JP2014513833A - 受動的かつ可逆的変形センサ - Google Patents

Abstract

本発明はマイクロセンサの分野、特に、特に構造物の方向ＯＸにおける変形サイクル、特に上記構造物が受ける温度または機械的ストレスのサイクルについての受動的かつ可逆的変形センサに関する。このセンサは、構造物の２つの点または領域の間の距離における変化のサイクルを検出する手段（４，５，６）、好ましくは計数もする手段を備える。これらの手段は、記構造物の２つの点または領域のどちらかにそれぞれ取り付け可能な第１および第２の部分（４１，４４）を有する支持体を備える。検出する手段は支持体の第１および第２の部分の各々に関連付けられている。検出する手段は、距離における変化のサイクルの少なくとも２つの異なる閾値を区別する手段（５４_１，５４_２，５４_３，５５_１，５５_２，５５_３，５６_１，５６_２，５６_３）を備える。

Description

本発明は、マイクロセンサの分野に関し、より詳細には、繰り返し外部作用を受ける構造物の２つの点または領域の間の距離における変化のサイクルを検出でき、好ましくは計数できるマイクロセンサに関する。変化のサイクルとは、構造物における公知のストレスレベルを生成する、温度または機械的ストレスのサイクル（例えば、橋の上を通過する車両の数のような）である。

この点で、特許ＵＳ５４５２３３５が公知であり、温度サイクルのセンサの幾つかの例を記載している。一方で、図１および図２、第４欄に示された第１の例では、予め定められた温度閾値に対して温度のサイクルを検出および計数できる受動的センサが記載されている。他方で、図１０〜図１２に関連して第１０欄および第１１欄に示された第２の例では、２つの温度閾値に対して、温度のサイクルを検出および計数するための電子センサが記載されている。このセンサは、電源と、予めプログラムされたマイクロプロセッサを含む。

橋のような道路インフラストラクチャの分野では、構造変化を決定するために、通過した車両の数を知ることが重要である。

この点で、特許ＦＲ２８７５３２４が公知であり、車両通過カウンタについて記載している。その車両通過カウンタは、主に音響空洞に配置されたマイクロフォンを備え、このマイクロフォンから放出された信号を処理するための手段に接続されている。これにより、自動車の信号特性は、このような装置によって検出される。

また、超音波圧力センサや画像センサを用いて動作する他のデバイスが知られており、それに対して、処理手段が関連付けられている。

これらのデバイスは、上記の２番目の例のように、幾つかの欠点を有する。

第１の欠点は、それらの使用可能寿命に関する。それは、電力手段、すなわち電池の使用可能寿命に限定されており、せいぜい、それは約１年または２年である。

第２の欠点は、それらを完全な煙火安全性をもって使用することができないことに関する。実際に、電位差の存在、したがって電流の存在が、爆発性物質の存在下で火災や爆発を引き起こし得る火花の形成や短絡の危険性を発生する。

第３の欠点は、それらの磁界に対する敏感さ、特に、得られた電子回路内の誘導電流の発生、および、それから生ずる電子部品の劣化によるものに関する。さらに、ほとんどの場合、これらのセンサおよび関連付けられた処理手段は、典型的には数十センチメートルの大きいサイズを有し、したがって、それらを非常に目立たせる。そのことは、それらが破壊行為の対象となることを説明する。

これらの欠点を克服するために、特許出願ＥＰ１９９８１４５は、構造物が受ける負荷のサイクル数を計数するための受動的かつ可逆的マイクロセンサを記載している。その負荷は、例えばこの構造物上の自動車の通過によって発生された温度、機械的張力、圧縮力、および／または、曲げ負荷のサイクル数に対応することができる。そのマイクロセンサのサイズは、それの最大の寸法で５ｃｍ、好ましくは２ｃｍを超えないので有利であり、ほとんど無制限の使用可能寿命を有し、煙火安全性をもって使用可能であり、磁界に対する敏感さを持たず、サイクルまたは通過の数のエラーなしの計数を可能にする。

可逆的センサは、自身を劣化させることなく、距離の変化の１つのサイクルを検出でき、それから別のサイクルを検出できるセンサに言及している。

受動的手段は、電源なしで動作する手段に言及している。それは、上述の特許出願で用いられ、電源、つまり電力供給源を用いるいわゆる能動的手段とは対照的である。

このマイクロセンサは、構造物の２つの点または領域の間の距離における変化のサイクルを検出および計数するための手段を備える。これらの手段は、各々アンカー領域をもつ第１の部分と第２の部分とを有する支持体を含む。これらのアンカー領域は、上記構造物の領域の上記２つの点のいずれかにそれぞれ取り付けられており、ブロック、ノッチおよび／または孔からなり、また、上記第１および第２の部分よりも小さい寸法を有している。上記計数する手段は、上記支持体の上記第１および第２の部分の各々に関連付けられている。

より具体的には、また、図１ａおよび図１ｂに示すように、車両の通過の数を検出および計数するための受動的マイクロセンサは、実質的にＵ字状の支持体１０１を備え、上記Ｕの基部を構成する第３の部分１０４によって互いに連結された第１の部分１０２および第２の部分１０３と、上記支持体上に配置され、上記支持体１０１の第１の部分１０２上に配置された少なくとも第１の歯車１０６を含む計数手段１０５とを備え、図１０に示すように、一方で、第１の歯車１０６を駆動するためのビーム１０７を備え、それの端部１０８、１０９の一方の端部１０８で上記第２の部分１０３に取り付けられ、それの他方の端部１０９に歯１１０が設けられ、第１の歯車１０６の歯１１２と歯車装置１１１を形成でき、他方で、第１の歯車１０６のための逆行停止デバイス１１３を備え、それにより、第１の部分１０２が支持体１０１の第２の部分１０３に接近することは、歯車１０６が、上記駆動するビーム１０７の上記駆動する歯１１０によって駆動されることを引き起こし、一方、これら２つの部分が離れることは、第１の歯車１０６が逆行停止デバイス１１３によって保持されることを引き起こすとともに、上記駆動するビームの上記歯１１０が上記第１の歯車１０６の歯１１２上で後退することを引き起こす。

図１ａに示すように、上記第１および第２の部分は、それぞれ孔によって形成された第１、第２のアンカー領域２２４，２２５を備えている。それらの各々に、例えば橋の欄干のような解析されるべき構造物上に上記マイクロセンサを取り付けるためにねじが挿入され得る。孔２２４，２２５は、上記ねじの直径よりも僅かに大きい直径を有する。

この例示的な実施形態では、第１および第２のアンカー領域２２４，２２５は、それぞれ、互いに平行な第１の軸Ｙ１、第２の軸Ｙ２上に配置され、距離Ｌだけ離間されている。センサのサイズを最小化する好ましい態様では、これらのアンカー領域は、長さＬができる限り長くなるようになるように、かつ、軸Ｙ１，Ｙ２間の構造物の変形が計数歯車の歯のピッチＰと少なくとも等しくなるように配置されている。実際に、マイクロセンサが変形を受ける構造物に固定されている場合、２つのアンカー領域２２４，２２５の間の距離、従って軸Ｙ１，Ｙ２間の距離の変化は、この長さＬに比例する。結果として、計数歯車の歯の与えられたピッチＰについて、また、単一の駆動ビームを用いた場合に、軸Ｙ１，Ｙ２間の構造物の変形は、少なくともＰに等しくなければならず、また、１．５×Ｐ以下であるのが好ましい。

図１ｂに示すように、支持体１０１の各部分１０２，１０３，１０４の面１３３，１３４，１３５は、平面であり、同一平面内に配置され、上記ねじを介して解析されるべき構造物に対して押圧されるようになっている。

この例示的な実施形態では、支持体の第３の部分１０４は、それ自体、逆Ｕ字状の厚い基部１３６を有する。この形状は、基部１３６によりも、このビームのＵの脚により小さなセクションをもつことを可能にする。これにより、著しい力がこの第３の部分に加えられた場合に、第１、第２の部分の正常な移動の方向に対して平行な方向に、上記脚の一つに破損が起こる。これにより、正常な移動の方向におけるこれらの部分間の如何なる相対的な移動も避け、また、歯車１０６と駆動ビーム１０７の歯１１０との間の潜在的なずれを避けることができる。このタイプのマイクロセンサでは、計数歯車の軸は第１の部分１０２の軸Ｙ１上に配置され、駆動ビーム１０７は第２の部分１０３と一体化されている。

構造物が様々な変形を生成し得る異なる種類のストレスを受ける場合には、異なる検出閾値に対応する幾つかの変形カテゴリを区別するのが有用であるかも知れない。橋上に、図１および図１ｂのマイクロセンサのような幾つかのマイクロセンサが取り付けられ得る。各マイクロセンサは、残りの他の計数歯車の歯ピッチと異なる歯ピッチをもつ計数歯車を備える。したがって、それらのマイクロセンサの一つは２０トン超のトラックの通過のみを計数でき、別のマイクロセンサは３．５トン超の車両のみを計数でき、また、第３のマイクロセンサは１トン超の全ての車両を計数できる。幾つかの同一のセンサも使用され得る。実際に、橋が曲げを受けながら、それらのセンサは、異なるイベントを検出するように、橋の中立素分から異なる距離に配置され得る。

しかしながら、これらの変形を受けている構造物が小さいサイズのものであるか、または低減された潜在的な埋め込み領域をもつ場合、また、幾つかの検出閾値が実行されなければならない場合には、その構造物の表面は、検出されるべき異なる閾値と同じくらい多くの異なるマイクロセンサが配置されるのに十分大きくはないかも知れない。

本発明は、幾つかの閾値を検出するだけでなく、出願ＥＰ１９９８１４５に記載された上記全ての利点をマイクロセンサを設けることによるこの欠点を克服することである。

提供される解決策は、特に構造物の方向ＯＸにおける変形サイクル、特に上記構造物が受ける温度または機械的ストレスのサイクルについての受動的かつ可逆的変形センサであって、
このセンサは、
構造物の２つの点または領域の間の距離における変化のサイクルを検出する手段、好ましくは計数もする手段と、
上記構造物の上記２つの点または領域のどちらかにそれぞれ取り付け可能な第１および第２の部分を有する支持体とを備え、上記検出する手段は上記支持体の上記第１および第２の部分の各々に関連付けられており、
上記検出する手段は、距離における変化のサイクルの少なくとも２つの異なる閾値を区別する手段を備える。

特別な特徴によれば、
上記検出する手段は、少なくとも第１および第２の検出アセンブリを備え、
各検出アセンブリは、
少なくとも第１および第２の部分の一方と一体の第１の歯車と、
一方で、この歯車を駆動するビームであって、このビームの端部の一つで直接または間接に第１および第２の部分の他方と一体にされ、かつ、このビームの他方の端部に、この第１の歯車の歯と歯車装置を形成し得る歯を有するものとを備え、
上記第１のアセンブリの上記第１の歯車の歯のピッチは、上記第２のアセンブリの上記第１の歯車のピッチと異なっている。

低設置面積のセンサを得るための付加的な特徴によれば、上記第１および第２のアセンブリが重畳されている。

１つの特徴によれば、上記第１および第２のアセンブリが並置されている。

好ましい特徴によれば、上記支持体の上記第１および第２の部分はＬ字状で、ヘッド・ツー・フットに配置され、上記Ｌの基部はアンカー領域を形成し、それらのアンカー領域の一方は上記支持体の一方の側に位置し、他方は上記支持体の反対の側に位置している。

上記構造物上で支持体の配置を容易にする特徴によれば、上記支持体の上記第１および第２の部分の端部（３７，３８）は、弾性要素によって互いに接続されている。

特別な特徴によれば、本発明によるセンサは、或る方向ＯＸに順に、上記支持体の上記第１および第２の部分の一方と一体の第１のアンカー領域、第１の検出アセンブリ、第２の検出アセンブリ、さらに第３、第４などのアセンブリ、そして最後に、他方の部分と一体の第２のアンカー領域を備える。

変形のサイクル数を検出および計数することを可能にする別の特徴によれば、本発明によるセンサは、
上記第１の歯車と関連付けられた逆行停止手段を備え、
この手段は、例えばビームであって、このビームの端部の一つで上記第１の支持体または上記支持体の上記第１の部分と一体になっており、上記ビームの他方の端部に、上記歯車の上記歯とかみ合うことが可能な少なくとも一つの歯を有するものを備え、
そして好ましくは、上記逆行停止手段は、上記第１の歯車とかみ合うことが可能な歯を有し、この歯は、上記駆動ビームの歯および上記第１の歯車の歯と同様に、各々、半径方向の面と、この歯の上記半径方向の面の端部を次の歯の半径方向の面の基部に連結する傾斜面とを有する。

特定の特徴によれば、各アセンブリは、９の字状の駆動手段を備え、
この駆動手段は、
上記支持体の上記第２の部分に取り付けられた第１のＯ字状の剛性の部分と、一端がこの第１の部分と一体で、他端が１次ビームと２次ビームを含む第３の部分に一体である第２の弾性の部分とを有し、
この２次ビームは、その自由端に歯を有し、好ましくは、上記支持体の上記第１の部分は、上記２次ビームのストロークを直接または間接に制限可能な停止部を備える。

本発明の他の特徴および利点は、本発明の幾つかの実施形態および添付の図面の説明において明らかになるであろう。
（記載なし） （記載なし） 図２は、構造物の方向ＯＸにおける変形についての可逆的かつ受動的センサにおいて使用可能な支持体９の、本発明による第１の選択可能な実施形態を示す図である。 図３は、構造物の方向ＯＸにおける変形についての可逆的かつ受動的センサにおいて使用可能な支持体２９の、本発明による第２の選択可能な実施形態を示す図である。 図４ａは、検出および計数手段が配置された図３の支持体の斜視図である。 図４ｂは、図４ａにおける軸Ｂ−Ｂ′に沿ったセンサの断面図である。このセンサは、監視されるべき構造物上に取り付けられている。 図４ｃは、検出および計数アセンブリの一つの拡大図である。 図５は、上記アセンブリの一つの部分的詳細図である。 図６ａおよび図６ｂは、本発明によるマイクロセンサの動作原理を示す図である。 図７は、検出数を計数する手段の第１の例示的な実施形態の図である。 図８は、検出数を計数する手段の第２の例示的な実施形態の図である。 図９ａは、本発明の別の選択可能な実施形態を示す、歯車の主軸を通るＯＸに沿った縦断面の図である。 図９ｂは、その実施形態を示す側面図である。

図２は、構造物の方向ＯＸにおける変形についての可逆的かつ受動的センサにおいて使用可能な支持体９の、本発明による第１の選択可能な実施形態を示している。

この支持体９は、２つのＬ字状のサブアセンブリ１０，１１を備えている。これらのサブアセンブリは、ヘッド・ツー・フット（head-to-foot）に配置され、隙間１２によって分離されている。それぞれの基部１３，１４は、部分的に、監視されるべき構造物上に支持体９を固定するためのアンカー領域である。

この例示的な実施形態では、基部１３，１４は、各々、２つの孔１５，１６および１７，１８を有する。それぞれ孔１５，１６および１７，１８の中心を通っている軸Ｙ１とＹ２は、軸ＯＸに垂直である。一方、それぞれ孔１５，１７および１６，１８の中心を通っている軸Ｘ１とＸ２は、軸ＯＸに平行である。

それぞれの基部１３，１４に対して垂直な、Ｌの第２の部分２１，２３は、軸ＯＸに沿って配置されている。

第１のサブアセンブリ１０の第２の部分２１は、軸ＯＸに沿って均等に分配された３つの孔１９を、３対の孔２０とともに、備えている。１対の孔の中心を通る軸は、軸Ｙ１と平行であり、対の各々は孔１９の１つに関連付けられている。各孔２０は、上記支持体から突出するピンを収容するようになっており、逆行停止手段の予備位置決めを可能にできる。

第２のサブアセンブリ１１の第２の部分２３は、軸ＯＸに沿って分配された３つの孔２２を備えている。対２２の各々は、孔１９の１つに関連付けられている。各孔２２は、上記支持体から突出するピンを収容するようになっており、駆動手段の予備位置決めを可能にできる。

そのような支持体が例えば接着またはネジによって構造物に取り付けられるとき、隙間１２内にシムを挿入して、サブアセンブリ１０，１１の互いに対する正確な位置決めを可能にするのが好ましい。

図３は、構造物の方向ＯＸにおける変形についての可逆的かつ受動的センサにおいて使用可能な支持体２９の、本発明による第２の選択可能な実施形態を示している。

この支持体２９は、２つのＬ字状のサブアセンブリ３０，３１を備えている。これらのサブアセンブリは、ヘッド・ツー・フット（head−to−foot）に配置され、軸ＯＸに沿って実質的に長手方向に、隙間３２によって分離されている。それぞれの基部３３，３４は、部分的に、監視されるべき構造物上に支持体２９を固定するためのアンカー領域である。

上述の例のように、基部３３，３４は、それぞれ２つの孔１５，１６および１７，１８を備える。それぞれ孔１５，１６および１７，１８の中心を通る軸Ｙ１とＹ２は、軸ＯＸと垂直である。一方、それぞれ孔１５，１７および１６，１８の中心を通る軸Ｘ１とＸ２は、軸ＯＸと平行である。

さらに、これら第１および第２の縦部分４１；４４は、弾性要素、この場合には材料ストランド３５，３６によって、それらの端部３７，３８で互いに連結されている。

第１のサブアセンブリ３０の第２の部分４１は、軸ＯＸに沿って均等に分配された３つの孔１９を、３対の孔２０とともに、備えている。１対の孔の中心を通る軸は、軸Ｙ１と平行であり、対の各々は孔１９の１つに関連付けられている。各孔２０は、上記支持体から突出するピンを収容するようになっており、逆行停止手段の予備位置決めを可能にできる。

この第２の部分４１は、孔１９と同じ数の略正方形状の凹部４２を備えている。各凹部は、孔１９の１つに中心を合わされている。また、その第２の部分は、第２サブアセンブリ３１の第２の部分４４に対向して、第１のサブアセンブリ３０の第２の部分４１の側面から突出する３つのクレネル４３を有している。孔１９の各々について、その中心を通り、軸Ｙ１と平行な軸が、クレネル４３の一つの対称軸である。これらのクレネルの各々は、その中央部に、孔４８を有する。

第２サブアセンブリ３１の第２の部分４４は、孔１９のように、軸ＯＸに沿って分配された３つの孔２２を備えている。対２２の各々は、孔１９の１つに関連付けられている。各孔２２は、上記支持体から突出するピンを収容するようになっており、駆動手段の予備位置決めを可能にできる。

さらに、第１のサブアセンブリ３０の第２の部分４１と反対側の、第２サブアセンブリ３１の第２の部分４４の側面は、ノッチ４５を備えている。このノッチは、クレネル４３の寸法よりも大きい寸法を有し、その中にクレネルの挿入を許容するようになっている。

基部３３，３４の各々は、同軸で互いに対向している２つのノッチ４６，４７によって、上記Ｌの対応する第２の部分から、部分的に分離されている。

小さなノッチ４６は、絶対的には必要ではないが、それらは次の利点を有する。
− 互いに対する２つのアンカー領域の回転を容易にすること。実際に、曲げを受ける構造物上にモニタが設置されるとき、直断面は回転している。そのような構造は、弾性（コンプライアンス）を提供することによって、ストレスの不必要な増加を回避可能にする。
− 上記支持体の第２の対応する可動部分に関して、基部の中心を合わせること。
− 基部に、張力または圧縮の負荷を支持するのに必要な材料のみを残すこと。

大きいノッチ４７は、サブアセンブリ３０，３１を互いに一体にするための弾性要素、つまり材料ストランド３５，３６を創出することを可能にする。

図４ａは、検出および計数手段が配置された図３の支持体を斜めから見たところを示している。一方、図４ｂは、図４ａにおける軸Ｂ−Ｂ′に沿ったセンサの断面を示している。このセンサは、監視されるべき構造物上に取り付けられる。図４ｃは、検出および計数サブアセンブリの一つを拡大して示している。

図３における支持体２９上に、３つのアセンブリ４，５，６が配置されている。各アセンブリは、
− 孔１９，２０,４８および２２に圧入され、支持体２９から突出し、停止または回転の軸として機能するピン５０，５１，５２，５３、
− 歯車５４_１，５４_２または５４_３、
− 逆行停止手段５５_１，５５_２または５５_３、
− 駆動手段５６_１，５６_２または５６_３
を備えている。

幾つかの異なる変形閾値の検出を許容するために、歯車５４_１，５４_２または５４_３は、、或る歯車から別の歯車へ、異なる歯ピッチを有する。

図４ｃは、アセンブリ５を拡大して示している。
この後者は、
− 孔１９，２０,４８および２２に圧入され、支持体２９から突出し、停止または回転の軸として機能するピン５０，５１，５２，５３、
− ｐ２に等しい歯ピッチを有する歯車５４_２、
− 逆行停止手段５５_２、
− 駆動手段５６_２
を備えている。

駆動手段５６_２は、次のものを備えた９の字状のプレートを備えている。
− 支持体２９の第２サブアセンブリ３１の第２の部分４４に取り付けられた第１のＯ字状の剛性の部分６０。この第１の部分の中央開口はスロット孔によって形成されている。
− 第２の弾性の部分６１。この第２の弾性の部分の一つの端部は、上記第１の部分に一体になっている一方、反対側の端部は、第３の部分６２に一体になっている。
− Ｌ字状の１次ビーム６３を備える第３の部分６２。この１次ビームの側面の一つは、第２の部分６１に取り付けられている一方、基部は、２次ビーム６４と一体になっている。この２次ビームは、実質的に１次ビームと同じ長さをもち、この１次ビームと平行であるが、より薄く、図５に示すように、その端部に歯７１を備える。この歯は、図５に示すように、歯車５４_２とラチェット式歯車装置を形成することができる。このように、この第３の部分６２は、Ｕを形成する。その主な脚は上記１次および２次のビーム６３，６４によって形成されている。

さらに、第１の部分６０の側面６５（その一部は、第２の弾性の部分６１と一体になっている。）は、ピン５２と実質的に同一の長さを有するノッチを備えている。この第１の部分の形状は、上記支持体上のピン５２の位置決めとともに、これらの駆動手段を、それらを上記支持体上に接着またはネジによって取り付ける前に、完全に予備位置決めすることを可能にする。

逆行停止手段５５_２は、プレート形状を有し、かつ次のものを備える。
− 上記支持体の第１のサブアセンブリ３０の第２の部分４１に取り付けられた第１のＯ字状の剛性の部分６６。この第１の部分の中央開口は、スロット孔によって形成されている。
− 上記第１の部分の寸法よりも小さい寸法をもち、Ｌ字状の１次ビーム６８を備える第２の部分６７。この１次ビームの側面の一つは、第１の部分６６に取り付けられている一方、基部は、２次ビーム６９と一体になっている。この２次ビームは、実質的に１次ビームと同じ長さをもち、この１次ビームと平行であるが、より薄く、図５に示すように、その端部に歯７２を備える。この歯は、図５に示すように、歯車５４_２とラチェット式歯車装置を形成することができる。このように、この第２の部分は、Ｕを形成する。その主な脚は上記１次および２次のビーム６８，６９によって形成されている。

さらに、第１の部分６６の側面７０（その一部は、第２の部分６７と一体になっている。）は、ピン５２の直径と実質的に同一の寸法を有するノッチ７０を備えている。この側面７０の形状は、上記支持体上のピン５２の位置決めとともに、これらの駆動手段を、それらを上記支持体２９上に接着またはネジによって取り付ける前に、完全に予備位置決めすることを可能にする。

この例示的な実施形態では、第１および第２のアンカー領域３３，３４は、それぞれ、互いに平行で距離Ｌだけ離間された第１の軸Ｙ１および第２の軸Ｙ２に沿って配置されている。上記センサのサイズを最小化する好ましい態様では、これらのアンカー領域は、長さＬができるだけ長くなるように、また、軸Ｙ１，Ｙ２間の上記構造物の変形が上記歯車の歯のピッチｐと少なくとも等しくなるように、配置されている。実際に、マイクロセンサが変形を受ける構造物に取り付けられるとき、２つのアンカー領域３３，３４間の、したがって軸線Ｙ１，Ｙ２間の距離における変化は、長さＬに比例する。結果として、上記歯車の上記歯の与えられたピッチｐについて、上記歯車に関連付けられた単一の駆動ビームを用いる場合には、軸線Ｙ１，Ｙ２間の上記構造物の変形は少なくともｐに等しくなければならない。また、クレネル４３の孔４８に挿入されるピン５３の機能は、方向ＯＸにおいて、１次ビーム６３のストロークを、関連付けられた歯車の歯のピッチｐの約１．５倍に等しい値に限定することである。上記歯車の２次駆動ビームが１次ビームと平行で一体であるから、上記ＯＸ方向における変位も、関連付けられた歯車の歯のピッチｐの１、５倍に限定される。結果として、制限デバイスを形成するこのピン５３でもって、上記歯ピッチより大きい上記ＯＸ方向における如何なる動きも、上記歯車に、１つの歯だけに対応する角度の回転をさせる。このピン５３がなければ、上記構造体の、ｐより大きい上記ＯＸ方向における如何なる動きΔｘ（アンカー領域間の間隔Δｘ）も、上記２次ビームの歯７１にΔｘの動きをさせ、上記歯車に比（Δｘ／ｐ）の整数部分に等しい角度の回転をさせるだろう。

結論として、ピン５３の機能は、間接的に、上記第１の歯車の上記歯の１ピッチ半の値に対応する較正値で、支持体２９の第１のサブアセンブリ３０の基部３３へ向かう駆動ビーム６４の動きを制限することである。このように、このピン５３は、２次駆動ビーム６４の歯７１のストロークを制限する手段、または、換言すれば停止手段を構成している。

上記歯車の各々は、マーク９７を備える。このマークは、センサの埋め込みの間、例えば２次駆動ビーム６４の歯７１の前に配置された、例えばストレートの刻み込みによって形成され、そして、単に、マーク９７と歯７１との間で、上記歯車の回転方向とは反対の方向に位置する歯車の歯を計数することによって、構造物が受ける変形のサイクル数を計数することを可能にする。

図５に示すように、この歯車５４_２は、その外周面１７および内周面９５上に、好ましくは粗い歯１６を備える。この粗い歯は、抵抗トルクを創り、歯車５４_２の自転を防ぐために、ピン５０と一体のスリーブ１２と協働するためのものである。

上記駆動手段の２次ビーム６４（以下では、駆動ビーム６４と呼ばれる。）は、その自由端７３に歯７１を有する。この歯７１は、上記歯車５４_２の歯１６とラチェット式歯車装置を形成することができる。

この図において、ＯＸ方向は、このセンサによって検出され得る上記変形の方向を示している。一方、矢印は、計数歯車５４_２の正規の回転方向を示している。この方向に沿って、この歯車５４_２の歯１６の各々は、第１の半径方向の面２３と、この第１の半径方向の面の上端２５を次の歯の半径方向の面２６の基部に連結する傾斜面２４とを備えている。さらに、この方向に沿って、駆動ビーム６４と一体の歯７１は、傾斜面２８と、半径方向の面２７とを有する。この半径方向の面は、歯車５４_２の歯１６の第１の半径方向の面２３とは反対になっている。

したがって、上記駆動ビームの歯７１は、上記駆動要素の一方向における動きの間、この歯車を回転させるように上記歯車の歯と接触する駆動面と、上記駆動要素の上記一方向と反対の方向における動きの間、上記歯車の歯上での上記駆動要素のスライド、したがって後退を可能にする案内面とを有する。次いで、上記歯車は上記逆行停止手段によってブロックされる。

上記駆動ビームは、歯１６を劣化させることなく、歯１６の後退を許容するのに十分な弾性を有している。また、上記駆動ビームと逆行停止ビームは、それらが上記歯車に抗するとき、撓みを有する。この初期の変形は、製造／アセンブリの欠陥や不確実性にもかかわらず、接触、したがって、かみ合いを確実にする。

図６ａおよび図６ｂは、本発明によるマイクロセンサの動作原理を示している。

これらの図に示すように、そのようなセンサが、その両アンカー領域３３，３４によって、例えば孔１５，１６，１７および１８に挿入された接着ブロックによって、変形を生成する負荷を受ける構造物４９上に取り付けられるとき、上記構造物のこの変形は、これらのブロック間の、したがってそれらのそれぞれの中心間の間隔における変化を生成するだろう。ＡおよびＢを、初期または正規の位置における上記ブロックのそれぞれの中心とし、また、ｘＡおよびｘＢを、軸ＯＸにおけるそれらの座標とする。構造物４９が荷重を受けると、上記ブロック間の間隔が変化し、点ＡおよびＢが極端な位置Ａ′およびＢ′（それらの座標はｘＡ′およびｘＢ′である。）になる。一方、負荷が終わるか、または幾らかの時間の後、上記ブロックは、それらの初期の位置、または僅かに異なる位置に戻る。

初期位置と極端位置との間の座標差は次式で与えられる。
Δｘ＝（ｘＡ’−ｘＡ）−（ｘＢ’−ｘＢ）
Δｙ＝０ （上記の仮定による）

上記ブロック間のこの間隔の差は、第１および第２のサブアセンブリ３０，３１のそれぞれの第２の部分４１，４４の間の位置における変化を引き起こす。歯車５４_１，５４_２および５４_３は第１のサブアセンブリ３０の第２の部分４１と一体になっているので、また、駆動ビーム６４の各々は上記歯車の一つとかみ合わされた歯７１を備えているので、上記位置における変化は、矢印の方向に、上記駆動ビーム６４によって、上記歯車の対応する駆動を生成する。

上記歯車５４_１，５４_２および５４_３は、異なる歯ピッチｐ１，ｐ２，ｐ３を、例えばｐ１＜ｐ２＜ｐ３で有しているので、構造物４９が受ける変形Δｘは、次表に示すように、その値および上記ピッチの値に応じて、検出され又は検出されないだろう。

図７は、検出数を計数する手段の第１の例示的な実施形態を示している。それらの手段は、単に、例えば上記車輪の見える面に刻み込まれた、マークからなる。このマークには、主マーク９７が含まれ、その上に、上記センサの埋め込みの間、上記２次駆動ビーム６４の歯７１が配置される。また、２次マークが含まれ、歯車５６ｉの周辺に、例えば５０個の歯の全てに、均等に分配されている。

しかしながら、これらの計数手段は、上記歯車の歯数よりも大きい、変形の連続的なサイクル数を計数することができない。

図８は、上述の欠点を解決することを可能にする、検出数を計数する手段の第２の例示的な実施形態を示している。これらの計数手段は、次のものを備える。
− 主マーク９７。その上に、上記センサの埋め込みの間、上記２次駆動ビーム６４の歯７１が配置される。
− 歯車。
− 歯車５４ｉ上に同軸に取り付けられ、単一の歯１５１を有する第２の歯車１５０ｉ。
− 第３の歯車。この第３の歯車は、例えば２０個の歯を有し、歯車５４ｉの各回転で歯１５１によって２π／２０に等しい角度だけ駆動されることが可能になっている。

これらの手段は、歯車５４ｉ上に存在する歯の数の０と２０倍との間の、変形のサイクル数を計数することを可能にする。

また、例えば特許出願ＦＲ２８７５３２４に記載されているような、光計数手段が使用され得る。

図９ａおよび９ｂは、本発明の別の選択可能な実施形態を示している。図９ａは、歯車の主軸を通る、ＯＸ方向における縦断面の図である。図９ｂは側面図である。

この例示的な実施形態において、支持体は、図３のものと似ているが、それよりも短い。ノッチ４６，４７によって部分的に区切られた２つの対向するアンカー領域２３３，２３４と、隙間１２によって離間された第１および第２の縦部分２４１，２４４とを備えている。さらに、これらの第１および第２の縦部分２４１，２４４は、それらの端部で、弾性要素、この場合は材料ストランド３５，３６によって、互いに連結されている。

検出手段は、３つの重畳されたアセンブリを含み、各々が
− 歯車５４ｉ、
− 逆行停止手段５５ｉ、
− 駆動手段５６ｉ
を備えている。

上記歯車５４_１，５４_２および５４_３は、支持体２２９と一体の同じピン２５０の周りに移動可能であり、異なる歯ピッチｐ１，ｐ２，ｐ３（ｐ１＞ｐ２＞ｐ３で）を有している。これにより、３つの異なる変形閾値を検出することを可能にしている。この例示的な実施形態では、それらは同じ歯数を有し、それは１０００個である。したがって、それらの直径は異なっている。最大直径および歯ピッチｐ１を有する一つの歯車５４ｉは、ピン２５０上に最初に配置され、それから、ピン２５０上に、歯車５４_２および５４_３がそれぞれ配置されている。これらの歯車の全ては、全体的な円錐台形の形状を有し、それらの基部は第１の縦部分２４１に面している。

逆行停止手段５５_１，５５_２または５５_３は、対応する歯車のピッチに適合されている駆動歯を除いて、同一である。一つのものは他のものの上方に、オフセットをもって取り付けられている。その結果、それらの各々の歯は、上記対応する歯車の歯と接触している。Ｏ字状のスペーサがそれらを分離している。これらの手段は、図４ａ〜図５を参照して説明されたものと同一である。

駆動手段５６_１，５６_２または５６_３は、対応する歯車のピッチに適合されている駆動歯を除いて、同一である。一つのものは他のものの上方に、取り付けられている。Ｏ字状のスペーサがそれらを分離している。しかし、それらは、ＯＸ方向にオフセットされており、その結果、如何なる変形もなしに、その１次ビームの端部と停止部２５３とを分離している距離は、それぞれ、
手段５６_１について１．５×ｐ１、
手段５６_２について１．５×ｐ２、
手段５６_３について１．５×ｐ３
に略等しい。

変形のサイクルを計数するために、各歯車は、その周辺に、２０個の歯の増分をもつ、０から９８０までのダイヤルを備えている。第１の縦部分２４１は、上記歯車の半径に沿って配置されたストレートの刻み込みを備えている。そして、そこに、上記歯車の各々について、ピン２５０上のこれらの歯車の挿入の間、数０が置かれる。使用時には、上記歯車が異なる直径を有するので、各歯車について、ストレートの刻み込みの箇所に存在する数の目視での読み取りを実行することが必要になるだけである。

上述の実施形態は、従来技術に対して、多くの利点を有している。つまり、マイクロセンサは、完全に受動的である。そして、検出および計数機能の動作をするために必要なパワーを提供するのは、イベント自体（構造物を曲げることができる対象物の行為）である。

この場合、上記マイクロセンサは、電力源の寿命によって制限されない期間にわたって動作される。使用される材料（この場合はシリコン）の性質を考えると、上記センサの寿命は、全ての場合において、非常に長期間蓄えられた受動システムを含んで、全ての兵器システムの寿命よりもはるかに長い。

この場合、上記計数器の不活性の性質は、煙火安全性で動作しているシステムへ、その用途を検討することを可能にする。それは、現在の能力よりも顕著な進歩を提供する。さらに、本発明によるマイクロセンサは、電磁界に対して全く不感である。

さらに、それは、アセンブリを簡素化する。つまり、据え付け（タップ孔の数、接着、フランジ）を減らし、コストを減らし、裁量を増加する。

さらに、提案された解決は、実行するのに簡単で、高信頼性の動作を有する。それは、電力源から独立しており、控えめな、低い単価を有する。

さらに、上記逆行停止ビームの歯は、摩擦力を上記計数歯車に印加できる摩擦パッドによって置き換えられ得る。それは２つの機能をもつ。どちらの場合も、上記摩擦パッドがそれの機能を果たすことを可能にするのは、上記歯車上の上記パッドの摩擦力である。この摩擦力は、上記パッドビームの予負荷によって決定される。一方では、それは、正規の回転方向における上記計数歯車の慣性効果による過回転を制限する。他方では、上記パッドの摩擦力が上記歯車上の上記駆動ビームの摩擦力よりも大きいという条件で、それは、上記駆動歯の復帰の間、正規の方向とは反対の方向における上記計数歯車の回転を防止する。

さらに、上記センサと上記構造物との間の熱膨張差を補償することが望まれる場合、一方では、上記センサの上記支持体を、上記構造物の材料の熱膨張係数に近い熱膨張計数をもつ１つの材料で作り、他方では、この熱膨張を、上記支持体の上記第１および第２の部分の形状と、上記計数歯車の位置決めとを介して、幾何学的に補償するのが望ましい。

さらに、図５の枠内で、ピン５０と上記歯車との間の連結は、旋回軸タイプ、例えばピン／ハブタイプ、ピン＋２転がり軸受タイプ、ピン＋２滑り軸受タイプ、または宝石軸受であり得る。また、抵抗トルクは逆行停止モジュールによって確実にされ得る。

Claims (9)

1. 特に構造物の方向ＯＸにおける変形サイクル、特に上記構造物が受ける温度または機械的ストレスのサイクルについての受動的かつ可逆的変形センサであって、
   このセンサは、
   構造物の２つの点または領域の間の距離における変化のサイクルを検出する手段（４，５，６）、好ましくは計数もする手段と、
   上記構造物の上記２つの点または領域のどちらかにそれぞれ取り付け可能な第１および第２の部分（１０，１１，２４１，２４４）を有する支持体とを備え、上記検出する手段は上記支持体の上記第１および第２の部分の各々に関連付けられており、
   上記検出する手段は、距離における変化のサイクルの少なくとも２つの異なる閾値を区別する手段（５４_１，５４_２，５４_３，５５_１，５５_２，５５_３，５６_１，５６_２，５６_３）を備える受動的かつ可逆的変形センサ。
2. 請求項１の受動的かつ可逆的センサにおいて、
   上記検出する手段は、少なくとも第１および第２の検出アセンブリ（４，５，６）を備え、
   各検出アセンブリは、
   少なくとも第１および第２の部分（１０，１１，４１，４４，２４１，２４４）の一方と一体の第１の歯車（５４_１，５４_２，５４_３）と、
   一方で、この歯車（５４_１，５４_２，５４_３）を駆動するビーム（６４）であって、このビーム（６４）の端部の一つで直接または間接に第１および第２の部分（１０，１１，４１，４４，２４１，２４４）の他方と一体にされ、かつ、このビーム（６４）の他方の端部に、この第１の歯車（５４_１，５４_２，５４_３）の歯と歯車装置を形成し得る歯（７１）を有するものとを備え、
   上記第１のアセンブリの上記第１の歯車の歯のピッチｐ１は、上記第２のアセンブリの上記第１の歯車のピッチｐ２と異なっている
   ことを特徴とする受動的かつ可逆的センサ。
3. 請求項１または２に記載の受動的かつ可逆的センサにおいて、
   上記第１および第２のアセンブリが重畳されていることを特徴とする受動的かつ可逆的センサ。
4. 請求項１または２に記載の受動的かつ可逆的センサにおいて、
   上記第１および第２のアセンブリが並置されていることを特徴とする受動的かつ可逆的センサ。
5. 請求項１から４までのいずれか一つに記載の受動的かつ可逆的センサにおいて、
   上記支持体の上記第１および第２の部分はＬ字状で、ヘッド・ツー・フットに配置され、
   上記Ｌの基部はアンカー領域を形成し、それらのアンカー領域の一方は上記支持体の一方の側に位置し、他方は上記支持体の反対の側に位置していることを特徴とする受動的かつ可逆的センサ。
6. 請求項１から５までのいずれか一つに記載の受動的かつ可逆的センサにおいて、
   上記支持体の上記第１および第２の部分の端部（３７，３８）は、弾性要素（３５，３６）によって互いに接続されていることを特徴とする受動的かつ可逆的センサ。
7. 請求項１から６までのいずれか一つに記載の受動的かつ可逆的センサにおいて、
   或る方向ＯＸに順に、上記支持体（９，２９，２２９）の上記第１および第２の部分（１０，４１，２４１）の一方と一体の第１のアンカー領域（１３，３３，２３３）、第１の検出アセンブリ、第２の検出アセンブリ、さらに第３、第４などのアセンブリ、そして最後に、他方の部分（１１，４４，２４４）と一体の第２のアンカー領域（１４，３４，２３４）を備えることを特徴とする受動的かつ可逆的センサ。
8. 請求項２から７までのいずれか一つに記載の受動的かつ可逆的センサにおいて、
   各アセンブリは、上記第１の歯車と関連付けられた逆行停止手段を備え、
   これらの手段は、例えばビームであって、このビームの端部の一つで上記支持体の上記第１の部分と一体になっており、上記ビームの他方の端部に、上記歯車の上記歯とかみ合うことが可能な少なくとも一つの歯を有するものを備え、
   そして好ましくは、上記逆行停止手段は、上記第１の歯車とかみ合うことが可能な歯を有し、この歯は、上記駆動ビームの歯および上記第１の歯車の歯と同様に、各々、半径方向の面と、この歯の上記半径方向の面の端部を次の歯の半径方向の面の基部に連結する傾斜面とを有することを特徴とする受動的かつ可逆的センサ。
9. 請求項１から８までのいずれか一つに記載の受動的かつ可逆的センサにおいて、
   各アセンブリは、９の字状の駆動手段を備え、
   この駆動手段は、
   上記支持体の上記第２の部分に取り付けられた第１のＯ字状の剛性の部分と、一端がこの第１の部分と一体で、他端が１次ビームと２次ビームを含む第３の部分に一体である第２の弾性の部分とを有し、
   この２次ビームは、その自由端に歯を有し、好ましくは、上記支持体の上記第１の部分は、上記２次ビームのストロークを直接または間接に制限可能な停止部を備えることを特徴とする受動的かつ可逆的センサ。

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