JP2002357487A - 応力測定装置および応力情報の受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電材料を構造物のひずみ検出に用いた応力
測定装置において、応力測定装置の設置や測定作業が容
易で、しかも構造物に接近することなく測定することが
でき、さらに構造物に作用する変動応力履歴を少なくと
も数日間にわたり測定することができる自己完結型の応
力測定装置を提供する。 【解決手段】 構造物１０の応力測定装置において、構
造物のひずみ検出に圧電材料を使用したひずみ検出器２
と、ひずみ検出器２の出力信号から構造部材に作用する
変動応力履歴を演算する演算処理装置１２と、演算処理
装置１２の演算処理結果を光信号として外部に送信する
光信号送信器４と、ひずみ検出器２、演算処理装置１２
および光信号送信器４に電力を供給する独立電源１７と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電材料を用い
て、構造物の複数の部位に作用する応力を少なくとも数
日間にわたって測定、記録、送信する技術、および測定
した応力情報を遠距離において受信する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属、コンクリートあるいは複合材料か
らなる橋梁、建築構造物、船舶、航空機、鉄塔、クレー
ン、プラント設備、建設機械、構造壁面などでは、使用
期間中に種々の応力が生じる。この応力を測定して把握
することは、構造物の安全管理上きわめて重要である。
従来、構造物の応力測定にはひずみゲージ法が一般的に
使用されているが、ひずみゲージ、ブリッジボックス、
増幅器、記録計、電源等の装置が必要となる上に、ひず
みゲージの設置配線作業、装置の設置作業、測定作業、
測定結果の処理作業が必要となり測定費用がかさむとい
う問題がある。

【０００３】また、構造物から離れた場所で測定結果を
処理する場合には、無線通信により測定結果を伝送する
テレメータが使用されているが、通常の測定装置に加え
て伝送装置のための費用が余分にかかる。このため、応
力測定は一部の限られた構造部位に対して限定された期
間しか実施できないのが現状である。ひずみゲージの他
に光ファイバーを使用した応力測定方法があるが同様の
問題がある。

【０００４】そこで、先行技術１（新宅英司、藤本由紀
夫、濱田邦裕外、「圧電素子による簡易応力履歴計測に
関する研究」、日本造船学会論文集、第１８４号、第１
８６号）では、構造物の応力を収集する方法として、圧
電材料を使用した簡素化された応力測定方法、および装
置が開発されている。前記先行技術１においては、応力
測定装置の部品を１つのケースの中に納めて一体化、小
型化し、測定の際は装置を構造物に接着するだけで作業
が完了し、測定で必要な費用も従来と比較して少なくて
済む。また、決められたレベル以上の応力レベルが発生
した回数を計数するという簡素化された応力測定法であ
るので、測定後の処理が簡単になり、ひずみゲージによ
る測定方法における設置の問題と測定後の処理の問題は
解決している。

【０００５】しかし、測定結果を得るためには、作業員
が装置の設置場所に行って結果を記録する必要があるた
め、作業員が接近困難な高所や危険個所での測定は容易
でないという問題があった。また、測定装置は装置内部
に必要な回路、部品を全て収納し、構造物に強く接着さ
れるため、測定結果を回収するために測定装置を取り外
す場合に、装置を破壊する恐れがあった。さらに、測定
結果の処理に、応力頻度カウント回路、応力レベルメー
タ回路といった専用回路を使用しているため、応力測定
結果処理の詳細化のための応力レベルの多段階化、回路
の簡素化が困難という問題もあった。

【０００６】そこで、先行技術２（特願２０００−０８
６７４１号、「応力履歴計測方法および装置」）におい
ては、測定結果の伝送する問題を解決するため、無線に
よるデータ転送装置を付加しているが、装置の複雑化、
装置の製作費用の問題は依然として残されている。ま
た、先行技術１と同様に専用回路を使用することによる
装置の複雑化の問題も残されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術における課題を解決するためになされたもので、圧電
材料を構造物のひずみ検出に用いた応力測定装置におい
て、応力測定装置の設置や測定作業が容易で、しかも、
構造物に接近することなく測定することができ、さら
に、構造物に作用する変動応力履歴を少なくとも数日間
にわたり測定することができる自己完結型の応力測定装
置を提供することを目的としている。また、本発明は、
簡便かつ安価に応力測定結果を遠隔地にて入手できる応
力情報の受信装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の自己完結型の応力測定装置は、 ［１］構造物の応力測定装置において、構造物のひずみ
検出に圧電材料を使用したひずみ検出器と、前記ひずみ
検出器の出力信号から構造部材に作用する変動応力履歴
を演算する演算処理装置と、前記演算処理装置の演算処
理結果を光信号として外部に送信する光信号送信器と、
前記ひずみ検出器、演算処理装置および光信号送信器に
電力を供給する独立電源とを備えたことを特徴とする。

【０００９】［２］前記［１］記載の応力測定装置にお
いて、前記演算処理装置のＣＰＵが、応力信号の演算処
理機能として、測定範囲を複数に分割して設定した応力
レベルの発生回数を計数するレベルクロスカウント処理
機能、あるいは、応力振幅とその応力振幅の平均値の発
生頻度分布を計数する２次元レインフロー処理機能を備
えたことを特徴とする。

【００１０】［３］前記［１］または［２］記載の応力
測定装置において、前記演算処理装置のＣＰＵが、演算
処理結果を情報端末機器に送信する機能、および、前記
演算処理結果を２進数のデジタル信号に変換し、前記デ
ジタル信号を複数の発光素子を用いて光の点滅信号とし
て外部に送信する機能を備えたことを特徴とする。

【００１１】［４］前記［１］または［３］記載の応力
測定装置において、前記光信号送信器が、複数の発光素
子を円形状あるいは直線状に配置してなり、その発光素
子の点滅する配置の組み合わせで送信することを特徴と
する。

【００１２】また、本発明の応力情報の受信装置は、 ［５］前記［１］〜［４］のいずれかに記載の応力測定
装置において、前記光信号送信器から送信される光点滅
信号を構造物から離れた場所で撮像する撮像装置と、前
記撮像装置で撮像した光点滅信号を数値に復元する信号
復元装置とを備えたことを特徴とする。

【００１３】［６］前記［５］記載の応力情報の受信装
置において、前記信号復元装置が、複数の受光素子を、
前記光信号送信器の発光素子と同様の配列で配置した受
光プローブを有することを特徴とする。

【００１４】本発明の応力測定装置は、圧電材料からな
るひずみ検出器、ひずみ検出器の出力信号から構造物の
変動応力履歴情報を求める演算処理装置、演算処理結果
を外部に送信する光信号送信器、および、これらの機器
に電力を供給する独立電源を備えたものであるので、測
定装置の設置や測定作業が容易になる。また、測定結果
を得るために装置設置箇所に接近する必要もない。構造
物から離れた場所で、光信号送信器から送信される光信
号を受信することにより、測定結果を入手できる。さら
に、独立電源を備えているので、ある程度長期間、少な
くとも数日間にわたって、測定を行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態に係る圧
電材料を使用した自己完結型の応力測定装置の一例を示
す構成図で、図１（ａ）は応力測定装置の正面図、図１
（ｂ）はその側面図である。ひずみ検出器２は、圧電材
料として、例えば、セラミックス圧電材料あるいは高分
子圧電材料を用いたものであり、該圧電材料を薄い金属
ケースの内部底面に接着して構成している。この金属ケ
ースによって、圧電材料を機械的、電磁気的に保護する
ことにしているが、その保護手段は特に限定されるもの
ではない。前記圧電材料は電気配線が接続してあり、配
線を通して応力測定装置本体１に接続される。ひずみ検
出器２は内部に圧電材料が取り付けてある面の外面を構
造物１０の表面に接着して取り付ける。

【００１６】応力測定装置本体１はタバコの箱程度の寸
法を有する装置で、内部にひずみ検出器２の出力信号の
処理回路と電池による電源を備えるとともに、装置本体
１の正面に演算処理結果を簡易表示するための簡易表示
器３、表示の内容を切換えるための表示切替スイッチ
８、装置の電源スイッチ７を備えている。また、情報端
末機器としてのパーソナルコンピュータやモバイルコン
ピュータ等に接続するための外部出力端子９と、演算処
理結果を外部へ送信する光信号送信器４の配線の接続端
子を有する。

【００１７】光信号送信器４は、演算処理結果を収集す
るために作業員が接近することなく、構造物から離れた
場所で演算処理結果を取得するために使用する装置で、
消費電力が少なく光量の大きい発光ダイオードを使用し
た複数の発光素子５とそれらを円形に配置して取り付け
る円板６で構成している。前記光信号送信器４は電気配
線によって応力測定装置本体１に接続されており、各発
光素子５は演算処理回路を用いて制御する。

【００１８】図２は前記応力測定装置の内部構成を説明
する図である。構造物に発生したひずみは前記ひずみ検
出器２に装備した圧電材料で検出され、圧電材料は構造
物のひずみに比例した電荷を発生する。この電荷を前記
応力測定装置本体１内の電荷増幅回路１１で処理し、構
造物のひずみの大きさに比例した出力電圧を得る。ここ
で、ひずみ検出器２からの信号にノイズが混入する場
合、あるいは電荷増幅回路１１の出力電圧にドリフトが
生じて一定にならない場合にはフィルター回路を使用す
る。

【００１９】電荷増幅回路１１、あるいは図示しないフ
ィルター回路からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路１３、
ＣＰＵ（中央演算装置）１４、ＲＯＭ（リードオンリー
メモリ）１５、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１６
を備えた演算処理回路１２によって処理する。演算処理
回路１２には、ワンチップマイコン、あるいは同等の機
能を有するマイコンボードを使用する。まず、前記増幅
回路１１からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路１３におい
てアナログ信号からデジタル信号へ変換される。すなわ
ち、ひずみに比例した電圧値が数値に変換される。前記
数値に変換されたひずみ信号はＣＰＵ１４を用いて、応
力レベルクロスカウント処理機能、あるいはレインフロ
ー法によって演算処理されて、構造物の変動応力履歴情
報を得る。ＲＡＭ１６にはこの変動応力履歴情報が保存
され、マイコンチップのＲＡＭ１６にＳＲＡＭ（スタテ
ィックランダムアクセスメモリ）を使用した場合は、測
定装置の電源１７が消耗して機能を停止しても前記応力
履歴情報は消去されることなく保存される。また、前記
応力履歴情報は応力測定装置本体付属の簡易表示器３に
よって数値表示されるので、設置現場で応力測定装置本
体１の動作確認ができる。さらに、応力測定装置本体表
面の表示切換えスイッチ８を操作すると、リアルタイム
の構造物の応力レベルをレベルメータ表示すること、あ
るいは測定開始からの経過時間を確認することができ
る。

【００２０】応力測定装置本体１によって得られた構造
物の変動応力履歴情報は、本体１に装備した外部出力端
子を通じて電気配線で例えばパーソナルコンピュータ１
８に接続し、数値信号として送信する。信号送信にはＲ
Ｓ２３２Ｃなどのシリアル通信を使用する。このパーソ
ナルコンピュータ１８により、設置現場において、前記
変動応力履歴情報を解析することもでき、さらにＰＨＳ
等を用いて、より遠方の地点に変動応力履歴情報を転送
することもできる。

【００２１】また、遠隔地への変動応力履歴情報の送信
には、光信号送信器４を使用することができる。前記送
信器４では、演算処理回路１２により数値として得られ
る変動応力履歴情報を発光素子の点灯と消灯の繰り返し
による光の点滅信号に変換して送信するので、専用回路
を必要とする無線送信に比べて回路が非常に簡単になる
とともに、回路の小型化、低価格化、低消費電力化が容
易である。また、電波による情報通信のように電磁波の
影響を受けないことも長所である。

【００２２】以上、Ａ／Ｄ変換回路１３での処理、レベ
ルクロスカウント法、あるいはレインフロー法の信号処
理、簡易表示器３の制御、外部出力端子９、および光信
号送信器４による測定結果の外部への送信処理など全て
の処理はＣＰＵ１３で行い、アセンブラあるいはＣ言語
などの処理言語でプログラムとして記述してワンチップ
マイコンあるいはマイコンボードに搭載されるＲＯＭ
（リードオンリーメモリ）１５内に保存する。従って、
本発明を使用することにより、先行技術１、２のように
固定した処理回路を使用する測定装置と異なり、測定対
象物や測定状況に応じてプログラムを柔軟に変更するこ
とが可能である。

【００２３】上記のように構成された応力測定装置にお
いて、ひずみの検出はひずみ検出器２内部の圧電材料が
自発的に発生する電気信号を用い、応力測定装置本体１
および光信号送信器４を駆動するための電力は応力測定
装置本体内部に備えた電池１７で行うことにしている。
このため、本応力測定装置は外部電源を必要とせず、装
置自身がひずみ感知機能、検出した電気信号の数値への
変換機能、変動応力履歴情報の処理機能、変動応力履歴
情報を記録し、保存する機能、および外部機器に変動応
力履歴情報を送信する機能の全てを備えた自己完結型応
力測定装置である。また、前記電池１７に代えて、太陽
電池からなる独立の電源を具備する構成としても同様に
自己完結型応力測定装置とすることができる。

【００２４】図３は前記ＣＰＵで行う応力信号の処理機
能の一つである、応力レベルクロスカウント処理機能を
説明する図である。図３（ａ）に示すように、信号処理
回路で測定できる応力測定範囲を等分割し、レベル１、
レベル２というように適切に番号を割り振る。そして各
レベルについて、測定した応力信号が設定応力レベルを
正方向あるいは負方向に超過し、応力信号が前記設定応
力レベルよりも降下すると、これを１回として加算す
る。この操作を繰り返すことで、図３（ｂ）に示すよう
に、構造物のレベル超過回数分布が得られる。前記回数
分布は、ＣＰＵ内部、ＲＡＭ内部では、図３（ｃ）に示
す表形式で保存される。本処理方法によって詳細な応力
履歴情報を得ることはできないが、構造物にどの程度の
大きさの応力が何回発生したかという概略情報を、簡単
な処理で得ることができるため、比較的低能力のＣＰＵ
と低容量のＲＡＭで実現可能である。

【００２５】図４は前記ＣＰＵで行う応力信号の処理機
能である２次元レインフロー法処理して得られる応力頻
度分布の例を示している。レインフロー法は構造物の疲
労損傷に関するデータを収集する場合に一般的に使用さ
れる方法であり、前記ＣＰＵ１４で処理した後には、図
４に示すように、応力とひずみのヒステリシスループの
応力範囲と平均応力の頻度分布を表す一覧表形式でＲＡ
Ｍに保存される。レインフロー法を使用する場合には、
図３のレベルクロスカウント法よりも高処理能力のＣＰ
Ｕと、大容量のＲＡＭを必要とする。従って、構造部材
の疲労損傷度の推定などで詳細な応力頻度分布情報が必
要な場合に使用する。

【００２６】図５は応力測定装置の構造物への設置例
と、応力測定装置を使用して遠隔地へ応力履歴情報の送
信する方法、および、応力履歴情報の受信装置を説明す
る図である。まず、応力測定装置のひずみ検出器２は構
造物の測定が必要な場所に接着する。複数箇所の測定が
必要な場合はひずみ検出器２を複数使用し、これらを応
力測定装置本体１に接続する。応力測定装置本体１も同
様に構造物に設置するが、測定終了後にひずみ検出器２
と分離して装置を回収することも可能である。構造物の
変動応力履歴情報は光信号送信器４によって光信号とし
て遠隔地に送信する。光信号送信器４は応力測定装置本
体１と電気配線で接続されており、撮像装置であるビデ
オカメラ２２で撮影し易い位置、方向に設置可能であ
る。光信号送信器４の光量が不足してビデオカメラ２２
を用いて発光素子の点滅を鮮明に撮影ができない場合
は、夜間に測定結果を送信することが考えられる。応力
測定装置の電力消費量を抑えるため、夜間のあらかじめ
設定された時刻にのみ信号を送信することも有効であ
る。

【００２７】送信された光信号の受信と記録には、撮像
装置として、市販のビデオカメラ２２を使用している。
ビデオカメラ２２は光信号送信器４が撮影できる場所に
設置し、前記送信器４の全ての発光素子５が撮影画面の
中に収まるように設置する。また、前記送信器４の各発
光素子５が鮮明に撮影できるように焦点距離を合わせ
る。撮影中になるべく光点が移動しないように三脚など
を使用してカメラを固定することも有効である。光信号
を撮影する際は、応力測定装置の信号送信開始時間に合
わせて送信開始前から撮影を始め、送信信号をすべて録
画する必要がある。信号の記録にビデオカメラを使用す
ることにより、測定時の特記事項などを作業者が音声で
記録することも可能である。

【００２８】記録した映像はビデオカメラ２２内蔵のビ
デオモニタ２３で再生し、光信号送信器４の配列形状に
合わせて受光素子を配置した受光プローブ２１を前記ビ
デオモニタ２３に押し当てて、再生画像上の各発光素子
の点滅を読みとる。信号復元装置２０は光信号を元の数
値データに復元する携帯型の装置であり、復元した変動
応力履歴の数値データは外部出力端子を通じてパーソナ
ルコンピュータ１８に転送される。なお、信号復元装置
２０は応力測定装置本体１と同様の装置構成であり、装
置正面には電源スイッチ２７、表示切替スイッチ２８、
簡易表示器３０が設けられている。

【００２９】図６は自己完結型応力測定装置および応力
情報の受信装置の内部構成を説明する図である。応力測
定装置のひずみ検出器２を用いて構造物のひずみを検出
し、応力測定装置本体１により処理した変動応力履歴情
報は、光信号送信器４から光信号として送信される。送
信された光信号は構造物から離れた場所でビデオカメラ
２２で撮影してビデオテープ２４に記録する。ビデオテ
ープ２４に記録された光信号は、受信装置の受光プロー
ブ２１で読みとり、信号復元装置２０内部のＣＰＵ３４
で処理して元の数値に復元する。処理結果はＲＡＭ３６
に保存されると同時に簡易表示器３０にも表示され、最
終的にパーソナルコンピュータ１８に転送される。この
ように測定結果を複数箇所に異なる媒体で記録するた
め、測定結果が失われる可能性は非常に低くなる。な
お、図６において、３２は信号復元装置２０の演算処理
装置を示し、Ａ／Ｄ変換回路３３、ＣＰＵ３４、ＲＯＭ
３５、およびＲＡＭ３６から構成されている。また、３
７は電池による電源を示す。

【００３０】図７（ａ）は測定した変動応力履歴情報の
２値信号への変換例である。レベルクロスカウント処
理、あるいはレインフロー法処理後の変動応力履歴情報
は１０進数、あるいは１６進数の数値として得られる。
応力測定装置本体では前記数値を２進数に変換する。例
えば、数値「５」、「６」は２進数では「０１０１」、
「０１１０」となる。２進数に変換された信号を送信す
る際は、１のときに発光素子を点灯、０のときに消灯
し、順番に点滅させる。送信する変動応力履歴情報の内
容を明らかにするため、データの送信内容をコード化
し、例えば、送信開始、送信終了、装置の異常発生とい
った内容のコードを用意する。コードに続けて応力測定
装置個体の識別番号、測定開始時間、および変動応力履
歴情報の一覧表データの順に光信号を送信する。

【００３１】図７（ｂ）、図７（ｃ）は光信号送信器の
発光素子の配置例である。光信号の送信器は、発光ダイ
オード等の複数の発光素子を直線状、あるいは円形状に
配置して構成する。１０進数あるいは１６進数を２進数
で表現すると、１つの１０進数あるいは１６進数につい
て４桁の２進数が必要になることから、４個以上の発光
素子が必要となる。２次元レインフロー法において、例
えば応力範囲の分割数を１６段階とし、平均応力レベル
が１６段階である場合を想定すると、演算処理で得られ
る応力頻度分布の一覧表は１６行１６列の行列となる。
この行列の全要素２５６個の数値が４桁の固定長である
と仮定すると、発光素子数１個の光信号送信器を用い、
点滅時間間隔０．５秒で送信した場合、全データの送信
に８分３０秒の時間がかかる。これを図７（ｂ）あるい
は図７（ｃ）の８個の発光素子を使用すれば送信時間は
１分に短縮される。

【００３２】前述の応力測定装置本体を試作し、実験を
行って試作装置の性能を確認した。ひずみ検出器ケース
は０．５ｍｍ厚のアルミニウム板で製作し、内部に村田
製作所製の圧電セラミックスをエポキシ樹脂接着剤で接
着した。圧電セラミックスの寸法は長さ２０ｍｍ、幅１
０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍである。圧電材料はシールドさ
れた同軸ケーブルで配線し、応力測定装置本体内の電荷
増幅回路に接続した。電荷増幅回路は、５Ｖの電源電圧
で動作するように設計し、市販のオペアンプＩＣとコン
デンサと抵抗で製作した。本実験に使用する装置にはフ
ィルター回路は使用しなかった。演算処理回路には、マ
イクロチップテクノロジー社のワンチップマイコンＰＩ
Ｃ１６Ｃ７１５、およびＰＩＣ１６Ｆ８７７を使用し
た。小型のＰＩＣ１６Ｃ７１５は、応力レベルクロスカ
ウント法を用いる演算処理回路に使用し、ＰＩＣ１６Ｆ
８７７はレインフロー法を用いる演算処理回路に使用し
た。応力レベルクロスカウント処理用にプログラミング
した演算処理回路においては、引張応力範囲と圧縮応力
範囲を合わせた全測定範囲を１２分割し、応力レベルを
１２段階で設定した。レインフロー法用演算処理回路で
は、測定範囲を１１分割し、応力の変動レンジを１０個
定義した。演算処理回路には１次元レインフロー法を使
用し、応力頻度分布を記録した。また、簡易表示器には
１６文字を２行表示可能な液晶表示器を使用し、計測開
始からの動作時間と、リアルタイムの応力レベルのレベ
ルメータ表示と、変動応力履歴情報の数値表示とを切換
えて表示できるようにした。

【００３３】実験には軟鋼ＳＳ４００材で製作した長さ
３２０ｍｍ、幅７０ｍｍ、板厚６ｍｍの平滑試験片を使
用し、ひずみ検出器を試験片中央表面にエポキシ樹脂を
用いて接着した。試験片は油圧サーボ式の材料試験機で
変動荷重を負荷し、荷重の記録と同時に応力測定装置の
電荷増幅回路の出力電圧、応力レベルクロスカウント
法、およびレインフロー法の演算処理結果を測定した。

【００３４】図８は応力レベルクロスカウント処理機能
を搭載した応力測定装置による測定結果を示している。
図８（ａ）は試験片に負荷された応力の波形であり、片
応力振幅２０ＭＰａ、４０ＭＰａ、６０ＭＰａ、応力速
度１Ｈｚの波形を完全両振りで負荷した。図８（ｂ）
は、電荷増幅回路からの出力電圧である。図８（ａ）と
図８（ｂ）とを比較すると、電荷増幅回路が反転式であ
るため、波形の上下が反転しているが、図８（ａ）と図
８（ｂ）の波形形状は一致していることから、電荷増幅
回路は正常に動作したことが分かる。また、図８（ｂ）
中に横軸方向に引いた複数の直線は、演算処理回路で設
定している応力レベルを表す。図８（ｃ）は応力レベル
クロスカウント法による演算処理結果である。各応力レ
ベルにおいて、負荷する応力速度が１Ｈｚの場合は、負
荷された応力の大きさと回数を正確に計数している。応
力速度を１０Ｈｚと高速にした場合も、ほぼ同様の結果
が得られており、試作した装置が正常に動作することを
示している。

【００３５】次に、レインフロー法による処理機能を搭
載した装置を使用した実験結果を図９に示す。図９
（ａ）は、試験片に負荷した応力波形であり、片振幅４
０ＭＰａ、応力速度１Ｈｚの正弦波形と片振幅４０ＭＰ
ａ、応力速度０．２Ｈｚの正弦波形を合成した変動応力
である。図９（ｂ）は前記装置の電荷増幅回路の出力信
号波形である。演算処理回路では電荷増幅回路の出力信
号を処理して図中白丸印で示す波形の頂点を検出し、こ
れを元に各応力レンジの応力頻度分布を計数した。図９
（ｃ）の表に示す通り、図９（ａ）で設定した各応力レ
ンジの設定値に対して、ほぼ正確な実測値が得られてい
る。応力レンジ４，５では誤差が生じているが、これは
試験片に負荷された応力の波形の頂点が演算処理回路の
プログラムで設定した応力レベルの境界値と非常に近い
ために生じた誤差であり、応力レンジ１の誤差は電荷増
幅回路で生じた誤差の影響もあると推測される。これら
の誤差は、演算処理プログラムの改良と、フィルター回
路の使用によって改善されると予想され、試作装置の性
能が低いことを示しているのではない。

【００３６】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
となく、本発明の趣旨に基づいて種々の変更が可能であ
り、これらを本発明の範囲から除外するものではない。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明の応力測定装置
は、構造物への設置や測定作業が容易であるとともに、
自己完結型となっているので、設置箇所に接近すること
なく、構造物に作用する変動応力履歴情報を少なくと数
日間にわたり測定することができる。また、光信号送信
器と応力情報受信装置を使用することにより、構造物か
ら離れた場所で測定結果である応力情報を一括入手する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電材料を使用した応力測定装置の一
例を示した図である。

【図２】自己完結型応力測定装置の内部構成を説明する
図である。

【図３】応力レベルクロスカウント処理機能を説明する
図である。

【図４】２次元レインフロー法処理して得られる変動応
力頻度分布の一例を示した図である。

【図５】応力測定装置の構造物への設置例と、構造物か
ら離れた場所で応力情報を受信する装置の例を示した図
である。

【図６】自己完結型応力測定装置と応力情報受信装置の
内部構成を説明する図である。

【図７】変動応力履歴情報を２値信号に変換した例、お
よび光信号送信器の発光素子の配置例を示した図であ
る。

【図８】応力レベルクロスカウント処理機能を搭載した
応力測定装置による実験結果を示した図である。

【図９】レインフロー法処理機能を搭載した応力測定装
置の実験結果を示した図である。

【記号の説明】

１ 応力測定装置本体 ２ ひずみ検出器 ３ 簡易表示器 ４ 光信号送信器 ５ 発光素子 ６ 円板 ７ 電源スイッチ ８ 表示切替スイッチ ９ 外部出力端子 １０ 構造物 １１ 電荷増幅回路 １２ 演算処理回路 １３ Ａ／Ｄ変換回路 １４ ＣＰＵ １５ ＲＯＭ １６ ＲＡＭ １７ 電源 １８ パーソナルコンピュータ ２０ 信号復元装置 ２１ 受光プローブ ２２ ビデオカメラ ２３ ビデオモニタ ２４ ビデオテープ ２７ 電源スイッチ ２８ 表示切替スイッチ ３０ 簡易表示器 ３２ 演算処理装置 ３３ Ａ／Ｄ変換回路 ３４ ＣＰＵ ３５ ＲＯＭ ３６ ＲＡＭ ３７ 電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 由紀夫 広島県東広島市西条町下三永354−57 (72)発明者 伊藤 久 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 2F073 AA01 AA19 AB02 AB03 BB01 BB04 BC02 BC04 CC03 DD01 EE11 FG01 FG02 FG04 FG11 FH07 FH09 GG01 GG04 GG06 GG09 5K002 DA05 FA03 GA03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物の応力測定装置において、構造物
   のひずみ検出に圧電材料を使用したひずみ検出器と、前
   記ひずみ検出器の出力信号から構造部材に作用する変動
   応力履歴を演算する演算処理装置と、前記演算処理装置
   の演算処理結果を光信号として外部に送信する光信号送
   信器と、前記ひずみ検出器、演算処理装置および光信号
   送信器に電力を供給する独立電源とを備えたことを特徴
   とする応力測定装置。
2. 【請求項２】 前記演算処理装置のＣＰＵが、応力信号
   の演算処理機能として、測定範囲を複数に分割して設定
   した応力レベルの発生回数を計数するレベルクロスカウ
   ント処理機能、あるいは、応力振幅とその応力振幅の平
   均値の発生頻度分布を計数する２次元レインフロー処理
   機能を備えたことを特徴とする請求項１記載の応力測定
   装置。
3. 【請求項３】 前記演算処理装置のＣＰＵが、演算処理
   結果を情報端末機器に送信する機能、および、前記演算
   処理結果を２進数のデジタル信号に変換し、前記デジタ
   ル信号を複数の発光素子を用いて光の点滅信号として外
   部に送信する機能を備えたことを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の応力測定装置。
4. 【請求項４】 前記光信号送信器が、複数の発光素子を
   円形状あるいは直線状に配置してなり、その発光素子の
   点滅する配置の組み合わせで送信することを特徴とする
   請求項１または３記載の応力測定装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の応力測
   定装置において、前記光信号送信器から送信される光点
   滅信号を構造物から離れた場所で撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置で撮像した光点滅信号を数値に復元する信
   号復元装置とを備えたことを特徴とする応力情報の受信
   装置。
6. 【請求項６】 前記信号復元装置が、複数の受光素子
   を、前記光信号送信器の発光素子と同様の配列で配置し
   た受光プローブを有することを特徴とする請求項５記載
   の応力情報の受信装置。