JPH01101402A

JPH01101402A - 歪検出装置

Info

Publication number: JPH01101402A
Application number: JP26016487A
Authority: JP
Inventors: Akira Murase; 村瀬　暁; Misao Koizumi; 小泉　操; Minoru Yamada; 穣山田; Shigeo Nakayama; 茂雄中山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1989-04-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［Ｕ明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、酸化物超電導体を使用した歪検出装置に関す
る。

（従来の技術）歪検出装置としては、従来から、各種のものが知られて
おり、例えば金属部材が歪量によって電気抵抗が変化す
ることを利用し、これを歪ゲージとして使用した歪検出
装置や、半導体部材の同様な性質を利用して歪ゲージと
したもの等が知られている。

ところで、上述した歪検出装置のうち、金属部材を歪ゲ
ージとして利用したものは、各種素材の使用が可能であ
り、用途に応じて各種のゲージパターンを選択でき、ま
た温度依存性が低い等の利点を有しているものの、感度
が低いためゲージ部がある程度の長さや面積を必要とし
、小型化しにくいという難点があり、また温度依存性に
優れるといっても極低温においては測定値に対する信頼
性が低下してしまう。また、半導体部材を歪ゲージとし
て利用したものは、金属部材を使用したものに比べ数十
倍の感度を有しており、小型化することが可能であると
いう利点を有しているものの、温度依存性が大きく、充
分な温度保証が必要とされている。

（発明が解決しようとする問題点）上述したように、従来から使用されてきた歪検出装置で
は、極低温等の厳しい温度条件下にお□けろ測定精度が
不十分であり、また°歪量変化に対する応答性も充分な
ものとは言えなかった。

このように、極低温においても正確な歪検出が可能で、
かつ歪量変化に対する応答性も敏感な歪検出装置が望ま
れている。

本発明はこのような従来の事情に対処するためになされ
たもので、極低温においても正確な歪検出が可能で、か
つ歪量変化に対する応答性も敏感な高感度の歪検出装置
を提供することを目的とする。

し発明の構成コ（問題点を解決するための手段）本発明の歪検出装置は、電気抵抗測定用電極を有する酸
化物超電導体からなる歪ゲージと、前記電気抵抗測定用
電ｆｉ間の電気抵抗を測定する抵−抗値測定手段とを具
備し、前記酸化物超電導体の歪量によって変化する臨界
電流密度または臨界温度を前記抵抗値測定手段による測
定値から求めることにより、被検体に固着された前記歪
ゲージの変位を検出するよう構成したことを特徴として
いる。

本発明における歪ゲージとして使用する酸化物超電導体
としては、希土類元素含有のペロブスカイト構造を有、
する酸化物超電導体が挙げられる。

この希土類元素含有のペロブスカイト構造を有する酸化
ｅＩＪ超電導体は、例えば第２図に示すように、歪量が
増大すると臨界電流密度および臨界温度はともに低下し
、本発明はこの性質を利用したものである。

このような酸化物超電導体としては、例えばＬｎＢａ２
、Ｃｕ３Ｏ７−ａ系（δは酸素欠陥を表し通常１以下の
数、Ｌｎは、Ｙ、　Ｌａ、　Ｓａ、　Ｎｄ、　Ｓｔｅ、
［ｕ、　Ｇｄ、Ｏｙ、Ｈａ、　Ｅｒ、Ｔｅｌ、　Ｙｂ、
　Ｌｕ等の希土類元素から選ばれた少なくとも　１種の
元素、Ｂ’ａの一部はＳ「、Ｃｒ等で、Ｃｕの一部は■
；、ｖ　、　ｃｒ、Ｍｎ、　Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ、Ｚ
ｎ等で置換可能）等の酸素欠陥を有する欠陥ペロプスカ
イト型、５ｒ−Ｌａ−Ｃｕ−０系等の層状へロブスカイ
ト型等の広義にペロブスカイト構造を有する酸化物が例
示される。なお、希土類元素は広義の定義　゛とし、Ｓ
ｃ、　ＹおよびＬａ系を含むものである。代表的な系と
してＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系のほか梓、ＹをＥｕ、Ｏｙ、
ＨＯｌＥ「、Ｔ１、Ｙｂ、　Ｌｕ等の希土類で置換した
系、５Ｃ−Ｂａ−Ｃｕ−０系、５ｒ−ｔａ−ｃｕ−ｏ系
、さらにＳ「をＢａ、　Ｃａで置換した系等が挙げられ
る。

これら酸化物超電導体は、バルクとして用いてもよいし
、あるいは絶縁基板上に薄膜として形成したものを用い
ろことも可能である。そして、このような形態のものに
臨界電流密度または臨界温度を測定するための電気抵抗
測定用電極を設置して歪ゲージとし、予め歪を生じてい
ない状態における臨界電流密度または臨界温度を測定し
、この値を基準として歪量１；対応する臨界電流密度ま
たは臨界温度を相対値として求めておくことにより、歪
ゲージの変位が検出可能となる。

本発明の歪検出装置の使用形態としては、次の２種類に
大別できる。

■　一定の応力によって変位した歪ゲージに、電流密度
を連続的にまたは段階的に変化させて流し、あるいは歪
ゲージの存在している雰囲気温度を連続的にまたは段階
的に変化させ、この際の電気抵抗測定用電極間の抵抗値
を測定することによって、臨界電流密度または臨界温度
を求め、これらの値から歪量を検出する。

■　連続的にまたは段階的に変化する応力が印加されて
いる歪ゲージに、一定の温度下で一定の電流を流し、あ
るいは一定の電流を流しながら温度を変化させ、この際
の電気抵抗測定用電極間の電気抵抗を連続して測定する
ことによって、超電導状態から常電導状態に転移した時
点をもって雰団気温度または流している電流密度に対応
する歪量として検出する。

本発明の歪検出装置における歪ゲージは、使用する酸化
物超電導体の歪の生じていない状態における臨界温度よ
り低い温度で使用に供される。予定される使用温度がこ
の臨界温度より低い場合にはそのまま使用することがで
きるが、使用温度がこの臨界温度を超える場合には、公
知の冷却手段を用いてこの臨界温度より低い環境下で使
用されるものとする。

（作　用）本発明の歪検出装置においては、酸化物超電導体の歪量
によって臨界電流密度および臨界温度が変化することを
利用し、酸化物超電導体からなる歪ゲージに印加された
応力に対応して生じる歪量によって、この酸化物超電導
体の超電導状態から常電導状態への転移を抵抗値変化か
ら臨界電流密度または臨界温度を求めることにより、こ
れらの値に対応する歪量が検出できる。そして、この臨
界電流密度または臨界温度の測定は、超電導状態から常
電導状態への転移による急激な抵抗値変化により求まる
ので〜正確にかつ敏感に測定することが可能となる６ま
た、使用する酸化物超電導体の臨界温度を適宜設定する
ことにより、極低温においても正確な歪の検出が可能で
ある。

（実施例）次に、本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明の一実施例の歪検出装置の概略を示す
ものであり、同図において、１は酸化物超電導体からな
る歪ゲージであり、この歪ゲージ１には一対の電気抵抗
測定用電極２が設置されており、さらにその外側に一対
の電流電極３が設置されている。また、この歪ゲージ１
の抵抗率を測定するための抵抗値測定装置４は、酸化物
超電導体からなる歪ゲージ１に電流を流す定電圧電源５
と、この電流値を一定にまたは変化させる可変抵抗器６
と、これら定電圧電源５と可変抵抗器６とにより供給さ
れる電流によって酸化物超電導体の抵抗率を測定する電
圧計７とから構成されている。

そして、歪ゲージ１を被検体８に適当な接着剤によって
固着し、被検体８の歪検出を行う、なお、抵抗値測定装
置としては、−膜内に用いられている各種の回路を使用
できるものとする。

この実施例では、歪ゲージとなる酸化物超電導体として
、次のようにして作製したものを使用した。

まず、それぞれ粒径１〜５μｌとしたＢａＣ０ｑ粉末２
団Ｏ：％、Ｙ２Ｏ３粉末１ｏｔａ、　　ＣｕＯ粉末３ｎ
ｏ１％を充分に混合して大気中で９００℃、４８時間焼
成して反応させた後にボールミルで平均粒径３μ■に粉
砕して酸化物超電導体粉末を得た。次に、この酸化物超
電導体粉末を用いてプレス成形によって１．８ｎｍｘ　
２．２ｍｎｘ３０ｎｕ＋＋の成形体を作製し、この成形
体を大気中で９１０℃、３０時間の条件で焼結させ、次
いで酸素雰囲気中で、７００℃、５時間の条件でアニー
リングして酸化物超電導体部材を得な。

この酸化物超電導体部材の歪を印加しない状態での臨界
温度は９０にで、臨界電流密度は１０１０Ａ／ｄであっ
た。次いで、この酸化物超電導体に歪量が変化するよう
に応力を印加しながら、各々の歪値における臨界電流密
度および臨界温度を測定した。

その結果を第２図に示す、なお、歪量は元の状態におけ
る標点間距離・℃に対する変位・Δぶの比率として示し
た。

次に、この実施例の歪検出装置を用いた歪の測定方法に
ついて説明する。

（■ニ一定応力に対する歪量の測定）まず、被検体８に図中矢印Ａで示した応力が印加されて
いるものとする。この応力によって被検体８の伸びと同
変位で歪ゲージ１も伸び、この伸びは応力に対応した歪
量となる。そして、この歪ゲージ１に定電圧電源５から
可変抵抗器６により電流密度を変化させながら電流を流
すとともに、電気抵抗測定用電極間の電圧を電圧計７に
より測定して歪ゲージ１の抵抗率を測定する。そして、
この際に歪量によって決定された臨界電流密度までは、
歪ゲージ１は超電導状態を維持しているので電圧計７に
は電圧は現れず、この臨界電流密度を超える電流が流れ
ると常電導状態に転移し、非常に大きな抵抗体となるな
め、電圧計７に電圧が現れ、この際の電流密度が臨界電
流密度となり、この値に対応する歪量を、例えば第２図
に示したように、予め測定しておいた値から求める。

この歪量の測定は、電流電極３間に流す電流密度を変化
させろ代りに、雰囲気温度を変化させ、同様に臨界温度
を測定することによっても同様に歪１を求めることが可
能である。

（■：変化する歪量に対する一定歪値の検出）被検体８
ｃこ応力を徐々に印加するとともに、検出する歪量に対
応する一定の臨界電流密度の電流を歪ゲージ１に定電圧
電源５から電流電極３間に流す。そして、電圧計７によ
り電気抵抗測定用電極間の電圧を測定し、電圧が現れた
時点が検出しようとする歪ｌとなる。

この方法においても前述の測定方法と同様に、臨界電流
密度による検出に代えて臨界温度にょうて歪量を規定し
ても同様に検出可能である。

なお、これらの測定において、使用する酸化物超電導体
の臨界電流密度や臨界温度が他の条件、例えば湿度や経
時的にも変化する場合には、これらの条件による変化率
を補正して測定値とする。

このように、この実施例の歪検出装置によれば、酸化物
超電導体の歪量によって臨界電流密度および臨界温度が
変化することを利用し、酸化物超電導体からなる歪ゲー
ジに印加された応力に対応した歪量によって、この酸化
物超電導体が超電導状態から常電導状態への転移を抵抗
率の急激な変化から臨界電流密度または臨界温度を求め
、予め測定しておいたこれらの値に対応する歪量から測
定歪量を検出しているので、歪量の検出を敏感に行うこ
とが可能である。また、この歪量の検出は、酸化物超電
導体の歪量により臨界電流密度または臨界温度が変化す
るという特性を利用しているので、歪ゲージの大きさに
よる感度変化はなく、よって小型化が可能である。また
、使用する酸化物超電導体の臨界温度の設定によって、
極低温においても正確な歪の検出が可能である。

なお、以上の実施例ではブロック状の酸化物超電導体を
使用した例について説明したが、スパッタ法やエレクト
ロンビーム蒸着法等による薄膜状の酸化物超電導体を用
いたものについても同様な結果が得られた。

［発明の効果コ以上の実施例からも明らかなように、本発明の歪検出装
置によれば、酸化物超電導体の歪量による臨界電流密度
または臨界温度の変化を利用して歪量を検出するように
構成しているので、極低温においても敏感に被検体の歪
量を正確に測定でき、かつ小型化が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の歪検出装置を概略的に示し
た図、第２図はそれに用いた酸化物超電導体の歪量と臨
界電流密度または臨界温度との関係を示すグラフである
。１・・・・・・・・・酸化物超電導体からなる歪ゲージ
２・・−・・・・・・・電気抵抗測定用電極４・・・・
・・・・・抵抗値測定装置８・・・・・・・・・被検体出願人　　　　　　株式会社　東芝代理人　弁理士　　須　山　俸　−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気抵抗測定用電極を有する酸化物超電導体から
なる歪ゲージと、前記電気抵抗測定用電極間の電気抵抗
を測定する抵抗値測定手段とを具備し、前記酸化物超電
導体の歪量によって変化する臨界電流密度または臨界温
度を前記抵抗値測定手段による測定値から求めることに
より、被検体に固着された前記歪ゲージの変位を検出す
るよう構成したことを特徴とする歪検出装置。
（２）前記酸化物超電導体は、希土類元素を含有するペ
ロブスカイト型構造を有する酸化物超電導体であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の歪検出装置。
（３）前記酸化物超電導体は、希土類元素、Ｂａおよび
Ｃｕを原子比で実質的に１：２：３の割合いで含有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
載の歪検出装置。
（４）前記酸化物超伝導体は、ＬｎＢａ＿２、Ｃｕ＿３
Ｏ＿７＿−＿δ（Ｌｎは希土類元素から選ばれた少なく
とも１種の元素、δは酸素欠陥を表す。）で表される酸
素欠陥型ペロブスカイト型構造を有することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項記
載の歪検出装置。