JP2017129502A - Strain sensor, monitoring system and method of manufacturing strain sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歪みセンサ、監視システム、及び歪みセンサの製造方法に関する。 The present invention relates to a strain sensor, a monitoring system, and a method for manufacturing a strain sensor.
例えばプラントの配管設備や機械設備に過大な荷重が加わると、その設備は安全のために使用を停止する必要がある。過大な負荷がかかった可能性がある設備を再使用するためには、設備に生じた変形又は歪みを把握して健全性を評価する必要がある(特許文献1参照)。 For example, when an excessive load is applied to a plant piping facility or mechanical facility, the facility needs to be stopped for safety. In order to reuse equipment that may have been subjected to an excessive load, it is necessary to grasp the deformation or distortion generated in the equipment and evaluate the soundness (see Patent Document 1).
そこで稼動中の設備に過大な荷重がかかったかどうかを把握するために常時監視することは、装置費用、設置費用、点検費用、装置メンテナンス費用、装置の稼働費用、及びデータ処理費用等、様々な費用が発生し、大きな負担となる。さらに地震や事故による過大な荷重の負荷に備えて設備を常時監視することは費用対効果が悪い。 Therefore, it is necessary to constantly monitor in order to determine whether an excessive load is applied to the equipment in operation, such as equipment cost, installation cost, inspection cost, equipment maintenance cost, equipment operating cost, and data processing cost. Expenses are incurred and a heavy burden In addition, it is not cost effective to constantly monitor the equipment in preparation for excessive loads due to earthquakes and accidents.
また、配管設備の負荷を監視する場合、ルート形状、配管スペック、及び支持点等により、負荷状態が多様であるため、画一的な評価が難しく、健全性を評価するためにはルート毎に個別評価する必要がある。 Also, when monitoring the load of piping equipment, the load status varies depending on the route shape, piping specifications, support points, etc., so uniform evaluation is difficult, and in order to evaluate the soundness for each route Individual assessment is required.
また、配管設備の健全性を評価する場合、従来においては、配管自体の負荷を計測していないため、建屋や地盤等の設置場所に関する負荷データを基に評価する。そのため、系統構成に関係なく配管ルート毎の健全性確認となり、系統別に部分的に再使用することが難しいため、プラントの稼働率が著しく悪化する。 Moreover, when evaluating the soundness of piping equipment, since the load of piping itself is not measured conventionally, it evaluates based on the load data regarding installation places, such as a building and a ground. Therefore, it becomes soundness confirmation for every piping route regardless of the system configuration, and it is difficult to partially reuse the system for each system, so that the operation rate of the plant is remarkably deteriorated.
配管自体の負荷を計測していないため、配管全数で詳細な検査や解析評価が必要でプラントの健全性確認に関わる工数が膨大になる。 Since the load on the pipe itself is not measured, detailed inspection and analysis evaluation are required for all the pipes, and the number of steps involved in confirming the soundness of the plant becomes enormous.
設備の負荷を常時監視する安価な方法として、断線センサを使用する方法がある。断線センサによれば、想定以上の負荷がかかるとセンサ線が破断し、センサ線の破断から想定値以上の負荷発生を把握することができる。しかし、通電や拡大鏡による読み取り作業など、センサ線の破断検出に複雑な作業が必要で、適用先が限定される。 As an inexpensive method for constantly monitoring the load on the facility, there is a method using a disconnection sensor. According to the disconnection sensor, when a load more than expected is applied, the sensor wire is broken, and it is possible to grasp the occurrence of a load greater than the expected value from the break of the sensor wire. However, complicated operations such as energization and reading with a magnifying glass are required for detecting breakage of the sensor line, and the application destination is limited.
本発明は、簡便な構造で安価に作成でき、プラントの設備のような対象物の変形を容易に視認することができる歪みセンサ、監視システム、及び歪みセンサの製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a strain sensor, a monitoring system, and a method for manufacturing a strain sensor that can be produced at a low cost with a simple structure and can easily visually recognize deformation of an object such as plant equipment. To do.
本発明の第1の態様は、対象物に設置され前記対象物の変形を検出する歪みセンサであって、第1フレーム及び前記第1フレームと分割可能に接続される第2フレームを含み前記対象物に設置されるフレーム部材と、前記第1フレームに固定される第1固定部と、前記第2フレームに固定される第2固定部と、前記第1固定部と前記第2固定部との間に配置され前記対象物の変形により応力が加わると破断する破断部とを有するセンサ部材と、前記センサ部材の表面に設けられ前記破断部が破断したときに外観が変化するセンサ膜と、を備える歪みセンサが提供される。 A first aspect of the present invention is a strain sensor that is installed on an object and detects deformation of the object, and includes a first frame and a second frame that is detachably connected to the first frame. A frame member installed on an object; a first fixing portion fixed to the first frame; a second fixing portion fixed to the second frame; and the first fixing portion and the second fixing portion. A sensor member having a rupture portion that is disposed between and ruptured when stress is applied by deformation of the object, and a sensor film that is provided on a surface of the sensor member and changes in appearance when the rupture portion is ruptured. A strain sensor is provided.
本発明の第1の態様によれば、分割可能なフレーム部材が対象物に設置されるので、対象物が変形したとき、第1フレームと第2フレームとは分離される。第1フレームと第2フレームとが分離されると、第1固定部が第1フレームに固定され、第2固定部が第2フレームに固定されているセンサ部材の破断部に対象物の変形に応じた応力が加わり、その破断部は破断する。破断部が破断すると、センサ部材の表面に設けられているセンサ膜が歪変形し、そのセンサ膜の外観が変化する。したがって、センサ膜の外観を監視すれば、対象物の変形を容易に視認することができる。本発明の第1の態様によれば、歪みセンサは電源がなくても作動することができ、簡便な構造で安価に作成することができる。 According to the 1st aspect of this invention, since the frame member which can be divided | segmented is installed in a target object, when a target object deform | transforms, a 1st frame and a 2nd frame will be isolate | separated. When the first frame and the second frame are separated, the first fixing portion is fixed to the first frame, and the second fixing portion is fixed to the second frame. Corresponding stress is applied, and the fractured portion breaks. When the rupture portion breaks, the sensor film provided on the surface of the sensor member is distorted and the appearance of the sensor film changes. Therefore, if the appearance of the sensor film is monitored, the deformation of the object can be easily visually confirmed. According to the first aspect of the present invention, the strain sensor can operate without a power source, and can be produced at a low cost with a simple structure.
本発明の第1の態様において、前記センサ膜は、前記第1固定部及び前記第2固定部の少なくとも一方に設けられることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, it is preferable that the sensor film is provided on at least one of the first fixing portion and the second fixing portion.
センサ膜が破断部に設けられると、破断部が破断したときセンサ膜も破断してしまい、視認性が低下する。センサ膜が第1固定部及び第2固定部の少なくとも一方に設けられることにより、センサ膜の外観を良好な視認性で把握することができる。 When the sensor film is provided at the break portion, the sensor film is also broken when the break portion is broken, and the visibility is lowered. By providing the sensor film on at least one of the first fixing part and the second fixing part, the appearance of the sensor film can be grasped with good visibility.
本発明の第1の態様において、前記センサ部材に張力が加えられた状態で、前記第1固定部が前記第1フレームに固定され、前記第2固定部が前記第2フレームに固定されることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the first fixing portion is fixed to the first frame and the second fixing portion is fixed to the second frame in a state where tension is applied to the sensor member. Is preferred.
張力が加えられた状態でセンサ部材がフレーム部材に固定されることにより、破断部が破断する前にセンサ部材に加わっている応力と、破断部が破断した後にセンサ部材に加わる応力との差を大きくすることができる。破断部の破断前後における応力変化量を大きくすることができるので、センサ膜の外観は十分に変化する。したがって、センサ膜の外観の変化を高い視認性で把握することができる。 By fixing the sensor member to the frame member in a state where tension is applied, the difference between the stress applied to the sensor member before the breakage portion breaks and the stress applied to the sensor member after the breakage portion breaks is obtained. Can be bigger. Since the amount of stress change before and after the fracture of the fracture portion can be increased, the appearance of the sensor film changes sufficiently. Therefore, a change in the appearance of the sensor film can be grasped with high visibility.
本発明の第1の態様において、前記フレーム部材は、前記対象物に支持される第1脚部と、前記対象物に支持される第2脚部と、前記第1脚部と前記第2脚部とを結ぶブリッジ部と、を有し、前記第1フレームと前記第2フレームとは前記ブリッジ部で分割可能であり、前記第1脚部は、前記センサ部材の前記第1固定部と固定され、前記第2脚部は、前記センサ部材の前記第2固定部と固定され、前記ブリッジ部は、前記センサ部材及び前記対象物から離れていることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the frame member includes a first leg supported by the object, a second leg supported by the object, the first leg, and the second leg. The first frame and the second frame can be divided by the bridge portion, and the first leg portion is fixed to the first fixing portion of the sensor member. Preferably, the second leg portion is fixed to the second fixing portion of the sensor member, and the bridge portion is separated from the sensor member and the object.
これにより、対象物が変形したとき、第1フレームと第2フレームとはブリッジ部において分離される。ブリッジ部は対象物から離れているので、第1フレームと第2フレームとは円滑に分離される。また、ブリッジ部はセンサ部材から離れているので、応力が加わったときセンサ部材の破断部は円滑に破断される。 Thus, when the object is deformed, the first frame and the second frame are separated at the bridge portion. Since the bridge portion is away from the object, the first frame and the second frame are smoothly separated. Further, since the bridge portion is separated from the sensor member, the broken portion of the sensor member is smoothly broken when stress is applied.
本発明の第1の態様において、前記第1脚部及び前記第2脚部の厚みは、前記ブリッジ部の厚みよりも厚く、厚み方向において、前記第1脚部及び前記第2脚部の中心の位置と前記ブリッジ部の中心の位置とは異なることが好ましい。 1st aspect of this invention WHEREIN: The thickness of the said 1st leg part and the said 2nd leg part is thicker than the thickness of the said bridge part, and the thickness direction WHEREIN: The center of the said 1st leg part and the said 2nd leg part It is preferable that the position of is different from the position of the center of the bridge portion.
センサ部材に張力が加えられた状態で、第1固定部が第1脚部に固定され、第2固定部が第2脚部に固定されたとき、フレーム部材にはフレーム部材を反り返らせるような力が加わる。厚み方向において第1脚部及び第2脚部の中心の位置とブリッジ部の中心の位置とを異ならせることにより、センサ部材によってフレーム部材に反り返らせるような力が加わっても、フレーム部材の反り返り変形が抑制される。 When the first fixing portion is fixed to the first leg portion and the second fixing portion is fixed to the second leg portion in a state where tension is applied to the sensor member, the frame member is caused to warp the frame member. Power is added. Even if a force that causes the frame member to be warped by the sensor member is applied by making the center position of the first leg portion and the second leg portion different from the center position of the bridge portion in the thickness direction, the frame member Warpage and deformation are suppressed.
本発明の第1の態様において、前記センサ部材と接触する前記第1脚部の表面及び前記第2脚部の表面は、曲面を含むことが好ましい。 1st aspect of this invention WHEREIN: It is preferable that the surface of the said 1st leg part which contacts the said sensor member, and the surface of the said 2nd leg part contain a curved surface.
センサ部材と接触する第1脚部の表面及び第2脚部の表面が丸みを帯びることにより、センサ部材に張力を加えやすい。また、破断部が破断したとき、張力は円滑に解放されるので、センサ膜の外観は十分に変化する。 The surface of the first leg portion and the surface of the second leg portion that come into contact with the sensor member are rounded, so that tension is easily applied to the sensor member. In addition, when the rupture portion breaks, the tension is smoothly released, so that the appearance of the sensor film changes sufficiently.
本発明の第1の態様において、前記センサ膜は、脆性材料で形成された脆性膜を含むことが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the sensor film preferably includes a brittle film made of a brittle material.
センサ膜が脆性材料で形成されることにより、破断部が破断して脆性膜が歪変形すると、脆性膜に亀裂が発生したり、脆性膜の一部が剥離したりする。そのため、脆性膜の外観を監視すれば、対象物の変形を容易に把握することができる。 When the sensor film is formed of a brittle material, when the fracture portion breaks and the brittle film is deformed, the brittle film is cracked or part of the brittle film is peeled off. Therefore, if the appearance of the brittle film is monitored, the deformation of the object can be easily grasped.
本発明の第1の態様において、前記脆性膜が設けられる前記センサ部材の表面の色と、前記脆性膜の色とは異なることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, it is preferable that the color of the surface of the sensor member provided with the brittle film is different from the color of the brittle film.
脆性膜に亀裂が発生したり、脆性膜の一部が剥離したりした場合、脆性膜の下地であるセンサ部材の表面の一部が露出することとなる。そのため、下地であるセンサ部材の表面の色と脆性膜の色とを異ならせておくことにより、高いに視認性で脆性膜が破壊されたか否かを把握することができる。 When a crack occurs in the brittle film or a part of the brittle film is peeled off, a part of the surface of the sensor member that is the base of the brittle film is exposed. Therefore, by making the color of the surface of the sensor member, which is the base, different from the color of the brittle film, it is possible to grasp whether the brittle film has been destroyed with high visibility.
本発明の第1の態様において、前記センサ膜は、応力発光材料で形成された応力発光膜を含むことが好ましい。 1st aspect of this invention WHEREIN: It is preferable that the said sensor film | membrane contains the stress luminescent film | membrane formed with the stress luminescent material.
センサ膜が応力発光材料で形成されることにより、破断部が破断して応力発光膜が歪変形すると、その応力発光膜が発光する。そのため、応力発光膜の外観を監視すれば、対象物の変形を容易に把握することができる。 When the sensor film is formed of a stress luminescent material, the stress luminescent film emits light when the fracture portion is ruptured and the stress luminescent film is deformed. Therefore, if the appearance of the stress-stimulated luminescent film is monitored, the deformation of the object can be easily grasped.
本発明の第1の態様において、前記センサ膜は、前記センサ膜は、応力変色材料で形成された応力変色膜を含むことが好ましい。 In the first aspect of the present invention, it is preferable that the sensor film includes a stress color changing film formed of a stress color changing material.
センサ膜が応力変色材料で形成されることにより、破断部が破断して応力変色膜が歪変形すると、その応力変色膜が変色する。そのため、応力発光膜の外観を監視すれば、対象物の変形を容易に把握することができる。 When the sensor film is formed of a stress-color-changing material, the stress-color-changing film is discolored when the fracture portion is broken and the stress-color-changing film is deformed. Therefore, if the appearance of the stress-stimulated luminescent film is monitored, the deformation of the object can be easily grasped.
本発明の第1の態様において、前記センサ部材の表面は、間隔をあけて複数の突起部が設けられた凹凸領域を含み、前記センサ膜は、前記凹凸領域に設けられることが好ましい。 1st aspect of this invention WHEREIN: It is preferable that the surface of the said sensor member contains the uneven | corrugated area | region where several protrusion part was provided at intervals, and the said sensor film | membrane is provided in the said uneven | corrugated area | region.
凹凸領域にセンサ膜が設けられることにより、破断部が破断してセンサ部材が変形又は変位したとき、凹凸領域に設けられているセンサ膜の歪変形量は大きくなる。そのため、センサ膜の外観の変化の度合いは大きくなるので、センサ膜の外観の変化を高い視認性で把握することができる。 By providing the sensor film in the uneven region, when the broken portion breaks and the sensor member is deformed or displaced, the amount of strain deformation of the sensor film provided in the uneven region increases. For this reason, the degree of change in the appearance of the sensor film increases, so that the change in the appearance of the sensor film can be grasped with high visibility.
本発明の第1の態様において、前記センサ部材は、第1応力が加わると破断する第1破断部を有する第1センサ部材と、前記第1応力とは異なる第2応力が加わると破断する第2破断部を有する第2センサ部材とを含むことが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the sensor member includes a first sensor member having a first fracture portion that fractures when a first stress is applied, and a first sensor member that fractures when a second stress different from the first stress is applied. It is preferable that the 2nd sensor member which has 2 fracture | rupture parts is included.
破断する応力が異なる破断部をそれぞれ有する複数のセンサ部材が設けられることにより、破断した破断部を有するセンサ部材を監視することによって、対象物にどれくらいの荷重が加わりどれくらい変形したのかを把握することができる。 By providing a plurality of sensor members each having a rupture part with different rupture stress, it is possible to grasp how much load is applied to the object and how much the object has been deformed by monitoring the sensor member having the rupture part. Can do.
本発明の第2の態様に従えば、対象物に設置された第1の態様の歪みセンサの画像データを取得する画像データ取得部と、前記画像データ取得部で取得された画像データを表示装置に表示させるために制御信号を出力する表示制御部と、を備える監視システムが提供される。 According to the second aspect of the present invention, an image data acquisition unit that acquires image data of the strain sensor according to the first aspect installed on an object, and a display device that displays the image data acquired by the image data acquisition unit And a display control unit that outputs a control signal for display on the monitoring system.
本発明の第2の態様によれば、対象物の変形を簡便な構造で安価に監視することができる。 According to the second aspect of the present invention, the deformation of the object can be monitored at a low cost with a simple structure.
本発明の第2の態様において、前記歪みセンサの画像データがカメラで取得され、前記画像データ取得部は、前記カメラで取得された前記画像データを無線通信で取得することが好ましい。 In the second aspect of the present invention, it is preferable that image data of the strain sensor is acquired by a camera, and the image data acquisition unit acquires the image data acquired by the camera by wireless communication.
これにより、対象物の変形を遠隔監視することができる。 Thereby, the deformation | transformation of a target object can be monitored remotely.
本発明の第3の態様に従えば、対象物に設置され前記対象物の変形を検出する歪みセンサの製造方法であって、第1フレームと第2フレームとを分割可能に接続してフレーム部材を作成することと、第1固定部、第2固定部、及び前記第1固定部と前記第2固定部との間に配置され前記対象物の変形により応力が加わると破断する破断部を有するセンサ部材に張力を加えた状態で、前記第1固定部を前記第1フレームに固定し、前記第2固定部を前記第2フレームに固定することと、前記張力が加えられた前記センサ部材の表面に、前記破断部が破断したときに外観が変化するセンサ膜を設けることと、を含む歪みセンサの製造方法が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a strain sensor that is installed on an object and detects deformation of the object, wherein the frame member is formed by connecting the first frame and the second frame in a detachable manner. A first fixing portion, a second fixing portion, and a breaking portion that is disposed between the first fixing portion and the second fixing portion and breaks when stress is applied by deformation of the object. In a state where tension is applied to the sensor member, the first fixing portion is fixed to the first frame, the second fixing portion is fixed to the second frame, and the sensor member to which the tension is applied A method of manufacturing a strain sensor is provided that includes providing a sensor film whose appearance changes when the fracture portion is fractured on a surface.
本発明の第3の態様によれば、対象物の変形を視認することができる歪みセンサを簡便な構造で安価に製造することができる。 According to the 3rd aspect of this invention, the distortion sensor which can visually recognize the deformation | transformation of a target object can be manufactured cheaply with a simple structure.
本発明によれば、簡便な構造で安価に作成でき、プラントの設備のような対象物の変形を容易に視認することができる歪みセンサ、監視システム、及び歪みセンサの製造方法が提供される。 According to the present invention, there are provided a strain sensor, a monitoring system, and a strain sensor manufacturing method, which can be created with a simple structure at low cost and can easily recognize deformation of an object such as plant equipment.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. The components of the embodiments described below can be combined as appropriate. Some components may not be used.
以下の説明においては、3次元直交座標系を設定し、この3次元直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の第1軸と平行な方向をX軸方向とし、第1軸と直交する水平面内の第2軸と平行な方向をY軸方向とし、水平面と直交する第3軸と平行な方向をZ軸方向とする。 In the following description, a three-dimensional orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each part will be described with reference to this three-dimensional orthogonal coordinate system. The direction parallel to the first axis in the horizontal plane is the X-axis direction, the direction parallel to the second axis in the horizontal plane orthogonal to the first axis is the Y-axis direction, and the direction parallel to the third axis orthogonal to the horizontal plane is The Z axis direction.
<第1実施形態>
第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る歪みセンサ1の一例を示す側面図である。図2は、本実施形態に係る歪みセンサ1の一例を示す平面図である。歪みセンサ1は、対象物に設置され、その対象物の変形(歪み変形)を検出する。対象物は、例えばプラントの設備であり、配管設備又は機械設備が例示される。
<First Embodiment>
A first embodiment will be described. FIG. 1 is a side view showing an example of a strain sensor 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a plan view illustrating an example of the strain sensor 1 according to the present embodiment. The strain sensor 1 is installed on an object and detects deformation (distortion deformation) of the object. The object is, for example, plant equipment, and examples thereof include piping equipment or mechanical equipment.
図1及び図2に示すように、歪みセンサ1は、対象物に設置されるフレーム部材10と、フレーム部材10に固定されるセンサ部材20と、センサ部材20の表面に設けられたセンサ膜30とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the strain sensor 1 includes a
図3は、本実施形態に係るフレーム部材10の一例を示す側面図である。図4は、本実施形態に係るフレーム部材10の一例を示す平面図である。フレーム部材10は、金属製でもよいしプラスチック製でもよい。図1、図2、図3、及び図4に示すように、フレーム部材10は、第1フレーム11と、第1フレーム11と分割可能に接続される第2フレーム12を含む。第1フレーム11と第2フレーム12とはX軸方向に配置される。
FIG. 3 is a side view showing an example of the
フレーム部材10は、対象物に支持される第1脚部13と、対象物に支持される第2脚部と、第1脚部13と第2脚部14とを結ぶブリッジ部15と、を有する。第1脚部13と第2脚部14とは、X軸方向に離れて配置される。ブリッジ部15は、第1脚部13と第2脚部14との間に配置される。ブリッジ部15は、Y軸方向に2つ設けられる。
The
第1脚部13は、第1フレーム11に設けられる。第2脚部14は、第2フレーム12に設けられる。第1フレーム11と第2フレーム12とはブリッジ部15で分割可能である。第1フレーム11に第1ブリッジ15Aが設けられ、第2フレーム12に第2ブリッジ15Bが設けられる。第1ブリッジ15Aは、第1脚部13から+X方向に突出するように設けられる。第2ブリッジ15Bは、第2脚部14から−X方向に突出するように設けられる。第1ブリッジ15Aの+X側の端部と第2ブリッジ15Bの−X側の端部とが接続されることによって、第1フレーム11と第2フレーム12とが接続される。
The
第1脚部13の表面及び第2脚部14の表面は曲面を含む。XZ平面において、第1脚部13の表面の少なくとも一部及び第2脚部14の表面の少なくとも一部は円弧状である。
The surface of the
図1に示すように、第1脚部13及び第2脚部14のZ軸方向の寸法である厚みHaは、ブリッジ部15の厚みHbよりも厚い。厚み方向(Z軸方向)において、第1脚部13及び第2脚部14の中心の位置Caとブリッジ部15の中心の位置Cbとは異なる。位置Cbのほうが位置Caよりも+Z側(上側)に配置される。
As shown in FIG. 1, the thickness Ha that is the dimension in the Z-axis direction of the
Z軸方向において、第1脚部13の上端部13Tの位置と第2脚部14の上端部14Tの位置とは等しい。ブリッジ部15の上面15Tの位置は、上端部13Tの位置及び上端部14Tの位置よりも−Z側(下側)に配置される。
In the Z-axis direction, the position of the
Z軸方向において、第1脚部13の下端部13Uの位置と第2脚部14の下端部14Uの位置とは等しい。ブリッジ部15の下面15Uの位置は、下端部13Uの位置及び下端部14Uの位置よりも+Z側(上側)に配置される。
In the Z-axis direction, the position of the
上端部13T及び上端部14Tは、曲面の上端部である。下端部13U及び下端部14Uは、平坦面である。
The
図5は、本実施形態に係るセンサ部材20の一例を示す平面図である。図1、図2、及び図5に示すように、センサ部材20は、第1フレーム11に固定される第1固定部21と、第2フレーム12に固定される第2固定部22と、第1固定部21と第2固定部22との間に配置され対象物の変形により応力が加わると破断する破断部23とを有する。
FIG. 5 is a plan view showing an example of the
センサ部材20は、金属製のフィルム部材である。なお、センサ部材20は、プラスチック製のフィルム部材でもよい。
The
Y軸方向において、第1固定部21の寸法と第2固定部22の寸法とは等しい。Y軸方向において、破断部23の寸法は、第1固定部21の寸法及び第2固定部22の寸法よりも小さい。破断部23は、センサ部材20のくびれ部である。
In the Y-axis direction, the dimension of the first fixing
第1脚部13は、センサ部材20の第1固定部21と固定される。第2脚部14は、センサ部材20の第2固定部22と固定される。センサ部材20の第1固定部21は、少なくとも第1脚部13の上端部13Tに固定される。センサ部材20の第2固定部22は、少なくとも第2脚部14の上端部14Tに固定される。センサ部材20と接触する第1脚部13の表面及び第2脚部14の表面は、曲面である。本実施形態において、第1固定部21は、第1脚部13の上端部13Tのみならず、第1脚部13の側面及び下端部13Uにも固定される。第2固定部22は、第2脚部14の上端部14Tのみならず、第2脚部14の側面及び下端部14Uにも固定される。
The
センサ部材20は、第1脚部13及び第2脚部14に支持される。ブリッジ部15は、センサ部材20から離れている。センサ部材20の第1固定部21及び第2固定部22は、フレーム部材10に接続され、センサ部材20の破断部23は、フレーム部材10から離れている。
The
破断部23は、規定の応力が加わると破断する。破断部23が破断されるときの破断応力は、例えば、破断部23のY軸方向の寸法、破断部23の厚み(Z軸方向の寸法)、及び破断部23の材料特性の少なくとも一部が調整されることによって調整可能である。
The breaking
図5に示すように、第1固定部21の表面に着色領域25が設けられる。第2固定部22の表面に着色領域26が設けられる。センサ部材20の基材である金属製のフィルム部材の一部に塗料が塗布されることによって着色領域25,26が形成されてもよい。なお、センサ部材20の基材が不透明の部材であれば、塗料を使わずに、その基材自体の色を活用して着色領域25,26が設定されてもよい。
As shown in FIG. 5, a
センサ膜30は、センサ部材20の表面に設けられる。センサ部材20の破断部30が破断して、センサ部材20が変位又は変形したとき、センサ膜30の外観が変化する。
The
本実施形態において、センサ膜30は、脆性材料で形成された脆性膜である。脆性材料は、破断に至るまでの歪みが小さい材料である。脆性膜として、セラミックス膜又は金属膜が例示される。
In the present embodiment, the
センサ膜30は、センサ部材20の表面のうち、第1固定部21の表面及び第2固定部22の表面の少なくとも一方に設けられる。本実施形態において、センサ膜30は、第1固定部21の表面及び第2固定部22の表面の両方に設けられる。
The
本実施形態において、センサ膜30は、センサ部材20の表面のうち、着色領域25,26を覆うように設けられる。着色領域25,26は、センサ膜30で被覆される。
In the present embodiment, the
本実施形態において、センサ膜30(脆性膜)が設けられるセンサ部材20の表面の着色領域25,26の色と、センサ膜30の色とは異なる。着色領域25,26が赤色である場合、センサ膜30として青色の脆性膜が採用される。
In this embodiment, the color of the
次に、本実施形態に係る歪みセンサ1の製造方法の一例について説明する。図6は、本実施形態に係る歪みセンサ1の製造方法の一例を示すフローチャートである。 Next, an example of a method for manufacturing the strain sensor 1 according to this embodiment will be described. FIG. 6 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing the strain sensor 1 according to the present embodiment.
まず、第1フレーム11と第2フレーム12とが分割可能に接続される。これにより、フレーム部材10が作成される(ステップSP1)。
First, the
次に、センサ部材20に張力を加えた状態で、センサ部材20の第1固定部21がフレーム部材10の第1フレーム11の第1脚部13に固定され、センサ部材20の第2固定部22がフレーム部材10の第2フレーム12の第2脚部14に固定される(ステップSP2)。
Next, with the tension applied to the
センサ部材20がフレーム部材10に固定された後、センサ部材20の着色領域25,26を覆うように、センサ部材20の表面に脆性材料が塗布される。これにより、センサ部材20の表面にセンサ膜30が形成される(ステップSP3)。
After the
図7は、本実施形態に係る歪みセンサ1が対象物Pである配管に設置された状態を示す側面図である。図7に示すように、第1脚部13の下端部13U及び第2脚部14の下端部14Uがセンサ部材20を介して対象物Pに接続される。ブリッジ部15は、センサ部材20及び対象物Pから離れている。
FIG. 7 is a side view showing a state in which the strain sensor 1 according to the present embodiment is installed in a pipe that is the object P. FIG. As shown in FIG. 7, the
例えば地震等により対象物Pが歪み変形した場合、その対象物Pに設置されている歪みセンサ1に力が加わる。歪みセンサ1に力が加わると、第1フレーム11と第2フレーム12が相対的に変位し、第1フレーム11と第2フレーム12とが分離される。第1フレーム11と第2フレーム12とが分離されると、第1固定部21が第1フレーム11の第1脚部13に固定され、第2固定部22が第2フレーム12の第2脚部14に固定されているセンサ部材20の破断部23に、対象物Pの変形に応じた応力が加わる。その結果、センサ部材20の破断部23は破断する。
For example, when the object P is distorted and deformed due to an earthquake or the like, a force is applied to the strain sensor 1 installed on the object P. When a force is applied to the strain sensor 1, the
図8は、本実施形態に係る歪みセンサ1のセンサ部材20の破断部23が破断した状態を示す側面図である。図9は、本実施形態に係る歪みセンサ1のセンサ部材20の破断部23が破断した状態を示す平面図である。
FIG. 8 is a side view showing a state in which the
図8及び図9に示すように、破断部23が破断すると、センサ部材20の表面に設けられているセンサ膜30が歪変形し、そのセンサ膜30の外観が変化する。本実施形態においては、センサ膜30は脆性膜であり、そのセンサ膜30が歪み変形すると、図9に示すように、センサ膜30に亀裂が発生したり、センサ膜30の一部が剥離したりする。その結果、センサ膜30の下地であるセンサ部材20の表面の一部が露出することとなる。
As shown in FIGS. 8 and 9, when the
したがって、センサ膜30の外観が監視されることにより、対象物Pが歪み変形したか否かを把握することができる。
Therefore, by monitoring the appearance of the
本実施形態においては、センサ膜30が設けられるセンサ部材20の着色領域25,26の色と、センサ膜30の色とは異なる。そのため、センサ膜30に亀裂が発生したり、センサ膜30の一部が剥離したりして、センサ膜30の下地であるセンサ部材20の着色領域25,26の少なくとも一部が露出した場合、着色領域25,26とセンサ膜30との色の差異により、高いに視認性でセンサ膜30が破壊されたか否かを把握することができる。
In the present embodiment, the color of the
図10は、本実施形態に係る監視システム100の一例を模式的に示す図である。監視システム100は、歪みセンサ1の画像データを取得して、対象物Pが歪み変形したか否かを監視する。図10に示すように、監視システム100は、コンピュータシステム101を有する。コンピュータシステム101は、対象物Pに設置された歪みセンサ1の画像データを取得する画像データ取得部102と、画像データ取得部102で取得された画像データを表示装置104に表示させるために制御信号を出力する表示制御部103と、を備える。
FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an example of the
歪みセンサ1の画像データは、カメラ105によって取得される。カメラ105は、プラントに設けられている監視台に設置されていてもよいし、走行ロボットのような移動体に搭載されていてもよい。カメラ105は、歪みセンサ1の画像データを取得する。カメラ105により、高所や狭小部を問わず、歪みセンサ1の画像データを取得することができる。
Image data of the strain sensor 1 is acquired by the
カメラ105によって取得された歪みセンサ1の画像データは、無線通信システム106を介してコンピュータシステム101に送信される。無線通信システム106は、カメラ105に接続された送信機106Aと、コンピュータシステム101に接続された受信機106Bとを含む。画像データ取得部102は、カメラ105で取得された歪みセンサ1の像データを無線通信で取得する。
The image data of the strain sensor 1 acquired by the
表示制御部103は、画像データ取得部102で取得された画像データを画像処理し、表示装置104に表示させる。表示装置104は、例えばフラットパネルディスプレイを含み、歪みセンサ1の画像データを表示する。
The
表示装置104に表示される画像データに基づいて、歪みセンサ1が作動していない、すなわち、破断部23が破断してなく、センサ膜30が破壊されていないと判定された場合、対象物Pは歪み変形してなく、健全な状態であると確認できる。センサ部材20の破断部23の破断応力値を、設計想定最大荷重に調整しておけば、プラントにおいて歪みセンサ1が作動していない範囲は、設計想定範囲内であり健全であると確認できる。一方、歪みセンサ1が作動している、すなわち、破断部23が破断しており、センサ膜30が破壊されていると判定された場合、対象物Pが歪み変形し、健全な状態でない可能性が高いと確認できる。そのような対象物Pに対して点検又は補修を実施するなどの措置を講ずることができる。
When it is determined based on the image data displayed on the
以上説明したように、本実施形態によれば、電源がなくても作動する安価で簡易の構造の歪みセンサ1によって、対象物Pの健全性を確認することができる。 As described above, according to the present embodiment, the soundness of the object P can be confirmed by the strain sensor 1 having an inexpensive and simple structure that operates without a power source.
また、本実施形態においては、センサ膜30は、第1固定部21及び第2固定部22の少なくとも一方に設けられる。センサ膜30が破断部23に設けられると、破断部23が破断したときセンサ膜30も損傷してしまい、視認性が低下する。センサ膜30が第1固定部21及び第2固定部22の少なくとも一方に設けられることにより、センサ膜30の外観を良好な視認性で把握することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、センサ部材20に張力が加えられた状態で、第1固定部21が第1フレーム11に固定され、第2固定部22が第2フレーム12に固定される。張力が加えられた状態でセンサ部材20がフレーム部材10に固定されることにより、破断部23が破断する前にセンサ部材20に加わっている応力(張力)と、破断部23が破断した後にセンサ部材20に加わる応力(張力が解放された後の応力)との差を大きくすることができる。破断部23の破断前後における応力変化量を大きくすることができるので、センサ膜30の外観は十分に変化する。したがって、センサ膜30の外観の変化を高い視認性で把握することができる。
In the present embodiment, the first fixing
また、本実施形態においては、対象物Pが歪変形したとき、第1フレーム11と第2フレーム12とはブリッジ部15において分離される。ブリッジ部15は対象物Pから離れているので、第1フレーム11と第2フレーム12とは円滑に分離される。また、ブリッジ部15はセンサ部材20から離れているので、応力が加わったときセンサ部材20の破断部23は円滑に破断される。
In the present embodiment, the
また、センサ部材20に張力が加えられた状態で、センサ部材20がフレーム部材10に固定されたとき、フレーム部材10には反り返らせるような力が加わる。ブリッジ部15の中心の位置Cbを第1脚部13及び第2脚部14の中心の位置Caよりも上方に配置し、第1脚部13の上端部13T側及び第2脚部14の上端部14T側にセンサ部材20を配置することにより、センサ部材20によってフレーム部材10を反り返らせるような力が加わっても、フレーム部材10の反り返り変形が抑制される。
In addition, when the
また、本実施形態においては、センサ部材20と接触する第1脚部13の表面及び第2脚部14の表面は、曲面を含む。センサ部材20と接触する第1脚部13の表面及び第2脚部14の表面が丸みを帯びることにより、センサ部材20に張力を円滑に加えることができる。また、第1脚部13の表面及び第2脚部14の表面が丸みを帯びることにより、破断部23が破断したとき、張力は円滑に解放されるので、センサ膜30の外観は十分に変化する。
Moreover, in this embodiment, the surface of the
<第2実施形態>
第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
Second Embodiment
A second embodiment will be described. In the following description, the same or equivalent components as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
図11は、本実施形態に係る歪みセンサ1のセンサ部材20の破断部23が破断した状態を示す平面図である。本実施形態において、センサ膜30Bは、応力発光材料で形成された応力発光膜である。応力発光材料は、脆性塗料より機械特性が安定しているという利点を有する。
FIG. 11 is a plan view showing a state in which the
破断部23が破断し、張力が解放され、破断部23が破断する前にセンサ部材20に加わっている応力と破断部23が破断した後にセンサ部材20に加わる応力とに差が生じると、センサ膜30Bは発光する。
When the
以上説明したように、センサ膜30Bが応力発光材料で形成されることにより、破断部23が破断してセンサ膜30Bが歪変形すると、そのセンサ膜30Bが発光する。そのため、センサ膜30Bの外観を監視すれば、対象物Pの変形を容易に把握することができる。また、本実施形態によれば、センサ部材20に着色領域25,26を設けなくてもよい。
As described above, when the
<第3実施形態>
第3実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
<Third Embodiment>
A third embodiment will be described. In the following description, the same or equivalent components as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
図12は、本実施形態に係る歪みセンサ1のセンサ部材20の破断部23が破断した状態を示す平面図である。本実施形態において、センサ膜30Cは、応力変色材料で形成された応力変色膜である。応力変色材料は、光弾性材のような、応力変形状態で色が変わる材料である。応力変色材料も、脆性塗料より機械特性が安定しているという利点を有する。
FIG. 12 is a plan view showing a state in which the
破断部23が破断し、張力が解放され、破断部23が破断する前にセンサ部材20に加わっている応力と破断部23が破断した後にセンサ部材20に加わる応力とに差が生じると、センサ膜30Cの少なくとも一部は変色する。
When the
以上説明したように、センサ膜30Cが応力変色材料で形成されることにより、破断部23が破断してセンサ膜30Cが歪変形すると、そのセンサ膜30Cが変色する。そのため、センサ膜30Cの外観を監視すれば、対象物Pの変形を容易に把握することができる。また、本実施形態によれば、センサ部材20に着色領域25,26を設けなくてもよい。
As described above, when the
<第4実施形態>
第4実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
<Fourth embodiment>
A fourth embodiment will be described. In the following description, the same or equivalent components as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
図13は、本実施形態に係る歪みセンサ1の一部を拡大した図である。図13に示すように、センサ部材20の表面は、間隔をあけて複数の突起部が設けられた凹凸領域40を含む。センサ膜30は、凹凸領域40に設けられる。
FIG. 13 is an enlarged view of a part of the strain sensor 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 13, the surface of the
凹凸領域40にセンサ膜30が設けられることにより、破断部23が破断してセンサ部材20が変形又は変位したとき、凹凸領域40に設けられているセンサ膜30の歪変形量は大きくなる。そのため、センサ膜30の外観の変化の度合いは大きくなるので、センサ膜30の外観の変化を高い視認性で把握することができる。
By providing the
<第5実施形態>
第5実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
<Fifth Embodiment>
A fifth embodiment will be described. In the following description, the same or equivalent components as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
図14は、本実施形態に係る歪みセンサ1の一例を示す平面図である。図14に示すように、歪みセンサ1は、第1応力が加わると破断する第1破断部23Aを有する第1センサ部材20Aと、第1応力とは異なる第2応力が加わると破断する第2破断部23Bを有する第2センサ部材23Bと、第1応力及び第2応力とは異なる第3応力が加わると破断する第3破断部23Cを有する第3センサ部材23Cとを有する。第1センサ部材20A、第2センサ部材20B、及び第3センサ部材20Cは、同一のフレーム部材10に固定される。
FIG. 14 is a plan view illustrating an example of the strain sensor 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 14, the strain sensor 1 includes a
破断応力が異なる破断部23(23A,23B,23C)をそれぞれ有する複数のセンサ部材20(20A,20B,20C)が設けられることにより、破断した破断部23を有するセンサ部材20を監視することによって、対象物Pにどれくらいの荷重が加わりどれくらい歪み変形したのかを把握することができる。
By providing a plurality of sensor members 20 (20A, 20B, 20C) each having a rupture portion 23 (23A, 23B, 23C) having different rupture stresses, by monitoring the
1 歪みセンサ
10 フレーム部材
11 第1フレーム
12 第2フレーム
13 第1脚部
13T 上端部
13U 下端部
14 第2脚部
14T 上端部
14U 下端部
15 ブリッジ部
15A 第1ブリッジ
15B 第2ブリッジ
15T 上面
15U 下面
20 センサ部材
20A 第1センサ部材
20B 第2センサ部材
20C 第3センサ部材
21 第1固定部
22 第2固定部
23 破断部
23A 第1破断部
23B 第2破断部
23C 第3破断部
25 着色領域
26 着色領域
30 センサ膜
30B センサ膜
30C センサ膜
40 凹凸領域
100 監視システム
101 コンピュータシステム
102 画像データ取得部
103 表示制御部
104 表示装置
105 カメラ
106 無線通信システム
106A 送信機
106B 受信機
P 対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (15)
第1フレーム及び前記第1フレームと分割可能に接続される第2フレームを含み前記対象物に設置されるフレーム部材と、
前記第1フレームに固定される第1固定部と、前記第2フレームに固定される第2固定部と、前記第1固定部と前記第2固定部との間に配置され前記対象物の変形により応力が加わると破断する破断部とを有するセンサ部材と、
前記センサ部材の表面に設けられ前記破断部が破断したときに外観が変化するセンサ膜と、
を備える歪みセンサ。 A strain sensor that is installed on an object and detects deformation of the object,
A frame member installed on the object including a first frame and a second frame that is detachably connected to the first frame;
The first fixing part fixed to the first frame, the second fixing part fixed to the second frame, and the deformation of the object disposed between the first fixing part and the second fixing part. A sensor member having a rupture portion that breaks when stress is applied,
A sensor film that is provided on the surface of the sensor member and whose appearance changes when the fracture portion is fractured;
A strain sensor.
請求項1に記載の歪みセンサ。 The sensor film is provided on at least one of the first fixing portion and the second fixing portion.
The strain sensor according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の歪みセンサ。 In a state where tension is applied to the sensor member, the first fixing portion is fixed to the first frame, and the second fixing portion is fixed to the second frame.
The strain sensor according to claim 1 or 2.
前記第1フレームと前記第2フレームとは前記ブリッジ部で分割可能であり、
前記第1脚部は、前記センサ部材の前記第1固定部と固定され、
前記第2脚部は、前記センサ部材の前記第2固定部と固定され、
前記ブリッジ部は、前記センサ部材及び前記対象物から離れている、
請求項3に記載の歪みセンサ。 The frame member includes a first leg part supported by the object, a second leg part supported by the object, and a bridge part connecting the first leg part and the second leg part. Have
The first frame and the second frame can be divided by the bridge unit;
The first leg is fixed to the first fixing portion of the sensor member;
The second leg portion is fixed to the second fixing portion of the sensor member,
The bridge portion is separated from the sensor member and the object.
The strain sensor according to claim 3.
厚み方向において、前記第1脚部及び前記第2脚部の中心の位置と前記ブリッジ部の中心の位置とは異なる、
請求項3又は請求項4に記載の歪みセンサ。 The thickness of the first leg portion and the second leg portion is greater than the thickness of the bridge portion,
In the thickness direction, the center position of the first leg part and the second leg part and the center position of the bridge part are different.
The strain sensor according to claim 3 or 4.
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の歪みセンサ。 The sensor film includes a brittle film formed of a brittle material,
The strain sensor according to any one of claims 1 to 6.
請求項7に記載の歪みセンサ。 The color of the surface of the sensor member provided with the brittle film is different from the color of the brittle film,
The strain sensor according to claim 7.
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の歪みセンサ。 The sensor film includes a stress luminescent film formed of a stress luminescent material,
The strain sensor according to any one of claims 1 to 8.
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の歪みセンサ。 The sensor film includes a stress discoloration film formed of a stress discoloration material.
The strain sensor according to any one of claims 1 to 8.
前記センサ膜は、前記凹凸領域に設けられる、
請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の歪みセンサ。 The surface of the sensor member includes an uneven area provided with a plurality of protrusions at intervals,
The sensor film is provided in the uneven region,
The strain sensor according to any one of claims 1 to 10.
請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の歪みセンサ。 The sensor member includes a first sensor member having a first fracture portion that is fractured when a first stress is applied, and a second sensor member having a second fracture portion that is fractured when a second stress different from the first stress is applied. Including
The strain sensor according to any one of claims 1 to 11.
前記画像データ取得部で取得された画像データを表示装置に表示させるために制御信号を出力する表示制御部と、
を備える監視システム。 An image data acquisition unit that acquires image data of the strain sensor according to any one of claims 1 to 12 installed on an object;
A display control unit that outputs a control signal to cause the display device to display the image data acquired by the image data acquisition unit;
A monitoring system comprising:
前記画像データ取得部は、前記カメラで取得された前記画像データを無線通信で取得する、
請求項13に記載の監視システム。 Image data of the strain sensor is acquired by a camera,
The image data acquisition unit acquires the image data acquired by the camera by wireless communication.
The monitoring system according to claim 13.
第1フレームと第2フレームとを分割可能に接続してフレーム部材を作成することと、
第1固定部、第2固定部、及び前記第1固定部と前記第2固定部との間に配置され前記対象物の変形により応力が加わると破断する破断部を有するセンサ部材に張力を加えた状態で、前記第1固定部を前記第1フレームに固定し、前記第2固定部を前記第2フレームに固定することと、
前記張力が加えられた前記センサ部材の表面に、前記破断部が破断したときに外観が変化するセンサ膜を設けることと、
を含む歪みセンサの製造方法。 A strain sensor manufacturing method for detecting deformation of an object installed on an object,
Creating a frame member by connecting the first frame and the second frame in a splittable manner;
Tension is applied to the sensor member having a first fixing portion, a second fixing portion, and a breaking portion that is disposed between the first fixing portion and the second fixing portion and breaks when stress is applied by deformation of the object. Fixing the first fixing part to the first frame and fixing the second fixing part to the second frame,
On the surface of the sensor member to which the tension is applied, providing a sensor film whose appearance changes when the rupture portion breaks;
A method for manufacturing a strain sensor including:
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