機械構造物が所定の方向に沿って振動したときにこの機
械構造物に生じる力学量を検出する力学量センサを該機
械構造物に取り付ける取付過程と、上記力学量センサの
出力に基づいて上記機械構造物に上記所定の方向に沿う
振動を与えることにより上記機械構造物自体の振動を抑
制するのに必要な振動条件を導出する条件導出過程と、
この条件導出過程において導出して得た振動条件に従っ
て上記機械構造物に振動を与える振動付与過程と、を具
備する防振方法において、上記力学量センサとして請求
項1に記載の力学量センサを用いるものである。
According to a ninth aspect of the present invention, when a mechanical structure to be measured vibrates along a predetermined direction, a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity generated in the mechanical structure is provided on the mechanical structure. A condition for deriving a vibration condition necessary for suppressing the vibration of the mechanical structure itself by applying a vibration along the predetermined direction to the mechanical structure based on the mounting process and the output of the mechanical quantity sensor. Derivation process,
A vibration applying step of applying vibration to the mechanical structure in accordance with the vibration condition derived and derived in the condition deriving step, wherein the physical quantity sensor according to claim 1 is used as the physical quantity sensor. Things.

【0033】即ち、本請求項9に記載の発明は、上記請
求項8に記載の発明の防振装置と同様の作用及び効果を
奏する、防振方法に関する発明である。
That is, the ninth aspect of the present invention relates to an anti-vibration method which has the same function and effect as the anti-vibration apparatus of the eighth aspect of the present invention.

【0034】請求項10に記載の発明は、測定対象とな
る機械構造物が振動して該機械構造物に撓みが生じたと
きに、該機械構造物の所定の面に沿う表面上の複数箇所
であって上記所定の面に沿う方向においてそれぞれ互い
に所定の間隔を隔てた複数箇所における上記所定の面に
対する撓み角の変化を検出する角度検出手段と、この角
度検出手段によって検出して得た上記各箇所における各
撓み角の変化のうち任意の2つ箇所の撓み角の変化の相
対差を求めて、その相対差から上記任意の2箇所間にお
ける上記機械構造物の撓み量の変化、例えば曲率或いは
曲率半径等の変化を導出する撓み量導出手段と、を具備
するものである。
According to a tenth aspect of the present invention, when a mechanical structure to be measured vibrates and the mechanical structure bends, a plurality of points on a surface along a predetermined surface of the mechanical structure are generated. An angle detecting means for detecting a change in a bending angle with respect to the predetermined surface at a plurality of locations spaced apart from each other by a predetermined distance in a direction along the predetermined surface; and A relative difference between the changes in the deflection angles at any two points among the changes in the deflection angles at each point is determined, and the change in the amount of deflection of the mechanical structure between the arbitrary two points, for example, the curvature is calculated from the relative difference. Or, a deflection amount deriving unit for deriving a change in a radius of curvature or the like.

【0035】例えば、今、機械構造物が振動して、上記
表面が例えば凹状または凸状になるように湾曲したとす
る。すると、角度検出手段が、上記表面上の複数箇所に
おける上記所定の面に対する撓み角の変化を検出する。
そして、撓み量導出手段が、任意の2箇所における上記
所定の面に対する撓み角の変化の相対差を求めて、その
相対差から上記2箇所間における機械構造物の撓み量の
変化、言わば1次元的な撓み量の変化を導出する。従っ
て、他の2箇所間における撓み量の変化を導出すれば、
機械構造物の撓みの変化を例えば2次元的に検出するこ
ともできる。
For example, it is now assumed that the mechanical structure vibrates and the surface is curved so as to be concave or convex, for example. Then, the angle detecting means detects a change in the bending angle with respect to the predetermined surface at a plurality of locations on the surface.
Then, the bending amount deriving means obtains a relative difference in a change in the bending angle with respect to the predetermined surface at any two places, and, based on the relative difference, a change in the bending amount of the mechanical structure between the two places, ie, a one-dimensional change. Derive a change in the amount of deflection. Therefore, if the change in the amount of deflection between the other two locations is derived,
A change in the bending of the mechanical structure can be detected, for example, two-dimensionally.

【0036】このように、本請求項10に記載の発明の
力学量センサによれば、振動による機械構造物の撓み量
の変化を広範囲にわたって検出(測定)できる。従っ
て、上述した歪ゲージを用いて機械構造物の撓みを検出
するという従来技術よりも、少ない数のセンサで械構造
物全体の撓みを検出できる。また、上記歪ゲージを用い
る方法では、曲げを伴わない機械構造物自体の(平行的
な)伸縮変化の影響を受けるが、本請求項10に記載の
発明によれば、機械構造物の曲げのみによる撓みの変化
を検出(特定)できる。
Thus, according to the physical quantity sensor of the tenth aspect of the present invention, it is possible to detect (measure) a change in the amount of deflection of the mechanical structure due to vibration over a wide range. Therefore, the bending of the entire mechanical structure can be detected with a smaller number of sensors than in the conventional technique of detecting the bending of the mechanical structure using the above-described strain gauge. In the method using the strain gauge, the mechanical structure itself is affected by the (parallel) expansion and contraction change without bending. However, according to the invention of claim 10, only the bending of the mechanical structure is performed. The change in deflection due to the vibration can be detected (identified).

【0037】請求項11に記載の発明は、請求項10に
記載の発明の力学量センサにおいて、上記各箇所が、3
以上であって、概略直線状に位置するものである。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the physical quantity sensor according to the tenth aspect of the present invention, each of the portions is three
As described above, they are positioned substantially linearly.

【0038】即ち、本請求項11に記載の発明によれ
ば、機械構造物の上記表面における撓み角を検出する箇
所が、概略直線状に、3以上設けられている。従って、
上記撓み量導出手段により、任意の2箇所間における撓
み量の変化を、各箇所の組み合わせを異にして複数導出
すれば、各箇所の並び方向における1次元的な撓み量の
変化を、部分的に詳細に検出できる。
That is, according to the eleventh aspect of the present invention, three or more locations for detecting the deflection angle on the surface of the mechanical structure are provided substantially in a straight line. Therefore,
If the deflection amount deriving means derives a plurality of changes in the deflection amount between any two locations by different combinations of the locations, the change in the one-dimensional deflection amount in the direction in which the locations are arranged is partially corrected. In detail.

【0039】請求項12に記載の発明は、請求項10に
記載の発明の力学量センサにおいて、上記角度検出手段
を、上記各個所に配置された複数の角速度検出手段とし
たものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the physical quantity sensor according to the tenth aspect of the present invention, the angle detecting means is a plurality of angular velocity detecting means arranged at the respective locations.

【0040】本請求項12に記載の発明は、上記角度検
出手段を具体化したものである。即ち、この角度検出手
段を構成する各角速度検出手段は、上記機械構造物が撓
むことによりそれぞれが配置されている部分に発生する
角速度を検出して、それぞれが配置されている部分の上
記所定の面に対する撓み角の変化を求める。
The twelfth aspect of the present invention embodies the angle detecting means. That is, each of the angular velocity detecting means constituting the angle detecting means detects an angular velocity generated in a portion where the mechanical structure is bent due to bending of the mechanical structure, and detects the predetermined angular position of the portion where the mechanical structure is disposed. Of the deflection angle with respect to the surface is determined.

【0041】請求項13に記載の発明は、請求項12に
記載の発明の力学量センサにおいて、上記角速度検出手
段が、ジャイロスコープ手段により構成されたものであ
る。
According to a thirteenth aspect, in the physical quantity sensor according to the twelfth aspect, the angular velocity detecting means is constituted by a gyroscope means.

【0042】請求項14に記載の発明は、請求項10に
記載の発明の力学量センサと、上記機械構造物が正常な
ときの上記振動に対する上記力学量センサの出力が予め
記憶されている記憶手段と、この記憶手段に記憶されて
いる記憶内容と上記力学量センサの出力とを比較して例
えばその差分や比率等から上記振動による上記機械構造
物自体の変位を導出する変位導出手段と、を具備するも
のである。
According to a fourteenth aspect of the present invention, the output of the physical quantity sensor according to the tenth aspect of the present invention and the output of the physical quantity sensor for the vibration when the mechanical structure is normal are stored in advance. Means, a displacement deriving means for comparing the stored content stored in the storage means with the output of the physical quantity sensor and for deriving a displacement of the mechanical structure itself due to the vibration from, for example, a difference or a ratio thereof, It is provided with.

【0043】なお、ここで言う上記機械構造物が正常な
ときとは、例えば機械構造物にクラック等の損傷が生じ
ていないときのことを言う。
The term "when the mechanical structure is normal" means, for example, when the mechanical structure has no damage such as a crack.

【0044】本請求項14に記載の発明によれば、機械
構造物が正常なときは、上記請求項10に記載の発明の
力学量センサの出力と、予め記憶手段に記憶されている
記憶内容とは、略一致し、これら両者の差分は略零にな
る(比率を求めた場合は1となる)。一方、機械構造物
に例えばクラックが生じており、これが上記任意の2箇
所間に位置する場合には、これら任意の2箇所間の撓み
が大きくなる。よって、上記力学量センサの出力と上記
記憶手段の記憶内容との間に差が生じ、その差分や比率
等から上記クラックの大きさを把握でき、ひいては機械
構造物の劣化や損傷の進展状況等の状態変位を把握でき
る。
According to the fourteenth aspect of the present invention, when the mechanical structure is normal, the output of the physical quantity sensor according to the tenth aspect of the present invention and the stored contents stored in the storage means in advance And the difference between them becomes substantially zero (when the ratio is obtained, it becomes 1). On the other hand, for example, when a crack is generated in the mechanical structure and is located between the above-mentioned arbitrary two places, the bending between these arbitrary two places becomes large. Therefore, a difference is generated between the output of the physical quantity sensor and the storage content of the storage means, and the size of the crack can be grasped from the difference or the ratio, and thus the progress of deterioration or damage of the mechanical structure. State displacement can be grasped.

【0045】請求項15に記載の発明は、請求項11に
記載の発明の力学量センサと、この力学量センサの出力
のうちそれぞれ上記箇所の組み合わせが異なる2以上の
上記2箇所間における各撓み量の変化を比較してその差
分や比率等から上記振動による上記機械構造物自体の変
位を導出する変位導出手段と、を具備するものである。
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a dynamic quantity sensor according to the eleventh aspect, wherein each of the flexures between two or more of the outputs of the physical quantity sensor is different from each other in two or more combinations of the locations. Displacement deriving means for comparing the change in the amount and deriving the displacement of the mechanical structure itself due to the vibration from the difference or ratio thereof.

【0046】本請求項15に記載の発明によれば、機械
構造物が正常なときには、いずれの2箇所間において
も、機械構造物の撓み量の変化は略一定となる。一方、
或る2つ箇所の間にクラックが生じているとする。する
と、この2箇所間における撓み量の変化は、クラックの
生じていない他の2箇所間における撓み量の変化よりも
大きくなる。よって、上記請求項14に記載の発明のよ
うに記憶手段を設けなくても、上記各2箇所間における
各撓み量の変化の差分や比率等から、クラックの大きさ
を把握できる。また、いずれの2箇所間の撓み量の変化
が大きいかによって、上記クラックの発生位置をも特定
できる。
According to the fifteenth aspect of the present invention, when the mechanical structure is normal, the change in the amount of bending of the mechanical structure is substantially constant between any two locations. on the other hand,
It is assumed that a crack has occurred between certain two locations. Then, the change in the amount of bending between the two locations is greater than the change in the amount of deflection between the other two locations where cracks do not occur. Therefore, the size of the crack can be grasped from the difference or the ratio of the change in the amount of bending between each of the two points without providing the storage means as in the invention of the fourteenth aspect. Further, the position where the crack occurs can be specified depending on which of the two portions has a large change in the amount of bending.

【0047】請求項16に記載の発明は、測定対象とな
る機械構造物が振動したときにこの機械構造物に生じる
力学量を検出する力学量センサを該機械構造物に取り付
ける取付過程と、上記機械構造物が正常なときの上記振
動に対する上記力学量センサの出力を予め記憶する記憶
過程と、この記憶過程において記憶した内容と上記力学
量センサの出力とを比較してその差分や比率等から上記
振動による上記機械構造物自体の変位を導出する変位導
出過程と、を具備する変位測定方法において、上記力学
量センサとして請求項10に記載の発明の力学量センサ
を用いるものである。
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided an attaching step of attaching a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity generated in a mechanical structure to be measured to the mechanical structure when the mechanical structure vibrates; A storage process for pre-storing the output of the physical quantity sensor with respect to the vibration when the mechanical structure is normal, and comparing the contents stored in this storage process with the output of the physical quantity sensor, and comparing the difference or ratio, etc. A displacement deriving step of deriving a displacement of the mechanical structure itself due to the vibration, wherein the physical quantity sensor of the invention according to claim 10 is used as the physical quantity sensor.

【0048】即ち、本請求項16に記載の発明は、上記
請求項14に記載の発明の変位測定装置と同様の作用及
び効果を奏する、変位測定方法に関する発明である。
That is, the invention according to claim 16 is an invention relating to a displacement measuring method which has the same operation and effect as the displacement measuring device according to claim 14 of the present invention.

【0049】請求項17に記載の発明は、測定対象とな
る機械構造物が振動したときにこの機械構造物上のそれ
ぞれ異なる複数の部分にそれぞれ生じる力学量を検出す
る力学量センサを該機械構造物に取り付ける取付過程
と、上記機械構造物上の上記各部分に係る上記力学量セ
ンサの各出力を互いに比較してその差分や比率等から上
記振動による上記機械構造物自体の変位を導出する変位
導出過程と、を具備する変位測定方法において、上記力
学量センサとして請求項11に記載の発明の力学量セン
サを用いるものである。
According to a seventeenth aspect of the present invention, when a mechanical structure to be measured vibrates, a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity generated in each of a plurality of different portions on the mechanical structure is provided. A displacement that derives a displacement of the mechanical structure itself due to the vibration from a difference, a ratio, or the like, by comparing an output process of the mechanical quantity sensor relating to the respective portions on the mechanical structure with an attaching process of attaching the mechanical structure to the object. And a deriving step, wherein the physical quantity sensor according to the invention is used as the physical quantity sensor.

【0050】即ち、本請求項17に記載の発明は、上記
請求項15に記載の発明の変位測定装置と同様の作用及
び効果を奏する、変位測定方法に関する発明である。
That is, the invention of claim 17 is an invention relating to a displacement measuring method having the same operation and effect as the displacement measuring device of the invention of claim 15.

【0051】請求項18に記載の発明は、請求項10に
記載の発明の力学量センサと、振動制御信号に従って上
記機械構造物に振動を与える振動付与手段と、上記力学
量センサの出力に基づいて上記機械構造物自体の撓みを
抑制する状態に上記振動制御信号を生成して上記振動付
与手段に供給する振動制御手段と、を具備するものであ
る。
According to an eighteenth aspect of the present invention, there is provided a dynamic quantity sensor according to the tenth aspect, vibration applying means for applying vibration to the mechanical structure according to a vibration control signal, and an output of the physical quantity sensor. Vibration control means for generating the vibration control signal in a state in which the bending of the mechanical structure itself is suppressed and supplying the vibration control signal to the vibration applying means.

【0052】即ち、本請求項18に記載の発明は、請求
項10に記載の発明の力学量センサを用いて、上述した
アクティブ型の防振装置を実現する発明である。例え
ば、今、機械構造物が振動して、この振動により機械構
造物自体に撓みが生じたとする。この撓みは、上記請求
項10に記載の発明の力学量センサによって検出され
る。そして、この力学量センサの出力に基づいて、振動
制御手段が、上記機械構造物自体の撓みを抑制するよ
う、機械構造物に対して故意に振動を与えるべく、振動
付与手段を制御する(詳しくは、この制御を実現するた
めの上記振動制御信号を生成する)。
That is, an eighteenth aspect of the present invention is an invention for realizing the above-mentioned active type vibration damping device using the physical quantity sensor according to the tenth aspect of the present invention. For example, it is now assumed that the mechanical structure vibrates and the vibration causes the mechanical structure itself to bend. This deflection is detected by the physical quantity sensor according to the tenth aspect of the present invention. Then, based on the output of the physical quantity sensor, the vibration control means controls the vibration applying means so as to intentionally apply vibration to the mechanical structure so as to suppress the bending of the mechanical structure itself (details). Generates the vibration control signal for realizing this control).

【0053】請求項19に記載の発明は、測定対象とな
る機械構造物が振動したときにこの機械構造物に生じる
力学量を検出する力学量センサを該機械構造物に取り付
ける取付過程と、上記力学量センサの出力に基づいて上
記機械構造物に振動を与えることにより上記機械構造物
自体の撓みを抑制するのに必要な振動条件を導出する条
件導出過程と、この条件導出過程において導出して得た
振動条件に従って上記機械構造物に振動を与える振動付
与過程と、を具備する防振方法において、上記力学量セ
ンサとして請求項10に記載の力学量センサを用いるも
のである。
According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a method for mounting a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity generated in a mechanical structure when the mechanical structure to be measured vibrates, to the mechanical structure, A condition deriving process for deriving a vibration condition necessary to suppress the deflection of the mechanical structure itself by giving vibration to the mechanical structure based on the output of the mechanical quantity sensor, and a condition deriving process in the condition deriving process. A vibration applying step of applying vibration to the mechanical structure in accordance with the obtained vibration conditions, wherein the mechanical quantity sensor according to claim 10 is used as the physical quantity sensor.

【0054】即ち、本請求項19に記載の発明は、上記
請求項18に記載の発明の防振装置と同様の作用及び効
果を奏する、防振方法に関する発明である。
That is, the nineteenth aspect of the present invention relates to an anti-vibration method having the same operation and effect as the anti-vibration device of the eighteenth aspect.

【0055】[0055]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態につい
て、図1から図17を参照して説明する。なお、本第1
の実施の形態は、上述したジャークを直接検出する所謂
ジャークセンサを実現すると共に、このセンサを応用す
ることを前提とするもので、即ち、本発明のうちの請求
項1乃至請求項9の発明を具体化したものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the first
The embodiment is based on the premise that a so-called jerk sensor for directly detecting the jerk described above is realized and this sensor is applied, that is, the invention of claims 1 to 9 of the present invention. Is a concrete example of

【0056】図1に、本第1の実施の形態に係るセンサ
1の概略構成を示す。同図に示すように、このセンサ1
は、測定対象である機械構造物2上に取り付けられる概
略直方体状のベース部3と、このベース部3上に一端が
固定され他端が自由端とされた概略偏平の片持ち梁体4
と、この片持ち梁体4の他端上面に固定された振動ジャ
イロ5と、で構成されている。なお、機械構造物2は、
主に、同図に矢印2aで示す方向に振動する。そして、
ベース部3及び片持ち梁体4は、例えばアルミニウム等
の金属製とされている。更に、片持ち梁体4は、その偏
平面を上記機械構造物2の振動方向2aに対して略直角
に向け、かつ、この振動方向2aと交差する方向に沿っ
て伸延する状態に設けられる。振動ジャイロ5は、同図
に矢印5aで示す方向の角速度を検出するもので、例え
ば図2に示すような構成のものである。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a sensor 1 according to the first embodiment. As shown in FIG.
Is a substantially rectangular parallelepiped base 3 mounted on the mechanical structure 2 to be measured, and a substantially flat cantilever 4 having one end fixed on the base 3 and the other end free.
And a vibrating gyroscope 5 fixed to the upper surface of the other end of the cantilever 4. The mechanical structure 2 is
It mainly vibrates in the direction indicated by arrow 2a in FIG. And
The base 3 and the cantilever 4 are made of metal such as aluminum. Further, the cantilever body 4 is provided in such a state that its deflected plane is oriented substantially perpendicular to the vibration direction 2a of the mechanical structure 2 and extends along a direction intersecting the vibration direction 2a. The vibrating gyroscope 5 detects an angular velocity in a direction indicated by an arrow 5a in FIG. 2, and has a configuration as shown in FIG. 2, for example.

【0057】即ち、振動ジャイロ5は、所定形状(同図
では平板状)の土台部51と、この土台部51の一面上
に一端が固定されこの一面上から垂直な方向に向って伸
延する角柱状の振動部52と、を有している。また、振
動部52は、その長さ方向を横切る断面が概略正方形の
もので、各側面には、それぞれ長尺状の圧電体構成の電
極53乃至56が接着されている。なお、ここでは、説
明の便宜上、同図に示すようにx軸(電極53、55が
対向する方向に沿う軸)、y軸(振動体52の長さ方向
に沿う軸)、z軸(電極54、56が対向する方向に沿
う軸)の各座標軸を定める。
That is, the vibrating gyroscope 5 has a base portion 51 having a predetermined shape (in the figure, a flat plate shape), and a corner whose one end is fixed to one surface of the base portion 51 and extends in a vertical direction from the one surface. And a columnar vibrating portion 52. Further, the vibrating section 52 has a substantially square cross section across the length direction thereof, and electrodes 53 to 56 each having a long piezoelectric structure are adhered to each side surface. Here, for convenience of explanation, as shown in the figure, the x-axis (the axis along the direction in which the electrodes 53 and 55 face each other), the y-axis (the axis along the length direction of the vibrator 52), and the z-axis (the electrode (Coordinates along the direction in which 54 and 56 are opposed to each other).

【0058】上記各電極53乃至56のうち、互いに対
向する一対の電極、例えばz軸に沿って対向する各電極
54、56は、駆動用電極で、これらに交流の駆動用電
圧を印可すると、z軸に沿う方向に沿って、振動体52
の他端(自由端)側が振動する。ここで、例えば、同図
に矢印5aで示すように、振動体52に対して、その長
さ方向を軸として回転する方向に角速度Ωが作用する
と、振動体52の他端側は、一般に知られているコリオ
リの力によって、上記z軸方向と直角なx軸方向に沿う
一方向に向って湾曲する。従って、このx軸に沿って対
向する各電極53、55間に発生する電圧を検出すれ
ば、上記角速度Ωを検出できる。なお、この振動ジャイ
ロ5の大きさは、例えば振動体52の長さ寸法が約5m
m程度と、極めて小型である。
Of the electrodes 53 to 56, a pair of electrodes facing each other, for example, the electrodes 54 and 56 facing each other along the z-axis are driving electrodes, and when an AC driving voltage is applied to them, Along the direction along the z-axis,
(Free end) vibrates. Here, for example, when the angular velocity Ω acts on the vibrating body 52 in the direction of rotation about the longitudinal direction as shown by an arrow 5a in the same figure, the other end of the vibrating body 52 is generally known. Due to the applied Coriolis force, it is bent in one direction along the x-axis direction perpendicular to the z-axis direction. Therefore, the angular velocity Ω can be detected by detecting the voltage generated between the electrodes 53 and 55 facing each other along the x-axis. The size of the vibrating gyroscope 5 is, for example, such that the length of the vibrating body 52 is about 5 m.
m, which is extremely small.

【0059】ところで、今、上記図1の構成において、
ベース部3に対して、同図に矢印2aで示す方向に沿う
一方向(上方または下方)に向って、一定の加速度aが
作用したとする。この場合、片持ち梁体4は、上記加速
度aの大きさに応じた角度θだけ撓み、この撓み角度θ
を維持した状態で静止する。この関係は、上述したベル
ヌーイ−オイラーの法則に基づいて、次の数1で表され
る。
Now, in the configuration shown in FIG.
It is assumed that a constant acceleration a acts on the base 3 in one direction (upward or downward) along the direction indicated by the arrow 2a in FIG. In this case, the cantilever 4 is bent by an angle θ corresponding to the magnitude of the acceleration a, and the bending angle θ
Stand still with. This relationship is expressed by the following equation 1 based on Bernoulli-Euler's law described above.

【0060】[0060]

【数1】 (Equation 1)

【0061】なお、この数1において、Kは、上記振動
の周波数f(換言すれば、振動ジャイロ5が設けられて
いる部分における各周波数ω)に対して一定の定数であ
る。
In the equation 1, K is a constant constant with respect to the frequency f of the vibration (in other words, each frequency ω in the portion where the vibration gyro 5 is provided).

【0062】従って、上記数1のθが変化しない状態に
おいては、振動ジャイロ5が設けられている部分には角
速度Ωが生じず、振動ジャイロ5の出力は、略零とな
る。
Accordingly, in the state where θ in the above equation 1 does not change, the angular velocity Ω does not occur in the portion where the vibrating gyroscope 5 is provided, and the output of the vibrating gyroscope 5 becomes substantially zero.

【0063】一方、上記加速度aが時間的に変化する
と、この加速度aの時間的変化に応じて、片持ち梁体4
の撓み角度θも時間的に変化する。これにより、振動ジ
ャイロ5が設けられている部分にも、上記加速度aの時
間的な変化に応じた角速度Ωが生じる。この関係は、上
記数1の両辺を時間微分したもので、次の数2により表
される。
On the other hand, when the acceleration a changes with time, the cantilever 4
Also changes with time. As a result, an angular velocity Ω corresponding to the temporal change of the acceleration “a” is generated also in the portion where the vibration gyro 5 is provided. This relationship is obtained by time-differentiating both sides of Equation 1 and is expressed by the following Equation 2.

【0064】[0064]

【数2】 (Equation 2)

【0065】この数2において、左辺の撓み角度θの時
間微分は、振動ジャイロ5が設けられている部分におけ
る角速度Ωに対応する。一方、右辺の加速度aの時間微
分は、上記ジャークJに対応する。この関係を整理する
と、次の数3のようになる。
In Equation 2, the time derivative of the deflection angle θ on the left side corresponds to the angular velocity Ω in the portion where the vibrating gyroscope 5 is provided. On the other hand, the time derivative of the acceleration a on the right side corresponds to the jerk J. When this relationship is arranged, the following equation 3 is obtained.

【0066】[0066]

【数3】 (Equation 3)

【0067】即ち、この数3によれば、振動ジャイロ5
により片持ち梁体4の他端における角速度Ωを検出する
ことによって、ベース部3に作用するジャークJを検出
できることになる。
That is, according to Equation 3, the vibration gyro 5
By detecting the angular velocity Ω at the other end of the cantilever body 4, the jerk J acting on the base portion 3 can be detected.

【0068】次に、このセンサ1を実際に試作し、その
試作機について実験を行った結果を説明する。
Next, the results of an actual trial production of the sensor 1 and experiments on the prototype will be described.

【0069】まず、図3に示す構成により、センサ1単
体についての特性を測定した。即ち、加振機6に上記セ
ンサ1を取り付けて、各振動周波数fにおけるセンサ1
の出力Vj をFFTアナライザ7で解析する。加振機6
の振動周波数f及び振幅等は、信号発生装置8により制
御する。なお、この実験では、片持ち梁体4として、振
動周波数fがf=約90Hz付近で共振するものを使用
した。
First, the characteristics of the single sensor 1 were measured by the configuration shown in FIG. That is, the sensor 1 is attached to the vibrator 6 and the sensor 1 at each vibration frequency f is set.
To analyze the output V j in the FFT analyzer 7. Exciter 6
The vibration frequency f, amplitude, etc. are controlled by the signal generator 8. In this experiment, a cantilever 4 having a vibration frequency f that resonates at about f = about 90 Hz was used.

【0070】図4に、センサ1に作用する加速度aに対
する振動ジャイロ5の出力Vj の比率(即ち振動ジャイ
ロの出力Vj を加速度aで除した値)、所謂対加速度感
度特性を示す。なお、同図において、横軸に振動周波数
fを示し、縦軸に上記対加速度感度を示す。また、同図
において、(b)は、(a)における低周波数領域の部
分を拡大したものである。この図4によれば(特に同図
(b)によれば)、共振周波数(f≒90Hz)より低
い周波数領域において、周波数fが高いほど対加速度感
度も高くなることが判る。これに対して、図示しない
が、一般の加速度センサの対加速度感度は、周波数fに
対して一定であることが知られている。従って、本実施
の形態に係るセンサ1によれば、機械構造物1の通常の
振動周波数fよりも周波数の高いジャーク値Jを検出す
るのに、上記加速度センサに比べて有利である。
[0070] Figure 4, the ratio of the output V j of the vibrating gyroscope 5 for acceleration a acting on the sensor 1 (that is, the value obtained by dividing the output V j of the vibration gyro acceleration a), shows a so-called pair acceleration sensitivity. In the figure, the horizontal axis indicates the vibration frequency f, and the vertical axis indicates the sensitivity to acceleration. Also, in the figure, (b) is an enlarged view of the low frequency region in (a). According to FIG. 4 (especially according to FIG. 4B), it can be seen that in a frequency range lower than the resonance frequency (f ≒ 90 Hz), the higher the frequency f, the higher the sensitivity to acceleration. On the other hand, although not shown, it is known that the sensitivity to acceleration of a general acceleration sensor is constant with respect to the frequency f. Therefore, according to the sensor 1 according to the present embodiment, detecting the jerk value J having a higher frequency than the normal vibration frequency f of the mechanical structure 1 is more advantageous than the acceleration sensor.

【0071】図5に、センサ1に作用するジャークJに
対する振動ジャイロ5の出力Vj の比率(即ち振動ジャ
イロの出力Vj をジャーク値Jで除した値)、所謂対ジ
ャーク感度特性を示す。なお、同図において、横軸に振
動周波数fを示し、縦軸に上記対ジャーク感度を示す。
また、同図において、(b)は、(a)における低周波
数領域の部分を拡大したものである。この図5によれば
(特に同図(b)によれば)、共振周波数(f≒90H
z)より低い周波数領域において、周波数fに係らず対
ジャーク感度が一定であることが判る。従って、機械構
造物1の通常の振動周波数fよりも上記共振周波数を高
く設定すれば、常に、安定したジャークJ検出を実現で
きる。
[0071] Figure 5, the ratio of the output V j of the vibrating gyroscope 5 for jerk J acting on the sensor 1 (that is, the value obtained by dividing the output V j of the vibrating gyroscope at the jerk value J), shows a so-called pair jerk sensitivity characteristics. In the figure, the horizontal axis indicates the vibration frequency f, and the vertical axis indicates the jerk sensitivity.
Also, in the figure, (b) is an enlarged view of the low frequency region in (a). According to FIG. 5 (particularly according to FIG. 5B), the resonance frequency (f ≒ 90H)
z) In the lower frequency range, the jerk sensitivity is constant regardless of the frequency f. Therefore, if the resonance frequency is set higher than the normal vibration frequency f of the mechanical structure 1, stable jerk J detection can always be realized.

【0072】図6は、センサ1に周波数f一定のジャー
クJを入力し、このジャーク値Jを変化させながら、振
動ジャイロ5の出力Vを測定したデータである。なお、
同図においては、横軸にジャーク値Jを示し、縦軸に振
動ジャイロ5の出力Vj を示す。また、このときの周波
数fは、f=50Hzである。この図6によれば、周波
数fが一定であれば、ジャーク値Jに対して振動ジャイ
ロ5の出力、即ちこのセンサ1の出力が比例することが
判る。つまり、このセンサ1により、ジャーク値Jを直
接検出できることが判る。なお、この関係は、周波数f
がf=50Hz以外の場合も同様である。
FIG. 6 shows data obtained by inputting a jerk J having a constant frequency f to the sensor 1 and measuring the output V of the vibrating gyroscope 5 while changing the jerk value J. In addition,
In the figure, the horizontal axis shows the jerk value J, indicates the output V j of the vibratory gyroscope 5 the vertical axis. The frequency f at this time is f = 50 Hz. According to FIG. 6, if the frequency f is constant, the output of the vibration gyro 5, that is, the output of the sensor 1 is proportional to the jerk value J. That is, it is understood that the jerk value J can be directly detected by the sensor 1. Note that this relationship corresponds to the frequency f
Is the same when f is other than f = 50 Hz.

【0073】次に、図7に示す構成により、センサ1の
インパルス応答について、実験を行った。即ち、同図に
示すように、硬質ゴム製のダンパ9上にセンサ1を固定
する。そして、ベース部3の略中央を(片持ち梁体4を
介して)インパルスハンマ10により殴打して、インパ
ルス加速度を加える。このときのセンサ1のVj を、F
FTアナライザ7で解析する。なお、比較参照用とし
て、センサ1のベース部3上に(片持ち梁体4を介し
て)加速度センサ11を設け、この加速度センサ11の
出力Vg についてもFFTアナライザ7で解析する。ま
た、この実験においても、片持ち梁体4として、振動周
波数fがf=約90Hz付近で共振するものを使用し
た。
Next, an experiment was conducted on the impulse response of the sensor 1 with the configuration shown in FIG. That is, as shown in the figure, the sensor 1 is fixed on a damper 9 made of hard rubber. Then, the approximate center of the base portion 3 is beaten by the impulse hammer 10 (via the cantilever 4) to apply an impulse acceleration. V j of the sensor 1 at this time is represented by F
The analysis is performed by the FT analyzer 7. Incidentally, for comparison reference, on the base part 3 of the sensor 1 (via a cantilever body 4) the acceleration sensor 11 is provided, analyzed by FFT analyzer 7 is also the output V g of the acceleration sensor 11. Also in this experiment, a cantilever 4 having a vibration frequency f that resonates at about f = about 90 Hz was used.

【0074】図8(a)に、上記加速度センサ11の出
力Vg の応答を示す。そして、同図(b)に、本第1の
実施の形態に係るセンサ1の出力Vj の応答を示す。な
お、同図において、横軸に時間tを示し、縦軸に各出力
g またはVj を示す。これらを比較しても明らかなよ
うに、インパルス応答におけるS/N比(各グラフ中に
矢印で示す部分)は、本第1の実施の形態に係るセンサ
1の方が、加速度センサ11に比べて遥かに良好である
(各グラフ中に矢印で示す部分)。
[0074] in FIG. 8 (a), shows the response of the output V g of the acceleration sensor 11. Then, in FIG. (B), shows the response of the output V j of the sensor 1 according to the first embodiment. In the figure, the horizontal axis indicates time t, and the vertical axis indicates each output Vg or Vj . As is clear from the comparison, the S / N ratio in the impulse response (portion indicated by an arrow in each graph) is higher in the sensor 1 according to the first embodiment than in the acceleration sensor 11. It is much better (parts indicated by arrows in each graph).

【0075】また、上記図8(a)及び図8(b)の特
性を、対周波数f特性(スペクトル)で表したものを、
それぞれ、図9(a)及び図9(b)に示す。なお、各
図において、グラフ中の点線は、インパルス入力が無い
ときの各出力Vg 、Vj を示す。このうち図9(a)に
よれば、加速度センサ11によって検出して得たインパ
ルス(グラフ中に矢印で示す部分)の周波数以下の周波
数には、他のノイズ成分が大きく存在するので、これら
インパルスとノイズとの分別が難しく、即ちS/N比が
極めて低い。これに対して、図9(b)に示すように、
センサ1によって検出して得たインパルス(グラフ中に
矢印で示す部分)の周波数成分は、センサ1の(自己)
微分効果により非常に大きくなり、逆に、低い周波数の
ノイズ成分は極小になる。従って、上記加速度センサ1
1に比べて、S/N比の高いインパルス応答を得ること
ができる。
The characteristics shown in FIG. 8A and FIG. 8B expressed by the frequency f characteristic (spectrum) are as follows.
9 (a) and 9 (b) respectively. In each of the figures, the dotted lines in the graph show the respective outputs V g and V j when there is no impulse input. According to FIG. 9A, since other noise components are largely present at frequencies lower than the frequency of the impulse (the portion indicated by the arrow in the graph) obtained by the acceleration sensor 11, these impulse It is difficult to distinguish noise from noise, that is, the S / N ratio is extremely low. On the other hand, as shown in FIG.
The frequency component of the impulse (the part indicated by the arrow in the graph) obtained by detection by the sensor 1 is (self)
Due to the differential effect, it becomes very large, and conversely, the low frequency noise component becomes minimal. Therefore, the acceleration sensor 1
An impulse response with a higher S / N ratio can be obtained as compared with 1.

【0076】更に、上記図3の構成において、低周波ノ
イズ振動をシミュレートするために、信号発生装置8に
より周波数f=0乃至50Hzのランダム振動を発生さ
せる。これと同時に、クラックの発生または進展をシミ
ュレートするために、周波数f=60Hz付近に中心周
波数を有する不連続な振動(以下、この振動をクラック
振動と言う。)を発生させ、このときの、センサ1の出
力Vj を測定する。なお、比較参照用として、センサ1
のベース部3上に(片持ち梁体4を介して)加速度セン
サ11を設け、この加速度センサ11の出力Vg につい
てもFFTアナライザ7で解析する。
Further, in the configuration of FIG. 3, a random vibration having a frequency f = 0 to 50 Hz is generated by the signal generator 8 in order to simulate low frequency noise vibration. At the same time, in order to simulate the occurrence or propagation of cracks, a discontinuous vibration having a center frequency around frequency f = 60 Hz (hereinafter, this vibration is referred to as crack vibration) is generated. The output V j of the sensor 1 is measured. The sensor 1 is used for comparison.
On the base unit 3 (via a cantilever body 4) is provided an acceleration sensor 11, it is also analyzed by FFT analyzer 7 for the output V g of the acceleration sensor 11.

【0077】図10(a)に、上記加速度センサ11の
出力Vg の応答を示す。そして、同図(b)に、センサ
1の出力Vj の応答を示す。なお、各図において、横軸
に時間tを示し、縦軸に各出力Vg またはVj を示す。
そして、各図に矢印で示す時点において、上記クラック
振動を与える。これらを比較しても明らかなように、加
速度センサ11によっては、殆ど検出することのできな
い上記クラック振動、即ちジャークJも、本第1の実施
の形態に係るセンサ1によれば、確実に検出できる。こ
れは、上記クラック振動が高い周波数成分を有するから
である。
[0077] in FIG. 10 (a), shows the response of the output V g of the acceleration sensor 11. FIG. 2B shows the response of the output Vj of the sensor 1. In each figure, the horizontal axis indicates time t, and the vertical axis indicates each output Vg or Vj .
Then, the crack vibration is applied at the time indicated by the arrow in each figure. As is clear from the comparison, the crack vibration, that is, the jerk J, which can hardly be detected by the acceleration sensor 11, is reliably detected by the sensor 1 according to the first embodiment. it can. This is because the crack vibration has a high frequency component.

【0078】また、上記図10(a)及び図10(b)
の測定結果を、対周波数fスペクトルで表したものを、
それぞれ、図11(a)及び図11(b)に示す。この
うち図11(a)によれば、加速度センサ11によって
検出して得たジャークJ(グラフ中に矢印で示す部分)
よりも、低周波成分のノイズの方が大きいため、上記図
10(a)のようにクラック振動を検出できないことが
判る。これに対して、図11(b)に示すように、本第
1の実施の形態に係るセンサ1によれば、低周波ノイズ
成分と区別して上記クラック振動(グラフ中に矢印で示
す部分)を検出できる。なお、同図において、90Hz
付近のピークは、ジャークセンサ1を構成する片持ち梁
体4の共振周波数(現象)である。
FIG. 10 (a) and FIG. 10 (b)
The measurement results of
11 (a) and 11 (b) respectively. According to FIG. 11A, the jerk J obtained by the detection by the acceleration sensor 11 (the portion indicated by the arrow in the graph)
It can be seen that crack vibration cannot be detected as shown in FIG. On the other hand, as shown in FIG. 11B, according to the sensor 1 according to the first embodiment, the crack vibration (portion indicated by an arrow in the graph) is distinguished from the low-frequency noise component. Can be detected. Note that, in FIG.
The nearby peak is the resonance frequency (phenomenon) of the cantilever 4 constituting the jerk sensor 1.

【0079】ところで、上記図5に示す対ジャーク感度
特性によれば、振動周波数fが片持ち梁体4の共振周波
数に位置するときに、対ジャーク感度が最大となる。そ
こで、センサ1に対して、上記共振周波数付近のジャー
クJが入力されたときの、センサ1の出力Vj を測定す
る。
According to the jerk sensitivity characteristic shown in FIG. 5, when the vibration frequency f is located at the resonance frequency of the cantilever 4, the jerk sensitivity becomes maximum. Therefore, the output Vj of the sensor 1 when the jerk J near the resonance frequency is input to the sensor 1 is measured.

【0080】即ち、図3の構成において、片持ち梁体4
として、振動周波数fがf=約160Hz付近で共振す
るものを使用する。そして、信号発生装置8により周波
数f=0乃至120Hzに分布するランダム振動を発生
させると共に、周波数f=160Hz付近に中心周波数
を有する不連続なクラック振動を発生させたときの、セ
ンサ1の出力Vj を測定する。同時に、比較参照用とし
て、加速度センサ11の出力Vg についてもFFTアナ
ライザ7で解析する。
That is, in the configuration of FIG.
A vibration frequency f that resonates around f = about 160 Hz is used. The output V of the sensor 1 when the signal generator 8 generates random vibration distributed at a frequency f = 0 to 120 Hz and also generates a discontinuous crack vibration having a center frequency near the frequency f = 160 Hz. Measure j . At the same time, for comparison reference, also analyzed by FFT analyzer 7 for the output V g of the acceleration sensor 11.

【0081】図12(a)に、上記加速度センサ11の
出力Vg の応答を示す。そして、同図(b)に、センサ
1の出力Vj の応答を示す。なお、各図に矢印で示す時
点において、クラック振動を与える。これらを比較して
も明らかなように、加速度センサ11によっては、微妙
にしか検出できないクラック振動も、本第1の実施の形
態に係るセンサ1によれば、確実に検出できる(各グラ
フ中に矢印で示す部分)。また、この図12(b)と上
記図10(b)とを比較しても、センサ1を上記共振周
波数付近で使用した方が有利なことが判る。
[0081] in FIG. 12 (a), shows the response of the output V g of the acceleration sensor 11. FIG. 2B shows the response of the output Vj of the sensor 1. At the time indicated by the arrow in each figure, crack vibration is applied. As is clear from the comparison, the crack vibration that can be detected only delicately by the acceleration sensor 11 can be reliably detected by the sensor 1 according to the first embodiment. Part indicated by an arrow). Also, comparing FIG. 12 (b) with FIG. 10 (b), it can be seen that it is more advantageous to use the sensor 1 near the resonance frequency.

【0082】また、上記図12(a)及び図12(b)
の測定結果を、対周波数fスペクトルで表したものを、
それぞれ、図13(a)及び図13(b)に示す。この
スペクトル分析からも明らかなように、センサ1を上記
共振周波数付近で使用することによって、センサ1の出
力Vj を大きく取出すことができる。また、逆に、低周
波ノイズを抑えることができる。
FIG. 12 (a) and FIG. 12 (b)
The measurement results of
13 (a) and 13 (b) respectively. As is apparent from this spectrum analysis, the sensor 1 by the use in the vicinity of the resonance frequency, it is possible to take out large output V j of the sensor 1. Conversely, low frequency noise can be suppressed.

【0083】上記のように、本第1の実施の形態に係る
センサ1によれば、機械構造物2のクラックの発生及び
進展を直接測定できる。そこで、このセンサ1を用い
て、実際に、機械構造物2のクラックの発生及び進展を
監視する実験を行った。図14に、その実験装置の該略
図を示す。
As described above, according to the sensor 1 of the first embodiment, the occurrence and propagation of cracks in the mechanical structure 2 can be directly measured. Therefore, using the sensor 1, an experiment for actually monitoring the occurrence and progress of cracks in the mechanical structure 2 was performed. FIG. 14 shows the schematic diagram of the experimental apparatus.

【0084】同図に示すように、この実験装置は、基部
12と、この基部12と対向する状態に4本の支柱1
3、13、・・・で支持された天井部14と、を有する
もので、この天井部14と基部12のと間に、細長い板
状の測定対象物2を垂直に伸延する状態に固定する。こ
の固定は、基部12側については、固定具15、15に
より強固に固定し、天井部14側については、ゴム1
6、16で挟持することにより、自由端に近い状態で支
持する。そして、この測定対象物2の上方側(天井部1
4寄り)の平面上に、本第1の実施の形態に係るセンサ
1と、比較参照用の加速度センサ11とを、固定する。
更に、この測定対象物2の下方側の偏平面上、例えば上
記各センサ1、11が固定されている面側に、故意にク
ラックを発生し易くするために切欠部16を設ける。そ
して、この実験装置を、加振台17の上に固定する。加
振台17は、測定対象物2の各平面が対向する方向(後
述する厚さC方向)に沿って水平に振動する。
As shown in the figure, this experimental apparatus has a base 12 and four columns 1 in a state facing the base 12.
And a ceiling portion 14 supported by 3, 13,..., And between the ceiling portion 14 and the base portion 12, the elongated plate-like measurement object 2 is fixed in a vertically extending state. . In this fixing, the base 12 side is firmly fixed by the fixtures 15 and 15, and the ceiling 14 side is
By being sandwiched between 6 and 16, it is supported in a state close to the free end. Then, the upper side of the measurement target 2 (the ceiling 1
The sensor 1 according to the first embodiment and the acceleration sensor 11 for comparison reference are fixed on a plane (close to 4).
Further, a notch 16 is provided on a deviated flat surface below the measurement object 2, for example, on a surface side on which the sensors 1 and 11 are fixed, in order to easily cause a crack. Then, this experimental device is fixed on the vibration table 17. The vibration table 17 vibrates horizontally along a direction in which each plane of the measurement object 2 faces (a thickness C direction described later).

【0085】なお、今回の実験では、上記測定対象物2
として、例えば図15に示すように、長さAがA=55
0mm、幅BがB=45mm、厚さCがC=6mmのも
のを使用する。そして、上記切欠部16として、測定対
象物15の下端から100mmの位置(D=100m
m)に、幅E=5mm、深さF=3mmの凹状の溝を水
平に(幅B方向に沿って)設ける。また、この測定対象
物2の材質として、アルミニウムとスチールとの2種類
のものを用意する。
In this experiment, the measurement object 2
For example, as shown in FIG.
A material having a thickness of 0 mm, a width B of 45 mm, and a thickness C of 6 mm is used. And, as the notch 16, a position 100 mm from the lower end of the measuring object 15 (D = 100 m
m), a concave groove having a width E = 5 mm and a depth F = 3 mm is provided horizontally (along the width B direction). Also, as the material of the measurement object 2, two kinds of materials, aluminum and steel, are prepared.

【0086】上記図14の構成による実験結果を、図1
6及び図17に示す。なお、図16は、測定対象物2が
アルミニウム製のもので、図17は、測定対象物2がス
チール製のものである。なお、本実験においては、測定
対象物2がアルミニウム製及びスチール製のいずれの場
合も、切欠部16を設けた部分にクラックが発生し、こ
れが進展することで、最終的に測定対象物2が破断し
た。各図の(a)が、加速度センサ11の時間変化に対
する出力Vg で、各図(b)が、本第1の実施の形態に
係るセンサ1の時間変化に対する出力Vj である。各図
から明らかなように、加速度センサ11の出力Vg では
判別困難な不連続も、本実施の形態に係るセンサ1の出
力Vj には明確に現れている。この不連続は、測定対象
物2におけるクラックの発生及び進展を意味することは
上述した通りであり、このことは、別途設けたAE(Ac
oustic Emission )装置により確認した。よって、本実
施の形態に係るセンサ1を用いることにより、上記クラ
ックの発生及び進展を検出でき、ひいては、測定対象物
2の劣化・損傷の進展状況を把握できる。この処理は、
例えばコンピュータにより実現可能であり、この場合の
コンピュータが、特許請求の範囲に記載の変位導出手段
に対応し、このコンピュータにより処理することが、特
許請求の範囲に記載の変位導出過程に対応する。
FIG. 1 shows the experimental results obtained by the configuration shown in FIG.
6 and FIG. FIG. 16 shows the measurement target 2 made of aluminum, and FIG. 17 shows the measurement target 2 made of steel. In this experiment, in both cases where the measurement object 2 was made of aluminum or steel, cracks occurred in the portions where the notches 16 were provided, and the cracks progressed. Broke. Each figure (a), the output V g with respect to time change of the acceleration sensor 11, each figure (b) is an output V j with respect to the time change of the sensor 1 according to the first embodiment. As seen from the figures, the output V g In determination difficult discontinuities of the acceleration sensor 11, clearly appear in the output V j of the sensor 1 according to the present embodiment. It is as described above that the discontinuity means the occurrence and progress of cracks in the measurement target object 2, which means that the AE (Ac
oustic Emission). Therefore, by using the sensor 1 according to the present embodiment, the occurrence and progress of the crack can be detected, and the progress of deterioration / damage of the measurement object 2 can be grasped. This process
For example, it can be realized by a computer, and the computer in this case corresponds to the displacement deriving means described in the claims, and processing by this computer corresponds to the displacement deriving process described in the claims.

【0087】なお、本第1の実施の形態においては、片
持ち梁体4の撓みによる角速度Ωを測定するのに、図2
に示すような振動ジャイロ5を用いたが、例えば光ファ
イバ式ジャイロスコープやコマ式ジャイロスコープ等の
他の種類のジャイロスコープを用いてもよい。また、角
速度Ωを検出できるのであれば、例えば光信号(発光手
段と受光手段)とこれを反射する光学鏡とを用いる手段
等、ジャイロスコープ以外の手段を用いてもよい。
In the first embodiment, the measurement of the angular velocity Ω due to the bending of the cantilever 4 is performed by using FIG.
Although the vibrating gyroscope 5 shown in FIG. 1 is used, other types of gyroscopes such as an optical fiber gyroscope and a coma gyroscope may be used. As long as the angular velocity Ω can be detected, a means other than the gyroscope, such as a means using an optical signal (light emitting means and light receiving means) and an optical mirror for reflecting the light signal, may be used.

【0088】また、ベース部3に与えられる加速度aに
対して撓みを生じる手段として、片持ち梁体4を用いた
が、これ以外のものを用いてもよい。ただし、片持ち梁
体4を用いれば、上述したベルヌーイ−オイラの法則に
基づいてその撓みの特性を設計できるので、希望の振動
周波数fに適したセンサ1を設計し易くなる。
Further, although the cantilever body 4 is used as a means for bending the acceleration a applied to the base portion 3, any other means may be used. However, if the cantilever 4 is used, the bending characteristics can be designed based on the above-mentioned Bernoulli-Eoiler's law, so that the sensor 1 suitable for a desired vibration frequency f can be easily designed.

【0089】更に、本第1の実施の形態は、アクティブ
方式の防振(または、制振とも言う。)技術にも応用で
きる。即ち、上記センサ1により機械構造物2の振動を
検出し、この検出結果に基づいて、上記機械構造物2に
故意に振動を与えることによって、上記機械構造物2自
体の振動を抑制する。このような技術は、上記加速度セ
ンサ11を用いても可能であるが、本第1の実施の形態
に係るセンサ1は、加速度aの時間微分を捉えるので、
上記加速度センサ11を用いる場合よりも、高速応答が
可能となる。勿論、このような防振技術は、一般に知ら
れているCD(コンパクト・ディスク)プレーヤの音飛
び防止にも応用できるし、自動車のABS(Anti-lock
Brake System)装置における運動制御等にも応用でき
る。なお、上記機械構造物2に振動を与えるには、例え
ば一般に知られているスライドおもりを使用すればよ
く、この場合のおもりを含む例えばリニアモータ等の駆
動装置が、特許請求の範囲に記載の振動付与手段に対応
する。そして、この駆動装置を制御するには、上記セン
サ1の出力を処理する手段として、例えばCPUやDS
P等を用いればよく、この場合のCPUやDSP等が、
特許請求の範囲に記載の振動制御手段に対応する。
Further, the first embodiment can also be applied to an active vibration damping (or vibration suppression) technique. That is, the vibration of the mechanical structure 2 is suppressed by detecting the vibration of the mechanical structure 2 by the sensor 1 and intentionally applying the vibration to the mechanical structure 2 based on the detection result. Such a technique can be performed using the acceleration sensor 11, but the sensor 1 according to the first embodiment captures the time derivative of the acceleration a.
Faster response is possible than when the acceleration sensor 11 is used. Of course, such an anti-vibration technique can be applied to the sound skip prevention of a generally known CD (compact disk) player, and the ABS (Anti-lock) of a car.
Brake System) It can also be applied to motion control in equipment. In order to apply vibration to the mechanical structure 2, for example, a generally known slide weight may be used, and a drive device such as a linear motor including the weight in this case may be used. Corresponds to vibration applying means. In order to control the driving device, as means for processing the output of the sensor 1, for example, a CPU or DS
P or the like may be used. In this case, the CPU or DSP
This corresponds to the vibration control means described in the claims.

【0090】次に、本発明の第2の実施の形態につい
て、図18から図を参照して説明する。なお、本第2の
実施の形態は、測定対象となる機械構造物が振動したと
きに、この機械構造物自体に生じる撓み量の変化、例え
ば曲率や曲率半径等の変化を検出することを前提とする
もので、即ち、本発明のうちの請求項10乃至請求項1
9の発明を具体化したものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the second embodiment is based on the assumption that when a mechanical structure to be measured vibrates, a change in the amount of bending generated in the mechanical structure itself, for example, a change in curvature or radius of curvature is detected. That is, Claims 10 to 1 of the present invention
9 embodies the nine inventions.

【0091】図18に、本第2の実施の形態の概略構成
を示す。同図に示すように、本第2の実施の形態は、上
記振動により湾曲する測定対象物20の一面上に、複
数、例えば2つの角速度センサ21、22を取り付けた
ものである。なお、各角速度センサ21、22として
は、例えば上記図2の振動ジャイロ5を用い、これを同
図にxyz座標で示す向きに従って取り付ける。
FIG. 18 shows a schematic configuration of the second embodiment. As shown in the figure, in the second embodiment, a plurality of, for example, two angular velocity sensors 21 and 22 are mounted on one surface of a measurement object 20 which is curved by the vibration. As the angular velocity sensors 21 and 22, for example, the vibrating gyroscope 5 shown in FIG. 2 is used, which is attached according to the directions indicated by xyz coordinates in FIG.

【0092】例えば、今、図18(a)に示すように、
上記測定対象物20の他面側における上記各角速度セン
サ21、22間に、クラック23が生じているとする。
この状態で、測定対象物20に振動が加わり、これによ
って、例えば同図(b)に示すように、測定対象物20
が上記他面側を突出させる状態に湾曲するとする。この
場合、測定対象物20は、上記クラック23が生じてい
ないときよりも大きく湾曲する。従って、クラック23
の有無が不明なときは、この湾曲の大きさ、例えば曲率
1/ρの変化を検出し、これを正常なときの値と比較し
てその比または差分を求めれば、測定対象物20に上記
クラック23等の損傷が生じていないかどうかを検出で
き、生じている場合にはその進展状況を把握できる。
For example, now, as shown in FIG.
It is assumed that a crack 23 has occurred between the angular velocity sensors 21 and 22 on the other surface of the measurement object 20.
In this state, vibration is applied to the measuring object 20, thereby, for example, as shown in FIG.
Are curved so that the other surface side protrudes. In this case, the measurement object 20 is more greatly curved than when the crack 23 does not occur. Therefore, crack 23
If the presence or absence of is not known, the magnitude of this curvature, for example, a change in the curvature 1 / ρ is detected, and this is compared with a normal value to determine the ratio or difference. It can be detected whether or not the crack 23 or the like has been damaged, and if so, the progress of the damage can be grasped.

【0093】そこで、本第2の実施の形態では、上記各
角速度センサ21、22の出力から、上記曲率1/ρの
変化を検出する。即ち、測定対象物20が湾曲すること
により、各角速度センサ21、22に角速度が作用す
る。従って、各角速度センサ21、22により各角速度
を検出することにより、例えば同図(a)のように測定
対象物20に振動が加わっていないときの状態を基準と
して、測定対象物20の各角速度センサ21、22が設
けられている部分での各撓み角の変化を検出できる。そ
して、これら各撓み角の変化の差分を求めれば、測定対
象物20の各角速度センサ21、22が設けられている
部分間における曲率1/ρの変化を検出できる。
Therefore, in the second embodiment, a change in the curvature 1 / ρ is detected from the outputs of the angular velocity sensors 21 and 22. That is, the angular velocity acts on each of the angular velocity sensors 21 and 22 when the measurement object 20 is curved. Accordingly, by detecting each angular velocity by each of the angular velocity sensors 21 and 22, each angular velocity of the measurement target 20 is determined based on a state where no vibration is applied to the measurement target 20 as shown in FIG. A change in each bending angle in a portion where the sensors 21 and 22 are provided can be detected. Then, if the difference between the changes in the respective bending angles is obtained, the change in the curvature 1 / ρ between the portions where the angular velocity sensors 21 and 22 of the measuring object 20 are provided can be detected.

【0094】ただし、この図18の構成によれば、上記
のように、クラック23等が生じていないときの測定対
象物20の湾曲1/ρの変化量を予め記憶しておく必要
がある。そこで、図19に示すように、3以上、例えば
3つの角速度センサ30、31、32を概略直線状に配
置する。そして、それぞれ隣り合う角速度センサ30及
び31間、31及び32間における各曲率1/ρの変化
量を比較する。この比較結果から、測定対象物20に上
記クラック23等の損傷が生じていないかどうかを検出
でき、生じている場合にはその進展状況を把握できる。
なお、上記クラック23が生じていない場合には、各角
速度センサ30及び31間、31及び32間における各
曲率1/ρの変化量は、略一定となる。
However, according to the configuration of FIG. 18, it is necessary to previously store the amount of change in the curvature 1 / ρ of the measuring object 20 when no crack 23 or the like occurs, as described above. Therefore, as shown in FIG. 19, three or more, for example, three angular velocity sensors 30, 31, 32 are arranged in a substantially straight line. Then, the amounts of change of the curvatures 1 / ρ between the adjacent angular velocity sensors 30 and 31 and between the adjacent angular velocity sensors 31 and 32 are compared. From this comparison result, it is possible to detect whether or not the crack 23 or the like has been damaged in the measurement target object 20, and if so, the progress of the damage can be grasped.
When the crack 23 does not occur, the amount of change in the curvature 1 / ρ between the angular velocity sensors 30 and 31 and between the angular velocity sensors 31 and 32 is substantially constant.

【0095】上記図19の技術を利用して、上記クラッ
ク23の進展状況を監視する実験を行った。その実験装
置の概略構成を図20に示す。同図に示すように、この
実験装置は、基部40と、この基部40と対向する状態
に4本の支柱41、41、・・・で支持された天井部4
2と、を有するもので、この天井部42と基部40のと
間に、細長い板状の測定対象物20を垂直に伸延する状
態に固定する。この固定は、基部40側については、固
定具43、43により強固に固定し、天井部42側につ
いては、ゴム40、40で挟持することにより、自由端
に近い状態で支持する。測定対象物20の詳細を図21
に示す。
Using the technique shown in FIG. 19, an experiment was conducted to monitor the progress of the crack 23. FIG. 20 shows a schematic configuration of the experimental apparatus. As shown in the figure, this experimental apparatus has a base 40 and a ceiling 4 supported by four columns 41, 41,.
The elongated plate-shaped measurement target 20 is fixed between the ceiling 42 and the base 40 so as to extend vertically. In this fixing, the base 40 side is firmly fixed by the fixing tools 43, 43, and the ceiling 42 side is supported in a state close to the free end by being sandwiched between the rubbers 40, 40. FIG. 21 shows details of the measurement object 20.
Shown in

【0096】同図に示すように、測定対象物20は、長
さA’がA’=550mm、幅B’がB’=45mm、
厚さC’がC’=10mmのものである。そして、その
下端から50mmの位置(Q=50mm)の一面側に、
角速度センサ32を固定し、このセンサ33から上方に
向って所定の間隔P=50mm毎に、各角速度センサ3
1、30を一直線状に取り付ける。測定対象物20の幅
B方向においては、略中央に、上記各角速度センサ3
0、31、32を取り付ける。なお、各角速度センサ
(振動ジャイロ)30、31、32の取付方向は、同図
に座標軸で示す通りである。そして、測定対象物20の
下端から75mmの位置(D’=100mm)の他面側
に、幅E’=5mm、深さF’=5mmの凹状の切欠部
23aを水平に(幅B方向に沿って)設け、ここ(即ち
角速度センサ31、32間)にクラック23が生じ易い
ようにする。なお、この測定対象物20の材質として
は、アルミニウムを用いる。
As shown in the figure, the measuring object 20 has a length A ′ of A ′ = 550 mm, a width B ′ of B ′ = 45 mm,
The thickness C 'is C' = 10 mm. Then, on one side of a position 50 mm from the lower end (Q = 50 mm),
The angular velocity sensor 32 is fixed, and each angular velocity sensor 3 is moved upward from the sensor 33 at predetermined intervals P = 50 mm.
1, 30 are mounted in a straight line. In the width B direction of the measuring object 20, each of the angular velocity sensors 3
Attach 0, 31, 32. The mounting directions of the angular velocity sensors (vibrating gyroscopes) 30, 31, and 32 are as shown by the coordinate axes in FIG. Then, a concave notch 23a having a width E ′ = 5 mm and a depth F ′ = 5 mm is horizontally (in the width B direction) provided on the other surface side at a position 75 mm (D ′ = 100 mm) from the lower end of the measurement target 20. Along with the cracks 23 (that is, between the angular velocity sensors 31 and 32). Note that aluminum is used as the material of the measurement target 20.

【0097】そして、上記のように構成された実験装置
を、加振台45の上に固定する。加振台45は、測定対
象物20の各平面が対向する方向(測定対象物20の厚
さC方向)に沿って水平に振動する。
Then, the experimental apparatus configured as described above is fixed on the vibration table 45. The vibration table 45 vibrates horizontally along the direction in which the planes of the measurement target 20 face each other (the direction of the thickness C of the measurement target 20).

【0098】上記図20の構成による実験結果を、図2
2乃至図24に示す。このうち、図22は、角速度セン
サ30、31の出力からこれら両者間における測定対象
物20の曲率1/ρA の変動の時間変化を示す図であ
る。同図に示すように、これら各角速度センサ30、3
1間にはクラック等が生じていないため、これら両者間
における曲率1/ρA の変動は一定である。
FIG. 2 shows the results of the experiment using the configuration shown in FIG.
2 to 24. Among them, FIG. 22 is a diagram showing a change over time of a change in the curvature 1 / ρ A of the measurement object 20 between the outputs of the angular velocity sensors 30 and 31 between the two. As shown in FIG.
Between 1 for cracks does not occur, the variation of the curvature 1 / [rho A between these two is constant.

【0099】これに対して、角速度センサ31、32間
については、クラック23が生じるため、これら両者間
における測定対象物20の曲率1/ρB の変動レベル
は、図23に示すように、時間の経過と共に増大する。
この曲率1/ρB の変動レベルの増大は、切欠部23a
においてクラック23が発生したこと、またはクラック
23が進展していることを表す。従って、この曲率1/
ρA の時間的変化から、クラック23の発生または進展
状況を把握できる。
On the other hand, since the cracks 23 occur between the angular velocity sensors 31 and 32, the variation level of the curvature 1 / ρ B of the measurement object 20 between the two is, as shown in FIG. Increase over time.
The increase in the fluctuation level of the curvature 1 / ρ B is caused by the notch 23a
Indicates that the crack 23 has occurred or that the crack 23 has developed. Therefore, this curvature 1 /
From the temporal change of the [rho A, you can grasp the occurrence or progress of cracks 23.

【0100】図24は、上記各角速度センサ30、31
間における曲率1/ρA を基準とする、上記各角速度セ
ンサ31、32間における曲率1/ρB の比率P(即ち
ρB/ρA )である。このように曲率比Pからも、上記
クラック23の進展状況を把握できる。これら図22乃
至図24に示す処理は、例えばコンピュータ等により実
現できる。この場合のコンピュータが、特許請求の範囲
に記載の変位導出手段に対応し、その処理過程が、特許
請求の範囲に記載の変位導出過程に対応する。
FIG. 24 shows the angular velocity sensors 30 and 31 described above.
A reference curvature 1 / [rho A between the ratio of the curvature 1 / [rho B between each of the angular velocity sensor 31 and 32 P (i.e. ρ B / ρ A). Thus, the progress of the crack 23 can be grasped also from the curvature ratio P. The processes shown in FIGS. 22 to 24 can be realized by, for example, a computer. The computer in this case corresponds to the displacement deriving means described in the claims, and the processing process corresponds to the displacement deriving process described in the claims.

【0101】なお、上記図23において、曲率1/ρB
の変動がステップ的に変化するのは、次の理由による。
即ち、今回の実験では、クラック23の進展を促進する
ために、加振台45による加振周波数fを、故意に測定
対象物20の固有振動数fPに一致させるよう、手動で
調整した。その際の調整がステップ的であったために、
上記曲率1/ρB の変動の変化もステップ的になった。
なお、測定対象物20の固有振動数fP は、図25に示
すように、クラック23の進展(時間tの経過)と共に
低下する。
In FIG. 23, the curvature 1 / ρ B
The change in the step changes stepwise for the following reason.
That is, in this experiment, in order to promote the propagation of the cracks 23, the vibration frequency f of the vibration table 45 was manually adjusted so as to intentionally match the natural frequency f P of the measurement object 20. Because the adjustment at that time was stepwise,
The change in the variation of the curvature 1 / ρ B also became stepwise.
In addition, the natural frequency f P of the measurement target 20 decreases as the crack 23 evolves (elapse of time t), as shown in FIG.

【0102】なお、本第2の実施の形態においては、各
角速度センサ30、31、32を、それぞれ上記図2の
振動ジャイロ5構成としたが、これ以外の角速度検出手
段を用いてもよい。また、各角速度センサ30、31、
32を、測定対象物20の一面側に取り付けたが、これ
らの一部を他面側に取り付けてもよい。
In the second embodiment, each of the angular velocity sensors 30, 31, and 32 has the configuration of the vibration gyro 5 shown in FIG. 2, but other angular velocity detecting means may be used. In addition, each angular velocity sensor 30, 31,
Although 32 is attached to one surface side of the measurement target 20, a part of them may be attached to the other surface side.

【0103】そして、本第2の実施の形態についても、
上述したアクティブ型防振技術への応用が可能である。
この場合、測定対象物20の曲率1/ρに基づいて、防
振制御を行う。なお、この制御も、上記第1の実施の形
態と同様、例えばスライドおもりを含む駆動装置(振動
付与手段)と、この駆動装置を制御するためのCPUや
DSP等(振動制御手段)と、により実現できる。
Then, also in the second embodiment,
Application to the above-mentioned active vibration isolation technology is possible.
In this case, anti-vibration control is performed based on the curvature 1 / ρ of the measurement object 20. As in the first embodiment, this control is also performed by a driving device (vibration applying unit) including, for example, a slide weight, and a CPU, a DSP, and the like (vibration control unit) for controlling the driving device. realizable.

【0104】[0104]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、例えば
上記クラックの発生または進展等により機械構造物に発
生するジャーク値を直接検出する所謂ジャークセンサを
実現できる。また、機械構造物が振動することによりに
機械構造物自体に生じる撓みの変動を、比較的に広範囲
にわたって検出するセンサをも実現できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a so-called jerk sensor for directly detecting a jerk value generated in a mechanical structure due to, for example, generation or propagation of the crack. Further, it is possible to realize a sensor that detects a change in the bending generated in the mechanical structure itself due to the vibration of the mechanical structure over a relatively wide range.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態の概略構成を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1における角速度検出手段の一例である振動
ジャイロスコープ単体の図で、(a)は、外観斜視図、
(b)は、平面図である。
FIG. 2 is a diagram of a vibration gyroscope alone, which is an example of an angular velocity detecting unit in FIG. 1, (a) is an external perspective view,
(B) is a plan view.

【図3】図1のセンサ単体の特性及び動作を測定する実
験構成図である。
FIG. 3 is an experimental configuration diagram for measuring characteristics and operation of a single sensor of FIG. 1;

【図4】図3による測定結果を示す図で、周波数に対す
る対加速度感度を示す特性図である。
FIG. 4 is a diagram showing measurement results according to FIG. 3, and is a characteristic diagram showing sensitivity to acceleration with respect to frequency.

【図5】図3による測定結果を示す図で、周波数に対す
る対ジャーク感度を示す特性図である。
FIG. 5 is a graph showing measurement results according to FIG. 3, and is a characteristic diagram showing jerk sensitivity with respect to frequency.

【図6】図3による実験結果を示す図で、一定の周波数
におけるジャーク入力の大きさに対するセンサ出力の大
きさの特性図である。
FIG. 6 is a graph showing experimental results according to FIG. 3, and is a characteristic diagram of a magnitude of a sensor output with respect to a magnitude of a jerk input at a constant frequency.

【図7】図1のセンサのインパルス応答特性を測定する
実構成図である。
7 is an actual configuration diagram for measuring an impulse response characteristic of the sensor of FIG.

【図8】図7による測定結果を示す図で、(a)は加速
度センサの出力特性図、(b)はジャークセンサの出力
特性図である。
8A and 8B are diagrams showing measurement results according to FIG. 7, wherein FIG. 8A is an output characteristic diagram of an acceleration sensor, and FIG. 8B is an output characteristic diagram of a jerk sensor.

【図9】図8における測定結果を周波数分析したスペク
トル図である。
9 is a spectrum diagram obtained by frequency-analyzing the measurement result in FIG.

【図10】図3による測定結果を示す図で、(a)は加
速度センサの出力動作図、(b)はジャークセンサの出
力動作図である。
10A and 10B are diagrams showing measurement results according to FIG. 3, wherein FIG. 10A is an output operation diagram of the acceleration sensor, and FIG. 10B is an output operation diagram of the jerk sensor.

【図11】図10における測定結果を周波数分析したス
ペクトル図である。
11 is a spectrum diagram obtained by frequency analysis of the measurement result in FIG.

【図12】図10とは別の条件で実験した結果を示す図
で、(a)は加速度センサの出力動作図、(b)はジャ
ークセンサの出力動作図である。
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing the results of an experiment performed under conditions different from those in FIGS. 10A and 10B. FIG. 12A is an output operation diagram of an acceleration sensor, and FIG. 12B is an output operation diagram of a jerk sensor.

【図13】図12における測定結果を周波数分析したス
ペクトル図である。
FIG. 13 is a spectrum diagram obtained by frequency analysis of the measurement result in FIG.

【図14】同第1の実施の形態における測定評価図で、
機械構造物のクラックの進展を監視する実験についての
構成図である。
FIG. 14 is a measurement evaluation diagram in the first embodiment,
It is a block diagram about the experiment which monitors the progress of the crack of a mechanical structure.

【図15】図5における測定対象物の詳細図である。FIG. 15 is a detailed view of an object to be measured in FIG. 5;

【図16】図14による実験結果を示す図で、(a)は
加速度センサの出力特性図、(b)はジャークセンサの
出力特性図である。
FIGS. 16A and 16B are diagrams showing experimental results according to FIG. 14, wherein FIG. 16A is an output characteristic diagram of an acceleration sensor, and FIG. 16B is an output characteristic diagram of a jerk sensor.

【図17】図16とは別の材質の測定対象物についての
図14による実験結果を示す図で、(a)は加速度セン
サの出力特性図、(b)はジャークセンサの出力特性図
である。
FIGS. 17A and 17B are diagrams showing experimental results of FIG. 14 with respect to a measuring object made of a material different from that of FIG. 16, wherein FIG. 17A is an output characteristic diagram of an acceleration sensor, and FIG. .

【図18】本発明の第2の実施の形態の概略構成を示す
図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a schematic configuration of a second embodiment of the present invention.

【図19】図18とは別の例を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing another example different from FIG. 18;

【図20】同第2の実施の形態における測定評価図で、
機械構造物のクラックの進展を監視する実験についての
構成図である。
FIG. 20 is a measurement evaluation diagram in the second embodiment,
It is a block diagram about the experiment which monitors the progress of the crack of a mechanical structure.

【図21】図20における測定対象物の詳細図である。21 is a detailed view of the measurement target in FIG.

【図22】図20による実験結果を示す図である。FIG. 22 is a view showing an experimental result according to FIG. 20;

【図23】図20による実験結果を示す図で、図22と
は別の対象部分についての測定結果である。
FIG. 23 is a diagram showing an experimental result according to FIG. 20, which is a measurement result of a target portion different from that of FIG. 22;

【図24】図20による実験結果を示す図で、図21と
図22との比率を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing an experimental result according to FIG. 20, and is a diagram showing a ratio between FIG. 21 and FIG. 22;

【図25】図20による実験過程において、実験装置の
調整過程を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing a process of adjusting the experimental apparatus in the experiment process shown in FIG. 20;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ジャークセンサ 2 機械構造物 3 ベース部 4 片持ち梁体 5 振動ジャイロ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Jerk sensor 2 Mechanical structure 3 Base part 4 Cantilever 5 Vibration gyroscope

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01P 9/04 G01P 9/04 G05D 19/00 G05D 19/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01P 9/04 G01P 9/04 G05D 19/00 G05D 19/00

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象となる機械構造物の表面に取り
付けられるベース部と、このベース部に固定され上記機
械構造物が所定の方向に沿って振動したときに上記ベー
ス部に固定された部分を基点として上記振動方向に沿う
方向に向って撓みを生じる撓み部分を有する変形部と、
この変形部の上記ベース部に固定された部分から上記撓
み部分を介して所定の間隔を隔てた位置に設けられ該位
置における角速度を検出する角速度検出手段と、を具備
する力学量センサ。
1. A base portion attached to a surface of a mechanical structure to be measured, and a portion fixed to the base portion and fixed to the base portion when the mechanical structure vibrates along a predetermined direction. A deformed portion having a bent portion that bends in a direction along the vibration direction with a base point as a base,
A dynamic quantity sensor provided at a position separated from the portion of the deformed portion fixed to the base portion via the bending portion at a predetermined interval, and detecting angular velocity at the position.
【請求項2】 上記変形部が、上記振動方向と交差する
方向に沿って伸延する片持ち梁体であって、この片持ち
梁体の一端側を上記ベース部に固定し、該片持ち梁体の
他端側に上記角速度検出手段を設けた請求項1に記載の
力学量センサ。
2. The cantilever body according to claim 2, wherein the deformable portion is a cantilever extending in a direction intersecting with the vibration direction, and one end of the cantilever is fixed to the base. The physical quantity sensor according to claim 1, wherein the angular velocity detecting means is provided on the other end of the body.
【請求項3】 上記振動に対して上記片持ち梁体が共振
する周波数を、上記機械構造物の実際の振動周波数より
も高く設定した請求項2に記載の力学量センサ。
3. The mechanical quantity sensor according to claim 2, wherein a frequency at which the cantilever resonates with the vibration is set higher than an actual vibration frequency of the mechanical structure.
【請求項4】 上記振動に対して上記片持ち梁体が共振
する周波数を、上記機械構造物の実際の振動周波数近傍
に設定した請求項2に記載の力学量センサ。
4. The mechanical quantity sensor according to claim 2, wherein a frequency at which the cantilever resonates with the vibration is set near an actual vibration frequency of the mechanical structure.
【請求項5】 上記角速度検出手段が、ジャイロスコー
プ手段により構成された請求項1に記載の力学量セン
サ。
5. The physical quantity sensor according to claim 1, wherein said angular velocity detecting means is constituted by gyroscope means.
【請求項6】 請求項1に記載の力学量センサと、この
力学量センサの出力を基に上記振動による上記機械構造
物自体の変位を導出する変位導出手段と、を具備する変
位測定装置。
6. A displacement measuring device comprising: the physical quantity sensor according to claim 1; and a displacement deriving unit that derives a displacement of the mechanical structure itself due to the vibration based on an output of the physical quantity sensor.
【請求項7】 測定対象となる機械構造物が所定の方向
に沿って振動したときにこの機械構造物に生じる力学量
を検出する力学量センサを該機械構造物に取り付ける取
付過程と、上記力学量センサの出力を基に上記機械構造
物自体の変位を導出する変位導出過程と、を具備する変
位測定方法において、上記力学量センサとして請求項1
に記載の力学量センサを用いた変位測定方法。
7. A mounting process for attaching a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity generated in a mechanical structure when the mechanical structure to be measured vibrates along a predetermined direction to the mechanical structure; A displacement deriving step of deriving a displacement of the mechanical structure itself based on an output of the quantity sensor, wherein the mechanical quantity sensor is used as the mechanical quantity sensor.
A displacement measuring method using the physical quantity sensor according to 1.
【請求項8】 請求項1に記載の力学量センサと、振動
制御信号に従って上記機械構造物に上記所定の方向に沿
う振動を与える振動付与手段と、上記力学量センサの出
力に基づいて上記機械構造物自体の振動を抑制する状態
に上記振動制御信号を生成して上記振動付与手段に供給
する振動制御手段と、を具備する防振装置。
8. A mechanical quantity sensor according to claim 1, vibration applying means for applying a vibration along said predetermined direction to said mechanical structure according to a vibration control signal, and said machine based on an output of said physical quantity sensor. A vibration control unit that generates the vibration control signal in a state where the vibration of the structure itself is suppressed and supplies the vibration control signal to the vibration applying unit.
【請求項9】 測定対象となる機械構造物が所定の方向
に沿って振動したときにこの機械構造物に生じる力学量
を検出する力学量センサを該機械構造物に取り付ける取
付過程と、上記力学量センサの出力に基づいて上記機械
構造物に上記所定の方向に沿う振動を与えることにより
上記機械構造物自体の振動を抑制するのに必要な振動条
件を導出する条件導出過程と、この条件導出過程におい
て導出して得た振動条件に従って上記機械構造物に振動
を与える振動付与過程と、を具備する防振方法におい
て、上記力学量センサとして請求項1に記載の力学量セ
ンサを用いた防振方法。
9. A mounting process for attaching a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity generated in a mechanical structure when the mechanical structure to be measured vibrates along a predetermined direction to the mechanical structure; A condition deriving process for deriving a vibration condition necessary for suppressing the vibration of the mechanical structure itself by giving a vibration along the predetermined direction to the mechanical structure based on the output of the quantity sensor; And applying a vibration to the mechanical structure in accordance with the vibration conditions derived and obtained in the process. 3. A vibration control method comprising: using the physical quantity sensor according to claim 1 as the physical quantity sensor. Method.
【請求項10】 測定対象となる機械構造物が振動して
該機械構造物に撓みが生じたときに、該機械構造物の所
定の面に沿う表面上の複数箇所であって上記所定の面に
沿う方向においてそれぞれ互いに所定の間隔を隔てた複
数箇所における上記所定の面に対する撓み角を検出する
角度検出手段と、この角度検出手段によって検出して得
た上記各箇所における各撓み角のうち任意の2つ箇所の
撓み角の相対差を求めて、その相対差から上記任意の2
箇所間における上記機械構造物の撓み量を導出する撓み
量導出手段と、を具備する力学量センサ。
10. When the mechanical structure to be measured vibrates to cause the mechanical structure to bend, the predetermined surface is provided at a plurality of positions on the surface along the predetermined surface of the mechanical structure. Angle detecting means for detecting bending angles with respect to the predetermined surface at a plurality of locations which are spaced apart from each other by a predetermined distance in a direction along the direction, and any of the bending angles at the respective locations obtained by the angle detecting means. The relative difference between the deflection angles at the two positions of
A bending amount deriving unit that derives a bending amount of the mechanical structure between portions.
【請求項11】 上記各箇所が、3以上であって、概略
直線状に位置する請求項10に記載の力学量センサ。
11. The physical quantity sensor according to claim 10, wherein each of the locations is three or more and is located substantially in a straight line.
【請求項12】 上記角度検出手段が、上記各個所に配
置された複数の角速度検出手段である請求項10に記載
の力学量センサ。
12. The physical quantity sensor according to claim 10, wherein said angle detecting means is a plurality of angular velocity detecting means arranged at each of said locations.
【請求項13】 上記角速度検出手段が、ジャイロスコ
ープ手段により構成された請求項12に記載の力学量振
動センサ。
13. The physical quantity vibration sensor according to claim 12, wherein said angular velocity detecting means is constituted by gyroscope means.
【請求項14】 請求項10に記載の力学量センサと、
上記機械構造物が正常なときの上記振動に対する上記力
学量センサの出力が予め記憶されている記憶手段と、こ
の記憶手段に記憶されている記憶内容と上記力学量セン
サの出力とを比較して上記振動による上記機械構造物自
体の変位を導出する変位導出手段と、を具備する変位測
定装置。
14. The physical quantity sensor according to claim 10,
The storage means in which the output of the physical quantity sensor for the vibration when the mechanical structure is normal is stored in advance, and the storage content stored in the storage means is compared with the output of the physical quantity sensor. And a displacement deriving means for deriving a displacement of the mechanical structure itself due to the vibration.
【請求項15】 請求項11に記載の力学量センサと、
この力学量センサの出力のうちそれぞれ上記箇所の組み
合わせが異なる2以上の上記2箇所間における各撓み量
を比較して上記振動による上記機械構造物自体の変位を
導出する変位導出手段と、を具備する変位測定装置。
15. The physical quantity sensor according to claim 11,
A displacement deriving means for deriving a displacement of the mechanical structure itself due to the vibration by comparing the amount of deflection between two or more of the two locations where the combination of the locations is different among outputs of the dynamic quantity sensor. Measuring device.
【請求項16】 測定対象となる機械構造物が振動した
ときにこの機械構造物に生じる力学量を検出する力学量
センサを該機械構造物に取り付ける取付過程と、上記機
械構造物が正常なときの上記振動に対する上記力学量セ
ンサの出力を予め記憶する記憶過程と、この記憶過程に
おいて記憶した内容と上記力学量センサの出力とを比較
して上記振動による上記機械構造物自体の変位を導出す
る変位導出過程と、を具備する変位測定方法において、
上記力学量センサとして請求項10に記載の力学量セン
サを用いた変位測定方法。
16. A mounting process for mounting a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity generated in a mechanical structure when the mechanical structure to be measured vibrates, when the mechanical structure is normal. Storing the output of the mechanical quantity sensor with respect to the vibration in advance, and comparing the contents stored in the storing step with the output of the mechanical quantity sensor to derive the displacement of the mechanical structure itself due to the vibration. And a displacement deriving process, comprising:
A displacement measuring method using the physical quantity sensor according to claim 10 as the physical quantity sensor.
【請求項17】 測定対象となる機械構造物が振動した
ときにこの機械構造物上のそれぞれ異なる複数の部分に
それぞれ生じる力学量を検出する力学量センサを該機械
構造物に取り付ける取付過程と、上記機械構造物上の上
記各部分に係る上記力学量センサの各出力を互いに比較
して上記振動による上記機械構造物自体の変位を導出す
る変位導出過程と、を具備する変位測定方法において、
上記力学量センサとして請求項11に記載の力学量セン
サを用いた変位測定方法。
17. A mounting process for attaching a mechanical quantity sensor, which detects a mechanical quantity generated in each of a plurality of different portions on the mechanical structure when the mechanical structure to be measured vibrates, to the mechanical structure; A displacement deriving step of comparing each output of the physical quantity sensor relating to each part on the mechanical structure with each other to derive a displacement of the mechanical structure itself due to the vibration, and
A displacement measuring method using the physical quantity sensor according to claim 11 as the physical quantity sensor.
【請求項18】 請求項10に記載の力学量センサと、
振動制御信号に従って上記機械構造物に振動を与える振
動付与手段と、上記力学量センサの出力に基づいて上記
機械構造物自体の撓みを抑制する状態に上記振動制御信
号を生成して上記振動付与手段に供給する振動制御手段
と、を具備する防振装置。
18. The physical quantity sensor according to claim 10,
Vibration applying means for applying vibration to the mechanical structure according to a vibration control signal; and the vibration applying means for generating the vibration control signal in a state in which bending of the mechanical structure itself is suppressed based on an output of the physical quantity sensor. And a vibration control means for supplying the vibration control device to the vehicle.
【請求項19】 測定対象となる機械構造物が振動した
ときにこの機械構造物に生じる力学量を検出する力学量
センサを該機械構造物に取り付ける取付過程と、上記力
学量センサの出力に基づいて上記機械構造物に振動を与
えることにより上記機械構造物自体の撓みを抑制するの
に必要な振動条件を導出する条件導出過程と、この条件
導出過程において導出して得た振動条件に従って上記機
械構造物に振動を与える振動付与過程と、を具備する防
振方法において、上記力学量センサとして請求項10に
記載の力学量センサを用いた防振方法。
19. A mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity generated in a mechanical structure to be measured when the mechanical structure to be measured vibrates is attached to the mechanical structure, based on an output of the mechanical quantity sensor. A condition deriving process for deriving a vibration condition necessary for suppressing the deflection of the mechanical structure itself by applying vibration to the mechanical structure, and the machine according to the vibration condition derived and derived in the condition deriving process. 11. A vibration damping method comprising: a vibration imparting step of giving a vibration to a structure, wherein the physical quantity sensor according to claim 10 is used as the physical quantity sensor.
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