【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、バイブ等円筒材料に作用する曲げ応力や、
軸方向に作用する応力を連続的に測定する非接触式の磁
歪応力測定用ビグに関する．［従来技術］
鋼管等に曲げ応力や軸方向の応力が作用している場合に
、応力の分布状態を把握する方法としては、従来例えば
Ｘ線応力測定法が実施されている．このＸ線応力測定法
は、測定装置の操作が煩雑であるので、多数の測定点を
測定するのは困難であり、多くても得られる測定データ
は円周方向に４点程度であり、自ずと限られたものであ
った．しかしながら、一般的な横造物について、そのＩ
ｍ材科をミクロ的に見ると、材質的に均一なものではな
く、上記のような点計測によって得られた応力データが
，必ずしも構造物に作用している応力を示しているとは
いえず、応力データに加えるに測定者の経験的な判断を
必要としていた．そのため、ＸｗＡ応力測定法よりも一
層簡便な磁歪応力測定法を利用することが考えられる．
この磁歪応力測定法は、磁性材料に荷重が作用すると透
磁率に異方性が生じ、荷重の作用する方向の透磁率が荷
重の作用する方向と直交する方向の透磁率よりも大きく
なるので、両透磁率の差を励磁コアと検出コアを有する
磁歪センサによって出力電圧として検出することにより
、主応力の方向および大きさを測定する方法であり、取
り扱いも極めて簡単なものである．
［発明が解決しようとする課Ｈ］
しかしながら、従来の磁歪応力測定方法は、般に磁歪セ
ンサを被測定面に接触させて行なうようにしているが、
被測定面と磁歪センサ間の距離（リフトオフ）が必ずし
も一定せず、次のような問題点があった．すなわち、上
記した磁歪センサによる応力測定の原理は，次のとおり
である．般に強磁性体の材料に応力が作用すると、磁歪
効果により応力の作用する方向の透磁率が、応力の作用
する方向と直交する方向の透磁率よりわずかではあるが
大きくなる．そして第９図の矢印方向にσの応力が働い
ている状態にある材料に、磁歪センサ２１を構戒してい
る直交して組合せたコア２２およびコア２３を、それぞ
れのコアが材料２４に作用する応力の方向とは４５度傾
いた方向を示すような状態で対面させる．そして、第１
０図のようにコア２２に巻いたコイル（励磁コイル）２
５に電流を流すと、コア２２の足２６がら出た磁束のう
ち、大部分は直接コア２２の他の足２７へ向うが、一部
は第９図に矢印で示すようにコア２２の足２６から材料
２４の応力の作用している方向に流れてコア２３の足２
８に達し、コア２３中を流れてコア２３の他の足２９が
ら再び材料２４の応力の作用している方向に流れてコア
２２の足２７に達し、コア２２中を流れてコア２２の足
２６に達する．磁束の一部がこのような経路をたどるの
は、材料２３の応力の作用する方向の透磁率が、応力の
作用する方向と直交するプｊ向の透磁率より太きいがら
である．以上のようむ磁気回路を、交流磁束について考
えると、コア２３に巻いたコイル（異方性検出コイル）
３０には電圧が生じる。この電圧Ｖは（１）式で表され
る．
Ｖ一Ｍ ・ Ｋ・ （μ８ −μア 〉 ・・・・・
・・ （１）ただし、
Ｍ．材料の磁気的特性およびセンサと材料との距離（リ
フト・オフ）により定まる定数（磁歪感度〉
Ｋ；励磁条件、コイルの条件によって定まる定数
Ｊ１ｍ：材料の応力作用方向の透磁率
Ｊａｙ：材料の応力作用方向と直交する方向の透磁率
すなわち、磁歪センサの出力電圧Ｖは、材料の透磁率の
差（μ、一μｙ）に比例し、これはまた材料の応力作用
方向の応力６Ｘと材料の応力作用方向と直交する方向の
応力６ｙの差＜６．−６１ ）に比例することになるの
で、この電圧Ｖにより材料に作用する応力を把握するこ
とができるのである．
上記した磁歪センサを用いて材料に作用する応力を測定
する方法においては、（１〉式の定数Ｍが磁歪センサの
リフトオフによって異なってくるので、従来技術のよう
にリフトオフが一定していないと、同一の応力が作用し
ていても、磁歪センサの出力電圧Ｖが場所によって異な
り、このＶから応力を把握することは、困難になるとい
う｝ｆｌＦＩ題点がある．
この発明は、従来技術の上述のような問題点を解消し、
リフトオフを一定に保つことができるので、材料に作用
する応力を精度よく連続的に測定できる円筒材料の磁歪
応力測定用ビグを提供することを目的としている．
［課題を解決するための手段］
この発明に係る磁歪応力測定用ビグは、円筒材料の内面
に接し，かつ円筒材料の長手方向に走行する磁歪センサ
を内蔵したタイヤを、円周方向に複数配した円筒材料の
磁歪応力測定用ビグである．
［作用］
この発明に係る磁歪応力測定用ビグは、阿筒材料の内面
に接し、かつ円筒材料の長手方向に走行する磁歪センサ
を内蔵したタイヤを、円周方向に複数配している．そし
て、磁歪センサをタイヤの車軸に固定して取り付けるこ
とにより、被測定面と磁歪センサとの間の距離（リフト
オフ）を常に一定に保つことができる．したがって、こ
の磁歪応力測定用ビグを円筒材料の軸方向に移動させる
ことにより、円筒材料に作用している円周方向各断面の
応力の分布を円筒材料の全長にわたって正確に把握する
ことができる。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is directed to bending stress acting on a cylindrical material such as a vibrator,
This article relates to a non-contact type magnetostrictive stress measurement vig that continuously measures stress acting in the axial direction. [Prior Art] When bending stress or axial stress is acting on a steel pipe or the like, X-ray stress measurement, for example, has been conventionally used as a method for understanding the state of stress distribution. In this X-ray stress measurement method, the operation of the measuring device is complicated, so it is difficult to measure a large number of measurement points, and the measurement data that can be obtained at most is about 4 points in the circumferential direction. It was limited. However, regarding general horizontal structures, their I
If we look at materials from a microscopic perspective, they are not uniform in material quality, and the stress data obtained by point measurement as described above does not necessarily indicate the stress acting on the structure. However, in addition to the stress data, the measurer's empirical judgment was required. Therefore, it may be possible to use the magnetostrictive stress measurement method, which is simpler than the XwA stress measurement method.
In this magnetostrictive stress measurement method, when a load is applied to a magnetic material, anisotropy occurs in the magnetic permeability, and the permeability in the direction in which the load is applied is larger than the permeability in the direction perpendicular to the direction in which the load is applied. This method measures the direction and magnitude of principal stress by detecting the difference between both magnetic permeabilities as an output voltage using a magnetostrictive sensor that has an excitation core and a detection core, and is extremely easy to handle. [Problem H to be solved by the invention] However, in the conventional magnetostrictive stress measurement method, the measurement is generally carried out by bringing the magnetostrictive sensor into contact with the surface to be measured.
The distance (lift-off) between the surface to be measured and the magnetostrictive sensor was not always constant, which caused the following problems. In other words, the principle of stress measurement using the magnetostrictive sensor described above is as follows. Generally, when stress is applied to a ferromagnetic material, the magnetic permeability in the direction in which the stress is applied becomes slightly larger than the permeability in the direction perpendicular to the direction in which the stress is applied due to the magnetostrictive effect. Then, cores 22 and 23, which are orthogonally combined and facing the magnetostrictive sensor 21, are placed on the material in which a stress of σ is acting in the direction of the arrow in FIG. 9, and each core acts on the material 24. The direction of the stress is 45 degrees tilted to the direction of the stress. And the first
Coil (excitation coil) 2 wound around core 22 as shown in Figure 0
5, most of the magnetic flux emitted from the legs 26 of the core 22 goes directly to the other legs 27 of the core 22, but some of it flows through the legs of the core 22 as shown by arrows in FIG. 26 to the direction in which the stress of the material 24 is acting, and the foot 2 of the core 23 flows.
8, flows through the core 23, flows through the other leg 29 of the core 23 again in the direction of stress in the material 24, reaches the leg 27 of the core 22, flows through the core 22, and flows through the other leg 29 of the core 22. Reach 26. Part of the magnetic flux follows such a path because the magnetic permeability of the material 23 in the direction in which the stress acts is greater than the magnetic permeability in the direction P which is orthogonal to the direction in which the stress acts. Considering the above magnetic circuit in terms of alternating current magnetic flux, the coil wound around the core 23 (anisotropy detection coil)
A voltage is generated at 30. This voltage V is expressed by equation (1). V1M・K・(μ8−μa〉・・・・・
... (1) However, M. A constant determined by the magnetic properties of the material and the distance (lift-off) between the sensor and the material (magnetostriction sensitivity) K: Constant determined by the excitation conditions and coil conditions J1m: Magnetic permeability in the stress action direction of the material Jay: Stress of the material The magnetic permeability in the direction perpendicular to the direction of action, i.e. the output voltage V of the magnetostrictive sensor, is proportional to the difference in the magnetic permeability of the material (μ, 1 μy), which is also proportional to the stress in the material stress 6X in the direction of action and the stress in the material. Since it is proportional to the difference in stress 6y in the direction perpendicular to the direction of action (<6.-61), the stress acting on the material can be determined from this voltage V. In the method of measuring stress acting on a material using the magnetostrictive sensor described above, the constant M in equation (1) changes depending on the lift-off of the magnetostrictive sensor, so if the lift-off is not constant as in the conventional technology, Even if the same stress is applied, the output voltage V of the magnetostrictive sensor differs depending on the location, and it is difficult to understand the stress from this V. Solving problems such as
The purpose of the present invention is to provide a vig for measuring magnetostrictive stress in cylindrical materials, which can continuously measure the stress acting on the material with high accuracy because the lift-off can be kept constant. [Means for Solving the Problems] The magnetostrictive stress measurement VIG according to the present invention includes a plurality of tires disposed in the circumferential direction that are in contact with the inner surface of a cylindrical material and have built-in magnetostrictive sensors that run in the longitudinal direction of the cylindrical material. This is a VIG for measuring magnetostrictive stress in cylindrical materials. [Function] The magnetostrictive stress measurement VIG according to the present invention has a plurality of tires disposed in the circumferential direction that are in contact with the inner surface of the cylindrical material and have built-in magnetostrictive sensors that run in the longitudinal direction of the cylindrical material. By fixing the magnetostrictive sensor to the axle of the tire, the distance (lift-off) between the surface to be measured and the magnetostrictive sensor can be kept constant. Therefore, by moving this magnetostrictive stress measuring vig in the axial direction of the cylindrical material, it is possible to accurately grasp the distribution of stress acting on the cylindrical material in each cross section in the circumferential direction over the entire length of the cylindrical material.
［実施例］
本発明の１実施例の磁歪応力測定用ビグを、第１図〜第
８図ににより説明する．第１図は、本発明の１実施例の
磁歪応力測定用ビグの側面図、第２図は第１図のＡ−Ａ
矢視図である．本発明の１実施例の磁歪応力測定装置の
縦断面図である．この磁歪応力測定用ビグは、前後にス
クレーバーカツプ１が取り付けられたビグ本体２と、ビ
グ本体２の周方向に等間隔にアーム３により取り付けた
３６個（θ−１０度）のタイヤ４とからなっている．そ
して、このタイヤ４の内部には、車軸に固定した磁歪セ
ンサを内蔵しており、タイヤ４は鋼管等の円筒材ｆ４５
の内面に接触した状態で円筒軸方向に回転できるように
なっており、ビグ本体２の走行とともに回転しながら、
軸方向の各断面の応力分布を測定するようになっている
．磁歪センサを内蔵したタイヤ４は、第３図および第４
図に示すような構造となっている．すなわち、第３図は
タイヤ４の側面図、第４図はそのＢ−Ｂ矢視図であるが
、タイヤ４は、前記アーム３に固定されている車軸６の
まわりに軸受７を介して回転可能になっており、側板８
と、硬質樹脂でできており被測定物の表面に接触する車
輪部分９から構成されている．そして車軸６には、磁歪
センサ１０が取り付け金具１１により固定して取り付け
られている。そしてビグ本体２にタイヤ４を取り付ける
ときには、磁歪センサ１０が円筒材料５の内面に対面し
、かつすべての磁歪センサ１０と円筒材料内面までの距
離が同じになるようにして取り付けている。[Example] A magnetostrictive stress measuring vig according to an example of the present invention will be explained with reference to FIGS. 1 to 8. FIG. 1 is a side view of a magnetostrictive stress measurement vig according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an A-A in FIG. 1.
This is a view from the arrow. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a magnetostrictive stress measuring device according to an embodiment of the present invention. This magnetostrictive stress measurement VIG consists of a VIG main body 2 to which scraper cups 1 are attached at the front and rear, and 36 (θ-10 degrees) tires 4 mounted by arms 3 at equal intervals in the circumferential direction of the VIG main body 2. It has become. A magnetostrictive sensor fixed to the axle is built inside the tire 4, and the tire 4 is made of a cylindrical material F45 such as a steel pipe.
It is designed to be able to rotate in the cylindrical axis direction while in contact with the inner surface of the main body 2, and while rotating as the main body 2 moves,
It is designed to measure the stress distribution of each cross section in the axial direction. The tire 4 with a built-in magnetostrictive sensor is shown in FIGS. 3 and 4.
The structure is as shown in the figure. That is, FIG. 3 is a side view of the tire 4, and FIG. 4 is a view taken along the line B-B. It is possible, and the side plate 8
The wheel part 9 is made of hard resin and comes into contact with the surface of the object to be measured. A magnetostrictive sensor 10 is fixedly attached to the axle 6 with a fitting 11. When the tires 4 are attached to the VIG main body 2, the magnetostrictive sensors 10 are attached so as to face the inner surface of the cylindrical material 5, and the distances from all the magnetostrictive sensors 10 to the inner surface of the cylindrical material are the same.
第５図（ａ）に示すように矢印のような曲げ応力が円筒
材料５に作用した場合、円筒材料５の各断面の円周方向
の応力分布は、第５図＜ｂ＞のグラフに示すようなＳｉ
ｎカーブとなる．しかしながら、実際に使用されている
円筒材料５に作用している応力の円周方向の分布は、円
筒材料５に局部的な変形が発生していたり、タイヤ４と
円筒材料５との接触状態がかならずしも一定でないので
、完全なＳｉｎサインカーブとはならず、ｉｉｖ記３６
個のタイヤ４に内蔵した磁歪センサ１０の出力電圧に基
づき演算された応力値をプロットしても、第６図のグラ
フの各点のようにＳｉｎ力−ブから外れたものになる．
したがって、正しい応力分布を把握するためには、３６
個のデータをＳｉｎカーブに近似させる必要がある。ま
た、ビグ本体２は円筒軸方向に走行中に円周方向に回転
することがある．このようにビグ本体２が円周方向に回
転すると、第７図の基準点であるＯ度の位置の応力を測
定していた磁歪センサが、ある時点て゛は９０度回転し
た位置の応力を測定していることになるので、このよう
な場合には位相を補正してやる必要がある．そのため、
本発明の１実施例の磁歪応力測定用ビグを使って円筒材
料に作用する応力を測定するときには、第８図のような
装置横或により測定するようにしている．すなわち、そ
れぞれの磁歪センサ１０の出力電圧を磁歪アンブ１２で
増幅し、演算器１３に送り、それぞれの出力電圧に対応
した応力値を演算する．一方ビグ本体２に傾斜計１４を
内蔵させ、ビグ本体２の円周方向の回転位置を検出し、
その信号を演算器１３に送って、基準位置からの位相差
を演算するようにしている．そして、演算された円筒材
科の軸方向の各断面の３６個の応力値と、各断面におけ
るビグ木体２の位相差を記録計１５に記録するようにし
ている．そしてこの記録に基づき、グラフ上に円周方向
の各位置の応力値をプロットして、応力の分布をグラフ
上でＳｉｎカーブに近似させたり、電子計算機を用いて
Ｓｉｎカーブに近似させたりしている．
本考案の１実施例の磁歪応力測定用ビグは、上記のよう
に円筒材料に作用する応力測定に使用することにより、
円筒材料に作用する応力を正確にかつ短時間で測定する
ことができる．
［発明の効果］
この発明により、円筒材料に作用する応力の分布を正確
に、かつ短時間に把握することができる．When bending stress as shown by the arrow in FIG. 5(a) acts on the cylindrical material 5, the stress distribution in the circumferential direction of each cross section of the cylindrical material 5 is shown in the graph in FIG. 5<b>. Like Si
It becomes an n curve. However, the circumferential distribution of the stress acting on the cylindrical material 5 that is actually used may be such that the cylindrical material 5 is locally deformed or the contact state between the tire 4 and the cylindrical material 5 is not correct. Since it is not always constant, it is not a perfect sin sine curve, and
Even if the stress values calculated based on the output voltage of the magnetostrictive sensor 10 built into each tire 4 are plotted, the values deviate from the sine force curve as shown at each point in the graph of FIG.
Therefore, in order to understand the correct stress distribution, 36
It is necessary to approximate these data to a sin curve. Further, the VIG main body 2 may rotate in the circumferential direction while traveling in the direction of the cylinder axis. When the VIG main body 2 rotates in the circumferential direction in this way, the magnetostrictive sensor that was measuring the stress at the 0 degree position, which is the reference point in Figure 7, at some point measures the stress at a position rotated 90 degrees. Therefore, in such a case, it is necessary to correct the phase. Therefore,
When measuring the stress acting on a cylindrical material using the magnetostrictive stress measuring vig according to one embodiment of the present invention, the measurement is carried out from the side of the device as shown in FIG. That is, the output voltage of each magnetostrictive sensor 10 is amplified by the magnetostrictive amplifier 12 and sent to the calculator 13, which calculates the stress value corresponding to each output voltage. On the other hand, an inclinometer 14 is built into the VIG main body 2 to detect the rotational position of the VIG main body 2 in the circumferential direction.
The signal is sent to a calculator 13 to calculate the phase difference from the reference position. Then, the calculated 36 stress values of each cross section in the axial direction of the cylindrical material and the phase difference of the Big wooden body 2 at each cross section are recorded on the recorder 15. Then, based on this record, the stress value at each position in the circumferential direction is plotted on a graph, and the stress distribution is approximated to a sine curve on the graph, or it is approximated to a sine curve using an electronic computer. There is. The magnetostrictive stress measurement VIG according to one embodiment of the present invention can be used to measure stress acting on a cylindrical material as described above.
The stress acting on cylindrical materials can be measured accurately and in a short time. [Effects of the Invention] According to this invention, the distribution of stress acting on a cylindrical material can be grasped accurately and in a short time.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は本発明の１実施例の磁歪応力測定用ビグの側面
図、第２図は第１図のＡ − ．Ａ矢視図、第３図はタ
イヤ４の側面図、第４図は第３図のＢ − Ｂ矢視図、
第５図（ａ）は円筒材料に曲げ応力が働いている状態を
示す説明図、第５図＜ｂ＞Ｓｉｎカーブとなる応力の分
布を示すグラフ、第６図は実際の応力測定データを示す
グラフ図、第７図はビグの回転方向を定義した説明図、
第８図は応力測定の装置構成を示す説明図、第９図は磁
歪センサによる応力測定の原理を示す説明図、第１０図
は磁歪センサの説明図である．FIG. 1 is a side view of a magnetostrictive stress measuring vig according to an embodiment of the present invention, and FIG. A view in the direction of arrow A, FIG. 3 is a side view of the tire 4, FIG. 4 is a view in the direction of B-B in FIG. 3,
Fig. 5 (a) is an explanatory diagram showing the state in which bending stress is applied to a cylindrical material, Fig. 5 (b) is a graph showing the stress distribution resulting in a sin curve, and Fig. 6 shows actual stress measurement data. Graph diagram, Figure 7 is an explanatory diagram that defines the rotation direction of the VIG,
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the structure of a stress measurement device, FIG. 9 is an explanatory diagram showing the principle of stress measurement using a magnetostrictive sensor, and FIG. 10 is an explanatory diagram of the magnetostrictive sensor.