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JP2016170125A - Displacement measurement device - Google Patents

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JP2016170125A JP2015051335A JP2015051335A JP2016170125A JP 2016170125 A JP2016170125 A JP 2016170125A JP 2015051335 A JP2015051335 A JP 2015051335A JP 2015051335 A JP2015051335 A JP 2015051335A JP 2016170125 A JP2016170125 A JP 2016170125A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacement measurement device capable of measuring the displacement magnitude of a measurement object while suppressing the power consumption.SOLUTION: A displacement measurement device (100) of the present invention includes: a rack gear unit (111) that moves in response to the displacement of the measurement object; a pinion gear unit (112) that rotates in conjunction with the movement of the rack gear unit; and an acceleration sensor (113) (gravitational acceleration sensor) that is disposed in the pinion gear unit and whose detection axis direction is set at the direction crossing the rotation axis of the pinion gear unit.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、変位計測装置に関する。   The present invention relates to a displacement measuring device.

従来、橋梁などの大型構造物の変位を計測するための変位計測装置として、歪計を利用した装置が知られている。
図5は、従来技術による変位計測装置10の一例を示す図である。変位計測装置10を構成するラックギア部11の一端側は、計測対象物(図示なし)と連結される。ラックギア部11の長手方向(図中矢印方向)に計測対象物が変位すると、ラックギア部11が直線的に移動し、このときのラックギア部11の直線運動がピニオンギア部12の回転運動に変換される。ピニオンギア部12の回転角は、計測対象物の変位量に応じて定まる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a device using a strain gauge is known as a displacement measuring device for measuring the displacement of a large structure such as a bridge.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a displacement measuring apparatus 10 according to the prior art. One end side of the rack gear portion 11 constituting the displacement measuring device 10 is connected to a measurement object (not shown). When the measurement object is displaced in the longitudinal direction of the rack gear portion 11 (in the direction of the arrow in the figure), the rack gear portion 11 moves linearly, and the linear motion of the rack gear portion 11 at this time is converted into the rotational motion of the pinion gear portion 12. The The rotation angle of the pinion gear unit 12 is determined according to the amount of displacement of the measurement object.

ピニオンギア部12には、板バネ13の一端が取り付けられ、板バネ13の他端は、例えばピニオンギア部12の回転軸を支持する構造体(図示なし)等に固定されている。板バネ13には歪計14が取り付けらえており、歪計14には読取装置15が接続されている。ピニオンギア部12が回転すると、板バネ13が変形し、板バネ13に歪みが発生する。板バネ13の歪みは、ピニオンギア部12の回転量に依存し、ピニオンギア部12の回転量は、計測対象物の変位量に依存する。従って、板バネ13の歪み量から計測対象物の変位量を知ることができる。   One end of a leaf spring 13 is attached to the pinion gear portion 12, and the other end of the leaf spring 13 is fixed to, for example, a structure (not shown) that supports the rotation shaft of the pinion gear portion 12. A strain gauge 14 is attached to the leaf spring 13, and a reading device 15 is connected to the strain gauge 14. When the pinion gear portion 12 rotates, the leaf spring 13 is deformed, and the leaf spring 13 is distorted. The distortion of the leaf spring 13 depends on the rotation amount of the pinion gear portion 12, and the rotation amount of the pinion gear portion 12 depends on the displacement amount of the measurement object. Therefore, the displacement amount of the measurement object can be known from the strain amount of the leaf spring 13.

歪計14は、計測対象物の変位量に応じた板バネ13の歪み量を検出し、読取装置15は、歪計14の検出値を読み取る。歪計14として、光ファイバにおける反射波の波長の変化を利用して歪みを検出する光学式の歪計や、ホイートストーンブリッジにおける電気抵抗の変化を利用して歪みを検出する電気式の歪計が一般に使用されている。   The strain gauge 14 detects the strain amount of the leaf spring 13 according to the displacement amount of the measurement object, and the reading device 15 reads the detection value of the strain gauge 14. As the strain gauge 14, an optical strain gauge that detects distortion using a change in the wavelength of a reflected wave in an optical fiber, or an electrical strain that detects distortion using a change in electrical resistance in a Wheatstone bridge. A meter is commonly used.

特許第4721324号公報Japanese Patent No. 4721324

上述の光学式の歪計によれば、光ファイバが損傷を受けると、その損傷個所以遠の部位からの反射波が得られなくなるため、損傷個所以遠の部位の歪みを検出することができなくなる。光ファイバ長が長くなる程、この種の故障の発生頻度が高まる。このため、歪みの検出値を伝送する伝送路の損傷による故障を回避する点で、光ファイバ等の有線による伝送方式よりも、無線伝送方式が望ましい。   According to the optical strain meter described above, when an optical fiber is damaged, a reflected wave from a part far from the damaged part cannot be obtained, so that distortion in a part far from the damaged part can be detected. Disappear. The longer the optical fiber length, the higher the frequency of this type of failure. For this reason, the wireless transmission system is preferable to the wired transmission system such as an optical fiber in that a failure due to damage to the transmission path that transmits the detected strain value is avoided.

ここで、無線伝送方式は電気信号を伝送の対象とすることを考慮すれば、歪み量を電気信号として得る電気式の歪計の方が、歪み量を光信号として得る光学式の歪計よりも、無線伝送方式との適合性に優れている。ただし、歪みの検出値を伝送する伝送路の損傷による故障を回避することができる無線伝送方式の利点を生かすためには、変位計測装置の電源を供給する配線の損傷も回避する必要がある。このため、無線伝送方式を採用する場合、変位計測装置の電源を遠隔から有線で供給する形態は好ましくなく、変位計測装置の電源として電池を備える必要がある。   Here, in consideration of the fact that the wireless transmission method is intended for transmission of electrical signals, the electrical strain gauge that obtains the amount of distortion as an electrical signal is better than the optical strain meter that obtains the amount of distortion as an optical signal. Is also excellent in compatibility with the wireless transmission system. However, in order to take advantage of the wireless transmission method capable of avoiding a failure due to damage to the transmission path that transmits the distortion detection value, it is also necessary to avoid damage to the wiring that supplies power to the displacement measuring device. For this reason, when adopting a wireless transmission method, a form in which the power source of the displacement measuring device is remotely supplied by wire is not preferable, and it is necessary to provide a battery as the power source of the displacement measuring device.

しかしながら、電気抵抗変化を利用する電気式の歪計によれば、定常的に抵抗に電流を流す必要があり、その消費電力が大きくなる。このため、橋梁等の大型構造物の変位を長期間(例えば、5年以上)にわたってモニタする用途では、上述の無線伝送方式を採用した場合、変位計測装置の電池の消耗を極力抑える必要があり、変位計測装置に電気式の歪計を利用することは困難である。   However, according to an electric strain meter that utilizes a change in electric resistance, it is necessary to constantly flow a current through the resistor, and the power consumption increases. For this reason, in applications where the displacement of large structures such as bridges is monitored over a long period of time (for example, 5 years or more), it is necessary to minimize the battery consumption of the displacement measuring device when the wireless transmission method described above is employed. It is difficult to use an electric strain gauge for the displacement measuring device.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、消費電力を抑制しつつ、計測対象物の変位量を計測することができる変位計測装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the displacement measuring device which can measure the displacement amount of a measurement target object, suppressing power consumption.

本発明の一態様による変位計測装置は、計測対象物の変位に合わせて移動する移動部と、前記移動部の移動に連動して回転する回転部と、前記回転部に設けられ、検出軸方向が前記回転部の回転軸と交差する方向に設定された重力加速度センサと、を備えた変位計測装置の構成を有する。
前記変位計測装置において、例えば、前記重力加速度センサの検出値に基づいて前記計測対象物の変位量を演算するための演算処理部を更に備え、前記演算処理部は、所定の頻度で前記重力加速度センサの検出値を取得してもよい。
前記変位計測装置において、例えば、前記演算処理部は、前記所定の頻度で取得した前記重力加速度センサの検出値に基づいて前記計測対象物の変位量を演算した後、前記計測対象物の変位量に基づいて、前記重力加速度センサの検出値を取得する頻度を変更してもよい。
前記変位計測装置において、例えば、前記移動部の移動に連動して、前記回転部の回転半径よりも大きい回転半径で回転する副回転部と、前記副回転部に設けられ、検出軸方向が前記副回転部の回転軸と交差する方向に設定された副重力加速度センサと、を更に備え、前記演算処理部は、前記副重力加速度センサの検出値を参照して前記回転部の回転数または回転方向を特定してもよい。
前記変位計測装置において、例えば、前記重力加速度センサは、静電容量型の重力加速度センサであってもよい。
A displacement measuring apparatus according to an aspect of the present invention includes a moving unit that moves in accordance with the displacement of a measurement object, a rotating unit that rotates in conjunction with the movement of the moving unit, and a detection axis direction. Has a configuration of a displacement measuring device including a gravitational acceleration sensor set in a direction intersecting with the rotation axis of the rotating unit.
In the displacement measuring apparatus, for example, the displacement measuring apparatus further includes an arithmetic processing unit for calculating a displacement amount of the measurement object based on a detection value of the gravitational acceleration sensor, and the arithmetic processing unit has the gravitational acceleration at a predetermined frequency. You may acquire the detection value of a sensor.
In the displacement measurement device, for example, the calculation processing unit calculates the displacement amount of the measurement object based on the detection value of the gravitational acceleration sensor acquired at the predetermined frequency, and then the displacement amount of the measurement object. The frequency of obtaining the detection value of the gravitational acceleration sensor may be changed based on the above.
In the displacement measuring apparatus, for example, a sub-rotation unit that rotates at a rotation radius larger than the rotation radius of the rotation unit in conjunction with the movement of the movement unit, and the sub-rotation unit are provided, and the detection axis direction is A sub-gravity acceleration sensor set in a direction intersecting with the rotation axis of the sub-rotation unit, wherein the arithmetic processing unit refers to a detection value of the sub-gravity acceleration sensor and rotates or rotates the rotation unit The direction may be specified.
In the displacement measuring apparatus, for example, the gravitational acceleration sensor may be a capacitance-type gravitational acceleration sensor.

本発明の一態様によれば、消費電力を抑制しつつ、計測対象物の変位量を計測することができる。   According to one aspect of the present invention, it is possible to measure the amount of displacement of a measurement object while suppressing power consumption.

本発明の第1実施形態による変位計測装置が適用される橋梁の一例を模式的に示す図であり、(A)は、橋梁の全体図であり、(B)は、変位計測装置が取り付けられた部位付近の拡大図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows typically an example of the bridge to which the displacement measuring device by 1st Embodiment of this invention is applied, (A) is a general view of a bridge, (B) is a displacement measuring device attached. FIG. 本発明の第1実施形態による変位計測装置の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structural example of the displacement measuring device by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による変位計測装置の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structural example of the displacement measuring device by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による変位計測装置の動作例を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the operation example of the displacement measuring device by 2nd Embodiment of this invention. 従来技術による変位計測装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the displacement measuring device by a prior art.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
なお、ここでは、本発明の実施形態による変位計測装置を橋梁の橋桁の変位計測に適用する場合を例とするが、本発明の実施形態による変位計測装置は任意の用途に適用することが可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Here, the case where the displacement measuring device according to the embodiment of the present invention is applied to the displacement measurement of the bridge girder of the bridge is taken as an example, but the displacement measuring device according to the embodiment of the present invention can be applied to any application. It is.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による変位計測装置100(後述の図2)が適用される橋梁の一例を模式的に示す図であり、(A)は、橋梁の全体図であり、(B)は、変位計測装置100が取り付けられた部位付近(点線の丸印で囲んだ部位)の拡大図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a bridge to which a displacement measuring device 100 (FIG. 2 described later) according to the first embodiment of the present invention is applied, and (A) is an overall view of the bridge. (B) is an enlarged view of the vicinity of a part to which the displacement measuring device 100 is attached (part surrounded by a dotted circle).

図1(A)および図1(B)に示すxyz座標系のx軸方向は、橋梁の長手方向を示し、y軸方向は、橋梁の幅方向を示し、z軸方向は鉛直方向を示している。従って、図1(A)は、橋梁をy軸方向から見た側面図であり、図1(B)は、図1(A)に示す橋梁の一部(点線の丸印で囲んだ部位)をz軸方向から見た上視図である。
なお、図1(A)および図1(B)に示す各要素は、説明の便宜上、強調または簡略化されて表現されており、実際のスケールで表現されていないことに留意されたい。
The x-axis direction of the xyz coordinate system shown in FIGS. 1A and 1B indicates the longitudinal direction of the bridge, the y-axis direction indicates the width direction of the bridge, and the z-axis direction indicates the vertical direction. Yes. Therefore, FIG. 1 (A) is a side view of the bridge as viewed from the y-axis direction, and FIG. 1 (B) is a part of the bridge shown in FIG. 1 (A) (part surrounded by a dotted circle). It is the top view which looked at from the z-axis direction.
Note that each element illustrated in FIGS. 1A and 1B is expressed in an emphasized or simplified manner for convenience of description, and is not expressed on an actual scale.

第1実施形態による変位計測装置100が適用される橋梁は、図1(A)に示すように、上部構造体として橋桁1A,1B,1Cを備え、下部構造体として、橋台2A,2Bおよび橋脚3A,3Bとを備えている。橋桁1A,1B,1Cは、第1実施形態による変位計測装置100の計測対象物であり、変位計測装置100は、橋桁間の相対的変位量(例えば橋脚間の隙間または段差)を計測する。   As shown in FIG. 1A, the bridge to which the displacement measuring device 100 according to the first embodiment is provided includes bridge girders 1A, 1B, and 1C as upper structures, and abutments 2A and 2B and piers as lower structures. 3A, 3B. The bridge girders 1A, 1B, and 1C are measurement objects of the displacement measuring apparatus 100 according to the first embodiment, and the displacement measuring apparatus 100 measures a relative displacement amount (for example, a gap or a step between piers) between the bridge girders.

橋桁1Aの一端側は、橋台2Aにより支持され、橋桁1Aの他端側は、橋脚3Aにより支持されている。また、橋桁1Bの一端側は、上記の橋桁1Aの他端と共に橋脚3Aにより支持され、橋桁1Bの他端側は、橋脚3Bにより支持されている。更に、橋桁1Cの一端側は、上記の橋桁1Bの他端と共に橋脚3Bにより支持され、橋桁1Cの他端側は、橋台2Bにより支持されている。   One end of the bridge girder 1A is supported by the abutment 2A, and the other end of the bridge girder 1A is supported by the pier 3A. One end side of the bridge girder 1B is supported by the pier 3A together with the other end of the bridge girder 1A, and the other end side of the bridge girder 1B is supported by the pier 3B. Furthermore, one end side of the bridge girder 1C is supported by the pier 3B together with the other end of the bridge girder 1B, and the other end side of the bridge girder 1C is supported by the abutment 2B.

また、図1(B)に示すように、橋桁1Aと橋桁1Bとの連結部付近に、第1実施形態による変位計測装置100が取り付けられている。詳細には、変位計測装置100の本体部110は、橋桁1Aに固定されている。また、変位計測装置100の本体部110の内部から突出した計測棒111aは、橋桁1Bに固定された台座1BBに連結されている。橋桁1Aと橋桁1Bとの間の相対的変位量(隙間等)に応じて、変位計測装置100から突出した計測棒111aが、その長手方向に移動する。   Further, as shown in FIG. 1B, a displacement measuring device 100 according to the first embodiment is attached in the vicinity of the connecting portion between the bridge beam 1A and the bridge beam 1B. Specifically, the main body 110 of the displacement measuring device 100 is fixed to the bridge girder 1A. Further, the measuring rod 111a protruding from the inside of the main body 110 of the displacement measuring device 100 is connected to a base 1BB fixed to the bridge beam 1B. The measuring rod 111a protruding from the displacement measuring device 100 moves in the longitudinal direction according to the relative displacement amount (gap or the like) between the bridge beam 1A and the bridge beam 1B.

図2は、本発明の第1実施形態による変位計測装置100の構成例を模式的に示す図である。
変位計測装置100は、その本体部110の内部に、ラックギア部111、ピニオンギア部112、加速度センサ113、演算処理部114、変位情報記憶部115、無線通信部116を備えている。ラックギア部111は、その長手方向に沿って複数の歯が列状に形成された直線歯形の歯車であり、その長手方向に沿って移動可能に支持されている。ラックギア部111は、計測対象物である橋桁1Aと橋桁1Bとの間の相対的変位に合わせて移動する移動部として機能する。ラックギア部111の一部は、計測棒111aとして本体部110から突出している。計測棒111aの端部(ラックギア部111の端部)は、橋桁1B(図1)に形成された台座11Bと連結されている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration example of the displacement measuring apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.
The displacement measuring apparatus 100 includes a rack gear unit 111, a pinion gear unit 112, an acceleration sensor 113, an arithmetic processing unit 114, a displacement information storage unit 115, and a wireless communication unit 116 inside the main body 110. The rack gear portion 111 is a linear tooth-shaped gear having a plurality of teeth formed in a row along the longitudinal direction thereof, and is supported so as to be movable along the longitudinal direction. The rack gear unit 111 functions as a moving unit that moves in accordance with the relative displacement between the bridge girder 1A and the bridge girder 1B, which are measurement objects. A part of the rack gear part 111 protrudes from the main body part 110 as a measuring rod 111a. The end portion of the measuring rod 111a (the end portion of the rack gear portion 111) is connected to a pedestal 11B formed on the bridge beam 1B (FIG. 1).

ピニオンギア部112は、回転半径rの平歯車であり、その外周に形成された歯がラックギア部111に形成された歯と噛み合うようにして回転可能に支持されている。ピニオンギア部112は、ラックギア部111の移動に連動して回転する回転部として機能する。ピニオンギア部112は、上述のラックギア部111と共に所謂ラックアンドピニオン(rack and pinion)を構成する。ピニオンギア部112の回転軸(図示なし)は水平状に支持され、ピニオンギア部112の回転面は上述のxyz座標系のxz面に対応する鉛直面をなす。このため、ピニオンギア部112は、概ね鉛直面内で回転する。   The pinion gear portion 112 is a spur gear having a rotation radius r, and is rotatably supported so that teeth formed on the outer periphery thereof mesh with teeth formed on the rack gear portion 111. The pinion gear unit 112 functions as a rotating unit that rotates in conjunction with the movement of the rack gear unit 111. The pinion gear unit 112 constitutes a so-called rack and pinion together with the rack gear unit 111 described above. The rotation shaft (not shown) of the pinion gear unit 112 is supported horizontally, and the rotation surface of the pinion gear unit 112 forms a vertical plane corresponding to the xz plane of the above-described xyz coordinate system. For this reason, the pinion gear part 112 rotates in a substantially vertical plane.

ピニオンギア部112の回転中心部付近には、加速度センサ113が取り付けられている。加速度センサ113は、静電容量型の重力加速度センサであり、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサである。ただし、この例に限定されず、重力加速度を検出することができることを限度として、加速度センサ113は、半導体センサ、角度センサ、傾斜角センサなど、他の任意のセンサとして表現し得る。加速度センサ113の検出軸JSの方向は、ピニオンギア部112の回転軸(図示なし)と交差するように設定されている。望ましくは、加速度センサ113の検出軸JSの方向は、ピニオンギア部112の回転軸と概ね直交する方向に設定される。   An acceleration sensor 113 is attached near the center of rotation of the pinion gear portion 112. The acceleration sensor 113 is a capacitance-type gravitational acceleration sensor, and is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor. However, the present invention is not limited to this example, and the acceleration sensor 113 can be expressed as any other sensor such as a semiconductor sensor, an angle sensor, and an inclination angle sensor as long as gravitational acceleration can be detected. The direction of the detection axis JS of the acceleration sensor 113 is set so as to intersect with the rotation axis (not shown) of the pinion gear portion 112. Desirably, the direction of the detection axis JS of the acceleration sensor 113 is set to a direction substantially orthogonal to the rotation axis of the pinion gear portion 112.

加速度センサ113の検出軸JSの方向は、計測棒111aの移動量がゼロの状態、即ちピニオンギア部112の回転角θがゼロの状態で、鉛直軸方向JVと一致するように初期設定されている。加速度センサ113は、検出軸方向における重力加速度成分を検出することにより、ピニオンギア部112の回転角θを示す検出信号S(θ)を生成して出力する。加速度センサ113から出力された検出信号S(θ)は、演算処理部114に供給される。   The direction of the detection axis JS of the acceleration sensor 113 is initially set so as to coincide with the vertical axis direction JV when the movement amount of the measuring rod 111a is zero, that is, when the rotation angle θ of the pinion gear portion 112 is zero. Yes. The acceleration sensor 113 generates and outputs a detection signal S (θ) indicating the rotation angle θ of the pinion gear unit 112 by detecting the gravitational acceleration component in the detection axis direction. The detection signal S (θ) output from the acceleration sensor 113 is supplied to the arithmetic processing unit 114.

演算処理部114は、ピニオンギア部112の回転角θを示す加速度センサ113の検出信号S(θ)に基づいて、計測対象物の橋桁間の相対的変位量Dを算出するための要素である。この相対的変位量Dは、ラックギア部111の移動量Mと一致する。演算処理部114は、後述するように、ラックギア部111の移動量Mから、計測対象物の橋桁間の相対的変位量Dを示す変位信号S(D)を生成して出力する。
変位情報記憶部115は、演算処理部114により算出された相対的変位量Dに関する変位情報を記憶するための要素であり、例えばSRAM(Static Random Access Memory)等の任意のメモリから構成され得る。
The arithmetic processing unit 114 is an element for calculating the relative displacement amount D between the bridge beams of the measurement object based on the detection signal S (θ) of the acceleration sensor 113 indicating the rotation angle θ of the pinion gear unit 112. . This relative displacement amount D coincides with the movement amount M of the rack gear portion 111. As will be described later, the arithmetic processing unit 114 generates and outputs a displacement signal S (D) indicating a relative displacement amount D between the bridge beams of the measurement object from the movement amount M of the rack gear unit 111.
The displacement information storage unit 115 is an element for storing displacement information related to the relative displacement amount D calculated by the arithmetic processing unit 114, and may be configured from an arbitrary memory such as an SRAM (Static Random Access Memory).

無線通信部116は、橋梁を管理する図示しない遠隔地の管理センターに備えられた無線通信装置との間で無線通信回線を通じて各種の情報を含む信号の送受信を実施するための要素である。無線通信部116は、例えば、演算処理部114がピニオンギア部112の回転角θを取得する都度、または、上記管理センターの無線通信装置からの要求に応じて、または、定期的に、上記無線通信回線を通じて上記管理センターの無線通信装置に変位信号S(D)を送信する。また、無線通信部116は、上記管理センターの無線通信装置から上記無線通信回線を通じて、演算処理部114が実施する処理の制御に関する制御情報を含む指示信号を受信する。ただし、無線通信部116は、必要に応じて備えられる任意的要素であり、変位計測装置100の外部に備えられてもよく、省略することも可能である。なお、無線通信回線は、任意の形態の無線通信を含む。   The wireless communication unit 116 is an element for performing transmission / reception of signals including various types of information via a wireless communication line with a wireless communication device provided in a remote management center (not shown) that manages the bridge. For example, each time the arithmetic processing unit 114 acquires the rotation angle θ of the pinion gear unit 112, or in response to a request from the wireless communication device of the management center, or periodically, the wireless communication unit 116 A displacement signal S (D) is transmitted to the wireless communication device of the management center through the communication line. The wireless communication unit 116 also receives an instruction signal including control information related to control of processing performed by the arithmetic processing unit 114 from the wireless communication device of the management center through the wireless communication line. However, the wireless communication unit 116 is an optional element provided as necessary, and may be provided outside the displacement measuring apparatus 100, or may be omitted. The wireless communication line includes any form of wireless communication.

次に、第1実施形態による変位計測装置100の動作を説明する。
ここでは、橋桁1Aと橋桁1Bとの間の隙間が拡大したことにより、橋桁1Aに対して橋桁1Bが変位したときの演算処理部114の処理に着目して、変位計測装置100の動作を説明する。
なお、説明の便宜上、橋桁1Aと橋桁1Bとの間の相対的変位量Dは、変位計測装置100の本体部110が取り付けられた橋桁1Aの位置を基準とした橋桁1Bの変位量であるものとし、橋桁1Aと橋桁1Bとの間の相対的変位量Dを橋桁1Bの変位量Dと称す。
Next, the operation of the displacement measuring apparatus 100 according to the first embodiment will be described.
Here, the operation of the displacement measuring device 100 will be described by paying attention to the processing of the arithmetic processing unit 114 when the bridge girder 1B is displaced with respect to the bridge girder 1A because the gap between the bridge girder 1A and the bridge girder 1B is enlarged. To do.
For convenience of explanation, the relative displacement amount D between the bridge beam 1A and the bridge beam 1B is the displacement amount of the bridge beam 1B with reference to the position of the bridge beam 1A to which the main body 110 of the displacement measuring device 100 is attached. The relative displacement D between the bridge beam 1A and the bridge beam 1B is referred to as the displacement amount D of the bridge beam 1B.

図2に示すように、橋桁1Bが、橋桁1Aを基準とした初期位置Paから図2の右手方向の位置Pbに変位すると、ラックギア部111が図2の右手方向に移動する。このときのラックギア部111の移動量Mは、橋桁1Bの変位量Dを示す。ラックギア部111が図2の右手方向に移動すると、ピニオンギア部112が図2において右回転方向(時計回りの方向)に回転する。   As shown in FIG. 2, when the bridge girder 1B is displaced from the initial position Pa relative to the bridge girder 1A to the position Pb in the right hand direction of FIG. 2, the rack gear portion 111 moves in the right hand direction of FIG. The movement amount M of the rack gear portion 111 at this time indicates the displacement amount D of the bridge girder 1B. When the rack gear unit 111 moves in the right-hand direction in FIG. 2, the pinion gear unit 112 rotates in the right rotation direction (clockwise direction) in FIG.

この場合、ピニオンギア部112の回転角θ(ラジアン)は、ピニオンギア部112の回転半径rとラックギア部111の移動量M(即ち、ピニオンギア部112の外周に沿った歯の移動距離)とを用いて、次式(1)により与えられる。式(1)から理解されるように、回転半径rを小さく設定するほど、ピニオンギア部112の回転角θとして大きな値を得ることができる。このことは、変位量D(即ち、移動量M)の検出感度が向上することを意味する。   In this case, the rotation angle θ (radian) of the pinion gear portion 112 is determined by the rotation radius r of the pinion gear portion 112 and the movement amount M of the rack gear portion 111 (that is, the tooth movement distance along the outer periphery of the pinion gear portion 112). Is given by the following equation (1). As understood from the equation (1), the smaller the rotation radius r, the larger the rotation angle θ of the pinion gear portion 112 can be obtained. This means that the detection sensitivity of the displacement amount D (that is, the movement amount M) is improved.

θ=M/r …(1)   θ = M / r (1)

加速度センサ113は、ピニオンギア部112の回転角θに応じて変化する検出軸JSの方向における重力加速度成分を検出する。検出軸JSの方向における重力加速度成分は、ピニオンギア部112の回転角θに応じて決定される。加速度センサ113は、検出軸JSの方向における重力加速度成分に対応したピニオンギア部112の回転角θを示す検出信号S(θ)を演算処理部114に出力する。   The acceleration sensor 113 detects a gravitational acceleration component in the direction of the detection axis JS that changes according to the rotation angle θ of the pinion gear unit 112. The gravitational acceleration component in the direction of the detection axis JS is determined according to the rotation angle θ of the pinion gear unit 112. The acceleration sensor 113 outputs a detection signal S (θ) indicating the rotation angle θ of the pinion gear unit 112 corresponding to the gravitational acceleration component in the direction of the detection axis JS to the arithmetic processing unit 114.

ここで、ラックギア部111の移動量Mは、橋桁1Bの変位量Dと等しいから、上式(1)は、次式(2)のように書き替えられる。演算処理部114は、次式(2)を用いて、検出信号S(θ)によって示されるピニオンギア部112の回転角θと、ピニオンギア部112の回転半径rとから橋桁1Bの変位量Dを算出する。演算処理部114は、変位量Dに関する変位情報を変位情報記憶部115に記憶させる。また、演算処理部114は、変位量Dを示す変位信号S(D)を生成して無線通信部116に出力する。無線通信部116は、無線通信回線を通じて変位信号S(D)を管理センターの無線通信装置に送信する。   Here, since the movement amount M of the rack gear part 111 is equal to the displacement amount D of the bridge girder 1B, the above equation (1) can be rewritten as the following equation (2). The arithmetic processing unit 114 uses the following equation (2) to calculate the displacement D of the bridge girder 1B from the rotation angle θ of the pinion gear unit 112 indicated by the detection signal S (θ) and the rotation radius r of the pinion gear unit 112. Is calculated. The arithmetic processing unit 114 stores displacement information regarding the displacement amount D in the displacement information storage unit 115. In addition, the arithmetic processing unit 114 generates a displacement signal S (D) indicating the displacement amount D and outputs it to the wireless communication unit 116. The wireless communication unit 116 transmits the displacement signal S (D) to the wireless communication device in the management center through the wireless communication line.

D=θ×r …(2)   D = θ × r (2)

ここで、上述の例では、演算処理部114により変位量Dが算出される都度、変位量Dそのものを示す変位信号S(D)が遠隔の管理センターに無線送信されるが、この例に限らず、演算処理部114は、変位情報記憶部115から前回算出した変位量D(以下、「変位量D(n−1)」と称す。)を読み出し、前回の変位量D(n−1)と、今回算出した変位量D(以下、「変位量D(n)」と称す。)との差分(即ち、変位量Dの変化分)を算出し、この変位量Dの差分を示す差分信号を上記変位信号S(D)として無線送信してもよい。   In the above example, every time the displacement amount D is calculated by the arithmetic processing unit 114, the displacement signal S (D) indicating the displacement amount D itself is wirelessly transmitted to the remote management center. First, the arithmetic processing unit 114 reads the displacement amount D calculated previously (hereinafter referred to as “displacement amount D (n−1)”) from the displacement information storage unit 115, and the previous displacement amount D (n−1). And a difference signal indicating the difference between the displacement amounts D (ie, the amount of change in the displacement amount D), which is a difference between the displacement amount D calculated this time (hereinafter referred to as “displacement amount D (n)”). May be wirelessly transmitted as the displacement signal S (D).

第1実施形態では、演算処理部114は、所定の頻度(または周期)で加速度センサ113の検出信号S(θ)をサンプリングすることにより、変位量Dを算出するための回転角θを取得する。例えば、演算処理部114は、ピニオンギア部112の回転角θが180度を超えない頻度で回転角θを取得する。このような回転角θの取得頻度に関する制約を設ける理由は、検出信号S(θ)をサンプリングしてから次回のサンプリングまでの期間中に回転角θが180度(2πラジアン)を超えると、移動量M(変位量D)を正しく算出することができなくなるためである。   In the first embodiment, the arithmetic processing unit 114 acquires the rotation angle θ for calculating the displacement amount D by sampling the detection signal S (θ) of the acceleration sensor 113 at a predetermined frequency (or period). . For example, the arithmetic processing unit 114 acquires the rotation angle θ at a frequency that the rotation angle θ of the pinion gear unit 112 does not exceed 180 degrees. The reason for providing such a restriction on the acquisition frequency of the rotation angle θ is that if the rotation angle θ exceeds 180 degrees (2π radians) during the period from the sampling of the detection signal S (θ) to the next sampling, it moves. This is because the amount M (displacement amount D) cannot be calculated correctly.

即ち、検出信号S(θ)をサンプリングしてから次回のサンプリングまでの期間中に回転角θが180度(2πラジアン)を超えると、次回のサンプリングにより得られる回転角θが、前回のサンプリングにより得られた回転角θを基準にしてピニオンギア部112が右回転したときの回転角であるのか、左回転したときの回転角であるのか、または、ピニオンギア部112が何回転したときの回転角であるのかを特定することができなくなる。この場合、移動量M(変位量D)を正しく算出することができなくなる。   That is, if the rotation angle θ exceeds 180 degrees (2π radians) during the period from the sampling of the detection signal S (θ) to the next sampling, the rotation angle θ obtained by the next sampling is determined by the previous sampling. The rotation angle when the pinion gear 112 is rotated to the right or the rotation angle when the pinion gear 112 is rotated counterclockwise with reference to the obtained rotation angle θ, or the rotation when the pinion gear 112 is rotated It becomes impossible to specify whether it is a corner. In this case, the movement amount M (displacement amount D) cannot be calculated correctly.

上述の例では、ピニオンギア部112の回転角θを上述の所定の頻度で取得するものとしたが、状況に合わせて、ピニオンギア部112の回転方向を特定することができることを限度に、その頻度を変更してもよい。例えば、演算処理部114に、ピニオンギア部112の回転角θを取得する頻度の初期値として、比較的高い頻度を与える値を設定しておく。演算処理部114は、上記初期値として設定された頻度でピニオンギア部112の回転角θを取得し、その回転角θの経時的な変化の傾向から、回転角θが180度を超えない頻度を推定する。その後、演算処理部114は、ピニオンギア部112の回転角θを取得する頻度を、上記推定された頻度に変更する。このように回転角θを取得する頻度を変更すれば、過剰な頻度で回転角θを取得することがなくなり、加速度センサ113から出力される検出信号S(θ)をサンプリングするために必要とする演算処理部114の消費電力を抑制することが可能になる。   In the above-described example, the rotation angle θ of the pinion gear unit 112 is acquired at the above-described predetermined frequency. However, as long as the rotation direction of the pinion gear unit 112 can be specified according to the situation, The frequency may be changed. For example, a value that gives a relatively high frequency is set in the arithmetic processing unit 114 as an initial value of the frequency of acquiring the rotation angle θ of the pinion gear unit 112. The arithmetic processing unit 114 acquires the rotation angle θ of the pinion gear unit 112 at the frequency set as the initial value, and the frequency at which the rotation angle θ does not exceed 180 degrees from the tendency of the rotation angle θ to change over time. Is estimated. Thereafter, the arithmetic processing unit 114 changes the frequency of obtaining the rotation angle θ of the pinion gear unit 112 to the estimated frequency. If the frequency at which the rotation angle θ is acquired in this way is changed, the rotation angle θ is not acquired at an excessive frequency and is necessary for sampling the detection signal S (θ) output from the acceleration sensor 113. The power consumption of the arithmetic processing unit 114 can be suppressed.

また、演算処理部114がピニオンギア部112の回転角θを取得する頻度(以下、「回転角θの取得頻度」と称す。)を、遠隔地から上述の無線通信回線を通じて伝送される指示信号により変更可能としてもよい。例えば、上述の例により状況に合わせて回転角θの取得頻度を少ない値に変更した後、地震等により変位量Dが急激に変化する状況が発生することが予測される場合、遠隔地の監視センターに駐在する保守管理者が、上述の無線通信回線を通じて回転角θの取得頻度を高い値に設定し直してもよい。逆に、例えば変位量Dが急激に変化し得ない状況が予測される場合、遠隔地の管理センターに駐在する保守管理者が、上述の無線通信回線を通じて回転角θの取得頻度を低い値に設定し直してもよい。   In addition, the frequency at which the arithmetic processing unit 114 acquires the rotation angle θ of the pinion gear unit 112 (hereinafter referred to as “acquisition frequency of the rotation angle θ”) is transmitted from a remote location through the above-described wireless communication line. It is good also as changeable by. For example, when it is predicted that a situation in which the displacement amount D changes suddenly due to an earthquake or the like after changing the acquisition frequency of the rotation angle θ to a small value according to the situation according to the above-described example will be monitored A maintenance manager residing in the center may reset the acquisition frequency of the rotation angle θ to a high value through the above-described wireless communication line. On the other hand, for example, when it is predicted that the displacement amount D cannot change suddenly, the maintenance manager stationed at the remote management center reduces the acquisition frequency of the rotation angle θ to a low value through the wireless communication line. You may reset it.

上述した第1実施形態によれば、加速度センサ113として、静電容量型のMEMSセンサを用いたので、検出信号S(θ)は、加速度センサ113の静電容量の電圧値として検出され、加速度センサ113には定常的な直流電流が流れない。また、加速度センサ113をMEMSセンサとしたので、その静電容量の容量値が小さくなり、充放電に要する電流成分を小さくすることができる。従って、加速度センサ113の消費電力を抑制することができる。   According to the first embodiment described above, since the capacitance type MEMS sensor is used as the acceleration sensor 113, the detection signal S (θ) is detected as the voltage value of the capacitance of the acceleration sensor 113, and the acceleration is detected. A steady DC current does not flow through the sensor 113. Further, since the acceleration sensor 113 is a MEMS sensor, the capacitance value of the capacitance is reduced, and the current component required for charging / discharging can be reduced. Therefore, power consumption of the acceleration sensor 113 can be suppressed.

また、橋梁の橋桁の変位をモニタする用途では、変位量Dは、長期にわたって少しずつ変化する傾向を示し、短期間で急激に変化することは少ない。このため、演算処理部114による検出信号S(θ)のサンプリングの頻度を十分に小さい値に設定することができる。検出信号S(θ)のサンプリングの頻度を少なくすれば、演算処理部114の消費電力を抑制することができる。   Moreover, in the application which monitors the displacement of the bridge girder of a bridge, the displacement amount D shows a tendency to change little by little over a long period of time, and hardly changes rapidly in a short period of time. For this reason, the sampling frequency of the detection signal S (θ) by the arithmetic processing unit 114 can be set to a sufficiently small value. If the frequency of sampling the detection signal S (θ) is reduced, the power consumption of the arithmetic processing unit 114 can be suppressed.

上述した第1実施形態によれば、加速度センサ113として、静電容量型のセンサを用いたので、検出信号S(θ)は、加速度センサ113の静電容量の電圧として検出され、加速度センサ113に定常的な直流電流は流れない。また、加速度センサ113をMEMSセンサとしたので、その容量値が小さくなり、加速度センサ113の静電容量の充放電成分を小さくすることができる。従って、加速度センサ113の消費電力を有効に抑制することができる。   According to the first embodiment described above, since the capacitance type sensor is used as the acceleration sensor 113, the detection signal S (θ) is detected as the capacitance voltage of the acceleration sensor 113, and the acceleration sensor 113 is detected. However, no steady DC current flows. Further, since the acceleration sensor 113 is a MEMS sensor, the capacitance value is reduced, and the charge / discharge component of the capacitance of the acceleration sensor 113 can be reduced. Therefore, the power consumption of the acceleration sensor 113 can be effectively suppressed.

また、橋梁の用途では、変位量Dは、長期にわたって少しずつ変化する傾向を示し、短期間で急激に変化することは少ない。このため、演算処理部114による検出信号S(θ)のサンプリングの頻度を十分に少なくすることができる。検出信号S(θ)のサンプリングの頻度を少なくすれば、演算処理部114の消費電力を抑制することができる。   In bridge applications, the displacement amount D tends to change little by little over a long period of time and rarely changes rapidly in a short period of time. For this reason, the frequency of sampling of the detection signal S (θ) by the arithmetic processing unit 114 can be sufficiently reduced. If the frequency of sampling the detection signal S (θ) is reduced, the power consumption of the arithmetic processing unit 114 can be suppressed.

従って、第1実施形態によれば、変位計測装置100の消費電力を小さく抑えることができる。このため、上述の無線通信回線等の無線伝送方式を用いて変位量Dに関する変位信号S(D)を送信する用途において、変位計測装置100の電源として電池を採用した場合、その電池の消耗を抑制することができ、長期間にわたって変位計測装置100を稼働させて変位量Dを安定的にモニタすることが可能になる。この場合、有線伝送方式に特有の断線等の故障を防止することができ、モニタの信頼性を向上させることができる。   Therefore, according to the first embodiment, the power consumption of the displacement measuring apparatus 100 can be kept small. For this reason, when a battery is employed as the power source of the displacement measuring device 100 in an application in which the displacement signal S (D) related to the displacement amount D is transmitted using a wireless transmission method such as the wireless communication line described above, the battery is consumed. Therefore, the displacement measuring device 100 can be operated over a long period of time and the displacement amount D can be monitored stably. In this case, it is possible to prevent a failure such as disconnection peculiar to the wired transmission method, and to improve the reliability of the monitor.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
上述した第1実施形態では、ピニオンギア部112の回転角θが180度(2πラジアン)以上となった場合、回転方向を特定することができなくなる不都合を回避する必要上、ピニオンギア部112の回転角θを取得する頻度に関する制約が存在したが、第2実施形態は、回転角θを取得する頻度に関する制約を受けることなく、変位量Dをモニタすることを可能とする。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment described above, when the rotation angle θ of the pinion gear portion 112 is 180 degrees (2π radians) or more, it is necessary to avoid the disadvantage that the rotation direction cannot be specified. Although there is a restriction regarding the frequency of acquiring the rotation angle θ, the second embodiment makes it possible to monitor the displacement amount D without being restricted by the frequency of acquiring the rotation angle θ.

図3は、本発明の第2実施形態による変位計測装置200の構成例を模式的に示す図である。
変位計測装置200は、上述の図2に示す第1実施形態による変位計測装置100の構成において、本体部110に代えて本体部210を備えている。本体部210には、第1実施形態による変位計測装置100の本体部110の構成要素であるラックギア部111、ピニオンギア部112、加速度センサ113に加え、ピニオンギア部1120と加速度センサ1130とが更に備えられている。また、本体部210には、第1実施形態による変位計測装置100の本体部110の構成要素である演算処理部114に代えて、演算処理部1140が備えられている。
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration example of a displacement measuring apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention.
The displacement measuring apparatus 200 includes a main body 210 instead of the main body 110 in the configuration of the displacement measuring apparatus 100 according to the first embodiment shown in FIG. The main body 210 further includes a pinion gear 1120 and an acceleration sensor 1130 in addition to the rack gear 111, the pinion gear 112, and the acceleration sensor 113, which are components of the main body 110 of the displacement measuring apparatus 100 according to the first embodiment. Is provided. In addition, the main body unit 210 includes an arithmetic processing unit 1140 instead of the arithmetic processing unit 114 that is a constituent element of the main body unit 110 of the displacement measuring apparatus 100 according to the first embodiment.

なお、図3に示す「回転角θ1」、「検出信号S(θ1)」、「回転半径r1」、「検出軸JS1」は、それぞれ、上述の図2に示す第1実施形態におけるピニオンギア部112の回転角θ、加速度センサ113から出力される検出信号S(θ)、ピニオンギア部112の回転半径r、加速度センサ113の検出軸JSに相当する。   The “rotation angle θ1”, “detection signal S (θ1)”, “rotation radius r1”, and “detection axis JS1” shown in FIG. 3 are the pinion gear portions in the first embodiment shown in FIG. 112 corresponds to the rotation angle θ of 112, the detection signal S (θ) output from the acceleration sensor 113, the rotation radius r of the pinion gear portion 112, and the detection axis JS of the acceleration sensor 113.

ここで、ピニオンギア部1120は、ピニオンギア部112の回転半径r1よりも大きい回転半径r2を有する平歯車であり、その外周に形成された歯がピニオンギア部112に形成された歯と噛み合うようにして回転可能に支持されている。ピニオンギア部1120は、ラックギア部111の移動に連動して回転する副回転部として機能する。ピニオンギア部1120の回転軸(図示なし)は、ピニオンギア部112と同様に水平状に支持され、ピニオンギア部112の回転面は上述のxyz座標系のxz面に対応する鉛直面をなす。即ち、ピニオンギア部1120は、ピニオンギア部112と同一の鉛直面内で回転する。   Here, the pinion gear portion 1120 is a spur gear having a rotation radius r2 larger than the rotation radius r1 of the pinion gear portion 112, and the teeth formed on the outer periphery thereof mesh with the teeth formed on the pinion gear portion 112. And is rotatably supported. The pinion gear unit 1120 functions as a sub-rotation unit that rotates in conjunction with the movement of the rack gear unit 111. The rotation axis (not shown) of the pinion gear unit 1120 is supported horizontally like the pinion gear unit 112, and the rotation surface of the pinion gear unit 112 forms a vertical plane corresponding to the xz plane of the above-described xyz coordinate system. That is, the pinion gear unit 1120 rotates in the same vertical plane as the pinion gear unit 112.

ここでは、ピニオンギア部1120の回転半径r2は、ピニオンギア部112の回転半径r1の4倍であるものとする。従って、ピニオンギア部112が右回転方向に2回転し、回転角θ1が+720度(+4πラジアン)となったとき、ピニオンギア部1120は、左回転方向に4分の1回転し、その回転角θ2は−90度(−π/2ラジアン)となる。逆に、ピニオンギア部112が左回転方向に2回転し、回転角θ1が−720度(−4πラジアン)となったとき、ピニオンギア部1120は、右回転方向に4分の1回転し、その回転角θ2は+90度(+π/2ラジアン)となる。従って、ピニオンギア部112の回転角θ1が±180度以上となっても、ピニオンギア部1120の回転角θ2からピニオンギア部112の回転方向と回転数を特定することができる。   Here, it is assumed that the rotation radius r2 of the pinion gear portion 1120 is four times the rotation radius r1 of the pinion gear portion 112. Therefore, when the pinion gear 112 rotates twice in the clockwise direction and the rotation angle θ1 becomes +720 degrees (+ 4π radians), the pinion gear 1120 rotates by a quarter in the counterclockwise rotation direction. θ2 is −90 degrees (−π / 2 radians). Conversely, when the pinion gear 112 rotates twice in the left rotation direction and the rotation angle θ1 becomes −720 degrees (−4π radians), the pinion gear 1120 rotates one quarter in the right rotation direction, The rotation angle θ2 is +90 degrees (+ π / 2 radians). Therefore, even if the rotation angle θ1 of the pinion gear portion 112 is ± 180 degrees or more, the rotation direction and the rotation speed of the pinion gear portion 112 can be specified from the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120.

ただし、この例に限定されず、ピニオンギア部1120の回転角θ2からピニオンギア部112の回転方向と回転数を特定することができることを限度として、ピニオンギア部112の回転半径r1とピニオンギア部1120の回転半径r2との比は任意に設定し得る。第2実施形態では、回転半径r1および回転半径r2は、ラックギア部111の移動量Mが最大値Mmax(計測限界値)に達したときに、ピニオンギア部1120が+180度(+2πラジアン)未満になるように設定されている。   However, the present invention is not limited to this example, and the rotation radius r1 of the pinion gear portion 112 and the pinion gear portion are limited to that the rotation direction and the rotation speed of the pinion gear portion 112 can be specified from the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120. The ratio of the rotation radius 12 of 1120 can be set arbitrarily. In the second embodiment, the rotation radius r1 and the rotation radius r2 are less than +180 degrees (+ 2π radians) when the pinion gear portion 1120 reaches the maximum value Mmax (measurement limit value) when the movement amount M of the rack gear portion 111 reaches the maximum value Mmax. It is set to be.

ピニオンギア部1120の回転中心部付近には、加速度センサ1130が取り付けられている。加速度センサ1130は、ピニオンギア部112に取り付けられた加速度センサ113と同様の静電容量型の加速度センサであり、MEMSセンサである。加速度センサ1130の検出軸JS2は、ピニオンギア部1120の回転軸(図示なし)と交差する方向に設定されている。望ましくは、加速度センサ1130の検出軸JS2は、ピニオンギア部1120の回転軸と直交する方向に設定される。   An acceleration sensor 1130 is attached near the rotation center of the pinion gear portion 1120. The acceleration sensor 1130 is a capacitance type acceleration sensor similar to the acceleration sensor 113 attached to the pinion gear unit 112, and is a MEMS sensor. A detection axis JS2 of the acceleration sensor 1130 is set in a direction intersecting with a rotation axis (not shown) of the pinion gear portion 1120. Desirably, the detection axis JS2 of the acceleration sensor 1130 is set in a direction orthogonal to the rotation axis of the pinion gear portion 1120.

また、加速度センサ1130の検出軸JS2の方向は、計測棒111aの移動量がゼロの状態、即ちピニオンギア部112の回転角θ1とピニオンギア部1120の回転角θ2とが共にゼロの状態で、鉛直軸方向JVと一致するように初期設定されている。加速度センサ1130は、ピニオンギア部1120の回転角θ2を示す検出信号S(θ2)を出力する。   The direction of the detection axis JS2 of the acceleration sensor 1130 is such that the movement amount of the measuring rod 111a is zero, that is, the rotation angle θ1 of the pinion gear portion 112 and the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120 are both zero. The initial setting is made to coincide with the vertical axis direction JV. The acceleration sensor 1130 outputs a detection signal S (θ2) indicating the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120.

加速度センサ113から出力される検出信号S(θ1)と、加速度センサ1130から出力される検出信号S(θ2)は、演算処理部1140に供給される。演算処理部1140は、加速度センサ1130から出力される検出信号S(θ2)を参照してピニオンギア部1120の回転数または回転方向を判定し、その判定結果に基づいて、ラックギア部111の移動量Mを算出する。この移動量Mは計測対象物の橋桁1Bの変位量Dと一致する。演算処理部1140は、計測対象物の橋桁1Bの変位量Dを示す変位信号S(D)を生成して出力する。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。
The detection signal S (θ1) output from the acceleration sensor 113 and the detection signal S (θ2) output from the acceleration sensor 1130 are supplied to the arithmetic processing unit 1140. The arithmetic processing unit 1140 determines the rotation speed or the rotation direction of the pinion gear unit 1120 with reference to the detection signal S (θ2) output from the acceleration sensor 1130, and the amount of movement of the rack gear unit 111 based on the determination result. M is calculated. This movement amount M coincides with the displacement amount D of the bridge girder 1B of the measurement object. The arithmetic processing unit 1140 generates and outputs a displacement signal S (D) indicating the displacement amount D of the bridge girder 1B of the measurement object.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.

次に、図4に示すフローチャートに沿って、第2実施形態による変位計測装置200の動作を説明する。
ここでは、第1実施形態と同様に、橋桁1Aと橋桁1Bとの間の隙間が拡大したことにより、橋桁1Aに対して橋桁1Bが変位したときの演算処理部1140の処理に着目して、変位計測装置200の動作を説明する。
Next, the operation of the displacement measuring apparatus 200 according to the second embodiment will be described along the flowchart shown in FIG.
Here, as in the first embodiment, paying attention to the processing of the arithmetic processing unit 1140 when the bridge girder 1B is displaced with respect to the bridge girder 1A by expanding the gap between the bridge girder 1A and the bridge girder 1B, The operation of the displacement measuring apparatus 200 will be described.

演算処理部1140がピニオンギア部112の回転角θ1を示す検出信号S(θ1)を取得するための動作等は、第1実施形態と同様であり、その説明を省略する。
橋桁1Bが図3中の右手方向に変位すると、そのときの橋桁1Bの変位量Dに応じて、ラックギア部111が図3中の右手方向に移動量M(=変位量D)だけ移動する。ラックギア部111が移動すると、ピニオンギア部112が回転角θ1(ラジアン)だけ右回転方向に回転する。ピニオンギア部112が回転すると、ピニオンギア部1120が左回転方向に回転角θ2だけ回転する。このとき、回転角θ2の絶対値は、回転角θ1の絶対値の4分の1である。
The operation for the arithmetic processing unit 1140 to acquire the detection signal S (θ1) indicating the rotation angle θ1 of the pinion gear unit 112 is the same as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
When the bridge girder 1B is displaced in the right-hand direction in FIG. 3, the rack gear 111 moves in the right-hand direction in FIG. 3 by the movement amount M (= displacement amount D) according to the displacement amount D of the bridge girder 1B at that time. When the rack gear unit 111 moves, the pinion gear unit 112 rotates in the clockwise direction by the rotation angle θ1 (radian). When the pinion gear portion 112 rotates, the pinion gear portion 1120 rotates by the rotation angle θ2 in the left rotation direction. At this time, the absolute value of the rotation angle θ2 is a quarter of the absolute value of the rotation angle θ1.

加速度センサ1130は、ピニオンギア部1120の回転角θ2に応じて変化する検出軸JS2の方向における重力加速度成分を検出する。検出軸JS2の方向における重力加速度成分は、ピニオンギア部1120の回転角θ2に応じて決定される。加速度センサ1130は、検出軸JS2の方向における重力加速度成分に対応したピニオンギア部1120の回転角θ2を示す検出信号S(θ)を出力する。   The acceleration sensor 1130 detects a gravitational acceleration component in the direction of the detection axis JS2 that changes according to the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120. The gravitational acceleration component in the direction of the detection axis JS2 is determined according to the rotation angle θ2 of the pinion gear unit 1120. The acceleration sensor 1130 outputs a detection signal S (θ) indicating the rotation angle θ2 of the pinion gear unit 1120 corresponding to the gravitational acceleration component in the direction of the detection axis JS2.

演算処理部1140は、回転角θ1,θ2の取得処理を実施する(ステップS1)。即ち、演算処理部1140は、所定の頻度で、加速度センサ113の検出信号S(θ1)と、加速度センサ1130の検出信号S(θ2)をサンプリングすることにより、変位量Dを算出するための回転角θ1,θ2を取得する。ただし、第2実施形態では、検出信号S(θ1),S(θ2)をサンプリングする所定の頻度は、上述の第1実施形態において述べたような制約を受けず、任意に設定し得る。   The arithmetic processing unit 1140 performs an acquisition process of the rotation angles θ1 and θ2 (step S1). That is, the arithmetic processing unit 1140 samples the detection signal S (θ1) of the acceleration sensor 113 and the detection signal S (θ2) of the acceleration sensor 1130 at a predetermined frequency, and thereby calculates the displacement D. The angles θ1 and θ2 are acquired. However, in the second embodiment, the predetermined frequency for sampling the detection signals S (θ1) and S (θ2) can be arbitrarily set without being restricted as described in the first embodiment.

続いて、演算処理部1140は、回転角θ2の場合分け処理を実施する(ステップS2)。具体的には、演算処理部1140は、加速度センサ1130から出力される検出信号S(θ2)から、ピニオンギア部1120の回転角θ2(ラジアン)が次の数値範囲R1〜R4の何れに属するかを判定する。   Subsequently, the arithmetic processing unit 1140 performs a case classification process for the rotation angle θ2 (step S2). Specifically, the arithmetic processing unit 1140 determines which of the following numerical ranges R1 to R4 the rotation angle θ2 (radian) of the pinion gear unit 1120 belongs to from the detection signal S (θ2) output from the acceleration sensor 1130. Determine.

(1)数値範囲R1;−π≦θ2<−π/2
(2)数値範囲R2;−π/2≦θ2<0
(3)数値範囲R3;0≦θ2<+π/2
(4)数値範囲R4;+π/2≦θ2<π
(1) Numerical range R1; −π ≦ θ2 <−π / 2
(2) Numerical range R2; −π / 2 ≦ θ2 <0
(3) Numerical range R3; 0 ≦ θ2 <+ π / 2
(4) Numerical range R4; + π / 2 ≦ θ2 <π

ここで、ピニオンギア部112が右方向(時計回りの方向)に回転し、そのときのピニオンギア部112の回転数が1回転以上かつ2回転未満である場合、ピニオンギア部1120の回転角θ2は数値範囲R1に属する。また、ピニオンギア部112が右方向に回転し、そのときのピニオンギア部112の回転数が1回未満である場合、ピニオンギア部1120の回転角θ2は数値範囲R2に属する。   Here, when the pinion gear portion 112 rotates rightward (clockwise direction) and the rotation speed of the pinion gear portion 112 at that time is not less than one rotation and less than two rotations, the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120 Belongs to the numerical range R1. Further, when the pinion gear portion 112 rotates rightward and the rotation speed of the pinion gear portion 112 at that time is less than one, the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120 belongs to the numerical value range R2.

また、ピニオンギア部112が左方向(反時計回りの方向)に回転し、そのときのピニオンギア部112の回転数が1回未満である場合、ピニオンギア部1120の回転角θ2は数値範囲R3に属する。更に、ピニオンギア部112が左方向に回転し、そのときのピニオンギア部112の回転数が1回転以上かつ2回転未満である場合、ピニオンギア部1120の回転角θ2は数値範囲R4に属する。従って、ピニオンギア部1120の回転角θ2が上記の数値範囲R1〜R4の何れに属するかを判定することにより、ピニオンギア部1120の回転方向と回転数を特定することができる。   Further, when the pinion gear portion 112 rotates in the left direction (counterclockwise direction) and the rotation speed of the pinion gear portion 112 at that time is less than once, the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120 is in the numerical range R3. Belonging to. Further, when the pinion gear portion 112 rotates to the left and the rotation speed of the pinion gear portion 112 at that time is one rotation or more and less than two rotations, the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120 belongs to the numerical value range R4. Therefore, by determining which of the numerical ranges R1 to R4 the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120 belongs, the rotation direction and the rotation speed of the pinion gear portion 1120 can be specified.

続いて、演算処理部1140は、上述のピニオンギア部112の回転数および回転方向と、回転角θ2が属する数値範囲R1〜R4との間の関係を用いて、ピニオンギア部112の回転数の判定処理を実施する(ステップS3)。例えば、演算処理部1140は、回転角θ2が上記の数値範囲R1に属していれば、ピニオンギア部112の回転数は1回転以上かつ2回転未満であると判定する。   Subsequently, the arithmetic processing unit 1140 uses the relationship between the rotation number and rotation direction of the pinion gear unit 112 described above and the numerical range R1 to R4 to which the rotation angle θ2 belongs to calculate the rotation number of the pinion gear unit 112. A determination process is performed (step S3). For example, if the rotation angle θ2 belongs to the numerical value range R1, the arithmetic processing unit 1140 determines that the rotation speed of the pinion gear unit 112 is 1 rotation or more and less than 2 rotations.

続いて、演算処理部1140は、上述のピニオンギア部112の回転数および回転方向と、回転角θ2が属する数値範囲R1〜R4との間の関係を用いて、ピニオンギア部112の回転方向の判定処理を実施する(ステップS4)。例えば、演算処理部1140は、回転角θ2が上記の数値範囲R1に属していれば、ピニオンギア部112の回転方向は右回転方向(時計回りの方向)であると判定する。   Subsequently, the arithmetic processing unit 1140 uses the relationship between the rotation speed and rotation direction of the pinion gear unit 112 and the numerical ranges R1 to R4 to which the rotation angle θ2 belongs, to determine the rotation direction of the pinion gear unit 112. A determination process is performed (step S4). For example, if the rotation angle θ2 belongs to the numerical value range R1, the arithmetic processing unit 1140 determines that the rotation direction of the pinion gear unit 112 is the right rotation direction (clockwise direction).

続いて、演算処理部1140は、上記の判定処理(ステップS2,S3)により得られたピニオンギア部112の回転方向および回転数と、加速度センサ113から出力される検出信号S(θ1)によって示される回転角θ1とを用いて、変位量Dを演算する。具体的には、演算処理部1140は、上記の判定処理(ステップS2,S3)により、ピニオンギア部112の回転方向が左回転方向であり、そのときのピニオンギア部112の回転数が1回転以上かつ2回転未満であると判定された場合、ピニオンギア部112の右回りの総回転角は、「θ1−4π」と表わされるから、次式(3a)を用いて変位量Dを演算する。   Subsequently, the arithmetic processing unit 1140 is indicated by the rotation direction and the number of rotations of the pinion gear unit 112 obtained by the above determination processing (steps S2 and S3) and the detection signal S (θ1) output from the acceleration sensor 113. The displacement amount D is calculated using the rotation angle θ1. Specifically, the arithmetic processing unit 1140 determines that the rotation direction of the pinion gear unit 112 is the left rotation direction and the rotation number of the pinion gear unit 112 at that time is one rotation by the above determination processing (steps S2 and S3). When it is determined that the rotation is less than 2 rotations, the total clockwise rotation angle of the pinion gear portion 112 is expressed as “θ1-4π”, and the displacement amount D is calculated using the following equation (3a). .

D=r1×(θ1−4π) …(3a)   D = r1 × (θ1−4π) (3a)

また、演算処理部1140は、上記の判定処理(ステップS2,S3)により、ピニオンギア部112の回転方向が左回転方向であり、そのときのピニオンギア部112の回転数が1回転未満であると判定された場合、ピニオンギア部112の右回りの総回転角は、「θ1−2π」と表わされるから、次式(3b)を用いて変位量Dを演算する。   Further, the arithmetic processing unit 1140 determines that the rotation direction of the pinion gear unit 112 is the left rotation direction and the rotation speed of the pinion gear unit 112 at that time is less than one rotation by the above determination processing (steps S2 and S3). Is determined as “θ1-2π”, the displacement D is calculated using the following equation (3b).

D=r1×(θ1−2π) …(3b)   D = r1 × (θ1-2π) (3b)

また、演算処理部1140は、上記の判定処理(ステップS2,S3)により、ピニオンギア部112の回転方向が右回転方向であり、そのときのピニオンギア部112の回転数が1回転未満であると判定された場合、ピニオンギア部112の回転角θ1の右回りの総回転角は回転角θ1そのものであるから、次式(3c)を用いて変位量Dを演算する。   Further, the arithmetic processing unit 1140 determines that the rotation direction of the pinion gear unit 112 is the right rotation direction and the rotation speed of the pinion gear unit 112 at that time is less than one rotation by the above determination processing (steps S2 and S3). Is determined, the rotation amount θ1 of the pinion gear portion 112 in the clockwise direction is the rotation angle θ1 itself, so the displacement amount D is calculated using the following equation (3c).

D=r1×θ1 …(3c)   D = r1 × θ1 (3c)

また、演算処理部1140は、上記の判定処理(ステップS2,S3)により、ピニオンギア部112の回転方向が右回転方向であり、そのときのピニオンギア部112の回転数が1回転以上かつ2回転未満であると判定された場合、ピニオンギア部112の右回りの総回転角は「θ1+2π」であるから、上記(3c)におけるθ1を(θ1+2π)に置き換えた次式(3d)を用いて変位量Dを演算する。   Further, the calculation processing unit 1140 determines that the rotation direction of the pinion gear unit 112 is the right rotation direction and the rotation number of the pinion gear unit 112 at that time is one rotation or more and 2 When it is determined that the rotation is less than the rotation, the total clockwise rotation angle of the pinion gear portion 112 is “θ1 + 2π”. Therefore, the following equation (3d) in which θ1 in (3c) is replaced with (θ1 + 2π) is used. The displacement amount D is calculated.

D=r1×(θ1+2π) …(3d)   D = r1 × (θ1 + 2π) (3d)

上述したように、演算処理部1140は、ピニオンギア部1120の回転角θ2が属する数値範囲R1〜R4に応じて、ピニオンギア部112の回転方向と回転数を判定し、その判定結果を参照して、ピニオンギア部112の初期値からの総回転角を算出する。そして、演算処理部1140は、算出した総回転角を用いて変位量Dを算出する。   As described above, the arithmetic processing unit 1140 determines the rotation direction and the rotation speed of the pinion gear unit 112 according to the numerical range R1 to R4 to which the rotation angle θ2 of the pinion gear unit 1120 belongs, and refers to the determination result. Thus, the total rotation angle from the initial value of the pinion gear unit 112 is calculated. Then, the arithmetic processing unit 1140 calculates the displacement amount D using the calculated total rotation angle.

次に、第2実施形態の変形例を説明する。
図3に示す例では、ピニオンギア部112を挟んでピニオンギア部1120をラックギア部111と連結させたが、ピニオンギア部1120をラックギア部111に直接連結させてもよい。この場合、ピニオンギア部1120をラックギア部111に連結させる手法は任意であり、例えば、ラックギア部111を挟んでピニオンギア部112と対向する位置にピニオンギア部1120を配置してもよい。この場合、ラックギア部111の上辺と下辺の両方に歯を形成すればよい。
Next, a modification of the second embodiment will be described.
In the example shown in FIG. 3, the pinion gear portion 1120 is connected to the rack gear portion 111 with the pinion gear portion 112 interposed therebetween, but the pinion gear portion 1120 may be directly connected to the rack gear portion 111. In this case, the method of connecting the pinion gear portion 1120 to the rack gear portion 111 is arbitrary, and for example, the pinion gear portion 1120 may be disposed at a position facing the pinion gear portion 112 with the rack gear portion 111 interposed therebetween. In this case, teeth may be formed on both the upper side and the lower side of the rack gear portion 111.

また、この場合、ラックギア部111の長手方向に沿ってピニオンギア部112と並べるようにピニオンギア部1120を配置してもよい。このようにピニオンギア部1120をラックギア部111に直接連結させることにより、ピニオンギア部1120の回転角θ2の精度を改善することができる。
また、図3の構成において、ピニオンギア部112の位置とピニオンギア部1120の位置とを入れ替え、ピニオンギア部1120を挟んでピニオンギア部112をラックギア部111に連結させてもよい。
In this case, the pinion gear portion 1120 may be arranged so as to be aligned with the pinion gear portion 112 along the longitudinal direction of the rack gear portion 111. Thus, by directly connecting the pinion gear portion 1120 to the rack gear portion 111, the accuracy of the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120 can be improved.
In the configuration of FIG. 3, the position of the pinion gear portion 112 and the position of the pinion gear portion 1120 may be interchanged, and the pinion gear portion 112 may be coupled to the rack gear portion 111 with the pinion gear portion 1120 interposed therebetween.

上述した第2実施形態によれば、小さな回転半径r1を有するピニオンギア部112の回転角θ1から変位量Dを算出するので、高精度で変位量Dをモニタすることが可能となる。   According to the second embodiment described above, since the displacement amount D is calculated from the rotation angle θ1 of the pinion gear portion 112 having a small rotation radius r1, the displacement amount D can be monitored with high accuracy.

また、上述した第2実施形態によれば、ピニオンギア部1120の回転角θ2を参照して、ピニオンギア部112の総回転角を算出するので、ピニオンギア部112の回転角が180度以上であっても、変位量Dを正しく算出することができる。従って、上述の第1実施形態に比較して、より大きな変位量Dを高精度でモニタすることが可能となる。   Further, according to the second embodiment described above, the total rotation angle of the pinion gear unit 112 is calculated with reference to the rotation angle θ2 of the pinion gear unit 1120, and therefore the rotation angle of the pinion gear unit 112 is 180 degrees or more. Even if it exists, the displacement amount D can be calculated correctly. Therefore, it is possible to monitor a larger displacement amount D with higher accuracy than in the first embodiment.

また、上述した第2実施形態によれば、ピニオンギア部1120の回転角θ2が180度(πラジアン)を超えない範囲で加速度センサ113,1130の各検出信号を1回だけサンプリングすればよく、計測を常時行う必要がない。このため、演算処理部1140における消費電力を抑制することができる。   Further, according to the second embodiment described above, each detection signal of the acceleration sensors 113 and 1130 may be sampled only once within a range in which the rotation angle θ2 of the pinion gear portion 1120 does not exceed 180 degrees (π radians). There is no need to perform measurement at all times. For this reason, the power consumption in the arithmetic processing unit 1140 can be suppressed.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の修正、変形、付加、置換等が可能である。
例えば、上述の実施形態では、ラックアンドピニオンを利用して計測対象物の変位量を加速度センサの検出軸の回転角に変換したが、例えば、ラックギア部111に代えて紐状の移動部を用い、ピニオンギア部112,1120に代えて円柱状の回転部を用い、上記紐状の移動部を上記円柱状の回転部に巻き付けておき、計測対象物の変位量に応じて、紐状の移動部を回転部から巻き出すことにより、ラックアンドピニオンと同様に、計測対象物の変位による直線運動を回転運動に変換してもよい。即ち、計測対象物の変位に応じて加速度センサの検出軸を傾かせるための手法として任意の手法を用いることができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications, changes, additions, substitutions, and the like are possible without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the displacement amount of the measurement object is converted into the rotation angle of the detection axis of the acceleration sensor using the rack and pinion. For example, instead of the rack gear unit 111, a string-like moving unit is used. In place of the pinion gears 112 and 1120, a columnar rotating unit is used, and the string-shaped moving unit is wound around the columnar rotating unit, and the string-shaped moving unit is moved according to the amount of displacement of the measurement object. By unwinding the part from the rotating part, the linear motion due to the displacement of the measurement object may be converted into the rotational motion, similarly to the rack and pinion. In other words, any method can be used as a method for tilting the detection axis of the acceleration sensor in accordance with the displacement of the measurement object.

100,200…変位計測装置、110,210…本体部、111…ラックギア部(移動部)、111a…計測棒、112,1120…ピニオンギア部(回転部)、113,1130…加速度センサ、114,1140…演算処理部、115…変位情報記憶部、116…無線通信部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,200 ... Displacement measuring device, 110, 210 ... Main part, 111 ... Rack gear part (moving part), 111a ... Measuring rod, 112, 1120 ... Pinion gear part (rotating part), 113, 1130 ... Accelerometer, 114, DESCRIPTION OF SYMBOLS 1140 ... Operation processing part, 115 ... Displacement information storage part, 116 ... Wireless communication part.

Claims (5)

計測対象物の変位に合わせて移動する移動部と、
前記移動部の移動に連動して回転する回転部と、
前記回転部に設けられ、検出軸方向が前記回転部の回転軸と交差する方向に設定された重力加速度センサと、
を備えた変位計測装置。
A moving part that moves according to the displacement of the measurement object;
A rotating unit that rotates in conjunction with the movement of the moving unit;
A gravitational acceleration sensor provided in the rotating unit and set in a direction in which a detection axis direction intersects the rotation axis of the rotating unit;
Displacement measuring device with
前記重力加速度センサの検出値に基づいて前記計測対象物の変位量を演算するための演算処理部を更に備え、
前記演算処理部は、所定の頻度で前記重力加速度センサの検出値を取得することを特徴とする請求項1に記載の変位計測装置。
An arithmetic processing unit for calculating a displacement amount of the measurement object based on a detection value of the gravitational acceleration sensor;
The displacement measurement apparatus according to claim 1, wherein the arithmetic processing unit acquires a detection value of the gravitational acceleration sensor at a predetermined frequency.
前記演算処理部は、前記所定の頻度で取得した前記重力加速度センサの検出値に基づいて前記計測対象物の変位量を演算した後、前記計測対象物の変位量に基づいて、前記重力加速度センサの検出値を取得する頻度を変更することを特徴とする請求項2に記載の変位計測装置。   The arithmetic processing unit calculates a displacement amount of the measurement object based on a detection value of the gravity acceleration sensor acquired at the predetermined frequency, and then calculates the gravity acceleration sensor based on the displacement amount of the measurement object. The displacement measuring apparatus according to claim 2, wherein the frequency of acquiring the detected value is changed. 前記移動部の移動に連動して、前記回転部の回転半径よりも大きい回転半径で回転する副回転部と、
前記副回転部に設けられ、検出軸方向が前記副回転部の回転軸と交差する方向に設定された副重力加速度センサと、
を更に備え、
前記演算処理部は、前記副重力加速度センサの検出値を参照して前記回転部の回転数または回転方向を特定することを特徴とする請求項1または2に記載の変位計測装置。
In conjunction with the movement of the moving part, a sub-rotating part that rotates with a turning radius larger than the turning radius of the rotating part,
A sub-gravity acceleration sensor provided in the sub-rotation unit and set in a direction in which a detection axis direction intersects the rotation axis of the sub-rotation unit;
Further comprising
3. The displacement measuring device according to claim 1, wherein the arithmetic processing unit specifies a rotation speed or a rotation direction of the rotating unit with reference to a detection value of the sub-gravity acceleration sensor.
前記重力加速度センサは、静電容量型の重力加速度センサであることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の変位計測装置。   The displacement measuring apparatus according to claim 1, wherein the gravitational acceleration sensor is a capacitance-type gravitational acceleration sensor.
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