JPH06500634A - 応力を受ける機械的構造体で使用される歪み監視装置および方法 - Google Patents

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】 ■ 応力を受ける機械的構造体で使用 ヒ される歪み監視装置および方法 発明の分野 本発明は実質１全ての型式の構造体内の応力を測定しかつ監視する分野に関する 。そのような構造体の例は、建物、橋梁、パイプライン、ダム、道路、航空機及 び機械装置を含み、これらに限られない。しかし、最も一般的な形態において、 本発明は、応力及び歪みが発生する媒体いかんに拘らず２つの離隔した位置の間 に存在する歪みを測定する分野に関する。

発明の背景 全ての機械的構造体は、１つのまたは他の型式の機械的応力を本来的に受ける。

構造体が例えば、重力の場に配置される場合、単に重力が存在するだけで構造体 の構成部材に所定の応力が発生する。はとんどの物理的構造体はそのような基礎 的な応力に耐えるように設計されているが、多くの環境においては、異常な応力 が構造体に加えられる場合があることは希なことではない。これらの異常な応力 は、地震のような環境現象のみならず、通常活動中における橋のような構造体の 使用からまたは機械のような構造体の使用からも生じる可能性がある。

例えば、建物の負荷状態は人による使用、風の流れ、振動等で変動する。橋は例 えば、往来する交通（及びこれにより生じる振動）、風の流れ及び潮流の結果と して変動負荷を受ける。地面に連結される場合、構造体は熱負荷、土壌／構造体 の相互作用（クリープ、沈下及び凝固）及び地震または他の自然災害により生じ る異常負荷を受ける可能性がある。船舶、航空機、産業設備等の機械装置は、仕 事を行うために何らかの抵抗に対して力を加えることで通常作動するのでその作 動条件として作用する力が変化する。従って、機械装置の構造部材は力を加える ことにより生じる負荷に耐えなければならない。

本発明は、本発明による歪み素子の取付は可能な任意の２つの位置の間の歪みを 監視するのに使用可能であるが、構造システムの歪みの測定に関する。従って、 本発明は構造部材の歪みを監視できるだけでなく、２点間の転位を測定し例えば 、土または基体媒体内の歪みを監視することも可能である。

歪み測定装置の必要性は疑いもないことである。自然災害が、構造体の形状維持 または使用を不適当にするほと構造体を過度に歪ませる場合が多いことは周知で ある。

実際、構造体の通常の使用または機械装置の通常の使用でさえも上記システムを 許容限度を越えて劣化させる可能性がある。いずれの場合でも、現在の予防技術 は構造体の視覚による検査を必要とし構造システムの劣化を判断するために、検 査者は数多くの経験に基づいた測定を行わなければならない場合がある。建物、 ダム、鉄道等のような大きな建造物においては、システム内部の構造部材が歪み による構造上の損害を被る可能性のみならず蓋然性がある。そのような場合、構 造部材を観察することができないために損害を判断することはほとんど不可能で ある。構造システムを構成する構造部材を観察及び／または測定することがたと え可能であっても、評価方法は時間がかかりまた費用高である。限られた数の検 査者しかいない場合も、例えば、地震または自然災害後に生じる滞貨により構造 体の形状維持及び使用が妨げられる。更に、構造部材は歪みを受けてもその後、 原形または歪みが軽減された状態に戻ると、検査しても実際の劣化度が分からな い場合がある。従って、歪みによる劣化が隠れた危険な構造体が検査を通過する 可能性がある。

分析装置としての歪みゲージの存在は従来知られている。例えば、電気歪みゲー ジが開発され、通常、４つの型式に分類することができる：（１）キャパシタン スゲージ；（２）インダクタンスまたはマグネチックゲージ；（３）圧電ゲージ ：及び（４）抵抗ゲージ。これらのゲージの中で最も一般的なものが、電子回路 のインダクタンスを変えて電流を変化させるために導電コイルに対し誘導素子を 変位させることにより長さの変化の関数として歪みを測定するインダクタンスゲ ージである。この電流の変化は歪み信号を発生させ、この信号はその後適宜な電 子手段により増幅可能である。同様に、容量型歪みゲージは上記のシステムのキ ャパシタンスを変化させ、それにより歪みを受ける複数の点間の相対動を表す信 号を発生させる容量型プレートまたは誘を型媒体の相対動により作動する。抵抗 型歪みゲージはワイヤの歪み変形によるワイヤの抵抗変化に反応する。圧電歪み ゲージは、歪み測定を行うために歪み下に配置された圧電水晶の電流発生により 作動する。

これらの歪みゲージの開発にも拘らず、構造体の歪みを測定するために分析ツー ルとして歪みゲージを構造システム内に設けることはほとんど行われていなかっ た。

これは１つには、現存の歪みゲージの価格が高いことにもあるかもしれないが、 これらのゲージは構造がかなり複数で比較的脆い。従って、操作及び測定には比 較的高度の技術が必要であり、一定の場所での連続使用は許容できないほどに高 度の保守と信頼性の喪失を招く可能性がある。従って、製造費が比較的安く、使 用及び操作が容易な改善された歪みゲージ及び歪みゲージ装置が要求されている 。

発明の概要 本発明の目的は、歪みゲージが構造体内の歪みのインディケータとして異なる物 理現象を使用できる材料から形成された新規かつ宵月な歪みゲージ素子を提供す ることである。

本発明の他の目的は、構造体内の応力から生じる歪みを測定する新規かつ宵月な 方法を提供することである。

本発明の更に他の目的は、構造システムの歪みが歪みゲ・−ジ素子を形成する材 料の相変化を観察することにより測定可能な装置及び方法論を提供することであ る。

本発明の更に他の目的は、構造システムの構造部材または構成部材の全体または 一部が、歪みに応じて非強磁性状態から強磁性状態への相変化を受ける材料を使 用して形成することができる装置及び方法論を提供することである。

本発明の更に他の目的は、所定の時間に亘って構造体のピーク歪みを観察する装 置及び方法を提供することである。

本発明の更に他の目的は、構造体の応力による劣化を測定するために応答指令信 号を発することができるが電力消費が少ない構造体用監視システムを提供するこ とである。

これらの目的を達成するために、本発明は構造部材の機械的歪みを測定する装置 を提供する。広い形態において、この装置は応力に応じて泪が変化する物質から 形成された材料片を含んでいる。この材料は、２つの装着位置間の構造体の応力 から生じる相対動により材料片に歪みが生じるように適宜な装着部材により例え ば、構造システム内の構造部材に固定される。それから、相変化度を構造部材の 歪み、従って、劣化度を算出するのに使用可能な相変化を測定する装置か設けら れる。

本発明の好ましい実施例による歪み素子は、歪みに応じて相か、従って、その磁 性特性か変化する材料を使用するのが好ましい。特に、この開示によれば、歪み 素子は知られているように歪みに応じて非強磁性状態から強磁性状態に比例的に 非可逆変化を受ける変態誘起塑性（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　１ｎｄｕｃ ｅｄ　ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ：　ＴＲＩＰ）合金鋼から形成される。この歪み素 子は引張素子であることが好ましく、この引張素子は、装着部材の相対動で緊張 されて引っ張られ、ＴＲＩ　Ｐ鋼合金の強磁性特性を向上させるように、例えば 、一対の装着部材間に装着可能である。

■実施例において、コイルが引張素子に巻回され、磁性インダクタンスの測定は コイルを流れる電流を測定することにより達成される。他の実施例において、Ｔ ＲＩＰワイヤのウェブ状アレーか航空機の翼のような構造体の外板に埋設可能で 、ウェブ状材料に近接して配置された別体のコイルにより磁性インダクタンスが 測定可能である。また、ＴＲＩＰ素子は構造部材上のプレートまたは被覆であっ てもよく、磁性インダクタンスの変化は当該技術分野において知られている適宜 な装置により測定可能である。本願において開示されている実施例において、歪 み素子は、構造システムの構造部材または構造体に取り付けられた補助素子であ ってもよいことも示されている。前者の場合に、例えば、歪み素子はワイヤ、ケ ーブル、プレート、ビーム、コラムまたはその他の構造部材であってもよく、同 様に２つの構造部材を一体的に結合するのに使用されるねじ、ボルト、リベット 等のような締結具であってもよい。

単一の引張素子が使用される場合、本発明による歪みゲージにより例えば、圧縮 または引っ張りから生じる単一の歪みを測定することができる。しかし、本願に おいて開示されているように、歪みゲージは例えば、通常の応力と剪断応力との 組み合わせから生じる複数次元の歪みを測定するように構成することができる。

従って、本発明は応力を受ける、機械装置を含む実質１全ての型式の構造体に利 用することができる。従って、本発明の方法及び装置は例えば、橋、鉄道、ダム 、建物、パイプライン及び航空機または大きな産業設備のような機械装置を含む 幅広い領域で使用することができる。

更に、相が変化する引張素子及びこれらの引張素子を備える歪みゲージは、一体 構造結合される構造部材の歪みを測定するために使用可能なシステムに組み込む ことができる。従って、構造部材の転位を含む応力から生じる劣化を迅速かつ容 易に評価することができる。上記システムでは、複数の検出素子が構造体全体の 所定位置に配設され、各構造部材の応力が各検出素子の相変化材料に歪みを生じ るように構造部材に結合されている。この相変化は適宜な方法で測定される。こ れらのシステムでは、いくつかの検出素子が、複数の監視点間の相対転位を記録 するために所定の転位モニタ素子に対する複数の監視点でこの構造体に結合する ことができる。他の検出素子は選択された特定の構造部材の歪みを実際に測定す ることができる。所定の場合には、これらの検出素子は、これらの検出素子を構 造体に装置する手段として鉄道またはダムのような構造体に埋設することができ る。従って、構造体の変形は一定時間に亘って二次元または三次元で１視するこ とができる。相変化測定装置は構造部材の外面に配置された検出器または現場計 装される装置としてもよい。いずれの場合でも上記システムの歪みゲージは中央 監視ステーションに連結されるのか好ましい。

いずれの場合でも上記装置は各検出素子に送られる応答指令信号を発生させ、こ の信号は検出素子の相変化を表す出力を発生させる装置により修正信号として受 け取られるように各検出素子材料の相変化により影響される特性を有している。

この修正信号は各検出素子で発生する歪みを計算するように処理可能である。所 望の場合にはこの出力は構造体の危険な状態を表す警報信号を発生させるために 使用することができる。

上記記載から、本発明の幅広い方法は構造体の歪みを測定し、種々の基本工程を 含んでいる。第一に、歪みに応じて相変化を受ける物質から形成された材料片は 、構造体内で測定される歪みに対応して歪みを受けるように構造体に設けられる 。第二に、上記材料の相変化はこの相変化から生じる歪みのインディケータとし て測定される。上記材料片は構造部材として設けたり、構造体内に埋設したりま たは構造部材の補助素子として取り付けることができる。引張素子を構造体内に 設ける工程が、離間した固定具を設けて引張素子の両端部を固定することにより または引張素子を構造体内に埋設することにより達成されるように、上記材料片 は引張素子として形成されるのか好ましい。また、上記材料は、歪みに応答して 非強磁性状態から強磁性状態に相か変化するものか好ましく、測定工程は材料の 磁性インダクタンスの変化を測定することにより達成される。

本発明のこれらの目的及びその他の目的は、添付図面を参照しつつ好ましい実施 例に関する下記詳細な説明を勘案することにより、より容易に認識されかつ理解 されるようになるであろう。

図面の簡単な説明 第１ａ図及び第１ｂ図は軸方向の応力を受けている構造部材を示す線図てあり、 第１ａ図は引っ張り状態の部材であり、第ｉｂ図は圧縮状態の部材であり；第２ ａ図及び第２ｂ図は例としてのＴＲＩＰ鋼合金製引張素子の、応力と歪みとの関 係を示す曲線及び磁性材料の強磁性割合と歪みの変化との関係を示す線図であり ： 第３図は相変化材料片を含む、本発明による代表的な歪み素子を示す線図であり ： 第４図は引張ケーブルに装着された本発明による歪みゲージ素子及び測定装置を 示し： 第５図は一対のケーブルを相互接続するために使用されている歪みゲージ素子及 び測定装置を示す上部平面図であり； 第６図は構造ケーブルとしての相変化材料及びこの相変化材料用測定装置の使用 を示す上部平面図であり；第７図は本発明による相変化材料から形成された多数 のストランドを有するケーブルを示す上部平面図であり； 第８図は本発明の歪みゲージ装置及び方法を含むブリッジ部を示す立面側面図で あり： 第９図は第１の構造部材を第２の構造部材から支持するボルト形状の本発明によ る歪みゲージ部材を示し、一部に横断面を有する側面図であり： 第１０図は引張応力検出用の複数の範囲を育する、本発明による歪みゲージ装置 の斜視図であり：第１Ｉ図は第１０図と同じであるが複数の範囲に亘って圧縮応 力を測定する歪みゲージ構造を示す斜視図であり； 第１２図は引張及び圧縮の双方を測定する歪みゲージ装置を示す立面側面図であ り： 第１３図は第１２図の歪みゲージ装置の上部平面図であり： 第１４図はビームに装着された第１２図及び第１３図の歪みゲージ装置を示す斜 視図であり；第１５図はビーム、コラム及び支柱を使用し、その歪みを測定する 歪みゲージを含む構造体を示す立面側面図であり： 第１６図は板状の歪みゲージ部材の他の実施例の上部平面図であり； 第１７図は第１６図に示した歪み素子の斜視図であり； 第１８図は本発明による相変化材料から形成されたシェルの斜視図であり； 第１９図は基体上の被覆としての本発明の歪み素子を示す横断面の側面図であり ； 第２０［ｉＪは仮想線で示された構造部材と共に構造部材内に埋設されている、 本発明の他の実施例による歪み素子の斜視図であり； 第２１図は枠組みの歪み及び変位を測定する方法論を使用する本発明の歪みゲー ジを示す横断面の側面図であり： 第２２図は石造りの壁で使用される第２１図の歪み・変位測定装置及び技術を示 す側面図であり：第２３図は石造りの構造体内での三次元変位及び歪み測定を示 す、一部を破断した横断面の斜視図であり；第２４図は本装置及び方法論による 建物構造体内で使用される歪み測定システムを示す一部を破断した斜視図であり ： 第２５図は本発明による埋設された歪み素子を有する管の斜視図であり； 第２６図は本装置及び方法論による管の外面に装着された歪みゲージ装置を示す 斜視図であり：及び第２７図は本装置及び方法によるロッドまたは管のねじり力 を測定する歪みゲージ装置の上部平面図である。

例示的実施例の詳細な説明 本発明は種々の構造体内の歪みの測定に関する。装置の観点から、広義において 本発明は、構造部材に装着可能な別体の歪みゲージ内に形成することができ、そ の特定部材の歪みを測定するために監視することができる新規かつ作用な歪み検 出素子を含んでいる。

また、歪み検出素子は、主構造部材または側構造部材としてまたは構造部材のボ ディ部内に埋設することにより構造体内に備えることができる。従って、本発明 は、その構造体内の多数の歪み位置を監視するのに使用するために大きな構造体 内に組み込み可能な測定システムを予定してする。従って、広義において本発明 は、構造部材内の歪み及び大きな構造部材または多数の構造部材を備える複雑な 構造体内の歪みを測定する新規がっ作用な方法論にも関する。

従って、第１ａ［ｉＮ及び第１ｂ図を参照すると、代表的な構造部材ｌｏか第１ の位ｉｔＸ＋と第２の位置Ｘ２との間を長手方向に延びる場合、構造部材ｌｏは 第１ａ図に示されている軸方向の張力Ｔまたは第１ｂ図に示されている圧縮力を 受ける可能性があることが分かるであろう。

いずれの場合でも、構造部材１ｏは横方向の剪断力Ｓを受ける可能性かある。従 って、単一次元Ｘ、−ｘ、においては、２つの応力、即ち軸方向の応力と剪断応 力Ｓとが存在することを認識することができ、応力はＩａ機械工学おいて周知の ように単位面積当たりの力と定義される。

実際、構造部材は三次元であるので、６つの異なる応力か三次元の物体に作用す る可能性がある。

即ち、基準座標軸及び３つの剪断応力に対応する３つの軸方向の力が存在し、１ つの剪断応力は軸方向の各応力に対応する。

機械的歪みは材料の応力の当然の結果である。通常の歪みは測定次元における材 料の長さの変化割合として測定される。従って、例えば、軸方向の応力がこの軸 方向の応力の作用する軸方向部材の長さを２倍にしたと仮定すると、その部材は １００％の軸方向の応力または通常の応力を受ける。同様に、軸方向の力が圧縮 であり、応力が当初の軸長の１／２に減少する場合、材料は−５０％歪んだこと となる。材料の歪みを測定可能であることは歪みを受けた部材の劣化の計算を可 能とし、部材自体の特性を知ることにより機械工学の分野において周知なように 歪みの原因となる応力の計算を可能とする。従って、知られた構造部材の応力を 知ることは歪みの計算を可能とし、または歪みを知ることは応力の計算を可能と する。

本発明の詳細な説明したように、応力より歪みを測定するほうが便宜な場合が多 いことから部材の歪みを測定するために過去において種々の歪みゲージが開発さ れた。これらの装置は、測定コイルに対する強磁性コアの相対動、容量型プレー トまたは誘電型媒体の相対動、歪み変形から生じる電気抵抗の変化または歪みを 受ける圧電装置の電流の発生により歪み測定を達成する。本発明は先行技術にお いて記載された４つの技術に、革命的な第５番目の技術、即ち歪みを受けた材料 の相の変化を付加する。本発明の好ましい実施例の特定の形態は、誘導型ゲージ に類似した磁性インダクタンスの測定に依存するか、磁性インダクタンスの相対 変化のための物理的機構（相変化）は歪みゲージにおいて従来使用されていたも のとは全く異なる。従って、一般的な形態において、本発明の教示に従って形成 されたゲージは相変化ゲージと定義することができる。

Ａ、相変化材料 本発明の開発は、歪みに比例して相か変化する材料により構造部材の歪みを測定 することができるという出願人の認識から生じている。最広義において相変化は 、材料の物理的特性の１つの状態から他の状態への単なる変化である。例えば、 相変化は、固体から液体、液体から気体または固体から気体との間で生じる可能 性がある。

相は、一般的に他の物体とは物理的に区切られる均一かつ均質である物体と定義 される。結晶性固体では、材料を構成する原子は格子として知られている特定の 規則的配列で配置されている。結晶性固体の特性は特定の三次元配列または原子 により構成される“結晶構造体”に依存する。こわらの異なる相は材料の例えば 、磁性的、電気的、光学的または機械的特性または反応に変化を生じさせつる。

最広義において本発明では、材料の異なる相変化が歪みゲージ内に含めることが でき、または歪み検出素子を形成するために使用可能であることを予定している が、歪み素子として特別に有用であると発明者により現在認識されている主材料 は頭文字からＴＲＩＰ合金鋼により知られている変態誘起塑性合金鋼（Ｔｒａｎ ｓｆｏｒｍａｔｉｏｎＩｎｄｕｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　Ａ１１ｏｙ　５ ｔｅｅｌ）として知られている材料である。

鉄のような固体は温度、圧力またはその他の環境要因に依り１以上の原子配列で 存在しつる。周囲条件下での鉄の安定構造は体心立方であるが、鉄を他の原子と 混ぜることにより原子は面心立方のような準安定結晶構造体で存在しつる。１９ ６０年代において、準安定面心立方の原子配列で存在する材料は加えられる応力 （または歪み）の影響下でより安定な配列に変態することが理解されていた。そ の結果、これらの材料の変形特性は得られる強度と破壊抵抗または強靭性との組 合わせにおいて優れていることが分かった。改善された機械的特性は弾性変形中 及び／または塑性変形中に発生する相変態の結果であったか、これらの鋼はその 頭文字からＴＲＩＰ（ＴＲａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｐｌａ ｓｔｊｃｊｔｙ　）　（変態誘起塑性）鋼と呼ばれた。ＴＲＩＰ合金鋼は例えば 、マンガン、炭素、ニッケル、クロム及びモリブデンのような元素を含む、鉄を ベースとした合金である。

上述のように、ＴＲＩＰ合金鋼は特に、その高強度及び高強靭性、更に単位重量 当たりの強度か高い構造部材を形成する可能性を存していることから開発されて きた。

ＴＲ，ＩＰ合金鋼の磁性特性及びこれらの材料の相変化力か注目されたが、強度 を除く特性に対し歴史的に関心か払われなかった。これらの材料は放射性廃棄物 を封入する潜在的材料として若干研究されたが、この技術は発展しなかった。従 って、これらの材料の高強度及び高強靭性を有する構造部材用以外の用途は実質 上存在しなかった。

上述のように、ＴＲＩＰ鋼合金の１つの特性は負荷下での相変化である。ＴＲＩ Ｐ鋼合金族は負荷が加えられない状態では面心立方相である。即ち、結晶構造の 各単位胞は立方体の隅の原子と、立方体の各面の中心の原子とを育する。この相 は準安定状態であり、安定相では体心立方である鉄をベースとした合金の通常の 原子バッキング（ａｔｏｍｉｃ　ｐａｃｋｉ口ｇ）とは異なる。体心立方は、各 単位胞が立方体の隅の原子と立方体の単位胞の中心の他の原子とを存する原子バ ッキングである。

ＴＲＩＰ鋼合金は、相がＴＲＩＰ鋼合金から形成された素子に加わる負荷量に比 例して準安定状態の面心立方構造である無荷重状態または初期状態から安定状態 の体心立方構造に変化することを出願人は認識した。この相の変化は、歪み測定 装置及び方法論においてこの材料を特に有用にさせる２つの特性を育する。第１ に、面心立方構造から体心立方構造への相変化は、材料の磁性特性に変化、即ち 、非強磁性から強磁性への変化を生じる。

第２に、この相変化は非可逆である。

第２ａ図に示すように、歪み及び応力が互いに比例していることを初期負荷曲線 りが示していることが分かる。

第２ｂ図において、ＴＲＩＰ合金鋼の強磁性Ｍ、の割合が歪みの関数であること 、この特定の合金の組成を強磁性曲線を移行させるように構成することが可能で あり、従って、異なる歪み範囲が異なる合金組成により測定可能であり、従って 、異なる材料が異なる感度及び応答を示すことか表されることが分かる。従って 、例えば、第１の強磁性曲線Ｍ、は歪みＳｌとＳ、との間の動的範囲を有し、こ の範囲内で強磁性の割合を材料の歪みを測定するのに使用することができる。同 様に、第２の強磁性曲線Ｍ、は歪みを点Ｓ、とＳ、どの間で測定することができ る動的範囲を有する。最後に、強磁性曲線Ｍ、は歪みを点Ｓ４とＳ、との間で測 定することができる動的範囲を有する。曲線Ｍ　＋　、　Ｍ　を及びＭ、の動的 範囲が重複しているために、第２ｂ図に図式化された３つの素子の各強磁性割合 は点Ｓ、と８６との間の測定可能な歪みを越える動的範囲を提供することが分か る。

各検出範囲を越える非強磁性状態から強磁性状態への変化が、いままで認識され ていなかった容易かつ安価な方法を使用して歪みを測定可能であることを出願人 は認識した。また、所望の感度を存する歪みゲージを形成するだめに単独でまた は組合せて使用することかできる異なる測定可能な歪み範囲を有する異なる感度 の歪み素子を形成するために、異なる歪み素子を合金の組成により調整すること かできることを出願人は認識した。最後に、非強磁性状態から強磁性状態への変 化は非可逆であるので、ＴＲＩＰ鋼合金から形成された歪み素子はその後の反対 の応力か素子を原形に戻しても応力変形により素子に発生したピーク歪みを測定 可能であるという第２の利点を存する。従って、変形が逆転したために材料は歪 みを受けなかったと見える場合でも、ＴＲＩ　Ｐ鋼合金素子は以前に受けた最大 歪みの測定を可能とする。また、これは種々の構造体の歪みを測定する装置及び 方法論において重要な利点を有する。

Ｂ、単−歪み測定素子及びゲージ 第３図は本発明の基本的形態を示し、第ｔａ図及び第１ｂ図の部材ｌＯと同様に 歪み素子２０が位置ＸＩとＸ、との間を延びている。本発明による歪み素子２０ は上述の型式の所定のＴＲＩＰ鋼合金から形成されている。

ワイヤ２４のコイル２２が素子２０に巻回され、素子２０の磁性インダクタンス を検出可能な磁性誘導メーター２６に結合されている。応力により位置Ｘ１とＸ ｔとの間に相対動が生じると、素子２０は上述のようにその状態を非強磁性から 強磁性に変化させる歪みを受け、強磁性の割合は歪みに比例する。０％の強磁性 と１００％の強磁性との間の範囲においてコイル２２の磁性誘導が変化する。こ れは、素子２ｏが歪みに比例して強磁性特性か変化するコイル２２用コアを形成 しているからである。

コアの強磁性の変化は周知のようにコイル２２の磁性誘導を対応するようにかつ 比例的に変化させ、この磁性誘導は磁性誘導メータ２６により測定可能である。

従って、メーター２６は素子２０の強磁性割合、従ってその歪みを測定可能なよ うに容易に較正することができる。

従って、この歪み素子２０は、構造部材の歪みを測定するのに使用可能な装置を 提案する。例えば、第４図に示すように応力としての引張りを受けるケーブル３ ｏが表されている。ＴＲＩＰワイヤ４０の形態のＴＲＩＰ鋼合金素子が第１の装 着部材４２と第２の装着部材４４との間に装着され、これらの装着部材はケーブ ル３ｏが引張られると互いに離れるようにケーブル３ｏに固定される。装着部材 ４２及び４４の相対動は、ワイヤ４ｏが軸方向の引張によりケーブル３ｏの歪み に直接比例して歪みを受けるように取り付は点４６及び４８でワイヤ４゜の引張 りを生じる。コイル４３を通る磁性インダクタンスはケーブル３０の歪みが直接 測定されつるようにメーター４５により測定可能である。

第５図は、ケーブル５２及び５４の形態の主構造部材を相互接続するために第２ の構造部材として使用されているＴＲＩＰ鋼合金コネクタ５０を示している。こ こで、ＴＲＩＰ鋼合金は当初の開発理由である高強度特性を有しているので主構 造部材、例えば、ケーブル５２及び５４を相互接続し、組合された構造システム に発生する歪みを測定するためのコネクタまたは締結具として使用可能であるこ とが理解されなければならない。ここで、構造部材５０か装着部材５６及び５８ によりケーブル端部５３及び５５の夫々に取り付けられ、メーター６７に結合さ れたワイヤ６５のコイル６３が巻回されている縮径された中央部６０を有するこ とが分かる。ケーブル５２及び５４の引張による伸長の形態の中央部６０の軸方 向の変形は中央部６０の相の変化を生じさせ、この相変化は上述のように誘導計 量（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｅｒｉｎｇ）　・誘導測定装置（ｉｎｄｕｃｔ ｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　）　６７により監視可能である。

また、高強度を有するＴＲＩＰ鋼合金材料の他の特性から、第６図に示したよう にケーブル７０を完全にＴＲＩＰ鋼合金から形成可能なようにＴＲＩＰ鋼合金自 体を主構造部材として形成可能であることが理解されなければならない。ＴＲＩ Ｐ合金鋼が主構造部材として使用される場合、引張り応力から生じるケーブル７ ０の歪みを決定するためにケーブル７０の強磁性の相対的割合を測定するにはメ ーター７７に結合されたワイヤフィル７３を設けるだけでよい。同様に、第７図 においてケーブル８０は多数のストランド８１．８２及び８３から形成可能で、 ｌまたは１以上のストランドはＴＲＩＰ鋼合金ケーブルのストランドであっても よいということが分かる。

ケーブル８０は主構造部材を備え、その歪みはケーブル８０を巻回するコイル８ ５に結合されたｍＲ８７により測定可能である。第２ｂ図に関する議論を参照す ると、ストランド８１．８２及び８３の夫々は、幅広い範囲の歪みが重複する強 磁性曲線を宵する構造ストランド８１゜８２及び８３により測定可能なように、 歪みに対し若干具なる応答曲線を存するように構成可能であることも理解するこ とができる。

第４図から第７図に示すようなＴＲＩ　Ｐ鋼素子は一体構造体の歪みを測定する システム内に備えることができる。第８図において、図示目的のために、複数の ケーブル９３−９７により懸架ケーブル９８から支持されているベッド９２を含 むブリッジ９０が示されている。各ケーブル９３−９７は対応する歪みゲージ素 子１０３−１０７を育し、ケーブル９８には歪みゲージ素子１０８が設けられて いる。従って、ブリッジ９０の通常の使用から発生するまたは例えば、強風、地 震等から発生する異常な周囲の歪みから生じる各ケーブルの歪みを測定すること ができる。これらのケーブルの所定の劣化要因は監視可能であり、ＴＲＩＰ合金 鋼の相変化は非可逆であるので各歪みゲージ素子１０３−１０８は一定時間に亘 って発生するピーク歪みを測定する。

従って、本発明はブリッジ９０の形態の構造体の保全性を評価する簡単かつ安価 な技術を提供する。更に、各ゲージ１０３−１０８は共通の遠隔センサ装置によ り監視可能であることか認識されなければならず、この遠隔センサ装置は各支持 ケーブルの歪みを決定するために各歪みゲージ素子をポーリングすることができ る。従って、歪み測定装置を歪みゲージ素子の数とｌ対ｌに対応させる必要はな い。更に、歪み測定装置を各歪みゲージまたは歪みゲージ素子１０３−１０８全 体とその場所で結合させる必要はない。その代わりに、歪み素子は受動的である のでケーブル９３−９８の状況を知るために専門家は別体の携帯型メーターを容 易に使用することができる。

これは、歪み測定を行っているとき以外は電力を消費しないという当然の利点を 提供する。

また、第８図に関し記載された技術は例えば、構造体１１０に使用することがで き、第■の水平部材１１２か一対の支持ボルト１１６により第２の水平部材１１ ４から懸架された状態で支持されるように装着される。各ボルト１１６は頭部構 造体１１８と、支持部材１１４の通路１２２と支持部材１１２の通路１２４とを 通って延びる軸構造体１２０とを育する。ボルト１１６はナツト構造体１２６に より頭部構造体ｌ１８の反対端部に固定される。水平支持部材１１２に作用する 重力またはその他の負荷による支持部材１１４に対するボルト１１６の引張りは 、ボルト１１６をＴＲＩ　Ｐ合金鋼から形成する場合監視可能である。ここで、 磁性誘導か測定装置ｔ１２７により監視可能なようにコイル１２５かボルト１１ ６の所定部に巻回される。

Ｃ，ビーム及びコラムの歪み 次に、本発明による最も便宜な相変化装置の１つはＴＲＩＰ鋼ワイヤまたはケー ブルセグメントの形態の引張素子の使用であることは前記記載から理解すること かできる。即ち、ワイヤは圧縮下で充分に歪む前に湾曲するために、ワイヤの圧 縮を測定するよりＴＲＩＰ鋼合金ワイヤの伸長による軸方向の引張りにより生じ る歪みを測定するほうがより便利である。従って、相変化ＴＲＩＰ鋼合金ワイヤ は以下で引張素子として参照される場合があり、これらの引張素子は、支持コラ ム、ビーム及び斜材のような構造部材の応力による双方の歪みを測定するのに使 用することができる。測定されたこれらの歪みは引張及び圧縮から夫々生じる正 の歪み及び負の歪みの双方であろう。

第１Ｏ図を参照すると、３つの引張素子１３１，１３２及び１３３が第１及び第 ２の装着部材１３４及び１３６の間に装着可能であり、これらの装着部材は構造 部材１４０の１部に取り付けられる。各引張素子１３１−１３３に各コイル１３ ７，１３８及び１３９が設けられる。

装着部材１３４及び１３６を互いに離れさせる部材１４０の伸長は、引張素子１ ３１−１３３の伸長が構造部材１４０の歪みを表すように引張素子１３１−１３ ３に引張りの形態の応力を及ぼす。引張素子１３１−１３３は上述のように歪み の異なる範囲を測定するように形成可能である。

同様に、第１１図に示したように、一対の装着部材ｌ５２及び１５４が設けられ 、構造部材１４０に取り付けられている歪み装置２５０により圧縮から生じる構 造部材１４０の歪みを監視することができる。装置部材１５２及び１５４の互い に近接する相対動が引張素子１７１゜１７２及び１７３に引張りを生じるように 、装着部材１５２及び１５４が便宜な態様で設けられる。例えば、第１１図に示 したように、装着部材１５２は基部１５６を育し、この基部にクロスバー１５８ がアーム１６０により強固に固定されている。開口１６２がクロスバー１５８に 形成され、このクロスバ−は装着部＃１５４の基部１６６に強固に固定されてい るアーム１６４を摺動可能に受容する。反対側の装着部材１５４はアーム１６４ に強固に固定されているＴ字状クロスパー１６８として形成され、従って、基部 １５６及び１６Ｂが圧縮力下で互いに近接するとき、対応する強磁性相変化が引 張素子に設けられたコイル１７４−１７６で測定できるようにクロス／（−１５ ８及びＴ字状クロスパー１６８が互いに離れて引張素子１７１−１７３を伸長さ せる。

本発明による２段歪みゲージか第１２図から第１４１１に示され、この歪みゲー ジは第１０図及び第１１図に示した構造体を単一のユニットに含んでいる。第１ ２図において、一対の装着部材１８２及び１８４が構造部材Ｉ４０に固定されて いるのが分かる。装着部材１８２は基部１８６と、アーム１９０によりこの基部 に強固に固゛定されているクロスバ一部１８８とを有している。同様に、装着部 材１８４は基部１９６と、アーム１９４によりこの基部に強固に固定されている クロスバ一部１９８とを育している。第１の引張素子２０１は装着部材１８２の 基部１８６と装着部材１８４の基部１９６との間に延びている。第２の引張素子 ２０２はクロスバー１８８及び１９８の間に延びている。上述のように磁性イン ダクタンスの変化により強磁性の変化を測定するために、引張素子２０１にコイ ル２０３が設けられ、引張素子２０２にワイヤコイル２０４が設けられている。

従って、構造部材１４０を伸長させつる張力下で引張素子２０１が伸長させられ 、それにより張力により誘導された歪みが監視され、一方、圧縮力は引張素子２ ０２を緊張させ、従って、その伸長は構造部材１４０に作用する圧縮力による歪 みに対応する。

第１４図に示すように、歪みゲージ１８ｏをフランジ部２１２上の例えば、１字 状ビーム２１０のような主構造部材に装着することができる。しかし、ゲージユ ニット］８０を中央ウェブ２１４またはビーム２１０のその他の便宜な部分に装 着可能なことが認識されなければならない。構造体が第１５図に示すように複数 のビームから形成される場合、構造体２２０を監視するために複数の歪みゲージ ユニット１８０を設けることができる。ここで、構造体２２０がコラム２３０の ような複数のコラムを含み、これらのコラムは代表的なビーム２４０のようなビ ームを支持し、またこれらのビームは斜材２５０のような斜材により支持可能で ある。矢印Ａ＋　Ａｓは、構造体２２０に通常及ぼされ、便宜な位置に装着され ている歪みを受けたゲージユニット１８０により監視可能な相対圧縮力及び張力 を示している。

Ｄ、プレート、外板及びシェルの歪み測定第１６図から第２０図はプレート、外 板及びシェルの歪みを測定する素子を示し、これらの素子は単純な１次元以上の 力から生じる歪みの測定を典型的に許容する。

これらの型式の素子及びここで予定されている方法論に重要なことは、相変化材 料をワイヤコイルで巻回または囲む必要はないという事実である。むしろ、誘導 測定コイルは、誘導測定装置の感度により充分に近接したところに単に配置する ことによりＴＲＩＰ鋼合金プレート、外板、被覆またはウェブの強磁性を無理な く測定可能である。従って、例えば、第１６図に示すように、ＴＲ，ＩＰ鋼合金 材料の４プレート３００は例えば、ボルト３０２により構造部材３１０の面３１ ２に固定可能である。

それから、電磁ワイヤコイル３２０をプレー１−３００１こ近接して選択的に配 置することができ、その強磁性誘導か装ｆｔ３３０により測定可能である。プレ ー１−３００の強磁性特性の変化は、構造部材３１０の歪みから生しるプレート ３００の歪みを知るために装置３３０により監視可能である。従って、第１７図 に示すように、プレート３００に作用する圧縮応力、膨張応力または撓み応力に より構造部材３１０に生しる歪みは監視可能である。

ここで、撓み力か矢印Ａ、及びＡ、により図式的に示されている。プレート３０ ０のようなプレートは石造りの壁、構造支持パネル等のような構造部材に取り付 けることができる。

第１８図に示すように、ＴＲＩＰ合金鋼材料はシェル３５０のようなシェルを形 成するのにも使用することができる。ここて、内［３５６を囲む上部パネル部３ ５２と下部パネル部３５４とを備えるシェル３５０か示されている。このシェル ３５０の全体はＴＲＩＰ鋼合金から形成可能であり、または第１９図に示すよう に、パネルはＴＲＩＰ合金鋼被覆３６２を有する基体３６０により形成可能であ る。また、第２０図に示すように、パネル３７０はワイヤ３７４及び３７６のよ うなＴＲＩＰ鋼ワイヤの埋設ウェブ状マトリックス３７２を備えてもよい。

ウェブ状マトリックス３゛７２は、例えば、航空機の翼、船舶の胴体、貯蔵タン ク等のアルミニュームまたは複合材料製のシェルまたは外板の面に埋設しまたは この面に沿って取り付けることか可能である。圧縮、引張り、撓み及びその他の 変形力から生じる歪みは、プレート３００の強磁性の変化の測定に類似した、シ ェル３５０、被覆３６２またはマトリックス３７０のようなウェブの強磁性の変 化の測定により監視可能である。プレートまたはウェブ状マｊ・リックスか構造 部材に埋設される場合でも材料の強磁性の変化は構造部材の面に近接して配置さ れた誘導コイルの材料により無理なく測定可能であることか更に認識されなけれ ばならない。また、ＴＲＩＰ合金鋼は高強度及び強靭性を存しているので材料自 体か構造部材に強度を与える。しかし、構造部材のある程度の可撓性か例えば、 航空機の翼において望まれる場合、第２０図に示されているウェブ状ワイヤまた は第１９図に示されている比較的薄い被覆か好ましい構造であると考えられる。

Ｅ、相対撓みの測定及び監視システム また、本発明による引張素子は、応力から生じる劣化に関し構造体の保全性を監 視するために一体構造結合されている構造部材の歪みを測定するために作用する 監視システム内に備えることかできる。構造体として相互接続された複数の構造 部材の監視について第１５図を参照して若干論議した。上記図面において、応力 誘起変形を監視するために複数の歪みゲージ１８０が異なる構造部材に配置され た。

しかし、より単純な態様において、更に第２１図及び第２２図を参照すると、二 次元構造変形か本発明による引張素子及び歪みゲージにより監視可能であること が分かる。第２１図に、代表的な枠構造体４００か図示され、この構造体は一対 の垂直な側壁４０４を直立させた基体または基礎４０２、土壁４０６及び天井構 造体４０８を含む。特定の構造素子の歪みと異なり二次元の構造体の変形は一対 の引張素子４１０及び４１２により監視可能である。引張素子４１０はケーブル 部４２０及び４２２により構造体４００の両隅４２４及び４２６に接続される。

同様に、引張素子４１２はケーブル部４３０及び４３２により構造体４００の両 隅４３４及び４３６に接続される。基礎４０２、側壁４０４及び上壁４０６によ り形成された矩形横断面の変形は引張素子４１０．４１２の一方に軸方向の応力 を生じる。また、この軸方向の応力は上述のように、引張素子を形成する相変化 材料に歪みを生じさせ、従って、相の量は応力を表す。従って、上記システムの 当初の寸法を知ることにより、歪みが分かるだけでなく固定点４２５及び４２７ の間及び固定点４３５及び４３７の間の変位量も決定可能である。

同様に、第２２図に関し一対の引張素子４６０及び４６２が対角線の固定点に接 続されている石造りの壁４５０か示されている。従って、例えば、引張素子４６ ０かケーブルセグメント４７０で固定具４７５により固定ブロック４７４に装着 されている。第２のケーブルセグメンｌ−４７２は固定具４７７により引張素子 ４６０を固定ブロック４７６に固定する。引張素子４６２は固定具４８７により 引張素子４６２の一方側を固定ブロック４８６に固定するケーブルセグメント４ ８０を含み、ケーブルセグメント４８２は固定具４８５により引張素子４６２を 固定ブロック４８４に固定する。また、石造りの壁４５０の変形はブロック４７ ４，４７６．４８４及び４８６に変位を生じ、この変位は引張素子４６０．４６ ２の一方または双方に応力を生じる。この応力は引張素子４６０．４６２を形成 する材料の相変化量により再度定量化される歪みを誘起する。

第２３図は代表的な一体的構造体５００を示し、この構造体は例えば、ダムまた はその他の大きなコンクリート構造物、道路床または基体媒体であってもよい。

第２３図に、構造体５００の歪みを監視する２つ代替システムか示されている。

上記コンクリート構造物と共通なように、コンクリート内に配置される補強筋の マトリックスか設けられる。従って、第２３図に示すように補強筋マトリックス ５１０は長手方向の補強筋５１２と、横方向の補強筋５１４と、垂直方向の補強 筋５１６とを含む。

歪みゲージ素子５２０は、補強筋素子の歪みにより三次元の応力を監視可能なよ うにこれらの補強筋の中の所定の補強筋に装着可能である。上述の実施例に関す る記載から、性交化材料の状況を監視するために第５図に示したものと同様なワ イヤコイルにより補強筋素子の一部を囲むたけでよいように補強筋５１２，５１ ４及び５１６はＴＲＩＰ鋼合金から形成可能であることか理解されなければなら ない。これはコイルに外部磁性誘導測定装置を結線することにより行うことかで きる。また、補強筋５１２．５１４及び５１６か相変化材料から形成されない場 合、第４図に示すような引張ゲージが各補強筋の歪みを監視するのに使用可能で あり、そのような引張素子は便宜な態様で所定の補強筋素子に装着される。

また、第２３図に示すように固定具５５Ｉ−５５８は構造体５００内に設置する ことができ、これらの固定点はケーブル５６１−５７０のようなケーブル構造体 に所望の通り接続される。また、これらの各ケーブルに第２１図及び第２２図に 示すものと同様な引張素子を設けることができ、またはケーブル５６１−５７０ は相変化材料により形成可能でありまたこれらのケーブルに磁性誘導コイルまた はその他の相変化測定装置を設けることができる。従って、第２３図に示したシ ステムは構造体５００の歪みにより生じた三次元変形の決定を許容する。

第２４図は建物６００のような構造体の相変化を測定するために作用するシステ ムを示す。ここで、ワイヤ６ＩＩ−６１５により複数の歪みゲージ引張素子６２ １−６２５に結合される中央監視ステーションが設けられる。

これらのモニタ８２１−６２５は例えば、コラム６３１゜６３２及び６３３に設 置される単純な引張素子であってもよいが、ゲージ付補強筋、第１５図に示した 歪みゲージ１８０のような歪みゲージまたは本発明の範囲内に包含されるその他 の型式の歪みゲージであってもよい。即ち、引張素子及び歪みゲージは、本発明 の範囲内の多種類のものでよく、歪みゲージまたは引張素子が歪みに応答して相 が変化する相変化材料から形成されているだけでよいということが理解されるべ きである。中央監視ステージコンロ１０は種々の歪みゲージまたは引張素子の歪 みを監視する装置を含んでもよい。更に、所定のしきい値歪みに達したとき可聴 アラームを発生させるためにアラーム６５０を設けることができる。また、中央 ステージコンロ１０は引張素子または歪みゲージに結合された配線全体用の簡単 な接合箱を提供することかできる。

この実施例においては、専門家は装置を中央ステーション６１０に簡単に持って いき、歪みゲージ全体をポーリングするためにその装置を電気的に結合する。第 １の場合において、上記システムは電力を消費する能動的システムであるがこの システムの第２の実施例においては、このシステムは受動的であり専門家が歪み ゲージ素子全体をポーリングした場合にだけ電力を消費する。従って、自然災害 後、専門家または技術者は電力が欠如していてもまた目視可能な損傷の育無に拘 らず建物の保全性を迅速に確認することかできる。これは好適な装置を中央監視 ステーション６１０で結合することだけで行うことができる。各引張素子はピー ク歪みを監視するので、建物が若干その原形に戻ったとしても構造体６００の劣 化は記録可能である。

Ｆ、管システム 上記記述は、外板、シェル及び被覆と共に、航空機及び機械装置のみならず主に 建物、ダム、橋等のような構造体に着目する。貯蔵タンク及び配管システムのよ うな他の構造体も本願で開示されている技術を使用するのが便宜であることが認 識されねばならず、本発明は精製所、大規模化学製造プラント、バイブライン、 貯蔵施設等に優れた有用性を存するものと思われる。従って、制限としてでなく 例として、第２５図から第２７図は管で使用される、本発明の使用の異なる実施 例を示している。プレート、外板及びシェルに関する議論はこの分野で特別な応 用例を育することが理解されねばならない。上記議論に加えて、管７００は側壁 ７０２を育し、この側壁に長手方向軸Ｚの周りの等間隔で離隔された周方向位置 に配置された複数の長手方向のＴＲＩＰ鋼ワイヤ７１０が埋設されていることが 第２５図に示した実施例において分かる。管７００の引張りまたは曲げが生じる と１つまたは１以上のワイヤ７１０に引張が作用し、この引張はＴＲＩＰ合金鋼 またはその他の相変化材料の構造から好適な装置で検知可能な相変化を生じる。

ワイヤ７１０の相変化が非強磁性から強磁性への変化である場合、磁性誘導コイ ルを管７００の周面７０４及び決定された局部的劣化部に沿って配置することが できる。

第２５図に示すように管７００のような管にＴＲＩ　Ｐ鋼合金ワイヤを埋設する 代わりに、管の外面に取り付は可能な歪みゲージを形成することも可能であ゛る 。従って、例えば、第２６図に示すように、管７２０はその周りの周部に固定さ れた第１の装着部材７３０と第２の装着部材７３２とを育する。管７２０を湾曲 させまたは伸長させる応力から生じるワイヤ７４０の歪みが誘導コイル７４２を 介してワイヤの磁性インダクタンスの変化により測定可能なように、ＴＲＩＰ鋼 ワイヤ７４０のような複数の引張素子が装着部材７３０及び７３２の間に装着さ れる。しかし、第２６図に示したシステムでは回転力が容易に監視できず、従っ て、第２７図に示すように管７２０に一対の装着部材７５０及び７５２を備える トルり測定装置を設けてもよい。引張素子７６０は装着部材７５０のアーム７５ ４及び７５６の間に延び、装着部材７５２に取り付けられたアーム７５８は引張 素子７６０の中央部に結合される。従って、矢印Ａ、及びＡ、により示された相 対動により生じる回転力は引張素子７６０に歪みを生じさせ、この引張素子の相 変化は再度コイル７６２により監視される。従って、引張り及び曲げに加えて、 回転力またはねじり力が管７３０で監視可能である。

Ｇ、方法論 本発明の種々の実施例による上記記載から、従来認識されていなかった本発明に より教示されている幅広し）方法論は、この特許開示を読んだ当該技術分野の元 来の専門技術者により容易に認識されつる。要約のために、本発明の好ましい実 施例による方法は、歪みがシステムの応力から生じる広く基体媒体を含む構造体 内の歪みを測定する方法を予定し、２つの一般的な処理工程を含むことが分かる 。第１に、材料片が構造体または基体内に設けられ、この材料片は構造体または 基体内で測定される歪みに対応して歪みを受けるように歪みに応答して相変化を 受ける物質から形成される。第２に、この材料片の相変化量は応力から生じる歪 みのインディケータを形成するために構造体または基体の応力後に測定される。

本発明による方法は、上記材料片を構造部材として構造体内に設けることができ ることを予定している。また、この材料片を設ける工程はこの材料片を構造体の 一部に埋設することにより達成可能である。更にその代わりに、設置工程は材料 片を構造体の構造部材に取り付けることにより達成可能である。構造上の変形ま たは基体の移動を監視しようとする場合、この材料は、引張素子の両端を構造体 または基体内の離隔した位置に固定する固定具を設けることにより設置工程が達 成されるように引張素子の形態であることが好ましい。また、これらの固定具は 構造体の外面に取り付けたりまたは構造体内に埋設することができる。最後に、 充分に認識されるように、本発明の好ましい形態における上記材料片は、歪みに 応答して非強磁性状態から強磁性状態に相が変化し、測定工程が材料片の磁性イ ンダクタンスの変化を測定することにより達成される材料である。

Ｈ９結論 結論として、本発明による装置及び方法は従来認識されていなかった、歪み測定 に対する新規かつ異なるアプローチを提供することが認識されなければならない 。ＴＲＩＰ鋼合金を使用する特定の例について記載したが、他の相変化材料で代 替えすることが可能である。実際、強磁性状態の変化以外の相変化が予定され、 磁性インダクタンス測定装置以外の種々の装置が相の変化を検出するために使用 可能である。同様に、上記開示は特定の歪みゲージ組立体について記載している が、本発明の発明概念から逸脱することなく引張素子、圧縮性ロッド、プレート 、外板、被覆及びその他多数のものから歪みゲージを開発するために複数の種類 の装着構造体が使用可能であることが理解されなければならない。

従って、本発明の好ましい実施例に関する本発明のある程度の特殊性について記 載した。しかし、本発明は、本発明の発明概念から逸脱することなく本発明の実 施例に修正または変更を行うことかできるように先行技術を考慮して解釈される 下記請求の範囲により限定されることか認識されなければならない。

Ｆｉｇ、６ 国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　トンプソン、ラリ−２デイ。

アメリカ合衆国９２０１９　カリフォルニア州。

エル　カジョン、リンゲル　ドライブ

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. １．構造部材の機械的歪みを測定する装置であって：（ａ）歪みに応答して相が 変化する物質から形成された材料片と； （ｂ）前記材料片を前記構造部材に固定しそれにより構造部材の応力が材料片に 歪みを生じさせる手段と；（ｃ）前記材料片の相の変化を測定する手段とを備え る装置。
2. ２．前記物質が歪みに応答して準安定相からより安定な相に変化する請求の範囲 第１項に記載の装置。
3. ３．前記相変化が非可逆でありそれにより所定時間に亘って前記構造部材のピー ク歪みを測定するために操作可能である請求の範囲第１項に記載の装置。
4. ４．前記材料片が前記構造部材の一部である請求の範囲第１項に記載の装置。
5. ５．前記材料片が前記構造部材内に埋設される請求の範囲第１項に記載の装置。
6. ６．前記材料片が前記構造材料の一部の被覆である請求の範囲第１項に記載の装 置。
7. ７．前記材料片が前記構造部材に設けられた締結装置であり、前記構造部材を他 の目的物に固定するために操作可能である請求の範囲第１項に記載の装置。
8. ８．前記材料片が前記構造部材の面部に沿って装着された引張素子である請求の 範囲第１項に記載の装置。
9. ９．前記物質は相変化が磁性特性の変化により表される物質である請求の範囲第 １項に記載の装置。
10. １０．前記物質はＴＲＩＰ合金鋼である請求の範囲第９項に記載の装置。
11. １１．磁性特性の変化を測定する前記手段は前記材料片に設けられた導電コイル と、このコイルの磁性インダクタンスを測定する回路手段とを含む請求の範囲第 ９項に記載の装置。
12. １２．前記コイルは近接した位置で前記材料片に固定される請求の範囲第１１項 に記載の装置。
13. １３．前記コイルは前記材料から独立しており、前記材料片から離れた位置から 近接した位置に移動可能である請求の範囲第１１項に記載の装置。
14. １４．前記材料片はワイヤの形態である請求の範囲第９項に記載の装置。
15. １５．ウエブ状の組合体に包含された複数のワイヤを含む請求の範囲第１４項に 記載の装置。
16. １６．前記材料片がプレートの形態である請求の範囲第９項に記載の装置。
17. １７．構造システムの構造部材に固定され、この構造部材の歪みを測定するため に操作可能な歪みゲージ装置であって： （ａ）第１の位置で前記構造部材に固定された第１の装着部材と； （ｂ）第２の位置で前記構造部材に固定された第２の装着部材とを備え、前記第 １及び第２の装着部材は前記構造部材の応力に応答して互いに移動可能であり； 更に、（ｃ）歪みを受けたとき相が変化する物質から形成された材料片と； （ｄ）前記材料片を前記第１及び第２の装着部材に固定しそれによりそれらの装 着部材間の相対動が前記材料片に歪みを生じさせる手段と； （ｅ）前記材料片の相変化を測定する手段とを備える歪みゲージ装置。
18. １８．前記相変化は前記物質の磁性特性の変化である請求の範囲第１７項に記載 の歪みゲージ装置。
19. １９．前記相変化は非強磁性状態から強磁性状態への変化である請求の範囲第１ ８項に記載の歪みゲージ装置。
20. ２０．前記材料片はＴＲＩＰ合金鋼から形成される請求の範囲第１９項に記載の 歪みゲージ装置。
21. ２１．前記材料片は引張素子として形成され、前記第１及び第２の装着部材は前 記構造部材が歪みを受けたとき引張りを引張素子に及ぼすように形成されている 請求の範囲第１７項に記載の歪みゲージ装置。
22. ２２．歪みを受けたとき、少なくともいくつかの前記材料片が異なる大きさの歪 みに応答するように調整されるときに相が変化する物質から形成された複数の材 料片を含む請求の範囲第２１項に記載の歪みゲージ装置。
23. ２３．少なくとも２つの引張素子が前記第１及び第２の装着部材に固定され、互 いに零でない角度で配向される請求の範囲第２１項に記載の歪みゲージ装置。
24. ２４．長手方向の軸線と周とを有する細長い構造部材の歪みを測定できるように 操作可能でありまた複数の第１の引張素子を含み、各引張素子は上記細長い構造 部材の長手方向に配向されまた前記周の周りに互いに周方向に離隔されている請 求の範囲第２１項に記載の歪みゲージ装置。
25. ２５．前記長手方向の軸線に対し横方向に配向された第２の引張素子を含む請求 の範囲第２４項に記載の歪みゲージ装置。
26. ２６．構造体内で一体的に接合された構造部材の歪みを測定するように操作可能 でありそれにより応力から生じる劣化が評価可能なシステムであって：（ａ）前 記構造体全体の所定位置に埋設されかつ前記構造部材に結合されそれにより構造 部材の応力が各検出要素に歪みを生じさせる複数の検出要素を備え、各検出要素 は歪みに応答して相が変化する材料を含み；更に、（ｂ）前記相変化を測定する ために前記検出要素に設けられた手段を備えるシステム。
27. ２７．前記検出要素が前記構造体内に埋設されている請求の範囲第２６項に記載 のシステム。
28. ２８．前記相変化測定手段は前記構造体の外面に配置された検出器を含み、この 検出器は各構造部材を介して前記検出素子に送られ、修正信号を形成するために 前記材料の相変化により影響される特性を存する応答指令信号を発生する応答指 令手段と、前記修正信号を受取りそれにより相が決定される受信機手段とを含む 請求の範囲第２７項に記載のシステム。
29. ２９．前記相変化測定手段に中央監視ステーションが設けられ、前記検出要素に 送られ、修正信号として各検出要素の材料の相変化により影響される特性を有す る応答指令信号を発生する応答指令手段と、修正信号を受取る受信機手段と、対 応する修正信号に応答して各検出要素の相変化を表す出力を発生する出力手段と を含む請求の範囲第２６項に記載のシステム。
30. ３０．構造体の応力から生じる歪みを測定する方法であって： （ａ）構造体で測定される歪みに対応して材料片が歪みを受けるように歪みに応 答して相変化を受ける物質から形成された材料片を構造体内に備え、 （ｂ）前記構造体の応力後に応力から生じる歪みインディケータとして前記材料 片の相変化の大きさを測定する工程を含む方法。
31. ３１．前記材料の相が歪みに応答して非強磁性状態から強磁性状態に変化し、前 記測定工程は材料の磁性インダクタンスの変化を測定することにより達成される 請求の範囲第３０項に記載の方法。