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公開番号2024129467
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-27
出願番号2023038690
出願日2023-03-13
発明の名称変位測定装置
出願人個人,個人
代理人個人,個人
主分類G01B 7/16 20060101AFI20240919BHJP(測定;試験)
要約【課題】第1導体と第2導体の抵抗値の変化から、物理量の微小な変化を測定する新規な変位測定装置を提案する。
【解決手段】この発明の変位測定装置は、外力の作用による変形に対応し抵抗値が変化する第1導体と、第1導体に沿わせて配置される外力の作用による変形に対応し抵抗値が変化する第2導体と、第1導体の第1-1部分と第1-2部分との間の第1抵抗値と、第2導体の前記第2-1部分と前記第2-2部分との間の第2抵抗値を測定する抵抗値測定部と、を備え、抵抗値測定部で得られた、第1抵抗値と第2抵抗値とより、第1-1部分と第1-2部分の変位と、第2-1部分と第2-2部分との変位を特定する変位量特定部と、を備える。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
外力の作用による変形に対応し抵抗値が変化する第１導体と、前記第１導体に沿わせて配置される外力の作用による変形に対応し抵抗値が変化する第２導体と、
前記第２導体に備えられる緩衝部であって、前記第２導体に外力がかかったときにその外力を吸収して前記第２導体の第２－１部分と第２－２部分との距離を一定に保つ、緩衝部と、
前記第１導体の第１－１部分と第１－２部分との間の第１抵抗値、及び前記第２導体の前記第２－１部分と前記第２－２部分との間の第２抵抗値を測定する抵抗値測定部と、を備え、
前記抵抗値測定部で得られた、前記第１抵抗値及び前記第２抵抗値より、前記第１－１部分と前記第１－２部分の変位を特定する変位量特定部と、を備える、変位測定装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記第１導体と前記第２導体とは同一材料で形成される、請求項１に記載の変位測定装置。
【請求項３】
外力の作用による変形に対応し抵抗値が変化する第１導体と、前記第１導体に沿わせて配置される外力の作用による変形に対応し抵抗値が変化する第２導体と、
前記第１導体の第１－１部分と第１－２部分との間の第１抵抗値及び、前記第２導体の前記第２－１部分と前記第２－２部分との間の第２抵抗値を測定する抵抗値測定部と、を備え、
前記抵抗値測定部で得られた前記第１抵抗値及び前記第２抵抗値より、前記第１導体の第１－１部分と前記第１－２部分の変位を特定する変位量特定部と、を備える、変位測定装置。
【請求項４】
前記第１導体と前記第２導体とは異なる材料で形成される、請求項３に記載の変位測定装置。
【請求項５】
前記第１導体と前記第２導体の抵抗値の変化を周波数に変換して出力する周波数変換部を備え、該周波数変換部より出力される周波数の変化に基づき、前記第１導体と前記第２導体の抵抗値の変化を求め、
該抵抗値の変化より前記第１導体の変位量を特定する変位量特定部と、を備える、請求項３に記載の変位測定装置。
【請求項６】
前記変位量特定部は、
前記第１導体と第１基準抵抗とを、前記第２導体と第２基準抵抗とをそれぞれ直列に接続した回路に電圧を印加する電圧印加部を備え、前記電圧印加部より電圧が印加される時に生じる、第１電圧（前記第１基準抵抗に生じる）と第２電圧（前記第２基準抵抗に生じる）との変化に基づき、前記第１導体と前記第２導体の抵抗値の変化を求め、
前記第１導体と前記第２導体の抵抗値の変化より、前記第１導体の変位量を特定する請求項３に記載の変位測定装置
【請求項７】
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導体の第１－１部分と前記第２導体の第２－１部分とを前記測定対象の第１部位に固定し、前記第１導体の第１－２部分と前記第２導体の第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導体及び前記第２導体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状態のときの第１導体の第１－１抵抗値と前記測定対象が第２状態のときの第１導体の第１－２抵抗値との差、及び、前記測定対象が第１状態のときの第２導体の第２－１抵抗値と前記測定対象が第２状態のときの第２導体の第２－２抵抗値との差から、前記変位量特定部が前記測定対象の第１状態と第２状態とにおける前記第１部位と前記第２部位との間の距離の変位量を特定する変位測定方法。
【請求項８】
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導体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７に記載の変位測定方法。
【請求項９】
請求項３に記載の変位測定装置を用い、トンネルの岩盤を測定対象とする変位測定方法であって、
外力の作用による変形量に対応して抵抗値が変化する前記第１導体に、外力の作用による変形量に対応して抵抗値が変化する前記第２導体を沿わせて、前記岩盤に掘削した小口径のボーリング孔に埋入し第１状態とし、
前記岩盤へ前記第１導体と前記第２導体が埋入された状態での前記第１導体の第１－１抵抗値と前記第２導体の第２－１抵抗値を測定し、
オーバーコアリングにより前記岩盤から、前記第１導体と第２導体を埋入した部分とを分離し、
前記分離した部分を第２状態として前記第１導体の第１－２抵抗値と前記第２導体の第２－２抵抗値を測定し、
前記第１－１抵抗値と前記第１－２抵抗値の差、前記第２－１抵抗値と前記第２－２抵抗値との差から前記変位量特定部で前記岩盤の変形量を特定する変位測定方法。
【請求項１０】
絶縁基板、帯状の第１金属箔及び帯状の第２金属箔を備え、
前記絶縁基板の表面において、前記第１金属箔に前記第２金属箔が沿わせて配置されるひずみセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
物理量の変化に対応して変わる電気抵抗や電気容量の変化を、周波数の変化に変換し高精度の変位測定を行う技術が特許文献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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開ＷＯ２０２１－１４５４２８号公報
特許第６７５７００７号公報
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、物理量の微小な変形量を測定する技術(例えば特許技術１)に関わり、第１導体と第２導体の抵抗値の変化を利用し測定対象物の微小な変位を測定する技術であって、この微小な変位を測定する技術は、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できる。
【０００５】
外力の作用による変形量に対応して抵抗値が変化する第１導体と第２導体とを、互いに沿わせて配置するとき、第１導体の電気抵抗率をρ１、断面積をＡ１、抵抗温度係数をα１とすれば、第１導体の抵抗値の変化ΔＲ１は次式のようになる。
ΔＲ１＝ρ１＊ΔＬ/Ａ１＋α１＊Δｔ（１）
ここに、ΔＬは第１導体の軸方向の長さの変化量、Δｔは環境温度の変化であり、電気抵抗率ρ１、断面積Ａ１、抵抗温度係数α１は既知の値である。
第２導体の電気抵抗率をρ２、断面積をＡ２、抵抗温度係数をα２とすれば、第２導体の抵抗値の変化ΔＲ２は次式のようになる。
ΔＲ２＝ρ２＊ΔＬ/Ａ２＋α２＊Δｔ（２）
ここに、ΔＬは第２導体の軸方向の長さの変化量、Δｔは環境温度の変化であり、電気抵抗率ρ２、断面積Ａ２、抵抗温度係数α２は既知の値である。
この明細書において、導体には、断面積が均一の線状体を用いることができるが、これに限定されるものではない。絶縁基板上に形成された帯状の金属箔でもよい。この金属箔は、汎用のひずみゲージのように、折り返されていてもよい。
２つの導体を沿わせて配置するこの発明では、絶縁基板の一方の面に第１金属箔と第２金属箔を形成してもよいし、絶縁基板の一方の面に第１金属箔を形成し、他方の面に第２金属箔を形成してもよい。
帯状の第１金属箔と第２金属箔とは異なる材料で形成することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、
外力の作用による変形に対応し抵抗値が変化する第１導体と、前記第１導体に沿わせて配置される外力の作用による変形に対応し抵抗値が変化する第２導体と、
前記第２導体に備えられる緩衝部であって、前記第２導体に外力がかかったときにその外力を吸収して前記第２導体の第２－１部分と第２－２部分との距離を一定に保つ、緩衝部と、
前記第１導体の第１－１部分と第１－２部分との間の第１抵抗値、及び前記第２導体の前記第２－１部分と前記第２－２部分との間の第２抵抗値を測定する抵抗値測定部と、を備え、
前記抵抗値測定部で得られた、前記第１抵抗値及び前記第２抵抗値より、前記第１－１部分と前記第１－２部分の変位を特定する変位量特定部と、を備える、変位測定装置。
【０００７】
第１の局面において、互いに沿わせて配置された前記第１導体と前記緩衝部を備える前記第２導体に外力を作用させた場合、前記第１導体の変位量をΔＬとすると、前記第２導体は緩衝部の作用で外力が吸収され変位量は０である。つまり、
前記式１より、ΔＲ１は、
ΔＲ１＝ρ１＊ΔＬ/Ａ１＋α１＊Δｔ（３）
前記式２より、ΔＲ２は、
ΔＲ２＝α２*Δｔ（４）
となる。前記式４においてα２は既知の値であるから、前記式４にΔＲ２を代入することで環境温度の変化Δｔが求められる。また、前記式３のα１、ρ１、Ａ１は既知の値であるから、前記式３にΔＲ１と前記式４で求めたΔｔを代入することで、前記第１導体の変位量ΔＬが求められる。
【０００８】
前記第１導体と前記第２導体の抵抗温度係数α１とα２には差があるし、前記の２つの導体の熱伝導率にも差があることから、温度変化の激しい環境では、互いに沿わせて配置された第１導体と第２導体の温度は過渡的に異なる温度となり、その温度差の影響で精度のよい温度補正が行えない。
【０００９】
そこで、この発明の第２の局面は次のように規定される。即ち、
前記第１導体と前記第２導体とが同一材料で形成される、請求項１に記載の変位測定装置。
【００１０】
第２の局面においては、前記第１導体と前記第２導体が同一の材料で形成されており、前記式４は
ΔＲ２＝α１＊Δｔ（５）
となり、前記式３と前記式５との減算を行うと次のようになり、
ΔＲ１－ΔＲ２＝ρ１＊ΔＬ/Ａ１
Δｔの項が消去され、温度変化の影響を受けることなく高精度の測定ができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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