JP2010139477A - センサの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象物の特定方向の物理量を計測する際に、特定方向の物理量を検出するセンサの感度方向を常に一致させることができるセンサの取付構造提供する。
【解決手段】計測対象物１０に取り付けられ、計測対象物１０に加わる特定方向の物理量を検出するセンサ１６の取付構造において、センサ１６をセンサ架台１５を介して計測対象物１０に取り付けると共にそのセンサ架台１５で、センサ１６を常時鉛直に保つように支持したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造物や試験体などの計測対象物を加振したとき、その計測対象物に加わる特定方向の物理量を検出するためのセンサの取付構造に係り、特に、計測対象物に取り付けたセンサが、振動などで計測対象物が変形しても、センサの感度方向を常に一致させることができるセンサの取付構造に関するものである。

建造物、クレーンなどの構造物や試験体などの計測対象物の加振時の挙動を計測する際には、その計測対象物に、加速度センサやレーザー変位計など特定方向の物理量を検出するセンサを複数の方向に多数取り付け、その計測対象物を加振して、これらセンサで計測対象物の特定方向の物理量、例えば上下方向、水平方向の加速度あるいは上下や水平方向の変位など検出して、その計測対象物の耐震強度などを解析することが行われている。

ここで、加速度センサは、片持ち梁の表裏面にひずみゲージを設けたものからなり、計測対象物が加振方向で変形することから表裏のひずみゲージがこの変形を検出して加速度を検出するものである。

この加速度センサを用いて計測対象物の上下方向あるいは水平方向のみの加速度を検出するには、センサの感度方向である上下方向または水平方向と一致するように計測対象物にセンサを設置するようにしている。

加速度センサの計測対象物への取付構造としては、特許文献１〜３に示されるように、加速度センサの端面にネジを取り付け、このネジ部分を樹脂で計測対象物に固定した構造や、端面の部分をグリースや瞬間接着剤で固定した構造、両面テープで固定した構造、計測対象物と加速度センサとを挟持手段で挟持固定した構造が知られている。

特開２００２−４００４１号公報 特開平７−１９８７４０号公報 特開平５−７２２２８号公報

ところで、計測が必要な方向の加速度や変位など、特定方向の物理量を検出する計測対象物は、クレーンなど大型のものであり、加振時に変形を伴うため、最初は、計測が必要な感度方向が一致するように、計測対象物に取り付けていても、計測対象物が変形すると、それに伴ってセンサの感度方向も変化するため、常に特定方向の物理量を計測することはできなくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、計測対象物の特定方向の物理量を計測する際に、特定方向の物理量を検出するセンサの感度方向を常に一致させることができるセンサの取付構造を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、計測対象物に取り付けられ、前記計測対象物に加わる特定方向の物理量を検出するセンサの取付構造において、前記センサをセンサ架台を介して前記計測対象物に取り付けると共にそのセンサ架台で、前記センサを常時鉛直に保つように支持したセンサの取付構造である。

請求項２の発明は、前記センサ架台を、前記計測対象物に取り付ける支持部材に、鉛直回転板を水平軸廻りに回転自在に且つ常時鉛直に保つように設けて構成し、そのセンサ架台の前記鉛直回転板にセンサを取り付けた請求項１に記載のセンサの取付構造である。

請求項３の発明は、前記センサ架台を、前記計測対象物に取り付ける支持部材に揺動自在に鉛直揺動板を設けると共に、その鉛直揺動板に水平軸廻りに回転自在に鉛直回転板を設け、且つ鉛直揺動板と鉛直回転板がそれぞれ鉛直を保つように形成して構成し、そのセンサ架台の前記鉛直回転板にセンサを取り付けた請求項１に記載のセンサの取付構造である。

請求項４の発明は、前記鉛直回転板は、軸受けにて水平軸廻りに回転自在に設けられる請求項２または３に記載のセンサの取付構造である。

請求項５の発明は、前記センサは、加速度センサまたは変位計である請求項１〜４いずれかに記載のセンサの取付構造である。

請求項６の発明は、前記鉛直回転板は、その中心が水平な軸に回転自在に設けられた円板と、その円板の外周部に設けられた錘とからなり、前記計測対象物の変形に対して常に鉛直方向に維持する請求項１〜５いずれかに記載のセンサの取付構造である。

請求項７の発明は、前記センサ架台の支持部材は、前記計測対象物に対して鉛直になるように取り付けられる請求項１〜６いずれかに記載のセンサの取付構造である。

本発明によれば、計測対象物が振動時に変形しても計測が必要な方向のみの物理量を計測できる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るセンサの取付構造の正面図であり、図１（ｂ）は、その側面図である。

図１（ａ）、（ｂ）において、１０は起立した計測対象物で、例えば、港湾クレーン、建造物などの構造物、試験体などからなる。計測対象物１０の側面など鉛直面には、センサ架台１５を介してセンサ１６が取り付けられる。

このセンサ１６は、計測対象物１０が加振されたときに、計測対象物１０に加わる特定方向の物理量、例えば上下方向の加速度や変位、水平方向の加速度や変位など常に特定方向のみの物理量を検出できるようになっている。

センサ架台１５の取付構造は、起立した計測対象物１０の側面に支持部材１１を取り付け、その支持部材１１に水平な軸１２を設け、その軸１２に、下部に錘１３を有する鉛直回転板１４を回転自在に設けて構成され、そのセンサ架台１５の鉛直回転板１４にセンサ１６を取り付ける。

支持部材１１は、計測対象物１０に対して鉛直になるように、計測対象物１０の側面に接着剤あるいは両面テープで取り付けられる。その他計測対象物の種類や側面状態により、取り付け方は適宜選択できる。例えば、計測対象物１０が試験体である場合には、試験体の側面に穴をあけて支持部材１１を取り付けてもよい。

鉛直回転板１４は、その中心が支持部材１１に設けられた軸１２に適度に回転自在に設けられた円板１７と、その円板１７の外周部に設けられた錘１３とからなり、計測対象物１０の変形に対して常に鉛直方向にその姿勢を維持するようにされる。

鉛直回転板１４は、支持部材１１に設けられた軸１２に、ベアリングなどの軸受け１８を介して回転自在に設けるとよい。これにより、鉛直回転板１４が滑らかに回転し、計測対象物１０の変形に対して常に鉛直方向に姿勢を維持することができる。

支持部材１１、軸１２、鉛直回転板１４の材料としては、必要とする強度に合わせて金属材料や樹脂材料などから適宜選択して用いることができる。

センサ１６は、上下方向の物理量を検出する際は、鉛直回転板１４が錘１３で鉛直方向に姿勢を保った状態で、その鉛直方向と感度方向（上下方向）が一致するように鉛直回転板１４に取り付けられ、水平方向の物理量を検出する際には、鉛直回転板１４が錘１３で鉛直方向に姿勢を保った状態で、その鉛直方向に直交する方向（水平方向）と感度方向（水平方向）が一致するように鉛直回転板１４に取り付けられる。

このセンサ１６の鉛直回転板１４への取り付け位置は、センサ１６の重心が軸１２の同軸上に位置するように取り付けるとよい。これにより、センサ１６の重さによる鉛直回転板１４の回転への影響を低減することができる。

センサ１６としては、例えば、片持ち梁式の加速度センサやレーザー変位計など特定方向の物理量を検出するセンサを用いる。その大きさ、重さは限定するものではないが、大きすぎたり重すぎたりすると振動に影響を与えてしまうので、例えば、センサケースが２ｃｍ角程度の大きさで、１０ｇ〜１００ｇ程度の重さのものを用いる。

レーザー変位計としては、センサ１６として反射ミラーを用い、その反射ミラーに、計測対象物１０と離れて固定系に設けた光源からレーザーを放射し、反射ミラーからの反射光を受光器で受光して反射ミラーが設置された箇所の変位を計測するものや、あるいはセンサ１６として目盛板を用い、その目盛板に、加振台上に固定された（加振点に固定された）光源からレーザーを放射して目盛板でレーザー像の位置を計測して変位を計測するものなどがある。

センサ架台１５の大きさは、センサ１６の大きさより十分大きい方が好ましい。これは、センサ１６をセンサ架台１５にしっかりと確実に設置して計測対象物１０の振動をそのままセンサ１６に伝達し、正確な計測を実現するためである。

例えば、センサ１６が２ｃｍ角程度の大きさである場合には鉛直回転板１４の直径を４ｃｍ程度にするとよい。

また、センサ架台１５の鉛直回転板１４は、円板１７と、その円板１７の外周部に設けられた錘１３とで振り子を形成するため、この振り子の固有振動数に近い周期の振動を与えると、振り子の振幅を大きくしてしまうので、計測対象物１０に与える振動の周波数と振り子の固有振動数が一致しないように、円板１７の中心から錘１３までの距離（≒円板１７の半径）を調節する必要がある。

センサ１６には、検出加速度や変位などの物理量を測定系に接続するケーブル１９が設けられ、このケーブル１９が鉛直回転板１４の回転を阻害しないように測定系に延出される。なお、このケーブル１９は、軸１２を中空軸とし、その中空軸を通してケーブル１９を計測対象物１０に延出して測定系に接続するよう構成してもよい。

図１（ｂ）においては、センサ１６が取り付けられるセンサ架台１５は、一つしか示してないが、計測対象物１０の各側面にそれぞれ取り付けられる。このとき、センサ架台１５は、必要に応じて特定の一側面のみに多数取り付けてもよく、複数の側面に多数取り付けてもよい。

次に、第１の実施の形態の作用を説明する。

計測対象物１０が加振されると、計測対象物１０が加振方向に振動し、これに伴って計測対象物１０が変形する。この変形に伴って計測対象物１０に取り付けられたセンサの感度方向も変化してしまい、上下方向のみの物理量あるいは水平方向のみの物理量を検出することができない。

計測対象物１０の耐震強度などを解析する際には、上下方向の物理量、水平方向の物理量を用いるため、上下方向や水平方向のみの物理量を検出する必要がある（多方向の検出値からベクトル解析により上下方向や水平方向のみの値を取り出すことはできるが煩雑である）。

本発明の第１の実施の形態では、計測対象物１０が変形しても、鉛直回転板１４がその錘側を下向きにした姿勢を常に維持してセンサ１６の感度方向を常に一致させることができ、センサ１６は、常に上下方向のみの物理量、水平方向のみの物理量を検出することができるので、センサ１６で検出された値を計測対象物１０の耐震強度などの解析にそのまま用いることができる。

図１（ａ）では、鉛直回転板１４が矢印方向に揺動したときに、上下方向の物理量を検出するが、紙面に垂直な方向に振動したときには、他の側面に取り付けたセンサ１６で上下方向の物理量を検出することで、計測対象物１０がどの方向に変形しても各側面に取り付けたいずれかのセンサ１６で上下方向の物理量を検出できる。

また、支持部材１１を、起立した計測対象物１０の側面に接着剤あるいは両面テープで取り付けることで、安価かつ簡単に取り付けることができる。

鉛直回転板１４を、軸１２に軸受けを介して回転自在に設けることで、鉛直回転板１４が滑らかに回転し、計測対象物１０の変形に対して常に鉛直方向に姿勢を維持することができる。

さらに、鉛直回転板１４を、その中心が軸１２に回転自在に設けられた円板１７と、その円板１７の外周部に設けられた錘１３とで構成することで、簡単かつ容易な構造にできる。

また、センサ架台１５の支持部材１１を、計測対象物１０に対して鉛直になるように取り付けることで、傾斜した側面や上側面にも本発明のセンサの取付構造を適用することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を図２により説明する。

図２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るセンサの取付構造の正面図であり、図２（ｂ）は、その側面図である。第１の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付し説明を省く。

この第２の実施の形態は、センサ１６を支持する鉛直回転板１４を水平軸廻りに回転自在にすると共に、その鉛直回転板１４を図２（ｂ）に示すように紙面に平行な方向に揺動自在に設けられた鉛直揺動板２３を介して支持部材２１に取り付けてセンサ架台２５を構成し、センサ架台２５が紙面に垂直な方向および紙面に平行な方向に振動したときに鉛直回転板１４と鉛直揺動板２３がその姿勢を常に維持することでセンサ１６の感度方向を常に一致させるようにしたものである。

より具体的には、計測対象物１０に取り付ける支持部材２１の両側に形成された水平なアーム部２２，２２間に揺動自在に鉛直揺動板２３を設けると共に、その鉛直揺動板２３に水平軸廻りに回転自在に鉛直回転板１４を設け、鉛直揺動板２３と鉛直回転板１４に、その鉛直揺動板２３と鉛直回転板１４がそれぞれ鉛直を保つようにバランスをとる錘２４，１３を設けてセンサ架台２５を構成し、そのセンサ架台２５の鉛直回転板１４にセンサ１６を取り付けた構造である。

アーム部２２，２２の先端部にはそれぞれ穴２６が形成され、他方鉛直揺動板２３の両側面には、穴２６に嵌合する軸２７がそれぞれ形成されており、鉛直揺動板２３の軸２７，２７を穴２６，２６に嵌合することで鉛直揺動板２３はアーム部２２，２２間に適度に揺動自在に取り付けられている。

アーム部２２，２２の長さは、鉛直揺動板２３が揺動したときに計測対象物１０や支持部材２１に接触してしまわないようにある程度余裕を持った長さであるとよい。

錘２４，１３の重さは、鉛直揺動板２３と鉛直回転板１４がそれぞれその姿勢を鉛直に保つようにバランスのとれた重さにされる。

以上より、センサ架台２５が図２（ｂ）において紙面に平行な方向に振動したときには、錘２４により、センサ架台２５の鉛直揺動板２３が揺動してその姿勢を鉛直方向に維持でき、また紙面に垂直な方向に振動したときには、鉛直回転板１４が回転してその姿勢を常に維持できる。

このため、第２の実施の形態に係るセンサの取付構造によれば、図２（ａ）において計測対象物１０が紙面に平行な方向に振動したとき、鉛直回転板１４がその錘側を下向きにした姿勢を常に維持してセンサ１６の感度方向を常に一致させることができるのに加えて、紙面に垂直な方向に振動したときも、鉛直揺動板２３がその姿勢を常に維持してセンサ１６の感度方向を常に一致させることができる。

よって、センサ１６を複数取り付けなくても、１台のセンサ１６で、上下方向のみの物理量、水平方向のみの物理量を検出することが可能となる。

第１の実施の形態においては、鉛直回転板１４を支持部材１１上の軸１２に対して回転自在に設けたが、鉛直回転板１４と軸１２を一体に形成し、鉛直回転板１４と軸１２が支持部材１１に対して回転自在に設けられるような構造としてもよい。

この場合も、支持部材１１と軸１２との間に、ベアリングなどの軸受け（図示せず）を設けて、鉛直回転板１４と軸１２が支持部材１１に対して適度に回転自在となるようにするとよい。

同様に第２の実施の形態においては、鉛直回転板１４を鉛直揺動板２３上の軸１２に対して回転自在に設けたが、鉛直回転板１４と軸１２を一体に形成し、鉛直揺動板２３と軸１２との間にベアリングなどの軸受けを設けて、鉛直回転板１４と軸１２が鉛直揺動板２３に対して回転自在に設けられるような構造としてもよい。

また、第２の実施の形態においては、支持部材２１に鉛直揺動板２３を設け、その鉛直揺動板２３に鉛直回転板１４を設け、その鉛直回転板１４にセンサを取り付ける構造としたが、支持部材２１に鉛直回転板１４を設け、その鉛直回転板１４に鉛直揺動板２３を設け、その鉛直揺動板２３にセンサを取り付ける構造としてもよい。

上述の実施の形態においては、鉛直回転板１４および鉛直揺動板２３を常時鉛直に保つために錘１３，２４を用いたが、これに限るものではない。例えば、鉛直回転板１４をその中心からずれるように軸１２に設けることで、鉛直回転板１４の中心が常に重力方向下側に向くので、鉛直回転板１４を常時鉛直に保つことができる。また、鉛直揺動板２３の軸２７の形成位置や鉛直揺動板２３の長さを調整して鉛直揺動板２３を常時鉛直に保つようにしても良い。

また、上述の実施の形態においては、支持部材２１として、両側に水平なアーム部２２，２２が形成されたものを用いたが、これに限るものではなく、図２（ａ）において鉛直揺動板２３が紙面に垂直な方向に揺動するように設けることができるものであればよい。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサの取付構造の正面図であり、図１（ｂ）は、その側面図である。 図２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るセンサの取付構造の正面図であり、図２（ｂ）は、その側面図である。

符号の説明

１０ 計測対象物
１１ 支持部材
１２ 軸
１３ 錘
１４ 鉛直回転板
１５ センサ架台
１６ センサ

Claims (7)

1. 計測対象物に取り付けられ、前記計測対象物に加わる特定方向の物理量を検出するセンサの取付構造において、
   前記センサをセンサ架台を介して前記計測対象物に取り付けると共にそのセンサ架台で、前記センサを常時鉛直に保つように支持したことを特徴とするセンサの取付構造。
2. 前記センサ架台を、前記計測対象物に取り付ける支持部材に、鉛直回転板を水平軸廻りに回転自在に且つ常時鉛直に保つように設けて構成し、そのセンサ架台の前記鉛直回転板にセンサを取り付けた請求項１に記載のセンサの取付構造。
3. 前記センサ架台を、前記計測対象物に取り付ける支持部材に揺動自在に鉛直揺動板を設けると共に、その鉛直揺動板に水平軸廻りに回転自在に鉛直回転板を設け、且つ鉛直揺動板と鉛直回転板がそれぞれ鉛直を保つように形成して構成し、そのセンサ架台の前記鉛直回転板にセンサを取り付けた請求項１に記載のセンサの取付構造。
4. 前記鉛直回転板は、軸受けにて水平軸廻りに回転自在に設けられる請求項２または３に記載のセンサの取付構造。
5. 前記センサは、加速度センサまたは変位計である請求項１〜４いずれかに記載のセンサの取付構造。
6. 前記鉛直回転板は、その中心が水平な軸に回転自在に設けられた円板と、その円板の外周部に設けられた錘とからなり、前記計測対象物の変形に対して常に鉛直方向に維持する請求項１〜５いずれかに記載のセンサの取付構造。
7. 前記センサ架台の支持部材は、前記計測対象物に対して鉛直になるように取り付けられる請求項１〜６いずれかに記載のセンサの取付構造。

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