知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023130040
(43)【公開日】2023-09-20
(54)【発明の名称】変位測定装置
(51)【国際特許分類】
G01D 5/16 20060101AFI20230912BHJP
G01B 7/16 20060101ALI20230912BHJP
【ＦＩ】
G01D5/16 U
G01B7/16 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022034482
(22)【出願日】2022-03-07
(71)【出願人】
【識別番号】592252027
【氏名又は名称】山内 常生
(71)【出願人】
【識別番号】594184159
【氏名又は名称】丹羽 章二
(74)【代理人】
【識別番号】100095577
【弁理士】
【氏名又は名称】小西 富雅
(74)【代理人】
【識別番号】100100424
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 知公
(72)【発明者】
【氏名】山内 常生
(72)【発明者】
【氏名】丹羽 章二
【テーマコード（参考）】
2F063
2F077
【Ｆターム（参考）】
2F063AA25
2F063BA30
2F063DA02
2F063DA06
2F063EC02
2F063LA05
2F077EE07
2F077TT02
2F077TT23
(57)【要約】 （修正有）
【課題】測定対象の電気抵抗や電気容量の微小な変化を周波数の変化に変換することで、これら物理量の微小な変化を測定する変位測定装置を提供する。
【解決手段】変形することにより抵抗値が変化する第１導線と、
第１導線の第１－１部分と第１－２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第１周波数変換部と、を備え、
第１－２部分と第１－２部分の距離が変位したときの第１周波数変換部が出力する周波数の変化に基づき、第１－１部分と第１－２部分との距離の変位を特定する第１変位量特定部と、を備えてなる、変位測定装置。
【選択図】図１
【解決手段】変形することにより抵抗値が変化する第１導線と、
第１導線の第１－１部分と第１－２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第１周波数変換部と、を備え、
第１－２部分と第１－２部分の距離が変位したときの第１周波数変換部が出力する周波数の変化に基づき、第１－１部分と第１－２部分との距離の変位を特定する第１変位量特定部と、を備えてなる、変位測定装置。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
変形することにより抵抗値が変化する第１導線と、
前記第１導線の第１－１部分と第１－２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第１周波数変換部と、を備え、
前記第１－１部分と前記第１－２部分の距離が変位したときの前記第１周波数変換部が出力する周波数の変化に基づき、前記第１－１部分と前記第１－２部分との距離の変位を特定する第１変位量特定部と、を備えてなる、変位測定装置。
前記第１導線の第１－１部分と第１－２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第１周波数変換部と、を備え、
前記第１－１部分と前記第１－２部分の距離が変位したときの前記第１周波数変換部が出力する周波数の変化に基づき、前記第１－１部分と前記第１－２部分との距離の変位を特定する第１変位量特定部と、を備えてなる、変位測定装置。
【請求項2】
変形することにより抵抗値が変化する第２導線であって、前記第１導線に沿わせて配置される第２導線と、
前記第２導線に備えられる緩衝部であって、前記第２導線に外力がかかったときにその外力を吸収して前記第２導線の第２－１部分と前記第２－２部分との距離を一定に保つ、緩衝部と、
前記第２－１部分と前記第２－２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第２周波数変換部と、
前記第２周波数変換部の出力する周波数に基づき、前記第１変位量特定部が特定する変位量を補正する補正部と、
を更に備える、請求項1に記載の変位測定装置。
前記第２導線に備えられる緩衝部であって、前記第２導線に外力がかかったときにその外力を吸収して前記第２導線の第２－１部分と前記第２－２部分との距離を一定に保つ、緩衝部と、
前記第２－１部分と前記第２－２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第２周波数変換部と、
前記第２周波数変換部の出力する周波数に基づき、前記第１変位量特定部が特定する変位量を補正する補正部と、
を更に備える、請求項1に記載の変位測定装置。
【請求項3】
前記第１導線と前記第２導線とは同一材料で形成される、請求項２に記載の変位測定装置。
【請求項4】
請求項２又は請求項３に記載の変位測定装置を用いる変位測定方法であって、
前記第１導線の第１－１部分と前記第２導線の第２－１部分とを前記測定対象の第１部位に固定し、前記前記第１導線の第１－２部分と前記第２導線の第２－２部分とを前記測定対象の第２部位に固定して、ここに、前記第１導線は前記測定対象に追従して変化させ、
前記測定対象が第１状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１―１周波数と、前記測定対象が第２状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１－２周波数との差から、前記第１変位量特定部は前記測定対象の第１状態と第２状態とにおける前記第１－１部分と前記第１－２部分との距離の変位量を特定し、
ここに、前記第１状態のときの前記第２周波数変換から出力される第２－１周波数と前記第２状態のとき前記第２周波数変換部から出力される第２－２周波数とに基づき、前記補正部が前記変位量を補正する、変位測定方法。
前記第１導線の第１－１部分と前記第２導線の第２－１部分とを前記測定対象の第１部位に固定し、前記前記第１導線の第１－２部分と前記第２導線の第２－２部分とを前記測定対象の第２部位に固定して、ここに、前記第１導線は前記測定対象に追従して変化させ、
前記測定対象が第１状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１―１周波数と、前記測定対象が第２状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１－２周波数との差から、前記第１変位量特定部は前記測定対象の第１状態と第２状態とにおける前記第１－１部分と前記第１－２部分との距離の変位量を特定し、
ここに、前記第１状態のときの前記第２周波数変換から出力される第２－１周波数と前記第２状態のとき前記第２周波数変換部から出力される第２－２周波数とに基づき、前記補正部が前記変位量を補正する、変位測定方法。
【請求項5】
前記測定対象は圧縮されたコンクリートであり、
前記第１状態は前記コンクリートのデフォルト圧縮状態であり、
前記第２状態は前記第１導線と交差する方向へ前記コンクリートにスリットを形成した後の前記コンクリートの状態である、請求項４に記載の変位測定方法。
前記第１状態は前記コンクリートのデフォルト圧縮状態であり、
前記第２状態は前記第１導線と交差する方向へ前記コンクリートにスリットを形成した後の前記コンクリートの状態である、請求項４に記載の変位測定方法。
【請求項6】
請求項１に記載の変位測定装置を用いる測定方法であって、
変形することにより抵抗値が変化する第１導線を圧縮されているコンクリート製の測定対象へ埋入させ、
前記測定対象へ前記第１導線が埋入された状態での前記第１導線の第１抵抗値に対応する第１周波数を測定し、
前記測定対象から前記第１導線を埋入した部分を分離し、
前記分離した部分を第２状態としてそこに埋入されている前記第１導線の第２抵抗値に対応する第２周波数を特定し、
前記第１周波数と前記第２周波数に基づき、前記分離した部分の変位を測定する変位測定方法。
変形することにより抵抗値が変化する第１導線を圧縮されているコンクリート製の測定対象へ埋入させ、
前記測定対象へ前記第１導線が埋入された状態での前記第１導線の第１抵抗値に対応する第１周波数を測定し、
前記測定対象から前記第１導線を埋入した部分を分離し、
前記分離した部分を第２状態としてそこに埋入されている前記第１導線の第２抵抗値に対応する第２周波数を特定し、
前記第１周波数と前記第２周波数に基づき、前記分離した部分の変位を測定する変位測定方法。
【請求項7】
下記式１の特性を有する第１導線と、
ΔR1＝ρ1＊ΔL/A1＋α1＊Δｔ （１）
ここに、未知数としてのΔR1は第１導線の抵抗値変化、ΔLは第１導線の軸方向の変化、Δｔは温度変化であり、既知数としてのρ1は第１導線の材料の電気抵抗率、A1は第１導線の断面積、α１は第１導線の材料の抵抗温度係数である、
前記第１－１部分と前記第１－２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第１周波数変換部と、
下記式２の特性を有する第２導線と、
ΔR２＝ρ２＊ΔL/A２＋α２＊Δｔ （２）
ここに、未知数としてのΔR２は第２導線の抵抗値変化、ΔLは第２導線の軸方向の変化、Δｔは温度変化であり、既知数としてのρ２は第２導線の材料の電気抵抗率、A２は第２導線の断面積、α２は第２導線の材料の抵抗温度係数である、
前記第２－１部分と前記第２―２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第２周波数変換部と、
前記第１周波数変換部から出力される周波数の変化から第１導線の抵抗値変化ΔR1を求めて前記式１へ代入し、前記第２周波数変換部から出力される周波数の変化から第２導線の抵抗値変化ΔR2を求めて式２へ代入し、ΔLとΔｔの少なくとも一つを特定する特定部と、
を備えてなる変位量特定装置。
ΔR1＝ρ1＊ΔL/A1＋α1＊Δｔ （１）
ここに、未知数としてのΔR1は第１導線の抵抗値変化、ΔLは第１導線の軸方向の変化、Δｔは温度変化であり、既知数としてのρ1は第１導線の材料の電気抵抗率、A1は第１導線の断面積、α１は第１導線の材料の抵抗温度係数である、
前記第１－１部分と前記第１－２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第１周波数変換部と、
下記式２の特性を有する第２導線と、
ΔR２＝ρ２＊ΔL/A２＋α２＊Δｔ （２）
ここに、未知数としてのΔR２は第２導線の抵抗値変化、ΔLは第２導線の軸方向の変化、Δｔは温度変化であり、既知数としてのρ２は第２導線の材料の電気抵抗率、A２は第２導線の断面積、α２は第２導線の材料の抵抗温度係数である、
前記第２－１部分と前記第２―２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第２周波数変換部と、
前記第１周波数変換部から出力される周波数の変化から第１導線の抵抗値変化ΔR1を求めて前記式１へ代入し、前記第２周波数変換部から出力される周波数の変化から第２導線の抵抗値変化ΔR2を求めて式２へ代入し、ΔLとΔｔの少なくとも一つを特定する特定部と、
を備えてなる変位量特定装置。
【請求項8】
請求項７に記載の変位測定装置を用いる変位測定方法であって、
前記第１導線の第１－１部分と前記第２導線の第２－１部分とを前記測定対象の第１部位に固定し、前記前記第１導線の第１－２部分と前記第２導線の第２－２部分とを前記測定対象の第２部位に固定し、ここに、前記第１導線を前記測定対象に追従して変化させ、
前記測定対象が第１状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１―１周波数と、前記測定対象が第２状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１－２周波数との差からΔＲ１を特定し、前記第１状態のときの前記第２周波数変換から出力される第２－１周波数と前記第２状態のとき前記第２周波数変換部から出力される第２－２周波数との差からΔＲ２を特定し、それぞれ前記式（１）及び式（２）へ代入し、ΔＬとΔｔの少なくとも１つの値を演算する、
変位測定方法。
前記第１導線の第１－１部分と前記第２導線の第２－１部分とを前記測定対象の第１部位に固定し、前記前記第１導線の第１－２部分と前記第２導線の第２－２部分とを前記測定対象の第２部位に固定し、ここに、前記第１導線を前記測定対象に追従して変化させ、
前記測定対象が第１状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１―１周波数と、前記測定対象が第２状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１－２周波数との差からΔＲ１を特定し、前記第１状態のときの前記第２周波数変換から出力される第２－１周波数と前記第２状態のとき前記第２周波数変換部から出力される第２－２周波数との差からΔＲ２を特定し、それぞれ前記式（１）及び式（２）へ代入し、ΔＬとΔｔの少なくとも１つの値を演算する、
変位測定方法。
【請求項9】
前記測定対象は圧縮されたコンクリートであり、
前記第１状態は前記コンクリートのデフォルト圧縮状態であり、
前記第２状態は前記第１導線及び前記第２導線と交差する方向へ前記コンクリートにスリットを形成した後の前記コンクリートの状態である、請求項８に記載の変位測定方法。
前記第１状態は前記コンクリートのデフォルト圧縮状態であり、
前記第２状態は前記第１導線及び前記第２導線と交差する方向へ前記コンクリートにスリットを形成した後の前記コンクリートの状態である、請求項８に記載の変位測定方法。
【請求項10】
前記測定対象は圧縮されたコンクリートであり、
前記第１導線と前記第２導線は前記コンクリートへ埋入され、
前記第１状態は前記コンクリートのデフォルト圧縮状態であり、
前記第２状態は前記第１導線と前記第２導線を共に埋入した部分を前記測定対象から分離した後の、該部分の状態である、請求項８に記載の変位測定方法。
前記第１導線と前記第２導線は前記コンクリートへ埋入され、
前記第１状態は前記コンクリートのデフォルト圧縮状態であり、
前記第２状態は前記第１導線と前記第２導線を共に埋入した部分を前記測定対象から分離した後の、該部分の状態である、請求項８に記載の変位測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は変位測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
測定対象の電気抵抗や電気容量の微小な変化を周波数の変化に変換することで、これら物理量の微小な変化を測定する技術が特許文献１に紹介されている。
コンクリート構造物、特にプレストレスコンクリート構造物（以下、「ＰＣ構造物」という）の劣化状況を測定するための変位測定装置が特許文献２及び特許文献３に紹介されている。
コンクリート構造物、特にプレストレスコンクリート構造物（以下、「ＰＣ構造物」という）の劣化状況を測定するための変位測定装置が特許文献２及び特許文献３に紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開ＷＯ２０２１－１４５４２８号公報
【特許文献2】特許第６７５７００７号公報
【特許文献3】特開２００７－１７０９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
この発明は、特許文献１で紹介された技術を特許文献２及び特許文献３等で紹介された変位測定装置に適用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その第1局面は次のように規定される。即ち、
変形することにより抵抗値が変化する第１導線と、
前記第１導線の第１－１部分と第１－２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第１周波数変換部と、を備え、
前記第１－1部分と前記第１－２部分の距離が変位したときの前記第１周波数変換部が出力する周波数の変化に基づき、前記第１－１部分と前記第１－２部分との距離の変位を特定する第１変位量特定部と、を備えてなる、変位測定装置。
変形することにより抵抗値が変化する第１導線と、
前記第１導線の第１－１部分と第１－２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する第１周波数変換部と、を備え、
前記第１－1部分と前記第１－２部分の距離が変位したときの前記第１周波数変換部が出力する周波数の変化に基づき、前記第１－１部分と前記第１－２部分との距離の変位を特定する第１変位量特定部と、を備えてなる、変位測定装置。
【0006】
このように規定される第１局面の変位測定装置によれば、第１導線の第１－１部分から第１－２部分をセンサ部として、その抵抗、即ちインピーダンスの変化にともない周波数を変化させる第１の発振回路を構成する。ここに、第１－１部分と第１－２部分との距離は測定対象の膨張又は収縮に応じて変化する。
第１の発振回路の出力する周波数と第１導線における第１－１部分から第１－２部分までの部分の抵抗の変化との関係を予め求めておけば、第１の発振回路が出力する周波数変化より第１－１部分から第１－２部分までの部分の抵抗変化を特定できる。第１導線においてその変形量と抵抗値の変化との関係が予め求められておれば、周波数の変化に基づき第１－１部分と第１－２部分との間の距離の変化を求めることができる。測定対象の膨張又は収縮に対応し、第１－１部分と第１－２部分が測定対象の第１部位と第２部位とに固定されたとき、当該距離の変化は第１部位と第２部位との変位に相当する。
第１の発振回路の出力する周波数と第１導線における第１－１部分から第１－２部分までの部分の抵抗の変化との関係を予め求めておけば、第１の発振回路が出力する周波数変化より第１－１部分から第１－２部分までの部分の抵抗変化を特定できる。第１導線においてその変形量と抵抗値の変化との関係が予め求められておれば、周波数の変化に基づき第１－１部分と第１－２部分との間の距離の変化を求めることができる。測定対象の膨張又は収縮に対応し、第１－１部分と第１－２部分が測定対象の第１部位と第２部位とに固定されたとき、当該距離の変化は第１部位と第２部位との変位に相当する。
【0007】
第１導線の抵抗値が温度により変化するものであるとき、その温度の影響を補正することが好ましい。
そこでこの発明では、温度補正のための第２導線を第１導線に沿わせて測定対象に配置する。即ち、第２導線の第２－１部分と第２－２部分とを測定対象の第１部位と第２部位へ固定する。ここに、第２導線に緩衝部を設けて、測定対象の第１部位と第２部位とが変位しても、その変位が緩衝部に緩衝されて、第２導線の第２－１部分と第２－２部分との距離の変化として現れないとき、この第２導線から得られる周波数の変化は温度の変化に起因するものと考えられる。よって、当該周波数の変化を用いて、第１の発振回路が出力する周波数変化を補正できる（第２局面、第４局面）。
ここに、第２導線は第１導線と同一の材料で形成することが好ましい。電気抵抗の温度変化が等しいからである（第３局面）。
そこでこの発明では、温度補正のための第２導線を第１導線に沿わせて測定対象に配置する。即ち、第２導線の第２－１部分と第２－２部分とを測定対象の第１部位と第２部位へ固定する。ここに、第２導線に緩衝部を設けて、測定対象の第１部位と第２部位とが変位しても、その変位が緩衝部に緩衝されて、第２導線の第２－１部分と第２－２部分との距離の変化として現れないとき、この第２導線から得られる周波数の変化は温度の変化に起因するものと考えられる。よって、当該周波数の変化を用いて、第１の発振回路が出力する周波数変化を補正できる（第２局面、第４局面）。
ここに、第２導線は第１導線と同一の材料で形成することが好ましい。電気抵抗の温度変化が等しいからである（第３局面）。
【0008】
第２導線と第１導線とを次のように異なる材料で形成することもできる（第７局面）。
第１導線は下記式１の特性を有する。
ΔR1＝ρ1＊ΔL/A1＋α1＊Δｔ （１）
ここに、未知数としてのΔR1は第１導線の抵抗値変化、ΔLは第１導線の軸方向の変化、Δｔは温度変化であり、既知数としてのρ1は第１導線の材料の電気抵抗率、A1は第１導線の断面積、α１は第１導線の材料の抵抗温度係数である。
第１導線は下記式１の特性を有する。
ΔR1＝ρ1＊ΔL/A1＋α1＊Δｔ （１）
ここに、未知数としてのΔR1は第１導線の抵抗値変化、ΔLは第１導線の軸方向の変化、Δｔは温度変化であり、既知数としてのρ1は第１導線の材料の電気抵抗率、A1は第１導線の断面積、α１は第１導線の材料の抵抗温度係数である。
【0009】
第２導線は下記式２の特性を有する。
ΔR２＝ρ２＊ΔL/A２＋α２＊Δｔ （２）
ここに、未知数としてのΔR２は第２導線の抵抗値変化、ΔLは第２導線の軸方向の変化、Δｔは温度変化であり、既知数としてのρ２は第２導線の材料の電気抵抗率、A２は第２導線の断面積、α２は第２導線の材料の抵抗温度係数である。
ΔR２＝ρ２＊ΔL/A２＋α２＊Δｔ （２）
ここに、未知数としてのΔR２は第２導線の抵抗値変化、ΔLは第２導線の軸方向の変化、Δｔは温度変化であり、既知数としてのρ２は第２導線の材料の電気抵抗率、A２は第２導線の断面積、α２は第２導線の材料の抵抗温度係数である。
【0010】
第１周波数変換部は前記第１－１部分と前記第１－２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する。
第２周波数変換部は前記第２－１部分と前記第２―２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する。
第２周波数変換部は前記第２－１部分と前記第２―２部分との間の抵抗値を周波数に変換して出力する。
【0011】
ここに、第１周波数変換部から出力される周波数の変化から第１導線の抵抗値変化ΔR1を求めて式１へ代入し、第２周波数変換部から出力される周波数の変化から第２導線の抵抗値変化ΔR2を求めて式２へ代入し、これらの連立法的式を解くことで、ΔLとΔｔが特定される。
【0012】
かかる変位測定装置は、ＰＣ構造物の現有応力測定に適用できる。
その一つである応力開放法の適用例として第５局面が提案される。即ち、
第２又は第３局面に記載の変位測定装置を用いる変位測定方法であって、
前記第１導線の第１－１部分と前記第２導線の第２－１部分とを前記測定対象の第１部位に固定し、前記前記第１導線の第１－２部分と前記第２導線の第２－２部分とを前記測定対象の第２部位に固定して、ここに、前記第１導線は前記測定対象に追従して変化させ、
前記測定対象が第１状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１―１周波数と、前記測定対象が第２状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１－２周波数との差から、前記第１変位量特定部は前記測定対象の第１状態と第２状態とにおける前記第１－１部分と前記第１－２部分との距離の変位量を特定し、
ここに、前記第１状態のときの前記第２周波数変換から出力される第２－１周波数と前記第２状態のとき前記第２周波数変換部から出力される第２－２周波数とに基づき、前記補正部が前記変位量を補正する、変位測定方法において、
前記測定対象は圧縮されたコンクリートであり、
前記第１状態は前記コンクリートのデフォルト圧縮状態であり、
前記第２状態は前記第１導線と交差する方向へ前記コンクリートにスリットを形成した後の前記コンクリートの状態である、変位測定方法。
その一つである応力開放法の適用例として第５局面が提案される。即ち、
第２又は第３局面に記載の変位測定装置を用いる変位測定方法であって、
前記第１導線の第１－１部分と前記第２導線の第２－１部分とを前記測定対象の第１部位に固定し、前記前記第１導線の第１－２部分と前記第２導線の第２－２部分とを前記測定対象の第２部位に固定して、ここに、前記第１導線は前記測定対象に追従して変化させ、
前記測定対象が第１状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１―１周波数と、前記測定対象が第２状態のときの前記第１周波数変換部から出力される第１－２周波数との差から、前記第１変位量特定部は前記測定対象の第１状態と第２状態とにおける前記第１－１部分と前記第１－２部分との距離の変位量を特定し、
ここに、前記第１状態のときの前記第２周波数変換から出力される第２－１周波数と前記第２状態のとき前記第２周波数変換部から出力される第２－２周波数とに基づき、前記補正部が前記変位量を補正する、変位測定方法において、
前記測定対象は圧縮されたコンクリートであり、
前記第１状態は前記コンクリートのデフォルト圧縮状態であり、
前記第２状態は前記第１導線と交差する方向へ前記コンクリートにスリットを形成した後の前記コンクリートの状態である、変位測定方法。
【0013】
ＰＣ構造物の現有応力測定法の一つであるコア応力開放法への適用例として、第６局面の発明を提案する。即ち、
第１局面の変位測定方法において、前記測定対象は圧縮されたコンクリートであり、
変形することにより抵抗値が変化する第１導線を圧縮されているコンクリート製の測定対象へ埋入させ、
前記測定対象へ前記第１導線が埋入された状態での前記第１導線の第１抵抗値に対応する第１周波数を測定し、
前記測定対象から前記第１導線を埋入した部分を分離し、
前記分離した部分を第２状態としてそこに埋入されている前記第１導線の第２抵抗値に対応する第２周波数を特定し、
前記第１周波数と前記第２周波数に基づき、前記分離した部分の変位を測定する変位測定方法。
第１局面の変位測定方法において、前記測定対象は圧縮されたコンクリートであり、
変形することにより抵抗値が変化する第１導線を圧縮されているコンクリート製の測定対象へ埋入させ、
前記測定対象へ前記第１導線が埋入された状態での前記第１導線の第１抵抗値に対応する第１周波数を測定し、
前記測定対象から前記第１導線を埋入した部分を分離し、
前記分離した部分を第２状態としてそこに埋入されている前記第１導線の第２抵抗値に対応する第２周波数を特定し、
前記第１周波数と前記第２周波数に基づき、前記分離した部分の変位を測定する変位測定方法。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【0015】
この発明の実施形態の変位測定装置１の構成を図１に示す。
この変位測定装置５０はセンサ用出力装置１及びセンサ部１００から構成される。
このセンサ用出力装置１は発振回路部５、波形調整部７、波形解析部１０、周波数補正部２０及び特定部３０から構成される。
この変位測定装置５０はセンサ用出力装置１及びセンサ部１００から構成される。
このセンサ用出力装置１は発振回路部５、波形調整部７、波形解析部１０、周波数補正部２０及び特定部３０から構成される。
【0016】
発振回路部５は第１のインピーダンス部として第１導線１０１、第２のインピーダンス部としてのキャパシタ（コンデンサ）ＣＡ及びコンパレータとから構成される汎用的な発振回路である。第１導線１０１には鋼線が用いられ、その第１－１部分１０１ａが測定対象（ＰＣ構造物）の第１部位Ａに固定され、その第１－２部分１０１ｂが測定対象の第２部位Ｂに固定される。第１－１部分１０１ａと第１－２部分１０１ｂとはテンションのかかった状態でそれぞれ測定対象の第１部位Ａと第２部位Ｂとに固定される。従って、測定対象の第１部位Ａと第２部位Ｂとの変位（伸長若しくは収縮）応じて、第１－１部位１０１ａと第１－２部分１０１ｂとの距離が変化する。これにより、第１導線１０１全体の抵抗値も変化する。
【0017】
この発振回路部５では、第１導線に沿わせて第２導線１０２を配置した。第１導線１０２には第１導線と同一材料の鋼線が用いられ、その第２－１部分１０２ａが測定対象の第１部位Ａに固定され、その第２－２部分１０２ｂが測定対象の第２部位Ｂに固定される。符号１０２ｃは緩衝部であり、例えばコイルで形成される。この緩衝部１０２ｃがあることで、測定対象の第１部位Ａと第２部位Ｂとが変位（伸長若しくは収縮）して第２－１部分１０２ａと第２－２部分１０２ｂとの距離が変化しても、その変化に応じて第２導線１０２の抵抗値は変化せずに、一定である。
第１導線１０１と第２導線１０２とはスイッチＳＷ１により切り替えられる。
この例では、第１導線と第２導線は鋼線に限定されるものではなく、その伸びに応じて電気抵抗値が変化するものであれば、特に限定されない。
第１導線１０１と第２導線１０２とはスイッチＳＷ１により切り替えられる。
この例では、第１導線と第２導線は鋼線に限定されるものではなく、その伸びに応じて電気抵抗値が変化するものであれば、特に限定されない。
【0018】
第１導線１０１を選択した発振回路部５の状態が測定モードであり、第２導線１０２を選択した発振回路部５の状態が基準モードである。
この例では発振回路としてＲＣ回路を採用したが、当業者であればインバータやＮＡＮＤゲートを組み合わせる構成を容易に想定できよう。
この例では発振回路としてＲＣ回路を採用したが、当業者であればインバータやＮＡＮＤゲートを組み合わせる構成を容易に想定できよう。
【0019】
波形調整部７は、測定モードの出力と基準モードの出力との波形（矩形波）に変化を与える。この例では、スイッチＳＷ１に同期させてスイッチＳＷ２を切り替えることで、それぞれ出力波形の振幅に変化を与えている。
波形解析部１０は矩形波の周波数を特定する。即ち、矩形波の立ち上がりから立下りまでのクロック数をカウントする。クロックとしては１ＭＨｚ以上を用いるものとする。クロック数から矩形波（即ち１／２波長）の時間が特定されるので、周波数が計算できる。勿論、連続した複数の矩形波に含まれるクロック数をカウントしてもよい。
波形解析部１０は矩形波の周波数を特定する。即ち、矩形波の立ち上がりから立下りまでのクロック数をカウントする。クロックとしては１ＭＨｚ以上を用いるものとする。クロック数から矩形波（即ち１／２波長）の時間が特定されるので、周波数が計算できる。勿論、連続した複数の矩形波に含まれるクロック数をカウントしてもよい。
【0020】
波形解析部１０で特定されたデジタルデータとして周波数は出力補正部としての周波数補正部２０の周波数保存部２３に保存される。
波形解析部１０の出力は単なる周波数に関するデータであるので、それが測定モードに由来するものか、若しくは基準モードに由来するものかを、データのみから特定することはできない。そこで、この例では、スイッチＳＷ１の切替えのタイミング（時刻ｔ1）をタイミング発生部２１からの信号で制御する。タイミング発生部２１から切替信号を出力したタイミング（時刻ｔ１）は周波数保存部２３に送られて、波形解析部１０から送られるデータに関連付けて保存される。これにより、周波数保存部２３に保存される周波数に関するデータは、それが得られた時刻と紐づけられる。
波形解析部１０の出力は単なる周波数に関するデータであるので、それが測定モードに由来するものか、若しくは基準モードに由来するものかを、データのみから特定することはできない。そこで、この例では、スイッチＳＷ１の切替えのタイミング（時刻ｔ1）をタイミング発生部２１からの信号で制御する。タイミング発生部２１から切替信号を出力したタイミング（時刻ｔ１）は周波数保存部２３に送られて、波形解析部１０から送られるデータに関連付けて保存される。これにより、周波数保存部２３に保存される周波数に関するデータは、それが得られた時刻と紐づけられる。
【0021】
周波数減算部２５は測定モードでの周波数（時刻ｔ１）から、スイッチＳＷ１を切替えた直後での基準モードでの周波数（時刻ｔ２）を減算する。そして、次にスイッチＳＷ１を切替えた直後の測定モードでの周波数（時刻ｔ３）から、再度スイッチＳＷ１を切り替えた直後の基準モードでの周波数（時刻ｔ４）を減算する。以後、これを繰り返す。
【0022】
測定対象の第１部位Ａと第２部位Ｂとが変化しても、緩衝部１０２ｃの作用により、第２導線１０２の電気抵抗は変化しないので、基準モードでの周波数の変化は、周囲環境（特に温度）変化に起因する。かかる周囲環境の変化は第１導線１０１も同様に被るので、第２導線１０２から得られた周波数変化で第１導線１０１からの周波数を補正することで、周囲環境の変化が補正される。
【0023】
特定部３０は、周波数補正部２０で補正された周波数の変化を、予め求めておいた校正データに照らして、電気抵抗変化として特定する。
更には、第１導線１０１における第１－１部分１０１aと第１－２部分１０１ｂとの距離と抵抗との関係を予め求めておけば、電気抵抗変化から第１－１部分１０１aと第１－２部分１０１ｂとの距離の変化が特定される。この距離の変化は測定対象の第１部位Ａと第２部位Ｂとの変位に該当する。
更には、第１導線１０１における第１－１部分１０１aと第１－２部分１０１ｂとの距離と抵抗との関係を予め求めておけば、電気抵抗変化から第１－１部分１０１aと第１－２部分１０１ｂとの距離の変化が特定される。この距離の変化は測定対象の第１部位Ａと第２部位Ｂとの変位に該当する。
【0024】
この発明の他の実施形態の変位測定装置６０の構成を図２に示す。
なお、図１と同一の採用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この変位測定装置６０はセンサ用出力装置１及びセンサ部２００から構成される。
なお、図１と同一の採用を奏する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この変位測定装置６０はセンサ用出力装置１及びセンサ部２００から構成される。
【0025】
センサ部２００において第１導線１０１には鋼線が用いられ、その第１－１部分１０１ａが測定対象の第１部位Ａに固定され、その第１－２部分１０１ｂが測定対象の第２部位Ｂに固定される。第１－１部分１０１ａと第１－２部分１０１ｂとはテンションのかかった状態でそれぞれ測定対象の第１部位Ａと第２部位Ｂとに固定される。従って、測定対象の第１部位Ａと第２部位Ｂとの変位（伸長若しくは収縮）に応じて、第１－１部分１０１ａと第１－２部分１０１ｂとの距離が変化する。これにより、第１導線１００全体の抵抗値も変化する。
【0026】
この発振回路部５では、第１導線１０１に沿わせて第２導線１０２が配置される。第２導線１０２には第１導線と異なる材料の鋼線が用いられ、その第２－１部分１０２ａが測定対象の第１部位Ａに固定され、その第２－２部分１０２ｂが測定対象の第２部位Ｂに固定される。従って、測定対象の第１部位Ａと第２部位Ｂとの変位（伸長若しくは収縮）に応じて、第２－１部分１０２ａと第２－２部分１０２ｂとの距離が変化する。これにより、第２導線１００全体の抵抗値も変化する。
【0027】
第１導線１０１を選択した発振回路部５の状態が測定モードとし、第２導線１０２を選択した発振回路部５の状態が基準モードとして、各モードにおける周波数変化を測定する。
この周波数変化から各導線の抵抗値変化ΔＲが特定されるので、第７局面で説明した式１に第１導線１０１の抵抗値変化ΔＲ１を代入し、式２に第２導線の抵抗値変化ΔＲ２を代入し、式１及び式２を二元一次連立方程式として汎用的な手法で解けば、第１導線における第１－１部分１０１aと第１－２部分１０１aとの距離の変化ΔＬ１（第２導線における第２－１部分１０２aと第２－２部分１０２ｂとの距離の変化ΔＬ２に等しい）が特定され、もって測定対象の第１部位Ａと第２部位Ｂとの変位が特定される。
併せて、測定対象の温度変化Δｔも特定される。
この周波数変化から各導線の抵抗値変化ΔＲが特定されるので、第７局面で説明した式１に第１導線１０１の抵抗値変化ΔＲ１を代入し、式２に第２導線の抵抗値変化ΔＲ２を代入し、式１及び式２を二元一次連立方程式として汎用的な手法で解けば、第１導線における第１－１部分１０１aと第１－２部分１０１aとの距離の変化ΔＬ１（第２導線における第２－１部分１０２aと第２－２部分１０２ｂとの距離の変化ΔＬ２に等しい）が特定され、もって測定対象の第１部位Ａと第２部位Ｂとの変位が特定される。
併せて、測定対象の温度変化Δｔも特定される。
【0028】
図２の変位測定装置６０を応力解放法に適用する例を図３に示す。
図３において、図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図３において符号３００は測定対象たるＰＣ構造物を示し、符号３０１はスリットである。
測定対象３００の表面に第１部位Ａと第２部位Ｂとが固定される。両者の間の距離はＬＡＢである。
第１部位Ａにアーチ状のブリッジ３０３の一端が片持ちはりの状態で固定される。ブリッジ３０３の自由端と第１部位Ｂとの間に第１導線１０１が架設される。即ち、第１導線１０１の一端は第１部位Ｂに直接固定され、その他端はブリッジ３０３の自由端に固定される。
第１導線１０１において変形する部位の長さ、換言すれば第１部位Ａに固定される第１－１部分１０１ａと第２部位Ｂに固定される第１－２部分１０１ｂとの距離はＬａｂで表される。
図３において、図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図３において符号３００は測定対象たるＰＣ構造物を示し、符号３０１はスリットである。
測定対象３００の表面に第１部位Ａと第２部位Ｂとが固定される。両者の間の距離はＬＡＢである。
第１部位Ａにアーチ状のブリッジ３０３の一端が片持ちはりの状態で固定される。ブリッジ３０３の自由端と第１部位Ｂとの間に第１導線１０１が架設される。即ち、第１導線１０１の一端は第１部位Ｂに直接固定され、その他端はブリッジ３０３の自由端に固定される。
第１導線１０１において変形する部位の長さ、換言すれば第１部位Ａに固定される第１－１部分１０１ａと第２部位Ｂに固定される第１－２部分１０１ｂとの距離はＬａｂで表される。
【0029】
ブリッジ３０３は、第１導線１０１より剛性が強く、第１部位Ａと第２部位Ｂとの相対的な変位が全て第１導線１０１の変形に反映される。
またブリッジ３０３は、第１部位Ａ及び第２部位Ｂ間に架設した状態で、その内側へスリット３０１を形成する際、その治具との干渉を避ける高さが必要である。
上記の事例では、スリット３０１を第１部位Ａと第２部位Ｂの中間に穿設した。
しかし、スリットの穿設に伴う応力解放の前後で第１部位Ａと第２部位Ｂとの
間の変形量が検出できる位置に少なくとも１つのスリット３０１を穿設すれば、
逆解析で現有応力が推定できる。
またブリッジ３０３は、第１部位Ａ及び第２部位Ｂ間に架設した状態で、その内側へスリット３０１を形成する際、その治具との干渉を避ける高さが必要である。
上記の事例では、スリット３０１を第１部位Ａと第２部位Ｂの中間に穿設した。
しかし、スリットの穿設に伴う応力解放の前後で第１部位Ａと第２部位Ｂとの
間の変形量が検出できる位置に少なくとも１つのスリット３０１を穿設すれば、
逆解析で現有応力が推定できる。
【0030】
図３の第１導線１０１は、図２の発振回路５に組み込まれるように、導線を介してスイッチＳＷ１とコンパレータとの間に配置される。スリット３０１を形成する前のデフォルトの状態において、第１導線１０１からの発振周波数を記録する。
次に、スリット３０１を穿設した後の導線１０１からの発振周波数を記録し、前者の周波数と後者の周波数とを比較する。周波数の差より、第１導線１０１における電気抵抗の変化ΔＲ１が特定される。
同様にして、図示しない、第２導線１０２からの周波数変化に基づきその電気抵抗の変化ΔＲ２が特定される。
これらの値を既述の連立方程式に代入することで、第１導線１０１（第２導線１０２）の変形量が特定される。そして、この特定した変形量より、測定対象物の物性値と第１部位Ａおよび第２部位Ｂと穿設したスリット３０１との位置関係を考慮し、逆解析で測定対象物の現有応力を求める。
次に、スリット３０１を穿設した後の導線１０１からの発振周波数を記録し、前者の周波数と後者の周波数とを比較する。周波数の差より、第１導線１０１における電気抵抗の変化ΔＲ１が特定される。
同様にして、図示しない、第２導線１０２からの周波数変化に基づきその電気抵抗の変化ΔＲ２が特定される。
これらの値を既述の連立方程式に代入することで、第１導線１０１（第２導線１０２）の変形量が特定される。そして、この特定した変形量より、測定対象物の物性値と第１部位Ａおよび第２部位Ｂと穿設したスリット３０１との位置関係を考慮し、逆解析で測定対象物の現有応力を求める。
【0031】
ここに、第１導線１０１において第１－１部分１０１ａと第１－２部分１０１ｂとの距離Ｌａｂを第１部位Ａと第２部位Ｂとの距離ＬＡＢより小さくすることで、第１部位Ａと第２部位Ｂとの間で測定されるひずみの変化量がＬＡＢ／Ｌａｂ倍に増幅されている。
上記の例では、スリット３０１を穿設するときの応力開放の状態（即ち第１部位Ａと第２部位Ｂとの変位の状態）を動的に観察することもできる。
上記において、第１部位Ａと第２部位Ｂを設けるベースを、スリット形成用治具との干渉が無くなるように測定対象３００から突出させれば、ブリッジ３０３を第１部位Ａ及び第２部位Ｂと同一平面に配置可能である。
上記において、スリット３０１を第１部位Ａと第２部位Ｂの中間に設けたが、第１部位Ａの左に設けても第２部位Ｂの右に設けても、双方に設けてもよい。
上記の例では、スリット３０１を穿設するときの応力開放の状態（即ち第１部位Ａと第２部位Ｂとの変位の状態）を動的に観察することもできる。
上記において、第１部位Ａと第２部位Ｂを設けるベースを、スリット形成用治具との干渉が無くなるように測定対象３００から突出させれば、ブリッジ３０３を第１部位Ａ及び第２部位Ｂと同一平面に配置可能である。
上記において、スリット３０１を第１部位Ａと第２部位Ｂの中間に設けたが、第１部位Ａの左に設けても第２部位Ｂの右に設けても、双方に設けてもよい。
【0032】
図２の変位測定装置６０をコア応力解放法に適用する例を図４に示す。
図４において、図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図４において符号４００は測定対象たるＰＣ構造物を示す。また図中の破線はオーバーコアリングの位置を示す。
この例では、図４の拡大図に示すように第１導線１０１と第２導線１０２とが折り返した状態で、かつ直線状にＰＣ構造物４００に埋設されている。
埋設された状態で第１導線１０１及び第２導線１０２から得られる周波数と、オーバーコアリングした後に得られる第１導線及び第２導線から得られる周波数とを比較することで、応力開放後のコアの変形量を得ることができることは図３の例と同様である。そして、このコアの変形量より、応力解放を行ったコアの大きさと物性値ならびに第１導線と第２導線との位置関係を考慮し、逆解析で測定対象物の現有応力を求める。
図４において、図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図４において符号４００は測定対象たるＰＣ構造物を示す。また図中の破線はオーバーコアリングの位置を示す。
この例では、図４の拡大図に示すように第１導線１０１と第２導線１０２とが折り返した状態で、かつ直線状にＰＣ構造物４００に埋設されている。
埋設された状態で第１導線１０１及び第２導線１０２から得られる周波数と、オーバーコアリングした後に得られる第１導線及び第２導線から得られる周波数とを比較することで、応力開放後のコアの変形量を得ることができることは図３の例と同様である。そして、このコアの変形量より、応力解放を行ったコアの大きさと物性値ならびに第１導線と第２導線との位置関係を考慮し、逆解析で測定対象物の現有応力を求める。
【0033】
図４の例では、ＰＣ構造物の紙面の左右方向（Ｚ方向）の応力を推定できることとなる。第１導線１０１と第２導線１０２とを紙面の上下方向に配置すればＰＣ構造物のＹ方向の応力を推定できる。第１導線１０１と第２導線１０２とを紙面垂直方向に配置すればＰＣ構造物のＸ方向の応力を推定できる。
【0034】
この発明の実施形態では第１導線や第２導線の抵抗値の変化を発振回路の周波数の変化として検出する方法について記載した。しかしながら、抵抗値の微小な変化はホイートストンブリッジ回路等で検出することもできる。さらに、
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【符号の説明】
【0035】
１ センサ用出力装置
５０、６０ 変位測定装置
１００ センサ部
１０１ 第１導線
１０２ 第２導線
１０１a 第１導線の第１－１部分
１０１ｂ 第１導線の第１－２部分
１０２a 第２導線の第２－１部分
１０２ｂ 第２導線の第２－２部分
３００、４００ 測定対象
３０１ スリット
Ａ 第１部位
Ｂ 第２部位
５０、６０ 変位測定装置
１００ センサ部
１０１ 第１導線
１０２ 第２導線
１０１a 第１導線の第１－１部分
１０１ｂ 第１導線の第１－２部分
１０２a 第２導線の第２－１部分
１０２ｂ 第２導線の第２－２部分
３００、４００ 測定対象
３０１ スリット
Ａ 第１部位
Ｂ 第２部位
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
