JP3158445U

JP3158445U - 支柱の傾き監視システム

Info

Publication number: JP3158445U
Application number: JP2010000453U
Authority: JP
Inventors: 廣史小池
Original assignee: 株式会社ソキエ
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2010-04-02
Anticipated expiration: 2020-01-08

Abstract

【課題】既設の電柱などの支柱に容易に取り付けられ、交換を必要とする電池、あるいは外部からの電源供給を必要としない、耐候性に優れた既設支柱の傾き監視システムを提供する。【解決手段】傾斜検知センサ２６からの傾斜検知出力を、傾斜検知通信手段３０を介して監視センターへ送信されるように構成すると共に、傾斜検知センサおよび傾斜検知通信手段への電源供給は太陽電池パネル２０から大容量キャパシタ２２を介して供給するようにし、予め定めた頻度で定期的に支柱の傾斜検知出力を監視センターのサーバで取得して監視対象のそれぞれの支柱の傾斜履歴と傾き異常の有無を監視するようにした支柱の傾き監視システムである。【選択図】図２

Description

本考案は、数多く設置されている電柱、通信線支柱、交通標識支柱等の既設支柱の傾き状態を遠隔で監視し、倒壊の危険と被害を未然に防ぐ監視システムに関する。

通信線や電力線などの既設支柱は町中の至る所に配設されているが、これらの通信線や電力線を地下に埋設して電柱などの支柱をすべてなくすのは難しい。これらの既設支柱が地震、地殻変動、あるいは台風による暴風雨等の影響を受けて傾いたり、劣化して倒壊等があると被害が大きくなるが、普段の監視は人手によって行われていて、監視の機械化は進んでいない。また、支柱の異常監視に関する公知文献もある。

特開２００４−１４７３７４号報特開２００９−２６０８９８号報

しかしながら、以上の技術によれば、異常検知通信装置部分に電源としての電池を必要としており、定期的に多くの電柱に対して電池交換とそれに伴う作業、確認が必要となる。更に電池の定期的交換のために異常検知通信装置部分を開閉構造としなければならず、風雨に晒される電柱上では動作の信頼性を永く保つことは困難である。また、新設される特定の用途のアンテナ支柱等では、異常検知通信装置部分に電源を供給するのは容易となるが、既設支柱に対しては問題がある。そこで、本考案は、既設の電柱などの支柱に容易に取り付けられ、交換を必要とする電池、あるいは外部からの電源供給を必要としない、耐候性に優れた既設支柱類の傾き監視システムを提供することである。

本考案は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、傾斜検知センサからの傾斜検知出力を、無線通信手段を介して監視センターへ送信されるように構成すると共に、傾斜検知センサおよび無線通信手段への電源供給は太陽電池から大容量キャパシタを介して供給するようにし、予め定めた頻度で定期的に支柱の傾斜検知出力を監視センターのサーバで取得して監視対象のそれぞれの支柱の傾斜履歴と傾き異常の有無を監視するようにした支柱の傾き監視システムである。

本考案の支柱の傾き監視システムによれば、傾斜検知通信端末は、電柱などの既設支柱に簡単に取り付けることができ、電池などの交換を必要とする部品、あるいは寿命の短い蓄電池が不要となり、長期に渡って信頼性の高い傾き監視システムが提供できる。さらに、監視センターから１日１回等の予め定めた頻度で定期的に、それぞれの傾斜検知通信端末が取り付けられた支柱の傾斜検知出力を要求するようにしたので、それぞれの支柱に取付けられた傾斜検知通信端末は、コマンド受信と検知、送信の僅かな時間を除いてスリープ状態としているので、消費電力を極端に小さくでき、発熱もなく高い信頼性を確保できるとともに、電力生成のための太陽電池を小さくできる。

本考案の一実施形態を示す図である。本考案の一実施形態の詳細を示すブロック図である。本考案の一実施形態の詳細を示す図である。太陽電池パネルの構造を示す図である。傾斜検知センサの動作を示す図である傾斜検知センサの動作を示す図である。傾斜検知センサの動作を示す図である。

本考案の一実施形態を図１に示す。図１で既設の電柱５１〜６３に、傾斜検知通信端末１〜１３がそれぞれ所定の位置に取り付けられる。ここで、図２の傾斜検知通信端末１は電柱５１の傾きを検知して、傾斜検知センサ２６からの傾斜検知出力３２〜３４を傾斜検知通信手段３０から無線通信で傾斜検知通信端末５に送信する。傾斜検知通信端末５は中継機能を有していて、傾斜検知通信端末９に無線送信される。同様に、傾斜検知通信端末９は、傾斜検知通信端末１３に無線通信で中継されるように構成される。傾斜検知通信端末１３は、監視センター１４のサーバ１６に接続されたゲートウェイ１５と無線通信が行われ、サーバ１６に傾斜検知通信端末１で検知された傾斜検知出力３２〜３４が入力される。傾斜検知通信端末２〜４のそれぞれの傾斜検知出力３２〜３４も傾斜検知通信端末１と同じ経路をたどった無線通信でサーバ１６に入力される。同様に、傾斜検知通信端末６〜８からのそれぞれの傾斜検知出力３２〜３４は、傾斜検知通信端末９と傾斜検知通信端末１３を経由してサーバ１６に入力される。更に、傾斜検知通信端末１０〜１２は、傾斜検知通信端末１３を経由してサーバ１６に入力される。中継機能を有した傾斜検知通信端末５、９、１３からは、取付けられた電柱５５、５９、６３のそれぞれの傾斜検知出力３２〜３４が得られ、同様の経路で無線送信されてサーバ１６に入力される。このように、ゲートウェイ１５を介して無線ネットワークが形成され、それぞれの電柱５１〜６３に取付けられた傾斜検知通信端末１〜１３との間で無線通信が行われる。このように構成することにより、離れたところで多くの既設の電柱に対して傾き監視システムが構成される。既設の電柱５１〜６３は比較的短い距離の間隔で埋設されて多くの数が存在する。これらの電柱５１〜６３の傾斜検知通信手段３０としては、普及が始まりつつあるＺｉｇｂｅｅ端末が適している。このＺｉｇｂｅｅ端末は、複数の端末間をバケツリレーのようにデータを無線転送させるマルチホッピング機能を有している。また、ゲートウェイ１５としては、Ｚｉｇｂｅｅコーディネータが適している。このようにして、無線出力が小さい傾斜検知通信端末１〜１３で離れた監視センター１４との間でそれぞれの電柱５１〜６３の傾斜の遠隔監視が行われる。図２に本考案の傾斜検知通信端末１の詳細を示す。図２で、日中に太陽電池パネル２０で発電された起電力はダイオード２１を通して大容量キャパシタ２２に充電が行われる。ダイオード２１は逆流防止のために必要であるが、順方向電圧降下が少なく、逆方向電流が小さいものが用いられる。大容量キャパシタ２２には電気二重層キャパシタが用いられる。この電気二重層キャパシタは電気二重層という物理現象を利用することで、蓄電効率を著しく高められたコンデンサであるため小型で大容量のものが多く存在する。この大容量キャパシタ２２である電気二重層キャパシタは電流源によって充電されるのが適した構造となっている。太陽電池パネル２０の出力は照度に対する電流出力の電流源とみなすことができるので、この大容量キャパシタ２２を充電するのに適している。また、この大容量キャパシタ２２は充放電寿命が原理的に無制限であることから、各種蓄電池（２次電池）のように充放電寿命の短いものに比べて有利となっている。更に動作温度範囲も製品例で見ると−４０〜８５℃となっており、屋外の環境下での使用が可能である。このように、傾斜検知通信手段３０への電源供給は、外部から電源を供給することなく、また蓄電池等を用いないで、太陽電池パネル２０と大容量キャパシタ２２、ダイオード２１から構成される電源生成手段３１で行われる。大容量キャパシタ２２に蓄えられた太陽電池パネル２０からの生成された電力はレギュレータ２３で、例えば３．０Ｖの定電圧に安定化されたレギュレータ出力２４が制御回路２５、無線通信手段としてのトランシーバ２７、傾斜検知センサ２６に供給される。レギュレータ２３は、超低消費電流で低ドロップアウトの三端子レギュレータが用いられる。傾斜検知センサ２６は、ピエゾ抵抗型や静電容量型などの加速度センサからなり、重力加速度等の静的加速度の検知が可能である。最近ではマイクロマシニング技術によって差動容量型加速度センサとアンプとをシリコンチップ上に構成したモノリシックの加速度センサが市販されている。この傾斜検知センサ２６は、図５、６に示すように、２軸または３軸加速度センサで構成される。図５で、傾斜検知センサ２６の３軸加速度センサのＺ軸を重力加速度（１Ｇ）の方向に一致させた場合、Ｘ軸加速度＝０、Ｙ軸加速度＝０、Ｚ軸加速度＝１Ｇに相当した傾斜検知出力３２〜３４が得られる。ここで、傾斜検知センサ２６の３軸加速度センサがθだけ傾くと、図６に示すように、Ｘ軸またはＹ軸加速度＝１Ｇ×ｓｉｎθ、Ｚ軸加速度＝１Ｇ×ｃｏｓθとなり、傾斜検知センサ２６の傾きに対応した検知出力を得ることができる。図７に傾斜検知センサ２６の３軸加速度センサの傾き角度に対する重力加速度のベクトル出力特性としての傾斜検知出力３２〜３４の一例を示した。このように静的加速度が検知できる２軸または３軸加速度センサを傾斜検知センサ２６として用いて、支柱５１〜６３に取付けることにより、これらの電柱５１〜６３が何らかの要因で傾いた場合、その傾きの検知が行われる。傾斜検知出力３２〜３４は制御回路２５に入力され、この制御回路で傾斜検知出力の電圧値を角度に変換してもよいが、傾斜検知出力３２〜３４の電圧値をそのまま無線通信手段としてのトランシーバ２７とアンテナ２８を介して無線送信を行い、監視センター１４のサーバ１６で傾斜角度に変換してもよい。傾斜検知センサ２６としての３軸加速度センサのパワーシャットダウンを行うピンに制御回路２５からの制御信号３５が入力される。この制御信号３５が論理値‘１’のとき、３軸加速度センサに動作に必要な電源が供給され、加速度検知が行われるように動作する。制御信号３５が論理値‘０’の場合、３軸加速度センサのパワーシャットダウンが行われ、数μＡ程度の僅かな消費電流となる。制御回路２５は、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｉ／Ｏ、シリアルインターフェース等で構成され、電柱５１〜６３を識別するための固有情報（ＩＤ）を有している。この制御回路２５は、ワンチップマイコンで構成してもよい。傾斜検知出力３２〜３４は制御回路２５のＡ／Ｄコンバータにそれぞれ入力されアナログ電圧値がデジタル値に変換される。監視センター１４から傾斜検知出力３２〜３４の送信要求があると、制御回路２５が制御信号３５の論理値‘１’を出力し、傾斜検知出力３２〜３４がＡ／Ｄコンバータに入力される。制御回路２５のシリアルインターフェースを介して傾斜検知出力が無線通信手段としてのトランシーバ２７の送信回路とアンテナ２８を介して無線送信が行われる。制御回路２５は、傾斜検知出力の送信を終了すると論理値‘０’の制御信号３５を出力し、傾斜検知センサ２６としての３軸加速度センサのパワーシャットダウンが行われる。更に、制御回路２５は送信を終了するとシリアル通信を実現させるシリアルインターフェース回路部分だけ動作させ、これ以外の機能はすべて停止させたスリープ状態にされる。このように制御回路２５は、受信・送信時の僅かな時間を除いてスリープ状態となるので大幅な消費電流の低減が出来る。トランシーバ２７は、送信、あるいは受信の時だけ２０ｍＡ程度の消費電流となるが、それ以外の大部分の時間は数μＡ程度となっている。傾斜検知通信端末１の傾斜検知通信手段３０は、監視センターからの傾斜検知出力要求で起動し、スリープ状態から解除される。このように構成された傾斜検知通信端末３０は、１日に１回、センターとの通信に１０秒を要したとしても１日の消費電流の合計は、おおよそ１ｍＡｈ／日以下とすることが可能となる。このことは、電池、あるいは蓄電池を用いることなく、本考案のように太陽電池パネル２０と大容量キャパシタ２２で必要な電源の生成と供給が可能となる。ここで、大容量キャパシタ２２としての電気二重層キャパシタの容量値として１Ｆ〜数Ｆの小型、薄型のものでよい。傾斜検知通信手段３０がスリープ状態であっても２０〜３０μＡ程度の電流が消費されるため、太陽電池パネル２０からの発電が殆ど０の時間経過とともに大容量キャパシタ２２の電荷が消費されていくので、日の出前の時刻での大容量キャパシタ２２の端子間電圧が一番低くなる。この時刻に万一、傾斜検知通信手段３０が動作できない低い電源電圧状態であっても、この時刻での傾斜検知や送受信を行わないように、本考案の傾き監視システムは構成される。電柱５１〜６３の傾斜検知通信端末１〜１３との通信を行うタイミングとしての時刻は、日の出から正午過ぎまで太陽電池パネル２０で発電と大容量キャパシタ２２に充電が継続されている日中の午後３時前後に設定される。本考案に用いる太陽電池パネル２０の構成を図４に示す。フレキシブルフィルム上に蒸着生成されたアモルファスシリコンからなる薄膜シリコン太陽電池３７のそれぞれの面に樹脂皮膜３８と樹脂皮膜３９でコーティングされた構成となっていて、必要に応じて紫外線劣化対策、汚れ対策等がとられたもので、弾性を有した構成としている。この太陽電池パネル２０の大きさは４０ｃｍ^２程度（最大出力１００ｍＷ）以下の小さなものでよい。曇り空や雨の日のように暗い日でも屋外の照度は１０００〜５０００ルックスあり、この太陽電池パネル２０から大容量キャパシタ２２への充電は継続され電源生成は行われる。図３で、バンド状の支持体３６は、弾性を有した例えば数センチ幅のステンレス薄板でバンド状に構成され、電柱５１〜６３の所定の位置にボルトとナットを用いて締め付けられるように構成される。このバンド状の支持体３６の側面に傾斜検知通信端末１が一体的に取り付けられる。傾斜検知通信ユニット１は太陽電池パネル２０、ダイオード２１、大容量キャパシタ２２からなる電源生成手段３１と傾斜検知通信手段３０が一体的に構成されたものである。このように、弾性を有したバンド形状の支持体に傾斜検知通信端末１を一体的に取り付けることにより、外部からの電源供給を不要とし、更に定期的に交換が必要となる電池や充放電寿命の短い蓄電池を用いることなく、小型となり、送電線、電話線、光ケーブル等各種配線や変圧器、照明灯、監視カメラ等あらゆるものが取り付けられた既設の電柱やその他の屋外に設置された各種支柱に対して容易に取り付けられ、これらの支柱の傾き監視を行うことができる。このように傾斜検知通信端末１〜１３と監視センター１４で無線ネットワーク化された電柱５１〜６３あるいはその他の支柱の傾き監視システムは、通常は１日１回、あるいはそれ以下であってもよいが、定期的に日中の予め設定した時刻に監視センター１４のサーバ１６とそれぞれの傾斜検知通信端末１〜１３間で無線通信が行われ、それぞれの傾斜検知出力３２〜３４の取得が行われる。図示しないが、監視センター１４のサーバ１６は、それぞれの電柱の傾斜検知出力３２〜３４の履歴を記憶し、表示できるように構成され、傾斜検知出力３２〜３４が予め設定された所定の閾値を超えた場合、異常表示と警報を発するように構成される。更に、図１に示すように、監視センター１４のサーバ１６に、振動あるいは加速度を検知する振動センサ、あるいは加速度センサからなる揺れ検知手段１７を有し、この揺れ検知手段１７で地震のような大きな揺れが検知され、サーバ１６内に予め設定した所定の閾値を超える揺れ検知出力である場合には、直ちに、それぞれの電柱５１〜６３の傾斜出力３２〜３４を取得するため、監視センター１４のサーバ１６とそれぞれの傾斜検知通信端末１〜１３間で無線通信が行われ、それぞれの傾斜検知出力３２〜３４の取得が行われる。この時の傾斜検知出力３２〜３４が予め設定された所定の閾値を超えた場合、異常表示と警報が発せられる。このように、通常は、監視センター１４のサーバ１６で定期的に、それぞれの電柱５１〜６３の傾き監視が行われると共に、地震等の大きな揺れを検知した場合、直ちに電柱５１〜６３の傾き異常の有無を知ることができる。ここで、電柱の傾き検知を監視対象とした傾き監視システムは電力会社で構築される。また、交通標識支柱、道路標識支柱の傾き検知を監視対象とした傾き監視システムは、国交省の管轄で構築される。通信線単独の支柱に対しては、通信線支柱の傾き検知を監視対象とした傾き監視システムが通信会社で構築される。更に、監視カメラ設置支柱の傾き検知を対象とした傾き監視システムは一般に民間で構築され、街路灯設置支柱の傾き検知を監視対象とした傾き監視システムは公的機関または民間で構築される。このように、各種の支柱が既設されているが、これらの既設支柱に対して管轄が行われている事業単位を監視対象として本考案の支柱の傾き監視システムが構築される。

１〜１３傾斜検知通信端末
１４監視センター
１５ゲートウェイ
１６サーバ
１７揺れ検知手段
５１〜６３電柱
２０太陽電池パネル
２１ダイオード
２２大容量キャパシタ
２３レギュレータ
２４レギュレータ出力
２５制御回路
２６傾斜検知センサ
２７トランシーバ
２８アンテナ
３０傾斜検知通信手段
３１電源生成手段
３６バンド形状の支持体
３７薄膜シリコン太陽電池
３８〜３９樹脂皮膜

Claims

支柱に装着されるように構成された前記支柱の傾きを検知する傾斜検知センサと無線通信手段および制御回路を有した傾斜検知通信手段と電源生成手段からなる傾斜検知通信端末を監視対象のそれぞれの支柱に配設し、監視センターのサーバとの間で無線ネットワークが形成されると共に、前記電源生成手段は太陽電池と大容量キャパシタで構成され、前記傾斜検知通信手段に前記電源生成手段の前記太陽電池パネルからの出力が、前記大容量キャパシタを介して供給されることを特徴とする支柱の傾き監視システム。
電源生成手段と傾斜検知通信手段で構成される傾斜検知通信端末は、弾性を有したバンド形状の支持体に一体的に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の支柱の傾き監視システム。
太陽電池パネルはプラスチック成型が施された薄膜シリコン太陽電池で構成されると共に弾性を有していることを特徴とする請求項１または２記載の支柱の傾き監視システム。
傾斜検知通信端末は監視センターからの傾斜検知出力要求で起動し、傾斜検知出力の送信終了とともに、直ちにスリープ状態になることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の支柱の傾き監視システム。
傾斜検知センサは、２軸または３軸加速度センサで構成され、該２軸または３軸加速度センサのそれぞれの軸に出力される重力加速度のベクトル値を検知出力とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の支柱の傾き監視システム。
傾斜検知通信端末は、配設された支柱の固有のアドレス情報を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の支柱の傾き監視システム。
大容量キャパシタは電気２重層キャパシタであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の支柱の傾き監視システム。
監視センターから所定の頻度で定期的に支柱の傾斜検知出力を取得するように構成され、それぞれの前記支柱に対する前記傾斜検知出力の取得タイミングは日中とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の支柱の傾き監視システム。
監視センターのサーバに、振動あるいは加速度を検知する揺れ検知手段を有し、該揺れ検知手段からの揺れ検知出力が前記サーバに入力され、前記揺れ検知出力が前記サーバ内に設定された所定の閾値を超えたときには、直ちに、それぞれの支柱の傾斜検知出力を取得することを特徴とする請求項８記載の支柱の傾き監視システム。
監視センターのサーバは、それぞれの支柱の傾斜検知出力の履歴を記憶し、表示できるように構成され、前記傾斜検知出力が予め設定された所定の閾値を超えた場合、異常表示と警報を発することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の支柱の傾き監視システム。
支柱は電柱であることとする請求項１〜１０のいずれかに記載の支柱の傾き監視システム。
支柱は交通標識支柱、または道路標識支柱であることとする請求項１〜１０のいずれかに記載の支柱の傾き監視システム。
支柱は通信線支柱であることとする請求項１〜１０のいずれかに記載の支柱の傾き監視システム。
支柱は街路灯設置支柱であることとする請求項１〜１０のいずれかに記載の支柱の傾き監視システム。