JP6059943B2

JP6059943B2 - 構造物のき裂監視装置

Info

Publication number: JP6059943B2
Application number: JP2012224415A
Authority: JP
Inventors: 和利安川; 齋藤　豪; 豪齋藤
Original assignee: Highway Technology Research Center
Current assignee: Highway Technology Research Center
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: JP2014077253A

Description

本発明は、橋梁などの構造物に生じるき裂の進展を監視するための、き裂監視装置に関する。

近年、鋼道路橋などの構造物の橋梁において、供用中の路線に疲労き裂が発生し、問題となっている。
通常、疲労き裂は接近目視によって点検し、き裂の発見後は、該き裂を補修するか、現場での作業員による磁粉探傷（ＭＴ）などの非破壊検査（以下、「接近監視」という。）を用いて、き裂の進展について追跡監視を行っている。

しかし、前記した従来の監視方法では、以下に記載する課題のうち、少なくとも何れか一つの改善点又は解決課題がある。

（１）測定装置の搬入の問題
接近監視を行う度に、作業員がき裂の発生箇所まで測定装置を持っていく必要がある。この問題を解決するには、測定装置を現場に常置しておく方法があるが、測定装置が高価であるため、多数の現場で監視作業を並行する際には、非現実的である。

（２）監視作業による周囲への影響
接近監視にあたって、測定現場が高速道路の橋梁などの場合には、作業足場の設置や、下方の道路を通行止めにするなどの安全措置を、監視作業の度に行う必要が生じるため、周囲への影響が大きい。

（３）電源確保の問題
測定装置を使用するための電源を現場に確保する必要がある。
これは、測定現場が、高速道路の橋梁である場合のように、定常的な電源が確保しづらい場所である時に、特に顕著な問題となる。

（４）コストの問題
き裂発生箇所全てについて接近監視を行う場合や、監視間隔を短くする場合に、必然的にコスト負担が大きくなる。
したがって、出来る限り低コストに監視装置及び監視方法を提供することで、き裂箇所の全数監視、及び監視間隔の短縮化を可能としたい。

したがって、本発明は、低コストで、き裂の追跡監視が可能な手段を提供することを目的の一つとするものである。

前記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、構造物に生じるき裂の進展を監視するためのき裂監視装置であって、構造物に貼り付けて、該構造物のき裂を検知する断線ゲージと、前記断線ゲージに基づいて、き裂の進展情報を生成する制御回路と、前記き裂の進展情報を、定期的に送信する携帯端末と、を少なくとも備え、前記断線ゲージが、き裂の進展にあわせて順次断線する、複数の抵抗線を少なくとも含み、前記各抵抗線の一端は、互いに電気的に接続され、前記各抵抗線の他端は、該断線ゲージの一側から伸びるように配置され、き裂の進展に応じて最後に断線が予想される最後方の抵抗線はＧＮＤ接続され、その他は前記制御回路のデジタル入力チャンネルに接続され、前記き裂の進展情報は、前記各抵抗線の他端に別途抵抗を介して電圧をかけることによって行う各抵抗線間の導通の有無の検知を、最後方の抵抗線を除く全ての抵抗線の組合せで行うことで、何れの抵抗線まで断線したかを判定した情報であることを特徴とする、き裂監視装置を提供するものである。

また、本願の第２発明は、前記第１発明において、前記携帯端末が、前記制御回路に対してき裂の監視指令を設定した間隔毎に送信する、監視実効手段と、前記制御回路から受信したき裂の進展情報を、電子メール形式で送信する、き裂進展情報送信手段と、を少なくとも含むことを特徴とするものである。

また、本願の第３発明は、前記第２発明において、前記携帯端末が、さらに、前記監視実効手段およびき裂進展情報送信手段の実施間隔の設定、および前記携帯端末のスリープ制御を行う、電源管理手段と、を含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、以下に記載する効果のうち、少なくともいずれか一つの効果を得ることができる。

（１）追跡監視の無人化
き裂の進展情報を携帯端末で定期的に送信するため、作業員による接近監視が不要となる。
したがって、接近監視時に、事前に足場や安全ネットの設置等の安全措置を講じる必要も無く、周囲への影響を低減することができる。

（２）設計部品の低コスト化
抵抗線の断線の有無によってき裂の進展を検知するため、ひずみゲージや、微弱な抵抗変化を検知可能なブリッジ回路などの比較的高コストな部品を極力除いた装置設計が可能となる。
また、本発明の携帯端末を、既存のスマートフォン等にアプリケーションをインストールしたもので兼用する場合、専用装置の新規開発が不要である。
以上の点などにより、測定装置の常置化に重要とされる、監視装置の低コスト化が可能となる。

（３）き裂検知の正確性
微弱な抵抗変化を測定する方法では、温度変化やその他のノイズに埋もれて、き裂の進展を正確に把握することが出来ない場合があったが、本発明は抵抗線の断線に起因する電圧の有無によって、き裂の進展を検知するため、確実且つ高精度な、き裂監視が可能となる。

（４）測定装置の長寿命化
近年、携帯端末に接続する補助電源のニーズが高いため、ソーラー発電装置や、蓄電池などの補助電源が廉価に入手できる。
したがって、測定装置の常置化に重要とされる、本発明の携帯端末の長寿命化を容易且つ低コストに実現することが出来る。

本発明に係るき裂監視装置の構成を示す概略図。断線ゲージの実施例を示す概略図。制御回路の実施例を示す概略図。断線ゲージのその他の実施例を示す概略図。

以下、各図面を参照しながら、本発明に係る、き裂監視装置の実施例について説明する。

＜１＞全体構成
本発明にかかる、き裂監視装置は、構造物Ａの監視場所周辺に常置しておくことを前提とする装置である。
また、き裂監視装置は、監視場所から遠隔地にある事務所や事業所等に設置した情報処理端末５と情報通信可能に接続している。
そして、き裂監視装置は、構造物に貼り付けて、該構造物のき裂を検知する断線ゲージ１と、前記断線ゲージ１に基づいて、き裂の進展情報を生成する制御回路２と、前記き裂の進展情報を定期的に送信する携帯端末３と、を少なくとも備えて構成する。

図１に示すように、本発明に係るき裂監視装置は、一つの携帯端末３に対して複数の制御回路２が接続してあり、さらに、一つの制御回路に対して複数の断線ゲージが接続した構成とすることができ、各手段の数は問わない。
以下、各手段の詳細について説明する。

＜２＞断線ゲージ
断線ゲージ１は、き裂の発生や進展を検知するための装置である。
断線ゲージ１は、図２に示すように、構造物Ａに貼り付けるための接着面１１１を有した薄板部１１と、該薄板部１１に設けた複数の抵抗線１２１からなる検知部１２を少なくとも備える。

薄板部１１は、構造物Ａに貼り付けた際に、構造物Ａのき裂進展に起因して引き裂かれる程度の強度を呈する素材で形成する。

検知部１２を構成する複数の抵抗線１２１は、薄板部１１上に、互いに略平行に配列する。
抵抗線は、フォトエッチングなどによって薄板部上に形成した電導線と、各動線に連設する線材などで構築することができる。
検知部１２の上方には、この電導線を絶縁するための保護層（図示せず）を設けても良い
抵抗線１２１の本数や、配置間隔は、一つの断線ゲージ１で、き裂Ｂの進展長さや進展速度をどの程度把握するかによって決めればよく、特段限定しない。
図１では、抵抗線１２１を５本平行に配列（１２１ａ〜１２１ｅ）して検知部１２を構成している。

この複数の抵抗線１２１において、薄板部１１上にある一端は、互いに電気的に接続しており、他端はそれぞれ開放して、前記制御回路２に接続する。
そして、各抵抗線１２１の他端間に電圧をかけることで、各抵抗線１２１間の導通（断線）の有無を検知することができる。

断線ゲージ１は、き裂Ｂの発生箇所が予想される箇所や、既に発生したき裂Ｂの先端部分に貼り付ける。
このとき、断線ゲージ１は、き裂Ｂの進展が予測される方向（き裂進展の予測方向Ｃ）に向かって前記複数の抵抗線１２１が順に交差していくように構造物Ａに貼り付けることが望ましい。
このように貼り付けると、き裂Ｂの進展に応じて、順に抵抗線１２１の断線を検知することができ、き裂Ｂの進展長さだけでなく、き裂Ｂの進展速度をも容易に検知することができる。

＜３＞制御回路
制御回路２は、き裂Ｂの進展情報を生成するための装置である。
制御回路は、図３に示すように、ＣＰＵ２１、無線Ｉ／Ｆ２２を備え、その他前記抵抗線１２１の各他端を接続するデジタル入力チャンネル２３を備えており、各チャンネル間に電圧を導入することができる。

前記複数の抵抗線１２１のうち、何れか１本はＧＮＤ（図示せず）に接続し、残る抵抗線は、それぞれデジタル入力チャンネル２３に接続する。
したがって、抵抗線１２１が５本ある場合には、デジタル入力チャンネル２３を４ＣＨ使用することになるため、図２のように、デジタル入力チャンネル２３が８ＣＨある場合には、二カ所の断線ゲージ１ａ、１ｂを接続することができる。
このとき、複数の抵抗線１２１のうち、き裂Ｂの進展に応じて最後に断線が予想される最後方の抵抗線１２１を、ＧＮＤ（図示せず）に接続するようにする。

制御回路２は、ＧＮＤに接続していない各抵抗線１２１の他端に別途抵抗を介して電圧をかけて、この抵抗線間の導通（断線）の有無を検知する工程を、全ての抵抗線の組み合わせで行うことにより、いずれの抵抗線１２１が断線しているかを把握することができる。
例えば、図３において、抵抗線１２１ａとその他の抵抗線１２１ｂ〜１２１ｄとの間で導通が確認できず、その他の抵抗線１２１ｂ〜１２１ｄとの間で導通が確認出来る場合には、抵抗線１２１ａが断線しているものと判定する。

制御回路２は、この情報を、き裂の進展情報として携帯端末３に送信する。
制御回路２と携帯端末３の情報の送受信方法は、有線・無線を問わないが、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信を用いれば、携帯端末３の設置場所をより柔軟に選択できる点で有益である。

＜４＞携帯端末
携帯端末３は、制御回路２のき裂監視動作の実行と、制御回路２から受信したき裂の進展情報を、インターネット回線を通じて、前記情報処理端末５へと送信するための装置である。

携帯端末３は、専用装置であってもよいものの、既存のスマートフォン等を流用し、このスマートフォンに、本発明のき裂監視専用のアプリケーションをインストールしたもので構成することがコストの面から望ましい。

携帯端末３上にインストールするアプリケーション（ソフトウェア）は、少なくとも、制御回路２に対してき裂の監視指令を設定した間隔毎に送信する、監視実行手段と、制御回路から受信したき裂の進展情報を、メールやその他公知の形式で前記情報処理端末へと送信する、き裂進展情報送信手段と、を少なくとも含むよう構成する。

また、前記監視実行手段及びき裂進展情報送信手段の実施間隔の設定や、これらの各手段の実施時以外は、携帯端末３をスリープさせておく、電源管理手段を含んでおいても良い。

なお、本発明の携帯端末３に既存のスマートフォンを用いる場合、当該スマートフォンは、基本的に内部にバッテリを備えた装置であるところ、このスマートフォンに対応する外部バッテリ４を別途接続しておいてもよい。
この外部バッテリ４は、市販されている補助バッテリや、さらに大容量化した新設計のバッテリなどを使用することができる。

＜５＞使用方法
次に、図１〜図３を再度参照しながら、前記き裂監視装置の使用方法の一例について説明する。

（１）点検〜断線ゲージ貼り付け
作業員が作業員による目視や、非破壊検査、若しくはそれらの併用による点検にて、き裂Ｂの発生を確認した場合、当該き裂箇所に断線ゲージ１を単数或いは複数貼り付ける。
断線ゲージ１の配置個数は、き裂Ｂの進展をどの程度把握したいかによって適宜決定する。
断線ゲージ２の貼り付けは、前記したように、き裂進展の予測方向Ｃに対して、複数の抵抗線１２１が順に交差していくように配置する。
制御回路２、並びに携帯端末３は、適宜望ましい位置に設置しておく。

（２）き裂監視実行
携帯端末３は通常スリープ状態とし、予め設定された監視周期（時刻）に合わせて起動し、制御回路２に対して、き裂監視動作の実行指令を送信する。
制御回路２は、当該指令に基づき、各断線ゲージ１に対して、各抵抗線１２１間の導通を確認し、いずれの抵抗線１２１まで断線しているかどうかを判定して、各断線ゲージ１のき裂の進展情報を携帯端末３へと送信する。

（３）き裂進展情報の収集
携帯端末３は各制御回路２から受信したき裂の進展情報を、メールやその他公知の形式で前記情報処理端末５へと送信する、
ユーザは、この情報処理端末５を用いて、各携帯端末３から送られてきた、き裂の進展情報を参照し、き裂が速く進展している箇所や、き裂の進展が止まっている箇所などを把握することで、補修の必要性等を検討することができる。

本発明のき裂監視装置の第２実施例について、図４を参照しながら説明する。
本発明のき裂監視装置は、断線ゲージ１中の複数の抵抗線１２１に抵抗１２２を設け、それらをまとめて制御回路２のアナログ入力チャンネル２４に接続するよう、構成することもできる。
このとき、制御回路３は、抵抗１２２の変化を検出することで、抵抗線１２１の断線を検出することになる。

本実施例によれば、アナログ１チャンネルで、一つの断線ゲージ１のき裂進展を監視することが出来る点で有益である。
また、制御回路を構成する公知の部品が、デジタル入力チャンネルと、アナログ入力チャンネルを両方有する場合には、前記実施例１，２の構成を組み合わせることで、一つの制御回路で、より多くの断線ゲージを接続することができる。

１断線ゲージ
１１薄板部
１１１接着面
１２検知部
１２１抵抗線
２制御回路
２１ＣＰＵ
２２無線Ｉ／Ｆ
２３デジタル入力チャンネル
２４アナログ入力チャンネル
３携帯端末
４外部バッテリ
５情報処理端末
Ａ構造物
Ｂき裂
Ｃき裂進展の予測方向

Claims

構造物に生じるき裂の進展を監視するためのき裂監視装置であって、
構造物に貼り付けて、該構造物のき裂を検知する断線ゲージと、
前記断線ゲージに基づいて、き裂の進展情報を生成する制御回路と、
前記き裂の進展情報を、定期的に送信する携帯端末と、を少なくとも備え、
前記断線ゲージが、き裂の進展にあわせて順次断線する、複数の抵抗線を少なくとも含み、
前記各抵抗線の一端は、互いに電気的に接続され、
前記各抵抗線の他端は、該断線ゲージの一側から伸びるように配置され、き裂の進展に応じて最後に断線が予想される最後方の抵抗線はＧＮＤ接続され、その他は前記制御回路のデジタル入力チャンネルに接続され、
前記き裂の進展情報は、前記各抵抗線の他端に別途抵抗を介して電圧をかけることによって行う各抵抗線間の導通の有無の検知を、最後方の抵抗線を除く全ての抵抗線の組合せで行うことで、何れの抵抗線まで断線したかを判定した情報であることを特徴とする、
き裂監視装置。
前記携帯端末が、
前記制御回路に対してき裂の監視指令を設定した間隔毎に送信する、監視実効手段と、
前記制御回路から受信したき裂の進展情報を、電子メール形式で送信する、き裂進展情報送信手段と、
を少なくとも含むことを特徴とする、
請求項１に記載のき裂監視装置。
前記携帯端末が、さらに、
前記監視実効手段およびき裂進展情報送信手段の実施間隔の設定、および前記携帯端末のスリープ制御を行う、電源管理手段と、
を含むことを特徴とする、
請求項２に記載のき裂監視装置。