JP2017003370A - センサノード - Google Patents

Abstract

【課題】圧電効果を有するひずみセンサの劣化度を、校正用の試料等を用いることなく、簡単に推定できる技術を提供する。【解決手段】センサノード１は、圧電効果を有するひずみセンサ１０が接続され、このひずみセンサ１０の出力に基づき、ひずみセンサ１０に生じているひずみを検出する。また、センサノード１は、ひずみセンサ１０が接続され、このひずみセンサ１０の静電容量にかかる特性値を検出し、検出したひずみセンサ１０の静電容量にかかる特性値から、このひずみセンサの劣化度を推定する。【選択図】図１

Description

この発明は、圧電効果を有するひずみセンサ（ピエゾ式のひずみセンサ等）の劣化度を推定する技術に関する。

従来、橋梁やビル等の様々な種類の構造物の状態（損傷等にかかる状態）を、様々な種類のセンサを用いてモニタリング（診断）することが行われている。例えば、橋梁の状態を診断する場合、ピエゾ式のひずみセンサを、主桁を構成する鋼材に取り付け（貼り付け）、この鋼材に生じたひずみを検出することが行われている。鋼材に取り付けたひずみセンサは、鋼材が変形すると、この鋼材とともに変形する。ピエゾ式のひずみセンサは、公知のように、センサ自体（圧電素子）のひずみ（変形）に応じた電圧を出力する。

ピエゾ式のひずみセンサは、劣化がすすむにつれて（劣化度が大きくなるにつれて）、センサ自体のひずみに対する出力電圧が小さくなる。

例えば、特許文献１は、ピエゾアクチュエータに関する発明であるが、ピエゾアクチュエータの制御電圧を推定する技術を開示している。具体的には、ピエゾアクチュエータの充電過程の直後におけるピエゾアクチュエータに印加されている電圧Ｖ１と、この充電過程に続く放電過程直前におけるピエゾアクチュエータに印加されている電圧Ｖ２と、の電圧差ΔＵ（ΔＵ＝Ｖ１−Ｖ２）によってピエゾアクチュエータの制御電圧を推定する技術である。

また、特許文献２は、超音波プローブに関する発明であるが、校正用試料に超音波を照射したときに超音波プローブから出力される校正用エコー信号の強度によって、超音波プローブに設けられている圧電素子の劣化度を推定する技術を開示している。

特表２００５−５１６３８０号公報 特開平１１−１６０２９３号公報

しかしながら、特許文献１は、ピエゾアクチュエータの制御電圧を推定するものであり、ピエゾアクチュエータの劣化度を推定するものではない。

また、特許文献２は、超音波プローブに設けられている圧電素子の劣化度を推定する技術ではあるが、校正用試料を用いるものである。すなわち、特許文献２に記載された技術は、圧電素子の劣化度を推定するとき、校正用試料を用意しなければならず、その作業が煩雑であった。また、特許文献２に記載された技術は、校正用試料を用いることができない環境で使用している圧電素子については、その圧電素子の劣化度を推定することはできない。

この発明の目的は、圧電効果を有するひずみセンサの劣化度を、校正用の試料等を用いることなく、簡単に推定できる技術を提供することにある。

この発明のセンサノードは、上記目的を達するため、以下のように構成している。

ひずみ検出部は、圧電効果を有するひずみセンサが接続され、このひずみセンサの出力に基づき、ひずみセンサに生じているひずみを検出する。ピエゾ式のひずみセンサは、公知のように、センサ自体（圧電素子）のひずみに応じた電圧を出力する。

特性値検出部は、ひずみセンサが接続され、このひずみセンサの静電容量にかかる特性値を検出する。例えば、特性値検出部は、ひずみセンサをコンデンサとみなし、ひずみセンサの静電容量にかかる特性値として、ひずみセンサの放電時間やひずみセンサの充電時間を検出する。

劣化度推定部は、静電容量検出部が検出したひずみセンサの静電容量にかかる特性値から、このひずみセンサの劣化度を推定する。

ひずみセンサは、ＰＶＤＦ等の圧電フィルムの両面に電極を設けた構成である。すなわち、圧電フィルムを電極で挟んだ構成である。また、電極は、例えば銀インクスクリーン印刷により形成したものである。

本願発明者は、ひずみセンサの劣化の要因が電極の剥離、圧電フィルムの誘電率の低下等であり、ひずみセンサの静電容量の低下から、ひずみセンサの劣化度が推定できることを発見した。

この構成では、上述したように、劣化度推定部が、静電容量検出部において検出されたひずみセンサの静電容量にかかる特性値から、ひずみセンサの劣化度を推定するので、校正用の試料等を用いることなく、ひずみセンサの劣化度が簡単に推定できる。

また、センサノードは、ひずみセンサを、ひずみ検出部、または静電容量検出部の一方に、選択的に接続する接続切替部を備える構成にするのが好ましい。このように構成することで、静電容量検出部は、ひずみ検出部にかかる回路の影響を受けることなく、ひずみセンサの静電容量にかかる特性値の検出が行える。したがって、ひずみセンサの劣化度の推定が精度よく行える（ひずみセンサの静電容量にかかる特性値の検出が精度よく行える）。

また、ひずみ検出部は、接続されているひずみセンサの出力電圧と、劣化度推定部が推定したひずみセンサの劣化度に基づく補正値とを用いて、ひずみセンサに生じているひずみを検出する構成にすればよい。このように構成すれば、ひずみ検出部は、ひずみセンサの劣化度に応じて、ひずみセンサの出力と、ひずみセンサのひずみとの関係を補正することができる。すなわち、ひずみ検出部は、ひずみセンサの劣化の影響を抑え、ひずみセンサのひずみを検出することができる。

また、劣化度推定部によって推定された前記ひずみセンサの劣化度が予め定めている交換レベルに達すると、その旨を出力する出力部を備えた構成にすることによって、ひずみセンサの交換時期を管理者等に通知できる。

この発明によれば、ひずみセンサの劣化度が、校正用の試料等を用いることなく簡単に推定できる。

センサノードの主要部の構成を示す図である。 ひずみセンサ処理回路の構成を示す図である。 図３（Ａ）は増幅回路を示す図であり、図３（Ｂ）は放電時間検出回路を示す図である。 図４（Ａ）、および図４（Ｂ）は、ひずみセンサの概略図である。 ひずみセンサの取り付け例を示す図である。 計測処理を示すフローチャートである。 劣化度推定処理を示すフローチャートである。 検出する放電時間を説明する図である。 検出する充電時間を説明する図である。

以下、この発明の実施形態であるセンサノードについて説明する。

図１は、この例にかかるセンサノードの主要部の構成を示すブロック図である。この例にかかるセンサノード１は、構造物である橋梁の主桁等に取り付け、接続されている各種センサ（この例では、ひずみセンサ１０、温度センサ１１、および振動センサ１２）によって、橋梁の状態を診断するのに用いる計測対象物理量（ひずみ、温度、振動）を計測する。この例にかかるセンサノード１は、制御部２と、ひずみセンサ処理回路３と、温度センサ処理回路４と、振動センサ処理回路５と、タイマ６と、記憶部７と、無線通信部８と、電源部９とを備えている。

制御部２は、センサノード１本体各部の動作を制御する。

ひずみセンサ処理回路３には、ひずみセンサ１０が接続される。ひずみセンサ１０は、詳細については後述するが、圧電効果を有するＰＶＤＦ等の圧電フィルムの両面に電極を設けたものである。ひずみセンサ１０は、変形すると電圧を出力する発電素子とみなすこともできれば、静電容量を有するコンデンサとみなすこともできる。

図２は、ひずみセンサ処理回路の構成を示す図である。ひずみセンサ処理回路３は、スイッチ回路３１と、増幅回路３２と、放電時間検出回路３３と、を備えている。

スイッチ回路３１は、ひずみセンサ１０を、増幅回路３２、または放電時間検出回路３３の一方に接続する。スイッチ回路３１は、制御部２からの指示にしたがって、ひずみセンサ１０を接続する回路（増幅回路３２、または放電時間検出回路３３）を切り替える。スイッチ回路３１が、この発明で言う接続切替部に相当する。この例では、ひずみセンサ１０は、状態を診断する橋梁の主桁を構成する鋼材に取り付ける。

増幅回路３２は、ひずみセンサ１０の出力を増幅するチャージアンプであり、例えば図３（Ａ）に示す回路である。図３（Ａ）では、スイッチ回路３１によってひずみセンサ１０が接続されている状態を示している。増幅回路３２は、図３（Ａ）に示すように、増幅器（アンプ）を用いた回路である。増幅回路３２は、ひずみセンサ１０を発電素子とみなした回路である。増幅回路３２は、増幅器の出力を制御部２に入力する。この増幅回路３２が、この発明で言う増幅部に相当する。

放電時間検出回路３３は、比較器（コンパレータ）を用いた比較回路であり、例えば図３（Ｂ）に示す回路である。図３（Ｂ）では、スイッチ回路３１によってひずみセンサ１０が接続されている状態を示している。放電時間検出回路３３は、ひずみセンサ１０をコンデンサとみなした回路である。放電時間検出回路３３は、ひずみセンサ１０の出力電圧を基準電圧と比較する回路である。また、放電時間検出回路３３は、ＳＷ１を閉することによって、スイッチ回路３１によって接続されているひずみセンサ１０に電圧を印加し、ひずみセンサ１０の充電が行える。放電時間検出回路３３は、比較器の出力を制御部２に入力する。この放電時間検出回路３３が、この発明で言う特性値検出部に相当する。

温度センサ処理回路４には、温度センサ１１が接続される。温度センサ１１は、センサノード１本体周辺、例えばひずみセンサ１０の取り付け位置周辺、の温度を計測するように取り付ける。温度センサ処理回路４は、温度センサ１１の出力を処理し、計測された温度を制御部２に入力する。

振動センサ処理回路５には、振動センサ１２が接続される。振動センサ１２は、センサノード１本体を取り付けた部材、例えばひずみセンサ１０を取り付けた主桁の鋼材、の振動の大きさを計測するように取り付ける。振動センサ処理回路５は、振動センサ１２の出力を処理し、計測された振動を制御部２に入力する。

タイマ６は、現在時刻を計時する。

記憶部７は、センサノード１本体の動作に用いるパラメータ等を記憶する。例えば、ひずみセンサ１０、温度センサ１１、および振動センサ１２により、橋梁の状態を診断するのに用いる計測対象物理量を計測するタイミング（後述する計測処理の実行タイミング）を規定するパラメータ（条件）や、ひずみセンサ１０の劣化度を推定するために、ひずみセンサ１０の静電容量にかかる特性値を検出するタイミング（後述する劣化度推定処理の実行タイミング）を規定するパラメータ（条件）や、計測したひずみセンサ１０の静電容量にかかる特性値や、推定したひずみセンサ１０の劣化度や、増幅回路３２の出力からひずみセンサ１０のひずみを求めるときに用いる補正値等を記憶する。

無線通信部８は、図示していない上位装置との間における無線通信を制御する。この無線通信部８が、この発明で言う出力部に相当する。

電源部９は、バッテリ９ａを備えている。バッテリ９ａは、センサノード１の駆動電源である。電源部９は、センサノード１本体各部に対して動作に必要な電力をバッテリ９ａから供給する。また、この例では、センサノード１は、ひずみセンサ処理回路３、温度センサ処理回路４、および振動センサ処理回路５に対する電源供給を必要に応じて行う。具体的には、電源部９は、ひずみセンサ処理回路３、温度センサ処理回路４、および振動センサ処理回路５に対するバッテリ９ａからの駆動電源の供給を、制御部２からの指示にしたがってオン／オフする。

なお、電源部９がひずみセンサ処理回路３、温度センサ処理回路４、および振動センサ処理回路５に対して駆動電源の供給をオフしている状態（駆動電源の供給停止状態）とは、ひずみセンサ処理回路３、温度センサ処理回路４、および振動センサ処理回路５に対して電力の供給が全く行われていない状態であってもよいが、この状態のみに限るものではない。ここで言う駆動電源の供給停止状態とは、電源部９がひずみセンサ処理回路３、温度センサ処理回路４、および振動センサ処理回路５が適正に動作するのに必要な電力の供給を行っていない状態である。例えば、電源部９が、ひずみセンサ処理回路３、温度センサ処理回路４、および振動センサ処理回路５の起動に要する時間を短縮するため、ひずみセンサ処理回路３、温度センサ処理回路４、および振動センサ処理回路５が待機状態（スリープ状態）を保つのに必要な電力を供給している状態も、ここで言う駆動電源の供給停止状態に含まれる。

また、制御部２が、この発明で言う、ひずみ検出部、および劣化度推定部を備える。

ここで、ひずみセンサ１０について簡単に説明しておく。図４は、ひずみセンサを示す概略図である。図４（Ａ）は、ひずみセンサの側面図であり、図４（Ｂ）は、ひずみセンサの平面図である（図４（Ａ）は、図４（Ｂ）に示すＢ方向の矢視図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すＡ方向の矢視図である。）。ひずみセンサ１０は、圧電効果を有する圧電フィルム２０（この例では、ＰＶＤＦ圧電フィルム）の両面に電極２１、および保護膜２２をこの順に積層したものである。電極２１は、例えば銀インクスクリーン印刷により形成したものである。保護膜２２は、薄いアクリルの皮膜であり、電極２１の表面の酸化を抑える。電極２１には、出力ラインが接続されている。ひずみセンサ１０は、圧電フィルム２０のひずみ（変形）に応じた電圧を出力ラインに出力する。図４に示すひずみセンサ１０は、すでに実用化されているものである。

本願発明者は、ひずみセンサ１０の劣化の要因が電極２１の剥離、圧電フィルム２０の誘電率の低下等であり、ひずみセンサ１０の静電容量がひずみセンサ１０の劣化度に応じて低下することを発見した。

ひずみセンサ１０が接続された増幅回路３２の出力電圧Ｖoutは、

である。［数１］において、ｄ₃₁は、圧電定数、Ｓは、ひずみセンサ１０の電極面積
εは、ひずみセンサ１０のひずみ、ｆは、周波数、Ｅは、ひずみセンサ１０のヤング率である。

なお、［数１］におけるＣは、増幅回路３２のコンデンサＣ１の静電容量と、ひずみセンサ１０の静電容量Ｃ０との和である。したがって、増幅回路３２のコンデンサＣ１の静電容量が、ひずみセンサ１０の静電容量Ｃ０よりも充分大きければ、［数１］において、ひずみセンサ１０の静電容量Ｃ０が無視できる（Ｃ＝Ｃ１と近似できる。）。

［数１］から明らかなように、増幅回路３２の出力電圧Ｖoutは、ひずみセンサ１０の電極面積Ｓや、圧電定数ｄ₃₁に比例する。

ひずみセンサ１０は、例えば、図５に示すように、接着材５０を用いて構造物である橋梁の主桁を構成する鋼材に貼り付ける。したがって、ひずみセンサ１０は、貼り付けた鋼材とともに変形する。また、ひずみセンサ１０は、両面テープ等で橋梁の主桁を構成する鋼材に貼り付けてもよい。

以下、この例にかかるセンサノード１の動作について説明する。センサノード１は、橋梁の状態を診断するのに用いる計測対象物理量を、ひずみセンサ１０、温度センサ１１、および振動センサ１２により計測する計測処理、およびひずみセンサ１０の劣化度を推定する劣化度推定処理を行う。センサノード１は、上述したように、計測処理の実行タイミングを規定する条件、劣化度推定処理の実行タイミングを規定する条件を記憶部７に記憶している。

まず、センサノード１における計測処理について説明する。図６は、計測処理を示すフローチャートである。センサノード１は、計測処理の実行タイミングになるのを待つ（ｓ１）。計測処理の実行タイミングは、記憶部７に記憶している計測処理の実行タイミングを規定する条件を満足するタイミングである。計測処理の実行タイミングを規定する条件は、時刻であってもよいし、前回の計測処理からの経過時間であってもよい。

センサノード１は、ｓ１で計測処理の実行タイミングになったと判定すると、スイッチ回路３１により、ひずみセンサ１０を増幅回路３２に接続する（ｓ２）。

センサノード１は、ｓ２の実行直前に、ひずみセンサ１０がすでにスイッチ回路３１により増幅回路３２に接続されていた場合、ｓ２にかかる処理で、実質的な状態の変化を生じない。

センサノード１は、ひずみセンサ１０、温度センサ１１、および振動センサ１２による計測を行う（ｓ３）。ひずみセンサ処理回路３は、ひずみセンサ１０の出力を増幅回路３２で増幅したひずみ計測信号を制御部２に入力する。温度センサ処理回路４は、温度センサ１１の出力に基づく温度計測信号を制御部２に入力する。振動センサ処理回路５は、振動センサ１２の出力に基づく振動計測信号を制御部２に入力する。ひずみセンサ処理回路３、温度センサ処理回路４、および振動センサ処理回路５は、制御部２に対して計測信号をアナログ信号で入力する構成であってもよいし、ディジタル信号で入力する構成であってもよい。すなわち、ひずみセンサ処理回路３、温度センサ処理回路４、および振動センサ処理回路５が、計測信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータを有する構成であってもよいし、制御部２が、ひずみセンサ処理回路３、温度センサ処理回路４、および振動センサ処理回路５から入力された計測信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータを有する構成であってもよい。

センサノード１は、制御部２において、入力された各種の計測信号に基づき、ひずみ、温度、および振動の計測値を算出し、算出した計測値と今回の計測日時と、を対応づけた計測データを記憶部７に記憶する（ｓ４）。

ｓ４では、制御部２は、増幅回路３２から入力されたひずみ計測信号を、記憶部７に記憶している補正値を用いてひずみの計測値を算出する。この補正値は、後述するように、ひずみセンサ１０の劣化度に応じて更新される。この制御部２が、補正値を用いてひずみ計測値を算出する構成が、この発明で言うひずみ検出部に相当する。

センサノード１は、無線通信部８において、ｓ４で記憶した計測データを上位装置に送信し（ｓ５）、ｓ１に戻る。

なお、上記の例では、センサノード１は、ｓ４で算出したひずみ、温度、および振動の計測値をｓ５で上位装置に送信することから、これらの計測値をｓ４で記憶部７に記憶しない構成にしてもよい。また、上記の例では、センサノード１は、ｓ４でひずみ、温度、および振動の計測値を算出する毎に、これらの計測値をｓ５で上位装置に送信する構成としたが、複数回分のひずみ、温度、および振動の計測値を記憶部７に記憶し、適当なタイミングで一括して上位装置に送信する構成にしてもよい。

上位装置は、センサノード１から送信されてきたひずみ、温度、および振動の計測値を用いて、構造物である橋梁の状態の診断等を行う。

次に、センサノード１における劣化度推定処理について説明する。図７は、劣化度推定処理を示すフローチャートである。センサノード１は、記憶部７に記憶している劣化度推定処理の実行タイミングになるのを待つ（ｓ１１）。劣化度推定処理の実行タイミングは、予め定めた時刻であってもよいし、前回の劣化度推定処理からの経過時間であってもよい。

センサノード１は、劣化度推定処理の実行タイミングになったと判定すると、温度センサ１１による温度の計測、および振動センサ１２による振動の計測を行う（ｓ１２）。ｓ１２では、ひずみセンサ１０によるひずみの計測を行わない。

センサノード１は、ｓ１２で計測した温度、および振動の大きさが、予め定めた実行条件を満足するかどうかを判定する（ｓ１３）。ｓ１３では、劣化度推定処理の実行条件として記憶部７に記憶している温度範囲、および振動の大きさの範囲であるかどうかを判定している。

センサノード１は、ｓ１３で実行条件を満足していないと判定すると、今回の劣化度推定処理の実行（ｓ１４以降の処理の実行）を中止し、ｓ１１に戻る。ｓ１３は、ひずみセンサ１０の劣化度の推定において、環境が異なることによる計測値のばらつきの影響を抑えるための処理である。言い換えれば、略同じ環境で計測した計測値を用いて、ひずみセンサ１０の劣化度を推定するための処理である。

センサノード１は、ｓ１３で実行条件を満足すると判定すると、スイッチ回路３１によりひずみセンサ１０を増幅回路３２に接続する（ｓ１４）。センサノード１は、放電時間検出回路３３の浮遊容量を検出する（ｓ１５）。ｓ１５では、図３（Ｂ）に示す放電時間検出回路３３の抵抗Ｒ２の両端に電圧Ｖｃｃを一定時間印加し（一定時間ＳＷ１を閉し）、この電圧Ｖｃｃの印加停止から（一定時間経過後にＳＷ１を開したときから）、抵抗Ｒ２の両端の電位差が0.368Ｖｃｃに低下するまでの放電時間ｔ0を計測する。放電時間ｔ0の計測は、後述するｓ１８と同じである。放電時間ｔ0は、
ｔ０＝Ｒ２×Ｃｘ （Ｃｘは、放電時間検出回路３３の浮遊容量）
である。したがって、放電時間検出回路３３の浮遊容量Ｃｘは、
Ｃｘ＝ｔ０／Ｒ２
により算出される。なお、この例では、コンパレータの基準電圧は、0.368Ｖｃｃであるが、他の値にしてもよい。

センサノード１は、ｓ１５で放電時間検出回路３３の浮遊容量Ｃｘを検出すると、スイッチ回路３１によりひずみセンサ１０を放電時間検出回路３３に接続する（ｓ１６）。センサノード１は、放電時間検出回路３３に接続したひずみセンサ１０の両端に電圧Ｖｃｃを一定時間印加することにより（一定時間ＳＷ１を閉し）、ひずみセンサ１０を充電する（ｓ１７）。センサノード１は、ひずみセンサ１０に対する電圧Ｖｃｃの印加停止から（一定時間経過後にＳＷ１を開したときから）、抵抗Ｒ２の両端の電位差が0.368Ｖｃｃに低下するまでの放電時間ｔ１を検出する（ｓ１８）（図８参照）。この放電時間ｔ１は、
ｔ１＝Ｒ２×（Ｃｘ＋Ｃ） （Ｃは、ひずみセンサ１０の静電容量）
である。なお、コンパレータの基準電圧は、0.368Ｖｃｃである。

センサノード１は、ひずみセンサ１０の静電容量Ｃを算出し、記憶部７に記憶する（ｓ１９）。ひずみセンサ１０の静電容量Ｃは、
Ｃ＝（ｔ１−ｔ０）／Ｒ２
により算出される。ｓ１９では、今回算出したひずみセンサ１０の静電容量Ｃと、今回の計測日時と、を対応付けて記憶部７に記憶する。

センサノード１は、ひずみセンサ１０の劣化度を推定するかどうかを判定する（ｓ２０）。ｓ２０では、例えば、前回の劣化度の推定から所定期間経過していれば、ひずみセンサ１０の劣化度を推定すると判定する。

センサノード１は、記憶部７に記憶している最近ｎ回のひずみセンサ１０の静電容量Ｃの平均値Ｃ_aveを算出し、算出した平均値Ｃ_aveと、ひずみセンサ１０の静電容量の初期値とから算出できる、ひずみセンサ１０の静電容量の減少率に基づき、ひずみセンサ１０の劣化度を推定するとともに、上述したｓ４でひずみの計測値を算出するときに用いる補正値を算出する（ｓ２１）。ｓ２１では、ひずみセンサ１０の劣化度は、
劣化度＝ａ×（ひずみセンサ１０の静電容量の減少率）
により推定する。また、補正値は、
補正値＝ｂ×（ひずみセンサ１０の静電容量の減少率）
により算出する。ａ、およびｂは定数である。また、ひずみセンサ１０の静電容量の初期値は、記憶部７に記憶している。
ひずみセンサ１０の静電容量の減少率は、
ひずみセンサ１０の静電容量の減少率
＝（ひずみセンサ１０の静電容量の初期値−最近ｎ回の平均値）／（ひずみセンサ１０の静電容量の初期値）
である。ｓ２１が、この発明で言う劣化度推定部に相当する構成である。

センサノード１は、ｓ２１で算出した劣化度、および補正値を記憶部７に記憶する（ｓ２２）。また、センサノード１は、ｓ２１で算出したひずみセンサ１０の劣化度が、予め定めた交換レベルに達しているかどうかを判定し（ｓ２３）、交換レベルに達していれば、その旨を上位装置に通知する（ｓ２４）。

このように、この例にかかるセンサノード１は、ひずみセンサ１０の静電容量を検出することにより、このひずみセンサの劣化度を推定する。したがって、ひずみセンサ１０の劣化度が、校正用の試料等を用いることなく簡単に推定できる。

また、ひずみセンサ１０の劣化度に応じて、補正値の更新を行うので、ひずみセンサ１０による鋼材等のひずみの検出が精度よく行える。

また、上記の例では、ひずみセンサ１０の静電容量の計測を、ひずみセンサ１０の放電時時間を計測することによって行うとしたが、図９に示すように、ひずみセンサ１０の充電時間ｔ１’を計測することによって行ってもよい。充電時間ｔ１’は、放電時間検出回路３３のＳＷ１を閉してから、抵抗Ｒ２の両端の電位差が基準電圧（この例では、0.632Ｖｃｃ）に達するまでの時間である。

また、増幅回路３２が放電時間検出回路３３に電気的に接続されていない状態で、ひずみセンサ１０の静電容量を計測するので、増幅回路３２の影響を受けることなく、ひずみセンサ１０の静電容量を精度よく計測できる。

また、ひずみセンサ１０の静電容量の減少率がある程度（例えば、２０％程度）に達したときに、ひずみセンサ１０が交換レベルに達したことを出力する。したがって、ひずみセンサ１０の交換時期を管理者等に通知できる。

なお、上記の例では、ひずみセンサ１０の静電容量の減少率を用いて、ひずみセンサ１０の劣化度の推定や、補正値の算出を行うとしたが、例えば、ひずみセンサ１０の静電容量の初期値と、その時点におけるひずみセンサ１０の静電容量と、の比等を用いて、ひずみセンサ１０の劣化度の推定や、補正値の算出を行ってもよい。

また、上記の説明では、ひずみセンサ１０によって鋼材のひずみを検出するセンサノードを例にして説明したが、本願発明は、圧電効果を有するひずみセンサが接続されるセンサノードであれば、どのような用途のものであってもよい。

また、センサノード１は、上述した温度センサ１１、振動センサ１２に限らず、湿度センサ、変位センサ等が接続される構成であってもよい。

１…センサノード
２…制御部
３…センサ処理回路
４…温度センサ処理回路
５…振動センサ処理回路
６…タイマ
７…記憶部
８…無線通信部
９…電源部
１０…ひずみセンサ
１１…温度センサ
１２…振動センサ
２０…圧電フィルム
２１…電極
２２…保護膜
３１…スイッチ回路
３２…増幅回路
３３…放電時間検出回路

Claims (6)

1. 圧電効果を有するひずみセンサが接続され、このひずみセンサの出力に基づき、前記ひずみセンサに生じているひずみを検出するひずみ検出部を備えたセンサノードにおいて、
   前記ひずみセンサが接続され、このひずみセンサの静電容量にかかる特性値を検出する特性値検出部と、
   前記特性値検出部が検出した前記ひずみセンサの静電容量にかかる特性値から、このひずみセンサの劣化度を推定する劣化度推定部と、を備えたセンサノード。
2. 前記ひずみセンサを、前記増幅部、または前記特性値検出部の一方に、選択的に接続する接続切替部を備えた請求項１に記載のセンサノード。
3. 前記ひずみ検出部は、前記増幅部において増幅されたひずみセンサの出力と、前記劣化度推定部が推定した前記ひずみセンサの劣化度に基づく補正値とを用いて、前記ひずみセンサに生じているひずみを検出する、請求項１、または２に記載のセンサノード。
4. 前記特性値検出部は、電圧を印加して充電した前記ひずみセンサの放電時間を検出する、請求項１〜３のいずれかに記載のセンサノード。
5. 前記特性値検出部は、前記ひずみセンサの充電時間を検出する、請求項１〜３のいずれかに記載のセンサノード。
6. 前記劣化度推定部によって推定された前記ひずみセンサの劣化度が予め定めている交換レベルに達すると、その旨を出力する出力部を備えている、請求項１〜５のいずれかに記載のセンサノード。

Images