JP2004535536A

JP2004535536A - ピン部材内の曲げを測定するシステム及び方法

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Publication number: JP2004535536A
Application number: JP2003510624A
Authority: JP
Inventors: スミス，ダグラス・イー; トットマン，ピーター・ディー; エヴァートン，ランディ・エル; セント・ジャン，ポール・エイ; バンダーソン，マーヴィン・ディー; エゲット，マーク・アール; ボーグストロム，ランディ・エル
Original assignee: Alliant Techsystems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Innovation Systems LLC
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2022-07-02
Also published as: EP1409880B1; WO2003004885A1; US20030000314A1; EP1409880A1; EP1409880A4; JP4056973B2; US6951137B2

Abstract

【課題】
【解決手段】曲げモーメントを測定し、また、選択的に、曲げ歪み及び軸方向歪みをリアルタイム又は略リアルタイムにて測定することができる計測器化したピン部材５２が提供される。該計測器化したピン部材５２は、ピン部材の軸線５４の周りに配置されたピン部材本体７０を有しており、該ピン部材本体７０は曲げ部分９２を有している。正味軸方向歪みを除く曲げ部分内の曲げ歪みを感知し且つ曲げ歪みを表わすセンサ測定信号を出力する感知装置ＢＸ２、ＢＹ２が曲げ部分９２内でピン部材本体に配置されている。センサ装置ＢＸ２、ＢＹ２からセンサ測定信号を出力するためセンサ測定信号出力装置１００が提供される。関連するシステム５０は、特に、データ処理手段６０及び記録手段６４と共に、複数のピン部材５２を備えている。
【選択図】図３

Description

【発明の背景】
【０００１】
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、計測器化された結合装置及び方法、より具体的には、継手を結合するために使用されるピン部材内の曲げを測定し又は予測する装置及び方法に関する。
【関連技術の説明】
【０００３】
２つの機械的物体を互いに接続する一般的な手段は、整合し且つ合わさる開口を通じて配置された１つ又は２つ以上のピン部材を使用することを含む。本明細書で使用する「ピン部材」という用語は、ボルト、ねじ、回転軸等のような装置を含むよう広く解釈することができる。継手は、多数形態の任意の１つとすることができる。これは、例えば、２つの管の間におけるフランジ付継手、圧力容器ハウジング、２つの堅固なロケットエンジンケーシング間のフランジ付継手、Ｕ字形リンク及びヨーク組立体等を含めることができる。
【０００４】
作動状態下にて、多様な力がピン部材に作用する。これらの力は、ピン部材の長手方向軸線に沿った、すなわち該軸線に沿った力成分を伴う張力及び圧縮力を含み、また、ピン部材の長手方向軸線に対し直角なせん断力、捩れ力及び曲げモーメントを含む。
【０００５】
張力、圧縮せん断力及び（又は）捩れ力を測定するためピン部材を計測器化した装置及び方法が既知である。例えば、かかる力を測定するため色々な型式の歪み計を使用することは周知である。また、かかる歪み計がホイットストーンブリッジのようなブリッジ回路と組み合わせて使用される、感知装置も既知である。
【０００６】
しかし、曲げ力を効果的に測定することは、効果的な測定を阻害している。多くの機械的システムにおける曲げ力は、例えば、典型的に局部的領域内で比較的大きい応力を隔離するから、特に、影響の大きい力である。曲げ力及びその有害な作用を最小にすることができるように、構成要素又はシステムを設計することが極めて望ましいことが多い。例えば、ピン部材の貫通穴がピン部材の軸に対して半径方向に平行移動する結果、理想的なものに比して不明確な曲げ方向となるため、幾つかの適用例において曲げ方向は重要である。しかし、力の方向は、時間の経過と共に、場合によっては急激に変化する可能性があるから、曲げ力及びモーメントを測定することは特に困難である。固体ロケットエンジンの継手の場合、例えば、ロケットエンジンが点火されたとき、曲げモーメントは実質的に変化し且つ、その方向が著しく変わる可能性がある。
【発明の目的】
【０００７】
従って、１つの側面による本発明の１つの目的は、ピン部材内の曲げ応力を効果的に測定することのできる計測器化したピン部材を提供することである。
本発明の追加的な目的及び有利な効果は、以下の説明に記載されており、また、一部分、説明から明らかになり、又は、本発明を実施することにより理解されよう。本発明の目的及び有利な効果は、特許請求の範囲に記載した具体化及び結合によって実現し且つ得ることができる。
【発明の概要】
【０００８】
上記の目的を達成するため、また、具体化され且つ、本明細書に広く記載された本発明の目的によれば、計測器化したピン部材が提供される。該計測器化したピン部材は、ピン部材の軸線の周りに配置されたピン部材本体を備えている。ピン部材本体は、曲げ部分を備えている。計測器化したピン部材は、正味軸方向歪みを除いて曲げ部分内の曲げ歪みを感知し且つ、曲げ歪みを表わすセンサ測定信号を出力すべく曲げ部分内にてピン部材本体に配置された感知装置を更に備えている。更に、計測器化したピン部材は、センサ測定信号をセンサ装置から出力するセンサ測定信号出力装置を備えている。
【０００９】
好ましくは、但し、選択的に、感知装置は、ピン部材の軸線に対し且つ互いに対し直交するようにしたｘ軸及びｙ軸に沿った曲げ部分内の曲げ歪み成分を感知するものとする。
ピン部材本体は、ボルトと、ピンと、ねじと、回転軸等とを備えることができる。好ましくは、但し、選択的に、ピン部材本体は、ピン部材の軸線の周りに円筒状の形状を備えるものとする。ピン部材のヘッド部は、ヘッド部を有し、また、曲げ部分がヘッド部に隣接していることが好ましい。
【００１０】
感知装置は、ｘ軸に沿った曲げ歪みを測定する第一及び第二のｘ軸センサ要素と、ｙ軸に沿った曲げ歪みを測定する第一及び第二のｙ軸センサ要素とを備えることが好ましい。第一及び第二のｘ軸センサ要素の各々は、ピン部材の軸線に相応するピン部材の軸方向への歪みを感知する軸方向センサを備えることが好ましい。ピン部材本体は、ピン部材の軸線に直交する平面内に位置する軸部の周縁を有する軸部を備えることが好ましい。第一及び第二のｘ軸センサ要素の各々は、軸部の周縁に接する接線方向への歪みを感知する接線センサを備えることが好ましい。
【００１１】
現在の好ましい実施の形態において、第一及び第二のｙ軸センサ要素の各々は、ピン部材の軸線に相応するピン部材の軸方向への歪みを感知する軸方向センサを備えている。ピン部材本体は、ピン部材の軸線に直交する平面内に位置する軸部の周縁を有する軸部を備えることが好ましく、また、第一及び第二のｙ軸センサ要素の各々は、軸部の周縁に接する接線方向への歪みを感知する接線センサを備えている。
【００１２】
第一及び第二のｘ軸センサ要素の各々、及び第一及び第二のｙ軸センサ要素の各々は、ピン部材軸線に相応するピン部材の軸方向への歪みを感知する軸方向センサを備えることが好ましい。第一及び第二のｘ軸センサ要素の各々、及び第一及び第二のｙ軸センサ要素の各々は、軸部の周縁に接する接線方向への歪みを感知する接線センサを備えることが好ましい。
【００１３】
感知装置は、左側部及び右側部を有するｘ軸ブリッジを備えることが好ましく、左側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備え、右側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備えるものとする。左側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置は、第一の整合したｘ軸の形態をしており、左側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置は、第二の整合したｘ軸の形態にある。好ましい実施の形態において、第一及び第二のｘ軸センサ要素の軸方向センサは、第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の１つにある。好ましい実施の形態の感知装置は、軸方向応力の測定形態及び曲げ応力の測定形態を備えている。第一及び第二のｘ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の１つにあるとき、感知装置は、曲げ応力の測定モードにある。第一及び第二のｘ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の１つにないとき、感知装置は、軸方向応力測定形態にある。同様に、第一及び第二のｘ軸センサ要素の接線センサは、曲げを測定する第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にあることが好ましい。感知装置が軸方向応力測定形態及び曲げ応力測定形態をとることができる場合、第一及び第二のｘ軸センサ要素の接線センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の１つにあるとき、感知装置は、曲げ応力測定モードにあることが好ましい。第一及び第二のｘ軸センサ要素の接線センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にないとき、感知装置は軸方向応力測定形態にある。
【００１４】
現在の好ましい実施の形態による感知装置は、同様に、左側部及び右側部を有するｙ軸ブリッジを備え、左側ｙ軸ブリッジ側部は第一及び第二の位置を備え、右側ｙ軸ブリッジ側部は第一及び第二の位置を備えることが好ましい。左側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ｙ軸ブリッジ側部の第一の位置は、第一の整合したｙ軸の形態にあり、左側ｙ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ｙ軸ブリッジ側部の第二の位置は第二の整合したｙ軸の形態にある。第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサは、曲げを測定するため、第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にあることが好ましい。感知装置が軸方向及び曲げ測定形態又はモードをとることができる場合、第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にあるとき、感知装置は曲げ応力測定モードにあることが好ましく、第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが対向した、第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にないとき、感知装置は、軸方向応力測定形態にある。同様に、第一及び第二のｙ軸センサ要素の接線センサは、第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にあることが好ましい。第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にあるとき、感知装置は曲げ応力測定モードにあることが好ましく、また、第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にないときに感知要素は軸方向応力測定形態にある。
【００１５】
計測器化したピン部材は、好ましくは、但し、選択的に、軸方向応力測定形態と曲げ応力測定形態との間にて切換え得るように感知装置に作用可能に結合された切換え装置を備えるものとする。切換え装置は、固体相切換え回路を備えることができる。切換え装置は、ピン部材のヘッド部に配置することができ且つ配置されることが好ましい。現在の好ましい実施の形態において、ピン部材ヘッド部は、外面と、該外面に形成された切欠きとを有し、切換え装置が外面に取り付けられる。ピン部材ヘッド部は、ヘッド部キャビティを有するヘッド部を備えることもでき、切換え装置をピン部材のヘッド部キャビティに配置することができる。
【００１６】
切換え装置は、周期的な切換え信号を提供する周期的切換え信号源を備えることが好ましい。現在の好ましい実施の形態において、周期的信号は高状態及び低状態との間で交互に切換わる二乗波信号を備えている。
【００１７】
感知装置の各々が軸方向応力測定形態及び曲げ応力測定形態を有する１対のブリッジを備える場合、切換え装置は、軸方向応力測定形態と曲げ応力測定形態との間にて対のブリッジを切換え得るように対のブリッジに作用可能に結合されたスイッチを備えることが好ましい。好ましくは、但し、選択的に、切換え装置は、対のブリッジを曲げ応力測定形態に実質的に同時に切換えるものとする。
【００１８】
本発明の別の側面によれば、継手における曲げを測定するシステムが提供される。本発明のこの側面によるシステムは、継手に配置された計測器化したピン部材を備え、計測器化したピン部材は、ピン部材の軸線の周りに配置されたピン部材本体を備えている。ピン部材本体は曲げ部分を備えている。ピン部材は、正味軸方向歪みを除いて曲げ部分内の曲げ歪みを感知し且つ曲げ歪みを表わすセンサ測定信号を出力すべく曲げ部分内でピン部材本体に配置された感知装置を更に有している。ピン部材は、センサ測定信号をセンサ装置から出力するセンサ測定信号出力装置を更に有している。システムは、センサ出力信号を受信し得るようにセンサ測定信号の出力装置に作用可能に結合されたデータ受信装置も有している。
【００１９】
好ましくは、但し、選択的に、システムは、感知装置を曲げ応力モードに及び該モード外に切換え得るように感知装置に作用可能に結合された切換え装置を備えるものとする。システムは、好ましくは、但し、選択的に、複数の計測器化したピン部材を備えるものとする。
【００２０】
データ受信装置は、データプロセッサと、データディスプレイと、及び（又は）その他のデータ受信及び（又は）データ取り扱い／処理構成要素とを備えることができる。
本発明の更に別の側面によれば、継手における曲げを測定する方法が提供される。この方法は、計測器化したピン部材を継手に配置することを備えている。計測器化したピン部材は、ピン部材軸線の周りに配置されたピン部材本体を備え、該ピン部材本体は曲げ部分を備えている。この方法は、曲げ応力測定モードの間、正味軸方向歪みを除く曲げ部分内の曲げ歪みを感知し且つセンサ測定信号を出力し、更に、センサ測定信号をデータ受信装置に通信することを更に含んでいる。計測器化したピン部材を配置することは、計測器化したピン部材が継手の周りで実質的に等しく隔てられるように複数の計測器化したピン部材を継手に配置することを備えることが好ましい。感知することは、曲げ応力測定モードに及び該モード外に切換えることを含むことが好ましい。
【００２１】
本発明の現在の好ましい実施の形態によれば、ピン部材内の曲げモーメントの大きさ及び方向をリアルタイムに又は略リアルタイムにて且つ実際の作動状態下にて確実に且つ正確に測定することが可能である。特に、正味軸方向歪み、すなわち正味張力及び圧縮測定が打ち消され、また、選択的に、測定装置が張力／圧縮測定及び曲げ測定の間で切換わる１つの構成を使用すれば、曲げ応力の存在及びその大きさのみならず、その方向を時間の関数として求めることを含んで、極めて正確な曲げモーメントの情報を得ることが可能となる。本明細書に開示された実施の形態によれば、曲げ及び捩れ応力を無視し又は隔離しつつ、軸方向歪み又は予負荷を測定する状態から周期的な仕方にて自動的に切換え、また、軸方向応力及び捩れ応力を無視し又は隔離しつつ、曲げの大きさ及び方向を独立的に又は交互に測定することが可能である。このことは、曲げモーメント及び軸方向荷重を完全に同時に測定することを許容する。
【００２２】
本明細書の一部に含められ且つその一部を構成する添付図面には、上述の全体的な説明及び以下に掲げる好ましい実施の形態及び方法の詳細な説明と共に、本発明の現在の好ましい実施の形態及び方法を示すものであり、本発明の原理を説明する作用を果たす。
【好ましい実施の形態及び方法の詳細な説明】
【００２３】
次に、図面の全体を通じて同様の又は相応する部品を同様の参照番号で表示する添付図面に図示した本発明の現在の好ましい実施の形態及び方法に関して詳細に説明する。しかし、本発明は、そのより広い側面において、具体的な詳細、代表的な装置及び方法、好ましい実施の形態及び方法に関して本明細書に示し且つ記載された一例としての実施例に限定されるものではないことを認識すべきである。その色々な側面による本発明は、本明細書と共に読むべき特許請求の範囲及び適宜な等価物に特に指摘され且つ明確に権利請求されている。
【００２４】
本発明の１つの側面によれば、計測器化したピン部材が提供される。この側面による計測器化したピン部材は、ボルト、ねじ、ピン等の形態をとり、又はこれらを備えることができる。多くの適用例において、ピン部材は、円形又は実質的に円形の軸を有するが、このことは、必ずしも限定的ではない。例えば、ピン部材の軸部分に対し長円形、四角形、矩形又は同様の形状をとることが可能である。
【００２５】
本発明の関連する側面によれば、継手における曲げ応力を測定するシステムの一部として１つ又は２つ以上のかかるピン部材を使用することができる。何れの場合にも、１つ又は２つ以上の計測器化したピン部材は、継手を連結するために使用される実際のピン部材、すなわち通常、計測器化したピン部材の全体的な形態、少なくとも寸法、形状等をとる。このことは、使用目的が少なくとも非計測器化したピン部材の応力、関連する性能を予測することを含む場合に全体として妥当するが、このことは必ずしも限定的ではない。
【００２６】
これらの原理を説明するため、第一及び第二のケーシング部材３２、３４を有する固体ロケットエンジン３０が図１に図示されている。ケーシング部材３２、３４は、円形継手３６にて接続され且つ互いに合わさる。第一及び第二のケーシング部材３２、３４は、ケーシング部材に合わさり且つケーシング部材を互いに連結するそれぞれの円形フランジ４０、４２を有している。継手３６を形成し又は備えるこれらのフランジ４０、４２は、複数の合わさったフランジ開口４４を有している。通常の作動状態下にて、非計測器化したボルト４６の形態をしたピン部材が開口４４の各々に配置されてフランジ４０、４２、従ってケーシング部材３２、３４を互いに全体的に連結する。
【００２７】
選択的に、但し、好ましくは、例えば、本明細書により詳細に説明したような１つ又は２つ以上の計測器化したピン部材を非計測器化したピン部材４６の選ばれた１つに代えて継手３６にて使用し、エンジン３０が点火されたとき、該計測器は、同様に、例えば、本明細書に記載したように、これら計測器化したピン部材内にてすなわち継手３６にて曲げ応力を測定することができる。例えば、複数のこれらの計測器化したピン部材を継手３６の周りに均一に分配し又はその他の所定の配置状態にて配置することにより、これらピン部材を配置することができる。１つ又は２つ以上の計測器化したピン部材からの曲げ応力のデータ、また幾つかの場合、その他のデータを使用して、通常の作動可能な非計測器化したピン部材及び継手自体にて生ずるものと同一の応力を模擬し、推定し又は予測することが可能である。
【００２８】
図２には、例えば、ピン部材２６内の曲げ応力を予測するのに適した本発明の現在の好ましいシステムの実施の形態によるシステム５０の機能ブロック図が図示されている。システム５０は、現在の好ましい実施の形態による複数の計測器化したピン部材５２を備えている。ピン部材５２の各々は、参考及び説明の目的のため、ピン部材の長手方向軸線５４の周りに配置されるものと想定することができる。ピン部材５２は、非計測器化したピン部材４６の間で継手３６の周りに均一に分配される。
【００２９】
システム５０はまた、コントロールボックス５５と、前置増幅器又はデータ調節器５６と、例えば、コンピュータのハードドライブのような記憶装置５８と、例えば、商業的に入手可能なパーソナルコンピュータ又は小型ビジネスコンピュータのようなプロセッサ６０と、ディスプレイモニタ６２とを備えている。計測器化したピン部材からのデータを記録するのに有益なストリップチャート記録器又はその他の装置のようなデータ記録装置６４も同様に使用可能である。現在の好ましい実施の形態において、システムは、１２ビット範囲以上のコンピュータと、コントロールボックス６６とを備えている。コントロールボックス５５は、ピン部材５２と前置増幅器５６との間に配置され且つ好ましくは、電気接続に関する状況下にて実施可能であるようにピン部材にできるだけ近い位置に配置されるようにする。コントロールボックス５５は、以下に説明するようにセンサに電気的に結合され且つ例えば、センサからアナログセンサ測定出力信号のような信号を受信する。該コントロールボックスは、以下に更に説明するような発振器と、デジタル信号をアナログ信号から隔離するのに役立つ光学アイソレータとを有している。コントロールボックス５５は、純粋な軸方向測定モードと、純粋な曲げモードと、軸方向応力測定モード及び曲げ応力測定モードの間で交互に切換わる切換えモードという３つのモードにて作動可能である。
【００３０】
本発明のこの側面による現在の好ましい第一の実施の形態に従った計測器化したピン部材５２が図３の側面図及び図４の頂面図又は平面図に図示されている。ピン部材５２は、説明の目的のため、ピン部材の軸線５４の周りに配置されると想定されるピン部材本体７０を備えている。説明を助けるため、ピン部材に従来の３軸直線座標系が存在すると想定する。ピン部材の長手方向軸線５４は、本明細書にて、図３に図示するように、ｚ軸に相応するものと想定する。相互に直交するｘ及びｙ軸は、図４に図示するように、ｚ軸に対し直角な平面内に位置すると想定する。本明細書にて以下に説明する計測器化したピン部材は、ｘ軸及びｙ軸に沿った曲げ部分内の曲げ歪みの成分を測定するために感知装置を使用する。
【００３１】
計測器化したピン部材は、選択的に、通常継手にて使用される型式の作用可能なピン部材から構成することができる。本明細書に記載した一例としての実施の形態において、例えば、ボルト４６（図１）が開始構成要素として使用され且つ計測器化したピン部材５２の各々が得られるように本明細書にて以下に説明するように改変されている。
【００３２】
好ましいが、単に一例としての第一の実施の形態を参照すれば、ピン部材５２は、軸部７２の形態をしたピン部材本体７０とヘッド部７４とを有するボルトを備えている。しかし、これは必ずしも限定的なものではない。計測器化したピン部材は、上述したピン部材の型式のようなボルト以外の形態を備えることが可能である。多数の用途において、ピン部材本体は、少なくとも軸部分内でピン部材の軸線の周りに円筒状の形状を有するものとすることができる。この一例としての実施の形態において、ボルト５２は、約７６．２ｍｍ（３インチ）の長手方向軸線５４に沿った長さを有するスチール製ボルトである。軸部７２は、約１９．０５ｍｍ（０．７５インチ）の大径すなわち外径を有するねじ部７６を備えている。軸部７２は、ピン部材の軸線５４に直交する平面８０内に位置する軸部の縁部７８を有している。平面８０は、勿論、説明及び参考のために使用される理論的又は幾何学的構成体である。
【００３３】
ピン部材ヘッド部７４は、頂部分８２と、基部分８４と、円筒状壁部分８６とを備えている。ピン部材ヘッド部７４は、ピン部材５２をフランジ開口４４内に連結する寸法及び形態とされている。この実施の形態において、ヘッド部７４は、約２７．９４乃至３０．４８ｍｍ（１．１乃至１．２インチ）の外径すなわち半径方向直径を有している。ピン部材がボルト、ねじ又は例えば、ピン部材を締め付け又は緩めるためピン部材を制御すべくヘッド部を廻し又はヘッド部にトルクを加えるのに適当であろうその他の装置を備える場合、ピン部材ヘッド部７４はピン部材を廻し又はねじる適宜な手段を備えることができる。かかる手段の例は、六角形又は八角形ヘッド部、星形形態、アレンレンチ又は同様の装置等と共に使用されるブローチ穴を含むことになる。現在の好ましい実施の形態によるピン部材５２において、ピン部材ヘッド部７４は、アレンレンチと合わさるブローチ穴８８を有している。
【００３４】
本発明のこの側面によるピン部材本体はまた、曲げ部分も備えている。ピン部材本体のこの部分には、継手及び該ピン部材がその部品を形成する装置、例えば、ロケットエンジンに対する通常の作動状態下にて曲げ応力は関連する歪みが加わる。本明細書に記載したような、曲げ部分は、曲げ応力又は歪みが加わるピン部材の部分の全体を構成する必要はない。しかし、曲げ部分は、多くの場合、部材の全体を含む、曲げ応力が加わるピン部材本体の少なくとも一部分を備えている。本明細書にて使用するような曲げ部分という用語は、適用時及び状況下にて曲げモーメントを測定するのに適したピン部材５２の任意の領域又は部分を意味するものとする。好ましくは、曲げ部分は、通常の作動状態下にてピン部材のその他の部分に対する顕著な歪みであって、かかる曲げ力が加わるピン部材の部分の全体にて生ずる歪みを表わす歪みが加わるピン部材の領域となるように選ばれる。曲げ部分は、多くの場合、ピン部材のヘッド部に近接する領域を備えることになろう。
【００３５】
好ましい実施の形態にて具体化されるように、ピン部材本体７０は、ヘッド部７４の基部８４の真下にて、図３に図示するように軸部７２の上側部分に配置された曲げ部分９０を有している。この特定の実施の形態における曲げ部分９０は、軸部７２に沿って約５．０８ｍｍ（０．２インチ）だけ軸方向５４に向けてヘッド部７４の基部８４から下方に伸びると想定することができる。
【００３６】
ピン部材５２は、曲げ部分９０に半径方向に面取り加工した溝９２を有している。該半径方向に面取り加工した溝は、ヘッド部７４の基部８４の下方で軸部７２に配置されることが好ましい。ヘッド部７４の基部８４及びその周囲における局所的効果に起因する望ましくない作用が回避され、また、取り付け、メンテナンス等を行う間、ヘッド部と何ら望ましくない干渉が生じないように溝の位置が選ばれることが好ましい。この溝９２は、例えば、ピン部材５２を旋削することにより軸部分に配置することができる。軸部７２の軸部周縁７８に対する溝９２の半径方向深さ及び軸方向寸法部５４（ｚ軸）に沿った長さは、本明細書にて以下に説明するように、センサ及び関連する回路を収容し且つ受け入れ得るように選ぶ。現在の好ましい実施の形態において且つ本明細書にて以下に説明するセンサを使用する場合、溝９２の深さは軸部のねじ部のねじ内径の深さにほぼ等しい。好ましくは、該深さは、例えば、ピン部材の強度に悪影響を与えないようにねじ部の谷底以上であるようにする。溝９２は、一層良く示し得るように図７に極めて誇張した深さで図示されている。
【００３７】
更に、本発明のこの側面によれば、計測器化したピン部材は、正味軸方向歪みを除く曲げ部分内の曲げ歪みを感知し且つ曲げ歪みを表わすセンサ測定信号を出力すべく曲げ部分内でピン部材本体に配置された感知装置を備えている。該感知装置は、測定値が正味軸方向歪みによって悪影響を受けずない、すなわちピン部材の正味張力又は圧縮力に悪影響を与えるように干渉せず又は作用せずに、ピン部材の曲げ部分内の曲げ歪み、従って曲げモーメントを感知することができる意味にて、正味軸方向歪みを除く曲げ部分内の曲げ歪みを感知する。このことは、かかる正味軸方向歪み成分が打ち消されるようにした特に感知装置を使用して行うことができ且つ、現在の好ましい実施の形態にてそのように行われている。
【００３８】
感知装置は、１つ又は２つ以上のセンサが取り付けられる計測器化したピン部材の部分内の歪みを感知することのできる基本的に任意のセンサ又は測定装置或いはセンサ若しくは測定装置の任意の集合体を備えることができる。特定の用途にて使用される特定の１つのセンサ又は２つ以上のセンサは、例えば、ピン部材の寸法、溝９２の利用可能な寸法及び幾何学的形態、ピン部材を製造する材料、ピン部材及びセンサに予想される力の性質及び程度、特定の用途及び作動環境に対する１つ又は２つ以上のセンサの耐久性及び条件、装置が共に使用されるその他の装置等といった多数の因子に依存する。
【００３９】
本発明のこの側面による感知装置は、ｘ軸に沿った曲げ歪みを測定する第一及び第二のｘ軸センサ要素と、ｙ軸に沿った曲げ歪みを測定する第一及び第二のｙ軸センサ要素とを備えることが好ましい。センサ要素は、例えば、平面８０のようなピン部材の長手方向軸線に対して直交する平面内に位置することが好ましい。現在の好ましい実施の形態において、第一及び第二のｘ及びｙ軸センサ要素の各々は、ピン部材の軸線に相応するピン部材の軸方向への歪みを感知する軸方向センサと、軸部の周縁に接する接線方向への歪みを感知する接線センサとを備えている。これらの実施の形態における接線方向は、軸部の周縁に対する接線を含み、より正確には、例えば、図７に参照番号９４で表示するようにセンサが位置するピン部材の軸線５４に対し直交する平面内で溝９２の僅かに小さい周縁に対する接線を含む。このように、接線方向９４は、軸部の周縁７８又は溝９２の周縁に対する接線ベクトルを表わし、従って、軸部又は溝の外周に対する周方向接線を表わす。多くの適用例にて溝９２の半径方向深さが軸部の直径に対して極めて小さいことを考慮するならば、所定の半径方向位置における溝９２に対する溝の周縁及び軸部の周縁は基本的に同一であろう。
【００４０】
好ましい実施の形態による感知装置について以下に説明する。これらの一例としての実施の形態において、第一及び第二のｘ軸センサ要素ＢＸ１、ＢＸ２と、第一及び第二のｙ軸センサ要素ＢＹ１、ＢＹ２とをそれぞれ備える感知装置が提供される。センサ要素の各々は、溝９２の周縁に位置し、従って基本的に全て平面８０内で軸部の周縁７８に位置している。センサ要素ＢＸ１、ＢＸ２は、軸部の周縁７８の両側部にてｘ軸に沿って位置し、センサ要素ＢＹ１、ＢＹ２は、軸部の周縁７８の両側部にてｙ軸上に位置する。このように、ｘ軸センサ要素は、ｙ軸センサ要素に対し９０゜の位置に配置されている。センサ要素ＢＸ１、ＢＸ２、ＢＹ１、ＢＹ２の各々は、「Ｔ」で表示した軸方向すなわち「張力」センサと、例えば、ＢＸ１（Ｔ）又はＢＸ１（Ｃ）のようなセンサ要素の表示の後に「Ｃ」で表示した接線センサすなわち「圧縮」センサとを含む１対のセンサを備えている。
【００４１】
これらのセンサは、ピン部材の曲げ部分に固定することができ且つ本明細書にて全体的に説明した適宜な方向への歪みを感知し又は測定することのできる任意のセンサ又は測定装置を備えている。歪み計を設けることが好ましい。現在の好ましい実施の形態において、センサの各々は、ノースカロライナ州、ウェンデルのマイク−ロメジャメント、メジャメントグループ（Ｍｉｃｒｏ−Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＧｒｏｕｐ）インコーポレーテッドから商業的に入手可能なモデルＥＡ−０６−０６２ＴＺ−３５０のような歪み計を備えている。例えば、センサＢＸ１（Ｔ）及びＢＸ１（Ｃ）のようなセンサ要素の各々のセンサが互いに干渉せずに実際上妥当なようにできるだけ近く互いに近接して配置され、このため、１つのセンサの取り付け、メンテナンス又は修理及び場合によっては、取り外しは、該センサ要素のその他のセンサに干渉せず又は損傷を与えることなく行うことが可能である。
【００４２】
図３及び図５乃至図７に示すように、適宜な締結手段を使用して、センサを適宜な位置に取り付け又は締結することにより、センサ及びセンサ要素は配置され且つピン部材５２に固定される。かかる締結手段は、例えば、エポキシ又はその他の接着剤のような適宜な接合剤を使用してセンサを接合することを含むことができる。現在の好ましい実施の形態において、センサは、マイクロ−メジャメントから商業的に入手可能なＭ−ボンド（ＢＯＮＤ）２００又はＭ−ボンド６００のようなエポキシを使用して溝９２内で軸部７２に接合される。センサを例えば振動、熱負荷等から保護することが必要とされ又は適当である場合、軸部とセンサとの間に適宜な絶縁体を提供することが望ましいであろう。一例は、シリコン接着剤と共に、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ）テープのようなテープを含む。
【００４３】
センサ（歪み計）の各々は、該センサによって行われた歪み測定値を含むセンサの測定信号を出力する。センサの各々には、センサに電力を提供し且つセンサからのセンサの測定信号を通信するため１対の線又は導体リード線１００が電気的に結合されている。現在の好ましい実施の形態におけるリード線１００は、例えば、直径０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）のポリイミドカプトン絶縁線を備えている。リード線１００は、それぞれのセンサから１対の軸方向切欠き１１０まで、この実施の形態において、軸部の各側部に設けられた１つの軸方向切欠き１１０、すなわち２つの軸方向切欠きまで伸びている。切欠き１００の頂部、すなわちヘッド部７４の基部８４は、ヘッド部７４の下方部分を貫通して伸び且つ開口１１４にて終わる角度付き通路１１２に達している。垂直通路１１６がヘッド部７４内で垂直に伸び、その底部分にて開口１１４への開口部を有し、また、ヘッド部７４の頂部分８２に開口１１８を有している。リード線１００は、センサから溝９２に沿って適宜な又は最寄りの１つの切欠き１１０まで伸び、角度付き切欠き１１２を通り、垂直切欠き１１６に達し且つ開口１１８にてヘッド部７４の頂部から出る。外科手術用ゴム管１２０のような歪み除去手段が開口１１８に配置されてリード線を損傷させることなくリード線１００が出るのを容易にする。遮蔽ケーブル１２２を使用してリード線１００を保持する。リード線１００は、以下に更に詳細に説明するように、コネクタ１３０に電気的に結合されている。
【００４４】
本発明の現在の好ましい実施の形態による感知装置は、センサの測定信号を受信し且つ曲げ応力を測定し得るよう必要な又は適宜な変換を行うブリッジ組立体を備えている。これらの実施の形態において、ブリッジ組立体は、軸方向応力測定形態及び曲げ応力測定形態をとることができる。ブリッジ組立体は、単一のブリッジを備えることができるが、好ましくは且つ、選択的に、ｘ軸ブリッジ及びｙ軸ブリッジを有することが更に好ましい１対のブリッジを備えている。単一のブリッジのみを使用することは、曲げ歪みを検出する上で有益であるが、典型的に、方向の情報を含まず、又は単一の平面に沿った歪みの成分のみを測定することになる。現在の好ましい実施の形態によれば、感知装置は、例えば、図８及び図９に図示するような、１対のブリッジ、特に、ｘ軸ブリッジ１５０及びｙ軸ブリッジ２５０を備えている。これらの実施の形態において、ブリッジ１５０、２５０の各々は、完全作用可能なホイットストーン歪み計ブリッジを備えている。
【００４５】
好ましい実施の形態におけるｘ軸ブリッジは、左側部及び右側部を備えている。左側ｘ軸ブリッジ側部は、第一及び第二の位置を備え、右側ｘ軸ブリッジ側部は、第一及び第二の位置を備えている。左側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置は、第一の整合したｘ軸の形態と称することのできるものを備え、左側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置は、第二の整合したｘ軸の形態と称することのできるものを備えている。同様に、好ましい実施の形態におけるｙ軸ブリッジは、左側部及び右側部を備えている。左側ｙ軸ブリッジ側部は、第一及び第二の位置を備え、右側ｙ軸ブリッジ側部は、第一及び第二の位置を備えている。左側ｙ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ｙ軸ブリッジ側部の第一の位置は、第一の整合したｙ軸の形態と称することのできるものを備え、左側ｙ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ｙ軸ブリッジ側部の第二の位置は、第二の整合した形態と称することのできるものを備えている。以下に更に説明するように、第一の整合したｘ軸の形態は、第一の整合したｙ軸の形態に相応し、第二の整合したｘ軸の形態は第二の整合したｙ軸の形態に相応する。
【００４６】
現在の好ましい実施の形態にて特に具体化されるように、ｘ軸ブリッジ１５０は、左側部１５２及び右側部１５４を備えている。ｙ軸ブリッジは、同様に、左側部２５２及び右側部２５４を備えている。ｘ軸ブリッジ１５０は、その左側部１５２にて第一の位置１５６及び第二の位置１５８を有し、その右側部１５４にて第一の位置１６０及び第二の位置１６２を有している。同様に、ｙ軸ブリッジ２５０は、その左側部２５２にて第一の位置２５６及び第二の位置２５８を有し、その右側部２５４にて第一の位置２６０及び第二の位置２６２を有している。これらの実施の形態において、第一のｘ軸位置１５６、１６０が整合され、また、第二の位置１５８、１６２が整合されている。位置１５６、１６２は対向しており、位置１５８、１６０も同様である。ｙ軸ブリッジに関して説明したのと同様に、第一のｙ軸位置２５６、２６０が整合され、第二の位置２５８、２６２が整合されている。位置２５６、２６２は対向しており、位置２５８、２６０も同様である。
【００４７】
図８及び図９を参照すると、ｘ軸ブリッジ１５０は、位置１５６に電気的に結合されたその頂部端子における正電圧＋ＥＸ（５）と、位置１５８に電気的に結合された負電圧−ＥＸ（６）とを備える電源をその左側部に有している。「ＥＸ」部分は、当該分野にて一般的な術語である励発電圧を意味する。括弧で示した数値はその電圧値又は信号に相応するコネクタ１３０のピンの数を表わす。ブリッジ１５０は、位置１６０に結合された正電圧＋ＸＦと、位置１６２に結合された負電圧−ＸＦとを備える電源もその右側部に有している。ｙ軸ブリッジ２５０は同様の形態とされている。ブリッジ２５０は、位置２５６に結合された正電圧＋ＥＸ（５）と、位置２５８に結合された負電圧−ＥＸ（６）とを備える電源をその左側部に有している。ブリッジ２５０は、位置２６０に結合された正電圧＋ＸＦと、位置２６２に結合された負電圧−ＸＦとを備える電源もその右側部に有している。本明細書にて使用するように、整合した形態という用語は、位置の２つが上述したように整合されている、すなわち図８及び図９に図示するように所定のブリッジ内で第一の位置が第一の位置と整合され、第二の位置が第二の位置と整合された、所定のブリッジ内の位置を表わす。本明細書にて使用する対向した形態という用語は、上述し且つ図８及び図９に示すように、２つの位置が互いに対向した所定のブリッジ内の位置を意味する。
【００４８】
上述したように、ｘ及びｙブリッジを備える実施の形態にて曲げ応力を測定するとき、第一及び第二のｘ軸センサ要素の軸方向センサの何れかが第一の整合した形態及び第二の整合した形態の一方にあり、又は第一及び第二のｘ軸センサ要素の接線センサが第一の整合した形態及び第二の整合した形態の一方にあり、又は好ましくは、その双方がそのような形態にあるものとする。例えば、図８を参照すれば、第一の整合した形態は、図面に図示するように、頂部左側から頂部右側まで、例えば、位置１５６から１６０への整合した抵抗を含む。第二の整合した形態は、底部左側から底部右側まで、例えば、位置１５８から１６２への整合した抵抗を含む。ブリッジ２５０の場合も同一である。
【００４９】
現在の好ましい実施の形態に関して、ｘ軸ブリッジ１５０において、センサＢＸ２（Ｃ）は位置１５６に抵抗を備えている。軸方向歪み測定形態の極性に対してブリッジの右側の極性を逆にすることにより、センサＢＸ１（Ｃ）は、図８に図示するように、位置１６０に抵抗を備えている。この逆極性の形態によれば、センサＢＸ２（Ｔ）は位置１５８に抵抗を備え、センサＢＸ１（Ｔ）は位置１６２に抵抗を備えている。同様に、ｙ軸ブリッジ２５０の場合、センサＢＹ２（Ｃ）は第一の左側位置２５６に抵抗を備え、センサＢＹ２（Ｔ）は第二の左側位置２５８に抵抗を備え、センサＢＹ１（Ｃ）は第一の右側位置２６０に抵抗を備え、センサＢＹ１（Ｔ）は第二の右側位置２６２に抵抗を備えている。この形態の場合、第一及び第二のｘ軸センサ要素の軸方向センサは、第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にあり、第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサは、第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にある。同様に、第一及び第二のｘ軸センサ要素の接線センサは、第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にあり、第一及び第二のｙ軸センサ要素の接線センサは、第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にある。
【００５０】
作用時、図８に図示したセンサ形態は、正味軸方向歪み（正味張力又は圧縮）を打ち消し且つ曲げモーメントを測定する機能を果たす。別個のｘ及びｙ軸センサ及び相応する別個のｘ軸及びｙ軸ブリッジが使用されるため、曲げモーメントの方向が決定可能であるようにｘ及びｙ成分を得ることができる。
【００５１】
上述したセンサ及び図８に図示したブリッジを有する計測器化したピン部材５２を備えるシステムは、正味軸方向歪みを打ち消し、従って曲げモーメントを測定する。しかし、現在の好ましい実施の形態において、計測器化したピン部材５２の各々は、正味軸方向応力が曲げモーメントを除く測定値である軸方向歪み測定モードと、正味軸方向応力を除き且つ、好ましくは捩れ応力を除く曲げ応力が測定される、曲げ応力測定モードとにて作用可能な形態とされていることが望ましく且つ好ましい。
【００５２】
この特徴を具体化するため、感知装置は、軸方向応力測定形態と、曲げ応力測定形態と、該形態の間にて切換え得るように感知装置に作用可能に結合された切換え装置とを備えることが好ましい。ピン部材５２は、軸方向応力測定形態に配置され且つ本明細書に記載したように作用するとき、軸方向測定モードにある。ピン部材５２が曲げ応力測定形態に配置され且つ作用されたとき、該ピン部材は曲げ応力測定モードにある。
【００５３】
本明細書に記載した現在の好ましい実施の形態による感知装置は、第一及び第二のｘ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にあり、第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にあるとき、曲げ応力測定モードにある。同様に、感知装置は、第一及び第二のｘ軸センサ要素の接線センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にあり、第一及び第二のｙ軸センサ要素の接線センサが第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にあるとき、曲げ応力測定形態にある。
【００５４】
好ましい実施の形態の感知装置は、第一の及び第二のｘ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にないとき、例えば、対向した形態にあるとき且つ第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にないとき、例えば、対向した形態にあるとき、軸方向応力測定形態にある。同様に、好ましい感知装置は、第一及び第二のｘ軸センサ要素の接線センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方になく、第一及び第二のｙ軸センサ要素の接線センサが第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にないとき、例えば、対向した形態にあるとき、軸方向応力測定形態にある。このように、ブリッジ内でセンサの極性又は配置（有効抵抗）を効果的に逆にすることにより、感知装置は、曲げ歪み及び軸方向歪みを測定する間に反転させる、すなわち切換えることができる。
【００５５】
切換え装置は、計測器化したピン部材を上述したように、軸方向歪み測定形態と曲げ歪み測定形態との間にて切換えることを可能にする。このことは、ブリッジ１５０、２５０の形態を適応させ且つ制御するため、切換え装置を使用することにより、現在の好ましい実施の形態にて実現されることが好ましい。
【００５６】
現在の好ましい実施の形態において、一方にて張力／圧縮及び曲げ応力を交互に測定することは、ブリッジ１５０、２５０の右側におけるセンサの形態を切換えることで可能となる。従って、これらの計測器化したピン部材に対する切換え装置は、センサと共に作用し且つそれぞれのセンサの形態を交互に変化させるべく状態を切換えることのできる任意の装置とすることが可能である。このため、適宜な切換え装置の例は、かかる構成要素のトランジスタ等を使用する固体相切換え回路を含むことができる。
【００５７】
本発明のこの側面に対する現在の好ましい実施の形態による切換え装置２８０は、その１つを図１０に図示した１対の同一の切換え回路２８２を備えている。切換え回路２８２は、その各々が１対のフィールドエフェクトトランジスタ（ＦＥＴ）を備える１対の４オーム相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）ＳＰＤＴスイッチ３００、４００を備えている。これらの好ましい実施の形態において、スイッチ３００、４００は、カリフォルニア州、サニーベイルのアドバンストマイクロデバイスズ（ＡｄｖａｎｃｅｄＭｉｃｒｏＤｅｖｉｃｅｓ）から商業的に入手可能なアドバンストマイクロデバイスモデルＡＤＧ７１９ＢＲＭスイッチを備えている。スイッチ３００、４００は、ブリッジ１５０、２５０の右側の極性を逆にし、これにより、それぞれのブリッジ１５０、２５０の右側部の第一及び第二の位置におけるセンサの位置、すなわち図８及び図９に図示したブリッジ組立体の形態の間にて効果的に反転させる機能を果たす。スイッチ３００は、図８及び図９に図示するように、電圧＋ＸＦを提供するブリッジ線を切換え結合し、スイッチ４００は電圧−ＸＦを提供するブリッジ線の切換え結合を可能にする。切換え回路２８２に対して選ばれたスイッチは、「オン」状態にあるとき、極めて低インピーダンスを有し、「オフ」状態にあるとき、極めて高インピーダンスを有するものであることが好ましい。
【００５８】
スイッチ３００は、該スイッチが電圧線＋ＥＸ及び−ＥＸをそれぞれ受け入れるスイッチ端子３０６、３０８を備えている。スイッチ３００は、３１０における入力としてＢＳＩＧ信号線２８４を受け入れる。これらの実施の形態におけるＢＳＩＧ信号は、トランジスタを切換えるために使用することのできる０Ｖ又は５Ｖ信号を備えている。スイッチ３００は、ＢＳＩＧ信号の制御の下、端子３０６又は端子３０８の間の線を接続する２極スイッチハンドル３１２を制御する。スイッチハンドル３１２は、図８及び図９に図示するように、ブリッジ１５０、２５０の右側のセンサに対し電圧＋ＸＦを提供する線３２０にその出力側にて結合されている。ＦＥＴ３０２は、出力として線３２２、３２４を提供し、電圧＋ＥＸ、−ＥＸを提供し、これら電圧は図８及び図９に示すように、ブリッジ１５０、２５０の左側部のセンサに提供される。
【００５９】
スイッチ４００はスイッチ３００と同一である。該スイッチは、該スイッチが電圧線＋ＥＸ、−ＥＸをそれぞれ受け入れるスイッチ端子４０６、４０８を備えている。スイッチ４００は、４１０における入力としてＢＳＩＧ信号線２８４を受け入れる。スイッチ４００は、ＢＳＩＧ信号の制御の下、端子４０６又は端子４０８の何れかの間の線を接続する２極スイッチハンドル４１２を制御する。スイッチハンドル４１２は、図８及び図９に図示するように、ブリッジ１５０、２５０の右側のセンサに対し電圧−ＸＦを提供する線４２０にその出力側にて結合されている。スイッチ４００は、出力として線４２２、４２４も提供し、電圧＋ＥＸ、−ＥＸを提供し、これらの電圧は、図８及び図９に図示するように、ブリッジ１５０、２５０の左側部のセンサに提供される。
【００６０】
信号ＢＳＩＧを提供する入力線と、端子３０６、４０６にて電圧−ＥＸを提供する線との間に抵抗器２８２が配置されている。抵抗器２８２は、好ましい実施の形態において、１００オーム、０．１ワット金属膜チップ抵抗器を備えている。この形態は、トランジスタに対する入力にて蓄積した全ての静エネルギ又は電圧を放出することにより、トランジスタを保護する機能を果たす。
【００６１】
切換え信号源２８４は、信号ＢＳＩＧを提供する線に結合され、これにより提供される切換え信号を発生させる。好ましくは、切換え信号は、切換え回路が状態を周期的に切換えるようにする周期的信号を備えている。しかし、このことは必ずしも限定的ではなく、その他のスイッチタイミングの関係が可能であることを理解すべきである。好ましい実施の形態における切換え信号源２８４は、スイッチ３００、４００を選択的に且つ周期的に励起させる調節された周期的二乗波を提供する発振器２８８を備えている。現在の好ましい実施の形態による発振器２８８は、コントロールボックス５５内に物理的に配置されている。切換え信号源２８２は、使用される特定のスイッチに適したように信号を整形する回路を含むわうにしてもよい。例えば、二乗波の前端縁又は後端縁を蓄積させることにより、スイッチングトランジスタが精密であることを一層確実に保証すべく、周波数分割器を使用してもよい。現在の好ましい実施の形態において、切換え回路２８２は、切換え信号ＢＳＩＧの制御の下、ピン部材の各々が軸方向応力測定形態と曲げ応力形態との間にて用途に依存した所望の率にて状態を切換えるようにする。この切換え率は、０Ｈｚ（安定軸方向モードすなわち曲げモード）から４０乃至５０ＫＨｚ及び場合によっては、それ以上に変化させることができる。好ましい範囲は１０Ｈｚ乃至２ＫＨｚを含み、より好ましくは約１１０乃至５００Ｈｚを含む。例えば、機械的衝撃又は衝撃波現象を検査するとき、３０乃至４０ＫＨｚのようなより高周波数が使用可能である。当該技術分野の当業者に理解されるように、状況に依存して、切換え周波数の自然の物理的制限が生ずる。物理的制限は、例えば、スイッチに結合された線の線インピーダンスにより又は測定すべき現象の周波数によって課す。
【００６２】
好ましくは、切換え回路により全てのセンサの間にて実質的に同時にモードの切換えが行われるようにする。適宜な反復率によれば、このことは、軸方向応力及び曲げ応力の双方を完全にリアルタイムにて又は略リアルタイムにて測定することを可能にする。
【００６３】
現在の好ましい実施の形態において、切換え装置は、図１０に概略図的形態にて図示した２組みの切換え回路を備えている。切換え回路組みの一方は、ピン部材の一側部にてセンサに結合され且つ該センサを作動させ、他方の組みの回路はピン部材の反対側のセンサに結合され且つ該センサを作動させる。
【００６４】
切換え装置は、計測器化したピン部材に物理的に配置されることが好ましい。好ましい実施の形態において、切換え回路組みは、その外部又は内部に固定されたピン部材５２のヘッド部７４に固定され、その内部に固定されたプリント回路板（ＰＣ）又ははんだタブに配置されている。
【００６５】
図３及び図５を参照すると、例えば、壁８６内でヘッド部７４の各側部に平坦部４５０が配置されている。平坦部は、ヘッド部の直径に対し互いに対向することが好ましい。平坦部４５０の各々が例えば機械加工によってヘッド部７４の側部に配置された実質的に平坦面を備え、切換え回路組み（図１０）及びその支持はんだタブがその面に固定可能であるようにする。はんだタブ及び切換え組みの回路は、例えば、マイクロメジャメントから商業的に入手可能なＭ−ボンド２００又はＭ−ボンド６００のような、適宜な接合剤を使用して平坦部に接合される。
【００６６】
リード線１００がセンサから切換え回路２８２に通るための切欠き４５２が壁８６に沿って設けられている。切欠き４５４は、同様に、機械加工により壁８６に形成することができる。
【００６７】
更に、本発明のこの側面によれば、計測器化したピン部材は、センサ測定出力信号を通信するセンサ測定信号出力装置を有している。センサ信号出力装置は、センサ測定信号を計測器化したピン部材自体の外部環境に通信する任意の手段を備えることができる。この装置は、例えば、遮蔽ケーブル１２２内に収容されたリード線１００と、コネクタ１３０とを備えることができる。しかし、センサ測定信号出力装置は、用途等に依存してその他の形態をとるものでもよい。例として、電磁（例えば、無線周波数、赤外線、光）音波等のような遠隔伝送手段が含まれよう。
【００６８】
好ましい実施の形態によれば、センサ信号出力装置は、コネクタ１３０と、それぞれのセンサによって発生された信号を通信し得るように該出力装置に結合された遮蔽ケーブル１２２とを備えている。ケーブル内に保持されるリード線１００の数は、多重化技術が使用されるか否かのような条件に依存して、計測器化したピン部材にて採用されるセンサの数に依存するものとする。現在の好ましい実施の形態において、センサ要素ＢＸ１、ＢＸ２、ＢＹ１、ＢＹ２の各々には、出力装置の一部を構成する少なくとも１つのリード線１００が関係するようにされよう。
【００６９】
本発明のこの側面の第二の好ましい実施の形態１０５２について、図１２乃至図１５を参照して以下に説明する。この実施の形態は、異なるピン部材のヘッド部の形態を使用すること、及びヘッド部の円筒壁又は側壁ではなくて、ヘッド部の頂部分内のブローチ穴内に切換え回路を配置する点を除いて、基本的にピン部材５２と同一である。
【００７０】
以前の実施の形態に関して、ヘッド部７４は、ピン部材ヘッド部７４の頂部分７６にブローチ穴８８を有し、切換え回路２８２は、平坦部４５０にてヘッド部７４の外壁８６に固定されることが理解される。この実施の形態において、ブローチ穴８８はヘッド部１０７４内に相対的に更に伸びる伸長キャビティ１０８９を有し、切換え回路は、ヘッド部キャビティの内壁に固定される。この好ましい実施の形態において、上述したように、はんだ付けタブに取り付けられる切換え回路２８２は、例えば、適宜な接合剤によりキャビティ１０８９の内壁に直接、接合される。現在の好ましい接合剤は、上述したＭ−ボンド２００又はＭ−ボンド６００である。感知回路を保護するテープ又はその他の絶縁材料を使用することができる。
【００７１】
キャビティ１０８９自体は、既知の仕方にて、すなわち機械加工により形成することができる。図１５を参照すると、上述したように、切欠き１１１２から伸び且つブローチ穴１０８８のキャビティ１０８９まで伸びる角度付き切欠き１１１６がヘッド部１０７４に形成されている。切欠き１１１６は、リード線１００が該切欠きを貫通し且つキャビティ内に達し得るような寸法とされている。切欠き１１１５は、開口１１１４からブローチ穴の伸長部分１０８９内に伸びている。この切欠きは、例えば、切換え装置構成要素を配置し、これら構成要素の検査等のため、キャビティ１０８９にアクセスするのに有用である。
【００７２】
本発明のシステムの側面によれば、継手における曲げを測定するためのシステムが提供される。システムは、継手に配置された計測器化したピン部材を備えている。計測器化したピン部材は、ピン部材の軸線の周りに配置されたピン部材本体を備えている。ピン部材本体は曲げ部分を備えている。ピン部材は、曲げ部分内の軸方向歪み及び軸方向に直交した歪みを感知し且つセンサ出力信号を出力すべく曲げ部分内でピン部材本体に配置された感知装置を更に含む。該システムは、軸方向感知モードと軸方向直交感知モードとの間にて切換え得るように感知装置に作用可能に結合された切換え装置を含むことも好ましい。本発明のこの側面によるシステムは、センサ出力信号を通信するセンサ信号出力装置も有している。
【００７３】
現在の好ましい実施の形態において、このシステムの側面によれば、ピン部材は、上述したように、計測器化したピン部材５２及び部材１０５２又はその双方を備えている。好ましいシステムの実施の形態において、例えば、図２に図示し且つ上記の図面に関して説明したように、かかるピン部材が複数採用される。
【００７４】
このシステムの実施の形態による計測器化したピン部材は、感知装置を曲げ応力モードに及び該モード外に切換え得るように感知装置に作用可能に結合された切換え装置を備えることが好ましい。このシステムの実施の形態による好ましい切換え装置は、上述したような切換え装置２８０を備えている。
【００７５】
該システムは、センサ出力信号を受信し得るようにセンサ信号出力装置に作用可能に結合されたデータ受信装置を更に有している。好ましくは、但し、選択的に、データ受信装置はデータプロセッサを備えている。該システムは、データディスプレイと、データ記録器と、ストリップチャート記録器と又はセンサ信号にて具体化されたデータを受信し、保存し、処理し且つ（又は）表示し又は提示するのに適した任意のその他の装置又は装置の集合体を備えることもできる。現在の好ましい実施の形態にて具体化されるように、データ受信装置は図２に図示し且つ上述したような構成要素を備えている。
【００７６】
本発明の別の側面によれば、継手における曲げを測定する方法が提供される。該方法は、計測器化したピン部材を継手に配置することを含み、該計測器化したピン部材は、ピン部材の軸線の周りに配置されたピン部材本体を備え、ピン部材本体が曲げ部分を備えている。この方法は、曲げ応力測定モードの間、正味軸方向歪みを除く曲げ部分内の曲げ歪みを感知し且つセンサ測定信号を出力することも備えている。この方法は、センサ測定信号をデータ受信装置に通信することを更に含む。
【００７７】
計測器化したピン部材の上述した配置は、複数の計測器化したピン部材を継手に配置し、計測器化したピン部材が継手の周りで実質的に等しく隔てられるようにすることを備えることが好ましい。感知することは、曲げ応力測定モードに及び該モード外に切換えることを含むことが好ましい。
【００７８】
現在の好ましいシステム及び上記に開示した実施の形態を含む用途にのみ必ずしも限定されるものではないが、本発明のこの側面による方法の１つの好ましい形態について説明し且つ該形態を図面に図示する。図２を参照すると、この方法の現在の好ましい実施の形態は、複数のピン部材５２又はピン部材１０５２を均一で且つ対称のパターンにて継手３６の周りに配置することを含む。説明の便宜上、該継手の下方にピン部材５２が使用されるものと想定するが、これは限定的ではない。ピン部材５２の各々には、該ピン部材に既知の仕方にて且つ例えばピン部材４６のような同様の非計測器化したピン部材の仕様に従って、所定の程度だけ下方にトルクを加えることで予負荷を作用させる。ピン部材の各々には、任意の後の時点にてピン部材の回転を測定するための基準点又は較正点として機能する所定の方位が与えられる。次に、ピン部材５２は、コネクタ１３０を使用して結合し、ボックス５５、前置増幅器５６、プロセッサ６０及びシステム５０のその他の構成要素を制御する。
【００７９】
次に、予負荷時における軸方向応力及び曲げ応力並びに回転方向又は曲げを予負荷状態にて０に設定すべくプロセッサを調節することにより、ピン部材５２を較正する。これを実行する特定の方法は、特定のプロセッサ及びシステム５０を備えるその他の装置に依存するが、当該技術分野の当業者に容易に理解されよう。
【００８０】
軸方向応力及び曲げ応力測定モードを交互に行うことが望ましいと想定して、コントロールボックス５５はこの設定状態に切換えられる。次に、例えば、ロケットエンジン３０の継手３６のような、システム５０が取り付けられる容器又は継手を作動させ又は作動モードにし、その間、軸方向応力及び曲げ応力が継手３６に加えられる。これが生ずると、発振器２８８は、切換え回路２８２に対し周期的な二乗波を提供し、これにより感知装置２８０は、軸方向応力測定形態と曲げ応力測定形態との間にて交互に作用する。これが為されると、周期的なセンサ測定信号がブリッジ１５０、２５０の出力部にて発生され、リード線１００を介して前置増幅器５６及びプロセッサ６０に通信される。センサ測定信号は、軸方向応力成分及び曲げ応力成分に分離され、この後者の曲げ応力成分は、ｘ軸及びｙ軸の曲げ情報を備えている。
【００８１】
曲げ応力測定形態及びモードにてセンサから及びブリッジ１５０、２５０からセンサ測定信号が得られたならば、好ましくはプロセッサ６０又は同等品にて曲げモーメントを次のように決定することができる。ブリッジ１５０、２５０からの出力の根二乗和は、ピン部材内の曲げモーメントの大きさ（ｌｂｆ^*ｆｔ）を与える。曲げモードにおけるこれらブリッジからの出力割合のアークタンジェント（度）は、曲げモーメントの方向（すなわち、曲げモーメントを保持する平面の方位）、例えば、正ｘ軸歪み計グループ（軸方向−周方向半ブリッジ対、ＢＸ１）からの反時計回り方向の角度を与える。
【００８２】
幾つかの適用例において、構成要素を連結し且つ保護するため、フィラー、接着剤、被覆及び（又は）同様のものを含むことが好ましい。現在の好ましい実施の形態において、例えば、Ｍ−ボンドＧＡ２のようなフィラー及び本明細書にて上記に特定したもののような接着剤を使用して電気的構成要素を収容し、配線等を連結する。
【００８３】
本発明は、上述したように、図示し且つ本明細書に記載した特定の実施の形態及び例にのみ必ずしも限定されるものではない。例えば、直線座標系（ｘ、ｙ、ｚ）にて上記に記載した説明は、単に本発明の好ましい実施の形態及び関連する原理を一層良く示すために使用したものである。勿論、当該技術分野の当業者は、その他の座標系も使用可能であり、直線座標系へ且つ直線座標系からかかる座標系を変換することが可能であることが理解されよう。例えば、上述したｘ及びｙセンサに代えて、感知装置は、半径方向又は極座標系にて作用し得る形態とすることができる。この場合の本発明の実施の形態は、本明細書に記載した方法と同一の仕方にて作用するが、座標系を１つの系から他の系に変換することが必要となろう。かかる座標系の変換は当該技術分野にて周知である。
【００８４】
更なる有利な効果及び改変例は当該技術分野の当業者に容易に案出されよう。このため、本発明は、その広い側面にて特定の詳細、代表的な装置及び方法、並びに示し且つ説明した一例としての実施の形態に限定されるものではない。従って、特許請求の範囲及びその等価物により画成された本発明の全体的な着想の精神又は範囲から逸脱せずに、かかる細部に変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の原理及び可能な適用例を示すために本発明の現在の好ましい実施の形態による継手計測器化したボルトが組み込まれた２つの容器内のボルト付き継手の斜視図である。
【図２】本発明の現在の好ましいシステムの実施の形態によるシステムのブロック図である。
【図３】本発明の第一の好ましい実施の形態による計測器化したピン部材の側面図である。
【図４】図３の計測器化したピン部材の軸方向頂面図である。
【図５】図３の計測器化したピン部材のヘッド部及び上側軸部分の拡大側面図である。
【図６】切欠き線６−６に沿った図３の計測器化したピン部材の切欠き側面図である。
【図７】線７−７に沿った図３の計測器化したピン部材のヘッド部及び上側軸部分の軸方向又は切欠き頂面図である。
【図８】図３の計測器化したピン部材にて使用される曲げ応力測定形態によるブリッジ組立体の電気的概略図である。
【図９】図３の計測器化したピン部材にて使用される軸方向応力測定形態によるブリッジ組立体の電気的概略図である。
【図１０】図３の計測器化したピン部材にて使用される切換え回路の電気的概略図である。
【図１１】図３の計測器化したピン部材にて使用されるコネクタの端面図である。
【図１２】本発明の第二の好ましい実施の形態による計測器化したピン部材の側面図である。
【図１３】図１２の計測器化したピン部材の軸方向頂面図である。
【図１４】図１２の計測器化したピン部材のヘッド部及び上側軸部分の拡大側面図である。
【図１５】切欠き線１５−１５に沿った図１２の計測器化したピン部材の軸方向切欠き図である。

Claims

計測器化したピン部材において、
ピン部材の軸線の周りに配置されて、曲げ部分を有するピン部材本体と、
正味軸方向歪みを除いて曲げ部分内の曲げ歪みを感知し且つ曲げ歪みを表わすセンサ測定信号を出力し得るよう曲げ部分内でピン部材本体に配置された感知装置と、
センサ測定信号をセンサ装置から出力するセンサ測定信号出力装置とを備える、計測器化したピン部材。
請求項１に記載の計測器化したピン部材において、感知装置が、ｘ軸及びｙ軸に沿った曲げ部分内の曲げ歪みの成分を感知し、ｘ軸及びｙ軸がピン部材の軸線に対し及び互いに対して直交する、計測器化したピン部材。
請求項１に記載の計測器化したピン部材において、ピン部材本体がボルトを備える、計測器化したピン部材。
請求項１に記載の計測器化したピン部材において、ピン部材本体がピン部材軸線の周りで円筒状の形状を有する、計測器化したピン部材。
請求項１に記載の計測器化したピン部材において、
ピン部材本体がヘッド部を備え、
曲げ部分をヘッド部に隣接する、計測器化したピン部材。
請求項１に記載の計測器化したピン部材において、感知装置が、
ｘ軸に沿った曲げ歪みを測定する第一及び第二のｘ軸センサ要素と、
ｙ軸に沿った曲げ歪みを測定する第一及び第二のｙ軸センサ要素とを備える、計測器化したピン部材。
請求項６に記載の計測器化したピン部材において、第一及び第二のｘ軸センサ要素の各々が、ピン部材の軸線に相応するピン部材の軸方向への歪みを測定する軸方向センサを備える、計測器化したピン部材。
請求項６に記載の計測器化したピン部材において、
ピン部材本体が、ピン部材の軸線に対し直交する平面内に位置する軸部の周縁を含む軸部を備え、
第一及び第二のｘ軸センサ要素の各々が、軸部の周縁に接する接線方向への歪みを感知する接線センサを備える、計測器化したピン部材。
請求項６に記載の計測器化したピン部材において、第一及び第二のｙ軸センサ要素の各々が、ピン部材の軸線に相応するピン部材の軸方向への歪みを感知する軸方向センサを備える、計測器化したピン部材。
請求項６に記載の計測器化したピン部材において、
ピン部材本体が、ピン部材軸線に対し直交する平面内に位置する軸部の周縁を含む軸部を備え、
第一及び第二のｙ軸センサ要素の各々が、軸部の周縁に接する接線方向への歪みを感知する接線センサを備える、計測器化したピン部材。
請求項６に記載の計測器化したピン部材において、
第一及び第二のｘ軸センサ要素の各々及び第一及び第二のｙ軸センサ要素の各々が、ピン部材の軸線に相応するピン部材の軸方向への歪みを感知する軸方向センサを備え、
ピン部材本体が、ピン部材軸線に対して直交する平面内に位置する軸部の周縁を含む軸部を備え、
第一及び第二のｘ軸センサ要素の各々及び第一及び第二のｙ軸センサ要素の各々が、軸部の周縁に接する接線方向への歪みを感知する接線センサを備える、計測器化したピン部材。
請求項７に記載の計測器化したピン部材において、
感知装置が、
左側部及び右側部を有するｘ軸ブリッジを備え、左側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備え、右側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備え、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ブリッジ側部の第一の位置が第一の整合したｘ軸の形態にあり、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ブリッジ側部の第二の位置が第二の整合したｘ軸の形態にあり、
第一及び第二のｘ軸センサ要素の軸方向センサが、第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にある、計測器化したピン部材。
請求項７に記載の計測器化したピン部材において、
感知装置が、
左側部及び右側部を有するｘ軸ブリッジであって、左側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備え、右側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備える前記ｘ軸ブリッジを備え、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置が第一の整合したｘ軸の形態にあり、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置が第二の整合したｘ軸の形態にあり、
軸方向応力測定形態及び曲げ応力測定形態を備え、
第一及び第二のｘ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にあるとき、感知装置が、曲げ応力測定モードにある、計測器化したピン部材。
請求項１３に記載の計測器化したピン部材において、第一及び第二のｘ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にないとき、感知装置が、軸方向応力測定形態にある、計測器化したピン部材。
請求項８に記載の計測器化したピン部材において、
感知装置が、
左側部及び右側部を有するｘ軸ブリッジであって、左側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備え、右側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備える前記ｘ軸ブリッジを備え、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置が第一の整合したｘ軸の形態にあり、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置が第二の整合したｘ軸の形態にあり、
第一及び第二のｘ軸センサ要素の接線センサが、第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にある、計測器化したピン部材。
請求項１１に記載の計測器化したピン部材において、
感知装置が、
左側部及び右側部を有するｘ軸ブリッジであって、左側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備え、右側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備える前記ｘ軸ブリッジを備え、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置が第一の整合したｘ軸の形態にあり、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置が第二の整合したｘ軸の形態にあり、
軸方向応力測定形態及び曲げ応力測定形態を備え、
第一及び第二のｘ軸センサ要素の接線センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二のｘ軸の形態の一方にあるとき、感知装置が、曲げ応力測定モードにある、計測器化したピン部材。
請求項１６に記載の計測器化したピン部材において、第一及び第二のｘ軸センサ要素の接線センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にないとき、感知装置が、軸方向応力測定形態にある、計測器化したピン部材。
請求項９に記載の計測器化したピン部材において、
感知装置が、
左側部及び右側部を有するｙ軸ブリッジであって、左側ｙ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備え、右側ｙ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備える前記ｙ軸ブリッジを備え、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ｙ軸ブリッジ側部の第一の位置が第一の整合したｙ軸の形態にあり、
左側ｙ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ｙ軸ブリッジ側部の第二の位置が第二の整合したｙ軸の形態にあり、
第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが、第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にある、計測器化したピン部材。
請求項１８に記載の計測器化したピン部材において、感知装置が軸方向応力測定形態及び曲げ応力測定形態を備え、
第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｙ軸の形態及び第二のｙ軸の形態の一方にあるとき、感知装置が、曲げ応力測定モードにある、計測器化したピン部材。
請求項１９に記載の計測器化したピン部材において、第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にないとき、感知装置が、軸方向応力測定形態にある、計測器化したピン部材。
請求項１０に記載の計測器化したピン部材において、
感知装置が、
左側部及び右側部を有するｙ軸ブリッジであって、左側ｙ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備え、右側ｙ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備える前記ｙ軸ブリッジを備え、
左側ｙ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ｙ軸ブリッジ側部の第一の位置が第一の整合したｙ軸の形態にあり、
左側ｙ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ｙ軸ブリッジ側部の第二の位置が第二の整合したｙ軸の形態にあり、
第一及び第二のｙ軸センサ要素の接線センサが、第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にあるようにした、計測器化したピン部材。
請求項２１に記載の計測器化したピン部材において、感知装置が、軸方向応力測定形態及び曲げ応力測定形態を備え、
第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にあるとき、感知装置が、曲げ応力測定モードにある、計測器化したピン部材。
請求項２２に記載の計測器化したピン部材において、
第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にないとき、感知装置が、軸方向応力測定形態にある、計測器化したピン部材。
請求項１１に記載の計測器化したピン部材において、
感知装置が、
左側部及び右側部を有するｘ軸ブリッジであって、左側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備え、右側ｘ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備える前記ｘ軸ブリッジを備え、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置が第一の整合した形態にあり、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ｘ軸ブリッジ側部の第二の位置が第二の対向した形態にあり、
第一及び第二のｘ軸センサ要素の軸方向センサが、第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の一方にあり、第一及び第二のｘ軸センサ要素の接線センサが、第一の整合したｘ軸の形態及び第二の整合したｘ軸の形態の他方にあり、
感知装置が、
左側部及び右側部を有するｙ軸ブリッジであって、左側ｙ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備え、右側ｙ軸ブリッジ側部が第一及び第二の位置を備える前記ｙ軸ブリッジを更に備え、
左側ｘ軸ブリッジ側部の第一の位置及び右側ｙ軸ブリッジ側部の第一の位置が第一の整合した形態にあり、
左側ｙ軸ブリッジ側部の第二の位置及び右側ｙ軸ブリッジ側部の第二の位置が第二の整合した形態にあり、
第一及び第二のｙ軸センサ要素の軸方向センサが、第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の一方にあり、第一及び第二のｙ軸センサ要素の接線センサが、第一の整合したｙ軸の形態及び第二の整合したｙ軸の形態の他方にある、計測器化したピン部材。
請求項１に記載の計測器化したピン部材において、感知装置が、軸方向応力測定形態及び曲げ応力測定形態を有するブリッジ組立体を備える、計測器化したピン部材。
請求項１に記載の計測器化したピン部材において、軸方向応力測定形態と曲げ応力測定形態との間にて切換え得るように感知装置に作用可能に結合された切換え装置を更に備える、計測器化したピン部材。
請求項２６に記載の計測器化したピン部材において、切換え装置が固体相切換え回路を備える、計測器化したピン部材。
請求項２６に記載の計測器化したピン部材において、
ピン部材がヘッド部を備え、
切換え装置がピン部材のヘッド部に配置される、計測器化したピン部材。
請求項２８に記載の計測器化したピン部材において、ピン部材のヘッド部が、外面と、該外面に形成された切欠きとを有し、
切換え装置が外面に取り付けられる、計測器化したピン部材。
請求項２６に記載の計測器化したピン部材において、
ピン部材が、ヘッド部キャビティを有するヘッド部を備え、
切換え装置が、ピン部材のヘッド部キャビティに配置される、計測器化したピン部材。
請求項２６に記載の計測器化したピン部材において、切換え装置が、周期的切換え信号を提供する周期的切換え信号源を備える、計測器化したピン部材。
請求項２６に記載の計測器化したピン部材において、
軸方向応力測定形態と曲げ応力測定形態との間にて切換え得るようにブリッジ組立体に作用可能に結合された切換え装置を更に備える、計測器化したピン部材。
請求項２６に記載の計測器化したピン部材において、
感知装置が、その各々が軸方向応力測定形態及び曲げ応力測定形態を有する１対のブリッジを備え、
切換え装置が、軸方向応力測定形態と曲げ応力測定形態との間にて対のブリッジを切換え得るように対のブリッジに作用可能に結合されたスイッチを備える、計測器化したピン部材。
請求項３に記載の計測器化したピン部材において、切換え装置が、対のブリッジを曲げ応力測定形態に実質的に同時に切換える、計測器化したピン部材。
計測器化したピン部材において、
ピン部材の軸線の周りに配置されて、曲げ部分を有するピン部材本体と、
曲げ応力測定モードの間、曲げ部分内の曲げ応力を感知し且つセンサ測定信号を出力し得るよう曲げ部分内でピン部材本体に配置された感知装置と、
感知装置を曲げ応力測定モードに且つ該モード外に切換え得るように感知装置に作用可能に結合された切換え装置と、
センサ測定信号を通信するセンサ信号出力装置とを備える、計測器化したピン部材。
継手における曲げを測定するシステムにおいて、
継手に配置された計測器化したピン部材を備え、該計測器化したピン部材が、
ピン部材の軸線の周りに配置されて、曲げ部分を有するピン部材本体と、
正味軸方向歪みを除く曲げ部分内の曲げ歪みを感知し且つ曲げ歪みを表わすセンサ測定信号を出力すべく曲げ部分内のピン部材本体に配置された感知装置と、
センサ装置からのセンサ測定信号を出力するセンサ測定信号出力装置とを備え、
センサ出力信号を受信し得るようセンサ測定信号出力装置に作用可能に結合されたデータ受信装置を備える、継手における曲げを測定するシステム。
請求項３６に記載のシステムにおいて、計測器化したピン部材が、感知装置を曲げ応力モードに且つ該モード外に切換えるべく感知装置に作用可能に結合された切換え装置を更に備える、システム。
請求項３６に記載のシステムにおいて、複数の計測器化したピン部材を備える、システム。
請求項３６に記載のシステムにおいて、データ受信装置がデータプロセッサを備える、システム。
請求項３６に記載のシステムにおいて、データ受信装置がデータディスプレイを備える、システム。
継手における曲げを測定する方法において、
ピン部材の軸線の周りに配置されて、曲げ部分を備えるピン部材本体を有する計測器化したピン部材を継手に配置することと、
曲げ応力測定モードの間、正味軸方向歪みを除く曲げ部分内の曲げ歪みを感知し且つセンサ測定信号を出力することと、
センサ測定信号をデータ受信装置に通信することとを備える、方法。
請求項４１に記載の方法において、計測器化したピン部材を配置することが、該計測器化したピン部材が継手の周りで実質的に等しい間隔で配置されるように複数の計測器化したピン部材を継手に配置することを備える、方法。
請求項４１に記載の方法において、感知することが、曲げ応力測定モードに且つ及び該モード外に切換えることを含む、方法。