JP4746782B2 - 応力の測定方法および応力測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既に構築された構造物を構成している鋼材にどの程度の応力が作用しているかを現場において測定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、橋梁等の構造物を構成している鋼材について、その鋼材にどの程度の内在応力が作用しているかを定量的に測定することは、該構造物の安全性を評価するうえで必要なことである。
【０００３】
内在応力を測定する方法のひとつに磁歪応力測定方法が挙げられる。磁歪応力測定方法は、例えば特開平5-231961号公報に開示されているように、強磁性体である鋼材に荷重が作用すると磁化特性に異方向性が生じる（荷重の作用方向に磁化されやすくなり、荷重の作用方向に垂直な方向に磁化されにくくなる）という現象を利用し、両方向の磁化特性の差を磁歪センサによって検出して、鋼材に作用する内在応力の方向とその大きさとを測定するというものである。
【０００４】
上記のような磁歪応力測定方法を高精度に実施するためには、鋼材の応力感度を可能な限り正確に承知しておくことが重要であるが、実際に構築された構造物、つまり実構造物の鋼材については応力感度が未知である。そこで従来は、鋼材の一部を実構造物から切除しこれを試料として実験室で応力感度を測定し、その結果を実構造物の鋼材の応力感度としたり、類似の鋼材を用いて応力感度を推測したりする手法が採られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実構造物の一部を切除するということは実構造物の強度を低下させるということであり、その実施は極力避けられるべきであるのは当然である。しかも、実構造物から切除することによって鋼材の内在応力が変化してしまう可能性が高く、正確な応力を知ることは不可能である。
また、応力感度は鋼材の材質や表面の塗装の状態等によってかなり差が生じる場合があるため、類似の鋼材を用いても正確な応力を知ることは不可能である。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、実構造物を構成する鋼材に作用している内在応力をより正確に測定することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の応力の測定方法および測定装置を採用する。すなわち本発明に係る応力の測定方法は、内在応力測定対象の鋼材に、該鋼材に生じる応力を検出する応力検出器を設置し、磁歪センサと前記鋼材との間隔を段階的に変化させながら、各段階において前記磁歪センサの出力電圧を測定するとともに前記鋼材に生じる応力を前記応力検出器によって測定し、前記出力電圧と前記応力とに基づいて前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、試料毎にあらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンであって、前記磁歪センサと前記試料との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における前記磁歪センサの出力電圧を前記試料に生じる応力で除した前記磁歪センサの応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前試料材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記試料との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を示す点を求め、これらの点を曲線近似または曲線補間して得られるモデルパターンの中から、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に最も類似するひとつを選択し、選択した前記モデルパターンに基づいて前記鋼材に作用する内在応力を測定することを特徴とする。
【０００９】
また上述の応力の測定方法において、前記鋼材に表面処理層が形成されている場合に、少なくとも前記応力検出器を配置する箇所の塗膜を除去することを特徴とする。
【００１０】
また本発明に係る応力の測定方法は、内在応力測定対象の鋼材に、該鋼材に生じる応力を検出する応力検出器を設置し、磁歪センサと前記鋼材との間隔を段階的に変化させながら、各段階において前記磁歪センサの出力電圧を測定するとともに前記鋼材に生じる応力を前記応力検出器によって測定し、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、さらに、前記鋼材に作用する内在応力に対応する励磁電圧および励磁電流から、前記鋼材に作用する内在応力に対応するインピーダンス値を算出し、当該インピーダンス値を、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に適用して、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度を求め、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの出力電圧を、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度で除して、前記鋼材に作用する内在応力を測定することを特徴とする。
【００１２】
また上述の応力の測定方法において、前記鋼材に表面処理層が形成されている場合に、少なくとも前記応力検出器を配置する箇所の塗膜を除去することを特徴とする。
【００１３】
また本発明に係る応力測定装置は、内在応力測定対象の鋼材に生じる応力を検出する磁歪センサと、前記鋼材に生じる応力を検出する応力検出器と、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、試料毎にあらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンであって、前記磁歪センサと前記試料との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における前記磁歪センサの出力電圧を前記試料に生じる応力で除した前記磁歪センサの応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記試料との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記試料との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を示す点を求め、これらの点を曲線近似または曲線補間して得られるモデルパターンの中から、前記内在応力測定対象の鋼材について、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から求まる、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に最も類似するひとつを選択し、選択した前記モデルパターンに基づいて前記鋼材に作用する内在応力を測定する第１の演算部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また上述の応力測定装置において、前記応力検出器に、前記鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器とを備える応力センサを採用することを特徴とする。
【００１５】
また本発明に係る応力測定装置は、内在応力測定対象の鋼材に生じる応力を検出する磁歪センサと、前記鋼材に生じる応力を検出する応力検出器と、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、さらに、前記鋼材に作用する内在応力に対応する励磁電圧および励磁電流から、前記鋼材に作用する内在応力に対応するインピーダンス値を算出し、当該インピーダンス値を、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に適用して、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度を求め、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの出力電圧を、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度で除して、前記鋼材に作用する内在応力を測定する第２の演算部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また上述の応力測定装置において、前記応力検出器に、前記鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器とを備える応力センサを採用することを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、鋼材に対する実測定によって得られた情報をもとに、あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中から、実際に取得したインピーダンスと応力感度との関係に最も類似する較正曲線を選択することにより、鋼材の応力感度を把握することが可能となる。
【００１８】
本発明においては、応力を検出する応力検出器を鋼材に設置することにより、実際に構造物を構成している鋼材を切り出す必要がなく、現場においてそのままの状態の鋼材に対して実施できるので、鋼材を切除して実構造物の強度低下を招くことがなく、測定の精度も類似の試料を使う従来に比べて格段に向上する。
【００１９】
本発明においては、応力検出器を配置する箇所の塗膜を除去することにより、応力検出器による測定の精度が向上する。なお、塗膜が非常に厚く、磁歪センサによるリフトオフを必要な範囲で確保できない場合は、磁歪センサを配置する個所の塗膜も除去することが望ましい。
【００２０】
本発明においては、鋼材に対する実測定によって得られた情報をもとに、インピーダンスと応力感度との関係を示す真の較正曲線を構成することにより、鋼材の応力感度を把握することが可能となる。
【００２１】
本発明においては、応力検出器に、鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器とを備える応力センサを採用することにより、塗膜を一切剥がすことなく応力測定を行うことが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る応力の測定方法および応力測定装置の第１の実施形態を図１ないし図４に示して説明する。
図１には本発明に係る応力測定装置を示しており、符号１は磁歪センサ、２は歪みゲージ３を用いた応力検出器、４は情報解析用のコンピュータ、である。また、符号Ｓは既に構築された橋梁の一部を構成している鋼材である。
【００２３】
磁歪センサ１、応力検出器２はいずれも鋼材Ｓに隣接して配置されている。磁歪センサ１は、鋼材Ｓとの間にプラスチック等の非磁性材を挟むことで鋼材Ｓとの間隔（これを"リフトオフ"という）を段階的に変化させることができるように支持されており、鋼材Ｓに生じる応力を検出するようになっている。また、応力検出器２は塗膜Ｐの一部を除去したうえで鋼材Ｓの表面に直に貼り付けられており、鋼材Ｓに生じる応力（橋梁上を車両等が走行することによって一時的に引き起こされる応力）を検出するようになっている。
【００２４】
磁歪センサ１、応力検出器２はコンピュータ４に接続されている。コンピュータ４には、磁歪センサ１の出力電圧と応力検出器２によって検出される応力とに基づいて磁歪センサ１の応力感度とインピーダンスとの関係を求め、あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中から磁歪センサ１の応力感度とインピーダンスとの関係に類似するひとつを選択し、選択したモデルパターンに基づいて鋼材Ｓに作用する内在応力を測定する第１の演算部５が設けられている。
【００２５】
次に、上記のような構成の応力測定装置を用いて行う応力測定方法について説明する。
まず、鋼材Ｓに対し磁歪センサ１と応力検出器２とを配置する。そして、磁歪センサ１と鋼材Ｓの表面との間隔（リフトオフ；塗膜の厚さを含む）を段階的に変化させながら、各段階において磁歪センサ１の出力電圧を測定するとともに鋼材Ｓに生じる応力を測定する。
【００２６】
第１の演算部５では、磁歪センサ１および応力検出器２によって得られた情報をもとに、まず、リフトオフの各段階における応力と出力電圧との関係を求める。図２はリフトオフを０．２５mm(○)、０．３０mm(▲)、０．７０mm(■)の３段階に変化させたときの応力(ＭＰａ)と出力電圧(ｍＶ)との関係を示すグラフである。なお、塗膜Ｐの膜厚は０．２mmとする。
【００２７】
次に、応力と出力電圧との関係から、リフトオフの各段階におけるリフトオフと応力感度との関係、およびリフトオフとインピーダンスとの関係を求める。図３はこれらの関係を示すグラフである。なお、ここでいう応力感度とは、出力電圧を応力で除した値であり、インピーダンスとは、励磁電圧を磁歪センサ１に流した励磁電流で除した値である。
【００２８】
次に、リフトオフと応力感度との関係、およびリフトオフとインピーダンスとの関係から、リフトオフの各段階におけるインピーダンスと応力感度との関係を求める。図４はこれらの関係を示すグラフである。
【００２９】
次に、上記のようにして得られたインピーダンスと応力感度との関係を、あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンと比較し、その中からインピーダンスと応力感度との関係に類似するものをひとつ選択する。ここでいうモデルパターンとは、複数の試料を用いて実験的に得られたインピーダンスと応力感度との関係を示す曲線（キャリブレーションカーブ；較正曲線）であり、図４のグラフでいえば、(I)、(II)、(III)の各曲線にあたる。これらの曲線の中から、応力測定装置によって実際に取得したインピーダンスと応力感度との関係に最も類似するものを選ぶのである（図４のグラフからすると曲線(II)を選択するのが望ましい）。
【００３０】
鋼材Ｓにとって最適なキャリブレーションカーブを選択したら、これをもとに鋼材Ｓに作用する内在応力を測定する。
磁歪センサ１に通電すると内在応力に対応する電圧が出力される。そこで、このときの磁歪センサ１への励磁電流および励磁電圧（Ｖ）からインピーダンス値Ｚを算出し、さらに図４のキャリブレーションカーブ(II)をもとにこのインピーダンス値に対応する応力感度（Ｍ）を決定する。ここで、内在応力は磁歪センサ１の出力電圧を応力感度で除した値として得られるから、鋼材Ｓに作用する内在応力は、磁歪センサ１の出力電圧をキャリブレーションカーブ(II)により決定される応力感度で除した値（Ｖ／Ｍ）ということになる。
【００３１】
上記の応力測定方法においては、鋼材Ｓに対する実測定によって得られた情報（磁歪センサ１の出力電圧および鋼材Ｓに生じる応力）をもとに、あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中から、実際に取得したインピーダンスと応力感度との関係に最も類似するキャリブレーションカーブを選択することにより、鋼材Ｓの応力感度を把握することが可能となる。これにより、鋼材Ｓに作用する内在応力を正確に測定することができる。
【００３２】
また、上記の測定作業は、実際に構造物を構成している鋼材を切り出すのではなく、現場においてそのままの状態の鋼材Ｓに対して実施されるので、鋼材の切除による実構造物の強度低下を招くことがない。しかも、測定の精度も類似の試料を使う従来に比べて格段に向上する。
【００３３】
さらに、応力検出器２を配置する箇所の塗膜Ｐを除去することにより、歪みゲージ２による測定の精度を向上させることができ、これによって応力の測定精度が向上する。
【００３４】
本実施形態においては、磁歪センサ１を配設する個所については塗膜Ｐを除去することなく測定を実施する場合について説明したが、塗膜Ｐが非常に厚く、磁歪センサ１による測定が十分に行えない場合は、磁歪センサ１を配設する箇所についても塗膜Ｐを除去することが望ましい。
【００３５】
次に、本発明に係る第２の実施形態を図５に示して説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態における応力測定装置が第１の実施形態と異なるのは、応力検出器として、図５に示すように、鋼材Ｓの被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、これら固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器１２とを備える応力センサ１０を採用した点である。
【００３６】
変位検出器１２は、例えば左右１対の弾性変形が可能な脚部１２ａ、１２ｂと、その中央部にあって脚部１２ａ，１２ｂ間に生じる歪みを検出する歪み検出手段１１とを有している。一方の脚部１２ａの下端部には、外向きすなわち対向する脚部１２ｂとは反対側に突出する外向き突出部１２ｃが、脚部１２ａと一体的に突設されている。同様に、他方の脚部１２ｂの下端部には、外向きすなわち対向する脚部１２ａとは反対側に突出する外向き突出部１２ｄが、脚部１２ｂと一体的に突設されている。
【００３７】
脚部１２ａの、脚部１２ｂに対向する側には、脚部１２ａが被測定体の表面上から浮上がることのないように鋼材Ｓ表面の被測定箇所に吸着する浮上がり防止マグネット１３が装着されている。また、脚部１２ｂの、脚部１２ａに対向する側には、脚部１２ｂが被測定体の表面上から浮上がることのないように鋼材Ｓ表面の被測定箇所に吸着する浮上がり防止マグネット１４が装着されている。
【００３８】
脚部１２ａの下端面からは、脚部１２ｂの下端面に至るまで上側スライドプレート１５が延設されている。また、脚部１２ｂの下端面からは、上側スライドプレート１５の下面側を経て脚部１２ａの下端面に至るまで下側スライドプレート１６が延設されている。これにより、変位検出器１２の脚部１２ａの下端部と脚部１２ｂの下端部との間の間隔は、固定用マグネット１７，１８間の間隔の変動あるいは変位に応じて変動するようになっている。
【００３９】
脚部１２ａと固定用マグネット１７とは、脚部１２ａの外向き突出部１２ｃの上面部と固定用マグネット１７の上面部との間に跨がって固着された蝶番１９を介して、相互に揺動可能に連結されている。同様に、脚部１２ｂと固定用マグネット１８とは、脚部１２ｂの外向き突出部１２ｄの上面部と固定用マグネット１８の上面部との間に跨がって固着された蝶番２０を介して、相互に揺動可能に連結されている。
【００４０】
複数の固定用マグネットのうちの少なくとも１つ、例えば一対の固定用マグネット１７，１８の両方には、固定用スパイクピン２３，２４が併設されている。すなわち、図示のように固定用マグネット１７には、鋼材Ｓに対する固定用マグネット１７の固定作用を補う固定用スパイクピン２３が併設され、固定用マグネット１８には、鋼材Ｓに対する固定用マグネット１８の固定作用を補う固定用スパイクピン２４が併設されている。
【００４１】
上記のように構成された応力センサにおいては、固定用マグネット１７が立脚した箇所と固定用マグネット１８が立脚した箇所との間に生じる歪みを歪み検出手段１１で検出することによって上記第１の実施形態における応力検出器と同様に、鋼材Ｓに生じる応力を測定することが可能である。
【００４２】
しかもこの応力センサ１０は固定用マグネット１７，１８により鋼材Ｓ表面に固定されるため、塗膜Ｐの上からでも簡易に取付けることが可能である。したがって、鋼材Ｓの塗膜を一切剥がすことなく応力測定を行うことができる。
【００４３】
次に、本発明に係る第３の実施形態を図６に示して説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態における応力の測定方法が上記第１の実施形態と異なるのは、第１の演算部５に換えて、磁歪センサ１の出力電圧と応力検出器２によって検出される動的応力とに基づいて磁歪センサ１の応力感度とインピーダンスとの関係を求め、さらにその関係に基づいて鋼材Ｓに作用する内在応力を測定する第２の演算部を採用した点である。
【００４４】
第２の演算部を備える応力測定装置を用いて行う応力測定方法について説明する。
第２の演算部では、磁歪センサ１および応力検出器２によって得られた情報をもとに、まず、リフトオフの各段階における応力と出力電圧との関係を求める。このとき、第１の実施形態よりもリフトオフをより小さいオーダで変化させて多数のリフトオフ・ポイントにおける応力と出力電圧との関係を求める。
【００４５】
次に、応力と出力電圧との関係から、リフトオフの各段階におけるリフトオフと応力感度との関係、およびリフトオフとインピーダンスとの関係を求め、さらにリフトオフの各段階におけるインピーダンスと応力感度との関係を求める。図６はこれらの関係を示すグラフである。リフトオフのポイントを多数設けて測定を行ったことにより、図６のグラフには各リフトオフ・ポイントにおけるインピーダンスと応力感度との関係を示す点がプロットされる。そこで、これらの点を滑らかな曲線で繋ぎ、これを鋼材Ｓにとって最適なキャリブレーションカーブとする。
【００４６】
最適なキャリブレーションカーブが得られたら、これをもとに鋼材Ｓに作用する内在応力を測定する。後に続く演算の手法は第１の実施形態と同じである。
【００４７】
本実施形態の場合、キャリブレーションカーブをモデルパターンの中から選択するのではなく、自らの測定結果から最適なキャリブレーションカーブを作成するので、測定精度のさらなる向上が期待できる。
【００４８】
なお、本実施形態において説明した応力の測定方法は、第１の実施形態に示した歪みゲージ２を採用した応力測定装置によっても、第２の実施形態に示した応力センサ１０を採用した応力測定装置によっても実施可能であることはいうまでもない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋼材に対する実測定によって得られた情報をもとに、あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中から、実際に取得したインピーダンスと応力感度との関係に最も類似する較正曲線を選択することにより、鋼材の応力感度を把握することが可能となる。これにより、鋼材に作用する内在応力を正確に測定することができる。
【００５０】
本発明によれば、応力を検出する応力検出器を鋼材に設置することにより、実際に構造物を構成している鋼材を切り出す必要がなく、現場においてそのままの状態の鋼材に対して実施できるので、鋼材を切除して実構造物の強度低下を招くことがなく、測定の精度も類似の試料を使う従来に比べて格段に向上する。これにより、簡易に応力感度の較正を行って鋼材に作用している内在応力をより正確に測定することができる。
【００５１】
本発明によれば、応力検出器を配置する箇所の塗膜を除去することにより、応力検出器による測定の精度が向上するので、より正確に応力感度の較正を行うことができ、ひいては鋼材に作用している内在応力をより正確に測定することができる。
【００５２】
本発明によれば、鋼材に対する実測定によって得られた情報をもとに、インピーダンスと応力感度との関係を示す真の較正曲線を構成することにより、鋼材の応力感度を把握することが可能となる。これにより、鋼材に作用する内在応力を正確に測定することができる。
【００５３】
本発明においては、応力検出器に、鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器とを備える応力センサを採用することにより、塗膜を一切剥がすことなく応力測定を行うことができる。つまり、実構造物に外的な変化を生じさせることなく応力測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る第１の実施形態における応力測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】 リフトオフの各段階における応力と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図３】 リフトオフの各段階におけるリフトオフと応力感度との関係、およびリフトオフとインピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図４】 リフトオフの各段階におけるインピーダンスと応力感度との関係を示すグラフである。
【図５】 本発明に係る第２の実施形態において、応力検出器として採用された応力センサの構造を示す平面図（ａ）、および側面図（ｂ）である。
【図６】 本発明に係る第３の実施形態におけるリフトオフの各段階におけるインピーダンスと応力感度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 磁歪センサ
２ 応力検出器
３ 歪みゲージ
４ コンピュータ
Ｓ 鋼材
【発明の属する技術分野】
本発明は、既に構築された構造物を構成している鋼材にどの程度の応力が作用しているかを現場において測定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、橋梁等の構造物を構成している鋼材について、その鋼材にどの程度の内在応力が作用しているかを定量的に測定することは、該構造物の安全性を評価するうえで必要なことである。
【０００３】
内在応力を測定する方法のひとつに磁歪応力測定方法が挙げられる。磁歪応力測定方法は、例えば特開平5-231961号公報に開示されているように、強磁性体である鋼材に荷重が作用すると磁化特性に異方向性が生じる（荷重の作用方向に磁化されやすくなり、荷重の作用方向に垂直な方向に磁化されにくくなる）という現象を利用し、両方向の磁化特性の差を磁歪センサによって検出して、鋼材に作用する内在応力の方向とその大きさとを測定するというものである。
【０００４】
上記のような磁歪応力測定方法を高精度に実施するためには、鋼材の応力感度を可能な限り正確に承知しておくことが重要であるが、実際に構築された構造物、つまり実構造物の鋼材については応力感度が未知である。そこで従来は、鋼材の一部を実構造物から切除しこれを試料として実験室で応力感度を測定し、その結果を実構造物の鋼材の応力感度としたり、類似の鋼材を用いて応力感度を推測したりする手法が採られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実構造物の一部を切除するということは実構造物の強度を低下させるということであり、その実施は極力避けられるべきであるのは当然である。しかも、実構造物から切除することによって鋼材の内在応力が変化してしまう可能性が高く、正確な応力を知ることは不可能である。
また、応力感度は鋼材の材質や表面の塗装の状態等によってかなり差が生じる場合があるため、類似の鋼材を用いても正確な応力を知ることは不可能である。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、実構造物を構成する鋼材に作用している内在応力をより正確に測定することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の応力の測定方法および測定装置を採用する。すなわち本発明に係る応力の測定方法は、内在応力測定対象の鋼材に、該鋼材に生じる応力を検出する応力検出器を設置し、磁歪センサと前記鋼材との間隔を段階的に変化させながら、各段階において前記磁歪センサの出力電圧を測定するとともに前記鋼材に生じる応力を前記応力検出器によって測定し、前記出力電圧と前記応力とに基づいて前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、試料毎にあらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンであって、前記磁歪センサと前記試料との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における前記磁歪センサの出力電圧を前記試料に生じる応力で除した前記磁歪センサの応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前試料材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記試料との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を示す点を求め、これらの点を曲線近似または曲線補間して得られるモデルパターンの中から、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に最も類似するひとつを選択し、選択した前記モデルパターンに基づいて前記鋼材に作用する内在応力を測定することを特徴とする。
【０００９】
また上述の応力の測定方法において、前記鋼材に表面処理層が形成されている場合に、少なくとも前記応力検出器を配置する箇所の塗膜を除去することを特徴とする。
【００１０】
また本発明に係る応力の測定方法は、内在応力測定対象の鋼材に、該鋼材に生じる応力を検出する応力検出器を設置し、磁歪センサと前記鋼材との間隔を段階的に変化させながら、各段階において前記磁歪センサの出力電圧を測定するとともに前記鋼材に生じる応力を前記応力検出器によって測定し、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、さらに、前記鋼材に作用する内在応力に対応する励磁電圧および励磁電流から、前記鋼材に作用する内在応力に対応するインピーダンス値を算出し、当該インピーダンス値を、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に適用して、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度を求め、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの出力電圧を、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度で除して、前記鋼材に作用する内在応力を測定することを特徴とする。
【００１２】
また上述の応力の測定方法において、前記鋼材に表面処理層が形成されている場合に、少なくとも前記応力検出器を配置する箇所の塗膜を除去することを特徴とする。
【００１３】
また本発明に係る応力測定装置は、内在応力測定対象の鋼材に生じる応力を検出する磁歪センサと、前記鋼材に生じる応力を検出する応力検出器と、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、試料毎にあらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンであって、前記磁歪センサと前記試料との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における前記磁歪センサの出力電圧を前記試料に生じる応力で除した前記磁歪センサの応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記試料との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記試料との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を示す点を求め、これらの点を曲線近似または曲線補間して得られるモデルパターンの中から、前記内在応力測定対象の鋼材について、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から求まる、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に最も類似するひとつを選択し、選択した前記モデルパターンに基づいて前記鋼材に作用する内在応力を測定する第１の演算部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また上述の応力測定装置において、前記応力検出器に、前記鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器とを備える応力センサを採用することを特徴とする。
【００１５】
また本発明に係る応力測定装置は、内在応力測定対象の鋼材に生じる応力を検出する磁歪センサと、前記鋼材に生じる応力を検出する応力検出器と、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、さらに、前記鋼材に作用する内在応力に対応する励磁電圧および励磁電流から、前記鋼材に作用する内在応力に対応するインピーダンス値を算出し、当該インピーダンス値を、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に適用して、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度を求め、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの出力電圧を、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度で除して、前記鋼材に作用する内在応力を測定する第２の演算部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また上述の応力測定装置において、前記応力検出器に、前記鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器とを備える応力センサを採用することを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、鋼材に対する実測定によって得られた情報をもとに、あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中から、実際に取得したインピーダンスと応力感度との関係に最も類似する較正曲線を選択することにより、鋼材の応力感度を把握することが可能となる。
【００１８】
本発明においては、応力を検出する応力検出器を鋼材に設置することにより、実際に構造物を構成している鋼材を切り出す必要がなく、現場においてそのままの状態の鋼材に対して実施できるので、鋼材を切除して実構造物の強度低下を招くことがなく、測定の精度も類似の試料を使う従来に比べて格段に向上する。
【００１９】
本発明においては、応力検出器を配置する箇所の塗膜を除去することにより、応力検出器による測定の精度が向上する。なお、塗膜が非常に厚く、磁歪センサによるリフトオフを必要な範囲で確保できない場合は、磁歪センサを配置する個所の塗膜も除去することが望ましい。
【００２０】
本発明においては、鋼材に対する実測定によって得られた情報をもとに、インピーダンスと応力感度との関係を示す真の較正曲線を構成することにより、鋼材の応力感度を把握することが可能となる。
【００２１】
本発明においては、応力検出器に、鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器とを備える応力センサを採用することにより、塗膜を一切剥がすことなく応力測定を行うことが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る応力の測定方法および応力測定装置の第１の実施形態を図１ないし図４に示して説明する。
図１には本発明に係る応力測定装置を示しており、符号１は磁歪センサ、２は歪みゲージ３を用いた応力検出器、４は情報解析用のコンピュータ、である。また、符号Ｓは既に構築された橋梁の一部を構成している鋼材である。
【００２３】
磁歪センサ１、応力検出器２はいずれも鋼材Ｓに隣接して配置されている。磁歪センサ１は、鋼材Ｓとの間にプラスチック等の非磁性材を挟むことで鋼材Ｓとの間隔（これを"リフトオフ"という）を段階的に変化させることができるように支持されており、鋼材Ｓに生じる応力を検出するようになっている。また、応力検出器２は塗膜Ｐの一部を除去したうえで鋼材Ｓの表面に直に貼り付けられており、鋼材Ｓに生じる応力（橋梁上を車両等が走行することによって一時的に引き起こされる応力）を検出するようになっている。
【００２４】
磁歪センサ１、応力検出器２はコンピュータ４に接続されている。コンピュータ４には、磁歪センサ１の出力電圧と応力検出器２によって検出される応力とに基づいて磁歪センサ１の応力感度とインピーダンスとの関係を求め、あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中から磁歪センサ１の応力感度とインピーダンスとの関係に類似するひとつを選択し、選択したモデルパターンに基づいて鋼材Ｓに作用する内在応力を測定する第１の演算部５が設けられている。
【００２５】
次に、上記のような構成の応力測定装置を用いて行う応力測定方法について説明する。
まず、鋼材Ｓに対し磁歪センサ１と応力検出器２とを配置する。そして、磁歪センサ１と鋼材Ｓの表面との間隔（リフトオフ；塗膜の厚さを含む）を段階的に変化させながら、各段階において磁歪センサ１の出力電圧を測定するとともに鋼材Ｓに生じる応力を測定する。
【００２６】
第１の演算部５では、磁歪センサ１および応力検出器２によって得られた情報をもとに、まず、リフトオフの各段階における応力と出力電圧との関係を求める。図２はリフトオフを０．２５mm(○)、０．３０mm(▲)、０．７０mm(■)の３段階に変化させたときの応力(ＭＰａ)と出力電圧(ｍＶ)との関係を示すグラフである。なお、塗膜Ｐの膜厚は０．２mmとする。
【００２７】
次に、応力と出力電圧との関係から、リフトオフの各段階におけるリフトオフと応力感度との関係、およびリフトオフとインピーダンスとの関係を求める。図３はこれらの関係を示すグラフである。なお、ここでいう応力感度とは、出力電圧を応力で除した値であり、インピーダンスとは、励磁電圧を磁歪センサ１に流した励磁電流で除した値である。
【００２８】
次に、リフトオフと応力感度との関係、およびリフトオフとインピーダンスとの関係から、リフトオフの各段階におけるインピーダンスと応力感度との関係を求める。図４はこれらの関係を示すグラフである。
【００２９】
次に、上記のようにして得られたインピーダンスと応力感度との関係を、あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンと比較し、その中からインピーダンスと応力感度との関係に類似するものをひとつ選択する。ここでいうモデルパターンとは、複数の試料を用いて実験的に得られたインピーダンスと応力感度との関係を示す曲線（キャリブレーションカーブ；較正曲線）であり、図４のグラフでいえば、(I)、(II)、(III)の各曲線にあたる。これらの曲線の中から、応力測定装置によって実際に取得したインピーダンスと応力感度との関係に最も類似するものを選ぶのである（図４のグラフからすると曲線(II)を選択するのが望ましい）。
【００３０】
鋼材Ｓにとって最適なキャリブレーションカーブを選択したら、これをもとに鋼材Ｓに作用する内在応力を測定する。
磁歪センサ１に通電すると内在応力に対応する電圧が出力される。そこで、このときの磁歪センサ１への励磁電流および励磁電圧（Ｖ）からインピーダンス値Ｚを算出し、さらに図４のキャリブレーションカーブ(II)をもとにこのインピーダンス値に対応する応力感度（Ｍ）を決定する。ここで、内在応力は磁歪センサ１の出力電圧を応力感度で除した値として得られるから、鋼材Ｓに作用する内在応力は、磁歪センサ１の出力電圧をキャリブレーションカーブ(II)により決定される応力感度で除した値（Ｖ／Ｍ）ということになる。
【００３１】
上記の応力測定方法においては、鋼材Ｓに対する実測定によって得られた情報（磁歪センサ１の出力電圧および鋼材Ｓに生じる応力）をもとに、あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中から、実際に取得したインピーダンスと応力感度との関係に最も類似するキャリブレーションカーブを選択することにより、鋼材Ｓの応力感度を把握することが可能となる。これにより、鋼材Ｓに作用する内在応力を正確に測定することができる。
【００３２】
また、上記の測定作業は、実際に構造物を構成している鋼材を切り出すのではなく、現場においてそのままの状態の鋼材Ｓに対して実施されるので、鋼材の切除による実構造物の強度低下を招くことがない。しかも、測定の精度も類似の試料を使う従来に比べて格段に向上する。
【００３３】
さらに、応力検出器２を配置する箇所の塗膜Ｐを除去することにより、歪みゲージ２による測定の精度を向上させることができ、これによって応力の測定精度が向上する。
【００３４】
本実施形態においては、磁歪センサ１を配設する個所については塗膜Ｐを除去することなく測定を実施する場合について説明したが、塗膜Ｐが非常に厚く、磁歪センサ１による測定が十分に行えない場合は、磁歪センサ１を配設する箇所についても塗膜Ｐを除去することが望ましい。
【００３５】
次に、本発明に係る第２の実施形態を図５に示して説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態における応力測定装置が第１の実施形態と異なるのは、応力検出器として、図５に示すように、鋼材Ｓの被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、これら固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器１２とを備える応力センサ１０を採用した点である。
【００３６】
変位検出器１２は、例えば左右１対の弾性変形が可能な脚部１２ａ、１２ｂと、その中央部にあって脚部１２ａ，１２ｂ間に生じる歪みを検出する歪み検出手段１１とを有している。一方の脚部１２ａの下端部には、外向きすなわち対向する脚部１２ｂとは反対側に突出する外向き突出部１２ｃが、脚部１２ａと一体的に突設されている。同様に、他方の脚部１２ｂの下端部には、外向きすなわち対向する脚部１２ａとは反対側に突出する外向き突出部１２ｄが、脚部１２ｂと一体的に突設されている。
【００３７】
脚部１２ａの、脚部１２ｂに対向する側には、脚部１２ａが被測定体の表面上から浮上がることのないように鋼材Ｓ表面の被測定箇所に吸着する浮上がり防止マグネット１３が装着されている。また、脚部１２ｂの、脚部１２ａに対向する側には、脚部１２ｂが被測定体の表面上から浮上がることのないように鋼材Ｓ表面の被測定箇所に吸着する浮上がり防止マグネット１４が装着されている。
【００３８】
脚部１２ａの下端面からは、脚部１２ｂの下端面に至るまで上側スライドプレート１５が延設されている。また、脚部１２ｂの下端面からは、上側スライドプレート１５の下面側を経て脚部１２ａの下端面に至るまで下側スライドプレート１６が延設されている。これにより、変位検出器１２の脚部１２ａの下端部と脚部１２ｂの下端部との間の間隔は、固定用マグネット１７，１８間の間隔の変動あるいは変位に応じて変動するようになっている。
【００３９】
脚部１２ａと固定用マグネット１７とは、脚部１２ａの外向き突出部１２ｃの上面部と固定用マグネット１７の上面部との間に跨がって固着された蝶番１９を介して、相互に揺動可能に連結されている。同様に、脚部１２ｂと固定用マグネット１８とは、脚部１２ｂの外向き突出部１２ｄの上面部と固定用マグネット１８の上面部との間に跨がって固着された蝶番２０を介して、相互に揺動可能に連結されている。
【００４０】
複数の固定用マグネットのうちの少なくとも１つ、例えば一対の固定用マグネット１７，１８の両方には、固定用スパイクピン２３，２４が併設されている。すなわち、図示のように固定用マグネット１７には、鋼材Ｓに対する固定用マグネット１７の固定作用を補う固定用スパイクピン２３が併設され、固定用マグネット１８には、鋼材Ｓに対する固定用マグネット１８の固定作用を補う固定用スパイクピン２４が併設されている。
【００４１】
上記のように構成された応力センサにおいては、固定用マグネット１７が立脚した箇所と固定用マグネット１８が立脚した箇所との間に生じる歪みを歪み検出手段１１で検出することによって上記第１の実施形態における応力検出器と同様に、鋼材Ｓに生じる応力を測定することが可能である。
【００４２】
しかもこの応力センサ１０は固定用マグネット１７，１８により鋼材Ｓ表面に固定されるため、塗膜Ｐの上からでも簡易に取付けることが可能である。したがって、鋼材Ｓの塗膜を一切剥がすことなく応力測定を行うことができる。
【００４３】
次に、本発明に係る第３の実施形態を図６に示して説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態における応力の測定方法が上記第１の実施形態と異なるのは、第１の演算部５に換えて、磁歪センサ１の出力電圧と応力検出器２によって検出される動的応力とに基づいて磁歪センサ１の応力感度とインピーダンスとの関係を求め、さらにその関係に基づいて鋼材Ｓに作用する内在応力を測定する第２の演算部を採用した点である。
【００４４】
第２の演算部を備える応力測定装置を用いて行う応力測定方法について説明する。
第２の演算部では、磁歪センサ１および応力検出器２によって得られた情報をもとに、まず、リフトオフの各段階における応力と出力電圧との関係を求める。このとき、第１の実施形態よりもリフトオフをより小さいオーダで変化させて多数のリフトオフ・ポイントにおける応力と出力電圧との関係を求める。
【００４５】
次に、応力と出力電圧との関係から、リフトオフの各段階におけるリフトオフと応力感度との関係、およびリフトオフとインピーダンスとの関係を求め、さらにリフトオフの各段階におけるインピーダンスと応力感度との関係を求める。図６はこれらの関係を示すグラフである。リフトオフのポイントを多数設けて測定を行ったことにより、図６のグラフには各リフトオフ・ポイントにおけるインピーダンスと応力感度との関係を示す点がプロットされる。そこで、これらの点を滑らかな曲線で繋ぎ、これを鋼材Ｓにとって最適なキャリブレーションカーブとする。
【００４６】
最適なキャリブレーションカーブが得られたら、これをもとに鋼材Ｓに作用する内在応力を測定する。後に続く演算の手法は第１の実施形態と同じである。
【００４７】
本実施形態の場合、キャリブレーションカーブをモデルパターンの中から選択するのではなく、自らの測定結果から最適なキャリブレーションカーブを作成するので、測定精度のさらなる向上が期待できる。
【００４８】
なお、本実施形態において説明した応力の測定方法は、第１の実施形態に示した歪みゲージ２を採用した応力測定装置によっても、第２の実施形態に示した応力センサ１０を採用した応力測定装置によっても実施可能であることはいうまでもない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋼材に対する実測定によって得られた情報をもとに、あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中から、実際に取得したインピーダンスと応力感度との関係に最も類似する較正曲線を選択することにより、鋼材の応力感度を把握することが可能となる。これにより、鋼材に作用する内在応力を正確に測定することができる。
【００５０】
本発明によれば、応力を検出する応力検出器を鋼材に設置することにより、実際に構造物を構成している鋼材を切り出す必要がなく、現場においてそのままの状態の鋼材に対して実施できるので、鋼材を切除して実構造物の強度低下を招くことがなく、測定の精度も類似の試料を使う従来に比べて格段に向上する。これにより、簡易に応力感度の較正を行って鋼材に作用している内在応力をより正確に測定することができる。
【００５１】
本発明によれば、応力検出器を配置する箇所の塗膜を除去することにより、応力検出器による測定の精度が向上するので、より正確に応力感度の較正を行うことができ、ひいては鋼材に作用している内在応力をより正確に測定することができる。
【００５２】
本発明によれば、鋼材に対する実測定によって得られた情報をもとに、インピーダンスと応力感度との関係を示す真の較正曲線を構成することにより、鋼材の応力感度を把握することが可能となる。これにより、鋼材に作用する内在応力を正確に測定することができる。
【００５３】
本発明においては、応力検出器に、鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器とを備える応力センサを採用することにより、塗膜を一切剥がすことなく応力測定を行うことができる。つまり、実構造物に外的な変化を生じさせることなく応力測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る第１の実施形態における応力測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】 リフトオフの各段階における応力と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図３】 リフトオフの各段階におけるリフトオフと応力感度との関係、およびリフトオフとインピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図４】 リフトオフの各段階におけるインピーダンスと応力感度との関係を示すグラフである。
【図５】 本発明に係る第２の実施形態において、応力検出器として採用された応力センサの構造を示す平面図（ａ）、および側面図（ｂ）である。
【図６】 本発明に係る第３の実施形態におけるリフトオフの各段階におけるインピーダンスと応力感度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 磁歪センサ
２ 応力検出器
３ 歪みゲージ
４ コンピュータ
Ｓ 鋼材
Claims (8)
- 内在応力測定対象の鋼材に、該鋼材に生じる応力を検出する応力検出器を設置し、磁歪センサと前記鋼材との間隔を段階的に変化させながら、各段階において前記磁歪センサの出力電圧を測定するとともに前記鋼材に生じる応力を前記応力検出器によって測定し、
前記出力電圧と前記応力とに基づいて前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、
試料毎にあらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンであって、前記磁歪センサと前記試料との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における前記磁歪センサの出力電圧を前記試料に生じる応力で除した前記磁歪センサの応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前試料材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から求まる、前記磁歪センサと前記試料との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を示す点を、曲線近似または曲線補間して得られるモデルパターンの中から、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に最も類似するひとつを選択し、
選択した前記モデルパターンに基づいて前記鋼材に作用する内在応力を測定することを特徴とする応力の測定方法。 - 前記鋼材に表面処理層が形成されている場合に、少なくとも前記応力検出器を配置する箇所の塗膜を除去することを特徴とする請求項１記載の応力の測定方法。
- 内在応力測定対象の鋼材に、該鋼材に生じる応力を検出する応力検出器を設置し、磁歪センサと前記鋼材との間隔を段階的に変化させながら、各段階において前記磁歪センサの出力電圧を測定するとともに前記鋼材に生じる応力を前記応力検出器によって測定し、
前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、
さらに、前記鋼材に作用する内在応力に対応する励磁電圧および励磁電流から、前記鋼材に作用する内在応力に対応するインピーダンス値を算出し、
当該インピーダンス値を、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に適用して、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度を求め、
前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの出力電圧を、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度で除して、前記鋼材に作用する内在応力を測定することを特徴とする応力の測定方法。 - 前記鋼材に表面処理層が形成されている場合に、少なくとも前記応力検出器を配置する箇所の塗膜を除去することを特徴とする請求項３記載の応力の測定方法。
- 内在応力測定対象の鋼材に生じる応力を検出する磁歪センサと、
前記鋼材に生じる応力を検出する応力検出器と、
前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、試料毎にあらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンであって、前記磁歪センサと前記試料との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における前記磁歪センサの出力電圧を前記試料に生じる応力で除した前記磁歪センサの応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記試料との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から求まる、前記磁歪センサと前記試料との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を示す点を、曲線近似または曲線補間して得られるモデルパターンの中から、前記内在応力測定対象の鋼材について、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から求まる、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に最も類似するひとつを選択し、選択した前記モデルパターンに基づいて前記鋼材に作用する内在応力を測定する第１の演算部とを備えることを特徴とする応力測定装置。 - 前記応力検出器に、前記鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器とを備える応力センサを採用することを特徴とする請求項５記載の応力測定装置。
- 内在応力測定対象の鋼材に生じる応力を検出する磁歪センサと、
前記鋼材に生じる応力を検出する応力検出器と、
前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における出力電圧を応力で除した応力感度との関係、および、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔と、当該間隔の大きさの各段階における励磁電圧を励磁電流で除したインピーダンスとの関係から、前記磁歪センサと前記鋼材との間隔の大きさの各段階における、該磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、さらに、前記鋼材に作用する内在応力に対応する励磁電圧および励磁電流から、前記鋼材に作用する内在応力に対応するインピーダンス値を算出し、当該インピーダンス値を、前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係に適用して、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度を求め、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの出力電圧を、前記鋼材に作用する内在応力に対応する前記磁歪センサの応力感度で除して、前記鋼材に作用する内在応力を測定する第２の演算部とを備えることを特徴とする応力測定装置。 - 前記応力検出器に、前記鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出器とを備える応力センサを採用することを特徴とする請求項７記載の応力測定装置。
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