JP5927842B2 - センサー装置、センサーシステムおよびコンクリートの状態測定方法 - Google Patents
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Description
施工直後のコンクリート構造物中のコンクリートは、通常、強アルカリ性を呈する。そのため、施工直後のコンクリート構造物中の鉄筋は、その表面に不動態膜が形成されるため、安定である。しかし、施工後に酸性雨や排気ガス等の影響を受けたコンクリート構造物は、コンクリートが徐々に酸性化していくため、鉄筋が腐食することとなる。
しかし、かかるセンサー装置では、コンクリートを打設する際、そのコンクリートの充填状態を測定することができない。
しかし、このような装置は、コンクリートの充填状態の検知にのみ用いられるものであるため、コンクリートの打設完了後には、何ら使用されずに無駄となっていた。
本発明のセンサー装置は、互いに間隔を隔てて設けられた長尺状の1対の導体と、
前記1対の導体の先端部または途中に接続され、コンクリート構造物の状態を測定するセンサーを備えるセンサータグと、
前記1対の導体間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する第1の状態と、前記1対の導体を通じて前記センサータグに電力を供給し、前記センサーがコンクリート構造物の状態を測定する第2の状態とを切り換える切換部とを有することを特徴とする。
また、1対の導体を、コンクリート構造物のコンクリート打設時における充填状態の測定だけでなく、コンクリート構造物のコンクリート打設後の状態測定を行うセンサータグに電力を供給する電源ケーブルとして有効利用することができる。
これにより、コンクリート構造物のコンクリート打設時に、コンクリートの充填状態を測定し、コンクリート構造物のコンクリート打設後に、コンクリート構造物の状態を長期にわたり測定することができる。
前記切換部は、前記第1の状態において前記1対の導体と前記センサータグとの電気的導通を遮断するとともに前記信号処理回路を前記1対の導体に対して電気的に接続し、前記第2の状態において前記1対の導体を介して前記電源回路と前記センサータグとを電気的に接続することが好ましい。
これにより、第1の状態において、1対の導体間の静電容量を測定することができる。また、第2の状態において、1対の導体を介してセンサータグに電力を供給し、センサータグのセンサーによる測定を行うことができる。
これにより、切換部を比較的簡単な構成とすることができる。
本発明のセンサー装置では、前記センサータグは、前記第1のスイッチを制御する機能を有することが好ましい。
これにより、第1のスイッチの制御信号のための配線を1対の導体に沿って設ける必要がなく、装置構成を簡単化することができる。
前記ターミナルは、前記センサータグから送信された測定結果を受信する機能を有することが好ましい。
これにより、センサータグのセンサーの測定結果をターミナルを介して収集することができる。
前記ターミナルは、前記センサータグから無線送信された測定結果を受信することが好ましい。
これにより、センサータグのセンサーの測定結果を伝送するための配線を1対の導体に沿って設ける必要がなく、装置構成を簡単化することができる。
これにより、コンクリート中であっても、センサータグの消費電力を抑えつつ、センサータグとターミナルとの通信可能な距離を大きくすることができる。
本発明のセンサー装置では、前記ターミナルは、前記第2の状態において、前記センサータグから送信された測定結果を前記1対の導体を介して受信することが好ましい。
これにより、センサータグのセンサーの測定結果を伝送するための配線を1対の導体に沿って設ける必要がなく、装置構成を簡単化することができる。
これにより、コンクリート打設後に、コンクリート構造物の異なる測定対象部位の状態を測定することができる。
本発明のセンサーシステムは、本発明のセンサー装置と、
前記センサー装置の測定情報を収集する情報収集装置とを備えることを特徴とする。
このように構成されたセンサーシステムによれば、コンクリート打設時のコンクリートの充填状態を測定し、コンクリート打設後の長期にわたりコンクリート構造物の状態を測定することができる。
本発明のコンクリートの状態測定方法は、互いに間隔を隔てて設けられた長尺状の1対の導体の導体間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する工程と、
前記1対の導体を通じて、前記1対の導体の先端部または途中に接続されたセンサーに電力を供給し、前記センサーによりコンクリート構造物の状態を測定する工程と、
を有することを特徴とする。
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るセンサーシステムの使用状態の一例を示す図、図2は、図1に示すセンサーシステムに備えられたセンサー装置の概略構成を示す模式図、図3は、図2に示すセンサー装置に備えられた充填センサー(1対の導体)を示す部分斜視図、図4は、図2に示すセンサー装置の概略構成を示すブロック図、図5は、図2に示すセンサー装置に備えられたセンサータグを示すブロック図である。
(センサーシステム)
図1に示すセンサーシステム1は、コンクリートの打設時および打設後の状態を測定するものである。
このセンサーシステム1は、コンクリート構造物102のコンクリート打設時およびコンクリート打設後の状態を測定する複数のセンサー装置2と、各センサー装置2の測定結果を収集する情報収集装置10とを有する。
このような各センサー装置2は、コンクリート構造物102のコンクリート打設時に充填センサー3による測定を行い、その測定結果をターミナル5が無線送信する。また、各センサー装置2は、コンクリート構造物102のコンクリート打設後にセンサータグ4による測定を行い、その測定結果をターミナル5が無線送信する。
情報収集装置10(ロガー)は、各センサー装置2と無線通信可能に構成されており、各センサー装置2から無線送信された測定結果を収集する。
情報収集装置10に収集された測定情報は、例えば、パソコン、携帯端末等に取り込まれ、表示部に表示される。
以下、センサー装置2を構成する各部を順次説明する。
前述したように、各センサー装置2は、図2に示すように、長尺状の充填センサー3と、充填センサー3の先端部に接続されたセンサータグ4と、充填センサー3の基端部に接続されたターミナル5と、充填センサー3による測定とセンサータグ4による測定とを切り換える切換部6とを備える。
なお、センサー41、42は、封止部の外部に露出している。これにより、センサー41、42による測定を行うことができる。
充填センサー3は、図3に示すように、互いに間隔を隔てて(平行となるように)設けられた長尺状の1対の導体(導線)31、32と、この1対の導体31、32を被覆する絶縁体33とを有する。
このような充填センサー3は、例えば、コンクリート構造物102のコンクリート打設に先立ち、1対の導体31、32がコンクリート構造物101の外周に沿って鉛直方向に延在するように設置される。このように設置された充填センサー3は、コンクリート構造物102のコンクリート打設時に、コンクリートの充填状態(具体的には、充填量、コンクリート打ちあがり面102aの高さ)に応じて、1対の導体31、32間のインピーダンス(静電容量)が変化する。そのため、後述するように、1対の導体31、32間のインピーダンスに基づいて、コンクリートの充填状態を測定することができる。
各導体31、32は、各種導電性材料を用いることができるが、例えば、銅、アルミニウム、銀、金、白金等の金属材料を用いるのが好ましい。
このような絶縁体33の構成材料としては、コンクリート中で安定に存在するようにアルカリ耐性を有するものであれば、特に限定されず、各種絶縁性材料を用いることができるが、樹脂材料、ゴム材料、エラストマー材料等を用いるのが好ましい。これにより、絶縁体33の所望の絶縁性を確保しつつ、充填センサー3全体に可撓性を付与できる。そのため、充填センサー3の取り扱い性を優れたものとするとともに、充填センサー3の設置を容易なものとすることができる。
また、絶縁体33の厚さおよび横断面形状は、1対の導体31、32間のインピーダンスに基づいてコンクリートの充填状態を測定できれば、特に限定されない。
センサータグ4は、図4および図5に示すように、前述した充填センサー3の1対の導体31、32の先端部にスイッチ61を介して接続されている。
ここで、スイッチ61は、後述する切換部6の一部を構成するものである。なお、スイッチ61については、切換部6の説明において、詳述する。
このスイッチ61を介して充填センサー3に接続されたセンサータグ4は、図5に示すように、コンクリート構造物102の状態を測定するセンサー41、42と、通信部43と、インターフェース部44と、記憶部45と、制御部47と、電源回路48と、蓄電部49とを有する。
センサー41、42は、それぞれ、前述した充填センサー3の先端部付近におけるコンクリート構造物102の測定対象部位(以下、単に「測定対象部位」ともいう)の状態を測定するものである。
具体的には、センサー41は、測定対象部位の状態としてpHを測定するpHセンサーである。これにより、センサー41の測定情報に基づいて、コンクリート構造物102内の鉄筋(図示せず)の腐蝕状態を測定することができる。
より具体的には、かかるpHセンサーとしては、例えば、電気抵抗体の腐蝕に伴う抵抗値、インピーダンス等の変化に基づいてpHを測定するセンサーや、電極対の腐蝕に伴う電極対間のインピーダンス、電位差、静電容量、インダクタンス等の変化に基づいてpHを測定するセンサー等を用いることができる。
ここで、センサー42をコンクリート構造物102中の鉄筋に沿って設置することにより、かかる鉄筋の歪状態を高感度に測定することができる。
かかる歪センサーとしては、特に限定されず、公知の各種歪センサーを用いることができ、例えば、外力により抵抗値が変化する電気抵抗体を用いたものや、半導体を用いた半導体ひずみセンサー等を用いることができる。
通信部43は、無線通信機能を有する。そして、通信部43は、記憶部45に記憶された測定情報を送信し、また、ターミナル5からの制御信号を受信する。
より具体的に説明すると、通信部43は、前述したセンサー41、42の測定情報を無線送信する機能を有する。この無線送信された測定情報は、ターミナル5で受信される。
このような通信部43は、アンテナ431と、通信回路432とを有する。
アンテナ431は、特に限定されないが、例えば、金属材料、カーボン等で構成され、巻線、薄膜等の形態をなす。なお、アンテナ431は、送信および受信に共通して1つのアンテナで構成されていてもよいし、送信および受信のそれぞれに対応して2つのアンテナで構成されていてもよい。
また、通信部43は、コンクリート構造物102内での無線通信が可能であれば、特に限定されないが、LF帯域(30kHz〜300kHz)の搬送波を用いるものが好ましい。これにより、コンクリート中であっても、センサータグ4の消費電力を抑えつつ、センサータグ4とターミナル5との通信可能な距離を大きくすることができる。
インターフェース部(インターフェース回路)44は、前述したセンサー41、42の測定情報を制御部47に入力する機能を有する。
また、インターフェース部44は、必要に応じて、センサー41、42の測定情報に所定の処理を施して後、その処理後の測定情報を制御部47に入力する。例えば、インターフェース部44は、A/D変換回路を備え、センサー41、42の測定情報をアナログからデジタルに変換して制御部47に入力する。また、インターフェース部44は、増幅回路を備え、センサー41、42の測定情報を増幅した後に制御部47に入力する。
記憶部45は、センサー41、42の測定情報、通信部43で受信した情報等を記憶する機能を有する。この記憶された測定情報は、前述した通信部43で無線送信される。これにより、通信部43がセンサー41、42による測定を複数回行うごとに通信動作を行って、複数回の測定情報を一括して無線送信することができる。
制御部47は、センサータグ4を構成する各部、具体的には通信部43、インターフェース部44、記憶部45等を制御する機能を有する。
この制御部47は、特に限定されないが、例えば、MPUで構成されている。
[電源回路]
電源回路48は、前述した充填センサー3の1対の導体31、32を介してターミナル5に電気的に接続されている。
また、この電源回路48には、蓄電部49が電気的に接続されている。
この蓄電部49は、例えば、二次電池またはキャパシタで構成され、電力を蓄える機能を有する。これにより、ターミナル5から1対の導体31、32を介して電源回路48へ常時電力を供給しなくても、センサータグ4を時間的に連続して動作させることができる。
次に、ターミナル(リーダーライター)5について説明する。
図4に示すように、ターミナル5は、通信部51と、インターフェース部52と、制御部53と、電源回路54と、スイッチ62とを有する。
以下、ターミナル5を構成する各部を順次説明する。なお、スイッチ62については、切換部6の説明において詳述する。
通信部51は、前述したセンサータグ4の通信部43から無線送信された測定情報を受信する機能を有する。これにより、センサータグ4のセンサー41、42の測定結果をターミナル5を介して収集することができる。
特に、センサータグ4とターミナル5との間の通信が無線であるため、センサータグ4のセンサー41、42の測定結果を伝送するための配線を1対の導体31、32に沿って設ける必要がなく、装置構成を簡単化することができる。
これにより、各ターミナル5で取得した測定情報を情報収集装置10で収集することができる。
このような通信部51は、図示しないが、前述したセンサータグ4の通信部43と同様に構成され、アンテナおよび通信回路を有する。
ターミナル5の無線送信がRF帯域の搬送波として用いるものであると、情報収集装置10とターミナル5との通信可能な距離を大きくすることができる。
制御部53は、ターミナル5を構成する各部、具体的には通信部51、スイッチ62等を制御する機能を有する。
また、制御部53は、ターミナル5の外部に設けられたスイッチ61に配線63を介して電気的に接続されており、スイッチ61を制御する機能をも有する。
この制御部53は、特に限定されないが、例えば、MPUで構成されている。
電源回路54は、前述したセンサータグ4の電源回路48と同様に構成することができ、ターミナル5を動作可能な電力を供給するものである。
ただし、ターミナル5は、コンクリート構造物100の外部に設置することができるため、電源回路54は、点検、修理、交換等が容易である。また、コンクリート構造物100に穿孔等することなく、外部から有線により電源回路54に電力を供給することが可能である。
このようなことから、電源回路54に電力を供給する電源としては、比較的大きな電力を発生する電源、例えば、比較的容量の大きい電池、商用電源、太陽電池に接続された二次電池等を用いることができる。このような電源を用いることにより、前述した通信部51の通信距離を大きくすることができる。
切換部6は、充填センサー(第1のセンサー)3による測定を行う状態と、センサータグ(第2のセンサー)4による測定を行う状態とを切り換え可能に構成されている。
すなわち、切換部6は、1対の導体31、32間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する第1の状態(以下、単に「第1の状態」ともいう)と、1対の導体31、32を通じてセンサータグ4に電力を供給し、センサー41、42がコンクリート構造物102の状態を測定する第2の状態(以下、単に「第2の状態」ともいう)をと切り換える。
これにより、第1の状態において、1対の導体31、32間の静電容量を測定することができる。また、第2の状態において、1対の導体31、32を介してセンサータグ4に電力を供給し、センサータグ4のセンサー41、42による測定を行うことができる。
スイッチ61は、1対の導体31、32を電源回路48に電気的に接続した状態とその接続を遮断した状態とを切り換え可能に構成されている。
このようなスイッチ61、62は、前述した制御部53からの制御信号に基づいて動作が制御される。
一方、センサータグ(第2のセンサー)4による測定を行う第2の状態では、スイッチ61が1対の導体31、32を電源回路48に電気的に接続した状態とするとともに、スイッチ62が1対の導体31、32を電源回路54に電気的に接続した状態とする。
このようなスイッチ61、62は、それぞれ、特に限定されないが、例えば、リレーで構成されている。
また、充填センサー3の1対の導体31、32を、コンクリート構造物102のコンクリート打設時における充填状態の測定だけでなく、コンクリート構造物102のコンクリート打設後の状態測定を行うセンサータグ4に電力を供給する電源ケーブルとして有効利用することができる。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
図6は、本発明の第2実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示す模式図である。
以下、第2実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態でのセンサー装置2Aは、図6に示すように、長尺状の充填センサー3Aと、充填センサー3Aの途中および先端部にそれぞれ接続されたセンサータグ4と、充填センサー3の基端部に接続されたターミナル5Aと、充填センサー3Aによる測定とセンサータグ4による測定とを切り換える切換部6Aとを備える。
そして、1対の導体31、32の途中および先端部には、それぞれ、切換部6Aの一部を構成するスイッチ61を介してセンサータグ4が接続されている。
以上のように構成されたセンサー装置2Aでは、センサータグ4が1対の導体31、32の長手方向での異なる複数位置にそれぞれ設けられているので、2つのセンサータグ4を互いに異なる位置に設置することができる。そのため、コンクリート打設後に、コンクリート構造物102の異なる測定対象部位の状態を測定することができる。
以上説明したような第2実施形態のセンサー装置2Aによっても、コンクリート打設時のコンクリートの充填状態を測定し、その測定にかかる構成を有効利用しつつ、コンクリート打設後の長期にわたりコンクリート構造物の状態を測定することができる。
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図7は、本発明の第3実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示す模式図、図8は、図7に示すセンサー装置の概略構成を示すブロック図である。
以下、第3実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態でのセンサー装置2Bは、図7に示すように、長尺状の充填センサー3と、充填センサー3の先端部に接続されたセンサータグ4Bと、充填センサー3の基端部に接続されたターミナル5Bと、充填センサー3による測定とセンサータグ4Bによる測定とを切り換える切換部6Bとを備える。
ターミナル5Bは、ターミナル5Bの各部を制御する制御部53Bを有する。この制御部53Bは、ターミナル5B内に設けられたスイッチ62を制御する機能を有する。
以上説明したような第3実施形態のセンサー装置2Bによっても、コンクリート打設時のコンクリートの充填状態を測定し、その測定にかかる構成を有効利用しつつ、コンクリート打設後の長期にわたりコンクリート構造物の状態を測定することができる。
次に、本発明の第4実施形態を説明する。
図9は、本発明の第4実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示すブロック図である。
以下、第4実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態でのセンサー装置2Cは、図9に示すように、長尺状の充填センサー3と、充填センサー3の先端部に接続されたセンサータグ4Cと、充填センサー3の基端部に接続されたターミナル5Cと、充填センサー3による測定とセンサータグ4Cによる測定とを切り換える切換部6Cとを備える。
また、通信部51と通信部43およびスイッチ61との間には、スイッチ65が設けられている。
ターミナル5Cは、ターミナル5Cの各部を制御する制御部53Cを有する。この制御部53Cは、上述したスイッチ65が通信部51をスイッチ61に電気的に接続する状態のとき、ターミナル5C内に設けられたスイッチ62を制御する機能を有する。また、制御部53Cは、上述したスイッチ65が通信部51を通信部43に電気的に接続する状態のとき、通信部51に通信部43への通信を行う。
以上のように構成されたセンサー装置2Cでは、配線66を用いて有線により通信部43と通信部51との通信を行うことができる。また、有線にてセンサータグ4Cとターミナル5Cとの間の通信を行うため、アンテナが不要となるとともに通信部の簡略化が可能となり、その結果、センサータグ4Cの構成を簡単化することができる。さらに、充填センサー3の長さはセンサータグとターミナルとの間の無線通信が届かないくらい長いもの(例えば10m程度)も使用できる。
以上説明したような第4実施形態のセンサー装置2Cによっても、コンクリート打設時のコンクリートの充填状態を測定し、その測定にかかる構成を有効利用しつつ、コンクリート打設後の長期にわたりコンクリート構造物の状態を測定することができる。
次に、本発明の第5実施形態を説明する。
図10は、本発明の第5実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示すブロック図である。
以下、第5実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態でのセンサー装置2Dは、図10に示すように、長尺状の充填センサー3と、充填センサー3の先端部に接続されたセンサータグ4Dと、充填センサー3の基端部に接続されたターミナル5Dと、充填センサー3による測定とセンサータグ4Dによる測定とを切り換える切換部6Dとを備える。
スイッチ62Dは、1対の導体31、32を通信部51Dに電気的に接続した状態と、1対の導体31、32をインターフェース部52に電気的に接続した状態と、1対の導体31、32を電源回路54に電気的に接続した状態とを切り換え可能に構成されている。
また、スイッチ68は、スイッチ61を通信部43Dに電気的に接続する状態と、スイッチ61を電源回路48に電気的に接続する状態とを切り換え可能に構成されている。
以上のように構成されたセンサー装置2Dでは、第2の状態において、センサータグ4Dから送信された測定結果を1対の導体31、32を介してターミナル5Dが受信するので、センサータグ4Dのセンサーの測定結果を伝送するための配線を1対の導体31、32に沿って設ける必要がなく、装置構成を簡単化することができる。また、有線にてセンサータグ4Dとターミナル5Dとの間の通信を行うため、アンテナが不要となるとともに通信部の簡略化が可能となり、その結果、センサータグ4Dの構成を簡単化することができる。さらに、充填センサー3の長さはセンサータグとターミナルとの間の無線通信が届かないくらい長いもの(例えば10m程度)も使用できる。
以上、本発明のセンサー装置およびセンサーシステムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、前述した実施形態では、1つのセンサータグに2つのセンサーが設けられている場合を例に説明したが、1つのセンサータグに設けられるセンサーの数は、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。また、1つのセンサータグに複数のセンサーが設けられる場合において、その複数のセンサーは、互いに同種であってもよいし、互いに異なる種類であってもよい。
また、センサーの種類は、前述した実施形態のものに限定されず、例えば、塩化物イオンセンサー、温度センサー、磁気センサー、加速度センサー、光センサー、圧力センサー等であってもよい。
Claims (12)
- 互いに間隔を隔てて設けられた長尺状の1対の導体と、
前記1対の導体の先端部または途中に接続され、コンクリート構造物の状態を測定するセンサーを備えるセンサータグと、
前記1対の導体間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する第1の状態と、前記1対の導体を通じて前記センサータグに電力を供給し、前記センサーがコンクリート構造物の状態を測定する第2の状態とを切り換える切換部とを有することを特徴とするセンサー装置。 - 前記切換部は、前記コンクリート構造物のコンクリート打設時に、前記第1の状態とし、前記コンクリート構造物のコンクリート打設後に、前記第2の状態とする請求項1に記載のセンサー装置。
- 前記1対の導体の基端部に接続され、電源回路および信号処理回路を備えるターミナルを有し、
前記切換部は、前記第1の状態において前記1対の導体と前記センサータグとの電気的導通を遮断するとともに前記信号処理回路を前記1対の導体に対して電気的に接続し、前記第2の状態において前記1対の導体を介して前記電源回路と前記センサータグとを電気的に接続する請求項1または2に記載のセンサー装置。 - 前記切換部は、前記1対の導体と前記センサータグとの間に設けられた第1のスイッチと、前記1対の導体と前記電源回路および前記信号処理回路との間に設けられた第2のスイッチとを有する請求項3に記載のセンサー装置。
- 前記センサータグは、前記第1のスイッチを制御する機能を有する請求項4に記載のセンサー装置。
- 前記センサータグは、前記センサーの測定結果を送信する機能を有し、
前記ターミナルは、前記センサータグから送信された測定結果を受信する機能を有する請求項3ないし5のいずれかに記載のセンサー装置。 - 前記センサータグは、前記センサーの測定結果を無線送信し、
前記ターミナルは、前記センサータグから無線送信された測定結果を受信する請求項6に記載のセンサー装置。 - 前記無線送信は、LF帯域の搬送波を用いるものである請求項7に記載のセンサー装置。
- 前記ターミナルは、前記第2の状態において、前記センサータグから送信された測定結果を前記1対の導体を介して受信する請求項6に記載のセンサー装置。
- 前記センサータグは、前記1対の導体の長手方向での異なる複数位置にそれぞれ設けられている請求項1ないし9のいずれかに記載のセンサー装置。
- 請求項1ないし10のいずれかに記載のセンサー装置と、
前記センサー装置の測定情報を収集する情報収集装置とを備えることを特徴とするセンサーシステム。 - 互いに間隔を隔てて設けられた長尺状の1対の導体の導体間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する工程と、
前記1対の導体を通じて、前記1対の導体の先端部または途中に接続されたセンサーに電力を供給し、前記センサーによりコンクリート構造物の状態を測定する工程と、
を有することを特徴とするコンクリートの状態測定方法。
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