JP2007132793A - 計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速で回転する回転体の歪みを多点計測する場合にも、ケーブルの本数を増やしたり、或は、ホイールにテレメータを取付けることなしに、容易且つ確実に多点計測することができる計測装置を提供する。
【解決手段】回転体７と共に回転する回転軸３に挿通されると共に、長手方向へ沿って間隔を置き複数箇所において回転体７に貼り付けられて、当該貼り付け部がＦＢＧセンサ部８ｂ，８ｃとなる１本の光ファイバ８と、光ファイバ８との間で光を授受し得るようにした、固定側の１本の光ファイバ１１とを備え、光ファイバ８の端面８ａと光ファイバ１１の端面１１ａとの間には、光通信を行なうことが可能な空中光伝搬室１４を設け、空中光伝搬室１４には、光ファイバ８の端面８ａと光ファイバ１１の端面１１ａのくもりや汚れを防止し得るよう、ガス１３を注入し得るように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の、歪みの計測及び亀裂の進展の計測並びに超音波の計測等に用いることができる計測装置に関するものである。

自動車のロードホイール等のような回転体に垂直及び横荷重を負荷しながら回転させて回転試験を行い、この回転試験において、回転体の歪みの計測することが行なわれている。

而して、回転体の歪みを測定する場合は、電気抵抗型の歪みゲージとスリップリングを用いるか、或は、歪みゲージとテレメータを用いたワイヤレスの方法が一般的である。

又、ホイールの歪みを検出する先行技術文献としては、特許文献１がある。特許文献１では、ホイールに貼り付けた歪みゲージを直接ブリッジに接続し、その出力をホイール又はホイール取付け軸に設置したスリップリングを介して歪みアンプに接続することにより、高速回転中のホイールに生じる歪みを測定している。
特開平１０−２７４５７１号公報

歪みゲージとスリップリングとにより回転体の歪みを計測する場合、試験体に貼り付けられた歪みゲージに接続される電線（リード線）も試験体と共に回転させる必要がある。この場合、歪みの測定箇所が一点であれば、電気ブラシ等を使用し、回転するリード線の接点を固定接点に接続することで、歪みゲージの信号を取出すことが可能である。しかし、歪みを複数箇所で計測する場合や、亀裂の進展を計測するＡＥ（アコースティック・エミッション）計測の場合のように、多点計測となった場合には、ケーブルの本数が増えることで、ケーブルの配索が複雑となり、実用的ではなかった。

歪みゲージとテレメータとにより回転体の歪みを計測する場合、被測定物の被測定量は電気量に変換されてホイールに取付けたテレメータから地上側（静止側）のテレメータに無線により送信されるが、ＡＥ計測の場合は、静止側のテレメータにおけるデータのサンプリング速度が十分ではなくて実用に供することが難しく、又、ホイールには、重量が比較的重いテレメータを装着する必要があるため、ホイールの高速回転により遠心力によりバランスが崩れる虞がある。

特許文献１の場合は、歪みゲージとスリップリングを用いているため、この場合も、前述した従来例と同様、多点計測となった場合には、ケーブルの本数が増えることで、ケーブルの配索が複雑となり、実用的ではない。

本発明は、上述の実情に鑑み、高速で回転する回転体の歪み等を多点計測する場合にも、ケーブルの本数を増やしたり、或は、ホイールにテレメータを取付けることなしに、容易且つ確実に多点計測を行なうことができるようにした計測装置を提供することを目的としてなしたものである。

請求項１の計測装置は、回転体に接続されて回転体と共に一体的に回転する回転軸に挿通されると共に、回転軸から外へ出た部分が長手方向へ沿って間隔を置き複数箇所において前記回転体に貼り付けられて、当該貼り付け部がＦＢＧセンサ部となる１本の光ファイバと、該光ファイバとの間で光を授受し得るようにした、固定側の１本の光ファイバとを備えたものである。

請求項２の計測装置においては、回転軸に挿通された光ファイバの端面と固定側の光ファイバの端面との間に、空中光伝搬室を設けたものであり、請求項３の計測装置においては、空中光伝搬室は、回転軸に挿通された光ファイバの端面と固定側の光ファイバの端面とが汚れないよう、ガスを導入し得るよう構成されている。

本発明の請求項１〜３記載の計測装置によれば、下記のごとき種々の優れた効果を奏し得る。
Ｉ）１本の光ファイバに複数のＦＢＧセンサ部を形成することにより、回転している回転体に発生している歪み等の信号を、非接触で固定側の光ファイバに伝達することが可能となり、従って、多点計測の場合でも、多数のケーブルの配索が不要で、コストダウンを図ることができる。
ＩＩ）ＦＢＧセンサ部は１本の光ファイバの中途部に複数設けることができるため、計測点が多数であっても１本の光ファイバを回転軸に挿通させることにより計測が可能となり、又、回転体に対する計測点を増やしても信号伝達部の構成や、信号伝達のやり方を変更する必要がなく、更に、回転軸の光ファイバを挿通させる中空部の内径を計測点数によって変更する必要がなく、従って、設計がシンプルとなる。
ＩＩＩ）回転軸に挿通されている光ファイバと固定側の光ファイバとの間には、空中光伝搬室が介在するため、回転軸側の光ファイバと固定側の光ファイバの間で光通信を行なうことができ、又、空中光伝搬室にはガスが導入されるため、両光ファイバの端面に、光通信を阻害する湿気によるくもりやごみの付着を防止することができ、従って、光通信を確実に行なうことができる。
ＩＶ）光ファイバにＦＢＧセンサ部を形成することにより、回転している回転体に発生している歪み等の信号を、空中光伝搬室を介し非接触で固定側の光ファイバに伝達することが可能となる。
Ｖ）１本の光ファイバに長手方向へ沿って複数のＦＢＧセンサ部を形成することにより、歪みだけでなく、回転体の亀裂の進展の計測（ＡＥ計測）や超音波の計測も可能となり、汎用性が高い。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１、図２は本発明を実施する形態の一例である。
図中、１は枠体２に設置された中空筒状の支持枠体、３は支持枠体１の中空部内に支持手段４を介して回転自在に内嵌、支持された回転軸、５は回転軸３の支持枠体１から外方へ延在する先端部に固定されたハブ、６はハブ５の外周に取付けられたタイヤ部であり、ハブ５及びタイヤ部６により回転体７が形成されている。

回転軸３の中空部には１本の光ファイバ８が挿通されている。光ファイバ８は、一端が回転軸３の支持枠体１内に位置する側の端部に位置し、他端側は回転軸３の外へ延在して、ハブ５の中心部に設けた孔を貫通し、ハブ５から外部へ延出している。而して、光ファイバ８のハブ５から外部へ延出した部分は、長手方向の複数箇所においてハブ５の外面に貼り付けられている。貼り付け点は、ＦＢＧセンサ部８ｂ，８ｃとして機能し、歪み計測点となる。ここで、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）は、波長変調を利用して歪みの計測を行なうことから、光源の光強度変動の影響を受けず、多重化可能という利点を有しており、１本の光ファイバ上に複数のセンサ部を設けることができるものである。図示例では貼り付け点は２箇所であるが、複数箇所なら何箇所でも良い。

支持枠体１の中空部には、回転軸３の支持枠体１中空部内側端部に対して間隔９を置いて、固定軸１０が内嵌、固定されており、固定軸１０は支持枠体１の中空部を回転軸３から離反する方向へ延在して支持枠体１の外部に延在しており、固定軸１０の中空部には、１本の光ファイバ１１が挿通されている。光ファイバ１１は、一端が固定軸１０の回転軸３に対応した端部に位置して回転軸３側から離反し、固定軸１０の外方へ延在している。

固定軸１０には、ガス注入孔１２が穿設されており、外部からガス注入孔１２へ導入されたガス１３は、回転軸３と固定軸１０との間の間隔９の部分に形成された空中光伝搬室１４へ送給されて、光ファイバ８，１１の対向する端面８ａ，１１ａを清浄に保持し得るようになっている。又、光ファイバ８，１１の対向する端面８ａ，１１ａは、光の授受を円滑に行なうために同一軸心上に位置している。図中、１５は回転体７を高速で回転させる回転動力伝達部である。

次に、上記した実施の形態の作動を説明する。
高速で回転する回転体７のハブ５の歪みを計測する場合は、図示しない手段により回転体７に垂直荷重及び水平荷重が付与された状態で、回転動力伝達部１５により回転体７が高速で回転させられ、回転軸３及び光ファイバ８は回転体７と一体的に回転するが、光ファイバ１１は回転することなく静止している。又、ガス１３は固定軸１０のガス注入孔１２から空中光伝搬室１４へ注入される。又、ガス１３の空中光伝搬室１４への注入により空中光伝搬室１４内はプラス圧に保持される。

光源からの光は、光ファイバ１１、空中光伝搬室１４、光ファイバ８を経て、計測点であるＦＢＧセンサ部８ｂ，８ｃに達し、ＦＢＧセンサ部８ｂ，８ｃで反射して、光ファイバ８、空中光伝搬室１４、光ファイバ１１を経て光電変換器に送られ、光電変換器で電気信号に変換されて歪みが求められる。この場合、ＦＢＧセンサ部８ｂ，８ｃで反射する光の波長は、計測部であるＦＢＧセンサ部８ｂ，８ｃの歪み（応力）の変動に伴って、変化するため、この波長の変化を利用して歪みを計測する。

本図示例によれば、光ファイバ８，１１が挿通される回転軸３と固定軸１０との間には、空中光伝搬室１４が介在するため、光ファイバ８と光ファイバ１１との間は光通信が行なわれるが、空中光伝搬室１４にはガス１３が導入されるため、光ファイバ８の端面８ａや光ファイバ１１の端面１１ａに、光通信を阻害する湿気によるくもりやごみの付着を防止することができ、又、空中光伝搬室１４内はプラス圧であるため外部からのごみの侵入を防止することができ、従って、光ファイバ８，１１間において光通信を確実に行なうことができる。

又、本図示例によれば、光ファイバ８にＦＢＧセンサ部８ｂ，８ｃを形成することにより、回転している回転体７に発生している歪みの信号を、空中光伝搬室１４を介し非接触で固定側の光ファイバ１１に伝達することが可能となる。

ＦＢＧセンサ部８ｂ，８ｃは１本の光ファイバ８の長手方向へ間隔を置いて複数設けることができるため、計測点が多数であっても１本の光ファイバ８を回転軸３に挿通させることにより計測が可能となり、又、ハブ５に対する計測点を増やしても回転軸３や固定軸１０の信号伝達部の構成や、信号伝達のやり方を変更する必要がなく、更に、回転軸３の光ファイバ８を挿通させる中空部の内径を計測点数によって変更する必要がない。

更に又、光ファイバ８に長手方向へ沿って複数のＦＢＧセンサ部８ｂ，８ｃを形成することにより、歪みだけでなく、回転体の亀裂の進展の計測（ＡＥ計測）や超音波の計測も可能となる。

なお、本発明の計測装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の計測装置の概略断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。

符号の説明

３ 回転軸
７ 回転体
８ 光ファイバ
８ａ 端面
８ｂ ＦＢＧセンサ部
８ｃ ＦＢＧセンサ部
９ 間隔
１１ 光ファイバ
１１ａ 端面
１３ ガス
１４ 空中光伝搬室

Claims (3)

1. 回転体に接続されて回転体と共に一体的に回転する回転軸に挿通されると共に、回転軸から外へ出た部分が長手方向へ沿って間隔を置き複数箇所において前記回転体に貼り付けられて、当該貼り付け部がＦＢＧセンサ部となる１本の光ファイバと、該光ファイバとの間で光を授受し得るようにした、固定側の１本の光ファイバとを備えたことを特徴とする計測装置。
2. 回転軸に挿通された光ファイバの端面と固定側の光ファイバの端面との間には、空中光伝搬室を設けた請求項１に記載の計測装置。
3. 空中光伝搬室には、回転軸に挿通された光ファイバの端面と固定側の光ファイバの端面とが汚れないようガスを導入し得るよう構成した請求項２に記載の計測装置。

Images