JP3170382B2 - Tube Magnetostrictive Stress Measurement Method and Apparatus - Google Patents

Tube Magnetostrictive Stress Measurement Method and Apparatus

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、大口径の管の磁歪応力
を測定する方法および装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the magnetostrictive stress of a large-diameter tube.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁歪応力測定法は、強磁性材料に荷重が
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、両透磁率の差を磁歪センサによって検出す
ることによって、主応力の方向および大きさを測定する
手法である。先行技術では、磁歪センサを管の周方向に
移動しつつ、管に作用している応力を測定している。こ
のような測定値は、管が小口径であり、したがって通
常、曲げ変形が卓越し、管の周方向の応力は零またはご
く小さい値であり、したがって磁歪センサの出力は、管
軸方向の応力に対応している。しかしながら管が大口径
のとき、たとえば外径が400mmφ以上であるとき、
管の周方向の応力を無視することができない。このこと
はまた管が小口径であっても、その管が偏平に変形して
いるときにも同様である。かかる場合に、従来の磁歪応
力測定手法では、管軸方向と管周方向の二軸の応力差し
か得られないため、各軸の応力を独立して求めることは
できない。また、管のように応力既知の箇所がない場合
には、二軸応力をそれぞれ求める手法として従来から知
られている剪断応力差分積分法も適用できない。この方
法は、自由端など応力が既知の地点から順位積分を繰返
し、応力を測定したい地点における二軸応力をそれぞれ
求める方法だからである。
2. Description of the Related Art In a magnetostrictive stress measurement method, when a load acts on a ferromagnetic material, anisotropy occurs in the magnetic permeability, and the magnetic permeability in the load direction increases, and conversely, the magnetic permeability in the direction perpendicular to the load direction decreases. Therefore, this method measures the direction and magnitude of the main stress by detecting the difference between the two magnetic permeability with a magnetostrictive sensor. In the prior art, the stress acting on the tube is measured while moving the magnetostrictive sensor in the circumferential direction of the tube. Such measurements indicate that the pipe is of small diameter, and therefore usually has a predominant bending deformation, the circumferential stress of the pipe is zero or negligible, so the output of the magnetostrictive sensor is the axial stress of the pipe. It corresponds to. However, when the pipe has a large diameter, for example, when the outer diameter is 400 mmφ or more,
The stress in the circumferential direction of the pipe cannot be neglected. This is also the case when the tube has a small diameter but the tube is deformed flat. In such a case, the conventional magnetostrictive stress measurement method can only obtain the stress of two axes in the tube axis direction and the tube circumferential direction, so that the stress of each axis cannot be obtained independently. In addition, when there is no location where the stress is known as in the case of a pipe, a conventionally known shear stress difference integration method cannot be applied as a technique for obtaining the biaxial stress. This is because this method repeats rank integration from a point where the stress is known, such as a free end, and obtains a biaxial stress at a point where the stress is to be measured.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、管の
周方向および管軸方向の各応力を正確に測定することが
できるようにした管の磁歪応力測定方法および装置を提
供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for measuring magnetostriction stress in a pipe, which can accurately measure the stress in the circumferential direction of the pipe and in the axial direction of the pipe. is there.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、ポアソン比ν
を有する測定すべき管の管軸方向に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1コ
アに、励磁コイルを巻回して配置し、その励磁コイルを
交流電力によって励磁して、前記第1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2コアに検出コイルを巻回して配置して構
成される磁歪センサを用い、磁歪センサを管の周方向に
移動しつつ、検出コイルからの誘導起電力Vを検出し、
検出コイルによって検出された管の周方向の誘導起電力
Vについて、管軸まわりの角度θに対する分布波形を求
め、角度θに対する分布波形をフーリエ変換して、co
sθに対する振幅を(1−ν)σ1として管軸方向の応
力σ1を演算して求め、cos2θに対する振幅を(1
−ν)σ2として管周方向の応力σ2を演算して求める
ことを特徴とする管の磁歪応力測定方法である。
The present invention provides a Poisson's ratio ν
An exciting coil is wound around a first core having a pair of magnetic poles at intervals in a direction intersecting at an angle other than 90 degrees with the tube axis direction of the tube to be measured, and the exciting coil is connected to an AC power source. Magnetostrictive sensor configured by winding a detection coil around a second core having a pair of magnetic poles at intervals in a direction perpendicular to a straight line connecting the pair of magnetic poles of the first core , While detecting the induced electromotive force V from the detection coil while moving the magnetostrictive sensor in the circumferential direction of the tube,
With respect to the induced electromotive force V in the circumferential direction of the tube detected by the detection coil, a distribution waveform with respect to the angle θ around the tube axis is obtained, and the distribution waveform with respect to the angle θ is subjected to Fourier transform.
Assuming that the amplitude for sθ is (1−ν) σ1, the stress σ1 in the tube axis direction is calculated and obtained, and the amplitude for cos2θ is (1).
-Ν) A method of measuring magnetostrictive stress in a pipe, characterized by calculating and calculating a stress σ2 in a pipe circumferential direction as σ2.

【0005】また本発明は、(a)磁歪センサであっ
て、(a1)ポアソン比νを有する管の管軸方向に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1コアと、(a2)第1コアに巻回され、交
流電力によって励磁される励磁コイルと、(a3)第1
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2コアと、(a4)第2
コアに巻回される検出コイルとを有する磁歪センサと、 (b)磁歪センサを管の外周面に沿って周方向に移動す
る移動手段と、 (c)管軸まわりの角度θの位置の検出コイルからの誘
導起電力Vをストアするメモリと、 (d)メモリの内容を読出して、角度θに対する誘導起
電力Vの分布波形をフーリエ変換する変換手段と、 (e)変換手段の出力に応答し、cosθの成分の振幅
(1−ν)σ1から管軸方向の応力σ1を求め、さらに
cos2θの成分の振幅(1−ν)σ2から管周方向の
応力σ2を演算して求める演算手段とを含むことを特徴
とする管の磁歪応力測定装置である。
Further, the present invention relates to (a) a magnetostrictive sensor, wherein (a1) a tube having a Poisson's ratio ν in the axial direction of the tube.
A first core having a pair of magnetic poles spaced apart in a direction intersecting at an angle other than degrees, (a2) an exciting coil wound around the first core and excited by AC power, and (a3) a first coil.
A second core having a pair of magnetic poles at intervals in a direction perpendicular to a straight line connecting the pair of magnetic poles of the core;
(B) a moving means for moving the magnetostrictive sensor in the circumferential direction along the outer peripheral surface of the tube; and (c) detecting a position at an angle θ around the tube axis. A memory that stores the induced electromotive force V from the coil; (d) a conversion unit that reads the contents of the memory and performs a Fourier transform of a distribution waveform of the induced electromotive force V with respect to the angle θ; and (e) responds to an output of the conversion unit. Calculating means for obtaining stress σ1 in the tube axis direction from the amplitude (1-ν) σ1 of the component of cos θ, and calculating stress σ2 in the circumferential direction of the tube from the amplitude (1-ν) σ2 of the component of cos2θ. A magnetostrictive stress measuring device for a tube.

【0006】[0006]

【作用】本発明に従えば、ポアソン比νを有する測定す
べき管の管軸方向に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1
コアには、交流電力によって励磁される励磁コイルが巻
回されており、この第1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
2コアが設けられ、この第2コアには検出コイルが巻回
される。したがって、検出コイルからの誘導起電力は、
管軸方向の応力と管の周方向の応力との差に対応してい
る。こうして、検出コイルによって検出された管の周方
向の誘導起電力Vについて、管軸まわりの角度θに対す
る分布波形を求め、角度θに対する分布波形をフーリエ
変換して、cosθに対する振幅を(1−ν)σ1とし
て管軸方向の応力σ1を演算して求め、cos2θに対
する振幅を(1−ν)σ2として管周方向の応力σ2を
演算して求めるようにしたので、大口径の管および小口
径であっても、管は偏平に変形した状態における管軸方
向および管の周方向の応力を正確に求めることが可能に
なる。
According to the present invention, a first pole having a pair of magnetic poles spaced apart from each other at an angle other than 90 degrees, for example, 45 degrees, in the direction of the tube axis of the tube to be measured having a Poisson's ratio ν.
An exciting coil excited by AC power is wound around the core, and a second core having a pair of magnetic poles is provided at intervals in a direction perpendicular to a straight line connecting the pair of magnetic poles of the first core. A detection coil is wound around the second core. Therefore, the induced electromotive force from the detection coil is
It corresponds to the difference between the stress in the pipe axial direction and the stress in the circumferential direction of the pipe. Thus, for the induced electromotive force V in the circumferential direction of the tube detected by the detection coil, the distribution waveform with respect to the angle θ around the tube axis is obtained, the distribution waveform with respect to the angle θ is subjected to Fourier transform, and the amplitude with respect to cos θ is calculated as (1-ν ) Σ1 is calculated by calculating the stress σ1 in the pipe axis direction, and the amplitude with respect to cos2θ is calculated by calculating the stress σ2 in the circumferential direction of the pipe as (1−ν) σ2. Even if there is, the stress in the pipe axial direction and the circumferential direction of the pipe in a state where the pipe is deformed flat can be accurately obtained.

【0007】[0007]

【実施例】図1は、本発明の一実施例の管1が撓んだと
きの状態の軸直角断面を簡略化して示す図である。管1
に応力が作用せず、撓んでいない状態では、その管1は
直円筒状であり、その円環の中心線2は真円である。管
1に外力が作用して管1が撓んだとき、中心線2は、図
1の参照符3で示されるように偏平となる。この中心線
3の対称線6は、もう1つの対称線7と垂直であり、管
1の水平な軸線4を通る鉛直線5に関して角度θ方向
に、角度C、ずれている。中心線3まわりに、管1に作
用する周方向の応力σ2は、対称軸6に関して対称な一
対の直線31,32と交わる位置33〜35で零とな
る。
FIG. 1 is a simplified view of a section perpendicular to an axis when a tube 1 according to an embodiment of the present invention is bent. Tube 1
In a state where no stress acts on the pipe 1 and the pipe 1 is not bent, the pipe 1 has a right cylindrical shape, and the center line 2 of the ring is a perfect circle. When an external force acts on the tube 1 to cause the tube 1 to bend, the center line 2 becomes flat as indicated by reference numeral 3 in FIG. The line of symmetry 6 of this center line 3 is perpendicular to another line of symmetry 7 and is offset by an angle C in the direction of angle θ with respect to a vertical line 5 passing through the horizontal axis 4 of the tube 1. Around the center line 3, the circumferential stress σ2 acting on the tube 1 becomes zero at positions 33 to 35 where the pair intersects a pair of straight lines 31 and 32 symmetrical with respect to the symmetry axis 6.

【0008】図2は、管1の応力σを測定するための装
置の全体の斜視図である。管1の外周には環状のレール
10が装着され、モータなどを含む駆動手段11によっ
て磁歪センサ8はレール10に沿って管1の外周面に沿
って、移動する。レール10と駆動手段11とは、磁歪
センサ8を管1の外周面に沿って移動する移動手段を構
成する。
FIG. 2 is an overall perspective view of an apparatus for measuring the stress σ of the tube 1. An annular rail 10 is mounted on the outer periphery of the tube 1, and the magnetostrictive sensor 8 moves along the outer surface of the tube 1 along the rail 10 by driving means 11 including a motor and the like. The rail 10 and the driving unit 11 constitute a moving unit that moves the magnetostrictive sensor 8 along the outer peripheral surface of the tube 1.

【0009】図3は磁歪センサ8の斜視図であり、図4
はその磁歪センサ8の簡略化した平面図である。磁歪セ
ンサ8は逆U字状の第1コア13を有し、この第1コア
13には、励磁コイル14が巻回される。第1コア13
の一対の磁極15,16は管軸4方向に90度以外の角
度α(この実施例ではα=45度)で交差する直線17
の方向に間隔をあけて設けられる。励磁コイル14に
は、たとえば50Hzまたは60Hz、100Vの交流
電源18が接続されて、励磁コイル14が励磁される。
さらにまた第2コア19が設けられ、この第2コア19
は、逆U字状に形成される。この第2コア19には検出
コイル20が巻回される。第2コア19の一対の磁極2
1,22は、第1コア13の一対の磁極15,16を結
ぶ直線17に対して垂直な直線23上に間隔をあけて設
けられる。各磁極15,16;21,22の各図心は、
仮想上の正方形の各頂点位置にあり、直線17,23
は、その仮想上の正方形の対角線に一致する。励磁コイ
ル14を交流電源18によって励磁し、検出コイル20
の誘導起電力は電圧計などの電圧測定手段24によって
検出される。検出コイル20の誘導起電力Vは、管軸4
方向の応力σ1と管周方向の応力σ2とに依存して、式
(1)で表される。
FIG. 3 is a perspective view of the magnetostrictive sensor 8, and FIG.
FIG. 2 is a simplified plan view of the magnetostrictive sensor 8. The magnetostrictive sensor 8 has an inverted U-shaped first core 13, and an exciting coil 14 is wound around the first core 13. First core 13
Of the pair of magnetic poles 15 and 16 intersect with each other at an angle α (α = 45 degrees in this embodiment) other than 90 degrees in the direction of the tube axis 4.
Are provided at intervals. For example, a 50 Hz or 60 Hz, 100 V AC power supply 18 is connected to the excitation coil 14 to excite the excitation coil 14.
Further, a second core 19 is provided.
Are formed in an inverted U-shape. A detection coil 20 is wound around the second core 19. A pair of magnetic poles 2 of the second core 19
The reference numerals 1 and 22 are provided at intervals on a straight line 23 perpendicular to a straight line 17 connecting the pair of magnetic poles 15 and 16 of the first core 13. Each centroid of each magnetic pole 15, 16;
Lines 17 and 23 at the vertices of the virtual square
Matches the diagonal of the virtual square. The exciting coil 14 is excited by an AC power supply 18 and the detecting coil 20 is excited.
Is detected by voltage measuring means 24 such as a voltmeter. The induced electromotive force V of the detection coil 20 is
Expression (1) depends on the stress σ1 in the directional direction and the stress σ2 in the pipe circumferential direction.

【0010】 V = M (σ1−σ2) …(1) ここでMは磁歪感度であり、溶接管1の材質などに依存
する定数である。管1が小口径であるときには、σ2=
0である。コア13,19は一体的に相互に固定されて
構成される。式(1)をさらに詳しく記述する。測定す
べき管がポアソン比νを有するとすれば、管の長手方向
の曲げによって (1)管軸方向の応力は、Acosθ (2)そのポアソン比ν分の管周方向応力は、νAco
sθ 管の断面が偏平となることによって (3)管周方向の応力は、Bcos2θ (4)そのポアソン比ν分の管軸方向応力は、νBco
s2θ と表され、これらの応力が合成された形で発生している
と考えられる。したがって、式(1)の管軸方向応力σ
1と管周方向応力σ2の差で表される誘導起電力Vは、
式(2)のようになる。
V = M (σ1−σ2) (1) Here, M is a magnetostriction sensitivity, and is a constant that depends on the material of the welded pipe 1 and the like. When the pipe 1 has a small diameter, σ2 =
0. The cores 13 and 19 are integrally fixed to each other. Equation (1) will be described in more detail. Assuming that the pipe to be measured has a Poisson's ratio ν, the bending in the longitudinal direction of the pipe causes (1) the stress in the pipe axis direction to be Acos θ (2) The pipe circumferential stress for the Poisson's ratio ν is νAco
(3) The stress in the circumferential direction of the pipe is Bcos2θ (4) The stress in the pipe axial direction corresponding to the Poisson's ratio ν is νBco
It is considered that these stresses are generated in a synthesized form. Therefore, the axial stress σ of the equation (1)
The induced electromotive force V represented by the difference between 1 and the pipe circumferential stress σ2 is
Equation (2) is obtained.

【0011】 V = M{(Acosθ+νBcos2θ)−(Bcos2θ+νAcosθ)} = M{A(1−ν)cosθ+B(ν−1)cos2θ} …(2) ここで、A,Bは振幅を表す。V = M {(Acosθ + νBcos2θ) − (Bcos2θ + νAcosθ)} = M {A (1-ν) cosθ + B (ν-1) cos2θ} (2) where A and B represent amplitudes.

【0012】磁歪センサ8では、第1コア13の磁極1
5,16は、第2コア19の磁極21と等距離にあり、
したがって管1の管軸4方向に磁歪応力σ1、および管
周方向に磁歪応力σ2が発生していない状態では、その
管1の管軸方向および管周方向の透磁率μは等しく、し
たがって励磁コイル14が交流電源18によって励磁さ
れているとき、磁極15から磁極21に入る磁束と、こ
の磁極21から磁極17に出ていく磁束とは等しく、同
様なことは磁極22に関しても成立し、したがって検出
コイル20に接続されている電圧測定手段24によって
検出される誘導起電力Vは零またはごく小さい値であ
る。管1に管軸方向の磁歪応力σ1および/または管周
方向の磁歪応力σ2が作用すると、管1の管軸方向と管
周方向との各透磁率は異なり、したがって検出コイル2
0の誘導起電力Vは、磁歪感度Mと磁歪応力σ1,σ2
とに対応した値となる。ここで、管軸方向の応力σ1と
管周方向の応力σ2とを総括的に、応力σということが
ある。
In the magnetostrictive sensor 8, the magnetic pole 1 of the first core 13 is
5 and 16 are equidistant from the magnetic pole 21 of the second core 19,
Therefore, in a state where magnetostrictive stress σ1 is not generated in the pipe axis 4 direction of the pipe 1 and magnetostrictive stress σ2 is not generated in the pipe circumferential direction, the magnetic permeability μ of the pipe 1 in the pipe axis direction and the pipe circumferential direction is equal, and therefore the exciting coil When the AC power supply 18 is energized, the magnetic flux entering the magnetic pole 21 from the magnetic pole 15 is equal to the magnetic flux exiting from the magnetic pole 21 to the magnetic pole 17, and the same holds true for the magnetic pole 22. The induced electromotive force V detected by the voltage measuring means 24 connected to the coil 20 is zero or a very small value. When the magnetostrictive stress σ1 in the pipe axis direction and / or the magnetostrictive stress σ2 in the pipe circumferential direction acts on the pipe 1, the respective magnetic permeability in the pipe axis direction and the pipe circumferential direction of the pipe 1 are different, so that the detection coil 2
The induced electromotive force V of 0 is the magnetostrictive sensitivity M and the magnetostrictive stress σ1, σ2
And the value corresponding to. Here, the stress σ1 in the pipe axis direction and the stress σ2 in the pipe circumferential direction may be collectively referred to as stress σ.

【0013】図5は、図1〜図4に示される実施例の電
気的構成を示すブロック図である。電圧測定手段24の
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25に与えられる。処理回路25は駆動手段1
1を制御し、また電圧測定手段24の測定結果を管軸4
まわりに、鉛直線5からの角度θ毎にストアするメモリ
27に接続される。メモリ27のストア内容は、陰極線
管または液晶などの目視表示手段28によって表示する
ことができる。
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the embodiment shown in FIGS. The output of the voltage measuring means 24 is provided to a processing circuit 25 realized by a microcomputer or the like. The processing circuit 25 includes the driving unit 1
1 and the measurement result of the voltage measuring means 24 is
Around, it is connected to a memory 27 that stores each angle θ from the vertical line 5. The stored contents of the memory 27 can be displayed by a visual display means 28 such as a cathode ray tube or a liquid crystal.

【0014】図6は、処理回路25の動作を説明するた
めのフローチャートである。ステップn1からステップ
n2に移り、移動手段12によって磁歪センサ8を管1
の周方向に回転しつつ、その一定角度の角変位毎に、検
出コイル20の誘導起電力Vを測定し、ステップn3に
おいてメモリ27にストアする。こうして、磁歪センサ
8は管1を全周にわたって移動する。このようなメモリ
27にストアされた検出コイル20の誘導起電力V、し
たがってそれに対応する応力σは、ステップn4へ表示
手段28によって表示することができる。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the processing circuit 25. The process moves from step n1 to step n2.
While rotating in the circumferential direction, the induced electromotive force V of the detection coil 20 is measured for each angular displacement of the fixed angle, and stored in the memory 27 in step n3. Thus, the magnetostrictive sensor 8 moves around the entire circumference of the tube 1. The induced electromotive force V of the detection coil 20 stored in the memory 27, and thus the corresponding stress σ, can be displayed by the display means 28 to step n4.

【0015】表示手段28によって表示される角度θと
検出コイル20の誘導起電力Vに対応する応力σとの関
係は、本件発明者の実験結果によれば、図7および図8
に示される分布波形のようになる。
According to the experimental results of the inventor of the present invention, the relationship between the angle θ displayed by the display means 28 and the stress σ corresponding to the induced electromotive force V of the detection coil 20 is shown in FIGS.
A distribution waveform shown in FIG.

【0016】なお、参考のため、他の測定方法を用いて
測定したcosθに近い曲線を有する管軸方向応力σ1
を分布波形に示し、cos2θに近い曲線を有する管
周方向応力σ2を分布波形に示す。
For reference, a stress σ1 in a pipe axial direction having a curve close to cos θ measured using another measuring method.
Is shown in the distribution waveform, and the pipe circumferential stress σ2 having a curve close to cos2θ is shown in the distribution waveform.

【0017】磁歪応力測定装置によって測定されたσ1
とσ2の差を表す分布波形から、管軸方向応力σ1と
管周方向応力σ2をそれぞれ求めるには、式(2)で表
した振幅A,Bを求めればよい。このため、ステップn
5では、図7および図8の分布波形をフーリエ変換す
る。すなわち、管軸4まわりに、鉛直線5からの角度θ
毎にメモリ27にストアされた電圧測定手段24の測定
結果として得られる誘導起電力Vの分布波形をフーリエ
変換し、cosθ,cos2θの係数をフーリエ振幅と
して求める。フーリエ変換の公式は、処理回路25の中
に予め組込んでおく。フーリエ振幅として求められたc
osθの係数A(1−ν)は、cosθの値が最大値1
をとるとき、σ1(1−ν)として管軸方向の応力σ1
が求められ、cos2θの係数B(ν−1)は、cos
2θの値が最大値1をとるときσ2(ν−1)として管
周方向の応力σ2が求められる。
Σ1 measured by a magnetostrictive stress measuring device
In order to determine the pipe axial stress σ1 and the pipe circumferential stress σ2 from the distribution waveform representing the difference between σ2 and σ2, the amplitudes A and B expressed by the equation (2) may be obtained. Therefore, step n
In step 5, the distribution waveforms of FIGS. 7 and 8 are subjected to Fourier transform. That is, the angle θ from the vertical line 5 around the pipe axis 4
For each time, the distribution waveform of the induced electromotive force V obtained as a measurement result of the voltage measurement means 24 stored in the memory 27 is Fourier-transformed, and the coefficients of cos θ and cos 2θ are obtained as Fourier amplitudes. The formula of the Fourier transform is incorporated in the processing circuit 25 in advance. C obtained as Fourier amplitude
The coefficient A (1-ν) of osθ is such that the value of cosθ is the maximum value 1
, The stress σ1 in the tube axis direction as σ1 (1-ν)
Is obtained, and the coefficient B (ν−1) of cos 2θ is expressed as cos
When the value of 2θ takes the maximum value 1, the stress σ2 in the pipe circumferential direction is obtained as σ2 (ν-1).

【0018】図9は、図7および図8の分布波形をフ
ーリエ変換して得られた角度θに対するcosθおよび
cos2θのフーリエ振幅を示すグラフである。ここ
で、角度θのときのピーク値A(1−ν)から、σ1
(1−ν)としてσ1が求まり、角度2θのときのピー
ク値B(ν−1)から、σ2(ν−1)としてσ2が求
まる。
FIG. 9 is a graph showing the Fourier amplitudes of cos θ and cos 2θ with respect to the angle θ obtained by Fourier transforming the distribution waveforms of FIGS. 7 and 8. Here, from the peak value A (1-ν) at the angle θ, σ1
Σ1 is obtained as (1-ν), and σ2 is obtained as σ2 (ν-1) from the peak value B (ν-1) at the angle 2θ.

【0019】理論的には、式(2)から、式(3)およ
び式(4)のように角度θおよび2θに対するフーリエ
振幅は求められる。
Theoretically, the Fourier amplitude with respect to the angles θ and 2θ can be obtained from Expression (2) as in Expressions (3) and (4).

【0020】[0020]

【数3】 (Equation 3)

【0021】したがって、角度θおよび2θ以外の角度
に対するフーリエ振幅の値は零になる筈である。
Therefore, the value of the Fourier amplitude for angles other than the angles θ and 2θ should be zero.

【0022】一方、図7および図8の実験結果では、分
布波形はcosθとcos2θの差で近似的に表され
ているが、実際には他の角度成分も含んでいると考えら
れる。したがって、図7および図8の実験結果から得ら
れる分布波形をフーリエ変換すれば、図9に表されるよ
うに角度θおよび2θ以外の角度においてもフーリエ振
幅の値は零とはなっていない。しかし、角度θおよび2
θにおいてピーク値をとるフーリエ振幅の値A(1−
ν)およびB(ν−1)が求まれば、それぞれの値から
管軸方向応力σ1と管周方向応力σ2が独立に求めれ
る。
On the other hand, in the experimental results shown in FIGS. 7 and 8, the distribution waveform is approximately represented by the difference between cos θ and cos 2θ, but it is considered that the distribution waveform actually includes other angle components. Therefore, if the distribution waveforms obtained from the experimental results of FIGS. 7 and 8 are subjected to Fourier transform, the value of the Fourier amplitude is not zero even at angles other than the angles θ and 2θ as shown in FIG. However, the angles θ and 2
Fourier amplitude value A (1-
If ν) and B (ν-1) are obtained, the pipe axial stress σ1 and the pipe circumferential stress σ2 are obtained independently from the respective values.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、磁歪セン
サを用いて、管軸方向と管周方向との磁歪応力の分布に
起因した検出コイルの誘導起電力Vについて、管軸まわ
りの角度θに対する分布波形を求める。角度θに対する
分布波形をフーリエ変換し、cosθに対する振幅を
(1−ν)σ1として、管軸方向の応力σ1を演算して
求め、cos2θに対する振幅を(1−ν)σ2として
管周方向の応力σ2を演算して求めるようにしたので、
管軸方向および管周方向の各応力を、容易かつ正確に求
めることが可能になる。こうして、管が大口径であると
きおよび小口径であっても、管が偏平に変形していると
きなどにおいて、本発明が有利に実施される。
As described above, according to the present invention, the induced electromotive force V of the detection coil caused by the magnetostrictive stress distribution in the tube axis direction and the tube circumferential direction is measured using the magnetostrictive sensor. A distribution waveform for the angle θ is obtained. The distribution waveform with respect to the angle θ is subjected to Fourier transform, the amplitude with respect to cos θ is set to (1−ν) σ1, and the stress σ1 in the tube axis direction is calculated and obtained. Since σ2 was calculated and found,
Each stress in the pipe axis direction and the pipe circumferential direction can be easily and accurately obtained. Thus, the present invention is advantageously implemented when the pipe has a large diameter or a small diameter even when the pipe is deformed flat.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の管1が変形するときの状態
を説明するための図である。
FIG. 1 is a view for explaining a state when a pipe 1 according to an embodiment of the present invention is deformed.

【図2】磁歪センサ8を用いて管1の周方向に移動しつ
つ応力を測定するときの状態を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a stress is measured while moving in the circumferential direction of the tube 1 using a magnetostrictive sensor 8;

【図3】磁歪センサ8の構成を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a magnetostrictive sensor 8;

【図4】磁歪センサ8の構成を簡略化して示す平面図で
ある。
FIG. 4 is a simplified plan view showing the configuration of the magnetostrictive sensor 8;

【図5】図1〜図4に示される実施例の電気的構成を示
すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the embodiment shown in FIGS.

【図6】処理回路25の動作を説明するためのフローチ
ャートである。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the processing circuit 25;

【図7】磁歪センサ8の検出コイル20から得られる誘
導起電力Vに対応した応力σの本件発明者の実験結果を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing experimental results of the present inventor of a stress σ corresponding to an induced electromotive force V obtained from a detection coil 20 of the magnetostrictive sensor 8;

【図8】磁歪センサ8の検出コイル20から得られる誘
導起電力Vに対応した応力σの本件発明者の実験結果を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing experimental results by the present inventor of a stress σ corresponding to an induced electromotive force V obtained from the detection coil 20 of the magnetostrictive sensor 8;

【図9】図7および図8の分布波形をフーリエ変換し
て得られた角度θに対するフーリエ振幅を示すグラフで
ある。
9 is a graph showing a Fourier amplitude with respect to an angle θ obtained by performing a Fourier transform on the distribution waveforms of FIGS. 7 and 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 管 4 管軸 8 磁歪センサ 10 レール 11 駆動手段 12 移動手段 13 第1コア 14 励磁コイル 15,16,21,22 磁極 19 第2コア 20 検出コイル 24 電圧測定手段 25 処理回路 27 メモリ 28 表示手段 Reference Signs List 1 tube 4 tube shaft 8 magnetostrictive sensor 10 rail 11 driving means 12 moving means 13 first core 14 excitation coil 15, 16, 21, 22 magnetic pole 19 second core 20 detection coil 24 voltage measuring means 25 processing circuit 27 memory 28 display means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−176627(JP,A) 特開 昭63−261123(JP,A) 特開 平2−157611(JP,A) 特開 平5−281057(JP,A) 特開 平1−308933(JP,A) 実開 平3−91942(JP,U) 実開 平4−29848(JP,U) 実開 平3−109140(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 1/00 G01L 1/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-176627 (JP, A) JP-A-63-261123 (JP, A) JP-A-2-157611 (JP, A) JP-A-5-157 281057 (JP, A) JP-A-1-308933 (JP, A) JP-A-3-91942 (JP, U) JP-A-4-29848 (JP, U) JP-A-3-109140 (JP, U) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01L 1/00 G01L 1/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ポアソン比νを有する測定すべき管の管
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1コアに、励磁コイルを巻回し
て配置し、その励磁コイルを交流電力によって励磁し
て、前記第1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2コアに検
出コイルを巻回して配置して構成される磁歪センサを用
い、 磁歪センサを管の周方向に移動しつつ、検出コイルから
の誘導起電力Vを検出し、 検出コイルによって検出された管の周方向の誘導起電力
Vについて、管軸まわりの角度θに対する分布波形を求
め、角度θに対する分布波形をフーリエ変換して、co
sθに対する振幅を(1−ν)σ1として管軸方向の応
力σ1を演算して求め、cos2θに対する振幅を(1
−ν)σ2として管周方向の応力σ2を演算して求める
ことを特徴とする管の磁歪応力測定方法。
An exciting coil is wound around a first core having a pair of magnetic poles at intervals in a direction intersecting at an angle other than 90 degrees with a tube axis of a tube to be measured having a Poisson's ratio ν. Then, the exciting coil is excited by AC power, and the detection coil is wound around a second core having a pair of magnetic poles at intervals in a direction perpendicular to a straight line connecting the pair of magnetic poles of the first core. Using a magnetostrictive sensor arranged and arranged, detecting the induced electromotive force V from the detection coil while moving the magnetostrictive sensor in the circumferential direction of the tube, and detecting the induced electromotive force V in the circumferential direction of the tube detected by the detection coil. , A distribution waveform with respect to the angle θ around the pipe axis is obtained, and the distribution waveform with respect to the angle θ is Fourier-transformed to obtain co.
Assuming that the amplitude for sθ is (1−ν) σ1, the stress σ1 in the tube axis direction is calculated and obtained, and the amplitude for cos2θ is (1).
-Ν) A method for measuring magnetostrictive stress in a pipe, characterized by calculating a stress σ2 in a pipe circumferential direction as σ2.
【請求項2】 (a)磁歪センサであって、(a1)ポ
アソン比νを有する管の管軸方向に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1コ
アと、(a2)第1コアに巻回され、交流電力によって
励磁される励磁コイルと、(a3)第1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2コアと、(a4)第2コアに巻回され
る検出コイルとを有する磁歪センサと、 (b)磁歪センサを管の外周面に沿って周方向に移動す
る移動手段と、 (c)管軸まわりの角度θの位置の検出コイルからの誘
導起電力Vをストアするメモリと、 (d)メモリの内容を読出して、角度θに対する誘導起
電力Vの分布波形をフーリエ変換する変換手段と、 (e)変換手段の出力に応答し、cosθの成分の振幅
(1−ν)σ1から管軸方向の応力σ1を、さらにco
s2θの成分の振幅(1−ν)σ2から管周方向の応力
σ2を、それぞれ演算して求める演算手段とを含むこと
を特徴とする管の磁歪応力測定装置。
2. A first core comprising: (a) a magnetostrictive sensor having: (a1) a pair of magnetic poles spaced apart in a direction intersecting at an angle other than 90 degrees with a tube axis direction of a tube having a Poisson's ratio ν. (A2) an exciting coil wound around the first core and excited by AC power; and (a3) a pair of magnetic poles spaced apart in a direction perpendicular to a straight line connecting the pair of magnetic poles of the first core. (A4) a magnetostrictive sensor having a detection coil wound around the second core; (b) moving means for moving the magnetostrictive sensor in the circumferential direction along the outer peripheral surface of the tube; c) a memory for storing the induced electromotive force V from the detection coil at an angle θ around the tube axis; and (d) a conversion for reading the contents of the memory and performing a Fourier transform on the distribution waveform of the induced electromotive force V with respect to the angle θ. And (e) responding to the output of the conversion means, From the component amplitude (1−ν) σ1, stress σ1 in the tube axis direction is further calculated as co
and a calculating means for calculating the stress σ2 in the pipe circumferential direction from the amplitude (1-ν) σ2 of the component of s2θ.
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