JP3500966B2 - Stress measurement method and method for specifying approximate function - Google Patents

Stress measurement method and method for specifying approximate function

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁歪センサを用い
て被測定物に作用している応力を測定する応力測定方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stress measuring method for measuring stress acting on an object to be measured using a magnetostrictive sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的に、鉄鋼材料などの強磁性体は、
磁化されるとその方向に長さが伸縮する(磁歪効果)。
また、これとは逆に、被測定物に応力が作用すると当該
被測定物の磁気的性質が変化する(磁歪効果の逆効
果)。
2. Description of the Related Art Generally, ferromagnets such as steel materials are
When magnetized, the length expands and contracts in that direction (magnetostriction effect).
On the contrary, when a stress acts on the object to be measured, the magnetic property of the object to be measured changes (an inverse effect of the magnetostrictive effect).

【0003】従来より、この磁歪効果の逆効果を利用し
て、被測定物に作用している応力を測定する方法が用い
られている。特に、特開昭62−121325号公報、
実開平1−135338号公報、特開平7−11027
0号公報等に開示されている技術では、磁歪効果の逆効
果によって生じる磁気異方性を利用して鋼構造物や機械
部品に負荷されている応力を非破壊で比較的簡単に測定
できる点で有効である。
Conventionally, there has been used a method of measuring the stress acting on the object to be measured by utilizing the inverse effect of the magnetostrictive effect. In particular, JP-A-62-121325,
Japanese Utility Model Laid-Open No. 1-135338 and Japanese Patent Laid-Open No. 7-11027.
In the technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 0, etc., the stress applied to a steel structure or a mechanical part can be relatively easily measured nondestructively by utilizing the magnetic anisotropy caused by the inverse effect of the magnetostrictive effect. Is effective in.

【0004】上記の方法は、以下のような原理に基づい
ている。図14は、磁気異方性を利用する応力測定方法
における磁歪センサの配置例を示す斜視図である。
The above method is based on the following principle. FIG. 14 is a perspective view showing an arrangement example of magnetostrictive sensors in a stress measuring method utilizing magnetic anisotropy.

【0005】磁歪センサ1は、励磁用コイル2を巻いた
コの字型の励磁用ヨーク3と、検出用コイル4を巻いた
コの字型の検出用ヨーク5とが互いにヨーク鞍部の中央
部で直交するように配置されて構成される。
In the magnetostrictive sensor 1, a U-shaped exciting yoke 3 around which an exciting coil 2 is wound and a U-shaped detecting yoke 5 around which a detecting coil 4 is wound are located at the center of the yoke saddle. Are arranged so as to be orthogonal to each other.

【0006】この励磁用コイル2には、交流電流を流し
て磁性材料である被測定物6を励磁するための交流電源
7が備えられている。さらに、検出用コイル4には、誘
起される起電力を測定して被測定物6を流れる磁束を検
出するための電圧計8が備えられている。また、図14
の矢印は、磁束の方向を示している。
The excitation coil 2 is provided with an AC power supply 7 for applying an AC current to excite the DUT 6 which is a magnetic material. Further, the detection coil 4 is provided with a voltmeter 8 for measuring the induced electromotive force and detecting the magnetic flux flowing through the DUT 6. In addition, FIG.
The arrow indicates the direction of magnetic flux.

【0007】いま、被測定物6のX方向に引っ張り応力
σX が作用したとする。このときの被測定物6のX方向
の透磁率をμX とする。また、X方向と垂直なY方向の
被測定物6の透磁率をμY とする。
It is now assumed that a tensile stress σ X acts on the DUT 6 in the X direction. The magnetic permeability in the X direction of the DUT 6 at this time is μ X. Further, the magnetic permeability of the DUT 6 in the Y direction perpendicular to the X direction is μ Y.

【0008】この場合、この透磁率μX 、μY は、応力
σX による磁歪効果の逆効果により下記の(1)式の関
係、すなわち磁気異方性が生じる。 μX > μY …(1) このような磁気異方性が生じている状態にある被測定物
6に上記の磁歪センサ1の両ヨーク3、4の開口部側を
接近させ、この磁歪センサ1の励磁用ヨーク3に巻かれ
た励磁用コイル2に交流電源7によって交流電流を流し
て被測定物を励磁すると、励磁用ヨーク3の一方の開口
端3aから出た磁束の大部分は直接励磁用ヨーク3の他
方の開口端3bへ向かう。
In this case, the magnetic permeabilities μ X and μ Y have the relationship of the following equation (1), that is, magnetic anisotropy, due to the inverse effect of the magnetostrictive effect due to the stress σ X. μ X > μ Y (1) Bring the opening side of both yokes 3 and 4 of the magnetostrictive sensor 1 closer to the DUT 6 in the state where such magnetic anisotropy occurs, and When an object to be measured is excited by passing an alternating current from the alternating current power supply 7 to the exciting coil 2 wound around the exciting yoke 3 of No. 1, most of the magnetic flux emitted from one opening end 3a of the exciting yoke 3 is directly generated. It goes to the other open end 3b of the exciting yoke 3.

【0009】しかし、被測定物6には引っ張り応力σX
により(1)式のような磁気異方性が生じているため、
磁束の一部は検出用ヨーク5を経由して励磁用ヨーク3
の開口端3bに流れる。
However, the tensile stress σ X is applied to the DUT 6.
Due to the magnetic anisotropy as shown in equation (1),
Part of the magnetic flux passes through the detecting yoke 5 and the exciting yoke 3
To the open end 3b of the.

【0010】このため、検出用ヨーク5に巻かれた検出
用コイル4に取付けられた電圧計8には、下記の(2)
式に示す起電力が誘起され、この起電力が出力される。 V=M0 ・(μX −μY )・COS[ 2・(θ−π/4)] …(2) ここで、Vは検出用コイル4に誘起される交流起電力の
整流値である。また、M0 は励磁条件やコイル、被測定
物6の磁気的特性などによって定まる値である。さら
に、COS[ 2・(θ−π/4)] は余弦関数であり、
θは検出用ヨーク5の一方の開口端5aと他方の開口端
5bとを結ぶ直線とX軸のなす角度である。
Therefore, the voltmeter 8 attached to the detection coil 4 wound around the detection yoke 5 has the following (2)
The electromotive force shown in the formula is induced, and this electromotive force is output. V = M 0 · (μ X −μ Y ) · COS [2 · (θ−π / 4)] (2) where V is the rectified value of the AC electromotive force induced in the detection coil 4. . M 0 is a value determined by the excitation condition, the coil, the magnetic characteristics of the DUT 6, and the like. Further, COS [2 · (θ−π / 4)] is a cosine function,
θ is an angle formed by the X-axis and a straight line connecting one opening end 5a of the detection yoke 5 and the other opening end 5b.

【0011】さらに、透磁率の差(μX −μY )は応力
の差(σX −σY )に比例するため、(2)式は下記の
(3)式に書き換え可能である。 V=M・(σX −σY )・COS[ 2・(θ−π/4)] …(3) ここで、Mは励磁条件やコイルの条件、被測定物6の磁
気的特性などによって定まる値である。
Furthermore, the difference in magnetic permeability (mu X - [mu] Y) is proportional to the difference in stress (sigma X - [sigma] Y), (2) formula can be rewritten to (3) below. V = M * ([sigma] X- [sigma] Y ) * COS [2 * ([theta]-[pi] / 4)] (3) where M depends on the excitation condition, the coil condition, the magnetic characteristics of the DUT 6, and the like. It is a fixed value.

【0012】したがって、電圧Vを測定し、(3)式を
用いることにより、被測定物6に作用している応力の差
を求めることができる。また、ここでは応力がX方向に
作用している場合を示しているので、この応力差から応
力を求めることができる。
Therefore, by measuring the voltage V and using the equation (3), the difference in stress acting on the DUT 6 can be obtained. Further, since the case where the stress acts in the X direction is shown here, the stress can be obtained from this stress difference.

【0013】図15は、被測定物6の応力と磁歪センサ
1の出力Vとの関係を示す図である。この図15に示さ
れているように、応力と磁歪センサの出力Vは、所定の
線形範囲T1 ではほぼ線形関係を有する。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the stress of the DUT 6 and the output V of the magnetostrictive sensor 1. As shown in FIG. 15, the stress and the output V of the magnetostrictive sensor have a substantially linear relationship in a predetermined linear range T 1 .

【0014】したがって、(3)式の係数M(以下、
「磁歪感度」という)は、所定の線形範囲T1 では定数
として定義可能である。ゆえに、この所定の線形範囲T
1 における磁歪感度Mは、例えば最小二乗近似などの統
計的手法によって図15の特性を直線に回帰させること
で定義することができる。
Therefore, the coefficient M of the equation (3) (hereinafter,
Referred to as "magnetostrictive sensitivity") can be defined as a predetermined in the linear range T 1 constant. Therefore, this predetermined linear range T
The magnetostriction sensitivity M in 1 can be defined by linearly regressing the characteristics of FIG. 15 by a statistical method such as least squares approximation.

【0015】しかしながら、この磁歪感度Mは、磁歪セ
ンサ1と被測定物6との距離(以下、「リフトオフ」と
いう)に影響を受けて変化する。一般的に、被測定物6
である鋼構造物や機械部品などには防食のために塗装等
が施されているが、この塗装の厚さは厳密ではなく、ば
らつきを有する。
However, the magnetostrictive sensitivity M changes depending on the distance between the magnetostrictive sensor 1 and the DUT 6 (hereinafter referred to as "lift-off"). Generally, the DUT 6
The steel structures, machine parts, and the like, which have been described above, are coated for corrosion protection, but the thickness of this coating is not exact and varies.

【0016】このため、測定時のリフトオフを厳密に規
定することは困難である。また、たとえこのような防食
対策が施されていない場合であっても、測定を自動化、
高速化して非接触測定を行う場合等には、リフトオフを
厳密に規定することが困難である。
Therefore, it is difficult to precisely specify the lift-off during measurement. In addition, even if such anti-corrosion measures are not taken, the measurement is automated,
When performing non-contact measurement at high speed, it is difficult to precisely specify lift-off.

【0017】このようなリフトオフによる影響を防ぐた
めに、図16に示すように、励磁用ヨーク3に励磁用コ
イル2とは別のリフトオフ検出用コイル9を巻いた磁歪
センサ1を用いて応力を測定する方法が特開昭62−1
21325号公報、及び実願昭63−33647号公報
に開示されている。
In order to prevent the influence of such lift-off, as shown in FIG. 16, the stress is measured by using a magnetostrictive sensor 1 in which a lift-off detecting coil 9 different from the exciting coil 2 is wound around an exciting yoke 3. The method of doing is JP-A-62-1
No. 21325 and Japanese Utility Model Application No. 63-33647.

【0018】この応力測定方法においては、まず、図1
7に示すようなリフトオフとリフトオフ検出用コイル9
の起電力VL (以下、「リフトオフ電圧」という)の関
係が求められる。
In this stress measuring method, first, as shown in FIG.
Lift-off and lift-off detection coil 9 as shown in FIG.
The relationship of the electromotive force V L (hereinafter, referred to as “lift-off voltage”) is calculated.

【0019】ここで、図17(a)は、リフトオフに対
するリフトオフ電圧VL の変化の状態を示す概念図であ
る。また、図17(b)は、被測定物6としてSM49
0を適用した場合の具体例を示す図である。
Here, FIG. 17A is a conceptual diagram showing a state of change of the lift-off voltage V L with respect to lift-off. In addition, FIG. 17B shows an SM 49 as the DUT 6.
It is a figure which shows the specific example when 0 is applied.

【0020】次に、この応力測定方法では、図18に示
すようなリフトオフと磁歪感度Mの関係が求められる。
そして、求められた図17と図18とから、図19に示
すリフトオフ電圧VLと磁歪感度Mの関係が求められ
る。
Next, in this stress measuring method, the relationship between lift-off and magnetostriction sensitivity M as shown in FIG. 18 is obtained.
Then, from the obtained FIGS. 17 and 18, the relationship between the lift-off voltage V L and the magnetostriction sensitivity M shown in FIG. 19 is obtained.

【0021】ゆえに、被測定物6に作用している応力の
測定時には、まずリフトオフ電圧VL が測定される。次
に、この測定されたリフトオフ電圧VL と先で求めた図
19とを用いて、リフトオフによる影響が補正された磁
歪感度Mが求められる。そして、測定された磁歪センサ
出力V及び磁歪感度Mが(3)式に代入され、応力が求
められる。
Therefore, when measuring the stress acting on the DUT 6, the lift-off voltage V L is first measured. Next, using the measured lift-off voltage V L and the previously obtained FIG. 19, the magnetostrictive sensitivity M in which the influence of lift-off is corrected is obtained. Then, the measured magnetostrictive sensor output V and magnetostrictive sensitivity M are substituted into the equation (3), and the stress is obtained.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の応力測定方法では、例えば図15のよう
に、応力により発生する磁歪センサの出力特性を線形と
して扱っていることから、被測定物6の応力状態が大き
い場合又は小さい場合の磁歪センサ1の出力特性が非線
形な範囲T2 、T3 では、実際の磁歪感度に比べて評価
に用いる磁歪感度が大きくなり、応力が結果的に小さく
求められることになる。
However, in the conventional stress measuring method as described above, the output characteristic of the magnetostrictive sensor generated by stress is treated as linear as shown in FIG. In the non-linear ranges T 2 and T 3 where the output characteristic of the magnetostrictive sensor 1 when the stress state of 6 is large or small, the magnetostrictive sensitivity used for evaluation is larger than the actual magnetostrictive sensitivity, and the stress is small as a result. Will be required.

【0023】これでは、構造物や機械部品に実際に作用
している応力が危険なレベルであっても、測定した応力
が危険レベルに到達していないと判断される場合が発生
する。すなわち、構造物や機械部品に作用している応力
をその破壊に対する安全性の観点で評価する場合に危険
側の結果となってしまう。
In this case, even if the stress actually applied to the structure or the mechanical component is at a dangerous level, it may be judged that the measured stress does not reach the dangerous level. That is, when the stress acting on the structure or the mechanical part is evaluated from the viewpoint of safety against the damage, the result is dangerous.

【0024】このような問題の対策として、例えば、図
15に示すような応力に対する磁歪センサ1の出力特性
を近似する際に、その非線形性を考慮して高次の多項式
に近似することが考えられる。
As a measure against such a problem, for example, when approximating the output characteristics of the magnetostrictive sensor 1 with respect to stress as shown in FIG. 15, it is considered to approximate it to a higher-order polynomial in consideration of its nonlinearity. To be

【0025】しかし、この場合には、前述したリフトオ
フに対する補正の数学的処理が非常に複雑になり、実用
上困難となる。本発明は、以上のような実状に鑑みてな
されたもので、応力に対する磁歪センサの起電力の非線
形性を考慮し、またリフトオフに対する磁歪センサの出
力特性の補正を実現する応力測定方法を提供することを
目的とする。
However, in this case, the mathematical processing for the above-mentioned lift-off correction becomes very complicated, which makes it practically difficult. The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a stress measuring method that considers the non-linearity of the electromotive force of the magnetostrictive sensor with respect to stress and realizes the correction of the output characteristic of the magnetostrictive sensor with respect to lift-off. The purpose is to

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。本発明は、励
磁用コイル及びリフトオフ検出用コイルを巻いたコの字
型のヨークと検出用コイルを巻いたコの字型のヨーク
を、互いにヨーク鞍部の中央部で直交するように配置し
てなる磁歪センサを用いて被測定物に作用している応力
を測定する方法に関するものである。
The present invention has taken the following means in order to achieve the above object. According to the present invention, a U-shaped yoke around which an exciting coil and a lift-off detection coil are wound and a U-shaped yoke around which a detecting coil is wound are arranged so as to be orthogonal to each other at the center of the yoke saddle portion. The present invention relates to a method for measuring a stress acting on an object to be measured using the magnetostrictive sensor.

【0027】本発明を具体的に説明すると、まず両コの
字型ヨークの開口端側を被測定物に接近させる。次に、
励磁用コイルに交流電流を流して磁歪センサを回転させ
る。また、この際に検出用コイルに誘起される起電力の
出力波形に基づいて、応力に相当する電圧値を求める。
次に、リフトオフ検出用コイルに誘起される起電力と、
リフトオフ検出用コイルの起電力と無次元化に利用する
値との関係を示す関数とを用いて、応力に相当する電圧
値を無次元化する。そして、この無次元化された応力に
相当する電圧値と、応力と無次元化された磁歪センサの
起電力との関係を示す関数とに基づいて、被測定物に作
用されている応力を測定する。
The present invention will be described in detail. First, the open end sides of both U-shaped yokes are brought close to the object to be measured. next,
An alternating current is passed through the exciting coil to rotate the magnetostrictive sensor. Further, at this time, the voltage value corresponding to the stress is obtained based on the output waveform of the electromotive force induced in the detection coil.
Next, the electromotive force induced in the lift-off detection coil,
The voltage value corresponding to the stress is made dimensionless by using a function indicating the relationship between the electromotive force of the lift-off detection coil and the value used for making it dimensionless. Then, based on a voltage value corresponding to the non-dimensionalized stress and a function indicating the relationship between the stress and the electromotive force of the non-dimensionalized magnetostrictive sensor, the stress acting on the DUT is measured. To do.

【0028】この発明において、例えば応力に相当する
電圧値は、検出用コイルに誘起される起電力の出力波形
を下記の(4)式であらわした際のパラメータBが適用
される。
In the present invention, for example, as the voltage value corresponding to the stress, the parameter B when the output waveform of the electromotive force induced in the detection coil is expressed by the following equation (4) is applied.

【0029】 V=A+B・COS[2・(θ−C)]…() V:磁歪センサに誘起される交流起電力の整流値 θ:両コの字型ヨークの開口端を結んだ直線がなす角度
の二等分線と、被測定物の基準軸とのなす角度 A、B、C:パラメータ また、本発明において利用される関数は、予め較正試験
の結果に基づいて設定されている。
V = A + B · COS [2 · (θ−C)] ( 4 ) V: Rectification value of AC electromotive force induced in the magnetostrictive sensor θ: Straight line connecting the open ends of both U-shaped yokes The angle A, B, C formed by the bisector of the angle formed by the object and the reference axis of the object to be measured: The function used in the present invention is set in advance based on the result of the calibration test. .

【0030】この上記の方法で応力を測定することで、
任意のリフトオフに対して磁歪センサの非線形性の特性
の影響を受けることなく、簡易にかつ精度よく応力を測
定することができる。
By measuring the stress by the above method,
The stress can be easily and accurately measured without being affected by the nonlinear characteristic of the magnetostrictive sensor with respect to arbitrary lift-off.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る応
力測定方法では、予め較正試験を実行してデータを収集
し、このデータを解析して応力測定に必要な近似関数
φ、Ψを特定する関数特定処理を実行しておく。そし
て、この近似関数φ、Ψを用いて被測定物に作用してい
る応力を測定する応力測定処理を実行する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the stress measuring method according to the present embodiment, a calibration test is executed in advance to collect data, and this data is analyzed to execute a function specifying process for specifying approximate functions φ and Ψ required for stress measurement. . Then, a stress measurement process for measuring the stress acting on the object to be measured is executed using the approximation functions φ and Ψ.

【0032】なお、以下において、先に述べた図14乃
至図19と同一のものに対しては、同一の符号を付して
その説明を省略する。まず、関数特定処理について説明
する。
In the following description, the same parts as those in FIGS. 14 to 19 described above are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. First, the function specifying process will be described.

【0033】図1は、この関数特定処理の流れを示すフ
ローチャートである。この処理では、まず、被測定物と
同種あるいは同規格の材料から製造された較正試験片が
準備される(s1)。
FIG. 1 is a flow chart showing the flow of this function specifying process. In this process, first, a calibration test piece manufactured from a material of the same type or the same standard as the measured object is prepared (s1).

【0034】図2は、この較正試験片の一例を示す上面
図である。この較正試験片10には、試験時の負荷応力
を検出可能とするためのひずみゲージ11a、11bが
取り付けられている。また、リフトオフ検出用コイル9
を有する磁歪センサ1の設置位置12が指定されてい
る。さらに、ここでは較正試験片10の長手方向をX方
向、幅方向をY方向とし、このX方向となす角度がθと
される。
FIG. 2 is a top view showing an example of this calibration test piece. Strain gauges 11a and 11b are attached to the calibration test piece 10 so as to detect the load stress during the test. Also, the lift-off detection coil 9
The installation position 12 of the magnetostrictive sensor 1 having is designated. Further, here, the longitudinal direction of the calibration test piece 10 is the X direction, the width direction is the Y direction, and the angle formed with the X direction is θ.

【0035】次に、関数特定処理においては、この較正
試験片10が荷重負荷装置にセットされる(s2)。こ
の荷重負荷装置は、較正試験片10に応力となる荷重を
負荷させる装置である。この荷重負荷装置としては、例
えば較正試験片10に引っ張り応力及び圧縮応力の双方
を負荷可能な4点曲げ載荷試験装置が用いられる。
Next, in the function specifying process, the calibration test piece 10 is set in the load applying device (s2). This load applying device is a device for applying a load that becomes a stress to the calibration test piece 10. As the load applying device, for example, a four-point bending load applying device capable of applying both tensile stress and compressive stress to the calibration test piece 10 is used.

【0036】次に、磁歪センサ1が較正試験片10のセ
ンサ設置位置12上に任意のリフトオフを有する状態で
配置される(s3)。このように磁歪センサ1を較正試
験片10から浮かせてリフトオフを確保することで、磁
歪センサ1の軸を回転軸とし、この回転軸を較正試験片
10の法線とほぼ平行に回転可能となる。
Next, the magnetostrictive sensor 1 is placed on the sensor installation position 12 of the calibration test piece 10 in a state having an arbitrary lift-off (s3). By thus floating the magnetostrictive sensor 1 from the calibration test piece 10 and ensuring lift-off, the axis of the magnetostrictive sensor 1 serves as a rotation axis, and this rotation axis can rotate substantially parallel to the normal line of the calibration test piece 10. .

【0037】次に、荷重負荷装置によって較正試験片1
0に任意の応力がX方向に負荷され(s4)、この任意
のリフトオフを有する状態でのリフトオフ電圧VL が磁
歪センサ1によって測定される(s5)。この求められ
たリフトオフ電圧VL は、リフトオフの値に対応付けさ
れて保持される。
Next, the calibration test piece 1 is loaded by the load applying device.
0 is loaded with an arbitrary stress in the X direction (s4), and the lift-off voltage V L in the state having the arbitrary lift-off is measured by the magnetostrictive sensor 1 (s5). The lift-off voltage V L thus obtained is held in association with the lift-off value.

【0038】次に、磁歪センサ1の軸を回転軸とし、当
該回転軸が較正試験片10の法線と平行になるように、
磁歪センサ1を回転機構によって回転させる(s6)。
図3は、磁歪センサ1を回転させる回転機構を示す概念
図である。
Next, the axis of the magnetostrictive sensor 1 is used as a rotation axis, and the rotation axis is parallel to the normal line of the calibration test piece 10.
The magnetostrictive sensor 1 is rotated by the rotating mechanism (s6).
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a rotation mechanism that rotates the magnetostrictive sensor 1.

【0039】この回転機構13のハウジング14内に
は、ピニオンギア15とリングギア16を介して、磁歪
センサ1が回転可能に設けられている。また、このハウ
ジング14内には、エンコーダを備えたDCサーボモー
タ17が設けられている。Cリング18はDCサーボモ
ータ17による磁歪センサ1の回転位置を保つ作用を有
する。ボールベアリング19はDCサーボモータ17に
よる磁歪センサ1の回転を円滑に行う作用を有する。さ
らに、リングスペーサ20は、磁歪センサ1と較正試験
片10又は被測定物との間に配置されるものであり、あ
る程度のリフトオフを確保する作用を有する。このよう
にリングスペーサ20によってリフトオフを確保するこ
とで、リフトオフが非常に小さくなった場合に発生する
磁歪センサ1の起電力の飽和を防止することが可能とな
る。
In the housing 14 of the rotating mechanism 13, the magnetostrictive sensor 1 is rotatably provided via a pinion gear 15 and a ring gear 16. In addition, a DC servo motor 17 having an encoder is provided in the housing 14. The C ring 18 has a function of maintaining the rotational position of the magnetostrictive sensor 1 by the DC servo motor 17. The ball bearing 19 has a function of smoothly rotating the magnetostrictive sensor 1 by the DC servo motor 17. Further, the ring spacer 20 is arranged between the magnetostrictive sensor 1 and the calibration test piece 10 or the object to be measured, and has a function of ensuring a certain degree of lift-off. By thus ensuring the lift-off by the ring spacer 20, it becomes possible to prevent the electromotive force of the magnetostrictive sensor 1 from being saturated when the lift-off becomes extremely small.

【0040】次に、関数特定処理においては、回転角θ
毎に磁歪センサ1の検出用コイル4に誘起される磁歪セ
ンサ1の起電力の出力値Vが測定される(s7)。図4
は、回転角θに対する磁歪センサ出力Vの変化を示す図
である。
Next, in the function specifying process, the rotation angle θ
The output value V of the electromotive force of the magnetostrictive sensor 1 induced in the detection coil 4 of the magnetostrictive sensor 1 is measured every time (s7). Figure 4
FIG. 6 is a diagram showing a change in magnetostrictive sensor output V with respect to a rotation angle θ.

【0041】この図4に示すように、磁歪センサ1を回
転させて検出した起電力Vの変化は()式と同様のも
のとなる。 V=A+B・COS[2・(θ−C)]…() ここで、Vは検出コイル4に誘起される交流起電力の整
流値であり、θは両ヨークの開口端を結んだ直線がなす
角度の二等分線が、較正試験片10の基準方向となす角
度である。また、COS[2・(θ−C)]は余弦関数
である。さらに、A、B、Cはパラメータである。
As shown in FIG. 4, the change in the electromotive force V detected by rotating the magnetostrictive sensor 1 is similar to that of the equation ( 4 ). V = A + B · COS [2 · (θ−C)] ( 4 ) where V is the rectified value of the AC electromotive force induced in the detection coil 4, and θ is the straight line connecting the open ends of both yokes. The bisector of the angle formed by is the angle formed by the reference direction of the calibration test piece 10. COS [2 · (θ−C)] is a cosine function. Further, A, B and C are parameters.

【0042】したがって、関数特定処理においては、回
転角θに対する磁歪センサ出力Vの変化が()式によ
って近似される(s8)。ここで、近似により定められ
たパラメータBは、較正試験片10に作用されている主
応力差に相当する電圧値、すなわち主応力相当電圧値で
ある。また、パラメータB、Cから、較正試験片10に
作用されている応力の主方向を特定可能である。
Therefore, in the function specifying process, the change in the magnetostrictive sensor output V with respect to the rotation angle θ is approximated by the equation ( 4 ) (s8). Here, the parameter B determined by approximation is a voltage value corresponding to the principal stress difference acting on the calibration test piece 10, that is, a principal stress equivalent voltage value. Further, the main directions of the stress acting on the calibration test piece 10 can be specified from the parameters B and C.

【0043】定められたパラメータB、Cは、現状のリ
フトオフ及び応力と関係付けされて保持される。次に、
このパラメータB、Cを用いて、下記の(5)式によ
り、応力の主方向(ここではX方向)における磁歪セン
サ出力Va が求められる(s9)。すなわち、このVa
は、磁歪センサ出力Vの主応力方向成分である。
The defined parameters B and C are held in association with the current liftoff and stress. next,
Using these parameters B and C, the magnetostrictive sensor output V a in the main stress direction (here, the X direction) is calculated by the following equation (5) (s9). That is, this Va
Is the principal stress direction component of the magnetostrictive sensor output V.

【0044】Va =B・COS(2C) …(5) また、(5)式を適用することで、主応力差相当電圧を
示すパラメータBに符号がもたされることにもなってい
る。
V a = B · COS (2C) (5) By applying the equation (5), the parameter B indicating the principal stress difference equivalent voltage is given a sign. .

【0045】次に、この起電力Va測定時における較正
試験片10の負荷応力がひずみゲージによって求められ
る(s10)。上記のような磁歪センサ出力Vの主応力
方向成分Va を求める処理は、較正試験片10に作用さ
せる任意の応力を適当なピッチで変化させながら順次実
行される。これにより、様々な応力に対する磁歪センサ
出力Vの主応力方向成分Va が求められる(s11)。
Next, the load stress of the calibration test piece 10 at the time of measuring the electromotive force Va is obtained by a strain gauge (s10). Process of obtaining the principal stress direction component V a magnetostrictive sensor output V as described above is sequentially performed while changing any stress to be applied to the calibration test piece 10 at a suitable pitch. Thus, the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V is determined for various stresses (s11).

【0046】図5は、応力を変化させた場合における磁
歪センサ出力Vの主応力方向成分Va の変化を示す図で
ある。また、現状のリフトオフにおいて、十分な数の応
力に対して磁歪センサ出力の主応力方向成分Va を測定
した場合には、現状のリフトオフを他の状態に変化させ
る(s12)。
FIG. 5 is a diagram showing changes in the principal stress direction component V a of the magnetostrictive sensor output V when the stress is changed. Further, in the lift-off of the current, when measuring a principal stress direction component V a magnetostrictive sensor output for a sufficient number of stress changes the lift-off of the current to another state (s12).

【0047】そして、変化後の新規のリフトオフに対す
るパラメータB、Cが上記の処理と同様に応力を変化さ
せながら測定され、これにより各リフトオフにおける磁
歪センサ出力Vの主応力方向成分Va と負荷応力の関係
が求められる(s13)。
Then, the parameters B and C for the new lift-off after the change are measured while changing the stress in the same manner as the above-mentioned processing, whereby the main stress direction component V a of the magnetostrictive sensor output V and the load stress at each lift-off are measured. Is required (s13).

【0048】図6は、種々のリフトオフにおける磁歪セ
ンサ出力Vの主応力方向成分Va と負荷応力の関係を示
す図である。ここで、図6(a)は、3種のリフトオフ
1 〜L3 において、応力を変化させた場合の磁歪セン
サ出力の主応力方向成分Va の変化(リフトオフ毎の較
正曲線)を示した概念図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the principal stress direction component V a of the magnetostrictive sensor output V and the load stress at various lift-offs. Here, FIG. 6A shows a change (calibration curve for each lift-off) of the main stress direction component V a of the magnetostrictive sensor output when the stress is changed in the three types of lift-offs L 1 to L 3 . It is a conceptual diagram.

【0049】また、図6(b)は、較正試験片10とし
て厚さ20mmのSM490を用いた場合の具体的変化
を示している。この図6(b)では、リフトオフが1.
0mm、1.5mm、2.0mmの場合を例示してい
る。
FIG. 6 (b) shows a specific change when the SM490 having a thickness of 20 mm is used as the calibration test piece 10. In FIG. 6B, the lift-off is 1.
The case of 0 mm, 1.5 mm, and 2.0 mm is illustrated.

【0050】通常、磁歪効果の逆効果を考慮すると、較
正試験片10に作用している応力がゼロの場合には、磁
歪センサ1を回転させて得られる起電力Vの出力波形の
振幅Bもゼロになるため、この起電力Vの主応力方向成
分Va はゼロとなると考えられる。
Usually, considering the inverse effect of the magnetostrictive effect, when the stress acting on the calibration test piece 10 is zero, the amplitude B of the output waveform of the electromotive force V obtained by rotating the magnetostrictive sensor 1 is also to become zero, the main stress direction component V a of the electromotive force V is considered to be zero.

【0051】しかしながら、図6では、負荷応力が+Δ
Xのときに、磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va
ゼロとなっている。すなわち、この図6より、較正試験
片10の残留応力は−ΔXとなることが分かる。
However, in FIG. 6, the load stress is + Δ.
When the X, the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V is zero. That is, it is understood from FIG. 6 that the residual stress of the calibration test piece 10 is −ΔX.

【0052】したがって、この関数特定処理において
は、磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va と応力(=
σX −σY )の特性(較正曲線)を残留応力の分だけ応
力の負方向にシフトさせることで、絶対的な応力(絶対
応力)に対する磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va
の特性が求められる(s14)。
Therefore, in this function specifying process, the principal stress direction component V a of the magnetostrictive sensor output V and the stress (=
sigma X - [sigma] Y) of characteristics (calibration curve) by shifting in the negative direction of the amount corresponding stress residual stress, the principal stress direction component V a magnetostrictive sensor output V for the absolute stress (absolute stress)
Is required (s14).

【0053】図7は、磁歪センサ出力Vの主応力方向成
分Va と絶対応力との関係を示す図であり、3種のリフ
トオフL1 〜L3 に関して示している。ここで、図8を
用いて、磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va と、絶
対応力の特性を説明する。なお、この図8では、説明を
簡略化させるために1つのリフトオフL1 における場合
の特性のみを例示している。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the principal stress direction component V a of the magnetostrictive sensor output V and the absolute stress, which is shown for three types of lift-offs L 1 to L 3 . Here, with reference to FIG. 8, the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V, and the characteristics of the absolute stress will be described. Note that, in FIG. 8, only the characteristics in the case of one lift-off L 1 are illustrated in order to simplify the description.

【0054】この図8中の応力σmax には、例えば被測
定物の材料の降伏応力や設計許容応力のような実在する
応力のレベルが用いられる。絶対応力に対する磁歪セン
サ出力Vの主応力方向成分Va の特性は、磁歪センサ1
の動作原理により、原点において点対称となる。すなわ
ち、絶対応力の絶対値が等しく符号が異なる場合には、
磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va も絶対値が等し
く符号が異なる関係を有する。例えば、絶対応力σmax
に対する磁歪センサ出力の主応力方向成分Va がVmax
となる場合には、絶対応力−σmax に対する磁歪センサ
出力Vの主応力方向成分Va は−Vmax となる。
As the stress σ max in FIG. 8, an actual stress level such as yield stress of the material of the object to be measured or design allowable stress is used. Characteristics of the main stress direction component V a magnetostrictive sensor output V for the absolute stress, magnetostrictive sensors 1
Due to the operation principle of, the point becomes symmetrical at the origin. That is, when the absolute values of absolute stress are equal and the signs are different,
The principal stress direction component V a of the magnetostrictive sensor output V also has a relationship in which the absolute value is the same and the sign is different. For example, the absolute stress σ max
The main stress direction component V a magnetostrictive sensor output with respect to the V max
When a is a principal stress direction component V a magnetostrictive sensor output V for the absolute stress - [sigma] max becomes -V max.

【0055】同様に、絶対応力σ1 〜σ3 における磁歪
センサ出力Vの主応力方向成分VaがV1 〜V3 の場合
には、絶対応力−σ1 〜−σ3 における磁歪センサ出力
Vの主応力方向成分Va は、−V1 〜−V3 となる。
[0055] Similarly, if the principal stress direction component V a magnetostrictive sensor output V in an absolute stress σ 13 is V 1 ~V 3 is magnetostrictive sensor output V in an absolute stress -σ 13 The principal stress direction component V a of the above is −V 1 to −V 3 .

【0056】次に、この関数特定処理においては、絶対
応力に対する磁歪センサ出力Vの主応力方向成分Va
特性が、Vmax によって無次元化(正規化)される(s
15)。
Next, in this function specifying process, the characteristic of the principal stress direction component V a of the magnetostrictive sensor output V with respect to the absolute stress is dimensionlessized (normalized) by V max (s
15).

【0057】図9は、絶対応力に対する無次元化された
磁歪センサ出力Pの特性を示す図である。この図9中に
おけるPmax 、P3 〜P1 、−P1 〜−P3 、−Pmax
は、先の図8に示す磁歪センサ出力Vの主応力方向成分
max 、V3 〜V1 、−V1 〜−V3 、−Vmax を無次
元化した値であり、以下の(6)〜(13)式から求ま
る。
FIG. 9 is a diagram showing characteristics of the dimensionless magnetostrictive sensor output P with respect to absolute stress. P max , P 3 to P 1 , -P 1 to -P 3 , and -P max in this FIG.
Is a dimensionless value of the principal stress direction components V max , V 3 to V 1 , -V 1 to -V 3 , and -V max of the magnetostrictive sensor output V shown in FIG. ) To (13).

【0058】Pmax =Vmax /Vmax …(6) P3 =V3 /Vmax …(7) P2 =V2 /Vmax …(8) P1 =V1 /Vmax …(9) −P1 =(−V1 )/Vmax …(10) −P2 =(−V2 )/Vmax …(11) −P3 =(−V3 )/Vmax …(12) −Pmax =(−Vmax )/Vmax …(13) この図9で示す無次元化された磁歪センサ出力Pの特性
は、図8の場合と異なり、磁歪センサ1のリフトオフに
関係なく一義的に定義される。
P max = V max / V max (6) P 3 = V 3 / V max (7) P 2 = V 2 / V max (8) P 1 = V 1 / V max (9) ) -P 1 = (- V 1 ) / V max ... (10) -P 2 = (- V 2) / V max ... (11) -P 3 = (- V 3) / V max ... (12) - P max = (− V max ) / V max (13) The characteristic of the dimensionless magnetostrictive sensor output P shown in FIG. 9 is unique regardless of lift-off of the magnetostrictive sensor 1 unlike the case of FIG. Is defined in.

【0059】次に、この無次元化された磁歪センサ出力
Pと絶対応力との関係を示す図9のx軸、y軸が入れ替
えられて、図10が得られる(s16)。ここで、この
図10(a)は、無次元化された磁歪センサ出力Pをx
軸とし、絶対応力をy軸とした概念図である。
Next, the x-axis and the y-axis of FIG. 9 showing the relationship between the dimensionless magnetostrictive sensor output P and the absolute stress are exchanged to obtain FIG. 10 (s16). Here, in FIG. 10A, the dimensionless magnetostrictive sensor output P is represented by x.
It is a conceptual diagram which made the absolute stress the y-axis.

【0060】一方、図10(b)は、較正試験片10と
して厚さ20mmのSM490を用いた場合の具体的変
化を示している。すなわち、この図10(b)は、図6
(b)の特性(リフトオフが1.0mm、1.5mm、
2.0mmの場合)をシフトし、無次元化し、x軸及び
y軸を入れ替えたものである。
On the other hand, FIG. 10B shows a specific change when the SM490 having a thickness of 20 mm is used as the calibration test piece 10. That is, FIG.
Characteristics of (b) (lift-off is 1.0 mm, 1.5 mm,
(In the case of 2.0 mm) is shifted to make it dimensionless and the x-axis and the y-axis are exchanged.

【0061】次に、この図10に示す無次元化された磁
歪センサ出力Pと絶対応力の関係を高次の多項式によっ
て近似し、近似関数φが定義される(s17)。以上の
ような処理により、無次元化された磁歪センサ出力Pか
ら応力を求める近似関数φが求められる。
Next, the relationship between the dimensionless magnetostrictive sensor output P and the absolute stress shown in FIG. 10 is approximated by a high-order polynomial to define an approximate function φ (s17). Through the above processing, the approximate function φ for obtaining the stress is obtained from the dimensionless magnetostrictive sensor output P.

【0062】続いて、近似関数Ψを求めるための処理で
は、先に示した図7の絶対応力に対する磁歪センサ出力
Vの主応力方向成分Va の特性と、図8のおいて説明し
たσmax とから、リフトオフ毎のVmax が求められる
(s18)。
Subsequently, in the processing for obtaining the approximate function Ψ, the characteristic of the principal stress direction component V a of the magnetostrictive sensor output V with respect to the absolute stress shown in FIG. 7 and σ max described in FIG. From this, V max for each lift-off is obtained (s18).

【0063】図11は、このリフトオフ毎のVmax の状
態を示す概念図である。また、先において測定されたリ
フトオフ毎のリフトオフ電圧と、求められたリフトオフ
毎のVmax の関係が求められる(s19)。
FIG. 11 is a conceptual diagram showing the state of V max at each lift-off. Further, the relationship between the lift-off voltage measured for each lift-off and the V max calculated for each lift-off is calculated (s19).

【0064】図12は、このリフトオフ毎のリフトオフ
電圧とVmax の絶対値との関係を示す図である。ここ
で、図12(a)は、概念図を示しており、図12
(b)は、較正試験片10として厚さ20mmのSM4
90を用いた場合の具体例を示している。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the lift-off voltage and the absolute value of V max for each lift-off. Here, FIG. 12A shows a conceptual diagram.
(B) is an SM4 having a thickness of 20 mm as the calibration test piece 10.
A specific example when 90 is used is shown.

【0065】次に、この図12に示すリフトオフ電圧に
対するVmax の絶対値の特性が適当な式によって近似さ
れ、これにより近似関数Ψが定義される(s20)。こ
の近似関数Ψを用いると、任意のリフトオフにおけるV
max を推定することが可能となる。
Next, the characteristic of the absolute value of V max with respect to the lift-off voltage shown in FIG. 12 is approximated by an appropriate equation, and the approximate function Ψ is defined by this (s20). Using this approximation function Ψ, V at any liftoff
It is possible to estimate max.

【0066】そして、得られた近似関数φ、Ψは、磁歪
センサ1の出力特性としてデータベース化される(s2
1)。以上のように、関数特定処理においては、リフト
オフから無次元化に用いるための値Vmax を求めるため
の近似関数Ψ、及び無次元化された磁歪センサ出力から
応力を求めるための近似関数φが求められる。
The obtained approximation functions φ and Ψ are stored in the database as the output characteristics of the magnetostrictive sensor 1 (s2).
1). As described above, in the function specifying process, the approximate function Ψ for obtaining the value V max used for the dimensionlessization from the lift-off and the approximate function φ for obtaining the stress from the dimensionless magnetostrictive sensor output are obtained. Desired.

【0067】次に、この近似関数Ψ及び近似関数φを用
いて、実際に被測定物の応力を求める応力測定処理につ
いて説明する。図13は、この応力測定処理の流れを示
すフローチャートである。
Next, the stress measuring process for actually obtaining the stress of the object to be measured using the approximate function Ψ and the approximate function φ will be described. FIG. 13 is a flowchart showing the flow of this stress measurement process.

【0068】まず、被測定物の任意の観測点Sにおい
て、磁歪センサ1が回転され(t1)、この回転により
得られる起電力Vの出力波形が()式に近似されてパ
ラメータB、Cが求められ(t2)、また磁歪センサ1
によってリフトオフ電圧VLが測定される(t3)。
First, at an arbitrary observation point S of the object to be measured, the magnetostrictive sensor 1 is rotated (t1), and the output waveform of the electromotive force V obtained by this rotation is approximated to the equation ( 4 ) to obtain parameters B and C. Is calculated (t2), and the magnetostrictive sensor 1
The lift-off voltage VL is measured by (t3).

【0069】ここで、この求められたパラメータB、C
はそれぞれBs 、Cs であるとする。また、測定された
リフトオフ電圧VL はLs であるとする。このとき、下
記の(14)式に示すように、リフトオフ電圧LとV
max の関係を示す近似関数Ψに、測定したリフトオフ電
圧Ls が代入されて、観測点SにおけるVmax である
(Vmaxs が求められる(t4)。
Here, the obtained parameters B and C
Are B s and C s , respectively. In addition, the measured lift-off voltage V L is assumed to be L s . At this time, as shown in the following equation (14), the lift-off voltages L and V
The measured lift-off voltage L s is substituted into the approximate function Ψ indicating the relationship of max , and V max (V max ) s at the observation point S is obtained (t4).

【0070】(Vmaxs =Ψ(Ls ) …(14) 次に、下記の(15)式、Bs 、(Vmaxs を用い
て、観測点Sにおける無次元化された磁歪センサ出力P
s が求められる(t5)。
(V max ) s = Ψ (L s ) ... (14) Next, using the following equation (15), B s , and (V max ) s , the dimensionless magnetostriction at the observation point S is obtained. Sensor output P
s is required (t5).

【0071】Ps =Bs /(Vmaxs …(15) 次に、下記の(16)式に示すように、無次元化された
磁歪センサ出力Pから絶対応力を求める近似関数φに、
求められた磁歪センサPs が代入され、観測点Sの絶対
応力差(σ1 −σ2s が求められ、この応力差により
応力が測定される(t6)。
P s = B s / (V max ) s (15) Next, as shown in the following equation (16), an approximate function φ for obtaining the absolute stress from the dimensionless magnetostrictive sensor output P is obtained. ,
The calculated magnetostrictive sensor P s is substituted, the absolute stress difference (σ 1 −σ 2 ) s at the observation point S is calculated, and the stress is measured by this stress difference (t6).

【0072】(σ1 −σ2s =φ(Ps )…(16) なお、この絶対応力差(σ1 −σ2s が得られる応力
方向はCs で示される。
1 −σ 2 ) s = φ (P s ) ... (16) The stress direction in which this absolute stress difference (σ 1 −σ 2 ) s is obtained is indicated by C s .

【0073】したがって、被測定物の主応力方向成分の
応力差(σx −σys は、下記の(17)式によって
求められる。 (σx −σys =(σ1 −σ2s ・COS(2Cs )…(17) 以上説明したように、本実施の形態に係る応力測定方法
においては、まず関数特定処理によって、リフトオフか
らVmax を求める近似関数Ψ、及び無次元化された磁歪
センサ出力Pから応力を求める近似関数φが求められ
る。
Therefore, the stress difference (σ x −σ y ) s of the principal stress direction component of the object to be measured is obtained by the following equation (17). (Σ x −σ y ) s = (σ 1 −σ 2 ) s · COS (2C s ) ... (17) As described above, in the stress measuring method according to the present embodiment, first, the function specifying process is performed. , Approximate function Ψ for obtaining V max from the lift-off, and approximate function φ for obtaining stress from the dimensionless magnetostrictive sensor output P are obtained.

【0074】そして、応力測定処理によって、磁歪セン
サ1を回転させて得られる磁歪センサ出力の特性、リフ
トオフ起電力、及び近似関数φ、Ψとから応力が求めら
れる。
Then, the stress is obtained from the characteristic of the magnetostrictive sensor output obtained by rotating the magnetostrictive sensor 1, the lift-off electromotive force, and the approximate functions φ and Ψ by the stress measuring process.

【0075】この上記の方法を適用すると、任意のリフ
トオフに対して、磁歪センサの起電力出力に発生する非
線形の特性に影響されることなく、簡易にかつ正確に応
力を測定することができる。
When this method is applied, stress can be measured easily and accurately for any lift-off without being affected by the non-linear characteristic generated in the electromotive force output of the magnetostrictive sensor.

【0076】なお、本実施の形態において、較正試験片
の具体例として用いたSM490は、炭素を0.20重
量%以下、ケイ素を0.55重量%以下、マンガンを
1.60重量%以下、リンを0.035重量%以下、硫
黄を0.035重量%以下含有する鋼材である。
The SM490 used as a specific example of the calibration test piece in the present embodiment has carbon of 0.20 wt% or less, silicon of 0.55 wt% or less, manganese of 1.60 wt% or less, A steel material containing 0.035% by weight or less of phosphorus and 0.035% by weight or less of sulfur.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上詳記したように本発明の応力測定方
法においては、磁歪センサを回転させることによって検
出用コイルに誘起される起電力の出力波形に基づいて応
力に相当する電圧値を求め、この応力相当電圧値を無次
元化し、この無次元化された応力相当電圧値に基づい
て、応力を測定する。
As described above in detail, in the stress measuring method of the present invention, the voltage value corresponding to the stress is obtained based on the output waveform of the electromotive force induced in the detecting coil by rotating the magnetostrictive sensor. The stress equivalent voltage value is made dimensionless, and the stress is measured based on the dimensionless stress equivalent voltage value.

【0078】この上記の応力測定方法を適用することに
より、磁歪センサの出力特性の非線形性や、被測定物と
磁歪センサの間の距離であるリフトオフに影響を受ける
ことなく、応力を測定することができる。ゆえに、容易
に、かつ精度よく応力を測定することができる。
By applying the above stress measuring method, the stress can be measured without being affected by the nonlinearity of the output characteristic of the magnetostrictive sensor and the lift-off which is the distance between the DUT and the magnetostrictive sensor. You can Therefore, the stress can be measured easily and accurately.

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

【図1】本発明の実施の形態に係る関数特定処理の流れ
を示すフローチャート。
FIG. 1 is a flowchart showing a flow of a function specifying process according to an embodiment of the present invention.

【図2】較正試験片の一例を示す上面図。FIG. 2 is a top view showing an example of a calibration test piece.

【図3】磁歪センサを回転させる回転機構を示す概念
図。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a rotating mechanism that rotates a magnetostrictive sensor.

【図4】回転角θに対する磁歪センサ出力Vの変化を示
す図。
FIG. 4 is a diagram showing a change in magnetostrictive sensor output V with respect to a rotation angle θ.

【図5】応力と磁歪センサの起電力Vの主応力方向成分
a の関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a stress and a principal stress direction component V a of an electromotive force V of a magnetostrictive sensor.

【図6】種々のリフトオフにおける磁歪センサの起電力
Vの主応力方向成分Va と負荷応力の関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a principal stress direction component V a of an electromotive force V of a magnetostrictive sensor in various lift-offs and a load stress.

【図7】種々のリフトオフにおける磁歪センサの起電力
Vの主応力方向成分Va と絶対応力との関係を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the principal stress direction component V a of the electromotive force V of the magnetostrictive sensor at various lift-offs and the absolute stress.

【図8】磁歪センサの起電力Vの主応力方向成分Va
絶対応力との具体的関係を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a specific relationship between a principal stress direction component V a of an electromotive force V of a magnetostrictive sensor and an absolute stress.

【図9】絶対応力と無次元化された磁歪センサの起電力
Pとの関係を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between an absolute stress and an electromotive force P of a dimensionless magnetostrictive sensor.

【図10】x軸、y軸を入れ替えた絶対応力と無次元化
された磁歪センサの起電力Pとの関係を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the absolute stress with the x-axis and the y-axis swapped and the electromotive force P of the dimensionless magnetostrictive sensor.

【図11】リフトオフ毎のVmax の状態を示す概念図。FIG. 11 is a conceptual diagram showing a state of V max for each lift-off.

【図12】リフトオフ毎のリフトオフ電圧とVmax の絶
対値との関係を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a lift-off voltage and an absolute value of V max for each lift-off.

【図13】本発明の実施の形態に係る応力測定処理の流
れを示すフローチャート。
FIG. 13 is a flowchart showing a flow of stress measurement processing according to the embodiment of the present invention.

【図14】磁気異方性を利用する応力測定方法における
磁歪センサの配置例を示す斜視図。
FIG. 14 is a perspective view showing an arrangement example of magnetostrictive sensors in a stress measuring method utilizing magnetic anisotropy.

【図15】被測定物の応力と磁歪センサの出力Vとの関
係を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the stress of the object to be measured and the output V of the magnetostrictive sensor.

【図16】リフトオフ検出用コイルを備えた励磁用ヨー
クを示す斜視図。
FIG. 16 is a perspective view showing an excitation yoke including a lift-off detection coil.

【図17】リフトオフとリフトオフ検出用コイルの起電
力VL の関係を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between lift-off and electromotive force V L of a lift-off detection coil.

【図18】リフトオフと磁歪感度Mの関係を示す図。FIG. 18 is a diagram showing a relationship between lift-off and magnetostriction sensitivity M.

【図19】リフトオフ検出用コイルの起電力VL と磁歪
感度Mの関係を示す図。
FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the electromotive force V L of the lift-off detection coil and the magnetostriction sensitivity M.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…磁歪センサ 2…励磁用コイル 3…励磁用ヨーク 4…検出用コイル 5…検出用ヨーク 6…被測定物 7…交流電源 8…電圧計 9…リフトオフ検出用コイル 10…較正試験片 11a、11b…ひずみゲージ 12…センサ設置位置 13…回転機構 14…ハウジング 15…ピニオンギア 16…リングギア 17…DCサーボモータ 18…Cリング 19…ボールベアリング 20…リングスペーサ 1 ... Magnetostrictive sensor 2 ... Excitation coil 3 ... Excitation yoke 4 ... Detection coil 5 ... Detection yoke 6 ... DUT 7 ... AC power supply 8 ... Voltmeter 9 ... Lift-off detection coil 10 ... Calibration test piece 11a, 11b ... Strain gauge 12 ... Sensor installation position 13 ... Rotation mechanism 14 ... Housing 15 ... Pinion gear 16 ... Ring gear 17 ... DC servo motor 18 ... C ring 19 ... Ball bearing 20 ... Ring spacer

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 励磁用コイル及びリトオフ検出用コイ
ルを巻いたコの字型のヨークと、検出用コイルを巻いた
コの字型のヨークとを、互いにヨーク鞍部の中央部で直
交するように配置してなる磁歪センサを用いて被測定物
に作用している応力を測定する方法において、 前記両コの字型ヨークの開口端側をリフトオフだけ離し
て前記被測定物に接近させ、 前記励磁用コイルに交流電流を流して前記磁歪センサを
回転させた際に前記検出用コイルに誘起される起電力V
の出力波形を、前記両コの字型のヨークの開口端を結ん
だ直線がなす角度の二等分線と前記被測定物の基準軸と
のなす角度をθと定義してV=A+B・COS[2・
(θ−C)]で表した場合の各パラメータB、Cのパラ
メータ値Bs、Csを求め、 前記リフトオフ検出用コイルに誘起される起電力Ls
用い、リフトオフ検出用コイルの起電力VLとリフトオ
フ毎の前記被測定物の許容応力に対する前記磁歪センサ
の起電力の主応力方向成分Vmaxとの関係を示す予め保
存した近似関数Ψ(VL)=Vmaxに基づいて、前記被測
定物の許容応力に対する前記磁歪センサの起電力の主応
力方向成分(Vmaxs=Ψ(Ls)を求め、 得られた起電力の主応力方向成分(Vmaxsにより、前
記パラメータ値Bsを正規化し、 当該正規化により得られたPs(=Bs/(Vmaxs)を
用い、応力差(σ1−σ2)と前記正規化により得られる
値Pとの関係を示す予め保存した近似関数φ(P)=
(σ1−σ2)に基づいて、応力差(σ1−σ2s=φ
(Ps)を求め、得られた応力差(σ1−σ2sと前記パ
ラメータ値Csとを用いて、前記被測定物に作用してい
る応力を求めることを特徴とする応力測定方法。
And 1. A of U-shaped wound with excitation coils and Li off-off detecting coil yokes, the U-shaped wound with the detecting coil and a yoke, perpendicular in the central portion of the yoke saddle mutually In the method of measuring the stress acting on the object to be measured using the magnetostrictive sensor arranged as described above, the opening end sides of the U-shaped yokes are separated by a lift-off to approach the object to be measured. Electromotive force V induced in the detection coil when an alternating current is passed through the excitation coil to rotate the magnetostrictive sensor
Connect the output waveform of the above to the open ends of the U-shaped yokes.
The bisector of the angle formed by the straight line and the reference axis of the DUT
The angle formed by is defined as θ and V = A + B ・ COS [2 ・
(Θ−C)], the parameter values B s and C s of the respective parameters B and C are obtained, and the electromotive force L s induced in the lift-off detection coil is used to calculate the electromotive force of the lift-off detection coil. wherein for each V L and a lift-off on the basis of the approximate function previously stored showing the relationship between the main stress direction component V max of the electromotive force of the magnetostrictive sensor [psi (V L) = V max for the allowable stress of the object to be measured, the The main stress direction component (V max ) s = Ψ (L s ) of the electromotive force of the magnetostrictive sensor with respect to the allowable stress of the measured object is obtained, and the main stress direction component (V max ) s of the obtained electromotive force is used to calculate The parameter value B s is normalized, and the stress difference (σ 1 −σ 2 ) and the value P obtained by the normalization are used by using P s (= B s / (V max ) s ) obtained by the normalization. Pre-stored approximation function φ (P) =
Based on (σ 1 −σ 2 ), stress difference (σ 1 −σ 2 ) s = φ
(P s ) is obtained, and the stress acting on the measured object is obtained by using the obtained stress difference (σ 1 −σ 2 ) s and the parameter value C s. Method.
【請求項2】 励磁用コイル及びリフトオフ電圧を測定
するためのリフトオフ検出用コイルを巻いたコの字型の
ヨークと、検出用コイルを巻いたコの字型のヨークと
を、互いにヨーク鞍部の中央部で直交するように配置し
た磁歪センサを用いて、前記両コの字型ヨークの開口端
側を前記被測定物に接近させ、前記励磁用コイルに交流
電流を流して前記被測定物を励磁し、前記検出用コイル
に誘起される起電力を測定し、前記被測定物に作用する
応力を測定するために用いられる近似関数の特定方法で
あって、 較正試験片から任意のリフトオフを有する状態で前記磁
歪センサを配置して前記較正試験片に任意の応力を負荷
し、 前記任意のリフトオフに対して前記磁歪センサによって
リフトオフ電圧を測定し、前記磁歪センサを回転させて
前記検出用コイルに誘起される前記磁歪センサの起電力
出力Vの波形を、前記両コの字型のヨークの開口端を結
んだ直線がなす角度の二等分線と前記被測定物の基準軸
とのなす角度をθと定義して第1式で表した場合のパラ
メータB,Cの値を求め、 前記パラメータB,Cの値と第2式とより、前記磁歪セ
ンサの起電力Vの主応力方向成分Vaを求め、 前記任意のリフトオフについての前記任意の応力と前記
起電力Vの主応力方向成分Vaの特性を残留応力の分だ
けシフトし、前記任意のリフトオフについての絶対応力
に対する前記起電力Vの主応力方向成分Vaの特性を求
め、 前記被測定物の許容応力σmaxに対する前記起電力Vの
主応力方向成分Vmaxによって前記起電力Vの主応力方
向成分Vaを割って無次元化し、絶対応力に対する無次
元化された起電力出力Pの特性を求め、この特性を近似
して前記磁歪センサの無次元化された起電力出力から応
力を求めるための近似関数φを求めるとともに、前記任
意のリフトオフ毎の絶対応力に対する前記起電力Vの主
応力方向成分Vaから、前記任意のリフトオフ毎に前記
許容応力σmaxに対応する前記起電力Vの主応力方向成
分Vmaxを求め、前記任意のリフトオフ毎のリフトオフ
電圧とVmaxの絶対値との関係から、前記磁歪センサに
よって測定されたリフトオフ電圧からVmaxを求めるた
めの近似関数Ψを求めることを特徴とする近似関数の特
定方法。 V=A+B・COS[2・(θ−C)]…第1式 Va=B・COS(2C)…第2式
2. An excitation coil and a U-shaped yoke around which a lift-off detection coil for measuring a lift-off voltage is wound, and a U-shaped yoke around which a detection coil is wound are connected to each other in the yoke saddle portion. Using a magnetostrictive sensor arranged so as to be orthogonal in the central portion, the open end sides of the U-shaped yokes are brought close to the object to be measured, and an alternating current is passed through the exciting coil to move the object to be measured. A method for identifying an approximate function used for exciting, measuring an electromotive force induced in the detection coil, and measuring a stress acting on the DUT, which has an arbitrary lift-off from a calibration test piece. In this state, the magnetostrictive sensor is arranged, an arbitrary stress is applied to the calibration test piece, a lift-off voltage is measured by the magnetostrictive sensor with respect to the arbitrary lift-off, and the magnetostrictive sensor is rotated to perform the detection. The waveform of the electromotive force output V of the magnetostrictive sensor induced in use coils, forming an open end of said two U-shaped yoke
Bisector of the angle formed by the straight line and the reference axis of the DUT
The angle formed by and is defined as θ, and the values of the parameters B and C in the case of being represented by the first formula are obtained. From the values of the parameters B and C and the second formula, the main electromotive force V of the magnetostrictive sensor is calculated. The stress direction component V a is obtained, the characteristics of the arbitrary stress for the arbitrary lift-off and the main stress direction component V a of the electromotive force V are shifted by the amount of residual stress, and the absolute stress for the arbitrary lift-off is obtained. It determined the characteristics of the principal stress direction component V a of the electromotive force V, and the main stress direction component V a of the electromotive force V by the main stress direction component V max of the electromotive force V for allowable stress sigma max of the object to be measured Approximate function φ for dividing the dimensionless electromotive force output P with respect to absolute stress to obtain the characteristic of the dimensionless electromotive force output P and approximating this characteristic to obtain the stress from the dimensionless electromotive force output of the magnetostrictive sensor. As well as the above From the main stress direction component V a of the electromotive force V for the absolute stress for each lift, seeking principal stress direction component V max of the electromotive force V corresponding to the allowable stress sigma max for each of the optional lift-off, the arbitrary how to identify the absolute value of the lift-off voltage and V max for each lift-off from the relationship between, the approximation function and obtains the approximation function Ψ for obtaining a V max from liftoff voltage measured by the magnetostrictive sensor. V = A + B · COS [ 2 · (θ-C)] ... first equation V a = B · COS (2C ) ... second equation
【請求項3】 請求項2記載の近似関数の特定方法によ
って得られた近似関数を用いた応力測定方法であって、 前記被測定物の観測点で前記磁歪センサを回転させて測
定した前記磁歪センサの起電力の波形を前記第1式で表
した場合のパラメータB,Cの値Bs,Csを求め、前記
磁歪センサによりリフトオフ電圧Lsを測定し、 前記近似関数Ψに前記リフトオフ電圧Lsが代入され、
前記観測点におけるVmaxの値である(Vmaxsを求
め、 前記Bs,前記(Vmaxsと第3式とにより、前記観測
点における無次元化された磁歪センサ出力Psを求め、 前記近似関数φに前記Ps を代入して前記観測点の絶対
応力差(σ1−σ2sを求め、前記絶対応力差(σ1−σ
2sと前記Csと第4式に基づいて、前記被測定物の主
応力方向成分の応力差(σx−σysを求め、前記被測
定物に作用している応力を求めることを特徴とする応力
測定方法。 Ps=Bs/(Vmaxs…第3式 (σx−σys=(σ1−σ2s・COS(2Cs)…第4式
3. A stress measuring method using an approximate function obtained by the method for identifying an approximate function according to claim 2, wherein the magnetostriction measured by rotating the magnetostrictive sensor at an observation point of the object to be measured. When the waveform of the electromotive force of the sensor is expressed by the first equation, the values B s and C s of the parameters B and C are obtained, the lift-off voltage L s is measured by the magnetostrictive sensor, and the lift-off voltage is added to the approximate function Ψ. L s is substituted,
(V max ) s , which is the value of V max at the observation point, is calculated, and the dimensionless magnetostrictive sensor output P s at the observation point is calculated from the B s , the (V max ) s, and the third equation. determined, by substituting the P s in the approximate function φ the absolute stress difference (σ 12) s of the observation point, the absolute stress difference (sigma 1 - [sigma]
2 ) Based on s , C s, and the fourth equation, the stress difference (σ x −σ y ) s of the principal stress direction component of the measured object is calculated, and the stress acting on the measured object is calculated. A stress measuring method characterized by the above. P s = B s / (V max ) s 3rd expression (σ x −σ y ) s = (σ 1 −σ 2 ) s · COS (2C s ) ... 4th expression
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