JP3204073B2 - 磁歪効果を利用した応力測定方法および装置 - Google Patents
磁歪効果を利用した応力測定方法および装置Info
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Description
生じる磁気異方性を利用して鋼構造物や機械部品に負荷
されている応力を非破壊的に測定する方法および装置に
関する。
いる応力を測定する方法として、磁歪効果、すなわち応
力によって磁気的性質が変化する現象を利用した応力測
定方法がある。なかでも、磁歪効果によって生じる磁気
異方性を利用する応力測定方法は、鋼構造物や機械部品
に負荷されている応力を非破壊で、しかも比較的簡便に
測定できる方法として、特開昭62ー121325号公
報、実開平1ー135338号公報、特開平7ー110
270号公報あるいは文献1〔境等:土木学会第50回
年次学術講演会予稿集、P662〜663(1995.
9)〕などに紹介されている。
る。図3に、磁歪効果によって生じる磁気異方性を利用
する応力測定方法の原理図を示す。図3で、1は磁歪セ
ンサー、11は励磁用コイルを巻いたコの字型のヨー
ク、11a、11bはヨーク11の開口端、12は検出
用コイルを巻いたコの字型のヨーク、12a、12bは
ヨーク12の開口端、13は交流電源、14は電圧計、
20は被測定物(磁性材料)、30は磁束の流れる方向
を表す。ここで、磁歪センサー1とはヨーク11、ヨー
ク12、交流電源13、電圧計14の総体を指す。ま
た、ヨーク11とヨーク12は互いにヨーク鞍部の中央
部で直交している。
σX が作用すると、磁性材料である被測定物20のX、
Y軸方向の透磁率μX 、μY には、磁歪効果により下記
の式(2)の関係、すなわち磁気異方性が生じる μX >μY ・・・(2)
センサー1を接近させ、この磁歪センサー1のヨーク1
1に巻かれた励磁用コイルに交流電流を流して被測定物
20を励磁すると、ヨーク11の開口端11aから出た
磁束の大部分は直接ヨーク11の開口端11bへ向かう
が、被測定物20には引張応力σX により式(2)のよ
うな磁気異方性が生じているため、磁束の一部はヨーク
12を経由してヨーク11の開口端11bへ流れる。そ
のため、ヨーク12に巻かれた検出用コイルには下記の
式(3)に示す出力波形の起電力Vが誘起される。 V=M0 ・(μX −μY )・COS[2・(θ−π/4)]・・・(3) ここで、Vは検出用コイルに誘起される交流起電力の整
流値、M0 は励磁条件、コイルの条件、被測定物20の
磁気的特性などにより定まる定数、COS[2・(θ−π/
4)]は余弦関数、θはヨーク12の開口端12aと12
bを結ぶ直線とX軸のなす角である。
X −σY )に比例するので、式(3)は下記の式(4)
のように書換えできる。 V=M・(σX −σY )・COS[2・(θ−π/4)]・・・(4) ここで、Mは励磁条件、コイルの条件、被測定物20の
磁気的特性などにより定まる定数である。
測定物に負荷されている応力を求めることができる。
磁歪感度と呼ぶ)は「リフトオフ」と呼ばれる磁歪セン
サーと被測定物との距離に大きく依存する。したがっ
て、測定中は常に一定のリフトオフで測定しなければ正
しい応力を測定することができない。
公報には、リフトオフ検出用コイルを設け、予めこのコ
イルに発生する誘起電圧とリフトオフの関係を求めてお
き、磁歪感度補正を行う方法が提案されている。
は、センサーと被測定物との間に既知の厚さのスペーサ
を挿入し、一定のリフトオフを確保する方法が開示され
ている。
62ー121325号公報に記載のリフトオフ検出用コ
イルを設ける方法では、センサー内にリフトオフ検出用
コイルを新たに設けなければならず、センサーの小型化
を図る上で大きな障害となるばかりか、信号処理装置も
複雑になる。
載のセンサーと被測定物との間にスペーサを挿入する方
法では、被測定物の表面にその厚さが不明な防食層など
の表面処理層が施されている場合は、その表面処理層を
除去してから測定しなければならないという煩わしさが
ある。
なされたもので、特別なリフトオフ検出機構を設けるこ
となく、しかも被測定物の表面に膜厚不明の表面処理層
があっても問題なく、高精度な応力測定が可能な磁歪効
果を利用した応力測定方法およびその装置を提供するこ
とを目的とする。
ルを巻いたコの字型のヨークと検出用コイルを巻いたコ
の字型のヨークを互いにヨーク鞍部の中央部で直交する
ように配置し、前記コの字型のヨークの開口端側を被測
定物に接近させ、前記励磁用コイルに交流電流を流して
前記被測定物を励磁し、前記検出用コイルに誘起される
起電力を測定して前記被測定物に負荷されている応力を
求めることのできる磁歪センサーを用いた磁歪効果を利
用した応力測定方法において、前記磁歪センサーを回転
させることによって前記検出用コイルに誘起される起電
力の出力波形を下記の式(1)で表したときのパラメー
タAを求め、予め求めておいた前記パラメータAとリフ
トオフとの関係および前記リフトオフと磁歪感度との関
係を用いて、磁歪感度の補正を行うことを特徴とする磁
歪効果を利用した応力測定方法により解決される。 V=A+B・COS[2・(θ−C)]・・・(1) ここで、Vは前記検出用コイルに誘起される交流起電力
の整流値、θは前記検出用コイルを巻いたコの字型のヨ
ークの開口端を結ぶ直線と最大主応力方向のなす角、CO
S[2・(θ−C)]は余弦関数、Bは主応力差によって変
化するパラメータ(振幅成分)、Cは主応力方向を示す
パラメータである。
の磁歪センサーを回転させた時に実際に得られる起電力
の出力波形の1例を示す。
る起電力の出力波形が実測されることがわかる。
に表せる。図4には、起電力の出力波形を(1)式に回
帰したときのパラメータA、B、Cの値も示してある。
メータBを振幅成分と呼ぶことにする。なお、振幅成分
であるパラメータBは被測定物の応力状態、すなわち主
応力差によって変化するパラメータであり、パラメータ
Cは位相成分すなわち主応力方向を示すパラメータであ
る。
力が負荷された被測定物を用い、リフトオフを1、2、
3、4mmと変えた時に得られた起電力の出力波形を式
(1)に回帰させてバイアス成分を求めた時の、バイア
ス成分、負荷応力、リフトオフの関係を示す図である。
受けず、リフトオフによってのみ変化していることがわ
かる。
分とリフトオフの関係を示す図である。バイアス成分が
わかればリフトオフを決めることができる。
を用いれば、磁歪センサーの磁歪感度補正が行え、高精
度な応力測定が可能となる。
する材料と同じ材料の平板の試験片を用いて、所定の応
力を負荷し、磁歪センサーをある一定のリフトオフで回
転させて図4のような出力波形を求める。試験片に負荷
する応力を変え、同様な出力波形を求める。これを実際
に鋼構造物や機械部品に負荷されていると推定される応
力範囲について繰り返す。
のリフトオフ(この場合は1mm)における応力と振幅
成分の関係を示す図である。
うな直線で近似できる。 B=α+β・(σX −σY )・・・(5) ここで、αは負荷応力ゼロの状態での振幅成分、βは図
7の直線の傾きで、上述した磁歪感度の定義である。こ
のようにして、あるリフトオフにおける磁歪感度が決定
される。
い、各リフトオフにおける磁歪感度を求める。
フと磁歪感度の関係を示す図である。
(図の場合は3mm)の場合を基準にした磁歪感度の比
との関係を示す図である。
帰することが可能である。 R=C1・X2 +C2・X+C3 ・・・(6) ここで、Rは標準のリフトオフの場合を基準にした磁歪
感度の比、C1、C2、C3は近似曲線の係数、Xはリ
フトオフである。このようにして、リフトオフから磁歪
感度を求めることができる。
械部品などを構成する材料に対し、図6や図9の関係を
予め求めておけば、磁歪センサーにより実際に測定して
得られるバイアス成分から図6を用いてリフトオフが求
まり、このリフトオフから式(6)により磁歪感度の比
が求まり、磁歪感度補正が可能となる。そして、測定さ
れる振幅成分とこの補正された磁歪感度を用いて、式
(5)により被測定物に負荷されている応力が計算でき
る。
上記磁歪センサーと、前記磁歪センサーに交流電流を流
す電源と、前記磁歪センサーに誘起される起電力を検出
する検出器と、前記磁歪センサーを回転させるモーター
と、その回転角の計測可能なエンコーダーと、上記応力
測定方法に従って応力を算出するための演算手段を備え
たことを特徴とする磁歪効果を利用した応力測定装置に
よって実現可能である。
ンサーの出力から応力を計算する一連のアルゴリズムの
フローチャートを示す。
度を入力し、磁歪センサーを任意のリフトオフに設定す
る。次に、磁歪センサーを回転させ出力波形を求め、V
=A+B・COS[2・(θ−C)]の式に回帰する。そし
て、予め求めておいたバイアス成分とリフトオフの関係
より測定されたバイアス成分におけるリフトオフを求め
る。さらに、予め求めておいたリフトオフと標準のリフ
トオフの場合を基準にした磁歪感度の比の関係よりこの
リフトオフにおける磁歪感度を求める。この磁歪感度と
振幅成分により応力を計算する。
測定装置における磁歪センサーとその回転機構を備えた
部位の1実施例を示す。図2で、1は磁歪センサー、2
はエンコーダーを備えたDCサーボモーター、3はピニ
オンギア、4はリングギア、5はボールベアリング、6
はCリング、7はリングスペーサ、8はハウジングであ
る。
1は、同じハウジング8内に設けられたエンコーダーを
備えたDCサーボモーター2により、ピニオンギア3と
リングギア4を介して回転させられる。このとき、Cリ
ング6により回転の中心を一定に保て、ボールベアリン
グ5により円滑な回転を行える。
磁歪センサー1の出力が飽和するので、リングスペーサ
7を用い、ある程度のリフトオフが確保できるようにな
っている。
いるので、特別なリフトオフ検出機構を設けることな
く、しかも被測定物の表面に膜厚不明の表面処理層があ
っても問題なく、高精度な応力測定が可能な磁歪効果を
利用した応力測定方法およびその装置を提供できる。ま
た、本発明の方法によれば、最大主応力方向も自動的に
測定可能である。
を計算する一連のアルゴリズムのフローチャートを示す
図である。
ける磁歪センサーとその回転機構を備えた部位の1実施
例を示す図である。
応力測定方法の原理図である。
図である。
示す図である
る。
した磁歪感度の比の関係を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 励磁用コイルを巻いたコの字型のヨーク
と検出用コイルを巻いたコの字型のヨークを互いにヨー
ク鞍部の中央部で直交するように配置し、前記コの字型
のヨークの開口端側を被測定物に接近させ、前記励磁用
コイルに交流電流を流して前記被測定物を励磁し、前記
検出用コイルに誘起される起電力を測定して前記被測定
物に負荷されている応力を求めることのできる磁歪セン
サーを用いた磁歪効果を利用した応力測定方法におい
て、前記磁歪センサーを回転させることによって前記検
出用コイルに誘起される起電力の出力波形を下記の式
(1)で表したときのパラメータAを求め、予め求めて
おいた前記パラメータAと前記磁歪センサーと前記被測
定物の距離「リフトオフ」との関係および前記リフトオ
フと前記磁歪センサーの感度(以後、磁歪感度と呼ぶ)
との関係を用いて、磁歪感度の補正を行うことを特徴と
する磁歪効果を利用した応力測定方法。 V=A+B・COS[2・(θ−C)]・・・(1) ここで、Vは前記検出用コイルに誘起される交流起電力
の整流値、θは前記検出用コイルを巻いたコの字型のヨ
ークの開口端を結ぶ直線と最大主応力方向のなす角、CO
S[2・(θ−C)]は余弦関数、Bは主応力差によって変
化するパラメータ(振幅成分)、Cは主応力方向を示す
パラメータである。 - 【請求項2】 請求項1に記載の磁歪センサーと、前記
磁歪センサーに交流電流を流す電源と、前記磁歪センサ
ーに誘起される起電力を検出する検出器と、前記磁歪セ
ンサーを回転させるモーターと、その回転角の計測可能
なエンコーダーと、請求項1に記載の応力測定方法に従
って応力を算出するための演算手段を備えたことを特徴
とする磁歪効果を利用した応力測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06271896A JP3204073B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 磁歪効果を利用した応力測定方法および装置 |
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JP06271896A JP3204073B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 磁歪効果を利用した応力測定方法および装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH09257598A JPH09257598A (ja) | 1997-10-03 |
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Family
ID=13208415
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP06271896A Expired - Lifetime JP3204073B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 磁歪効果を利用した応力測定方法および装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3204073B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102630634B1 (ko) * | 2022-02-21 | 2024-01-29 | 서울시립대학교 산학협력단 | Cft기둥용 보강근 조립 고정장치 |
Families Citing this family (2)
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JP4691279B2 (ja) * | 2001-07-10 | 2011-06-01 | 中電技術コンサルタント株式会社 | 応力の測定方法および応力測定装置 |
JP4746782B2 (ja) * | 2001-07-10 | 2011-08-10 | 中電技術コンサルタント株式会社 | 応力の測定方法および応力測定装置 |
-
1996
- 1996-03-19 JP JP06271896A patent/JP3204073B2/ja not_active Expired - Lifetime
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