JP3694749B1 - Wireless remote diagnosis device - Google Patents

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JP3694749B1 JP2004312148A JP2004312148A JP3694749B1 JP 3694749 B1 JP3694749 B1 JP 3694749B1 JP 2004312148 A JP2004312148 A JP 2004312148A JP 2004312148 A JP2004312148 A JP 2004312148A JP 3694749 B1 JP3694749 B1 JP 3694749B1
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Abstract

【課題】人が近付き難い診断対象を長期に渡り診断する場合であっても、信頼性の高い健全度診断が行えるようにする。
【解決手段】無線遠隔診断装置2を診断対象から離れた診断基地に設置されて、少なくとも診断結果を表示する統括手段3、診断対象に所定の局部振動を付与する加振手段5と、該加振手段5により付与された振動の応答を計測する計測手段6と、該計測手段6と有線接続されて、当該計測手段6から出力される計測データを記憶する記憶手段7と、該記憶手段7に記憶された計測データを受信して、当該計測データに基づき診断対象の健全度診断を行う解析手段9と、該診断基地側に設けられた基地側伝送部4a及び診断対象側に設けられた診断対象側伝送部4bからなり、これらの間で計測データや診断結果の少なくとも1を無線により送受信する伝送手段4とにより構成する。
【選択図】 図1
Even when a diagnosis object that is difficult for a person to approach is diagnosed over a long period of time, a highly reliable soundness diagnosis can be performed.
A wireless remote diagnostic apparatus is installed at a diagnostic base remote from a diagnostic target, and includes a central unit that displays at least a diagnostic result, an excitation unit that applies a predetermined local vibration to the diagnostic target, Measuring means 6 for measuring the response of vibration applied by the vibrating means 5, storage means 7 connected to the measuring means 6 by wire and storing measurement data output from the measuring means 6, and the storing means 7 The analysis means 9 for receiving the measurement data stored in the base station and diagnosing the soundness of the diagnosis object based on the measurement data, the base side transmission unit 4a provided on the diagnosis base side, and the diagnosis object side It consists of a diagnosis target side transmission unit 4b, and is configured by a transmission means 4 that transmits and receives at least one of measurement data and diagnosis results between them by radio.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、コンクリート構造物や鋼材構造物等の診断対象と離れた場所で、当該診断対象の変状を判断して、該診断対象の健全度診断を行う無線遠隔診断装置に関する。   The present invention relates to a wireless remote diagnosis device that determines a diagnosis of a soundness of a diagnosis object by determining a change in the diagnosis object at a place away from a diagnosis object such as a concrete structure or a steel structure.

従来、鉄橋、船舶、鉄道施設等の鋼材構造物やトンネル、ビル、発電所等のコンクリート構造物等の診断対象における健全度の診断は、目視による変状状態の発見やハンマーで診断対象に振動を与え、その時の音から変状の有無を判断することが行われている。   Conventionally, diagnosis of soundness in steel objects such as steel bridges, ships, and railway facilities, and concrete structures such as tunnels, buildings, and power plants has been diagnosed by visual detection of a deformed state or hammering into the object to be diagnosed. And judging the presence or absence of deformation from the sound at that time.

しかし、このような診断方法では見落としが発生しやすく、またその判断において個人差があるため信頼性が低く、又再現性のある診断を行うことが困難であった。   However, such a diagnostic method is likely to be overlooked, and because there are individual differences in the judgment, it is difficult to make a diagnosis with low reliability and reproducibility.

そこで、構造物に圧電素子を貼付し一定の周波数域で加振して、低周波数域における振動モードの変化を観察することで構造物全体の変状を検知し、また圧電素子の高周波数域での電気インピーダンスの変化を検知することで局所的な欠陥を検知する方法が提案されている(特許文献1参照)。   Therefore, a piezoelectric element is affixed to the structure, and vibrations are applied in a certain frequency range, and changes in the entire structure are detected by observing changes in the vibration mode in the low frequency range. There has been proposed a method for detecting a local defect by detecting a change in the electrical impedance at (see Patent Document 1).

しかし、本来、構造物の変状箇所を特定するには、変状によって生ずる反射波を圧電素子によって検出し、検出信号における注目点の時間軸上の位置と弾性波の伝播速度とからその位置を同定する必要があり、当該位置の特定に長時間を要する問題があった。   However, originally, in order to identify a deformed part of a structure, a reflected wave caused by the deformation is detected by a piezoelectric element, and the position is determined from the position on the time axis of the point of interest in the detection signal and the propagation speed of the elastic wave. There is a problem that it takes a long time to identify the position.

このような状況に鑑み、本願出願人は、構造物に局部振動を付与し、その応答を計測して求めた振動モードの変化から診断対象の変状を診断するようにしたシステムを提案している(特許文献2、特許文献3参照)。
特開2001−99760号公報 特開2003−106931号公報 特願2003−97668号
In view of such a situation, the applicant of the present application has proposed a system in which a local vibration is applied to a structure, and the response of the object to be diagnosed is determined from the change in the vibration mode obtained by measuring the response. (See Patent Document 2 and Patent Document 3).
JP 2001-99760 A JP 2003-106931 A Japanese Patent Application No. 2003-97668

しかしながら、上述した各提案は、システムの構成要素が相互に有線接続された構成であるため、例えば診断対象が橋梁等のようにその場に観測者が居て計測できない場合には、信号ケーブルを観測者の所まで配線してシステム構成する必要があり、コストアップの要因となると共に、誤動作や計測エラーを起こす頻度が高い問題があった。   However, each of the above proposals is a configuration in which the system components are connected to each other by wire. For example, if the subject to be diagnosed is an observer, such as a bridge, cannot be measured, a signal cable must be used. There is a problem that it is necessary to wire the system to the observer and configure the system, which increases the cost and frequently causes malfunctions and measurement errors.

また、一般的に構造物の変状は長い時間をかけて徐々に進行するが、ある状態を境に急激に変状が進行する場合が多い。例えば金属疲労を考えると、塑性領域では徐々に変状が進行するが、降伏点を超えてしまうと指数関数的に進行することは周知の事実である。   In general, the deformation of a structure progresses gradually over a long period of time, but the deformation often proceeds abruptly after a certain state. For example, considering metal fatigue, it is a well-known fact that deformation progresses gradually in the plastic region, but progresses exponentially beyond the yield point.

構造物の健全度診断はかかる変状が急変する前に予防対策を講じるための現状認識に利用されるもので、長期間に渡り診断を継続することが重要である。   The soundness diagnosis of a structure is used for recognition of the current situation to take preventive measures before such a change suddenly changes, and it is important to continue the diagnosis for a long period of time.

しかし、計測される応答振動は構造物の端部や変状点等で繰返し反射され、これら反射波の影響は周波数の高いところに現れる傾向があるので、診断毎に加振器や計測器を取付、また信号ケーブルを配線する構成では、加振器の取付位置のズレや信号ケーブルの取回方法等により診断対象に変状が発生していない場合でも同じ信号が計測できる保証がない。   However, the measured response vibration is repeatedly reflected at the edge of the structure, deformation points, etc., and the influence of these reflected waves tends to appear at high frequencies. In the configuration in which the signal cable is mounted or mounted, there is no guarantee that the same signal can be measured even when the diagnosis target is not deformed due to a deviation in the mounting position of the vibrator or the signal cable routing method.

従って、診断毎にシステムを構成しなければならない従来の方法では、信頼性の維持が非常に困難である問題がある。
加えて、診断を行う毎に信号ケーブルを配線等することによりシステム構成する方法では、配線手間等の作業負荷が診断コストに加わる問題がある。
Therefore, there is a problem that it is very difficult to maintain reliability in the conventional method in which the system must be configured for each diagnosis.
In addition, the method of configuring the system by wiring the signal cable every time diagnosis is performed has a problem that work load such as wiring labor is added to the diagnosis cost.

そこで、本発明は、診断時における信号ケーブルの配線等を不要にして、人が近付き難い診断対象を長期に渡り診断する場合であっても、信頼性の高い健全度診断が行えるようにした無線遠隔診断装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention eliminates the need for signal cable wiring at the time of diagnosis, and enables wireless soundness diagnosis with high reliability even when diagnosing objects that are difficult for people to approach for a long time. An object is to provide a remote diagnosis apparatus.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、健全度診断の対象となる診断対象から離れた診断基地に設置されて、少なくとも診断結果を表示する統括手段と、診断対象の1次のモードにおける固有振動数より高周波の振動を、当該診断対象の局部位置に付与する複数の積層圧電アクチュエータを具備した加振手段と、該加振手段により付与された振動の応答を計測する計測手段と、該計測手段と有線接続されて、当該計測手段から出力される計測データを記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された計測データを受信して、当該計測データに基づき診断対象の健全度診断を行う解析手段と、診断基地側に設けられた基地側伝送部及び診断対象側に設けられた診断対象側伝送部からなり、これらの間で計測データや診断結果の少なくとも1を無線により送受信する伝送手段とを備え、かつ、計測手段が、応答振動を検出して電気信号に変換して出力する複数の計測部と、該複数の計測部に対応して設けられてアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換部と、当該計測された信号を増幅してA/D変換部に出力し、その際に該A/D変換部でオーバーフローが起きないように増幅度が個別に設定可能に設けられた複数の増幅器からなる増幅部とを備えると共に、記憶手段が、計測手段から出力される計測データの周波数に対して伝送手段による伝送速度が遅いことによるデータ欠落を防止すべく、当該計測手段による計測データのサンプリング速度と統括手段への伝送速度との速度調整機能をなす書込み速度であることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is installed in a diagnostic base that is distant from the diagnostic target that is the target of the health diagnosis, and at least a general means for displaying the diagnostic result, and the primary of the diagnostic target Vibration means having a plurality of laminated piezoelectric actuators for applying vibrations at a frequency higher than the natural frequency in the mode to a local position of the diagnosis target, and measurement means for measuring the response of vibrations applied by the vibration means A storage unit connected to the measurement unit by wire and storing measurement data output from the measurement unit; and receiving the measurement data stored in the storage unit, and the soundness of the diagnosis target based on the measurement data It consists of an analysis means for performing diagnosis, a base side transmission unit provided on the diagnosis base side, and a diagnosis target side transmission unit provided on the diagnosis target side. And a transmission means for transmitting and receiving 1 by radio, and the measuring means comprises a plurality of measurement unit for converting into an electric signal by detecting a response vibration, provided corresponding to the measurement portion of the plurality of An A / D converter that converts an analog signal into a digital signal, and the measured signal is amplified and output to the A / D converter. At that time, the A / D converter is amplified so that no overflow occurs. And an amplifying unit composed of a plurality of amplifiers that can be set individually, and the storage means has a data loss due to the slow transmission speed of the transmission means with respect to the frequency of the measurement data output from the measuring means In order to prevent this, it is a writing speed which forms a speed adjustment function between the sampling speed of the measurement data by the measuring means and the transmission speed to the control means .

また、請求項2に係る発明は、解析手段が統括手段と有線接続されて、記憶手段が統括手段からのデータ要求指令に応じて記憶している計測データを伝送手段及び統括手段を介して解析手段に送信し、該解析手段が受信した計測データに基づき健全度診断を行うことを特徴とする。   In the invention according to claim 2, the analyzing means is connected to the controlling means by wire, and the storage means analyzes the measurement data stored in response to the data request command from the controlling means via the transmitting means and the controlling means. The soundness diagnosis is performed on the basis of the measurement data transmitted to the means and received by the analyzing means.

また、請求項3に係る発明は、解析手段が記憶手段と有線接続されて、当該解析手段が記憶手段に記憶されている計測データを受信して健全度診断を行い、統括手段からのデータ要求指令に応じて診断結果を伝送手段を介して診断結果を該統括手段に送ることを特徴とする。   Further, in the invention according to claim 3, the analysis means is connected to the storage means by wire, the analysis means receives the measurement data stored in the storage means, performs the soundness diagnosis, and requests the data from the overall means. According to the command, the diagnosis result is sent to the overall unit via the transmission unit.

また、請求項4に係る発明は、加振手段に、少なくとも診断開始時刻及び加振条件が予め記憶され、当該診断開始時刻になると診断対象を加振し、その応答を計測手段が計測して記憶手段に記憶して、診断対象側伝送部が統括手段からのデータ要求を受けると当該記憶手段に記憶されている計測データを当該統括手段に送信することを特徴とする。   In the invention according to claim 4, at least the diagnosis start time and the excitation condition are stored in advance in the vibration unit, and when the diagnosis start time is reached, the diagnosis target is vibrated and the response is measured by the measurement unit. The measurement data is stored in the storage means, and when the diagnosis object side transmission unit receives a data request from the control means, the measurement data stored in the storage means is transmitted to the control means.

また、請求項5に係る発明は、基地側伝送部と診断対象側伝送部との間で行う無線通信の伝送媒体が、電波又は赤外線であることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is characterized in that a transmission medium for wireless communication performed between the base-side transmission unit and the diagnosis target-side transmission unit is radio waves or infrared rays.

また、請求項6に係る発明は、加振手段で診断対象に付与する振動が、一定振幅で周期が連続して変化することを特徴とする。   The invention according to claim 6 is characterized in that the vibration applied to the object to be diagnosed by the vibration means changes continuously with a constant amplitude.

また、請求項7に係る発明は、加振手段で診断対象に付与する振動が、一定周期で振幅が連続して変化することを特徴とする。   The invention according to claim 7 is characterized in that the amplitude of the vibration applied to the object to be diagnosed by the vibration means continuously changes at a constant period.

また、請求項8に係る発明は、解析手段が、記憶手段からの計測データを解析して診断対象の固有振動数を実験固有振動数として求める実験データ解析部と、診断対象の1の変状状態を規定すると共に、変状点の位置等の当該変状を特徴付ける情報を遺伝子情報としてなる個体を複数定義し、遺伝子情報に基づき各個体の固有振動数を演算して理論固有振動数とする理論解析部と、実験固有振動数と所定の一致度で一致する理論固有振動数を持つ個体を探査して、最も一致度の高い個体を特定し、該個体の遺伝子情報から変状状態を推定する評価部と、該評価部で探査した個体を保存して、次回の診断において当該保存された個体を用いて理論解析部が理論固有振動数を演算できるようにする解析データベースとを備えることを特徴とする。   In the invention according to claim 8, the analysis means analyzes the measurement data from the storage means and obtains the natural frequency of the diagnosis object as the experimental natural frequency, and one change of the diagnosis object Define the state and define multiple individuals that use genetic information as information that characterizes the transformation, such as the location of the transformation point, and calculate the natural frequency of each individual based on the genetic information to obtain the theoretical natural frequency. Search for individuals with the theoretical natural frequency that matches the experimental natural frequency with a predetermined degree of coincidence with the theoretical analysis unit, identify the individual with the highest degree of coincidence, and estimate the deformed state from the genetic information of the individual And an analysis database that stores the individual searched by the evaluation unit and enables the theoretical analysis unit to calculate the theoretical natural frequency using the stored individual in the next diagnosis. Features.

本発明によれば、伝送手段により計測データ又は診断結果の少なくとも1を無線伝送すると共に、計測データを記憶手段に記憶するため、診断毎に信号ケーブルの配線等を行う作業手間が不要になり、観測者が診断対象に近付き難い所であっても、長期に渡る診断が容易に行え、また記憶手段が計測データのサンプリング速度と伝送速度とのバッファと機能するので、取得した計測データの信頼性が向上する。   According to the present invention, since at least one of the measurement data or the diagnosis result is wirelessly transmitted by the transmission unit and the measurement data is stored in the storage unit, the labor for performing the wiring of the signal cable or the like for each diagnosis becomes unnecessary. Even if it is difficult for the observer to get close to the diagnosis target, long-term diagnosis can be easily performed, and the storage means functions as a buffer between the sampling rate and transmission rate of the measurement data, so the reliability of the acquired measurement data Will improve.

本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図1は本発明に係る無線遠隔診断装置2の構成図で、診断開始や診断内容の指示を行うと共に、診断結果等を受信して表示する統括手段3、基地側伝送部4aと診断対象側伝送部4bとからなり各種の情報の送受信を行う伝送手段4、診断対象に所定の振動を付与する加振手段5、該加振手段5により付与された振動に対する応答を計測する計測手段6、該計測手段6で計測された計測データを一時記憶する記憶手段7、計測データに基づき診断対象の健全度診断を行う解析手段9等を主要構成としている。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a wireless remote diagnosis apparatus 2 according to the present invention, which starts diagnosis and instructs diagnosis contents, and receives and displays a diagnosis result and the like, a base side transmission unit 4a and a diagnosis object side A transmission unit 4 comprising a transmission unit 4b for transmitting and receiving various types of information; an excitation unit 5 for applying a predetermined vibration to a diagnosis target; a measurement unit 6 for measuring a response to the vibration applied by the excitation unit 5; The main components are a storage unit 7 that temporarily stores measurement data measured by the measurement unit 6, an analysis unit 9 that diagnoses the soundness of a diagnosis target based on the measurement data, and the like.

そして、加振手段5、計測手段6、記憶手段7及び診断対象側伝送部4bは診断対象側に配置され、当該診断対象と離れた診断基地には統括手段3、解析手段9及び基地側伝送部4aが配置されている。   The vibration means 5, the measurement means 6, the storage means 7, and the diagnosis target side transmission unit 4b are arranged on the diagnosis target side, and the control means 3, the analysis means 9 and the base side transmission are provided in the diagnosis base away from the diagnosis target. The part 4a is arranged.

統括手段3は、パーソナルコンピュータ等からなり、診断対象の健全度を最も適切に診断するための加振条件を指示し、また診断結果を表示等することにより診断処理全体を統括するもので、診断開始時には、診断開始指令や加振条件等の制御データを伝送手段4を介して加振手段5に送信する。
また、データ要求指令を伝送手段4を介して記憶手段7に送信し、受信した計測データを解析手段9に送ると共に、当該解析手段9から診断結果を受信して、それを画面表示する。
The supervising means 3 is composed of a personal computer or the like, and supervises the whole diagnosis process by instructing the excitation condition for diagnosing the soundness of the diagnosis target most appropriately and displaying the diagnosis result. At the start, control data such as a diagnosis start command and vibration conditions are transmitted to the vibration means 5 via the transmission means 4.
In addition, a data request command is transmitted to the storage unit 7 via the transmission unit 4, and the received measurement data is transmitted to the analysis unit 9, and the diagnosis result is received from the analysis unit 9 and displayed on the screen.

伝送手段4は、このような制御データや計測データを電波や赤外線等の伝送媒体を用いて伝送するもので、伝送方式については、本発明では特に規定しない。
即ち、ノートパソコン,携帯電話,PDA等のモバイル機器やその他の種々の電子機器同士を通信ケーブルの代替として無線通信する際に用いられる通信規格の1つであるブルートゥース等のPAN(Personal Area Network)や赤外線を使った無線データ通信技術の1であるIrDA(Infrared Data Association)、また無線LAN等が利用可能である。
The transmission means 4 transmits such control data and measurement data using a transmission medium such as radio waves and infrared rays, and the transmission method is not particularly defined in the present invention.
That is, PAN (Personal Area Network) such as Bluetooth, which is one of communication standards used when wireless communication between mobile devices such as notebook personal computers, mobile phones, PDAs and other various electronic devices as an alternative to communication cables. IrDA (Infrared Data Association), which is one of wireless data communication techniques using infrared rays and infrared rays, and a wireless LAN can be used.

どのような伝送方式を採用するかは、診断対象と診断基地との距離や周辺の状況等により決定され、例えば診断対象が鉄橋であり、この鉄橋から数十m程度離れた場所を診断基地とするような場合には、100m程度の通信距離が容易に確保でき、かつ、指向性の小さい電波方式が好ましい。   The transmission method to be adopted is determined by the distance between the diagnostic object and the diagnostic base and the surrounding conditions. For example, the diagnostic object is an iron bridge, and a place that is several tens of meters away from the iron bridge is the diagnostic base. In such a case, a radio wave system that can easily secure a communication distance of about 100 m and has low directivity is preferable.

一方、赤外線は、消費電力が少なく、かつ、電波障害を起さないので、例えば原子力発電所における配管診断のように多数の電子機器が近接して設けられている系への適用が好適である。   On the other hand, since infrared rays consume less power and do not cause radio interference, it is suitable to be applied to a system in which a large number of electronic devices are provided in close proximity, such as piping diagnosis in a nuclear power plant. .

無線LANやPANは、無指向性の電波を伝送媒体とするため、障害の程度にもよるが通信路に障害物が有るような場合であっても利用可能になる利点がある。このとき、外部からの電波障害が抑制できるようにスペクトル拡散による電波干渉回避機能を備える無線LANが好ましい。   Wireless LANs and PANs have the advantage that they can be used even when there are obstacles in the communication path, depending on the degree of failure, because omnidirectional radio waves are used as transmission media. At this time, a wireless LAN having a radio wave interference avoidance function by spread spectrum is preferable so that external radio interference can be suppressed.

さらに、同じ無線LANでも、周波数2.4GHzの帯域を使う国際規格のIEEE802.11bに準拠したものが好ましい。これは、当該規格がパーソナルコンピュータとの接続性を考慮して企画されているため、例えば統括手段3としてパーソナルコンピュータを利用しても特別なインターフェースを必要としないこと、即ち汎用性が高いためである。   Furthermore, the same wireless LAN preferably conforms to the international standard IEEE802.11b using a frequency band of 2.4 GHz. This is because the standard is designed in consideration of connectivity with a personal computer. For example, even if a personal computer is used as the overall means 3, no special interface is required, that is, the versatility is high. is there.

なお、診断対象側伝送部4bで受信した統括手段3からの指令をそのまま加振手段5に入力できるように、また記憶手段7の計測データをそのまま統括手段3に送信できるように、伝送手段4としてディジタル信号が送受信できることが好ましいが、基地側伝送部4aにD/A変換器を設け診断対象側伝送部4bにA/D変換器を設けて基地側伝送部4aと診断対象側伝送部4bとの間をFM変調等されたアナログ信号で通信するようにすることも可能であり、本発明は係る場合を排除するものではない。   It should be noted that the transmission means 4 so that the command from the generalization means 3 received by the diagnosis object side transmission unit 4b can be directly input to the vibration means 5, and the measurement data in the storage means 7 can be transmitted to the generalization means 3 as it is. It is preferable that a digital signal can be transmitted / received as described above, but a D / A converter is provided in the base side transmission unit 4a and an A / D converter is provided in the diagnosis target side transmission unit 4b so that the base side transmission unit 4a and the diagnosis target side transmission unit 4b are provided. It is also possible to communicate with an analog signal that has been subjected to FM modulation or the like, and the present invention does not exclude such a case.

また、基地側伝送部4aと診断対象側伝送部4bとの間の通信をディジタル信号で行う場合に、パケット通信により行うことも可能であるが、その際にはTCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol )におけるようにパケット順序を示す情報が付加されて送られる方式が好ましい。これは、通信エラーによるデータ欠損の発生を防止して診断の信頼性を高めるためである。   In addition, when communication between the base side transmission unit 4a and the diagnosis target side transmission unit 4b is performed with a digital signal, it is possible to perform the communication by packet communication. In this case, however, TCP / IP (Transmission Control Protocol / A method in which information indicating the packet order is added and transmitted as in Internet Protocol) is preferable. This is to prevent the occurrence of data loss due to a communication error and improve the reliability of diagnosis.

加振手段5は、統括手段3からの加振条件に基づき、診断対象に付与する振動の波形信号を発生する信号発生部12、該信号発生部12で発生された信号を増幅して駆動信号を出力する駆動部13、該駆動信号に応じた振動を診断対象に付与する加振部14を備えている。   The excitation means 5 is based on the excitation condition from the overall means 3, a signal generator 12 that generates a waveform signal of vibration to be applied to the diagnosis target, and a signal generated by the signal generator 12 to amplify the drive signal And a vibration unit 14 for applying a vibration corresponding to the drive signal to the diagnosis target.

信号発生部12は、ファンクションジェネレータやマルチファンクションシンセサイザ等から構成されて統括手段3からの加振条件に応じたアナログ信号の波形信号を生成して出力する。   The signal generator 12 includes a function generator, a multifunction synthesizer, and the like, and generates and outputs a waveform signal of an analog signal corresponding to the excitation condition from the overall unit 3.

一般にマルチファンクションジェネレータやマルチファンクションシンセサイザでは、それ自体においてサイン波、矩形波、ノコギリ波等の一般的な波形信号を生成することができるが、診断対象や目的に応じて任意の波形信号が作成できる機能を具備することが好ましい。   In general, multi-function generators and multi-function synthesizers can generate general waveform signals such as sine waves, rectangular waves, and sawtooth waves themselves, but any waveform signal can be created according to the diagnosis target and purpose. It is preferable to have a function.

ここで、マルチファンクションとしたのは、加振部14を複数の加振器により構成して、マルチチャネルによる加振が行えるようにするためである。
これにより、各加振器毎に加振のタイミングをずらしたり、位相を変えたり、あるいは振幅、周波数、加振時間を変えたり、さらにはスイープ振動(振幅や周波数を時間と共に変化させた振動)させたりと診断対象や目的に応じた加振が行えるようになる。
Here, the multi-function is used so that the vibration unit 14 is configured by a plurality of vibrators so that multi-channel vibration can be performed.
As a result, the excitation timing is shifted for each vibrator, the phase is changed, the amplitude, frequency, and excitation time are changed, and sweep vibration (vibration in which the amplitude and frequency are changed with time) And can be vibrated according to the diagnosis object and purpose.

駆動部13は、信号発生部12からの波形信号を所定のゲインで増幅し、これを駆動信号として該当する加振器に出力する。なお、ゲインは、信号発生部12から指定できるようにしてもよい。   The drive unit 13 amplifies the waveform signal from the signal generation unit 12 with a predetermined gain, and outputs this to the corresponding vibrator as a drive signal. The gain may be specified from the signal generator 12.

加振部14は、積層圧電アクチュエータ等からなる加振器により構成され、この加振器は固定具により一定荷重で診断対象に押付けて取付られる(図2(c)参照)。   The vibration unit 14 is configured by a vibration exciter composed of a laminated piezoelectric actuator or the like, and this vibration exciter is attached to a diagnosis target with a fixed load by a fixture (see FIG. 2C).

固定具としては、板バネを反力板17として用いた例を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、振動が診断対象に確実に付与することができるものであればよく、例えば両面テープ、ねじ止め、マグネット磁着方式等の構成が例示できる。   As the fixture, an example in which a leaf spring is used as the reaction force plate 17 is shown, but the present invention is not limited to this, as long as vibration can be reliably applied to a diagnosis target, For example, configurations such as double-sided tape, screwing, and magnetized magnetic bonding can be exemplified.

また、加振器は必ずしも位置固定される場合に限定されず、3次元アームにより加振器を所望の位置に移動させて診断対象に押付ける構成であっても良い。無論、その際には加振位置を高精度(例えば、10ミクロン)に指定できることが好ましい。後述する計測器についても同様である。   Further, the vibrator is not necessarily limited to the case where the position is fixed, and a configuration in which the vibrator is moved to a desired position by a three-dimensional arm and pressed against a diagnosis target may be employed. Of course, it is preferable that the excitation position can be designated with high accuracy (for example, 10 microns). The same applies to measuring instruments described later.

なお、診断対象の変状を観測するためには、高周波(例えば、500Hz以上)の振動を与えることができる加振器が好ましい。これは診断対象として、原子力発電所、化学プラント、鉄橋、船舶等を考えた場合、これらの固有振動数(1次のモードにおける固有振動数)は非常に低い振動数になるが(重量が重いため)、変状点の固有振動数は振動数が高いため、かかる振動数での変化が計測できるようにするためである。   In addition, in order to observe the deformation | transformation of a diagnostic object, the vibrator which can give a high frequency (for example, 500 Hz or more) vibration is preferable. When considering nuclear power plants, chemical plants, iron bridges, ships, etc. as diagnostic targets, their natural frequencies (natural frequencies in the first-order mode) are very low (heavy weight). This is because the natural frequency of the deformation point has a high frequency so that a change at the frequency can be measured.

計測手段6は、診断対象に付与した振動に対する応答を計測する計測部21、該計測部21から出力されるアナログ信号である計測信号を増幅する増幅部22、該増幅部22からの計測信号をディジタル信号に変換するA/D変換部23を備えている。   The measurement means 6 includes a measurement unit 21 that measures a response to vibration applied to a diagnosis target, an amplification unit 22 that amplifies a measurement signal that is an analog signal output from the measurement unit 21, and a measurement signal from the amplification unit 22. An A / D converter 23 for converting into a digital signal is provided.

計測部21は、複数のレーザ式変位測定器や圧電素子等を用いて、診断対象の応答振動を計測するもので、その配置方法は加振器の配置方法や予想される変状点位置等に応じて適宜設定される。   The measuring unit 21 measures response vibrations to be diagnosed using a plurality of laser-type displacement measuring devices, piezoelectric elements, and the like. The arrangement method is an arrangement method of an exciter, an expected deformation point position, and the like. It is set appropriately according to

なお、複数の加振器や計測器の配置は、一定の間隔で配置したり一定の規則に従って配置したりすることも可能であるが、診断対象に応じて適宜設定できることは先に述べたと同様である。   It should be noted that the arrangement of a plurality of vibrators and measuring instruments can be arranged at regular intervals or arranged according to certain rules, but can be set as appropriate according to the diagnosis target as described above. It is.

即ち、健全度診断は、原子力発電所、化学プラント、鉄橋、船舶等におけるように事故が発生すると甚大な人的、物的損害をもたらす系において特に要求され、かつ、長期間にわたる診断が要求される。   In other words, soundness diagnosis is particularly required in systems that cause tremendous human and property damage when accidents occur, such as in nuclear power plants, chemical plants, iron bridges, ships, etc., and long-term diagnosis is required. The

そして、構造材においては腐食や繰り返し荷重による金属疲労等によりリベット連結部分、溶接部分等で変状が発生し易く、また配管においては加工硬化が激しく、ウォータハンマによる大きな衝撃を受け易い配管の曲がり部分、配管接続部分等で変状が発生し易い特徴がある。   In structural materials, deformation is likely to occur at rivet joints and welded parts due to corrosion and metal fatigue due to repeated loads, etc., and piping is severely work-hardened and is subject to large impacts due to water hammer. There is a feature that deformation is likely to occur in the portion, the pipe connection portion, and the like.

また、例えば溶接箇所といっても、当該溶接箇所が一様に劣化して亀裂等が発生することはなく、通常は溶接端部側から発生する。   Moreover, even if it says a welding location, for example, the said welding location does not deteriorate uniformly and a crack etc. do not generate | occur | produce, but it generate | occur | produces normally from the welding edge part side.

このように診断対象により変状を受けやすい箇所に特徴があり、かかる箇所を中心に診断することは、無駄な診断を省き、かつ、危険度の高い部分を集中して診断することになり、診断対象における初期変状を高精度にいち早く検出することができるようになる。   In this way, there is a feature in the part that is subject to deformation depending on the diagnosis target, and diagnosing around such a part eliminates useless diagnosis and concentrates on the high risk part, It becomes possible to quickly detect the initial deformation in the diagnosis target with high accuracy.

そこで、かかる変状が予想される部位を的確に診断できるように加振器や計測器を配置し、かつ、その数を設定することが肝要となる。   Therefore, it is important to arrange a vibrator and a measuring instrument and set the number so that a site where such a deformation is expected can be accurately diagnosed.

また、上述した意味ばかりでなく、対称振動、逆対称、ねじり振動等による振動モードを精度良く測定するために複数の加振器及び計測器を設ける場合もある。   In addition to the above-described meanings, a plurality of vibrators and measuring instruments may be provided in order to accurately measure vibration modes due to symmetric vibration, inverse symmetry, torsional vibration, and the like.

増幅部22は各計測器に対応して設けられたシグナルコンディショナ等の増幅器からなり、主にA/D変換部23に入力する信号レベルのレベル調整役を担って、各増幅器のゲインは計測器の構成や診断対象の構成に依存して設定される。   The amplification unit 22 is composed of an amplifier such as a signal conditioner provided corresponding to each measuring instrument, and mainly plays a role of adjusting the level of the signal level input to the A / D conversion unit 23, and the gain of each amplifier is measured. It is set depending on the configuration of the instrument and the configuration of the diagnosis target.

即ち、各増幅器のゲインは一定となるように(少なくとも同一レベルの信号が入力されたときに同一レベルの信号が出力されるように)設定する必要があり、また増幅部22からの信号を後述するようにA/D変換部23によりディジタル信号に変換するが、このときオーバーフローを起こさないように設定する必要がある。   That is, it is necessary to set the gain of each amplifier to be constant (so that at least the same level signal is output when the same level signal is input), and the signal from the amplifying unit 22 is described later. In this case, the digital signal is converted by the A / D converter 23. At this time, it is necessary to set so as not to cause an overflow.

ところが、診断対象に応じて付与する振動のエネルギーを調整したい場合や付与する振動エネルギーを連続的に変化させたい場合には、固定ゲインの増幅器であるとオーバーフローを起こしてしまう場合がある。
このような観点から、ゲインは調整可能であることが好ましく、そのゲイン調整はマニュアル調整でもよく又は統括手段3等からゲイン調整できるようにしても良い。
However, when it is desired to adjust the vibration energy to be applied according to the object to be diagnosed or to continuously change the vibration energy to be applied, an overflow may occur if the amplifier has a fixed gain.
From such a viewpoint, it is preferable that the gain can be adjusted, and the gain adjustment may be manual adjustment or may be made possible by the overall unit 3 or the like.

A/D変換部23は、計測部21からの信号がアナログ信号であるため、これをディジタル信号に変換することで、記憶手段7で記憶できるようにするものである。このA/D変換部23におけるサンプリング速度は、当然の如く応答振動の卓越周波数より速いことが要件となっている。   Since the signal from the measurement unit 21 is an analog signal, the A / D conversion unit 23 converts the signal into a digital signal so that the storage unit 7 can store it. As a matter of course, the sampling speed in the A / D converter 23 is required to be faster than the dominant frequency of the response vibration.

記憶手段7は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の書換え可能なメモリからなる計測データ記憶部24を有して、A/D変換部23からの計測データを記憶する。そして、診断対象側伝送部4bからデータ要求を受けると記憶している計測データを出力し、また当該診断対象側伝送部4bからデータ送信完了通知を受けるとデータ消去を行うようになっている。   The storage unit 7 includes a measurement data storage unit 24 including a rewritable memory such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory), and stores measurement data from the A / D conversion unit 23. When the data request is received from the diagnosis target side transmission unit 4b, the stored measurement data is output, and when the data transmission completion notification is received from the diagnosis target side transmission unit 4b, the data is erased.

なお、このように記憶手段7を用いずに、計測データを直接伝送手段4を介して統括手段3に送信することも可能であるが、計測データの周波数に対して伝送速度が遅いような場合には計測データの欠落が起きる恐れがある。   In addition, it is possible to transmit the measurement data directly to the overall unit 3 via the transmission unit 4 without using the storage unit 7 as described above, but the transmission speed is slow with respect to the frequency of the measurement data. There is a risk of missing measurement data.

一般に、診断対象全体を一様に診断対象とすることは現実的に困難であるため、想定される変状点を予め特定して、その箇所を中心にした計測が行われるが、鉄橋や原子力施設等の大型の診断対象ではかかる変状想定箇所も膨大な数になることがあり、計測データが欠落する毎に再計測を行うようでは、計測時間が長引き作業性を著しく低下させてしまう。   In general, since it is practically difficult to make the entire diagnosis target uniform, it is possible to specify an expected deformation point in advance and perform measurement centering on that point. In a large-scale diagnosis target such as a facility, there may be a huge number of such assumed deformation places, and if remeasurement is performed every time measurement data is lost, the measurement time is prolonged and the workability is remarkably reduced.

また、観測者はデータ欠落の発生を殆どの場合認識できないため、データ欠落がないものとして診断せざるを得ず、このような事態に対応するためにはデータ欠落を監視する装置を導入して当該装置による監視結果と加振手段5の動作とを連係させて再計測を実行させる構成が必要となり、診断装置は非常に複雑化し、かつ、高価になってしまう。   In addition, since the observer cannot recognize the occurrence of data loss in most cases, it must be diagnosed as having no data loss. In order to cope with such a situation, an apparatus for monitoring data loss is introduced. A configuration in which the monitoring result by the device and the operation of the vibration means 5 are linked to perform re-measurement is required, and the diagnostic device becomes very complicated and expensive.

しかし、記憶手段7を設けることにより、この記憶手段7が計測データのサンプリング速度と統括手段への伝送速度との速度調整機能をなすので、データ欠落が防止できて装置の簡略化及び低コスト化が可能になる利点がある。   However, by providing the storage means 7, the storage means 7 functions to adjust the sampling speed of the measurement data and the transmission speed to the control means, so that data loss can be prevented and the apparatus can be simplified and reduced in cost. There is an advantage that becomes possible.

なお、記憶手段7としてDRAMのような高速で読書きできる半導体素子が好ましいが、ハードディスクのような情報記録媒体であっても書込み速度等の要件を満たす限り適用可能である。   Note that a semiconductor element capable of reading and writing at high speed such as DRAM is preferable as the storage means 7, but even an information recording medium such as a hard disk can be applied as long as requirements such as writing speed are satisfied.

解析手段9は、計測データから診断対象の1次〜n次の振動モードにおける固有振動数(以下、実験固有振動数という)を求める実験データ解析部25、理論的に診断対象の1次〜n次の振動モードにおける固有振動数(以下、理論固有振動数という)を算出する理論解析部26、理論固有振動数が実験固有振動数と所定条件下で一致するか否かを判断して健全度診断を行う評価部27、診断情報、理論固有振動数及び実験固有振動数等の情報を保存する解析データベース(解析DB)28等を備えている。   The analysis means 9 includes an experimental data analysis unit 25 for obtaining a natural frequency (hereinafter referred to as an experimental natural frequency) in a primary to n-th vibration mode of a diagnosis target from measurement data, and theoretically the primary to n of the diagnosis target. Theoretical analysis unit 26 for calculating the natural frequency in the next vibration mode (hereinafter referred to as the theoretical natural frequency), judging whether or not the theoretical natural frequency matches the experimental natural frequency under a predetermined condition. An evaluation unit 27 that performs diagnosis, an analysis database (analysis DB) 28 that stores information such as diagnosis information, theoretical natural frequency, and experimental natural frequency are provided.

以下においては、図2に示すようにH型鋼材39をアングル41を介して支柱40で支え、当該H型鋼材39とアングル41とは複数のボルト42により固定され、また該アングル41は支柱40に溶接等して固着されている系を例に説明する(図2(a)、(b)参照)。   In the following, as shown in FIG. 2, an H-shaped steel material 39 is supported by a support column 40 through an angle 41, and the H-shaped steel material 39 and the angle 41 are fixed by a plurality of bolts 42. A system fixed by welding or the like will be described as an example (see FIGS. 2A and 2B).

そして、変状はボルト42の弛緩により起きると仮定し、加振器45は反力板17の反力によりH型鋼材39に押付けられ、計測器46は両面テープ等によりH型鋼材39に貼付られているとする。   Then, assuming that the deformation is caused by the loosening of the bolt 42, the vibrator 45 is pressed against the H-shaped steel material 39 by the reaction force of the reaction force plate 17, and the measuring instrument 46 is affixed to the H-shaped steel material 39 with double-sided tape or the like. Suppose that

このような系において、付与した振動の応答を計測してそのパワースペクトルを求めると図13のようなパワースペクトルが取得される。図13(a)は、全てのボルト42が緊結状態にある場合、図13(b)はいずれかのボルト42が弛緩状態にある場合のパワースペクトルで、横軸が周波数、縦軸がスペクトル強度を示している。   In such a system, when the response of the applied vibration is measured and its power spectrum is obtained, a power spectrum as shown in FIG. 13 is obtained. 13A shows a power spectrum when all the bolts 42 are in a tight state, FIG. 13B shows a power spectrum when any of the bolts 42 is in a relaxed state, the horizontal axis is the frequency, and the vertical axis is the spectrum intensity. Is shown.

これらのパワースペクトルを比較すると、図13(b)において約310Hzで大きなピークが出現し(図中P1で示す点)、また約150Hzでピークが分離したように見える(図中P2で示す点)。このように変状発生の有無は、パワースペクトルに違いが生じているか否かにより判断することができる。
従って、健全度診断が変状の有無を目的とする場合には当該パワースペクトルを比較することにより可能である。
When these power spectra are compared, a large peak appears at about 310 Hz in FIG. 13B (point indicated by P1 in the figure), and the peak appears to be separated at about 150 Hz (point indicated by P2 in the figure). . Thus, the presence or absence of deformation can be determined by whether or not there is a difference in the power spectrum.
Therefore, when the soundness diagnosis aims at the presence / absence of deformation, it is possible to compare the power spectra.

しかし、変状の発生が判断できでも、何処でどの様な変状が起きているまでは判断できない。そこで、かかる変状点の位置や変状内容までも診断内容とすべく、本発明では後述するGA等の解析アルゴリズムを利用している。   However, even if the occurrence of deformation can be determined, it cannot be determined until where and what kind of deformation has occurred. Therefore, in order to make the contents of the diagnosis and the contents of the deformation point the diagnosis contents, an analysis algorithm such as GA described later is used in the present invention.

このような解析アルゴリズムとしては遺伝的アルゴリズム、ニューロネットワーク回帰分析、多変量解析、パターン認識解析等が適用可能であるが、この中でも最適化問題に非常に有効であるとされている遺伝的アルゴリズム(GA:Genetic Algorlthm)を用いた場合を例に説明する。   Genetic algorithms, neuronetwork regression analysis, multivariate analysis, pattern recognition analysis, etc. can be applied as such analysis algorithms. Among them, genetic algorithms that are considered to be very effective for optimization problems ( A case where GA (Genetic Algorithm) is used will be described as an example.

GAの概要を簡単に説明する。GAはもともと、生物界にある遺伝の法則を模擬して案出された手法で、複数の解を遺伝的に変化させながら、より良い解を求める手法である。そして、この解を遺伝子という形で表現する(コーディングする)。   An outline of GA will be briefly described. GA is a technique originally devised by simulating the laws of heredity in the living world, and is a technique for finding a better solution while genetically changing multiple solutions. This solution is expressed (coded) in the form of a gene.

図3は、このようなGAのアルゴリズムをフローチャート化して示した図である。GAでは、先ず解(個体)の集団である初期集団(個体群)を作成する(ステップS1)。
この個体は診断対象の1の変状状態に対応し、この個体を特徴付ける遺伝子情報として変状点の位置やバネ剛性値等を用いる。
FIG. 3 is a flowchart showing such a GA algorithm. In the GA, first, an initial group (individual group) that is a group of solutions (individuals) is created (step S1).
This individual corresponds to one deformed state to be diagnosed, and the position of the deformed point, the spring stiffness value, etc. are used as genetic information characterizing this individual.

例えば、ボルトA,Bが2本ある場合に、ボルトAを「01」、ボルトBを「10」とし、また各ボルトA,Bが緊結状態にあるときを「1」、弛緩状態にあるときを「0」のように対応付ける。この場合、遺伝子情報は、「011」(ボルトAが緊結状態)、「010」(ボルトAが弛緩状態)、「101」(ボルトBが緊結状態)、「100」(ボルトBが弛緩状態)としてコーディングできる。従って、変状状態として4の個体が定義できることになる(健全な状態も変状状態の1態様とする)。   For example, when there are two bolts A and B, the bolt A is “01”, the bolt B is “10”, and when each of the bolts A and B is in a tight state, “1”, when in a relaxed state Is associated with “0”. In this case, the genetic information is “011” (bolt A is tight), “010” (bolt A is loose), “101” (bolt B is tight), “100” (bolt B is loose) Can be coded as Therefore, four individuals can be defined as the deformed state (a healthy state is also an aspect of the deformed state).

次に、評価を行う。評価は全ての個体(解)について適合度を求めて、この適合度に基づき次の世代に残す個体を決定する(ステップS2,ステップS3)。この適合度は、解の評価の高さのようなもので、良い解ほど高い適合度が得られるように評価関数を設定する。
なお、本発明においては、各個体の理論固有振動数を計算して、この理論固有振動数が実験固有振動数とどの程度適合(一致)しているか(良い解であるか)を評価関数により評価する。評価関数については後述する。
Next, evaluation is performed. In the evaluation, the fitness is obtained for all individuals (solutions), and individuals to be left in the next generation are determined based on the fitness (steps S2 and S3). This goodness of fit is like the height of the evaluation of the solution, and the evaluation function is set so that the better the better the solution, the higher the goodness of fit.
In the present invention, the theoretical natural frequency of each individual is calculated, and how well this theoretical natural frequency matches (matches) with the experimental natural frequency (is a good solution) by an evaluation function. evaluate. The evaluation function will be described later.

変状態様がボルトの弛緩のような場合には、想定した個体の中に最適解を見い出せる場合も多いが、亀裂のようにな場合には、想定した個体からは最適解を見いだすことができないこともある。
そこで、GAにおいては、GAオペレータと称される交叉や突然変異操作を行う(ステップS4)。
When the abnormal state is such as bolt relaxation, the optimal solution can often be found among the assumed individuals, but in the case of a crack, the optimal solution can be found from the assumed individuals. There are things you can't do.
Therefore, in GA, crossover and mutation operations called GA operators are performed (step S4).

この交叉や突然変異操作は遺伝の法則をヒントに作られたもので、交叉では複数の親(一般には二つ個体)から遺伝子を受け継ぐ新しい個体(子)を一定の確率で発生させ、突然変異では交叉より低い確率で個体が発生するように設定する。   This crossover and mutation operation is based on the laws of heredity. In crossover, new individuals (children) that inherit genes from multiple parents (generally two individuals) are generated with a certain probability, and mutations are made. Then, it sets so that an individual may occur with a lower probability than crossover.

例えば、複数のボルトがあり、1つ置きにボルトの弛緩を考えた個体群を想定していた場合、想定したボルトに隣接するボルトが弛緩したとする。このとき想定したボルトが弛緩していれば、探査により最適解を得ることができる。   For example, when there is a plurality of bolts and a group of individuals considering relaxation of the bolts every other bolt is assumed, it is assumed that the bolts adjacent to the assumed bolts are relaxed. If the bolt assumed at this time is relaxed, an optimal solution can be obtained by exploration.

しかし、想定したボルトに隣接するボルトが弛緩していた場合には探査により最適解が見つからないので、適応度が高い2のボルト(想定したボルト)を親として、交叉操作により新しい個体を作る。この個体が隣接するボルトが変状したとするものであれば、上記探査により最適解が求まる。   However, when the bolt adjacent to the assumed bolt is relaxed, the optimum solution cannot be found by the search, and therefore, a new individual is created by the crossover operation with the high-fitness 2 bolt (assumed bolt) as a parent. If this individual assumes that the adjacent bolt is deformed, the optimum solution is obtained by the search.

ところが、変状がボルトの弛緩ではなく、亀裂であった場合には、交叉操作を繰返しても最適解が求まらないので、この場合には突然変異操作により亀裂を変状内容とする個体を生成して探査を行うことになる。
このような探査を一世代と考え所定回数について行い最適解を求める。
However, if the deformation is not a bolt relaxation but a crack, the optimal solution cannot be obtained even if the crossover operation is repeated. Will be generated and explored.
Such an exploration is considered as one generation, and an optimal solution is obtained by performing a predetermined number of times.

かかるGAを用いて診断を行う場合の手順を図4を参照して説明する。先ず、診断対象に加振する(ステップSA1)。これにより、診断対象からは1次〜n次(n:整数)の振動モードを持つ応答振動が計測される。   The procedure for making a diagnosis using such GA will be described with reference to FIG. First, a vibration is applied to the diagnosis target (step SA1). Thereby, a response vibration having a vibration mode of the first order to the nth order (n: integer) is measured from the diagnosis target.

そこで、実験データ解析部25では、計測データのパワースペクトル分析を行い、変状により卓越した振幅が変化し、又は新たに卓越した振幅が生じるとして、この卓越点を探して実験固有振動数とする(ステップSA2,ステップSA3)。   Therefore, the experiment data analysis unit 25 performs power spectrum analysis of the measurement data, and if the outstanding amplitude changes due to the deformation or a new outstanding amplitude is generated, this superior point is searched for and used as the natural frequency of the experiment. (Step SA2, Step SA3).

例えば、診断対象に図5に示すような、周波数をスタート周波数からストップ周波数まで連続的に変化するスイープ振動を付与した場合には、図6に示すような計測データが観測される。そこで、実験データ解析部25で、この計測データに対しパワースペクトル分析を行って、図7に示すようなパワースペクトルを得、同図で縦線を引いた所を実験固有振動数とする。   For example, when a sweep vibration in which the frequency is continuously changed from the start frequency to the stop frequency as shown in FIG. 5 is given to the diagnosis target, measurement data as shown in FIG. 6 is observed. Therefore, the experimental data analysis unit 25 performs a power spectrum analysis on the measurement data to obtain a power spectrum as shown in FIG. 7, and a place where a vertical line is drawn in FIG.

なお、計測データをフーリエ変換して周波数分析を行い、各周波数における振幅が卓越している点を実験固有振動数としてもよく、さらにはフーリエ変換して得られたデータに対し、パワースペクトル分析を行うことにより振幅変化を明確化し、これにより精度良く実験固有振動数を同定するようにしても良い。   Note that frequency analysis is performed by Fourier transforming the measured data, and the point where the amplitude at each frequency is excellent may be the natural frequency of the experiment. Furthermore, power spectrum analysis is performed on the data obtained by Fourier transform. By doing so, the amplitude change may be clarified, and thereby the experimental natural frequency may be identified with high accuracy.

図5に示すようなスイープ振動を付与する理由は、この変状点を共振させ、変状点の位置、大きさ、種類等の情報を計測データに含まれるようにするためである。   The reason for applying the sweep vibration as shown in FIG. 5 is to resonate the deformation point so that information such as the position, size, and type of the deformation point is included in the measurement data.

即ち、診断時においては変状点の位置等は不明であるので、幅広い周波数で加振することにより変状点を共振させて計測データにその情報が含まれるようにする。   That is, since the position of the deformation point is unknown at the time of diagnosis, the deformation point is resonated by vibrating at a wide frequency so that the measurement data includes the information.

無論、変状点が特定できる場合や変状点が高精度に予測できる場合等においては、スイープ振動でなく一定振動数の振動であってもよく、また狭い範囲で周波数が変化する振動であっても良い。   Of course, when the deformation point can be identified or when the deformation point can be predicted with high accuracy, the vibration may be a constant frequency instead of a sweep vibration, or a vibration whose frequency changes within a narrow range. May be.

例えば、複数の部材がボルトにより一体化されているような系において、経験的に或いは統計的にボルトの弛緩が起きることが予測される場合(この場合の弛緩度は2値的であるとする)、ボルトの位置が予め知れているため、そのボルトの変状を検出するように特定の周波数又はその近傍範囲の周波数の振動を付与すればよい。   For example, in a system in which a plurality of members are integrated by bolts, when bolt relaxation is predicted to occur empirically or statistically (the relaxation degree in this case is binary) ) Since the position of the bolt is known in advance, vibration of a specific frequency or a frequency in the vicinity thereof may be applied so as to detect the deformation of the bolt.

また、図5において付与された振動は診断対象の表面又はその近傍を伝播する表面弾性波と考えているが、例えばコンクリート構造物における鉄筋の腐食や酸性雨によるコンクリートの変状等の内部欠陥のように深い位置での変状を計測する際には、当然のことながらその深度まで振動を伝播させ、その応答が返ってくるだけのエネルギーが必要になる。   In addition, the vibration given in FIG. 5 is considered to be a surface acoustic wave propagating on or near the surface to be diagnosed. For example, internal defects such as corrosion of reinforcing bars in concrete structures and deformation of concrete due to acid rain. Thus, when measuring deformation at a deep position, it is necessary to have enough energy to propagate the vibration to that depth and return the response.

このため、例えば時間と共に振幅が増大するスイープ振動を付与する等の検出する変状点の深度に対応したエネルギーの振動を付与する必要が生じる。本発明は、係る場合も含むものである。   For this reason, for example, it is necessary to apply vibration of energy corresponding to the depth of the detected deformation point, such as applying sweep vibration whose amplitude increases with time. The present invention includes such a case.

図5におけるような診断対象の場合には、変状の態様としては(1)ボルトの弛緩、(2)亀裂、(3)錆・腐食等が想定できるが、以下においてはボルトの弛緩を例に説明する。   In the case of a diagnosis target as shown in FIG. 5, (1) bolt relaxation, (2) crack, (3) rust / corrosion, etc. can be assumed as deformation modes. Explained.

理論解析部26は、診断対象の理論固有振動を有限要素法等を用いて算出する。有限要素法では、図2に示すような診断対象を例えば図8に示すように複数の要素に分割し、各要素の境界条件及びヤング率・断面積・ボルトの締め付け長さ等で表されるバネ要素剛性値を変化させて計算する。   The theoretical analysis unit 26 calculates a theoretical natural vibration to be diagnosed using a finite element method or the like. In the finite element method, the diagnosis target as shown in FIG. 2 is divided into a plurality of elements as shown in FIG. 8, for example, and expressed by boundary conditions of each element, Young's modulus, cross-sectional area, bolt tightening length, and the like. Calculate by changing the stiffness value of the spring element.

このため予め想定される変状点に対応した要素分割が重要になる。例えば、変状としてボルトの弛緩や腐食が想定される場合には、要素の1に当該ボルトや腐食位置が含まれるように要素分割する。また、溶接箇所等において亀裂が想定される場合には、溶接箇所が要素の境界に位置するように要素分割する。   For this reason, element division corresponding to the presumed deformation point is important. For example, when bolt deformation or corrosion is assumed as the deformation, the element is divided so that the bolt or corrosion position is included in one of the elements. In addition, when a crack is assumed in a welded part or the like, the element is divided so that the welded part is located at the boundary of the element.

なお、変状としてボルトの弛緩を想定する場合には上述したように遺伝子情報にバネ要素剛性値を設定し、亀裂を想定する場合には隣接する要素との連続性が無いとする境界条件を遺伝子情報に設定する。また腐食による場合には、弾性係数を遺伝子情報に設定する。
このように、想定される変状の性質に応じてバネ要素剛性値等を遺伝子情報に設定しし、これを演算パラメータとする。
When assuming bolt relaxation as deformation, set the spring element stiffness value in the gene information as described above, and when assuming cracks, the boundary condition that there is no continuity with adjacent elements is set. Set to genetic information. In the case of corrosion, the elastic coefficient is set in the gene information.
In this way, the spring element stiffness value or the like is set in the gene information according to the assumed property of deformation, and this is used as a calculation parameter.

図9は、ボルトが弛緩した変状状態を示す図で、CASE1が健全な状態、CASE2〜CASE7が変状状態を示している。そして、ボルト位置が丸印で示され、当該丸印に斜線が付されたボルトが弛緩していることを示している。   FIG. 9 is a diagram illustrating a deformed state in which the bolt is relaxed, in which CASE 1 is in a healthy state and CASE 2 to CASE 7 are in a deformed state. The bolt position is indicated by a circle, and the bolt hatched in the circle indicates that the bolt is relaxed.

要素分割された診断対象に対し、上記演算パラメータを設定するが、このとき診断対象を構成する部材のバネ定数、弾性係数、減衰定数等を用いることも可能である。しかし、理論の適用に際して診断対象を適正にモデル化することが困難であるため信頼性の高い固有振動数を算出することができない。   The calculation parameters are set for the diagnosis target divided into elements. At this time, it is possible to use the spring constant, elastic coefficient, damping constant, etc. of the members constituting the diagnosis target. However, since it is difficult to properly model the diagnosis target when applying the theory, it is impossible to calculate a reliable natural frequency.

そこで、本発明では、最初の診断時(K=1)においては部材のバネ定数等を演算パラメータとして理論固有振動数を算出し、この理論固有振動数が実験固有振動数と所定条件で一致するように当該演算パラメータを変化させる。そして、一致したときの演算パラメータを診断対象のバネ要素剛性値等と同定する。   Therefore, in the present invention, at the first diagnosis (K = 1), the theoretical natural frequency is calculated using the spring constant of the member as a calculation parameter, and this theoretical natural frequency matches the experimental natural frequency under a predetermined condition. The calculation parameter is changed as follows. Then, the calculation parameter when the values match is identified as a spring element stiffness value or the like to be diagnosed.

これにより、実際の診断対象の固有振動数に近い(精度の高い)理論固有振動数を容易に求めることができ、演算に要する時間を短縮することが可能となる。   As a result, a theoretical natural frequency (high accuracy) close to the natural frequency of the actual diagnosis target can be easily obtained, and the time required for calculation can be shortened.

最初の診断時(K=1)とは、当該装置を設置した場合や設置後に解析データベースのデータが初期化された場合の最初に診断する時を意味している。
診断対象の変状は状態変化を検出することにより行うため、最初の診断では(K=1)では元の状態に関するデータが存在しないため診断が行えず、またGAにおける個体群も設定されていない状態だからである。
The first diagnosis (K = 1) means the first diagnosis when the apparatus is installed or when the analysis database data is initialized after installation.
Since the change of the diagnosis target is performed by detecting the state change, in the first diagnosis (K = 1), there is no data regarding the original state, so the diagnosis cannot be performed, and no individual group is set in GA. Because it is in a state.

このため、最初の診断時には、GAにおける個体群を設定し(ステップSA4,ステップSA6)、個体の遺伝子情報をコーディングする(ステップSA7)。図10は、このようにコーディングされた各個体の遺伝子情報を示している。   Therefore, at the time of the first diagnosis, an individual group in GA is set (step SA4, step SA6), and the genetic information of the individual is coded (step SA7). FIG. 10 shows the genetic information of each individual coded in this way.

その後、有限要素法により理論固有振動数を算出する(ステップSA8)。このとき、遺伝子情報を構成するバネ要素剛性値や変状点位置を演算パラメータとして演算し、図11に示すような周波数(横軸)に対する振幅(縦軸)の曲線が得られる。   Thereafter, the theoretical natural frequency is calculated by the finite element method (step SA8). At this time, the spring element stiffness value and deformation point position constituting the gene information are calculated as calculation parameters, and a curve of amplitude (vertical axis) with respect to frequency (horizontal axis) as shown in FIG. 11 is obtained.

この曲線の極大値は、1次〜n次の振動モードにおける固有振動数に対応し、この固有振動数が変状の発生により影響を受けて、周波数変化等として現れているとする。   It is assumed that the maximum value of this curve corresponds to the natural frequency in the first to nth vibration modes, and this natural frequency is affected by the occurrence of the deformation and appears as a frequency change or the like.

このように得られた理論固有振動数fa(i)と実験固有振動数fe(i)とを予め設定した評価関数δに代入して適応度の評価を行う(ステップSA9)。ここで、iはi次の振動モードの固有振動数であることを示している。   The theoretical natural frequency fa (i) and the experimental natural frequency fe (i) obtained in this way are substituted for the preset evaluation function δ to evaluate the fitness (step SA9). Here, i indicates the natural frequency of the i-th vibration mode.

評価関数δとしては、例えば式1のように理論固有振動数fa(i)と実験固有振動数fe(i)との差分の2乗を各振動モードで加算する関数とすることができる。無論、種々の評価関数δを定義することができ、例えば差分の絶対値を各振動モードで加算する関数としてもよい。

Figure 0003694749
As the evaluation function δ, for example, a function that adds the square of the difference between the theoretical natural frequency fa (i) and the experimental natural frequency fe (i) in each vibration mode as shown in Equation 1 can be used. Of course, various evaluation functions δ can be defined. For example, the absolute value of the difference may be added in each vibration mode.
Figure 0003694749

一方、ステップSA4において、最初の診断(K=1)でないと判断された場合には、解析DB28から前回の診断結果であるデータD(K−1)を読込み、このデータD(K−1)に含まれている理論固有振動数とステップSA3で求めた実験固有振動数とを用いて適応度を評価する(ステップSA9)。   On the other hand, if it is determined in step SA4 that it is not the first diagnosis (K = 1), the data D (K-1) as the previous diagnosis result is read from the analysis DB 28, and this data D (K-1) The fitness is evaluated using the theoretical natural frequency included in the above and the experimental natural frequency obtained in step SA3 (step SA9).

このようにして得られた適応度が、一定の適応度基準値より小さいか否かを判断し(ステップSA10)、適応度基準値より大きい場合(適応度が低い場合)には、予め設定した交叉確率Pc、突然変異確率Pmに基づいて遺伝子操作を行う(ステップSA11)。このような処理を1世代として、予め設定された世代数まで繰り返して最適解を求める。   It is determined whether or not the fitness value obtained in this way is smaller than a certain fitness value reference value (step SA10). If the fitness value is larger than the fitness value reference value (when the fitness value is low), it is set in advance. Genetic manipulation is performed based on the crossover probability Pc and the mutation probability Pm (step SA11). Such a process is set as one generation, and the optimum solution is obtained by repeating up to a preset number of generations.

最適解が求まると、診断が最初(K=1)で有るか否かを判断し、K=1の場合には求まった最適解からなる個体群をデータD(K)として解析DB28に保存する(ステップSA15)。   When the optimum solution is obtained, it is determined whether or not the diagnosis is first (K = 1). When K = 1, the individual group including the obtained optimum solution is stored in the analysis DB 28 as data D (K). (Step SA15).

一方、診断が最初でない場合には(K≠1)、最適解の個体における遺伝子情報から変状位置や変状の内容(変状はボルトの弛緩によるものか、亀裂によるものか等)を判断することにより健全度診断を行い(ステップSA13,ステップSA14)、その結果を保存する(ステップSA15)。   On the other hand, if the diagnosis is not the first (K ≠ 1), the deformed position and the contents of the deformation (whether the deformation is due to bolt loosening or cracking, etc.) are determined from the genetic information in the individual with the optimal solution. Thus, the soundness diagnosis is performed (step SA13, step SA14), and the result is stored (step SA15).

次に、本発明の無線遠隔診断装置の実証試験について説明する。なお、試験対象としては、図2に示すような鋼材構造物で、350mmX350mmX12mmX19mm、長さL=2200mmのH形鋼を診断対象とし、当該診断対象と支柱40は接触していないとした。   Next, a verification test of the wireless remote diagnosis apparatus of the present invention will be described. As a test object, an H-shaped steel having a steel material structure as shown in FIG. 2 and having a length of 350 mm × 350 mm × 12 mm × 19 mm and a length L = 2200 mm is a diagnosis object, and the diagnosis object and the support column 40 are not in contact with each other.

このような診断対象に、図1に示すような加振手段5、計測手段6、記憶手段7、解析手段9を取付る。アクチュエータの加振器(1基)及び加速度計の計測器(1基)は、図2に示されるように、加振器を反力板17により反力が約100N程度となるように取付け、計測器は両面テープ等により貼り付けた。   A vibration means 5, a measurement means 6, a storage means 7, and an analysis means 9 as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the actuator exciter (1 unit) and the accelerometer measuring unit (1 unit) are attached by the reaction force plate 17 so that the reaction force is about 100 N. The measuring instrument was attached with double-sided tape or the like.

次に、計測データが無線による場合と有線による場合とで同じデータとなることを確認した。図12がその結果である。図12(a)は有線の場合を示し、図12(b)〜図12(e)は無線LANを用いた場合を示している。また、図12(b)〜図12(e)はそれぞれ異なる無線LAN機器(伝送手段)を用いた場合を示している。なお、各図で波形の時間軸がずれているのは、サンプリングのタイミングのずれによるものである。   Next, it was confirmed that the measurement data is the same for both wireless and wired data. FIG. 12 shows the result. FIG. 12A shows a wired case, and FIGS. 12B to 12E show a case where a wireless LAN is used. FIGS. 12B to 12E show cases where different wireless LAN devices (transmission means) are used. In each figure, the time axis of the waveform is shifted due to a shift in sampling timing.

これらの図から分かるように、各図における波形は同じ波形を示し、無線の場合でも有線におけると同等の信頼性が得ることが可能であることが示される。   As can be seen from these figures, the waveforms in the figures show the same waveform, and it is shown that the reliability equivalent to that in the wired case can be obtained even in the case of wireless.

解析手段においては前準備として診断対象のボルト接合部をバネ要素としてモデル化し、有限要素法による固有振動解析を行った。このとき、ボルト接合部を表すバネ要素剛性を解析的に評価するため、GAを用いてバネ剛性の同定を行い(先に説明した解析手順における最初の診断(K=1)の結果に対応)、変状点の同定可能性を検討した。   In the analysis means, the bolt joint part to be diagnosed was modeled as a spring element as a preparation, and natural vibration analysis was performed by the finite element method. At this time, in order to analytically evaluate the stiffness of the spring element representing the bolt joint, the stiffness of the spring is identified using GA (corresponding to the result of the first diagnosis (K = 1) in the analysis procedure described above). The possibility of identification of deformation points was examined.

モデル化に際しては、ボルトによるH形鋼とアングルとの接触状況を3方向(X,Y,Z)のバネ要素で表現し、バネ要素節点の回転方向の拘束条件(θx,θY,θz)を固定とした。   In modeling, the contact state between the H-shaped steel and the angle by the bolt is expressed by spring elements in three directions (X, Y, Z), and the constraint conditions (θx, θY, θz) in the rotational direction of the spring element nodes are expressed. Fixed.

これらのバネ要素をアングルとの接触面上の節点に所定数ずつ配置し、弛緩部分でのバネ要素剛性値を求めた。なお、GAにおいては、理論固有振動数の算出を繰返し行うので、これに要する時間が長くなる。そこで、本実施例では、GA解析のモデルを可能な限り簡略化して解析による時間の短縮を図った。   A predetermined number of these spring elements are arranged at the nodes on the contact surface with the angle, and the stiffness value of the spring element at the relaxed portion is obtained. In GA, since the theoretical natural frequency is repeatedly calculated, the time required for this is increased. Therefore, in this embodiment, the GA analysis model is simplified as much as possible to shorten the time required for the analysis.

そして、統括手段から図5に示すような、一定振幅でスタート周波数が0.1Hz、ストップ周波数が400Hzで直線的に周波数が変化するsin波の振動を15秒のスイ−プ時間で診断対象に付与することを診断内容とする指示を伝送手段を介して加振手段に送信した。当該加振手段では、この指令に基づき振動波形信号を生成して加振器を振動させた。   Then, as shown in FIG. 5, the sine wave vibration having a constant amplitude, a start frequency of 0.1 Hz, and a stop frequency of 400 Hz is linearly changed from the integrated means to a diagnosis target in a sweep time of 15 seconds. An instruction having the diagnostic contents to be applied is transmitted to the vibration means via the transmission means. The vibration means generates a vibration waveform signal based on this command and vibrates the vibrator.

この加振による応答振動を計測器で計測し、A/D変換部23でオーバフローを起こさないように増幅部のゲイン調整を行って増幅し、計測データ記憶部24に記憶した。   Response vibration due to this excitation was measured by a measuring instrument, amplified by adjusting the gain of the amplifying unit so as not to cause overflow in the A / D conversion unit 23, and stored in the measurement data storage unit 24.

計測が終了すると、診断対象側伝送部4bからのデータ要求指令がなされ、これに応じて計測データ記憶部24が記憶している計測データを診断対象側伝送部4bに送り、当該診断対象側伝送部4bから基地側伝送部4a、統括手段3を介して解析手段9における実験データ解析部25に送られる。   When the measurement is completed, a data request command is issued from the diagnosis target side transmission unit 4b, and in response to this, the measurement data stored in the measurement data storage unit 24 is sent to the diagnosis target side transmission unit 4b, and the diagnosis target side transmission is performed. The data is sent from the unit 4b to the experimental data analysis unit 25 in the analysis unit 9 via the base side transmission unit 4a and the overall unit 3.

図13は計測データに基づきパワースペクトル解析して得たパワースペクトルで、図13の(a)は健全時(CASE1)に対応し、図13の(b)はCASE3に対応している。   FIG. 13 is a power spectrum obtained by analyzing the power spectrum based on the measurement data. FIG. 13A corresponds to the healthy state (CASE1), and FIG. 13B corresponds to CASE3.

また、図14はCASE1〜CASE7における各次数の振動モードの実験固有振動数の結果を示し、図15は健全時(CASE1)を基準としてCASE2〜CASE7の実験固有振動数の変化を減少率で示した図である。これらの図において減少率に注目すれば、弛緩するボルトにより固有振動数の変化の減少の程度が異なっていることがわかる。   FIG. 14 shows the results of the experimental natural frequencies of the vibration modes of the respective orders in CASE 1 to CASE 7, and FIG. 15 shows the change in the experimental natural frequencies of CASE 2 to CASE 7 in terms of a decrease rate based on the normal state (CASE 1). It is a figure. If attention is paid to the rate of decrease in these figures, it can be seen that the degree of decrease in the change in the natural frequency differs depending on the loosening bolt.

次いで、理論解析部26及び評価部27で健全時の(即ち、CASE1の計測データに基づく)実験固有振動数を目標値として理論固有振動数をGAを用いて同定する。   Subsequently, the theoretical analysis unit 26 and the evaluation unit 27 identify the theoretical natural frequency using GA with the experimental natural frequency at the time of sound (that is, based on measurement data of CASE 1) as a target value.

図16は、交叉確率Pc=60%、突然変異確率Pm=5%、人口数50として単純GAによる理論固有振動数と実験固有振動数とを示した図で、1次モードでは若干誤差が見られるが、3次および4次では実験値と非常に近い結果となっている。   FIG. 16 is a diagram showing the theoretical natural frequency and the experimental natural frequency by simple GA when the crossover probability Pc = 60%, the mutation probability Pm = 5%, and the population number 50. However, the results of the third and fourth orders are very close to the experimental values.

次に、図9に示すCASE3を想定してボルトが弛緩した状態を診断する。このとき、該当する要素についてY方向のバネ要素剛性値のみを減少させることとし、健全時の60%のバネ要素剛性値とした。そして、Y方向のバネ要素剛性値を同定して、その結果が健全時の60%になっているかを調べた。   Next, assuming that CASE 3 shown in FIG. At this time, only the spring element stiffness value in the Y direction was decreased for the corresponding element, and the spring element stiffness value of 60% in the healthy state was obtained. And the spring element rigidity value of the Y direction was identified, and it was investigated whether the result was 60% of healthy.

図17はその結果で、健全時の60%よりも小さく評価されたバネ要素もありばらつきが認められるものの全体的には有効であることがわかる。即ち、変状としてCASE3を診断することができる。なお、このときのGAとして単純GAを適用し、交叉率60%、突然変異率5%、人口数50とした。   FIG. 17 shows the result as a whole, although there are some spring elements that are evaluated to be smaller than 60% in a healthy state, and variation is recognized, but it is found that the whole is effective. That is, CASE 3 can be diagnosed as a deformed state. Note that simple GA was applied as GA at this time, and the crossover rate was 60%, the mutation rate was 5%, and the population was 50.

以上により、無線による計測データを伝送する場合であっても、優先の場合と同様の結果を得ることが実証でき、これにより観測者が診断対象に近付き難い所であっても、長期に渡る診断が容易に行え、かつ、診断毎に信号ケーブルの配線等を行う作業手間が不要にすることが可能になった。   As described above, even when wireless measurement data is transmitted, it can be proved that the same result as in the case of priority is obtained, so that even if it is difficult for the observer to get close to the diagnosis target, long-term diagnosis is possible. Can be easily performed, and it is possible to eliminate the labor of wiring the signal cable for each diagnosis.

次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。第1の実施の形態においては、診断対象側には、加振手段5、計測手段6、記憶手段7及び診断対象側伝送部4bが配置され、診断基地には統括手段3、解析手段9及び基地側伝送部4aが配置された構成であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、図18に示すように、解析手段9を診断対象側に設けて記憶手段7と有線接続し、診断結果や計測データを統括手段3に送信するような構成であっても良い。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the vibration means 5, the measurement means 6, the storage means 7 and the diagnosis object side transmission unit 4b are arranged on the diagnosis object side, and the overall means 3, analysis means 9 and Although the base side transmission unit 4a is arranged, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 18, the analysis unit 9 is provided on the diagnosis target side and wired to the storage unit 7. However, the configuration may be such that the diagnosis result and measurement data are transmitted to the overall unit 3.

また、図19に示すように、加振手段5、計測手段6、記憶手段7及び診断対象側伝送部4bをユニット化して、加振手段5にタイマー等の計時部30を備える加振制御部31を設けると共に、当該加振制御部31に診断開始時間を記憶させて、診断開始時間になると自動的に加振、計測を行い、その結果を統括手段3に送信する構成も可能である。   In addition, as shown in FIG. 19, the vibration control unit including the vibration unit 5, the measurement unit 6, the storage unit 7, and the diagnosis target side transmission unit 4 b as a unit, and the vibration unit 5 includes a timer unit 30 such as a timer. In addition, a configuration is also possible in which a diagnosis start time is stored in the vibration control unit 31, and vibration and measurement are automatically performed when the diagnosis start time is reached, and the result is transmitted to the overall unit 3.

このように、自動的に加振・診断を行うことにより、例えば原子力発電所等の大規模な施設において、いちいち診断開始命令する必要が無くなり、施設のいずれかの場所で変状が検出されると、警報を出す等のシステム監視が可能になる。   In this way, by automatically oscillating and diagnosing, for example, in a large-scale facility such as a nuclear power plant, there is no need to issue a diagnosis start command one by one, and an abnormality is detected at any place in the facility. System monitoring such as issuing an alarm becomes possible.

このようなシステム監視は、構成機器の動き(例えば冷却水の流量異常)を監視する目的で現在必須的に用いられているが、構造物の監視までは行われておらず、かつ、その手段が皆無である現状に鑑みれば安全性を確保する上で非常に有益となる。   Such system monitoring is currently indispensable for the purpose of monitoring the movement of components (for example, abnormal flow rate of cooling water), but has not yet been monitored for structures, and its means In view of the current situation where there is no such thing, it is very useful in ensuring safety.

本発明に係る無線遠隔診断装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the radio | wireless remote diagnosis apparatus concerning this invention. 診断対象を例示する図である。It is a figure which illustrates a diagnostic object. GAのアルゴリズムを説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the algorithm of GA. 診断解析手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a diagnostic analysis procedure. 診断対象に付与する振動波形としてスイープ振動を例示する図である。It is a figure which illustrates a sweep vibration as a vibration waveform provided to a diagnostic object. 計測データを例示する図である。It is a figure which illustrates measurement data. 計測データからパワースペクトルを求めた図である。It is the figure which calculated | required the power spectrum from measurement data. 図2に示す診断対象を有限要素法の適用のために要素分割した図である。It is the figure which divided | segmented the diagnostic object shown in FIG. 2 into elements for application of the finite element method. 図2に示す診断対象の変状状態を例示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a deformed state of the diagnosis target illustrated in FIG. 2. 図9における変状状態を個体とした際の遺伝子情報を例示する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating gene information when the deformed state in FIG. 9 is an individual. 理論解析部で算出した振動モードの波形である。It is the waveform of the vibration mode calculated in the theoretical analysis part. 伝送手段を有線とした場合と無線LANとした場合の計測データを示す図である。It is a figure which shows the measurement data at the time of using the case where a transmission means is wired, and setting it as wireless LAN. 変状の有無の違いによりパワースペクトルがどの様に変化するかを示した図である。It is the figure which showed how a power spectrum changes with the difference in the presence or absence of deformation. 図9に示す個体の実験固有振動数、その変動率を振動モードで示した図である。It is the figure which showed the experiment natural frequency of the individual | organism | solid shown in FIG. 9, and its fluctuation rate in the vibration mode. 図9の結果をグラフ化した図である。FIG. 10 is a graph showing the result of FIG. 9. 健全時(CASE1)における理論固有振動数と実験固有振動数とを各次数の振動モードで比較した図である。It is the figure which compared the theoretical natural frequency and experimental natural frequency in the time of healthy (CASE1) in the vibration mode of each order. 変状状態としてCASE3を想定したときの診断結果を示す図である。It is a figure which shows a diagnostic result when CASE3 is assumed as a deformed state. 他の実施の形態の説明に適用される図1に代わる無線遠隔診断装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the radio | wireless remote diagnosis apparatus instead of FIG. 1 applied to description of other embodiment. 他の実施の形態の説明に適用される図1に代わる無線遠隔診断装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the radio | wireless remote diagnosis apparatus instead of FIG. 1 applied to description of other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

2 無線遠隔診断装置
3 統括手段
4 伝送手段
4a 基地側伝送部
4b 診断対象側伝送部
5 加振手段
6 計測手段
7 記憶手段
9 解析手段
12 信号発生部
13 駆動部
14 加振部
17 反力板
21 計測部
22 増幅部
23 A/D変換部
24 計測データ記憶部
25 実験データ解析部
26 理論解析部
27 評価部
30 計時部
31 加振制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Wireless remote diagnosis apparatus 3 Supervision means 4 Transmission means 4a Base side transmission part 4b Diagnosis object side transmission part 5 Excitation means 6 Measurement means 7 Storage means 9 Analysis means 12 Signal generation part 13 Drive part 14 Excitation part 17 Reaction force plate 21 Measurement Unit 22 Amplification Unit 23 A / D Conversion Unit 24 Measurement Data Storage Unit 25 Experimental Data Analysis Unit 26 Theoretical Analysis Unit 27 Evaluation Unit 30 Timekeeping Unit 31 Excitation Control Unit

Claims (8)

健全度診断の対象となる診断対象から離れた診断基地に設置されて、少なくとも診断結果を表示する統括手段と、
前記診断対象の1次のモードにおける固有振動数より高周波の振動を、当該診断対象の局部位置に付与する複数の積層圧電アクチュエータを具備した加振手段と、
該加振手段により付与された振動の応答を計測する計測手段と、
該計測手段と有線接続されて、当該計測手段から出力される計測データを記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された計測データを受信して、当該計測データに基づき診断対象の健全度診断を行う解析手段と、
診断基地側に設けられた基地側伝送部及び診断対象側に設けられた前記診断対象側伝送部からなり、これらの間で前記計測データや診断結果の少なくとも1を無線により送受信する伝送手段とを備え、かつ、
前記計測手段が、応答振動を検出して電気信号に変換して出力する複数の計測部と、該複数の計測部に対応して設けられてアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換部と、当該計測された信号を増幅して前記A/D変換部に出力し、その際に該A/D変換部でオーバーフローが起きないように増幅度が個別に設定可能に設けられた複数の増幅器からなる増幅部とを備えると共に、
前記記憶手段が、前記計測手段から出力される計測データの周波数に対して前記伝送手段による伝送速度が遅いことによるデータ欠落を防止すべく、当該計測手段による計測データのサンプリング速度と前記統括手段への伝送速度との速度調整機能をなす書込み速度であることを特徴とする無線遠隔診断装置。
A centralized means for displaying at least the diagnostic result, installed at a diagnostic base that is distant from the diagnostic target that is the target of the health diagnosis ,
A vibration means comprising a plurality of laminated piezoelectric actuators for applying a vibration at a frequency higher than the natural frequency in the primary mode of the diagnosis object to a local position of the diagnosis object ;
Measuring means for measuring a response of vibration applied by the vibration means;
Storage means connected to the measurement means by wire and storing measurement data output from the measurement means;
Analysis means for receiving the measurement data stored in the storage means, and performing a diagnosis of the soundness of the diagnosis object based on the measurement data;
A base-side transmission unit provided on the diagnostic base side and a diagnostic-subject side transmission unit provided on the diagnostic target side, and transmission means for wirelessly transmitting and receiving at least one of the measurement data and the diagnostic result between them Prepared and
A plurality of measuring units that detect response vibrations and convert them into electrical signals and output; and an A / D conversion unit that is provided corresponding to the plurality of measuring units and converts analog signals into digital signals. And amplifying the measured signal and outputting the amplified signal to the A / D converter, and at this time, a plurality of amplification levels can be set individually so that overflow does not occur in the A / D converter And an amplifying unit comprising an amplifier,
In order to prevent data loss due to a slow transmission speed of the transmission means relative to the frequency of the measurement data output from the measurement means, the storage means sends the measurement data sampling speed by the measurement means to the overall means. A wireless remote diagnostic apparatus characterized in that the writing speed forms a function of adjusting the speed with the transmission speed .
前記解析手段が前記統括手段と有線接続されて、前記記憶手段が前記統括手段からのデータ要求指令に応じて記憶している計測データを前記伝送手段及び前記統括手段を介して前記解析手段に送信し、該解析手段が受信した計測データに基づき健全度診断を行うことを特徴とする請求項1記載の無線遠隔診断装置。   The analysis means is wired to the control means, and the storage means transmits measurement data stored in response to a data request command from the control means to the analysis means via the transmission means and the control means. The wireless remote diagnosis apparatus according to claim 1, wherein a soundness diagnosis is performed based on the measurement data received by the analyzing means. 前記解析手段が前記記憶手段と有線接続されて、当該解析手段が前記記憶手段に記憶されている計測データを受信して健全度診断を行い、前記統括手段からのデータ要求指令に応じて診断結果を前記伝送手段を介して診断結果を該統括手段に送ることを特徴とする請求項1記載の無線遠隔診断装置。   The analysis unit is wired to the storage unit, the analysis unit receives measurement data stored in the storage unit and performs a soundness diagnosis, and a diagnosis result according to a data request command from the control unit 2. The wireless remote diagnosis apparatus according to claim 1, wherein a diagnosis result is sent to the control unit via the transmission unit. 前記加振手段に、少なくとも診断開始時刻及び加振条件が予め記憶され、当該診断開始時刻になると診断対象を加振し、その応答を前記計測手段が計測して前記記憶手段に記憶して、前記診断対象側伝送部が前記統括手段からのデータ要求を受けると当該記憶手段に記憶されている計測データを当該統括手段に送信することを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の無線遠隔診断装置。   At least the diagnosis start time and the excitation condition are stored in advance in the vibration means, and when the diagnosis start time is reached, the diagnosis target is vibrated, the response is measured by the measurement means, and stored in the storage means. 4. The diagnostic data transmission unit according to any one of claims 1 to 3, wherein when the diagnosis target side transmission unit receives a data request from the integrated unit, the measurement data stored in the storage unit is transmitted to the integrated unit. Wireless remote diagnostic device. 前記基地側伝送部と診断対象側伝送部との間で行う無線通信の伝送媒体が、電波又は赤外線であることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載の無線遠隔診断装置。   The wireless remote diagnosis apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a transmission medium for wireless communication performed between the base side transmission unit and the diagnosis target side transmission unit is radio waves or infrared rays. 前記加振手段で診断対象に付与する振動が、一定振幅で周期が連続して変化することを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項記載の無線遠隔診断装置。   6. The wireless remote diagnosis device according to claim 1, wherein the vibration applied to the diagnosis target by the vibration means changes continuously with a constant amplitude. 前記加振手段で診断対象に付与する振動が、一定周期で振幅が連続して変化することを特徴とする請求項1乃至いずれか1項記載の無線遠隔診断装置。 The vibration to be applied to the diagnostic object by vibration means, wireless remote diagnostic apparatus according to claim 1 to 5 any one of claims, characterized in that changes in amplitude continuously at a constant period. 前記解析手段が、前記記憶手段からの計測データを解析して診断対象の固有振動数を実験固有振動数として求める実験データ解析部と、
診断対象の1の変状状態を規定すると共に、変状点の位置等の当該変状を特徴付ける情報を遺伝子情報としてなる個体を複数定義し、前記遺伝子情報に基づき各個体の固有振動数を演算して理論固有振動数とする理論解析部と、
前記実験固有振動数と所定の一致度で一致する前記理論固有振動数を持つ前記個体を探査して、最も一致度の高い個体を特定し、該個体の遺伝子情報から変状状態を推定する評価部と、
該評価部で探査した個体を保存して、次回の診断において当該保存された個体を用いて前記理論解析部が理論固有振動数を演算できるようにする解析データベースとを備えることを特徴とする請求項1乃至7いずれか1項記載の無線遠隔診断装置。
The analysis means analyzes the measurement data from the storage means and obtains the natural frequency of the diagnosis target as the experimental natural frequency;
Defines one abnormal state to be diagnosed, defines multiple individuals whose genetic information is information that characterizes the deformation, such as the position of the deformation point, and calculates the natural frequency of each individual based on the genetic information And the theoretical analysis part to make the theoretical natural frequency,
Evaluation of searching for the individual having the theoretical natural frequency that matches the experimental natural frequency with a predetermined degree of matching, identifying the individual having the highest degree of matching, and estimating the deformed state from the genetic information of the individual And
An analysis database is provided that stores an individual searched by the evaluation unit and enables the theoretical analysis unit to calculate a theoretical natural frequency using the stored individual in a next diagnosis. Item 8. The wireless remote diagnosis device according to any one of Items 1 to 7.
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