JP4561500B2 - ワイヤレスひずみ測定システム - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレスひずみ測定システムに関するものである。

特開２００４−１３６８６６号公報（特許文献１）は、集積回路（ＩＣ）トランスポンダおよび圧力トランスデューサを有する空気入りタイヤが開示されている。この特許文献１に記載されているように、トランスポンダは、タイヤの継ぎ当て部材または同様の材料あるいは装置によって、タイヤの内表面に取り付けることができる。チューブの形状に合わせて環状に延びる溝内に収容された環状のアンテナとタイヤ内の車輪ユニットと共通の受信機とを備え、タイヤ圧を監視するシステムである。各車輪ユニットは、信号を送信し電力を受け取るようにタイヤの内周に接して配置され、開放した環状体に埋め込まれて連続的なワイヤループを含むアンテナを有している。

MicroStrain社のEmbedSens wireless sensors（非特許文献１）にはＲＦ電波を用いてひずみ信号を非接触で測定ことが記載されている。

特開２００４−１３６８６６号公報 MicroStrain社 EmbedSens wireless sensorsカタログ

特開２００４−１３６８６６号公報（特許文献１）記載の例では、空気圧の測定に独立したトランスデューサ、トランスポンダを有しており、得られた圧力信号を外部に伝えるために、タイヤ内周にアンテナを独立に這わせている。タイヤ空気圧の変化によるひずみ変化をトランスポンダで測定し、回転中のタイヤから、外部の受信装置まで無線で信号を双方向に送受信しているため無線によるアンテナが必要となる。従って、トランスポンダ、タイヤ、ホイール、アンテナは各々独立した部品で構成されており、自動車に組み込む際に、タイヤをホイールにはめ込むのと同時に、タイヤ内面にアンテナ線とトランスポッダを内在したタイヤとほぼ同じ径を有する環状の装置を接合する必要があり製作工数の増加を引き起こしてしまう。

また、ひずみ測定装置であるトランスポッダとアンテナ線とを環状の装置に埋め込む工数も新たに生じる。また、トランスポッダはひ１本のタイヤあたりに１個装着するため多点の計測となり、アンテナ線も複数本必要となることから装置が大きくなるという問題がある。

一方、MicroStrain社 EmbedSens wireless sensors（非特許文献１）では、ひずみや温度の信号を無線で外部に伝える意味では特許文献１と同じであるが、アンプなどの電子機器を納めたチップのほかに信号を外部に伝えるためのアンテナ線が別途必要となり、被測定物に取り付ける際の工数が増加する。

本発明の目的は、ひずみの検出部、アンプ、信号の送受信機がひとつのチップの上にまとまったものを提供し、樹脂材やゴム材、コンクリートなどの一般産業機器のひずみ変化に起因する疲労寿命の変化を簡便に小さなセンサで測定できるワイヤレスひずみ測定システムを提供することにある。

本発明は、シリコン製のチップの上にひずみセンサ、アンプ、Ａ／Ｄ変換器、通信制御部、整流・検波・変復調回路、アンテナが形成され、前記チップの外部から電磁波を照射して電磁誘導で前記チップ上のアンプなどの電子回路を起動させ、前記ひずみセンサのひずみ量を検出し、ひずみ量を示す信号とチップ固有の認識番号を、電磁波を照射しているチップ外部のリーダへ送信する機能を備えたワイヤレスひずみ測定システムにおいて、前記ひずみを検出できる方向に対して垂直方向のチップの厚さが２００μｍより大きく、前記チップがシリコンの縦弾性係数以下の板状物質に２枚以上ひずみ感度の方向を変えて接合されており、前記チップが接合された板状物質がガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、アラミドなどの有機繊維を有する樹脂材に内在し、樹脂材とともに一体で加圧加熱されて複合材料として形成することに特徴がある。

本発明によれば、建築構造物や複合材で製作された製品、ゴムや樹脂、ロープで製作された製品の疲労残存寿命を知ることができるワイヤレスひずみ測定システムを提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は第１の実施例を備えたＲＦセンサの斜視図である。
図１において、ＲＦセンサ１は、ひずみセンサ、アンプ、Ａ／Ｄ変換器、通信制御部、整流・検波・変復調回路、アンテナがひとつのシリコン製チップの上に形成されている。上記アンプなどの回路を動作させるためにチップ外部からチップに対して電磁波を照射し、電磁誘導によってチップ上のアンプなどの電子回路を起動させる。このＲＦセンサは電子回路を起動させてチップ上のひずみセンサのひずみ量を検出し、ひずみ量を示す信号とチップ固有の認識番号を電磁波を照射しているチップ外部のリーダへ送信する機能を有するセンサである。

ＲＦセンサはシリコンチップ上の抵抗値を測定しているため、ひずみによる抵抗値はチップに対するひずみの方向で異なる。もっともひずみに対する感度が高い方向を図１において２の方向とした場合、チップのサイズは縦方向３が２〜３ｍｍ、横方向４が２〜３ｍｍとなっている。本発明では、チップの高さ５を０．２ｍｍ以上としている。

本発明によれば、脆性的なシリコンチップの曲げおよび引張り強度を、板厚の上昇により上げることができ、従来のＲＦセンサよりも扱いやすいシステムを提供できる。

本発明の第２の実施例を図２で説明する。
図２は第２の実施例を備えたＲＦセンサの斜視図である。
図２において、ＲＦセンサ１のチップ全体がシリコンの縦弾性係数以下の物質６で囲まれている。ＲＦセンサ１を被測定物に貼り付けまたは、埋め込んでひずみを測定しようとした場合、一般的な鋼や軽金属、樹脂などの縦弾性係数は、いずれもＲＦセンサを構成しているシリコンのそれよりも小さい。被測定物の破断ひずみを測定しようとした場合、被測定物が破断する前にシリコンでできたＲＦセンサ１が破断する可能性は高い。

本実施例によれば、高縦弾性係数を有するＲＦセンサ１を、シリコンの縦弾性係数よりも小さい物質６で囲むことで、被測定物のひずみが減衰されてＲＦセンサ１に伝わりＲＦセンサ１の破壊を防ぐことができる。被測定物のひずみを電気抵抗式のひずみゲージなどで測定しながら、そのときのＲＦセンサ１のひずみ信号を測定し、両者の関係をあらかじめ測定することでＲＦセンサ１の出力から被測定物のひずみを知ることができる。

本発明の第３の実施例を図２で説明する。
図３は第３の実施例を備えたＲＦセンサの斜視図である。
図３において、ＲＦセンサ１のチップがチップの１辺とほぼ同じ長さを有する直方体７の３面にシリコンの縦弾性係数以下の物質を介して接合している。そして、図で上面に取り付けられているセンサのひずみ高出力方向８と下面に取り付けられているセンサのひずみ高出力方向１０と右側面に取り付けられているセンサのひずみ高出力方向９と左側面に取り付けられているセンサのひずみ高出力方向１１が同じ方向を向いている。

本実施例によれば、直方体７がひずみ被測定物に埋め込まれて使用される場合に、４つのＲＦセンサのひずみを平均化することで、ＲＦセンサを取り付けていない正面から背面に向かう方向のひずみ成分のみが測定できる。このことは、直方体７が埋め込まれた被測定物の圧縮ひずみを測定する場合に、曲げひずみ成分を除去したひずみ成分として測定できる効果を持つ。

本発明の第４の実施例を図４で説明する。
図４は第４の実施例を備えたＲＦセンサチップが貼り付けられた板の斜視図である。
図４において、ＲＦセンサ１４、ＲＦセンサ１５、ＲＦセンサ１６の３枚のＲＦセンサがシリコンの縦弾性係数以下の板状の物質１７に、ひずみの感度の方向を変えて接合されている。ひずみの高出力方向の向きを互いに４５゜づつ変えておけば、ＲＦセンサ１４のひずみをε'、 ＲＦセンサ１５のひずみをε''、 ＲＦセンサ１６のひずみをε'''、とした場合、板１７を被測定物に取り付けてひずませた場合の主ひずみをε１、ε２とした場合、ε１の方向とＲＦセンサ１５のひずみε''の方向のなす角度θは、次式を満たす。

そして、ε１とε２の間には、次式の関係が成り立つ。

本実施例によれば、被測定物の主ひずみの方向と大きさが、一枚の板１７を取り付けることで容易に測定できる。そして、シリコンよりも弾性係数の小さい板にＲＦセンサがとりつけられているために、被測定物が大変形を生じてもＲＦセンサが破断することはない。被測定物とＲＦセンサとのひずみ感度の違いは、あらかじめ電気抵抗式のひずみゲージなどを取り付けて測定しておくことで校正できる。

本発明の第５の実施例を図５で説明する。
図５はＲＦセンサを取り付けた直方体の斜視図である。
図５において、ＲＦセンサチップ３枚が、互いのひずみの測定方向が４５゜づつ異なって取り付けられた板１８が、板の一辺の長さにほぼ等しいシリコンの縦弾性係数以下の物質でできた直方体２１の上面に、取り付けられている。また、直方体２１の側面にもＲＦセンサチップが３枚互いのひずみの測定方向が４５゜づつ異なって取り付けられた板１９が取り付けられ、また直方体２１の正面にもＲＦセンサチップが３枚互いのひずみの測定方向が４５゜づつ異なって取り付けられた板２０が取り付けられている。

本実施例によれば、多軸ひずみ状態下の被測定物のひずみ成分を実施例４記載の関係式を用いることで各面内の主ひずみ成分が計算できる。そして、シリコンよりも弾性係数の小さい板にＲＦセンサがとりつけられているために、被測定物が大変形を生じてもＲＦセンサが破断することはない。被測定物とＲＦセンサとのひずみ感度の違いは、あらかじめ電気抵抗式のひずみゲージなどを取り付けて測定しておくことで校正できる。ＲＦセンサは図５で９枚取り付けられているが、同様の測定を電気抵抗式のひずみゲージで行った場合、ゲージのリード線が最低でも１８本も必要となり、被測定物が小さい場合は、取り付けることができない。しかし、本発明では、ＲＦ信号による無線でひずみ信号を伝えるために、非常にコンパクトに局所のひずみが測定できる。

本発明の第６の実施例を図を用いて説明する。
図６はＲＦセンサを取り付けた直方体の斜視図である。
図６において、ＲＦセンサチップ３枚が、互いのひずみの測定方向が４５゜づつ異なって取り付けられた板１８が、板の１辺とほぼ同じ長さを有する内寸を有するシリコンの縦弾性係数以下の弾性係数を有する直方体２２の凹部内面下面に、接合されている。また、直方体２２の内面の側面にもＲＦセンサチップ３枚が、互いのひずみの測定方向が４５゜づつ異なって取り付けられた板１９が取り付けられ、また直方体２２の内面の正面にもＲＦセンサチップ３枚が、互いのひずみの測定方向が４５゜づつ異なって取り付けられた板２０が取り付けられている。そして、直方体２２の上部に直方体の各辺に長さが等しい蓋２３が取り付けられる。直方体２２の内部は気体であっても、接着材のような低弾性体で満たされていても良い。

本実施例によれば、多軸ひずみ状態下の被測定物のひずみ成分を実施例４記載の関係式を用いることで各面内の主ひずみ成分が計算できる。そして、シリコンよりも弾性係数の小さい板にＲＦセンサがとりつけられているために、被測定物が大変形を生じてもＲＦセンサが破断することはない。被測定物とＲＦセンサとのひずみ感度の違いは、あらかじめ電気抵抗式のひずみゲージなどを取り付けて測定しておくことで校正できる。ＲＦセンサは図６で９枚取り付けられているが、同様の測定を電気抵抗式のひずみゲージで行った場合、ゲージのリード線が最低でも１８本も必要となり、被測定物が小さい場合は、取り付けることができない。しかし、本発明では、ＲＦ信号による無線でひずみ信号を伝えるために、非常にコンパクトに局所のひずみが測定できる。さらにＲＦセンサが直方体２２で覆われているために、ひずみの被測定物が過酷な環境、たとえば溶液中、衝撃にさらされている場合でも、ＲＦセンサに直接これらの環境が影響することが無いため、安定したひずみ出力が得られる。

本発明の第７の実施例を図７で説明する。
図７はＲＦセンサを含んだ直方体を内在した鉄筋コンクリート柱の斜視図である。

図７において、石灰石、粘土、けい石、鉄原料、石こうで造られたセメント２４に補強のための鉄筋２５がセメントが固化される過程で入っている。本実施例ではこのセメント２４の中に実施例６に記載したＲＦセンサを貼り付けた直方体２２が埋め込まれている。直方体２２は、セメント２４の固化時に鉄筋２５などと一緒に埋め込まれても良いし、セメント２４固化後に、セメント柱に適当な穴を開けて接着材などで埋め込んでも構わない。そして、ＲＦひずみセンサ接合体の少なくともひとつのひずみの感度方向が棒状の鋼の軸方向に一致するように埋設されている。

本実施例のようにＲＦセンサ直方体２２を埋め込むことで、鉄筋に沿ったひずみと、これに垂直なひずみの大きさが明確に分かる。またアルカリ反応を示すセメントの中であっても直方体２２によってＲＦセンサが保護されているために、長期間安定したひずみ出力が得られる。セメントは非導電性であるためＲＦ電波信号は容易にセメント中から取りだせる。

本発明の第８の実施例を図８と図９で説明する。
図８は鉄筋コンクリートで製作された架橋および、劣化診断を行う検査車の斜視図である。図９は本実施例による構成部材の初期ひずみから変化量と疲労残存寿命の関係を示すグラフ図である。
図８において、車輌が通るガイドウェイ２６は架柱２７によって支えられている。架柱２７の中には、実施例７で説明したＲＦセンサが埋め込まれたコンクリート柱２４が含まれている。ＲＦセンサを内在した直方体２２は、あらかじめ架柱２７を製作する際に敷設されていても良いし、架柱２７の製作後に適当な穴を加工して接着材などで埋め込んでも良い。架柱２７の製作直後にＲＦセンサにＲＦ電波を送信し、センサのアンプを起動させてセンサ固有の番号とひずみ値を検査車１９に搭載された読み取りリーダ２８によって各ＲＦひずみセンサのひずみ初期値が測定され、定期的に前記リーダ２８によって初期ひずみからのひずみ変化量が測定される。図９に示したように、疲労強度実験を行うことで作成したひずみの初期値からの変化量とコンクリートの破壊までの疲労残存寿命と対比させることで建築構造物の疲労残存寿命を検査できる。

本実施例によれば、架橋で最も重要な荷重支持部材である架柱２７の疲労残存寿命を、常時ひずみをモニタリングすることなく、定期的にリーダ２８を搭載した検査車２９でＲＦセンサユニット群をスキャンすることで、容易に推定できる。

本発明の第９の実施例を図１０で説明する。
図１０は鉄筋コンクリート柱で構成されたビルディングの斜視図と劣化診断のフローチャートを示す図である。
図１０において、ビルディング３０の主構造部材には鉄筋コンクリート２４が使用されている。そして、その内部にはＲＦセンサ複数を内在した直方体２０が埋め込まれている。直方体２０は鉄筋に沿って鉛直方向に所定間隔を持って埋め込まれている。そして、ＲＦセンサのひとつがそのひずみの出力最大方向を鉄筋２５に沿うように埋設してある。

本実施例の作用を説明すると、ビルディング３０製作直後の各ＲＦセンサのひずみ値を図８に示したような検査車輌２９に搭載されたリーダ２８などでスキャンし、初期データとして蓄積しておく。そして、定期的にリーダ２８によって初期ひずみからのひずみ変化量を測定し、実施例８で説明した図９に示す疲労強度実験を行うことで作成したひずみの初期値からの変化量と該コンクリートの破壊までの疲労残存寿命との関係図と対比させてビルディングの疲労残存寿命を検査できる。

これをフロー図で説明すると、本実施例では例えば図１０のビルディング３０のように建築時（製作時）にあらかじめひずみを検出してデータを蓄積しておくスッテプと、蓄積されたデータに基づき、ビルディング完成後の検査でひずみを検出するステップと、建築時の初期値と検査時の値との変化量を検出するステップと、変化分が許容範囲であるかを検出ステップと、許容範囲の合否によって補強または改築を行うステップとからなる。

以上ごとく、ビルディングで最も重要な鉄筋コンクリート製主柱２４の疲労残存寿命を、常時ひずみをモニタリングすることなく、定期的にリーダ２８を搭載した検査車２９でＲＦセンサユニット群をスキャンすることで、容易に推定できる。検査の結果、残存寿命が十分でないと判断された際には、柱の部分的な補強あるいは改築を行う。

本発明の第１０の実施例を図１１〜１３で説明する。
図１１は航空機の斜視図である。
図１２は複合材料の斜視図である。
図１３は航空機主翼の断面図である。
図１１において、主翼３１は炭素繊維や有機繊維やガラス繊維で強化された複合材料またはアルミ合金で製作されている。本実施例では、主翼３１の長手方向にＲＦセンサ１が複数個配置されている。ＲＦセンサ１は主翼３１の外表面または内表面にエポキシ接着材などを介して接合されている。そして、ＲＦセンサ１のひずみの最大出力方向が主翼３１の長手方向を向いている。

主翼３１は航空機の運行中各種空気圧力やエンジンからの振動で、主翼３１の長手方向に対して垂直方向に変形する。ＲＦセンサ１のひずみ測定方向を、主翼３１の長手方向に向けておくことで、最も主翼３１の変形に対して感度の高い測定ができる。

本実施例の主翼３１を構成している複合材料は図１２に示すように、複合材料は炭素繊維や有機繊維やガラス繊維を含んだエポキシ樹脂の半硬化したプリプレグ３２を積層することで構成される。本実施例では、このプリプレグ３２の積層工程中に実施例４に記載したＲＦセンサ１４、１５、１６を取り付けた板１７を挟みこんで一体成型する。その際、強化繊維の方向とＲＦセンサ１４のひずみ感度最大方向を一致させるように埋設する。主翼３１が複合材料で製作される場合は、このようにプリプレグ３２の中に埋め込んでも良い。

本実施例の作用を図１３で説明すると、リーダ２８を有する検査治具３３で挟むように位置決めしながらスキャンする。図１３はＲＦセンサ１を主翼３１の内面に取り付けた例で示してある。リーダ２８でスキャンされたひずみデータは初期データとして蓄積しておく。そして、定期的にリーダ２８によって初期ひずみからのひずみ変化量を測定し、実施例８に記載したような図９に示す疲労強度実験を行うことで作成したひずみの初期値からの変化量と該主翼構成部材の破壊までの疲労残存寿命との関係図と対比させることで、主翼３１の疲労残存寿命を検査できる。

本実施例によれば、航空機で最も重要な主翼３１の疲労残存寿命を、常時ひずみをモニタリングすることなく、定期的にリーダ２８を搭載した検査治具３３でＲＦセンサユニット群をスキャンすることで、容易に推定できる。検査の結果、残存寿命が十分でないと判断された際には、主翼３１の部分的な補強あるいは交換を行う。

本発明の第１１の実施例を図１４で説明する。
図１４はエスカレータの側面図である。
図１４において、エスカレータ基礎部３４の上にステップ３５、ハンドレール３６が構成されている。ハンドレール３６はゴムの多層構造となっており、本発明ではゴムの多層構造内に接着材を介してＲＦセンサを取り付けた板１７を埋設している。そして、板１７に取り付けられたＲＦセンサのひとつがハンドレール３６の長手方向と同じくしてある。また、ＲＦセンサを取り付けた板１７はハンドレール３６の長手方向に沿って複数個埋設されている。基礎部３４には、ハンドレール３６に対向するＲＦセンサのリーダ２８が設けられている。

本実施例は次のように作用する。エスカレータ設置直後のハンドレール３６の長手方向ひずみを、ハンドレール３６を適当な速さで駆動させながら、最低１周リーダ２８によってスキャンする。リーダ２８でスキャンされたひずみデータは初期データとして蓄積しておく。そして、常時あるいは定期的に該リーダ２８によって初期ひずみからのひずみ変化量を測定し、実施例８に記載したような図９に示す疲労強度実験を行うことで作成したひずみの初期値からの変化量とハンドレール構成部材の破壊までの疲労残存寿命との関係図と対比させることで、ハンドレール３６の疲労残存寿命を検査できる。

このような検査を通常の電気抵抗式ひずみゲージを埋め込むことで行おうとした場合、ゲージからのリード線束が多数となるため、計測が非常に困難になる。また、回転中のハンドレールと一緒にリード線が一緒に動くことになり、リード線破断などの不具合を生じる。

本実施例によれば、エスカレータで最も交換頻度の高いハンドレール３６の疲労残存寿命を常時あるいは定期的にリーダ２８でＲＦセンサユニット群をスキャンすることで、容易に推定できる。検査の結果、残存寿命が十分でないと判断された際には、ハンドレール３６の部分的な補強あるいは交換を行う。

本発明の第１２の実施例を図１５、１６で説明する。
図１５はパワーショベルカーの側面図である。
図１６は履帯を側面から見た断面図である。
図１５において、パワーショベルカー３７の移動には履帯３８が一般に使用される。本実施例では、この履帯３８が１種類または複数種のゴムや樹脂の積層体で製作され、この積層体の間にＲＦセンサを取り付けた板１７が埋設されている。センサ群は履帯３８の長手方向、幅方向に適当な間隔をもって埋め込まれる。そして、板１７に取り付けられたＲＦセンサの少なくともひとつのひずみの感度方向が積層体の最も長い辺、履帯３８の長手方向を向いている。履帯３８を駆動するためのモータなどが納められているシャシ４１には、履帯３８に埋め込まれたＲＦセンサを貼り付けた板１７に対向する形で、ＲＦセンサのリーダ２８が固定されている。

図１６において、履帯３８は鉄製針金などの強化材の入った中間層４０を挟み込むように表層の樹脂層３９が張合わされている。ＲＦセンサの貼り付けられた板１７は中間層４０に埋設されている。

本実施例は次のように作用する。パワーショベル３７に履帯３８を取り付けた直後の履帯３８の長手方向ひずみを履帯３８を適当な速さで駆動させながら最低１周リーダ２８によってスキャンする。リーダ２８でスキャンされたひずみデータは初期データとして蓄積しておく。そして、常時あるいは定期的にリーダ２８によって初期ひずみからのひずみ変化量を測定し、実施例８に記載したような図９に示す疲労強度実験を行うことで作成したひずみの初期値からの変化量と該履帯３８構成部材の破壊までの疲労残存寿命との関係図と対比させることで、該履帯３８の疲労残存寿命を検査できる。このような検査を通常の電気抵抗式ひずみゲージを埋め込むことで行おうとした場合、ゲージからのリード線束が多数となるため、計測が非常に困難になる。また、回転中の履帯と一緒にリード線が一緒に動くことになりリード線破断などの不具合を生じる。

本実施例によれば、パワーショベルなどの履帯を有する産業機器の履帯３８の疲労残存寿命を、常時あるいは、定期的にリーダ２８でＲＦセンサユニット群をスキャンすることで、容易に推定できる。検査の結果、残存寿命が十分でないと判断された際には、履帯３８の部分的な補強あるいは交換を行う。センサが履帯中に埋設されているため、表面の損傷、環境の影響を受けにくい安定したひずみ測定が可能となる。

本発明の第１３の実施例を図１７、１８、１９で説明する。
図１７はエレベータユニットの斜視図である。
図１８はエレベータロープの断面図である。
図１９はエレベータロープの被覆の磨耗量とロープのひずみの関係図である。

図において、エレベータかご４２は複数のロープ４３を介してカウンタウェイト４４と複数のプーリ４５によって懸架されている。かご４２の駆動にはギアモータユニット４６が使用されている。本実施例では、ロープ４３の中にＲＦセンサ１をシリコンの縦弾性係数よりも小さい部材で封止した実施例２から実施例６までに記載した直方体２２あるいは板１７が埋設されている。そして、直方体２２あるいは板１７に取り付けられたＲＦセンサの少なくともひとつのひずみの感度方向がロープ４３の長手方向を向いている。また、ロープ４３に埋め込まれたＲＦセンサからのひずみ信号を送受信するためのリーダ２８が、プーリ４５などのそばに固定されている。

図１８において、ロープ４３の表層部には摩擦係数を安定化させる目的と、使用中の磨耗を防ぐ目的で樹脂層４７が設けられている。その内側には細い鋼製ワイヤを複数本より合わせたストランド４８、さらに中心には油脂類を含んだ麻縄４９が設けられている。本発明では、ＲＦセンサ１をシリコンの縦弾性係数よりも小さい部材で封止した実施例２から実施例６までに記載した直方体２２あるいは板１７が、樹脂層４７に埋設されている。埋設はロープ４３の製造時でも良いし、製造後にロープ４３の表面に適当な穴を加工して接着材とともに埋め込んでも良い。このとき、ＲＦセンサの少なくともひとつのひずみの感度の方向がロープ４３の長手方向を向くように埋め込む。そして該センサユニット１７，２２はロープ４３断面の周方向に埋め込むほかロープ４３の長手方向にも適当な間隔をもって埋め込む。

本実施例は次のように作用する。ロープ４３をエレベータかご４２に組み付けた状態で、かご４２には無人または一定の質量を有する錘を載せて、かご４２をギアモータユニット４６で駆動させながら上下させ、ロープ４３の長手方向のひずみをリーダ２８によってスキャンする。リーダ２８でスキャンされたひずみデータは初期データとして蓄積しておく。そして、常時あるいは定期的に該リーダ２８によって初期ひずみからのひずみ変化量を測定し、図１９に示すロープの摺動試験を行うことで得られるＲＦセンサのひずみの初期値からの変化量と該ロープ４３の表層部の樹脂層４７磨耗量との関係図と対比させることで、該ロープ４３の樹脂被覆層の磨耗量を検査できる。

このような検査を通常の電気抵抗式ひずみゲージを埋め込むことで行おうとした場合、ゲージからのリード線束が多数となるため計測が非常に困難になる。また、回転中のロープと一緒にリード線が一緒に動くことになり、リード線破断などの不具合を生じる。

本実施例によれば、エレベータなどのロープを有する産業機器のロープ４３の被覆の磨耗量を、常時あるいは、定期的にリーダ２８でＲＦセンサユニット群をスキャンすることで、容易に推定できる。検査の結果、磨耗量が一定値を超えた場合には、樹脂４７の部分的な補修あるいはロープの交換を行う。また、センサがロープ中に埋設されているため、表面の損傷、環境の影響を受けにくい安定したひずみ測定が可能となる。

ＲＦセンサの斜視図である。 ＲＦセンサの斜視図である。 ＲＦセンサの斜視図である。 ＲＦセンサチップが貼り付けられた板の斜視図である。 ＲＦセンサを取り付けた直方体の斜視図である。 ＲＦセンサを取り付けた直方体の斜視図である。 ＲＦセンサを含んだ直方体を内在した鉄筋コンクリート柱の斜視図である。 鉄筋コンクリートで製作された架橋および、劣化診断を行う検査車の斜視図である。 ＲＦセンサを埋め込んだ構成部材のひずみの初期値からのひずみ変化量と疲労残存寿命との関係図である。 航空機の斜視図である。 複合材料の斜視図である。 主翼を構成している複合材料の斜視図である。 ＲＦセンサのリーダを有する検査治具の断面図である。 エスカレータの側面図である。 パワーショベルカーの側面図である。 履帯の側面から見た断面図である。 エレベータユニットの斜視図である。 エレベータロープの断面図である。 エレベータロープの被覆の磨耗量とロープのひずみの関係図である。

符号の説明

１…ＲＦセンサ、２…ひずみ高出力方向、５…高さ、６…低弾性体、７…低弾性体で製作された直方体、１７…低弾性体で製作された板、２２…低弾性体で製作され内部にＲＦセンサを有する直方体、２４…ＲＦセンサを内在する鉄筋コンクリート、２８…ＲＦセンサのリーダ、３２…複合材料を構成するプリプレグ、３３…ＲＦセンサのリーダを有する検査治具、３６…ハンドレール、３８…履帯、４３…ロープ。

Claims (1)

1. シリコン製のチップの上にひずみセンサ、アンプ、Ａ／Ｄ変換器、通信制御部、整流・検波・変復調回路、アンテナが形成され、前記チップの外部から電磁波を照射して電磁誘導で前記チップ上のアンプなどの電子回路を起動させ、前記ひずみセンサのひずみ量を検出し、ひずみ量を示す信号とチップ固有の認識番号を、電磁波を照射しているチップ外部のリーダへ送信する機能を備えたワイヤレスひずみ測定システムにおいて、
   前記ひずみを検出できる方向に対して垂直方向のチップの厚さが２００μｍより大きく、前記チップがシリコンの縦弾性係数以下の板状物質に２枚以上ひずみ感度の方向を変えて接合されており、
   前記チップが接合された板状物質がガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、アラミドなどの有機繊維を有する樹脂材に内在し、樹脂材とともに一体で加圧加熱されて複合材料として形成されることを特徴とするワイヤレスひずみ測定システム。

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