JPH0886707A - 応力複合化センサ及びこれを用いた構造体の応力測定装置 - Google Patents
応力複合化センサ及びこれを用いた構造体の応力測定装置Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01G—WEIGHING
- G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
- G01G19/02—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles
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- 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
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
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- G01L5/0004—Force transducers adapted for mounting in a bore of the force receiving structure
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Abstract
(57)【要約】
【目的】複数個の応力センサを複合もしくは集積して一
体化し、単一のパッケージとした応力複合化センサを用
いて、構造体に生じるX軸方向及びX・Z軸方向又はX
・Y・Z軸方向の応力信号を出力するか、もしくは選択
した方向の応力信号を出力して応力を測定できる構造体
の応力測定装置を提供することを目的とする。 【構成】応力を計測する構造体の応力集中部に孔を設
け、この孔に一方向のみの応力信号を出力する一方向の
応力複合化センサ、もしくは2方向の応力信号を出力す
る2方向の応力複合化センサ、又は3方向の応力信号を
出力する3方向の応力複合化センサを選択装着し、構造
体に生じるX軸方向もしくはX・Z軸方向又はX・Y・
Z軸方向のせん断歪を、選択した応力複合化センサに対
応した応力を選択測定できる
体化し、単一のパッケージとした応力複合化センサを用
いて、構造体に生じるX軸方向及びX・Z軸方向又はX
・Y・Z軸方向の応力信号を出力するか、もしくは選択
した方向の応力信号を出力して応力を測定できる構造体
の応力測定装置を提供することを目的とする。 【構成】応力を計測する構造体の応力集中部に孔を設
け、この孔に一方向のみの応力信号を出力する一方向の
応力複合化センサ、もしくは2方向の応力信号を出力す
る2方向の応力複合化センサ、又は3方向の応力信号を
出力する3方向の応力複合化センサを選択装着し、構造
体に生じるX軸方向もしくはX・Z軸方向又はX・Y・
Z軸方向のせん断歪を、選択した応力複合化センサに対
応した応力を選択測定できる
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、航空機、鉄道
車両や起重機、ロボット等の構造体に生じるせん断歪な
どの応力を計測する応力複合化センサ及びこれを用いた
構造体の応力測定装置に関するものである。
車両や起重機、ロボット等の構造体に生じるせん断歪な
どの応力を計測する応力複合化センサ及びこれを用いた
構造体の応力測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車、航空機、鉄道車両や起重機、ロ
ボット等の構造体に生じるせん断歪などの応力を計測す
るための計測方法としては、光弾性法、応力塗料膜法、
コースティックス法、ホログラフィ法、歪ゲージ法等が
あり、一般的には歪ゲージ法が多用されている。このよ
うな機械量センサは種類が豊富て扱い易いが、反面応力
計測用としては変換器にしなければならず、又歪ゲージ
法では歪ゲージに加わるあらゆる方向の応力を受けてし
まうために解折が必要である。歪ゲージ等の従来の機械
量センサからなる応力センサは、構造体に単体で使用す
る場合、取付け位置により主応力に対してその他の応力
の混入量が大きくなるので、複数個用いねばならず、又
構造体に存在する主応力以外の応力を伝達しないもしく
は減少したニュートラルポイントに応力センサを取付け
ねばならず、構造体が持っているニュートラルポイント
を探す必要があり、しかもそのニュートラルポイントに
応力センサを精度よく取着させる必要があった。
ボット等の構造体に生じるせん断歪などの応力を計測す
るための計測方法としては、光弾性法、応力塗料膜法、
コースティックス法、ホログラフィ法、歪ゲージ法等が
あり、一般的には歪ゲージ法が多用されている。このよ
うな機械量センサは種類が豊富て扱い易いが、反面応力
計測用としては変換器にしなければならず、又歪ゲージ
法では歪ゲージに加わるあらゆる方向の応力を受けてし
まうために解折が必要である。歪ゲージ等の従来の機械
量センサからなる応力センサは、構造体に単体で使用す
る場合、取付け位置により主応力に対してその他の応力
の混入量が大きくなるので、複数個用いねばならず、又
構造体に存在する主応力以外の応力を伝達しないもしく
は減少したニュートラルポイントに応力センサを取付け
ねばならず、構造体が持っているニュートラルポイント
を探す必要があり、しかもそのニュートラルポイントに
応力センサを精度よく取着させる必要があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】かかる点に鑑み本発明
は、歪ゲージからなる応力センサ(機械量センサ)を単
独で使用するものでなく、複数個の応力センサを複合も
しくは集積して一体化した応力複合化センサを自動車等
の応力を測定する構造体に装着して、単一のパケージと
した応力複合化センサから得られるX・Y・Z軸方向の
応力信号を選択して応力を測定するものである。
は、歪ゲージからなる応力センサ(機械量センサ)を単
独で使用するものでなく、複数個の応力センサを複合も
しくは集積して一体化した応力複合化センサを自動車等
の応力を測定する構造体に装着して、単一のパケージと
した応力複合化センサから得られるX・Y・Z軸方向の
応力信号を選択して応力を測定するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
は、基板の同一平面上に間隔を置いて歪ゲージからなる
応力センサを複数個もしくは複数列取着して一体化し、
各応力センサが夫々一方向のみの応力信号を出力する
か、又は選択した応力センサが一方向のみの応力信号を
出力するようにした構成になっている。請求項2に記載
の本発明は、直交する2軸面を有する基板の各面に歪ゲ
ージからなる応力センサを夫々取着したセンサセグメン
トを複数個もしくは複数列連結するか又は複数層重合連
結して一体化し、各センサセグメントが夫々2方向の応
力信号を出力するか、もしくは選択したセンサセグメン
トが2方向の応力信号を出力するようにした構成になっ
ている。請求項3に記載の本発明は、3軸面を有する基
板の各面に歪ゲージからなる応力センサを夫々取着した
センサセグメントを複数個もしくは複数列連結するか、
又は複数層重合連結して一体化し、各センサセグメント
が3方向の応力信号を夫々出力するかもしくは選択した
方向の応力信号を出力するか、又は選択したセンサセグ
メントが3方向の応力信号を出力するようにした構成に
なっている。請求項4に記載の本発明は、請求項1乃至
3に記載の応力複合化センサの同一基板に、歪ゲージの
ブリッジ回路や増幅回路などの信号処理回路を形成し一
体化した構成になっている。
は、基板の同一平面上に間隔を置いて歪ゲージからなる
応力センサを複数個もしくは複数列取着して一体化し、
各応力センサが夫々一方向のみの応力信号を出力する
か、又は選択した応力センサが一方向のみの応力信号を
出力するようにした構成になっている。請求項2に記載
の本発明は、直交する2軸面を有する基板の各面に歪ゲ
ージからなる応力センサを夫々取着したセンサセグメン
トを複数個もしくは複数列連結するか又は複数層重合連
結して一体化し、各センサセグメントが夫々2方向の応
力信号を出力するか、もしくは選択したセンサセグメン
トが2方向の応力信号を出力するようにした構成になっ
ている。請求項3に記載の本発明は、3軸面を有する基
板の各面に歪ゲージからなる応力センサを夫々取着した
センサセグメントを複数個もしくは複数列連結するか、
又は複数層重合連結して一体化し、各センサセグメント
が3方向の応力信号を夫々出力するかもしくは選択した
方向の応力信号を出力するか、又は選択したセンサセグ
メントが3方向の応力信号を出力するようにした構成に
なっている。請求項4に記載の本発明は、請求項1乃至
3に記載の応力複合化センサの同一基板に、歪ゲージの
ブリッジ回路や増幅回路などの信号処理回路を形成し一
体化した構成になっている。
【0005】請求項5に記載の本発明は、応力を計測す
る構造体の応力集中部に孔を設け、この孔に請求項1乃
至4に記載の応力複合化センサを選択装着し、構造体に
生じるX軸方向もしくはX・Z軸方向又はX・Y・Z軸
方向のせん断歪を、選択した応力復合化センサに対応し
た応力を選択測定できるようにした構成になっている。
請求項6に記載の本発明は、請求項5に記載の構造体の
応力測定装置に於て、構造体に生じるせん断歪をセンシ
ングするとき、応力複合化センサの必要な応力センサも
しくはセンサセグメントを少なくとも1個もしくはそれ
以上選別して、応力を測定する構成になっている。請求
項7に記載の本発明は、請求項1乃至4に記載の応力複
合化センサを、応力を計測する構造体の応力集中部に設
けた孔に選択装着し、構造体のX・Z軸方向もしくはX
・Y・Z軸方向の選別した各応力信号により、特定方向
の応力もしくは選別した複数のセンサセグメントの加算
応力信号を測定できるようにした構成になっている。請
求項8に記載の本発明は、請求項1乃至4に記載の応力
複合化センサを、応力を計測する構造体の応力集中部に
設けた孔に装着し、構造体のX,X・Y,X・Y・Z,
軸方向の選択した複数個のセンサセグメントの応力セン
サのみセンシングさせた応力信号をそれぞれX軸・Y軸
・Z軸方向に分離し、その分離した応力信号をそれぞれ
加算合成した応力信号を比較演算して応力を測定するよ
うにした構成になっている。請求項9に記載の本発明
は、請求項7及び8に記載の構造体の応力測定装置に於
て、必要なセンサセグメントを選別して応力を計測する
とき、構造体に生じる他の応力の混入が少ない応力層に
添ったセンサセグメントの応力信号をそれぞれ複数個取
り出しそれらを合成して、応力を測定するようにした構
成になっている。請求項10に記載の本発明は、請求項
7乃至9に記載の構造体の応力測定装置に於て、構造体
のX・Z軸方向もしくはX・Y・Z軸方向の応力を選別
して、必要な方向の応力を測定してこの応力信号を制御
バラメータとして使用する構成になっている。
る構造体の応力集中部に孔を設け、この孔に請求項1乃
至4に記載の応力複合化センサを選択装着し、構造体に
生じるX軸方向もしくはX・Z軸方向又はX・Y・Z軸
方向のせん断歪を、選択した応力復合化センサに対応し
た応力を選択測定できるようにした構成になっている。
請求項6に記載の本発明は、請求項5に記載の構造体の
応力測定装置に於て、構造体に生じるせん断歪をセンシ
ングするとき、応力複合化センサの必要な応力センサも
しくはセンサセグメントを少なくとも1個もしくはそれ
以上選別して、応力を測定する構成になっている。請求
項7に記載の本発明は、請求項1乃至4に記載の応力複
合化センサを、応力を計測する構造体の応力集中部に設
けた孔に選択装着し、構造体のX・Z軸方向もしくはX
・Y・Z軸方向の選別した各応力信号により、特定方向
の応力もしくは選別した複数のセンサセグメントの加算
応力信号を測定できるようにした構成になっている。請
求項8に記載の本発明は、請求項1乃至4に記載の応力
複合化センサを、応力を計測する構造体の応力集中部に
設けた孔に装着し、構造体のX,X・Y,X・Y・Z,
軸方向の選択した複数個のセンサセグメントの応力セン
サのみセンシングさせた応力信号をそれぞれX軸・Y軸
・Z軸方向に分離し、その分離した応力信号をそれぞれ
加算合成した応力信号を比較演算して応力を測定するよ
うにした構成になっている。請求項9に記載の本発明
は、請求項7及び8に記載の構造体の応力測定装置に於
て、必要なセンサセグメントを選別して応力を計測する
とき、構造体に生じる他の応力の混入が少ない応力層に
添ったセンサセグメントの応力信号をそれぞれ複数個取
り出しそれらを合成して、応力を測定するようにした構
成になっている。請求項10に記載の本発明は、請求項
7乃至9に記載の構造体の応力測定装置に於て、構造体
のX・Z軸方向もしくはX・Y・Z軸方向の応力を選別
して、必要な方向の応力を測定してこの応力信号を制御
バラメータとして使用する構成になっている。
【0006】
【作用】請求項1に記載の本発明は、歪ゲージからなる
応力センサを同一基板上に複数個もしくは複数列取着し
て一体化することにより、単一バッケージの各応力セン
サで夫々一方向のみの応力信号を出力するか、又は選択
した応力センサで一方向のみの応力信号を出力させ、一
方向の応力を計測することができる。請求項2に記載の
本発明は、歪ゲージからなる応力センサを直交する2軸
面を有する基板の各軸面に夫々取着したセンサセグメン
トを複数個もしくは複数列連結するか、又は複数層重合
連結して一体化することにより、単一パッケージの各セ
ンサセグメントで夫々2方向の応力信号を出力するか、
もしくは選択したセンサセグメントで2方向のみの応力
信号を出力させ、2方向の応力を計測することができ
る。請求項3に記載の本発明は、歪ゲージからなる応力
センサを3軸面を有する基板の各軸面に夫々取着したセ
ンサセグメントを、複数個もしくは複数列連結するか、
又は複数層重合連結して一体化することにより、単一パ
ッケージの各センサンセグメントで夫々3方向の応力信
号を出力するか、もしくは選択した方向のみの応力信号
を出力させるか、又は選択したセンサセグメントで3方
向の応力信号を出力させ、3方向の応力を計測すること
ができる。請求項4に記載の本発明は、応力センサもし
くはセンサセグメントの基板に、歪ゲージのブリッジ回
路や増幅回路などの信号処理回路を一体形成することに
より、計測機能を向上して信頼性を高めることができ
る。
応力センサを同一基板上に複数個もしくは複数列取着し
て一体化することにより、単一バッケージの各応力セン
サで夫々一方向のみの応力信号を出力するか、又は選択
した応力センサで一方向のみの応力信号を出力させ、一
方向の応力を計測することができる。請求項2に記載の
本発明は、歪ゲージからなる応力センサを直交する2軸
面を有する基板の各軸面に夫々取着したセンサセグメン
トを複数個もしくは複数列連結するか、又は複数層重合
連結して一体化することにより、単一パッケージの各セ
ンサセグメントで夫々2方向の応力信号を出力するか、
もしくは選択したセンサセグメントで2方向のみの応力
信号を出力させ、2方向の応力を計測することができ
る。請求項3に記載の本発明は、歪ゲージからなる応力
センサを3軸面を有する基板の各軸面に夫々取着したセ
ンサセグメントを、複数個もしくは複数列連結するか、
又は複数層重合連結して一体化することにより、単一パ
ッケージの各センサンセグメントで夫々3方向の応力信
号を出力するか、もしくは選択した方向のみの応力信号
を出力させるか、又は選択したセンサセグメントで3方
向の応力信号を出力させ、3方向の応力を計測すること
ができる。請求項4に記載の本発明は、応力センサもし
くはセンサセグメントの基板に、歪ゲージのブリッジ回
路や増幅回路などの信号処理回路を一体形成することに
より、計測機能を向上して信頼性を高めることができ
る。
【0007】請求項5に記載の本発明は、構造体の応力
集中部に設けた孔に、請求項1乃至4に記載した単一の
パッケージに構成された応力複合化センサを選択装着す
ることにより、構造体に生じるX軸方向もしくはX・Z
軸方向又はX・Y・Z軸方向のせん断歪を、選択した応
力複合化センサに対応した一方向もしくは2方向又は3
方向の応力を選択して取り出し測定することができる。
請求項6に記載の本発明は、構造体に生じるせん断歪を
センシングするとき、応力複合化センサの必要な応力セ
ンサもしくはセンサセグメントを少なくとも1個もしく
はそれ以上選択して応力を測定することにより、任意方
向の応力及びその応力変化量のみを取り出し精度よく測
定することができる。請求項7に記載の本発明は、単一
方向又は複数方向の応力を計測できる応力複合化センサ
を構造体の応力集中部に設けた孔に選択装着することに
より、構造体のX軸もしくはX・Z軸又はX・Y・Z軸
方向の選別した各応力信号によって、特定方向の応力も
しくは選別した複数のセンサセグメントの加算応力信号
を取り出して応力を測定することができる。請求項8に
記載の本発明は、構造体の応力集中部に設けた孔に、単
一方向又は複数う方向の応力を計測できる応力複合化セ
ンサを装着して、X,X・Y,X・Y・Z軸方向の選択
した複数個のセンサセグメントの応力センサのみセンシ
ングさせ、その応力信号をそれぞれX軸・Y軸・Z軸方
向に分離し、その分離した応力信号をそれぞれ加算合成
した応力信号を比較演算することにより、計測精度を向
上させて応力を測定することができる。請求項9に記載
の本発明は、請求項7及び8に記載の構造体の応力測定
装置に於て、必要なセンサセグメントを選別して応力を
計測するとき、構造体に生じる他の応力の混入の少ない
応力層のセンサセグメントの応力信号を取り出して、応
力を計測することにより、クロストークの影響を受けな
い応力を簡易に測定することがえきる。請求項10に記
載の本発明は、請求項7乃至9に記載の構造体の応力測
定装置に於て、構造体のX・Z軸方向もしくはX・Y・
Z軸方向の応力を選別して、必要な方向の応力を測定し
てこの応力信号を制御パラメータとして使用することに
より、必要な方向の応力のみを精度よく取り出して信頼
性の高い制御システムを構成することができる。
集中部に設けた孔に、請求項1乃至4に記載した単一の
パッケージに構成された応力複合化センサを選択装着す
ることにより、構造体に生じるX軸方向もしくはX・Z
軸方向又はX・Y・Z軸方向のせん断歪を、選択した応
力複合化センサに対応した一方向もしくは2方向又は3
方向の応力を選択して取り出し測定することができる。
請求項6に記載の本発明は、構造体に生じるせん断歪を
センシングするとき、応力複合化センサの必要な応力セ
ンサもしくはセンサセグメントを少なくとも1個もしく
はそれ以上選択して応力を測定することにより、任意方
向の応力及びその応力変化量のみを取り出し精度よく測
定することができる。請求項7に記載の本発明は、単一
方向又は複数方向の応力を計測できる応力複合化センサ
を構造体の応力集中部に設けた孔に選択装着することに
より、構造体のX軸もしくはX・Z軸又はX・Y・Z軸
方向の選別した各応力信号によって、特定方向の応力も
しくは選別した複数のセンサセグメントの加算応力信号
を取り出して応力を測定することができる。請求項8に
記載の本発明は、構造体の応力集中部に設けた孔に、単
一方向又は複数う方向の応力を計測できる応力複合化セ
ンサを装着して、X,X・Y,X・Y・Z軸方向の選択
した複数個のセンサセグメントの応力センサのみセンシ
ングさせ、その応力信号をそれぞれX軸・Y軸・Z軸方
向に分離し、その分離した応力信号をそれぞれ加算合成
した応力信号を比較演算することにより、計測精度を向
上させて応力を測定することができる。請求項9に記載
の本発明は、請求項7及び8に記載の構造体の応力測定
装置に於て、必要なセンサセグメントを選別して応力を
計測するとき、構造体に生じる他の応力の混入の少ない
応力層のセンサセグメントの応力信号を取り出して、応
力を計測することにより、クロストークの影響を受けな
い応力を簡易に測定することがえきる。請求項10に記
載の本発明は、請求項7乃至9に記載の構造体の応力測
定装置に於て、構造体のX・Z軸方向もしくはX・Y・
Z軸方向の応力を選別して、必要な方向の応力を測定し
てこの応力信号を制御パラメータとして使用することに
より、必要な方向の応力のみを精度よく取り出して信頼
性の高い制御システムを構成することができる。
【0008】
【実施例】ここに示すものは好ましい実施形態の一例で
あって、特許請求の範囲はここに示す実施例に限定され
るものではない。以下に車両とくに自動車に適用した応
力測定装置の例を図示の実施例に基づいて本発明を説明
する。図1は1方向の応力複合化センサの基本構成例
て、エポキシ樹脂などのプラスチック又は金属やシリコ
ン材などからなる基板1の両面に金属抵抗箔からなる歪
ゲージa,b,c,dを2個宛クロスさせて取着して応
力センサSを形成したセンサエレメントeを複数個同一
平面上に連結し一体化してセンサセグメントgを構成
し、各応力センサSで夫々一方向の応力を計測するか、
もしくは選択した応力センサで1方向の応力を計測でき
るものである。図2は基板1に上記図1て示したような
センサセグメントgを複数列設けると共に同一基板に応
力センサSのブリッジ回路、増幅回路などの信号処理回
路Gを一体に形成し単一のパッケージ化して応力複合化
センサPを構成し、センサセグメントgの各応力センサ
Sの各々もしくは選択したセンサセグメントgの応力セ
ンサSのみが一方向の応力を計測するものである。
あって、特許請求の範囲はここに示す実施例に限定され
るものではない。以下に車両とくに自動車に適用した応
力測定装置の例を図示の実施例に基づいて本発明を説明
する。図1は1方向の応力複合化センサの基本構成例
て、エポキシ樹脂などのプラスチック又は金属やシリコ
ン材などからなる基板1の両面に金属抵抗箔からなる歪
ゲージa,b,c,dを2個宛クロスさせて取着して応
力センサSを形成したセンサエレメントeを複数個同一
平面上に連結し一体化してセンサセグメントgを構成
し、各応力センサSで夫々一方向の応力を計測するか、
もしくは選択した応力センサで1方向の応力を計測でき
るものである。図2は基板1に上記図1て示したような
センサセグメントgを複数列設けると共に同一基板に応
力センサSのブリッジ回路、増幅回路などの信号処理回
路Gを一体に形成し単一のパッケージ化して応力複合化
センサPを構成し、センサセグメントgの各応力センサ
Sの各々もしくは選択したセンサセグメントgの応力セ
ンサSのみが一方向の応力を計測するものである。
【0009】図3は2方向の応力複合化センサの基本構
成例で、応力センサSを取着したセンサエレメントe1
とe2とを直角に連結して一体化してセンサセグメント
gを構成してX軸方向とZ軸方向の2方向の応力を計測
できるように構成したものである。図4は上記図3で示
したよう2方向のセンサセグメントgを複数涸(横列に
4個、縦列に3個)連結し一体化して2方向の応力複合
化センサPを構成し、X・Z軸方向のセンサセグメント
の各センサエレメントeもしくは選択したセンサエレメ
ントeの応力センサSで2方向の応力を計測できるよう
にしたものである。図5は上記図4で示した2方向の応
力複合化センサを多層(2段)に積層連結して2方向の
応力複合化センサPを単一のバッケージ化したものであ
る。
成例で、応力センサSを取着したセンサエレメントe1
とe2とを直角に連結して一体化してセンサセグメント
gを構成してX軸方向とZ軸方向の2方向の応力を計測
できるように構成したものである。図4は上記図3で示
したよう2方向のセンサセグメントgを複数涸(横列に
4個、縦列に3個)連結し一体化して2方向の応力複合
化センサPを構成し、X・Z軸方向のセンサセグメント
の各センサエレメントeもしくは選択したセンサエレメ
ントeの応力センサSで2方向の応力を計測できるよう
にしたものである。図5は上記図4で示した2方向の応
力複合化センサを多層(2段)に積層連結して2方向の
応力複合化センサPを単一のバッケージ化したものであ
る。
【0010】図6は3方向の応力複合化センサの基本構
成例で、基板1に応力センサSを取着したセンサエレメ
ント3個をX・Y・Z軸の3方向に連結し一体化してセ
ンサセグメントgを構成し、各応力センサSで各々応力
を計測して3方向の応力を計測できるものである。図7
は上記図6で示したような3方向センサセグメントgを
複数個(横列に4個、縦列に3個)連結し一体化して3
方向の応力複合化センサPを構成し、X・Y・Z軸方向
のセンサセグメントgの各センサエレメントeもしくは
選択したセンサエレメントeの応力センサで3方向の応
力を計測できるようにしたものである。図8は上記図7
て示した3方向の応力複合化センサを多層(2段)に積
層連結して3方向の応力の応力複合化センサPを単一の
パッケージ化したものである。
成例で、基板1に応力センサSを取着したセンサエレメ
ント3個をX・Y・Z軸の3方向に連結し一体化してセ
ンサセグメントgを構成し、各応力センサSで各々応力
を計測して3方向の応力を計測できるものである。図7
は上記図6で示したような3方向センサセグメントgを
複数個(横列に4個、縦列に3個)連結し一体化して3
方向の応力複合化センサPを構成し、X・Y・Z軸方向
のセンサセグメントgの各センサエレメントeもしくは
選択したセンサエレメントeの応力センサで3方向の応
力を計測できるようにしたものである。図8は上記図7
て示した3方向の応力複合化センサを多層(2段)に積
層連結して3方向の応力の応力複合化センサPを単一の
パッケージ化したものである。
【0011】上記の2方向のセンサセグメントg及び2
方向の応力複合化センサPや3方向のセンサセグメント
g及び3方向の応力複合化センサPは、半導体プロセス
又はセラミック等の材料で製造することにより図2示の
ものと同様に応力センサSのブリッジ回路や増幅回路な
どの信号処理回路Gをメタルベースや半導体ベースなど
の同一基板に一体形成し単一のパッケージ化することが
容易である。又、図2に示すセンサセグメントgの基板
1に信号処理回路を一体形成する場合は、図9に示すよ
うに各センサエレメントeの歪ゲージa,b,c,dを
調整抵抗rとブリッジ回路を組み増幅回路APを介して
演算回路A及びBに接続した論理回路Lを形成し、各論
理回路L1〜L3の出力を演算回路C及びC’に接続し
て応力信号を取り出すようにする。図10はセンサセグ
メントgを2列連結した1方向の応力復合化センサの信
号処理回路の構成例を示したもので、2方向及び3方向
の応力複合化センサの場合の信号処理回路は上記した1
方向の応力複合化センサの信号処理回路の考え方を応用
することにより形成可能である。なお、応力センサSの
歪ゲージとして金属抵抗線歪ゲージを用いたものを示し
たが、本発明はこれに限定されるものでなく、ピエゾ効
果による歪ゲージ、結晶構造による歪ゲージ、半導体歪
ゲージ等を用いてもよい。
方向の応力複合化センサPや3方向のセンサセグメント
g及び3方向の応力複合化センサPは、半導体プロセス
又はセラミック等の材料で製造することにより図2示の
ものと同様に応力センサSのブリッジ回路や増幅回路な
どの信号処理回路Gをメタルベースや半導体ベースなど
の同一基板に一体形成し単一のパッケージ化することが
容易である。又、図2に示すセンサセグメントgの基板
1に信号処理回路を一体形成する場合は、図9に示すよ
うに各センサエレメントeの歪ゲージa,b,c,dを
調整抵抗rとブリッジ回路を組み増幅回路APを介して
演算回路A及びBに接続した論理回路Lを形成し、各論
理回路L1〜L3の出力を演算回路C及びC’に接続し
て応力信号を取り出すようにする。図10はセンサセグ
メントgを2列連結した1方向の応力復合化センサの信
号処理回路の構成例を示したもので、2方向及び3方向
の応力複合化センサの場合の信号処理回路は上記した1
方向の応力複合化センサの信号処理回路の考え方を応用
することにより形成可能である。なお、応力センサSの
歪ゲージとして金属抵抗線歪ゲージを用いたものを示し
たが、本発明はこれに限定されるものでなく、ピエゾ効
果による歪ゲージ、結晶構造による歪ゲージ、半導体歪
ゲージ等を用いてもよい。
【0012】図11は自動車(構造体)Kに本発明の応
力測定装置を適用した構成例であって、車軸2の車両の
進行方向と同じX軸方向に孔3を設け、この孔に上記の
1方向のみの応力もしくは2方向の応力又は3方向の応
力を計測てきる応力複合化センサPを選択して装着し応
力測定装置を構成する。この場合、車両の進行方向と同
じX軸方向は摩擦力Fを測定でき、横方向のY軸方向は
横力を測定でき、垂直方向のZ軸方向は垂直抗力(垂直
荷重)Nを測定できるものである。図12は図2に示す
1方向のみの応力を計測する応力複合化センサPを車軸
2の孔3に装着した応力計測手段の拡大図で、応力複合
化センサPはその基板1の長手方向側縁を孔3の周壁に
接触させて装着埋設され、必要に応じて空間部分に充填
材を充填し防水構造にしてもよい。この応力測定装置で
は、等間隔に平面的に復数列配置されたセンサセグメン
トgの各応力センサSが、車軸2に生じるX軸方向のみ
のせん断歪に対応して各々センシングして応力信号を出
力させ、摩擦力Fを測定することができる。又、図13
に示すように1方向の応力複合センサPを円板型に形成
して車軸の孔3にX軸方向と直角になるよう装着すると
垂直方向のみの応力信号が出力され垂直荷重Nを測定す
ることができる。図14は1方向の応力複合化センサP
3個を車軸2の孔3に間隔を置いて装着した応力測定装
置の例で、この場合は車軸2に生じるせん断歪に対応し
てメインセンサP1及びサブセンサP2、P3がセンシ
ングしてX軸方向のみにセンシングして応力信号を出力
し、これらの信号からブレーキ制御のパラメータに最適
な1方向の応力信号を選択して摩擦力Fを測定すること
ができる。
力測定装置を適用した構成例であって、車軸2の車両の
進行方向と同じX軸方向に孔3を設け、この孔に上記の
1方向のみの応力もしくは2方向の応力又は3方向の応
力を計測てきる応力複合化センサPを選択して装着し応
力測定装置を構成する。この場合、車両の進行方向と同
じX軸方向は摩擦力Fを測定でき、横方向のY軸方向は
横力を測定でき、垂直方向のZ軸方向は垂直抗力(垂直
荷重)Nを測定できるものである。図12は図2に示す
1方向のみの応力を計測する応力複合化センサPを車軸
2の孔3に装着した応力計測手段の拡大図で、応力複合
化センサPはその基板1の長手方向側縁を孔3の周壁に
接触させて装着埋設され、必要に応じて空間部分に充填
材を充填し防水構造にしてもよい。この応力測定装置で
は、等間隔に平面的に復数列配置されたセンサセグメン
トgの各応力センサSが、車軸2に生じるX軸方向のみ
のせん断歪に対応して各々センシングして応力信号を出
力させ、摩擦力Fを測定することができる。又、図13
に示すように1方向の応力複合センサPを円板型に形成
して車軸の孔3にX軸方向と直角になるよう装着すると
垂直方向のみの応力信号が出力され垂直荷重Nを測定す
ることができる。図14は1方向の応力複合化センサP
3個を車軸2の孔3に間隔を置いて装着した応力測定装
置の例で、この場合は車軸2に生じるせん断歪に対応し
てメインセンサP1及びサブセンサP2、P3がセンシ
ングしてX軸方向のみにセンシングして応力信号を出力
し、これらの信号からブレーキ制御のパラメータに最適
な1方向の応力信号を選択して摩擦力Fを測定すること
ができる。
【0013】又図4及び図5に示す2方向の応力複合化
センサPを、車軸2の孔3に装着して応力測定装置を構
成すれば、車軸2に生じるX軸方向及びZ軸方向の2方
向のせん断歪に相応して、多数のセンサエレメントの応
力センサSが各々センシングして応力信号を出力し、こ
れらの応力信号からブレーキ制御のパラメーターに最適
なX軸方向の応力信号値とZ軸方向の応力信号を選択し
て摩擦力Fと垂直荷重Nが測定でき、これらの出力値を
演算処理することにより路面摩擦係数μを容易に得るこ
とができる。
センサPを、車軸2の孔3に装着して応力測定装置を構
成すれば、車軸2に生じるX軸方向及びZ軸方向の2方
向のせん断歪に相応して、多数のセンサエレメントの応
力センサSが各々センシングして応力信号を出力し、こ
れらの応力信号からブレーキ制御のパラメーターに最適
なX軸方向の応力信号値とZ軸方向の応力信号を選択し
て摩擦力Fと垂直荷重Nが測定でき、これらの出力値を
演算処理することにより路面摩擦係数μを容易に得るこ
とができる。
【0014】更に図7及び8に示す3方向の応力復合化
センサPを車軸2の孔3に装着して応力測定装置を構成
すれば、車軸2に生じるX軸方向及びY軸方向並びにZ
軸方向の3方向のせん断歪に相応して、多数のセンサセ
グメントgの応力センサSが各々センシングして応力信
号を出力し、これらの応力信号からブレーキ制御のパラ
メータに最適なX軸方向・Y軸方向・Z軸方向の応力信
号を選択して、摩擦力F、垂直荷重N、横力を計測で
き、しかもX・Y軸方向或はX・Y・Z軸方向の選別し
た各応力信号により、特定方向の応力をその応力方向及
び応力値を測定することもでき、又選択した摩擦力Fと
垂直荷重Nを演算処理することにより最適な路面摩擦係
数μを容易に得ることができる。
センサPを車軸2の孔3に装着して応力測定装置を構成
すれば、車軸2に生じるX軸方向及びY軸方向並びにZ
軸方向の3方向のせん断歪に相応して、多数のセンサセ
グメントgの応力センサSが各々センシングして応力信
号を出力し、これらの応力信号からブレーキ制御のパラ
メータに最適なX軸方向・Y軸方向・Z軸方向の応力信
号を選択して、摩擦力F、垂直荷重N、横力を計測で
き、しかもX・Y軸方向或はX・Y・Z軸方向の選別し
た各応力信号により、特定方向の応力をその応力方向及
び応力値を測定することもでき、又選択した摩擦力Fと
垂直荷重Nを演算処理することにより最適な路面摩擦係
数μを容易に得ることができる。
【0015】1方向、2方向、3方向の応力複合化セン
サPを選択して応力測定装置を構成する場合、図15に
示すように2方向の応力複合化センサP2を車軸の孔3
に装着してX軸方向の応力信号及びZ軸方向の応力信号
とを選択計測できるように構成してもよく、又は図16
に示すように1方向の応力複合化センサP1と2方向応
力複合化センサP2とを、車軸の孔3に間隔置いて装着
して、1方向応力複合化センサP1でX軸方向のみの応
力信号である摩擦力Fを測定し、2方向の応力複合化セ
ンサP2の応力信号で路面摩擦係数μを測定できるよう
に構成してもよく、又図17に示すように3方向の応力
複合化センサP3を、車軸の孔3に装着してX軸方向の
応力信号、Y軸方向の応力信号、Z軸方向の応力信号を
夫々各別にもしくは選択して摩擦力F、垂直荷重N、横
力を各別にもしくは選択して測定できるように構成すれ
ばよく、要は応力信号を得るために1方向の応力複合化
センサP1、2方向の応力複合化センサP2、3方向の
応力複合化センサP3を単独もしくは組合せて応力測定
手段を構成すればよく、複数個の応力センサを単一のパ
ツケージ化した単一方向又は複数方向の応力を計測でき
る応力複合化センサを、単独に又は組み合わせて、構造
体のX軸,X・Y軸,X・Y・Z軸方向の選択した複数
個のセンサセグメントの応力センサのみセンシングさ
せ、その応力信号を夫々X軸,Y軸,Z軸方向に分離
し、その分離した応力信号をそれぞれ加算合成した応力
信号を比較演算するように構成してもよい。なお応力複
合化センサを装着する車軸の孔3は必ずしも丸孔でな
く、図18に示すように角孔に形成してもよく、角孔に
した場合は応力複合化センサの基板周縁と角孔の周壁と
の接触接合状態が密となり、車軸に生じるせん断歪が応
力複合化センサに伝わり易く、精渡よく応力を測定でき
るという利点を有する。なお応力複合化センサPを小型
の単一パッケージに形成した場合は、図19に示すよう
に車軸の孔3に応力複合化セシサPを挿入して、空間部
にエポキシ樹脂などの充填材Hを充填して固定し、防水
構造の応力測定装置を構成してもよい。以上は本発明の
応力複合化センサを車両の車軸に埋設した場合について
述べたが、車両のストラット部分に埋設した場合にも同
様の機能効果を得ることが可能であり、又本発明は車両
に限定されるものでなく、その他の構造体にも適用でき
るものである。
サPを選択して応力測定装置を構成する場合、図15に
示すように2方向の応力複合化センサP2を車軸の孔3
に装着してX軸方向の応力信号及びZ軸方向の応力信号
とを選択計測できるように構成してもよく、又は図16
に示すように1方向の応力複合化センサP1と2方向応
力複合化センサP2とを、車軸の孔3に間隔置いて装着
して、1方向応力複合化センサP1でX軸方向のみの応
力信号である摩擦力Fを測定し、2方向の応力複合化セ
ンサP2の応力信号で路面摩擦係数μを測定できるよう
に構成してもよく、又図17に示すように3方向の応力
複合化センサP3を、車軸の孔3に装着してX軸方向の
応力信号、Y軸方向の応力信号、Z軸方向の応力信号を
夫々各別にもしくは選択して摩擦力F、垂直荷重N、横
力を各別にもしくは選択して測定できるように構成すれ
ばよく、要は応力信号を得るために1方向の応力複合化
センサP1、2方向の応力複合化センサP2、3方向の
応力複合化センサP3を単独もしくは組合せて応力測定
手段を構成すればよく、複数個の応力センサを単一のパ
ツケージ化した単一方向又は複数方向の応力を計測でき
る応力複合化センサを、単独に又は組み合わせて、構造
体のX軸,X・Y軸,X・Y・Z軸方向の選択した複数
個のセンサセグメントの応力センサのみセンシングさ
せ、その応力信号を夫々X軸,Y軸,Z軸方向に分離
し、その分離した応力信号をそれぞれ加算合成した応力
信号を比較演算するように構成してもよい。なお応力複
合化センサを装着する車軸の孔3は必ずしも丸孔でな
く、図18に示すように角孔に形成してもよく、角孔に
した場合は応力複合化センサの基板周縁と角孔の周壁と
の接触接合状態が密となり、車軸に生じるせん断歪が応
力複合化センサに伝わり易く、精渡よく応力を測定でき
るという利点を有する。なお応力複合化センサPを小型
の単一パッケージに形成した場合は、図19に示すよう
に車軸の孔3に応力複合化セシサPを挿入して、空間部
にエポキシ樹脂などの充填材Hを充填して固定し、防水
構造の応力測定装置を構成してもよい。以上は本発明の
応力複合化センサを車両の車軸に埋設した場合について
述べたが、車両のストラット部分に埋設した場合にも同
様の機能効果を得ることが可能であり、又本発明は車両
に限定されるものでなく、その他の構造体にも適用でき
るものである。
【0016】
【効果】本発明によれば、1センサで1次元的、2次元
的、3次元的な応力方向や応力値を計測する応力複合化
センサを実現でき、この応力複合化センサを用いて2次
元的もしくは3次元的に複雑な応力が発生する構造体に
埋設して、必要とする応力方向や応力値を選択して測定
することができる。とくに本発明による応力複合化セン
サは3次元的に複雑な応力が発生する車両の車軸に適用
することにより、クロストークの影響を受けない選択し
た応力を測定することができ、安全性の高いブレーキ制
御システムを提供することが可能となる。
的、3次元的な応力方向や応力値を計測する応力複合化
センサを実現でき、この応力複合化センサを用いて2次
元的もしくは3次元的に複雑な応力が発生する構造体に
埋設して、必要とする応力方向や応力値を選択して測定
することができる。とくに本発明による応力複合化セン
サは3次元的に複雑な応力が発生する車両の車軸に適用
することにより、クロストークの影響を受けない選択し
た応力を測定することができ、安全性の高いブレーキ制
御システムを提供することが可能となる。
【図1】1方向センサセグメントの斜視図。
【図2】1方向の応力複合化センサの斜視図。
【図3】2方向センサセグメントの斜視図。
【図4】2方向の応力複合化センサの斜視図。
【図5】積層した2方向の応力複合化センサの斜視図。
【図6】3方向センサセグメントの斜視図。
【図7】3方向の応力複合化センサの斜視図。
【図8】積層した3方向の応力復合化センサの斜視図。
【図9】1方向センサエレメントの信号処理回路の構成
例を示す図。
例を示す図。
【図10】センサセグメントを2列連結した場合の信号
処理回路の構成例を示す図。
処理回路の構成例を示す図。
【図11】1方向の応力複合化センサを車両の車軸の孔
に装着した例を示す斜視図。
に装着した例を示す斜視図。
【図12】図11の応力複合化センサの装着部分の拡大
図。
図。
【図13】円板型の1方向の応力複合化センサを車両の
車軸の孔に装着した状態を示す図。
車軸の孔に装着した状態を示す図。
【図14】1方向の応力複合化センサ複数個を車両の車
軸の同一孔に装着した状態を示す図。
軸の同一孔に装着した状態を示す図。
【図15】2方向の応力複合化センサを車軸の孔に装着
した状態を示す図。
した状態を示す図。
【図16】1方向の応力複合化センサと2方向の応力複
合化センサとを車軸の同一孔に装着した状態を示す図。
合化センサとを車軸の同一孔に装着した状態を示す図。
【図17】3方向の応力複合化センサを車軸の孔に装着
した状態を示す図。
した状態を示す図。
【図18】2方向の応力複合化センサを車軸の角孔に装
着した状態を示す図。
着した状態を示す図。
【図19】応力複合化センサを車軸の孔に挿入し充填材
で充填固定した状態を示す図。
で充填固定した状態を示す図。
a,b,c,d 歪ゲージ 1 基板 S 応力センサ e センサエレメント g センサセグメント G 信号処理回路 P 応力複合化センサ K 構造体 2 車軸 3 孔 P1 1方向の応力複合化センサ P2 2方向の応力複合化センサ P3 3方向の応力複合化センサ
Claims (10)
- 【請求項1】基板の同一平面上に間隔を置いて歪ゲージ
からなる応力センサを複数個もしくは複数列取着して一
体化し、各応力センサが夫々一方向のみの応力信号を出
力するか、又は選択した応力センサが一方向のみの応力
信号を出力するようにしたことを特徴とする応力複合化
センサ。 - 【請求項2】直交する2軸面を有する基板の各面に歪ゲ
ージからなる応力センサを夫々取着したセンサセグメン
トを複数個もしくは複数列連結するか又は複数層重合連
結して一体化し、各センサセグメントが夫々2方向の応
力信号を出力するか、もしくは選択したセンサセグメン
トが2方向の応力信号を出力するようにしたことを特徴
とする応力複合化センサ。 - 【請求項3】3軸面を有する基板の各面に歪ゲージから
なる応力センサを夫々取着したセンサセグメントを複数
個もしくは複数列連結するか、又は複数層重合連結して
一体化し、各センサセグメントが3方向の応力信号を夫
々出力するかもしくは選択した方向の応力信号を出力す
るか、又は選択したセンサセグメントが3方向の応力信
号を出力するようにしたことを特徴とする応力複合化セ
ンサ。 - 【請求項4】請求項1乃至3に記載の応力複合化センサ
の同一基板に、歪ゲージのブリッジ回路や増幅回路など
の信号処理回路を形成し一体化したことを特徴とする応
力複合化センサ。 - 【請求項5】応力を計測する構造体の応力集中部に孔を
設け、この孔に請求項1乃至4に記載の応力複合化セン
サを選択装着し、構造体に生じるX軸方向もしくはX・
Z軸方向又はX・Y・Z軸方向のせん断歪を、選択した
応力複合化センサに対応した応力を選択測定できるよう
にしたことを特徴とする構造体の応力測定装置。 - 【請求項6】請求項5に記載の構造体の応力測定装置に
於て、構造体に生じるせん断歪をセンシングするとき、
応力複合化センサの必要な応力センサもしくはセンサセ
グメントを少なくとも1個もしくはそれ以上選別して、
応力を測定することを特徴とする構造体の応力測定装
置。 - 【請求項7】請求項1乃至4に記載の応力復合化センサ
を、応力を計測する構造体の応力集中部に設けた孔に選
択装着し、構造体のX・Z軸方向もしくはX・Y・Z軸
方向の選別した各応力信号により、特定方向の応力もし
くは選別した複数のセンサセグメントの加算応力信号を
測定できるようにしたことを特徴とする構造体の応力測
定装置。 - 【請求項8】請求項1乃至4に記載の応力複合化センサ
を、応力を計測する構造体の応力集中部に設けた孔に装
着し、構造体のX,X・Y,X・Y・Z,軸方向の選択
した複数個のセンサセグメントの応力センサのみセンシ
ングさせた応力信号をそれぞれX軸・Y軸・Z軸方向に
分離し、その分離した応力信号をそれぞれ加算合成した
応力信号を比較演算して応力を測定するようにしたこと
を特徴とする構造体の応力測定装置。 - 【請求項9】請求項7に記載の構造体の応力測定装置に
於て、必要なセンサセグメントを選別して応力を計測す
るとき、構造体に生じる他の応力の混入が少ない応力層
に添ったセンサセグメントの応力信号をそれぞれ複数個
取り出しそれらを合成して、応力を測定するようにした
ことを特徴とする構造体の応力測定装置。 - 【請求項10】請求項7及び8に記載の構造体の応力測
定装置に於て、構造体のX・Z軸方向もしくはX・Y・
Z軸方向の応力を選別して、必要な方向の応力を測定し
てこの応力信号を制御パラメータとして使用することを
特徴とする構造体の応力測定装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06257715A JP3131642B2 (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | 応力複合化センサ及びこれを用いた構造体の応力測定装置 |
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