特許 6352321 複合共振法による非接触応力測定方法及びその測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6352321

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】複合共振法による非接触応力測定方法及びその測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/10 20060101AFI20180625BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/10 F

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-15950(P2016-15950)

(22)【出願日】2016年1月29日

(65)【公開番号】特開2017-134013(P2017-134013A)

(43)【公開日】2017年8月3日

【審査請求日】2017年7月18日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２７年 ８月 １日 土木学会平成２７年度全国大会第７０回年次学術講演会講演概要集 ＤＶＤ−ＲＯＭ、発行元：公益社団法人土木学会平成２７年 ９月１８日 土木学会平成２７年度全国大会第７０回年次学術講演会

(73)【特許権者】

【識別番号】596102528

【氏名又は名称】株式会社オンガエンジニアリング

(73)【特許権者】

【識別番号】000192626

【氏名又は名称】神鋼鋼線工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001335

【氏名又は名称】特許業務法人 武政国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗原 秀夫

(72)【発明者】

【氏名】栗原 陽一

(72)【発明者】

【氏名】湊 利行

(72)【発明者】

【氏名】白土 静雄

(72)【発明者】

【氏名】内田 慎哉

(72)【発明者】

【氏名】河村 睦

(72)【発明者】

【氏名】荒木 茂

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第３９４２４６３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５０３５７２９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平５−２８１０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４２５３０８４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 国際公開第０３／０１６８９１（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ５

Ｇ０１Ｌ１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤー等の線材（ｗ）の応力変化に伴う磁気特性の変化を検出し、該線材（ｗ）の応力を測定する複合共振法による非接触応力測定方法であって、
直列共振周波数近傍になるコンデンサ（９）を介して一次コイル（励磁コイル）（１）で前記線材（ｗ）を励磁し、この励磁された該線材（ｗ）の磁気特性により、二次コイル（帰還コイル）（２）に電圧を誘起させ、
前記二次コイル（帰還コイル）（２）とコンデンサ（４）により並列共振回路（５）を形成し、この信号は正帰還（β）の減衰器（１２）を介して、適正な正帰還量を増幅器（６）に入力することで自励発振器として作動させ、
前記増幅器（６）の出力は、前記線材（ｗ）を励磁させ、同時にその出力の一部から負帰還（−β）の減衰器（１３）を介して該増幅器（６）の安定を図り、
前記二次コイル（帰還コイル）（２）の共振電圧値が一定になるよう発振ループを作動させ、このとき前記一次コイル（励磁コイル）（１）の両端電位は励磁電流に比例するので、この励磁電流のヒステリシス損による位相のずれを補正して、前記線材（ｗ）の応力を測定する、ことを特徴とする複合共振法による非接触応力測定方法。

【請求項2】

前記線材（ｗ）の温度を測定することにより、その温度変動を用いて前記線材（ｗ）の応力測定値を補正する、ことを特徴とする請求項１の複合共振法による非接触応力測定方法。

【請求項3】

ワイヤー等の線材（ｗ）の応力変化に伴う磁気特性の変化を検出することにより、該線材（ｗ）の応力を測定する複合共振法による非接触応力測定装置であって、
前記線材（ｗ）を励磁する一次コイル（励磁コイル）（１）と、この励磁された線材（ｗ）の磁気特性により電圧が誘起される二次コイル（帰還コイル）（２）を内装した応力センサ部（３）と、
前記応力センサ部（３）の一次コイル（励磁コイル）（１）と二次コイル（帰還コイル）（２）間において、前記線材（ｗ）が有する磁気特性で磁気結合させる、該二次コイル（帰還コイル）（２）にコンデンサ（４）を並列に介して形成した並列共振回路（５）と、
前記二次コイル（帰還コイル）（２）側で生じる測定信号を増幅する増幅器（６）と、
前記増幅器（６）と前記一次コイル（励磁コイル）（１）の間に入れた、抵抗（８）及びコンデンサ（４）を介して形成される直列共振回路（７）と、を備え、
前記並列共振回路（５）の信号は正帰還（β）の減衰器（１２）を介して、適正な正帰還量を前記増幅器（６）に入力することで自励発振器として作動させ、
前記増幅器（６）の出力は、前記線材（ｗ）を励磁させ、同時にその出力の一部から負帰還（−β）の減衰器（１３）を介して該増幅器（６）の安定を図り、前記二次コイル（帰還コイル）（２）の共振電圧値が一定になるよう発振ループを作動させ、このとき前記一次コイル（励磁コイル）（１）の両端電位は励磁電流に比例するので、この励磁電流のヒステリシス損による位相のずれを補正して、該線材（ｗ）の応力を測定し得るように構成した、ことを特徴とする複合共振法による非接触応力測定装置。

【請求項4】

前記応力センサ部（３）は、前記線材（ｗ）を中心部に貫通させることができるように、該応力センサ部（３）を長手方向に分割し、これを着脱自在に接合し得る構造のものである、ことを特徴とする請求項３の複合共振法による非接触応力測定装置。

【請求項5】

前記線材（ｗ）の温度の変化値を用いて該線材（ｗ）の測定値を補正するために、該線材（ｗ）の温度変化を測定する温度センサ（３１）を設けた、ことを特徴とする請求項３又は４の複合共振法による非接触応力測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、応力が作用するＰＣワイヤー等の線材について、その応力変化に伴う磁気特性の微小変化を大きな変化値として検出することができる複合共振法による非接触応力測定方法及びその測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＰＣワイヤーは、ＰＣ鋼線、プレストレストコンクリートワイヤー（Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｗｉｒｅ)と称され、コンクリートの弱点を補い強度を高めるため、橋梁から建築物まで様々な分野で使用されている。このＰＣワイヤーは、大きな引張強さを有し、破断時の伸びが大きい緊張材である。このように構造物に用いられているＰＣワイヤー等の線材は、その腐食その他の原因で引張強度等が低下することがある。そこで、ＰＣワイヤー等の線材の張力を計測することにより、橋梁、建築物等の構造物の安全性の向上を図っている。

【0003】

ＰＣワイヤー等の線材は、これを健全に機能することで橋梁や建築物等の安全が確保される。特に耐荷性能に関わる重要な部材である。このようなＰＣワイヤー等の線材の変状が顕在化すると、確実な施工管理と維持管理ができなくなる。そこで、このＰＣワイヤー等の線材に作用する張力を計測する必要がある。例えば、施工の際に緊張管理、供用開始時に初期状態を確認する必要がある。次に供用中、点検時に経時変化を確認する必要がある。

【0004】

ＰＣワイヤー等の線材に作用する張力を計測する代表的な計測方法としては、次に説明する「ひずみゲージを用いる計測方法」と「ロードセルを用いる計測方法」の２つの方法が挙げられる。
ひずみゲージを用いる計測方法は、ひずみゲージを線材（鋼材）に貼付してひずみ値を計測し、そのひずみ値にヤング係数と断面積を乗ずることで張力を計測する方法である。この計測方法は、ひずみゲージという精度の高い計測器を用いることで、張力の計測精度が非常に高くなる方法である。しかし、ひずみゲージを貼付するためには線材（鋼材）の表面を微小ではあるが削る必要があり、また既存の鋼材に対してはひずみゲージ貼付時からの増分張力のみしか計測できなかった。

【0005】

ロードセルを用いる計測方法は、ロードセル（圧縮型荷重計測器）を線材（鋼材）の定着端部に介在させて張力を計測する方法である。この方法は上述のひずみゲージと同様に非常に高い計測精度を有しており、さらに線材（鋼材）の表面を削る必要がない利点を有している。しかし、ロードセルはセンターホール型の計測器であるため、線材（鋼材）の架設時に計測器を鋼材に挿通して設置する必要があり、既存の鋼材に対しては利用できなかった。その定着端部に計測器を介在させるため定着端が大きくなるという欠点を有している。

【0006】

これらのひずみゲージを用いる計測方法又はロードセルを用いる計測方法の欠点を解決する技術として、例えば特許文献１の特開２００３−２７００５９公報「鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定システム」のように、磁歪法と呼ばれる測定原理を利用して、磁性体の応力変化に伴う透磁率の変化を利用して応力を計測する装置が提案されている。この計測装置は、筒状の中空部材の内外にコイルを配置し、更に温度計を備えており、中空部に磁性体を挿通して計測を行う。計測原理は、外側コイル（１次コイル）にパルス電流を加え、内側コイル（２次コイル）で誘導電流値の変化を検出し、その誘導電流値と温度、透磁率、応力の関係式より応力を算定する構成である。

【0007】

また、特許文献２の特開２００９−２６５００３公報「張力測定装置」のように、計測器は、飽和漸近磁化範囲まで直流磁化する円筒状の磁化器、円筒の内側に配置された磁気センサで構成され、中空部に磁性体を挿通して計測を行う張力測定装置が提案されている。この計測原理は、磁気センサで検出される空間磁界強度の変化を用いて張力を算定する構成である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００３−２７００５９公報

【特許文献2】特開２００９−２６５００３公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１の鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定システムは、線材（鋼材）の部分的な削りを回避すると共に任意位置での計測を可能とし、更に計測器を２つ割りにすることで既存の鋼材への適用を可能にしている。しかし、この特許文献１のシステムでは、応力変化に伴う磁性体の磁気特性の変化は非常に微小な変化であるので測定精度の向上に限界があるという問題を有していた。

【0010】

また、特許文献２の張力測定装置は、直流磁化にすることで、交流磁化による渦電流の透磁率・導電率への影響を解決し、特により線構造への適用性を高めている。しかし、この特許文献２の装置でも応力変化に伴う磁性体の磁気特性の変化は非常に微小な変化であり測定精度の向上に限界があるという問題を有していた。

【0011】

本発明の発明者は、正帰還ループの中に並列共振回路及び直列共振回路で発振させることで、他の増幅手段を用いず、鋼材の応力変化の測定に用いることにより、張力等の応力が作用するワイヤー等の線材について、その磁性体の応力変化に伴う磁気特性の微小変化を直接大きな変化値として検出できることに着目した。

【0012】

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、線材の応力変化に伴う磁気特性の微小変化を大きな変化値として検出することで、その応力変化の測定精度を向上させることができる複合共振法による非接触応力測定方法及びその測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の測定方法は、ワイヤー等の線材（ｗ）の応力変化に伴う磁気特性の変化を検出し、該線材（ｗ）の応力を測定する複合共振法による非接触応力測定方法であって、
直列共振周波数近傍になるコンデンサ（９）を介して一次コイル（励磁コイル）（１）で前記線材（ｗ）を励磁し、この励磁された該線材（ｗ）の磁気特性により、二次コイル（帰還コイル）（２）に電圧を誘起させ、
前記二次コイル（帰還コイル）（２）とコンデンサ（４）により並列共振回路（５）を形成し、この信号は正帰還（β）の減衰器（１２）を介して、適正な正帰還量を増幅器（６）に入力することで自励発振器として作動させ、
前記増幅器（６）の出力は、前記線材（ｗ）を励磁させ、同時にその出力の一部から負帰還（−β）の減衰器（１３）を介して該増幅器（６）の安定を図り、
前記二次コイル（帰還コイル）（２）の共振電圧値が一定になるよう発振ループを作動させ、このとき前記一次コイル（励磁コイル）（１）の両端電位は励磁電流に比例するので、この励磁電流のヒステリシス損による位相のずれを補正して、該線材（ｗ）の応力を測定する、ことを特徴とする。
前記線材（ｗ）の温度を測定することにより、その温度変動を用いて前記線材（ｗ）の応力測定値を補正することができる。

【0014】

本発明の測定装置は、ワイヤー等の線材（ｗ）の応力変化に伴う磁気特性の変化を検出することにより、該線材（ｗ）の応力を測定する複合共振法による非接触応力測定装置であって、
前記線材（ｗ）を励磁する一次コイル（励磁コイル）（１）と、この励磁された線材（ｗ）の磁気特性により電圧が誘起される二次コイル（帰還コイル）（２）を内装した応力センサ部（３）と、
前記応力センサ部（３）の一次コイル（励磁コイル）（１）と二次コイル（帰還コイル）（２）間において、前記線材（ｗ）が有する磁気特性で磁気結合させる、該二次コイル（帰還コイル）（２）にコンデンサ（４）を並列に介して形成した並列共振回路（５）と、
前記二次コイル（帰還コイル）（２）側で生じる測定信号を増幅する増幅器（６）と、
前記増幅器（６）と前記一次コイル（励磁コイル）（１）の間に入れた、抵抗（８）及びコンデンサ（４）を介して形成される直列共振回路（７）と、を備え、
前記並列共振回路（５）の信号は正帰還（β）の減衰器（１２）を介して、適正な正帰還量を前記増幅器（６）に入力することで自励発振器として作動させ、
前記増幅器（６）の出力は、前記線材（ｗ）を励磁させ、同時にその出力の一部から負帰還（−β）の減衰器（１３）を介して該増幅器（６）の安定を図り、前記二次コイル（帰還コイル）（２）の共振電圧値が一定になるよう発振ループを作動させ、このとき前記一次コイル（励磁コイル）（１）の両端電位は励磁電流に比例するので、この励磁電流のヒステリシス損による位相のずれを補正して、該線材（ｗ）の応力を測定し得るように構成した、ことを特徴とする。
前記応力センサ部（３）は、前記線材（ｗ）を中心部に貫通させることができるように、該応力センサ部（３）を長手方向に分割し、これを着脱自在に接合し得る構造にすることができる。
前記線材（ｗ）の温度の変化値を用いて該線材（ｗ）の測定値を補正するために、該線材（ｗ）の温度変化を測定する温度センサ（３１）を設けることが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明の測定方法では、張力により微小に変化する線材（ｗ）のヒステリシス損失成分について、一次コイル（励磁コイル）（１）の両端差電圧を所定の信号として検出することができる。本発明は他の増幅手段を必要とせず再現性の高い信号が得られるので、線材（ｗ）の応力変化に伴う磁性体の磁気特性の微小な変化について、大きな変化値として検出することができ、その測定精度を向上させることができる。
また、増幅の出力に抵抗（８）及びコンデンサ（４）による励磁電流の直列共振回路（７）により、ヒステリシス損など損失による位相のずれを補正することで、更に正確に測定することができる。
線材（ｗ）の応力測定値は、温度の変動にともない特定の係数をもって比例するため、簡単な一次式をもって線材（ｗ）の応力測定値を補正することができる。

【0016】

本発明の測定装置では、複雑な回路を用いず、張力により微小に変化する線材（ｗ）のヒステリシス損失成分について、一次コイル（励磁コイル）（１）の両端差電圧を所定の信号として検出することができる。本発明は再現性の高い信号が得られるので、応力変化に伴う磁性体の磁気特性の微小な変化についてその測定精度を向上させることができる。
また、簡単な装置であるために、コスト面から応力センサ部（３）のみを、多数ある既存のワイヤー等の線材（ｗ）それぞれに予め装着しておくことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施例１の複合共振法による非接触応力測定装置を示す概略構成図である。

【図2】応力センサ部をＰＣワイヤーに装着した状態を示す拡大正面図である。

【図3】増幅器における作用原理を示すグラフである。

【図4】本発明の複合共振法による非接触応力測定装置により測定する線材を装着した状態を示す引張試験機を示す正面図である。

【図5】引張試験機による電圧（引張強度）と張力との関係を示すグラフである。

【図6】本発明の複合共振法による非接触応力測定装置により測定した張力の基礎データを示すグラフである。

【図7】本発明の複合共振法による非接触応力測定装置により測定したケーブル長が２．０ｍの張力測定試験結果を示すグラフである。

【図8】本発明の複合共振法による非接触応力測定装置により測定したケーブル長が６．７ｍの張力測定試験結果を示すグラフである。

【図9】実施例２の温度センサを設けた応力測定装置を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明は、ＰＣワイヤー等の線材の応力変化に伴う磁気特性の微小変化を大きな変化値として検出することで、その測定精度を向上させることができる複合共振法による非接触応力測定方法である。

【実施例1】

【0019】

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
＜複合共振法による非接触応力測定装置の構成＞
図１は実施例１の複合共振法による非接触応力測定装置を示す概略構成図である。図２は応力センサ部をＰＣワイヤーに装着した状態を示す拡大正面図である。
本発明の非接触応力測定装置は、ＰＣワイヤー等の線材ｗを励磁する一次コイル（励磁コイル）１と、この励磁された線材ｗの出力を帰還させる二次コイル（帰還コイル）２を内装した応力センサ部３と、この応力センサ部３の一次コイル（励磁コイル）１と二次コイル（帰還コイル）２間において、線材ｗが有する磁気特性で磁気結合させる、二次コイル（帰還コイル）２にコンデンサ４（Ｃ１）を並列に入れて形成した並列共振回路５とを備えている。

【0020】

この並列共振回路５のみでは、応力変化に伴う線材ｗの磁性体の磁気特性の変化は非常に微小な変化しか検出することができない。本発明では並列共振回路５に、二次コイル（帰還コイル）２側で生じる測定信号を入力する増幅器６を入れた。更に、増幅器６と一次コイル（励磁コイル）１の間に直列共振回路７を入れた。この直列共振回路７は、抵抗８及びコンデンサ９（Ｃ２）で形成される。更に、この直列共振回路７は、内部応力出力（ＤＣ）とコンデンサ１０（Ｃ３）により構成され、これら以外の必要部品と共に、非接触応力測定装置としてケース内にまとめられている。

【0021】

＜応力センサ部の構成＞
一次コイル（励磁コイル）１は、図２に示すように中心部に測定する強磁性のＰＣワイヤー等の線材ｗを貫通させるために、円筒形状のボビン１１にソレノイド状に巻線をしたものである。

【0022】

二次コイル（帰還コイル）２も、中心部に測定物の強磁性のＰＣワイヤー等の線材ｗを貫通させるために、同じボビン１１にソレノイド状に巻線したものである。一次コイル（励磁コイル）１と二次コイル（帰還コイル）２の中心部に測定する強磁性ワイヤーを貫通することにより、磁気閉ループを形成する。二次コイル２にはコンデンサ４により並列共振回路５を形成する。並列共振回路５の信号は、正帰還（β）の減衰器１２を介して適正な正帰還量を増幅器６に入力し、自励発振器として作動する。

【0023】

本発明の測定装置は簡単な装置であるために、コスト面から応力センサ部３のみを多数あるワイヤー等の線材ｗそれぞれに予め装着しておくことが可能になる。

【0024】

図１の概略構成図では、応力センサ部３が一次コイル（励磁コイル）１と二次コイル（帰還コイル）２とを並べられた構成を示しているが、このような構成に限定されない。図示していないが、ボビン１１の内部にソレノイド状の一次コイル（励磁コイル）１の上側に、二次コイル（帰還コイル）２を巻線した、二重構造のものでもよい。

【0025】

また、図２の装着状態に示すように、本発明では、中心部に測定する強磁性のＰＣワイヤー等の線材ｗを貫通させて使用するものである。既存の線材ｗに後から貫通させることが困難なことがある。そこで、図示していないが、応力センサ部３を線材ｗに後から装着できるように、応力センサ部３をその長手方向に２分割できる構造にして、その後自在に接合し得る構成にする。このとき内部の一次コイル（励磁コイル）１と二次コイル（帰還コイル）２共に２分割できる構成にする。この分割された両コイル１，２を線材ｗに自在に挟む構成にする。

【0026】

＜測定原理の説明＞
実施例１の複合共振法による非接触応力測定装置では、直列共振周波数近傍になるコンデンサ９を介して一次コイル（励磁コイル）１で線材ｗを励磁（磁化）すると（直列共振電流）、この励磁された線材ｗの磁気特性により二次コイル（帰還コイル）２に電圧が誘起される。線材ｗが磁化されない場合の磁束より若干多くなる。並列共振回路５に組み込むと二次コイル（帰還コイル）２のインダクタンスは線材ｗから磁束が来る場合は相互インダクタンスとして作用する。

【0027】

この並列共振回路５のみでは、応力変化に伴う磁性体の磁気特性の変化について、非常に微小な変化しか検出できない。そこで、本発明は二次コイル（帰還コイル）２側で生じる測定信号を入力する増幅器６を備えた。二次コイル（帰還コイル）２にはコンデンサ４により並列共振回路５が形成されているので、この信号は正帰還（β）の減衰器１２を介し適正な正帰還量を増幅器６に入力し、自励発振器として作動させる。この増幅器６の出力は、線材ｗを励磁させ、同時に出力の一部から、負帰還（-β）の減衰器１３を介し増幅器６の安定を図る。

【0028】

即ち、磁束密度Ｂは、線材ｗの磁気特性、測定装置の磁気回路など形状係数で変化する。例えば、増幅器６のオープンゲインは約８０dbで、負帰還により２６dbの利得で使用し、極めて安定な増幅度が得られる。増幅器６の出力に、直列共振回路７と一次コイル（励磁コイル）１を直列に接続して線材ｗを励磁する。一次コイル（励磁コイル）１の上に二次コイル（帰還コイル）２を同様に巻き線し、並列にコンデンサ４により並列共振回路５を形成する（Ｆ０２８０Ｈｚ）、この信号にＡＴＴを介し増幅器６の＋入力に接続し正帰還ループを形成する。

【0029】

二次コイル２（帰還コイル）の共振電圧値が一定になるよう発振ループは作動する。線材ｗの無負荷から最大負荷間で同様に作動する。このとき一次コイル（励磁コイル）１の両端電位は励磁電流に比例する。これを線材ｗの応力変化に伴う磁性体の磁気特性の変化として出力させ、線材ｗの張力の変化について測定することができる。

【0030】

実施例１の複合共振法による非接触応力測定装置により、測定した実測値として、無負荷時電圧Ｐ−Ｐ１４Ｖ、電流Ｐ−Ｐ０．７Ａで、最大負荷時電圧Ｐ−Ｐ３０Ｖ、電流Ｐ−Ｐ１．４Ａ、Ｚ＝インピーダンス２０Ω−２１．４Ωを得た。

【0031】

図３は増幅器における作用原理を示すグラフである。
グラフの横軸は、引張り荷重に対する一次コイル（励磁コイル）１の直列共振周波数及び同様に二次コイル（帰還コイル）２の並列共振周波数及び各共振スロープを示す。縦軸は、一次コイル（励磁コイル）１のインダクタンスＬとコンデンサ９（Ｃ２）による直列共振インピーダンスによる電圧・電流及び２次コイル（帰還コイル）２の並列共振電圧を示す。

【0032】

無荷重時における二次コイル（帰還コイル）２の並列共振周波数ｆ１で、持続正帰還発振レベル（グラフ右側に記入）にしておく、引張り荷重の増加に伴いｆ１からｆ２に移行する。即ち、荷重が増加し二次コイル（帰還コイル）２の並列共振電圧が一定となるよう一次コイル（励磁コイル）１の直列共振電流を増幅器６により自動的に制御することができる。そこで、本発明の複合共振法による非接触応力測定方法では、純粋に高感度で再現性の高い測定が可能になる。

【0033】

このように本発明の複合共振法による非接触応力測定方法、測定装置は、ＰＣワイヤー等の線材ｗの張力測定に利用することができる。
ＰＣワイヤー等の線材ｗは荷重により微小に変化する。インダクタンス、透磁率、ヒステリシス損、渦電損を選択的に測定するには極めて困難であったが、本発明の正帰還増幅器６の正帰還発振によれば、変化するインダクタンス、透磁率、ヒステリシス損、渦電流損等のパラメータを選択できる。パラメータの内、実数項のヒステリシス損は、共振により複素項が打消され、実数項のみとなり、ヒステリシス損は、ＰＣワイヤー等の線材ｗの加重変化に対応することができる。

【0034】

本発明の複合共振法により、振幅Ｈは数１の数式で示されるように、−αの値が０（発振状態）に近づくにつれ、回路全体の利得は急激に上がる。Ｑ値は数２の数式で、バンド幅は数３の数式で示されるように、上昇してバンド幅は元の値より狭くなる。１−αの値が０．０１の場合利得は１００倍になり、Ｑ値と選択度も元の回路より１００倍良くなる。即ち、精度の高い応力測定が可能になる。

【0035】

【数1】

【0036】

【数2】

【0037】

【数3】

【0038】

＜張力測定試験（引張試験機）＞
図４は本発明の複合共振法による非接触応力測定装置により測定する線材を装着した状態を示す引張試験機を示す正面図である。
本発明の非接触応力測定装置の基礎データを、引張試験機２１を用いて採取した。図示するような引張試験機２１の上部に荷重検出器（ロード・セル）２２を固定し、これに試験片つかみ具(チャック)２３を連結した線材ｗ（鋼線ワイヤー）の上部を固定する。一方、線材ｗの下部はつかみ具２３で掴み，これを剛体枠下部２４に固定する。モーターで両側のフレーム２５にあるネジ棹２６を回転させることによって上下させ、線材ｗは一定の速度で引き伸ばされる。引張試験機２１の上下部試験片つかみ具２３に線材ｗ（鋼線ワイヤー）を取り付けて試験した。このとき、線材ｗには本発明の非接触応力測定装置の応力センサ部３を装着した。

【0039】

＜張力測定試験（緊張力と電圧の関係）＞
図５は引張試験機による電圧（引張強度）と張力との関係を示すグラフである。図６は本発明の複合共振法による非接触応力測定装置により測定した緊張力と電圧の関係を示すグラフである。
試験機２１による上下の変化値について、図５と図６にあるように電圧で示した。この試験結果は表１の試験結果表に示すように引張試験機２１による電圧（引張強度）と張力との関係であった。試験は３回行った（電圧１、電圧２、電圧３）。図５にこの試験結果のグラフを示す。

【0040】

図６にあるように、張力の増加に伴い，電圧が増加した。１７０ｋＮの張力変化で約１３Ｖの電圧変化が出力できており、張力変化を比較的大きな電圧変化として検出することができた。また、繰り返し測定しても履歴はほぼ変わらず、極めて高い再現性を有している。なお、載荷時は除荷時に比べ、やや電圧が高く出力される傾向が確認された。このように載荷と除荷で若干異なる履歴を描く原因は、磁気ヒステリシスの影響と考えられる。

【0041】

測定結果は図６のグラフに示すように機械的に引っ張り、その時の電圧（Ｖ）を縦軸に、張力（ｋＮ）を横軸で示す。このときの数式は数４に示す回帰式で計算した。この回帰式において、Ｔ：張力（ｋＮ）、ｅ：出力電圧（Ｖ）である。温度など諸要因の影響は考慮できていない状況ではあるが，仮に本結果から最小二乗法によりこの数式を導き出した。この数式は多項式とし、自由度調整済み決定係数が最も１に近くなる三次式とした。この実験ではＰＣ鋼撚り線を用いたて３回試験した。測定温度は１４．５℃であった。

【0042】

【数4】

【0043】

【表1】

【0044】

＜張力測定試験（張力推定）＞
図７は本発明の複合共振法による非接触応力測定装置により測定した線材の長さが２．０ｍの張力測定試験結果を示すグラフである。図８は本発明の複合共振法による非接触応力測定装置により測定した線材の長さが６．７ｍの張力測定試験結果を示すグラフである。
同じく本発明の非接触応力測定装置の基礎データを、引張試験機２１を用いて採取した結果を図６〜８に示す。引張試験機２１の上部に荷重検出器（ロード・セル）２２を固定し，さらにこれに試験片つかみ具(チャック)２３を連結し線材ｗとして鋼線ワイヤーの上部を固定する。一方、線材ｗの下部はつかみ具２３で掴み，これを剛体枠下部２４に固定する。モーターで両側のフレーム２５にあるネジ棹(さお)２６を回転させることによって上下し，線材ｗは一定の速度で引き伸ばされる。引張試験機の上下部試験片つかみ具２３に線材ｗとして鋼線ワイヤーを取り付けて試験した。

【0045】

＜張力測定試験結果（張力推定）＞
図７のグラフに示すように、測定対象としては、線材ｗの長さが２．０ｍの鋼線について、３回試験した。鋼材の温度は９．５℃〜９．９℃の範囲で試験した。計測結果は図７のグラフの横軸にロードセル計測値（ｋＮ）を示し、縦軸に本発明の応力測定装置による計測値（ｋＮ）を示す。
同様に、図８のグラフに示すように、線材ｗの長さが６．７ｍの鋼線についても、３回試験した。このときの鋼材の温度は１６．４℃〜１６．７℃の範囲で試験した。図８のグラフの横軸にロードセル計測値（ｋＮ）を示し、縦軸に本発明の応力測定装置による計測値（ｋＮ）を示す。
表２の回帰式の精度の表に示すように、これらの試験結果から決定係数は略一定の数値を示し、本発明の複合共振法による非接触応力測定装置の測定精度が高いことを示している。

【0046】

【表2】

【0047】

張力により微小に変化するヒステリシス損失成分を一次コイルの両端差電圧を所定の信号として他の増幅手段を必要とせず再現性の高い信号が得られる。応力変化に伴う磁性体の磁気特性の変化は非常に微小な変化についてその測定精度を向上させることができる。
また、増幅の出力に抵抗及びコンデンサにより励磁電流の直列共振回路７によりヒステリシス損など損失による位相のずれを補正することで、正確に測定することができる。

【実施例2】

【0048】

＜温度センサを設けた応力測定装置の構成＞
図９は実施例２の温度センサを設けた応力測定装置を示す概略構成図である。
実施例２の応力測定装置では、線材ｗの温度変化を測定する温度センサ３１を設けた。線材ｗの温度の変化値を用いて線材ｗの応力測定値を補正するためである。実際に使用されているＰＣワイヤー等の線材ｗは、気温が＋５０〜＋６０℃の気候の場所で使用されたり、逆に気温が−２０〜−３０℃の気候といった過酷な状況で使用されることがある。

【0049】

このような場合には、予め高温状況又は低温状況における測定値を温度センサ３１で採取しておき、線材ｗの温度の変化値を用いて線材ｗの応力測定値を補正することで、更に正確な測定値を得ることができる。なお、その他の装置、測定方法は実施例１と同様であるためその説明を省略する。

【0050】

なお、本発明は、線材ｗの応力変化に伴う磁気特性の微小変化を大きな変化値として検出することで、その測定精度を向上させることができれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明は、ＰＣワイヤー等の線材ｗの張力測定に限定されず、その他の応力変化を伴う金属材であれば測定に利用することができる。

【符号の説明】

【0052】

１ 一次コイル（励磁コイル）
２ 二次コイル（帰還コイル）
３ 応力センサ部
４ コンデンサ
５ 並列共振回路
６ 増幅器
７ 直列共振回路
８ 抵抗
９ コンデンサ
１０ コンデンサ
１２ 減衰器
１３ 減衰器
３１ 温度センサ
ｗ 線材（ＰＣワイヤー）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】