張力検出装置および宇宙構造物
【課題】テザーのような紐状体に接触せずに張力を検出すること。
【解決手段】宇宙構造物（１）に連結されたテザー（Ｔ）に所定の幅を有する有幅レーザ（２３）を照射する有幅レーザ照射部（２２ａ）と、前記有幅レーザ照射部（２２ａ）に対向して配置されたレーザ受光部（２２ｂ）とを有する有幅レーザセンサ（２２）と、前記有幅レーザセンサ（２２）による前記テザー（Ｔ）の位置の変動に基づいて、テザー（Ｔ）の定常振動の定常振動数（ｆ）を検出する振動数検出手段（Ｃ１Ｂ）と、前記定常振動数（ｆ）から前記テザー（Ｔ）の張力を演算する張力演算手段（Ｃ１Ｃ）と、を備えた張力検出装置。
【解決手段】宇宙構造物（１）に連結されたテザー（Ｔ）に所定の幅を有する有幅レーザ（２３）を照射する有幅レーザ照射部（２２ａ）と、前記有幅レーザ照射部（２２ａ）に対向して配置されたレーザ受光部（２２ｂ）とを有する有幅レーザセンサ（２２）と、前記有幅レーザセンサ（２２）による前記テザー（Ｔ）の位置の変動に基づいて、テザー（Ｔ）の定常振動の定常振動数（ｆ）を検出する振動数検出手段（Ｃ１Ｂ）と、前記定常振動数（ｆ）から前記テザー（Ｔ）の張力を演算する張力演算手段（Ｃ１Ｃ）と、を備えた張力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テザーのような紐状、ワイヤ状の紐状体の張力を検出する張力検出装置および前記張力検出装置を備えた宇宙構造物に関し、特に、太陽電池パネルや宇宙ステーション等の宇宙構造物で好適に使用されるテザー等の紐状体の張力検出装置および宇宙構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙空間で使用される太陽電池パネルや宇宙ステーション、人工衛星等の宇宙構造物では、宇宙空間での展開や構造物どうしの連結、あるいは、構造物の位置制御、姿勢制御等のために、ケブラー（登録商標）等のアラミド繊維や、アルミを織り込んで作成された紐状、ワイヤー状のテザーと呼ばれる紐状体が使用されることがある。
宇宙開発の技術分野において前記テザーを使用する場合、宇宙空間においてテザーの張力を検出し、所定の張力になるように制御する必要になる。テザーの張力を検出する技術として、下記の従来技術（Ｊ01），（Ｊ02）が公知である。
【０００３】
図７は従来の張力検出装置の説明図である。
（Ｊ01）特許文献１（特開２００４−２３０９３０号公報）記載の技術
特許文献１には、テンションメータ（張力検出装置）を使用してテザーの張力を検出し、テザー送出部でテザーを巻き取るリールの回転速度を調節する技術が記載されている。
図７において、特許文献１記載のテンションメータを含む従来の張力検出装置０１は、例えば、重り０２によりテザー０３に張力０４が作用している場合に、テザー０３が巻き付けられた３つのローラ０６，０７，０８の変位をひずみゲージ０９で検出し、変位に対応する張力を計算することで張力を検出している。
【０００４】
（Ｊ02）特許文献２（特開２０００−１２８０９７号公報）記載の技術
特許文献２には、テザー衛星の子衛星が射出された時に、ドラム（巻取り型の展開装置）に巻き取られたテザーを繰り出す技術において、テザーがＵ字状に巻き付けられたプーリ（４１）が設けられた微動ステージ（３４）に弾性変形可能な引張りバネ３８を設けて微動可能とし、微動ステージ（３４）の変位を変位計（３９）で計測し、変位計（３９）の出力値から張力を推定する技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３０９３０号公報（段落番号「００３２」、第６図）
【特許文献２】特開２０００−１２８０９７号公報（段落番号「００２２」〜「００３４」、第１図、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来技術（Ｊ01），（Ｊ02）では、いずれもテザー（紐状体）の張力を検出する場合に、ローラやプーリをテザーに接触させることで張力を検出している。したがって、従来技術（Ｊ01）、（Ｊ02）では、テザーに何かが接触しているため、テザーの条件が微小であるが変化してしまう。ところが、宇宙空間で使用される太陽電池パネル等のテザーを使用する構造物では、重力が微小なため、張力が極めて小さく、従来技術（Ｊ01），（Ｊ02）に示す接触型の張力検出装置では測定値に悪影響があり、誤差が大きくなってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、前述の事情に鑑み、テザーのような紐状体に接触せずに張力を検出することを第１の技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記技術的課題を解決するために、請求項１記載の張力検出装置は、
宇宙構造物に連結されたテザーに所定の幅を有する有幅レーザを照射する有幅レーザ照射部と、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されたレーザ受光部とを有する有幅レーザセンサと、
前記有幅レーザセンサによる前記テザーの位置の変動に基づいて、テザーの定常振動の定常振動数を検出する振動数検出手段と、
前記定常振動数から前記テザーの張力を演算する張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記構成要件を備えた請求項１記載の張力検出装置では、有幅レーザセンサの有幅レーザ照射部は、宇宙構造物に連結されたテザーに所定の幅を有する有幅レーザを照射する。レーザ受光部は、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されている。振動数検出手段は、前記有幅レーザセンサによる前記テザーの位置の変動に基づいて、テザーの定常振動の定常振動数を検出する。張力演算手段は、前記定常振動数から前記テザーの張力を演算する。
したがって、テザーに接触しない有幅レーザセンサの検出結果に基づいて張力を検出することができるので、テザーのような紐状体に接触せずに張力を検出することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の張力検出装置は、請求項１に記載の張力検出装置において、
前記テザーの延びる方向に沿って、前記有幅レーザセンサを挟む位置に配置され且つ前記テザーに接触する一対のテザー接触部材と、
前記一対のテザー接触部材間の距離をＬ、テザーの振動モードをｎ、前記テザーの線密度をρ、検出された定常振動数をｆ、テザーの張力をＴｎとした場合に、Ｔｎ＝４×Ｌ２×ｆ２×ρ／ｎ２に基づいてテザーの張力を演算する前記張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記構成要件を備えた請求項２に記載の張力検出装置では、前記テザーの延びる方向に沿って、前記有幅レーザセンサを挟む位置に配置された一対のテザー接触部材は、前記テザーに接触する。前記張力演算手段は、前記一対のテザー接触部材間の距離をＬ、テザーの振動モードをｎ、前記テザーの線密度をρ、検出された定常振動数をｆ、テザーの張力をＴｎとした場合に、Ｔｎ＝４×Ｌ２×ｆ２×ρ／ｎ２に基づいてテザーの張力を演算する。したがって、前記式に基づいて、有幅レーザセンサの検出結果から張力を演算することができる。
【００１２】
さらに、前記技術的課題を解決するために請求項３の宇宙構造物は、
請求項１または２に記載の張力検出装置を備えたことを特徴とする。
前記構成要件を備えた請求項３の宇宙構造物は、請求項１または２に記載の張力検出装置を備えているので、テザーに接触しない有幅レーザセンサの検出結果に基づいて張力を検出することができるので、テザーのような紐状体に接触せずに張力を検出することができる。
【００１３】
また、前記技術的課題を解決するために請求項４の張力検出装置は、
紐状体に所定の幅を有する有幅レーザを照射する有幅レーザ照射部と、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されたレーザ受光部とを有する有幅レーザセンサと、
前記有幅レーザセンサによる前記紐状体の位置の変動に基づいて、紐状体の定常振動の定常振動数を検出する振動数検出手段と、
前記定常振動数から前記紐状体の張力を演算する張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
前記構成要件を備えた請求項４の張力検出装置では、有幅レーザセンサの有幅レーザ照射部は、紐状体に所定の幅を有する有幅レーザを照射する。レーザ受光部は、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されている。振動数検出手段は、前記有幅レーザセンサによる前記紐状体の位置の変動に基づいて、紐状体の定常振動の定常振動数を検出する。張力演算手段は、前記定常振動数から前記紐状体の張力を演算する。
したがって、請求項４の張力検出装置は、紐状体に接触しない有幅レーザセンサの検出結果に基づいて張力を検出することができるので、紐状体に接触せずに張力を検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
前述の本発明は、テザーのような紐状体に接触せずに張力を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１の張力検出装置を有する宇宙構造物の説明図である。
図１において、本発明の実施例１の宇宙構造物としての太陽電池パネル１は、平板状のパネル本体２を有する。前記パネル本体２の中央部には、鉛直方向に延びるメインポール３が支持されており、前記メインポール３のパネル本体２側には、太陽電池パネル１の位置や姿勢等を制御するための推進器４が配置されている。前記メインポール３の先端には、テザー一端側支持部材６が支持されている。前記パネル本体２の四隅には、それぞれ、テザー他端側支持部材としての張力調節装置７が支持されており、各張力調節装置７と前記テザー一端側支持部材６との間には、テザーＴ紐状体が張架されている。
【００１８】
図２は本発明の実施例１の張力調節装置の要部拡大説明図である。
図２において、本発明の実施例１の張力調節装置７は、パネル本体２に固定支持された装置本体１１を有する。前記装置本体１１上面には、テザーの送出しや巻取り、張力の調節を行う駆動モータ（図示せず）を内部に収容するモータボックス（位置調節部材）１２が支持されている。前記モータボックス１２に隣接して支持された一対の回転軸支持部材１３，１４が配置されており、前記回転軸支持部材１３，１４の間には、前記モータボックス１２の駆動モータにより駆動される回転軸１６が回転可能に支持されている。
【００１９】
図３は実施例１の張力調節装置の機能を説明する要部説明図である。
図２，図３において、前記回転軸１６には、弾性変形可能なテコとしての柔軟レバレッジ（微小変動吸収部）１７の一端部が支持されている。前記柔軟レバレッジ１７の他端部には、リング状のリール部材（巻取り部材、テザー接触部材）１９が支持されており、前記リール部材１９には、テザーＴが巻き取られる。前記柔軟レバレッジ１７、リール部材１９等により、張力作用部材（１７、１９）が構成されている。
図２、図３において、前記張力作用部材（１７、１９）のメインポール３側には、テザーＴを挟み込んで移動を規制するストッパ（テザー位置規制装置）２１が配置されている。前記ストッパ２１には、固定挟持部２１ａと、固定挟持部２１ａに対向して配置され且つ固定挟持部２１ａ側に移動可能な移動挟持部（テザー接触部材）２１ｂとを有する。したがって、移動挟持部２１ｂが移動してテザーＴが移動挟持部２１ｂと固定挟持部２１ａとの間で挟持されることによりテザーの移動が規制される。
【００２０】
図４は実施例１の有幅レーザセンサの斜視説明図である。
図２、図３において、前記張力作用部材（１７，１９）と、ストッパ２１との間には、有幅レーザセンサ２２が配置されている。図２〜図４において、実施例１の有幅レーザセンサ２２は、テザーＴに所定の幅を有する有幅レーザ２３を照射する有幅レーザ照射部２２ａと、前記有幅レーザ照射部２２ａに対向して配置されたレーザ受光部２２ｂとを有する。図４に示すように、実施例１の有幅レーザセンサ２２では、テザーＴに照射されたレーザ２３は遮蔽されるため、レーザ受光部２２ｂでテザーＴに対応する位置でレーザ２３が検出されず、テザーＴが無くレーザ２３が通過する部分はレーザ受光部２２ｂで検出される。したがって、テザーＴの現在位置を有幅レーザセンサ２２で検出でき、テザーＴの変動を検出できる。
なお、前記有幅レーザセンサ２２としては、例えば、測定領域（幅）が３０ｍｍ、サンプリングが２４００回／秒、分解能が０．０１μｍの株式会社キーエンス社製のレーザ変異センサＬＳ−７０００を使用できる。また、実施例１では、一対のテザー接触部材１７，２１ｂ間の距離Ｌが予め計測されており、線密度ρのテザーが使用されている。また、有幅レーザセンサ２２の位置は、テザーＴが振動した場合の定常振動の主要モードの節からずれた位置、すなわち、主要モードの節を回避するように配置されている。
【００２１】
（実施例１の制御部の説明）
図５は実施例１の張力調節装置の制御部が備えている各機能をブロック図（機能ブロック図）で示した図である。
図５において、張力調節装置７で必要な処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、前記ＲＯＭに記憶されたプログラムに応じた処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）、ならびにクロック発振器等を有するマイクロコンピュータにより構成されており、前記ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
【００２２】
（コントローラＣに接続された信号出力要素）
コントローラＣには、有幅レーザセンサ２２やその他等の信号出力要素から出力された信号が入力される。
前記有幅レーザセンサ２２は、テザーＴの現在位置を検出する。
【００２３】
（コントローラＣに接続された被制御要素）
前記コントローラＣは、次の被制御要素へ制御信号を出力する。
モータ駆動回路Ｄ１は、駆動モータＭ１に信号を出力してモータボックス１２の駆動モータＭ１を正回転方向または逆回転方向に回転駆動する。
ストッパ駆動回路Ｄ２は、ストッパ２１に信号を出力してストッパ２１を駆動する。
【００２４】
（コントローラＣの機能）
図５において、前記コントローラＣは、前記各信号出力要素からの出力信号に応じた処理を実行して、前記各制御要素に制御信号を出力する機能を実現するプログラム（機能実現手段）を有している。前記コントローラＣの各種機能を実現するプログラム（機能実現手段）を次に説明する。
張力検出手段Ｃ１は、変位履歴記憶手段Ｃ１Ａと、振動数検出手段Ｃ１Ｂと、張力演算手段Ｃ１Ｃとを有し、有幅レーザセンサ２２からの出力信号に基づいて張力を検出する。
変位履歴記憶手段Ｃ１Ａは、前記有幅レーザセンサ２２から出力された変位の履歴データを記憶する。なお実施例１の変位履歴情報記憶手段Ｃ１Ａは、１秒間分（２４００個）のサンプリングデータを記憶可能に構成されている。
【００２５】
振動数検出手段Ｃ１Ｂは、スペクトル解析手段Ｃ１Ｂ１を有し、有幅レーザセンサ２２からの出力信号に基づいて、テザーＴの定常振動の定常振動数ｆを検出する。
スペクトル解析手段Ｃ１Ｂ１は、前記変位履歴記憶手段Ｃ１Ａに記憶された変位履歴のデータに基づいてスペクトル解析を行う。実施例１のスペクトル解析手段Ｃ１Ｂ１は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）によりスペクトル解析を行う。
張力演算手段Ｃ１Ｃは、前記一対のテザー接触部材１９，２１ｂ間の距離をＬ［ｍ］（図３参照）、テザーＴの振動モードをｎ、前記テザーＴの線密度をρ［ｋｇ／ｍ］、検出された定常振動数をｆ［Ｈｚ］、テザーの張力をＴｎ［Ｎ］とした場合に、下記の式（１）に基づいてテザーＴの張力Ｔｎを演算する。
Ｔｎ＝４×Ｌ２×ｆ２×ρ／ｎ２ …（１）
なお、式（１）は、弦の定常振動の式（２）から導出される。
ｆ＝ｖ／λ＝（ｎ／２Ｌ）×（Ｔ／ρ）１／２ …（２）
ここで、ｖは弦の速度、λは波長である。
なお、実施例１では、テザーＴの振動では、経験的に１次モードが支配的となるため、簡単化するために、前記振動モードｎはｎ＝１に設定されている。なお、ｎ＝１に限定されず、設計等に応じて、任意の次数の振動モードを採用したり、複数の振動モードでそれぞれ張力Ｔｎを演算し、張力Ｔｎを各振動モードの強度に応じて合成することも可能である。
【００２６】
張力判別手段Ｃ２は、目標張力記憶手段Ｃ２Ａと、張力限界値記憶手段Ｃ２Ｂとを有し、検出された張力Ｔｎに基づいて、テザーＴの張力が予め設定された張力目標値Ａ１に保持されているか否かを判別する。
前記目標張力記憶手段Ｃ２Ａは、テザーＴに作用する微小張力の設定値である張力の目標値Ａ１を記憶する。
前記張力限界値記憶手段Ｃ２Ｂは、柔軟レバレッジ１７が破損する恐れのあるテザーＴの張力の限界値である張力限界値Ａ２（＞Ａ１）を記憶する。
張力調節手段Ｃ３は、モータ駆動量設定手段Ｃ３Ａと、モータ駆動手段Ｃ３Ｂとを有し、テザーＴの張力が張力目標値Ａ１となるように張力を調節する。
【００２７】
前記モータ駆動手段（位置調節部材駆動手段）Ｃ３Ａは、前記モータ駆動回路Ｄ１を介して駆動モータＭ１を駆動して、柔軟レバレッジ１７の回転位置を調節し、テザーＴの張力を調節する。なお、実施例１では、前記モータ駆動手段Ｃ３Ｂは、張力Ｔｎと張力目標値Ａ１とに基づいて、駆動モータＭ１を、張力Ｔｎが張力目標値Ａ１に近づく回転方向に予め設定された最小調整量だけ回転駆動する。
ストッパ制御手段（テザー位置規制手段）Ｃ４は、張力Ｔｎが張力限界値Ａ２を超えた場合に、前記ストッパ駆動回路Ｄ２を介してストッパ２１の駆動を制御して、テザーＴをストッパ２１で挟み込んでテザーＴの位置を規制する。
したがって、前記有幅レーザセンサ２２およびコントローラＣの各制御手段により実施例１の張力検出装置が構成されている。
【００２８】
（実施例１のフローチャートの説明）
なお、検出された張力Ｔｎに基づいて、張力Ｔｎが張力目標値Ａ１となるように駆動モータＭ１の回転を制御したり、張力Ｔｎが張力限界値Ａ２以上となった場合にストッパ２１を作動させる処理については、簡単のため、説明を省略する。
（張力検出処理のフローチャートの説明）
図６は実施例１の張力検出処理のフローチャートである。
図６のフローチャートの各ＳＴ（ステップ）の処理は、前記コントローラＣのＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理は太陽電池パネル１の他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
図６に示すフローチャートは太陽電池パネル１の使用開始とともに開始される。
【００２９】
図６のＳＴ１において、有幅レーザセンサ２２がテザーＴの変動を検出したか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ２に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１を繰り返す。
ＳＴ２のいて、テザーＴの変位を変位計測時間（実施例１では１秒、サンプリングデータ２４００個分）分サンプリングする。そして、ＳＴ３に進む。
ＳＴ３において、サンプリングされた変位履歴のデータを高速フーリエ変換でスペクトル解析して、振動数ｆを検出する。そして、ＳＴ４に進む。
ＳＴ４において、検出した振動数ｆ、振動モードｎ、長さＬ、線密度ρと、張力Ｔｎ＝４×Ｌ２×ｆ２×ρ／ｎ２を演算する。そして、ＳＴ１に戻る。
【００３０】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の太陽電池パネル１では、パネル本体２の中央部がメインポール３により支持され、四隅がテザーＴにより支持されており、一定の姿勢に保持される。
パネル本体２が太陽光等で熱膨張・熱収縮や推進器４の駆動等により、パネル本体２が湾曲や振動すると、テザーＴの張力が強まったり、弱まったりする。このときのパネル本体２の変動に応じたテザーＴの変位が有幅レーザセンサ２２により検出され、有幅レーザセンサ２２の出力から張力Ｔｎが検出される。テザーＴの張力が変動すると、張力調節装置７により、駆動モータＭ１が回転して柔軟レバレッジ１７を介して、リール部材１９が回転し、テザーＴがリール部材１９から送り出されたり、巻き取られる。この結果、テザーＴの張力が自動的に調節され、テザーＴに微小張力が作用した状態に保持される。なお、このとき、駆動モータＭ１の回転が直接テザーＴの張力の増減に作用するのではなく、駆動モータＭ１とリール部材１９との間に介在する柔軟レバレッジ１７の弾性変形（しなり）により、駆動モータＭ１の回転による張力の増減の作用はテコの原理により縮小され、テザーＴの張力が増減する。
【００３１】
そして、パネル本体２の微小振動や駆動モータＭ１のオーバーシュート等により、テザーＴに微小な張力の変動が発生した場合には、柔軟レバレッジ１７の先端部がしなる（撓む、弾性変形する）ので、微小な張力の変動を吸収できる。したがって、微小な張力の変動が発生した場合でも、柔軟レバレッジ１７の先端部のしなりにより、テザーＴに張力目標値Ａ１程度の張力を作用させることができる。そして、先端部のしなりだけで吸収できない張力の変動が発生すると、柔軟レバレッジ１７の根本部分が弾性変形するため、歪みゲージ１８で検出でき、駆動モータＭ１により張力を張力目標値Ａ１に設定できる。
また、急激に張力が増大し、張力限界値Ａ２以上になると、ストッパ２１が作動して、急激に大きくなった張力により柔軟レバレッジ１７が破損することを防止できる。
この結果、実施例１の張力調節装置７を備えた太陽電池パネル１では、テザーＴの張力を高い精度で張力目標値Ａ１に調節することができ、テザーＴの破断や弛みを減少させることができる。また、柔軟レバレッジ１７のしなりにより、テザーＴの張力の微小調節（微小操作）を行うことができる。
【００３２】
(変更例)
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ09）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、柔軟レバレッジ１７は設けることが望ましいが、省略することも可能である。
【００３３】
（Ｈ02）前記実施例において、柔軟レバレッジを介したリール部材をモータで駆動することで、張力の調節をすると共に、テザーの巻取りや送出しも行ったが、これに限定されず、張力の調節と、巻取りを別個の構成とすることも可能である。
（Ｈ03）前記実施例において、張力の検出値Ａを張力目標値Ａ１に保持する制御を例示したが、これに限定されず、張力目標値Ａ１に幅を持たせ、検出値Ａが目標下限値Ａ１ａ≦検出値Ａ≦目標上限値Ａ１ｂとなるように制御することも可能である。
（Ｈ04）前記実施例において、ストッパ２１は省略することも可能である。
【００３４】
（Ｈ05）前記実施例において、張力の調節を行う際に、駆動モータＭ１を最小回転量分繰り返し回転させることで調節したが、これに限定されず、歪みゲージの出力に基づいて、駆動モータＭ１の回転量を演算し、演算された回転量だけ、駆動モータＭ１を駆動する要に構成することも可能である。
（Ｈ06）前記実施例において、宇宙構造物としての太陽電池パネルを例示したが、これに限定されず、テザーを使用する任意の宇宙構造物に適用可能である。例えば、宇宙ステーションや人工衛星、軌道エレベータ等に採用することが考えられる。
（Ｈ07）前記実施例において、張力調節装置７や有幅レーザセンサ２２をテザーＴの他端側にのみ設ける構成を例示したが、これに限定されず、テザー一端側支持部材６に配置したり、両端に配置することも可能である。また、有幅レーザセンサを配置する位置は、端部に限定されず、テザーに沿って、センサを配置可能な任意の位置に変更可能である。
【００３５】
（Ｈ08）前記実施例において、張力検出装置で張力を検出する対象として宇宙構造物用のテザーを例示したが、これに限定されず、所定の張力で張架され且つ振動する紐状体の張力を検出する場合に使用可能である。例えば、紡績機の糸の張力を検出したり、釣り具の釣り糸の張力を検出することも考えられる。
（Ｈ09）前記実施例において、紐状体としてのテザーの径や形状は、実施例で例示したものに限定されず、例えば、幅を有するテープ状（リボン状）のテザーにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施例１の張力検出装置を有する宇宙構造物の説明図である。
【図２】図２は本発明の実施例１の張力調節装置の要部拡大説明図である。
【図３】図３は実施例１の張力調節装置の機能を説明する要部説明図である。
【図４】図４は実施例１の有幅レーザセンサの斜視説明図である。
【図５】図５は実施例１の張力調節装置の制御部が備えている各機能をブロック図（機能ブロック図）で示した図である。
【図６】図６は実施例１の張力検出処理のフローチャートである。
【図７】図７は従来の張力検出装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…太陽電池パネル、２…パネル本体、３…メインポール、４…推進器、６…テザー一端側支持部材、７…張力調節装置、１１…装置本体、１２…モータボックス、１３，１４…回転軸支持部材、１６…回転軸、１７…柔軟レバレッジ、１９…リール部材、２１…ストッパ、２２…有幅レーザセンサ、Ａ１…張力目標値、Ａ２…張力限界値、Ｃ…コントローラ、Ｃ１…張力検出手段、Ｃ１Ａ…変位履歴記憶手段、Ｃ１Ｂ…振動数検出手段、Ｃ１Ｂ１…スペクトル解析手段、Ｃ１Ｃ…張力演算手段、Ｃ２…張力判別手段、Ｃ２Ａ…目標張力記憶手段、Ｃ２Ｂ…張力限界値記憶手段、Ｃ３…張力調節手段、Ｃ３Ａ…モータ駆動手段、Ｄ１…モータ駆動回路、Ｄ２…ストッパ駆動回路、Ｍ１…駆動モータ、Ｔ…テザー、Ｔｎ…張力。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テザーのような紐状、ワイヤ状の紐状体の張力を検出する張力検出装置および前記張力検出装置を備えた宇宙構造物に関し、特に、太陽電池パネルや宇宙ステーション等の宇宙構造物で好適に使用されるテザー等の紐状体の張力検出装置および宇宙構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙空間で使用される太陽電池パネルや宇宙ステーション、人工衛星等の宇宙構造物では、宇宙空間での展開や構造物どうしの連結、あるいは、構造物の位置制御、姿勢制御等のために、ケブラー（登録商標）等のアラミド繊維や、アルミを織り込んで作成された紐状、ワイヤー状のテザーと呼ばれる紐状体が使用されることがある。
宇宙開発の技術分野において前記テザーを使用する場合、宇宙空間においてテザーの張力を検出し、所定の張力になるように制御する必要になる。テザーの張力を検出する技術として、下記の従来技術（Ｊ01），（Ｊ02）が公知である。
【０００３】
図７は従来の張力検出装置の説明図である。
（Ｊ01）特許文献１（特開２００４−２３０９３０号公報）記載の技術
特許文献１には、テンションメータ（張力検出装置）を使用してテザーの張力を検出し、テザー送出部でテザーを巻き取るリールの回転速度を調節する技術が記載されている。
図７において、特許文献１記載のテンションメータを含む従来の張力検出装置０１は、例えば、重り０２によりテザー０３に張力０４が作用している場合に、テザー０３が巻き付けられた３つのローラ０６，０７，０８の変位をひずみゲージ０９で検出し、変位に対応する張力を計算することで張力を検出している。
【０００４】
（Ｊ02）特許文献２（特開２０００−１２８０９７号公報）記載の技術
特許文献２には、テザー衛星の子衛星が射出された時に、ドラム（巻取り型の展開装置）に巻き取られたテザーを繰り出す技術において、テザーがＵ字状に巻き付けられたプーリ（４１）が設けられた微動ステージ（３４）に弾性変形可能な引張りバネ３８を設けて微動可能とし、微動ステージ（３４）の変位を変位計（３９）で計測し、変位計（３９）の出力値から張力を推定する技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３０９３０号公報（段落番号「００３２」、第６図）
【特許文献２】特開２０００−１２８０９７号公報（段落番号「００２２」〜「００３４」、第１図、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来技術（Ｊ01），（Ｊ02）では、いずれもテザー（紐状体）の張力を検出する場合に、ローラやプーリをテザーに接触させることで張力を検出している。したがって、従来技術（Ｊ01）、（Ｊ02）では、テザーに何かが接触しているため、テザーの条件が微小であるが変化してしまう。ところが、宇宙空間で使用される太陽電池パネル等のテザーを使用する構造物では、重力が微小なため、張力が極めて小さく、従来技術（Ｊ01），（Ｊ02）に示す接触型の張力検出装置では測定値に悪影響があり、誤差が大きくなってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、前述の事情に鑑み、テザーのような紐状体に接触せずに張力を検出することを第１の技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記技術的課題を解決するために、請求項１記載の張力検出装置は、
宇宙構造物に連結されたテザーに所定の幅を有する有幅レーザを照射する有幅レーザ照射部と、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されたレーザ受光部とを有する有幅レーザセンサと、
前記有幅レーザセンサによる前記テザーの位置の変動に基づいて、テザーの定常振動の定常振動数を検出する振動数検出手段と、
前記定常振動数から前記テザーの張力を演算する張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記構成要件を備えた請求項１記載の張力検出装置では、有幅レーザセンサの有幅レーザ照射部は、宇宙構造物に連結されたテザーに所定の幅を有する有幅レーザを照射する。レーザ受光部は、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されている。振動数検出手段は、前記有幅レーザセンサによる前記テザーの位置の変動に基づいて、テザーの定常振動の定常振動数を検出する。張力演算手段は、前記定常振動数から前記テザーの張力を演算する。
したがって、テザーに接触しない有幅レーザセンサの検出結果に基づいて張力を検出することができるので、テザーのような紐状体に接触せずに張力を検出することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の張力検出装置は、請求項１に記載の張力検出装置において、
前記テザーの延びる方向に沿って、前記有幅レーザセンサを挟む位置に配置され且つ前記テザーに接触する一対のテザー接触部材と、
前記一対のテザー接触部材間の距離をＬ、テザーの振動モードをｎ、前記テザーの線密度をρ、検出された定常振動数をｆ、テザーの張力をＴｎとした場合に、Ｔｎ＝４×Ｌ２×ｆ２×ρ／ｎ２に基づいてテザーの張力を演算する前記張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記構成要件を備えた請求項２に記載の張力検出装置では、前記テザーの延びる方向に沿って、前記有幅レーザセンサを挟む位置に配置された一対のテザー接触部材は、前記テザーに接触する。前記張力演算手段は、前記一対のテザー接触部材間の距離をＬ、テザーの振動モードをｎ、前記テザーの線密度をρ、検出された定常振動数をｆ、テザーの張力をＴｎとした場合に、Ｔｎ＝４×Ｌ２×ｆ２×ρ／ｎ２に基づいてテザーの張力を演算する。したがって、前記式に基づいて、有幅レーザセンサの検出結果から張力を演算することができる。
【００１２】
さらに、前記技術的課題を解決するために請求項３の宇宙構造物は、
請求項１または２に記載の張力検出装置を備えたことを特徴とする。
前記構成要件を備えた請求項３の宇宙構造物は、請求項１または２に記載の張力検出装置を備えているので、テザーに接触しない有幅レーザセンサの検出結果に基づいて張力を検出することができるので、テザーのような紐状体に接触せずに張力を検出することができる。
【００１３】
また、前記技術的課題を解決するために請求項４の張力検出装置は、
紐状体に所定の幅を有する有幅レーザを照射する有幅レーザ照射部と、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されたレーザ受光部とを有する有幅レーザセンサと、
前記有幅レーザセンサによる前記紐状体の位置の変動に基づいて、紐状体の定常振動の定常振動数を検出する振動数検出手段と、
前記定常振動数から前記紐状体の張力を演算する張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
前記構成要件を備えた請求項４の張力検出装置では、有幅レーザセンサの有幅レーザ照射部は、紐状体に所定の幅を有する有幅レーザを照射する。レーザ受光部は、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されている。振動数検出手段は、前記有幅レーザセンサによる前記紐状体の位置の変動に基づいて、紐状体の定常振動の定常振動数を検出する。張力演算手段は、前記定常振動数から前記紐状体の張力を演算する。
したがって、請求項４の張力検出装置は、紐状体に接触しない有幅レーザセンサの検出結果に基づいて張力を検出することができるので、紐状体に接触せずに張力を検出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
前述の本発明は、テザーのような紐状体に接触せずに張力を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１の張力検出装置を有する宇宙構造物の説明図である。
図１において、本発明の実施例１の宇宙構造物としての太陽電池パネル１は、平板状のパネル本体２を有する。前記パネル本体２の中央部には、鉛直方向に延びるメインポール３が支持されており、前記メインポール３のパネル本体２側には、太陽電池パネル１の位置や姿勢等を制御するための推進器４が配置されている。前記メインポール３の先端には、テザー一端側支持部材６が支持されている。前記パネル本体２の四隅には、それぞれ、テザー他端側支持部材としての張力調節装置７が支持されており、各張力調節装置７と前記テザー一端側支持部材６との間には、テザーＴ紐状体が張架されている。
【００１８】
図２は本発明の実施例１の張力調節装置の要部拡大説明図である。
図２において、本発明の実施例１の張力調節装置７は、パネル本体２に固定支持された装置本体１１を有する。前記装置本体１１上面には、テザーの送出しや巻取り、張力の調節を行う駆動モータ（図示せず）を内部に収容するモータボックス（位置調節部材）１２が支持されている。前記モータボックス１２に隣接して支持された一対の回転軸支持部材１３，１４が配置されており、前記回転軸支持部材１３，１４の間には、前記モータボックス１２の駆動モータにより駆動される回転軸１６が回転可能に支持されている。
【００１９】
図３は実施例１の張力調節装置の機能を説明する要部説明図である。
図２，図３において、前記回転軸１６には、弾性変形可能なテコとしての柔軟レバレッジ（微小変動吸収部）１７の一端部が支持されている。前記柔軟レバレッジ１７の他端部には、リング状のリール部材（巻取り部材、テザー接触部材）１９が支持されており、前記リール部材１９には、テザーＴが巻き取られる。前記柔軟レバレッジ１７、リール部材１９等により、張力作用部材（１７、１９）が構成されている。
図２、図３において、前記張力作用部材（１７、１９）のメインポール３側には、テザーＴを挟み込んで移動を規制するストッパ（テザー位置規制装置）２１が配置されている。前記ストッパ２１には、固定挟持部２１ａと、固定挟持部２１ａに対向して配置され且つ固定挟持部２１ａ側に移動可能な移動挟持部（テザー接触部材）２１ｂとを有する。したがって、移動挟持部２１ｂが移動してテザーＴが移動挟持部２１ｂと固定挟持部２１ａとの間で挟持されることによりテザーの移動が規制される。
【００２０】
図４は実施例１の有幅レーザセンサの斜視説明図である。
図２、図３において、前記張力作用部材（１７，１９）と、ストッパ２１との間には、有幅レーザセンサ２２が配置されている。図２〜図４において、実施例１の有幅レーザセンサ２２は、テザーＴに所定の幅を有する有幅レーザ２３を照射する有幅レーザ照射部２２ａと、前記有幅レーザ照射部２２ａに対向して配置されたレーザ受光部２２ｂとを有する。図４に示すように、実施例１の有幅レーザセンサ２２では、テザーＴに照射されたレーザ２３は遮蔽されるため、レーザ受光部２２ｂでテザーＴに対応する位置でレーザ２３が検出されず、テザーＴが無くレーザ２３が通過する部分はレーザ受光部２２ｂで検出される。したがって、テザーＴの現在位置を有幅レーザセンサ２２で検出でき、テザーＴの変動を検出できる。
なお、前記有幅レーザセンサ２２としては、例えば、測定領域（幅）が３０ｍｍ、サンプリングが２４００回／秒、分解能が０．０１μｍの株式会社キーエンス社製のレーザ変異センサＬＳ−７０００を使用できる。また、実施例１では、一対のテザー接触部材１７，２１ｂ間の距離Ｌが予め計測されており、線密度ρのテザーが使用されている。また、有幅レーザセンサ２２の位置は、テザーＴが振動した場合の定常振動の主要モードの節からずれた位置、すなわち、主要モードの節を回避するように配置されている。
【００２１】
（実施例１の制御部の説明）
図５は実施例１の張力調節装置の制御部が備えている各機能をブロック図（機能ブロック図）で示した図である。
図５において、張力調節装置７で必要な処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、前記ＲＯＭに記憶されたプログラムに応じた処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）、ならびにクロック発振器等を有するマイクロコンピュータにより構成されており、前記ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
【００２２】
（コントローラＣに接続された信号出力要素）
コントローラＣには、有幅レーザセンサ２２やその他等の信号出力要素から出力された信号が入力される。
前記有幅レーザセンサ２２は、テザーＴの現在位置を検出する。
【００２３】
（コントローラＣに接続された被制御要素）
前記コントローラＣは、次の被制御要素へ制御信号を出力する。
モータ駆動回路Ｄ１は、駆動モータＭ１に信号を出力してモータボックス１２の駆動モータＭ１を正回転方向または逆回転方向に回転駆動する。
ストッパ駆動回路Ｄ２は、ストッパ２１に信号を出力してストッパ２１を駆動する。
【００２４】
（コントローラＣの機能）
図５において、前記コントローラＣは、前記各信号出力要素からの出力信号に応じた処理を実行して、前記各制御要素に制御信号を出力する機能を実現するプログラム（機能実現手段）を有している。前記コントローラＣの各種機能を実現するプログラム（機能実現手段）を次に説明する。
張力検出手段Ｃ１は、変位履歴記憶手段Ｃ１Ａと、振動数検出手段Ｃ１Ｂと、張力演算手段Ｃ１Ｃとを有し、有幅レーザセンサ２２からの出力信号に基づいて張力を検出する。
変位履歴記憶手段Ｃ１Ａは、前記有幅レーザセンサ２２から出力された変位の履歴データを記憶する。なお実施例１の変位履歴情報記憶手段Ｃ１Ａは、１秒間分（２４００個）のサンプリングデータを記憶可能に構成されている。
【００２５】
振動数検出手段Ｃ１Ｂは、スペクトル解析手段Ｃ１Ｂ１を有し、有幅レーザセンサ２２からの出力信号に基づいて、テザーＴの定常振動の定常振動数ｆを検出する。
スペクトル解析手段Ｃ１Ｂ１は、前記変位履歴記憶手段Ｃ１Ａに記憶された変位履歴のデータに基づいてスペクトル解析を行う。実施例１のスペクトル解析手段Ｃ１Ｂ１は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）によりスペクトル解析を行う。
張力演算手段Ｃ１Ｃは、前記一対のテザー接触部材１９，２１ｂ間の距離をＬ［ｍ］（図３参照）、テザーＴの振動モードをｎ、前記テザーＴの線密度をρ［ｋｇ／ｍ］、検出された定常振動数をｆ［Ｈｚ］、テザーの張力をＴｎ［Ｎ］とした場合に、下記の式（１）に基づいてテザーＴの張力Ｔｎを演算する。
Ｔｎ＝４×Ｌ２×ｆ２×ρ／ｎ２ …（１）
なお、式（１）は、弦の定常振動の式（２）から導出される。
ｆ＝ｖ／λ＝（ｎ／２Ｌ）×（Ｔ／ρ）１／２ …（２）
ここで、ｖは弦の速度、λは波長である。
なお、実施例１では、テザーＴの振動では、経験的に１次モードが支配的となるため、簡単化するために、前記振動モードｎはｎ＝１に設定されている。なお、ｎ＝１に限定されず、設計等に応じて、任意の次数の振動モードを採用したり、複数の振動モードでそれぞれ張力Ｔｎを演算し、張力Ｔｎを各振動モードの強度に応じて合成することも可能である。
【００２６】
張力判別手段Ｃ２は、目標張力記憶手段Ｃ２Ａと、張力限界値記憶手段Ｃ２Ｂとを有し、検出された張力Ｔｎに基づいて、テザーＴの張力が予め設定された張力目標値Ａ１に保持されているか否かを判別する。
前記目標張力記憶手段Ｃ２Ａは、テザーＴに作用する微小張力の設定値である張力の目標値Ａ１を記憶する。
前記張力限界値記憶手段Ｃ２Ｂは、柔軟レバレッジ１７が破損する恐れのあるテザーＴの張力の限界値である張力限界値Ａ２（＞Ａ１）を記憶する。
張力調節手段Ｃ３は、モータ駆動量設定手段Ｃ３Ａと、モータ駆動手段Ｃ３Ｂとを有し、テザーＴの張力が張力目標値Ａ１となるように張力を調節する。
【００２７】
前記モータ駆動手段（位置調節部材駆動手段）Ｃ３Ａは、前記モータ駆動回路Ｄ１を介して駆動モータＭ１を駆動して、柔軟レバレッジ１７の回転位置を調節し、テザーＴの張力を調節する。なお、実施例１では、前記モータ駆動手段Ｃ３Ｂは、張力Ｔｎと張力目標値Ａ１とに基づいて、駆動モータＭ１を、張力Ｔｎが張力目標値Ａ１に近づく回転方向に予め設定された最小調整量だけ回転駆動する。
ストッパ制御手段（テザー位置規制手段）Ｃ４は、張力Ｔｎが張力限界値Ａ２を超えた場合に、前記ストッパ駆動回路Ｄ２を介してストッパ２１の駆動を制御して、テザーＴをストッパ２１で挟み込んでテザーＴの位置を規制する。
したがって、前記有幅レーザセンサ２２およびコントローラＣの各制御手段により実施例１の張力検出装置が構成されている。
【００２８】
（実施例１のフローチャートの説明）
なお、検出された張力Ｔｎに基づいて、張力Ｔｎが張力目標値Ａ１となるように駆動モータＭ１の回転を制御したり、張力Ｔｎが張力限界値Ａ２以上となった場合にストッパ２１を作動させる処理については、簡単のため、説明を省略する。
（張力検出処理のフローチャートの説明）
図６は実施例１の張力検出処理のフローチャートである。
図６のフローチャートの各ＳＴ（ステップ）の処理は、前記コントローラＣのＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理は太陽電池パネル１の他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
図６に示すフローチャートは太陽電池パネル１の使用開始とともに開始される。
【００２９】
図６のＳＴ１において、有幅レーザセンサ２２がテザーＴの変動を検出したか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ２に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１を繰り返す。
ＳＴ２のいて、テザーＴの変位を変位計測時間（実施例１では１秒、サンプリングデータ２４００個分）分サンプリングする。そして、ＳＴ３に進む。
ＳＴ３において、サンプリングされた変位履歴のデータを高速フーリエ変換でスペクトル解析して、振動数ｆを検出する。そして、ＳＴ４に進む。
ＳＴ４において、検出した振動数ｆ、振動モードｎ、長さＬ、線密度ρと、張力Ｔｎ＝４×Ｌ２×ｆ２×ρ／ｎ２を演算する。そして、ＳＴ１に戻る。
【００３０】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の太陽電池パネル１では、パネル本体２の中央部がメインポール３により支持され、四隅がテザーＴにより支持されており、一定の姿勢に保持される。
パネル本体２が太陽光等で熱膨張・熱収縮や推進器４の駆動等により、パネル本体２が湾曲や振動すると、テザーＴの張力が強まったり、弱まったりする。このときのパネル本体２の変動に応じたテザーＴの変位が有幅レーザセンサ２２により検出され、有幅レーザセンサ２２の出力から張力Ｔｎが検出される。テザーＴの張力が変動すると、張力調節装置７により、駆動モータＭ１が回転して柔軟レバレッジ１７を介して、リール部材１９が回転し、テザーＴがリール部材１９から送り出されたり、巻き取られる。この結果、テザーＴの張力が自動的に調節され、テザーＴに微小張力が作用した状態に保持される。なお、このとき、駆動モータＭ１の回転が直接テザーＴの張力の増減に作用するのではなく、駆動モータＭ１とリール部材１９との間に介在する柔軟レバレッジ１７の弾性変形（しなり）により、駆動モータＭ１の回転による張力の増減の作用はテコの原理により縮小され、テザーＴの張力が増減する。
【００３１】
そして、パネル本体２の微小振動や駆動モータＭ１のオーバーシュート等により、テザーＴに微小な張力の変動が発生した場合には、柔軟レバレッジ１７の先端部がしなる（撓む、弾性変形する）ので、微小な張力の変動を吸収できる。したがって、微小な張力の変動が発生した場合でも、柔軟レバレッジ１７の先端部のしなりにより、テザーＴに張力目標値Ａ１程度の張力を作用させることができる。そして、先端部のしなりだけで吸収できない張力の変動が発生すると、柔軟レバレッジ１７の根本部分が弾性変形するため、歪みゲージ１８で検出でき、駆動モータＭ１により張力を張力目標値Ａ１に設定できる。
また、急激に張力が増大し、張力限界値Ａ２以上になると、ストッパ２１が作動して、急激に大きくなった張力により柔軟レバレッジ１７が破損することを防止できる。
この結果、実施例１の張力調節装置７を備えた太陽電池パネル１では、テザーＴの張力を高い精度で張力目標値Ａ１に調節することができ、テザーＴの破断や弛みを減少させることができる。また、柔軟レバレッジ１７のしなりにより、テザーＴの張力の微小調節（微小操作）を行うことができる。
【００３２】
(変更例)
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ09）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、柔軟レバレッジ１７は設けることが望ましいが、省略することも可能である。
【００３３】
（Ｈ02）前記実施例において、柔軟レバレッジを介したリール部材をモータで駆動することで、張力の調節をすると共に、テザーの巻取りや送出しも行ったが、これに限定されず、張力の調節と、巻取りを別個の構成とすることも可能である。
（Ｈ03）前記実施例において、張力の検出値Ａを張力目標値Ａ１に保持する制御を例示したが、これに限定されず、張力目標値Ａ１に幅を持たせ、検出値Ａが目標下限値Ａ１ａ≦検出値Ａ≦目標上限値Ａ１ｂとなるように制御することも可能である。
（Ｈ04）前記実施例において、ストッパ２１は省略することも可能である。
【００３４】
（Ｈ05）前記実施例において、張力の調節を行う際に、駆動モータＭ１を最小回転量分繰り返し回転させることで調節したが、これに限定されず、歪みゲージの出力に基づいて、駆動モータＭ１の回転量を演算し、演算された回転量だけ、駆動モータＭ１を駆動する要に構成することも可能である。
（Ｈ06）前記実施例において、宇宙構造物としての太陽電池パネルを例示したが、これに限定されず、テザーを使用する任意の宇宙構造物に適用可能である。例えば、宇宙ステーションや人工衛星、軌道エレベータ等に採用することが考えられる。
（Ｈ07）前記実施例において、張力調節装置７や有幅レーザセンサ２２をテザーＴの他端側にのみ設ける構成を例示したが、これに限定されず、テザー一端側支持部材６に配置したり、両端に配置することも可能である。また、有幅レーザセンサを配置する位置は、端部に限定されず、テザーに沿って、センサを配置可能な任意の位置に変更可能である。
【００３５】
（Ｈ08）前記実施例において、張力検出装置で張力を検出する対象として宇宙構造物用のテザーを例示したが、これに限定されず、所定の張力で張架され且つ振動する紐状体の張力を検出する場合に使用可能である。例えば、紡績機の糸の張力を検出したり、釣り具の釣り糸の張力を検出することも考えられる。
（Ｈ09）前記実施例において、紐状体としてのテザーの径や形状は、実施例で例示したものに限定されず、例えば、幅を有するテープ状（リボン状）のテザーにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施例１の張力検出装置を有する宇宙構造物の説明図である。
【図２】図２は本発明の実施例１の張力調節装置の要部拡大説明図である。
【図３】図３は実施例１の張力調節装置の機能を説明する要部説明図である。
【図４】図４は実施例１の有幅レーザセンサの斜視説明図である。
【図５】図５は実施例１の張力調節装置の制御部が備えている各機能をブロック図（機能ブロック図）で示した図である。
【図６】図６は実施例１の張力検出処理のフローチャートである。
【図７】図７は従来の張力検出装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…太陽電池パネル、２…パネル本体、３…メインポール、４…推進器、６…テザー一端側支持部材、７…張力調節装置、１１…装置本体、１２…モータボックス、１３，１４…回転軸支持部材、１６…回転軸、１７…柔軟レバレッジ、１９…リール部材、２１…ストッパ、２２…有幅レーザセンサ、Ａ１…張力目標値、Ａ２…張力限界値、Ｃ…コントローラ、Ｃ１…張力検出手段、Ｃ１Ａ…変位履歴記憶手段、Ｃ１Ｂ…振動数検出手段、Ｃ１Ｂ１…スペクトル解析手段、Ｃ１Ｃ…張力演算手段、Ｃ２…張力判別手段、Ｃ２Ａ…目標張力記憶手段、Ｃ２Ｂ…張力限界値記憶手段、Ｃ３…張力調節手段、Ｃ３Ａ…モータ駆動手段、Ｄ１…モータ駆動回路、Ｄ２…ストッパ駆動回路、Ｍ１…駆動モータ、Ｔ…テザー、Ｔｎ…張力。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙構造物に連結されたテザーに所定の幅を有する有幅レーザを照射する有幅レーザ照射部と、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されたレーザ受光部とを有する有幅レーザセンサと、
前記有幅レーザセンサによる前記テザーの位置の変動に基づいて、テザーの定常振動の定常振動数を検出する振動数検出手段と、
前記定常振動数から前記テザーの張力を演算する張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする張力検出装置。
【請求項２】
前記テザーの延びる方向に沿って、前記有幅レーザセンサを挟む位置に配置され且つ前記テザーに接触する一対のテザー接触部材と、
前記一対のテザー接触部材間の距離をＬ、テザーの振動モードをｎ、前記テザーの線密度をρ、検出された定常振動数をｆ、テザーの張力をＴｎとした場合に、Ｔｎ＝４×Ｌ２×ｆ２×ρ／ｎ２に基づいてテザーの張力を演算する前記張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の張力検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の張力検出装置を備えたことを特徴とする宇宙構造物。
【請求項４】
紐状体に所定の幅を有する有幅レーザを照射する有幅レーザ照射部と、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されたレーザ受光部とを有する有幅レーザセンサと、
前記有幅レーザセンサによる前記紐状体の位置の変動に基づいて、紐状体の定常振動の定常振動数を検出する振動数検出手段と、
前記定常振動数から前記紐状体の張力を演算する張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする張力検出装置。
【請求項１】
宇宙構造物に連結されたテザーに所定の幅を有する有幅レーザを照射する有幅レーザ照射部と、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されたレーザ受光部とを有する有幅レーザセンサと、
前記有幅レーザセンサによる前記テザーの位置の変動に基づいて、テザーの定常振動の定常振動数を検出する振動数検出手段と、
前記定常振動数から前記テザーの張力を演算する張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする張力検出装置。
【請求項２】
前記テザーの延びる方向に沿って、前記有幅レーザセンサを挟む位置に配置され且つ前記テザーに接触する一対のテザー接触部材と、
前記一対のテザー接触部材間の距離をＬ、テザーの振動モードをｎ、前記テザーの線密度をρ、検出された定常振動数をｆ、テザーの張力をＴｎとした場合に、Ｔｎ＝４×Ｌ２×ｆ２×ρ／ｎ２に基づいてテザーの張力を演算する前記張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の張力検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の張力検出装置を備えたことを特徴とする宇宙構造物。
【請求項４】
紐状体に所定の幅を有する有幅レーザを照射する有幅レーザ照射部と、前記有幅レーザ照射部に対向して配置されたレーザ受光部とを有する有幅レーザセンサと、
前記有幅レーザセンサによる前記紐状体の位置の変動に基づいて、紐状体の定常振動の定常振動数を検出する振動数検出手段と、
前記定常振動数から前記紐状体の張力を演算する張力演算手段と、
を備えたことを特徴とする張力検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１５５６６４（Ｐ２００８−１５５６６４Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４３３５８（Ｐ２００６−３４３３５８）
【出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（３０５０２７４０１）公立大学法人首都大学東京 (385)
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（３０５０２７４０１）公立大学法人首都大学東京 (385)
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