JP4516185B2 - 変位検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁などの構造物の劣化や破壊や移動などを検知するための変位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、構造物、例えば橋梁の破壊などを検知するセンサは、図８に示すように、プラスチック板ａにリード線ｂが埋め込まれており、プラスチック板ａの対向する端辺に切込部ｃが形成してある。プラスチック板ａの一端ａ１は構造物本体である橋側に、他端ａ２は構造物の土台である橋脚側にそれぞれ固定されている。リード線ｂは回路基板ｄに接続されており、通常時には電源がオンになって電流が流れている。そこで、地震等によって橋が橋脚からずれるなどして回路基板の両端が引っ張られると、プラスチック板ａが左右に引っ張られて切込部ｃから破断し、内部のリード線ｂがｂ１とｂ２とに切断される。そこで、図９に示すセンサ接続ユニットにおいて、検知回路ｅによりリード線ｂがｂ１とｂ２とに破断されたことを検知し、送信機ｆから図示しない回線接続ユニットへ通報する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の構成によると、センサの破断を検知するためには、リード線ｂに電流を常時流しておく必要があり、電池寿命が短いという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明においては、通常は電流が流れないようにし、破断などが生じた時に電流が流れる構成とすることにより、電池寿命や回路寿命を長くする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の変位検出装置は、検出スイッチと、上記検出スイッチを作動させる作動部材とを内蔵するセンサ本体には、当該センサ本体に所定の引張力が作用したときに破断可能な破断部が設けてあり、上記作動部材は、破断部が破断したときに上記検出スイッチをオンとするように設けてあることを特徴としている。この構成により、破断などが生じた時には電流が流れるが通常は電流が流れないので、電池寿命や回路寿命を長くできる。
【０００６】
また、上記検出スイッチはリードスイッチであり、上記作動部材は永久磁石であることが好ましい。
【０００７】
また、センサ本体は、上記検出スイッチを内蔵する第１のケースと、当該第１のケースに係合するとともに上記検出スイッチを作動させる上記作動部材を内蔵する第２のケースとからなり、上記破断部は上記第１のケースと上記第２のケースとを連結する螺合部であることが望ましい。
【０００８】
また、破断部は上記センサ本体に設けられたノッチ部であることが望ましい。
【０００９】
また、検出スイッチを内蔵する第１のケースと、当該第１のケースに係合するとともに上記検出スイッチを作動させる作動部材を内蔵する第２のケースとを有し、上記第１のケースと上記第２のケースとは、所定の引張力が作用したときに破断可能に螺合されている構成なので、破断部の破断強度が調整しやすく、製造が容易になる利点がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１乃至図４は第１の実施の形態を示している。図１は本発明のセンサが使用されるシステムの全体図で、橋梁の安全管理システムを例示している。構造物である橋梁を構成する構造物本体である橋１と構造物の土台である橋脚２とには、破断センサ３の両端部がそれぞれ固定してあるもので、１つの橋梁には多数個所に破断センサ３が固定されている。各破断センサ３は信号ケーブル３ａを介してセンサ接続ユニット４に接続されており、破断センサ３に引張力が作用して分離したという情報は、アンテナ４ａから特定小電力無線にて送信される。
【００１２】
前記の多数のセンサ接続ユニット４からの送信を受信するため、各橋梁には回線接続ユニット５が設けてある。回線接続ユニット５は複数のセンサ接続ユニット４からの受信データを一時記憶し、内蔵のＰＨＳで管理者側のシステム６へ通信する。管理者側のシステム６では、多くの橋梁の回線接続ユニット５からの受信データに基づいて、安全性に問題のあるデータであるかを判断して適切な処理をするものである。
【００１３】
図２に前記のセンサ接続ユニット４の構成をブロック図にて示している。電源回路４０は破断センサ３のスイッチがオンになった時に電源４０ａが導通して、電力が各回路へ供給される。制御回路４１は図示しないＣＰＵに記憶してある破断の情報を送信回路４２に送り、送信回路４２は破断の情報をアンテナ４ａを介して回線接続ユニット５へ送信する。電源回路４０の電源４０ａとしては、乾電池や蓄電池の他、太陽電池を用いることができる。電源４０ａとして太陽電池を用いれば、乾電池や蓄電池のように定期的に交換する必要がなく、メンテナンスを簡略化できる。
【００１４】
図３に前記の回線接続ユニット５の構成をブロック図にて示している。電源回路５０から電力が各回路に供給される。制御回路５１は、受信回路５２で受信したセンサ接続ユニット４からのデータを受信データとして記憶し、ＰＨＳアダプタ５３を介してＰＨＳ電話機５４を制御して、アンテナ５ａを介して管理者側のシステム６へ無線通信する。電源回路５０の電源５０ａとしては、太陽電池が用いられており、乾電池や蓄電池のように定期的に交換する必要がなく、メンテナンスが簡単である。なお、電源５０ａとしては、太陽電池に限らず、乾電池や蓄電池等ももちろん適用可能である。
【００１５】
図４は破断センサ３の構造を示す断面図であり、検出スイッチを内蔵する第１のケース３１と、第１のケース３１に係合するとともに検出スイッチを作動させる作動部材を内蔵する第２のケース３２とを有し、第１のケース３１と第２のケース３２とは、所定の引張力が作用したときに分離するように係合されている。
【００１６】
第１のケース３１により固定部が構成されるもので、固定部は橋脚固定プレート３１ａにねじ止めされ、橋脚固定プレート３１ａを介して橋脚２に固定されている。第１のケース３１はほぼ筒状をしており、アルミニウムなどの非磁性材で作られたセンサカバー３１ｂが収納してある。センサカバー３１ｂの内部の空間に検出スイッチが内蔵してある。検出スイッチとしてリードスイッチ７を示しており、回路基板８に設けられた配線パターンの所定位置にリードスイッチ７の両端子が接続してある。センサカバー３１ｂにはキャップ３１ｃを嵌合し、リードスイッチ７と回路基板８を封止している。キャップ３１ｃに設けた開口を通って信号ケーブル９が挿通されている。信号ケーブル９は保護パイプ９ａで保護されており、保護パイプ９ａはコネクタ３１ｄによりキャップ３１ｃに固定されている。信号ケーブル９の一端部９ｂは回路基板８の配線パターンの端子に接続されており、他端部９ｃはセンサ接続ユニット４に接続してある。破断センサ３とセンサ接続ユニット４との間を導通する信号ケーブル９には、十分なゆるみが設けてあり、橋脚２の伸縮や変形に対応するようにして誤動作を防止するように配慮してある。
【００１７】
第２のケース３２により可動部が構成されるもので、第２のケース３２内に検出スイッチを作動させる作動部材である永久磁石１０が内蔵してある。第２のケース３２は第１のケース３１に破断用ねじ部３２ａにより連結し、所定の引張力が作用したときに分離するように連結してある。永久磁石１０はリードスイッチ７に近接した可動部の一端部に、埋設してある。永久磁石１０とセンサカバー３１ｂとの間には僅かの間隙を設けてあり、破断時に損傷を受けないようにしている。永久磁石１０はリードスイッチ７に近接位置しているので、第１のケース３１と第２のケース３２とが係合している通常の状態では、永久磁石１０の磁力によりリードスイッチ７をオフの状態に保っている。そして、第１のケース３１と第２のケース３２とが分離したときには、永久磁石１０がリードスイッチ７から離れて永久磁石１０の磁力が及ばなくなるので、リードスイッチ７をオンとする。可動部の他端部に設けられたねじ孔３２ｂに、鉄等の金属製のワイヤ固定用アイボルト３２ｃがねじ結合してある。ワイヤ固定用アイボルト３２ｃには図示しないワイヤの一端部を固定し、ワイヤの他端部を橋１に固定するものである。
【００１８】
このような構造であるので、地震などにより橋１が橋脚２からずれると、破断センサ３はその両端部が左右に引っ張られ、固定部と可動部との間が破断用ねじ部３２ａから分断し、永久磁石１０がリードスイッチ７から離れるので、リードスイッチ７は両端子が接合し、オフの状態からオンの状態に変わる。そこで、センサ接続ユニット４の電源が入り、先に説明したようにセンサ接続ユニット４から回線接続ユニット５に破断の情報が送信される。
【００１９】
図５は本発明の第２の実施の形態であり、第１のケース３１および第２のケース３２のいずれもアイボルト３１ｆ，３２ｃで固定してあり、固定部・可動部という区別をなくしている。すなわち、破断センサ３の両端にあるアイボルト３１ｆ，３２ｃに図示しないワイヤの一端部を固定し、ワイヤの他端部を構造物に固定することにより破断センサ３の設置場所や取り付け方法の制限をなくすものである。前の例と違ってコネクタ３１ｄが第１のケースの側面に取りつけられており、第１のケースの他端部に設けられたねじ孔３１ｅに、鉄等の金属性のワイヤ固定用アイボルトの一端を固定してある。その他の図４にて説明した部分と実質的に同一の部分には、同一の符号を付している。
【００２０】
図６は本発明の第３の実施の形態であり、リードスイッチ７と永久磁石１０との相対的な位置合わせを可能にするものである。即ち、リードスイッチ７と永久磁石１０との関係は、Ｎ−Ｓ極の方向性を伴うものであるが、いずれも金属ケースに収められているために、外部から目視して正しい相対位置関係に設置されているかどうかが確認できない。そこでこの例においては、リードスイッチ７が収納してあるセンサカバー１１の永久磁石側の隅部に凹部１１ａを形成する。また、第２のケース３２に永久磁石を収納する凹部３２ｄを設ける。永久磁石１０は永久磁石ホルダ１２に接着剤などで接合し、永久磁石ホルダ１２に永久磁石カバー１３を嵌合し、全体を凹部３２ｄ内に嵌合する。永久磁石カバー１３には凹部１１ａと係合可能な凸部１３ａを形成する。センサカバーの凹部１１ａと永久磁石カバーの凸部１３ａとが係合した位置が、リードスイッチ７と永久磁石１０との適正な相対位置関係となるように設定してある。永久磁石ホルダ１２のリードスイッチ７と反対側の面に、雌ねじ１２ａを設け、この雌ねじにボルト１４をねじ合わせることにより第２のケース３２に対して永久磁石ホルダ１２を離脱不能に保持する。第２のケース３２とボルト１４との間に座金１５を介装し、また、凹部３２ｄと永久磁石ホルダ１２との間にばね１６を介装する。この構成によって永久磁石１０を、第２のケース３２に対して回転可能で、かつ、がたつきが吸収されるように保持できる。その他の図４にて説明した部分と実質的に同一の部分には、同一の符号を付している。
【００２１】
この例においては、組み立てに際して第１のケース３１に第２のケース３２を連結する時に、永久磁石ホルダ１２及び永久磁石カバー１３を回転させ、凸部１３ａを凹部１１ａに係合させれば、リードスイッチ７と永久磁石１０とは常に適正な相対位置関係になる。その後でワイヤ固定用アイボルトを連結する。
【００２２】
図７は本発明の第４の実施の形態であり、組み立てや検査に際して、リードスイッチ７が適正な動作を行なうかどうかを試験することができる構成にするものである。即ち、永久磁石１０を永久磁石ホルダ１７に接着剤などで接合し、これを第２のケース３２の凹部３２ｅ内に嵌合する。永久磁石ホルダ１７のリードスイッチ７と反対側の面に、雌ねじ１７ａを設け、この雌ねじにボルト１８をねじ合わせることにより第２のケース３２に対して永久磁石ホルダ１７を離脱不能に保持する。凹部３２ｅと永久磁石ホルダ１７との間にばね１９を介装する。この構成によって永久磁石１０を、がたつきを吸収するとともに、ボルト１８の回転により永久磁石１０をリードスイッチ７に対して進退可能にできる。
【００２３】
この例においては、組み立てに際して第１のケース３１に第２のケース３２を連結した後、ワイヤ固定用アイボルト３２ｃを連結する前に、ボルト１８を一旦締めて永久磁石１０をリードスイッチ７に接近状態とし、この状態においてリードスイッチ７がオフであることを確認し、次にボルト１８を緩めて永久磁石１０をリードスイッチ７から遠ざけ、この状態においてリードスイッチ７がオンになることを確認する。このようなリードスイッチ７の動作試験の後で、再度ボルト１８を締めてリードスイッチ７をオフの状態とし、その後でワイヤ固定用アイボルトを連結する。
【００２４】
なお、本発明の変位検出装置は、先に説明したような橋梁の安全管理システムに用いられるものに限られず、その他、防犯用として、ドアや窓に設置することも可能であり、また、長期間不在となる山小屋などの建物と土台との間に設置することも可能である。また、検出スイッチは、リードスイッチに限られず、マイクロスイッチに物体を接触させてオフ状態を保ち、物体が離れた時にオン状態とするスイッチであってもよい。
【００２５】
なお、先の例においては破断の際にオンとするスイッチを内蔵させているが、これに限られるものでなく、破断時にオンとなるスイッチと破断時にオフとなるスイッチとを共に内蔵させるものであってもよい。このように構成することによって、商用電源や太陽電池等で通常時に電源が確保できる状況下にあっては、破断時にオフとなるスイッチを用いれば、信頼性が高まり、通信トラブルや、ケーブル破断や、双方向通信を採用して通常時に問い合わせに対して応答することができるものにする等、適応できる範囲が広がる。また通常時に十分な電源が確保できない状況下にあっては、破断時にオンとなるスイッチを用いればよく、待機時に電力を消耗しない。このように電源状況、コスト条件に応じて選択が可能になる。
【００２６】
【発明の効果】
このように本発明の変位検出装置によれば、検出スイッチが通常時にオフであり破断時にオンとなるものであるから、通常は電力の消費がなく、したがって電池寿命及び回路寿命を長くできる。また、通常時にスイッチがオフで保存状態にあるので、通電時にオンで動作状態にあるスイッチの場合に比して温度範囲が広く取れる。また検出スイッチにリードスイッチを用いるので、スイッチの端子を固定するのに非接触の構成にでき、しかもリードスイッチは封止状態にあるので、スイッチの信頼性が向上する。
【００２７】
また、第１及び第２の２つのケースが螺合により係合されている構成では、破断部の破断強度を調整しやすく、構造物によって異なる破断強度が要求される場合に容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が使用されるシステム構成を示す図である。
【図２】センサ接続ユニットの構成を示すブロック図である。
【図３】回線接続ユニットの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す断面図である。
【図８】従来の破断センサを説明する平面図である。
【図９】従来のセンサ接続ユニットの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
７ リードスイッチ（検出スイッチ）
１０ 永久磁石（作動部材）
３１ 第１のケース
３２ 第２のケース

Claims (4)

1. 検出スイッチと上記検出スイッチを作動させる作動部材とを内蔵するセンサ本体には、当該センサ本体に所定の引張力が作用したときに破断可能な破断部が設けてあり、
   上記作動部材は、上記破断部が破断したときに上記検出スイッチをオンとするように設けてあって、
   上記センサ本体は、上記検出スイッチを内蔵する第１のケースと、当該第１のケースに係合するとともに上記検出スイッチを作動させる上記作動部材を内蔵する第２のケースとからなり、
   上記破断部は、上記第１のケースと上記第２のケースとを連結する螺合部である
   ことを特徴とする変位検出装置。
2. 検出スイッチと上記検出スイッチを作動させる作動部材とを内蔵するセンサ本体には、当該センサ本体に所定の引張力が作用したときに破断可能な破断部が設けてあり、
   上記作動部材は、上記破断部が破断したときに上記検出スイッチをオンとするように設けてあって、
   上記破断部は上記センサ本体に設けられたノッチ部であることを特徴とする変位検出装置。
3. 請求項１または２において、上記検出スイッチは、リードスイッチであり、上記作動部材は、永久磁石であることを特徴とする変位検出装置。
4. 検出スイッチを内蔵する第１のケースと、当該第１のケースに係合するとともに上記検出スイッチを作動させる作動部材を内蔵する第２のケースとを有し、
   上記第１のケースと上記第２のケースとは、所定の引張力が作用したときに破断可能に螺合されている
   ことを特徴とする変位検出装置。

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