JP2003270061A - Method and device for detecting stress - Google Patents
Method and device for detecting stressInfo
- Publication number
- JP2003270061A JP2003270061A JP2002069213A JP2002069213A JP2003270061A JP 2003270061 A JP2003270061 A JP 2003270061A JP 2002069213 A JP2002069213 A JP 2002069213A JP 2002069213 A JP2002069213 A JP 2002069213A JP 2003270061 A JP2003270061 A JP 2003270061A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detected
- coil
- eddy current
- stress
- core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、回転す
る軸あるいは平板に外部から加えられる応力を非接触で
検出する応力検出方法および応力検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stress detecting method and a stress detecting device for non-contact detecting a stress applied to a rotating shaft or a flat plate from the outside.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、たとえば、回転する軸に加えられ
る応力(トルク)を検出するものとして、磁性を有する
軸の中心線に対して+45度およびー45度方向の軸周
囲表面に溝を設けて磁化異方性を持たせ、軸に応力を加
えた結果生じる磁歪効果による透磁率の変化を、軸を貫
通させるようにして設けた、交流電流により付勢した1
個または2個のコイルにより検出する方法、あるいは、
軸の一部分の径を小さくして剛性を弱め、応力によるね
じり量を顕在化させ、軸径の小さい部分の両側でねじり
角を検出する方法、あるいは、軸の表面にあらかじめ磁
気異方性を持たせた磁性薄片を貼り付けて、磁歪効果に
よる磁気透磁率の変化を検出コイルで検出する方法、あ
るいは、歪ゲージを軸の表面に貼り付けて、スリップリ
ングにより信号を取出す方法などがある。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in order to detect a stress (torque) applied to a rotating shaft, a groove is formed on the surface around the shaft in the directions of + 45 ° and −45 ° with respect to the center line of the magnetic shaft. A magnetic anisotropy is provided to change the magnetic permeability due to the magnetostriction effect resulting from applying stress to the shaft.
Or two coils to detect, or
Decrease the diameter of a part of the shaft to weaken the rigidity to make the amount of twist due to stress manifest, and detect the twist angle on both sides of the part with a small shaft diameter, or pre-exist magnetic anisotropy on the surface of the shaft There is a method in which a magnetic thin piece is attached and a change in magnetic permeability due to the magnetostriction effect is detected by a detection coil, or a strain gauge is attached to the surface of a shaft and a signal is taken out by a slip ring.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】磁歪効果を利用する方
法では、透磁率も温度により変化するため、周囲温度が
変化すると応力信号も変化する。温度の影響を補正する
手段として、正、負方向の歪による応力信号を差動検出
して温度の影響を除いているが、温度による透磁率の変
化は応力による変化よりも大きいため、充分ではない。
また、歪ゲージによる方法では、温度に対する安定性は
よいが、スリップリングを使用するため、軸の回転が高
速になるとスリップリングの接触が悪くなり、応力信号
が不安定になることがあり、用途が限定される。In the method utilizing the magnetostriction effect, the magnetic permeability also changes with temperature, so that the stress signal also changes when the ambient temperature changes. As a means to correct the influence of temperature, the stress signal due to positive and negative strains is differentially detected to eliminate the influence of temperature. However, the change in permeability due to temperature is larger than the change due to stress, so it is not sufficient. Absent.
In addition, the strain gauge method has good stability against temperature, but since the slip ring is used, the contact of the slip ring may deteriorate when the shaft rotates at high speed, and the stress signal may become unstable. Is limited.
【0004】そこで、本発明は、被検出物に対し非接触
で応力を検出でき、かつ、周囲の温度変化に対して常に
安定した応力検出が可能となる応力検出方法および応力
検出装置を提供することを目的とする。Therefore, the present invention provides a stress detecting method and a stress detecting apparatus which can detect stress in a non-contact manner with respect to an object to be detected and which can always perform stable stress detection against changes in ambient temperature. The purpose is to
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の応力検出方法
は、導電性の被検出物に対して、外部から加わる力によ
る被検出物の応力発生方向に端面の長手方向が平行とな
るように、各端部にそれぞれコイルが巻装された板状の
コアの一方の端面を所定間隔を持って相対向配設し、前
記コアに巻装された各コイルを交流信号で付勢すること
により前記被検出物の表面に対して渦電流を発生させ、
この付勢により前記各コイルら出力される信号を処理す
ることにより、当該コイルから得られる前記被検出物の
表面に発生した渦電流に伴う渦電流信号の変化から前記
被検出物に加えられた応力を検出することを特徴とす
る。According to the stress detecting method of the present invention, the longitudinal direction of the end face is parallel to the stress generating direction of the conductive object to be detected by the force applied from the outside. By arranging one end faces of a plate-shaped core having coils wound around the respective ends so as to face each other at a predetermined interval, and energizing each coil wound around the core with an AC signal, Generate an eddy current on the surface of the object to be detected,
By processing the signal output from each coil by this bias, the change in the eddy current signal accompanying the eddy current generated on the surface of the detected object obtained from the coil is applied to the detected object. It is characterized by detecting stress.
【0006】また、本発明の応力検出装置は、導電性の
被検出物に対して、外部から加わる力による被検出物の
応力発生方向に端面の長手方向が平行となるように、一
方の端面が所定間隔を持って相対向配設された板状のコ
アと、このコアの各端部にそれぞれ巻装された2つのコ
イルと、この各コイルを交流信号で付勢することにより
前記被検出物の表面に対して渦電流を発生させるコイル
付勢手段と、このコイル付勢手段の付勢により前記各コ
イルから出力される信号を処理することにより、当該コ
イルから得られる前記被検出物の表面に発生した渦電流
に伴う渦電流信号の変化から前記被検出物に加えられた
応力を検出する信号処理手段とを具備している。Further, according to the stress detecting device of the present invention, one end face of the conductive object is arranged such that the longitudinal direction of the end surface is parallel to the stress generating direction of the object due to an external force. Are plate-shaped cores arranged facing each other at a predetermined interval, two coils wound around each end of the core, and the coils to be detected are energized by an AC signal to detect the detected object. Coil energizing means for generating an eddy current on the surface of the object, and by processing signals output from the coils by the energizing of the coil energizing means, the object to be detected obtained from the coil is processed. Signal processing means for detecting the stress applied to the object to be detected from the change of the eddy current signal due to the eddy current generated on the surface.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。まず、第1の実施の形態に
ついて説明する。図1は、第1の実施の形態に係る応力
検出装置の構成を概略的に示すものである。図1におい
て、1は導電性の被検出物としての導電性の平板で、こ
の平板1の一方の面に対して、板状の磁気コア2がほぼ
垂直状態に配設されている。この場合、磁気コア2は、
平板1に外部から力Fが加えられた際に、平板1に生じ
る引張り歪(引張り応力)3の発生方向に端面の長手方
向が平行となるように、一方の端面が所定間隔を持って
相対向配設されている。なお、4は圧縮歪(圧縮応力)
であり、引張り歪3とともに発生する。磁気コア2の一
方の端部にはコイル5が巻装されているとともに、他方
の端部にはコイル6が巻装されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the first embodiment will be described. FIG. 1 schematically shows the configuration of the stress detection device according to the first embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a conductive flat plate as a conductive object to be detected, and a plate-shaped magnetic core 2 is arranged substantially perpendicular to one surface of the flat plate 1. In this case, the magnetic core 2
When a force F is applied to the flat plate 1 from the outside, one end face has a predetermined interval so that the longitudinal direction of the end face becomes parallel to the direction in which the tensile strain (tensile stress) 3 generated in the flat plate 1 occurs. Are arranged facing each other. In addition, 4 is compressive strain (compressive stress)
And occurs with tensile strain 3. The coil 5 is wound around one end of the magnetic core 2, and the coil 6 is wound around the other end.
【0008】このような構成において、平板1に外部か
ら力Fが加わると、X軸方向に引張り歪3が、Y軸方向
に圧縮歪4が生じる。長方形の扁平断面を持つ磁気コア
2に巻装されたコイル5,6に交流電流を流したとき、
コイル5から発生する磁力線7は、磁気コア2の端面か
ら平板1を貫通するが、交流のため磁力線7を打ち消す
方向に渦電流8が平板1の表面に生じる。この渦電流8
は、磁力線7の束の周囲に流れることから、その経路は
扁平状となり、その経路の長軸は引張り歪3と同じX軸
方向となる。In such a structure, when a force F is applied to the flat plate 1 from the outside, a tensile strain 3 is generated in the X axis direction and a compressive strain 4 is generated in the Y axis direction. When an alternating current is applied to the coils 5 and 6 wound around the magnetic core 2 having a rectangular flat cross section,
The magnetic force line 7 generated from the coil 5 penetrates the flat plate 1 from the end face of the magnetic core 2, but an eddy current 8 is generated on the surface of the flat plate 1 in the direction of canceling the magnetic force line 7 due to the alternating current. This eddy current 8
Flows in the vicinity of the bundle of magnetic force lines 7, so that the path has a flat shape, and the long axis of the path is in the same X-axis direction as the tensile strain 3.
【0009】したがって、渦電流8の経路の長さはX軸
方向が支配的となり、渦電流8は引張り歪3による抵抗
値変化の影響を受ける。渦電流8が生じると、渦電流8
による磁力線が発生し、この発生する磁力線の変化がコ
イル5のインピーダンスの変化となる。Therefore, the length of the path of the eddy current 8 is dominant in the X-axis direction, and the eddy current 8 is affected by the change in resistance value due to the tensile strain 3. When the eddy current 8 is generated, the eddy current 8
The magnetic force lines are generated by, and the change in the generated magnetic force lines changes the impedance of the coil 5.
【0010】なお、平板7は、全体が導電体としたが、
たとえば、板状の絶縁体の表面に導電性抵抗皮膜を形成
したものでも同じ効果が得られる。Although the flat plate 7 is entirely made of a conductor,
For example, the same effect can be obtained even if a conductive resistance film is formed on the surface of a plate-shaped insulator.
【0011】図2は、コイル5,6の出力信号を処理す
る信号処理回路を概略的に示すものである。図2におい
て、コイル5,6、固定抵抗器11,12、および、可
変抵抗器13,14でブリッジ回路15を構成してい
る。なお、可変抵抗器13,14はブリッジ回路15の
バランス調整用の可変抵抗器である。FIG. 2 schematically shows a signal processing circuit for processing the output signals of the coils 5 and 6. In FIG. 2, the bridge circuit 15 is composed of the coils 5 and 6, the fixed resistors 11 and 12, and the variable resistors 13 and 14. The variable resistors 13 and 14 are variable resistors for adjusting the balance of the bridge circuit 15.
【0012】交流発振回路16は、ブリッジ回路15を
付勢するための交流信号を発生するもので、その出力信
号は増幅器17で増幅された後、可変抵抗器13の摺動
子に印加される。差動増幅器18は、ブリッジ回路15
の出力を差動増幅し、その出力を位相検波回路19に送
る。なお、ブリッジ回路15では、差動増幅器18の出
力振幅ができるだけ小さくなるように、可変抵抗器1
3,14を調整しておく。The AC oscillation circuit 16 generates an AC signal for energizing the bridge circuit 15. The output signal is amplified by the amplifier 17 and then applied to the slider of the variable resistor 13. . The differential amplifier 18 includes a bridge circuit 15
Differentially amplify the output of and output the output to the phase detection circuit 19. In the bridge circuit 15, the variable resistor 1 is arranged so that the output amplitude of the differential amplifier 18 becomes as small as possible.
Adjust 3 and 14.
【0013】また、交流発振回路16の出力信号は、位
相設定回路20により渦電流信号に感度を持つ位相に設
定された後、位相検波回路19に送られる。位相検波回
路19は、位相設定回路20で設定された位相のもと
で、差動増幅器18の出力信号を検波、整流する。すな
わち、位相検波回路19は、差動増幅器18の出力信号
から渦電流信号の変化を選択増幅する。低域通過用のフ
ィルタ回路21は、位相検波回路19で検波、整流され
た信号から高周波成分を除去して、応力検出信号を出力
する。The output signal of the AC oscillating circuit 16 is set to a phase sensitive to the eddy current signal by the phase setting circuit 20 and then sent to the phase detection circuit 19. The phase detection circuit 19 detects and rectifies the output signal of the differential amplifier 18 based on the phase set by the phase setting circuit 20. That is, the phase detection circuit 19 selectively amplifies a change in the eddy current signal from the output signal of the differential amplifier 18. The low-pass filter circuit 21 removes high-frequency components from the signal detected and rectified by the phase detection circuit 19 and outputs a stress detection signal.
【0014】なお、図2では、コイル5,6のインピー
ダンス変化から信号を検出する方法を示したが、コイル
5,6に対してそれぞれ2次巻線を施し、それぞれの2
次巻線の出力信号を図2の差動増幅器18の入力とする
ことにより、同じように渦電流の変化信号を得ることが
でき、応力信号が検出できる。Although FIG. 2 shows a method of detecting a signal from the impedance change of the coils 5 and 6, secondary windings are provided to the coils 5 and 6, respectively.
By inputting the output signal of the next winding to the input of the differential amplifier 18 shown in FIG. 2, the change signal of the eddy current can be similarly obtained and the stress signal can be detected.
【0015】次に、第2の実施の形態について説明す
る。図3は、第2の実施の形態に係る応力検出装置の構
成を概略的に示すものである。図3において、31は導
電性の被検出物としての導電性の平板で、この平板31
の一方の面に対して、板状の第1の磁気コア32がほぼ
垂直状態に配設されている。この場合、第1の磁気コア
32は、平板31に外部から力Fが加えられた際に、平
板31に生じる引張り歪33の発生方向に端面の長手方
向が平行となるように、一方の端面が所定間隔を持って
相対向配設されている。第1の磁気コア32には第1の
コイル34が巻装されている。Next, a second embodiment will be described. FIG. 3 schematically shows the configuration of the stress detecting device according to the second embodiment. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes a conductive flat plate as a conductive object to be detected.
The plate-shaped first magnetic core 32 is arranged substantially perpendicular to the one surface. In this case, the first magnetic core 32 has one end face so that the longitudinal direction of the end face becomes parallel to the direction of the tensile strain 33 generated in the flat plate 31 when the force F is applied to the flat plate 31 from the outside. Are arranged opposite to each other with a predetermined interval. A first coil 34 is wound around the first magnetic core 32.
【0016】また、平板31の一方の面に対して、板状
の第2の磁気コア35がほぼ垂直状態に配設されてい
る。この場合、第2の磁気コア35は、平板31に外部
から力Fが加えられた際に、平板31に生じる圧縮歪3
6の発生方向に端面の長手方向が平行となるように、一
方の端面が所定間隔を持って相対向配設されている。第
2の磁気コア35には第2のコイル37が巻装されてい
る。Further, a plate-shaped second magnetic core 35 is arranged substantially perpendicular to one surface of the flat plate 31. In this case, the second magnetic core 35 causes the compressive strain 3 generated in the flat plate 31 when the force F is applied to the flat plate 31 from the outside.
One of the end faces is disposed so as to face each other at a predetermined interval so that the longitudinal direction of the end faces is parallel to the direction of occurrence of 6. A second coil 37 is wound around the second magnetic core 35.
【0017】このような構成において、平板31に外部
から力Fが加わると、X軸方向に引張り歪33が、Y軸
方向に圧縮歪36が生じる。長方形の扁平断面を持つ第
1の磁気コア32に巻装された第1のコイル34に交流
電流を流したとき、第1のコイル34から発生する磁力
線38は、第1の磁気コア32の端面から平板31を貫
通するが、交流のため磁力線38を打ち消す方向に渦電
流39が平板31の表面に生じる。この渦電流39は、
磁力線38の束の周囲に流れることから、その経路は扁
平状となり、その経路の長軸は引張り歪33と同じX軸
方向となる。In such a structure, when a force F is applied to the flat plate 31 from the outside, a tensile strain 33 is generated in the X axis direction and a compressive strain 36 is generated in the Y axis direction. When an alternating current is applied to the first coil 34 wound around the first magnetic core 32 having a rectangular flat cross section, the magnetic force lines 38 generated from the first coil 34 are the end faces of the first magnetic core 32. Although it penetrates through the flat plate 31, the eddy current 39 is generated on the surface of the flat plate 31 in the direction of canceling the magnetic force lines 38 due to the alternating current. This eddy current 39 is
Since the magnetic flux flows around the bundle of magnetic force lines 38, the path is flat, and the major axis of the path is in the same X-axis direction as the tensile strain 33.
【0018】したがって、渦電流39の経路の長さはX
軸方向が支配的となり、渦電流39は引張り歪33によ
る抵抗値変化の影響を受ける。渦電流39が生じると、
渦電流39による磁力線が発生し、この発生する磁力線
の変化が第1のコイル34のインピーダンスの変化とな
る。Therefore, the path length of the eddy current 39 is X
The axial direction becomes dominant, and the eddy current 39 is affected by the resistance value change due to the tensile strain 33. When the eddy current 39 is generated,
The magnetic force lines are generated by the eddy current 39, and the change of the generated magnetic force lines changes the impedance of the first coil 34.
【0019】第2の磁気コア35は、長方形の端面の長
軸をY軸に合わせているため、第2のコイル37から発
生する磁力線40によって生じる渦電流41の経路は圧
縮歪36のY軸方向が支配的となり、渦電流41は圧縮
歪36による抵抗値変化の影響を受ける。渦電流41が
生じると、渦電流41による磁力線が発生し、この発生
する磁力線の変化が第2のコイル37のインピーダンス
の変化となる。In the second magnetic core 35, since the long axis of the rectangular end face is aligned with the Y axis, the path of the eddy current 41 generated by the magnetic force line 40 generated from the second coil 37 is the Y axis of the compressive strain 36. The direction becomes dominant, and the eddy current 41 is affected by the resistance value change due to the compression strain 36. When the eddy current 41 is generated, a magnetic force line is generated by the eddy current 41, and the change in the generated magnetic force line becomes a change in the impedance of the second coil 37.
【0020】なお、平板31は、全体が導電体とした
が、たとえば、板状の絶縁体の表面に導電性抵抗皮膜を
形成したものでも同じ効果が得られる。Although the flat plate 31 is entirely made of a conductive material, the same effect can be obtained even if a conductive resistance film is formed on the surface of a plate-shaped insulating material.
【0021】図4は、第1のコイル34、第2のコイル
37の出力信号を処理する信号処理回路を概略的に示す
ものである。この信号処理回路は、図2に示した信号処
理回路において、コイル5,6が第1、第2のコイル3
4,37に置き換わった点が異なり、その他は同じであ
るので、説明は省略する。FIG. 4 schematically shows a signal processing circuit for processing the output signals of the first coil 34 and the second coil 37. This signal processing circuit is the same as the signal processing circuit shown in FIG. 2, except that the coils 5 and 6 are the first and second coils 3.
4 and 37 are different, and the other points are the same, so the description thereof will be omitted.
【0022】なお、図4では、第1のコイル34、第2
のコイル37のインピーダンス変化から信号を検出する
方法を示したが、第1のコイル34、第2のコイル37
に対してそれぞれ2次巻線を施し、それぞれの2次巻線
の出力信号を図4の差動増幅器18の入力とすることに
より、同じように渦電流の変化信号を得ることができ、
応力信号が検出できる。In FIG. 4, the first coil 34 and the second coil 34
Although the method of detecting a signal from the impedance change of the coil 37 has been described, the first coil 34, the second coil 37
By applying a secondary winding to each of the above and inputting the output signal of each secondary winding to the input of the differential amplifier 18 of FIG. 4, it is possible to similarly obtain the eddy current change signal.
The stress signal can be detected.
【0023】次に、第3の実施の形態について説明す
る。図5および図6は、第3の実施の形態に係る応力検
出装置の構成を概略的に示すものである。図5および図
6において、51は導電性の被検出物としての回転する
導電性の軸で、この軸51の表面に対して、板状の第1
の磁気コア52がほぼ垂直状態に配設されている。この
場合、第1の磁気コア52は、軸51に外部からトルク
Tが加えられた際に、軸51に生じる引張り歪53の発
生方向に端面の長手方向が平行となるように、一方の端
面が所定間隔を持って相対向配設されている。すなわ
ち、第1の磁気コア52は、軸51の表面と相対向する
端面の長手方向が軸51の中心線に対してほぼ+45度
の角度となるように配設されている。第1の磁気コア5
2には第1のコイル54が巻装されている。Next, a third embodiment will be described. 5 and 6 schematically show the configuration of the stress detection device according to the third embodiment. In FIGS. 5 and 6, reference numeral 51 denotes a rotating conductive shaft as a conductive object to be detected, and a plate-shaped first shaft is provided with respect to the surface of the shaft 51.
Magnetic cores 52 are arranged substantially vertically. In this case, the first magnetic core 52 has one end face so that the longitudinal direction of the end face becomes parallel to the direction in which the tensile strain 53 generated in the shaft 51 occurs when the torque T is applied to the shaft 51 from the outside. Are arranged opposite to each other with a predetermined interval. That is, the first magnetic core 52 is arranged such that the longitudinal direction of the end face facing the surface of the shaft 51 is substantially +45 degrees with respect to the center line of the shaft 51. First magnetic core 5
A first coil 54 is wound around the wire 2.
【0024】また、軸51の第1の磁気コア52と相対
向する側の表面に対して、板状の第2の磁気コア55が
ほぼ垂直状態に配設されている。この場合、第2の磁気
コア55は、軸51に外部からトルクTが加えられた際
に、軸51に生じる圧縮歪56の発生方向に端面の長手
方向が平行となるように、一方の端面が所定間隔を持っ
て相対向配設されている。すなわち、第2の磁気コア5
5は、軸51の表面と相対向する端面の長手方向が軸5
1の中心線に対してほぼ−45度の角度となるように配
設されている。第2の磁気コア55には第2のコイル5
7が巻装されている。Further, a plate-shaped second magnetic core 55 is arranged substantially perpendicularly to the surface of the shaft 51 on the side opposed to the first magnetic core 52. In this case, the second magnetic core 55 has one end face so that the longitudinal direction of the end face becomes parallel to the direction in which the compressive strain 56 generated in the shaft 51 occurs when the torque T is applied to the shaft 51 from the outside. Are arranged opposite to each other with a predetermined interval. That is, the second magnetic core 5
5 indicates that the longitudinal direction of the end face opposite to the surface of the shaft 51 is the shaft 5
It is arranged at an angle of approximately -45 degrees with respect to the center line of 1. The second coil 5 is attached to the second magnetic core 55.
7 is wound.
【0025】このような構成において、軸51に外部か
らトルクTが加わると、第1の磁気コア52の長手方向
に引張り歪53が、第2の磁気コア55の長手方向に圧
縮歪56が生じる。長方形の扁平断面を持つ第1の磁気
コア52に巻装された第1のコイル54に交流電流を流
したとき、第1のコイル54から発生する磁力線は、第
1の磁気コア52の端面から軸51の表面へと進むが、
交流のため磁力線を打ち消す方向に渦電流が軸51の表
面に生じる。この渦電流は、磁力線の束の周囲に流れる
ことから、その経路は扁平状となり、その経路の長軸は
引張り歪53の発生方向と同じ方向となる。In such a structure, when torque T is applied to the shaft 51 from the outside, tensile strain 53 is generated in the longitudinal direction of the first magnetic core 52 and compressive strain 56 is generated in the longitudinal direction of the second magnetic core 55. . When an alternating current is applied to the first coil 54 wound around the first magnetic core 52 having a rectangular flat cross section, the magnetic lines of force generated from the first coil 54 are generated from the end face of the first magnetic core 52. Proceed to the surface of shaft 51,
Due to the alternating current, an eddy current is generated on the surface of the shaft 51 in a direction of canceling the magnetic force lines. Since this eddy current flows around the bundle of magnetic force lines, its path is flat, and the major axis of the path is in the same direction as the tensile strain 53 is generated.
【0026】したがって、渦電流の経路の長さは引張り
歪53の発生方向が支配的となり、渦電流は引張り歪5
3による抵抗値変化の影響を受ける。渦電流が生じる
と、渦電流による磁力線が発生し、この発生する磁力線
の変化が第1のコイル54のインピーダンスの変化とな
る。Therefore, the length of the path of the eddy current is dominated by the direction in which the tensile strain 53 is generated, and the eddy current is the tensile strain 5
It is affected by the change in resistance value due to 3. When an eddy current is generated, a magnetic force line is generated by the eddy current, and the change in the generated magnetic force line changes the impedance of the first coil 54.
【0027】第2の磁気コア55は、長方形の端面の長
軸を圧縮歪56の発生方向に合わせているため、第2の
コイル57から発生する磁力線によって生じる渦電流の
経路は圧縮歪56の発生方向が支配的となり、渦電流は
圧縮歪56による抵抗値変化の影響を受ける。渦電流が
生じると、渦電流による磁力線が発生し、この発生する
磁力線の変化が第2のコイル57のインピーダンスの変
化となる。In the second magnetic core 55, since the long axis of the rectangular end face is aligned with the direction in which the compressive strain 56 is generated, the path of the eddy current generated by the magnetic force lines generated from the second coil 57 is the compressive strain 56. The generation direction becomes dominant, and the eddy current is affected by the change in resistance value due to the compression strain 56. When an eddy current is generated, a magnetic force line is generated by the eddy current, and the change in the generated magnetic force line becomes a change in the impedance of the second coil 57.
【0028】なお、軸51は、全体が導電体としたが、
たとえば、丸棒状の絶縁体の表面に導電性抵抗皮膜を形
成したものでも同じ効果が得られる。Although the shaft 51 is entirely made of a conductor,
For example, the same effect can be obtained by forming a conductive resistance film on the surface of a round bar-shaped insulator.
【0029】図7は、第1のコイル54、第2のコイル
57の出力信号を処理する信号処理回路を概略的に示す
ものである。この信号処理回路は、図2に示した信号処
理回路において、コイル5,6が第1、第2のコイル5
4,57に置き換わった点が異なり、その他は同じであ
るので、説明は省略する。FIG. 7 schematically shows a signal processing circuit for processing the output signals of the first coil 54 and the second coil 57. This signal processing circuit is the same as the signal processing circuit shown in FIG. 2, except that the coils 5 and 6 are the first and second coils 5.
4 and 57 are different, and the other points are the same, so the description will be omitted.
【0030】なお、図7では、第1のコイル54、第2
のコイル57のインピーダンス変化から信号を検出する
方法を示したが、第1のコイル54、第2のコイル57
に対してそれぞれ2次巻線を施し、それぞれの2次巻線
の出力信号を図7の差動増幅器18の入力とすることに
より、同じように渦電流の変化信号を得ることができ、
トルク信号が検出できる。In FIG. 7, the first coil 54 and the second coil 54
Although the method of detecting a signal from the impedance change of the coil 57 has been described, the first coil 54, the second coil 57
A secondary eddy current change signal can be obtained in the same manner by applying a secondary winding to each of the above and inputting the output signal of each secondary winding to the input of the differential amplifier 18 of FIG.
The torque signal can be detected.
【0031】このように、トルク(応力)により生じる
軸表面の歪によって電気抵抗値が変化する特性を持つ軸
に対して、軸表面に磁力線が概略垂直に入射するよう
に、軸表面近くに非接触で設けた磁気コアとコイルとか
らなる検出コイルにより磁力線を発生させて、軸の表面
に渦電流を生じさせる。渦電流は、軸の電気抵抗値によ
って変化するため、歪が加えられると渦電流も変化す
る。この渦電流の変化をコイルの誘起電圧やインピーダ
ンスの変化として検出することにより、トルク信号(応
力信号)を検出することができる。As described above, in order to make the magnetic field lines incident on the shaft surface substantially perpendicularly to the shaft having the characteristic that the electric resistance value changes due to the distortion of the shaft surface caused by the torque (stress), the non-contact is made near the shaft surface. A magnetic field line is generated by a detection coil including a magnetic core and a coil provided by contact, and an eddy current is generated on the surface of the shaft. Since the eddy current changes depending on the electric resistance value of the shaft, the eddy current also changes when strain is applied. The torque signal (stress signal) can be detected by detecting the change in the eddy current as the change in the induced voltage or impedance of the coil.
【0032】なお、トルクによって生じる軸表面の歪
は、軸中心に対して+45度方向には例えば引っ張り
歪、−45度方向には反対の圧縮歪となる。したがっ
て、歪による電気抵抗値の変化を渦電流から知るには、
磁気コアの端面を扁平にしてその長手方向を歪の方向に
合わせる。磁気コアから発生する磁力線によって生じる
渦電流の経路も扁平とする。この渦電流の経路は歪の生
じる方向に長くなるため、渦電流量は歪によって変化し
た電気抵抗値に概略比例することになり、渦電流の変化
を検出すれば歪の変化を検出することができ、結果とし
て軸のトルク(応力)を非接触で検出できる。The strain on the shaft surface caused by the torque is, for example, tensile strain in the + 45 ° direction with respect to the shaft center and compressive strain opposite to the −45 ° direction. Therefore, to know the change in electrical resistance due to strain from the eddy current,
The end face of the magnetic core is flattened and its longitudinal direction is aligned with the strain direction. The path of the eddy current generated by the magnetic lines of force generated from the magnetic core is also flat. Since the path of this eddy current becomes longer in the direction in which strain occurs, the amount of eddy current is approximately proportional to the electrical resistance value changed by strain, and if the change in eddy current is detected, the change in strain can be detected. As a result, the shaft torque (stress) can be detected without contact.
【0033】金属などの導電性材料、たとえば、銅―ニ
ッケル合金やニクロムなどは温度による電気抵抗値の変
化が小さい。このような電気抵抗値の変化の小さな導電
性材料をイオンスパッタリングなどの薄膜生成方法によ
り軸表面に薄膜を形成して、比較的高い周波数の交番磁
力線を加えることにより安定した歪の検出が可能とな
る。より安定な信号を得るためには、薄膜の線膨張係数
を軸材料と同じか近い値にすればよい。A conductive material such as metal, for example, a copper-nickel alloy or nichrome has a small change in electric resistance with temperature. By forming a thin film on the shaft surface by a thin film generation method such as ion sputtering using a conductive material with a small change in electric resistance, stable strain detection can be performed by applying alternating magnetic field lines of relatively high frequency. Become. In order to obtain a more stable signal, the linear expansion coefficient of the thin film may be set to a value that is the same as or close to that of the shaft material.
【0034】また、軸が回転する場合、軸の回転ぶれな
どにより磁気コアの対向面と軸表面との間隙が変化する
と、軸へ到達する磁力線が変化して渦電流も変化し、ト
ルク信号が変動する。この軸ぶれの影響を除く手段とし
ては、2個の検出コイルを軸の中心を挟んで相対向さ
せ、一方を引張り歪信号を、他方は圧縮歪信号を検出す
るように、検出コイルの端面長手方向を合わせて設置す
る。この2個の検出コイルの出力信号の差をとることに
より、軸ぶれの影響が消去される。In addition, when the shaft rotates, if the gap between the facing surface of the magnetic core and the shaft surface changes due to rotational shake of the shaft or the like, the lines of magnetic force reaching the shaft change, the eddy current also changes, and the torque signal changes. fluctuate. As a means for eliminating the influence of this shaft shake, two detection coils are made to face each other with the center of the shaft sandwiched therebetween, one of which detects a tensile strain signal and the other of which detects a compression strain signal. Install in the same direction. By taking the difference between the output signals of these two detection coils, the influence of shaft shake is eliminated.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、歪
に感応する導電体抵抗を検出対象とすることにより、被
検出物に対し非接触で応力を検出でき、かつ、周囲の温
度変化に対して常に安定した応力検出が可能となる応力
検出方法および応力検出装置を提供できる。As described above in detail, according to the present invention, the stress can be detected in a non-contact manner with respect to the object to be detected and the ambient temperature can be detected by setting the conductor resistance sensitive to strain as the object of detection. It is possible to provide a stress detection method and a stress detection device that can always perform stable stress detection against changes.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る応力検出装置
の構成を概略的に示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the configuration of a stress detection device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同じく第1の実施の形態に係る信号処理回路の
構成を概略的に示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the signal processing circuit according to the first embodiment.
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る応力検出装置
の構成を概略的に示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a stress detection device according to a second embodiment of the present invention.
【図4】同じく第2の実施の形態に係る信号処理回路の
構成を概略的に示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration of a signal processing circuit according to the second embodiment.
【図5】本発明の第3の実施の形態に係る応力検出装置
の構成を概略的に示す模式図。FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing the configuration of a stress detection device according to a third embodiment of the present invention.
【図6】図5においてA−A矢視方向から見た側面図。FIG. 6 is a side view seen from the direction of arrow AA in FIG.
【図7】同じく第3の実施の形態に係る信号処理回路の
構成を概略的に示すブロック図。FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration of a signal processing circuit according to the third embodiment.
1,31…平板(被検出物)、2…磁気コア、3,3
3,53…引張り歪(引張り応力)、4,36,56…
圧縮歪(圧縮応力)、5,6…コイル、7,38,40
…磁力線、8,39,41…渦電流、F…力(応力)、
11,12…固定抵抗器、13,14…可変抵抗器、1
5…ブリッジ回路、16…交流発振回路、17…増幅
器、18…差動増幅器、19…位相検波回路、20…位
相設定回路、21…フィルタ回路、32,52…第1の
磁気コア、34,54…第1のコイル、35,55…第
2の磁気コア、37,57…第2のコイル、T…トルク
(応力)。1, 31 ... Flat plate (object to be detected), 2 ... Magnetic core, 3, 3
3, 53 ... Tensile strain (tensile stress), 4, 36, 56 ...
Compressive strain (compressive stress), 5, 6 ... Coil, 7, 38, 40
... Magnetic force lines, 8, 39, 41 ... Eddy current, F ... Force (stress),
11, 12 ... Fixed resistor, 13, 14 ... Variable resistor, 1
5 ... Bridge circuit, 16 ... AC oscillation circuit, 17 ... Amplifier, 18 ... Differential amplifier, 19 ... Phase detection circuit, 20 ... Phase setting circuit, 21 ... Filter circuit, 32, 52 ... First magnetic core, 34, 54 ... 1st coil, 35, 55 ... 2nd magnetic core, 37, 57 ... 2nd coil, T ... Torque (stress).
Claims (8)
わる力による被検出物の応力発生方向に端面の長手方向
が平行となるように、各端部にそれぞれコイルが巻装さ
れた板状のコアの一方の端面を所定間隔を持って相対向
配設し、 前記コアに巻装された各コイルを交流信号で付勢するこ
とにより前記被検出物の表面に対して渦電流を発生さ
せ、 この付勢により前記各コイルら出力される信号を処理す
ることにより、当該コイルから得られる前記被検出物の
表面に発生した渦電流に伴う渦電流信号の変化から前記
被検出物に加えられた応力を検出する、 ことを特徴とする応力検出方法。1. A coil is wound around each end of a conductive object so that the longitudinal direction of the end face is parallel to the stress generation direction of the object due to a force applied from the outside. Eddy currents are applied to the surface of the object to be detected by arranging one end surface of a plate-shaped core so as to face each other with a predetermined interval and energizing each coil wound around the core with an AC signal. By generating and processing the signal output from each coil by this urging, the change in the eddy current signal due to the eddy current generated on the surface of the detected object obtained from the coil causes a change in the detected object. A stress detection method, characterized in that the applied stress is detected.
わる力による被検出物の引張り応力発生方向に端面の長
手方向が平行となるように、第1のコイルが巻装された
板状の第1のコアの一方の端面を所定間隔を持って相対
向配設するとともに、 前記被検出物に対して、外部から加わる力による被検出
物の圧縮応力発生方向に端面の長手方向が平行となるよ
うに、第2のコイルが巻装された板状の第2のコアの一
方の端面を所定間隔を持って相対向配設し、 前記第1、第2のコイルを交流信号で付勢することによ
り前記被検出物の表面に対して渦電流を発生させ、 この付勢により前記第1、第2のコイルから出力される
信号を処理することにより、当該第1、第2のコイルか
ら得られる前記被検出物の表面に発生した渦電流に伴う
渦電流信号の変化から前記被検出物に加えられた応力を
検出する、 ことを特徴とする応力検出方法。2. A plate on which a first coil is wound so that a longitudinal direction of an end face of a conductive object to be detected is parallel to a tensile stress generation direction of the object to be detected by a force applied from the outside. The one end faces of the first core having the shape of a ring are arranged to face each other with a predetermined interval, and the longitudinal direction of the end faces is different from that of the object in the compressive stress generation direction of the object due to a force applied from the outside. One end surfaces of a plate-shaped second core around which the second coil is wound are arranged so as to be parallel to each other with a predetermined interval therebetween, and the first and second coils are supplied with an AC signal. By urging, an eddy current is generated on the surface of the object to be detected, and by processing the signals output from the first and second coils by this urging, the first and second coils are processed. Eddy current signal resulting from eddy current generated on the surface of the object to be detected obtained from the coil The stress applied to the object to be detected is detected from the change in the stress detection method.
ることを特徴とする請求項1または請求項2記載の応力
検出方法。3. The stress detecting method according to claim 1, wherein the conductive object to be detected is a rotating shaft.
を特徴とする請求項1または請求項2記載の応力検出方
法。4. The stress detecting method according to claim 1, wherein the conductive object to be detected is a flat plate.
わる力による被検出物の応力発生方向に端面の長手方向
が平行となるように、一方の端面が所定間隔を持って相
対向配設された板状のコアと、 このコアの各端部にそれぞれ巻装された2つのコイル
と、 この各コイルを交流信号で付勢することにより前記被検
出物の表面に対して渦電流を発生させるコイル付勢手段
と、 このコイル付勢手段の付勢により前記各コイルから出力
される信号を処理することにより、当該コイルから得ら
れる前記被検出物の表面に発生した渦電流に伴う渦電流
信号の変化から前記被検出物に加えられた応力を検出す
る信号処理手段と、 を具備したことを特徴とする応力検出装置。5. One end face is opposed to a conductive object to be detected with a predetermined interval so that the longitudinal direction of the end surface is parallel to the stress generation direction of the object to be detected by a force applied from the outside. A plate-shaped core is provided, two coils are wound around each end of the core, and an eddy current is applied to the surface of the object to be detected by energizing each coil with an AC signal. By processing the signal output from each coil by the biasing of the coil biasing means to generate an eddy current generated on the surface of the detected object obtained from the coil. And a signal processing means for detecting the stress applied to the object to be detected from the change of the eddy current signal.
わる力による被検出物の引張り応力発生方向に端面の長
手方向が平行となるように、一方の端面が所定間隔を持
って相対向配設された板状の第1のコアと、 この第1のコアに巻装された第1のコイルと、 前記被検出物に対して、外部から加わる力による被検出
物の圧縮応力発生方向に端面の長手方向が平行となるよ
うに、一方の端面が所定間隔を持って相対向配設された
板状の第2のコアと、 この第2のコアに巻装された第2のコイルと、 前記第1、第2のコイルを交流信号で付勢することによ
り前記被検出物の表面に対して渦電流を発生させるコイ
ル付勢手段と、 このコイル付勢手段の付勢により前記第1、第2のコイ
ルから出力される信号を処理することにより、当該第
1、第2のコイルから得られる前記被検出物の表面に発
生した渦電流に伴う渦電流信号の変化から前記被検出物
に加えられた応力を検出する信号処理手段と、 を具備したことを特徴とする応力検出装置。6. One end face has a predetermined interval relative to a conductive object to be detected so that the longitudinal direction of the end surface is parallel to the tensile stress generation direction of the object to be detected by a force applied from the outside. A plate-shaped first core disposed in a facing direction, a first coil wound around the first core, and a compressive stress generated in the detected object by an external force applied to the detected object. A plate-shaped second core in which one of the end faces is disposed so as to face each other so that the longitudinal direction of the end faces are parallel to each other, and the second core wound around the second core. A coil, a coil urging means for generating an eddy current on the surface of the object to be detected by urging the first and second coils with an alternating current signal, and the coil urging means for urging the eddy current. By processing the signals output from the first and second coils, the first and second coils are processed. Signal processing means for detecting the stress applied to the object to be detected from the change of the eddy current signal resulting from the eddy current generated on the surface of the object to be detected, which is obtained from the coil; apparatus.
ることを特徴とする請求項5または請求項6記載の応力
検出装置。7. The stress detecting device according to claim 5, wherein the conductive object to be detected is a rotating shaft.
を特徴とする請求項5または請求項6記載の応力検出装
置。8. The stress detecting device according to claim 5, wherein the conductive object to be detected is a flat plate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002069213A JP2003270061A (en) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | Method and device for detecting stress |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002069213A JP2003270061A (en) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | Method and device for detecting stress |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003270061A true JP2003270061A (en) | 2003-09-25 |
Family
ID=29200133
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002069213A Pending JP2003270061A (en) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | Method and device for detecting stress |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003270061A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006300932A (en) * | 2005-04-04 | 2006-11-02 | Messier Bugatti | Apparatus and method for determining aircraft weight and / or center of gravity location |
CN104792444A (en) * | 2015-04-08 | 2015-07-22 | 北京工业大学 | Metal component stress measurement method and metal component stress measurement system based on eddy current impedance |
-
2002
- 2002-03-13 JP JP2002069213A patent/JP2003270061A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006300932A (en) * | 2005-04-04 | 2006-11-02 | Messier Bugatti | Apparatus and method for determining aircraft weight and / or center of gravity location |
CN104792444A (en) * | 2015-04-08 | 2015-07-22 | 北京工业大学 | Metal component stress measurement method and metal component stress measurement system based on eddy current impedance |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1940515B (en) | Magnetostrictive torque transducer | |
JP2015219061A (en) | Magnetic field detection sensor and magnetic field detection device using the same | |
JP3099680B2 (en) | Torque sensor and strain detecting element | |
JPH01187424A (en) | Torque sensor | |
JP4512079B2 (en) | Apparatus and method for measuring magnetic properties and mechanical strength of thin steel sheet | |
JP5156432B2 (en) | Eddy current sample measurement method and eddy current sensor | |
JP2009186433A (en) | Eddy current sample measurement method, eddy current sensor, and eddy current sample measurement system | |
EP0146382A2 (en) | Torque sensor of noncontact type | |
JP2003270061A (en) | Method and device for detecting stress | |
EP1504246B1 (en) | Eddy current sensor assembly for shaft torque measurement | |
JPH01187425A (en) | Torque sensor for steering shaft | |
KR0184109B1 (en) | Magnetostrictive Torque Sensor | |
JPS63297545A (en) | Axis to be measured for torque sensor | |
JP2001356059A (en) | Torque measuring apparatus and method | |
JP2651003B2 (en) | Eddy current displacement sensor | |
JP4337180B2 (en) | Magnetostrictive torque sensor | |
JP2633125B2 (en) | Compensation device for temperature characteristics of torque sensor | |
JP3607447B2 (en) | Magnetic field sensor | |
JP3663517B2 (en) | Magnetostrictive tension sensor | |
JPH03277962A (en) | Magnetic flaw detecting apparatus | |
JPH03269330A (en) | Torque sensor | |
JP2009204364A (en) | Detection method of defect position in magnetic substance | |
JP2005300510A (en) | Detection sensor | |
JPS6326541A (en) | Torque sensor | |
JPH05107229A (en) | Method and apparatus for measuring rate of transformation |