JPS62229038A - 応力測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は応力測定装置に関し、特に、バルクハウゼン効
果を利用して応力を測定する装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、物体内の応力（残留応力など）を測定する装置と
しては、Ｘ線回折装置が代表的であるが。

磁気−歪効果（磁歪効果）の逆の効果、即ち内部応力に
より透磁率が変化すること、を利用して。

内部応力を検出する磁化応力測定装置も知られている（
たとえば、特公昭３９−２０７７８号公報。

持分Ｈ（Ｊ　３９　２４７７４号公報、特ＩＪｆｌ昭４
８−３５８７２号公報、および特開昭／Ｉり　−７４９
９２号公報）。

磁化応力測定装置は、たとえば特開昭４８−３５８７９
号公報に開示されているように、コの字形の２つの磁性
体コア（励磁コアと誘導コア）を十文字に組合せてコア
のそれぞれに電気コイル（励磁コイルと検出コイル）を
巻回した検出端を被検出物（測定対象物）の上に載せて
、応力による励磁磁束の偏位を検出コイルで検出するよ
うになっている。被検出物に応力が存在しなければ、励
磁コイルに交流電流又はパルス電流を流したとき、磁力
線が誘導コアの両端に等しく流れるので誘導コア内を交
番する磁束がなく、ＶＡ出ココイルは電圧が誘起されな
い。応力が存在すると、被検出物を流れる磁力線が偏向
し、これにより誘導コアの両端に至る磁束が不平衡にな
り、誘導コア内に磁束が流れて検出コイルに電圧を誘起
する。したがってこの誘起電圧は、被検出物の応力に対
応し、応力にほぼ比例する。この誘８電圧により、内部
応力の有無のみならず大小をも知ることができ、しかも
引張り（正）か圧縮（負）かをも知ることができる。

この種の応力測定においては、応力が引張りか圧縮かで
検出出力の極性が変わるが、磁歪感度が引張応力と圧縮
応力で異る。

そこで、引張応力と圧縮応力の検出感度を同等とするた
めに、特願昭５７−１７６６２２号で。

８Ｉす定対象物を交流又はパルス励磁して測定対象物の
磁気誘導を検出する磁化応力測定装置を提示した。これ
においては、複数個の磁性体コアと、コアのそれぞれに
装着された複数個の電気コイルを備える磁化応力検出端
；検出端の少なくとも１つの電気コイルを脈動付勢する
電気付勢回路；検出端の少なくとも他の１つの電気コイ
ルの誘起電圧を前記脈動付勢に関連して処理する受信処
理回路；および検出量を指示又は表示する表示手段；を
備える応力測定装置において、受信処理回路の検出信号
のレベルを補正する正極性レベル補正要素と負極性レベ
ル補正要素を含む正負感度補正回路を備え、これにより
検出信号の正レベルおよび負レベルを個別に補正し、正
負（引張応力、圧縮応力）の検出感度を同等にする。検
出感度は、測定対象物の材質によっても異なる。そこで
正負感度補正回路は、それぞれが測定対象材質の１つに
割り当てられた正極性レベル補正要素と負極性レベル補
正要素の組を複数組と、それらの−組をレベル補正ライ
ンに選択的に接続する選択接続器を備えるものとじ２選
択接続器で、測定対象物の材質に対応する補正要素の組
を信号レベル補正ラインに介挿する構成とした。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の応力測定装置は、内部応力対応の透磁率の変
化による磁力線の偏向を検出コイルの誘起電圧で検出す
る原理であるので、高感度の電気回路を要し、かつ信号
処理が複雑となる。十文字に組合せたコアを必要とし、
４個のコア脚の配置位置のばらつきにより、検出コイル
に呪われる電圧がばらついて測定精度が低下する。した
がって。

コアの加工に高精度を要する。また、曲面や凹凸面では
、コア脚それぞれと該面との距離が各個のばらつきこれ
が検出信号に現われ、測定精度の大幅な低下をもたらす
。

本発明は、測定信号の信頼性が高く、電気処理回路を簡
単にでき、しかも曲面や凹凸面での測定精度も比較的に
高い応力測定装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の応力測定Ｍ置は、バルクハウゼン効果を利用す
る。

強磁性体の磁化過程において、微小なステップ状の磁化
が進行しくバルクハウゼン効果）、ステップ場の磁化の
ときに、該強磁性体の表面に磁束（密度）の微小なしよ
う乱を生ずる。この微小なしよう乱が各部でランダムに
起る。これらのしよう乱の各レベルは、強磁性体の応力
に対応し、鋼の場合には引張応力で大きく、圧縮応力で
小さい。

そこで第４図に示すように、励磁コア２に励磁コイル３
を巻回して、励磁コアの脚２１および２□を強磁性体、
例えば鋼、■の表面に当て、脚２１と２２の間に検出コ
ア４を配置して、検出コア４の脚４！と４２を脚２１と
２２を結ぶ直線上において鋼ｌの表面に当てて励磁コイ
ル３に通電すると１通電の瞬間に１１１１の表面に磁束
（密度）の微小なしよう乱を生じ、これにより検出コア
４に磁束が発生し、コア４に巻回した検出コイル５に、
しよう乱、すなわち脚４１＋４２間の応力に対応する電
圧が発生する。バルクハウゼン効果は磁性性体が磁化さ
れるときに生ずるので、この電圧発生は一時的である。

そこで励磁コイルに交番電流を通電すると、その半周期
のある期間毎に検出コイル５に電圧が発生する。

本発明はこの現象を利用して応力を検出する構成とする
。すなわち１本発明の応力測定装置は、所定距離順れた
位置で測定対象面に当接する第１脚および第２脚を有す
る第１磁性体コアと、該磁性体コアに巻回された励磁コ
イルと、を有する電磁石；第１脚と第２脚の間にあって
測定対象面に当接する第２磁性体コアと、第２磁性体コ
アに巻回された検出コイルと、を有する磁気検出器；励
磁コイルに低周波交番電圧を印加するコイル付勢手段；
および、検出コイルの電気信号の高周波成分を摘出する
ハイパスフィルタ；を何えるものとする。

〔作用〕

検出コイルの誘起電圧をハイパスフィルタでろ波するの
は、前記じよう乱によって検出コイルに発生される電圧
が高周波（可聴周波〜数百ＫＩＩＺ）であり、比較的に
低い周波域も含まれるが、低周波域では電源系やΔ１り
定周囲のノイズが多くかつ大きいので、また、精度の高
い信号処理回路の構成が複雑になるので、このような領
域の検出４８号はカツトシ、構成が比較的に簡単で精度
が高い信号処理回路を使用し得る高周波領域（例えば１
００ＫＩＩＺ以上）の検出信号のみを摘出するためであ
る。励磁コイルに低周波交番電圧を印加するのは、すな
わち低周波交番電流を流すのは、第１には繰り返してじ
よう乱を発生させかつ前記じよう乱により検出コイルに
誘起される電圧の周波（可聴周波〜数百ＫＩＩ２）に対
して励磁電流による検出コイルの誘導電圧の周波をずら
す（これ書こより該誘導電圧をハイパスフィルタがカッ
トする）ためであり。

第２には、励磁コイルのインピーダンスを下げ、励磁コ
イルへの比較的に低い動磁電圧の印加で。

測定対象材の表面下の比較的に深い位置にも磁束を流し
て、深部でも検出に十分なバルクハウゼン効果を発生さ
せるためである。励磁コイルに印加する交ｔｒｆ２！圧
の周波は、例えば５０〜〜２０ｏ　ｕｚとする。

以上の構成により、測定対象の応力に対応した高周波電
圧がハイパスフィルタより得られ、そのレベルが応力に
対応する。ハイパスフィルタの出力、すなわち検出信号
中のノイズはきわめて低い。

本発明の他の目的および特徴は１図面を参照した以下の
実施例の説明より明らかになろう。

〔実施例〕 第１図に本発明の一実施例の構成を示す。応力検出ヘッ
ド６の励磁コイル３１ｙ３２には、　１００１１２のサ
イン波交番電圧を発生する励磁電源７が接続されている
。応力検出ヘッド６の検出コイル５には、１００　Ｋ１
１２以上の周波を通すハイパスフィルタ８が接続されて
おり、フィルタ８でろ波した信号が高周波帯域の交流増
幅器９で増幅される。

増幅出力は、ダイオード１０で整流され、コンデンサ１
１で平滑化されて電圧計１２に印加される。

応力検出ヘッド６の拡大縦断面を第２図に示す。

励磁コア２の第１脚２１には第１励磁コイル３１が、第
２脚２２には第２励磁コイル３２が巻回されている。高
周波特性の良いフェライト材の検出コア４には磁性体棒
４３の下端が固着されており。

この検出コア４に検出コイル５が巻回されている。

磁性体棒４３は、圧縮コイルスプリング１３を貫通し、
励磁コア２の中点の穴を貫通している。したがって、検
出コア４は、スプリング１３で、常時下方に押されてい
る。検出コイル５に接続された電気リード１４はコイル
状に整形されて、検出コア４の上、下動においてスプリ
ング１３と同様に伸縮する。

励磁コイル３１＋３２に１００　Ｈ２の交番電圧の正半
波が加わるときには、これらのコイルにより、第３図に
実線矢印１５で示すように磁束が流れ、また、交番電圧
の負半波が加わるときには、第３図に点線矢印１６で示
すように磁束が流れて、これによりｉｌｌ！Ｉ定対象材
■が磁化されるが、該正半波のレベルが上昇する過程お
よび負半波のレベルが下降する過程で、測定対象材１の
、脚２Ｉと検出コア４の間の表面部およびその直下、な
らびに、脚２□と検出コア４の間の表面部およびその直
下。

に、バルクハウゼン効果によりランダムに磁束のしよう
乱を生じ、各１個のしよう乱により、検出コア４−磁性
体棒４．ｊ−コア２−２１又は２□−脚２！又は脚２２
−測定対象材１−検出コア４のループの磁束が変動し、
これにより検出コイル５に電圧（小ピーク）が誘起され
る。なお、この誘起電圧の高周波領域のみをフィルタ８
で摘出するようにしているので、また、高周波磁束変動
は、検出コア４の上端からコア２に、空間を通って容易
に伝播するので、捧４３は必ずしも磁性体でなくてもよ
い。

以上の構成により、測定対象材１の表面に応力検出ヘッ
ド６を当てると、脚２１＋２２が該表面に当接し、検出
コア４は該表面の曲り又は凹凸に倣って」二方に押され
て該表面に当接する。このようにヘッド６を配置すると
、電圧計１２の指針の振れより、測定対象材ｌの応力を
知ることができる。即ち、測定対象材１の応力Ｏの点（
又は応力が全く無い標準材）の測定における電圧計１２
の指針の振れを中心とし、設定対象材１の測定各点にお
ける電圧計１２の指針の振れとの差、が測定対象材各点
の応力に対応する。差が正であれば引張りであり、差が
負であれば圧縮であり、該差の絶対値が応力の絶対値に
対応する。測定対象材の一点において、検出ヘッド６を
、検出コア４を中心に回転させたときの、電圧計１２の
指針の振れが最大（引張応力最大）、ｉ＆小（圧縮応力
の最大）となる方向が主応力方向に一致するので、応力
方向の判定も容易である。

強磁性体に磁界を作用させて磁化を進める（磁界を大き
くする）とき、磁性体の磁区（又は結晶粒）の磁壁の移
動を生ずるが、この移動は必ずしも一様、連続的ではな
く、したがって磁化は階段状に進行する。そこで測定対
象材に、上記の検出ヘッド６により交流磁界を与え、そ
の磁化の変化に伴う磁束変化を検出コア４および検出コ
イル５検出すると、微少な磁束の速いゆらぎを検出する
ことになる。

検出コイル５の検出電圧は、広帯域（可聴周波〜数百１
１Ｚ）であるが、高域の方が検出し易いので、フィルタ
８で１００　Ｋ１１２以上の成分のみを摘出して。

これを増幅する。増幅器９の出力は、磁化の階段状の１
ステツプの変化のときに小ピークとなり、すなわち各部
小城域の磁化の反転時に小ピークを生じ、ヒステリシス
ループ（Ｂ−Ｈカーブ）で、微分透磁率（ｄ　Ｂ／ｄ　
Ｈ）の最大のところで最大ピークとなる。磁化速度は応
力によって変わり。

鉄やパーマロイでは引張り応力で速くなり、検出小ピー
クレベルも高くなる。逆に圧縮応力によっ小さくなるの
で、無応力状態の測定値と比較することにより、引張り
か圧縮かの識別と、応力絶対値の確認が容易に行える。

上述のように励磁磁界を１００１１ｚ前後にすると、か
なり深い所まで磁化が進行するので、応力としてもかな
り深い（約ｌｌｌ１ｍ程度）所まで検出できる。

また二軸応力が作用している所でも、横方向の応力の影
響は少いので、二方向に分離して検出できる。

なお、上記実施例においては、ダイオード１０で、検出
信号の半波のみを整流するようにしているが。

絶対値回路などで余波整流してもよい。更にコンデンサ
１１で平滑化しているが、ピークホールド回路を用いて
、ピーク値を検出値として得るようにしてもよい。電圧
計１２は、１！流計、デジタル表示器等にしてもよいし
、＾／Ｄ変換器でデジタル変換してマイク′ロプロセッ
サなどのデジタル処理装置に人力してもよいし、プリン
タでプリントアラＩ・させるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明の応力測定Ａ置は、測定対象材に低
周波交番磁界を印加して、バルクハウゼン効果による磁
束のしよう乱を検出コイルで検出して、検出信号の高周
波分を取り出して検出信号とするので、ノイズが少く検
出ヘッドおよび電気処理回路の構成も比較的に簡単にな
り、しかも励磁磁界の交番による検出信号の変動がない
、応力対応の検出信号が得られる。引張り応力と圧縮応
力の判別も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成概要を示すブロック図
である。 第２図は第１図に示す応力検出ヘッド６の拡大縦断面図
、第３図は検出ヘッド６の励磁コア２に流れる磁束の方
向を示す図面であって、コア２の拡大断面図である。 第４図は、本発明で用いる応力検出ヘッドの基本的な構
成を示す側面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定距離離れた位置で測定対象面に当接する第１
   脚および第２脚を有する第１磁性体コアと、第１磁性体
   コアに巻回された励磁コイルと、を有する電磁石； 第１脚と第２脚の間の、それらを結ぶ線上にあって測定
   対象面に当接する第２磁性体コアと、第２磁性体コアに
   巻回された検出コイルと、を有する磁気検出器； 励磁コイルに低周波交番電圧を印加するコイル付勢手段
   ；および、 検出コイルの電気信号の高周波成分を摘出するハイパス
   フィルタ； を備える応力測定装置。
2. （２）第２磁性体コアが、測定対象面に垂直な方向に進
   退自在に、第１磁性体コアに支持され、かつ、測定対象
   面に当接する方向にばね付勢された、前記特許請求の範
   囲第（１）項記載の応力測定装置。