JP2010185809A - Bolt and system for processing information on axial force of bolt - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボルトに関し、特に軸力管理を要するボルトとボルト軸力情報処理システムに関するものである。 The present invention relates to a bolt, and more particularly to a bolt that requires axial force management and a bolt axial force information processing system.
ボルトは鋼材の接合に用いられ、各種プラント、構造物の構築には欠かせない材料である。ボルトが緩む、あるいはボルトに過大な荷重が加わり破断が生じると、災害発生の危険があり、適切なボルトの締め付け力の管理が求められる。ボルトの締め付け力の管理方法として、締め付け時のトルク管理がある。また、超音波伝播速度を測定し、ボルト長の変化で加わる軸力を推定する非破壊検査がある。前者は簡易であるが誤差要因が多く実際にボルトにかかる軸力の推定には大きな幅を持たせる必要があり、後者はボルトの形状や端面の仕上げに依存するため精緻な推定は困難であり検査にも時間を要する。一方、有線タイプのひずみゲージをボルトに埋設して軸力を測定する手法がある。この手法では、精緻な軸力の推定が可能であるが、ボルトからワイヤが出ているためにボルトの締め付けの際に不具合が生じ、またワイヤの断線や劣化によって信号が読み取れなくなるなどの問題があった。 Bolts are used for joining steel materials and are indispensable for building various plants and structures. If the bolt is loosened, or if an excessive load is applied to the bolt and it breaks, there is a risk of a disaster occurring, and appropriate bolt tightening force management is required. As a method for managing the tightening force of the bolt, there is torque management during tightening. There is also a non-destructive inspection that measures the ultrasonic propagation velocity and estimates the axial force applied by changes in bolt length. The former is simple, but there are many error factors, and it is necessary to give a large range to estimate the axial force applied to the bolt. The latter depends on the shape of the bolt and the finish of the end face, so precise estimation is difficult. Inspection also takes time. On the other hand, there is a method of measuring axial force by embedding a wired type strain gauge in a bolt. With this method, it is possible to estimate the precise axial force, but there are problems such as a problem that occurs when the bolt is tightened because the wire comes out of the bolt, and that the signal cannot be read due to wire breakage or deterioration. there were.
特許文献１には、地山の状態に応じた信号を生成するセンサーを軸部に取付けた棒状体を地山に打設し、前記地山の表面側に送信された前記信号データに基づき前記地山の状態を観測する地山観測装置が記載されているが、装置が大きくなる問題があった。 In Patent Document 1, a rod-like body having a shaft that is attached with a sensor that generates a signal corresponding to the state of the natural ground is placed on the natural ground, and the signal data transmitted to the surface side of the natural ground is based on the signal data. Although a natural ground observation device for observing the state of natural ground is described, there is a problem that the device becomes large.
容易に軸力をモニターできるボルト及びその軸力情報システムを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a bolt capable of easily monitoring axial force and an axial force information system thereof.
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ひずみゲージをボルト軸部に内蔵し、ひずみ検出回路を搭載したＲＦＩＤタグをボルトと一体化し、ひずみゲージで検知した軸力の情報をボルト外部のリーダーライターへ転送するＲＦＩＤ技術を使用することを特徴とするボルト、を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] A strain gauge is built in the bolt shaft, an RFID tag equipped with a strain detection circuit is integrated with the bolt, and RFID technology is used to transfer axial force information detected by the strain gauge to a reader / writer outside the bolt. A bolt characterized by the above is provided.
〔２〕ＲＦＩＤタグは、リーダーライターからの電波をＲＦＩＤタグ中のアンテナで受けて駆動するパッシブ型であり、ひずみ検出回路に可変抵抗を含み、
ひずみゲージをボルト内に装着し、樹脂封入した後、装着、封入で変化したひずみゲージの抵抗を、可変抵抗によりキャンセルし、
その後、ひずみ検出回路を搭載したＲＦＩＤタグの全部又は一部をボルト頭部内に樹脂封入することを特徴とする請求項１記載のボルト、を提供する。
[2] The RFID tag is a passive type that is driven by receiving radio waves from a reader / writer with an antenna in the RFID tag, and includes a variable resistance in the strain detection circuit,
After mounting the strain gauge in the bolt and encapsulating the resin, the resistance of the strain gauge that has changed due to installation and encapsulation is canceled by the variable resistance,
Then, the bolt according to claim 1 is provided, wherein all or a part of the RFID tag having the strain detection circuit is sealed in the bolt head.
〔３〕ボルトは、ＲＦＩＤタグを設置するために頭部をざぐりし、ざぐりしたボルトの内壁面に凹凸を設けて、ざぐり部の封入樹脂とボルト頭部との付着力を大きくしたことを特徴とする〔１〕、〔２〕のボルト、を提供する。 [3] Bolts have their heads spotted in order to install RFID tags, and the inner wall surface of the bolts that have been spotted has unevenness to increase the adhesion between the resin encapsulated in the spotting portion and the bolt head. The bolts [1] and [2] are provided.
〔４〕〔１〕、〔２〕又は〔３〕のいずれかのボルトからの軸力情報をボルト外部のリーダーライターで読み取り、記録、演算処理することを特徴とするボルト軸力情報処理システム、を提供する。 [4] Bolt axial force information processing system characterized in that axial force information from any of the bolts of [1], [2] or [3] is read by a reader / writer outside the bolt, recorded, and processed. I will provide a.
ひずみゲージは薄い樹脂の上に抵抗を持つ金属箔をエッチング等で格子状に形成したもので、変形によって抵抗値が変化することでひずみを計測する。ひずみゲージは、ボルト内に開けた円筒状の空洞部に挿入し、耐水性の良い合成樹脂で接着、封止することができる。これはひずみゲージとボルトとの接着と、ひずみゲージの劣化防止のためである。円筒状の空洞部は多段として深部の円筒の直径を小さくすることで、ひずみゲージを挿入しやすく、また、封止が容易となり、外部からひずみゲージの測定に影響を与える水分の浸入を極力排除することが可能となる。 A strain gauge is a metal foil having resistance formed on a thin resin in a lattice shape by etching or the like, and measures the strain by changing the resistance value due to deformation. The strain gauge can be inserted into a cylindrical cavity opened in the bolt, and can be bonded and sealed with a synthetic resin having good water resistance. This is for adhesion between the strain gauge and the bolt and for preventing deterioration of the strain gauge. The cylindrical cavity is multi-staged and the diameter of the deep cylinder is reduced, making it easier to insert a strain gauge and easier to seal, eliminating the entry of moisture from the outside that affects the strain gauge measurement as much as possible. It becomes possible to do.
ひずみゲージは、単独で用いるとひずみによる抵抗変化が、ひずみゲージそのものの抵抗に対して極めて小さい。そのため、ひずみゲージそのものの抵抗値とほぼ同じ抵抗を用いてホイートストンブリッジを形成し、この検出回路によってひずみに比例した出力電圧を得ることが可能となる。また、ひずみに比例した微小な電圧の変化は、増幅回路を用いて拡大して出力する。 When a strain gauge is used alone, the resistance change due to strain is extremely small relative to the resistance of the strain gauge itself. Therefore, a Wheatstone bridge is formed using a resistance that is substantially the same as the resistance value of the strain gauge itself, and an output voltage proportional to the strain can be obtained by this detection circuit. Further, a minute voltage change proportional to the strain is enlarged and output using an amplifier circuit.
ＲＦＩＤタグは、物理的な保護や耐久性の確保のため、ボルト内部に設置する。ボルトは、ＲＦＩＤタグを設置するために頭部をざぐりし、ざぐりしたボルトの内壁面に凹凸を設ける構造とすることが好ましい。凹凸断面形状は、波状、角型、不定形のいずれでもよい。また、これを、螺旋状、輪状等の形状に設けることができる。これにより、ざぐり部の封入に使用する樹脂とボルト頭部との付着力および付着面積を大きくすることで、ボルト頭部からの樹脂の抜け落ちを防止するとともに、樹脂とボルト頭部との接着面から水などの浸入を抑制してＲＦＩＤタグの耐久性を高める効果が得られる。 The RFID tag is installed inside the bolt to ensure physical protection and durability. It is preferable that the bolt has a structure in which a head is spotted in order to install the RFID tag and unevenness is provided on the inner wall surface of the spotted bolt. The uneven cross-sectional shape may be any of a wave shape, a square shape, and an indefinite shape. Moreover, this can be provided in shapes, such as a spiral shape and a ring shape. This prevents the resin from falling off the bolt head by increasing the adhesion force and adhesion area between the resin and bolt head used to seal the counterbore, and the adhesive surface between the resin and bolt head. Therefore, the effect of increasing the durability of the RFID tag by suppressing the entry of water or the like can be obtained.
ひずみ検出回路は、ひずみゲージからの出力が小さいためにこれを電圧出力して増幅し、ＩＣチップに受け渡す。ひずみ検出回路は、可変抵抗を含む検出回路及び増幅回路を含んで構成した。 Since the output from the strain gauge is small, the strain detection circuit amplifies the voltage by outputting it to the IC chip. The strain detection circuit includes a detection circuit including a variable resistor and an amplifier circuit.
通常の商用電源によるひずみゲージを用いた軸力の測定では、検出回路を構成する抵抗は固定抵抗を用い、ひずみゲージの挿入および樹脂封入時に多少の伸びちじみが生じた、すなわち、抵抗が変化した状態で封入されても、その後の増幅回路およびＡ／Ｄ変換の範囲を広く設定できるために問題は生じない。 In the measurement of axial force using a strain gauge with a normal commercial power supply, the resistance that constitutes the detection circuit is a fixed resistance, and some strain has occurred when the strain gauge is inserted and the resin is sealed, that is, the resistance changes. Even if sealed in such a state, the subsequent amplifier circuit and A / D conversion range can be set wide, so that no problem occurs.
これに対して、本発明では、ＲＦＩＤタグによってひずみ測定データを転送するため、極めて省電力で駆動する必要があり、封入時に生じるひずみゲージ自体の抵抗変化を、回路に搭載される可変抵抗でキャンセルする。 On the other hand, in the present invention, since strain measurement data is transferred by the RFID tag, it is necessary to drive with extremely low power consumption, and the resistance change of the strain gauge itself that occurs at the time of encapsulation is canceled by a variable resistor mounted on the circuit. To do.
このように、検出回路に可変抵抗を使用し、まず、ひずみゲージをボルト軸部に封入し、続いて、ひずみゲージそのものの抵抗に取り付け時に生じる抵抗変化を、可変抵抗を調整してキャンセルすることで、省電力で駆動し、かつ、分解能の高いひずみ測定装置とすることができる。 In this way, a variable resistor is used in the detection circuit, and the strain gauge is first sealed in the bolt shaft, and then the resistance change that occurs when the strain gauge is attached to the resistance of the strain gauge itself is canceled by adjusting the variable resistor. Thus, it is possible to provide a strain measuring device that is driven with low power consumption and has high resolution.
また、ひずみ検出回路にマイコンを搭載して、Ａ／Ｄ変換とともに温度などの補正計算や、連続的にデータ収集、あるいはメモリ内に測定データの格納を行うことも可能である。この場合においても可変抵抗による調整方法が有効である。 It is also possible to install a microcomputer in the strain detection circuit and perform A / D conversion and temperature correction calculation, continuously collecting data, or storing measurement data in a memory. Even in this case, an adjustment method using a variable resistor is effective.
本発明のＲＦＩＤタグとしては、センサー信号の入力が可能な電池を搭載しないパッシブタイプのＲＦＩＤタグを用いる。外部から供給される電波によるエネルギーを用いて駆動するパッシブタイプのＲＦＩＤタグは、無線通信回路、制御回路、インターフェース回路、メモリ部を含んで構成する。 As the RFID tag of the present invention, a passive type RFID tag without a battery capable of inputting sensor signals is used. A passive type RFID tag that is driven using energy from radio waves supplied from the outside includes a wireless communication circuit, a control circuit, an interface circuit, and a memory unit.
これら無線通信装置は極めて省電力で駆動することから、一般的にはその駆動電圧は、例えば３．３Ｖ以下と非常に低く設定する。 Since these wireless communication devices are driven with extremely low power consumption, the drive voltage is generally set to a very low value of 3.3 V or less, for example.
ボルト軸力情報処理システムは、上記の情報を、機能性ボルトに内包された通信用アンテナから、読取り用アンテナ、外部読取装置で、ひずみゲージの抵抗値をデジタル信号として受信する。デジタル信号は、外部読取装置からパソコンへと送信され、専用のソフトウェアを用いて、ボルトのひずみ値として変換され、ボルトの軸力を算出することができる。得られた軸力は、ボルトの締め付け力の直接的な管理指標であり、この軸力に異常がないか、あるいは適正な範囲内となっているかを瞬時に判別することが可能となる。 The bolt axial force information processing system receives the above information as a digital signal from the communication antenna included in the functional bolt by the reading antenna and the external reading device. The digital signal is transmitted from the external reading device to the personal computer, and converted into a bolt strain value by using dedicated software, so that the axial force of the bolt can be calculated. The obtained axial force is a direct management index of the bolt tightening force, and it is possible to instantaneously determine whether this axial force is normal or within an appropriate range.
本発明によれば、ボルトの軸力の測定について、無線でひずみ計測を行なうことによって、効率的、かつ直接的にボルトの締め付け力を管理することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to efficiently and directly manage the tightening force of a bolt by measuring the axial force of the bolt wirelessly.
また、無線でひずみ計測を行なうことで、回転体であるボルトの機械締め付け作業に不具合を生じさせることなく、作業を実施することが可能となる。 Further, by performing strain measurement wirelessly, the work can be performed without causing any trouble in the mechanical tightening work of the bolt that is the rotating body.
さらに、無線でひずみ計測を行なうことで、ひずみゲージからのリード線を伝達して劣化因子がひずみゲージ部に侵入する危険を排除し、またリード線自体が劣化する可能性を防ぎ、さらに、無線装置自体をもボルト中に埋設することで、水分などの劣化因子による劣化を防ぐ効果を有する。 In addition, wireless strain measurement eliminates the risk of deterioration factors entering the strain gauge by transmitting the lead wire from the strain gauge, preventing the lead wire itself from degrading, and wireless By embedding the device itself in the bolt, it has the effect of preventing deterioration due to deterioration factors such as moisture.
以下に更に詳細に本発明の実施の形態を記載するが、これは、本発明を特に限定するものではない。ひずみゲージは薄い樹脂の上に抵抗を持つ金属箔をエッチング等で格子状に形成したもので、変形によって抵抗値が変化することでひずみを計測した。ひずみゲージは、ボルト内に開けた空洞部に挿入し、エポキシ樹脂で封入した。空洞部は、円筒状として、底面の直径は、１．５ｍｍとし、円筒部は２段で深部の円筒の底面直径を小さくした。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail, but this does not specifically limit the present invention. The strain gauge was formed by forming a metal foil having resistance on a thin resin in a lattice shape by etching or the like, and the strain was measured by changing the resistance value due to deformation. The strain gauge was inserted into a hollow portion opened in the bolt and sealed with epoxy resin. The hollow part was cylindrical, the diameter of the bottom surface was 1.5 mm, and the cylindrical part had two steps and the bottom surface diameter of the deep cylinder was reduced.
ひずみゲージは、ホイートストンブリッジ回路によってひずみに比例した出力電圧を得た。 The strain gauge obtained an output voltage proportional to the strain by the Wheatstone bridge circuit.
ＲＦＩＤタグは、ボルト内部に設置した。ボルトは、ＲＦＩＤタグを設置するために頭部をざぐりし、ざぐりしたボルト頭部の内壁面に凹凸を設ける構造とした。 The RFID tag was installed inside the bolt. The bolt has a structure in which the head is spotted to install the RFID tag, and the inner wall surface of the spotted bolt head is uneven.
ひずみ検出回路は、ひずみゲージからの出力を電圧出力して増幅し、ＩＣチップに受け渡した。ひずみ検出回路は可変抵抗を含む検出回路及び増幅回路を含んで構成した。 The strain detection circuit amplified and output the output from the strain gauge to the IC chip. The strain detection circuit includes a detection circuit including a variable resistor and an amplification circuit.
ＲＦＩＤタグによってひずみ測定データを転送するため、内部駆動電圧は３．３Ｖ以下で駆動させることとした。 In order to transfer the strain measurement data by the RFID tag, the internal drive voltage is driven at 3.3 V or less.
図１に本発明のひずみ検出回路における検出回路例を示す。この回路を用いることでひずみゲージの抵抗変化を電圧出力した。また、予め、ボルト軸部にひずみゲージを封入し、封入時に生じるひずみゲージ自体の抵抗変化を、回路に搭載される可変抵抗Ｒ４でキャンセルし、省電力を図ることができた。ゲージへの印加電圧をＥ、出力電圧をｅで示す。ひずみゲージ封入時は、ｅ＝０ｖ とするように可変抵抗Ｒ４の抵抗値を調整した。 FIG. 1 shows an example of a detection circuit in the strain detection circuit of the present invention. By using this circuit, the strain gauge resistance change was output as a voltage. In addition, a strain gauge was enclosed in the bolt shaft portion in advance, and the resistance change of the strain gauge itself that occurred at the time of encapsulation was canceled by the variable resistor R4 mounted in the circuit, thereby saving power. The applied voltage to the gauge is indicated by E, and the output voltage is indicated by e. When the strain gauge was enclosed, the resistance value of the variable resistor R4 was adjusted so that e = 0v.
この可変抵抗の搭載によって、例えば３．０Ｖの電源電圧で、１２ｂｉｔのＡ／Ｄ変換を搭載すれば、３／４０９６で約０．７３ｍＶの分解能が得られた。これは、１２Ｖで１４ｂｉｔのＡ／Ｄ変換と同等である。可変抵抗を用いない場合は、例えば３．０Ｖの電源電圧で、樹脂封入時に出力電圧の変動が４０％となるゲージの抵抗変化が生じた場合、変動領域をキャンセルできないため、可変抵抗を用いた１２ｂｉｔのＡ／Ｄ変換と同等の分解能を付与するためには１６ｂｉｔのＡ／Ｄ変換を搭載して対応する必要がある。この際、１ｂｉｔの分解能あたり０．０４６ｍＶしかなく、ノイズの影響を極めて受けやすくなる。 With this variable resistor mounted, for example, if a 12-bit A / D conversion is mounted at a power supply voltage of 3.0 V, a resolution of about 0.73 mV was obtained at 3/4096. This is equivalent to a 14-bit A / D conversion at 12V. When the variable resistor is not used, for example, when the resistance change of the gauge in which the variation of the output voltage becomes 40% when the resin is sealed with a power supply voltage of 3.0 V, the variable region cannot be canceled, so the variable resistor is used. In order to provide the same resolution as 12-bit A / D conversion, it is necessary to mount 16-bit A / D conversion. At this time, there is only 0.046 mV per 1-bit resolution, and it is extremely susceptible to noise.
このように、検出回路に可変抵抗を使用し、まず、ひずみゲージをボルト軸部に封入し、続いて、ひずみゲージそのものの抵抗に取り付け時に生じる抵抗変化を、可変抵抗を調整してキャンセルして、省電力で駆動し、かつ、分解能の高いひずみ測定装置とすることができた。 In this way, a variable resistor is used in the detection circuit, and first, the strain gauge is sealed in the bolt shaft, and then the resistance change that occurs when attached to the resistance of the strain gauge itself is canceled by adjusting the variable resistor. The strain measuring device can be driven with low power consumption and has high resolution.
ＲＦＩＤタグとしてセンサー信号の入力が可能な電池を搭載しないパッシブタイプのＲＦＩＤタグを用いた。ＲＦＩＤタグは、送受信用アンテナ、無線通信回路、制御回路、インターフェース回路、メモリ部、ひずみ検出回路を含んで構成した。 A passive type RFID tag not equipped with a battery capable of inputting sensor signals was used as the RFID tag. The RFID tag includes a transmission / reception antenna, a wireless communication circuit, a control circuit, an interface circuit, a memory unit, and a strain detection circuit.
図２に本発明品のボルトを例示する。まず、ボルト頭部１０２内部をけずり、空洞部１０３を形成した。ＲＦＩＤタグを構成するひずみ検出回路２０、ＩＣチップ３０および送受信用アンテナ４０が挿入できるスペースを確保した。この際、空洞部１０３の内壁面には断面角型の輪形状とした。
FIG. 2 illustrates the bolt of the present invention. First, the inside of the
また、ボルト軸部１０１にひずみゲージ１０を挿入できる円筒状空洞部１０４を開けた。
Further, a
箔ひずみゲージを、円筒状空洞部１０４に内接する大きさの円筒形状に加工した。この際、ひずみゲージの検知方向は、軸方向と同軸方向であり、円筒形状に丸める方向は軸方向に垂直とした。
The foil strain gauge was processed into a cylindrical shape having a size inscribed in the
空洞部１０４にひずみゲージ１０を挿入し、ひずみゲージリード線１１をひずみ検出回路２０に接続し、空洞部１０４をエポキシ樹脂で封入した。ひずみ検出回路２０は、可変抵抗を含む検出回路および増幅回路が含まれている。
The
図６に、本発明のボルト１００におけるひずみゲージの設置位置の例を示す。ボルト１００は、２枚の鋼板２００をナット３００の締め付けによる軸力で接合している。ひずみゲージは、ボルトの首下からネジ先までの区間で、締め付けた際にボルト１００の座面１０５とナット３００の座面１０６の間１０４に設置されるように封入した。ボルト１００とナット３００の座面間では、締め付け力が直接的な引張り力として作用するので、この区間に設置したひずみゲージによって検出されたひずみから、直接的に軸力を算出することができる。
In FIG. 6, the example of the installation position of the strain gauge in the volt | bolt 100 of this invention is shown. The
空洞部１０４に封入した樹脂が硬化したのち、可変抵抗でゼロ点を調整した後、これにひずみ検出回路２０、ＩＣチップ３０を接続した。更にアンテナ４０を接続し、ひずみ検出回路２０、ＩＣチップ３０およびアンテナ４０をボルト頭部に樹脂封入して本ボルトを完成させた。ひずみ検出回路２０、ＩＣチップ３０、アンテナ４０を包含したものがＲＦＩＤタグとなる。ひずみ検出回路２０及びＩＣチップ３０は、同一基板上にマウントした。
After the resin enclosed in the
アンテナ４０の設置は、基板の直上に設置することとし、外部のリーダーライター５０との通信距離の確保の観点から、ボルト頭部１０２の中段あるいは表面近傍に樹脂封入した。通信距離が確保できるＲＦＩＤタグについては、ボルト頭部１０２の下段に設置しても良く、この場合はより長期的な耐久性が確保される。
The
通信距離を長くとる必要がある場合には、アンテナ４０をボルト頭部１０２の上に出して設置することもできる。アンテナ４０を樹脂あるいはゴムによって薄膜状に被覆することも好ましい。この場合、長期的な耐久性は若干低下するものの、アンテナ４０を単独で交換し、部品交換による長期使用を確保することもできる。
When it is necessary to increase the communication distance, the
図３に本装置の模式的な構成図を示す。ひずみ検出回路は、検出回路およびアンプ回路からなり、ひずみゲージ１０と、ＲＦＩＤタグとを接続する回路である。ひずみゲージの電気的特性を、電圧値などを出力値としてＩＣチップに受け渡すものである。本実施形態では、一定の電圧を印加してひずみゲージ１０の電気的特性である抵抗値を取得して抵抗値に応じた値を電圧値として出力することで、ひずみを検知することを可能とした。ＲＦＩＤタグは、特定小型小電力無線、無線ＬＡＮなど、無線による送受信で外部に検知情報を伝達するもののひとつであり、インターフェース回路、制御回路、および無線通信回路を有している。インターフェース回路は、ひずみ検出回路からの信号を読取るもので、アナログ／デジタル変換回路などが相当する。本実施形態では、ひずみゲージの抵抗を検出することとする。無線通信回路は、インターフェース回路の検出結果を、アンテナを介して、外部の読取装置に対して無線送信する。ＲＦＩＤタグ全体は制御回路で制御され、メモリでデータ蓄積される。
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the present apparatus. The strain detection circuit includes a detection circuit and an amplifier circuit, and is a circuit that connects the
また、図３において、ＲＦＩＤタグの無線通信回路は、変調回路、充電／電源部を含む。この電源部では、バッテリを搭載するタイプのものであっても良いし、いわゆるバッテリーレス、すなわち、蓄電機能を有し、外部から供給される電磁波による誘導電圧を一時的に蓄えるものであっても良い。メモリ部は、全体の制御を行なうオペレーティングシステム、構造物の状態を検知するプログラム、検知した情報の記録などに用いるＲＯＭやＲＡＭなどで構成される。メモリにはセンサーのＩＤ番号を搭載してもよく、また、読取装置から構造物の埋め込み位置に関する情報をＲＡＭに書き込み、これら情報をセンサーで検知した情報と共に、読み取り装置で読み取ってもよい。 In FIG. 3, the wireless communication circuit of the RFID tag includes a modulation circuit and a charging / power supply unit. This power supply unit may be of a type equipped with a battery, or may be of a so-called battery-less type, that is, having a power storage function and temporarily storing an induced voltage due to electromagnetic waves supplied from the outside. good. The memory unit includes an operating system that performs overall control, a program that detects the state of the structure, and a ROM and RAM that are used to record the detected information. An ID number of the sensor may be mounted in the memory, or information on the position where the structure is embedded is written in the RAM from the reading device, and the information may be read by the reading device together with the information detected by the sensor.
図４に本発明の実施例を示すボルト軸力情報処理システムを模式的に示す。図４に示すリーダーライター５０は、その読取り用アンテナで、機能性ボルト１００のボルト頭部の通信用アンテナ４０からのひずみゲージ抵抗値を、デジタル信号として受信する。デジタル信号は、読取装置からパソコン６０へと送信し、専用のソフトウェアを用いてボルトのひずみ値として変換する。取得したひずみ値と、ボルトに使用した金属の弾性係数およびボルトの有効断面積から、ボルトの軸力を得ることができる。
FIG. 4 schematically shows a bolt axial force information processing system showing an embodiment of the present invention. The reader /
図５に、図４に示したボルト軸力情報システムのひずみ値の取得データを示した。鋼材を連結中の前記ボルトを自動載荷機に掛けて、ボルトに２００Ｎ／ｍｍ２までの軸応力を発生させた結果である。図５中の測定点は、測定中に、パソコン画面上に所定の時間間隔で表示されるようにプログラムした。ひずみとボルトの弾性係数を乗じて求めた応力に、ボルトの有効断面積を乗じて軸力を表示している。得られた軸力は、ボルトの締め付け力の直接的な管理指標であり、この軸力に異常がないか、あるいは適正な範囲内となっているかを瞬時に判別できた。 FIG. 5 shows strain value acquisition data of the bolt axial force information system shown in FIG. This is a result of generating an axial stress of up to 200 N / mm 2 on the bolt by applying the bolt that is connecting the steel material to an automatic loading machine. The measurement points in FIG. 5 were programmed to be displayed on the personal computer screen at predetermined time intervals during the measurement. The axial force is displayed by multiplying the stress obtained by multiplying the strain and the elastic modulus of the bolt by the effective sectional area of the bolt. The obtained axial force is a direct control index of the bolt tightening force, and it was possible to instantaneously determine whether this axial force is normal or within an appropriate range.
鋼材の接合に用いられ、各種プラント、構造物の構築には欠かせないボルトの軸力（締め付け力）の管理が簡便に行える。 It is used for joining steel materials, and it can easily manage the axial force (tightening force) of bolts, which is indispensable for building various plants and structures.
１０：ひずみゲージ
１１：ひずみゲージリード線
２０：ひずみ検出回路
３０：ＩＣチップ
４０：アンテナ
５０：リーダーライター
６０：パソコン
１００：ボルト
１０１：ボルト軸部
１０２：ボルト頭部
１０３：空洞部
１０４：締め付け時のボルト座面とナット座面の区間
１０５：ボルトの座面
１０６：ナットの座面
２００：鋼板
３００：ナット
10: Strain gauge 11: Strain gauge lead wire 20: Strain detection circuit 30: IC chip 40: Antenna 50: Reader / writer 60: Personal computer 100: Bolt 101: Bolt shaft portion 102: Bolt head portion 103: Cavity portion 104: During tightening Between the bolt seat surface and the nut seat surface 105: bolt seat surface 106: nut seat surface 200: steel plate 300: nut
Claims (4)
ひずみゲージをボルト内に装着し、樹脂封入した後、装着、封入で変化したひずみゲージの抵抗を、可変抵抗によりキャンセルし、
その後、ひずみ検出回路を搭載したＲＦＩＤタグの全部又は一部をボルト頭部内に樹脂封入することを特徴とする請求項１記載のボルト。 The RFID tag is a passive type that is driven by receiving radio waves from a reader / writer with an antenna in the RFID tag, and includes a variable resistance in the strain detection circuit,
After mounting the strain gauge in the bolt and encapsulating the resin, the resistance of the strain gauge that has changed due to installation and encapsulation is canceled by the variable resistance,
2. The bolt according to claim 1, wherein all or a part of the RFID tag on which the strain detection circuit is mounted is resin-encapsulated in the bolt head.
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