JP2008134203A - 貼付位置識別機能付歪ゲージおよび歪測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】折れ曲がった狭い箇所や高温雰囲気下でも自由に屈曲させてリード線を配設でき、かつ曲げ変形や衝撃荷重が作用したとしても折損することもなく、試験対象に貼付された歪ゲージ位置を識別する機能を有する簡便な貼付位置識別機能付歪ゲージおよび歪測定装置を提供する。
【解決手段】歪ゲージのゲージ面２ａ端部に印加電圧によって発光する発光体４を設けるとともに、前記歪ゲージのリード線２ｂ，２ｃに沿ってこの発光体４に電圧を印加するための導線４ｂ，４ｃを沿わせてなる貼付位置識別機能付歪ゲージ２。また、前記貼付位置識別機能付歪ゲージ２の発光体４に電圧を印加するための導線４ｂに、電源５と導通開閉手段６とを接続して発光体点灯回路を形成し、前記発光体４に前記電源電圧を印加または遮断する機能を付与した貼付位置識別機能付歪測定装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、試験対象物の機械特性試験等に使用される歪ゲージおよび歪測定装置の改善に関し、より詳しくは、試験対象に貼付された歪ゲージ位置を識別する機能を有する貼付位置識別機能付歪ゲージおよび歪測定装置に関する。

金属、樹脂、セラミックス等の材料やこれらを用いた構造物の引張強度、圧縮強度、曲げ強度、引張疲労強度等の機械的特性を把握することは、これら材料の使用上あるいはこれらを用いた構造物の設計上、重要なことである。このような機械特性を試験する上で、負荷された荷重に対する材料や構造物の歪を測定するため歪ゲージが一般的に良く使用されている。

ところが、大型構造の試験体や実構造物に何十枚もの歪ゲージを貼り付けて、歪測定装置によって歪を測定する場合には、どの測定チャンネルが前記構造物のどの位置の歪を測定しているのかを明確に把握しておく必要がある。更に、このように多数の歪ゲージを設置した時には、何らかの不具合によって歪測定値の異常等が生じた場合についても、どの歪ゲージやどのリード線が不良であるかを把握する必要が生じて来る。

このような場合、歪ゲージのリード線を被覆色が異なるものを複数色選定し、このリード線の被覆色によって歪ゲージを識別したり、歪ゲージのリード線にチャンネル番号を記入したラベルを取り付けたりして、どの測定チャンネルが前記構造物のどの位置の歪を測定しているのかを把握する方法が極一般的に行われて来た。

しかしながら、前者の方法は、識別し得るリード線の被覆色はせいぜい１０色程度であり、それ以上の測定チャンネルには対応することが出来なかった。また、後者の方法は、リード線にチャンネル番号を記入したラベルを取り付けるのに多大な手間を要する上、歪測定値に何らかの異常が認められたとき、多数のリード線の中から該当する番号を記入したラベルを探すのに、また多大な工数を要するという問題を有していた。

次に、このような問題を解決するために提案されている従来例に係る設定位置識別機能付リードケーブルについて、以下添付図５を参照しながら説明する。図５は、従来例の一実施形態に係る設定位置識別機能付リードケーブルを介して、主電気機器と副電気機器とを接続した場合の結線例を示す結線図である。

この従来例に係る設定位置識別機能付リードケーブル１２によれば、一端末が主電気機器１１に電気接続され、他端末が上記電気機器１１から離隔した複数個所の夫々に設定された副電気機器１７に電気接続され、かつ複数系統に分けて電気接続された複数の導線１３と、これら複数の導線１３のうちの少なくとも１つの系統の導線部に添設されるとともに、一端末部および他端末部が上記主電気機器１１側の近傍および上記副電気機器１７側の近傍の夫々に露呈されてなる光伝達部材１４とを具備するものである（特許文献１参照）。

そして、ある特定の主電気機器（端子盤）１１のリードケーブル１２に添設された前記光伝達部材（光ファイバー）１４の光導入部１５に光源２０の光を導入すると、この光伝達部材１４の光放出部１６から光放出がなされ、これに対応した副電気機器（歪ゲージ）１７の設定位置を識別可能とするものである。

しかしながら、このような設定位置識別機能付リードケーブル１２は、光伝達部材１４として石英系光ファイバーを用いる実施の形態が記載されているが、石英系光ファイバーでは、歪ゲージ１７のリードケーブル１２を小さな曲率半径で曲げて使用することが出来ない。また、設置時に万一曲げ変形や衝撃荷重が作用すると光ファイバーが折損し、光を通すことが出来なくなることがある。

仮に、前記光伝達部材１４として樹脂系光ファイバーを用いるとしても、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）系光ファイバーの軟化変形開始温度は８０〜１００℃であるので、耐熱温度上７０℃程度以下の雰囲気でしか使用できないという問題があった。
特開平９−２３７５２４号公報

更に、前記設定位置識別機能付リードケーブル１２は、光ファイバー１４の光導入部１５に光源２０を用いて光を導入する作業自体が煩雑であったし、また歪ゲージ１７の導線部１３の端子盤１１への結線部が近接する場合、前記光ファイバー１４の光導入部１５も近接するので、位置を特定したい歪ゲージだけでなく、近接する歪ゲージにも光が導入されてしまうという問題があった。

従って、本発明の目的は、折れ曲がった狭い箇所や高温雰囲気下でも自由に屈曲させてリード線を配設でき、かつ曲げ変形や衝撃荷重が作用したとしても折損することもなく、試験対象に貼付された歪ゲージ位置を識別する機能を有する簡便な貼付位置識別機能付歪ゲージおよび歪測定装置を提供することにある。

発明者らは、上記のような事情に鑑み、歪ゲージの貼付位置識別機能について調査検討した結果、通常の発光体を用いることが可能なことを知見して、本発明をなすに至ったものである。

即ち、前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る貼付位置識別機能付歪ゲージが採用した手段は、歪ゲージのゲージ面端部に電圧を印加することによって発光する発光体を設けるとともに、前記歪ゲージのリード線に沿ってこの発光体に電圧を印加するための導線を沿わせてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る貼付位置識別機能付歪ゲージが採用した手段は、歪ゲージのゲージ面端部に電圧を印加することによって発光する発光体を設けるとともに、前記歪ゲージのリード線の一部を、この発光体に電圧を印加するための導線と兼用させてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係る貼付位置識別機能付歪測定装置が採用した手段は、前記請求項１または２に記載の貼付位置識別機能付歪ゲージの発光体に電圧を印加するための導線に、電源と通電開閉手段とを接続して発光体点灯回路を形成し、前記発光体に前記電源電圧を印加または遮断する機能を付与したことを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係る貼付位置識別機能付歪測定装置が採用した手段は、前記請求項３に記載の貼付位置識別機能付歪測定装置において、前記発光体に発光ダイオードを用いる一方、前記電源電圧の印加によってこの発光ダイオードに流れる電流の流れ方向が、前記歪ゲージ計測時の印加電圧によって前記発光ダイオードに流れる電流の流れ方向と逆方向となるよう構成したことを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係る貼付位置識別機能付歪ゲージによれば、歪ゲージのゲージ面端部に電圧を印加することによって発光する発光体を設けるとともに、前記歪ゲージのリード線に沿ってこの発光体に電圧を印加するための導線を沿わせてなるので、折れ曲がった狭い箇所でも自由に屈曲させてリード線を配設でき、かつ曲げ変形や衝撃荷重が作用したとしても折損することもない貼付位置識別機能付歪測定装置を簡便な構成によって達成し得る。

また、本発明の請求項２に係る貼付位置識別機能付歪ゲージによれば、歪ゲージのゲージ面端部に電圧を印加することによって発光する発光体を設けるとともに、前記歪ゲージのリード線の一部をこの発光体に電圧を印加するための導線と兼用させてなるので、前記リード線のほぼ全長に亘って前記発光体に電圧を印加するための導線が不要となる。

更に、本発明の請求項３に係る貼付位置識別機能付歪測定装置によれば、前記発光体に電圧を印加するための導線に電源と通電開閉手段とを接続して発光体点灯回路を形成し、前記発光体に前記電源電圧を印加または遮断する機能を付与したので、前記通電開閉手段により前記発光体に電圧印加させることによって、前記歪測定装置のどのチャンネルがどの貼付位置の歪ゲージに該当するか瞬時に識別可能となる。

また更に、本発明の請求項４に係る貼付位置識別機能付歪測定装置によれば、前記請求項３に記載の貼付位置識別機能付歪測定装置において、前記発光体に発光ダイオードを用いる一方、前記電源電圧の印加によってこの発光ダイオードに流れる電流の流れ方向が、前記歪ゲージ計測時の印加電圧によって前記発光ダイオードに流れる電流の流れ方向と逆方向となるよう構成したので、歪ゲージ計測時には前記発光ダイオードに電流が流れず、前記発光体の抵抗値が歪ゲージの抵抗値に負荷されることが無い。

先ず、本発明の実施の形態１に係る貼付位置識別機能付歪ゲージおよび歪測定装置について、以下添付図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る貼付位置識別機能付歪ゲージおよび歪測定装置の歪ゲージと発光体の結線例を示す結線図、図２は、図１のブリッジボックス内に構成されたホイートストンブリッジ回路を示す回路図である。

本発明の実施の形態１に係る貼付位置識別機能付歪ゲージ２は、この歪ゲージ２のゲージ面２ａに後述するホイートストンブリッジ回路を構成する抵抗３ａが貼着され、この抵抗３ａに電圧を印加するとともに、出力電圧を計測するためのリード線２ｂが接続され、更に、このリード線２ｂに絶縁材を被覆された被覆リード線２ｃが延長されて構成されている。

同時に、前記歪ゲージ２のゲージ面２ａ端部には、電源５の印加電圧によって発光する発光体４を設けるとともに、前記歪ゲージ２のリード線２ｂに沿わせてこの発光体４に電圧を印加するための導線４ｂに接続され、更に、この導線４ｂに接続し絶縁材を被覆された被覆導線４ｃを、前記リード線２ｃに沿わせて構成されている。

そして、本発明の実施の形態１に係る貼付位置識別機能付歪測定装置１は、前記歪ゲージ２のリード線２ｂの先端が、ブリッジボックス７内のホイートストンブリッジ回路７ａに接続され、同時に、前記発光体４に電圧を印加するための前記導線４ｂの先端には、電源５とともにスイッチ等の通電開閉手段６が接続され、前記通電開閉手段６によって前記発光体４に電圧を印加させる機能が発光体点灯回路として付与されている。

即ち、必要性に応じて、前記通電開閉手段６を閉じれば、前記導線４ｂに電源５による電圧が印加されて前記発光体４が点灯し、逆に、前記通電開閉手段６を開けば、前記導線４ｂに印加された電圧が遮断されて前記発光体４が消灯する。

そして、図２に示す如く、ホイートストンブリッジ回路７ａの一辺には歪ゲージ２に取り付けられた抵抗３ａが、他の三辺には固定抵抗３ｂ，３ｃおよび３ｄが接続されて、１ゲージ法によるホイートストンブリッジ回路７ａが形成されている。前記歪ゲージ２を測定対象とする場所に貼付け、印加電圧８によりホイートストンブリッジ回路７ａに電圧を印加し、電圧計９により測定される出力電圧を読み取って、貼付箇所に生じている歪を検出するように構成されている。

今、ホイートストンブリッジ回路７ａを構成する４個の抵抗３ａ，３ｂ，３ｃおよび３ｄの各抵抗値を同一値Ｒとし、貼付箇所の歪により歪ゲージ２を構成する抵抗３ａの抵抗値ＲがΔＲだけ変化したとすれば、電圧計９によって検出される出力電圧ｅは次式（１）となる。
ｅ≒ΔＲ・Ｅ／（４・Ｒ）＝Ｋｓ・ε・Ｅ／４ （１）
ここで、 Ｋｓ：定数
ε：歪

即ち、貼付箇所に発生した歪εによって、抵抗変化分ΔＲに比例した出力電圧ｅが得られるとともに、前記歪εにも比例した出力電圧ｅが得られることになる。この微小電圧ｅを増幅器で増幅して、アナログ出力として得たり、ディジタル出力値として表示し歪測定することが出来る。

以上説明したように、本発明の実施の形態１に係るこのような貼付位置識別機能付歪ゲージ２は、前記歪ゲージ２のゲージ面２ａ端部に電圧を印加することによって発光する発光体４が設けられ、前記歪ゲージ２のリード線２ｂ，２ｃに沿ってこの発光体４に電圧を印加するための導線４ｂ，４ｃを沿わせてなるので、折れ曲がった狭い箇所でも自由に屈曲させて前記導線４ｂ，４ｃを配設でき、かつ曲げ変形や衝撃荷重が作用したとしても折損することもない。また、前記発光体４に耐熱性を有するものを用いれば、ある程度の高温雰囲気下でも使用可能となる。

また、本発明の実施の形態１に係るこのような貼付位置識別機能付歪測定装置１は、前記歪ゲージ２の抵抗３ａを含むホイートストンブリッジ回路７ａと前記発光体４の点灯回路はお互い全く独立した回路を構成しているので、前記発光体点灯回路に印加された電圧が前記歪ゲージ２の出力電圧にノイズを与えることはない。前記発光体としては、豆電球や発光ダイオード等を用いることが出来る。尚、発光ダイオードは、一方向のみしか電流が流れないので、電源５の電流方向（図１に矢印５ａで示す）に一致させて使用することが肝要である。

次に、本発明の実施の形態２に係る貼付位置識別機能付歪ゲージおよび歪測定装置について、以下添付図３および図４を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態２に係る貼付位置識別機能付歪ゲージおよび歪測定装置の歪ゲージと発光体の結線例を示す結線図、図４は、図３のブリッジボックス内に構成されたホイートストンブリッジ回路に発光体の点灯回路を接続した結線例を示す結線図である。

但し、本発明の実施の形態２が上記実施の形態１と相違するところは、発光体の点灯回路に相違があり、これ以外は上記実施の形態１と全く同構成であるから、上記実施の形態１と同一のものに同一符号を付して、以下その相違する点について説明する。

即ち、上記実施の形態１に係る貼付位置識別機能付歪ゲージ２および歪測定装置１の発光体点灯回路が、ホイートストンブリッジ回路７ａと全く独立しているのに対し、本実施の形態２に係る貼付位置識別機能付歪ゲージ２および歪測定装置１の発光体点灯回路は、ホイートストンブリッジ回路７ａと接続されている。

具体的には、前記発光体４に接続された導線４ｂが歪ゲージ２の抵抗３ａのリード線２ｂに結線されるとともに、電源５と通電開閉手段６に接続された導線４ｄは、歪ゲージ２を構成する前記抵抗３ａに接続されたホイートストンブリッジ回路７ａの一辺に結線され、前記被覆リード線２ｃとリード線２ｂの一部が両者の導線として兼用されている。

前記ホイートストンブリッジ回路７ａの一部に、この様な発光体点灯回路を形成することによって、前記発光体点灯回路の導線を歪ゲージのリード線と兼用する簡便な構造をなすことが出来る。尚、実施の形態２に係る貼付位置識別機能付歪ゲージ２および歪測定装置１は、この様に、前記歪ゲージ２のリード線の一部を発光体点灯回路として兼用するため、歪ゲージ２による歪測定を行わないときに、前記発光体４による歪ゲージ２の貼付位置識別を行う必要がある。

このような実施の形態２に係る発光体４には、発光ダイオードを用いるのが好ましい。
歪ゲージ２のリード線の一部を発光体点灯回路として兼用する場合は、前記発光体４に豆電球を使用すると、この発光体４が抵抗になり歪ゲージ３ａの抵抗値に付加されるためである。図４において、矢印８ａは、ホイートストンブリッジ回路７ａに印加される印加電圧８による電流の流れ方向を示す。一方、矢印５ａは、前記発光体点灯回路における電源５による電流の流れ方向を示している。

即ち、前記電源５によって前記発光ダイオード４に流れる電流の流れ方向５ａが、前記歪ゲージ計測時の印加電圧８によって前記発光ダイオードに流れる電流の流れ方向８ａ（破線矢印で示す）と逆方向となるよう構成するとともに、前記発光体４をなす発光ダイオードは、この矢印５ａの電流方向で点灯するよう接続されることが肝要である。

このような接続構成とすることによって、歪ゲージによる歪測定時に印加電圧８による電圧が印加されたとしても、前記印加電圧８によって前記発光ダイオード４へ流れる破線矢印で示す電流の流れ８ａは発生することなく、結果として、前記発光体４の抵抗値が歪ゲージによる歪測定時の抵抗値に付加されることが無いのである。

＜実施例１＞
図１および図２に示した如く、市販の歪ゲージにホイートストンブリッジ回路７ａを接続し、発光体４として豆電球を、電源５として単３電池（１．５Ｖ）１個を、通電開閉手段６としてスイッチを用いて発光体点灯回路を構成し、貼付位置識別機能付歪ゲージ２および歪測定装置１を形成した。このようにして形成した貼付位置識別機能付歪ゲージ２を歪測定する試験片に貼付け、前記スイッチ６を閉じることによって、前記歪ゲージ２のゲージ面２ａ先端に取り付けた発光体４が点灯し、前記歪ゲージ貼付位置を識別可能なことを確認した。また、歪測定についても特に問題ないことを確認した。

＜実施例２＞
発光体４として発光ダイオードを用い、図３および図４に示した結線例と同一の結線をした以外は、実施例１と同様な機材を用いて発光体点灯回路を構成して、貼付位置識別機能付歪ゲージ２および歪測定装置１を形成した。この貼付位置識別機能付歪ゲージ２を歪測定する試験片に貼付け、前記スイッチ６を閉じることによって、前記歪ゲージ２のゲージ面２ａ先端に取り付けた発光体４が点灯し、前記歪ゲージ２の貼付位置を識別可能なことを確認した。また、歪測定についても、特に前記発光体４の抵抗値が付加されること無く、正常に測定可能なことを確認した。

以上のように、本発明に係る貼付位置識別機能付歪ゲージによれば、歪ゲージのゲージ面先端に電圧を印加することによって発光する発光体を設けるとともに、前記歪ゲージのリード線に沿ってこの発光体に電圧を印加するための導線を沿わせてなるので、折れ曲がった狭い箇所でも自由に屈曲させてリード線を配設でき、かつ曲げ変形や衝撃荷重が作用したとしても折損することもない。

また、本発明に係る貼付位置識別機能付歪測定装置によれば、前記発光体に電圧を印加するための導線に電源と通電開閉手段とを接続して発光体点灯回路を形成し、前記発光体に前記電源電圧を印加または遮断する機能を付与したので、前記通電開閉手段により前記発光体に電圧印加させることによって、前記歪測定装置のどのチャンネルがどの貼付位置の歪ゲージに該当するか瞬時に識別可能となるのである。

本発明の実施の形態１および実施の形態２においては、ホイートストンブリッジ回路は１ゲージ法による構成のものを用いて説明したが、他の２ゲージ法等による構成であっても良く、その測定法を特に限定するものではない。

本発明の実施の形態１に係る貼付位置識別機能付歪ゲージおよび歪測定装置の歪ゲージと発光体の結線例を示す結線図である。 図１のブリッジボックス内に構成されたホイートストンブリッジ回路を示す回路図である。 本発明の実施の形態２に係る貼付位置識別機能付歪ゲージおよび歪測定装置の歪ゲージと発光体の結線例を示す結線図である。 図３のブリッジボックス内に構成されたホイートストンブリッジ回路に発光体の点灯回路を接続した結線例を示す結線図である。 従来例の一実施形態に係る設定位置識別機能付リードケーブルを介して、主電気機器と副電気機器とを接続した場合の結線例を示す結線図である。

符号の説明

１：貼付位置識別機能付歪測定装置
２：貼付位置識別機能付歪ゲージ， ２ａ：ゲージ面，
２ｂ：リード線， ２ｃ：被覆リード線
３ａ：抵抗， ３ｂ，３ｃ，３ｄ：固定抵抗
４：発光体（豆電球、発光ダイオード）， ４ｂ，４ｄ：導線， ４ｃ：被覆導線
５:電源， ５ａ：電源による電流の流れ方向
６：通電開閉手段（スイッチ）
７：ブリッジボックス， ７ａ：ホイートストンブリッジ回路
８：印加電圧， ８ａ：印加電圧による電流の流れ方向
９：電圧計

Claims (4)

1. 歪ゲージのゲージ面端部に電圧を印加することによって発光する発光体を設けるとともに、前記歪ゲージのリード線に沿ってこの発光体に電圧を印加するための導線を沿わせてなることを特徴とする貼付位置識別機能付歪ゲージ。
2. 歪ゲージのゲージ面端部に電圧を印加することによって発光する発光体を設けるとともに、前記歪ゲージのリード線の一部を、この発光体に電圧を印加するための導線と兼用させてなることを特徴とする貼付位置識別機能付歪ゲージ。
3. 前記請求項１または２に記載の貼付位置識別機能付歪ゲージの発光体に電圧を印加するための導線に、電源と通電開閉手段とを接続して発光体点灯回路を形成し、前記発光体に前記電源電圧を印加または遮断する機能を付与したことを特徴とする貼付位置識別機能付歪測定装置。
4. 前記請求項３に記載の貼付位置識別機能付歪測定装置において、前記発光体に発光ダイオードを用いる一方、前記電源電圧の印加によってこの発光ダイオードに流れる電流の流れ方向が、前記歪ゲージ計測時の印加電圧によって前記発光ダイオードに流れる電流の流れ方向と逆方向となるよう構成したことを特徴とする貼付位置識別機能付歪測定装置。
   

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