JP2006003202A

JP2006003202A - 振動記憶装置及び振動記録システム

Info

Publication number: JP2006003202A
Application number: JP2004179630A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sato; 貢一佐藤; Nagamitsu Yagishita; 修満八木下
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】建築物等に振動が生じたときのみ、その振動履歴を記録できるようにする。
【解決手段】振動を検出するための加速度計１０と、加速度計の出力信号を整流して直流電圧に変換する整流回路１３と、整流回路により整流された直流電圧により駆動されるＩＣチップ１４と、加速度計の出力信号をＩＣチップの制御により記憶するメモリ１６と、メモリに記憶された加速度データを無線で外部に送信する送信回路２２，２４とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物等を構成する柱、梁、壁、床等に加えられた振動の履歴情報を管理する技術に関するものである。

建築物等を構成する柱、梁、壁、床等の構造部材は、その外見からだけでは経時的な損傷の程度を判断することは難しく、特にそれらの構造部材がコンクリートから形成されている場合には、損傷の程度を判断することが困難な場合が多い。そのような場合、Ｘ線検査などによりコンクリート内部での亀裂の生じ方等を検査する方法などもあるが、そのような検査は非常に手間のかかるものであった。

そのため、従来より、例えば特開平１０−９６７４２号公報（特許文献１）、特開２０００−２０１５１１号公報（特許文献２）等に開示されているような加速度検出装置を建築物等の所定の場所に設置し、建築物に加わる地震等による振動の経時的な履歴を記録しておき、その履歴から建築物の損傷の程度を予測することが行なわれている。
特開平１０−９６７４２号公報特開２０００−２０１５１１号公報

しかしながら、上記のような加速度検出装置を建築物に設置する従来の方法では、いつ地震等の振動が建築物に加わるかが予測できないため、振動が生じていない状態でも常時加速度値を記録しておかなければならず、多くの無駄なデータを記録することになるという問題点があった。

また、常時加速度値を記録することから、時間の経過とともに膨大な量のデータが記録されることになり、数十年という長期にわたって記録をとり続けることは困難であった。

さらに、上記の従来の方法では、加速度検出装置と記録装置の間の配線が必要であり、その配線のためのスペースが必要であったり、配線のための手間がかかるといった問題点もあった。

したがって、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、建築物等に振動が生じたときのみ、その振動履歴を記録できるようにすることである。

また、本発明の他の目的は、加速度検出装置と記録装置間の配線をなくすことである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる振動記憶装置は、振動を検出するための加速度計と、該加速度計の出力信号を整流して直流電圧に変換する整流回路と、該整流回路により整流された直流電圧により駆動されるＩＣチップと、前記加速度計の出力信号を前記ＩＣチップの制御により記憶するメモリと、該メモリに記憶された加速度データを無線で外部に送信する送信手段と、を具備することを特徴とする。

また、この発明に係わる振動記憶装置において、前記加速度計の出力信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器をさらに具備することを特徴とする。

また、この発明に係わる振動記憶装置において、前記加速度計は、圧電セラミックを用いた加速度計であることを特徴とする。

また、この発明に係わる振動記憶装置において、前記送信手段は、ＲＦＩＤの原理により無線通信を行なうことを特徴とする。

また、この発明に係わる振動記憶装置において、前記ＩＣチップに所定のクロック信号を供給するための時計をさらに具備することを特徴とする。

また、本発明に係わる振動記録システムは、振動を検出するための加速度計と、該加速度計の出力信号を整流して直流電圧に変換する整流回路と、該整流回路により整流された直流電圧により駆動されるＩＣチップと、前記加速度計の出力信号を前記ＩＣチップの制御により記憶するメモリとを有する振動記憶装置と、前記振動記憶装置に備えられたメモリから前記加速度計で得られた加速度データを無線で読み出す読み出し装置とを備え、前記振動記憶装置と前記読み出し装置とは、ＲＦＩＤの原理により無線でデータの通信を行なうための通信手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、建築物等に振動が生じたときのみ、その振動履歴を記録することが可能となる。

また、加速度検出装置と記録装置間の配線をなくすことが可能となる。

以下、本発明の好適な一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる振動記録システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。

図１において、振動記録システムは、建築物の柱、梁、壁、床等に設置される振動記憶装置１００と、振動記憶装置１００とは別体で、振動記憶装置１００に記憶されている振動履歴を無線で読み出す、あるいは振動記憶装置１００に必要な情報を記録するための情報読み出し／記録装置２００とから構成されている。

振動記憶装置１００は、建築物に加わる振動を検出するための圧電セラミック等からなる加速度計１０と、加速度計１０から出力される加速度信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器１２と、加速度計１０から出力される加速度信号を整流し、ＤＣ電力に変換するための整流回路１３と、Ａ／Ｄ変換器１２から出力された加速度のデジタル信号に所定の演算処理を施すためのＩＣチップ１４と、ＩＣチップ１４により演算処理された加速度値を記憶するためのメモリ１６と、ＩＣチップ１４に所定のクロック信号を供給するための時計１８と、時計１８の電源となるバッテリー２０と、メモリ１６から読み出された加速度履歴を情報読み出し／記録装置２００に送信、あるいは情報読み出し／記録装置２００から送信される情報を受信するための送受信回路２２と、送受信回路２２と情報読み出し／記録装置２００との間の信号のやり取りを行なうと共に、情報読み出し／記録装置２００から発信される電磁波等によりＩＣチップ１４の電源となる起電力を発生するためのアンテナ２４とを備えて構成されている。

また、情報読み出し／記録装置２００は、振動記憶装置１００に電磁波等を送信するためのアンテナ３０と、振動記憶装置１００から振動履歴を読み出す、あるいは振動記憶装置１００に必要な情報を送信するためのリーダ／ライタ部３２とを備えている。

ここで、振動記憶装置１００内におけるＩＣチップ１４とメモリ１６と送受信回路２２とアンテナ２４は、無線ＩＣタグ２６を構成しており、情報読み出し／記録装置２００とともに、所謂ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）と呼ばれる無線通信システムを構成している。

ＲＦＩＤには、交流磁界によるコイルの相互誘導を利用して５５０ＫＨｚ以下の長波帯での交信を行なう電磁結合方式と、主に１３５ＫＨｚ以下、あるいは１３．５６ＭＨｚ帯の短波の電磁波を利用する電磁誘導方式と、８００／９００ＭＨｚのＵＨＦ帯を利用する電磁波伝播方式と、２．４５ＧＨｚの準マイクロ波帯により交信を行なうマイクロ波方式とがあるが、いずれの方式も本実施形態に適用可能である。

図２は、本実施形態における無線ＩＣタグ２６の構成の一例を示す概略平面図である。

無線ＩＣタグ２６は、ＩＣチップ１４と、このＩＣチップ１４をループ状に取り巻くように配置されたループアンテナ２４とを備えている。情報読み出し／記録装置２００から発信された電磁波により、ループアンテナ２４に電磁誘導による起電力が発生し、この起電力がＩＣチップ１４を駆動する電源となる。なお、図２においては、メモリ１６と送受信回路２２は、ＩＣチップ１４の中に含まれるものとして示されている。

なお、上記のように構成される振動記憶装置１００は、加速度計１０の出力信号を電源としてＩＣチップ１４を駆動させて振動波形を記憶し、また、外部の情報読み出し／記録装置２００との通信は、情報読み出し／記録装置２００から発信される電磁波等による誘導起電力を利用して行なわれるため、基本的に内部に電池等の電源を備える必要はない。しかしながら、建築物等に加わった振動履歴を記録する場合、加速度計１０から出力される振動波形を、例えば０．０１秒毎などの一定のサンプリング周期で記憶することも振動履歴を後に解析する場合に有効である。そのため、本実施形態では、振動記憶装置１００内に時計１８を備えており、その電源としてボタン型のリチウム電池などのバッテリー２０を内部に備える必要がある。そして、このバッテリーは定期的に交換する必要がある。ただしこのようなバッテリーは、単に時計を駆動させるために使用されるだけであるので、その寿命は長く、２〜３年に１回程度の交換ですむため、頻繁に振動記憶装置１００の保守を行なう必要はない。また、本実施形態では、上記のような理由により振動記憶装置１００の内部に時計１８を備えているが、時計１８のクロック信号が無かったとしても加速度計１０に振動が加われば、自動的に振動波形がメモリ１６に記憶されるので、時計１８は必ずしも必須なものではない。

図３は、加速度計１０の構成を示す斜視図であり、図４は加速度計の振動検出原理を説明するための図である。

加速度計１０は、板状の圧電セラミック５０を１箇所以上で支持された構造になっており、図３は例えば１箇所で支持された構造で、加速度計１０に振動が加わると、圧電セラミック５０の先端部が、加えられた振動の加速度に応じて上下に振動する。このとき、圧電セラミック５０の上下の表面は、それぞれ圧縮力と引っ張り力を受け、それによる圧縮／引っ張り歪により起電力を発生し、図４に示すような加速度波形が出力される。この加速度波形を図１に示すＡ／Ｄ変換器１２によりデジタル信号に変換し、ＩＣチップ１４の制御によりメモリ１６に格納することで、加速度計１０が設置された建築物等に加わった振動履歴を記録しておくことができる。

なお、加速度計１０に使用する圧電セラミックとしては、１枚で構成されるものと、２枚の圧電セラミックを貼り合わせたバイモルフと呼ばれるものがあるが、どちらも本実施形態に適用可能である。

図５は、圧電セラミック５０（加速度計１０）が出力する電圧変化である加速度波形を整流するための整流回路１３を示す図である。

圧電セラミック５０から出力される加速度波形は交流電圧であるが、これを図５に示すような整流回路１３でＤＣ電圧に変換することにより、このＤＣ電圧を図１に示すＩＣチップ１４の駆動電圧として利用することができる。このように、加速度計１０の出力信号を、振動の大きさを示す加速度波形としてだけではなく、ＩＣチップ１４を駆動するための電源として使用することにより、加速度計１０に振動が加わった場合のみＩＣチップ１４が駆動されて振動波形が記憶されるので、振動が加わっていない状態での不要なデータまでをも記録してしまうことが防止される。そのため、必要なデータのみがメモリ１６に記憶されることになり、メモリ１６の記憶容量を有効に使用することができる。

次に、上述したように構成される振動記録システムの動作について図１を参照して説明する。

まず、振動記憶装置１００が使用者により、建築物の柱、梁、壁、床等の必要な場所に取り付けられる。そして、地震等により建築物に振動が加わると、振動記憶装置１００内の加速度計１０が振動波形を出力する。加速度計１０から出力された振動波形は、整流回路１３によりＤＣ電圧に変換され、このＤＣ電圧によりＩＣチップ１４が駆動される。これと同時に、加速度計１０から出力された振動波形はＡ／Ｄ変換器１２にも供給され、ここでデジタル信号に変換され、ＩＣチップ１４の処理により振動波形のデジタルデータがメモリ１６に記憶される。このとき、ＩＣチップ１４には、時計１８から所定のクロック信号が入力され、加速度計１０から出力される振動波形は、例えば０．０１秒毎などの一定のサンプリング周期でサンプリングされる。このようにして、振動記憶装置１００のメモリ１６には、建築物に加わった振動波形の履歴が時間の経過とともに蓄積されていく。

一方、使用者は、ある程度の期間が経過すると、必要に応じて情報読み出し／記録装置２００を建築物の振動記憶装置１００が取り付けられている場所に持っていき、又はその場所で、既に説明した原理により振動記憶装置１００からメモリ１６に記憶されている振動履歴のデータを情報読み出し／記録装置２００に読み出す。そして、情報読み出し／記録装置２００を持ち帰り、読み出されたデータの解析等を行なう。

以上説明したように、上記の実施形態によれば、加速度計１０の出力信号を起電力としてＩＣチップ１４を駆動し、メモリ１６に振動波形を記憶するため、建築物等に振動が加わった場合のみ、振動波形の記録が行なわれ、振動が加わっていない状態の無駄なデータを記録することが防止される。

また、振動記憶装置１００から情報読み出し／記録装置２００へのデータの読み出しを、ＲＦＩＤの原理を利用して無線で行なうため、配線が不要になり、配線のためのスペースや配線の手間を排除することができる。

本発明に係わる振動記録システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態における無線ＩＣタグの構成の一例を示す概略平面図である。加速度計の構成を示す斜視図である。加速度計の振動検出原理を説明するための図である。加速度計の出力電圧を整流するための整流回路の構成を示す図である。

符号の説明

１０加速度計
１２Ａ／Ｄ変換器
１３整流回路
１４ＩＣチップ
１６メモリ
１８時計
２０バッテリー
２２送受信回路
２４，３０アンテナ
２６無線ＩＣタグ
３２リーダ／ライタ部
５０圧電セラミック
１００振動記憶装置
２００情報読み出し／記録装置

Claims

振動を検出するための加速度計と、
該加速度計の出力信号を整流して直流電圧に変換する整流回路と、
該整流回路により整流された直流電圧により駆動されるＩＣチップと、
前記加速度計の出力信号を前記ＩＣチップの制御により記憶するメモリと、
該メモリに記憶された加速度データを無線で外部に送信する送信手段と、
を具備することを特徴とする振動記憶装置。
前記加速度計の出力信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の振動記憶装置。
前記加速度計は、圧電セラミックを用いた加速度計であることを特徴とする請求項１に記載の振動記憶装置。
前記送信手段は、ＲＦＩＤの原理により無線通信を行なうことを特徴とする請求項１に記載の振動記憶装置。
前記ＩＣチップに所定のクロック信号を供給するための時計をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の振動記憶装置。
振動を検出するための加速度計と、該加速度計の出力信号を整流して直流電圧に変換する整流回路と、該整流回路により整流された直流電圧により駆動されるＩＣチップと、前記加速度計の出力信号を前記ＩＣチップの制御により記憶するメモリとを有する振動記憶装置と、
前記振動記憶装置に備えられたメモリから前記加速度計で得られた加速度データを無線で読み出す読み出し装置とを備え、
前記振動記憶装置と前記読み出し装置とは、ＲＦＩＤの原理により無線でデータの通信を行なうための通信手段を備えることを特徴とする振動記録システム。