JP2007017195A - 磁力を利用した負荷装置及びそのひずみセンサとひずみの検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷抵抗をほとんど発生させず、省スペースであって軽量化に寄与する負荷装置と、当該負荷装置を用いたひずみセンサとそのひずみの検出方法を提供すること。
【解決手段】回転可能に枢支され両端部に互いに異なる極性が付された可動磁性体と、一端に任意の極性が付された磁性部を有する第一磁性体と、一端に前記第一磁性体の一端と同じ極性が付された磁性部を有する第二磁性体と、で構成され、前記第一磁性体及び前記第二磁性体の磁性部が前記可動磁性体の端部近傍に配置される負荷発生磁性体と、からなり、可動磁性体の回転運動による可動磁性体と負荷発生磁性体の間の磁力変化によって第二磁性体に加わる負荷を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の動作により負荷を発生させる負荷装置に関し、特に磁力を利用して、負荷抵抗をほとんど発生させずにＦＢＧにひずみを発生させる負荷装置及びそのひずみセンサとひずみの検出方法に関する。

ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）とは、光ファイバのコア部の屈折率を周期的に変化させた回折格子の構造のセンサであり、入射光がＦＢＧに透過すると、ブラッグ波長と呼ばれる波長成分がＦＢＧで反射され、当該ブラッグ波長のシフト量によって、ひずみや温度変化の検出が可能である。
従って、ＦＢＧは光版のひずみゲージと呼ばれており、高精度で多種多様なセンサに用いられている。

従来、ＦＢＧで検出するひずみを発生させるための負荷方法としては、ＦＢＧに重量体を取り付け、当該重量体の重量を利用してＦＢＧに負荷を加えている。
特開２０００−０２８３２９号公報

しかし、従来の負荷装置には、以下のような問題があった。
＜１＞負荷重量体の取り付け場所を確保する必要がある。
＜２＞負荷抵抗が発生するため、損失が大きく非効率的である。

従って、本発明の目的は、負荷抵抗をほとんど発生させず、省スペースであって軽量化に寄与する負荷装置と、当該負荷装置を用いたひずみセンサとそのひずみの検出方法を提供することにある。

そこで、上記目的を達成するためになされた本願の第１発明は、所定の動作により負荷を発生させる負荷装置であって、重心に設けた軸体で回転可能に枢支され両端部に互いに異なる極性が付された可動磁性体と、一端に任意の極性が付された磁性部を有する第一磁性体と、一端に前記第一磁性体の一端と同じ極性が付された磁性部を有する第二磁性体と、で構成され、前記第一磁性体及び前記第二磁性体の磁性部が前記可動磁性体の端部近傍に配置される負荷発生磁性体と、からなり、可動磁性体の回転運動による可動磁性体と負荷発生磁性体の間の磁力変化によって第二磁性体に加わる負荷を変化させることを特徴とする、負荷装置を提供するものである。

また、本願の第２発明は、本願の第１発明に記載の負荷装置において、前記可動磁性体は、その全体形状が直線形状を呈していることを特徴とする、負荷装置を提供するものである。

また、本願の第３発明は、本願の第１発明又は第２発明に記載の負荷装置において、複数の負荷発生磁性体を可動磁性体の回転軌跡上に沿って配置したことを特徴とする、負荷装置を提供するものである。

また、本願の第４発明は、所定の動作により発生する負荷をひずみとして検出するひずみセンサにおいて、本願の第１発明乃至第３発明の何れかに記載の負荷装置と、前記第一磁性体の他端に取り付けられ、前記負荷発生磁性体により発生した負荷を検出する負荷検出手段と、からなり可動磁性体の回転運動による可動磁性体と負荷発生磁性体の間の磁力変化を用いて負荷を発生させ、負荷検出手段によって当該負荷を取り出してひずみを検出することを特徴とする、ひずみセンサを提供するものである。

また、本願の第５発明は、所定の動作により発生する負荷をひずみに変換して検出する、ひずみセンサのひずみ検出方法において、本願の第４発明に記載のひずみセンサを用い、可動磁性体の回転運動による可動磁性体と負荷発生磁性体の間の磁力変化を用いて負荷発生磁性体によって負荷を発生し、負荷検出手段によって当該負荷を取り出してひずみを検出することを特徴とする、ひずみの検出方法を提供するものである。

本発明は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果を得ることができる。
＜１＞重量体が不要であるため、センサ本体の計量化及び極小化が可能である
＜２＞負荷抵抗がほとんど発生しないため、効率が高い。
＜３＞負荷検出手段（ＦＢＧなど）の見かけの熱容量が増大する。
＜４＞負荷発生磁性体を複数組設置することにより、精度が高まる。
＜５＞回転パルス、傾斜角、往復運動などのあらゆるセンサに応用が可能である（雨量計、風速計、風向計、傾斜センサなど）。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

＜１＞全体構成
図１に本発明の負荷装置の斜視図を示す。
図１に示すように、本発明の負荷装置Ａは、可動磁性体１と、負荷発生磁性体２と、から構成され、前記負荷装置Ａに、負荷検出手段３を加えてひずみセンサＢを構成する。以下に構成部品を説明する。

＜２＞可動磁性体１
可動磁性体１は磁性を持つ物体であり、重心１１に軸体１２を設け、軸体１２とベアリング１５により回転可能に枢支される。また、可動磁性体１の両端部１３、１４に互いに異なる極性をもつように形成する。本実施例では、端部１３をＳ極、端部１４をＮ極とするが、可動磁性体１は回転するため、後述する第一磁性体２１及び第二磁性体２２との極性の相互関係に限定を設けるものではなく、単に互いに異なる極性を持っていればよい。

可動磁性体１は、重心１１に回転可能な軸体１２を設けていればよく、形状は特に限定するものではない。好ましくは、重心１１が可動磁性体１の両端部から等間隔の位置に設けられるような形状、例えば図１に示すように直線形状であれば可動磁性体１の回転運動が負荷発生磁性体２が障害となって妨げられることはなくなるため、可動磁性体１の回転運動の自由度が高くなる。

＜３＞負荷発生磁性体２
負荷発生磁性体２は、一端に任意の極性が付された磁性部２１１を有する第一磁性体２１と、一端に前記第一磁性体２１の一端と同じ極性が付された磁性部２２１を有する第二磁性体２２と、で構成される。
第一磁性体２１は、ベース４により固定されて、可動磁性体１との距離を一定に保ち、第二磁性体２２は、収納部５に移動可能に載置される。
磁性部２１１、２２１はＮ極とし、前記可動磁性体１の端部１３，１４の近傍に配置し、可動磁性体１に、磁力の引張力と反発力とが作用し、互いに回転力を相殺するように構成する。より好ましくは、端部１３と磁性部２２１の距離及び、端部１４と磁性部２１１との距離は等距離とすることが望ましい。

＜４＞負荷検出手段３
負荷検出手段３は、ひずみ部材３１と、ＦＢＧ３２と、ひずみ部材３１とＦＢＧ３２とを固定する固定部材３３と、ＦＢＧ３２の両端に接続する光ケーブル３４からなり、ひずみ部材３１の一端を第二磁性体２２の他端に取り付けることによって設置される。
負荷検出手段３は、上記構成に限定するものではなく、従来公知の検出手段を用いても良い。

＜５＞負荷装置の作用
負荷装置Ａは、可動磁性体１の両端部１３、１４と、負荷発生磁性体２の磁性部２１１、２２１との間に、磁力による引張力及び反発力が働き、一定の負荷が第二磁性体２２に継続して働きつづける。
軸体１２に連結された対象物が回転運動を行ったとき、可動磁性体１が連動して回転運動を行うことにより、可動磁性体１と、負荷発生磁性体２との間の磁場が変化し、第二磁性体２２に加わる負荷量も連動して変化する。

＜６＞ひずみセンサの作用
負荷検出手段３では、前述した可動磁性体１の回転運動により第二磁性体２２に加わる負荷の変化によってひずみ部材３１のひずみ量が変化し、ＦＢＧ３２によって当該ひずみを検出することができる。

また、図３に示すように、複数の負荷発生磁性体２を可動磁性体１の回転軌跡上に沿って配置することもできる。
負荷発生磁性体２の組数を増加させると、可動磁性体の向きの検出精度が高まるため、風向計や、傾斜センサなどに応用することもできる。

このように、本発明の負荷装置は、磁気の変化を利用して、ＦＢＧに加わる負荷量を変化させることができ、多種多様な測定機器に応用することが可能である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含されるものである。

本発明のひずみセンサの斜視図。 本発明のひずみセンサの平面図。 本発明のひずみセンサの他の実施例を示す平面図。

符号の説明

１・・・可動磁性体
１１・・重心
１２・・軸体
１３・・端部
１４・・端部
２・・・負荷発生磁性体
２１・・第一磁性体
２１１、２１２・・・磁性部
２２・・第二磁性体
２２１、２２２・・・磁性部
３・・・負荷検出手段
３１・・ひずみ部材
３２・・ＦＢＧ
３３・・固定部材
３４・・光ケーブル
４・・・ベース
５・・・収納部材
Ａ・・・負荷装置
Ｂ・・・ひずみセンサ

Claims (5)

1. 所定の動作により負荷を発生させる負荷装置であって、
   重心に設けた軸体で回転可能に枢支され両端部に互いに異なる極性が付された可動磁性体と、
   一端に任意の極性が付された磁性部を有する第一磁性体と、一端に前記第一磁性体の一端と同じ極性が付された磁性部を有する第二磁性体と、で構成され、前記第一磁性体及び前記第二磁性体の磁性部が前記可動磁性体の端部近傍に配置される負荷発生磁性体と、からなり、
   可動磁性体の回転運動による可動磁性体と負荷発生磁性体の間の磁力変化によって第二磁性体に加わる負荷を変化させることを特徴とする、負荷装置。
   
2. 請求項１に記載の負荷装置において、
   前記可動磁性体は、その全体形状が直線形状を呈していることを特徴とする、
   負荷装置。
   
3. 請求項１又は２に記載の負荷装置において、
   複数の負荷発生磁性体を可動磁性体の回転軌跡上に沿って配置したことを特徴とする、
   負荷装置。
   
4. 所定の動作により発生する負荷をひずみとして検出するひずみセンサにおいて、
   請求項１乃至３の何れかに記載の負荷装置と、
   前記第一磁性体の他端に取り付けられ、前記負荷発生磁性体により発生した負荷を検出する負荷検出手段と、からなり
   可動磁性体の回転運動による可動磁性体と負荷発生磁性体の間の磁力変化を用いて負荷を発生させ、負荷検出手段によって当該負荷を取り出してひずみを検出することを特徴とする、
   ひずみセンサ。
   
5. 所定の動作により発生する負荷をひずみに変換して検出する、ひずみセンサのひずみ検出方法において、
   請求項４に記載のひずみセンサを用い、
   可動磁性体の回転運動による可動磁性体と負荷発生磁性体の間の磁力変化を用いて負荷発生磁性体によって負荷を発生し、負荷検出手段によって当該負荷を取り出してひずみを検出することを特徴とする、
   ひずみの検出方法。

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