JP2759303B2 - 応力検出器 - Google Patents
応力検出器Info
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- JP2759303B2 JP2759303B2 JP3132291A JP3132291A JP2759303B2 JP 2759303 B2 JP2759303 B2 JP 2759303B2 JP 3132291 A JP3132291 A JP 3132291A JP 3132291 A JP3132291 A JP 3132291A JP 2759303 B2 JP2759303 B2 JP 2759303B2
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- stress
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼材料などに対する
応力を非破壊検査するための応力検出器に関するもので
ある。
応力を非破壊検査するための応力検出器に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】鉄鋼材料の状態の監視、或いは劣化の検
出の内でも、応力の検出には極めて強いニーズがある。
この応力の検出に最適なセンサとして、例えば、磁気異
方性センサ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ
Ｓｅｎｓｏｒ：以下、ＭＡＳという）がある。このセ
ンサは、例えば、特公昭６１−３１８２８号に記載され
ているが、測定対象の磁気異方性（材料の方向により磁
化の難易度が異なる）の分布、変化を測定することによ
って、対象内の応力、欠陥などを非接触で検出できると
ころに特徴がある。
出の内でも、応力の検出には極めて強いニーズがある。
この応力の検出に最適なセンサとして、例えば、磁気異
方性センサ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ
Ｓｅｎｓｏｒ：以下、ＭＡＳという）がある。このセ
ンサは、例えば、特公昭６１−３１８２８号に記載され
ているが、測定対象の磁気異方性（材料の方向により磁
化の難易度が異なる）の分布、変化を測定することによ
って、対象内の応力、欠陥などを非接触で検出できると
ころに特徴がある。
【０００３】図２は磁気異方性センサの原理的構成を示
す模式的斜視図である。ＭＡＳは２つの馬蹄型の磁脚
２、３を直交させて配設し、励振コアＥ1 、Ｅ2 を形成
する磁脚２の各脚には巻線２ａ，２ｂが巻回され、両者
は直列接続されている。同様に、検出コアＤ1 、Ｄ2 を
形成する磁脚３には巻線３ａ，３ｂが巻回され、両者は
直列接続されている。この場合、両者の脚間隔は等しく
設定されている。
す模式的斜視図である。ＭＡＳは２つの馬蹄型の磁脚
２、３を直交させて配設し、励振コアＥ1 、Ｅ2 を形成
する磁脚２の各脚には巻線２ａ，２ｂが巻回され、両者
は直列接続されている。同様に、検出コアＤ1 、Ｄ2 を
形成する磁脚３には巻線３ａ，３ｂが巻回され、両者は
直列接続されている。この場合、両者の脚間隔は等しく
設定されている。
【０００４】以上の構成において、測定に際しては、磁
脚２及び磁脚３を測定対象の被測定物（この例では鋼
板）４上に配設する（実際には、磁脚２及び磁脚３の先
端面と被測定物４の表面との間には、空隙が形成される
ようになっている）。この状態で、巻線２ａ、２ｂ間に
交流電圧（例えば、４００Ｈｚ）Ｖe を印加する。励振
コアの磁脚Ｅ1 からＥ2 への磁束は、測定対象内を通過
するが、測定対象に応力が加わっていない時には測定対
象内の磁束分布はＥ1 −Ｅ2 軸に対象で、検出コアの磁
脚Ｄ1 、Ｄ2 の点は同ポテンシャルレベルになる。しか
し、測定対象に応力が加わると、磁歪の逆効果で磁気異
方性が発生し、磁脚Ｄ1 、Ｄ2 の磁気ポテンシャルに差
ができ、巻線３ａ、３ｂに電圧が誘起される。この検出
出力電圧Ｖd を同期整流してＸ−Ｙレコーダへ出力する
ことにより、被測定物４のトルクや応力に比例した電圧
を得ることができる。なお、ＭＡＳで測定対象の応力を
測定するとき、応力方向と励振コアのＥ1 −Ｅ2 方向の
間の角度がθ＝４５°のときに最も感度が高くなる。
脚２及び磁脚３を測定対象の被測定物（この例では鋼
板）４上に配設する（実際には、磁脚２及び磁脚３の先
端面と被測定物４の表面との間には、空隙が形成される
ようになっている）。この状態で、巻線２ａ、２ｂ間に
交流電圧（例えば、４００Ｈｚ）Ｖe を印加する。励振
コアの磁脚Ｅ1 からＥ2 への磁束は、測定対象内を通過
するが、測定対象に応力が加わっていない時には測定対
象内の磁束分布はＥ1 −Ｅ2 軸に対象で、検出コアの磁
脚Ｄ1 、Ｄ2 の点は同ポテンシャルレベルになる。しか
し、測定対象に応力が加わると、磁歪の逆効果で磁気異
方性が発生し、磁脚Ｄ1 、Ｄ2 の磁気ポテンシャルに差
ができ、巻線３ａ、３ｂに電圧が誘起される。この検出
出力電圧Ｖd を同期整流してＸ−Ｙレコーダへ出力する
ことにより、被測定物４のトルクや応力に比例した電圧
を得ることができる。なお、ＭＡＳで測定対象の応力を
測定するとき、応力方向と励振コアのＥ1 −Ｅ2 方向の
間の角度がθ＝４５°のときに最も感度が高くなる。
【０００５】ところで、上記したＭＡＳにあっては、検
出コアの磁路がオープンであるため、外部磁場によって
影響を受ける。ＭＡＳで応力を測定する場合、磁界が加
わる代表的な２つのケース、すなわち、ダイナモなどの
シャフトに流れる軸電流と鉄道線路のレールに流れる動
力用或いは通信用の軸電流を考えると、磁界の影響は少
し異なったものになる。まず、ダイナモなどのシャフト
のトルク測定の場合には、シャフト表面に加わる応力は
軸方向に対して４５°の方向になり、軸電流が流れた場
合、電流による磁界方向と検出コアの方向は９０°にな
る。次に、鉄道線路のレール軸力測定の場合、軸電流に
よる磁界方向と検出コアの間の角度は４５°となり、ト
ルク測定の場合よりも影響されやすい。外部磁界が重畳
されたとき、ＭＡＳは検出コアの動作点が変化する。検
出コアに誘起される電圧の振幅と位相は、検出コアの非
直線性とヒステリシスの大きさにより決まる。したがっ
て、外部磁界の影響を低減するための手段を講じる必要
がある。
出コアの磁路がオープンであるため、外部磁場によって
影響を受ける。ＭＡＳで応力を測定する場合、磁界が加
わる代表的な２つのケース、すなわち、ダイナモなどの
シャフトに流れる軸電流と鉄道線路のレールに流れる動
力用或いは通信用の軸電流を考えると、磁界の影響は少
し異なったものになる。まず、ダイナモなどのシャフト
のトルク測定の場合には、シャフト表面に加わる応力は
軸方向に対して４５°の方向になり、軸電流が流れた場
合、電流による磁界方向と検出コアの方向は９０°にな
る。次に、鉄道線路のレール軸力測定の場合、軸電流に
よる磁界方向と検出コアの間の角度は４５°となり、ト
ルク測定の場合よりも影響されやすい。外部磁界が重畳
されたとき、ＭＡＳは検出コアの動作点が変化する。検
出コアに誘起される電圧の振幅と位相は、検出コアの非
直線性とヒステリシスの大きさにより決まる。したがっ
て、外部磁界の影響を低減するための手段を講じる必要
がある。
【０００６】この１つの方法として、例えば、「非破壊
検査」第３５巻第１２号（１９８６年１２月）、８６１
〜８６７頁「磁気異方性センサの出力信号に及ぼす外乱
磁界の影響とその減少法」に示すように、デュアル形磁
気異方性センサが提案されている。このデュアル形磁気
異方性センサは、同一仕様の２個の磁気異方性センサを
用いて構成され、各一対の磁脚からなる２つのセンサの
励振コアの巻線同士を並列接続すると共に、検出コアの
巻線同士を差動接続する。そして、一方のセンサの出力
に信号と外乱の和の電圧を作り出し、他方のセンサ出力
に逆位相信号と外乱の和の電圧を作り出し、前者から後
者を減算することによって外乱ノイズを相殺し、外乱磁
界の影響を低減するものである。
検査」第３５巻第１２号（１９８６年１２月）、８６１
〜８６７頁「磁気異方性センサの出力信号に及ぼす外乱
磁界の影響とその減少法」に示すように、デュアル形磁
気異方性センサが提案されている。このデュアル形磁気
異方性センサは、同一仕様の２個の磁気異方性センサを
用いて構成され、各一対の磁脚からなる２つのセンサの
励振コアの巻線同士を並列接続すると共に、検出コアの
巻線同士を差動接続する。そして、一方のセンサの出力
に信号と外乱の和の電圧を作り出し、他方のセンサ出力
に逆位相信号と外乱の和の電圧を作り出し、前者から後
者を減算することによって外乱ノイズを相殺し、外乱磁
界の影響を低減するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したデュ
アル形磁気異方性センサは、理論的には増幅器の入力段
階で既に外乱磁界の影響が低減されるので、測定系とし
ては優れているが、同一仕様のセンサを２個必要とする
ため、センサが大型化、大重量化及びコストアップを招
くという不具合がある。本発明は、上記した従来技術の
実情に鑑みてなされたものであり、１個のセンサによっ
て外乱磁界の影響を排除できるようにした応力検出器を
提供することにある。
アル形磁気異方性センサは、理論的には増幅器の入力段
階で既に外乱磁界の影響が低減されるので、測定系とし
ては優れているが、同一仕様のセンサを２個必要とする
ため、センサが大型化、大重量化及びコストアップを招
くという不具合がある。本発明は、上記した従来技術の
実情に鑑みてなされたものであり、１個のセンサによっ
て外乱磁界の影響を排除できるようにした応力検出器を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、互いに直交するように配設される励振コ
ア及び検出コアが共に平行する２つの磁脚を有し、その
磁脚の各々にコイルが和動接続に巻装された磁気異方性
センサによる応力検出器であって、前記検出コアの先端
面に装着されるホール素子と、前記検出コアに巻回され
る第３の巻線と、前記ホール素子の出力信号をフィード
バック信号として用い前記第３の巻線を励振する誤差増
幅器とを設けるようにしている。
に、本発明は、互いに直交するように配設される励振コ
ア及び検出コアが共に平行する２つの磁脚を有し、その
磁脚の各々にコイルが和動接続に巻装された磁気異方性
センサによる応力検出器であって、前記検出コアの先端
面に装着されるホール素子と、前記検出コアに巻回され
る第３の巻線と、前記ホール素子の出力信号をフィード
バック信号として用い前記第３の巻線を励振する誤差増
幅器とを設けるようにしている。
【０００９】
【作用】上記した手段によれば、ホール素子によって外
部磁界成分を検出し、これをフィードバック信号として
用い、外部磁界成分をキャンセルするように検出コアの
第３の巻線を励振することにより、応力測定値に誤差を
含まないようにすることができる。したがって、センサ
の大型化を招くことなく、簡単な構成により外部磁界の
影響を排除することができる。
部磁界成分を検出し、これをフィードバック信号として
用い、外部磁界成分をキャンセルするように検出コアの
第３の巻線を励振することにより、応力測定値に誤差を
含まないようにすることができる。したがって、センサ
の大型化を招くことなく、簡単な構成により外部磁界の
影響を排除することができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明による応力検出器の一実
施例を示す模式的斜視図である。なお、本実施例におい
ては、図２と同一であるものには同一引用数字を用いた
ので、以下においては構成及び動作についての重複する
説明を省略する。
ながら説明する。図１は本発明による応力検出器の一実
施例を示す模式的斜視図である。なお、本実施例におい
ては、図２と同一であるものには同一引用数字を用いた
ので、以下においては構成及び動作についての重複する
説明を省略する。
【００１１】本実施例においては、磁脚２、３の配置関
係は図２に示したとおりであるが、磁脚３（検出コア）
には巻線３ａ、３ｂに加えて、第３の巻線である巻線３
ｃがコア基部に巻回されている。この巻線３ｃには、誤
差増幅器５の出力が印加されている。磁脚Ｄ1 の先端面
にはホール素子６が装着され、このホール素子６にはロ
ーパスフィルタ７が接続されている。ローパスフィルタ
７の出力は減算器８に接続され、その出力が誤差増幅器
（ＤＣアンプ）５の入力に印加される。なお、ローパス
フィルタ（ＬＰＦ）７に代えて、励振電圧Ｖe の周波数
以外の成分を取り出すバンドエリミネーティングフィル
タであってもよい。
係は図２に示したとおりであるが、磁脚３（検出コア）
には巻線３ａ、３ｂに加えて、第３の巻線である巻線３
ｃがコア基部に巻回されている。この巻線３ｃには、誤
差増幅器５の出力が印加されている。磁脚Ｄ1 の先端面
にはホール素子６が装着され、このホール素子６にはロ
ーパスフィルタ７が接続されている。ローパスフィルタ
７の出力は減算器８に接続され、その出力が誤差増幅器
（ＤＣアンプ）５の入力に印加される。なお、ローパス
フィルタ（ＬＰＦ）７に代えて、励振電圧Ｖe の周波数
以外の成分を取り出すバンドエリミネーティングフィル
タであってもよい。
【００１２】ＭＡＳの出力に及ぼす影響は、検出コアに
入り込む磁束によって検出コアのＢ−Ｈ特性の動作点が
バイアスされてしまうことに原因がある。ＭＡＳは、巻
線３ａ、３ｂ（検出コイル）に誘起される電圧を同期検
波してノイズなどの外乱要因の影響を小さくしている。
しかし、検出コアの磁気的動作点がバイアスされること
によって検出電圧の振幅、位相が僅かに変化する。振幅
は、コアの非直線性に依存し、位相はヒステリシスの膨
らみに依存する。
入り込む磁束によって検出コアのＢ−Ｈ特性の動作点が
バイアスされてしまうことに原因がある。ＭＡＳは、巻
線３ａ、３ｂ（検出コイル）に誘起される電圧を同期検
波してノイズなどの外乱要因の影響を小さくしている。
しかし、検出コアの磁気的動作点がバイアスされること
によって検出電圧の振幅、位相が僅かに変化する。振幅
は、コアの非直線性に依存し、位相はヒステリシスの膨
らみに依存する。
【００１３】そこで、本発明では外部磁界の影響を低減
する手段として、ホール素子６を設け、検出コアに入り
込む励振周波数以外の周波数の磁界成分を検出し、これ
が０になるようにフィードバックを行っている。すなわ
ち、ホール素子６の出力信号中の不要分をローパスフィ
ルタ７によって除去して得た信号を誤差増幅器５の負入
力側に入力し、目標値０Ｖとの差の成分を誤差増幅器５
で増幅し、巻線３ｃを励振する。このようにして、検出
コア中の励振周波数以外の磁界成分を０にすることがで
きる。このような方法により、前記したデュアル形に比
べセンサが１個で済むので、外部磁界の偏りにも対処す
ることが可能になる。そして、外部磁界の影響を排除で
きる結果、フィールドでの応力測定やトルク測定に用い
ることができるようになった。
する手段として、ホール素子６を設け、検出コアに入り
込む励振周波数以外の周波数の磁界成分を検出し、これ
が０になるようにフィードバックを行っている。すなわ
ち、ホール素子６の出力信号中の不要分をローパスフィ
ルタ７によって除去して得た信号を誤差増幅器５の負入
力側に入力し、目標値０Ｖとの差の成分を誤差増幅器５
で増幅し、巻線３ｃを励振する。このようにして、検出
コア中の励振周波数以外の磁界成分を０にすることがで
きる。このような方法により、前記したデュアル形に比
べセンサが１個で済むので、外部磁界の偏りにも対処す
ることが可能になる。そして、外部磁界の影響を排除で
きる結果、フィールドでの応力測定やトルク測定に用い
ることができるようになった。
【００１４】
【発明の効果】以上より明らかなごとく、本発明によれ
ば、互いに直交するように配設される励振コア及び検出
コアが共に平行する２つの磁脚を有し、その磁脚の各々
にコイルが和動接続に巻装された磁気異方性センサによ
る応力検出器であって、前記検出コアの先端面に装着さ
れるホール素子と、前記検出コアに巻回される第３の巻
線と、前記ホール素子の出力信号をフィールドバック信
号として用い前記第３の巻線を励振する誤差増幅器とを
設けるようにしたので、センサを２つ用いることなく、
簡単な構成により外部磁界の影響を排除することができ
る。
ば、互いに直交するように配設される励振コア及び検出
コアが共に平行する２つの磁脚を有し、その磁脚の各々
にコイルが和動接続に巻装された磁気異方性センサによ
る応力検出器であって、前記検出コアの先端面に装着さ
れるホール素子と、前記検出コアに巻回される第３の巻
線と、前記ホール素子の出力信号をフィールドバック信
号として用い前記第３の巻線を励振する誤差増幅器とを
設けるようにしたので、センサを２つ用いることなく、
簡単な構成により外部磁界の影響を排除することができ
る。
【図１】本発明による応力検出器の一実施例を示す模式
的斜視図である。
的斜視図である。
【図２】従来の応力検出器の一例を示す模式的斜視図で
ある。
ある。
２ 磁脚 ２ａ、２ｂ 巻線 ３ 磁脚 ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 巻線 ４ 被測定物 ５ 誤差増幅器 ６ ホール素子 ７ ローパスフィルタ ８ 減算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01L 1/00 G01N 27/72 G01R 33/12
Claims (1)
- 【請求項１】 互いに直交するように配設される励振コ
ア及び検出コアが共に平行する２つの磁脚を有し、その
磁脚の各々にコイルが和動接続に巻装された磁気異方性
センサによる応力検出器であって、前記検出コアの先端
面に装着されるホール素子と、前記検出コアに巻回され
る第３の巻線と、前記ホール素子の出力信号をフィード
バック信号として用い前記第３の巻線を励振する誤差増
幅器とを具備することを特徴とする応力検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3132291A JP2759303B2 (ja) | 1991-02-01 | 1991-02-01 | 応力検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3132291A JP2759303B2 (ja) | 1991-02-01 | 1991-02-01 | 応力検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04248427A JPH04248427A (ja) | 1992-09-03 |
| JP2759303B2 true JP2759303B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=12328032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3132291A Expired - Fee Related JP2759303B2 (ja) | 1991-02-01 | 1991-02-01 | 応力検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2759303B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103064040A (zh) * | 2011-10-21 | 2013-04-24 | 无锡强力环保科技有限公司 | 本安型磁性应力无损检测系统 |
| CN103713040A (zh) * | 2012-10-09 | 2014-04-09 | 无锡强力环保科技有限公司 | 两脚磁性探头的残余奥氏体含量检测传感器 |
-
1991
- 1991-02-01 JP JP3132291A patent/JP2759303B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04248427A (ja) | 1992-09-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |