JP2001336910A - 無線式ひずみセンサ - Google Patents
無線式ひずみセンサInfo
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- JP2001336910A JP2001336910A JP2000161141A JP2000161141A JP2001336910A JP 2001336910 A JP2001336910 A JP 2001336910A JP 2000161141 A JP2000161141 A JP 2000161141A JP 2000161141 A JP2000161141 A JP 2000161141A JP 2001336910 A JP2001336910 A JP 2001336910A
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- strain sensor
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可動試供体への適用が容易、且つ、大きいひ
ずみまで検出することのできる無線式ひずみセンサを提
供する。 【解決手段】 非導電性のシート１の面上に導電性材料
で形成した閉曲線７を固定し、伸縮ひずみを測定する試
供体６の表面に前記シート１を貼り付け、試供体６の伸
縮ひずみに応じて前記閉曲線７で囲まれた領域の面積が
変化するようにした。
ずみまで検出することのできる無線式ひずみセンサを提
供する。 【解決手段】 非導電性のシート１の面上に導電性材料
で形成した閉曲線７を固定し、伸縮ひずみを測定する試
供体６の表面に前記シート１を貼り付け、試供体６の伸
縮ひずみに応じて前記閉曲線７で囲まれた領域の面積が
変化するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体の表面に貼り
付けて、その物体の伸縮ひずみを検出するひずみセンサ
に係り、特に、可動試供体への適用が容易、且つ、大き
いひずみまで検出することのできる無線式ひずみセンサ
に関するものである。
付けて、その物体の伸縮ひずみを検出するひずみセンサ
に係り、特に、可動試供体への適用が容易、且つ、大き
いひずみまで検出することのできる無線式ひずみセンサ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、以下に示すひずみセンサ
が知られている。
が知られている。
【０００３】図３に示されるように、従来のひずみセン
サは、薄い非導電性シート１の上に屈曲させた抵抗線ま
たはフォトエッチング加工した抵抗箔（以下、抵抗線及
び抵抗箔を抵抗線２と総称する）を形成し、この抵抗線
２に引き出し線３を付けたものである（４はその接続
部）。このひずみセンサを測定対象物（以下、試供体と
いう）の表面に専用接着剤で接着して使用する。このひ
ずみセンサは、一般的には、ひずみゲージと呼ばれてい
る。
サは、薄い非導電性シート１の上に屈曲させた抵抗線ま
たはフォトエッチング加工した抵抗箔（以下、抵抗線及
び抵抗箔を抵抗線２と総称する）を形成し、この抵抗線
２に引き出し線３を付けたものである（４はその接続
部）。このひずみセンサを測定対象物（以下、試供体と
いう）の表面に専用接着剤で接着して使用する。このひ
ずみセンサは、一般的には、ひずみゲージと呼ばれてい
る。
【０００４】試供体にひずみが発生すると、ひずみゲー
ジのベース（非導電性シート１のこと）を経由して抵抗
線２にひずみが伝わる。抵抗線２のひずみに対応して発
生した抵抗変化と、試供体のひずみとの関係は、次式の
ようになる。
ジのベース（非導電性シート１のこと）を経由して抵抗
線２にひずみが伝わる。抵抗線２のひずみに対応して発
生した抵抗変化と、試供体のひずみとの関係は、次式の
ようになる。
【０００５】ε＝ΔＬ／Ｌ＝（ΔＲ／Ｒ）Ｋ ここで、ε；求める試供体のひずみ Ｌ；ひずみゲージの初めの長さ ΔＬ；ひずみを受けたときのひずみゲージの長さ変化量 Ｒ；ゲージ抵抗 ΔＲ；ひずみを受けたときの抵抗変化量 Ｋ；ゲージ率 ひずみゲージの抵抗変化は微小な値なので、引き出し線
３をひずみ測定器（図示せず）に接続してホイートスト
ンブリッジ回路を構成し、電圧に変換する。この電圧変
化から換算することにより試供体のひずみを測定する。
３をひずみ測定器（図示せず）に接続してホイートスト
ンブリッジ回路を構成し、電圧に変換する。この電圧変
化から換算することにより試供体のひずみを測定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のひずみ
センサ（ひずみゲージ）には次のような問題がある。
センサ（ひずみゲージ）には次のような問題がある。
【０００７】（１）ひずみセンサは試供体に接着して使
用する。一方、引き出し線３は地上に設置されたひずみ
測定器に接続する。ストロークの大きな可動体や回転体
（以下、可動試供体と総称する）にひずみセンサを接着
して使用すると、可動試供体の運動により、ひずみセン
サや引き出し線３に悪影響がでる。このように従来のひ
ずみセンサは、可動試供体には適用することができな
い。
用する。一方、引き出し線３は地上に設置されたひずみ
測定器に接続する。ストロークの大きな可動体や回転体
（以下、可動試供体と総称する）にひずみセンサを接着
して使用すると、可動試供体の運動により、ひずみセン
サや引き出し線３に悪影響がでる。このように従来のひ
ずみセンサは、可動試供体には適用することができな
い。
【０００８】（２）大きなひずみがかかると抵抗線２が
断線（伸び切れ）してしまうため、抵抗線２に損傷が及
ばない程度の小さなひずみの測定には適用できても、抵
抗線２が耐えられないような大きなひずみの測定には適
用することができない。
断線（伸び切れ）してしまうため、抵抗線２に損傷が及
ばない程度の小さなひずみの測定には適用できても、抵
抗線２が耐えられないような大きなひずみの測定には適
用することができない。
【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、可動試供体への適用が容易、且つ、大きいひずみま
で検出することのできる無線式ひずみセンサを提供する
ことにある。
し、可動試供体への適用が容易、且つ、大きいひずみま
で検出することのできる無線式ひずみセンサを提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、非導電性のシートの面上に導電性材料で形
成した閉曲線を固定し、伸縮ひずみを測定する試供体の
表面に前記シートを貼り付け、試供体の伸縮ひずみに応
じて前記閉曲線で囲まれた領域の面積が変化するように
したものである。
に本発明は、非導電性のシートの面上に導電性材料で形
成した閉曲線を固定し、伸縮ひずみを測定する試供体の
表面に前記シートを貼り付け、試供体の伸縮ひずみに応
じて前記閉曲線で囲まれた領域の面積が変化するように
したものである。
【００１１】前記導電性材料で形成した閉曲線を前記シ
ートに接着して前記シートと一体化してもよい。
ートに接着して前記シートと一体化してもよい。
【００１２】前記閉曲線を部分的に蛇行させてもよい。
【００１３】前記導電性材料が金属線材であってもよ
い。
い。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００１５】図１に示されるように、本発明に係る無線
式ひずみセンサ（以下、単にひずみセンサという）５
は、非導電性のシート１の面上に、導電性材料で形成し
た閉曲線７を固定したものである。このシート状のひず
みセンサ５を試供体の表面に直接貼り付ける。試供体の
伸縮ひずみに応じてシート１が伸縮すると、閉曲線７で
囲まれた領域の面積が変化し、閉曲線７の電気的な共振
周波数が変化するので、その共振周波数から試供体の伸
縮ひずみを測定することができる。
式ひずみセンサ（以下、単にひずみセンサという）５
は、非導電性のシート１の面上に、導電性材料で形成し
た閉曲線７を固定したものである。このシート状のひず
みセンサ５を試供体の表面に直接貼り付ける。試供体の
伸縮ひずみに応じてシート１が伸縮すると、閉曲線７で
囲まれた領域の面積が変化し、閉曲線７の電気的な共振
周波数が変化するので、その共振周波数から試供体の伸
縮ひずみを測定することができる。
【００１６】シート１の材料には、導電性材料で形成し
た閉曲線７との電気的絶縁を図るために非導電性の材質
であって、しかも、加熱により導電性材料と接着しやす
い材質のもの、例えば、ＰＶＣが用いられている。
た閉曲線７との電気的絶縁を図るために非導電性の材質
であって、しかも、加熱により導電性材料と接着しやす
い材質のもの、例えば、ＰＶＣが用いられている。
【００１７】導電性材料で形成した閉曲線７の形状は、
全体的には外に向かって凸な形状であるが、部分的には
同一平面内で蛇行した形状である。図１に示したひずみ
センサでは、閉曲線７の形状は、全体的には円とし、部
分的には直線を交互に等間隔で折り返した折れ線として
ある。この閉曲線７は、電気的には閉ループアンテナコ
イルとなるものである。よって、導電性材料には導電率
の高い材質のものが使用されている。かつ、この閉曲線
７は、シート１の伸縮に随伴して拡縮するものであるた
め、導電性材料には、耐屈曲性に優れた材質のものが使
用されている。導電性材料として、例えば、銅線や金線
などの金属線材を用いるとよい。この金属線材からなる
閉曲線（以下、アンテナコイルという）７が１枚のシー
ト１上に配置され、さらにそのアンテナコイルの上に別
の１枚の非導電性のシート（図示せず）が被せてある。
全体的には外に向かって凸な形状であるが、部分的には
同一平面内で蛇行した形状である。図１に示したひずみ
センサでは、閉曲線７の形状は、全体的には円とし、部
分的には直線を交互に等間隔で折り返した折れ線として
ある。この閉曲線７は、電気的には閉ループアンテナコ
イルとなるものである。よって、導電性材料には導電率
の高い材質のものが使用されている。かつ、この閉曲線
７は、シート１の伸縮に随伴して拡縮するものであるた
め、導電性材料には、耐屈曲性に優れた材質のものが使
用されている。導電性材料として、例えば、銅線や金線
などの金属線材を用いるとよい。この金属線材からなる
閉曲線（以下、アンテナコイルという）７が１枚のシー
ト１上に配置され、さらにそのアンテナコイルの上に別
の１枚の非導電性のシート（図示せず）が被せてある。
【００１８】図１のひずみセンサの製造手順は、まず、
１枚のシート１の表面に、描画装置等を用いて金属極細
線を蛇行したループ状に配置し、その金属極細線の端末
同士を接続してアンテナコイル７を形成する。金属極細
線の端末接続の方法は、加熱融着、圧接などの公知の金
属線接続方法でよい。次に、アンテナコイル７の上にも
う１枚のシートを被せ、熱融着等の方法によりラミネー
トする。このとき、シート１とアンテナコイル７とを完
全に接着一体化し、伸縮の際にシート１とアンテナコイ
ル７との間の相対的な滑りが起きないようにする。
１枚のシート１の表面に、描画装置等を用いて金属極細
線を蛇行したループ状に配置し、その金属極細線の端末
同士を接続してアンテナコイル７を形成する。金属極細
線の端末接続の方法は、加熱融着、圧接などの公知の金
属線接続方法でよい。次に、アンテナコイル７の上にも
う１枚のシートを被せ、熱融着等の方法によりラミネー
トする。このとき、シート１とアンテナコイル７とを完
全に接着一体化し、伸縮の際にシート１とアンテナコイ
ル７との間の相対的な滑りが起きないようにする。
【００１９】次に、図１のひずみセンサ５の使用方法を
図２により説明する。
図２により説明する。
【００２０】図２に示されるように、ひずみセンサ５を
試供体６の表面に従来同様の専用接着剤で接着する。こ
れにより、試供体６が伸縮ひずみを受けると、それに追
従してひずみセンサ５のシート１も同じ量の伸縮ひずみ
を受ける。シート１の伸縮ひずみに随伴してアンテナコ
イル７も拡大・縮小する。このときアンテナコイル７の
蛇行ピッチが変化する。従って、アンテナ線である金属
極細線自体には大きな歪みが加わることなく（よって、
断線することもなく）、アンテナコイル７が拡大・縮小
する。その結果として、アンテナコイル７で囲まれた領
域の面積が変化する。アンテナコイル７で囲まれた領域
の面積が変化すると、その領域を通過できる磁束の数が
変化するので、アンテナコイル７の共振周波数が変化す
る。
試供体６の表面に従来同様の専用接着剤で接着する。こ
れにより、試供体６が伸縮ひずみを受けると、それに追
従してひずみセンサ５のシート１も同じ量の伸縮ひずみ
を受ける。シート１の伸縮ひずみに随伴してアンテナコ
イル７も拡大・縮小する。このときアンテナコイル７の
蛇行ピッチが変化する。従って、アンテナ線である金属
極細線自体には大きな歪みが加わることなく（よって、
断線することもなく）、アンテナコイル７が拡大・縮小
する。その結果として、アンテナコイル７で囲まれた領
域の面積が変化する。アンテナコイル７で囲まれた領域
の面積が変化すると、その領域を通過できる磁束の数が
変化するので、アンテナコイル７の共振周波数が変化す
る。
【００２１】一方、ひずみセンサ５に対して電磁波を放
射する共振周波数測定器８を適宜な位置に設置してお
く。アンテナコイル７の共振周波数は、共振周波数測定
器８により非接触で測定することができる。そこで、こ
の共振周波数とひずみとの関係を予め求めておけば、測
定した共振周波数をひずみセンサ５が置かれている地点
のひずみに換算することができる。
射する共振周波数測定器８を適宜な位置に設置してお
く。アンテナコイル７の共振周波数は、共振周波数測定
器８により非接触で測定することができる。そこで、こ
の共振周波数とひずみとの関係を予め求めておけば、測
定した共振周波数をひずみセンサ５が置かれている地点
のひずみに換算することができる。
【００２２】以上、説明したように、図１のひずみセン
サ５は、シート１面上に閉曲線を固定し、そのシート１
を試供体の表面に貼り付けるようにしたので、試供体の
伸縮ひずみに応じて閉曲線７で囲まれた領域の面積が変
化してその閉曲線７の電気的な共振周波数が変化するの
で、無線により共振周波数を測定してひずみを求めるこ
とができる。そして、好適には、閉曲線７をシート１と
完全に一体化したので、シート１の伸縮に忠実に随伴し
て閉曲線７が拡縮することができる。また、閉曲線７を
部分的に蛇行させると共に、その閉曲線７の導電性材料
に耐屈曲性に優れた金属極細線を使用したので、閉曲線
７が拡大・縮小しても金属極細線自体には損傷がない。
サ５は、シート１面上に閉曲線を固定し、そのシート１
を試供体の表面に貼り付けるようにしたので、試供体の
伸縮ひずみに応じて閉曲線７で囲まれた領域の面積が変
化してその閉曲線７の電気的な共振周波数が変化するの
で、無線により共振周波数を測定してひずみを求めるこ
とができる。そして、好適には、閉曲線７をシート１と
完全に一体化したので、シート１の伸縮に忠実に随伴し
て閉曲線７が拡縮することができる。また、閉曲線７を
部分的に蛇行させると共に、その閉曲線７の導電性材料
に耐屈曲性に優れた金属極細線を使用したので、閉曲線
７が拡大・縮小しても金属極細線自体には損傷がない。
【００２３】なお、図１の実施形態では、閉曲線７を１
つだけ設けて１ターンのアンテナコイルを形成したが、
複数の閉曲線７により複数ターンのアンテナコイルを形
成してもよい。複数ターンのアンテナコイルをひずみセ
ンサ５に備えることにより、共振周波数の測定が容易に
なる。
つだけ設けて１ターンのアンテナコイルを形成したが、
複数の閉曲線７により複数ターンのアンテナコイルを形
成してもよい。複数ターンのアンテナコイルをひずみセ
ンサ５に備えることにより、共振周波数の測定が容易に
なる。
【００２４】また、閉曲線７の全体的形状は円とした
が、多角形などの任意形状とすることができる。
が、多角形などの任意形状とすることができる。
【００２５】また、閉曲線７を同一平面内で蛇行させた
が、金属線からなるスパイラル材で閉曲線を形成しても
よい。スパイラル材は、金属線を弦巻バネのような螺旋
形状に巻いたものであり、閉曲線７が拡縮しても金属線
に及ぶ歪みは小さい。
が、金属線からなるスパイラル材で閉曲線を形成しても
よい。スパイラル材は、金属線を弦巻バネのような螺旋
形状に巻いたものであり、閉曲線７が拡縮しても金属線
に及ぶ歪みは小さい。
【００２６】また、図２の使用形態では、蛇行部分を閉
曲線７の全周にわたって設けたが、一軸方向のひずみ測
定に用いるひずみセンサであれば、その測定方向に平行
な辺（平行に近い円弧）にのみ蛇行部分を配置し、他の
辺（円弧）は蛇行させなくともよい。
曲線７の全周にわたって設けたが、一軸方向のひずみ測
定に用いるひずみセンサであれば、その測定方向に平行
な辺（平行に近い円弧）にのみ蛇行部分を配置し、他の
辺（円弧）は蛇行させなくともよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
る。
【００２８】（１）無線式であり、配線を必要としない
ので、ストローク運動や回転運動を行う可動試供体にも
適用することができる。
ので、ストローク運動や回転運動を行う可動試供体にも
適用することができる。
【００２９】（２）シートのラミネート等によりアンテ
ナコイルを密閉した完全な密閉構造とすることができる
ため、耐候性に優れる。よって、風雨に曝される場所な
ど、従来技術では測定できなかった場所でひずみを測定
することができる。
ナコイルを密閉した完全な密閉構造とすることができる
ため、耐候性に優れる。よって、風雨に曝される場所な
ど、従来技術では測定できなかった場所でひずみを測定
することができる。
【００３０】（３）アンテナコイルが部分的に蛇行して
いるため、シートの伸縮に際して蛇行ピッチが変化する
だけで、導電性材料自体には大きなひずみがかからな
い。従って、従来技術で測定できた程度の小さいひずみ
の測定はもとより、従来よりも大きいひずみの測定にも
適用できる。
いるため、シートの伸縮に際して蛇行ピッチが変化する
だけで、導電性材料自体には大きなひずみがかからな
い。従って、従来技術で測定できた程度の小さいひずみ
の測定はもとより、従来よりも大きいひずみの測定にも
適用できる。
【図１】本発明の一実施形態を示す無線式ひずみセンサ
の斜視図である。
の斜視図である。
【図２】図１のひずみセンサの使用方法を示す概念図で
ある。
ある。
【図３】従来のひずみセンサの平面図である。
１ シート ５ ひずみセンサ ６ 試供体 ７ 閉曲線（アンテナコイル） ８ 共振周波数測定器
Claims (4)
- 【請求項１】 非導電性のシートの面上に導電性材料で
形成した閉曲線を固定し、伸縮ひずみを測定する試供体
の表面に前記シートを貼り付け、試供体の伸縮ひずみに
応じて前記閉曲線で囲まれた領域の面積が変化するよう
にしたことを特徴とする無線式ひずみセンサ。 - 【請求項２】 前記導電性材料で形成した閉曲線を前記
シートに接着して前記シートと一体化したことを特徴と
する請求項１記載の無線式ひずみセンサ。 - 【請求項３】 前記閉曲線を部分的に蛇行させたことを
特徴とする請求項１又は２記載の無線式ひずみセンサ。 - 【請求項４】 前記導電性材料が金属線材であることを
特徴とする請求項１〜３いずれか記載の無線式ひずみセ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000161141A JP2001336910A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 無線式ひずみセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000161141A JP2001336910A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 無線式ひずみセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001336910A true JP2001336910A (ja) | 2001-12-07 |
Family
ID=18665214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000161141A Pending JP2001336910A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 無線式ひずみセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001336910A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004506888A (ja) * | 2000-08-11 | 2004-03-04 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 回転角またはねじれを無接触で捕捉する方法および装置 |
| JP2011516888A (ja) * | 2008-04-11 | 2011-05-26 | ラムバス・インコーポレーテッド | 可撓性基板を使用する変位感知 |
| JP2018009979A (ja) * | 2016-07-12 | 2018-01-18 | パロ・アルト・リサーチ・センター・インコーポレーテッドＰａｌｏ Ａｌｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | パッシブセンサタグシステム |
| JP2018025395A (ja) * | 2016-08-08 | 2018-02-15 | 日本電信電話株式会社 | ウェアラブルセンサおよびセンサシステム |
| JP2019148599A (ja) * | 2019-05-09 | 2019-09-05 | 日本電信電話株式会社 | ウェアラブルセンサおよびセンサシステム |
| WO2019181062A1 (ja) * | 2018-03-22 | 2019-09-26 | 三菱鉛筆株式会社 | 荷重センサ、荷重検出システム及び荷重検出処理装置 |
-
2000
- 2000-05-26 JP JP2000161141A patent/JP2001336910A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004506888A (ja) * | 2000-08-11 | 2004-03-04 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 回転角またはねじれを無接触で捕捉する方法および装置 |
| JP2011516888A (ja) * | 2008-04-11 | 2011-05-26 | ラムバス・インコーポレーテッド | 可撓性基板を使用する変位感知 |
| JP2018009979A (ja) * | 2016-07-12 | 2018-01-18 | パロ・アルト・リサーチ・センター・インコーポレーテッドＰａｌｏ Ａｌｔｏ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | パッシブセンサタグシステム |
| JP7019930B2 (ja) | 2016-07-12 | 2022-02-16 | パロ・アルト・リサーチ・センター・インコーポレーテッド | パッシブセンサタグシステム |
| JP2018025395A (ja) * | 2016-08-08 | 2018-02-15 | 日本電信電話株式会社 | ウェアラブルセンサおよびセンサシステム |
| WO2019181062A1 (ja) * | 2018-03-22 | 2019-09-26 | 三菱鉛筆株式会社 | 荷重センサ、荷重検出システム及び荷重検出処理装置 |
| JP2019148599A (ja) * | 2019-05-09 | 2019-09-05 | 日本電信電話株式会社 | ウェアラブルセンサおよびセンサシステム |
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