JP4039868B2 - 構造物外力検知装置、及び構造物の外力検知方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の外力が作用した場合に光を透過不能にさせることにより検知する構造物外力検知装置と、その装置を用いて構造物の外力を検知する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、構造物に外力が作用した場合に、損傷を生じたか否かを検知するための方法としては、破壊試験（破壊検査）と、非破壊試験（非破壊検査）とがある。破壊試験（破壊検査）は、実際の材料を用いて作製した供試体に荷重を加えて破壊し、供試体における損傷の箇所やその状況等を観察又は計測し、実際の構造物の場合に当てはめて判定する方法であり、直接的な方法ということができる。
【０００３】
一方、非破壊試験（非破壊検査）は、構造物や供試体等を破壊せず、何らかの物理量を利用して構造物等の内部の状況を推定しようとする方法であり、破壊試験に比べると間接的な方法といえる。非破壊試験において利用する物理量としては、超音波、放射線、磁気、材料破壊時に内部で発生する音（ＡＥ：Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の方法においては、以下に述べるような各種の問題点があった。
【０００５】
破壊試験（破壊検査）の場合は、構造物ごとに供試体作製とその破壊試験を行うとすると、そのための時間、供試体作製の手間、費用がかかり、効率的ではない、という問題がある。また、破壊は、作製された供試体の形状、あるいはその寸法の影響が大きく、供試体の形状等が異なると、破壊時の挙動も異なってくる。このため、実際の構造物の場合に当てはめる場合には、破壊試験結果に人間の判断や考察等を加えることになる。このことから、実際の構造物の損傷の状況等を精度よく判定することは困難で、かつ熟練を要する、という問題もあった。
【０００６】
また、非破壊試験（非破壊検査）の場合は、構造物の内部で何らかの破壊が発生した事実、あるいは構造物の内部に何らかの損傷が存在する事実までは、検出できること多いが、その損傷の具体的な箇所、損傷の形状や寸法の明確な把握は困難であることが多い、という問題があった。
【０００７】
また、場所打ちコンクリート杭のような地下構造物は、地中に構築されるため、地震等の外力により地下構造物の内部で何らかの破壊が発生、又は何らかの損傷が存在する事実は、人間の目視による直接的な確認が非常に困難である。このため、構造物の検査は容易ではない、という問題があった。このような地下構造物の検査については、行った例はあるが、この場合には、場所打ちコンクリート杭等の地下構造物の周囲の掘り返し作業等が伴うため、多大な費用等がかかる、という問題もあった。
【０００８】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、実施方法が容易で、かつ構造物の損傷の箇所等の検知が可能な構造物外力検知装置、及び構造物の外力検知方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る構造物外力検知装置は、
可撓性材料からなり光を透過可能な第１物質が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１物質に混入すると光を透過不能にさせる第２物質が封入され前記第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、
光を発生する発光手段と、
前記発光手段の発生した光を前記第１物質を介して検出する光検出手段を備え、
前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が付加された場合には、前記第２容器が破損して前記第２物質が前記第１物質内に漏出し、前記第２物質と前記第１物質が混合して光が透過不能となり、前記発光手段が発生した光が前記光検出手段により検出されなくなり、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知すること
を特徴とする。
【００１０】
上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、
前記発光手段は前記第１物質中に配置され、
前記光検出手段は前記第１物質中でかつ前記発光手段が発生した光の光路上に配置される。
【００１１】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、
前記発光手段は前記第１容器の外部に配置されるとともに、
前記光検出手段は前記第１容器の外部に配置され、
前記発光手段には、第１光ファイバーの一端が接続され、前記第１光ファイバーの他端である送光端は前記第１物質中に挿入され、
前記光検出手段には、第２光ファイバーの一端が接続され、前記第２光ファイバーの他端である受光端は、前記第１物質中に挿入されるとともに前記送光端からの光の光路上に配置される。
【００１２】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記可撓性材料は、合成樹脂材料を含む。
【００１３】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記脆性材料は、ガラス、又は陶磁器、若しくはセラミックス系材料を含む。
【００１４】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記第１物質は水であり、前記第２物質は、水溶性塗料を含む。
【００１５】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記発光手段は、レーザ光を発生する装置である。
【００１６】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記光検出手段は光センサである。
【００１７】
また、本発明に係る構造物の外力検知方法は、
可撓性材料からなり光を透過可能な第１物質が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１物質に混入すると光を透過不能にさせる第２物質が封入され前記第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、
光を発生する発光手段と、
前記発光手段の発生した光を前記第１物質を介して検出する光検出手段を用い、
前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が付加された場合には、前記第２容器が破損して前記第２物質が前記第１物質内に漏出し、前記第２物質と前記第１物質が混合して光が透過不能となり、前記発光手段が発生した光が前記光検出手段により検出されなくなり、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知すること
を特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。また、図２は、図１に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答体のさらに詳細な構成を示す図である。
【００２０】
図１（Ａ）に示すように、この構造物損傷検出システム１０１は、鉄道線路３００を支持する高架橋２００の基礎である場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部に設置されている外力応答体１と、接続部材２と、外力検出・送信部４と、通信ケーブル５と、構造物管理部６を備えて構成されている。
【００２１】
接続部材２は、その一部が場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部や、高架橋２００のフーチング２０２等の内部に設置され、その残部が高架橋２００の外部に配置されている。また、図２（Ｂ）に示すように、接続部材２は、その内部に第１リード線２２と第２リード線２３を有しており、これら第１リード線２２と第２リード線２３の外側が保護部材２１によって包囲された構造となっている。
【００２２】
また、第１リード線２２は、の電気の良導体である銅（Ｃｕ）等からなる導体部材２２ａと、導体部材２２ａの周囲を電気的に絶縁する電気の絶縁体であるプラスチックス系材料やゴム系材料等からなる絶縁部材２２ｂによって構成されている。また、第２リード線２３は、の電気の良導体である銅（Ｃｕ）等からなる導体部材２３ａと、導体部材２３ａの周囲を電気的に絶縁する電気の絶縁体であるプラスチックス系材料又はゴム系材料等からなる絶縁部材２３ｂによって構成されている。
【００２３】
図２（Ａ）に示すように、接続部材２の一端は、外力応答体１に接続し、接続部材２の他端は、外力検出・送信部４に接続している。また、外力検出・送信部４と構造物管理部６は、通信ケーブル５によって接続されている。なお、外力応答体１と、接続部材２の一部は、場所打ちコンクリート杭２０３やフーチング２０２のコンクリート打設前に所定箇所に配置され、コンクリート中に埋設されて設置される。
【００２４】
次に、上記した外力応答体１のさらに詳細な構成について、図２を参照しながら説明する。図２（Ａ）に示すように、外力応答体１は、第１容器１１と、第２容器１２と、第１液１３と、第２液１４を有して構成されている。また、外力応答体１の内部には、後述する外力検出・送信部４の一部である光路保持部材７１と、発光ダイオード４０と、光検出器４１が設置されている。
【００２５】
第１容器１１は、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する材料（以下、「可撓性材料」という。）からなり、内部が中空状となった円筒形状に形成されている。また、第１容器１１の下端と上端は、それぞれ円板状の部材により閉塞されている。第１容器１１の略円筒状の外側部には、外側部を環状に取り巻く溝状の凹部１１ｅが複数形成されている。これらの複数の環状凹部１１ｅにより、場所打ちコンクリート杭２０３の内部に埋設される外力応答体１の表面部に凹凸が形成され、コンクリートに対する外力応答体１の付着性を向上させ、杭内の応力が外力応答体１に伝達される性能を向上させる効果を有している。なお、第１容器１１の上端となる円板には、後述する第１リード線２２及び第２リード線２３を挿通するための挿通孔１１ａが開設されている。この第１容器１１の内部には、第１液１３が封入されるとともに、第２容器１２が収容されている。
【００２６】
また、第１容器１１の底部付近には、円板状の第２容器保持部１１ｂが設けられ、第２容器保持部１１ｂの外周部は、第１容器１１の内壁に接合されている。この第２容器保持部１１ｂは、複数の連通孔１１ｃが開設されている。この第２容器保持部１１ｂにより、第１容器１１は２つの室に区画されるが、連通孔１１ｃを通じて、第１液１３は両方の室内に充満するようになっている。また、第２容器１２は第２容器保持部１１ｂの上に載置されて支持されている。また、第２容器保持部１１ｂの下方の室には、光路保持部材７１と、発光ダイオード４０と、光検出器４１が設置されている。
【００２７】
第１容器１１を構成するプラスチックス系材料としては、いわゆる合成樹脂材料のほか、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：繊維強化プラスチックス）等のプラスチックを用いた複合材料を含む。また、ゴム系材料としては、天然ゴム、人造ゴムのほか、ゴムを用いた複合材料も含む。
【００２８】
また、第２容器１２は、ガラス系材料や陶磁材料やセラミックス系材料などの脆性を有する材料（以下、「脆性材料」という。）からなり、内部が中空状となった円筒形状に形成されている。また、第２容器１２の下端と上端は、それぞれ円板状の部材により閉塞されている。この第２容器１２の内部には、第２液１４が封入されている。
【００２９】
第２容器１２を構成する、ガラス系材料としては、いわゆるガラスのほか、ガラスを用いた複合材料を含む。また、陶磁材料としては、陶器、磁器のほか、これらを用いた複合材料を含む。また、セラミックス系材料としては、いわゆるセラミックスのほか、これらを用いた複合材料も含む。
【００３０】
また、第１容器１１の上端の円板に設けられた挿通孔１１ａには、環状の固定部材１５が嵌め込まれている。この固定部材１５は、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する材料から形成されており、中央部に円柱状の開口部を有し、この開口部に後述する第１リード線２２及び第２リード線２３が挿通されている。第１リード線２２と第２リード線２３を束ねたものの外径は、固定部材１５の開口部の内径よりもわずかに大きな値となっており、第１リード線２２と第２リード線２３を束ねて固定部材１５の開口部に押し込むことにより、固定部材１５の可撓性を利用して第１リード線２２と第２リード線２３が嵌め込まれ、第１リード線２２と第２リード線２３が第１容器１１内の第１液１３の中に差し込まれた状態となっている。
【００３１】
図２（Ａ）に示すように、第１リード線２２の導体部材２２ａの一端は、外力応答体１の内部に設けられた発光ダイオード４０に接続し、第１リード線２２の導体部材２２ａの他端は、外力検出・送信部４に接続している。また、第２リード線２３の導体部材２３ａの一端は、外力応答体１の内部に設けられた光検出器４１に接続し、第２リード線２３の導体部材２３ａの他端は、外力検出・送信部４に接続している。発光ダイオード４０と光検出器４１の間には、光路保持部材７１が配置されている。また、符号４０ａ及び４１ａは、それぞれガラス板を示している。
【００３２】
光路保持部材７１は、金属、プラスチックス系材料等からなる両端が開放した直線的な筒状の部材であり、複数の開口７１ａが形成されている。この光路保持部材７１の一端には、筒の内部へ向けて発光ダイオード４０が取り付けられ、また光路保持部材７１の他端には、筒の内部へ向けて光検出器４１が取り付けられている。このような構成により、発光ダイオード４０から光検出器４１に向けてレーザ光等の光Ｌが照射されるようになっている。
【００３３】
また、光路保持部材７１の筒の内部空間には、開口７１ａを通じて、第１液１３が充満するようになっている。したがって、第２容器１２が破断する前の状態では、光路保持部材７１の内部には、透明液体である第１液１３（水）が充満しており、発光ダイオード４０から発射された光Ｌは、光検出器４１によって常に検出される状態となっている。
【００３４】
また、上記した第１液１３としては、水（Ｈ2Ｏ）が用いられている。また、第２液１４としては、例えば墨汁が用いられている。墨汁は、煙煤（スス）とニカワを練り混ぜて作製される墨を磨って水の中に溶かし込んだ溶液である。煙煤は、例えば、木材（松等）の樹脂、植物油等を燃焼させたときに発生し、煙中に浮遊しているものを収集して得られるものであり、主体は黒鉛（炭素）の粒子である。
【００３５】
次に、上記した場所打ちコンクリート杭２０３に、大きな外力、例えば地震動による力が作用し、場所打ちコンクリート杭２０３の内部にき裂等の損傷が発生した場合を例にとって、この第１実施形態の構造物損傷検出システム１０１の詳細な構成とその作用を説明する。
【００３６】
上記のように、場所打ちコンクリート杭２０３の内部にき裂等の損傷が発生するような大きな外力が場所打ちコンクリート杭２０３に作用すると、そのコンクリートの内部のいずれかの箇所に埋設されている外力応答体１の第１容器１１は、可撓性材料により形成されているため、例えば、弓状に曲がるように変形する。一方、第１容器１１の内部に収容されている第２容器１２は、脆性材料で形成されているため、ある程度以上の変形には耐えられず、破断する。
【００３７】
この結果、第２容器１２の内部に収容されていた墨汁からなる第２液１４が、水である第１液１３の中に漏出し、第１液１３と第２液１４の両者が互いに混合し、黒色の不透明な溶液となる。この黒色の不透明な溶液中では、発光ダイオード４０と光検出器４１との間の距離がある値（例えば、数ミリメートル程度）以上となると透過することができないように、発光ダイオード４０の出力する光強度、又は水に墨汁が混合されたときの不透明度、若しくは光検出器４１の光検出感度が設定されている。
【００３８】
図３は、図１に示す構造物損傷検出システム１０１における外力検出・送信部４のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【００３９】
図３に示すように、外力検出・送信部４は、きょう体Ｃ１と、発光ダイオード４０と、光検出器４１と、増幅器４２と、Ａ／Ｄコンバータ４３と、入出力インタフェース４４ａ及び４４ｂと、ＣＰＵ４５と、ＲＯＭ４６と、ＲＡＭ４７と、電源４８と、送信機４９を有して構成されている。また、きょう体Ｃ１は、例えば、図１（Ａ）に示すように、高架橋２００の柱２０１に取り付けられている。
【００４０】
発光ダイオード４０は、ガリウム、ヒ素、リン等を適宜に含む半導体を有しており、電源４８から第１リード線２２を介して電気が供給されると光を発生する。また、光検出器４１は、ＰＮ接合を有する半導体（例えばシリコン）を有しており、光を受けると電気量、例えば電流に変換して出力する。光検出器４１としては、例えば、フォト・ダイオード、フォト・トランジスタ等の光センサが用いられる。フォト・ダイオードとしては、ＰＮフォト・ダイオード、又はＰＩＮフォト・ダイオード、あるいはアバランシェ・フォト・ダイオード等が含まれる。
【００４１】
なお、光検出器４１は、電源４８からの電力によって駆動されるが、電力供給用のリード線の図示は省略されている。なお、外力検出・送信部４の他の各構成要素も、電源４８からの電力によって駆動されるが、電力供給用のリード線の図示は、発光ダイオード４０への第１リード線２２を除き省略されている。
【００４２】
光検出器４１から出力された電流は、導体部材２３ａにより増幅器４２に送られ増幅器４２によって増幅される。増幅後の電流は、Ａ／Ｄコンバータ４３により、アナログ量からディジタル量に変換され、入出力インタフェース４４ａを経てＣＰＵ４５に送られる。
【００４３】
このような構成により、外力応答体１に外力が作用して第２容器１２が破断し、第１液１３（水）と第２液１４（墨汁）の両者が互いに混合して黒色不透明溶液となると、この黒色不透明溶液は、第１容器１１内の第２容器保持部１１ｂの連通孔１１ｃを通って下部の室に入り込み、さらに光路保持部材７１の開口７１ａを通して内部に入り込む。これにより、発光ダイオード４０が射出した光Ｌは、光検出器４１によって検出されなくなる。したがって、光検出器４１は、光Ｌを検出していたときには電流を出力するが、光Ｌを検出しなくなると電流を出力しなくなる。
【００４４】
光検出器４１からの出力電流（光検出電流）は、増幅器４２により増幅される。増幅後の電流は、Ａ／Ｄコンバータ４３により、アナログ量からディジタル量に変換され、入出力インタフェース４４ａを経てＣＰＵ４５に送られる。
【００４５】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）４５は、図示はしていないが、ＣＰＵ４５の内部での電流（信号）の授受を行うための信号線である内部バスを有しており、この内部バスに、演算部と、レジスタと、クロック生成部と、命令処理部等を有している。ＣＰＵ４５内の演算部は、一般に、レジスタに記憶されている各種データに対して、四則演算（加算、減算、乗算、及び除算）を行い、又は論理演算（論理積、論理和、否定、排他的論理和など）を行い、又はデータ比較、若しくはデータシフトなどの処理を実行する部分である。処理の結果は、レジスタに格納されるのが一般的である。
【００４６】
レジスタは、一般に、１語のデータを記憶する部分である。通常、ＣＰＵ４５内には、複数のレジスタが設けられている。クロック生成部は、ＣＰＵ４５の各部分の時間の同期をとるための刻時信号（クロック信号）を生成する部分である。ＣＰＵ４５は、このクロック信号に基づいて動作する。命令処理部は、演算部等が実行すべき命令の取り出し、その解読、及びその実行などを制御し処理する部分である。
【００４７】
ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出し専用メモリ）４６は、ＣＰＵを制御するための制御プログラムや、ＣＰＵが用いる各種データ等を格納している部分である。ＲＯＭとしては、半導体チップにより構成されるものと、ハードディスク装置等が用いられる。ハードディスク装置は、図示はしていないが、その内部に、円盤状の磁気ディスクを有しており、この磁気ディスクをディスク駆動機構により回転駆動し、磁気ヘッドをヘッド駆動機構によって磁気ディスクの任意位置に移動させ、磁気ディスク表面の磁性膜を磁気ヘッドからの書込電流によって磁化することによりデータを記録し、磁化された磁性膜の上を磁気ヘッドが移動する際に磁気ヘッドのコイル等に流れる電流を検出することにより記録データを読み出す装置である。
【００４８】
上記した制御プログラムは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等のＣＰＵ４５の基本ソフトウェアのほか、各種の処理や分析演算等をＣＰＵ４５に実行させるための命令等の処理手順が、所定のプログラム用言語で記述された文字や記号の集合である。
【００４９】
また、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：随時書込み読出しメモリ）４７は、ＣＰＵ４５により演算された途中のデータ等を一時記憶する部分である。ＲＡＭは、半導体チップにより構成されるものが主である。
【００５０】
上記のような構成により、ＣＰＵ４５は、光検出器４１からの光検出電流を検出しなくなると、「光検出電流が送られなくなった外力応答体１の箇所の杭コンクリートに損傷が発生した」と判断し、「杭に損傷発生」を表現するフラグ等のデータに、杭の位置等を特定するための情報（例えば、杭の位置の位置座標等のデータ）を付加してディジタル出力信号を生成する。
【００５１】
ＣＰＵ４５によって生成されたディジタル電気信号は、入出力インタフェース４４ｂを経て送信機４９に送られる。送信機４９は、ディジタル電気信号をそのまま、または他の信号形態（例えば光信号）に変換し、通信ケーブル５によって構造物管理部６へ送信する。通信ケーブル５としては、電流を導通させる導線、光ファイバー等が用いられる。
【００５２】
構造物管理部６は、図１（Ａ）に示すような構成を有している。すなわち、構造物管理部６は、ある鉄道線区（例えば、「山手線」や「埼京線」等。）の鉄道線路に関連する構造物を統括して管理する施設であり、中央コンピュータ６１と、構造物状態表示盤６２と、記憶・出力装置６３を有して構成されている。
【００５３】
中央コンピュータ６１には、この線区の各構造物、例えば高架橋の各杭の外力検出・送信部からの通信ケーブル５ａ〜５ｄなどが接続しており、その構造物からのデータが集中するようになっている。構造物状態表示盤６２は、図１（Ｂ）に示すように、表示パネル部６２ａと、操作卓６２ｂを有している。表示パネル部６２ａには、この線区全体が表示され、杭等の構造物がランプ等によって表現されている。このような構成により、損傷が発生した箇所は、図１（Ｂ）において６２ｃで図示されるように、操作者（構造物管理者）が視認できる状態、例えばランプの点灯や点滅の状態となる。記憶・出力装置６３は、損傷の履歴等を記録媒体に記憶させたり、印字等を行う装置である。
【００５４】
上記した第１実施形態の構造物損傷検出システム１０１によれば、以下のような利点がある。
【００５５】
ａ）鉄道の構造物等に大きな外力（例えば地震動等）が付加されて損傷が発生した場合に、損傷した部分の位置等を、容易に、かつリアルタイムで検出することができる。
【００５６】
ｂ）杭等の地下構造物のように、地盤Ｇの内部に構築されているため、そのままでは目視が不可能な箇所の損傷についても、支障なく検出することができる。
【００５７】
ｃ）鉄道や道路のように、線状に長い範囲にわたる施設において、各構造物の損傷の有無を集中的に監視することができる。
【００５８】
上記した第１実施形態において、構造物外力検知システム１０１は、特許請求の範囲における構造物外力検知装置に相当している。また、外力応答体１は、特許請求の範囲における外力応答手段に相当している。また、第１液１３は、特許請求の範囲における第１物質に相当し、第２液１４は、特許請求の範囲における第２物質に相当している。また、外力検出・送信部４の発光ダイオード４０は、特許請求の範囲における発光手段に相当している。また、外力検出・送信部４の光検出器４１とＣＰＵ４５は、特許請求の範囲における光検出手段に相当している。
【００５９】
なお、上記した第２容器１２の破断強度を調整して所定強度値に設定することにより、外力応答体１の光検出器４１からの電流が停止した場合には、ＣＰＵ４５が、「場所打ちコンクリート杭２０３の当該外力応答体設置箇所に所定外力値が付加された」と定量的に算定し、その旨を構造物管理部６に送信するように構成することもできる。
【００６０】
また、外力応答体１の配置状態を適宜に工夫することにより、例えば、杭２０３における鉛直方向の高さ位置が異なる複数の位置に外力応答体１を配置したり、杭の中心付近とその周囲の異なる位置に外力応答体１を配置することにより、杭２０３の内部の損傷状態から逆算することにより、ＣＰＵ４５が、杭２０３に作用した所定外力値を定量的に算定することも可能である。
【００６１】
（２）第２実施形態
本発明は、上記した第１実施形態以外の構成によっても実現可能である。図４は、本発明の第２実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。また、図５は、図４に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答体のさらに詳細な構成を示す図である。また、図６は、図４に示す構造物損傷検出システムにおける外力検出・送信部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【００６２】
図４（Ａ）に示すように、第２実施形態の構造物損傷検出システム１０２は、鉄道線路３００を支持する高架橋２００の基礎である場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部に設置された構造物内挿入部材３と、この構造物内挿入部材３の内部に設置されている外力応答体１と、接続部材２と、外力検出・送信部４Ａと、通信ケーブル５と、構造物管理部６を備えて構成されている。
【００６３】
この第２実施形態の構造物損傷検出システム１０２が、第１実施形態の構造物損傷検出システム１０１と異なる点は、異なる構成の外力応答体１と、異なる構成の接続部材２Ａと、異なる構成の外力検出・送信部４Ａを備えている点である。なお、通信ケーブル５と、構造物管理部６の構成と作用については、第１実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略する。
【００６４】
次に、第２実施形態の場合の、外力応答体１、接続部材２Ａ、外力検出・送信部４Ａの構成と作用について、図４ないし図６を参照しつつ詳細に説明する。
【００６５】
図５（Ａ）に示すように、第２実施形態における外力応答体１は、第１容器１１と、第２容器１２と、第１液１３と、第２液１４を有して構成されている。また、外力応答体１の内部には、後述する外力検出・送信部４Ａの一部である光路保持部材７２と、第１光ファイバー２４と、第２光ファイバー２５が設置されている。
【００６６】
接続部材２Ａは、その一部が場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部や、高架橋２００のフーチング２０２等の内部に設置され、その残部が高架橋２００の外部に配置されている。また、図５（Ｂ）に示すように、接続部材２Ａは、その内部に第１光ファイバー２４と第２光ファイバー２５を有しており、これら第１光ファイバー２４と第２光ファイバー２５の外側が保護部材２１によって包囲された構造となっている。
【００６７】
上記した第１容器１１の構成と作用は、第１実施形態の場合とまったく同様である。また、第２容器１２構成と作用は、第１実施形態の場合とまったく同様である。また、第１液１３の構成と作用は、第１実施形態の場合とまったく同様である。また、第２液１４の構成と作用についても、第１実施形態の場合とまったく同様である。
【００６８】
また、第１容器１１の上端の円板に設けられた挿通孔１１ａには、環状の固定部材１５が嵌め込まれている。この固定部材１５は、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する材料から形成されており、中央部に円柱状の開口部を有し、この開口部に後述する第１光ファイバー２４及び第２光ファイバー２５が挿通されている。第１光ファイバー２４と第２光ファイバー２５を束ねたものの外径は、固定部材１５の開口部の内径よりもわずかに大きな値となっており、第１光ファイバー２４及び第２光ファイバー２５を固定部材１５の開口部に押し込むことにより、固定部材１５の可撓性を利用して第１光ファイバー２４及び第２光ファイバー２５が嵌め込まれ、第１光ファイバー２４及び第２光ファイバー２５が第１容器１１内の第１液１３の中に差し込まれた状態となっている。
【００６９】
図５（Ａ）に示すように、第１光ファイバー２４の一端は、外力応答体１の内部に設けられた光路保持部材７２に取り付けられており、第１光ファイバー２４の他端は、外力検出・送信部４の発光ダイオード４０に接続している。また、第２光ファイバー２５の一端は、外力応答体１の内部に設けられた光路保持部材７２に取り付けられており、第２光ファイバー２５の他端は、外力検出・送信部４Ａの光検出器４１に接続している。
【００７０】
光路保持部材７２は、金属、プラスチックス系材料等からなる両端が開放した直線的な筒状の部材であり、複数の開口７２ａが形成されている。この光路保持部材７２の一端には、筒の内部へ向けて第１光ファイバー２４の一端（以下、「送光端」という。）２４ｃが取り付けられ、また光路保持部材７２の他端には、筒の内部へ向けて筒の内部へ向けて第２光ファイバー２５の一端（以下、「受光端」という。）２５ｃが取り付けられている。また、受光端２５ｃは、送光端２４ｃからの光Ｌの光路上に位置するように配置されている。
【００７１】
第１光ファイバー２４及び第２光ファイバー２５は、図５に示すように、例えば、鉛筆に類似した構成を有しており、鉛筆の中心部の黒鉛芯に相当する部分２４ａ、２５ａは、「コア」と呼ばれる。また、鉛筆の黒鉛芯の周囲を取り巻いている木材の部分に相当する部分２４ｂ、２５ｂは、「クラッド」と呼ばれる。
【００７２】
コア２４ａ及び２５ａとクラッド２４ｂ及び２５ｂは、それぞれ、ガラス系材料や透明プラスチックス材料等の透明材料により形成されている。この場合、コア２４ａ及び２５ａを形成する材料中には、微量な物質が添加され、コア２４ａ及び２５ａの屈折率がクラッド２４ｂ及び２５ｂの屈折率よりも０．１〜３％程度だけ高くなるように設定されている。
【００７３】
このような構成により、発光ダイオード４０から第１光ファイバー２４のコア２４ａに入射した光Ｌは、コア２４ａとクラッド２４ｂとの境界面２４ｄで全反射しながら、コア２４ａの中を伝搬し、第１光ファイバー２４の送光端２４ｃへ到達し、第１液１３中へ射出される。
【００７４】
また、光路保持部材７２の筒の内部空間には、開口７２ａを通じて、第１液１３が充満するようになっている。したがって、第２容器１２が破断する前の状態では、光路保持部材７２の内部には、透明液体である第１液１３（水）が充満している。このため、第２光ファイバー２５の受光端２５ｃは、光Ｌの光路上に配置されているから、光Ｌは、光路保持部材７２内の第１液１３内を通り、受光端２５ｃから第２光ファイバー２５のコア２５ａ内に入射し、コア２５ａとクラッド２５ｂとの境界面２５ｄで全反射しながら、コア２５ａの中を伝搬し、第２光ファイバー２５の他端へ到達し、光検出器４１の内部に入り、光検出器４１によって常に検出される状態となっている。
【００７５】
上記のような構成により、場所打ちコンクリート杭２０３の内部にき裂等の損傷が発生するような大きな外力が場所打ちコンクリート杭２０３に作用すると、そのコンクリートの内部のいずれかの箇所に埋設されている外力応答体１の第１容器１１は、可撓性材料により形成されているため、例えば、弓状に曲がるように変形する。一方、第１容器１１の内部に収容されている第２容器１２は、脆性材料で形成されているため、ある程度以上の変形には耐えられず、破断する。
【００７６】
この結果、第２容器１２の内部に収容されていた墨汁からなる第２液１４が、水である第１液１３の中に漏出し、第１液１３と第２液１４の両者が互いに混合し、黒色の不透明な溶液となる。この黒色の不透明な溶液中では、送光端２４ｃと受光端２５ｃとの間の距離がある値（例えば、数ミリメートル程度）以上となると透過することができないように、発光ダイオード４０の出力する光強度、又は水に墨汁が混合されたときの不透明度、若しくは光検出器４１の光検出感度が設定されている。
【００７７】
図６は、図４に示す構造物損傷検出システム１０２における外力検出・送信部４Ａのさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【００７８】
図３に示すように、外力検出・送信部４Ａは、きょう体Ｃ２と、発光ダイオード４０と、光検出器４１と、増幅器４２と、Ａ／Ｄコンバータ４３と、入出力インタフェース４４ａ及び４４ｂと、ＣＰＵ４５と、ＲＯＭ４６と、ＲＡＭ４７と、電源４８と、送信機４９を有して構成されている。また、きょう体Ｃ２は、例えば、図４に示すように、高架橋２００の柱２０１に取り付けられている。
【００７９】
この外力検出・送信部４Ａが第１実施形態の外力検出・送信部４と異なる点は、光検出器４１が、第２光ファイバー２５を介して光Ｌを検出するように構成された点であり、他の構成要素の構成と作用は、第１実施形態の場合と同様である。
【００８０】
このような構成により、外力応答体１に外力が作用して第２容器１２が破断し、第１液１３（水）と第２液１４（墨汁）の両者が互いに混合して黒色不透明溶液となると、この黒色不透明溶液は、第１容器１１内の第２容器保持部１１ｂの連通孔１１ｃを通って下部の室に入り込み、さらに光路保持部材７２の開口７２ａを通して内部に入り込む。これにより、発光ダイオード４０から射出され第１光ファイバー２４の送光端２４ｃから発射された光Ｌは、第２光ファイバー２５の受光端２５ｃに到達せず、あるいは到達しても光強度が非常に弱いため、光検出器４１によって検出されなくなる。したがって、光検出器４１は、光Ｌを検出していたときには電流を出力するが、光Ｌを検出しなくなると電流を出力しなくなる。
【００８１】
光検出器４１からの出力電流（光検出電流）は、増幅器４２により増幅される。増幅後の電流は、Ａ／Ｄコンバータ４３により、アナログ量からディジタル量に変換され、入出力インタフェース４４ａを経てＣＰＵ４５に送られる。
【００８２】
ＣＰＵ４５は、光検出器４１からの光検出電流を検出しなくなると、「光検出電流が送られなくなった外力応答体１の箇所の杭コンクリートに損傷が発生した」と判断し、「杭に損傷発生」を表現するフラグ等のデータに、杭の位置等を特定するための情報（例えば、杭の位置の位置座標等のデータ）を付加してディジタル出力信号を生成する。
【００８３】
ＣＰＵ４５によって生成されたディジタル電気信号は、第１実施形態の場合とまったく同様にして、送信機４９から通信ケーブル５を経て構造物管理部６へ送信される。損傷が発生した箇所の表示や、損傷の履歴等の記録媒体への記憶、印字等が行われる。
【００８４】
上記した第２実施形態の構造物損傷検出システム１０２によれば、第１実施形態の場合の利点に加え、以下のような利点がある。
【００８５】
ｄ）接続部材２Ａは、光ファイバーで構成されているため、外部の電気的な環境（例えば、落雷等）によって破損や故障を生じたり、信号電流に不要なノイズ（雑音）が重畳されることがなく、正確な値を得ることができる。
【００８６】
上記した第２実施形態において、構造物外力検知システム１０２は、特許請求の範囲における構造物外力検知装置に相当している。また、外力応答体１は、特許請求の範囲における外力応答手段に相当している。また、外力検出・送信部４Ａの発光ダイオード４０は、特許請求の範囲における発光手段に相当している。また、外力検出・送信部４Ａの光検出器４１とＣＰＵ４５は、特許請求の範囲における光検出手段に相当している。
【００８７】
（３）第３実施形態
本発明は、上記した第１、第２実施形態以外の構成によっても実現可能である。図７は、本発明の第３実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。また、図８は、図７に示す構造物損傷検出システムにおける構造物内挿入部材のさらに詳細な構成を示す断面図である。
【００８８】
図７に示すように、第３実施形態の構造物損傷検出システム１０３は、鉄道線路３００を支持する高架橋２００の基礎である場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部に設置された構造物内挿入部材３と、この構造物内挿入部材３の内部に設置されている外力応答体１Ａと、接続部材２と、外力検出・送信部４と、通信ケーブル５と、構造物管理部６を備えて構成されている。
【００８９】
この第３実施形態の構造物損傷検出システム１０３が、第１実施形態の構造物損傷検出システム１０１と異なる点は、場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部に外部から構造物内挿入部材３が挿入され、この構造物内挿入部材３の内部に外力応答体１Ａが配置されている点である。したがって、第３実施形態の構造物損傷検出システム１０３は、すでに構築されている場所打ちコンクリート杭２０３の内部に、後から外力応答体１Ａを設置する場合に好適である。なお、接続部材２と、外力検出・送信部４と、通信ケーブル５と、構造物管理部６の構成と作用については、第１実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略する。
【００９０】
次に、第３実施形態の場合の、構造物内挿入部材３と、外力応答体１Ａ設置方法について、図７及び図８を参照しつつ詳細に説明する。
【００９１】
まず、削孔機等（図示せず）により、地上から場所打ちコンクリート杭２０３に向けて、削孔を行い、円柱状の挿入孔２０４を形成する。次に、挿入孔２０４の中に挿入管３１を挿入する。挿入管３１は、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する可撓性材料からなり、内部が中空状となった円筒形状に形成されている。これは、場所打ちコンクリート杭２０３に大きな外力が付加されても、挿入管３１を形成する材料の強度や剛性が大きいと、挿入管３１の内部の外力応答体１Ａに作用する力が減殺され、外力応答体１Ａ内部の第２容器１２が破断せず、第２液１４が第１液１３中へ漏出しない場合があるからである。
【００９２】
また、挿入管３１の外径は挿入孔２０４の内径よりもわずかに小さい値に設定されている。この場合、挿入孔２０４と挿入管３１とを接着剤等により接着すれば、挿入孔２０４と挿入管３１との間で「滑り」が生じることが防止され、場所打ちコンクリート杭２０３に加わった外力に応じた変形が支障なく挿入管３１に作用する。
【００９３】
次に、挿入管３１の内部における外力応答体１Ａの位置を所定箇所に設定するため、挿入管３１の内部の空洞部に、位置決め部材３２ａを挿入し、先端までの長さがあらかじめ計測された所定長さの棒状の定規部材等（図示せず）によって背後から押し込む等の方法で所定箇所まで挿入し、その後、接着剤等により挿入管３１の内部に固定する。位置決め部材３２ａは、挿入管３１の強度や剛性をあまり増加させない材料、例えば、発泡性合成樹脂材料（例えば発砲スチロール）などが用いられる。
【００９４】
次に、外力応答体１Ａを地上の外部から挿入管３１内に挿入し、棒状部材等（図示せず）により背後から押し込むことにより、あらかじめ位置決め部材３２ａが設置された箇所まで移動させる。その後、接着剤等により、外力応答体１Ａを挿入管３１の内部に固定する。次に、挿入管３１内の外力応答体１Ａの背後に、上記と同様にして、他の位置決め部材３２ｂを挿入する。この場合、外力応答体１Ａの外表面には、外力応答体１に設けられていたような環状凹部（１１ｅ）は設けられていない。これは、第３実施形態においては、外力応答体１Ａの外表面には、杭のコンクリートとの付着性は必要ないからである。なお、外力応答体１Ａの背後（地上に近い方）の位置決め部材３２ｂについては、後述するように、現存の外力応答体を引き抜いて新たな外力応答体と交換し、再度挿入する作業が予想されるため、接着剤等による挿入管３１への固定は行わない。これにより、外力応答体１Ａが挿入管３１の内部の所定箇所に位置決めされて設置される。
【００９５】
第３実施形態の構造物損傷検出システム１０３によれば、上記した第１実施形態の場合と同様の利点に加え、以下のような利点がある。
【００９６】
ｅ）すでに構築された構造物の内部に、外部（例えば地上）から外力応答体１Ａを設置し、その後に構造物に大きな外力（例えば地震動等）が付加されて損傷が発生した場合に、損傷した部分の位置等を、容易に、かつリアルタイムで検出することができる。
【００９７】
ｆ）外力応答体１Ａが使用されて第１液と第２液の混合が済んでしまった場合や、外力応答体１Ａの設置後に外力が作用せずに長期間が経過し外力応答体１Ａ内の物質の性能劣化が予想される場合などに、外力応答体１Ａの新品との交換を容易に行うことが可能である。
【００９８】
なお、挿入管３１内の既存の外力応答体１Ａを新品と交換する時には、既存の外力応答体１Ａに取り付けられている接続部材２を引っ張って地上まで引き上げることになる。このため、接続部材２のうち、リード線２２の外側に配置される保護部材２１としては、アラミド樹脂（例えばケブラー繊維）等の引張り強度の高い材料を用いることが望ましい。また、図２（Ｃ）に示すように、接続部材２の保護部材２１の端部は、接着剤等の接合部材１６によって、外力応答体１Ａの固定部材１５と接合している。このため、この接合部材１６も、引張り強度の高い材料を用いることが望ましい。
【００９９】
また、挿入管３１の内部の空洞は、外力、変形、挿入管自体の経年変化等により、当初の大きさよりも縮小する可能性がある。このように、挿入管３１の内部の空洞が縮小すると、接続部材２の保護部材２１を引っ張っても、外力応答体１Ａを外部に引き出すことができなくなるおそれがある。このため、図８に示すように、挿入管３１の内部空洞に、内部空洞保持部材３３を挿入し、内部空洞のつぶれを防止する。
【０１００】
内部空洞保持部材３３の材料としては、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する可撓性材料が望ましい。また、挿入管３１内の既存の外力応答体１Ａを新品と交換する時には、まず内部空洞保持部材３３を引き出す必要があるから、内部空洞保持部材３３と挿入管３１との間の摩擦は小さいことが望ましい。このため、挿入管３１と内部空洞保持部材３３との間には、油脂やグリース等の潤滑材を配置するとよい。
【０１０１】
上記した第３実施形態において、構造物外力検知システム１０３は、特許請求の範囲における構造物外力検知装置に相当している。
【０１０２】
なお、本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１０３】
例えば、上記各実施形態においては、第１物質として水を用い、第２物質として墨汁を用いる例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成であってもよい。
【０１０４】
すなわち、第１物質と第２物質の組み合わせは、他の物質の組み合わせによっても可能である。要は、第１物質は光を透過可能であり、第２容器が破断して第２物質が第１物質内に漏出し両者が混合すると光が透過不能となればよいのである。したがって、例えば、第１物質が透明液体の場合は、第２物質は第１物質を濁らせて光が透過不能にする物質であればよく、液体状、あるいは固体粒子状の塗料、顔料、着色材等であって、第１物質に溶解する物質であればよい。例えば、第１物質が水、又は透明な水溶液で、第２物質が墨汁以外の水溶性不透明塗料（例えば不透明水彩絵の具の水溶液など）という組み合わせが挙げられる。また、第１物質が水、又は透明な水溶液で、第２物質が固体粒子状の水溶性不透明着色材（例えば墨の粉末、不透明水彩絵の具の粉末など）という組み合わせが挙げられる。あるいは、第１物質がアルコールやエーテル等の透明な有機溶剤で、第２物質が有機溶剤に溶ける液体状不透明塗料（例えば油性ペイントなど）という組み合わせが挙げられる。あるいは、第１物質がアルコールやエーテル等の透明な有機溶剤で、第２物質が有機溶剤に溶ける固体粒子状の不透明塗料という組み合わせが挙げられる。
【０１０５】
あるいは、第１物質が透明気体（例えば空気）であり、第２物質が不透明塗料（墨汁、水溶性不透明絵の具、油性ペイント等）という組み合わせでもよい。これは、第１容器の下方に光検出手段を設置しておけば、第２容器が破断して漏出した不透明塗料は、第１容器の内部の底部付近にたまり、光検出手段は不透明塗料の中に浸漬されるからである。
【０１０６】
また、第１物質として、第１容器の第２容器保持部の上方の室内に固体粒子状の着色材を封入しておき、第２物質として、第２容器内に着色材を溶解する液体状物質を封入しておいてもよい。この場合、第２物質としては、水、エーテル等の透明有機溶剤等が利用可能である。
【０１０７】
また、第１容器、第２容器の形状は、上記した円筒形状には限定されず、他の形状、例えば、楕円断面の筒状、多角形断面の筒状などであってもよい。また、第１容器の外表面に形成される凹凸の形状は、環状凹部以外に、環状凸部、螺旋状の凸部又は凹部、多数のイボ状の凸部、多数の穴状の凹部等であってもよい。
【０１０８】
また、第１容器の可撓性の程度、第２容器の脆性の程度は、適宜に設定可能である。これらの値をどのように設定するかにより、検出しようとする構造物の外力、損傷の程度を調整することができる。また、第２容器の外径を第１容器の内径よりもわずかに小さく設定しておけば、小さい外力でも容易に第２容器を破断させることができる。
【０１０９】
また、外力を検出する対象である構造物は、杭に限定されず、他の基礎構造物であってもよい。あるいは基礎構造物以外の構造物であってもよい。
【０１１０】
また、外力応答手段である外力応答体の配置位置、配置状態は、上記した第１実施形態の例、すなわち外力応答体の長手方向が鉛直上下方向に平行となる状態、あるいは、第３実施形態の例、すなわち外力応答体の長手方向が鉛直上下方向に対して傾斜した状態には限定されない。その他の状態、例えば、外力応答体の長手方向が水平方向に平行となる状態、あるいは外力応答体の長手方向が杭の断面における円の接線の方向となる状態などであってもよい。
【０１１１】
また、光センサは、上記したものほかに、光電管、光電子増倍管等も含む。
【０１１２】
また、発光手段は、発光ダイオードのほか、他のレーザ光発生装置等も含む。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可撓性材料からなり光を透過可能な第１物質が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１物質に混入すると光を透過不能にさせる第２物質が封入され第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、光を発生する発光手段と、発光手段の発生した光を第１物質を介して検出する光検出手段を備えるようにしたので、構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が付加された場合には、第２容器が破損して第２物質が第１物質内に漏出し、第２物質と第１物質が混合して光が透過不能となり、発光手段が発生した光が光検出手段により検出されなくなり、構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知することができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答体のさらに詳細な構成を示す図である。
【図３】図１に示す構造物損傷検出システムにおける外力検出・送信部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。
【図５】図４に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答体のさらに詳細な構成を示す図である。
【図６】図４に示す構造物損傷検出システムにおける外力検出・送信部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。
【図８】図７に示す構造物損傷検出システムにおける構造物内挿入部材のさらに詳細な構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ 外力応答体
２、２Ａ 接続部材
３ 構造物内挿入部材
４、４Ａ 外力検出・送信部
５〜５ｄ 通信ケーブル
６ 構造物管理部
１１ 第１容器
１１ａ 挿通孔
１１ｂ 第２容器保持部
１１ｃ 連通孔
１１ｅ 環状凹部
１２ 第２容器
１３ 第１液
１４ 第２液
１５ 固定部材
１６ 接合部材
２１ 保護部材
２２ 第１リード線
２２ａ 導体部材
２２ｂ 絶縁部材
２３ 第２リード線
２３ａ 導体部材
２３ｂ 絶縁部材
２４ 第１光ファイバー
２４ａ コア
２４ｂ クラッド
２４ｃ 送光端
２４ｄ 境界面
２５ 第２光ファイバー
２５ａ コア
２５ｂ クラッド
２５ｃ 受光端
２５ｄ 境界面
３１ 挿入管
３２ａ、３２ｂ 位置決め部材
３３ 内部空洞保持部材
４０ 発光ダイオード
４０ａ ガラス板
４１ 光検出器
４１ａ ガラス板
４２ 増幅器
４３ Ａ／Ｄコンバータ
４４ａ、４４ｂ 入出力インタフェース
４５ ＣＰＵ
４６ ＲＯＭ
４７ ＲＡＭ
４８ 電源
４９ 送信機
６１ 中央コンピュータ
６２ 構造物状態表示盤
６２ａ 表示パネル部
６２ｂ 操作卓
６２ｃ 損傷発生箇所
６３ 記憶・出力装置
７１ 光路保持部材
７１ａ 開口
７２ 光路保持部材
７２ａ 開口
１０１〜１０３ 構造物損傷検出システム
２００ 高架橋
２０１ 柱
２０２ フーチング
２０３ 場所打ちコンクリート杭
２０４ 挿入孔
３００ 鉄道線路
Ｂ 着色材
Ｃ１、Ｃ２ きょう体
Ｇ 地盤
Ｌ 光
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の外力が作用した場合に光を透過不能にさせることにより検知する構造物外力検知装置と、その装置を用いて構造物の外力を検知する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、構造物に外力が作用した場合に、損傷を生じたか否かを検知するための方法としては、破壊試験（破壊検査）と、非破壊試験（非破壊検査）とがある。破壊試験（破壊検査）は、実際の材料を用いて作製した供試体に荷重を加えて破壊し、供試体における損傷の箇所やその状況等を観察又は計測し、実際の構造物の場合に当てはめて判定する方法であり、直接的な方法ということができる。
【０００３】
一方、非破壊試験（非破壊検査）は、構造物や供試体等を破壊せず、何らかの物理量を利用して構造物等の内部の状況を推定しようとする方法であり、破壊試験に比べると間接的な方法といえる。非破壊試験において利用する物理量としては、超音波、放射線、磁気、材料破壊時に内部で発生する音（ＡＥ：Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の方法においては、以下に述べるような各種の問題点があった。
【０００５】
破壊試験（破壊検査）の場合は、構造物ごとに供試体作製とその破壊試験を行うとすると、そのための時間、供試体作製の手間、費用がかかり、効率的ではない、という問題がある。また、破壊は、作製された供試体の形状、あるいはその寸法の影響が大きく、供試体の形状等が異なると、破壊時の挙動も異なってくる。このため、実際の構造物の場合に当てはめる場合には、破壊試験結果に人間の判断や考察等を加えることになる。このことから、実際の構造物の損傷の状況等を精度よく判定することは困難で、かつ熟練を要する、という問題もあった。
【０００６】
また、非破壊試験（非破壊検査）の場合は、構造物の内部で何らかの破壊が発生した事実、あるいは構造物の内部に何らかの損傷が存在する事実までは、検出できること多いが、その損傷の具体的な箇所、損傷の形状や寸法の明確な把握は困難であることが多い、という問題があった。
【０００７】
また、場所打ちコンクリート杭のような地下構造物は、地中に構築されるため、地震等の外力により地下構造物の内部で何らかの破壊が発生、又は何らかの損傷が存在する事実は、人間の目視による直接的な確認が非常に困難である。このため、構造物の検査は容易ではない、という問題があった。このような地下構造物の検査については、行った例はあるが、この場合には、場所打ちコンクリート杭等の地下構造物の周囲の掘り返し作業等が伴うため、多大な費用等がかかる、という問題もあった。
【０００８】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、実施方法が容易で、かつ構造物の損傷の箇所等の検知が可能な構造物外力検知装置、及び構造物の外力検知方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る構造物外力検知装置は、
可撓性材料からなり光を透過可能な第１物質が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１物質に混入すると光を透過不能にさせる第２物質が封入され前記第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、
光を発生する発光手段と、
前記発光手段の発生した光を前記第１物質を介して検出する光検出手段を備え、
前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が付加された場合には、前記第２容器が破損して前記第２物質が前記第１物質内に漏出し、前記第２物質と前記第１物質が混合して光が透過不能となり、前記発光手段が発生した光が前記光検出手段により検出されなくなり、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知すること
を特徴とする。
【００１０】
上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、
前記発光手段は前記第１物質中に配置され、
前記光検出手段は前記第１物質中でかつ前記発光手段が発生した光の光路上に配置される。
【００１１】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、
前記発光手段は前記第１容器の外部に配置されるとともに、
前記光検出手段は前記第１容器の外部に配置され、
前記発光手段には、第１光ファイバーの一端が接続され、前記第１光ファイバーの他端である送光端は前記第１物質中に挿入され、
前記光検出手段には、第２光ファイバーの一端が接続され、前記第２光ファイバーの他端である受光端は、前記第１物質中に挿入されるとともに前記送光端からの光の光路上に配置される。
【００１２】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記可撓性材料は、合成樹脂材料を含む。
【００１３】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記脆性材料は、ガラス、又は陶磁器、若しくはセラミックス系材料を含む。
【００１４】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記第１物質は水であり、前記第２物質は、水溶性塗料を含む。
【００１５】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記発光手段は、レーザ光を発生する装置である。
【００１６】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記光検出手段は光センサである。
【００１７】
また、本発明に係る構造物の外力検知方法は、
可撓性材料からなり光を透過可能な第１物質が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１物質に混入すると光を透過不能にさせる第２物質が封入され前記第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、
光を発生する発光手段と、
前記発光手段の発生した光を前記第１物質を介して検出する光検出手段を用い、
前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が付加された場合には、前記第２容器が破損して前記第２物質が前記第１物質内に漏出し、前記第２物質と前記第１物質が混合して光が透過不能となり、前記発光手段が発生した光が前記光検出手段により検出されなくなり、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知すること
を特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。また、図２は、図１に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答体のさらに詳細な構成を示す図である。
【００２０】
図１（Ａ）に示すように、この構造物損傷検出システム１０１は、鉄道線路３００を支持する高架橋２００の基礎である場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部に設置されている外力応答体１と、接続部材２と、外力検出・送信部４と、通信ケーブル５と、構造物管理部６を備えて構成されている。
【００２１】
接続部材２は、その一部が場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部や、高架橋２００のフーチング２０２等の内部に設置され、その残部が高架橋２００の外部に配置されている。また、図２（Ｂ）に示すように、接続部材２は、その内部に第１リード線２２と第２リード線２３を有しており、これら第１リード線２２と第２リード線２３の外側が保護部材２１によって包囲された構造となっている。
【００２２】
また、第１リード線２２は、の電気の良導体である銅（Ｃｕ）等からなる導体部材２２ａと、導体部材２２ａの周囲を電気的に絶縁する電気の絶縁体であるプラスチックス系材料やゴム系材料等からなる絶縁部材２２ｂによって構成されている。また、第２リード線２３は、の電気の良導体である銅（Ｃｕ）等からなる導体部材２３ａと、導体部材２３ａの周囲を電気的に絶縁する電気の絶縁体であるプラスチックス系材料又はゴム系材料等からなる絶縁部材２３ｂによって構成されている。
【００２３】
図２（Ａ）に示すように、接続部材２の一端は、外力応答体１に接続し、接続部材２の他端は、外力検出・送信部４に接続している。また、外力検出・送信部４と構造物管理部６は、通信ケーブル５によって接続されている。なお、外力応答体１と、接続部材２の一部は、場所打ちコンクリート杭２０３やフーチング２０２のコンクリート打設前に所定箇所に配置され、コンクリート中に埋設されて設置される。
【００２４】
次に、上記した外力応答体１のさらに詳細な構成について、図２を参照しながら説明する。図２（Ａ）に示すように、外力応答体１は、第１容器１１と、第２容器１２と、第１液１３と、第２液１４を有して構成されている。また、外力応答体１の内部には、後述する外力検出・送信部４の一部である光路保持部材７１と、発光ダイオード４０と、光検出器４１が設置されている。
【００２５】
第１容器１１は、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する材料（以下、「可撓性材料」という。）からなり、内部が中空状となった円筒形状に形成されている。また、第１容器１１の下端と上端は、それぞれ円板状の部材により閉塞されている。第１容器１１の略円筒状の外側部には、外側部を環状に取り巻く溝状の凹部１１ｅが複数形成されている。これらの複数の環状凹部１１ｅにより、場所打ちコンクリート杭２０３の内部に埋設される外力応答体１の表面部に凹凸が形成され、コンクリートに対する外力応答体１の付着性を向上させ、杭内の応力が外力応答体１に伝達される性能を向上させる効果を有している。なお、第１容器１１の上端となる円板には、後述する第１リード線２２及び第２リード線２３を挿通するための挿通孔１１ａが開設されている。この第１容器１１の内部には、第１液１３が封入されるとともに、第２容器１２が収容されている。
【００２６】
また、第１容器１１の底部付近には、円板状の第２容器保持部１１ｂが設けられ、第２容器保持部１１ｂの外周部は、第１容器１１の内壁に接合されている。この第２容器保持部１１ｂは、複数の連通孔１１ｃが開設されている。この第２容器保持部１１ｂにより、第１容器１１は２つの室に区画されるが、連通孔１１ｃを通じて、第１液１３は両方の室内に充満するようになっている。また、第２容器１２は第２容器保持部１１ｂの上に載置されて支持されている。また、第２容器保持部１１ｂの下方の室には、光路保持部材７１と、発光ダイオード４０と、光検出器４１が設置されている。
【００２７】
第１容器１１を構成するプラスチックス系材料としては、いわゆる合成樹脂材料のほか、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：繊維強化プラスチックス）等のプラスチックを用いた複合材料を含む。また、ゴム系材料としては、天然ゴム、人造ゴムのほか、ゴムを用いた複合材料も含む。
【００２８】
また、第２容器１２は、ガラス系材料や陶磁材料やセラミックス系材料などの脆性を有する材料（以下、「脆性材料」という。）からなり、内部が中空状となった円筒形状に形成されている。また、第２容器１２の下端と上端は、それぞれ円板状の部材により閉塞されている。この第２容器１２の内部には、第２液１４が封入されている。
【００２９】
第２容器１２を構成する、ガラス系材料としては、いわゆるガラスのほか、ガラスを用いた複合材料を含む。また、陶磁材料としては、陶器、磁器のほか、これらを用いた複合材料を含む。また、セラミックス系材料としては、いわゆるセラミックスのほか、これらを用いた複合材料も含む。
【００３０】
また、第１容器１１の上端の円板に設けられた挿通孔１１ａには、環状の固定部材１５が嵌め込まれている。この固定部材１５は、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する材料から形成されており、中央部に円柱状の開口部を有し、この開口部に後述する第１リード線２２及び第２リード線２３が挿通されている。第１リード線２２と第２リード線２３を束ねたものの外径は、固定部材１５の開口部の内径よりもわずかに大きな値となっており、第１リード線２２と第２リード線２３を束ねて固定部材１５の開口部に押し込むことにより、固定部材１５の可撓性を利用して第１リード線２２と第２リード線２３が嵌め込まれ、第１リード線２２と第２リード線２３が第１容器１１内の第１液１３の中に差し込まれた状態となっている。
【００３１】
図２（Ａ）に示すように、第１リード線２２の導体部材２２ａの一端は、外力応答体１の内部に設けられた発光ダイオード４０に接続し、第１リード線２２の導体部材２２ａの他端は、外力検出・送信部４に接続している。また、第２リード線２３の導体部材２３ａの一端は、外力応答体１の内部に設けられた光検出器４１に接続し、第２リード線２３の導体部材２３ａの他端は、外力検出・送信部４に接続している。発光ダイオード４０と光検出器４１の間には、光路保持部材７１が配置されている。また、符号４０ａ及び４１ａは、それぞれガラス板を示している。
【００３２】
光路保持部材７１は、金属、プラスチックス系材料等からなる両端が開放した直線的な筒状の部材であり、複数の開口７１ａが形成されている。この光路保持部材７１の一端には、筒の内部へ向けて発光ダイオード４０が取り付けられ、また光路保持部材７１の他端には、筒の内部へ向けて光検出器４１が取り付けられている。このような構成により、発光ダイオード４０から光検出器４１に向けてレーザ光等の光Ｌが照射されるようになっている。
【００３３】
また、光路保持部材７１の筒の内部空間には、開口７１ａを通じて、第１液１３が充満するようになっている。したがって、第２容器１２が破断する前の状態では、光路保持部材７１の内部には、透明液体である第１液１３（水）が充満しており、発光ダイオード４０から発射された光Ｌは、光検出器４１によって常に検出される状態となっている。
【００３４】
また、上記した第１液１３としては、水（Ｈ2Ｏ）が用いられている。また、第２液１４としては、例えば墨汁が用いられている。墨汁は、煙煤（スス）とニカワを練り混ぜて作製される墨を磨って水の中に溶かし込んだ溶液である。煙煤は、例えば、木材（松等）の樹脂、植物油等を燃焼させたときに発生し、煙中に浮遊しているものを収集して得られるものであり、主体は黒鉛（炭素）の粒子である。
【００３５】
次に、上記した場所打ちコンクリート杭２０３に、大きな外力、例えば地震動による力が作用し、場所打ちコンクリート杭２０３の内部にき裂等の損傷が発生した場合を例にとって、この第１実施形態の構造物損傷検出システム１０１の詳細な構成とその作用を説明する。
【００３６】
上記のように、場所打ちコンクリート杭２０３の内部にき裂等の損傷が発生するような大きな外力が場所打ちコンクリート杭２０３に作用すると、そのコンクリートの内部のいずれかの箇所に埋設されている外力応答体１の第１容器１１は、可撓性材料により形成されているため、例えば、弓状に曲がるように変形する。一方、第１容器１１の内部に収容されている第２容器１２は、脆性材料で形成されているため、ある程度以上の変形には耐えられず、破断する。
【００３７】
この結果、第２容器１２の内部に収容されていた墨汁からなる第２液１４が、水である第１液１３の中に漏出し、第１液１３と第２液１４の両者が互いに混合し、黒色の不透明な溶液となる。この黒色の不透明な溶液中では、発光ダイオード４０と光検出器４１との間の距離がある値（例えば、数ミリメートル程度）以上となると透過することができないように、発光ダイオード４０の出力する光強度、又は水に墨汁が混合されたときの不透明度、若しくは光検出器４１の光検出感度が設定されている。
【００３８】
図３は、図１に示す構造物損傷検出システム１０１における外力検出・送信部４のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【００３９】
図３に示すように、外力検出・送信部４は、きょう体Ｃ１と、発光ダイオード４０と、光検出器４１と、増幅器４２と、Ａ／Ｄコンバータ４３と、入出力インタフェース４４ａ及び４４ｂと、ＣＰＵ４５と、ＲＯＭ４６と、ＲＡＭ４７と、電源４８と、送信機４９を有して構成されている。また、きょう体Ｃ１は、例えば、図１（Ａ）に示すように、高架橋２００の柱２０１に取り付けられている。
【００４０】
発光ダイオード４０は、ガリウム、ヒ素、リン等を適宜に含む半導体を有しており、電源４８から第１リード線２２を介して電気が供給されると光を発生する。また、光検出器４１は、ＰＮ接合を有する半導体（例えばシリコン）を有しており、光を受けると電気量、例えば電流に変換して出力する。光検出器４１としては、例えば、フォト・ダイオード、フォト・トランジスタ等の光センサが用いられる。フォト・ダイオードとしては、ＰＮフォト・ダイオード、又はＰＩＮフォト・ダイオード、あるいはアバランシェ・フォト・ダイオード等が含まれる。
【００４１】
なお、光検出器４１は、電源４８からの電力によって駆動されるが、電力供給用のリード線の図示は省略されている。なお、外力検出・送信部４の他の各構成要素も、電源４８からの電力によって駆動されるが、電力供給用のリード線の図示は、発光ダイオード４０への第１リード線２２を除き省略されている。
【００４２】
光検出器４１から出力された電流は、導体部材２３ａにより増幅器４２に送られ増幅器４２によって増幅される。増幅後の電流は、Ａ／Ｄコンバータ４３により、アナログ量からディジタル量に変換され、入出力インタフェース４４ａを経てＣＰＵ４５に送られる。
【００４３】
このような構成により、外力応答体１に外力が作用して第２容器１２が破断し、第１液１３（水）と第２液１４（墨汁）の両者が互いに混合して黒色不透明溶液となると、この黒色不透明溶液は、第１容器１１内の第２容器保持部１１ｂの連通孔１１ｃを通って下部の室に入り込み、さらに光路保持部材７１の開口７１ａを通して内部に入り込む。これにより、発光ダイオード４０が射出した光Ｌは、光検出器４１によって検出されなくなる。したがって、光検出器４１は、光Ｌを検出していたときには電流を出力するが、光Ｌを検出しなくなると電流を出力しなくなる。
【００４４】
光検出器４１からの出力電流（光検出電流）は、増幅器４２により増幅される。増幅後の電流は、Ａ／Ｄコンバータ４３により、アナログ量からディジタル量に変換され、入出力インタフェース４４ａを経てＣＰＵ４５に送られる。
【００４５】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）４５は、図示はしていないが、ＣＰＵ４５の内部での電流（信号）の授受を行うための信号線である内部バスを有しており、この内部バスに、演算部と、レジスタと、クロック生成部と、命令処理部等を有している。ＣＰＵ４５内の演算部は、一般に、レジスタに記憶されている各種データに対して、四則演算（加算、減算、乗算、及び除算）を行い、又は論理演算（論理積、論理和、否定、排他的論理和など）を行い、又はデータ比較、若しくはデータシフトなどの処理を実行する部分である。処理の結果は、レジスタに格納されるのが一般的である。
【００４６】
レジスタは、一般に、１語のデータを記憶する部分である。通常、ＣＰＵ４５内には、複数のレジスタが設けられている。クロック生成部は、ＣＰＵ４５の各部分の時間の同期をとるための刻時信号（クロック信号）を生成する部分である。ＣＰＵ４５は、このクロック信号に基づいて動作する。命令処理部は、演算部等が実行すべき命令の取り出し、その解読、及びその実行などを制御し処理する部分である。
【００４７】
ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出し専用メモリ）４６は、ＣＰＵを制御するための制御プログラムや、ＣＰＵが用いる各種データ等を格納している部分である。ＲＯＭとしては、半導体チップにより構成されるものと、ハードディスク装置等が用いられる。ハードディスク装置は、図示はしていないが、その内部に、円盤状の磁気ディスクを有しており、この磁気ディスクをディスク駆動機構により回転駆動し、磁気ヘッドをヘッド駆動機構によって磁気ディスクの任意位置に移動させ、磁気ディスク表面の磁性膜を磁気ヘッドからの書込電流によって磁化することによりデータを記録し、磁化された磁性膜の上を磁気ヘッドが移動する際に磁気ヘッドのコイル等に流れる電流を検出することにより記録データを読み出す装置である。
【００４８】
上記した制御プログラムは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等のＣＰＵ４５の基本ソフトウェアのほか、各種の処理や分析演算等をＣＰＵ４５に実行させるための命令等の処理手順が、所定のプログラム用言語で記述された文字や記号の集合である。
【００４９】
また、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：随時書込み読出しメモリ）４７は、ＣＰＵ４５により演算された途中のデータ等を一時記憶する部分である。ＲＡＭは、半導体チップにより構成されるものが主である。
【００５０】
上記のような構成により、ＣＰＵ４５は、光検出器４１からの光検出電流を検出しなくなると、「光検出電流が送られなくなった外力応答体１の箇所の杭コンクリートに損傷が発生した」と判断し、「杭に損傷発生」を表現するフラグ等のデータに、杭の位置等を特定するための情報（例えば、杭の位置の位置座標等のデータ）を付加してディジタル出力信号を生成する。
【００５１】
ＣＰＵ４５によって生成されたディジタル電気信号は、入出力インタフェース４４ｂを経て送信機４９に送られる。送信機４９は、ディジタル電気信号をそのまま、または他の信号形態（例えば光信号）に変換し、通信ケーブル５によって構造物管理部６へ送信する。通信ケーブル５としては、電流を導通させる導線、光ファイバー等が用いられる。
【００５２】
構造物管理部６は、図１（Ａ）に示すような構成を有している。すなわち、構造物管理部６は、ある鉄道線区（例えば、「山手線」や「埼京線」等。）の鉄道線路に関連する構造物を統括して管理する施設であり、中央コンピュータ６１と、構造物状態表示盤６２と、記憶・出力装置６３を有して構成されている。
【００５３】
中央コンピュータ６１には、この線区の各構造物、例えば高架橋の各杭の外力検出・送信部からの通信ケーブル５ａ〜５ｄなどが接続しており、その構造物からのデータが集中するようになっている。構造物状態表示盤６２は、図１（Ｂ）に示すように、表示パネル部６２ａと、操作卓６２ｂを有している。表示パネル部６２ａには、この線区全体が表示され、杭等の構造物がランプ等によって表現されている。このような構成により、損傷が発生した箇所は、図１（Ｂ）において６２ｃで図示されるように、操作者（構造物管理者）が視認できる状態、例えばランプの点灯や点滅の状態となる。記憶・出力装置６３は、損傷の履歴等を記録媒体に記憶させたり、印字等を行う装置である。
【００５４】
上記した第１実施形態の構造物損傷検出システム１０１によれば、以下のような利点がある。
【００５５】
ａ）鉄道の構造物等に大きな外力（例えば地震動等）が付加されて損傷が発生した場合に、損傷した部分の位置等を、容易に、かつリアルタイムで検出することができる。
【００５６】
ｂ）杭等の地下構造物のように、地盤Ｇの内部に構築されているため、そのままでは目視が不可能な箇所の損傷についても、支障なく検出することができる。
【００５７】
ｃ）鉄道や道路のように、線状に長い範囲にわたる施設において、各構造物の損傷の有無を集中的に監視することができる。
【００５８】
上記した第１実施形態において、構造物外力検知システム１０１は、特許請求の範囲における構造物外力検知装置に相当している。また、外力応答体１は、特許請求の範囲における外力応答手段に相当している。また、第１液１３は、特許請求の範囲における第１物質に相当し、第２液１４は、特許請求の範囲における第２物質に相当している。また、外力検出・送信部４の発光ダイオード４０は、特許請求の範囲における発光手段に相当している。また、外力検出・送信部４の光検出器４１とＣＰＵ４５は、特許請求の範囲における光検出手段に相当している。
【００５９】
なお、上記した第２容器１２の破断強度を調整して所定強度値に設定することにより、外力応答体１の光検出器４１からの電流が停止した場合には、ＣＰＵ４５が、「場所打ちコンクリート杭２０３の当該外力応答体設置箇所に所定外力値が付加された」と定量的に算定し、その旨を構造物管理部６に送信するように構成することもできる。
【００６０】
また、外力応答体１の配置状態を適宜に工夫することにより、例えば、杭２０３における鉛直方向の高さ位置が異なる複数の位置に外力応答体１を配置したり、杭の中心付近とその周囲の異なる位置に外力応答体１を配置することにより、杭２０３の内部の損傷状態から逆算することにより、ＣＰＵ４５が、杭２０３に作用した所定外力値を定量的に算定することも可能である。
【００６１】
（２）第２実施形態
本発明は、上記した第１実施形態以外の構成によっても実現可能である。図４は、本発明の第２実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。また、図５は、図４に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答体のさらに詳細な構成を示す図である。また、図６は、図４に示す構造物損傷検出システムにおける外力検出・送信部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【００６２】
図４（Ａ）に示すように、第２実施形態の構造物損傷検出システム１０２は、鉄道線路３００を支持する高架橋２００の基礎である場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部に設置された構造物内挿入部材３と、この構造物内挿入部材３の内部に設置されている外力応答体１と、接続部材２と、外力検出・送信部４Ａと、通信ケーブル５と、構造物管理部６を備えて構成されている。
【００６３】
この第２実施形態の構造物損傷検出システム１０２が、第１実施形態の構造物損傷検出システム１０１と異なる点は、異なる構成の外力応答体１と、異なる構成の接続部材２Ａと、異なる構成の外力検出・送信部４Ａを備えている点である。なお、通信ケーブル５と、構造物管理部６の構成と作用については、第１実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略する。
【００６４】
次に、第２実施形態の場合の、外力応答体１、接続部材２Ａ、外力検出・送信部４Ａの構成と作用について、図４ないし図６を参照しつつ詳細に説明する。
【００６５】
図５（Ａ）に示すように、第２実施形態における外力応答体１は、第１容器１１と、第２容器１２と、第１液１３と、第２液１４を有して構成されている。また、外力応答体１の内部には、後述する外力検出・送信部４Ａの一部である光路保持部材７２と、第１光ファイバー２４と、第２光ファイバー２５が設置されている。
【００６６】
接続部材２Ａは、その一部が場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部や、高架橋２００のフーチング２０２等の内部に設置され、その残部が高架橋２００の外部に配置されている。また、図５（Ｂ）に示すように、接続部材２Ａは、その内部に第１光ファイバー２４と第２光ファイバー２５を有しており、これら第１光ファイバー２４と第２光ファイバー２５の外側が保護部材２１によって包囲された構造となっている。
【００６７】
上記した第１容器１１の構成と作用は、第１実施形態の場合とまったく同様である。また、第２容器１２構成と作用は、第１実施形態の場合とまったく同様である。また、第１液１３の構成と作用は、第１実施形態の場合とまったく同様である。また、第２液１４の構成と作用についても、第１実施形態の場合とまったく同様である。
【００６８】
また、第１容器１１の上端の円板に設けられた挿通孔１１ａには、環状の固定部材１５が嵌め込まれている。この固定部材１５は、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する材料から形成されており、中央部に円柱状の開口部を有し、この開口部に後述する第１光ファイバー２４及び第２光ファイバー２５が挿通されている。第１光ファイバー２４と第２光ファイバー２５を束ねたものの外径は、固定部材１５の開口部の内径よりもわずかに大きな値となっており、第１光ファイバー２４及び第２光ファイバー２５を固定部材１５の開口部に押し込むことにより、固定部材１５の可撓性を利用して第１光ファイバー２４及び第２光ファイバー２５が嵌め込まれ、第１光ファイバー２４及び第２光ファイバー２５が第１容器１１内の第１液１３の中に差し込まれた状態となっている。
【００６９】
図５（Ａ）に示すように、第１光ファイバー２４の一端は、外力応答体１の内部に設けられた光路保持部材７２に取り付けられており、第１光ファイバー２４の他端は、外力検出・送信部４の発光ダイオード４０に接続している。また、第２光ファイバー２５の一端は、外力応答体１の内部に設けられた光路保持部材７２に取り付けられており、第２光ファイバー２５の他端は、外力検出・送信部４Ａの光検出器４１に接続している。
【００７０】
光路保持部材７２は、金属、プラスチックス系材料等からなる両端が開放した直線的な筒状の部材であり、複数の開口７２ａが形成されている。この光路保持部材７２の一端には、筒の内部へ向けて第１光ファイバー２４の一端（以下、「送光端」という。）２４ｃが取り付けられ、また光路保持部材７２の他端には、筒の内部へ向けて筒の内部へ向けて第２光ファイバー２５の一端（以下、「受光端」という。）２５ｃが取り付けられている。また、受光端２５ｃは、送光端２４ｃからの光Ｌの光路上に位置するように配置されている。
【００７１】
第１光ファイバー２４及び第２光ファイバー２５は、図５に示すように、例えば、鉛筆に類似した構成を有しており、鉛筆の中心部の黒鉛芯に相当する部分２４ａ、２５ａは、「コア」と呼ばれる。また、鉛筆の黒鉛芯の周囲を取り巻いている木材の部分に相当する部分２４ｂ、２５ｂは、「クラッド」と呼ばれる。
【００７２】
コア２４ａ及び２５ａとクラッド２４ｂ及び２５ｂは、それぞれ、ガラス系材料や透明プラスチックス材料等の透明材料により形成されている。この場合、コア２４ａ及び２５ａを形成する材料中には、微量な物質が添加され、コア２４ａ及び２５ａの屈折率がクラッド２４ｂ及び２５ｂの屈折率よりも０．１〜３％程度だけ高くなるように設定されている。
【００７３】
このような構成により、発光ダイオード４０から第１光ファイバー２４のコア２４ａに入射した光Ｌは、コア２４ａとクラッド２４ｂとの境界面２４ｄで全反射しながら、コア２４ａの中を伝搬し、第１光ファイバー２４の送光端２４ｃへ到達し、第１液１３中へ射出される。
【００７４】
また、光路保持部材７２の筒の内部空間には、開口７２ａを通じて、第１液１３が充満するようになっている。したがって、第２容器１２が破断する前の状態では、光路保持部材７２の内部には、透明液体である第１液１３（水）が充満している。このため、第２光ファイバー２５の受光端２５ｃは、光Ｌの光路上に配置されているから、光Ｌは、光路保持部材７２内の第１液１３内を通り、受光端２５ｃから第２光ファイバー２５のコア２５ａ内に入射し、コア２５ａとクラッド２５ｂとの境界面２５ｄで全反射しながら、コア２５ａの中を伝搬し、第２光ファイバー２５の他端へ到達し、光検出器４１の内部に入り、光検出器４１によって常に検出される状態となっている。
【００７５】
上記のような構成により、場所打ちコンクリート杭２０３の内部にき裂等の損傷が発生するような大きな外力が場所打ちコンクリート杭２０３に作用すると、そのコンクリートの内部のいずれかの箇所に埋設されている外力応答体１の第１容器１１は、可撓性材料により形成されているため、例えば、弓状に曲がるように変形する。一方、第１容器１１の内部に収容されている第２容器１２は、脆性材料で形成されているため、ある程度以上の変形には耐えられず、破断する。
【００７６】
この結果、第２容器１２の内部に収容されていた墨汁からなる第２液１４が、水である第１液１３の中に漏出し、第１液１３と第２液１４の両者が互いに混合し、黒色の不透明な溶液となる。この黒色の不透明な溶液中では、送光端２４ｃと受光端２５ｃとの間の距離がある値（例えば、数ミリメートル程度）以上となると透過することができないように、発光ダイオード４０の出力する光強度、又は水に墨汁が混合されたときの不透明度、若しくは光検出器４１の光検出感度が設定されている。
【００７７】
図６は、図４に示す構造物損傷検出システム１０２における外力検出・送信部４Ａのさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【００７８】
図３に示すように、外力検出・送信部４Ａは、きょう体Ｃ２と、発光ダイオード４０と、光検出器４１と、増幅器４２と、Ａ／Ｄコンバータ４３と、入出力インタフェース４４ａ及び４４ｂと、ＣＰＵ４５と、ＲＯＭ４６と、ＲＡＭ４７と、電源４８と、送信機４９を有して構成されている。また、きょう体Ｃ２は、例えば、図４に示すように、高架橋２００の柱２０１に取り付けられている。
【００７９】
この外力検出・送信部４Ａが第１実施形態の外力検出・送信部４と異なる点は、光検出器４１が、第２光ファイバー２５を介して光Ｌを検出するように構成された点であり、他の構成要素の構成と作用は、第１実施形態の場合と同様である。
【００８０】
このような構成により、外力応答体１に外力が作用して第２容器１２が破断し、第１液１３（水）と第２液１４（墨汁）の両者が互いに混合して黒色不透明溶液となると、この黒色不透明溶液は、第１容器１１内の第２容器保持部１１ｂの連通孔１１ｃを通って下部の室に入り込み、さらに光路保持部材７２の開口７２ａを通して内部に入り込む。これにより、発光ダイオード４０から射出され第１光ファイバー２４の送光端２４ｃから発射された光Ｌは、第２光ファイバー２５の受光端２５ｃに到達せず、あるいは到達しても光強度が非常に弱いため、光検出器４１によって検出されなくなる。したがって、光検出器４１は、光Ｌを検出していたときには電流を出力するが、光Ｌを検出しなくなると電流を出力しなくなる。
【００８１】
光検出器４１からの出力電流（光検出電流）は、増幅器４２により増幅される。増幅後の電流は、Ａ／Ｄコンバータ４３により、アナログ量からディジタル量に変換され、入出力インタフェース４４ａを経てＣＰＵ４５に送られる。
【００８２】
ＣＰＵ４５は、光検出器４１からの光検出電流を検出しなくなると、「光検出電流が送られなくなった外力応答体１の箇所の杭コンクリートに損傷が発生した」と判断し、「杭に損傷発生」を表現するフラグ等のデータに、杭の位置等を特定するための情報（例えば、杭の位置の位置座標等のデータ）を付加してディジタル出力信号を生成する。
【００８３】
ＣＰＵ４５によって生成されたディジタル電気信号は、第１実施形態の場合とまったく同様にして、送信機４９から通信ケーブル５を経て構造物管理部６へ送信される。損傷が発生した箇所の表示や、損傷の履歴等の記録媒体への記憶、印字等が行われる。
【００８４】
上記した第２実施形態の構造物損傷検出システム１０２によれば、第１実施形態の場合の利点に加え、以下のような利点がある。
【００８５】
ｄ）接続部材２Ａは、光ファイバーで構成されているため、外部の電気的な環境（例えば、落雷等）によって破損や故障を生じたり、信号電流に不要なノイズ（雑音）が重畳されることがなく、正確な値を得ることができる。
【００８６】
上記した第２実施形態において、構造物外力検知システム１０２は、特許請求の範囲における構造物外力検知装置に相当している。また、外力応答体１は、特許請求の範囲における外力応答手段に相当している。また、外力検出・送信部４Ａの発光ダイオード４０は、特許請求の範囲における発光手段に相当している。また、外力検出・送信部４Ａの光検出器４１とＣＰＵ４５は、特許請求の範囲における光検出手段に相当している。
【００８７】
（３）第３実施形態
本発明は、上記した第１、第２実施形態以外の構成によっても実現可能である。図７は、本発明の第３実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。また、図８は、図７に示す構造物損傷検出システムにおける構造物内挿入部材のさらに詳細な構成を示す断面図である。
【００８８】
図７に示すように、第３実施形態の構造物損傷検出システム１０３は、鉄道線路３００を支持する高架橋２００の基礎である場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部に設置された構造物内挿入部材３と、この構造物内挿入部材３の内部に設置されている外力応答体１Ａと、接続部材２と、外力検出・送信部４と、通信ケーブル５と、構造物管理部６を備えて構成されている。
【００８９】
この第３実施形態の構造物損傷検出システム１０３が、第１実施形態の構造物損傷検出システム１０１と異なる点は、場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部に外部から構造物内挿入部材３が挿入され、この構造物内挿入部材３の内部に外力応答体１Ａが配置されている点である。したがって、第３実施形態の構造物損傷検出システム１０３は、すでに構築されている場所打ちコンクリート杭２０３の内部に、後から外力応答体１Ａを設置する場合に好適である。なお、接続部材２と、外力検出・送信部４と、通信ケーブル５と、構造物管理部６の構成と作用については、第１実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略する。
【００９０】
次に、第３実施形態の場合の、構造物内挿入部材３と、外力応答体１Ａ設置方法について、図７及び図８を参照しつつ詳細に説明する。
【００９１】
まず、削孔機等（図示せず）により、地上から場所打ちコンクリート杭２０３に向けて、削孔を行い、円柱状の挿入孔２０４を形成する。次に、挿入孔２０４の中に挿入管３１を挿入する。挿入管３１は、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する可撓性材料からなり、内部が中空状となった円筒形状に形成されている。これは、場所打ちコンクリート杭２０３に大きな外力が付加されても、挿入管３１を形成する材料の強度や剛性が大きいと、挿入管３１の内部の外力応答体１Ａに作用する力が減殺され、外力応答体１Ａ内部の第２容器１２が破断せず、第２液１４が第１液１３中へ漏出しない場合があるからである。
【００９２】
また、挿入管３１の外径は挿入孔２０４の内径よりもわずかに小さい値に設定されている。この場合、挿入孔２０４と挿入管３１とを接着剤等により接着すれば、挿入孔２０４と挿入管３１との間で「滑り」が生じることが防止され、場所打ちコンクリート杭２０３に加わった外力に応じた変形が支障なく挿入管３１に作用する。
【００９３】
次に、挿入管３１の内部における外力応答体１Ａの位置を所定箇所に設定するため、挿入管３１の内部の空洞部に、位置決め部材３２ａを挿入し、先端までの長さがあらかじめ計測された所定長さの棒状の定規部材等（図示せず）によって背後から押し込む等の方法で所定箇所まで挿入し、その後、接着剤等により挿入管３１の内部に固定する。位置決め部材３２ａは、挿入管３１の強度や剛性をあまり増加させない材料、例えば、発泡性合成樹脂材料（例えば発砲スチロール）などが用いられる。
【００９４】
次に、外力応答体１Ａを地上の外部から挿入管３１内に挿入し、棒状部材等（図示せず）により背後から押し込むことにより、あらかじめ位置決め部材３２ａが設置された箇所まで移動させる。その後、接着剤等により、外力応答体１Ａを挿入管３１の内部に固定する。次に、挿入管３１内の外力応答体１Ａの背後に、上記と同様にして、他の位置決め部材３２ｂを挿入する。この場合、外力応答体１Ａの外表面には、外力応答体１に設けられていたような環状凹部（１１ｅ）は設けられていない。これは、第３実施形態においては、外力応答体１Ａの外表面には、杭のコンクリートとの付着性は必要ないからである。なお、外力応答体１Ａの背後（地上に近い方）の位置決め部材３２ｂについては、後述するように、現存の外力応答体を引き抜いて新たな外力応答体と交換し、再度挿入する作業が予想されるため、接着剤等による挿入管３１への固定は行わない。これにより、外力応答体１Ａが挿入管３１の内部の所定箇所に位置決めされて設置される。
【００９５】
第３実施形態の構造物損傷検出システム１０３によれば、上記した第１実施形態の場合と同様の利点に加え、以下のような利点がある。
【００９６】
ｅ）すでに構築された構造物の内部に、外部（例えば地上）から外力応答体１Ａを設置し、その後に構造物に大きな外力（例えば地震動等）が付加されて損傷が発生した場合に、損傷した部分の位置等を、容易に、かつリアルタイムで検出することができる。
【００９７】
ｆ）外力応答体１Ａが使用されて第１液と第２液の混合が済んでしまった場合や、外力応答体１Ａの設置後に外力が作用せずに長期間が経過し外力応答体１Ａ内の物質の性能劣化が予想される場合などに、外力応答体１Ａの新品との交換を容易に行うことが可能である。
【００９８】
なお、挿入管３１内の既存の外力応答体１Ａを新品と交換する時には、既存の外力応答体１Ａに取り付けられている接続部材２を引っ張って地上まで引き上げることになる。このため、接続部材２のうち、リード線２２の外側に配置される保護部材２１としては、アラミド樹脂（例えばケブラー繊維）等の引張り強度の高い材料を用いることが望ましい。また、図２（Ｃ）に示すように、接続部材２の保護部材２１の端部は、接着剤等の接合部材１６によって、外力応答体１Ａの固定部材１５と接合している。このため、この接合部材１６も、引張り強度の高い材料を用いることが望ましい。
【００９９】
また、挿入管３１の内部の空洞は、外力、変形、挿入管自体の経年変化等により、当初の大きさよりも縮小する可能性がある。このように、挿入管３１の内部の空洞が縮小すると、接続部材２の保護部材２１を引っ張っても、外力応答体１Ａを外部に引き出すことができなくなるおそれがある。このため、図８に示すように、挿入管３１の内部空洞に、内部空洞保持部材３３を挿入し、内部空洞のつぶれを防止する。
【０１００】
内部空洞保持部材３３の材料としては、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する可撓性材料が望ましい。また、挿入管３１内の既存の外力応答体１Ａを新品と交換する時には、まず内部空洞保持部材３３を引き出す必要があるから、内部空洞保持部材３３と挿入管３１との間の摩擦は小さいことが望ましい。このため、挿入管３１と内部空洞保持部材３３との間には、油脂やグリース等の潤滑材を配置するとよい。
【０１０１】
上記した第３実施形態において、構造物外力検知システム１０３は、特許請求の範囲における構造物外力検知装置に相当している。
【０１０２】
なお、本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１０３】
例えば、上記各実施形態においては、第１物質として水を用い、第２物質として墨汁を用いる例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成であってもよい。
【０１０４】
すなわち、第１物質と第２物質の組み合わせは、他の物質の組み合わせによっても可能である。要は、第１物質は光を透過可能であり、第２容器が破断して第２物質が第１物質内に漏出し両者が混合すると光が透過不能となればよいのである。したがって、例えば、第１物質が透明液体の場合は、第２物質は第１物質を濁らせて光が透過不能にする物質であればよく、液体状、あるいは固体粒子状の塗料、顔料、着色材等であって、第１物質に溶解する物質であればよい。例えば、第１物質が水、又は透明な水溶液で、第２物質が墨汁以外の水溶性不透明塗料（例えば不透明水彩絵の具の水溶液など）という組み合わせが挙げられる。また、第１物質が水、又は透明な水溶液で、第２物質が固体粒子状の水溶性不透明着色材（例えば墨の粉末、不透明水彩絵の具の粉末など）という組み合わせが挙げられる。あるいは、第１物質がアルコールやエーテル等の透明な有機溶剤で、第２物質が有機溶剤に溶ける液体状不透明塗料（例えば油性ペイントなど）という組み合わせが挙げられる。あるいは、第１物質がアルコールやエーテル等の透明な有機溶剤で、第２物質が有機溶剤に溶ける固体粒子状の不透明塗料という組み合わせが挙げられる。
【０１０５】
あるいは、第１物質が透明気体（例えば空気）であり、第２物質が不透明塗料（墨汁、水溶性不透明絵の具、油性ペイント等）という組み合わせでもよい。これは、第１容器の下方に光検出手段を設置しておけば、第２容器が破断して漏出した不透明塗料は、第１容器の内部の底部付近にたまり、光検出手段は不透明塗料の中に浸漬されるからである。
【０１０６】
また、第１物質として、第１容器の第２容器保持部の上方の室内に固体粒子状の着色材を封入しておき、第２物質として、第２容器内に着色材を溶解する液体状物質を封入しておいてもよい。この場合、第２物質としては、水、エーテル等の透明有機溶剤等が利用可能である。
【０１０７】
また、第１容器、第２容器の形状は、上記した円筒形状には限定されず、他の形状、例えば、楕円断面の筒状、多角形断面の筒状などであってもよい。また、第１容器の外表面に形成される凹凸の形状は、環状凹部以外に、環状凸部、螺旋状の凸部又は凹部、多数のイボ状の凸部、多数の穴状の凹部等であってもよい。
【０１０８】
また、第１容器の可撓性の程度、第２容器の脆性の程度は、適宜に設定可能である。これらの値をどのように設定するかにより、検出しようとする構造物の外力、損傷の程度を調整することができる。また、第２容器の外径を第１容器の内径よりもわずかに小さく設定しておけば、小さい外力でも容易に第２容器を破断させることができる。
【０１０９】
また、外力を検出する対象である構造物は、杭に限定されず、他の基礎構造物であってもよい。あるいは基礎構造物以外の構造物であってもよい。
【０１１０】
また、外力応答手段である外力応答体の配置位置、配置状態は、上記した第１実施形態の例、すなわち外力応答体の長手方向が鉛直上下方向に平行となる状態、あるいは、第３実施形態の例、すなわち外力応答体の長手方向が鉛直上下方向に対して傾斜した状態には限定されない。その他の状態、例えば、外力応答体の長手方向が水平方向に平行となる状態、あるいは外力応答体の長手方向が杭の断面における円の接線の方向となる状態などであってもよい。
【０１１１】
また、光センサは、上記したものほかに、光電管、光電子増倍管等も含む。
【０１１２】
また、発光手段は、発光ダイオードのほか、他のレーザ光発生装置等も含む。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可撓性材料からなり光を透過可能な第１物質が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１物質に混入すると光を透過不能にさせる第２物質が封入され第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、光を発生する発光手段と、発光手段の発生した光を第１物質を介して検出する光検出手段を備えるようにしたので、構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が付加された場合には、第２容器が破損して第２物質が第１物質内に漏出し、第２物質と第１物質が混合して光が透過不能となり、発光手段が発生した光が光検出手段により検出されなくなり、構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知することができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答体のさらに詳細な構成を示す図である。
【図３】図１に示す構造物損傷検出システムにおける外力検出・送信部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。
【図５】図４に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答体のさらに詳細な構成を示す図である。
【図６】図４に示す構造物損傷検出システムにおける外力検出・送信部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。
【図８】図７に示す構造物損傷検出システムにおける構造物内挿入部材のさらに詳細な構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ 外力応答体
２、２Ａ 接続部材
３ 構造物内挿入部材
４、４Ａ 外力検出・送信部
５〜５ｄ 通信ケーブル
６ 構造物管理部
１１ 第１容器
１１ａ 挿通孔
１１ｂ 第２容器保持部
１１ｃ 連通孔
１１ｅ 環状凹部
１２ 第２容器
１３ 第１液
１４ 第２液
１５ 固定部材
１６ 接合部材
２１ 保護部材
２２ 第１リード線
２２ａ 導体部材
２２ｂ 絶縁部材
２３ 第２リード線
２３ａ 導体部材
２３ｂ 絶縁部材
２４ 第１光ファイバー
２４ａ コア
２４ｂ クラッド
２４ｃ 送光端
２４ｄ 境界面
２５ 第２光ファイバー
２５ａ コア
２５ｂ クラッド
２５ｃ 受光端
２５ｄ 境界面
３１ 挿入管
３２ａ、３２ｂ 位置決め部材
３３ 内部空洞保持部材
４０ 発光ダイオード
４０ａ ガラス板
４１ 光検出器
４１ａ ガラス板
４２ 増幅器
４３ Ａ／Ｄコンバータ
４４ａ、４４ｂ 入出力インタフェース
４５ ＣＰＵ
４６ ＲＯＭ
４７ ＲＡＭ
４８ 電源
４９ 送信機
６１ 中央コンピュータ
６２ 構造物状態表示盤
６２ａ 表示パネル部
６２ｂ 操作卓
６２ｃ 損傷発生箇所
６３ 記憶・出力装置
７１ 光路保持部材
７１ａ 開口
７２ 光路保持部材
７２ａ 開口
１０１〜１０３ 構造物損傷検出システム
２００ 高架橋
２０１ 柱
２０２ フーチング
２０３ 場所打ちコンクリート杭
２０４ 挿入孔
３００ 鉄道線路
Ｂ 着色材
Ｃ１、Ｃ２ きょう体
Ｇ 地盤
Ｌ 光
Claims (9)
- 可撓性材料からなり光を透過可能な第１物質が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１物質に混入すると光を透過不能にさせる第２物質が封入され前記第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、
光を発生する発光手段と、
前記発光手段の発生した光を前記第１物質を介して検出する光検出手段を備え、
前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が付加された場合には、前記第２容器が破損して前記第２物質が前記第１物質内に漏出し、前記第２物質と前記第１物質が混合して光が透過不能となり、前記発光手段が発生した光が前記光検出手段により検出されなくなり、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知すること
を特徴とする構造物外力検知装置。 - 請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記発光手段は前記第１物質中に配置され、
前記光検出手段は前記第１物質中でかつ前記発光手段が発生した光の光路上に配置されること
を特徴とする構造物外力検知装置。 - 請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記発光手段は前記第１容器の外部に配置されるとともに、
前記光検出手段は前記第１容器の外部に配置され、
前記発光手段には、第１光ファイバーの一端が接続され、前記第１光ファイバーの他端である送光端は前記第１物質中に挿入され、
前記光検出手段には、第２光ファイバーの一端が接続され、前記第２光ファイバーの他端である受光端は、前記第１物質中に挿入されるとともに前記送光端からの光の光路上に配置されること
を特徴とする構造物外力検知装置。 - 請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記可撓性材料は、合成樹脂材料を含むこと
を特徴とする構造物外力検知装置。 - 請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記脆性材料は、ガラス、又は陶磁器、若しくはセラミックス系材料を含むこと
を特徴とする構造物外力検知装置。 - 請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記第１物質は水であり、前記第２物質は、水溶性塗料を含むこと
を特徴とする構造物外力検知装置。 - 請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記発光手段は、レーザ光を発生する装置であること
を特徴とする構造物外力検知装置。 - 請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記光検出手段は光センサであること
を特徴とする構造物外力検知装置。 - 可撓性材料からなり光を透過可能な第１物質が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１物質に混入すると光を透過不能にさせる第２物質が封入され前記第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、
光を発生する発光手段と、
前記発光手段の発生した光を前記第１物質を介して検出する光検出手段を用い、
前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が付加された場合には、前記第２容器が破損して前記第２物質が前記第１物質内に漏出し、前記第２物質と前記第１物質が混合して光が透過不能となり、前記発光手段が発生した光が前記光検出手段により検出されなくなり、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知すること
を特徴とする構造物の外力検知方法。
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