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STRESS MEASUREMENT SENSOR

Patent code P04A006927
File No. KN000509
Posted date Mar 18, 2005
Application number P2001-105971
Publication number P2002-303504A
Patent number P3482468
Date of filing Apr 4, 2001
Date of publication of application Oct 18, 2002
Date of registration Oct 17, 2003
Inventor
  • (In Japanese)小笠原 俊夫
  • (In Japanese)石川 隆司
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
Title STRESS MEASUREMENT SENSOR
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small, lightweight, easily-handleable, and high- performance fiber fracture detection type stress measurement sensor.
SOLUTION: When continuous fibers of silicon carbide based fiber are subjected to oxidation treatment in the air, an oxide coating is formed on the surface. Heat difference treatment or chemical treatment is applied for regulating the strength distribution of a single filament. A continuous fiber bundle 2 obtained in this way is arranged in one direction, and the continuous fiber bundle is integrated/combined to be molded with a base material such as a fiber reinforcing composite material serving as an insulating material, resin, metal or ceramic. When electrodes are attached to the obtained one directional composite member, a stress measurement sensor 1 is formed. In the silicon carbide based fiber, electric resistance is increased even before its fracture according to an increase in the stress, and in a low stress area, a gentle increase of the electric resistance fluctuation ratio is observed. However, the electric resistance fluctuation ratio is increased greatly once the fracture is started in the fiber.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


従来の金属箔式ひずみゲージや、光ファイバを用いたひずみ測定センサーは、構造物、もしくは材料にセンサーを貼付、あるいは埋め込んで、特殊な計測器を用いて、ひずみをリアルタイムで計測するものである。このようなひずみ測定センサーは、過渡的なひずみの履歴を計測するのに適しており、広く産業に供されている。しかしながら、これらのセンサーは、リアルタイム計測が基本であり、構造物、もしくは材料が、実際の使用環境下で受けた最大ひずみの履歴を測定することが困難であるという課題があった。また、従来の金属箔式ひずみゲージや、光ファィバ式ひずみ測定センサーは、FRPのような材料に埋め込むためには、寸法が大きく、且つ機械的な特性や、製造加工性を阻害する可能性があるという問題があった。
一方、複合材料が、実際の使用環境下で受けた最大ひずみ履歴を測定するための方法として、例えば、繊維強化複合材料における微視的損傷進展に伴う繊維破断と電気抵抗変化を利用した測定方法に関する研究が報告されている。(例えば、特開平11-217893号公報、N.Mutoetal.,J.Am.Cream.Soc.,76[4],875―79(1993),朴 宰範他、日本機械学会第8回機械材料・材料加工技術講演会講演論文集 p.2l9―220 等参照)
これは、応力の増大に伴う炭素繊維の電気抵抗増大と、繊維の逐次破断に伴う電気抵抗の変化から、ひずみ、もしくは微視的損傷を測定する方法である。ところが、この方法では、炭素繊維間の接触による導電パス形成により、センサーの測定精度、測定ばらつき、再現性、分解能が低く、且つ、電気抵抗と繊維破断率との関係を決定付けるための理論的な解析が複雑であるという問題があった。また、炭素繊維の破断が発生するのは、高ひずみ領域であることから、ひずみの測定可能な範囲が、高ひずみ領域に限定されてしまうという問題があった。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、構造物、もしくは材料のひずみを測定するためのひずみ測定センサーに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
連続繊維を複数束ねた繊維束を、繊維強化複合材料、樹脂、金属、セラミックスなどの母材によって一体化、複合化した構造のひずみ測定センサーであって、前記連続繊維は、各々その表面に絶縁皮膜層が形成され、前記繊維束中の各繊維間を絶縁してなり、ひずみの増大に伴う前記連続繊維の逐次破断を、電気抵抗の変化により測定することによって、ひずみを、計測、且つ記憶することを特徴とするひずみ測定センサー。

【請求項2】
 
前記繊維束を母材となる繊維強化複合材料、樹脂、金属、セラミックスなどの材料中に、埋め込むことによって一体化したことを特徴とする請求項1記載のひずみ測定センサー。

【請求項3】
 
前記繊維束を母材となる繊維強化複合材料、樹脂、金属、セラミックスなどの材料で挟み込み、ホットプレスにより成形することにより一体化、複合化した特徴とする請求項1記載のひずみ測定センサー。

【請求項4】
 
前記連続繊維に、熱処理又は化学処理を施すことによって、短繊維の絶縁被覆及び繊維束の強度分布を調節し、且つ、該連続繊維を束ねた繊維束を、単数、もしくは複数組み合わせることによって、全体の連続繊維の強度分布を制御することを特徴とする請求項1~3何れか記載のひずみ測定センサー。

【請求項5】
 
前記連続繊維が炭化ケイ素系繊維である請求項1~4何れか記載のひずみ測定センサー。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2001105971thum.jpg
State of application right Registered
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