JP2016109578A - 変位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 管体の内径の測定において、より高い精度で測定子の変位を伝達することができる変位検出装置を提供する。【解決手段】 構造物の第１部分と第１部分に対向する構造物の第２部分との距離の変位を検出する変位検出装置１であって、第１部分の方向へ付勢されて第１部分に当接され、導電部１０２ｂを有する測定子１０２と、測定子１０２を第１部分の方向へ付勢して支持するとともに第２部分に当接される支持部１０１に設けられ、第１部分により付勢力に抗して変位した測定子１０２の導電部１０２ｂとの距離の変位を検出する渦電流センサ１０４とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、構造物において互いに対向する部材間の距離を測定する技術に関する。

従来、互いに対向する内壁を有する構造物である管体の内径を測定する装置として、内径を機械的な変位として検出するシリンダゲージが知られている（例えば、非特許文献１参照）。ここで、図を参照してこのシリンダゲージについて説明する。図５は、従来のシリンダゲージの構成を示す概略図である。図５に示すように、シリンダゲージ９は、換えロッド９００、測定子９０１、及び伝導子９０２を内蔵する本体９０と、本体９０と接続され、押棒９１０をその内部で支持して内蔵する外筒９１と、外筒９１と接続される握り９２と、握り９２に接続される取付部９３と、取付部９３に取り付けられる指示器９４とを備える。ここで、握り９２は測定を行う作業者がシリンダゲージ９を保持するための持ち手であり、取付部９３は、握り９２に指示器９４を取り付ける部材であり、指示器９４は測定値を作業者に示すものである。作業者は、本体９０を管体内に入れることにより内径の測定を行う。

換えロッド９００は、本体９０に対して非可動な部材であり、測定の際に管体の内壁に本体９０を保持するために、内壁に換えロッド９００の先端が当接される。測定子９０１は、本体９０に対して可動な部材であり、管体の内径における径方向に変位されることにより、換えロッド９００が当接される内壁と対向する内壁にその先端が当接される。伝導子９０２は、内壁と当接される際の測定子９０１の変位を直交する変位に変換して押棒９１０に伝達する。押棒９１０は、伝導子９０２により伝達された変位を指示器９４へ伝達し、指示器９４は押棒９１０により伝達された変位量を表示する。

ＪＩＳ Ｂ ７５１５ １９８２、「シリンダゲージ」

上述したシリンダゲージ９によれば、内径が小さな管体の測定を行うためには、本体９０の大きさ、具体的には換えロッド９００の先端から測定子９０１の先端までの長さを小さく構成する必要がある。また、長尺の管体の内径を測定するためには、図５において握り下長さＬとして示される、換えロッド９００及び測定子９０１の先端位置から外筒９１の握り９２側端部までの距離が大きくなるように構成する必要があり、この場合、外筒９１及び押棒９１０の長さを伸ばすこととなる。したがって、シリンダゲージ９を内径が小さく且つ長尺な管体の内径を測定可能に構成した場合、測定子９０１及び伝導子９０２と比較して押棒９１０の質量が相対的に大きくなり、結果として押棒９１０とこれを支持する外筒９１の内壁との摩擦が相対的に大きくなり、この摩擦が押棒９１０を伝導子９０２が押す際に反力となってしまう。この場合、小さく構成されているために測定子９０１及び伝導子９０２の剛性は小さく、結果として測定子９０１及び伝導子９０２が変形し、測定子９０１の変位は押棒９１０に正確に伝達されない。また、押棒９１０についても、長尺に構成されることに起因して、押棒９１０自体に撓みや弾性変形が生じ、伝導子９０２により伝達された変位を指示器９４に正確に伝達することができない。つまり、シリンダゲージ９のように機械的に内径を計測する測定装置によれば、長尺且つ内径が小さい管体の内径を測定する場合において測定子９０１の変位が正確に伝達されないという問題があり、そのため、高い精度で測定することが困難であった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、管体の内径の測定において、より高い精度で測定子の変位を伝達することができる変位検出装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、構造物の第１部分と第１部分に対向する構造物の第２部分との距離の変位を検出する変位検出装置であって、第１部分の方向へ付勢されて第１部分に当接され、導電部を有する測定子と、測定子を第１部分の方向へ付勢して支持するとともに第２部分に当接される支持部に設けられ、第１部分により付勢力に抗して変位した測定子の導電部との距離の変位を検出する渦電流センサとを備える。

本発明によれば、管体の内径の測定において、より高い精度で測定子の変位を伝達することができる。

本実施の形態に係る変位検出装置の構成を示す概略図である。 測定子と底部との間の距離とセンサ電圧値との関係を示すグラフである。 端部からの距離と出力電圧との関係を示すグラフである。 端部からの距離と内径との関係を示すグラフである。 従来のシリンダゲージの構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。まず、本実施の形態に係る変位検出装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る変位検出装置の構成を示す概略図である。なお、図１は、測定対象である管体に挿入された測定装置を側方から見た状態を示し、一部を側断面として示したものである。ここで、側方とは、測定装置の管体への挿入方向と、管体において内壁が互いに対向し、本実施の形態において距離を測定する方向である測定方向とに直交する方向を示すものとする。

本実施の形態に係る変位検出装置１は、図１に示すように、本体１０、本体１０を先端に接続する外筒１１、ケーブル１２、アンプ１３、ケーブル１４、データロガー１５を備え、管状に構成された管体内に本体１０が挿入されて、後述する測定子の変位を検出することにより、互いに対向する管体の内壁８間の距離を管体の内径として測定するものである。

本体１０は、支持部１０１、測定子１０２、シリコンゴム１０３、渦電流センサ１０４、固定部１０５を備える。支持部１０１は、内部に測定子１０２、シリコンゴム１０３、渦電流センサ１０４、固定部１０５を収容する筐体であり、その底部に内壁８に当接する当接部１０１ａを有し、管体の内径方向において当接部１０１ａに対向する位置には測定子１０２の一部を挿通させる開口１０１ｂが設けられている。測定子１０２は、支持部１０１の開口１０１ｂに挿通される凸部の先端に位置して内壁８に当接される当接部１０２ａと、支持部１０１の内部に位置して過電流センサ１０４に面する導電部１０２ｂとを有し、管体の内径を測定する方向である測定方向に可動となるように支持部１０１に支持されている。シリコンゴム１０３は、測定方向における当接部１０２ａ側へ測定子１０２を付勢する弾性体であり、測定子１０２はその当接部１０２ａが内壁８に当接するとシリコンゴム１０３の付勢力に抗して後述する導電部‐渦電流センサ間距離ｄが変位する。渦電流センサ１０４は、測定子１０２における導電部１０２ｂとの距離、具体的には図１において導電部‐渦電流センサ間距離ｄとして示される、導電部１０２と渦電流センサ１０４における導電部１０２に対向する面との距離の変位を検出して、この変位に応じた電気信号としてセンサ電圧を出力する。固定部１０５は、支持部１０１内における所定位置に渦電流センサ１０４を固定する。

外筒１１は、筒状に構成された長尺の部材であり、長手方向一端が本体１０による測定方向と長手方向とが直交するように本体１０に接続され、内部にはケーブル１２が挿通される。ケーブル１２は、一端が本体１０の渦電流センサ１０４に接続され、他端がアンプ１３に接続され、渦電流センサ１０４により出力されたセンサ電圧をアンプ１３へ伝達する。アンプ１３は、渦電流センサ１０４から伝達されたセンサ電圧を増幅して出力する。ケーブル１４は、一端がアンプ１３に接続され、他端がデータロガー１５に接続され、アンプ１３により出力されたセンサ電圧をデータロガー１５へ伝達する。

データロガー１５は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ及びＡ／Ｄコンバータを有し、アンプ１３から伝達されたセンサ電圧をＡ／Ｄ変換してセンサ電圧値としてメモリに蓄積し、メモリに蓄積されたセンサ電圧値に基づいてＣＰＵにより管体の内径の算出を行う。

次に、管体の内径の算出について説明する。図２は、測定子と底部との間の距離と出力電圧との関係を示すグラフである。図３は、端部からの距離と出力電圧との関係を示すグラフである。図４は、端部からの距離と内径との関係を示すグラフである。なお、図２において縦軸は図１にＤとして示される測定子‐底部間距離、横軸はセンサ電圧値を示し、図３において縦軸はセンサ電圧値、横軸は管体の端部からの距離を示し、図４において縦軸は管体の内径、横軸は管体の端部からの距離を示す。

まず、管体の内径の測定に先立って、検定データの作成がなされる。この検定データは、図２に示すような、測定子１０２の先端に位置する当接部１０２ａから支持部１０１の底部に位置する当接部１０１ａまでの距離である測定子‐底部間距離のそれぞれと、各測定子‐底部間距離におけるセンサ電圧値を記録したものである。この検定データは、互いに対向する２枚の平行板の間に本体１０を挿入して平行板間の距離を測定することにより作成され、平行板間の距離は予め定めた所定の距離に複数回変更される。このようにして得られた各距離測定子‐底部間距離とこれに対応する実測値としてのセンサ電圧値とに基づいて、Ｄ＝ａ×Ｅ＋ｂの式により示される近似曲線を算出する。ここでＤは測定子‐底部間距離を示す変数であり、ａは所定単位、例えば１Ｖに対応して増加する測定子‐底部間距離の変位を示す定数であり、Ｅはメモリに蓄積されるセンサ電圧値、即ち検出されたセンサ電圧値を示す変数であり、ｂは所定のセンサ電圧値、具体的には０Ｖの場合の測定子‐底部間距離の変位を示す定数である。データロガー１５は、このような近似曲線とメモリに蓄積されたセンサ電圧値とに基づいて測定子‐底部間距離を算出する。つまり、データロガー１５は、上式におけるＥに測定時に得られたセンサ電圧値を代入することにより管体の内径を算出する。

このような変位検出装置によれば、内径の測定対象とする管体の端部開口から本体１０を管体内部に投入して奥へ挿入していくと、図３に示すように、管体の端部からの管軸方向における異なる位置毎にセンサ電圧値を得ることができ、このセンサ電圧値に基づいて、図４に示すように管体の管軸方向の位置毎に内径を測定することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る変位検出装置よれば、測定子の変位の検出を渦電流センサにより行うため、機械的に内径の測定を行うシリンダゲージが測定子の変位を伝達するために要する伝導子や押し棒のような、摩擦、撓み、弾性変形などの物理的な誤差要因を測定子の変位を伝達する過程で生じさせる構成を不要とすることができる。その結果として、小口径の管体の測定のため、測定子を備えた本体を小型にした結果、剛性が低い部材により構成することとなった場合であっても、構成部品の変形の影響を受けず、測定子の変位の検出を正確に行うことができる。

また、データロガーのような記録装置、または測定値を作業者に示す表示器に対して測定子の変位を電気信号により伝達するため、本体と記録装置または表示器との距離が長い場合であっても、上述の物理的な誤差要因の影響を受けずに、測定子の変位を正確に伝達することができる。その結果として、測定対象とする管体が管軸方向に長い場合であっても、測定子の変位を正確に伝達することができる。したがって、以上の効果を奏する変位検出装置によれば、管体の内径の測定、特に小口径且つ管軸方向に長く構成された管体の内径の測定において、従来のシリンダゲージと比較して、より高い精度で変位を伝達することができる。

本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。

１ 変位検出装置、８ 内壁、１０１ 支持部、１０２ 測定子、１０２ｂ 導電部、１０４ 渦電流センサ。

Claims (3)

1. 構造物の第１部分と該第１部分に対向する前記構造物の第２部分との距離の変位を検出する変位検出装置であって、
   前記第１部分の方向へ付勢されて該第１部分に当接され、導電部を有する測定子と、
   前記測定子を前記第１部分の方向へ付勢して支持するとともに前記第２部分に当接される支持部に設けられ、前記第１部分により付勢力に抗して変位した前記測定子の導電部との距離の変位を検出する渦電流センサと
   を備える変位検出装置。
2. 前記渦電流センサにより検出された変位に基づいて出力される電気信号と、予め測定された前記測定子における当接部と前記支持部における当接部との距離である測定距離の変位量と前記電気信号との相関性とに基づいて、前記第１部分と前記第２部分との距離を算出する算出部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。
3. 前記算出部は、前記電気信号における所定単位に対応して増加する前記測定距離の変位量である第１変位量と、前記電気信号の大きさが所定値である場合の前記測定距離の変位量である第２変位量とに基づいて、前記第１部分と前記第２部分との距離を算出することを特徴とする請求項２に記載の変位検出装置。

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