TWI468657B - Membrane tension measuring device - Google Patents

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TWI468657B
TWI468657B TW99102043A TW99102043A TWI468657B TW I468657 B TWI468657 B TW I468657B TW 99102043 A TW99102043 A TW 99102043A TW 99102043 A TW99102043 A TW 99102043A TW I468657 B TWI468657 B TW I468657B
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Hiroshi Ohmori
Sang-Wook Jin
Nobuhiko Ishizu
Fumiyoshi Takeda
Jun Fujiwara
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Univ Nagoya Nat Univ Corp
Taiyo Kogyo Co Ltd
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Description

膜張力測定裝置
本發明係有關於一種膜張力測定裝置，其以音波使膜體發生振動，從而測定施加於該膜體之張力。
關於具有膜構造之建築物，例如可列舉棒球場、體育館、展示館等。此處，作為上述膜構造之主體的膜體在其自由狀態下具有可撓性。因此，當該建築物竣工時，相同的張力(N/cm)作為初始負重沿著面方向施加於其膜構造中的膜體，藉此，膜體保持為預定形狀(不易變形)，同時被給予不會因風或雪等負荷而容易地變形之剛性。
然而，在建築物竣工之後，隨著時間流逝，上述膜體通常會在其面方向上變得鬆弛。由於變得鬆弛，由上述張力使膜體產生的內部應力降低，即，上述張力降低。繼而，若由於該張力降低而使上述膜體變得過度鬆弛，則有可能會產生顫震或積水之類的不良，因此不佳。
因此，在建築物竣工之後，每當經過預定時間獲知施加於膜體的張力，此對於長期適當地維護膜體而言較為重要。因此，如下述日本專利早期公開公報特開2002-90238號(以下稱作“專利文獻1”)所示，可測定上述張力的膜張力測定裝置已為人所知。
依據上述專利文獻1，膜張力測定裝置包括：矩形框體，其與施加有相同張力之膜體的膜面抵接；音波產生裝 置，其朝被上述框體包圍之上述膜體的一部分發出音波；振動檢測裝置，其檢測上述膜體的一部分因上述音波而產生的振動；及運算裝置，其基於上述振動檢測裝置所檢測的振動資料計算上述張力。
當使用上述膜張力測定裝置進行測定膜體張力的作業時，首先，使框體抵接於上述膜體的膜面。其次，藉由上述音波產生裝置朝被上述框體包圍的膜體的一部分產生音波。如此，上述膜體的一部分由於該音波而發生振動，該振動被上述振動檢測裝置檢測。繼而，基於該振動檢測裝置所檢測的振動檢測資料，藉由上述運算裝置特別規定上述膜體的一部分的共振(固有)振動頻率，依據該共振振動頻率計算並輸出上述張力。結果，可獲知上述張力，藉此，可適當地維護上述膜體。
然而，在上述專利文獻1的膜張力測定裝置中，彼此獨立地設置有框體、音波產生裝置、振動檢測裝置以及運算裝置。因此，若欲藉由上述膜張力測定裝置進行張力的測定作業，則測定者需要分別獨立地支持上述各構成部件。然而，這樣一來，尤其在建築物等高處或落腳處不佳之位置的測定作業有可能會變得煩雜，據此，尚存有改善之餘地。
本發明之目的在於提供一種膜體的張力測定作業容易之膜張力測定裝置。
本發明之一形態所有關的膜張力測定裝置包括：矩形框體，其可與施加有張力之膜體的膜面抵接；音波產生裝置，其朝被上述框體包圍之上述膜體的一部分發出音波；振動檢測裝置，其檢測上述膜體的一部分因上述音波而產生的振動；及運算裝置，其基於上述振動檢測裝置所檢測的振動資料計算上述張力，其中，上述音波產生裝置、振動檢測裝置以及運算裝置分別安裝於上述框體。
作為用以實施本發明之形態的膜張力測定裝置包括：矩形框體，其可與施加有均勻張力之膜體的膜面抵接；音波產生裝置，其朝被上述框體包圍之上述膜體的一部分發出音波；振動檢測裝置，其檢測上述膜體的一部分因上述音波而產生的振動；及運算裝置，其基於上述振動檢測裝置所檢測的振動資料計算上述張力。上述音波產生裝置、振動檢測裝置以及運算裝置分別安裝於上述框體。
以下，一面參照圖式，一面詳細說明用以實施本發明之形態。
在圖1~圖3中，符號1為具有膜構造之建築物1。該建築物1的膜構造(天遮)中的膜體2係沿著水平方向延伸。
可作為本實施形態的膜張力測定裝置之測定對象的膜體2並無特別限定，只要其係由樹脂或橡膠所構成之薄膜或薄片狀者，則可由本裝置進行測定。薄膜或薄片亦可係 將樹脂或橡膠覆蓋於由紡織物或編織物所構成之基材上而成者。
上述樹脂可為氯乙烯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、聚胺基甲酸酯、氟樹脂、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚醯胺、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯及甲基戊烯樹脂中的任一種樹脂或它們的混合物。此外，上述橡膠可為氯丁二烯橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、天然橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯橡膠、丁基橡膠、腈橡膠、丙烯酸橡膠、胺酯橡膠、矽氧橡膠、氟橡膠及乙丙橡膠中的任一種橡膠。
上述紡織物或編織物可為由洋麻、黃麻及其他天然纖維；聚醯胺系纖維、芳族聚醯胺系纖維、聚酯系纖維、聚氯乙烯系纖維、聚偏氯乙烯系纖維、丙烯系纖維、聚乙烯醇系纖維、聚丙烯系纖維、聚乙烯系纖維等合成纖維；或玻璃纖維、二氧化矽纖維、玄武岩纖維等無機纖維中的任一種纖維或者它們的混合物所形成之紡織物或編織物。
當膜體為透明或半透明時，後述的振動檢測裝置24所照射之雷射光線會透過膜體，其有可能無法檢測反射光。於此種情形時，亦可將不透明之膠帶等構件黏貼於膜面上之被雷射光線照射的位置。如此，可檢測反射光，從而可測定張力。
在上述膜體2的面方向之正交的兩個方向(x、y方向)上分別施加有相同的張力Tx 、Ty (N/cm)。藉由對上述膜體2施加張力Tx 、Ty ，該膜體2保持為預定形狀，同時產 生用以抵抗風或雪等負荷之剛性。
用以對施加於膜體2之張力Tx 、Ty 進行測定的膜張力測定裝置3，包括可與作為上述膜體2的膜面4之上表面抵接的矩形之框體5。該框體5係呈具有以與上述膜體2正交之方式沿著鉛直方向延伸之軸心6的短稜柱形狀。當對上述膜張力測定裝置3進行平面觀察時，上述框體5係呈短邊沿著x方向延伸之長方形。構成上述框體5的4塊壁板7係藉由透明的丙烯製樹脂板形成。當對上述膜張力測定裝置3進行平面觀察時，上述框體5的x方向的內寬尺寸為20cm，其y方向的內寬尺寸為30cm，框體5的高度為10cm。
框體5係以其下端面與膜面4抵接之方式被設置在膜體2上。上述膜張力測定裝置3包括平板狀之托架11，該托架11水平地延伸且架設於上述框體5的上端部(亦即，相對向之一對壁板的上端部)，同時藉由結件10而被固定於該上端部。再者，圖1表示以沿著y方向延伸之方式設置托架11的例子。
此外，上述膜張力測定裝置3包括從托架11的上表面朝上方突設之門型的把手12。該把手12可由欲使用上述膜張力測定裝置3進行上述張力Tx 、Ty 之測定作業的測定者13所抓握。上述托架11與把手12均為黑防蝕鋁製。
上述膜張力測定裝置3中設置有經由上述托架11而安裝於框體5之音波產生裝置17。音波產生裝置17朝被框體5包圍的上述膜體2的矩形之一部分2a發出音波16， 在本實施形態中，音波產生裝置17係設為平板揚聲器。該音波產生裝置17包括：外殼19，其支持於上述托架11並沿著上述框體5的內部空間18的上端延伸，且朝其下方的上述膜體2的一部分2a形成開口；矩形之平板20，其以封閉該外殼19之開口的方式安裝於該外殼19；及振動元件21，其在上述外殼19內被設置於上述平板20的上表面側。
當對上述膜張力測定裝置3進行平面觀察時，上述平板20係呈長方形且位於上述膜張力測定裝置3的內部空間18的中央部。上述平板20的短邊與長邊相對於上述框體5之內側尺寸的短邊與長邊，分別平行地延伸。此外，上述平板20係與框體7的下端部(壁板7的下端部)平行。即，平板20係設置為與上述膜體2的一部分2a平行地延伸。平板20為丙烯等的樹脂板製或板金製等。
上述振動元件21藉由來自外部之電氣信號而發生振動，且該振動被傳遞至上述平板20，藉此，該平板20發出音波16。藉由該音波16之能量，上述膜體2的一部分2a發生振動。即，平板20與膜體2的一部分2a係以非接觸之方式傳遞音波。
如圖2~圖4所示，在上述膜張力測定裝置3中設置有振動檢測裝置24，該振動檢測裝置24檢測由上述音波16使上述膜體2的一部分2a產生的固有振動。該振動檢測裝置24為雷射都卜勒振動計，其以非接觸之方式檢測上述膜體2的一部分2a的振動。振動檢測裝置24支持於上 述托架11且配置於上述框體5的內部空間18。振動檢測裝置24包括：感應頭25，其被配置於上述膜體2的一部分2a的上方附近，同時被配置於上述軸心6上之上述膜體2的一部分2a與音波產生裝置17之間；及放大器單元26，其電性連接於上述感應頭25。
上述膜張力測定裝置3中設置有運算裝置29，該運算裝置29基於上述振動檢測裝置24所檢測的振動檢測資料，電子地計算上述張力Tx 、Ty 。該運算裝置29包括架設於上述框體5的上端部，同時藉由結件30固定於該上端部之外殼31。再者，圖1表示外殼31以沿著x方向延伸的方式被配置在上述托架11的上方附近的例子。
如圖4所示，上述運算裝置29在上述外殼31的內部具有下述構成部件。亦即，運算裝置29中設置有：具有記憶裝置等的中央控制裝置33；連接於該中央控制裝置33之時鐘34；作為電源之鋰電池35；電源開關36，其將從電池35至上述中央控制裝置33之電力供應予以接通或斷開；功率放大器37及D/A轉換器38，其連接上述音波產生裝置17與中央控制裝置33，且可將來自電池35的電力供應至上述音波產生裝置17；緩衝放大器40及低通濾波器41，其連接上述振動檢測裝置24的放大器單元26與內建於中央控制裝置33的A/D轉換器39；穩定化電源43，其經由通斷開關42而連接於上述振動檢測裝置24的放大器單元26；以及二次電池45，其係經由切換開關44而連接於上述穩定化電源43且可充電之鎳氫電池。
上述穩定化電源43可經由上述切換開關44與AC配接器48而連接於商用交流(100V)的外部電源49或與其斷開。起動開關52經由電線51而連接於上述中央控制裝置33。起動開關52係設置於上述外殼31的外部，且用以使中央控制裝置33開始作動之開關。此外，於上述外殼31的上表面設置有液晶顯示部等顯示部53。顯示部53進行顯示，使得測定者13可看到運算裝置29的運算結果等測定資料。
上述運算裝置29的運算結果等測定資料可被以無線方式發送至位於遠離該運算裝置29之位置的終端個人電腦即接收裝置56。具體而言，在上述運算裝置29的外殼31的內部設置有連接於上述中央控制裝置33之無線模組(通信模組)57，而且，連接於上述接收裝置56之收發單元58被設置於外殼31的外部。上述接收裝置56包括進行顯示以可看到已接收的上述測定資料的液晶顯示部等顯示部59。再者，上述運算裝置29與接收裝置56亦可藉由電線60進行收發。即，運算裝置29與接收裝置56亦可有線連接。
此處，上述膜體2的每單位面積的質量ρk (kg/m2 )的值因作為測定對象的膜體2之種類(A~C種等)而互不相同。因此，作為上述測定對象的膜體2之種類及其各ρk 的值係作為初始條件預先儲存在運算裝置29中。此外，在膜張力測定裝置3中，作為測定對象的膜體2之種類及與該種類一致的ρk 的值可任意地被選擇。再者，亦可每次 藉由測定者13將與上述膜體2之種類一致的ρk 的值輸入至運算裝置29。
其次，一面參照圖5、圖6，一面說明由測定者13使用上述膜張力測定裝置3測定膜體2的張力Tx 、Ty 時之作業順序。圖5表示膜張力測定裝置3的運算裝置29的控制流程，圖中S表示程式的各步驟。此外，圖6表示沿著上述圖5的流程之時序圖。
首先，如圖1~圖3中的實線所示，使框體5的下端部抵接於上述膜體2的膜面4的上表面，另一方面，將上述電源開關36予以接通(圖5中的步驟S1，圖6中的時間a)。其次，將起動開關52予以接通(圖5中的步驟S2，圖6中的時間b)。藉此，上述膜張力測定裝置3的顯示部53進行用於準備測定之顯示(圖5中的步驟S3)。例如，該顯示為測定作業的整理序號、日期、作為測定對象的膜體2之種類(A~C種等)、框體5的姿勢等。所謂該框體5的姿勢，例如當將沿著膜體2的膜面4之方向的某一方向設為x方向時，係指使上述框體5的短邊與該x方向平行時的姿勢(圖1~3中的實線的「第1姿勢」)等。
繼而，若以上述方式將起動開關52予以接通，則從該起動開關52接通起經過預定時間T1之後(圖5中的步驟S4)，音波產生裝置17自動地開始(接通)作動(圖5中的步驟S5，圖6中的時間c)。
即，上述音波產生裝置17的振動元件21依據來自中央控制裝置33的預定的電氣信號而開始振動，該振動被傳 遞至上述平板20。藉此，平板20在500Hz以下的預定頻率範圍內發出作為白雜訊的音波16。由此，接收該音波16之後，上述膜體2的一部分2a發生振動。於該情形時，作為初始條件，由於上述音波16而發生振動的上述膜體2的「振動範圍」相當於由上述「第1姿勢」的框體5所劃分之膜體2的一部分2a，在圖例中，該一部分2a的短邊的長度為a1 ，其長邊的長度為b1 。
此外，從上述音波產生裝置17接通起經過預定時間T2之後(圖5中的步驟S6)，振動檢測裝置24自動地開始(接通)作動(圖5中的步驟S7，圖6中的時間d)。即，上述振動檢測裝置24依據來自上述中央控制裝置33的控制信號，將上述電池45作為電源，開始將雷射光線照射至上述膜體2的一部分2a。該雷射光線被發生振動的膜體2的一部分2a反射，其反射光被輸入至上述感應頭25。感應頭25檢測基於都卜勒效應之上述反射光的波長的變化，同時在上述音波產生裝置17的平板20所發出的音波16的預定頻率範圍(0~500Hz)內，檢測上述膜體2的一部分2a產生的固有振動。
此時，上述振動檢測裝置24僅在上述音波產生裝置17的作動過程中進行作動。即，振動檢測裝置24係以音波產生裝置17正在作動作為條件而進行作動。再者，上述振動檢測裝置24亦可與上述音波產生裝置17同時開始作動(圖5中的步驟S5，圖6中的時間c)。
其次，以上述振動檢測裝置24所檢測出的上述膜體2 的一部分2a的固有振動作為內容之振動資料被輸入至上述運算裝置29，該運算裝置29自動地開始(接通)作動(圖5中的步驟S7，圖6中的時間d)。當振動檢測裝置24的振動資料被輸入至運算裝置29時，與下述振動相關之振動資料被上述低通濾波器41過濾(除去)，該振動係上述固有振動中，被認為由上述測定作業中的測定者13的手抖動引起之預定的下限振動頻率(20Hz)以下的振動。
繼而，針對超過上述下限振動頻率之上述固有振動的各振動頻率，由上述運算裝置29使用FFT(高速傅立葉轉換)計算可體現為頻譜之振動強度(dB)。上述振動強度有時會在上述固有振動下的不同值的振動頻率中取得複數個最大值，但選擇該等取得最大值的振動頻率中，對應於最大值的振動頻率作為共振(固有)振動頻率。繼而，該振動頻率被記憶為作為運算結果之共振(固有)振動的基本振動頻率f1 。
上述振動檢測裝置24與運算裝置29在預定時間T3內作動(圖5中的步驟S8)之後斷開(圖5中的步驟S9，圖6中的時間e)。其次，從該等振動檢測裝置24與運算裝置29停止作動起經過0.5秒左右之預定時間T4後(圖5中的步驟S10)，上述音波產生裝置17斷開(圖5中的步驟S11，圖6中的時間f)。再者，上述各預定時間T1、T2、T3在其合計時間為10秒以下的範圍內，可分別任意地被設定。
繼而，如圖1中之一點鎖線所示，使上述框體5圍繞 其軸心6旋轉移位90°而形成「第2姿勢」。在該狀態下，使框體5抵接於膜體2的膜面4的上表面，另一方面，將上述起動開關52予以接通(圖5中的步驟S2，圖6中的時間b′)。繼而，與上述同樣地，藉由運算裝置29的自動控制，音波產生裝置17、振動檢測裝置24以及運算裝置29依序作動(接通)。
於上述情形時，作為初始條件，由於上述音波16而發生振動的上述膜體2的「振動範圍」相當於由上述「第2姿勢」的框體5所劃分之膜體2的另一部分，在圖例中，該「另一部分」的長邊的長度為a2 ，其短片的長度為b2 。繼而，與上述同樣地，藉由運算裝置29選擇固有振動中，振動強度達到最大值的振動頻率，該振動頻率被記憶為作為運算結果的其他共振(固有)振動的基本振動頻率f2 。
對上述初始條件與運算結果進行整理後，如下所述。
ρk (kg/m2 )：作為測定對象的膜體的每單位面積的質量
a1 (cm)：共振振動的基本振動頻率f1 的「振動範圍」之短邊的長度
b1 (cm)：共振振動的基本振動頻率f1 的「振動範圍」之長邊的長度
a2 (cm)：共振振動的基本振動頻率f2 的「振動範圍」之長邊的長度
b2 (cm)：共振振動的基本振動頻率f2 的「振動範圍」之短邊的長度
f1 (Hz)：在a1 、b1 時(由圖1~圖3中的實線所示)所測定之膜體的共振振動的基本振動頻率
f2 (Hz)：在a2 、b2 時(由圖1中的一點鎖線所示)所測定之膜體的共振振動的基本振動頻率
繼而，基於上述初始條件與運算結果，由上述運算裝置29使用FFT(高速傳立葉轉換)計算下述張力Tx 、Ty ，可使用下述式(1)(2)作為其計算公式，且可使用展開該式(1)而成之式(3)(4)。
張力Tx (N/cm)：x方向的每單位長度的張力
張力Ty (N/cm)：y方向的每單位長度的張力
{T }=[A ]-1 {f } (1)
上述運算裝置29計算出張力Tx 、Ty 之後，包含運算結果、初始條件等之測定資料被保存在上述運算裝置29中，同時其以可聽、可看的方式顯示於該運算裝置29的顯示部53。此外，上述測定資料被上述無線模組57及收發單元 58發送至接收裝置56，並保存於接收裝置56，同時其以可聽、可看的方式顯示於該接收裝置56的顯示部59。繼而，上述張力Tx 、Ty 的值等測定結果被用於建築物1中的膜體2之適當的維護。
在本實施形態的膜張力測定裝置3中，音波產生裝置17、振動檢測裝置24以及運算裝置29分別安裝於框體5。
因此，當藉由膜張力測定裝置3進行膜體2的張力Tx 、Ty 之測定作業時，測定者13只要支持膜張力測定裝置3的任一個部位並進行作業即可。即，當進行測定作業時，無需分別單獨地支持膜張力測定裝置3的各構成部件。因此，上述測定作業中之膜張力測定裝置3的操作變得容易，可容易地進行該測定作業。
此外，在本實施形態中，音波產生裝置17為包括平板20的平板揚聲器，該平板20與膜體2的一部分2a平行地延伸，且基於電氣信號發出上述音波16。
此處，當欲藉由音波產生裝置17使膜體2的一部分2a發生振動時，最好使膜體2的整個一部分2a上的各部分更均勻地發生振動。另一方面，音波產生裝置17的平板20與音波呈放射狀地擴散之圓錐型揚聲器等相比，能夠以更大面積之音源發出平面波之音波16。
因此，在上述測定作業中，即便將平板20配置成以某種程度接近膜體2的一部分2a，仍可藉由以平板20的大面積的音源發出之音波16，使膜體2的整個一部分2a更均勻地發生振動。因此，由於可使平板20更接近膜體2的 一部分2a，故而可小型且輕量地構成膜張力測定裝置3，藉此，可更容易地進行膜張力測定裝置3的測定作業。
此外，在本實施形態中，平板20的短邊與長邊係平行於上述框體5的內側尺寸的短邊與長邊。
因此，即便將平板20配置成更接近膜體2的一部分2a，仍可藉由平板20使膜體2的整個一部分2a均勻地發生振動。因此，由於可使平板20接近膜體2，故而可更小型且輕量地構成膜張力測定裝置3。
此外，在本實施形態中，對音波產生裝置17進行接通操作後，音波產生裝置17開始作動並發出音波16，振動檢測裝置24自動檢測由該音波16使膜體2的一部分2a產生的振動。繼而，運算裝置29基於振動檢測裝置24所檢測的振動資料自動計算上述張力Tx 、Ty ，同時，自動記憶包含上述振動資料與運算結果的測定結果，且將該測定結果任意地顯示於顯示部53。
因此，當使用膜張力測定裝置3進行測定作業時，只要首先使框體5抵接於膜體2的膜面4，其次使音波產生裝置17接通即可。藉此，測定作業的測定結果被自動記憶於膜張力測定裝置3，且可顯示該測定結果。藉此，可任意地獲知所記憶的內容。
由此，測定者13在測定作業時可不記憶或記錄測定結果。因此，即便測定作業的現場位於高處，亦可容易地進行測定作業。第一，在離開測定作業現場的便於作業的事務所等中，膜張力測定裝置3可顯示上述測定結果的內 容。第二，亦可將膜張力測定裝置3連接於個人電腦等終端機以上載資料，藉此，以正文檔案之形式獲得上述測定結果的內容。因此，在上述測定作業之後，可容易地獲知其測定結果。
此外，在本實施形態中，可調整音波產生裝置17所發出的音波16的輸出(dB)的大小。
此處，在膜張力測定裝置3中，音波產生裝置17的消耗電力大於其他振動檢測裝置24或運算裝置29的消耗電力。因此，能夠以對應於膜體2的每單位面積的質量ρk (kg/m2 )的值之大小的方式，使音波產生裝置17所發出的音波16的輸出(dB)的大小達到必需的最小限度。藉此，可防止無用之電力消耗。由此，可抑制膜張力測定裝置3的消耗電力。藉此，可提高膜張力測定裝置3中的各裝置17、24、29的電源不依賴於商用等外部電源49而是使用電池35、45之可能性，從而可提高電源選擇之自由度。
此外，在本實施形態中，僅在音波產生裝置17的作動過程中，上述振動檢測裝置24進行作動。
因此，可防止當音波產生裝置17不作動時，振動檢測裝置24進行作動這一無用之電力消耗。由此，可抑制膜張力測定裝置3的消耗電力。
此外，在本實施形態中，上述運算裝置29從音波產生裝置17開始作動(圖6c)起經過預定時間T2之後開始作動(圖6d)。
於測定者13使用膜張力測定裝置3進行測定作業之情 形，當使框體5抵接於膜體2的膜面4時，測定者13易在最初抵接時發生手抖動。尤其如圖2、圖3中的一點鎖線所示，當使框體5抵接於膜體2的膜面4的下表面時，有可能會顯著地發生手抖動。
因此，從音波產生裝置17開始作動(圖6c)起經過預定時間T2之後，運算裝置29開始作動(圖6d)，藉此，可防止基於包含由手抖動引起之振動的振動資料計算張力，從而可進行精度更高的測定。因此，在該測定作業中，由於幾乎不用考慮使框體5抵接於膜體2的膜面4時之手抖動的影響，故而可更容易且精度良好地進行測定。
此外，在本實施形態中，膜張力測定裝置3的各裝置17、24、29的電源為電池35、45。
假設當膜張力測定裝置3藉由電線而連接於商用等外部電源49時，有可能會經由該電線對膜張力測定裝置3施加無用之外力，但如上所述，由於將電源設為電池35、45，故而可防止對膜張力測定裝置3施加如上所述之外力。由此，可更容易且精度良好地操作膜張力測定裝置3。
此外，假設當使用商用等交流的外部電源49作為上述電源時，與膜體2的共振(固有)振動無任何關係之交流電源頻率(50Hz或60Hz)，有可能會表現為作為對振動檢測裝置24的輸出進行FFT處理所得之結果的一個頻譜。其影響由膜張力測定裝置3進行之測定的測定結果且不佳，因此，當各裝置17、24、29的電源為作為直流電源的電池35、45時，亦可防止產生由於使用上述交流電源引起之不 良。
此外，音波產生裝置17為平板揚聲器，且該揚聲器與圓錐型揚聲器相比，以較少之消耗電力效率良好地發生振動。因此，無需從外部電源49向膜張力測定裝置3供應大量之電力，從電池35、45供應電力即可。由此，藉由將音波產生裝置17設為平板揚聲器，可無需用於從外部電源49供應電力之電線，而且，膜張力測定裝置3的操作變得更容易，且亦可提高精度。
此外，在本實施形態中，運算裝置29基於振動檢測裝置24所檢測的振動中，預定值以下的低頻振動已被過濾之振動資料，計算上述張力Tx 、Ty 。
此處，於測定者13使用膜張力測定裝置3進行測定作業之情形，當使框體5抵接於膜體2的膜面4時，測定者13經常會在最初抵接時發生低頻振動的手抖動。
因此，運算裝置29基於預定值以下的低頻振動已被過濾之振動資料計算上述張力Tx 、Ty ，藉此，可防止基於包含由手抖動引起之振動的振動資料計算張力，從而可進行精度更加的測定。因此，在該測定作業中，由於幾乎不用考慮使框體5抵接於膜體2的膜面4時之手抖動的影響，故而可更容易且精度良好地進行該測定。
此外，在本實施形態中，可將包含運算裝置29的運算結果之測定資料，無線發送至位於遠離運算裝置29之位置的接收裝置56，該接收裝置56包括顯示上述測定資料的顯示部59。
因此，即便當使用膜張力測定裝置3在建築物1等高處或落腳處不佳之現場進行測定作業時，可利用接收裝置56的顯示部59，在落腳處佳之位置等預期位置即時地監視膜張力測定裝置3的測定結果。由此，現場的測定作業的負擔被減輕，可更容易且順利地進行該測定作業。
此外，在本實施形態中，當在接通電源開關36之後，不在預定時間內接通起動開關52時，膜張力測定裝置3自動地斷開。藉此，防止無用之電力消耗。
再者，以上係基於圖示的例子，但上述膜體2的一部分2a可沿著鉛直方向延伸，或者亦可傾斜。此外，上述框體5亦可為正方形。此外，亦可將音波產生裝置17等直接或間接地安裝於上述框體5。此外，上述音波產生裝置17亦可圓錐型揚聲器。此外，運算裝置29中的起動開關52亦可被直接安裝於外殼31。此外，基於上述各共振振動頻率f1 、f2 之張力Tx 、Ty 的計算，亦可基於與預先儲存於運算裝置29的f1 、f2 及Tx 、Ty 相關的映射進行。
[實施形態的概要]
上述實施形態的概要如下所述。
(1)上述實施形態的膜張力測定裝置包括：矩形框體5，其可與施加有張力Tx 、Ty 之膜體2的膜面4抵接；音波產生裝置17，其朝被上述框體5包圍之上述膜體2的一部分2a發出音波16；振動檢測裝置24，其檢測由上述音波16使上述膜體2的一部分2a產生的振動；及運算裝置29，其基於上述振動檢測裝置24所檢測的振動資料計算上述 張力Tx 、Ty 。而且，上述音波產生裝置17、振動檢測裝置24以及運算裝置29分別安裝於上述框體5。
因此，當進行施加於膜體的張力之測定作業時，測定者只要支持膜張力測定裝置的任一個部位並進行作業即可。即，無需分別單獨地支持膜張力測定裝置的各構成部件。因此，上述測定作業中之膜張力測定裝置的操作變得容易，可容易地進行該測定作業。
(2)上述音波產生裝置17為包括平板20之平板揚聲器，該平板20被設置成與上述膜體2的一部分2a平行，且基於電氣信號發出上述音波16。
當欲藉由音波產生裝置使上述膜體的一部分發生振動時，最好使上述膜體的整個一部分上的各部更均勻地發生振動。另一方面，上述音波產生裝置的平板與音波呈放射狀地擴散之圓錐型揚聲器等相比，能夠以更大面積之音源發出平面波之音波。
因此，在上述測定作業中，即便將平板配置成以某種程度接近上述膜體的一部分，仍可藉由以平板的大面積的音源發出之音波，使上述膜體的整個一部分更均勻地發生振動。因此，由於可使上述平板更接近膜體的一部分，故而可小型且輕量地構成上述膜張力測定裝置，藉此，可更容易地進行膜張力測定裝置的測定作業。
(3)對應於接通上述音波產生裝置17的操作，上述音波產生裝置17開始作動並發出音波16，上述振動檢測裝置24自動檢測由上述音波16使上述膜體2的一部分2a產 生的振動，上述運算裝置29基於該振動檢測裝置24所檢測出的振動資料自動計算上述張力Tx 、Ty ，同時自動記憶包含上述振動資料與運算結果的測定結果，且將該測定結果顯示於顯示部53。
當使用上述膜張力測定裝置進行測定作業時，只要首先使框體抵接於膜體的膜面，其次使上述音波產生裝置接通，藉此，上述測定作業的測定結果被自動記憶於上述膜張力測定裝置，且可顯示該測定結果。藉此，可任意地獲知所記憶的內容。
由此，測定者在上述測定作業時可不記憶或記錄測定結果。因此，即便測定作業的現場位於高處，亦可容易地進行測定作業。此外，第一，在離開測定作業現場的便於作業的事務所等中，膜張力測定裝置可顯示上述測定結果的內容。此外，第二，亦可將膜張力測定裝置連接於個人電腦等終端機以上載資料，藉此，以正文檔案之形式獲得上述測定結果的內容。因此，在上述測定作業之後，可容易地獲知測定結果。
(4)上述膜張力測定裝置可調整上述音波產生裝置17所發出的音波16的輸出(dB)的大小。
在上述膜張力測定裝置中，上述音波產生裝置的消耗電力大於其他振動檢測裝置或運算裝置的消耗電力。因此，當可調整音波產生裝置所發出的音波的輸出的大小時，能夠以對應於膜體的每單位面積的質量的值之大小的方式，使上述音波產生裝置所發出的音波的輸出的大小達 到必需的最小限度。藉此，可防止無用之電力消耗。由此，可抑制膜張力測定裝置的消耗電力。藉此，可提高膜張力測定裝置中的各裝置的電源不依賴於商用等外部電源而是使用電池之可能性，從而可提高電源選擇之自由度。
(5)上述振動檢測裝置24係以上述音波產生裝置17正在作動作為條件而進行作動。
在該結構中，可防止當上述音波產生裝置不作動時，上述振動檢測裝置進行作動這一無用之電力消耗。由此，可抑制膜張力測定裝置的消耗電力。
(6)上述運算裝置29係從上述音波產生裝置17開始作動(圖6c)起經過預定時間T2之後開始作動(圖6d)。
於測定者使用上述膜張力測定裝置進行測定作業之情形，當使框體抵接於膜體的膜面時，測定者易在最初抵接時發生手抖動。尤其，當使框體抵接於膜體的膜面的下表面時，有可能會顯著地發生手抖動。
因此，當從上述音波產生裝置開始作動起經過預定時間之後，上述運算裝置自動地開始作動時，可防止基於包含由手抖動引起之振動的振動資料計算張力，從而可進行精度更高的測定。因此，在該測定作業中，由於幾乎不用考慮使框體抵接於膜體的膜面時之手抖動的影響，故而可更容易且精度良好地進行測定。
(7)上述各裝置17、24、29的電源為電池35、45。
假設當上述膜張力測定裝置藉由電線而連接於外部電源時，有可能會經由該電線對膜張力測定裝置施加無用之 外力，但如上所述，當電源為電池時，可防止對膜張力測定裝置施加如上所述之外力。由此，可更容易且精度良好地操作膜張力測定裝置。
此外，假設當使用商用等交流的外部電源作為上述各裝置的電源時，與膜體的共振(固有)振動無任何關係之交流電源頻率，有可能會表現為作為對上述振動檢測裝置的輸出進行FFT處理所得之結果的一個頻譜。其影響由膜張力測定裝置進行之測定的測定結果且不佳，因此，當各裝置的電源為作為直流電源的電池時，亦可防止產生由於使用交流電源引起之不良。
(8)上述運算裝置29基於上述振動檢測裝置24所檢測的振動中，預定值以下的低頻振動已被過濾的振動資料，計算上述張力Tx 、Ty 。
於測定者使用上述膜張力測定裝置進行測定作業之情形，當使框體抵接於膜體的膜面時，測定者經常會在最初抵接時發生低頻振動的手抖動。
因此，當上述運算裝置基於預定值以下的低頻振動已被過濾之振動資料計算上述張力時，可防止基於包含由手抖動引起之振動的振動資料計算張力，從而可進行精度更佳的測定。因此，在該測定作業中，由於幾乎不用考慮使框體抵接於膜體的膜面時之手抖動的影響，故而可更容易且精度良好地進行測定。
(9)膜張力測定裝置包括：無線模組57，其可無線發送包含上述運算裝置29的運算結果之測定資料；及接收裝 置56，其位於遠離上述運算裝置29的位置，且接收從上述無線模組57發送的測定資料，於該情形時，上述接收裝置56包括顯示上述測定資料的顯示部59。
在該形態中，即便當使用上述膜張力測定裝置在建築物等高處或落腳處不佳之現場進行測定作業時，可利用上述接收裝置的顯示部，在落腳處佳之位置等預期位置即時地監視上述膜張力測定裝置的測定結果。由此，現場的測定作業的負擔被減輕，可更容易且順利地進行該測定作業。
再者，附加於上述各用語的符號及圖式序號係用於參考，本發明的技術範圍並不限定於實施形態的說明內容及圖式的內容。
產業上利用性
本發明亦可用作對設置於建築物及露天平台的天棚或標石等之膜體的張力進行測定的裝置。
Tx 、Ty ‧‧‧張力
1‧‧‧建築物
2‧‧‧膜體
2a‧‧‧一部分
3‧‧‧膜張力測定裝置
4‧‧‧膜面
5‧‧‧框體
6‧‧‧軸心
10‧‧‧結件
11‧‧‧托架
12‧‧‧把手
13‧‧‧測定者
16‧‧‧音波
17‧‧‧音波產生裝置
18‧‧‧內部空間
19‧‧‧外殼
20‧‧‧平板
21‧‧‧振動元件
24‧‧‧振動檢測裝置
25‧‧‧感應頭
26‧‧‧放大器單元
29‧‧‧運算裝置
30‧‧‧結件
31‧‧‧外殼
33‧‧‧中央控制裝置
34‧‧‧時鐘
35‧‧‧鋰電池
36‧‧‧電源開關
37‧‧‧功率放大器
38‧‧‧D/A轉換器
39‧‧‧A/D轉換器
42‧‧‧通斷開關
43‧‧‧穩定化電源
44‧‧‧切換開關
45‧‧‧電池
48‧‧‧AC配接器
49‧‧‧外部電源
51‧‧‧電線
52‧‧‧起動開關
53‧‧‧液晶顯示部等顯示部
56‧‧‧接收裝置
57‧‧‧無線模組
58‧‧‧收發單元
59‧‧‧顯示部
圖1係本發明的實施形態所有關之膜張力測定裝置的平面圖。
圖2係上述膜張力測定裝置的正視圖。
圖3係上述膜張力測定裝置的側視圖。
圖4係上述膜張力測定裝置的電氣方塊圖。
圖5係表示上述膜張力測定裝置之控制流程的圖。
圖6係上述膜張力測定裝置進行的張力測定作業的時 序圖。
Tx 、Ty ‧‧‧張力
1‧‧‧建築物
2‧‧‧膜體
2a‧‧‧一部分
3‧‧‧膜張力測定裝置
4‧‧‧膜面
5‧‧‧框體
6‧‧‧軸心
10‧‧‧結件
11‧‧‧托架
12‧‧‧把手
13‧‧‧測定者
16‧‧‧音波
17‧‧‧音波產生裝置
18‧‧‧內部空間
19‧‧‧外殼
20‧‧‧平板
21‧‧‧振動元件
24‧‧‧振動檢測裝置
25‧‧‧感應頭
26‧‧‧放大器單元
29‧‧‧運算裝置
30‧‧‧結件
31‧‧‧外殼
53‧‧‧液晶顯示部等顯示部

Claims (8)

  1. 一種膜張力測定裝置，包括：矩形框體，其可與施加有張力之膜體的膜面抵接；音波產生裝置，其朝被上述框體包圍之上述膜體的一部分發出音波；振動檢測裝置，其檢測上述膜體的一部分因上述音波而產生的振動；及運算裝置，其基於上述振動檢測裝置所檢測的振動資料計算上述張力，其中，上述音波產生裝置、振動檢測裝置以及運算裝置分別安裝於上述框體；上述音波產生裝置為包括平板之平板揚聲器，該平板被設置成與上述膜體的一部分平行，且基於電氣信號發出上述音波。
  2. 如申請專利範圍第1項的膜張力測定裝置，其中，對應於接通上述音波產生裝置的操作，上述音波產生裝置開始作動並發出音波，藉由上述振動檢測裝置自動檢測上述膜體的一部分因上述音波而產生的振動，上述運算裝置基於上述振動檢測裝置所檢測出的振動資料自動計算上述張力，同時自動記憶包含上述振動資料與運算結果的測定結果，且將該測定結果顯示於顯示部。
  3. 如申請專利範圍第1項的膜張力測定裝置，其中，可調整上述音波產生裝置所發出的音波的輸出的大小。
  4. 如申請專利範圍第1項的膜張力測定裝置，其中， 上述振動檢測裝置係以上述音波產生裝置正在作動作為條件而進行作動。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項的膜張力測定裝置，其中，上述運算裝置係從上述音波產生裝置開始作動起經過預定時間之後開始作動。
  6. 如申請專利範圍第1項的膜張力測定裝置，其中，上述各裝置的電源為電池。
  7. 如申請專利範圍第1項的膜張力測定裝置，其中，上述運算裝置基於上述振動檢測裝置所檢測的振動中，預定值以下的低頻振動已被過濾的振動資料，計算上述張力。
  8. 如申請專利範圍第1項的膜張力測定裝置，包括：無線模組，其可無線發送包含上述運算裝置的運算結果之測定資料；及接收裝置，其位於遠離上述運算裝置的位置，且接收從上述無線模組發送的測定資料，其中，上述接收裝置包括顯示所接收的上述測定資料的顯示部。
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