专利名称：膜张力测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种膜张力测定装置，其通过音波使膜体发生振动，从而测定施加于该膜体的张力。
背景技术：
关于具有膜结构的建筑物，例如可列举棒球场、体育馆、展示馆等。此处，作为所述膜结构的主体的膜体在其自由状态下具有可挠性。因此，当该建筑物竣工时，相同的张力(N/cm)作为初始负荷沿着面方向施加于该膜结构中的膜体，由此，膜体保持为预定形状 (保持形状)，并且被给予不会因风、雪等负荷而容易变形的刚性。然而，建筑物竣工后，随着时间流逝，所述膜体通常会在其面方向上变得松弛。由于变得松弛，由所述张力使膜体产生的内部应力降低，即，所述张力降低。若因该张力降低而所述膜体变得过度松弛，则有可能会产生颤振(fluttering)或积水之类的不良，这不是所希望的。因此，建筑物竣工后，每当经过预定时间获知施加于膜体的张力，对于长期适当地维护膜体而言是较为重要的。因此，如下述专利文献1所示，可测定所述张力的膜张力测定装置已为人所知。专利文献1 特开2002-90238号公报依据所述专利文献1，膜张力测定装置包括矩形框体，其与施加有相同张力的膜体的膜面抵接；音波产生装置，其朝被所述框体包围的所述膜体的一部分发出音波；振动检测装置，其检测所述膜体的一部分因所述音波而产生的振动；及运算装置，其基于所述振动检测装置所检测的振动数据计算所述张力。当使用所述膜张力测定装置进行测定膜体张力的作业时，首先，使框体抵接于所述膜体的膜面。其次，通过所述音波产生装置朝被所述框体包围的膜体的一部分产生音波。 如此，所述膜体的一部分由于该音波而发生振动，该振动被所述振动检测装置检测出。从而，基于该振动检测装置所检测出的振动检测数据，通过所述运算装置确定所述膜体的一部分的共振(固有)频率，依据该共振频率计算并输出所述张力。结果，可获知所述张力， 由此，可适当地维护所述膜体。然而，在所述专利文献1的膜张力测定装置中，彼此独立地设置有框体、音波产生装置、振动检测装置以及运算装置。因此，若想通过所述膜张力测定装置进行张力的测定作业，则测定者需要分别独立地支持所述各构成部件。然而，这样一来，尤其在建筑物等高处或落脚处不佳的位置的测定作业有可能会变得烦杂，因此，尚存在改善的余地。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膜体的张力测定作业容易的膜张力测定装置。本发明一个方面涉及的膜张力测定装置包括矩形框体，其能够与施加有张力的膜体的膜面抵接；音波产生装置，其朝由所述框体包围的所述膜体的一部分发出音波；振动检测装置，其检测所述膜体的一部分因所述音波而产生的振动；及运算装置，其基于所述振动检测装置所检测出的振动数据计算所述张力，其中，所述音波产生装置、振动检测装置以及运算装置分别安装于所述框体。
图1是本发明的实施方式所涉及的膜张力测定装置的俯视图。图2是所述膜张力测定装置的主视图。图3是所述膜张力测定装置的侧视图。图4是所述膜张力测定装置的电气方块图。图5是表示所述膜张力测定装置的控制流程的图。图6是所述膜张力测定装置进行的张力测定作业的时序图。
具体实施例方式作为本发明的实施方式的膜张力测定装置包括矩形框体，其能够与施加有均勻张力的膜体的膜面抵接；音波产生装置，其朝由所述框体包围的所述膜体的一部分发出音波；振动检测装置，其检测所述膜体的一部分因所述音波而产生的振动；及运算装置，其基于所述振动检测装置所检测出的振动数据计算所述张力。所述音波产生装置、振动检测装置以及运算装置分别安装于所述框体。以下，一面参照附图，一面详细说明本发明的实施方式。在图1 图3中，符号1为具有膜结构的建筑物1。该建筑物1的膜结构(天遮 (tent))中的膜体2沿著水平方向延伸。可作为本实施方式的膜张力测定装置的测定对象的膜体2并无特别限定，只要其是由树脂或橡胶制成的薄膜或薄片状物，即可由本装置进行测定。薄膜或薄片也可是将树脂或橡胶覆盖于由纺织物或编织物构成的基材上而得到的物品。所述树脂可为氯乙烯树脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚胺基甲酸酯、氟树脂、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚酰胺、丙烯酸树脂、聚碳酸酯及甲基戊烯树脂中的任一种树脂或它们的混合物。此外，所述橡胶可为氯丁二烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、天然橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯橡胶、丁基橡胶、腈橡胶、丙烯酸橡胶、聚胺酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶及乙丙橡胶中的任一种橡胶。所述纺织物或编织物可为由例如红麻、黄麻等的天然纤维；例如聚酰胺系纤维、聚芳酰胺系纤维、聚酯系纤维、聚氯乙烯系纤维、聚偏二氯乙烯系纤维、丙烯酸系纤维、聚乙烯醇系纤维、聚丙烯系纤维、聚乙烯系纤维等的合成纤维；和例如玻璃纤维、氧化硅纤维、玄武岩纤维等的无机纤维中的任一种纤维或者它们的混合物所形成的纺织物或编织物。当膜体为透明或半透明时，后述的振动检测装置M所照射的激光会透过膜体，其有可能无法检测到反射光。在该情形时，可将不透明的胶带等构件粘贴于膜面上的被激光照射的位置。由此，可检测出反射光，从而可测定张力。在所述膜体2沿着面方向的垂直的两个方向(X、y方向)上分别施加有相同的张力Tx、Ty (N/cm)。由此对所述膜体2施加张力Tx、Ty,该膜体2保持为预定形状，并且产生用以抵抗风或雪等负荷的刚性。
用于对施加于膜体2的张力Tx、Ty进行测定的膜张力测定装置3，包括可与作为所述膜体2的膜面4的上表面抵接的矩形的框体5。该框体5是具有以与所述膜体2正交的方式沿着铅直方向延伸的轴心6的短方筒形状。当俯视观察所述膜张力测定装置3时， 所述框体5呈短边沿着χ方向延伸的长方形。构成所述框体5的4块壁板7由透明的丙烯制树脂板形成。当俯视观察所述膜张力测定装置3时，所述框体5的χ方向的内宽尺寸为 20cm，其y方向的内宽尺寸为30cm，框体5的高度为10cm。框体5以其下端面与膜面4抵接的方式被设置在膜体2上。所述膜张力测定装置3包括平板状的托架(bracket) 11，该托架11水平地延伸且架设于所述框体5的上端部 (即，对置的一对壁板的上端部)，并且由连结件10固定于该上端部。另外，图1表示以沿着y方向延伸的方式设置托架11的例子。此外，所述膜张力测定装置3包括从托架11的上表面朝上方突设的门式把手12。 该把手12可由想使用所述膜张力测定装置3进行所述张力Tx、Ty的测定作业的测定者13 抓握。所述托架11与把手12均经黑耐酸铝处理而制成。所述膜张力测定装置3中设置有经由所述托架11而安装于框体5的音波产生装置17。音波产生装置17朝被框体5包围的所述膜体2的矩形的一部分加发出音波16，在本实施方式中，音波产生装置17为平板扬声器。该音波产生装置17包括外壳19，其支持于所述托架11并沿着所述框体5的内部空间18的上端延伸，且朝其下方的所述膜体2的一部分加形成开口 ；矩形的平板20，其以封闭该外壳19的开口的方式安装于该外壳19 ；及振动元件21，其在所述外壳19内被设置于所述平板20的上表面侧。当俯视所述膜张力测定装置3时，所述平板20呈长方形且位于所述膜张力测定装置3的内部空间18的中央部。所述平板20的短边与长边相对于所述框体5的内侧尺寸的短边与长边分别平行地延伸。此外，所述平板20与框体7的下端部(壁板7的下端部)平行。即，平板20设置为与所述膜体2的一部分加平行地延伸。平板20例如由丙烯等树脂板制成或者由金属板制成等。所述振动元件21由来自外部的电气信号而发生振动，且该振动被传递至所述平板20，由此，该平板20发出音波16。通过该音波16的能量，所述膜体2的一部分加发生振动。即，平板20与膜体2的一部分加以非接触的方式传递音波。如图2 图4所示，在所述膜张力测定装置3中设置有振动检测装置24，该振动检测装置M检测由所述音波16使所述膜体2的一部分加产生的固有振动。该振动检测装置M为激光多普勒振动计，其以非接触的方式检测所述膜体2的一部分加的振动。振动检测装置M支持于所述托架11且配置于所述框体5的内部空间18。振动检测装置M包括 感应头(sensor head) 25，其被配置于所述膜体2的一部分加的上方附近，并且被配置于所述轴心6上的所述膜体2的一部分加与音波产生装置17之间；及放大器单元(amplifier unit) 26，其电性连接于所述感应头25。所述膜张力测定装置3中设置有运算装置四，该运算装置四基于所述振动检测装置M所检测出的振动检测数据，电算(electronically calculate)所述张力Tx、Ty。该运算装置四包括架设于所述框体5的上端部，并且由固定件30固定于该上端部的外壳31。 再者，图1表示外壳(housing) 31以沿着χ方向延伸的方式被配置在所述托架11的上方附近的例子。
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如图4所示，所述运算装置四在所述外壳31的内部具有下述构成部件。即，运算装置四中设置有具有记忆装置等的中央控制装置33 ；连接于该中央控制装置33的时钟 34 ；作为电源的锂电池35 ；电源开关36，其接通或断开从电池35向所述中央控制装置33的电力供给；功率放大器37及D/A转换器38，它们连接所述音波产生装置17与中央控制装置 33，且可将来自电池35的电力供给至所述音波产生装置17 ；缓冲放大器40及低通滤波器 41，它们连接所述振动检测装置M的放大器单元沈与内置于中央控制装置33的A/D转换器39 ；稳定化电源43，其经由通断开关42连接于所述振动检测装置M的放大器单元沈； 以及二次电池45，其经由切换开关44连接于所述稳定化电源43，为可充电的镍氢电池。所述稳定化电源43可经由所述切换开关44和AC适配器48而与商用交流(100V) 的外部电源49连接或断开。起动开关52经由电线51连接于所述中央控制装置33。起动开关52设置于所述外壳31的外部，用于使中央控制装置33开始工作。此外，在所述外壳 31的上表面设置有液晶显示部等的显示部53。显示部53进行显示，使得测定者13可看到运算装置四的运算结果等测定数据。所述运算装置四的运算结果等测定数据可以无线方式发送至位于离开该运算装置四的位置的终端个人电脑即接收装置56。具体而言，在所述运算装置四的外壳31的内部设置有连接于所述中央控制装置33的无线模块(通信模块)57，而且，连接于所述接收装置56的收发单元58设置于外壳31的外部。所述接收装置56包括进行显示以可看到已接收的所述测定数据的液晶显示部等显示部59。再者，所述运算装置四与接收装置56也可通过电线60进行收发。即，运算装置四与接收装置56也可为有线连接。此处，所述膜体2的每单位面积的质量P k(kg/m2)的值因作为测定对象的膜体2 的种类(A C种等)而互不相同。因此，作为所述测定对象的膜体2的种类及其各Pk的值作为初始条件预先储存在运算装置四中。此外，在膜张力测定装置3中，作为测定对象的膜体2的种类及与该种类一致的Pk的值可任意地被选择。再者，也可每次由测定者13 将与所述膜体2的种类一致的P k的值输入至运算装置四。下面，一面参照图5、图6，一面说明由测定者13使用所述膜张力测定装置3测定膜体2的张力Tx、Ty时的作业顺序。图5表示膜张力测定装置3的运算装置四的控制流程，图中S表示程序的各步骤。此外，图6表示沿着所述图5的流程图的时序图。首先，如图1 图3中的实线所示，使框体5的下端部抵接于所述膜体2的膜面4 的上表面，另一方面，将所述电源开关36接通(图5中的步骤Si，图6中的时间a)。然后， 将起动开关52接通(图5中的步骤S2，图6中的时间b)。由此，所述膜张力测定装置3的显示部53进行用于准备测定的显示(图5中的步骤S3)。例如，该显示为测定作业的整理序号、日期、作为测定对象的膜体2的种类(A C种等)、框体5的姿势等。所谓该框体5 的姿势，是指例如当将沿膜体2的膜面4的方向的某一方向设为χ方向时，使所述框体5的短边与该χ方向平行时的姿势(图1 3中的实线的“第1姿势”)等。若以所述方式将起动开关52接通，则从该起动开关52接通起经过预定时间Tl后 (图5中的步骤S4)，音波产生装置17自动地开始(接通)动作(图5中的步骤S5，图6中的时间c)。S卩，所述音波产生装置17的振动元件21依据来自中央控制装置33的预定的电气信号而开始振动，该振动被传递至所述平板20。由此，平板20在500Hz以下的预定频率范围内发出作为白噪音(white noise)的音波16。然后，接收该音波16后，所述膜体2的一部分加发生振动。在该情形时，作为初始条件，由于所述音波16而发生振动的所述膜体2 的“振动范围”相当于由所述“第1姿势”的框体5所划分的膜体2的一部分加，在图例中， 该一部分加的短边的长度为％，其长边的长度为Iv此外，从所述音波产生装置17接通起经过预定时间T2后(图5中的步骤S6)，振动检测装置M自动地开始(接通)动作(图5中的步骤S7，图6中的时间d)。S卩，所述振动检测装置M依据来自所述中央控制装置33的控制信号，将所述电池45作为电源，开始将激光照射至所述膜体2的一部分加。该激光被发生振动的膜体2的一部分加反射，其反射光被输入至所述感应头25。感应头25检测基于多普勒效应的所述反射光的波长的变化，并且在所述音波产生装置17的平板20所发出的音波16的预定频率范围(0 500Hz) 内，检测所述膜体2的一部分加产生的固有振动。此时，所述振动检测装置M仅在所述音波产生装置17的动作过程中进行动作。 即，振动检测装置M以音波产生装置17正在动作作为条件而进行动作。再者，所述振动检测装置M也可与所述音波产生装置17同时开始动作(图5中的步骤S5，图6中的时间c)。其次，以所述振动检测装置M所检测出的所述膜体2的一部分加的固有振动作为内容的振动数据被输入至所述运算装置四，该运算装置四自动地开始(接通)动作(图 5中的步骤S7,图6中的时间d)。当振动检测装置M的振动数据被输入至运算装置四时， 与下述振动相关的振动数据被所述低通滤波器41过滤(除去)，该振动是所述固有振动中， 被认为是由所述测定作业中的测定者13的手抖动引起的预定的下限振动频率QOHz)以下的振动。通过让所述运算装置四使用FFT (快速傅立叶变换)，从超过所述下限振动频率的所述固有振动的各振动频率所述计算出作为频谱能够体现的振动强度(dB)。所述振动强度有时会在所述固有振动的不同值的振动频率中存在多个最大值，但从所存在的这些最大值的振动频率中，选择对应于最大值的振动频率作为共振(固有)振动频率。继而，该振动频率被记忆为作为运算结果的共振(固有)振动的基本振动频率f\。所述振动检测装置M与运算装置四在预定时间T3内动作(图5中的步骤S8) 后断开(图5中的步骤S9，图6中的时间e)。然后，从这些振动检测装置M和运算装置四停止动作起经过0. 5秒左右的预定时间T4后(图5中的步骤S10)，所述音波产生装置17 断开(图5中的步骤S11，图6中的时间f)。再者，所述各预定时间Tl、T2、T3在它们的合计时间为10秒以下的范围内时，可分别任意地被设定。然后，如图1中的点划线所示，使所述框体5围绕其轴心6旋转移位90°而形成 “第2姿势”。在该状态下，使框体5抵接于膜体2的膜面4的上表面，另一方面，将所述起动开关52接通(图5中的步骤S2，图6中的时间b')。继而，与所述同样地，由运算装置 29的自动控制，音波产生装置17、振动检测装置M以及运算装置四顺序动作(接通)。在所述情形时，作为初始条件，由于所述音波16而发生振动的所述膜体2的“振动范围”相当于由所述“第2姿势”的框体5所划分的膜体2的另一部分，在图例中，该“另一部分”的长边的长度为％，其短片的长度为Iv从而，与所述同样地，由运算装置四选择固有振动中，振动强度达到最大值的振动频率，该振动频率被记忆为作为运算结果的其他共振(固有)振动的基本振动频率f2。
对所述初始条件与运算结果进行整理后，如下所述ρ k(kg/m2):作为测定对象的膜体的每单位面积的质量；B1 (cm)共振振动的基本振动频率的“振动范围”的短边的长度；Id1 (cm)共振振动的基本振动频率的“振动范围”的长边的长度；a2 (cm)共振振动的基本振动频率f2的“振动范围”的长边的长度；b2 (cm)共振振动的基本振动频率f2的“振动范围”的短边的长度；^(Hz)在^、时(由图1 图3中的实线所示)所测定的膜体的共振振动的基本振动频率；f2(Hz)在a2,b2时(由图1中的点划线所示)所测定的膜体的共振振动的基本振
动频率。继而，基于所述初始条件与运算结果，由所述运算装置四使用FFT (高速傅立叶转换)计算下述张力Tx、Ty，这时，使用下述式(1)和(2)作为其计算式，并且使用展开该式 (1)而成的式(3)和(4)。张力Tx(N/cm) :x方向的每单位长度的张力张力Ty (N/cm) :y方向的每单位长度的张力
权利要求
1.一种膜张力测定装置，其特征在于包括矩形框体，其能够与施加有张力的膜体的膜面抵接；音波产生装置，其朝由所述框体包围的所述膜体的一部分发出音波；振动检测装置，其检测所述膜体的一部分因所述音波而产生的振动；及运算装置，其基于所述振动检测装置所检测出的振动数据计算所述张力，其中，所述音波产生装置、所述振动检测装置以及所述运算装置分别安装于所述框体。
2.如权利要求1所述的膜张力测定装置，其特征在于，所述音波产生装置为包括平板的平板扬声器，该平板被设置成与所述膜体的一部分平行，且基于电气信号发出所述音波。
3.如权利要求1或2所述的膜张力测定装置，其特征在于，对应于接通所述音波产生装置的操作，所述音波产生装置开始动作并发出音波，所述振动检测装置自动检测所述膜体的一部分因所述音波而产生的振动，所述运算装置基于所述振动检测装置所检测出的振动数据自动计算所述张力且自动记忆包含所述振动数据和运算结果的测定结果，并且将该测定结果显示于显示部。
4.如权利要求1至3项中任一项所述的膜张力测定装置，其特征在于， 能够调整所述音波产生装置所发出的音波的输出的大小。
5.如权利要求1至4项中任一项所述的膜张力测定装置，其特征在于， 所述振动检测装置以所述音波产生装置正在动作作为条件而进行动作。
6.如权利要求第1至5项中任一项所述的膜张力测定装置，其特征在于， 所述运算装置从所述音波产生装置开始动作起经过预定时间后开始动作。
7.如权利要求第1至6项中任一项所述的膜张力测定装置，其特征在于， 所述各装置的电源为电池。
8.如权利要求第1至7项中任一项所述的膜张力测定装置，其特征在于，所述运算装置基于所述振动检测装置检测出的振动中，过滤掉预定值以下的低频振动后的数据，计算所述张力。
9.如权利要求第1至8项中的任一项所述的膜张力测定装置，其特征在于包括 无线模块，其可无线发送包含所述运算装置的运算结果的测定数据；及接收装置，其位于离开所述运算装置的位置，且接收从所述无线模块发送的测定数据， 其中，所述接收装置包括显示所接收的所述测定数据的显示部。
全文摘要
提供一种膜张力测定装置，包括矩形框体(5)，其能够与施加有张力(Tx、Ty)的膜体(2)的膜面(4)抵接；音波产生装置(17)，其朝被框体(5)包围的膜体(2)的一部分(2a)发出音波(16)；振动检测装置(24)，其检测由音波(16)使膜体(2)的一部分(2a)产生的振动；及运算装置(29)，其基于振动检测装置(24)所检测出的振动数据计算张力(Tx、Ty)。音波产生装置(17)、振动检测装置(24)以及运算装置(29)分别安装于框体(5)。
文档编号G01L5/10GK102301215SQ201080005710
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月21日 优先权日2009年1月27日
发明者大森博司, 武田文义, 石津信彦, 藤原淳, 陈商煌 申请人:国立大学法人名古屋大学, 太阳工业株式会社