JPH04210B2 - - Google Patents
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- JPH04210B2 JPH04210B2 JP9867284A JP9867284A JPH04210B2 JP H04210 B2 JPH04210 B2 JP H04210B2 JP 9867284 A JP9867284 A JP 9867284A JP 9867284 A JP9867284 A JP 9867284A JP H04210 B2 JPH04210 B2 JP H04210B2
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- Japan
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- magnetic anisotropy
- rail
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- magnetic
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
- G01L1/125—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
- G01L1/127—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using inductive means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は外乱磁界や増幅器の飽和に影響されず
に測定できるようにしたレール軸力測定装置に関
する。
に測定できるようにしたレール軸力測定装置に関
する。
近年、鋼財中の応力を非破壊で測定する方法と
して、磁気異方性センサを用いることが提案され
ている。（例えば、S.Abuku：Japanese Journal
of Applied Physics，vol.16、No.７、1977、
p1161.）予め良く消磁した試料について、比較的
弱い励磁用磁界を発生する磁気異方性センサを用
いて、一定の交流磁界で励振したときに検出コイ
ルに出力される電圧は、応力が大きいほど大きく
なり、圧縮応力と引張応力では、励振する交流に
同期させて整流した出力電力の向きが逆になる。
（柏谷ほか３名、電気学会、マグネテイツクス研
究会試料MAG−83−87、1983年９月10日） 磁気異方性センサには、例えば、第１図に基本
構造を示す（山田 一他２名、電気学会論文誌
Ｂ：昭和55年４月197〜203頁）ようなものがあ
る。これは磁気異方性センサと呼ばれるもので、
倒立したＵ字形の励振コア１と検出コア２は、そ
れぞれ直交した内面に配置されそれぞれ、脚部に
１対の励振コイル３、検出コイル４が捲かれてい
る。これらのコア材料としては、測定対象磁性材
料すなわち通常の鋼材より遥かに透磁率の高いパ
ーマロイなどを用いる。これを測定対象磁性材料
の上に置いたとき、もし其の材料に磁気異方性が
存在しないか、又は励振コアの面内に磁化容易軸
が存在する場合は励振コイルによる磁束は第２図
ａに示すようになり、検出コイルには出力が現れ
ない。但し、１−１，１−２は励振コアの脚、２
−１，２−２は検出コアの脚である。しかし、測
定対象磁性材料に磁気異方性が存在し、磁化容易
軸が第２図ｂに矢印Ａで示す方向になつている
と、励振コイルによる磁束は第２図ｂに示すよう
になり、検出コイルに出力が現れる。第２図ａに
示す状態は、公知のブリツジ回路の各辺抵抗が平
衡している場合に対応し、第２図ｂに示す場合は
脚１−１と２−１の間、および脚１−２と２−２
の間の辺の抵抗が小さい場合に対応するものとし
て扱うことが出来る。第３図は此の対応するブリ
ツジ回路を示し、矢印Ａが過る辺６−１と６−２
の抵抗は小さく、辺３−６，３−４の抵抗は大き
く、検出器７に出力が現れている。
して、磁気異方性センサを用いることが提案され
ている。（例えば、S.Abuku：Japanese Journal
of Applied Physics，vol.16、No.７、1977、
p1161.）予め良く消磁した試料について、比較的
弱い励磁用磁界を発生する磁気異方性センサを用
いて、一定の交流磁界で励振したときに検出コイ
ルに出力される電圧は、応力が大きいほど大きく
なり、圧縮応力と引張応力では、励振する交流に
同期させて整流した出力電力の向きが逆になる。
（柏谷ほか３名、電気学会、マグネテイツクス研
究会試料MAG−83−87、1983年９月10日） 磁気異方性センサには、例えば、第１図に基本
構造を示す（山田 一他２名、電気学会論文誌
Ｂ：昭和55年４月197〜203頁）ようなものがあ
る。これは磁気異方性センサと呼ばれるもので、
倒立したＵ字形の励振コア１と検出コア２は、そ
れぞれ直交した内面に配置されそれぞれ、脚部に
１対の励振コイル３、検出コイル４が捲かれてい
る。これらのコア材料としては、測定対象磁性材
料すなわち通常の鋼材より遥かに透磁率の高いパ
ーマロイなどを用いる。これを測定対象磁性材料
の上に置いたとき、もし其の材料に磁気異方性が
存在しないか、又は励振コアの面内に磁化容易軸
が存在する場合は励振コイルによる磁束は第２図
ａに示すようになり、検出コイルには出力が現れ
ない。但し、１−１，１−２は励振コアの脚、２
−１，２−２は検出コアの脚である。しかし、測
定対象磁性材料に磁気異方性が存在し、磁化容易
軸が第２図ｂに矢印Ａで示す方向になつている
と、励振コイルによる磁束は第２図ｂに示すよう
になり、検出コイルに出力が現れる。第２図ａに
示す状態は、公知のブリツジ回路の各辺抵抗が平
衡している場合に対応し、第２図ｂに示す場合は
脚１−１と２−１の間、および脚１−２と２−２
の間の辺の抵抗が小さい場合に対応するものとし
て扱うことが出来る。第３図は此の対応するブリ
ツジ回路を示し、矢印Ａが過る辺６−１と６−２
の抵抗は小さく、辺３−６，３−４の抵抗は大き
く、検出器７に出力が現れている。
いま第４図に示すように、敷設されたレール９
の軸力を測定するために、磁気異方性センサ８を
レール９に設置したとする。レール９には、列車
駆動用や信号用の電流を合成した電流１０が流れ
ており、その結果、右ねじの法則に従つた磁界１
１が生じている。この磁界１１により、第５図に
示すように、励磁コア１に磁束１１−１、検出コ
ア２中に磁束１１−２が生じ、検出コイル出力は
大きく、増幅器のダイナミツクレンジを越え飽和
させる。この磁界１１は、レールに流れる電流に
よつて生じた磁界であつて、レールの軸方向とは
直交しており、レール中の応力を測定するため
に、磁気異方性センサで励振している励振磁界と
は全く別な、外乱磁界である。
の軸力を測定するために、磁気異方性センサ８を
レール９に設置したとする。レール９には、列車
駆動用や信号用の電流を合成した電流１０が流れ
ており、その結果、右ねじの法則に従つた磁界１
１が生じている。この磁界１１により、第５図に
示すように、励磁コア１に磁束１１−１、検出コ
ア２中に磁束１１−２が生じ、検出コイル出力は
大きく、増幅器のダイナミツクレンジを越え飽和
させる。この磁界１１は、レールに流れる電流に
よつて生じた磁界であつて、レールの軸方向とは
直交しており、レール中の応力を測定するため
に、磁気異方性センサで励振している励振磁界と
は全く別な、外乱磁界である。
第６図は、レール９に流れる電流１０の方向、
この電流によつて生ずる磁界１１の方向と、励振
コイル１、検出コイル２の方向を示す。第６図ａ
は、検出コイル２が外乱磁界１１の影響を最も受
け易い状態を示し、同図ｂは最も影響を受けにく
い状態を示す。
この電流によつて生ずる磁界１１の方向と、励振
コイル１、検出コイル２の方向を示す。第６図ａ
は、検出コイル２が外乱磁界１１の影響を最も受
け易い状態を示し、同図ｂは最も影響を受けにく
い状態を示す。
第１図に示した磁気異方性センサは、通常、測
定対象に対して励磁コイルと検出コイルよりなる
コイル系全体を回転できるようになつている。第
７図は、検出コイルが外乱磁界による出力を生じ
ない位置すなわち第６図ｂの位置を角度θ＝０の
始点とし、θを０〜360度回転した場合のθと検
出コイル出力V0の関係を示す図で、１３は検出
コイル出力、１４は増幅出力を示し、検出コイル
が外乱磁界の影響を受けて、怱ち増幅器が飽和し
てしまう状況が判る。
定対象に対して励磁コイルと検出コイルよりなる
コイル系全体を回転できるようになつている。第
７図は、検出コイルが外乱磁界による出力を生じ
ない位置すなわち第６図ｂの位置を角度θ＝０の
始点とし、θを０〜360度回転した場合のθと検
出コイル出力V0の関係を示す図で、１３は検出
コイル出力、１４は増幅出力を示し、検出コイル
が外乱磁界の影響を受けて、怱ち増幅器が飽和し
てしまう状況が判る。
レール軸力を磁気異方性センサで測定する際に
は、レール軸力を最も検出し易い角度、励振コイ
ル、検出コアの面が夫々レールとほど45度をなす
ように配置する。第７図は、検出コイルの面をレ
ールに対して45度をなすように配置した場合到
底、レール軸方向の応力による磁化容易軸の存在
や磁化の容易さの程度などを検出できる状況では
ないことを示している。
は、レール軸力を最も検出し易い角度、励振コイ
ル、検出コアの面が夫々レールとほど45度をなす
ように配置する。第７図は、検出コイルの面をレ
ールに対して45度をなすように配置した場合到
底、レール軸方向の応力による磁化容易軸の存在
や磁化の容易さの程度などを検出できる状況では
ないことを示している。
本発明の目的は、実際の測定に際して外乱磁界
の影響を受けずに、磁気異方性センサを用いてレ
ールの軸方向応力を測定できるようにした装置を
提供することにある。
の影響を受けずに、磁気異方性センサを用いてレ
ールの軸方向応力を測定できるようにした装置を
提供することにある。
上記の目的を達成するために本発明においては
夫々レール表面に略直交し、かつ互いに直交して
レールと夫々略45度をなす２平面内に脚部をレー
ル表面に接して配置した倒立Ｕ字形のコアに、そ
れぞれコイルを捲き、一方を磁気異方性検出用、
他方を励振用とした磁気異方性センサを、２組隣
接して配設し、これら２組の磁気異方性のセンサ
を、磁気異方性検出用コア面同士、励磁用コア面
同士を夫々平行させ、磁気異方性検出用コイル同
士を差動接続して外乱磁界が２個の検出用コイル
に及ぼす影響を相殺させ、また２個の励振用コイ
ルを夫々逆相で励振して、差動接続した２個の検
出コイル夫々が、レール軸力に対応した出力が得
られるようにした。検出用コイルが差動接続さ
れ、励振用コイルが逆相に励振するから、検出用
コイルの出力は同相となり、加え合わされること
になる。
夫々レール表面に略直交し、かつ互いに直交して
レールと夫々略45度をなす２平面内に脚部をレー
ル表面に接して配置した倒立Ｕ字形のコアに、そ
れぞれコイルを捲き、一方を磁気異方性検出用、
他方を励振用とした磁気異方性センサを、２組隣
接して配設し、これら２組の磁気異方性のセンサ
を、磁気異方性検出用コア面同士、励磁用コア面
同士を夫々平行させ、磁気異方性検出用コイル同
士を差動接続して外乱磁界が２個の検出用コイル
に及ぼす影響を相殺させ、また２個の励振用コイ
ルを夫々逆相で励振して、差動接続した２個の検
出コイル夫々が、レール軸力に対応した出力が得
られるようにした。検出用コイルが差動接続さ
れ、励振用コイルが逆相に励振するから、検出用
コイルの出力は同相となり、加え合わされること
になる。
なお、磁気異方性センサによるレール軸力測定
に際しては、前記の如く種々の電流が流されてい
たり、また例えばレールが地球磁場の影響を受け
易い方向に敷設されていたりして、レールが特定
方向に磁化されている場合が多いから測定作業に
先立つて、あらかじめ、漸次低減する交流磁界に
よつて消磁を行つておくものとする。
に際しては、前記の如く種々の電流が流されてい
たり、また例えばレールが地球磁場の影響を受け
易い方向に敷設されていたりして、レールが特定
方向に磁化されている場合が多いから測定作業に
先立つて、あらかじめ、漸次低減する交流磁界に
よつて消磁を行つておくものとする。
第８図は本発明一実施例の要部概略接続図であ
る。一方のセンサ１５−１の検出コイル１７−
１，１７−２は和動接続され１個のコイルとみな
せる。他方のセンサ１５−２の検出コイル１９−
１，１９−２も同様である。今センサ１５−１と
１５−２をレールに対し等しい角度で設置したと
き、検出コイル１７−１と１７−２、および１９
−１と１９−２に誘起される外乱磁束による電圧
は等しくなり、検出コイル１７−１，１７−２と
１９−１，１９−２が差動接続してあると相殺さ
れ出力端子１２に出力は現れない。しかし、この
ままでは、励振コイル１６−１，１６−２と１８
−１，１８−２から誘起される本来の信号まで相
殺してしまうため、励振コイル１８−１，１８−
２を逆相になる様に接続すると、検出コイル１９
−１，１９−２に誘起される信号電圧は逆相とな
り、これらの検出コイルは検出コイル１７−１，
１７−２とは差動接続されているため信号は和と
なり２倍となる。このようにして、磁気異方性セ
ンサ自体の励振コイルによるレール磁化の程度の
検出信号は２倍となり、外乱は相殺され本来の信
号を確実に検出できる。この方法を採用すること
により、外乱はセンサ１５−１，１５−２に対し
て等しければ良く、その方向、強さなどは無関係
となる。また、センサ１５−２を無励振で使用す
ると外乱の相殺は可能であるが、出力信号はセン
サ１個のときと等しくなる。なお、測定に先立つ
て、レールと同一材質の試料について、十分、応
力と出力電圧の関係を測定、較正しておくことが
望ましい。
る。一方のセンサ１５−１の検出コイル１７−
１，１７−２は和動接続され１個のコイルとみな
せる。他方のセンサ１５−２の検出コイル１９−
１，１９−２も同様である。今センサ１５−１と
１５−２をレールに対し等しい角度で設置したと
き、検出コイル１７−１と１７−２、および１９
−１と１９−２に誘起される外乱磁束による電圧
は等しくなり、検出コイル１７−１，１７−２と
１９−１，１９−２が差動接続してあると相殺さ
れ出力端子１２に出力は現れない。しかし、この
ままでは、励振コイル１６−１，１６−２と１８
−１，１８−２から誘起される本来の信号まで相
殺してしまうため、励振コイル１８−１，１８−
２を逆相になる様に接続すると、検出コイル１９
−１，１９−２に誘起される信号電圧は逆相とな
り、これらの検出コイルは検出コイル１７−１，
１７−２とは差動接続されているため信号は和と
なり２倍となる。このようにして、磁気異方性セ
ンサ自体の励振コイルによるレール磁化の程度の
検出信号は２倍となり、外乱は相殺され本来の信
号を確実に検出できる。この方法を採用すること
により、外乱はセンサ１５−１，１５−２に対し
て等しければ良く、その方向、強さなどは無関係
となる。また、センサ１５−２を無励振で使用す
ると外乱の相殺は可能であるが、出力信号はセン
サ１個のときと等しくなる。なお、測定に先立つ
て、レールと同一材質の試料について、十分、応
力と出力電圧の関係を測定、較正しておくことが
望ましい。
なお、上述した動作を純電気的方法で実現する
ことも可能であり、これを第９図に示す。センサ
１５により検出された信号と外乱の和の電圧は、
増幅器２０で増幅され、復調器２１で直流電圧に
直される。これをサンプルホールド２３−１に保
持する。次にスイツチ２２を反対に倒し、無励振
状態とし、外乱電圧のみを同様にサンプルホール
ド２３−２で保持し、差動増幅器２４で差をと
り、本来の信号だけを出力させることができる。
しかし、復調する以前に飽和してしまう（実際に
よく生ずる）ような場合には使用できないという
難点がある。
ことも可能であり、これを第９図に示す。センサ
１５により検出された信号と外乱の和の電圧は、
増幅器２０で増幅され、復調器２１で直流電圧に
直される。これをサンプルホールド２３−１に保
持する。次にスイツチ２２を反対に倒し、無励振
状態とし、外乱電圧のみを同様にサンプルホール
ド２３−２で保持し、差動増幅器２４で差をと
り、本来の信号だけを出力させることができる。
しかし、復調する以前に飽和してしまう（実際に
よく生ずる）ような場合には使用できないという
難点がある。
以上説明したように本発明によれば、外乱や増
幅器の飽和などに妨げられずに、磁気異方性検出
装置によりレール軸方向応力を測定することが出
来る。
幅器の飽和などに妨げられずに、磁気異方性検出
装置によりレール軸方向応力を測定することが出
来る。
第１図は磁気異方性クロスセンサの基本構造を
示す図、第２図ａ，ｂは磁気異方性センサの作動
原理説明図、第３図は磁気異方性センサに対応す
るブリツジ回路の図、第４図は磁気異方性センサ
によるレール軸力測定状態およびその際の外乱の
説明図、第５図、第６図ａ，ｂ、第７図は外乱の
原因、影響の説明図、第８図は本発明の一実施例
の要部概略接続図、第９図は磁気異方性センサを
用い純電気的に外乱の影響を除去してレール軸力
を測定する回路例を示す図である。 １……励振コア、２……検出コア、３……励振
コイル、４……検出コイル、９……レール、１０
……レールに流れる電流、１１……外乱磁界、１
５−１……一方の磁気異方性センサ、１５−２…
…他方の磁気異方性センサ、１６−１，１６−
２，１８−１，１８−２……励振コイル、１７−
１，１７−２，１９−１，１９−２……検出コイ
ル。
示す図、第２図ａ，ｂは磁気異方性センサの作動
原理説明図、第３図は磁気異方性センサに対応す
るブリツジ回路の図、第４図は磁気異方性センサ
によるレール軸力測定状態およびその際の外乱の
説明図、第５図、第６図ａ，ｂ、第７図は外乱の
原因、影響の説明図、第８図は本発明の一実施例
の要部概略接続図、第９図は磁気異方性センサを
用い純電気的に外乱の影響を除去してレール軸力
を測定する回路例を示す図である。 １……励振コア、２……検出コア、３……励振
コイル、４……検出コイル、９……レール、１０
……レールに流れる電流、１１……外乱磁界、１
５−１……一方の磁気異方性センサ、１５−２…
…他方の磁気異方性センサ、１６−１，１６−
２，１８−１，１８−２……励振コイル、１７−
１，１７−２，１９−１，１９−２……検出コイ
ル。
Claims (1)
- １ 夫々レール表面に略直交し、かつ互いに直交
する２平面内に脚部をレール表面に接して配置し
た倒立Ｕ字形のコアに、それぞれコイルを捲い
て、一方を磁気異方性検出用、他方を励振用とし
た磁気異方性センサを、２組隣接して配設し、こ
れら２組の磁気異方性センサの、磁気異方性検出
用コア面同士、励磁用コア面同士を夫々平行さ
せ、磁気異方性検出用コイル同士を差動接続、励
振用コイル同士を逆相励振し、レール軸力に対応
した磁気異方性がレールに生じていることを利用
して、前記差動接続した磁気異方性検出用コイル
の出力により外乱磁界の影響を除去したレール軸
力を測定するようにしたことを特徴とするレール
軸力測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9867284A JPS60243526A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | レ−ル軸力測定装置 |
| FR8503386A FR2564585B1 (fr) | 1984-05-18 | 1985-03-07 | Appareil a mesurer une contrainte par procede electromagnetique |
| DE19853508337 DE3508337A1 (de) | 1984-05-18 | 1985-03-08 | Vorrichtung zum elektromagnetischen messen einer belastung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9867284A JPS60243526A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | レ−ル軸力測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60243526A JPS60243526A (ja) | 1985-12-03 |
| JPH04210B2 true JPH04210B2 (ja) | 1992-01-06 |
Family
ID=14226003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9867284A Granted JPS60243526A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | レ−ル軸力測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60243526A (ja) |
| DE (1) | DE3508337A1 (ja) |
| FR (1) | FR2564585B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| DE3887853T2 (de) * | 1987-12-28 | 1994-05-19 | Kubota Ltd | Drehmomentmessvorrichtung. |
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| DE4014686A1 (de) * | 1989-05-12 | 1990-11-15 | Preussag Ag | Messkopf fuer eine vorrichtung zur messung von aenderungen magnetischer eigenschaften aufgrund von mechanischen spannungen in einem magnetisierbaren koerper |
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-
1984
- 1984-05-18 JP JP9867284A patent/JPS60243526A/ja active Granted
-
1985
- 1985-03-07 FR FR8503386A patent/FR2564585B1/fr not_active Expired
- 1985-03-08 DE DE19853508337 patent/DE3508337A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2564585A1 (fr) | 1985-11-22 |
| FR2564585B1 (fr) | 1988-09-23 |
| DE3508337A1 (de) | 1985-11-21 |
| JPS60243526A (ja) | 1985-12-03 |
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