JP2015064348A - Sensor attaching base, and structure degradation analysis system using sensor attaching base - Google Patents

Sensor attaching base, and structure degradation analysis system using sensor attaching base Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide replacement easiness of a sensor that is used for abnormality determination of a state of a monitoring object, and to provide stability in abnormality determination performance (monitoring performance) at the time of sensor replacement.SOLUTION: A sensor attaching base (30) is used for a structure degradation analysis system which includes a controller that is attached to a fixing surface and monitors whether or not the state of a monitoring object is normal on the basis of acceleration information of the monitoring object that is outputted from a sensor installed at the monitoring object, and extracts at least one of inclination information of the monitoring object and intrinsic vibration number information as a feature value based on the acceleration information obtained from the sensor, and calculates a reference probability density distribution in normal state and monitoring probability density distribution at monitoring for the extracted feature value, and then based on comparison between the reference probability density distribution and the monitoring probability density distribution, monitors abnormality of the state of the monitoring object. Two sensors (20) are formed as a single plate that can be installed on the same plane.

Description

本発明は、例えば、トンネル内の吊り下げ構造物、あるいは張り出し構造物のような構造物の取付状態の劣化を、長期にわたってモニタすることができるとともに、センサ交換時のキャリブレーション機能を備えた構造物劣化診断システムに用いられるセンサ取付ベース、およびセンサ取付ベースを用いた構造物劣化診断システムに関する。   The present invention can monitor deterioration of the mounting state of a structure such as a suspended structure in a tunnel or an overhang structure over a long period of time, and has a calibration function when replacing a sensor. The present invention relates to a sensor mounting base used in an object deterioration diagnosis system, and a structure deterioration diagnosis system using the sensor mounting base.

構造物の劣化状態を検出する方法としては、検査員による定期検査により、目視あるいは何らかの計器を用いて行われることが主流であった。また、劣化診断対象であるトンネルなどの構造物に経年的に発生する亀裂に関して、定量的な検査を、簡単かつ迅速に行う従来技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   As a method for detecting the deterioration state of the structure, it has been the mainstream that the inspection is carried out by visual inspection or some kind of instrument by a regular inspection by an inspector. In addition, a conventional technique is disclosed in which a quantitative inspection is easily and quickly performed on a crack that occurs over time in a structure such as a tunnel that is a degradation diagnosis target (see, for example, Patent Document 1).

この特許文献1では、紫外線または青色系可視光などの励起光によって発光する蛍光色素を、劣化診断対象である構造物にあらかじめ混入させている。そして、この構造物に紫外線または青色系可視光などを発光する光源を照射し、目視あるいはCCDカメラ等による撮像画像の解析処理により、亀裂の発生を定量的に判断している。   In Patent Document 1, a fluorescent dye that emits light by excitation light such as ultraviolet light or blue-based visible light is mixed in advance with a structure that is an object of deterioration diagnosis. Then, the structure is irradiated with a light source that emits ultraviolet light, blue-based visible light, or the like, and the occurrence of cracks is quantitatively determined by visual analysis or analysis processing of a captured image by a CCD camera or the like.

特開2013−83493号公報JP 2013-83493 A

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。   However, the prior art has the following problems.

特許文献1では、定量的な劣化診断を可能にしてはいるものの、あくまでも、検査員による定期検査を基本としている。さらに、劣化診断対象の構造物に対して、蛍光色素をあらかじめ混入させておく必要があった。   Although Patent Document 1 enables quantitative deterioration diagnosis, it is based on periodic inspection by an inspector to the last. Furthermore, it is necessary to mix a fluorescent dye in advance with respect to the structure to be deteriorated.

一方、近年では、構造物の劣化診断を定期検査よりも短い周期で、検査員を介さずに無人で行うことのできる劣化診断システムが望まれている。また、トンネル等においては、トンネル自身の壁面や天井の劣化状態以外にも、トンネル内の吊り下げ構造物、あるいは張り出し構造物のような構造物の取付状態の劣化を、定量的に診断する必要性がある。さらに、新規の構造物だけでなく、既存の構造物に対しても、容易に対応できることが望まれる。   On the other hand, in recent years, there has been a demand for a deterioration diagnosis system that can perform deterioration diagnosis of a structure with a shorter cycle than a periodic inspection and without an inspector. In addition, in tunnels, in addition to the deterioration of the walls and ceiling of the tunnel itself, it is necessary to quantitatively diagnose the deterioration of the mounting state of a suspended structure in the tunnel or a structure such as an overhang structure. There is sex. Furthermore, it is desired that not only a new structure but also an existing structure can be easily handled.

また、構造物にセンサを取り付けることで劣化診断を行うにあたっては、センサの寿命あるいは故障に応じて必要となるセンサ交換の際に、交換作業を容易にするとともに、センサの交換前後で劣化診断性能が変化しないようにすることが望まれる。   In addition, when performing deterioration diagnosis by attaching a sensor to a structure, it is easy to replace the sensor when it is necessary to replace the sensor according to the life or failure of the sensor. It is desirable to prevent changes.

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、構造物の取付状態の劣化診断に用いるセンサの交換容易性、およびセンサ交換時の劣化診断性能の安定性を得ることのできる構造物劣化診断システムに用いられるセンサヘッド取付ベース、およびセンサ取り付けベースを用いた構造物劣化診断システムを得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and obtains the ease of replacement of a sensor used for deterioration diagnosis of a mounting state of a structure and the stability of deterioration diagnosis performance at the time of sensor replacement. An object of the present invention is to obtain a sensor head mounting base used in a structure deterioration diagnosis system capable of performing the above and a structure deterioration diagnosis system using the sensor mounting base.

本発明に係るセンサヘッド取付ベースは、固定面に取り付けられ、劣化診断対象である構造物に設置されたセンサヘッドから出力される構造物の加速度情報に基づいて、構造物の取付状態が正常か否かを診断するセンサコントローラを備え、センサヘッドから取得した加速度情報に基づく特徴量として、構造物の傾き情報および固有振動数情報の少なくとも一方の情報を抽出し、抽出した特徴量に関して、正常状態における基準用確率密度分布と劣化診断時における診断用確率密度分布とを算出し、基準用確率密度分布と診断用確率密度分布との比較に基づいて構造物の取付状態の劣化を診断する構造物劣化診断システムに用いられるセンサヘッド取付ベースであって、2つのセンサヘッドを同一平面上に設置可能な1枚板として形成されているものである。   The sensor head mounting base according to the present invention is attached to a fixed surface, and whether the mounting state of the structure is normal based on the acceleration information of the structure output from the sensor head installed in the structure to be subjected to deterioration diagnosis. A sensor controller for diagnosing whether or not, and extracting at least one of the tilt information and the natural frequency information of the structure as the feature quantity based on the acceleration information acquired from the sensor head, and regarding the extracted feature quantity, the normal state Calculating the probability density distribution for reference in diagnosis and the probability density distribution for diagnosis at the time of deterioration diagnosis, and diagnosing the deterioration of the mounting state of the structure based on the comparison between the probability density distribution for reference and the probability density distribution for diagnosis A sensor head mounting base used in a deterioration diagnosis system, which is formed as a single plate on which two sensor heads can be installed on the same plane. Is shall.

また、本発明に係るセンサ取付ベースを用いた構造物劣化診断システムは、固定面に取り付けられ、劣化診断対象である構造物に設置されたセンサヘッドから出力される構造物の加速度情報に基づいて、構造物の取付状態が正常か否かを診断するセンサコントローラを備えた構造物劣化診断システムにおいて、センサコントローラにより実行される構造物劣化診断システムであって、センサヘッドから取得した加速度情報に基づく特徴量として、構造物の傾き情報および固有振動数情報の少なくとも一方の情報を抽出する特徴量抽出手段と、特徴量抽出手段により抽出れた特徴量に基づいて、正常状態において求めた基準データと、劣化診断時において求めた診断データとが所定量以上の有意差を有する場合には、構造物の取付状態に異常が発生していると判定する判定手段とを備え、固定面として本発明の取付ベースを採用し、既存センサと、既存センサと交換するために既存センサと併存して設置された新規センサとを、2つのセンサとして取付ベースに設置し、特徴量抽出手段は、既存センサヘッドと、既存センサヘッドと交換するために既存センサヘッドと併存して設置された新規センサヘッドのそれぞれについて傾き情報または固有振動数情報を個別に抽出し、既存センサヘッドの取り付け方向と新規センサヘッドの取り付け方向とのずれを修正して座標軸を一致させるために、新規センサヘッドについて抽出された傾き情報を、既存センサヘッドについて抽出された傾き情報に一致させる、あるいは新規センサヘッドについて抽出された固有振動数情報を、既存センサヘッドについて抽出された固有振動数情報に一致させるための変換行列を算出する誤差修正手段をさらに備え、特徴量抽出手段は、変換行列を用いることで、新規センサヘッドから取得した加速度情報を、既存センサヘッドを用いた場合に対応した加速度情報に変換でき、判定手段は、変換行列の逆行列を用いることで、既存センサヘッドで抽出された特徴量に基づいて求めた基準データを、新規センサヘッドを用いた場合に対応した基準データに変換でき、既存センサヘッドを取り除いた後も、既存センサヘッドに基づいて蓄積された基準データ、および劣化判定に用いる所定量以上の有意差を継続して利用可能とするものである。   In addition, the structure deterioration diagnosis system using the sensor mounting base according to the present invention is based on the acceleration information of the structure attached to the fixed surface and output from the sensor head installed in the structure that is the object of deterioration diagnosis. A structure deterioration diagnosis system comprising a sensor controller for diagnosing whether or not a structure is in a normal state, wherein the structure deterioration diagnosis system is executed by the sensor controller and is based on acceleration information acquired from a sensor head Feature amount extraction means for extracting at least one of structure inclination information and natural frequency information as feature amounts, and reference data obtained in a normal state based on the feature amounts extracted by the feature amount extraction means; If the diagnosis data obtained at the time of deterioration diagnosis has a significant difference of more than a predetermined amount, there is an abnormality in the mounting state of the structure. A determination means that determines that it is born, adopts the mounting base of the present invention as a fixed surface, and replaces an existing sensor and a new sensor installed together with the existing sensor in order to replace the existing sensor, Installed on the mounting base as two sensors, the feature quantity extraction means uses the existing sensor head and tilt information or natural vibration for each of the new sensor heads installed together with the existing sensor head to replace the existing sensor head. In order to extract the number information individually and correct the deviation between the mounting direction of the existing sensor head and the mounting direction of the new sensor head to match the coordinate axes, the tilt information extracted for the new sensor head Match the extracted tilt information or extract the natural frequency information extracted for the new sensor head from the existing sensor. Error correction means for calculating a transformation matrix for matching the natural frequency information extracted for the head, and the feature amount extraction means uses the transformation matrix to obtain acceleration information acquired from the new sensor head, Acceleration information corresponding to the case where an existing sensor head is used can be converted, and the determination means uses the inverse matrix of the conversion matrix, so that the reference data obtained based on the feature quantity extracted by the existing sensor head can be converted into a new sensor. It can be converted into reference data corresponding to the case where the head is used, and after removing the existing sensor head, the reference data accumulated based on the existing sensor head and a significant difference of more than a predetermined amount used for deterioration determination are continued. It is to be made available.

本発明によれば、2つのセンサを取り付ける面が同一平面を有するように1枚板として構成することで、構造物の取付状態の劣化診断に用いるセンサの交換容易性、およびセンサ交換時の劣化診断性能の安定性を得ることのできる構造物劣化診断システムに用いられるセンサヘッド取付ベースおよびセンサヘッド取り付けベースを用いた構造劣化診断システムを得ることができる。   According to the present invention, by configuring the two sensors as a single plate so that the surfaces to which the two sensors are attached have the same plane, it is easy to replace the sensor used for the deterioration diagnosis of the mounting state of the structure, and deterioration at the time of sensor replacement. It is possible to obtain a sensor head mounting base used in a structure deterioration diagnosis system capable of obtaining stability of diagnostic performance and a structure deterioration diagnosis system using the sensor head mounting base.

本発明の実施の形態1における構造物劣化診断システムの構成図である。It is a block diagram of the structure deterioration diagnostic system in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における第1の劣化診断部による劣化診断処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the degradation diagnosis process by the 1st degradation diagnostic part in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における3軸分の傾き情報の収集に関する具体例を示した図である。It is the figure which showed the specific example regarding collection of the inclination information for 3 axes in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における3軸分の傾き情報に関する確率密度分布の具体例を示した図である。It is the figure which showed the specific example of probability density distribution regarding the inclination information for 3 axes in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における、ある1軸の傾き情報に関する確率密度分布、確率密度比、および評価値を示した図である。It is the figure which showed the probability density distribution, probability density ratio, and evaluation value regarding a certain one-axis inclination information in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における第2の劣化診断部による劣化診断処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the degradation diagnostic process by the 2nd degradation diagnostic part in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における3軸分の振動数情報の収集に関する具体例を示した図である。It is the figure which showed the specific example regarding collection of the frequency information for 3 axes | shafts in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における3軸分のパワースペクトルの算出結果を示した図である。It is the figure which showed the calculation result of the power spectrum for 3 axes in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における、ある1軸としてX軸について算出された学習時の2次元確率密度分布、劣化診断時の2次元確率密度分布、および両者の比である2次元の確率密度比の具体例を示した図である。In Embodiment 1 of the present invention, the two-dimensional probability density distribution at the time of learning, the two-dimensional probability density distribution at the time of deterioration diagnosis, and the two-dimensional probability density ratio that is the ratio between the two calculated It is the figure which showed the specific example. 本発明の実施の形態2における構造物劣化診断システムで使用される加速度センサを同一平面上に設置可能とする取付ベースを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the attachment base which makes it possible to install the acceleration sensor used with the structure deterioration diagnostic system in Embodiment 2 of this invention on the same plane.

以下、本発明の構造物劣化診断システムの好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a structure deterioration diagnosis system of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明は、劣化診断対象である構造物に取り付けられたセンサから得られる加速度情報に基づいて、構造物の傾きあるいは固有振動数に関する特徴量の確率密度分布を求め、正常時における確率密度分布と劣化診断時における確率密度分布との間に有意差がある場合には、取付状態に何らかの劣化が発生していると判断するとともに、センサ交換時のキャリブレーション機能を備えたことを技術的特徴としている。   The present invention obtains a probability density distribution of a feature amount related to the inclination or natural frequency of a structure based on acceleration information obtained from a sensor attached to the structure to be diagnosed for deterioration, If there is a significant difference from the probability density distribution at the time of deterioration diagnosis, it is judged that some deterioration has occurred in the mounting state, and it has a calibration function at the time of sensor replacement as a technical feature Yes.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における構造物劣化診断システムの構成図である。本実施の形態1における構造物劣化診断システムは、センサコントローラ10、およびN個(Nは、2以上の整数)のセンサヘッド20(1)〜20(N)を備えて構成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a structure deterioration diagnosis system according to Embodiment 1 of the present invention. The structure deterioration diagnosis system according to the first embodiment includes a sensor controller 10 and N (N is an integer of 2 or more) sensor heads 20 (1) to 20 (N).

なお、本実施の形態1における構造物劣化診断システムでは、最低限、1個のセンサヘッド20を設けておけば、劣化診断を実施することが可能である。また、複数用いる場合のN個のセンサヘッドのそれぞれの機能は、全て共通である。そこで、以下の説明では、それぞれのセンサヘッドを区別する必要がない場合には、(1)〜(N)の添字を用いずに、単にセンサヘッド20と記載する。   In the structure deterioration diagnosis system according to the first embodiment, it is possible to perform the deterioration diagnosis if at least one sensor head 20 is provided. In addition, the functions of the N sensor heads when a plurality of sensor heads are used are all common. Therefore, in the following description, when it is not necessary to distinguish each sensor head, the sensor head 20 is simply described without using the subscripts (1) to (N).

N個のセンサヘッド20のそれぞれは、センサ部21と、加速度情報出力部22を有しており、劣化診断対象である構造物の異なる位置に設置されている。ここで、構造物の具体例としては、トンネル内の吊り下げ構造物、あるいは張り出し構造物が挙げられ、本発明の構造物劣化診断システムによって、長期にわたって構造物の取付状態の劣化診断が行われることとなる。   Each of the N sensor heads 20 includes a sensor unit 21 and an acceleration information output unit 22, and is installed at different positions of the structure that is the object of the deterioration diagnosis. Here, specific examples of the structure include a suspended structure in a tunnel or an overhang structure, and the structure deterioration diagnosis system according to the present invention performs deterioration diagnosis of the mounting state of the structure over a long period of time. It will be.

このような構造物としては、トンネル内に設置されるジェットファン、情報板、標識等が対象とされ、トンネルを形成する躯体のコンクリートから吊り下げまたは張り出される重量物が挙げられる。そして、構造物に対してセンサヘッド20が好ましくは2個設置され、各々を構造物に対して両端となる部分に設置することで、構造物の変位をいずれかが大きく捕らえることとなる。   Examples of such a structure include jet fans, information boards, signs, and the like installed in the tunnel, and heavy objects that are suspended or overhang from the concrete of the casing forming the tunnel. Then, preferably two sensor heads 20 are installed on the structure, and each of them is installed at a portion which becomes both ends with respect to the structure, so that one of the displacements of the structure is largely captured.

そのため、N個のセンサヘッド20は、構造物の変位を大きく捕らえるために、設置面の方向に対して、各々が離れる位置に設置される。さらに、センサヘッド20は、交換を容易にするため、2個等の複数個を2組としてもよく、1組ごとで交換することにより、監視状態を継続することができる。   Therefore, the N sensor heads 20 are installed at positions away from each other with respect to the direction of the installation surface in order to capture the displacement of the structure greatly. Furthermore, the sensor head 20 may be replaced with two or more in order to facilitate replacement, and the monitoring state can be continued by replacing each pair.

センサ部21は、例えば、応答性に優れ、測定範囲がDC〜数十Hz程度の加速度を測定可能な3軸加速度センサである。加速度のうち、DC成分は重力加速度の方向、即ち傾きを表し、AC成分は振動を表す。このように、加速度センサに3軸のセンサを用いることにより、水平出しが不要となり、傾きや振動の方向に関わらず、センサ出力を行うことができる。したがって、水平出しを行うなど、傾きの方向などが特定できる場合には、2軸や1軸であってもよい。   The sensor unit 21 is, for example, a three-axis acceleration sensor that has excellent responsiveness and can measure acceleration with a measurement range of about DC to several tens of Hz. Of the acceleration, the DC component represents the direction of gravity acceleration, that is, the inclination, and the AC component represents vibration. Thus, by using a triaxial sensor as the acceleration sensor, leveling is not required, and sensor output can be performed regardless of the direction of inclination or vibration. Therefore, if the direction of inclination can be specified such as leveling, two or one axis may be used.

また、加速度情報出力部22は、センサヘッドの設置箇所における構造物の3軸の加速度に関するアナログ信号を、所定のサンプリングレート(例えば、50Hzのサンプリングレート)でデジタル信号に変換し、加速度情報としてセンサコントローラ10へ送信する。なお、加速度情報出力部22は、一例として、CANやRS232C等の通信I/Fを介して、デジタル信号である加速度情報をセンサコントローラ10に送信することができる。   The acceleration information output unit 22 converts an analog signal related to the triaxial acceleration of the structure at the installation location of the sensor head into a digital signal at a predetermined sampling rate (for example, a sampling rate of 50 Hz), and the sensor is used as acceleration information. Transmit to the controller 10. In addition, the acceleration information output part 22 can transmit the acceleration information which is a digital signal to the sensor controller 10 via communication I / F, such as CAN and RS232C, as an example.

また、センサコントローラ10は、構造物近傍のN個のセンサヘッド20に配線が届く位置に設置され、N個のセンサヘッド20のそれぞれから取得した加速度情報に基づいて、構造物の取付状態が正常か否かを判断する。具体的には、センサコントローラ10は、加速度情報に基づいて、傾き情報を第1の特徴量として抽出し、構造物の取付状態の劣化診断を行う第1の劣化診断部11と、加速度情報に基づいて、固有振動数情報を第2の特徴量として抽出し、構造物の取付状態の劣化診断を行う第2の劣化診断部12を有している。   The sensor controller 10 is installed at a position where the wiring reaches the N sensor heads 20 in the vicinity of the structure, and the mounting state of the structure is normal based on the acceleration information acquired from each of the N sensor heads 20. Determine whether or not. Specifically, the sensor controller 10 extracts the inclination information as the first feature amount based on the acceleration information, and performs the deterioration diagnosis of the attachment state of the structure, and the acceleration information. Based on this, it has the second deterioration diagnosis unit 12 that extracts the natural frequency information as the second feature quantity and performs the deterioration diagnosis of the attachment state of the structure.

また、センサコントローラ10は、診断結果、あるいは診断に用いたデータ等を、図示しない制御装置に送信できるようにするために、例えば、イーサネット(登録商標)等の大容量通信I/Fを備えることができる。   In addition, the sensor controller 10 includes a large-capacity communication I / F such as Ethernet (registered trademark), for example, so that the diagnosis result or data used for the diagnosis can be transmitted to a control device (not shown). Can do.

構造物としてジェットファン等が設けられるトンネル設備の場合、詳細に示さないが、トンネル内の情報は、トンネル近傍に設けられた、いわゆる電気室内に設置される制御装置に集約され、さらに、監視者の居る遠方監視制御装置に移報されて、双方で情報が共有される。後述する劣化診断の処理に従い、劣化が生じていると判定された結果が、上記各制御装置に表示や警報音等で報知される。このような判定結果は、別途劣化診断システムの設備業者や点検業者のセンタ装置に送られてもよく、異常発生時に迅速な対応を可能にできる。   In the case of a tunnel facility provided with a jet fan or the like as a structure, information in the tunnel is collected in a control device installed in the vicinity of the tunnel, which is provided in the vicinity of the tunnel, and is not shown in detail. The information is transferred to the remote monitoring and control device where there is, and the information is shared by both parties. In accordance with the deterioration diagnosis process described later, the result of determining that the deterioration has occurred is notified to each of the control devices with a display, an alarm sound, or the like. Such a determination result may be sent separately to a center apparatus of an equipment contractor or an inspection contractor of the deterioration diagnosis system, and can promptly respond when an abnormality occurs.

また、劣化を判定するレベルを次のように細分し、そのレベルに応じて対応を変えてもよい。例えば、劣化の判定レベルは、
レベル1:「定期点検等で詳細に点検する必要有り(確認レベル)」
レベル2:「現場を確認し、今後の改良計画等を検討する必要あり(計画レベル)」
レベル3:「速やかに改善を必要とする事態で、至急現場へ急行する必要有り(改善レベル)」
レベル4:崩落を含む緊急事態(緊急レベル)」
とレベル分けし、レベル1、2は、各制御装置の盤面で簡単に表示するだけとし、レベル3、4の段階になって、詳細な警報表示や警報音鳴動等を行うようにしてもよい。
Further, the level for determining deterioration may be subdivided as follows, and the correspondence may be changed according to the level. For example, the deterioration judgment level is
Level 1: “Necessary to conduct detailed inspections at regular inspections (confirmation level)”
Level 2: “Need to check the site and consider future improvement plans (plan level)”
Level 3: “There is a need for immediate improvement, and there is a need to urgently go to the site (improvement level)”
Level 4: Emergency situation including collapse (emergency level) ”
Levels 1 and 2 can be simply displayed on the panel of each control device, and at levels 3 and 4, detailed alarm display and alarm sounding may be performed. .

さらに、業者のセンタ装置で常時判定に用いるデータを収集し、別途、多面的に分析を行い、例えば、レベル3に達するまでの時期予測などを行ってもよい。トンネルは、遠方監視制御装置によって、常時監視員に監視されていることが多いが、そうでない場合もあり、日常の管理設備が十分でない場合は、業者のセンタ装置を介して、緊急時の一次対応として現場を確認し、状況を報告する対応を、業者の係員に行わせることも可能である。   Furthermore, data used for continuous determination at the center device of the supplier may be collected and analyzed separately from multiple aspects, for example, to predict the time until reaching level 3. Tunnels are often monitored by a remote monitoring and control device at all times. However, in some cases, and in cases where daily management facilities are not sufficient, the primary emergency in the event of an emergency through the contractor's center device. It is also possible to make a staff member of the dealer take a response to confirm the situation and report the situation as a response.

そして、第1の劣化診断部11および第2の劣化診断部12は、いずれも、監視対象である構造物の正常時における確率密度分布と、劣化診断時における確率密度分布とを比較し、有意差が生じたことで構造物の劣化を検出する点では共通している。ただし、傾き情報を特徴量として劣化診断を行う第1の劣化診断部11と、固有振動数情報を特徴量として劣化診断を行う第2の劣化診断部12とでは、具体的な信号処理方法が異なっており、以下において、詳細に説明する。
(1)第1の劣化診断部11による傾き情報に基づく劣化診断の処理の流れについて
図2は、本発明の実施の形態1における第1の劣化診断部11による劣化診断処理の流れを示すフローチャートである。この図2のフローチャートに基づいて、傾き情報に基づいた第1の劣化診断部11による具体的な劣化診断処理について説明する。
The first deterioration diagnosis unit 11 and the second deterioration diagnosis unit 12 both compare the probability density distribution at the normal time of the structure to be monitored with the probability density distribution at the time of deterioration diagnosis, and are significant. This is common in that the deterioration of the structure is detected due to the difference. However, a specific signal processing method is used in the first deterioration diagnosis unit 11 that performs the deterioration diagnosis using the inclination information as the feature amount and the second deterioration diagnosis unit 12 that performs the deterioration diagnosis using the natural frequency information as the feature amount. These are different and will be described in detail below.
(1) Flow of deterioration diagnosis processing based on inclination information by first deterioration diagnosis unit 11 FIG. 2 is a flowchart showing a flow of deterioration diagnosis processing by the first deterioration diagnosis unit 11 according to Embodiment 1 of the present invention. It is. A specific deterioration diagnosis process by the first deterioration diagnosis unit 11 based on the inclination information will be described based on the flowchart of FIG.

まず始めに、ステップS201において、第1の劣化診断部11は、センサヘッド20内の加速度情報出力部22から取得した加速度情報に基づいて、傾き情報の抽出を行う。具体的には、第1の劣化診断部11は、例えば、50HzのサンプリングレートでX、Y、Z軸の加速度情報を取得する。そして、第1の劣化診断部11は、この加速度情報を用いて、各軸毎にディジタルフィルタによるローパスフィルタ処理を行う。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、例えば、0.1Hz程度とする。   First, in step S <b> 201, the first deterioration diagnosis unit 11 extracts inclination information based on the acceleration information acquired from the acceleration information output unit 22 in the sensor head 20. Specifically, the first deterioration diagnosis unit 11 acquires X, Y, and Z-axis acceleration information at a sampling rate of 50 Hz, for example. And the 1st degradation diagnostic part 11 performs the low-pass filter process by a digital filter for every axis | shaft using this acceleration information. The cut-off frequency of the low-pass filter is, for example, about 0.1 Hz.

ここで、DC成分を含む3軸加速度の低周波成分は、傾き情報と等価である。そして、ローパスフィルタ処理された傾き情報は、急速に変化する高周波成分を含まない。このため、劣化検出のための傾きデータのサンプリングレートを遅くしても、情報は欠損しない。具体的には、カットオフ周波数の2倍を超えたサンプリングレートがあれば、標本化定理を満たすことができ、0.1Hz未満のカットオフ周波数に対しては0.2Hzのサンプリング周波数、すなわち、5秒間隔のサンプリングでよい。   Here, the low-frequency component of the triaxial acceleration including the DC component is equivalent to the tilt information. Then, the low-pass filtered slope information does not include a rapidly changing high frequency component. For this reason, information is not lost even if the sampling rate of the inclination data for detecting the deterioration is slowed. Specifically, if there is a sampling rate that exceeds twice the cutoff frequency, the sampling theorem can be satisfied, and for cutoff frequencies below 0.1 Hz, a sampling frequency of 0.2 Hz, ie, Sampling at intervals of 5 seconds is sufficient.

図3は、本発明の実施の形態1における3軸分の傾き情報の収集に関する具体例を示した図である。図3に示すように、第1の劣化診断部11は、サンプリング間隔ΔTごとに、3軸分の傾き情報を収集することとなる。なお、本発明での「傾き情報とは」、ある基準方向を0度として規定した際の、180度から−180度までの範囲の傾きを意味しており、図3の縦軸に示した「傾き情報」は、基準方向に対する180度から−180度までの傾きを、1から−1として正規化して示したものである。   FIG. 3 is a diagram showing a specific example relating to collection of inclination information for three axes in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the first deterioration diagnosis unit 11 collects inclination information for three axes at each sampling interval ΔT. The “tilt information” in the present invention means a tilt in a range from 180 degrees to −180 degrees when a certain reference direction is defined as 0 degrees, and is shown on the vertical axis in FIG. “Inclination information” is obtained by normalizing the inclination from 180 degrees to −180 degrees with respect to the reference direction from 1 to −1.

次に、第1の劣化診断部11は、ステップS202において、センサヘッド20の取り付け方向の修正を行う。具体的には、第1の劣化診断部11は、センサヘッド20の取り付け方向のキャリブレーションデータ(アフィン変換の行列の要素)と、先のステップS201で得られたサンプリングデータを行列演算することで、それぞれのセンサヘッド20の座標軸を一致させるように、取り付け方向の誤差修正を行う。   Next, the first deterioration diagnosis unit 11 corrects the mounting direction of the sensor head 20 in step S202. Specifically, the first deterioration diagnosis unit 11 performs a matrix operation on the calibration data (affine transformation matrix elements) in the mounting direction of the sensor head 20 and the sampling data obtained in the previous step S201. The error in the mounting direction is corrected so that the coordinate axes of the respective sensor heads 20 coincide.

このステップS202は、センサヘッド20の取付方向に依存せず座標軸を揃えることが目的であり、センサヘッド20が3軸で方向に関わらず傾きや振動を検出できることから、センサ出力をそのまま用いる場合には、なくてもよい。   The purpose of this step S202 is to align the coordinate axes regardless of the mounting direction of the sensor head 20, and since the sensor head 20 can detect tilt and vibration regardless of the direction with three axes, the sensor output is used as it is. Is not necessary.

次に、第1の劣化診断部11は、ステップS203において、センサヘッド20の取り付け方向の誤差修正後の傾き情報に対して、対数化処理(デシベル化)を行う。微小な傾き情報の計測のために、例えば、1/100万[G]単位の分解能を元にして、後述する確率密度分布を得ようとすれば、そのために必要となる記憶領域は、膨大となる。そこで、本実施の形態1の第1の劣化診断部11は、加速度を対数化(デシベル化)し、デシベルデータに基づいた分類により確率密度分布を求めることで、効率のよい量子化を行っている。   Next, in step S203, the first deterioration diagnosis unit 11 performs logarithmic processing (decibelization) on the inclination information after correcting the error in the mounting direction of the sensor head 20. For measurement of minute inclination information, for example, if an attempt is made to obtain a probability density distribution, which will be described later, based on a resolution of 1/1 million [G] units, the storage area required for this is enormous. Become. Therefore, the first deterioration diagnosis unit 11 of the first embodiment performs efficient quantization by logarithmizing the acceleration (decibelization) and obtaining the probability density distribution by classification based on the decibel data. Yes.

次に、第1の劣化診断部11は、ステップS204において、傾き情報に基づく劣化診断を行うために、確率密度分布の生成処理を行う。第1の劣化診断部11は、例えば、先のステップS203でデシベル化された傾き情報を用いて、0.5デシベル単位で累積度数分布を作成し、これに局所平滑化処理を施すことで、確率密度分布を生成する。なお、平滑化処理としては、例えば、ガウス関数を適用することができる。   Next, in step S <b> 204, the first deterioration diagnosis unit 11 performs a probability density distribution generation process in order to perform deterioration diagnosis based on inclination information. For example, the first deterioration diagnosis unit 11 creates a cumulative frequency distribution in units of 0.5 decibels using the slope information decibeled in the previous step S203, and performs a local smoothing process on the cumulative frequency distribution. Generate a probability density distribution. As the smoothing process, for example, a Gaussian function can be applied.

なお、設置時の初期学習データとしての確率密度分布は、例えば、1ケ月程度のデータを用いて生成される。一方、劣化診断時の現在のデータとして作成する確率密度分布のデータ数は、例えば、過去3時間〜24時間程度のデータに基づいて生成される。   The probability density distribution as the initial learning data at the time of installation is generated using, for example, data for about one month. On the other hand, the number of data of the probability density distribution created as current data at the time of deterioration diagnosis is generated based on data of the past 3 hours to 24 hours, for example.

また、基準データとなる正常時における学習データとしては、必ずしも設置時に取得したデータを継続して使用する必要はない。長期にわたって劣化診断を行うため、劣化診断を行う過程で、継続的に学習データを更新することも可能である。そして、劣化診断時に継続学習データとして採用する確率密度分布は、例えば、過去数時間〜数週間程度のデータに基づいて生成される。   Further, it is not always necessary to continuously use the data acquired at the time of installation as the learning data at the normal time serving as the reference data. Since deterioration diagnosis is performed over a long period of time, it is possible to continuously update learning data in the process of performing deterioration diagnosis. And the probability density distribution adopted as continuous learning data at the time of deterioration diagnosis is generated based on, for example, data for the past several hours to several weeks.

図4は、本発明の実施の形態1における3軸分の傾き情報に関する確率密度分布の具体例を示した図である。各軸の1次元の確率密度分布は、傾きなしの中点に対して、正方向の傾きおよび負方向の傾きが大きくなるに従って、中点から両側に広がるような分布として表される。   FIG. 4 is a diagram showing a specific example of the probability density distribution regarding the inclination information for three axes in the first embodiment of the present invention. The one-dimensional probability density distribution of each axis is expressed as a distribution that spreads from the midpoint to both sides as the positive slope and the negative slope increase with respect to the midpoint without slope.

次に、第1の劣化診断部11は、ステップS205において、劣化診断時に求めた各軸の確率密度分布(診断時データに相当)から、学習時に求めた各軸の確率密度分布(基準データに相当)との確率分布の確率密度比を計算し、それぞれの軸について確率分布の確率密度比データを生成する。なお、基準データとしては、初期設定時のデータ以外に、継続学習データにより更新された学習データを採用することもできる。   Next, in step S205, the first deterioration diagnosis unit 11 calculates the probability density distribution of each axis obtained during learning (corresponding to the reference data) from the probability density distribution of each axis obtained during deterioration diagnosis (corresponding to the data during diagnosis). And the probability density ratio data of the probability distribution for each axis is generated. As reference data, learning data updated by continuous learning data can be adopted in addition to the data at the time of initial setting.

図5は、本発明の実施の形態1における、ある1軸の傾き情報に関する確率密度分布、確率密度比、および評価値の具体例を示した図である。図5(a)、(b)に示すように、確率密度分布のピークがずれた際には、そのずれたピーク位置を中心に、1よりも大きな確率密度比の分布が発生することとなる。   FIG. 5 is a diagram showing a specific example of probability density distribution, probability density ratio, and evaluation value related to certain one-axis inclination information in the first embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 5A and 5B, when the peak of the probability density distribution is shifted, a distribution with a probability density ratio larger than 1 is generated around the shifted peak position. .

さらに、第1の劣化診断部11は、各軸について算出された傾きに関する確率密度比をベクトルに見立てて、ベクトル長を計算する。具体的には、第1の劣化診断部11は、図5(c)に示すように、3軸の確率密度比のユークリッド距離としてベクトル長を求め、劣化診断のための評価値とする。   Further, the first deterioration diagnosis unit 11 calculates the vector length by regarding the probability density ratio related to the slope calculated for each axis as a vector. Specifically, as shown in FIG. 5C, the first deterioration diagnosis unit 11 obtains a vector length as the Euclidean distance of the triaxial probability density ratio, and uses it as an evaluation value for deterioration diagnosis.

そして、最後に、ステップS206において、第1の劣化診断部11は、確率密度比のベクトル長が、あらかじめ設定した所定の劣化判定の基準値未満であるならば正常とし、基準値を超える分布データが存在する場合には、劣化が生じていると判定する。   Finally, in step S206, the first deterioration diagnosis unit 11 determines that the distribution data exceeds the reference value if the vector length of the probability density ratio is less than a predetermined deterioration determination reference value. Is present, it is determined that deterioration has occurred.

以上の内容を整理すると、傾き情報に関する確率密度分布を利用して、構造物の取付状態の劣化診断を実施するに当たっては、以下の処理を行うことを特徴としている。
[特徴1]加速度情報の低周波成分を抽出することで、傾き情報を取得する。
[特徴2]傾き情報のサンプリングレートは、情報が欠損しない程度に遅くでき、例えば、5秒間隔でデータ収集を行うことができる。
[特徴3]取り付け方向の修正がなされた傾きデータをデシベル化することで、記憶容量を削減した上で、効率的な量子化を行っている。
[特徴4]所定のデシベル単位に基づいて、学習時および劣化診断時の確率密度分布を算出し、3軸の学習時と劣化診断時の確率密度比のユークリッド距離としてのベクトル長をそれぞれ求め、劣化診断のための評価値としている。
[特徴5]あらかじめ設定した所定の基準値を超える評価値がある場合には、センサヘッド20が設置された部分で、構造物の傾きが許容できないレベルに達していると判断し、劣化状態を定量的に判断する。
When the above contents are arranged, the following processing is performed when the deterioration diagnosis of the attachment state of the structure is performed using the probability density distribution regarding the inclination information.
[Feature 1] The inclination information is acquired by extracting the low frequency component of the acceleration information.
[Characteristic 2] The sampling rate of the inclination information can be slowed so that the information is not lost. For example, data can be collected at intervals of 5 seconds.
[Characteristic 3] The tilt data whose attachment direction has been corrected is converted to decibels to reduce the storage capacity and perform efficient quantization.
[Feature 4] Based on a predetermined decibel unit, the probability density distribution at the time of learning and deterioration diagnosis is calculated, and the vector length as the Euclidean distance of the probability density ratio at the time of three-axis learning and deterioration diagnosis is obtained, This is an evaluation value for deterioration diagnosis.
[Feature 5] If there is an evaluation value exceeding a predetermined reference value set in advance, it is determined that the inclination of the structure has reached an unacceptable level at the portion where the sensor head 20 is installed, and the deterioration state is determined. Judge quantitatively.

(2)第2の劣化診断部12による固有振動数情報に基づく劣化診断の処理の流れについて
次に、第2の劣化診断部12による具体的な処理内容を説明する。
(2) Flow of deterioration diagnosis processing based on natural frequency information by the second deterioration diagnosis unit 12 Next, specific processing contents by the second deterioration diagnosis unit 12 will be described.

図6は、本発明の実施の形態1における第2の劣化診断部12による劣化診断処理の流れを示すフローチャートである。この図6のフローチャートに基づいて、固有振動数情報に基づいた第2の劣化診断部12による具体的な劣化診断処理について説明する。   FIG. 6 is a flowchart showing a flow of the deterioration diagnosis process by the second deterioration diagnosis unit 12 in the first embodiment of the present invention. A specific deterioration diagnosis process by the second deterioration diagnosis unit 12 based on the natural frequency information will be described based on the flowchart of FIG.

まず始めに、ステップS601において、第2の劣化診断部12は、センサヘッド20内の加速度情報出力部22から取得した加速度情報に基づいて、振動数情報の抽出を行う。いかなる構造物も、材料、重量、形状、支持構造に応じた固有振動数を持つ。センサヘッド20からは、例えば、50HzのサンプリングレートでX、Y、Z軸の加速度情報が出力されている。しかしながら、常に大きな振動が発生している訳ではない。一方、周波数解析を行うに当たっては、高いサンプリングレートが必要であり、常時、データを取得するためには、膨大な記憶領域を要する。   First, in step S <b> 601, the second deterioration diagnosis unit 12 extracts frequency information based on acceleration information acquired from the acceleration information output unit 22 in the sensor head 20. Any structure has a natural frequency depending on the material, weight, shape, and support structure. For example, X, Y, and Z axis acceleration information is output from the sensor head 20 at a sampling rate of 50 Hz. However, large vibrations are not always generated. On the other hand, when performing frequency analysis, a high sampling rate is required, and a huge storage area is required to obtain data at all times.

そこで、本実施の形態1における第2の劣化診断部12は、取得した3軸の加速度情報のうち、少なくとも1軸において、あらかじめ設定した所定の基準レベルを超えた加速度が得られた場合には、過去から未来に亘るデータを2nの一定数(例えば512個)取得している。   Therefore, the second deterioration diagnosis unit 12 according to the first embodiment, when acceleration exceeding a predetermined reference level set in advance is obtained in at least one of the acquired three-axis acceleration information. , A constant of 2n (for example, 512) is acquired from the past to the future.

図7は、本発明の実施の形態1における3軸分の振動数情報の収集に関する具体例を示した図である。図7においては、X軸において測定された加速度データが、基準レベルを超えた際に、その時点をイベントトリガとして、3軸分それぞれに過去データと未来データからなる一定数のデータを記憶する場合を例示している。   FIG. 7 is a diagram showing a specific example related to collection of frequency information for three axes in the first embodiment of the present invention. In FIG. 7, when acceleration data measured on the X-axis exceeds a reference level, a certain number of data consisting of past data and future data is stored for each of the three axes, using that time as an event trigger. Is illustrated.

次に、第2の劣化診断部12は、ステップS602において、センサヘッド20の取り付け方向の修正を行う。具体的には、第2の劣化診断部12は、センサヘッド20の取り付け方向のキャリブレーションデータ(アフィン変換の行列の要素)と、先のステップS601で得られた一定数のデータのそれぞれを行列演算することで、それぞれのセンサヘッド20の座標軸を一致させるように、取り付け方向の誤差修正を行う。   Next, the second degradation diagnosis unit 12 corrects the mounting direction of the sensor head 20 in step S602. Specifically, the second deterioration diagnosis unit 12 performs a matrix of calibration data (affine transformation matrix elements) in the mounting direction of the sensor head 20 and a certain number of data obtained in the previous step S601. By calculating, the error in the mounting direction is corrected so that the coordinate axes of the respective sensor heads 20 coincide with each other.

次に、第2の劣化診断部12は、ステップS603において、誤差修正された3軸データに対し、FFT処理によりパワースペクトルを算出し、固有振動数を求める。図8は、本発明の実施の形態1における3軸分のパワースペクトルの算出結果を示した図である。加速度データには、直流成分(傾き成分)が含まれる。そこで、第2の劣化診断部12は、パワースペクトルから低周波成分を取り除き、残ったスペクトルの中から最大の極大値(図8中のf1x、f1y、f1zに相当)、および第2の極大値(図8中のf2x、f2y、f2zに相当)を求め、これをそれぞれ、各軸の第1固有振動数、第2固有振動数とする。 Next, in step S603, the second deterioration diagnosis unit 12 calculates a power spectrum by FFT processing for the error-corrected three-axis data, and obtains a natural frequency. FIG. 8 is a diagram showing calculation results of power spectra for three axes in the first embodiment of the present invention. The acceleration data includes a direct current component (slope component). Therefore, the second deterioration diagnosis unit 12 removes the low-frequency component from the power spectrum, the maximum maximum value (corresponding to f 1x , f 1y , and f 1z in FIG. 8) from the remaining spectrum, and the second (Corresponding to f 2x , f 2y , and f 2z in FIG. 8) are obtained, and these are set as the first natural frequency and the second natural frequency of each axis, respectively.

次に、第2の劣化診断部12は、ステップS604において、第1固有振動数と第2固有振動数のそれぞれについて、累積度数分布を作成し、これらに局所平滑化処理を施すことで、第1固有振動数と第2固有振動数に関する個別の確率密度分布を生成する。具体的には、第2の劣化診断部12は、例えば、先のステップS601でのイベントトリガごとに、先のステップS603で得られた第1固有振動数および第2固有振動数で規定されるそれぞれの累積度数分布を作成し、これらの累積度数分布のそれぞれに局所平滑化処理を施すことで、第1固有振動数と第2固有振動数に関する個別の確率密度分布を生成する。なお、平滑化処理としては、例えば、ガウス関数を適用することができる。   Next, in step S604, the second deterioration diagnosis unit 12 creates a cumulative frequency distribution for each of the first natural frequency and the second natural frequency, and performs a local smoothing process on the cumulative frequency distribution. Individual probability density distributions for the first natural frequency and the second natural frequency are generated. Specifically, the second deterioration diagnosis unit 12 is defined by, for example, the first natural frequency and the second natural frequency obtained in the previous step S603 for each event trigger in the previous step S601. Each cumulative frequency distribution is created, and a local smoothing process is performed on each of the cumulative frequency distributions, thereby generating individual probability density distributions related to the first natural frequency and the second natural frequency. As the smoothing process, for example, a Gaussian function can be applied.

なお、設置時の初期学習データとしての確率密度分布は、例えば、1ケ月程度のデータを用いて生成される。一方、劣化診断時の現在のデータとして作成する確率密度分布のデータ数は、例えば、過去3時間〜24時間程度のデータに基づいて生成される。   The probability density distribution as the initial learning data at the time of installation is generated using, for example, data for about one month. On the other hand, the number of data of the probability density distribution created as current data at the time of deterioration diagnosis is generated based on data of the past 3 hours to 24 hours, for example.

また、基準データとなる正常時における学習データとしては、必ずしも設置時に取得したデータを継続して使用する必要はない。長期にわたって劣化診断を行うため、劣化診断を行う過程で、継続的に学習データを更新することも可能である。劣化診断時に継続学習データとして採用する確率密度分布は、例えば、過去数時間〜数週間程度のデータに基づいて生成される。   Further, it is not always necessary to continuously use the data acquired at the time of installation as the learning data at the normal time serving as the reference data. Since deterioration diagnosis is performed over a long period of time, it is possible to continuously update learning data in the process of performing deterioration diagnosis. The probability density distribution adopted as continuous learning data at the time of deterioration diagnosis is generated based on data of the past several hours to several weeks, for example.

次に、第2の劣化診断部12は、ステップS605において、劣化診断時に求めた各軸の2次元確率密度分布(診断時データに相当)を、学習時に求めた各軸の2次元確率密度分布(基準データに相当)で割ることで、両者の比率を計算し、それぞれの軸について確率密度比の2次元分布データを生成する。なお、基準データとしては、初期設定時のデータ以外に、継続学習データにより更新された学習データを採用することもできる。   Next, in step S605, the second deterioration diagnosis unit 12 uses the two-dimensional probability density distribution of each axis (corresponding to the data at the time of diagnosis) obtained at the time of diagnosis as the two-dimensional probability density distribution of each axis obtained at the time of learning. By dividing by (equivalent to the reference data), the ratio between the two is calculated, and two-dimensional distribution data of the probability density ratio is generated for each axis. As reference data, learning data updated by continuous learning data can be adopted in addition to the data at the time of initial setting.

図9は、本発明の実施の形態1における、ある1軸としてX軸について算出された学習時の2次元確率密度分布、劣化診断時の2次元確率密度分布、および両者の比である2次元の確率密度比の具体例を示した図である。図9に示したように、固有振動数に関する確率密度分布は、第1固有振動数および第2固有振動数で規定される2次元のデータとして生成されるが、確率密度比の考え方は、第1の劣化診断部11による傾きデータに関する1次元の確率密度比の考え方と同じである。第2の劣化診断部12は、各軸について算出された2つの固有振動数に関する2次元の確率密度比を、劣化診断のための評価値とする。   FIG. 9 shows a two-dimensional probability density distribution at learning, a two-dimensional probability density distribution at the time of deterioration diagnosis, and a ratio of the two dimensions, calculated for the X axis as a certain axis in the first embodiment of the present invention. It is the figure which showed the specific example of the probability density ratio. As shown in FIG. 9, the probability density distribution related to the natural frequency is generated as two-dimensional data defined by the first natural frequency and the second natural frequency. This is the same as the idea of the one-dimensional probability density ratio regarding the inclination data by one deterioration diagnosis unit 11. The second deterioration diagnosis unit 12 uses a two-dimensional probability density ratio regarding two natural frequencies calculated for each axis as an evaluation value for deterioration diagnosis.

そして、最後に、ステップS606において、第2の劣化診断部12は、3軸の確率密度比が、ともにあらかじめ設定した所定の劣化判定の基準値未満であるならば正常とし、いずれか1つでも基準値を超える確率密度比の2次元分布が存在する場合には、劣化が生じていると判定する。   Finally, in step S606, the second deterioration diagnosis unit 12 sets the normality if both of the three-axis probability density ratios are less than a predetermined reference value for deterioration determination, and any one of them is determined. If there is a two-dimensional distribution with a probability density ratio exceeding the reference value, it is determined that degradation has occurred.

以上の内容を整理すると、固有振動数情報に関する確率密度分布を利用して、構造物の取付状態の劣化診断を実施するに当たっては、以下の処理を行うことを特徴としている。
[特徴1]加速度情報に関して、いずれかの軸で基準レベルを越えた加速度データが得られた時点を含む一定数の加速度データを抽出することで、固有振動数情報を取得する。
[特徴2]固有振動数情報は、その後の周波数解析に用いられるため、センサヘッド20からの出力レートをダウンサンプリングすることは、適切でない。そこで、いずれかの軸で基準レベルを越えた加速度データが得られた時点をイベントトリガとして、過去データと未来データからなる一定数の加速度データを抽出して固有振動数情報を記憶させることで、記憶容量の低減を図っている。
[特徴3]取り付け方向の修正がなされた固有振動数情報について周波数解析を行ってパワースペクトルを算出し、パワースペクトルから低周波成分を取り除いた残りのスペクトルの中から、最大の極大値および第2の極大値を求めることで、各軸の第1固有振動数、第2固有振動数を算出する。
[特徴4]イベントトリガごとに算出された第1固有振動数、第2固有振動数のそれぞれについて作成した各軸の累積度数分布から、学習時および劣化診断時の第1固有振動数と第2固有振動数に関する個別の確率密度分布を算出し、さらに、3軸それぞれの学習時と劣化診断時の確率密度比をそれぞれ求め、劣化診断のための評価値とする。
[特徴5]あらかじめ設定した所定の基準値を超える評価値がある場合には、センサヘッド20が設置された部分で、構造物の振動が許容できないレベルに達していると判断し、劣化状態を定量的に判断する。
When the above contents are arranged, the following processing is performed when the deterioration diagnosis of the mounting state of the structure is performed using the probability density distribution regarding the natural frequency information.
[Feature 1] With respect to acceleration information, natural frequency information is acquired by extracting a certain number of acceleration data including the point in time when acceleration data exceeding a reference level is obtained on any axis.
[Feature 2] Since the natural frequency information is used for subsequent frequency analysis, it is not appropriate to downsample the output rate from the sensor head 20. Therefore, when the acceleration data that exceeds the reference level in any axis is obtained as an event trigger, a certain number of acceleration data consisting of past data and future data is extracted and the natural frequency information is stored. The storage capacity is reduced.
[Characteristic 3] The power spectrum is calculated by performing frequency analysis on the natural frequency information in which the mounting direction is corrected, and the maximum maximum value and the second value are calculated from the remaining spectrum obtained by removing the low frequency component from the power spectrum. Is obtained, the first natural frequency and the second natural frequency of each axis are calculated.
[Feature 4] From the cumulative frequency distribution of each axis created for each of the first natural frequency and the second natural frequency calculated for each event trigger, the first natural frequency and the second natural frequency at the time of learning and deterioration diagnosis are calculated. An individual probability density distribution related to the natural frequency is calculated, and a probability density ratio at the time of learning and deterioration diagnosis for each of the three axes is obtained, respectively, and used as an evaluation value for deterioration diagnosis.
[Feature 5] If there is an evaluation value exceeding a predetermined reference value set in advance, it is determined that the vibration of the structure has reached an unacceptable level at the portion where the sensor head 20 is installed, and the deterioration state is determined. Judge quantitatively.

以上のように、実施の形態1によれば、劣化診断対象の構造物から得られた加速度情報に基づいて、傾きに関する第1の特徴量および固有振動数に関する第2の特徴量を抽出している。そして、それぞれの特徴量に関して、正常時の基準データに相当する学習時の確率密度分布と、劣化診断時の測定結果に基づく確率密度分布との確率密度比を求め、この確率密度比が許容できないレベルに達している場合には、劣化が発生していると判断している。この結果、構造物の取付状態の劣化診断を、長期にわたって定量的に実施することを可能としている。   As described above, according to the first embodiment, the first feature value related to the inclination and the second feature value related to the natural frequency are extracted based on the acceleration information obtained from the structure to be diagnosed for deterioration. Yes. For each feature amount, the probability density ratio between the probability density distribution at the time of learning corresponding to the reference data at normal time and the probability density distribution based on the measurement result at the time of deterioration diagnosis is obtained, and this probability density ratio is not acceptable. When the level is reached, it is determined that deterioration has occurred. As a result, the deterioration diagnosis of the mounting state of the structure can be performed quantitatively over a long period of time.

なお、上述した実施の形態1では、傾きに関する第1の特徴量に基づく劣化診断と、固有振動数に関する第2の特徴量に基づく劣化診断について説明したが、これら2つの診断は、いずれか1つのみを行うことによっても、劣化診断を長期にわたって定量的に実施することが可能である。   In the above-described first embodiment, the deterioration diagnosis based on the first feature value related to the inclination and the deterioration diagnosis based on the second feature value related to the natural frequency have been described. It is possible to carry out the deterioration diagnosis quantitatively over a long period of time by performing only one.

また、上述した実施の形態1による劣化診断は、最小限の構成として、センサヘッドを1個用いた場合にも、劣化診断が可能である。ただし、センサヘッドを設置した箇所では劣化が発生していなくても、他の場所で劣化が発生しているおそれはある。そこで、センサヘッドを複数箇所に設置し、いずれかのセンサヘッドで劣化状態が検出されたときに、構造物の取付劣化が発生したと判断することで、検出精度の向上が期待できる。   The deterioration diagnosis according to the first embodiment described above can be performed even when one sensor head is used as a minimum configuration. However, even if no deterioration has occurred at the location where the sensor head is installed, there is a possibility that the deterioration has occurred at other locations. Therefore, it is possible to expect improvement in detection accuracy by installing sensor heads at a plurality of locations and determining that the attachment deterioration of the structure has occurred when a deterioration state is detected by any of the sensor heads.

さらに、2つのセンサヘッドのデータを活用できる場合には、個々の診断結果に加え、傾きに関しては、2つのセンサヘッドの傾きの差として、振動数に関しては、2つのセンサヘッドの振動の位相差として、確率密度分布に基づく劣化診断を行うことができ、さらなる検出精度の向上が期待できる。なお、振動数に関しては、位相差として行うだけでなく、振幅差として同様に劣化診断を行うこともできる。   Further, when the data of the two sensor heads can be used, in addition to the individual diagnosis results, the inclination is the difference between the inclinations of the two sensor heads, and the vibration frequency is the phase difference between the vibrations of the two sensor heads. As described above, deterioration diagnosis based on the probability density distribution can be performed, and further improvement in detection accuracy can be expected. In addition, regarding the vibration frequency, not only the phase difference but also the deterioration diagnosis can be performed similarly as the amplitude difference.

また、上述した実施の形態1においては、トンネル内の吊り下げ構造物、あるいは張り出し構造物を劣化診断対象の一例として挙げたが、本発明は、これに限定されない。固定面に取り付けられ、経年的に取付状態が変化してしまうおそれのある構造物であれば、長期にわたって定量的に劣化診断を行うことができる。また、既存の構造物に対して、センサヘッドを後付けすることによっても、センサヘッドの設置以降において、構造物の取付状態の経年的変化を、定量的に診断することができる。   Moreover, in Embodiment 1 mentioned above, the suspended structure in a tunnel or the overhang | projection structure was mentioned as an example of a degradation diagnosis object, However, This invention is not limited to this. If the structure is attached to the fixed surface and the attachment state may change over time, the deterioration diagnosis can be performed quantitatively over a long period of time. Further, by attaching a sensor head to an existing structure, it is possible to quantitatively diagnose a secular change in the mounting state of the structure after the installation of the sensor head.

また、上述した実施の形態1においては、正常時の基準データとして、初期段階で学習する場合と、劣化診断時における学習により更新する場合について説明したが、本発明は、これに限定されない。正常であることを判断するための確率密度分布は、唯一である必要はなく、例えば、時間帯毎に個別の基準データを設ける、あるいは構造物に発生する事象毎に別個の基準データを設けることもできる。さらに、経年変化を考慮して、初期段階での確率密度分布と、劣化診断時の学習により得られた新たな確率密度分布を併用することも可能である。   In the above-described first embodiment, the case of learning at the initial stage and the case of updating by learning at the time of deterioration diagnosis have been described as normal reference data. However, the present invention is not limited to this. Probability density distribution for judging normality does not need to be unique. For example, individual reference data is provided for each time zone, or separate reference data is provided for each event occurring in a structure. You can also. Furthermore, considering the secular change, it is also possible to use the probability density distribution at the initial stage and a new probability density distribution obtained by learning at the time of deterioration diagnosis.

また、実施の形態1の手法について、第1の劣化診断部11は、ステップS203において、センサヘッド20の取り付け方向の誤差修正後の傾き情報に対して、対数化処理(デシベル化)を行うこととしたが、必ずしも対数化しなくても良い。
また、いずれかの軸で基準レベルを越えた加速度データが得られた時点を含む一定数の加速度データを抽出することで、固有振動数情報を取得することとしたが、すべてのデータについて加速度データを抽出して固有振動数情報を取得しても良い。
In the method of the first embodiment, the first deterioration diagnosis unit 11 performs logarithmic processing (decibelization) on the inclination information after correcting the error in the mounting direction of the sensor head 20 in step S203. However, it is not always necessary to logarithmize.
In addition, the natural frequency information is obtained by extracting a certain number of acceleration data including the point in time when acceleration data exceeding the reference level is obtained on any axis. May be extracted to obtain the natural frequency information.

実施の形態2
上述した実施の形態1は、3軸加速度センサであるセンサ部21を用いて構造物の長期劣化診断を行う装置であって、静的加速度から傾きを測定し、動的加速度から固有振動数を測定し、その時間変化を検出することで構造物の劣化を診断している。3軸加速度センサを利用する利点は、設置時の姿勢に関わらず傾きの変化を検出可能な点である。加速度センサに印加される静的加速度(直流成分)を測定すれば、重力方向を知ることができる。3軸加速度センサから得られる加速度情報は3軸の3つの成分を持ち、いわゆるアフィン変換行列のαを適切に設定することにより、いかなる姿勢で取り付けても常に重力方向をZ軸としたセンサ出力を得ることができる。
Embodiment 2
The first embodiment described above is an apparatus for diagnosing long-term deterioration of a structure using the sensor unit 21 that is a three-axis acceleration sensor, and measures the inclination from the static acceleration and calculates the natural frequency from the dynamic acceleration. The deterioration of the structure is diagnosed by measuring and detecting the time change. An advantage of using a three-axis acceleration sensor is that a change in inclination can be detected regardless of the posture at the time of installation. The direction of gravity can be known by measuring the static acceleration (DC component) applied to the acceleration sensor. The acceleration information obtained from the triaxial acceleration sensor has three components of three axes, and by appropriately setting α of the so-called affine transformation matrix, the sensor output with the gravitational direction as the Z axis is always set regardless of the posture. Can be obtained.

このような3軸加速度センサを用いて長期劣化診断を継続していくと、やがては機器として寿命を迎えることになるが、3軸加速度センサの寿命が構造物の寿命よりも短い場合、古い3軸加速度センサ(旧センサ)の測定データと、交換により新たに設置する3軸加速度センサ(新センサ)の測定データを一致させる必要がある。   If long-term deterioration diagnosis is continued using such a three-axis acceleration sensor, the life of the device will eventually reach its end, but if the life of the three-axis acceleration sensor is shorter than the life of the structure, the old 3 It is necessary to match the measurement data of the axial acceleration sensor (old sensor) with the measurement data of the three-axis acceleration sensor (new sensor) newly installed by replacement.

そこで本実施の形態2では、故障あるいは寿命等により、センサヘッド20を交換する際に、監視状態を継続させるために、旧センサヘッドにより収集した学習データを活用できるように、新センサヘッドによる検出データをキャリブレーションする方法について説明する。なお、説明を簡略化するために、ある1つの箇所に設置されている旧センサヘッド20oldを、その近傍に設置した新センサヘッド20newに交換する際のキャリブレーションを例に、以下に説明する。   Therefore, in the second embodiment, when the sensor head 20 is replaced due to a failure or a lifespan, the detection by the new sensor head is used so that the learning data collected by the old sensor head can be used to continue the monitoring state. A method for calibrating data will be described. In order to simplify the description, an explanation will be given below by taking as an example a calibration when replacing the old sensor head 20old installed at a certain place with a new sensor head 20new installed in the vicinity thereof.

本実施の形態2では、旧センサヘッド20oldの近傍に新センサヘッド20newを併設する期間を設けることで、以下のようにしてキャリブレーションを行っている。旧センサヘッド20oldを新センサヘッド20newに置き換える場合には、旧センサヘッド20oldにより検出されるX、Y、Zの3軸の傾きaxold、ayold、azoldと、新センサヘッド20newにより検出されるX、Y、Zの3軸の傾きaxnew、aynew、aznewとを整合させることで(すなわち、旧センサヘッド20oldと新センサヘッド20newのそれぞれの座標軸を一致させることで)、監視状態を継続することができる。   In the second embodiment, calibration is performed as follows by providing a period in which the new sensor head 20new is provided near the old sensor head 20old. When replacing the old sensor head 20old with the new sensor head 20new, the X, Y, and Z axis tilts axold, ayold, and azold detected by the old sensor head 20old, and X detected by the new sensor head 20new, The monitoring state can be continued by aligning the tilts axnew, aynew, and aznew of Y and Z (that is, by matching the coordinate axes of the old sensor head 20old and the new sensor head 20new). .

このとき、旧センサと新センサを隣接して互いにランダムな姿勢で取り付けた場合、重力加速度の印加のみでは、Z軸方向を一致させることができても、他の軸方向を一致させることができず、そのため、他の方向からの加速度の印加が必要になる。すなわち、重力加速度の印加と周期振動の印加が計測される条件が成立する場合などでは、2つのセンサの位置決めを正確に行うことができることになる。   At this time, when the old sensor and the new sensor are mounted adjacent to each other in a random posture, even if the Z-axis direction can be matched only by applying gravitational acceleration, the other axis directions can be matched. Therefore, it is necessary to apply acceleration from other directions. That is, when the conditions for measuring the application of gravitational acceleration and the application of periodic vibration are satisfied, the two sensors can be accurately positioned.

しかし、3軸加速度センサが明確な周期振動が印加されない監視対象物に設置される場合、外部からの加速度情報のみでは、2つのセンサ姿勢を一致させることができない。このような環境下での2つのセンサの姿勢のキャリブレーションには、旧センサと新センサが同一平面上に位置するという拘束条件を設けることにより、キャリブレーションが可能となる。   However, when the three-axis acceleration sensor is installed on a monitoring object to which no clear periodic vibration is applied, the two sensor postures cannot be matched only with the acceleration information from the outside. Calibration of the postures of the two sensors in such an environment can be performed by providing a constraint that the old sensor and the new sensor are located on the same plane.

そこで、さらに本実施の形態2では、旧センサと新センサを同一平面上に設置可能なベースを用いることによって、監視時は一方のみ、キャリブレーション時には両方に旧センサおよび新センサを取付け、所定時間の重力加速度方向を測定し、誤差分の補正を行うことができる。   Therefore, in the second embodiment, by using a base on which the old sensor and the new sensor can be installed on the same plane, the old sensor and the new sensor are attached to only one at the time of monitoring and both at the time of calibration. The gravitational acceleration direction can be measured and the error can be corrected.

図10は、本発明の実施の形態2における構造物劣化診断システムで使用される加速度センサを同一平面上に設置可能とする取付ベースを示した説明図である。具体的には、旧センサ20oldと新センサ20newが、2つのセンサを取り付ける面が同一平面を有するように1枚板として構成された取付ベース30に設置され、この取付ベース30が、監視対象物の取付面に設置されることとなる。このような取付ベース30を用いることで、旧センサ20oldと新センサ20newを同一平面上に設置可能となり、センサの交換が生じた際の姿勢のキャリブレーションを正確に行うことが可能となる。   FIG. 10 is an explanatory view showing an attachment base that enables the acceleration sensor used in the structure deterioration diagnosis system according to the second embodiment of the present invention to be installed on the same plane. Specifically, the old sensor 20old and the new sensor 20new are installed on a mounting base 30 configured as a single plate so that the surfaces on which the two sensors are mounted have the same plane. It will be installed on the mounting surface. By using such a mounting base 30, it becomes possible to install the old sensor 20old and the new sensor 20new on the same plane, and it is possible to accurately calibrate the posture when the sensor is exchanged.

そして、コントローラ10は、併設期間において、旧センサ20oldにより検出された3軸の傾きaxold、ayold、azoldと、新センサ20newにより検出された3軸の傾きaxnew、aynew、aznewとを用いて、下式(1)の関係を満たすアフィン変換行列Xを求める。   Then, the controller 10 uses the three-axis inclinations axold, ayold, and azold detected by the old sensor 20old and the three-axis inclinations axnew, anew, and aznew detected by the new sensor 20new during the side-by-side period. An affine transformation matrix X that satisfies the relationship of Expression (1) is obtained.

Figure 2015064348
Figure 2015064348

このようにして、アフィン変換行列Xが算出できた後には、コントローラ10は、新センサ20newにより検出された3軸の傾きa(xnew)、a(ynew)、a(znew)と、アフィン変換行列Xとを用いて上式(1)の演算を行うことで、新センサ20newにより、旧センサ20oldで得られていたデータと座標軸が一致したデータを得ることが可能となる。   After the affine transformation matrix X has been calculated in this way, the controller 10 determines the three-axis inclinations a (xnew), a (ynew), a (znew) detected by the new sensor 20new, and the affine transformation matrix. By performing the calculation of the above expression (1) using X, it is possible to obtain data in which the coordinate axis coincides with the data obtained by the old sensor 20old by the new sensor 20new.

なお、上式(1)では、旧センサ20oldおよび新センサ20newのそれぞれにより検出された傾き情報に基づいて、変換行列を算出する場合について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されず、変換行列の算出に当たっては、センサの設置状態に応じて変化する検出結果を利用することが可能であり、傾き情報の代わりに固有振動数情報に基づいて変換行列を算出することも可能である。   In the above formula (1), the case where the transformation matrix is calculated based on the inclination information detected by each of the old sensor 20old and the new sensor 20new has been described. However, the present invention is not limited to this, and in calculating the transformation matrix, it is possible to use a detection result that changes according to the installation state of the sensor, and based on natural frequency information instead of inclination information. It is also possible to calculate a conversion matrix.

なお、アフィン変換行列による変換は、新センサ20newの検出結果に適用せずに、旧センサ20oldのデータに適用してもよく、すなわち、旧センサ20oldにより収集した学習データを逆向きに変換し、新センサに合わせるように処理してもよい。   The conversion by the affine transformation matrix may be applied to the data of the old sensor 20old without being applied to the detection result of the new sensor 20new, that is, the learning data collected by the old sensor 20old is converted in the reverse direction, You may process so that it may match a new sensor.

また、先の実施の形態1における図2のステップS202で説明したキャリブレーション機能は、センサ20の取り付け位置に依存せずに、常に座標軸が重力方向などの基準方向に一致するように補正するものである。   Further, the calibration function described in step S202 of FIG. 2 in the first embodiment corrects so that the coordinate axis always coincides with a reference direction such as the direction of gravity without depending on the mounting position of the sensor 20. It is.

従って、この実施の形態1におけるキャリブレーション機能は、旧センサ20oldの座標軸に合わせ込む代わりに、基準の座標軸に合わせ込むものである。   Therefore, the calibration function according to the first embodiment is adapted to the reference coordinate axis instead of the coordinate function of the old sensor 20old.

すなわち、本実施の形態2において、例えば、重力方向を基準した際の基準情報(基準の傾き情報、あるいは基準の固有振動数情報に相当)がわかっている場合には、現状のセンサ20による検出情報とこの基準情報を上式(1)に代入することで、変換行列を算出することができる。   That is, in the second embodiment, for example, when reference information (corresponding to reference inclination information or reference natural frequency information) based on the direction of gravity is known, detection by the current sensor 20 is performed. A transformation matrix can be calculated by substituting information and this reference information into the above equation (1).

そして、センサ20を交換する毎に、このような変換行列を求めておき、センサ20による検出情報を、変換行列を用いて変換することで、コントローラ10は、基準となる重力方向に一致させた情報に基づく正規化された特徴量を、センサの取り付け方向に依存せずに、常に算出することが可能となる。   Each time the sensor 20 is replaced, such a conversion matrix is obtained, and the controller 10 matches the reference gravity direction by converting the detection information from the sensor 20 using the conversion matrix. The normalized feature quantity based on the information can always be calculated without depending on the mounting direction of the sensor.

このように、変換行列を用いてデータ変換を行うことで、旧センサ20oldを取り除いた後も、旧センサ20oldによる検出結果に基づいて今まで蓄積してきた学習時のデータ、交換を行わない他のセンサのデータ、および劣化判定に用いる許容レベルをそのまま活用し、一定した劣化診断性能を維持して監視状態を継続することが可能となる。   In this way, by performing data conversion using the conversion matrix, after removing the old sensor 20old, based on the detection result by the old sensor 20old, the data at the time of learning that has been accumulated so far, It is possible to continue the monitoring state while maintaining the constant deterioration diagnosis performance by using the sensor data and the allowable level used for the deterioration determination as they are.

以上のように、実施の形態2によれば、センサを交換する際に、新旧2つのセンサを併設する期間を設け、両センサによる検出結果からアフィン変換行列を算出しておく。あるいは、センサを交換する際に、例えば重力方向のような基準方向と一致するような検出結果が得られるように、アフィン変換行列を算出しておく。この結果、アフィン変換を適用することで、交換前のセンサで得られていたデータを有効活用することができ、センサの交換に伴う取り付け方向の違いによる劣化診断性能への影響を抑え、一定した劣化診断性能を維持して監視状態を継続することが可能となる。   As described above, according to the second embodiment, when exchanging sensors, a period is provided in which two new and old sensors are provided, and an affine transformation matrix is calculated from detection results of both sensors. Alternatively, when the sensor is replaced, an affine transformation matrix is calculated so that a detection result that coincides with a reference direction such as a gravity direction can be obtained. As a result, by applying the affine transformation, the data obtained with the sensor before replacement can be used effectively, and the influence on the deterioration diagnosis performance due to the difference in mounting direction due to sensor replacement is suppressed and kept constant. It is possible to maintain the deterioration diagnosis performance and continue the monitoring state.

また、以上のように、本実施の形態2によれば、2つのセンサを取り付ける面が同一平面を有するように1枚板として構成された取付ベースを用いることで、2つのセンサを同一平面上に取り付けることが可能となる。この結果、センサを交換する際にも、姿勢のキャリブレーションを容易に、そして正確に行うことができ、構造物劣化診断システムの性能の長期安定化を実現することができる。   In addition, as described above, according to the second embodiment, two sensors are placed on the same plane by using the mounting base configured as a single plate so that the surfaces on which the two sensors are mounted have the same plane. It becomes possible to attach to. As a result, even when the sensor is replaced, posture calibration can be performed easily and accurately, and long-term stabilization of the performance of the structure deterioration diagnosis system can be realized.

なお、本願発明では、特徴量に関して、正常時の基準データに相当する学習時の確率密度分布と、監視時の測定結果に基づく確率密度分布との比較により、有意差が検出された場合には、監視対象物の状態に異常が発生していると判断している。そして、上述した実施の形態では、学習時と監視時のそれぞれの確率密度分布の比である確率密度比を算出して、有意差が存在するか否かを検出することで、監視対象物の状態の異常判定を行う場合を例示している。   In the present invention, regarding a feature amount, when a significant difference is detected by comparing a probability density distribution during learning corresponding to normal reference data with a probability density distribution based on measurement results during monitoring. Therefore, it is determined that an abnormality has occurred in the state of the monitored object. In the above-described embodiment, the probability density ratio, which is the ratio of the respective probability density distributions at the time of learning and monitoring, is calculated, and whether or not there is a significant difference is detected. The case where abnormality determination of a state is performed is illustrated.

しかしながら、学習時と監視時のそれぞれの確率密度分布の比較により有意差を検出することで監視対象物の状態の異常判定を行う方法としては、これに限定されず、例えば、以下のような別法1、2も考えられる。学習時に求めた確率密度分布を基準用確率密度分布とし、監視時に求めた確率密度分布を診断用確率密度分布とした際に、別法1、2としては、次のような処理を行うことが考えられる。   However, the method for determining the abnormality of the state of the monitored object by detecting a significant difference by comparing the probability density distributions at the time of learning and at the time of monitoring is not limited to this. Laws 1 and 2 are also conceivable. When the probability density distribution obtained at the time of learning is used as a reference probability density distribution and the probability density distribution obtained at the time of monitoring is used as a diagnostic probability density distribution, as an alternative method 1 or 2, the following processing can be performed. Conceivable.

まず、別法1としては、基準用確率密度分布と診断用確率密度分布との間に所定量以上の確率密度分布間距離を有する場合には、有意差があると判断し、監視対象物の状態に異常が発生していると判定することができる。ここで、確率密度分布間距離の算出に当たっては、カルバックライブラー距離、ピアソン距離、L距離などの公知技術を採用することができる。 First, as an alternative method 1, if there is a distance between probability density distributions of a predetermined amount or more between the reference probability density distribution and the diagnostic probability density distribution, it is determined that there is a significant difference, and the monitoring object It can be determined that an abnormality has occurred in the state. Here, in calculating the distance between the probability density distribution, it is possible to adopt Kullback Leibler distance, known techniques such as Pearson distance, L 2 distance.

また、別法2としては、基準用確率密度分布から正常判定領域と異常判定領域とを設定しておく。そして、監視時において求めた診断用確率密度分布の中に異常判定領域に含まれる分布が存在する場合には、有意差があると判断し、監視対象物の状態に異常が発生していると判定することができる。   As an alternative method 2, a normal determination region and an abnormality determination region are set from the reference probability density distribution. Then, if there is a distribution included in the abnormality determination area in the diagnostic probability density distribution obtained at the time of monitoring, it is determined that there is a significant difference, and an abnormality has occurred in the state of the monitoring target Can be determined.

10 センサコントローラ、11 第1の劣化診断部、12 第2の劣化診断部、20 センサヘッド、21 センサ部、22 加速度情報出力部、30 取付ベース。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor controller, 11 1st degradation diagnostic part, 12 2nd degradation diagnostic part, 20 Sensor head, 21 Sensor part, 22 Acceleration information output part, 30 Mounting base.

Claims (3)

固定面に取り付けられ、劣化診断対象である構造物に設置されたセンサヘッドから出力される前記構造物の加速度情報に基づいて、前記構造物の取付状態が正常か否かを診断するセンサコントローラを備え、前記センサヘッドから取得した前記加速度情報に基づく特徴量として、前記構造物の傾き情報および固有振動数情報の少なくとも一方の情報を抽出し、抽出した前記特徴量に関して、正常状態における基準用確率密度分布と劣化診断時における診断用確率密度分布とを算出し、前記基準用確率密度分布と前記診断用確率密度分布との比較に基づいて前記構造物の取付状態の劣化を診断する構造物劣化診断システムに用いられるセンサヘッド取付ベースであって、
2つのセンサヘッドを同一平面上に設置可能な1枚板として形成されている
センサ取付ベース。
A sensor controller for diagnosing whether or not the mounting state of the structure is normal based on acceleration information of the structure output from a sensor head installed on a structure that is attached to a fixed surface and is subject to deterioration diagnosis And at least one of the tilt information and the natural frequency information of the structure is extracted as a feature amount based on the acceleration information acquired from the sensor head, and the reference probability in a normal state with respect to the extracted feature amount A structure deterioration that calculates a density distribution and a probability density distribution for diagnosis at the time of deterioration diagnosis, and diagnoses deterioration of the mounting state of the structure based on a comparison between the probability density distribution for reference and the probability density distribution for diagnosis A sensor head mounting base used in a diagnostic system,
A sensor mounting base formed as a single plate on which two sensor heads can be installed on the same plane.
固定面に取り付けられ、劣化診断対象である構造物に設置されたセンサヘッドから出力される前記構造物の加速度情報に基づいて、前記構造物の取付状態が正常か否かを診断するセンサコントローラを備えた構造物劣化診断システムにおいて、前記センサコントローラにより実行される構造物劣化診断システムであって、
前記センサヘッドから取得した前記加速度情報に基づく特徴量として、前記構造物の傾き情報および固有振動数情報の少なくとも一方の情報を抽出する特徴量抽出手段と、
前記特徴量抽出手段により抽出された前記特徴量に基づいて、正常状態において求めた基準データと、劣化診断時において求めた診断データとが所定量以上の有意差を有する場合には、前記構造物の取付状態に異常が発生していると判定する判定手段と
を備え、
前記固定面として請求項1に記載の取付ベースを採用し、
既存センサと、前記既存センサと交換するために前記既存センサと併存して設置された新規センサとを、前記2つのセンサとして前記取付ベースに設置し、
前記特徴量抽出手段は、前記既存センサヘッドと、前記既存センサヘッドと交換するために前記既存センサヘッドと併存して設置された前記新規センサヘッドのそれぞれについて傾き情報または固有振動数情報を個別に抽出し、
前記既存センサヘッドの取り付け方向と前記新規センサヘッドの取り付け方向とのずれを修正して座標軸を一致させるために、前記新規センサヘッドについて抽出された傾き情報を、前記既存センサヘッドについて抽出された傾き情報に一致させる、あるいは前記新規センサヘッドについて抽出された固有振動数情報を、前記既存センサヘッドについて抽出された固有振動数情報に一致させるための変換行列を算出する誤差修正手段をさらに備え、
前記特徴量抽出手段は、前記変換行列を用いることで、前記新規センサヘッドから取得した加速度情報を、前記既存センサヘッドを用いた場合に対応した加速度情報に変換でき、
前記判定手段は、前記変換行列の逆行列を用いることで、前記既存センサヘッドで抽出された特徴量に基づいて求めた基準データを、前記新規センサヘッドを用いた場合に対応した基準データに変換でき、
前記既存センサヘッドを取り除いた後も、前記既存センサヘッドに基づいて蓄積された基準データ、および劣化判定に用いる前記所定量以上の有意差を継続して利用可能とする
構造物劣化診断システム。
A sensor controller for diagnosing whether or not the mounting state of the structure is normal based on acceleration information of the structure output from a sensor head installed on a structure that is attached to a fixed surface and is subject to deterioration diagnosis In the structure deterioration diagnosis system provided, the structure deterioration diagnosis system executed by the sensor controller,
Feature amount extraction means for extracting at least one of the tilt information and the natural frequency information of the structure as the feature amount based on the acceleration information acquired from the sensor head;
When the reference data obtained in the normal state and the diagnostic data obtained at the time of deterioration diagnosis have a significant difference of a predetermined amount or more based on the feature quantity extracted by the feature quantity extraction unit, the structure Determining means for determining that an abnormality has occurred in the mounting state of
Adopting the mounting base according to claim 1 as the fixed surface,
An existing sensor and a new sensor installed in parallel with the existing sensor to replace the existing sensor are installed on the mounting base as the two sensors,
The feature amount extraction unit individually obtains inclination information or natural frequency information for the existing sensor head and each of the new sensor heads installed together with the existing sensor head in order to replace the existing sensor head. Extract and
In order to correct the deviation between the mounting direction of the existing sensor head and the mounting direction of the new sensor head and make the coordinate axes coincide with each other, the tilt information extracted for the new sensor head is used as the tilt extracted for the existing sensor head. Further comprising error correction means for calculating a transformation matrix for matching the natural frequency information extracted for the new sensor head with the natural frequency information extracted for the existing sensor head.
The feature amount extraction unit can convert acceleration information acquired from the new sensor head into acceleration information corresponding to the case where the existing sensor head is used by using the conversion matrix,
The determination means converts the reference data obtained based on the feature value extracted by the existing sensor head into reference data corresponding to the case of using the new sensor head by using an inverse matrix of the conversion matrix. Can
The structure deterioration diagnosis system that can continue to use the reference data accumulated based on the existing sensor head and a significant difference of the predetermined amount or more used for deterioration determination even after the existing sensor head is removed.
固定面に取り付けられ、劣化診断対象である構造物に設置されたセンサヘッドから出力される前記構造物の加速度情報に基づいて、前記構造物の取付状態が正常か否かを診断するセンサコントローラを備えた構造物劣化診断システムにおいて、前記センサコントローラにより実行される構造物劣化診断システムであって、
前記センサヘッドから取得した前記加速度情報に基づく特徴量として、前記構造物の傾き情報および固有振動数情報の少なくとも一方の情報を抽出する特徴量抽出手段と、
前記特徴量抽出手段により抽出された前記特徴量に基づいて、正常状態において求めた基準データと、劣化診断時において求めた診断データとが所定量以上の有意差を有する場合には、前記構造物の取付状態に異常が発生していると判定する判定手段と
を備え、
前記固定面として請求項1に記載の取付ベースを採用し、
交換前のセンサと、現状のセンサとは、前記取付ベースに設置され、
前記現状のセンサヘッドの取り付け方向と基準の取り付け方向とのずれを修正して座標軸を一致させるために、前記現状のセンサヘッドについて抽出された傾き情報を、あらかじめ規定した基準の傾き情報に一致させる、あるいは前記現状のセンサヘッドについて抽出された固有振動数情報を、あらかじめ規定した基準の固有振動数情報に一致させるための変換行列を、センサヘッドを交換する毎に算出する誤差修正手段をさらに備え、
前記特徴量抽出手段は、前記変換行列を用いることで、前記現状のセンサヘッドから取得した加速度情報を、前記基準の取り付け方向に対応するように正規化された正規化加速度情報に変換し、前記正規化加速度情報に基づいて正規化特徴量を抽出し、
前記判定手段は、前記特徴量抽出手段により抽出された前記正規化特徴量に基づいて、正常状態において求めた基準データと、劣化診断時において求めた診断データとの比較により前記構造物の取付状態に異常が発生しているか否かを判定し、
センサヘッドを交換した後も、前記交換前のセンサヘッドに基づいて蓄積された基準データ、および劣化判定に用いる前記所定量以上の有意差を継続して利用可能とする
構造物劣化診断システム。
A sensor controller for diagnosing whether or not the mounting state of the structure is normal based on acceleration information of the structure output from a sensor head installed on a structure that is attached to a fixed surface and is subject to deterioration diagnosis In the structure deterioration diagnosis system provided, the structure deterioration diagnosis system executed by the sensor controller,
Feature amount extraction means for extracting at least one of the tilt information and the natural frequency information of the structure as the feature amount based on the acceleration information acquired from the sensor head;
When the reference data obtained in the normal state and the diagnostic data obtained at the time of deterioration diagnosis have a significant difference of a predetermined amount or more based on the feature quantity extracted by the feature quantity extraction unit, the structure Determining means for determining that an abnormality has occurred in the mounting state of
Adopting the mounting base according to claim 1 as the fixed surface,
The sensor before replacement and the current sensor are installed on the mounting base,
In order to make the coordinate axes coincide with each other by correcting a deviation between the current sensor head mounting direction and the reference mounting direction, the tilt information extracted for the current sensor head is matched with reference tilt information defined in advance. Or an error correction means for calculating a conversion matrix for matching the natural frequency information extracted for the current sensor head with a predetermined reference natural frequency information every time the sensor head is replaced. ,
The feature amount extraction unit converts the acceleration information acquired from the current sensor head into normalized acceleration information normalized so as to correspond to the reference mounting direction by using the conversion matrix, and Extract normalized features based on normalized acceleration information,
The determination means is based on the normalized feature amount extracted by the feature amount extraction means, and the attachment state of the structure is compared with reference data obtained in a normal state and diagnosis data obtained at the time of deterioration diagnosis. To determine whether an abnormality has occurred
A structure deterioration diagnosis system in which the reference data accumulated based on the sensor head before replacement and the significant difference of the predetermined amount or more used for deterioration determination can be continuously used even after the sensor head is replaced.
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