JP4206868B2 - 変位記録センサ - Google Patents
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これに対して、より簡便な装置として、構造物の最大変形のみ記録する装置が開発されている。例えば、特許文献1では、複数の導電性要素を横並び状態に配置するとともに、構造物の変形量に応じてこれら導電性要素を順次切断させることにより、過去に生じた最大変位を知ることができる装置が考案されている。また、特許文献2では、構造物の一方向の最大変位を検出する装置が考案されている。
地震や強風等に対する構造物の応答性状や性能劣化の程度を明らかにする場合、構造物の初期位置をゼロ点とする正負両方向の変位履歴が必要となる。なぜならば、地震や強風等の振動特性と構造物の振動特性とが複雑に絡み合い、地震や強風等に対して構造物が初期位置から対称に揺れることは殆ど有り得ないからである。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、測定対象物の初期位置をゼロ点とする正負両方向の最大変位を簡便且つ安価に測定・記録することができる変位記録センサを提供することを目的とする。
本発明では、測定対象物の変形に応じて摩擦部材上を可動部材が直線的に摺動すると、第一受動部材が前記可動部材の一方向(以下、正方向と呼ぶ。)の動きにのみ連動して摺動し、第二受動部材が前記可動部材の他方向(以下、負方向と呼ぶ。)の動きにのみ連動して摺動するため、前記第一受動部材は正方向の最大変位位置を、前記第二受動部材は負方向の最大変位位置をそれぞれ保持することができる。また、前記可動部材は現在の変位位置を示している。なお、前記可動部材と前記摩擦部材との間、前記第一受動部材および前記第二受動部材と前記摩擦部材との間には適度な摩擦力が働いているため、前記可動部材、前記第一受動部材、前記第二受動部材の移動に伴うオーバーシュートは発生しない。
なお、前記電圧入力端子と前記各電圧出力端子との間の電圧値を常時計測しておけば、測定対象物の正負方向の最大変位と現在の変位の時刻歴データを得ることができる。
本発明では、前記可動部材と前記第一受動部材と前記第二受動部材それぞれに指針を設けるとともに、前記保護ケースに変位目盛りを設けることにより、測定対象物の正負方向の最大変位と現在の変位を直接目視によって確認することができる。
図1(a)は、本発明に係る変位記録センサの第一の実施形態を示す平断面図であり、図1(b)はその側断面図である。
図1に示すように、本実施形態による変位記録センサ1では、図示していない測定対象物に先端を連結されたロッド6が、箱状の保護ケース7内に設置されたロッド支持部9、9に軸支され、軸方向(正負方向)に滑動できるようになっている。ロッド6の中間部には、直方体状の可動部材2が装着されており、ロッド6の動きに合わせて、保護ケース7内に設置された板状の摩擦部材5上を、可動部材2が正負方向に摺動する。
また、摩擦部材5上には、可動部材2を挟んで、板状の第一受動部材3と板状の第二受動部材4が設置されており、第一受動部材3と第二受動部材4は、保護ケース7内に固定されたガイドレール8、8に沿って、摩擦部材5上を可動部材2に押されて正負それぞれの方向に摺動する。
なお、可動部材2と第一受動部材3と第二受動部材4の摺動面には、摺動時の摩擦抵抗を大きくするため、突設部2b、3b、4bが設けられており、可動部材2、第一受動部材3、第二受動部材4は、突設部2b、3b、4bを介して、摩擦部材5とそれぞれ接触している。また、第一受動部材3と第二受動部材4が可動部材2と当接する面には、可動部材2と嵌合するための凹部がそれぞれ形成されている。
加えて、本実施形態による変位記録センサ1では、摩擦部材5の両端に電圧入力端子+Tinと−Tinがリード線5cを介して設けられるとともに、可動部材2と第一受動部材3と第二受動部材4には電圧出力端子Tout、+Tout、−Toutがリード線2c、3c、4cを介して設けられている。
また、可動部材2と第一受動部材3と第二受動部材4上には、それぞれ位置を示すための指針2a、3a、4aが設けられ、保護ケース7上には変位目盛り10が設けられている。
可動部材2と第一受動部材3と第二受動部材4が、互いに嵌合した状態で摩擦部材5の中央に静止している状態を、変位記録センサ1の初期静止状態とする。測定対象物が初期静止状態から正方向に変形する場合、当該測定対象物が正方向に変形すると、当該測定対象物に連結されたロッド6が正方向に滑動する。これに伴い、ロッド6の中間部に装着された可動部材2は、摩擦部材5上を正方向に摺動する。同時に、第一受動部材3は、可動部材2に押されて摩擦部材5上を正方向に摺動する。
次に、当該測定対象物が正方向から負方向へ変形する場合、当該測定対象物が負方向に変形すると、当該測定対象物に連結されたロッド6が負方向に滑動する。これに伴い、ロッド6の中間部に装着された可動部材2は、摩擦部材5上を負方向に摺動する。この際、可動部材2が初期位置よりもさらに負側に摺動する場合、可動部材2は第二受動部材4に当接し、第二受動部材4の凹部と嵌合する。そして、第二受動部材4は、可動部材2に押されて摩擦部材5上を負方向に摺動する。この間、第一受動部材3は、正方向の最大変位を保持した状態で、摩擦部材5上に静止している。
その後再び、当該測定対象物が正方向へ変形する場合、可動部材2は、摩擦部材5上を正方向に摺動する。この間、第二受動部材4は、負方向の最大変位を保持した状態で、摩擦部材5上に静止している。そして、可動部材2が過去の正方向の最大変位よりもさらに正方向へ摺動する場合、可動部材2は、第一受動部材3に当接して、第一受動部材3を押しながら摩擦部材5上を正方向に摺動する。
さらに再び、当該測定対象物が負方向へ変形する場合、可動部材2は、摩擦部材5上を負方向に摺動する。この間、第一受動部材3は、正方向の最大変位を保持した状態で、摩擦部材5上に静止している。そして、可動部材2が過去の負方向の最大変位よりもさらに負方向へ摺動する場合、可動部材2は、第二受動部材4に当接して、第二受動部材4を押しながら摩擦部材5上を負方向に摺動する。
以後、当該測定対象物が静止するまで、変位記録センサ1は上記の動きを繰り返す。そして、第一受動部材3と第二受動部材4の最終位置が、当該測定対象物の正方向の最大変位と負方向の最大変位を示していることになる。なお、第一の実施形態による変位記録センサ1では、可動部材2と摩擦部材5との間、第一受動部材3および第二受動部材4と摩擦部材5との間には、突設部2b、3b、4bによる適度な摩擦力が働いているため、可動部材2、第一受動部材3、第二受動部材4の移動に伴うオーバーシュートは発生しない。
図2に示すように、正負方向の電気抵抗値がRである摩擦部材5両端の電圧入力端子+Tinと−Tinとの間に電圧V0を負荷すると、電圧入力端子−Tinと、可動部材2、第一受動部材3、第二受動部材4の電圧出力端子Tout、+Tout、−Toutとの間の電圧値はそれぞれVout、+Vout、−Voutとなる。仮に、可動部材2、第一受動部材3、第二受動部材4それぞれの初期位置が摩擦部材5の中央であり、可動部材2、第一受動部材3、第二受動部材4それぞれが有する電気抵抗値がゼロであるとすると、可動部材2、第一受動部材3、第二受動部材4それぞれの初期電圧値はV0/2となる。一方、可動部材2、第一受動部材3、第二受動部材4の移動量(測定対象物の現在の変位、正方向の最大変位、負方向の最大変位)と、電圧入力端子−Tinと電圧出力端子Tout、+Tout、−Toutとの間の電圧値とは比例関係にある。従って、可動部材2、第一受動部材3、第二受動部材4それぞれの電圧値Vout、+Vout、−Voutと初期電圧値V0/2との差分を求めれば、測定対象物の現在の変位、正方向の最大変位、負方向の最大変位を精確に検出することができる。
なお、電圧入力端子−Tinと電圧出力端子Tout、+Tout、−Toutとの間の電圧値を常時計測しておけば、測定対象物の正負方向の最大変位と現在の変位の時刻歴データを得ることができる。図3は、常時計測によって得られた正負方向の最大変位の時刻歴変化を示したものである。
また、第一の実施形態による変位記録センサ1では、電圧入力端子−Tinと電圧出力端子Tout、+Tout、−Toutとの間の電圧値を計測することにより、測定対象物の現在の変位、正方向の最大変位、負方向の最大変位を精確に検出することができる。
さらに、第一の実施形態による変位記録センサ1では、可動部材2と第一受動部材3と第二受動部材4それぞれに指針2a、3a、4aが設けられ、保護ケース7上には変位目盛り10が設けられているため、測定対象物の正負方向の最大変位と現在の変位を直接目視によって確認することができる。
第二の実施形態による変位記録センサ11では、第一の実施形態による変位記録センサ1を構成する摩擦部材5に代えて、第一摩擦部材150と第二摩擦部材151と第三摩擦部材152が保護ケース17内に並列に設置されている。また、第一摩擦部材150、第二摩擦部材151、第三摩擦部材152には、導電線12d、13d、14dがそれぞれ並行に設けられている。
保護ケース17内に設置されたロッド支持部19、19に軸支されたロッド16が軸方向に滑動すると、ロッド16中間部に装着された直方体状の可動部材12が、ロッド16の動きに合わせて、第一摩擦部材150および導電線12d上を正負方向に摺動する。
また、可動部材12を挟んで、板状の第一受動部材13が第二摩擦部材151および導電線13d上に、板状の第二受動部材14が第三摩擦部材152および導電線14d上にそれぞれ設置されている。可動部材12が第一摩擦部材150および導電線12d上を正負方向に摺動すると、第一受動部材13は可動部材12に押されて第二摩擦部材151および導電線13d上を正方向に、第二受動部材14は可動部材12に押されて第三摩擦部材152および導電線14d上を負方向に、それぞれガイドレール18、18に沿って摺動する。
なお、可動部材12と第一受動部材13と第二受動部材14の摺動面には、摺動時の摩擦抵抗を大きくするとともに、導電線12d、13d、14dとの接触端子として、突設部12b、13b、14bが設けられており、可動部材12、第一受動部材13、第二受動部材14は、突設部12b、13b、14bを介して、第一摩擦部材150と導電線12d、第二摩擦部材151と導電線13d、第三摩擦部材152と導電線14dとそれぞれ接触している。
さらに、本実施形態による変位記録センサ11では、第一摩擦部材150、第二摩擦部材151、第三摩擦部材152の両端に電圧入力端子+Tinと−Tinがリード線15cを介して設けられるとともに、導電線12d、13d、14dの端部には電圧出力端子Tout、+Tout、−Toutがリード線12c、13c、14cを介して設けられている。
また、可動部材12と第一受動部材13と第二受動部材14上にはそれぞれ位置を示すための指針12a、13a、14aが設けられ、保護ケース17上には変位目盛り20が設けられている。
図5に示すように、電気抵抗値がR0である第一摩擦部材150、電気抵抗値がR1である第二摩擦部材151、電気抵抗値がR2である第三摩擦部材152それぞれの両端に電圧V0を負荷すると、電圧入力端子−Tinと、可動部材12、第一受動部材13、第二受動部材14の電圧出力端子Tout、+Tout、−Toutとの間の電圧値はそれぞれVout、+Vout、−Voutとなる。本実施形態においても、可動部材12、第一受動部材13、第二受動部材14それぞれの電圧値Vout、+Vout、−Voutと初期電圧値との差分を求めれば、測定対象物の現在の変位、正方向の最大変位、負方向の最大変位を精確に検出することができる。
2、12 可動部材
3、13 第一受動部材
4、14 第二受動部材
5 摩擦部材
150 第一摩擦部材
151 第二摩擦部材
152 第三摩擦部材
6、16 ロッド
7、17 保護ケース
8、18 ガイドレール
9、19 ロッド支持部
10、20 変位目盛り
Claims (2)
- 保護ケース内に設置された摩擦部材と、測定対象物の変形に応じて前記摩擦部材上を直線的に摺動する可動部材と、前記可動部材の一方向の動きにのみ連動して前記摩擦部材上を前記一方向に摺動する第一受動部材と、前記可動部材の他方向の動きにのみ連動して前記摩擦部材上を前記他方向に摺動する第二受動部材とを備え、
前記摩擦部材が、導電性を有し、前記可動部材と前記第一受動部材と前記第二可動部材の可動範囲全域にわたって設置され、
前記摩擦部材に電圧入力端子を設けるとともに、前記可動部材と前記第一受動部材と前記第二受動部材に電圧出力端子をそれぞれ設け、前記電圧入力端子と前記各電圧出力端子との間の電圧値によって、前記可動部材と前記第一受動部材と前記第二受動部材それぞれの位置を検出することを特徴とする変位記録センサ。 - 前記可動部材と前記第一受動部材と前記第二受動部材それぞれに位置を示すための指針を設けるとともに、前記保護ケースに変位目盛りを設けることを特徴とする請求項1に記載の変位記録センサ。
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