JP2019109169A

JP2019109169A - 腐食環境監視装置及びそれを備えた腐食環境監視システム

Info

Publication number: JP2019109169A
Application number: JP2017243450A
Authority: JP
Inventors: 松田　進; Susumu Matsuda; 進松田
Original assignee: Ueda Industries Co Ltd
Current assignee: Ueda Industries Co Ltd
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: JP6812335B2

Abstract

【課題】本発明は、無線通信により監視データを効率よく収集することができる腐食環境監視装置及びそれを備えた腐食環境監視システムを提供することを目的とするものである。【解決手段】腐食環境監視装置１は、ＡＣＭセンサＳからの出力電流が入力される電流入力回路１１、電流入力回路１１から出力された電流データをＡＤ変換するデータ変換回路１２、内蔵する温湿度センサ１３からの出力信号が入力される温湿度入力回路１４、データ変換回路１２及び温湿度入力回路１４から出力された測定データに基づいて解析データを作成する処理部１０、得られた測定データ及び解析データを記憶する記憶部１５、データを外部の収集処理装置２との間で無線通信により送受信する送受信部１６、各回路及び各部に電源を供給するバッテリ等の電源部１７を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、大気中において金属腐食に関わる環境因子を測定して監視する腐食環境監視装置及びそれを備えた腐食環境監視システムに関する。

大気環境において、金属腐食に関わる環境因子を測定することで、構造物等の金属腐食状態をモニタリングすることが行われている。こうした環境因子の測定・モニタリングでは、温度センサ及び湿度センサとともに腐食速度等を簡易に評価可能な自己腐食性のＡＣＭ（ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣｏｒｒｏｓｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒ）型腐食センサ（以下、ＡＣＭセンサとする）といったものが用いられている。ＡＣＭセンサは、金属腐食性因子である濡れ時間、海塩相当付着量を計測でき、センサ出力の日平均電気量が金属材料の腐食速度と高い相関が得られることが知られている。

ＡＣＭセンサでは、電極部の電気化学反応により電極間に流れるガルバニック電流を測定することで、金属腐食の進行を定量的に分析することができる。例えば、特許文献１では、ＡＣＭセンサの出力をＡＣＭロガーに所定時間毎に記録するようにし、ＡＣＭロガーには温湿度計が接続されて同じタイミングで測定値を記録するようにした点が記載されている。また、特許文献２では、屋内の保護環境下にＡＣＭセンサ及び温湿度センサを配置して両者をデータロガーに接続し、所定期間中のセンサ出力を継続して記録する点が記載されている。

特開２０１３−１３４０９４号公報特開２０１４−２３８２９１号公報

特許文献１及び２では、ＡＣＭセンサの測定値をデータロガーに順次記録しておき、データロガーに記録された所定期間の測定値に基づいて金属材料の腐食進行状況を判定するようにしている。ＡＣＭセンサの設置場所は、腐食が進行しやすい屋外環境が多く、構造物の高所や橋梁の底面といった肉眼で直接確認しにくい場所では、記録データを作業員が収集するための設備を別途設ける必要がある。また、ＡＣＭセンサの設置数を増やした方がよりきめ細かく測定値を得ることができ、腐食進行状況をより正確に判定することが可能となるが、記録データを収集する作業量が増加することが避けられない。

そこで、本発明は、無線通信により監視データを効率よく収集することができる腐食環境監視装置及びそれを備えた腐食環境監視システムを提供することを目的とするものである。

本発明に係る腐食環境監視装置は、腐食監視センサからの出力データに基づいて測定データを作成する測定データ作成部と、前記測定データに基づいて解析データを作成する処理部と、前記測定データ及び前記解析データを監視データとして無線通信により外部に送信する送受信部とを備えている。

本発明に係る腐食環境監視システムは、複数の上記の腐食環境監視装置と、前記監視データを無線通信により受信して収集処理する収集処理装置とを備えている。

本発明は、上記のような構成を有することで、腐食環境監視装置の監視データを効率よく収集することができる。

本発明に係る実施形態である腐食環境監視装置及びそれを備えた腐食環境監視システムに関する概略構成図である。腐食環境監視装置における監視データの処理フローである。収集処理装置における監視データの処理フローである。通信ネットワークを用いた腐食環境監視システムに関する概略構成図である。腐食環境監視装置における監視データ処理に関するフローである。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る実施形態である腐食環境監視装置及びそれを備えた腐食環境監視システムに関する概略構成図である。腐食環境監視システムは、腐食監視センサに接続される腐食環境監視装置１及び腐食環境監視装置１から無線通信によりデータを収集する収集処理装置２からなる。腐食環境監視装置１は、測定場所に設置された複数の腐食監視センサにそれぞれ接続されて複数台設置されており、複数の腐食環境監視装置１の監視データが収集処理装置２に収集されて処理されるようになっている。

この例では、腐食監視センサとして、ＡＣＭセンサＳ及び温湿度センサ１３が用いられている。ＡＣＭセンサＳは、電極部を導電性ペーストを用いた印刷法により形成し、電極部の露出表面を被覆するように金属薄膜を形成する表面処理を行うことで、出力電流を高めることができるようになるとともに検出限界を低下させることが可能となっている。

腐食環境監視装置１は、ＡＣＭセンサＳからの出力電流が入力される電流入力回路１１、電流入力回路１１から出力された電流データをＡＤ変換するデータ変換回路１２を備えている。また、腐食環境監視装置１は、内蔵する温湿度センサ１３からの出力信号が入力される温湿度入力回路１４、データ変換回路１２及び温湿度入力回路１４から出力された測定データに基づいて解析データを作成する処理部１０、得られた測定データ及び解析データを記憶する記憶部１５、データを外部の収集処理装置２との間で無線通信により送受信する送受信部１６、及び、各回路及び各部に電源を供給するバッテリ等の電源部１７を備えている。なお、この例では、電流入力回路１１及びデータ変換回路１２並びに温湿度入力回路１４がそれぞれ測定データ作成部に相当する。

収集処理装置２は、複数の腐食環境監視装置１との間でデータを無線通信により送受信する送受信部２１、送受信部２１から得られたデータを収集して処理する処理部２０、処理されたデータを記憶する記憶部２２、及び、外部装置と接続してデータを送受信するインターフェース部２３を備えている。

複数の腐食環境監視装置１と収集処理装置２との間の無線通信では、９２０ＭＨｚ帯の無線伝送方式を用いることが好ましい。こうした無線伝送方式を用いることで、両者の間の通信距離を最大５００ｍまで離隔して設置することが可能となり、橋梁等の大型構造物や山間部等の遠隔地の場合でも腐食環境監視装置１を設置することで、以後のデータ収集を無線通信により効率よく行うことができる。

９２０ＭＨｚ帯の無線伝送方式では、多数のネットワークが併存して通信を行うことを想定して通信を長時間占有しないようにルールが規定されているため、通信時間を短く区切ることで低消費電力設計がしやすくなり、腐食環境監視装置１をバッテリにより長期間動作させることが可能となる。

図２は、腐食環境監視装置１における監視データの処理フローを示しており、図３は、収集処理装置２における監視データの処理フローを示している。腐食環境監視装置１では、処理部１０において測定データの処理を行っており、電源が投入されることで、起動されて初期設定が行われる（Ｓ１００）。初期設定では、例えば、測定モード、測定開始日時、測定間隔、最終測定日時といった処理に必要な初期設定データを記憶部１５から読み出して初期値を設定する。初期設定の処理後、スリープ処理に移行し（Ｓ１０１）、バッテリの消費電力を抑えるため、必要最低限の処理のみを行うように設定する。そして、初期設定された測定間隔に応じて測定タイミングか否か判定し（Ｓ１０２）、測定タイミングに対応して割り込み処理が行われた場合には（Ｓ１０２：ＹＥＳ）測定処理が行われる（Ｓ１０３）。測定タイミングでない場合には（Ｓ１０２：ＮＯ）、所定間隔で測定タイミングの判定が繰り返し行われる。

測定処理では、電流入力回路１１がＡＣＭセンサＳの出力電流を検知してデータ変換回路１２に電流データを出力し、データ変換回路１２からＡＤ変換された測定データが処理部１０に入力される。また、温湿度入力回路１４が温湿度センサ１３からの出力信号を検知して測定データを処理部１０に出力する。

処理部１０では、測定データを記憶部１５に記憶するとともに得られた測定データに基づいて腐食速度を評価する解析データを設定するデータ処理を行う（Ｓ１０４）。この例では、ＡＣＭセンサＳから得られた電流データ及び温湿度センサから得られた湿度データに基づいて公知の海塩相当付着量を算出する。具体的には、公知のＩ−ＲＨ校正曲線を基準として、湿度データ毎に電流データと海塩相当付着量との間の直線近似式を求めておき、直線近似式に関するデータを初期設定データとして記憶部１５に予め記憶しておく。直線近似式に関するデータは、設置場所の気象条件等により変動するため、設置場所の条件に合せて設定することが好ましい。

そして、得られた湿度データに対応する直線近似式を用いて海塩相当付着量の近似値を算出して、記憶部１５に記憶する。腐食速度は、海塩相当付着量及び湿度と相関関係を有することが知られているから（例えば、中津美智代他１名、「福井県における炭素鋼の大気腐食性評価」、材料と環境、２０１３年、６２、４２６−４２９参照）、海塩相当付着量の近似値に基づいて腐食速度を評価する解析データを設定することができる。例えば、各湿度について海塩相当付着量の所定範囲毎に解析データのレベルを設定したり、海塩相当付着量の累積データについて所定量に到達する毎に解析データのレベルを設定するようにすればよい。そして、こうして得られた解析データを測定データとともに監視データとして収集処理装置２に送信する（Ｓ１０５）。

収集処理装置２では、処理部２０において監視データの処理を行っており、電源が投入されることで、起動されて初期設定が行われる（Ｓ２００）。初期設定では、例えば、測定モード、測定開始日時、測定間隔、最終測定日時といった処理に必要な初期設定データを記憶部２２から読み出して初期値を設定する。

次に、収集処理装置２は、腐食環境監視装置１からのデータ送信の有無をチェックし（Ｓ２０１）、受信がない場合（Ｓ２０１：ＮＯ）には、インターフェース部２３にパーソナルコンピュータ、ＵＳＢメモリ等の外部接続装置の接続の有無をチェックする（Ｓ２０２）。外部接続がない場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、ステップＳ２０１に戻り、データ送信の有無をチェックする。ステップＳ２０１でデータ送信があった場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）には、腐食環境監視装置１から送信された監視データを受信し（Ｓ２０３）、記憶部２２にデータを腐食環境監視装置１別に保存処理する（Ｓ２０４）。また、ステップＳ２０２で外部接続があった場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）には、外部装置との間でデータの送受信を行う（Ｓ２０５）。

例えば、外部装置としてパーソナルコンピュータを接続した場合には、各腐食環境監視装置１からの監視データを収集処理装置２より取得して様々な解析処理を行うことができる。例えば、解析データが所定のレベルに到達している腐食環境監視装置１に関する測定データに基づいて過去のデータを読み出してさらに精度の高い解析処理を行うことができる。この場合、腐食状態は徐々に進行していくため、長期間にわたる監視期間が必要となるが、監視期間において腐食環境監視装置１から得られた解析データを指標として用いることで、腐食状態が進行している部位を確実に把握して、重点的に腐食状態を解析することが可能となる。

また、腐食環境監視装置１の設置場所の位置データと監視データとを関連付けることで、測定対象物の腐食状態について３次元分布を作成することが可能となり、高精度の解析処理を実現することができる。なお、こうした解析処理の機能を収集処理装置２に持たせるようにしてもよい。

収集処理装置２は、インターネット等の通信ネットワークに接続して通信ネットワークを介して収集処理したデータを遠隔地に設置されたデータセンターに送信するように設定することも可能で、広範囲に設置された腐食環境監視装置１からの大量の測定データを解析することで、広範囲の対象物の腐食状況を高精度で分析することができる。

図４は、通信ネットワークを用いた腐食環境監視システムに関する概略構成図である。この例では、腐食環境監視装置１’をインターネット等の通信ネットワークＮを介して収集処理装置２’と接続されており、ＬＴＥ回線等の商業通信サービスを使用してデータの送受信を行うようになっている。

腐食環境監視装置１’は、ＡＣＭセンサＳからの出力電流が入力される電流入力回路１１’、電流入力回路１１’から出力された電流データをＡＤ変換するデータ変換回路１２’を備えており、腐食監視センサＳの近傍に設置された温湿度センサ１３’からの出力信号が入力される温湿度入力回路１４’、データ変換回路１２’及び温湿度入力回路１４’から出力された測定データに基づいて解析データを作成する処理部１０’、得られた測定データ及び解析データを記憶する記憶部１５’、通信ネットワークＮに接続された管理サーバＰとの間で無線通信によりデータ等を送受信する送受信部１６’、及び、各回路及び各部に電源を供給するバッテリ等の電源部１７’を備えている。なお、この例では、電流入力回路１１’及びデータ変換回路１２’並びに温湿度入力回路１４’がそれぞれ測定データ作成部に相当する。

収集処理装置２’は、通信ネットワークＮに接続された管理サーバＰとの間でデータを無線通信により送受信する送受信部２１’、送受信部２１’から得られたデータを処理する処理部２０’、処理されたデータを記憶する記憶部２２’、及び、処理されたデータ等を表示する表示部２４を備えている。

こうした商業通信サービスを使用することで、腐食環境監視装置１’として、スマートフォン等の汎用携帯機器を用いることができ、こうした汎用携帯機器に各種センサを接続して処理に必要なプログラムをインストールして構成すればよい。既存の無線通信システムを使用してシステム構築を容易に行うことができるので、独自にシステム構築する場合に比べてコスト負担及びシステム維持負担を軽減することが可能となる。

通信ネットワークＮに接続された管理サーバＰに腐食環境監視装置１’がアクセスしてデータをアップロードし、収集処理装置２’が管理サーバＰにアクセスしてデータをダウンロードすることで、データ処理をするように設定する。この場合には、腐食環境監視装置１’に入力する更新データや更新プログラムを管理サーバＰにアップロードしておき複数の腐食環境監視装置１’に一括してダウンロードするように処理することができ、データの収集処理やシステム更新を効率よく行うことが可能となる。

図５は、腐食環境監視装置１’における監視データ処理に関するフローである。腐食環境監視装置１’では、電源が投入されることで、起動されて初期設定処理が行われる（Ｓ３００）。初期設定処理では、例えば、測定モード、測定開始日時、測定間隔、最終測定日時、送受信間隔といった処理に必要な初期設定データを記憶部１５’から読み出して初期値を設定する。測定間隔としては、例えば、１時間毎に行い、送信間隔としては、例えば、１日毎に行うように設定すればよい。

初期設定処理後、スリープ処理に移行し（Ｓ３０１）、バッテリの消費電力を抑えるため、必要最低限の処理のみを行うように設定する。そして、所定のタイミングで割り込み処理が行われたか否か判定し（Ｓ３０２）、割り込み処理が行われた場合には（Ｓ３０２：ＹＥＳ）送信間隔に応じて送信タイミングで行われたか否か判定する（Ｓ３０３）。割り込み処理が行われていない場合には（Ｓ３０２：ＮＯ）、割り込み処理の判定処理が繰り返し行われる。

送信タイミングでないと判定された場合には（Ｓ３０３：ＮＯ）、測定タイミングにより割り込み処理が行われたものとして測定処理が行われる（Ｓ３０４）。測定処理は、図２で説明したように、同様の測定データの処理が行われる。測定処理後、ステップＳ３０１に戻ってスリープ処理が行われる。ステップＳ３０３において送信タイミングと判定された場合には（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、図２で説明したように、同様のデータ処理が行われ（Ｓ３０５）、通信ネットワークＮとの間で監視データのアップロード処理が行われる（Ｓ３０６）。アップロードされた監視データは管理サーバＰに一旦保存されるようになる。その際に、更新プログラム等の更新データのダウンロード処理を行うようにすることもできる。こうした送受信処理の後、ステップＳ３０１に戻ってスリープ処理が行われる。

収集処理装置２’では、適当なタイミングで通信ネットワークＮに接続し、管理サーバＰに保存されたデータをダウンロードして上述した例と同様にデータの解析処理を行う。

以上説明したように、複数の腐食環境監視装置を収集処理装置に対して無線通信により接続して監視データを取得することができるので、腐食環境監視装置を様々な条件で設置した場合でも一括して監視データを効率よく収集することが可能となる。また、腐食環境監視装置は、測定処理及びデータ処理以外はスリープ処理としているため、電源としてバッテリを用いて長期間動作することが可能となる。

１・・・腐食環境監視装置、２・・・収集処理装置、１０・・・処理部、１１・・・電流入力回路、１２・・・データ変換回路、１３・・・温湿度センサ、１４・・・温湿度入力回路、１５・・・記憶部、１６・・・送受信部、１７・・・電源部、２０・・・処理部、２１・・・送受信部、２２・・・記憶部、２３・・・インターフェース部、２４・・・表示部、Ｓ・・・腐食監視センサ、Ｐ・・・管理サーバ、Ｎ・・・通信ネットワーク

Claims

腐食監視センサからの出力データに基づいて測定データを作成する測定データ作成部と、前記測定データに基づいて解析データを作成する処理部と、前記測定データ及び前記解析データを監視データとして無線通信により外部に送信する送受信部とを備えている腐食環境監視装置。
前記腐食監視センサは、ＡＣＭセンサ及び温湿度センサからなり、前記処理部は、前記測定データに基づいて海塩相当付着量に対応する前記解析データを作成する請求項１に記載の腐食環境監視装置。
請求項１又は２に記載の複数の腐食環境監視装置と、前記監視データを無線通信により受信して収集処理する収集処理装置とを備えている腐食環境監視システム。
請求項１又は２に記載の複数の腐食環境監視装置と、無線通信により通信ネットワークを介して前記腐食環境監視装置と接続するとともに前記監視データを受信して保存する管理サーバと、前記管理サーバと前記通信ネットワークを介して接続するとともに保存された前記監視データを受信して収集処理する収集処理装置とを備えている腐食環境監視システム。