JP2003521678A - ひずみ検知装置 - Google Patents

ひずみ検知装置

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JP2003521678A
JP2003521678A JP2001522031A JP2001522031A JP2003521678A JP 2003521678 A JP2003521678 A JP 2003521678A JP 2001522031 A JP2001522031 A JP 2001522031A JP 2001522031 A JP2001522031 A JP 2001522031A JP 2003521678 A JP2003521678 A JP 2003521678A
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transmitter
reflector
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light beam
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フランツ、ロットナー
ジークフリート、ピーパー
ラインハルト、ビンクラー
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フランツ、ロットナー
ジークフリート、ピーパー
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge

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  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 本発明は少なくとも１個の部材に相互に間隔をおいて互いに独立に配設された送信器（２）及び送信器（３）と解析装置（４）とを有し、送信器（２）が電磁波（例えばレーザビーム）又は集束粒子ビームを受信機（３）へ放出する、部材（１）の種々の状態、例えばひずみ状態、運動、負荷状態を検出するための装置に関する。ミラー及び半透明ミラー（９）での多重反射によって立体的分解能を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は少なくとも１個の部材の上に相互に間隔をおいて互いに独立に配設さ
れた送信器及び受信器と解析装置とを有する、種々の状態、例えばひずみ状態、
運動、負荷状態を検出するための装置に関する。
【０００２】 部材のひずみ状態の検知装置はすでに米国特許第５１７０３６６号明細書によ
り知られている。この検知装置は部材の中又はかたわらに設けられた送信器によ
り音響信号を放出し、これを部材の別の部位に接して又はその中に配設された受
信器で受信する。部材の種々の負荷状態、例えば伸び、据え込み又はねじりによ
るひずみから、音響信号の種々の走行時間差が生じる。部材の伸びの場合は音響
信号の伝搬速度が低下し、圧縮又は据え込みの場合は伝搬速度が増加する。測定
される走行時間と部材の負荷との間の相関を得るために、可能な負荷状態、それ
とともに送信器と受信器の間の種々の走行時間をシミュレーション段階で確かめ
ることが必要である。また伝搬速度に影響するが、部材の負荷が原因ではないす
べてのパラメータ、例えば温度又は妨害信号を補償又は解析することが必要であ
る。
【０００３】 本発明の根底にあるのは、部材の種々の負荷状態の迅速かつ簡単な検出が可能
になるように、ひずみ検知装置を構成し、配設する課題である。
【０００４】 この課題は本発明に基づき送信器が電磁波又は集束音波又は集束粒子ビームを
受信器へ放出することによって解決される。これによって例えば部材のひずみが
送信器と受信器の間の相対位置に影響し、それとともに受信器に対する光ビーム
の経過にも影響するように、光ビームを介して送信器と受信器を互いに連係させ
ることができる。部材のひずみから作用する力を推論することができるので、こ
の装置は重量計測装置として適している。部材のひずみをもたらす別の影響量、
例えば動荷重又は不つりあい質量も検出することができる。このような位置決定
のために圧力波又は音波又は水ジェットの使用も考えられる。
【０００５】 このために部材のひずみが受信器での電磁波又は光ビームの変位に対応するよ
うに、送信器と受信器をそれぞれささえにより部材の上に配設することが好まし
い。それによって部材のひずみはすべて受信器に関して光ビームの経過の変化を
もたらす。この変化は部材のひずみ又は部材の振動の検出のために利用され、又
はこうしたひずみ又は振動に対応する。また部材のひずみ状態から、ひずみをも
たらす力を検出することも可能である。例えば荷重のもとで変形した鉄道レール
の荷重、例えば列車の重量を決定することができる。列車の動的重量計測も考え
られる。
【０００６】 別の実施形態によれば、さらに光ビームの光路内に少なくとも１個の反射器又
は反射面を配設し、光ビームを反射器又は反射面によって受信器側へ反射し、そ
の際ささえを介して反射器と部材を連結することが可能である。このために送信
器及び受信器をハウジングの同じ側で反射器又は反射面に対設することが好まし
い。こうして光ビームの光路は反射器の数に応じて２倍、４倍又は多数倍に延長
される。部材のひずみによって生じる光ビームの偏りがこうしてこの延長倍率だ
け拡大され、その結果部材のひずみの大きな分解能が生じる。こうしてごく僅か
な部材ひずみでもすべて分解し、決定することができる。反射器を部材の上に配
設することは、送信器・受信器ユニットが全体として別個のささえにより部材の
上に配設される利点がある。
【０００７】 最後に本発明に係る解決策の好適な実施形態によれば、受信器が感光面例えば
ＰＳＤセンサ又は画像処理素子を有し、感光面が少なくとも３０００ｄないし６
０００ｄの分解能を保証するように構成されている。こうして反射された光ビー
ムの初期位置に対する偏り、それとともに部材のひずみが上記の分解能に従って
決定される。この場合光ビームの偏りは光路の多重反射に基づきすでに当該の倍
率だけ拡大されていることを考慮しなければならない。
【０００８】 本発明にとって特に重要なのは、送信器が少なくとも１つの光ビーム、例えば
レーザビームを放出することである。こうして部材のひずみを周波数及び／又は
位置の異なる２つ又は３つの光ビームで評価することも可能である。レーザビー
ムの使用は分散又は位置認識に関連して極めて有利である。光路の発生のために
他の媒質、例えば水を使用することも考えられる。
【０００９】 本発明に係る構成と配列に関連して、送信器、受信器及び反射器を柔軟なハウ
ジングの中に配設することが好ましい。ハウジングは外的影響に対して光路を保
護するために役立つ。ハウジングの構造が柔軟であるため、部材のひずみに基づ
く個別要素の間の相対運動を妨げることが防止される。
【００１０】 光路の延長に関連して、少なくとも１枚の半透明層を送信器から受信器への光
路内に配設することが好ましい。放出された光ビームの強さの一部がこうして反
射され、強さの他方の部分は引き続き光路を進行する。こうして光路の位置の像
が受信器で得られ、反射回数に従って部材のひずみが種々の分解段階から取り出
される。
【００１１】 またこのために送信器及び／又は受信器及び／又はハウジングを円形又は長方
形に形成することが好ましい。それによって可能な部材ひずみ又は使用分野に応
じて、現存する面の最適な利用が得られる。円形のハウジングはおおむねコア状
の又はコア代替物としての検知装置を使用するために利用される。検知装置は当
該の場所の部材ひずみを検出するために、穴に挿入され又は穴に収容される。こ
うして検知装置が例えば基礎に挿入されて、当該の場所のひずみ又は振動を検出
する。
【００１２】 また部材のひずみの決定のために、受信器又はＰＳＤセンサに論理解析装置を
配属することが好ましい。論理解析装置によって、反射された光ビームの偏りか
ら基礎をなす部材ひずみが検出される。また検知装置を重量計測装置として使用
することも可能である。
【００１３】 本発明に係る構造及び配列に関連して、送信器と受信器を共同で１枚のプレー
ト上に配設し、プレートを少なくとも１個の締付け具により部材に緊定し、その
際締付け具は２個の尖った又は丸い接触部と、プレートに対応する少なくとも１
個の穴を有することが好ましい。この穴により締付け具が一方ではプレートに、
他方では鉄道レールに当接させられるから、部材のひずみが送信器及び受信器に
伝達される。この場合生じる接触面は線形であるから、静定支承が得られる。こ
うして部材の面倒な穴あけ又は接着が回避される。
【００１４】 最後に、送信器と受信器を共同で１個のささえにより、反射器をそれとは別個
に間隔をおいて別のささえにより、共通のハウジングの中で部材に配設すること
が好ましい。
【００１５】 本発明のその他の利点及び細部を特許請求の範囲及び明細書で説明し、図に示
す。
【００１６】 図１で１は部材を示す。その側部又は側面に荷重又はひずみ検知装置１１が配
設されている。この部材は鉄道レール、車軸又は支持材である。この場合ひずみ
検知装置１１は部材に緊定、ねじ止め又は接着することができる。
【００１７】 検知装置１１はそのハウジングの右側８’に送信器２と受信器３を装備する。
送信器２は光又はレーザビーム５をハウジングの左側に向かって放出し、そこで
ビームは反射器６に入射し、反射される。反射された光ビーム１０は次に送信器
側に設けられた受信器３に入射する。送信器２と反射器６の平行度に応じて、送
出された光ビーム５は反射された光ビーム１０と一致するか又は図１のようにや
や偏る。即ち送出された光ビームの出射点１３と反射された光ビームの入射点１
４は僅かな間隔を有する。そこでこの位置を部材のその後のすべての負荷状態の
基準として選定する。部材のひずみによってひずみの基礎をなす力、例えば貨物
列車の重量が決定される。
【００１８】 右側の送信器・受信器ユニットも左側の反射器６もそれぞれささえ１２、１２
’によって部材１に固着されている。
【００１９】 ２つのささえ１２、１２’は共通の柔軟なハウジング７で取囲まれる。ハウジ
ング７は検知装置を外部の影響から守り、図２の部材のひずみの場合に２つの側
面の運動の自由を保証する。
【００２０】 図２には外部荷重により変形した部材が示されている。左右のささえ１２、１
２’はこうしてひずみに応じて互いに傾斜した位置にある。その結果、送出され
る光又はレーザビーム５の入射角と反射されるレーザビーム１０の出射角が図１
の基準位置と相違し、又は送出されたレーザビームの出射点１３と反射されたレ
ーザビームの入射点１４は基準位置と異なる間隔を有する。
【００２１】 図３は受信器３及び出射するレーザビーム５又は出射点１３と反射されたレー
ザビームの入射点１４を示す。受信器は円形に形成され、感光面１９を有する。
この感光面によって入射レーザビームの位置が決定される。
【００２２】 図４はコア状の検知装置を示す。即ち検知装置は被検部材に設けられた穴１５
に通される。外部荷重により部材に誘起されたひずみは、両側に設けたささえ１
２、１２’によって検知装置に、又は受信器３と反射器６の平行性に影響する。
ハウジング７は検知装置１１の挿入のために必要な案内としての性質を保証し、
基準状態の受信器３と反射器６の平行性がほぼ保証される。本実施例では送信器
２が受信器３に対設されている。部材のひずみの場合に光ビーム５は基準位置か
ら偏らされる。偏った光ビーム５’はこうして基準位置から偏った位置で受信器
３に入射し、部材のひずみを検出することができる。
【００２３】 図５は部材１への検知装置１１の別の配列又は固定の仕方を示す。このために
２つのささえ１２、１２’はそれぞれボルト１６、１６’のための固定継手１８
、１８’を有する。ボルト１６、１６’は部材１に螺着され、又はねじ込まれて
いる。ハウジング７が送信器２と受信器３を取囲む。それぞれのボルトの中心軸
の周りのねじりを阻止するピン継手１７、１７’によって、ボルト１６、１６’
と部材１の間の固定又は確実結合が保証される。
【００２４】 図６は図５のＡ−Ａ断面図を示す。受信器３は長方形に形成され、送信器２は
隅角区域の縁端部又は左上に配設され、反射されたレーザビーム１０は基準状態
で同じくこの隅角区域に入射する。即ちレーザビームの出射点１３及び入射点１
４はいずれも長方形の送信器・受信器ユニット２、３の隅角区域に配置されてい
る。
【００２５】 また図７によれば半透明層９を受信器３の前に取付けることが可能である。半
透明層９は反射されたレーザビーム１０の一部を透過する。即ちレーザビームの
強さの一部が受信器に入射し、強さの残余の部分はもう一度反射器６の方向へ反
射される。反射器６は次にレーザビームを受信器３に再度入射させる。
【００２６】 図８の１は鉄道レールを示す。鉄道レールはプレート２０と２個のブリッジ状
又はＵ字形の締付け具２１により送信器２及び受信器３と結合されている。この
ためにプレート２０は両端の区域に少なくとも１個の穴２４を有する。穴２４は
それぞれの締付け具２１の穴２３と同軸に配設されている。締付け具２１はさら
に２個の半円形の接触部２２、２２’を有する。接触部２２、２２’はプレート
２０及び鉄道レール１に線状に接触する。プレートの下側に送信器２と受信器３
が配設されている。この場合締付け具２１の短脚２６が鉄道レール１の基部２５
の上に、長脚２６’がプレート２０の上にある。こうしてプレート２０が鉄道レ
ール１に当接され、鉄道レールのひずみを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 無負荷の部材に接する検知装置の側面から見た断面図である。
【図２】 負荷された部材に接する検知装置の側面から見た断面図である。
【図３】 受信器の前面図である。
【図４】 コアとしての検知装置の断面図である。
【図５】 部材に螺着された検知装置の断面図である。
【図６】 図５のＡ−Ａ線による断面図である。
【図７】 光ビームが多重反射された図１と同様の図である。
【図８】 保持装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 部材、鉄道レール ２ 送信器、レーザ ３ 受信器 ４ 解析装置 ５ 光ビーム、レーザビーム ５’ 偏った光ビーム ６ 反射器、反射面 ７ ハウジング ８ ハウジングの左側 ８’ ハウジングの右側 ９ 半透明層 １０ 反射された光又はレーザビーム １１ 検知装置 １２ 左側のささえ １２’ 右側のささえ １３ レーザ出射点 １４ レーザ入射点 １５ 穴 １６ ボルト １６’ ボルト １７ ピン継手 １７’ ピン継手 １８ 継手 １８’ 継手 １９ 感光面、ＰＳＤセンサ ２０ プレート ２１ 締付け具 ２２ 接触部 ２２’ 接触部 ２３ 穴 ２４ 穴 ２５ レール基部 ２６ ２１の短脚 ２６’ ２１の長脚
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｌ 1/00 Ｇ０１Ｌ 1/00 Ｃ 1/25 1/25 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ラインハルト、ビンクラー ドイツ連邦共和国ポツダム、ハイネシュト ラーセ、17 Ｆターム(参考） 2F065 AA65 BB11 CC35 FF43 GG04 HH04 JJ02 JJ03 JJ09 JJ16 LL12 UU03 2F067 AA65 BB11 CC00 HH01 HH10 JJ01 KK00 2F068 AA45 BB03 CC00 FF12 FF19 FF25 KK14 2F069 AA68 DD15 GG07 GG08 GG09

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１個の部材の上に相互に間隔をおいて互いに独立に配設された送信
    器（２）及び受信器（３）と解析装置（４）とを有する、部材（１）の種々の状
    態、例えばひずみ状態、運動、負荷状態を検出するための装置において、送信器
    （２）が電磁波又は集束音波又は集束粒子ビームを受信器（３）へ放出すること
    を特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 部材（１）のひずみが受信器（３）での電磁波又は光ビーム（５）の変位に対
    応するように、送信器（２）及び受信器（３）がそれぞれ１個のささえ（１２、
    １２’）により部材（１）の上に配設されていることを特徴とする請求項１に記
    載の装置。
  3. 【請求項３】 光ビームの光路内に少なくとも１個の反射器又は反射面（６）が配設されてい
    ることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 光ビーム（５）が反射器又は反射面（６）により受信器（３）に向かって反射
    されることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の装置。
  5. 【請求項５】 反射器（６）がささえ（１２）によって部材と連結されていることを特徴とす
    る上記請求項のいずれか１つに記載の装置。
  6. 【請求項６】 受信器（３）が感光面、例えばＰＳＤセンサ又は画像処理素子を有することを
    特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の装置。
  7. 【請求項７】 感光面が少なくとも１０００ｄの分解能を有することを特徴とする上記請求項
    のいずれか１つに記載の装置。
  8. 【請求項８】 送信器（２）が少なくとも１つの光ビーム（５）例えばレーザビームを放出す
    ることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の装置。
  9. 【請求項９】 送信器（２）、受信器（３）及び反射器（６）が柔軟なハウジング（７）の中
    に配設されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の装置。
  10. 【請求項１０】 送信器（２）及び受信器（３）が共同のハウジング側面（８’）で、反射器又
    は反射面（６）に対設されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに
    記載の装置。
  11. 【請求項１１】 送信器から受信器に至る光路内に、少なくとも１個の半透明層（９）が配設さ
    れていることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の装置。
  12. 【請求項１２】 送信器（２）及び／又は受信器（３）が円形又は長方形に形成されていること
    を特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の装置。
  13. 【請求項１３】 ハウジング（７）が円形、長方形又はコア状に形成されていることを特徴とす
    る上記請求項のいずれか１つに記載の装置。
  14. 【請求項１４】 受信器（３）又はＰＳＤセンサに部材（１）のひずみの決定のための論理解析
    装置が配属されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記載の装置
    。
  15. 【請求項１５】 送信器（２）と受信器（３）が共同で１個のささえ（１２’）により、又は２
    個の異なるささえ（１２、１２’）により、また反射器（６）がそれと別個に送
    信器に対して間隔をおいて別のささえにより、共通のハウジング（７）の中で部
    材（１）の上に配設されていることを特徴とする上記請求項のいずれか１つに記
    載の装置。
  16. 【請求項１６】 少なくとも１個の部材の上に相互に間隔をおいて互いに独立に配設された送信
    器（２）及び受信器（３）と解析装置（４）とを有する、部材（１）の種々の状
    態、例えばひずみ状態、運動、負荷状態を検出するための装置において、送信器
    （２）及び受信器（３）が共同で１枚のプレート（２０）の上に配設され、プレ
    ート（２０）が少なくとも１個の締付け具（２１）により部材（１）に緊定され
    、締付け具（２１）が２個の尖った又は丸い接触部（２２、２２’）及びプレー
    トと同様な少なくとも１個の穴（２３）を有することを特徴とする装置。
JP2001522031A 1999-09-06 2000-06-23 ひずみ検知装置 Pending JP2003521678A (ja)

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