JP3098837B2 - 磁歪応力測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、丸棒、パイプ等の円柱
材料などの被測定物に対する非接触式の磁歪応力測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁歪応力測定法は、磁性材料に荷重が作
用すると透磁率に異方性が生じ、荷重方向の透磁率が大
きくなり、反対に荷重方向と直角方向の透磁率が小さく
なるので、両透磁率の差を励磁コアと検出コアを持つ磁
歪センサによって検出することにより、主応力の方向お
よび大きさを測定する方法である。

【０００３】図１６を参照して先行技術を説明する。塗
覆装１６を有する鋼管１５の磁歪応力を検出するにあた
っては、作業者１７はその磁歪応力を検査しようとする
領域１８の厚みが不均一な塗覆装１６を除去し、これに
よってその領域１８における鋼管１５の外表面と磁歪セ
ンサとの間隙を正確に一定とした状態で、検出する必要
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような先行技術で
は、鋼管１５の磁歪応力を高精度で測定するには、塗覆
装１６の除去作業が不可欠である。鋼管１６の磁歪応力
を測定する領域１８は、その近傍に構造物が存在して作
業空間が狭い場所である場合が多く、また鋼管１５が河
川の上方に設けられている橋梁管であり、あるいはまた
架空管であるときには、作業者１７は足元が悪い足場で
の高所での作業を行う必要があり、作業の安全性が劣
る。

【０００５】本発明の目的は、厚みが不均一である塗覆
装が存在するような状況下であっても磁歪応力を簡単な
作業で高精度で測定することができるようにした磁歪応
力測定方法および装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、測定すべき応
力の方向に垂直な方向に、間隔をあけて一対の磁極を有
する間隙測定用励磁コイルを配置し、その間隔測定用励
磁コイルを励磁して被測定物との間隙に対応した第１誘
導起電力を間隙測定用検出コイルによって検出し、前記
第１誘導起電力に対応した磁歪感度Ｍを決定し、測定す
べき応力の方向に間隔をあけて一対の磁極を有する応力
測定用励磁コイルを配置し、その応力測定用励磁コイル
を励磁して被測定物の応力に対応した第２誘導起電力を
磁歪応力測定用検出コイルによって検出し、その第２誘
導起電力と前記磁歪感度Ｍとから、前記応力を求めるこ
とを特徴とする磁歪応力測定方法である。

【０００７】また本発明は、磁歪応力が測定されるべき
被測定物である管の管軸方向に垂直な方向に間隔をあけ
て一対の磁極を有する第１コアと、第１コアに巻回さ
れ、交流電力によって励磁される第１励磁コイルと、第
１コアに巻回される第１検出コイルと、管軸方向に９０
度以外の角度で交差する方向に間隔をあけて一対の磁極
を有する第２コアと、第２コアに巻回され、交流電力に
よって励磁される第２励磁コイルと、第２コアの一対の
磁極を結ぶ直線に対して垂直な方向に間隔をあけて一対
の磁極を有する第３コアと、第３コアに巻回される第２
検出コイルと、第１検出コイルの出力に対応する管の表
面との間の間隙を求め、この間隙に対応する磁歪感度Ｍ
を求め、この磁歪感度Ｍと第２検出コイルの出力との積
に対応した磁歪応力を演算処理する手段とを含むことを
特徴とする磁歪応力測定装置である。

【０００８】

【作用】本発明に従う磁歪応力測定方法において、磁歪
応力測定用励磁コイルを励磁して磁歪応力測定用検出コ
イルによって得られる第２誘導起電力Ｖは、磁歪感度Ｍ
と鋼管などの被測定物の応力σとの積であり、この磁歪
感度Ｍは、磁歪応力測定用励磁コイルおよび磁歪応力測
定用検出コイルと被測定物の表面との間の間隙δに依存
する。したがって本発明に従えば、間隙測定用励磁コイ
ルを励磁して被測定物との間隙に対応した第１誘導起電
力を間隙測定用検出コイルから得、これによってその間
隙に対応したかつ被測定物の透磁率μに対応した磁歪感
度Ｍを、予め準備してあるグラフまたはメモリのストア
内容に基づいて、決定し、この磁歪感度Ｍを用いて、さ
らに前述のように磁歪応力測定用検出コイルから得られ
る第２誘導起電力Ｖを用いて、被測定物の磁歪応力σを
求める。磁歪応力測定用励磁コイルと磁歪応力測定用検
出コイルと間隙測定用励磁コイルと間隙測定用検出コイ
ルとは、一体的に構成されるようにすれば、被測定物と
の間の間隙が変化しても、被測定物の磁歪応力σを高精
度で測定することが可能になる。そのため塗覆装を有す
る鋼管の厚みが不均一な塗覆装を剥離して鋼管の表面と
の間隙を高精度に一定に保ちつつ磁歪応力の測定を行う
必要がなくなる。これによって作業性が向上され、被測
定物がたとえば高所にあっても、作業の安全性が確保さ
れることになる。

【０００９】間隙測定用励磁コイルは、測定すべき応力
の方向に垂直な方向に間隔をあけて一対の磁極を有する
ので、その前記垂直方向の応力がほぼ零である状態での
被測定物との間隙に対応した第１誘導起電力を前述のよ
うに間隙測定用検出コイルによって得ることができる。

【００１０】また本発明に従えば、被測定物である管の
管軸方向に垂直な方向、すなわち周方向に間隔をあけて
一対の磁極を有する第１コアが設けられ、この第１コア
には交流電力によって励磁される第１励磁コイルが巻回
されるとともに、この第１コアには第１検出コイルが巻
回され、この第１検出コイルの出力によって、管の表面
との間の間隙を求めることができ、この求められた間隙
に対応する磁歪感度Ｍを求めることができ、この磁歪感
度Ｍを用いて、第３コアに巻回される第２検出コイルの
出力とから、管の撓みなどによる磁歪応力を演算処理す
ることができる。

【００１１】第２検出コイルから得られる出力は、磁歪
応力に対応しており、このような第２検出コイルからの
出力を得るために、管軸方向に９０度以外の角度、たと
えば４５度で交差する方向に間隔をあけて一対の磁極を
有する第２コアが設けられ、この第２コアには、交流電
力によって励磁される第２励磁コイルが巻回され、この
第２コアの一対の磁極を結ぶ仮想直線に対して垂直な方
向に間隔をあけて一対の磁極を有する第３コアが設けら
れ、この第３コアに前述の第２検出コイルが巻回されて
おり、第３コア、したがって第２検出コイルの一方の磁
極には、第２励磁コイルによって励磁されて発生される
磁束が第２コアの一対の各磁極から相互に逆極性で与え
られ、そのため磁歪応力が零であるときには、第２検出
コイルの出力は零またはごく小さい値であり、磁歪応力
が管軸方向に作用することによって、第３コアの一方の
磁極に与えられる第２コアの一対の各磁極の各磁束は磁
歪応力に対応して異なることになり、したがってその磁
歪応力に対応した誘導起電力が第２検出コイルから得ら
れる。

【００１２】

【実施例】図１〜図８は本発明の一実施例の原理を説明
するための図である。このうち、図１は本発明の一実施
例の斜視図であり、図２はその実施例の平面図である。
鋼管１の外周面１１にはポリエチレンなどの材料から成
る塗覆装１６０が図３にも示されるように、形成されて
いる。間隙測定用励磁コイルである第１励磁コイル１６
１は、Ｕ字状の第１コア１６２に巻回され、この第１励
磁コイル１６２には、間隙測定用検出コイルである第１
検出コイル１６３が巻回される。第１コア１６２の一対
の磁極１６４，１６５は、管軸方向（図１および図２の
左右方向、図３の紙面に垂直方向）磁歪応力σが測定さ
れるべき被測定物である鋼管１の管軸方向に垂直な方
向、すなわち管１の周方向（図１および図２の上下方
向）に間隔をあけて設けられる。この鋼管１の周方向の
応力は実質上、零またはごく小さい値である。第１励磁
コイル１６１はたとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、１０
０Ｖの交流電源１６６によって励磁される。第１検出コ
イル１６３の第１誘導起電力Ｅは、電圧計などの電圧測
定手段１６７によって検出される。この電圧測定手段１
６７の電圧は、磁極１６４，１６５と管１の表面１１と
の間の間隙δに対応している。したがって図４に示され
るように、電圧測定手段１６７によって測定される第１
誘導起電力たとえばＥ１を検出することによって、対応
する間隙δ１を知ることができる。

【００１３】図５を参照して、間隙δに対応して、磁歪
センサ１４０からの出力電圧Ｖとともに磁歪応力σを求
めるために用いられる磁歪感度Ｍが得られる。このよう
な間隙δと磁歪感度Ｍとの図５に示されるグラフまたは
表は、予め、実験によって準備しておく。間隙たとえば
δ１に対応して、図５に示されるように、対応する磁歪
感度Ｍ１を求める。

【００１４】磁歪センサ１４０では、逆Ｕ字状の第２コ
ア１６８には、その第２コア１６８に巻回される磁歪応
力測定用励磁コイルである第２励磁コイル１６９が巻回
される。第２コア１６８の一対の磁極１７０，１７１
は、管軸１７２方向に９０度以外の角度θ３（この実施
例ではθ３＝４５度）で交差する直線１７７の方向に間
隔をあけて設けられる。さらにまた第３コア１７３が設
けられ、この第３コア１７３には第２検出コイル１７４
が巻回される。この第３コア１７３の磁極１７５，１７
６は、第２コア１６８の一対の磁極１７０，１７１を結
ぶ直線１７７に対して垂直な直線１７８の方向に間隔を
あけて配置される。各磁極１７０，１７１；１７５，１
７６の鋼管１に対向する端面の図心は仮想上の正方形の
各頂点位置にある。第２励磁コイル１６９は交流電源１
７９によって励磁され、第２検出コイル１７４の第２誘
導起電力は電圧計などの電圧測定手段１８０によって検
出される。磁歪応力σと磁歪感度Ｍと第２検出コイル１
７４の第２誘導起電力Ｖとは、数１の関係がある。コア
１６８，１７３とコイル１６９，１７４とを含む磁歪セ
ンサ１４０は、直線１７７，１７８の交点１８５（図２
参照）を通る管１の一直径線に関して総対称に構成され
る。

【００１５】

【数１】Ｖ＝Ｍ・σ 第２検出コイル１７４の第２誘導起電力Ｖが或る値Ｖ１
であるとき、間隙δ１に対応した磁歪感度Ｍ１から、鋼
管１に作用する磁歪応力σを求めることができる。コア
１６２，１６８，１７３は相互に固定されて一体的に構
成される。

【００１６】磁歪センサ１４０では、第２コア１６８の
磁極１７０，１７１は第３コア１７３の磁極１７５と等
距離にあり、管１の管軸方向に磁歪応力σが発生してい
ない状態では、その管１の管軸方向および周方向の透磁
率μは等しく、したがって第２励磁コイル１６９が交流
電源１７９によって励磁されているとき、たとえば磁極
１７１から磁極１７５に入る磁束と、この磁極１７５か
ら磁極１７０に出ていく磁束とは等しく、同様なことは
磁極１７６に関しても成立し、したがって電圧測定手段
１８０によって検出される第２検出コイル１７４の第２
誘導起電力は零またはごく小さい値である。管軸方向に
応力σが作用すると、管１の管軸方向と周方向との各透
磁率は異なり、したがって第２誘導起電力Ｖは、応力σ
と磁歪感度Ｍとに対応した値となる。

【００１７】図７は図１〜図６に示される実施例の電気
的構成を簡略化して示すブロック図であり、図８は動作
を説明するためのフローチャートである。電圧測定手段
１６７，１８０の各出力は、マイクロコンピュータなど
によって実現される処理回路１８２に与えられ、第１コ
ア１６２と鋼管１の外周面１１との前記間隙δ、したが
って磁歪センサ１４０と前記外周面１１との間隙が変化
しても、管１の磁歪応力σを高精度に測定して表示手段
１８３によって表示する。処理回路１８２は、図４、図
５および図６に示されるグラフまたはそれに対応する表
がストアされたメモリを内蔵している。

【００１８】処理回路１８２は、図８のステップｂ１か
らｂ２に移り、第１励磁コイル１６１を交流電源１６６
によって励磁する。このとき第２励磁コイル１６９は、
交流電源１７９によって励磁されず、消磁されている。
ステップｂ３では第１検出コイル１６３の第１誘導起電
力Ｅ１が電流測定手段１６７によって検出され、処理回
路１８２は前述の図４に従い、間隙δ１をステップｂ４
において検出する。次のステップｂ５では、間隙δ１に
対応する磁歪感度Ｍ１を図５に基づいて求める。ステッ
プｂ６では、磁歪センサ１４０の第２励磁コイル１６９
を交流電源１７９によって励磁する。このとき第１励磁
コイル１６１は交流電源１６６によって励磁されず、消
磁されたままである。ステップｂ７では、第２検出コイ
ル１７４の第２誘導起電力を電圧測定手段１８０によっ
て検出する。これによってステップｂ８では、磁歪感度
Ｍ１と第２検出コイル１７４からの第２誘導起電力Ｖ１
との積を図６に示されるようにして求め、磁歪応力σ１
を演算処理する。

【００１９】図９は磁歪センサ１４０を搭載した磁歪応
力測定装置の全体の構成を示す縦断面図であり、図１０
はその磁歪応力測定装置の平面図である。図９以降の参
照符１４０で示す磁歪応力センサには、間隙δを検出す
るための第１コア１６２、第１励磁コイル１６１および
第１検出コイル１６３が一体的に組込まれた構成となっ
ている。この実施例では、鋼管などの直円筒状の管１の
外周面１１に装着されるリング状レールを構成するリン
グギヤ１００と、管１の外周面１１上をリングギヤ１０
０に案内されて自走する台車である走行装置１１０と、
走行装置１１０に上下動自在に取付けられたホルダ取付
用摺動体１２５と、ホルダ取付用摺動体１２５の外周面
に取付けられた支持体であるセンサホルダ１３０と、セ
ンサホルダ１３０に被測定面から一定の高さに垂直に保
持された磁歪センサ１４０とから大別構成される。

【００２０】図１１は図９および図１０に示される一実
施例の磁歪応力測定装置の簡略化した管軸に垂直方向か
ら見た断面図であり、図１２はその一部の簡略化した側
面図である。水平レール部１０２の内側には、周方向に
等間隔（この実施例では９０度）をあけて少なくとも３
個（この実施例では４個）のローラ４５が設けられる。

【００２１】図１３は、このローラ４５とその付近の断
面図である。ローラ４５の軸線４６は、リングギヤ１０
０の直径線に平行であり、しかも管軸に垂直であり、そ
の回転軸線まわりに回転自在である。ローラ４５の少な
くとも外周部には弾力性を有するゴムが被覆されてお
り、これによって管１の外表面１１との摩擦接触が達成
され、したがってリングギヤ１００がその軸線まわりに
角変位することが阻止される。このローラ４５は大略的
にＬ字状に形成された支持部材４７に前述のように回転
自在に設けられる。この支持部材４７にはばね受け４８
が固着され、このばね受け４８は案内筒４９内に収納さ
れる。リングギヤ１００の水平レール部１０２の内周面
５０とばね受け４８との間にはばね５１が介在され、し
たがってローラ４５は、管１の外表面１１に弾発的に押
圧される。こうしてリングギヤ１００は管１の軸線と同
軸に管１に装着されることができる。

【００２２】図１４は図９〜図１３に示される一実施例
の磁歪応力測定装置の管軸に垂直な詳細な断面図であ
り、図１５はその実施例の管軸に沿う断面図であり、セ
ンサホルダ１３０が管１の外表面１１から浮上がった状
態を示している。これらの図面を参照して、各部の構成
において、リングギヤ１００は上下２個の半円弧状のリ
ングギヤセグメント１０１から成り、各リングギヤセグ
メント１０１は水平レール部１０２と水平レール部１０
２上に立設された一対の垂直レール部１０３と、一方の
垂直レール部１０３に取付けられた外歯１０４とから構
成されている。水平レール部１０２の両側部にはそれぞ
れ上側テーパ面１０５と下側テーパ面１０６とが設けら
れている。また、一方のリングギヤセグメント１０１の
一対の垂直レール部１０３の両端部には回動自在にクラ
ンプねじ１０７がそれぞれ取付けられており、他方のリ
ングギヤセグメント１０１の一対の垂直レール部１０３
の両端部にはクランプねじ１０７が挿通させられるクラ
ンプ受板１０８がそれぞれ取付けられており、クランプ
ねじ１０７がクランプ受板１０８に挿通され、そのクラ
ンプねじ１０７にクランプナット１０９が締着されて２
個のリングギヤセグメント１０１が組合わされてリング
ギヤ１００が構成される。

【００２３】走行装置１１０はリングギヤ１００に沿っ
て移動する平板状の走行装置本体１１１とリングギヤ１
００を把持するリングギヤ把持体１１２とから構成され
ている。走行装置本体１１１の一側部にリングギヤ１０
０の外歯１０４と噛合する駆動ギヤ１１３が枢支されて
おり、駆動ギヤ１１３には減速装置１１４を介してエン
コーダ１１５付サーボモータ１１６が接続されている。
さらに、走行装置本体１１１の駆動ギヤ１１３が突出す
る側の側面中央位置に水平支持軸１１７が設けられてお
り、走行装置本体１１０の駆動ギヤ１１３が突出する側
の側面下方位置にリングギヤ１００の片側の上部および
下部テーパ面１０５，１０６に転接する複数の把持部で
あるカムフォロア１１８を備えている。

【００２４】リングギヤ把持体１１２は、走行装置本体
１１１の水平支持軸１１７に嵌挿させられ水平方向に移
動可能な把持用水平筒１１９と、水平支持軸１１７に挿
通され、把持用水平筒１１９を走行装置本体１１１から
離れる方向に付勢するスプリング１２０と、水平支持軸
１１７の先端部に螺合して把持用水平筒１１９の抜止め
を行うと共にその進退具体により把持用水平筒１１９の
走行装置本体１１１からの距離を調整する調整ねじ１２
１と、把持用水平筒１１９から垂下する把持用アーム１
２２と、把持用アーム１２２の下方に取付けられた複数
の把持部であるカムフォロア１２３とから構成されてい
る。

【００２５】走行装置１１０の走行装置本体１１１の駆
動ギヤ１１３が突出する側と反対側の側面には平板状の
ホルダ取付用摺動体１２５が上下動自在に取付けられて
いる。このホルダ取付用摺動体１２５の取付けは走行装
置本体１１１の駆動ギヤ１１３が突出する側と反対側の
側面に設けられたアリ溝１１１ａとホルダ取付用摺動体
１２５の側面に設けられたアリ１２５ａとを係合させて
行っている。ホルダ取付用摺動体１２５の一側部上方と
走行装置本体１１１の一側下方との間にホルダ取付用摺
動体１２５を常に下方へすなわち被測定面側に付勢する
圧縮ばね１２６が設けられている。また、走行装置本体
１１１の上端部に切欠つまみ１２７が回転自在に設けら
れ、ホルダ取付用摺動体１２５の圧縮ばね１２６とは反
対側の側部上方位置には切欠つまみ１２７の一部が嵌り
込む高さ保持用切欠部１２８が設けられ、切欠つまみ１
２７と高さ保持用切欠部１２８で走行装置本体１１１に
対してホルダ取付用摺動体１２５を所定の高さに保持す
るホルダ高さ保持機構１２９が構成されている。

【００２６】さらに、センサホルダ１３０はホルダ取付
用摺動体１２５に第１の水平軸１３１を介して回転自在
に取付けられたコ字状の連結アーム１３２と、連結アー
ム１３２の両端部に第１の水平軸１３１に対して直交方
向の第２水平軸１３３を介して揺動自在に枢支されたセ
ンサホルダ本体１３４とから構成されている。センサホ
ルダ本体１３４の下部に被測定面と転接する仮想三角形
の頂点位置にある少なくとも３個のガイドローラ１３５
が設けられている。ガイドローラ１３５の回転軸線は、
リングギア１００の軸線に平行であり、したがって管軸
に平行である。また、センサホルダ本体１３４には磁歪
センサ１４０がその下端面１４１が被測定面から一定の
微少な高さｈを保持するようセットねじ１３６で固定さ
れている。

【００２７】本実施例は、以上のように構成されている
ものであり、次にその動作を説明する。

【００２８】まず、パイプあるいは丸棒の管１の外周面
１１における測定位置にリングギア１００を組立ててセ
ットする。このリングギア１００のセットは２個の半円
弧状のリングギヤセグメント１０１を管１の外周面を取
巻いてリングが形成されるように組合せ、一方のリング
ギヤセグメント１０１の各クランプねじ１０７を他方の
リングギヤセグメント１０１の各クランプ受板１０８に
挿通し、そのクランプねじ１０７にクランプナット１０
９を手で締着して２個のリングギヤセグメント１０１を
連結してリングギア１００を管１にセットする。

【００２９】次に、リングギア１００上に走行装置１１
０を設置する。この場合、まず、走行装置本体１１１の
上端部に設けられた切欠つまみ１２７を回転させ、切欠
つまみ１２７の一部ホルダ取付用摺動体１２５の側部上
方に設けられた高さ保持用切欠部１２８に嵌め込み、セ
ンサホルダ１３０を取付けているホルダ取付用摺動体１
２５を走行装置本体１１１に対して所定の高さに保持さ
せてセンサホルダ１３０に保持されている磁歪センサ１
４０をリングギア１００に対して浮上らせておく。こう
することにより、磁歪センサ１４０が管１の外周面１１
に当たらず、走行装置１１０のリングギア１００への取
付けが容易となる。

【００３０】次に、走行装置本体１１１の駆動ギヤ１１
３をリングギア１００の一方の垂直レール部１０３に取
付けられた外歯１０４と噛合させる。また、リングギヤ
把持体１１２によって走行装置本体１１１とで、リング
ギア１００を把持させる。すなわち、走行装置本体１１
１の複数のカムフォロア１１８をリングギア１００の水
平レール部１０２の片側の上部および下部テーパ面１０
５，１０６に転接させ、リングギヤ把持体１１２の把持
用アーム１２２に取付けられた複数のカムフォロア１２
３をリングギア１００の水平レール部１０２のもう一方
の片側の上部および下部テーパ面１０５，１０６に転接
させる。そして、調整ねじ１２１を螺回操作して把持用
アーム１２２と一体の把持用水平筒１１９を走行装置本
体１１１側へ移動させて走行装置本体１１１のカムフォ
ロア１１８とリングギヤ把持体１１２のカムフォロア１
２３とでリングギア１００の水平レール部１０２の両側
部における上部および下部テーパ面１０５，１０６を加
圧状態で把持する。したがって、走行装置１１０がリン
グギア１００から抜落ちることがなく、これらカムフォ
ロア１１８，１２３が回転してリングギア１００に案内
され、走行が可能となる。

【００３１】リングギア１００に設置された走行装置１
１０を走行させる場合、切欠つまみ１２７を回転させて
高さ保持用つまみ１２８との嵌め込みをなくすると、ホ
ルダ取付用摺動体１２５の高さ保持が解除され、圧縮ば
ね１２６によって下方に付勢されているホルダ取付用摺
動体１２５が下降し、ホルダ取付用摺動体１２５に取付
けられているセンサホルダ１３０のセンサホルダ本体１
３４に設けられているガイドローラ１３５が管１の外周
面１１に当接する。しかもセンサホルダ本体１３４はホ
ルダ取付用摺動体１２５に第１の水平軸１３１を介して
取付けられた連結アーム１３２に第１の水平軸１３１に
対して直交方向の第２水平軸１３３を介して揺動自在に
枢支されているので、連結アーム１３２は第１の水平軸
１３１を中心とする被測定面に平行な方向の傾きを自動
調整し、センサホルダ本体１３４は第２の水平軸１３３
を中心とするこれと直角方向の傾きを自動調整する。さ
らに、磁歪センサ１４０はこのように自動調整されるセ
ンサホルダ本体１３４に垂直に保持され、かつ被測定面
から一定の高さに保持されているので、その後のセンサ
ホルダ本体１３４の移動によってその保持状態が変化す
ることはない。

【００３２】以上により、この測定作業の準備が完了す
るので、次にサーボモータ１１６を駆動し、走行装置１
１０を管１の回りに旋回せしめる。この場合において、
サーボモータ１１６を駆動させると、その回転力は減速
装置１１４を介して駆動ギヤ１１３に伝達される。駆動
ギヤ１１３が回転すると、駆動ギヤ１１３と噛合してい
るリングギヤ１００の外歯１０４によって駆動ギヤ１１
３の回転力が直線運動に変換されて走行装置１１０はリ
ングギヤ１００上を走行する。このとき、走行装置本体
１１１のカムフォロア１１８とリングギヤ把持体１１２
のカムフォロア１２３がリングギヤ１００の水平レール
部１０２を把持状態で回転することによって走行装置１
１０は水平レール部１０２に案内されて走行し、管１の
外周面１１に密着保持された状態でその回りを周回す
る。これに伴いセンサホルダ１３０も磁歪センサ１４０
を上記の保持関係を維持しつつ走行装置１１０と共に移
動するので被測定面の磁歪応力測定を非接触で、しかも
連続的に行え、きわめて精度の高い測定データを得るこ
とができる。

【００３３】測定後、リングギヤ１００から走行装置１
１０を取外す場合もホルダ高さ保持機構１２９を上述の
ように動作させ、ホルダ取付用摺動体１２５を所定の高
さに保持させてから、取外せば走行装置１１０の取外し
は容易である。

【００３４】なお、主応力の方向および大きさは磁歪セ
ンサ１４０の出力が最大となる位置をエンコーダ１１５
により検出することにより、その検出角度と出力値で求
められる。

【００３５】この実施例では走行装置本体１１１に対す
るセンサホルダ１３０の取付けは、平板状の走行装置本
体１１１の外側面に対して上下動自在に取付けられたホ
ルダ取付用摺動体１２５を介してセンサホルダ１３０を
取付け、そのホルダ取付用摺動体１２５を常時下方に付
勢する圧縮ばね１２６はホルダ取付用摺動体１２５の側
方に設けられているから、走行装置１１０の高さは略走
行装置本体１１１の高さで決定され、低いものとなって
いる。

【００３６】上述の実施例によれば、管１の外周面の測
定位置にリングギヤ１００を組立て、リングギヤ１００
の外歯１０４に走行装置本体１１１の駆動ギヤ１１３を
噛合させ、走行装置本体１１との距離調整が可能なリン
グギヤ把持体１１２によって走行装置本体１１１とでリ
ングギヤ１００を把持するようにリングギヤ１００に走
行装置１１０を設置し、走行装置１００にホルダ取付用
摺動体１２５を介して上下動自在に取付けられ、常時下
方に付勢されているセンサホルダ１３０によって磁歪セ
ンサ１４０が被測定面から一定の高さに垂直に保持さ
れ、走行装置１１０がモータ１１６の駆動によって駆動
ギヤ１１３が回転させられてリングギヤ１００に沿って
移動したとき、これに伴い走行装置１１０にホルダ取付
用摺動体１２５およびセンサホルダ１３０を介して取付
けられている磁歪センサ１４０が被測定面に対して垂直
で被測定面から一定の高さに保持しつつ周回させるよう
にしたので、管１の被測定面に対して磁歪応力測定をそ
の周回方向に非接触で、連続的に行うことができ、しか
も走行装置本体１１１は駆動ギヤ１１３と噛合する外歯
１０４を有するリングギヤ１００上を走行するから、管
１の外周面を傷付けずに軸方向のずれもなく、モータ１
１６を小形化するという効果がある。さらに、センサホ
ルダ１３０を取付けているホルダ取付用摺動体１２５は
走行装置本体１１１の外表面に上下動自在に取付けられ
ているから、走行装置１１０の高さは走行装置本体１１
１の高さで略済み、走行装置１１０全体の高さも低くな
り、小形化が図れるという効果を有する。また、走行装
置１１０が走行するリングギヤ１００は組立てて管１の
外周面に装着されているから、現場における取付け、取
外しが容易であるという効果を有する。

【００３７】さらに、また、ホルダ取付用摺動体１２５
を走行装置本体１１１に対して所定の高さに保持するホ
ルダ高さ保持機構を設け、リングギヤ１００への走行装
置１１０の取付け、取外し時にホルダ高さ保持機構を動
作させてホルダ取付用摺動体１２５を走行装置本体１１
１に対して所定の高さに保持させることにより、ホルダ
取付用摺動体１２５にセンサホルダ１３０を介して保持
されている磁歪センサ１４０は浮上っており、磁歪セン
サ１４０が管１の外周面に当たらず、走行装置１１０の
リングギヤ１００への取付け、取外しが容易になるとい
う効果も有する。

【００３８】本発明は管の磁歪応力の測定のために実施
されるだけでなく、管以外のその他の被測定物に関連し
て、広範囲に実施することができる。間隙測定のための
コア１６２は、なくてもよい。磁歪センサ１４０は、他
の構成であってもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、測定すべ
き応力の方向に垂直な方向に間隔をあけて一対の磁極を
有する間隙測定用励磁コイルを交流電力によって励磁
し、被測定物との間隙に対応した第１誘導起電力を間隙
測定用検出コイルによって検出し、この第１誘導起電力
に対応した磁歪感度Ｍを予め準備したグラフ、表および
メモリのストア内容などによって決定し、次に、磁歪応
力測定用励磁コイルを交流電力によって励磁して磁歪応
力測定用検出コイルから得られる第２誘導起電力を求
め、こうして前記磁歪感度Ｍと第２誘導起電力Ｖとの積
から、磁歪応力σを求めることができる。したがって前
記間隙が変化しても、磁歪応力を高精度で測定すること
が可能になるので、たとえば前述の先行技術に関連して
述べたように鋼管の厚みが不均一な塗覆装を除去する必
要がなくなり、これによって磁歪応力測定を容易な作業
で行うことができる。したがって磁歪応力を測定すべき
場所が狭い場所であっても、また高所であっても、磁歪
応力の測定作業を、安全に行うことができるようにな
る。

【００４０】さらに本発明によれば、被測定物である鋼
管などの管の管軸方向に垂直な方向に間隔をあけて一対
の磁極を有する第１コアには、交流電力によって励磁さ
れる第１励磁コイルと、間隙を検出するための第１検出
コイルとが巻回されており、管軸方向に９０度以外の角
度、たとえば４５度で交差する方向に間隙をあけて一対
の磁極を有する第２コアには、交流電力によって励磁さ
れる第２励磁コイルが巻回されており、この第２コアの
一対の磁極を結ぶ直線に対して垂直な方向に間隔をあけ
て一対の磁極を有する第３コアには、第２検出コイルが
巻回され、こうして第１検出コイルの出力に対応した管
の表面との間の間隙を求めて対応する磁歪感度Ｍを求
め、この磁歪感度Ｍと第２検出コイルの出力との積に対
応した磁歪応力σを演算処理し、こうして前記間隙が変
化しても、磁歪応力を高精度で測定することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の原理を説明するための一部
の斜視図である。

【図２】図１に示される実施例の簡略化した平面図であ
る。

【図３】鋼管１の軸直角断面図である。

【図４】第１検出コイル１６３の第１誘導起電力Ｅとそ
の第１コア１６２の磁極１６４，１６５と鋼管１の外周
面１１との間隙δとの関係を示すグラフである。

【図５】間隙δと磁歪感度Ｍとの関係を示すグラフであ
る。

【図６】第２検出コイル１７４からの第２誘電起電力Ｖ
と磁歪応力σとの関係を示すグラフである。

【図７】図１〜図６に示される実施例の電気的構成を簡
略化して示すブロック図である。

【図８】図７に示される処理回路１８２の動作を説明す
るためのフローチャートである。

【図９】本発明の一実施例の磁歪応力測定装置の縦断面
図である。

【図１０】その磁歪応力測定装置の平面図である。

【図１１】磁歪応力測定装置の管軸に垂直な簡略化した
断面図である。

【図１２】磁歪応力測定装置の一部の側面図である。

【図１３】ローラ４５とその付近の拡大断面図である。

【図１４】図９〜図１３に示される一実施例の磁歪応力
測定装置の管軸に垂直な断面図である。

【図１５】その磁歪応力測定装置のセンサホルダ１３０
が管１の外表面１１から浮上った状態を示す管軸に沿う
断面図である。

【図１６】先行技術を説明するための斜視図である。

【符号の説明】

１ 管 １１ 外周面 ４５ ローラ １００ リングギヤ １０４ 外歯 １１０ 走行装置 １１１ 走行装置本体 １１２ リングギヤ把持体 １１３ 駆動ギヤ １１６ サーボモータ １１７ 水平支持軸 １１８ カムフォロア（把持部） １２３ カムフォロア（把持部） １２５ ホルダ取付用摺動体 １３０ センサホルダ １３１ 連結軸 １３１ａ 連結軸 １３１ｂ 調整手段 １４０ 磁歪センサ １６０ 塗覆装 １６１ 第１励磁コイル １６２ 第１コア １６３ 第１検出コイル １６４，４６５，１７０，１７１，１７５，１７６ 磁
極 １６６，１７９ 交流電源 １６７，１８０ 電圧測定手段 １６８ 第２コア １６９ 第２励磁コイル １７３ 第３コア １７４ 第２検出コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 境 禎明 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 塩川 征夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−121325（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−296122（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−137440（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 1/00 G01L 1/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定すべき応力の方向に垂直な方向に、
   間隔をあけて一対の磁極を有する間隙測定用励磁コイル
   を配置し、その間隔測定用励磁コイルを励磁して被測定
   物との間隙に対応した第１誘導起電力を間隙測定用検出
   コイルによって検出し、 前記第１誘導起電力に対応した磁歪感度Ｍを決定し、 測定すべき応力の方向に間隔をあけて一対の磁極を有す
   る応力測定用励磁コイルを配置し、その応力測定用励磁
   コイルを励磁して被測定物の応力に対応した第２誘導起
   電力を磁歪応力測定用検出コイルによって検出し、その
   第２誘導起電力と前記磁歪感度Ｍとから、前記応力を求
   めることを特徴とする磁歪応力測定方法。
2. 【請求項２】 磁歪応力が測定されるべき被測定物であ
   る管の管軸方向に垂直な方向に間隔をあけて一対の磁極
   を有する第１コアと、 第１コアに巻回され、交流電力によって励磁される第１
   励磁コイルと、 第１コアに巻回される第１検出コイルと、 管軸方向に９０度以外の角度で交差する方向に間隔をあ
   けて一対の磁極を有する第２コアと、 第２コアに巻回され、交流電力によって励磁される第２
   励磁コイルと、 第２コアの一対の磁極を結ぶ直線に対して垂直な方向に
   間隔をあけて一対の磁極を有する第３コアと、 第３コアに巻回される第２検出コイルと、 第１検出コイルの出力に対応する管の表面との間の間隙
   を求め、この間隙に対応する磁歪感度Ｍを求め、この磁
   歪感度Ｍと第２検出コイルの出力との積に対応した磁歪
   応力を演算処理する手段とを含むことを特徴とする磁歪
   応力測定装置。