JP2009186308A - Maximum displacement storage device and utilization thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、最大どの程度変位したかを記憶できる装置及び当該装置の利用に関し、地震などの不測の事態発生後において、該事態により生じた変位を記憶し必要に応じて簡易に最大変位を検出できる最大変位記憶装置及びその利用に関する。また、本発明は、動的繰り返し荷重を長期にわたって受ける橋梁等の社会基盤構造物（インフラストラクチャー）の長期的なひび割れ幅増加等を記憶し、管理者の必要に応じ簡易に検出できる最大変位記憶装置及びこれらの利用に関する。 The present invention relates to a device that can memorize the maximum amount of displacement and the use of the device, and after an unforeseen event such as an earthquake, memorizes the displacement caused by the event and easily detects the maximum displacement as necessary. A maximum displacement storage device that can be used and its use. In addition, the present invention memorizes a long-term increase in crack width of a social infrastructure structure (infrastructure) such as a bridge that is subjected to a dynamic repeated load over a long period of time, and a maximum displacement memory that can be easily detected as needed by an administrator. The invention relates to devices and their use.
地震などの動的な不測事態の発生後には、各所において迅速に発生前の機能が復旧される必要がある。こうした場合、災害を受けた機器や部材が破損していないかどうか、本来の機能を発揮できるかどうかを確認する必要がある。しかし、不測の事態による過大な変位や歪は、機器や部材自体の復元力により外形的には変位前の状態に戻ってしまう場合や機器内部における破損等は外部から確認できない場合がほとんどである。このような状態を検知することなくそのまま作動を開始すれば、これらの機器等を破損するなど意図しない事態が生じるおそれがある。 After the occurrence of a dynamic contingency such as an earthquake, the functions before the occurrence need to be quickly restored at various places. In such a case, it is necessary to confirm whether or not the device or member affected by the disaster is damaged and whether or not the original function can be exhibited. However, excessive displacement and distortion due to unforeseen circumstances often return to the state before displacement due to the restoring force of the device or the member itself, or damage inside the device cannot be confirmed from the outside. . If the operation is started as it is without detecting such a state, an unintended situation such as damage to these devices may occur.
また、橋梁等、動的繰り返し荷重を長期にわたって受ける社会基盤構造物（インフラストラクチャー）は、近年の社会投資額の減少と相まって老朽化が進行している。動的長期荷重を受ける構造物、例えば橋梁床板では、コンクリートの疲労破壊が進行し、放置すれば床板の破壊に至る。鉄筋コンクリート製床板の疲労破壊の進行は、コンクリートに発生するひび割れのパターン、ひび割れ本数、ひび割れ幅によって推定できることが分っている。したがってこれら構造物の管理は、定期的な目視検査によりひび割れ発生状況を観察・記録し、またひび割れ幅を計測するなどして、疲労破壊の進行状況を推定し、状況によっては適宜補修・補強等を行う等の手段によっているが、このために要する維持管理費用の増加も社会問題となってきている。 In addition, social infrastructure structures (infrastructures) that receive dynamic repeated loads over a long period of time, such as bridges, are aging due to the recent decrease in social investment. In a structure subjected to a dynamic long-term load, for example, a bridge floor board, fatigue failure of concrete proceeds, and if left untreated, the floor board is destroyed. It has been found that the progress of fatigue failure of reinforced concrete floorboards can be estimated by the pattern of cracks generated in the concrete, the number of cracks, and the crack width. Therefore, these structures are managed by observing and recording the occurrence of cracks through periodic visual inspections and estimating the progress of fatigue failure by measuring the crack width, and repairing and reinforcing as appropriate depending on the situation. However, the increase in maintenance costs required for this has become a social problem.
最大歪を検出する最大歪センサとしては、シート状やロッド状等各種の形態のものが既に提案されている（文献１、２）。また、最大変位を記憶し、必要時に簡易に最大変位を取得できる最大変位記憶装置も提案されている（特許文献３）。
例えば、特許文献３には、シート状センサについては、板バネ等の弾性変形体の歪発生面に装着して使用する最大変位記憶装置が提案されている。しかしながら、これらの装置では、板バネの長さによって計測できる最大変位が決まる。板バネ長さによって歪センサによって検出できる最大ひずみが決まっている。すなわち、シート状センサで検出できる歪範囲は数百μ（μは１０−６を表す）から１００００μ程度であるため、計測したい変位に応じて板バネの長さを決めなければならない。なぜならば、長い板バネと短い板バネとの先端に同一の曲げ変形（例えば１ｃｍ）を与えた場合、シート状センサを装着する板バネ固定端に近い部分の曲げ引張り歪は、長い板バネの方が短い板バネよりも小さくなるからである。従って、長い板バネで小さな変形を計測しようとすれば、センサの検出可能歪範囲の下限に近づき精度が落ち、逆に短い板バネで大きな変形を計測しようとすれば、センサの検出可能歪範囲の上限を超えてしまう。 For example, Patent Document 3 proposes a maximum displacement storage device that is used by attaching to a strain generating surface of an elastic deformation body such as a leaf spring for a sheet-like sensor. However, in these devices, the maximum displacement that can be measured is determined by the length of the leaf spring. The maximum strain that can be detected by the strain sensor is determined by the length of the leaf spring. That is, the strain range that can be detected by the sheet sensor is about several hundreds μ (μ represents 10 −6 ) to 10000 μ, and the length of the leaf spring must be determined according to the displacement to be measured. This is because when the same bending deformation (for example, 1 cm) is applied to the ends of the long leaf spring and the short leaf spring, the bending tensile strain near the leaf spring fixed end where the sheet-like sensor is mounted is This is because it is smaller than a short leaf spring. Therefore, if you try to measure a small deformation with a long leaf spring, the accuracy approaches the lower limit of the sensor's detectable strain range, and conversely, if you try to measure a large deformation with a short leaf spring, the sensor's detectable strain range Will exceed the upper limit.
以上のことから、板バネを用いた場合、大きな変形を計測するためには長い板バネを用いる必要がある一方、逆に小さな変形に対して長い板バネを用いると、検出ひずみが小さく、検出精度が落ちてしまうといった不具合があった。また、小さな変位から大きな変位までを板バネを用いたシート状センサで計測するのは困難であった。 From the above, when a leaf spring is used, it is necessary to use a long leaf spring to measure a large deformation. On the other hand, if a long leaf spring is used for a small deformation, the detection strain is small and the detection is small. There was a problem that accuracy dropped. Moreover, it is difficult to measure from a small displacement to a large displacement with a sheet-like sensor using a leaf spring.
また、例えば、ロッド状の最大歪センサを直接検出対象部位間に取り付けて最大変位記憶装置として用いる場合、検出対象部位間の伸び変形がそのままロッド状センサの伸び変位に相当することになる。したがって、検出対象区間で想定される歪（対象区間の変形を対象区間長さで割った値）が、ロッド状センサの計測可能範囲歪（数百μ〜１０，０００μ程度）とほぼ同じであれば、ロッド状センサを直接検出対象区間の両端に固定し、最大歪（あるいは変形）を計測することが可能である。 For example, when a rod-shaped maximum strain sensor is directly attached between detection target parts and used as a maximum displacement storage device, the extension deformation between the detection target parts directly corresponds to the extension displacement of the rod-shaped sensor. Therefore, the strain assumed in the detection target section (the value obtained by dividing the deformation of the target section by the length of the target section) is approximately the same as the measurable range distortion (several hundred μ to 10,000 μ) of the rod-shaped sensor. For example, the rod-shaped sensor can be directly fixed at both ends of the detection target section, and the maximum strain (or deformation) can be measured.
しかしながら、既に述べたような震度６強あるいはそれを超える地震による被害を想定した場合、地震による揺れの最中に、コンクリートのひび割れ幅が最大どの程度に達していたか、あるいは鉄骨溶接部に亀裂・破断が生じていたかなどを判断しなければならない。例えば、図１５（ａ）に示すように、検出対象物（例えばコンクリート、あるいは鉄骨）が引張力を受け弾性変形している場合は、測定区間の歪みあるいは変形はそれほど大きくはなく、ロッド型センサでも十分測定可能である。一方、図１５（ｂ）に示すように、対象物にひび割れが発生した場合を想定すると、ひび割れ幅δcは、測定区間の弾性変形δに比べて圧倒的に大きく、測定区間の歪みに換算すると数万μあるいはそれ以上になる。従ってロッド状最大歪記憶センサを直接検出対象部位間に取付ける方法は、徐々にひび割れ幅が増大する疲労破壊の判定、あるいは中小地震等による幅の小さなひび割れ発生による機能維持の判定等の用途に限定されてしまう。大地震直後の構造物の健全性判断のための最大変位検出記憶装置としては、「測定区間は小さく（建築構造物であれば数十cm程度、土木構造物あるいはプラントであっても数m程度）、かつ測定可能変位は平均歪みに換算して数千μｍ〜数十万μｍ」が要求されることになる。 However, if the damage caused by an earthquake with a seismic intensity of 6 or higher as described above is assumed, the maximum crack width of the concrete has been reached during the earthquake shaking, It must be judged whether breakage has occurred. For example, as shown in FIG. 15A, when a detection object (for example, concrete or steel frame) is elastically deformed by receiving a tensile force, the distortion or deformation of the measurement section is not so great, and the rod type sensor However, it can be measured sufficiently. On the other hand, as shown in FIG. 15 (b), assuming that a crack has occurred in the object, the crack width δc is overwhelmingly larger than the elastic deformation δ in the measurement section, and converted into strain in the measurement section. Tens of thousands μ or more. Therefore, the method of directly mounting the rod-shaped maximum strain memory sensor between the detection target parts is limited to applications such as judgment of fatigue failure with gradually increasing crack width, or judgment of function maintenance due to occurrence of small cracks due to small and medium earthquakes, etc. It will be. The maximum displacement detection and storage device for judging the soundness of structures immediately after a major earthquake is as follows: “The measurement section is small (about several tens of centimeters for a building structure, about several meters even for a civil engineering structure or a plant. ), And a measurable displacement is required to be several thousand μm to several hundred thousand μm in terms of average strain.
そこで、本発明では、使用する最大歪記憶センサの計測可能な伸び長さに制限されず、より大きな最大変位を記憶可能な装置及びその用途を提供することを一つの目的とする。また、本発明は、検出可能な最大変位につき設計自由度の高い最大変位記憶装置及その用途を提供することを他の一つの目的とする。さらに、本発明は、コンパクトな最大変位記憶装置及びその用途を提供することを他の一つの目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a device capable of storing a larger maximum displacement without being limited by the measurable elongation length of the maximum strain memory sensor to be used, and an application thereof. Another object of the present invention is to provide a maximum displacement storage device having a high degree of design freedom for the maximum detectable displacement and its use. It is another object of the present invention to provide a compact maximum displacement storage device and its use.
本発明者らは、上記課題を解決するために種々検討したところ、最大歪記憶センサと力学的に直列に、最大歪記憶センサの剛性よりも十分小さな剛性を有する弾性変形体を連結し、最大歪センサに生じる伸び長さを計測可能な伸び長さの範囲に抑えつつ、計測器としての最大計測変位を所定の大きな変位とする方法を見出した。また、本発明者らは、連結する弾性変形体の剛性を調整することにより、計測器の長さと計測可能な最大変位の組合せの自由度を一層高めることができることを見出した。これらの知見によれば、以下の手段が提供される。 The inventors of the present invention have made various studies in order to solve the above-mentioned problem. As a result, an elastic deformation body having rigidity sufficiently smaller than the rigidity of the maximum strain memory sensor is connected in series with the maximum strain memory sensor, and the maximum strain memory sensor is connected. The present inventors have found a method in which the maximum measured displacement as a measuring instrument is set to a predetermined large displacement while suppressing the elongation length generated in the strain sensor within a measurable elongation range. Further, the present inventors have found that the degree of freedom of the combination of the length of the measuring instrument and the maximum displacement that can be measured can be further increased by adjusting the rigidity of the elastic deformation body to be connected. According to these findings, the following means are provided.
本発明によれば、１又は２以上の検出対象物上の二つの基点を結ぶ検出区間に配置され当該検出区間における最大変位を記憶する最大変位記憶装置であって、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路と、該導電経路を保持する有機質相とを備え、前記導電経路に引張力が作用したとき当該引張力に応じて導電性が変化可能であるとともに、変化した導電性の変化量の少なくとも一部を保持するのに有効な残留抵抗現象を示すことにより、当該導電経路に生じた最大の歪に対応した抵抗値を保持することができる歪センサと、前記歪センサよりも大きな弾性変形能を有し、前記歪センサに対して力学的に直列に連結される１個又は２個以上の弾性変形体と、を備える、装置が提供される。この装置は、前記検出対象物の災害時における健全性判定用、耐久性診断用又は疲労破壊進行状況の判定用とすることができる。 According to the present invention, there is provided a maximum displacement storage device that is arranged in a detection section connecting two base points on one or two or more detection objects and stores the maximum displacement in the detection section, and has a percolation structure of conductive particles or It has a conductive path by continuous conductive fibers and an organic phase that holds the conductive path, and when a tensile force acts on the conductive path, the conductivity can be changed according to the tensile force and the changed conductivity A strain sensor capable of holding a resistance value corresponding to the maximum strain generated in the conductive path by exhibiting a residual resistance phenomenon effective for holding at least a part of the amount of change in sex; and the strain sensor There is provided an apparatus comprising one or more elastic deformable bodies having a greater elastic deformability and mechanically connected in series to the strain sensor. This apparatus can be used for determining the soundness of the detection target object in the event of a disaster, for durability diagnosis, or for determining the progress of fatigue fracture.
本装置においては、前記弾性変形体は前記引張力の作用により圧縮変形するように連結されていてもよいし、前記引張力の作用により伸び変形するように連結されていてもよい。 In this device, the elastic deformation body may be connected so as to be compressed and deformed by the action of the tensile force, or may be connected so as to be extended and deformed by the action of the tensile force.
本装置は、前記歪センサの前記引張力の作用方向に沿って前記歪センサの一部を保持するアンカー手段と、前記アンカー手段を介して前記検出対象物からの引張力を前記歪センサに伝達する伝達手段と、を備え、前記伝達手段は、前記弾性変形体の弾性変形を介して前記アンカー部に前記引張力を伝達可能に前記弾性変形体と前記アンカー部とを連結する弾性変形体媒介性伝達手段を含むように構成することができる。 The apparatus includes an anchor unit that holds a part of the strain sensor along a direction in which the tensile force of the strain sensor is applied, and a tensile force from the object to be detected is transmitted to the strain sensor via the anchor unit. An elastic deformation medium that connects the elastic deformation body and the anchor portion so that the tensile force can be transmitted to the anchor portion via elastic deformation of the elastic deformation body. It can be configured to include sex transmitting means.
本装置においては、前記歪センサはロッド状であることが好ましく、また、前記歪センサは、前記導電経路に沿う絶縁性繊維と、該絶縁性繊維に沿う有機高分子材料を熱処理して得られる有機質相と、を備えることが好ましい。さらに、前記弾性変形体はコイルバネ形状を有することが好ましい。 In this apparatus, the strain sensor is preferably rod-shaped, and the strain sensor is obtained by heat-treating an insulating fiber along the conductive path and an organic polymer material along the insulating fiber. An organic phase. Furthermore, the elastic deformation body preferably has a coil spring shape.
本装置は、また、前記歪センサの前記導電経路に通電して前記導電経路の導通時における導電性データを取得する導電性データ取得手段を備えることができる。この態様においては、さらに前記導電性データ取得手段によって取得した前記導電性データに基づいて前記検出対象物における最大変位を検出する最大変位検出手段を備えることもできる。 The apparatus may further include conductive data acquisition means for acquiring conductive data when the conductive path is energized by energizing the conductive path of the strain sensor. In this aspect, it is possible to further include maximum displacement detection means for detecting a maximum displacement in the detection object based on the conductivity data acquired by the conductivity data acquisition means.
本発明によれば。１又は２以上の上記いずれかの最大変位記憶装置が１又は２以上の部位に装着された機器が提供される。 According to the present invention. An apparatus is provided in which one or more of the above-described maximum displacement storage devices are attached to one or more parts.
本発明によれば、最大変位検出方法であって、１又は２以上の検出対象物に装着された上記いずれかの最大変位記憶装置の前記歪センサの前記導電経路に通電して前記通電経路の導通時における導電性データを取得する工程と、該取得した導電性データに基づいて前記検出対象物における最大変位を検出する工程と、を備える、方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a maximum displacement detection method, wherein the conductive path of the strain sensor of any one of the maximum displacement storage devices mounted on one or more detection objects is energized to A method is provided comprising: obtaining conductivity data during conduction; and detecting a maximum displacement in the detection object based on the obtained conductivity data.
本発明によれば、最大変位検出システムであって、１又は２以上の検出対象物と、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路と、該導電経路を保持する有機質相とを備え、前記導電経路に引張力が作用したとき当該引張力に応じて導電性が変化可能であるとともに、変化した導電性の変化量の少なくとも一部を保持するのに有効な残留抵抗現象を示すことにより、当該導電経路に生じた最大の歪に対応した抵抗値を保持することができる歪センサと、前記歪センサよりも大きな弾性変形能を有し、前記歪センサに対して力学的に直列に連結される１個又は２個以上の弾性変形体とを備えて、前記検出対象物の１又は２以上の部位に装着される最大変位記憶装置と、前記最大変位計測装置の前記歪センサの前記導電経路に通電して前記導電経路の導通時における導電性データを取得するとともに、該取得した導電性データに基づいて前記変位検出対象部位における最大変位又は歪みを検出する最大変位検出手段と、を備える、システムが提供される。 According to the present invention, the maximum displacement detection system includes one or more detection objects, a conductive particle percolation structure or a conductive path by continuous conductive fibers, and an organic phase that holds the conductive path. When the tensile force acts on the conductive path, the electrical conductivity can be changed according to the tensile force, and the residual resistance phenomenon effective to retain at least a part of the changed amount of the electrical conductivity is provided. By showing, the strain sensor can hold a resistance value corresponding to the maximum strain generated in the conductive path, and has a larger elastic deformability than the strain sensor, and mechanically with respect to the strain sensor. A maximum displacement storage device provided with one or two or more elastically deformable bodies connected in series and attached to one or more parts of the detection object; and the strain sensor of the maximum displacement measurement device Of the above A maximum displacement detection means for energizing the electrical path and acquiring conductivity data when the conductive path is conducted, and detecting a maximum displacement or distortion in the displacement detection target part based on the acquired conductivity data; A system is provided.
本発明は、最大変位記憶装置、最大変位記憶装置が装着された機器、最大変位の検出方法、最大変位の検出システムに関する。 The present invention relates to a maximum displacement storage device, a device equipped with the maximum displacement storage device, a maximum displacement detection method, and a maximum displacement detection system.
本発明の最大変位記憶装置は、１又は２以上の検出対象物上の二つの基点を結ぶ検出区間に配置され当該検出区間における最大変位を記憶する最大変位記憶装置であって、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路と、該導電経路を保持する有機質相とを備え、前記導電経路に引張力が作用したとき当該引張力に応じて導電性が変化可能であるとともに、変化した導電性の変化量の少なくとも一部を保持するのに有効な残留抵抗現象を示すことにより、当該導電経路に生じた最大の歪に対応した抵抗値を保持することができる歪センサと、前記歪センサよりも大きな弾性変形能を有し、前記歪センサに対して力学的に直列に連結される１個又は２個以上の弾性変形体と、を備えることができる。 The maximum displacement storage device of the present invention is a maximum displacement storage device that is arranged in a detection section connecting two base points on one or two or more detection objects, and stores the maximum displacement in the detection section. A conductive path by a percolation structure or continuous conductive fiber, and an organic phase that holds the conductive path, and when a tensile force acts on the conductive path, the conductivity can be changed according to the tensile force, A strain sensor capable of holding a resistance value corresponding to the maximum strain generated in the conductive path by showing a residual resistance phenomenon effective to hold at least a part of the changed amount of the changed conductivity; One or two or more elastic deformation bodies which have a larger elastic deformability than the strain sensor and are mechanically connected in series to the strain sensor.
本発明の装置によれば、検出対象物に変形が生じたとき、歪センサ及び弾性変形体によって構成される力学的直列体には検出対象物の変形と同じ弾性変形が強制される。この時、歪センサと弾性変形体が力学的に直列に結合されているため、両者には同一の引張力が作用する。弾性変形体は歪センサよりも大きな弾性変形能を備えているため（弾性変形体の剛性を歪センサの剛性に比べて小さいため）、検出対象区間における変位の大部分は弾性変形体の変形により占められ、歪センサの変形を、歪センサの計測可能な伸び長さの範囲内に抑えることができる。この結果、検出対象区間における変位と、歪センサの計測可能な伸び長さの差が解消され、歪センサの計測可能な伸び長さに関わらず、検出対象物における変位に対応できるようになる。また、この結果、最大変位記憶装置の検出可能な変位量の設計の自由度を高め、より大きな変位に対応することができる。さらに、歪センサの可伸長さが短くても、検出可能な最大変位を大きく確保することができるため、コンパクトな最大変位記憶装置を提供できる。 According to the apparatus of the present invention, when the detection object is deformed, the same elastic deformation as that of the detection object is forced to the mechanical serial body constituted by the strain sensor and the elastic deformation body. At this time, since the strain sensor and the elastic deformation body are mechanically coupled in series, the same tensile force acts on both. Since the elastic deformation body has a larger elastic deformability than the strain sensor (because the rigidity of the elastic deformation body is smaller than the rigidity of the strain sensor), most of the displacement in the detection target section is due to the deformation of the elastic deformation body. Therefore, the deformation of the strain sensor can be suppressed within the range of the stretchable length of the strain sensor. As a result, the difference between the displacement in the detection target section and the extension length measurable by the strain sensor is eliminated, and the displacement in the detection subject can be handled regardless of the extension length measurable by the strain sensor. As a result, the degree of freedom in designing the amount of displacement that can be detected by the maximum displacement storage device can be increased, and a larger displacement can be accommodated. Further, even if the stretchable extension of the strain sensor is short, a maximum detectable displacement can be ensured, and a compact maximum displacement storage device can be provided.
本発明の最大変位記憶装置を備える機器、最大変位の検出方法及び最大変位の検出システムについても、上記した最大変位記憶装置における作用に基づいて、これらの実施形態に応じた作用が発揮される。すなわち、本発明の機器においては、１つの機器における最大変位又は複数の機器間における最大変位が検出可能となっている。また、本発明の最大変位検出方法及びシステムにおいては、１又は２以上の検出対象物において生じた最大変位を検出することができる。 The device according to the present invention including the maximum displacement storage device, the maximum displacement detection method, and the maximum displacement detection system also exhibits the operation according to these embodiments based on the above-described operation in the maximum displacement storage device. That is, in the device of the present invention, the maximum displacement in one device or the maximum displacement between a plurality of devices can be detected. In the maximum displacement detection method and system of the present invention, the maximum displacement generated in one or more detection objects can be detected.
本発明による最大変位記憶装置を用いれば、既に使用している床板でひび割れが生じている場合でも、複数のひび割れをまたいで本発明による装置を設置すれば、その後のひび割れ幅の増加・進行状況を測定することにより疲労破壊の進行状況を推定でき、維持管理に要する時間、人手間、コストを大幅に低減することが可能となる。」 If the maximum displacement storage device according to the present invention is used, even if cracks have already occurred in the floorboard already in use, if the device according to the present invention is installed across a plurality of cracks, the subsequent increase / progress of crack width By measuring this, it is possible to estimate the progress of fatigue fracture, and it is possible to significantly reduce the time, labor, and cost required for maintenance. "
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の最大変位記憶装置の一例を示す図であり、図２は、図１に示す装置における歪センサとアンカー部との連結について説明する図であり、図３は、図１に示す装置の検出対象物への取り付け状態を示す図であり、図４は、歪センサにおけるひずみと電気抵抗変化率との関係を示す図であり、図５は、歪センサと弾性変形体との連結形態の一例を模式的に示す図であり、図６は、歪センサと弾性変形体との連結形態の他の一例を模式的に示す図であり、図７は、歪センサと弾性変形体のそれぞれのバネ定数とセンサ部の伸びとの関係を示し、図８は、弾性変形体の歪センサに対する柔らかさ比αとセンサ部の伸びとの関係を示すグラフを示す図である。なお、これらの図は、本発明の最大変位記憶装置及びそれに関連する事象の一例を示すものであり、本発明の最大変位記憶装置及び他の実施形態は、これらの図面に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a diagram showing an example of the maximum displacement storage device of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the connection between a strain sensor and an anchor portion in the device shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the strain in the strain sensor and the electric resistance change rate, and FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the strain sensor and the elastic deformation body. FIG. 6 is a diagram schematically showing another example of the connection form of the strain sensor and the elastic deformable body, and FIG. 6 is a diagram schematically showing another example of the connection form of the strain sensor and the elastic deformation body. FIG. 8 is a graph showing a relationship between the softness ratio α of the elastic deformation body to the strain sensor and the elongation of the sensor portion. These drawings show examples of the maximum displacement storage device of the present invention and events related thereto, and the maximum displacement storage device of the present invention and other embodiments are not limited to these drawings. Absent.
（最大変位記憶装置）
図１（ａ）に示すように、本発明の最大変位記憶装置（以下、本装置ともいう。）２は、最大歪センサ（以下、単に歪センサという。）１０とこれに連結される弾性変形体２０とを有するセンサ部４を備えている。本装置２は、図３に示すように、他に、センサ部４を検出対象物１００に装着するための取り付けブラケット４０、７０を備えている。また、センサ部４は、適当なケーシング（収容体）に収納された状態で検出対象物１００に装着されている。
(Maximum displacement storage device)
As shown in FIG. 1A, a maximum displacement storage device (hereinafter also referred to as this device) 2 according to the present invention includes a maximum strain sensor (hereinafter simply referred to as a strain sensor) 10 and elastic deformation connected thereto. A
本装置２の検出対象物１００は、特に限定しない。例えば、各種機器あるいは当該機器を構成する一部分であってもよい。また、建築構造体又はその一部であってもよい。さらに、検出対象である最大変位は、一つの機器又は構成部材における所定部位間の最大変位であってもよいし、２以上の機器又は構成部材の最大変位であってもよい。検出対象である最大変位は、少なくとも本装置２の最大変位センサ部４の両端側、図１〜図３に示す形態では、取り付けブラケット４０，７０が検出対象物１００に装着されることで記憶される。なお、本装置２の検出対象物１００への装着形態は特に限定されない。典型的には、図２に示すように、検出対象物１００の表面に歪センサ１０の伸び方向がほぼ平行となるように装着される。
The
（歪センサ）
本装置２のセンサ部４は、歪センサ１０と、これに力学的に直列に連結される弾性変形体２０とを備えている。歪センサ１０は、引張力に基づく歪（変位）を検出するとともに電気抵抗変化の残留現象によりその歪を記憶することができる。例えば、歪センサ１０に引張力が作用して引張り歪が生じるとき、その引張力による変位（歪）の最大値を記憶できる。
(Strain sensor)
The
歪センサ１０は、導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路を備え、前記導電経路は、前記導電経路に作用した歪に対して導電率の変化を示すとともにその歪の最大値に対応して変化した導電率を保持するのに有効な残留抵抗現象を示すことができる。この結果、引張り歪を受けた後に外力が解除されても一端受けた最大歪を記憶することができる。このような歪センサ１０における歪の残留抵抗現象を、図３に基づいて説明することができる。すなわち、図４に示すように、歪センサ１０は、受けた歪が、これまで経験した歪よりも小さい場合には、経験した最大歪に相当する電気抵抗変化率を維持し、受けた歪がこれまで受けた歪よりも大きい場合には、電気抵抗変化率が増加する。このように、歪センサ１０においては、一旦付加された引張り歪よりも大きな引張り歪が加わらないと電気抵抗値が更新されず、逆にいえば、より大きな引張り歪が作用するまで過去に受けた最大の歪を電気抵抗値として保持（記憶）することができる。なお、導電性の指標として導電率を用いることもできる。したがって、歪センサ１０の保持する電気的抵抗変化率から経験した最大歪を求めることができるのである。こうした歪センサは、特開２００５−３３７８１９号公報及び特開２００４−２６４１５９号公報において開示されている。
The
こうした、歪センサ１０の導電経路に作用した歪の最大値に対応した導電性の変化（導電率変化）を保持するのに有効な残留抵抗現象の残留率（残留保持する導電性変化量の比率）は６０％以上であることが好ましく、より好ましくは、８０％以上であり、さらに好ましくは９０％以上であり、最も好ましくは９５％以上である。 Residual rate of residual resistance phenomenon (ratio of the amount of change in conductivity to be retained) that is effective in maintaining the change in conductivity (conductivity change) corresponding to the maximum value of the strain applied to the conductive path of the strain sensor 10. ) Is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more.
歪センサ１０において検知される電気抵抗値の変化量と変位や歪との関係を予め得ておくことで、検出した電気抵抗値から検出対象部位に生じた変位や歪を知ることができる。
By obtaining in advance the relationship between the change amount of the electrical resistance value detected by the
こうした歪センサ１０としては、例えば、特開２００４−２６４１５９号公報や特開２００５−３３７８１９号公報に記載される歪みセンサを用いることができる。これらの歪センサは、最大歪に対して不可逆的な破壊挙動を示すような導電経路を備えているとともに、残留抵抗現象の残留率が向上され且つその発現歪が低減されており、もって高い精度で最大歪がモニタリング・記憶されるものである。
As such a
かかる導電経路の１つの形態は、絶縁性繊維により強化されたマトリックスに導電性粒子の連続接触構造により形成された導電経路である。この導電経路においては、粒子形状及び／又は粒子の対有機質相に対する体積割合が調整されること、さらには後述する有機質相の熱処理条件が最適化されることにより、残留抵抗現象の残留率が向上され且つ発現する歪域が低減され、記憶される最大歪精度が向上される。 One form of such a conductive path is a conductive path formed by a continuous contact structure of conductive particles in a matrix reinforced with insulating fibers. In this conductive path, the residual ratio of the residual resistance phenomenon is improved by adjusting the particle shape and / or the volume ratio of the particles to the organic phase, and by optimizing the heat treatment conditions of the organic phase described later. And the developed distortion range is reduced, and the stored maximum distortion accuracy is improved.
導電性粒子の連続的な接触構造により導電経路が形成される場合には、導電経路はそのまま、好ましくは後述する有機質相に保持されて高分子材料成形体というセンシング材料形態を有している。導電性粒子としては、導電性を有する材料であれば特に限定しないで使用できる。例えば、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、活性炭、炭素短繊維、フラーレン、カーボンウィスカー、カーボンナノチューブ、金属紛、窒化・炭化・酸化チタニウム等の導電性セラミックス粒子等が選択される。導電性粒子は１種あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。 When the conductive path is formed by the continuous contact structure of the conductive particles, the conductive path is maintained as it is, preferably in the organic phase described later, and has a sensing material form called a polymer material molded body. As the conductive particles, any conductive material can be used without particular limitation. For example, carbon black, ketjen black, acetylene black, graphite, activated carbon, carbon short fiber, fullerene, carbon whisker, carbon nanotube, metal powder, conductive ceramic particles such as nitriding, carbonizing, and titanium oxide are selected. The conductive particles can be used alone or in combination of two or more.
導電性粒子の形態は特に限定しない。例えば、ストラクチャー（凝集体）状、球状、繊維状、棒状、不定形状、薄片状等各種形状のものを１種あるいは２種以上組み合わせて用いることができる。好ましくは、ストラクチャー（凝集体）状の形態を用いることができ、そのストラクチャーを形成する粒子１つ１つの粒子サイズも特に限定しないが、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。より好ましくは、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の粒子から構成されるストラクチャー（凝集体）状の形態を用いることである。さらに、このストラクチャー（凝集）の程度を示す指標であるＤＢＰ（ＤｉｂｕｔｙｌＰｈｔｈａｌａｔｅ）吸収量（ＪＩＳ Ｋ６２１７）は、好ましくは１０〜１０００ｃｍ３／１００ｇである。より好ましくは、１００〜５００ｃｍ３／１００ｇである。また、球状もしくは薄片状の粒子として、好ましくは１μｍ〜１００μｍの球状もしくは薄片状の粒子を用いることができる。このような凝集体は、一般に、カーボンブラック粒子において形成されることが多い。具体的には、ブドウ状の凝集体形態を採っている。 The form of the conductive particles is not particularly limited. For example, various shapes such as a structure (aggregate) shape, a spherical shape, a fiber shape, a rod shape, an indefinite shape, and a flake shape can be used alone or in combination of two or more. Preferably, a structure (aggregate) -like form can be used, and the particle size of each particle forming the structure is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 100 nm, for example. More preferably, a structure (aggregate) -like form composed of particles of 20 nm or more and 60 nm or less is used. Additionally, DBP (DibutylPhthalate) absorption which is an index indicating the degree of the structure (aggregation) (JIS K6217) is preferably 10~1000cm 3 / 100g. More preferably, it is 100-500 cm < 3 > / 100g. Further, as the spherical or flaky particles, preferably spherical or flaky particles having a size of 1 μm to 100 μm can be used. Such aggregates are generally often formed in carbon black particles. Specifically, a grape-like aggregate form is taken.
歪センサ１０のマトリックスとしての有機質相は、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリホマール、ポリブチラール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、上記ポリマー２種以上の共重合体、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が使用できる。これらを１種あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。
The organic phase as the matrix of the
さらに、これらの有機質相を熱処理した状態にて使用することもできる。具体的には、不活性雰囲気中にてこれらの有機質相を加熱し、炭化、グラフト、環化、芳香族化、縮合、重合等させることである。この熱処理においては、有機質相の導電性を調整することができる。有機質相において炭素化もしくは黒鉛化の進行を促進すれば、有機質相を導体化させることができ、黒鉛化の進行を抑制することで導体化を抑制し絶縁性を維持することができる。また、有機質相は不活性雰囲気中で熱処理されることによって残留応力が発生する。この残留応力により高い残留率で残留抵抗現象を発現させることができるとともに、低歪であってもその最大値を記憶させることができるようになる。 Furthermore, it can also be used in the state which heat-processed these organic phases. Specifically, these organic phases are heated in an inert atmosphere to carbonize, graft, cyclize, aromatize, condense, polymerize, and the like. In this heat treatment, the conductivity of the organic phase can be adjusted. By promoting the progress of carbonization or graphitization in the organic phase, the organic phase can be made conductive, and by suppressing the progress of graphitization, the formation of conductor can be suppressed and insulation can be maintained. Further, the organic phase is subjected to heat treatment in an inert atmosphere, thereby generating residual stress. With this residual stress, the residual resistance phenomenon can be expressed with a high residual rate, and the maximum value can be stored even with low strain.
なお、導電経路を有効に機能させるには、有機質相の電気抵抗率が高いこと、すなわち絶縁性であることが望ましい。このための熱処理条件は、使用する有機高分子材料により異なるが、熱処理温度を２０００℃以下とすることが好ましく、より好ましくは１０００℃以下であり、さらに好ましくは６００℃以下である。 In order to make the conductive path function effectively, it is desirable that the electrical resistivity of the organic phase is high, that is, it is insulating. The heat treatment conditions for this vary depending on the organic polymer material used, but the heat treatment temperature is preferably 2000 ° C. or lower, more preferably 1000 ° C. or lower, and even more preferably 600 ° C. or lower.
また、有機質相には、繊維材料を含めることができる。当該繊維材料としては、例えば、ガラス繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維等の１種あるいは２種以上が使用できる。ここで、導電性粒子の接触構造もしくは導電性繊維を導電経路としてセンシング機能を発現させるため、これらの繊維には電気的絶縁性が必要である。さらに、これらの繊維の方向性は、一方向として歪センサ１０による導電率の計測方向もしくは適用構造体に作用する歪方向に対して、平行方向もしくは垂直方向とすることができる。一方向性の場合、同方向を指向する繊維を束ねた繊維束を使用することもできる。計測しようとする歪方向に平行及び垂直方向を指向する繊維を組み合わせたクロス材を用いることもできる。具体的には導電経路に沿って備えられていることが好ましい。
The organic phase can also include a fiber material. As the fiber material, for example, one kind or two or more kinds of glass fiber, vinylon fiber, aramid fiber, silicon carbide fiber, alumina fiber and the like can be used. Here, in order to develop a sensing function using the contact structure of conductive particles or conductive fibers as a conductive path, these fibers need to have electrical insulation. Furthermore, the directionality of these fibers can be parallel or perpendicular to the direction of measurement of conductivity by the
また、もう一つの歪センサの形態は、連続する導電性繊維によって導電経路を有する形態である。典型的な導電経路は、樹脂マトリックス中に導入した導電性繊維により形成される導電経路である。この導電経路においては、導電性繊維に張力を負荷した状態とすることで、残留抵抗現象の残留率が向上され且つ発現歪が低減され、記憶される最大歪精度が向上される。 Moreover, another form of the strain sensor is a form having a conductive path by continuous conductive fibers. A typical conductive path is a conductive path formed by conductive fibers introduced into the resin matrix. In this conductive path, by applying tension to the conductive fiber, the residual rate of the residual resistance phenomenon is improved, the developed strain is reduced, and the stored maximum strain accuracy is improved.
ここで導電性繊維としては、導電性を有する繊維であれば特に限定しないが、例えば、ピッチ系・ＰＡＮ系・気相成長系炭素繊維、ＳｉＣ等のセラミックス繊維およびその表面に導電性膜を形成した繊維、金属繊維等が選択される。導電性繊維としては各種の導電性繊維を１種あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。導電性繊維はモノフィラメントであってもよいし、マルチフィラメントであってもよい。その径も特に限定しないが、例えば、１μｍ〜１００μｍであることが好ましい。より好ましくは、２μｍ以上１０μｍ以下である。なお、導電経路が導電性繊維である場合も、後述する有機質相に保持されて高分子材料成形体という複合材料の形態を採っていることが好ましい。 Here, the conductive fiber is not particularly limited as long as it is a conductive fiber. For example, pitch-based, PAN-based, vapor-grown carbon fiber, ceramic fiber such as SiC, and a conductive film formed on the surface thereof. Selected fibers, metal fibers and the like are selected. As the conductive fibers, various conductive fibers can be used alone or in combination of two or more. The conductive fiber may be a monofilament or a multifilament. Although the diameter is not particularly limited, it is preferably 1 μm to 100 μm, for example. More preferably, they are 2 micrometers or more and 10 micrometers or less. Even when the conductive path is a conductive fiber, it is preferable that the conductive path is in the form of a composite material that is held in an organic phase described later and is a polymer material molded body.
導電性繊維を導電経路とする歪センサ１０のマトリックスとしての有機質相は、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリホマール、ポリブチラール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、上記ポリマー２種以上の共重合体、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が使用できる。これらを１種あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。
The organic phase as a matrix of the
この導電性繊維を導電経路とする歪センサ１０が高い残留率を示すために、センサ部4に導入する際、もしくは最大変位記憶装置２を検出対象物１００に設置する際に、この歪センサ１０に予め引張張力を受ける状態としておくことが望ましい。
When the
歪センサ１０の形状は特に限定されない。例えば、ロッド状、チューブ状及びシート状等とするこができる。また、その断面形状も特に限定されない。
The shape of the
歪センサ１０は、有機質相や絶縁性繊維及び／又は導電性繊維により構成されており、適度な剛性を備え、また引張力が作用したとき、弾性変形が可能である。歪センサ１０及び弾性変形体２０との連結体に検出対象物からの変形が強制され、歪センサ１０と弾性変形体２０には同一の引張力が作用し、歪センサ１０には引張力による弾性歪（変形）が生じ、歪センサ１０は生じた歪のうちの最大歪を記憶する。
The
歪センサ１０が備えることのできる典型的な形状としては、例えば円形断面で棒状、あるいは、矩形断面でシート状等が挙げられる。これらの形状の歪センサ１０と、歪センサ１０に引張力を伝達する部品を組合せることでセンサ部４を形成できる。図２（ａ）では、歪センサ１０の形状として円形断面で棒状を示している。
Typical shapes that the
歪センサ１０の導電性データ、典型的には、導電率又は抵抗率若しくはこれらの変化率を計測する手法としては特に限定しないが、二端子法もしくは四端子法が採用されることが好ましい。こうした導電経路の抵抗率はその材質や作製条件により様々である。導電性粒子による導電経路をもつ歪センサおよび導電性繊維を導電経路にもつ歪センサともに、その抵抗値が高い場合には二端子法を採用し、抵抗値が低い場合には四端子法を採用することが望ましい。また、その導電率の計測方向としては、検出対象物１００の検出対象部位に作用する歪の方向性に留意し、歪の作用する方向に一致させることが好ましい。
The method for measuring the conductivity data of the
なお、歪センサ１０における導電経路には図示しない電極を備えており、この電極には、同様に図示しないリード線が接続されている。この電極を形成する位置としては、アンカー部１２ａと１２ｂの間にある導電経路の任意の場所（例えば、図２（ａ）参照）、もしくはアンカー部１２ａと１２ｂそれぞれの端末面にある導電経路のいずれであってもよい。ただし、この最大変位記憶装置２が作動した状態でもこのアンカー部１２ａ、１２ｂに内包される導電経路には歪が作用しないため、アンカー部１２ａと１２ｂそれぞれの端面にある導電経路に電極を形成して抵抗値を測定した場合には補正が必要となる。すなわち、計測した抵抗値をもとにアンカー部１２ａと１２ｂの間の導電経路における抵抗値を求め、それを基準として抵抗変化率を計測する必要がある。
The conductive path in the
（弾性変形体）
弾性変形体２０は、歪センサ１０と同一の引張力を受けることにより、弾性変形する特性を備えている。また、弾性変形体２０は歪センサ１０よりも剛性が小さく、より大きな弾性変形能を備えている。歪センサ１０より大きな弾性変形能を有して歪センサ１０よりも弾性変形容易であることにより、検出対象物１００の変形や変位により最大変位記憶装置２に強制される変形の大部分を弾性変形体１０の変形が占め、歪センサ１０の変形を計測可能な伸び長さの範囲に抑えることができる。このため歪センサ１０の計測可能な伸び長さが小さいにもかかわらず、大きな検出可能変位を確保することができる。
(Elastic deformation body)
The elastic
弾性変形体２０の材質又は形態は特に限定されない。各種公知のバネ体ほか、ゴム（ラバー）や発泡体なども用いることができるが、センサ部４における変位量を定量的に検出するには、各種公知のバネ体を用いることが好ましい。すなわち、コイルバネ、板バネ、角バネ等の各種形態のバネ体を利用することができる。好ましくは、コイルバネである。
The material or form of the
（歪センサと弾性変形体との連結形態）
次に、歪センサ１０と弾性変形体２０の連結形態について説明する。なお、弾性変形体２０の剛性（力を受けた時のかたさ、変形しにくさ）は歪センサ１０よりも小さいもの、すなわち、同じ力を受けた時の変形が大きくなるようなものを選択する。歪センサ１０と弾性変形体２０とは力学的に直列に連結される。
(Connection form of strain sensor and elastic deformation body)
Next, the connection form of the
歪センサ１０と弾性変形体２０とを力学的に直列に連結する連結形態の一つをモデル図として図５に示す。図５に示す連結モデルに引張力Ｐを加えると、センサ１０と弾性変形体２０には同じ引張力＋Ｐ（＋は引張方向の力を表す）が作用する。この引張力により、歪センサ１０も弾性変形体２０も弾性伸びを生じる。各々の伸びをδ１、δ２とすれば、直列モデル全体の伸びはδ１＋δ２となる。この直列モデルは、図５からも明らかなように、全体の長さが、歪センサ１０と弾性変形体２０との長さの和以上となる。
One of the connection forms in which the
歪センサ１０と弾性変形体２０とを力学的に直列に連結する他の一つをモデル図として図６示す。この連結形態は、弾性変形体２０に引張力ではなく圧縮力を作用させるようにしてセンサ部４又は装置２としての長さを短くすることができる連結形態である。図６に示すように、この連結モデルでは、引張力を圧縮力に変換するために２個の部材を介在させている。この連結モデルに引張力Ｐを加えると、歪センサ１０には先のモデルと同じ引張力＋Ｐが作用するが、弾性変形体２０には大きさは同じで符号の変化した圧縮力−Ｐが作用する。この力により、センサはδ１の伸び変形を、弾性変形体２０はδ２の圧縮変形を生じる。この圧縮変形δ２は、介在させた２個の部材により、装置全体としては伸びる方向の変形となるため、結局モデル全体の伸びはδ１＋δ２となる。なお、このモデル図では、原理を説明するためにＬ型の部品で示しているため、左右の引張力の軸がずれているが、実際の提案ではコイルばねを使用することにより軸を一致させることができる。図６のモデルは図５のモデルと比較して装置は複雑となるが全体の長さが短くできるという利点がある。
Another model for mechanically connecting the
弾性変形体２０は、歪センサ１０と力学的に直列に連結されていれば、一つの歪センサ１０に対して単一の弾性変形体２０が連結されていてもよいし、複数個の弾性変形体２０が連結されていてもよい。例えば、図１（ａ）に示す形態のように、歪センサ１０の一端に一個の弾性変形体２０が連結されていてもよい。また、図示はしないが、ロッド状の歪センサ１０の両端のそれぞれに一つ又は二つ以上の弾性変形体２０を連結してもよい。また、弾性変形体２０は、図５に示す連結モデルのごとく引張力が作用したときに伸長するもののほか、図６に示す連結モデルのごとく、圧縮バネなど引張力が作用したとき圧縮変形するものであってもよい。
As long as the
以下、歪センサ１０と弾性変形体２０との具体的な連結形態を、装置２の一例である図１〜図３を参照しながら説明する。図１（ａ）に示す装置２においては、図２（ａ）に詳細に示すように、歪センサ１０が、歪センサ１０に作用する引張力の作用方向に沿って歪センサ１０の少なくとも一部（図１（ａ）に示す例では両端部）を保持するアンカー部１２ａ、１２ｂを備えている。そして、このアンカー部１２ａ、１２ｂを介して歪センサ１０を検出対象物１００に固定化する伝達部３０、６０を備えている。以下、図１〜図３に示す装置２の歪センサ１０の左側の構造と右側の構造とについて順次説明する。
Hereinafter, a specific connection form between the
図１（ａ）に示すように、歪センサ１０の左側には、左側アンカー部１２ａ、左側伝達部３０を備えている。左側アンカー部１２ａは、図２（ａ）に示すように、歪センサ１０の左側端部にあって当該端部を保持している。左側アンカー部１２ａは、図２（ｂ）に示すように、左側アンカー部１２ａに作用する引張力を歪センサ１０に伝達できるように、歪センサ１０の左側端部に一体化されている。左側アンカー部１２ａは、左側伝達部３０から引張力が伝達されるように構成されていればよく、その形状、大きさ及び材料等について特に限定されない。左側アンカー部１２ａの構成材料としては、繊維強化樹脂などの樹脂系材料、セメントなどを含む無機系材料等を適宜用いることができる。また、左側アンカー部１２ａは、こうした材料を流動化したものを金属系薄板からなる筒状体に注入し固化するなどして形成することができる。左側アンカー部１２ａとしては、図２（ａ）に示すように、歪センサ１０より大きな直径の円形断面を有する棒状体を例示することができる。
As shown in FIG. 1A, a
左側伝達部３０は、検出対象部位に生じる引張力を左側アンカー部１２ａに伝達するための部材である。左側伝達部３０は、左側固定部材３２と左側アンカー保持部材３４とを備えている。左側固定部材３２は、検出対象部位に固定されている左側取り付けブラケット４０に装着可能な形成されている。図１〜図３に例示する形態では、棒状体に形成されている。
The
左側アンカー保持部材３４は、左側固定部材３２に一体化されて左側アンカー部１２ａに引張力を伝達可能に左側アンカー部１２ａを保持している。具体的には、左側アンカー保持部材３４は、左側アンカー部１２ａを収容可能な中空部を備える容器状に形成されている。左側アンカー保持部材３４は、左側アンカー部１２ａを包囲する筒状体３５ａとこの筒状体３６ａの左側開口全体を閉じるように備えられる底部３５ｂと、筒状体３５ａの右側開口を部分的に閉じる端部３５ｃとを備えている。端部３５ｃは、左側アンカー部１２ａの外形よりも小さくかつ歪センサ１０が挿通可能な開口を残して筒状体３５ａの右側開口を閉じるように備えられており、端部３５ｃの内側端面が左側アンカー部１２ａの右側端面に当接されるようになっている。左側アンカー保持部材３４の端部３５ｃが実質的に左側アンカー部１２ａを保持するようになっている。
The left
図１（ａ）に示すように、装置２は、歪センサ１０の右側には、右側アンカー部１２ｂと右側伝達部６０とを備えている。また、図２（ａ）に示すように、右側アンカー部１２ｂは、歪センサ１０の右側端部にあって当該端部を保持している。右側アンカー部１２ｂも左側アンカー部１２ａと同様、歪センサ１０に引張力を伝達可能にその右側端部に一体化されている。右側アンカー部１２ｂも、右側伝達部６０から引張力が伝達されるように構成されていればよく、その形状、大きさ及び材料等について特に限定されない。また、右側アンカー部１２ｂの具体的形状としては、左側アンカー部１２ａ同様、各種材料により構成することができる。図２（ａ）に示すように、右側アンカー部１２ｂも、左側アンカー部１２ａと同様、歪センサ１０より大きな直径の円形断面を有する棒状体を例示することができる。
As shown in FIG. 1A, the
右側伝達部６０は、検出対象部位に生じる引張力を弾性変形体２０を介して右側アンカー部１２ｂに伝達するための部材である。右側伝達部６０は、右側固定部材６２と右側アンカー保持部材６４と弾性変形体固定部材６８を備えている。
The
右側固定部材６２は、検出対象部位に固定されている取り付けブラケット７０に装着可能な形成されている。右側固定部材６２は、図１〜図３に示す形態では、棒状体に形成されている。
The
右側アンカー保持部材６４は、右側アンカー部１２ｂを直接保持するとともに弾性変形体２０の右側端部を当接支持している。右側アンカー保持部６４は、具体的には、右側アンカー部１２ｂを内包しかつ弾性変形体２０に内部の収容される容器状に形成されている。すなわち、右側アンカー保持部材６４は、筒状部６５ａと、この筒状体６５ａの右側開口全体を閉じるように備えられる底部６５ｂと、筒状体６５ａの左側開口を部分的に閉じる端部６５ｃとを備えている。底部６５ｂは、弾性変形体２０の右側端部を当接支持可能に筒状体６５ａの外周側に張り出し状に形成されている。また、端部６５ｃは、右側アンカー部１２ｂの外形よりも小さくかつ歪センサ１０が挿通可能な開口を残して筒状体６５ａの左側開口を閉じるように備えられており、その内側端面が右側アンカー部１２ｂの左側端面に当接して右側アンカー部１２ｂを保持するようになっている。
The right
弾性変形体連結部材６８は、固定部材６２と弾性変形体２０とを連結可能に形成されている。すなわち、弾性変形体連結部材６８は、弾性変形体２０の左側端部を当接支持するとともに、固定部材６２に一体化可能に構成されている。弾性変形体連結部材６８は、具体的には、弾性変形体２０を内部に収容可能な容器状に形成されており、筒状体６９ａと当該筒状体６９ａの右側開口を完全に閉じる底部６９ｂと、左側開口を部分的に閉じる端部６９ｃとを備えている。底部６９ｂには固定部材６２が一体化され、端部６９ｃは、歪センサ１０の外径よりも大きく弾性変形体２０の外径よりも小さい開口を残して筒状体６９ａを閉じるように形成され、端部６９ｃの内側端面が弾性変形体２０の左側端部を当接支持するようになっている。
The elastic deformation
次に、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構造を参照しつつ、装置２における引張力の伝達経路について説明する。まず、歪センサ１０の左側における引張力の伝達について説明する。歪センサ１０の左側においては、検出対象部位にて発生した引張力は左側取り付けブラケット４０から左側伝達部３０に伝達される。さらに、引張力は、左側伝達部３０の左側アンカー保持部材３４の端部３５ｃを介して左側アンカー部１２ａに伝達される。そして、左側アンカー部１２ａに伝達された引張力は、図２（ｂ）に示すように、歪センサ１０に伝達される。
Next, the tensile force transmission path in the
一方、歪センサ１０の右側においては、検出対象部位にて発生した引張力は右側取り付けブラケット７０及び右側伝達部６０の弾性変形体連結部材６８を介して弾性変形体２０に伝達される。すなわち、弾性変形体連結部材６８の端部６９ｃが弾性変形体２０の左側端部に当接する部位を介して弾性変形体２０に引張力が伝達される。このとき、弾性変形体連結部材６８は、引張力を圧縮力に変換して弾性変形体２０に伝達する。
On the other hand, on the right side of the
さらに、弾性変形体２０に作用した圧縮力は右側アンカー保持部材６４の底部６５ｂにより受け止められるとともに、再び引張力に変換されて右側アンカー保持部材６４の端部６５ｃを介して右側アンカー部１２ｂに伝達される。そして、右側アンカー部１２ａに伝達された引張力は、図２（ｃ）に示すように、歪センサ１０に伝達される。
Further, the compressive force acting on the elastic
以上説明したように、この機構では、図１（ｂ）の摸式図で示すように、歪みセンサ１０と弾性変形体２０とが力学的に直列に連結されている。そして、検出対象物１００の検出対象部位に引張力が作用するとき、結果として弾性変形体２０を介して引張力が歪センサ１０に伝達されるようになっている。取り付けブラケット４０，７０間に生じるひび割れ等による強制変形は、左右の固定部材３２、６２によって歪センサ１０及び弾性変形体２０に伝達される。歪センサ１０には強制変形の結果として引張力が伝達され、歪センサ１０の弾性変形（引張変形）を生じさせる。また、弾性変形体２０には引張力と大きさは等しく符号の異なる圧縮力として伝達され、弾性変形（圧縮変形）を生じさせる。そして、歪センサ１０の弾性変形と弾性変形体２０の弾性変形の和が強制変形と等しくなる。
As described above, in this mechanism, as shown in the schematic diagram of FIG. 1B, the
このような機構において、歪みセンサ１０の剛性に対して弾性変形体２０の剛性を小さく（変形しやすく）することにより、弾性変形体２０には歪センサ１０の変形よりも大きな変形を生じる。したがって、弾性変形体２０の剛性を変化させることにより、歪みセンサ１０自身の変形に対して、連結体の変形を数倍、数十倍といった変形とすることも可能となる。連結体が大きく変形しても、その大部分は弾性変形体２０の変形であり、歪みセンサ１０の変形は、計測可能な伸び長さ以下に抑えられている。
In such a mechanism, the
なお、取り付けブラケット４０、７０の検出対象物１００への取り付け形態は、検出対象物１００の変形を歪センサ１０に伝達できる限り、特に限定されない。通常用いうる公知の固着手段を適宜選択することができる。また、取り付けブラケット４０ａ、４０ｂにセンサ部４を保持し懸架する取り付け部３８ａ、３８ｂの固定形態についても、検出対象物１００の変位を歪センサ１０に伝達できる限り特に限定しない。
In addition, the attachment form of the
（検出可能な最大変位の設定）
次に、本装置２によって計測できる最大変位の設定について説明する。ここでは、説明を簡素化するために、図５に示すように引張バネである弾性変形体２０と歪センサ１０とを力学的に直列に連結して引張力により弾性変形体２０が伸び変形する最大変位記憶装置における最大変位の設定について説明する。なお、弾性変形体２０が圧縮変形する連結形態についても同様に、検出可能な最大変位を設定することができる。
(Maximum detectable displacement setting)
Next, the setting of the maximum displacement that can be measured by the
こうした装置では、図７（ａ）に示すように、バネ定数ＫＡ（Ｎ／mm）の歪センサ１０と、バネ定数ＫＢ（Ｎ／mm）の弾性変形体２０が力学的に直列に連結されている。弾性変形体のバネ定数を歪センサのバネ定数よりも小さくし（変形し易くし）、以下のように設定する。
ＫＢ＝ＫＡ／α （Ｎ／mm） 式（１）
ここに、α：弾性変形体の剛性に対する歪センサの剛性の比（＞１）
この直列体に図７（ｂ）のように引張力Ｐを作用させる。歪センサ１０、弾性変形体２０に作用する引張力はＰであり、各々の伸び変形δＡ（mm）、δＢ（mm）は以下のようになる。
δＡ＝Ｐ／KA（mm） 式（２）
δＢ＝Ｐ／KＢ（mm） 式（３）
直列体全体の伸び変形δ（mm）は、（２）、（３）及び（１）式から以下のようになる。
δ＝δＡ＋δＢ＝Ｐ／KA＋Ｐ／KＢ＝Ｐ／KA＋α（Ｐ／KA）
＝（１＋α）（Ｐ／KA） 式（４）
ここで、
β＝（１＋α） 式（５）
ここに β：歪センサ単体の変形に対する直列体の変形の比
とすれば、
δ＝β（Ｐ／KA） 式（６）
となる。
In such a device, as shown in FIG. 7A, a
KB = KA / α (N / mm) Formula (1)
Where α is the ratio of the rigidity of the strain sensor to the rigidity of the elastic deformation body (> 1)
A tensile force P is applied to this series body as shown in FIG. The tensile force acting on the
δA = P / KA (mm) Formula (2)
δB = P / KB (mm) Equation (3)
The elongation deformation δ (mm) of the entire series body is as follows from the equations (2), (3) and (1).
δ = δA + δB = P / KA + P / KB = P / KA + α (P / KA)
= (1 + α) (P / KA) Equation (4)
here,
β = (1 + α) Formula (5)
If β is the ratio of the deformation of the series body to the deformation of the strain sensor itself,
δ = β (P / KA) Equation (6)
It becomes.
弾性変形体２０の有する歪センサ１０に対する柔らかさ比αとバネの伸び倍率βとの関係を図８に示す。
FIG. 8 shows the relationship between the softness ratio α of the
図８に示すように、柔らかさ比αの弾性変形体２０を用いることで、歪センサ１０と弾性変形体２０とを連結したときの伸び量を、歪センサ１０単独のときよりも容易に高めることができる。また、弾性変形体２０の柔らかさ比α、すなわち、バネ定数ＫＢを選択することにより、本装置２の変位量の測定範囲を決定することができる。
As shown in FIG. 8, by using the elastic
例えば、歪センサ１０のバネ定数ＫＡが２０００Ｎ／ｍｍであり、歪センサ１０の測定可能範囲が１０００×１０−６以上１００００×１０−６以下であるときの、本装置２の検出可能な最大変位Ｓと弾性変形体２０のバネ定数ＫＢ、柔らかさ比α及び伸び率βとの関係を表１に示す。
表１に示すように、歪センサ１０のバネ定数ＫＡに対して弾性変形体２０のバネ定数ＫＢを決めることで、歪センサ１０のバネ定数ＫＡに関わらず検出可能な最大変位Ｓをより大きく自在に設定することができる。この結果、検出可能な最大変位Ｓを確保できるような長さを歪センサ１０において確保する必要がないため、本装置２をコンパクト化することができる。
As shown in Table 1, by determining the spring constant K B of the elastic
（導電性データ取得手段）
本装置２は、単に変位記憶装置としてのみ機能させてもよいが、歪センサ１０の導電率又は電気抵抗率等の導電性に関する導電率などの導電性データを取得する導電性データ取得手段を備えることができる。本装置２に、導電性データ取得手段を備えることにより、容易に歪センサ１０における導電率変化を検出することができる。これらを取得する手法としては、得に限定しないが、二端子法もしくは四端子法が採用されることが好ましい。歪センサ１０における導電経路の抵抗率はその材質や作製条件により様々である。導電性粒子による導電経路をもつ歪センサ１０および導電性繊維を導電経路にもつ歪センサ１０ともに、その抵抗値が高い場合には二端子法を採用し、抵抗値が低い場合には四端子法を採用することが望ましい。また、その導電率等の計測方向は、本装置２の検出対象部位に作用する歪の方向性に留意し、歪の作用する方向に一致させることが好ましい。
(Conductivity data acquisition means)
The
導電性データ取得手段は、典型的には、ディジタル式電気抵抗値測定器を採用することができる。測定点数が少ない場合には、歪センサ１０に接続されたリード線をデータ取得手段に直結させて導電率等の測定を行うことができる。
Typically, a digital electric resistance measuring device can be adopted as the conductive data acquisition means. When the number of measurement points is small, the lead wire connected to the
なお、導電性データ取得手段は、ディジタル式電気抵抗値測定器にＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭ等を中心としたマイクロプロセッサを付加して、最大変位検出手段として構成されてもよい。最大変位記憶装置に最大変位検出手段を備える場合には、全体として最大変位記憶・検出装置（以下、最大変位検出装置という。）を構成することができる。最大変位検出手段は、計測した導電率等に加えて、予め記憶した計算式や所定の入力データに基づいて、最大変位を算出し出力することができる。なお、導電性データ取得手段は必ずしも本装置２に備えられてなくともよい。本装置２を検出対象部位に装着しておき、最大変位を検出したいときにのみ、本装置２に導電性データ取得手段を接続して導電性データを取得できればよい。
The conductivity data acquisition means may be configured as maximum displacement detection means by adding a microprocessor centered on a CPU, RAM, ROM, etc. to a digital electrical resistance value measuring device. When the maximum displacement storage device includes the maximum displacement detection means, a maximum displacement storage / detection device (hereinafter referred to as the maximum displacement detection device) can be configured as a whole. The maximum displacement detecting means can calculate and output the maximum displacement based on a pre-stored calculation formula or predetermined input data in addition to the measured conductivity. Note that the conductivity data acquisition unit is not necessarily provided in the
例えば、図１に示す装置２を用いて最大変位を算出する形態の一例を図９に示す。図９に示すように、装置２の出力端子に導電性データ取得手段として電気的抵抗測定装置を接続し、抵抗値を計測し記録する。取り付け時の初期抵抗値との差（抵抗変化値）あるいは抵抗変化値を初期抵抗値で除した抵抗変化率を求めて、予め作成しておいたゲージファクター（抵抗変化率から経験最大変位への変換式）によって経験した最大変位を求める。抵抗値から最大変位を求めるのはマニュアルで行うこともできるし、適当なＰＣ等で処理してもよい。図９に示す計測形態は、計測点数が少ない場合において最も簡易で経済的である。
For example, FIG. 9 shows an example of a form in which the maximum displacement is calculated using the
構造物の健全性判定、劣化状況の診断あるいは構造物の耐久性診断等に用いる場合は、計測点数も多く、また計測後のデータ処理時間の短縮が求められる。このような場合の最大変位の計測形態を図１０に例示する。図１０に示す計測形態では、複数の最大変位記憶装置群と、最大変位検出手段として電気抵抗値を計測し計測した電気抵抗値から最大変位を算出するマイクロプロセッサを搭載した最大変位検出ユニットとが組み合わされており、全体として最大変位検出装置を構成している。 When used for structural soundness judgment, degradation status diagnosis or structural durability diagnosis, etc., the number of measurement points is large, and the data processing time after measurement is required to be shortened. The measurement form of the maximum displacement in such a case is illustrated in FIG. In the measurement form shown in FIG. 10, a plurality of maximum displacement storage device groups and a maximum displacement detection unit equipped with a microprocessor that measures the electrical resistance value and calculates the maximum displacement from the measured electrical resistance value as the maximum displacement detection means. The maximum displacement detector is configured as a whole.
この計測形態では、複数個の最大変位記憶装置が用意されている。これらの最大変位記憶装置群は、検出対象部位等に応じて複数の群に分割されており、各群を構成する個々の最大変位記憶装置に接続される計測用コードが群毎の端子ボックスにまとめられている。一方、最大変位検出ユニットは、複数の端子ボックスを識別して電気信号を読取可能するための切替部と、端子ボックスに集約された各最大変位記憶装置の抵抗値を順次読み取る抵抗値読取部と、切替部と抵抗値読取部とを制御するとともに、測定した抵抗値から抵抗変化率を求めさらに経験最大変位を求める演算他を実施する制御部と、抵抗値読取を実施するための制御プログラムの他、演算等に利用するデータや演算結果を記憶する記憶部と、演算結果等を表示する表示部と、図示しない入出力インターフェースとを備えている。 In this measurement mode, a plurality of maximum displacement storage devices are prepared. These maximum displacement storage device groups are divided into a plurality of groups according to the detection target part and the like, and the measurement cords connected to the individual maximum displacement storage devices constituting each group are provided in a terminal box for each group. It is summarized. On the other hand, the maximum displacement detection unit includes a switching unit for identifying a plurality of terminal boxes and enabling reading of an electrical signal, and a resistance value reading unit for sequentially reading the resistance values of the respective maximum displacement storage devices collected in the terminal box. A control unit for controlling the switching unit and the resistance value reading unit, calculating a resistance change rate from the measured resistance value, and further performing an operation for calculating an empirical maximum displacement, and a control program for performing the resistance value reading In addition, a storage unit for storing data used for calculation and the like, a calculation result, a display unit for displaying the calculation result, and an input / output interface (not shown) are provided.
この計測形態によれば、多数個の最大変位記憶装置を１又は２以上の検出対象物上に配置される場合であっても、容易に最大変位を計測できる。なお、最大変位記憶装置群と最大変位検出ユニットは必ずしも一つの最大変位検出装置を構成している必要はなく、それぞれ別個の装置として後述する最大変位検出システムを構成していてもよい。 According to this measurement mode, even when a large number of maximum displacement storage devices are arranged on one or more detection objects, the maximum displacement can be easily measured. The maximum displacement storage device group and the maximum displacement detection unit do not necessarily constitute one maximum displacement detection device, and may constitute a maximum displacement detection system described later as separate devices.
なお、電気抵抗値の測定にあたっては、測定用端子に計測器を直接接続してデータを送受信する有線方式、計測用端子ボックスと計測器側の計測端子側と間を無線でデータ送受信する無線（非接触）方式、計測用端子ボックスと計測端子との接触によりデータを送受信するタッチ方式等など公知の測定方式から適宜選択して採用することができる。、特に有線方式及び無線方式の場合には、データ送受信に必要な電源を計測端子側が持つ場合と、計測器側から供給する場合とが可能であり、各々の用途により選択し設計・製作することができる。 In measuring the electrical resistance value, a wired method in which a measuring instrument is directly connected to a measuring terminal to transmit / receive data, a wireless transmission / reception of data between the measuring terminal box and the measuring terminal side on the measuring instrument side ( It can be appropriately selected from known measurement methods such as a non-contact method, a touch method in which data is transmitted and received by contact between the measurement terminal box and the measurement terminal. Especially in the case of wired and wireless systems, it is possible to supply power necessary for data transmission / reception on the measurement terminal side or supply from the measuring instrument side, and select, design and manufacture according to each application. Can do.
なお、このような導電性データ取得手段は、地震時などの不測の事態の時に使用されるため、電池あるいは充電式バッテリなどで作動するものとすることが好ましい。 In addition, since such an electroconductive data acquisition means is used at the time of unforeseen circumstances, such as at the time of an earthquake, it is preferable to operate | move with a battery or a rechargeable battery.
（最大変位の検出）
次に、本装置２を用いた最大変位の検出方法について説明する。本装置２の歪センサ１０は、経験した最大の歪に対応して変化した導電性（電気抵抗変化率）を保持している。したがって、歪センサ１０における電気抵抗変化率を検出することで、経験した最大歪及び変位を取得することができる。経験した最大歪と電気抵抗変化率との関係は、予め取得しておけばよい。電気抵抗変化率と経験した最大歪（ε）との関係は、図４でも表すことができるが、便宜的には、図１１に示すように指数関数で近似できる。すなわち、ゲージファクター（電気抵抗の変化測定値ρから経験した最大歪εへの変換係数）としてａ及びｂを用い、経験した最大歪を式（７）で求めることができる。
ε＝ａ×ρｂ 式（７）
(Detection of maximum displacement)
Next, a method for detecting the maximum displacement using the
ε = a × ρ b formula (7)
さらに、歪センサ１０の長さがＬsであるとき、歪センサ１０の伸び変位δsを以下の式（８）で求めることができる。
δs＝ε×Ｌs＝ａρbＬs 式（８）
Furthermore, when the length of the
δ s = ε × Ls = aρ b Ls Formula (8)
さらに、この歪センサ１０の伸び変位δsに以下の式（９）を適用することで、経験最大変位Ｓを求めることができる。
Ｓ＝（１＋α）ａρbＬs 式（９）
ただし、Ｓ：最大変位mm
α：歪センサのバネ定数に対する弾性変形体のバネ定数の比
ａ、ｂ：歪センサのゲージファクター
ρ：計測した電気抵抗変化率
Ｌs：歪センサの長さｍｍ
Furthermore, the empirical maximum displacement S can be obtained by applying the following equation (9) to the elongation displacement δ s of the
S = (1 + α) aρ b Ls Formula (9)
Where S: Maximum displacement mm
α: Ratio of spring constant of elastic deformation body to spring constant of strain sensor
a, b: Gauge factor of strain sensor
ρ: Measured rate of change in electrical resistance
Ls: Length of strain sensor mm
以上説明した本装置２によれば、歪センサ１０に対して弾性変形体２０を連結することで、測定可能歪み範囲に制限されず、検出対象物１００において必要とされる記憶すべき最大変位に対応した変位測定装置を設計し提供することができる。このため、歪センサ１０と測定対象物１００との剛性が違っていても、検出対象物１００の最大変位を容易に記憶することができる。また、歪センサ１０自体の可変範囲長を超える検出対象物の最大変位を記憶することができる。また、検出可能な最大変位Ｓを確保できるような長さを歪センサ１０において確保する必要がないため、本装置２をコンパクト化することができる。
According to the
なお、以上の実施形態における左側アンカー部１２ａ及び右側アンカー部１２ｂが本発明におけるアンカー手段に相当し、左側伝達部３０及び左側伝達部６０が本発明の伝達手段に相当し、弾性変形体連結部材６８を含む右側伝達部６０が本発明の弾性変形体媒介性伝達手段に相当する。
The
以上の実施形態では、本装置２は、同一の検出対象物１００上の２点の基点間を検出対象部位としたが、これに限定するものではなく、２以上の検出対象物１００間を検出対象部位とすることもできる。例えば、検出対象部位をプラントや機器となど２以上の検出対象物１００間とすることができる。独立した検出対象物は、地震時等にそれぞれ独立に振動することから、これらの検出対象物間には相対的な変形が生じる。特に、プラント等においては、このような相対変形に対して、配管類にフレキシブルジョイントを設ける等の安全性を確保するための手段が講じられてはいるが、想定外の大変形を受けた場合には構造物１０２が損傷を受け、地震後にプラントを再稼動した時に漏洩等が生じ、二次災害が発生する可能性がある。従って地震直後速やかに独立した検出対象物間の経験最大相対変位を知ることは、プラント再稼動のための重要な判断材料の一つとなる。
In the above embodiment, the
検出対象部位を独立した二つの検出対象物１００間とする場合の一例を図１２に示す。図１２（ａ）には、検出対象物１００としてそれぞれプラント等である構造物Ａと構造物Ｂ’があり、これらを結ぶ例えば配管のような構造物１０２が配置された状態を示している。このような配管等の構造物１０２に沿って本装置２を設置することができる。構造物Ａと構造物Ｂは、地震時等にそれぞれ独立に振動することから、両構造物間には相対的な変形が生じる。配管等の構造物１０２は、一般に構造物Ａ、Ｂに比べ剛性・耐力ともに低く、この相対変形を抑止することはできず、発生した当該相対変形を強制変形として受ける。したがって、構造物１０２に本装置２を配置して最大変位を記憶させ、検出することにより、これらの構造物Ａ、Ｂ間の有用な経験最大変位を簡易に取得できる。
An example in the case where the detection target part is between two independent detection target objects 100 is shown in FIG. FIG. 12A shows a state in which there are a structure A and a structure B ′, each of which is a plant or the like, as a
また、構造物Ａと構造物Ｂとの間の相対変形を検出するには、図１２（ｂ）に示すような測定用の治具２００を用い、この治具２００上に装置２を備えることもできる。治具２００は、構造物A、B間の相対変形を判定したい基点間に横架するように取り付けられている。治具２００の形状は特に限定しないが、例えば、パイプ状の形態とすることができる。構造物Ａ，Ｂ間の距離変化に対応可能に外筒と内筒とから構成して、両者が軸方向に相対移動可能に構成されていることが好ましい。具体的には、図１２（ｃ）に示すように、その外筒と内筒との間にリニアボールベアリング等のローラー部材を介装し、両者を軸方向の相対変形は自由とし、その他の変形および回転を許さない状態で連結する。また、図１２（ｂ）において、構造物Ａ、Ｂにおける治具２００の各取り付け基点は、冶具２００の端部の回転は自由とし、その他の変形を許さないピン支点とする。
Further, in order to detect relative deformation between the structure A and the structure B, a
このように構造物Ａ、Ｂ間に設置された治具２００によれば、構造物Ａ、Ｂの相対変形は、ローラー部材設置位置での相対変形に集約されるので、この位置に装置２を取り付けることで地震等の災害直後に、簡易にかつ迅速に相対変形の最大値を確認でき、プラントの早期再稼動に資することができる。なお、このような相対変形測定のための治具は、建築・土木・機械等の分野の当業者において周知であり、本装置２をこうした治具に対して設置することで、これらの各種分野で取得される相対変形に関し、経験最大変位を記憶し計測できるようになる。
Thus, according to the
以上の実施形態においては、歪センサ１０と圧縮バネである弾性変形体２０との連結形態について説明したが、歪センサ１０と弾性変形体２０との連結形態はこれに限定するものではない。引張力を歪センサ１０に伝達できる限り、圧縮バネである弾性変形体２０と歪センサ１０との連結形態はこれに限定するものではなく、例えば、伝達部６０のアンカー保持部材６４や弾性変形体連結部材６８は、必ずしも容器状である必要はなく、圧縮バネである弾性変形体２０を圧縮変形させる作用部を備えていれば足りる。具体的には、連結部は、圧縮バネに係合する係合爪などの係合部を主体とするものであってもよい。
In the above embodiment, although the connection form of the
以上の実施形態においては、弾性変形体２０として圧縮バネを用いた連結形態について説明したが、弾性変形体２０としては、ラバー、発泡体など各種の弾性変形体を用いることができる。また、伸び変形する各種の弾性変形体を用いることもできる。例えば、図１３に示すように、弾性変形体２０としての引張バネを伸び変形させるように保持させることもできる。図１３に示す形態では、アンカー保持部１２ｂの歪センサ１０の中央から離れた端部側（図中右側端部）を保持するとともにこのアンカー保持部１２ｂに弾性変形体２０として引張バネを連結し、検出対象物への固定可能に形成されたたアンカー保持・弾性変形体連結部材を含む弾性変形体媒介性の伝達部１６０を備えることができる。なお、アンカー保持部１２ｂへの弾性変形体２０の連結は、それぞれの材質にもよるが、溶接、溶着などの固着手段のほか、弾性変形体２０を係止する係止部材をアンカー保持部１２ｂに設けることなどによる物理的固着手段を用いることでもきる。このような形態によれば、より簡易に最大歪記憶装置を構成することができるほか、計測点間距離（取り付けブラケット４０、７０の距離）大きくする場合に都合がよい。
In the above embodiment, although the connection form using a compression spring was demonstrated as the
以上の実施形態においては、歪センサ１０としてロッド状の歪センサを用いたがシート状等の歪センサを用いることもできる。シート状歪センサを用いて構成した最大歪記憶装置２０２の一例を図１４に示す。図１４に示すように、シート状歪センサ２１０を用いる場合、シート状歪センサ２１０の少なくとも一部を保持するアンカー部２１２として金属製など剛性の高いシート状体を用いることができる。また、弾性変形体媒介性の伝達部として、アンカー部２１２ｂ及び弾性変形体２０の双方を、検出対象部位に生じる引張力をシート状歪センサ２１０に伝達可能に保持するアンカー保持・弾性体連結部材とともに、検出対象物１００への固定化を可能とする一体型の伝達部２６０を用いることができる。図１４に示す形態では、弾性変形体２０を伸び変形させる形態で保持しているが、図１（ａ）に示すように弾性変形体２０として圧縮バネを用いて引張力により弾性変形体２２０を圧縮変形させる形態で保持する形態も可能である。
In the above embodiment, a rod-shaped strain sensor is used as the
（最大変位記憶装置を備える機器）
本発明の機器は、本発明の最大変位記憶装置が１又は２以上の部位に装着された機器である。本発明の機器は、本装置により最大歪及び最大変位が記憶されているため、本装置から導電性データを取得することで、この機器が経験した最大変位をいつでも容易に取得できる。本発明の機器にあっては、既に説明した本発明の最大変位記憶装置についての各種形態をそのまま適用することができる。また、機器としては、特に限定されない。
(Equipment with maximum displacement storage device)
The device of the present invention is a device in which the maximum displacement storage device of the present invention is attached to one or more parts. Since the device of the present invention stores the maximum strain and the maximum displacement by this device, the maximum displacement experienced by this device can be easily obtained at any time by obtaining the conductivity data from this device. In the device of the present invention, the various forms of the maximum displacement storage device of the present invention already described can be applied as they are. Further, the device is not particularly limited.
（最大変位の検出方法）
本発明の最大変位の検出方法は、検出対象部位に装着された本発明の最大変位記憶装置の前記歪センサの前記導電経路に通電して前記通電経路の導通時における導電性データを取得する工程と、該取得した導電性データに基づいて前記検出対象物における最大変位を検出する工程と、を備えることができる。本発明の検出方法によれば、本発明の最大変位記憶装置が保持している導電性データを取得することができれば、容易に検出対象物が経験した最大変位を容易に取得することができる。本発明の検出方法にあっては、既に説明した本発明の最大変位記憶装置についての各種形態をそのまま適用することができる。また、本発明の検出方法において、歪センサにおける導電性データの取得及び最大変位の検出（算出）にあたっても、本発明の最大変位記憶装置を利用して最大変位を検出する際の形態をそのまま適用することができる。
(Maximum displacement detection method)
The method for detecting a maximum displacement according to the present invention includes a step of energizing the conductive path of the strain sensor of the maximum displacement storage device of the present invention attached to a detection target part to obtain conductivity data when the energized path is conducted. And a step of detecting a maximum displacement in the detection object based on the acquired conductivity data. According to the detection method of the present invention, if the conductivity data held by the maximum displacement storage device of the present invention can be acquired, the maximum displacement experienced by the detection object can be easily acquired. In the detection method of the present invention, the various forms of the maximum displacement storage device of the present invention described above can be applied as they are. Further, in the detection method of the present invention, the form at the time of detecting the maximum displacement using the maximum displacement storage device of the present invention is applied to the acquisition of the conductivity data in the strain sensor and the detection (calculation) of the maximum displacement as it is. can do.
（最大変位検出システム）
本発明の最大変位検出システムは、１又は２以上の検出対象物と、本発明の最大変位記憶装置と、前記最大変位計測装置の前記歪センサの前記導電経路に通電して前記導電経路の導通時における導電性データを取得するとともに、該取得した導電性データに基づいて前記変位検出対象部位における最大変位又は歪みを検出する最大変位検出手段とを備えることができる。本発明の検出システムによれば、本発明の最大変位記憶装置が保持している導電性データを取得して容易に検出対象物が経験した最大変位を容易に取得することができる。本発明の検出システムにあっては、既に説明した本発明の最大変位記憶装置についての各種形態をそのまま適用することができる。また、本発明の検出システムにおいて、歪センサにおける導電性データの取得及び最大変位の検出（算出）にあたっても、本発明の最大変位記憶装置を利用して最大変位を検出する際の形態をそのまま適用することができる。
(Maximum displacement detection system)
The maximum displacement detection system of the present invention is configured such that one or more detection objects, the maximum displacement storage device of the present invention, and the conductive path of the strain sensor of the maximum displacement measuring device are energized to conduct the conductive path. And a maximum displacement detecting means for detecting the maximum displacement or distortion in the displacement detection target part based on the acquired conductivity data. According to the detection system of the present invention, the maximum displacement experienced by the detection object can be easily acquired by acquiring the conductivity data held by the maximum displacement storage device of the present invention. In the detection system of the present invention, the various forms of the maximum displacement storage device of the present invention described above can be applied as they are. Further, in the detection system of the present invention, the form at the time of detecting the maximum displacement using the maximum displacement storage device of the present invention is applied as it is in the acquisition of the conductivity data in the strain sensor and the detection (calculation) of the maximum displacement. can do.
本発明の検出システムは、ＬＡＮやインターネットあるいは専用回線などのネットワークを介して接続された複数の機器に備えた最大変位記憶装置とこれらにおける導電性データを取得管理する最大変位検出手段（管理装置）とからなる最大変位計測システムの形態を採ることもできる。 The detection system according to the present invention includes a maximum displacement storage device provided in a plurality of devices connected via a network such as a LAN, the Internet, or a dedicated line, and maximum displacement detection means (management device) for acquiring and managing conductivity data in these devices. It is also possible to take the form of a maximum displacement measurement system consisting of
また、大地震による被災状況の把握、安全性の判断といった状況では、電源のダウンあるいはネットワークの破断等により、集中的な検出・計測システムが使用できなくなることが予想される。このような場合に備え、構造物の複数個所に端子盤を設置し、近傍のセンサ・リード線を端子盤に集め、この端子盤からデータを採取するという形態を採る事が有効である。測定器は電源自立・可搬式のものとすることが望ましい。データの採取方法としては、通常の有線方式（プラグ差込み等）、無線方式（非接触方式）、あるいは接触方式（ワンタッチ方式）等が利用できる。 Also, in situations such as grasping the damage situation due to a large earthquake and judging safety, it is expected that the centralized detection / measurement system cannot be used due to power down or network breakage. In preparation for such a case, it is effective to install terminal boards at a plurality of locations in the structure, collect sensor leads in the vicinity of the terminal boards, and collect data from the terminal boards. It is desirable that the measuring instrument be self-supporting and portable. As a data collection method, a normal wired method (plug insertion or the like), a wireless method (non-contact method), a contact method (one-touch method), or the like can be used.
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 The embodiments of the present invention have been described using the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. Of course you get.
２ 最大変位記憶装置、４ センサ部、１０ 最大歪センサ、１２ａ、１２ｂ、２１２ アンカー部、２０、２２０ 弾性変形体、３０、６０、１６０、２６０ 伝達部、３２、７２ 固定部材、３４、６４ アンカー保持部材、６８ 弾性変形体連結部材、４０、７０ 取り付けブラケット、１００ 検出対象物、１０２ 構造物、２００ 治具 2 Maximum displacement storage device, 4 sensor section, 10 maximum strain sensor, 12a, 12b, 212 anchor section, 20, 220 elastic deformation body, 30, 60, 160, 260 transmission section, 32, 72 fixing member, 34, 64 anchor Holding member, 68 Elastic deformation connecting member, 40, 70 Mounting bracket, 100 Detection object, 102 Structure, 200 Jig
Claims (15)
導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路と、該導電経路を保持する有機質相とを備え、前記導電経路に引張力が作用したとき当該引張力に応じて導電性が変化可能であるとともに、変化した導電性の変化量の少なくとも一部を保持するのに有効な残留抵抗現象を示すことにより、当該導電経路に生じた最大の歪に対応した抵抗値を保持することができる歪センサと、
前記歪センサよりも大きな弾性変形能を有し、前記歪センサに対して力学的に直列に連結される１個又は２個以上の弾性変形体と、
を備える、装置。 A maximum displacement storage device that is arranged in a detection target part connecting two base points on one or more detection target objects and stores a maximum displacement in the detection target part;
It has a percolation structure of conductive particles or a conductive path by continuous conductive fibers, and an organic phase that holds the conductive path. When a tensile force acts on the conductive path, the conductivity can be changed according to the tensile force. In addition, the resistance value corresponding to the maximum strain generated in the conductive path can be held by showing the residual resistance phenomenon effective for holding at least a part of the changed amount of the changed conductivity. A strain sensor;
One or more elastic deformable bodies having a larger elastic deformability than the strain sensor and mechanically connected in series to the strain sensor;
An apparatus comprising:
前記アンカー手段を介して前記検出対象物からの引張力を前記歪センサに伝達する伝達手段と、
を備え、
前記伝達手段は、前記弾性変形体の弾性変形を介して前記アンカー部に前記引張力を伝達可能に前記弾性変形体と前記アンカー部とを連結する弾性変形体媒介性伝達手段を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。 Anchor means for holding a part of the strain sensor along the direction of action of the tensile force of the strain sensor;
A transmission means for transmitting a tensile force from the detection object to the strain sensor via the anchor means;
With
The transmission means includes elastic deformation-mediated transmission means for connecting the elastic deformation body and the anchor portion so that the tensile force can be transmitted to the anchor portion via elastic deformation of the elastic deformation body. The apparatus in any one of 1-3.
１又は２以上の検出対象物に装着された請求項１〜１２のいずれかに記載の最大変位記憶装置の前記歪センサの前記導電経路に通電して前記通電経路の導通時における導電性データを取得する工程と、
該取得した導電性データに基づいて前記検出対象物における最大変位を検出する工程と、
を備える、方法。 A maximum displacement detection method,
Conductivity data at the time of conduction of the energization path by energizing the conduction path of the strain sensor of the maximum displacement storage device according to any one of claims 1 to 12 attached to one or more detection objects. A process of acquiring;
Detecting a maximum displacement in the detection object based on the acquired conductivity data;
A method comprising:
１又は２以上の検出対象物と、
導電性粒子のパーコレーション構造又は連続する導電性繊維による導電経路と、該導電経路を保持する有機質相とを備え、前記導電経路に引張力が作用したとき当該引張力に応じて導電性が変化可能であるとともに、変化した導電性の変化量の少なくとも一部を保持するのに有効な残留抵抗現象を示すことにより、当該導電経路に生じた最大の歪に対応した抵抗値を保持することができる歪センサと、前記歪センサよりも大きな弾性変形能を有し、前記歪センサに対して力学的に直列に連結される１個又は２個以上の弾性変形体とを備えて、前記検出対象物の１又は２以上の部位に装着される最大変位記憶装置と、
前記最大変位計測装置の前記歪センサの前記導電経路に通電して前記導電経路の導通時における導電性データを取得するとともに、該取得した導電性データに基づいて前記変位検出対象部位における最大変位又は歪みを検出する最大変位検出手段と、
を備える、システム。
A maximum displacement detection system,
One or more detection objects;
It has a percolation structure of conductive particles or a conductive path by continuous conductive fibers, and an organic phase that holds the conductive path. When a tensile force acts on the conductive path, the conductivity can be changed according to the tensile force. In addition, the resistance value corresponding to the maximum strain generated in the conductive path can be held by showing the residual resistance phenomenon effective for holding at least a part of the changed amount of the changed conductivity. The detection object includes: a strain sensor; and one or more elastic deformation bodies having a larger elastic deformability than the strain sensor and mechanically connected in series to the strain sensor. A maximum displacement storage device attached to one or more parts of
The conductive path of the strain sensor of the maximum displacement measuring device is energized to acquire conductivity data when the conductive path is conducted, and based on the acquired conductivity data, Maximum displacement detecting means for detecting distortion;
A system comprising:
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